KR102532263B1 - Balancing devices for battery management systems - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 대한 것으로서, 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간의 에너지 전달을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 소스 배터리와 소스 제어 신호에 대응하여 상기 소스 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 스위치를 포함하는 소스 배터리 셀; 소스 서브 배터리와 소스 서브 제어 신호에 대응하여 상기 소스 서브 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 서브 스위치를 포함하는 소스 서브 배터리 셀; 타겟 배터리와 타겟 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 스위치를 포함하는 타겟 배터리 셀; 타겟 서브 배터리와 타겟 서브 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 서브 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 서브 스위치를 포함하는 타겟 서브 배터리 셀; 및 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 서브 스위치가 온 상태를 유지하는 제1 구간과 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 스위치가 온 상태를 유지하는 제2 구간 동안 상기 소스 스위치의 온 상태를 유지시키는 상기 소스 제어 신호와, 상기 타겟 스위치의 온 상태를 유지시키는 타겟 제어 신호 및 상기 타겟 서브 스위치의 온 상태를 유지하는 타겟 서브 제어 신호를 제공하는 제어 회로를 포함하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 제공한다.The present invention relates to a balancing device of a battery management system, and relates to a balancing device of a battery management system for controlling energy transfer between batteries that do not share the same winding and are separated from each other and connected to the same position relative to the winding. In addition, the present invention provides a source battery cell including a source battery and a source switch for controlling discharge of the source battery in response to a source control signal; a source sub-battery cell including a source sub-battery and a source sub-switch for controlling discharging of the source sub-battery in response to a source sub-control signal; a target battery cell including a target battery and a target switch for controlling charging of the target battery in response to a target control signal; a target sub-battery cell including a target sub-battery and a target sub-switch for controlling charging of the target sub-battery in response to a target sub-control signal; and during a first period in which the source switch maintains an on state and the target sub switch maintains an on state and a second period in which the source switch maintains an on state and the target sub switch maintains an on state of the source switch A battery management system including a control circuit providing the source control signal for maintaining the on state, the target control signal for maintaining the on state of the target switch, and the target sub control signal for maintaining the on state of the target sub switch A balancing device is provided.
Description
본 발명은 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간의 에너지 전달을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a balancing device of a battery management system, and more particularly, to a balancing device of a battery management system for controlling energy transfer between batteries that do not share the same winding and are separated from each other and connected to the same position relative to the winding.
최근 전기 자동차나 스마트 그리드(Smart grid), 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)과 같이 전기 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 기술들이 개발되고 있다. Recently, technologies for efficiently using electric energy, such as an electric vehicle, a smart grid, or an energy storage system (ESS), are being developed.
특히, 신재생 에너지의 보급과 함께 스마트 그리드의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화 시킬 수 있는 에너지 저장 시스템에 대한 관심도 증가하고 있다. In particular, with the spread of renewable energy, interest in energy storage systems that can maximize the efficiency of energy use and storage and quality of power as the core of the smart grid is increasing.
에너지 저장 시스템은 다수의 배터리 셀을 가지는 대용량 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 남는 전력(남는 에너지)을 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전력계통에 저장하는 기술로서 전력의 품질과 효율성을 최적화할 수 있는 시스템을 말한다.The energy storage system may include a large-capacity battery module having a number of battery cells, and is a technology for storing surplus power (surplus energy) in the power system to supply it when and where it is needed, and can optimize the quality and efficiency of power. refers to a system that has
상기 배터리 모듈을 보다 효율적이고 안정적으로 관리하는 장치가 배터리 관리 시스템이다. A device for more efficiently and stably managing the battery module is a battery management system.
배터리 관리 시스템은 다수개의 배터리 셀들에 연결되어 각 배터리 셀의 전압 값을 A/D 컨버터(analog to digital converter)를 통해 읽어 들인 후 배터리 셀의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.The battery management system may be connected to a plurality of battery cells, read a voltage value of each battery cell through an A/D converter (analog to digital converter), and then control charging or discharging of the battery cells.
다수개의 배터리들을 연결하여 하나의 배터리 모듈로 사용할 경우, 배터리 모듈을 이루는 배터리들이 지닌 화학적 차이, 물성적 차이, 또는 사용기간의 차이 등으로 인해 각 배터리 간에 전압차가 발생될 수 있다. When a plurality of batteries are connected and used as one battery module, a voltage difference may occur between the batteries due to chemical differences, physical property differences, or use period differences of the batteries constituting the battery module.
상기 배터리 간의 전압차로 인해 배터리 모듈의 수명이 단축될 수 있으므로, 최종적으로는 단셀(단일 배터리 셀) 1개의 전압강하와 같은 성능저하 때문에 패키지화된 배터리 모듈 전체가 새로운 배터리 모듈로 교체되어야 하는 문제가 발생할 수 있다. Since the life span of the battery module may be shortened due to the voltage difference between the batteries, a problem in that the entire packaged battery module must be replaced with a new battery module may occur due to performance degradation such as a voltage drop of one single cell (single battery cell). can
따라서 에너지 저장 시스템(ESS) 및 전기 자동차 등에 사용되는 대용량 배터리의 충전 또는 방전 시, 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템에 의한 셀 밸런싱(cell balancing) 과정이 필요할 수 있다.Therefore, when charging or discharging large-capacity batteries used in energy storage systems (ESSs) and electric vehicles, a cell balancing process by a battery management system may be required to maintain the same voltage of each battery cell.
배터리 간의 밸런싱으로서 수동 밸런싱(Passive balancing) 방법과 능동 밸런싱(Active balancing) 방법이 제시될 수 있다.As balancing between batteries, a passive balancing method and an active balancing method may be suggested.
수동 밸런싱 방법은 다른 배터리에 비해 많은 에너지를 가진 배터리의 초과분을 저항 등을 통해 제거함으로써 이루어질 수 있다. A passive balancing method can be achieved by removing an excess of a battery having more energy than other batteries through a resistor or the like.
그러나 초과분의 에너지를 제거하는 과정에서 생기는 발열로 인하여 배터리 모듈 내에 다른 문제를 일으킬 수 있고, 밸런싱 과정에서 에너지 소모가 심하다는 문제점이 있다.However, there is a problem in that heat generated in the process of removing excess energy may cause other problems in the battery module, and energy consumption is severe in the balancing process.
반면, 능동 밸런싱 방법은 다른 배터리에 비해 많은 에너지를 가진 배터리의 에너지를 적은 에너지를 가진 배터리에 전달함으로써 이루어질 수 있다.On the other hand, the active balancing method may be performed by transferring energy of a battery having more energy than other batteries to a battery having less energy.
능동 밸런싱 방법은 배터리 셀에 스위치를 배치하고, 각 스위치의 제어를 통해 이루어질 수 있어서, 수동 밸런싱 방법에 비해 낭비되는 에너지가 적은 장점이 있다.Since the active balancing method can be performed by arranging switches in battery cells and controlling each switch, there is an advantage in that energy is wasted less than the passive balancing method.
한편, 배터리 셀 2개당 권선 1개를 공유하여 사용하는 셀 밸런싱 회로에 있어서 배터리 셀간 에너지를 전달하는 방식은 종래 두 가지 형태가 있다.Meanwhile, in a cell balancing circuit in which one winding per two battery cells is shared and used, there are conventionally two types of methods for transferring energy between battery cells.
하나는 인접한 셀간 에너지를 전달하는 방식(벅-부스트 방식)이다. 이는 하나의 권선을 공유하는 두 개의 인접한 셀간 에너지를 전달하는 경우에 이용한다. One is a method of transferring energy between adjacent cells (buck-boost method). This is used when energy is transferred between two adjacent cells sharing one winding.
다른 하나는 동일한 권선을 공유하지 않는 떨어진 셀간의 에너지를 전달하는 방식이다. 그런데 이 때 권선 대비 서로 다른 위치에 연결된 셀 끼리만 에너지가 전달된다(플라이백 방식). Another is to transfer energy between distant cells that do not share the same winding. However, at this time, energy is transferred only between cells connected to different positions relative to the winding (flyback method).
만약 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 셀간 에너지를 전달해야 할 필요가 있으면, 위에 기술한 두가지 방식을 순차적으로 이용해야 한다. 이 경우 에너지를 전달할 때 하나의 배터리 셀을 더 거치고 밸런싱 회로의 동작이 더 이루어져 에너지 전달효율이 떨어지고, 전달의 속도가 떨어진다.If there is a need to transfer energy between cells that are separated from each other because they do not share the same winding and are connected to the same position relative to the winding, the two methods described above must be used sequentially. In this case, when energy is transferred, one more battery cell is passed through, and a balancing circuit is further operated, so that energy transfer efficiency and transfer speed are reduced.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간의 에너지 전달을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 제공하는 데 있다.The present invention was invented to solve the above conventional problems, to provide a balancing device of a battery management system for controlling energy transfer between batteries that do not share the same winding and are separated from each other and connected to the same position relative to the winding there is.
본 발명의 장치의 일 측면은 소스 배터리와 소스 제어 신호에 대응하여 상기 소스 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 스위치를 포함하는 소스 배터리 셀; 소스 서브 배터리와 소스 서브 제어 신호에 대응하여 상기 소스 서브 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 서브 스위치를 포함하는 소스 서브 배터리 셀; 타겟 배터리와 타겟 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 스위치를 포함하는 타겟 배터리 셀; 타겟 서브 배터리와 타겟 서브 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 서브 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 서브 스위치를 포함하는 타겟 서브 배터리 셀; 및 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 서브 스위치가 온 상태를 유지하는 제1 구간과 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 스위치가 온 상태를 유지하는 제2 구간 동안 상기 소스 스위치의 온 상태를 유지시키는 상기 소스 제어 신호와, 상기 타겟 스위치의 온 상태를 유지시키는 타겟 제어 신호 및 상기 타겟 서브 스위치의 온 상태를 유지하는 타겟 서브 제어 신호를 제공하는 제어 회로를 포함한다.One aspect of the apparatus of the present invention includes a source battery cell including a source battery and a source switch for controlling discharge of the source battery in response to a source control signal; a source sub-battery cell including a source sub-battery and a source sub-switch for controlling discharging of the source sub-battery in response to a source sub-control signal; a target battery cell including a target battery and a target switch for controlling charging of the target battery in response to a target control signal; a target sub-battery cell including a target sub-battery and a target sub-switch for controlling charging of the target sub-battery in response to a target sub-control signal; and during a first period in which the source switch maintains an on state and the target sub switch maintains an on state and a second period in which the source switch maintains an on state and the target sub switch maintains an on state of the source switch and a control circuit providing the source control signal for maintaining the on state, the target control signal for maintaining the on state of the target switch, and the target sub control signal for maintaining the on state of the target sub switch.
또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 소스 배터리와 상기 소스 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 소스 권선을 공유하며, 상기 타겟 배터리와 상기 타겟 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 타겟 권선을 공유한다.In addition, the source battery and the source sub-battery of one aspect of the device of the present invention are directly connected and share a source winding, and the target battery and the target sub-battery are directly connected and share a target winding.
또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제1 구간 동안에 상기 소스 스위치와 상기 타겟 서브 스위치를 온 시켜 소스 권선과 타겟 권선이 자기적으로 커플링된 형태가 되도록 한다.In addition, the control circuit of one aspect of the device of the present invention turns on the source switch and the target sub-switch during the first period so that the source winding and the target winding are magnetically coupled.
또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제2 구간 동안에 상기 소스 스위치를 온 상태로 유지하며, 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 상기 타켓 스위치를 온시켜 상기 소스 배터리에서 방전되는 전류가 상기 타겟 배터리로 전달되도록 한다.In addition, the control circuit of one aspect of the device of the present invention maintains the source switch in the on state during the second period, turns off the target sub switch and turns on the target switch so that the current discharged from the source battery is to be delivered to the target battery.
또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제2 구간 동안에 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 데드타임이 지난후에 상기 타겟 스위치를 온시킨다.In addition, the control circuit of one aspect of the apparatus of the present invention turns off the target sub-switch during the second period and turns on the target switch after the dead time has elapsed.
또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제3 구간 동안에 소스 스위치와 타겟 스위치를 오프시킨다.In addition, the control circuit of one aspect of the device of the present invention turns off the source switch and the target switch during the third period.
또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제4 구간 동안에 소스 스위치와 타겟 스위치를 모두 오프시켜 제2 전류가 영(zero)이 된 이후 제1 전류가 영(zero)이 될 때까지 소스 서브 배터리를 충전하면서 전류가 흐르도록 한다.In addition, the control circuit of one aspect of the device of the present invention turns off both the source switch and the target switch during the fourth period until the first current becomes zero after the second current becomes zero. It allows current to flow while charging the source sub-battery.
상기와 같은 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.The present invention as described above relates to a control method in the case where energy must be transferred between batteries that are separated from each other and connected to the same location compared to the windings because they do not share the same winding in a balancing circuit, and energy transfer efficiency is achieved by directly transferring energy between batteries can increase
또한, 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 속도를 높일 수 있다.In addition, the present invention relates to a control method in a case where energy must be transferred between batteries that are separated from each other and connected to the same location compared to the windings because they do not share the same winding in a balancing circuit, and by directly transferring energy between batteries, the energy transfer rate is increased. can be raised
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 도시하는 구성도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 중 일부의 배터리 셀과 해당 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 회로를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치의 전류 변화를 나타내기 위한 도면이다.
도 7은 도 3 내지 도 6에 따른 전류 변화와 이에 따른 전압 변화를 나타내기 위한 도면이다.The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to aid understanding of the present invention, provide examples of the present invention and explain the technical idea of the present invention together with the detailed description.
1 is a configuration diagram illustrating a balancing device of a battery management system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing in more detail battery cells of some of the balancing devices of the battery management system according to the embodiment of FIG. 1 and a control circuit for controlling the corresponding battery cells.
3 to 6 are diagrams illustrating current changes of a balancing device of a battery management system operating according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a current change according to FIGS. 3 to 6 and a corresponding voltage change.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.The present invention can apply various transformations and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments will be described in detail based on the accompanying drawings.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to facilitate a comprehensive understanding of the methods, apparatus and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. Terms used in the detailed description are only for describing the embodiments of the present invention, and should not be limiting. Unless expressly used otherwise, singular forms of expression include plural forms. In this description, expressions such as "comprising" or "comprising" are intended to indicate any characteristic, number, step, operation, element, portion or combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other feature, number, step, operation, element, part or combination thereof.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used for the purpose of distinguishing one component from another. used only as
이하에서는, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 예시한 실시 형태들이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments illustrating a battery management system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 도시하는 구성도이다.1 is a configuration diagram illustrating a balancing device of a battery management system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 복수의 배터리 셀과 각각의 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 회로(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a balancing device of a battery management system may include a plurality of battery cells and a
보다 상세하게, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 연속하여 직렬 연결되는 배터리 스트링(100)과 배터리 스트링(100)을 구성하는 각각의 배터리들 간의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로(200) 및 밸런싱 회로(200)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 회로(300)를 포함할 수 있다.In more detail, the balancing device of the battery management system includes a
밸런싱 회로(200)는 배터리 스트링(100)을 구성하는 배터리들을 제어하기 위하여 각각의 배터리들에 대응되는 스위치들을 포함할 수 있다. 여기서 배터리 셀은 하나의 배터리와 해당 배터리에 직접 연결된 스위치를 포함하는 단위로 이해될 수 있다. 밸런싱 회로(200)는 각각의 배터리 셀들간 에너지의 전달을 위해 배치된 권선들과 각 권선들에 연결된 코어를 포함할 수 있다.The
제어 회로(300)는 배터리 스트링(100)을 구성하는 배터리들의 다양한 상태를 측정 또는 감지하여, 배터리 모듈의 온도, 배터리 모듈의 주변온도, 배터리 모듈의 전압, 및 배터리 모듈의 방전(또는 충전) 전류(또는 배터리 모듈의 정격 용량(Ah)에 C-rate(current rate)를 곱한 값) 등에 따라 배터리 보호를 위한 제어를 할 수 있고 기기의 운전자(operator)에게 배터리 상태를 알려주고, 배터리 모듈을 적정상태로 관리하는 기능을 가질 수 있다.The
제어 회로(300)는 각 배터리 셀의 전압과 전류와 온도를 측정하여 셀의 셀 밸런싱(cell balancing)과 SOC(State of Charge, 잔존 전하량)를 산정하고 에너지 저장 시스템(ESS)의 안전, 충전, 또는 방전을 제어할 수 있다. The
이를 위해, 제어 회로(300)는 각 배터리 셀의 개방 전압(Open Circuit Voltage)을 측정하는 측정부와, 상기 측정부의 측정 결과에 따라, 배터리 셀 간의 에너지 밸런싱을 위해 기준 전압 보다 높은 개방 전압을 가지는 배터리 셀을 소스 배터리 셀로 판단하고 상기 기준 전압 보다 낮은 개방 전압을 가지는 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 판단하여 소스 배터리 셀에서 타겟 배터리 셀로 에너지가 전달되도록 제어 신호를 제공하는 제어부 및 상기 제어부에서 생성된 제어 신호에 따라 스위치를 온시키거나 오프시키기 위한 게이트 신호를 생성하는 게이트 드라이빙 회로를 포함할 수 있다.To this end, the
여기서 기준 전압은 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치의 설계자나 밸런싱 방법에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 소스 배터리는 제어 회로(300)의 판단에 따라 에너지를 공급하는 배터리를 의미하고 타겟 배터리는 제어 회로(300)의 판단에 따라 소스 배터리로부터 상기 에너지를 공급받는 배터리를 의미할 수 있다. Here, the reference voltage may be set in various ways according to a designer of a balancing device of a battery management system or a balancing method. The source battery may mean a battery that supplies energy according to the determination of the
소스 배터리 및 상기 소스 배터리를 제어하기 위한 소스 스위치를 포함하는 배터리 셀을 소스 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 또한, 타겟 배터리 및 상기 타겟 배터리를 제어하기 위한 타겟 스위치를 포함하는 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 지칭할 수 있다. A battery cell including a source battery and a source switch for controlling the source battery may be referred to as a source battery cell. Also, a battery cell including a target battery and a target switch for controlling the target battery may be referred to as a target battery cell.
그리고, 소스 서브 배터리는 소스 배터리에 직접 연결되어 있으며 소스 권선을 공유하는 배터리를 의미하고 타겟 서브 배터리는 타겟 배터리에 직접 연결되어 있으며 타겟 권선을 공유하는 배터리를 의미할 수 있다. Also, the source sub battery may refer to a battery directly connected to the source battery and share a source winding, and the target sub battery may refer to a battery directly connected to the target battery and sharing a target winding.
소스 서브 배터리 및 상기 소스 서브 배터리를 제어하기 위한 소스 서브 스위치를 포함하는 배터리 셀을 소스 서브 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 또한, 타겟 서브 배터리 및 상기 타겟 서브 배터리를 제어하기 위한 타겟 서브 스위치를 포함하는 배터리 셀을 타겟 서브 배터리 셀로 지칭할 수 있다. A battery cell including a source sub-battery and a source sub-switch for controlling the source sub-battery may be referred to as a source sub-battery cell. Also, a battery cell including a target sub-battery and a target sub-switch for controlling the target sub-battery may be referred to as a target sub-battery cell.
소스 배터리와, 소스 서브 배터리와, 타겟 배터리 및 타겟 서브 배터리는 배터리 스트링(100)의 다양한 배터리를 가리킬 수 있으므로, 이하 제1 내지 제4 배터리 등으로 표현하여 설명하기로 한다. 또한, 소스 스위치, 소스 서브 스위치, 타겟 스위치 및 타겟 서브 스위치도 이하 제1 내지 제4 스위치 등으로 표현하여 설명될 수 있으며, 이를 포함하는 소스 배터리 셀, 소스 서브 배터리 셀, 타겟 배터리 셀 및 타겟 서브 배터리 셀 역시 제1 내지 제4 배터리 셀 등으로 표현하여 설명될 수 있다. Since the source battery, the source sub-battery, the target battery, and the target sub-battery may refer to various batteries of the
도 2는 도 1의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 중 일부의 배터리 셀과 해당 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 회로(300)를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram showing battery cells of some of the balancing devices of the battery management system according to the embodiment of FIG. 1 and a
도 2를 참조하면, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 배터리 스트링(100)과 밸런싱 회로(200) 및 제어 회로(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the balancing device of the battery management system may include a
도 2는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 중 일부의 배터리 셀을 예시한 회로도이다. 도 2를 참조하면, 하나의 배터리와 해당 배터리에 병렬 연결된 스위치 및 배터리와 스위치에 연결된 권선을 포함하여 하나의 배터리 셀을 구성하는 것을 알 수 있다. 2 is a circuit diagram illustrating battery cells of some of the balancing devices of the battery management system. Referring to FIG. 2 , it can be seen that one battery cell is constituted by including one battery, a switch connected to the battery in parallel, and a winding connected to the battery and the switch.
배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 같은 권선을 공유하도록 짝지어지는 2개의 배터리 셀을 하나의 단위라 할 때, 상기 배터리 셀 단위가 연속되어 배치되는 배터리 스트링(100)과 밸런싱 회로(200)를 포함하고, 각각의 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 신호를 제공하는 제어 회로(300)를 포함하는 것을 알 수 있다.The balancing device of the battery management system includes a
배터리 셀들의 전압을 밸런싱하기 위해서 제어 회로(300)는 배터리의 전압이 높은 배터리 셀로부터 배터리 전압이 낮은 배터리 셀로 전류를 전달할 수 있다.To balance the voltages of the battery cells, the
도 2는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 임의의 4개 배터리 셀(CELL1 내지 CELL4)을 예시하여 표현하였다.2 illustrates and expresses arbitrary four battery cells (CELL1 to CELL4) among a plurality of battery cells constituting the balancing device of the battery management system.
도 2를 참조하면, 제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 제1 권선(L1)을 공유하도록 인접 배치되었고, 제3 배터리 셀(CELL3)과 제4 배터리 셀(CELL4)은 제2 권선(L2)을 공유하도록 인접 배치된 것을 알 수 있다. 제2 배터리 셀(CELL2)과 제3 배터리 셀(CELL3)은 인접하여 배치될 수 도 있고, 그 사이에 하나 이상의 다른 배터리 셀 단위가 포함되도록 배치될 수 도 있다.Referring to FIG. 2 , a first battery cell CELL1 and a second battery cell CELL2 are disposed adjacent to each other to share a first winding L1, and a third battery cell CELL3 and a fourth battery cell CELL4 It can be seen that is disposed adjacent to share the second winding (L2). The second battery cell CELL2 and the third battery cell CELL3 may be disposed adjacent to each other, or may be disposed such that one or more other battery cell units are included therebetween.
보다 상세하게, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치의 배터리 스트링(100)은 복수의 배터리들(C1, C2, C3, C4)을 포함할 수 있고, 해당 배터리들 간의 에너지 밸런싱을 위한 밸런싱 회로(200)는 스위치와 권선들(L1, S1, S2, L2, S3, S4)을 포함할 수 있다. In more detail, the
도 2에서 제1 배터리 셀(CELL1)은 제1 배터리(C1), 제1 스위치(S1) 및 제1 권선(L1)을 포함할 수 있고, 제2 배터리 셀(CELL2)은 제2 배터리(C2), 제2 스위치(S2) 및 제1 권선(L1)을 포함할 수 있다.2, the first battery cell CELL1 may include a first battery C1, a first switch S1, and a first winding L1, and the second battery cell CELL2 may include a second battery C2. ), a second switch S2 and a first winding L1.
제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 서로 인접하여 배치될 수 있다. 제1 배터리(C1)와 제2 배터리(C2)는 각각 서로 극성이 반대되는 포지티브 극과 네가티브 극이 인접하여 배치될 수 있다.The first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 may be disposed adjacent to each other. The first battery C1 and the second battery C2 may be disposed adjacent to each other with positive and negative poles having opposite polarities.
제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 제1 권선(L1)을 공유할 수 있다. 즉, 제1 권선(L1)의 일단은 제1 배터리(C1)와 제2 배터리(C2)에 모두 연결되고, 제1 권선(L1)의 타단은 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)에 모두 연결될 수 있다.The first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 may share the first winding L1. That is, one end of the first winding L1 is connected to both the first battery C1 and the second battery C2, and the other end of the first winding L1 is connected to the first switch S1 and the second switch S2. ) can all be connected.
상기한 것처럼, 제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 공유하는 제1 권선(L1)의 일단에 연결된 배터리의 극성만 다르고 다른 구성은 동일할 수 있다.As described above, only the polarity of the batteries connected to one end of the first winding L1 that the first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 share are different, and other configurations may be the same.
또한, 상기한 것처럼 2개의 배터리 셀이 인접한 배터리 셀 단위가 연속 배치되므로 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 포함되는 배터리 셀들은 짝수로 구성될 수 있다. In addition, as described above, since two battery cells adjacent to each other are continuously arranged, an even number of battery cells included in the balancing device of the battery management system may be configured.
도 2의 제3 배터리 셀(CELL3)은 상기한 제1 배터리 셀(CELL1)과 동일하게 제3 배터리(C3), 제3 스위치(S3) 및 제2 권선(L2)을 포함할 수 있고, 제4 배터리 셀(CELL4)도 상기한 제2 배터리 셀(CELL2)과 동일하게 제4 배터리(C4), 제4 스위치(S4)를 포함하고, 상기 제3 배터리 셀(CELL3)과 공유하는 제2 권선(L2)을 포함할 수 있다.The third battery cell CELL3 of FIG. 2 may include a third battery C3, a third switch S3 and a second winding L2 in the same manner as the first battery cell CELL1 described above. 4 Battery cell CELL4 also includes a fourth battery C4 and a fourth switch S4 like the above-described second battery cell CELL2, and a second winding shared with the third battery cell CELL3. (L2) may be included.
배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 포함되는 배터리 셀들의 수는 설계자의 의도나 해당 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 필요로 하는 시스템에서 요구하는 전압의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.The number of battery cells included in the balancing device of the battery management system may be variously set according to a designer's intention or the level of voltage required by a system requiring a balancing device of the corresponding battery management system.
이하 제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 제1 권선(L1)을 공유하고 서로 인접한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 내의 임의의 두 배터리 셀로서 이해될 수 있고, 제3 배터리 셀(CELL3)과 제4 배터리 셀(CELL4)은 제2 권선(L2)을 공유하고 인접한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 내의 임의의 두 배터리 셀로서 이해될 수 있다.Hereinafter, the first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 may be understood as any two battery cells in a balancing device of a battery management system that share a first winding L1 and are adjacent to each other, and a third battery cell. (CELL3) and the fourth battery cell (CELL4) share the second winding (L2) and can be understood as any two battery cells in the balancing device of the adjacent battery management system.
상기한 배터리 셀들의 구성을 좀더 상세히 보면 다음과 같다.A more detailed configuration of the battery cells is as follows.
제1 내지 제4 배터리(C1 내지 C4)는 배터리 스트링(100)을 구성하는 배터리들 중 임의의 배터리들일 수 있고, 이 중 제1 배터리(C1)와 제2 배터리(C2)는 서로 직접 연결되고, 제3 배터리(C3)와 제4 배터리(C4)는 서로 직접 연결될 수 있다.The first to fourth batteries C1 to C4 may be any of the batteries constituting the
제1 내지 제4 스위치(S1 내지 S4)는 각각에 대응되는 배터리 셀(CELL1 내지 CELL4)에 포함된 배터리(C1 내지 C4)의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 스위치이다. 제1 내지 제4 스위치(S1 내지 S4)는 전류의 흐름을 스위칭하기 위한 다양한 스위치로서 BJT(Bipolar Junction Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 예시될 수 있다.The first to fourth switches S1 to S4 are switches for controlling charging or discharging of batteries C1 to C4 included in corresponding battery cells CELL1 to CELL4 . The first to fourth switches S1 to S4 are various switches for switching the flow of current, and examples thereof include a bipolar junction transistor (BJT), a metal oxide semiconductor (MOSFET), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
제1 스위치(S1)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제1 제어 신호(CON1)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있고, 제2 스위치(S2)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제2 제어 신호(CON2)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있고, 제3 스위치(S3)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제3 제어 신호(CON3)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있고, 제4 스위치(S4)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제4 제어 신호(CON4)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있다.The first switch S1 may be turned on or turned off in response to the first control signal CON1 provided from the
제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)은 하나의 코어 또는 서로 다른 코어에 연결되어 에너지의 전달을 수행할 수 있다. The first winding L1 and the second winding L2 may be connected to one core or different cores to transfer energy.
제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)이 공유하는 제1 권선(L1)은 같은 코어 내의 권선들과 자속을 공유하는 자화 인덕턴스(Magnetizing Inductance)와 제1 권선(L1)의 자속에 영향을 받는 누설 인덕턴스(Leakage Inductance)가 발생할 수 있다. Lm은 제1 권선(L1) 및 제1 권선(L1)과 코어를 공유하는 권선들의 자화 인덕턴스를 의미하고, Lleak1는 제1 권선(L1)의 누설 인덕턴스를 의미할 수 있다. The first winding L1 shared by the first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 has a magnetizing inductance that shares magnetic flux with windings in the same core and magnetic flux of the first winding L1. Leakage inductance affected by may occur. Lm may mean magnetization inductance of the first winding L1 and windings sharing a core with the first winding L1, and Lleak1 may mean leakage inductance of the first winding L1.
여기서 누설 인덕턴스는 방전된 에너지가 충전 대상 셀로 얼마나 전달되는 지를 나타내는 비율에 대한 값을 의미할 수 있다. 또한, 제2 권선(L2)도 자화 인덕턴스(Lm)와 누설 인덕턴스(Lleak2)로 나누어 모델링될 수 있다.Here, the leakage inductance may mean a value for a ratio indicating how much discharged energy is transferred to a cell to be charged. Also, the second winding L2 may be modeled by dividing the magnetization inductance Lm and the leakage inductance Lleak2.
여기에서, 누설 인덕턴스는 다권선 변압기 자체에 포함된 누설 인덕턴스, 혹은 연결을 위해 사용되는 권선상의 인덕턴스, 혹은 회로에 추가적으로 연결한 인덕턴스를 가리킨다.Here, the leakage inductance refers to leakage inductance included in the multi-winding transformer itself, inductance on windings used for connection, or inductance additionally connected to a circuit.
배터리 셀 간의 에너지 전달을 위하여 종래 벅 부스트(Buck boost) 방식과 플라이백(flyback) 방식이 알려져 있다.For energy transfer between battery cells, a conventional buck boost method and a flyback method are known.
벅 부스트(Buck boost) 방식의 에너지 전달은 같은 권선을 공유하는 배터리 셀 간에 에너지를 전달할 때 사용될 수 있다.Buck boost type energy transfer can be used to transfer energy between battery cells sharing the same winding.
예를 들면 도 2에서 제1 배터리(C1)-제2 배터리(C2) 사이에 에너지를 전달하거나, 제3 배터리(C3)-제4 배터리(C4) 사이에 에너지를 전달할 때 사용된다.For example, in FIG. 2 , energy is transferred between the first battery C1 and the second battery C2 or when energy is transferred between the third battery C3 and the fourth battery C4.
그리고, 플라이 백(Fly back) 방식의 에너지 전달은 다른 권선에 연결된 배터리 셀 간에 에너지를 전달할 때 사용될 수 있다.In addition, a fly-back type of energy transfer may be used when energy is transferred between battery cells connected to different windings.
예를 들면 도 2에서 제1 배터리(C1)-제4 배터리(C4) 사이에 에너지를 전달하거나 제2 배터리(C2)-제3 배터리(C3) 사이에 에너지를 전달할 때 사용된다.For example, in FIG. 2 , it is used to transfer energy between the first battery C1 and the fourth battery C4 or between the second battery C2 and the third battery C3.
벅 부스트 방식으로 에너지를 전달하고자 하는 경우, 제1 배터리(C1)의 에너지를 제1 권선(L1)을 통해 제2 배터리(C2)로 전달하거나 제2 배터리(C2)의 에너지를 제1 권선(L1)을 통해 제1 배터리(C1)로 전달할 수 있다. 또한, 제3 배터리(C3)의 에너지를 제2 권선(L2)을 통해 제4 배터리(C4)로 전달하거나 제4 배터리(C4)의 에너지를 제2 권선(L2)을 통해 제3 배터리(C3)로 전달할 수도 있다.When energy is to be transferred in the buck-boost method, the energy of the first battery C1 is transferred to the second battery C2 through the first winding L1 or the energy of the second battery C2 is transferred to the first winding ( It can be transferred to the first battery C1 through L1). In addition, the energy of the third battery C3 is transferred to the fourth battery C4 through the second winding L2 or the energy of the fourth battery C4 is transferred to the third battery C3 through the second winding L2. ) can also be passed.
플라이 백 방식으로 에너지를 전달하고자 하는 경우, 제1 배터리(C1)의 에너지를 제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)을 통해 제4 배터리(C4)로 전달하거나 제2 배터리(C2)의 에너지를 제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)을 통해 제3 배터리(C3)로 전달할 수 있다. 또한, 제3 배터리(C3)의 에너지를 제2 권선(L2)과 제1 권선(L1)을 통해 제2 배터리(C2)로 전달하거나 제4 배터리(C4)의 에너지를 제2 권선(L2)과 제1 권선(L1)을 통해 제1 배터리(C1)로 전달할 수 있다. If energy is to be transferred in a flyback method, the energy of the first battery (C1) is transferred to the fourth battery (C4) through the first winding (L1) and the second winding (L2) or to the second battery (C2). The energy of may be transferred to the third battery C3 through the first winding L1 and the second winding L2. In addition, the energy of the third battery C3 is transferred to the second battery C2 through the second winding L2 and the first winding L1, or the energy of the fourth battery C4 is transferred to the second winding L2. and may be transferred to the first battery C1 through the first winding L1.
한편, 위에서 설명한 바와 달리 서로 다른 권선 그리고 서로 같은 위치(모두 권선의 위쪽, 혹은 모두 권선의 아래쪽)에 연결된 배터리 간 에너지를 전달할 때에는 종래 기술에 따르면 직접적으로 에너지를 전달하는 방법이 없었다. 예를 들면 도 2에서 제1 배터리(C1)-제3 배터리(C3) 사이에 에너지를 전달하거나, 제2 배터리(C2)-제4 배터리(C4) 사이에 에너지를 전달할 때에 직접 에너지를 전달하는 방법이 없었으며, 벅 부스트 방식과 플라이백 방식을 순차적으로(혹은 순서는 바꿔서) 사용하는 형태로 에너지를 전달했다. On the other hand, unlike described above, when energy is transferred between different windings and batteries connected to the same location (upper side of all windings or lower side of all windings), there is no method of directly transferring energy according to the prior art. For example, when energy is transferred between the first battery (C1) and the third battery (C3) in FIG. 2 or between the second battery (C2) and the fourth battery (C4), energy is directly transferred. There was no method, and energy was delivered in the form of using the buck-boost method and the flyback method sequentially (or in reverse order).
그로 인해 에너지가 전달되는 과정에서 중간에 위치한 제2 배터리(C2)나 제3 배터리(C3)를 한 번 더 거치게 되고 밸런싱 회로(200)의 동작이 늘어 손실이 증가하며 에너지 전달 효율이 떨어졌다. 또한 에너지 전달에 걸리는 시간도 길어진다.As a result, in the process of energy transfer, the second battery C2 or the third battery C3 located in the middle is passed through once more, and the operation of the
본 발명은 밸런싱 회로(200)에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 이하 포워드(forward) 방식이라 칭한다.The present invention relates to a control method in the case where energy must be transferred between batteries that are separated from each other and connected to the same location compared to the windings because they do not share the same winding in the
상기 포워드 방식은 먼저 도 3과 도 7에 도시된 바와 같이 제어 회로(300)는 제1 구간 동안(시작 시점(t0)부터 제1 시점(t1)동안) 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)를 온 시켜 제1 권선(L1)에 제1 전류(iL1)가 흐르고, 제2 권선(L2)에 제2 전류(iL2)가 흐르게 하여 제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)이 자기적으로 커플링된 형태가 되도록 만든다(t0-t1).In the forward method, as shown in FIGS. 3 and 7, the
이후에 도 4와 도 7에 도시된 바와 같이 제어 회로(300)는 제2 구간 동안(제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2)동안) 제4 스위치(S4)를 오프시키고 제3 스위치(S3)를 온시킨다. 이 때 제1 스위치(S1)는 계속 켜고 있다. 그러면 제1 배터리(C1)에서 방전되는 전류가 제3 배터리(S3)로 전달된다(t1-t2).After that, as shown in FIGS. 4 and 7, the
다음에, 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이 제어 회로(300)는 설정된 제2 구간 동안(t1-t2)에 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 온 시킨 후에, 제3 구간 동안(제2 시점(t2)부터 제3 시점(t3)동안)에 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 모두 오프시킨다.Next, as shown in FIGS. 5 and 7, after the
이때, 제1 스위치(S1)가 오프되면 제1 전류(iL1)는 제2 배터리(C2)를 충전하기 위해 흐르고, 제2 전류(iL2)는 영(zero)이 될 때까지 제3 배터리(C3)를 충전하는 형태로 전류가 흐른다(t2-t3).At this time, when the first switch S1 is turned off, the first current iL1 flows to charge the second battery C2 and the third battery C3 until the second current iL2 becomes zero. ) flows in the form of charging (t2-t3).
이때, 도 6과 도 7을 참조하면, 제어 회로(300)는 제4 구간 동안(제3 시점(t3)부터 제4 시점(t4) 동안)에 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 모두 오프시켜 제2 전류(iL2)가 영(zero)이 된 이후 제1 전류(iL1)가 영(zero)이 될 때까지 제2 배터리(C2)를 충전하면서 전류가 흐르도록 한다(t3-t4). 여기서, 도면과 같이, 상기 제4 구간 동안, 오프된 제3 스위치(S3)(타겟 스위치)의 바디 다이오드(기생 다이오드)를 통해서 상기 제2 전류(iL2)가 제2 전류(iL2)가 영(zero)이 될 때까지 흐를수 있는 것을 이용하는 것이며, 오프된 제2 스위치(S2)(소스 서브 스위치)의 바디 다이오드(기생 다이오드)를 통해서 제1 전류(iL1)가 흘러 제1 전류(iL1)가 영(zero)이 될 때까지 제2 배터리(C2)를 충전할 수 있는 것을 이용하는 것이다.At this time, referring to FIGS. 6 and 7 , the
한편, 도 3과 도 7을 참조할 때 t0에서 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 동시에 켜지는 것이 이상적이나 두 개의 스위치가 약간의 시차를 두고 둘 중 하나가 먼저 켜져도 상관없다.On the other hand, when referring to FIGS. 3 and 7, it is ideal that the first switch S1 and the fourth switch S4 are simultaneously turned on at t0, but even if one of the two switches is turned on first with a slight time difference, does not exist.
도 4와 도 7을 참조할 때 t1에 제4 스위치(S4)를 끄자마자 제3 스위치(S3)를 켜는 것이 이상적이나 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)가 동시에 켜지면 제3 배터리(C3)와 제4 배터리(C4)를 통해 단락(short) 경로를 형성하므로 안전을 위해 약간의 데드타임(deadtime)을 주도록 구현해야 한다.4 and 7, it is ideal to turn on the third switch S3 as soon as the fourth switch S4 is turned off at t1, but if the third switch S3 and the fourth switch S4 are turned on at the same time, the third Since a short path is formed through the battery C3 and the fourth battery C4, it should be implemented to give some dead time for safety.
이때, t1에서 제1 스위치(S1)를 일정시간 껐다가 켜도 상관없다.At this time, it does not matter if the first switch S1 is turned off and then turned on for a certain period of time at t1.
도 5와 도 7을 참조할 때 t2에서 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 동시에 끄는 것이 이상적이나 두 스위치를 끄는 데 약간의 시차가 있어도 상관없다(둘 중 어느 것을 먼저 꺼도 상관없다.)5 and 7, it is ideal to turn off the first switch S1 and the third switch S3 at t2 at the same time, but it does not matter if there is a slight time difference between turning off the two switches (it does not matter which one of them is turned off first does not exist.)
상기와 같은 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.The present invention as described above relates to a control method in the case where energy must be transferred between batteries that are separated from each other and connected to the same location compared to the windings because they do not share the same winding in a balancing circuit, and energy transfer efficiency is achieved by directly transferring energy between batteries can increase
또한, 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 속도를 높일 수 있다.In addition, the present invention relates to a control method in a case where energy must be transferred between batteries that are separated from each other and connected to the same location compared to the windings because they do not share the same winding in a balancing circuit, and by directly transferring energy between batteries, the energy transfer rate is increased. can be raised
100: 배터리 스트링 200: 밸런싱 회로
300: 제어 회로100: battery string 200: balancing circuit
300: control circuit
Claims (7)
소스 서브 배터리와 소스 서브 제어 신호에 대응하여 상기 소스 서브 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 서브 스위치를 포함하는 소스 서브 배터리 셀;
타겟 배터리와 타겟 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 스위치를 포함하는 타겟 배터리 셀;
타겟 서브 배터리와 타겟 서브 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 서브 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 서브 스위치를 포함하는 타겟 서브 배터리 셀; 및
상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 서브 스위치가 온 상태를 유지하는 제1 구간과 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 스위치가 온 상태를 유지하는 제2 구간 동안, 상기 소스 스위치의 온 상태를 유지시키는 상기 소스 제어 신호와, 상기 타겟 스위치의 온 상태를 유지시키는 타겟 제어 신호 및 상기 타겟 서브 스위치의 온 상태를 유지하는 타겟 서브 제어 신호를 제공하는 제어 회로를 포함하되,
상기 소스 배터리와 상기 소스 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 소스 권선을 공유하며, 상기 타겟 배터리와 상기 타겟 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 타겟 권선을 공유하고,
상기 제어 회로는, 상기 제1 구간 동안에 상기 소스 스위치와 상기 타겟 서브 스위치를 온 시켜 상기 소스 권선과 상기 타겟 권선이 자기적으로 커플링된 형태가 되도록 하고, 상기 제2 구간 동안에 상기 소스 스위치를 온 상태로 유지하며 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 상기 타겟 스위치를 온시켜 상기 소스 배터리에서 방전되는 전류가 상기 타겟 배터리로 전달되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.a source battery cell including a source battery and a source switch for controlling discharging of the source battery in response to a source control signal;
a source sub-battery cell including a source sub-battery and a source sub-switch for controlling discharging of the source sub-battery in response to a source sub-control signal;
a target battery cell including a target battery and a target switch for controlling charging of the target battery in response to a target control signal;
a target sub-battery cell including a target sub-battery and a target sub-switch for controlling charging of the target sub-battery in response to a target sub-control signal; and
During a first period in which the source switch maintains an on state and the target sub switch maintains an on state and a second period in which the source switch maintains an on state and the target sub switch maintains an on state, the source switch A control circuit providing the source control signal for maintaining the on state, the target control signal for maintaining the on state of the target switch, and the target sub control signal for maintaining the on state of the target sub switch,
The source battery and the source sub-battery are directly connected and share a source winding, and the target battery and the target sub-battery are directly connected and share a target winding;
The control circuit turns on the source switch and the target sub-switch during the first period so that the source winding and the target winding are magnetically coupled, and turns on the source switch during the second period state, turn off the target sub switch, and turn on the target switch to control the current discharged from the source battery to be transferred to the target battery.
상기 제어 회로는 상기 제2 구간 동안에 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 데드타임이 지난후에 상기 타겟 스위치를 온시키는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.According to claim 1,
The control circuit turns off the target sub-switch during the second period and turns on the target switch after a dead time has passed.
상기 제어 회로는 상기 제2 구간 후의 제3 구간 동안에 소스 스위치와 타겟 스위치를 오프시키는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.According to claim 1,
The control circuit is a balancing device of a battery management system for turning off a source switch and a target switch during a third period after the second period.
상기 제어 회로는 상기 소스 스위치와 상기 타겟 스위치를 모두 오프시켜, 상기 타겟 스위치의 바디 다이오드를 통해 흐르는 상기 타겟 권선의 제2 전류가 영(zero)이 된 이후, 상기 소스 서브 스위치의 바디 다이오드를 통해 흐르는 상기 소스 권선의 제1 전류가 영(zero)이 될 때까지 상기 소스 서브 배터리를 충전하면서 전류가 흐르도록 제어하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
According to claim 6,
The control circuit turns off both the source switch and the target switch, and after the second current of the target winding flowing through the body diode of the target switch becomes zero, through the body diode of the source sub switch A balancing device of a battery management system that controls current to flow while charging the source sub-battery until the first current flowing in the source winding becomes zero.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020180001097A KR102532263B1 (en) | 2018-01-04 | 2018-01-04 | Balancing devices for battery management systems |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020180001097A KR102532263B1 (en) | 2018-01-04 | 2018-01-04 | Balancing devices for battery management systems |
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KR20190083449A KR20190083449A (en) | 2019-07-12 |
KR102532263B1 true KR102532263B1 (en) | 2023-05-12 |
Family
ID=67254027
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Country Status (1)
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001185229A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Fdk Corp | Balance correction method and device for secondary batteries connected in series |
-
2018
- 2018-01-04 KR KR1020180001097A patent/KR102532263B1/en active IP Right Grant
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JP2001185229A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Fdk Corp | Balance correction method and device for secondary batteries connected in series |
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