JP5313245B2

JP5313245B2 - バッテリーセルの充電量バランシング装置及び方法

Info

Publication number: JP5313245B2
Application number: JP2010518130A
Authority: JP
Inventors: カン、ジュ‐ヒュン; キム、ド‐ヤン; リー、サン‐フーン
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: JP2010535010A; CN101765958A; US8054044B2; US20100026241A1; WO2009014407A3; US8773070B2; EP2186181A2; US20120074906A1; CN101765958B; EP2186181B1; WO2009014407A2; KR100993110B1; KR20090011497A; EP2186181A4

Description

本発明は、バッテリーセルの充電量バランシング装置及び方法に関するものであって、さらに詳しくは、バッテリーに含まれた各バッテリーセルの電圧をセンシングするためのセンシング回路を用いて各バッテリーセルの充電量をバランシングすることができるバッテリーセルの充電量バランシング装置及び方法に関する。

一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、リチウム系列電池とニッケル水素系列電池とに分類される。リチウム系列電池はデジタルカメラ、ポータブルＤＶＤプレーヤー、ＭＰ３プレーヤー、携帯電話、ＰＤＡ、携帯用ゲーム機、パワーツール及びＥ‐ｂｉｋｅなどの小型製品に主に適用されており、ニッケル水素系列電池は電気自動車やハイブリッド電気自動車のように高出力が要求される大型製品に適用され使用されている。

一方、電気自動車やハイブリッド電気自動車が走行するためには、高出力を要する電動モーターを駆動させなければならない。このため、電気自動車やハイブリッド電気自動車に使用されるバッテリーは、直列または並列に多数連結された単位セル集合体から出力される電気を電源として用いている。

ところが、多数の単位セルが連結されたバッテリーの場合、充放電を繰り返して行えば各単位セルの充電容量に差が発生することになる。これを放置したまま充電や放電をし続けると、一部の単位セルが過充電状態や過放電状態になる恐れがあり、このような問題によってロード（例えば、電動モーター）に安定して電源を供給することができないという問題が発生することになる。

前述のような問題を解決するために、バッテリーセルの充電量を持続的にモニタリングして各バッテリーセルの充電量を一定のレベルでバランシングする多様な形態の回路が提案されてバッテリー管理システム（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）に適用されている。

バッテリーセルの充電量をバランシングするためには各バッテリーセルの充電電圧をセンシングすることが必要であり、従来には各バッテリーセルの充電電圧をセンシングするための回路と、各バッテリーセルの充電量をバランシングするための回路とをそれぞれ構成する方式を主に用いた。しかし、充電電圧センシング回路と充電量バランシング回路とをそれぞれ構成すれば、各回路ごとに別途の素子を使わなければならないので様々な問題（例えば、コストの増加、故障発生率の増加）が発生することになる。これによって、本発明が属する技術分野においては、簡単な回路構成によって安価でありながらも効率的にバッテリーセルの充電量をバランシングすることができる方案が切実に要求されている。

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するために創案されたものであって、簡単な回路構成によって各バッテリーセルの充電電圧センシングと充電量バランシングとを同時に行うことができるバッテリーセルの充電量バランシング装置及び方法を提供することにその目的がある。

本出願は、２００７年７月２６日出願の韓国特許出願第１０-２００７-００７５１４０号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

前述のような目的を達成するために、本発明によるバッテリーセルの充電量バランシング装置は、セル集合を含むバッテリー；セル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに選択的に連結するスイッチング部；前記第１及び第２導電ラインに並列連結されたキャパシタ；第１スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子に連結された電圧増幅部；及び第２スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子に直列連結された放電抵抗；を含む電圧センシング及び放電回路；及び前記スイッチング部を制御してセル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに連結し第１スイッチをオンさせて電圧増幅部を通じて各バッテリーセルの電圧をセンシングした後、第１スイッチをオフさせた状態で前記スイッチング部を制御して充電量のバランシングのために放電が必要なセルの電圧をキャパシタに充電し第２スイッチをオンさせて放電抵抗を通じてキャパシタの充電電圧を放電させる動作を行う電圧バランシングユニット；を含むことを特徴とする。

望ましくは、前記電圧バランシングユニットは、前記電圧増幅部から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄコンバータ；セル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を前記第１及び第２導電ラインに選択的に連結し、前記第１及び第２スイッチのオン・オフ動作を制御するスイッチ制御器；及びセル電圧センシングモードにおいて、スイッチ制御器を制御してキャパシタに充電された各バッテリーセルの電圧を電圧増幅部とＡ／Ｄコンバータとを用いてセンシングし、充電量バランシングモードにおいて、スイッチ制御器を制御してバランシング対象セルの電圧をキャパシタに充電させた後放電抵抗を通じて放電させる全般的な動作を制御する制御部；を含む。

望ましくは、前記スイッチ制御器は、前記制御部の制御信号に従ってセル電圧センシングモードにおいては第１スイッチをオンさせた状態で各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインと順次連結し、充電量バランシングモードにおいては第１スイッチをオフさせた状態でバランシングが必要なセルの両端子を第１及び第２導電ラインと順次連結する一方、キャパシタにバランシングが必要なセルの電圧が充電されれば第２スイッチをオンさせて充電された電圧を放電させる。

前記技術的課題を達成するための本発明によるバッテリーセルの充電量バランシング方法は、セル集合を含むバッテリー；セル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに選択的に連結するスイッチング部；前記第１及び第２導電ラインに並列連結されたキャパシタ；第１スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子と連結された電圧増幅部；及び第２スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子に直列連結された放電抵抗；を含む電圧センシング及び放電回路；を用いてバッテリーセルの充電量をバランシングする方法において、（ａ）スイッチング部を制御してセル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに連結してキャパシタに充電された各バッテリーセルの電圧を電圧増幅部を通じてセンシングするステップ；（ｂ）センシングされた各バッテリーセルの電圧をモニタリングして充電量のバランシングが必要なセルを選定するステップ；及び（ｃ）スイッチング部を制御して第１スイッチをオフさせ、前記選定された各バッテリーセルを順次第１及び第２導電ラインに連結してセル電圧をキャパシタに充電させた後、第２スイッチをオンさせて放電抵抗を通じてキャパシタに充電されたセル電圧を放電させるステップ；を含むことを特徴とする。

望ましくは、前記（ａ）ステップは、前記キャパシタの両端子電圧を増幅してアナログ電圧信号を生成するステップと、前記アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するステップ；を含む。

本発明の一面によれば、前記（ｂ）ステップは、センシングされた各バッテリーセルの電圧を平均して平均電圧レベルより一定限界以上の電圧を有するセルを放電対象セルとして選定するステップである。

本発明の他の面によれば、前記（ｂ）ステップは、最小電圧を有するセルを基準にして一定限界以上の電圧を有するセルを放電対象セルとして選定するステップである。

本発明によれば、各バッテリーセルの電圧をセンシングすると同時に充電量バランシングを行うことができる簡単な回路で構成されたバッテリーセルの充電量バランシング装置を提供することで、機能別にそれぞれ使用されていた電子素子の使用を減らすことによってコスト節減の効果を収めることができる。また、一つの簡単な回路構成だけでバッテリーの各バッテリーセル電圧のセンシングと充電量バランシングとを同時に行うことができて、バッテリーバランシング装置の故障率を顕著に低め安定したバッテリー電源システムの運営が可能である。

本発明の望ましい実施例によるバッテリーセルの充電量バランシング装置に対する概略的な回路構成図である。本発明の望ましい実施例によるバッテリーセルの充電量バランシング方法を説明するために示す手続き流れ図である。本発明の望ましい実施例によるバッテリーセルの充電量バランシング方法を説明するために示す手続き流れ図である。

以下、添付された図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

図１は、本発明の望ましい実施例によるバッテリーセルの充電量バランシング装置に対する概略的な回路構成図である。

図１を参照すれば、本発明によるバッテリーセルの充電量バランシング装置は、電圧センシング及び放電回路１００と電圧バランシングユニット２００とを含む。

前記電圧センシング及び放電回路１００は、セル集合を含むバッテリー１１０と電気的に接続され、前記セル集合に含まれた各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の両端子を第１及び第２導電ライン１、２に選択的に連結するスイッチング部１２０と、前記第１及び第２導電ライン１、２に並列連結されたキャパシタ（Ｃ）と、第１スイッチ（ＳＷ１）を媒介にして前記キャパシタ（Ｃ）の両端子に連結された電圧増幅部１３０と、第２スイッチ（ＳＷ２）を媒介にして前記キャパシタ（Ｃ）の両端子に直列連結された放電抵抗（Ｒ_ｄ）とを含む。

前記電圧バランシングユニット２００は、前記第１及び第２スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフさせた状態でスイッチング部１２０を選択的に制御して各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の両端子を第１及び第２導電ライン１、２に連結して前記キャパシタ（Ｃ）に各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧を順次充電する。そして、キャパシタ（Ｃ）に電圧が充電されれば前記スイッチング部１２０をオフさせ第１スイッチ（ＳＷ１）をオンさせて電圧増幅部１３０を通じて各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧をセンシングする。

そして、前記第１及び第２スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフさせた状態でスイッチング部１２０を制御して充電量バランシングが必要なセルの両端子を第１及び第２導電ライン１、２に連結して前記キャパシタ（Ｃ）に充電量バランシングが必要なセルの電圧を充電する。そして、キャパシタ（Ｃ）に電圧が充電されれば前記スイッチング部１２０をオフさせ第２スイッチ（ＳＷ２）をオンさせて放電抵抗（Ｒ_ｄ）を通じてキャパシタ（Ｃ）の充電電圧を放電させる。

前記電圧バランシングユニット２００は、電圧増幅部１３０から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２１０と、セル集合に含まれた各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の両端子を前記第１及び第２導電ライン１、２に選択的に連結し、前記第１及び第２スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）のオン・オフ動作を制御するスイッチ制御部２２０と、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧をセンシングし、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電量バランシングのための全般的な動作を制御する制御部２３０と、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）のセンシングされた電圧レベルを貯蔵するメモリ２４０と、本発明によるバッテリーセルの充電量バランシング動作を具現するためのプログラムが収録されているロム２５０とを含む。ここで、前記メモリ２４０は活性メモリの一例であり、前記ロム２５０は不活性メモリの一例である。しかし、本発明はメモリの具体的な種類によって限定されない。

本発明によるバッテリーセルの充電量バランシング装置の動作モードは、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧をセンシングするセル電圧センシングモードと、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電量をバランシングする充電量バランシングモードとを含む。

前記セル電圧センシングモードは、バッテリー１１０に含まれた各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧値をセンシングするモードである。各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧センシングは順次行われる。まず、バッテリー１１０の一番目のセル（ＶＢ１）の電圧をセンシングする場合、前記スイッチ制御器２２０の制御信号に従って第１及び第２スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフさせる。そして、前記スイッチング部１２０を制御して一番目のセル（ＶＢ１）の両端子を第１及び第２導電ライン１、２と連結する。そうすれば、一番目のセル（ＶＢ１）から出力されるセル電圧が前記キャパシタ（Ｃ）に充電される。キャパシタ（Ｃ）にセル電圧の充電が完了すればスイッチング部１２０を制御して一番目のセル（ＶＢ１）と第１及び第２導電ライン１、２との連結を分離させ、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオンさせてキャパシタ（Ｃ）に充電された一番目のセル（ＶＢ１）の電圧を前記電圧増幅部１３０を通じてセンシングする。一番目のセル（ＶＢ１）の電圧センシングが完了すれば第１スイッチ（ＳＷ１）をオフさせ第２スイッチ（ＳＷ２）をオンさせてキャパシタ（Ｃ）と放電抵抗（Ｒ_ｄ）とを直列に連結して放電抵抗（Ｒ_ｄ）を通じてキャパシタ（Ｃ）に充電された一番目のセル（ＶＢ１）の電圧を放電させてキャパシタ（Ｃ）をリセットさせる。次いで、残りのセル（ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）に対しても前述した電圧センシング動作を実質的に同一に行ってセル電圧をセンシングする。

前記電圧増幅部１３０を通じてセンシングされたアナログ電圧信号はＡ／Ｄコンバータ２１０に入力されデジタル電圧信号に変換された後制御部２３０側に入力される。制御部２３０は入力された各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）のデジタル電圧信号をメモリ２４０に貯蔵する。

前述のような各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧センシング及びメモリ２４０貯蔵過程が一定の周期を有して繰り返して行われることは、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者に自明である。

前記充電量バランシングモードは、前記セル電圧センシングモードを通じて収集された各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧値をモニタリングして各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電量を一定のレベルでバランシングする。このために、前記制御部２３０はセル電圧センシングモードでメモリ２４０に貯蔵された各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧値を読み出してバランシングが必要なセルを選定する。バランシングが必要なセルを選定する方式は、例えば各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧を平均し、平均電圧レベルより一定限界以上の電圧を有するセルをバランシング対象セルとして選定することができる。代案として、最小電圧を有するセルを基準にして一定限界以上の電圧を有するセルをバランシング対象セルとして選定することができる。前述の二つの方式以外にもバランシング対象セルの選定方法は様々な変形が可能なのは自明である。

前記バランシング対象セル選定過程を通じてバランシングが必要なセルが選定されれば、制御部２３０はバランシングが必要なセルの充電量を放電抵抗（Ｒ_ｄ）を通じて放電させる。そうすれば、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電量を一定のレベルでバランシングすることができる。

バランシングが必要なセルがバッテリー１１０の一番目のセル（ＶＢ１）であると仮定すれば、制御部２３０は前記スイッチ制御器２２０を制御して第１及び第２スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフさせる。そして、制御部２３０は前記スイッチング部１２０を制御して一番目のセル（ＶＢ１）の両端子を第１及び第２導電ライン１、２と連結する。そうすれば、一番目のセル（ＶＢ１）から出力されるセル電圧が前記キャパシタ（Ｃ）に充電される。次いで、制御部２３０はスイッチ制御器２２０を通じてスイッチング部１２０を制御して一番目のセル（ＶＢ１）と第１及び第２導電ライン１、２の連結を解除し第２スイッチ（ＳＷ２）をオンさせてキャパシタ（Ｃ）に充電された電圧を放電抵抗（Ｒ_ｄ）を通じて放電させることで、一番目のセル（ＶＢ１）の充電量をバランシングする。制御部２３０は充電量バランシングが必要な各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）に対して前述した充電量バランシング動作を繰り返して行うことになり、その結果、バッテリー１１０に含まれた各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電量バランシングが可能になる。

図２及び図３は、本発明の望ましい実施例によるバッテリーセルの充電量バランシング方法を説明するために示す手続き流れ図である。

まず、ステップ（Ｓ１０）において、前記制御部２３０はロム２５０に収録されたバッテリーセルの充電量バランシングプログラムを実行させる。

ステップ（Ｓ２０）において、制御部２３０は各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電電圧値を順次センシングするために各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）に対してセルインデックスＫを付与し、セルインデックスＫの値を１に初期化させる。

ステップ（Ｓ３０）において、制御部２３０は前記スイッチ制御器２２０を制御して第１及び第２スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフさせＫ番目のバッテリーセル（現在Ｋの値は１である）の両端子を第１及び第２導電ライン１、２と連結させる。これによって、Ｋ番目のバッテリーセルの電圧がキャパシタ（Ｃ）に充電される。

ステップ（Ｓ４０）において、制御部２３０はスイッチ制御器２２０を制御してＫ番目のバッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ライン１、２と分離し、前記第１スイッチ（ＳＷ１）をオンさせてキャパシタ（Ｃ）と電圧増幅部１３０とを連結させる。そうすれば、前記電圧増幅部１３０は、キャパシタ（Ｃ）の両端電圧を増幅させ増幅されたアナログ電圧信号をＡ／Ｄコンバータ２１０に出力する。これによって、Ａ／Ｄコンバータ２１０は、アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。

ステップ（Ｓ５０）において、制御部２３０はＡ／Ｄコンバータ２１０からデジタル電圧信号の入力を受けてＫ番目のバッテリーセルの充電電圧をセンシングし、センシングされたＫ番目のバッテリーセルの電圧値をメモリ２４０に貯蔵する。次いで、第１スイッチ（ＳＷ１）をオフさせ第２スイッチ（ＳＷ２）をオンさせてキャパシタ（Ｃ）と放電抵抗（Ｒ_ｄ）とを直列に連結してキャパシタ（Ｃ）に充電された電圧を放電させてキャパシタ（Ｃ）をリセットさせる。

ステップ（Ｓ６０）において、制御部２３０はセルインデックスＫが前記バッテリー１１０に含まれた総セルの個数を超過したかを判断する。

ステップ（Ｓ６５）は、セルインデックスＫがバッテリー１１０に含まれた総セルの個数を超過しなかった場合に行われるステップであって、制御部２３０はセルインデックスＫを１増加させた状態でプロセスをステップ（Ｓ３０）に移行する。それから、セルインデックスＫがバッテリー１１０に含まれた総セルの個数を超過するまでステップ（Ｓ３０）ないしステップ（Ｓ６０）を繰り返して行うことで、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電電圧値をセンシングしメモリ２４０に貯蔵する。

ステップ（Ｓ７０）は、セルインデックスＫがバッテリー１１０に含まれた総セルの個数を超過した場合に行われるステップであって、制御部２３０は前記メモリ２４０に貯蔵された各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の電圧値をリードする。

ステップ（Ｓ８０）において、前記制御部２３０は各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電量バランシングの必要可否を判断する。各バッテリーセルのバランシングの必要可否を判断する方式に対しては前述済みである。

ステップ（Ｓ８５）は、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電量バランシングが必要ではないと判断される場合に行われるステップであって、制御部２３０はセル電圧センシング周期が到来したかを判断し、セル電圧センシング周期が到来したらプロセスをステップ（Ｓ２０）に移行する。それから、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の充電電圧値のセンシング及びメモリ２４０の貯蔵のためのプロセスを再び繰り返す。

ステップ（Ｓ９０）は、各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）のバランシングが必要であると判断される場合に行われるステップであって、制御部２３０は充電量バランシングが必要なバランシング対象セルを選定する。

ステップ（Ｓ１００）において、制御部２３０は各バッテリーセル（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）のうち充電量バランシングが必要なバランシング対象セルに対してセルインデックスＰを付与しセルインデックスＰの値を１に初期化させる。

ステップ（Ｓ１１０）において、制御部２３０はスイッチ制御器２２０を制御して第１及び第２スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）をオフさせてキャパシタ（Ｃ）と電圧増幅部１３０とを絶縁させる。

ステップ（Ｓ１２０）において、制御部２３０はスイッチング部１２０を制御してＰ番目のバッテリーセル（現在Ｐの値は１である）の両端子を第１及び第２導電ライン１、２と連結させる。これによって、Ｐ番目のバッテリーセルの充電電圧が前記キャパシタ（Ｃ）に充電される。

ステップ（Ｓ１３０）において、制御部２３０はスイッチ制御器２２０を用いてスイッチング部１２０を制御することで、Ｐ番目のバッテリーセルと第１及び第２導電ライン１、２との連結状態を解除し第２スイッチ（ＳＷ２）をオンさせてキャパシタ（Ｃ）に充電された電圧を放電抵抗（Ｒ_ｄ）を通じて放電させる。これによって、Ｐ番目のバッテリーセルの充電量バランシングが行われる。

ステップ（Ｓ１４０）において、前記制御部２３０はセルインデックスＰが充電量バランシングが必要なバランシング対象セルの総個数を超過したかを判断する。

ステップ（Ｓ１４５）は、セルインデックスＰがバランシングが必要なバランシング対象セルの総個数を超過しなかった場合に行われるステップであって、セルインデックスＰを１増加させた状態でプロセスをステップ（Ｓ１２０）に移行する。これによって、制御部２３０はセルインデックスＰが充電量バランシングが必要なバランシング対象セルの総個数を超過するまでステップ（Ｓ１２０）ないしステップ（Ｓ１４０）を繰り返して行う。

ステップ（Ｓ１５０）は、セルインデックスＰがバランシングが必要なバランシング対象セルの総個数を超過した場合に行われるステップであって、プロセスをステップ（Ｓ２０）に移行する。従って、制御部２３０は次の週期のセル電圧センシングプロセスを行う。

前述のステップ（Ｓ１０）ないしステップ（Ｓ１５０）は、バッテリーが用いられているうちに一定の周期で繰り返して行われることは、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者に自明である。

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。

１００：電圧センシング及び放電回路
２００：電圧バランシングユニット
１１０：バッテリー
１２０：スイッチング部
１３０：電圧増幅部
２１０：Ａ／Ｄコンバータ
２２０：スイッチ制御器
２３０：制御部
２４０：メモリ
２５０：ロム

Claims

セル集合を含むバッテリー；セル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに選択的に連結するスイッチング部；前記第１及び第２導電ラインに並列連結されたキャパシタ；第１スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子に連結された電圧増幅部；及び第２スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子に直列連結された放電抵抗；を含む電圧センシング及び放電回路；及び
前記スイッチング部を制御してセル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに連結し前記キャパシタに各バッテリーセルの電圧を充電し、各バッテリーセルの両端子と第１及び第２導電ラインとの連結状態を解除して前記第１スイッチをオンさせて電圧増幅部を通じて充電されたキャパシタの充電電圧をセンシングして各バッテリーセルの電圧をセンシングした後、前記スイッチング部を選択的に制御して充電量バランシングが必要なバッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに連結して前記キャパシタに充電量バランシングが必要なバッテリーセルの電圧を充電し、該当バッテリーセルの両端子と第１及び第２導電ラインの連結状態を解除して前記第２スイッチをオンさせて放電抵抗を通じて該当キャパシタの充電電圧を放電させてバッテリーの充電量バランシング動作を行う電圧バランシングユニット；を含むことを特徴とするバッテリーセルの充電量バランシング装置。
前記電圧バランシングユニットは、
前記電圧増幅部から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄコンバータ；
セル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を前記第１及び第２導電ラインに選択的に連結し、前記第１及び第２スイッチのオン・オフ動作を制御するスイッチ制御器；及び
セル電圧センシングモードにおいて、スイッチ制御器を制御してキャパシタに充電された各バッテリーセルの電圧を電圧増幅部とＡ／Ｄコンバータとを用いてセンシングし、
充電量バランシングモードにおいて、スイッチ制御器を制御してバランシング対象セルの電圧をキャパシタに充電させた後放電抵抗を通じて放電させる全般的な動作を制御する制御部；を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの充電量バランシング装置。
前記スイッチ制御器は、
前記制御部の制御信号に従ってセル電圧センシングモードにおいては、第１及び第２スイッチを共にオフさせた状態で各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインと連結して、キャパシタに各バッテリーセルの電圧が充電されれば第１スイッチをオンさせてキャパシタに充電された電圧をセンシングし、
充電量バランシングモードにおいては第１及び第２スイッチを共にオフさせた状態でバランシングが必要なセルの両端子を第１及び第２導電ラインと連結して、キャパシタにバランシングが必要なセルの電圧が充電されれば第２スイッチをオンさせて充電された電圧を放電させることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーセルの充電量バランシング装置。
セル集合を含むバッテリー；セル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに選択的に連結するスイッチング部；前記第１及び第２導電ラインに並列連結されたキャパシタ；第１スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子と連結された電圧増幅部；及び第２スイッチを媒介にして前記キャパシタの両端子に直列連結された放電抵抗；を含む電圧センシング及び放電回路；を用いてバッテリーセルの充電量をバランシングする方法において、
（ａ）前記スイッチング部を制御してセル集合に含まれた各バッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに連結してキャパシタに充電させた後、各バッテリーセルの両端子と第１及び第２導電ラインとの連結状態を解除して第１スイッチをオンさせて各バッテリーセルの電圧を前記電圧増幅部を通じてセンシングするステップ；
（ｂ）センシングされた各バッテリーセルの電圧をモニタリングして充電量のバランシングが必要なセルを選定するステップ；及び
（ｃ）前記スイッチング部を選択的に制御して充電量バランシングが必要なバッテリーセルの両端子を第１及び第２導電ラインに連結して前記キャパシタに充電量バランシングが必要なバッテリーセルの電圧を充電させた後、該当バッテリーセルの両端子と第１及び第２導電ラインとの連結状態を解除して前記第２スイッチをオンさせて放電抵抗を通じて該当キャパシタに充電された電圧を放電させるステップ；を含むことを特徴とするバッテリーセルの充電量バランシング方法。
前記（ａ）ステップは、
前記キャパシタの両端子電圧を増幅してアナログ電圧信号を生成するステップと、前記アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するステップ；とを含むことを特徴とする請求項４に記載のバッテリーセルの充電量バランシング方法。
前記（ｂ）ステップは、
センシングされた各バッテリーセルの電圧を平均して平均電圧レベルより一定限界以上の電圧を有するセルを放電対象セルとして選定するステップであることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーセルの充電量バランシング方法。
前記（ｂ）ステップは、
最小電圧を有するセルを基準にして一定限界以上の電圧を有するセルを放電対象セルとして選定するステップであることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーセルの充電量バランシング方法。