KR102274812B1 - Dynamic resistance battery cell equalization apparatus for capacity optimization of parallel connected battery cells - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 배터리 셀 균등화 장치에 관한 것으로, 복수 개의 배터리 셀들; 각각이 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 각 배터리 셀과 직렬 연결된 복수 개의 제1 저항들; 각각이 상기 각 배터리 셀 및 제1 저항과 직렬 연결된 복수 개의 제2 저항들; 각각이 상기 복수 개의 제2 저항들 중 각 제2 저항과 병렬 연결된 복수 개의 제1 스위치들; 및 상기 복수 개의 제1 스위치들을 제어하여 상기 각 배터리 셀의 전류 흐름을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.The present invention relates to an apparatus for equalizing battery cells, comprising: a plurality of battery cells; a plurality of first resistors, each of which is connected in series with each of the plurality of battery cells; a plurality of second resistors, each of which is connected in series with the respective battery cell and the first resistor; a plurality of first switches, each of which is connected in parallel to each of the second resistors among the plurality of second resistors; and a controller controlling the current flow of each of the battery cells by controlling the plurality of first switches.

Figure R1020190141602
Figure R1020190141602

Description

병렬 연결된 배터리 셀들의 가용 용량 최적화를 위한 동적 저항 배터리 셀 균등화 장치{DYNAMIC RESISTANCE BATTERY CELL EQUALIZATION APPARATUS FOR CAPACITY OPTIMIZATION OF PARALLEL CONNECTED BATTERY CELLS}DYNAMIC RESISTANCE BATTERY CELL EQUALIZATION APPARATUS FOR CAPACITY OPTIMIZATION OF PARALLEL CONNECTED BATTERY CELLS

본 발명은 배터리 균등화 회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 병렬 연결된 셀들의 가용 용량 최적화를 위한 동적 저항 배터리 셀 균등화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery equalization circuit, and more particularly, to a dynamic resistance battery cell equalization device for optimizing the usable capacity of cells connected in parallel.

신재생 에너지 시스템이나 전기자동차 등 배터리를 이용한 에너지 저장시스템이 필요한 분야에서 복수 개의 배터리 셀들을 직렬로 연결함으로써 동작 전압을 증가시킬 수 있다. 직렬로 연결된 배터리 셀들은 양산 단계에서 생기는 불균일한 배터리 특성차로 인하여 임피던스와 동일한 온도 및 구동 조건에서 셀 불균일 현상(Cell inconsistency)이 생길 수 있다. In a field requiring an energy storage system using a battery, such as a renewable energy system or an electric vehicle, an operating voltage may be increased by connecting a plurality of battery cells in series. Battery cells connected in series may have cell inconsistency at the same temperature and driving conditions as impedance due to non-uniform battery characteristics generated during mass production.

상기 셀 불균일 현상은 배터리 셀 사이에 충전상태가 서로 다른 상태를 나타내며, 이로 인해 배터리의 과방전, 과충전 문제를 야기하여 시스템의 안전성에 직접적인 영향을 미치고, 배터리 셀의 노화에 따라 문제는 더욱 심각해진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 직렬 연결된 배터리 셀들에 대한 다양한 셀 균등화(Cell equalization) 기술이 연구되고 있다.The cell non-uniformity indicates a state in which the state of charge is different between the battery cells, which causes over-discharge and over-charge problems of the battery, which directly affects the safety of the system, and the problem becomes more serious as the battery cells age. In order to solve this problem, various cell equalization techniques for series-connected battery cells are being studied.

한편, 복수 개의 배터리 셀들을 병렬로 연결하는 병렬 연결 구성은 충방전 전류를 증가시키기 때문에 에너지 용량을 늘리는 데 사용될 수 있다. 그러나, 병렬 연결된 셀들의 배터리 균등화에 대한 연구는 많지 않았으므로, 병렬 구성들은 보통 미리 선별된 셀들끼리의 병렬 연결로 구성하여 사용하는 것이 일반적이다. 따라서, 상기 일반적인 병렬 구성에서는 배터리 불일치 문제가 여전히 존재하여 배터리 시스템의 가용 용량을 떨어트릴 수 있다.On the other hand, a parallel connection configuration in which a plurality of battery cells are connected in parallel may be used to increase the energy capacity because the charging/discharging current increases. However, there have not been many studies on battery equalization of parallel-connected cells, so it is common to use parallel configurations as parallel connections between preselected cells. Accordingly, in the general parallel configuration, a battery mismatch problem may still exist, which may decrease the usable capacity of the battery system.

최근 배터리의 셀불균일화로 인한 과충전이나 과방전등 배터리 안정성 문제가 대두되고 있으며, 안정성 강화에 따른 배터리 설치비용 증가로 배터리 시스템의 가용 용량 최적화가 시장에서 핵심 이슈가 되고 있는 추세에 따라 직렬 셀 균등화뿐만 아니라 효과적인 병렬 셀 균등화가 요구되고 있다. Recently, battery stability problems such as overcharging or overdischarging due to cell non-uniformity of the battery are emerging, and the optimization of the usable capacity of the battery system is becoming a key issue in the market due to the increase in battery installation cost due to the strengthening of stability. Effective parallel cell equalization is required.

병렬 연결된 셀들의 균등화를 위해 종래의 기술로는 병렬 가지수만큼의 스위치를 두고 이를 충방전 전류에 따라 필요한 만큼 순차적으로 개폐시키는 SOC기반 스위치 시퀀싱방법이 개발된 바 있다. 이때 개별 스위치의 개폐여부는 퍼지 로직 제어 방법 등이 사용되어 부하 요구 및 SOC 비율에 따라 직류 버스(DC bus)에 연결된 배터리 셀의 개수를 자동으로 조정한다. 그러나 부하 요구 증가로 인해 더 많은 배터리 셀들이 DC 버스에 동시에 연결되는 상황에서는 다수의 병렬 셀 들이 직접 병렬 연결되는 경우가 많아지므로 셀 불균일화 현상은 계속 존재하게 되어 전체적인 균등화 성능이 저하된다. For the equalization of parallel-connected cells, a conventional technology has developed an SOC-based switch sequencing method in which as many switches are placed in parallel and opened and closed sequentially as needed according to the charge/discharge current. At this time, the fuzzy logic control method is used to determine whether each switch is opened or closed, and the number of battery cells connected to the DC bus is automatically adjusted according to the load demand and the SOC ratio. However, in a situation where more battery cells are simultaneously connected to the DC bus due to an increase in load demand, a large number of parallel cells are often directly connected in parallel, so cell non-uniformity continues to exist and the overall equalization performance deteriorates.

다른 해결 방법으로서, 각 배터리 셀과 직렬로 고정 저항을 추가 연결하여 개별 배터리 셀의 임피던스 차이를 완화시키는 방법이 있다. 이러한 고정 저항 밸런싱 방법은 앞의 방법보다 스위치가 생략되므로 회로가 간단하고 비용이 절감될 수 있다. 그러나 상기 추가된 밸런싱 저항에서의 전력 손실로 인해 상시 충방전 효율이 발생하여 효율이 낮고 각각의 자기 방전율의 차이로 인해 균등화 성능이 만족스럽지 않다. Another solution is to add an additional fixed resistor in series with each battery cell to mitigate the impedance difference of the individual battery cells. This fixed resistor balancing method omits a switch compared to the previous method, so that the circuit is simple and the cost can be reduced. However, regular charging and discharging efficiency occurs due to power loss in the added balancing resistor, resulting in low efficiency and unsatisfactory equalization performance due to the difference in self-discharge rates.

상기 기술에서 균등화 성능을 향상시키기 위해서는 상기 밸런싱 저항을 상당히 증가시켜야 하는데, 이는 다시 효율 저하를 수반하기 때문에 상기 방법에 있어서 효율과 균등화 성능간에는 기술적인 모순 문제가 있다. 결과적으로 병렬 연결된 배터리 구성을 위한 개선된 균등화 기술의 연구가 요구되고 있다.In order to improve the equalization performance in the above technique, the balancing resistance must be significantly increased, which in turn entails a decrease in efficiency, so that there is a technical contradiction problem between the efficiency and the equalization performance in the above method. As a result, research on improved equalization technology for parallel-connected battery configuration is required.

[문헌 1] 대한민국공개특허공보 제10-2019-0036242호 배터리 모듈 균등화 장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차(주식회사 엘지 화학) 2019.04.04.[Document 1] Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0036242 Battery module equalization device, battery pack and automobile including the same (LG Chemical Co., Ltd.) 2019.04.04.

따라서 본 발명의 목적은 동적 저항 방식의 배터리 셀 균등화 장치를 통해 병렬 연결된 배터리 셀들의 용량 최적화를 달성하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to achieve capacity optimization of parallel-connected battery cells through a dynamic resistance type battery cell equalization device.

또한, 본 발명의 목적은 병렬 배터리 구성에서, 균등화 성능을 개선하고 배터리 용량을 최적화하며 손실에 의한 소실(loss dissipation)을 줄일 수 있는 동적 저항 배터리 셀 균등화 장치를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a dynamic resistance battery cell equalization device capable of improving equalization performance, optimizing battery capacity, and reducing loss dissipation in a parallel battery configuration.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 배터리 셀 균등화 장치는, 복수 개의 배터리 셀들; 각각이 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 각 배터리 셀과 직렬 연결된 복수 개의 제1 저항들; 각각이 상기 각 배터리 셀 및 제1 저항과 직렬 연결된 복수 개의 제2 저항들; 각각이 상기 복수 개의 제2 저항들 중 각 제2 저항과 병렬 연결된 복수 개의 제1 스위치들; 및 상기 복수 개의 제1 스위치들을 제어하여 상기 각 배터리 셀의 전류 흐름을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.A battery cell equalization apparatus for achieving the above object includes a plurality of battery cells; a plurality of first resistors, each of which is connected in series with each of the plurality of battery cells; a plurality of second resistors, each of which is connected in series with the respective battery cell and the first resistor; a plurality of first switches, each of which is connected in parallel to each of the second resistors among the plurality of second resistors; and a controller controlling the current flow of each of the battery cells by controlling the plurality of first switches.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)을 포함한다.Preferably, the controller includes a battery management system (BMS).

바람직하게는, 상기 제2 저항의 저항 값은 상기 제1 저항의 저항 값보다 큰 것을 특징으로 한다.Preferably, a resistance value of the second resistor is greater than a resistance value of the first resistor.

바람직하게는, 상기 배터리 셀 균등화 장치는, 상기 복수의 배터리 셀들과 부하 사이에 연결되는 양방향 컨버터를 더 포함한다.Preferably, the battery cell equalization apparatus further includes a bidirectional converter connected between the plurality of battery cells and a load.

바람직하게는, 상기 배터리 셀 균등화 장치는, 상기 양방향 컨버터와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 스위치를 더 포함한다.Preferably, the battery cell equalization device further includes a second switch connected between the bidirectional converter and the load.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 제2 스위치를 제어하여, 충전 모드에서, 상기 양방향 컨버터가 외부 전원에 연결되도록 제어한다.Preferably, the controller controls the second switch to control the bidirectional converter to be connected to an external power source in a charging mode.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는 상기 제2 스위치를 제어하여, 방전 모드에서, 상기 양방향 컨버터가 상기 부하에 연결되도록 제어한다.Preferably, the controller controls the second switch to control the bidirectional converter to be connected to the load in a discharging mode.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 상기 각 배터리 셀의 충전 상태(state of charge; SOC) 비율(rate)을 확인하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the controller is characterized in that it checks a state of charge (SOC) rate of each of the battery cells.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 충전 모드에서, 상기 복수 개의 제1 스위치들 중 상기 SOC 비율이 가장 큰 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치가 오프 상태가 되도록 제어한다.Preferably, in the charging mode, the controller controls a first switch corresponding to a battery cell having the largest SOC ratio among the plurality of first switches to be in an off state.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 충전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 적어도 두 개 이상의 배터리 셀들에서 셀 균등화가 완료되면, 상기 셀 균등화가 완료된 배터리 셀들에 대응하는 제1 스위치들이 교대로 온 또는 오프 상태가 되도록 제어한다.Preferably, in the charging mode, when cell equalization is completed in at least two of the plurality of battery cells in the charging mode, the first switches corresponding to the battery cells for which the cell equalization is completed are alternately turned on or off. control to be

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 충전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 모두에 대한 셀 균등화가 완료되면, 모든 상기 복수 개의 제1 스위치들이 온 상태가 되도록 제어한다.Preferably, the controller controls all of the plurality of first switches to be in an on state when cell equalization of all of the plurality of battery cells is completed in the charging mode.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 방전 모드에서 상기 복수 개의 제1 스위치들 중 상기 SOC 비율이 가장 작은 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치가 오프 상태가 되도록 제어한다.Preferably, the controller controls a first switch corresponding to a battery cell having the smallest SOC ratio among the plurality of first switches to be in an off state in a discharging mode.

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 방전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 적어도 두 개 이상의 배터리 셀들에서 셀 균등화가 완료되면, 상기 셀 균등화가 완료된 배터리 셀들에 대응하는 제1 스위치들이 교대로 온 또는 오프 상태가 되도록 제어한다.Preferably, in the discharging mode, when cell equalization is completed in at least two or more of the plurality of battery cells in the discharging mode, first switches corresponding to the battery cells for which the cell equalization is completed are alternately turned on or off control to be

바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 방전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 모두에 대한 셀 균등화가 완료되면, 모든 상기 복수 개의 제1 스위치들이 온 상태가 되도록 제어한다.Preferably, the controller controls all of the plurality of first switches to be in an on state when cell equalization for all of the plurality of battery cells is completed in the discharging mode.

본 발명에 따르면, 동적 저항 방법을 이용한 병렬 연결된 배터리 구성을 위한 균등화 회로를 제공함으로써, 배터리 셀들의 균등화 성능을 개선하고 배터리 용량을 최적화하며 밸런싱 저항에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있다.According to the present invention, by providing an equalization circuit for a parallel-connected battery configuration using a dynamic resistance method, it is possible to improve equalization performance of battery cells, optimize battery capacity, and reduce energy loss due to balancing resistors.

본 발명에 따르면, 복수 개의 배터리 셀들이 병렬 연결된 회로에서 배터리 셀의 추정된 SOC(state of charge) 비율에 기반하여 각 배터리 셀에 흐르는 전류 흐름을 조절하여 주어진 배터리 용량을 최대한 이용할 수 있다. 이에 따라, 결과적으로 셀 불균일 현상(Cell inconsistency)이 최소화되어 배터리 수명이 연장된다.According to the present invention, in a circuit in which a plurality of battery cells are connected in parallel, a given battery capacity can be maximally utilized by controlling a current flowing through each battery cell based on an estimated state of charge (SOC) ratio of the battery cells. Accordingly, as a result, cell inconsistency is minimized and battery life is extended.

도 1은 복수 개의 배터리 셀들이 병렬 연결된 회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 상기 도 1의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 병렬 셀들의 배터리 균등화를 목적으로 하는 SOC 기반의 스위치 시퀀싱 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 병렬 셀들의 배터리 균등화를 목적으로 하는 고정 저항을 이용한 밸런싱 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 연결된 배터리 셀들의 배터리 균등화를 위한 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로의 충전 동작 시 SOC 변화를 종래의 방법과 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로의 충전 동작 시 배터리 전류 변화를 종래의 방법과 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로의 방전 동작 시 SOC 변화를 종래의 방법과 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로의 방전 동작 시 배터리 전류 변화를 종래의 방법과 비교한 그래프이다.
도 10는 종래의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 등화 성능의 시간에 따른 추이 비교를 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a circuit in which a plurality of battery cells are connected in parallel.
FIG. 2 is a diagram illustrating an equivalent circuit of FIG. 1 .
3 is a diagram illustrating a conventional SOC-based switch sequencing circuit for battery equalization of parallel cells.
4 is a diagram illustrating a conventional balancing circuit using a fixed resistor for the purpose of battery equalization of parallel cells.
5 is a diagram illustrating a dynamic resistance battery cell equalization circuit for battery equalization of parallel-connected battery cells according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph comparing SOC change during a charging operation of a dynamic resistance battery cell equalization circuit according to an embodiment of the present invention with a conventional method.
7 is a graph comparing a battery current change during a charging operation of a dynamic resistance battery cell equalization circuit according to an embodiment of the present invention with a conventional method.
8 is a graph comparing an SOC change during a discharging operation of a dynamic resistance battery cell equalization circuit according to an embodiment of the present invention with a conventional method.
9 is a graph comparing a change in battery current during a discharging operation of a dynamic resistance battery cell equalization circuit according to an embodiment of the present invention with a conventional method.
10 is a graph illustrating a comparison of the time-dependent trend of equalization performance according to an embodiment of the present invention and a conventional method.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시 예에 기초하여 설명한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.Hereinafter, detailed contents for carrying out the present invention will be described based on the embodiments with reference to the drawings. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the various aspects.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있는 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백히 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly.

본 발명의 실시예는 병렬 배터리 구성을 위한 동적 저항 균등화(equalization) 회로를 제안한다. 본 발명에 따르면, 병렬 연결된 복수 개의 배터리 셀들에 대해 각 배터리 셀의 추정된 SOC(state of charge) 비율에 기반하여 균등화 회로의 스위치를 제어함으로써 개별 분기(branch)들의 등가 직렬 임피던스를 변경할 수 있으며, 이에 따라 병렬 연결된 각 배터리 셀로 흐르는 전류의 흐름을 조절하여 SOC 이용을 극대화할 수 있다.An embodiment of the present invention proposes a dynamic resistance equalization circuit for parallel battery configuration. According to the present invention, for a plurality of battery cells connected in parallel, the equivalent series impedance of individual branches can be changed by controlling the switch of the equalization circuit based on the estimated state of charge (SOC) ratio of each battery cell, Accordingly, it is possible to maximize the use of the SOC by controlling the flow of current flowing to each battery cell connected in parallel.

이하, 본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 다양한 형태의 배터리 셀 병렬 연결 회로들을 설명한다.Hereinafter, various types of battery cell parallel connection circuits will be described before describing an embodiment of the present invention.

도 1은 복수 개의 배터리 셀들이 병렬 연결된 회로를 나타내는 도면이며, 도 2는 상기 도 1의 등가 회로를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a circuit in which a plurality of battery cells are connected in parallel, and FIG. 2 is a diagram illustrating an equivalent circuit of FIG. 1 .

도 1을 참조하면, 3 개의 병렬 연결 배터리 셀들을 포함하는 병렬 연결 배터리 셀 회로를 구성할 수 있다. 예컨대, 상기 병렬 연결 배터리 셀 회로는 제1 배터리 셀(B1)(101), 제2 배터리 셀(B2)(102), 제3 배터리 셀(B3)(103), 및 DC/DC 컨버터(110)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 배터리 셀(101), 제2 배터리 셀(102), 제3 배터리 셀(103)은 서로 병렬 연결되며, 상기 DC/DC 컨버터(110)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(101, 102, 103)과 연결될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a parallel-connected battery cell circuit including three parallel-connected battery cells may be configured. For example, the parallel-connected battery cell circuit includes a first battery cell (B1) 101, a second battery cell (B2) 102, a third battery cell (B3) 103, and a DC/DC converter 110. It may be composed of The first battery cell 101 , the second battery cell 102 , and the third battery cell 103 are connected in parallel to each other, and the DC/DC converter 110 includes the plurality of battery cells 101 , 102 , 103 . ) can be associated with

상기 병렬 연결된 상기 제1 배터리 셀(101), 제2 배터리 셀(102), 제3 배터리 셀(103)에 저장된 전력은 통합되어 DC/DC 컨버터(110)로 전달되며, DC/DC 컨버터(110)에서 부하에 맞는 전압으로 변환된다. 즉 DC/DC 컨버터(110)는 V_bus 전압을 입력 받아 V_out 전압으로 변환시켜 부하에 공급한다.The power stored in the first battery cell 101 , the second battery cell 102 , and the third battery cell 103 connected in parallel is integrated and transferred to the DC/DC converter 110 , and the DC/DC converter 110 . ) to the voltage appropriate for the load. That is, the DC/DC converter 110 receives the V_bus voltage, converts it into a V_out voltage, and supplies it to the load.

상기 도 1을 등가 회로로 나타내면 도 2와 같이 나타낼 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 도 1의 제1 배터리 셀(101)은 도 2의 제1 배터리(201)로 나타낼 수 있으며, 상기 제1 배터리 셀(201)은 제1 전압 소스(OCV1)(201a) 및 제1 등가 저항(Rb1)(1201b)을 포함하는 회로로 나타낼 수 있다. 상기 도 1의 제2 배터리 셀(102)은 도 2의 제2 배터리(202)로 나타낼 수 있으며, 상기 제2 배터리 셀(202)은 제2 전압 소스(OCV2)(202a) 및 제2 등가 저항(Rb2)(202b)을 포함하는 회로로 나타낼 수 있다. 상기 도 1의 제3 배터리 셀(103)은 도 2의 제3 배터리(203)로 나타낼 수 있으며, 상기 제3 배터리 셀(203)은 제3 전압 소스(OCV3)(203a) 및 제3 등가 저항(Rb3)(203b)을 포함하는 회로로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 1 as an equivalent circuit, it can be represented as in FIG. 2 . Referring to FIG. 2 , the first battery cell 101 of FIG. 1 may be referred to as the first battery 201 of FIG. 2 , and the first battery cell 201 is a first voltage source (OCV1) 201a. ) and a first equivalent resistor (Rb1) 1201b. The second battery cell 102 of FIG. 1 may be referred to as the second battery 202 of FIG. 2 , wherein the second battery cell 202 includes a second voltage source (OCV2) 202a and a second equivalent resistor. It can be represented by a circuit including (Rb2) 202b. The third battery cell 103 of FIG. 1 may be referred to as the third battery 203 of FIG. 2 , and the third battery cell 203 includes a third voltage source (OCV3) 203a and a third equivalent resistor. It can be represented by a circuit including (Rb3) 203b.

상기 복수의 배터리 셀들(201, 202, 203)에서 합쳐진 전류는 부하 전류를 나타내는 등가 전류원(I Load)(210)로 나타낼 수 있다. 이때, 상기 각 배터리 셀에서 분기된 전류 I1, I2, I3은 각각 하기 <수학식 1>, <수학식 2>, <수학식 3>으로 나타낼 수 있다. The current combined in the plurality of battery cells 201 , 202 , and 203 may be represented by an equivalent current source (I Load) 210 representing a load current. In this case, the currents I 1 , I 2 , and I 3 branched from each of the battery cells may be expressed by the following <Equation 1>, <Equation 2>, and <Equation 3>, respectively.

Figure 112019114289087-pat00001
Figure 112019114289087-pat00001

Figure 112019114289087-pat00002
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Figure 112019114289087-pat00003
Figure 112019114289087-pat00003

상기 <수학식 1> 내지 <수학식 3>을 참조하면, 각 분기 전류(I1, I2, I3)는 각 배터리 셀에 대응하는 개방 회로 전압(OCVi) 및 각 배터리 셀의 임피던스(Rbi)에 의존하며, 이는 모두 캘린더 노화(calendar aging) 동안 변한다. 또한, 배터리 시스템이 유휴 모드(idle mode)에 있는 경우에도 셀 간에 통제되지 않는 에너지 전송이 있으며, 이를 소위 자가 균등화 효과(self-balancing effect)라고 한다. 결과적으로 배터리는 추가로 내부 열을 발생시켜 셀의 발화를 유발할 수 있고, 균등화 성능도 떨어진다. Referring to <Equation 1> to <Equation 3>, each branch current (I 1 , I 2 , I 3 ) is the open circuit voltage (OCV i ) corresponding to each battery cell and the impedance ( R bi ), which all change during calendar aging. In addition, there is an uncontrolled energy transfer between cells even when the battery system is in idle mode, which is called the so-called self-balancing effect. As a result, the battery may generate additional internal heat, which may cause the cell to ignite, and the equalization performance deteriorates.

도 3은 종래의 병렬 셀들의 배터리 균등화를 목적으로 하는 SOC 기반의 스위치 시퀀싱 회로를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 배터리 셀들의 병렬 연결 회로는 제1 배터리 셀(301), 제2 배터리 셀(302), 제3 배터리 셀(303), 스위치부(310), 컨트롤러(320), 외부 충전부(330), 전압 소스(340), DC/DC 컨버터(350), 부하(360)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 도 3에 의한 SOC 기반 스위치 시퀀싱은 SOC의 균형을 맞추기 위해 컨트롤러(320)에서 스위치부(310)의 각 스위치(311, 312, 313)를 제어함으로써 DC 버스에 배터리 셀(301, 302, 303)을 교대로 연결 또는 분리시킨다.3 is a diagram illustrating a conventional SOC-based switch sequencing circuit for battery equalization of parallel cells. Referring to FIG. 3 , the parallel connection circuit of battery cells includes a first battery cell 301 , a second battery cell 302 , a third battery cell 303 , a switch unit 310 , a controller 320 , and an external charging unit. 330 , a voltage source 340 , a DC/DC converter 350 , and a load 360 may be included. The SOC-based switch sequencing according to FIG. 3 controls the respective switches 311, 312, and 313 of the switch unit 310 in the controller 320 to balance the SOC, thereby providing the battery cells 301, 302, 303 to the DC bus. ) are alternately connected or disconnected.

상기 컨트롤러(320)는 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)으로 구성될 수 있으며, 각 배터리 셀들(301, 302, 302)의 전압과 SOC 및 부하 전류을 측정하여 스위칭 순서를 결정한다. 이때, 충전전류나 방전전류가 배터리 셀 하나가 감당할 수 있는 전류보다 높으면 셀의 과-충전 또는 과-방전을 방지하기 위해 여러 배터리 셀이 동시에 직접 연결된다. 이러한 경우 셀 불균일 현상은 여전히 존재하게 되고 버스 전압이 불규칙적으로 변하면서 스위칭 순간에 펄스 형태의 배터리 전류가 각 셀로 흐르게 된다.The controller 320 may be configured as a battery management system (BMS), and determines the switching order by measuring the voltage, SOC, and load current of each of the battery cells 301 , 302 , and 302 . At this time, if the charging current or discharging current is higher than the current that one battery cell can handle, several battery cells are directly connected at the same time to prevent over-charging or over-discharging of the cells. In this case, cell non-uniformity still exists, and as the bus voltage changes irregularly, a pulsed battery current flows to each cell at the switching moment.

도 4는 종래의 병렬 셀들의 배터리 균등화를 목적으로 하는 고정 저항을 이용한 밸런싱 회로를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 배터리 셀들의 병렬 연결 회로는 제1 배터리 셀(301), 제2 배터리 셀(302), 제3 배터리 셀(303)을 포함하며, 각 배터리 셀은 하나의 외부 저항(401, 402, 403)과 직렬 연결된다. 예컨대, 제1 배터리 셀(301)은 제1 외부 저항(401)과 직렬 연결되며, 제2 배터리 셀(302)은 제2 외부 저항(402)과 직렬 연결되며, 제3 배터리 셀(303)은 제3 외부 저항(403)과 직렬 연결된다.4 is a diagram illustrating a conventional balancing circuit using a fixed resistor for the purpose of battery equalization of parallel cells. Referring to FIG. 4 , the parallel connection circuit of battery cells includes a first battery cell 301 , a second battery cell 302 , and a third battery cell 303 , and each battery cell has one external resistor 401 . , 402, 403) are connected in series. For example, the first battery cell 301 is connected in series with the first external resistor 401 , the second battery cell 302 is connected in series with the second external resistor 402 , and the third battery cell 303 is It is connected in series with the third external resistor 403 .

상기 병렬 연결된 상기 제1 배터리 셀(301), 제2 배터리 셀(302), 제3 배터리 셀(303)에 저장된 전력은 각각 외부 저항(401, 402, 403)을 거쳐 통합되어 DC/DC 컨버터(410)로 전달되며, DC/DC 컨버터(410)에서 부하에 맞는 전압으로 변환된다.The power stored in the first battery cell 301, the second battery cell 302, and the third battery cell 303 connected in parallel is integrated through the external resistors 401, 402, 403, respectively, and a DC/DC converter ( 410), and is converted into a voltage suitable for the load in the DC/DC converter 410.

상기 도 4의 회로는 도시된 바와 같이 각 배터리 셀(301, 302, 303)과 상기 배터리 셀의 외부에 직렬로 연결된 외부 저항(401, 402, 403)을 포함한다. 상기 셀 균등화를 위해 추가 설치된 상기 외부 저항(401, 402, 403)의 저항 값이 배터리 셀(301, 302, 303)의 내부 임피던스보다 충분히 크면, 셀 불균일 현상을 거의 제거 할 수 있고 각각의 병렬 분기의 전류는 거의 동일해진다. 그러나 이러한 성능을 내기 위해서는 추가 설치된 외부 저항에서 큰 전력 손실이 발생한다. 이를 줄이기 위해 상기 외부 저항 값을 줄이는 경우, 이는 다시 셀균등화 성능저하를 수반하기 때문에 상기 방법에 있어서 효율과 셀균등화 성능간에는 기술적인 모순 문제가 있다. The circuit of FIG. 4 includes each battery cell 301 , 302 , 303 and external resistors 401 , 402 , 403 connected in series to the outside of the battery cell as shown. If the resistance value of the external resistors 401, 402, 403 additionally installed for cell equalization is sufficiently larger than the internal impedance of the battery cells 301, 302, 303, the cell non-uniformity phenomenon can be almost eliminated and each parallel branch currents are almost the same. However, in order to achieve this performance, a large power loss occurs in the additionally installed external resistor. When the external resistance value is reduced to reduce this, since this again entails degradation of cell equalization performance, there is a technical contradiction problem between efficiency and cell equalization performance in the method.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 병렬 연결된 배터리 셀들의 용량 최적화를 위한 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀들의 병렬 연결 회로는 제1 배터리 셀(501a), 제2 배터리 셀(502a), 제3 배터리 셀(503a), 컨트롤러(510), 양방향 컨버터(520)를 포함하여 구성될 수 있다.5 is a diagram illustrating a dynamic resistance battery cell equalization circuit for capacity optimization of parallel-connected battery cells according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5 , a parallel connection circuit of battery cells according to an embodiment of the present invention includes a first battery cell 501a, a second battery cell 502a, a third battery cell 503a, a controller 510, and a bidirectional circuit. It may be configured to include a converter 520 .

상기 복수 개의 배터리 셀들(501a, 502a, 503a)은 각각 제1 저항(501b, 502b, 503b) 및 제2 저항(501c, 502c, 503c)이 직렬 연결될 수 있다. 즉, 제1 배터리 셀(501a)은 제1-1 저항(501b) 및 제1-2 저항(501c)과 직렬 연결될 수 있고, 제2 배터리 셀(502a)은 제2-1 저항(502b) 및 제2-2 저항(502c)과 직렬 연결될 수 있고, 제3 배터리 셀(503a)은 제3-1 저항(503b) 및 제3-2 저항(503c)과 직렬 연결될 수 있다.A first resistor 501b , 502b , 503b and a second resistor 501c , 502c , and 503c may be connected in series to the plurality of battery cells 501a , 502a , and 503a , respectively. That is, the first battery cell 501a may be connected in series with the first-first resistor 501b and the 1-2-th resistor 501c, and the second battery cell 502a has the second-first resistor 502b and A 2-2nd resistor 502c may be connected in series, and the third battery cell 503a may be connected in series with a 3-1 th resistor 503b and a 3-2 th resistor 503c.

상기 복수의 제2 저항들(501c, 502c, 503c)은 각각 제1 스위치들(501d, 502d, 503d)와 병렬 연결될 수 있다. 즉, 제1-2 저항(501c)은 제1-1 스위치(501d)와 병렬 연결될 수 있고, 제2-2 저항(502c)은 제2-1 스위치(502d)와 병렬 연결될 수 있고, 제3-2 저항(503c)은 제3-1 스위치(503d)와 병렬 연결될 수 있다.The plurality of second resistors 501c, 502c, and 503c may be connected in parallel with the first switches 501d, 502d, and 503d, respectively. That is, the 1-2 th resistor 501c may be connected in parallel with the 1-1 switch 501d, the 2-2 th resistor 502c may be connected in parallel with the 2-1 th switch 502d, and the third The -2 resistor 503c may be connected in parallel with the 3-1 th switch 503d.

상기 컨트롤러(510)는 상기 복수 개의 제1 스위치들(501d, 502d, 503d)을 제어하여 상기 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)의 전류 흐름을 제어할 수 있다. 상기 컨트롤러(510)는 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 상기 각 배터리 셀에 대해 제2 저항(501c, 502c, 503c)의 저항 값은 상기 제1 저항(501b, 502b, 503b)의 저항 값보다 크도록 설계된다.The controller 510 may control the current flow of each of the battery cells 501a, 502a, and 503a by controlling the plurality of first switches 501d, 502d, and 503d. The controller 510 may include a battery management system (BMS). According to an embodiment of the present invention, the resistance values of the second resistors 501c, 502c, and 503c for each of the battery cells are designed to be greater than the resistance values of the first resistors 501b, 502b, and 503b.

상기 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀들의 병렬 연결 회로는 상기 복수의 배터리 셀(501a, 502a, 503a)들과 부하(540) 사이에 연결되는 양방향 컨버터(520)를 더 포함할 수 있으며, 상기 양방향 컨버터(520)와 상기 부하(540) 사이에 제2 스위치(530)를 더 포함한다.The parallel connection circuit of battery cells according to the embodiment of the present invention may further include a bidirectional converter 520 connected between the plurality of battery cells 501a, 502a, and 503a and a load 540, A second switch 530 is further included between the bidirectional converter 520 and the load 540 .

상기 컨트롤러(510)는 상기 제2 스위치(530)를 제어하여, 충전 모드에서, 상기 양방향 컨버터(520)가 외부 전원(550)에 연결되도록 제어하며, 방전 모드에서, 상기 양방향 컨버터(520)가 상기 부하(540)에 연결되도록 제어한다.The controller 510 controls the second switch 530 to control the bidirectional converter 520 to be connected to the external power source 550 in the charging mode, and in the discharging mode, the bidirectional converter 520 to It is controlled to be connected to the load 540 .

상기 컨트롤러(510)는, 상기 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)의 충전 상태(state of charge; SOC) 비율(rate)을 확인하여 복수의 제1 스위치들(501d, 502d, 503d)을 제어할 수 있다.The controller 510 controls a plurality of first switches 501d, 502d, and 503d by checking a state of charge (SOC) rate of each of the battery cells 501a, 502a, and 503a. can do.

본 발명의 실시예에 따라, 상기 컨트롤러(510)는, 충전 모드에서, 상기 복수 개의 제1 스위치들(501d, 502d, 503d) 중 상기 SOC 비율이 가장 큰 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치가 오프 상태가 되도록 제어한다. 본 발명의 실시예에 따라, 상기 컨트롤러(510)는, 방전 모드에서, 상기 복수 개의 제1 스위치들 중 상기 SOC 비율이 가장 작은 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치가 오프 상태가 되도록 제어한다.According to an embodiment of the present invention, the controller 510, in the charging mode, turns off the first switch corresponding to the battery cell having the largest SOC ratio among the plurality of first switches 501d, 502d, and 503d. state to be controlled. According to an embodiment of the present invention, in the discharging mode, the controller 510 controls a first switch corresponding to a battery cell having the smallest SOC ratio among the plurality of first switches to be in an off state.

상기 컨트롤러(510)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(501a, 502a, 503a) 중 적어도 두 개 이상의 배터리 셀들에서 셀 균등화가 완료되면, 상기 셀 균등화가 완료된 배터리 셀들에 대응하는 제1 스위치들(501d, 502d, 503d)이 교대로 온 또는 오프 상태가 되도록 제어한다.When cell equalization is completed in at least two of the plurality of battery cells 501a, 502a, and 503a, the controller 510 includes first switches 501d corresponding to the battery cells for which the cell equalization has been completed; 502d and 503d) are controlled to alternately turn on or off.

상기 컨트롤러(510)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(501a, 502a, 503a) 모두에 대한 셀 균등화가 완료되면, 모든 상기 복수 개의 제1 스위치들(501d, 502d, 503d)이 온 상태가 되도록 제어한다.The controller 510 controls all of the plurality of first switches 501d, 502d, and 503d to be in an ON state when cell equalization of all of the plurality of battery cells 501a, 502a, and 503a is completed. .

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 셀 균등화 회로는 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)과 직렬로 연결된 2 개의 저항(즉, 제1 저항 및 제2 저항)과 1 개의 스위치를 포함하여 구성한다. 컨트롤러(510)는 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)의 SOC를 추정할 수 있다. 예컨대, 상기 컨트롤러(510)는 쿨롱 계수(Coulomb counting) 방법에 의해, 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)의 SOC를 추정할 수 있다. 상기 컨트롤러(510)는 상기 추정된 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)의 SOC에 기반하여 상기 제1 스위치(501d, 502d. 503d)의 스위칭 순서를 결정한다.5, the cell equalization circuit according to the embodiment of the present invention includes two resistors (ie, a first resistor and a second resistor) connected in series with each battery cell 501a, 502a, and 503a and one switch. constitute including. The controller 510 may estimate the SOC of each of the battery cells 501a, 502a, and 503a. For example, the controller 510 may estimate the SOC of each battery cell 501a , 502a , and 503a by a Coulomb counting method. The controller 510 determines the switching order of the first switches 501d, 502d, and 503d based on the estimated SOC of each of the battery cells 501a, 502a, and 503a.

상기 양방향 컨버터(520)는 상기 컨트롤러(510)의 제어에 따라 제2 스위치(530)를 제어함으로써 외부 전원(550)으로부터 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)을 충전하거나 각 배터리 셀(501a, 502a, 503a)로부터 부하(540)로 에너지를 방전한다. 상기 컨트롤러(510)는 상기 제1 스위치(501d, 502d. 503d)를 제어함으로써, 병렬 배치된 각 제2 저항(501c, 502c, 503c)의 임피던스에 따라 각 분기의 전류 흐름을 조절하도록 조정한다.The bidirectional converter 520 charges each battery cell 501a, 502a, 503a from an external power source 550 by controlling the second switch 530 under the control of the controller 510, or each battery cell 501a, Discharge energy from 502a and 503a to load 540 . The controller 510 controls the first switches 501d, 502d, and 503d to adjust the current flow of each branch according to the impedance of each of the second resistors 501c, 502c, and 503c arranged in parallel.

본 발명의 실시예에 따라, 셀 균등화 프로세스는 3개의 구간으로 나누어질 수 있다. 제1 구간 동안 상기 컨트롤러(510)는 모든 제1 스위치(501d, 502d, 503d)가 온 상태가 되도록 제어하고, 복수 개의 배터리 셀들(501a, 502a, 503a) 중 최고 SOC의 배터리 셀 및 최저 SOC의 배터리 셀이 식별된다. 다음으로, 충전 모드에서는 최고 SOC에 해당하는 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치만이 오프(OFF) 상태가 되도록 제어하고, 방전 모드에서는 최저 SOC에 해당하는 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치 만이 오프 상태가 되도록 제어한다. 상기 제1 스위치가 오프 상태된 배터리 셀의 분기에서는 상기 제1 저항과 제 2저항이 동시에 전류 경로에 있게 되므로 높은 임피던스 경로를 제공한다. 상기 제1 구간 동안 상기 각 배터리 셀에서 분기된 전류 I1, I2, I3은 각각 하기 <수학식 4>, <수학식 5>, 및 <수학식 6>으로 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cell equalization process may be divided into three sections. During the first period, the controller 510 controls all of the first switches 501d, 502d, and 503d to be in an on state, and among the plurality of battery cells 501a, 502a, and 503a, the highest SOC and lowest SOC of A battery cell is identified. Next, in the charging mode, only the first switch corresponding to the battery cell corresponding to the highest SOC is controlled to be in the OFF state, and in the discharging mode, only the first switch corresponding to the battery cell corresponding to the lowest SOC is in the OFF state control to be In the branching of the battery cell in which the first switch is turned off, the first resistor and the second resistor are in the current path at the same time, thereby providing a high impedance path. Currents I 1 , I 2 , and I 3 branched from each of the battery cells during the first period may be respectively expressed by Equation 4, Equation 5, and Equation 6 below.

Figure 112019114289087-pat00004
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Figure 112019114289087-pat00005
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Figure 112019114289087-pat00006
Figure 112019114289087-pat00006

여기서, 분기 임피던스는 Zi는 스위치가 온 상태일 때, 하기 <수학식 7>으로 나타낼 수 있으며, 스위치가 오프 상태일 때 <수학식 8>로 나타낼 수 있다.Here, the branch impedance Z i may be expressed by the following <Equation 7> when the switch is in an on state, and may be expressed by <Equation 8> when the switch is in an off state.

Figure 112019114289087-pat00007
Figure 112019114289087-pat00007

Figure 112019114289087-pat00008
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상기 제1 구간에서의 제어에 따라 2개 이상의 배터리 셀에서 균등화가 달성되면 제2 구간이 시작된다. 상기 컨트롤러(510)는 상기 제2 구간에서 상기 셀 균등화가 완료된 배터리 셀들에 대응하는 제1 스위치들을 교대로 온 또는 오프 상태가 되도록 제어한다.When equalization is achieved in two or more battery cells according to the control in the first period, the second period begins. The controller 510 controls the first switches corresponding to the battery cells for which the cell equalization has been completed to be alternately turned on or off in the second period.

상기 제2 구간에서의 제어에 따라 모든 셀의 SOC가 균등화되면, 상기 컨트롤러(510)는 제3 구간 동안 모든 제1 스위치가 온 상태가 되도록 제어함으로써, 제1 저항만 전류경로에 있게 하여 상기 분기들에 낮은 임피던스 경로를 제공한다. 상기 제3 구간 동안의 상기 각 배터리 셀에서 분기된 전류 I1, I2, I3은 근사적으로 하기 <수학식 9>로 나타낼 수 있다. 여기서 N은 병렬 연결된 분기의 수를 나타낸다.When the SOCs of all cells are equalized according to the control in the second period, the controller 510 controls all the first switches to be in the on state during the third period, thereby allowing only the first resistor to be in the current path and the branching provide a low impedance path to the Currents I 1 , I 2 , and I 3 branched from each of the battery cells during the third period may be approximately expressed by Equation 9 below. where N represents the number of branches connected in parallel.

Figure 112019114289087-pat00009
Figure 112019114289087-pat00009

상기 도 5에서는 3개의 배터리 셀이 병렬 연결된 예를 설명하였으나, 본 발명이 상기 3개의 배터리 셀에 한정되는 것은 아니며, 4개 이상의 배터리 셀이 병렬 연결된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.Although an example in which three battery cells are connected in parallel has been described in FIG. 5 , the present invention is not limited to the three battery cells, and the same may be applied to a case in which four or more battery cells are connected in parallel.

본 발명의 실시예에 따른 상기 도 5의 회로의 성능을 실험하기 위해 병렬 연결된 4 개의 18650 배터리 셀(3.7V / 2.6Ah)에 대한 시뮬레이션을 Matlab / Simulink에서 구현하였다. 상기 실험에서 제1 저항 R1 = 25mΩ으로 설정되며, 제2 저항 R2 = 1Ω으로 설정하였다. 시뮬레이션 결과는 후술하는 바와 같이 충전 및 방전 프로세스에 대해 별도로 얻어진다.In order to test the performance of the circuit of FIG. 5 according to an embodiment of the present invention, simulations for four 18650 battery cells (3.7V / 2.6Ah) connected in parallel were implemented in Matlab / Simulink. In the above experiment, the first resistance R 1 = 25mΩ, and the second resistance R 2 = 1Ω. Simulation results are obtained separately for the charging and discharging processes as described below.

먼저, 도 6 및 도 7을 참조하여 충전 과정에서의 실험 결과를 설명하고, 다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하여 방전 과정에서의 실험 결과를 설명한다.First, the experimental results in the charging process will be described with reference to FIGS. 6 and 7 , and then, the experimental results in the discharging process will be described with reference to FIGS. 8 and 9 .

상기 충전 과정에서, 모든 셀은 2600mA의 동일한 용량을 갖지만 초기 SOC 비율은 각 배터리 셀에 대해 서로 다른 것으로 가정한다. 예컨대, 제1 배터리 셀의 SOC는 5%, 제2 배터리 셀의 SOC는 15%, 제3 배터리 셀의 SOC는 10%, 제4 배터리 셀의 SOC는 30%로 가정한다. 배터리 시스템은 4A / 4.2V의 정전류-정전압(CC-CV) 방식으로 충전된다.In the charging process, it is assumed that all cells have the same capacity of 2600 mA, but the initial SOC ratio is different for each battery cell. For example, it is assumed that the SOC of the first battery cell is 5%, the SOC of the second battery cell is 15%, the SOC of the third battery cell is 10%, and the SOC of the fourth battery cell is 30%. The battery system is charged in a constant current-constant voltage (CC-CV) method of 4A / 4.2V.

복수 개의 배터리 셀들 중 하나의 SOC가 100%에 도달하면 충전 프로세스가 중지된다. 시뮬레이션 결과는 종래의 방법들과 비교하여 도 6 및 도 7에 도시하였다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로의 충전 동작 시 SOC 변화를 종래의 방법과 비교한 그래프이며, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 동적 저항 배터리 셀 균등화 회로의 충전 동작 시 배터리 전류 변화를 종래의 방법과 비교한 그래프이다.When the SOC of one of the plurality of battery cells reaches 100%, the charging process is stopped. The simulation results are shown in FIGS. 6 and 7 in comparison with the conventional methods. 6 is a graph comparing the SOC change during the charging operation of the dynamic resistance battery cell equalization circuit according to the embodiment of the present invention with the conventional method, and FIG. 7 is the charging of the dynamic resistance battery cell equalization circuit according to the embodiment of the present invention. It is a graph comparing the battery current change during operation with the conventional method.

도 6의 SOC 프로파일은 모든 셀이 SOC 기반 시퀀싱(도 6의 (a)) 및 고정 저항 밸런싱(도 6의 (b))에서 충전되기 전에 충전 프로세스가 강제로 중지됨을 보여준다. 반면, 본 발명의 실시예에 따라 제안된 방법에서는 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 모든 셀의 SOC가 균등해지고 모든 셀이 동시에 완전히 충전되면 충전 프로세스가 중지된다. 따라서 시스템의 용량이 최대한 활용된다.The SOC profile in Fig. 6 shows that the charging process is forcibly stopped before all cells are charged in SOC-based sequencing (Fig. 6(a)) and fixed resistor balancing (Fig. 6(b)). On the other hand, in the method proposed according to the embodiment of the present invention, as shown in (c) of FIG. 6 , when the SOC of all cells is equalized and all cells are fully charged at the same time, the charging process is stopped. Therefore, the capacity of the system is fully utilized.

도 7의 전류 프로파일은 이러한 상황을 추가로 설명한다. 긱 배터리 셀들 간의 셀 불균일로 인해, 충전 전류는 도 7의 (a)에서와 같이 SOC 기반 시퀀싱 방법에서 개별 셀에 의해 불균등하게 기여된다. 따라서, 셀 #4가 먼저 완전히 충전된 후, 충전 프로세스가 강제로 중단된다. 도 7의 (b)에 도시된 고정 저항 밸런싱 방법에서 분기 전류는 충전 과정 동안 거의 동일하게 유지된다. 그러나 초기 셀간 SOC 비율의 불균일로 인해 셀 #2가 먼저 완전히 충전되고 나머지 셀의 남은 용량이 낭비된다. 또한 저항의 전력 손실이 너무 높아 시스템 효율이 떨어진다.The current profile of Figure 7 further illustrates this situation. Due to the cell non-uniformity among gigabyte battery cells, the charging current is unevenly contributed by individual cells in the SOC-based sequencing method as in FIG. 7(a). Therefore, after cell #4 is fully charged first, the charging process is forcibly stopped. In the fixed resistance balancing method shown in (b) of FIG. 7 , the branch current is maintained almost the same during the charging process. However, due to the non-uniformity of the initial cell-to-cell SOC ratio, cell #2 is fully charged first and the remaining capacity of the remaining cells is wasted. In addition, the power dissipation in the resistor is too high, which reduces the system efficiency.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 회로에서의 전류 프로파일은, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 두 가지 종래 방법(도 7의 (a) 및 (b))의 장점들을 포함한다. 도 7의 (c)를 참조하면, 분기 전류들은 SOC 레벨에 따라 분배되며, 일단 균등화가 달성되면 개별 분기는 동일한 분기 전류를 제공한다.On the other hand, the current profile in the circuit according to the embodiment of the present invention includes advantages of the two conventional methods (FIG. 7(a) and (b)) as shown in FIG. 7(c). Referring to FIG. 7C , the branch currents are distributed according to the SOC level, and once equalization is achieved, the individual branches provide the same branch current.

다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하여 방전 과정에서의 실험 결과를 설명한다.Next, an experimental result in the discharge process will be described with reference to FIGS. 8 and 9 .

상기 방전 과정에서 배터리 시스템은 4A의 정전류로 방전되고 초기 SOC는 각 배터리 셀에 대해 80%, 100%, 90%, 70%로 설정된다. 상기 각 배터리 셀이 완전히 방전되면 방전 과정이 중지된다. 시뮬레이션 결과는 도 8과 도 9에 도시된다.During the discharging process, the battery system is discharged with a constant current of 4A, and the initial SOC is set to 80%, 100%, 90%, and 70% for each battery cell. When each of the battery cells is completely discharged, the discharging process is stopped. Simulation results are shown in FIGS. 8 and 9 .

도 8의 (b)를 참조하면, 고정 저항 밸런싱 방법에서는 초기 SOC 비율이 일치하지 않아 방전 프로세스가 강제로 중지된다. 셀 # 4는 완전히 방전되었지만, 나머지 에너지(셀 #2의 10% 용량, 셀 #3의 20% 및 셀 #1의 30%)는 사용되지 않는다. 이는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 개별 분기에서 우수한 방전 전류만을 허용하기 때문이다.Referring to (b) of FIG. 8 , in the fixed resistance balancing method, the initial SOC ratio does not match, so the discharging process is forcibly stopped. Cell #4 is fully discharged, but the remaining energy (10% capacity of cell #2, 20% of cell #3 and 30% of cell #1) is unused. This is because only an excellent discharge current is allowed in each branch as shown in FIG. 9(b).

도 8의 (a) 및 도 9의 (a)를 참조하면, SOC 기반 시퀀싱 방법에서 모든 셀이 동시에 완전히 방전되더라도, 병렬 분기의 전류는 동일하지 않다. 또한, 각 스위칭 시간에 전류 스파이크가 발생하여 전력 손실이 증가한다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 도 8의 (c)를 참조하면, 방전 전류가 배터리 전류 용량을 초과하지 않는 범위내로 유지되면서 배터리 용량을 완전히 활용할 수 있다.Referring to FIGS. 8A and 9A , even if all cells are completely discharged at the same time in the SOC-based sequencing method, the currents of the parallel branches are not the same. Also, current spikes occur at each switching time, increasing power dissipation. On the other hand, in the method according to the embodiment of the present invention, referring to FIG. 8C , the battery capacity can be fully utilized while the discharge current is maintained within a range that does not exceed the battery current capacity.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 회로는 도 9의 (c)에 도시된 바와 같은 전류 프로파일로 나타난다. 상기 도 9의 (c)를 참조하면, 초기에, 배터리 셀 #4는 가장 낮은 전류(제1 구간)로 방전되는 것이 용이하다. 2000초에서, 셀 #2의 SOC가 셀 #4와 같을 때, SOC 비교 알고리즘에 따라 컨트롤러(510)는 셀 #2 및 셀 #4를 교대로 방전시켜, 가장 낮은 전류로 밸런싱 상태(제2 구간)를 유지한다. 유사한 방식으로, 가장 낮은 전류가 셀 #2, #3 및 # 4에 계속적으로 할당된다. 모든 셀의 SOC가 서로 균등화되면 컨트롤러(510)는 제3 구간에서 모든 제1 스위치가 온 상태가 되도록 제어하여 전원 손실을 최소화하면서 방전 전류를 균등하게 분배한다. 결과적으로 셀 불균일 문제가 완전히 제거되고 배터리 용량이 최대로 활용된다.In addition, the circuit according to the embodiment of the present invention is represented by a current profile as shown in Fig. 9 (c). Referring to FIG. 9C , initially, battery cell #4 is easily discharged with the lowest current (first section). At 2000 seconds, when the SOC of cell #2 is the same as that of cell #4, the controller 510 alternately discharges cell #2 and cell #4 according to the SOC comparison algorithm, thereby balancing with the lowest current (second period) ) is maintained. In a similar manner, the lowest current is continuously assigned to cells #2, #3 and #4. When the SOCs of all cells are equalized to each other, the controller 510 controls all the first switches to be in an on state in the third period to evenly distribute the discharge current while minimizing power loss. As a result, the cell non-uniformity problem is completely eliminated and the battery capacity is fully utilized.

이하, 상기 시뮬레이션 결과를 토대로 고정 저항 밸런싱 방법과 제안된 방법의 전력 손실을 계산하고 비교한다. 종래의 방법에서, 스위치 손실과 저항손실을 계산하기 위해 각 분기의 실효치(Root Mean Square: RMS) 전류가 계산된다. 등화 저항의 전력 손실은 하기 <수학식 10>에 의해 계산될 수 있다.Hereinafter, the power loss of the fixed resistance balancing method and the proposed method is calculated and compared based on the simulation result. In the conventional method, the root mean square (RMS) current of each branch is calculated to calculate the switch loss and the resistance loss. The power loss of the equalization resistor may be calculated by Equation 10 below.

Figure 112019114289087-pat00010
Figure 112019114289087-pat00010

상기 <수학식 10>에서 R은 제1 저항이고, ii(t)는 i 번째 개별 분기의 전류를 나타니벼, N은 병렬 연결 분기수, T는 밸런싱에 소요된 시간을 나타낸다.In <Equation 10>, R is the first resistor, i i (t) represents the current of the i-th individual branch, N represents the number of branches connected in parallel, and T represents the time taken for balancing.

본 발명의 실시예에 따른 회로에서, 스위칭 결정에 따른 개별 분기 임피던스가 시간에 따라 변화하므로 이를 기록하여 전력계산에 사용된다. 셀 균등화 회로에서의 평균 전력 손실은 하기 <수학식 11>에 의해 계산된다.In the circuit according to the embodiment of the present invention, since the individual branch impedance according to the switching decision changes with time, it is recorded and used for power calculation. The average power loss in the cell equalization circuit is calculated by Equation 11 below.

Figure 112019114289087-pat00011
Figure 112019114289087-pat00011

상기 <수학식 11>에서 ii(t)는 각 분기의 측정 된 전류이고; Zi(t)는 각 분기 저항의 시간에 따른 임피던스이며; T는 밸런싱에 소요된 시간을 나타낸다.In <Equation 11>, i i (t) is the measured current of each branch; Z i (t) is the time-dependent impedance of each shunt resistor; T represents the time taken for balancing.

상기 <수학식 10> 및 <수학식 11>에 따라 계산된 전력 손실은 하기 <표 1>과 같이 나타낼 수 있다.The power loss calculated according to <Equation 10> and <Equation 11> may be expressed as in Table 1 below.

과정(process)process Ploss (단위 : W)P loss (unit: W) 고정 저항 방법Fixed resistance method 본 발명 the present invention 충전charge P1 P 1 1.04511.0451 0.03120.0312 P2 P 2 0.99590.9959 0.02370.0237 P3 P 3 1.01641.0164 0.02680.0268 P4 P 4 0.94470.9447 0.01770.0177 ΣPΣP 4.00224.0022 0.09940.0994 방전Discharge P1 P 1 0.98860.9886 0.06760.0676 P2 P 2 1.06551.0655 0.03400.0340 P3 P 3 1.02641.0264 0.03840.0384 P4 P 4 0.92470.9247 0.06270.0627 ΣPΣP 4.00524.0052 0.20270.2027

상기 <표 1>을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제안된 방법의 전력 손실이 종래 방법의 전력 손실보다 방전 과정에서는 1/19로 작아지며, 충전 과정에서는 1/40로 작아짐을 알 수 있다.Referring to <Table 1>, it can be seen that the power loss of the method proposed according to the embodiment of the present invention is smaller than that of the conventional method by 1/19 in the discharging process and 1/40 in the charging process. have.

충전 및 방전 과정에서 종래의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 방법의 등화 성능은 등화 과정 동안 셀들 간의 SOC 차이의 추이에 의해 평가될 수 있다.Equalization performance of the conventional method and the method according to an embodiment of the present invention in the charging and discharging process may be evaluated by the transition of the SOC difference between cells during the equalization process.

도 10은 종래의 방법과 본 발명의 실시예에 따른 등화 성능의 시간에 다른 추이비교를 나타낸다. 종래의 SOC 기반 시퀀싱 방법에서, 배터리 셀 SOC는 동일하지 않으며, 충전 및 방전 과정 모두에서 동작 과정 동안 SOC 차이가 또한 커진다. 또한, 종래의 고정 저항 밸런싱 방법은 동일한 분기 전류만 유지하므로 과정 중에 SOC 차이는 변하지 않는다.10 is a graph showing a time comparison of equalization performance according to an embodiment of the present invention with a conventional method. In the conventional SOC-based sequencing method, the battery cell SOC is not the same, and the SOC difference during operation in both the charging and discharging process is also large. In addition, since the conventional fixed resistor balancing method maintains only the same branch current, the SOC difference does not change during the process.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 SOC 차이가 시간이 지나면서 감소하도록 균등화 프로세스를 제어한다. 예컨대, 5%의 SOC 차이를 얻기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 약 2000초(충전 과정) 및 2800초(방전 과정)가 소요된다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 등화 속도가 기존 방법보다 빠르다는 것을 의미한다. 아울러, 제안된 방법의 SOC 차이는 충전 및 방전 프로세스의 종료 시 0에 근접한다.On the other hand, the method according to an embodiment of the present invention controls the equalization process so that the SOC difference decreases over time. For example, to obtain an SOC difference of 5%, the method according to an embodiment of the present invention takes about 2000 seconds (charging process) and 2800 seconds (discharging process). This means that the equalization speed of the method according to the embodiment of the present invention is faster than that of the existing method. In addition, the SOC difference of the proposed method approaches zero at the end of the charging and discharging process.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 동적 저항 기법을 이용한 병렬 연결된 배터리 구성을 위한 셀 균등화 방법은 각 배터리 셀의 SOC 상태에 따라 병렬 분기의 임피던스를 조절하도록 제어된다. 상기 시뮬레이션 결과에서도 확인한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방법은 배터리 용량이 방전 과정에서 최대한 활용되고 동시에 충전 과정에서 모든 셀이 완전히 충전됨을 보여준다. 결과적으로, 셀 불균등 현상이 제거되어 배터리의 안정성이 확보되고 수명도 연장된다.As described above, the cell equalization method for the parallel-connected battery configuration using the dynamic resistance technique according to the embodiment of the present invention is controlled to adjust the impedance of the parallel branch according to the SOC state of each battery cell. As confirmed from the above simulation results, the method according to the embodiment of the present invention shows that the battery capacity is maximally utilized in the discharging process and all cells are fully charged in the charging process at the same time. As a result, cell non-uniformity is eliminated, ensuring battery stability and extending lifespan.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 균등화 성능을 개선하고 배터리 가용 용량을 최적화하며 에너지 손실을 줄일 수 있다. 배터리 셀의 추정된 SOC(state of charge) 비율과 충방전 전류로부터 균등화 회로의 스위치는 개별 분기(branch)들의 등가 직렬 임피던스를 변경하도록 제어되며, 이는 전류 흐름을 조절하여 SOC 이용을 극대화한다. 예컨대, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방법은 각각 3.7V / 2.6Ah를 가진 4 개의 18650 Li- 이온 배터리 셀의 병렬 연결된 구성의 시뮬레이션으로 검증될 수 있으며, 그 결과 SOC가 1% 차이 내에서 균형을 이루고, 모든 셀이 동시에 완전히 충전 또는 방전되고, 분기 전류는 종래의 방법에 비해 전력 소비가 적고 제한된 안전 범위 내로 제어됨을 보여준다.Accordingly, the method according to an embodiment of the present invention may improve equalization performance, optimize battery usable capacity, and reduce energy loss. From the estimated state of charge (SOC) ratio of the battery cell and the charge/discharge current, the switch in the equalization circuit is controlled to change the equivalent series impedance of the individual branches, which modulates the current flow to maximize SOC utilization. For example, as shown in FIGS. 6 to 10 , the method according to an embodiment of the present invention can be verified by simulation of a parallel-connected configuration of four 18650 Li-ion battery cells each having 3.7V/2.6Ah, and the The results show that the SOC is balanced within 1% difference, all cells are fully charged or discharged simultaneously, and the branch current is controlled within a limited safe range with less power consumption compared to conventional methods.

본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다. 확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.The invention has been described above for the purpose of method steps representing the performance of specific functions and their relationships. The boundaries and order of these functional components and method steps have been arbitrarily defined herein for convenience of description. Alternative boundaries and orders may be defined as long as the specific functions and relationships are properly performed. Any such alternative boundaries and orders are therefore within the scope and spirit of the claimed invention. In addition, the boundaries of these functional components have been arbitrarily defined for convenience of description. Alternative boundaries can be defined as long as any important functions are properly performed. Likewise, flowchart blocks may also be arbitrarily defined herein to represent any significant functionality. For extended use, the flowchart block boundaries and order may have been defined and still perform some important function. Alternative definitions of both functional components and flowchart blocks and sequences are therefore within the scope and spirit of the claimed invention.

본 발명은 또한 하나 이상의 실시 예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시 예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시 예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시 예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다. 더구나, 전체 도면에서, 실시 예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.The invention may also have been described, at least in part, in terms of one or more embodiments. Embodiments of the present invention are used herein to represent the present invention, aspects thereof, features thereof, concepts thereof, and/or examples thereof. A physical embodiment of an apparatus, an article of manufacture, a machine, and/or a process embodying the present invention may embody one or more aspects, features, concepts, examples, etc. described with reference to one or more embodiments described herein. may include Moreover, throughout the drawings, embodiments may incorporate the same or similarly named functions, steps, modules, etc., which may use the same or different reference numbers, as such, the functions, Steps, modules, etc. may be the same or similar functions, steps, modules, etc. or others.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with specific matters such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

101 : 제1 배터리 셀 102 : 제2 배터리 셀
103 : 제3 배터리 셀 110 : DC/DC 컨버터
201 : 제1 배터리 셀 201a : 제1 전압 소스
201b : 제1 등가 저항 202 : 제2 배터리 셀
202a : 제2 전압 소스 202b : 제2 등가 저항
203 : 제3 배터리 셀 203a : 제3 전압 소스
203b : 제3 등가 저항 210 : 전류 소스
301 : 제1 배터리 셀 302 : 제2 배터리 셀
303 : 제3 배터리 셀 310 : 스위치부
311 : 제1 셀 스위치 312 : 제2 셀 스위치
313 : 제3 셀 스위치 320 : 컨트롤러
330 : 외부 충전부 340 : 전압 소스
350 : DC/DC 컨버터 360 : 부하
401 : 제1 외부 저항 402 : 제2 외부 저항
403 : 제3 외부 저항 410 : DC/DC 컨버터
501a : 제1 배터리 셀 501b : 제1-1 저항
501c : 제1-2 저항 501d : 제1-1 스위치
502a : 제2 배터리 셀 502b : 제2-1 저항
502c : 제2-2 저항 502d : 제2-1 스위치
503a : 제3 배터리 셀 503b : 제3-1 저항
503c : 제3-2 저항 503d : 제3-1 스위치
510 : 컨트롤러(BMS) 520 : 양방향 컨버터
530 : 제2 스위치 540 : 부하
550 : 외부 전원
101: first battery cell 102: second battery cell
103: third battery cell 110: DC/DC converter
201: first battery cell 201a: first voltage source
201b: first equivalent resistance 202: second battery cell
202a: second voltage source 202b: second equivalent resistance
203: third battery cell 203a: third voltage source
203b: third equivalent resistance 210: current source
301: first battery cell 302: second battery cell
303: third battery cell 310: switch unit
311: first cell switch 312: second cell switch
313: third cell switch 320: controller
330: external charging unit 340: voltage source
350: DC/DC converter 360: load
401: first external resistor 402: second external resistor
403: third external resistor 410: DC/DC converter
501a: first battery cell 501b: 1-1 resistance
501c: 1-2-th resistor 501d: 1-1 switch
502a: second battery cell 502b: 2-1 resistance
502c: 2-2 resistance 502d: 2-1 switch
503a: third battery cell 503b: 3-1 resistance
503c: 3-2 resistance 503d: 3-1 switch
510: controller (BMS) 520: bidirectional converter
530: second switch 540: load
550: external power

Claims (14)

복수 개의 배터리 셀들;
각각이 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 각 배터리 셀과 직렬 연결된 복수 개의 제1 저항들;
각각이 상기 각 배터리 셀 및 제1 저항과 직렬 연결된 복수 개의 제2 저항들;
각각이 상기 복수 개의 제2 저항들 중 각 제2 저항과 병렬 연결된 복수 개의 제1 스위치들;
상기 복수의 배터리 셀들과 부하 사이에 연결되는 양방향 컨버터;
상기 양방향 컨버터와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 스위치; 및
상기 복수 개의 제1 스위치들을 제어하여 상기 각 배터리 셀의 전류 흐름을 제어하는 컨트롤러를 포함하는, 배터리 셀 균등화 장치.
a plurality of battery cells;
a plurality of first resistors, each of which is connected in series with each of the plurality of battery cells;
a plurality of second resistors, each of which is connected in series with the respective battery cell and the first resistor;
a plurality of first switches, each of which is connected in parallel to each of the second resistors among the plurality of second resistors;
a bidirectional converter connected between the plurality of battery cells and a load;
a second switch connected between the bidirectional converter and the load; and
and a controller controlling the current flow of each of the battery cells by controlling the plurality of first switches.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
배터리 관리 시스템(battery management system; BMS)을 포함하는 배터리 셀 균등화 장치.
According to claim 1, wherein the controller,
A battery cell equalization device comprising a battery management system (BMS).
제1항에 있어서, 상기 제2 저항의 저항 값은 상기 제1 저항의 저항 값보다 큰 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 균등화 장치.The battery cell equalization device according to claim 1, wherein a resistance value of the second resistor is greater than a resistance value of the first resistor. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는
상기 제2 스위치를 제어하여,
충전 모드에서, 상기 양방향 컨버터가 외부 전원에 연결되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 1, wherein the controller
By controlling the second switch,
In the charging mode, the battery cell equalization device for controlling the bidirectional converter to be connected to an external power source.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는
상기 제2 스위치를 제어하여,
방전 모드에서, 상기 양방향 컨버터가 상기 부하에 연결되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 1, wherein the controller
By controlling the second switch,
In a discharging mode, controlling the bidirectional converter to be connected to the load, a battery cell equalization device.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 각 배터리 셀의 충전 상태(state of charge; SOC) 비율(rate)을 확인하는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 균등화 장치.
According to claim 1, wherein the controller,
A battery cell equalization device, characterized in that for checking a state of charge (SOC) rate of each of the battery cells.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
충전 모드에서, 상기 복수 개의 제1 스위치들 중 상기 SOC 비율이 가장 큰 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치가 오프 상태가 되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 8, wherein the controller,
In the charging mode, the battery cell equalization apparatus for controlling a first switch corresponding to a battery cell having the largest SOC ratio among the plurality of first switches to be in an off state.
제9항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
충전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 적어도 두 개 이상의 배터리 셀들에서 셀 균등화가 완료되면, 상기 셀 균등화가 완료된 배터리 셀들에 대응하는 제1 스위치들이 교대로 온 또는 오프 상태가 되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 9, wherein the controller,
In the charging mode, when cell equalization is completed in at least two of the plurality of battery cells, first switches corresponding to the battery cells for which the cell equalization is completed are alternately turned on or off. Device.
제10항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
충전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 모두에 대한 셀 균등화가 완료되면, 모든 상기 복수 개의 제1 스위치들이 온 상태가 되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 10, wherein the controller,
When cell equalization of all of the plurality of battery cells is completed in the charging mode, the battery cell equalization apparatus controls all of the plurality of first switches to be in an on state.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
방전 모드에서, 상기 복수 개의 제1 스위치들 중 상기 SOC 비율이 가장 작은 배터리 셀에 대응하는 제1 스위치가 오프 상태가 되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 8, wherein the controller,
In the discharging mode, the battery cell equalization apparatus for controlling a first switch corresponding to a battery cell having the smallest SOC ratio among the plurality of first switches to be in an off state.
제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
방전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 적어도 두 개 이상의 배터리 셀들에서 셀 균등화가 완료되면, 상기 셀 균등화가 완료된 배터리 셀들에 대응하는 제1 스위치들이 교대로 온 또는 오프 상태가 되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 12, wherein the controller,
In the discharging mode, when cell equalization is completed in at least two of the plurality of battery cells, first switches corresponding to the battery cells for which the cell equalization is completed are alternately turned on or off. Device.
제13항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
방전 모드에서 상기 복수 개의 배터리 셀들 모두에 대한 셀 균등화가 완료되면, 모든 상기 복수 개의 제1 스위치들이 온 상태가 되도록 제어하는, 배터리 셀 균등화 장치.
The method of claim 13, wherein the controller,
When cell equalization of all of the plurality of battery cells is completed in the discharging mode, the battery cell equalization apparatus controls all of the plurality of first switches to be in an on state.
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