KR20140093404A

KR20140093404A - 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로

Info

Publication number: KR20140093404A
Application number: KR1020130005671A
Authority: KR
Inventors: 성창현; 이경민; 정유채; 강봉구
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-07-28
Also published as: KR101450717B1; US9793725B2; US20150340886A1; WO2014112685A1

Abstract

본 발명은, 멀티 배터리셀 구조의 모듈에서 LC 직렬공진을 이용하여 멀티 배터리셀에 대하여 전체적으로 또는 개별적으로 충전이나 방전을 제어하여 배터리셀의 사용시간을 향상시킬 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
이를 위해 직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈; 직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로; 배터리모듈과 직렬공진회로 간의 회수 전기에너지의 경로와 공급에너지 경로를 설정하기 위한 제1-3 스위치부를 구비한다.

Description

엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로{BATTERY CELL BALLANCING CIRCUIT USING SERIES RESONANT CIRCUIT}

본 발명은 멀티 배터리셀의 밸런싱 기술에 관한 것으로, 특히 멀티 배터리셀 구조의 모듈에서 LC 직렬공진을 이용하여 멀티 배터리셀에 대하여 전체적으로 또는 개별적으로 충전이나 방전을 제어하여 배터리셀의 사용시간을 향상시킬 수 있도록 한 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 전지(배터리셀)의 양단 전압이 일정 수치를 넘을 경우 폭발의 위험이 있고, 일정 수치 이하로 떨어질 경우에는 배터리셀에 영구적인 손상이 가해지게 된다. 하이브리드 전기자동차나 노트북 컴퓨터 등은 비교적 대용량의 전원공급이 요구되므로 배터리셀을 이용하여 전원을 공급하고자 하는 경우, 배터리셀을 직렬로 접속한 배터리 모듈(배터리 팩)을 사용한다. 그런데, 이와 같은 배터리 모듈을 사용하는 경우 각 배터리셀의 성능 편차에 의하여 전압의 불균형이 발생될 수 있다.

배터리 모듈 충전 시 상기 배터리 모듈 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 상한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리 모듈을 충전할 수 없게 되므로 다른 배터리셀들이 충분히 충전되지 않은 상태에서 충전을 종료하여야 한다. 이와 같은 경우 배터리 모듈의 충전용량이 정격 충전용량에 미치지 못하게 된다.

한편, 배터리 모듈 방전 시에는 상기 배터리 모듈 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 하한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리 모듈을 사용할 수 없게 되므로 그만큼 배터리 모듈의 사용시간이 단축된다.

상기와 같이 배터리 모듈의 충전 또는 방전 시 보다 높은 전기 에너지를 갖는 배터리셀의 전기 에너지를 보다 낮은 전기 에너지를 갖는 배터리셀로 공급해 줌으로써 배터리 모듈의 사용시간을 향상시킬 수 있는데, 이와 같은 동작을 배터리셀 밸런싱이라고 부른다.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리 모듈(11)과, 직렬접속된 저항(R11-R14) 및, 상기 배터리 모듈(11)의 양측 종단 단자, 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 간의 각각의 접속단자를 상기 저항(R11-R14)의 대응 단자 각각에 선택적으로 접속하는 스위치(SW11-SW15)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 배터리 모듈(11) 충전 시 상기 배터리 모듈(11) 내의 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 임의의 배터리셀의 충전전압이 다른 배터리셀들의 충전전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달하는 경우 스위치(SW11-SW15) 중에서 해당 스위치를 턴온시켜 상기 저항(R11-R14) 중에서 해당 저항을 통해 충전전압이 방전되도록 한다.

예를 들어, 두 번째의 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 다른 배터리셀(CELL1, CELL3,CELL4)의 충전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달한 경우, 스위치(SW12)를 턴온시킨다. 이에 따라, 상기 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 저항(R12)을 통해 방전되어 배터리셀 밸런싱이 이루어진다.

그러나, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로를 이용하는 경우 저항을 통해 전력이 소모되므로 그만큼 효율이 저하되고, 배터리 모듈 사용 중에 상한전압을 전압이 낮은 배터리셀로 공급할 수 없어 효율이 저하된다.

도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리 모듈(21)과, 직렬접속된 커패시터(C21-C23)와, 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각을 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 양측 단자 중 하나에 각기 선택적으로 접속하는 스위치(SW21-SW24)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 상기 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는 2가지의 접속 상태를 갖는다. 제1 접속 상태에서는 도 2에서와 같이 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 일측 단자(양극단자)에 각기 접속된다. 제2 접속 상태에서는 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1- CELL4) 각각의 타측 단자(음극단자)에 각기 접속된다.

그런데, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 커패시터와 배터리셀 간에 하드 스위칭 동작이 발생하여 효율이 낮은 문제점이 있다. 배터리 모듈 내의 배터리셀들 간의 용량이 서로 동일한 것이 바람직하지만, 여러 가지 이유로 인하여 배터리셀들 간의 용량이 다르게 된다. 이와 같은 경우 어느 배터리셀의 충전 전압이 다른 배터리셀의 충전전압에 비하여 낮더라도 더 큰 용량을 갖을 수 있다. 이와 같은 경우 전압이 낮은 배터리셀의 전압을 전압이 높은 배터리셀에 전달할 필요가 있는데, 이와 같은 종래의 배터리셀 밸런싱 회로에서는 그와 같은 전압 전달 기능을 수행할 수 없는 결함이 있다.

도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1- CELL4)을 구비하는 배터리 모듈(31)와, 플라이백 컨버터(32) 및, 상기 플라이백 컨버터(32)의 복수 개의 2차 코일 각각을 상기 배터리셀(CELL1- CELL4) 각각의 양측 단자에 선택적으로 접속하는 스위치(SW31-SW34), 상기 플라이백 컨버터(32)의 1차 코일 양단을 상기 배터리 모듈(31)의 양단에 선택적으로 접속하는 스위치(SW35)를 포함한다.

도 3의 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS(Switch Mode Power Supply) 중 하나인 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로로서 스위치(SW31-SW34)를 이용하여 배터리 모듈(31) 내의 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각에 전기 에너지 전달이 가능하고, 배터리 모듈(31)의 양측 종단 단자의 사이에 전기 에너지 전달이 가능한 구조를 갖는다.

이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS의 형태를 가지므로 효율이 우수한 장점이 있지만, 배터리 모듈에 구비되는 배터리셀의 개수가 증가될수록 플라이백 컨버터에 사용되는 마그네틱 코어의 크기가 커지는 단점이 있고, 그에 따라 배터리셀 밸런싱 회로의 가격이 상승하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 LC 공진회로를 이용하여 배터리셀 간의 전기 에너지 교환이 가능하도록 하여 하드 스위칭에 의한 손실을 최소화 하고, 높은 에너지를 가지는 배터리 셀에서 낮은 에너지를 갖는 배터리셀로 에너지를 전달하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는, 직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈; 직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로; 상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하여 상기 커패시터에 저장하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 복수 개의 스위치를 구비하는 제1 스위치부; 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하거나 상기 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제2 공통노드 사이에 각기 접속되는 스위치들을 구비하는 제2 스위치부; 상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들을 구비하는 제3 스위치부;를 포함한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는, 직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈; 직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로; 상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하여 상기 커패시터에 저장하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드를 복수 개 구비하는 제1 스위치부; 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하거나 상기 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제2 공통노드 사이에 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드를 복수 개 구비하는 제2 스위치부; 및 상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 각기 접속되는 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 각기 접속되는 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드를 구비하는 제3 스위치부;를 포함한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 제3실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는, 직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈; 직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로; 상기 복수 개의 배터리셀 중에서 임의의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 임의의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자 중 일부의 단자들과 제1 공통노드의 사이에 접속된 복수개의 스위치 경로를 구비하되, 상기 복수개의 스위치 경로는 다이오드와 병렬접속된 형태로 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 각각 포함하는 제1 스위치부; 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 임의의 배터리셀에 공급하거나 상기 임의의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자 중 상기 일부의 단자들 제외한 나머지 단자와 제2 공통노드의 사이에 접속된 복수개의 스위치 경로를 구비하되, 상기 복수개의 스위치 경로는 다이오드와 병렬접속된 형태로 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 각각 포함하는 제2 스위치부; 및 상기 복수 개의 배터리셀 중에서 임의의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 임의의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 병렬접속된 스위치 경로 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 병렬접속된 스위치 경로를 각기 구비하되, 상기 복수개의 스위치 경로는 다이오드와 병렬접속된 형태로 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 각각 포함하는 제3 스위치부;를 포함한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 제4실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는,직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈; 제1 공통노드 및 제2 공통노드의 사이에 직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로; 상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하여 상기 커패시터에 저장하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 상기 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 복수 개의 스위치를 구비하는 제1 스위치부; 및 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하거나 상기 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 상기 제2 공통노드 사이에 각기 접속되는 스위치들을 구비하는 제2 스위치부;를 포함한다.

본 발명은 복수 개의 배터리 셀을 구비하여 배터리셀 밸런싱 기능을 수행하는 회로에 있어서, LC 공진회로를 이용하여 배터리셀 간의 전기 에너지 교환이 가능하도록 함으로써, 하드 스위칭에 의한 손실이 최소화 되고, 높은 에너지를 가지는 배터리 셀에서 낮은 에너지를 가지는 배터리셀로 에너지를 전달할 수 있어 배터리 성능이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 5a 는 도 4에서 배터리 셀의 전기에너지를 회수하여 저장하는 예를 나타낸 회로도이다.
도 5b는 도 4에서 회수하여 충전된 전기에너지를 배터리셀에 공급하는 예를 나타낸 회로도이다.
도 6의 (a) 공진회로의 커패시터에 충전되는 전압 및 전기에너지가 회수되는 배터리 셀의 전류에 대한 파형도이다.
도 6의 (b)는 공진회로의 커패시터로부터 방전되는 전압 및 전기에너지가 공급되는 배터리 셀의 전류에 대한 파형도이다.
도 7은 도 4에서 제1-3 스위치부의 스위치를 N채널 모스트랜지스터와 다이오드로 구현한 제2실시예를 나타낸 회로도이다.
도 8은 도 4에서 제1-3 스위치부를 간략화하여 N채널 모스트랜지스터로 구현한 제3실시예를 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 발명에 다른 실시예에 의한 엘씨 직렬공진을 이용한 제4실시예의 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 10a는 도 9에서 회수하여 충전된 전기에너지를 배터리셀에 공급하는 예를 나타낸 회로도이다.
도 10b는 도 9에서 회수하여 충전된 전기에너지를 배터리셀에 공급하는 예를 나타낸 회로도이다.
도 11은 도 9에서 제 1-2 스위치부를 N채널 모스트랜지스터로 구현한 예를 나타낸 회로도이다.
도 12는 도 9에서 제 1-2 스위치부를 간략화하여 N채널 모스트랜지스터로 구현한 예를 나타낸 회로도이다.
도 13은 도 9에서 직렬 공진 회로와 스위치부를 보호하기 위한 회로를 나타낸 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(41), 직렬공진회로(42),제1-3 스위치부(43-45)를 포함한다.

배터리 모듈(41)은 직렬접속된 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비한다.

직렬공진회로(42)는 직렬접속된 인덕터(Ls) 및 커패시터(Cs)를 구비한다.

제1스위치부(43)는 전기에너지의 회수 및 공급 경로를 형성하기 위한 것으로, 상기 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 제1공통노드(N1)에 공통접속된 제1-5 스위치(SW41-SW45)를 구비한다.

제2 스위치부(44)는 전기에너지의 회수 및 공급 경로를 형성하기 위한 것으로, 상기 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 제2공통노드(N2)에 공통접속된 제6-10 스위치(SW46-SW50)를 구비한다.

제3 스위치부(45)는 전기에너지회수모드에서 상기 직렬공진회로(42)의 일측 종단 단자를 상기 제1공통노드(N1)에 접속하는 제1 스위치(SW51), 상기 직렬공진회로(42)의 타측 종단 단자를 상기 제2 공통노드(N2)에 접속하는 스위치(SW52), 전기에너지공급모드에서 상기 직렬공진회로(42)의 타측 종단 단자를 상기 제1 공통노드(N1)에 접속하는 제3 스위치(SW53), 상기 직렬공진회로(42)의 일측 종단 단자를 상기 제2 공통노드(N2)에 접속하는 제4 스위치(SW54)를 구비한다.

여기서, 상기 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)의 각 단자는 제1 배터리셀(CELL1)의 일측 단자, 제1 배터리셀(CELL1)의 타측 단자와 제2 배터리셀(CELL2)의 일측 단자의 공통접속단자, 제2 배터리셀(CELL2)의 타측 단자와 제3 배터리셀(CELL3)의 일측 단자의 공통접속단자, 제3 배터리셀(CELL3)의 타측 단자와 제4 배터리셀(CELL4)의 일측 단자의 공통접속단자, 상기 제4 배터리셀(CELL4)의 타측 단자를 의미한다.

배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 임의의 배터리셀에 충전된 전기 에너지는 제1 스위치부(43) 및 제3 스위치부(45)를 통해 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)에 일시적으로 충전되고, 상기 직렬공진회로(42)에 충전된 전기에너지는 상기 제3 스위치부(45) 및 제2 스위치부(44)를 통해 상기 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 임의의 배터리셀에 충전된다.

도 4에서는 상기 제1-3 스위치부(43-45)에 구비된 스위치로서 SPST(Single Pole Single Throw)를 예로하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니라 다른 스위치 소자 예를 들어 MOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 스위치로 구현할 수 있다.

배터리 모듈(41)의 배터리셀 수가 추가되는 경우, 그 추가되는 개수에 대응하여 상기 제1,2 스위치부(43),(44)의 스위치 개수를 추가할 수 있다.

도 5a는 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 임의의 배터리셀로서 제3 배터리셀(CELL3)에 다른 배터리셀보다 상대적으로 높게 충전된 전기에너지를 회수하여 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)에 일시적으로 충전하는 예를 나타낸 것이다.

도 5a를 참조하면, 제1 스위치부(43)의 제1-4 스위치(SW41-SW45) 중에서 제3 스위치(SW43)가 턴온되고 나머지 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 이때, 제2 스위치부(44)의 제6-10 스위치(SW46-SW50) 중에서 제9 스위치(SW49)가 턴온되고 나머지 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 그리고 제3 스위치부(45)의 제11-14 스위치(SW51-SW54) 중에서 제11,12 스위치(SW51),(SW52)가 턴온되고 나머지 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 따라서, 배터리 모듈(41)의 제3 배터리셀(CELL3)의 일측 단자가 상기 제3 스위치(SW43), 제11 스위치(SW51)을 통해 직렬공진회로(42)의 일측 단자인 제3 공통노드(N3)에 접속되고, 상기 직렬공진회로(42)의 타측 단자인 제4 공통노드(N4)가 상기 제12 스위치(SW52)를 통해 제2 공통노드(N2)에 접속된다.

이에 따라, 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 충전에너지가 상기 제3,11 스위치(SW43),(SW51)를 통해 회수되어 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)로 충전된다. 여기서, 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 용량은 상기 커패시터(Cs)의 용량에 비하여 아주 크기 때문에 상기 직렬공진회로(42)가 공진할 경우 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 충전 전압이 미세하게 하강된다. 이때, 상기 커패시터(Cs)의 충전전압이 도 6의 (a)에서와 같이 사인(sine) 함수의 형태로 상승된다. 이와 같이, 상기 커패시터(Cs)의 충전전압이 완만하게 상승되므로 하드스위칭 손실이 거의 발생되지 않는다. 도 6의 (a)에서 전류 그래프(I_L)는 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 전류량 변화를 나타낸 것이다.

도 5b는 상기 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)에 상기와 같은 과정을 통해 상기 배터리 모듈(41)의 제3 배터리셀(CELL3)에 일시적으로 충전된 전기에너지를 상기 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 임의의 배터리셀로서 제1 배터리셀(CELL1)에 공급하는 예를 나타낸 것이다.

도 5b를 참조하면, 제1 스위치부(43)의 제1-5 스위치(SW41-SW45) 중에서 제2 스위치(SW42)가 턴온되고 나머지 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 이때, 제2 스위치부(44)의 제6-10 스위치(SW46-SW50) 중에서 제6 스위치(SW46)가 턴온되고 나머지 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 그리고, 제3 스위치부(45)의 제11-14 스위치(SW51-SW54) 중에서 제13,14 스위치(SW53),(SW54)가 턴온되고 나머지 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 따라서, 직렬공진회로(42)의 일측 단자인 제3 공통노드(N3)가 상기 제14 스위치(SW54) 및 제6 스위치(SW46)를 통해 상기 배터리 모듈(41)의 제1 배터리셀(CELL1)의 일측 단자에 접속되고, 상기 직렬공진회로(42)의 타측 단자인 제4 공통노드(N4)가 상기 베13 스위치(SW53)를 통해 제1 공통노드(N2)에 접속된다.

이에 따라, 상기 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)에 일시적으로 충전된 전기에너지가 제14,6 스위치(SW54),(SW46)를 통해 상기 배터리모듈(41)의 제1 배터리셀(CELL1)에 공급된다. 이때, 상기 커패시터(Cs)의 충전전압이 도 6의 (b)에서와 같이 사인(sine) 함수의 형태로 하강된다. 도 6의 (b)에서 전류 그래프(I_L)는 상기 제1 배터리셀(CELL1)의 전류량 변화를 나타낸 것이다.

상기 도 5a 및 도 5b에서와 같이 임의의 배터리셀에 충전된 전기에너지를 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)에 회수하여 일시적으로 충전하거나, 상기 충전된 전기에너지를 임의의 배터리셀에 공급할 때 전달되는 전력량은 상기 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)와 인덕터(Ls)의 값에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 커패시터(Cs)의 값이 클수록 인덕터(Ls)의 값이 작을수록 전달되는 전력량이 많기 때문에 빠르게 밸런싱이 이루어지지만 공진 전류량이 많아짐에 따라 그만큼 손실량도 많아지게 되므로 상기 커패시터(Cs) 및 인덕터(Ls)의 값을 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상기 인덕터(Ls)의 값을 500uH로 설정하고, 커패시터(Cs)의 값을 120μF로 설정할 경우 공진을 통해 전달되는 전력량은 실험을 통해 0.5W 정도인 것으로 확인되었다.

상기 제3 배터리셀(CELL3)과 제1 배터리셀(CELL1) 간의 밸런싱이 이루어질 때까지 상기 도 5a과 도 5b의 동작을 필요한 만큼 반복적으로 수행하여 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 충전 에너지를 회수해서 제1 배터리셀(CELL1)에 공급한다.

이를 위해 상기 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 가장 높은 전기에너지를 충전한 배터리셀과 가장 낮은 전기에너지를 충전한 배터리셀을 판별하여 상기와 같은 일련의 밸런싱 기능을 수행하는 밸런싱 알고리즘을 사용할 수 있다.

상기 설명에서는 상기 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 가장 높은 전기에너지를 충전한 하나의 배터리셀과 가장 낮은 전기에너지를 충전한 하나의 배터리셀을 대상으로 밸런싱 기능을 수행하는 것을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니라 n개의 배터리셀을 대상으로 상기와 같은 과정을 통해 밸런싱 기능을 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 스위치(SW50)와 스위치(SW41)을 턴온시키고, 상기 스위치(SW51),(SW52)를 턴온시키면 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)로부터 충전된 전기에너지를 상기 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)으로 회수할 수 있다. 또한, 제6 스위치(SW46)와 제5 스위치(SW45)를 턴온시키고, 제13,14 스위치(SW53),(SW54)를 턴온시키면 상기 직렬공진회로(42)의 커패시터(Cs)에 일시적으로 충전된 전기에너지를 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)에 공급할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 배터리셀 밸런싱 회로에 대한 제2실시예를 나타낸 것으로, 상기 도 4의 제1실시예의 배터리셀 밸런싱 회로와 비교할 때 상기 제1-3 스위치부(43A),(44A),(45A)의 스위치를 제1-5 모스트랜지스터(M41-M45), 제6-10 모스트랜지스터(M46-M50), 제11-14 모스트랜지스터(M51-M54)로 구현한 것이 다른 점이며, 이때 상기 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)이 역방향 전류에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 해당 모스트랜지스터와 해당 노드 간에 제1-14 역방향전류차단용 다이오드(D41_1~D54_1)를 직렬로 각기 접속한 예를 나타낸 것이다. 상기 직렬로 접속된 모스트랜지스와 다이오드의 배치 위치는 필요에 따라 변경될 수 있으며, 상기 모스트랜지스터는 P채널 모스트랜지스터나 N채널 모스트랜지스터를 포함할 수 있다. 이와 함께, 상기 제1-5 모스트랜지스터(M41-M45), 제6-10 모스트랜지스터(M46-M50), 제11-14 모스트랜지스터(M51-M54)의 일측 단자와 타측 단자의 사이에도 제1-4 역방향전류차단용 다이오드(D41~D54)를 각기 접속하였다.

한편, 도 8은 본 발명의 배터리셀 밸런싱 회로에 대한 제3실시예를 나타낸 것으로, 도 4와 비교할 때 제1,2 스위치부(43B),(44B)의 양방향으로 전류를 인가할 수 있도록 하여 스위치 경로의 개수를 절반으로 줄이고 SPST 스위치 대신 모스트랜지스터로 구현한 것이 다른 점이다.

즉, 도 4의 경우 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)과 제1,2 공통노드(N1),(N2)간에 각각 5개의 스위치 경로가 존재하여 모두 10개의 스위치 경로가 존재한다. 이에 비하여, 도 8의 경우 상기 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)과 제1 공통노드(N1) 간에 접속된 제1스위치부(43B)에 3개의 스위치 경로가 존재하고, 상기 배터리 모듈(41)의 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4)과 제2 공통노드(N2) 간에 접속된 제2스위치부(44B)에 2개의 스위치 경로가 존재하여 총 5개의 스위치 경로가 존재한다.

이와 같은 경우, 상기 5개의 스위치 경로 각각에서 양방향으로 전류를 인가할 수 있도록 하기 위해 상기 5개의 스위치 경로 상에 다이오드와 병렬접속된 모스트랜지스터를 2개씩 직렬로 접속하였다. 예를 들어, 상기 제1스위치부(43B)에서는 상기 제1 배터리셀(CELL1)의 일측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제1,2 모스트랜지스터(M81,M82)를 직렬로 접속하고, 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 일측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제3,4 모스트랜지스터(M83,M84)를 직렬로 접속하고, 상기 제4 배터리셀(CELL4)의 타측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제5,6 모스트랜지스터(M85,M86)를 직렬로 접속한다. 마찬가지로, 상기 제2스위치부(44B)에서는 상기 제2 배터리셀(CELL2)의 일측 단자와 제2 공통노드(N2)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제7,8 모스트랜지스터(M87,M88)를 직렬로 접속하고, 상기 제4 배터리셀(CELL4)의 일측 단자와 제2 공통노드(N2)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제9,10 모스트랜지스터(M89,M90)를 직렬로 접속한다.

이와 함께, 제3 스위치부(45B)에도 상기와 같이 모스트랜지스터를 접속하였다. 즉, 상기 제1 공통노드(N1)와 직렬공진회로(42)의 일측 단자인 제3 공통노드(N3)의 사이에 다이오드와 병렬접속된 제11,12 모스트랜지스터(M91,M92)를 직렬로 접속하고, 상기 제2 공통노드(N2)와 상기 직렬공진회로(42)의 타측 단자인 제4 공통노드(N4)의 사이에 다이오드와 병렬접속된 제13,14 모스트랜지스터(M93,M94)를 직렬로 접속하고, 상기 제1 공통노드(N1)와 제4 공통노드(N4)의 사이에 다이오드와 병렬접속된 제15,16 모스트랜지스터(M95,M96)를 직렬로 접속하고, 상기 제2 공통노드(N2)와 상기 제3 공통노드(N3)의 사이에 다이오드와 병렬접속된 제17,18 모스트랜지스터(M97,M98)를 직렬로 접속한다.

예를 들어, 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 전기 에너지 회수 경로는, 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 일측단자, 제3 다이오드(D83), 제3 모스트랜지스터(M83), 제1 공통노드(N1), 제11 다이오드(D91), 제12 모스트랜지스터(M92), 직렬공진회로(42), 제13 다이오드(D93), 제14 모스트랜지스터(M94), 제2 공통노드(N2), 제9 다이오드(D89), 제10 모스트랜지스터(M90), 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 타측단자로 형성된다.

다른 예로써, 상기 커패시터(Cs)에 회수되어 저장된 전기에너지를 상기 제4 배터리셀(CELL4)에 공급하기 위한 경로는, 상기 제4 배터리셀(CELL3)의 타측단자, 제5 다이오드(D85), 제6 모스트랜지스터(M86), 제1 공통노드(N1), 제15 다이오드(D95), 제16 모스트랜지스터(M96), 직렬공진회로(42), 제17 다이오드(D97), 제18 모스트랜지스터(M98), 제2 공통노드(N2), 제9 다이오드(D89), 제10 모스트랜지스터(M90), 상기 제4 배터리셀(CELL4)의 일측단자로 형성된다.

한편, 도 9는 본 발명의 배터리셀 밸런싱 회로에 대한 제4실시예를 나타낸 것으로, 상기 도 4의 제1실시예의 배터리셀 밸런싱 회로와 비교할 때 제3 스위치부를 생략한 것이 차이점이다.

도 9를 참조하면, 배터리 모듈(91), 직렬공진회로(92), 제1 스위치부(93) 및 제2 스위치부(94)를 구비한다. 그런데, 도 4에서와 달리 직렬공진회로(92)가 스위치 소자를 통해 제1,2 공통노드(N1,N2)의 사이에 선택적으로 접속되는 것이 아니라 상기 직렬공진회로(92)의 인덕터(Ls)의 일측 단자가 상기 제1 공통노드(N1)에 고정적으로 접속되고, 직렬공진회로(92)의 커패시터(Cs)의 타측 단자가 상기 제2 공통노드(N2)에 고정적으로 접속된다.

도 10a는 충전 예시도로서 상기 도 9에서 제3 배터리셀(CELL3)에 충전된 전기에너지를 회수하여 직렬공진회로(92)의 커패시터(Cs)에 일시적으로 충전하는 것을 예시적으로 나타낸 것이다.

이와 같은 경우, 제3스위치(SW93)와 제3스위치(SW93)가 턴온되고, 나머지의 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 따라서, 제3 배터리셀(CELL3)의 일측단자, 제3스위치(SW93), 제1공통노드(N1), 직렬공진회로(92)의 직렬접속된 인덕터(Ls) 및 커패시터(Cs), 제2공통노드(N2), 제9스위치(SW99) 및 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 타측단자로 접속되는 회수경로가 형성된다. 이에 따라, 상기 제3 배터리셀(CELL3)의 전기에너지가 상기 제3스위치(SW93), 제1공통노드(N1) 및 인덕터(Ls)를 통해 상기 커패시터(Cs)에 일시적으로 충전된다.

도 10b는 충전된 전기에너지의 공급 예시도로서 상기 커패시터(Cs)에 일시적으로 충전된 전기에너지를 제1 배터리셀(CELL1)에 충전하는 것을 예시적으로 나타낸 것이다.

이와 같은 경우, 제1스위치(SW91)와 제7스위치(SW97)가 턴온되고, 나머지의 스위치들은 모두 턴오프 상태로 유지된다. 따라서, 제1 배터리셀(CELL1)의 일측단자, 제1스위치(SW91), 제1공통노드(N1), 직렬공진회로(92)의 직렬접속된 인덕터(Ls) 및 커패시터(Cs), 제2공통노드(N2), 제7스위치(SW97) 및 상기 제1 배터리셀(CELL1)의 타측단자로 접속되는 공급경로가 형성된다. 이에 따라, 상기 커패시터(Cs)에 충전된 전기에너지가 인덕터(Ls), 상기 제1공통노드(N1) 및 제1스위치(SW91)를 통해 상기 제1 배터리셀(CELL1)에 공급되어 충전된다.

도 11은 상기 도 9의 배터리셀 밸런싱 회로에서 제1,2스위치부(93),(94)의 SPST 스위치를 모스트랜지스터로 구현한 예를 나타낸 것이다.

도 11을 참조하면, 제1스위치부(93A)에서는 제1 배터리셀(CELL1)의 일측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제1,2 모스트랜지스터(M101,M102)를 직렬로 접속하고, 제2 배터리셀(CELL2)의 일측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제3,4 모스트랜지스터(M103,M104)를 직렬로 접속하고, 제3 배터리셀(CELL3)의 일측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제5,6 모스트랜지스터(M105,M106)를 직렬로 접속하고,

제4 배터리셀(CELL4)의 일측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제7,8 모스트랜지스터(M107,M108)를 직렬로 접속하고, 제4 배터리셀(CELL4)의 타측 단자와 제1 공통노드(N1)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제9,10 모스트랜지스터(M109,M110)를 직렬로 접속하였다.

제2스위치부(94A)에서는 제1 배터리셀(CELL1)의 일측 단자와 제2 공통노드(N2)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제11,12 모스트랜지스터(M1111,M112)를 직렬로 접속하고, 제2 배터리셀(CELL2)의 일측 단자와 제2 공통노드(N2)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제13,14 모스트랜지스터(M113,M114)를 직렬로 접속하고, 제3 배터리셀(CELL3)의 일측 단자와 제2 공통노드(N2)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제15,16 모스트랜지스터(M115,M116)를 직렬로 접속하고, 제4 배터리셀(CELL4)의 일측 단자와 제2 공통노드(N2)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제17,18 모스트랜지스터(M117,M118)를 직렬로 접속하고, 제4 배터리셀(CELL4)의 타측 단자와 제2 공통노드(N2)의 사이에 다이오드와 각기 병렬접속된 제19,20 모스트랜지스터(M119,M120)를 직렬로 접속하였다.

도 12는 도 9에서 제1,2 스위치부의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 9와 비교할 때 제1,2 스위치부(93B),(94B)의 양방향으로 전류를 인가할 수 있도록 하여 스위치 경로의 개수를 절반으로 줄이고 SPST 스위치 대신 모스트랜지스터로 구현한 것이 다른 점이다. 상기 제1,2 스위치부(93B),(94B)의 구성은 상기 도 8에서 제1,2 스위치부(43B),(44B)와 동일하다. 하지만, 도 13은 도 8과 달리 제3스위치부가 생략되고 직렬공진회로(92)의 양측 종단이 제1,2공통노드(N1,N2)의 사이에 직접 접속된 것이 다른 점이다.

이와 같은 구조로 인하여, 제1-4 배터리셀(CELL1-CELL4) 간의 전류 흐름에 제한이 따른다. 즉, 홀수번째의 배터리셀인 제1,3 배터리셀(CELL1,CELL3) 간에만 전기에너지를 전달하거나, 짝수번째의 배터리셀인 제2,4배터리셀(CELL2,CELL4) 간에만 전기에너지 전달이 가능하다.

한편, 도 13은 본 발명의 배터리셀 밸런싱 회로에 적용되는 직렬공진회로를 보호하기 위한 회로의 실시예를 나타낸 것이다.

도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 직렬공진회로에 대한 보호회로는 직렬접속된 인덕터(Ls) 및 커패시터(Cs)를 포함하는 직렬공진회로(131)의 양측 종단과 상부단자(TOP_STACK)의 사이에 병렬접속된 제1,2다이오드(D131,D132), 상기 직렬공진회로(131)의 양측 종단과 하부단자(BOTTOM_STACK)의 사이에 병렬접속된 제3,4다이오드(D133,D134) 및 상기 커패시터(Cs)에 병렬접속된 스위치(SW131)를 포함한다.

상기 상부단자(TOP_STACK)는 도 12의 배터리 모듈(91)에서 최상측의 제1배터리셀(CELL1)의 양극단자에 연결되는 단자이고, 상기 하부단자(BOTTOM_STACK)는 상기 배터리 모듈(91)에서 최하측의 제4배터리셀(CELL1)의 음극단자에 연결되는 단자이다.

인덕터(Ls)에 전류가 흐르고 있는 상태에서 전류경로가 끊어지는 경우 상기 인덕터(Ls)의 양단에 강한 전압 스파이크 현상이 발생된다. 예를 들어, 제3 공통노드(N3)에서 제4 공통노드(N4) 방향으로 전류가 흐르다가, 상기 전류가 차단되는 순간 상기 제4 공통노드(N4)에 아주 높은 정극성(+) 전압이 인가되고, 제3 공통노드(N3)에 아주 낮은 부극성전압(-)이 인가된다. 이로 인하여 직렬공진회로(131)에 연결된 스위치 소자들이 파괴될 위험성이 있다.

하지만, 도 13에서와 같이 연결된 다이오드(D131-D134)에 의해 스위치 소자들이 보호된다. 예를 들어, 다이오드(D134), 인덕터(Ls), 커패시터(Cs) 및 다이오드(D131)의 경로를 통해 배터리 스택으로 전류가 흐르게 되면서 상기 제4 공통노드(N4)와 제3 공통노드(N3)의 양단에는 배터리 스택 만큼의 전압만 인가된다. 이와 같은 원리에 의해 소자들이 보호된다.

상기 보호회로는 상기 직렬공진회로(131)의 공진동작 후 상기 인덕터(Ls)에 잔존하는 전류를 소진하여 인덕터 전류의 급격한 변화에 의해 발생할 수 있는 전압 스파이크로부터 스위칭 소자 및 직렬공진회로(131)가 보호된다. 그리고, 상기 스위치(SW131)는 상기 직렬공진회로(131)의 공진동작 후 상기 커패시터(Cs)에 잔존하는 전하를 리세트시켜 다음의 공진이 효율적으로 일어날 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

41 : 배터리 모듈 42 : 직렬공진회로
43-45 : 제1-3 스위치부

Claims

직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈;
직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로;
상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하여 상기 커패시터에 저장하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 복수 개의 스위치를 구비하는 제1 스위치부;
이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하거나 상기 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제2 공통노드 사이에 각기 접속되는 스위치들을 구비하는 제2 스위치부; 및
상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들을 구비하는 제3 스위치부;를 포함하여 배터리셀 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 스위치부의 각 스위치는 SPST(Single Pole Single Throw) 및 모스트랜지스터 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제2항에 있어서, 상기 모스트랜지스터는 자신을 통해 흐르는 전류의 방향에 따라 N채널 모스트랜지스터 또는 P채널 모스트랜지스터로 결정되는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 스위치부에 구비되는 복수개의 스위치는 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 상기 제1 공통노드에 공통접속된 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 제2 스위치부에 구비되는 복수개의 스위치는 상기 복수개의 배터리셀의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 상기 제2 공통노드에 공통접속된 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 제3 스위치부에 구비되는 복수개의 스위치는 상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 종단단자의 사이에 병렬접속된 스위치 및 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 종단단자의 사이에 병렬접속된 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 복수 개의 배터리셀 각각의 용량은 상기 직렬공진회로의 커패시터의 용량에 비하여 일정치 이상 큰 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈;
직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로;
상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하여 상기 커패시터에 저장하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드를 복수 개 구비하는 제1 스위치부;
이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하거나 상기 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제2 공통노드 사이에 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드를 복수 개 구비하는 제2 스위치부; 및
상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 각기 접속되는 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 각기 접속되는 직렬접속된 모스트랜지스터와 역방향전류차단용 다이오드를 구비하는 제3 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제8항에 있어서, 상기 모스트랜지스터의 일측 단자와 타측 단자의 사이에 역방향전류차단용 다이오드가 각기 접속된 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈;
직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로;
상기 복수 개의 배터리셀 중에서 임의의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 임의의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자 중 일부의 단자들과 제1 공통노드의 사이에 접속된 복수개의 스위치 경로를 구비하되, 상기 복수개의 스위치 경로는 다이오드와 병렬접속된 형태로 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 각각 포함하는 제1 스위치부;
이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 임의의 배터리셀에 공급하거나 상기 임의의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자 중 상기 일부의 단자들 제외한 나머지 단자와 제2 공통노드의 사이에 접속된 복수개의 스위치 경로를 구비하되, 상기 복수개의 스위치 경로는 다이오드와 병렬접속된 형태로 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 각각 포함하는 제2 스위치부; 및
상기 복수 개의 배터리셀 중에서 임의의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 임의의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 병렬접속된 스위치 경로 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 병렬접속된 스위치 경로를 각기 구비하되, 상기 복수개의 스위치 경로는 다이오드와 병렬접속된 형태로 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 각각 포함하는 제3 스위치부;를 포함하여 배터리셀 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제10항에 있어서, 상기 제1 스위치부의 복수개의 스위치 경로는
제1 배터리셀의 일측 단자와 상기 제1 공통노드 간에 접속된 제1 스위치 경로,
제3 배터리셀의 일측 단자와 상기 제1 공통노드 간에 접속된 제3 스위치 경로 및,
제4 배터리셀의 타측 단자와 상기 제1 공통노드 간에 접속된 제5 스위치 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제10항에 있어서, 상기 제2스위치부의 복수개의 스위치 경로는
제2 배터리셀의 일측 단자와 상기 제2 공통노드 간에 접속된 제2 스위치 경로 및,
제4 배터리셀의 일측 단자와 상기 제2 공통노드 간에 접속된 제4 스위치 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈;
제1 공통노드 및 제2 공통노드의 사이에 직렬접속된 인덕터와 커패시터를 구비하여 직렬공진 기능을 수행하는 직렬공진회로;
상기 복수 개의 배터리셀 중에서 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하여 상기 커패시터에 저장하거나 이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 상기 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 복수 개의 스위치를 구비하는 제1 스위치부; 및
이미 회수되어 상기 커패시터에 저장된 전기에너지를 상기 하나 이상의 배터리셀에 공급하거나 상기 하나 이상의 배터리셀로부터 충전된 전기에너지를 회수하기 위한 경로를 제공하기 위하여, 상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 상기 제2 공통노드 사이에 각기 접속되는 스위치들을 구비하는 제2 스위치부;를 포함하여 배터리셀 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제13항에 있어서, 상기 제1 스위치부의 복수 개의 스위치는 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 포함하되, 상기 두 개의 모스트랜지스터는 각각 다이오드와 병렬접속된 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제13항에 있어서, 상기 제2 스위치부의 복수 개의 스위치는 직렬접속된 두 개의 모스트랜지스터를 포함하되, 상기 두 개의 모스트랜지스터는 각각 다이오드와 병렬접속된 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
제13항에 있어서, 상기 직렬공진회로의 커패시터에는 상기 직렬공진회로의 공진동작 후 상기 커패시터에 잔존하는 전하를 리세트시키기 위해 병렬접속된 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.