KR20140065056A - 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저항 소자의 갯수를 줄이면서도 고전압 배터리를 구성하는 다수의 셀 전압 편차를 해소하는 회로 동작이 쇼트현상 없이 원할하게 이루어질 수 있도록 한 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 고전압 배터리의 제1 내지 제n셀 전압을 측정하는 단계와, 측정된 각 셀 전압중 특정 셀의 전압이 기준전압보다 높으면 스위치 제어부의 제어신호에 의하여 특정 셀과 연결된 스위치가 온되도록 하여 특정 셀의 전압이 저항쪽으로 방전되도록 하되, 상기 제1 내지 제n셀에 연결되는 제1내지 제n스위치를 짝수번째 스위치와 홀수번째 스위치 등 총 2개의 그룹으로 나누고, 특정 셀에 대한 셀 전압 밸런싱 수행시 서로 인접한 짝수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하거나, 서로 인접한 홀수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하여, 특정 셀과 연결된 스위치만이 선택적으로 온 또는 오프되도록 한 것을 특징으로 하는 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법을 제공한다.

Description

고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법{Method for controlling cell balancing of high voltage battery}
본 발명은 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저항 소자의 갯수를 줄이면서도 고전압 배터리를 구성하는 다수의 셀 전압 편차를 해소하는 회로 동작이 쇼트현상 없이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법에 관한 것이다.
현재, 전기자동차 개발의 방향은 고전압 배터리의 단셀(최소단위)을 이용하여 고용량을 만들고자, 각 셀을 직렬 연결(전압 상승)하는 방식이 진행되고 있고, 그에 따라 현재 고전압(400~700V) 수준까지 진행되고 있는 실정에 있다.
그러나, 배터리의 각 셀 전압은 자체적으로 충방전 특성을 갖기 때문에 시간이 경과함에 따라 언밸런싱되는 경향이 있고, 이에 배터리 팩 안의 셀들 사이의 전압차는 배터리 셀들 사이에 언밸런싱을 생성하여 배터리 팩의 용량 손실을 초래할 수 있다,
따라서, 모든 배터리 전지의 과충전을 방지하고 균일하게 충전시킬 수 있도록 각각의 셀들을 밸런싱하기 위한 다양한 셀 밸런싱 시스템 및 방법이 개발되고 있다.
일반적으로 배터리 팩의 성능은 팩을 이루고 있는 셀 중 가장 높은 전압의 셀 혹은 가장 낮은 전압의 셀에 의하여 결정되며, 특정 셀에 의해 전압 하이/로우 진단조건에 걸리면 배터리 사용이 불가하므로 전압편차로 인해 사용 영역이 줄어들게 되고, 따라서 셀간 전압 편차를 줄여 배터리팩의 최대 성능을 확보할 수 있다.
또한, 배터리 셀간 전압 편차가 있는 상황에서 배터리를 사용하게 되면 팩 중 일부 셀이 다른 전압영역에서 다른 효율을 갖고 사용되게 되는데, 이는 특정 셀의 열화를 촉진하는 것으로서 이로 인해 팩 전체의 수명에 영향을 미치게 되므로, 셀간 전압 편차를 줄이면 배터리팩의 내구 성능이 향상될 수 있다.
이와 같은 이유로 인하여 항시 각 셀의 전압을 측정하여 셀간 전압 편차를 제어하는 셀 밸런싱 제어가 수행된다.
첨부한 도 12에 도시된 바와 같이, 셀 밸런싱 제어를 위한 구성으로서, 고전압 배터리의 각 셀에 대한 셀 전압을 모니터링하는 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 제어부(52)와, 고전압 배터리의 각 셀과 방전저항과의 연결을 위한 스위치와, 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 제어부(52)의 명령신호에 따라 스위치를 온 또는 오프 제어하는 스위치 제어부(50, MCU)를 포함한다.
이러한 구성을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법은, 고전압 배터리의 각 셀 전압을 측정하는 단계와, 측정된 각 셀 전압중 특정 셀의 전압이 기준전압보다 높으면 특정 셀과 연결된 스위치를 온시키는 단계와, 특정 셀의 전압이 스위치 온에 따라 방전저항쪽으로 방전되게 하는 단계를 포함하고, 이러한 셀 밸런싱 절차에 의하여 다수의 셀 전압이 고른 수준으로 유지될 수 있다.
이와 같이, 셀간의 전압 편차가 발생할 수 있는 것에 대한 대응책으로 셀 밸런싱 저항을 연결하여 높은 셀의 전압을 낮추는 방식으로 전체 셀간의 전압 편차를 없애고 있다.
그러나, 고전압 배터리의 각 셀(예를 들어, 3.7 V 의 리튬 셀)을 여러개 연결하여 고전압을 구성하기 위해서는 많은 셀이 필요하고, 이에 대응하여 도 12 및 도 13에서 보듯이 셀 밸런싱을 위한 저항도 셀 갯수에 맞게 연결되고 있음에 따라, 배터리의 전반적인 제어를 위한 제어기인 배터리 관리 시스템(BMS)의 저항 장착 공간이 상당히 많이 차지하고 있다.
따라서, 저항을 줄이는 동시에 제어기의 저항 장착 공간을 줄일 수 있는 방안이 지속적으로 연구 개발되고 있으며, 그 종래기술의 일례로서 첨부한 도 에 도시된 바와 같이 셀 당 하나 씩 연결되어 있는 밸런싱 저항을 저항 당 2개의 셀에 연결되도록 구성하고 있다.
이렇게 1개의 저항에 2개의 셀 이상을 독립적으로 연결하려면, 스위치의 온/오프 제어가 필요하고, 스위치 온/오프 제어에 따라 각각의 셀이 저항과 연결되어 방전이 이루어진다.
그러나, 해당 스위치 온 제어에 따라 특정 셀이 저항과 연결되고, 다른 셀과 연결된 스위치는 오프되어야 하는데, 스위치 제어부의 시간상 제어 오류 또는 제어 명령 오류가 발생하면, 인접한 스위치까지 온으로 제어되어 쇼트가 발생할 소지가 있는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고전압 배터리를 구성하는 다수의 셀 전압 편차를 해소하기 위한 셀 밸런싱 회로의 저항 갯수를 최소로 축소함과 함께, 축소된 저항에 따라 셀 밸런싱을 위한 스위치 온/오프 작동이 쇼트없이 이루어질 수 있도록 한 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 고전압 배터리의 제1 내지 제n셀 전압을 측정하는 단계와, 측정된 각 셀 전압중 특정 셀의 전압이 기준전압보다 높으면 스위치 제어부의 제어신호에 의하여 특정 셀과 연결된 스위치가 온되도록 하여 특정 셀의 전압이 저항쪽으로 방전되도록 하되, 상기 제1 내지 제n셀에 연결되는 제1내지 제n스위치를 짝수번째 스위치와 홀수번째 스위치 등 총 2개의 그룹으로 나누고, 특정 셀에 대한 셀 전압 밸런싱 수행시 서로 인접한 짝수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하거나, 서로 인접한 홀수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하여, 특정 셀과 연결된 스위치만이 선택적으로 온 또는 오프되도록 한 것을 특징으로 하는 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 스위치 제어부의 출력단을 선택된 2개의 짝수번째 스위치 또는 2개의 홀수번째 스위치에 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 구형파 제어신호를 인가하여, 하나의 라인으로 연결된 두 개의 스위치 중 하나는 하이구간에서 온 작동되고, 다른 하나는 로우구간에 의하여 오프되도록 한 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1 내지 제n셀을 동시에 밸런싱하고자 할 경우, 스위치 제어부의 제어 명령에 따라 제1 및 제n스위치만이 온으로 제어되어, 제1 내지 제n셀이 동시에 저항에 연결되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위치는 모스펫(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 포토모스 릴레이(Photomos Relay) 중 선택된 어느 하나로 채택되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 고전압 배터리의 각 셀 전압을 측정하는 단계 후, 측정된 각 셀 전압중 특정 셀의 전압이 기준전압보다 높으면 특정 셀과 연결된 스위치만을 선택적으로 온 또는 오프시키는 단계를 통하여, 셀 밸런싱 절차가 전기적 쇼트 현상 없이 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법을 설명하는 개략적 회로도,
도 6은 종래의 고전압 배터리용 셀 밸런싱을 위한 개략적 회로도,
도 7 내지 도 10은 종래의 고전압 배터리용 셀 밸런싱 과정을 나타낸 개략적 회로도,
도 11은 종래의 셀 밸런싱 과정에서 스위치 오작동에 의한 쇼트 현상을 설명하는 개략도,
도 12 및 도 13은 종래의 셀 밸런싱을 위한 다수의 저항이 사용된 예를 설명하는 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 고전압 배터리의 각 셀에 대한 셀 밸런싱을 실시하기 위한 구성예 및 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 6은 고전압 배터리의 각 셀에 대한 셀 밸런싱을 위한 구성예를 총 4개의 셀로 가정하여 도시한 개략적 회로도이다.
도 6에서 보듯이, 4개의 셀에 대한 셀 밸런싱을 수행하기 위하여 아래와 같이 총 5개의 스위치를 통해 총 2개의 밸런싱 저항이 연결된다.
1) 제1셀(11)에는 제1스위치(21) 및 제2스위치(22)를 갖는 제1 및 제2배선라인(31,32)이 연결되고, 제1 및 제2배선라인(31,32)의 끝단에는 제1저항(41)이 직접 연결된다.
2) 제2셀(12)에는 제2스위치(22) 및 제3스위치(23)를 갖는 제2 및 제3배선라인(32,33)이 연결되고, 제2 및 제3배선라인(32,33)의 끝단에는 제2저항(42)이 직접 연결된다.
3) 제3셀(13)에는 제3스위치(23) 및 제4스위치(24)를 갖는 제3 및 제4배선라인(33,34)이 연결되고, 위와 같이 제3배선라인(33)의 끝단은 제2저항(42)에 직접 연결되고, 제4배선라인(34)의 끝단은 제2배선라인(32)의 끝단부에 연결되어 제2저항(42)과 연결되는 상태가 된다.
4) 제4셀(14)에는 제4스위치(24) 및 제5스위치(25)를 갖는 제4 및 제5배선라인(34,35)이 연결되고, 위와 같이 제4배선라인(34)의 끝단은 제2배선라인(32)의 끝단부에 연결되어 제2저항(42)과 연결되는 상태가 되고, 또한 제5배선라인(35)의 끝단은 제3배선라인(33)의 끝단부에 연결되어 제2저항(42)과 연결되는 상태가 된다.
이러한 회로 구성을 기반으로, 제1셀에 대한 밸런싱을 수행할 때, 스위치 제어부(MCU)에서 제1스위치(21)와 제2스위치(22)만을 온시키는 제어 명령을 내림에 따라, 제1셀(11)은 제1 및 제2배선라인(32)을 통하여 제1저항(41)과 통전되는 상태가 되어, 제1셀(11)의 전압이 제1저항(41)으로 방전된다(도 7 참조).
또한, 제2셀(12)에 대한 밸런싱을 수행할 때, 스위치 제어부(MCU)에서 제2스위치(22)와 제3스위치(23)만을 온시키는 제어 명령을 내림에 따라, 제2셀(12)은 제2 및 제3배선라인(32,33)을 통하여 제2저항(42)과 통전되는 상태가 되어, 제2셀(12)의 전압이 제2저항(42)으로 방전된다(도 8 참조)
또한, 제3셀(13)에 대한 밸런싱을 수행할 때, 스위치 제어부(MCU)에서 제3스위치(23)와 제4스위치(24)만을 온시키는 제어 명령을 내림에 따라, 제3셀(13)은 제3 및 제4배선라인(33,34)을 통하여 제2저항(42)과 통전되는 상태가 되어, 제3셀(13)의 전압이 제2저항(42)으로 방전된다(도 9 참조)
또한, 제4셀(14)에 대한 밸런싱을 수행할 때, 스위치 제어부(MCU)에서 제4스위치(24)와 제5스위치(25)만을 온시키는 제어 명령을 내림에 따라, 제4셀(14)은 제4 및 제5배선라인(34,35)을 통하여 제2저항(42)과 통전되는 상태가 되어, 제4셀(14)의 전압이 제2저항(42)으로 방전된다(도 10 참조)
그러나, 제1셀 내지 제4셀(11~14)에 대한 셀 전압 밸런싱을 수행하고자, 스위치 제어부(50)에서 두 개의 스위치만이 온되는 제어명령신호를 내리게 되지만, 다른 셀과 연결된 스위치가 스위치 제어부(50)의 시간상 제어 오류 또는 제어 명령 오류로 인하여 온으로 제어되어 쇼트가 발생할 소지가 있다.
예를 들어, 제3셀(13)에 대한 밸런싱을 수행할 때, 제3스위치(23)와 제4스위치(24)만이 온되어야 하는데, 도 11에서 보듯이 스위치 제어부(50)의 시간상 제어 오류 또는 제어 명령 오류로 인하여 인접한 제2스위치(22) 또는 제5스위치(25)가 온으로 제어되어, 전기적 쇼트 현상이 발생될 소지가 있다.
본 발명은 스위치 오작동에 의한 전기적 쇼트 현상을 해결하기 위하여, 제1 내지 제n셀에 연결되는 제1내지 제n스위치를 짝수번째 스위치와 홀수번째 스위치 등 총 2개의 그룹으로 나누고, 특정 셀에 대한 셀 전압 밸런싱 수행시 서로 인접한 짝수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하거나, 서로 인접한 홀수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 상기와 같이 고전압 배터리가 총 4개의 셀로 구성되어 5개의 스위치와 2개의 저항이 연결된 것으로 가정하여, 셀 밸런싱 수행시의 각 스위치 제어 동작을 설명하기로 한다.
1) 제1셀에 대한 셀 밸런싱(도 1 참조)
스위치 제어부(MCU)에서 제1스위치(21)에 온 제어 명령을 내리고, 동시에 짝수배열을 갖는 제2 및 제4스위치(22,24)에 각각 온 및 오프 제어 명령을 내림으로써, 제2스위치(22)는 온되는 동시에 제4스위치(24)는 오프된다.
즉, 스위치 제어부(50)의 출력단을 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)에 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부(50)의 제어신호가 인가되면, 제2스위치(22)는 온으로 작동되는 동시에 제4스위치(24)는 오프로 작동되며, 물론 제3 및 제5스위치(23,25)에는 온/오프 제어신호가 인가되지 않아 계속 오프로 유지됨으로써, 결국 제1 및 제2스위치(21,22) 만이 온으로 작동되는 것을 보증하여 인접한 스위치의 오작동에 의한 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 스위치 제어부(50)의 출력단을 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)에 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부(50)에서 약 5V의 구형파 제어신호를 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)로 인가하면 하이구간에 의하여 제2스위치(22)가 온 작동되고, 로우구간에 의하여 제4스위치(24)가 오프 작동될 수 있다.
따라서, 제1셀(11)은 제1 및 제2배선라인(31,32)을 통하여 제1저항(41)과 통전되는 상태가 되어, 제1셀(11)의 전압이 제1저항(41)으로 방전됨으로써, 제1셀에 대한 셀 밸런싱이 이루어진다.
2) 제2셀에 대한 셀 밸런싱(도 2 참조)
스위치 제어부(MCU)에서 짝수배열을 갖는 제2 및 제4스위치(22,24)에 각각 온 및 오프 제어 명령을 내리고, 동시에 제3 및 제5스위치(23,25)에 각각 온 및 오프 제어 명령을 내린다.
즉, 스위치 제어부(50)의 출력단을 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)에 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부(50)의 제어신호가 인가되면, 제2스위치(22)는 온으로 작동되는 동시에 제4스위치(24)는 오프로 작동되고, 이와 동시에 스위치 제어부(50)의 출력단을 제3스위치(23) 및 제5스위치(25)에도 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부(50)의 제어신호가 인가되면, 제3스위치(23)는 온으로 작동되는 동시에 제5스위치(25)는 오프로 작동됨으로써, 제2 및 제3스위치(22,23) 만이 온으로 작동되는 것을 보증하여 인접한 스위치의 오작동에 의한 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 스위치 제어부(50)에서 약 5V의 구형파 제어신호를 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)로 인가하면 하이구간에 의하여 제2스위치(22)가 온 작동되고, 로우구간에 의하여 제4스위치(24)가 오프 작동될 수 있고, 제3스위치(23) 및 제5스위치(25)로 인가하면 하이구간에 의하여 제3스위치(23)가 온 작동되고, 로우구간에 의하여 제5스위치(25)가 오프 작동될 수 있다.
따라서, 제2셀(12)은 제2 및 제3배선라인(32,33)을 통하여 제2저항(42)과 통전되는 상태가 되어, 제2셀(12)의 전압이 제2저항(42)으로 방전됨으로써, 제2셀(12)에 대한 셀 밸런싱이 이루어진다.
3) 제3셀에 대한 셀 밸런싱(도 3 참조)
스위치 제어부(MCU)에서 짝수배열을 갖는 제2 및 제4스위치(22,24)에 각각 오프 및 온 제어 명령을 내리고, 동시에 제3 및 제5스위치(23,25)에 각각 온 및 오프 제어 명령을 내린다.
즉, 스위치 제어부(50)의 출력단을 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)에 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부(50)의 제어신호가 인가되면, 제2스위치(22)는 오프로 작동되는 동시에 제4스위치(24)는 온으로 작동되고, 이와 동시에 스위치 제어부(50)의 출력단을 제3스위치(23) 및 제5스위치(25)에도 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부(50)의 제어신호가 인가되면, 제3스위치(23)는 온으로 작동되는 동시에 제5스위치(25)는 오프로 작동됨으로써, 제3 및 제4스위치(23,24) 만이 온으로 작동되는 것을 보증하여 인접한 스위치의 오작동에 의한 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 스위치 제어부(50)에서 약 5V의 구형파 제어신호를 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)로 인가하면 로우구간에 의하여 제2스위치(22)가 오프 작동되고, 하이구간에 의하여 제4스위치(24)가 온 작동될 수 있고, 제3스위치(23) 및 제5스위치(25)로 인가하면 하이구간에 의하여 제3스위치(23)가 온 작동되고, 로우구간에 의하여 제5스위치(25)가 오프 작동될 수 있다.
따라서, 제3셀(13)은 제3 및 제4배선라인(33,34)을 통하여 제2저항(42)과 통전되는 상태가 되어, 제3셀(13)의 전압이 제2저항(42)으로 방전됨으로써, 제3셀(13)에 대한 셀 밸런싱이 이루어진다.
4) 제4셀에 대한 셀 밸런싱(도 4 참조)
스위치 제어부(MCU)에서 짝수배열을 갖는 제2 및 제4스위치(22,24)에 각각 오프 및 온 제어 명령을 내리고, 동시에 제3 및 제5스위치(23,25)에 각각 오프 및 온 제어 명령을 내린다.
즉, 스위치 제어부(50)의 출력단을 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)에 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부의 제어신호가 인가되면, 제2스위치(22)는 오프로 작동되는 동시에 제4스위치(24)는 온으로 작동되고, 이와 동시에 스위치 제어부의 출력단을 제3스위치(23) 및 제5스위치(25)에도 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 스위치 제어부의 제어신호가 인가되면, 제3스위치(23)는 오프로 작동되는 동시에 제5스위치(25)는 온으로 작동됨으로써, 제4 및 제5스위치(24,25) 만이 온으로 작동되는 것을 보증하여 인접한 스위치의 오작동에 의한 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 스위치 제어부(50)에서 약 5V의 구형파 제어신호를 제2스위치(22) 및 제4스위치(24)로 인가하면 로우구간에 의하여 제2스위치(22)가 오프 작동되고, 하이구간에 의하여 제4스위치(24)가 온 작동될 수 있고, 제3스위치(23) 및 제5스위치(25)로 인가하면 로우구간에 의하여 제3스위치(23)가 오프 작동되고, 하이구간에 의하여 제5스위치(25)가 온 작동될 수 있다.
따라서, 제4셀(14)은 제4 및 제5배선라인(34,35)을 통하여 제2저항(42)과 통전되는 상태가 되어, 제4셀(14)의 전압이 제2저항(42)으로 방전됨으로써, 제4셀(14)에 대한 셀 밸런싱이 이루어진다.
한편, 모든 셀 즉, 제1 내지 제4셀(11~14)을 동시에 밸런싱하고자 할 경우에는 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 스위치 제어부(50)에서 제1스위치(21)에 온 제어 명령을 내리고, 동시에 홀수배열을 갖는 제3 및 제5스위치(23,25)에 각각 오프 및 온 제어 명령을 내림으로써, 제1 및 제5스위치(21,25)만이 온되는 상태가 되도록 한다.
이에 따라, 제1 내지 제4셀(11~14)은 제1 및 제5배선라인(31,35)을 통하여 제1 및 제2저항(41,42)에 연결되는 상태가 되므로, 모든 셀에 대한 셀 밸런싱이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 고전압 배터리의 각 셀 전압을 측정하는 단계 후, 측정된 각 셀 전압중 특정 셀의 전압이 기준전압보다 높으면 특정 셀과 연결된 스위치만을 선택적으로 온 또는 오프시키는 단계를 통하여, 셀 밸런싱 절차가 전기적 쇼트 현상 없이 용이하게 이루어질 수 있다.
11 : 제1셀 12 : 제2셀
13 : 제3셀 14 : 제4셀
21 : 제1스위치 22 : 제2스위치
23 : 제3스위치 24 : 제4스위치
25 : 제5스위치 31 : 제1배선라인
32 : 제2배선라인 33 : 제3배선라인
34 : 제4배선라인 35 : 제5배선라인
41 : 제1저항 42 : 제2저항
50 : 스위치 제어부 52 : 셀 전압 측정 및 셀 밸런싱 제어부

Claims (4)

  1. 고전압 배터리의 제1 내지 제n셀 전압을 측정하는 단계와, 측정된 각 셀 전압중 특정 셀의 전압이 기준전압보다 높으면 스위치 제어부의 제어신호에 의하여 특정 셀과 연결된 스위치가 온되도록 하여 특정 셀의 전압이 저항쪽으로 방전되도록 하되,
    상기 제1 내지 제n셀에 연결되는 제1내지 제n스위치를 짝수번째 스위치와 홀수번째 스위치 등 총 2개의 그룹으로 나누고, 특정 셀에 대한 셀 전압 밸런싱 수행시 서로 인접한 짝수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하거나, 서로 인접한 홀수번째 스위치를 각각 온 및 오프로 제어하여, 특정 셀과 연결된 스위치만이 선택적으로 온 또는 오프되도록 한 것을 특징으로 하는 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치 제어부의 출력단을 선택된 2개의 짝수번째 스위치 또는 2개의 홀수번째 스위치에 하나의 라인으로 연결시킨 상태에서 구형파 제어신호를 인가하여, 하나의 라인으로 연결된 두 개의 스위치 중 하나는 하이구간에서 온 작동되고, 다른 하나는 로우구간에 의하여 온 작동되도록 한 것을 특징으로 하는 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제n셀을 동시에 밸런싱하고자 할 경우, 스위치 제어부의 제어 명령에 따라 제1 및 제n스위치만이 온으로 제어되어, 제1 내지 제n셀이 동시에 저항에 연결되도록 한 것을 특징으로 하는 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치는 모스펫(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 포토모스 릴레이(Photomos Relay) 중 선택된 어느 하나로 채택되는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리용 셀 밸런싱 제어 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170062764A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 주식회사 엘지화학 배터리 셀 벨런싱 장치 및 방법
WO2019083282A1 (ko) * 2017-10-27 2019-05-02 주식회사 엘지화학 배터리 밸런싱을 위한 장치 및 그것을 포함하는 배터리팩
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