KR101164629B1 - 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치 - Google Patents

직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101164629B1
KR101164629B1 KR1020070104033A KR20070104033A KR101164629B1 KR 101164629 B1 KR101164629 B1 KR 101164629B1 KR 1020070104033 A KR1020070104033 A KR 1020070104033A KR 20070104033 A KR20070104033 A KR 20070104033A KR 101164629 B1 KR101164629 B1 KR 101164629B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
converter
charge
module
control switch
Prior art date
Application number
KR1020070104033A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090038641A (ko
Inventor
문건우
박홍선
김철호
장수엽
오전근
이중휘
Original Assignee
한국과학기술원
에스케이이노베이션 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원, 에스케이이노베이션 주식회사 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020070104033A priority Critical patent/KR101164629B1/ko
Priority to US12/681,990 priority patent/US8354825B2/en
Priority to JP2010529865A priority patent/JP5221665B2/ja
Priority to CN2008801114820A priority patent/CN101821920B/zh
Priority to EP08839069.5A priority patent/EP2201659B1/en
Priority to PCT/KR2008/006103 priority patent/WO2009051413A2/en
Publication of KR20090038641A publication Critical patent/KR20090038641A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101164629B1 publication Critical patent/KR101164629B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits

Abstract

직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 본 발명의 2단 전하 균일 장치는 복수의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2)개의 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 M개의 배터리 모듈 각각에 병렬로 연결된 M개의 충전제어 스위치 모듈; 상기 M개의 충전제어 스위치 모듈 각각에 연결된 M개의 제 2 DC/DC 컨버터; 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터와 연결된 단일한 제 1 DC/DC 컨버터; 및 상기 충전제어 스위치 모듈을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성되어,
상기 제 1 DC/DC 컨버터는 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 하여 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하고, 상기 제 2 DC/DC 컨버터는 상기 충전제어 스위치 모듈에 의해 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 공유되는 특징이 있다.
본 발명의 2단 전하 균일 장치는 전체 배터리를 모듈로 나누고, 배터리 모듈별로 DC/DC 컨버터를 공유하는 특징에 의해 전하 균일 장치의 복잡성을 줄임과 동시에 효율적인 전하 균일을 얻을 수 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는 DC/DC 컨버터의 입력과 연결되는 단일한 DC/DC 컨버터를 갖는 2단 DC/DC 컨버터의 구성에 의해, 통상적으로 높은 전압 스트레스를 갖는 DC/DC 컨버터 및 제어 스위치의 전압 스트레스를 획기적으로 감소시키는 효과가 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는 DC/DC 컨버터가 개별 배터리와 병렬로 연결됨으로써 종래의 각 배터리에 충전회로가 구비된 것과 같은 충전 효율을 갖는 장점이 있다.
전하 균일, 배터리, DC/DC 컨버터

Description

직렬 연결 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 2단의 DC/DC 컨버터를 사용하는 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 존 재하게 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/D 변환부에서 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.
본 발명의 2단 전하 균일 장치는 전체 배터리를 모듈로 나누고, 배터리 모듈별로 DC/DC 컨버터를 공유하는 특징에 의해 전하 균일 장치의 복잡성을 줄임과 동시에 효율적인 전하 균일을 얻을 수 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는 DC/DC 컨버 터의 입력과 연결되는 단일한 DC/DC 컨버터를 갖는 2단 DC/DC 컨버터의 구성에 의해, 통상적으로 높은 전압 스트레스를 갖는 DC/DC 컨버터 및 제어 스위치의 전압 스트레스를 획기적으로 감소시키는 효과가 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는 DC/DC 컨버터가 개별 배터리와 병렬로 연결됨으로써 종래의 각 배터리에 충전회로가 구비된 것과 같은 충전 효율을 갖는 장점이 있다.
상술한 문제점을 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 것이다.
직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 본 발명의 2단 전하 균일 장치는 복수의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2)개의 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 M개의 배터리 모듈 각각에 병렬로 연결된 M개의 충전제어 스위치 모듈; 상기 M개의 충전제어 스위치 모듈 각각에 연결된 M개의 제 2 DC/DC 컨버터; 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터와 연결된 단일한 제 1 DC/DC 컨버터; 및 상기 충전제어 스위치 모듈을 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성되어, 상기 제 1 DC/DC 컨버터는 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 하여 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하고, 상기 제 2 DC/DC 컨버터는 상기 충전제어 스위치 모듈에 의해 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 공유되는 특징이 있다.
상기 M 개의 제 2 DC/DC 컨버터의 입력은 상기 제 1 DC/DC 컨버터의 출력에 각각 병렬 연결된 것이 바람직하며, 상기 제 2 DC/DC 컨버터의 출력은 상기 충전제어 스위치 모듈에 의해 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 DC/DC 컨버터는 부귀환 회로(negative feedback)가 구비된 DC/DC 컨버터인 것이 바람직하다.
상기 2단 전하 균일 장치는 상기 제 1 DC/DC 컨버터 및 제 2 DC/DC 컨버터 각각 DC/DC 컨버터의 동작(on/off)을 제어하는 스위치 소자가 구비되어, 상기 스위치 소자가 상기 마이크로프로세서에서 생성된 PWM 신호 또는 PWM 전용 제어칩에서 생성된 PWM에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
상기 충전제어 스위치 모듈은 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치 또는 다이오드가 구비된 단방향 MOSFET 스위치를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 충전제어 스위치 모듈은 상기 배터리 모듈을 구성하는 직렬 연결된 배터리가 K개일 때, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리의 음극과 양극에 각각 연결된 2K개의 스위치 소자를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 양방향 또는 단방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 턴온시 가해지는 Vgs는 상기 배터리 모듈의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위인 특징이 있다. 또한, 상기 양방향 또는 단방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 전자식 릴레이 소자가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 전자식 릴레이는 Solid state relay 또는 Optocoupler이며, 바람직하게는 발광다이오드와 수광소자를 포함하여 구성된다. 상기 발광다이오드는 충전제어 스위치 모듈을 제어하기 위한 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 발광하게 된다.상기 수광소자는 BJT일 수 있으며, 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.
상기 2단 전하 균일 장치는 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리의 전위를 입력으로 갖는 멀티플렉서(multiplexer) 및 상기 멀티플렉서의 출력과 연결된 전압센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 멀티플렉서는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되며, 상기 전압센서에 의해 측정된 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리의 전위는 상기 마이크로프로세서에 입력되는 것이 바람직하다.
직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 본 발명의 전하 균일 방법은 복수의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2)개의 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 M개의 배터리 모듈 각각에 병렬로 연결된 M개의 충전제어 스위치 모듈; 상기 M개의 충전제어 스위치 모듈 각각에 연결된 M개의 제 2 DC/DC 컨버터; 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터와 연결된 단일한 제 1 DC/DC 컨버터; 멀티플렉서, 전압 센서 및 A/D 컨버터를 포함하는 전압센싱 모듈; 및 상기 충전제어 스위치 모듈, 상기 멀티플렉서, 상기 제 1 DC/DC 컨버터 및 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성된 2단 전하 균일 장치의 전하 균일 방법에 있어서, (a) 상기 전압센싱 모듈을 이용하여 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각의 전위를 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 전위를 기반으로 저충전된 배터리를 선택하는 단계; (c) 상기 저충전된 배터리와 상기 제 2 DC/DC 컨버터의 출력이 병렬 연결되도록 상기 충전제어 스위치 모듈을 제어하는 단계; (d) 상기 제 2 DC/DC 컨버터를 동작시키는 단계; 및 (e) 상기 제 1 DC/DC 컨버터를 동작시켜 상기 저충전된 배터리를 충전시키는 단계;를 포함하여 수행되는 특징이 있다.
상기 전하 균일 방법은 상기 (a) 단계에서 상기 배터리 스트링을 구성하는 모든 배터리 각각의 전위가 측정되며, 상기 (b) 내지 (e)의 단계가 상기 배터리 모듈별로 서로 독립적으로 진행될 수 있다.
상기 전하 균일 방법은 상기 M 개의 제 2 DC/DC 컨버터의 입력이 상기 제 1 DC/DC 컨버터의 출력에 병렬 연결되고, 상기 제 2 DC/DC 컨버터의 출력은 상기 충전제어 스위치 모듈에 의해 상기 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리와 병렬 연결되는 것을 특징이 있으며, 상기 제 1 DC/DC 컨버터의 입력은 상기 배터리 스트링의 전체 전위이며, 상기 (e) 단계의 충전은 상기 배터리 스트링의 전체 전위에 기인하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 DC/DC 컨버터의 출력은 입력된 상기 배터리 스트링의 전체 전위 보다 낮은 특징이 있다.
상기 전하 균일 방법은 동일한 상기 배터리 모듈에 속하는 배터리의 경우, 동일한 상기 제 2 DC/DC 컨버터에 의해 배터리가 충전되는 특징이 있다.
본 발명의 2단 전하 균일 장치 및 방법은 전체 배터리를 모듈로 나누고, 배터리 모듈별로 DC/DC 컨버터를 공유하는 특징에 의해 전하 균일 장치의 복잡성을 줄임과 동시에 효율적인 전하 균일을 얻을 수 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는 DC/DC 컨버터의 입력과 연결되는 단일한 DC/DC 컨버터를 갖는 2단 DC/DC 컨버터의 구성에 의해, 통상적으로 높은 전압 스트레스를 갖는 DC/DC 컨버터 및 제어 스위치의 전압 스트레스를 획기적으로 감소시키는 효과가 있으며, 배터리 모듈별로 공유되는 DC/DC 컨버터가 개별 배터리와 병렬로 연결됨으로써 종래의 각 배터리에 충전회로가 구비된 것과 같은 충전 효율을 갖는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 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.
그리고, 하기의 설명에서 설명의 명확함을 위해 장치 내의 직렬 연결된 배터리의 전체 스트링을 배터리 스트링으로 통칭하고, 상기 복수의 배터리가 직렬로 연결된 배터리 스트링의 일부분을 배터리 모듈로 통칭하며, 단일한 상기 배터리 모듈을 구성하는 임의의 단일한 배터리를 배터리 셀로 통칭한다.
도 1은 본 발명의 2단 전하 균일 장치 구성도의 일 예이며, 도 1을 기반으로 본 발명의 핵심 특징을 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 2단의 DC-DC 컨버터(1110, 1120)에 스위치 모듈(1130)을 사용한 2단 전하 균일 장치다. 배터리 스트링(1140)은 M개의 배터리 모듈(1141~1146)으로 구성되며, 각 배터리 모듈은 K개의 배터리가 직렬 연결된 것이며, 일 예로 3번째 배터리 모듈(BM3)은 배터리(B3,1)~배터리(B3,K)로 구성되게 된다. M개의 배터리 모듈(1141~1146) 각각에는 충전제어 스위치 모듈(1131~1136)이 연결되어 있으며, M 개의 스위치 모듈(1131~1136) 각각에는 2번째 단의 DC/DC 컨버터(1120)를 구성하는 DC/DC 컨버터(1121~1126)가 연결되어 있다. 따라서 M개의 배터리 모듈에는 M개의 스위치 모듈 및 M개의 DC/DC 컨버터가 구비되게 된다. 2번째 단의 DC/DC 컨버터(1120)의 모든 입력은 1번째 단의 DC/DC 컨버터(1110)의 출력에 도 1과 같이 병렬로 연결되게 된다. 2번째 단을 구성하는 DC/DC 컨버터와는 달리 1 번째 단의 DC/DC 컨버터(1110)는 입력으로 배터리 스트링의 전체 전위가 연결된 단일한 DC/DC 컨버터(1110)로 구성되게 된다. 이때, 도 1에서 모든 배터리 모듈에서 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 수가 K개로 동일하다고 가정하였으나, 이는 설명의 용이함을 위함이며, 배터리 모듈별로 배터리 셀의 수가 달라도(K가 달라도) 무방하다.
상기 스위치 모듈(1130)은 충전제어 스위치 모듈(1131~1136)로 구성되며, 상기 충전제어 스위치 모듈(1131~1136)은 상기 2번째 단의 DC/DC 컨버터를 배터리 셀이 공유하기 위한 전류 경로를 제공하게 된다. 상세하게는 3번째 배터리 모듈(BM3)에 속하는 배터리 셀(B3,1~B3,K)의 전하 균일화를 예로 들어, 배터리 셀(B3,3)의 전하 균일화가 수행되는 경우, 충전제어 스위치 모듈(1133)에 의해 해당 배터리 셀(B3,3)과 2번째 단에 속하는 DC/DC 컨버터(1123)의 출력이 연결되어 전하 이동 경로를 제공하게 되고, 1번째 단의 DC/DC 컨버터(1110)에 연결된 배터리 스트링의 전체 전위에 의해 배터리 셀(B3,3)의 전하 균일화가 수행되게 되는 것이다.
이때, 1번째 단의 DC/DC 컨버터(1110)는 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는 DC/DC 컨버터인 것이 바람직하다. 이와 같은 1번째 단의 DC/DC 컨버터(1110)와 배터리 스트링이 아닌 배터리 모듈 개념의 전하 균일화에 의해 상기 충전제어 스위치 모듈(1130)을 구성하는 스위치 소자는 저전압의 양방향 스위치 소자 또는 저전압의 단방향 스위치 소자를 사용하여 구성될 수 있다.
즉, 1번째 단의 DC-DC 컨버터(1110)는 입력으로 배터리 스트링의 전체 전위 를 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 셀의 선택은 충전 제어 스위치를 통해 이뤄진다.
도 1과 같이, 본 발명의 핵심 특징은 2번째 단의 DC-DC 컨버터(1120)의 수를 줄이기 위해 배터리 셀이 DC-DC 컨버터를 공유할 수 있도록 충전 제어 스위치 모듈(1131~1136)을 채용한 것이며, 충전 제어 스위치 모듈을 구성하는 스위치 소자 및 2번째 단의 DC-DC 컨버터의 전압 스트레스를 줄이고, 효과적인 전하 균일을 얻기 위해 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하는 DC/DC 컨버터를 1번째 단에 구성하고, 전체 배터리를 M개의 배터리 모듈로 나누어 배터리 모듈별로 전하의 균일화를 얻을 수 있게 한 것이다.
보다 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 컨버터 를 사용한 것이다. 또한 배터리 스트링을 일정 배터리 수만큼 모듈 별로 묶어, 배터리 모듈 간에도 공통의 DC-DC 컨버터를 사용하고, 모듈 간의 DC-DC 컨버터에서 나오는 출력 전류는 간단한 스위치 제어를 통해 전류 경로를 만들어 줄 수 있는 충전 제어 스위치를 통해 배터리 셀 쪽으로 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 충전 제어 스위치만을 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 배터리의 전위를 측정하는 전압 센싱 모듈(2100)은 통상적인 전압 센싱 모듈을 사용하여도 무방하나 바람직하게는 배터리 스트링을 구성하는 개별 배터리의 전위를 입력으로 한 멀티플렉서(MUX, 2110) 및 멀티플렉서의 출력과 연결된 캐패시터(2120)가 구비된 것이 바람직하다. 캐패시터(2120)를 통해 측정된 개별 배터리의 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 제어되 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 조절하여 개별 배터리의 전위를 측정하고, 입력받은 개별 배터리의 전위를 기반으로 저충전된 배터리 셀을 결정하고, 스위치 모듈(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. 이때, 바람직하게는 스위치 모듈(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.
도 3은 3번째 배터리 모듈(1143, BM3)의 2번째 배터리 셀(B3,2)을 중심으로 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 일 회로도를 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 충전제어 스위치 모듈(1133)을 통해 연결된다. 상기 충전제어 스위치 모듈(1133)은 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 릴레이가 연결 되어 있다.
상기 전자식 릴레이는 Solid state relay 또는 Optocoupler이며, 바람직하게는 도 3에 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 충전제어 스위치 모듈(1133)을 제어하기 위한 마이크로프로세서(2220)의 제어신호에 의해 발광하게 되고, 상기 발광다이오드의 발광에 의해 BJT가 턴온되어 충전제어 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 턴온 전압이 가해지게 된다. 이때, 도 3에 도시한 바와 같이 충전제어 스위치를 구성하는 MOSFET을 턴온시키는 Vgs(Vgs는 MOSFET의 소스전압을 기준으로 한 게이트 전압이다)는 배터리 모듈의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위로, 도 3의 경우 3개의 배터리가 직렬 연결된 전위가 MOSFET을 턴온시 인가되는 Vgs가 된다. 이와 같이 충전제어 스위치 모듈(1133)을 구성하는 각각의 스위치를 구동시키는 전원으로 배터리 모듈의 일부 전압이 사용되는 것이다.
상술한 바와 같이 충전제어 스위치 모듈(1133)은 도 3과 같이 배터리 전압을 전원 장치로 사용하고, 신뢰도가 높은 ON, OFF 스위치 동작을 하는 것이 바람직하다.
도 3과 같이 저충전된 배터리 셀(B3,2)이 결정 되어 그에 해당하는 충전제어 스위치 모듈(1133)의 스위치가 켜져 있고, 그 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 사용 되므로 부귀환 회로를 걸어 일정 전압으로 유지 해 주어야 한다. 그리고 2번째 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 충전제어 스위치 모듈(1133)의 스위치가 켜져 있는 배터리 셀로만 이동함으로써 원하는 배터리로의 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, 본 발명에서는 저전압의 충전제어 스위치를 각 배터리 셀마다 연결하여 신뢰도가 높은 배터리 셀 전압 제어를 이루기 위해 2단의 DC-DC 컨버터를 사용하여, 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 전압이 아닌 1번째 단의 DC-DC 컨버터에서 전체 전압을 낮은 전압으로 낮춘 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 전압만을 내압으로 가지는 저전압의 충전 제어 스위치를 사용할 수 있는 장점을 갖게 된다.
도 4는 본 발명의 2단 전하 균일 장치에서 M번째 배터리 모듈(1146, BMM)에 연결되는 충전제어 스위치 모듈(1136)을 도시한 일 예이다. 충전제어 스위치 모듈(1136)으로 사용할 수 있는 제어기로는 양방향 MOSFET 스위치(도 4(a)) 또는 단방향 MOSFET 스위치를 다이오드와 같이 사용(도 4(b))하는 두 방법이 있다. 이 때 사용하는 제어기의 전류 제어 방향은 하나의 방향으로써, 양방향 스위치나 단방향 스위치에 다이오드를 사용할 경우 동작에 따라 전류 흐름이 한쪽 방향으로만 설정된다. 이때, 상기 충전제어 스위치 모듈은 상기 배터리 모듈을 구성하는 직렬 연결된 배터리가 K개일 때, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리의 음극과 양극에 각각 연결된 2K개의 스위치 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치. 도 4는 K/2개의 배터리로 구성된 배터리 모듈의 경우이며, 이때, K개의 스위치 소자를 포함하여 충전제어 스위치 모듈이 구성된다.
도 5를 기반으로 본 발명의 전하 균일 방법을 상세히 설명하고자 한다. 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 본 발명의 전하 균일 방법은 복수의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2)개의 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 M개의 배터리 모듈 각각에 병렬로 연결된 M개의 충전제어 스위치 모듈; 상기 M개의 충전제어 스위치 모듈 각각에 연결된 M개의 제 2 DC/DC 컨버터; 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터와 연결된 단일한 제 1 DC/DC 컨버터; 멀티플렉서, 전압 센서 및 A/D 컨버터를 포함하는 전압센싱 모듈; 및 상기 충전제어 스위치 모듈, 상기 멀티플렉서, 상기 제 1 DC/DC 컨버터 및 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성된 2단 전하 균일 장치, 바람직하게는 도 1 내지 도 4의 전하 균일 장치의 전하 균일 방법에 있어서, (a) 상기 전압센싱 모듈을 이용하여 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각의 전위를 측정하는 단계(s10, s20, s30); (b) 마이크로프로세서에서 측정된 각 배터리 전위를 입력받아 상기 측 정된 전위를 기반으로 저충전된 배터리를 선택하는 단계(s40); (c) 상기 저충전된 배터리와 상기 제 2 DC/DC 컨버터의 출력이 병렬 연결되도록 상기 충전제어 스위치 모듈을 제어하는 단계; (d) 상기 제 2 DC/DC 컨버터를 동작시키는 단계(s50, s60); 및 (e) 상기 제 1 DC/DC 컨버터를 동작시켜 상기 저충전된 배터리를 충전시키는 단계(s60, s70, s80);를 포함하여 수행되는 특징이 있다.
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.
또한, 상기 (b) 내지 (e)의 단계가 마이크로프로세서의 제어에 의해 상기 배터리 모듈별로 서로 독립적으로 진행될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 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 3은 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 일 회로도의 일부분이며,
도 4는 본 발명의 2단 전하 균일 장치의 충전제어 스위치 모듈의 일 회로도이며,
도 5는 본 발명의 2단 전하 균일 방법을 도시한 일 순서도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1140 : 배터리 스트링 1141~1146 : 배터리 모듈
1130 : 스위치 모듈 1131~1136 : 충전제어 스위치 모듈
1120 : 2번째 단의 DC/DC 컨버터 1121~1126 : DC/DC 컨버터
1110 : 1번째 단의 DC/DC 컨버터
2100 : 전압 센싱 모듈 2200 : 마이크로프로세서
2110 : 멀티플렉서 2120 : 캐패시터
2130 : 아날로그-디지털 컨버터

Claims (19)

  1. 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 장치에 있어서,
    복수의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈;
    M(M≥2)개의 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링;
    상기 M개의 배터리 모듈 각각에 병렬로 연결된 M개의 충전제어 스위치 모듈;
    상기 M개의 충전제어 스위치 모듈 각각에 연결된 M개의 제 2 DC/DC 컨버터;
    상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터와 연결된 단일한 제 1 DC/DC 컨버터; 및
    상기 충전제어 스위치 모듈을 제어하는 마이크로프로세서;
    를 포함하여 구성되어,
    상기 제 1 DC/DC 컨버터는 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 하여 입력된 전위보다 낮은 전위를 출력하며, 상기 M 개의 제 2 DC/DC 컨버터의 입력은 상기 제 1 DC/DC 컨버터의 출력에 병렬 연결되고, 상기 제 2 DC/DC 컨버터의 출력은 상기 충전제어 스위치 모듈에 의해 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결되어, 상기 제 2 DC/DC 컨버터가 상기 충전제어 스위치 모듈에 의해 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 공유되는 2단 전하 균일 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 DC/DC 컨버터는 부귀환 회로(negative feedback)가 구비된 DC/DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 2단 전하 균일 장치는 상기 제 1 DC/DC 컨버터 및 제 2 DC/DC 컨버터 각각 DC/DC 컨버터의 동작(on/off)을 제어하는 스위치 소자가 구비되는 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스위치 소자는 상기 마이크로프로세서에서 생성된 PWM 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 충전제어 스위치 모듈은 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치 또는 다이오드가 구비된 단방향 MOSFET 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 충전제어 스위치 모듈은 상기 배터리 모듈을 구성하는 직렬 연결된 배터리가 K개일 때, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리의 음극과 양극에 각각 연결된 2K개의 스위치 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 양방향 또는 단방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 턴온시 가해지는 Vgs는 상기 배터리 모듈의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위인 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 양방향 또는 단방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 전자식 릴레이가 구비된 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전자식 릴레이는 발광다이오드와 수광소자를 포함하여 구성되며, 상기 발광다이오드는 충전제어 스위치 모듈을 제어하기 위한 마이크로프로세서의 제어신 호에 의해 발광하는 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 2단 전하 균일 장치는 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리의 전위를 입력으로 갖는 멀티플렉서(multiplexer) 및 상기 멀티플렉서의 출력과 연결된 전압센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되며, 상기 전압센서에 의해 측정된 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리의 전위는 상기 마이크로프로세서에 입력되는 것을 특징으로 하는 2단 전하 균일 장치.
  14. 복수의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2)개의 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 M개의 배터리 모듈 각각에 병렬로 연결된 M개의 충전제어 스위치 모듈; 상기 M개의 충전제어 스위치 모듈 각각에 연결된 M개의 제 2 DC/DC 컨버터; 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터와 연결된 단일한 제 1 DC/DC 컨버터; 멀티플렉서, 전압 센서 및 A/D 컨버터를 포함하는 전압센싱 모듈; 및 상기 충전제어 스위치 모듈, 상기 멀티플렉서, 상기 제 1 DC/DC 컨버터 및 상기 M개의 제 2 DC/DC 컨버터를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하여 구성된 2단 전하 균일 장치의 전하 균일 방법에 있어서,
    (a) 상기 전압센싱 모듈을 이용하여 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각의 전위를 측정하는 단계;
    (b) 상기 측정된 전위를 기반으로 저충전된 배터리를 선택하는 단계;
    (c) 상기 저충전된 배터리와 상기 제 2 DC/DC 컨버터의 출력이 병렬 연결되도록 상기 충전제어 스위치 모듈을 제어하는 단계;
    (d) 상기 제 2 DC/DC 컨버터를 동작시키는 단계; 및
    (e) 상기 제 1 DC/DC 컨버터를 동작시켜 상기 저충전된 배터리를 충전시키는 단계;
    를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전하 균일 방법.
  15. 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 모듈별로 서로 독립적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 전하 균일 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 전하 균일 방법은 상기 M 개의 제 2 DC/DC 컨버터의 입력이 상기 제 1 DC/DC 컨버터의 출력에 병렬 연결되고, 상기 제 2 DC/DC 컨버터의 출력은 상기 충전제어 스위치 모듈에 의해 상기 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리와 병렬 연 결되는 것을 특징으로 하는 전하 균일 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 DC/DC 컨버터의 입력은 상기 배터리 스트링의 전체 전위이며, 상기 (e) 단계의 충전은 상기 배터리 스트링의 전체 전위에 기인하는 것을 특징으로 하는 전하 균일 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 DC/DC 컨버터의 출력은 입력된 상기 배터리 스트링의 전체 전위 보다 낮은 것을 특징으로 하는 전하 균일 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 전하 균일 방법은 동일한 상기 배터리 모듈에 속하는 배터리의 경우, 동일한 상기 제 2 DC/DC 컨버터에 의해 배터리가 충전되는 것을 특징으로 하는 전하 균일 방법.
KR1020070104033A 2007-10-16 2007-10-16 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치 KR101164629B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070104033A KR101164629B1 (ko) 2007-10-16 2007-10-16 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치
US12/681,990 US8354825B2 (en) 2007-10-16 2008-10-16 Two-stage charge equalization method and apparatus for series-connected battery string
JP2010529865A JP5221665B2 (ja) 2007-10-16 2008-10-16 直列接続バッテリーストリングのための２段式均等充電装置
CN2008801114820A CN101821920B (zh) 2007-10-16 2008-10-16 用于串联电池组的两级式充电均衡方法和装置
EP08839069.5A EP2201659B1 (en) 2007-10-16 2008-10-16 Two-stage charge equalization method and apparatus for series-connected battery string
PCT/KR2008/006103 WO2009051413A2 (en) 2007-10-16 2008-10-16 Two-stage charge equalization method and apparatus for series-connected battery string

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070104033A KR101164629B1 (ko) 2007-10-16 2007-10-16 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090038641A KR20090038641A (ko) 2009-04-21
KR101164629B1 true KR101164629B1 (ko) 2012-07-11

Family

ID=40567960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070104033A KR101164629B1 (ko) 2007-10-16 2007-10-16 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8354825B2 (ko)
EP (1) EP2201659B1 (ko)
JP (1) JP5221665B2 (ko)
KR (1) KR101164629B1 (ko)
CN (1) CN101821920B (ko)
WO (1) WO2009051413A2 (ko)

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101077154B1 (ko) * 2008-04-22 2011-10-27 한국과학기술원 직렬연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치
KR101093597B1 (ko) * 2009-01-30 2011-12-15 한국과학기술원 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치
US20100213897A1 (en) * 2009-02-23 2010-08-26 Lawrence Tze-Leung Tse Battery-Cell Converter Management Systems
CN102577017A (zh) * 2009-09-16 2012-07-11 国家半导体公司 用于电池或其它电力供应的有源单元及模块平衡
US8339100B2 (en) * 2009-09-29 2012-12-25 O2Micro Inc Systems and methods for cell balancing
DE102009046501A1 (de) * 2009-11-06 2011-05-12 SB LiMotive Company Ltd., Suwon Batteriesystem mit DC/DC-Umsetzern
JP5497421B2 (ja) * 2009-12-24 2014-05-21 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 多直列リチウムイオン二次電池情報伝達システム
KR101681055B1 (ko) * 2009-12-29 2016-11-30 삼성전자주식회사 복수의 공진기를 구비하는 공진 전력 수신 장치
US20120292987A1 (en) * 2010-01-27 2012-11-22 A123 Systems, Inc. System and Method Providing Power Within a Battery Pack
JP2011200095A (ja) * 2010-02-26 2011-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 電池システム
JP5584927B2 (ja) 2010-06-04 2014-09-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池制御装置および蓄電装置
JP2012049868A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 On Semiconductor Trading Ltd スイッチ回路
CN102013710B (zh) * 2010-09-29 2012-12-19 宁波市善亮新能源有限公司 具有高效充电及电压均衡功能的太阳能充电方法
CN102570531B (zh) * 2010-12-31 2014-10-01 中国移动通信集团甘肃有限公司 多级充电均衡控制装置及方法
CN102668315A (zh) * 2011-03-21 2012-09-12 上海中智能源科技有限公司 一种平衡蓄电池组中各电池放电的方法和装置
KR101232519B1 (ko) * 2011-04-13 2013-02-12 (주)모던텍 충전 장치
WO2012144674A1 (ko) * 2011-04-22 2012-10-26 Sk 이노베이션 주식회사 착탈 가능한 배터리 모듈, 이를 이용한 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법 및 장치
JP2013005459A (ja) * 2011-06-10 2013-01-07 Ntt Facilities Inc リチウムイオン組電池の管理装置および管理方法
JP5767873B2 (ja) * 2011-06-28 2015-08-26 株式会社東芝 蓄電装置および蓄電システム
WO2013061461A1 (ja) * 2011-10-28 2013-05-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 バッテリシステム
US20130127399A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-23 GM Global Technology Operations LLC Cell balancing system and method
CN102522602A (zh) * 2011-12-02 2012-06-27 苏州冠硕新能源有限公司 一种对相互串联的若干电池单元进行主动平衡的方法
CN102420447B (zh) * 2011-12-02 2013-12-11 上海交通大学 串联电池组的充放电复合型自动均衡电路及均衡方法
CN102522787A (zh) * 2011-12-02 2012-06-27 苏州冠硕新能源有限公司 电池管理系统
CN102832652A (zh) * 2011-12-29 2012-12-19 中航锂电（洛阳）有限公司 一种锂电池组主动均衡电路
CN102437619A (zh) * 2011-12-31 2012-05-02 广州市香港科大霍英东研究院 一种动力电池组双向平衡电路
CN102622072A (zh) * 2012-01-16 2012-08-01 浪潮电子信息产业股份有限公司 一种减少同压电源组使用量的方法
DE102012200804A1 (de) * 2012-01-20 2013-07-25 Continental Automotive Gmbh Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes
CN104094494B (zh) * 2012-02-09 2016-06-29 三菱电机株式会社 并联蓄电系统及其控制方法
KR20130091951A (ko) * 2012-02-09 2013-08-20 삼성에스디아이 주식회사 배터리 시스템, 이의 제어 방법 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템
FR2997577B1 (fr) * 2012-10-25 2015-12-04 IFP Energies Nouvelles Convertisseur d'equilibrage pour batteries comprenant des moyens de diagnostic
AT511890B1 (de) * 2012-11-14 2016-01-15 Avl List Gmbh Prüfanordnung für einen Energiespeicher
CN103001288B (zh) * 2012-11-20 2015-09-30 中航锂电（洛阳）有限公司 电池组充放电均衡方法、均衡装置及维护装置
CN104079017B (zh) * 2013-03-28 2016-08-03 比亚迪股份有限公司 一种电池管理装置、电源系统及电池均衡的方法
US10263434B2 (en) * 2013-03-29 2019-04-16 Nec Corporation Charge and discharge device, charge and discharge control method, and program
US10074995B2 (en) * 2013-06-28 2018-09-11 The Regents Of The University Of California Battery management converter system
CN103606998A (zh) * 2013-11-04 2014-02-26 江苏嘉钰新能源技术有限公司 一种采用动态基准的电池均压控制方法
JP6049603B2 (ja) * 2013-12-19 2016-12-21 株式会社日立製作所 電池制御システム及び電池制御方法
CN104901346B (zh) * 2014-03-05 2017-06-23 东莞钜威动力技术有限公司 电池管理系统
KR102222305B1 (ko) 2014-10-14 2021-03-03 삼성전자주식회사 배터리 관리 장치 및 방법
KR102305583B1 (ko) 2014-10-23 2021-09-27 삼성전자주식회사 배터리 충방전 장치
WO2016132309A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 Zee.Aero Inc. Electric vehicle power distribution system
CN104753136A (zh) * 2015-03-27 2015-07-01 西安后羿半导体科技有限公司 一种大容量锂电池均衡充电装置
WO2016209698A1 (en) 2015-06-26 2016-12-29 Amber Kinetics, Inc. Switching fabric for energy storage and power conversion
CN106329590A (zh) * 2015-06-28 2017-01-11 深圳市沃特玛电池有限公司 一种高安全可靠的主动均衡电路系统
KR101859007B1 (ko) * 2016-01-25 2018-06-27 계명대학교 산학협력단 Ldc의 전력효율 개선을 위해 병렬 구성을 이용한 제어방법 및 장치
CN107294366B (zh) * 2016-03-31 2022-05-06 法雷奥汽车内部控制（深圳）有限公司 预充电电路、直流-直流转换器和混合动力汽车
DE102016207272A1 (de) * 2016-04-28 2017-11-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schaltbares Speichersystem für ein Fahrzeug
CN106655317A (zh) * 2016-09-27 2017-05-10 武汉纺织大学 一种基于fpga架构的复合主动均衡电路
CN106786944B (zh) * 2016-12-31 2020-12-18 华为技术有限公司 一种串联电池组单体电池的采样电路、均衡电路及系统
US10992144B2 (en) * 2017-05-17 2021-04-27 Galley Power LLC Battery balancing and current control with bypass circuit for load switch
KR102150147B1 (ko) * 2017-05-24 2020-09-01 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치 및 방법
EP3610552B1 (en) 2017-06-12 2023-11-29 Gbatteries Energy Canada Inc. Battery charging through multi-stage voltage conversion
CN109217400B (zh) * 2017-07-05 2024-04-09 周锡卫 一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统的控制方法
JP6928347B2 (ja) * 2017-08-02 2021-09-01 ＮＥｘＴ−ｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社 管理装置、蓄電装置、蓄電システム、及び、電気機器
KR102202613B1 (ko) * 2017-09-27 2021-01-12 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR102308299B1 (ko) * 2017-11-06 2021-10-01 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법
DE102018105841B4 (de) * 2018-03-14 2024-01-25 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einer modularen Ladevorrichtung bei hohem Gesamtwirkungsgrad
CN111725854B (zh) * 2019-03-21 2021-06-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 储能系统及其控制方法和装置
CN110912235B (zh) * 2019-12-13 2021-11-02 阳光电源股份有限公司 储能系统及其均流方法
WO2022240415A1 (en) * 2021-05-13 2022-11-17 Green Cubes Technology, Llc Modular battery system with isolated equalizer
CN113708466B (zh) * 2021-10-25 2022-03-11 广东希荻微电子股份有限公司 一种电池充放电电路和终端设备
CN117175754B (zh) * 2023-11-03 2024-04-12 广东省洛仑兹技术股份有限公司 充电方法、装置及存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070012274A1 (en) 2005-06-23 2007-01-18 Honda Motor Co., Ltd. Air cleaner in all terrain vehicle

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0186480U (ko) * 1987-11-26 1989-06-08
DE3940928C1 (ko) 1989-12-12 1991-07-11 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De
JPH04275022A (ja) * 1991-03-04 1992-09-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 直流電力供給システムの起動方法
US5659237A (en) 1995-09-28 1997-08-19 Wisconsin Alumni Research Foundation Battery charging using a transformer with a single primary winding and plural secondary windings
JP3922655B2 (ja) 1996-07-12 2007-05-30 株式会社東京アールアンドデー 電源装置の制御システムおよび電源装置の制御方法
US5869950A (en) 1997-10-30 1999-02-09 Lockheed Martin Corp. Method for equalizing the voltage of traction battery modules of a hybrid electric vehicle
US6835491B2 (en) 1998-04-02 2004-12-28 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Battery having a built-in controller
KR20000057966A (ko) 1999-02-12 2000-09-25 오세광 충전용 배터리 관리기 및 그 관리기에 의한 충전용 배터리관리 방법
JP2001102132A (ja) * 1999-10-01 2001-04-13 D D K Ltd 電気コネクタ
US6583602B2 (en) * 2001-05-11 2003-06-24 Denso Corporation Vehicular power supply apparatus and method of controlling the same
JP2003102132A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Nisshinbo Ind Inc 蓄電電源装置及びその充電制御方法
KR100459991B1 (ko) 2002-04-10 2004-12-04 오우석 충전용 배터리 관리기
KR100451637B1 (ko) 2002-06-18 2004-10-08 오세광 충전용 배터리 관리기
KR100460893B1 (ko) 2002-08-23 2004-12-09 현대자동차주식회사 하이브리드 전기 자동차의 배터리 관리장치 및 방법
US7193392B2 (en) * 2002-11-25 2007-03-20 Tiax Llc System and method for determining and balancing state of charge among series connected electrical energy storage units
JP3979283B2 (ja) 2002-12-10 2007-09-19 株式会社デンソー 電源装置及びその制御方法
KR20050004544A (ko) 2003-07-03 2005-01-12 오세광 인공지능 배터리 관리기
JP2005151720A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd セルバランス補正装置、二次電池、セルバランス補正方法及びセルバランス補正プログラム
DE102004005136B4 (de) 2004-02-02 2008-05-08 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich der in Reihe geschalteten Kondensatoren eines Doppelschichtkondensators
DE202004021605U1 (de) * 2004-03-17 2009-08-06 Generex Gmbh Vorrichtung zur Ladeverteilung und Überwachung von mehreren Akkumulatoren
DE102004031216A1 (de) 2004-06-28 2006-01-19 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich in Reihe geschalteter Energiespeicher
KR100666817B1 (ko) 2005-01-14 2007-01-09 주식회사 엘지화학 배터리의 밸런싱 장치 및 방법
KR100704944B1 (ko) 2005-01-31 2007-04-06 주식회사 리버트론 전기 자동차용 배터리 관리 시스템
DE102005014285A1 (de) 2005-03-24 2006-10-05 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen eines Energiespeichers
TWM289925U (en) 2005-11-09 2006-04-21 Sino American Electronic Co Lt Smart-type battery charger with equalizer circuit
KR100991084B1 (ko) 2005-12-15 2010-10-29 주식회사 엘지화학 멀티 전지 팩 시스템 및 그 제어방법, 및 이를 이용한 전지팩
KR100727002B1 (ko) 2006-03-28 2007-06-14 넥스콘 테크놀러지 주식회사 하이브리드 자동차용 리튬 배터리의 발란싱 모듈
KR100860714B1 (ko) 2006-03-29 2008-09-29 주식회사 디에이텍 보조 전원 장치 및 그 제어 방법
US8129952B2 (en) * 2009-04-16 2012-03-06 Valence Technology, Inc. Battery systems and operational methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070012274A1 (en) 2005-06-23 2007-01-18 Honda Motor Co., Ltd. Air cleaner in all terrain vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011501639A (ja) 2011-01-06
WO2009051413A3 (en) 2009-07-16
CN101821920A (zh) 2010-09-01
US8354825B2 (en) 2013-01-15
CN101821920B (zh) 2013-01-09
EP2201659A2 (en) 2010-06-30
KR20090038641A (ko) 2009-04-21
WO2009051413A2 (en) 2009-04-23
US20100207579A1 (en) 2010-08-19
EP2201659B1 (en) 2016-05-25
EP2201659A4 (en) 2015-02-25
JP5221665B2 (ja) 2013-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101164629B1 (ko) 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치
KR101077154B1 (ko) 직렬연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치
US8723480B2 (en) Charge equalization apparatus for series-connected battery string using regulated voltage source
KR101076786B1 (ko) 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치 및방법
EP2201660B1 (en) Battery management system with integration of voltage sensor and charge equalizer
KR101934702B1 (ko) 에너지 뱅크 시스템
US9166431B2 (en) Battery charge circuit
US20160036251A1 (en) Quick low-voltage rechargeable battery
KR102196926B1 (ko) 복수의 배터리 셀의 직렬, 병렬 전환이 가능한 전력관리장치
US20130221899A1 (en) Battery charge circuit
KR20140111244A (ko) 배터리 충전 회로
CN109120046A (zh) 一种电池充电控制装置及存储设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150625

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180625

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190620

Year of fee payment: 8