KR20180053053A - 배터리 밸런싱 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 밸런싱 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180053053A
KR20180053053A KR1020160150402A KR20160150402A KR20180053053A KR 20180053053 A KR20180053053 A KR 20180053053A KR 1020160150402 A KR1020160150402 A KR 1020160150402A KR 20160150402 A KR20160150402 A KR 20160150402A KR 20180053053 A KR20180053053 A KR 20180053053A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
battery cells
transfer switch
transformer
average voltage
Prior art date
Application number
KR1020160150402A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101916790B1 (ko
Inventor
김영민
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020160150402A priority Critical patent/KR101916790B1/ko
Publication of KR20180053053A publication Critical patent/KR20180053053A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101916790B1 publication Critical patent/KR101916790B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22Balancing the charge of battery modules
    • B60L11/1866
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92Hybrid vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y02T10/7005

Abstract

본 발명은 배터리 밸런싱 장치에 대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 출력하는 전압 분배기; 상기 복수의 배터리 셀과 상기 전압 분배기를 연결하는 전체 전압 전달 스위치; 상기 전압 분배기의 출력을 전달하는 변압기; 상기 전압 분배기와 상기 변압기의 1차 측을 연결하는 평균 전압 전달 스위치; 및 상기 복수의 배터리 셀과 상기 변압기의 2차 측을 연결하는 밸런싱 회로를 포함하고, 상기 전체 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압이 상기 전압 분배기로 전달되고, 상기 평균 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 전압 분배기에서 출력한 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압이 상기 변압기의 1차 측으로 전달되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 밸런싱 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BLANCING BATTERY}
본 발명은 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리의 전압을 밸런싱하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리의 복수의 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 기술에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV; Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작되었다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
한편, 배터리를 충전하는 과정 중 배터리의 복수의 셀 중에 어느 하나라도 임계치에 도달하게 되면 다른 셀들의 충전 상태와는 상관없이 충전을 중단하게 된다. 이러한 상황을 방지하기 위해 셀 밸런싱 기능을 통해 특정 배터리 셀을 방전시켜야 하는 것이 필수적으로 요구된다.
배터리 밸런싱을 위해서는 각 배터리 셀의 전압을 모두 센싱하여 어떤 배터리 셀의 전압이 높고 낮은지를 판단하는 과정이 필요하다. 그러나, 배터리 밸런싱을 위해 항상 모든 배터리 셀의 전압을 측정하고 어떤 배터리 셀의 전압이 높고 낮은지를 판단하는 것은 배터리 관리 시스템을 복잡하게 하는 문제점이 있다.
미국 특허공개공보 제2014-0070772호
본 발명은 각 배터리 셀의 전압을 측정하지 않고도 자동적으로 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 출력하는 전압 분배기; 상기 복수의 배터리 셀과 상기 전압 분배기를 연결하는 전체 전압 전달 스위치; 상기 전압 분배기의 출력을 전달하는 변압기; 상기 전압 분배기와 상기 변압기의 1차 측을 연결하는 평균 전압 전달 스위치; 및 상기 복수의 배터리 셀과 상기 변압기의 2차 측을 연결하는 밸런싱 회로를 포함하고, 상기 전체 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압이 상기 전압 분배기로 전달되고, 상기 평균 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 전압 분배기에서 출력한 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압이 상기 변압기의 1차 측으로 전달되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전압 분배기는 상기 복수의 배터리 셀의 개수가 N인 경우, (N-1)×R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 변압기는 상기 변압기의 1차 측과 상기 변압기의 2차 측의 권선수 비가 1:1인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전체 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 전달시키고, 상기 평균 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 평균 전압을 전달시키고, 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시킨 뒤, 상기 밸런싱 회로를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 전압 분배기에 상기 전체 전압을 입력시켜 상기 평균 전압을 출력시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 상기 변압기를 통해 상기 밸런싱 회로에 전달하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법은 전체 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 전압 분배기로 출력시키는 평균 전압 출력 단계; 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 상기 전압 분배기에 출력된 상기 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로로 전달시키는 평균 전압 전달 단계; 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시키는 스위치 오프 단계; 및 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 밸런싱 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 스위치 오프 단계는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 밸런싱 단계는 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 변압기에 유기된 전압을 밸런싱 회로로 전달하여 배터리 셀간의 전압 밸런싱을 수행한다.
이에 따라, 각 배터리 셀의 전압을 측정하지 않고도 자동적으로 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성도이다.
도 2는 전압 분배기에 평균 전압을 출력시키는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로에 전달하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 변압기에 유기된 전압을 통해 복수의 배터리 셀간 전압 밸런싱을 수행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 배터리 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성도이다. 이때, 도 1에 도시된 배터리 셀, 스위치, 변압기, 저항의 개수 및 구조는 예시적인 것이다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 배터리 셀, 스위치, 변압기, 저항의 개수 및 구조를 전제하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 전압 분배기(10), 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2), 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6), 변압기(20), 밸런싱 회로(30) 및 제어부(40)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행한다. 바람직하게는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱할 수 있다.
전압 분배기(10)는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압을 출력한다. 구체적으로, 전압 분배기(10)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2)가 온(on)되는 경우, 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전체 전압을 입력받아 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압을 출력한다.
전압 분배기(10)는 배터리 셀의 개수가 N인 경우, (N-1)×R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀의 개수가 4개인 경우, 전압 분배기(10)는 3R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 구성될 수 있다.
이때, R의 저항값을 갖는 부분이 전압 분배기(10)의 출력이 된다. 따라서, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 V1, 제2 배터리 셀(C2)의 전압이 V2, 제3 배터리 셀(C3)의 전압이 V3, 제4 배터리 셀(C4)의 전압이 V4라고 할 때, R의 저항값을 갖는 부분의 양단에는 (V1+V2+V3+V4)/4 라는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압이 출력된다.
변압기(20)는 전압 분배기(10)의 출력을 전달한다. 이때, 변압기(20)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 온(on)되는 경우, 전압 분배기(10)의 출력을 밸런싱 회로(30)로 전달한다. 구체적으로, 제1 변압기(21)는 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 온(on)되는 경우, 전압 분배기(10)의 출력을 밸런싱 회로(30)로 전달할 수 있다. 또한, 제2 변압기(23)는 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)가 온(on)되는 경우, 전압 분배기(10)의 출력을 밸런싱 회로(30)로 전달할 수 있다.
한편, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 변압기(20)가 제1 변압기(21) 및 제2 변압기(23)를 포함하는 것으로 예시했으나, 그 개수는 도 1에 도시된 개수보다 많거나 적을 수 있다. 이때, 개수 변화에 따라 연결되는 스위치의 개수 및 연결 구조도 바뀔 수 있다.
변압기(20)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)와 연결되는 부분을 1차 측, 밸런싱 회로(30)와 연결되는 부분을 2차 측이라고 할 때, 1차 측과 2차 측의 권선수 비가 1:1일 수 있다. 이는, 변압기(20)에서 1차 측에 인가된 전압과 동일한 크기의 전압을 2차 측으로 유기시키거나 또는 2차 측에 인가된 전압과 동일한 크기의 전압을 1차 측으로 유기시키기 위함이다.
밸런싱 회로(30)는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)과 변압기(20)의 2차 측을 연결한다. 밸런싱 회로(30)는 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5) 및 밸런싱 저항(R1, R2)를 포함한다.
밸런싱 회로(30)는 변압기(20)의 2차 측에 유기된 상기 평균 전압을 통해 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다. 구체적으로, 밸런싱 회로(30)는 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)가 온(on)되는 경우, 변압기(20)의 2차 측에 유기된 상기 평균 전압과 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다.
예를 들어, 상기 평균 전압이 4 V이고, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 4.2 V라면, 제1 배터리 셀(C1)의 전압은 제1 밸런싱 저항(R1)쪽으로 방전되고, 제1 밸런싱 저항(R1)에서의 전력 소모로 인해 전압값이 4 V 까지 점차적으로 감소하게 된다. 다른 예로, 상기 평균 전압이 4 V이고, 제2 배터리 셀(C2)의 전압이 3.6 V라면, 제2 배터리 셀(C2)의 전압은 충전되어 4 V 까지 점차적으로 증가하게 된다.
즉, 본 발명은 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전압을 직접 측정하지 않더라도 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전압을 균등화시킬 수 있게 된다.
제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2), 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6) 및 밸런싱 회로(30)를 제어한다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 이를 구체적으로 설명한다.
도 2는 전압 분배기에 평균 전압을 출력시키는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로에 전달하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 변압기에 유기된 전압을 통해 복수의 배터리 셀간 전압 밸런싱을 수행하는 것을 나타낸 도면이다.
제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 제어하여 상기 평균 전압을 전달시킨다. 도 2를 참조하면, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2)를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 전압 분배기(10)에 출력시킨다. 도 3을 참조하면, 제어부(40)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 변압기(20)를 통해 밸런싱 회로(30)에 전달시킨다.
제어부(40)는 밸런싱 회로(30)를 제어하여 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다. 이때, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 온(on)시키고 소정 시간 후에 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 오프(off)시킨 뒤, 상기 밸런싱 회로(30)를 제어한다. 상기 소정 시간은 상기 평균 전압 모두가 변압기(20)의 2차 측에 유기될 수 있는 충분한 시간을 의미한다.
도 4를 참조하면, 제어부(40)는 밸런싱 회로(30)의 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 온(on)되도록 제어하여 변압기(20)의 2차 측에 유기된 상기 평균 전압과 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다. 이때, 제어부(40)는 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 온(on)시키고 소정 주기 후에 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 오프(off)시키며, 이와 같은 온/오프를 반복할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압 균등화가 보다 정밀하게 이루어질 수 있다.
한편, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2), 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6) 및 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 제어하여 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전압을 측정할 수도 있다. 예를 들어, 제어부(40)는 제1 밸런싱 스위치(BS1), 제2 밸런싱 스위치(BS2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 온(on)되도록 제어하여 제1 배터리 셀(C1)의 전압을 측정할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법에 대해 설명한다. 이때, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 배터리 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2)가 온(on)되도록 제어한다(S101).
이후, 제어부(40)는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압을 전압 분배기(10)로 출력시킨다(S103).
이후, 제어부(40)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 온(on)되도록 제어한다(S105).
이후, 제어부(40)는 전압 분배기(10)에 출력된 상기 평균 전압을 변압기(20)를 통해 밸런싱 회로(30)로 전달시킨다(S107).
이후, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 오프(off)되도록 제어한다(S109). 이때, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 온(on)되고 소정 시간 후에 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 오프(off)되도록 제어한다.
이후, 제어부(40)는 밸런싱 회로(30)를 제어하여 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다(S111).
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 배터리 밸런싱 장치
C1,C2,C3,C4 : 배터리 셀
10 : 전압 분배기
20 : 변압기
30 : 밸런싱 회로
40 : 제어부
SW1, SW2 : 전체 전압 전달 스위치
SW3, SW4, SW5, SW6 : 평균 전압 전달 스위치

Claims (11)

  1. 직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 출력하는 전압 분배기;
    상기 복수의 배터리 셀과 상기 전압 분배기를 연결하는 전체 전압 전달 스위치;
    상기 전압 분배기의 출력을 전달하는 변압기;
    상기 전압 분배기와 상기 변압기의 1차 측을 연결하는 평균 전압 전달 스위치; 및
    상기 복수의 배터리 셀과 상기 변압기의 2차 측을 연결하는 밸런싱 회로를 포함하고,
    상기 전체 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압이 상기 전압 분배기로 전달되고,
    상기 평균 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 전압 분배기에서 출력한 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압이 상기 변압기의 1차 측으로 전달되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 분배기는 상기 복수의 배터리 셀의 개수가 N인 경우,
    (N-1)×R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 변압기는 상기 변압기의 1차 측과 상기 변압기의 2차 측의 권선수 비가 1:1인 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전체 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 전달시키고, 상기 평균 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 평균 전압을 전달시키고, 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 제어부를 더 포함하는 배터리 밸런싱 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시킨 뒤, 상기 밸런싱 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 전압 분배기에 상기 전체 전압을 입력시켜 상기 평균 전압을 출력시키는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 상기 변압기를 통해 상기 밸런싱 회로에 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  9. 전체 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 전압 분배기로 출력시키는 평균 전압 출력 단계;
    평균 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 상기 전압 분배기에 출력된 상기 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로로 전달시키는 평균 전압 전달 단계;
    상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시키는 스위치 오프 단계; 및
    상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 밸런싱 단계를 포함하는 배터리 밸런싱 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 스위치 오프 단계는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 밸런싱 단계는 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
KR1020160150402A 2016-11-11 2016-11-11 배터리 밸런싱 장치 및 방법 KR101916790B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160150402A KR101916790B1 (ko) 2016-11-11 2016-11-11 배터리 밸런싱 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160150402A KR101916790B1 (ko) 2016-11-11 2016-11-11 배터리 밸런싱 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180053053A true KR20180053053A (ko) 2018-05-21
KR101916790B1 KR101916790B1 (ko) 2018-11-08

Family

ID=62453380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160150402A KR101916790B1 (ko) 2016-11-11 2016-11-11 배터리 밸런싱 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101916790B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109638907A (zh) * 2018-11-28 2019-04-16 江苏南自通华电力自动化股份有限公司 基于大电流主动均衡的蓄电池组单体电压在线测量方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102082213B1 (ko) 2019-01-16 2020-02-26 주식회사 모아 배터리 모듈 체크 장치

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010041858A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Fdk Corp 蓄電システムのモジュール間電圧バランス補正回路
JP2010063264A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Fdk Corp 直列蓄電セルの電圧バランス補正回路
JP2011091897A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Fdk Corp 多直列蓄電セルの充電バランス補正回路
KR20130086362A (ko) * 2010-11-16 2013-08-01 로베르트 보쉬 게엠베하 자율 배터리 밸런싱
JP2013207906A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Toyota Industries Corp 電池均等化装置および方法
KR20140032306A (ko) * 2012-09-06 2014-03-14 삼성에스디아이 주식회사 셀 밸런싱 회로 및 이를 이용한 셀 밸런싱 방법
KR20140132085A (ko) * 2013-05-07 2014-11-17 현대중공업 주식회사 배터리 셀 전압 균등 제어장치 및 제어방법
KR20150111093A (ko) * 2014-03-25 2015-10-05 주식회사 에너닉스 양방향 능동 밸런싱 제어 장치 및 이의 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010041858A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Fdk Corp 蓄電システムのモジュール間電圧バランス補正回路
JP2010063264A (ja) * 2008-09-03 2010-03-18 Fdk Corp 直列蓄電セルの電圧バランス補正回路
JP2011091897A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Fdk Corp 多直列蓄電セルの充電バランス補正回路
KR20130086362A (ko) * 2010-11-16 2013-08-01 로베르트 보쉬 게엠베하 자율 배터리 밸런싱
JP2013207906A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Toyota Industries Corp 電池均等化装置および方法
KR20140032306A (ko) * 2012-09-06 2014-03-14 삼성에스디아이 주식회사 셀 밸런싱 회로 및 이를 이용한 셀 밸런싱 방법
KR20140132085A (ko) * 2013-05-07 2014-11-17 현대중공업 주식회사 배터리 셀 전압 균등 제어장치 및 제어방법
KR20150111093A (ko) * 2014-03-25 2015-10-05 주식회사 에너닉스 양방향 능동 밸런싱 제어 장치 및 이의 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109638907A (zh) * 2018-11-28 2019-04-16 江苏南自通华电力自动化股份有限公司 基于大电流主动均衡的蓄电池组单体电压在线测量方法
CN109638907B (zh) * 2018-11-28 2020-11-03 江苏南自通华电力自动化股份有限公司 基于大电流主动均衡的蓄电池组单体电压在线测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101916790B1 (ko) 2018-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111264014B (zh) 蓄电系统
US10414285B2 (en) Apparatus and method for preventing over-charging of battery
CN107887949B (zh) 电力储备装置
CN106233562B (zh) 用于对多个能量存储模块的充电进行均衡的系统和方法
US20110074354A1 (en) Car power source apparatus, and capacity equalizing method for the car power source apparatus
US20130057213A1 (en) Battery monitoring and charging system and motor-driven vehicle
CN101741118A (zh) 机动车辆的能量存储系统
CN102782980A (zh) 电源系统及电动汽车
KR101610921B1 (ko) 선택적 스위칭을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법
JP5845639B2 (ja) 電動車両の充電システムおよび充電制御方法
KR101811062B1 (ko) 이차전지 배터리의 균등화 장치
CN104065113B (zh) 充电装置及其操作方法
JP5187407B2 (ja) 補機バッテリ充電装置
KR101916790B1 (ko) 배터리 밸런싱 장치 및 방법
KR101856068B1 (ko) 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법
KR101826645B1 (ko) 배터리 관리 시스템의 고장 진단 방법
KR20170069613A (ko) 배터리 관리 시스템
KR20170065322A (ko) 배터리 밸런싱 장치 및 방법
KR101916789B1 (ko) 온도 기반의 밸런싱 전류 제어 장치
KR20180052318A (ko) 배터리 역전압 보호 장치
CN105703441A (zh) 一种电动车动力电池均衡电路
KR20170070525A (ko) 자율 배터리 밸런싱 장치 및 그 방법
KR101856066B1 (ko) 배터리 진단 장치 및 방법
KR101916793B1 (ko) 배터리 밸런싱 장치
WO2014171453A1 (ja) 車両用電源システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right