WO2023210913A1 - 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a cell balancing method and a battery pack to which the same is applied, and more specifically, to a cell balancing method that can increase cell balancing efficiency by controlling the cell balancing switching PWM duty, and to a battery pack to which the same is applied.
  • Battery packs mounted on devices that require rechargeable electric storage devices include a plurality of battery cells connected in series or parallel.
  • Each battery cell included in a battery pack has a capacity difference due to various reasons during the manufacturing process. Accordingly, a voltage difference occurs between battery cells in a battery pack during a charge/discharge cycle, and as the number of charge/discharge increases, the voltage difference between battery cells also accumulates and increases. As this phenomenon repeats, the lifespan of the battery pack decreases. To solve this problem, cell balancing technology is applied to the battery pack to adjust the voltage difference between battery cells that occurs during charging/discharging.
  • the passive balancing method is a method of lowering the voltage to the reference voltage level by forcibly discharging it through a cell balancing resistor when the voltage of a specific battery cell or module is higher than the reference voltage (minimum battery cell or module voltage). More specifically, a method of discharging the connection circuit between the discharge resistor and the battery cell using a FET through PWM switching control is used.
  • PWM switching it is controlled with a predetermined PWM duty considering input values such as BMS temperature and cell voltage/current.
  • the prior art includes the following literature.
  • the present invention is intended to solve the above-described problems, and provides a cell balancing method that can increase cell balancing efficiency by variably controlling the cell balancing switching PWM duty according to the cell balancing current, BMS temperature, and operating mode, and a battery pack applying the same. I want to do it.
  • a method of cell balancing between at least two battery banks included in a battery pack includes a battery information acquisition step of acquiring battery information including current, voltage, and temperature of the battery at regular periodic intervals; A cell balancing necessity determination step of determining whether cell balancing is necessary using the battery information obtained in the battery information acquisition step; If it is determined that cell balancing is necessary in the determining whether cell balancing is necessary, a cell balancing start step of turning on the cell balancing switch to the initial duty ratio and executing the initial cell balancing mode; After the cell balancing starts, a cell balancing switch duty ratio determination step of determining whether the cell balancing switch duty ratio needs to be changed using the acquired battery information; A cell balancing switch duty ratio increasing step of increasing the duty ratio of the cell balancing switch by a predetermined range when it is determined that the cell balancing switch duty ratio needs to be changed in the step of determining whether to change the cell balancing switch duty ratio; A cell balancing continuation determination step of
  • the bank voltage maximum difference value which is the difference between the maximum voltage and minimum voltage among the voltage values of the battery banks included in the obtained battery information, exceeds a predetermined reference voltage difference value, and the SOC If is within a predetermined standard range, determining that cell balancing is necessary; It is characterized by .
  • the cell balancing switch duty ratio needs to be changed. to judge; If either the BMS temperature or the cell balancing current does not meet a condition, determining that changing the cell balancing switch duty ratio is not necessary; It is characterized by .
  • the step of determining whether cell balancing continues is performed when the maximum bank voltage maximum difference value, which is the difference between the maximum voltage and minimum voltage among the voltage values of the battery banks included in the obtained battery information, is less than or equal to a predetermined reference voltage difference, cell balancing deciding that continuation is not necessary; If the bank voltage difference value exceeds a predetermined reference voltage difference value, determining that continuing cell balancing is necessary; It is characterized by .
  • the cell balancing mode is one of charging mode, standby mode, and discharging mode
  • the step of changing the cell balancing mode includes changing the charging mode, standby mode, and discharging mode in that order; It is characterized by .
  • a battery pack includes at least two battery banks including a plurality of battery cells; a battery information measuring unit that measures battery information including current, voltage, temperature, and SOC of the battery at regular cycle intervals; a cell balancing necessity determination unit that determines whether cell balancing is necessary using the battery information obtained from the battery information measurement unit; A duty ratio change determination unit that determines whether the cell balancing switch duty ratio needs to be changed using the battery information obtained from the battery information measurement unit after the cell balancing operation is activated according to the determination result of the cell balancing necessity determination unit; a count unit that counts the number of cell balancing cycles and the number of diagnostic counting cycles; a diagnostic count increase determination unit that determines whether to increase the diagnostic counting number depending on whether cell balancing needs to be continued and whether the number of cell balancing cycles exceeds a predetermined standard cell balancing cycle number; a cell balancing mode change determination unit that determines whether to change the cell balancing mode according to whether the number of diagnostic counting counts counted in the counting
  • the cell balancing operation is activated using the initial cell balancing switch duty ratio and initial cell balancing mode, and then the cell balancing operation is activated depending on whether a predetermined condition is met according to a change in the battery state.
  • a cell balancing control unit that changes and sets the cell balancing switch duty ratio and cell balancing mode respectively;
  • a cell balancing unit connected to the anode of each battery bank and including a cell balancing switch that consumes the voltage of the battery bank and a cell balancing switch that turns on/off a connection path between the cell balancing resistor and the battery bank; It further includes.
  • the cell balancing necessity determination unit includes: a voltage difference calculation unit that calculates a bank voltage difference, which is the difference between the maximum voltage and the minimum voltage among the voltage values of the battery banks included in the battery information obtained from the battery information measurement unit; a voltage comparison unit that compares whether the bank voltage difference value calculated by the voltage difference calculation unit exceeds a predetermined reference voltage difference value and outputs a signal corresponding to the comparison result; a SOC comparison unit that compares whether the SOC included in the battery information obtained from the battery information measurement unit is within a predetermined standard SOC range and, if so, outputs a SOC satisfaction signal; a necessity determination unit that determines that cell balancing is necessary when the calculated bank voltage difference value exceeds a predetermined reference voltage difference value and the SOC is within a predetermined reference SOC range; It is composed including.
  • the voltage comparator outputs a voltage exceeding signal when, as a result of the comparison, the calculated bank voltage difference value exceeds a predetermined reference voltage difference value, and the calculated bank voltage difference value exceeds a predetermined reference voltage difference value. If the voltage difference is below the voltage difference value, a signal below the voltage is output, and the necessity determination unit determines that cell balancing is necessary and outputs a balancing start signal when both the voltage exceeding signal and the SOC meeting signal are output; It is characterized by .
  • the necessity determination unit determines that cell balancing is not continued and outputs a balancing end signal when a signal below the voltage is output from the voltage comparator after outputting the balancing start signal; After outputting the balancing start signal, when a voltage exceeding signal is output from the voltage comparator, determining that cell balancing is continuing and outputting a balancing continuing signal; It is characterized by .
  • the duty ratio change determination unit after the balancing start signal is output from the necessity determination unit, compares whether the BMS temperature included in the battery information obtained from the battery information measurement unit is less than a predetermined reference temperature, and determines whether the BMS temperature is less than a predetermined reference temperature.
  • a temperature comparison unit that outputs a temperature satisfaction signal; After the balancing start signal is output from the necessity determination unit, current comparison is performed to determine whether the cell balancing current included in the battery information obtained from the battery information measurement unit is less than a predetermined reference current, and output a current satisfaction signal if it is less than. wealth; a change determination unit that determines whether the cell balancing switch duty ratio of the cell balancing unit needs to be changed according to the comparison result of the temperature comparison unit and the current comparison unit; It is composed including.
  • the change determination unit determines that the cell balancing switch duty ratio needs to be changed and outputs a duty ratio change signal. ; If either the temperature satisfaction signal or the current satisfaction signal is not output from the temperature comparison unit and the current comparison unit, determining that a cell balancing switch duty ratio change is not necessary; It is characterized by .
  • the count unit includes: a cycle number count unit that counts the number of cell balancing cycles from that point when a balancing start signal is output from the necessity determination unit of the cell balancing necessity determination unit; It is composed including.
  • the diagnosis count increase determination unit compares whether the number of cell balancing cycles counted in the cycle number counter of the counter exceeds a predetermined reference cell balancing cycle number, and if it exceeds, outputs a cycle number exceeding signal. comparison section; When a balancing continuation signal is output from the cell balancing necessity determination unit and a cycle number exceeding signal is output from the number comparison unit, an increase determination determines to increase the diagnostic counting number and outputs a diagnostic counting increase signal. wealth; It is composed including.
  • the count unit includes: a diagnostic counting number count unit that increases the diagnostic counting number when a diagnostic counting signal is output from the increase determination unit of the diagnostic count increase determination unit; It is composed further including.
  • the cell balancing mode change determination unit determines that a cell balancing mode change is necessary when the diagnostic counting number counted by the diagnostic counting number counting unit is less than or equal to the standard diagnostic counting number, and outputs a mode change signal; It is characterized by .
  • the cell balancing control unit includes: a switch control unit that turns on the cell balancing switch of the cell balancing unit to the initial duty ratio when a balancing start signal is output from the necessity determination unit of the cell balancing necessity determination unit; a cell balancing mode setting unit that sets an initial cell balancing mode when a balancing start signal is output from the cell balancing necessity determination unit; It is composed including.
  • the switch control unit of the cell balancing control unit when a duty ratio change signal is output from the change determination unit of the duty ratio change determination unit, increases the duty ratio of the cell balancing switch by a predetermined range and turns it on; When a balancing end signal is output from the necessity determination unit of the cell balancing necessity determination unit, turning off the cell balancing switch; It is characterized by .
  • the cell balancing mode setting unit of the cell balancing control unit changes and sets the cell balancing mode when a mode change signal is output from the cell balancing mode change determination unit; It is characterized by .
  • the cell balancing mode is one of charging mode, standby mode, and discharging mode
  • changing the cell balancing mode includes changing and setting the charging mode, standby mode, and discharging mode in that order; It is characterized by .
  • cell balancing is performed by variably controlling the cell balancing switch PWM duty depending on the cell balancing current, BMS temperature, and operating mode.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a cell balancing method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram schematically showing the overall configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 7 are diagrams showing the detailed configuration of each component.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a cell balancing method according to an embodiment of the present invention.
  • the cell balancing method of the present invention may include the following steps.
  • the battery information acquisition step (S100) is a step of acquiring battery information including current, voltage, temperature, SOC, etc. of the battery at regular periodic intervals.
  • the voltage of the battery may be the voltage value of each battery bank 100 composed of a plurality of battery cells (not shown).
  • the temperature of the battery may be a BMS temperature value obtained by measuring the temperature of a resistor, FET, etc. connected to a BMIC (Battery Monitoring IC).
  • BMS temperature value obtained by measuring the temperature of a resistor, FET, etc. connected to a BMIC (Battery Monitoring IC).
  • the step of determining whether cell balancing is necessary is a step of determining whether cell balancing is necessary using the battery information obtained in the battery information acquisition step (S100).
  • the bank voltage difference value which is the difference between the maximum voltage value and the minimum voltage value among the voltage values of the battery banks included in the obtained battery information, exceeds the reference voltage difference and the SOC is within a predetermined reference range, It is determined that cell balancing is necessary.
  • cell balancing start step (S300) if cell balancing is determined to be necessary in the cell balancing necessary determination step (S200), cell balancing is performed by setting the cell balancing switch (not shown) to the initial duty ratio and turning it on. This is the step to activate and execute the initial cell balancing mode.
  • the initial duty ratio may be set to 20%, for example.
  • Cell balancing mode can be set to charging mode, standby mode, or discharging mode.
  • the cell balancing time can be counted from that point.
  • the cell balancing switch duty ratio determination step (S400) requires changing the cell balancing switch duty ratio using the BMS temperature and cell balancing current included in the battery information obtained through the battery information acquisition step (S100). This is the step to determine whether or not.
  • the duty ratio of the cell balancing switch may be changed.
  • the duty ratio of the cell balancing switch is changed. It can be judged that this is not necessary. In this case, the initial duty ratio and initial cell balancing mode set in the cell balancing start step (S300) are maintained (S410).
  • the cell balancing switch duty ratio increasing step (S500) is a step that is operated when it is determined that the cell balancing switch duty ratio needs to be changed in the cell balancing switch duty ratio determination step (S400).
  • the duty ratio of the cell balancing switch is increased by a predetermined range increase.
  • the cell balancing switch duty ratio in the cell balancing start step (S300) is 'A' and the midpoint of the predetermined range is 'a', the cell balancing switch duty ratio is increased to 'A+a'. will be.
  • the cell balancing switch duty ratio is gradually increased to improve cell balancing efficiency. can be increased.
  • the increase in cell balancing switch duty ratio 'a' can set the cell balancing operation range to be larger in the order of charging mode - standby mode - discharging mode, thereby increasing the switch duty ratio further according to the cell balancing mode.
  • the cell balancing determination step (S600) is a step of determining whether the currently operating cell balancing continues using the battery information obtained through the battery information acquisition step (S100).
  • the bank voltage difference value which is the difference between the maximum and minimum voltage values among the voltage values of the battery banks included in the acquired battery information, exceeds the reference voltage difference, it is determined that balancing of the cells in operation is necessary. .
  • the diagnostic count determination step (S700) increases the diagnostic count according to the result of determining whether cell balancing is necessary to continue in the cell balancing determination step (S600) and the comparison result between the number of cell balancing cycles and the number of reference cell balancing cycles. This is the step to determine whether or not.
  • the cell balancing switch duty ratio determination step (S400) returns to Meanwhile, at this time, cell balancing was continued for a predetermined number of cell balancing cycles or cell balancing time, but it was determined that continuing cell balancing was not necessary, that is, the bank voltage difference value did not exceed the reference voltage difference, so it was within the predetermined reference range.
  • the cell balancing mode can be changed in a different manner from the cell balancing mode changing step (S800) described later, before returning to the duty ratio change determination step (S400). At this time, the cell balancing mode can be changed in the order of discharge mode - standby mode - charging mode, thereby reducing the increase in cell balancing switch duty ratio. At this time, if the mode before change is the charging mode, the charging mode is maintained.
  • the diagnostic count is increased and the diagnostic counting number is increased (S710). That is, even though cell balancing is performed for a predetermined number of reference cell balancing times or times, if the bank voltage difference value, which is the difference between the maximum and minimum voltage values among the voltage values of the battery banks, exceeds the reference voltage difference, diagnostic counting is performed. The idea is to increase the number of times.
  • the cell balancing operation time may be used in another embodiment.
  • the result of whether the cell balancing operation time is less than or exceeds a predetermined reference cell balancing operation time can be reflected in the determination of whether to increase the diagnosis count.
  • the cell balancing mode change step (S800) is performed in the cell balancing start step (S300) depending on whether the number of diagnostic counts counted through the determining whether to increase the diagnostic count step (S700) is less than or equal to a predetermined standard diagnostic counting number. You can change the cell balancing mode.
  • the cell balancing mode is changed and the process returns to the step of determining whether to change the cell balancing switch duty ratio (S400).
  • the cell balancing mode is one of charging mode, standby mode, and discharging mode
  • the cell balancing mode can be changed in the order of charging mode, standby mode, and discharging mode. For example, if the initial cell balancing mode is charging mode, the cell balancing mode can be changed to standby mode in the cell balancing mode changing step (S800). If the cell balancing mode before the change was discharge mode, maintain the discharge mode.
  • the cell balancing mode is changed to charging mode - standby mode - discharging according to the condition that the bank voltage difference is not reduced even though cell balancing is performed for a set number of cell balancing times or time.
  • the increase in cell balancing switch duty ratio can be greater.
  • diagnosis termination step (S810) is performed in which the procedure is terminated.
  • Figure 2 is a diagram schematically showing the overall configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack of the present invention includes the following configuration.
  • the battery pack of the present invention includes at least two battery banks 100 including a plurality of battery cells (not shown).
  • the battery information measuring unit 200 is configured to measure battery information including current, voltage, temperature, SOC, etc. of the battery at regular cycle intervals.
  • the voltage may be a voltage value for each battery bank.
  • the voltage of the battery bank can be obtained, for example, by measuring the voltage of each battery cell and measuring/calculating it based on the measured voltage values of the battery cells.
  • the temperature may be a BMS temperature value.
  • the BMS temperature can be obtained, for example, by measuring the temperature of the resistor or FET connected to BMIC (Battery Monitoring).
  • the current may be a cell balancing current value.
  • Known methods can be used to measure battery information including current, voltage, temperature, SOC, etc. of the battery.
  • the cell balancing necessity determination unit 300 is a component that determines whether cell balancing of the battery is necessary using the battery information obtained from the battery information measurement unit 200.
  • the cell balancing determination unit 300 may include the following detailed configuration.
  • the voltage difference calculation unit 310 is a component that calculates the bank voltage difference value, which is the difference between the maximum voltage value and the minimum voltage value among the voltage values of the battery banks included in the battery information obtained from the battery information measurement unit 200. .
  • the voltage comparison unit 320 is configured to compare whether the bank voltage difference value calculated by the voltage difference calculation unit 310 exceeds a predetermined reference voltage difference value and output a signal corresponding to the comparison result.
  • a voltage exceeding signal indicating this may be output.
  • the SOC comparison unit 330 compares whether the SOC included in the battery information obtained from the battery information measuring unit 200 is within a predetermined standard SOC range, and if it is within the range, for example, sends a SOC satisfaction signal indicating this. Can be printed.
  • the necessity determination unit 340 is a component that determines whether cell balancing is necessary according to the comparison result of the voltage comparator 320 and the SOC comparator 330.
  • the necessity determination unit 340 determines that continuing cell balancing is not necessary when a signal below the voltage is output from the voltage comparator 320 after cell balancing starts (after outputting the balancing start signal), and YES For example, a balancing end signal indicating this can be output.
  • the duty ratio change determination unit 400 uses the battery information obtained from the battery information measurement unit 200 to determine whether cell balancing is necessary. , This is a configuration that determines whether the duty ratio of the cell balancing switch (not shown) of the cell balancing unit 900 needs to be changed.
  • the duty ratio change determination unit 400 may include the following detailed configuration.
  • the temperature comparison unit 410 compares whether the BMS temperature included in the battery information obtained from the battery information measurement unit 200 is less than a predetermined reference temperature after activating cell balancing (after outputting the balancing start signal), and determines whether the BMS temperature is less than a predetermined reference temperature. In this case, for example, a temperature satisfaction signal indicating this may be output.
  • the current comparison unit 420 compares whether the cell balancing current included in the battery information obtained from the battery information measuring unit 200 is less than a predetermined reference current after activating cell balancing (after outputting the balancing start signal), If it is less than that, for example, a current satisfaction signal indicating this can be output.
  • the change determination unit 430 is a component that determines whether the duty ratio of the cell balancing switch (not shown) needs to be changed according to the comparison result of the temperature comparator 410 and the current comparator 420.
  • both the temperature satisfaction signal and the current satisfaction signal are received from the temperature comparison unit 410 and the current comparison unit 420. If output, it is determined that the cell balancing switch duty ratio needs to be changed. In this case, for example, a duty ratio change signal indicating this can be output.
  • the temperature satisfaction signal or the current satisfaction signal is not output from the temperature comparison unit 410 and the current comparison unit 420, it may be determined that the cell balancing switch duty ratio change is not necessary.
  • the count unit 500 is configured to count the number of cell balancing cycles and the number of diagnostic counts, respectively.
  • the cycle count count unit 510 is configured to count the number of cell balancing cycles when cell balancing is activated according to the determination result of the cell balancing necessity determination unit 300. More specifically, when a balancing start signal is output from the necessity determination unit 340 of the cell balancing necessity determination unit 300, the number of cell balancing cycles may be counted from that point.
  • the cycle number count unit 510 it can also be implemented as a balancing time count unit that counts the cell balancing operation time.
  • the cell balancing operation time may be counted from that point.
  • the diagnostic counting number count unit 520 is configured to increase the diagnostic counting number when it is determined that an increase in the diagnostic counting number is necessary as a result of the determination by the diagnostic count increase determination unit 600, which will be described later.
  • the diagnosis counting number may be increased by +1.
  • the diagnostic count increase determination unit 600 performs diagnostic counting according to whether cell balancing needs to be continued and whether the number of cell balancing cycles (or cell balancing operation time) exceeds a predetermined reference number of cell balancing cycles (or cell balancing operation time). This is a configuration that determines whether the number of times should increase.
  • the diagnosis count increase determination unit 600 may include the following detailed configuration.
  • the number comparison unit 610 compares the number of cell balancing cycles counted in the cycle number counting unit 510 of the counter 500 with a predetermined reference cell balancing cycle number, and outputs a signal corresponding to the comparison result. It is a composition that does.
  • a signal indicating this is less than or equal to the number of cycles may be output.
  • the increase determination unit 620 is configured to determine an increase in the diagnostic counting number according to the comparison result of the number comparison unit 610 and the determination result of the cell balancing necessity determination unit 300 whether cell balancing is continued.
  • the diagnostic counting number is increased. It is determined that it is not required, and, for example, a diagnostic counting non-increasing signal indicating this can be output.
  • the diagnostic counting number is increased. It is determined that this is the case, and, for example, a diagnostic counting increase signal indicating this can be output.
  • the cell balancing mode change determination unit 700 changes the cell balancing mode depending on whether the diagnostic counting number counted by the diagnostic counting number counting unit 520 of the counter 500 is less than or equal to a predetermined standard diagnostic counting number. It is a configuration that determines whether or not.
  • the diagnostic counting number counted by the diagnostic counting number count unit 520 is less than or equal to the standard diagnostic counting number, it is determined that a cell balancing mode change is necessary, and, for example, a mode change signal indicating this may be output. .
  • the diagnostic counting number counted by the diagnostic counting number count unit 520 exceeds the standard diagnostic counting number, it is determined that a cell balancing mode change is not necessary, and, for example, a mode no change signal indicating this is output. can do.
  • the cell balancing control unit 800 is configured to control the cell balancing operation of the cell balancing unit 900 according to the determination result of the cell balancing necessity determination unit 300.
  • the cell balancing operation is activated using the initial cell balancing switch duty ratio and cell balancing mode, and then the condition according to the change in battery status is met. It is configured to control the cell balancing operation by changing the duty ratio and cell balancing mode depending on availability.
  • the switch control unit 810 sets the cell balancing switch (not shown) of the cell balancing unit 900 to the initial duty. It comes with rain.
  • the initial cell balancing switch duty ratio may be set to 20%, for example.
  • the duty ratio of the cell balancing switch (not shown) can be set to increase by a predetermined range and turned on.
  • the cell balancing switch (not shown) can be turned off to end the cell balancing operation.
  • the cell balancing mode setting unit 820 sets the initial cell balancing mode when a balancing start signal is output from the necessity determination unit 340 of the cell balancing necessity determination unit 300. Thereafter, when a mode change signal is output from the cell balancing mode change determination unit 400, the cell balancing mode can be changed and set in a predetermined order.
  • the cell balancing mode may be one of charging mode, standby mode, and discharging mode.
  • the order of changing the predetermined cell balancing mode may be set in the following order: charging mode, standby mode, and discharging mode.
  • the cell balancing mode that is changed and set as the mode change signal is output from the cell balancing mode change determination unit 400 becomes the standby mode.
  • the cell balancing unit 900 is connected to the positive electrode of each battery bank 100 and includes a cell balancing resistor (not shown) that consumes the voltage of the battery bank and a resistance between the cell balancing resistor (not shown) and the battery bank 100. It is composed of a cell balancing switch (not shown) that turns on/off the connection path, and adjusts the voltage difference between the battery banks 100 by performing a cell balancing operation under the control of the cell balancing control unit 800.

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Abstract

본 발명은 일정 주기 간격으로, 배터리의 전류, 전압, 온도를 포함하는 배터리 정보를 획득하는 단계, 획득한 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 단계, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단된 경우, 셀 밸런싱 스위치를 초기 듀티비로 온 하고, 초기 셀 밸런싱 모드를 실행하는 단계, 셀 밸런싱 시작 후, 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 스위치 듀티비의 변경 필요 여부를 판단하는 단계, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단된 경우, 셀 밸런싱 스위치의 듀티비를 소정 범위 증가시키는 단계, 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 지속 여부를 판단하는 단계, 셀 밸런싱 지속으로 판단되고, 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 단계, 및 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하인 경우, 셀 밸런싱 모드를 변경하고, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계로 회귀하는 단계를 포함하는 셀 밸런싱 방법을 포함한다.

Description

셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩
본 발명은 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로 셀 밸런싱 스위칭 PWM 듀티를 제어하여 셀 밸런싱 효율을 증대시킬 수 있는 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩에 관한 것이다.
휴대용 전자기기, 전기 자동차, 에너지 저장 장치 등과 같은 충전 가능한 전기 저장장치를 필요로 하는 장치에 탑재되는 배터리 팩은, 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 셀을 포함한다.
배터리 팩에 포함된 각각의 배터리 셀은, 제조 공정 상의 여러 가지 이유로 인해 용량 차이가 존재한다. 이에 따라, 배터리 팩은 충/방전 사이클 중에 배터리 셀 간에 전압 차이가 발생하고, 충/방전 횟수가 증가할수록 배터리 셀 간의 전압 차이 또한 누적되어 증가하게 된다. 이러한 현상이 반복될수록 배터리 팩의 수명은 감소하게 된다. 이를 해결하기 위해, 배터리 팩에 충/방전 중 발생하는 배터리 셀 간 전압 차이를 조절하기 위한 셀 밸런싱 기술을 적용하고 있다.
셀 밸런싱 기술은 크게 액티브 밸런싱(Active cell balancing)과 패시브 밸런싱(Passive cell balancing)으로 나뉘며, 일반적으로 회로 구성과 저렴한 비용 때문에 패시브 밸런싱 방식을 주로 사용한다. 패시브 밸런싱 방식은, 특정 배터리 셀 또는 모듈의 전압이 기준 전압(최소 배터리 셀 또는 모듈 전압)보다 높은 경우, 셀 밸런싱 저항을 통해 강제 방전하여 기준 전압 수준으로 낮추는 방법이다. 보다 구체적으로는, FET를 이용하여 방전 저항과 배터리 셀 간 연결 회로를 PWM 스위칭 제어를 통해 방전하는 방법을 사용하고 있다. 여기서, PWM 스위칭의 경우, BMS 온도, 셀 전압/전류 등의 입력 값을 고려하여 미리 정해진 PWM 듀티로 제어한다.이러한 경우, 배터리 셀 또는 모듈 간 전압차가 클 경우, 셀 밸런싱 완료 시간이 오래 걸릴 수 있기 때문에, 예를 들어 빠른 시간 안에 배터리 셀 또는 모듈 간 전압차 안정화가 필요한 경우 신속한 대응이 어려울 수 있고, 밸런싱 효율 또한 기대하기 어려운 문제점이 있다.
종래기술로는 아래와 같은 문헌이 있다.
KR 1459539 B1
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 셀 밸런싱 전류 및 BMS 온도와 작동 모드에 따라 가변적으로 셀 밸런싱 스위칭 PWM 듀티를 제어하여 셀 밸런싱 효율을 높일 수 있는 셀 밸런싱 방법 및 이를 적용한 배터리 팩을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 포함된 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크 간의 셀 밸런싱 방법은, 일정 주기 간격으로, 배터리의 전류, 전압, 온도를 포함하는 배터리 정보를 획득하는 배터리 정보 획득 단계; 상기 배터리 정보 획득 단계에서 획득한 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계; 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계에서 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단된 경우, 셀 밸런싱 스위치를 초기 듀티비로 온 하고, 초기 셀 밸런싱 모드를 실행하는 셀 밸런싱 시작 단계; 상기 셀 밸런싱 시작 후, 상기 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비의 변경 필요 여부를 판단하는 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계; 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계에서 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 셀 밸런싱 스위치의 듀티비를 소정 범위 증가시키는 셀 밸런싱 스위치 듀티비 증가 단계; 상기 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 지속 여부를 판단하는 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계; 상기 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계에서 셀 밸런싱 지속으로 판단되고, 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 진단카운트 증가여부 판단 단계; 상기 진단카운트 증가여부 판단 단계를 통해 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하인 경우, 셀 밸런싱 모드를 변경하고, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계로 회귀하는 셀 밸런싱 모드 변경 단계; 를 포함한다.
또한, 상기 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계에서 셀 밸런싱 지속이 아닌 것으로 판단되는 경우, 셀 밸런싱 스위치를 오프 제어하는 셀 밸런싱 종료 단계; 상기 진단카운트 증가여부 판단 단계를 통해 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수를 초과하는 경우, 진단 결과를 리포팅하고, 절차를 종료하는 진단 종료 단계; 를 추가로 포함한다.
한편, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계는, 상기 획득한 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압 과 최소 전압 간의 차이인 뱅크 전압최대차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하고, SOC가 소정의 기준 범위 이내인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는 것; 을 특징으로 한다.
한편, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계는, 상기 획득되는 배터리 정보에 포함된 BMS 온도가 소정의 기준 온도 미만이고, 셀 밸런싱 전류가 기준 전류 미만인 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단하는 것; 상기 BMS 온도와 셀 밸런싱 전류 중 어느 하나라도 조건을 충족하지 않는 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요하지 않은 것으로 판단하는 것; 을 특징으로 한다.
한편, 상기 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계는, 상기 획득되는 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압과 최소 전압 간의 차이인 최대 뱅크 전압최대차이 값이 소정의 기준 전압차이 이하인 경우, 셀 밸런싱 지속이 필요하지 않은 것으로 판단하는 것; 상기 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는 경우, 셀 밸런싱 지속이 필요한 것으로 판단하는 것; 을 특징으로 한다.
여기서, 상기 셀 밸런싱 모드는, 충전모드, 대기모드, 방전모드 중의 하나이며, 상기 셀 밸런싱 모드 변경 단계는, 충전모드, 대기모드, 방전모드의 순서로 변경하는 것; 을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크; 일정 주기 간격으로, 배터리의 전류, 전압, 온도, SOC를 포함하는 배터리 정보를 측정하는 배터리 정보 측정부; 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 셀 밸런싱 필요여부 판단부; 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 판단 결과에 따라 셀 밸런싱 동작이 활성화 된 후, 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보를 이용하여 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경 필요여부를 판단하는 듀티비 변경여부 판단부; 셀 밸런싱 사이클 횟수와 진단카운팅 횟수를 각각 카운트하는 카운트부; 셀 밸런싱 지속 필요여부와 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는지에 따라, 진단카운팅 횟수 증가여부를 판단하는 진단카운트 증가여부 판단부; 상기 카운트부에서 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하인지에 따라, 셀 밸런싱 모드 변경여부를 판단하는 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부; 를 포함한다.
또한, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부에 의해 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단되면, 초기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 및 초기 셀 밸런싱 모드로 셀 밸런싱 동작을 활성화 시키되, 이후 배터리 상태 변화에 따른 소정의 조건 충족 여부에 따라 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 및 셀 밸런싱 모드를 각각 변경 설정하는 셀 밸런싱 제어부; 각 배터리 뱅크의 양극에 연결되어 배터리 뱅크의 전압을 소비하는 셀 밸런싱용 스위치 및 상기 셀 밸런싱용 저항과 배터리 뱅크 간 연결 경로를 온/오프하는 셀 밸런싱 스위치를 포함하는 셀 밸런싱부; 를 더 포함한다.
한편, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부는, 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압과 최소 전압 간의 차이인 뱅크 전압차이를 산출하는 전압 차이 산출부; 상기 전압 차이 산출부에서 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는지를 비교하여, 그 비교 결과에 대응하는 신호를 출력하는 전압 비교부; 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 SOC가 소정의 기준 SOC 범위 이내인지를 비교하여, 이내인 경우, SOC 충족신호를 출력하는 SOC 비교부; 상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하고 SOC가 소정의 기준 SOC 범위 이내인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는 필요 판단부; 를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 전압 비교부는, 상기 비교 결과, 상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는 경우, 전압 초과신호를 출력하고, 상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값 이하인 경우, 전압 이하신호를 출력하며, 상기 필요 판단부는, 상기 전압 초과신호와 SOC 충족신호가 모두 출력된 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하고 밸런싱 시작신호를 출력하는 것; 을 특징으로 한다.
한편, 상기 필요 판단부는, 상기 밸런싱 시작신호 출력 이후, 상기 전압 비교부로부터 전압 이하신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 지속이 아닌 것으로 판단하고 밸런싱 종료신호를 출력하는 것; 상기 밸런싱 시작신호 출력 이후, 상기 전압 비교부로부터 전압 초과신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 지속인 것으로 판단하고 밸런싱 지속신호를 출력하는 것; 을 특징으로 한다.
한편, 상기 듀티비 변경여부 판단부는, 상기 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력된 후, 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 BMS 온도가 소정의 기준 온도 미만인지를 비교하여, 미만인 경우 온도 충족신호를 출력하는 온도 비교부; 상기 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력된 후, 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 셀 밸런싱 전류가 소정의 기준 전류 미만인지를 비교하여, 미만인 경우 전류 충족신호를 출력하는 전류 비교부; 상기 온도 비교부 및 전류 비교부의 비교 결과에 따라, 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경 필요 여부를 판단하는 변경 판단부; 를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 변경 판단부는, 상기 온도 비교부 및 전류 비교부로부터 온도 충족신호와 전류 충족신호가 모두 출력된 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단하고 듀티비 변경신호를 출력하는 것; 상기 온도 비교부 및 전류 비교부로부터 온도 충족신호와 전류 충족신호 중 어느 하나라도 출력되지 않은 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요하지 않은 것으로 판단하는 것; 을 특징으로 한다.
한편, 상기 카운트부는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력된 경우, 그 시점부터 셀 밸런싱 사이클 횟수를 카운트하는 사이클 횟수 카운트부; 를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 진단카운트 증가여부 판단부는, 상기 카운트부의 사이클 횟수 카운트부로에서 카운트 된 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는지를 비교하여, 초과하는 경우, 사이클 횟수 초과신호를 출력하는 횟수 비교부; 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 지속신호가 출력되고, 상기 횟수 비교부로부터 사이클 횟수 초과신호가 출력되는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 것으로 판단하고 진단카운팅 증가신호를 출력하는 증가 판단부; 를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 카운트부는, 상기 진단카운트 증가여부 판단부의 증가 판단부로부터 진단카운팅 신호가 출력되는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 진단카운팅 횟수 카운트부; 를 더 포함하여 구성된다.
한편, 상기 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부는, 상기 진단카운팅 횟수 카운트부에서 카운트 된 진단카운팅 횟수가 기준 진단카운팅 횟수 이하인 경우, 셀 밸런싱 모드 변경이 필요한 것으로 판단하고, 모드 변경신호를 출력하는 것; 을 특징으로 한다.
한편, 상기 셀 밸런싱 제어부는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱 스위치를 초기 듀티비로 온 시키는 스위치 제어부; 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력되는 경우, 초기 셀 밸런싱 모드로 설정하는 셀 밸런싱 모드 설정부; 를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 셀 밸런싱 제어부의 스위치 제어부는, 상기 듀티비 변경여부 판단부의 변경 판단부로부터 듀티비 변경신호가 출력되는 경우, 상기 셀 밸런싱 스위치의 듀티비를 소정 범위 증가 설정하여 온 시키는 것; 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 종료신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 스위치를 오프 시키는 것; 을 특징으로 한다.
한편, 상기 셀 밸런싱 제어부의 셀 밸런싱 모드 설정부는, 상기 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부로부터 모드 변경신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 모드를 변경 설정하는 것; 을 특징으로 한다.
여기서, 상기 셀 밸런싱 모드는, 충전모드, 대기모드, 방전모드 중의 하나이며, 상기 셀 밸런싱 모드 변경은, 충전모드, 대기모드, 방전모드 순서로 변경 설정하는 것; 을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 셀 밸런싱 전류 및 BMS 온도와 작동 모드에 따라 가변적으로 셀 밸런싱 스위치 PWM 듀티를 제어하여 셀 밸런싱을 수행한다.
따라서, 배터리 셀 또는 모듈 간 전압차가 큰 경우에도 빠른 시간 안에 전압차를 안정화시킬 수 있으며, 셀 밸런싱 효율성도 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 7은 각 구성의 세부 구성을 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
1. 본 발명에 따른 셀 밸런싱 방법
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀 밸런싱 방법을 보여주는 순서도이다.
상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 셀 밸런싱 방법은 아래와 같은 단계를 포함할 수 있다.
1.1. 배터리 정보 획득 단계(S100)
배터리 정보 획득 단계(S100)는, 일정 주기 간격으로, 배터리의 전류, 전압, 온도, SOC 등을 포함하는 배터리 정보를 획득하는 단계이다.
여기서, 배터리의 전압은 다수의 배터리 셀(미도시)로 구성된 각 배터리 뱅크(100)의 전압 값일 수 있다.
또한, 배터리의 온도는, BMIC(Battery Monitoring IC)에 연결된 저항, FET 등의 온도를 측정하여 얻은 BMS 온도 값일 수 있다.
1.2. 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계(S200)
셀 밸런싱 필요여부 판단 단계(S200)는, 상기 배터리 정보 획득 단계(S100)에서 획득한 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 단계이다.
보다 구체적으로, 상기 획득한 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압 값과 최소 전압 값 간의 차이인 뱅크 전압차이 값이 기준 전압차이를 초과하고, SOC가 소정의 기준범위 이내인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단한다.
1.3. 셀 밸런싱 시작 단계(S300)
셀 밸런싱 시작 단계(S300)는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계(S200)에서 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단된 경우, 셀 밸런싱 스위치(미도시)를 초기 듀티비로 설정하고 온(ON) 하여 셀 밸런싱을 활성화하고, 초기 셀 밸런싱 모드를 실행하는 단계이다.
여기서, 초기 듀티비는, 예를 들어 20%로 설정될 수 있다.
셀 밸런싱 모드는, 충전모드, 대기모드, 방전모드로 설정될 수 있다.
이 때, 셀 밸런싱을 시작하면, 그 시점부터 셀 밸런싱 시간을 카운팅할 수 있다.
1.4. 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계(S400)
셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계(S400)는, 상기 배터리 정보 획득 단계(S100)를 통해 획득되는 배터리 정보에 포함된 BMS 온도와 셀 밸런싱 전류를 이용하여, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비의 변경 필요 여부를 판단하는 단계이다.
구체적으로, BMS 온도가 기준 온도 미만이고, 셀 밸런싱 전류가 기준 셀 밸런싱 전류 미만인지를 비교하여, 모두 충족하는 경우, 상기 셀 밸런싱 스위치의 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
반면, BMS 온도가 기준 온도 미만이 아니거나 또는 셀 밸런싱 전류가 기준 셀 밸런싱 전류 미만이 아닌 경우, 즉 BMS 온도와 셀 밸런싱 전류 중 어느 하나라도 조건을 충족하지 않으면, 상기 셀 밸런싱 스위치의 듀티비 변경이 필요하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 상기 셀 밸런싱 시작 단계(S300)에서 설정된 초기 듀티비 및 초기 셀 밸런싱 모드를 유지(S410)한다.
1.5. 셀 밸런싱 스위치 듀티비 증가 단계(S500)
셀 밸런싱 스위치 듀티비 증가 단계(S500)는, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계(S400)에서 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단된 경우 동작하는 단계이다.
상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 셀 밸런싱 스위치의 듀티비를 소정 범위 증가분만큼 증가시킨다.
예를 들어, 상기 셀 밸런싱 시작 단계(S300)에서의 초기 셀 밸런싱 스위치 듀티비가 'A' 이고, 소정 범위 중가분을 'a' 라고 하면, 셀 밸런싱 스위치 듀티비를 'A+a' 로 증가시키는 것이다.
이와 같이, 초기 샐 밸런싱 스위치 듀티비 및 셀 밸런싱 모드로 셀 밸런싱 동작을 실행하였음에도 불구하고, BMS 온도와 셀 밸런싱 전류가 일정 조건을 충족하지 않을 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비를 단계적으로 높여 셀 밸런싱 효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 셀 밸런싱 스위치 듀티비의 증가분 'a'는 충전모드 - 대기모드 - 방전모드 순으로 셀 밸런싱 동작 범위를 더 크게 설정하여 셀 밸런싱 모드에 따라 스위치 듀티비를 더 크게 증가시킬 수 있다.
1.6. 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계(S600)
셀 밸런싱 지속여부 판단 단계(S600)는, 상기 배터리 정보 획득 단계(S100)를 통해 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 현재 동작 중인 셀 밸런싱의 지속 여부를 판단하는 단계이다.
보다 구체적으로, 획득한 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압 값과 최소 전압 값 간의 차이인 뱅크 전압차이 값이 기준 전압차이를 초과하는 경우, 동작 중인 셀 밸런싱 지속이 필요한 것으로 판단한다.
반면, 상기 뱅크 전압차이 값이 기준 전압차이 이하이면, 동작 중인 셀 밸런싱 지속이 필요하지 않은 것으로 판단하고, 셀 밸런싱 스위치를 오프 제어하는 셀 밸런싱 종료 단계(S610)를 수행한다.
1.7. 진단카운트 증가여부 판단 단계(S700)
진단카운트 증가여부 판단 단계(S700)는, 상기 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계(S600)에서의 셀 밸런싱 지속 필요여부 판단 결과 및 셀 밸런싱 사이클 횟수와 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수와의 비교 결과에 따라 진단카운트 증가여부를 판단하는 단계이다.
구체적으로, 상기 셀 밸런싱 지속이 필요한 것으로 판단되고, 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수 이하인 경우, 진단카운트 증가가 필요하지 않은 것으로 판단하고 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계(S400)로 회귀한다. 한편 이때, 한편, 소정의 셀 밸런싱 사이클 횟수 또는 셀 밸런싱 시간동안 셀 밸런싱을 지속하였으나, 셀 밸런싱 지속이 필요하지 않은 것으로 판단, 즉, 뱅크 전압차이 값이 기준 전압차이를 초과하지 않아 소정의 기준범위 내로 들어온 경우에는 듀티비 변경여부 판단 단계(S400)로 회귀하기 전에, 후술하는 셀 밸런싱 모드 변경 단계(S800)와는 다른 방식으로 셀 밸런싱 모드를 변경할 수 있다. 이 때의 셀 밸런싱 모드는 방전모드 - 대기모드 - 충전모드의 순으로 변경함으로써, 셀 밸런싱 스위치 듀티비의 증가분을 작게 가져갈 수 있다. 이 때, 변경전 모드가 충전모드인 경우, 충전모드를 유지한다.
반면, 상기 셀 밸런싱 지속이 필요한 것으로 판단되고, 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는 경우, 진단카운트 증가로 판단하고 진단카운팅 횟수를 증가(S710)시킨다. 즉, 소정의 기준 셀 밸런싱 횟수 또는 시간만큼 셀 밸런싱을 수행했음에도 불구하고, 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압 값과 최소 전압 값 간의 차이인 뱅크 전압차이 값이 기준 전압차이를 초과하는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 것이다.
한편, 진단카운트 증가여부를 판단하는 데에 있어서, 일 실시예로 셀 밸런싱 사이클 횟수를 이용하는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 셀 밸런싱 동작 시간을 이용할 수도 있다. 이러한 경우, 예를 들어 셀 밸런싱 동작 시간이 소정의 기준 셀 밸런싱 동작 시간 이하인지 또는 초과하는지의 결과를 진단카운트 증가여부 판단에 반영할 수 있다.
1.8.셀 밸런싱 모드 변경 단계(S800)
셀 밸런싱 모드 변경 단계(S800)는, 상기 진단카운트 증가여부 판단 단계(S700)를 통해 카운트 된 진단카운트 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하인지의 여부에 따라 상기 셀 밸런싱 시작 단계(S300)에서의 셀 밸런싱 모드를 변경할 수 있다.
구체적으로, 상기 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하이면, 셀 밸런싱 모드를 변경하고, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계(S400)로 회귀한다.
여기서, 셀 밸런싱 모드는 충전모드, 대기모드, 방전모드 중의 하나이고, 셀 밸런싱 모드 변경은 충전모드, 대기모드, 방전모드의 순서로 변경할 수 있다. 예를 들어, 초기 셀 밸런싱 모드가 충전모드인 경우, 상기 셀 밸런싱 모드 변경 단계(S800)에서 셀 밸런싱 모드를 대기모드로 변경할 수 있다. 변경 전 셀 밸런싱 모드가 방전모드 였다면 방전모드를 유지한다.
이는 앞서 진단카운트 증가여부 판단 단계(S700)에서, 정해진 셀 밸런싱 횟수 혹은 시간만큼 셀 밸런싱을 수행하였음에도 불구하고 뱅크전압차이가 줄어들지 않은 경우의 조건에 따라, 셀 밸런싱 모드를 충전모드 - 대기모드 - 방전모드 순으로 변경하고, 셀 밸런싱을 지속함으로써, 셀 밸런싱 스위치 듀티비의 증가분을 더 크게 가져갈 수 있다.
다만, 상기 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수를 초과하는 경우, 더 이상 셀 밸런싱을 수행하지 않고, 진단 결과를 리포팅하고, 절차를 종료하는 진단 종료 단계(S810)를 수행한다.
2. 본 발명에 따른 배터리 팩
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩은 아래와 같은 구성을 포함한다.
2.1. 배터리 뱅크(100)
본 발명의 배터리 팩은, 도 2에 보이는 것과 같이 다수의 배터리 셀(미도시)을 포함하는 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크(100)를 포함한다.
2.2. 배터리 정보 측정부(200)
배터리 정보 측정부(200)는, 일정 주기 간격으로, 배터리의 전류, 전압, 온도, SOC 등을 포함하는 배터리 정보를 측정하는 구성이다.
여기서, 전압은 배터리 뱅크별 전압 값일 수 있다. 배터리 뱅크의 전압은, 예를 들어 배터리 셀들 각각의 전압을 측정하고, 측정된 배터리 셀들의 전압 값을 기반으로 측정/산출하는 방식으로 얻을 수 있다.
한편, 온도는 BMS 온도 값일 수 있다. BMS 온도는, 예를 들어 BMIC(Battery Monitoring)에 연결된 저항, FET의 온도를 측정하여 얻을 수 있다.
한편, 전류는 셀 밸런싱 전류 값일 수 있다.
이와 같은 배터리의 전류, 전압, 온도, SOC 등을 포함하는 배터리 정보를 측정하는 방식은, 공지된 방식을 이용할 수 있다.
2.3. 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)
셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)는, 상기 배터리 정보 측정부(200)로부터 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 배터리의 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 구성이다. 이러한 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)는, 아래와 같은 세부 구성을 포함할 수 있다.
2.3.1. 전압 차이 산출부(310)
전압 차이 산출부(310)는, 상기 배터리 정보 측정부(200)로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압 값과 최소 전압 값 간의 차이인 뱅크 전압차이 값을 산출하는 구성이다.
2.3.2. 전압 비교부(320)
전압 비교부(320)는, 상기 전압 차이 산출부(310)에서 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는지를 비교하여, 그 비교 결과에 대응하는 신호를 출력하는 구성이다.
보다 구체적으로, 상기 비교 결과, 상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는 경우, 이를 나타내는 전압 초과신호를 출력할 수 있다.
반면, 상기 비교 결과, 상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값 이하인 경우, 이를 나타내는 전압 이하신호를 출력할 수 있다.
2.3.3. SOC 비교부(330)
SOC 비교부(330)는, 상기 배터리 정보 측정부(200)로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 SOC가 소정의 기준 SOC 범위 이내인지를 비교하여, 이내인 경우, 예를 들어 이를 나타내는 SOC 충족신호를 출력할 수 있다.
2.3.4. 필요 판단부(340)
필요 판단부(340)는, 상기 전압 비교부(320) 및 SOC 비교부(330)의 비교 결과에 따라, 셀 밸런싱의 필요 여부를 판단하는 구성이다.
보다 구체적으로, 상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하고 SOC가 소정의 기준 SOC 범위 이내인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단한다.
즉, 상기 전압 비교부(320)로부터 전압 초과신호가 출력되고, SOC 비교부(330)로부터 SOC 충족신호가 모두 출력된 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하고, 예를 들어 이를 나타내는 밸런싱 시작신호를 출력할 수 있다.
한편, 필요 판단부(340)는, 셀 밸런싱 시작 이후(밸런싱 시작신호 출력 이후), 상기 전압 비교부(320)로부터 전압 이하신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 지속이 필요하지 않은 것으로 판단하고, 예를 들어 이를 나타내는 밸런싱 종료신호를 출력할 수 있다.
반면, 셀 밸런싱 시작 이후(밸런싱 시작신호 출력 이후), 상기 전압 비교부(320)로부터 전압 초과신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 지속이 필요한 것으로 판단하고, 예를 들어 이를 나타내는 밸런싱 지속신호를 출력할 수 있다.
2.4. 듀티비 변경여부 판단부(400)
듀티비 변경여부 판단부(400)는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 판단 결과에 따라 셀 밸런싱 동작이 활성화 된 후, 상기 배터리 정보 측정부(200)로부터 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱부(900)의 셀 밸런싱 스위치(미도시) 듀티비의 변경 필요 여부를 판단하는 구성이다.
이러한 듀티비 변경여부 판단부(400)는, 아래와 같은 세부 구성을 포함할 수 있다.
2.4.1. 온도 비교부(410)
온도 비교부(410)는, 셀 밸런싱 활성화 후(밸런싱 시작신호 출력 이후), 상기 배터리 정보 측정부(200)로부터 획득되는 배터리 정보에 포함된 BMS 온도가 소정의 기준 온도 미만인지를 비교하여, 미만인 경우, 예를 들어 이를 나타내는 온도 충족신호를 출력할 수 있다.
2.4.2. 전류 비교부(420)
전류 비교부(420)는, 셀 밸런싱 활성화 후(밸런싱 시작신호 출력 이후), 상기 배터리 정보 측정부(200)로부터 획득되는 배터리 정보에 포함된 셀 밸런싱 전류가 소정의 기준 전류 미만인지를 비교하여, 미만인 경우, 예를 들어 이를 나타내는 전류 충족신호를 출력할 수 있다.
2.4.3. 변경 판단부(430)
변경 판단부(430)는, 상기 온도 비교부(410) 및 전류 비교부(420)의 비교 결과에 따라, 셀 밸런싱 스위치(미도시)의 듀티비 변경 필요 여부를 판단하는 구성이다.
보다 구체적으로, BMS 온도가 소정의 기준 온도 미만이고, 셀 밸런싱 전류가 소정의 기준 전류 미만인 경우, 즉 상기 온도 비교부(410)와 전류 비교부(420)로부터 온도 충족신호와 전류 충족신호가 모두 출력된 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단한다. 이 경우, 예를 들어 이를 나타내는 듀티비 변경신호를 출력할 수 있다.
한편, 상기 온도 비교부(410)와 전류 비교부(420)로부터 온도 충족신호와 전류 충족신호 중 어느 하나라도 출력되지 않은 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
2.5. 카운트부(500)
카운트부(500)는, 셀 밸런싱 사이클 횟수와 진단카운트 횟수를 각각 카운트하는 구성이다.
2.5.1. 사이클 횟수 카운트부(510)
사이클 횟수 카운트부(510)는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 판단 결과에 따라 셀 밸런싱이 활성화 되면, 셀 밸런싱 사이클 횟수를 카운트하는 구성이다. 보다 구체적으로, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 필요 판단부(340)로부터 밸런싱 시작신호가 출력되면, 그 시점부터 셀 밸런싱 사이클 횟수를 카운트하는 형태로 구현될 수 있다.
한편, 사이클 횟수 카운트부(510)의 다른 실시예로, 셀 밸런싱 동작 시간을 카운트하는 밸런싱 시간 카운트부로도 구현 가능하다. 이 경우, 예를 들어 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 필요 판단부(340)로부터 밸런싱 시작신호가 출력되면, 그 시점부터 셀 밸런싱 동작 시간을 카운트하는 형태로 구현될 수 있다.
2.5.2. 진단카운팅 횟수 카운트부(520)
진단카운팅 횟수 카운트부(520)는, 후술하는 진단카운트 증가여부 판단부(600)의 판단 결과, 진단카운팅 횟수 증가가 필요한 것으로 판단되는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 구성이다.
보다 구체적으로, 진단카운트 증가여부 판단부(600)로부터 진단카운팅 증가신호가 출력되는 경우, 진단카운팅 횟수를 +1 증가시킬 수 있다.
2.6. 진단카운트 증가여부 판단부(600)
진단카운트 증가여부 판단부(600)는, 셀 밸런싱 지속 필요여부와 셀 밸런싱 사이클 횟수(또는 셀 밸런싱 동작 시간)가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수(또는 셀 밸런싱 동작 시간)을 초과하는지에 따라 진단카운팅 횟수 증가여부를 판단하는 구성이다.
이러한 진단카운트 증가여부 판단부(600)는, 아래와 같은 세부 구성을 포함할 수 있다.
2.6.1. 횟수 비교부(610)
횟수 비교부(610)는, 상기 카운트부(500)의 사이클 횟수 카운트부(510)에서 카운트 된 셀 밸런싱 사이클 횟수와 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 비교하여, 그 비교 결과에 대응하는 신호를 출력하는 구성이다.
보다 구체적으로, 카운트 된 셀 밸런싱 사이클 횟수가 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수 이하인 경우, 예를 들어 이를 나타내는 사이클 횟수 이하신호를 출력할 수 있다.
반면, 카운트 된 셀 밸런싱 사이클 횟수가 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는 경우, 예를 들어 이를 나타내는 사이클 횟수 초과신호를 출력할 수 있다.
2.6.2. 증가 판단부(620)
증가 판단부(620)는, 상기 횟수 비교부(610)의 비교 결과와 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 셀 밸런싱 지속여부 판단 결과에 따라, 진단카운팅 횟수 증가를 판단하는 구성이다.
보다 구체적으로, 셀 밸런싱 지속으로 판단되고, 셀 밸런싱 사이클 횟수(또는 셀 밸런싱 동작 시간)이 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수(또는 셀 밸런싱 동작 시간) 이하인 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키지 않는 것으로 판단한다.
반면, 셀 밸런싱 지속으로 판단되고, 셀 밸런싱 사이클 횟수(또는 셀 밸런싱 동작 시간)이 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수(또는 셀 밸런싱 동작 시간)를 초과한 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 것으로 판단한다.
다시 말해, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 필요 판단부(340)로부터 밸런싱 지속신호가 출력되고, 상기 횟수 비교부(610)로부터 사이클 횟수 이하신호가 출력되는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키지 않는 것으로 판단하고, 예를 들어 이를 나타내는 진단카운팅 미증가신호를 출력할 수 있다.
반면, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 필요 판단부(340)로부터 밸런싱 지속신호가 출력되고, 상기 횟수 비교부(610)로부터 사이클 횟수 초과신호가 출력되는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 것으로 판단하고, 예를 들어 이를 나타내는 진단카운팅 증가신호를 출력할 수 있다.
2.7. 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부(700)
셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부(700)는, 상기 카운트부(500)의 진단카운팅 횟수 카운트부(520)에서 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하인지에 따라, 셀 밸런싱 모드의 변경여부를 판단하는 구성이다.
보다 구체적으로, 상기 진단카운팅 횟수 카운트부(520)에서 카운트 된 진단카운팅 횟수가 기준 진단카운팅 횟수 이하인 경우, 셀 밸런싱 모드 변경이 필요한 것으로 판단하고, 예를 들어 이를 나타내는 모드 변경신호를 출력할 수 있다.
반면, 상기 진단카운팅 횟수 카운트부(520)에서 카운트 된 진단카운팅 횟수가 기준 진단카운팅 횟수를 초과하는 경우, 셀 밸런싱 모드 변경이 필요하지 않은 것으로 판단하고, 예를 들어 이를 나타내는 모드 미변경신호를 출력할 수 있다.
2.8. 셀 밸런싱 제어부(800)
셀 밸런싱 제어부(800)는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 판단 결과에 따라 셀 밸런싱부(900)의 셀 밸런싱 동작을 제어하는 구성이다.
보다 구체적으로, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)에 의해 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단되면, 초기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 및 셀 밸런싱 모드로 셀 밸런싱 동작을 활성화 시키되, 이후 배터리 상태 변화에 따른 조건 충족 여부에 따라 듀티비 및 셀 밸런싱 모드를 각각 변경 설정하여 셀 밸런싱 동작을 제어하도록 구성된다.
2.8.1. 스위치 제어부(810)
스위치 제어부(810)는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 필요 판단부(340)로부터 밸런싱 시작신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱부(900)의 셀 밸런싱 스위치(미도시)를 초기 듀티비로 온 시킨다.
여기서, 초기 셀 밸런싱 스위치 듀티비는, 예를 들어 20%로 설정될 수 있다.
이후, 상기 듀티비 변경여부 판단부(400)의 변경 판단부(430)로부터 듀티비 변경신호가 출력되면, 상기 셀 밸런싱 스위치(미도시)의 듀티비를 소정 범위 증가 설정하여 온 시킬 수 있다.
한편, 이후, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 필요 판단부(340)로부터 밸런싱 종료신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 스위치(미도시)를 오프 제어하여 셀 밸런싱 동작을 종료시킬 수 있다.
2.8.2. 셀 밸런싱 모드 설정부(820)
셀 밸런싱 모드 설정부(820)는, 상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부(300)의 필요 판단부(340)로부터 밸런싱 시작신호가 출력되는 경우, 초기 셀 밸런싱 모드로 설정한다. 이후, 상기 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부(400)로부터 모드 변경신호가 출력되는 경우, 소정의 순서로 셀 밸런싱 모드를 변경하여 설정할 수 있다.
여기서, 셀 밸런싱 모드는, 충전모드, 대기모드, 방전모드 중의 하나일 수 있다.
또한, 소정의 셀 밸런싱 모드 변경 순서는, 충전모드, 대기모드, 방전모드의 순서로 설정될 수 있다.
예를 들어, 초기 셀 밸런싱 모드가 충전모드이면, 상기 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부(400)로부터 모드 변경신호가 출력됨에 따라 변경 설정되는 셀 밸런싱 모드는, 대기모드가 되는 것이다.
2.9. 셀 밸런싱부(900)
셀 밸런싱부(900)는, 각 배터리 뱅크(100) 양극에 연결되어 배터리 뱅크의 전압을 소비하는 셀 밸런싱용 저항(미도시) 및 상기 셀 밸런싱용 저항(미도시)과 배터리 뱅크(100) 간 연결 경로를 온/오프 하는 셀 밸런싱 스위치(미도시)로 구성되어, 상기 셀 밸런싱 제어부(800)의 제어에 따라 셀 밸런싱 동작하여 배터리 뱅크(100) 간의 전압 차이를 조절하는 구성이다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 도면에 사용된 부호 및 그 명칭은 다음과 같다.
100:배터리 뱅크
200:배터리 정보 측정부
300:셀 밸런싱 필요여부 판단부
310:전압 차이 산출부
320:전압 비교부
330:SOC 비교부
340:필요 판단부
400:듀티비 변경여부 판단부
410:온도 비교부
420:전류 비교부
430:변경 판단부
500:카운트부
510:사이클 횟수 카운트부
520:진단카운팅 횟수 카운트부
600:진단카운트 증가여부 판단부
610:횟수 비교부
620:증가 판단부
700:셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부
800:셀 밸런싱 제어부
810:스위치 제어부
820:셀 밸런싱 모드 설정부
900:셀 밸런싱부

Claims (21)

  1. 배터리 팩에 포함된 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크 간의 셀 밸런싱을 제어하는 방법에 있어서,
    일정 주기 간격으로, 배터리의 전류, 전압, 온도를 포함하는 배터리 정보를 획득하는 배터리 정보 획득 단계;
    상기 배터리 정보 획득 단계에서 획득한 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계;
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계에서 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단된 경우, 셀 밸런싱 스위치를 초기 듀티비로 온 하고, 초기 셀 밸런싱 모드를 실행하는 셀 밸런싱 시작 단계;
    상기 셀 밸런싱 시작 후, 상기 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비의 변경 필요 여부를 판단하는 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계;
    상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계에서 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 셀 밸런싱 스위치의 듀티비를 소정 범위 증가시키는 셀 밸런싱 스위치 듀티비 증가 단계;
    상기 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 지속 여부를 판단하는 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계;
    상기 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계에서 셀 밸런싱 지속으로 판단되고, 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 진단카운트 증가여부 판단 단계;
    상기 진단카운트 증가여부 판단 단계를 통해 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하인 경우, 셀 밸런싱 모드를 변경하고, 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계로 회귀하는 셀 밸런싱 모드 변경 단계;
    를 포함하는 셀 밸런싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계에서 셀 밸런싱 지속이 아닌 것으로 판단되는 경우, 셀 밸런싱 스위치를 오프 제어하는 셀 밸런싱 종료 단계;
    상기 진단카운트 증가여부 판단 단계를 통해 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수를 초과하는 경우, 진단 결과를 리포팅하고, 절차를 종료하는 진단 종료 단계;
    를 추가로 포함하는 셀 밸런싱 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단 단계는,
    상기 획득한 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압 과 최소 전압 간의 차이인 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하고, SOC가 소정의 기준 범위 이내인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는 것;
    을 특징으로 하는 셀 밸런싱 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경여부 판단 단계는,
    상기 획득되는 배터리 정보에 포함된 BMS 온도가 소정의 기준 온도 미만이고, 셀 밸런싱 전류가 기준 전류 미만인 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단하는 것;
    상기 BMS 온도와 셀 밸런싱 전류 중 어느 하나라도 조건을 충족하지 않는 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요하지 않은 것으로 판단하는 것;
    을 특징으로 하는 셀 밸런싱 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 지속여부 판단 단계는,
    상기 획득되는 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압과 최소 전압 간의 차이인 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 이하인 경우, 셀 밸런싱 지속이 필요하지 않은 것으로 판단하는 것;
    상기 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는 경우, 셀 밸런싱 지속이 필요한 것으로 판단하는 것;
    을 특징으로 하는 셀 밸런싱 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 모드는, 충전모드, 대기모드, 방전모드 중의 하나이며,
    상기 셀 밸런싱 모드 변경 단계는,
    충전모드, 대기모드, 방전모드의 순서로 변경하는 것;
    을 특징으로 하는 셀 밸런싱 방법.
  7. 다수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크;
    일정 주기 간격으로, 배터리의 전류, 전압, 온도, SOC를 포함하는 배터리 정보를 측정하는 배터리 정보 측정부;
    상기 배터리 정보 측정부로부터 획득되는 배터리 정보를 이용하여, 셀 밸런싱 필요 여부를 판단하는 셀 밸런싱 필요여부 판단부;
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 판단 결과에 따라 셀 밸런싱 동작이 활성화 된 후, 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보를 이용하여 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경 필요여부를 판단하는 듀티비 변경여부 판단부;
    셀 밸런싱 사이클 횟수와 진단카운팅 횟수를 각각 카운트하는 카운트부;
    셀 밸런싱 지속 필요여부와 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는지에 따라, 진단카운팅 횟수 증가여부를 판단하는 진단카운트 증가여부 판단부;
    상기 카운트부에서 카운트 된 진단카운팅 횟수가 소정의 기준 진단카운팅 횟수 이하인지에 따라, 셀 밸런싱 모드 변경여부를 판단하는 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부;
    를 포함하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부에 의해 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단되면, 초기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 및 초기 셀 밸런싱 모드로 셀 밸런싱 동작을 활성화 시키되, 이후 배터리 상태 변화에 따른 소정의 조건 충족 여부에 따라 상기 셀 밸런싱 스위치 듀티비 및 셀 밸런싱 모드를 각각 변경 설정하는 셀 밸런싱 제어부;
    각 배터리 뱅크의 양극에 연결되어 배터리 뱅크의 전압을 소비하는 셀 밸런싱용 스위치 및 상기 셀 밸런싱용 저항과 배터리 뱅크 간 연결 경로를 온/오프하는 셀 밸런싱 스위치를 포함하는 셀 밸런싱부;
    를 더 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부는,
    상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 배터리 뱅크들의 전압 값 중 최대 전압과 최소 전압 간의 차이인 뱅크 전압차이를 산출하는 전압 차이 산출부;
    상기 전압 차이 산출부에서 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는지를 비교하여, 그 비교 결과에 대응하는 신호를 출력하는 전압 비교부;
    상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 SOC가 소정의 기준 SOC 범위 이내인지를 비교하여, 이내인 경우, SOC 충족신호를 출력하는 SOC 비교부;
    상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하고 SOC가 소정의 기준 SOC 범위 이내인 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는 필요 판단부;
    를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전압 비교부는,
    상기 비교 결과, 상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값을 초과하는 경우, 전압 초과신호를 출력하고,
    상기 산출된 뱅크 전압차이 값이 소정의 기준 전압차이 값 이하인 경우, 전압 이하신호를 출력하며,
    상기 필요 판단부는,
    상기 전압 초과신호와 SOC 충족신호가 모두 출력된 경우, 셀 밸런싱이 필요한 것으로 판단하고 밸런싱 시작신호를 출력하는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 필요 판단부는,
    상기 밸런싱 시작신호 출력 이후, 상기 전압 비교부로부터 전압 이하신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 지속이 아닌 것으로 판단하고 밸런싱 종료신호를 출력하는 것;
    상기 밸런싱 시작신호 출력 이후, 상기 전압 비교부로부터 전압 초과신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 지속인 것으로 판단하고 밸런싱 지속신호를 출력하는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 듀티비 변경여부 판단부는,
    상기 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력된 후, 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 BMS 온도가 소정의 기준 온도 미만인지를 비교하여, 미만인 경우 온도 충족신호를 출력하는 온도 비교부;
    상기 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력된 후, 상기 배터리 정보 측정부로부터 획득된 배터리 정보에 포함된 셀 밸런싱 전류가 소정의 기준 전류 미만인지를 비교하여, 미만인 경우 전류 충족신호를 출력하는 전류 비교부;
    상기 온도 비교부 및 전류 비교부의 비교 결과에 따라, 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경 필요 여부를 판단하는 변경 판단부;
    를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변경 판단부는,
    상기 온도 비교부 및 전류 비교부로부터 온도 충족신호와 전류 충족신호가 모두 출력된 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요한 것으로 판단하고 듀티비 변경신호를 출력하는 것;
    상기 온도 비교부 및 전류 비교부로부터 온도 충족신호와 전류 충족신호 중 어느 하나라도 출력되지 않은 경우, 셀 밸런싱 스위치 듀티비 변경이 필요하지 않은 것으로 판단하는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 카운트부는,
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력된 경우, 그 시점부터 셀 밸런싱 사이클 횟수를 카운트하는 사이클 횟수 카운트부;
    를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 진단카운트 증가여부 판단부는,
    상기 카운트부의 사이클 횟수 카운트부로에서 카운트 된 셀 밸런싱 사이클 횟수가 소정의 기준 셀 밸런싱 사이클 횟수를 초과하는지를 비교하여, 초과하는 경우, 사이클 횟수 초과신호를 출력하는 횟수 비교부;
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 지속신호가 출력되고, 상기 횟수 비교부로부터 사이클 횟수 초과신호가 출력되는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 것으로 판단하고 진단카운팅 증가신호를 출력하는 증가 판단부;
    를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 카운트부는,
    상기 진단카운트 증가여부 판단부의 증가 판단부로부터 진단카운팅 신호가 출력되는 경우, 진단카운팅 횟수를 증가시키는 진단카운팅 횟수 카운트부;
    를 더 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부는,
    상기 진단카운팅 횟수 카운트부에서 카운트 된 진단카운팅 횟수가 기준 진단카운팅 횟수 이하인 경우, 셀 밸런싱 모드 변경이 필요한 것으로 판단하고, 모드 변경신호를 출력하는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 제어부는,
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱부의 셀 밸런싱 스위치를 초기 듀티비로 온 시키는 스위치 제어부;
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 시작신호가 출력되는 경우, 초기 셀 밸런싱 모드로 설정하는 셀 밸런싱 모드 설정부;
    를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 제어부의 스위치 제어부는,
    상기 듀티비 변경여부 판단부의 변경 판단부로부터 듀티비 변경신호가 출력되는 경우, 상기 셀 밸런싱 스위치의 듀티비를 소정 범위 증가 설정하여 온 시키는 것;
    상기 셀 밸런싱 필요여부 판단부의 필요 판단부로부터 밸런싱 종료신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 스위치를 오프 시키는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 제어부의 셀 밸런싱 모드 설정부는,
    상기 셀 밸런싱 모드 변경여부 판단부로부터 모드 변경신호가 출력되는 경우, 셀 밸런싱 모드를 변경 설정하는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 모드는, 충전모드, 대기모드, 방전모드 중의 하나이며,
    상기 셀 밸런싱 모드 변경은, 충전모드, 대기모드, 방전모드 순서로 변경 설정하는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
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