KR20230032584A - 셀 밸런싱 방법 및 이를 수행하는 셀 밸런싱 회로 - Google Patents

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Abstract

실시예는, 셀 밸런싱 회로의 셀 밸런싱 방법에 대한 것이다. 셀 밸런싱 회로의 셀 밸런싱 방법은 복수개의 배터리 각각에 대한 전압들을 센싱하는 단계; 센싱된 전압들의 크기에 기초하여 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 단계; 복수개의 배터리의 전체 전압이 수퍼 커패시터의 양 단에 인가되도록 스위치부-스위치부는 복수개의 배터리 각각의 양 단을 수퍼 커패시터의 양 단에 연결하는 복수의 스위치들을 포함함-를 제어하는 단계; 및 수퍼 커패시터가 충전된 후, 충전된 수퍼 커패시터의 전압이 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양단에 인가되도록 스위치부를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

셀 밸런싱 방법 및 이를 수행하는 셀 밸런싱 회로{CELL BALANCING METHOD AND CELL BALANCING CIRCUIT OF THEREOF}
실시예는, 셀 밸런싱 방법 및 이를 수행하는 셀 밸런싱 회로에 관한 것이다.
현대 사회에 있어 리튬 이차전지는 우리의 생활 속 곳곳에 사용되고 있다. 리튬 이차전지는 휴대폰처럼 상시 휴대하고 다니는 기계부터 무선 청소기, 자동차 등 다양한 분야에 다양한 크기로 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 기존의 다른 배터리에 비해 전압 및 에너지 밀도가 높을 뿐 아니라, 수명이 길어 현재의 사용처 외에도 다양한 분야에 접목될 수 있도록 개발되고 있다.
현대 사회에서 배터리의 연구 경향은 두 가지로 나뉜다. 첫 번째, 배터리를 더 효율적이고 경량화하는 방법에 대한 연구, 두 번째, 대용량 배터리인 전기 자동차, 에너지 저장장치 등의 배터리를 개발하는 경향에 대한 것이다.
더불어, 리튬 이차전지를 사용하는 데에 있어서, 최근 발화 및 폭발 사고에 따른 안정성에 대한 논의가 끊이지 않는 등 안정성이 중요한 쟁점으로 논의되고 있다.
배터리 셀 밸런싱을 위한 방법으로는 크게 패시브 기법, 액티브 기법이 있으며, 이 중 액티브 기법은 변압기의 인덕턴스를 활용하는 기법과 커패시터를 이용한 셀 밸런싱 방법이 있다.
패시브 방법의 경우, 저항에 의해 고충전된 셀을 저충전된 셀 기준에 맞게 방전시킴으로써 셀 밸런싱을 수행하는 방법이다. 이러한 방법은 전체 충전된 배터리의 에너지를 방전시키고 재충전을 해야하는 문제가 있다.
액티브 기법 중 변압기 인덕턴스를 활용하는 경우, 스위치 하나만 일정하게 PWM을 하게 되면 셀 밸런싱이 이루어지므로, 전압 및 전류의 센싱이 필요하지 않으나, 셀 간 전압 차이가 적을 경우 밸런싱 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
액티브 기법 중 커패시터를 이용하는 셀 밸런싱은, 고충전된 셀과 저충전된 셀을 커패시터를 이용하여 서로 연결시킴으로써 샐 밸런싱을 수행하는 방법이다. 이러한 방법은 인덕턴스를 이용하는 방법보다 셀 밸런싱 시간이 빠르나, 스위치의 순 방향 전압 강하에 따라 밸런싱 정확도가 저감되고, 셀 간 전압차가 작을 경우 밸런싱 속도가 감소하는 문제가 있다.
이와 관련된 기술로는 한국등록특허 제10-1632005호에서는 교류방식으로 연결된 셀 밸런싱 장치 및 그 제어 방법에 대해 개시한다.
실시예에 따른 발명은, 커패시터 기반의 셀 밸런싱 기법을 개선한 것으로, 새로운 트랜지스터 활성 영역의 동작을 이용한 액티브 기법의 셀 밸런싱 방법 및 이러한 방법을 수행하는 회로를 제공하기 위한 것으로, 자세하게는 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 이용한 리튬 이차전지와 반도체의 증폭 영역 특성을 이용한 셀 밸런싱 방법을 구현하기 위한 것이다.
셀 밸런싱 회로의 셀 밸런싱 방법에 있어서, 복수개의 배터리 각각에 대한 전압들을 센싱하는 단계; 상기 센싱된 전압들의 크기에 기초하여 상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 단계; 상기 복수개의 배터리의 전체 전압이 수퍼 커패시터의 양 단에 인가되도록 스위치부-상기 스위치부는 상기 복수개의 배터리 각각의 양 단을 상기 수퍼 커패시터의 양 단에 연결하는 복수개의 스위치들을 포함함-를 제어하는 단계; 및 상기 수퍼 커패시터가 충전된 후, 상기 충전된 수퍼 커패시터의 전압이 상기 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양단에 인가되도록 상기 스위치부를 제어하는 단계를 포함하는, 셀 밸런싱 방법이 제공될 수 있다.
상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 단계는, 상기 복수개의 배터리들 각각의 센싱 전압 간의 오차가 임계값 이상인지 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 단계는, 상기 밸런싱이 필요한 것으로 판단되는 경우, 상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱 순서를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 배터리의 전체 전압이 수퍼 커패시터의 양 단에 인가되도록 스위치부를 제어하는 단계는, 상기 밸런싱 순서에 기초하여, 상기 복수개의 배터리 전체의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계; 및 미리 정해진 시간 이후 해당 스위치들을 OFF하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 충전된 수퍼 커패시터의 전압이 상기 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양단에 인가되도록 상기 스위치부를 제어하는 단계는, 상기 밸런싱 순서에 기초하여, 복수개의 배터리 중 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계; 및 미리 정해진 시간 이후 해당 스위치들을 OFF하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 배터리 전체의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계는, 상기 복수개의 배터리 전체의 양 단에 연결된 스위치들의 활성 영역 내에서 전류가 흐르도록 제어하기 위해 상기 복수개의 스위치들 각각에 인가되는 전압을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 배터리 중 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계는, 상기 수퍼 커패시터의 전류를 센싱하여 상기 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단에 연결된 스위치들의 활성 영역을 제어하기 위해 상기 복수개의 스위치들 각각에 인가되는 전압을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 밸런싱이 완료된 후, 상기 복수개의 배터리 각각에 대한 전압을 센싱하여 밸런싱이 필요한지 여부를 재판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치들은 트랜지스터 증폭기일 수 있다.
수퍼 커패시터; 상기 수퍼 커패시터에 직렬로 연결된 복수개의 배터리; 상기 복수개의 배터리 각각의 양 단을 상기 수퍼 커패시터의 양 단과 연결하도록 복수개의 스위치들를 포함하는 스위치부; 및 상기 복수개의 배터리 각각의 전압을 센싱하여 판단된 밸런싱 여부에 기초하여, 상기 수퍼 커패시터의 양 단과 상기 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양 단이 연결되도록 상기 스위치부를 제어하는 프로세서를 포함하는, 셀 밸런싱 회로가 제공될 수 있다.
실시예에 따른 발명을 통해, 커패시터 기반의 셀 밸런싱 기법을 개선한 것으로, 새로운 트랜지스터 활성 영역의 동작을 이용한 액티브 기법의 셀 밸런싱 방법 및 이러한 방법을 수행하는 회로를 제공하기 위한 것으로, 자세하게는 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 이용한 리튬 이차전지와 반도체의 증폭 영역 특성을 이용한 셀 밸런싱 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에서, 셀 밸런싱을 위한 트랜지스터의 활성 영역에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예에서, 셀 밸런싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 실시예에서, 셀 밸런싱 방법의 구체적인 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 실시예에서, 셀 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 회로의 예시이다.
도 5는 실시예에서, 활성 영역의 제어를 위한 전압의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 셀 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 회로의 다른 예시이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
셀 밸런싱 회로는 개별 배터리 셀에 병렬로 적절한 커패시터를 교대로 스위칭함으로써 고전압을 갖는 배터리 셀로부터 저전압을 갖는 배터리 셀로 전하를 전달하는 개념이다. 스위칭 커패시터 기반의 셀 밸런싱 회로에는 부피가 큰 자기 부품이 포함되지 않으며, 전체 시스템을 제어하기 위한 보완 신호만이 필요하다.
도 1은 실시예에서, 셀 밸런싱을 위한 트랜지스터의 활성 영역에 대해 설명하기 위한 도면이다.
실시예에 따른 도 1(a)의 회로와 같은 셀 밸런싱 방법은 고전압 셀을 이용하여 저전압의 셀의 셀 밸런싱을 수행하는 것이 아니라, 배터리 전체 전압 또는 두 세 개의 셀 전압을 이용하여 저전압 셀을 충전할 수 있다. 이러한 경우, 셀 전압 차가 작더라도 빠른 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 도 1(a)의 회로에서 기존의 스위치 온-오프 방법으로 셀 밸런싱을 수행할 시, 매우 작은(약 0.1옴 이하) 커패시터 및 배터리의 내부 저항으로 인하여 스위치(SW)의 턴 온 시 전류가 매우 크게 흐를 수 있다.
이러한 과전류를 제한하기 위해 도 1(b)에 도시된 스위치의 활성 영역을 이용할 수 있다. 실시예에서, 스위치는 반도체 트랜지스터 증폭기 형태로 구현될 수 있다. 스위치에 흐르는 전류는 게이트 또는 베이스 전압 VGsw에 따라 가변되는데 VGsw는 0V 또는 5V로 인가하여 포화 영역과 차단 영역을 사용하는 것이 일반적이나, 실시예에서는 0~5V 사이이 값으로 인가하여 스위치 양단의 전류의 크기를 조절할 수 있다.
도 2는 실시예에서, 셀 밸런싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법은 셀 밸런싱 회로에 포함되는 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
단계(210)에서, 복수개의 배터리 각각에 대한 전압들을 센싱한다.
실시예에 따른 셀 밸런싱 회로는, 복수개의 배터리들로 구성된 이차전지 배터리 팩에 대해 밸런싱을 수행하기 위한 것이다.
실시예에서, 배터리 팩을 구성하는 직렬로 연결된 복수개의 배터리 각각에 대한 전압들을 센싱할 수 있다. 프로세서는 센싱된 전압에 대한 결과를 이용하여 배터리들 각각의 전압을 확인할 수 있다.
이를 위해 베터리 각각으로 센싱 회로가 연결될 수 있다. 배터리 각각의 전압을 측정하기 위해 전압 센서가 이용될 수 있다. 전압 센서에 배터리 팩의 전체 전압을 DC/DC 컨버터를 통해 일정한 전압(예컨대 5V의 전압)을 입력되면, 프로세서는 전압 센서로부터 출력되는 신호를 전달 받을 수 있다.
단계(220)에서, 센싱된 전압들의 크기에 기초하여 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단한다.
실시예에서, 센싱된 상기 복수개의 배터리들 각각의 센싱 전압 간의 오차가 임계값 이상인지 확인할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 배터리 각각에 대해 확인된 전압에 기초하여 가장 높은 전압을 가진 배터리의 전압과 가장 낮은 전압을 가지는 배터리의 전압의 차이를 확인할 수 있다.
전압이 가장 낮은 배터리 및 전압이 가장 높은 배터리 간의 전압 차이가 임계값 이상으로 확인되어 밸런싱이 필요한 것으로 판단되는 경우, 복수개의 배터리에 대한 밸런싱 순서를 결정할 수 있다. 예를 들어, 가장 높은 전압을 가지는 배터리 이후 가장 낮은 전압을 가지는 배터리에 대해 밸런싱을 수행할 수 있다.
단계(230) 및 단계(240)에서 밸런싱이 필요한 배터리 팩에 대해서 밸런싱을 수행할 수 있다.
실시예에서, 스위치부는 복수개의 배터리 각각의 양 단을 수퍼 커패시터의 양 단에 연결하는 복수의 스위치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀 밸런싱 회로는 배터리 팩을 구성하는 복수개의 배터리 각각의 양단에 밸런싱을 위한 스위치들이 포함될 수 있다.
실시예에 따른 스위치들은 도 1을 통해 설명된 트랜지스터 증폭기 형태를 가질 수 있다. 스위치에 흐르는 전류는 게이트 또는 베이스 전압 VGsw에 따라 가변되는데 0~5V 사이이 값으로 인가되어 전류의 크기를 조절할 수 있다. 이러한 스위치의 동작에 대해서는 이후 자세히 설명하도록 한다.
단계(230)에서, 복수개의 배터리의 전체 전압이 수퍼 커패시터의 양 단에 인가되도록 스위치부를 제어한다.
실시예에서, 스위치부를 구성하는 스위치들 각각에 인가되는 전압을 제어함으로써 해당 스위치의 활성 영역에서 동작시키거나 해당 스위치를 차단하기 위한 것으로, 해당 단계에서 스위치부의 제어는, 수퍼 커패시터에 배터리 전체 전압을 전달하기 위한 것이다.
단계(240)에서, 수퍼 커패시터가 충전된 후, 충전된 수퍼 커패시터의 전압이 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양단에 인가되도록 스위치부를 제어한다.
실시예에서, 전압이 가장 낮은 배터리에 대해서 밸런싱을 수행하도록 전압이 가장 낮은 배터리의 양단에 해당하는 스위치의 전압을 제어하여 전류가 흐르도록 할 수 있다.
실시예에 따른 셀 밸런싱 방법의 구체적인 방법을 도 3을 통해 설명하도록 한다.
도 3은 실시예에서, 셀 밸런싱 방법의 구체적인 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(301)에서, 복수개의 배터리 각각에 대한 전압들을 센싱한다.
실시예에서, 프로세서는 센싱된 전압에 대한 결과를 이용하여 셀 밸런싱 여부를 결정할 수 있다.
단계(302)에서, 프로세서는 센싱된 전압의 크기 별로 복수개의 배터리를 정리할 수 있다. 실시예에서, 배터리의 전압의 크기에 따라 밸런싱 순서에 대응하도록 배터리의 순서를 정렬할 수 있다.
단계(303)에서, 프로세서는 전압이 가장 높은 배터리와 가장 낮은 배터리의 전압 차이가 미리 정해진 임계값(Vmax) 이내인지 확인할 수 있다. 전압 차이가 임계값 이내인 경우, 밸런싱을 종료할 수 있고, 전압 차이가 임계값 이상인 경우 밸런싱을 수행할 수 있다.
실시예에 따른 모드 1(mode 1)은 전체 전압을 이용하여 수퍼 커패시터에 배터리 전체 전압을 전달하는 동작 모드에 해당할 수 있고, 모드 2는 수퍼 커패시터에 충전된 전압을 전압이 낮은 배터리와 연결하는 동작 모드에 해당할 수 있다.
단계(304)에서 프로세서는 수퍼 커패시터와 배터리 전체의 양단과 연결된 스위치에 전류가 흐르도록 인가 전압을 제어할 수 있다.
이후, 미리 정해진 딜레이 타임 동안 수퍼 커패시터와 배터리 전체의 양단과 연결된 스위치를 연결할 수 있다. 즉, 스위치에 전류가 흐르도록 인가 전압을 제어할 수 있다. 예컨대, 15초간 연결되는 동안 수퍼 커패시터가 충전되기 위해 대기할 수 있다.
단계(305)에서, 단계(303)에서 연결된 스위치를 오프 시킬 수 있다. 해당 딜레이 타임이 지나면 연결된 스위치를 오프 시킬 수 있다.
실시예에서, 모드 1에서 모드 2로 전환되는 데에 미리 정해진 시간의 딜레이(예컨대, 1초)가 포함될 수 있다.
단계(306)에서, 프로세서는 센싱 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단과 연결된 스위치에 전류가 흐르도록 인가 전압을 제어할 수 있다.
실시예에서, 수퍼 커패시터에 충전된 전압을 이용하여 전압이 가장 낮은 배터리를 밸런싱할 수 있다. 수퍼 커패시터에 충전되어 있는 에너지를 전압이 가장 낮은 배터리로 이동시키기 위한 딜레이 타임 동안 센싱 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단과 연결된 스위치에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.
단계(307)에서 프로세서는 딜레이 타임 이후 센싱 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단과 연결된 스위치를 오프할 수 있다.
상기의 단계들을 통해 밸런싱이 한 사이클 이루어지면, 미리 정해진 시간의 딜레이(예컨대, 1초) 이후에 단계(301)로 돌아가 셀 밸런싱을 반복할 수 있다.
도 4는 실시예에서, 셀 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 회로의 예시이다.
실시예에서, 도 3을 통해 설명된 모드 1 및 모드 2 각각에 대응하는 전류의 흐름이 표시되어 있다. 회로의 EDLC는 수퍼 커패시터에 해당한다.
앞서 설명된 바와 같이, 모드 1에서 전체 전압을 이용하여 수퍼 커패시터에 배터리 전체 전압을 전달하기 위해 배터리 전체를 직렬로 통과하는 전류를 제공하기 위해 스위치 swIO를 통해 회로를 연결할 수 있다.
실시예에 따른 모드 1의 회로 연결에 기초하여 배터리 전체 전압이 수퍼 커패시터에 전달될 수 있다. 모드 1에서 수퍼 커패시터는 연결된 배터리들을 이용하여 스위치 swIO에 전류가 흐르는 미리 정해진 시간 동안 충전을 수행할 수 있다.
실시예에 따른 셀 밸런싱 회로는 모드 2에 따라 수퍼 커패시터에 충전된 전압을 전압이 낮은 배터리와 연결하기 위해, 스위치 sw1및 sw2에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 이때, 배터리(BAT1)이 전압이 가장 낮은 배터리인 것으로 간주할 수 있다.
모드 2에 대응하여 연결된 스위치에 기초하여 수퍼 커패시터는 전압이 가장 낮은 배터리(BAT1)와 연결될 수 있고, 수퍼 커패시터에 충전된 전압이 배터리(BAT1)로 충전될 수 있다.
도 5는 실시예에서, 활성 영역의 제어를 위한 전압의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
실시예에서, 프로세서는 배터리 및 수퍼 커패시터의 충방전 전류를 제어하기 위해 수퍼 커패시터 단의 전류를 센싱하여 변화를 비교한 후, IP(Integral-Proportional) 제어기(또는 PI(Proportional-Integral) 제어기, PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기 등)을 거쳐 스위치의 게이트 단(또는 베이스 단)에 인가될 전압(VGsw)을 결정할 수 있다.
실시예에서, VGsw가 인가되는 스위치는 셀 밸런싱 방법의 흐름에 기초하여 단계 및 센싱되는 저전압 배터리에 따라서 결정될 수 있다. 하나의 배터리를 충전하기 위해서는 두 개의 스위치를 수퍼 커패시터에 연결시켜야 하고, 해당 동작을 위한 스위치에는 동일한 VGsw가 인가될 수 있다.
실시예에 따른 셀 밸런싱 방법을 프로세서에 의해 처리되는 경우, VGsw를 인가하기 위해서 외부에 DAC(Digital Analog Converter)회로가 필요할 수 있고, 아날로그 회로로 처리되는 경우, DAC를 필요로 하지는 않으나 복잡한 OP-AMP 및 논리 회로 등이 요구될 수 있다.
도 6은 셀 밸런싱을 위한 셀 밸런싱 회로의 다른 예시이다.
실시예에 따른 회로는 수퍼 커패시터가 두 개가 구성된 셀 밸런싱 회로이다. 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법을 해당 회로에 적용하는 방법은 아래와 같이 설명될 수 있다.
먼저, 동일하게 배터리 팩을 구성하는 복수개의 배터리 각각의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압의 높이 순서대로 배터리의 순서를 정렬할 수 있다. 예를 들어, 전압이 높은 순서가 BAT1, BAT2, BAT3, BAT4의 순서라 가정할 때, BAT1, BAT2를 VA1로 BAT3, BAT4를 VA2로 묶을 수 있다. 이후, BAT1 및 BAT4의 전압 차를 계산하여, 해당 셀 밸런싱 회로에 밸런싱이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.
밸런싱이 필요한 경우, VA1을 EDLC 1의 양단에 인가하기 위한 스위치를 연결하고, VA2를 EDLC 2의 양단에 인가하기 위해 스위치를 제어할 수 있다. 이후EDCL의 충전을 위해 미리 정해진 시간(예컨대 15초)만큼 대기하고, 두 EDLC와 연결된 스위치들을 오프시킬 수 있다.
스위치들이 오프되면, 미리 정해진 시간(예컨대 1초)만큼 대기할 수 있고, 이후 전압이 낮은 배터리에 대해 높은 전압으로부터 충전된 에너지를 제공하기 위해 VA1에 연결되어 있던 EDLC 1을 BAT1에 연결시키고, VA2가 연결되었던 EDLC 2는 BAT4에 연결하라 수 있다. 스위치의 활성 영역 내 전류가 흐르면 미리 정해진 시간 동안 EDLC에 충전되어 있던 에너지가 두 배터리로 이동하기 위해 대기할 수 있다. 미리 정해진 시간이 지나면 각 스위치들은 오프될 수 있고, 스위치를 오프시킨 후 미리 정해진 시간동안 대기할 수 있다.
이러한 방식으로 한 사이클이 수행되고, 다시 회로에 구성된 배터리들 각각의 전압을 측정하여 밸런싱이 필요한지 여부를 판단할 수 있다.
실시예에서, 이러한 프로세스가 회로 내에 구성된 프로세서에 적용됨으로써 소프트웨어가 구현될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 셀 밸런싱 회로의 셀 밸런싱 방법에 있어서,
    복수개의 배터리 각각에 대한 전압들을 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 전압들의 크기에 기초하여 상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 단계;
    상기 복수개의 배터리의 전체 전압이 수퍼 커패시터의 양 단에 인가되도록 스위치부-상기 스위치부는 상기 복수개의 배터리 각각의 양 단을 상기 수퍼 커패시터의 양 단에 연결하는 복수개의 스위치들을 포함함-를 제어하는 단계; 및
    상기 수퍼 커패시터가 충전된 후, 상기 충전된 수퍼 커패시터의 전압이 상기 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양단에 인가되도록 상기 스위치부를 제어하는 단계
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 복수개의 배터리들 각각의 센싱 전압 간의 오차가 임계값 이상인지 확인하는 단계
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱이 필요한지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 밸런싱이 필요한 것으로 판단되는 경우, 상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱 순서를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리의 전체 전압이 수퍼 커패시터의 양 단에 인가되도록 스위치부를 제어하는 단계는,
    상기 밸런싱 순서에 기초하여, 상기 복수개의 배터리 전체의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계; 및
    미리 정해진 시간 이후 해당 스위치들을 OFF하는 단계
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전된 수퍼 커패시터의 전압이 상기 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양단에 인가되도록 상기 스위치부를 제어하는 단계는,
    상기 밸런싱 순서에 기초하여, 복수개의 배터리 중 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계; 및
    미리 정해진 시간 이후 해당 스위치들을 OFF하는 단계
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 전체의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계는,
    상기 복수개의 배터리 전체의 양 단에 연결된 스위치들의 활성 영역 내에서 전류가 흐르도록 제어하기 위해 상기 복수개의 스위치들 각각에 인가되는 전압을 결정하는 단계
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 중 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 동작시키는 단계는,
    상기 수퍼 커패시터의 전류를 센싱하여 상기 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단에 연결된 스위치들의 활성 영역을 제어하기 위해 상기 복수개의 스위치들 각각에 인가되는 전압을 결정하는 단계
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 밸런싱이 완료된 후, 상기 복수개의 배터리 각각에 대한 전압을 센싱하여 밸런싱이 필요한지 여부를 재판단하는 단계
    를 더 포함하는,
    셀 밸런싱 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위치들은 트랜지스터 증폭기인,
    셀 밸런싱 방법.
  10. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  11. 수퍼 커패시터;
    상기 수퍼 커패시터에 직렬로 연결된 복수개의 배터리;
    상기 복수개의 배터리 각각의 양 단을 상기 수퍼 커패시터의 양 단과 연결하도록 복수개의 스위치들를 포함하는 스위치부; 및
    상기 복수개의 배터리 각각의 전압을 센싱하여 판단된 밸런싱 여부에 기초하여, 상기 수퍼 커패시터의 양 단과 상기 복수개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 양 단이 연결되도록 상기 스위치부를 제어하는 프로세서
    를 포함하는,
    셀 밸런싱 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수개의 배터리 각각의 전압을 센싱하여 상기 센싱된 전압의 차이가 임계값 이상인지 확인하고,
    상기 센싱된 전압의 차이가 상기 임계값 이상인 경우, 밸런싱이 필요한 것으로 판단하는,
    셀 밸런싱 회로.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    밸런싱이 필요한 것으로 판단되는 경우, 상기 복수개의 배터리에 대한 밸런싱 순서를 결정하는,
    셀 밸런싱 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 밸런싱 순서에 기초하여, 상기 복수개의 배터리 전체의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 미리 정해진 시간 동안 동작시키는,
    셀 밸런싱 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 밸런싱 순서에 기초하여, 상기 복수개의 배터리 중 전압이 가장 낮은 배터리의 양 단에 연결된 스위치들을 활성 영역 내에서 미리 정해진 시간 동안 동작시키는,
    셀 밸런싱 회로.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 밸런싱이 완료된 후, 복수개의 배터리 각각에 대한 전압을 센싱하여 밸런싱이 필요한지 여부를 재판단하는,
    셀 밸런싱 회로.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 스위치들은 트랜지스터 증폭기인,
    셀 밸런싱 회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 스위치부의 제어 시 상기 트랜지스터 증폭기의 활성 영역 내에서 전류가 흐르도록 제어하기 위해 상기 복수개의 스위치들 각각에 인가되는 전압을 결정하는,
    셀 밸런싱 회로.
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