KR20230056094A - Battery cell balancing device and fuel cell system including the same - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment, provided is a battery module balancing device which comprises: a first processing unit that receives a voltage value and an SOC of each battery module from a BMS of a plurality of battery modules connected in series to each other; a second processing unit that determines whether to perform cell balancing by comparing a deviation value of an SOC value between the individual battery modules with a preset reference deviation value; and a third processing unit that controls switching elements connected to the plurality of battery modules so as to form a first closed circuit between a first battery module with the largest SOC value and a capacitor element when it is determined to perform cell balancing.

Description

배터리 모듈 밸런싱 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템{Battery cell balancing device and fuel cell system including the same}Battery module balancing device and fuel cell system including the same {Battery cell balancing device and fuel cell system including the same}

본 발명의 실시예는 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차량 연료 전지 시스템에 적용 가능한 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a battery module balancing device and a fuel cell system including the same, and more specifically, to a battery module balancing device applicable to a vehicle fuel cell system and a battery pack including the same.

연료전지 시스템은 크게 연료전지를 보조 전원 공급원으로 하여 배터리 충전만 시키는 방식과, 연료전지 및 배터리를 모두 전원으로 사용하는 하이브리드 연료전지 시스템으로 분류될 수 있다.Fuel cell systems can be largely classified into a method of charging only a battery using a fuel cell as an auxiliary power supply source, and a hybrid fuel cell system using both a fuel cell and a battery as power sources.

본 제안에서는 연료전지시스템이 보조전원 공급원으로서 온전히 배터리 충전만 시키는 방식에 대한 전압 밸런싱 제어를 제안한다. 안정적이고 지속적인 전원 공급이 필요한 어플리케이션일수록, 저출력일수록, A/S 가 중요할수록 연료전지는 보조전원으로 활용되는게 유리하다. In this proposal, a voltage balancing control is proposed for a method in which a fuel cell system completely recharges a battery as an auxiliary power supply source. The more stable and continuous power supply is required, the lower the output, and the more important A/S is, the more advantageous it is to use a fuel cell as an auxiliary power source.

예를들면, 내연기관 직렬식 하이브리드 차량과 비슷하다고 보면 된다. 엔진이 구동축에 기구적으로 연결되지 않고 제너레이터에만 연결되어 전기에너지 생산에만 관여하는데, 여기서 엔진이 연료전지라고 보면 되는 것이다. For example, it can be seen as similar to an internal combustion engine in-line hybrid vehicle. The engine is not mechanically connected to the drive shaft, but is connected only to the generator and is involved only in the production of electrical energy. Here, the engine can be regarded as a fuel cell.

전자의 경우, 유저측에서 요구하는 전압 및 출력 사양에 따라 배터리 시스템을 개발하고, 연료전지 출력을 배터리 입력에 맞게 변환하는 전력변환장치 컨버터를 개발하게 된다. 연료전지 시스템은 전류를 반대로 받을 수 없으므로, 유저측에서 생성된 회생 전류는 양방향 컨버터를 통해 배터리에 저장되며, 배터리의 SoC(state of charge)에 따라 연료전지에 요구하는 출력은 실시간으로 달라진다.In the former case, a battery system is developed according to the voltage and output specifications required by the user, and a power conversion device converter that converts the fuel cell output to suit the battery input is developed. Since the fuel cell system cannot receive current in reverse, the regenerative current generated by the user is stored in the battery through a bi-directional converter, and the output required for the fuel cell varies in real time according to the state of charge (SoC) of the battery.

또한, 단일 배터리 팩에서 출력이 전달되므로 BMS(Batterty Management System)에서 SoC는 선형으로 제어되지만, 출력의 평활화에 어려움을 겪는다. 즉, 특정 배터리에서의 최대 방전 및 충전 에너지의 출력이 방열문제로 제한되어 디레이팅(derating) 되면 전체 시스템 제어가 어려위진다는 문제가 있다. 또한, SoH(State of Health) 관점에서, 사용횟수가 증가함에 따라 배터리의 노화가 빨리 진행되어 EoL(End of Life) 도달 시점이 빨라진다는 문제도 있다. In addition, since the output is delivered from a single battery pack, the SoC is linearly controlled in the BMS (Battery Management System), but it is difficult to smooth the output. That is, when the output of maximum discharge and charge energy in a specific battery is derated due to a heat dissipation problem, it becomes difficult to control the entire system. In addition, from the viewpoint of State of Health (SoH), there is also a problem that the aging of the battery progresses rapidly as the number of times of use increases, so that the point of reaching End of Life (EoL) becomes faster.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배터리 용량에 따른 편차를 감소시켜 배터리의 실제 사용 영역을 넓혀 효율을 증대시킬 수 있는 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하는데 있다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a battery module balancing device and a fuel cell system including the same that can increase efficiency by widening the actual use area of the battery by reducing the deviation according to the battery capacity.

실시예에 따르면, 상호간 직렬 연결되는 복수개의 배터리 모듈의 BMS로부터 각 배터리 모듈의 전압값 및 SOC를 수신하는 제1처리부; 상기 각 배터리 모듈간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하여 셀 밸런싱 수행 여부를 결정하는 제2처리부; 및 셀 밸런싱 수행이 결정된 경우, SOC값이 가장 큰 제1배터리 모듈과 캐패시터 소자간에 제1폐회로가 형성되도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 제3처리부를 포함하는 배터리 모듈 밸런싱 장치를 제공한다.According to the embodiment, the first processing unit for receiving the voltage value and the SOC of each battery module from the BMS of a plurality of battery modules connected in series with each other; a second processing unit that determines whether to perform cell balancing by comparing the deviation value of the SOC value between the respective battery modules with a preset reference deviation value; and a third processing unit controlling switching elements connected to the plurality of battery modules so that a first closed circuit is formed between a first battery module having the highest SOC value and a capacitor element when cell balancing is determined to be performed. to provide.

상기 제3처리부는 상기 SOC값의 편차값이 기 설정된 기준 편차값 이하가 되면 상기 제1폐회로가 형성되지 않도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다.The third processing unit may control switching elements connected to the plurality of battery modules so that the first closed circuit is not formed when a deviation value of the SOC value is less than or equal to a predetermined reference deviation value.

상기 제3처리부는 상기 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값이 측정된 제2배터리 모듈과 상기 캐패시터 소자간에 제2폐회로가 형성되도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다.The third processing unit may control the switching elements connected to the plurality of battery modules to form a second closed circuit between the capacitor element and the second battery module where a voltage value smaller than that of the capacitor element is measured.

다른 실시예에 따르면, 상호간 직렬 연결되는 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 복수개의 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 BMS; 상기 배터리 모듈에 병렬로 연결되는 캐패시터 소자; 상기 BMS로부터 각 배터리 모듈의 전압값 및 SOC를 수신하는 제1처리부; 상기 각 배터리 모듈간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하여 셀 밸런싱 수행 여부를 결정하는 제2처리부; 및 셀 밸런싱 수행이 결정된 경우, SOC값이 가장 큰 제1배터리 모듈과 상기 캐패시터 소자간에 제1폐회로를 구성하도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 제3처리부를 포함하는 연료전지 시스템을 제공한다.According to another embodiment, a battery module including a plurality of battery cells connected in series with each other; a BMS controlling charging and discharging of the plurality of battery modules; a capacitor element connected in parallel to the battery module; a first processing unit receiving the voltage value and SOC of each battery module from the BMS; a second processing unit that determines whether to perform cell balancing by comparing the deviation value of the SOC value between the respective battery modules with a preset reference deviation value; and a third processing unit controlling switching elements connected to the plurality of battery modules to configure a first closed circuit between a first battery module having the highest SOC value and the capacitor element when cell balancing is determined to be performed. to provide.

상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 모듈에 순차적으로 직렬 연결되는 제1스위칭 소자 및 제2스위칭 소자를 포함할 수 있다.The battery module may include a first switching element and a second switching element sequentially connected in series to the battery module.

상기 제3처리부는 상기 제1배터리 모듈의 제1스위칭 소자 및 상기 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어하여 상기 제1폐회로를 형성할 수 있다.The third processing unit may form the first closed circuit by controlling the first switching element of the first battery module and the second switching element of battery modules other than the first battery module to be turned on.

상기 제3처리부는 상기 SOC값의 편차값이 기 설정된 기준 편차값 이하가 되면 상기 제1폐회로가 형성되지 않도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다.The third processing unit may control switching elements connected to the plurality of battery modules so that the first closed circuit is not formed when a deviation value of the SOC value is less than or equal to a predetermined reference deviation value.

상기 제3처리부는 상기 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값이 측정된 제2배터리 모듈과 상기 캐패시터 소자간에 제2폐회로가 형성되도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다.The third processing unit may control the switching elements connected to the plurality of battery modules to form a second closed circuit between the capacitor element and the second battery module where a voltage value smaller than that of the capacitor element is measured.

상기 제3처리부는 상기 제2배터리 모듈의 제1스위칭 소자 및 상기 제2배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어하여 상기 제2폐회로를 형성할 수 있다.The third processing unit may form the second closed circuit by controlling the first switching device of the second battery module and the second switching device of battery modules other than the second battery module to be turned on.

본 발명인 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템은 배터리 용량에 따른 편차를 감소시켜 배터리의 실제 사용 영역을 넓혀 효율을 증대시킬 수 있다.The battery module balancing device according to the present invention and a fuel cell system including the same can increase efficiency by widening the actual use area of the battery by reducing the deviation according to the battery capacity.

또한, 배터리 모듈간 SoC 최적화를 수행하여 연료전지의 연비 및 수명 효율을 개선할 수 있다.In addition, fuel economy and lifetime efficiency of the fuel cell may be improved by performing SoC optimization between battery modules.

또한, 기 개발된 연료전지 및 양산되는 배터리에 호환 될 수 있다.In addition, it can be compatible with previously developed fuel cells and mass-produced batteries.

도1은 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이다.
도2는 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성 블록도이다.
도3은 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치의 회로도이다.
도4 및 도5는 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도6은 실시예에 따른 연료전지 시스템의 동작 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도7은 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 장치의 동작 순서도이다.1 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment.
2 is a configuration block diagram of a fuel cell system according to an embodiment.
3 is a circuit diagram of a cell balancing device according to an embodiment.
4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the cell balancing device according to the embodiment.
6 is a graph for explaining operating performance of the fuel cell system according to the exemplary embodiment.
7 is an operation flowchart of a battery module balancing device according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments, but may be implemented in a variety of different forms, and if it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components among the embodiments can be selectively implemented. can be used by combining and substituting.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It can be interpreted as meaning, and commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted in consideration of contextual meanings of related technologies.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Also, terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when described as "at least one (or more than one) of A and (and) B and C", A, B, and C are combined. Can include one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used to describe components of an embodiment of the present invention.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and the term is not limited to the nature, order, or order of the corresponding component.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.In addition, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected to, combined with, or connected to the other component, but also with the component. It may also include the case of being 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between the other components.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on the "top (above) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is not only a case where two components are in direct contact with each other, but also one A case in which another component above is formed or disposed between two components is also included. In addition, when expressed as "up (up) or down (down)", it may include the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or corresponding components regardless of reference numerals are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도1은 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이고, 도2는 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성 블록도이다. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment, and FIG. 2 is a configuration block diagram of a fuel cell system according to an embodiment.

도 1및 도2를 참조하면, 연료전지　스택(110)은 저전압을 출력하는 셀(cell)이 복수개 직렬로 모듈화되어 고전압의 전력을 생성할 수 있다.　연료전지　스택(110)에서 생성된 전력은 초기 구동 전원을 위한 배터리 팩(130)을 충전시키기 위하여 이용될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , in the fuel cell stack 110, a plurality of cells outputting low voltage are modularized in series to generate high voltage power. The power generated by the fuel cell stack 110 may be used to charge the battery pack 130 for initial driving power.

연료전지　시스템(100)은　연료전지　스택(110)과 인버터(210) 및 모터(220) 등을 포함하는 부하(200) 사이에서 전력을 제어 및 분배하는 양방향 고전압 전력 변환 장치(Bi-directional High Voltage DC-DC Converter, BHDC) (140)를 포함할 수 있다.The fuel cell system 100 is a bi-directional high voltage power converter (Bi-directional High Voltage) that controls and distributes power between the fuel cell stack 110 and the load 200 including the inverter 210 and the motor 220. DC-DC Converter, BHDC) (140).

또한,　연료전지　시스템(100)은　연료전지　스택(110)과 배터리 팩(130) 사이에서　연료전지　스택(110)의 고전압 전력을 저전압으로 변환시키는 저전압 전력 변환 장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC) (120)를 포함할 수 있다. 연료전지 스택(110)은 각각의 배터리 모듈(131, 132, 133)과 단방향 Buck 컨버터(121, 122, 123)를 통하여 연결될 수 있다. 이를 통해　연료전지　시스템(100)은　연료전지　스택(100)에서 생성된 고전압 전력을 저전압 배터리를 위한 적정 전압으로 변압할 수 있다. 배터리 팩(130)을 구성하는 각각의 배터리 모듈(131, 132, 133)은 저용량으로 구성될 수 있다.In addition, the fuel cell system 100 converts high voltage power of the fuel cell stack 110 into low voltage between the fuel cell stack 110 and the battery pack 130. ) (120). The fuel cell stack 110 may be connected to each of the battery modules 131 , 132 , and 133 through unidirectional buck converters 121 , 122 , and 123 . Through this, the "fuel cell" system 100 can transform the high voltage power generated by the "fuel cell" stack 100 into an appropriate voltage for the low voltage battery. Each of the battery modules 131 , 132 , and 133 constituting the battery pack 130 may have a low capacity.

배터리 팩(130)은 복수의 상호간 직렬 연결되는 배터리 모듈(131, 132, 133)을 포함하며, 배터리 모듈(131, 132, 133)은 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 팩(130)은 충전된 고전압 직류 전력을 모터 등의 부하(200)에 공급할 수 있다.The battery pack 130 includes a plurality of battery modules 131 , 132 , and 133 connected in series with each other, and the battery modules 131 , 132 , and 133 may include a plurality of battery cells. The battery pack 130 may supply the charged high-voltage DC power to the load 200 such as a motor.

도3은 실시예에 따른 배터리 모듈의 회로도이다. 도3을 참조하면, 배터리 모듈(BAT1, BAT2, BAT3)에 순차적으로 직렬 연결되는 제1스위칭 소자(S11, S21, S31) 및 제2스위칭 소자(S12, S22, S32)를 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자(S11, S21, S31)의 일단은 배터리 모듈(BAT1, BAT2, BAT3)의 캐소드에 연결되며 타단은 제2스위칭 소자(S12, S22, S32)에 연결될 수 있다. 제2스위칭 소자(S12, S22, S32)의 일단은 배터리 모듈(BAT1, BAT2, BAT3)의 애노드단에 연결되며 타단은 제1스위칭 소자(S11, S21, S31)에 연결될 수 있다. 각 배터리 모듈(BAT1, BAT2, BAT3)은 제1스위칭 소자(S11, S21, S31) 및 제2스위칭 소자(S12, S22, S32) 사이의 접점 노드가 배선을 통하여 연결될 수 있다. 3 is a circuit diagram of a battery module according to an embodiment. Referring to FIG. 3 , the battery modules BAT1 , BAT2 , and BAT3 may include first switching elements S11 , S21 , and S31 and second switching elements S12 , S22 , and S32 sequentially connected in series. One ends of the first switching elements S11, S21, and S31 may be connected to the cathodes of the battery modules BAT1, BAT2, and BAT3, and the other ends may be connected to the second switching elements S12, S22, and S32. One ends of the second switching elements S12, S22, and S32 may be connected to the anode terminals of the battery modules BAT1, BAT2, and BAT3, and the other ends may be connected to the first switching elements S11, S21, and S31. In each of the battery modules BAT1 , BAT2 , and BAT3 , contact nodes between the first switching elements S11 , S21 , and S31 and the second switching elements S12 , S22 , and S32 may be connected through wires.

배터리 팩(130)의 양단에는 캐패시터 소자(CAP)가 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들면, 배터리 팩(130)의 최외각에 배치되어 있는 배터리 모듈을 제1배터리 모듈(BAT1)이라고 하고, 제1배터리 모듈(BAT1)로부터 순차적으로 제2배터리 모듈(BAT2) 내지 제3배터리 모듈(BAT3)이 직렬 연결되어 있다고 정의하기로 한다. 이러한 경우, 제1배터리 모듈(BAT1)의 제1스위칭 소자(S11)와 제2스위칭 소자(S12)의 접점 노드는 배선을 통하여 캐패시터 소자(CAP)의 일단에 연결되며, 제3배터리 모듈(BAT3)의 애노드단은 캐패시터 소자(CAP)의 타단에 연결될 수 있다. 이를 통하여 배터리 팩(130)과 캐패시터 소자(CAP)는 병렬로 접속될 수 있다.Capacitor elements CAP may be connected in parallel to both ends of the battery pack 130 . For example, a battery module disposed on the outermost side of the battery pack 130 is referred to as a first battery module BAT1, and the second battery module BAT2 to the third battery are sequentially formed from the first battery module BAT1. It is defined that the module (BAT3) is connected in series. In this case, the contact node of the first switching element S11 and the second switching element S12 of the first battery module BAT1 is connected to one end of the capacitor element CAP through a wire, and the third battery module BAT3 ) may be connected to the other end of the capacitor element CAP. Through this, the battery pack 130 and the capacitor element CAP may be connected in parallel.

다시 도1 및 도2를 참조하면, BMS(Battery Management Stystem)(170)는 복수개의 배터리 모듈(131, 132, 133)의 충방전을 제어할 수 있다. BMS(170)는 배터리 팩(130)을 관리하기 위한 시스템으로, 배터리 팩(130)의 전압, 전류, 온도를 센싱하여 배터리 팩이 최적의 운전조건으로 운용될 수 있도록 관리한다.Referring back to FIGS. 1 and 2 , a battery management system (BMS) 170 may control charging and discharging of the plurality of battery modules 131 , 132 , and 133 . The BMS 170 is a system for managing the battery pack 130 and manages the battery pack 130 so that the battery pack can be operated under optimal operating conditions by sensing the voltage, current, and temperature of the battery pack 130 .

BMS(130)는 셀 전압 센서를 이용하여 배터리 팩(130)을 구성하는 셀들의 셀-전압들을 측정하고, 셀-전압 편차가 발생하였는지 모니터링한다. 모니터링 결과 셀-전압 편차가 없는 경우, 즉 셀-전압들이 균등한 경우, BMS(170)는 배터리 팩(130)에 저장된 에너지를 양방향 고전압 전력 변환 장치(140)로 전달한다. 그러면, 양방향 고전압 전력 변환 장치(140)가 BMS의 제어에 따라 전달받은 배터리 팩(130)의 전원을 감압하여 부하(200)에 공급하게 된다.　The BMS 130 measures cell-voltages of cells constituting the battery pack 130 using a cell voltage sensor, and monitors whether a cell-voltage deviation occurs. When there is no cell-voltage deviation as a result of the monitoring, that is, when the cell-voltages are equal, the BMS 170 transfers the energy stored in the battery pack 130 to the bi-directional high voltage power converter 140 . Then, the bidirectional high voltage power conversion device 140 reduces the received power of the battery pack 130 under the control of the BMS and supplies it to the load 200 .

실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 장치(160)는 연료전지 제어기(FCU, Fuel-cell Control Unit)로 구현될 수 있다. 배터리 모듈 밸런싱 장치는 제1처리부(161), 제2처리부(162) 및 제3처리부(163)를 포함할 수 있다.The battery module balancing device 160 according to the embodiment may be implemented as a fuel-cell control unit (FCU). The battery module balancing device may include a first processing unit 161 , a second processing unit 162 , and a third processing unit 163 .

제1처리부(161)는 BMS(170)로부터 각 배터리 모듈(131, 132, 133)의 전압값 및 SoC(State of charge)를 수신할 수 있다.The first processing unit 161 may receive the voltage value and state of charge (SoC) of each battery module 131 , 132 , and 133 from the BMS 170 .

제2처리부(162)는 각 배터리 모듈(131, 132, 133)간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하여 밸런싱 수행 여부를 결정할 수 있다. The second processing unit 162 may determine whether balancing is performed by comparing the deviation value of the SOC values between the battery modules 131 , 132 , and 133 with a preset standard deviation value.

제3처리부(163)는 밸런싱 수행이 결정된 경우, SOC값이 가장 큰 제1배터리 모듈과 캐패시터 소자(150)간에 제1폐회로를 구성하도록 복수개의 배터리 모듈(131, 132, 133)에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다.The third processing unit 163 is a switching element connected to the plurality of battery modules 131, 132, and 133 to form a first closed circuit between the capacitor element 150 and the first battery module having the highest SOC value when it is determined that balancing is performed. can control them.

실제 배터리 모듈(131, 132, 133)은 각 모듈별 내부에 존재하는 배터리 셀들간에도 SoC편차가 발생하며, BMS(170)에서는 배터리 셀간 전압 편차를 줄이기 위해서 밸런싱 기술을 적용하고 있다.In actual battery modules 131, 132, and 133, SoC deviations also occur between battery cells existing inside each module, and the BMS 170 applies balancing technology to reduce voltage deviations between battery cells.

실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 장치(160)는 배터리 셀에서와 마찬가지로 배터리 모듈들도 직렬로 연결하는 데에 따른 전압 편차(잔존용량 편차)를 방지하기 위해 모듈 밸런싱 제어를 수행할 수 있다.The battery module balancing device 160 according to the embodiment may perform module balancing control to prevent voltage deviation (residual capacity deviation) caused by connecting battery modules in series, as in battery cells.

복수개의 배터리 모듈(131, 132, 133)들은 동일한 전위를 가지기 어려우며, SoC에 있어서 차이값이 발생할 수 있다. 제2처리부(162)는 각 배터리 모듈(131, 132, 133)간의 SoC를 비교하여, 가장 큰 SoC 값과 가장 작은 SoC값의 차이값을 ScO편차값으로 산출한다. 제2처리부(162)는 산출된 SoC 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하고, 기준 편차값보다 큰 경우 제3처리부(163)를 통하여 밸런싱을 수행하게 된다. 이 때, 기준 편차값은 사전에 설정되는 파라미터로 예를 들면 3%로 설정될 수 있다.It is difficult for the plurality of battery modules 131, 132, and 133 to have the same potential, and a difference may occur in SoC. The second processing unit 162 compares the SoC values of the respective battery modules 131 , 132 , and 133 and calculates a difference between the largest SoC value and the smallest SoC value as an ScO deviation value. The second processing unit 162 compares the calculated SoC deviation value with a preset standard deviation value, and performs balancing through the third processing unit 163 when it is greater than the standard deviation value. At this time, the standard deviation value may be set to 3%, for example, as a preset parameter.

도4 및 도5는 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are diagrams for explaining the operation of the cell balancing device according to the embodiment.

도4를 참조하면, SOC값의 편차값이 기 설정된 기준 편차값을 초과하는 경우에 있어서, 제3처리부는 SoC값이 가장 큰 배터리 모듈(BAT1)을 이용하여 밸런싱을 수행하게 된다. 제3처리부는 배터리 모듈(BAT1)에 연결되어 있는 제1스위칭 소자(S11)를 턴 온 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 배터리 모듈(BAT1)을 제외한 제2배터리 모듈(BAT2) 및 배터리 모듈(BAT3)의 제2스위칭 소자(S22, S32)를 턴 온 상태로 제어한다. 이를 제외한 배터리 모듈(BAT1)에 연결되어 있는 제2스위칭 소자(S12와, 배터리 모듈(BAT2) 및 배터리 모듈(BAT3)의 제1스위칭 소자(S21, S31)는 개방된 상태이다. 이를 통하여, 배터리 모듈(BAT1)과 캐패시터 소자(CAP)를 구성 소자로 하는 제1폐회로가 형성될 수 있다. 따라서, 제1폐회로가 형성된 기간 동안, 배터리 모듈(BAT1)의 전압은 캐패시터 소자(CAP)에 충전될 수 있다.Referring to FIG. 4 , when the deviation value of the SOC value exceeds the preset reference deviation value, the third processing unit performs balancing using the battery module BAT1 having the largest SoC value. The third processing unit controls the first switching element S11 connected to the battery module BAT1 to turn on. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements S22 and S32 of the second battery module BAT2 and battery module BAT3 excluding the battery module BAT1 to turn on. Except for this, the second switching element S12 connected to the battery module BAT1 and the first switching elements S21 and S31 of the battery module BAT2 and BAT3 are in an open state. Through this, the battery A first closed circuit may be formed including the module BAT1 and the capacitor element CAP as constituent elements, and thus, during the period in which the first closed circuit is formed, the voltage of the battery module BAT1 may be charged in the capacitor element CAP. can

이후, 제2처리부는 BMS로부터 최근에 수신한 각 배터리 모듈간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 반복하여 비교하고, 밸런싱 수행의 지속 여부를 결정할 수 있다.Thereafter, the second processing unit may repeatedly compare the deviation value of the SOC value between each battery module recently received from the BMS with a preset standard deviation value, and determine whether to continue performing balancing.

제3처리부는 SOC값의 편차값이 기 설정된 기준 편차값 이하가 되면 제1폐회로가 형성되지 않도록 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다. 이 때, 제3처리부는 배터리 모듈(BAT1)에 연결되어 있는 제1스위칭 소자(S11)를 턴 오프 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 배터리 모듈(BAT1)을 제외한 배터리 모듈(BAT2) 및 배터리 모듈(BAT3)의 제2스위칭 소자(S22, S23)를 턴 오프 상태로 제어한다. 이를 통하여 배터리 모듈(BAT1)과 캐패시터 소자(CAP)를 구성 소자로 하는 제1폐회로는 사라지고, 배터리 모듈(BAT1)의 전압은 더 이상 캐패시터 소자(CAP)에 충전되지 않는다.The third processing unit may control the switching elements connected to the plurality of battery modules so that the first closed circuit is not formed when the deviation value of the SOC value is less than or equal to a preset reference deviation value. At this time, the third processing unit controls the first switching element S11 connected to the battery module BAT1 to be turned off. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements S22 and S23 of the battery module BAT2 and battery module BAT3 excluding the battery module BAT1 to turn off. Through this, the first closed circuit including the battery module BAT1 and the capacitor element CAP as components disappears, and the voltage of the battery module BAT1 is no longer charged in the capacitor element CAP.

또한, 제3처리부는 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값이 측정된 제2배터리 모듈과 캐패시터 소자간에 제2폐회로가 형성되도록 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다. 제2처리부는 제1배터리 모듈을 이용한 1차 밸런싱 과정이 종료되면, 충전된 캐패시터 소자의 전압을 각 배터리 모듈의 전압과 비교한다. 제3처리부는 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값을 가진 배터리 모듈이 존재하는 경우, 해당 배터리 모듈을 이용한 2차 밸런싱 과정을 진행한다. 이 때, 제3처리부는 가장 작은 전압값이 측정된 배터리 모듈을 이용하여 밸런싱을 수행한다.In addition, the third processing unit may control the switching elements connected to the plurality of battery modules to form a second closed circuit between the capacitor element and the second battery module where a voltage value smaller than the voltage of the capacitor element is measured. When the primary balancing process using the first battery module is completed, the second processing unit compares the voltage of the charged capacitor element with the voltage of each battery module. The third processing unit performs a secondary balancing process using the corresponding battery module when there is a battery module having a voltage smaller than that of the capacitor element. At this time, the third processing unit performs balancing using the battery module having the smallest voltage value measured.

도5를 참조하면, 제3처리부는 측정 전압값이 가장 작은 배터리 모듈(BAT3)을 이용하여 밸런싱을 수행하게 된다. 제3처리부는 배터리 모듈(BAT3)에 연결되어 있는 제1스위칭 소자(S31)를 턴 온 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 배터리 모듈(BAT3)을 제외한 배터리 모듈(BAT1) 및 배터리 모듈(BAT2)의 제2스위칭 소자(S12, S22)를 턴 온 상태로 제어한다. 이를 제외한 배터리 모듈(BAT3)에 연결되어 있는 제2스위칭 소자(S32)와, 배터리 모듈(BAT1) 및 배터리 모듈(BAT2)의 제1스위칭 소자(S11, S21)는 개방된 상태이다. 이를 통하여, 배터리 모듈(BAT3)과 캐패시터 소자(CAP)를 구성 소자로 하는 제2폐회로가 형성될 수 있다. 따라서, 제2폐회로가 형성된 기간 동안, 캐패시터 소자(CAP)의 전압은 배터리 모듈(BAT3)에 충전될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the third processing unit performs balancing using the battery module BAT3 having the smallest measured voltage value. The third processing unit controls the first switching element S31 connected to the battery module BAT3 to turn on. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements S12 and S22 of the battery module BAT1 and the battery module BAT2 excluding the battery module BAT3 to be turned on. Except for this, the second switching element S32 connected to the battery module BAT3 and the first switching elements S11 and S21 of the battery module BAT1 and BAT2 are in an open state. Through this, a second closed circuit including the battery module BAT3 and the capacitor element CAP as components may be formed. Therefore, during the period in which the second closed circuit is formed, the voltage of the capacitor element CAP may be charged in the battery module BAT3.

이후, 제2처리부는 BMS로부터 최근에 수신한 각 배터리 모듈의 전압값을 캐패시터 소자의 전압값과 반복하여 비교하고, 밸런싱 수행의 지속 여부를 결정할 수 있다.Thereafter, the second processor may repeatedly compare the voltage value of each battery module recently received from the BMS with the voltage value of the capacitor element, and determine whether or not to continue performing balancing.

제3처리부는 배터리 모듈(BAT3)의 전압값이 캐패시터 소자(CAP)의 전압값 보다 크면 제2폐회로가 형성되지 않도록 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다. 이 때, 제3처리부는 배터리 모듈(BAT3)에 연결되어 있는 제1스위칭 소자(S31)를 턴 오프 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 배터리 모듈(BAT3)을 제외한 배터리 모듈(BAT1) 및 배터리 모듈(BAT2)의 제2스위칭 소자(S12, S22)를 턴 오프 상태로 제어한다. 이를 통하여 배터리 모듈(BAT3)과 캐패시터 소자(CAP)를 구성 소자로 하는 제2폐회로는 사라지고, 캐패시터 소자(CAP)의 전압은 더 이상 배터리 모듈(BAT3)에 충전되지 않는다.The third processing unit may control the switching elements connected to the plurality of battery modules so that the second closed circuit is not formed when the voltage value of the battery module BAT3 is greater than the voltage value of the capacitor element CAP. At this time, the third processing unit controls the first switching element S31 connected to the battery module BAT3 to be turned off. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements S12 and S22 of the battery module BAT1 and battery module BAT2 excluding the battery module BAT3 to be turned off. Through this, the second closed circuit including the battery module BAT3 and the capacitor element CAP as constituent elements disappears, and the voltage of the capacitor element CAP is no longer charged in the battery module BAT3.

도6은 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 동작 순서도이다.6 is an operation flowchart of a battery cell balancing device according to an embodiment.

도6을 참조하면, 먼저, 제1처리부는 상호간 직렬 연결되는 복수개의 배터리 모듈의 BMS로부터 각 배터리 모듈의 전압값 및 SOC를 수신한다(S601).Referring to FIG. 6 , first, the first processing unit receives a voltage value and an SOC of each battery module from the BMS of a plurality of battery modules connected in series with each other (S601).

다음으로, 제2처리부는 각 배터리 모듈간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하여 셀 밸런싱 수행 여부를 결정한다. 제2처리부는 각 배터리 모듈간의 SoC를 비교하여, 가장 큰 SoC 값과 가장 작은 SoC값의 차이값을 ScO편차값으로 산출한다. 제2처리부는 산출된 SoC 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하고, 기준 편차값보다 큰 경우 밸런싱을 수행하기로 결정한다(S602).Next, the second processing unit determines whether to perform cell balancing by comparing the deviation value of SOC values between battery modules with a preset reference deviation value. The second processing unit compares the SoCs of each battery module and calculates a difference between the largest SoC value and the smallest SoC value as an ScO deviation value. The second processing unit compares the calculated SoC deviation value with a preset standard deviation value, and determines to perform balancing if it is greater than the standard deviation value (S602).

다음으로, 제3처리부는 SOC값이 가장 큰 제1배터리 모듈과 캐패시터 소자간에 제1폐회로가 형성되도록 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어한다. 제3처리부는 제1배터리 모듈에 연결되어 있는 제1스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 제1배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어한다. 이를 통하여, 제1배터리 모듈과 캐패시터 소자를 구성 소자로 하는 제1폐회로가 형성될 수 있다. 따라서, 제1폐회로가 형성된 기간 동안, 제1배터리 모듈의 전압은 캐패시터 소자에 충전될 수 있다(S603).Next, the third processing unit controls the switching elements connected to the plurality of battery modules to form a first closed circuit between the first battery module having the highest SOC value and the capacitor element. The third processing unit controls the first switching element connected to the first battery module to be turned on. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements of the battery modules other than the first battery module to be turned on. Through this, a first closed circuit including the first battery module and the capacitor element as constituent elements may be formed. Accordingly, during the period in which the first closed circuit is formed, the voltage of the first battery module may be charged in the capacitor element (S603).

다음으로, 다시 제1처리부는 상호간 직렬 연결되는 복수개의 배터리 모듈의 BMS로부터 각 배터리 모듈의 전압값 및 SOC를 수신하고, 제2처리부는 각 배터리 모듈간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하여 셀 밸런싱의 지속 여부를 결정한다(S604~606). Next, the first processing unit receives the voltage value and SOC of each battery module from the BMS of the plurality of battery modules connected in series with each other, and the second processing unit converts the deviation value of the SOC value between each battery module to a preset reference deviation value. By comparing with , it is determined whether to continue cell balancing (S604 to 606).

다음으로, 제3처리부는 SOC값의 편차값이 기 설정된 기준 편차값 이하가 되면 제1폐회로가 형성되지 않도록 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어할 수 있다. 이 때, 제3처리부는 제1배터리 모듈에 연결되어 있는 제1스위칭 소자를 턴 오프 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 제1배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 오프 상태로 제어한다(S607).Next, the third processing unit may control the switching elements connected to the plurality of battery modules so that the first closed circuit is not formed when the deviation value of the SOC value is equal to or less than a predetermined reference deviation value. At this time, the third processing unit controls the first switching element connected to the first battery module to be turned off. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements of the battery modules other than the first battery module to be turned off (S607).

다음으로, 제2처리부는 충전된 캐패시터 소자의 전압을 각 배터리 모듈의 전압과 비교한다(S608).Next, the second processing unit compares the voltage of the charged capacitor element with the voltage of each battery module (S608).

제3처리부는 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값을 가진 배터리 모듈이 존재하는 경우, 해당 배터리 모듈을 이용한 밸런싱 과정을 진행한다. 제3처리부는 측정 전압값이 가장 작은 제2배터리 모듈에 연결되어 있는 제1스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 제2배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어한다. 이를 통하여, 제2배터리 모듈과 캐패시터 소자를 구성 소자로 하는 제2폐회로가 형성될 수 있다. 따라서, 제2폐회로가 형성된 기간 동안, 캐패시터 소자의 전압은 제2배터리 모듈에 충전될 수 있다(S609).The third processing unit performs a balancing process using the corresponding battery module when there is a battery module having a voltage value lower than that of the capacitor element. The third processing unit controls the first switching element connected to the second battery module having the lowest measured voltage value to be turned on. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements of the battery modules other than the second battery module to be turned on. Through this, a second closed circuit including the second battery module and the capacitor element as components may be formed. Accordingly, during the period in which the second closed circuit is formed, the voltage of the capacitor element may be charged in the second battery module (S609).

다음으로, 제2처리부는 BMS로부터 최근에 수신한 각 배터리 모듈의 전압값을 캐패시터 소자의 전압값과 반복하여 비교하고, 밸런싱 수행의 지속 여부를 결정한다(S610~612).Next, the second processing unit repeatedly compares the voltage value of each battery module recently received from the BMS with the voltage value of the capacitor element, and determines whether to continue performing balancing (S610 to 612).

제3처리부는 제2배터리 모듈의 전압값이 캐패시터 소자의 전압값 보다 크면 제2배터리 모듈에 연결되어 있는 제1스위칭 소자를 턴 오프 상태로 제어한다. 동시에, 제3처리부는 제2배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 오프 상태로 제어한다. 이를 통하여 제2배터리 모듈과 캐패시터 소자를 구성 소자로 하는 제2폐회로는 사라지고, 캐패시터 소자의 전압은 더 이상 제2배터리 모듈에 충전되지 않게 된다(S613).The third processing unit controls the first switching element connected to the second battery module to be turned off when the voltage value of the second battery module is greater than the voltage value of the capacitor element. At the same time, the third processing unit controls the second switching elements of the battery modules other than the second battery module to be turned off. Through this, the second closed circuit including the second battery module and the capacitor element as components disappears, and the voltage of the capacitor element is no longer charged in the second battery module (S613).

이후, 제2처리부는 충전된 캐패시터 소자의 전압을 각 배터리 모듈의 전압과 비교하고, 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값을 가진 배터리 모듈이 여전히 존재하는 경우, 해당 배터리 모듈을 이용한 밸런싱 과정을 반복하여 진행한다Thereafter, the second processing unit compares the voltage of the charged capacitor element with the voltage of each battery module, and if a battery module having a voltage value smaller than the voltage of the capacitor element still exists, the balancing process using the corresponding battery module is repeated to obtain proceed

제2처리부는 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값을 가진 배터리 모듈이 존재하지 않는 경우, 밸런싱 과정을 종료한다.The second processing unit ends the balancing process when there is no battery module having a voltage value lower than the voltage of the capacitor element.

도7은 실시예에 따른 연료전지 시스템의 동작 성능을 설명하기 위한 그래프이다. 도7(a)는 기존 연료전지 시스템의 동작 성능을 도시한 그래프이고, 도7(b)는 실시예에 따는 연료전지 시스템의 동작 성능을 도시한 그래프이다. 도7(a) 및 도7(b)를 비교하면 기존에는 양방향 고전압 전력 변환 장치가 요구하는 전압 영역과 실제 배터리 사용영역간에 갭(gap) 차이가 크게 나타나는 반면에, 실시예에 따른 연료전지 시스템의 경우 모듈 밸런싱 과정을 통하여 양방향 고전압 전력 변환 장치가 요구하는 전압 영역과 실제 배터리 사용영역이 거의 유사하게 겹쳐있음을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 실시예에 따른 연료전지 시스템은 배터리 용량에 따른 편차를 감소시키고, 배터리의 실제 사용 영역을 넓혀 효율을 증대시킬 수 있다.7 is a graph for explaining operating performance of a fuel cell system according to an embodiment. FIG. 7(a) is a graph showing the operating performance of a conventional fuel cell system, and FIG. 7(b) is a graph showing the operating performance of a fuel cell system according to an embodiment. 7(a) and 7(b) show a large gap difference between the voltage region required by the conventional bidirectional high voltage power conversion device and the actual battery usage region, whereas the fuel cell system according to the embodiment In the case of , it can be seen that the voltage region required by the bidirectional high voltage power conversion device and the actual battery use region overlap almost similarly through the module balancing process. Through this, the fuel cell system according to the embodiment can reduce the deviation according to the battery capacity and increase the efficiency by widening the actual use area of the battery.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term '~unit' used in this embodiment means software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and '~unit' performs certain roles. However, '~ part' is not limited to software or hardware. '~bu' may be configured to be in an addressable storage medium and may be configured to reproduce one or more processors. Therefore, as an example, '~unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. Functions provided within components and '~units' may be combined into smaller numbers of components and '~units' or further separated into additional components and '~units'. In addition, components and '~units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or a secure multimedia card.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.

100: 연료전지 시스템
110: 연료전지 스텍
120: 저전압 전력 변환 장치
130: 배터리 팩
131, 132, 133: 배터리 모듈
140: 양방향 고전압 전력 변환 장치
150: 캐패시터 소자
160: 배터리 모듈 밸런싱 장치
161: 제1처리부
162: 제2처리부
163: 제3처리부
170: BMS
200: 부하100: fuel cell system
110: fuel cell stack
120: low voltage power converter
130: battery pack
131, 132, 133: battery module
140: bidirectional high voltage power converter
150: capacitor element
160: battery module balancing device
161: first processing unit
162: second processing unit
163: third processing unit
170: BMS
200: load

Claims (9)

상호간 직렬 연결되는 복수개의 배터리 모듈의 BMS로부터 각 배터리 모듈의 전압값 및 SOC를 수신하는 제1처리부;
상기 각 배터리 모듈간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하여 셀 밸런싱 수행 여부를 결정하는 제2처리부; 및
셀 밸런싱 수행이 결정된 경우, SOC값이 가장 큰 제1배터리 모듈과 캐패시터 소자간에 제1폐회로가 형성되도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 제3처리부를 포함하는 배터리 모듈 밸런싱 장치.A first processing unit for receiving a voltage value and an SOC of each battery module from the BMS of a plurality of battery modules connected in series with each other;
a second processing unit that determines whether to perform cell balancing by comparing the deviation value of the SOC value between the respective battery modules with a preset reference deviation value; and
And a third processing unit controlling switching elements connected to the plurality of battery modules so that a first closed circuit is formed between a first battery module having the highest SOC value and a capacitor element when it is determined to perform cell balancing. Battery module balancing device. 제1항에 있어서,
상기 제3처리부는 상기 SOC값의 편차값이 기 설정된 기준 편차값 이하가 되면 상기 제1폐회로가 형성되지 않도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 배터리 모듈 밸런싱 장치.According to claim 1,
The third processing unit controls switching elements connected to the plurality of battery modules so that the first closed circuit is not formed when the deviation value of the SOC value is less than or equal to a preset reference deviation value. 제2항에 있어서,
상기 제3처리부는 상기 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값이 측정된 제2배터리 모듈과 상기 캐패시터 소자간에 제2폐회로가 형성되도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 배터리 모듈 밸런싱 장치.According to claim 2,
The third processing unit controls the switching elements connected to the plurality of battery modules so that a second closed circuit is formed between the capacitor element and the second battery module having a voltage value smaller than the voltage of the capacitor element measured. Battery module balancing device. 상호간 직렬 연결되는 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
상기 복수개의 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 BMS;
상기 배터리 모듈에 병렬로 연결되는 캐패시터 소자;
상기 BMS로부터 각 배터리 모듈의 전압값 및 SOC를 수신하는 제1처리부;
상기 각 배터리 모듈간의 SOC값의 편차값을 기 설정된 기준 편차값과 비교하여 셀 밸런싱 수행 여부를 결정하는 제2처리부; 및
셀 밸런싱 수행이 결정된 경우, SOC값이 가장 큰 제1배터리 모듈과 상기 캐패시터 소자간에 제1폐회로를 구성하도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 제3처리부를 포함하는 연료전지 시스템.A battery module including a plurality of battery cells connected in series with each other;
a BMS controlling charging and discharging of the plurality of battery modules;
a capacitor element connected in parallel to the battery module;
a first processing unit receiving the voltage value and SOC of each battery module from the BMS;
a second processing unit that determines whether to perform cell balancing by comparing the deviation value of the SOC value between the respective battery modules with a preset reference deviation value; and
and a third processing unit controlling switching elements connected to the plurality of battery modules to form a first closed circuit between a first battery module having the highest SOC value and the capacitor element when cell balancing is determined. 제4항에 있어서,
상기 배터리 모듈은,
상기 배터리 모듈에 순차적으로 직렬 연결되는 제1스위칭 소자 및 제2스위칭 소자를 포함하는 연료전지 시스템.According to claim 4,
The battery module,
A fuel cell system including a first switching element and a second switching element sequentially connected in series to the battery module. 제5항에 있어서,
상기 제3처리부는 상기 제1배터리 모듈의 제1스위칭 소자 및 상기 제1배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어하여 상기 제1폐회로를 형성하는 연료전지 시스템.According to claim 5,
The fuel cell system of claim 1 , wherein the third processing unit forms the first closed circuit by controlling the first switching element of the first battery module and the second switching element of battery modules other than the first battery module to be turned on. 제5항에 있어서,
상기 제3처리부는 상기 SOC값의 편차값이 기 설정된 기준 편차값 이하가 되면 상기 제1폐회로가 형성되지 않도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 연료전지 시스템.According to claim 5,
The fuel cell system of claim 1 , wherein the third processing unit controls switching elements connected to the plurality of battery modules so that the first closed circuit is not formed when the deviation value of the SOC value is equal to or less than a predetermined reference deviation value. 제7항에 있어서,
상기 제3처리부는 상기 캐패시터 소자의 전압 보다 작은 전압값이 측정된 제2배터리 모듈과 상기 캐패시터 소자간에 제2폐회로가 형성되도록 상기 복수개의 배터리 모듈에 연결된 스위칭 소자들을 제어하는 연료전지 시스템.According to claim 7,
The third processing unit controls the switching elements connected to the plurality of battery modules to form a second closed circuit between the capacitor element and the second battery module having a voltage value smaller than the voltage of the capacitor element measured. 제5항에 있어서,
상기 제3처리부는 상기 제2배터리 모듈의 제1스위칭 소자 및 상기 제2배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈의 제2스위칭 소자를 턴 온 상태로 제어하여 상기 제2폐회로를 형성하는 연료전지 시스템.According to claim 5,
The fuel cell system of claim 1 , wherein the third processing unit forms the second closed circuit by controlling the first switching element of the second battery module and the second switching element of the battery modules other than the second battery module to be turned on.
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