KR20140081309A - Battery Management System of control method for module voltage - Google Patents

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KR20140081309A
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넥스콘 테크놀러지 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a method of controlling a battery management system using module voltage comparison to efficiently manage voltage between modules by monitoring voltages of each battery module to collect module voltage values, preventing current from flowing to one side by turning a module relay off when a fault is generated by a voltage difference from comparing the collected voltage to a reference voltage, and connecting the module relay after steadily stabilizing the module voltage by connecting a pre-charge relay after completion of a charge/discharge. The method includes: a first voltage determination step for determining if a checked voltage is a fault voltage after checking a preset reference voltage and a voltage of a battery module sensed from a hall sensor by sending a control signal to hall sensors (100, 102, 104); a charge/discharge step for determining if charging or discharging of a charger or a loader is completed after a module relay (106) of relay units (40, 50, 60) is turned off when the checked voltage is the fault voltage in the first voltage determination step; and a second voltage determination step for determining if the checked voltage is a fault voltage after the pre-charge relay (108) of the relay units (40, 50, 60) is turned on when the charging and the discharging of the charger or the loader in the charge/discharge determination step is completed.

Description

모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법{Battery Management System of control method for module voltage}[0001] The present invention relates to a control method of a battery management system using a module voltage comparison,

본 발명은 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BMS에서 각 배터리 모듈의 전압을 모니터링 하며 모듈 전압 값을 수집하고, 수집된 전압에서 기준 전압과 비교하여 전압차이에 의해 폴트(Fault) 발생 시 모듈 릴레이(Module Relay)를 오프(Off)하여 한쪽으로 전류가 흐르는 상황을 방지하고, 충/방전 완료 후 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)를 붙혀 서서히 모듈 전압을 안정화시킨 후 모듈 릴레이를 붙이는 방안으로 모듈 간의 전압을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a battery management system (BMS), and more particularly, to a battery management system (BMS) that monitors the voltage of each battery module in a BMS, collects a module voltage value, compares the collected voltage with a reference voltage, In case of a fault, the Module Relay is turned off to prevent the current from flowing to one side. After completion of charging / discharging, the pre-charge relay is attached to gradually reduce the module voltage The present invention relates to a control method of a battery management system using a module voltage comparison that enables efficient management of voltage between modules in order to attach a module relay after stabilization.

가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다.Automobiles that use internal combustion engines that use gasoline or heavy oil as the main fuel have a serious impact on pollution such as air pollution.

따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.Therefore, in recent years, efforts have been made to develop an electric vehicle or a hybrid vehicle in order to reduce pollution.

전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.An electric vehicle is an automobile that uses a battery engine operated by electric energy output from a battery. Since such an electric vehicle uses a battery in which a plurality of secondary cells capable of charging and discharging are packed as a main power source, there is no exhaust gas and noise is very small.

한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.On the other hand, a hybrid vehicle is an automobile that uses an internal combustion engine and is an intermediate stage vehicle between an automobile and an electric vehicle, and uses two or more power sources, such as an internal combustion engine and a battery engine. At present, a hybrid type hybrid vehicle is being developed using a fuel cell that uses an internal combustion engine and continuously supplies hydrogen and oxygen to generate a chemical reaction to obtain direct electric energy, or uses a battery and a fuel cell.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 엠시유(MCU : Microprocessor Control Unit)를 구비한 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 설치되어 있다.Since the performance of a battery using the electric energy directly affects the performance of the vehicle, not only the performance of each battery cell should be excellent, but also the voltage of each battery cell, the voltage and current of the whole battery, A battery management system (hereinafter, referred to as a BMS) having a microprocessor control unit (MCU) capable of efficiently managing charge and discharge of cells is installed.

여기서, 상기 BMS의 내부에는 밸런싱 회로를 구성하여 셀 밸런싱 방식으로 셀 간의 편차를 보정 하는 방식으로 사용하였다.
In this case, a balancing circuit is formed in the BMS, and the cell balancing method is used to correct the deviation between cells.

그러나, 상기와 같이 BMS의 내부에 밸런싱 회로를 구성하여 셀 밸런싱 방식으로 셀 간의 편차를 보정 할 경우,However, when a balancing circuit is formed in the BMS and the deviation between cells is corrected by the cell balancing method as described above,

수십 킬로와트의 대용량 전력에서의 셀 밸런싱은 배터리 관리의 기술적인 문제점들이 있었다.Cell balancing at high power of several tens of kilowatts had technical problems of battery management.

예를 들어, 수십 킬로와트의 대용량 출력을 만들기 위해서는 배터리를 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 만들어 사용해야 하는 문제점이 있었다.
For example, in order to produce a large capacity output of several tens of kilowatts, there is a problem that a battery module is made by connecting the batteries in parallel.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 개량발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 BMS에서 각 배터리 모듈의 전압을 모니터링 하며 모듈 전압 값을 수집하고, 수집된 전압에서 기준 전압과 비교하여 전압차이에 의해 폴트(Fault) 발생 시 모듈 릴레이(Module Relay)를 오프(Off)하여 한쪽으로 전류가 흐르는 상황을 방지하고, 충/방전 완료 후 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)를 붙혀 서서히 모듈 전압을 안정화시킨 후 모듈 릴레이를 붙이는 방안으로 모듈 간의 전압을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for monitoring the voltage of each battery module in a BMS, collect module voltage values, The module relay is turned off to prevent a current from flowing to one side when a fault occurs due to a voltage difference, and a pre-charge relay after the charge / The present invention is to provide a control method of a battery management system using a module voltage comparison, which enables a module relay to be stably applied after the module voltage is stabilized.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a battery management system using a module voltage comparison,

홀센서(100, 102, 104)로 제어신호를 보내어 기 설정된 기준 전압과 홀센서에서 센싱된 배터리모듈의 전압을 체크 한 후, 체크된 전압이 폴트 전압인지를 판단하는 제1전압판단단계와;A first voltage judging step of sending a control signal to the hall sensors 100, 102 and 104, checking a voltage of the battery module sensed by the hall sensor and a preset reference voltage, and judging whether the checked voltage is a fault voltage;

상기 제1전압판단단계에서 폴트 전압이면, 릴레이수단(40,50,60)의 모듈 릴레이(Module Relay)(106)를 오프(Off) 시킨 후, 충전기(Charger) 또는 부하(Loder)의 충전 또는 방전이 종료되었는지를 판단하는 충/방전판단단계와;If the fault voltage is determined in the first voltage determination step, the module relay (106) of the relay means (40, 50, 60) is turned off and then the charging or charging of the charger or the loader A charge / discharge judgment step of judging whether or not the discharge is finished;

상기 충/방전판단단계에서 충전기(Charger) 또는 부하(Loder)의 충전 또는 방전이 종료되었으면, 릴레이수단(40,50,60)의 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)(108)를 온(ON) 시킨 후, 상기 체크된 전압이 폴트 전압인지를 판단하는 제2전압판단단계와;When the charging or discharging of the charger or the load is completed in the charge / discharge judgment step, the pre-charge relay 108 of the relay means 40, 50, ON), and then determines whether the checked voltage is a fault voltage;

상기 제2전압판단단계에서 폴트 전압이 아니면, 릴레이수단(40,50,60)의 모듈 릴레이(Module Relay)(106)를 온(ON) 시킴과 동시에 릴레이수단(40,50,60)의 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)(108)를 오프 시키는 프리-차지 릴레이오프단계를 포함하여 이루어진다.
If it is not the fault voltage in the second voltage judgment step, the module relay (106) of the relay means (40,50,60) is turned on and the relay of the relay means (40,50,60) And a pre-charge relay off step of turning off the pre-charge relay 108. [

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법은 각 모듈을 연결하여 배터리팩을 만들기 때문에 모듈 단위로 교체가 가능하며, 배터리 모듈의 전압을 모니터링 하고 충/방전 중에 발생 한 모듈간의 편차를 셀 밸런싱이 아닌 모듈 발런싱으로 전압 안정화를 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.
As described above, the control method of the battery management system using the module voltage comparison according to the present invention can replace each unit module by connecting each module to form a battery pack, and it is possible to monitor the voltage of the battery module, It is possible to speed up the voltage stabilization by modular balancing rather than cell balancing.

도 1은 본 발명에 적용되는 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법의 흐름도이다.FIG. 1 schematically illustrates a configuration of a battery management system using a module voltage comparison according to the present invention, FIG.
2 is a flowchart of a method of controlling a battery management system using a module voltage comparison according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
Hereinafter, a preferred embodiment of a method of controlling a battery management system using a module voltage comparison according to the present invention will be described. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명에 적용되는 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing a configuration of a battery management system using a module voltage comparison according to the present invention.

동작 전원을 공급받아 기 설정된 프로그램에 따라 각종 부품을 제어하는 엠씨유(MCU : Microprocessor Control Unit)(10)와;A microprocessor control unit (MCU) 10 for controlling various components according to a preset program upon receipt of operation power;

상기 엠씨유(10)에 전기적으로 연결되어 충전을 하는 충전기(Charger)(20)와;A charger (20) electrically connected to the MC oil (10) to charge the MC;

상기 엠씨유(10)에 전기적으로 연결되어 방전을 하는 부하(Loder)(30)와;A loader (30) electrically connected to the MC oil (10) to discharge electricity;

상기 충전기(20)와 부하(30) 사이에 병렬로 전기적으로 연결된 제1, 제2 및 제3릴레이수단(40, 50, 60)과;First, second and third relay means (40, 50, 60) electrically connected in parallel between the charger (20) and the load (30);

상기 제1릴레이수단(40)에 전기적으로 연결된 제1배터리모듈(70)과;A first battery module (70) electrically connected to the first relay means (40);

상기 제2릴레이수단(50)에 전기적으로 연결된 제2배터리모듈(80)과;A second battery module (80) electrically connected to the second relay means (50);

상기 제3릴레이수단(40)에 전기적으로 연결된 제3배터리모듈(90)과;A third battery module (90) electrically connected to the third relay means (40);

상기 제1배터리모듈(70)에 전기적으로 연결됨과 동시에 충전기(20)와 부하(30) 사이에 연결되어 제1배터리모듈의 전압을 센싱하는 제1홀센서(100)와;A first hall sensor 100 electrically connected to the first battery module 70 and connected between the charger 20 and the load 30 to sense a voltage of the first battery module;

상기 제2배터리모듈(80)에 전기적으로 연결됨과 동시에 충전기(20)와 부하(30) 사이에 연결되어 제2배터리모듈의 전압을 센싱하는 제2홀센서(102)와;A second hall sensor 102 electrically connected to the second battery module 80 and connected between the charger 20 and the load 30 to sense the voltage of the second battery module;

상기 제3배터리모듈(90)에 전기적으로 연결됨과 동시에 충전기(20)와 부하(30) 사이에 연결되어 제3배터리모듈의 전압을 센싱하는 제3홀센서(104)를 포함하여 구성된다.And a third Hall sensor 104 electrically connected to the third battery module 90 and connected between the charger 20 and the load 30 to sense the voltage of the third battery module.

여기서, 상기 릴레이수단(40,50,60)은 전압차이에 의해 폴트(Fault) 발생 시, 오프(Off)되는 모듈 릴레이(Module Relay)(106)와; 충/방전 완료 후 온(ON)되어 서서히 배터리 모듈의 전압을 안정화시켜주는 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)(108)로 구성된다.
Here, the relay means 40, 50, and 60 may include a module relay 106 that is turned off when a fault occurs due to a voltage difference; And a pre-charge relay 108 that is turned on after charge / discharge is completed to gradually stabilize the voltage of the battery module.

상기와 같이 구성된 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 동작을 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
The operation of the battery management system using the module voltage comparison will now be described with reference to FIG.

도 2는 본 발명에 따른 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법의 흐름도이다.
2 is a flowchart of a method of controlling a battery management system using a module voltage comparison according to the present invention.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, BMS의 엠씨유(10)는 홀센서(100, 102, 104)로 제어신호를 보낸다(S1).2, the MCU 10 of the BMS sends a control signal to the hall sensors 100, 102 and 104 (S1).

이때, 상기 홀센서(100, 102, 104)는 배터리모듈의 전압을 센싱하고, 센싱된 배터리모듈의 전압을 상기 엠씨유(10)로 보낸다.
At this time, the Hall sensors 100, 102 and 104 sense the voltage of the battery module and send the voltage of the sensed battery module to the MC.

그리고, 상기 엠씨유(10)는 기 설정된 기준 전압과 홀센서에서 센싱된 배터리모듈의 전압을 체크 한 후(S2), 체크된 전압이 폴트 전압인지를 판단한다(S3).
After checking the predetermined reference voltage and the voltage of the battery module sensed by the Hall sensor (S2), the MCU 10 determines whether the checked voltage is a fault voltage (S3).

상기 S3의 판단결과 폴트 전압이면, 상기 엠씨유(10)는 릴레이수단(40,50,60)의 모듈 릴레이(Module Relay)(106)를 오프(Off) 시킨 후(S4), 충전기(Charger) 또는 부하(Loder)의 충전 또는 방전이 종료되었는지를 판단한다(S5).The MCU 10 turns off the module relay 106 of the relay means 40, 50 and 60 in step S4 and then turns on the charger in step S4. Or whether charging or discharging of the load is terminated (S5).

상기 S5의 판단결과 충전기(Charger) 또는 부하(Loder)의 충전 또는 방전이 종료되지 않았으면, 상기 엠씨유(10)는 상기 체크 된 전압이 폴트 전압인지를 판단한다.
If the charging or discharging of the charger or the loader is not completed as a result of the determination of S5, the MCY 10 determines whether the checked voltage is a fault voltage.

만약, 상기 S5의 판단결과 충전기(Charger) 또는 부하(Loder)의 충전 또는 방전이 종료되었으면, 상기 엠씨유(10)는 릴레이수단(40,50,60)의 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)(108)를 온(ON) 시킨 후(S6), 상기 체크된 전압이 폴트 전압인지를 판단한다(S7).
If the charging or discharging of the charger or the loader is completed as a result of the determination in S5, the MC oil 10 is supplied to the pre-charge relay (Pre-Charge Relay) of the relay means 40, After turning on the switch 108 (S6), it is determined whether the checked voltage is a fault voltage (S7).

상기 S7의 판단결과 폴트 전압이면, 상기 엠씨유(10)는 릴레이수단(40,50,60)의 모듈 릴레이(Module Relay)(106)를 오프(Off) 시킨다.As a result of the determination in S7, if the MCU 10 detects a fault voltage, the MCU 10 turns off the module relays 106 of the relay units 40, 50, and 60.

만약, 상기 S7의 판단결과 폴트 전압이 아니면, 상기 엠씨유(10)는 릴레이수단(40,50,60)의 모듈 릴레이(Module Relay)(106)를 온(ON) 시킴과(S8) 동시에 릴레이수단(40,50,60)의 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)(108)를 오프 시킨다(S9).
If it is determined in step S7 that the voltage is not the fault voltage, the MC oil 10 turns on the module relay 106 of the relay unit 40, 50, The pre-charge relay 108 of the means (40, 50, 60) is turned off (S9).

상기 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
The foregoing description of the invention is merely exemplary of the invention and is used for the purpose of illustration only and is not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 엠씨유(MCU : Microprocessor Control Unit)
20 : 충전기(Charger)
30 : 부하(Loder)
40, 50, 60 : 릴레이수단
70, 80, 90 : 배터리모듈
100, 102, 104 : 홀센서
106 : 모듈 릴레이(Module Relay)
108 : 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)10: MCU (Microprocessor Control Unit)
20: Charger
30: Loader
40, 50, 60: Relay means
70, 80, 90: Battery module
100, 102, 104: Hall sensors
106: Module Relay
108: Pre-Charge Relay

Claims (1)

홀센서(100, 102, 104)로 제어신호를 보내어 기 설정된 기준 전압과 홀센서에서 센싱된 배터리모듈의 전압을 체크 한 후, 체크된 전압이 폴트 전압인지를 판단하는 제1전압판단단계와;
상기 제1전압판단단계에서 폴트 전압이면, 릴레이수단(40,50,60)의 모듈 릴레이(Module Relay)(106)를 오프(Off) 시킨 후, 충전기(Charger) 또는 부하(Loder)의 충전 또는 방전이 종료되었는지를 판단하는 충/방전판단단계와;
상기 충/방전판단단계에서 충전기(Charger) 또는 부하(Loder)의 충전 또는 방전이 종료되었으면, 릴레이수단(40,50,60)의 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)(108)를 온(ON) 시킨 후, 상기 체크된 전압이 폴트 전압인지를 판단하는 제2전압판단단계와;
상기 제2전압판단단계에서 폴트 전압이 아니면, 릴레이수단(40,50,60)의 모듈 릴레이(Module Relay)(106)를 온(ON) 시킴과 동시에 릴레이수단(40,50,60)의 프리-차지 릴레이(Pre-Charge Relay)(108)를 오프 시키는 프리-차지 릴레이오프단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모듈 전압 비교를 이용한 배터리 관리 시스템의 제어방법.


A first voltage judging step of sending a control signal to the hall sensors 100, 102 and 104, checking a voltage of the battery module sensed by the hall sensor and a preset reference voltage, and judging whether the checked voltage is a fault voltage;
If the fault voltage is determined in the first voltage determination step, the module relay (106) of the relay means (40, 50, 60) is turned off and then the charging or charging of the charger or the loader A charge / discharge judgment step of judging whether or not the discharge is finished;
When the charging or discharging of the charger or the load is completed in the charge / discharge judgment step, the pre-charge relay 108 of the relay means 40, 50, ON), and then determines whether the checked voltage is a fault voltage;
If it is not the fault voltage in the second voltage judgment step, the module relay (106) of the relay means (40,50,60) is turned on and the relay of the relay means (40,50,60) And a pre-charge relay off step of turning off the pre-charge relay (108).


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