KR101846989B1 - 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로 - Google Patents

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Abstract

복수개의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 이루어진 배터리 셀 블록, 변압기, 메인스위치, 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀의 갯수 만큼의 셀 선택 스위치를 포함하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로가 개시된다. 본 발명의 밸런싱 회로에서, 상기 변압기의 1차측 코일은 상기 배터리 셀 블록의 양단에 연결되고, 상기 메인스위치는 상기 변압기의 상기 1차측 코일과 상기 배터리 셀 블록의 음극 또는 양극 사이에 연결되며, 상기 변압기의 2차측 코일은 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 양단에 연결되고, 상기 셀 선택 스위치는 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 양극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제1 단자 사이에 연결된다. 상기 메인스위치 및 상기 복수개의 셀 선택 스위치 중 선택된 셀 선택 스위치의 스위칭 동작에 따라 충전을 위한 배터리 셀이 선택되고, 상기 변압기의 작동에 의하여 상기 배터리 셀 블록 전체는 방전되고 그렇게 방전된 에너지는 상기 선택된 배터리 셀로 전달되어 상기 선택된 배터리 셀이 충전된다. 본 발명에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로는 회로가 간단하고 회로 제어가 용이하며 빠른 셀 밸런싱을 구현할 수 있기 때문에 산업적으로 유용하게 활용될 수 있다.

Description

다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로{Active Balancing Circuit Of Multicell Battery}
본 발명은 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 셀 블록 전체의 에너지를 전위가 가장 낮은 배터리 셀에 전이시키는 방식으로 밸런싱을 수행하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로에 관한 것이다.
복수개의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 형성되는 고전압 배터리 팩이 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 에너지 스토리지 시스템(ESS) 등에 일반적으로 사용된다. 이러한 고전압 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀은 배터리 충전 및 방전 특성 등에서 완전히 동일하지 않기 때문에 충전 및 방전 시에 전압편차가 발생한다. 이러한 전압편차는 고전압 배터리 팩이 효율적으로 사용되지 못하는 원인이 된다. 따라서, 이러한 전압편차를 없애는 셀 밸런싱 회로가 일반적으로 적용되고 있다.
구체적으로, 일반적인 배터리 밸런싱 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, BMS(Battery Management System) 제어 블록 1과 BMS 제어 블록 2로 구분되는 구성을 가진다. BMS 제어 블록 1은 외부 기기와 통신하고 배터리 밸런싱 시스템 전체를 제어하는 회로 구성부분이며, 설계시 설정된 값이나 외부에서 변경된 값을 기준으로 BMS 제어 블록 2에 전달하는 회로 구성부분이다. BMS 제어 블록 2는 배터리에 직접 연결되어 배터리를 모니터하고 제어하는 회로 구성부분이다.
일반적인 배터리 밸런싱 시스템은 복수개의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 이루어지는 배터리 셀 블록(bat1 ~ bat6), 각 배터리 셀의 전압 등의 상태를 모니터링하는 배터리 모니터링부(bat monitor, CA2), BMS 제어 블록 2 내에서 필요한 dc 전압을 생성하기 위한 회로(PB2), 배터리 셀 블록(bat1 ~ bat6)에 대하여 셀 밸런싱을 수행하는 패시브 또는 액티브 밸런싱 제어부(passive or active control)를 포함한다. 이러한 구성들은 BMS 제어 블록 2를 이룬다. 일반적인 배터리 밸런싱 시스템은 또한 CAN 통신 또는 RS485 통신을 통해 외부 시스템에 BMS 시스템의 상태를 전달하는 회로부(U2), 시스템을 관리하고 제어하는 마이크로프로세서(U1), U1 및 U2 등의 회로부에 사용하기에 적합한 전압(예를 들어, 3.3V 또는 5V)을 만들어주는 회로부(P2)를 포함한다. 이러한 구성들은 BMS 제어 블록 1을 이룬다. 일반적인 배터리 밸런싱 시스템은 또한 BMS 제어블록 1과 BMS 제어블록 2 사이에서 영전위(그라운드)가 분리된 dc/dc 컨버터(P1)를 포함한다. 외부 시스템은 배터리 밸런싱 시스템에 연결되는 전원 또는 외부 통신용 콘솔 또는 다른 제어 시스템일 수 있다.
이와 같이 구성되는 일반적인 배터리 밸런싱 시스템은 MCU(U1)를 통해 외부 시스템과 연결되고, 배터리 모니터링부(bat monitor, CA2)는 배터리 전압을 모니터하고 이를 바탕으로 패시브 또는 액티브 밸런싱 제어부(passive or active control)는 패시브 또는 액티브 밸런싱 회로를 동작시켜 배터리 전압의 균일화를 이룬다.
도 2에 패시브 밸런싱 회로가 도시되어 있다. 패시브 밸런싱 회로는 각 배터리 셀의 양극 사이에 저항과 스위치가 연결된 구조를 가진다. 배터리 모니터링 및 제어부는 충전 중에 전압이 높은 배터리 셀을 감지하고 그러한 배터리 셀에 대하여 스위치를 온(ON)시켜 저항에 의하여 배터리 셀의 에너지를 소모하게 함으로써 배터리 셀들 간의 전압편차를 없앤다. 패시브 밸런싱 회로는 그 구조가 간단하여 구성하는데 장점이 있으나, 셀 간의 전압 조절 능력이 제한적이다. 즉, 저항을 이용하여 배터리 에너지를 고의적으로 소모하는 방식이기 때문에 에너지를 낭비한다는 단점이 있고, 또한 방전시 저항에 의하여 발생하는 열을 감당하여야 한다는 제한이 있다. 일반적으로 패시브 밸런싱의 속도는 100mA 정도로 제한된다. 따라서, 패시브 밸런싱은 고속 충전 시스템에 적용하기는 어렵다. 또한 패시브 밸런싱은 배터리를 실질적으로 사용하는 방전 모드에서는 적용될 수 없다는 한계를 가진다.
도 3 내지 도 5에 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로의 예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 액티브 밸런싱 회로는 전압이 높은 배터리 셀의 에너지를 전압이 낮은 배터리 셀로 전이시키는 것이기 때문에 즉, 에너지를 재생하기 때문에 에너지 낭비가 없고 밸런싱 속도가 빠르며, 그래서 효과적인 밸런싱을 구현할 수 있다는 장점을 가지지만, 그 구성 및 제어가 복잡하다는 단점을 가진다.
구체적으로 도 3에 도시된 액티브 밸런싱 회로는 한쌍의 배터리 셀(BAT1 및 BAT2, BAT3 및 BAT4, 그리고 BAT5 및 BAT6) 당 하나의 dc/dc 컨버터(MA1, MA2 및 MA3)가 연결된다. 그리하여 해당 한쌍의 배터리 셀 간의 전압편차가 제거된다. 이 경우, 이웃하는 쌍들 간에는 전압편차가 여전히 존재하게 되므로, 이웃하는 두 쌍 간의 전압편차를 없애기 위하여 두 쌍의 배터리 셀 당 하나의 dc/dc 컨버터(MB1 및 MB2)가 연결된다. 이러한 액티브 밸런싱 회로 구조에서, dc/dc 컨버터(MA1, MA2 및 MA3)는 제1층에 비유될 수 있고, dc/dc 컨버터(MB1 및 MB2)는 제2층에 비유될 수 있다. 더 나아가 배터리 블록을 이루는 배터리 셀이 더욱 많은 경우에는 dc/dc 컨버터(MC1 및 MC2)를 제3층에 배치되는 구조를 형성함으로써 모든 개별 배터리 셀의 밸런싱을 달성할 수 있다.
도 4에 도시된 액티브 밸런싱 회로는 6개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 셀 블록을 2개 가진다. 이러한 배터리 셀 블록은 2개의 분리된 dc/dc 컨버터(ISO dc/dc1 및 ISO dc/dc2)에 의하여 배터리 셀 블록 1에 속한 임의의 배터리 셀과 배터리 셀 블록 2에 속한 임의의 배터리 셀 간에 에너지 전이를 수행할 수 있다. 이때, 스위치를 이용하여 충전 및 방전 배터리 셀을 선택할 수 있다.
도 5에는 개별 셀 제어방식을 가지는 액티브 밸런싱 회로가 도시되어 있다. 이 방식은 각 셀마다 독립적으로 dc/dc 컨버터가 구성되어 에너지 전이를 통하여 각 셀의 상태를 같게 하는 방식이다.
상기한 종래기술 이외에도 특허공개 제10-2013-0047132호(2013. 05. 08. 공개), 특허등록 제10-1423064호(2014. 07. 18. 등록), 특허등록 제10-1686018호(2016. 12. 07. 등록) 등에 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로가 제안되었다.
특히, 특허공개 제10-2013-0047132호는 도 6에 도시된 셀 선택 제어방식을 종래기술로서 소개하고 있다. 구체적으로, 셀 선택 제어방식은 하나의 트랜스포머를 공유하고 각 셀을 선택할 수 있는 스위치 블록을 추가하여 각 셀을 선택하는 방식이다. 이러한 셀 선택 스위치는 선택된 셀에는 전류의 경로를 제공하고 선택되지 않은 셀에는 전류를 막아줌으로써 각 셀로 들어가는 전류를 조절하여 각 셀간의 평형을 이루도록 하는 방식이라고(특허공개 제10-2013-0047132호의 공개공보, [0029] 문단 참조) 소개하였다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여 안출되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 회로가 간단하고 회로 제어가 용이하며 빠른 셀 밸런싱을 구현하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로는 복수개의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 이루어진 배터리 셀 블록, 변압기, 메인스위치, 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀의 갯수 만큼의 셀 선택 스위치를 포함한다.
상기 변압기의 1차측 코일은 상기 배터리 셀 블록의 양단에 연결되고, 상기 메인스위치는 상기 변압기의 상기 1차측 코일과 상기 배터리 셀 블록의 음극 또는 양극 사이에 연결되며, 상기 변압기의 2차측 코일은 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 양단에 연결되고, 상기 셀 선택 스위치는 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 양극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제1 단자 사이에 연결된다.
상기 메인스위치 및 상기 복수개의 셀 선택 스위치 중 선택된 셀 선택 스위치의 스위칭 동작에 따라 충전을 위한 배터리 셀이 선택되고, 상기 변압기의 작동에 의하여 상기 배터리 셀 블록 전체는 방전되고 그렇게 방전된 에너지는 상기 선택된 배터리 셀로 전달되어 상기 선택된 배터리 셀이 충전된다.
상기 선택된 배터리 셀은 상기 배터리 셀 블록 중에서 전압이 가장 낮은 배터리 셀인 것이 바람직하다.
상기 셀 선택 스위치는 내부 기생 다이오드를 가지는 FET로 형성되고, 상기 내부 기생 다이오드는 상기 배터리 셀 각각의 양극으로부터 상기 변압기의 상기 2차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 상기 변압기의 상기 2차측 코일로부터 상기 배터리 셀 각각의 양극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 양극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제1 단자 사이에 상기 변압기의 상기 2차측 코일로부터 상기 배터리 셀 각각의 양극으로 전류가 흐르게 하는 반면에 상기 배터리 셀 각각의 양극으로부터 상기 변압기의 상기 2차측 코일로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드가 연결되어 있는 것이 바람직하다.
상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 음극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제2 단자 사이에 상기 배터리 셀 각각의 음극으로부터 상기 변압기의 상기 2차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 상기 변압기의 상기 2차측 코일로부터 상기 배터리 셀 각각의 음극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드가 연결되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 음극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제2 단자 사이에 제2 셀 선택 스위치가 연결될 수 있다.
상기 배터리 셀 블록의 양극과 상기 변압기의 상기 1차측 코일 사이에 상기 배터리 셀 블록의 양극으로부터 상기 변압기의 상기 1차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 상기 변압기의 상기 1차측 코일로부터 상기 배터리 셀 블록의 양극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드가 연결되어 있는 것이 바람직하다.
상기 액티브 밸런싱 회로는 상기 배터리의 충전시뿐만 아니라 방전시에도 작동하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로는 회로가 간단하고 회로 제어가 용이하며 빠른 셀 밸런싱을 구현할 수 있기 때문에 산업적으로 유용하게 활용될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로는 밸런싱 속도가 빠르고, 복수개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 셀 블록 전체의 에너지를 전위가 가장 낮은 배터리 셀에 전이시키는 방식으로 밸런싱을 수행하기 때문에 배터리 셀 블록 전체의 전원(예를 들어, 9~20V의 전원)을 회로의 동작 전원으로 사용할 수 있어 회로 구성을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 밸런싱 시스템의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 다중셀 배터리의 패시브 밸런싱 회로를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 종래기술에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로를 예시한 도면이다.
도 6은 종래기술에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에서 셀 선택 스위치로 사용되는 FET 스위치에서 내부 기생 다이오드의 방향을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로를 도시한 도면이다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로는 배터리 셀 블록(S1), 변압기(TRA-1), 메인 스위치(Q7), 셀 선택 스위치(SWP1 내지 SWP6)를 포함한다.
배터리 셀 블록(S1)은 복수개의 배터리 셀(bat1 내지 bat6)이 직렬로 연결되어 이루어진다. 도 7에는 배터리 셀 블록(S1)이 6개의 배터리 셀(bat1 내지 bat6)로 이루어진 예가 도시되어 있지만, 배터리 셀 블록(S1)을 이루는 배터리 셀의 갯수는 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 블록(S1)은 3 내지 12개의 배터리 셀로 구성될 수 있다. 다중셀 배터리 팩은 복수개의 배터리 셀 블록(S1)을 포함할 수 있지만, 도 7에는 하나의 배터리 셀 블록(S1)만을 도시하였다. 본 발명에 적용되는 배터리 셀(bat1 내지 bat6)은 리튬이온 배터리 및 리튬폴리머 배터리를 포함하며, 그 외의 다른 배터리를 포함할 수 있다.
변압기(TRA-1)의 1차측 코일은 배터리 셀 블록(S1)의 양단에 연결된다. 메인 스위치(Q7)는 변압기(TRA-1)의 1차측 코일과 배터리 셀 블록(S1)의 음극 또는 양극 사이에 연결된다. 변압기(TRA-1)의 2차측 코일은 배터리 셀 블록(S1)을 이루는 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 양단에 연결된다. 셀 선택 스위치(SWP1 내지 SWP6)는 배터리 셀 블록(S1)을 이루는 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 양극과 변압기(TRA-1)의 2차측 코일의 제1 단자 사이에 연결된다.
메인 스위치(Q7) 및 복수개의 셀 선택 스위치(SWP1 내지 SWP6) 중 선택된 셀 선택 스위치, 예를 들어 셀 선택 스위치(SWP5)의 스위칭 동작에 따라 변압기(TRA-1)가 작동한다. 변압기(TRA-1)의 작동에 의하여 배터리 셀 블록(S1) 전체는 방전되고 그렇게 방전된 에너지는 선택된 배터리 셀(bat1 내지 bat6), 예를 들어 배터리 셀(bat5)로 전달되어 선택된 배터리 셀(bat5)이 충전된다. 이때, 선택된 배터리 셀(bat5)은 바람직하게는, 배터리 셀 블록(S1) 중에서 전압이 가장 낮은 배터리 셀이다.
따라서, 본 발명에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로에 의하면, 배터리 셀 블록(S1) 전체의 에너지가 배터리 셀 블록(S1)에서 가장 전압이 낮은 배터리 셀로 전이됨으로써 배터리 셀 블록(S1) 내의 각 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 간의 전압편차가 해소된다.
본 발명을 특정 셀에서 특정 셀로 에너지 전이를 수행하는 종래기술에 따른 액티브 밸런싱 회로와 비교하면, 종래기술의 액티브 밸런싱 회로는 dc/dc 회로의 동작 요건이 3~4V인 전원을 이용하여 회로 동작을 수행하기 때문에 회로 구성의 한계가 있다. 즉, 낮은 전압에서 구동시키기 위하여 까다로운 회로 설계가 필요하다.
밸런싱의 궁극적인 목적은 충전중 또는 방전중 배터리에 균일한 에너지를 저장하여 배터리의 성능을 최대한 사용하는 데 있다. 따라서, 배터리 1 셀 간의 에너지 전이 대신에 예를 들어 3~6 셀의 전원을 소스로 하여 1 셀을 충전하는 충전회로를 구성한다면, 회로의 동작 전원은 9~20V가 되므로 회로 구성이 용이하게 된다.
즉, 본 발명은 배터리 셀 간의 전압에 편차가 발생하면, 배터리 셀 블록(예를 들어 3~6 셀)을 파워 소스로 하고, 3~6V의 출력이 가능한 전류 제어 dc/dc 컨버터에 의해 트랜스포머 2차측에 에너지를 전달한다. 셀 선택 스위치(SWP1 내지 SWP6)가 동작하고 전원이 3~6V 정도로 제한되어 공급되면, 연결된 셀 선택 스위치(예를 들어, SWP5)에 연결된 배터리 셀만이 충전된다.
이때, 전체 블록(S1)은 에너지를 방전하므로 가장 높은 셀의 전압은 자동적으로 낮아지게 되고, 충전회로에 연결된 배터리 셀(예를 들어, bat5)은 블록(S1)으로부터 전체 에너지를 전달받으므로 방전 전류 대비 3~6배 빨리 충전이 이루어지게 된다. 즉, 본 발명은 빠른 셀 밸런싱을 구현할 수 있다.
(12셀 기준) 도 3 회로 도 4 회로 도 5 회로 본 발명
FET 24 88 24 13
다이오드 13
인덕터 12
트랜스 2 12 1
아이솔레이션 dc/dc 2
DC/DC 회로 12
합계 48 92 36 27
한편, 상기 표 1에 정리된 바와 같이, 본 발명은 종래기술에 따른 액티브 밸런싱 회로에 비하여 사용되는 부품수가 적을 뿐만 아니라 회로의 구성이 용이하고 또한 회로의 제어가 용이하다는 장점을 가진다.
본 발명에서, 셀 선택 스위치(SWP1 내지 SWP6)는 내부 기생 다이오드를 가지는 FET로 형성되는 것일 수 있다. 도 8에는 본 발명에서 셀 선택 스위치(SWP1 내지 SWP6)로 사용되는 FET 스위치에서 내부 기생 다이오드의 방향이 도시되어 있다. 내부 기생 다이오드는 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 양극으로부터 변압기(TRA-1)의 2차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 변압기(TRA-1)의 2차측 코일로부터 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 양극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
배터리 셀 블록(S1)을 이루는 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 양극과 변압기(TRA-1)의 2차측 코일의 제1 단자 사이에 변압기(TRA-1)의 2차측 코일로부터 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 양극으로 전류가 흐르게 하는 반면에 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 양극으로부터 변압기(TRA-1)의 2차측 코일로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드(SD7)가 연결되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 다이오드(SD7)는 셀 선택 스위치(SWP1 내지 SWP6)가 오프된 상태에서 FET 스위치의 내부 기생 다이오드를 통하여 전류가 흐르는 것을 방지한다.
배터리 셀 블록(S1)을 이루는 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 음극과 변압기(TRA-1)의 2차측 코일의 제2 단자 사이에 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 음극으로부터 변압기(TRA-1)의 2차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 변압기(TRA-1)의 2차측 코일로부터 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 음극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드(SD1 내지 SD6)가 연결되어 있는 것이 바람직하다. 일반적으로 상단의 스위치를 연결하면, 예를 들어 셀 선택 스위치(SWP5)를 연결하면, 하위 셀(bat4)이 방전될 가능성이 있다. 다이오드(SD1 내지 SD6)는 이러한 방전을 방지하는 역할을 한다.
한편, 배터리 셀 블록(S1)의 양극과 변압기(TRA-1)의 1차측 코일 사이에 배터리 셀 블록(S1)의 양극으로부터 변압기(TRA-1)의 1차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 변압기(TRA-1)의 1차측 코일로부터 배터리 셀 블록(S1)의 양극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드(ST1)가 연결되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 다이오드(ST1)은 메인 스위치(Q7)가 내부 기생 다이오드를 가지는 FET로 형성될 때 유용할 수 있다. 메인 스위치(Q7)의 내부 기생 다이오드는 다이오드(ST1)과 반대방향으로 배치된다. 따라서, 다이오드(ST1)는 메인 스위치(Q7)가 오프된 상태에서 FET 스위치의 내부 기생 다이오드를 통하여 전류가 흐르는 것을 방지한다.
도 9에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로가 도시되어 있다. 도 9의 실시예가 도 1의 실시예와 다른 점은 도 1에서 다이오드(SD1 내지 SD6) 대신에 제2 셀 선택 스위치(swb1 내지 swb6)이 설치된 것이다. 즉 도 9의 실시예에는 배터리 셀 블록(S1)을 이루는 배터리 셀(bat1 내지 bat6) 각각의 음극과 변압기(TRA-1)의 2차측 코일의 제2 단자 사이에 제2 셀 선택 스위치(swb1 내지 swb6)가 연결되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 배터리 셀 블록(S1) 전체의 에너지를 하나의 배터리 셀(bat1 내지 bat6 중 어느 하나)로 전이시키는 것이 가능할 뿐만 아니라 2개 이상의 이웃하는 배터리 셀로 전이시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1 셀 선택 스위치(SWP5)와 제2 셀 선택 스위치(swb4)를 온(on)하도록 제어하면, 배터리 셀 블록(S1) 전체의 에너지는 2개의 이웃하는 배터리 셀(bat4 및 bat5)를 충전하게 된다.
상기한 구성을 가지는 본 발명에 따른 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로는 배터리의 충전시뿐만 아니라 방전시에도 작동할 수 있으므로 배터리 관리를 효율적으로 수행할 수 있고, 회로의 오동작 가능성이 작다. 본 발명은 방전시에도 작동할 수 있기 때문에 방전시 전압이 다른 배터리 셀에 비하여 낮아지는 배터리 셀을 효과적으로 보완할 수 있어 더욱 유용하다. 특히 배터리 전원이 동시에 모두 소진되는 시기에 특정 셀에서 에너지를 옮기는 방법은 배터리 셀을 약하게 만들어 시스템이 정지할 수 있지만, 배터리 셀 블록에서 에너지를 옮기면 특정 셀이 급격하게 에너지가 약해질 가능성이 낮아지게 되어 안정성이 향상된다.
S1: 배터리 셀 블록 bat1~bat6: 배터리 셀
TRA-1: 변압기 SWP1~SWP6: 셀 선택 스위치
Q7: 메인 스위치 SD1~SD6,ST1: 다이오드
swb1~swb6: 제2 셀 선택 스위치

Claims (6)

  1. 복수개의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 이루어진 배터리 셀 블록, 변압기, 메인스위치, 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀의 갯수 만큼의 셀 선택 스위치를 포함하고,
    상기 변압기의 1차측 코일은 상기 배터리 셀 블록의 양단에 연결되고, 상기 메인스위치는 상기 변압기의 상기 1차측 코일과 상기 배터리 셀 블록의 음극 또는 양극 사이에 연결되며, 상기 변압기의 2차측 코일은 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 양단에 연결되고, 상기 셀 선택 스위치는 상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 양극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제1 단자 사이에 연결되며,
    상기 메인스위치 및 상기 복수개의 셀 선택 스위치 중 선택된 셀 선택 스위치의 스위칭 동작에 따라 충전을 위한 배터리 셀이 선택되고, 상기 변압기의 작동에 의하여 상기 배터리 셀 블록 전체는 방전되고 그렇게 방전된 에너지는 상기 선택된 배터리 셀로 전달되어 상기 선택된 배터리 셀이 충전되며,
    상기 선택된 배터리 셀은 상기 배터리 셀 블록 중에서 전압이 가장 낮은 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀 선택 스위치는 내부 기생 다이오드를 가지는 FET로 형성되고, 상기 내부 기생 다이오드는 상기 배터리 셀 각각의 양극으로부터 상기 변압기의 상기 2차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 상기 변압기의 상기 2차측 코일로부터 상기 배터리 셀 각각의 양극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로.
  4. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 음극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제2 단자 사이에 상기 배터리 셀 각각의 음극으로부터 상기 변압기의 상기 2차측 코일로 전류가 흐르게 하는 반면에 상기 변압기의 상기 2차측 코일로부터 상기 배터리 셀 각각의 음극으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로.
  5. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀 블록을 이루는 상기 배터리 셀 각각의 음극과 상기 변압기의 상기 2차측 코일의 제2 단자 사이에 제2 셀 선택 스위치가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로.
  6. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액티브 밸런싱 회로는 상기 배터리의 충전시뿐만 아니라 방전시에도 작동하는 것을 특징으로 하는 다중셀 배터리의 액티브 밸런싱 회로.
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