KR100836457B1 - 배터리 충전 균등화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고효율 배터리 충전 균등화기에 관한 것이다. 본 발명에서의 고효율 배터리 충전 균등화기는 2차측 정류단의 구조가 전류원 타입인 다중 출력 하프-브리지 플라이백 컨버터로 이루어지고 복수의 배터리 셀의 전압을 균등화 시킴으로서 배터리 수명의 연장과 충전 효율을 상승시킨다.
Figure 112006034613962-pat00001
배터리 충전 균등화기, 비대칭 펄스폭 변조방식, 다중 출력 하프-브리지 플라이백 컨버터

Description

배터리 충전 균등화기{Battery charging equalizer}
제 1도본 발명에서 제안하는 복수의 직렬 연결된 배터리 셀을 등화 시키는 배터리 충전 균등화기의 회로도
제 2도본 발명에서 제안하는 배터리 충전 균등화기의 확장 실시 예
컴퓨터, 통신장비, 공정제어 시스템 등과 같이 전원에 민감한 장비들에 대 해 데이터의 손실, 통신서비스의 장애 및 생산 공정의 장시간 중단 등과 같 은 심각한 문제를 방지하기 위하여 무정전 전원장치 (uninterruptible power supply)가 널리 이용되고 있다. 현재 무정전 전원장치의 주된 에너지 저장 수단의 방법으로서 복수의 직렬 연결된 배터리가 사용된다. 그러나 이 러한 복수의 직렬 연결된 배터리들은 주변 환경의 온도와 충전 및 방전 과 정에서 전하 불균형 상태를 초래하게 된다. 이러한 배터리 셀들의 전하 불 균형 상태는 각 배터리 셀들의 전기적 상태를 변화시키고, 전압 차를 유발 한다. 따라서 재충전 시, 일부 배터리 셀들은 높은 전압으로 충전되는 반 면, 다른 일부 배터리 셀들은 낮은 전압으로 충전된다. 높은 전압의 셀들은 전해물 (electrolyte)의 손실로 배터리의 과열을 발생시키고, 낮은 전압의 셀들은 배터리 전극 (electrode)의 용해로 배터리의 수명을 단축시키는 문 제를 지닌다.
본 발명은 복수의 직렬 연결된 배터리 셀을 충전시키고, 각 배터리 셀의 전 압을 균등화시키기 위한 배터리 충전 균등화 장치에 관한 것이다.
그러므로 배터리 수명의 연장과 충전 효율을 높이기 위하여 직렬 연결된 배 터리들의 전하를 균등히 분배시키는 배터리 충전 균등화기가 필요하다. 따 라서 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 복수의 직렬 연결된 배터리 셀들의 전압을 균등화 시키는 고효율 배터리 충전 균등화기를 제안 한다.
제 1도는 본 발명에서 제안하는 복수의 직렬 연결된 배터리 셀들의 전압을 균등화시키는 배터리 충전 균등화기의 회로도를 나타낸다. 본 발명에서 제 안하는 배터리 충전 균등화기는 다중 출력 하프-브리지 플라이백 (half-bridge flyback) 컨버터로 구성되며, 소프트 스위칭 기법이 적용된 다. 제 1도에서 도시한 바와 같이, 다중 출력 하프-브리지 플라이백 컨버터 는 스위치 소자 (S 1 , S 2 ), 공진 콘덴서 (C r ), 트랜스포머 (T)와 각각의 m 개의 배터리 셀 전압에 대한 출력 다이오드 (D o1, D o2, .....D om ) 및 직렬 연결되는 출력 콘덴서 (C o1, C o2, .....C om )로 이루어진다. 상기 하프-브리지 플라이백 컨버터의 스위치 소자는 고정 주파수 하에서 서로 반대 신호로 제어하는 비대칭 펄스폭 변조방식 (asymmetrical pulse-width modulation)에 의하여 동작된다. 하프-브리지 플라이백 컨버터에서 비대칭 펄스폭 변조 방식을 이용하게 되면, 공진 콘텐서 (C r )와 트랜스포머 (T)의 자화 인덕턴스 (magnetizing inductance) 및 누설 인덕턴스 (leakage inductance)간의 공진 (resonance)을 통하여 스위치 소자에서 영전압 스위칭과 출력 다이오드에서 영전류 스위칭을 이룰 수 있고, 이를 통하여 효율을 상승시킨다. 뿐만 아니라, 전류원 타입의 단순한 2차측 정류단의 구조로 인해 다중 출력을 갖는 컨버터로서의 이점을 지닌다.
제 1도의 m 개의 배터리 셀 전압에 대한 다중 출력 하프-브리지 플라이백 컨버터는 하나의 출력 전압 (V o1 )을 궤환 (feedback)하여 일정 출력 전압으로 제어하고, 다른 출력 전압 (V o2, V o3, .....V om )들은 별도의 제어 회로 없이 출력 전압 (V o1 )과 동일한 전압의 정류가 이루어지게 함으로써 직렬 연결된 전체 배터리 전압 (V BT )을 일정하게 유지한다. 일정하게 유지되는 전체 배터리 전압을 통하여, 낮은 전압의 배터리 셀들은 많은 양의 전류로 충전되고, 높은 전압의 배터리 셀들은 상대적으로 적은 양의 전류로 충전됨으로써 직렬 연결된 배터리 셀들의 전압을 균등화 시킬 수 있다.
제 2도는 본 발명에서 제안하는 배터리 충전 균등화기의 확장 실시 예를 나타내는 회로이다. 즉, 임의의 n x m 개의 동일한 출력 전압을 얻어 각각의 n x m 개의 배터리 셀을 등화 시킬 수 있도록 n 개의 트랜스포머의 병렬 조합과 m 개의 출력 다이오드 및 직렬 연결되는 출력 콘덴서가 각각 배열되고, 각 n 개의 트랜스포머들은 각 트랜스포머의 1차권선 간에 병렬로 연결 되어진다. 병렬 조합되는 각각의 트랜스포머 (T 1, T 2, .....T n )들의 1차 전압은 트랜스포머 (T o )의 1차 전압과 동일한 전압이 생성되는 특징을 지닌다. 제 2도의 충전 균등화기는 하나의 트랜스포머 (T o )에 대한 2차 출력 전압 (V oT )을 궤환하여 일정 출력 전압으로 제어하고, 각각의 동일한 2차 출력 전압 (V oT, V 1T, .....V nT )과 일정한 n x m 개의 직렬 연결된 배터리 셀들에 일정한 출력 전압 (V o1, V o2, .....V nm )을 공급한다. 따라서 제 2도의 배터리 충전 균등화기는 전체 배터리 전압 (V BT )을 일정하게 유지시키고, 상기 제 1도에서 서술한 바와 같이 일정하게 유지되는 전체 배터리 전압을 통하여, 임의의 n x m 개의 직렬 연결된 배터리 셀들의 전압을 균등화 시킬 수 있다.
이와 같이 복수의 직렬 연결된 배터리 셀을 충전시키고, 각 배터리 셀의 전압을 균등화시키기는 제 2도의 다중 출력 하프-브리지 플라이백 컨버터는 고효율의 복수의 직렬 연결된 배터리 셀의 충전 균등화기이다.
본 발명에서의 고효율 배터리 충전 균등화기는 2차측 정류단의 구조가 전류원 타입인 다중 출력 하프-브리지 플라이백 컨버터로 이루어지고 복수의 배터리 셀의 전압을 균등화 시킴으로서 배터리 수명의 연장과 충전 효율을 상승시킨다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. m 개의 배터리 셀 전압에 대한 다중 출력 하프-브리지 플라이백 컨버터는 하나의 출력 전압(Vo1)을 궤환(feedback)하여 일정 출력 전압으로 제어하고, 다른 출력 전압(Vo1,Vo2,...,Vom)들은 별도의 제어 회로 없이 상기 출력 전압(Vo1)과 동일한 전압의 정류가 이루어지게 하여 직렬 연결된 전체 배터리 전압(VBT)을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 균등화기.
  3. n개의 트랜스포머(T1,T2,T3,...,Tn)를 사용하고 각 트랜스포머 마다 m개의 배터리셀을 충전시킬수 있는 회로에서 n×m 개의 동일한 출력 전압을 얻어 각각의 n×m 개의 배터리 셀을 충전 시킬 수 있도록 상기 n개의 트랜스포머의 병렬 조합과 m개의 출력 다이오드 및 직렬 연결되는 출력 콘덴서가 각각 배열되고, 상기 각 n개의 트랜스포머(T1,T2,T3,...,Tn)들은 상기 각 트랜스포머(T1,T2,T3,...,Tn)의 1차권선간에 병렬로 연결되고, 상기 병렬 조합된 각각의 트랜스포머(T1,T2,T3,...,Tn)들의 1차 전압은 트랜스포머(To)의 1차 전압과 동일한 전압이 생성되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 균등화기.
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