KR101165593B1 - A cell balancing circuit device of battery management system using bidirectional dc-dc converter - Google Patents

A cell balancing circuit device of battery management system using bidirectional dc-dc converter Download PDF

Info

Publication number
KR101165593B1
KR101165593B1 KR1020120012571A KR20120012571A KR101165593B1 KR 101165593 B1 KR101165593 B1 KR 101165593B1 KR 1020120012571 A KR1020120012571 A KR 1020120012571A KR 20120012571 A KR20120012571 A KR 20120012571A KR 101165593 B1 KR101165593 B1 KR 101165593B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
cell
bidirectional
battery cells
converter
Prior art date
Application number
KR1020120012571A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
장성욱
Original Assignee
(주)이미지스테크놀로지
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 (주)이미지스테크놀로지 filed Critical (주)이미지스테크놀로지
Priority to KR1020120012571A priority Critical patent/KR101165593B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101165593B1 publication Critical patent/KR101165593B1/en
Priority to PCT/KR2013/001018 priority patent/WO2013119070A1/en

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
    • H02J7/0013—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
    • 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
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE: A cell balancing circuit apparatus of a battery management system is provided to minimize energy loss by employing a bidirectional DC-DC converter in each battery cell. CONSTITUTION: A battery cell(100) repeats charge and discharge with specified voltage. An energy bus part(200) is arranged to share surplus power through a plurality of battery cells. A control unit(300), which comprises a battery cell monitoring part(310) measuring and transmitting the potential of a battery cell, implements cell balancing control according to information on the charged state of a battery cell. A bidirectional DC-DC converter(400) implements active balancing of charge or discharge to a plurality of battery cells.

Description

양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치{A CELL BALANCING CIRCUIT DEVICE OF BATTERY MANAGEMENT SYSTEM USING BIDIRECTIONAL DC-DC CONVERTER}Cell balancing circuit device of battery management system using bi-directional DC-DC converter {A CELL BALANCING CIRCUIT DEVICE OF BATTERY MANAGEMENT SYSTEM USING BIDIRECTIONAL DC-DC CONVERTER}

본 발명은 셀 밸런싱 회로 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cell balancing circuit device, and more particularly to a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter.

일반적으로 배터리 전원을 기반으로 하는 전기 자동차 및 하이브리드 자동차는 그 운용을 위하여 요구되는 전압, 전류 에너지를 충족시키기 위하여 단위 배터리 팩을 직병렬 조합으로 구성하여 사용하고 있다. 다수의 배터리 셀로 구성되는 단위 배터리 팩은 외부 환경과 배터리 자체의 특성에 의하여 상태변화를 일으킬 수 있기 때문에, 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 이용하여 단위 배터리 팩의 상태를 항시 감시하고 관리하여야 한다. 여기서, 배터리 관리 시스템이 수행하는 매우 중요한 임무 중 하나가 배터리 셀 간의 전압 불균형을 해소하는 배터리 셀 밸런싱(Battery Cell Balancing)이다. 배터리 에너지원의 SOC(State of Charge) 밸런싱을 위해서는 배터리 셀 밸런싱이 이루어져야 하며, 배터리 셀 밸런싱의 방법으로는 저항(Resistance)을 이용하여 방전함으로써 전압을 조절하는 방법이 있다.
BACKGROUND ART In general, electric vehicles and hybrid vehicles based on battery power have used unit battery packs in series and parallel combinations to satisfy voltage and current energy required for operation thereof. Since a unit battery pack composed of a plurality of battery cells may cause a change in state due to the external environment and the characteristics of the battery itself, the state of the unit battery pack is constantly monitored and managed using a battery management system (BMS). shall. Here, one of the very important tasks performed by the battery management system is battery cell balancing to solve voltage unbalance between battery cells. In order to balance SOC (state of charge) of battery energy sources, battery cell balancing should be performed. As a method of battery cell balancing, a voltage is controlled by discharging using resistance.

통상 리튬 폴리머 배터리(Li-Polymer battery)를 직렬로 연결하여 원하는 전압을 출력하도록 구성되는 배터리는 충전과 방전을 거듭하면서 각 셀 전압의 불균형이 발생하는데, 이와 같은 불균형이 커지면 배터리 사용의 비효율성을 유발시키며, 수명을 감소시키는 원인이 된다. 이와 같은 배터리 셀의 전압 불균형을 방지하기 위해 BMS에서 셀 밸런싱 동작을 수행하여 셀 전압의 불균형을 예방한다.
In general, a battery configured to output a desired voltage by connecting a Li-Polymer battery in series generates an unbalance of each cell voltage while charging and discharging. Cause a decrease in lifespan. In order to prevent such a voltage imbalance of the battery cell, a cell balancing operation is performed in the BMS to prevent unbalance of the cell voltage.

도 1은 종래의 배터리 셀 밸런싱 방법을 위한 회로도를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리 셀 밸런싱 회로 장치는, 배터리 셀들 중 특정 셀의 전압이 다른 셀보다 높을 경우, 배터리 셀 양단에 병렬로 연결된 저항을 연결하여 해당 셀의 에너지를 저항을 통해 소비시킴으로써 전압을 감소시키고 있다.
1 is a circuit diagram for a conventional battery cell balancing method. As shown in FIG. 1, in the conventional battery cell balancing circuit device, when a voltage of one of the battery cells is higher than another cell, the battery cell balancing circuit connects a resistor connected in parallel to both ends of the battery cell to transmit the energy of the cell through the resistor. The voltage is reduced by consuming.

그러나 종래의 셀 밸런싱 방법은 배터리 셀들의 전압 중 가장 낮은 전압을 기준 전압으로 설정하고, 기준 전압보다 높은 셀 전압에 대해 저항을 연결하여 해당 셀 전압이 기준 전압과 근접할 때 저항을 개방하는 방식을 사용한다. 이와 같은 종래의 셀 밸런싱 방법은 기준 전압과의 편차량에 상관없이 저항을 연결함으로써, 실제의 에너지 소모를 통해 전압만 급격히 감소시킴으로써 셀 밸런싱의 비효율을 유발하고, 셀 밸런싱 시간을 증대시키는 문제점이 있었다. 셀 전압을 소비시키는 저항 방식의 셀 밸런싱 방법이 대한민국 공개특허 제10-2011-0048869호(PWM 제어방식을 사용한 리튬 폴리머 배터리의 셀 밸런싱 방법)에 개시된다.However, the conventional cell balancing method sets the lowest voltage among the voltages of the battery cells as a reference voltage, and connects a resistor to a cell voltage higher than the reference voltage to open the resistance when the cell voltage is close to the reference voltage. use. The conventional cell balancing method has a problem of inducing cell balancing inefficiency and increasing cell balancing time by connecting a resistor irrespective of the amount of deviation from the reference voltage, thereby rapidly reducing the voltage through actual energy consumption. . A resistance cell balancing method of consuming a cell voltage is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0048869 (cell balancing method of a lithium polymer battery using a PWM control method).

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 배터리 셀 각각에 병렬 접속하는 양방향 DC-DC 컨버터를 구성함으로써, 과충전 된 배터리 셀의 전압은 에너지 버스부로 방전되도록 제어하고, 저충전 된 배터리 셀은 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력이 해당 배터리 셀로 충전되도록 하여 셀 밸런싱이 이루어지도록 하며, 양방향 DC-DC 컨버터를 통한 셀 밸런싱은 액티브 방식으로 에너지 손실을 최소화하고, 동시 충방전이 가능한 구조를 제공하며, 셀 수량에 무관하게 시스템 구성이 용이하게 구현될 수 있도록 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention is proposed to solve the above problems of the conventionally proposed methods, by configuring a bi-directional DC-DC converter connected in parallel to each of the battery cells, the voltage of the overcharged battery cell is controlled to discharge to the energy bus unit In addition, the low-charged battery cell ensures that the surplus power shared by the energy bus unit is charged to the corresponding battery cell to achieve cell balancing, and cell balancing through the bidirectional DC-DC converter minimizes energy loss in an active manner. It is an object of the present invention to provide a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter, which provides a structure capable of charging and discharging and enabling a system configuration to be easily implemented regardless of the number of cells.

또한, 본 발명은, 에너지 손실이 최소화되는 액티브 방식으로 구현되는 양방향 DC-DC 컨버터를 단일 모듈로 구성하여 배터리 셀에 일대일 대응하도록 구성함으로써, 회로 손상 시에 손상된 모듈의 교체 및 효율적인 대처가 가능하고, 정확한 셀 밸런싱과 함께 배터리 수명 주기를 향상시킬 수 있도록 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention, by configuring a bi-directional DC-DC converter implemented in an active manner that minimizes energy loss as a single module to one-to-one correspond to the battery cells, it is possible to replace the damaged module and efficiently cope with a circuit damage It is another object of the present invention to provide a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter, which can improve battery life cycle with accurate cell balancing.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치는,A cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to a feature of the present invention for achieving the above object,

직렬 접속하는 복수의 배터리 셀;A plurality of battery cells connected in series;

상기 복수의 배터리 셀의 잉여 전력을 공유하기 위한 에너지 버스부;An energy bus unit for sharing surplus power of the plurality of battery cells;

상기 복수의 배터리 셀 각각에서 측정되는 셀 전위의 충전상태 정보에 따른 셀 밸런싱 제어를 수행하는 제어부; 및A controller configured to perform cell balancing control according to charge state information of a cell potential measured in each of the plurality of battery cells; And

상기 복수의 배터리 셀 각각에 병렬로 접속되어, 상기 제어부의 셀 밸런싱 제어신호에 따라 상기 복수의 배터리 셀에 대한 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 복수의 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
And a plurality of bidirectional DC-DC converters connected in parallel to each of the plurality of battery cells to perform active balancing of charging or discharging of the plurality of battery cells according to a cell balancing control signal of the controller. Features of the jacket.

바람직하게는, 상기 제어부는,Preferably, the control unit,

상기 복수의 배터리 셀을 모니터링하고, 각 배터리 셀의 전위를 측정하여 전송하는 배터리 셀 모니터링부를 포함하여 구성할 수 있다.
The battery cell may be configured to monitor the plurality of battery cells, and measure and transmit a potential of each battery cell.

더욱 바람직하게는, 상기 배터리 셀 모니터링부는,More preferably, the battery cell monitoring unit,

상기 복수의 배터리 셀에 각각이 연결 접속되는 복수로 구성하거나, 또는 하나의 단일 모듈로 구성할 수 있다.
Each of the plurality of battery cells may be configured to be connected to each other or may be configured as a single module.

바람직하게는, 상기 제어부는,Preferably, the control unit,

상기 복수의 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 제어의 수행 조건으로, 상기 복수의 배터리 셀에서 측정되는 셀 전위의 충전상태를 평균한 기준 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀에 대한 과충전 및 저충전을 판단하고, 상기 복수의 배터리 셀에 병렬 접속된 각각의 양방향 DC-DC 컨버터의 충전 또는 방전의 구동을 제어할 수 있다.
As a condition for performing cell balancing control for the plurality of battery cells, overcharge and low charge of the plurality of battery cells are determined based on a reference voltage averaged from a state of charge of cell potentials measured in the plurality of battery cells. The driving of the charging or discharging of each bidirectional DC-DC converter connected in parallel to the plurality of battery cells can be controlled.

더욱 바람직하게는, 상기 양방향 DC-DC 컨버터 각각은,More preferably, each of the bidirectional DC-DC converters,

상기 제어부의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀 중 과충전의 배터리 셀에 대에서는 잉여 전력을 상기 에너지 버스부로 방전하도록 하는 방전 경로를 형성하고,Forming a discharge path for discharging surplus power to the energy bus unit in an overcharged battery cell of the plurality of battery cells in response to a cell balancing control signal of the controller;

상기 제어부의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀 중 저충전의 배터리 셀에 대에서는 상기 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력을 충전 받을 수 있도록 하는 충전경로를 형성할 수 있다.
In response to a cell balancing control signal of the controller, a charging path may be configured to receive surplus power shared by the energy bus unit in a battery cell of low charge among the plurality of battery cells.

바람직하게는, 상기 복수의 양방향 DC-DC 컨버터는,Preferably, the plurality of bidirectional DC-DC converters,

상기 복수의 배터리 셀과 상기 에너지 버스부 사이에서 각각이 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 단위 모듈로 구성할 수 있다.
Each of the plurality of battery cells and the energy bus unit may be configured as a unit module for performing active balancing of charge or discharge.

바람직하게는, 상기 양방향 DC-DC 컨버터 각각은,Preferably, each of the bidirectional DC-DC converter,

상기 배터리 셀의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부로 전달하거나, 또는 상기 에너지 버스부의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀로 전달하는 트랜스포머;A transformer configured to transfer surplus power of the battery cell to the energy bus unit, or to transfer shared surplus power of the energy bus unit to the battery cell;

상기 배터리 셀과 트랜스포머 사이에 연결 접속되어, 상기 배터리 셀의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부로 전달할 때 동작하는 제1 스위처;A first switcher connected between the battery cell and a transformer, the first switcher operative to transfer surplus power of the battery cell to the energy bus unit;

상기 에너지 버스부와 트랜스포머 사이에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀로 전달할 때 동작하는 제2 스위처;A second switcher connected between the energy bus unit and a transformer, the second switcher operating when transferring the shared surplus power of the energy bus unit to the battery cell;

상기 제2 스위처에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부의 상태를 모니터링 하는 피드백 회로부; 및A feedback circuit portion connected to the second switcher and monitoring a state of the energy bus portion; And

상기 제어부의 셀 밸런싱 제어 수행을 위한 PWM 신호에 따라 상기 제1 스위처 또는 제2 스위처의 구동 선택을 위한 구동신호를 생성하여 출력하는 PWM 구동부를 포함하여 구성할 수 있다.
And a PWM driver for generating and outputting a driving signal for driving selection of the first switcher or the second switcher according to the PWM signal for performing the cell balancing control of the controller.

더욱 바람직하게는, 상기 제1 스위처는,More preferably, the first switcher,

상기 PWM 구동부에 게이트가 접속되고, 상기 배터리 셀의 (-)에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머에 드레인이 접속되는 MOSFET와, 상기 MOSFET의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드와, 상기 트랜스포머에 직렬과 병렬로 각각 접속하는 한 쌍의 다이오드, 및 상기 한 쌍의 다이오드 사이에 접속하는 스위치로 구성할 수 있다.
A gate connected to the PWM driver, a source connected to the negative of the battery cell, a drain connected to the transformer, a parasitic diode connected to the source and the drain of the MOSFET, and a series connected to the transformer. It can be comprised from a pair of diodes connected in parallel, and a switch connected between the pair of diodes.

더욱더 바람직하게는, 상기 제2 스위처는,Even more preferably, the second switcher,

상기 PWM 구동부에 게이트가 접속되고, 상기 에너지 버스부에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머에 드레인이 접속되는 MOSFET와, 상기 MOSFET의 소오드와 드레인에 접속하는 기생 다이오드와, 상기 트랜스포머에 병렬 접속하는 다이오드와, 상기 트랜스포머에 직렬로 다단 접속하는 2개의 다이오드와, 상기 2개의 다이오드 사이와 MOSFET의 소스에 병렬 접속하는 커패시터로 구성할 수 있다.A gate connected to the PWM driver, a source connected to the energy bus, a drain connected to the transformer, a parasitic diode connected to the source and the drain of the MOSFET, and a diode connected in parallel to the transformer And two diodes connected in series to the transformer in series, and a capacitor connected in parallel between the two diodes and the source of the MOSFET.

본 발명에서 제안하고 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에 따르면, 배터리 셀 각각에 병렬 접속하는 양방향 DC-DC 컨버터를 구성함으로써, 과충전 된 배터리 셀의 전압은 에너지 버스부로 방전되도록 제어하고, 저충전 된 배터리 셀은 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력이 해당 배터리 셀로 충전되도록 하여 셀 밸런싱이 이루어지도록 하며, 양방향 DC-DC 컨버터를 통한 셀 밸런싱은 액티브 방식으로 에너지 손실을 최소화하고, 동시 충방전이 가능한 구조를 제공하며, 셀 수량에 무관하게 시스템 구성이 용이하게 구현될 수 있도록 한다.
According to the cell balancing circuit device of the battery management system using the bidirectional DC-DC converter proposed in the present invention, by configuring a bidirectional DC-DC converter connected in parallel to each of the battery cells, the voltage of the overcharged battery cells to the energy bus unit Low-charged battery cells allow surplus power shared in the energy bus to be charged to the corresponding battery cells for cell balancing, and cell balancing through a bidirectional DC-DC converter minimizes energy loss in an active manner In addition, it provides a structure capable of simultaneous charging and discharging, and allows the system configuration to be easily implemented regardless of the number of cells.

또한, 본 발명에 따르면, 에너지 손실이 최소화되는 액티브 방식으로 구현되는 양방향 DC-DC 컨버터를 단일 모듈로 구성하여 배터리 셀에 일대일 대응하도록 구성함으로써, 회로 손상 시에 손상된 모듈의 교체 및 효율적인 대처가 가능하고, 정확한 셀 밸런싱과 함께 배터리 수명 주기를 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by configuring a bi-directional DC-DC converter implemented in an active manner that minimizes energy loss to a one-to-one correspondence to the battery cell, it is possible to replace the damaged module and cope efficiently in case of circuit damage In addition, it can improve battery life cycle with accurate cell balancing.

도 1은 종래의 배터리 셀 밸런싱 방법을 위한 회로도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 세부 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 제1 스위처와 제2 스위처에 대한 회로 설계의 일례를 도시한 도면.1 is a circuit diagram for a conventional battery cell balancing method.
2 is a block diagram showing the configuration of a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a bidirectional DC-DC converter in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an operation state of a bidirectional DC-DC converter in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an example of a circuit design for a first switcher and a second switcher in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a 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. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치는, 배터리 셀(100), 에너지 버스부(200), 제어부(300), 및 양방향 DC-DC 컨버터(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
2 is a block diagram illustrating a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention includes a battery cell 100, an energy bus unit 200, and a controller 300. , And a bidirectional DC-DC converter 400.

배터리 셀(100)은, 일정 전압으로 충전과 방전을 반복 수행하는 에너지원인 이차 전지이다. 배터리 셀(100)은 복수로 구성되어 직렬 접속된다. 이러한 배터리 셀(100)은 통상의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 또는 그 등가물일 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 즉, 복수의 배터리 셀(100)은 일정 이상의 전압을 출력하며, 반복적인 충전과 방전이 가능한 여러 형태의 2차 전지로 구비되고, 구동 전원을 공급하는 역할을 수행한다.
The battery cell 100 is a secondary battery that is an energy source that repeatedly performs charging and discharging at a predetermined voltage. The battery cells 100 are configured in plural and connected in series. The battery cell 100 may be a conventional lithium ion battery, a lithium polymer battery, or an equivalent thereof, but is not limited thereto. That is, the plurality of battery cells 100 outputs a predetermined voltage or more, and is provided with various types of secondary batteries capable of repeatedly charging and discharging, and serves to supply driving power.

에너지 버스부(200)는, 복수의 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 공유하기 위한 장치이다. 에너지 버스부(200)는 도 3 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 2개의 에너지 버스로 구성되며, 1개의 에너지 버스는 충전 경로를 형성하는 버스로 사용되고, 다른 1개의 에너지 버스는 방전 경로를 형성하는 버스로 사용된다.
The energy bus unit 200 is a device for sharing surplus power of the plurality of battery cells 100. The energy bus unit 200 is composed of two energy buses, as shown in Figures 3 to 5, one energy bus is used as a bus forming a charging path, the other energy bus forms a discharge path Used as a bus.

제어부(300)는, 복수의 배터리 셀(100) 각각에서 측정되는 셀 전위의 충전상태 정보에 따른 셀 밸런싱 제어를 수행하는 역할을 수행한다. 여기서, 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(100)을 모니터링하고, 각 배터리 셀(100)의 전위를 측정하여 전송하는 배터리 셀 모니터링부(310)를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 배터리 셀 모니터링부(310)는 복수의 배터리 셀(100)에 각각이 연결 접속되는 복수로 구성하거나, 또는 하나의 단일 모듈로 구성할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(100)에 대한 셀 밸런싱 제어의 수행 조건으로, 복수의 배터리 셀(100)에서 측정되는 셀 전위의 충전상태를 평균한 기준 전압을 기초로 복수의 배터리 셀(100)에 대한 과충전 및 저충전을 판단하고, 복수의 배터리 셀(100)에 병렬 접속된 각각의 양방향 DC-DC 컨버터(400)의 충전 또는 방전의 구동을 제어한다.
The controller 300 performs a cell balancing control according to the charging state information of the cell potential measured in each of the plurality of battery cells 100. Here, the controller 300 may include a battery cell monitoring unit 310 for monitoring the plurality of battery cells 100, and measuring and transmitting the potential of each battery cell 100. In this case, the battery cell monitoring unit 310 may be configured as a plurality of connected to each of the plurality of battery cells 100, or may be configured as a single module. In addition, the controller 300 is a condition for performing cell balancing control on the plurality of battery cells 100, and is based on a reference voltage obtained by averaging the state of charge of the cell potential measured in the plurality of battery cells 100. It determines overcharge and low charge for the cell 100, and controls the driving of charging or discharging of each bidirectional DC-DC converter 400 connected in parallel to the plurality of battery cells 100.

양방향 DC-DC 컨버터(400)는, 복수의 배터리 셀(100) 각각에 병렬로 접속되어, 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 따라 복수의 배터리 셀(100)에 대한 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 역할을 한다. 이러한 양방향 DC-DC 컨버터(400)의 액티브 밸런싱의 수행을 통해 에너지 손실을 최소화할 수 있음은 물론, 복수의 배터리 셀(100)에 대한 동시 충방전이 가능한 구조를 제공할 수 있게 된다. 또한, 양방향 DC-DC 컨버터(400) 각각은, 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 복수의 배터리 셀(100) 중 과충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 잉여 전력을 에너지 버스부(200)로 방전하도록 하는 방전 경로를 형성하고, 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 복수의 배터리 셀(100) 중 저충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 에너지 버스부(200)에 공유된 잉여 전력을 충전 받을 수 있도록 하는 충전경로를 형성할 수 있다. 즉, 복수의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는 복수의 배터리 셀(100)과 에너지 버스부(200) 사이에서 각각이 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 단위 모듈로 구성된다.
The bidirectional DC-DC converter 400 is connected to each of the plurality of battery cells 100 in parallel, and active balancing of charging or discharging of the plurality of battery cells 100 in accordance with the cell balancing control signal of the controller 300. To play a role. Through active balancing of the bidirectional DC-DC converter 400, energy loss can be minimized and a structure capable of simultaneously charging and discharging the battery cells 100 can be provided. Each of the bidirectional DC-DC converters 400 supplies surplus power to the overcharged battery cells 100 of the plurality of battery cells 100 in response to the cell balancing control signal of the controller 300. A discharge path for discharging to the battery 200, and in response to the cell balancing control signal of the controller 300, the battery bus 100 of the plurality of battery cells 100 is charged to the energy bus unit 200. It is possible to form a charging path to receive the shared surplus power. That is, the plurality of bidirectional DC-DC converters 400 are configured as unit modules, each of which performs active balancing of charging or discharging between the plurality of battery cells 100 and the energy bus unit 200.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 세부 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터(400)는, 각각이 단위 모듈로서 트랜스포머(410), 제1 스위처(420), 제2 스위처(430), 피드백 회로부(440), 및 PWM 구동부(450)를 포함하여 구성된다.
3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a bidirectional DC-DC converter in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the bidirectional DC-DC converter 400 according to the present invention includes a transformer 410, a first switcher 420, a second switcher 430, and a feedback circuit unit 440, each as a unit module. ), And a PWM driver 450.

양방향 DC-DC 컨버터(400)의 트랜스포머(410)는 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 에너지 버스부(200)로 전달하거나, 또는 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 배터리 셀(100)로 전달하는 역할을 수행한다. 제1 스위처(420)는 배터리 셀(100)과 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 에너지 버스부(200)로 전달할 때 동작한다. 제2 스위처(430)는 에너지 버스부(200)와 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 배터리 셀(100)로 전달할 때 동작한다. 피드백 회로부(440)는 제2 스위처(430)에 연결 접속되어, 에너지 버스부(200)의 상태를 모니터링 하는 역할을 수행한다. PWM 구동부(450)는 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어 수행을 위한 PWM 신호에 따라 제1 스위처(420) 또는 제2 스위처(430)의 구동 선택을 위한 구동신호를 생성하여 출력한다.
The transformer 410 of the bidirectional DC-DC converter 400 transfers surplus power of the battery cell 100 to the energy bus unit 200, or transmits the shared surplus power of the energy bus unit 200 to the battery cell 100. It serves as a). The first switcher 420 is connected between the battery cell 100 and the transformer 410 to operate when transferring surplus power of the battery cell 100 to the energy bus unit 200. The second switcher 430 is connected between the energy bus unit 200 and the transformer 410 to operate when transferring the shared surplus power of the energy bus unit 200 to the battery cell 100. The feedback circuit unit 440 is connected to the second switcher 430 and serves to monitor the state of the energy bus unit 200. The PWM driver 450 generates and outputs a driving signal for driving selection of the first switcher 420 or the second switcher 430 according to the PWM signal for performing the cell balancing control of the controller 300.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터(400)들 중 상단의 2개의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는 제어부(300)의 PWM 신호에 따라 구동신호를 출력하는 PWM 구동부(450)에 의해 제1 스위처(420)가 실행(run)되어 배터리 셀(100)에서 에너지 버스부(200)로의 방전 경로를 트랜스포머(410)를 통해 형성한다. 양방향 DC-DC 컨버터(400)들 중 하단의 2개의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는 제어부(300)의 PWM 신호에 따라 구동신호를 출력하는 PWM 구동부(450)에 의해 제2 스위처(430)가 실행(run)되어 에너지 버스부(200)에서 해당 배터리 셀(100)로의 충전 경로를 트랜스포머(410)를 통해 형성함으로써, 에너지 버스부(200)에 공유된 잉여 전력이 배터리 셀(100)로 충전이 이루어지게 된다. 이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터(400)들은 제어부(300)의 제어 하에 액티브 방식으로 셀 밸런싱을 수행하고, 복수의 배터리 셀(100) 각각에 대한 충전과 방전이 동시에 가능하도록 한다.
4 is a diagram illustrating an operation state of a bidirectional DC-DC converter in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in the cell balancing circuit device of the battery management system using the bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, two bidirectional DC-s of the top of the bidirectional DC-DC converters 400 are provided. In the DC converter 400, the first switcher 420 is executed by the PWM driver 450 which outputs a driving signal according to the PWM signal of the controller 300. Discharge paths through the transformer 410. The two bidirectional DC-DC converters 400 at the bottom of the bidirectional DC-DC converters 400 are second switchers 430 by the PWM driver 450 which outputs a driving signal according to the PWM signal of the controller 300. Is executed to form a charging path from the energy bus unit 200 to the corresponding battery cell 100 through the transformer 410, so that the surplus power shared by the energy bus unit 200 is transferred to the battery cell 100. Charging is done. As described above, the bidirectional DC-DC converters 400 according to an embodiment of the present invention perform cell balancing in an active manner under the control of the controller 300, and charge and discharge of each of the plurality of battery cells 100 is performed. Make it possible at the same time.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 제1 스위처와 제2 스위처에 대한 회로 설계의 일례를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 제1 스위처(420)와 제2 스위처(430)는 다음과 같은 회로 설계의 일례로서 구성될 수 있다.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit design for a first switcher and a second switcher in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the cell balancing circuit device of the battery management system using the bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, the first switcher 420 and the second switcher 430 are as follows. It can be configured as an example of the circuit design.

제1 스위처(420)는, PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고 배터리 셀(100)의 (-)에 소스가 접속되며 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(421)와, MOSFET(421)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(422)와, 트랜스포머(410)에 직렬과 병렬로 각각 접속하는 한 쌍의 다이오드(423, 424), 및 한 쌍의 다이오드(423, 424) 사이에 접속하는 스위치(425)로 구성될 수 있다. 여기서, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(421)는 방전 스위칭 소자로 기능하고, 기생 다이오드(422)는 방전 경로를 단방향으로 형성하는 기능을 한다.
The first switcher 420 includes a MOSFET 421 having a gate connected to the PWM driver 450, a source connected to the negative of the battery cell 100, and a drain connected to the transformer 410, and a MOSFET 421. Is connected between the parasitic diode 422 connected to the source and the drain of the c), a pair of diodes 423 and 424 connected to the transformer 410 in series and in parallel, and a pair of diodes 423 and 424 respectively. The switch 425 may be configured. Here, the MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 421 functions as a discharge switching element, and the parasitic diode 422 functions to form a discharge path in one direction.

제2 스위처(430)는, PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고, 에너지 버스부(200)에 소스가 접속되며, 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(431)와, MOSFET(431)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(432)와, 트랜스포머(410)에 병렬 접속하는 다이오드(433)와, 트랜스포머(410)에 직렬로 다단 접속하는 2개의 다이오드(434, 435)와, 2개의 다이오드(434, 435) 사이와 MOSFET(431)의 소스에 병렬 접속하는 커패시터(436)로 구성될 수 있다. 여기서, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(431)는 충전 스위칭 소자로 기능하고, 기생 다이오드(432)는 충전 경로를 단방향으로 형성하는 기능을 한다.
The second switcher 430 includes a MOSFET 431 having a gate connected to the PWM driver 450, a source connected to the energy bus unit 200, and a drain connected to the transformer 410, and a MOSFET 431. A parasitic diode 432 connected to the source and the drain of the diode, a diode 433 connected in parallel to the transformer 410, two diodes 434 and 435 connected in series to the transformer 410, and two It may be composed of a capacitor 436 connected in parallel between the diodes (434, 435) and the source of the MOSFET (431). Here, the MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 431 functions as a charge switching element, and the parasitic diode 432 functions to form a charge path in one direction.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치는, 복수의 배터리 셀에 대응하는 양방향 DC-DC 컨버터의 구성을 통해 셀 수량에 무관하게 시스템 구성이 용이함은 물론, 배터리 셀에 대응한 확장 및 축소가 가능하고, 복수의 배터리 셀에 대한 동시 충방전이 가능한 구조를 제공하며, 액티브 방식으로 에너지 손실이 최소화되는 셀 밸런싱을 수행함으로써, 시스템의 안정성과 함께 배터리 수명의 주기가 더욱 향상될 수 있도록 한다.
As described above, the cell balancing circuit device of the battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention, regardless of the number of cells through the configuration of a bidirectional DC-DC converter corresponding to a plurality of battery cells In addition, the system can be easily configured, expand and contract corresponding to battery cells, provide a structure capable of simultaneously charging and discharging a plurality of battery cells, and performing cell balancing in which an energy loss is minimized in an active manner. The stability of the system and the life cycle of the battery can be further improved.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention.

100: 배터리 셀 200: 에너지 버스부
300; 제어부 310: 배터리 셀 모니터링부
400: 양방향 DC-DC 컨버터 410: 트랜스포머
420: 제1 스위처 421: MOSFET
422: 기생 다이오드 423, 424: 다이오드
425: 스위치 430: 제2 스위처
431: MOSFET 432: 기생 다이오드
433, 434, 435: 다이오드 436: 커패시터
440: 피드백 회로부 450: PWM 구동부100: battery cell 200: energy bus unit
300; Control unit 310: battery cell monitoring unit
400: bidirectional DC-DC converter 410: transformer
420: first switcher 421: MOSFET
422: parasitic diodes 423, 424: diode
425: switch 430: second switcher
431 MOSFET 432 parasitic diode
433, 434, 435: Diode 436: Capacitor
440: feedback circuit portion 450: PWM driver

Claims (9)

직렬 접속하는 복수의 배터리 셀(100);
상기 복수의 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 공유하기 위한 에너지 버스부(200);
상기 복수의 배터리 셀(100) 각각에서 측정되는 셀 전위의 충전상태 정보에 따른 셀 밸런싱 제어를 수행하는 제어부(300); 및
상기 복수의 배터리 셀(100) 각각에 병렬로 접속되어, 상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 따라 상기 복수의 배터리 셀(100)에 대한 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 복수의 양방향 DC-DC 컨버터(400)를 포함하되,
상기 양방향 DC-DC 컨버터(400) 각각은,
상기 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부(200)로 전달하거나, 또는 상기 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀(100)로 전달하는 트랜스포머(410);
상기 배터리 셀(100)과 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 상기 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부(200)로 전달할 때 동작하는 제1 스위처(420);
상기 에너지 버스부(200)와 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀(100)로 전달할 때 동작하는 제2 스위처(430);
상기 제2 스위처(430)에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부(200)의 상태를 모니터링 하는 피드백 회로부(440); 및
상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어 수행을 위한 PWM 신호에 따라 상기 제1 스위처(420) 또는 제2 스위처(430)의 구동 선택을 위한 구동신호를 생성하여 출력하는 PWM 구동부(450)를 포함하여 구성하고,
상기 제1 스위처(420)는,
상기 PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고, 상기 배터리 셀(100)의 (-)에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(421)와, 상기 MOSFET(421)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(422)와, 상기 트랜스포머(410)에 직렬과 병렬로 각각 접속하는 한 쌍의 다이오드(423, 424), 및 상기 한 쌍의 다이오드(423, 424) 사이에 접속하는 스위치(425)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
A plurality of battery cells 100 connected in series;
An energy bus unit 200 for sharing surplus power of the plurality of battery cells 100;
A controller 300 for performing cell balancing control according to the charging state information of the cell potential measured in each of the plurality of battery cells 100; And
A plurality of bidirectional DCs connected in parallel to each of the plurality of battery cells 100 to perform active balancing of charging or discharging of the plurality of battery cells 100 according to a cell balancing control signal of the controller 300. Including a DC converter 400,
Each of the bidirectional DC-DC converters 400 is,
A transformer (410) for transferring surplus power of the battery cell (100) to the energy bus unit (200), or transferring shared surplus power of the energy bus unit (200) to the battery cell (100);
A first switcher 420 connected between the battery cell 100 and the transformer 410 to operate when the surplus power of the battery cell 100 is transferred to the energy bus unit 200;
A second switcher 430 connected between the energy bus unit 200 and the transformer 410 to operate when the shared surplus power of the energy bus unit 200 is transferred to the battery cell 100;
A feedback circuit unit 440 connected to the second switcher 430 and monitoring a state of the energy bus unit 200; And
And a PWM driver 450 generating and outputting a driving signal for driving selection of the first switcher 420 or the second switcher 430 according to the PWM signal for performing the cell balancing control of the controller 300. Make up,
The first switcher 420,
A MOSFET 421 having a gate connected to the PWM driver 450, a source connected to a negative (−) of the battery cell 100, and a drain connected to the transformer 410; A parasitic diode 422 connected to a source and a drain, a pair of diodes 423 and 424 connected to the transformer 410 in series and in parallel, and a pair of diodes 423 and 424 respectively. Cell balancing circuit device of the battery management system using a bi-directional DC-DC converter, characterized in that consisting of a switch (425).
제1항에 있어서, 상기 제어부(300)는,
상기 복수의 배터리 셀(100)을 모니터링하고, 각 배터리 셀(100)의 전위를 측정하여 전송하는 배터리 셀 모니터링부(310)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit 300,
A battery using a bidirectional DC-DC converter, comprising a battery cell monitoring unit 310 for monitoring the plurality of battery cells 100, and measuring and transmitting the potential of each battery cell 100. Cell balancing circuit device in the management system.
제2항에 있어서, 상기 배터리 셀 모니터링부(310)는,
상기 복수의 배터리 셀(100)에 각각이 연결 접속되는 복수로 구성하거나, 또는 하나의 단일 모듈로 구성하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
The method of claim 2, wherein the battery cell monitoring unit 310,
Cell configuration of the battery management system of the battery management system using a bi-directional DC-DC converter, characterized in that a plurality of connected to each of the plurality of battery cells (100) or configured as a single module.
제1항에 있어서, 상기 제어부(300)는,
상기 복수의 배터리 셀(100)에 대한 셀 밸런싱 제어의 수행 조건으로, 상기 복수의 배터리 셀(100)에서 측정되는 셀 전위의 충전상태를 평균한 기준 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀(100)에 대한 과충전 및 저충전을 판단하고, 상기 복수의 배터리 셀(100)에 병렬 접속된 각각의 양방향 DC-DC 컨버터(400)의 충전 또는 방전의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
The method of claim 1, wherein the control unit 300,
As a condition for performing cell balancing control for the plurality of battery cells 100, the plurality of battery cells 100 based on a reference voltage obtained by averaging charge states of cell potentials measured by the plurality of battery cells 100. Determining overcharge and low charge for the, characterized in that for controlling the driving of the charge or discharge of each bidirectional DC-DC converter 400 connected in parallel to the plurality of battery cells 100, bidirectional DC-DC A cell balancing circuit device of a battery management system using a converter.
제4항에 있어서, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(400) 각각은,
상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀(100) 중 과충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 잉여 전력을 상기 에너지 버스부(200)로 방전하도록 하는 방전 경로를 형성하고,
상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀(100) 중 저충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 상기 에너지 버스부(200)에 공유된 잉여 전력을 충전 받을 수 있도록 하는 충전경로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
The method of claim 4, wherein each of the bidirectional DC-DC converters 400,
In response to the cell balancing control signal of the controller 300, a discharge path is formed to discharge surplus power to the energy bus unit 200 in the overcharged battery cells 100 of the plurality of battery cells 100. and,
In response to the cell balancing control signal of the controller 300, the battery cell 100 having low charge among the plurality of battery cells 100 may be charged with the surplus power shared by the energy bus unit 200. Cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter, characterized in that to form a charging path.
제1항에 있어서, 상기 복수의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는,
상기 복수의 배터리 셀(100)과 상기 에너지 버스부(200) 사이에서 각각이 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 단위 모듈인 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
The method of claim 1, wherein the plurality of bidirectional DC-DC converters 400,
Cell balancing of the battery management system using a bi-directional DC-DC converter, characterized in that each of the unit module for performing active balancing of charge or discharge between the plurality of battery cells 100 and the energy bus unit 200. Circuit device.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제2 스위처(430)는,
상기 PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고, 상기 에너지 버스부(200)에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(431)와, 상기 MOSFET(431)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(432)와, 상기 트랜스포머(410)에 병렬 접속하는 다이오드(433)와, 상기 트랜스포머(410)에 직렬로 다단 접속하는 2개의 다이오드(434, 435)와, 상기 2개의 다이오드(434, 435) 사이와 MOSFET(431)의 소스에 병렬 접속하는 커패시터(436)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.The method of claim 1, wherein the second switcher 430,
A gate is connected to the PWM driver 450, a source is connected to the energy bus unit 200, and a drain is connected to the transformer 410, a source and a drain of the MOSFET 431. A parasitic diode 432 connected to the transistor, a diode 433 connected in parallel to the transformer 410, two diodes 434 and 435 connected in series to the transformer 410, and the two diodes. And a capacitor (436) connected in parallel between the (434, 435) and the source of the MOSFET (431). A cell balancing circuit device for a battery management system using a bidirectional DC-DC converter.
KR1020120012571A 2012-02-07 2012-02-07 A cell balancing circuit device of battery management system using bidirectional dc-dc converter KR101165593B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120012571A KR101165593B1 (en) 2012-02-07 2012-02-07 A cell balancing circuit device of battery management system using bidirectional dc-dc converter
PCT/KR2013/001018 WO2013119070A1 (en) 2012-02-07 2013-02-07 Cell balancing circuit apparatus of battery management system using two-way dc-dc converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120012571A KR101165593B1 (en) 2012-02-07 2012-02-07 A cell balancing circuit device of battery management system using bidirectional dc-dc converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101165593B1 true KR101165593B1 (en) 2012-07-23

Family

ID=46716807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120012571A KR101165593B1 (en) 2012-02-07 2012-02-07 A cell balancing circuit device of battery management system using bidirectional dc-dc converter

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101165593B1 (en)
WO (1) WO2013119070A1 (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101537093B1 (en) * 2013-01-07 2015-07-15 엘지전자 주식회사 electric vehicle and control method thereof
WO2016004327A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 Emerson Network Power, Energy Systems, North America Inc. Systems and methods for matching end of life for multiple batteries and/or battery backup units
WO2018021664A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 주식회사 엘지화학 Battery balancing device and method
US9906072B2 (en) 2014-08-04 2018-02-27 Vertiv Energy Systems, Inc. Systems and methods for matching an end of discharge for multiple batteries
US9954368B2 (en) 2015-02-11 2018-04-24 Lsis Co., Ltd. Battery energy storage system management device and method
US10003106B2 (en) 2014-10-14 2018-06-19 Samsung & Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for managing battery
KR20200036149A (en) * 2018-09-27 2020-04-07 이피티에스 주식회사 Power supply system
EP3641094A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-22 Continental Automotive GmbH Battery balancing system and method of operating a battery balancing system
KR102151652B1 (en) 2019-02-26 2020-09-03 남부대학교 산학협력단 Using Cuk Converter topology Li-ion battery cell balancing strategy
KR20200127476A (en) * 2019-05-02 2020-11-11 한국전기연구원 Pulse power supply
KR20220099020A (en) 2021-01-05 2022-07-12 울산대학교 산학협력단 Battery balancing system
KR20220132990A (en) * 2021-03-24 2022-10-04 비나텍주식회사 Device and method for managing battery cell using thermoelectric element
KR20220135973A (en) * 2021-03-31 2022-10-07 비나텍주식회사 Temperature control device and method for battery pack using thermoelectric element
CN115441487A (en) * 2022-08-17 2022-12-06 福建时代星云科技有限公司 SOC (system on chip) balancing method and terminal of common DC bus energy storage system
US11835590B2 (en) 2019-09-27 2023-12-05 Lg Energy Solution, Ltd. Battery management apparatus

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017103869A1 (en) * 2017-02-24 2018-08-30 HELLA GmbH & Co. KGaA Two voltage battery
CN111752172B (en) * 2020-07-06 2021-07-23 孙志刚 Energy-saving management device for energy consumption of IT equipment
CN114285290B (en) * 2021-12-24 2023-03-31 青岛瑰宝电子科技有限公司 Bidirectional DC/DC energy storage type power supply aging method, system and device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001339865A (en) * 2000-05-26 2001-12-07 Hitachi Ltd Cell voltage equalization apparatus, method therefor, hybrid car and manufacturing method of battery assembly
JP3672551B2 (en) * 2002-12-26 2005-07-20 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ・イー・エックス・テクノ Battery discharge control circuit, charge control circuit, and charge / discharge control circuit
KR101124725B1 (en) * 2006-06-15 2012-03-23 한국과학기술원 Charge Equalization Apparatus
KR101220339B1 (en) * 2007-10-16 2013-01-09 한국과학기술원 Automatic Charge Equalization Method and Apparatus for Series Connected Battery String

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101537093B1 (en) * 2013-01-07 2015-07-15 엘지전자 주식회사 electric vehicle and control method thereof
WO2016004327A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 Emerson Network Power, Energy Systems, North America Inc. Systems and methods for matching end of life for multiple batteries and/or battery backup units
US9906072B2 (en) 2014-08-04 2018-02-27 Vertiv Energy Systems, Inc. Systems and methods for matching an end of discharge for multiple batteries
US10003106B2 (en) 2014-10-14 2018-06-19 Samsung & Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for managing battery
US9954368B2 (en) 2015-02-11 2018-04-24 Lsis Co., Ltd. Battery energy storage system management device and method
WO2018021664A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 주식회사 엘지화학 Battery balancing device and method
KR102552457B1 (en) * 2018-09-27 2023-07-07 주식회사 이지트로닉스 Power supply system
KR20200036149A (en) * 2018-09-27 2020-04-07 이피티에스 주식회사 Power supply system
EP3641094A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-22 Continental Automotive GmbH Battery balancing system and method of operating a battery balancing system
KR102151652B1 (en) 2019-02-26 2020-09-03 남부대학교 산학협력단 Using Cuk Converter topology Li-ion battery cell balancing strategy
KR20200127476A (en) * 2019-05-02 2020-11-11 한국전기연구원 Pulse power supply
KR102616237B1 (en) * 2019-05-02 2023-12-19 한국전기연구원 Pulse power supply
US11835590B2 (en) 2019-09-27 2023-12-05 Lg Energy Solution, Ltd. Battery management apparatus
KR20220099020A (en) 2021-01-05 2022-07-12 울산대학교 산학협력단 Battery balancing system
KR20220132990A (en) * 2021-03-24 2022-10-04 비나텍주식회사 Device and method for managing battery cell using thermoelectric element
KR102545263B1 (en) * 2021-03-24 2023-06-20 비나텍주식회사 Device for managing battery cell using thermoelectric element
KR20220135973A (en) * 2021-03-31 2022-10-07 비나텍주식회사 Temperature control device and method for battery pack using thermoelectric element
KR102557936B1 (en) * 2021-03-31 2023-07-20 비나텍주식회사 Temperature control device and method for battery pack using thermoelectric element
CN115441487A (en) * 2022-08-17 2022-12-06 福建时代星云科技有限公司 SOC (system on chip) balancing method and terminal of common DC bus energy storage system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013119070A1 (en) 2013-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101165593B1 (en) A cell balancing circuit device of battery management system using bidirectional dc-dc converter
CN107359662B (en) Battery management system with parallel equalization function and equalization method
KR101249972B1 (en) Battery pack and active cell balancing method of battery pack
CN207218279U (en) A kind of battery management system with parallel equalization function
US20120169284A1 (en) Battery Charging Method and Battery Pack Using the Same
EP2806525A2 (en) Battery management system
US20100225275A1 (en) Cell balancing systems employing transformers
JP6639686B2 (en) Cell balancing system and control method
KR102429438B1 (en) A Hybrid Method with Serial and Parallel Charging Apparatus for Balanced Charging of EV Batteries
JP2006507790A (en) Battery cell balancing system that equalizes the state of charge between series connected electrical energy storage units
KR20140092554A (en) Battery system comprising different kinds of cells and power device comprising the same
CN102208821A (en) Balancing system for a battery pack, balancing circuit and method for controlling balancing of a battery pack
WO2020085819A1 (en) Balancing device, battery management system comprising same, and battery pack
KR20190048972A (en) Starting battery system for cell balancing of Lithium battery pack and capacitor
JP2013116006A (en) Battery equalization device and method
KR20220025414A (en) BATTERY APPARATUS and method for selecting battery pack
US9166431B2 (en) Battery charge circuit
US20150162831A1 (en) Integrated circuit adapted to perform power path control in a mobile equipment
JP5423955B2 (en) Electric vehicle battery module
JP2020018085A (en) Electrical power system and management device
US20200321664A1 (en) Battery control method
KR20220100332A (en) Battery apparatus and method of supplying voltage
KR20160008410A (en) Battery balancing apparatus and Controlling method thereof
KR20110110989A (en) Removable battery module, charge equalization method and apparatus for battery string using the same
KR102117315B1 (en) Battery apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150709

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160708

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170804

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180724

Year of fee payment: 7