KR20140028350A - Battery apparatus using auxiliary cell for cell balancing - Google Patents

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KR20140028350A
KR20140028350A KR1020120094409A KR20120094409A KR20140028350A KR 20140028350 A KR20140028350 A KR 20140028350A KR 1020120094409 A KR1020120094409 A KR 1020120094409A KR 20120094409 A KR20120094409 A KR 20120094409A KR 20140028350 A KR20140028350 A KR 20140028350A
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박세호
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a battery device and, more specifically, to a battery device using a cell balancing auxiliary cell which obtains an energy reduction effect by collecting and using a current which is discharged in cell balancing. Provided is the battery device using the cell balancing auxiliary cell comprising; a first battery pack to an N battery pack including corresponding multiple battery cells and an auxiliary cell; first to N slave battery management modules which are installed on from the first battery pack to the N battery pack and perform the sensing and control of the voltage and temperature of the multiple battery cells included in each battery pack and charge the current which is discharged during a cell balancing process of the multiple battery cells to the corresponding auxiliary cell; and a master management module which is connected to the first to the N slave battery management modules and receives first to N battery pack information from the first to N slave battery management modules. The master management module transmits first to N cell balancing information to the first to N slave battery management modules. [Reference numerals] (100) Master battery management module; (101) First slave battery management module; (102) Second slave battery management module; (103) N-th slave battery management module; (110-1,120-1,130-1) Auxiliary cell; (111) Battery cell(1-1); (112) Battery cell(1-2); (113) Battery cell(1-3); (114) Battery cell(1-a); (121) Battery cell(2-1); (122) Battery cell(2-2); (123) Battery cell(2-3); (124) Battery cell(2-b); (131) Battery cell(N-1); (132) Battery cell(N-2); (133) Battery cell(N-3); (134) Battery cell(N-n)

Description

셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치{Battery apparatus using auxiliary cell for cell balancing}Battery apparatus using cell balancing auxiliary cell {Battery apparatus using auxiliary cell for cell balancing}

본 발명은 배터리 장치에 관한 것으로, 특히 셀 밸런싱시에 방전되는 전류를 회수하여 사용함으로 에너지 절감 효과를 얻을 수 있도록 한 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a battery device, and more particularly, to a battery device using a cell balancing auxiliary cell to obtain an energy saving effect by recovering and using the current discharged during cell balancing.

최근 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, due to the depletion of fossil energy and environmental pollution, there is an increasing interest in electric vehicles and hybrid vehicles that use electric energy without using fossil energy.

이러한 전기 자동차나 하이브리드 자동차가 주행하기 위해서는 고출력을 요구하는 구동 모터를 구동시켜야 한다. 이를 위해 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리는 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 팩으로부터 출력되는 전기를 전원으로 이용하고 있다.In order to drive such an electric vehicle or a hybrid vehicle, a driving motor that requires a high output power must be driven. To this end, a battery used in an electric car or a hybrid vehicle uses electricity output from a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series as a power source.

이러한 배터리 팩에 포함되어 있는 다수의 배터리 셀은 안정성과 수명향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 유지할 필요가 있다.A plurality of battery cells included in such a battery pack needs to maintain the voltage of each battery cell uniformly in order to obtain stability, life span, and high output.

배터리 팩에 포함된 각 배터리 셀의 충전 전압을 균일하게 밸런싱하는 방법에는, 전압이 상대적으로 낮은 배터리 셀에 충전 전류를 공급하여 전압을 상승시키는 방법, 전압이 상대적으로 높은 배터리 셀을 방전시켜 전압을 하강시키는 방법, 각 배터리 셀의 전압으로부터 밸런싱 목표 전압을 정하고 목표 전압보다 전압이 높은 배터리 셀은 방전시키고 목표 전압보다 낮은 배터리 셀은 충전시키는 방법 등이 사용된다.Methods for uniformly balancing the charging voltage of each battery cell included in the battery pack include a method of increasing the voltage by supplying a charging current to a battery cell having a relatively low voltage, a method of discharging a battery cell having a relatively high voltage, A method of determining the balancing target voltage from the voltage of each battery cell, discharging the battery cell having a higher voltage than the target voltage, and charging the battery cell having the target voltage lower than the target voltage.

위와 같은 셀 밸런싱 방법은 각 배터리 셀과 연결된 셀 밸런싱부에 의해 구현된다. 셀 밸런싱부는 셀 밸런싱 동작의 시작과 종료를 제어하는 스위칭 소자와 배터리 셀 전압을 방전시키는 방전 저항을 포함한다.The cell balancing method as described above is implemented by a cell balancing unit connected to each battery cell. The cell balancing section includes a switching element for controlling the start and end of the cell balancing operation and a discharging resistor for discharging the battery cell voltage.

그런데, 셀 밸런싱부를 이용하여 배터리 셀의 밸런싱을 이루는 과정에서 가장 전압이 낮은 셀을 기준으로 셀 밸런싱을 수행함으로 배터리 팩의 전체의 충전량이 바이패스하는 에너지 만큼 줄어들게 되어 에너지 손실이 발생한다.
However, in the process of balancing the battery cells using the cell balancing unit, cell balancing is performed based on the cell having the lowest voltage, thereby reducing the energy of the entire battery pack by the amount of energy bypassed.

국내특허공개공보 2008-0080864호Domestic Patent Publication No. 2008-0080864

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 셀에 병렬로 보조 셀을 연결하여 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 전류를 충전하여 재사용하도록 하여 에너지 손실을 방지할 수 있도록 한 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치 를 제공하는데 있다.
The present invention is to solve the above problems, by using a cell balancing auxiliary cell connected to the secondary cell in parallel to the battery cell to charge and reuse the current discharged during the cell balancing process to prevent energy loss To provide a battery device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각각 해당하는 복수의 배터리 셀과 보조셀을 포함하고 있는 제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩; 상기 제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩 각각에 설치되어 상기 각 배터리 팩에 구비된 복수의 배터리 셀의 전압 및 온도의 센싱 및 제어를 수행하고, 상기 복수의 배터리 셀의 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 전류가 해당 보조셀에 충전되도록 하는 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈; 및 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈과 연결되고, 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 각각에 대응하는 제1 배터리 팩 정보 내지 제N 배터리 팩 정보를 수신하고, 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로 각각에 대응하는 제1 셀 밸런싱 정보 내지 제N 셀 밸런싱 정보를 전송하는 마스터 배터리 관리 모듈을 포함한다.The present invention for achieving the above object, the first to N-th battery pack including a plurality of battery cells and auxiliary cells, respectively; Currents installed in each of the first to Nth battery packs to sense and control voltages and temperatures of a plurality of battery cells included in each of the battery packs, and are discharged during a cell balancing process of the plurality of battery cells. A first slave battery management module to an Nth slave battery management module configured to charge the corresponding auxiliary cell; And first battery pack information to N-th battery pack information connected to the first slave battery management module to the N-th slave battery management module, respectively corresponding to the first slave battery management module to the N-th slave battery management module. And a master battery management module for transmitting the first cell balancing information to the Nth cell balancing information corresponding to each of the first slave battery management module to the Nth slave battery management module.

또한, 본 발명의 상기 보조셀은 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈에 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the auxiliary cell of the present invention is characterized in that to supply power to the slave battery management module.

또한, 본 발명의 상기 보조셀은 모터 제어 유닛 또는 마스터 배터리 관리 모듈에 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the auxiliary cell of the present invention is characterized in that to supply power to the motor control unit or the master battery management module.

또한, 본 발명의 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈의 각각은, 해당 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 센싱(sensing)하는 센싱 서킷(Sensing circuit); 상기 센싱된 상기 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 디지털 값으로 변환하여 해당 배터리 팩 정보를 생성하는 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog Digital Converter); 상기 생성된 상기 배터리 팩 정보를 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하고, 마스터 배터리 관리 모듈로부터 셀 밸런싱 정보를 수신하는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit); 및 상기 수신된 셀 밸런싱 정보에 따라 상기 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 전압 및 온도를 제어하여 셀밸런싱을 수행하고, 셀밸런싱 과정중에 방전전류를 보조셀에 충전되도록 하는 셀 밸런싱 서킷(Cell Balamcing Circuit)을 포함한다.In addition, each of the first slave battery management module to the Nth slave battery management module of the present invention senses a voltage and a temperature of one or more battery cells and auxiliary cells included in a corresponding battery pack. Sensing circuit (Sensing circuit); An analog to digital converter (ADC) for converting voltages and temperatures of the sensed one or more battery cells and auxiliary cells into digital values to generate corresponding battery pack information; A micro controller unit (MCU) for transmitting the generated battery pack information to a master battery management module and receiving cell balancing information from a master battery management module; And performing cell balancing by controlling voltages and temperatures of one or more battery cells included in the battery pack according to the received cell balancing information, and charging the discharge current to the auxiliary cell during the cell balancing process. It includes a cell balancing circuit.

또한, 본 발명의 상기 셀 밸런싱 서킷은, 각각의 배터리 셀의 셀 전압을 방전시키는 복수의 인덕터; 상기 복수의 인덕터에 각각 병렬 연결된 복수의 커패시터; 및 상기 각각의 배터리 셀과 상기 각각의 인덕터를 연결하는 복수의 셀 밸런싱 스위치를 포함한다.In addition, the cell balancing circuit of the present invention, a plurality of inductors for discharging the cell voltage of each battery cell; A plurality of capacitors connected in parallel to the plurality of inductors, respectively; And a plurality of cell balancing switches connecting the respective battery cells and the respective inductors.

또한, 본 발명의 상기 셀 밸런싱 서킷은, 저전위 노드측에는 방전전류와 역방향의 전류가 인덕터를 통해 흐르는 것을 제한하는 복수의 다이오드를 더 포함한다.In addition, the cell balancing circuit of the present invention further includes a plurality of diodes on the low potential node side to restrict the discharge current and the reverse current flowing through the inductor.

또한, 본 발명의 상기 보조셀은 상기 인덕터에 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the auxiliary cell of the present invention is characterized in that it is connected in series with the inductor.

또한, 본 발명의 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈은 서로 직렬 연결되어 있으며, 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 각각에 대응하는 제1 배터리 팩 정보 내지 제N 배터리 팩 정보를 수신하고, 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 각각에 대응하는 제1 셀 밸런싱 정보 내지 제N 셀 밸런싱 정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first slave battery management module to the N-th slave battery management module of the present invention is connected in series with each other, the master battery management module is the first slave battery management module to the N-th from the N-th slave battery management module Receives first battery pack information to N-th battery pack information corresponding to each of the slave battery management modules, and corresponds to each of the first slave battery management module to the Nth slave battery management module to the Nth slave battery management module. The first cell balancing information to the N th cell balancing information may be transmitted.

또한, 본 발명의 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 중 제K 슬레이브 배터리 관리모듈은 제K 배터리 팩이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀의 전압 및 온도에 대한 제K 배터리 팩 정보를 생성하고, 제K-1 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신하는 제K-1 배터리 팩 정보와 상기 생성된 상기 제K 배터리 팩 정보를 제K+1 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송하는 것을 특징으로 한다.In addition, the Kth slave battery management module of the first slave battery management module to the Nth slave battery management module of the present invention includes Kth battery pack information on voltage and temperature of one or more battery cells included in the Kth battery pack. And generate K-th battery pack information received from the K-th slave battery management module and the generated K-th battery pack information to the K-th slave battery management module.

또한, 본 발명의 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 중 제K 슬레이브 배터리 관리모듈은, 제K+1 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신하는 셀 밸런싱 정보 중 제K 셀 밸런싱 정보를 취하고, 상기 셀 밸런싱 정보를 제K-1 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송하는 것을 특징으로 한다.Also, the K-th slave battery management module of the first slave battery management module to the N-th slave battery management module of the present invention may perform K-th cell balancing information among the cell balancing information received from the K + 1 slave battery management module. The cell balancing information is transmitted to the K-1th slave battery management module.

또한, 본 발명의 상기 제K 슬레이브 배터리 관리 모듈은 상기 제K 배터리 팩 밸런싱 정보에 따라 제K 배터리 팩이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 전압 및 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
The K-th slave battery management module of the present invention may control voltages and temperatures of one or more battery cells included in the K-th battery pack according to the K-th battery pack balancing information.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 전류를 보조셀을 이용하여 재사용하도록 하여 에너지 손실을 방지할 수 있다.
According to the present invention as described above, it is possible to reuse the current discharged in the cell balancing process by using the auxiliary cell to prevent energy loss.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 슬레이브 배터리 관리 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 셀 밸런싱 서킷의 구성도이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a battery device using a cell balancing auxiliary cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a slave battery management module of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram illustrating the cell balancing circuit of FIG. 2.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. It will be further understood that terms such as " first, "" second," " one side, "" other," and the like are used to distinguish one element from another, no. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a battery device using a cell balancing auxiliary cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치는 하나 이상의 슬레이브 배터리 관리 모듈(101, 102, 103) 및 마스터 배터리 관리 모듈(100)을 포함한다.A battery device using a cell balancing auxiliary cell according to an embodiment of the present invention includes one or more slave battery management modules 101, 102, and 103 and a master battery management module 100.

여기에서, 하나 이상의 슬레이브 배터리 관리 모듈(101, 102, 103)은 하나 이상의 배터리 팩에 각각 일체형으로 설치될 수 있다. Here, one or more slave battery management modules 101, 102, and 103 may be integrally installed in one or more battery packs, respectively.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101)은 제1 배터리 팩(110)에 일체형으로 설치될 수 있고, 제2 슬레이브 배터리 관리 모듈(102)은 제2 배터리 팩(120)에 일체형으로 설치될 수 있으며, 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 제N 배터리 팩(130)에 일체형으로 설치될 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, the first slave battery management module 101 may be integrally installed in the first battery pack 110, and the second slave battery management module 102 may include a second battery. The pack 120 may be integrally installed and the Nth slave battery management module 103 may be integrally installed in the Nth battery pack 130.

각 배터리 팩은 각각 하나 이상의 배터리 셀과 셀 밸런싱 보조셀을 포함한다. 예를 들어, 제1 배터리 팩(110)은 제1-1 배터리 셀(111) 내지 제1-a 배터리 셀(114)과 제1 셀 밸런싱 보조셀(110-1)을 포함할 수 있고, 제2 배터리 팩(120)은 제2-1 배터리 셀(121) 내지 제2-b 배터리 셀(124)과 제2 셀 밸런싱 보조셀(120-1)을 포함할 수 있으며, 제N 배터리 팩(130)은 제N-1 배터리 셀(131) 내지 제N-n 배터리 셀(134)과 제N 셀 밸런싱 보조셀(130-1)을 포함할 수 있다.Each battery pack includes at least one battery cell and a cell balancing auxiliary cell. For example, the first battery pack 110 may include first-first battery cells 111 to first-a battery cells 114 and first cell balancing auxiliary cells 110-1. The second battery pack 120 may include 2-1 th battery cells 121 to 2-b battery cells 124 and a second cell balancing auxiliary cell 120-1, and the N th battery pack 130 ) May include the N-th battery cell 131 to the N-th battery cell 134 and the N-th cell balancing auxiliary cell 130-1.

즉, 제1 배터리 팩(110)은 a개의 배터리 셀과 하나의 셀 밸런싱 보조셀을 포함하도록 구성될 수 있고, 제2 배터리 팩(120)은 b개의 배터리 셀과 하나의 셀 밸런싱 보조셀을 포함하도록 구성될 수 있으며, 제N 배터리 팩(130)은 n개의 배터리 셀과 하나의 셀 밸런싱 보조셀을 포함하도록 구성될 수 있다. That is, the first battery pack 110 may be configured to include a battery cell and one cell balancing auxiliary cell, and the second battery pack 120 may include b battery cells and one cell balancing auxiliary cell. The N th battery pack 130 may be configured to include n battery cells and one cell balancing auxiliary cell.

상기 a개, 상기 b개, 및 상기 n개는 동일한 개수로 구현될 수도 있고, 각각 다른 개수로 구현될 수도 있다. 즉, 각각의 배터리 팩은 동일한 개수의 배터리 셀을 포함하도록 구성될 수도 있고, 서로 다른 개수의 배터리 셀을 포함하도록 구성될 수도 있다.The a, b, and n may be implemented in the same number, or may be implemented in different numbers, respectively. That is, each battery pack may be configured to include the same number of battery cells, or may be configured to include different numbers of battery cells.

또한, 상기 각 배터리 팩(110~130)은 하나의 셀 벨런싱 보조셀을 포함하도록 구현하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 셀 밸런싱 보조셀을 포함하도록 구현할 수 있다.In addition, the battery packs 110 to 130 are implemented to include one cell balancing auxiliary cell, but are not limited thereto. The battery packs 110 to 130 may be implemented to include a plurality of cell balancing auxiliary cells.

이와 같이 구성되는 각 배터리 팩(110~130)은 서로 직렬 연결되거나 병렬로 연결되어 플러스 단자와 마이너스 단자를 통하여 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 인버터(미도시)와 전기적으로 접속될 수 있으며, 인버터는 모터(미도시)와 전기적으로 접속될 수 있다.Each of the battery packs 110 to 130 configured as described above may be electrically connected to an inverter (not shown) that is connected in series or in parallel to each other to convert DC power into three-phase AC power through a plus terminal and a minus terminal. The inverter may be electrically connected to a motor (not shown).

그리고, 상기 각 배터리 팩(110~130)에 포함된 보조셀(110-1~130-1)은 각 배터리 팩(110~130)에 포함된 배터리 셀의 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 방전 전류에 의해 충전된다.The auxiliary cells 110-1 to 130-1 included in the battery packs 110 to 130 are discharged by the discharge current discharged during the cell balancing process of the battery cells included in the battery packs 110 to 130. Is charged.

한편, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 통신선을 통해 직접 마스터 배터리 관리 모듈(100)과 연결된다.Meanwhile, the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103 are directly connected to the master battery management module 100 through a communication line.

그리고, 각 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)은 각각의 배터리 셀과 보조셀의 전압 및 온도에 대한 배터리 팩 정보를 생성하여 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 전송한다.Each of the slave battery management modules 101 to 103 generates battery pack information on voltage and temperature of each battery cell and auxiliary cell and transmits the generated battery pack information to the master battery management module 100.

또한, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 마스터 배터리 관리 모듈(100)로부터 각각에 해당하는 셀 밸런싱 정보를 수신하며, 수신된 셀 밸런싱 정보에 따라 배터리 셀들의 전압 및 온도를 제어하여 셀 밸런싱을 수행한다.In addition, the first slave battery management module 101 to the N-th slave battery management module 103 receive cell balancing information corresponding to each from the master battery management module 100, and according to the received cell balancing information, the battery cell. Cell balancing is performed by controlling their voltage and temperature.

이때, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 배터리 셀들의 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 방전 전류를 해당하는 보조셀에 저장하도록 하여 방전 전류를 회수하여 이용할 수 있도록 한다.In this case, the first slave battery management module 101 to the N-th slave battery management module 103 may store the discharge current discharged during the cell balancing process of the battery cells in a corresponding auxiliary cell so that the discharge current may be recovered and used. do.

물론, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 통신선을 통해 서로 직렬 연결될 수 있다(도 1의 점선 참조). Of course, the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103 may be serially connected to each other through a communication line (see dotted line in FIG. 1).

한편, 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)로부터 각각의 배터리 셀과 보조셀의 전압 및 온도에 대한 배터리 팩 정보를 수신한다.Meanwhile, the master battery management module 100 receives battery pack information on voltages and temperatures of respective battery cells and auxiliary cells from the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103.

또한, 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103) 각각에 대응하는 제1 셀 밸런싱 정보 내지 제N 셀 밸런싱 정보를 포함하는 밸런싱 정보를 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)로 전송한다.In addition, the master battery management module 100 may provide balancing information including first cell balancing information to Nth cell balancing information corresponding to each of the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103. The first slave battery management module 101 to the N th slave battery management module 103 are transmitted.

상기 셀 밸런싱 정보는 각각의 배터리 셀에 대한 전압제어정보 및 온도제어정보를 포함할 수 있다.The cell balancing information may include voltage control information and temperature control information for each battery cell.

이때, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 통신선을 통해 서로 직렬 연결되어 있는 경우에(도 1의 점선 참조), 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)의 직렬 연결을 통하여 배터리 팩 정보를 전달할 수 있다.In this case, when the first slave battery management module 101 to the N-th slave battery management module 103 are connected to each other in series through a communication line (see the dotted line in FIG. 1), the master battery management module 100 may include the first slave battery management module 100. The battery pack information may be transferred through the serial connection of the slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103.

이제, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 밸런싱 보조셀을 이용한 배터리 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Now, look at the operation of the battery device using the cell balancing auxiliary cell according to an embodiment of the present invention as follows.

먼저, 각 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)은 각각의 배터리 셀과 보조셀의 전압 및 온도에 대한 배터리 팩 정보를 생성하여 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 전송한다.First, each slave battery management module 101 to 103 generates battery pack information on voltage and temperature of each battery cell and auxiliary cell and transmits the generated battery pack information to the master battery management module 100.

이때, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)이 통신선을 통해 직접 마스터 배터리 관리 모듈(100)과 연결되어 있는 경우에는 직접 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 배터리 팩 정보를 전달한다.In this case, when the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103 are directly connected to the master battery management module 100 through a communication line, the battery pack is directly connected to the master battery management module 100. Communicate information

이와 달리, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)의 통신선을 통한 직렬 연결을 이용하여 배터리 팩 정보를 전달하는 경우에는, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N-1 슬레이브 배터리 관리 모듈은 각각의 배터리 팩이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀(보조셀도 포함)의 전압 및 온도에 대한 배터리 팩 정보를 생성하여 이웃하는 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송한다.On the contrary, when the battery pack information is transmitted using a serial connection through the communication line of the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103, the first slave battery management module 101 to the first slave battery management module 101 to the N th slave battery management module 101 to the N th slave battery management module 101 to the N th slave battery management module 101. The N-1th slave battery management module generates battery pack information on voltages and temperatures of one or more battery cells (including auxiliary cells) included in each battery pack and transmits the generated battery pack information to neighboring slave battery management modules.

그리고, 최종적으로 제N-1 슬레이브 배터리 관리 모듈이 제N-1 배터리 팩 정보를 생성한 후, 상기 제1 배터리 팩 정보 내지 상기 제N-1 배터리 팩 정보를 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)로 전송하면, 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 제N 배터리 팩 정보를 생성한 후, 상기 제N-1 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신한 상기 상기 제1 배터리 팩 정보 내지 상기 제N-1 배터리 팩 정보 및 상기 제N 배터리 팩 정보를 마스터 관리 모듈(100)로 전송한다.After the N-1th slave battery management module finally generates the N-1 battery pack information, the Nth slave battery management module 103 converts the first battery pack information to the N-1th battery pack information. The Nth slave battery management module 103 generates Nth battery pack information, and then, the Nth slave battery management module 103 generates the Nth battery pack information. The pack information and the N th battery pack information are transmitted to the master management module 100.

이처럼, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)이 해당하는 각각의 배터리 팩 정보를 전송하면, 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 전송된 배터리 팩 정보를 수신한다.As such, when the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103 transmit respective battery pack information, the master battery management module 100 receives the transmitted battery pack information.

그리고, 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 수신한 배터리 팩 정보를 근거로 하여 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103) 각각에 대응하는 제1 셀 밸런싱 정보 내지 제N 셀 밸런싱 정보를 생성하여 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)로 해당하는 정보를 전송한다.And, the master battery management module 100 based on the received battery pack information, the first cell balancing information corresponding to each of the first slave battery management module 101 to the N-th slave battery management module 103 to the N-th. The cell balancing information is generated to transmit corresponding information to the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103.

이때, 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)의 직렬 연결을 통해 밸런싱 정보를 전달할 수 있는데 이 경우에는 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103) 각각에 대응하는 제1 셀 밸런싱 정보 내지 제N 셀 밸런싱 정보를 포함하는 밸런싱 정보를 생성하여 이웃하는 슬레이브 배터리 관리 모듈을 경유하여 전달하도록 할 수 있다.At this time, the master battery management module 100 may transmit balancing information through a serial connection of the first slave battery management module 101 to the Nth slave battery management module 103. In this case, the first slave battery management module ( 101) to generate balancing information including the first cell balancing information to the Nth cell balancing information corresponding to each of the N th slave battery management module 103 and transmit the same through the neighboring slave battery management module.

그러면, 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 마스터 배터리 관리 모듈(100)로부터 수신하는 상기 셀 밸런싱 정보로부터 제N 셀 밸런싱 정보를 취득한 후, 상기 셀 밸런싱 정보를 제N-1 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송한다. Then, the N-th slave battery management module 103 obtains N-th cell balancing information from the cell balancing information received from the master battery management module 100, and then transfers the cell balancing information to the N-1 slave battery management module. send.

이러한 과정을 거쳐, 최종적으로 제2 슬레이브 배터리 관리 모듈(102)은 제3 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신하는 상기 셀 밸런싱 정보로부터 제2 셀 밸런싱 정보를 취득한 후, 상기 셀 밸런싱 정보를 제1 슬레이브 배터리 관리모듈(101)로 전송하여 제1 슬레이브 배터리 관리모듈(101)이 해당하는 셀 밸런싱 정보를 취득할 수 있도록 한다. Through this process, the second slave battery management module 102 acquires second cell balancing information from the cell balancing information received from the third slave battery management module, and then uses the cell balancing information to manage the first slave battery. By transmitting to the module 101, the first slave battery management module 101 can obtain the corresponding cell balancing information.

한편, 이러한 과정을 거쳐, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)이 해당하는 셀 밸런싱 정보를 수신하면, 수신된 셀 밸런싱 정보에 따라 해당하는 배터리 셀의 전압 및 온도를 제어하여 셀 밸런싱을 수행한다.On the other hand, when the first slave battery management module 101 to the N-th slave battery management module 103 receives the corresponding cell balancing information through this process, the voltage of the corresponding battery cell according to the received cell balancing information and Cell balancing is performed by controlling the temperature.

이때, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 방전 전류를 해당하는 보조셀(110-1~130-1)에 저장하도록 하여 방전 전류를 회수하여 이용할 수 있도록 한다.In this case, the first slave battery management module 101 to the N-th slave battery management module 103 store the discharge current discharged during the cell balancing process in the corresponding auxiliary cells 110-1 to 130-1. Make it available for recovery.

이처럼, 상기 각 배터리 팩(110~130)에 포함된 보조셀(110-1~130-1)이 각 배터리 팩(110~130)에 포함된 배터리 셀의 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 방전 전류에 의해 충전되면, 해당하는 각 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)에 전력을 공급할 수 있다.As such, the auxiliary cells 110-1 to 130-1 included in the battery packs 110 to 130 are discharged by the discharge current discharged during the cell balancing process of the battery cells included in the battery packs 110 to 130. When charged, power may be supplied to the corresponding slave battery management modules 101 to 103.

물론, 상기 보조셀(110-1~130-1)은 외부에 위치하는 별도의 충전 장치(미도시)에 의해 충전될 수도 있다.Of course, the auxiliary cells 110-1 to 130-1 may be charged by a separate charging device (not shown) located outside.

또한, 상기 보조셀(110-1~130-1)은 해당하는 각 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)에 전력을 공급할 뿐만 아니라 모터 제어 유닛(미도시)이나 마스터 배터리 관리 모듈(100)에 전력을 공급할 수도 있다.In addition, the auxiliary cells 110-1 to 130-1 not only supply power to the corresponding slave battery management modules 101 to 103, but also power to the motor control unit (not shown) or the master battery management module 100. You can also supply

상기와 같은 본 발명에 따르면, 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 전류를 보조셀을 이용하여 재사용하도록 하여 에너지 손실을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above, the current discharged during the cell balancing process can be reused by using the auxiliary cell, thereby preventing energy loss.

도 2는 도 1의 슬레이브 배터리 관리 모듈의 구성을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a slave battery management module of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 도 1의 슬레이브 배터리 관리 모듈(220)은 센싱 서킷(221), 아날로그 디지털 컨버터(222), 마이크로 컨트롤러 유닛(223), 및 셀 밸런싱 서킷(224)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the slave battery management module 220 of FIG. 1 includes a sensing circuit 221, an analog-digital converter 222, a microcontroller unit 223, and a cell balancing circuit 224.

도 2에서는 설명의 편의를 위하여 슬레이브 배터리 관리 모듈(220)이 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 중 제K 슬레이브 배터리 관리 모듈로 구현되는 경우를 예로 들어 설명한다.2 illustrates a case where the slave battery management module 220 is implemented as a K-th slave battery management module among the first slave battery management module or the N-th slave battery management module as an example for convenience of description.

상기 센싱 서킷(Sensing circuit)(221)은 제K 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 센싱(sensing)한다. The sensing circuit 221 senses voltages and temperatures of one or more battery cells and auxiliary cells included in the K-th battery pack.

즉, 센싱 서킷(221)은 제K 슬레이브 배터리 관리 모듈(220)이 부착되는 제K 배터리 팩이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀의 각각에 대한 전압 및 온도를 센싱할 수 있다.That is, the sensing circuit 221 may sense voltages and temperatures for each of one or more battery cells and auxiliary cells included in the K-th battery pack to which the K-th slave battery management module 220 is attached.

그리고, 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog Digital Converter)(222)는 상기 센싱된 상기 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 디지털 값으로 변환하여 출력한다. The analog-to-digital converter (ADC) 222 converts the voltages and temperatures of the sensed one or more battery cells and auxiliary cells into digital values and outputs them.

한편, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)(223)은 아날로그 디지털 컨버터(222)에서 출력되는 전압 및 온도를 수신하여 제K 배터리 팩 정보를 생성한다.Meanwhile, the micro controller unit (MCU) 223 generates the K-th battery pack information by receiving the voltage and temperature output from the analog-to-digital converter 222.

그리고, 마이크로 컨트롤러 유닛(223)은 상기 생성된 상기 제K 배터리 팩 정보를 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 전송한다.The microcontroller unit 223 transmits the generated K-th battery pack information to the master battery management module 100.

또한, 마이크로 컨트롤러 유닛(223)은 마스터 배터리 관리 모듈(100)로부터 전송되는 배터리 셀 밸런싱 정보를 수신한다.In addition, the microcontroller unit 223 receives the battery cell balancing information transmitted from the master battery management module 100.

다음으로, 셀 밸런싱 서킷(224)은 상기 제K 배터리 셀 밸런싱 정보에 따라 상기 제K 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 전압 및 온도를 제어하여 셀 밸런싱을 수행하며, 이때 방전되는 방전 전류를 보조셀(240)에 저장한다.Next, the cell balancing circuit 224 performs cell balancing by controlling voltages and temperatures of one or more battery cells included in the K-th battery pack according to the K-th battery cell balancing information. The discharge current discharged is stored in the auxiliary cell 240.

여기에서, 센싱 서킷(221), 아날로그 디지털 컨버터(222), 마이크로 컨트롤러 유닛(223), 및 셀 밸런싱 서킷(224)은 주문형 반도체를 통해 하나의 칩(chip)으로 구현될 수 있다. 본 명세서를 통해 언급된 배터리 셀은 하이브리드 (hybrid) 차량의 고전압 배터리로 구현될 수 있다.Here, the sensing circuit 221, the analog-to-digital converter 222, the microcontroller unit 223, and the cell balancing circuit 224 may be implemented as one chip through a custom semiconductor. The battery cell mentioned through the present specification may be implemented as a high voltage battery of a hybrid vehicle.

이와 같이 구성되는 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the slave battery management module configured as described above is as follows.

상기 센싱 서킷(Sensing circuit)(221)은 제K 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 센싱(sensing)한다. The sensing circuit 221 senses voltages and temperatures of one or more battery cells and auxiliary cells included in the K-th battery pack.

그러면, 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog Digital Converter)(222)는 상기 센싱된 상기 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 디지털 값으로 변환하여 출력한다. Then, the analog digital converter (ADC) 222 converts the voltages and temperatures of the sensed one or more battery cells and the auxiliary cells into digital values and outputs them.

이에 따라, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)(223)은 아날로그 디지털 컨버터(222)에서 출력되는 전압 및 온도를 수신하여 제K 배터리 팩 정보를 생성하여, 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 전송한다.Accordingly, the micro controller unit (MCU) 223 receives the voltage and temperature output from the analog-to-digital converter 222 to generate the K-th battery pack information, and transmits it to the master battery management module 100. do.

물론, 마이크로 컨트롤러 유닛(223)은 이웃하는 배터리 팩과의 직렬 연결을 이용하여 배터리 팩 정보를 전달 할 수 있는데(도 2의 점선 참조) 이 경우에는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)(223)은 제K-1 슬레이브 배터리 관리 모듈(210)로부터 수신하는 제K-1 배터리 팩 정보와 상기 생성된 상기 제K 배터리 팩 정보를 제K+1 슬레이브 배터리 관리 모듈(230)로 전송한다.Of course, the microcontroller unit 223 may transfer the battery pack information using a serial connection with a neighboring battery pack (see dotted line in FIG. 2). In this case, the microcontroller unit (MCU) 223 ) Transmits the K-th battery pack information received from the K-th slave battery management module 210 and the generated K-th battery pack information to the K-th slave battery management module 230.

그리고, 마이크로 컨트롤러 유닛(223)은 마스터 배터리 관리 모듈(100)로부터 전송되는 배터리 셀 밸런싱 정보를 수신한다.The microcontroller unit 223 receives battery cell balancing information transmitted from the master battery management module 100.

이때, 마이크로 컨트롤러 유닛(223)이 이웃하는 배터리 팩과의 직렬 연결을 이용하여 배터리 셀 밸런싱 정보를 수신하는 경우에는(도 2의 점선 참조) 제K+1 슬레이브 배터리 관리 모듈(230)로부터 수신하는 배터리 셀 밸런싱 정보 중 제K 배터리 셀 밸런싱 정보를 취하고, 상기 배터리 셀 밸런싱 정보를 제K-1 슬레이브 배터리 관리 모듈(210)로 전송할 수 있다.In this case, when the microcontroller unit 223 receives the battery cell balancing information by using a serial connection with a neighboring battery pack (see dotted line in FIG. 2), the microcontroller unit 223 receives the information from the K + 1 slave battery management module 230. K-th battery cell balancing information may be taken from the battery cell balancing information, and the battery cell balancing information may be transmitted to the K-th slave battery management module 210.

다음으로, 셀 밸런싱 서킷(224)은 상기 제K 배터리 셀 밸런싱 정보에 따라 상기 제K 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 전압 및 온도를 제어하여 셀 밸런싱을 수행하며, 이때 방전되는 방전 전류를 보조셀(240)에 저장한다.Next, the cell balancing circuit 224 performs cell balancing by controlling voltages and temperatures of one or more battery cells included in the K-th battery pack according to the K-th battery cell balancing information. The discharge current discharged is stored in the auxiliary cell 240.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 전류를 보조셀을 이용하여 재사용하도록 하여 에너지 손실을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above, the current discharged during the cell balancing process can be reused by using the auxiliary cell, thereby preventing energy loss.

도 3은 도 2의 셀 밸런싱 서킷의 구성도이다.FIG. 3 is a diagram illustrating the cell balancing circuit of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 도 2의 셀 밸런싱 서킷은 해당하는 배터리 셀의 셀 전압을 방전시키는 복수의 인덕터 (Ld)와, 인덕터(Ld)에 병렬 연결된 커패시터(Cd)와, 배터리 셀과 인덕터 (Ld)를 연결하는 복수의 셀 밸런싱 스위치(SW)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the cell balancing circuit of FIG. 2 includes a plurality of inductors Ld for discharging cell voltages of corresponding battery cells, a capacitor Cd connected in parallel with the inductor Ld, and a battery cell and an inductor Ld. ) Includes a plurality of cell balancing switches (SW).

또한, 필수적인 것은 아니지만, 셀 밸런싱 서킷의 저전위 노드 측에는 방전전류와 역방향의 전류가 인덕터 (Ld)를 통해 흐르는 것을 제한하는 복수의 다이오드(D)가 더 포함될 수 있다. In addition, although not essential, a plurality of diodes D may be further included at the low potential node side of the cell balancing circuit to restrict the discharge current and the reverse current from flowing through the inductor Ld.

여기서, 상기 셀 밸런싱 스위치(SW)는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)가 사용되는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that a field effect transistor (FET) is used as the cell balancing switch SW.

전계 효과 트랜지스터는 소오스 단자, 드레인 단자 및 게이트 단자를 구비하며, 게이트 단자에는 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라 구동 전압이 인가되며, 구동전압의 인가로 인해 셀 밸런싱 서킷이 턴온되고 상기 인덕터 (Ld)와 커패시터(Cd)를 통해 셀 전압이 방전된다.The field effect transistor includes a source terminal, a drain terminal, and a gate terminal, and a driving voltage is applied to the gate terminal under the control of the microcontroller unit, and a cell balancing circuit is turned on due to the application of the driving voltage and the inductor Ld The cell voltage is discharged through the capacitor Cd.

이때, 인덕터(Ld)는 셀 밸런싱 스위치(SW)가 펄스 신호에 의해 온오프 동작될 때 과전류가 흐르는 것을 제한할 수 있다.In this case, the inductor Ld may limit the flow of overcurrent when the cell balancing switch SW is turned on and off by a pulse signal.

이때, 상기 보조셀(310)은 상기 셀 밸런싱 스위치(SW)에 직렬로 연결되어 방전되는 전류를 이용하여 충전된다.In this case, the auxiliary cell 310 is charged using a current that is discharged in series with the cell balancing switch (SW).

이와 같이 구성되는 셀 밸런싱 서킷의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the cell balancing circuit configured as described above is as follows.

먼저, 마이크로 컨트롤 유닛은 수신된 셀 밸런싱 정보를 근거로 하여 복수의 배터리 셀중에서 특정 배터리 셀의 전압이 일정 전압보다 크게 되면 해당 셀 밸런싱 스위치(SW)를 턴온시킨다. 이때, 마이크로 컨트롤 유닛은 셀 밸런싱 스위치(SW)를 펄스 신호를 사용하여 턴온시킬 수 있다.First, the micro control unit turns on the corresponding cell balancing switch SW when a voltage of a specific battery cell is greater than a predetermined voltage among the plurality of battery cells based on the received cell balancing information. In this case, the micro control unit may turn on the cell balancing switch SW using a pulse signal.

이처럼 셀 밸런싱 스위치(SW)가 턴온되면, 해당 배터리 셀은 방전을 시작하여 방전 루프를 통하여 인덕터 (Ld)와 커패시터(Cd)을 통하여 일정 시간 동안 방전 과정이 진행된다.As such, when the cell balancing switch SW is turned on, the corresponding battery cell starts to discharge, and the discharge process is performed for a predetermined time through the inductor Ld and the capacitor Cd through the discharge loop.

즉, 셀 밸런싱 스위치(SW)가 턴온되면 화살표로 표시된 방전 루프를 통해 방전전류가 흐른다. 이때, 보조셀(240)에 전하가 충전된다.That is, when the cell balancing switch SW is turned on, the discharge current flows through the discharge loop indicated by the arrow. At this time, a charge is charged in the auxiliary cell 240.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 전류를 보조셀을 이용하여 재사용하도록 하여 에너지 손실을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above, the current discharged during the cell balancing process can be reused by using the auxiliary cell, thereby preventing energy loss.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
Although the above has been illustrated and described with respect to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, it is common in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

100: 마스터 배터리 관리 모듈
101: 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈
102: 제2 슬레이브 배터리 관리 모듈
103: 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈
110: 제1 배터리 팩
111: 제1-1 배터리 셀 112: 제1-2 배터리 셀
113: 제1-3 배터리 셀 114: 제1-a 배터리 셀
120: 제2 배터리 팩 121: 제2-1 배터리 셀
122: 제2-2 배터리 셀 123: 제2-3 배터리 셀
124: 제2-b 배터리 셀 130: 제N 배터리 팩
131: 제N-1 배터리 셀 132: 제N-2 배터리 셀
133: 제N-3 배터리 셀 134: 제N-n 배터리 셀
221 : 센싱 서킷 222 : 아날로그 디지털 컨버터
223 : 마이크로 컨트롤러 유닛 224 : 셀 밸런싱 서킷100: master battery management module
101: first slave battery management module
102: second slave battery management module
103: Nth Slave Battery Management Module
110: first battery pack
111: first-first battery cell 112: first-second battery cell
113: 1-3 battery cell 114: 1-a battery cell
120: second battery pack 121: 2-1 battery cell
122: 2-3 battery cell 123: 2-3 battery cell
124: 2-b battery cell 130: N-th battery pack
131: Nth battery cell 132: N-2 battery cell
133: N-th battery cell 134: N-th battery cell
221: sensing circuit 222: analog to digital converter
223: microcontroller unit 224: cell balancing circuit

Claims (11)

각각 해당하는 복수의 배터리 셀과 보조셀을 포함하고 있는 제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩;
상기 제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩 각각에 설치되어 상기 각 배터리 팩에 구비된 복수의 배터리 셀의 전압 및 온도의 센싱 및 제어를 수행하고, 상기 복수의 배터리 셀의 셀 밸런싱 과정에서 방전되는 전류가 해당 보조셀에 충전되도록 하는 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈; 및
상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈과 연결되고, 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 각각에 대응하는 제1 배터리 팩 정보 내지 제N 배터리 팩 정보를 수신하고, 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로 각각에 대응하는 제1 셀 밸런싱 정보 내지 제N 셀 밸런싱 정보를 전송하는 마스터 배터리 관리 모듈을 포함하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
First to N-th battery packs each including a plurality of battery cells and auxiliary cells;
Currents installed in each of the first to Nth battery packs to sense and control voltages and temperatures of a plurality of battery cells included in each of the battery packs, and are discharged during a cell balancing process of the plurality of battery cells. A first slave battery management module to an Nth slave battery management module configured to charge the corresponding auxiliary cell; And
First battery pack information to N-th battery pack information corresponding to the first slave battery management module to the N-th slave battery management module, respectively, from the first slave battery management module to the N-th slave battery management module; A battery using a cell balancing auxiliary cell that includes a master battery management module that receives and transmits first cell balancing information to Nth cell balancing information corresponding to each of the first slave battery management module to the Nth slave battery management module. Device.
청구항 1항에 있어서 상기 보조셀은 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
The battery device using a cell balancing auxiliary cell of claim 1, wherein the auxiliary cell supplies power to a corresponding slave battery management module.
청구항 1항에 있어서 상기 보조셀은 모터 제어 유닛 또는 마스터 배터리 관리 모듈에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
The battery device using a cell balancing auxiliary cell of claim 1, wherein the auxiliary cell supplies power to a motor control unit or a master battery management module.
청구항 1에 있어서
상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈의 각각은,
해당 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 센싱(sensing)하는 센싱 서킷(Sensing circuit);
상기 센싱된 상기 하나 이상의 배터리 셀과 보조셀에 대한 전압 및 온도를 디지털 값으로 변환하여 해당 배터리 팩 정보를 생성하는 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog Digital Converter);
상기 생성된 상기 배터리 팩 정보를 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하고, 마스터 배터리 관리 모듈로부터 셀 밸런싱 정보를 수신하는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit); 및
상기 수신된 셀 밸런싱 정보에 따라 상기 배터리 팩(Battery Pack)이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 전압 및 온도를 제어하여 셀밸런싱을 수행하고, 셀밸런싱 과정중에 방전전류를 보조셀에 충전되도록 하는 셀 밸런싱 서킷(Cell Balamcing Circuit)을 포함하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
Claim 1
Each of the first slave battery management module to the Nth slave battery management module may include:
A sensing circuit configured to sense voltages and temperatures of one or more battery cells and auxiliary cells included in the battery pack;
An analog to digital converter (ADC) for converting voltages and temperatures of the sensed one or more battery cells and auxiliary cells into digital values to generate corresponding battery pack information;
A micro controller unit (MCU) for transmitting the generated battery pack information to a master battery management module and receiving cell balancing information from a master battery management module; And
Cell balancing is performed by controlling voltage and temperature of one or more battery cells included in the battery pack according to the received cell balancing information, and charging a discharge current to a secondary cell during cell balancing. Battery device using a cell balancing secondary cell including a balancing circuit (Cell Balamcing Circuit).
청구항 4에 있어서
상기 셀 밸런싱 서킷은,
각각의 배터리 셀의 셀 전압을 방전시키는 복수의 인덕터;
상기 복수의 인덕터에 각각 병렬 연결된 복수의 커패시터; 및
상기 각각의 배터리 셀과 상기 각각의 인덕터를 연결하는 복수의 셀 밸런싱 스위치를 포함하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
Claim 4
The cell balancing circuit is,
A plurality of inductors for discharging the cell voltage of each battery cell;
A plurality of capacitors connected in parallel to the plurality of inductors, respectively; And
A battery device using a cell balancing auxiliary cell comprising a plurality of cell balancing switches connecting the respective battery cells and the respective inductor.
청구항 5에 있어서
상기 셀 밸런싱 서킷은,
저전위 노드측에는 방전전류와 역방향의 전류가 인덕터를 통해 흐르는 것을 제한하는 복수의 다이오드를 더 포함하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
Claim 5
The cell balancing circuit is,
The battery device using a cell balancing auxiliary cell further comprises a plurality of diodes on the low potential node side to limit the flow of the discharge current and the reverse current through the inductor.
청구항 4에 있어서
상기 보조셀은 상기 인덕터에 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
Claim 4
The auxiliary cell is a battery device using a cell balancing auxiliary cell, characterized in that connected in series with the inductor.
청구항 1에 있어서
제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈은 서로 직렬 연결되어 있으며,
상기 마스터 배터리 관리 모듈은 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 각각에 대응하는 제1 배터리 팩 정보 내지 제N 배터리 팩 정보를 수신하고, 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로 상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 각각에 대응하는 제1 셀 밸런싱 정보 내지 제N 셀 밸런싱 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
Claim 1
The first slave battery management module to the Nth slave battery management module are connected to each other in series,
The master battery management module receives first battery pack information to Nth battery pack information corresponding to each of the first slave battery management module to the Nth slave battery management module from the Nth slave battery management module, The battery using the cell balancing auxiliary cell, characterized in that for transmitting the first cell balancing information to the N-th cell balancing information corresponding to each of the first slave battery management module to the N-th slave battery management module to the N slave battery management module. Device.
청구항 8에 있어서
상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 중 제K 슬레이브 배터리 관리모듈은 제K 배터리 팩이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀의 전압 및 온도에 대한 제K 배터리 팩 정보를 생성하고, 제K-1 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신하는 제K-1 배터리 팩 정보와 상기 생성된 상기 제K 배터리 팩 정보를 제K+1 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
The method according to claim 8
The K-th slave battery management module of the first slave battery management module to the N-th slave battery management module generates K-th battery pack information on voltages and temperatures of one or more battery cells included in the k-th battery pack. Battery using the cell balancing auxiliary cell, characterized in that for transmitting the K-1 battery pack information and the K-th battery pack information received from the K-1 slave battery management module to the K + 1 slave battery management module. Device.
청구항 8에 있어서
상기 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 상기 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈 중 제K 슬레이브 배터리 관리모듈은, 제K+1 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신하는 셀 밸런싱 정보 중 제K 셀 밸런싱 정보를 취하고, 상기 셀 밸런싱 정보를 제K-1 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.
The method according to claim 8
The K-th slave battery management module of the first slave battery management module to the N-th slave battery management module takes the K-th cell balancing information among the cell balancing information received from the K + 1 slave battery management module, and performs the cell balancing. Battery device using a cell balancing auxiliary cell, characterized in that for transmitting information to the K-1 slave battery management module.
청구항 10에 있어서
상기 제K 슬레이브 배터리 관리 모듈은 상기 제K 배터리 팩 밸런싱 정보에 따라 제K 배터리 팩이 포함하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 전압 및 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 셀밸런싱 보조 셀을 이용한 배터리 장치.The method according to claim 10
The K-th slave battery management module controls a voltage and a temperature of one or more battery cells included in the K-th battery pack according to the K-th battery pack balancing information.
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