JP7639237B2 - セルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパック - Google Patents

セルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパック Download PDF

Info

Publication number
JP7639237B2
JP7639237B2 JP2024503962A JP2024503962A JP7639237B2 JP 7639237 B2 JP7639237 B2 JP 7639237B2 JP 2024503962 A JP2024503962 A JP 2024503962A JP 2024503962 A JP2024503962 A JP 2024503962A JP 7639237 B2 JP7639237 B2 JP 7639237B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell balancing
unit
mode
battery
balancing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2024503962A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2024526961A (ja
Inventor
テ・チョル・ジョン
ソグ・ジン・ユン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of JP2024526961A publication Critical patent/JP2024526961A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7639237B2 publication Critical patent/JP7639237B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/50—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/52—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially for charge balancing, e.g. equalisation of charge between batteries
    • H02J7/56—Active balancing, e.g. using capacitor-based, inductor-based or DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H02J7/82—Control of state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/927—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/96—Regulation of charging or discharging current or voltage in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/971—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/975—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electromechanical Clocks (AREA)

Description

本発明は、セルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパックに関し、より詳細には、セルバランシングスイッチングＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）デューティを制御してセルバランシング効率を増大させることのできるセルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパックに関する。
携帯型電子機器、電気自動車、エネルギー貯蔵装置などといったように、充電可能な電気貯蔵装置を必要とする装置に搭載されるバッテリーパックは、直列または並列に接続された複数のバッテリーセルを含む。
バッテリーパックに含まれているそれぞれのバッテリーセルは、製造工程上の色々な理由により容量差が存在する。これに伴い、バッテリーパックは、充／放電サイクル中にバッテリーセルの間に電圧差が生じ、充／放電回数が増加すれば増加するほど、バッテリーセルの間の電圧差も累積されて増加してしまう。このような現象が繰り返し現れれば現れるほど、バッテリーパックの寿命は短縮される。これを解決すべく、バッテリーパックに充／放電中に生じるバッテリーセルの間の電圧差を調節するためのセルバランシング技術を適用している。
セルバランシング技術は、大きく、アクティブセルバランシング（Ａｃｔｉｖｅ ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）とパッシブセルバランシング（Ｐａｓｓｉｖｅ ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）とに分けられ、一般に、回路の構成が単純であり、しかも、コストが安価であるというメリットがあることから、パッシブセルバランシング方式を主として用いている。パッシブセルバランシング方式は、特定のバッテリーセルまたはモジュールの電圧が基準電圧（最小のバッテリーセルまたはモジュールの電圧）よりも高い場合、セルバランシング抵抗を介して強制的に放電して基準電圧レベルまで下げる方法である。より具体的には、電界効果トランジスター（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて、放電抵抗とバッテリーセルとの接続回路をＰＷＭスイッチング制御を通じて放電する方法を用いている。ここで、ＰＷＭスイッチングの場合、バッテリー管理システム(ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）の温度、セル電圧／電流などの入力値を考慮して予め定められたＰＷＭデューティに制御する。このような場合、バッテリーセルまたはモジュールの間の電圧差が大きい場合、セルバランシングの完了時間が長引いてしまう虞があるため、例えば、早い時間内にバッテリーセルまたはモジュールの間の電圧差の安定化が必要とされる場合に迅速に対応し難い虞があり、バランシング効率も期待し難いという問題がある。
従来の技術としては、下記のような文献が挙げられる。
大韓民国登録特許第１４５９５３９号公報
本発明は、上述した問題を解決するために案出されたものであって、セルバランシング電流及びＢＭＳの温度と作動モードに応じて可変的にセルバランシングスイッチングＰＷＭデューティを制御してセルバランシング効率を高めることのできるセルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパックを提供することを目的としている。
本発明の実施形態に係るバッテリーパックに含まれている少なくとも二つ以上のバッテリーバンクの間のセルバランシング方法は、一定の周期ごとに、バッテリーの電流、電圧、温度を含むバッテリー情報を取得するバッテリー情報取得ステップと、前記バッテリー情報取得ステップにおいて取得したバッテリー情報を用いて、セルバランシングの要否を判断するセルバランシング要否判断ステップと、前記セルバランシング要否判断ステップにおいて、セルバランシングが必要であると判断された場合、セルバランシングスイッチを初期のデューティ比にしてオンにし、初期のセルバランシングモードを実行するセルバランシング開始ステップと、前記セルバランシングの開始後、前記取得されたバッテリー情報を用いて、前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更要否を判断するセルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップと、前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップにおいて、前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断された場合、前記セルバランシングスイッチのデューティ比を所定の範囲だけ増加させるセルバランシングスイッチデューティ比増加ステップと、前記取得されたバッテリー情報を用いて、セルバランシングの持続有無を判断するセルバランシング持続有無判断ステップと、前記セルバランシング持続有無判断ステップにおいて、セルバランシングの持続であると判断され、セルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超える場合、診断カウントの回数を増加させる診断カウント増加有無判断ステップと、前記診断カウント増加有無判断ステップを通じてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数以下である場合、セルバランシングモードを変更し、前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップに戻すセルバランシングモード変更ステップと、を含む。
また、前記セルバランシング持続有無判断ステップにおいて、セルバランシングの持続ではないと判断される場合、セルバランシングスイッチをオフ制御するセルバランシング終了ステップと、前記診断カウント増加有無判断ステップを通じてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数を超える場合、診断結果をレポートし、手続きを終了する診断終了ステップと、をさらに含む。
一方、前記セルバランシング要否判断ステップは、前記取得したバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧と最小電圧との差であるバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超え、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定の基準範囲以内である場合、セルバランシングが必要であると判断するものであることを特徴とする。
一方、前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップは、前記取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリー管理システム（ＢＭＳ）の温度が所定の基準温度未満であり、セルバランシング電流が基準電流未満である場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断するステップ、及び前記バッテリー管理システム（ＢＭＳ）の温度とセルバランシング電流のうちのどちらか一方でも条件を満たしていない場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が不要であると判断するステップを含むことを特徴とする。
一方、前記セルバランシング持続有無判断ステップは、前記取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧と最小電圧との差であるバンク電圧差の値が所定の基準電圧差以下である場合、セルバランシングの持続が不要であると判断するステップ、及び前記バンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超える場合、セルバランシングの持続が必要であると判断するステップを含むことを特徴とする。
ここで、前記セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードのうちのいずれか一つであり、前記セルバランシングモード変更ステップは、充電モード、待ちモード、放電モードの順にセルバランシングモードを変更するものであることを特徴とする。
本発明の実施形態に係るバッテリーパックは、複数のバッテリーセルを含む少なくとも二つ以上のバッテリーバンクと、一定の周期ごとに、バッテリーの電流、電圧、温度、充電状態（ＳＯＣ）を含むバッテリー情報を測定するバッテリー情報測定部と、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報を用いて、セルバランシングの要否を判断するセルバランシング要否判断部と、前記セルバランシング要否判断部における判断結果に基づいて、セルバランシング動作が活性化された後、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報を用いて、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更要否を判断するデューティ比変更要否判断部と、セルバランシングサイクルの回数と診断カウントの回数をそれぞれカウントするカウント部と、セルバランシングの持続要否とセルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超えるか否かに応じて、診断カウントの回数の増加有無を判断する診断カウント増加有無判断部と、前記カウント部においてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数以下であるか否かに応じて、セルバランシングモードの変更有無を判断するセルバランシングモード変更有無判断部と、を備える。
また、前記セルバランシング要否判断部によりセルバランシングが必要であると判断されれば、初期のセルバランシングスイッチのデューティ比及び初期のセルバランシングモードでセルバランシング動作を活性化させるが、次いで、バッテリーの状態の変化に伴う所定の条件の充足有無に応じて、前記セルバランシングスイッチのデューティ比及びセルバランシングモードをそれぞれ変更設定するセルバランシング制御部と、各バッテリーバンクの正極に接続されて、バッテリーバンクの電圧を消費するセルバランシング用抵抗、及び、前記セルバランシング用抵抗とバッテリーバンクとの接続経路をオン／オフにするセルバランシングスイッチを備えるセルバランシング部と、をさらに備える。
一方、前記セルバランシング要否判断部は、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧と最小電圧との差であるバンク電圧差を算出する電圧差算出部と、前記電圧差算出部において算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超えるか否かを比較して、その比較結果に対応する信号を出力する電圧比較部と、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれている充電状態（ＳＯＣ）が所定の基準ＳＯＣの範囲以内であるか否かを比較して、所定の基準ＳＯＣの範囲以内である場合、基準ＳＯＣ充足信号を出力する基準ＳＯＣ比較部と、前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超え、ＳＯＣが所定の基準ＳＯＣ範囲以内である場合、セルバランシングが必要であると判断する必要判断部と、を備えてなる。
より具体的に、前記電圧比較部は、前記比較の結果、前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超える場合、電圧超え信号を出力し、前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値以下である場合、電圧以下信号を出力し、前記必要判断部は、前記電圧超え信号とＳＯＣ充足信号が両方とも出力された場合、セルバランシングが必要であると判断し、バランシング開始信号を出力することを特徴とする。
一方、前記必要判断部は、前記バランシング開始信号の出力後に、前記電圧比較部から電圧以下信号が出力される場合、セルバランシングの持続ではないと判断し、バランシング終了信号を出力すること、及び前記バランシング開始信号の出力後に、前記電圧比較部から電圧超え信号が出力される場合、セルバランシングの持続であると判断し、バランシング持続信号を出力することを特徴とする。
一方、前記デューティ比変更要否判断部は、前記必要判断部からバランシング開始信号が出力された後、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリー管理システム（ＢＭＳ）の温度が所定の基準温度未満であるか否かを比較して、所定の基準温度未満である場合、温度充足信号を出力する温度比較部と、前記必要判断部からバランシング開始信号が出力された後、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれているセルバランシング電流が所定の基準電流未満であるか否かを比較して、所定の基準電流未満である場合、電流充足信号を出力する電流比較部と、前記温度比較部及び電流比較部における比較結果に基づいて、セルバランシング部のセルバランシングスイッチのデューティ比の変更要否を判断する変更判断部と、を備えてなる。
より具体的に、前記変更判断部は、前記温度比較部及び電流比較部から温度充足信号と電流充足信号が両方とも出力された場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断し、デューティ比の変更信号を出力すること、及び前記温度比較部及び電流比較部から温度充足信号と電流充足信号のうちのどちらか一方でも出力されていない場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が不要であると判断することを特徴とする。
一方、前記カウント部は、前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング開始信号が出力された場合、その時点からセルバランシングサイクルの回数をカウントするサイクル回数カウント部を備えてなる。
一方、前記診断カウント増加有無判断部は、前記カウント部のサイクル回数カウント部においてカウントされたセルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超えるか否かを比較して、所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超える場合、サイクル回数超え信号を出力する回数比較部と、前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング持続信号が出力され、前記回数比較部からサイクル回数超え信号が出力される場合、診断カウントの回数を増加させると判断し、診断カウント増加信号を出力する増加判断部と、を備えてなる。
一方、前記カウント部は、前記診断カウント増加有無判断部の増加判断部から診断カウント信号が出力される場合、診断カウントの回数を増加させる診断カウント回数カウント部をさらに備えてなる。
一方、前記セルバランシングモード変更有無判断部は、前記診断カウント回数カウント部においてカウントされた診断カウントの回数が基準診断カウントの回数以下である場合、セルバランシングモードの変更が必要であると判断し、モード変更信号を出力することを特徴とする。
一方、前記セルバランシング制御部は、前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング開始信号が出力される場合、セルバランシング部のセルバランシングスイッチを初期のデューティ比にしてオンにするスイッチ制御部と、前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング開始信号が出力される場合、初期のセルバランシングモードに設定するセルバランシングモード設定部と、を備えてなる。
一方、前記セルバランシング制御部のスイッチ制御部は、前記デューティ比変更要否判断部の変更判断部からデューティ比の変更信号が出力される場合、前記セルバランシングスイッチのデューティ比を所定の範囲だけ増加設定してオンにすること、及び前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング終了信号が出力される場合、セルバランシングスイッチをオフにすることを特徴とする。
一方、前記セルバランシング制御部のセルバランシングモード設定部は、前記セルバランシングモード変更有無判断部からモード変更信号が出力される場合、セルバランシングモードを変更設定することを特徴とする。
ここで、前記セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードのうちのいずれか一つであり、前記セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードの順に変更設定されることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、セルバランシング電流及びＢＭＳの温度と作動モードに応じて可変的にセルバランシングスイッチのＰＷＭデューティを制御してセルバランシングを行う。したがって、バッテリーセルまたはモジュールの間の電圧差が大きい場合であっても、早い時間内に電圧差を安定化させることができ、セルバランシングの効率性も増大させることができる。
本発明の実施形態に係るセルバランシング方法を示す手順図である。 本発明の実施形態に係るバッテリーパックの全体的な構成を概略的に示す図である。 各構成要素の細部構成を示す図である。 各構成要素の細部構成を示す図である。 各構成要素の細部構成を示す図である。 各構成要素の細部構成を示す図である。 各構成要素の細部構成を示す図である。
以下では、添付図面に基づいて、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態について詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態に具体化可能であり、ここで説明する実施形態に何ら限定されるものではない。なお、図中、本発明を明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。
以下、添付図面に基づいて、本発明について詳しく説明する。
１．本発明に係るセルバランシング方法
図１は、本発明の実施形態に係るセルバランシング方法を示す手順図である。
前記図１を参照すると、本発明のセルバランシング方法は、下記のようなステップを含んでいてもよい。
１．１．バッテリー情報取得ステップ（Ｓ１００）
バッテリー情報取得ステップ（Ｓ１００）は、一定の周期ごとに、バッテリーの電流、電圧、温度、ＳＯＣなどを含むバッテリー情報を取得するステップである。
ここで、バッテリーの電圧は、複数のバッテリーセル（図示せず）から構成された各バッテリーバンク１００の電圧値であってもよい。
また、バッテリーの温度は、バッテリー監視ＩＣ（ＢＭＩＣ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に接続された抵抗、ＦＥＴなどの温度を測定して得たＢＭＳの温度値であってもよい。
１．２．セルバランシング要否判断ステップ（Ｓ２００）
セルバランシング要否判断ステップ（Ｓ２００）は、前記バッテリー情報取得ステップ（Ｓ１００）において取得したバッテリー情報を用いて、セルバランシングの要否を判断するステップである。
より具体的に、前記取得したバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧値と最小電圧値との差であるバンク電圧差の値が基準電圧差を超え、かつ、ＳＯＣが所定の基準範囲以内である場合、セルバランシングが必要であると判断する。
１．３．セルバランシング開始ステップ（Ｓ３００）
セルバランシング開始ステップ（Ｓ３００）は、前記セルバランシング要否判断ステップ（Ｓ２００）においてセルバランシングが必要であると判断された場合、セルバランシングスイッチ（図示せず）を初期のデューティ比に設定し、オン（ＯＮ）にしてセルバランシングを活性化させ、初期のセルバランシングモードを実行するステップである。
ここで、初期のデューティ比は、例えば、２０％に設定されてもよい。
セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードに設定されてもよい。
このとき、セルバランシングを開始すると、その時点からセルバランシング時間をカウントすることができる。
１．４．セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップ（Ｓ４００）
セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップ（Ｓ４００）は、前記バッテリー情報取得ステップ（Ｓ１００）を通じて取得されたバッテリー情報に含まれているＢＭＳの温度とセルバランシング電流を用いて、前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更要否を判断するステップである。
具体的に、ＢＭＳの温度が基準温度未満であり、かつ、セルバランシング電流が基準セルバランシング電流未満であるか否かを比較して、両方とも満たしている場合、前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断することができる。
これに対し、ＢＭＳの温度が基準温度未満ではないか、あるいは、セルバランシング電流が基準セルバランシング電流未満ではない場合、すなわち、ＢＭＳの温度とセルバランシング電流のうちのどちらか一方でも条件を満たしていなければ、前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が不要であると判断することができる。この場合、前記セルバランシング開始ステップ（Ｓ３００）において設定された初期のデューティ比及び初期のセルバランシングモードを保持（Ｓ４１０）する。
１．５．セルバランシングスイッチデューティ比増加ステップ（Ｓ５００）
セルバランシングスイッチデューティ比増加ステップ（Ｓ５００）は、前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップ（Ｓ４００）において、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断された場合に動作するステップである。
前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断された場合、前記セルバランシングスイッチのデューティ比を所定の範囲の増加分だけ増加させる。
例えば、前記セルバランシング開始ステップ（Ｓ３００）における初期のセルバランシングスイッチのデューティ比が「Ａ」であり、所定の範囲の増加分を「ａ」としたとき、セルバランシングスイッチのデューティ比を「Ａ＋ａ」に増加させるのである。
このように、初期のセルバランシングスイッチデューティ比及びセルバランシングモードにしてセルバランシング動作を実行したにも拘わらず、ＢＭＳの温度とセルバランシング電流が一定の条件を満たしていない場合、セルバランシングスイッチのデューティ比を段階的に高めてセルバランシング効率を増大させることができる。
一方、セルバランシングスイッチのデューティ比の増加分「ａ」は、充電モード－待ちモード－放電モードの順にセルバランシングの動作範囲がさらに大きくなるように設定して、セルバランシングモードに応じてスイッチデューティ比をさらに大きく増加させることができる。
１．６．セルバランシング持続有無判断ステップ（Ｓ６００）
セルバランシング持続有無判断ステップ（Ｓ６００）は、前記バッテリー情報取得ステップ（Ｓ１００）を通じて取得されたバッテリー情報を用いて、現在動作中のセルバランシングの持続有無を判断するステップである。
より具体的に、取得したバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧値と最小電圧値との差であるバンク電圧差の値が基準電圧差を超える場合、動作中のセルバランシングの持続が必要であると判断する。
これに対し、前記バンク電圧差の値が基準電圧差以下であれば、動作中のセルバランシングの持続が不要であると判断し、セルバランシングスイッチをオフ制御するセルバランシング終了ステップ（Ｓ６１０）を行う。
１．７．診断カウント増加有無判断ステップ（Ｓ７００）
診断カウント増加有無判断ステップ（Ｓ７００）は、前記セルバランシング持続有無判断ステップ（Ｓ６００）におけるセルバランシングの持続要否の判断結果及びセルバランシングサイクルの回数と基準セルバランシングサイクルの回数との比較結果に基づいて、診断カウントの増加有無を判断するステップである。
具体的に、前記セルバランシングの持続が必要であると判断され、かつ、セルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数以下である場合、診断カウントの増加が不要であると判断し、前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップ（Ｓ４００）に戻す。一方、このとき、所定のセルバランシングサイクルの回数またはセルバランシング時間の間にセルバランシングを持続したものの、セルバランシングの持続が不要であると判断、すなわち、バンク電圧差の値が基準電圧差を超えないため所定の基準範囲内に収まった場合には、デューティ比変更有無判断ステップ（Ｓ４００）に戻す前に、後述するセルバランシングモード変更ステップ（Ｓ８００）とは異なる方式にてセルバランシングモードを変更することができる。このときのセルバランシングモードは、放電モード－待ちモード－充電モードの順に変更することにより、セルバランシングスイッチのデューティ比の増加分を小さく取ることができる。このとき、変更前のモードが充電モードである場合、充電モードを保持する。
これに対し、前記セルバランシングの持続が必要であると判断され、かつ、セルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超える場合、診断カウントの増加であると判断し、診断カウントの回数を増加させる（Ｓ７１０）。すなわち、所定の基準セルバランシング回数または時間に見合う分だけセルバランシングを行ったにも拘わらず、バッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧値と最小電圧値との差であるバンク電圧差の値が基準電圧差を超える場合、診断カウントの回数を増加させるのである。
一方、診断カウント増加有無を判断するに当たって、一実施形態として、セルバランシングサイクルの回数を用いることを例にとって説明したが、他の実施形態として、セルバランシングの動作時間を用いてもよい。このような場合、例えば、セルバランシングの動作時間が所定の基準セルバランシングの動作時間以下であるか否か、またはセルバランシングの動作時間が所定の基準セルバランシングの動作時間を超えるか否かの結果を診断カウントの増加有無の判断に反映することができる。
１．８．セルバランシングモード変更ステップ（Ｓ８００）
セルバランシングモード変更ステップ（Ｓ８００）においては、前記診断カウント増加有無判断ステップ（Ｓ７００）を通じてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数以下であるか否かに応じて、前記セルバランシング開始ステップ（Ｓ３００）におけるセルバランシングモードを変更することができる。
具体的に、前記診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数以下であれば、セルバランシングモードを変更し、前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップ（Ｓ４００）に戻す。
ここで、セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードのうちのいずれか一つであり、セルバランシングモードの変更は、充電モード、待ちモード、放電モードの順に行うことができる。例えば、初期のセルバランシングモードが充電モードである場合、前記セルバランシングモード変更ステップ（Ｓ８００）において、セルバランシングモードを待ちモードに変更することができる。変更前のセルバランシングモードが放電モードであったならば、放電モードを保持する。
これは、先の診断カウント増加有無判断ステップ（Ｓ７００）において、定められたセルバランシング回数もしくは時間に見合う分だけセルバランシングを行ったにも拘わらず、バンク電圧差が減らない場合の条件に応じて、セルバランシングモードを充電モード－待ちモード－放電モードの順に変更し、セルバランシングを持続することにより、セルバランシングスイッチのデューティ比の増加分をさらに大きく取ることができる。
但し、前記診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数を超える場合、それ以上セルバランシングを行わず、診断結果をレポートし、手続きを終了する診断終了ステップ（Ｓ８１０）を行う。
２．本発明に係るバッテリーパック
図２は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの全体的な構成を概略的に示す図である。
前記図２を参照すると、本発明のバッテリーパックは、下記のような構成要素を備える。
２．１．バッテリーバンク１００
本発明のバッテリーパックは、図２に示される通り、複数のバッテリーセル（図示せず）を含む少なくとも二つ以上のバッテリーバンク１００を備える。
２．２．バッテリー情報測定部２００
バッテリー情報測定部２００は、一定の周期ごとに、バッテリーの電流、電圧、温度、ＳＯＣなどを含むバッテリー情報を測定する構成要素である。
ここで、電圧は、バッテリーバンクごとの電圧値であってもよい。バッテリーバンクの電圧は、例えば、バッテリーセルのそれぞれの電圧を測定し、測定されたバッテリーセルの電圧値を基に測定／算出する方式により得ることができる。
一方、温度は、ＢＭＳの温度値であってもよい。ＢＭＳの温度は、例えば、ＢＭＩＣ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）に接続された抵抗、ＦＥＴの温度を測定して得ることができる。
一方、電流は、セルバランシング電流値であってもよい。
このようなバッテリーの電流、電圧、温度、ＳＯＣなどを含むバッテリー情報を測定する方式としては、公知の方式が利用可能である。
２．３．セルバランシング要否判断部３００
セルバランシング要否判断部３００は、前記バッテリー情報測定部２００から取得されたバッテリー情報を用いて、バッテリーのセルバランシングの要否を判断する構成要素である。このようなセルバランシング要否判断部３００は、下記のような細部的な構成要素を備えていてもよい。
２．３．１．電圧差算出部３１０
電圧差算出部３１０は、前記バッテリー情報測定部２００から取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧値と最小電圧値との差であるバンク電圧差の値を算出する構成要素である。
２．３．２．電圧比較部３２０
電圧比較部３２０は、前記電圧差算出部３１０において算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超えるか否かを比較して、その比較結果に対応する信号を出力する構成要素である。
より具体的に、前記比較の結果、前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超える場合、この旨を示す電圧超え信号を出力することができる。
これに対し、前記比較の結果、前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値以下である場合、この旨を示す電圧以下信号を出力することができる。
２．３．３．ＳＯＣ比較部３３０
ＳＯＣ比較部３３０は、前記バッテリー情報測定部２００から取得されたバッテリー情報に含まれているＳＯＣが所定の基準ＳＯＣ範囲以内であるか否かを比較して、所定の基準ＳＯＣ範囲以内である場合、例えば、この旨を示すＳＯＣ充足信号を出力することができる。
２．３．４．必要判断部３４０
必要判断部３４０は、前記電圧比較部３２０及びＳＯＣ比較部３３０における比較結果に基づいて、セルバランシングの要否を判断する構成要素である。
より具体的に、前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超え、かつ、ＳＯＣが所定の基準ＳＯＣ範囲以内である場合、セルバランシングが必要であると判断する。
すなわち、前記電圧比較部３２０から電圧超え信号が出力され、かつ、ＳＯＣ比較部３３０からＳＯＣ充足信号が出力された場合、セルバランシングが必要であると判断し、例えば、この旨を示すバランシング開始信号を出力することができる。
一方、必要判断部３４０は、セルバランシングの開始後（バランシング開始信号の出力後）に、前記電圧比較部３２０から電圧以下信号が出力される場合、セルバランシングの持続が不要であると判断し、例えば、この旨を示すバランシング終了信号を出力することができる。
これに対し、セルバランシングの開始後（バランシング開始信号の出力後）に、前記電圧比較部３２０から電圧超え信号が出力される場合、セルバランシングの持続が必要であると判断し、例えば、この旨を示すバランシング持続信号を出力することができる。
２．４．デューティ比変更要否判断部４００
デューティ比変更要否判断部４００は、前記セルバランシング要否判断部３００における判断結果に基づいて、セルバランシング動作が活性化された後、前記バッテリー情報測定部２００から取得されたバッテリー情報を用いて、セルバランシング部９００のセルバランシングスイッチ（図示せず）のデューティ比の変更要否を判断する構成要素である。
このようなデューティ比変更要否判断部４００は、下記のような細部構成要素を備えていてもよい。
２．４．１．温度比較部４１０
温度比較部４１０は、セルバランシングの活性化後（バランシング開始信号の出力後）に、前記バッテリー情報測定部２００から取得されたバッテリー情報に含まれているＢＭＳの温度が所定の基準温度未満であるか否かを比較して、所定の基準温度未満である場合、例えば、この旨を示す温度充足信号を出力することができる。
２．４．２．電流比較部４２０
電流比較部４２０は、セルバランシングの活性化後（バランシング開始信号の出力後）に、前記バッテリー情報測定部２００から取得されたバッテリー情報に含まれているセルバランシング電流が所定の基準電流未満であるか否かを比較して、所定の基準電流未満である場合、例えば、この旨を示す電流充足信号を出力することができる。
２．４．３．変更判断部４３０
変更判断部４３０は、前記温度比較部４１０及び電流比較部４２０における比較結果に基づいて、セルバランシングスイッチ（図示せず）のデューティ比の変更要否を判断する構成要素である。
より具体的に、ＢＭＳの温度が所定の基準温度未満であり、かつ、セルバランシング電流が所定の基準電流未満である場合、すなわち、前記温度比較部４１０と電流比較部４２０から温度充足信号と電流充足信号が両方とも出力された場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断する。この場合、例えば、この旨を示すデューティ比の変更信号を出力することができる。
一方、前記温度比較部４１０と電流比較部４２０から温度充足信号と電流充足信号のうちのどちらか一方でも出力されていない場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が不要であると判断することができる。
２．５．カウント部５００
カウント部５００は、セルバランシングサイクルの回数と診断カウントの回数をそれぞれカウントする構成要素である。
２．５．１．サイクル回数カウント部５１０
サイクル回数カウント部５１０は、前記セルバランシング要否判断部３００における判断結果に基づいて、セルバランシングが活性化されれば、セルバランシングサイクルの回数をカウントする構成要素である。より具体的に、前記セルバランシング要否判断部３００の必要判断部３４０からバランシング開始信号が出力されれば、その時点からセルバランシングサイクルの回数をカウントする形態に実現可能である。
一方、サイクル回数カウント部５１０の他の実施形態として、セルバランシングの動作時間をカウントするバランシング時間カウント部としても実現可能である。この場合、例えば、前記セルバランシング要否判断部３００の必要判断部３４０からバランシング開始信号が出力されれば、その時点からセルバランシングの動作時間をカウントする形態として実現可能である。
２．５．２．診断カウント回数カウント部５２０
診断カウント回数カウント部５２０は、後述する診断カウント増加有無判断部６００における判断結果、診断カウントの回数の増加が必要であると判断される場合、診断カウントの回数を増加させる構成要素である。
より具体的に、診断カウント増加有無判断部６００から診断カウント増加信号が出力される場合、診断カウントの回数を＋１だけ増加させることができる。
２．６．診断カウント増加有無判断部６００
診断カウント増加有無判断部６００は、セルバランシングの持続要否とセルバランシングサイクルの回数（または、セルバランシングの動作時間）が所定の基準セルバランシングサイクルの回数（または、セルバランシングの動作時間）を超えるか否かに応じて、診断カウントの回数の増加有無を判断する構成要素である。
このような診断カウント増加有無判断部６００は、下記のような細部的な構成要素を備えていてもよい。
２．６．１．回数比較部６１０
回数比較部６１０は、前記カウント部５００のサイクル回数カウント部５１０においてカウントされたセルバランシングサイクルの回数と、所定の基準セルバランシングサイクルの回数とを比較して、その比較結果に対応する信号を出力する構成要素である。
より具体的に、カウントされたセルバランシングサイクルの回数が基準セルバランシングサイクルの回数以下である場合、例えば、この旨を示すサイクル回数以下信号を出力することができる。
これに対し、カウントされたセルバランシングサイクルの回数が基準セルバランシングサイクルの回数を超える場合、例えば、この旨を示すサイクル回数超え信号を出力することができる。
２．６．２．増加判断部６２０
増加判断部６２０は、前記回数比較部６１０における比較結果と前記セルバランシング要否判断部３００におけるセルバランシング持続有無の判断結果に基づいて、診断カウントの回数の増加を判断する構成要素である。
より具体的に、セルバランシングの持続であると判断され、セルバランシングサイクルの回数（または、セルバランシングの動作時間）が所定の基準セルバランシングサイクルの回数（または、セルバランシングの動作時間）以下である場合、診断カウントの回数を増加させないと判断する。
これに対し、セルバランシングの持続であると判断され、セルバランシングサイクルの回数（または、セルバランシングの動作時間）が所定の基準セルバランシングサイクルの回数（または、セルバランシングの動作時間）を超えた場合、診断カウントの回数を増加させると判断する。
換言すれば、前記セルバランシング要否判断部３００の必要判断部３４０からバランシング持続信号が出力され、かつ、前記回数比較部６１０からサイクル回数以下信号が出力される場合、診断カウントの回数を増加させないと判断し、例えば、この旨を示す診断カウントの未増加信号を出力することができる。
これに対し、前記セルバランシング要否判断部３００の必要判断部３４０からバランシング持続信号が出力され、かつ、前記回数比較部６１０からサイクル回数超え信号が出力される場合、診断カウントの回数を増加させると判断し、例えば、この旨を示す診断カウント増加信号を出力することができる。
２．７．セルバランシングモード変更有無判断部７００
セルバランシングモード変更有無判断部７００は、前記カウント部５００の診断カウント回数カウント部５２０においてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数以下であるか否かに応じて、セルバランシングモードの変更有無を判断する構成要素である。
より具体的に、前記診断カウント回数カウント部５２０においてカウントされた診断カウントの回数が基準診断カウントの回数以下である場合、セルバランシングモードの変更が必要であると判断し、例えば、この旨を示すモード変更信号を出力することができる。
これに対し、前記診断カウント回数カウント部５２０においてカウントされた診断カウントの回数が基準診断カウントの回数を超える場合、セルバランシングモードの変更が不要であると判断し、例えば、この旨を示すモード未変更信号を出力することができる。
２．８．セルバランシング制御部８００
セルバランシング制御部８００は、前記セルバランシング要否判断部３００における判断結果に基づいて、セルバランシング部９００のセルバランシング動作を制御する構成要素である。
より具体的に、前記セルバランシング要否判断部３００によりセルバランシングが必要であると判断されれば、初期のセルバランシングスイッチのデューティ比及びセルバランシングモードでセルバランシング動作を活性化させるが、次いで、バッテリーの状態の変化に伴う条件の充足有無に応じて、デューティ比及びセルバランシングモードをそれぞれ変更設定してセルバランシング動作を制御するように構成される。
２．８．１．スイッチ制御部８１０
スイッチ制御部８１０は、前記セルバランシング要否判断部３００の必要判断部３４０からバランシング開始信号が出力される場合、セルバランシング部９００のセルバランシングスイッチ（図示せず）を初期のデューティ比にしてオンにする。
ここで、初期のセルバランシングスイッチのデューティ比は、例えば、２０％に設定されてもよい。
次いで、前記デューティ比変更要否判断部４００の変更判断部４３０からデューティ比の変更信号が出力されれば、前記セルバランシングスイッチ（図示せず）のデューティ比を所定の範囲だけ増加設定してオンにすることができる。
一方、次いで、前記セルバランシング要否判断部３００の必要判断部３４０からバランシング終了信号が出力される場合、セルバランシングスイッチ（図示せず）をオフ制御してセルバランシング動作を終了することができる。
２．８．２．セルバランシングモード設定部８２０
セルバランシングモード設定部８２０は、前記セルバランシング要否判断部３００の必要判断部３４０からバランシング開始信号が出力される場合、初期のセルバランシングモードに設定する。次いで、前記セルバランシングモード変更有無判断部７００からモード変更信号が出力される場合、所定の順序にてセルバランシングモードを変更して設定することができる。
ここで、セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードのうちのいずれか一つであってもよい。
また、所定のセルバランシングモードの変更順序は、充電モード、待ちモード、放電モードの順に設定可能である。
例えば、初期のセルバランシングモードが充電モードであれば、前記セルバランシングモード変更有無判断部７００からモード変更信号が出力されることに伴い、変更設定されるセルバランシングモードは、待ちモードとなるのである。
２．９．セルバランシング部９００
セルバランシング部９００は、各バッテリーバンク１００の正極に接続されてバッテリーバンクの電圧を消費するセルバランシング用抵抗（図示せず）及び前記セルバランシング用抵抗（図示せず）とバッテリーバンク１００との接続経路をオン／オフにするセルバランシングスイッチ（図示せず）から構成されて、前記セルバランシング制御部８００の制御に従いセルバランシング動作をして、バッテリーバンク１００の間の電圧差を調節する構成要素である。
一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意されたい。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。
本発明の図面に用いられた符号及びその名称は、下記の通りである。
１００：バッテリーバンク
２００：バッテリー情報測定部
３００：セルバランシング要否判断部
３１０：電圧差算出部
３２０：電圧比較部
３３０：ＳＯＣ比較部
３４０：必要判断部
４００：デューティ比変更要否判断部
４１０：温度比較部
４２０：電流比較部
４３０：変更判断部
５００：カウント部
５１０：サイクル回数カウント部
５２０：診断カウント回数カウント部
６００：診断カウント増加有無判断部
６１０：回数比較部
６２０：増加判断部
７００：セルバランシングモード変更有無判断部
８００：セルバランシング制御部
８１０：スイッチ制御部
８２０：セルバランシングモード設定部
９００：セルバランシング部

Claims (21)

  1. バッテリーパックに含まれている少なくとも二つ以上のバッテリーバンクの間のセルバランシングを制御する方法において、
    一定の周期ごとに、バッテリーの電流、電圧、温度を含むバッテリー情報を取得するバッテリー情報取得ステップと、
    前記バッテリー情報取得ステップにおいて取得したバッテリー情報を用いて、セルバランシングの要否を判断するセルバランシング要否判断ステップと、
    前記セルバランシング要否判断ステップにおいて、セルバランシングが必要であると判断された場合、セルバランシングスイッチを初期のデューティ比にしてオンにし、初期のセルバランシングモードを実行するセルバランシング開始ステップと、
    前記セルバランシングの開始後、前記取得されたバッテリー情報を用いて、前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更要否を判断するセルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップと、
    前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップにおいて、前記セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断された場合、前記セルバランシングスイッチのデューティ比を所定の範囲だけ増加させるセルバランシングスイッチデューティ比増加ステップと、
    前記取得されたバッテリー情報を用いて、セルバランシングの持続有無を判断するセルバランシング持続有無判断ステップと、
    前記セルバランシング持続有無判断ステップにおいて、セルバランシングの持続であると判断され、セルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超える場合、診断カウントの回数を増加させる診断カウント増加有無判断ステップと、
    前記診断カウント増加有無判断ステップを通じてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数以下である場合、セルバランシングモードを変更し、前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップに戻すセルバランシングモード変更ステップと、
    を含む、セルバランシング方法。
  2. 前記セルバランシング持続有無判断ステップにおいて、セルバランシングの持続ではないと判断される場合、セルバランシングスイッチをオフ制御するセルバランシング終了ステップと、
    前記診断カウント増加有無判断ステップを通じてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数を超える場合、診断結果をレポートし、手続きを終了する診断終了ステップと、
    をさらに含む、請求項１に記載のセルバランシング方法。
  3. 前記セルバランシング要否判断ステップは、
    前記取得したバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧と最小電圧との差であるバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超え、充電状態（ＳＯＣ）が所定の基準範囲以内である場合、セルバランシングが必要であると判断するものであることを特徴とする、請求項１または２に記載のセルバランシング方法。
  4. 前記セルバランシングスイッチデューティ比変更要否判断ステップは、
    前記取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリー管理システム（ＢＭＳ）の温度が所定の基準温度未満であり、セルバランシング電流が基準電流未満である場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断するステップと、
    前記バッテリー管理システム（ＢＭＳ）の温度とセルバランシング電流のうちのどちらか一方でも条件を満たしていない場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が不要であると判断するステップと
    を含む、請求項１に記載のセルバランシング方法。
  5. 前記セルバランシング持続有無判断ステップは、
    前記取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧と最小電圧との差であるバンク電圧差の値が所定の基準電圧差以下である場合、セルバランシングの持続が不要であると判断するステップと、
    前記バンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超える場合、セルバランシングの持続が必要であると判断するステップと
    を含む、請求項１に記載のセルバランシング方法。
  6. 前記セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードのうちのいずれか一つであり、
    前記セルバランシングモード変更ステップは、
    充電モード、待ちモード、放電モードの順に前記セルバランシングモードを変更するステップを含む、請求項１に記載のセルバランシング方法。
  7. 複数のバッテリーセルを含む少なくとも二つ以上のバッテリーバンクと、
    一定の周期ごとに、バッテリーの電流、電圧、温度、充電状態（ＳＯＣ）を含むバッテリー情報を測定するバッテリー情報測定部と、
    前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報を用いて、セルバランシングの要否を判断するセルバランシング要否判断部と、
    前記セルバランシング要否判断部における判断結果に基づいて、セルバランシング動作が活性化された後、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報を用いて、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更要否を判断するデューティ比変更要否判断部と、
    セルバランシングサイクルの回数と診断カウントの回数をそれぞれカウントするカウント部と、
    セルバランシングの持続要否とセルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超えるか否かに応じて、診断カウントの回数の増加有無を判断する診断カウント増加有無判断部と、
    前記カウント部においてカウントされた診断カウントの回数が所定の基準診断カウントの回数以下であるか否かに応じて、セルバランシングモードの変更有無を判断するセルバランシングモード変更有無判断部と、
    を備える、バッテリーパック。
  8. 前記セルバランシング要否判断部によりセルバランシングが必要であると判断されれば、初期のセルバランシングスイッチのデューティ比及び初期のセルバランシングモードでセルバランシング動作を活性化させるが、次いで、バッテリーの状態の変化に伴う所定の条件の充足有無に応じて、前記セルバランシングスイッチのデューティ比及びセルバランシングモードをそれぞれ変更設定するセルバランシング制御部と、
    各バッテリーバンクの正極に接続されて、バッテリーバンクの電圧を消費するセルバランシング用抵抗、及び、前記セルバランシング用抵抗とバッテリーバンクとの接続経路をオン／オフにするセルバランシングスイッチを備えるセルバランシング部と、
    をさらに備える、請求項７に記載のバッテリーパック。
  9. 前記セルバランシング要否判断部は、
    前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリーバンクの電圧値のうち、最大電圧と最小電圧との差であるバンク電圧差を算出する電圧差算出部と、
    前記電圧差算出部において算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超えるか否かを比較して、当該比較結果に対応する信号を出力する電圧比較部と、
    前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれている充電状態（ＳＯＣ）が所定の基準充電状態（ＳＯＣ）の範囲以内であるか否かを比較して、所定の基準充電状態（ＳＯＣ）の範囲以内である場合、基準充電状態（ＳＯＣ）充足信号を出力する基準充電状態（ＳＯＣ）比較部と、
    前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超え、充電状態（ＳＯＣ）が所定の基準充電状態（ＳＯＣ）範囲以内である場合、セルバランシングが必要であると判断する必要判断部と、
    を備えてなる、請求項８に記載のバッテリーパック。
  10. 前記電圧比較部は、
    前記比較の結果、前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値を超える場合、電圧超え信号を出力し、
    前記算出されたバンク電圧差の値が所定の基準電圧差の値以下である場合、電圧以下信号を出力し、
    前記必要判断部は、
    前記電圧超え信号と充電状態（ＳＯＣ）充足信号が両方とも出力された場合、セルバランシングが必要であると判断し、バランシング開始信号を出力することを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記必要判断部は、
    前記バランシング開始信号の出力後に、前記電圧比較部から電圧以下信号が出力される場合、セルバランシングの持続ではないと判断し、バランシング終了信号を出力すること、及び
    前記バランシング開始信号の出力後に、前記電圧比較部から電圧超え信号が出力される場合、セルバランシングの持続であると判断し、バランシング持続信号を出力することを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリーパック。
  12. 前記デューティ比変更要否判断部は、
    前記必要判断部からバランシング開始信号が出力された後、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれているバッテリー管理システム（ＢＭＳ）の温度が所定の基準温度未満であるか否かを比較して、所定の基準温度未満である場合、温度充足信号を出力する温度比較部と、
    前記必要判断部からバランシング開始信号が出力された後、前記バッテリー情報測定部から取得されたバッテリー情報に含まれているセルバランシング電流が所定の基準電流未満であるか否かを比較して、所定の基準電流未満である場合、電流充足信号を出力する電流比較部と、
    前記温度比較部及び電流比較部における比較結果に基づいて、セルバランシング部のセルバランシングスイッチのデューティ比の変更要否を判断する変更判断部と、
    を備えてなる、請求項１１に記載のバッテリーパック。
  13. 前記変更判断部は、
    前記温度比較部及び電流比較部から温度充足信号と電流充足信号が両方とも出力された場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が必要であると判断し、デューティ比の変更信号を出力すること、及び
    前記温度比較部及び電流比較部から温度充足信号と電流充足信号のうちのどちらか一方でも出力されていない場合、セルバランシングスイッチのデューティ比の変更が不要であると判断することを特徴とする、請求項１２に記載のバッテリーパック。
  14. 前記カウント部は、
    前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング開始信号が出力された場合、バランシング開始信号が出力された時点からセルバランシングサイクルの回数をカウントするサイクル回数カウント部を備えてなる、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  15. 前記診断カウント増加有無判断部は、
    前記カウント部のサイクル回数カウント部においてカウントされたセルバランシングサイクルの回数が所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超えるか否かを比較して、所定の基準セルバランシングサイクルの回数を超える場合、サイクル回数超え信号を出力する回数比較部と、
    前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング持続信号が出力され、前記回数比較部からサイクル回数超え信号が出力される場合、診断カウントの回数を増加させると判断し、診断カウント増加信号を出力する増加判断部と、
    を備えてなる、請求項１４に記載のバッテリーパック。
  16. 前記カウント部は、
    前記診断カウント増加有無判断部の増加判断部から診断カウント信号が出力される場合、診断カウントの回数を増加させる診断カウント回数カウント部をさらに備えてなる、請求項１５に記載のバッテリーパック。
  17. 前記セルバランシングモード変更有無判断部は、
    前記診断カウント回数カウント部においてカウントされた診断カウントの回数が基準診断カウントの回数以下である場合、セルバランシングモードの変更が必要であると判断し、モード変更信号を出力することを特徴とする、請求項１６に記載のバッテリーパック。
  18. 前記セルバランシング制御部は、
    前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング開始信号が出力される場合、セルバランシング部のセルバランシングスイッチを初期のデューティ比にしてオンにするスイッチ制御部と、
    前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング開始信号が出力される場合、初期のセルバランシングモードに設定するセルバランシングモード設定部と、
    を備えてなる、請求項１７に記載のバッテリーパック。
  19. 前記セルバランシング制御部のスイッチ制御部は、
    前記デューティ比変更要否判断部の変更判断部からデューティ比の変更信号が出力される場合、前記セルバランシングスイッチのデューティ比を所定の範囲だけ増加設定してオンにすること、及び
    前記セルバランシング要否判断部の必要判断部からバランシング終了信号が出力される場合、セルバランシングスイッチをオフにすることを特徴とする、請求項１８に記載のバッテリーパック。
  20. 前記セルバランシング制御部のセルバランシングモード設定部は、
    前記セルバランシングモード変更有無判断部からモード変更信号が出力される場合、セルバランシングモードを変更設定することを特徴とする、請求項１８に記載のバッテリーパック。
  21. 前記セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードのうちのいずれか一つであり、
    前記セルバランシングモードは、充電モード、待ちモード、放電モードの順に変更設定されることを特徴とする、請求項２０に記載のバッテリーパック。
JP2024503962A 2022-04-27 2022-12-27 セルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパック Active JP7639237B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220052179A KR20230152429A (ko) 2022-04-27 2022-04-27 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩
KR10-2022-0052179 2022-04-27
PCT/KR2022/021389 WO2023210913A1 (ko) 2022-04-27 2022-12-27 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024526961A JP2024526961A (ja) 2024-07-19
JP7639237B2 true JP7639237B2 (ja) 2025-03-04

Family

ID=88519163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024503962A Active JP7639237B2 (ja) 2022-04-27 2022-12-27 セルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパック

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20250112286A1 (ja)
EP (1) EP4354693A4 (ja)
JP (1) JP7639237B2 (ja)
KR (1) KR20230152429A (ja)
CN (1) CN117678140A (ja)
WO (1) WO2023210913A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12447855B2 (en) * 2023-12-06 2025-10-21 Lg Energy Solution, Ltd. Battery system
KR20250140897A (ko) 2024-03-19 2025-09-26 넥스콘테크놀러지 주식회사 배터리 팩 간의 능동 셀 밸런싱장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016077115A (ja) 2014-10-08 2016-05-12 株式会社Ihi 電池制御装置、電池システム及び電池制御方法
JP2018023257A (ja) 2016-08-05 2018-02-08 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置、蓄電装置の制御方法、車両
JP2019022328A (ja) 2017-07-18 2019-02-07 矢崎総業株式会社 電池監視装置
JP2019504451A (ja) 2016-10-21 2019-02-14 エルジー・ケム・リミテッド デューティ制御を用いた効果的なバッテリセルのバランシング方法及びシステム
JP2019110708A (ja) 2017-12-19 2019-07-04 株式会社デンソー 電池制御装置
US20210305817A1 (en) 2018-03-06 2021-09-30 Samsung Sdi Co., Ltd. Cell-balancing method and battery management system performing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101459539B1 (ko) 2012-12-27 2014-11-07 현대모비스 주식회사 배터리 전압 균등화 장치 및 방법
CN109435777B (zh) * 2017-08-31 2021-02-23 比亚迪股份有限公司 电池均衡系统、车辆、电池均衡方法及存储介质
JP2020046335A (ja) * 2018-09-20 2020-03-26 株式会社ケーヒン バッテリ監視装置
KR102757601B1 (ko) * 2020-10-19 2025-01-21 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 셀 밸런싱의 유효성 진단 장치 및 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016077115A (ja) 2014-10-08 2016-05-12 株式会社Ihi 電池制御装置、電池システム及び電池制御方法
JP2018023257A (ja) 2016-08-05 2018-02-08 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置、蓄電装置の制御方法、車両
JP2019504451A (ja) 2016-10-21 2019-02-14 エルジー・ケム・リミテッド デューティ制御を用いた効果的なバッテリセルのバランシング方法及びシステム
JP2019022328A (ja) 2017-07-18 2019-02-07 矢崎総業株式会社 電池監視装置
JP2019110708A (ja) 2017-12-19 2019-07-04 株式会社デンソー 電池制御装置
US20210305817A1 (en) 2018-03-06 2021-09-30 Samsung Sdi Co., Ltd. Cell-balancing method and battery management system performing the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023210913A1 (ko) 2023-11-02
CN117678140A (zh) 2024-03-08
JP2024526961A (ja) 2024-07-19
US20250112286A1 (en) 2025-04-03
KR20230152429A (ko) 2023-11-03
EP4354693A4 (en) 2024-11-20
EP4354693A1 (en) 2024-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108539300B (zh) 电池包的电量均衡方法及系统
EP1977493B1 (en) Battery balancing apparatus
KR102082866B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법
JP3615507B2 (ja) 組電池の充電率調整回路
JP3503414B2 (ja) 組電池の単電池間充電率調整装置
US7737659B2 (en) Battery charging method
US7514905B2 (en) Battery management system
US8198863B1 (en) Model-based battery fuel gauges and methods
US20040119441A1 (en) Method for resetting a state of charge fo a battery of a hybrid electric vehicle
JP7639237B2 (ja) セルバランシング方法及びこれを適用したバッテリーパック
KR20170022416A (ko) 배터리 시스템
WO2008065910A1 (en) Accumulator failure detecting device, accumulator failure detecting method, accumulator failure detecting program, and computer-readable recording medium containing the accumulator failure detecting program
JP2006129588A (ja) 二次電池の電力制御方法及び電源装置
CN103138026A (zh) 电池组的控制装置
JP3841001B2 (ja) 電池制御システム
JP7687072B2 (ja) 蓄電装置、及び、蓄電装置の制御方法
EP4632404A1 (en) Method for correcting battery state of charge, system, power distribution box, battery pack and device
CN102790408B (zh) 双蓄电池汽车供电系统中的能量均衡存储方法
JP2004271342A (ja) 充放電制御システム
JP7583997B2 (ja) 蓄電装置、及び、蓄電装置の制御方法
JP2002354698A (ja) 制御回路
JP3997707B2 (ja) 監視装置、制御装置及び電池モジュール
JP3702172B2 (ja) ハイブリッドカーの充放電制御方法
JP3551084B2 (ja) 二次電池の状態管理方法及びこの方法を用いた電池パック
JP7563286B2 (ja) 電池監視装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20241220

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7639237

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150