KR101916790B1 - Apparatus and method for blancing battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 밸런싱 장치에 대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 출력하는 전압 분배기; 상기 복수의 배터리 셀과 상기 전압 분배기를 연결하는 전체 전압 전달 스위치; 상기 전압 분배기의 출력을 전달하는 변압기; 상기 전압 분배기와 상기 변압기의 1차 측을 연결하는 평균 전압 전달 스위치; 및 상기 복수의 배터리 셀과 상기 변압기의 2차 측을 연결하는 밸런싱 회로를 포함하고, 상기 전체 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압이 상기 전압 분배기로 전달되고, 상기 평균 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 전압 분배기에서 출력한 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압이 상기 변압기의 1차 측으로 전달되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a battery balancing apparatus, and a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention is a battery balancing apparatus for balancing voltages of at least two or more battery cells connected in series, A voltage divider for outputting a voltage; An overall voltage transfer switch for connecting the plurality of battery cells and the voltage divider; A transformer for transmitting an output of the voltage divider; An average voltage transfer switch for connecting the voltage divider and the primary side of the transformer; And a balancing circuit for connecting the plurality of battery cells to a secondary side of the transformer. When the entire voltage transfer switch is turned on, the entire voltage of the plurality of battery cells is transferred to the voltage divider And an average voltage of the plurality of battery cells output from the voltage divider is transmitted to the primary side of the transformer when the average voltage transfer switch is turned on.

Description

배터리 밸런싱 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BLANCING BATTERY}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR BLANCING BATTERY [0002]

본 발명은 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리의 전압을 밸런싱하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리의 복수의 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for balancing the voltage of a battery that can be used in an apparatus using electrical energy. Specifically, the present invention relates to a technique for balancing the voltage between a plurality of battery cells of a high voltage battery used in a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle and an electric vehicle.

최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다. In recent years, various devices such as industrial devices, home appliances and automobiles using high-voltage batteries have appeared, and especially in the field of automobile technology, the use of high-voltage batteries is becoming more active.

가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.Automobiles that use internal combustion engines that use fossil fuels such as gasoline or heavy oil as the main fuel have a serious impact on pollution such as air pollution. Therefore, in recent years, efforts have been made to develop an electric vehicle or a hybrid vehicle in order to reduce pollution.

전기자동차(EV; Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작되었다.Electric vehicles (EVs) are cars that do not use petroleum fuels and engines but that use electric batteries and electric motors. In other words, although an electric vehicle that drives a car by rotating an electric motor that is stored in a battery has been developed before a gasoline car, it has not been put into practical use due to problems such as a heavy weight of a battery and a time required for charging. Recently, And research for commercialization began in the 1990s.

한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.On the other hand, hybrid technology (HEV) that uses electric vehicles, fossil fuels and electric energy adaptively is being commercialized as battery technology has been developed remarkably.

HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.Since HEV uses both gasoline and electricity as power sources, it is receiving positive reviews in terms of fuel efficiency improvement and emission reduction. It is expected that HEV will play an intermediate role in evolving into a full electric vehicle because it is important to overcome the price difference with gasoline automobile by reducing the amount of secondary battery to one third of that of electric cars.

이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.Since HEV and EV vehicles using such electric energy use a battery in which a plurality of rechargeable secondary cells are packed as a main power source, there is no exhaust gas and noise is small. have.

한편, 배터리를 충전하는 과정 중 배터리의 복수의 셀 중에 어느 하나라도 임계치에 도달하게 되면 다른 셀들의 충전 상태와는 상관없이 충전을 중단하게 된다. 이러한 상황을 방지하기 위해 셀 밸런싱 기능을 통해 특정 배터리 셀을 방전시켜야 하는 것이 필수적으로 요구된다.Meanwhile, if any one of the plurality of cells of the battery reaches the threshold value during the charging process of the battery, the charging is stopped irrespective of the charging state of the other cells. In order to prevent such a situation, it is indispensable to discharge a specific battery cell through a cell balancing function.

배터리 밸런싱을 위해서는 각 배터리 셀의 전압을 모두 센싱하여 어떤 배터리 셀의 전압이 높고 낮은지를 판단하는 과정이 필요하다. 그러나, 배터리 밸런싱을 위해 항상 모든 배터리 셀의 전압을 측정하고 어떤 배터리 셀의 전압이 높고 낮은지를 판단하는 것은 배터리 관리 시스템을 복잡하게 하는 문제점이 있다.In order to balance the battery, it is necessary to determine the voltage of a certain battery cell by sensing the voltage of each battery cell. However, in order to balance the battery, always measuring the voltage of all the battery cells and determining the voltage of the certain battery cells are high and low, which complicates the battery management system.

미국 특허공개공보 제2014-0070772호U.S. Patent Application Publication No. 2014-0070772

본 발명은 각 배터리 셀의 전압을 측정하지 않고도 자동적으로 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 데 목적이 있다.It is an object of the present invention to automatically balance the voltage between battery cells without measuring the voltage of each battery cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 출력하는 전압 분배기; 상기 복수의 배터리 셀과 상기 전압 분배기를 연결하는 전체 전압 전달 스위치; 상기 전압 분배기의 출력을 전달하는 변압기; 상기 전압 분배기와 상기 변압기의 1차 측을 연결하는 평균 전압 전달 스위치; 및 상기 복수의 배터리 셀과 상기 변압기의 2차 측을 연결하는 밸런싱 회로를 포함하고, 상기 전체 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압이 상기 전압 분배기로 전달되고, 상기 평균 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 전압 분배기에서 출력한 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압이 상기 변압기의 1차 측으로 전달되는 것을 특징으로 한다.A battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention balances voltages of at least two or more battery cells connected in series, the battery balancing apparatus comprising: a voltage divider for outputting an average voltage of the plurality of battery cells; An overall voltage transfer switch for connecting the plurality of battery cells and the voltage divider; A transformer for transmitting an output of the voltage divider; An average voltage transfer switch for connecting the voltage divider and the primary side of the transformer; And a balancing circuit for connecting the plurality of battery cells to a secondary side of the transformer. When the entire voltage transfer switch is turned on, the entire voltage of the plurality of battery cells is transferred to the voltage divider And an average voltage of the plurality of battery cells output from the voltage divider is transmitted to the primary side of the transformer when the average voltage transfer switch is turned on.

일 실시예에 있어서, 상기 전압 분배기는 상기 복수의 배터리 셀의 개수가 N인 경우, (N-1)×R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the number of the plurality of battery cells is N, the voltage divider may include a resistor having a resistance value of (N-1) x R and a resistor having a resistance value of R connected in series .

일 실시예에 있어서, 상기 변압기는 상기 변압기의 1차 측과 상기 변압기의 2차 측의 권선수 비가 1:1인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the transformer is characterized in that the winding ratio of the primary side of the transformer to the secondary side of the transformer is 1: 1.

일 실시예에 있어서, 상기 전체 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 전달시키고, 상기 평균 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 평균 전압을 전달시키고, 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the total voltage transfer switch is controlled to transfer the total voltage of the plurality of battery cells, the average voltage transfer switch is controlled to transfer the average voltage, and the balancing circuit is controlled to control the plurality And a control unit for equalizing the voltage between the battery cells.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시킨 뒤, 상기 밸런싱 회로를 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller turns on the total voltage transfer switch and the average voltage transfer switch, turns off the overall voltage transfer switch and the average voltage transfer switch after a predetermined time, And the circuit is controlled.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 전압 분배기에 상기 전체 전압을 입력시켜 상기 평균 전압을 출력시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit controls the entire voltage transfer switch to be turned on, inputs the entire voltage to the voltage divider, and outputs the average voltage.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 상기 변압기를 통해 상기 밸런싱 회로에 전달하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller controls the average voltage transfer switch to be turned on, and transfers the average voltage to the balancing circuit through the transformer.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller controls the balancing circuit to equalize the voltage between the plurality of battery cells through the average voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법은 전체 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 전압 분배기로 출력시키는 평균 전압 출력 단계; 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 상기 전압 분배기에 출력된 상기 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로로 전달시키는 평균 전압 전달 단계; 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시키는 스위치 오프 단계; 및 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 밸런싱 단계를 포함한다.A battery balancing method according to an embodiment of the present invention includes: an average voltage output step of turning on an entire voltage transfer switch to output an average voltage of a plurality of battery cells to a voltage divider; An average voltage transfer step of turning on an average voltage transfer switch to transfer the average voltage output to the voltage divider to a balancing circuit through a transformer; Turning off the entire voltage transfer switch and the average voltage transfer switch; And a balancing step of controlling the balancing circuit to equalize a voltage between the plurality of battery cells.

일 실시예에 있어서, 상기 스위치 오프 단계는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 이루어지는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the switch-off step is performed after a predetermined time after turning on the overall voltage transfer switch and the average voltage transfer switch.

일 실시예에 있어서, 상기 밸런싱 단계는 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the balancing step equalizes the voltage between the plurality of battery cells through the average voltage.

본 발명은 변압기에 유기된 전압을 밸런싱 회로로 전달하여 배터리 셀간의 전압 밸런싱을 수행한다.The present invention transfers voltage induced in a transformer to a balancing circuit to perform voltage balancing between battery cells.

이에 따라, 각 배터리 셀의 전압을 측정하지 않고도 자동적으로 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect that the voltage between the battery cells is automatically balanced without measuring the voltage of each battery cell.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성도이다.
도 2는 전압 분배기에 평균 전압을 출력시키는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로에 전달하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 변압기에 유기된 전압을 통해 복수의 배터리 셀간 전압 밸런싱을 수행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 배터리 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.1 is a configuration diagram of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the output of an average voltage across a voltage divider.
Figure 3 shows the transfer of the average voltage to the balancing circuit via a transformer.
4 is a diagram illustrating voltage balancing between a plurality of battery cells through a voltage induced in a transformer.
5 is a flowchart sequentially illustrating a battery balancing method of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In the following description of the embodiments of the present invention, descriptions of techniques which are well known in the technical field of the present invention and are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size. In the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성도이다. 이때, 도 1에 도시된 배터리 셀, 스위치, 변압기, 저항의 개수 및 구조는 예시적인 것이다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 배터리 셀, 스위치, 변압기, 저항의 개수 및 구조를 전제하여 설명한다.1 is a configuration diagram of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention. At this time, the number and structure of the battery cells, the switches, the transformers, and the resistors shown in FIG. 1 are exemplary. Hereinafter, the number and structure of the battery cells, the switches, the transformers, and the resistors shown in FIG. 1 will be described for the convenience of explanation.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 전압 분배기(10), 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2), 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6), 변압기(20), 밸런싱 회로(30) 및 제어부(40)를 포함한다. 1, a battery balancing apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a voltage divider 10, an overall voltage transfer switch SW1, a switch SW2, an average voltage transfer switch SW3, SW4, SW5, and SW6, A transformer 20, a balancing circuit 30 and a control unit 40. [

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행한다. 바람직하게는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱할 수 있다.The battery balancing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention performs voltage balancing of a plurality of battery cells. Preferably, the battery balancing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may balance the voltages of at least two or more battery cells connected in series.

전압 분배기(10)는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압을 출력한다. 구체적으로, 전압 분배기(10)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2)가 온(on)되는 경우, 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전체 전압을 입력받아 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압을 출력한다.The voltage divider 10 outputs an average voltage of the plurality of battery cells C1, C2, C3 and C4. Specifically, the voltage divider 10 receives the entire voltages of the plurality of battery cells C1, C2, C3 and C4 when the entire voltage transfer switches SW1 and SW2 are turned on, C1, C2, C3, C4).

전압 분배기(10)는 배터리 셀의 개수가 N인 경우, (N-1)×R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀의 개수가 4개인 경우, 전압 분배기(10)는 3R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 구성될 수 있다.When the number of battery cells is N, the voltage divider 10 may be constructed by connecting a resistor having a resistance value of (N-1) x R and a resistor having a resistance value of R in series. For example, when the number of battery cells is four, the voltage divider 10 may be constructed by connecting a resistor having a resistance value of 3R and a resistance having a resistance value of R in series.

이때, R의 저항값을 갖는 부분이 전압 분배기(10)의 출력이 된다. 따라서, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 V1, 제2 배터리 셀(C2)의 전압이 V2, 제3 배터리 셀(C3)의 전압이 V3, 제4 배터리 셀(C4)의 전압이 V4라고 할 때, R의 저항값을 갖는 부분의 양단에는 (V1+V2+V3+V4)/4 라는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압이 출력된다.At this time, the portion having the resistance value of R becomes the output of the voltage divider 10. Therefore, when the voltage of the first battery cell C1 is V1, the voltage of the second battery cell C2 is V2, the voltage of the third battery cell C3 is V3, and the voltage of the fourth battery cell C4 is V4 An average voltage of a plurality of battery cells (C1, C2, C3, C4) of (V1 + V2 + V3 + V4) / 4 is output to both ends of a portion having a resistance value of R.

변압기(20)는 전압 분배기(10)의 출력을 전달한다. 이때, 변압기(20)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 온(on)되는 경우, 전압 분배기(10)의 출력을 밸런싱 회로(30)로 전달한다. 구체적으로, 제1 변압기(21)는 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 온(on)되는 경우, 전압 분배기(10)의 출력을 밸런싱 회로(30)로 전달할 수 있다. 또한, 제2 변압기(23)는 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)가 온(on)되는 경우, 전압 분배기(10)의 출력을 밸런싱 회로(30)로 전달할 수 있다.Transformer 20 conveys the output of voltage divider 10. At this time, the transformer 20 transfers the output of the voltage divider 10 to the balancing circuit 30 when the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, and SW6 are turned on. Specifically, the first transformer 21 can deliver the output of the voltage divider 10 to the balancing circuit 30 when the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned on. The second transformer 23 can also transmit the output of the voltage divider 10 to the balancing circuit 30 when the fifth switch SW5 and the sixth switch SW6 are turned on.

한편, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 변압기(20)가 제1 변압기(21) 및 제2 변압기(23)를 포함하는 것으로 예시했으나, 그 개수는 도 1에 도시된 개수보다 많거나 적을 수 있다. 이때, 개수 변화에 따라 연결되는 스위치의 개수 및 연결 구조도 바뀔 수 있다.1, the transformer 20 includes the first transformer 21 and the second transformer 23. However, the number of the transformers 20 may be larger or smaller than the number shown in FIG. 1 . At this time, the number of connected switches and the connection structure may be changed depending on the number of switches.

변압기(20)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)와 연결되는 부분을 1차 측, 밸런싱 회로(30)와 연결되는 부분을 2차 측이라고 할 때, 1차 측과 2차 측의 권선수 비가 1:1일 수 있다. 이는, 변압기(20)에서 1차 측에 인가된 전압과 동일한 크기의 전압을 2차 측으로 유기시키거나 또는 2차 측에 인가된 전압과 동일한 크기의 전압을 1차 측으로 유기시키기 위함이다.The transformer 20 has a primary side connected to the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, and SW6 and a secondary side connected to the balancing circuit 30. The primary side and the secondary side Side ratio of 1: 1 may be 1: 1. This is to induce a voltage of the same magnitude as the voltage applied to the primary side in the transformer 20 to the secondary side or to induce a voltage of the same magnitude as the voltage applied to the secondary side to the primary side.

밸런싱 회로(30)는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)과 변압기(20)의 2차 측을 연결한다. 밸런싱 회로(30)는 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5) 및 밸런싱 저항(R1, R2)를 포함한다. The balancing circuit 30 connects the secondary sides of the transformer 20 with the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4. The balancing circuit 30 includes balancing switches BS1, BS2, BS3, BS4, BS5 and balancing resistors R1, R2.

밸런싱 회로(30)는 변압기(20)의 2차 측에 유기된 상기 평균 전압을 통해 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다. 구체적으로, 밸런싱 회로(30)는 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)가 온(on)되는 경우, 변압기(20)의 2차 측에 유기된 상기 평균 전압과 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다.The balancing circuit 30 equalizes the voltage between the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4 through the average voltage induced on the secondary side of the transformer 20. [ Specifically, when the balancing switches BS1, BS2, BS3, BS4, and BS5 are turned on, the balancing circuit 30 detects the average voltage induced in the secondary side of the transformer 20 and the average voltage induced in the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4).

예를 들어, 상기 평균 전압이 4 V이고, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 4.2 V라면, 제1 배터리 셀(C1)의 전압은 제1 밸런싱 저항(R1)쪽으로 방전되고, 제1 밸런싱 저항(R1)에서의 전력 소모로 인해 전압값이 4 V 까지 점차적으로 감소하게 된다. 다른 예로, 상기 평균 전압이 4 V이고, 제2 배터리 셀(C2)의 전압이 3.6 V라면, 제2 배터리 셀(C2)의 전압은 충전되어 4 V 까지 점차적으로 증가하게 된다.For example, if the average voltage is 4 V and the voltage of the first battery cell C1 is 4.2 V, the voltage of the first battery cell C1 is discharged toward the first balancing resistor R1, The voltage value gradually decreases to 4 V due to the power consumption at the resistor R1. As another example, if the average voltage is 4V and the voltage of the second battery cell C2 is 3.6V, the voltage of the second battery cell C2 is charged and gradually increases to 4V.

즉, 본 발명은 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전압을 직접 측정하지 않더라도 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전압을 균등화시킬 수 있게 된다.That is, the present invention can equalize the voltages of the plurality of battery cells C1, C2, C3, and C4 without directly measuring the voltages of the plurality of battery cells C1, C2, C3, and C4.

제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2), 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6) 및 밸런싱 회로(30)를 제어한다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 이를 구체적으로 설명한다.The control unit 40 controls the overall voltage transfer switches SW1 and SW2, the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, and SW6, and the balancing circuit 30. [ Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG. 2 to FIG.

도 2는 전압 분배기에 평균 전압을 출력시키는 것을 나타낸 도면이다.Figure 2 shows the output of an average voltage across a voltage divider.

도 3은 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로에 전달하는 것을 나타낸 도면이다.Figure 3 shows the transfer of the average voltage to the balancing circuit via a transformer.

도 4는 변압기에 유기된 전압을 통해 복수의 배터리 셀간 전압 밸런싱을 수행하는 것을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating voltage balancing between a plurality of battery cells through a voltage induced in a transformer.

제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 제어하여 상기 평균 전압을 전달시킨다. 도 2를 참조하면, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2)를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 전압 분배기(10)에 출력시킨다. 도 3을 참조하면, 제어부(40)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 변압기(20)를 통해 밸런싱 회로(30)에 전달시킨다.The control unit 40 controls the overall voltage transfer switches SW1 and SW2 and the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5 and SW6 to transfer the average voltage. Referring to FIG. 2, the control unit 40 controls the entire voltage transfer switches SW1 and SW2 to be turned on, and outputs the average voltage to the voltage divider 10. 3, the control unit 40 controls the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, and SW6 to be on, and transfers the average voltage to the balancing circuit 30 through the transformer 20 .

제어부(40)는 밸런싱 회로(30)를 제어하여 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다. 이때, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 온(on)시키고 소정 시간 후에 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)를 오프(off)시킨 뒤, 상기 밸런싱 회로(30)를 제어한다. 상기 소정 시간은 상기 평균 전압 모두가 변압기(20)의 2차 측에 유기될 수 있는 충분한 시간을 의미한다.The control unit 40 controls the balancing circuit 30 to equalize the voltage between the plurality of battery cells C1, C2, C3, and C4. At this time, the control unit 40 turns on all of the voltage transfer switches SW1 and SW2 and the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5 and SW6 and, after a predetermined time, turns on all the voltage transfer switches SW1 and SW2, The voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, and SW6 are turned off, and then the balancing circuit 30 is controlled. The predetermined time means a sufficient time that all of the average voltage can be induced on the secondary side of the transformer 20.

도 4를 참조하면, 제어부(40)는 밸런싱 회로(30)의 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 온(on)되도록 제어하여 변압기(20)의 2차 측에 유기된 상기 평균 전압과 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다. 이때, 제어부(40)는 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 온(on)시키고 소정 주기 후에 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 오프(off)시키며, 이와 같은 온/오프를 반복할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압 균등화가 보다 정밀하게 이루어질 수 있다.4, the control unit 40 controls the balancing switches BS1, BS2, BS3, BS4 and BS5 of the balancing circuit 30 to be turned on, Thereby equalizing the average voltage and the voltage between the plurality of battery cells (C1, C2, C3, C4). At this time, the controller 40 turns on the balancing switches BS1, BS2, BS3, BS4 and BS5 and turns off the balancing switches BS1, BS2, BS3, BS4 and BS5 after a predetermined period, The same ON / OFF can be repeated. Accordingly, voltage equalization between the plurality of battery cells (C1, C2, C3, C4) can be performed more precisely.

한편, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2), 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6) 및 밸런싱 스위치(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5)를 제어하여 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 전압을 측정할 수도 있다. 예를 들어, 제어부(40)는 제1 밸런싱 스위치(BS1), 제2 밸런싱 스위치(BS2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 온(on)되도록 제어하여 제1 배터리 셀(C1)의 전압을 측정할 수 있다.On the other hand, the control unit 40 controls the overall voltage transfer switches SW1 and SW2, the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5 and SW6 and the balancing switches BS1, BS2, BS3, BS4 and BS5, The voltages of the cells C1, C2, C3, and C4 may be measured. For example, the control unit 40 controls the first balancing switch BS1, the second balancing switch BS2, the third switch SW3 and the fourth switch SW4 to be turned on, The voltage of the capacitor C1 can be measured.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법에 대해 설명한다. 이때, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.Hereinafter, a battery balancing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the description of the parts overlapping with those described with reference to Figs. 1 to 4 will be omitted.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 배터리 밸런싱 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart sequentially illustrating a battery balancing method of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 먼저, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2)가 온(on)되도록 제어한다(S101).Referring to FIG. 5, first, the control unit 40 controls the entire voltage transfer switches SW1 and SW2 to be turned on (S101).

이후, 제어부(40)는 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)의 평균 전압을 전압 분배기(10)로 출력시킨다(S103).Then, the control unit 40 outputs the average voltage of the plurality of battery cells C1, C2, C3, and C4 to the voltage divider 10 (S103).

이후, 제어부(40)는 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 온(on)되도록 제어한다(S105).Thereafter, the control unit 40 controls the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, and SW6 to be turned on (S105).

이후, 제어부(40)는 전압 분배기(10)에 출력된 상기 평균 전압을 변압기(20)를 통해 밸런싱 회로(30)로 전달시킨다(S107).Thereafter, the control unit 40 transmits the average voltage output to the voltage divider 10 to the balancing circuit 30 through the transformer 20 (S107).

이후, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 오프(off)되도록 제어한다(S109). 이때, 제어부(40)는 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 온(on)되고 소정 시간 후에 전체 전압 전달 스위치(SW1, SW2) 및 평균 전압 전달 스위치(SW3, SW4, SW5, SW6)가 오프(off)되도록 제어한다.Thereafter, the control unit 40 controls the entire voltage transfer switches SW1 and SW2 and the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5 and SW6 to be turned off (S109). At this time, the control unit 40 turns on all the voltage transfer switches SW1, SW2 and the average voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, SW6 after the whole voltage transfer switches SW1, SW2 are turned on, And controls the voltage transfer switches SW3, SW4, SW5, and SW6 to be off.

이후, 제어부(40)는 밸런싱 회로(30)를 제어하여 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3, C4)간의 전압을 균등화시킨다(S111).Thereafter, the control unit 40 controls the balancing circuit 30 to equalize the voltage between the plurality of battery cells C1, C2, C3, and C4 (S111).

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalents thereof are included in the scope of the present invention Should be interpreted.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And is not intended to limit the scope of the invention. It is to be understood by those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100 : 배터리 밸런싱 장치
C1,C2,C3,C4 : 배터리 셀
10 : 전압 분배기
20 : 변압기
30 : 밸런싱 회로
40 : 제어부
SW1, SW2 : 전체 전압 전달 스위치
SW3, SW4, SW5, SW6 : 평균 전압 전달 스위치100: Battery balancing device
C1, C2, C3, C4: Battery cell
10: voltage divider
20: Transformer
30: Balancing circuit
40:
SW1, SW2: Whole voltage transfer switch
SW3, SW4, SW5, SW6: average voltage transfer switch

Claims (11)

직렬 연결된 적어도 둘 이상의 복수의 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서,
직렬 연결된 저항들의 전압 분배를 통하여 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 출력하는 전압 분배기;
상기 복수의 배터리 셀과 상기 전압 분배기를 연결하는 전체 전압 전달 스위치;
상기 전압 분배기의 출력을 전달하는 변압기;
상기 전압 분배기와 상기 변압기의 1차 측을 연결하는 평균 전압 전달 스위치; 및
상기 복수의 배터리 셀과 상기 변압기의 2차 측을 연결하는 밸런싱 회로를 포함하고,
상기 전체 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압이 상기 전압 분배기로 전달되고,
상기 평균 전압 전달 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 전압 분배기에서 출력한 상기 복수의 배터리 셀의 평균 전압이 상기 변압기의 1차 측으로 전달되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.A battery balancing apparatus for balancing voltages of at least two or more battery cells connected in series, comprising:
A voltage divider for outputting an average voltage of the plurality of battery cells through a voltage distribution of serially connected resistors;
An overall voltage transfer switch for connecting the plurality of battery cells and the voltage divider;
A transformer for transmitting an output of the voltage divider;
An average voltage transfer switch for connecting the voltage divider and the primary side of the transformer; And
And a balancing circuit for connecting the plurality of battery cells to a secondary side of the transformer,
When the entire voltage transfer switch is turned on, the entire voltage of the plurality of battery cells is transferred to the voltage divider,
Wherein when the average voltage transfer switch is on, an average voltage of the plurality of battery cells output from the voltage divider is transmitted to the primary side of the transformer. 제 1항에 있어서,
상기 전압 분배기는 상기 복수의 배터리 셀의 개수가 N인 경우,
(N-1)×R의 저항값을 갖는 저항과 R의 저항값을 갖는 저항이 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
Wherein when the number of the plurality of battery cells is N,
And a resistor having a resistance value of (N-1) x R and a resistor having a resistance value of R are connected in series. 제 1항에 있어서,
상기 변압기는 상기 변압기의 1차 측과 상기 변압기의 2차 측의 권선수 비가 1:1인 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
Wherein the transformer has a winding ratio of 1: 1 between a primary side of the transformer and a secondary side of the transformer. 제 1항에 있어서,
상기 전체 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀의 전체 전압을 전달시키고, 상기 평균 전압 전달 스위치를 제어하여 상기 평균 전압을 전달시키고, 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 제어부를 더 포함하는 배터리 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
Controls the total voltage transfer switch to transfer the entire voltage of the plurality of battery cells, controls the average voltage transfer switch to transfer the average voltage, and controls the balancing circuit to equalize the voltage between the plurality of battery cells And a control unit for controlling the battery. 제 4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시킨 뒤, 상기 밸런싱 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.5. The method of claim 4,
The control unit turns on the total voltage transfer switch and the average voltage transfer switch and turns off the overall voltage transfer switch and the average voltage transfer switch after a predetermined time and then controls the balancing circuit Battery balancing device. 제 4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 전체 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 전압 분배기에 상기 전체 전압을 입력시켜 상기 평균 전압을 출력시키는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the control unit controls the overall voltage transfer switch to be on so that the total voltage is input to the voltage divider to output the average voltage. 제 6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)되도록 제어하여 상기 평균 전압을 상기 변압기를 통해 상기 밸런싱 회로에 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.The method according to claim 6,
Wherein the controller controls the average voltage transfer switch to be on and transfers the average voltage to the balancing circuit through the transformer. 제 7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the controller controls the balancing circuit to equalize the voltage between the plurality of battery cells through the average voltage. 전체 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 복수의 배터리 셀의 평균 전압을 전압 분배기로 출력시키는 평균 전압 출력 단계;
평균 전압 전달 스위치를 온(on)시켜 상기 전압 분배기에 출력된 상기 평균 전압을 변압기를 통해 밸런싱 회로로 전달시키는 평균 전압 전달 단계;
상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 오프(off)시키는 스위치 오프 단계; 및
상기 밸런싱 회로를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 밸런싱 단계를 포함하고,
상기 평균 전압은 직렬 연결된 저항들의 전압 분배를 통하여 출력되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.An average voltage output step of turning on an entire voltage transfer switch to output an average voltage of a plurality of battery cells to a voltage divider;
An average voltage transfer step of turning on an average voltage transfer switch to transfer the average voltage output to the voltage divider to a balancing circuit through a transformer;
Turning off the entire voltage transfer switch and the average voltage transfer switch; And
And a balancing step of controlling the balancing circuit to equalize a voltage between the plurality of battery cells,
Wherein the average voltage is output through a voltage distribution of series connected resistors. 제 9항에 있어서,
상기 스위치 오프 단계는 상기 전체 전압 전달 스위치 및 상기 평균 전압 전달 스위치를 온(on)시키고 소정 시간 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the switch-off step is performed after a predetermined time after turning on the overall voltage transfer switch and the average voltage transfer switch. 제 9항에 있어서,
상기 밸런싱 단계는 상기 평균 전압을 통해 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 균등화시키는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the balancing step equalizes the voltage between the plurality of battery cells through the average voltage.
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