KR101188944B1 - 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치 - Google Patents

다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬 연결 배터리 셀의 전하 균일 장치에 관한 것으로, 특히 직렬로 연결된 배터리 셀을 변압기의 1차 권선에 병렬로 연결하고, 1차 권선의 전류 흐름을 제어하기 위한 스위치를 1차 권선에 직렬로 연결하며, 1차 권선에 대응되는 복수의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치에 관한 것이다.
직렬 연결, 배터리 셀, 전하 균일, 2차측 병렬 연결

Description

다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치{Charge equalization apparatus with parallel connection of secondary windings of multiple transformers}
도 1은 종래 기술에 따른 전류 전환을 이용한 직렬 연결 배터리 셀의 전하 균일 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
도 3는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
T1~TN, TO : 변압기 M11~M1N, MO1 : 1차 권선
M21~M2N, MO2 : 2차 권선 S1~SN, SO : 스위치
B1~BN : 배터리 셀 BO : 배터리
D, D1, D2 : 다이오드 C : 커패시터
본 발명은 직렬 연결 배터리 셀의 전하 균일 장치에 관한 것으로, 특히 직렬로 연결된 배터리 셀을 변압기의 1차 권선에 병렬로 연결하고, 1차 권선의 전류 흐름을 제어하기 위한 스위치를 1차 권선에 직렬로 연결하며, 1차 권선에 대응되는 복수의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치에 관한 것이다.
많은 시스템(system)은, 직렬로 접속되는 복수의 각각의 배터리 셀(battery cell)을 포함하는 배터리 팩(battery pack) 또는 배터리 어레이(battery array)로 구성되는 배터리(battery)를 이용하고 있다.
이러한 배터리 셀은 정격 충전 범위보다 현저하게 높게 충전되거나 또는 정격 충전 범위보다 낮게 방전되는 경우 위험할 수 있다.
이러한 배터리 셀의 충전 상태의 불균형은 여러 가지 원인으로부터 발생되며, 제조 중에 또는 배터리를 충방전하는 처리 중에 발생된다. 리튬 이온 셀의 경우에 공장에서 셀의 제조는 배터리 어레이의 셀간의 용량의 차이를 최소화하도록 엄밀하게 제어된다. 그렇지만, 셀의 불평형 또는 불일치는 당초 공장에서 제조 후에 일치하고 있던 상태와 관계없이 여러 가지 다른 요인에 의해 발생된다.
셀의 불평형에 영향을 미치는 요인들은, 예를 들면, 각각의 셀의 화학반응, 셀의 임피던스, 자기 방전의 속도, 용량의 감소, 동작 온도의 변동과 각각의 셀 사이의 다른 변동이 포함된다.
셀의 온도의 불일치는 셀 불일치의 중요한 요인이다. 예를 들면, 배터리 셀에는 "자기 방전"이 있는데 이것은 배터리 온도의 함수이며, 온도가 높은 배터리가 온도가 낮은 배터리보다 전형적으로 보다 큰 자기 방전율을 나타낸다. 그 결과 온도가 높은 배터리는 온도가 낮은 배터리보다 시간이 경과함에 따라 낮은 충전 상태를 나타낸다.
배터리의 셀의 충전 상태에 있어서 불균형은 심각한 문제이다. 예를 들면, 이것은 전기 차량에 있어서 전형적으로 발생할 수 있는 문제로 배터리의 에너지 공 급 능력은 가장 낮은 충전 상태에 있는 배터리 셀에 의하여 제한된다.
만약 직렬 연결 배터리에서 한 배터리 셀이 완전히 소모된다면, 다른 배터리 셀은 에너지 공급을 계속할 수 있는 능력을 상실한다. 이것은, 배터리의 다른 배터리 셀이 아직 전력을 공급할 수 있는 능력을 가지고 있다고 해도 마찬가지이다. 따라서, 배터리 셀의 충전 상태의 불균형은 배터리의 전력 공급 능력을 감소시킨다.
물론, 위에서 설명한 것은 하나 또는 그 이상의 배터리 셀이 소모된 경우에 전혀 다른 배터리 셀에 의한 전력 공급이 불가능하다는 말은 아니다. 다만, 직렬 접속의 경우 하나 또는 그 이상의 배터리 셀이 완전히 방전해 버려도, 나머지 배터리 셀에 아직 전하가 남아 있다면 그래도 사용은 계속할 수 있지만, 그렇게 된다면 방전이 완료된 배터리 셀에 반전 극성의 전압이 생기고, 그 결과 그 배터리 셀이 과열되거나 가스가 발생하여 폭발해 버릴 위험성이 있기 때문에 전력 공급 능력을 상실한다는 의미이다.
지금까지 배터리 셀의 충전 상태의 불균형을 바로잡는 여러 가지 방법이 제안되어 있으며, 그 중 한 가지 방법이 도 1에 도시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전류 전환을 이용한 직렬 연결 배터리 셀의 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 복수의 배터리 셀(B1~BN)이 직렬로 연결되어 있고, 각각의 배터리 셀(B1~BN)에는 변압기(T)의 1차 권선(M11~M1N)이 병렬로 연결되어 있다. 그리고, 1차 권선(M11~M1N)의 각각에는 스위치(S1~SN)가 직렬로 연결되어 있고, 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀(B1~BN)에는 변압기(T)의 2차 권선(M2)이 병렬로 연결 되어 있다. 여기에서, 모든 1차 권선(M11~M1N)은 하나의 공통 코어에 묶여 있다.
변압기(T)의 1차 권선(M11~M1N)은 모두 동일한 권선 수와 동일한 극성을 갖고 있으며, 변압기(T)의 2차 권선(M2)은 1차 권선(M11~M1N)과 극성이 반대이고 정류 다이오드(D)가 직렬로 연결되어 있으며, 정류 다이오드(D)의 음극(cathode)은 직렬 연결 배터리(B1~BN)의 양극에 묶여 있어 정류 다이오드(D) 음극에서 흘러 나온 전류는 직렬 연결된 배터리 셀(B1~BN)의 양극으로 흘러 들어 간다.
그리고, 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부(100)는 각각의 배터리 셀(B1~BN)의 양단의 전압을 센싱하여 정해진 방식으로 스위치(S1~SN)을 온/오프 시킨다.
구체적으로 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부(100)는 각각의 배터리 셀(B1~BN)의 전압을 센싱하여 특정 배터리 셀(B1~BN)의 전압이 미리 정한 전압보다 높을 경우 해당 스위치(S1~SN)를 구동시켜 배터리 셀(B1~BN)의 전하를 방전시킨다. 여기서 방전된 전하는 변압기(T)에서 자기 에너지로 변환되어 흐르고 있다가 상대적으로 전위가 낮은 배터리 셀(B1~BN)을 만나면 다시 전하로 변환되어 해당 배터리 셀(B1~BN)으로 흘러 들어 간다. 이때, 상대적으로 더 낮은 전위를 갖는 배터리 셀(B1~BN)에 더욱 더 많은 양의 전하가 흘러 들어감으로써 전하 균일이 이루어진다.
하지만, 상기와 같은 종래 기술에 따르면, 하나의 공통 코어에 배터리 셀의 수에 해당하는 복수의 1차 권선을 묶어야 하기 때문에 직렬 연결된 배터리 셀의 수가 증가하면 변압기를 제작하는데 어려움이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 기술에서 변압기의 포화(saturation)를 막기 위해 스위치가 오프되는 시간 동안에 직렬 연결된 배터리 셀의 전압을 1차 권선에 인가하게 되는데, 이때 2차 권선의 1차 권선에 대한 권수비(turns ratio)가 N(직렬 연결된 배터리 수)가 되어 배터리 셀의 수가 증가할수록 변압기의 2차 권선을 제작하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리 셀의 수에 해당하는 복수의 변압기를 사용하고 각각의 변압기의 1차 권선에 배터리 셀을 병렬로 연결하고 모든 2차 권선을 병렬 연결하여 기존 전류 전환기의 우수한 전하 균일 성능을 유지하면서 변압기의 제작이 용이하도록 하는 전하 균일 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 배터리 셀의 수에 해당하는 변압기를 사용하여 공간 배치 측면에서 설계의 유연성을 가질 수 있도록 하는 전하 균일 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 1차 권선과 2차 권선이 각각 감겨 있고, 감겨 있는 상기 1차 권선들이 배터리 셀에 병렬로 연결되어 있으며, 감겨 있는 상기 2차 권선들이 병렬로 연결되어 있는 복수의 변압기; 상기 복수의 변 압기의 상기 1차 권선의 각각에 직렬로 연결되어 상기 1차 권선의 제1 방향과 제2 방향의 전류 흐름을 단속하는 복수의 제1 스위치; 서로가 직렬로 연결되어 있고, 각각은 상기 복수의 변압기의 1차 권선에 각각 병렬로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하여 상기 복수의 제1 스위치를 온/오프하는 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부를 포함하며, 상기 복수의 제1 스위치중 하나 이상이 온되면 온된 상기 제1 스위치에 연결된 상기 제1 권선중 하나 이상에 제1 방향으로 전류가 흘러 상기 제2 권선들에 전류를 유도하며, 상기 제2 권선들에 유도된 전류로 인하여 상기 제1 권선들에 전류가 유도되어 상기 복수의 배터리 셀에 균일한 전하가 분배되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 하나의 코어에 복수의 1차 권선과 하나의 2차 권선이 각각 감겨 있고, 상기 1차 권선들이 배터리에 병렬로 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들이 병렬로 연결되어 있는 복수의 변압기; 상기 복수의 변압기의 상기 1차 권선의 각각에 직렬로 연결되어 상기 1차 권선의 제1 방향과 제2 방향의 전류 흐름을 단속하는 복수의 제1 스위치; 서로가 직렬로 연결되어 있고, 각각은 상기 복수의 변압기의 1차 권선에 각각 병렬로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하여 상기 복수의 제1 스위치를 온/오프하는 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부를 포함하며, 상기 복수의 제1 스위치중 하나 이상이 온되면 온된 상기 제1 스위치에 연결된 상기 제1 권선중 하나 이상에 제1 방향으로 전류가 흘러 상기 제2 권선들에 전류를 유도하며, 상기 제2 권선들에 유도된 전류로 인하여 상기 제1 권선들에 전류가 유도되어 상기 복수의 배터리 셀에 균일한 전 하가 분배되는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도면을 참조하면, 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치는, 배터리 셀(B1~BN)의 각각에 해당하는 변압기(T1~TN)가 있으며, 각각의 변압기(T1~TN)에는 각각 코어가 있고 각각의 코어에는 각각 1차 권선(M11~M1N)과 2차 권선(M21~M2N)이 감겨 있다.
즉, 종래 기술의 전류 전환을 이용한 전하 균일 장치의 경우에는 공통 코어에 배터리 셀(B1~BN)의 수에 해당하는 1차 권선이 감겨 있고 하나의 2차 권선이 감겨 있었으나, 본원발명에서는 배터리 셀(B1~BN)의 수에 해당하는 변압기(T1~TN)를 사용하기 때문에 배터리 셀(B1~BN)의 수에 해당하는 만큼의 코어가 있고 각각의 코어에 각각 1차 권선(M11~M1N)과 2차 권선(M21~M2N)이 감겨 있다.
1차 권선들(M11~M1N)은 서로 동일한 권선수(N1)를 가지도록 하는 것이 바람직하지만 응용에 따라서는 서로 다른 권선수를 가지도록 할 수 있다. 그리고, 본원발명에서는 배터리 셀(B1~BN)의 수에 해당하는 만큼의 변압기(T1~TN)를 사용하기 때문에 코어가 서로 분리되어 있어 2차 권선(M21~M2N)과 관련하여 권선비가 더 중요하며 모든 변압기(T1~TN)가 동일한 권선비(N1 : N2)를 가지는 것이 바람직하지만 응용에 따라서는 서로 다른 권선비를 가지도록 할 수 있다. 여기에서 권선비는 1차 권선의 권선수 N1대 2차 권선의 권선수 N2의 비 N1 : N2를 의미하며 전압과 전류의 양과 관련되어 있으며, 1차 권선의 전압과 2차 권선의 전압은 권선수에 비례하고, 1차 권선의 전류와 2차 권선의 전류는 권선수에 반비례한다.
여기에서, 모든 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)의 극성은 2차 권선(M21~M2N)의 극성과 반대이며, 이는 도면에서 변압기(T1~TN)의 점(dot)이 1차 권선에서 위에 있다면, 2차 권선에서는 아래에 있음을 의미한다. 또한, 모든 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)의 극성은 모두 동일하며 도면에서는 위에 점(dot)가 표시되어 있다. 이것은 모든 셀의 DC/DC 컨버터가 - 플라이백 컨버터로 구성되어 있음을 의미한다.
그리고, 모든 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)은 배터리에 병렬로 접속되어 있으며, 각각의 1차 권선(M11~M1N)의 일측단에는 그에 대응되는 제1 스위치(S1~SN)가 직렬로 연결되어 있다.
각각의 제1 스위치(S1~SN)는 제1 MOSFET(MF1~MFN)와 제1 MOSFET(MF1~MFN)의 드레인과 소스 사이에 역방향으로 연결되어 있는 제1 본체 다이오드(body diode)(BD1~BDN)로 구성되어 있으며, 제1 MOSFET(MF1~MFN)의 게이트에는 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부(200)의 스위치 구동 회로부(230)가 연결되어 있다. 여기에서는 설명의 편의를 위하여 제1 스위치(S1~SN)을 MOSFET(MF1~MFN)과 본체 다이오드(BD1~BDN)으로 나누었지만, 실질적으로 본체 다이오드(BD1~BDN)은 MOSFET(MF1~MFN)의 본질적인 특성으로 서로 분리될 수가 없다. 이러한, 제1 스위치(S1~SN)은 위에서는 일예로 MOSFET 스위치를 설명하였지만, 다이오드, BJT 스위치, 릴레이 스위치 등도 사용가능하다.
이러한 제1 스위치(S1~SN)의 제1 MOSFET(MF1~MFN)는 전압 센싱 및 스위치 드 라이브 신호 발생부(200)의 스위치 구동 회로부(230)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 온/오프 동작을 수행하여 온 되는 동안에는 드레인에서 소스로 전류가 흐르도록 하고, 오프되는 동안에는 드레인에서 소스로의 전류의 흐름을 차단한다. 그리고, 각각의 제1 스위치(S1~SN)에 있는 제1 본체 다이오드(BD1~BDN)는 제1 MOSFET(MF1~MFN)의 드레인에서 소스 방향으로 흐르는 전류는 차단하고, 소스에서 드레인 방향으로 전류가 흐르도록 한다. 따라서, 제1 스위치(S1~SN)는 제1 MOSFET(MF1~MFN)가 오프되는 동안에도 소스단에서 드레인단으로의 역방향 전류를 제1 본체 다이오드(BD1~BDN)를 통하여 흐르도록 할 수 있다.
한편, 1차 권선(M11~M1N)의 각각에는 해당하는 배터리 셀(B1~BN)이 병렬로 연결되어 있다.
여기에서, 배터리 셀(B1~BN)은 일정 전압으로 충전되어 있으며, 전류를 유출하기도 하고 충전되기도 하며, 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부(200)가 연결되어 있다. 배터리 셀(B1~BN)은 직렬 연결되어 있으며, 직렬 연결된 일측단은 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)과 병렬로 연결되어 있다.
한편, 2차 권선들(M21~M2N)은 병렬로 연결되어 있으며, 동일한 권선수(N2)를 가지고 응용에 따라 서로 다른 권선수를 가질 수 있다. 또한, 2차 권선들(M21~M2N)의 극성은 모두 동일한 극성을 가지고 있으며, 도면에서 아래에 점(dot)가 표시되어 있다.
그리고, 2차 권선들(M21~M2N)의 병렬 연결의 일측단에는 제2 스위치(SO)가 직렬로 연결되어 있으며, 제2 스위치(SO)와 2차 권선들(M21~M2N)의 직렬 연결의 일 측단에 배터리(BO)가 병렬로 연결되어 있다. 여기에서, 제2 스위치(SO)는 드레인이 제2 배터리(BO)에 연결되고, 소스가 2차 권선들(M21~M2N)의 병렬 연결의 일측단에 연결된 제2 MOSFET(MFO)와 제2 MOSFET(MFO)의 드레인과 소스단에 역방향으로 연결된 제2 본체 다이오드(BDO)로 구성되어 있으며, 배터리(BO)는 일반적으로 자동차에 사용되는 14V 배터리가 바람직하다. 물론 배터리(BO)는 전하 충전 수단의 일예이며 커패시터도 가능하다.
이와 같은 구성의 제2 스위치(SO)를 사용하게 되면 배터리 셀(B1~BN)을 전원으로 사용하는 전하 균일 동작중에는 2차 권선들(M21~M2N)로부터 생성된 자기 에너지가 제2 스위치(SO)의 제2 본체 다이오드(BD)를 통하여 배터리(SO)에 충전되며, 배터리 셀(B1~BN)중 임의의 배터리 셀(B1~BN)이 저충전 상태에 있는 경우에는 제2 스위치(SO)를 온시켜 배터리(BO)를 이용하여 해당 배터리 셀(B1~BN)을 충전시킬 수 있다. 여기서 배터리 셀(B1~BN)의 충전 효율을 높이기 위해 저충전 상태에 있는 배터리 셀의 제1 스위치(S1~SN)만을 온시킬 수 있다. 이러한, 제2 스위치(SO)은 위에서는 일예로 MOSFET 스위치를 설명하였지만, 다이오드, BJT 스위치, 릴레이 스위치 등도 사용가능하다.한편, 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부(200)는 센싱부(210), 마이크로 프로세서(220), 스위치 구동 회로부(230)을 포함하고 있다.
센싱부(210)은 각각의 배터리 셀(B1~BN )에 병렬 연결되어 각각의 배터리 셀(B1~BN) 전압을 센싱하여 센싱된 전압을 출력한다.
그리고, 마이크로 프로세서(220)은 미리 지정된 방식(scheme)으로 센싱부(210)에서 입력된 각각의 배터리 셀(B1~BN)의 전압 상태를 근거로 하여 제1 및 제2 스위치(S1~SN, SO)를 온/오프할 시간을 결정한다.
이때, 마이크로 프로세서(220)가 제1 스위치(S1~SN)의 온/오프 시간을 결정하는 방식의 일예로 배터리 셀(B1~BN)의 모든 전압 값을 입력 받아 최대값과 최소값의 차이가 일정값 이상이 되는 경우에 온하도록 결정하거나, 다른 예로 인접한 배터리 셀(B1~BN) 사이에 전압값을 비교하여 미리 정한 범위를 벗어나는 경우에 온하도록 결정할 수 있다.
한편, 스위치 구동 회로부(230)는 마이크로 프로세서(220)로부터 온신호가 입력되면 그에 따라 제1 및 제2 스위치(S1~SN, SO)를 온시키기 위한 구동신호를 생성하여 출력하며, 마이크로 프로세서(220)로부터 오프 신호가 입력되면 그에 따라 스위치(S1~SN, SO)를 오프시키기 위한 구동신호를 생성하여 출력한다.
이때, 스위치 구동회로부(230)가 발생하는 구동신호는 PWM 신호일 수 있다.
이제, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전하 균일 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
센싱부(210)은 각각의 배터리 셀(B1~BN) 전압을 센싱하여 센싱된 전압을 마이크로 프로세서(220)로 출력한다.
그러면, 마이크로 프로세서(220)는 미리 지정된 방식에 따라 센싱부(210)에서 입력된 각각의 배터리 셀(B1~BN)의 전압 상태를 근거로 하여 제1 스위치(S1~SN)의 온 또는 오프를 결정하고 그에 따른 구동 제어신호를 스위치 구동 회로부(230)로 출력한다. 이때, 마이크로 프로세서(220)가 선택 가능한 방식의 일예는 1) 전위가 가장 높은 배터리 셀(B1~BN)의 해당 제1 스위치(S1~SN)를 온시키는 경우와, 2) 모든 제1 스위치(S1~SN)를 온시키는 경우와, 3)높은 전위를 갖는 배터리 셀(B1~BN)을 선택하여 해당 배터리 셀(B1~BN)의 제1 스위치(S1~SN)를 온시키는 방법이다.
이처럼, 마이크로 프로세서(220)가 미리 지정된 방식에 따라 제1 스위치(S1~SN)의 온/오프시키는 구동 제어신호를 출력하면 스위치 구동 회로부(230)는 그에 따라 제1 스위치(S1~SN)를 온시키기 위한 구동신호를 생성하여 출력하고, 마이크로 프로세서(220)로부터 오프 신호가 입력되면 그에 따라 제1 스위치(S1~SN)를 오프시키기 위한 구동신호를 생성하여 출력한다.
한편, 제1 스위치(S1~SN)가 온되는 경우의 다중 변압기(T1~TN)의 동작은 어떤 제1 스위치(S1~SN)가 온되느냐 여부에 따라 서로 다르게 되는데 이하에서 설명하면 다음과 같다.
1) 가장 높은 전위의 배터리셀에 연결된 제1 스위치만을 온시키는 경우(즉, 하나의 제1 스위치만 온되는 경우)
가장 높은 전위의 배터리셀(B1~BN중 하나)에 연결된 제1 스위치(S1~SN 중 하나)만을 켜는 경우에 대해 설명하면, 먼저 해당 제1 스위치(S1~SN중 하나)가 정해진 시비율로 켜질 때 해당 변압기(T1~TN중 하나)의 1차 권선(M11~M1N중 하나)에는 가장 높은 전압이 인가된다.
그리고, 1차 권선(M11~M1N중 하나)에 인가된 전압은 해당 변압기(T1~TN중 하나)를 통해 해당 2차 권선(M21~M2N중 하나)에 유도되고 모든 2차 권선(M21~M2N)은 전기적으로 병렬로 묶여 있어 유도된 2차 권선(M21~M2N)의 전압(가장 전위가 높은 배터리 셀의 전압)은 모든 변압기(T1~TN)의 2차 권선(M21~M2N)에 똑같이 인가 된 다. 그러면, 각 변압기(T1~TN)의 2차 권선(M21~M2N)의 전압은 다시 해당 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)에 유도되고 1차 권선(M11~M1N)에 유도된 전압이 배터리 셀(B1~BN)의 전압보다 크게 높아 1차 권선(M11~M1N)에서 배터리 셀(B1~BN)로 전하의 흐름을 유도하며 동시에 1차 권선(M11~M1N)에 병렬로 연결되어 있는 자화 인덕터(미도시)(magnetizing inductor)에 자화 전류(magnetizing current)를 공급한다. 이때, 제1 스위치(S1~SN)은 MOSFET(MF1~MFN)이 오프되어 있기 때문에 제1 본체 다이오드(BD1~BDN)을 통하여 소스로부터 드레인 방향으로 역방향 전류가 흐른다.
마지막으로 스위치(S1~SN중 하나)(여기서는 가장 높은 배터리 셀(B1~BN)에 연결된 스위치(S1~SN))가 오프되면 배터리 셀(B1~BN)로 이동하는 전하의 흐름(전위가 낮은 배터리 셀(B1~BN)로 전하가 이동하고 있었던 경우)은 정지하고 모든 변압기(T1~TN)의 자화 인덕터(미도시)의 자화 전류는 변압기(T1~TN)의 2차 권선(M21~M2N)과 제2 스위치(SO)의 제2 본체 다이오드(body diode)(BDO)를 통해 자동차에 기본적으로 장착된 14V 배터리(BO)로 흘러 들어 간다.
2) 모든 스위치를 동시에 온시키는 경우에 대해서
먼저 모든 제1 스위치(S1~SN)가 정해진 시비율로 켜질 때 모든 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)에는 해당 배터리 셀(B1~BN) 전압이 그대로 인가되려고 한다. 그리고 1차 권선(M11~M1N)에 인가된 전압은 변압기(T1~TN)를 통해 2차 권선(M21~M2N)에 유도된다.
그런데 모든 2차 권선(M21~M2N)은 전기적으로 병렬로 묶여 있어 2차 권 선(M21~M2N)에 유도된 전압 중에서 가장 놓은 전압이 2차 권선(M21~M2N)의 대표 전압으로 남게 된다.
그런 다음 2차 권선(M21~M2N)의 대표 전압은 다시 모든 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)에 유도되어 다음 두 가지 동작을 발생시킨다. 그 첫번째 동작은 1차 권선(M11~M1N)에 유도된 대표 전압이 배터리 셀(B1~BN) 보다 크게 높아 1차 권선(M11~M1N)에서 배터리 셀(B1~BN)로 전하의 흐름을 유도하는 동시에 자화 인덕터(미도시)에 자화 전류를 공급하는 경우이다. 그리고 두번째는 1차 권선(M11~M1N)에 유도된 대표전압과 배터리 셀(B1~BN)이 유사하여 1차 권선(M11~M1N)과 배터리 셀(B1~BN)에서 동시에 전하가 흘러 나와 자화 인덕터에 자화 전류를 형성하는 경우이다.
마지막으로 모든 제1 스위치(S1~SN)가 동시에 오프되면 배터리 셀(B1~BN)로 이동하는 전하의 흐름(전위가 낮은 배터리로 전하가 이동하고 있었던 경우)은 정지하고 모든 변압기(T1~TN)의 자화 인덕터의 자화 전류는 변압기(T1~TN)의 2차 권선(M21~M2N)과 제2 스위치(SO)의 제2 본체 다이오드(body diode)(BDO)를 통해 자동차에 기본적으로 장착된 14V 배터리(BO)로 흘러 들어 간다.
3) 높은 전위를 갖는 배터리 셀을 선택하여 해당 배터리 셀의 제1 스위치를 동시에 온 시키는 경우(몇몇 선택된 제1 스위치만 온되는 경우)
먼저 선택된 배터리 셀(B1~BN)의 제1 스위치(S1~SN)가 정해진 시비율로 동시에 켜질 때 해당 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)에는 배터리 셀(B1~BN)의 전압이 그대로 인가되려고 한다.
그리고 1차 권선(M11~M1N)에 인가된 전압은 변압기(T1~TN)를 통해 2차 권선(M21~M2N)에 유도되고 모든 2차 권선(M21~M2N)은 전기적으로 병렬로 묶여 있어 2차 권선(M21~M2N)에 유도된 전압 중에서 가장 놓은 전압이 2차 권선(M21~M2N)의 대표 전압으로 남게 된다. 참고로, 이 경우에 대표 전압은 선별된 배터리 셀(B1~BN)중에서 전위가 가장 높은 배터리 셀(B1~BN)의 전압이 된다. 그런 다음 2차 권선(M21~M2N)의 대표 전압은 다시 모든 변압기(T1~TN)의 1차 권선(M11~M1N)에 유도되어 다음 2가지 동작을 일으킨다. 그 첫째는 1차 권선(M11~M1N)에 유도된 대표 전압이 배터리 셀(B1~BN)의 전압보다 크게 높아 1차 권선(M11~M1N)에서 배터리 셀(B1~BN)로 전하의 흐름을 유도하며 동시에 자화 인덕터(미도시)에 자화 전류를 공급하는 경우이다. 그리고 그 두번째는 1차 권선(M11~M1N)에 유도된 대표 전압과 배터리 셀(B1~BN)의 전압이 거의 비슷하여 1차 권선(M11~M1N)과 배터리 셀(B1~BN)에서 동시에 전하가 흘러 나와 자화 인덕터의 자화 전류를 형성하는 경우이다. 여기서 전하가 흘러 나오는 배터리 셀은 제1 스위치를 온시킨 몇몇 배터리에만 해당한다. 마지막으로 선택된 모든 제1 스위치(S1~SN)가 동시에 오프되면 배터리 셀(B1~BN)로 이동하는 전하의 흐름(전위가 낮은 배터리로 전하가 이동하고 있었던 경우)은 정지하고 모든 변압기(T1~TN)의 자화 인덕터의 자화 전류는 변압기(T1~TN)의 2차 권선(M21~M2N)과 제2 스위치(SO)의 제2 본체 다이오드(body diode)(BDO)통해 자동차에 기본적으로 장착된 14V 배터리(BO)로 흘러 들어 간다.
한편, 만약 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)를 구성하는 임의의 배터리 셀(B1~BN)가 저충전 상태인 경우에는 전하 균일 동작을 멈추고 변압기(T1~TN)의 2 차 권선(M21~M2N)과 14V 배터리(BO) 사이에 위치한 제2 스위치(SO)를 구동시켜 14V 배터리(BO)에서 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)로 전하의 흐름을 유도할 수 있다. 구체적으로, 제2 스위치(SO)가 켜지면 14V 배터리(BO)에서 흘러 나오는 전류는 병렬 연결된 모든 변압기(T1~TN)의 2차 권선(M21~M2N)을 통해 모든 변압기(T1~TN)에서 자기 에너지로 저장되었다가 제2 스위치(SO)가 꺼지면 1차 권선(M11~M1N)을 통해 각 배터리 셀(B1~BN)로 전하가 이동하게 된다. 여기서 주목할 만한 것은 14V 배터리(BO)에서 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)의 저충전 배터리 셀(B1~BN)로 전하가 이동할 때 상대적으로 낮은 전위를 갖는 배터리 셀(B1~BN)로 더 많은 전하가 이동함으로써 전하 균일이 추가로 일어난다는 점이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성과 동작은 도 2에서 설명한 바와 거의 유사하며, 이하에서는 그 차이점을 중심으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 전기적으로 병렬로 연결된 변압기의 2차 권선(M21~M2N)과 배터리(BO) 사이에는 단방향의 제1 정류 다이오드(D1)가 도 2의 제2 스위치(SO)를 대신하고 있으며, 구현이 쉬운 DC/DC 컨버터(한 예로 플라이백(Flyback) 컨버터)-제2 변압기(TO)와 제3 스위치(SO) 그리고 제2 정류 다이오드(D2)로 이루어짐-가 배터리(BO)에 병렬로 연결되어 있다.
여기에서, 제2 변압기(TO)의 1차 권선(MO1)의 권선수는 제1 변압기(T1~TN)의 2차 권선수(N2)와 같거나 다를 수 있는데, 다만 권선비는 N2 : N3을 유지하며, 그 극성이 반대이고, 변압기(TO)의 2차 권선(MO2)에는 제2 정류 다이오드(D2)가 직렬로 연결되어 있다. 그리고, 제3 스위치(SO)는 MOSFET(MFO)와 MOSFET(MFO)의 드레인과 소스에 역방향으로 연결되어 있는 제3 본체 다이오드(BDO)로 이루어져 있다.
이러한 구성에 의하면 1차 권선측(M11~M1N)에 위치하는 자화 인턱터(미도시)에 흐르던 자화 전류는 스위치(S1~SN)가 오프되면 2차 권선(M21~M2N)과 제1 정류 다이오드(D1)를 통해 배터리(BO)로만 흘러 들어 가게 된다.
또한, 도 3에서 보인 전하 균일 장치에서는 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)를 구성하는 임의의 배터리 셀(B1~BN)이 저충전 상태인 경우 혹은, 전하 균일 장치가 동작하는 동안에 배터리(BO)의 전위가 미리 정한 전위까지 상승하거나 상승할 우려가 있는 경우에는 배터리(BO)에 병렬로 연결된 DC/DC 컨버터를 구동시켜, 즉 제3 스위치(SO)를 온시켜 배터리(BO)에서 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)로 전하의 흐름을 유도할 수 있다.
이러한 2단 구성에서는 첫째 단( 제1 정류 다이오드(D1) 이전)의 동작과 상관 없이 둘째 단(제1 정류 다이오드(D1) 이후)을 독립적으로 구동할 수 있기 때문에, 둘째 단의 전력 용량에 따라 배터리(BO)의 전압을 융통성 있게 관리할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 4에 도시된 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의구 성과 동작은 도 3에서 설명한 것과 유사하며, 이하에서는 그 차이점을 중심으로 설명하고자 한다.
도 4의 전하 균일 장치에서는 커패시터(capacitor)(C)가 도 3의 배터리(BO)를 대신하고 있으며, 커패시터(C)는 자동차에 장착된 14V 배터리(BO)보다 에너지 저장 용량이 작기 때문에 둘째 단의 DC/DC 컨버터-제2 변압기(TO)와 제3 스위치(SO) 그리고 제2 정류 다이오드(D2)로 구성됨-는 커패시터(C)에 에너지가 저장되어 있으면 동작을 즉시 시작하고 그 결과 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)로 에너지를 지체 없이 전달한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 5에 도시된 전하 균일 장치는 도 3에 도시된 전하 균일 장치와 유사하며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5에서는 도 3에서 배터리(BO)에 병렬로 연결된 DC/DC 컨버터를 제거하였다. 이는 과충전된 배터리(BO)의 전하가 오직 배터리(BO)로 방전만 되도록 하고 있다. 이러한 구성에서는 방전되는 전하의 양이 적고 방전되는 전하를 수용할 만큼 배터리(BO)의 용량이 큰 경우에 적당한 전하 균일 방법이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 6의 전하 균일 장치를 도 2에 도시된 바와 유사하며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6의 전하 균일 장치는 제2 스위치(SO)에 직렬로 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)이 연결되어 있다. 이러한 전하 균일 장치에서는 제1 스위치(S1~SN)가 꺼질 때 변압기(T1~TN)에 남아 있는 자기 에너지가 제2 스위치(SO)를 통해 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)로 재충전되며, 특정 배터리 셀(B1~BN)의 전위가 낮을 경우 제2 스위치(SO)를 구동시켜 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)에서 전위가 낮은 배터리 셀(B1~BN)로 전위가 높은 배터리 셀보다 상대적으로 많은 양의 전하 흐름을 유도할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 7의 전하 균일 장치를 도 6에 도시된 바와 유사하며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7에 도시된 전하 균일 장치는 도 6의 제2 스위치(SO) 대신 정류 다이오드(D)가 놓여 있다. 이러한 구성에서는 제1 스위치(S1~SN)가 오프될 때 변압기(T1~TN)에 남아 있는 자기 에너지가 정류 다이오드(D)를 통해 직렬 연결 배터리 셀(B1~BN)로 재충전된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 8의 전하 균일 장치를 도 2에 도시된 바와 유사하며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8의 전하 균일 장치는 하나의 변압기(T1~T(N/2))에 2개의 1차 권 선(M11~M1N)을 감아 각각의 1차 권선(M11~M1N)에 직렬로 제1 스위치(S1~SN)를 연결한 후 병렬로 배터리 셀(B1~BN)를 연결하는 형태를 갖고 있다.
이러한 구성의 전하 균일 장치 동작은 두 개의 동작이 결합되어 있는데, 하나는 두 개의 배터리 셀(B1~B2, B3~B4, …, BN-1~BN )를 한 쌍으로 묶은 경우에 대한 동작이고 다른 하나는 한 쌍으로 묶은 두 배터리 셀(B1~B2, B3~B4, …, BN-1~BN ) 사이의 동작이다. 전자는 도 2에서 보인 전하 균일 장치의 동작을 그대로 따르며, 후자는 종래 기술(도 1)에 따른 전류 전환을 이용한 전하 균일 장치의 동작을 따른다.
도 8에서 제안한 전하 균일 장치는 이 두 가지 동작이 결합되어 새로운 구성과 동작을 갖게 된다. 또한, 제안한 전하 균일 장치는 하나의 변압기(T1~T(N/2))에 두 개의 1차 권선(M11~M1N)을 구현함으로써 변압기(T1~T(N/2))의 수를 반으로 줄이는 장점을 갖는다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치의 구성도이다.
도 9의 전하 균일 장치를 도 8에 도시된 바와 유사하며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 9의 전하 균일 장치는 하나의 변압기(T1)에 n개의 1차 권선을 감아 각각의 1차 권선(M1-11~M1-1N)에 직렬로 제1 스위치(S1-1~S1-N)를 연결한 후 병렬로 배터리 셀(B1-1~B1-N)를 연결하는 형태를 갖고 있다.
그러한 구조를 기본 단위(Module)라고 하면, 도 9의 전하 균일 장치는 m개의 기본 단위를 갖는 구조를 갖고 있다. 도 9의 전하 균일 장치는 본 발명에서 제안하는 전하 균일 장치의 일반적인 형태로 볼 수 있으며, n=1인 경우가 도 2에 보인 전하 균일 장치이고, n=2인 경우가 도 8에서 보인 전하 균일 장치이다.
한편, 본 발명에서는 직렬 연결 배터리 셀에 전기적 충전 장치나 전기적 부하가 연결되어 있지 않은 상황에서 직렬 연결 배터리 셀의 각각의 배터리 셀의 전위가 서로 다를 경우에 전하 균일 동작이 수행되도록 한다. 그러나, 전기적 충전 장치나 전기적 부하가 연결되어 있다 하더라도, 변압기의 1차 권선과 스위치가 우회 회로(bypass circuit)로 작용할 만큼 전류 수용 용량이 크거나 혹은 충전되는 전류나 방전되는 전류의 크기가 작은 경우에는 전기적 충전 장치나 전기적 부하가 연결되는 상황에서도 수행될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 종래 기술의 전류 전환을 이용한 전하 균일장치의 우수한 전하 균일 성능을 유지하면서 동시에 구현하기 쉬운 전하 균일 장치를 제공하는 효과가 있다.
즉, 종래의 전류 전환을 이용한 전하 균일 장치는 전하 균일을 이루기 위해 부피가 큰, 하나의 공통 코어에 배터리 셀의 수만큼의 1차 권선을 감아야 하기 때문에, 배터리 셀의 수가 증가할수록 실제로 구현하기가 어려운 단점이 있었으나, 본 발명에서는 부피가 작은, 배터리 셀의 수만큼의 변압기를 사용하고 2차 권선을 전기적으로 병렬로 연결하여 전류 전환을 이용한 전하 균일 장치가 갖는 우수한 전 하 균일 성능을 유지하면서 동시에 구현하기 쉽도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 2차 권선과 14V 배터리 사이에 제2 스위치를 사용하여 직렬 연결 배터리 셀을 구성하는 임의의 배터리가 저충전 상태인 경우에는 제2 스위치를 사용하여 14V 배터리 전위를 낮출 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 스위치가 꺼지는 동안에 자동차에 기본적으로 장착된 14V 배터리 전압을 2차 권선에 인가함으로써, 변압기의 포화를 막으면서 제2 스위치의 전압 스트레스를 작게 하였고 변압기의 권수비가 낮아져 변압기의 2차 권선 구현을 쉽게 하는 효과가 있다.
즉, 종래의 전류 전환을 이용한 전하 균일 장치는 제1 스위치가 꺼지는 동안 직렬 연결 배터리 셀의 전체 전압을 2차 권선에 인가함으로써 변압기의 포화를 막고 있는데, 이러한 구성에서는 변압기의 권수비(turns ratio)를 1:N(여기서 N은 직렬 연결 배터리 수)으로 가져갈 경우, 제1 스위치의 전압 스트레스는 낮아지는 반면에 다이오드의 전압 스트레스가 증가하고 배터리 셀의 수가 증가할수록 변압기의 2차 권선 제작은 어려움이 따르게 된다. 그러나 본 발명에서는 제1 스위치가 꺼지는 동안에 자동차에 기본적으로 장착된 14V 배터리 전압을 2차 권선에 인가함으로써, 변압기의 포화를 막으면서 제2 스위치의 전압 스트레스를 줄이고 변압기의 권수비가 낮아져 변압기의 2차 권선 구현을 쉽게 하였다.

Claims (16)

1차 권선과 2차 권선이 각각 감겨 있고, 상기 1차 권선들이 배터리 셀에 병렬로 연결되어 있으며, 감겨 있는 상기 2차 권선들이 병렬로 연결되어 있는 복수의 변압기;
상기 복수의 변압기의 상기 1차 권선의 각각에 직렬로 연결되어 상기 1차 권선의 제1 방향과 제2 방향의 전류 흐름을 단속하는 복수의 제1 스위치;
서로 직렬로 연결되어 있고, 각각은 상기 복수의 변압기의 1차 권선에 각각 병렬로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀; 및
상기 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하여 상기 복수의 제1 스위치를 온/오프하는 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부를 포함하며,
상기 복수의 제1 스위치중 하나 이상이 온되면 온된 상기 제1 스위치에 연결된 상기 제1 권선중 하나 이상에 제1 방향으로 전류가 흘러 상기 제2 권선들에 전류를 유도하며, 상기 제2 권선들에 유도된 전류로 인하여 상기 제1 권선들에 전류가 유도되어 상기 복수의 배터리 셀에 균일한 전하가 분배되는 것을 특징으로 하는 전하 균일 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 변압기의 상기 1차 권선과 상기 2차 권선은 플라이백 컨버터의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전하 균일 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 변압기의 각각의 권선비는 동일한 것을 특징으로 하는 전하 균일 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 스위치는 MOSFET 스위치, BJT 스위치, 릴레이 스위치중의 하나로서 양방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 전하 균일 장치.
제 1 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들에 병렬로 연결되어 있는 전하 충전 수단(BO); 및
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 전하 충전 수단(BO) 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 전하 충전 수단(BO)으로의 전류의 흐름과 상기 전하 충전 수단(BO)에서 상기 2차 권선들로의 전류의 흐름을 단속하는 제2 스위치를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 1 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들에 병렬로 연결되어 있는 전하 충전 수단(BO); 및
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 전하 충전 수단(BO) 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 전하 충전 수단(BO)으로의 전류의 흐름을 제공하는 전류 전달 소자를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 전하 충전 수단(BO)에 1차 권선이 연결되어 있으며, 2차 권선은 상기 직렬 연결된 배터리 셀에 연결되어 있는 제2 변압기;
상기 제2 변압기의 상기 1차 권선에 직렬로 연결되어 있는 제3 스위치; 및
상기 제2 변압기의 상기 2차 권선과 상기 배터리 셀의 사이에 연결되어 있는 제2 전류 전달 소자를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 1 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 직렬로 연결된 배터리셀의 일측단 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 배터리 셀로의 전류의 흐름과 상기 배터리 셀에서 상기 2차 권선들로의 전류의 흐름을 단속하는 제2 스위 치를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 1 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 직렬로 연결된 배터리셀의 일측단 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 배터리 셀로의 전류의 흐름을 단속하는 전류 전달 소자를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
하나의 코어에 복수의 1차 권선과 하나의 2차 권선이 각각 감겨 있고, 상기 1차 권선들이 배터리 셀에 병렬로 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들이 병렬로 연결되어 있는 복수의 변압기;
상기 복수의 변압기의 상기 1차 권선의 각각에 직렬로 연결되어 상기 1차 권선의 제1 방향과 제2 방향의 전류 흐름을 단속하는 복수의 제1 스위치;
서로가 직렬로 연결되어 있고, 각각은 상기 복수의 변압기의 1차 권선에 각각 병렬로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀; 및
상기 복수의 배터리 셀의 전압을 센싱하여 상기 복수의 제1 스위치를 온/오프하는 전압 센싱 및 스위치 드라이브 신호 발생부를 포함하며,
상기 복수의 제1 스위치중 하나 이상이 온되면 온된 상기 제1 스위치에 연결된 상기 제1 권선중 하나 이상에 제1 방향으로 전류가 흘러 상기 제2 권선들에 전류를 유도하며, 상기 제2 권선들에 유도된 전류로 인하여 상기 제1 권선들에 전류가 유도되어 상기 복수의 배터리 셀에 균일한 전하가 분배되는 것을 특징으로 하는 전하 균일 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 변압기의 상기 1차 권선과 상기 2차 권선은 플라이백 컨버터의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전하 균일 장치.
제 10 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들에 병렬로 연결되어 있는 전하 충전 수단(BO); 및
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 전하 충전 수단(BO) 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 전하 충전 수단(BO)으로의 전류의 흐름과 상기 전하 충전 수단(BO)에서 상기 2차 권선들로의 전류의 흐름을 단속하는 제2 스위치를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 10 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들에 병렬로 연결되어 있는 전하 충전 수단(BO); 및
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 전하 충전 수단(BO) 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 전하 충전 수단(BO)으로의 전류의 흐름을 제공하는 전류 전달 소자를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 전하 충전 수단에 1차 권선이 연결되어 있으며, 2차 권선은 상기 직렬 연결된 배터리 셀에 연결되어 있는 제2 변압기;
상기 제2 변압기의 상기 1차 권선에 직렬로 연결되어 있는 제3 스위치; 및
상기 제2 변압기의 상기 2차 권선과 상기 배터리 셀의 사이에 연결되어 있는 제2 전류 전달 소자를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 10 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 직렬로 연결된 배터리셀의 일측단 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 배터리 셀로의 전류의 흐름과 상기 배터리 셀에서 상기 2차 권선들로의 전류의 흐름을 단속하는 제2 스위치를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
제 10 항에 있어서,
병렬로 연결된 상기 2차 권선들의 일측단과 상기 직렬로 연결된 배터리셀의 일측단 사이에 연결되어 있으며, 상기 2차 권선들에서 상기 배터리 셀로의 전류의 흐름을 단속하는 전류 전달소자를 포함하여 이루어진 전하 균일 장치.
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