WO2015156648A1 - Active cell balancing circuit using cell voltage measurement circuit of capacitor charging method - Google Patents

Active cell balancing circuit using cell voltage measurement circuit of capacitor charging method Download PDF

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WO2015156648A1
WO2015156648A1 PCT/KR2015/003641 KR2015003641W WO2015156648A1 WO 2015156648 A1 WO2015156648 A1 WO 2015156648A1 KR 2015003641 W KR2015003641 W KR 2015003641W WO 2015156648 A1 WO2015156648 A1 WO 2015156648A1
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battery
voltage
converter
cell
capacitor
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/003641
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
나혁휘
황호석
남종하
강덕하
이동희
지해성
반기현
장종식
조성철
신덕수
한유진
Original Assignee
주식회사 아이티엠반도체
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to an active cell balancing circuit using a circuit for measuring individual cell voltages through a capacitor charging method.
  • the cell voltage measurement circuit in the battery management system applied to various types of electric vehicles (xEVs), energy storage systems, and uninterruptible power supplies that are currently used is a photomos relay for the purpose of insulating the energy storage unit and the system unit. Cap Charging Method using is mainly used.
  • cell balancing caused by capacity imbalance is an important problem in an application of multiple cells in which several cells are connected in series. This capacity imbalance in the cell is seen as an unbalance in the cell voltage in terms of the battery management system.
  • charging or discharging is prohibited by certain cells in the overcharging and overdischarging areas during the charging and discharging process, normal cell capacity cannot be used. Repeated use through this process acts as a factor in reducing the efficiency of the battery pack and shortening the life of a particular cell.
  • passive cell balancing which discharges a high voltage cell through a resistor and maintains the same voltage as other cells
  • Passive type has the advantage of low price.
  • active cell balancing through the application of a DC / DC converter (Converter), etc. are under study.
  • DC / DC converter Converter
  • the present invention is to provide a circuit that can perform cell balancing while measuring the cell voltage.
  • a cell balancing circuit includes: a battery unit including a plurality of battery cells 10 and a balancing resistor R_Bal connected to each of output terminals of the plurality of battery cells 10; A first relay unit P-R6 connected to an output terminal of the battery unit; And a charging unit C2 connected to an output terminal of the first relay unit.
  • the first current limited by the first balancing resistor connected to the first battery cell B1 having the highest voltage among the plurality of battery cells may be charged to the charging unit through the first relay unit.
  • the energy charged in the charging unit may be configured to charge the second battery cell B4 having the lowest voltage among the plurality of batteries through the first relay unit.
  • the cell balancing circuit may further include a converter 80 connected between the battery unit and the first relay unit.
  • the converter may be configured to control the operation state through the control unit 90 included in the converter.
  • the battery unit when the voltage of the battery unit is high, the battery unit operates as a step-down converter to charge the charging unit with the voltage of the battery unit, and when the voltage of the battery unit is low, the battery unit operates as a boost converter. May be arranged to discharge.
  • the cell balancing circuit comprises: a capacitor; A second relay; And an AD converter.
  • the capacitor may be connected to an output terminal of the battery unit, the second relay may be connected to one end of the capacitor, and the AD converter may be connected to an output terminal of the second relay.
  • the voltage of any one of a plurality of batteries included in the battery unit is charged in the capacitor, and when the second relay is turned on, the voltage charged in the capacitor is supplied to the AD converter. It may be intended to provide.
  • the first relay unit may be implemented using a photomoss relay, and the charging unit may be implemented using an ultracapacitor or a small capacity lithium ion battery.
  • the first converter may be implemented using a bidirectional DC / DC converter.
  • the power source can be separated and the leakage current can be prevented.
  • the existing battery management system since the existing battery management system is used, a low cost system can be realized.
  • FIG. 1 illustrates a passive cell balancing circuit according to one embodiment.
  • FIG. 2 illustrates an active cell balancing circuit using a transformer in accordance with one embodiment.
  • 3A shows a cell voltage measuring circuit by a capacitor charging method.
  • FIG. 3B illustrates a first process of performing voltage measurement of each battery cell in the cell voltage measuring circuit shown in FIG. 3A.
  • FIG. 4A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B shows an example of a temporal relationship between several processes performed in the circuit shown in FIG. 4A.
  • FIG. 4C shows a timing diagram of a process performed in the circuit shown in FIG. 4A.
  • 5A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B shows an example of the bidirectional DC / DC converter of the circuit shown in FIG. 5A.
  • FIG. 6A shows the internal structure of the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 5A.
  • FIG. 6B shows a control unit of the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7A shows a case where the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 5A operates in the step-down mode.
  • FIG. 7B is a diagram for describing a case where the first transistor Q1 is in an on-state in the step-down DC / DC converter illustrated in FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a diagram for describing a case where the first transistor Q1 is in an off-state in the step-down DC / DC converter shown in FIG. 7A.
  • FIG. 8A shows a case where the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 5A operates in a boost mode.
  • FIG. 8B is a diagram for describing a case where the second transistor Q2 is in an on-state in the boost type DC / DC converter illustrated in FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a diagram for describing a case where the second transistor Q2 is in an off-state in the boost type DC / DC converter illustrated in FIG. 8A.
  • FIG. 1 illustrates a passive cell balancing circuit 100 according to one embodiment.
  • the passive cell balancing circuit 100 shown in FIG. 1 includes a battery pack 110 including a plurality of battery cells 10, a balancing resistor R_Bal, a photo coupler 12, and an MCU I / It is comprised including O (11).
  • the passive cell balancing circuit 100 calculates an average value of the voltages of the battery cells 10, selects the first battery cell 10 (ex: battery cell B1) higher than the average value by a predetermined level, and selects the I of the MCU.
  • the photocoupler 12 is operated through / O 11 to forcibly discharge the first cell 10 with the balancing resistor R_Bal. Accordingly, the voltage of the first battery cell 10 is balanced with the voltage of the other battery cells 10 (eg, battery cells B2, B3, and B4). In this case, the photocoupler 12 is used for separating power from the power of the battery management system and the battery pack.
  • the passive cell balancing circuit 100 according to FIG. 1 has an advantage that the circuit configuration is simple and can be implemented at low cost. On the other hand, there is a disadvantage in that heat generation occurs in the balancing resistor R_Bal during discharging and efficiency decreases, and it is difficult to perform balancing above a predetermined current due to the characteristics of the discharge method through the resistor.
  • FIG. 2 illustrates an active cell balancing circuit 200 using a transformer in accordance with one embodiment.
  • the active cell balancing circuit 200 shown in FIG. 2 uses a Buck DC / DC converter for stepping down the voltage of the battery pack 110 to the voltage of the battery cell 10.
  • Cell balancing (eg, B4) 10 having a low voltage is performed through the step-down type DC / DC converter.
  • the design and control of the DC / DC converter for the active cell balancing circuit 200 is not easy, and there is a disadvantage in that a redesign is required according to the pack configuration.
  • the use of a DC / DC converter adversely affects EMI (electromagnetic interference) and EMC (electromagnetic compatibility) characteristics, and the cost increases.
  • FIGS. 3A and 3B a cell voltage measuring circuit according to an exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • 3A illustrates a cell voltage measuring circuit 300 using a capacitor charging method.
  • FIG. 3B illustrates a first process (Process 1) for performing voltage measurement of each battery cell 10 in the cell voltage measurement circuit 300 shown in FIG. 3A.
  • the cell voltage measuring circuit 300 illustrated in FIG. 3A includes a battery pack 110 including a plurality of battery cells 10, and a positive terminal (+) and a negative terminal ( ⁇ ) of each battery cell 10.
  • a resistor R_Cap having one terminal connected thereto, a relay unit 20 connected to the other terminal of the resistor R_Cap, a voltage measuring capacitor C1 30, and a voltage measuring relay unit P-R5. 40), and the AD converter (50).
  • the resistor R_Cap is a resistor for limiting a current charged in the voltage measuring capacitor 30.
  • the relay unit 20 may include a plurality of relays (P-Rn, where n is a natural number).
  • the first relay unit 21 may include two relays P-R1
  • the fourth relay unit 24 may include two relays P-R4.
  • the relay P-Rn may be implemented using a photomos relay.
  • the first process of measuring the voltage of the battery cell 10 may be represented by a timing diagram of each of the relay units 20 and 40 over time.
  • the voltage measuring capacitor 30 is charged with the voltage of the first battery cell B1.
  • the first capacitor 21 is charged to the voltage measuring capacitor 30.
  • the read voltage is read into the AD converter 50.
  • the second relay unit P-R2 22 is in an on-state, the voltage of the second battery cell B2 10 is charged in the voltage measuring capacitor 30.
  • the voltage measuring relay unit (P-R5) 40 is in the on-state, the voltage charged in the voltage measuring capacitor 30 is changed. It is read by the AD converter 50. By repeating the above process, the voltage of the battery cell 10 is read in an insulated state so that the cell voltage can be measured.
  • the battery pack 110 includes four battery cells B1, B2, B3, and B4 10.
  • the voltage of the first battery B1 has the highest value
  • the voltage of the fourth battery B4 has the lowest value
  • the second battery B2 and the third battery Assume that the voltage in B3) has an average value.
  • 4A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit 400 in accordance with one embodiment of the present invention.
  • 4B illustrates an example of a temporal relationship between several processes performed in the circuit 400 shown in FIG. 4A.
  • 4C shows a timing diagram of the process performed in the circuit 400 shown in FIG. 4A.
  • the cell voltage measurement and cell balancing circuit 400 shown in FIG. 4A includes a balancing resistor R_Bal and a charging relay in the cell voltage measurement circuit 300 shown in FIG. 3A.
  • the unit 60 may further include a charging capacitor C2 70. Accordingly, there is an advantage that it can be implemented at low cost.
  • the balancing resistor R_Bal is connected between the output terminal of each battery cell 10 and the first side of each relay unit 20.
  • the charging relay unit 60 may include a plurality of relays P-R6.
  • the first side of the charging relay unit 60 may be connected to the second side of each relay unit 20, and the charging capacitor 70 may be connected to the second side of the charging relay unit 60.
  • the charging capacitor 70 may be implemented using an ultra capacitor or a secondary battery.
  • the secondary battery may be, for example, a small capacity lithium ion battery.
  • the resistor R_Cap connected to the output terminal of each battery cell 10 in the cell voltage measuring circuit 300 shown in FIG. 3A is the balancing resistor R_Bal and the voltage measuring capacitor 30 in FIG. 4A. Located between and to limit the inrush current to the voltage measuring capacitor (30).
  • the cell voltage measurement and cell balancing circuit 400 is able to perform the measurement of the cell voltage and the balancing between cells at the same time.
  • the first process P100, the second process P200, and the third process P300 may be sequentially performed over time.
  • the first process P100 may be the same as the process of measuring the voltages of the plurality of battery cells 10 described above with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • the second process P200 compares the plurality of voltages of the plurality of battery cells 10 measured by the first process P100 with each other, thereby having the lowest voltage and the battery cell 10 having the highest voltage.
  • the battery cell 10 may be configured to be determined.
  • the ranking among the plurality of battery cells 10 may be determined based on the voltage of each battery cell.
  • the second process P200 may be performed by, for example, a separate microprocessor connected to the output terminal of the AD converter 50 of FIG. 3A.
  • the second process P200 may be performed separately after the first process P100 is completed.
  • the second process P200 may be together while the first process P100 is being performed. May be performed.
  • the third process P300 may be configured to perform cell balancing through the battery cells 10 determined by the second process P200.
  • time periods from start to completion of the processes P100, P200, and P300 shown in FIG. 4B do not overlap each other, but in other embodiments, the time periods may be overlapped with each other.
  • the third process P300 may be as shown in FIG. 4C.
  • the section in which the first relay unit P-R1 and the charging relay unit P-R6 are in an on-state may be, for example, sections T-C1, T-C2, ..., T-Cn, n may be a natural number).
  • the first relay unit P-R1 and the charging relay unit P-R6 are turned off, and the fourth relay unit P-R4 and the charging relay unit P-R6 are turned off. Can be turned on.
  • the sixth battery having the lowest voltage among the battery capacitors 10 from the charging capacitor C2 70 charged with the voltage of the first battery cell B1 having the highest voltage among the battery cells 10.
  • the charging power may move to the cell B6. That is, the charging capacitor 70 may mean that it is discharged.
  • the first relay unit P-R1 and the charging relay unit P-R6 are turned off and the fourth relay unit P-R4 and the charging relay unit P-R6 are on-state.
  • the interval to be may be, for example, intervals T-D1, T-D2, ..., T-Dk, where k is a natural number.
  • the voltage of the first battery cell B1 may be lowered and the voltage of the sixth battery cell B6 may be increased.
  • the third process P300 As the third process P300 is performed, as the time passes, the voltage of the first battery cell B1 gradually decreases, and the voltage of the fourth battery cell B4 gradually increases.
  • the magnitude of the voltage of the battery cell B1 and the magnitude of the voltage of the fourth battery cell B4 may be balanced to a similar level. Accordingly, the amount of energy (C_Em, where m is a natural number) charged in the charging capacitor 70 may decrease gradually over time (that is, C_E1> C_E2>...> C_Em).
  • the amount of energy D_Ei discharged from the charging capacitor 70 (where i is a natural number) may also decrease gradually over time (that is, D_E1> D_E2>...> D_Ei).
  • the voltage measuring relay unit P-R5 40 is also driven to check the voltages of the battery cells 10 currently being balanced. For example, the relay unit P-R1 is turned on and charged to a voltage in the voltage measuring capacitor C1 30, and then turned off or the relay unit P-R4 is turned on. Whenever the apparatus is turned off after receiving the energy from the voltage measuring capacitor 30, the voltage measuring relay unit P-R5 40 is turned on to turn on the voltage of each battery cell B1 or B4. May be read into AD converter 50. At this time, the section in which the voltage measuring relay unit 40 is in the on-state is, for example, a section T-S1, T-S2, ..., T-Sp, where p is a natural number.
  • FIG. 5A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit 500 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B illustrates an example of a bidirectional DC / DC converter of the circuit 500 shown in FIG. 5A.
  • the circuit 500 shown in FIG. 5A is a bidirectional DC located in front of the charging relay unit (P-R6) 60 in the circuit 400 shown in FIG. 4A. It may be configured to further include a / DC converter (Bi-directional DC / DC Converter) (80). Accordingly, since current control is possible, the efficiency of cell balancing can be increased by minimizing or removing the balancing resistor R_Bal.
  • a / DC converter Bi-directional DC / DC Converter
  • the bidirectional DC / DC converter 80 when the voltage of the battery cell 10 connected to the bidirectional DC / DC converter 80 is relatively high, the bidirectional DC / DC converter 80 operates as a step-down type DC / DC converter 81 to charge the voltage of the battery cell 10.
  • the voltage of the battery cell 10 connected to the capacitor 70 When the voltage of the battery cell 10 connected to the capacitor 70 is relatively low when the capacitor 70 is charged, it operates as a boost type DC / DC converter 82 to discharge the charge capacitor 70. It is supposed to perform balancing.
  • the battery cell 10 connected to the left side of the DC / DC converter 80 is the battery cell having the highest voltage among the plurality of battery cells, the charge to be supplied with the current from the right side of the DC / DC converter 80 is performed.
  • the DC / DC converter 80 is a step-down type since the voltage of the battery cell having the highest voltage that supplies current from the left side of the DC / DC converter 80 is always higher than or equal to the voltage across the capacitor 70. It is necessary to operate as the DC / DC converter 81.
  • the battery cell 10 connected to the left side of the DC / DC converter 80 is the battery cell having the lowest voltage among the plurality of battery cells, the current must be supplied from the right side of the DC / DC converter 80.
  • the charging capacitor 70 supplies current to the battery cell having the lowest voltage, the voltage across the charging capacitor 70 may be lower than the voltage of the battery cell having the lowest voltage.
  • the / DC converter 80 needs to operate as a multiplier type DC / DC converter 82.
  • a current may flow in the direction 85 from the point S2 to the point S1, and the current Flowchart can be controlled. The current cannot flow in the direction 86 from the point S2 to the point S1.
  • FIG. 6A shows the internal structure of the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 5A.
  • FIG. 6B shows the control unit 90 of the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7A shows a case where the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 5A operates in the step-down mode 81.
  • FIG. 7B is a diagram for explaining a case where the first transistor Q1 is in an on-state in the step-down DC / DC converter 81 shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a diagram for describing a case where the first transistor Q1 is in an off-state in the step-down DC / DC converter 81 shown in FIG. 7A.
  • FIG. 8A shows a case where the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 5A operates in the boost mode 82.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining a case where the second transistor Q2 is in an on-state in the boost type DC / DC converter 82 shown in FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a diagram for explaining a case where the second transistor Q2 is in an off-state in the boost type DC / DC converter 82 shown in FIG. 8A.
  • the internal structure of the bidirectional DC / DC converter 80 includes a controller 90 and a capacitor configured to control the transistors Q1 and Q2 and the transistors Q1 and Q2. C3 and C4, and the inductor (L).
  • the bidirectional DC / DC converter 80 is configured to allow current to flow in both directions 83 and 85, and to control the current flowing in both directions 83 and 85 according to an operation mode.
  • the controller 90 is configured to perform a control operation in an insulated state through the photocoupler.
  • the control operation of the DC / DC converter 80 is to perform the operation in the Buck Converter Mode (Bouck Converter Mode) or Boost Mode (Boost Converter Mode).
  • the second transistor Q2 is always turned off by the controller 90 so that the converter 81 is included in the second transistor Q2.
  • the first current flow path 71 through the second parasitic diode D2 may be formed.
  • the first transistor Q1 may be turned on or off by the controller 90.
  • the first transistor Q1 may include the first parasitic diode D1 included in the first transistor Q1. Since only the first current flow path 71 through the third current flow path 73 and the second parasitic diode D2 is formed, the current cannot flow in the direction 83.
  • the converter 82 configured to operate in the boosted mode has the first transistor Q1 always turned on by the controller 90 so that the fourth current flow path 74 can be operated. It may be formed.
  • the second transistor Q2 is turned on by the controller 90, current flows in the direction 85 from the point S1 to the point S2 as shown in FIG. 8B. It cannot be.
  • the second transistor Q2 is turned off, the current flowing through the fourth current flow path 74 is controlled.
  • an ultracapacitor or a secondary battery may be connected to the output terminal S2 of the capacitor C4 side of the bidirectional DC / DC converter 80.
  • the secondary battery may be, for example, a small capacity lithium ion battery.

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Abstract

Disclosed is a battery pack comprising: a plurality of battery cells; and a temporary power storage unit configured to be selectively connected to the plurality of battery cells. A third process is configured to be performed, the third process comprising: a storage step for storing, in the temporary power storage unit, part of the power stored in a first battery cell among the plurality of battery cells; and a providing step for providing the power stored in the temporary power storage unit to a second battery cell among the plurality of battery cells. In addition, the third process is configured to be repeated until the difference between a first voltage of the first battery cell and a second voltage of the second battery cell becomes less than or equal to a predetermined value.

Description

콘덴서 충전방식의 셀전압 측정회로를 이용한 능동형 셀 밸런싱 회로Active Cell Balancing Circuit Using Capacitor Charge Cell Voltage Measuring Circuit
본 발명은 전자장치로서, 콘덴서 충전방식을 통해 개별 셀 전압을 측정하는 회로를 이용한 능동형 셀 밸런싱 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active cell balancing circuit using a circuit for measuring individual cell voltages through a capacitor charging method.
현재 사용되고 있는 다양한 형태의 전기자동차(xEV) 및 에너지저장시스템, 무정전 전원장치 등에 적용되는 배터리관리시스템에서의 셀 전압 측정회로는 에너지저장장치부와 시스템부의 절연을 목적으로 포토모스릴레이(Photomos Relay)를 사용한 콘덴서 충전방식(Cap Charging Method)이 주로 사용되고 있다. The cell voltage measurement circuit in the battery management system applied to various types of electric vehicles (xEVs), energy storage systems, and uninterruptible power supplies that are currently used is a photomos relay for the purpose of insulating the energy storage unit and the system unit. Cap Charging Method using is mainly used.
또한 단일 셀의 적용처에서는 문제되지 않으나 여러 개의 셀이 직렬로 연결되는 다중 셀의 적용처에서는 용량 불균형에 의해 발생되는 셀 밸런싱(Cell Balancing)이 중요한 문제로 대두되고 있다. 이러한 셀에서의 용량 불균형 현상은 배터리관리시스템의 측면에서 볼 때 셀 전압의 불균형 현상으로 나타나게 된다. 또한, 충전과 방전을 거듭하는 과정에서 특정 셀들이 과충전 및 과방전 영역에서의 보호동작(Protection)에 의해 충전 혹은 방전이 금지됨에 따라 정상적인 셀 용량을 사용하지 못 하게 된다. 이러한 과정을 통해 반복적으로 사용하게 되면, 배터리팩의 효율저하는 물론 특정 셀의 수명을 단축시키는 요인으로 작용한다.In addition, although it is not a problem in a single cell application, cell balancing caused by capacity imbalance is an important problem in an application of multiple cells in which several cells are connected in series. This capacity imbalance in the cell is seen as an unbalance in the cell voltage in terms of the battery management system. In addition, since charging or discharging is prohibited by certain cells in the overcharging and overdischarging areas during the charging and discharging process, normal cell capacity cannot be used. Repeated use through this process acts as a factor in reducing the efficiency of the battery pack and shortening the life of a particular cell.
현재 셀 밸런싱을 위해 주로 사용되는 방식으로서, 저항을 통해 높은 전압의 셀을 방전시켜 다른 셀들과 동등한 전압으로 유지시키는 수동형 방식(Passive Cell Balancing)이 많이 사용되고 있다. 수동형 방식은 가격이 저가라는 장점이 있다. 또한, 이러한 방식 이외에 DC/DC 컨버터(Converter)의 응용을 통한 능동형 셀 밸런싱(Active Cell Balancing) 등이 일부에서 연구 중에 있다. 하지만 이러한 능동형 셀 밸런싱 방식은 가격이 고가이며, 시스템이 복잡하다는 단점이 있기 때문에 실제 확대 적용되지는 못하고 있는 실정이다.As a method mainly used for cell balancing, passive cell balancing, which discharges a high voltage cell through a resistor and maintains the same voltage as other cells, is widely used. Passive type has the advantage of low price. In addition, in addition to this method, active cell balancing through the application of a DC / DC converter (Converter), etc. are under study. However, such an active cell balancing method is expensive and expensive, and the system is complicated and thus cannot be expanded.
관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허 10-1187766호에 관련 기술이 공개되어 있다.As a related prior art, the related art is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1187766.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 셀 전압을 측정함과 동시에 셀 밸런싱을 수행할 수 있는 회로를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide a circuit that can perform cell balancing while measuring the cell voltage.
본 발명의 일 관점에 따른 셀 밸런싱 회로는, 복수 개의 배터리 셀(10) 및 상기 복수 개의 배터리 셀(10)의 출력단의 각각에 연결되어 있는 밸런싱 저항(R_Bal)을 포함하는 배터리부; 상기 배터리부의 출력단에 연결되어 있는 제1 릴레이부(P-R6); 및 상기 제1 릴레이부의 출력단에 연결되어 있는 충전부(C2)를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a cell balancing circuit includes: a battery unit including a plurality of battery cells 10 and a balancing resistor R_Bal connected to each of output terminals of the plurality of battery cells 10; A first relay unit P-R6 connected to an output terminal of the battery unit; And a charging unit C2 connected to an output terminal of the first relay unit.
이때, 상기 복수 개의 배터리 셀 중 가장 높은 전압을 갖는 제1 배터리 셀(B1)에 연결된 제1 밸런싱 저항에 의해 제한된 제1 전류가 상기 제1 릴레이부를 통해 상기 충전부에 충전되도록 되어 있을 수 있다.In this case, the first current limited by the first balancing resistor connected to the first battery cell B1 having the highest voltage among the plurality of battery cells may be charged to the charging unit through the first relay unit.
그리고 상기 충전부에 충전되어 있는 에너지는 상기 제1 릴레이부를 통해 상기 복수 개의 배터리 중 가장 낮은 전압을 갖는 제2 배터리 셀(B4)을 충전하도록 되어 있을 수 있다.The energy charged in the charging unit may be configured to charge the second battery cell B4 having the lowest voltage among the plurality of batteries through the first relay unit.
이때, 셀 밸런싱 회로는, 상기 배터리부 및 상기 제1 릴레이부 사이에 연결되어 있는 컨버터(80)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 컨버터는 상기 컨버터에 포함되어 있는 제어부(90)를 통해 동작 상태가 제어되도록 되어 있을 수 있다.In this case, the cell balancing circuit may further include a converter 80 connected between the battery unit and the first relay unit. In this case, the converter may be configured to control the operation state through the control unit 90 included in the converter.
이때, 상기 동작 상태는, 상기 배터리부의 전압이 높을 경우에는 강압형 컨버터로 동작하여 상기 배터리부의 전압으로 상기 충전부를 충전하도록 되어 있으며, 상기 배터리부의 전압이 낮을 경우에는 승압형 컨버터로 동작하여 상기 충전부를 방전하도록 되어 있을 수 있다.In this case, when the voltage of the battery unit is high, the battery unit operates as a step-down converter to charge the charging unit with the voltage of the battery unit, and when the voltage of the battery unit is low, the battery unit operates as a boost converter. May be arranged to discharge.
상기 셀 밸런싱 회로는, 커패시터; 제2 릴레이; 및 AD 컨버터를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 커패시터는 상기 배터리부의 출력단에 연결되어 있고, 상기 제2 릴레이는 상기 커패시터의 일단자에 연결되어 있으며, 상기 AD 컨버터는 상기 제2 릴레이의 출력단에 연결되어 있을 수 있다.The cell balancing circuit comprises: a capacitor; A second relay; And an AD converter. In this case, the capacitor may be connected to an output terminal of the battery unit, the second relay may be connected to one end of the capacitor, and the AD converter may be connected to an output terminal of the second relay.
이때, 상기 배터리부에 포함되어 있는 복수 개의 배터리 중 어느 하나의 배터리의 전압을 상기 커패시터에 충전하도록 되어 있으며, 상기 제2 릴레이가 온-상태가 되면 상기 커패시터에 충전되어 있는 전압을 상기 AD 컨버터에게 제공하도록 되어 있을 수 있다.In this case, the voltage of any one of a plurality of batteries included in the battery unit is charged in the capacitor, and when the second relay is turned on, the voltage charged in the capacitor is supplied to the AD converter. It may be intended to provide.
이때, 상기 제1 릴레이부는 포토모스 릴레이를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 충전부는 울트라 커패시터 또는 소용량 리튬이온 배터리를 이용하여 구현될 수 있다. 그리고 상기 제1 컨버터는 양방향 DC/DC 컨버터를 이용하여 구현될 수 있다.In this case, the first relay unit may be implemented using a photomoss relay, and the charging unit may be implemented using an ultracapacitor or a small capacity lithium ion battery. The first converter may be implemented using a bidirectional DC / DC converter.
본 발명에 따르면, 기존의 능동형 셀 밸런싱 회로와는 달리, 전원을 분리할 수 있고 누설전류를 방지할 수 있다. 또한, 기존의 배터리관리시스템을 이용하므로 저가의 시스템 구현이 가능해진다는 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, unlike the existing active cell balancing circuit, the power source can be separated and the leakage current can be prevented. In addition, since the existing battery management system is used, a low cost system can be realized.
도 1은 일 실시예에 따른 수동형 셀 밸런싱 회로를 나타낸다.1 illustrates a passive cell balancing circuit according to one embodiment.
도 2는 일 실시예에 따라 변압기를 사용한 능동형 셀 밸런싱 회로를 나타낸다.2 illustrates an active cell balancing circuit using a transformer in accordance with one embodiment.
도 3a는 콘덴서 충전방식에 의한 셀 전압 측정회로를 나타낸다.3A shows a cell voltage measuring circuit by a capacitor charging method.
도 3b는 도 3a에 도시한 셀 전압 측정회로에서, 각 배터리 셀의 전압 측정을 수행하는 제1 프로세스를 나타낸다.FIG. 3B illustrates a first process of performing voltage measurement of each battery cell in the cell voltage measuring circuit shown in FIG. 3A.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 회로를 나타낸다. 4A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit according to an embodiment of the present invention.
도 4b는 도 4a에 도시한 회로에서 수행되는 여러 개의 프로세스들 간의 시간적 관계의 일 예를 나타낸다.4B shows an example of a temporal relationship between several processes performed in the circuit shown in FIG. 4A.
도 4c는 도 4a에 도시한 회로에서 수행되는 프로세스의 타이밍 다이어그램을 나타낸다.4C shows a timing diagram of a process performed in the circuit shown in FIG. 4A.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 회로를 나타낸다.5A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit according to another embodiment of the present invention.
도 5b는 도 5a에 도시한 회로의 양방향 DC/DC 컨버터의 일 예를 나타낸다.FIG. 5B shows an example of the bidirectional DC / DC converter of the circuit shown in FIG. 5A.
도 6a는 도 5a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터의 내부 구조를 나타낸다.FIG. 6A shows the internal structure of the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 5A.
도 6b는 도 6a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터의 제어부를 나타낸다.FIG. 6B shows a control unit of the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 6A.
도 7a는 도 5a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터가 강압형 모드로 동작하는 경우를 나타낸다.FIG. 7A shows a case where the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 5A operates in the step-down mode.
도 7b는 도 7a에 도시한 강압형 DC/DC 컨버터에서, 제1 트랜지스터(Q1)가 온-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7B is a diagram for describing a case where the first transistor Q1 is in an on-state in the step-down DC / DC converter illustrated in FIG. 7A.
도 7c는 도 7a에 도시한 강압형 DC/DC 컨버터에서, 제1 트랜지스터(Q1)가 오프-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7C is a diagram for describing a case where the first transistor Q1 is in an off-state in the step-down DC / DC converter shown in FIG. 7A.
도 8a는 도 5a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터가 승압형 모드로 동작하는 경우를 나타낸다.FIG. 8A shows a case where the bidirectional DC / DC converter shown in FIG. 5A operates in a boost mode.
도 8b는 도 8a에 도시한 승압형 DC/DC 컨버터에서, 제2 트랜지스터(Q2)가 온-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8B is a diagram for describing a case where the second transistor Q2 is in an on-state in the boost type DC / DC converter illustrated in FIG. 8A.
도 8c는 도 8a에 도시한 승압형 DC/DC 컨버터에서, 제2 트랜지스터(Q2)가 오프-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 8C is a diagram for describing a case where the second transistor Q2 is in an off-state in the boost type DC / DC converter illustrated in FIG. 8A.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be implemented in various other forms. The terminology used herein is for the purpose of understanding the embodiments and is not intended to limit the scope of the invention. Also, the singular forms used below include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite meanings.
도 1은 일 실시예에 따른 수동형 셀 밸런싱 회로(100)를 나타낸다.1 illustrates a passive cell balancing circuit 100 according to one embodiment.
도 1에 도시한 수동형 셀 밸런싱 회로(100)는, 복수 개의 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리팩(110), 밸런싱 저항(R_Bal), 포토커플러(Photo Coupler)(12), 및 MCU I/O(11)를 포함하여 구성되어 있다.The passive cell balancing circuit 100 shown in FIG. 1 includes a battery pack 110 including a plurality of battery cells 10, a balancing resistor R_Bal, a photo coupler 12, and an MCU I / It is comprised including O (11).
수동형 셀 밸런싱 회로(100)는, 배터리 셀(10) 전압의 평균값을 계산한 후, 평균값보다 일정 수준 이상 높은 제1 배터리 셀(10)(ex: 배터리 셀(B1))을 선정하고 MCU의 I/O(11)를 통해 포토커플러(12)를 동작시켜 밸런싱 저항(R_Bal)으로 제1 셀(10)을 강제로 방전시키도록 되어 있다. 이에 따라, 제1 배터리 셀(10)의 전압을 다른 배터리 셀(10)(ex: 배터리셀(B2, B3, B4))의 전압과 동일하게 밸런싱하도록 되어 있다. 이때, 포토커플러(12)는 상기 배터리관리시스템의 전원과 배터리팩과의 전원을 상호 분리하는 용도로 사용된다.The passive cell balancing circuit 100 calculates an average value of the voltages of the battery cells 10, selects the first battery cell 10 (ex: battery cell B1) higher than the average value by a predetermined level, and selects the I of the MCU. The photocoupler 12 is operated through / O 11 to forcibly discharge the first cell 10 with the balancing resistor R_Bal. Accordingly, the voltage of the first battery cell 10 is balanced with the voltage of the other battery cells 10 (eg, battery cells B2, B3, and B4). In this case, the photocoupler 12 is used for separating power from the power of the battery management system and the battery pack.
도 1에 따른 수동형 셀 밸런싱 회로(100)는, 회로의 구성이 간단하고 저가로 구현이 가능하다는 장점이 있다. 반면, 방전 시 밸런싱 저항(R_Bal)에서 발열이 발생되고 효율이 떨어지며, 저항을 통해 방전하는 방식의 특성상 일정 전류 이상으로 밸런싱을 수행하기 어렵다는 단점이 있다.The passive cell balancing circuit 100 according to FIG. 1 has an advantage that the circuit configuration is simple and can be implemented at low cost. On the other hand, there is a disadvantage in that heat generation occurs in the balancing resistor R_Bal during discharging and efficiency decreases, and it is difficult to perform balancing above a predetermined current due to the characteristics of the discharge method through the resistor.
도 2는 일 실시예에 따라 변압기를 사용한 능동형 셀 밸런싱 회로(200)를 나타낸다.2 illustrates an active cell balancing circuit 200 using a transformer in accordance with one embodiment.
도 2에 도시한 능동형 셀 밸런싱 회로(200)는, 배터리 팩(110)의 전압을 배터리 셀(10)의 전압으로 강압시키는 강압형(Buck) DC/DC 컨버터를 이용한다. 이때, 상기 강압형 DC/DC 컨버터에 포함되어 있는 변압기에 의해 1, 2차측이 절연된 상태에서, 배터리팩(110)에 포함되어 있는 복수 개의 배터리 셀(B1, B2, …, Bn)(10) 중 낮은 전압을 갖는 배터리 셀(ex: B4)(10)을 상기 강압형 DC/DC 컨버터를 통해 충전하는 형태로 셀 밸런싱이 수행되도록 되어 있다. The active cell balancing circuit 200 shown in FIG. 2 uses a Buck DC / DC converter for stepping down the voltage of the battery pack 110 to the voltage of the battery cell 10. At this time, the plurality of battery cells (B1, B2, ..., Bn) included in the battery pack 110 in a state in which the primary and secondary sides are insulated by the transformer included in the step-down DC / DC converter (10) Cell balancing (eg, B4) 10 having a low voltage is performed through the step-down type DC / DC converter.
능동형 셀 밸런싱 회로(200)를 위한 DC/DC 컨버터의 설계 및 제어가 용이하지 않으며, 팩 구성에 따라 재설계를 수행해야 된다는 단점이 있다. 또한, DC/DC 컨버터의 사용으로 인해 EMI(Electro Magnetic Interference; 전자 방해 잡음) 및 EMC(Electromagnetic Compatibility; 전자 정합성) 특성에 악영향을 미치게 되며, 비용이 상승하게 된다.The design and control of the DC / DC converter for the active cell balancing circuit 200 is not easy, and there is a disadvantage in that a redesign is required according to the pack configuration. In addition, the use of a DC / DC converter adversely affects EMI (electromagnetic interference) and EMC (electromagnetic compatibility) characteristics, and the cost increases.
이하, 도 3a 및 도 3b를 함께 참고하여 일 실시예에 따른 셀 전압 측정회로에 대해 설명한다.Hereinafter, a cell voltage measuring circuit according to an exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
도 3a는 콘덴서 충전방식에 의한 셀 전압 측정회로(300)를 나타낸다.3A illustrates a cell voltage measuring circuit 300 using a capacitor charging method.
도 3b는 도 3a에 도시한 셀 전압 측정회로(300)에서, 각 배터리 셀(10)의 전압 측정을 수행하는 제1 프로세스(Process 1)를 나타낸다.FIG. 3B illustrates a first process (Process 1) for performing voltage measurement of each battery cell 10 in the cell voltage measurement circuit 300 shown in FIG. 3A.
도 3a에 도시한 셀 전압 측정회로(300)는, 복수 개의 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리팩(110), 각각의 배터리 셀(10)의 양단자(+)와 음단자(-)에 일 단자가 연결되어 있는 저항(R_Cap), 상기 저항(R_Cap)의 타 단자에 각각 연결되어 있는 릴레이부(20), 전압 측정용 커패시터(C1)(30), 전압 측정용 릴레이부(P-R5)(40), 및 AD 컨버터(50)를 포함하여 구성되어 있다. 이때, 상기 저항(R_Cap)은 전압 측정용 커패시터(30)에 충전되는 전류를 제한하기 위한 저항이다.The cell voltage measuring circuit 300 illustrated in FIG. 3A includes a battery pack 110 including a plurality of battery cells 10, and a positive terminal (+) and a negative terminal (−) of each battery cell 10. A resistor R_Cap having one terminal connected thereto, a relay unit 20 connected to the other terminal of the resistor R_Cap, a voltage measuring capacitor C1 30, and a voltage measuring relay unit P-R5. 40), and the AD converter (50). In this case, the resistor R_Cap is a resistor for limiting a current charged in the voltage measuring capacitor 30.
이때, 릴레이부(20)는 복수 개의 릴레이(P-Rn, 단, n은 자연수)를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 릴레이부(21)는 2개의 릴레이(P-R1)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제4 릴레이부(24)는 2개의 릴레이(P-R4)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 릴레이(P-Rn)는 포토모스 릴레이(Photomos Relay)를 이용하여 구현될 수 있다.In this case, the relay unit 20 may include a plurality of relays (P-Rn, where n is a natural number). For example, the first relay unit 21 may include two relays P-R1, and the fourth relay unit 24 may include two relays P-R4. In this case, the relay P-Rn may be implemented using a photomos relay.
한편, 도 3b에 도시한 바와 같이, 배터리 셀(10)의 전압을 측정하는 제1 프로세스는, 시간에 따른 각 릴레이부(20, 40)의 타이밍 다이어그램으로 나타낼 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3B, the first process of measuring the voltage of the battery cell 10 may be represented by a timing diagram of each of the relay units 20 and 40 over time.
도 3b에 도시한 바와 같이, 릴레이부(P-R1)(21)가 온(ON)-상태가 되면 전압 측정용 커패시터(30)에 제1 배터리 셀(B1)의 전압을 충전시킨다. 일정 시간이 경과한 후, 제1 릴레이부(21)가 오프(OFF)-상태, 전압 측정용 릴레이부(P-R5)(40)가 온-상태가 되면 전압 측정용 커패시터(30)에 충전된 전압을 AD 컨버터(50)로 읽어 들이도록 되어 있다. 그리고 제2 릴레이부(P-R2)(22)가 온-상태가 되면 전압 측정용 커패시터(30)에 제2 배터리 셀(B2)(10)의 전압을 충전시킨다. 일정 시간이 경과한 후, 제2 릴레이부(22)가 오프-상태, 전압 측정용 릴레이부(P-R5)(40)가 온-상태가 되면 전압 측정용 커패시터(30)에 충전된 전압을 AD 컨버터(50)로 읽어 들이도록 되어 있다. 이와 같은 과정을 반복 수행하여 배터리 셀(10)의 전압을 절연된 상태에서 읽어 들임으로써 셀 전압을 측정할 수 있도록 되어 있다.As shown in FIG. 3B, when the relay unit P-R1 21 is turned on, the voltage measuring capacitor 30 is charged with the voltage of the first battery cell B1. After a predetermined time has elapsed, when the first relay 21 is in an OFF state and the voltage measuring relay unit P-R5 40 is in an on state, the first capacitor 21 is charged to the voltage measuring capacitor 30. The read voltage is read into the AD converter 50. When the second relay unit P-R2 22 is in an on-state, the voltage of the second battery cell B2 10 is charged in the voltage measuring capacitor 30. After a certain time has elapsed, when the second relay unit 22 is in the off-state and the voltage measuring relay unit (P-R5) 40 is in the on-state, the voltage charged in the voltage measuring capacitor 30 is changed. It is read by the AD converter 50. By repeating the above process, the voltage of the battery cell 10 is read in an insulated state so that the cell voltage can be measured.
이하, 도 4a 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 회로를 설명한다.Hereinafter, a cell voltage measurement and cell balancing circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 8.
이때, 본 발명의 실시예에서는, 배터리 팩(110)에는 4개의 배터리 셀(B1, B2, B3, B4)(10)이 포함되어 있다고 가정한다. 그리고 4개의 배터리 셀(10) 중 제1 배터리(B1)의 전압이 가장 높은 값을 가지고, 제4 배터리(B4)의 전압이 가장 낮은 값을 가지며, 제2 배터리(B2)와 제3 배터리(B3)의 전압은 평균값을 가진다고 가정한다.In this embodiment, it is assumed that the battery pack 110 includes four battery cells B1, B2, B3, and B4 10. Among the four battery cells 10, the voltage of the first battery B1 has the highest value, the voltage of the fourth battery B4 has the lowest value, and the second battery B2 and the third battery ( Assume that the voltage in B3) has an average value.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 회로(400)를 나타낸다. 도 4b는 도 4a에 도시한 회로(400)에서 수행되는 여러 개의 프로세스들 간의 시간적 관계의 일 예를 나타낸다. 도 4c는 도 4a에 도시한 회로(400)에서 수행되는 프로세스의 타이밍 다이어그램을 나타낸다. 4A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit 400 in accordance with one embodiment of the present invention. 4B illustrates an example of a temporal relationship between several processes performed in the circuit 400 shown in FIG. 4A. 4C shows a timing diagram of the process performed in the circuit 400 shown in FIG. 4A.
도 4a를 도 3a와 비교하여 설명하면, 도 4a에 도시한 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 회로(400)는, 도 3a에 도시한 셀 전압 측정회로(300)에서 밸런싱 저항(R_Bal), 충전용 릴레이부(60), 충전용 커패시터(C2)(70)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 저가형으로 구현이 가능하다는 장점을 가진다. 4A is compared with FIG. 3A, the cell voltage measurement and cell balancing circuit 400 shown in FIG. 4A includes a balancing resistor R_Bal and a charging relay in the cell voltage measurement circuit 300 shown in FIG. 3A. The unit 60 may further include a charging capacitor C2 70. Accordingly, there is an advantage that it can be implemented at low cost.
이때, 밸런싱 저항(R_Bal)은 각 배터리 셀(10)의 출력단과 각각의 릴레이부(20)의 제1측 사이에 연결되어 있다.In this case, the balancing resistor R_Bal is connected between the output terminal of each battery cell 10 and the first side of each relay unit 20.
충전용 릴레이부(60)는 복수 개의 릴레이(P-R6)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 충전용 릴레이부(60)의 제1측은 각 릴레이부(20)의 제2측에 연결되어 있으며, 충전용 릴레이부(60)의 제2측에는 충전용 커패시터(70)가 연결되어 있을 수 있다. 이때, 충전용 커패시터(70)는 울트라 커패시터 또는 이차 전지(Secondary Battery)를 이용하여 구현될 수 있다. 이때, 상기 이차전지는 예컨대, 소용량 리튬이온 배터리일 수 있다.The charging relay unit 60 may include a plurality of relays P-R6. In this case, the first side of the charging relay unit 60 may be connected to the second side of each relay unit 20, and the charging capacitor 70 may be connected to the second side of the charging relay unit 60. have. In this case, the charging capacitor 70 may be implemented using an ultra capacitor or a secondary battery. In this case, the secondary battery may be, for example, a small capacity lithium ion battery.
이때, 도 3a에 도시된 셀 전압 측정회로(300)에서 각 배터리 셀(10)의 출력단에 연결되어 있던 저항(R_Cap)은, 도 4a에서는 상기 밸런싱 저항(R_Bal)과 전압 측정용 커패시터(30)의 사이에 위치하여 전압 측정용 커패시터(30)로의 유입전류를 제한하도록 되어 있다.In this case, the resistor R_Cap connected to the output terminal of each battery cell 10 in the cell voltage measuring circuit 300 shown in FIG. 3A is the balancing resistor R_Bal and the voltage measuring capacitor 30 in FIG. 4A. Located between and to limit the inrush current to the voltage measuring capacitor (30).
한편, 본 발명의 실시예에 따른 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 회로(400)는 셀 전압의 측정과 셀 간 밸런싱을 동시에 수행할 수 있도록 되어 있다. 예컨대, 도 4b에 도시한 바와 같이, 시간에 따라 제1 프로세스(P100), 제2 프로세스(P200), 및 제3 프로세스(P300)가 순서대로 수행될 수 있다. On the other hand, the cell voltage measurement and cell balancing circuit 400 according to an embodiment of the present invention is able to perform the measurement of the cell voltage and the balancing between cells at the same time. For example, as illustrated in FIG. 4B, the first process P100, the second process P200, and the third process P300 may be sequentially performed over time.
제1 프로세스(P100)는 도 3a 및 도 3b에서 상술한 복수 개의 배터리 셀(10)의 전압을 측정하는 프로세스와 동일한 것일 수 있다. The first process P100 may be the same as the process of measuring the voltages of the plurality of battery cells 10 described above with reference to FIGS. 3A and 3B.
제2 프로세스(P200)는, 제1 프로세스(P100)에 의해 측정된 복수 개의 배터리 셀(10)의 복수 개의 전압을 서로 비교하여, 가장 높은 전압을 갖는 배터리 셀(10)과 가장 낮은 전압을 갖는 배터리 셀(10)을 판별하도록 되어 있을 수 있다. 또는, 복수 개의 배터리 셀(10)들 간의 순위를 각 배터리 셀의 전압을 기준으로 판별할 수도 있다. 이때, 제2 프로세스(P200)는, 예컨대 도 3a의 AD 컨버터(50)의 출력단에 연결되어 있는 별도의 마이크로 프로세서에서 수행될 수 있다. 또한, 일 실시예에서 제2 프로세스(P200)는 제1 프로세스(P100)가 완료된 이후 따로 수행될 수도 있지만, 다른 실시예에서 제2 프로세스(P200)는 제1 프로세스(P100)가 수행되는 도중에 함께 수행될 수도 있다.The second process P200 compares the plurality of voltages of the plurality of battery cells 10 measured by the first process P100 with each other, thereby having the lowest voltage and the battery cell 10 having the highest voltage. The battery cell 10 may be configured to be determined. Alternatively, the ranking among the plurality of battery cells 10 may be determined based on the voltage of each battery cell. In this case, the second process P200 may be performed by, for example, a separate microprocessor connected to the output terminal of the AD converter 50 of FIG. 3A. In addition, in one embodiment, the second process P200 may be performed separately after the first process P100 is completed. In another embodiment, the second process P200 may be together while the first process P100 is being performed. May be performed.
그리고 제3 프로세스(P300)는, 제2 프로세스(P200)에 의해 상기 판별된 배터리 셀(10)들을 통해 셀 밸런싱을 수행하도록 되어 있을 수 있다.The third process P300 may be configured to perform cell balancing through the battery cells 10 determined by the second process P200.
도 4b에 나타낸 각 프로세스(P100, P200, P300)들의 시작에서 완료까지 걸리는 시구간은 서로 겹치지 않지만, 다른 실시예에서는 이 시구간들이 서로 겹치도록 되어 있을 수 있다.The time periods from start to completion of the processes P100, P200, and P300 shown in FIG. 4B do not overlap each other, but in other embodiments, the time periods may be overlapped with each other.
한편, 제3 프로세스(P300)는, 도 4c에 도시한 바와 같을 수 있다.Meanwhile, the third process P300 may be as shown in FIG. 4C.
제1 릴레이부(P-R1)와 충전용 릴레이부(P-R6)가 온-상태가 되면, 밸런싱 저항(R_Bal)에 의해 제한된 밸런싱 전류가 충전용 커패시터(70)에 충전될 수 있다. 이때, 제1 릴레이부(P-R1)와 충전용 릴레이부(P-R6)가 온-상태가 되는 구간은, 예컨대, 구간(T-C1, T-C2, …, T-Cn, 단, n은 자연수)일 수 있다. When the first relay unit P-R1 and the charging relay unit P-R6 are turned on, a balancing current limited by the balancing resistor R_Bal may be charged in the charging capacitor 70. At this time, the section in which the first relay unit P-R1 and the charging relay unit P-R6 are in an on-state may be, for example, sections T-C1, T-C2, ..., T-Cn, n may be a natural number).
일정 시간이 경과하면, 제1 릴레이부(P-R1)과 충전용 릴레이부(P-R6)가 오프-상태가 되고 제4 릴레이부(P-R4)와 충전용 릴레이부(P-R6)가 온-상태가 될 수 있다. 이때, 배터리 셀(10) 중 가장 높은 전압을 갖는 제1 배터리 셀(B1)의 전압으로 충전되어 있던 충전용 커패시터(C2)(70)로부터 배터리 셀(10) 중 가장 낮은 전압을 갖는 제6 배터리 셀(B6)에게 충전전력이 이동할 수 있다. 즉, 충전용 커패시터(70)는 방전됨을 의미할 수 있다. 이때, 제1 릴레이부(P-R1)과 충전용 릴레이부(P-R6)가 오프-상태가 되고 제4 릴레이부(P-R4)와 충전용 릴레이부(P-R6)가 온-상태가 되는 구간은, 예컨대, 구간(T-D1, T-D2, …, T-Dk, 단, k는 자연수)일 수 있다.After a predetermined time elapses, the first relay unit P-R1 and the charging relay unit P-R6 are turned off, and the fourth relay unit P-R4 and the charging relay unit P-R6 are turned off. Can be turned on. In this case, the sixth battery having the lowest voltage among the battery capacitors 10 from the charging capacitor C2 70 charged with the voltage of the first battery cell B1 having the highest voltage among the battery cells 10. The charging power may move to the cell B6. That is, the charging capacitor 70 may mean that it is discharged. At this time, the first relay unit P-R1 and the charging relay unit P-R6 are turned off and the fourth relay unit P-R4 and the charging relay unit P-R6 are on-state. The interval to be may be, for example, intervals T-D1, T-D2, ..., T-Dk, where k is a natural number.
이러한 과정을 반복 수행하면서 제1 배터리 셀(B1)의 전압을 낮추고, 제6 배터리 셀(B6)의 전압은 높여주는 동작을 수행하도록 되어 있을 수 있다.While repeating this process, the voltage of the first battery cell B1 may be lowered and the voltage of the sixth battery cell B6 may be increased.
이때, 제3 프로세스(P300)가 수행됨에 따라, 시간이 지날수록 제1 배터리 셀(B1)의 전압의 크기는 점점 낮아지고 제4 배터리 셀(B4)의 전압의 크기는 점점 커지게 되어 제1 배터리 셀(B1)의 전압의 크기와 제4 배터리 셀(B4)의 전압의 크기를 비슷한 레벨로 밸런싱할 수 있다. 이에 따라, 충전용 커패시터(70)에 충전되는 에너지량(C_Em, 단, m은 자연수)은 시간이 지날수록 점점 줄어들 수 있다(즉, C_E1 > C_E2 > … > C_Em). 또한, 충전용 커패시터(70)에서 방전되는 에너지량(D_Ei, 단, i는 자연수)도 시간이 지날수록 점점 줄어들 수 있다(즉, D_E1 > D_E2 > … > D_Ei).In this case, as the third process P300 is performed, as the time passes, the voltage of the first battery cell B1 gradually decreases, and the voltage of the fourth battery cell B4 gradually increases. The magnitude of the voltage of the battery cell B1 and the magnitude of the voltage of the fourth battery cell B4 may be balanced to a similar level. Accordingly, the amount of energy (C_Em, where m is a natural number) charged in the charging capacitor 70 may decrease gradually over time (that is, C_E1> C_E2>…> C_Em). In addition, the amount of energy D_Ei discharged from the charging capacitor 70 (where i is a natural number) may also decrease gradually over time (that is, D_E1> D_E2>…> D_Ei).
이때, 제3 프로세스(P300)가 수행되는 동안, 전압 측정용 릴레이부(P-R5)(40)도 구동됨으로써, 현재 밸런싱 되고 있는 배터리 셀(10)들의 전압을 확인할 수 있다. 예컨대, 릴레이부(P-R1)이 온-상태가 되어 전압 측정용 커패시터(C1)(30)에 전압을 충전한 후 오프-상태가 되거나 또는 릴레이부(P-R4)가 온-상태가 되어 전압 측정용 커패시터(30)로부터 에너지를 공급받은 후 오프-상태가 될 때 마다, 전압 측정용 릴레이부(P-R5)(40)가 온-상태가 되어 각 배터리 셀(B1 또는 B4)의 전압을 AD 컨버터(50)로 읽어 들이도록 되어 있을 수 있다. 이때, 전압 측정용 릴레이부(40)가 온-상태가 되는 구간은 예컨대, 구간(T-S1, T-S2, …, T-Sp, 단, p는 자연수) In this case, while the third process P300 is performed, the voltage measuring relay unit P-R5 40 is also driven to check the voltages of the battery cells 10 currently being balanced. For example, the relay unit P-R1 is turned on and charged to a voltage in the voltage measuring capacitor C1 30, and then turned off or the relay unit P-R4 is turned on. Whenever the apparatus is turned off after receiving the energy from the voltage measuring capacitor 30, the voltage measuring relay unit P-R5 40 is turned on to turn on the voltage of each battery cell B1 or B4. May be read into AD converter 50. At this time, the section in which the voltage measuring relay unit 40 is in the on-state is, for example, a section T-S1, T-S2, ..., T-Sp, where p is a natural number.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 회로(500)를 나타낸다. 도 5b는 도 5a에 도시한 회로(500)의 양방향 DC/DC 컨버터의 일 예를 나타낸다.5A illustrates a cell voltage measurement and cell balancing circuit 500 according to another embodiment of the present invention. FIG. 5B illustrates an example of a bidirectional DC / DC converter of the circuit 500 shown in FIG. 5A.
도 5a를 도 4a와 비교하여 설명하면, 도 5a에 도시된 회로(500)는 도 4a에 도시된 회로(400)에서 충전용 릴레이부(P-R6)(60)의 전단에 위치해 있는 양방향 DC/DC 컨버터(Bi-directional DC/DC Converter)(80)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 전류 제어가 가능하므로 밸런싱 저항(R_Bal)을 최소화하거나 제거하여 셀 밸런싱의 효율을 상승시킬 수 있다.Referring to FIG. 5A in comparison with FIG. 4A, the circuit 500 shown in FIG. 5A is a bidirectional DC located in front of the charging relay unit (P-R6) 60 in the circuit 400 shown in FIG. 4A. It may be configured to further include a / DC converter (Bi-directional DC / DC Converter) (80). Accordingly, since current control is possible, the efficiency of cell balancing can be increased by minimizing or removing the balancing resistor R_Bal.
이때, 양방향 DC/DC 컨버터(80)는 자신에게 연결되는 배터리 셀(10)의 전압이 상대적으로 높을 시에는 강압형 DC/DC 컨버터(81)로 동작하여 배터리 셀(10)의 전압이 충전용 커패시터(70)에 충전 되며, 자신에게 연결되는 배터리 셀(10)의 전압이 상대적으로 낮을 시에는 승압형 DC/DC 컨버터(82)로 동작하여 충전용 커패시터(70)에서 방전을 실시하게 되어 셀 밸런싱을 수행하도록 되어 있다.In this case, when the voltage of the battery cell 10 connected to the bidirectional DC / DC converter 80 is relatively high, the bidirectional DC / DC converter 80 operates as a step-down type DC / DC converter 81 to charge the voltage of the battery cell 10. When the voltage of the battery cell 10 connected to the capacitor 70 is relatively low when the capacitor 70 is charged, it operates as a boost type DC / DC converter 82 to discharge the charge capacitor 70. It is supposed to perform balancing.
즉, DC/DC 컨버터(80)의 좌측에 연결되는 배터리 셀(10)이 복수 개의 배터리 셀 중 가장 높은 전압을 갖는 배터리 셀일 경우, DC/DC 컨버터(80)의 우측에서 전류를 공급받아야 하는 충전용 커패시터(70) 양단의 전압보다 DC/DC 컨버터(80)의 좌측에서 전류를 공급하는 상기 가장 높은 전압을 갖는 배터리 셀의 전압이 항상 높거나 같기 때문에, DC/DC 컨버터(80)는 강압형 DC/DC 컨버터(81)로 동작할 필요가 있다.In other words, when the battery cell 10 connected to the left side of the DC / DC converter 80 is the battery cell having the highest voltage among the plurality of battery cells, the charge to be supplied with the current from the right side of the DC / DC converter 80 is performed. The DC / DC converter 80 is a step-down type since the voltage of the battery cell having the highest voltage that supplies current from the left side of the DC / DC converter 80 is always higher than or equal to the voltage across the capacitor 70. It is necessary to operate as the DC / DC converter 81.
이와 비교하여, DC/DC 컨버터(80)의 좌측에 연결되는 배터리 셀(10)이 복수 개의 배터리 셀 중 가장 낮은 전압을 갖는 배터리 셀일 경우, DC/DC 컨버터(80)의 우측에서 전류를 공급해야 하는 충전용 커패시터(70)가 상기 가장 낮은 전압을 갖는 배터리 셀에게 전류를 공급함에 따라 충전용 커패시터(70)의 양단의 전압이 상기 가장 낮은 전압을 갖는 배터리 셀의 전압보다 낮아질 수 있기 때문에, DC/DC 컨버터(80)는 승합형 DC/DC 컨버터(82)로 동작할 필요가 있다.In comparison, when the battery cell 10 connected to the left side of the DC / DC converter 80 is the battery cell having the lowest voltage among the plurality of battery cells, the current must be supplied from the right side of the DC / DC converter 80. As the charging capacitor 70 supplies current to the battery cell having the lowest voltage, the voltage across the charging capacitor 70 may be lower than the voltage of the battery cell having the lowest voltage. The / DC converter 80 needs to operate as a multiplier type DC / DC converter 82.
이때, 도 5b와 같이, 양방향 DC/DC 컨버터(80)가 강압형 DC/DC 컨버터(81)로 동작하는 경우에는, 지점(S1)에서 지점(S2)으로의 방향(83)으로 전류가 흐를 수 있으며, 이 전류의 흐름도 제어될 수 있다. 그리고 지점(S2)에서 지점(S1)으로의 방향(84)으로는 전류가 흐를 수 없다. In this case, as shown in FIG. 5B, when the bidirectional DC / DC converter 80 operates as the step-down DC / DC converter 81, current flows in the direction 83 from the point S1 to the point S2. And the flow of this current can be controlled. The current cannot flow in the direction 84 from the point S2 to the point S1.
그리고 양방향 DC/DC 컨버터(80)가 승압형 DC/DC 컨버터(82)로 동작하는 경우에는, 지점(S2)에서 지점(S1)으로의 방향(85)으로 전류가 흐를 수 있으며, 이 전류의 흐름도 제어될 수 있다. 그리고 지점(S2)에서 지점(S1)으로의 방향(86)으로는 전류가 흐를 수 없다.When the bidirectional DC / DC converter 80 operates as a boosted DC / DC converter 82, a current may flow in the direction 85 from the point S2 to the point S1, and the current Flowchart can be controlled. The current cannot flow in the direction 86 from the point S2 to the point S1.
이하, 도 6a 내지 도 8c를 함께 참고하여 도 5a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터(80)의 내부 구조, 동작모드, 및 제어부에 대해 설명한다.Hereinafter, an internal structure, an operation mode, and a controller of the bidirectional DC / DC converter 80 illustrated in FIG. 5A will be described with reference to FIGS. 6A to 8C.
도 6a는 도 5a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터(80)의 내부 구조를 나타낸다. 도 6b는 도 6a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터(80)의 제어부(90)를 나타낸다.FIG. 6A shows the internal structure of the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 5A. FIG. 6B shows the control unit 90 of the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 6A.
도 7a는 도 5a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터(80)가 강압형 모드(81)로 동작하는 경우를 나타낸다. 도 7b는 도 7a에 도시한 강압형 DC/DC 컨버터(81)에서, 제1 트랜지스터(Q1)가 온-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 7c는 도 7a에 도시한 강압형 DC/DC 컨버터(81)에서, 제1 트랜지스터(Q1)가 오프-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7A shows a case where the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 5A operates in the step-down mode 81. FIG. 7B is a diagram for explaining a case where the first transistor Q1 is in an on-state in the step-down DC / DC converter 81 shown in FIG. 7A. FIG. 7C is a diagram for describing a case where the first transistor Q1 is in an off-state in the step-down DC / DC converter 81 shown in FIG. 7A.
도 8a는 도 5a에 도시한 양방향 DC/DC 컨버터(80)가 승압형 모드(82)로 동작하는 경우를 나타낸다. 도 8b는 도 8a에 도시한 승압형 DC/DC 컨버터(82)에서, 제2 트랜지스터(Q2)가 온-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 8c는 도 8a에 도시한 승압형 DC/DC 컨버터(82)에서, 제2 트랜지스터(Q2)가 오프-상태일 경우를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 8A shows a case where the bidirectional DC / DC converter 80 shown in FIG. 5A operates in the boost mode 82. FIG. 8B is a diagram for explaining a case where the second transistor Q2 is in an on-state in the boost type DC / DC converter 82 shown in FIG. 8A. FIG. 8C is a diagram for explaining a case where the second transistor Q2 is in an off-state in the boost type DC / DC converter 82 shown in FIG. 8A.
도 6a에 도시한 바와 같이, 양방향 DC/DC 컨버터(80)의 내부 구조는, 트랜지스터(Q1, Q2), 상기 트랜지스터(Q1, Q2)를 제어하도록 되어 있는 제어부(Controller)(90), 커패시터(C3, C4), 및 인덕터(L)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 양방향 DC/DC 컨버터(80)는 양방향(83, 85)으로 전류가 흐를 수 있도록 되어 있으며, 동작 모드에 따라 양방향(83, 85)으로 흐르는 전류를 제어할 수 있도록 되어 있다.As shown in FIG. 6A, the internal structure of the bidirectional DC / DC converter 80 includes a controller 90 and a capacitor configured to control the transistors Q1 and Q2 and the transistors Q1 and Q2. C3 and C4, and the inductor (L). In this case, the bidirectional DC / DC converter 80 is configured to allow current to flow in both directions 83 and 85, and to control the current flowing in both directions 83 and 85 according to an operation mode.
이때, 제어부(90)는 도 6b에 도시한 바와 같이, 포토커플러를 통해 절연된 상태에서 제어 동작을 수행하도록 되어 있다. 이때, 상기 제어 동작에 의해 DC/DC 컨버터(80)는 강압형 모드(Buck Converter Mode) 또는 승압형 모드(Boost Converter Mode)로 동작을 수행하도록 되어 있다.In this case, as shown in FIG. 6B, the controller 90 is configured to perform a control operation in an insulated state through the photocoupler. At this time, the control operation of the DC / DC converter 80 is to perform the operation in the Buck Converter Mode (Bouck Converter Mode) or Boost Mode (Boost Converter Mode).
도 7a에 도시한 바와 같이, 강압형 모드로 동작하도록 되어 있는 컨버터(81)는 제어부(90)에 의해 제2 트랜지스터(Q2)가 항상 오프-상태가 되어 제2 트랜지스터(Q2)에 포함되어 있는 제2 기생 다이오드(D2)를 통한 제1 전류흐름경로(71)가 형성되어 있을 수 있다.As shown in FIG. 7A, in the converter 81 configured to operate in the step-down mode, the second transistor Q2 is always turned off by the controller 90 so that the converter 81 is included in the second transistor Q2. The first current flow path 71 through the second parasitic diode D2 may be formed.
이때, 제어부(90)에 의해 제1 트랜지스터(Q1)가 온-상태 또는 오프-상태가 될 수 있다. 제1 트랜지스터(Q1)가 온-상태가 되는 경우에는 도 7b에 도시한 바와 같이, 지점(S1)에서 지점(S2)으로의 방향(83)으로 전류가 흐를 수 있는 제2 전류흐름경로(72)가 형성되어 상기 제2 전류흐름경로(72)를 통해 흐르는 전류를 제어하도록 되어 있다. 반면, 제어부(90)에 의해 제1 트랜지스터(Q2)가 오프-상태가 되는 경우에는 도 7c에 도시한 바와 같이, 제1 트랜지스터(Q1)에 포함되어 있는 제1 기생 다이오드(D1)를 통한 제3 전류흐름경로(73)와 상기 제2 기생다이오드(D2)를 통한 상기 제1 전류흐름경로(71)만 형성되어 있으므로 방향(83)으로 전류가 흐를 수 없도록 되어 있다.In this case, the first transistor Q1 may be turned on or off by the controller 90. When the first transistor Q1 is in the on-state, as illustrated in FIG. 7B, a second current flow path 72 through which current may flow in the direction 83 from the point S1 to the point S2. ) Is formed to control the current flowing through the second current flow path 72. On the other hand, when the first transistor Q2 is turned off by the controller 90, as illustrated in FIG. 7C, the first transistor Q1 may include the first parasitic diode D1 included in the first transistor Q1. Since only the first current flow path 71 through the third current flow path 73 and the second parasitic diode D2 is formed, the current cannot flow in the direction 83.
그리고 도 8a에 도시한 바와 같이, 승압형 모드로 동작하도록 되어 있는 컨버터(82)는 제어부(90)에 의해 제1 트랜지스터(Q1)가 항상 온-상태가 되어 제4 전류흐름경로(74)가 형성되어 있을 수 있다. 이때, 제어부(90)에 의해, 제2 트랜지스터(Q2)가 온-상태가 되는 경우에는 도 8b에 도시한 바와 같이, 지점(S1)에서 지점(S2)으로의 방향(85)으로 전류가 흐를 수 없도록 되어 있다. 반면, 제2 트랜지스터(Q2)가 오프-상태가 되는 경우에는 상기 제4 전류흐름경로(74)를 통해 흐르는 전류를 제어하도록 되어 있다.As shown in FIG. 8A, the converter 82 configured to operate in the boosted mode has the first transistor Q1 always turned on by the controller 90 so that the fourth current flow path 74 can be operated. It may be formed. At this time, when the second transistor Q2 is turned on by the controller 90, current flows in the direction 85 from the point S1 to the point S2 as shown in FIG. 8B. It cannot be. On the other hand, when the second transistor Q2 is turned off, the current flowing through the fourth current flow path 74 is controlled.
이때, 도 6a 및 도 7a 내지 도 8c에서, 양방향 DC/DC 컨버터(80)의 커패시터(C4) 측 출력단자(S2)에는 울트라 커패시터 또는 이차 전지(Secondary Battery)가 연결될 수 있다. 이때, 상기 이차전지는 예컨대, 소용량 리튬이온 배터리일 수 있다.6A and 7A to 8C, an ultracapacitor or a secondary battery may be connected to the output terminal S2 of the capacitor C4 side of the bidirectional DC / DC converter 80. In this case, the secondary battery may be, for example, a small capacity lithium ion battery.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.By using the embodiments of the present invention described above, those belonging to the technical field of the present invention will be able to easily make various changes and modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. The content of each claim in the claims may be combined in another claim without citations within the scope of the claims.

Claims (15)

  1. 복수 개의 배터리 셀, 및 상기 복수 개의 배터리 셀에 선택적으로 연결되도록 되어 있는 충전용 커패시터를 포함하는 배터리 팩으로서,A battery pack comprising a plurality of battery cells, and a charging capacitor adapted to be selectively connected to the plurality of battery cells.
    상기 복수 개의 배터리 셀 중 제1 배터리 셀에 저장된 전력의 일부를 상기 충전용 커패시터에 저장하는 저장단계, 및 상기 충전용 커패시터에 저장된 전력을 상기 복수 개의 배터리 셀 중 제2 배터리 셀에 제공하는 제공단계를 포함하여 이루어지는 충방전 단계를 수행하도록 되어 있으며,A storage step of storing a portion of power stored in a first battery cell of the plurality of battery cells in the charging capacitor, and providing power stored in the charging capacitor to a second battery cell of the plurality of battery cells. To perform the charging and discharging step comprising a,
    상기 제1 배터리 셀의 제1 전압과 상기 제2 배터리 셀의 제2 전압 간의 차이가 미리 결정된 값 이하로 될 때까지 상기 충방전 단계를 복수 회 반복함으로써, 상기 제1 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀 간의 셀 밸런싱을 완료하는 제3 프로세스를 수행하도록 구성되어 있는,By repeating the charging / discharging step a plurality of times until the difference between the first voltage of the first battery cell and the second voltage of the second battery cell is equal to or less than a predetermined value, the first battery cell and the second battery Configured to perform a third process of completing cell balancing between cells,
    배터리 팩.Battery pack.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    전압 측정용 커패시터; 제2 릴레이; 및 AD 컨버터를 더 포함하며,Capacitor for voltage measurement; A second relay; And an AD converter,
    상기 전압 측정용 커패시터는 상기 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리부의 출력단에 연결되어 있고, The voltage measuring capacitor is connected to the output terminal of the battery unit including the plurality of battery cells,
    상기 제2 릴레이의 입력단은 상기 전압 측정용 커패시터의 일단자에 연결되어 있으며, An input terminal of the second relay is connected to one terminal of the voltage measuring capacitor,
    상기 AD 컨버터는 상기 제2 릴레이의 출력단에 연결되어 있고,The AD converter is connected to the output terminal of the second relay,
    상기 배터리부에 포함되어 있는 복수 개의 배터리 셀 중 어느 하나의 배터리 셀의 전압을 상기 전압 측정용 커패시터에 충전하도록 되어 있으며, The voltage of any one of the plurality of battery cells included in the battery unit is to charge the capacitor for measuring the voltage,
    상기 제2 릴레이가 온-상태가 되면 상기 전압 측정용 커패시터에 충전되어 있는 전압을 상기 AD 컨버터에게 제공하도록 되어 있는,And when the second relay is turned on, provides the AD converter with a voltage charged in the voltage measuring capacitor.
    배터리 팩.Battery pack.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제3 프로세스를 1회 수행하는 시구간 중 상기 저장단계와 상기 제공단계가 차지하는 시구간 이외의 시구간에서, 상기 제1 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀의 전압을 측정하는 측정단계를 더 수행하도록 되어 있는,In a time period other than the time period occupied by the storage step and the providing step, the measurement step of measuring the voltage of the first battery cell and the second battery cell is further performed. Supposed to
    배터리 팩.Battery pack.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제3 프로세스 이전에, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 각 전압을 모두 측정하는 제1 프로세스, 및 상기 배터리 셀들 중 전압 밸런싱이 필요한 배터리 셀들을 판단하는 제2 프로세스를 더 수행하도록 구성되어 있는, And before the third process, further perform a first process of measuring all voltages of the plurality of battery cells, and a second process of determining battery cells in which voltage balancing is required among the battery cells.
    배터리 팩.Battery pack.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 충전용 커패시터는,The charging capacitor,
    상기 충전용 커패시터에 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 어느 하나를 선택적으로 연결하기 위한 릴레이부에 연결되어 있는,Is connected to the relay unit for selectively connecting any one of the plurality of battery cells to the charging capacitor,
    배터리 팩.Battery pack.
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 배터리 팩은 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하며, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 릴레이부 및 상기 충전용 커패시터 사이에 연결되어 있는,The battery pack includes a bidirectional DC-DC converter, and the bidirectional DC-DC converter is connected between the relay unit and the charging capacitor.
    배터리 팩.Battery pack.
  7. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    상기 충전용 커패시터로 전력이 입력될 때에, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 강압모드로 동작하고,When power is input to the charging capacitor, the bidirectional DC-DC converter operates in the step-down mode,
    상기 충전용 커패시터로부터 전력이 출력될 때에, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 승압모드로 동작하는,When power is output from the charging capacitor, the bidirectional DC-DC converter operates in a boost mode,
    배터리 팩.Battery pack.
  8. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    상기 양방향 DC-DC 컨버터는 그 작동모드에 따라, 상기 충전용 커패시터를 향해 전류가 흘러들어가는 제1방향 및 상기 충전용 커패시터로부터 전류가 흘러나오는 제2방향 중 어느 한 방향으로만 전류가 흐를 수 있게 제어하도록 되어 있는,The bidirectional DC-DC converter allows the current to flow only in one of a first direction through which current flows toward the charging capacitor and a second direction through which current flows from the charging capacitor, according to its operation mode. Designed to control,
    배터리 팩.Battery pack.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 배터리 셀들 중 어느 하나에 선택적으로 연결하여 각 배터리 셀의 전압을 측정하도록 되어 있는 전압 측정부의 한 쌍의 입력단자가 상기 충전용 커패시터의 양 단자에 전기적으로 연결되어 있는, 배터리 팩.According to claim 1, A pair of input terminals of the voltage measuring unit which is selectively connected to any one of the plurality of battery cells to measure the voltage of each battery cell is electrically connected to both terminals of the charging capacitor That, battery pack.
  10. 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리부;A battery unit including a plurality of battery cells;
    상기 배터리부의 출력단에 연결되어 있는 제1 릴레이부; 및A first relay unit connected to an output terminal of the battery unit; And
    상기 제1 릴레이부의 출력단에 연결되도록 되어 있는 충전용 커패시터를 포함하며,A charging capacitor configured to be connected to an output terminal of the first relay unit,
    상기 복수 개의 배터리 셀 중 가장 높은 전압을 갖는 제1 배터리 셀로부터 출력되는 제1 전류를 상기 제1 릴레이부를 통해 상기 충전용 커패시터에 저장하는 저장단계, 및 상기 충전용 커패시터에 충전되어 있는 에너지를 상기 제1 릴레이부를 통해 상기 복수 개의 배터리 중 가장 낮은 전압을 갖는 제2 배터리 셀에 제공하는 제공단계를 포함하여 이루어지는 충방전 단계를 수행하도록 되어 있으며,A storage step of storing a first current output from the first battery cell having the highest voltage among the plurality of battery cells in the charging capacitor through the first relay unit, and storing energy charged in the charging capacitor; It is to perform the charging and discharging step comprising providing to the second battery cell having the lowest voltage of the plurality of batteries through a first relay unit,
    상기 제1 배터리 셀의 제1 전압과 상기 제2 배터리 셀의 제2 전압 간의 차이가 미리 결정된 값 이하로 될 때까지 상기 충방전 단계를 복수 회 반복함으로써, 상기 제1 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀 간의 셀 밸런싱을 완료하는 제3 프로세스를 수행하도록 구성되어 있는,By repeating the charging / discharging step a plurality of times until the difference between the first voltage of the first battery cell and the second voltage of the second battery cell is equal to or less than a predetermined value, the first battery cell and the second battery Configured to perform a third process of completing cell balancing between cells,
    셀 밸런싱 회로.Cell balancing circuit.
  11. 제10항에 있어서, The method of claim 10,
    전압 측정용 커패시터; 제2 릴레이; 및 AD 컨버터를 더 포함하며,Capacitor for voltage measurement; A second relay; And an AD converter,
    상기 전압 측정용 커패시터는 상기 배터리부의 출력단에 연결되어 있고, The voltage measuring capacitor is connected to the output terminal of the battery unit,
    상기 제2 릴레이의 입력단은 상기 전압 측정용 커패시터의 일단자에 연결되어 있으며, An input terminal of the second relay is connected to one terminal of the voltage measuring capacitor,
    상기 AD 컨버터는 상기 제2 릴레이의 출력단에 연결되어 있고,The AD converter is connected to the output terminal of the second relay,
    상기 배터리부에 포함되어 있는 복수 개의 배터리 셀 중 어느 하나의 배터리 셀의 전압을 상기 전압 측정용 커패시터에 충전하도록 되어 있으며, The voltage of any one of the plurality of battery cells included in the battery unit is to charge the capacitor for measuring the voltage,
    상기 제2 릴레이가 온-상태가 되면 상기 전압 측정용 커패시터에 충전되어 있는 전압을 상기 AD 컨버터에게 제공하도록 되어 있는,And when the second relay is turned on, provides the AD converter with a voltage charged in the voltage measuring capacitor.
    셀 밸런싱 회로.Cell balancing circuit.
  12. 제10항에 있어서, The method of claim 10,
    상기 셀 밸런싱 회로는 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하며, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 제1 릴레이부 및 상기 충전용 커패시터 사이에 연결되어 있는,The cell balancing circuit includes a bidirectional DC-DC converter, and the bidirectional DC-DC converter is connected between the first relay unit and the charging capacitor.
    셀 밸런싱 회로.Cell balancing circuit.
  13. 제12항에 있어서, The method of claim 12,
    상기 충전용 커패시터로 전력이 입력될 때에, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 강압모드로 동작하고,When power is input to the charging capacitor, the bidirectional DC-DC converter operates in the step-down mode,
    상기 충전용 커패시터로부터 전력이 출력될 때에, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 승압모드로 동작하는,When power is output from the charging capacitor, the bidirectional DC-DC converter operates in a boost mode,
    셀 밸런싱 회로.Cell balancing circuit.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제1 릴레이부는 포토모스 릴레이를 이용하여 구현될 수 있는, 셀 밸런싱 회로.The cell balancing circuit of claim 10, wherein the first relay unit may be implemented using a photomoss relay.
  15. 제10항에 있어서, 상기 충전용 커패시터는 울트라 커패시터 또는 소용량 리튬이온 배터리를 이용하여 구현될 수 있는, 셀 밸런싱 회로.The cell balancing circuit of claim 10, wherein the charging capacitor may be implemented using an ultra capacitor or a small capacity lithium ion battery.
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