WO2013119070A1 - 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치 - Google Patents

양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2013119070A1
WO2013119070A1 PCT/KR2013/001018 KR2013001018W WO2013119070A1 WO 2013119070 A1 WO2013119070 A1 WO 2013119070A1 KR 2013001018 W KR2013001018 W KR 2013001018W WO 2013119070 A1 WO2013119070 A1 WO 2013119070A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
cell
bidirectional
converter
battery cells
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/001018
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장성욱
Original Assignee
(주)이미지스테크놀로지
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 (주)이미지스테크놀로지 filed Critical (주)이미지스테크놀로지
Publication of WO2013119070A1 publication Critical patent/WO2013119070A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cell balancing circuit device, and more particularly to a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter.
  • BACKGROUND ART In general, electric vehicles and hybrid vehicles based on battery power have used unit battery packs in series and parallel combinations to satisfy voltage and current energy required for operation thereof. Since a unit battery pack composed of a plurality of battery cells may cause a change in state due to the external environment and the characteristics of the battery itself, the state of the unit battery pack is constantly monitored and managed using a battery management system (BMS). shall.
  • BMS battery management system
  • one of the very important tasks performed by the battery management system is battery cell balancing to solve voltage unbalance between battery cells.
  • SOC state of charge
  • battery cell balancing should be performed.
  • As a method of battery cell balancing a voltage is controlled by discharging using resistance.
  • a battery configured to output a desired voltage by connecting a Li-Polymer battery in series generates an unbalance of each cell voltage while charging and discharging. Cause a decrease in lifespan.
  • a cell balancing operation is performed in the BMS to prevent unbalance of the cell voltage.
  • FIG. 1 is a circuit diagram for a conventional battery cell balancing method.
  • the battery cell balancing circuit device when a voltage of one of the battery cells is higher than another cell, the battery cell balancing circuit connects a resistor connected in parallel to both ends of the battery cell to transmit the energy of the cell through the resistor. The voltage is reduced by consuming.
  • the conventional cell balancing method sets the lowest voltage among the voltages of the battery cells as a reference voltage, and connects a resistor to a cell voltage higher than the reference voltage to open the resistance when the cell voltage is close to the reference voltage. use.
  • the conventional cell balancing method has a problem of inducing cell balancing inefficiency and increasing cell balancing time by connecting a resistor irrespective of the amount of deviation from the reference voltage, thereby rapidly reducing the voltage through actual energy consumption. .
  • a resistance cell balancing method of consuming a cell voltage is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0048869 (cell balancing method of a lithium polymer battery using a PWM control method).
  • the present invention is proposed to solve the above problems of the conventionally proposed methods, by configuring a bi-directional DC-DC converter connected in parallel to each of the battery cells, the voltage of the overcharged battery cell is controlled to discharge to the energy bus unit In addition, the low-charged battery cell ensures that the surplus power shared by the energy bus unit is charged to the corresponding battery cell to achieve cell balancing, and cell balancing through the bidirectional DC-DC converter minimizes energy loss in an active manner. It is an object of the present invention to provide a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter, which provides a structure capable of charging and discharging and enabling a system configuration to be easily implemented regardless of the number of cells.
  • the present invention by configuring a bi-directional DC-DC converter implemented in an active manner that minimizes energy loss as a single module to one-to-one correspond to the battery cells, it is possible to replace the damaged module and efficiently cope with a circuit damage It is another object of the present invention to provide a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter, which can improve battery life cycle with accurate cell balancing.
  • a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to a feature of the present invention for achieving the above object
  • a plurality of battery cells connected in series;
  • An energy bus unit for sharing surplus power of the plurality of battery cells for sharing surplus power of the plurality of battery cells
  • a controller configured to perform cell balancing control according to charge state information of a cell potential measured in each of the plurality of battery cells;
  • a plurality of bidirectional DC-DC converters connected in parallel to each of the plurality of battery cells to perform active balancing of charging or discharging of the plurality of battery cells according to a cell balancing control signal of the controller.
  • control unit Preferably, the control unit,
  • the battery cell may be configured to monitor the plurality of battery cells, and measure and transmit a potential of each battery cell.
  • the battery cell monitoring unit More preferably, the battery cell monitoring unit,
  • Each of the plurality of battery cells may be configured to be connected to each other or may be configured as a single module.
  • control unit Preferably, the control unit,
  • overcharge and low charge of the plurality of battery cells are determined based on a reference voltage averaged from a state of charge of cell potentials measured in the plurality of battery cells.
  • the driving of the charging or discharging of each bidirectional DC-DC converter connected in parallel to the plurality of battery cells can be controlled.
  • a charging path may be configured to receive surplus power shared by the energy bus unit in a battery cell of low charge among the plurality of battery cells.
  • the plurality of bidirectional DC-DC converters Preferably, the plurality of bidirectional DC-DC converters,
  • Each of the plurality of battery cells and the energy bus unit may be configured as a unit module for performing active balancing of charge or discharge.
  • each of the bidirectional DC-DC converter is configured to perform the bidirectional DC-DC converter,
  • a transformer configured to transfer surplus power of the battery cell to the energy bus unit, or to transfer shared surplus power of the energy bus unit to the battery cell;
  • a first switcher connected between the battery cell and a transformer, the first switcher operative to transfer surplus power of the battery cell to the energy bus unit;
  • a second switcher connected between the energy bus unit and a transformer, the second switcher operating when transferring the shared surplus power of the energy bus unit to the battery cell;
  • a feedback circuit portion connected to the second switcher and monitoring a state of the energy bus portion
  • a PWM driver for generating and outputting a driving signal for driving selection of the first switcher or the second switcher according to the PWM signal for performing the cell balancing control of the controller.
  • the first switcher More preferably, the first switcher,
  • the cell balancing circuit device of the battery management system using the bidirectional DC-DC converter proposed in the present invention by configuring a bidirectional DC-DC converter connected in parallel to each of the battery cells, the voltage of the overcharged battery cells to the energy bus unit Low-charged battery cells allow surplus power shared in the energy bus to be charged to the corresponding battery cells for cell balancing, and cell balancing through a bidirectional DC-DC converter minimizes energy loss in an active manner
  • it provides a structure capable of simultaneous charging and discharging, and allows the system configuration to be easily implemented regardless of the number of cells.
  • FIG. 1 is a circuit diagram for a conventional battery cell balancing method.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a bidirectional DC-DC converter in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation state of a bidirectional DC-DC converter in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates an example of a circuit design for a first switcher and a second switcher in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • Control unit 310 battery cell monitoring unit
  • first switcher 421 MOSFET
  • switch 430 second switcher
  • Diode 436 Capacitor
  • a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter includes a battery cell 100, an energy bus unit 200, and a controller 300. , And a bidirectional DC-DC converter 400.
  • the battery cell 100 is a secondary battery that is an energy source that repeatedly performs charging and discharging at a predetermined voltage.
  • the battery cells 100 are configured in plural and connected in series.
  • the battery cell 100 may be a conventional lithium ion battery, a lithium polymer battery, or an equivalent thereof, but is not limited thereto. That is, the plurality of battery cells 100 outputs a predetermined voltage or more, and is provided with various types of secondary batteries capable of repeatedly charging and discharging, and serves to supply driving power.
  • the energy bus unit 200 is a device for sharing surplus power of the plurality of battery cells 100.
  • the energy bus unit 200 is composed of two energy buses, as shown in Figures 3 to 5, one energy bus is used as a bus forming a charging path, the other energy bus forms a discharge path Used as a bus.
  • the controller 300 performs a cell balancing control according to the charging state information of the cell potential measured in each of the plurality of battery cells 100.
  • the controller 300 may include a battery cell monitoring unit 310 for monitoring the plurality of battery cells 100, and measuring and transmitting the potential of each battery cell 100.
  • the battery cell monitoring unit 310 may be configured as a plurality of connected to each of the plurality of battery cells 100, or may be configured as a single module.
  • the controller 300 is a condition for performing cell balancing control on the plurality of battery cells 100, and is based on a reference voltage obtained by averaging the state of charge of the cell potential measured in the plurality of battery cells 100. It determines overcharge and low charge for the cell 100, and controls the driving of charging or discharging of each bidirectional DC-DC converter 400 connected in parallel to the plurality of battery cells 100.
  • the bidirectional DC-DC converter 400 is connected to each of the plurality of battery cells 100 in parallel, and active balancing of charging or discharging of the plurality of battery cells 100 in accordance with the cell balancing control signal of the controller 300. To play a role. Through active balancing of the bidirectional DC-DC converter 400, energy loss can be minimized and a structure capable of simultaneously charging and discharging the battery cells 100 can be provided. Each of the bidirectional DC-DC converters 400 supplies surplus power to the overcharged battery cells 100 of the plurality of battery cells 100 in response to the cell balancing control signal of the controller 300.
  • the bidirectional DC-DC converter 400 includes a transformer 410, a first switcher 420, a second switcher 430, and a feedback circuit unit 440, each as a unit module. ), And a PWM driver 450.
  • the transformer 410 of the bidirectional DC-DC converter 400 transfers surplus power of the battery cell 100 to the energy bus unit 200, or transmits the shared surplus power of the energy bus unit 200 to the battery cell 100. It serves as a).
  • the first switcher 420 is connected between the battery cell 100 and the transformer 410 to operate when transferring surplus power of the battery cell 100 to the energy bus unit 200.
  • the second switcher 430 is connected between the energy bus unit 200 and the transformer 410 to operate when transferring the shared surplus power of the energy bus unit 200 to the battery cell 100.
  • the feedback circuit unit 440 is connected to the second switcher 430 and serves to monitor the state of the energy bus unit 200.
  • the PWM driver 450 generates and outputs a driving signal for driving selection of the first switcher 420 or the second switcher 430 according to the PWM signal for performing the cell balancing control of the controller 300.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation state of a bidirectional DC-DC converter in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • the first switcher 420 is executed by the PWM driver 450 which outputs a driving signal according to the PWM signal of the controller 300. Discharge paths through the transformer 410.
  • the two bidirectional DC-DC converters 400 at the bottom of the bidirectional DC-DC converters 400 are second switchers 430 by the PWM driver 450 which outputs a driving signal according to the PWM signal of the controller 300. Is executed to form a charging path from the energy bus unit 200 to the corresponding battery cell 100 through the transformer 410, so that the surplus power shared by the energy bus unit 200 is transferred to the battery cell 100. Charging is done.
  • the bidirectional DC-DC converters 400 according to an embodiment of the present invention perform cell balancing in an active manner under the control of the controller 300, and charge and discharge of each of the plurality of battery cells 100 is performed. Make it possible at the same time.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit design for a first switcher and a second switcher in a cell balancing circuit device of a battery management system using a bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • the first switcher 420 and the second switcher 430 are as follows. It can be configured as an example of the circuit design.
  • the first switcher 420 includes a MOSFET 421 having a gate connected to the PWM driver 450, a source connected to the negative of the battery cell 100, and a drain connected to the transformer 410, and a MOSFET 421. Is connected between the parasitic diode 422 connected to the source and the drain of the c), a pair of diodes 423 and 424 connected to the transformer 410 in series and in parallel, and a pair of diodes 423 and 424 respectively.
  • the switch 425 may be configured.
  • the MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 421 functions as a discharge switching element, and the parasitic diode 422 functions to form a discharge path in one direction.
  • the second switcher 430 includes a MOSFET 431 having a gate connected to the PWM driver 450, a source connected to the energy bus unit 200, and a drain connected to the transformer 410, and a MOSFET 431.
  • a parasitic diode 432 connected to the source and the drain of the diode, a diode 433 connected in parallel to the transformer 410, two diodes 434 and 435 connected in series to the transformer 410, and two It may be composed of a capacitor 436 connected in parallel between the diodes (434, 435) and the source of the MOSFET (431).
  • the MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 431 functions as a charge switching element
  • the parasitic diode 432 functions to form a charge path in one direction.
  • the cell balancing circuit device of the battery management system using a bidirectional DC-DC converter regardless of the number of cells through the configuration of a bidirectional DC-DC converter corresponding to a plurality of battery cells
  • the system can be easily configured, expand and contract corresponding to battery cells, provide a structure capable of simultaneously charging and discharging a plurality of battery cells, and performing cell balancing in which an energy loss is minimized in an active manner.
  • the stability of the system and the life cycle of the battery can be further improved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명에서 제안하고 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에 따르면, 배터리 셀 각각에 병렬 접속하는 양방향 DC-DC 컨버터를 구성함으로써, 과충전 된 배터리 셀의 전압은 에너지 버스부로 방전되도록 제어하고, 저충전 된 배터리 셀은 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력이 해당 배터리 셀로 충전되도록 하여 셀 밸런싱이 이루어지도록 하며, 양방향 DC-DC 컨버터를 통한 셀 밸런싱은 액티브 방식으로 에너지 손실을 최소화하고, 동시 충방전이 가능한 구조를 제공하며, 셀 수량에 무관하게 시스템 구성이 용이하게 구현될 수 있도록 한다.

Description

양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치
본 발명은 셀 밸런싱 회로 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 전원을 기반으로 하는 전기 자동차 및 하이브리드 자동차는 그 운용을 위하여 요구되는 전압, 전류 에너지를 충족시키기 위하여 단위 배터리 팩을 직병렬 조합으로 구성하여 사용하고 있다. 다수의 배터리 셀로 구성되는 단위 배터리 팩은 외부 환경과 배터리 자체의 특성에 의하여 상태변화를 일으킬 수 있기 때문에, 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 이용하여 단위 배터리 팩의 상태를 항시 감시하고 관리하여야 한다. 여기서, 배터리 관리 시스템이 수행하는 매우 중요한 임무 중 하나가 배터리 셀 간의 전압 불균형을 해소하는 배터리 셀 밸런싱(Battery Cell Balancing)이다. 배터리 에너지원의 SOC(State of Charge) 밸런싱을 위해서는 배터리 셀 밸런싱이 이루어져야 하며, 배터리 셀 밸런싱의 방법으로는 저항(Resistance)을 이용하여 방전함으로써 전압을 조절하는 방법이 있다.
통상 리튬 폴리머 배터리(Li-Polymer battery)를 직렬로 연결하여 원하는 전압을 출력하도록 구성되는 배터리는 충전과 방전을 거듭하면서 각 셀 전압의 불균형이 발생하는데, 이와 같은 불균형이 커지면 배터리 사용의 비효율성을 유발시키며, 수명을 감소시키는 원인이 된다. 이와 같은 배터리 셀의 전압 불균형을 방지하기 위해 BMS에서 셀 밸런싱 동작을 수행하여 셀 전압의 불균형을 예방한다.
도 1은 종래의 배터리 셀 밸런싱 방법을 위한 회로도를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배터리 셀 밸런싱 회로 장치는, 배터리 셀들 중 특정 셀의 전압이 다른 셀보다 높을 경우, 배터리 셀 양단에 병렬로 연결된 저항을 연결하여 해당 셀의 에너지를 저항을 통해 소비시킴으로써 전압을 감소시키고 있다.
그러나 종래의 셀 밸런싱 방법은 배터리 셀들의 전압 중 가장 낮은 전압을 기준 전압으로 설정하고, 기준 전압보다 높은 셀 전압에 대해 저항을 연결하여 해당 셀 전압이 기준 전압과 근접할 때 저항을 개방하는 방식을 사용한다. 이와 같은 종래의 셀 밸런싱 방법은 기준 전압과의 편차량에 상관없이 저항을 연결함으로써, 실제의 에너지 소모를 통해 전압만 급격히 감소시킴으로써 셀 밸런싱의 비효율을 유발하고, 셀 밸런싱 시간을 증대시키는 문제점이 있었다. 셀 전압을 소비시키는 저항 방식의 셀 밸런싱 방법이 대한민국 공개특허 제10-2011-0048869호(PWM 제어방식을 사용한 리튬 폴리머 배터리의 셀 밸런싱 방법)에 개시된다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 배터리 셀 각각에 병렬 접속하는 양방향 DC-DC 컨버터를 구성함으로써, 과충전 된 배터리 셀의 전압은 에너지 버스부로 방전되도록 제어하고, 저충전 된 배터리 셀은 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력이 해당 배터리 셀로 충전되도록 하여 셀 밸런싱이 이루어지도록 하며, 양방향 DC-DC 컨버터를 통한 셀 밸런싱은 액티브 방식으로 에너지 손실을 최소화하고, 동시 충방전이 가능한 구조를 제공하며, 셀 수량에 무관하게 시스템 구성이 용이하게 구현될 수 있도록 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 에너지 손실이 최소화되는 액티브 방식으로 구현되는 양방향 DC-DC 컨버터를 단일 모듈로 구성하여 배터리 셀에 일대일 대응하도록 구성함으로써, 회로 손상 시에 손상된 모듈의 교체 및 효율적인 대처가 가능하고, 정확한 셀 밸런싱과 함께 배터리 수명 주기를 향상시킬 수 있도록 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치는,
직렬 접속하는 복수의 배터리 셀;
상기 복수의 배터리 셀의 잉여 전력을 공유하기 위한 에너지 버스부;
상기 복수의 배터리 셀 각각에서 측정되는 셀 전위의 충전상태 정보에 따른 셀 밸런싱 제어를 수행하는 제어부; 및
상기 복수의 배터리 셀 각각에 병렬로 접속되어, 상기 제어부의 셀 밸런싱 제어신호에 따라 상기 복수의 배터리 셀에 대한 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 복수의 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는,
상기 복수의 배터리 셀을 모니터링하고, 각 배터리 셀의 전위를 측정하여 전송하는 배터리 셀 모니터링부를 포함하여 구성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 배터리 셀 모니터링부는,
상기 복수의 배터리 셀에 각각이 연결 접속되는 복수로 구성하거나, 또는 하나의 단일 모듈로 구성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는,
상기 복수의 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 제어의 수행 조건으로, 상기 복수의 배터리 셀에서 측정되는 셀 전위의 충전상태를 평균한 기준 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀에 대한 과충전 및 저충전을 판단하고, 상기 복수의 배터리 셀에 병렬 접속된 각각의 양방향 DC-DC 컨버터의 충전 또는 방전의 구동을 제어할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 양방향 DC-DC 컨버터 각각은,
상기 제어부의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀 중 과충전의 배터리 셀에 대에서는 잉여 전력을 상기 에너지 버스부로 방전하도록 하는 방전 경로를 형성하고,
상기 제어부의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀 중 저충전의 배터리 셀에 대에서는 상기 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력을 충전 받을 수 있도록 하는 충전경로를 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 양방향 DC-DC 컨버터는,
상기 복수의 배터리 셀과 상기 에너지 버스부 사이에서 각각이 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 단위 모듈로 구성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 양방향 DC-DC 컨버터 각각은,
상기 배터리 셀의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부로 전달하거나, 또는 상기 에너지 버스부의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀로 전달하는 트랜스포머;
상기 배터리 셀과 트랜스포머 사이에 연결 접속되어, 상기 배터리 셀의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부로 전달할 때 동작하는 제1 스위처;
상기 에너지 버스부와 트랜스포머 사이에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀로 전달할 때 동작하는 제2 스위처;
상기 제2 스위처에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부의 상태를 모니터링 하는 피드백 회로부; 및
상기 제어부의 셀 밸런싱 제어 수행을 위한 PWM 신호에 따라 상기 제1 스위처 또는 제2 스위처의 구동 선택을 위한 구동신호를 생성하여 출력하는 PWM 구동부를 포함하여 구성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1 스위처는,
상기 PWM 구동부에 게이트가 접속되고, 상기 배터리 셀의 (-)에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머에 드레인이 접속되는 MOSFET와, 상기 MOSFET의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드와, 상기 트랜스포머에 직렬과 병렬로 각각 접속하는 한 쌍의 다이오드, 및 상기 한 쌍의 다이오드 사이에 접속하는 스위치로 구성할 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 제2 스위처는,
상기 PWM 구동부에 게이트가 접속되고, 상기 에너지 버스부에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머에 드레인이 접속되는 MOSFET와, 상기 MOSFET의 소오드와 드레인에 접속하는 기생 다이오드와, 상기 트랜스포머에 병렬 접속하는 다이오드와, 상기 트랜스포머에 직렬로 다단 접속하는 2개의 다이오드와, 상기 2개의 다이오드 사이와 MOSFET의 소스에 병렬 접속하는 커패시터로 구성할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에 따르면, 배터리 셀 각각에 병렬 접속하는 양방향 DC-DC 컨버터를 구성함으로써, 과충전 된 배터리 셀의 전압은 에너지 버스부로 방전되도록 제어하고, 저충전 된 배터리 셀은 에너지 버스부에 공유된 잉여 전력이 해당 배터리 셀로 충전되도록 하여 셀 밸런싱이 이루어지도록 하며, 양방향 DC-DC 컨버터를 통한 셀 밸런싱은 액티브 방식으로 에너지 손실을 최소화하고, 동시 충방전이 가능한 구조를 제공하며, 셀 수량에 무관하게 시스템 구성이 용이하게 구현될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 에너지 손실이 최소화되는 액티브 방식으로 구현되는 양방향 DC-DC 컨버터를 단일 모듈로 구성하여 배터리 셀에 일대일 대응하도록 구성함으로써, 회로 손상 시에 손상된 모듈의 교체 및 효율적인 대처가 가능하고, 정확한 셀 밸런싱과 함께 배터리 수명 주기를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 셀 밸런싱 방법을 위한 회로도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 세부 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 제1 스위처와 제2 스위처에 대한 회로 설계의 일례를 도시한 도면.
<부호의 설명>
100: 배터리 셀 200: 에너지 버스부
300; 제어부 310: 배터리 셀 모니터링부
400: 양방향 DC-DC 컨버터 410: 트랜스포머
420: 제1 스위처 421: MOSFET
422: 기생 다이오드 423, 424: 다이오드
425: 스위치 430: 제2 스위처
431: MOSFET 432: 기생 다이오드
433, 434, 435: 다이오드 436: 커패시터
440: 피드백 회로부 450: PWM 구동부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치는, 배터리 셀(100), 에너지 버스부(200), 제어부(300), 및 양방향 DC-DC 컨버터(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 셀(100)은, 일정 전압으로 충전과 방전을 반복 수행하는 에너지원인 이차 전지이다. 배터리 셀(100)은 복수로 구성되어 직렬 접속된다. 이러한 배터리 셀(100)은 통상의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 또는 그 등가물일 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 즉, 복수의 배터리 셀(100)은 일정 이상의 전압을 출력하며, 반복적인 충전과 방전이 가능한 여러 형태의 2차 전지로 구비되고, 구동 전원을 공급하는 역할을 수행한다.
에너지 버스부(200)는, 복수의 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 공유하기 위한 장치이다. 에너지 버스부(200)는 도 3 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 2개의 에너지 버스로 구성되며, 1개의 에너지 버스는 충전 경로를 형성하는 버스로 사용되고, 다른 1개의 에너지 버스는 방전 경로를 형성하는 버스로 사용된다.
제어부(300)는, 복수의 배터리 셀(100) 각각에서 측정되는 셀 전위의 충전상태 정보에 따른 셀 밸런싱 제어를 수행하는 역할을 수행한다. 여기서, 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(100)을 모니터링하고, 각 배터리 셀(100)의 전위를 측정하여 전송하는 배터리 셀 모니터링부(310)를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 배터리 셀 모니터링부(310)는 복수의 배터리 셀(100)에 각각이 연결 접속되는 복수로 구성하거나, 또는 하나의 단일 모듈로 구성할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(100)에 대한 셀 밸런싱 제어의 수행 조건으로, 복수의 배터리 셀(100)에서 측정되는 셀 전위의 충전상태를 평균한 기준 전압을 기초로 복수의 배터리 셀(100)에 대한 과충전 및 저충전을 판단하고, 복수의 배터리 셀(100)에 병렬 접속된 각각의 양방향 DC-DC 컨버터(400)의 충전 또는 방전의 구동을 제어한다.
양방향 DC-DC 컨버터(400)는, 복수의 배터리 셀(100) 각각에 병렬로 접속되어, 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 따라 복수의 배터리 셀(100)에 대한 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 역할을 한다. 이러한 양방향 DC-DC 컨버터(400)의 액티브 밸런싱의 수행을 통해 에너지 손실을 최소화할 수 있음은 물론, 복수의 배터리 셀(100)에 대한 동시 충방전이 가능한 구조를 제공할 수 있게 된다. 또한, 양방향 DC-DC 컨버터(400) 각각은, 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 복수의 배터리 셀(100) 중 과충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 잉여 전력을 에너지 버스부(200)로 방전하도록 하는 방전 경로를 형성하고, 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 복수의 배터리 셀(100) 중 저충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 에너지 버스부(200)에 공유된 잉여 전력을 충전 받을 수 있도록 하는 충전경로를 형성할 수 있다. 즉, 복수의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는 복수의 배터리 셀(100)과 에너지 버스부(200) 사이에서 각각이 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 단위 모듈로 구성된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 세부 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 DC-DC 컨버터(400)는, 각각이 단위 모듈로서 트랜스포머(410), 제1 스위처(420), 제2 스위처(430), 피드백 회로부(440), 및 PWM 구동부(450)를 포함하여 구성된다.
양방향 DC-DC 컨버터(400)의 트랜스포머(410)는 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 에너지 버스부(200)로 전달하거나, 또는 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 배터리 셀(100)로 전달하는 역할을 수행한다. 제1 스위처(420)는 배터리 셀(100)과 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 에너지 버스부(200)로 전달할 때 동작한다. 제2 스위처(430)는 에너지 버스부(200)와 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 배터리 셀(100)로 전달할 때 동작한다. 피드백 회로부(440)는 제2 스위처(430)에 연결 접속되어, 에너지 버스부(200)의 상태를 모니터링 하는 역할을 수행한다. PWM 구동부(450)는 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어 수행을 위한 PWM 신호에 따라 제1 스위처(420) 또는 제2 스위처(430)의 구동 선택을 위한 구동신호를 생성하여 출력한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터의 동작 상태를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 양방향 DC-DC 컨버터(400)들 중 상단의 2개의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는 제어부(300)의 PWM 신호에 따라 구동신호를 출력하는 PWM 구동부(450)에 의해 제1 스위처(420)가 실행(run)되어 배터리 셀(100)에서 에너지 버스부(200)로의 방전 경로를 트랜스포머(410)를 통해 형성한다. 양방향 DC-DC 컨버터(400)들 중 하단의 2개의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는 제어부(300)의 PWM 신호에 따라 구동신호를 출력하는 PWM 구동부(450)에 의해 제2 스위처(430)가 실행(run)되어 에너지 버스부(200)에서 해당 배터리 셀(100)로의 충전 경로를 트랜스포머(410)를 통해 형성함으로써, 에너지 버스부(200)에 공유된 잉여 전력이 배터리 셀(100)로 충전이 이루어지게 된다. 이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터(400)들은 제어부(300)의 제어 하에 액티브 방식으로 셀 밸런싱을 수행하고, 복수의 배터리 셀(100) 각각에 대한 충전과 방전이 동시에 가능하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 제1 스위처와 제2 스위처에 대한 회로 설계의 일례를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치에서, 제1 스위처(420)와 제2 스위처(430)는 다음과 같은 회로 설계의 일례로서 구성될 수 있다.
제1 스위처(420)는, PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고 배터리 셀(100)의 (-)에 소스가 접속되며 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(421)와, MOSFET(421)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(422)와, 트랜스포머(410)에 직렬과 병렬로 각각 접속하는 한 쌍의 다이오드(423, 424), 및 한 쌍의 다이오드(423, 424) 사이에 접속하는 스위치(425)로 구성될 수 있다. 여기서, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(421)는 방전 스위칭 소자로 기능하고, 기생 다이오드(422)는 방전 경로를 단방향으로 형성하는 기능을 한다.
제2 스위처(430)는, PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고, 에너지 버스부(200)에 소스가 접속되며, 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(431)와, MOSFET(431)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(432)와, 트랜스포머(410)에 병렬 접속하는 다이오드(433)와, 트랜스포머(410)에 직렬로 다단 접속하는 2개의 다이오드(434, 435)와, 2개의 다이오드(434, 435) 사이와 MOSFET(431)의 소스에 병렬 접속하는 커패시터(436)로 구성될 수 있다. 여기서, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(431)는 충전 스위칭 소자로 기능하고, 기생 다이오드(432)는 충전 경로를 단방향으로 형성하는 기능을 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치는, 복수의 배터리 셀에 대응하는 양방향 DC-DC 컨버터의 구성을 통해 셀 수량에 무관하게 시스템 구성이 용이함은 물론, 배터리 셀에 대응한 확장 및 축소가 가능하고, 복수의 배터리 셀에 대한 동시 충방전이 가능한 구조를 제공하며, 액티브 방식으로 에너지 손실이 최소화되는 셀 밸런싱을 수행함으로써, 시스템의 안정성과 함께 배터리 수명의 주기가 더욱 향상될 수 있도록 한다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 직렬 접속하는 복수의 배터리 셀(100);
    상기 복수의 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 공유하기 위한 에너지 버스부(200);
    상기 복수의 배터리 셀(100) 각각에서 측정되는 셀 전위의 충전상태 정보에 따른 셀 밸런싱 제어를 수행하는 제어부(300); 및
    상기 복수의 배터리 셀(100) 각각에 병렬로 접속되어, 상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 따라 상기 복수의 배터리 셀(100)에 대한 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 복수의 양방향 DC-DC 컨버터(400)를 포함하되,
    상기 양방향 DC-DC 컨버터(400) 각각은,
    상기 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부(200)로 전달하거나, 또는 상기 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀(100)로 전달하는 트랜스포머(410);
    상기 배터리 셀(100)과 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 상기 배터리 셀(100)의 잉여 전력을 상기 에너지 버스부(200)로 전달할 때 동작하는 제1 스위처(420);
    상기 에너지 버스부(200)와 트랜스포머(410) 사이에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부(200)의 공유된 잉여 전력을 상기 배터리 셀(100)로 전달할 때 동작하는 제2 스위처(430);
    상기 제2 스위처(430)에 연결 접속되어, 상기 에너지 버스부(200)의 상태를 모니터링 하는 피드백 회로부(440); 및
    상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어 수행을 위한 PWM 신호에 따라 상기 제1 스위처(420) 또는 제2 스위처(430)의 구동 선택을 위한 구동신호를 생성하여 출력하는 PWM 구동부(450)를 포함하여 구성하고,
    상기 제1 스위처(420)는,
    상기 PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고, 상기 배터리 셀(100)의 (-)에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(421)와, 상기 MOSFET(421)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(422)와, 상기 트랜스포머(410)에 직렬과 병렬로 각각 접속하는 한 쌍의 다이오드(423, 424), 및 상기 한 쌍의 다이오드(423, 424) 사이에 접속하는 스위치(425)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부(300)는,
    상기 복수의 배터리 셀(100)을 모니터링하고, 각 배터리 셀(100)의 전위를 측정하여 전송하는 배터리 셀 모니터링부(310)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배터리 셀 모니터링부(310)는,
    상기 복수의 배터리 셀(100)에 각각이 연결 접속되는 복수로 구성하거나, 또는 하나의 단일 모듈로 구성하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부(300)는,
    상기 복수의 배터리 셀(100)에 대한 셀 밸런싱 제어의 수행 조건으로, 상기 복수의 배터리 셀(100)에서 측정되는 셀 전위의 충전상태를 평균한 기준 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀(100)에 대한 과충전 및 저충전을 판단하고, 상기 복수의 배터리 셀(100)에 병렬 접속된 각각의 양방향 DC-DC 컨버터(400)의 충전 또는 방전의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(400) 각각은,
    상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀(100) 중 과충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 잉여 전력을 상기 에너지 버스부(200)로 방전하도록 하는 방전 경로를 형성하고,
    상기 제어부(300)의 셀 밸런싱 제어신호에 대응하여 상기 복수의 배터리 셀(100) 중 저충전의 배터리 셀(100)에 대에서는 상기 에너지 버스부(200)에 공유된 잉여 전력을 충전 받을 수 있도록 하는 충전경로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 양방향 DC-DC 컨버터(400)는,
    상기 복수의 배터리 셀(100)과 상기 에너지 버스부(200) 사이에서 각각이 충전 또는 방전의 액티브 밸런싱을 수행하는 단위 모듈인 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 스위처(430)는,
    상기 PWM 구동부(450)에 게이트가 접속되고, 상기 에너지 버스부(200)에 소스가 접속되며, 상기 트랜스포머(410)에 드레인이 접속되는 MOSFET(431)와, 상기 MOSFET(431)의 소스와 드레인에 접속하는 기생 다이오드(432)와, 상기 트랜스포머(410)에 병렬 접속하는 다이오드(433)와, 상기 트랜스포머(410)에 직렬로 다단 접속하는 2개의 다이오드(434, 435)와, 상기 2개의 다이오드(434, 435) 사이와 MOSFET(431)의 소스에 병렬 접속하는 커패시터(436)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 양방향 DC-DC 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치.
PCT/KR2013/001018 2012-02-07 2013-02-07 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치 WO2013119070A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120012571A KR101165593B1 (ko) 2012-02-07 2012-02-07 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치
KR10-2012-0012571 2012-02-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013119070A1 true WO2013119070A1 (ko) 2013-08-15

Family

ID=46716807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/001018 WO2013119070A1 (ko) 2012-02-07 2013-02-07 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101165593B1 (ko)
WO (1) WO2013119070A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110326185A (zh) * 2017-02-24 2019-10-11 黑拉有限责任两合公司 双电压电池
CN111752172A (zh) * 2020-07-06 2020-10-09 孙志刚 一种it设备能耗节能管理装置
CN114285290A (zh) * 2021-12-24 2022-04-05 青岛瑰宝电子科技有限公司 一种双向dc/dc储能式电源老化方法、系统及装置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101537093B1 (ko) * 2013-01-07 2015-07-15 엘지전자 주식회사 전기자동차 및 그 제어방법
US20160006296A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 Emerson Network Power, Energy Systems, North America, Inc. Systems And Methods For Matching End Of Life For Multiple Batteries And/Or Battery Backup Units
WO2016022429A1 (en) 2014-08-04 2016-02-11 Emerson Network Power, Energy Systems, North America, Inc. Systems and methods for matching an end of discharge for multiple batteries
KR102222305B1 (ko) 2014-10-14 2021-03-03 삼성전자주식회사 배터리 관리 장치 및 방법
KR101622511B1 (ko) 2015-02-11 2016-05-18 엘에스산전 주식회사 배터리 에너지 저장 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템
KR20180013574A (ko) * 2016-07-29 2018-02-07 주식회사 엘지화학 배터리 밸런싱 장치 및 방법
KR102552457B1 (ko) * 2018-09-27 2023-07-07 주식회사 이지트로닉스 전력공급시스템
EP3641094A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-22 Continental Automotive GmbH Battery balancing system and method of operating a battery balancing system
KR102151652B1 (ko) 2019-02-26 2020-09-03 남부대학교 산학협력단 척컨버터 토폴로지를 이용한 리튬이온 전지 셀밸런싱 장치
KR102616237B1 (ko) * 2019-05-02 2023-12-19 한국전기연구원 펄스 전원 장치
KR20210037357A (ko) 2019-09-27 2021-04-06 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치
KR102488746B1 (ko) 2021-01-05 2023-01-17 울산대학교 산학협력단 배터리 밸런싱 시스템
KR102545263B1 (ko) * 2021-03-24 2023-06-20 비나텍주식회사 열전 소자를 이용한 배터리 셀 관리 장치
KR102557936B1 (ko) * 2021-03-31 2023-07-20 비나텍주식회사 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001339865A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Hitachi Ltd セル電圧均等化装置、セル電圧均等化方法、ハイブリッドカー、及び組電池の生産方法
JP2004215322A (ja) * 2002-12-26 2004-07-29 Ntt Data Corp バッテリの放電制御回路、充電制御回路および充放電制御回路
KR20090038607A (ko) * 2007-10-16 2009-04-21 에스케이에너지 주식회사 직렬연결 배터리 스트링을 위한 자동 전하 균일 방법 및장치
JP2009540794A (ja) * 2006-06-15 2009-11-19 エスケー エナジー 株式会社 電荷均等化装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001339865A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Hitachi Ltd セル電圧均等化装置、セル電圧均等化方法、ハイブリッドカー、及び組電池の生産方法
JP2004215322A (ja) * 2002-12-26 2004-07-29 Ntt Data Corp バッテリの放電制御回路、充電制御回路および充放電制御回路
JP2009540794A (ja) * 2006-06-15 2009-11-19 エスケー エナジー 株式会社 電荷均等化装置
KR20090038607A (ko) * 2007-10-16 2009-04-21 에스케이에너지 주식회사 직렬연결 배터리 스트링을 위한 자동 전하 균일 방법 및장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110326185A (zh) * 2017-02-24 2019-10-11 黑拉有限责任两合公司 双电压电池
CN110326185B (zh) * 2017-02-24 2023-04-21 黑拉有限责任两合公司 双电压电池
CN111752172A (zh) * 2020-07-06 2020-10-09 孙志刚 一种it设备能耗节能管理装置
CN111752172B (zh) * 2020-07-06 2021-07-23 孙志刚 一种it设备能耗节能管理装置
CN114285290A (zh) * 2021-12-24 2022-04-05 青岛瑰宝电子科技有限公司 一种双向dc/dc储能式电源老化方法、系统及装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101165593B1 (ko) 2012-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013119070A1 (ko) 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치
WO2012144674A1 (ko) 착탈 가능한 배터리 모듈, 이를 이용한 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법 및 장치
WO2009131336A2 (en) Two-stage charge equalization method and apparatus for series-connected battery string
WO2010087545A1 (en) Charge equalization apparatus for series-connected battery string using regulated voltage source
WO2018021664A1 (ko) 배터리 밸런싱 장치 및 방법
WO2010087608A2 (en) Charge equalization apparatus and method for series-connected battery string
WO2015016600A1 (ko) 배터리 제어 장치 및 방법
WO2011152639A2 (ko) 배터리 팩 그리고 배터리 팩의 충전 방법
WO2020085819A1 (ko) 밸런싱 장치, 그것을 포함하는 배터리 관리 시스템 및 배터리팩
WO2011083993A2 (ko) 배터리 제어 장치 및 방법
WO2017014487A1 (ko) 배터리 스택 밸런싱 장치
WO2016056768A1 (ko) 엘씨 공진을 이용한 배터리 셀 밸런싱 시스템 및 방법
WO2018074809A1 (ko) 셀 밸런싱 시스템 및 제어방법
WO2019221368A1 (ko) 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치, 배터리 시스템 및 방법
WO2020149537A1 (ko) 배터리 충전 시스템 및 배터리 충전 방법
WO2021033956A1 (ko) 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 운용 방법
WO2020080881A1 (ko) 배터리 관리 장치
WO2012023707A2 (ko) 배터리 팩 그리고 배터리 팩의 액티브 셀 밸런싱 방법
WO2022092612A1 (ko) 충전 관리 장치, 충전 관리 방법, 및 전기 차량
WO2019078589A1 (ko) 배터리팩 및 그것을 포함하는 전력 시스템
WO2013133555A1 (ko) 무선 제어 방식의 배터리 에너지 저장장치
WO2020055162A1 (ko) 스위치 진단 장치 및 방법
WO2015156648A1 (ko) 콘덴서 충전방식의 셀전압 측정회로를 이용한 능동형 셀 밸런싱 회로
WO2016064224A1 (ko) 전류 제어 장치 및 방법
WO2020166877A1 (ko) 복수의 셀이 직렬 연결된 배터리에 사용가능한 전력관리장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13746844

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13746844

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1