KR101077154B1

KR101077154B1 - 직렬연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치

Info

Publication number: KR101077154B1
Application number: KR1020080037252A
Authority: KR
Inventors: 이중휘; 임재환; 박상현; 문건우; 박홍선; 김철호
Original assignee: 한국과학기술원; 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2011-10-27
Also published as: CN102017357A; EP2269281B1; KR20090111571A; CN102017357B; WO2009131336A2; EP2269281A4; US8779722B2; US20110089898A1; EP2269281A2; JP5474934B2; JP2011522504A; WO2009131336A3

Abstract

직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 본 발명의 2단 전하 균일 장치는 상기 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 가지며 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는 제 1DC-DC 컨버터; 및 상기 제 1DC-DC 컨버터의 출력을 입력으로 가지며 특정 배터리 셀을 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 제 2DC-DC 컨버터;를 포함하는 2단의DC-DC 컨버터 구조를 가지며, 상기 배터리 스트링은 다수의 배터리 셀이 직렬 연결된 하나 이상의 배터리 모듈로 나눠지며, 상기 배터리 모듈 별로 상기 제 2DC-DC 컨버터가 구비되며, 상기 배터리 모듈과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에 상기 충전전류가 상기 배터리 모듈을 구성하는 특정 배터리 셀에 인가되도록 상기 충전전류의 경로를 형성하며 충전전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환스위치모듈가 구비되며, 저충전된 배터리 셀인 충전 대상 배터리 셀을 결정하고, 상기 충전 대상 배터리 셀에 상기 충전 전류가 인가되도록 전류변환스위치모듈를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 특징이 있다.

본 발명의 2단 전하 균일 장치는 전체 배터리를 모듈로 나누고, 배터리 모듈별로DC-DC 컨버터를 공유하는 특징에 의해 전하 균일 장치의 복잡성을 줄임과 동시에 효율적인 전하 균일을 얻을 수 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는DC-DC 컨버터의 입력과 연결되는 단일한DC-DC 컨버터를 갖는 2단DC-DC 컨버터의 구성에 의해, 통상적으로 높은 전압 스트레스를 갖는DC-DC 컨버터 및 제어 스위치의 전압 스트레스를 획기적으로 감소시키는 효과가 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는DC-DC 컨버 터가 개별 배터리와 병렬로 연결됨으로써 종래의 각 배터리에 충전회로가 구비된 것과 같은 충전 효율을 갖는 장점이 있으며, 충전전류의 경로를 형성하며 충전전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환스위치모듈이 구비되어 개별 배터리의 충전을 위한 회로의 복잡성 및 부피를 획기적으로 감소시키는 장점이 있다.

전하 균일, 직렬 배터리 스트링,DC-DC 컨버터, 2단DC-DC 컨버터, 전류변환기

Description

직렬연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및 장치{Two-Stage Charge Equalization Method and Apparatus for Series-Connected Battery String}

본 발명은 직렬 연결된 배터리 스트링의 전하 균일화를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 2단의DC-DC 컨버터 및 배터리 셀에 인가되는 충전전류의 방향을 변환시켜 배터리 셀의 충전을 위한 회로의 복잡성 및 부피를 감소시킨 전하 균일화 장치 및 방법에 관한 것이다.

리튬 이온 전지를 동력원으로 사용하는 하이브리드 자동차와 같이 단위 배터리(셀)의 기본 전위보다 높은 전위가 필요한 경우, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 사용하는 것이 통상적이다. 그러나 통상적인 제조방법을 통해 제조된 배터리는 동일한 양극, 음극 및 전해질 물질을 이용하여 동일한 구조로 제조되었다 하더라도 직렬 연결된 배터리 각각의 충전 또는 방전(및 자가방전) 특성에 차이가 존재하게 된다.

따라서 직렬 연결된 배터리의 사용 시 단위 배터리의 전위차가 존재하게 되고, 이로 인해 직렬 연결된 단위 배터리 중 다른 배터리의 전위에 관계없이 하나의 배터리가 완전 방전되었을 경우에도 전체 전압(직렬 연결된 배터리의 전체 전압)이 0이 되어 재충전이 필요하게 되며, 재충전 시에도 각각의 배터리의 전위가 서로 다름으로 인해 일정 전압에 먼저 도달한 배터리의 과충전 문제 및 몇몇 배터리의 과충전이 일어남에도 일정 전압에 아직 도달하지 못한 배터리가 존재하는 충전 효율의 문제가 존재하게 된다.

또한 충방전 횟수가 많아지게 되면 배터리를 구성하는 물질의 degradation이 발생하여 배터리의 특성이 달라지고 이러한 노화 현상은 개별 전지간의 편차를 더욱 심화시키는 역할을 하게 된다.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 직렬로 연결된 배터리의 전하 균일화를 얻기 위한 다양한 전하 균일 장치가 활발히 제안되고 있는 실정이다.

일 예로, 대한민국특허공개 2003-0096978는 복수개의 단위셀, 충전수단, 방전수단 및 직렬병렬 전환스위치를 포함하여 구성되며, 복수개의 단위셀을 각각 균등하게 방전시킨후, 방전된 단위셀을 직렬병렬 전환스위치를 이용하여 직렬로 연결시켜 충전을 수행하는 시스템에 관한 것이다. 대한민국특허공개 2007-0064244는 전지부, 전지부에 연결된 전계효과트랜지스터부, 전계효과트랜지스터부에 연결된 증폭부, 증폭부의 출력신호를 제어하는 멀티플렉서부, 전지부의 전압신호의 편차를 비교판단 하는 비교부, 비교부의 출력을 디지털 신호로 변환시키는 A/D변환부, A/D변환부에서 출력된 신호를 입력 받아 충방전조건에 해당되는 신호를 출력하는 마이컴부, 마이컴부의 신호에 따라 동작하여 배터리 균형전류를 공급하는 스위칭부 및 공지의 충방전회로를 포함하여 구성된 시스템에 관한 것이다.

또한 일본특허공개 1998-032936은 복수개의 단위셀, 각 단위셀의 잔존 용량 검출 수단, 각 단위셀의 충전과 방전을 행하는 충전 교체 수단 및 방전 교체 수단, 각 단위셀의 충전과 방전을 개별적으로 제어하는 제어 수단 및 각 단위셀 개별의 충전과 방전을 행하는 직류/직류 변환기를 포함하여 구성되는 시스템에 관한 것이다. 일본특허공개 2004-194410은 둘 이상의 단위셀 그룹, 제1의 셀 그룹 및 제2의 셀 그룹 각각을 흐르는 전류의 차이를 검출하는 전류차 검출 수단, 전류의 차이를 기반으로 셀 그룹의 충방전 전류를 제어하는 수단을 포함하여 구비되는 시스템에 관한 것이다.

그러나, 상기 종래의 전하 균일 장치들은 직렬 연결된 배터리 각각에 전하 균일화 장치가 구비되어 개별 배터리의 충전 또는 방전을 수행하여, 전하 균일 장치의 복잡성 및 부피가 증가하여 생산성을 저하시키고 제조원가를 상승시키는 요인이 되어 왔으며, 전하균일화 장치 또는 제어를 위한 스위치 모듈을 구성하는 소자들이 높은 전압 스트레스를 견뎌 내야 하는 문제점들이 있었다.

이를 해결하기 위해 본 출원인은 대한민국 출원특허(제 10-2007-0104033호)를 통해 2단의DC-DC 컨버터 구조를 이용하여 개별 배터리를 충전시켜 전하의 균일화를 이루는 기술을 제안한 바 있다. 종래 출원특허에 따른 2단의DC-DC 컨버터를 이용한 전하 균일 장치는 DC-DC 컨버터의 수를 줄이기 위해 충전 제어 스위치를 사용하여 배터리 스트링을 구성하는 배터리 모듈 별로 DC-DC 컨버터를 공유하였다. 그러나 이와 같이 충전 제어 스위치를 각 배터리 셀마다 사용할 경우 배터리의 양의 방향(+)과 음의 방향(-) 에 모두 충전 제어 스위치를 사용해야 각 배터리 셀마 다 충전 전류 제어를 할 수 있기 때문에 보통 배터리 수의 배가 되는 스위치가 사용되어야 하는 부담을 가진다. 이것은 다수의 배터리 셀을 사용하는 제품에서는 가격과 부피 측면에서 상당히 불리하다. 따라서 기존의 2단 전하 균일 장치의 장점을 살리면서, 배터리 스트링을 구성하는 각 배터리 셀의 충전 경로 형성을 위해 사용되는 충전 제어 스위치를 줄일 수 있는 방안이 필요하다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 직렬 연결된 배터리 스트링의 전하 균일화를 수행하는 전하 균일 장치의 복잡성을 줄임과 동시에 효율적인 전하 균일이 가능한 전하 균일 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 균일화 및 동작의 제어를 위해 사용되는 소자들의 전압 스트레스를 낮추어 내전압이 낮은 소자들을 사용할 수 있는 전하 균일 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 개별 배터리 셀의 충전을 위한 충전 전류의 경로 및 방향을 제어하여 개별 배터리 셀의 충전을 위한 회로의 복잡성 및 부피를 감소시킨 전하 균일화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치는 둘 이상의 배터리 셀이 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 장치에 있어서, 상기 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 가지며 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는 제 1DC-DC 컨버터; 및 상기 제 1DC-DC 컨버터의 출력을 입력으로 가지며 특정 배터리 셀을 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 제 2DC-DC 컨버터;를 포함하는 2단의DC-DC 컨버터 구조를 가지며, 상기 배터리 스트링은 다수의 배터리 셀이 직렬 연결된 하나 이상의 배터리 모듈로 나눠지며, 상기 배터리 모듈 별로 상기 제 2DC-DC 컨버터가 구비되며, 상기 배터리 모듈과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에 상 기 충전전류가 상기 배터리 모듈을 구성하는 특정 배터리 셀에 인가되도록 상기 충전전류의 경로를 형성하며 충전전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환스위치모듈가 구비되며, 저충전된 배터리 셀인 충전 대상 배터리 셀을 결정하고, 상기 충전 대상 배터리 셀에 상기 충전 전류가 인가되도록 전류변환스위치모듈를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 특징이 있다.

이때, 상기 배터리 모듈 별로 상기 전류변환스위치모듈이 구비되며, 상기 전류변환스위치모듈은 상기 제 2DC-DC 컨버터의 출력과 연결되어 전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환부 및 충전제어스위치부를 포함하여 구성되는 특징이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 2단 전하 균일 장치는 상기 배터리 모듈 별로 제 2DC-DC 컨버터가 구비되게 되어, 단일한 배터리 모듈에 속하는 개별 배터리 셀은 단일한 제 2DC-DC 컨버터를 공유하게 되며, 상기 제 2DC-DC 컨버터의 음/양의 두 출력은 상기 전류변환부와 연결되고, 상기 전류변환부의 출력은 상기 충전제어스위치부와 연결되게 된다. 상기 충전제어스위치부는 상기 충전 대상이 되는 개별 배터리 셀에 충전 전류가 흐를 수 있는 경로를 생성하며, 상기 전류변환부는 충전 전류가 흐르는 경로에 제 2DC-DC 컨버터의 출력 중 음 또는 양의 출력이 선택적으로 인가되도록 한다.

바람직하게 상기 충전제어스위치부는 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 수와 동일한 수의 충전제어스위치로 구성되며, 상기 충전제어스위치가 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결되어, 상기 전류변환부와 상기 배터리 모듈간 전류이동경로를 형성하는 특징이 있으며, 상기 전류변환부는 상기 제 2DC-DC 컨버터의 음/ 양 두 출력과 연결되어, 상기 충전제어스위치에 의해 형성된 전류이동경로에 음 또는 양의 출력을 선택적으로 인가하는 특징이 있다.

상기 충전제어스위치는 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 상기 충전제어스위치를 구성하는 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치의 게이트 전압이 제어되어 상기 충전 전류가 흐를 수 있는 경로가 형성되게 된다. 상기 충전제어스위치에 의한 저 임피던스(low impedance)의 전류 경로 형성은 상기 마이크로프로세서에 의해 제어된다.

상세하게, 상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 턴온(low impedance channel 형성)시 가해지는 Vgs(소스 전위를 기준으로 한 게이트 인가전압)는 상기 배터리 모듈의 일부분이며 둘 이상 직렬 연결된 배터리의 전위인 것이 바람직하며, 상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 전자식 릴레이가 구비된 것이 바람직하다. 상기 전자식 릴레이는 발광다이오드와 수광소자를 포함하여 구성되며, 상기 발광다이오드는 충전제어스위치부를 제어하기 위한 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 발광하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 상기 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 발광다이오드에서 방출되는 광을 입력받은 수광소자는 저 임피던스 상태로 변화되게 되고, 수광소자가 저 임피던스 상태로 변화되면서, 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 배터리 모듈의 일부분이며 둘 이상 직렬 연결된 배터리의 전위가 인가되는 것이다.

본 발명에 따른 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치는 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리 셀의 전위를 입력으로 갖는 멀티플렉서(multiplexer) 및 상기 멀티플렉서의 출력과 연결된 전압센서를 더 포함하여 구성된 것이 바람직하며, 상기 멀티플렉서, 상기 전압센서 및 전압센서의 출력과 연결된 ADC(analog to digital converter)를 더 포함하여 구성된 것이 더욱 바람직하다. 상기 ADC는 아날로그 출력값인 상기 전압센서의 검출값을 디지털 값으로 변화시켜 상기 마이크로 프로세서에 검출된 배터리 셀의 전위를 디지털 값으로 입력해주는 역할을 하게 된다.

상기 멀티플렉서는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되며, 상기 전압센서에 의해 측정된 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리 셀의 전위는 상기 마이크로프로세서에 입력되게 된다.

상기 제 1DC-DC 컨버터는 부귀환 회로(negative feedback)가 구비된DC-DC 컨버터인 것이 바람직하며, 이에 의해 제 1DC-DC 컨버터는 안정한 전압값을 출력할 수 있게 된다.

상기 2단 전하 균일 장치는 상기 제 1DC-DC 컨버터 및 제 2DC-DC 컨버터 각각의 동작(on/off)을 제어하는 스위치 소자가 구비되며, 상기 스위치 소자는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

상세하게 상기 제 1DC-DC 컨버터 및 배터리 모듈별로 구비되는 제 2DC-DC 컨버터의 동작을 각각 제어하는 상기 스위치 소자는 상기 마이크로프로세서에서 생성된 PWM 신호에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법은 상술한 본 발명에 따른 전하 균일 장치를 기반으로 하여 수행된다.

상세하게는 본 발명에 전하 균일 방법은 둘 이상의 배터리 셀이 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법에 있어서, 상기 배터리 스트링을 구성하며 다수의 배터리 셀이 직렬 연결된 하나 이상의 배터리 모듈; 상기 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 가지며 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는 제 1DC-DC 컨버터; 및 상기 제 1DC-DC 컨버터의 출력을 입력으로 가지고 상기 배터리 모듈 별로 구비되며 특정 배터리 셀을 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 제 2DC-DC 컨버터; 상기 배터리 모듈과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에 상기 충전전류가 상기 배터리 모듈을 구성하는 특정 배터리 셀에 인가되도록 상기 충전전류의 경로를 형성하며 충전전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환스위치모듈; 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리 셀의 전위를 입력으로 갖는 멀티플렉서(multiplexer); 및 상기 멀티플렉서의 출력과 연결되어 각각의 배터리 셀의 전위를 측정하는 전압센서; 및 상기 전압센서의 출력값을 입력 받아 저충전된 배터리 셀인 충전 대상 배터리 셀을 결정하고 상기 충전 대상 배터리 셀에 상기 충전 전류가 인가되도록 전류변환스위치모듈를 제어하고 상기 멀티플렉서, 상기 제 1DC/DC 컨버터 및 상기 제 2DC-DC 컨버터의 동작(on/off)를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성되는 장치를 이용하여 수행된다.

본 발명에 따른 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법은 (a) 상 기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 셀 각각의 전위를 측정하여 측정된 전위의 차이를 기반으로 배터리 스트링의 전하 균일화의 수행 여부를 결정하는 단계; (b) 배터리 스트링의 전하 균일화가 수행되는 경우, 상기 측정된 전위를 기반으로 저충전된 배터리 셀을 선택하는 단계; (c) 제 2DC-DC 컨버터의 음 및 양의 두 출력의 방향이 제어되며, 상기 저충전된 배터리셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터의 두 출력이 병렬 연결되는 단계; (d) 상기 제 2DC-DC 컨버터를 동작시키는 단계; 및 (e) 제 1DC-DC 컨버터를 동작시켜 상기 저충전된 배터리 셀을 충전시키는 단계;를 포함하여 수행되는 특징이 있다.

상기 (a) 단계는 상기 멀티플렉서를 제어하여 상기 전압센서를 통해 얻어진 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 셀 각각의 전위 측정값이 상기 마이크로 프로세서에 입력되어 수행되며, 배터리 셀의 측정 전위의 차가 특정값 이상인 경우 본 발명에 따른 배터리 스트링의 전하 균일화가 수행되는 것이 바람직하다.

상기 (b) 단계에서 상기 마이크로 프로세서는 본 발명에 따른 배터리 스트링의 전하 균일화가 수행되는 배터리 셀을 결정하게 되는데, 바람직하게 최저 전위를 갖는 배터리 셀이 충전 대상 배터리 셀로 선택된다.

(c) 단계는 충전 대상 배터리 셀인 상기 저충전된 배터리 셀에 제 2DC-DC 컨버터의 음 또는 양의 두 출력이 선택적으로 인가되도록 제어하고, 상기 저 충전된 배터리 셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터의 두 출력 사이에 전류 이동경로가 형성되도록 제어함으로써 수행되는 특징이 있다.

상세하게는 상기 마이크로 프로세서에 의해 상기 전류변환스위치모듈을 구성 하는 충전제어스위치부가 제어되어 상기 저충전된 배터리 셀로 상기 제 2DC-DC 컨버터의 음 및 양의 두 출력이 인가되게 되는 저 임피던스의 경로가 형성되게 되며, 상기 전류변환스위치모듈을 구성하는 전류변환부에 의해 상기 저충전된 배터리 셀의 음극에 형성된 저 임피던스 경로에 상기 제 2DC-DC 컨버터의 음의 출력 인가되고, 상기 저충전된 배터리 셀의 양극에 형성된 저 임피던스 경로에 상기 제 2DC-DC 컨버터의 양의 출력 인가되도록 제어된다. 상기 전류변환스위치모듈 즉, 전류변환부 및 충전제어스위치부는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되어 충전 대상 배터리 셀인 저충전 셀에 상기 제 2DC/DC 컨버터의 출력인 충전 전류가 흐르도록 전류 경로를 설정하고, 전류의 인가 방향을 설정하게 된다.

(e) 단계에서 상기 제 1DC-DC 컨버터의 동작이 중지되며(off) 제 1DC-DC 컨버터에 저장된 자기 에너지가 제 2DC-DC 컨버터로 이동하며, 제 2DC-DC 컨버터는 일정한 듀티비(duty ratio)로 동작(on)하는 특징이 있다.

상세하게는 상기 마이크로 프로세서에 의해 충전 대상 배터리 셀인 저충전 배터리 셀이 결정되면, 상기 전류변환스위치모듈이 상기 마이크로 프로세서의 제어신호를 입력받아 상기 저충전 배터리 셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에 전류 경로가 형성되고 전류의 인가 방향이 설정되게 되며, 이후, 상기 마이크로 프로세서에 의해 상기 제 2DC-DC 컨버터, 상기 제 1DC-DC 컨버터가 순차적으로 동작(on)하게 된다. 이후, 상기 제 1DC-DC 컨버터의 동작이 중지되며(off) 제 1DC-DC 컨버터에 저장된 자기 에너지가 제 2DC-DC 컨버터로 이동하게 되고, 이때, 제 2DC-DC 컨버터는 상기 마이크로 프로세서에서 생성된 PWM 신호를 입력받아 일정한 듀티 비(duty ratio)로 동작(on)하여 충전 전류를 출력하게 되고, 이러한 충전 전류는 전류변환스위치모듈에 의해 형성된 전류 경로 및 전류 인가 방향에 따라 상기 저충전 배터리 셀로 흐르게 되어 배터리 셀을 충전시키게 되는 것이다.

상기 제 1DC-DC 컨버터는 전체 배터리 스트링의 전위를 입력으로 하여 입력 전위보다 낮은 전위를 출력하며, 상기 배터리 모듈별로 구비된 상기 제 2DC-DC 컨버터의 입력이 상기 제 1DC-DC 컨버터의 출력과 병렬 연결되게 되므로, 상기 저충전된 배터리 셀의 충전은 상기 제 1DC-DC 컨버터의 입력인 전체 배터리 스트링의 전위에 의해 충전되는 특징을 갖게 된다.

상기 전하 균일 방법은 상기 (a) 단계에서 상기 배터리 스트링을 구성하는 모든 배터리 각각의 전위가 측정되며, 상기 (b) 내지 (e)의 단계가 상기 배터리 스트링을 구성하며 직렬 연결된 다수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 모듈별로 서로 독립적으로 수행될 수 있다. 따라서, 충전 대상인 상기 저충전된 배터리 셀은 상기 배터리 모듈 별로 서로 독립적으로 선택될 수 있으며, 배터리 모듈별로 선택된 저충전된 배터리 셀은 배터리 모듈 별로 구비된 개개의 제 2DC-DC 컨버터의 출력인 충전 전류에 의해 서로 독립적으로 충전되게 된다. 이때, 본 발명의 사상에 따라 상기 배터리 모듈과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에는 배터리 모듈별로 상기 전류변환스위치모듈이 구비되고 상기 전류변환스위치모듈은 상기 마이크로 프로세서에 의해 배터리 모듈별로 독립적으로 제어되게 된다.

본 발명의 2단 전하 균일 장치 및 방법은 전체 배터리를 모듈로 나누고, 배터리 모듈별로DC-DC 컨버터를 공유하는 특징에 의해 전하 균일 장치의 복잡성을 줄임과 동시에 효율적인 전하 균일을 얻을 수 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는DC-DC 컨버터의 입력(둘째단DC-DC 컨버터)과 단일한DC-DC 컨버터(첫째단DC-DC 컨버터)의 출력을 병렬 연결시킨 2단DC-DC 컨버터의 구성을 가지고 상기 단일한DC-DC 컨버터(첫째단DC-DC 컨버터)가 전체 배터리 스트링의 전위를 입력으로 하여 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하도록 하여, 통상적으로 높은 전압 스트레스를 갖는DC-DC 컨버터 및 제어 스위치의 전압 스트레스를 획기적으로 감소시키는 효과가 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는DC-DC 컨버터가 개별 배터리와 병렬로 연결됨으로써 종래의 각 배터리에 충전회로가 구비된 것과 같은 충전 효율을 갖는 장점이 있다. 또한, 개별 배터리 셀의 충전을 위한 충전 전류의 경로 및 방향을 제어하여 개별 배터리 셀의 충전을 위한 회로의 복잡성 및 부피를 감소시키는 장점을 가진다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 구성 및 특징을 상술함에 있어 설명의 명확함을 위해 직렬 연결된 배터리의 전체 스트링을 배터리 스트링으로 통칭하고, 복수의 배터리가 직렬로 연결된 배터리 스트링의 일부분을 배터리 모듈로 통칭하며, 단일한 상기 배터리 모듈을 구성하는 임의의 단일한 배터리를 배터리 셀로 통칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 전하 균일 장치 구성도의 일 예이며, 도 1을 기반으로 본 발명의 핵심 특징을 설명하고자 한다.

도 1에 도시된 일 예에서, 배터리 스트링(1140)은 K개의 배터리셀이 직렬 연결된 M개의 배터리 모듈(1141~1146)로 나눠진다. 각 배터리 모듈은 3번째 배터리 모듈(1143, BM₃)과 같이 K개의 배터리 셀이 직렬 연결된 것이며, 3번째 배터리 모듈(BM₃)은 배터리셀(B_3,1)~배터리셀(B_3,K)로 구성되게 된다. 비록 도 1에서 모든 배터리 모듈이 동일한 배터리 셀로 구성되는 예를 도시하였으나, 개별 배터리 모듈이 서로 다른 개수의 배터리 셀로 구성될 수 있음은 물론이다.

배터리 스트링(1140)을 모듈별로 나눈 M개의 배터리 모듈(1141~1146) 각각에는 전류변환스위치모듈(1131~1136)이 연결되며, M 개의 전류변환스위치모듈(1131~1136) 각각에는 2번째 단의DC-DC 컨버터(1120)를 구성하는DC-DC 컨버 터(1121~1126)가 연결되어 있다. 따라서 M개의 배터리 모듈에는 M개의 전류변환스위치모듈 및 M개의DC-DC 컨버터가 구비되게 된다. 2번째 단의DC-DC 컨버터(1120)의 모든 입력은 1번째 단의DC-DC 컨버터(1110)의 출력에 도 1과 같이 병렬로 연결되게 된다. 2번째 단을 구성하는DC-DC 컨버터(1120)와는 달리 1번째 단의DC-DC 컨버터(1110)는 입력으로 배터리 스트링의 전체 전위가 연결된 단일한DC-DC 컨버터(1110)로 구성되게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전하 균일 장치는 배터리 스트링을 배터리 모듈로 나누어 상기 배터리 모듈별로 2번째 단의DC-DC 컨버터를 공유하는 구조를 가지며, 2번째 단의DC-DC 컨버터의 입력이 1번째 단의DC-DC 컨버터의 출력과 병렬 연결되고, 1번째 단의DC-DC 컨버터는 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 갖는 구조를 갖게 된다.

상기 전류변환스위치모듈(1130, 1131~1136)은 충전제어스위치부(1133_2)와 전류변환부(1133_1)로 구성되며, 상기 충전제어스위치부(1133_2)는 상기 2번째 단의DC-DC 컨버터의 출력인 충전 전류를 특정 배터리 셀(충전 대상 배터리 셀)로 인가하기 위한 전류 경로를 제공하게 되며, 상기 전류변환부(1133_1)는 상기 충전제어스위치부(1133_2)에 의해 형성된 전류 경로에 흐르게 되는 충전 전류의 방향을 제어하게 된다. 상세하게는 3번째 배터리 모듈(BM₃)에 속하는 배터리 셀(B_3,1~B_3,K)의 전하 균일화를 예로 들어, 배터리 셀(B_3,3)의 전하 균일화가 수행되는 경우, 충전제어스위치부(1133_1)에 의해 해당 배터리 셀(B_3,3)과 2번째 단에 속하는DC-DC 컨버터(1123)의 출력 사이에, 즉, 해당 배터리 셀(B_3,3)과 전류변환부(1133_1) 사이에 전류 이동 경로(low impedance의 경로)를 제공하게 되고, 상기 충전제어스위치부(1133_1)에 의해 형성된 전류 이동 경로에는 상기 전류변환부(1133_1)에 의해 전류의 흐름 방향이 제어된 충전 전류(2번째 단의DC-DC 컨버터(1123)의 출력)가 흐르게 된다. 상기 충전전류(2번째 단의DC-DC 컨버터(1123)의 출력)는 1번째 단의DC-DC 컨버터(1110)에 연결된 배터리 스트링의 전체 전위에 기인한 것이며, 이에 의해 배터리 스트링의 전체 전위를 이용한 배터리 셀(B_3,3)의 전하 균일화가 수행되게 되는 것이다.

이때, 1번째 단의DC-DC 컨버터(1110)는 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는DC-DC 컨버터인 것이 바람직하다. 이와 같은 1번째 단의DC-DC 컨버터(1110)의 출력과 2번째 단의DC-DC 컨버터(1120)의 입력을 병렬 연결시킨 2단의DC-DC 컨버터 구조 및 배터리 스트링이 아닌 배터리 모듈 개념의 전하 균일화에 의해 전류변환스위치모듈(1130)을 구성하는 스위치 소자는 저전압의 양방향 스위치 소자 또는 저전압의 단방향 스위치 소자를 사용하여 구성될 수 있으며, 2번째 단의 DC-DC 컨버터의 전압 스트레스를 줄이고, 전하 균일화에 사용되는DC-DC 컨버터의 수를 감소시킬 수 있다.

또한, 전류변환스위치모듈(1130)을 충전제어스위치부(1133_2)와 전류변환부(1133_1)로 구성하여, 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1120)의 출력과 충전 대상 배터리 셀 사이의 전류 이동 경로를 제어하기 위한 충전제어스위치부(1133_2)의 수를 반으로 감소시킬 수 있다.

1번째 단의 DC-DC 컨버터(1110)는 입력으로 배터리 스트링의 전체 전위를 사용하여 낮은 출력 전압을 생성하는 기능을 담당하며 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1120)는 입력으로 첫째 단의 DC-DC 컨버터(1110) 출력을 사용하여 실제 저충전된 배터리 셀을 충전하는 기능을 담당하게 된다. 그리고 저충전된 배터리 셀과 상기 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1120)의 출력사이의 충전 전류 이동경로 및 전류의 인가 방향은 전류변환스위치모듈(1130)을 통해 제어/형성되게 된다.

상세하게는, 본 발명의 2단 전하 균일 장치는 배터리 스트링에서 배터리의 충전, 방전시 생길 수 있는 배터리 간의 전위 차이를 해결하고자 배터리 셀에 충전 전하를 제어하여 전하 균일을 이루는 것이다. 이 때 배터리 셀을 개별적으로 제어하면서, 효과적으로 충전 전하를 배터리 쪽으로 넣어주기 위해 전체 배터리의 에너지를 상대적으로 낮은 전위를 가진 배터리 셀로 에너지를 넘겨주어 전체적인 에너지의 소비를 줄이면서 자체적으로 배터리 간의 전하 균일이 이루어진다. 또한 다수의 배터리를 직렬 연결할 때 각각의 배터리 셀에 들어가는 회로를 최소로 줄이기 위해 배터리 스트링에 직접 연결되는 제어 장치는 비교적 간단하게 구성하면서, 배터리로 들어가는 충전 에너지를 효과적으로 전달하기 위해 공통의 DC-DC 컨버터를 사용한 것이다. 또한 배터리 스트링을 일정 배터리 수만큼 모듈 별로 묶어, 배터리 모듈 간에도 공통의 DC-DC 컨버터를 사용하고, 간단한 스위치 제어를 통해 전류의 흐름 경로를 선택적으로 형성하고 전류의 흐름 방향을 제어하는 전류변환스위치모듈을 통해 모듈 간의 DC-DC 컨버터(2번째 단의 DC-DC 컨버터)에서 출력되는 충전 전류를 충전 대상 배터리셀로 넣어주어 전하 균일화가 수행되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 2단 전하 균일 장치는 우수한 성능을 가진 전하 균일 장치를 개발함에 있어, 다수의 배터리 제어를 하기 위해 복잡도를 증가시키는 개별 회로를 배터리 셀마다 사용하지 않고, 하나의 DC-DC 컨버터를 공통으로 사용하면서 배터리 셀마다 전류변환스위치모듈을 연결함으로써 그 복잡도와 가격, 부피를 크게 줄이는 동시에 배터리 셀에 들어가는 전하의 양을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.

도 2는 도 1을 기반으로 상술한 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 바람직한 구성도이다. 도 2를 기반으로 본 발명의 전하 균일 장치의 제어방법을 상세히 설명하고자 한다. 장치(1110 내지 1140)는 도 1과 유사한 장치 및 구성이다. 배터리 스트링을 구성하는 개별 배터리 셀의 전위를 측정하는 전압 센싱 모듈(2100)은 통상적인 전압 센싱 모듈을 사용하여도 무방하나 바람직하게는 배터리 스트링을 구성하는 개별 배터리 셀의 전위를 입력으로 한 멀티플렉서(MUX, 2110) 및 멀티플렉서의 출력과 연결된 캐패시터(2120)가 구비된 것이 바람직하다. 캐패시터(2120)를 통해 측정된 개별 배터리 셀의 전위는 아날로그-디지털 컨버터(ADC, 1230)를 통해 디지털 값으로 변환되어 마이크로프로세서(2200)로 입력되는 것이 바람직하다.

1번째 단의 DC-DC 컨버터(1110)와 2번째 단의 모듈 별 각 DC-DC 컨버터(1121~1126)에는 각각 주된 스위치가 구비된 것이 바람직하며, 상기 주된 스위치는 각 DC-DC 컨버터(1110, 1121~1126)의 동작(on/off)을 담당하는 부분으로 마이크로프로세서(2220) 또는 PWM 전용 제어칩(미도시)에서 생성된 PWM 신호를 입력 받아 제어되는 것이 바람직하다. 이때, 마이크로프로세서에서 생성된 PWM 신호를 사용할 경우, 마이크로프로세서에서 생성된 PWM 신호의 전류 용량이 제한적이기 때문에 파워 스위치 구동에 제약이 따르므로, 추가 회로를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 마이크로프로세서(2200)는 멀티플렉서(2110)를 제어하여 개별 배터리 셀의 전위를 측정하고, 입력받은 개별 배터리 셀의 전위를 기반으로 저충전된 배터리 셀을 결정하고, 전류변환스위치모듈(1130), 2번째 단의 모듈 별 각 DC-DC 컨버터(1121~1126)의 주된 스위치 및 1번째 단의 DC-DC 컨버터(1110)의 주된 스위치를 제어하여 저충전된 배터리 셀의 전하 균일화가 수행되게 된다. 바람직하게는 전류변환스위치모듈(1130), 2번째 단의 모듈 별 각 DC-DC 컨버터(1121~1126)의 주된 스위치, 1번째 단의 DC-DC 컨버터(1110)의 주된 스위치의 순서로 제어되어 전하 균일화가 수행되는 것이 바람직하다. 본 발명의 사상에 따른 전류변환스위치모듈(1130)은 2번째 단의 모듈 별 각 DC-DC 컨버터(1121~1126)에서 출력된 전류의 흐름 방향을 제어하는 하고 전류의 흐름 방향을 제어하는 전류변환부(도 2의 charge direction control부)와 상기 전류변환부에 의해 흐름 방향이 제어된 전류가 개별 배터리 셀에 인가되도록 전류의 흐름 경로를 선택적으로 형성하는 충전제어스위치부(도 2의 charge path control부)를 포함하여 구성되게 된다.

도 3(a)는 본 발명에 따른 전류변환부가 구비되지 않고, 2번째 단의 DC-DC 컨버터의 출력인 충전전류가 충전대상 배터리 셀로 흐를 수 있도록 스위치 소자를 이용하여 전류이동경로를 형성하는 경우를 도시한 것이며, 도 3(b)는 본 발명에 따른 전류변환부 및 충전제어스위치부가 구비되어 충전전류의 흐름 방향을 제어함과 동시에 전류이동경로를 형성하는 경우를 도시한 것이다. 도 3에서 2번째 단의 DC- DC 컨버터의 출력인 충전전류는 current source로 도시되었다.

도 3(a)에서 알 수 있듯이 충전 전류의 흐름 방향을 제어하지 않는 경우, 개별 배터리 셀별로 음극측 스위치 소자(S^-)와 양극측 스위치 소자(S⁺)가 각각 구비되어 총 배터리 셀 개수의 두 배의 스위치 소자가 구비되어야 한다. 그러나, 도 3(b)와 같이 충전 전류의 흐름 방향을 스위치 소자(R)를 이용하여 제어하는 경우, 개별 배터리 셀별로 단순한 저 임피던스의 경로를 제공할 수 있는 단일한 스위치 소자가 구비되게 된다. 따라서, 전류의 흐름 방향을 제어하는 전류변환부가 구비될 경우, 총 배터리 셀 개수와 동일한 수의 스위치 소자를 이용하여 충전제어스위치부가 구성될 수 있다. 상기 전류변환부는 2번째 단의 DC-DC 컨버터의 출력인 충전 전류를 입력받아 상기 마이크로 프로세서의 제어에 의해 상기 전류변환부의 제 1출력선 또는 제 2출력선으로 상기 충전 전류가 선택적으로 방출되는 구조를 가지며, 상기 전류변환부를 구성하는 개별 소자의 종류에 의해 한정되지 않으나, 상기 전류변환부는 도 3의 일 예와 같이 간단하게 스위치 소자(R_3,1 ~R_3,4)를 이용하여 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 M번째 배터리 모듈에 구비된 전류변환스위치모듈(113M_1 및 113M_2)을 도시한 일 예이다. 본 발명에 따라 상기 전류변환스위치모듈은 배터리 모듈별로 구비되게 되며, 모든 전류변환스위치모듈은 상기 마이크로프로세서에 의해 해당 배터리 모듈별로 제어되게 된다. 상술한 바와 같이 전류변환스위치모듈은 전류변환부(113M_1) 및 충전제어스위치부(113M_2)를 포함하여 구성되 며, 상기 전류변환부(113M_1)은 M번째 배터리 모듈이 공유하는 M번째 DC-DC 컨버터의 두 출력(+,-)을 입력(I1, I2)으로 갖는다. 상기 전류변환부(113M_1)는 상기 마이크로 프로세서의 제어에 의해 제 1출력선(O1) 또는 제 2출력선(O2)으로 상기 충전 전류를 선택적으로 방출하게 된다. 즉, DC-DC 컨버터의 두 출력중 양의 입력이 1출력선(O1) 또는 제 2출력선(O2)으로 출력되며, 즉, DC-DC 컨버터의 두 출력중 음의 입력은 양의 입력이 출력되지 않는 나머지 출력선(1출력선(O1) 또는 제 2출력선(O2))으로 출력되게 된다. 상기 충전제어스위치부(113M_2)는 배터리 모듈의 단부 및 배터리 셀 사이에 하나씩의 스위치 소자(R₁~R_k)가 병렬로 구비되게 되며, 이때, 상기 스위치 소자는 양방향 MOSFET 소자인 것이 바람직하다. 상기 스위치 소자(R₁~R_k)의 일측은 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀과 병렬로 연결되게 되며, 상기 스위치 소자(R₁~R_k)의 타측은 상기 제 1출력선(O1) 또는 제 2출력선(O2)과 연결되게 된다. 이때, 상기 충전제어스위치부(113M_2)를 구성하는 각 스위치 소자(R₁~R_k)는 순차적으로 도 4에 도시된 바와 같이 제 1출력선(O1) 또는 제 2출력선(O2)과 교대로 연결되게 된다.

도 5는 3번째 배터리 모듈(1143, BM₃)의 1번째 배터리 셀(B_3,1)을 중심으로 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 일 회로도의 일부를 도시한 것이다.

상술한 바와 같이 1번째 단의 DC-DC 컨버터(1110)는 부귀환회로를 갖는 DC-DC 컨버터인 것이 바람직하며, 3번째 배터리 모듈(1143, BM₃)과 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1123)는 전류변환스위치모듈을 통해 연결된다. 상기 전류변환스위치모듈은 전류변환부(1133_1) 및 충전제어스위치부(1133_2)를 포함하여 구성된다. 도 5는 3번째 배터리 모듈(1143, BM₃)의 1번째 배터리 셀(B_3,1)이 충전 대상 배터리 셀인 경우를 도시한 것이며, 이해의 명확함을 위해 전류변환부(1133_1 및 충전제어스위치부(1133_2)는 충전 대상 배터리 셀인 배터리 셀(B_3,1)과 관계된 부분만을 도시하였다.

상기 충전제어스위치부(1133_2)는 저전압, 양방향 충전 제어 스위치 소자를 포함하여 구성되어 마이크로프로세서의 ON, OFF 신호에 받아 동작을 이루게 되므로, 충전 제어 스위치의 입력(게이트)에 ON, OFF 신호를 만들어 줄 수 있는 전자식 릴레이(11)가 연결 되어 있다.

상기 전자식 릴레이(11)는 Solid state relay 또는 Optocoupler이며, 바람직하게는 도 5에 도시한 바와 같이 발광다이오드와 수광소자인 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함하여 구성된다. 상기 BJT는 상기 발광다이오드의 광을 수광하여 낮은 임피던스 상태(턴온 상태)가 되어 상기 배터리 모듈의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위가 상기 스위치 소자를 구성하는 MOSFET의 게이트에 인가되게 된다.

상세하게는 상기 발광다이오드는 충전제어스위치부(1133_2)를 제어하기 위한 마이크로프로세서(2220)의 제어신호에 의해 발광하게 되고, 상기 발광다이오드의 발광에 의해 BJT가 턴온되어 충전제어스위치부(1133_2)를 구성하는 MOSFET의 게이 트에 턴온 전압이 가해지게 된다. 이때, 도 5에 도시한 바와 같이 충전제어스위치부(1133_2)를 구성하는 MOSFET을 턴온시키는 Vgs(Vgs는 MOSFET의 소스전압을 기준으로 한 게이트 전압이다)는 배터리 모듈의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위로, 도 5의 경우 3개의 배터리가 직렬 연결된 전위가 MOSFET을 턴온시 인가되는 Vgs가 된다. 게이트 전압 및 드레인 전압을 조절하기 위해 도 5와 같이 게이트 전압 인가 경로 및 드레인 전압 인가경로에 저항이 구비될 수 있다. 이와 같이 충전제어스위치부(1133_2)를 구성하는 각각의 MOSFET 스위치를 구동시키는 전원으로 배터리 모듈의 일부 전압이 사용되는 것이다.

상기 전류변환부(1133_1)는 양방향 또는 단방향 스위치 소자로 구성되며 상기 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1123)의 두 출력(+, -)과 연결되게 된다. 이때, 도 5와 같이 3번째 배터리 모듈(1143, BM₃)의 1번째 배터리 셀(B_3,1)을 충전하기 위해 마이크로 프로세서의 제어신호에 의해 전자식 릴레이(11)의 발광 다이오드가 발광하게 되고, 이에 따라 상기 1번째 배터리 셀(B_3,1)의 양 단부에 병렬 연결된 양방향 MOSFET 스위치(S_3,1, S_3,2)가 턴온되며, 상기 전류변환부(1133_1)와 상기 1번째 배터리 셀(B_3,1) 사이에 전류 이동경로가 형성되게 된다. 마이크로 프로세서 상기 전류변환부(1133_1)를 구성하는 스위치를 제어하여 상기 충전제어스위치부(1133_2)에 의해 형성된 두 전류이동경로(턴온된 양방향 MOSFET 스위치의 채널을 S_3,1, S_3,2 로 지칭함)에 인가되는 충전 전류의 방향을 제어하게 된다. 상기 마이크로 프로세서는 전류변환부(1133_1)를 구성하는 스위치(R_3,2) 및 스위치(R_3,3)을 턴온시켜 전류이동경로(S_3,1)로 양의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되며, 전류이동경로(S_3,2)로 음의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되도록 충전전류의 방향을 제어하게 된다. 이에 따라 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1123)에서 출력된 충전 전류가 1번째 배터리 셀(B_3,1)로 흐르게 되어 저충전 배터리 셀인 1번째 배터리 셀(B_3,1)이 충전되게 되는 것이다.

도 5와 같이 마이크로 프로세서에 의해 저충전된 배터리 셀(B_3,2)이 결정 된 후, 마이크로 프로세서의 제어신호에 의해 전류변환스위치모듈이 제어되어 저충전된 배터리 셀(B_3,2)에 충전전류가 인가되도록 전류이동경로 및 충전전류의 인가 방향이 제어 및 형성되게 된다. 전류변환스위치모듈이 마이크로프로세서에 제어된 후, 배터리 셀이 속해 있는 배터리 모듈(1143, BM₃)의 DC-DC 컨버터(1123)가 켜져 있을 경우, 공통으로 가지는 1번째 단의 DC-DC 컨버터(1110)의 주된 스위치가 켜지면 첫째 단 변압기의 1차 권선에는 전체 배터리의 전압에 의해 전류가 유도되고 그 결과 변압기에 같은 양의 자기 에너지가 저장된다. 그런 다음 1번째 단 DC-DC 컨버터의 주된 스위치가 꺼지면 변압기에 저장된 자기 에너지는 2차 권선과 다이오드를 통해 다음 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1123)로 이동하는데, 이때 1번째 단의 DC-DC 컨버터의 출력 전압은 다음 2번째 단 DC-DC 컨버터(1123)의 입력 단으로 사용되므로 부귀환 회로를 걸어 일정 전압으로 유지 해 주는 것이 바람직하다. 그리고 2번 째 단의 DC-DC 컨버터(1123)는 고정된 시비율(duty ratio)을 가지는 스위치 동작에 의해 스위치가 켜있을 때 저장된 변압기 1차 측 에너지가 스위치가 꺼질 때 2차 측으로 넘어가게 되는데, 2차 측으로 넘어가는 에너지는 전류변환스위치모듈에 의해 제어된 방향으로 제어된 전류 이동 경로를 따라 특정 배터리 셀로만 이동함으로써 원하는 배터리 셀로의 전하 공급이 이루어지게 된다.

상술한 설명에서 본 발명의 사상은 사용되는 DC-DC 컨버터의 종류와 무관하게 구현될 수 있으므로, 본 발명의 2단 전하 균일 장치는 기존의 여러 종류의 DC-DC 컨버터들의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어 1번째 단에 사용한 DC-DC 컨버터를 다음 2번째 단의 DC-DC 컨버터와 같이 같은 종류의 DC-DC 컨버터로 사용할 수 있으며, 또한 다른 종류의 DC-DC 컨버터의 사용이 가능하다. 다만, 배터리 스트링의 전체 전압을 1번째 단의 공통 DC-DC 컨버터에서 한 번의 에너지 전달을 이루는 동시에 다음 단에 연결될 각 배터리 모듈 별 DC-DC 컨버터 입력 전압은 전체 배터리 스트링 전압이 아닌 1번째 단의 DC-DC 컨버터에서 출력된 전체 배터리 스트링의 전압보다 낮은 전압이 되어야 한다. 이와 같이 1번째 단의 DC-DC 컨버터에서 각 배터리 모듈 별 DC-DC 컨버터 측 입력에 낮은 전압을 인가함으로써, 각 배터리 모듈 별 DC-DC 컨버터의 각 소자의 전압 내압이 배터리 전체 전압이 아닌 1번째 단에서 낮아진 전압을 전압 내압으로 갖게 되어 2번째 단의 각 배터리 모듈 별 DC-DC 컨버터는 작은 용량의 컨버터로 설계할 수 있는 장점을 갖게 된다. 또한 배터리 스트링을 K개의 배터리로 구성된 M개의 배터리 모듈로 묶어 사용하게 됨으로써, 배터리 스트링의 전체 전압을 내압으로 가지는 충전 제어 스위치 대신에 K개의 배터리 전 압만을 내압으로 가지는 저전압의 스위치 소자를 사용할 수 있는 장점을 갖게 된다. 또한 전류변환부에 의해 충전제어스위치부에 구성된 일 전류이동경로에 음 또는 양의 출력 전압(2번째 단의 DC-DC 컨버터의 출력 전압)을 선택적으로 인가할 수 있어 상기 충전제어스위치부를 구성하는 스위치 소자를 대폭 감소시킬 수 있는 것이다.

도 5 및 도 6을 기반으로 전류변환부(1133_1)의 충전 전류 방향 제어를 상세히 설명하고자 한다.

충전 대상 배터리 셀에 따라 전류변환부(1133_1)는 충전 전류의 방향을 서로 다르게 제어하여 출력하게 되는데, 도 5와 같이 3번째 배터리 모듈(1143, BM₃)의 1번째 배터리 셀(B_3,1)이 충전 대상 배터리 셀인 경우, 3번째 모듈의 전류변환부(1133_1)의 스위치는 도 5와 같이 스위치(R_3,2) 및 스위치(R_3,3)가 턴온되고 3번째 모듈의 충전제어스위치부(1133_2)의 양방향 MOSFET 스위치(S_3,1) 및 양방향 MOSFET 스위치(S_3,2)가 턴온되어, 충전제어스위치부(1133_2)에 형성된 전류이동경로(S_3,1)로 양의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되며, 전류이동경로(S_3,2)로 음의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되도록 충전전류의 방향이 제어된다.

도 6과 같이 3번째 배터리 모듈(1143, BM₃)의 2번째 배터리 셀(B_3,2)이 충전 대상 배터리 셀인 경우, 3번째 모듈의 전류변환부(1133_1)의 스위치는 도 6과 같이 스위치(R_3,1) 및 스위치(R_3,4)가 턴온되고 3번째 모듈의 충전제어스위치부(1133_2)의 양방향 MOSFET 스위치(S_3,2) 및 양방향 MOSFET 스위치(S_3,3)가 턴온되어, 충전제어스위치부(1133_2)에 형성된 전류이동경로(S_3,2)로 양의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되며, 전류이동경로(S_3,3)로 음의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되도록 충전전류의 방향이 제어된다.

이를 일반화 하여 설명하면 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀이 M번째 배터리 모듈의 홀수인 j번째 배터리 셀인 경우, 도 5와 유사하게 M번째 모듈의 전류변환부(1133_1)의 스위치(R_3,2) 및 스위치(R_3,3)가 턴온되고 M번째 모듈의 충전제어스위치부(1133_2)를 구성하는 양방향 MOSFET 스위치중 충전 대상 배터리 셀인 j번째 배터리 셀의 양 단부에 병렬 연결된 두 양방향 MOSFET 스위치(S_3,j) 및 양방향 MOSFET 스위치(S_3,j+1)가 턴온되어, 충전제어스위치부(1133_2)에 형성된 전류이동경로(S_3,j)로 양의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되며, 전류이동경로(S_3,j+1)로 음의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되도록 충전전류의 방향이 제어된다. 따라서, 동일한 전류이동경로(일 예로 도 5 내지 도 6의 S_3,2)에 흐르는 충전 전류의 흐름 방향은 충전 대상 배터리 셀에 따라 서로 달라지게 된다.

배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀이 M번째 배터리 모듈의 짝수인 i번째 배터리 셀인 경우, 도 5와 유사하게 M번째 모듈의 전류변환부(1133_1)의 스위치(R_3,1) 및 스위치(R_3,4)가 턴온되고 M번째 모듈의 충전제어스위치부(1133_2)를 구성하는 양 방향 MOSFET 스위치중 충전 대상 배터리 셀인 i번째 배터리 셀의 양 단부에 병렬 연결된 두 양방향 MOSFET 스위치(S_3,i) 및 양방향 MOSFET 스위치(S_3,i+1)가 턴온되어, 충전제어스위치부(1133_2)에 형성된 전류이동경로(S_3,i)로 양의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되며, 전류이동경로(S_3,i+1)로 음의 DC-DC 컨버터(1123)의 출력이 인가되도록 충전전류의 방향이 제어된다.

따라서, 충전 대상 배터리 셀마다 양극 방향 및 음극 방향의 두 전류이동경로를 형성할 필요 없이, 전류변환부에 의해 단일한 전류이동경로에 전류의 순방향과 역방향과 같이 선택적으로 인가할 수 있기 때문에 상기 충전제어스위치부를 구성하는 스위치의 수를 대폭 감소시킬 수 있는 것이다.

도 7을 기반으로 본 발명에 따른 전하 균일 방법을 상세히 설명하고자 한다.

상세하게는 본 발명에 전하 균일 방법은 둘 이상의 배터리 셀이 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법에 있어서, 상기 배터리 스트링을 구성하며 다수의 배터리 셀이 직렬 연결된 하나 이상의 배터리 모듈; 상기 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 가지며 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는 제 1DC-DC 컨버터; 및 상기 제 1DC-DC 컨버터의 출력을 입력으로 가지고 상기 배터리 모듈 별로 구비되며 특정 배터리 셀을 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 제 2DC-DC 컨버터; 상기 배터리 모듈과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에 상기 충전전류가 상기 배터리 모듈을 구성하는 특정 배터리 셀에 인가되도록 상기 충전전류의 경로를 형성하며 충전전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환스위치모듈; 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리 셀의 전위를 입력으로 갖는 멀티플렉서(multiplexer); 및 상기 멀티플렉서의 출력과 연결되어 각각의 배터리 셀의 전위를 측정하는 전압센서; 및 상기 전압센서의 출력값을 입력 받아 저충전된 배터리 셀인 충전 대상 배터리 셀을 결정하고 상기 충전 대상 배터리 셀에 상기 충전 전류가 인가되도록 전류변환스위치모듈를 제어하고 상기 멀티플렉서, 상기 제 1DC/DC 컨버터 및 상기 제 2DC-DC 컨버터의 동작(on/off)을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성되는 장치를 이용하여 수행된다.

본 발명에 따른 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법은 (a) 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 셀 각각의 전위를 측정하여 측정된 전위의 차이를 기반으로 배터리 스트링의 전하 균일화의 수행 여부를 결정하는 단계(s10~s40); (b) 배터리 스트링의 전하 균일화가 수행되는 경우, 상기 측정된 전위를 기반으로 저충전된 배터리 셀을 선택하는 단계(s50); (c) 제 2DC-DC 컨버터의 음 및 양의 두 출력의 방향이 제어되며, 상기 저충전된 배터리셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터의 두 출력이 병렬 연결되는 단계(s60); (d) 상기 제 2DC-DC 컨버터를 동작시키는 단계(s80); 및 (e) 제 1DC-DC 컨버터를 동작시켜 상기 저충전된 배터리 셀을 충전시키는 단계(s80);를 포함하여 수행되는 특징이 있다.

상기 (a) 단계는 상기 멀티플렉서를 제어하여 상기 전압센서를 통해 얻어진 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 셀 각각의 전위 측정값이 상기 마이크로 프 로세서에 입력되어 수행(s10~s30)되며, 배터리 셀의 측정 전위의 차가 특정값 이상인 경우(s40) 본 발명에 따른 배터리 스트링의 전하 균일화가 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 (a) 단계에서 상기 배터리 스트링을 구성하는 모든 배터리 각각의 전위가 측정될 수 있으며, (a) 단계에서 배터리 스트링을 구성하는 일부 배터리의 전위가 측정될 수 있으며, (a) 단계에서 하나 이상의 배터리 모듈의 전위가 측정될 수 있다.

상기 (b) 단계(s50)에서 상기 마이크로 프로세서는 본 발명에 따른 배터리 스트링의 전하 균일화가 수행되는 배터리 셀을 결정하게 되는데, 바람직하게 최저 전위를 갖는 배터리 셀이 충전 대상 배터리 셀로 선택된다.

(c) 단계(s60)는 충전 대상 배터리 셀인 상기 저충전된 배터리 셀에 제 2DC-DC 컨버터의 음 및 양의 두 출력의 방향이 선택적으로 인가되도록 제어하고, 상기 저 충전된 배터리 셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터의 두 출력 사이에 전류 이동경로가 형성되도록 제어함으로써 수행되는 특징이 있다.

상세하게는 상기 마이크로 프로세서에 의해 상기 전류변환스위치모듈을 구성하는 충전제어스위치부가 제어되어 상기 저충전된 배터리 셀로 상기 제 2DC-DC 컨버터의 음 및 양의 두 출력이 인가되게 되는 저 임피던스의 경로가 형성되게 되며, 상기 전류변환스위치모듈을 구성하는 전류변환부에 의해 상기 저충전된 배터리 셀의 음극에 형성된 저 임피던스 경로에 상기 제 2DC-DC 컨버터의 음의 출력 인가되고, 상기 저충전된 배터리 셀의 양극에 형성된 저 임피던스 경로에 상기 제 2DC-DC 컨버터의 양의 출력 인가되도록 제어된다. 상기 전류변환스위치모듈 즉, 전류변환 부 및 충전제어스위치부는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되어 충전 대상 배터리 셀인 저충전 셀에 상기 제 2DC/DC 컨버터의 출력인 충전 전류가 흐르도록 전류 경로를 설정하고, 전류의 인가 방향을 설정하게 된다.

상세하게는 상기 마이크로 프로세서에 의해 충전 대상 배터리 셀인 저충전 배터리 셀이 결정되면, 상기 전류변환스위치모듈이 상기 마이크로 프로세서의 제어신호를 입력받아 상기 저충전 배터리 셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에 전류 경로가 형성되고 전류의 인가 방향이 설정되게 되며, 이후, 상기 마이크로 프로세서에 의해 상기 제 2DC-DC 컨버터, 상기 제 1DC-DC 컨버터가 순차적으로 동작(on)하게 된다. 이후, 상기 제 1DC-DC 컨버터의 동작이 중지되며(off) 제 1DC-DC 컨버터에 저장된 자기 에너지가 제 2DC-DC 컨버터로 이동하게 되고, 이때, 제 2DC-DC 컨버터는 상기 마이크로 프로세서에서 생성된 PWM 신호를 입력받아 일정한 듀티비(duty ratio)로 동작(on)하여 충전 전류를 출력하게 되고, 이러한 충전 전류는 전류변환스위치모듈에 의해 형성된 전류 경로 및 전류 인가 방향에 따라 상기 저충전 배터리 셀로 흐르게 되어 배터리 셀을 충전시키게 되는 것이다.

상기 제 1DC-DC 컨버터는 전체 배터리 스트링의 전위를 입력으로 하여 입력 전위보다 낮은 전위를 출력하며, 상기 배터리 모듈별로 구비된 상기 제 2DC-DC 컨버터의 입력이 상기 제 1DC-DC 컨버터의 출력과 병렬 연결되게 되므로, 상기 저충 전된 배터리 셀의 충전은 상기 제 1DC-DC 컨버터의 입력인 전체 배터리 스트링의 전위에 의해 충전되는 특징을 갖게 된다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 스위치 소자의 구조등과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 일 구성도이며,

도 2는 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 다른 구성도이며,

도 3(a)는 종래의 스위치 모듈의 구조이며 도 3(b)는 본 발명에 따른 전류변환스위치모듈의 일 회로도의 일부분이며,

도 4는 M번째 배터리 모듈에 구비된 전류변환스위치모듈의 일 회로도의 일부분이며,

도 5는 충전 대상 배터리 셀을 기준으로 도시한 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 일 회로도의 일부분이며,

도 6은 다른 충전 대상 배터리 셀을 기준으로 도시한 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 일 회로도의 일부분이며,

도 7은 본 발명의 2단 전하 균일 방법을 도시한 일 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1140 : 배터리 스트링 1141~1146 : 배터리 모듈

1130 : 전류변환스위치모듈 1131~1136 : 모듈별 전류변환스위치모듈

1120 : 2번째 단 DC/DC 컨버터 1121~1126 : 모듈별 DC/DC 컨버터

1110 : 1번째 단 DC/DC 컨버터

1133_1, 113M_1: 전류변환부 1133_2, 113M_2 : 충전제어스위치부

2100 : 전압 센싱 모듈 2200 : 마이크로프로세서

2110 : 멀티플렉서 2120 : 캐패시터

2130 : 아날로그-디지털 컨버터

Claims

둘 이상의 배터리 셀이 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 장치에 있어서,

상기 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 가지며 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는 제 1DC-DC 컨버터; 및 상기 제 1DC-DC 컨버터의 출력을 입력으로 가지며 특정 배터리 셀을 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 제 2DC-DC 컨버터;를 포함하는 2단의DC-DC 컨버터 구조를 가지며,

상기 배터리 스트링은 다수의 배터리 셀이 직렬 연결된 하나 이상의 배터리 모듈로 나눠지며,

상기 배터리 모듈 별로 상기 제 2DC-DC 컨버터가 구비되며,

상기 배터리 모듈과 상기 제 2DC-DC 컨버터 사이에 상기 충전전류가 상기 배터리 모듈을 구성하는 특정 배터리 셀에 인가되도록 상기 충전전류의 경로를 형성하며 충전전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환스위치모듈가 구비되며,

저충전된 배터리 셀인 충전 대상 배터리 셀을 결정하고, 상기 충전 대상 배터리 셀에 상기 충전 전류가 인가되도록 전류변환스위치모듈를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 1항에 있어서,

상기 배터리 모듈 별로 상기 전류변환스위치모듈이 구비되며,

상기 전류변환스위치모듈은 상기 제 2DC-DC 컨버터의 출력과 연결되어 전류의 인가 방향을 제어하는 전류변환부 및 충전제어스위치부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 2항에 있어서,

상기 충전제어스위치부는 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 수와 동일한 수의 충전제어스위치로 구성되며, 상기 충전제어스위치가 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결되어, 상기 전류변환부와 상기 배터리 모듈간 전류이동경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 3항에 있어서,

상기 전류변환부는 상기 제 2DC-DC 컨버터의 음/양 두 출력과 연결되어, 상기 충전제어스위치에 의해 형성된 전류이동경로에 음 또는 양의 출력을 선택적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 3항에 있어서,

상기 충전제어스위치는 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치인 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 5항에 있어서,

상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 턴온시 가해지는 Vgs는 상기 배터리 모듈의 일부분이며 둘 이상 직렬 연결된 배터리의 전위인 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 5항에 있어서,

상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 전자식 릴레이가 구비된 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 7항에 있어서,

상기 전자식 릴레이는 발광다이오드와 수광소자를 포함하여 구성되며, 상기 발광다이오드는 충전제어스위치부를 제어하기 위한 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 발광하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 1항에 있어서,

상기 2단 전하 균일 장치는 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리 셀의 전위를 입력으로 갖는 멀티플렉서(multiplexer) 및 상기 멀티플렉서의 출력과 연결된 전압센서를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 9항에 있어서,

상기 멀티플렉서는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되며, 상기 전압센서에 의해 측정된 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리 셀의 전위는 상기 마이크로프로세서에 입력되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1DC-DC 컨버터는 부귀환 회로(negative feedback)가 구비된DC-DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 1항에 있어서,

상기 2단 전하 균일 장치는 상기 제 1DC-DC 컨버터 및 제 2DC-DC 컨버터 각각의 동작(on/off)을 제어하는 스위치 소자가 구비되며, 상기 스위치 소자는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 12항에 있어서,

상기 스위치 소자는 상기 마이크로프로세서에서 생성된 PWM 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 장치.
제 1항 내지 제 13항에서 선택된 어느 한 항의 전하 균일 장치를 이용한 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법에 있어서,

(a) 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 셀 각각의 전위를 측정하여 측정된 전위의 차이를 기반으로 배터리 스트링의 전하 균일화의 수행 여부를 결정하는 단계;

(b) 배터리 스트링의 전하 균일화가 수행되는 경우, 상기 측정된 전위를 기반으로 저충전된 배터리 셀을 선택하는 단계;

(c) 제 2DC-DC 컨버터의 음 및 양의 두 출력의 방향이 제어되며, 상기 저충전된 배터리셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터의 두 출력이 병렬 연결되는 단계;

(d) 상기 제 2DC-DC 컨버터를 동작시키는 단계; 및

(e) 제 1DC-DC 컨버터를 동작시켜 상기 저충전된 배터리 셀을 충전시키는 단계;

를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법.
제 14항에 있어서,

(c) 단계는

상기 저충전된 배터리 셀에 제 2DC-DC 컨버터의 음 또는 양의 두 출력이 선택적으로 인가되도록 제어하고, 상기 저 충전된 배터리 셀과 상기 제 2DC-DC 컨버터의 두 출력 사이에 전류 이동경로가 형성되도록 제어함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법.
제 14항에 있어서,

(e) 단계는

상기 제 1DC-DC 컨버터의 동작이 중지되며(off) 제 1DC-DC 컨버터에 저장된 자기 에너지가 제 2DC-DC 컨버터로 이동하며, 제 2DC-DC 컨버터는 일정한 듀티비(duty ratio)로 동작(on)하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법.
제 14항에 있어서,

상기 전하 균일 방법은 상기 (a) 단계에서 상기 배터리 스트링을 구성하는 모든 배터리 각각의 전위가 측정되며,

상기 (b) 내지 (e)의 단계가 상기 배터리 스트링을 구성하며 직렬 연결된 다수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 모듈별로 서로 독립적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법.
제 14항에 있어서,

(e) 단계의

상기 저충전된 배터리 셀의 충전은 상기 제 1DC-DC 컨버터의 입력인 전체 배터리 스트링의 전위에 기인한 것을 특징으로 하는 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법.