KR20150088464A - Balancing apparatus and the method using parallel connection of energy storage units - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 저장 유닛들 사이의 에너지 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 에너지 저장 유닛으로 가장 일반적으로 사용되는 배터리 셀들 사이의 에너지 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 팩과 같이 다수의 에너지 저장 유닛들이 직렬로 연결된 에너지 저장 모듈에 있어서 에너지 저장 유닛들 사이에서 저장된 에너지 차이를 줄여주는 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
일반적으로 2차 전지는 충전 과정을 거쳐 에너지를 저장하고 방전 과정을 통해 저장된 에너지를 외부에서 사용할 수 있는 배터리를 말한다. 2차 전지는 화학적 또는 구조적인 문제로 하나의 배터리 셀의 전압이 제한될 수 있다. 따라서 높은 전압이 요구되는 응용분야에서는 필요한 개수의 배터리 셀들을 직렬로 연결하여 사용한다. 동일한 제조 조건 및 동일한 환경에서 제조된 배터리 셀이라 할지라도 전기적인 특성에 일정한 차이가 있을 수 있고 또한 사용하면서 배터리 내부 특성이 열화되는 정도에도 차이가 있으므로, 동일한 전류로 배터리 셀들을 충, 방전 한다고 하더라도 상호 연결된 배터리 셀들 간의 전압 불균형, 잔류 전하량의 불균형이 발생하게 된다.Generally, a secondary battery refers to a battery that stores energy through a charging process and can use stored energy through discharging. The secondary battery can be limited in the voltage of one battery cell due to a chemical or structural problem. Therefore, in applications where high voltage is required, a necessary number of battery cells are connected in series. Even if the battery cells are manufactured under the same manufacturing conditions and the same environment, there may be a certain difference in electrical characteristics and there is a difference in the degree of deterioration of the battery internal characteristics during use. Even if the battery cells are charged and discharged with the same current A voltage unbalance between the mutually connected battery cells and an imbalance in the amount of residual charge occur.
배터리 셀의 전압이 너무 높으면 불이 나거나 폭발할 위험이 있으며 너무 낮으면 배터리 셀의 특성을 잃어 버리게 되므로, 이를 방지하기 위하여 어느 하나의 배터리 셀이 과충전 또는 과방전시, 전체 배터리 셀들은 충전 또는 방전을 중단한다. 즉, 직렬로 연결된 복수 개의 배터리 셀들 중 일부 배터리 셀이 다른 배터리 셀에 비해 과충전된 경우, 나머지 배터리 셀들은 충분히 충전이 되지 않은 상태에서 배터리 셀의 충전 과정이 중단된다. 반대로 일부의 배터리 셀이 과방전된 경우, 나머지 배터리 셀들은 아직 사용할 수 있는 에너지가 남아있는 상태에서 배터리 셀의 사용이 제한된다.If the voltage of the battery cell is too high, there is a risk of fire or explosion. If the voltage of the battery cell is excessively low, the characteristics of the battery cell will be lost. To prevent this, a battery cell is overcharged or overdischarged, Stop. That is, when some battery cells of the plurality of battery cells connected in series are overcharged compared to other battery cells, the charging process of the battery cells is stopped in a state where the remaining battery cells are not fully charged. Conversely, when some of the battery cells are overdischarged, the use of the battery cells is limited in a state where remaining energy remains in the remaining battery cells.
이와 같이 직렬로 연결된 복수 개의 배터리 셀들 사이의 전압의 불균형 및 잔류 전하량의 불균형이 발생되면, 배터리 셀들의 가용 전압범위가 감소하게 되거나 충전 및 방전 주기가 짧아지게 되어 배터리 셀의 수명을 단축하게 된다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 배터리 셀들의 전압이나 전하량을 균일하게 하기 위한 밸런싱 방법이 제안되고 있다.If the unbalance of the voltage between the plurality of battery cells connected in series and the unbalance of the residual charge are generated, the available voltage range of the battery cells may be reduced or the charging and discharging period may be shortened, thereby shortening the life of the battery cell. In order to overcome such disadvantages, a balancing method for uniformizing the voltage and the charge amount of the battery cells has been proposed.
배터리 셀 밸런싱은 에너지를 소비하면서 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 패시브 방식과 에너지를 소비하지 않으면서 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 액티브 방식으로 크게 구분할 수 있다.Battery cell balancing can be broadly classified into a passive mode for balancing battery cells while consuming energy and an active mode for balancing battery cells without consuming energy.
도 1은 종래의 패시브 방식의 밸런싱 회로이다. 도 1을 참조하면, 각 배터리 셀에는 스위칭 소자(S1, S2, …, Sn)와 에너지 소비를 위한 저항(R1, R2, …, Rn)이 연결되어 있다. 특정 배터리 셀이 과충전되는 경우 그 배터리 셀에 연결된 스위칭 소자를 턴온시켜 저항을 통해 에너지를 방전하는 방식으로 밸런싱 기능을 수행한다. 이러한 방식은 과충전된 에너지를 저항을 통해 소비하므로 에너지가 낭비되는 단점이 있다.1 is a conventional passive balancing circuit. Referring to FIG. 1, switching elements S1, S2, ..., Sn and resistors R1, R2, ..., Rn for energy consumption are connected to each battery cell. When a specific battery cell is overcharged, a switching element connected to the battery cell is turned on to perform energy balancing by discharging energy through a resistor. This method has the disadvantage that energy is wasted because the overcharged energy is consumed through the resistor.
도 2 내지 도 6은 종래 액티브 방식의 밸런싱 회로의 예를 나타낸다.Figs. 2 to 6 show an example of a balancing circuit of a conventional active scheme.
도 2는 종래 액티브 밸런싱 방식의 일 예로서, 각 배터리 셀에 각각의 트랜스포머가 사용되는 방식이다. 도 2의 스위칭 소자(SW)를 온/오프 동작시키면 트랜스포머(T1, T2, …)와 다이오드를 통해 배터리 셀로 에너지가 전달되는데 전압이 낮은 배터리 셀로는 전류가 더 많이 흐르게 되므로 밸런싱 기능이 수행된다. 도 2의 밸런싱 회로는 각 배터리 셀마다 트랜스포머를 구비하여야 하므로 가격이 비싸지고 부피가 커지는 등의 단점을 갖고 있다. FIG. 2 shows an example of a conventional active balancing method in which each transformer is used for each battery cell. When the switching device SW shown in FIG. 2 is turned on / off, energy is transferred to the battery cell through the transformers T1, T2, ... and a diode. In the battery cell having a low voltage, a current flows more and the balancing function is performed. The balancing circuit shown in FIG. 2 has disadvantages such as an increase in cost and an increase in volume because a transformer must be provided for each battery cell.
도 3은 종래 액티브 밸런싱 방식의 다른 일 예로서, 도 2의 밸런싱 회로에 비해 트랜스포머가 한 개만 사용된다는 점에서 차이가 있다. 도 3의 밸런싱 회로에서는 트랜스포머 1차 권선의 개수와 자성체 개수가 적다는 점에서는 장점이지만 1개의 트랜스포머에 배터리 셀 개수만큼의 2차 권선을 배치해야 한다는 점에서 배터리 셀의 개수가 많을 경우 적용에 어려움이 있다.Figure 3 is another example of a conventional active balancing scheme in that only one transformer is used compared to the balancing circuit of Figure 2. The balancing circuit of FIG. 3 is advantageous in that the number of transformer primary windings and the number of magnetic bodies is small, but it is difficult to apply a large number of battery cells when the number of battery cells is large in the number of battery cells in one transformer .
도 4는 종래 액티브 밸런싱 방식의 또 다른 예이다. 트랜스포머는 자성체, 1차권선 및 2차권선을 각각 1개씩만 구비하는 대신 스위칭 네트워크(S1, S2, …)를 통해 각 배터리 셀을 변압기 2차 권선에 선택적으로 연결하여 충전되는 배터리 셀을 선택함으로써 밸런싱 기능을 수행한다. 도 4의 밸런싱 회로는 도 2 또는 도 3의 밸런싱 회로에 비해서는 트랜스포머의 개수나 권선 수가 줄어든다는 장점이 있으나 여전히 자성체와 권선을 포함하는 트랜스포머를 필요로 한다는 점에서는 가격이나 부피의 부담이 있다.Fig. 4 is another example of the conventional active balancing method. Instead of having only one magnetic body, a primary winding and a secondary winding respectively, the transformer selectively connects the battery cells to the secondary winding of the transformer through the switching networks S1, S2, ... to select the battery cells to be charged Balancing function. The balancing circuit of FIG. 4 is advantageous in that the number of transformers or the number of windings is reduced as compared with the balancing circuit of FIG. 2 or FIG. 3, but there is still a burden on cost and volume in that a transformer including a magnetic body and a winding is required.
도 5는 종래 액티브 밸런싱 회로의 또 다른 일 예로서, 트랜스포머나 인덕터 같은 자성소자를 사용하지 않고 커패시터를 매개로 하여 밸런싱 기능을 수행하는 방식이다. 각 커패시터(C1, C2, …)는 스위칭 소자를 통해 2개의 배터리 셀 중의 어느 하나에 연결될 수 있고, 이 커패시터를 경유하여 배터리 셀 간의 밸런싱 기능이 수행된다. 예를 들어 배터리 셀 B1의 전압이 높고 배터리 셀 B2의 전압이 낮은 경우, 먼저 배터리 셀 B1을 스위칭 소자의 온/오프 동작을 통해 커패시터 C1에 병렬로 연결하여 배터리 셀 B1의 에너지를 커패시터 C1으로 전달한다. 그 다음 스위칭 소자의 온/오프 상태를 변경하여 배터리 셀 B2를 커패시터 C1에 병렬로 연결하면 커패시터 C1에 저장된 에너지가 배터리 셀 B2로 전달되므로, 배터리 셀 B1과 배터리 셀 B2 사이의 밸런싱 기능이 달성된다. 이러한 방식에서는 멀리 떨어진 배터리 셀 사이의 밸런싱을 위해서는 다수의 커패시터를 통해 차례차례 에너지가 전달되어야 하므로 밸런싱에 소요되는 시간이 길어질 뿐만 아니라 여전히 커패시터라는 에너지 저장 소자를 필요로 한다는 단점이 있다.5 is a diagram illustrating another example of a conventional active balancing circuit in which a balancing function is performed through a capacitor without using a magnetic element such as a transformer or an inductor. Each of the capacitors C1, C2, ... may be connected to any one of the two battery cells through a switching element, and a balancing function is performed between the battery cells via the capacitor. For example, when the voltage of the battery cell B1 is high and the voltage of the battery cell B2 is low, the battery cell B1 is first connected in parallel to the capacitor C1 through the on / off operation of the switching device to transfer the energy of the battery cell B1 to the capacitor C1 do. When the on / off state of the switching element is changed and the battery cell B2 is connected in parallel to the capacitor C1, the energy stored in the capacitor C1 is transferred to the battery cell B2, so that a balancing function between the battery cell B1 and the battery cell B2 is achieved . In this method, energy is transferred sequentially through a plurality of capacitors in order to balance the battery cells away from each other, so that the time required for balancing is prolonged, and an energy storage device called a capacitor is still required.
도 6은 종래 액티브 밸런싱 회로의 또 다른 일 예로서, 도 5의 밸런싱 회로에 비해 커패시터(C)를 1개만 사용하면서 스위칭 네트워크를 통해 각 배터리 셀을 커패시터에 선택적으로 연결하는 방식이다. 특정 배터리 셀의 전압이 높으면 스위칭 네트워크를 통해 커패시터(C)로 에너지를 전달한 후, 전압이 낮은 배터리 셀을 커패시터에 연결하여 커패시터에 저장된 에너지를 전압이 낮은 배터리 셀로 다시 전달하는 방식으로 밸런싱 기능을 수행한다. 도 6의 밸런싱 회로에 의하면 2단계 에너지 전달(전압이 높은 배터리 셀 => 커패시터 => 전압이 낮은 배터리 셀)을 통해 밸런싱 기능이 수행되므로 도 5의 밸런싱 회로에 비해서는 에너지 전달 단계가 감소되었지만, 여전히 부피가 큰 에너지 저장용 커패시터를 사용해야 한다는 것과 기본적으로 2단계의 에너지 전달 절차가 필요하다는 단점이 있다.FIG. 6 shows another example of a conventional active balancing circuit. In FIG. 6, each battery cell is selectively connected to a capacitor through a switching network while using only one capacitor C, as compared with the balancing circuit of FIG. When the voltage of a specific battery cell is high, the energy is transferred to the capacitor C through the switching network. Then, the energy stored in the capacitor is transferred to the low-voltage battery cell by connecting the low-voltage battery cell to the capacitor. do. The balancing circuit of FIG. 6 reduces the energy transfer steps as compared with the balancing circuit of FIG. 5 because the balancing function is performed through the two-stage energy transfer (the high voltage battery cell => the capacitor => low voltage battery cell) There is still the disadvantage of using a bulky energy storage capacitor and fundamentally requiring a two-step energy transfer procedure.
이와 같이 종래 밸런싱 회로 중 패시브 방식은 과충전 에너지를 버리는 방식이므로 에너지 효율에 문제가 있고, 액티브 방식은 트랜스포머나 커패시터와 같은 부피가 크고 가격이 비싼 에너지 저장 소자를 포함하고 있어 부담이 되므로, 트랜스포머나 커패시터와 같은 에너지 저장 소자를 사용하지 않으면서 간단한 절차로 효율적으로 밸런싱 기능을 수행할 수 있는 밸런싱 회로를 개발할 필요성이 있다.
As described above, in the conventional balancing circuit, the passive method is a method of discarding overcharge energy, so there is a problem in energy efficiency. Since the active method is burdensome because it includes a bulky and expensive energy storage element such as a transformer or a capacitor, There is a need to develop a balancing circuit capable of efficiently performing a balancing function in a simple procedure without using an energy storage element such as a transistor,
논문 : S. Moore 외 1명, “A review of cell equalization methods for lithium ion and lithium polymer battery systems”, Society of Automotive Engineers, 2001."A review of cell equalization methods for lithium ion and lithium polymer battery systems", Society of Automotive Engineers, 2001.
특허문헌 : US 5932932
Patent Literature: US 5932932
본 발명의 목적은 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들, 특히 직렬로 연결된 배터리 셀들 사이의 밸런싱 기능을 수행하는 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a balancing apparatus and method for performing a balancing function between serially connected energy storage units, in particular, serially connected battery cells.
특히, 본 발명은 트랜스포머나 커패시터와 같은 에너지 저장 소자를 사용하지 않고도 간단한 절차로 신속하고 효율적으로 밸런싱 기능을 수행하는 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to provide a balancing apparatus and method for performing a balancing function quickly and efficiently by a simple procedure without using an energy storage element such as a transformer or a capacitor.
또한, 본 발명은 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이의 연결을 유지한 상태에서 간단한 절차로 신속하고 효율적으로 밸런싱 기능을 수행하는 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide a balancing apparatus and method for performing a balancing function quickly and efficiently by a simple procedure while maintaining a connection between serially connected energy storage units.
본 발명의 일 측면은, 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이의 밸런싱 기능을 수행하기 위한 밸런싱 장치에 있어서, 상기 밸런싱 장치는 에너지 저장 유닛들의 (+) 단자에 접속되는 제1 스위칭 모듈과 에너지 저장 유닛들의 (-) 단자에 접속되는 제2 스위칭 모듈을 포함하고, 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제2 스위칭 모듈에 포함된 스위칭 유닛들의 온/오프 동작에 의해 상기 에너지 저장 유닛들 중 일부가 서로 병렬로 연결됨으로써 밸런싱 기능이 수행되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a balancing apparatus for performing a balancing function between energy storage units connected in series, the balancing apparatus comprising a first switching module connected to the (+) terminal of energy storage units, And a second switching module connected to the (-) terminals of the first switching module and the second switching module, wherein the on / off operations of the switching units included in the first switching module and the second switching module cause some of the energy storage units And the balancing function is performed by being connected.
여기서, 상기 제1 스위칭 모듈은 복수의 스위칭 유닛들을 포함하고, 상기 제1 스위칭 모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 하나의 단자는 각각 대응하는 에너지 저장 유닛의 (+) 단자에 연결되며, 상기 제2 스위칭 모듈은 복수의 스위칭 유닛들을 포함하고, 상기 제2 스위칭모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 하나의 단자는 각각 대응하는 에너지 저장 유닛의 (-) 단자에 연결될 수 있다.Wherein the first switching module includes a plurality of switching units, one terminal of each of the switching units of the first switching module is connected to a (+) terminal of a corresponding energy storage unit, The switching module includes a plurality of switching units, and one terminal of each of the switching units of the second switching module may be connected to the negative terminal of the corresponding energy storage unit.
상기 제1 스위칭 모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 다른 하나의 단자는 모두 공통으로 접속되어 제1 공통 노드를 형성하고, 상기 제2 스위칭 모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 다른 하나의 단자는 모두 공통으로 접속되어 제2 공통 노드를 형성할 수 있다.The other terminal of each of the switching units of the first switching module being all connected in common to form a first common node and the other terminal of each of the switching units of the second switching module being common To form a second common node.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은, 상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이에 다른 회로 소자가 삽입되지 않은 상태로 어느 하나의 에너지 저장 유닛의 (+) 단자와 인접한 에너지 저장 유닛의 (-) 단자가 직접 전기적으로 연결될 수 있다.(-) terminal of the energy storage unit adjacent to the (+) terminal of one energy storage unit and the (-) terminal of the energy storage unit adjacent to the energy storage unit are connected in series, Can be directly electrically connected.
상기 밸런싱 기능의 수행은, 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들의 사이에 2개 이상의 에너지 저장 유닛이 있는 경우에는 상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들을 병렬로 연결함으로써 밸런싱이 수행될 수 있다.In the case where there are two or more energy storage units between the energy storage units to perform balancing, balancing can be performed by connecting the energy storage units to perform the balancing in parallel.
상기 밸런싱 기능의 수행은, 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들의 사이에 1개 이하의 에너지 저장 유닛이 있는 경우에는, 상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들 모두로부터 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 배치된 또 다른 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱 기능이 수행될 수 있다.The performance of the balancing function may be such that if there are one or less energy storage units between the energy storage units for which balancing is to be performed, The balancing function can be performed via another energy storage unit disposed at the other end.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은 6개 이상일 수 있다.The energy storage units connected in series may be six or more.
상기 에너지 저장 유닛은 적어도 한 개 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다.The energy storage unit may include at least one battery cell.
상기 제1 스위칭 모듈 및 제2 스위칭 모듈에 포함된 상기 스위칭 유닛들은 양방향 제어가 가능한 양방향 스위칭 소자일 수 있다.The switching units included in the first switching module and the second switching module may be bi-directional switching devices capable of bidirectional control.
본 발명의 다른 측면은, 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이의 밸런싱 기능을 수행하기 위한 밸런싱 방법에 있어서, 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 외의 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 선택하고, 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 일부와 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 병렬로 연결한 후, 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛과 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 다른 일부를 병렬로 연결함으로써, 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱이 수행되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a balancing method for performing a balancing function between serially connected energy storage units, comprising: selecting a first light oil energy storage unit other than the energy storage units for which balancing is to be performed; And a second energy storage unit connected in parallel with the first energy storage unit and a second energy storage unit connected to the first energy storage unit, , Balancing is performed via the first light oil energy storage unit.
여기서, 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들의 사이에 2개 이상의 에너지 저장 유닛이 있는 경우, 상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들을 병렬로 연결하여 밸런싱을 수행하고, 상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들의 사이에 1개 이하의 에너지 저장 유닛이 있는 경우, 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱을 수행할 수 있다.Here, when there are two or more energy storage units among the energy storage units to be balanced, the energy storage units to perform the balancing are connected in parallel to perform balancing, and the energy storage unit Balancing may be performed via the first light oil energy storage unit if there is less than one energy storage unit between the first light energy storage unit.
상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱을 수행하는 것은, 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들에 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 이격된 에너지 저장 유닛이 있는 경우, 상기 이격된 에너지 저장 유닛을 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛으로 선택하여 밸런싱을 수행할 수 있다.Wherein the balancing via the first light oil energy storage unit includes the steps of: when there is an energy storage unit spaced apart by two or more energy storage units commonly to the energy storage units for which balancing is to be performed, And the balancing can be performed by selecting the separated energy storage unit as the first via energy storage unit.
상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들에 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 이격된 에너지 저장 유닛이 없는 경우, 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 일부의 에너지를 제2의 경유 에너지 저장 유닛으로 전달한 후, 상기 제2의 경유 에너지 저장 유닛과 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 다른 일부에 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 이격된 에너지 저장 유닛을 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛으로 선택하고 이를 경유하여 상기 제2의 경유 에너지 저장 유닛과 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 다른 일부 사이의 밸런싱을 수행할 수 있다.When there is no energy storage unit spaced apart by two or more energy storage units in common to the energy storage units to be balanced, energy of some of the energy storage units to be balanced is set to a second And an energy storage unit spaced apart by two or more energy storage units in common to another one of the energy storage units to be balanced with the second light oil energy storage unit, And may perform balancing between the second light oil energy storage unit and another part of the energy storage units for which the balancing is to be performed via the first light oil energy storage unit.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은, 상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이에 다른 회로 소자가 삽입되지 않은 상태로 어느 하나의 에너지 저장 유닛의 (+) 단자와 바로 인접한 에너지 저장 유닛의 (-) 단자가 직접 전기적으로 연결될 수 있다.The energy storage units connected in series are connected to the positive terminal of one energy storage unit and the negative terminal of the energy storage unit immediately adjacent to the positive energy storage unit without inserting other circuit elements between the serially connected energy storage units. Can be directly electrically connected.
상기 에너지 저장 유닛은 적어도 한 개 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다.The energy storage unit may include at least one battery cell.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은 6개 이상일 수 있다.
The energy storage units connected in series may be six or more.
본 발명에 따른 밸런싱 장치 및 방법에 의하면, 트랜스포머, 인덕터 또는 커패시터 등의 부가적인 소자를 사용하지 않고도 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이의 밸런싱 기능을 간단한 구조로 신속하고 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 발명은 부가적인 회로 소자 없이 스위칭 소자만으로 밸런싱 기능을 수행할 수 있으므로 집적회로로 구현하는데 있어서 더욱 효과적이다.According to the balancing apparatus and method of the present invention, the balancing function between energy storage units connected in series can be performed quickly and efficiently with a simple structure without using additional elements such as a transformer, an inductor, or a capacitor have. In particular, since the present invention can perform a balancing function with only switching elements without additional circuit elements, it is more effective in implementing the integrated circuit.
또한, 본 발명에 따른 밸런싱 장치 및 방법에 의하면, 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이의 연결을 그대로 둔 채 밸런싱 기능을 수행할 수 있도록 함으로써 일반적인 배터리 팩의 전기적 연결을 변경함이 없이 그대로 사용하면서도 간단한 구조로 신속하고 효율적으로 밸런싱 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.
In addition, according to the balancing apparatus and method of the present invention, since the balancing function can be performed while leaving the connection between the energy storage units connected in series, the electric connection of the general battery pack is not changed, And the balancing function can be performed quickly and efficiently.
도 1은 종래의 패시브 방식의 밸런싱 장치의 일 예이다.
도 2는 에너지 저장 유닛에 각각 트랜스포머가 배치된 종래의 액티브 방식의 밸런싱 장치의 일 예이다.
도 3은 에너지 저장 유닛에 각각 트랜스포머의 2차 권선이 배치된 종래의 액티브 방식의 밸런싱 장치의 일 예이다.
도 4는 하나의 트랜스포머가 사용된 종래의 액티브 방식의 밸런싱 장치의 일 예이다.
도 5는 복수의 에너지 저장용 커패시터를 사용한 종래의 액티브 방식의 밸런싱 장치의 일 예이다.
도 6은 하나의 에너지 저장용 커패시터를 사용한 종래의 액티브 방식의 밸런싱 장치의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 방식의 밸런싱 장치이다.
도 8은 도 7의 실시예에서 두 개의 에너지 저장 유닛 사이의 밸런싱 동작을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 7의 실시예에 따른 밸런싱 장치에서 인접한 에너지 저장 유닛들 사이에서는 직접 병렬 연결을 통한 밸런싱 동작이 불가능함을 설명하는 도면이다.
도 10과 도 11은 도 7의 실시예에 따른 밸런싱 장치에서 인접한 에너지 저장 유닛들 사이에서 밸런싱 기능을 수행하는 과정을 설명하는 도면이다.1 is an example of a conventional passive balancing apparatus.
2 is an example of a conventional active balancing apparatus in which a transformer is disposed in each energy storage unit.
3 is an example of a conventional active balancing apparatus in which a secondary winding of a transformer is disposed in each energy storage unit.
4 is an example of a conventional active balancing apparatus in which one transformer is used.
5 is an example of a conventional active balancing apparatus using a plurality of energy storage capacitors.
6 is an example of a conventional active balancing apparatus using one energy storage capacitor.
7 is an active balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating balancing operation between two energy storage units in the embodiment of FIG. 7; FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining that balancing operation through direct parallel connection between adjacent energy storage units in a balancing apparatus according to the embodiment of FIG. 7 is impossible.
FIGS. 10 and 11 are views for explaining a process of performing a balancing function between adjacent energy storage units in the balancing apparatus according to the embodiment of FIG.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 장치를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 장치는, 배터리 모듈(110) 내의 배터리 셀들을 밸런싱하기 위하여 제1 스위칭 모듈(120) 및 제2 스위칭 모듈(130)을 포함한다. 7 shows a balancing device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, a balancing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
배터리 모듈(110)은 6개의 직렬 연결된 배터리 셀(B1, …, B6)을 포함한다. 본 발명에 따른 밸런싱 장치는 배터리가 아닌 다른 종류의 에너지 저장 유닛에도 적용할 수 있지만 여기서는 배터리 셀을 예로 들어 설명하기로 한다. 배터리 셀은 밸런싱 기능을 수행하기 위한 관점에서의 단위 유닛을 의미하는 것으로, 1개의 배터리 셀 일수도 있고 배터리 셀이 복수개로 구성된 배터리 셀의 집합일 수도 있다. The
배터리 모듈(110)에는 복수의 배터리 셀들(B1, …, B6)이 직렬로 연결되어 있다. 본 발명은 특히 직렬로 연결된 배터리 셀들 사이에 다른 회로 소자가 삽입되지 않은 상태로 배터리 셀들이 전기적으로 직접 연결된 경우에 적합하다. 여기서 ‘배터리 셀들이 전기적으로 직접 연결’이라는 표현은, 배터리 셀들 사이에 커패시터, 인덕터, 스위칭 소자 등 다른 회로 소자가 삽입되지 않았음을 의미하기 위한 것으로서, 물리적인 직접 접속 뿐만 아니라 배선 등에 의해 전기적으로 연결된 상태를 포함하여 회로 동작 관점에서 실질적으로 동일 전위로 볼 수 있는 전기적 연결을 의미한다. 일반적으로 상용화된 배터리 팩은 다수의 배터리 셀들이 전기적으로 직접 연결된 상태로 제공되므로, 직렬 연결된 배터리 셀들 사이의 연결을 끊고 그 사이에 회로 소자를 삽입하여야 하는 방식의 밸런싱 회로를 사용하기 위해서는 일반적인 배터리 팩을 사용할 수는 없고 별도의 전용 배터리 팩을 제작하여야 하는 문제가 있다. 따라서 본 발명에 따른 밸런싱 회로에 의하면 배터리 셀들 사이의 직렬 연결을 훼손하지 않고 일반적인 배터리 팩을 그대로 사용하면서 밸런싱이 가능하다는 점에서 장점이 있다.A plurality of battery cells B1, ..., B6 are connected in series to the
제1 스위칭 모듈(120)은 배터리 셀의 개수에 대응되는 수의 스위칭 유닛(S1p, …, S6p)을 포함할 수 있다. 스위칭 유닛(S1p, …, S6p) 각각의 하나의 단자는 대응하는 배터리 셀의 (+) 단자에 접속되고, 스위칭 유닛(S1p, …, S6p) 각각의 다른 하나의 단자는 서로 공통 접속되어 제1 공통 노드(T1)를 형성한다. 제1 스위칭 모듈에 포함된 스위칭 유닛(S1p, …, S6p)은 양방향 온/오프 제어가 가능한 양방향 스위칭 소자일 수 있다. 스위칭 유닛(S1p, …, S6p)은 도시되지 않은 밸런싱 제어부에 의해 온/오프 되어 필요에 따라 밸런싱 기능을 수행한다. The
제2 스위칭 모듈(130)은 배터리 셀의 개수에 대응되는 수의 스위칭 유닛(S1n, …, S6n)을 포함할 수 있다. 스위칭 유닛(S1n, …, S6n) 각각의 하나의 단자는 대응하는 배터리 셀의 (-) 단자에 접속되고, 스위칭 유닛(S1n, …, S6n) 각각의 다른 하나의 단자는 서로 공통 접속되어 제2 공통 노드(T2)를 형성한다. 제2 스위칭 모듈에 포함된 스위칭 유닛(S1n, …, S6n)은 양방향 온/오프 제어가 가능한 양방향 스위칭 소자일 수 있다. 스위칭 유닛(S1n, …, S6n)은 도시되지 않은 밸런싱 제어부에 의해 온/오프 되어 필요에 따라 밸런싱 기능을 수행한다.The
도 7의 실시예에서는 배터리 셀이 6 개인 것으로 예시적으로 도시하였으나 배터리 셀의 수는 달라질 수 있고, 이에 따라 제1 스위칭 모듈과 제2 스위칭 모듈의 스위칭 유닛의 수도 배터리 셀의 수에 대응하여 달라질 수 있다. 또한, 도 7의 실시예에서는 배터리 모듈(110)이 외부 연결 단자(PACK+, PACK-)에 바로 연결되어 충전 전류(ICHG) 또는 방전 전류(IDSG)가 흐르는 것으로 도시되었으나, 밸런싱 동작 중에는 외부로부터/로 충/방전 전류가 흐르지 않도록 차단하는 충방전 전류 차단부(미도시)를 배터리 모듈과 외부 연결 단자(PACK+, PACK-) 사이에 필요에 따라 배치할 수도 있다. 밸런싱 동작과 충방전 동작의 제어를 배터리 모듈 외부의 제어부(미도시)가 수행할 경우에는 이러한 충방전 전류 차단부를 별도로 구비하지 않을 수도 있다. In the embodiment of FIG. 7, although six battery cells are illustrated as an example, the number of battery cells may vary, and accordingly, the number of switching units of the first and second switching modules may vary corresponding to the number of battery cells. . 7, the
이하에서는 도 8을 통해 도 7의 실시예에 따른 밸런싱 장치의 동작을 설명한다. 일반적인 충/방전 상태에서는 제1, 2 스위칭 모듈은 동작하지 않고 배터리 모듈은 외부 연결 단자(PACK+, PACK-)를 통해 충전 혹은 방전 동작을 수행한다. 이는 일반적인 배터리의 동작과 동일하다. Hereinafter, the operation of the balancing apparatus according to the embodiment of FIG. 7 will be described with reference to FIG. In the normal charging / discharging state, the first and second switching modules do not operate, and the battery module performs the charging or discharging operation through the external connection terminals (PACK +, PACK-). This is the same as normal battery operation.
배터리 모듈은 배터리 셀 간의 편차, 열화 정도의 차이 등에 의해 배터리 셀 간에 저장된 에너지의 차이가 발생하게 된다. 직렬로 연결된 복수 개의 배터리 셀들 중 일부 배터리 셀이 다른 배터리 셀에 비해 과충전된 경우, 나머지 배터리 셀들은 충분히 충전이 되지 않은 상태에서 배터리 셀의 충전 과정이 중단된다. 반대로 일부의 배터리 셀이 과방전된 경우, 나머지 배터리 셀들은 아직 사용할 수 있는 에너지가 남아있는 상태에서 배터리 셀의 사용이 제한된다. 따라서 배터리 셀 사이의 불균형이 발생하는 경우 전체 배터리의 사용 효율이 저하되게 되고, 잦은 충방전으로 인해 배터리 수명도 저하되므로, 배터리 셀 간의 밸런싱을 수행하는 것이 바람직하다. The difference in energy stored between the battery cells occurs due to the difference between the battery cells and the degree of deterioration. When some battery cells of the plurality of battery cells connected in series are overcharged compared to other battery cells, the charging process of the battery cells is interrupted while the remaining battery cells are not fully charged. Conversely, when some of the battery cells are overdischarged, the use of the battery cells is limited in a state where remaining energy remains in the remaining battery cells. Therefore, when an imbalance occurs between the battery cells, the efficiency of use of the entire battery is lowered and the life of the battery is lowered due to frequent charging and discharging. Therefore, it is preferable to perform balancing between the battery cells.
배터리 셀 간의 불균형을 감지하여 밸런싱 기능을 수행할 필요가 있다고 판단된 경우, 제1, 2 스위칭 모듈(120, 130)에 포함된 스위칭 유닛들 중 일부가 온/오프 동작을 수행한다. 도 8은 배터리 셀 B1과 B6 사이에 에너지를 교환하는 밸런싱 동작을 예로 든 것이다. 배터리 셀 B1과 B6 사이의 에너지 전달을 위해 스위칭 유닛 S1p, S1n, S6p, S6n을 턴온 시킨다. 제1 스위칭 모듈(120)의 제1 공통 단자(T1)에 스위칭 유닛 S1p 및 S6p가 연결되어 있으므로, 스위칭 유닛 S1p, S6p가 턴온 되면 배터리 셀 B1과 B6의 (+) 단자가 제1 공통 노드(T1)을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 마찬가지로 제2 스위칭 모듈(130)의 제2 공통 단자(T2)에 스위칭 유닛 S1n, S6n이 연결되어 있으므로 스위칭 유닛 S1n, S6n이 턴온 되면 배터리 셀 B1과 B6의 (-) 단자가 제2 공통 노드(T2)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 따라서 배터리 셀 B1과 B6는 (+) 단자가 서로 연결되고 (-) 단자도 서로 연결됨으로써 서로 병렬로 연결되게 된다. 그러면 두 개의 배터리 셀 중 전압이 높은 배터리 셀로부터 전압이 낮은 배터리 셀로 에너지가 이동하면서 밸런싱이 수행된다. 이와 같이 배터리 셀들 사이에 전압 불균형이 존재하는 경우 전압이 다른 배터리 셀들을 스위칭 소자를 통해 병렬로 연결함으로써 밸런싱을 수행할 수 있다. When it is determined that the balancing function needs to be performed by sensing the unbalance between the battery cells, some of the switching units included in the first and
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면 밸런싱을 수행하고자 하는 배터리 셀들을 병렬로 연결함으로써 하나의 에너지 전달 단계만으로도 밸런싱이 가능하므로, 도 6의 커패시터를 통한 종래의 밸런싱 기술에 비해 에너지 전달 절차를 줄일 수 있어 간단한 구조를 사용하면서도 신속하고 효과적으로 밸런싱을 수행할 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, since balancing is possible by only one energy transfer step by connecting the battery cells to be balancing in parallel, the energy transfer procedure can be reduced compared to the conventional balancing technique through the capacitor of FIG. It is possible to perform balancing quickly and effectively while using a simple structure.
도 8의 실시예에서는 밸런싱을 수행하려는 배터리 셀들을 스위칭 소자만을 통해 서로 병렬로 연결하는 방식을 사용한다. 이와 같이 스위칭 소자 외의 다른 회로 소자(저항, 인덕터 등)를 포함하지 않음으로써 간단한 구조로 부피와 가격 부담을 줄이면서도 효과적으로 밸런싱 기능을 수행할 수 있다. 그러나 병렬로 연결되는 배터리 셀들 사이에 저항이나 인덕터 등의 전류 제한 소자를 포함시킬 수도 있다. 이 경우 배터리 셀들 사이에 발생할 수 있는 서지 전류를 제한하는 효과가 있다.In the embodiment of FIG. 8, the battery cells to be balanced are connected in parallel through only the switching element. By not including circuit elements (resistors, inductors, etc.) other than the switching elements in this way, the balancing function can be effectively performed while reducing volume and cost due to the simple structure. However, a current limiting element such as a resistor or an inductor may be included between battery cells connected in parallel. In this case, surge current that may occur between battery cells is limited.
도 8에서는 배터리 셀 B1과 B6 사이의 밸런싱 동작을 예로 들었으나, 배터리 셀들의 전압 불균형 정도에 따라 필요한 수준에서 적절히 다수의 배터리 셀들 사이의 밸런싱 동작을 반복하면서 배터리 모듈 전체의 밸런싱 동작이 가능하다. In FIG. 8, the balancing operation between the battery cells B1 and B6 is taken as an example. However, the balancing operation of the entire battery module is possible while repeating the balancing operation between the plurality of battery cells properly at a required level according to the voltage unbalance degree of the battery cells.
도 7 및 도 8의 실시예에 의하면, 밸런싱 동작 중에는 배터리 셀들 중 일부가 병렬로 연결되므로 배터리 모듈 전체의 전압이 일반적인 충방전 동작 중과 달라지게 된다. 따라서 밸런싱 동작 중에는 외부와의 연결을 차단하는 것이 바람직하다.According to the embodiments of FIGS. 7 and 8, since some of the battery cells are connected in parallel during the balancing operation, the voltage of the entire battery module is different from the normal charge / discharge operation. Therefore, it is preferable to shut off the connection with the outside during the balancing operation.
도 9는 도 7의 실시예에 따른 밸런싱 장치에서 인접한 에너지 저장 유닛들 사이에서는 병렬 연결을 통한 밸런싱 동작이 곤란함을 설명하는 도면이다. 도 9(a)에서 배터리 셀 B1과 B3를 병렬로 연결하여 밸런싱을 수행하기 위해 스위칭 유닛 S1p, S1n, S3p, S3n을 턴온 시키면, 도 9(b)와 같이 배터리 셀 B1과 B3는 서로 병렬로 연결되지만 그 중간에 있는 배터리 셀 B2가 전압 방향이 바뀐 상태로 배터리 셀 B1 및 B3에 병렬로 연결되게 된다. 배터리 셀 B2의 이러한 역방향 연결은 바람직하지 않다. FIG. 9 is a view for explaining that balancing operation through parallel connection between adjacent energy storage units in a balancing apparatus according to the embodiment of FIG. 7 is difficult. 9 (a), when the switching units S1p, S1n, S3p, and S3n are turned on to perform balancing by connecting the battery cells B1 and B3 in parallel, the battery cells B1 and B3 are connected in parallel The battery cell B2 in the middle is connected in parallel to the battery cells B1 and B3 in a state in which the voltage direction is changed. This reverse connection of battery cell B2 is undesirable.
또한, 바로 인접한 배터리 셀들 사이의 병렬 연결도 곤란하다. 배터리 셀 B1과 B2를 예로 들면, 배터리 셀 B1의 (-) 단자와 배터리 셀 B2의 (+) 단자가 전기적으로 연결된 상태이므로 그 사이의 연결을 끊지 않는 한 스위칭 유닛들의 조작에 의하더라도 배터리 셀 B1과 B2의 병렬 연결을 통한 밸런싱은 곤란하다.Also, parallel connection between adjacent battery cells is difficult. (-) terminal of the battery cell B1 and the (+) terminal of the battery cell B2 are electrically connected to each other, the connection of the battery cells B1 And B2 through a parallel connection is difficult.
이와 같이 도 7의 실시예에 의하면 배터리 셀의 직렬 연결을 그대로 둔 상태에서는 바로 인접한 배터리 셀 및 하나를 건너뛴 배터리 셀과는 배터리 셀들을 병렬로 연결하여 밸런싱 동작을 수행하기는 어렵고, 2개 이상 이격된 배터리 셀들 사이에서만 병렬 연결을 통한 밸런싱이 가능하다. According to the embodiment of FIG. 7, in the state where the series connection of the battery cells is left as it is, it is difficult to perform the balancing operation by connecting the battery cells immediately adjacent to each other and the battery cells that are skipped by one, Balancing through parallel connections is possible only between the spaced battery cells.
본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 인접한 배터리 셀들을 밸런싱하기 위하여 2개 이상 이격된 배터리 셀을 경유하는 방법을 제시한다. In order to solve such a problem, the present invention proposes a method of passing two or more battery cells spaced apart to balance adjacent battery cells.
도 10은 인접한 배터리 셀들 사이를 밸런싱하기 위한 일 실시예로서, 배터리 셀 B1과 B2 사이의 밸런싱 동작에 대해 설명하고 있다. 배터리 셀 B1과 B2는 인접한 상태여서 이들의 병렬 연결은 곤란하므로, 배터리 셀 B1 및 B2와 공통적으로 2개 이상 이격된 배터리 셀인 B5를 선택하고, 먼저 배터리 셀 B1과 B5를 병렬 연결하여 에너지를 전달한 후 배터리 셀 B5와 B2를 병렬로 연결하여 에너지를 전달하는 2단계를 거친다. 이와 같이 밸런싱을 하고자 하는 두 배터리 셀에 공통적으로 2개 이상 이격된 배터리 셀(제1의 경유 배터리 셀)이 있는 경우는 2단계를 통해 밸런싱 동작이 가능하다. FIG. 10 illustrates balancing operation between battery cells B1 and B2 as one embodiment for balancing between adjacent battery cells. Since the battery cells B1 and B2 are adjacent to each other and it is difficult to connect them in parallel, the battery cells B5 and B5, which are two or more spaced apart from the battery cells B1 and B2, are selected. And then the energy is transferred by connecting the battery cells B5 and B2 in parallel. If there are two or more battery cells (the first diesel battery cell) that are common to the two battery cells to be balanced, balancing operation is possible through two steps.
도 11은 배터리 셀 B3와 B4 사이의 밸런싱 동작을 예시한다. 도 11에서는 제1 스위칭 모듈(120)과 제2 스위칭 모듈(130)을 배터리 모듈(110)의 우측에 함께 나타내었으나 도 7의 회로와 실질적인 차이는 없다. 도 11은 도 10의 실시예와는 달리 밸런싱을 하고자 하는 두 배터리 셀인 B3와 B4에 공통적으로 2개 이상 이격된 배터리 셀이 없는 경우이다. 이 경우에는 먼저 배터리 셀 B4의 에너지를 배터리 셀 B1(제2의 경유 배터리 셀)로 전달한다. 그러면 배터리 셀 B3와 B1에 공통적으로 2개 이상 이격된 배터리 셀 B6(제1의 경유 배터리 셀)이 존재하게 되므로, 도 10의 경우와 유사하게 밸런싱을 수행할 수 있다. 즉, 배터리 셀 B1의 에너지를 배터리 셀 B6를 경유하여 배터리 셀 B3로 전달하는 과정을 거치면서 밸런싱 동작이 수행될 수 있다. 도 11의 이러한 밸런싱 과정을 활용하면 배터리 셀 개수가 6개 이상인 경우에는 인접한 배터리 셀 사이의 밸런싱이 모두 가능하다. 11 illustrates balancing operation between battery cells B3 and B4. In FIG. 11, the
이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 장치 및 방법에 의하면 스위칭 유닛을 사용하여 배터리 셀들을 서로 병렬로 연결함으로써 밸런싱 기능을 수행할 수 있다. 배터리 셀들이 인접하여 바로 병렬 연결이 힘든 경우에는 이격된 다른 배터리 셀을 경유하여 밸런싱 기능이 수행될 수 있다. 위 실시예에서는 배터리 셀 2개를 서로 병렬로 연결하는 경우에 대해서만 예시하였지만, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 개수에 따라 3개 이상의 배터리 셀이 동시에 병렬로 연결되도록 스위칭 유닛을 제어할 수도 있다.As described above, according to the balancing apparatus and method of the present invention, the balancing function can be performed by connecting the battery cells to each other in parallel using the switching unit. If the battery cells are adjacent to each other and the parallel connection is difficult, the balancing function can be performed via the separated battery cells. In the above embodiment, only two battery cells are connected in parallel, but the switching unit may be controlled so that three or more battery cells are connected in parallel according to the number of battery cells included in the battery module.
또한, 위 실시예들에서는 하나의 배터리 모듈(110)이 사용되는 것으로 예시되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 기능을 구비한 배터리 모듈(110)이 복수개가 구비되어 하나의 배터리 장치를 구성하면서 외부 연결 단자를 통해 외부와 연결될 수도 있다. 이 경우 배터리 모듈(110)을 하나의 배터리 셀로 간주하고 본 발명의 실시예를 활용하여 복수의 배터리 모듈 간의 밸런싱을 수행할 수도 있다.In addition, although one
이상 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .
110 : 배터리 모듈
120 : 제1 스위칭 모듈
130 : 제2 스위칭 모듈
T1 : 제1 공통 노드
T2 : 제2 공통 노드
PACK +, PACK - : 외부 연결 단자
110: Battery module
120: first switching module
130: Second switching module
T1: first common node
T2: second common node
PACK +, PACK -: External connection terminal
Claims (16)
상기 밸런싱 장치는 에너지 저장 유닛들의 (+) 단자에 접속되는 제1 스위칭 모듈과 에너지 저장 유닛들의 (-) 단자에 접속되는 제2 스위칭 모듈을 포함하고,
상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제2 스위칭 모듈에 포함된 스위칭 유닛들의 온/오프 동작에 의해 상기 에너지 저장 유닛들 중 일부가 서로 병렬로 연결됨으로써 밸런싱 기능이 수행되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.1. A balancing device for performing a balancing function between serially connected energy storage units,
The balancing device includes a first switching module connected to the (+) terminal of the energy storage units and a second switching module connected to the (-) terminal of the energy storage units,
Wherein a balancing function is performed by connecting some of the energy storage units in parallel by on / off operations of the switching units included in the first switching module and the second switching module.
상기 제1 스위칭 모듈은 복수의 스위칭 유닛들을 포함하고, 상기 제1 스위칭 모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 하나의 단자는 각각 대응하는 에너지 저장 유닛의 (+) 단자에 연결되며,
상기 제2 스위칭 모듈은 복수의 스위칭 유닛들을 포함하고, 상기 제2 스위칭모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 하나의 단자는 각각 대응하는 에너지 저장 유닛의 (-) 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first switching module includes a plurality of switching units, one terminal of each of the switching units of the first switching module is connected to a (+) terminal of a corresponding energy storage unit,
Wherein the second switching module comprises a plurality of switching units and one terminal of each of the switching units of the second switching module is connected to a negative terminal of a corresponding energy storage unit, .
상기 제1 스위칭 모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 다른 하나의 단자는 모두 공통으로 접속되어 제1 공통 노드를 형성하고,
상기 제2 스위칭 모듈의 상기 스위칭 유닛들 각각의 다른 하나의 단자는 모두 공통으로 접속되어 제2 공통 노드를 형성하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.3. The method of claim 2,
The other terminal of each of the switching units of the first switching module being all connected in common to form a first common node,
And the other terminal of each of said switching units of said second switching module are all connected in common to form a second common node.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은, 상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이에 다른 회로 소자가 삽입되지 않은 상태로 어느 하나의 에너지 저장 유닛의 (+) 단자와 바로 인접한 에너지 저장 유닛의 (-) 단자가 직접 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
The energy storage units connected in series are connected to the positive terminal of one energy storage unit and the negative terminal of the energy storage unit immediately adjacent to the positive energy storage unit without inserting other circuit elements between the serially connected energy storage units. Are directly electrically connected to each other.
상기 밸런싱 기능의 수행은,
밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들의 사이에 2개 이상의 에너지 저장 유닛이 있는 경우에는 상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들을 병렬로 연결함으로써 밸런싱이 수행되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
The performance of the balancing function,
And balancing is performed by connecting the energy storage units to perform the balancing in parallel when there are two or more energy storage units between the energy storage units to be balanced.
상기 밸런싱 기능의 수행은,
밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들의 사이에 1개 이하의 에너지 저장 유닛이 있는 경우에는, 상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들 모두로부터 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 배치된 또 다른 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱 기능이 수행되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
The performance of the balancing function,
If there is less than one energy storage unit among the energy storage units to be balanced, it is preferable that another energy storage unit that is commonly disposed between two or more energy storage units from all of the energy storage units to be subjected to the balancing And the balancing function is performed via the storage unit.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은 6개 이상인 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.The method according to claim 6,
Wherein the energy storage units connected in series are six or more.
상기 에너지 저장 유닛은 적어도 한 개 이상의 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
Wherein the energy storage unit comprises at least one battery cell.
상기 제1 스위칭 모듈 및 제2 스위칭 모듈에 포함된 상기 스위칭 유닛들은 양방향 제어가 가능한 양방향 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the switching units included in the first switching module and the second switching module are bi-directional switching elements capable of bi-directional control.
밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 외의 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 선택하고, 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 일부와 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 병렬로 연결한 후, 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛과 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 다른 일부를 병렬로 연결함으로써, 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱이 수행되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 방법A balancing method for performing a balancing function between serially connected energy storage units,
Selecting a first diesel energy storage unit other than the energy storage units for which balancing is to be performed, connecting the first diesel energy storage unit in parallel with some of the energy storage units for which balancing is to be performed, Balancing is performed via the first diesel energy storage unit and the other part of the energy storage units to be balanced by being connected in parallel via the first diesel energy storage unit
상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들의 사이에 2개 이상의 에너지 저장 유닛이 있는 경우, 상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들을 병렬로 연결하여 밸런싱을 수행하고,
상기 밸런싱을 수행하려는 에너지 저장 유닛들의 사이에 1개 이하의 에너지 저장 유닛이 있는 경우, 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 방법.11. The method of claim 10,
When there are two or more energy storage units among the energy storage units to perform the balancing, balancing is performed by connecting the energy storage units to perform the balancing in parallel,
Wherein balancing is performed via the first diesel energy storage unit when there are one or less energy storage units between the energy storage units to be subjected to the balancing.
상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛을 경유하여 밸런싱을 수행하는 것은, 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들에 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 이격된 에너지 저장 유닛이 있는 경우, 상기 이격된 에너지 저장 유닛을 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛으로 선택하여 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the balancing via the first light oil energy storage unit includes the steps of: when there is an energy storage unit spaced apart by two or more energy storage units commonly to the energy storage units for which balancing is to be performed, And the balancing is performed by selecting the spaced energy storage unit as the first via energy storage unit.
상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들에 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 이격된 에너지 저장 유닛이 없는 경우, 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 일부의 에너지를 제2의 경유 에너지 저장 유닛으로 전달한 후, 상기 제2의 경유 에너지 저장 유닛과 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 다른 일부에 공통적으로 2개 이상의 에너지 저장 유닛을 사이에 두고 이격된 에너지 저장 유닛을 상기 제1의 경유 에너지 저장 유닛으로 선택하고 이를 경유하여 상기 제2의 경유 에너지 저장 유닛과 상기 밸런싱을 수행하고자 하는 에너지 저장 유닛들 중 다른 일부 사이의 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 방법.13. The method of claim 12,
When there is no energy storage unit spaced apart by two or more energy storage units in common to the energy storage units to be balanced, energy of some of the energy storage units to be balanced is set to a second And an energy storage unit spaced apart by two or more energy storage units in common to another one of the energy storage units to be balanced with the second light oil energy storage unit, To select a first light oil energy storage unit and to perform balancing between the second light oil energy storage unit and another of the energy storage units for which the balancing is to be performed.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은, 상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들 사이에 다른 회로 소자가 삽입되지 않은 상태로 어느 하나의 에너지 저장 유닛의 (+) 단자와 바로 인접한 에너지 저장 유닛의 (-) 단자가 직접 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 밸런싱 방법.11. The method of claim 10,
The energy storage units connected in series are connected to the positive terminal of one energy storage unit and the negative terminal of the energy storage unit immediately adjacent to the positive energy storage unit without inserting other circuit elements between the serially connected energy storage units. Are directly electrically connected to each other.
상기 에너지 저장 유닛은 적어도 한 개 이상의 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the energy storage unit comprises at least one battery cell.
상기 직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들은 6개 이상인 것을 특징으로 하는 밸런싱 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the energy storage units connected in series are six or more.
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|---|---|---|---|
| KR1020140008795A KR102125670B1 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Balancing apparatus and the method using parallel connection of energy storage units |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180045804A (en) * | 2016-10-26 | 2018-05-04 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery system with internally powered real time clock and power supply circuit for a real time clock |
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| US5932932A (en) | 1996-09-10 | 1999-08-03 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Storage battery voltage control apparatus |
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2014
- 2014-01-24 KR KR1020140008795A patent/KR102125670B1/en active IP Right Grant
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| Title |
|---|
| 논문 : S. Moore 외 1명, "A review of cell equalization methods for lithium ion and lithium polymer battery systems", Society of Automotive Engineers, 2001. |
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|---|---|
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