KR20190083449A - Balancing devices for battery management systems - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a balancing device for a battery management system and, more specifically, to a balancing device for a battery management system, capable of controlling energy delivery between batteries connected to the same position relative to a coil and are placed separately without sharing the same coil. The balancing device includes: a source battery cell including a source battery and a source switch for controlling the discharge of the source battery in response to a source control signal; a source sub battery cell including a source sub battery and a source sub switch for controlling the discharge of the source sub battery in response to a source sub control signal; a target battery cell including a target battery and a target switch for controlling the charge of the target battery in response to a target control signal; a target sub battery cell including a target sub battery and a target sub switch for controlling the charge of the target sub battery in response to a target sub control signal; and a control circuit providing the source control signal for keeping the source switch on, the target control signal for keeping the target switch on and the target sub control signal for keeping the target sub switch on during a first section, in which the source switch is kept on and the target sub switch is kept on, and a second section, in which the source switch is kept on and the target switch is kept on.

Description

배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치{Balancing devices for battery management systems}[0001] The present invention relates to a balancing device for a battery management system,

본 발명은 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간의 에너지 전달을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a balancing device for a battery management system, and more particularly, to a balancing device for a battery management system for controlling energy transfer between batteries that are separated from each other and are connected to the same position relative to windings.

최근 전기 자동차나 스마트 그리드(Smart grid), 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)과 같이 전기 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 기술들이 개발되고 있다. Recently, technologies for efficiently using electric energy such as electric vehicles, smart grid, and energy storage system (ESS) have been developed.

특히, 신재생 에너지의 보급과 함께 스마트 그리드의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화 시킬 수 있는 에너지 저장 시스템에 대한 관심도 증가하고 있다. In particular, with the spread of renewable energy, interest in energy storage systems that can maximize the storage and quality of electric power and efficiency of energy use as core of smart grid is increasing.

에너지 저장 시스템은 다수의 배터리 셀을 가지는 대용량 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 남는 전력(남는 에너지)을 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전력계통에 저장하는 기술로서 전력의 품질과 효율성을 최적화할 수 있는 시스템을 말한다.The energy storage system can include a large capacity battery module having a plurality of battery cells and is a technique for storing the remaining power (residual energy) in the power system to supply it when and where it is needed, thereby optimizing the quality and efficiency of the power System.

상기 배터리 모듈을 보다 효율적이고 안정적으로 관리하는 장치가 배터리 관리 시스템이다. A device for managing the battery module more efficiently and stably is a battery management system.

배터리 관리 시스템은 다수개의 배터리 셀들에 연결되어 각 배터리 셀의 전압 값을 A/D 컨버터(analog to digital converter)를 통해 읽어 들인 후 배터리 셀의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.The battery management system may be connected to a plurality of battery cells to read a voltage value of each battery cell through an analog to digital converter, and then control charging or discharging of the battery cell.

다수개의 배터리들을 연결하여 하나의 배터리 모듈로 사용할 경우, 배터리 모듈을 이루는 배터리들이 지닌 화학적 차이, 물성적 차이, 또는 사용기간의 차이 등으로 인해 각 배터리 간에 전압차가 발생될 수 있다. When a plurality of batteries are connected and used as one battery module, a voltage difference may occur between the batteries due to chemical differences, differences in physical properties, or differences in usage periods of the batteries constituting the battery modules.

상기 배터리 간의 전압차로 인해 배터리 모듈의 수명이 단축될 수 있으므로, 최종적으로는 단셀(단일 배터리 셀) 1개의 전압강하와 같은 성능저하 때문에 패키지화된 배터리 모듈 전체가 새로운 배터리 모듈로 교체되어야 하는 문제가 발생할 수 있다. The lifetime of the battery module may be shortened due to the difference in voltage between the batteries. Therefore, there is a problem that the entire battery packaged in the packaged battery module must be replaced with a new battery module due to performance degradation such as voltage drop of one single cell (single battery cell) .

따라서 에너지 저장 시스템(ESS) 및 전기 자동차 등에 사용되는 대용량 배터리의 충전 또는 방전 시, 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템에 의한 셀 밸런싱(cell balancing) 과정이 필요할 수 있다.Therefore, a cell balancing process may be required by a battery management system that allows the voltage of each battery cell to be kept the same when charging or discharging a large capacity battery used in an energy storage system (ESS) and an electric vehicle.

배터리 간의 밸런싱으로서 수동 밸런싱(Passive balancing) 방법과 능동 밸런싱(Active balancing) 방법이 제시될 수 있다.A passive balancing method and an active balancing method may be proposed as balancing between batteries.

수동 밸런싱 방법은 다른 배터리에 비해 많은 에너지를 가진 배터리의 초과분을 저항 등을 통해 제거함으로써 이루어질 수 있다. The manual balancing method can be accomplished by removing excess energy from a battery with a greater energy than other batteries through a resistor or the like.

그러나 초과분의 에너지를 제거하는 과정에서 생기는 발열로 인하여 배터리 모듈 내에 다른 문제를 일으킬 수 있고, 밸런싱 과정에서 에너지 소모가 심하다는 문제점이 있다.However, the heat generated in the process of removing excess energy may cause other problems in the battery module, and energy consumption in the balancing process is high.

반면, 능동 밸런싱 방법은 다른 배터리에 비해 많은 에너지를 가진 배터리의 에너지를 적은 에너지를 가진 배터리에 전달함으로써 이루어질 수 있다.On the other hand, the active balancing method can be achieved by transferring the energy of a battery having a higher energy level to a battery having a lower energy level than that of another battery.

능동 밸런싱 방법은 배터리 셀에 스위치를 배치하고, 각 스위치의 제어를 통해 이루어질 수 있어서, 수동 밸런싱 방법에 비해 낭비되는 에너지가 적은 장점이 있다.The active balancing method is advantageous in that a switch is disposed in a battery cell and can be performed through control of each switch, thereby wasting less energy than a manual balancing method.

한편, 배터리 셀 2개당 권선 1개를 공유하여 사용하는 셀 밸런싱 회로에 있어서 배터리 셀간 에너지를 전달하는 방식은 종래 두 가지 형태가 있다.Meanwhile, in a cell balancing circuit that uses one winding per two battery cells, there are two conventional methods of transferring energy between battery cells.

하나는 인접한 셀간 에너지를 전달하는 방식(벅-부스트 방식)이다. 이는 하나의 권선을 공유하는 두 개의 인접한 셀간 에너지를 전달하는 경우에 이용한다. One is the way to transfer energy between adjacent cells (buck-boost). It is used to transfer energy between two adjacent cells sharing a single winding.

다른 하나는 동일한 권선을 공유하지 않는 떨어진 셀간의 에너지를 전달하는 방식이다. 그런데 이 때 권선 대비 서로 다른 위치에 연결된 셀 끼리만 에너지가 전달된다(플라이백 방식). And the other is to transfer energy between cells that do not share the same winding. In this case, energy is transferred only to cells connected to different positions with respect to the winding (flyback method).

만약 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 셀간 에너지를 전달해야 할 필요가 있으면, 위에 기술한 두가지 방식을 순차적으로 이용해야 한다. 이 경우 에너지를 전달할 때 하나의 배터리 셀을 더 거치고 밸런싱 회로의 동작이 더 이루어져 에너지 전달효율이 떨어지고, 전달의 속도가 떨어진다.If there is a need to transfer energy between cells connected to the same position relative to the windings as they do not share the same winding, the two methods described above must be used sequentially. In this case, a single battery cell is further required to transmit the energy, and the operation of the balancing circuit is further performed, the energy transfer efficiency is lowered and the transfer speed is lowered.

Xu, S. Li, C. Mi, Z. Chen, and B. Cao, "SOC Based Battery Cell Balancing with a Novel Topology and Reduced Component Count," Energies, vol. 6, p. 2726, 2013.Xu, S. Li, C. Mi, Z. Chen, and B. Cao, "SOC Based Battery Cell Balancing with Novel Topology and Reduced Component Count," Energies, vol. 6, p. 2726, 2013.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간의 에너지 전달을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to solve the conventional problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a balancing device for a battery management system for controlling energy transfer between batteries connected to the same position have.

본 발명의 장치의 일 측면은 소스 배터리와 소스 제어 신호에 대응하여 상기 소스 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 스위치를 포함하는 소스 배터리 셀; 소스 서브 배터리와 소스 서브 제어 신호에 대응하여 상기 소스 서브 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 서브 스위치를 포함하는 소스 서브 배터리 셀; 타겟 배터리와 타겟 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 스위치를 포함하는 타겟 배터리 셀; 타겟 서브 배터리와 타겟 서브 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 서브 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 서브 스위치를 포함하는 타겟 서브 배터리 셀; 및 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 서브 스위치가 온 상태를 유지하는 제1 구간과 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 스위치가 온 상태를 유지하는 제2 구간 동안 상기 소스 스위치의 온 상태를 유지시키는 상기 소스 제어 신호와, 상기 타겟 스위치의 온 상태를 유지시키는 타겟 제어 신호 및 상기 타겟 서브 스위치의 온 상태를 유지하는 타겟 서브 제어 신호를 제공하는 제어 회로를 포함한다.One aspect of the apparatus of the present invention includes a source battery cell including a source battery and a source switch for controlling a discharge of the source battery in response to a source control signal; A source sub battery including a source sub battery and a source sub switch for controlling a discharge of the source sub battery in correspondence with a source sub control signal; A target battery cell including a target battery and a target switch for controlling charging of the target battery in response to a target control signal; A target sub-battery and a target sub-battery including a target sub-switch for controlling charging of the target sub-battery in response to a target sub-control signal; And a second period during which the source switch is maintained in an on state and the target sub-switch is maintained in an on-state, and during a second period in which the source switch remains on and the target switch remains in an on- And a control circuit for providing the source control signal for maintaining the ON state, the target control signal for maintaining the ON state of the target switch, and the target sub control signal for maintaining the ON state of the target sub-switch.

또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 소스 배터리와 상기 소스 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 소스 권선을 공유하며, 상기 타겟 배터리와 상기 타겟 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 타겟 권선을 공유한다.In addition, the source battery and the source sub battery in one aspect of the apparatus of the present invention are directly connected and share a source winding, and the target battery and the target sub battery are directly connected and share a target winding.

또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제1 구간 동안에 상기 소스 스위치와 상기 타겟 서브 스위치를 온 시켜 소스 권선과 타겟 권선이 자기적으로 커플링된 형태가 되도록 한다.In addition, the control circuit on one side of the device of the present invention turns on the source switch and the target sub-switch during a first interval to make the source and target windings magnetically coupled.

또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제2 구간 동안에 상기 소스 스위치를 온 상태로 유지하며, 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 상기 타켓 스위치를 온시켜 상기 소스 배터리에서 방전되는 전류가 상기 타겟 배터리로 전달되도록 한다.In addition, the control circuit on one side of the device of the present invention maintains the source switch in an on state during a second interval, turns off the target sub-switch, turns on the target switch, To be delivered to the target battery.

또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제2 구간 동안에 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 데드타임이 지난후에 상기 타겟 스위치를 온시킨다.Further, the control circuit on one side of the device of the present invention turns off the target sub-switch during the second section and turns on the target switch after a dead time.

또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제3 구간 동안에 소스 스위치와 타겟 스위치를 오프시킨다.Further, the control circuit of one aspect of the apparatus of the present invention turns off the source switch and the target switch during the third period.

또한, 본 발명의 장치의 일 측면의 상기 제어 회로는 제4 구간 동안에 소스 스위치와 타겟 스위치를 모두 오프시켜 제2 전류가 영(zero)이 된 이후 제1 전류가 영(zero)이 될 때까지 소스 서브 배터리를 충전하면서 전류가 흐르도록 한다.Further, the control circuit on one side of the device of the present invention turns off both the source switch and the target switch during the fourth period until the first current becomes zero after the second current becomes zero So that current flows while charging the source sub-battery.

상기와 같은 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.The present invention relates to a control method for transferring energy between batteries connected to a balancing circuit at the same position relative to a winding and not sharing the same winding, .

또한, 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 속도를 높일 수 있다.The present invention also relates to a control method for transferring energy between batteries connected to the same position relative to windings in a balancing circuit without sharing the same winding, .

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 도시하는 구성도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 중 일부의 배터리 셀과 해당 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 회로를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치의 전류 변화를 나타내기 위한 도면이다.
도 7은 도 3 내지 도 6에 따른 전류 변화와 이에 따른 전압 변화를 나타내기 위한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a block diagram showing a balancing apparatus for a battery management system according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating a battery cell of a balancing device of the battery management system according to the embodiment of FIG. 1 and a control circuit for controlling the battery cell in more detail.
FIGS. 3 to 6 are diagrams illustrating a current change of a balancing device of a battery management system operating according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a current change and a voltage change according to FIGS. 3 to 6. FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to aid in a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular form of a term includes plural forms of meaning. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms may be used to distinguish one component from another .

이하에서는, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 예시한 실시 형태들이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a battery management system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 도시하는 구성도이다.1 is a block diagram showing a balancing apparatus for a battery management system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 복수의 배터리 셀과 각각의 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 회로(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a balancing device of a battery management system may include a plurality of battery cells and a control circuit 300 for generating control signals for controlling the respective battery cells.

보다 상세하게, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 연속하여 직렬 연결되는 배터리 스트링(100)과 배터리 스트링(100)을 구성하는 각각의 배터리들 간의 밸런싱을 위한 밸런싱 회로(200) 및 밸런싱 회로(200)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 회로(300)를 포함할 수 있다.More specifically, the balancing device of the battery management system includes a battery string 100 connected in series and a balancing circuit 200 for balancing between each battery constituting the battery string 100 and a balancing circuit 200 for balancing And a control circuit 300 for generating a control signal for controlling the operation.

밸런싱 회로(200)는 배터리 스트링(100)을 구성하는 배터리들을 제어하기 위하여 각각의 배터리들에 대응되는 스위치들을 포함할 수 있다. 여기서 배터리 셀은 하나의 배터리와 해당 배터리에 직접 연결된 스위치를 포함하는 단위로 이해될 수 있다. 밸런싱 회로(200)는 각각의 배터리 셀들간 에너지의 전달을 위해 배치된 권선들과 각 권선들에 연결된 코어를 포함할 수 있다.The balancing circuit 200 may include switches corresponding to the respective batteries to control the batteries constituting the battery string 100. [ Here, the battery cell can be understood as a unit including a battery and a switch directly connected to the battery. The balancing circuit 200 may include windings arranged for transfer of energy between respective battery cells and a core coupled to each of the windings.

제어 회로(300)는 배터리 스트링(100)을 구성하는 배터리들의 다양한 상태를 측정 또는 감지하여, 배터리 모듈의 온도, 배터리 모듈의 주변온도, 배터리 모듈의 전압, 및 배터리 모듈의 방전(또는 충전) 전류(또는 배터리 모듈의 정격 용량(Ah)에 C-rate(current rate)를 곱한 값) 등에 따라 배터리 보호를 위한 제어를 할 수 있고 기기의 운전자(operator)에게 배터리 상태를 알려주고, 배터리 모듈을 적정상태로 관리하는 기능을 가질 수 있다.The control circuit 300 measures or senses various states of the batteries constituting the battery string 100 to detect the temperature of the battery module, the ambient temperature of the battery module, the voltage of the battery module, and the discharge (Or a value obtained by multiplying the rated capacity (Ah) of the battery module by the C-rate (current rate)), etc., to inform the operator of the battery condition of the battery, As shown in FIG.

제어 회로(300)는 각 배터리 셀의 전압과 전류와 온도를 측정하여 셀의 셀 밸런싱(cell balancing)과 SOC(State of Charge, 잔존 전하량)를 산정하고 에너지 저장 시스템(ESS)의 안전, 충전, 또는 방전을 제어할 수 있다. The control circuit 300 measures cell balancing and SOC (State of Charge) of the cell by measuring voltage, current, and temperature of each battery cell, and determines the safety, charge, and charge of the energy storage system (ESS) Or discharge can be controlled.

이를 위해, 제어 회로(300)는 각 배터리 셀의 개방 전압(Open Circuit Voltage)을 측정하는 측정부와, 상기 측정부의 측정 결과에 따라, 배터리 셀 간의 에너지 밸런싱을 위해 기준 전압 보다 높은 개방 전압을 가지는 배터리 셀을 소스 배터리 셀로 판단하고 상기 기준 전압 보다 낮은 개방 전압을 가지는 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 판단하여 소스 배터리 셀에서 타겟 배터리 셀로 에너지가 전달되도록 제어 신호를 제공하는 제어부 및 상기 제어부에서 생성된 제어 신호에 따라 스위치를 온시키거나 오프시키기 위한 게이트 신호를 생성하는 게이트 드라이빙 회로를 포함할 수 있다.For this purpose, the control circuit 300 includes a measuring unit for measuring an open circuit voltage of each battery cell, and a control unit 300 for controlling the open / A control unit for determining a battery cell as a source battery cell and determining a battery cell having an open-circuit voltage lower than the reference voltage as a target battery cell to provide a control signal to transfer energy from the source battery cell to the target battery cell, And a gate driving circuit for generating a gate signal for turning on or off the switch in accordance with the control signal.

여기서 기준 전압은 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치의 설계자나 밸런싱 방법에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 소스 배터리는 제어 회로(300)의 판단에 따라 에너지를 공급하는 배터리를 의미하고 타겟 배터리는 제어 회로(300)의 판단에 따라 소스 배터리로부터 상기 에너지를 공급받는 배터리를 의미할 수 있다. Here, the reference voltage may be variously set according to the designer or the balancing method of the balancing device of the battery management system. The source battery means a battery which supplies energy according to the judgment of the control circuit 300 and the target battery means a battery which receives the energy from the source battery according to the judgment of the control circuit 300. [

소스 배터리 및 상기 소스 배터리를 제어하기 위한 소스 스위치를 포함하는 배터리 셀을 소스 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 또한, 타겟 배터리 및 상기 타겟 배터리를 제어하기 위한 타겟 스위치를 포함하는 배터리 셀을 타겟 배터리 셀로 지칭할 수 있다. A battery cell including a source battery and a source switch for controlling the source battery can be referred to as a source battery cell. Further, a battery cell including a target battery and a target switch for controlling the target battery may be referred to as a target battery cell.

그리고, 소스 서브 배터리는 소스 배터리에 직접 연결되어 있으며 소스 권선을 공유하는 배터리를 의미하고 타겟 서브 배터리는 타겟 배터리에 직접 연결되어 있으며 타겟 권선을 공유하는 배터리를 의미할 수 있다. And, the source sub-battery refers to a battery that is directly connected to the source battery and shares the source winding, and the target sub-battery may refer to a battery that is directly connected to the target battery and shares the target winding.

소스 서브 배터리 및 상기 소스 서브 배터리를 제어하기 위한 소스 서브 스위치를 포함하는 배터리 셀을 소스 서브 배터리 셀로 지칭할 수 있다. 또한, 타겟 서브 배터리 및 상기 타겟 서브 배터리를 제어하기 위한 타겟 서브 스위치를 포함하는 배터리 셀을 타겟 서브 배터리 셀로 지칭할 수 있다. A battery cell including a source sub-battery and a source sub-switch for controlling the source sub-battery may be referred to as a source sub-battery cell. Further, a battery cell including a target sub-battery and a target sub-switch for controlling the target sub-battery may be referred to as a target sub-battery cell.

소스 배터리와, 소스 서브 배터리와, 타겟 배터리 및 타겟 서브 배터리는 배터리 스트링(100)의 다양한 배터리를 가리킬 수 있으므로, 이하 제1 내지 제4 배터리 등으로 표현하여 설명하기로 한다. 또한, 소스 스위치, 소스 서브 스위치, 타겟 스위치 및 타겟 서브 스위치도 이하 제1 내지 제4 스위치 등으로 표현하여 설명될 수 있으며, 이를 포함하는 소스 배터리 셀, 소스 서브 배터리 셀, 타겟 배터리 셀 및 타겟 서브 배터리 셀 역시 제1 내지 제4 배터리 셀 등으로 표현하여 설명될 수 있다. The source battery, the source sub-battery, the target battery, and the target sub-battery may denote various batteries of the battery string 100, and will be described as first to fourth batteries. The source switch, the source sub-switch, the target switch, and the target sub-switch may also be expressed by the first to fourth switches and the like. The battery cell may also be represented by first to fourth battery cells.

도 2는 도 1의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 중 일부의 배터리 셀과 해당 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 회로(300)를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram showing a battery cell of a balancing device of the battery management system according to the embodiment of FIG. 1 and a control circuit 300 for controlling the battery cell in more detail.

도 2를 참조하면, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 배터리 스트링(100)과 밸런싱 회로(200) 및 제어 회로(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the balancing device of the battery management system may include a battery string 100, a balancing circuit 200, and a control circuit 300.

도 2는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 중 일부의 배터리 셀을 예시한 회로도이다. 도 2를 참조하면, 하나의 배터리와 해당 배터리에 병렬 연결된 스위치 및 배터리와 스위치에 연결된 권선을 포함하여 하나의 배터리 셀을 구성하는 것을 알 수 있다. 2 is a circuit diagram illustrating a battery cell of some of the balancing devices of the battery management system. Referring to FIG. 2, it can be seen that one battery cell is composed of one battery, a switch connected in parallel to the battery, and a coil connected to the battery and the switch.

배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치는 같은 권선을 공유하도록 짝지어지는 2개의 배터리 셀을 하나의 단위라 할 때, 상기 배터리 셀 단위가 연속되어 배치되는 배터리 스트링(100)과 밸런싱 회로(200)를 포함하고, 각각의 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 신호를 제공하는 제어 회로(300)를 포함하는 것을 알 수 있다.The balancing device of the battery management system includes a battery string 100 and a balancing circuit 200 in which the battery cell units are continuously arranged when two battery cells paired to share the same winding are regarded as one unit, And a control circuit 300 for providing a control signal for controlling each battery cell.

배터리 셀들의 전압을 밸런싱하기 위해서 제어 회로(300)는 배터리의 전압이 높은 배터리 셀로부터 배터리 전압이 낮은 배터리 셀로 전류를 전달할 수 있다.In order to balance the voltages of the battery cells, the control circuit 300 can transfer the current from the battery cell having the high voltage of the battery to the battery cell having the low battery voltage.

도 2는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 구성하는 복수의 배터리 셀 중 임의의 4개 배터리 셀(CELL1 내지 CELL4)을 예시하여 표현하였다.FIG. 2 exemplifies any four battery cells (CELL1 to CELL4) among a plurality of battery cells constituting the balancing device of the battery management system.

도 2를 참조하면, 제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 제1 권선(L1)을 공유하도록 인접 배치되었고, 제3 배터리 셀(CELL3)과 제4 배터리 셀(CELL4)은 제2 권선(L2)을 공유하도록 인접 배치된 것을 알 수 있다. 제2 배터리 셀(CELL2)과 제3 배터리 셀(CELL3)은 인접하여 배치될 수 도 있고, 그 사이에 하나 이상의 다른 배터리 셀 단위가 포함되도록 배치될 수 도 있다.2, the first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 are disposed adjacent to each other so as to share the first winding L1 and the third battery cell CELL3 and the fourth battery cell CELL4 are disposed adjacent to each other, Are arranged adjacent to each other so as to share the second winding (L2). The second battery cell CELL2 and the third battery cell CELL3 may be disposed adjacent to each other, and may include at least one other battery cell unit therebetween.

보다 상세하게, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치의 배터리 스트링(100)은 복수의 배터리들(C1, C2, C3, C4)을 포함할 수 있고, 해당 배터리들 간의 에너지 밸런싱을 위한 밸런싱 회로(200)는 스위치와 권선들(L1, S1, S2, L2, S3, S4)을 포함할 수 있다. More specifically, the battery string 100 of the balancing device of the battery management system may include a plurality of batteries C1, C2, C3, C4, and a balancing circuit 200 for energy balancing between the batteries Switches and windings L1, S1, S2, L2, S3, S4.

도 2에서 제1 배터리 셀(CELL1)은 제1 배터리(C1), 제1 스위치(S1) 및 제1 권선(L1)을 포함할 수 있고, 제2 배터리 셀(CELL2)은 제2 배터리(C2), 제2 스위치(S2) 및 제1 권선(L1)을 포함할 수 있다.2, the first battery cell CELL1 may include a first battery C1, a first switch S1 and a first winding L1, a second battery cell CELL2 may include a second battery C2 ), A second switch S2, and a first winding L1.

제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 서로 인접하여 배치될 수 있다. 제1 배터리(C1)와 제2 배터리(C2)는 각각 서로 극성이 반대되는 포지티브 극과 네가티브 극이 인접하여 배치될 수 있다.The first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 may be disposed adjacent to each other. The first battery C1 and the second battery C2 may be arranged such that a positive electrode and a negative electrode, which are opposite in polarity to each other, are disposed adjacent to each other.

제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 제1 권선(L1)을 공유할 수 있다. 즉, 제1 권선(L1)의 일단은 제1 배터리(C1)와 제2 배터리(C2)에 모두 연결되고, 제1 권선(L1)의 타단은 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)에 모두 연결될 수 있다.The first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 may share the first winding L1. That is, one end of the first winding L1 is connected to both the first battery C1 and the second battery C2, and the other end of the first winding L1 is connected to the first switch S1 and the second switch S2 ). ≪ / RTI >

상기한 것처럼, 제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 공유하는 제1 권선(L1)의 일단에 연결된 배터리의 극성만 다르고 다른 구성은 동일할 수 있다.As described above, the first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 may have different polarities of the batteries connected to one end of the first coil L1 shared by them, and the other configurations may be the same.

또한, 상기한 것처럼 2개의 배터리 셀이 인접한 배터리 셀 단위가 연속 배치되므로 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 포함되는 배터리 셀들은 짝수로 구성될 수 있다. In addition, since the battery cell units adjacent to the two battery cells are continuously arranged as described above, the battery cells included in the balancing apparatus of the battery management system can be configured to be even.

도 2의 제3 배터리 셀(CELL3)은 상기한 제1 배터리 셀(CELL1)과 동일하게 제3 배터리(C3), 제3 스위치(S3) 및 제2 권선(L2)을 포함할 수 있고, 제4 배터리 셀(CELL4)도 상기한 제2 배터리 셀(CELL2)과 동일하게 제4 배터리(C4), 제4 스위치(S4)를 포함하고, 상기 제3 배터리 셀(CELL3)과 공유하는 제2 권선(L2)을 포함할 수 있다.The third battery cell CELL3 of FIG. 2 may include a third battery C3, a third switch S3 and a second winding L2 in the same manner as the first battery cell CELL1, The fourth battery cell CELL4 includes the fourth battery C4 and the fourth switch S4 in the same manner as the second battery cell CELL2 and the second battery CELL4 shared by the third battery cell CELL3, (L2).

배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치에 포함되는 배터리 셀들의 수는 설계자의 의도나 해당 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치를 필요로 하는 시스템에서 요구하는 전압의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.The number of battery cells included in the balancing device of the battery management system can be variously set according to the designer's intention or the size of the voltage required in the system requiring the balancing device of the battery management system.

이하 제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)은 제1 권선(L1)을 공유하고 서로 인접한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 내의 임의의 두 배터리 셀로서 이해될 수 있고, 제3 배터리 셀(CELL3)과 제4 배터리 셀(CELL4)은 제2 권선(L2)을 공유하고 인접한 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치 내의 임의의 두 배터리 셀로서 이해될 수 있다.Hereinafter, the first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 can be understood as any two battery cells in the balancing apparatus of the battery management system that share the first coil L1 and are adjacent to each other, The fourth battery cell CELL3 and the fourth battery cell CELL4 share the second winding L2 and can be understood as any two battery cells in the balancing device of the adjacent battery management system.

상기한 배터리 셀들의 구성을 좀더 상세히 보면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the battery cells will be described in more detail.

제1 내지 제4 배터리(C1 내지 C4)는 배터리 스트링(100)을 구성하는 배터리들 중 임의의 배터리들일 수 있고, 이 중 제1 배터리(C1)와 제2 배터리(C2)는 서로 직접 연결되고, 제3 배터리(C3)와 제4 배터리(C4)는 서로 직접 연결될 수 있다.The first to fourth batteries C1 to C4 may be any ones of the batteries constituting the battery string 100. The first battery C1 and the second battery C2 are directly connected to each other , And the third battery C3 and the fourth battery C4 may be directly connected to each other.

제1 내지 제4 스위치(S1 내지 S4)는 각각에 대응되는 배터리 셀(CELL1 내지 CELL4)에 포함된 배터리(C1 내지 C4)의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 스위치이다. 제1 내지 제4 스위치(S1 내지 S4)는 전류의 흐름을 스위칭하기 위한 다양한 스위치로서 BJT(Bipolar Junction Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 예시될 수 있다.The first to fourth switches S1 to S4 are switches for controlling charging or discharging of the batteries C1 to C4 included in the corresponding battery cells CELL1 to CELL4, respectively. The first to fourth switches S1 to S4 may be BJTs, metal oxide semiconductors (MOSFETs), insulated gate bipolar transistors (IGBTs), or the like, as various switches for switching the current flow.

제1 스위치(S1)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제1 제어 신호(CON1)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있고, 제2 스위치(S2)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제2 제어 신호(CON2)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있고, 제3 스위치(S3)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제3 제어 신호(CON3)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있고, 제4 스위치(S4)는 제어 회로(300)에서 제공되는 제4 제어 신호(CON4)에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있다.The first switch S1 may be turned on or turned off in response to the first control signal CON1 provided by the control circuit 300 and the second switch S2 may be turned on or off by the control circuit 300 The third switch S3 may be turned on or off in response to the third control signal CON3 provided by the control circuit 300. The third switch S3 may be turned on or off in response to the second control signal CON2, And the fourth switch S4 may be turned on or turned off in response to the fourth control signal CON4 provided by the control circuit 300. [

제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)은 하나의 코어 또는 서로 다른 코어에 연결되어 에너지의 전달을 수행할 수 있다. The first winding L1 and the second winding L2 may be connected to one core or a different core to perform energy transfer.

제1 배터리 셀(CELL1)과 제2 배터리 셀(CELL2)이 공유하는 제1 권선(L1)은 같은 코어 내의 권선들과 자속을 공유하는 자화 인덕턴스(Magnetizing Inductance)와 제1 권선(L1)의 자속에 영향을 받는 누설 인덕턴스(Leakage Inductance)가 발생할 수 있다. Lm은 제1 권선(L1) 및 제1 권선(L1)과 코어를 공유하는 권선들의 자화 인덕턴스를 의미하고, Lleak1는 제1 권선(L1)의 누설 인덕턴스를 의미할 수 있다. The first winding L1 shared by the first battery cell CELL1 and the second battery cell CELL2 has a magnetizing inductance sharing the magnetic flux with the windings in the same core and a magnetic flux of the first winding L1 The leakage inductance may be affected. Lm denotes the magnetization inductance of the coils sharing the core with the first winding L1 and the first winding L1 and Lleak1 can mean the leakage inductance of the first winding L1.

여기서 누설 인덕턴스는 방전된 에너지가 충전 대상 셀로 얼마나 전달되는 지를 나타내는 비율에 대한 값을 의미할 수 있다. 또한, 제2 권선(L2)도 자화 인덕턴스(Lm)와 누설 인덕턴스(Lleak2)로 나누어 모델링될 수 있다.Here, the leakage inductance may be a value for a ratio indicating how much the discharged energy is transferred to the cell to be charged. Also, the second winding L2 can be modeled by dividing by the magnetizing inductance Lm and the leakage inductance Lleak2.

여기에서, 누설 인덕턴스는 다권선 변압기 자체에 포함된 누설 인덕턴스, 혹은 연결을 위해 사용되는 권선상의 인덕턴스, 혹은 회로에 추가적으로 연결한 인덕턴스를 가리킨다.Here, the leakage inductance refers to the leakage inductance included in the multi-winding transformer itself, or the inductance on the winding used for the connection, or the inductance additionally connected to the circuit.

배터리 셀 간의 에너지 전달을 위하여 종래 벅 부스트(Buck boost) 방식과 플라이백(flyback) 방식이 알려져 있다.BACKGROUND ART [0002] Conventionally, a buck boost method and a flyback method are known for energy transfer between battery cells.

벅 부스트(Buck boost) 방식의 에너지 전달은 같은 권선을 공유하는 배터리 셀 간에 에너지를 전달할 때 사용될 수 있다.A buck boost energy transfer can be used to transfer energy between battery cells sharing the same winding.

예를 들면 도 2에서 제1 배터리(C1)-제2 배터리(C2) 사이에 에너지를 전달하거나, 제3 배터리(C3)-제4 배터리(C4) 사이에 에너지를 전달할 때 사용된다.For example, to transfer energy between the first battery C1 and the second battery C2 in FIG. 2 or to transfer energy between the third battery C3 and the fourth battery C4.

그리고, 플라이 백(Fly back) 방식의 에너지 전달은 다른 권선에 연결된 배터리 셀 간에 에너지를 전달할 때 사용될 수 있다.Fly back energy transfer can be used to transfer energy between battery cells connected to other windings.

예를 들면 도 2에서 제1 배터리(C1)-제4 배터리(C4) 사이에 에너지를 전달하거나 제2 배터리(C2)-제3 배터리(C3) 사이에 에너지를 전달할 때 사용된다.For example, to transfer energy between the first battery C1 and the fourth battery C4 in FIG. 2 or to transfer energy between the second battery C2 and the third battery C3.

벅 부스트 방식으로 에너지를 전달하고자 하는 경우, 제1 배터리(C1)의 에너지를 제1 권선(L1)을 통해 제2 배터리(C2)로 전달하거나 제2 배터리(C2)의 에너지를 제1 권선(L1)을 통해 제1 배터리(C1)로 전달할 수 있다. 또한, 제3 배터리(C3)의 에너지를 제2 권선(L2)을 통해 제4 배터리(C4)로 전달하거나 제4 배터리(C4)의 에너지를 제2 권선(L2)을 통해 제3 배터리(C3)로 전달할 수도 있다.The energy of the first battery C1 may be transferred to the second battery C2 through the first winding L1 or the energy of the second battery C2 may be transferred to the first winding L1 L1 to the first battery C1. The energy of the third battery C3 is transmitted to the fourth battery C4 via the second winding L2 or the energy of the fourth battery C4 is supplied to the third battery C3 ).

플라이 백 방식으로 에너지를 전달하고자 하는 경우, 제1 배터리(C1)의 에너지를 제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)을 통해 제4 배터리(C4)로 전달하거나 제2 배터리(C2)의 에너지를 제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)을 통해 제3 배터리(C3)로 전달할 수 있다. 또한, 제3 배터리(C3)의 에너지를 제2 권선(L2)과 제1 권선(L1)을 통해 제2 배터리(C2)로 전달하거나 제4 배터리(C4)의 에너지를 제2 권선(L2)과 제1 권선(L1)을 통해 제1 배터리(C1)로 전달할 수 있다. The energy of the first battery C1 is transmitted to the fourth battery C4 through the first winding L1 and the second winding L2 or the energy of the second battery C2 is transmitted through the first winding L1 and the second winding L2, To the third battery (C3) through the first winding (L1) and the second winding (L2). The energy of the third battery C3 is transferred to the second battery C2 via the second winding L2 and the first winding L1 or the energy of the fourth battery C4 is supplied to the second winding L2, To the first battery (C1) through the first winding (L1).

한편, 위에서 설명한 바와 달리 서로 다른 권선 그리고 서로 같은 위치(모두 권선의 위쪽, 혹은 모두 권선의 아래쪽)에 연결된 배터리 간 에너지를 전달할 때에는 종래 기술에 따르면 직접적으로 에너지를 전달하는 방법이 없었다. 예를 들면 도 2에서 제1 배터리(C1)-제3 배터리(C3) 사이에 에너지를 전달하거나, 제2 배터리(C2)-제4 배터리(C4) 사이에 에너지를 전달할 때에 직접 에너지를 전달하는 방법이 없었으며, 벅 부스트 방식과 플라이백 방식을 순차적으로(혹은 순서는 바꿔서) 사용하는 형태로 에너지를 전달했다. On the other hand, according to the prior art, there was no direct energy transfer method when transferring the energy between the batteries connected to different windings and the same position (both the upper side of the windings or the lower side of the windings) unlike the above. For example, when energy is transferred between the first battery C1 and the third battery C3 in FIG. 2 or energy is transferred between the second battery C2 and the fourth battery C4, There was no way, and the energy was transferred in a form that used the buck-boost method and the flyback method sequentially (or in reverse order).

그로 인해 에너지가 전달되는 과정에서 중간에 위치한 제2 배터리(C2)나 제3 배터리(C3)를 한 번 더 거치게 되고 밸런싱 회로(200)의 동작이 늘어 손실이 증가하며 에너지 전달 효율이 떨어졌다. 또한 에너지 전달에 걸리는 시간도 길어진다.As a result, the second battery C2 or the third battery C3, which is located in the middle, is once again passed in the process of transferring the energy, the operation of the balancing circuit 200 is increased, and the loss increases. In addition, the time required for energy transfer is also increased.

본 발명은 밸런싱 회로(200)에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 이하 포워드(forward) 방식이라 칭한다.The present invention relates to a control method for transferring energy between batteries connected to a balancing circuit 200 at the same position relative to a winding, which is not shared by the same winding, and is hereinafter referred to as a forward method.

상기 포워드 방식은 먼저 도 3과 도 7에 도시된 바와 같이 제어 회로(300)는 제1 구간 동안(시작 시점(t0)부터 제1 시점(t1)동안) 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)를 온 시켜 제1 권선(L1)에 제1 전류(iL1)가 흐르고, 제2 권선(L2)에 제2 전류(iL2)가 흐르게 하여 제1 권선(L1)과 제2 권선(L2)이 자기적으로 커플링된 형태가 되도록 만든다(t0-t1).3 and 7, the control circuit 300 controls the first switch S1 and the fourth switch S1 for the first period (from the start time t0 to the first time t1) The first current L1 is supplied to the first winding L1 and the second current iL2 flows to the second winding L2 so that the first winding L1 and the second winding L2 ) To become magnetically coupled (t0-t1).

이후에 도 4와 도 7에 도시된 바와 같이 제어 회로(300)는 제2 구간 동안(제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2)동안) 제4 스위치(S4)를 오프시키고 제3 스위치(S3)를 온시킨다. 이 때 제1 스위치(S1)는 계속 켜고 있다. 그러면 제1 배터리(C1)에서 방전되는 전류가 제3 배터리(S3)로 전달된다(t1-t2).4 and 7, the control circuit 300 turns off the fourth switch S4 during the second period (from the first point of time t1 to the second point of time t2) (S3). At this time, the first switch S1 is kept on. Then, the current discharged from the first battery C1 is transmitted to the third battery S3 (t1-t2).

다음에, 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이 제어 회로(300)는 설정된 제2 구간 동안(t1-t2)에 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 온 시킨 후에, 제3 구간 동안(제2 시점(t2)부터 제3 시점(t3)동안)에 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 모두 오프시킨다.Next, as shown in FIGS. 5 and 7, the control circuit 300 turns on the first switch S1 and the third switch S3 during the set second period (t1-t2) The first switch S1 and the third switch S3 are all turned off during the period (from the second time point t2 to the third time point t3).

이때, 제1 스위치(S1)가 오프되면 제1 전류(iL1)는 제2 배터리(C2)를 충전하기 위해 흐르고, 제2 전류(iL2)는 영(zero)이 될 때까지 제3 배터리(C3)를 충전하는 형태로 전류가 흐른다(t2-t3).At this time, when the first switch S1 is turned off, the first current iL1 flows to charge the second battery C2 and the third battery C3 (C3) flows until the second current iL2 becomes zero (T2-t3).

이때, 도 6과 도 7을 참조하면, 제어 회로(300)는 제4 구간 동안(제3 시점(t3)부터 제4 시점(t4) 동안)에 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 모두 오프시켜 제2 전류(iL2)가 영(zero)이 된 이후 제1 전류(iL1)가 영(zero)이 될 때까지 제2 배터리(C2)를 충전하면서 전류가 흐르도록 한다(t3-t4).6 and 7, the control circuit 300 controls the first switch S1 and the third switch S3 (for example, during the fourth period t3 to the fourth time t4) So that the current flows through the second battery C2 while charging the second battery C2 until the first current iL1 becomes zero after the second current iL2 becomes zero -t4).

한편, 도 3과 도 7을 참조할 때 t0에서 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)가 동시에 켜지는 것이 이상적이나 두 개의 스위치가 약간의 시차를 두고 둘 중 하나가 먼저 켜져도 상관없다.3 and 7, it is ideal that the first switch S1 and the fourth switch S4 are turned on at the same time at t0. However, even if two switches are turned on at a slight time difference, none.

도 4와 도 7을 참조할 때 t1에 제4 스위치(S4)를 끄자마자 제3 스위치(S3)를 켜는 것이 이상적이나 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)가 동시에 켜지면 제3 배터리(C3)와 제4 배터리(C4)를 통해 단락(short) 경로를 형성하므로 안전을 위해 약간의 데드타임(deadtime)을 주도록 구현해야 한다.Referring to FIGS. 4 and 7, it is ideal to turn on the third switch S3 immediately after turning off the fourth switch S4 at t1, but when the third switch S3 and the fourth switch S4 are simultaneously turned on, A short path is formed through the battery C3 and the fourth battery C4 so that it is necessary to implement a slight deadtime for safety.

이때, t1에서 제1 스위치(S1)를 일정시간 껐다가 켜도 상관없다.At this time, the first switch S1 may be turned off for a predetermined time at t1.

도 5와 도 7을 참조할 때 t2에서 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 동시에 끄는 것이 이상적이나 두 스위치를 끄는 데 약간의 시차가 있어도 상관없다(둘 중 어느 것을 먼저 꺼도 상관없다.)Referring to FIGS. 5 and 7, it is ideal to simultaneously turn off the first switch S1 and the third switch S3 at t2, but there may be a slight delay in turning off the two switches none.)

상기와 같은 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.The present invention relates to a control method for transferring energy between batteries connected to a balancing circuit at the same position relative to a winding and not sharing the same winding, .

또한, 본 발명은 밸런싱 회로에서 같은 권선을 공유하지 않아 서로 떨어져 있으며 권선 대비 같은 위치에 연결된 배터리 간 에너지를 전달해야 하는 경우의 제어 방식에 대한 것으로, 배터리 간 에너지를 직접적으로 전달함으로써 에너지 전달 속도를 높일 수 있다.The present invention also relates to a control method for transferring energy between batteries connected to the same position relative to windings in a balancing circuit without sharing the same winding, .

100: 배터리 스트링 200: 밸런싱 회로
300: 제어 회로
100: Battery string 200: Balancing circuit
300: control circuit

Claims (7)

소스 배터리와 소스 제어 신호에 대응하여 상기 소스 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 스위치를 포함하는 소스 배터리 셀;
소스 서브 배터리와 소스 서브 제어 신호에 대응하여 상기 소스 서브 배터리의 방전을 제어하기 위한 소스 서브 스위치를 포함하는 소스 서브 배터리 셀;
타겟 배터리와 타겟 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 스위치를 포함하는 타겟 배터리 셀;
타겟 서브 배터리와 타겟 서브 제어 신호에 대응하여 상기 타겟 서브 배터리의 충전을 제어하기 위한 타겟 서브 스위치를 포함하는 타겟 서브 배터리 셀; 및
상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 서브 스위치가 온 상태를 유지하는 제1 구간과 상기 소스 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 타겟 스위치가 온 상태를 유지하는 제2 구간 동안 상기 소스 스위치의 온 상태를 유지시키는 상기 소스 제어 신호와, 상기 타겟 스위치의 온 상태를 유지시키는 타겟 제어 신호 및 상기 타겟 서브 스위치의 온 상태를 유지하는 타겟 서브 제어 신호를 제공하는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
A source battery cell including a source battery and a source switch for controlling a discharge of the source battery in response to a source control signal;
A source sub battery including a source sub battery and a source sub switch for controlling a discharge of the source sub battery in correspondence with a source sub control signal;
A target battery cell including a target battery and a target switch for controlling charging of the target battery in response to a target control signal;
A target sub-battery and a target sub-battery including a target sub-switch for controlling charging of the target sub-battery in response to a target sub-control signal; And
During a second period in which the source switch is maintained in an ON state and the target sub-switch is maintained in an ON state and a second period in which the source switch is maintained in an ON state and the target switch is maintained in an ON state, A target control signal for maintaining the on state of the target switch and a target sub control signal for maintaining the on state of the target sub-switch; and a control circuit Balancing device of management system.
제1 항에 있어서,
상기 소스 배터리와 상기 소스 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 소스 권선을 공유하며,
상기 타겟 배터리와 상기 타겟 서브 배터리는 직접 연결되어 있고 타겟 권선을 공유하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the source battery and the source sub-battery are directly connected and share a source winding,
Wherein the target battery and the target sub battery are directly connected and share a target winding.
제2 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제1 구간 동안에 상기 소스 스위치와 상기 타겟 서브 스위치를 온 시켜 소스 권선과 타겟 권선이 자기적으로 커플링된 형태가 되도록 하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the control circuit turns on the source switch and the target sub-switch during a first interval such that the source winding and the target winding are magnetically coupled.
제3 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제2 구간 동안에 상기 소스 스위치를 온 상태로 유지하며, 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 상기 타켓 스위치를 온시켜 상기 소스 배터리에서 방전되는 전류가 상기 타겟 배터리로 전달되도록 하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
The method of claim 3,
Wherein the control circuit maintains the source switch in an on state during a second period and turns off the target sub switch and turns on the target switch to cause a current discharged from the source battery to be transferred to the target battery Balancing device.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제2 구간 동안에 상기 타겟 서브 스위치를 오프시키고 데드타임이 지난후에 상기 타겟 스위치를 온시키는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the control circuit turns off the target sub-switch during a second interval and turns on the target switch after a dead time.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제3 구간 동안에 소스 스위치와 타겟 스위치를 오프시키는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
5. The method of claim 4,
And the control circuit turns off the source switch and the target switch during the third period.
제6 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제4 구간 동안에 소스 스위치와 타겟 스위치를 모두 오프시켜 제2 전류가 영(zero)이 된 이후 제1 전류가 영(zero)이 될 때까지 소스 서브 배터리를 충전하면서 전류가 흐르도록 하는 배터리 관리 시스템의 밸런싱 장치.
The method according to claim 6,
The control circuit turns off the source switch and the target switch during the fourth period so that the current flows while charging the source sub-battery until the first current becomes zero after the second current becomes zero. Balancing device of a battery management system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185229A (en) * 1999-12-28 2001-07-06 Fdk Corp Balance correction method and device for secondary batteries connected in series

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185229A (en) * 1999-12-28 2001-07-06 Fdk Corp Balance correction method and device for secondary batteries connected in series

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Xu, S. Li, C. Mi, Z. Chen, and B. Cao, "SOC Based Battery Cell Balancing with a Novel Topology and Reduced Component Count," Energies, vol. 6, p. 2726, 2013.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240053999A (en) 2022-10-18 2024-04-25 이디에스 주식회사 A battery management system that actively senses the number of cells

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