KR102757601B1 - Apparatus and method for diagnosing the effectiveness of battery cell balancing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 셀 밸런싱의 유효성 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작을 진행한 후, 그 셀 밸런싱 동작이 유효한지를 확인하여 배터리 운영의 효율성을 향상시킬 수 있는 셀 밸런싱의 유효성 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for diagnosing the validity of battery cell balancing, and more particularly, to a device and method for diagnosing the validity of cell balancing, which can improve the efficiency of battery operation by confirming whether the cell balancing operation of a battery bank is valid after performing the cell balancing operation.
Description
본 발명은 배터리 셀 밸런싱의 유효성 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 셀 밸런싱 동작 후 그 동작이 유효하게 작동하였는지를 확인하는 유효성 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for diagnosing the validity of battery cell balancing, and more specifically, to a system and method for diagnosing the validity of a cell balancing operation for confirming whether the operation was performed effectively.
일반적으로 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. Battery packs, which are typically installed in devices that require rechargeable electrical storage devices such as portable electronic devices, electric vehicles, and energy storage devices, include a number of battery cells connected in series or parallel.
배터리 팩에 포함된 각각의 배터리 셀은, 제조 공정 상의 여러 가지 이유로 인해 용량 편차가 존재한다. 따라서, 배터리 팩은 충/방전 사이클 중에 배터리 셀 간에 전압 편차가 발생한다. 이에 따라, 충/방전 횟수가 증가할수록 배터리 셀 간의 전압 편차 또한 누적되어 증가하게 된다. 이러한 현상이 반복될수록 배터리 팩의 수명은 감소하게 된다.Each battery cell included in the battery pack has a capacity deviation due to various reasons in the manufacturing process. Therefore, the battery pack has a voltage deviation between the battery cells during the charge/discharge cycle. Accordingly, as the number of charge/discharge cycles increases, the voltage deviation between the battery cells also accumulates and increases. As this phenomenon repeats, the life of the battery pack decreases.
따라서, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들 각각의 전압 상태가 균일해지도록 제어하는 셀 밸런싱은 중요한 과정이다.Therefore, cell balancing, which controls the voltage status of each battery cell that makes up the battery pack to be uniform, is an important process.
그런데, 종래에는 셀 밸런싱 동작을 진행한 후, 그 셀 밸런싱이 정상적으로 동작하였는지 확인 및 검증하는 과정이 별도로 마련되어 있지 않다. 이러한 경우, 셀 밸런싱 동작이 제대로 이루어진 것인지 확인/검증할 수 없기 때문에 배터리 운영의 효율성이 떨어지게 되는 문제점이 있다. However, conventionally, after performing cell balancing operation, there is no separate process for checking and verifying whether the cell balancing operation has been performed normally. In such cases, there is a problem in that the efficiency of battery operation is reduced because it is impossible to check/verify whether the cell balancing operation has been performed properly.
(특허문헌 1) KR10-2016-0040108 A (Patent Document 1) KR10-2016-0040108 A
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 셀 밸런싱 동작이 유효하게 작동하였는지를 확인하는 배터리 셀 밸런싱의 유효성 진단 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention seeks to solve the above-described problems, and provides a device and method for diagnosing the effectiveness of battery cell balancing for confirming whether the cell balancing operation has been performed effectively.
본 발명에 따른 복수 개의 배터리 셀로 구성된 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작의 유효성을 진단하는 장치는, 소정의 주기 간격으로, 각 배터리 뱅크의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 배터리 뱅크들이 충전기에 의한 충전 상태인지를 감지하여 충전 감지 신호를 출력하는 충전상태 감지부; 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값을 이용하여 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크인 셀 밸런싱 필요 뱅크를 검출하고, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하기 위한 소정의 밸런싱 시작 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부; 상기 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부에서 소정의 셀 밸런싱 시작 조건을 충족한 것으로 판단된 경우, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모될 SOC를 기준으로 상기 배터리 뱅크의 SOC 편차가 해소 가능한 충전 사이클 수를 도출하고, 상기 충전 사이클 수 동안 충전과 셀 밸런싱 동작을 수행 후 상기 SOC 편차가 해소되었는지를 비교하여 상기 셀 밸런싱 동작의 유효성을 진단하는 밸런싱 유효성 진단부; 를 포함하여 구성된다.A device for diagnosing the effectiveness of a cell balancing operation of at least two battery banks composed of a plurality of battery cells according to the present invention comprises: a voltage measuring unit for measuring the voltage of each battery bank at predetermined periodic intervals; a charge state detection unit for detecting whether the battery banks are in a charge state by a charger and outputting a charge detection signal; a balancing start condition satisfaction determination unit for detecting a cell balancing needing bank, which is a battery bank requiring cell balancing, using the voltage values measured by the voltage measuring unit, and determining whether a predetermined balancing start condition for starting cell balancing of the cell balancing needing bank is satisfied; The method comprises: a balancing validity diagnosis unit configured to, when the balancing start condition satisfaction determination unit determines that a predetermined cell balancing start condition is satisfied, derive the number of charging cycles in which the SOC deviation of the battery bank can be resolved based on the SOC to be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the battery bank detected as the cell balancing needing bank, and compare whether the SOC deviation has been resolved after performing charging and cell balancing operations for the number of charging cycles to diagnose the validity of the cell balancing operation;
한편, 셀 밸런싱 동작 장치는, 각 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로부의 온도를 측정하는 온도 측정부; 를 더 포함하여 구성된다.Meanwhile, the cell balancing operation device further comprises a temperature measuring unit that measures the temperature of a cell balancing circuit unit that performs cell balancing of each battery bank.
그리고, 상기 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부는, 상기 전압 측정부에서 측정된 각 배터리 뱅크의 전압 값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 SOC 편차를 산출하는 SOC 편차 산출부; 상기 전압 측정부에서 측정된 각 배터리 뱅크의 전압 값들 중 최대 전압 값 및 최소 전압 값을 각각 추출하는 최대/최소 전압 추출부; 상기 SOC 편차 산출부에서 산출된 각 배터리 뱅크의 SOC 편차 값이 소정의 기준 SOC 편차 값 이상인지를 비교하여, 이상인 SOC 편차 값을 가지는 배터리 뱅크를 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출하는 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부; 상기 최대/최소 전압 추출부에서 추출된 최대 전압 값 및 최소 전압 값이 소정의 기준 범위 이내인지를 비교하여, 이내인 경우 제1 충족 신호를 출력하는 제1 비교부; 상기 온도 측정부에서 측정된 셀 밸런싱 회로부의 온도가 소정의 기준 값 이하인지를 비교하여, 이하인 경우 제2 충족 신호를 출력하는 제2 비교부; 상기 제1 비교로부터 제1 충족 신호, 상기 제2 비교부로부터 제2 충족 신호 및 상기 충전상태 감지부로부터 충전 감지 신호가 모두 출력된 경우, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하는 것으로 판단하는 셀 밸런싱 시작 판단부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And, the balancing start condition satisfaction determination unit comprises: an SOC deviation calculation unit which calculates an SOC deviation of each battery bank using the voltage value of each battery bank measured by the voltage measurement unit; a maximum/minimum voltage extraction unit which extracts a maximum voltage value and a minimum voltage value, respectively, from the voltage values of each battery bank measured by the voltage measurement unit; a cell balancing need bank detection unit which compares whether the SOC deviation value of each battery bank calculated by the SOC deviation calculation unit is equal to or greater than a predetermined reference SOC deviation value and detects a battery bank having the above SOC deviation value as a cell balancing need bank; a first comparison unit which compares whether the maximum voltage value and the minimum voltage value extracted by the maximum/minimum voltage extraction unit are within a predetermined reference range and outputs a first satisfaction signal if so; a second comparison unit which compares whether the temperature of the cell balancing circuit unit measured by the temperature measurement unit is equal to or less than a predetermined reference value and outputs a second satisfaction signal if so; It is characterized by comprising: a cell balancing start determination unit that determines to start cell balancing of a battery bank detected as a bank requiring cell balancing by the cell balancing required bank detection unit when a first satisfaction signal from the first comparison unit, a second satisfaction signal from the second comparison unit, and a charge detection signal from the charge status detection unit are all output.
한편, 상기 밸런싱 유효성 진단부는, 상기 셀 밸런싱 시작 판단부에서 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하는 것으로 판단된 경우, 하기의 식(1)에 의해 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 전류를 산출하는 셀 밸런싱 전류 산출부; 상기 셀 밸런싱 전류 산출부에서 산출된 셀 밸런싱 전류 값을 하기의 식(2)에 적용하여, 상기 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 용량인 셀 밸런싱 소모 가능 용량을 산출하는 셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부; 상기 셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부에서 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 용량 값을 하기의 식(3)에 적용하여, 상기 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 SOC인 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 산출하는 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부; 상기 SOC 편차 산출부에서 산출된 SOC 편차 값과 상기 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부에서 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값을 이용하여, 상기 SOC 편차가 셀 밸런싱 동작으로 해소 가능한 충전 사이클 수인 충전 N사이클을 도출하는 편차 해소 가능 사이클 도출부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the balancing validity diagnosis unit comprises: a cell balancing current calculation unit which calculates a cell balancing current of the battery bank by the following equation (1) when the cell balancing start determination unit determines that cell balancing of the battery bank is to start; a cell balancing consumable capacity calculation unit which applies the cell balancing current value calculated by the cell balancing current calculation unit to the following equation (2) to calculate a cell balancing consumable capacity which is a capacity consumable by the cell balancing operation per charge cycle of the battery bank; a cell balancing consumable SOC calculation unit which applies the cell balancing consumable capacity value calculated by the cell balancing consumable capacity calculation unit to the following equation (3) to calculate a cell balancing consumable SOC which is a SOC consumable by the cell balancing operation per charge cycle of the battery bank; It is characterized by comprising: a deviation-resolving cycle derivation unit that derives a charging N cycle, which is the number of charging cycles in which the SOC deviation can be resolved by a cell balancing operation, by using the SOC deviation value calculated by the SOC deviation calculation unit and the cell balancing consumable SOC value calculated by the cell balancing consumable SOC calculation unit;
식(1): Icb = (Vcell / Rcb) x Dcb Equation (1): I cb = (V cell / R cb ) x D cb
(Icb: 셀 밸런싱 전류, Vcell: 셀 전압, Rcb: 셀 밸런싱 저항, Dcb: 셀 밸런싱 동작 주기)(I cb : cell balancing current, V cell: cell voltage, R cb: cell balancing resistance, D cb : cell balancing operation cycle)
식(2): Ccb = (Crate -1 + Tcvchg) x Icb Equation (2): C cb = (C rate -1 + T cvchg ) x I cb
(Ccb: 셀 밸런싱 가능 용량, Crate: 해당 배터리의 충전율, Tcvchg: 해당 배터리의 CV 충전시간, Icb: 셀 밸런싱 전류)(C cb : cell balancing capacity, C rate : charge rate of the battery, T cvchg : CV charge time of the battery, I cb : cell balancing current)
식(3): SOCcbchg = Ccb / Cpack Equation (3): SOC cbchg = C cb / C pack
(SOCcbchg: 셀 밸런싱 소모 가능 SOC, Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Cpack: 배터리 팩 용량)(SOC cbchg : Cell balancing consumable SOC, C cb : Cell balancing consumable capacity, C pack : Battery pack capacity)
한편, 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치는, 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱이 상기 편차 해소 가능 사이클 도출부에서 도출된 충전 N사이클 동안 동작하도록 제어하는 밸런싱 제어부; 를 더 포함하여 구성된다.Meanwhile, the cell balancing operation validity diagnosis device further includes a balancing control unit that controls the cell balancing of the battery bank to operate for N charging cycles derived from the deviation resolution possible cycle derivation unit.
상기 밸런싱 유효성 진단부는, 상기 밸런싱 제어부에 의해 셀 밸런싱하는 충전 N사이클 동안에 셀 밸런싱 동작으로 소모되는 SOC를 누적하여 누적 셀 밸런싱 소모 SOC를 산출하는 누적 셀 밸런싱 SOC 산출부; 상기 누적 셀 밸런싱 SOC 산출부에서 산출된 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 하기의 식(4)에 의해 산출된 값 미만인지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한지를 판단하는 유효성 여부 판단부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The above balancing validity diagnosis unit is characterized by including: an accumulated cell balancing SOC calculation unit that calculates an accumulated cell balancing consumption SOC by accumulating the SOC consumed by the cell balancing operation during N charging cycles of balancing cells by the balancing control unit; and a validity judgment unit that compares whether the accumulated cell balancing consumption SOC value calculated by the accumulated cell balancing SOC calculation unit is less than a value calculated by the following equation (4), and determines whether the cell balancing operation of the battery bank is valid based on the comparison result.
식(4): (SOC 편차 값 / 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값) x 100% Equation (4): (SOC deviation value / cell balancing consumable SOC value) x 100%
이에 따라, 상기 유효성 여부 판단부는, 상기 비교 결과, 미만인 경우 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효하지 않은 것으로 판단; 하고, 상기 비교 결과, 이상인 경우, 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한 것으로 판단; 하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the validity judgment unit is characterized in that, if the comparison result is less than or equal to the value, it determines that the cell balancing operation of the battery bank is invalid; and if the comparison result is greater than or equal to the value, it determines that the cell balancing operation of the battery bank is valid.
여기서, 상기 배터리 뱅크의 SOC 편차는, 다른 배터리 뱅크와의 SOC 편차들 중 가장 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.Here, the SOC deviation of the battery bank is characterized in that it is set to the largest value among the SOC deviations with respect to other battery banks.
본 발명에 따른 복수 개의 배터리 셀로 구성된 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작의 유효성을 진단하는 방법은, 소정의 주기 간격으로, 각 배터리 뱅크의 SOC를 측정하는 SOC 측정 단계; 상기 SOC 측정 단계에서 측정된 각 배터리 뱅크의 SOC 값을 이용하여, 각 배터리 뱅크의 SOC 편차를 산출하는 SOC 편차 산출 단계; 상기 SOC 편차 산출 단계에서 산출된 각 배터리 뱅크의 SOC 편차가 소정의 기준 SOC 편차 이상인지를 비교하여, 이상인 SOC 편차에 해당하는 배터리 뱅크를 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크인 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출하는 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계; 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하기 위한 소정의 셀 밸런싱 시작 조건을 충족하는지를 판단하는 셀 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단 단계; 상기 셀 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단 단계에서 셀 밸런싱 시작 조건을 충족하는 것으로 판단된 경우, 하기의 식(3)을 이용하여 상기 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모될 SOC인 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 산출하는 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출 단계; 상기 배터리 뱅크의 SOC 편차 값과 상기 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값을 이용하여, 상기 SOC 편차가 셀 밸런싱 동작으로 해소 가능한 충전 사이클 수인 충전 N사이클을 도출하는 편차 해소 가능 사이클 도출 단계; 상기 편차 해소 가능 사이클 도출 단계에서 도출된 충전 N사이클 동안 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작을 진행하는 셀 밸런싱 동작 제어 단계; 상기 충전 N사이클 동안 셀 밸런싱 동작으로 소모되는 SOC를 누적하여, 누적 셀 밸런싱 소모 SOC를 산출하는 누적 셀 밸런싱 SOC 산출 단계; 상기 누적 셀 밸런싱 SOC 산출 단계에서 산출된 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 하기의 식(4)에 의해 산출된 값 미만인지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한지를 판단하는 셀 밸런싱 동작 유효성 판단 단계; 를 포함하여 구성된다.A method for diagnosing the effectiveness of a cell balancing operation of at least two battery banks composed of a plurality of battery cells according to the present invention comprises: a SOC measuring step of measuring an SOC of each battery bank at predetermined periodic intervals; a SOC deviation calculating step of calculating an SOC deviation of each battery bank using the SOC values of each battery bank measured in the SOC measuring step; a cell balancing needing bank detection step of comparing whether the SOC deviation of each battery bank calculated in the SOC deviation calculating step is equal to or greater than a predetermined reference SOC deviation, and detecting a battery bank corresponding to the above SOC deviation as a cell balancing needing bank, which is a battery bank requiring cell balancing; a cell balancing start condition satisfaction determination step of determining whether a predetermined cell balancing start condition for starting cell balancing of a battery bank detected as a cell balancing needing bank in the cell balancing needing bank detection step is satisfied; In the step of determining whether the cell balancing start condition is satisfied, if it is determined that the cell balancing start condition is satisfied, a cell balancing consumable SOC calculation step of calculating a cell balancing consumable SOC, which is a SOC to be consumed by a cell balancing operation per charging cycle of the battery bank, using the following equation (3); a deviation resolution possible cycle derivation step of deriving a charging N cycle, which is a number of charging cycles in which the SOC deviation can be resolved by a cell balancing operation, using the SOC deviation value of the battery bank and the calculated cell balancing consumable SOC value; a cell balancing operation control step of performing a cell balancing operation of the battery bank for the charging N cycles derived in the deviation resolution possible cycle derivation step; an accumulated cell balancing SOC calculation step of calculating an accumulated cell balancing consumable SOC by accumulating the SOC consumed by the cell balancing operation for the N charging cycles; It is configured to include a cell balancing operation validity judgment step for comparing whether the accumulated cell balancing consumption SOC value calculated in the above-mentioned accumulated cell balancing SOC calculation step is less than the value calculated by the following equation (4), and determining whether the cell balancing operation of the battery bank is valid based on the comparison result;
식(3): SOCcbchg = Ccb / Cpack Equation (3): SOC cbchg = C cb / C pack
(SOCcbchg: 셀 밸런싱 소모 가능 SOC, Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Cpack: 배터리 팩 용량)(SOC cbchg : Cell balancing consumable SOC, C cb : Cell balancing consumable capacity, C pack : Battery pack capacity)
식(4): (SOC 편차 값 / 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값) x 100% Equation (4): (SOC deviation value / cell balancing consumable SOC value) x 100%
이에 따라, 상기 셀 밸런싱 동작 유효성 판단 단계는, 상기 비교 결과, 미만인 경우 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효하지 않은 것으로 판단하고, 상기 비교 결과, 이상인 경우 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the cell balancing operation validity determination step is characterized in that, if the comparison result is less than or equal to the value, the cell balancing operation of the battery bank is determined to be invalid, and if the comparison result is greater than or equal to the value, the cell balancing operation of the battery bank is determined to be valid.
여기서, 상기 배터리 뱅크의 SOC 편차는, 다른 배터리 뱅크와의 SOC 편차들 중 가장 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.Here, the SOC deviation of the battery bank is characterized in that it is set to the largest value among the SOC deviations with respect to other battery banks.
본 발명은 배터리 뱅크 별로 셀 밸런싱 동작에 대한 유효성을 진단함으로써 배터리 운영의 효율성을 높여 배터리 사용 안정성을 향상시킬 수 있다. The present invention can improve the efficiency of battery operation and enhance the stability of battery use by diagnosing the effectiveness of cell balancing operation for each battery bank.
도 1은 본 발명에 따른 셀 밸런싱 유효성 진단 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 셀 밸런싱 유효성 진단 방법을 보여주는 흐름도이다.FIG. 1 is a drawing schematically showing the overall configuration of a cell balancing validity diagnosis device according to the present invention.
Figure 2 is a drawing showing the detailed configuration of Figure 1.
Figure 3 is a flow chart showing a cell balancing validity diagnosis method according to the present invention.
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.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are assigned similar drawing reference numerals throughout the specification.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1. 본 발명에 따른 셀 밸런싱 유효성 진단 장치1. Cell balancing validity diagnosis device according to the present invention
본 발명에 따른 셀 밸런싱 유효성 진단 장치는, 복수 개의 배터리 셀로 구성된 적어도 둘 이상의 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작의 유효성을 진단하는 장치이다. 도 1은 본 발명에 따른 셀 밸런싱 유효성 진단 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 세부 구성을 나타내는 도면이다. 이들을 참조하면, 본 발명의 셀 밸런싱 유효성 진단 장치는 아래와 같은 구성들을 포함할 수 있다.The cell balancing validity diagnosis device according to the present invention is a device that diagnoses the validity of a cell balancing operation of at least two battery banks composed of a plurality of battery cells. Fig. 1 is a drawing schematically showing the overall configuration of the cell balancing validity diagnosis device according to the present invention, and Fig. 2 is a drawing showing a detailed configuration. Referring to these, the cell balancing validity diagnosis device of the present invention may include the following configurations.
1.1. 전압 측정부(100)1.1. Voltage measurement unit (100)
전압 측정부는, 소정의 주기 간격으로 각 배터리 뱅크(10a~10n)의 전압을 측정한다. 배터리 뱅크의 전압을 측정하는 방식은, 예를 들어 배터리 뱅크 내에 포함된 배터리 셀들(미도시)의 전압을 측정하고, 이들 전압 값들의 평균 값을 해당 배터리 뱅크의 전압으로 산출하는 등을 포함하는 통상적인 방식을 사용하여 각 배터리 뱅크의 전압을 측정할 수 있다. The voltage measuring unit measures the voltage of each battery bank (10a to 10n) at predetermined periodic intervals. The voltage of the battery bank can be measured using a conventional method, for example, including measuring the voltage of battery cells (not shown) included in the battery bank and calculating an average value of these voltage values as the voltage of the corresponding battery bank.
1.2. 온도 측정부(200)1.2. Temperature measuring unit (200)
온도 측정부는, 각 배터리 뱅크에 포함된 배터리 셀들(미도시)의 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로부(미도시)의 온도를 측정하는 구성이다. 예를 들어, 셀 밸런싱 회로부(미도시)의 인접 영역에 구비되어 온도를 측정할 수 있다.The temperature measurement unit is configured to measure the temperature of a cell balancing circuit (not shown) that performs cell balancing of battery cells (not shown) included in each battery bank. For example, it may be provided in an adjacent area of the cell balancing circuit (not shown) to measure the temperature.
1.3. 충전상태 감지부(300)1.3. Charging status detection unit (300)
충전상태 감지부는, 상기 배터리 뱅크(10a~10n)들이 충전기에 의한 충전 상태인지를 감지하여 충전 감지 신호를 출력한다. The charge status detection unit detects whether the battery banks (10a to 10n) are being charged by the charger and outputs a charge detection signal.
충전상태를 감지하는 것은, 예를 들어 배터리에 연결되는 단자와 충전기 또는 외부 부하에 연결되는 단자 간의 전류 방향을 이용하여 충전기에 의한 충전 상태인지를 판단하는 등을 포함하는 통상의 방식을 사용한다. Detecting the state of charge is done in a conventional manner, such as by using the direction of current between the terminals connected to the battery and the terminals connected to the charger or external load to determine whether the charger is charging.
1.4. 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부(400)1.4. Judging whether the balancing start condition is met (400)
밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부는, 상기 전압 측정부(100)에서 측정된 전압 값을 이용하여 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크인 셀 밸런싱 필요 뱅크를 검출하고, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하기 위한 소정의 밸런싱 시작 조건을 충족하는지의 여부를 판단할 수 있다. The unit for determining whether the balancing start condition is satisfied can detect a cell balancing required bank, which is a battery bank requiring cell balancing, using the voltage value measured by the voltage measuring unit (100), and determine whether a predetermined balancing start condition for starting cell balancing of the cell balancing required bank is satisfied.
가. SOC 편차 산출부(410)A. SOC deviation calculation unit (410)
SOC 편차 산출부는, 상기 전압 측정부(100)에서 측정된 각 배터리 뱅크의 전압 값을 이용하여, 배터리 뱅크 간 SOC 편차를 산출하는 구성이다.The SOC deviation calculation unit is configured to calculate the SOC deviation between battery banks by using the voltage value of each battery bank measured by the voltage measurement unit (100).
SOC 편차를 산출하는 것은, 예를 들어 상기 전압 측정부(100)에서 측정된 전압 값들을 기반으로 배터리 뱅크 간의 전압 편차를 산출하고, 산출된 전압 편차를 미리 마련된 OCV-SOC Table을 이용하여 그에 대응하는 SOC 편차로 환산하는 방식을 사용할 수 있다. Calculating the SOC deviation can be done, for example, by calculating the voltage deviation between battery banks based on the voltage values measured by the voltage measuring unit (100), and converting the calculated voltage deviation into a corresponding SOC deviation using a pre-prepared OCV-SOC Table.
또 다른 예로, 상기 전압 측정부(100)에서 측정된 전압 값을 기반으로 SOC를 구하여 배터리 뱅크의 SOC 편차를 산출하는 방식을 사용할 수도 있다. As another example, a method of calculating the SOC deviation of the battery bank by obtaining the SOC based on the voltage value measured by the voltage measuring unit (100) may be used.
여기서, 배터리 뱅크가 여러 개인 경우, 당 배터리 뱅크의 SOC 편차는, 타 배터리 뱅크와의 SOC 편차 중 가장 큰 SOC 편차를 해당 배터리 뱅크의 SOC 편차로 설정할 수 있다. Here, when there are multiple battery banks, the SOC deviation of the battery bank can be set as the SOC deviation of the battery bank based on the largest SOC deviation among the SOC deviations with other battery banks.
나. 최대/최소 전압 추출부(420)B. Maximum/minimum voltage extraction unit (420)
최대/최소 전압 추출부는, 상기 전압 측정부(100)에서 측정된 각 배터리 뱅크의 전압 값들 중에서 최대 전압 값 및 최소 전압 값을 각각 추출하는 구성이다.The maximum/minimum voltage extraction unit is configured to extract the maximum voltage value and minimum voltage value, respectively, from among the voltage values of each battery bank measured by the voltage measurement unit (100).
다. 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부(430)D. Cell balancing required bank detection unit (430)
셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부는, 상기 SOC 편차 산출부(410)에서 산출된 각 배터리 뱅크 간 SOC 편차 값이 소정의 기준 SOC 편차 값 이상인지를 비교하여, 이상인 SOC 편차 값에 해당하는 배터리 뱅크를 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출한다. 이 때, 배터리 뱅크가 여러 개인 경우, 각 배터리 뱅크의 SOC 편차는, 다른 배터리 뱅크들과의 SOC 편차 중 가장 큰 값을 해당 배터리 뱅크의 SOC 편차로 설정할 수 있다. The cell balancing required bank detection unit compares whether the SOC deviation value between each battery bank calculated by the SOC deviation calculation unit (410) is greater than or equal to a predetermined standard SOC deviation value, and detects the battery bank corresponding to the greater SOC deviation value as a cell balancing required bank. At this time, in the case of multiple battery banks, the SOC deviation of each battery bank can be set to the largest value among the SOC deviations with other battery banks as the SOC deviation of the corresponding battery bank.
예를 들어, 각 배터리 뱅크 간 SOC 편차 값이 5% 이상인 경우, 즉 특정 배터리 뱅크의 SOC 값이 다른 배터리 뱅크들과의 SOC 값 중 가장 큰 값이 5% 이상 차이 나는 경우 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출한다. For example, if the SOC deviation value between each battery bank is 5% or more, that is, if the SOC value of a specific battery bank differs by 5% or more from the largest value among the SOC values of other battery banks, the bank is detected as requiring cell balancing.
또한, 셀 밸런싱 필요 뱅크는 뱅크 간 전압 차에 의해서 검출될 수도 있다. 뱅크 간 전압 차가 소정의 기준 값, 예를 들어 20mV 이상인 경우 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출될 수 있다.Additionally, a bank requiring cell balancing can be detected by the voltage difference between banks. If the voltage difference between banks is greater than a predetermined reference value, for example, 20 mV, the bank can be detected as requiring cell balancing.
여기서, 셀 밸런싱 필요 뱅크란, 다른 배터리 뱅크와의 SOC 편차를 해소하기 위하여 셀 밸런싱 동작이 필요한 배터리 뱅크를 의미한다. Here, a bank requiring cell balancing refers to a battery bank that requires cell balancing operation to resolve the SOC deviation from other battery banks.
라. 제1 비교부(440)Ra. 1st Comparison Section (440)
제1 비교부는, 상기 최대/최소 전압 추출부(420)에서 추출된 최대 전압 값 및 최소 전압 값이 소정의 기준 범위 이내인지를 비교하여, 이내인 경우 이를 나타내는 제1 충족 신호를 출력할 수 있다. The first comparison unit can compare whether the maximum voltage value and minimum voltage value extracted from the maximum/minimum voltage extraction unit (420) are within a predetermined reference range, and if so, output a first satisfaction signal indicating this.
예를 들어, 소정의 기준 범위가 3000mV ~ 4200mV 인 경우, 상기 최대 전압 값 및 최소 전압 값이 3000mV에서 4200mV 사이에 포함되는지를 비교하여, 포함되는 경우 제1 충족 신호를 출력하는 것이다. For example, if the predetermined reference range is 3000 mV to 4200 mV, the method compares whether the maximum voltage value and the minimum voltage value are included between 3000 mV and 4200 mV, and if so, outputs the first satisfaction signal.
마. 제2 비교부(450)Ma. Second Comparison Section (450)
제2 비교부는, 상기 온도 측정부(200)에서 측정된 셀 밸런싱 회로부(미도시)의 온도가 소정의 기준 온도 값 이하인지를 비교하여, 이하인 경우 이를 나타내는 제2 충족 신호를 출력할 수 있다.The second comparison unit can compare whether the temperature of the cell balancing circuit (not shown) measured by the temperature measurement unit (200) is below a predetermined reference temperature value, and if so, output a second satisfaction signal indicating this.
예를 들어, 소정의 기준 온도 값이 70℃인 경우, 상기 셀 밸런싱 회로부의 온도가 70℃ 이하이면 제2 충족 신호를 출력하는 것이다. For example, if the predetermined reference temperature value is 70℃, the second satisfaction signal is output if the temperature of the cell balancing circuit is 70℃ or lower.
바. 셀 밸런싱 시작 판단부(460)B. Cell balancing start judgment unit (460)
셀 밸런싱 시작 판단부, 상기 제1 비교부(440)로부터 제1 충족 신호, 상기 제2 비교부(450)로부터 제2 충족 신호 및 상기 충전상태 감지부(300)로부터 충전 감지 신호가 모두 출력된 경우, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부(430)에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 및 그 유효성 진단을 시작하기 위한 조건을 충족한 것으로 판단한다. 판단 시, 이를 나타내는 시작 충족 신호를 출력할 수 있다. When the cell balancing start determination unit, the first satisfaction signal from the first comparison unit (440), the second satisfaction signal from the second comparison unit (450), and the charge detection signal from the charge state detection unit (300) are all output, the cell balancing required bank detection unit (430) determines that the conditions for starting cell balancing and its validity diagnosis of the battery bank detected as a cell balancing required bank have been met. Upon determination, a start satisfaction signal indicating this can be output.
1.5. 밸런싱 유효성 진단부(500)1.5. Balancing Validity Diagnostic Section (500)
밸런싱 유효성 진단부는, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부(430)에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모될 SOC를 기준으로 상기 배터리 뱅크의 SOC 편차가 해소 가능한 충전 사이클 수를 도출하고, 상기 충전 사이클 수 동안 충전과 셀 밸런싱 동작을 수행 후 상기 SOC 편차가 해소되었는지를 비교하여 상기 셀 밸런싱 동작의 유효성을 진단하는 구성이다. 이러한 밸런싱 유효성 진단부는, 하기의 세부 구성을 포함한다. The balancing validity diagnosis unit is configured to derive the number of charging cycles during which the SOC deviation of the battery bank can be resolved based on the SOC to be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the battery bank detected as the cell balancing required bank by the cell balancing required bank detection unit (430), and to diagnose the validity of the cell balancing operation by comparing whether the SOC deviation has been resolved after performing charging and cell balancing operations during the number of charging cycles. This balancing validity diagnosis unit includes the following detailed configuration.
여기서, 밸런싱 유효성 진단부는, 상기 셀 밸런싱 시작 판단부(460)로부터 시작 충족 신호가 출력되는 경우 동작한다. Here, the balancing validity diagnosis unit operates when a start satisfaction signal is output from the cell balancing start judgment unit (460).
가. 셀 밸런싱 전류 산출부(510)A. Cell balancing current generating unit (510)
먼저, 셀 밸런싱 전류 산출부는, 하기의 식(1)에 의해 셀 밸런싱 필요 판단 뱅크로 판단된 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 전류를 산출한다.First, the cell balancing current calculation unit calculates the cell balancing current of the battery bank determined to be a bank requiring cell balancing by the following equation (1).
식(1): Icb = (Vcell / Rcb) x Dcb (Icb: 셀 밸런싱 전류, Vcell: 셀 전압, Rcb: 셀 밸런싱 저항, Dcb: 셀 밸런싱 동작 시간(cell balancing duty))Equation (1): I cb = (V cell / R cb ) x D cb (I cb : cell balancing current, V cell : cell voltage, R cb : cell balancing resistance, D cb : cell balancing operation time (cell balancing duty))
이 때, 충전 사이클 당 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 동작 시간 Dcb는 셀 특성에 따라 미리 정해져 있는 시스템 설계 값이다.At this time, the cell balancing operation time D cb , which performs cell balancing per charging cycle, is a system design value determined in advance according to cell characteristics.
나. 셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부(520)B. Cell balancing consumable capacity calculation unit (520)
셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부는, 상기 셀 밸런싱 전류 산출부(510)에서 산출된 셀 밸런싱 전류 값을 하기의 식(2)에 적용하여, 해당 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 용량인 셀 밸런싱 소모 가능 용량을 산출한다.The cell balancing consumable capacity calculation unit applies the cell balancing current value calculated by the cell balancing current calculation unit (510) to the following equation (2) to calculate the cell balancing consumable capacity, which is the capacity that can be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the corresponding battery bank.
식(2): Ccb = (Crate -1 + Tcvchg) x Icb Equation (2): C cb = (C rate -1 + T cvchg ) x I cb
(Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Crate: 해당 배터리의 충전율, Tcvchg: 해당 배터리의 CV 충전시간, Icb: 셀 밸런싱 전류)(C cb : cell balancing consumable capacity, C rate : charge rate of the battery, T cvchg : CV charge time of the battery, I cb : cell balancing current)
이 때, CV 충전시간 Tcvchg는 셀 특정에 따라 미리 정해져 있는 시스템 설계 값이다.At this time, the CV charging time T cvchg is a system design value that is predetermined according to the cell specifications.
다. 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부(530)D. Cell balancing consumable SOC calculation unit (530)
셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부는, 상기 셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부(520)에서 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 용량 값을 하기의 식(3)에 적용하여, 해당 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 SOC인 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 산출한다.The cell balancing consumable SOC calculation unit applies the cell balancing consumable capacity value calculated by the cell balancing consumable capacity calculation unit (520) to the following equation (3) to calculate the cell balancing consumable SOC, which is the SOC that can be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the corresponding battery bank.
식(3): SOCcbchg = Ccb / Cpack Equation (3): SOC cbchg = C cb / C pack
(SOCcbchg: 셀 밸런싱 소모 가능 SOC, Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Cpack: 배터리 팩 용량)(SOC cbchg : Cell balancing consumable SOC, C cb : Cell balancing consumable capacity, C pack : Battery pack capacity)
라. 편차 해소 가능 사이클 도출부(540)A. Cycle derivation section capable of resolving deviation (540)
편차 해소 가능 사이클 도출부는, 상기 SOC 편차 산출부(410)에서 산출된 SOC 편차와 상기 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부(530)에서 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값을 이용하여, 상기 SOC 편차가 셀 밸런싱 동작으로 해소 가능한 충전 사이클 수인 충전 N 사이클을 도출할 수 있다. 충전 N사이클은, SOC 편차를 셀 밸런싱 소모 SOC로 나눈 값으로 도출된다. The deviation-resolvable cycle derivation unit can derive the charge N cycle, which is the number of charge cycles in which the SOC deviation can be resolved by the cell balancing operation, by using the SOC deviation calculated by the SOC deviation calculation unit (410) and the cell balancing consumable SOC value calculated by the cell balancing consumable SOC calculation unit (530). The charge N cycle is derived as the value obtained by dividing the SOC deviation by the cell balancing consumable SOC.
예를 들어, 셀 밸런싱 필요 판단 뱅크의 SOC 편차가 5%이고, 충전 1사이클당 셀 밸런싱 소모 SOC가 1%인 경우, 충전 N사이클은 5로 도출되는 것이다.For example, if the SOC deviation of the bank that requires cell balancing is 5% and the cell balancing consumption SOC per charging cycle is 1%, the charging N cycle is derived as 5.
즉, 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 SOC를 기준으로 SOC 편차를 충전 몇 사이클 내에 해소할 수 있을지를 예측하는 것이다.That is, it is to predict how many charging cycles it will take to resolve the SOC deviation based on the SOC that can be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the battery bank.
마. 누적 셀 밸런싱 SOC 산출부(550)B. Accumulated cell balancing SOC calculation unit (550)
누적 셀 밸런싱 SOC 산출부는, 후술하는 밸런싱 제어부(600)에 의해 셀 밸런싱하는 충전 N사이클 동안에 셀 밸런싱 동작으로 소모되는 SOC를 누적하여 누적 셀 밸런싱 SOC를 산출할 수 있다. 즉, 충전 N사이클 동안 셀 밸런싱 동작으로 소모되는 SOC를 누적한 값을 산출하는 것이다.The accumulated cell balancing SOC calculation unit can calculate the accumulated cell balancing SOC by accumulating the SOC consumed by the cell balancing operation during N charging cycles by the balancing control unit (600) described below. In other words, it calculates the accumulated value of the SOC consumed by the cell balancing operation during N charging cycles.
바. 유효성 여부 판단부(560)B. Validity Decision Department (560)
유효성 여부 판단부는, 상기 누적 셀 밸런싱 SOC 산출부(550)에서 산출된 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 하기의 식(4)에 의해 산출된 값 미만인지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 해당 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한지를 판단할 수 있다.The validity judgment unit can compare whether the accumulated cell balancing consumption SOC value calculated by the accumulated cell balancing SOC calculation unit (550) is less than the value calculated by the following equation (4), and determine whether the cell balancing operation of the corresponding battery bank is valid based on the comparison result.
식(4): (SOC 편차 값 / 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값) x 100%Equation (4): (SOC deviation value / cell balancing consumable SOC value) x 100%
비교 결과, 미만인 경우 해당 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효하지 않은 것으로 판단한다.If the comparison result is less than this, the cell balancing operation of the corresponding battery bank is deemed invalid.
반면, 비교 결과, 이상이면 해당 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한 것으로 판단한다.On the other hand, if the comparison result is abnormal, the cell balancing operation of the corresponding battery bank is considered valid.
그 원리는 배터리 뱅크의 SOC 편차가 충전 N사이클 동안 셀 밸런싱 동작으로 해소되었는지를 비교하여 그 셀 밸런싱 동작이 정상적으로 동작하였는지를 판단하는 것이다. 따라서, 실제 충전 N사이클 동안 셀 밸런싱 동작으로 소모된 SOC(누적 셀 밸런싱 SOC)가 상기 식(4)에 의해 산출된 값 미만이면 셀 밸런싱 동작이 유효하지 않은 것으로 판단하고, 이상인 경우 셀 밸런싱 동작이 유효한 것으로 판단한다.The principle is to compare whether the SOC deviation of the battery bank has been resolved by the cell balancing operation for N charging cycles to determine whether the cell balancing operation has operated normally. Accordingly, if the SOC consumed by the cell balancing operation for N actual charging cycles (cumulative cell balancing SOC) is less than the value calculated by the above equation (4), the cell balancing operation is determined to be invalid, and if it is more than that, the cell balancing operation is determined to be valid.
1.6. 밸런싱 제어부(600)1.6. Balancing Control Unit (600)
밸런싱 제어부는, 상기 편차 해소 가능 사이클 도출부(540)로부터 밸런싱 시작 신호가 출력되면, 해당 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 충전 N사이클 동안 수행되도록 제어할 수 있다. The balancing control unit can control the cell balancing operation of the corresponding battery bank to be performed for N charging cycles when a balancing start signal is output from the deviation resolution capable cycle derivation unit (540).
이와 같이 본 발명은 셀 밸런싱 동작을 진행하고, 진행된 셀 밸런싱 동작의 유효성을 확인함으로써 효율적인 배터리 운영을 제공할 수 있다. 이는 배터리 사용 안정성을 향상시키는 결과를 도모할 수 있다.In this way, the present invention can provide efficient battery operation by performing a cell balancing operation and confirming the validity of the performed cell balancing operation. This can result in improving the stability of battery use.
2. 본 발명에 따른 셀 밸런싱 유효성 진단 방법(도 3 참조)2. Cell balancing validity diagnosis method according to the present invention (see Fig. 3)
본 발명에 따른 셀 밸런싱 동작의 유효성을 진단하는 방법은, 아래와 같은 단계를 포함하여 구성될 수 있다.A method for diagnosing the effectiveness of a cell balancing operation according to the present invention may be configured to include the following steps.
2.1. SOC 측정 단계(S100)2.1. SOC measurement step (S100)
SOC 측정 단계는, 소정의 주기 간격으로 각 배터리 뱅크(10a~10n)의 SOC(State Of Charge)를 측정하는 단계이다. 배터리 뱅크의 SOC를 측정하는 것은, 예를 들어 배터리 뱅크 내에 포함된 배터리 셀들(미도시)의 전압 값을 이용하여 각 배터리 셀의 SOC를 측정하고, 이들 SOC의 평균 값을 해당 배터리 뱅크의 SOC로 산출하는 등을 포함하는 공지의 방식을 사용한다. (전압 측정부(100), SOC 편차 산출부(410))The SOC measurement step is a step of measuring the SOC (State Of Charge) of each battery bank (10a to 10n) at a predetermined periodic interval. Measuring the SOC of the battery bank uses a known method, including, for example, measuring the SOC of each battery cell using the voltage values of battery cells (not shown) included in the battery bank, and calculating the average value of these SOCs as the SOC of the corresponding battery bank. (Voltage measurement unit (100), SOC deviation calculation unit (410))
2.2. SOC 편차 산출 단계(S200)2.2. SOC deviation calculation step (S200)
SOC 편차 산출 단계는, 상기 SOC 측정 단계(S100)에서 측정된 각 배터리 뱅크의 SOC 값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 SOC 편차를 산출하는 단계이다. 여기서, 배터리 뱅크가 여러 개인 경우, 각 배터리 뱅크의 SOC 편차는, 타 배터리 뱅크와의 SOC 편차들 중 가장 큰 값을 해당 배터리 뱅크의 SOC 편차로 설정할 수 있다. The SOC deviation calculation step is a step of calculating the SOC deviation of each battery bank using the SOC value of each battery bank measured in the SOC measurement step (S100). Here, in the case of multiple battery banks, the SOC deviation of each battery bank can be set to the largest value among the SOC deviations with other battery banks as the SOC deviation of the corresponding battery bank.
2.3. 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계(S300)2.3. Cell balancing required bank detection step (S300)
셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계는, 상기 SOC 편차 산출 단계(S200)에서 산출된 각 배터리 뱅크의 SOC 편차가 소정의 기준 SOC 편차 이상인지를 비교하여, 상기 SOC 편차가 소정의 기준 SOC 편차 이상인 배터리 뱅크를 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출한다. The step of detecting a bank requiring cell balancing compares whether the SOC deviation of each battery bank calculated in the SOC deviation calculation step (S200) is greater than or equal to a predetermined standard SOC deviation, and detects a battery bank having the SOC deviation greater than or equal to the predetermined standard SOC deviation as a bank requiring cell balancing.
2.4. 셀 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단 단계(S400)2.4. Step for determining whether cell balancing start conditions are met (S400)
셀 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단 단계는, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계(S300)에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 시작을 위한 소정의 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 단계이다. The step of determining whether the cell balancing start condition is satisfied is a step of determining whether a predetermined condition for starting cell balancing of a battery bank detected as a bank requiring cell balancing in the cell balancing required bank detection step (S300) is satisfied.
소정의 셀 밸런싱 시작 조건은, 배터리 뱅크의 최대 및 최소 전압 값이 소정의 기준 범위 이내인 경우, 배터리 뱅크의 SOC 편차가 소정의 기준 SOC 편차 이상인 경우, 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로(미도시)의 온도가 소정의 기준 온도 이하인 경우, 충전기 연결 상태인 경우를 포함할 수 있다. The predetermined cell balancing start conditions may include when the maximum and minimum voltage values of the battery bank are within a predetermined reference range, when the SOC deviation of the battery bank is greater than or equal to the predetermined reference SOC deviation, when the temperature of a cell balancing circuit (not shown) performing cell balancing of the battery bank is less than or equal to the predetermined reference temperature, and when the charger is connected.
2.5. 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출 단계(S500)2.5. Cell balancing consumable SOC calculation step (S500)
셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출 단계는, 상기 셀 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단 단계(S400)에서 셀 밸런싱 시작 조건을 충족하는 것으로 판단된 경우, 하기의 식(1) 내지 (3)을 이용하여 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계(S300)에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 밸런싱 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 SOC인 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 산출할 수 있다.The cell balancing consumable SOC calculation step can calculate the cell balancing consumable SOC, which is the SOC that can be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the balancing bank detected as the cell balancing required bank in the cell balancing required bank detection step (S300), by using the following equations (1) to (3), if the cell balancing start condition is determined to be satisfied in the cell balancing start condition satisfaction determination step (S400).
먼저, 식(1)을 이용하여, 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 전류를 산출한다.First, the cell balancing current of the battery bank is calculated using equation (1).
식(1): Icb = (Vcell / Rcb) x Dcb Equation (1): I cb = (V cell / R cb ) x D cb
(Icb: 셀 밸런싱 전류, Vcell: 셀 전압, Rcb: 셀 밸런싱 저항, Dcb: 셀 밸런싱 동작 시간(cell balancing duty)))(I cb : cell balancing current, V cell : cell voltage, R cb : cell balancing resistance, D cb : cell balancing duty))
다음, 식(1)에 의해 산출된 셀 밸런싱 전류 값을 하기의 식(2)에 적용하여 해당 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 용량인 셀 밸런싱 소모 가능 용량을 산출한다.Next, the cell balancing current value calculated by equation (1) is applied to equation (2) below to calculate the cell balancing consumable capacity, which is the capacity that can be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the battery bank.
식(2): Ccb = (Crate -1 + Tcvchg) x Icb Equation (2): C cb = (C rate -1 + T cvchg ) x I cb
(Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Crate: 해당 배터리의 충전율, Tcvchg: 해당 배터리의 CV 충전시간, Icb: 셀 밸런싱 전류)(C cb : cell balancing consumable capacity, C rate : charge rate of the battery, T cvchg : CV charge time of the battery, I cb : cell balancing current)
최종적으로, 식(2)에 의해 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 용량 값을 하기의 식(3)에 적용하여 해당 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 SOC인 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 산출한다.Finally, the cell balancing consumable capacity value calculated by equation (2) is applied to equation (3) below to calculate the cell balancing consumable SOC, which is the SOC that can be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the corresponding battery bank.
식(3): SOCcbchg = Ccb / Cpack Equation (3): SOC cbchg = C cb / C pack
(SOCcbchg: 셀 밸런싱 소모 가능 SOC, Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Cpack: 배터리 팩 용량)(SOC cbchg : Cell balancing consumable SOC, C cb : Cell balancing consumable capacity, C pack : Battery pack capacity)
2.6. 편차 해소 가능 사이클 도출 단계(S600)2.6. Deviation resolution possible cycle derivation step (S600)
편차 해소 가능 사이클 도출 단계는, 상기 배터리 뱅크의 SOC 편차와 상기 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출 단계(S500)에서 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 이용하여, 상기 SOC 편차를 셀 밸런싱 동작으로 해소 가능한 충전 사이클 수인 충전 N사이클을 도출하는 단계이다. The step of deriving a cycle capable of solving the deviation is a step of deriving a charging N cycle, which is the number of charging cycles in which the SOC deviation can be solved by a cell balancing operation, by using the SOC deviation of the battery bank and the cell balancing consumable SOC calculated in the cell balancing consumable SOC calculation step (S500).
충전 N사이클은, 배터리 뱅크의 SOC 편차를 셀 밸런싱 소모 가능 SOC로 나누는 것으로 도출할 수 있다.The charge N cycle can be derived by dividing the SOC deviation of the battery bank by the cell balancing consumable SOC.
예를 들어, 셀 밸런싱 필요 뱅크의 SOC 편차가 5%이고, 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 SOC(셀 밸런싱 소모 가능 SOC)가 1%인 경우, 충전 N사이클은 5로 도출되는 것이다.For example, if the SOC deviation of the bank requiring cell balancing is 5% and the SOC that can be consumed by the cell balancing operation per charge cycle (cell balancing consumable SOC) is 1%, the charge N cycle is derived as 5.
2.7. 셀 밸런싱 동작 제어 단계(S700)2.7. Cell balancing operation control step (S700)
셀 밸런싱 동작 제어 단계는, 상기 편차 해소 가능 사이클 도출 단계(S600)에서 도출된 충전 N사이클 동안 해당 배터리 뱅크가 셀 밸런싱 동작하도록 제어하는 단계이다.The cell balancing operation control step is a step for controlling the corresponding battery bank to perform cell balancing operation during the N charging cycles derived in the deviation resolution possible cycle derivation step (S600).
2.8. 누적 셀 밸런싱 SOC 산출 단계(S800)2.8. Cumulative Cell Balancing SOC Calculation Step (S800)
누적 셀 밸런싱 SOC 산출 단계는, 상기 셀 밸런싱 동작 제어 단계(S700)에 의해 셀 밸런싱 동작하는 충전 N사이클 동안에 실제 셀 밸런싱 동작으로 소모되는 SOC를 누적하여 누적 셀 밸런싱 소모 SOC를 산출할 수 있다.The accumulated cell balancing SOC calculation step can calculate the accumulated cell balancing consumption SOC by accumulating the SOC consumed by the actual cell balancing operation during the N charging cycles in which the cell balancing operation is performed by the cell balancing operation control step (S700).
여기서, 충전 N사이클까지 도달하기 전 셀 밸런싱 동작이 지속되지 않아 소정의 시간 이상으로 딜레이(delay) 되는 경우, 해당 시점까지 누적된 셀 밸런싱 소모 SOC 값을 초기화한다.Here, if the cell balancing operation is not continued before reaching the N charging cycle and is delayed for a predetermined time or longer, the cell balancing consumption SOC value accumulated up to that point is initialized.
2.9. 셀 밸런싱 동작 유효성 판단 단계(S900)2.9. Cell balancing operation validity judgment step (S900)
셀 밸런싱 동작 유효성 판단 단계는, 상기 누적 셀 밸런싱 SOC 산출 단계(S800)에서 산출된 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 하기의 식(4)에 의해 산출된 값 미만인지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 해당 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한지를 판단할 수 있다.The cell balancing operation validity judgment step compares whether the accumulated cell balancing consumption SOC value calculated in the accumulated cell balancing SOC calculation step (S800) is less than the value calculated by the following equation (4), and whether the cell balancing operation of the corresponding battery bank is valid can be judged based on the comparison result.
식(4): (SOC 편차 값 / 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값) x 100%Equation (4): (SOC deviation value / cell balancing consumable SOC value) x 100%
비교 결과, 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 식(4)에 의해 산출된 값 미만인 경우, 해당 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효하지 않은 것으로 판단(S910)할 수 있다.As a result of the comparison, if the accumulated cell balancing consumption SOC value is less than the value calculated by Equation (4), the cell balancing operation of the corresponding battery bank can be determined to be invalid (S910).
반면, 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 식(4)에 의해 산출된 값 이상이면, 해당 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한 것으로 판단(S920)할 수 있다.On the other hand, if the accumulated cell balancing consumption SOC value is greater than or equal to the value calculated by Equation (4), the cell balancing operation of the corresponding battery bank can be determined to be valid (S920).
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.Meanwhile, although the technical idea of the present invention has been specifically described according to the above embodiments, it should be noted that the above embodiments are for the purpose of explanation and not for the purpose of limitation. In addition, those skilled in the art will be able to understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
10a~10n: 배터리 뱅크
100: 전압 측정부
200: 온도 측정부
300: 충전상태 감지부
400: 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부
410: SOC 편차 산출부
420: 최대/최소 전압 추출부
430: 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부
440: 제1 비교부
450: 제2 비교부
460: 셀 밸런싱 시작 판단부
500: 밸런싱 유효성 판단부
510: 셀 밸런싱 전류 산출부
520: 셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부
530: 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부
540: 편차 해소 가능 사이클 도출부
550: 누적 셀 밸런싱 SOC 산출부
560: 유효성 여부 판단부
600: 밸런싱 제어부10a~10n: Battery Bank
100: Voltage measurement section
200: Temperature measuring unit
300: Charging status detection unit
400: Determination of whether the balancing start condition is met
410: SOC deviation calculation unit
420: Max/Min voltage extractor
430: Cell balancing required bank detection unit
440: First Comparison Section
450: Second Comparison Section
460: Cell balancing start decision unit
500: Balancing Validity Decision
510: Cell balancing current generator
520: Cell balancing consumable capacity calculation unit
530: Cell balancing consumable SOC calculation unit
540: Deviation-Resolving Cycle Derivation Section
550: Cumulative Cell Balancing SOC Calculation Unit
560: Validity Decision Department
600: Balancing Control Unit
Claims (10)
소정의 주기 간격으로, 각 배터리 뱅크의 전압을 측정하는 전압 측정부;
상기 배터리 뱅크들이 충전기에 의한 충전 상태인지를 감지하여 충전 감지 신호를 출력하는 충전상태 감지부;
상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값을 이용하여 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크인 셀 밸런싱 필요 뱅크를 검출하고, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하기 위한 소정의 밸런싱 시작 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부;
상기 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부에서 소정의 셀 밸런싱 시작 조건을 충족한 것으로 판단된 경우, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모될 SOC를 기준으로 상기 배터리 뱅크의 SOC 편차가 해소 가능한 충전 사이클 수를 도출하고, 상기 충전 사이클 수 동안 충전과 셀 밸런싱 동작을 수행 후 상기 SOC 편차가 해소되었는지를 비교하여 상기 셀 밸런싱 동작의 유효성을 진단하는 밸런싱 유효성 진단부;
를 포함하여 구성되는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치. In a device for diagnosing the effectiveness of cell balancing operation of at least two battery banks consisting of multiple battery cells,
A voltage measuring unit for measuring the voltage of each battery bank at predetermined periodic intervals;
A charging status detection unit that detects whether the above battery banks are in a charging state by a charger and outputs a charging detection signal;
A balancing start condition satisfaction judgment unit that detects a cell balancing required bank, which is a battery bank requiring cell balancing, using the voltage value measured by the voltage measurement unit, and determines whether a predetermined balancing start condition for starting cell balancing of the cell balancing required bank is satisfied;
A balancing validity diagnosis unit that determines whether a predetermined cell balancing start condition is satisfied by determining whether the above balancing start condition is satisfied, derives the number of charging cycles in which the SOC deviation of the battery bank can be resolved based on the SOC to be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the battery bank detected as the bank requiring the cell balancing, and compares whether the SOC deviation has been resolved after performing charging and cell balancing operations for the number of charging cycles to diagnose the validity of the cell balancing operation;
A cell balancing operation validity diagnostic device comprising:
셀 밸런싱 동작 장치는,
각 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로부의 온도를 측정하는 온도 측정부; 를 더 포함하여 구성되며,
상기 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단부는,
상기 전압 측정부에서 측정된 각 배터리 뱅크의 전압 값을 이용하여 각 배터리 뱅크의 SOC 편차를 산출하는 SOC 편차 산출부;
상기 전압 측정부에서 측정된 각 배터리 뱅크의 전압 값들 중 최대 전압 값 및 최소 전압 값을 각각 추출하는 최대/최소 전압 추출부;
상기 SOC 편차 산출부에서 산출된 각 배터리 뱅크의 SOC 편차 값이 소정의 기준 SOC 편차 값 이상인지를 비교하여, 이상인 SOC 편차 값을 가지는 배터리 뱅크를 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출하는 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부;
상기 최대/최소 전압 추출부에서 추출된 최대 전압 값 및 최소 전압 값이 소정의 기준 범위 이내인지를 비교하여, 이내인 경우 제1 충족 신호를 출력하는 제1 비교부;
상기 온도 측정부에서 측정된 셀 밸런싱 회로부의 온도가 소정의 기준 값 이하인지를 비교하여, 이하인 경우 제2 충족 신호를 출력하는 제2 비교부;
상기 제1 비교로부터 제1 충족 신호, 상기 제2 비교부로부터 제2 충족 신호 및 상기 충전상태 감지부로부터 충전 감지 신호가 모두 출력된 경우, 상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출부에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하는 것으로 판단하는 셀 밸런싱 시작 판단부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치. In the first paragraph,
The cell balancing action device is,
It further comprises a temperature measuring unit for measuring the temperature of a cell balancing circuit unit that performs cell balancing of each battery bank;
The part that determines whether the above balancing start condition is met is,
A SOC deviation calculation unit that calculates the SOC deviation of each battery bank using the voltage value of each battery bank measured by the voltage measurement unit;
A maximum/minimum voltage extraction unit that extracts the maximum voltage value and the minimum voltage value, respectively, from among the voltage values of each battery bank measured by the voltage measurement unit;
A cell balancing requirement bank detection unit that compares whether the SOC deviation value of each battery bank calculated by the above SOC deviation calculation unit is equal to or greater than a predetermined standard SOC deviation value, and detects a battery bank having an abnormal SOC deviation value as a bank requiring cell balancing;
A first comparison unit that compares whether the maximum voltage value and the minimum voltage value extracted from the maximum/minimum voltage extraction unit are within a predetermined reference range, and outputs a first satisfaction signal if they are within a predetermined reference range;
A second comparison unit that compares whether the temperature of the cell balancing circuit unit measured by the temperature measurement unit is below a predetermined reference value and outputs a second satisfaction signal if so;
A cell balancing start determination unit that determines to start cell balancing of a battery bank detected as a bank requiring cell balancing by the cell balancing needing bank detection unit when a first satisfaction signal from the first comparison unit, a second satisfaction signal from the second comparison unit, and a charge detection signal from the charge status detection unit are all output;
A cell balancing operation validity diagnosis device characterized by comprising:
상기 밸런싱 유효성 진단부는,
상기 셀 밸런싱 시작 판단부에서 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하는 것으로 판단된 경우, 하기의 식(1)에 의해 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 전류를 산출하는 셀 밸런싱 전류 산출부;
상기 셀 밸런싱 전류 산출부에서 산출된 셀 밸런싱 전류 값을 하기의 식(2)에 적용하여, 상기 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 용량인 셀 밸런싱 소모 가능 용량을 산출하는 셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부;
상기 셀 밸런싱 소모 가능 용량 산출부에서 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 용량 값을 하기의 식(3)에 적용하여, 상기 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모 가능한 SOC인 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 산출하는 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부;
상기 SOC 편차 산출부에서 산출된 SOC 편차 값과 상기 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출부에서 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값을 이용하여, 상기 SOC 편차를 셀 밸런싱 동작으로 해소 가능한 충전 사이클 수인 충전 N사이클을 도출하는 편차 해소 가능 사이클 도출부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치
식(1): Icb = (Vcell / Rcb) x Dcb
(Icb: 셀 밸런싱 전류, Vcell: 셀 전압, Rcb: 셀 밸런싱 저항, Dcb: 셀 밸런싱 동작 시간(cell balancing duty))
식(2): Ccb = (Crate -1 + Tcvchg) x Icb
(Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Crate: 해당 배터리의 충전율, Tcvchg: 해당 배터리의 CV 충전시간, Icb: 셀 밸런싱 전류)
식(3): SOCcbchg = Ccb / Cpack
(SOCcbchg: 셀 밸런싱 소모 가능 SOC, Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Cpack: 배터리 팩 용량)In the second paragraph,
The above balancing validity diagnosis section is,
When it is determined in the above cell balancing start determination unit to start cell balancing of the battery bank, a cell balancing current calculation unit that calculates the cell balancing current of the battery bank by the following equation (1);
A cell balancing consumable capacity calculation unit that calculates a cell balancing consumable capacity, which is a capacity that can be consumed by a cell balancing operation per charging cycle of the battery bank, by applying the cell balancing current value calculated by the cell balancing current calculation unit to the following equation (2);
A cell balancing consumable SOC calculation unit that calculates a cell balancing consumable SOC, which is a SOC that can be consumed by a cell balancing operation per charging cycle of the battery bank, by applying the cell balancing consumable capacity value calculated in the above cell balancing consumable capacity calculation unit to the following equation (3);
A deviation-resolving cycle derivation unit that derives a charging N cycle, which is the number of charging cycles in which the SOC deviation can be resolved by a cell balancing operation, by using the SOC deviation value calculated by the SOC deviation calculation unit and the cell balancing consumable SOC value calculated by the cell balancing consumable SOC calculation unit;
A cell balancing operation validity diagnosis device characterized by comprising:
Equation (1): I cb = (V cell / R cb ) x D cb
(I cb : cell balancing current, V cell : cell voltage, R cb : cell balancing resistance, D cb : cell balancing duty)
Equation (2): C cb = (C rate -1 + T cvchg ) x I cb
(C cb : cell balancing consumable capacity, C rate : charge rate of the battery, T cvchg : CV charge time of the battery, I cb : cell balancing current)
Equation (3): SOC cbchg = C cb / C pack
(SOC cbchg : Cell balancing consumable SOC, C cb : Cell balancing consumable capacity, C pack : Battery pack capacity)
상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱이 상기 편차 해소 가능 사이클 도출부에서 도출된 충전 N사이클 동안 동작하도록 제어하는 밸런싱 제어부;
를 더 포함하여 구성되는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치.In the third paragraph,
A balancing control unit that controls the cell balancing of the above battery bank to operate for N charging cycles derived from the deviation-resolving cycle derivation unit;
A cell balancing operation validity diagnosis device comprising:
상기 밸런싱 유효성 진단부는,
상기 밸런싱 제어부에 의해 셀 밸런싱하는 충전 N사이클 동안에 셀 밸런싱 동작으로 소모되는 SOC를 누적하여 누적 셀 밸런싱 소모 SOC를 산출하는 누적 셀 밸런싱 SOC 산출부;
상기 누적 셀 밸런싱 SOC 산출부에서 산출된 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 하기의 식(4)에 의해 산출된 값 미만인지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한지를 판단하는 유효성 여부 판단부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치.
식(4): (SOC 편차 값 / 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값) x 100% In paragraph 4,
The above balancing validity diagnosis section is,
An accumulated cell balancing SOC calculation unit that calculates an accumulated cell balancing consumption SOC by accumulating the SOC consumed by the cell balancing operation during N charging cycles performed by the above-mentioned balancing control unit;
A validity judgment unit that compares whether the accumulated cell balancing consumption SOC value calculated by the above-mentioned accumulated cell balancing SOC calculation unit is less than the value calculated by the following equation (4), and determines whether the cell balancing operation of the battery bank is valid based on the comparison result;
A cell balancing operation validity diagnosis device characterized by comprising:
Equation (4): (SOC deviation value / cell balancing consumable SOC value) x 100%
상기 유효성 여부 판단부는,
상기 비교 결과, 미만인 경우 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효하지 않은 것으로 판단; 하고,
상기 비교 결과, 이상인 경우, 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한 것으로 판단; 하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치. In paragraph 5,
The above validity judgment department is,
If the result of the above comparison is less than , the cell balancing operation of the battery bank is judged to be invalid; and
A cell balancing operation validity diagnosis device characterized in that, if the result of the above comparison is abnormal, the cell balancing operation of the battery bank is determined to be valid;
상기 배터리 뱅크의 SOC 편차는, 다른 배터리 뱅크와의 SOC 편차들 중 가장 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 장치.In any one of paragraphs 1, 2, 3 and 5,
A cell balancing operation validity diagnosis device, characterized in that the SOC deviation of the above battery bank is set to the largest value among the SOC deviations with respect to other battery banks.
소정의 주기 간격으로, 각 배터리 뱅크의 SOC를 측정하는 SOC 측정 단계;
상기 SOC 측정 단계에서 측정된 각 배터리 뱅크의 SOC 값을 이용하여, 각 배터리 뱅크의 SOC 편차를 산출하는 SOC 편차 산출 단계;
상기 SOC 편차 산출 단계에서 산출된 각 배터리 뱅크의 SOC 편차가 소정의 기준 SOC 편차 이상인지를 비교하여, 이상인 SOC 편차에 해당하는 배터리 뱅크를 셀 밸런싱이 필요한 배터리 뱅크인 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출하는 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계;
상기 셀 밸런싱 필요 뱅크 검출 단계에서 셀 밸런싱 필요 뱅크로 검출된 배터리 뱅크의 셀 밸런싱을 시작하기 위한 소정의 셀 밸런싱 시작 조건을 충족하는지를 판단하는 셀 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단 단계;
상기 셀 밸런싱 시작 조건 충족여부 판단 단계에서 셀 밸런싱 시작 조건을 충족하는 것으로 판단된 경우, 하기의 식(3)을 이용하여 상기 배터리 뱅크의 충전 1사이클당 셀 밸런싱 동작으로 소모될 SOC인 셀 밸런싱 소모 가능 SOC를 산출하는 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 산출 단계;
상기 배터리 뱅크의 SOC 편차 값과 상기 산출된 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값을 이용하여, 상기 SOC 편차를 셀 밸런싱 동작으로 해소 가능한 충전 사이클 수인 충전 N사이클을 도출하는 편차 해소 가능 사이클 도출 단계;
상기 편차 해소 가능 사이클 도출 단계에서 도출된 충전 N사이클 동안 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작을 진행하는 셀 밸런싱 동작 제어 단계;
상기 충전 N사이클 동안 셀 밸런싱 동작으로 소모되는 SOC를 누적하여, 누적 셀 밸런싱 소모 SOC를 산출하는 누적 셀 밸런싱 SOC 산출 단계;
상기 누적 셀 밸런싱 SOC 산출 단계에서 산출된 누적 셀 밸런싱 소모 SOC 값이 하기의 식(4)에 의해 산출된 값 미만인지를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한지를 판단하는 셀 밸런싱 동작 유효성 판단 단계;
를 포함하여 구성되는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 방법.
식(3): SOCcbchg = Ccb / Cpack
(SOCcbchg: 셀 밸런싱 소모 가능 SOC, Ccb: 셀 밸런싱 소모 가능 용량, Cpack: 배터리 팩 용량)
식(4): (SOC 편차 값 / 셀 밸런싱 소모 가능 SOC 값) x 100% A method for diagnosing the effectiveness of cell balancing operation of at least two battery banks comprising a plurality of battery cells,
A SOC measurement step for measuring the SOC of each battery bank at regular intervals;
A SOC deviation calculation step for calculating the SOC deviation of each battery bank by using the SOC values of each battery bank measured in the above SOC measurement step;
A cell balancing requirement bank detection step for comparing whether the SOC deviation of each battery bank calculated in the above SOC deviation calculation step is greater than or equal to a predetermined standard SOC deviation, and detecting the battery bank corresponding to the above SOC deviation as a battery bank requiring cell balancing, i.e., a cell balancing requirement bank;
A cell balancing start condition satisfaction determination step for determining whether a predetermined cell balancing start condition is satisfied to start cell balancing of a battery bank detected as a cell balancing need bank in the above cell balancing need bank detection step;
In the step of determining whether the above cell balancing start condition is satisfied, if it is determined that the cell balancing start condition is satisfied, a cell balancing consumable SOC calculation step is performed for calculating the cell balancing consumable SOC, which is the SOC to be consumed by the cell balancing operation per charging cycle of the battery bank, using the following equation (3);
A deviation-resolving possible cycle derivation step for deriving a charging N cycle, which is the number of charging cycles in which the SOC deviation can be resolved by a cell balancing operation, by using the SOC deviation value of the above battery bank and the calculated cell balancing consumable SOC value;
A cell balancing operation control step for performing cell balancing operation of the battery bank during N charging cycles derived in the above deviation-resolving cycle derivation step;
An accumulated cell balancing SOC calculation step for calculating an accumulated cell balancing consumption SOC by accumulating the SOC consumed by the cell balancing operation during the above N charging cycles;
A cell balancing operation validity judgment step for comparing whether the accumulated cell balancing consumption SOC value calculated in the above-mentioned accumulated cell balancing SOC calculation step is less than the value calculated by the following equation (4), and determining whether the cell balancing operation of the battery bank is valid based on the comparison result;
A method for diagnosing the validity of a cell balancing operation comprising:
Equation (3): SOC cbchg = C cb / C pack
(SOC cbchg : Cell balancing consumable SOC, C cb : Cell balancing consumable capacity, C pack : Battery pack capacity)
Equation (4): (SOC deviation value / cell balancing consumable SOC value) x 100%
상기 셀 밸런싱 동작 유효성 판단 단계는,
상기 비교 결과, 미만인 경우 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효하지 않은 것으로 판단하고,
상기 비교 결과, 이상인 경우 상기 배터리 뱅크의 셀 밸런싱 동작이 유효한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 방법.In Article 8,
The above cell balancing operation validity judgment step is,
If the result of the above comparison is less than , the cell balancing operation of the battery bank is judged to be invalid.
A cell balancing operation validity diagnosis method characterized in that, if the result of the above comparison is abnormal, the cell balancing operation of the battery bank is determined to be valid.
상기 배터리 뱅크의 SOC 편차는, 다른 배터리 뱅크와의 SOC 편차들 중 가장 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 동작 유효성 진단 방법.In Article 8,
A method for diagnosing the validity of a cell balancing operation, characterized in that the SOC deviation of the above battery bank is set to the largest value among the SOC deviations with respect to other battery banks.
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