EV(Electric Vehicle) 차량에서 BMS(Battery Management System) 은 모터에 공급되는 고전압 배터리의 충전상태를 감지하여 VCU(Vehicle Control Unit)에 전송하게 된다. VCU에서는 배터리의 충전상태를 확인하여 모터 구동 전략을 수립하여 각 제어기에 전송하게 된다. 위와 같이 EV에서 배터리 충전상태를 정확하게 감지하지 못한다면, 모터 구동을 위한 전략 수립에 많은 제약이 따르게 된다. 정확한 배터리 충전 상태를 감지하기 위해서는 배터리 각 셀의 전압/전류/온도 등을 측정하여 연산에 의해 결정된다. 그 중 셀 전압 측정 방식은 Photomos relay를 이용한 방식으로 하드웨어적인 오차에 ${\pm}$수십mV보다 더둑 더 정밀하게 측정할 수 있는 방법이 없었다. 하지만, 셀 전압 측정 정밀도를 향상시키기 위해 신규로 개발된 battery monitoring IC를 이용한 BMS의 H/W 개발에 대해 설명할 것이다. 또한, Monitoring IC를 이용한 BMS의 셀 전압 측정 정밀도를 얼마나 개선시킬 수 있는지에 대해 연구하였다.
In this paper a direct cell-to-cell charge balancing circuit which can transfer the charge from any cell to any cell in the battery string is introduced. In the proposed topology the energy in the high voltage cell is transferred to the low voltage cell through the simple operation of a dc-dc converter to get fast equalization. Furthermore, the charge equalization can be performed regardless of the battery module operation whether it is being charged, discharged or relaxed. The monitoring circuit composed of a DSP and a battery monitoring IC is designed to monitor the cell voltage and protect the battery. In order to demonstrate the advantages of the proposed topology, a prototype circuit was designed and applied to 12 Lithium-Ion battery module. It has been verified with the experiments that the charge equalization time of the proposed method was shortest compared with those of other methods.
In this paper a cell-to-cell fast charge balancing circuit for the Lithium-Ion battery module is proposed. In the proposed topology the energy in a high voltage cell is transferred directly to a low voltage cell through the operation of the dc-dc converter. Furthermore, the charge balancing can be performed regardless of the battery operation whether it is being charged, discharged or relaxed. The monitoring circuit composed of a DSP and a battery monitoring IC is designed to monitor the cell voltage and detect the inferior cell thereby protecting the battery module from failure. In order to demonstrate the performance of the proposed topology, a prototype circuit was designed and applied to 12 Lithium-Ion battery module. It has been verified with the experiments that the charge equalization time of the proposed method was shorter compared with those of other methods.
본 논문에서는 전기 자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리 전하 균일 장치를 제안한다. 제안하는 회로는 배터리 상태 정보를 얻어오는 모니터링 IC를 셀 정보 측정뿐 아니라 전하 균일 회로 제어에도 사용한다. 이러한 구조로 인하여 전하 균일 장치의 제어 및 전하 균일을 위한 배터리 상태 측정 회로가 간단해 지며, 다수의 직렬 연결 배터리에서도 부피가 작고 가격이 저렴한 전하 균일 장치를 구현할 수 있다. 본 논문에서는 88개의 리튬 이온 배터리 셀을 위한 제안하는 전하 균일 장치의 구동 방법 및 실험을 보여준다. 이 실험을 통해 제안하는 장치는 간단한 제어 방법을 통해 우수한 전하 균일 특성을 나타냄을 증명한다.
The voltages of unit cells of a fuel cell stack are one of the most significant factors to detect failure conditions and thereof safely control and operate the fuel cell system. In this paper, we describe two methods to monitor the voltages of the unit cells of a stack in consideration of data accuracy, circuit extensibility to various numbers of cells, and cost. The reported methods are approached by (i) the power isolation of cell voltage monitoring part from the communications part and (ii) the utilization of a commercially available cell monitoring integrated circuit IC of a Li-ion battery.
본 논문은 Daisy Chain 구조의 CVM(:Cell Voltage Monitoring) 시스템에서, 다양한 DC Level을 갖는 Master IC와 Slave IC 사이에 명령 Data 신호의 전달을 가능하게 해주는 DC Level Shifter 설계를 소개한다. 설계한 회로는 래치 구조가 적용되어 고속 동작이 가능하고, 출력단의 Transmission Gate를 통하여 다양한 DC Level이 출력되도록 설계하였다. 시뮬레이션 및 측정 결과, 0V에서 30V까지의 DC Level 변화에 따른 제어 및 Data 신호의 전달을 확인하였다. Delay Time 오차는 약 170ns가 측정되었지만, 측정 Probe의 Capacitance 성분 및 측정 Board의 영향을 고려하면, 무시할 수 있을 정도의 오차로 간주된다.
Recently, usage of electric and electronic system for car increases rapidly. Consequently power monitoring supplied to the system is essential for management and controlling. Generally, battery status is monitored through measuring and diagnosing the current measurement method utilizing Hall Effect. Therefore, in this paper, we analysed magnetic field to develop the solution of DC current sensor using Hall Effect which is the core of design and development. By analysing the magnetic field by FEM using Maxwell 3D software, the location of the highest output current and stable part in the Hall IC sensor was shown. Also, the optimal core design of DC current sensor using parametric and Simplex method was presented. A car battery charge and discharge process dependant on time effect on the changing of magnetic field was simulated and compared to the result from the experiment result of actual vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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