KR20230019672A - Method for charging battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리의 충전방법에 관한 것으로, 구체적으로는 전기자동차의 배터리를 충전하는 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for charging a battery, and more specifically, to a control method for charging a battery of an electric vehicle.
화석연료를 사용하는 내연기관 자동차는 배기가스로 인한 환경오염, 이산화탄소로 인한 지구온난화 또는 오존 생성 등의 문제를 야기시켰으며, 인간의 호흡기 질환을 유발하는 등 건강상의 문제도 일으키고 있다. 또한, 내연기관 자동차가 증가함에 따라, 한정된 화석연료가 점점 고갈되는 문제점도 있었다.Internal combustion engine vehicles using fossil fuels cause problems such as environmental pollution due to exhaust gas, global warming or ozone generation due to carbon dioxide, and also cause health problems such as human respiratory diseases. In addition, as the number of vehicles with internal combustion engines increases, there is also a problem in that limited fossil fuels are gradually depleted.
이에, 전기에너지를 구동원으로 하는 친환경 전기자동차(EV, Electric Vehicle)의 개발이 활발히 진행되었다. 전기자동차는 배터리를 내장하며, 배터리에 저장된 전기에너지에 의해 구동된다.Accordingly, the development of eco-friendly electric vehicles (EVs, Electric Vehicles) using electric energy as a driving source has been actively progressed. An electric vehicle has a built-in battery and is driven by electrical energy stored in the battery.
전기자동차를 구동하기 위해서는 방대한 양의 전기에너지가 필요하며, 방대한 양의 전기에너지를 저장하기 위하여 배터리의 용량도 매우 크게 설계된다. 배터리에 방대한 양의 전기에너지를 충전하기 위해서는 급속 충전이 필수적으로 요구된다.In order to drive an electric vehicle, a vast amount of electrical energy is required, and the capacity of a battery is designed to be very large in order to store a vast amount of electrical energy. In order to charge a vast amount of electrical energy in a battery, rapid charging is essential.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 배터리 충전방법을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 1은 종래기술에 따른 배터리 충전방법에 대한 간략한 구조도이고, 도 2는 종래기술에 따라 배터리를 충전할 때 배터리의 전압, 배터리의 전류 및 배터리의 온도를 간략하게 도시한 도이다.1 and 2 show a battery charging method according to the prior art. Specifically, FIG. 1 is a schematic structural diagram of a battery charging method according to the prior art, and FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a battery voltage, a battery current, and a battery temperature when charging a battery according to the prior art.
전력변환장치(컨버터)의 제어부는 상위제어기로부터 전압값(설정전압값) 또는 전류값(설정전류값)을 수신한다. 제어부는 설정전압값 또는 설정전류값을 기초로 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 제어를 수행한다. 제어된 PWM에 의하여 배터리에 공급되는 충전전류값이 결정되고, 배터리가 충전된다.The control unit of the power conversion device (converter) receives a voltage value (set voltage value) or current value (set current value) from the upper controller. The control unit performs PWM (Pulse Width Modulation) control based on a set voltage value or a set current value. The value of the charging current supplied to the battery is determined by the controlled PWM, and the battery is charged.
종래에는 배터리의 급속 충전을 위하여 정전류(Constant Current) 충전방식을 이용한다. 정전류 충전방식은 높은 충전전류를 일정하게 공급하여 충전하는 방식이다. 정전류 충전방식은 높은 충전 전류로 단시간에 충전이 가능하다는 장점이 있다. Conventionally, a constant current charging method is used to rapidly charge a battery. The constant current charging method is a method of charging by constantly supplying a high charging current. The constant current charging method has the advantage of being able to charge in a short time with a high charging current.
하지만, 과도하게 높은 전류로 인하여 배터리의 온도가 상승하게 된다. 도 2를 참조하면, 배터리의 온도가 배터리의 한계온도 이상이 될 경우를 예로 들 수 있다. 배터리는 열에 민감하기 때문에, 정전류 충전방식은 배터리팩의 열화 및 배터리의 수명 감소를 야기할 수 있다는 문제점이 있었다.However, the temperature of the battery rises due to excessively high current. Referring to FIG. 2 , a case where the temperature of the battery is equal to or higher than the limit temperature of the battery may be exemplified. Since the battery is sensitive to heat, the constant current charging method has a problem in that it may cause deterioration of the battery pack and a reduction in battery life.
본 발명은 전술한 정전류 충전방식의 문제점을 해결하기 위하여, 충전 중에 배터리의 온도를 일정 이하로 제한하는 배터리 충전방법을 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a battery charging method for limiting the temperature of the battery to a certain level or less during charging in order to solve the above-mentioned problems of the constant current charging method.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 충전방법은 배터리에 공급되는 전류를 제어하여 배터리를 급속 충전하는 전류제어단계, 전류제어단계가 수행된 이후 배터리에 인가되는 전압을 제어하여 배터리를 완속 충전하는 전압제어단계, 전류제어단계와 전압제어단계 사이에서 수행되고 배터리의 온도를 제어하여 배터리의 온도를 일정 온도 이하로 유지하며 충전하는 온도제어단계, 배터리의 온도 또는 배터리의 전압 중 적어도 어느 하나를 기초로 온도제어단계의 개시여부를 판단하는 온도제어 판단단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the battery charging method according to the present invention controls the voltage applied to the battery after the current control step of rapidly charging the battery by controlling the current supplied to the battery and the current control step are performed. The voltage control step of slowly charging the battery, the temperature control step that is performed between the current control step and the voltage control step and controls the temperature of the battery to maintain the temperature of the battery below a certain temperature while charging, the temperature of the battery or the voltage of the battery and a temperature control determining step of determining whether to start the temperature controlling step based on at least one of them.
온도제어 판단단계는, 임의의 시점에서 배터리의 온도가 기 설정된 기준온도보다 높고 배터리의 전압이 기 설정된 기준전압보다 낮은 경우에 온도제어단계를 개시할 수 있다.In the temperature control determining step, the temperature control step may be started when the temperature of the battery is higher than the preset reference temperature and the voltage of the battery is lower than the preset reference voltage at any point in time.
배터리 충전방법은 설정전류값 및 설정전압값을 설정하고, 전류제어단계 또는 전압제어단계 중 어느 하나를 택일적으로 개시할 수 있다. 이때, 설정전압값과 배터리의 현재전압을 기초로 전압제어출력값을 산출하고, 전류제어단계 중에 전압제어출력값이 설정전류값보다 크지 않으면 전압제어단계를 개시할 수 있다.In the battery charging method, a set current value and a set voltage value may be set, and either a current control step or a voltage control step may be alternatively initiated. At this time, a voltage control output value is calculated based on the set voltage value and the current voltage of the battery, and the voltage control step may be started if the voltage control output value is not greater than the set current value during the current control step.
배터리 충전방법은, 설정온도를 설정하고, 온도제어단계는 설정온도와 배터리의 현재온도를 기초로 제어될 수 있다.In the battery charging method, a set temperature is set, and the temperature control step may be controlled based on the set temperature and the current temperature of the battery.
전류제어단계와 전압제어단계는 배터리에 공급되는 현재 전류와 배터리 전압을 고려하여 배터리를 충전할 수 있다. 이때, 설정전압과 배터리의 현재 전압을 기초로 전압제어출력값을 산출하고, 전압제어단계는 전압제어출력값과 배터리의 전류를 기초로 제어될 수 있다. 이때, 전류제어단계는 설정전류값을 설정하고, 설정전류값과 배터리의 전류를 기초로 제어될 수 있다.In the current control step and the voltage control step, the battery may be charged in consideration of the current current supplied to the battery and the battery voltage. In this case, a voltage control output value is calculated based on the set voltage and the current voltage of the battery, and the voltage control step may be controlled based on the voltage control output value and the current of the battery. At this time, the current control step may set a set current value, and may be controlled based on the set current value and the current of the battery.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 충전방법은, 정전류 방식으로 충전되는 동안 배터리의 온도가 기준 온도 이상으로 상승하여 과열된다면, 온도제어단계를 수행하여 배터리의 온도를 기준 온도 이하로 유지함으로써 배터리의 과열을 방지하는 효과가 있다.As described above, in the battery charging method according to the present invention, if the temperature of the battery rises above the reference temperature and overheats during constant current charging, the temperature control step is performed to maintain the temperature of the battery below the reference temperature. has the effect of preventing overheating.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 충전방법에 대한 간략한 구조도,
도 2는 종래기술에 따라 배터리를 충전할 때 배터리의 전압, 배터리의 전류 및 배터리의 온도를 간략하게 도시한 도,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 충전방법을 간략하게 도시한 흐름도,
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 충전방법을 도시한 흐름도,
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 충전방법을 도시한 제어도,
도 6은 본 발명에 따라 배터리를 충전할 때 배터리의 전압, 배터리의 전류 및 배터리의 온도를 간략하게 도시한 도이다.1 is a schematic structural diagram of a battery charging method according to the prior art;
Figure 2 is a schematic diagram showing the voltage of the battery, the current of the battery and the temperature of the battery when charging the battery according to the prior art;
3 is a flowchart briefly showing a battery charging method according to the present invention;
4 is a flowchart illustrating a battery charging method according to an embodiment;
5 is a control diagram illustrating a battery charging method according to an embodiment;
6 is a diagram schematically illustrating the voltage of the battery, the current of the battery, and the temperature of the battery when charging the battery according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be construed as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. These terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다. The term "and/or" may include any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. can be understood On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it may be understood that no other element exists in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this application, terms such as "comprise" or "having" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features It may be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries may be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, interpreted in an ideal or excessively formal meaning. It may not be.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, the following embodiments are provided to more completely explain to those with average knowledge in the art, and the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.
이하, 본 발명에 따른 배터리 충전방법을 설명한다.Hereinafter, a battery charging method according to the present invention will be described.
제어부는 배터리를 충전하는데 필요한 모든 구성요소들을 제어하는 구성요소이다. 제어부는 전력변환장치(컨버터)에 배치된다. 제어부는 통상의 기술자가 용이하게 채택할 수 있는 공지된 것이다.The controller is a component that controls all components required to charge the battery. The control unit is disposed in the power converter (converter). The control unit is a known one that can be easily adopted by a person skilled in the art.
본 발명에 따른 배터리 충전방법은 전류제어단계(S40), 전압제어단계(S50), 온도제어단계(S60)로 구분된다.The battery charging method according to the present invention is divided into a current control step (S40), a voltage control step (S50), and a temperature control step (S60).
전류제어단계(S40)는 배터리에 공급되는 전류를 제어하여 배터리를 급속 충전하는 단계이다. 도 6을 참조하면, 전류제어단계(S40)에서 배터리에 공급되는 배터리전류(I_bat)는 일정하게 유지된다. 전류제어단계(S40)에서, 정전류를 공급하여 배터리를 충전함으로써, 전압을 일정하게 유지하거나 온도를 일정하게 유지하는 것에 비하여 충전 속도를 향상시키는 장점이 있다. The current control step (S40) is a step of rapidly charging the battery by controlling the current supplied to the battery. Referring to FIG. 6, in the current control step (S40), the battery current I_bat supplied to the battery is maintained constant. In the current control step (S40), by supplying a constant current to charge the battery, there is an advantage of improving the charging speed compared to maintaining a constant voltage or maintaining a constant temperature.
도 6을 참조하면, 전류제어단계(S40)에서 배터리전압(V_bat) 및 배터리온도(T_bat)는 시간에 따라 증가한다. 전술한 바와 같이 전류제어단계(S40)에서 배터리가 충전됨에 따라 배터리온도(T_bat)가 한계온도 이상으로 증가할 수 있고, 배터리팩의 열화 및 배터리의 수명 감소를 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 충전방법은 배터리온도(T_bat)가 한계온도에 도달한 경우 온도제어단계(S60)를 수행하여 배터리의 온도(T_bat)를 한계온도 이하로 유지한다.Referring to FIG. 6, in the current control step (S40), the battery voltage (V_bat) and the battery temperature (T_bat) increase with time. As described above, as the battery is charged in the current control step ( S40 ), the battery temperature (T_bat) may increase to a limit temperature or higher, causing deterioration of the battery pack and reduction of battery life. Therefore, in the battery charging method according to the present invention, when the battery temperature (T_bat) reaches the limit temperature, the temperature control step (S60) is performed to maintain the battery temperature (T_bat) below the limit temperature.
전압제어단계(S50)는 배터리에 인가되는 전압을 제어하여 배터리를 완속 충전하는 단계이다. 전압제어단계(S50)는 전류제어단계(S40)가 수행된 이후 수행된다.The voltage control step (S50) is a step of slowly charging the battery by controlling the voltage applied to the battery. The voltage control step (S50) is performed after the current control step (S40) is performed.
제어부는 배터리전압(V_bat)이 일정 전압에 도달한 경우, 전압제어단계(S50)를 개시한다.When the battery voltage (V_bat) reaches a predetermined voltage, the control unit starts a voltage control step (S50).
전술한 '일정 전압에 도달한 경우'란, 전압제어출력값(V_pi)이 설정전류값(I_set) 이하인 경우이다.The aforementioned 'when reaching a certain voltage' refers to a case where the voltage control output value V_pi is less than or equal to the set current value I_set.
배터리를 충전할 때, 전류제어단계(S40)에서 정전류 방식으로 급속 충전한 후, 전압제어단계(S50)에서 정전압 방식으로 완속 충전한다.When charging the battery, it is rapidly charged in the constant current method in the current control step (S40), and then slowly charged in the constant voltage method in the voltage control step (S50).
전압제어단계(S50)에서는 전압은 일정하게 유지된다. 전압제어단계(S50)에서, 전류는 시간에 따라 감소하고, 온도도 시간에 따라 감소한다.In the voltage control step (S50), the voltage is maintained constant. In the voltage control step (S50), the current decreases with time, and the temperature also decreases with time.
온도제어단계(S60)는 배터리의 온도(T_bat)를 제어하여 배터리의 온도(T_bat)를 일정 온도 이하로 유지하며 충전하는 단계이다. 온도제어단계(S60)는 전류제어단계(S40)와 전압제어단계(S50) 사이에서 수행된다.The temperature control step (S60) is a step of controlling the temperature (T_bat) of the battery to maintain the temperature (T_bat) below a certain temperature and charging. The temperature control step (S60) is performed between the current control step (S40) and the voltage control step (S50).
온도제어단계(S60)는 배터리온도(T_bat)가 한계온도에 도달할 때 개시된다. 이는 도 4에서 배터리온도(T_bat)가 기준온도(T_ref) 이상이고, 배터리전압(V_bat)이 기준전압(V_ref) 이하인 경우이다.The temperature control step (S60) is initiated when the battery temperature (T_bat) reaches the limit temperature. This is the case in FIG. 4 when the battery temperature T_bat is greater than or equal to the reference temperature T_ref and the battery voltage V_bat is less than or equal to the reference voltage V_ref.
기준온도(T_ref) 및 기준전압(V_ref)은 배터리의 과열여부를 판단하는 한계온도와 관련된 값이다. 기준온도(T_ref) 및 기준전압(V_ref)은 실험에 따라 결정될 수 있고, 저장부에 기 저장되어 있을 수 있다.The reference temperature (T_ref) and the reference voltage (V_ref) are values related to the limit temperature for determining whether the battery is overheated. The reference temperature (T_ref) and reference voltage (V_ref) may be determined according to an experiment, and may be pre-stored in a storage unit.
온도제어단계(S60)에서, 제어부는 배터리온도(T_bat)를 측정하고, 배터리온도(T_bat)를 일정한 온도로 유지되도록 제어한다.In the temperature control step (S60), the control unit measures the battery temperature (T_bat), and controls the battery temperature (T_bat) to be maintained at a constant temperature.
온도제어단계(S60)에서, 배터리전류(I_bat)는 시간에 따라 감소하고, 배터리전압(V_bat)은 시간에 따라 증가한다.In the temperature control step (S60), the battery current (I_bat) decreases with time, and the battery voltage (V_bat) increases with time.
이하, 배터리 충전방법을 각 단계별로 설명한다.Hereinafter, the battery charging method will be described step by step.
제어부는 설정전압값(V_set), 설정전류값(I_set) 및 설정온도값(T_set)을 설정한다(S10).The controller sets the set voltage value (V_set), the set current value (I_set), and the set temperature value (T_set) (S10).
설정전압값(V_set)과 설정전류값(I_set)과 설정온도(T_set)값은 배터리의 목표 충전량과 관계되는 값이다. 설정전압값(V_set)과 설정전류값(I_set)과 설정온도값(T_set)은 목표충전량을 기초로 산출된다. 설정전압값(V_set)과 설정전류값(I_set)과 설정온도값(T_set)을 산출하는 방법은 실험에 따라 결정될 수 있다.The set voltage value (V_set), the set current value (I_set), and the set temperature (T_set) value are values related to the target charging amount of the battery. The set voltage value (V_set), the set current value (I_set), and the set temperature value (T_set) are calculated based on the target charging amount. A method of calculating the set voltage value (V_set), the set current value (I_set), and the set temperature value (T_set) may be determined according to experiments.
본 발명에 따른 배터리 충전방법은 온도제어 판단단계(S20)를 포함한다.The battery charging method according to the present invention includes a temperature control determining step (S20).
온도제어 판단단계(S20)는 온도제어단계(S60)의 개시여부를 판단한다. 온도제어 판단단계(S20)는 배터리의 온도(T_bat) 또는 배터리의 전압(V_bat) 중 적어도 어느 하나를 기초로 하여 판단한다.The temperature control determination step (S20) determines whether the temperature control step (S60) has started. The temperature control determination step S20 is determined based on at least one of the battery temperature (T_bat) and the battery voltage (V_bat).
온도제어 판단단계(S20)는 임의의 시점에서, 배터리의 온도(T_bat)가 기 설정된 기준온도(T_ref)보다 높고, 배터리의 전압(V_bat)이 기 설정된 기준전압(V_ref)보다 낮은 경우에 온도제어단계(S60)를 개시한다.The temperature control determination step (S20) is temperature control when the temperature of the battery (T_bat) is higher than the preset reference temperature (T_ref) and the voltage (V_bat) of the battery is lower than the preset reference voltage (V_ref) at any point in time. Step S60 begins.
배터리온도(T_bat)가 기준온도(T_ref) 이하인 경우에는 배터리가 손상을 입을 염려가 없으므로, 온도제어단계(S60)를 개시할 필요가 없다.When the battery temperature T_bat is equal to or less than the reference temperature T_ref, there is no fear that the battery may be damaged, and therefore, there is no need to start the temperature control step (S60).
배터리전압(V_bat)이 기준전압(V_ref)보다 높은 경우에는 전압제어단계(S50)를 수행하고, 전압제어단계(S50)에서도 배터리온도(T_bat)가 시간에 따라 감소하는 바, 이때에도 온도제어단계(S60)를 개시할 필요가 없다.When the battery voltage (V_bat) is higher than the reference voltage (V_ref), a voltage control step (S50) is performed, and the battery temperature (T_bat) decreases with time even in the voltage control step (S50). There is no need to initiate (S60).
제어부는 임의의 시점에서 측정한 배터리의 온도(T_bat)가 기준온도(T_ref)보다 높고 배터리의 전압(V_bat)이 기준전압(V_ref)보다 낮은 경우에는 온도를 제어하여 배터리를 충전하고, 그렇지 않은 경우에는 전류 또는 전압을 제어하여 배터리를 충전한다.The control unit controls the temperature to charge the battery when the measured temperature of the battery (T_bat) is higher than the reference temperature (T_ref) and the voltage (V_bat) of the battery is lower than the reference voltage (V_ref). The battery is charged by controlling the current or voltage.
제어부는 설정온도값(T_set)을 설정한다. 온도제어단계(S60)는 설정온도값(T_set)과 배터리의 현재 온도를 기초로 제어된다.The control unit sets the set temperature value (T_set). The temperature control step (S60) is controlled based on the set temperature value (T_set) and the current temperature of the battery.
제어부는 임의의 시점에서 배터리온도(T_bat)를 측정한다. 그 후, 제어부는 설정온도값(T_set)과 현재의 배터리온도(T_bat)를 비교하여 배터리 충전을 제어한다. The controller measures the battery temperature (T_bat) at an arbitrary point in time. After that, the control unit controls battery charging by comparing the set temperature value (T_set) with the current battery temperature (T_bat).
제어부는 PI제어기를 통해 배터리 충전을 제어한다. 구체적으로, 제어부는 PI제어기에서 PWM Duty를 제어할 수 있다. PWM Duty에 의하여 배터리에 공급되는 충전전류가 가변한다.The control unit controls battery charging through the PI controller. Specifically, the control unit may control the PWM duty in the PI controller. The charging current supplied to the battery is variable by the PWM duty.
배터리에 공급되는 충전전류는 설정온도값(T_set)에서 배터리온도(T_bat)를 뺀 값에 비례한다. 예를 들어, 현재 배터리온도(T_bat)가 너무 높은 경우에는 충전전류가 감소하고, 배터리온도(T_bat)가 충분히 낮은 경우에는 충전전류가 증가할 수 있다.The charging current supplied to the battery is proportional to the value obtained by subtracting the battery temperature (T_bat) from the set temperature value (T_set). For example, when the current battery temperature T_bat is too high, the charging current may decrease, and when the battery temperature T_bat is sufficiently low, the charging current may increase.
제어부는 온도제어단계(S60)를 통하여 배터리온도(T_bat)를 일정하게 유지할 수 있고, 배터리가 과열됨에 따른 배터리의 손상을 방지할 수 있다.The control unit can maintain the battery temperature (T_bat) constant through the temperature control step (S60), and can prevent damage to the battery due to overheating of the battery.
제어부는 설정전류값(I_set) 및 설정전?陋だ? 설정한다. 제어부는 설정전류값(I_set)과 설정전압값(V_set)을 비교하여, 전류제어단계(S40) 또는 전압제어단계(S50) 중 어느 하나를 택일적으로 개시한다.The controller controls the set current value (I_set) and the pre-set ?陋だ? Set up. The control unit compares the set current value (I_set) and the set voltage value (V_set), and alternatively starts either the current control step (S40) or the voltage control step (S50).
제어부는 설정전압값(V_set)과 배터리의 현재 전압을 기초로 전압제어출력값(V_pi)을 산출한다(S31). 전류제어단계(S40) 중에, 제어부는 산출한 전압제어출력값이 설정전류값(I_set)보다 크지 않으면, 전압제어단계(S50)를 개시한다(S32).The control unit calculates a voltage control output value (V_pi) based on the set voltage value (V_set) and the current voltage of the battery (S31). During the current control step (S40), if the calculated voltage control output value is not greater than the set current value (I_set), the control unit starts the voltage control step (S50) (S32).
전압제어출력값(V_pi)을 산출하는 방법은 실험에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 전압제어출력값(V_pi)은 설정전압값(V_set)과 배터리전압(V_bat)을 기초로 산출될 수 있다. 구체적으로, 전압제어출력값(V_pi)은 설정전압값(V_set)에서 배터리전압(V_bat)을 뺀 값에 비례할 수 있다. 따라서, 충전이 지속되면 배터리전압(V_bat)이 시간에 따라 증가하는 바, 전압제어출력값(V_pi)은 시간에 따라 감소할 수 있다.A method of calculating the voltage control output value V_pi may be determined through experiments. For example, the voltage control output value V_pi may be calculated based on the set voltage value V_set and the battery voltage V_bat. Specifically, the voltage control output value V_pi may be proportional to a value obtained by subtracting the battery voltage V_bat from the set voltage value V_set. Accordingly, when charging continues, the battery voltage V_bat increases with time, and the voltage control output value V_pi may decrease with time.
제어부는 산출한 전압제어출력값(V_pi)이 설정전류값(I_set)을 비교하여 전압제어단계(S50) 또는 전류제어단계(S40)를 택일적으로 개시한다. 전압제어출력값(V_pi)이 설정전류값(I_set)보다 큰 경우는, 현재 배터리전압(V_bat)이 충분히 낮은 경우로써, 설정전압값(V_set)과 배터리전압(V_bat) 사이의 오차가 크며, 급속충전을 위하여 전류제어단계(S40)를 개시한다. 전압제어출력값(V_pi)이 설정전류값(I_set)보다 작은 경우는, 어느 정도 충전이 진행되어 현재 배터리전압(V_bat)이 일정 이상인 경우로써, 설정전압값(V_set)과 배터리전압(V_bat) 사이의 오차가 작으며, 완속충전을 위하여 전압제어단계(S50)를 개시한다.The control unit compares the calculated voltage control output value (V_pi) with the set current value (I_set), and alternatively initiates the voltage control step (S50) or the current control step (S40). If the voltage control output value (V_pi) is greater than the set current value (I_set), the current battery voltage (V_bat) is sufficiently low, and the error between the set voltage value (V_set) and the battery voltage (V_bat) is large, and rapid charging For this, the current control step (S40) is initiated. When the voltage control output value (V_pi) is smaller than the set current value (I_set), charging is in progress to some extent and the current battery voltage (V_bat) is above a certain level, and the The error is small, and the voltage control step (S50) is initiated for slow charging.
전류제어단계(S40)와 전압제어단계(S50)는 배터리에 공급되는 현재 전류와 배터리 전압을 고려하여 배터리를 충전한다.In the current control step (S40) and the voltage control step (S50), the battery is charged in consideration of the current current supplied to the battery and the battery voltage.
전압제어단계(S50)는 전압제어출력값(V_pi)과 배터리의 전류(I_bat)를 기초로 제어된다.The voltage control step (S50) is controlled based on the voltage control output value (V_pi) and the current (I_bat) of the battery.
온도제어단계(S60)에서 일정 이하의 온도에서 배터리가 어느 정도 충전되면, 전류제어 또는 전압제어를 통해서 배터리를 충전할 수 있다. 하지만, 대부분은 온도제어단계(S60)에서 충분히 배터리가 충전되어 전압제어단계(S50)가 개시될 것이다.In the temperature control step (S60), when the battery is charged to a certain extent at a temperature below a certain level, the battery may be charged through current control or voltage control. However, in most cases, the battery will be sufficiently charged in the temperature control step (S60) and the voltage control step (S50) will be initiated.
전압제어단계(S50)에서, 제어부는 전압제어출력값(V_pi)과 배터리전류(I_bat)를 기초로 배터리를 충전한다. 구체적으로, 제어부는 PI제어기를 통해 전압제어출력값(V_pi)에서 배터리전류(I_bat)를 뺀 값에 비례하여 PWM Duty를 산출하고, PWM Duty에 의하여 충전전류가 결정된다. 따라서, 전압제어단계(S50)에서 배터리전압(V_bat) 및 배터리전류(I_bat)에 의하여 충전전류가 가변하며, 구체적으로 배터리전압(V_bat)은 일정하게 유지되고, 배터리전류(I_bat)는 시간에 따라 감소한다.In the voltage control step (S50), the controller charges the battery based on the voltage control output value (V_pi) and the battery current (I_bat). Specifically, the control unit calculates the PWM duty in proportion to the value obtained by subtracting the battery current (I_bat) from the voltage control output value (V_pi) through the PI controller, and the charging current is determined by the PWM duty. Therefore, in the voltage control step (S50), the charging current is varied by the battery voltage (V_bat) and the battery current (I_bat), specifically, the battery voltage (V_bat) is maintained constant, and the battery current (I_bat) varies with time. Decrease.
전류제어단계(S40)는 설정전류값(I_set)과 배터리의 전류(I_bat)를 기초로 제어된다.The current control step (S40) is controlled based on the set current value (I_set) and the current (I_bat) of the battery.
전류제어단계(S40)에서, 제어부는 설정전류값(I_set)과 배터리전류(I_bat)를 기초로 배터리를 충전한다. 구체적으로, 제어부는 PI제어기를 통해 설정전류값(I_set)에서 배터리전류(I_bat)를 뺀 값에 비례하여 PWM Duty를 산출하고, PWM Duty에 의하여 충전전류가 결정된다. 전류제어단계(S40)에서, 충전전류는 상수로 유지되도록 제어된다.In the current control step (S40), the control unit charges the battery based on the set current value (I_set) and the battery current (I_bat). Specifically, the control unit calculates the PWM duty in proportion to the value obtained by subtracting the battery current (I_bat) from the set current value (I_set) through the PI controller, and the charging current is determined by the PWM duty. In the current control step (S40), the charging current is controlled to remain constant.
제어부는 종료사유에 해당하면 배터리 충전을 종료한다(S70). 종료사유는 배터리가 완충된 경우, 또는 충전종료지시가 있는 경우를 예로 들 수 있다. 하지만 이에 한하지 않으며, 배터리의 충전을 중단하기 위한 모든 사유를 포함한다.The controller terminates battery charging when the termination reason is met (S70). The termination reason may be, for example, when the battery is fully charged or when there is a charge termination instruction. However, it is not limited to this, and includes all reasons for stopping charging of the battery.
본 발명에 따르면, 충전 초기에는 전류제어단계(S40)가 수행되며, 정전류 충전방식에 의하여 급속 충전된다. 전류제어단계(S40)에서는 설정전류값(I_set)과 배터리전류(I_bat)를 기초로 제어된다.According to the present invention, the current control step (S40) is performed at the initial stage of charging, and rapid charging is performed by a constant current charging method. In the current control step (S40), it is controlled based on the set current value (I_set) and the battery current (I_bat).
충전 중기에, 정전류 충전방식에 따라서 배터리온도(T_bat)가 상승하며, 배터리온도(T_bat)가 한계온도값에 도달하면 온도제어단계(S60)가 개시된다. 온도제어단계(S60)에서는 등온 충전방식에 의하여 배터리온도(T_bat)가 일정 이하로 유지되면서 충전된다. 온도제어단계(S60)에서는 설정온도값(T_set)과 배터리온도(T_bat)를 기초로 제어된다.In the middle of charging, the battery temperature (T_bat) rises according to the constant current charging method, and when the battery temperature (T_bat) reaches the limit temperature value, the temperature control step (S60) is initiated. In the temperature control step (S60), the battery temperature (T_bat) is maintained below a certain level by the isothermal charging method while being charged. In the temperature control step (S60), it is controlled based on the set temperature value (T_set) and the battery temperature (T_bat).
충전 말기에, 전압제어단계(S50)가 수행되며, 정전압 충전방식에 의하여 완속 충전된다. 전압제어단계(S50)에서는 전압제어출력값(V_pi)과 배터리전류(I_bat)를 기초로 제어된다.At the end of charging, a voltage control step (S50) is performed, and the battery is slowly charged by the constant voltage charging method. In the voltage control step (S50), control is performed based on the voltage control output value (V_pi) and the battery current (I_bat).
본 발명에 따르면, 정전류 충전방식과 정전압 충전방식 중간에 등온 충전방식을 수행하여, 충전 중 배터리가 과열되어 손상입는 것을 방지하는 효과가 있다.According to the present invention, by performing the isothermal charging method between the constant current charging method and the constant voltage charging method, it is effective to prevent the battery from overheating and being damaged during charging.
구체적으로, 본 발명에 따른 배터리 충전방법은 다음과 같다.Specifically, the battery charging method according to the present invention is as follows.
제어부는 설정전압값(V_set)과 설정전류값(I_set)과 설정온도값(T_set)을 설정한다.The controller sets a set voltage value (V_set), a set current value (I_set), and a set temperature value (T_set).
제어부는 배터리온도(T_bat)가 기준온도(T_ref)값보다 높고 배터리전압(V_bat)이 기준전압값(V_ref)보다 낮으면 온도제어단계(S60)를 개시한다. 배터리온도(T_bat)가 기준온도(T_ref)값보다 낮거나 배터리전압(V_bat)이 기준전압값(V_ref)보다 높으면 온도제어단계(S60)를 수행할 필요가 없으므로, 전류제어단계(S40) 또는 전압제어단계(S50) 중 어느 하나를 택일적으로 수행한다.When the battery temperature (T_bat) is higher than the reference temperature (T_ref) value and the battery voltage (V_bat) is lower than the reference voltage value (V_ref), the controller starts the temperature control step (S60). If the battery temperature (T_bat) is lower than the reference temperature (T_ref) value or the battery voltage (V_bat) is higher than the reference voltage value (V_ref), there is no need to perform the temperature control step (S60), so the current control step (S40) or voltage control step (S40) Any one of the control steps (S50) is performed alternatively.
제어부는 전류제어단계(S40) 또는 전압제어단계(S50) 중 어느 하나를 선택할 때, 전압제어출력값(V_pi)을 산출한다. 전압제어출력값(V_pi)은 설정전압값(V_set)에서 배터리전압(V_bat)을 뺀 값에 비례한다.When selecting one of the current control step (S40) and the voltage control step (S50), the control unit calculates the voltage control output value (V_pi). The voltage control output value V_pi is proportional to a value obtained by subtracting the battery voltage V_bat from the set voltage value V_set.
제어부는 전압제어출력값(V_pi)이 설정전류값(I_set)보다 높은 경우, 급속충전이 필요하다고 판단하여, 전류제어단계(S40)를 개시한다. 반대로, 제어부는 전압제어출력값(V_pi)이 설정전류값(I_set)보다 낮은 경우, 완속충전을 위해 전압제어단계(S50)를 개시한다.When the voltage control output value (V_pi) is higher than the set current value (I_set), the control unit determines that rapid charging is necessary, and starts the current control step (S40). Conversely, when the voltage control output value (V_pi) is lower than the set current value (I_set), the controller starts the voltage control step (S50) for slow charging.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for explaining the present invention in detail, the present invention is not limited thereto, and the present invention is within the technical spirit of the present invention. It is clear that modification or improvement is possible by the person.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will be clarified by the appended claims.
I_bat: 배터리전류
T_bat: 배터리온도
V_bat: 배터리전압
T_ref: 기준온도
V_ref: 기준전압
I_set: 설정전류값
T_set: 설정온도값
V_set: 설정전압값
V_pi: 전압제어출력값I_bat: battery current T_bat: battery temperature
V_bat: battery voltage
T_ref: reference temperature V_ref: reference voltage
I_set: set current value T_set: set temperature value
V_set: set voltage value
V_pi: voltage control output value
Claims (8)
상기 전류제어단계가 수행된 이후, 상기 배터리에 인가되는 전압을 제어하여 상기 배터리를 완속 충전하는 전압제어단계;
상기 전류제어단계와 상기 전압제어단계 사이에서 수행되고, 상기 배터리의 온도를 제어하여 상기 배터리의 온도를 일정 온도 이하로 유지하며 충전하는 온도제어단계;
상기 배터리의 온도 또는 상기 배터리의 전압 중 적어도 어느 하나를 기초로 상기 온도제어단계의 개시여부를 판단하는 온도제어 판단단계;를 포함하는 배터리 충전방법.A current control step of rapidly charging the battery by controlling the current supplied to the battery;
a voltage control step of slowly charging the battery by controlling a voltage applied to the battery after the current control step is performed;
a temperature control step performed between the current control step and the voltage control step, wherein the temperature of the battery is controlled to maintain the temperature of the battery at or below a predetermined temperature while charging;
and a temperature control determination step of determining whether to start the temperature control step based on at least one of the temperature of the battery and the voltage of the battery.
상기 온도제어 판단단계는,
임의의 시점에서, 상기 배터리의 온도가 기 설정된 기준온도보다 높고, 상기 배터리의 전압이 기 설정된 기준전압보다 낮은 경우에 상기 온도제어단계를 개시하는 배터리 충전방법.According to claim 1,
The temperature control determination step,
The battery charging method of starting the temperature control step when the temperature of the battery is higher than the preset reference temperature and the voltage of the battery is lower than the preset reference voltage at any point in time.
설정전류값 및 설정전압값을 설정하고,
상기 설정전류값와 상기 설정전압값을 비교하여, 상기 전류제어단계 또는 상기 전압제어단계 중 어느 하나를 택일적으로 개시하는 배터리 충전방법.According to claim 1,
Set the set current value and set voltage value,
A battery charging method of selectively starting either the current control step or the voltage control step by comparing the set current value with the set voltage value.
상기 설정전압값과 상기 배터리의 현재 전압을 기초로 전압제어출력값을 산출하고,
상기 전류제어단계 중에,
상기 전압제어출력값이 상기 설정전류값보다 크지 않으면, 상기 전압제어단계를 개시하는 배터리 충전방법.According to claim 3,
Calculating a voltage control output value based on the set voltage value and the current voltage of the battery;
During the current control step,
The battery charging method of starting the voltage control step when the voltage control output value is not greater than the set current value.
설정온도를 설정하고,
상기 온도제어단계는,
상기 설정온도와 상기 배터리의 현재 온도를 기초로 제어되는 배터리 충전방법.According to claim 1,
set the set temperature,
In the temperature control step,
A battery charging method controlled based on the set temperature and the current temperature of the battery.
상기 전류제어단계와 상기 전압제어단계는,
상기 배터리에 공급되는 현재 전류를 고려하여 상기 배터리를 충전하는 배터리 충전방법.According to claim 1,
The current control step and the voltage control step,
A battery charging method for charging the battery in consideration of the current supplied to the battery.
상기 설정전압과 상기 배터리의 현재 전압을 기초로 전압제어출력값을 산출하고,
상기 전압제어단계는,
상기 전압제어출력값과 상기 배터리의 전류를 기초로 제어되는 배터리 충전방법.According to claim 6,
Calculate a voltage control output value based on the set voltage and the current voltage of the battery;
The voltage control step,
A battery charging method controlled based on the voltage control output value and the current of the battery.
상기 전류제어단계는,
설정전류값을 설정하고,
상기 설정전류값과 상기 배터리의 전류를 기초로 제어되는 배터리 충전방법.
According to claim 6,
In the current control step,
Set the set current value,
A battery charging method controlled based on the set current value and the current of the battery.
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|---|---|---|---|
| KR1020210101483A KR102539392B1 (en) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | Method for charging battery |
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|---|---|---|---|---|
| KR20170030992A (en) * | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 주식회사 알파트로닉스 | Charging apparatus and method for cooling overheated battery |
| KR20200084011A (en) * | 2018-05-31 | 2020-07-09 | 광동 오포 모바일 텔레커뮤니케이션즈 코포레이션 리미티드 | Charging method and charging device |
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2021
- 2021-08-02 KR KR1020210101483A patent/KR102539392B1/en active IP Right Grant
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