KR20100088382A - 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치 - Google Patents

정전압원을 이용한 자동전하균일 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20100088382A
KR20100088382A KR1020090007567A KR20090007567A KR20100088382A KR 20100088382 A KR20100088382 A KR 20100088382A KR 1020090007567 A KR1020090007567 A KR 1020090007567A KR 20090007567 A KR20090007567 A KR 20090007567A KR 20100088382 A KR20100088382 A KR 20100088382A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
voltage source
module
constant voltage
bidirectional
Prior art date
Application number
KR1020090007567A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101093597B1 (ko
Inventor
임재환
박상현
이중휘
문건우
박홍선
김철호
Original Assignee
에스케이에너지 주식회사
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이에너지 주식회사, 한국과학기술원 filed Critical 에스케이에너지 주식회사
Priority to KR1020090007567A priority Critical patent/KR101093597B1/ko
Priority to EP09839305.1A priority patent/EP2384530B1/en
Priority to JP2011547745A priority patent/JP5426691B2/ja
Priority to CN200980154487.6A priority patent/CN102273045B/zh
Priority to US13/146,867 priority patent/US8723480B2/en
Priority to PCT/KR2009/001999 priority patent/WO2010087545A1/en
Publication of KR20100088382A publication Critical patent/KR20100088382A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101093597B1 publication Critical patent/KR101093597B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 다수개의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2인 자연수) 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 배터리 모듈별로 구비되며 상기 배터리 스트링의 평균전압을 출력 및 유지하는 모듈별정전압원(fine regulated voltage source); 상기 배터리 모듈과 상기 모듈별정전압원 사이에 상기 배터리 모듈별로 구비되며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 병렬 전류 이동 경로를 형성시켜 상기 모듈별정전압원의 출력과 연결하는 양방향 스위치부; 및 상기 양방향 스위치부를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하고, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리는 상기 양방향 스위치부에 의해 상기 모듈별정전압원을 공유하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 양방향 스위치부를 제어하여 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리와 상기 모듈별정전압원을 순차적으로 연결하는 특징이 있다.
정전압원, DC-DC 컨버터, 배터리, 직렬 연결, 전하 균일

Description

정전압원을 이용한 자동전하균일 장치{Charge Equalization Apparatus for Series-Connected Battery String Using Regulated Voltage Source}
본 발명은 직렬 연결된 배터리 스트링의 전하 균일을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로, 상세하게는 배터리의 전압을 측정하는 전압 센싱부 및 아날로그-디지털 컨버터를 사용하지 않으며 간단한 회로를 이용하여 효과적으로 전하 균일화가 수행되는 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리를 동력원으로 사용하는 하이브리드 자동차와 같이 단위 배터리(셀)의 기본 전위보다 높은 전위가 필요한 경우, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 사용하는 것이 통상적이다. 그러나 통상적인 제조방법을 통해 제조된 배터리는 동일한 양극, 음극 및 전해질 물질을 이용하여 동일한 구조로 제조되었다 하더라도 직렬 연결된 배터리 각각의 충전 또는 방전(및 자가방전) 특성에 차이가 존재하게 된다.
따라서 직렬 연결된 배터리의 사용 시 단위 배터리의 전위차가 존재하게 되고, 이로 인해 직렬 연결된 단위 배터리 중 다른 배터리의 전위에 관계없이 하나의 배터리가 완전 방전되었을 경우에도 전체 전압(직렬 연결된 배터리의 전체 전압)이 0이 되어 재충전이 필요하게 되며, 재충전 시에도 각각의 배터리의 전위가 서로 다름으로 인해 일정 전압에 먼저 도달한 배터리의 과충전 문제 및 몇몇 배터리의 과충전이 일어남에도 일정 전압에 아직 도달하지 못한 배터리가 존재하는 충전 효율의 문제가 존재하게 된다.
또한 충방전 횟수가 많아지게 되면 배터리를 구성하는 물질의 열화(degradation)가 발생하여 배터리의 특성이 달라지고 이러한 열화 현상은 개별 배터리간의 편차를 더욱 심화시키는 역할을 하게 된다.
따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 직렬로 연결된 배터리의 전하 균일화를 얻기 위한 다양한 전하 균일 장치가 활발히 제안되고 있는 실정이다.
일 예로, 대한민국특허공개 2006-0078967은 직렬배터리팩; 직렬배터리팩을 구성하는 2개 이상의 배터리 모듈; 배터리 모듈의 전압을 센싱하는 모니터링 모듈; 스위치 모듈; 모니터링 모듈 및 스위치 모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여 구성되어, 배터리팩의 충전시 배터리 모듈의 전압이 특정 값이 도달하면 제어모듈을 통해 스위치 모듈을 제어하여 전류가 특정 전압값에 이른 배터리모듈을 바이패스하는 구성을 갖는 시스템에 관한 것이며, 대한민국특허공개 2003-0096978는 복수개의 단위셀, 충전수단, 방전수단 및 직렬병렬 전환스위치를 포함하여 구성되며, 복수개의 단위셀을 각각 균등하게 방전시킨후, 방전된 단위셀을 직렬병렬 전환스위치를 이용하여 직렬로 연결시켜 충전을 수행하는 시스템에 관한 것이다. 대한민국특허공개 2007-0064244는 배터리부, 배터리부에 연결된 전계효과트랜지스터부, 전계효과트랜 지스터부에 연결된 증폭부, 증폭부의 출력신호를 제어하는 멀티플렉서부, 배터리부의 전압신호의 편차를 비교판단 하는 비교부, 비교부의 출력을 디지털 신호로 변환시키는 A/D변환부, A/D변환부에서 출력된 신호를 입력 받아 충방전조건에 해당되는 신호를 출력하는 마이컴부, 마이컴부의 신호에 따라 동작하여 배터리 균형전류를 공급하는 스위칭부 및 공지의 충방전회로를 포함하여 구성된 시스템에 관한 것이다.
또한 일본특허공개 2008-220110은 복수의 배터리 셀이 접속되는 2차 배터리; 2차 배터리의 충/방전을 제어하는 스위치 소자; 배터리 셀 전압을 각각 측정하고 최대 배터리셀 전압을 검출하는 측정부; 측정부의 검출 전압을 기준으로 스위치 소자를 제어하는 스위치 소자 제어부; 충전완료전압 및 충전 전류 최대값을 저장하는 저장수단; 배터리셀의 검출 전압에 따라 충전 전류 값을 변화시키는 충전 전류지정치 제어부;를 포함하여 구성되는 시스템에 관한 것이며, 일본특허공개 2008-199798은 직렬 접속된 배터리 블록군; 서로 직렬 접속됨과 동시에 스위치 군에 의해 배터리 블록 각각에 병렬 접속되는 방전 회로군; 서로 직렬 접속됨과 동시에 상기 방전회로에 병렬 접속되며 스위치 군에 의해 배터리 블록 각각에 병렬 접속되는 충전 회로군; 방전회로군, 충전회로군, 스위치 군을 제어하는 충방전 제어부를 포함하여 구성되는 시스템에 관한 것이다. 일본특허공개 1998-032936은 복수개의 단위셀, 각 단위셀의 잔존 용량 검출 수단, 각 단위셀의 충전과 방전을 행하는 충전 교체 수단 및 방전 교체 수단, 각 단위셀의 충전과 방전을 개별적으로 제어하는 제어 수단 및 각 단위셀 개별의 충전과 방전을 행하는 직류/직류 변환기를 포함하여 구성되는 시 스템에 관한 것이다. 일본특허공개 2004-194410은 둘 이상의 단위셀 그룹, 제1의 셀 그룹 및 제2의 셀 그룹 각각을 흐르는 전류의 차이를 검출하는 전류차 검출 수단, 전류의 차이를 기반으로 셀 그룹의 충방전 전류를 제어하는 수단을 포함하여 구비되는 시스템에 관한 것이다.
미국특허공개 2007-0222416은 배터리와 대지와의 사이의 접속 되는 역류 방지용 스위치; 충전용 스위치; 전류 검출용 저항기의 직렬 회로; 역류 방지용 스위치 및 충전용 스위치를 제어하고 배터리의 충전과 개방을 반복하게 하는 것과 동시에 개방시에 배터리의 규정 전압과 배터리 개방 전압과의 차전압을 검출하게 한 충전 제어회로; 검출된 차전압에 근거하여 충전 정전압 값을 제어하는 정전류ㅇ정전압 제어회로;를 포함하여 구성되는 시스템에 관한 것이다.
그러나, 상술한 종래의 전하 균일 장치들은 직렬 연결된 배터리 각각에 전하 균일화 장치가 구비되어 개별 배터리의 충전 또는 방전을 수행하며, 배터리의 전압을 개별적으로 측정하고 디지털 값으로 변화시켜, 배터리의 전압에 근거하여 충 방전 여부 및 전하 균일화 조건등을 설정하여, 전하 균일 장치의 복잡성이 크고, 전체 시스템의 부피가 증가하여 생산성을 저하시키고 제조원가를 상승시키는 요인이 되어 왔으며, 전하균일화 장치 또는 제어를 위한 스위치 모듈을 구성하는 소자들이 높은 전압 스트레스를 견뎌 내야 하는 문제점들이 있었다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 직렬 연결된 배터리 스트링의 전하 균일화를 수행하는 전하균일 장치의 복잡성 및 부피를 줄이고 생산 단가를 낮춤과 동시에 효율적인 전하균일이 가능하며, 설계 변경이 용이한 전하 균일 장치를 제공하는 것이다.
보다 상세하게, 본 발명의 목적은 개별 배터리의 전압을 센싱하는 전압 센싱부 및 아날로그 디지털 컨버터를 사용하지 않고, 매우 단순한 구성에 의해 효율적인 전하 균일화가 가능한 전하 균일 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 다수개의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2인 자연수) 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 배터리 모듈별로 구비되며 상기 배터리 스트링의 평균전압을 출력 및 유지하는 모듈별정전압원(fine regulated voltage source); 상기 배터리 모듈과 상기 모듈별정전압원 사이에 상기 배터리 모듈별로 구비되며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 병렬 전류 이동 경로를 형성시켜 상기 모듈별정전압원의 출력과 연결하는 양방향 스위치부; 및 상기 양방향 스위치부를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하고, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리는 상기 양방향 스위치부에 의해 상기 모듈별정전압원을 공유하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 양 방향 스위치부를 제어하여 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리와 상기 모듈별정전압원을 순차적으로 연결하는 특징이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동전하균일 장치는 개별 배터리의 전압을 센싱하고, 그 값을 디지털로 변환하여 배터리 스트링을 구성하는 배터리에서 충전 또는 방전해야 할 배터리를 선택하여 배터리 스트링의 전하 균일을 수행하지 않고, 상기 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하는 모듈별정전압원과 상기 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리를 상기 양방향 스위치부를 이용하여 순차적으로 연결(전류이동경로를 형성시킴을 의미함)하여 배터리 스트링의 전하 균일을 이루게 된다.
상기 마이크로프로세서는 상기 배터리 모듈별 상기 양방향 스위치부를 독립적으로 제어하며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 중 최하단 또는 최상단 배터리를 시작으로 상기 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리와 상기 모듈별정전압원의 출력간 순차적으로 전류 이동 경로를 형성하는 특징이 있다.
상기 모듈별정전압원은 상기 배터리 모듈별로 구비되는 특징이 있으므로, 상기 배터리 스트링이 M(M≥2인 자연수)개의 배터리 모듈로 구성되는 경우, M개의 모듈별정전압원이 구비된다. 또한, 상기 모듈별정전압원과 상기 배터리 모듈 사이 전류이동경로를 형성하는 상기 양방향 스위치부도 배터리 모듈별로 구비되므로, 배터리 모듈이 M개인 경우, M개의 양방향 스위치부가 구비된다.
상기 모듈별정전압원은 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하는 특징이 있으며, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 배터리 스트링의 전체 전압을 입력으로 가지며, 상 기 배터리 스트링의 평균 전압을 출력하는 특징이 있다.
상세하게, 상기 양방향 DC-DC 컨버터의 입력인 1차 권선 및 출력인 2차 권선의 각 단에 DC-DC 컨버터의 동작(on/off)을 제어하는 스위치인 컨버터스위치가 구비된 특징이 있으며, 상기 컨버터스위치는 PWM(pulse width modulation)신호에 의해 제어되는 특징이 있다.
이를 위해, 상기 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 PWM(pulse width modulation)신호를 생성하는 PWM 생성기(pulse width modulation signal generator)를 포함하고, 상기 컨버터 스위치는 상기 PWM(pulse width modulation)신호에 의해 제어되며, 상기 PWM 신호의 듀티비(duty ratio)에 의해 상기 양방향 DC-DC 컨버터가 상기 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하는 특징이 있다.
상기 PWM 생성기는 듀티비 제어부(duty ratio controller)를 더 포함하며, 상기 듀티비 제어부는 상기 모듈별정전압원의 출력, 상세하게는 상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력과 상기 배터리스트링의 평균전압을 비교하여 상기 PWM 신호의 듀티비를 변화시켜 상기 모듈별정전압원의 출력을 배터리 스트링의 평균 전압으로 유지되도록 함으로써 상기 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리를 충전 또는 방전시키는 특징이 있다.
상세하게, 상기 PWM 생성기는 상기 양방향 스위치부와 상기 양방향 DC-DC 컨버터 사이에 구비된 캐패시터를 더 포함하며, 상기 캐패시터에 의해 일정한 전압을 유지하며 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리에 직류전류를 공급하도록 한다.
상술한 바와 같이, 상기 캐패시터는 상기 양방향 스위치부 뒷단 및 상기 양 방향 DC-DC 컨버터 전단에 구비되어, 상기 마이크로프로세서가 상기 양방향 스위치부를 제어하여 병렬 전류 이동 경로가 형성된 일 배터리(양방향 스위치부의 해당 배터리 모듈에 속하는)와 상기 캐패시터가 병렬 연결된 구성을 갖는다.
k(k≥2인 자연수)개의 배터리로 구성된 상기 배터리 모듈의 해당 양방향 스위치부는 2K개의 양방향 스위치를 포함하며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 일 배터리를 기준으로 상기 양방향 스위치가 상기 일 배터리의 음극 및 양극 양단 각각에 연결되어 상기 병렬 전류 이동 경로가 형성되는 특징이 있다.
상기 양방향 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), 릴레이(relay), 또는 이들의 조합을 이용한 양방향 전류 이동이 가능한 스위치인 것이 바람직하며, MOSFET을 이용한 양방향 MOSFET 스위치인 것이 더욱 바람직하다.
상기 모듈별정전압원은 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 양방향 DC-DC 컨버터의 출력이 상기 양방향 스위치부를 구성하는 다수개의 스위치와 병렬 연결된 것이 바람직하다. 상세하게, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 중 최하단 또는 최상단 배터리를 기준으로 상기 양방향 스위치부를 구성하는 홀수 번째 양방향 스위치의 일측이 병렬 연결되어 상기 양방향 DC-DC 컨버터의 출력인 제2권선의 일 단과 연결되고, 짝수 번째 양방향 스위치의 일측이 병렬 연결되어 상기 양방향 DC-DC 컨버터의 출력인 제2권선의 타 단과 연결되는 특징이 있다.
바람직하게, 상기 양방향 스위치부는 다수개의 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치를 포함하며, 상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 턴온시 가해지는 Vgs는 상기 배터리 모듈의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위인 특징이 있다.
상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 전자식 릴레이가 구비된 특징이 있으며, 바람직하게, 상기 전자식 릴레이는 발광다이오드 및 수광소자를 포함하며, 상기 발광다이오드는 양방향 스위치부를 제어하기 위한 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 발광하는 특징이 있다.
본 발명에 따른 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 상기 배터리스트링 전체 전압을 입력으로 하여, 입력된 전압보다 낮은 전압을 출력하는 배터리스트링 정전압원(course regulated voltage source)을 더 포함하며, 모든 상기 모듈별정전압원의 입력은 상기 배터리스트링 정전압원의 출력과 병렬 연결된 특징이 있다.
상기 배터리스트링 정전압원은 단일한 DC-DC 컨버터를 포함하며, 상기 DC-DC 컨버터는 배터리 스트링 전체 전압을 입력으로 하고, 그 출력이 상기 모듈별정전압원의 입력들과 병렬 연결된 특징이 있다.
본 발명의 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 정전압원과 개별 배터리를 순차적으로 연결하여 전하균일화를 수행하며, 배터리 개별 전압을 센싱하는 센싱부 및 아날로그 디지털 컨버터와 같은 고가의 부품이 불필요한 장점이 있으며, 배터리 모듈별로, 각 배터리 모듈에 속하는 배터리가 양방향 스위치부를 통해 정전압원을 공유함에 따라 구성 요소가 획기적으로 감소하여 전하균일 장치의 복잡성 및 부피를 감소시키고, 생산 단가를 낮추는 효과가 있다.
또한, 전체 배터리 스트링을 배터리 모듈로 나누어, 모듈별로 양방향 스위치부 및 모듈별정전압원을 구비하여, 전체 배터리 수가 변화되어도 탄력적이고 용이하게 전하 균일장치를 구성할 수 있으며, 장기간의 사용에 의한 구성 부품의 열화 또는 손상 시에도 그 수리 및 대처가 용이하며, 양방향 스위치부를 구성하기 위해 내압이 낮은 저전압 양방향 스위치를 사용할 수 있는 장점이 있다. 더 나아가, 2단 구성의 정전압원을 구비하는 경우, 작은 용량을 갖는 DC-DC컨버터를 이용하여 정전압을 출력할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치 구성의 일 예 를 도시한 것으로, 도 1에서 실선 굵은 화살표는 연결 경로를 의미하며, 도 1의 점선 화살표는 제어 신호를 도시한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이 다수개의 배터리가 직렬 연결된 배터리 스트링(110, B1,1 내지 BM,k)은 둘 이상의 배터리가 직렬 연결된 다수개의 배터리 모듈(111, 112, 113)로 나눠진다. 도 1에 도시된 배터리 스트링은 총 M(M≥2)개의 배터리 모듈(111, 112, 113)로 구성된 경우이며, 각 배터리 모듈(111, 112, 113)을 구성하는 직렬 연결된 배터리 수가 k(k≥2)개인 경우를 도시한 것이다. 도 1에서 배터리 스트링을 구성하는 일 배터리는 상기 일 배터리가 i(i≥1인 자연수)번째 모듈에 속하고, i번째 모듈의 최상단 배터리를 기준으로 j(j≥1인 자연수)번째 위치하는 경우 Bi,j의 기호를 이용하여 표기하였으며, 도 1에서 각 배터리 모듈(111, 112, 113)을 구성하는 배터리의 수가 k개(B1,k, B2,k, BM,k)로 모두 동일한 경우를 도시하였으나, 배터리 모듈별로 각 모듈을 구성하는 배터리의 수가 상이해도 무방하다.
각 배터리 모듈(111, 112, 113)에는 배터리 모듈별로 양방향 스위치부(121, 122, 123)가 구비된다. 상기 양방향 스위치부(121)는 해당 배터리 모듈(111)을 구성하는 각 배터리(B1,1 내지 B1,k)에 병렬 전류 이동경로를 형성하며, 상기 배터리 스트링(110)을 구성하는 일 배터리(일 예로, B2,2)는 상기 양방향 스위치부에 의해 배터리 모듈(111, 112, 113)별로 구비되는 정전압원인 모듈별정전압원(131, 132, 133)과 연결된다.
상기 마이크로프로세서(140)는 상기 양방향 스위치부(121, 122, 123)를 제어하여, 동일한 배터리 모듈(111, 112 또는 113)에 속하는 개별 배터리를 해당 배터리 모듈의 모듈별정전압원(131, 132, 133)과 연결한다.
특징적으로, 상기 마이크로프로세서(140)는 배터리 스트링을 구성하는 개별 배터리의 전압을 입력받지 않고, 배터리 스트링의 평균 전압과 개별 배터리의 전압을 비교하여 충전 또는 방전 대상 배터리를 선택하지 않으며, 상기 배터리 모듈(111, 112 또는 113)을 구성하는 모든 배터리를 순차적으로 연결하는 특징이 있다. 상기 순차적 연결은 한 배터리 모듈에서 최상단 또는 최하단에 위치한 배터리를 기준으로 배터리의 위치에 따른 순차적 연결을 의미하며, 본 발명에 따른 자동전하균일 장치는 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리 각각을 정전압원과 순차적으로 연결하여 전하 균일을 수행한다.
이때, 상기 마이크로프로세서(140)는 다수개의 양방향 스위치부를 독립적으로 제어하여, 상기 배터리 모듈별로 전하 균일 동작이 독립적으로 수행되는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자동전하균일 장치는 배터리 모듈을 구성하는 배터리의 수가 모두 같을 경우, 단일한 배터리 모듈(111, 112 또는 113)을 구성하는 모든 배터리가 배터리 스트링의 평균 전압으로 균일화됨과 동시에 배터리 스트링(110)을 구성하는 모든 배터리가 배터리 스트링의 평균 전압으로 균일화될 수 있는 특징이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자동전하균일 장치는 배터리 스트링(110) 을 배터리 모듈로 나누고, 배터리 모듈별로 양방향 스위치부 및 모듈별 정전압원을 구비하는 구성을 가짐에 따라, 자동전하균일 장치가 배터리 모듈, 해당 양방향 스위치부, 해당 모듈별정전압원으로 구성된 모듈(도 1의 module1, module2, moduleM)들로 구성되는 특징이 있으며, 또한, 동일한 배터리 모듈에 속하는 모든 배터리는 해당 양방향 스위치부에 의해 모듈별정전압원을 공유하는 특징이 있다.
본 발명에 따른 자동전하균일 장치는 배터리의 개별 전압을 측정하는 센싱부 및 아날로그 디지털 컨버터의 구성 없이 전하 균일을 효과적으로 수행할 수 있으며, 배터리 스트링(110)을 구성하는 배터리 수가 변하더라도 모듈(module 1, module 2, module M)의 추가 또는 제거를 통해 용이하게 장치의 변환 및 확장이 가능하며, 배터리 모듈별로 회로가 분리되어 있기 때문에 회로 구연이 쉽고 소자의 열화등이 야기하는 회로 손상에 대한 효율적 대처가 가능하며, 설계 유연성이 높은 장점이 있다.
도 2는 도 1에 도시한 일 예를 보다 상세하게 도시한 도면으로, 도 2에 도시한 바와 같이, k(k≥2인 자연수)개의 배터리로 구성된 상기 배터리 모듈의 해당 양방향 스위치부(121~126)는 2K개의 양방향 스위치를 포함하며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 일 배터리를 기준으로 상기 양방향 스위치가 상기 일 배터리의 음극 및 양극 양 단 각각에 연결되어 상기 병렬 전류 이동 경로가 형성되는 특징이 있다.
상기 양방향 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), 릴레이(relay), 또는 이들의 조합을 이용한 양방향 전류 이동이 가능한 스위치인 것이 바람직하며, MOSFET을 이용 한 양방향 MOSFET 스위치인 것이 더욱 바람직하다.
도 2의 양방향 스위치부(123)에 도시한 바와 같이 배터리 모듈(113)이 k(k≥2인 자연수)개의 배터리로 구성된 상기 배터리 모듈(113)의 해당 양방향 스위치부(123)는 바람직하게, 2K개의 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치를 포함한다.
일 배터리 모듈(113)의 해당 양방향 스위치부(123)에 포함된 양방향 스위치(바람직하게 양방향 MOSFET 스위치)는 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 중 최하단(B3,k) 또는 최상단 배터리(B3,1)를 기준으로 상기 양방향 스위치부(123)를 구성하는 홀수 번째 양방향 스위치의 일측이 병렬 연결되어 해당 모듈별정전압원(133)의 고전위(또는 저전위) 출력과 연결되며, 짝수 번째 양방향 스위치의 일측이 병렬 연결되어 동일한 모듈별정전압원(133)의 저전위(또는 고전위) 출력과 연결된다.
상세하게, 상기 양방향 스위치부(123)를 구성하는 양방향 스위치는 한 측이 인접하여 직렬 연결된 배터리 간의 노드(node)와 연결되며 다른 한 측이 모듈별정전압원(133)의 출력과 연결되는데, 동일 양방향 스위치부에 속하며 서로 인접하지 않는 양방향 MOSFET 스위치들끼리 병렬 연결되어 각각 모듈별정전압원(133)의 고전위 출력 및 저전위 출력과 연결된다.
개별 배터리는 상기 양방향 스위치부에 의해 상기 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하는 상기 모듈별정전압원의 출력과 연결되어 배터리의 충전 또는 방전이 이루어지는 특징이 있다.
상기 모듈별정전압원(131~136)은 배터리 스트링 전체의 전압을 입력으로 하여 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하는 특징이 있으며, 상기 모듈별정전압원(131~136)은 양방향 DC-DC 컨버터를 포함한다. 상세하게, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(131~136) 변압기의 1차 권선(입력)은 상기 배터리 스트링 전체 전압과 연결되며, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(131~136) 변압기의 2차 권선(출력)은 상기 양방향 스위치부(121~126)를 통해 배터리 모듈의 개별 배터리와 연결된다. 바람직하게, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 부귀환 회로가 구비된 양방향 DC/DC 컨버터이다.
도 3은 M번째 배터리 모듈(116)의 n번째 배터리(BM,n)가 마이크로 프로세서(140)에 의해 제어된 양방향 스위치부(126)를 통해 모듈별정전압원(136)과 연결된 경우를 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이 상기 모듈별정전압원(136)은 양방향 DC-DC 컨버터(136(1))를 포함하며, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(136(1)) 변압기의 1차 권선 및 2차 권선 각 단에는 스위치인 컨버터스위치(Sconv1, Sconv2)가 구비된 것이 바람직하며, 상기 컨버터스위치(Sconv1, Sconv2)는 DC-DC 컨버터(136(1))의 동작(on/off)을 담당한다. 바람직하게, 상기 컨버터스위치(Sconv1, Sconv2)는 MOSFET 소자 및 MOSFET의 소스(source)단과 드레인(drain)단에 연결되어 MOSFET 턴 온 전류와 반대방향의 전류 이동 경로를 제공하는 다이오드를 포함한다.
본 발명에 따른 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 PWM(pulse width modulation)신호를 생성하는 PWM 생성기(pulse width modulation signal generator, 180)를 포함하고, 상기 컨버터스위치(Sconv1, Sconv2)는 상기 PWM 생성기(180)에서 생성된 PWM(pulse width modulation)신호에 의해 제어되며, 상기 PWM 신호의 듀티비(duty ratio)에 의해 상기 양방향 DC-DC 컨버터(136(1))가 상기 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하는 특징이 있다.
상기 PWM 생성기(180)는 상기 양방향 스위치부 및 상기 모듈별 정전압원과 마찬가지로 배터리 모듈별로 구비되는 것이 바람직하다.
보다 상세하게, 상기 PWM 생성기(180)는 듀티비 제어부(duty ratio controller, 미도시)를 더 포함하며, 상기 듀티비 제어부는 상기 모듈별정전압원(136), 상세하게 양방향 DC-DC 컨버터(136(1))의 출력과 배터리스트링의 평균전압을 입력받아 이를 비교하여 상기 PWM 신호의 듀티비를 변화키는 특징이 있다.
상기 PWM 생성기(180)의 듀티비 제어부에 의해 제어된 PWM 신호의 듀티비에 의해 상기 모듈별정전압원(136)은 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하게 되고, 이러한 정전압원(PWM 신호의 듀티비 제어에 의해 배터리 스트링의 평균 전압으로 유지되는 모듈별정전압원의 출력 전압)이 상기 배터리 모듈(116)을 구성하는 개별 배터리(BM,n)와 연결되어 배터리의 충전 또는 방전된다. 따라서, 상기 개별 배터리(BM,n)가 충전되는 경우, 충전 전위는 배터리 스트링의 전체 전위에 기인하며, 상기 개별 배터리(BM,n)가 방전되는 경우, 방전된 전기적 에너지는 배터리 스트링의 전체 전위에 기여하게 된다.
상세하게, 상기 PWM 생성기(180)는 상기 양방향 스위치부(126)와 상기 양방 향 DC-DC 컨버터(136(1)) 사이에 구비된 캐패시터(166) 및 정전압원 출력전압 센싱부(176)를 더 포함하여 구성되어, 상기 캐패시터(166) 및 상기 정전압원 출력전압 센싱부(176)를 통해 상기 모듈별정전압원의 출력을 측정하여 모듈별정전압원의 출력을 상기 듀티비 제어부에 피드백(feedback)하는 특징이 있다.
상기 전압원 출력전압 센싱부(176)는 부하효과 없이 2차측과 전기적으로 분리, 접지 분리를 통해서 모듈별정전압원의 출력전압 값의 크기를 측정하는 회로이다.
상세하게, 상기 듀티비 제어부는 도 4에 도시한 바와 같이 배터리 스트링 전체 전압을 입력받아 배터리 스트링(110)의 평균 전압을 출력하는 평균전압 입력부(181)로부터 배터리 스트링(110)의 평균 전압을 입력받고, 상기 피드백된 모듈별정전압원의 출력을 비교하여 PWM 신호의 듀티비를 미세 조정하여 상기 모듈별정전압원이 출력이 배터리스트링의 평균 전압으로 유지되도록 한다.
마이크로프로세서(140)에 의해 배터리(동일 배터리 모듈에 속하는)와 해당 모듈별 정전압원이 양방향 스위치부를 통해 순차적으로 연결되는데, 이때, 상술한 바와 같이 PWM 생성기(180)에서 배터리 스트링 평균 전압과 모듈별 정전압원의 출력 전압을 비교하여 부귀환회로를 통해 DC-DC 컨버터(136(1))의 입력측에 구비된 컨버터스위치(Sconv1)와 컨버터스위치(Sconv2)의 듀티비를 조절하여 DC-DC 컨버터(136(1))의 출력이 전체 배터리 스트링(110)의 평균전압과 같도록 한다. 이를 통해 선택된 배터리(BM,n)는 전체 배터리 스트링(110)의 평균전압과 같은 정전압원과 연결되어, 선택된 배터리 전압(BM,n)이 배터리 스트링의 평균 전압(정전압원)보다 낮으면 배터리 스트링(110) 전체의 에너지가 선택된 배터리(BM,n)로 이동하게 된다. 반대로, 선택된 배터리 전압(BM,n)이 배터리 스트링의 평균 전압보다 크면 유사한 방식으로 동작하여 과전압인 해당 배터리에서 전체 배터리로 에너지가 이동하게 된다.
상기 모듈별 정전압원(136)에 구비되는 DC-DC 컨버터(136(1))는 도 3과 같이 플라이백 타입(flyback type) DC-DC 컨버터 일 수 있으나 다른 타입의 DC-DC 컨버터가 사용되어도 무방하다.
도 4는 M번째 배터리 모듈의 2번째 배터리의 전하 균일화의 예를 도시한 것으로, 인식의 용이함을 위해 배터리 모듈을 구성하는 배터리의 각 단에 구비되는 양방향 스위치, 바람직하게 양방향 MOSFET 스위치 중 전체가 아닌 M번째 배터리 모듈의 2번째 배터리(BM,2)의 전류 이동 경로를 형성하기 위해 제어되는(스위치가 low impedance 상태로 제어되는) 양방향 MOSFET 스위치만을 도시하였다.
도 4에 도시한 바와 같이 상기 양방향 MOSFET 스위치(S2, S3)는 저전압 양방향 MOSFET 스위치인 것이 바람직하며, 마이크로프로세서(140)의 ON, OFF 신호에 받아 동작을 이루게 되므로, 양방향 MOSFET 스위치(S2, S3)의 입력(MOSFET의 게이트)에 ON, OFF 신호를 만들어 줄 수 있는 릴레이, 바람직하게는 전자식 릴레이가 연결 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전자식 릴레이는 무접점 릴레이(Solid state relay) 또는 옵토커플러(Optocoupler)이며, 바람직하게는 도 4에 도시한 바와 같이 발광다이오드(r2)와 수광소자(r1)를 포함하여 구성된다. 상기 수광소자(r1)는 BJT(Bipolar Junction Transistor)인 것이 바람직하다. 상기 BJT(r1)는 상기 발광다이오드(r2)의 광을 수광하여 낮은 임피던스 상태(턴온 상태)가 되어 상기 배터리 스트링의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위가 상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트(gate)에 인가되게 된다.
상세하게는 도 4의 점선 화살표로 도시한 바와 같이 상기 발광다이오드(r2)는 양방향 스위치부를 제어하기 위한 마이크로프로세서(140)의 제어신호에 의해 발광하게 되고, 상기 발광다이오드(r2)의 발광에 의해 BJT(r1)가 턴온되어 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 턴온 전압이 가해지게 된다. 이때, 도 4에 도시한 바와 같이 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET을 턴온시키는 Vgs(Vgs는 MOSFET의 소스전압을 기준으로 한 게이트 전압이다)는 배터리 스트링의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위로, 도 4의 경우 3개의 배터리가 직렬 연결된 전위가 MOSFET을 턴온시 인가되는 Vgs가 된다.
상술한 바와 같이 양방향 스위치부를 구성하는 각각의 양방향 MOSFET 스위치를 구동시키는 전원으로 배터리 스트링의 일부 전압이 사용되는 것이다. 양방향 스위치부를 구성하는 양방향 MOSFET 스위치는 도 4와 같이 배터리 스트링 전압의 일부를 전원 장치로 사용하고, 게이트에 전자식 릴레이가 구비되어 신뢰도가 높은 ON, OFF 스위치 동작을 하는 특징이 있다.
본 발명에 따른 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 도 5에 도시한 바와 같이 모듈별정전압원(121~123)의 입력 단(상세하게 DC-DC 컨버터 변압기의 1차 권선측)에 구비된 정전압원인 배터리스트링 정전압원(150)을 더 포함한다.
이때, 상기 배터리스트링 정전압원(150)은 배터리스트링(110) 전체 전압을 입력으로 하여, 입력된 전압보다 낮은 전압을 출력하며, 모든 모듈별정전압원(121~123)의 입력은 상기 배터리스트링 정전압원(150)의 출력과 병렬 연결된 특징이 있다.
도 6은 도 5에 도시한 일 예의 연결을 보다 상세하게 도시한 도면으로, 도 5내지 도 6과 같이 전체 배터리 스트링(110)을 입력으로 하여 2단의 정전압원(131~136 및 150) 구성에 의해 배터리 스트링(110) 평균 전압을 출력함으로써 둘째 단의 모듈별 정전압원(131~136)의 전압 스트레스를 감소시킬 수 있으며, 저용량의 DC-DC 컨버터(136(1))로 모듈별 정전압원(131~136)을 구성할 수 있다.
이때, 상기 모듈별 정전압원(131~136)은 상기 배터리스트링 정전압원(150)의 출력을 입력으로 갖는 것을 제외하고 상술한 바와 유사하게 동작하며, 양방향 스위치부(121~126) 또한 상술한 바와 유사하게 동작한다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동전하균일 장치의 구성을 도시한 예이며,
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 자동전하균일 장치의 구성을 보다 상세히 도시한 일 예이며,
도 3은 M번째 배터리 모듈의 n번째 배터리의 전하 균일시 본 발명에 따른 자동전하균일 장치의 구성의 일부분을 도시한 예이며,
도 4는 M번째 배터리 모듈의 2번째 배터리의 전하 균일시 본 발명에 따른 전하균일 장치의 구성의 일부분을 도시한 다른 예이며,
도 5는 본 발명에 따른 자동전하균일 장치의 구성을 도시한 다른 예이며,
도 6은 도 5의 본 발명에 따른 자동전하균일 장치의 구성을 보다 상세히 도시한 일 예이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 배터리 스트링 111~116 : 배터리 모듈
121~126 : 양방향 스위치부 131~136 : 모듈별 정전압원
140 : 마이크로프로세서 136(1) : 양방향 DC/DC 컨버터
166 : 캐패시터
176 : 정전압원 출력전압 센싱부
180 : PWM 생성기
181 : 평균전압 입력부
150 : 배터리스트링 정전압원

Claims (13)

  1. 다수개의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈;
    M(M≥2인 자연수)개의 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링;
    상기 배터리 모듈별로 구비되며 상기 배터리 스트링의 평균전압을 출력 및 유지하는 모듈별정전압원(fine regulated voltage source);
    상기 배터리 모듈과 상기 모듈별정전압원 사이에 상기 배터리 모듈별로 구비되며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 병렬 전류 이동 경로를 형성시켜 상기 모듈별정전압원의 출력과 연결하는 양방향 스위치부; 및
    상기 양방향 스위치부를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하고,
    상기 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리는 상기 양방향 스위치부에 의해 상기 모듈별정전압원을 공유하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 양방향 스위치부를 제어하여 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리와 상기 모듈별정전압원을 순차적으로 연결하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈별정전압원은 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하며, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 배터리 스트링의 전체 전압을 입력으로 가지며, 상기 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 양방향 DC-DC 컨버터의 입력인 1차 권선 및 출력인 2차 권선의 각 단에 DC-DC 컨버터의 동작(on/off)을 제어하는 스위치인 컨버터스위치가 구비된 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 PWM(pulse width modulation)신호를 생성하는 PWM 생성기(pulse width modulation signal generator)를 더 포함하고, 상기 컨버터 스위치는 상기 PWM(pulse width modulation)신호에 의해 제어되며, 상기 PWM 신호의 듀티비(duty ratio)에 의해 상기 양방향 DC-DC 컨버터가 상기 배터리 스트링의 평균 전압을 출력 및 유지하는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 PWM 생성기는 듀티비 제어부를 더 포함하며, 상기 듀티비 제어부는 상기 모듈별정전압원의 출력과 상기 배터리스트링의 평균전압을 비교하여 상기 PWM 신호의 듀티비를 변화시켜 상기 모듈별정전압원의 출력을 배터리 스트링의 평균 전압으로 유지되도록 함으로써 상기 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리를 충전 또는 방전시키는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 PWM 생성기는 상기 양방향 스위치부와 상기 양방향 DC-DC 컨버터 사이에 구비된 캐패시터를 더 포함하며, 상기 캐패시터에 의해 일정한 전압을 유지하며 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리에 직류전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    k(k≥2인 자연수)개의 배터리로 구성된 상기 배터리 모듈의 해당 양방향 스위치부는 2K개의 양방향 스위치를 포함하며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 일 배터리를 기준으로 상기 양방향 스위치가 상기 일 배터리의 양 단에 각각 연결되어 상기 병렬 전류 이동 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 모듈별정전압원은 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하며,
    상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 중 최하단 또는 최상단 배터리를 기준으로 상기 양방향 스위치부를 구성하는 홀수 번째 양방향 스위치의 일측이 병렬 연결되어 상기 양방향 DC-DC 컨버터의 출력인 제2권선의 일 단과 연결되고, 짝수 번째 양방향 스위치의 일측이 병렬 연결되어 상기 양방향 DC-DC 컨버터의 출력인 제2 권선의 타 단과 연결되는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 배터리 모듈별 상기 양방향 스위치부를 독립적으로 제어하며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 중 최하단 또는 최상단 배터리를 시작으로 상기 배터리 모듈을 구성하는 개별 배터리와 상기 모듈별정전압원의 출력간 순차적으로 전류 이동 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 양방향 스위치부는 다수개의 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치를 포함하며, 상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 턴온시 가해지는 Vgs는 상기 배터리 스트링의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위인 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 전자식 릴레이가 구비된 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 전자식 릴레이는 발광다이오드 및 수광소자를 포함하며, 상기 발광다이오드는 양방향 스위치부를 제어하기 위한 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 발광하는 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치는 상기 배터리스트링 전체 전압을 입력으로 하여, 입력된 전압보다 낮은 전압을 출력하는 배터리스트링 정전압원(course regulated voltage source)을 더 포함하며,
    모든 상기 모듈별정전압원의 입력은 상기 배터리스트링 정전압원의 출력과 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치.
KR1020090007567A 2009-01-30 2009-01-30 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치 KR101093597B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090007567A KR101093597B1 (ko) 2009-01-30 2009-01-30 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치
EP09839305.1A EP2384530B1 (en) 2009-01-30 2009-04-17 Charge equalization apparatus for series-connected battery string using regulated voltage source
JP2011547745A JP5426691B2 (ja) 2009-01-30 2009-04-17 定電圧源を利用した自動均等充電装置
CN200980154487.6A CN102273045B (zh) 2009-01-30 2009-04-17 利用稳压电源的用于串联电池组的均衡充电设备
US13/146,867 US8723480B2 (en) 2009-01-30 2009-04-17 Charge equalization apparatus for series-connected battery string using regulated voltage source
PCT/KR2009/001999 WO2010087545A1 (en) 2009-01-30 2009-04-17 Charge equalization apparatus for series-connected battery string using regulated voltage source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090007567A KR101093597B1 (ko) 2009-01-30 2009-01-30 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100088382A true KR20100088382A (ko) 2010-08-09
KR101093597B1 KR101093597B1 (ko) 2011-12-15

Family

ID=42395781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090007567A KR101093597B1 (ko) 2009-01-30 2009-01-30 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8723480B2 (ko)
EP (1) EP2384530B1 (ko)
JP (1) JP5426691B2 (ko)
KR (1) KR101093597B1 (ko)
CN (1) CN102273045B (ko)
WO (1) WO2010087545A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101476027B1 (ko) * 2012-02-08 2014-12-23 주식회사 엘지화학 배터리 팩 내의 셀 전압 밸런싱 장치 및 방법
KR20160047933A (ko) * 2014-10-23 2016-05-03 삼성전자주식회사 배터리 충방전 장치

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2110921B1 (en) 2008-04-14 2013-06-19 Stanley Black & Decker, Inc. Battery management system for a cordless tool
DE102009037725A1 (de) * 2009-08-17 2011-02-24 Li-Tec Battery Gmbh Energiespeichervorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung
DE102009054820A1 (de) * 2009-12-17 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Energiespeichersystem und Verfahren zu dessen Betreiben
DE102010027857A1 (de) * 2010-04-16 2011-10-20 Sb Limotive Company Ltd. Koppeleinheit und Batteriemodul mit integriertem Pulswechselrichter und erhöhter Zuverlässigkeit
JP5562894B2 (ja) * 2011-04-19 2014-07-30 株式会社日本自動車部品総合研究所 組電池の容量調節回路
US20130187468A1 (en) * 2012-01-24 2013-07-25 Google Inc. Uninterruptible power supply control in distributed power architecture
US9543767B2 (en) * 2012-02-09 2017-01-10 Mitsubishi Electric Corporation Parallel electricity-storage system and control method thereof
CN102751757A (zh) * 2012-06-29 2012-10-24 国家电网公司 一种锂离子电池组电量均衡方法及系统
DE102012213926A1 (de) * 2012-08-07 2014-02-13 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul, Batteriemanagementsystem, System zur Versorgung eines Antriebs einer zur Drehmomenterzeugung geeigneten Maschine mit elektrischer Energie und Kraftfahrzeug
DE102012214808A1 (de) 2012-08-21 2014-02-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden zwischen Batteriezellen
EP2747237A3 (en) * 2012-11-28 2014-12-24 Actuant Corporation Apparatus and method for balancing cells in a plurality of batteries
JP6223171B2 (ja) * 2012-12-28 2017-11-01 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置の制御システム、蓄電システム、及び電気機器
EP2757653B1 (en) * 2013-01-17 2017-06-28 Fico Triad S.A. Electronic device suitable for managing the direction of current and battery made up of modules which incorporate said device
US8901888B1 (en) 2013-07-16 2014-12-02 Christopher V. Beckman Batteries for optimizing output and charge balance with adjustable, exportable and addressable characteristics
KR101451009B1 (ko) 2013-03-27 2014-10-15 주식회사 엘지씨엔에스 직렬 연결된 다수 개의 전지 직류 마이크로그리드 충방전 시스템
CN104124726B (zh) * 2013-04-25 2016-08-31 财团法人工业技术研究院 充电装置与充电方法
KR101470735B1 (ko) 2013-05-15 2014-12-08 주식회사 엘지씨엔에스 직렬 연결된 다수의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로와 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치 및 방법
CN103354375A (zh) * 2013-06-21 2013-10-16 徐行广 电源管理系统及其方法
CN104348199B (zh) 2013-08-01 2017-03-01 通用电气公司 电池管理系统和方法
CN103618352B (zh) * 2013-11-26 2017-01-11 山东圣阳电源股份有限公司 一种电池组功率均衡电路
US20170310126A1 (en) * 2014-01-27 2017-10-26 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Voltage regulation for battery strings
KR102237034B1 (ko) * 2014-02-18 2021-04-06 주식회사 실리콘웍스 다양한 밸런싱 동작 모드가 가능한 밸런싱 장치 및 그 방법
JP6479320B2 (ja) * 2014-02-25 2019-03-06 ラピスセミコンダクタ株式会社 電池監視システムおよび電池監視チップ
DE102014105985A1 (de) * 2014-04-29 2015-10-29 Sma Solar Technology Ag Wandlermodul zur Umwandlung elektrischer Leistung und Wechselrichter für eine Photovoltaikanlage mit mindestens zwei Wandlermodulen
US9893384B2 (en) 2014-05-18 2018-02-13 Black & Decker Inc. Transport system for convertible battery pack
CN113472027A (zh) 2014-05-18 2021-10-01 百得有限公司 电动工具系统
CN104269898B (zh) * 2014-09-24 2017-05-10 深圳市万拓存储技术有限公司 一种超级电容的充电装置
KR101925113B1 (ko) 2014-11-21 2018-12-04 주식회사 엘지화학 복수의 배터리 유닛들을 포함하는 전지팩의 충전량을 향상시키기 위한 전지팩 충전기
US9827865B2 (en) 2014-12-30 2017-11-28 General Electric Company Systems and methods for recharging vehicle-mounted energy storage devices
US10300804B2 (en) 2015-04-29 2019-05-28 General Electric Company Apparatus and method for automated positioning of a vehicle
CN105140989A (zh) * 2015-08-26 2015-12-09 苏州市博得立电源科技有限公司 一种用于充电器的充电控制装置
CN105071497B (zh) * 2015-08-28 2018-01-05 中国电子科技集团公司第十八研究所 锂离子蓄电池组智能均衡模块
US9987938B2 (en) 2015-12-04 2018-06-05 General Electric Company Energy storage device, exchange apparatus, and method for exchanging an energy storage device
CN106451752B (zh) * 2016-12-01 2023-10-03 佛山科学技术学院 一种适用于ups的电池均压电路
WO2018119256A1 (en) 2016-12-23 2018-06-28 Black & Decker Inc. Cordless power tool system
CN106786944B (zh) * 2016-12-31 2020-12-18 华为技术有限公司 一种串联电池组单体电池的采样电路、均衡电路及系统
US10992144B2 (en) * 2017-05-17 2021-04-27 Galley Power LLC Battery balancing and current control with bypass circuit for load switch
KR102150147B1 (ko) * 2017-05-24 2020-09-01 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치 및 방법
KR102202613B1 (ko) * 2017-09-27 2021-01-12 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 균등화 장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
CN107863469A (zh) * 2017-10-17 2018-03-30 北京普莱德新能源电池科技有限公司 一种动力电池均衡转换系统及电池包
CN108847696B (zh) * 2018-06-19 2021-09-28 安徽师范大学 一种电池充电均衡装置及均衡方法
DE102018116480A1 (de) * 2018-07-06 2020-01-09 Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg Batterieschaltung mit Multiplexer-Batteriemodulen
US11424492B2 (en) 2019-10-31 2022-08-23 Sion Power Corporation System and method for operating a rechargeable electrochemical cell or battery
CN116114135A (zh) * 2020-09-01 2023-05-12 赛昂能源有限公司 多路复用的电池管理系统
CN112271767A (zh) * 2020-10-12 2021-01-26 珠海格力电器股份有限公司 一种电池管理系统主动均衡拓扑电路、设备及系统
CN114156553B (zh) * 2021-12-13 2024-04-26 王贤江 一种新能源锂离子电池组管理系统及其实现方法
CN116799914B (zh) * 2023-06-29 2023-12-01 航天锂电科技(江苏)有限公司 一种基于主动均衡的锂电池组管理系统

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09298843A (ja) 1996-05-01 1997-11-18 Takashi Moriyama 電源装置
JP3922655B2 (ja) 1996-07-12 2007-05-30 株式会社東京アールアンドデー 電源装置の制御システムおよび電源装置の制御方法
JP3869585B2 (ja) * 1999-07-30 2007-01-17 三洋電機株式会社 複数の二次電池の放電方法と組電池
DE10101542A1 (de) 2000-09-25 2002-04-11 Amita Technologies Inc Ltd Vorrichtung zum Spannungsabgleich an einer in Reihe geschalteten Akkumulatoranordnung und Verfahren dafür
KR100451637B1 (ko) 2002-06-18 2004-10-08 오세광 충전용 배터리 관리기
US7378818B2 (en) * 2002-11-25 2008-05-27 Tiax Llc Bidirectional power converter for balancing state of charge among series connected electrical energy storage units
JP3979283B2 (ja) 2002-12-10 2007-09-19 株式会社デンソー 電源装置及びその制御方法
JP2005086867A (ja) 2003-09-05 2005-03-31 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 充電制御システム
DE102004062186A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-13 Temic Automotive Electric Motors Gmbh Ladungsumverteilungsschaltung
KR20060078967A (ko) 2004-12-31 2006-07-05 주식회사 엠피에스 직렬 연결된 2차 조합전지의 밸런스 충전 제어 방법
DE102005014285A1 (de) * 2005-03-24 2006-10-05 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen eines Energiespeichers
KR100831160B1 (ko) * 2005-04-15 2008-05-20 주식회사 엘지화학 배터리 셀의 밸런싱을 위한 스위칭 회로
CN1893216B (zh) * 2005-06-30 2010-10-27 松下电器产业株式会社 电子设备和该电子设备所用的电池组件及负载装置
KR100991084B1 (ko) 2005-12-15 2010-10-29 주식회사 엘지화학 멀티 전지 팩 시스템 및 그 제어방법, 및 이를 이용한 전지팩
US7765026B2 (en) * 2006-03-21 2010-07-27 Fragramatics Manufacturing Company, Inc. Multiple service vending machine with unitized pricing and proportionalized analog display
JP4193857B2 (ja) 2006-03-23 2008-12-10 ソニー株式会社 リチウムイオン２次電池の充電装置及び充電方法
KR101188944B1 (ko) 2006-06-15 2012-10-08 한국과학기술원 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치
KR100778414B1 (ko) 2006-10-12 2007-11-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법
KR101124800B1 (ko) * 2007-02-09 2012-03-23 한국과학기술원 전하 균일 장치
KR101081255B1 (ko) * 2007-02-09 2011-11-08 한국과학기술원 전하 균일 장치
JP4713513B2 (ja) 2007-02-13 2011-06-29 プライムアースＥｖエナジー株式会社 充放電装置
JP2008220110A (ja) 2007-03-07 2008-09-18 Sony Corp 電池パック、充電方法および充電システム
JP5121345B2 (ja) * 2007-08-06 2013-01-16 株式会社ピューズ 電圧均等化制御装置
KR101164629B1 (ko) * 2007-10-16 2012-07-11 한국과학기술원 직렬 연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치
CN201307771Y (zh) * 2007-11-22 2009-09-09 威海科益达电子有限公司 大容量锂离子电池串联组合保护均衡模块
KR101077154B1 (ko) * 2008-04-22 2011-10-27 한국과학기술원 직렬연결 배터리 스트링을 위한 2단 전하 균일 방법 및장치
JP5366194B2 (ja) 2009-01-16 2013-12-11 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 二次電池パック

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101476027B1 (ko) * 2012-02-08 2014-12-23 주식회사 엘지화학 배터리 팩 내의 셀 전압 밸런싱 장치 및 방법
KR20160047933A (ko) * 2014-10-23 2016-05-03 삼성전자주식회사 배터리 충방전 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101093597B1 (ko) 2011-12-15
US8723480B2 (en) 2014-05-13
WO2010087545A1 (en) 2010-08-05
EP2384530A1 (en) 2011-11-09
EP2384530B1 (en) 2018-07-04
EP2384530A4 (en) 2016-01-06
US20110285352A1 (en) 2011-11-24
JP5426691B2 (ja) 2014-02-26
CN102273045B (zh) 2014-04-16
JP2012516672A (ja) 2012-07-19
CN102273045A (zh) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101093597B1 (ko) 정전압원을 이용한 자동전하균일 장치
KR101076786B1 (ko) 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치 및방법
US8354825B2 (en) Two-stage charge equalization method and apparatus for series-connected battery string
US8716894B2 (en) Series-parallel reconfigurable cell voltage equalization circuit designed using MOSFET as switches thereof, and driver circuit thereof
US9263887B2 (en) Battery system and method for providing an intermediate voltage
US8779722B2 (en) Two-stage charge equalization method and apparatus for series-connected battery string
KR101220339B1 (ko) 직렬연결 배터리 스트링을 위한 자동 전하 균일 방법 및장치
US20130038289A1 (en) Battery-cell converter systems
JP2015154606A (ja) 蓄電状態調整回路、蓄電状態調整システム、及び電池パック
EP4135153B1 (en) Battery cell balance circuit and method of operating the same
KR101975139B1 (ko) 전압 밸런스 보정 회로
JP2015104251A (ja) 電力授受装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140916

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151002

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160926

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180927

Year of fee payment: 8