KR101473880B1 - Battery cell ballancing circuit using series resonant circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LC 직렬공진을 이용하여 멀티 배터리셀의 밸런싱 기능을 수행하는데 적당하도록 한 기술에 관한 것이다.
본 발명은, 직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리셀 모듈, 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 충전하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급하는 직렬공진회로, 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 상기 직렬공진회로의 커패시터 충전할 수 있도록 전기에너지 회수 경로를 제공하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급할 수 있도록 전기에너지 공급 경로를 제공하는 스위치부, 상기 커패시터에 병렬접속된 트랜스포머의 권선을 구비한 제1배터리 모듈; 및 상기 제1배터리 모듈과 동일한 구성을 갖는 제2배터리 모듈 내지 제N 배터리 모듈을 포함하되, 상기 제1배터리 모듈 내지 제N배터리 모듈의 배터리셀 모듈들이 직렬로 접속되고, 상기 제1배터리 모듈 내지 제N배터리 모듈에 포함된 상기 권선들이 자기적으로 결합되어 상기 제1배터리 모듈 내지 제N배터리 모듈의 커패시터들에 충전되거나 방전되는 전기에너지의 레벨이 동일하게 변동되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a technique suitable for performing a balancing function of a multi-battery cell using LC series resonance.
The present invention relates to a battery cell module comprising a battery cell module having a plurality of battery cells connected in series, a charging unit for charging electric energy recovered from a corresponding battery cell of the battery cell module and supplying the charged electric energy to a corresponding battery cell of the battery cell module A series resonant circuit for providing an electric energy recovery path for charging an electric energy recovered from a corresponding battery cell of the battery cell module into a capacitor of the series resonant circuit and supplying the charged electric energy to a corresponding battery cell A first battery module having a winding of a transformer connected in parallel to the capacitor; And a second battery module to an Nth battery module having the same configuration as the first battery module, wherein battery cell modules of the first battery module to the Nth battery module are connected in series, The windings included in the Nth battery module are magnetically coupled so that the level of electric energy charged or discharged in the capacitors of the first to Nth battery modules is uniformly varied.

Description

엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로{BATTERY CELL BALLANCING CIRCUIT USING SERIES RESONANT CIRCUIT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery cell balancing circuit using an ELC serial resonance,

본 발명은 LC 직렬공진을 이용한 멀티 배터리셀의 밸런싱 기술에 관한 것으로, 특히 복수개의 배터리셀 모듈을 직렬로 연결하여 사용하는 경우 적당한 배터리셀 밸런싱이 이루어지도록 한 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로에 관한 것이다.
The present invention relates to a balancing technique of a multi-battery cell using LC series resonance, and more particularly to a battery cell balancing circuit using an LC series resonance for proper battery cell balancing when a plurality of battery cell modules are connected in series .

일반적으로, 전지(배터리셀)의 양단 전압이 일정 수치를 넘을 경우 폭발의 위험이 있고, 일정 수치 이하로 떨어질 경우에는 배터리셀에 영구적인 손상이 가해지게 된다. 전기자동차와 같이 비교적 대용량의 전원공급이 요구되는 장치에 배터리셀을 이용하여 전원을 공급하고자 하는 경우, 배터리셀을 직렬로 접속한 배터리셀 모듈(배터리 팩)을 사용한다. 그런데, 이와 같은 배터리셀 모듈을 사용하는 경우 각 배터리셀의 성능 편차에 의하여 전압의 불균형이 발생될 수 있다. Generally, there is a risk of explosion if the voltage across the battery (battery cell) exceeds a certain value, and if it falls below a certain value, the battery cell is permanently damaged. In order to supply power to a device requiring a relatively large power supply, such as an electric vehicle, using a battery cell, a battery cell module (battery pack) in which battery cells are connected in series is used. However, when such a battery cell module is used, a voltage imbalance may occur due to a performance variation of each battery cell.

배터리셀 모듈 충전 시 상기 배터리셀 모듈 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 상한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리셀 모듈을 충전할 수 없게 되므로 다른 배터리셀들이 충분히 충전되지 않은 상태에서 충전을 종료하여야 한다. 이와 같은 경우 배터리셀 모듈의 충전용량이 정격 충전용량에 미치지 못하게 된다. When one battery cell in the battery cell module reaches the upper limit voltage before charging the battery cell module, the battery cell module can no longer be charged. Therefore, when the other battery cells are not fully charged Charging should be terminated. In such a case, the charging capacity of the battery cell module does not reach the rated charging capacity.

한편, 배터리셀 모듈 방전 시에는 상기 배터리셀 모듈 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 하한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리셀 모듈을 사용할 수 없게 되므로 그만큼 배터리셀 모듈의 사용시간이 단축된다. On the other hand, when the battery cell module discharges, when one battery cell in the battery cell module reaches a lower limit voltage than other battery cells in the battery cell module, the battery cell module can no longer be used. .

상기와 같이 배터리셀 모듈의 충전 또는 방전 시 보다 높은 전기 에너지를 갖는 배터리셀의 전기 에너지를 보다 낮은 전기 에너지를 갖는 배터리셀로 공급해 줌으로써 배터리셀 모듈의 사용시간을 연장시킬 수 있는데, 이와 같은 동작을 배터리셀 밸런싱이라고 부른다.As described above, when the battery cell module is charged or discharged, the electric energy of the battery cell having higher electric energy is supplied to the battery cell having lower electric energy, thereby extending the use time of the battery cell module. It is called battery cell balancing.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리셀 모듈(11)과, 직렬접속된 저항(R11-R14) 및, 상기 배터리셀 모듈(11)의 양측 종단 단자, 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 간의 각각의 접속단자를 상기 저항(R11-R14)의 대응 단자 각각에 선택적으로 접속하는 스위치(SW11-SW15)를 포함한다. FIG. 1 is a battery cell balancing circuit diagram using a parallel resistor according to the related art. As shown in FIG. 1, the battery cell balancing circuit includes a battery cell module 11 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series, R14 and switches SW11 to SW14 for selectively connecting respective connection terminals between the battery cell modules 11 and the battery cells CELL1 to CELL4 to corresponding terminals of the resistors R11 to R14, SW15).

도 1을 참조하면, 배터리셀 모듈(11) 충전 시 상기 배터리셀 모듈(11) 내의 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 임의의 배터리셀의 충전전압이 다른 배터리셀들의 충전전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달하는 경우 스위치(SW11-SW15) 중에서 해당 스위치를 턴온시켜 상기 저항(R11-R14) 중에서 해당 저항을 통해 충전전압이 방전되도록 한다. 1, when the battery cell module 11 is charged, the charging voltage of any one of the battery cells CELL1-CELL4 in the battery cell module 11 is higher than the charging voltage of the other battery cells, The switch is turned on among the switches SW11 to SW15 so that the charging voltage is discharged through the resistor among the resistors R11 to R14.

예를 들어, 두 번째의 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 다른 배터리셀(CELL1, CELL3,CELL4)의 충전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달한 경우, 스위치(SW12)를 턴온시킨다. 이에 따라, 상기 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 저항(R12)을 통해 방전되어 배터리셀 밸런싱이 이루어진다.
상기 도 1과 같은 종래 기술에 의한 배터리셀 밸런싱 회로의 예로서, 대한민국 특허 공개번호 10-2012-0013775호를 들 수 있다.For example, when the charging voltage of the second battery cell CELL2 reaches the upper limit voltage first, compared with the charging voltage of the other battery cells CELL1, CELL3, CELL4, the switch SW12 is turned on. Accordingly, the charging voltage of the battery cell CELL2 is discharged through the resistor R12 to balance battery cells.
As an example of the conventional battery cell balancing circuit as shown in FIG. 1, Korean Patent Laid-open Publication No. 10-2012-0013775 can be mentioned.

그러나, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로를 이용하는 경우 저항을 통해 전력이 소모되므로 그만큼 효율이 저하되고, 배터리셀 모듈 사용 중에 상한전압을 전압이 낮은 배터리셀로 공급할 수 없어 효율이 저하된다. However, when such a battery cell balancing circuit is used, power is consumed through the resistor, so that efficiency is lowered and the upper limit voltage can not be supplied to the low-voltage battery cell during use of the battery cell module.

도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리셀 모듈(21)과, 직렬접속된 커패시터(C21-C23)와, 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각을 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 양측 단자 중 하나에 각기 선택적으로 접속하는 스위치(SW21-SW24)를 포함한다.FIG. 2 is a battery cell balancing circuit diagram using a conventional capacitor. As shown in FIG. 2, the battery cell balancing circuit includes a battery cell module 21 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series and capacitors C21 to C23 The connection terminals between the capacitors C21 and C22 and the connection terminals between the capacitors C22 and C23 and the other terminals of the capacitor C23 are connected to the battery cells CELL1- And switches SW21 to SW24 for selectively connecting to one of the two terminals of each of the first and second input terminals CELL1 and CELL4.

도 2를 참조하면, 상기 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는 2가지의 접속 상태를 갖는다. 제1 접속 상태에서는 도 2에서와 같이 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 일측 단자(양극단자)에 각기 접속된다. 제2 접속 상태에서는 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 타측 단자(음극단자)에 각기 접속된다. Referring to FIG. 2, the battery cell balancing circuit using the capacitor has two connection states. 2, a connection terminal between the capacitors C21 and C22, a connection terminal between the capacitors C22 and C23, and a connection terminal between the other terminals of the capacitor C23, respectively, Are respectively connected to one terminal (positive terminal) of each of the battery cells CELL1 to CELL4. The connection terminal between the capacitors C21 and C22 and the connection terminal between the capacitors C22 and C23 and the other terminal of the capacitor C23 are connected to the battery cell CELL1-CELL4, respectively.

그런데, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 커패시터와 배터리셀 간에 하드 스위칭 동작이 발생하여 효율이 낮은 문제점이 있다. 배터리셀 모듈 내의 배터리셀들 간의 용량이 서로 동일한 것이 바람직하지만, 여러 가지 이유로 인하여 배터리셀들 간의 용량이 다르게 된다. 이와 같은 경우 어느 배터리셀의 충전 전압이 다른 배터리셀의 충전전압에 비하여 낮더라도 더 큰 용량을 갖을 수 있다. 이와 같은 경우 전압이 낮은 배터리셀의 전압을 전압이 높은 배터리셀에 전달할 필요가 있는데, 이와 같은 종래의 배터리셀 밸런싱 회로에서는 그와 같은 전압 전달 기능을 수행할 수 없는 결함이 있다.However, such a battery cell balancing circuit has a problem that a hard switching operation occurs between a capacitor and a battery cell, resulting in low efficiency. Although it is preferable that the capacity of the battery cells in the battery cell module are equal to each other, the capacities of the battery cells are different due to various reasons. In this case, even if the charging voltage of any one of the battery cells is lower than the charging voltage of the other battery cells, a larger capacity can be obtained. In this case, it is necessary to transfer the voltage of the low-voltage battery cell to the high-voltage battery cell. In such a conventional battery cell balancing circuit, such a voltage transfer function can not be performed.

도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1- CELL4)을 구비하는 배터리셀 모듈(31)과, 플라이백 컨버터(32) 및, 상기 플라이백 컨버터(32)의 복수 개의 2차 코일 각각을 상기 배터리셀(CELL1- CELL4) 각각의 양측 단자에 선택적으로 접속하는 스위치(SW31-SW34), 상기 플라이백 컨버터(32)의 1차 코일의 일측 단자를 상기 배터리셀 모듈(31)의 일측 단자에 선택적으로 접속하는 스위치(SW35)를 포함한다. 3 is a battery cell balancing circuit diagram using a flyback structure according to the related art. As shown in FIG. 3, the battery cell balancing circuit includes a battery cell module 31 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series, a flyback converter 32, Switches SW31 to SW34 for selectively connecting each of the plurality of secondary coils of the flyback converter 32 to both terminals of each of the battery cells CELL1 to CELL4, And a switch (SW35) for selectively connecting one terminal of the car coil to one terminal of the battery cell module (31).

도 3의 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS(Switch Mode Power Supply) 중 하나인 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로로서 스위치(SW31-SW34)를 이용하여 배터리셀 모듈(31) 내의 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각에 전기 에너지 전달이 가능하고, 배터리셀 모듈(31)의 양측 종단 단자의 사이에 전기 에너지 전달이 가능한 구조를 갖는다. The battery cell balancing circuit of FIG. 3 is a battery cell balancing circuit using a flyback structure, which is one of SMPS (Switch Mode Power Supply), and uses the switches SW31 to SW34 to connect the serially connected battery cells CELL1 to CELL4, respectively, and is capable of transferring electrical energy between the terminal terminals on both sides of the battery cell module 31. [

이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS의 형태를 가지므로 효율이 우수한 장점이 있지만, 배터리셀 모듈에 구비되는 배터리셀의 개수가 증가될수록 플라이백 컨버터에 사용되는 마그네틱 코어의 크기가 커지는 단점이 있고, 그에 따라 배터리셀 밸런싱 회로의 가격이 상승하는 문제점이 있다.
However, as the number of battery cells provided in the battery cell module increases, the size of the magnetic core used in the flyback converter increases. In this case, There is a problem that the price of the battery cell balancing circuit rises.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 LC 공진회로를 이용하여 배터리셀 간의 전기 에너지 교환이 가능하도록 하여 하드 스위칭에 의한 손실을 최소화 하고, 높은 에너지를 가지는 배터리 셀에서 낮은 에너지를 갖는 배터리셀로 에너지를 전달하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for switching an electric energy between battery cells using an LC resonance circuit to minimize loss due to hard switching and transfer energy from a battery cell having a high energy to a battery cell having a low energy .

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 복수 개의 배터리 모듈에 구비된 복수개의 배터리셀 모듈을 직렬로 연결하여 사용하는 경우 트랜스포머를 이용하여 각 배터리셀 모듈의 커패시터의 전기에너지가 동일하게 변동되도록 하는데 있다. Another problem to be solved by the present invention is that when a plurality of battery cell modules provided in a plurality of battery modules are connected in series, the electric energy of the capacitors of the battery cell modules is uniformly changed by using a transformer.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 충전하고 충전된 전기에너지를 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급할 때, 트랜스포머의 권선에 양쪽 방향으로 번갈아 가면서 전압이 공급되도록 경로를 형성하여 트랜스포머의 포화가 발생되는 것을 방지하는데 있다.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a battery cell module in which the electric energy recovered from the corresponding battery cell of the battery cell module is charged and the charged electric energy is supplied to the corresponding battery cell of the battery cell module, Thereby forming a path for supplying a voltage so as to prevent saturation of the transformer.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는, 직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리셀 모듈, 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 충전하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급하는 직렬공진회로, 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 상기 직렬공진회로의 커패시터 충전할 수 있도록 전기에너지 회수 경로를 제공하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급할 수 있도록 전기에너지 공급 경로를 제공하는 스위치부, 상기 커패시터에 병렬접속된 트랜스포머의 권선을 각기 구비한 복수 개의 배터리 모듈을 구비하되, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 배터리셀 모듈들이 직렬로 접속되고, 상기 복수 개의 배터리 모듈들에 각기 포함된 상기 권선들이 자기적으로 결합되어 상기 복수 개의 배터리 모듈의 커패시터들에 충전되거나 방전되는 전기에너지의 레벨이 동일하게 변동되는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell balancing circuit using an LC series resonance, comprising: a battery cell module having a plurality of battery cells connected in series; A series resonant circuit for charging energy and supplying the charged electric energy to a corresponding battery cell of the battery cell module, an electric energy recovered from the corresponding battery cell of the battery cell module to charge the capacitor of the series resonant circuit, A switch unit for providing an energy recovery path and providing an electric energy supply path for supplying the charged electric energy to a corresponding battery cell of the battery cell module, a plurality of batteries each having a winding of a transformer connected in parallel to the capacitor, And a plurality of battery modules The battery cells are connected in series and the windings included in each of the plurality of battery modules are magnetically coupled so that the levels of electric energy charged or discharged in the capacitors of the plurality of battery modules are uniformly varied .

본 발명은 복수 개의 배터리셀들에 대한 밸런싱 기능을 수행할 때, 낮은 내압을 갖는 스위치들을 이용하여 수행함으로써 안정된 밸런싱 동작을 보장할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect of ensuring a stable balancing operation by performing the balancing function for a plurality of battery cells using switches having a low withstand voltage.

또한, 밸런싱 대상의 배터리셀을 자유롭게 선택할 수 있어 가장 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀로부터 가장 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀로의 밸런싱 동작을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다. In addition, the battery cell to be balanced can be freely selected, so that balancing operation from the battery cell charged with the highest electric energy to the battery cell charged with the lowest electric energy can be efficiently performed.

또한, 복수 개의 배터리셀들에 대한 밸런싱 기능을 수행할 때, LC 직렬공진을 이용하여 전기에너지를 전달하므로, 스위칭으로 인한 에너지 손실이 적고 발열량이 적어 집적회로화에 용이한 효과가 있다.
In addition, when performing the balancing function for a plurality of battery cells, since the electric energy is transmitted using the LC series resonance, the energy loss due to the switching is small and the calorific value is small, so that the integrated circuit can be easily obtained.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로가 2개의 배터리 모듈을 구비한 것을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 6은 전기에너지 회수모드의 동작을 나타낸 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 7은 전기에너지공급모드의 동작을 나타낸 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 8은 전기에너지회수모드의 다른 동작을 나타낸 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 9는 전기에너지공급모드의 다른 동작예을 나타낸 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 10은 트랜스포머를 선택적으로 구동하는 예를 나타낸 회로도이다.
FIG. 1 is a battery cell balancing circuit diagram using a conventional parallel resistor.
2 is a battery cell balancing circuit diagram using a capacitor according to the related art.
3 is a battery cell balancing circuit diagram using a flyback structure according to the prior art.
4 is a circuit diagram of a battery cell balancing using an LC series resonance according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an exemplary battery cell balancing circuit using an LC serial resonance according to an embodiment of the present invention, which includes two battery modules.
6 is a battery cell balancing circuit diagram showing the operation of the electric energy recovery mode.
7 is a battery cell balancing circuit diagram showing the operation of the electric energy supply mode.
8 is a battery cell balancing circuit diagram showing another operation of the electric energy recovery mode.
9 is a battery cell balancing circuit diagram showing another operation example of the electric energy supply mode.
10 is a circuit diagram showing an example of selectively driving a transformer.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, N 개의 배터리 모듈(400_1~400_N)을 구비한다.상기 N 개의 배터리 모듈(400_1~400_N)은 각각 M개의 배터리셀(CELL_1-CELL_M)을 구비하므로 하나의 배터리셀 밸런싱 회로(400)는 M×N 개의 배터리셀을 구비하게 된다. 상기 N 개의 배터리 모듈(400_1~400_N)에 각각 구비된 M개의 배터리셀(CELL_1-CELL_M)은 직렬접속된다. 4 is a circuit diagram of a battery cell balancing system using an LC serial resonance according to an embodiment of the present invention and includes N battery modules 400_1 to 400_N as shown in Figure 4. The N battery modules 400_1 to 400_N Since each of the M battery cells CELL_1-CELL_M is provided, one battery cell balancing circuit 400 has M × N battery cells. The M battery cells CELL_1 to CELL_M provided in the N battery modules 400_1 to 400_N are connected in series.

상기 N 개의 배터리 모듈(400_1~400_N) 중 임의의 배터리 모듈의 배터리 셀 예를 들어, 제1배터리 모듈(400_1)의 제1배터리셀 모듈(411)의 배터리셀(CELL_1~CELL_M) 중에서 하나의 배터리셀에 다른 배터리셀들에 비해 상대적으로 높은 전기에너지가 충전된 경우, 상기 배터리셀의 전기에너지는 제1 내지 제3스위치부(413A-413C)의 스위치들에 의해 형성된 전기에너지 회수 경로를 통해 직렬공진회로(412)의 커패시터(Cs1)에 일시적으로 충전된다. One of the battery cells CELL_ 1 to CELL_M of the first battery cell module 411 of the first battery module 400 _ 1, for example, a battery cell of any one of the N battery modules 400 _ 1 ~ When relatively high electric energy is charged in the cell as compared with other battery cells, the electric energy of the battery cell flows through the electric energy recovery path formed by the switches of the first to third switch parts 413A-413C in series And is temporarily charged in the capacitor Cs1 of the resonance circuit 412. [

상기 N 개의 배터리 모듈(400_1~400_N)에 각기 구비된 커패시터(Cs1)에 각각 트랜스포머(TR)의 권선(L1)이 병렬로 접속되어 있다. 그리고, 상기 각각의 권선(L1)들은 자기적으로 결합되어 있다. 따라서, 임의의 배터리 모듈에서 상기와 같은 경로를 통해 전기에너지가 회수되어 해당 커패시터(Cs1)에 일시적으로 충전되면, 상기 권선(L1)들에 의해 다른 모든 배터리 모듈의 커패시터(Cs1)에 전달된다. 이에 따라, 모든 배터리 모듈(400_1~400_N)의 커패시터(Cs1)에는 서로 동일한 레벨의 전기에너지가 충전된다. The windings L1 of the transformers TR are connected in parallel to the capacitors Cs1 provided in the N battery modules 400_1 to 400_N, respectively. Each of the windings L1 is magnetically coupled. Therefore, when the electric energy is recovered through the above-mentioned path in the arbitrary battery module and temporarily charged in the corresponding capacitor Cs1, it is transferred to the capacitor Cs1 of all the other battery modules by the windings L1. Accordingly, the electric energy of the same level is charged in the capacitors Cs1 of all the battery modules 400_1 to 400_N.

상기 직렬공진회로(412)의 커패시터(Cs1)에 일시적으로 충전된 전기에너지는 상기 제1 내지 제3스위치부(413A-413C)의 스위치들에 의해 형성된 전기에너지 공급 경로를 통해 상기 N 개의 배터리 모듈(400_1~400_N) 중 임의의 배터리 모듈에서, 다른 배터리셀들에 비해 상대적으로 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀에 공급되어 충전된다.  The electric energy temporarily charged in the capacitor Cs1 of the series resonant circuit 412 is supplied to the N battery modules 411 through the electric energy supply path formed by the switches of the first to third switch parts 413A- Relatively low electrical energy is supplied to the charged battery cell and charged in any of the battery modules 400_1 to 400_N, as compared with other battery cells.

상기와 같은 일련의 전기에너지 회수 및 공급과정을 통해 배터리셀 밸런싱이 이루어진다. Battery cell balancing is performed through a series of electrical energy recovery and supply processes as described above.

도 4에서는 상기 제1 내지 제3 스위치부(413A-413C)에 구비된 스위치로서 SPST(Single Pole Single Throw)를 예로하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니라 다른 스위치 소자 예를 들어 MOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 스위치로 구현할 수 있다. In FIG. 4, SPST (Single Pole Single Throw) is taken as an example of a switch provided in the first to third switch portions 413A to 413C. However, the present invention is not limited to this, A metal oxide field effect transistor, a BJT (Bipolar Junction Transistor), and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로가 2개의 배터리 모듈을 구비한 것을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 배터리셀 밸런싱 동작을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.5 illustrates an exemplary battery cell balancing circuit using an LC serial resonance according to an embodiment of the present invention, which includes two battery modules. The battery cell balancing operation according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

도 5를 참조하면, 배터리셀 밸런싱 회로(400)는 제1,2배터리 모듈(400_1),(400_2)을 구비하는데, 상기 제1,2배터리 모듈(400_1),(400_2)의 구조는 서로 동일하므로 그 중에서 하나의 제1배터리 모듈(400_1)의 구조에 대해 설명한다. Referring to FIG. 5, the battery cell balancing circuit 400 includes first and second battery modules 400_1 and 400_2. The first and second battery modules 400_1 and 400_2 have the same structure The structure of one of the first battery modules 400_1 will be described.

제1배터리 모듈(400_1)은 제1배터리셀 모듈(411), 직렬공진회로(412), 제1 내지 제3 스위치부(413A-413C)를 포함하는 스위치부, 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)을 구비한다. The first battery module 400_1 includes a first battery cell module 411, a series resonant circuit 412, a switch unit including first to third switch units 413A to 413C, a first winding of the transformer TR, (L1).

제1배터리셀 모듈(411)은 직렬접속된 제1내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)을 구비한다. The first battery cell module 411 includes first through fourth battery cells CELL11-CELL14 connected in series.

직렬공진회로(412)는 직렬접속된 제1인덕터(Ls1) 및 제1커패시터(Cs1)를 구비한다.The series resonant circuit 412 includes a first inductor Ls1 and a first capacitor Cs1 connected in series.

트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)은 상기 제1커패시터(Cs1)와 병렬접속된다. The first winding L1 of the transformer TR is connected in parallel with the first capacitor Cs1.

제1스위치부(413A)는 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)로부터 전기에너지를 회수하거나 공급하기 위한 경로를 형성한다. 이를 위해 상기 제1스위치부(413A)는 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 제1공통노드(N11)에 공통접속된 제1 내지 제5 스위치(SW1-SW5)를 구비한다. The first switch unit 413A forms a path for recovering or supplying electric energy from the first to fourth battery cells CELL11 to CELL14. To this end, the first switch unit 413A is connected to one terminal of each of the first to fourth battery cells CELL11-CELL14, and the other terminal of the first switch unit 413A is connected to the first common node N11 To fifth switches SW1 to SW5.

제2 스위치부(413B)는 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)로부터 전기에너지를 회수하거나 공급하기 위한 경로를 형성한다. 이를 위해 상기 제2 스위치부(413B)는 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 제2공통노드(N12)에 공통접속된 제6 내지 제10 스위치(SW6-SW10)를 구비한다. The second switch unit 413B forms a path for recovering or supplying electric energy from the first to fourth battery cells CELL11 to CELL14. To this end, the second switch unit 413B is connected to one terminal of each of the first to fourth battery cells CELL11-CELL14, and the other terminal thereof is connected to the second common node N12, To 10th switch (SW6-SW10).

여기서, 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)의 각 단자는 제1 배터리셀(CELL11)의 일측 단자, 제1 배터리셀(CELL11)의 타측 단자와 제2 배터리셀(CELL12)의 일측 단자의 공통접속단자, 제2 배터리셀(CELL12)의 타측 단자와 제3 배터리셀(CELL13)의 일측 단자의 공통접속단자, 제3 배터리셀(CELL13)의 타측 단자와 제4 배터리셀(CELL14)의 일측 단자의 공통접속단자, 상기 제4 배터리셀(CELL14)의 타측 단자를 의미한다. Each terminal of the first to fourth battery cells CELL11 to CELL14 is connected to one terminal of the first battery cell CELL11, the other terminal of the first battery cell CELL11 and one terminal of the second battery cell CELL12 The other terminal of the second battery cell CELL12 and the other terminal of the third battery cell CELL13 and the common terminal of the fourth battery cell CELL14, A common connection terminal of one terminal of the fourth battery cell CELL14, and a common terminal of the other terminal of the fourth battery cell CELL14.

제3 스위치부(413B)는 전기에너지회수모드에서 상기 직렬공진회로(412)의 일측 종단 단자를 상기 제1공통노드(N11)에 접속하는 제11 스위치(SW11), 상기 직렬공진회로(412)의 타측 종단 단자를 상기 제2 공통노드(N12)에 접속하는 제12 스위치(SW12), 전기에너지공급모드에서 상기 직렬공진회로(412)의 타측 종단 단자를 상기 제1 공통노드(N11)에 접속하는 제13 스위치(SW13), 상기 직렬공진회로(412)의 일측 종단 단자를 상기 제2 공통노드(N12)에 접속하는 제14 스위치(SW14)를 구비한다. The third switch unit 413B includes an eleventh switch SW11 for connecting one end terminal of the series resonant circuit 412 to the first common node N11 in the electric energy recovery mode, A second switch SW12 for connecting the other terminal end of the serial resonant circuit 412 to the second common node N12 in the electric energy supply mode, And a fourteenth switch (SW13) for connecting one end terminal of the series resonant circuit (412) to the second common node (N12).

제1배터리 모듈(400_1)의 제1배터리셀 모듈(411)에 직렬접속된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)은 제2배터리 모듈(400_2)의 제2배터리셀 모듈(421)에 직렬접속된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL21-CELL24)와 직렬로 접속된다. The first to fourth battery cells CELL11 to CELL14 connected in series to the first battery cell module 411 of the first battery module 400_1 are connected to the second battery cell module 421 of the second battery module 400_2 And are connected in series with first to fourth battery cells CELL21 to CELL24 connected in series.

상기 제1배터리 모듈(400_1)의 제1커패시터(Cs1)에 병렬접속된 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)과 상기 제2배터리 모듈(400_2)의 제2커패시터(Cs2)에 병렬접속된 트랜스포머(TR)의 제2권선(L2)은 자기적으로 결합되어 있다. A first winding L1 of the transformer TR connected in parallel to the first capacitor Cs1 of the first battery module 400_1 and a second capacitor Cs2 of the second battery module 400_2 are connected in parallel The second winding (L2) of the transformer (TR) is magnetically coupled.

제1배터리 모듈(400_1)의 제1배터리셀 모듈(411)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)에 충전된 전기 에너지와 제2배터리 모듈(400_2)의 제2배터리셀모듈(421)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL21-CELL24)에 충전된 전기 에너지들 중에서 상대적으로 제일 높은 전기 에너지는 상기 스위치부의 해당 스위치로 형성된 전기에너지 회수 경로를 통해 제1배터리 모듈(400_1)의 직렬공진회로(412)의 제1커패시터(Cs1)나 제2배터리 모듈(400_2)의 직렬공진회로(422)의 제2커패시터(Cs2)에 일시적으로 충전된다. The electric energy charged in the first to fourth battery cells CELL11 to CELL14 provided in the first battery cell module 411 of the first battery module 400_1 and the electric energy stored in the second battery cell module 400_2 of the second battery module 400_2, The relatively highest electric energy among the electric energies charged in the first to fourth battery cells CELL21 to CELL24 provided in the first battery module 421 is transmitted to the first battery module through the electric energy recovery path formed by the corresponding switch of the switch unit. The first capacitor Cs1 of the series resonant circuit 412 of the first battery module 400_1 and the second capacitor Cs2 of the series resonant circuit 422 of the second battery module 400_2 are temporarily charged.

이와 같은 전기에너지회수모드의 동작을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 제1배터리 모듈(400_1)의 제1배터리셀 모듈(411)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)에 충전된 전기 에너지와 제2배터리 모듈(400_2)의 제2배터리셀 모듈(421)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL21-CELL24)에 충전된 전기 에너지들 중에서 상기 제1배터리셀 모듈(411)의 제2배터리셀(CELL12)에 가장 높은 전기 에너지가 충전된 것을 예로 하여 설명한다. The operation of the electric energy recovery mode will now be described with reference to FIG. The electric energy charged in the first to fourth battery cells CELL11 to CELL14 provided in the first battery cell module 411 of the first battery module 400_1 and the electric energy charged in the second battery module 400_2 The highest electric energy is applied to the second battery cell CELL12 of the first battery cell module 411 among the electric energies charged in the first to fourth battery cells CELL21 to CELL24 provided in the cell module 421 As an example.

이와 같은 경우, 제어부(도면에 미표시)에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해 제1배터리 모듈(400_1)의 제1스위치부(413A)의 스위치들 중 제3스위치(SW3)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프되고, 제2스위치부(413B)의 스위치들 중 제7스위치(SW7)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프되고, 제3스위치부(413C)의 스위치들 중 제13스위치(SW13) 및 제14스위치(SW14)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프된다. 이때, 제2배터리 모듈(400_1)의 제1 내지 제3 스위치부(423A-423C)의 모든 스위치들은 턴오프된다.In this case, the third switch SW3 among the switches of the first switch unit 413A of the first battery module 400_1 is turned on by the switching control signal output from the control unit (not shown in the drawing) The seventh switch SW7 of the switches of the second switch portion 413B is turned on and the remaining switches are turned off and the thirteenth switch SW13 of the switches of the third switch portion 413C and the The switch SW14 is turned on and the remaining switches are turned off. At this time, all the switches of the first to third switch parts 423A-423C of the second battery module 400_1 are turned off.

따라서, 상기 제1배터리 모듈(400_1)의 제1배터리셀 모듈(411)에 구비된 제2배터리셀(CELL12)에 충전된 전기 에너지가 제2스위부(413B)의 제7스위치(SW7), 제2노드(N12), 제3스위치부(413C)의 제14 스위치(SW14)를 순차적으로 통해 직렬공진회로(412)의 제1커패시터(Cs1)에 일시적으로 충전된다. Therefore, the electric energy charged in the second battery cell CELL12 provided in the first battery cell module 411 of the first battery module 400_1 is transmitted to the seventh switch SW7 of the second switch 413B, The second node N12 and the fourteenth switch SW14 of the third switch unit 413C are sequentially charged to the first capacitor Cs1 of the series resonant circuit 412. [

이때, 상기 제2배터리셀(CELL12)의 용량은 상기 제1커패시터(Cs1)의 용량에 비해 아주 크기 때문에 상기 전기에너지회수모드에서 상기 직렬공진회로(412)가 공진할 때 상기 제2배터리셀(CELL12)의 충전 전압이 미세하게 하강된다. 이에 비하여, 상기 제1커패시터(Cs1)의 충전 전압은 사인(sine) 함수의 형태로 상승된다. 그런데, 상기 설명에서와 같이 상기 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)과 제2권선(L2)은 자기적으로 결합되어 있다. 따라서, 상기 제1커패시터(Cs1)에 충전되는 전기에너지가 상기 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1) 및 제2권선(L2)을 통해 제2커패시터(Cs2)에 충전된다. 이로 인하여, 전기에너지회수모드에서 상기 제1커패시터(Cs1)와 제2커패시터(Cs2)의 전기에너지는 서로 동일한 레벨로 충전된다. At this time, since the capacity of the second battery cell CELL12 is very large as compared with the capacity of the first capacitor Cs1, when the series resonant circuit 412 resonates in the electric energy recovery mode, The charging voltage of the capacitor CELL12 is finely lowered. On the other hand, the charging voltage of the first capacitor Cs1 is raised in the form of a sine function. However, as described above, the first winding L1 and the second winding L2 of the transformer TR are magnetically coupled. Therefore, electric energy charged in the first capacitor Cs1 is charged in the second capacitor Cs2 through the first winding L1 and the second winding L2 of the transformer TR. Therefore, in the electric energy recovery mode, the electric energy of the first capacitor Cs1 and the electric energy of the second capacitor Cs2 are charged to the same level.

상기와 같이 회수된 전기에너지를 전기에너지가 다른 배터리셀에 비하여 상대적으로 낮게 충전된 배터리셀에 공급하는 전기에너지공급모드의 동작을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 제1배터리 모듈(400_1)의 제1배터리셀 모듈(411)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)에 충전된 전기 에너지와 제2배터리 모듈(400_2)의 제2배터리셀 모듈(421)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL21-CELL24)에 충전된 전기 에너지들 중에서 상기 제2배터리셀 모듈(421)의 제4배터리셀(CELL24)에 가장 낮은 전기 에너지가 충전된 것을 예로 하여 설명한다. The operation of the electric energy supply mode in which the electric energy recovered as described above is supplied to the battery cells which are charged relatively lower than those of the other battery cells with electric energy will be described with reference to FIG. The electric energy charged in the first to fourth battery cells CELL11 to CELL14 provided in the first battery cell module 411 of the first battery module 400_1 and the electric energy charged in the second battery module 400_2 The lowest electric energy is applied to the fourth battery cell CELL24 of the second battery cell module 421 among the electric energies charged in the first to fourth battery cells CELL21 to CELL24 provided in the cell module 421 As an example.

이와 같은 경우, 상기 제어부에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해 제1배터리 모듈(400_1)의 제1 내지 제3 스위치부(413A-413C)의 모든 스위치들이 턴오프된다. 이때, 제2배터리 모듈(400_2)의 제1스위치부(423A)의 스위치들 중 제24스위치(SW24)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프되고, 제2스위치부(423B)의 스위치들 중 제30스위치(SW30)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프되고, 제3스위치부(423C)의 스위치들 중 제31 및 제32스위치(SW31,SW32)가 턴온되고 나머지 스위치들이 턴오프된다. In this case, all the switches of the first to third switch parts 413A-413C of the first battery module 400_1 are turned off by the switching control signal outputted from the control part. At this time, the 24th switch SW24 of the switches of the first switch portion 423A of the second battery module 400_2 is turned on and the remaining switches are turned off, and the 30th of the switches of the second switch portion 423B The switch SW30 is turned on and the remaining switches are turned off and the 31st and 32th switches SW31 and SW32 of the switches of the third switch portion 423C are turned on and the remaining switches are turned off.

따라서, 상기 제2배터리모듈(400_2)의 제2커패시터(Cs2)에 충전된 전기에너지가 상기 제3스위치부(423C)의 제31스위치(SW31) 및 제1스위치부(423A)의 제24스위치(SW24)를 순차적으로 통해 상기 제2배터리셀 모듈(421)의 제4배터리셀(CELL24)에 공급되어 충전된다. Therefore, electric energy charged in the second capacitor Cs2 of the second battery module 400_2 is supplied to the thirty-first switch SW31 of the third switch portion 423C and the twenty-fourth switch of the first switch portion 423A (SW24) are sequentially supplied to the fourth battery cell (CELL24) of the second battery cell module (421) to be charged.

이때, 상기 제4배터리셀(CELL24)의 용량은 상기 제2커패시터(Cs2)의 용량에 비해 아주 크기 때문에 상기 전기에너지공급모드에서 상기 제4배터리셀(CELL24)의 충전 전압이 미세하게 상승된다. 이에 비하여, 상기 제2커패시터(Cs2)의 충전 전압은 사인(sine) 함수의 형태로 하강된다. At this time, since the capacity of the fourth battery cell CELL24 is much greater than the capacity of the second capacitor Cs2, the charging voltage of the fourth battery cell CELL24 is slightly increased in the electric energy supply mode. On the other hand, the charging voltage of the second capacitor Cs2 is lowered in the form of a sine function.

그런데, 상기 설명에서와 같이 상기 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)과 제2권선(L2)은 자기적으로 결합되어 있다. 따라서, 상기 제1커패시터(Cs1)에 충전되는 전기에너지가 상기 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1) 및 제2권선(L21)을 통해 제2커패시터(Cs2)에 충전된다. 이로 인하여, 전기에너지공급모드에서 상기 제1커패시터(Cs1)와 제2커패시터(Cs2)의 전기에너지는 동일한 레벨로 하강된다. However, as described above, the first winding L1 and the second winding L2 of the transformer TR are magnetically coupled. Accordingly, electric energy charged in the first capacitor Cs1 is charged in the second capacitor Cs2 through the first winding L1 and the second winding L21 of the transformer TR. Thus, in the electric energy supply mode, the electric energy of the first capacitor Cs1 and the second capacitor Cs2 is lowered to the same level.

상기와 같은 전기에너지회수모드 및 전기에너지공급모드에서 상기 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)과 제2권선(L2)에 한 방향으로만 전압을 공급하는 경우 포화현상이 발생될 수 있다. 이와 같은 포화현상을 방지하기 위해서는 상기 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)과 제2권선(L2)에 양극성의 전압을 공급하여 평균전압이 0이 되도록할 필요가 있다. In the above-described electric energy recovery mode and electric energy supply mode, saturation phenomenon may occur when the voltage is supplied only in one direction to the first coil L1 and the second coil L2 of the transformer TR. In order to prevent such a saturation phenomenon, it is necessary to supply a positive voltage to the first winding L1 and the second winding L2 of the transformer TR so that the average voltage becomes zero.

도 8 및 도 9는 상기와 같은 포화현상을 방지하기 위한 실시예를 나타낸 것이다. 8 and 9 show an embodiment for preventing the saturation phenomenon as described above.

도 8이 도 6과 다른 점은 전기에너지회수모드에서 제1배터리 모듈(400_1)의 제3스위치부(413C)의 제11내지 제14스위치(SW11-SW14) 중 제11 및 제12 스위치(SW11,SW12)가 턴온되고, 제13 및 제14스위치(SW13,SW14)가 턴오프되는 것이다. 8 is different from FIG. 6 in that in the electric energy recovery mode, the eleventh and twelfth switches SW11 to SW14 among the eleventh to fourteenth switches SW11 to SW14 of the third switch portion 413C of the first battery module 400_1, , SW12 are turned on and the thirteenth and fourteenth switches SW13, SW14 are turned off.

도 9가 도 7과 다른 점은 전기에너지공급모드에서 제2배터리 모듈(400_2)의 제3스위치부(423C)의 제31내지 제34스위치(SW31-SW34) 중 제33 및 제34 스위치(SW33,SW34)가 턴온되고, 제31 및 제32스위치(SW31,SW32)가 턴오프되는 것이다. 9 is different from FIG. 7 in that the 33rd and 34th switches SW33-SW34 of the 31st to 34th switches SW31-SW34 of the third switch portion 423C of the second battery module 400_2 in the electric energy supply mode, , SW34 are turned on and the 31st and 32nd switches SW31 and SW32 are turned off.

다시 말해서, 전기에너지회수모드에서 제1배터리셀 모듈(411)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL11-CELL14)과 제2배터리 모듈(400_2)의 제2배터리셀 모듈(421)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL21-CELL24)들의 전기에너지 밸런싱이 이루어질 때 까지 도 6과 같은 전기에너지 회수 경로와 도 8과 같은 전기에너지 회수 경로를 교번되게 제공하여 상기와 같이 해당 배터리셀로부터 전기에너지를 회수하고, 전기에너지공급모드에서 도 7과 같은 전기에너지 공급 경로와 도 9과 같은 전기에너지 공급 경로를 교번되게 제공하여 상기와 같이 해당 배터리셀에 전기에너지가 공급되도록 한다. 이렇게 함으로써, 배터리셀의 밸런싱을 수행할 때 상기 트랜스포머(TR)의 포화 현상을 방지할 수 있게 된다. In other words, in the electric energy recovery mode, the first to fourth battery cells CELL11 to CELL14 provided in the first battery cell module 411 and the second battery cell module 422 in the second battery module 400_2 are provided The electric energy recovery path as shown in FIG. 6 and the electric energy recovery path as shown in FIG. 8 are alternately provided until the electric energy balancing of the first to fourth battery cells CELL21 to CELL24 is performed, The electric energy is recovered and the electric energy supply path as shown in FIG. 7 and the electric energy supply path as shown in FIG. 9 are alternately provided in the electric energy supply mode so that the electric energy is supplied to the corresponding battery cell as described above. By doing so, saturation of the transformer TR can be prevented when balancing the battery cells.

상기와 같은 배터리셀의 밸런싱을 수행할 때 배터리관리 시스템(도면에 미표시)의 밸런싱 알고리즘에서 제공되는 배터리셀의 충전상태(State of Charge) 및 배터리셀의 성능상태(State of Charge) 정보를 이용하여, 가장 높은 전기에너지가 저장된 배터리셀과 가장 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀을 판별할 수 있다. When the balancing of the battery cell is performed, the state of charge of the battery cell and the state of charge information of the battery cell provided in the balancing algorithm of the battery management system (not shown in the figure) , The battery cell storing the highest electric energy and the battery cell charged with the lowest electric energy can be identified.

상기 설명에서는 가장 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀로부터 전기에너지를 회수하고, 상기 회수된 전기에너지를 가장 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀에 공급하는 것을 예로하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니다. 예를들어, 상기와 같은 배터리셀 밸런싱 원리를 이용하여, 다른 배터리셀들에 비해 높은 전기에너지가 충전된 복수 개의 배터리셀로부터 전기에너지를 회수하고, 상기 회수된 전기에너지를 다른 배터리셀들에 비해 낮은 전기에너지가 충전된 복수 개의 배터리셀에 공급할 수 있다. In the above description, the electric energy is recovered from the battery cell charged with the highest electric energy, and the recovered electric energy is supplied to the battery cell charged with the lowest electric energy. However, the present invention is not limited thereto no. For example, using the battery cell balancing principle as described above, electric energy is recovered from a plurality of battery cells charged with higher electric energy than other battery cells, and the recovered electric energy is compared with other battery cells Can be supplied to a plurality of battery cells charged with low electrical energy.

한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 예를 들어, 상기 도 5의 트랜스포머(TR)의 제1권선(L1)의 일측 종단과 상기 제1커패시터(Cs1)의 일측 단자 사이에 선택스위치(SW_S)를 연결하여, 상기 제1권선(L1)이 상기 제1커패시터(Cs1)에 선택적으로 병렬접속되도록 하였다. Meanwhile, FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. For example, a selection switch SW_S is connected between one end of the first winding L1 of the transformer TR of FIG. 5 and one terminal of the first capacitor Cs1, and the first winding L1 ) Are selectively connected in parallel to the first capacitor (Cs1).

예를 들어, 배터리모듈 간에 전기 에너지 전달이 필요없고 제1배터리모듈(400_1) 내에서 개별적인 전기에너지 밸런싱 동작이 이루어질 때 상기 선택스위치(SW_S)를 턴오프시킨다. 그러나, 상기와 같은 개별적인 전기에너지 밸런싱 동작이 이루어진 후 배터리 모듈(400_1,400_2)간에 전기에너지 교환이 필요할 때 상기 선택스위치(SW_S)를 턴온시킨다. For example, when the electric energy transfer between the battery modules is not required and individual electric energy balancing operation is performed in the first battery module 400_1, the selection switch SW_S is turned off. However, after the individual electric energy balancing operation as described above is performed, when the electric energy exchange is required between the battery modules 400_1 and 400_2, the selection switch SW_S is turned on.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto. These embodiments are also within the scope of the present invention.

400 : 배터리셀 밸런싱 회로 400_1~400_N : 배터리 모듈
411 : 배터리셀 모듈 412 : 직렬공진회로
413A-413C : 제1-3스위치부400: battery cell balancing circuit 400_1 ~ 400_N: battery module
411: Battery cell module 412: Serial resonance circuit
413A-413C:

Claims (8)

직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리셀 모듈, 상기 배터리셀 모듈의 배터리셀들 중에서 상대적으로 가장 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 충전하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 배터리셀들 중에서 상대적으로 가장 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀에 공급하는 직렬공진회로, 상기 가장 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 상기 직렬공진회로의 커패시터 충전할 수 있도록 전기에너지 회수 경로를 제공하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 가장 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀에 공급할 수 있도록 전기에너지 공급 경로를 제공하는 스위치부, 상기 커패시터에 병렬접속된 트랜스포머의 권선을 각기 구비한 복수 개의 배터리 모듈을 구비하되,
상기 복수 개의 배터리 모듈의 배터리셀 모듈들이 직렬로 접속되고,
상기 복수 개의 배터리 모듈들에 각기 포함된 상기 권선들이 자기적으로 결합되어 상기 복수 개의 배터리 모듈의 커패시터들에 충전되거나 방전되는 전기에너지의 레벨이 동일하게 변동되는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
A battery cell module including a plurality of battery cells connected in series, a charging circuit for charging electric energy recovered from a battery cell charged with relatively highest electric energy among battery cells of the battery cell module, A series resonant circuit for supplying a relatively low electric energy among battery cells of the cell module to a charged battery cell, an electric energy recovered from the battery cell in which the highest electric energy is charged can be charged to a capacitor of the series resonant circuit A switch unit for providing an electric energy recovery path and providing an electric energy supply path for supplying the charged electric energy to the battery cell charged with the lowest electric energy, a transformer having a winding connected to the capacitor in parallel A plurality of battery modules,
The battery cell modules of the plurality of battery modules are connected in series,
Wherein the plurality of battery modules are magnetically coupled to each other so that the levels of electric energy charged or discharged in the capacitors of the plurality of battery modules are uniformly varied. Cell balancing circuit.
제1항에 있어서, 상기 스위치부는
상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 복수 개의 스위치를 구비하는 제1 스위치부;
상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제2 공통노드 사이에 각기 접속되는 스위치들을 구비하는 제2 스위치부; 및
상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들을 구비하는 제3 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The apparatus as claimed in claim 1,
A first switch unit having a plurality of switches connected between respective terminals of the plurality of battery cells and a first common node;
A second switch unit having switches connected between respective terminals of the plurality of battery cells and a second common node; And
Switches connected between the first common node and both terminals of the series resonant circuit and switches connected between the second common node and both terminals of the series resonant circuit; And a battery cell balancing circuit using an LC series resonance.
제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 스위치부의 각 스위치는 SPST(Single Pole Single Throw) 및 모스트랜지스터 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
[3] The battery cell balancing circuit as claimed in claim 2, wherein each switch of the first to third switch units includes at least one of a single pole single throw (SPST) and a mos transistor.
제1항에 있어서, 상기 스위치부는 상기 가장 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 충전하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 가장 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀에 공급할 때, 상기 트랜스포머의 권선에 양쪽 방향으로 번갈아 가면서 전압이 공급되도록 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
2. The battery pack according to claim 1, wherein when the switch unit charges the electric energy recovered from the battery cell charged with the highest electric energy and supplies the charged electric energy to the battery cell charged with the lowest electric energy, And a path is formed so that a voltage is supplied to the winding while alternating in both directions.
제1항에 있어서, 상기 트랜스포머의 권선은 선택스위치에 의하여, 해당 배터리 모듈에서 개별적인 전기에너지 밸런싱 동작이 이루어질 때 상기 커패시터와 분리되고, 상기 개별적인 전기에너지 밸런싱 동작이 이루어진 후 배터리 모듈 간에 전기에너지 교환이 필요할 때 상기 커패시터와 연결되는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The method of claim 1, wherein the windings of the transformer are separated from the capacitors when separate energy balancing operations are performed on the corresponding battery modules by a selection switch, and after the individual electric energy balancing operations are performed, And the capacitor is connected to the capacitor when necessary.
제1항에 있어서, 상기 복수 개의 배터리셀 각각의 용량은 상기 커패시터의 용량에 비하여 일정치 이상 큰 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.




2. The battery cell balancing circuit as claimed in claim 1, wherein a capacitance of each of the plurality of battery cells is greater than a capacitance of the capacitor.




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