KR101850295B1 - 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치 - Google Patents

블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 저전력 블루투스 통신을 기반으로 하는 사물인터넷 기술을 이용하여 배터리 셀간 전압차에 따라 밸런싱 전류를 가변적으로 조절하여 배터리 팩을 균등하게 충전하는 장치에 관한 것이다.
이 발명에 따른 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치는, 밸런싱부와; 전압감시부와; 통합제어부와; 측정지점 선택부와; DAC와; 상기 측정지점 선택부 및 상기 DAC에 연결되어 상기 통합제어부로부터 수신된 제어 신호를 상기 측정지점선택부 및 상기 DAC에 전달하는 블루투스 수신부; 및 상기 통합제어부에 장착되어 상기 측정지점 선택부 및 상기 DAC를 제어하는 신호를 송신하는 블루투스 송신부를 포함한다.

Description

블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치 {Apparatus For Equalizing Charge of a Battery Pack Using Bluetooth}
이 발명은 배터리 팩 균등 충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저전력 블루투스 통신을 기반으로 하는 사물인터넷 기술을 이용하여 배터리 셀간 전압차에 따라 밸런싱 전류를 가변적으로 조절하여 배터리 팩을 균등하게 충전하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 분류된다.
고출력의 전원이 필요한 ESS(Energy Storage System) 시스템과 전기 자동차의 경우, 직렬 연결된 다수 개의 배터리 셀(battery cell)들이 패키지로 구성되어 사용된다. 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀은 화학적 차이, 물성적 차이 등으로 인하여 배터리 셀간의 전압차가 발생한다. 특히, 충방전이 지속되면서 열화됨에 따라 배터리 셀의 노후화 정도가 다르기 때문에 각 배터리 셀의 충방전 시간 및 충방전량 등에서 차이가 나게 된다. 열화가 비교적으로 많이 진행된 배터리 셀은 다른 셀들에 비해 충방전 시간이 짧으므로, 가장 먼저 만충전 또는 만방전 상태가 된다. 또한, 열화가 비교적으로 덜 진행된 배터리 셀들은 만충전 또는 만방전되기 전에 충전 또는 방전이 종료된다.
이를 방치하며 충방전을 계속할 경우, 열화가 많이 진행된 배터리 셀은 열화 정도가 더 심해지며, 전압이 낮은 배터리 셀의 셀 전압은 더욱 낮아지게 된다. 결국, 이차전지의 발화 또는 폭발의 원인이 될 수 있으며, 단위 배터리 셀로 인하여 배터리 팩 전체를 교체해야 하므로, 경제적인 손실을 초래하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 배터리 팩에는 배터리 셀 밸런싱(battery cell balancing)이 적용된다. 배터리 셀 밸런싱은 직렬 연결된 배터리 셀들 사이의 전압차를 소정의 범위 내로 유지하며 충전하는 것을 의미한다. 통상적인 배터리 셀 밸런싱 방법으로서, 저항에 의한 방전방식의 수동형 셀 밸런싱 방법과, DC 컨버터에 의한 능동형 셀 밸런싱 방법이 널리 알려져 있다.
한편, 도 1은 리튬인산철 배터리의 충전특성곡선(Charge Curve) 및 방전특성곡선(Discharge Curve)를 도시한다. 충전을 진행함에 따라 배터리 용량의 10%가 충전되면 출력은 3.2V까지 상승되고(이를 '저전압 상승구간'이라 함), 3.2V ~ 3.4V 전압영역에서 85%를 상회하는 대부분의 용량이 충전된다(이를 '평탄구간'이라 함). 이후 나머지 15% 용량을 회복하기 위해서는 전압이 3.9V까지 급격히 상승한다(이를 '고전압 상승구간'이라 함). 즉, 리튬인산철 배터리를 충전함에 따라, 저전압 상승구간, 평탄구간, 고전압 상승구간을 통해 만충전이 진행된다.
종래의 수동형 셀 밸런싱 방법은, 실시간으로 셀 전압을 측정하여 최고 전압이 밸런싱 전압(통상적으로 3.7V) 이상이면, 해당 배터리 셀 전압을 고정된 크기의 방전 저항을 통해 방전하면서 다른 배터리 셀과의 전압 밸런싱을 수행한다. 그러나, 밸런싱 전압이 고전압 상승구간에 속해 있거나 최고 셀 전압과 최저 셀 전압의 전압차가 큰 경우, 충전 전류량 대비 밸런싱 전류량은 매우 작기 때문에 밸런싱 전류를 발생시켜 배터리 셀을 방전시켜 셀 전압을 낮추고자 하여도 충전 전류에 의해 충전되는 전압이 밸런싱 전류에 의해 방전되는 전압보다 많아서 결과적으로는 배터리 셀 전압이 지속적으로 높아지는 문제점이 있다.
국제공개 WO2012-124845 일본출원 JP2008-233966 일본출원 JP2003-413965
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 이 발명의 목적은, 각 배터리 전지측과 통합제어부 사이에 블루투스로 통신하여, 전지 직렬 연결된 배터리 팩의 고전압 상승구간 진입 여부 및 최고 셀 전압과 최저 셀 전압의 전압차를 기반으로 밸런싱 트랜지스터를 이용하여 밸런싱 전류량을 가변시키면서 셀 밸런싱을 수행하되 충전전류와 연동하여 셀 밸런싱 효율을 향상시키는 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 배터리 팩 균등 충전 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 이 발명의 다른 목적은, 각 배터리 전지측과 통합제어부 사이에 블루투스로 통신하여, 밸런싱 전류량을 제어하면서 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하여 상기 밸런싱 트랜지스터의 고장 여부를 진단하는 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 배터리 팩 균등 충전 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치는,
직렬 연결된 다수의 배터리 셀들로 구성된 배터리 팩의 균등 충전 장치에 있어서,
상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 밸런싱 트랜지스터로 구성된 밸런싱부와;
상기 배터리 셀의 셀 전압 또는 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하는 전압감시부와;
상기 전압감시부에 의해 측정된 셀 전압을 입력받아 밸런싱 대상 배터리 셀 및 밸런싱 전류량을 결정하고, 상기 결정된 밸런싱 전류량에 따라 상기 밸런싱 대상 배터리 셀에 연결된 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류를 제어하며, 상기 베이스전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하여 상기 밸런싱 트랜지스터의 고장 여부를 진단하는 통합제어부와;
상기 통합제어부의 제어를 받아 상기 전압감시부의 측정 전압이 상기 배터리 셀의 셀 전압 또는 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압이 되도록 선택 제어하는 측정지점 선택부와;
상기 통합제어부의 제어를 받아 상기 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류를 조절하는 DAC와;
상기 측정지점 선택부 및 상기 DAC에 연결되어 상기 통합제어부로부터 수신된 제어 신호를 상기 측정지점선택부 및 상기 DAC에 전달하는 블루투스 수신부; 및
상기 통합제어부에 장착되어 상기 측정지점 선택부 및 상기 DAC를 제어하는 신호를 송신하는 블루투스 송신부를 포함한 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 이 발명에 따르면, 셀 밸런싱시 충전기와 연동하여 충전전류를 감소시키면서, 최고 셀 전압이 고전압 상승구간에 진입하였는지 여부 및 최고 셀 전압과 최저 셀 전압과의 전압차에 따라 밸런싱 트랜지스터의 베이스 전류를 조절하여 밸런싱 전류량을 가변시키기 때문에 밸런싱 효과가 극대화되는 잇점이 있다.
또한, 밸런싱 전류량을 제어하면서 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정함으로써 상기 밸런싱 트랜지스터의 고장 여부를 진단할 수 있는 잇점이 있다.
또한, 배터리 전지측과 통합제어부가 블루투스 기반 무선 통신을 하여 회로 구성이 간단해지고 통합제어부가 비콘신호를 송신하여 관리자의 관리 편의성을 증대시킬 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 리튬인산철 배터리의 충전특성곡선 및 방전특성곡선를 도시한 도면이다.
도 2는 이 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치가 포함된 배터리 충전 시스템을 도시한 구성 블록도이다.
도 3은 이 발명에 따른 통합제어부의 동작을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 이 발명의 한 실시예에 따른 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 이 발명에 따른 배터리 밸런싱 장치가 포함된 배터리 충전 시스템을 도시한 구성 블록도이다.
이 발명에 따른 배터리 충전 시스템은, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀(11A, 11B)에 충전전류를 공급하는 충전기(12)와, 상기 배터리 셀의 셀 전압을 감지하는 전압감시부(13)와, 상기 배터리 셀(11A, 11B) 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항(14A, 14B) 및 밸런싱 트랜지스터(15A, 15B)로 구성된 밸런싱부와, 상기 전압감시부(13)에 의해 측정된 셀 전압을 입력받아 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상을 검출하며 상기 밸런싱부를 제어하여 밸런싱을 수행하는 통합제어부(20)와, 상기 통합제어부(20)의 제어를 받아 상기 밸런싱 트랜지스터(15A, 15B)의 베이스전류를 조절하여 밸런싱이 수행되도록 하는 DAC(16A, 16B)와, 상기 배터리 셀과 상기 밸런싱 저항의 공통접점 또는 상기 밸런싱 저항과 상기 밸런싱 트랜지스터의 공통접점 중 하나의 측정지점을 선택하여 상기 전압감시부(13)와 연결하는 측정지점 선택스위치(17A, 17B)와, 통합제어부(20)로부터 블루투스 신호를 수신하여 DAC(16A, 16B) 및 측정지점선택스위치(17A, 17B)로 전송하는 블루투스수신부(18A, 18B)와, 충전기(12)에서 다수의 배터리 셀에 공급되는 충전전류의 크기를 감지하는 전류센싱부(19)를 포함한다.
통합제어부(20)는 배터리 전지측에 장착된 블루투스수신부(18A, 18B)에 블루투스 신호를 송신하는 블루투스송신부(21)와, 상기 블루투스수신부(18A, 18B) 및 상기 블루투스송신부(21)를 통해 상기 측정지점선택스위치(17A, 17B)를 제어하는 측정지점선택부(22)와, 상기 블루투스수신부(18A, 18B) 및 상기 블루투스송신부(21)를 통해 밸런싱 대상 배터리 셀과 연결된 밸런싱 트랜지스터(15A, 15B)의 베이스전류를 조절하기 위한 밸런싱제어신호를 출력하는 밸런싱 전류 조절부(23)와, 상기 밸런싱 대상 배터리 셀에 대한 밸런싱 수행시 상기 충전기(12)에서 상기 다수의 배터리 셀에 공급되는 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부(25)와, 외부의 이동식 지능형 단말기로 배터리 팩의 식별자 및 상태정보를 송출하는 비콘신호송신부(26)와, 외부의 관리서버로 배터리 팩의 식별자 및 상태정보를 송출하는 인터넷연결부(24)를 포함한다.
비콘(Beacon)은 블루투스 기반 사물인터넷에 사용되는, 저전력으로 자신만의 고유식별자정보(ID)를 보내주는 신호발생장치로서, 블루투스 프로토콜 사용모듈이 탑재된 이동식 지능형 단말(스마트폰, 태블릿 PC) 등은 비콘에서 전송되는 이 고유식별자를 확인하여 해당 신호를 전송하는 비콘을 특정할 수 있다. 본 발명의 통합제어기는 배터리 팩의 고유식별자정보와 상태정보를 인터넷을 통해 관리서버로 전송할 뿐만 아니라 비콘신호를 통해 해당 배터리팩을 방문한 관리자의 이동식 지능형 단말에 무선 송출할 수 있다.
상기와 같이 구성된 배터리 충전 시스템 및 배터리 밸런싱 장치의 동작을 설명한다.
충전기(12)는 충전전류를 발생하여 직렬 연결된 다수의 배터리 셀(11A, 11B)에 공급하고, 다수의 배터리 셀(11A, 11B)은 충전전류에 의해 충전된다. 전압 감시부(13)는 각 배터리 셀의 셀 충전전압을 감지하고, 감지된 각 배터리 셀의 셀 전압 정보를 통합제어부(20)에 제공한다.
통합제어부(20)는 배터리 셀의 셀 전압 정보를 기반으로 밸런싱 여부를 판단하고 밸런싱 대상 및 밸런싱 전류량을 결정하고, 밸런싱 대상에 대해 밸런싱 전류량을 기반한 밸런싱 동작을 수행한다. 밸런싱 전류량은, 최대 셀 전압이 고전압 상승구간에 진입했는지 여부 및 최대 셀 전압과 최소 셀 전압과의 전압차를 기반으로 결정한다.
통합제어부(20)는 배터리의 셀 전압 정보를 기반으로 밸런싱 여부를 판단하고, 밸런싱 대상 및 밸런싱 전류량을 결정한다. 밸런싱 대상이 검출되면 통합제어부(20)의 충전전류 제어부(25)는 충전기(12)에 신호를 출력함으로써, 충전기(12)에서 다수의 배터리 셀(11A, 11B)에 공급되는 충전전류가 감소되도록 한다.
이와 동시에 통합제어부(20)의 밸런싱 전류 조절부(23)는 밸런싱 대상 배터리 셀(예컨대, 제1배터리 셀(11A)이라고 가정함)의 밸런싱 전류를 조절한다. 제1배터리 셀(11A)의 밸런싱 전류를 조절하는 과정을 구체적으로 설명하면, 통합 제어부(20)의 밸런싱 전류 조절부(23)는 밸런싱 대상 배터리 셀의 밸런싱 전류량을 결정하고, 결정된 밸런싱 전류량에 따른 밸런싱제어신호를 블루투스송신부(21)를 통해 출력한다. 그럼, 해당되는 밸런싱 대상 배터리 셀측의 블루투스 수신부(18A)가 밸런싱제어신호를 수신하고 DAC(18A)는 밸런싱제어신호를 아날로그로 변환하여 밸런싱 트랜지스터(15A)의 베이스전류로 출력한다. 그러면, 밸런싱 저항(14A)으로 흐르는 밸런싱 전류량이 밸런싱 트랜지스터(15A)의 베이스전류에 따라 조절되며, 이 밸런싱 전류량에 따라 배터리 셀의 충전전압의 방전 속도가 달라진다.
한편, 통합제어부(20)의 측정지점선택부(22)는 블루투스송신부(21)와 블루투스수신부(18A)간 통신을 통해, 배터리 셀 전압 측정시에는 측정지점 선택스위치(17A)가 배터리 셀(11A)과 상기 밸런싱 저항(14A)의 공통접점을 선택하도록 제어하고, 밸런싱부 고장 진단시에는 측정지점 선택스위치(17A)가 밸런싱 저항(14A)과 밸런싱 트랜지스터(15A)의 공통접점을 선택하도록 제어한다.
측정지점 선택스위치(17A)가 밸런싱 저항(14A)과 밸런싱 트랜지스터(15A)의 공통접점을 선택할 경우, 전압감시부(13)는 밸런싱 트랜지스터(15A)의 콜렉트전압을 측정할 수 있다. 밸런싱부 고장 진단시, 전압감시부(13)는 밸런싱 트랜지스터(15A)의 콜렉트전압을 측정한다. 통합제어부(20)는 밸런싱 전류량이 최대가 되도록 밸런싱 트랜지스터(15A)의 베이스 전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터(15A)의 콜렉트 전압을 측정하여, 상기 콜렉트 전압이 감소되지 않으면 밸런싱 트랜지스터(15A)의 단선 고장으로 판단한다. 또한, 통합제어부(20)는 밸런싱 전류량이 중간값이 되도록 밸런싱 트랜지스터(15A)의 베이스 전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터(15A)의 콜렉트 전압을 측정하여, 상기 콜렉트 전압이 제로이면 상기 밸런싱 트랜지스터(15A)의 단락 고장으로 판단한다.
임의의 배터리 셀에 대한 밸런싱 수행 또는 밸런싱부 고장발생시 비콘신호송신부(26)는 해당 배터리 팩의 고유식별자정보 및 상태 정보를 포함한 비콘신호를 블루투스 프로토콜 기반으로 송출한다. 이 비콘신호는 해당 배터리 팩을 방문한 관리지의 이동식 스마트 단말로 송출되어 해당 관리자는 해당 배터리 팩의 상태 정보를 쉽게 인지할 수 있게 된다. 또한, 통합제어부(20)는 해당 배터리 팩의 고유식별자정보 및 상태 정보를 인터넷연결부(24)를 통해 외부의 관리서버에 전송한다.
도 3은 이 발명에 따른 통합제어부의 동작을 도시한 흐름도이다.
통합제어부(20)는 전압감시부(13)를 통해 각 배터리 셀의 셀 전압을 감지하여 밸런싱 여부를 판단하고, 밸런싱 대상 및 밸런싱 전류량을 결정한다(S31). 여기서, 밸런싱 전류량은 최대 셀 전압이 고전압 상승구간에 진입했는지 여부 및 최대 셀 전압과 최소 셀 전압과의 전압차를 기반으로 결정한다. 전압차가 클수록 밸런싱 전류량을 증가시키고 전압차가 작을수록 밸런싱 전류량을 감소시키며, 최대 셀 전압이 고전압 상승구간에 진입해 있으면 밸런싱 전류량을 증가시킨다.
통합제어부(20)의 충전전류 제어부(21)는 밸런싱 수행시 충전기(12)에서 다수의 배터리 셀들(11A, 11B))로 공급되는 충전전류가 줄어들도록 제어한다(S32).
통합제어부(20)의 밸런싱전류조절부(23)는 단계 S31에서 결정된 밸런싱 전류량에 따라 밸런싱 대상 배터리 셀에 연결된 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류가 조절되도록 한다(S33). 이때, 블루투스송신부(21)와 해당 밸런싱 대상 배터리 셀측의 블루투스 수신부 사이의 무선통신이 이용된다. 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류에 따라 밸런싱 저항에 흐르는 밸런싱 전류량이 결정되어, 그에 따라 해당 밸런싱 대상 배터리 셀의 방전 속도가 결정된다. 이 발명에 따르면 최고 셀 전압과 최저 셀 전압의 전압차가 높거나, 최고 셀 전압이 고전압 상승구간에 진입한 경우 밸런싱 전류량을 증가시켜 배터리 셀의 방전 속도를 증가시킴으로써, 신속하게 셀 밸런싱이 이루어지도록 한다.
또한, 통합제어부(20)는 주기적으로 또는 필요한 경우, 밸런싱 트랜지스터의 고장을 진단한다. 통합제어부(20)의 측정지점선택부(22)는 고장진단 대상 배터리 셀에 연결된 측정지점 선택스위치가 밸런싱 저항과 밸런싱 트랜지스터의 공통접점을 선택하여 전압감시부가 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트전압을 측정하도록 제어한다. 통합제어부(20)는 밸런싱 전류량이 최대가 되도록 밸런싱 트랜지스터의 베이스 전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하여, 상기 콜렉트 전압이 감소되지 않으면 밸런싱 트랜지스터의 단선 고장으로 판단한다(S35). 또한, 통합제어부(20)는 밸런싱 전류량이 중간값이 되도록 밸런싱 트랜지스터의 베이스 전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하여, 상기 콜렉트 전압이 제로이면 상기 밸런싱 트랜지스터의 단락 고장으로 판단한다(S36).
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
11A, 11B : 배터리 셀 12 : 충전기
13 : 전압 감시부 14A, 14B : 밸런싱 저항
15A, 15B : 스위칭소자 16A, 16B : DAC
17A, 17B : 측정지점 선택스위치 18A, 18B : 블루투스 수신부
19 : 전류센싱부 20 : 통합제어부
21 : 블루투스송신부 22 : 측정지점선택부
23 : 밸런싱전류조절부 24 : 인터넷연결부
25 : 충전전류제어부 26 : 비콘신호송신부

Claims (5)

  1. 직렬 연결된 다수의 배터리 셀들로 구성된 배터리 팩의 균등 충전 장치에 있어서,
    상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 밸런싱 저항 및 밸런싱 트랜지스터로 구성된 밸런싱부와;
    상기 배터리 셀의 셀 전압 또는 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하는 전압감시부와;
    상기 전압감시부에 의해 측정된 셀 전압을 입력받아 밸런싱 대상 배터리 셀 및 밸런싱 전류량을 결정하고, 상기 결정된 밸런싱 전류량에 따라 상기 밸런싱 대상 배터리 셀에 연결된 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류를 제어하며, 상기 베이스전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하여 상기 밸런싱 트랜지스터의 고장 여부를 진단하는 통합제어부와;
    상기 통합제어부의 제어를 받아 상기 전압감시부의 측정 전압이 상기 배터리 셀의 셀 전압 또는 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압이 되도록 선택 제어하는 측정지점 선택부와;
    상기 통합제어부에서 송출된 밸런싱제어신호를 아날로그로 변환하여 상기 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류를 조절하여 상기 밸런싱 전류량이 최대 또는 중간값이 되도록 하는 DAC와;
    상기 측정지점 선택부 및 상기 DAC에 연결되어 상기 통합제어부로부터 수신된 제어 신호를 상기 측정지점선택부 및 상기 DAC에 전달하는 블루투스 수신부; 및
    상기 통합제어부에 장착되어 상기 측정지점 선택부 및 상기 DAC를 제어하는 신호를 송신하는 블루투스 송신부를 포함하고,
    상기 통합제어부는 상기 밸런싱 전류량이 최대가 되도록 상기 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하여, 상기 콜렉트 전압이 감소되지 않으면 상기 밸런싱 트랜지스터의 단선 고장으로 판단하고,
    상기 통합제어부는 상기 밸런싱 전류량이 중간값이 되도록 상기 밸런싱 트랜지스터의 베이스전류를 제어하면서 상기 밸런싱 트랜지스터의 콜렉트 전압을 측정하여, 상기 콜렉트 전압이 제로이면 상기 밸런싱 트랜지스터의 단락 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 배터리 셀에 충전전류를 공급하는 충전기를 더 포함하고,
    상기 통합제어부는 밸런싱 수행시 상기 충전기에서 출력되는 상기 충전전류가 감소되도록 하는 충전전류 제어부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 충전기에서 상기 다수의 배터리 셀들에 공급되는 충전전류의 크기를 감지하는 전류센싱부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 통합제어부는 상기 배터리 팩의 고유식별정보와 상태 정보를 포함한 비콘신호를 블루투스 프로토콜 기반으로 송출하는 비콘신호송신부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 블루투스 통신 기반 사물인터넷을 이용한 밸런싱 전류 가변 배터리 팩 균등 충전 장치.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200081767A (ko) * 2018-12-28 2020-07-08 엔에이치네트웍스 주식회사 IoT 모듈과 리튬배터리팩 모듈이 적용된 통신기기 백업전원용 ESS 시스템
US11005271B2 (en) 2018-07-16 2021-05-11 Lg Chem, Ltd. Battery balancing apparatus and battery balancing method

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3566259B1 (en) 2017-01-09 2023-03-08 Milwaukee Electric Tool Corporation Battery pack
CN107204883B (zh) * 2017-07-27 2020-09-08 北京小米移动软件有限公司 网络故障处理方法及装置
US11015565B2 (en) * 2017-12-08 2021-05-25 Briggs & Stratton, Llc Battery pack for powering and controlling outdoor power equipment
CN113364068A (zh) * 2020-03-04 2021-09-07 南京德朔实业有限公司 充电管理方法和电池包
EP4283821A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-29 Dukosi Limited A device, and corresponding method, for cell balancing in an electric battery system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4888041B2 (ja) * 2006-02-16 2012-02-29 株式会社デンソー 組電池の電圧調整装置
JP2012060691A (ja) * 2010-09-03 2012-03-22 Sony Corp 制御装置及び方法、並びに電源装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4888041B2 (ja) * 2006-02-16 2012-02-29 株式会社デンソー 組電池の電圧調整装置
JP2012060691A (ja) * 2010-09-03 2012-03-22 Sony Corp 制御装置及び方法、並びに電源装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11005271B2 (en) 2018-07-16 2021-05-11 Lg Chem, Ltd. Battery balancing apparatus and battery balancing method
KR20200081767A (ko) * 2018-12-28 2020-07-08 엔에이치네트웍스 주식회사 IoT 모듈과 리튬배터리팩 모듈이 적용된 통신기기 백업전원용 ESS 시스템
KR102147889B1 (ko) 2018-12-28 2020-08-25 엔에이치네트웍스 주식회사 IoT 모듈과 리튬배터리팩 모듈이 적용된 통신기기 백업전원용 ESS 시스템

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