KR101865969B1 - 배터리전압 밸런싱장치 및 방법 - Google Patents

배터리전압 밸런싱장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

직렬연결된 복수의 배터리에 각각 병렬연결된 복수의 제1커패시터; 연결스위치와 소모저항이 구비되며, 상기 복수의 제1커패시터와 스위칭기구를 통해 연결되어 각각의 제1커패시터와 선택적으로 병렬연결되는 방전부; 상기 방전부와 병렬연결된 제2커패시터 및 제2커패시터와 병렬연결된 전압측정회로로 구성된 측정부; 및 상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하고 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하며, 전압 불균형시 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 제어부;를 포함하는 배터리전압 밸런싱장치 및 방법이 소개된다.

Description

배터리전압 밸런싱장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR BALANCING VOLTAGE OF BATTERY}
본 발명은 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정하며 전압 밸런싱이 가능한 배터리전압 밸런싱장치 및 방법에 관한 것이다.
차량용 배터리의 경우 복수의 배터리가 직렬로 연결된 회로로 구성된다. 그리고 이러한 배터리들의 셀 전압 밸런싱은 차량의 성능과 배터리 내구에 영향을 미치기 때문에 각각의 배터리 셀들의 전압을 측정하고 밸런싱할 필요가 있다.
이에 관한 종래의 기술로는 KR10-2012-0039891 A "차량용 전원 검출 장치"가 "입력 노드를 통해 배터리 전원에서 변환된 동작 전압을 인가받고, 상기 동작 전압의 이상 여부를 검출하여, 출력 노드를 통해 상기 이상 여부의 검출 결과를 논리 전압으로서 출력하는 전원 검출부; 한쪽 전극이 풀업 저항을 통해 상기 출력 노드에 연결되고, 상기 배터리 전원을 충전하는 충전 커패시터; 및 상기 전원 검출부와 병렬 연결되고, 상기 충전 커패시터의 한쪽 전극과 연결되고, 상기 입력 노드의 전압 레벨이 상기 동작 전압의 전압 레벨 이하로 하강하는 경우, 상기 충전 커패시터에 충전된 충전 전위를 상기 입력 노드로 피드백시키는 피드백 회로를 포함하는 차량용 전원 검출 장치"를 소개한다.
그러나 상기와 같은 종래기술에 의하더라도, 단위 배터리의 전압측정시 실제 해당 배터리가 0V인지 또는 단선에 의해 0V로 측정되는지를 구분하기 어려워 단선임에도 불구하고 경고 등의 조치를 취하지 않아 시스템이 불안정해지는 문제가 있었다.
또한, 전압의 불균형시에는 밸런싱을 위해 각각의 배터리마다 소모저항을 부착함으로써 소보저항의 과도한 사용과 회로의 복잡성으로 인해 원가가 상승되고 유지보수가 어려운 단점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0039891 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정하며 간단한 하나의 소모저항만으로도 효율적으로 전압 밸런싱이 가능한 배터리전압 밸런싱장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리전압 밸런싱장치는, 직렬연결된 복수의 배터리에 각각 병렬연결된 복수의 제1커패시터; 연결스위치와 소모저항이 구비되며, 상기 복수의 제1커패시터와 스위칭기구를 통해 연결되어 각각의 제1커패시터와 선택적으로 병렬연결되는 방전부; 상기 방전부와 병렬연결된 제2커패시터 및 제2커패시터와 병렬연결된 전압측정회로로 구성된 측정부; 및 상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하고 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하며, 전압 불균형시 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 일정시간을 한 주기로 하고, 매 주기마다 전압측정과 전압밸런싱을 순차적으로 수행할 수 있다.
상기 제어부는 전압측정시 연결스위치 오픈상태 및 연결스위치 클로즈상태에서 각각 제2커패시터의 전압을 측정하고, 동일한 제1커패시터에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악할 수 있다.
상기 복수의 제1커패시터는 스위칭기구를 통해 인접하는 제1커패시터끼리는 서로 극성이 반대가 되도록 방전부와 연결할 수 있다.
상기 제어부는 전압측정시 연결스위치 오픈상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하고, 제2커패시터를 방전시킨 후 연결스위치 클로즈상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하며, 동일한 제1커패시터에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 배터리전압 밸런싱장치는, 직렬연결된 복수의 배터리에 각각 병렬연결된 복수의 제1커패시터; 연결스위치와 소모저항이 구비되며, 상기 복수의 제1커패시터와 스위칭기구를 통해 연결되어 각각의 제1커패시터와 선택적으로 병렬연결되는 방전부; 상기 방전부와 병렬연결된 제2커패시터 및 제2커패시터와 병렬연결된 전압측정회로로 구성된 측정부; 및 상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하고 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하며, 제2커패시터를 방전시킨 후, 연결스위치 클로즈상태에서 제2커패시터의 전압을 측정하고, 동일한 제1커패시터에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악하며, 복수의 제1커패시터간에 전압이 불균형할 경우 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 제어부;를 포함한다.
한편, 본 발명의 배터리전압 밸런싱방법은, 상기 배터리전압 밸런싱장치를 이용한 밸런싱 방법으로써, 상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하는 선택단계; 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하는 측정단계; 상기 선택단계와 측정단계를 각각의 제1커패시터들에 관하여 순차적으로 수행하는 체크단계; 및 상기 측정된 전압이 불균형할 경우 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 밸런싱단계;를 포함한다.
그리고 또 다른 배터리전압 밸런싱방법은, 상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하는 선택단계; 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하는 측정단계; 동일한 제1커패시터에 관하여 연결스위치 클로즈와 함께 제2커패시터를 연결하고 전압을 측정하는 확인단계; 상기 측정단계와 확인단계의 측정값이 일정 크기 이상으로 차이 나는 경우 단선으로 파악하는 진단단계; 상기 선택단계 내지 진단단계를 각각의 제1커패시터들에 관하여 순차적으로 수행하는 체크단계; 및 상기 제1커패시터 간에 측정된 전압이 불균형할 경우, 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 밸런싱단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리전압 밸런싱장치 및 방법에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정할 수 있게 된다.
또한, 실질적인 배터리의 0V와 단선에 의한 0V를 구분할 수 있어 시스템의 안정성을 도모하고 누설에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 하나의 소모저항을 이용하여 전압측정과 동시에 전압 밸런싱을 수행할 수 있어 밸런싱 시간이 단축되고 시스템 안정성이 향상되며 원가가 절감되고 유지보수에 유리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리전압 밸런싱장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리전압 밸런싱방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리전압 밸런싱장치 및 방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리전압 밸런싱장치의 회로도로서, 본 발명의 배터리전압 밸런싱장치는, 직렬연결된 복수의 배터리(100)에 각각 병렬연결된 복수의 제1커패시터(200); 연결스위치(420)와 소모저항(440)이 구비되며, 상기 복수의 제1커패시터(200)와 스위칭기구(300)를 통해 연결되어 각각의 제1커패시터(200)와 선택적으로 병렬연결되는 방전부(400); 상기 방전부(400)와 병렬연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및 상기 연결스위치(420) 오픈과 함께 스위칭기구(300)를 제어하여 제2커패시터(520)가 선택적으로 제1커패시터(200)와 연결되도록 하고 전압측정회로(540)를 통해 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 전압 불균형시 연결스위치(420) 클로즈 및 전압측정회로(540) 분리와 함께 스위칭기구(300)를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리(100)를 소모저항(440)과 연결하여 전압을 밸런싱하는 제어부(600);를 포함한다.
본 발명의 경우 기본적으로 배터리들은 직렬로 연결된 경우이며, 스위칭 조작과 전압측정을 통해 각 배터리의 전압을 측정하는 기능을 한다.
그에 더하여 특정 배터리의 측정회로가 단선된 경우 이를 단순히 0V로 측정하는 것이 아니라 단선으로 판단함으로써, 특정 배터리가 실제 0V인지 또는 단선에 관한 것인지를 구별할 수 있게 된다.
또한, 하나의 소모저항을 이용하여 전압측정과 동시에 전압 밸런싱을 수행하고 단선 검출까지 할 수 있어 밸런싱 시간이 단축되고 시스템 안정성이 향상되며 원가가 절감되고 유지보수에 유리하다.
구체적으로, 도 1은 회로도로서, 여기에는 실시예로서 간단히 세 개의 배터리가 직렬로 연결된 경우를 살펴본다. 그러나 복수의 배터리가 다수 개 연결된 경우에는 본 발명이 중첩적으로 설치되어 적용될 수 있음은 당연할 것이다.
세 개의 배터리(101,102,103)는 직렬로 연결된 상태이다. 세 배터리에는 각각 제1커패시터(201,202,203)가 병렬로 연결된다. 도시된 바와 같이 세 커패시터는 각각의 배터리에 병렬로 연결되어 항상 각 배터리와 동일한 전압을 갖도록 한다. 그리고 도시된 바와 같이 도선을 공유하도록 함으로써 효과적으로 구성이 가능하다.
한편, 이러한 제1커패시터(201,202,203)에는 방전부(400)가 병렬로 연결된다. 그리고 방전부(400)는 각 제1커패시터(201,202,203)에 병렬로써 함께 연결되도록 스위칭기구(300)를 통해 연결된다. 스위칭기구는 통상 MUX라고 부르는 기구를 사용하여 복수의 회로를 제어에 따라 선택적으로 병렬 연결할 수 있도록 하는 스위치들(301,302,303,304)을 포함하는 장치를 사용한다. 구체적으로, 스위칭기구를 통해 상기 복수의 제1커패시터(200)는 인접하는 제1커패시터끼리는 서로 극성이 반대가 되도록 방전부(400)와 연결된다. 예를들어, 가운데 제1커패시터(201)와 아래의 제1커패시터(202)는 서로 극성이 바뀌어 방전부(400)와 선택적으로 연결될 수 있다.
그리고 방전부(400)는 제1커패시터(201,202,203)에 선택적으로 병렬로 연결되며 연결스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된다.
이 상태에서 측정부(500)는 상기 방전부(400)와 병렬로 연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬로 연결된 전압측정회로(540)로 구성된다. 즉, 연결스위치(420)와 소모저항(440)이 구비된 방전부에는 제2커패시터(520)가 병렬로 연결되고 제2커패시터(520)에는 전압측정회로(540)가 병렬로 연결되어 제2커패시터(520)의 전압을 측정하는 것이다.
구체적으로, 제어부(600)는 연결스위치(420) 오픈과 함께 스위칭기구(300)를 제어하여 제2커패시터(520)가 선택적으로 제1커패시터(200)와 연결되도록 하고 전압측정회로(540)를 통해 제2커패시터(520)의 전압을 측정한다. 그리고 이러한 과정을 각각의 배터리에 대하여 모두 수행한다. 이는 제어부의 제1커패시터의 선택에 따라 이루어질 수 있는 것이다.
그리고 제어부는 각각 측정된 배터리의 전압 불균형시 연결스위치(420) 클로즈 및 전압측정회로(540) 분리와 함께 스위칭기구(300)를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리(100)를 소모저항(440)과 연결하여 전압을 밸런싱하도록 하는 것이다.
한편, 상기 제어부(600)는 일정시간을 한 주기로 하고, 매 주기마다 전압측정과 전압밸런싱을 순차적으로 수행하도록 한다. 예를들어, 한 주기를 100ms로 본다면, 13ms동안 각 배터리셀의 전압을 측정하고, 나머지 87ms동안 하나의 배터리를 선택하여 밸런싱을 수행하거나, 밸런싱이 필요없는 경우에는 대기하고, 총 100ms가 지난 경우 다시 측정을 수행하도록 할 수 있는 것이다.
한편, 상기 제어부(600)는 전압측정시 연결스위치(420) 오픈상태 및 연결스위치(420) 클로즈상태에서 각각 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 동일한 제1커패시터(200)에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악한다.
즉, 제어부는 스위칭기구를 조작하여 어느 하나의 제1커패시터를 선택한 후에 연결스위치(420)를 오픈한 상태에서 전압측정회로(540)를 통하여 제2커패시터(520)의 전압을 측정한다. 그리고 연결스위치(420)를 클로즈한 상태에서 다시 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 것이다.
그리고, 상기 제1커패시터(200)는 각각 스위칭기구(300)를 통하여 방전부(400)와 연결/해제되도록 하고, 제2커패시터(520)는 접지 또는 전압측정기구(540)와 선택적으로 연결되도록 함으로써 측정 간에 제2커패시터(520)가 다시 방전될 수 있는 시간을 준다.
이 경우, 상기 제어부(600)는 연결스위치(420)를 오픈하고 스위칭기구(300)를 통해 어느 하나의 제1커패시터(200)를 선택한 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제2커패시터(520)를 방전시킨 후, 연결스위치(420)를 클로즈하고 해당 제1커패시터(200)를 다시 연결한 후 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 두 측정값이 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하도록 하는 것이다.
한편, 이러한 본 발명의 배터리전압 밸런싱장치는, 직렬연결된 복수의 배터리(100)에 각각 병렬연결된 복수의 제1커패시터(200); 연결스위치(420)와 소모저항(440)이 구비되며, 상기 복수의 제1커패시터(200)와 스위칭기구(300)를 통해 연결되어 각각의 제1커패시터(200)와 선택적으로 병렬연결되는 방전부(400); 상기 방전부(400)와 병렬연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및 상기 연결스위치(420) 오픈과 함께 스위칭기구(300)를 제어하여 제2커패시터(520)가 선택적으로 제1커패시터(200)와 연결되도록 하고 전압측정회로(540)를 통해 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 제2커패시터(520)를 방전시킨 후, 연결스위치(420) 클로즈 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 동일한 제1커패시터(200)에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악하며, 복수의 제1커패시터(200) 간에 전압이 불균형할 경우 연결스위치(420) 클로즈 및 전압측정회로(540) 분리와 함께 스위칭기구(300)를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리(100)를 소모저항(440)과 연결하여 전압을 밸런싱하는 제어부(600);를 포함하는 것으로 표현될 수도 있을 것이다.
이러한 단선검출 및 밸런싱을 구체적으로 설명하기 위해, 실제 측정과정을 예로 들어 설명한다. 만약 어느 회로도 단선이 발생되지 않고 정상적이라면, 각각의 배터리는 정상적인 범위에서 전압이 측정될 것이다. 즉, 만약 특정 배터리(101)가 4V이고 인접하는 배터리(102)가 2V인 상태라면, 각각의 제1커패시터(201,202)에는 각각 4V, 2V의 전압을 나타낼 것이다. 이 상태에서 특정 배터리(101)의 전압을 측정하자면, 먼저 연결스위치(420)를 오픈한 상태에서 스위칭기구(300)의 스위치(301,302)를 제어하여 특정 배터리(101)측의 제1커패시터(201)를 연결한다. 이 경우 제2커패시터(520)에는 제1커패시터(201) 및 특정 배터리(101)와 동일한 전압인 4V가 걸리며, 전압측정회로(540)에서는 결국 특정 배터리(101)의 전압인 4V를 제2커패시터(520)의 전압으로써 측정할 것이다.
그리고 나서 연결스위치(420)와 스위칭기구(300)를 모두 오픈하고 전압측정회로(540)를 분리한 후 제2커패시터(520)를 접지시켜 방전시킨다. 그리고 다시 측정을 시작하는데, 이 경우에는 연결스위치(420)를 클로즈한 상태에서 해당 제1커패시터(201)를 다시 연결한다. 이 경우에는 방전부(400)의 연결스위치(420)가 클로즈되어 소모저항(440)이 전류를 소모하는 경우이지만, 단선 상태가 아니라면 배터리(101)에 의한 전원의 공급으로써 제2커패시터(520)에는 여전히 4V가 축전되는 것이다. 따라서, 단선이 아니라면, 연결스위치(420)의 오픈, 클로즈 여부에 관계없이 제2커패시터(520)에는 항상 특정 배터리(101)의 전압이 동일하게 걸리는 것이다. 이러한 점은 인접 배터리(102)의 전압을 측정하는 경우에도 마찬가지라고 볼 수 있다.
그러나 만약 도시된 회로에 표기한 "C"부분의 단선이 발생된 경우라면, 한 쌍의 제1커패시터(201,202)에는 이전처럼 4V, 2V가 축전되는 것이 아니라, 6V의 평균값인 3V, 3V가 각각 축전될 것이다. 따라서, 이 상태에서 동일하게 특정 배터리(101)의 전압을 측정하려면, 먼저 연결스위치(420)를 오픈한 상태에서 제1커패시터(201)를 연결한다. 그러나 이 경우에는 "C" 지점이 단선되어 배터리의 제2커패시터(520)에는 3V보다 낮은 예를 들어 2V의 전압이 축전되고, 이를 전압측정회로(540)에서 측정한다.
한편, 제2커패시터(520)를 방전한 후에는 연결스위치(420)를 클로즈한 상태에서 측정한다. 이 경우 방전부(400)의 소모저항(440)에 의해 제1커패시터(201)의 전압이 3V보다 내려갈 것이다. 그리고 그에 따라 제2커패시터(520)에서 측정되는 전압 역시 2V보다 낮은 예를 들어 1V로 하강한다. 따라서, 제어부(600)에서는 두 시점에서 제2커패시터(520)에서 각각 측정되는 전압의 차이가 2V와 1V의 차이처럼 일정 크기 이상으로 차이날 경우에는 측정회로의 일부가 단선(C) 되었다고 볼 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리전압 밸런싱방법의 순서도로서, 본 발명의 배터리전압 밸런싱방법은, 상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하는 선택단계(S120); 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하는 측정단계(S200); 상기 선택단계와 측정단계를 각각의 제1커패시터들에 관하여 순차적으로 수행하는 체크단계(S800); 및 상기 측정된 전압이 불균형할 경우 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 밸런싱단계(S940);를 포함한다.
더 구체적으로는 본 발명의 배터리전압 밸런싱방법은, 상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하는 선택단계(S120); 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하는 측정단계(S200); 동일한 제1커패시터에 관하여 연결스위치 클로즈와 함께 제2커패시터를 연결하고 전압을 측정하는 확인단계(S400); 상기 측정단계와 확인단계의 측정값이 일정 크기 이상으로 차이 나는 경우 단선으로 파악하는 진단단계(S700); 상기 선택단계 내지 진단단계를 각각의 제1커패시터들에 관하여 순차적으로 수행하는 체크단계(S800); 및 상기 제1커패시터 간에 측정된 전압이 불균형할 경우, 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 밸런싱단계(S940);를 포함한다.
본 발명의 배터리 단선검출방법은, 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하는 선택단계(S120)를 수행한다. 그리고 나서, 전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하는 측정단계(S200)를 수행한다.
그 후 동일한 제1커패시터에 관하여 연결스위치 클로즈와 함께 제2커패시터를 연결하고 전압을 측정하는 확인단계(S400)를 수행한다. 그리고 상기 측정단계와 확인단계의 측정값이 일정 크기 이상으로 차이 나는 경우 단선으로 파악하는 진단단계(S700)를 수행한다.
구체적으로는, 먼저 시동이 들어오면 연결스위치를 오픈하고 어느 하나의 제1커패시터를 연결한 상태에서 제2커패시터의 전압을 측정한다. 이 경우 배터리의 전압이 1.5V이하라면 저전압으로 진단하고 주행이 불가능한 상황으로써 차량을 셧다운한다(S300,S320,S340,S360).
배터리의 전압이 1.5V 이상이라면, 제2커패시터를 방전시키는 방전단계(S310)를 수행하고, 동일한 제1커패시터에 관하여 연결스위치 클로즈와 함께 제2커패시터를 연결하고 전압을 측정하는 확인한다.
그리고 나서 상기 두 측정단계의 측정값을 비교하고, 그 차이가 일정 크기 이상 차이가 나는 경우 단선으로 파악하는 것이다. 이 경우에는 가용 파워를 제한하여 차량의 성능을 저하시킴으로써 배터리의 성능을 보호하는 것이다(S700,S720,S740).
한편, 그 차이가 미미하다면 배터리의 전압도 정상이고 단선 여부도 정상으로써 종료토록 하는 것이다(S620).
그리고 상기 선택단계 내지 진단단계를 각각의 제1커패시터들에 관하여 순차적으로 수행하는 체크단계(S800)를 수행한다.
체크가 모두 종료된 후에는 상기 제1커패시터 간에 측정된 전압이 불균형할 경우(S900,S920), 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 밸런싱단계(S940)를 수행하는 것이다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리전압 밸런싱장치 및 방법에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 배터리 각각의 전압측정과 동시에 단선도 측정할 수 있게 된다.
또한, 실질적인 배터리의 0V와 단선에 의한 0V를 구분할 수 있어 시스템의 안정성을 도모하고 누설에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 하나의 소모저항을 이용하여 전압측정과 동시에 전압 밸런싱을 수행할 수 있어 밸런싱 시간이 단축되고 시스템 안정성이 향상되며 원가가 절감되고 유지보수에 유리하다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 배터리 200 : 제1커패시터
300 : 스위칭기구 400 : 방전부
420 : 연결스위치 440 : 소모저항
500 : 측정부 520 : 제2커패시터
540 : 전압측정기구 600 : 제어부

Claims (8)

  1. 직렬연결된 복수의 배터리(100)에 각각 병렬연결된 복수의 제1커패시터(200);
    연결스위치(420)와 소모저항(440)이 구비되며, 상기 복수의 제1커패시터(200)와 스위칭기구(300)를 통해 연결되어 각각의 제1커패시터(200)와 선택적으로 병렬연결되는 방전부(400);
    상기 방전부(400)와 병렬연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및
    상기 연결스위치(420) 오픈과 함께 스위칭기구(300)를 제어하여 제2커패시터(520)가 선택적으로 제1커패시터(200)와 연결되도록 하고 전압측정회로(540)를 통해 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 전압 불균형시 연결스위치(420) 클로즈 및 전압측정회로(540) 분리와 함께 스위칭기구(300)를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리(100)를 소모저항(440)과 연결하여 전압을 밸런싱하는 제어부(600);를 포함하며,
    상기 제어부(600)는 전압측정시 연결스위치(420) 오픈상태 및 연결스위치(420) 클로즈상태에서 각각 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 동일한 제1커패시터(200)에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악하는 것을 특징으로 하는 배터리전압 밸런싱장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(600)는 일정시간을 한 주기로 하고, 매 주기마다 전압측정과 전압밸런싱을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리전압 밸런싱장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제1커패시터(200)는 스위칭기구(300)를 통해 인접하는 제1커패시터끼리는 서로 극성이 반대가 되도록 방전부(400)와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리전압 밸런싱장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(600)는 전압측정시 연결스위치(420) 오픈상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 제2커패시터(520)를 방전시킨 후 연결스위치(420) 클로즈상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 동일한 제1커패시터(200)에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악하는 것을 특징으로 하는 배터리전압 밸런싱장치.
  6. 직렬연결된 복수의 배터리(100)에 각각 병렬연결된 복수의 제1커패시터(200);
    연결스위치(420)와 소모저항(440)이 구비되며, 상기 복수의 제1커패시터(200)와 스위칭기구(300)를 통해 연결되어 각각의 제1커패시터(200)와 선택적으로 병렬연결되는 방전부(400);
    상기 방전부(400)와 병렬연결된 제2커패시터(520) 및 제2커패시터(520)와 병렬연결된 전압측정회로(540)로 구성된 측정부(500); 및
    상기 연결스위치(420) 오픈과 함께 스위칭기구(300)를 제어하여 제2커패시터(520)가 선택적으로 제1커패시터(200)와 연결되도록 하고 전압측정회로(540)를 통해 제2커패시터(520)의 전압을 측정하며, 제2커패시터(520)를 방전시킨 후, 연결스위치(420) 클로즈 상태에서 제2커패시터(520)의 전압을 측정하고, 동일한 제1커패시터(200)에 관하여 두 개의 측정값이 일정 크기 이상 차이 나는 경우 단선으로 파악하며, 복수의 제1커패시터(200) 간에 전압이 불균형할 경우 연결스위치(420) 클로즈 및 전압측정회로(540) 분리와 함께 스위칭기구(300)를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리(100)를 소모저항(440)과 연결하여 전압을 밸런싱하는 제어부(600);를 포함하는 배터리전압 밸런싱장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1의 배터리전압 밸런싱장치를 이용한 밸런싱 방법으로써,
    상기 연결스위치 오픈과 함께 스위칭기구를 제어하여 제2커패시터가 선택적으로 제1커패시터와 연결되도록 하는 선택단계(S120);
    전압측정회로를 통해 제2커패시터의 전압을 측정하는 측정단계(S200);
    동일한 제1커패시터에 관하여 연결스위치 클로즈와 함께 제2커패시터를 연결하고 전압을 측정하는 확인단계(S400);
    상기 측정단계와 확인단계의 측정값이 일정 크기 이상으로 차이 나는 경우 단선으로 파악하는 진단단계(S700);
    상기 선택단계 내지 진단단계를 각각의 제1커패시터들에 관하여 순차적으로 수행하는 체크단계(S800); 및
    상기 제1커패시터 간에 측정된 전압이 불균형할 경우, 연결스위치 클로즈 및 전압측정회로 분리와 함께 스위칭기구를 제어함으로써 상대적으로 전압이 높은 배터리를 소모저항과 연결하여 전압을 밸런싱하는 밸런싱단계(S940);를 포함하는 배터리전압 밸런싱방법.
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