KR20180057016A - Large-sclae battery system for inter-cell or inter-batterytray balancing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집합 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 대단위 배터리 셀을 포함하는 시스템에서의 배터리 셀간 및/또는 트레이간 밸런싱을 수행하는 회로 구성을 포함하는 집합 전지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
배터리 셀 밸런싱(cell balancing) 기술은 배터리 셀 간 전압 편차를 없애는 기술로서, 크게 패시브 밸런싱(passive balancing)과 액티브 밸런싱(active balancing) 기술로 대별된다. 패시브 밸런싱은 다른 셀보다 높은 전압을 갖는 셀을 저항소자로 방전하여 소비시킴으로써 셀간 전압 편차를 없애는 기술이며, 액티브 밸런싱은 상대적으로 높은 전압의 셀로부터 상대적으로 낮은 전압의 셀로 에너지를 전달하여 셀간 전압 편차를 없애는 기술이다.Battery cell balancing technology is a technique for eliminating the voltage deviation between battery cells, and is mainly divided into passive balancing and active balancing techniques. Passive balancing is a technique for eliminating the inter-cell voltage deviation by discharging a cell having a higher voltage than other cells to the resistance element, and active balancing transfers energy from a relatively high voltage cell to a relatively low voltage cell, .
최근 약 20kWh 용량의 전기자동차, 약 100kWh 용량의 전기버스, 약 1MHh 전기페리 등 대용량 배터리 시스템의 수요가 높아지면서 에너지 손실이 적은 액티브 밸런싱 기술에 대한 관심이 더욱 높아졌다. Recently, demand for large-capacity battery systems such as electric cars of about 20 kWh, electric buses of about 100 kWh, and electric ferries of about 1 MHh have increased and interest in active balancing technology with less energy loss has been increased.
액티브 밸런싱은 시스템 복잡도를 높이고 비용 대비 에너지 절감 효과가 낮다는 평가도 있지만 다양한 기술이 연구되고 있다.Active balancing has been evaluated as a way to increase system complexity and reduce cost-to-energy, but various technologies are under study.
예컨대, 도1을 참조하면, 미국등록특허 US 7,193,392는 배터리 스트링(110) 중 1개 셀을 선택하는 스위치(120)와 에너지를 교환시키는 컨버터(130)로 구성된 간단한 액티브 밸런싱 회로(100)를 소개하고 있다. 컨버터(130)는 일측이 배터리 스트링(110) 직렬 단자와 연결되고, 타측이 스위치(120)를 통해 하나의 셀에 연결되어 셀과 스트링 사이의 에너지 전달을 통해 밸런싱을 맞추게 된다. 즉, 가장 높은 전압을 갖는 셀을 컨버터(130)에 스위칭 제어를 통해 연결하면 컨버터(130)를 통해 셀로부터 배터리 스트링(110) 전체에 분산 충전되도록 하고, 반면에 가장 낮은 셀을 충전하도록 배터리 스트링(110) 전체의 전압을 컨버터(130)를 통해 가장 낮은 셀로 제공되도록 함으로써 밸런싱을 수행한다.For example, referring to FIG. 1, US Pat. No. 7,193,392 discloses a simple
미국등록특허 US 6,624,612(대표도 도2 참조)는 배터리 스트링(210a~220)과 선택적으로 스위칭 연결되는 외부 에너지 저장장치(240)를 구비하고, 외부 에너지 저장장치(240)를 에너지 버퍼로서 활용하여 높은 전압을 갖는 셀을 외부 에너지 저장장치(240)에 연결하여 에너지를 임시 저장시킨 후 낮은 전압을 갖는 셀을 연결하여 외부 에너지 저장장치(240)에 임시 저장된 에너지로 충전되도록 함으로서 밸런싱을 수행하는 액티브 밸런싱 회로(200)를 소개하고 있다.US Pat. No. 6,624,612 (refer to FIG. 2) has an external
이 밖에도 액티브 밸런싱 기술로 LC 공진회로를 이용하는 방법이 있다.There is another way to use LC resonant circuit with active balancing technology.
종래 액티브 밸런싱 기술은 소규모의 셀 그룹에 적용하기에 적합한 모델로서, 많은 개수의 스위치와 컨버터를 요구하며 셀 밸런싱에 많은 시간이 소요되어 상용화된 고전력 집합 전지 시스템에 적절하지 못한 측면이 있었다.Conventional active balancing technology is a suitable model to be applied to a small scale cell group, requiring a large number of switches and converters and taking a long time for cell balancing, which is not suitable for a commercialized high power integrated battery system.
이에 20kWh 전기자동차에 대해서는 여전히 패시브 밸런싱이 더욱 효과적이라는 평가도 있으며, 액티브 밸런싱 기술의 에너지 절감 효과에도 불구하고 실제 상용화된 차량 중에는 패시브 밸런싱을 채택한 차종이 더 높은 비율을 보이고 있다.Passive balancing is still more effective for 20kWh electric vehicles. Despite the energy saving effect of active balancing technology, vehicles that use passive balancing have a higher percentage of actual commercial vehicles.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점으로부터 안출된 것으로서, 시스템 복잡도가 개선된 밸런싱 회로를 구성하고, 고전력 대규모 집합 전지 모델에서 신속하게 셀간 밸런싱을 수행할 수 있는 회로 구성을 갖춘 집합 전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an integrated battery system having a circuit configuration capable of quickly balancing between cells in a high-power large-scale integrated battery model, constituting a balancing circuit with improved system complexity The purpose.
상기 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 집합 전지 시스템에 있어서, 직렬 연결된 다수의 셀들을 포함하는 제1 배터리 스트링부; 직렬 연결된 다수의 셀들을 포함하고 상기 제1 배터리 스트링부에 직렬로 연결되는 제2 배터리 스트링부; 상기 제1 배터리 스트링부와 병렬로 연결되어, 지로 상에 제1 스위치와 주권선을 포함하여 형성되는 제1 루프; 상기 제2 배터리 스트링부와 병렬로 연결되어, 공동 지로 상에 상기 제1 루프의 주권선을 공동으로 포함하고, 독립된 지로상에 제2 스위치를 포함하여 형성되는 제2 루프; 및 상기 스위치들에 대해 스위칭 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집합 전지 시스템에 의해 달성될 수 있다.The above object is achieved by an integrated battery system according to an aspect of the present invention, comprising: a first battery string part including a plurality of cells connected in series; A second battery string part including a plurality of cells connected in series and connected in series to the first battery string part; A first loop connected in parallel with the first battery string portion, the first loop including a first switch and a main winding line on the guitar; A second loop connected in parallel with the second battery string part, the second loop including a common line of the first loop on the cavity, and including a second switch on an independent circuit; And a switching controller for controlling the switching of the switches.
여기에서, 상기 제1 배터리 스트링부, 상기 제2 배터리 스트링부, 상기 제1 루프, 상기 제2 루프를 포함하여 구성되는 밸런싱 유닛이 적어도 2 이상 직렬 연결되는 밸런싱 유닛 체인을 포함하고, 상기 2 이상의 밸런싱 유닛에 포함된 주권선들은 공동의 코어에 권선되어 커플링되고, 상기 스위칭 제어부는 상기 복수의 밸런싱 유닛들에 포함된 스위치들을 제어함으로써 상기 복수의 밸런싱 유닛들 사이의 에너지 전달을 수행하는 것으로 할 수 있다.Here, the balancing unit comprising at least two or more serially connected balancing units including the first battery string part, the second battery string part, the first loop, and the second loop may be used, The main control lines included in the balancing unit are wound and coupled to the core, and the switching control unit controls the switches included in the plurality of balancing units to perform energy transfer between the plurality of balancing units .
그리고, 상기 배터리 스트링부 각각은 셀간 에너지 전달을 위한 로컬 코어를 각각 포함하고, 상기 제1 루프는 상기 제1 배터리 스트링부의 제1 로컬 코어에 커플링되는 제1 로컬 권선을 포함하고, 상기 제2 루프는 상기 제2 배터리 스트링부의 제2 로컬 코어에 커플링되는 제2 로컬 권선을 포함하는 것으로 할 수 있다.And each of the battery string portions includes a local core for transferring energy between cells, the first loop including a first local winding coupled to a first local core of the first battery string portion, And the loop may include a second local winding coupled to a second local core of the second battery string portion.
그리고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 각각에 병렬 연결되어 역방향의 전류 경로를 형성하는 다이오드를 더 포함하는 것으로 할 수 있다.The diode further includes a diode connected in parallel to the first switch and the second switch to form a reverse current path.
본 발명은 대규모 집합 전지 시스템에 최적화된 밸런싱 기술로서, 컨버터의 개수를 최소화하면서도 셀간 밸런싱을 신속하게 수행할 수 있는 액티브 밸런싱 회로 구성을 제공한다. The present invention provides an active balancing circuit configuration capable of quickly performing inter-cell balancing while minimizing the number of converters, which is a balancing technique optimized for a large-scale integrated battery system.
도1은 종래 DC 컨버터 타입의 액티브 밸런싱 회로 구성으로서, US 7,193,392의 대표도;
도2는 종래 외부 저장 디바이스를 활용하는 액티브 밸런싱 회로 구성으로서, US 6,624,612의 대표도;
도3은 본 발명의 실시예에 따른 집합 전지 시스템의 액티브 밸런싱을 위한 개략적인 구성을 설명하기 위한 회로 개념도;
도4는 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 유닛의 내부 회로 구성도;
도5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스트링부의 내부 밸런싱을 수행하는 회로 구성도;
도6과 도7은 도5의 배터리 스트링부 내부 밸런싱에 따른 에너지 전달을 나타내는 회로도; 및
도8은 도7에 따른 에너지 전달시 발생하는 전류의 크기를 시간 도메인에서 나타낸 그래프이다.Figure 1 shows a configuration of an active balancing circuit of a conventional DC converter type, representative of US 7,193,392;
FIG. 2 is an exemplary configuration of an active balancing circuit utilizing a conventional external storage device, which is a representative of US 6,624,612;
3 is a circuit conceptual diagram for explaining a schematic configuration for active balancing of an assembled battery system according to an embodiment of the present invention;
4 is an internal circuit diagram of a balancing unit according to an embodiment of the present invention;
5 is a circuit configuration diagram for performing internal balancing of a battery string part according to an embodiment of the present invention;
FIGS. 6 and 7 are circuit diagrams illustrating energy transfer according to internal balancing of the battery string portion of FIG. 5; And
FIG. 8 is a graph showing the magnitude of the current generated in the energy transfer according to FIG. 7 in the time domain.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 집합 전지 시스템의 액티브 밸런싱을 위한 개략적인 구성을 설명하기 위한 회로 개념도이다.3 is a circuit conceptual diagram illustrating a schematic configuration for active balancing of an assembled battery system according to an embodiment of the present invention.
도3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 집합 전지 시스템은 다수의 밸런싱 유닛(10a~20), 스위칭 제어부(30), 및 메인 전력 라인(40)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the collective battery system according to the embodiment of the present invention includes a plurality of
다수의 밸런싱 유닛(10a~20)은 메인 전력 라인(40)에 전력을 공급하는 배터리 스트링과 이에 수반하는 회로 구성을 포함하는 것으로, 액티브 밸런싱 관점에서 유닛 단위로 구분한 개념적인 구성 단위이다.The plurality of
스위칭 제어부(30)는 밸런싱 유닛(10a~20)에 포함된 스위치들(Q1~QN)을 제어함으로써 밸런싱 유닛간(10a~20)에 에너지가 전달되도록 제어한다.The
도4는 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 유닛(10a~20)의 내부 회로 구성도이다. 도4를 참조하여, 동일한 구조를 갖는 밸런싱 유닛(10a~20)의 내부 회로 구성에 대하여 밸런싱 유닛 1(10a)에 대한 회로 구성을 대표하여 설명하도록 한다.4 is an internal circuit diagram of the
밸런싱 유닛 1(10a)은 제1 배터리 스트링부(B1), 제2 배터리 스트링부(B2), 제1 루프(L1), 및 제2 루프(L2)를 포함하여 구성된다.The
제1 배터리 스트링부(B1)는 직렬 연결된 다수의 셀들을 포함하고, 내부에는 셀 밸런싱을 수행하는 밸런싱 회로를 또한 포함하고 있다.The first battery string part B 1 includes a plurality of cells connected in series and also includes a balancing circuit for performing cell balancing.
제2 배터리 스트링부(B2)는 제1 배터리 스트링부(B1)와 직렬로 연결되고, 내부에는 다수의 직렬 연결된 셀들과 셀 밸런싱 회로를 또한 포함하여 구성된다.The second battery string part B 2 is connected in series with the first battery string part B 1 and includes a plurality of series connected cells and a cell balancing circuit.
제1 루프(L1)는 제1 배터리 스트링부(B1)와 병렬로 연결되어 형성되고, 지로 상에는 제1 스위치(Q1), 제1 공동 주권선(CL1), 및 제1 로컬 권선(M1)을 포함한다.The first loop L 1 is formed in parallel with the first battery string portion B 1 and has a first switch Q 1 , a first common-rail line CL 1 , (M 1 ).
제2 루프(L2)는 제2 배터리 스트링부(B2)와 병렬로 연결되고, 제1 루프(L1)와 일부 공동의 지선을 형성하며, 공동의 지선 상에 제1 공동 주권선(CL1)이 설치된다. 제1 루프(L1)와의 공동 지선에서 분기된 지선 상에는 제2 스위치(Q2)와 제2 로컬 권선(M2)을 포함하여 형성된다. 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 각각 역방향 프리휠리 다이오드(D1,D2)와 병렬로 연결되어 있다.The second loop L 2 is connected in parallel with the second battery string part B 2 and forms a part of the branch line with the first loop L 1 , CL 1 ) is installed. And a second switch Q 2 and a second local winding M 2 on the branch line branched from the common branch line with the first loop L 1 . The first switch Q 1 and the second switch Q 2 are connected in parallel with the reverse freewheeling diodes D 1 and D 2 , respectively.
밸런싱 유닛 2(10b)는 밸런싱 유닛 1(10a)와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 제1 배터리 스트링부(B1)에 대응하는 제3 배터리 스트링부(B3), 제2 배터리 스트링부(B2)에 대응하는 제4 배터리 스트링부(B4), 제1 루프(L1)에 대응하는 제3 루프(L3), 제2 루프(L2)에 대응하는 제4 루프(L4), 제1 공동 주권선(CL1)에 대응하는 제2 공동 주권선(CL2) 등을 포함하여 구성된다.The balancing unit 2 (10b) has the same circuit configuration as the balancing unit 1 (10a). That is, the third battery string part B 3 corresponding to the first battery string part B 1 , the fourth battery string part B 4 corresponding to the second battery string part B 2 , third loop corresponding to L 1) (L 3), the second cavity Sovereign corresponding to the second loop (L 2) a fourth loop (L 4), first cavity windings (CL 1) corresponding to the line ( CL 2 ) and the like.
주목할 점은 에너지 전달에 매개가 되는 DC 컨버터(CL1~CLN)의 커플링 관계이다. Of note is a ring coupled between the DC converter (CL 1 CL ~ N) is the parameter for the energy transfer.
밸런싱 유닛 1(10a)과 밸런싱 유닛 2(10b)는 제1 및 제2 공동 주권선(CL1, CL2)이 상호 커플링되어 밸런싱 유닛(10a,10b)간 에너지가 전달되는데, 배터리의 저장 전력은 DC 이므로 스위칭 제어부(30)의 스위칭을 통해 온/오프시 에너지가 주권선들(CL1, CL2) 사이에서 전달되는 DC 컨버터로 동작한다. Balancing unit 1 (10a) and a balancing unit 2 (10b) comprises first and second co-windings (CL 1, CL 2) is ring cross couple is passed energy between the balancing unit (10a, 10b), the storage of the battery Since the power is DC, the
예를 들어, 밸런싱 유닛 1(10a)에 포함된 제1 배터리 스트링부(B1)로부터 에너지를 전달하고자 하는 경우, 스위칭 제어부(30)에서 제1 스위치(Q1)를 온 시킬 때 제1 배터리 스트링부(B1)의 잉여 에너지는 이웃하는 밸런싱 유닛 2(10b)의 상위에 위치한 제3 배터리 스트링부(B3)를 충전하도록 동작하며, 반면 제1 스위치(Q1)를 오프시킬 때에는 밸런싱 유닛 1(10a)의 하위 제2 배터리 스트링부(B2)와 밸런싱 유닛 2(10b)의 하위에 위치한 제4 배터리 스트링부(B4))에 전력을 충전하게 된다. 마찬가지로, 밸런싱 유닛 3, 밸런싱 유닛 4,....밸런싱 유닛 N도 상위에 위치한 홀수번째 배터리 스트링부가 제1 스위치(Q1)의 턴온 동작시 프리휠링 다이오드를 통해 흐르는 유도 전류로 인해 충전되고, 하위에 위치한 짝수번째 배터리 스트링부가 제1 스위치(Q1)의 턴오프 동작시 프리휠링 다이오드를 통해 역방향으로 흐르는 유도 전류로 인해 충전된다. For example, when energy is to be transmitted from the first battery string part B 1 included in the
주목할 점은, 공동 주권선들(CL1~N)이 상호 커플링되어, 전달되는 에너지가 배터리 스트링부(B1~BN) 전체에 대하여 에너지를 공급하는 것과 달리, 로컬 권선(M1~Mn)은 각각에 병렬적으로 연결된 배터리 스트링부의 내부 트랜스 코어에 권선되어 커플링되어 있다는 것이다. 공동 주권선(CL1~N)을 통해 에너지가 전달될 때, 로컬 권선(M1~Mn)에도 유도 전류가 흐르게 되며, 이에 따라 배터리 스트링부(Bm)의 내부 트랜스 코어에도 유도 기전력이 발생하고, 이에 따라 선택된 개별 셀에 에너지가 집중적으로 전달될 수 있음에 주목해야 한다.It should be noted that unlike the case where the common dominant lines CL 1 to N are coupled to each other so that the energy to be delivered supplies energy to the entire battery string parts B 1 to B N , the local windings M 1 to Mn Are wound and coupled to the inner transcore of the battery string portion connected in parallel to each other. When the energy is transmitted through the common main winding lines CL 1 to N , an induced current flows in the local windings M 1 to Mn, and accordingly an induced electromotive force is generated in the inner trans core of the battery string portion B m , So that energy can be intensively transmitted to the selected individual cells.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 밸런싱 회로는 다수의 셀이 직렬 연결된 배터리 스트링부(B1~n)간 에너지 전달이 가능한 동시에 배터리 스트링부(B1~n)와 개별 셀간 에너지 전달이 가능하다.Therefore, the balancing circuit according to the embodiment of the present invention is capable of transferring energy between battery strings B 1 to n connected in series with a plurality of cells, and transferring energy between the battery strings B 1 to n and individual cells .
여기에서 에너지가 전달되는 개별 셀들을 선택하는 방법에 대해서는 다양한 방법들이 존재할 수 있다. 즉, 로컬 권선(Mm)이 배터리 스트링부(Bm)의 내부 트랜스 코어에 권선되어 커플링되도록 하는 회로 구성은 다양하게 선택될 수 있다. 예컨대, 배경 기술로서 도1에 개시된 형태의 소규모 셀 그룹에 대응하는 컨버터에도 커플링될 수 있으며, 도2에 개시된 에너지 전달 시스템 내에 설치 가능한 컨버터에도 커플링될 수 있다.There are various methods for selecting individual cells to which energy is transmitted. That is, the circuit configuration in which the local winding M m is wound and coupled to the inner trans core of the battery string portion B m can be variously selected. For example, it may be coupled to a converter corresponding to a small group of cells of the type disclosed in FIG. 1 as background art, and may also be coupled to a converter that can be installed in the energy delivery system described in FIG.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스트링부의 밸런싱 회로 구성도를 제시한다.FIG. 5 is a block diagram of a balancing circuit of a battery string according to an embodiment of the present invention.
도5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스트링부(B1~n)는 직렬로 연결된 다수의 셀들(C1~N)과, 각각의 셀에 병렬 연결되어 형성되는 루프(L), 루프 상에 설치되는 한 쌍의 다이오드(d1 ~N)와 트랜지스터 스위치(BmQ1 ~N), 그리고 2개의 셀이 형성하는 병렬 루프의 공동 지로상에 공동으로 연결된 로컬 권선(Mnn)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 5, a battery string B 1 ~ n according to an embodiment of the present invention includes a plurality of cells C 1 ~N connected in series, a loop L connected in parallel to each cell, , A pair of diodes (d 1 to N ) and a transistor switch (B m Q 1 to N ) provided on the loop, and a local winding M nn ).
2개의 셀(C1/C2....CN -1/CN)이 짝을 이뤄 액티브 밸런싱을 위한 부가 회로를 가지며, 이러한 구조가 2개의 셀 단위로 동일하게 형성되는 것은 2개의 배터리 스트링부 단위로 밸런싱 유닛을 이루는 것과 같은 맥락이다.Two cells (C 1 / C 2 .... C N -1 / C N ) are paired to have additional circuitry for active balancing, and this structure is formed identically on two cell basis, This is in the same context as forming a balancing unit in string units.
같은 원리에 기초하여, 스위칭 제어부(30)가 잉여 에너지를 갖는 셀을 선택하고, 선택된 셀에 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치를 온/오프 제어함으로써 기전력이 커플링된 로컬 권선들(Mnn)에 유도되어 유도 전류가 셀들을 충전하는 것이다. On the basis of the same principle, the electromotive force is induced in the coupled local windings M nn by the
도5는 본 발명의 실시예에 따라 배터리 스트링부의 밸런싱 회로 구성이 대단위 셀 그룹인 밸런싱 유닛 단위의 밸런싱 회로 구성과 유사하게 형성될 수 있음을 예시적으로 보여주는 것에 의의가 있다.5 is an exemplary illustration showing that the balancing circuit configuration of the battery string portion according to the embodiment of the present invention can be formed similarly to the balancing circuit configuration of a balancing unit unit which is a large cell group.
도6은 본 발명의 실시예에 따라 배터리 스트링부 1(B1) 내에서 직렬 연결된 6개의 셀들 사이에서 에너지 전달 과정을 상세히 설명하기 위한 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram for explaining an energy transfer process among six cells connected in series in the battery string part 1 (B1) according to an embodiment of the present invention.
도6을 참조하면, 배터리 스트링부 1(B1)은 3 파트로 구획되어 있다. 먼저, C1, C2 셀 2개가 한 짝을 이루어 C1이 상위 셀, C2가 하위 셀로 직렬 연결되어 있다. C2 셀의 하부에는 C3 셀이 위치하고, C3 셀이 상위 셀이 되고 한 짝을 이루는 C4 셀이 그 하위 셀로 직렬 연결되어 있다. 같은 연결 구조로서, C5와 C6 셀이 C4의 하부에 직렬 연결되어 있다.Referring to FIG. 6, the battery string part 1 (B1) is divided into three parts. First, two cells C1 and C2 are paired, and C1 is connected to the upper cell and C2 is connected serially to the lower cell. The cell C3 is located in the lower part of the cell C2, the cell C3 is the upper cell, and the paired C4 cell is connected in series to the cell. In the same connection structure, C5 and C6 cells are connected in series to the bottom of C4.
6개의 셀 중에서 C1 셀의 전압이 상대적으로 높아 C1 셀로부터 에너지를 전달하고자 하는 경우를 예를 들어 설명하도록 한다.A case where the voltage of the cell C1 is relatively high among the six cells and the energy is to be transmitted from the cell C1 will be described as an example.
C1 셀과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치(B1Q1)를 스위칭 제어부(30)가 턴 온 시킨다. 이에 따라, 전류가 C1 셀로부터 트랜지스터 스위치(B1Q1)과 로컬 권선(M11)를 통해 흐르게 되며, 권선의 전압 상승을 억제하는 반대 방향으로 기전력이 유도되어, 유도 기전력에 의해 C3, C5 셀과 병렬 연결된 다이오드(d3,d5)를 통해 스위치(B1Q3,B1Q5)와 역방향으로 전류가 흘러 C3, C5 셀의 + 단자 측으로 제공되고 각각의 셀을 충전하게 된다. The switching
한편, C1 셀과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치(B1Q1)를 스위칭 제어부(30)가 오프시킬 때, 즉 플라이백 컨버팅하는 경우의 회로 동작을 도7을 참조하여 설명하도록 한다.On the other hand, the operation of the circuit when the switching
C1 셀과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치(B1Q1)를 스위칭 제어부(30)가 턴 오프시키면, 로컬 권선(M11)의 전압을 유지하는 방향으로 기전력이 유도되며, 이에 따라 DC 컨버터에 저장된 에너지가 C2, C4, C6 셀로 전달되어 각각의 셀들을 충전하게 된다.When the switching
도8은 C1 셀의 플라이백 컨버팅하는 경우에 있어서의 에너지 전달 과정을 시간 도메인에서 나타낸 그래프로서, B1Q1 트랜지스터 스위치를 오프시키면, 하위에 위치한 C2, C4, C6 셀에 유도 전류가 발생하는 것을 보여준다.FIG. 8 is a graph showing the energy transfer process in the case of performing flyback conversion of the C1 cell in the time domain. When the B 1 Q 1 transistor switch is turned off, an induced current is generated in the cells C2, C4, .
도6 내지 도8은 로컬 권선들(Mnn)이 상호 커플링되어 배터리 스트링부(B)의 내부에서 셀 밸런싱을 수행하는 과정을 설명하고 있으나, 내부의 로컬 권선(Mnn)이 배터리 스트링부의 외측에 병렬 연결된 로컬 권선들(Mn)과 커플링되어 외부에서 공급되는 에너지를 공급받아 충전될 수 있음에 유의한다.6 to 8 illustrate the process of coupling the local windings M nn to each other to perform cell balancing in the battery string part B, but the internal local winding M nn is connected to the battery string part B It can be coupled with the local coils M n connected in parallel to the outside and charged with the energy supplied from the outside.
지금까지 본 발명의 실시예에 대해서 간략히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예의 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.
예를 들어, 도5 내지 도7에 개시된 도면에서 배터리 스트링부 내부에서 다이오드를 통해 역방향으로 흐르는 전류를 차단하기 위해 추가적인 스위치를 부가함으로써 로컬 권선을 통해 공급되는 에너지가 공급된 셀을 개별적으로 선택되도록 제어하는 방식으로 변형하는 것이 가능하다.For example, in the drawings disclosed in FIGS. 5 to 7, by adding an additional switch to block the current flowing in the reverse direction through the diode in the battery string portion, the cells supplied with energy supplied through the local winding are individually selected It is possible to deform it in such a manner as to control it.
따라서 본 발명의 실시예는 예시적인 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.Therefore, it should be understood that the embodiments of the present invention are illustrative and that the protection scope of the present invention affects the technical ideas and equivalents of the present invention described in the claims.
Claims (4)
직렬 연결된 다수의 셀들을 포함하는 제1 배터리 스트링부;
직렬 연결된 다수의 셀들을 포함하고 상기 제1 배터리 스트링부에 직렬로 연결되는 제2 배터리 스트링부;
상기 제1 배터리 스트링부와 병렬로 연결되어, 지로 상에 제1 스위치와 주권선을 포함하여 형성되는 제1 루프;
상기 제2 배터리 스트링부와 병렬로 연결되어, 공동 지로 상에 상기 제1 루프의 주권선을 공동으로 포함하고, 독립된 지로상에 제2 스위치를 포함하여 형성되는 제2 루프; 및
상기 스위치들에 대해 스위칭 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집합 전지 시스템.
In the assembled battery system,
A first battery string including a plurality of cells connected in series;
A second battery string part including a plurality of cells connected in series and connected in series to the first battery string part;
A first loop connected in parallel with the first battery string portion, the first loop including a first switch and a main winding line on the guitar;
A second loop connected in parallel with the second battery string part, the second loop including a common line of the first loop on the cavity, and including a second switch on an independent circuit; And
And a switching controller for controlling the switching of the switches.
상기 제1 배터리 스트링부, 상기 제2 배터리 스트링부, 상기 제1 루프, 상기 제2 루프를 포함하여 구성되는 밸런싱 유닛이 적어도 2 이상 직렬 연결되는 밸런싱 유닛 체인을 포함하고,
상기 2 이상의 밸런싱 유닛에 포함된 주권선들은 공동의 코어에 권선되어 커플링되고,
상기 스위칭 제어부는 상기 복수의 밸런싱 유닛들에 포함된 스위치들을 제어함으로써 상기 복수의 밸런싱 유닛들 사이의 에너지 전달을 수행하는 것을 특징으로 하는 집합 전지 시스템.
The method according to claim 1,
And a balancing unit chain including at least two balancing units including the first battery string part, the second battery string part, the first loop, and the second loop,
Wherein the dominant lines included in the at least two balancing units are wound and coupled to a core of the cavity,
Wherein the switching control unit controls the switches included in the plurality of balancing units to perform energy transfer among the plurality of balancing units.
상기 배터리 스트링부 각각은 셀간 에너지 전달을 위한 로컬 코어를 각각 포함하고,
상기 제1 루프는 상기 제1 배터리 스트링부의 제1 로컬 코어에 커플링되는 제1 로컬 권선을 포함하고,
상기 제2 루프는 상기 제2 배터리 스트링부의 제2 로컬 코어에 커플링되는 제2 로컬 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 집합 전지 시스템.
3. The method of claim 2,
Each of the battery string portions includes a local core for transferring energy between cells,
Wherein the first loop includes a first local winding coupled to a first local core of the first battery string portion,
And the second loop includes a second local winding coupled to a second local core of the second battery string portion.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 각각에 병렬 연결되어 역방향의 전류 경로를 형성하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집합 전지 시스템.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Further comprising a diode connected in parallel to each of the first switch and the second switch to form a reverse current path.
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