KR102382943B1 - Battery Large-capacity Rapid Balancing Device - Google Patents

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KR102382943B1 KR1020210145915A KR20210145915A KR102382943B1 KR 102382943 B1 KR102382943 B1 KR 102382943B1 KR 1020210145915 A KR1020210145915 A KR 1020210145915A KR 20210145915 A KR20210145915 A KR 20210145915A KR 102382943 B1 KR102382943 B1 KR 102382943B1
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Abstract

The present invention relates to a battery large-capacity rapid balancing device and, more particularly, to a battery balancing device added to a battery charging and discharging system including a battery bank made of series connection of battery cells and a battery management system (BMS) that controls the voltage balancing of the battery cells. The battery balancing device is composed of a plurality of balance modules in which the uppermost + terminal of the series-connected battery cell and the contact of the middle battery cell are connected in order and input, the output is connected to the input terminal of the next module, and the output of the lowermost module is connected to the lowermost -terminal of the battery cell connected in series, thereby balancing the voltage of battery cells with high capacity and rapidly. The balance module includes an input terminal connected to the contact between the top + terminal of the battery cell or the battery cells, an output terminal connected to the contact between the next battery cells or the lowest battery cell - terminal, a semiconductor switch that conducts from the input terminal to the output terminal between the input terminal and the output terminal, and a gate driver that in which a parallel resistor bank with 10 or more resistors connected in parallel is connected, and the voltage between the input terminal and the output terminal is sensed, so that an on-signal is sent to the gate of the semiconductor switch when the charging voltage set by the user is exceeded, thereby conducting the semiconductor switch.

Description

배터리 대용량 급속 밸런싱 장치{Battery Large-capacity Rapid Balancing Device}Battery Large-capacity Rapid Balancing Device

본 발명은 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하는 배터리 셀의 직렬 연결로 이루어진 배터리 뱅크와 배터리 셀의 전압 밸런싱을 이루기 위해 이를 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 배터리 충방전 시스템에 부가하는 배터리 밸런싱 장치에 관한 것으로서, 상기 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 배터리셀의 최상단 + 단자, 중간의 배터리 셀의 접점과 순서대로 연결되어 입력되되, 출력은 옆 모듈의 입력단자와 연결되어 구성되어 최하단 배터리 셀의 출력은 최하단 - 단자와 연결되는 복수의 밸런스 모듈로 구성되어, 배터리 셀의 전압을 대용량 및 급속으로 밸런싱하며, 상기 밸런스 모듈은 배터리 셀의 최상단 + 단자 혹은 배터리 셀간 접점으로 연결되어 입력되는 입력단자와 다음 배터리 셀간 접점 혹은 배터리 최하단 - 단자와 연결되는 출력단자와 입력단자와 출력단자 사이에 입력단자에서 출력단자로 도통되는 반도체 스위치와 10개 이상의 저항이 병렬로 연결된 병렬 저항 뱅크가 연결되어 있고, 상기 입력단자와 출력단자 사이의 전압을 센싱하여 사용자가 설정한 충전 전압을 초과하는 경우 상기 반도체 스위치의 게이트에 온 시그널을 송출하여 반도체 스위치를 도통시키는 게이트 드라이버로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery large-capacity rapid balancing device, and to a battery charging/discharging system including a battery bank configured in series connection of battery cells in more detail and a Battery Management System (BMS) for controlling the voltage balancing of the battery cells. It relates to an additional battery balancing device, wherein the battery balancing device is connected to the uppermost + terminal of the series-connected battery cell and the contact of the middle battery cell in order and is inputted, and the output is connected to the input terminal of the next module and configured to be the lowest The output of the battery cell is composed of a plurality of balance modules connected to the lowermost - terminal, balancing the voltage of the battery cells in a large capacity and rapidly, and the balance module is connected to the uppermost + terminal of the battery cell or the contact between the battery cells. The contact point between the input terminal and the next battery cell or the bottom of the battery - Between the output terminal connected to the terminal and the input terminal and the output terminal, a semiconductor switch that conducts from the input terminal to the output terminal and a parallel resistor bank with 10 or more resistors connected in parallel are connected. and a gate driver configured to conduct a semiconductor switch by transmitting an ON signal to the gate of the semiconductor switch when the voltage between the input terminal and the output terminal is sensed and the charging voltage set by the user is exceeded It relates to a rapid balancing device.

도 1을 참조하면 기존의 배터리셀로 구성된 배터리뱅크에 대해 밸런싱 및 기타 스위칭 제어를 하는 배터리 관리 시스템(BMS:Battery Management System)에 관한 것으로서 배터리 관리 시스템 보드에 장착된 셀 밸런싱 기능은 대부분 최대 50mA의 낮은 전류로 샐 밸런싱을 해주고 있다.Referring to FIG. 1, it relates to a battery management system (BMS) that performs balancing and other switching control for a battery bank composed of conventional battery cells. Cell balancing with low current.

하지만 각 배터리 셀은 충전말기에 그 전압이 급상승 하게 되는 특성을 가지게 되는데, 이 경우 적절한 배터리 셀 밸런싱을 해주지 못하면 즉 밸런싱 전류로서 대용량의 전류를 흘리지 못하게 되면 순간적으로 배터리 셀의 전압이 급격하게 상승하게 되고 제대로 밸런싱이 이뤄지지 않은 상태에서 과충전 보호회로에 의해 전체 배터리팩 시스템의 전류는 차단되고 이때 배터리셀 내부의 유기전해액의 분해가 시작되는바, 이로인해 배터리 수명이 급격하게 줄어들어 배터리 셀간 내구성의 큰 간격이 존재하게 되고, 이로인해 해당 배터리 셀뿐만 아니라 전체 배터리 뱅크를 교체하게 되는 문제점이 있었다.However, each battery cell has a characteristic that the voltage rises rapidly at the end of charging. In the state where the battery is not properly balanced, the current of the entire battery pack system is cut off by the overcharge protection circuit, and at this time, the organic electrolyte inside the battery cell begins to decompose. , there is a problem in that not only the corresponding battery cell but also the entire battery bank is replaced.

또한 배터리 팩 조립중에 배터리 셀의 전극간 조립이 잘못될 경우에도 이를 인지하지 못하는 경우가 많아 이를 해결할 방안에 대해서도 조치가 필요한 시점이다. In addition, even if the assembly between the electrodes of the battery cells is wrong during the assembly of the battery pack, it is often not recognized, so it is time to take measures to solve the problem.

이에 대해 기존에 개시된 한국등록특허 제10-1683603호(발명의 명칭 : 배터리 팩의 셀 밸런싱을 위한 장치 및 이를 위한 방법. 2016년 12월 21일 공고)에 따르면 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩과, 상기 복수의 셀 각각의 전압을 측정하는 센서부와, 슬립 모드로 진입하면 상기 센서부를 통해 상기 복수의 셀 각각의 전압을 측정하여 상기 복수의 셀 중 최저 전압을 가지는 셀을 타겟 셀로 선정하고 상기 타겟 셀의 전압을 복수 번 측정하여 복수 번 측정된 셀의 전압 중 중간값을 타겟 전압으로 결정하며 결정된 타겟 전압에 맞춰 상기 복수의 셀 중 상기 타겟 셀을 제외한 나머지 셀들을 방전시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱을 위한 장치와 이에 따른 방법을 제공하고 있는데, 여전히 대용량으로 급속 밸런싱 충전하는 방법이나 그 배터리 셀의 조립 오류에 대한 해결방안은 제시하지 못하고 있는 실정이다.In this regard, according to the previously disclosed Korean Patent No. 10-1683603 (title of the invention: device for cell balancing of battery pack and method therefor. Announced on December 21, 2016), a battery pack including a plurality of cells and , a sensor unit for measuring the voltage of each of the plurality of cells, and when entering the sleep mode, the voltage of each of the plurality of cells is measured through the sensor unit to select a cell having the lowest voltage among the plurality of cells as a target cell, and Measuring the voltage of the target cell a plurality of times to determine an intermediate value among the voltages of the cells measured a plurality of times as the target voltage, and including a control unit for discharging the remaining cells, except for the target cell, among the plurality of cells according to the determined target voltage Although an apparatus for cell balancing and a method according thereto are provided, a method for rapidly balancing charging with a large capacity or a solution to an assembly error of the battery cell is not presented.

한국등록특허 제10-1683603호(발명의 명칭 : 배터리 팩의 셀 밸런싱을 위한 장치 및 이를 위한 방법. 2016년 12월 21일 공고)Korean Patent Registration No. 10-1683603 (Title of the invention: device and method for cell balancing of battery pack. Announced on December 21, 2016)

본 발명인 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치는 다음과 같은 목적을 가진다. A battery large-capacity rapid balancing device according to the present invention has the following object.

(1) 본 발명의 목적은 배터리 셀간의 전압이 불평형을 이룰 경우 대용량의 전류로 밸런싱을 급속으로 회복하여 배터리 셀의 유기전해액의 분해를 방지하도록 하여 배터리 셀 및 배터리 뱅크 내지 팩의 내구연한을 증진하도록 함에 있다.(1) An object of the present invention is to prevent decomposition of the organic electrolyte of a battery cell by rapidly restoring the balance with a large-capacity current when the voltage between the battery cells is unbalanced, thereby improving the durability of the battery cell and the battery bank or pack. is to do it.

(2) 본 발명의 또다른 목적은 기존의 배터리 팩 내지 뱅크와 이에 대한 배터리 관리 시스템(BMS)이 임베딩되어 있는 시스템에 간단한 연결조치만으로 상술한바의 목적을 간명하게 달성할 수 있는 수단을 제시함에 있다.(2) Another object of the present invention is to provide a means that can achieve the above object simply by simple connection measures to a system in which an existing battery pack or bank and a battery management system (BMS) for it are embedded. there is.

(3) 본 발명의 또다른 목적은 특정셀의 충전전압이 사용자가 설정하거나 배터리셀 물성을 초과한 전압이 검측되는 경우 대용량의 전류를 흘리게 하여 타 배터리셀을 충전하는 동시에 해당 배터리 셀에 대해서는 병렬 저항으로 이루어진 뱅크를 포함하는 폐루프를 이루도록 하여 전력을 소비하도록 하여, 과충전을 방지하도록 함에 있다.(3) Another object of the present invention is to charge other battery cells by flowing a large-capacity current when the charging voltage of a specific cell is set by the user or a voltage exceeding the battery cell properties is detected, while simultaneously charging the corresponding battery cell in parallel. The purpose is to prevent overcharging by consuming power by forming a closed loop including a bank made of resistors.

(4) 본 발명의 또다른 목적은 배터리 셀 단자간의 연결 및 조립에 대해 오류가 없는 작업성을 가지도록 함에 있다.(4) Another object of the present invention is to have an error-free workability for connection and assembly between battery cell terminals.

본 발명인 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치(BRBB)에는 배터리 셀의 직렬 연결로 이루어진 배터리 뱅크(BB)와 배터리 셀의 전압 밸런싱을 이루기 위해 이를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS:Battery Management System)를 포함하는 배터리 충방전 시스템에 부가하는 배터리 밸런싱 장치에 관한 것이다. The present inventor's battery large-capacity rapid balancing device (BRBB) includes a battery bank (BB) formed of series connection of battery cells and a battery management system (BMS) for controlling the voltage balancing of the battery cells. It relates to a battery balancing device in addition to a discharge system.

상기 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 배터리셀의 최상단 + 단자, 중간의 배터리 셀의 접점과 순서대로 연결되어 입력되며, 출력은 옆 모듈의 입력단자와 연결되어 구성되되 최하단 모듈의 출력은 직렬 연결된 배터리셀의 최하단 - 단자와 연결되는 복수의 밸런스 모듈(BM)로 구성되어 배터리 셀의 전압을 대용량 및 급속으로 밸런싱한다.The battery balancing device is connected to the uppermost + terminal of the series-connected battery cell and the contact of the middle battery cell in order and is inputted, and the output is connected to the input terminal of the next module and the output of the lowest module is the output of the series-connected battery cell At the bottom - it is composed of a plurality of balance modules (BMs) connected to the terminals to balance the voltage of the battery cells in a large capacity and rapidly.

상기 밸런스 모듈(BM)은 배터리 셀의 최상단 + 단자 혹은 배터리 셀간 접점으로 연결되어 입력되는 입력단자와 다음 배터리 셀간 접점 혹은 배터리 최하단 - 단자와 연결되는 출력단자와 입력단자와 출력단자 사이에 입력단자에서 출력단자로 도통되는 반도체 스위치(SW)와 10개 이상의 저항이 병렬로 연결된 병렬 저항 뱅크(PR)가 연결되어 있고, 상기 입력단자와 출력단자 사이의 전압을 센싱하여 사용자가 설정한 충전 전압을 초과하는 경우 상기 반도체 스위치(SW)의 게이트에 온 시그널을 송출하여 반도체 스위치를 도통시키는 게이트 드라이버(GD)로 구성된 것을 특징으로 한다.The balance module (BM) is an input terminal connected to the uppermost + terminal of a battery cell or a contact between battery cells and an input terminal, and an output terminal connected to a contact between the next battery cell or the lowest - terminal of the battery and an input terminal between the input terminal and the output terminal. A semiconductor switch (SW) conducting to the output terminal and a parallel resistance bank (PR) in which 10 or more resistors are connected in parallel are connected, and the charging voltage set by the user is exceeded by sensing the voltage between the input terminal and the output terminal In this case, it is characterized in that it is composed of a gate driver (GD) that transmits an ON signal to the gate of the semiconductor switch (SW) to conduct the semiconductor switch.

상기 밸런스 모듈(BM)은 입력단자와 출력단자의 전압이 - 전압으로 검출된 경우 시각적 청각적 신호로 출력하여 사용자로 하여금 인식케 하는 조립 보조 모듈(AA)이 더 포함된 것을 특징으로 한다.The balance module (BM) is characterized in that it further includes an assembly auxiliary module (AA) that allows the user to recognize by outputting a visual and auditory signal when the voltage between the input terminal and the output terminal is detected as - voltage.

상기 반도체 스위치는 MosFET 혹은 IGBT 소자인 것을 특징으로 한다.The semiconductor switch is characterized in that it is a MosFET or an IGBT device.

상기 조립 보조 모듈(AA)은 입력단자와 출력단자 사이에 LED를 삽입하여 -전압이 검출될 경우 사용자가 설정한 도통 방향으로 On/Off하도록 함이 바람직하다.Preferably, the assembly auxiliary module (AA) inserts an LED between the input terminal and the output terminal to turn on/off in the conduction direction set by the user when -voltage is detected.

상기 병렬 저항 뱅크(PR)는 각 저항을 흐르는 전류의 합이 500mmA ~ 1000mmA이 되도록 저항값을 설정함이 바람직하다.The resistance value of the parallel resistance bank PR is preferably set so that the sum of the currents flowing through each resistance is 500 mmA to 1000 mmA.

본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다. The present invention has the following effects.

(1) 본 발명은 배터리 셀간의 전압이 불평형을 이룰 경우 대용량의 전류로 밸런싱을 급속으로 회복하여 배터리 셀의 유기전해액의 분해를 방지하도록 하여 배터리 셀 및 배터리 뱅크 내지 팩의 내구연한을 증진케 한다.(1) In the present invention, when voltages between battery cells are unbalanced, balance is rapidly restored with a large amount of current to prevent decomposition of the organic electrolyte of the battery cells, thereby improving the durability of battery cells and battery banks or packs. .

(2) 본 발명은 기존의 배터리 팩 내지 뱅크와 이에 대한 배터리 관리 시스템(BMS)이 임베딩되어 있는 시스템에 간단한 연결조치만으로 상술한바의 목적을 간명하게 달성할 수 있는 수단을 제시한다.(2) The present invention provides a means for achieving the above object simply by simply connecting the existing battery pack or bank and a system in which the battery management system (BMS) is embedded thereto.

(3) 본 발명은 특정셀의 충전전압이 사용자가 설정하거나 배터리셀 물성을 초과한 전압이 검측되는 경우 대용량의 전류를 흘리게 하여 타 배터리셀을 충전하는 동시에 해당 배터리 셀에 대해서는 병렬 저항으로 이루어진 뱅크를 포함하는 폐루프를 이루도록 하여 전력을 소비하도록 하여, 과충전을 방지한다.(3) In the present invention, when the charging voltage of a specific cell is set by the user or a voltage exceeding the battery cell properties is detected, a large amount of current flows to charge other battery cells and at the same time, a bank consisting of a parallel resistor for the corresponding battery cell Consumption of power by forming a closed loop including

(4) 본 발명은 배터리 셀 단자간의 연결 및 조립에 대해 오류가 없는 작업성을 가지도록 한다.(4) The present invention is to have an error-free workability with respect to the connection and assembly between the battery cell terminals.

도 1은 기존의 배터리 셀로 이루어진 배터리 뱅크와 이에 대한 BMS가 결합된 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 기존의 기존의 배터리 셀로 이루어진 배터리 뱅크와 이에 대한 BMS가 결합된 것에 본 발명인 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치가 추가된 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명인 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치를 이루는 밸런싱 모듈에 대한 스키메틱을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 배터리 뱅크가 충전중에 특정 배터리 셀이 완충되어 설정된 충전전압을 초과한 경우 배터리 급속 밸런싱 장치에 의해 특정 셀에 흐르는 충전전류가 특정 배터리셀에 할당된 밸런싱 모듈에 의해 충전전류를 소비하여 배터리 셀의 전압이 급격하게 상승됨을 방지하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 특정 배터리 셀의 잘못된 조립에 의해 시각적 또는 청각적 신호로 출력되는 것을 개념적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing a combination of a battery bank made of conventional battery cells and a BMS for the same.
2 is a diagram schematically showing the addition of a battery large-capacity rapid balancing device according to the present invention to a conventional battery bank composed of battery cells and a BMS for the same.
3 is a diagram schematically showing a schematic of a balancing module constituting the battery large-capacity rapid balancing device according to the present invention.
FIG. 4 shows that when a specific battery cell is fully charged and exceeds a set charging voltage while the battery bank is charging, the charging current flowing through the specific cell by the battery rapid balancing device consumes the charging current by the balancing module assigned to the specific battery cell. It is a diagram showing the prevention of a sudden increase in the voltage of the cell.
5 is a diagram conceptually illustrating output as a visual or auditory signal due to incorrect assembly of a specific battery cell.

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.First, before entering into the detailed description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "배터리 대용량 급속 밸런싱 장치"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of the functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user or operator, so the definition describes the "battery large-capacity rapid balancing device" according to the present invention. It should be made based on the content throughout this specification.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component and/or It does not exclude the presence or addition of groups.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used in this specification have the same meaning as those commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related art literature and the presently disclosed content, and unless defined, are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

도 1은 기존의 배터리 셀로 이루어진 배터리 뱅크와 이에 대한 BMS가 결합된 것을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 기존의 기존의 배터리 셀로 이루어진 배터리 뱅크와 이에 대한 BMS가 결합된 것에 본 발명인 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치가 추가된 것을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명인 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치를 이루는 밸런싱 모듈에 대한 스키메틱을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 배터리 뱅크가 충전중에 특정 배터리 셀이 완충되어 설정된 충전전압을 초과한 경우 배터리 급속 밸런싱 장치에 의해 특정 셀에 흐르는 충전전류가 특정 배터리셀에 할당된 밸런싱 모듈에 의해 충전전류를 소비하여 배터리 셀의 전압이 급격하게 상승됨을 방지하는 것을 나타낸 도면이고, 도 5는 특정 배터리 셀의 잘못된 조립에 의해 시각적 또는 청각적 신호로 출력되는 것을 개념적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a combination of a battery bank consisting of an existing battery cell and a BMS for it, and FIG. 2 is a battery bank consisting of an existing battery cell and a BMS for the combined battery large capacity rapid balancing of the present invention It is a view schematically showing that the device has been added, and FIG. 3 is a schematic diagram of a balancing module constituting the battery large-capacity rapid balancing device of the present invention, and FIG. 4 is a specific battery cell is fully charged while the battery bank is being charged When the set charging voltage is exceeded, the charging current flowing through the specific cell by the battery rapid balancing device consumes the charging current by the balancing module assigned to the specific battery cell, thereby preventing the voltage of the battery cell from rising rapidly. , FIG. 5 is a diagram conceptually illustrating output as a visual or auditory signal due to incorrect assembly of a specific battery cell.

도 2를 참조하면 본 발명인 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치(BRBB)에는 기존의 배터리 셀의 직렬 연결로 이루어진 배터리 뱅크(BB)와 배터리 셀의 전압 밸런싱을 이루기 위해 이를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS:Battery Management System)를 포함하는 배터리 충방전 시스템에 부가하는 배터리 밸런싱 장치에 관한 것인바, 기존의 시스템에도 독립적으로 부가할 수 있는 것으로서 별도의 시스템 일부 수정이나 개변이 불필요하다.Referring to FIG. 2 , in a battery large-capacity rapid balancing device (BRBB) according to the present invention, a battery management system (BMS) for controlling the voltage balancing of a battery bank (BB) formed of a series connection of existing battery cells and a battery cell is performed. System) and relates to a battery balancing device added to a battery charge/discharge system, which can be independently added to an existing system, and does not require partial modification or alteration of a separate system.

도 2 및 3을 참조하면 상기 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 배터리셀의 최상단 + 단자, 중간의 배터리 셀의 접점과 순서대로 연결되어 입력되며, 출력은 옆 모듈의 입력단자와 연결되어 구성되되 최하단 모듈의 출력은 직렬 연결된 배터리셀의 최하단 - 단자와 연결되는 복수의 밸런스 모듈(BM)로 구성되어 배터리 셀의 전압을 대용량 및 급속으로 밸런싱한다.2 and 3, the battery balancing device is connected to the uppermost + terminal of the series-connected battery cell and the contact of the middle battery cell in order and is inputted, and the output is connected to the input terminal of the next module and configured to be of the lowest module The output is composed of a plurality of balance modules (BM) connected to the lowermost - terminal of the battery cells connected in series to balance the voltage of the battery cells in a large capacity and rapidly.

즉 배터리 셀이 4개로 된 배터리 뱅크에는 입력단자 4개, 출력단자 4개가 필요한데, 입력단자는 최상단 배터리 셀 + 단자로부터 배터리 셀간의 접점 3개까지 총 4개가 되고, 출력단자는 상기 배터리 셀간 접점 3개와 최하단 배터리 셀 - 단자까지 총 4개가 필요하고, 그 각각의 출력단자는 그 옆 밸런스 모듈의 입력단자와 연결된다(마지막 밸런스 모듈의 출력단자는 최하단 배터리 셀 - 단자와 연결되므로 제외).That is, a battery bank with 4 battery cells requires 4 input terminals and 4 output terminals. The input terminals are a total of 4 from the top battery cell + terminal to 3 contact points between the battery cells, and the output terminal is the 3 contact points between the battery cells and A total of 4 are needed up to the lowest battery cell - terminal, and each output terminal is connected to the input terminal of the next balance module (except because the output terminal of the last balance module is connected to the lowest battery cell - terminal).

도 3을 참조하면 상기 밸런스 모듈(BM)은 배터리 셀의 최상단 + 단자 혹은 배터리 셀간 접점으로 연결되어 입력되는 입력단자와 다음 배터리 셀간 접점 혹은 최하단 배터리셀의 - 단자와 연결되는 출력단자와 입력단자와 출력단자 사이에 입력단자에서 출력단자로 도통되는 반도체 스위치(SW)와 10개 이상의 저항이 병렬로 연결된 병렬 저항 뱅크(PR)가 순서대로 연결되어 있고, 상기 입력단자와 출력단자 사이의 전압을 센싱하여 사용자가 설정한 충전 전압을 초과하는 경우 상기 반도체 스위치(SW)의 게이트에 온 시그널을 송출하여 반도체 스위치를 도통시키는 게이트 드라이버(GD)로 구성된 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 3 , the balance module BM includes an input terminal connected to the uppermost + terminal of a battery cell or a contact point between battery cells, and an output terminal and an input terminal connected to a contact point between the next battery cells or the - terminal of the lowermost battery cell. A semiconductor switch (SW) conducting from an input terminal to an output terminal and a parallel resistance bank (PR) in which 10 or more resistors are connected in parallel are sequentially connected between the output terminals, and the voltage between the input terminal and the output terminal is sensed Thus, when the charging voltage set by the user is exceeded, the gate driver GD transmits an ON signal to the gate of the semiconductor switch SW to conduct the semiconductor switch.

상기 게이트 드라이버는 배터리 셀 양단간의 전압을 센싱하고 그에 따라 각각 on/off 시그널을 송출하는 BMS 전용 드라이버를 선택하는 것이 바람직할 것이다. As the gate driver, it is preferable to select a BMS-only driver that senses the voltage between both ends of the battery cell and transmits an on/off signal accordingly.

사용자가 설정한 충전전압은 배터리 셀의 물성과 관련이 있고, 특정 배터리 셀의 제조회사가 제조하는 충전전압 데이터 곡선상에서 과충전되어 급격하게 전압이 오르게 되는 변곡점의 전압이 보통 선택된다.The charging voltage set by the user is related to the physical properties of the battery cell, and the voltage at the inflection point where the voltage rises rapidly due to overcharge is usually selected on the charging voltage data curve manufactured by the manufacturer of a specific battery cell.

특정 배터리 셀만 사용자가 설정한 충전전압에 도달한 경우 그 해당 배터리 셀 양단간의 전압을 센싱한 게이트 드라이버가 반도체 스위치의 게이트를 On 시키는 시그널을 송출하게 되면, 병렬 저항 뱅크로부터 설정되는 전류가 입력단자로부터 출력단자를 통하여 전류가 폐루프를 그리게 되고, 그에 따라 I^2*RT 에 따라 전력을 소비하게 되고, 전력이 소비되는 동안 타 배터리 셀들은 충전을 계속하게 되는바, 도 4가 이를 나타내고 있다.When only a specific battery cell reaches the charging voltage set by the user, the gate driver that senses the voltage across the corresponding battery cell sends a signal to turn on the gate of the semiconductor switch. Current draws a closed loop through the output terminal, and thus power is consumed according to I^2*RT, and while power is consumed, other battery cells continue to be charged, which is illustrated in FIG. 4 .

도 3 및 5를 참조하면 상기 밸런스 모듈(BM)은 입력단자와 출력단자의 전압이 - 전압으로 검출된 경우 시각적 청각적 신호로 출력하여 사용자로 하여금 인식케 하는 조립 보조 모듈(AA)이 더 포함된 것을 특징으로 한다.Referring to Figures 3 and 5, the balance module (BM) further includes an assembly auxiliary module (AA) that allows the user to recognize by outputting a visual and audio signal when the voltage between the input terminal and the output terminal is detected as - voltage. characterized by being

도 3을 참조하면 상기 반도체 스위치는 MosFET 혹은 IGBT 소자인 것을 특징으로 하는데, 게이트에 대응 전압이 인가되면 도통되므로 이를 사용함이 바람직한 것이다.Referring to FIG. 3 , the semiconductor switch is characterized in that it is a MosFET or an IGBT device. Since it conducts when a corresponding voltage is applied to the gate, it is preferable to use the semiconductor switch.

도 3 및 5를 참조하면 상기 조립 보조 모듈(AA)은 입력단자와 출력단자 사이에 LED를 삽입하여 -전압이 검출될 경우 사용자가 설정한 도통 방향으로 On/Off하도록 함이 바람직하다.Referring to FIGS. 3 and 5 , the assembly auxiliary module AA inserts an LED between the input terminal and the output terminal to turn on/off in the conduction direction set by the user when -voltage is detected.

도 5에서 최상단에서 두번째 배터리 셀이 거꾸로 연결되게 되면 해당 밸런스 모듈에 포한된 조립 보조 모듈이 도통 또는 비도통 조건을 만족하게 되어 조립하는 사용자로 하여금 배터리 모듈의 조립 오류를 알 수 있게 하는 것이다. When the second battery cell from the top in FIG. 5 is connected upside down, the assembly auxiliary module included in the corresponding balance module satisfies the conduction or non-conduction condition, so that the assembly user can know the assembly error of the battery module.

도 3 및 4를 참조하면 상기 병렬 저항 뱅크(PR)는 각 저항을 흐르는 전류의 합이 500mmA ~ 1000mmA이 되도록 저항값을 설정함이 바람직하다.Referring to FIGS. 3 and 4 , the resistance value of the parallel resistance bank PR is preferably set such that the sum of the currents flowing through each resistance is 500 mmA to 1000 mmA.

이로써 기존의 50mA의 작은 전류로 배터리 셀간 밸런싱 조정을 하는 방식은 본 발명에 의해 그 밸런싱 시간 내지 효율이 획기적으로 개선되는 것이고, 이에는 MCU등의 소자도 필요 없이 저비용으로 간명하게 극복될 수 있는 것이다.Accordingly, the conventional method of balancing adjustment between battery cells with a small current of 50 mA is that the balancing time or efficiency is remarkably improved by the present invention, which can be easily overcome at low cost without the need for devices such as MCU. .

본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다. The present invention has the following effects.

(1) 본 발명은 배터리 셀간의 전압이 불평형을 이룰 경우 대용량의 전류로 밸런싱을 급속으로 회복하여 배터리 셀의 유기전해액의 분해를 방지하도록 하여 배터리 셀 및 배터리 뱅크 내지 팩의 내구연한을 증진케 한다.(1) In the present invention, when voltages between battery cells are unbalanced, balance is rapidly restored with a large amount of current to prevent decomposition of the organic electrolyte of the battery cells, thereby improving the durability of battery cells and battery banks or packs. .

(2) 본 발명은 기존의 배터리 팩 내지 뱅크와 이에 대한 배터리 관리 시스템(BMS)이 임베딩되어 있는 시스템에 간단한 연결조치만으로 상술한바의 목적을 간명하게 달성할 수 있는 수단을 제시한다.(2) The present invention provides a means for achieving the above object simply by simply connecting the existing battery pack or bank and a system in which the battery management system (BMS) is embedded thereto.

(3) 본 발명은 특정셀의 충전전압이 사용자가 설정하거나 배터리셀 물성을 초과한 전압이 검측되는 경우 대용량의 전류를 흘리게 하여 타 배터리셀을 충전하는 동시에 해당 배터리 셀에 대해서는 병렬 저항으로 이루어진 뱅크를 포함하는 폐루프를 이루도록 하여 전력을 소비하도록 하여, 과충전을 방지한다.(3) In the present invention, when the charging voltage of a specific cell is set by the user or a voltage exceeding the battery cell properties is detected, a large amount of current flows to charge other battery cells and at the same time, a bank consisting of a parallel resistor for the corresponding battery cell Consumption of power by forming a closed loop including

(4) 본 발명은 배터리 셀 단자간의 연결 및 조립에 대해 오류가 없는 작업성을 가지도록 한다.(4) The present invention is to have an error-free workability with respect to the connection and assembly between the battery cell terminals.

BB : 배터리 뱅크 BMS : 배터리 관리 시스템
BRBB : 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치 BM : 밸런싱 모듈
V1, 2, 3, 4 : 배터리 셀 전압 SW : 반도체 스위치
GD : 게이트 드라이버 PR : 병렬 저항 뱅크
AA : 조립 보조 모듈 BB: battery bank BMS: battery management system
BRBB : Battery large-capacity rapid balancing device BM : Balancing module
V1, 2, 3, 4: Battery cell voltage SW: Semiconductor switch
GD: gate driver PR: parallel resistor bank
AA : Assembly auxiliary module

Claims (5)

배터리 셀의 직렬 연결로 이루어진 배터리 뱅크와 배터리 셀의 전압 밸런싱을 이루기 위해 이를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS:Battery Management System)를 포함하는 배터리 충방전 시스템에 부가하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서,
상기 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 배터리셀의 최상단 + 단자, 중간의 배터리 셀의 접점과 순서대로 연결되어 입력되며, 출력은 옆 모듈의 입력단자와 연결되어 구성되되 최하단 모듈의 출력은 직렬 연결된 배터리셀의 최하단 - 단자와 연결되는 복수의 밸런스 모듈로 구성되어,
배터리 셀의 전압을 대용량 및 급속으로 밸런싱하며,
상기 밸런스 모듈은 배터리 셀의 최상단 + 단자 혹은 배터리 셀간 접점으로 연결되어 입력되는 입력단자와 다음 배터리 셀간 접점 혹은 최하단 배터리셀 - 단자와 연결되는 출력단자와 입력단자와 출력단자 사이에 입력단자에서 출력단자로 도통되는 반도체 스위치와 10개 이상의 저항이 병렬로 연결된 병렬 저항 뱅크가 연결되어 있고, 상기 입력단자와 출력단자 사이의 전압을 센싱하여 사용자가 설정한 충전 전압을 초과하는 경우 상기 반도체 스위치의 게이트에 온 시그널을 송출하여 반도체 스위치를 도통시키는 게이트 드라이버로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치.A battery balancing device in addition to a battery charge/discharge system including a battery management system (BMS) that controls the battery bank in series connection of battery cells to achieve voltage balancing of the battery cells,
The battery balancing device is connected to the uppermost + terminal of the series-connected battery cell and the contact of the middle battery cell in order and is inputted, and the output is connected to the input terminal of the next module, and the output of the lowermost module is the output of the series-connected battery cell. At the bottom - it consists of a plurality of balance modules connected to the terminals,
Balancing the voltage of the battery cells in a large capacity and rapidly,
The balance module has an input terminal connected to the uppermost + terminal of a battery cell or a contact point between battery cells, and an output terminal connected to a contact point between the next battery cells or a lowermost battery cell - terminal, and an input terminal to an output terminal from an input terminal to an output terminal. A semiconductor switch that conducts with a parallel resistor bank with 10 or more resistors connected in parallel is connected, and when the charging voltage set by the user is exceeded by sensing the voltage between the input terminal and the output terminal, the gate of the semiconductor switch A battery large-capacity rapid balancing device comprising a gate driver that transmits an ON signal to conduct a semiconductor switch. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 밸런스 모듈은 입력단자와 출력단자의 전압이 - 전압으로 검출된 경우 시각적 청각적 신호로 출력하여 사용자로 하여금 인식케 하는 조립 보조 모듈이 더 포함되며,
상기 반도체 스위치는 MosFET 혹은 IGBT 소자인 것을 특징으로 하는 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
The balance module further includes an assembly auxiliary module that outputs a visual and auditory signal when the voltage between the input terminal and the output terminal is detected as - voltage to allow the user to recognize it,
The semiconductor switch is a battery large-capacity rapid balancing device, characterized in that the MosFET or IGBT device. 청구항 3에 있어서,
상기 조립 보조 모듈은 입력단자와 출력단자 사이에 LED를 삽입하여 -전압이 검출될 경우 사용자가 설정한 도통 방향으로 On/Off하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치.4. The method according to claim 3,
The assembly auxiliary module inserts an LED between the input terminal and the output terminal to turn on/off in the conduction direction set by the user when -voltage is detected. 청구항 1에 있어서,
상기 병렬 저항 뱅크는 각 저항을 흐르는 전류의 합이 500mmA ~ 1000mmA이 되도록 저항값을 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 대용량 급속 밸런싱 장치.The method according to claim 1,
The parallel resistor bank is a battery large-capacity rapid balancing device, characterized in that the resistance value is set so that the sum of the current flowing through each resistor is 500mmA ~ 1000mmA.
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