KR20140135427A - Ballancing control circuit for battery cell module using series resonant circuit - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a technology facilitating control of a balancing speed when a balancing operation is performed for a battery cell module including a plurality of battery cells connected in series. A circuit for controlling balancing of a battery cell module using an LC series resonant circuit comprises: a battery cell module including a plurality of battery cells connected in series; a series resonant circuit including an inductor and a capacitor connected in series to store electric energy recovered from a corresponding battery cell of the battery cell module and supplying the stored electric energy to the corresponding battery cell of the battery cell module, wherein at least one of the inductor and the capacitor is a variable type to adjust a balancing speed; and a switch unit providing an electric energy recovery path to charge the capacitor of the series resonant circuit with the electric energy recovered from the corresponding battery cell of the battery module and providing an electric energy supply path to supply the stored electric energy to the corresponding battery cell of the battery cell module.

Description

엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 모듈의 밸런싱 제어회로{BALLANCING CONTROL CIRCUIT FOR BATTERY CELL MODULE USING SERIES RESONANT CIRCUIT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a balancing control circuit for a battery cell module using an ELC serial resonance,

본 발명은 배터리셀의 밸런싱을 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 직렬 접속된 복수개의 배터리셀을 구비한 배터리셀 모듈에 대해 밸런싱 동작을 수행할 때 밸런싱 속도를 조절할 수 있도록 한 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 모듈의 밸런싱 제어회로에 관한 것이다.
The present invention relates to a technique for controlling the balancing of a battery cell, and more particularly, to a battery cell module having a plurality of battery cells connected in series, And a balancing control circuit of the cell module.

일반적으로, 전지(배터리셀)의 양단 전압이 일정 수치를 넘을 경우 폭발의 위험이 있고, 일정 수치 이하로 떨어질 경우에는 배터리셀에 영구적인 손상이 가해지게 된다. 전기자동차와 같이 비교적 대용량의 전원공급이 요구되는 장치에 배터리셀을 이용하여 전원을 공급하고자 하는 경우, 배터리셀을 직렬로 접속한 배터리셀 모듈(배터리 팩)을 사용한다. 그런데, 이와 같은 배터리셀 모듈을 사용하는 경우 각 배터리셀의 성능 편차에 의하여 전압의 불균형이 발생될 수 있다. Generally, there is a risk of explosion if the voltage across the battery (battery cell) exceeds a certain value, and if it falls below a certain value, the battery cell is permanently damaged. In order to supply power to a device requiring a relatively large power supply, such as an electric vehicle, using a battery cell, a battery cell module (battery pack) in which battery cells are connected in series is used. However, when such a battery cell module is used, a voltage imbalance may occur due to a performance variation of each battery cell.

배터리셀 모듈 충전 시 상기 배터리셀 모듈 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 상한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리셀 모듈을 충전할 수 없게 되므로 다른 배터리셀들이 충분히 충전되지 않은 상태에서 충전을 종료하여야 한다. 이와 같은 경우 배터리셀 모듈의 충전용량이 정격 충전용량에 미치지 못하게 된다. When one battery cell in the battery cell module reaches the upper limit voltage before charging the battery cell module, the battery cell module can no longer be charged. Therefore, when the other battery cells are not fully charged Charging should be terminated. In such a case, the charging capacity of the battery cell module does not reach the rated charging capacity.

한편, 배터리셀 모듈 방전 시에는 상기 배터리셀 모듈 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 하한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리셀 모듈을 사용할 수 없게 되므로 그만큼 배터리셀 모듈의 사용시간이 단축된다. On the other hand, when the battery cell module discharges, when one battery cell in the battery cell module reaches a lower limit voltage than other battery cells in the battery cell module, the battery cell module can no longer be used. .

상기와 같이 배터리셀 모듈의 충전 또는 방전 시 보다 높은 전기 에너지를 갖는 배터리셀의 전기 에너지를 보다 낮은 전기 에너지를 갖는 배터리셀로 공급해 줌으로써 배터리셀 모듈의 사용시간을 연장시킬 수 있는데, 이와 같은 동작을 배터리셀 밸런싱이라고 부른다.As described above, when the battery cell module is charged or discharged, the electric energy of the battery cell having higher electric energy is supplied to the battery cell having lower electric energy, thereby extending the use time of the battery cell module. It is called battery cell balancing.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리셀 모듈(11)과, 직렬접속된 저항(R11-R14) 및, 상기 배터리셀 모듈(11)의 양측 종단 단자, 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 간의 각각의 접속단자를 상기 저항(R11-R14)의 대응 단자 각각에 선택적으로 접속하는 스위치(SW11-SW15)를 포함한다. FIG. 1 is a battery cell balancing circuit diagram using a parallel resistor according to the related art. As shown in FIG. 1, the battery cell balancing circuit includes a battery cell module 11 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series, R14 and switches SW11 to SW14 for selectively connecting respective connection terminals between the battery cell modules 11 and the battery cells CELL1 to CELL4 to corresponding terminals of the resistors R11 to R14, SW15).

도 1을 참조하면, 배터리셀 모듈(11) 충전 시 상기 배터리셀 모듈(11) 내의 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 임의의 배터리셀의 충전전압이 다른 배터리셀들의 충전전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달하는 경우 스위치(SW11-SW15) 중에서 해당 스위치를 턴온시켜 상기 저항(R11-R14) 중에서 해당 저항을 통해 충전전압이 방전되도록 한다. 1, when the battery cell module 11 is charged, the charging voltage of any one of the battery cells CELL1-CELL4 in the battery cell module 11 is higher than the charging voltage of the other battery cells, The switch is turned on among the switches SW11 to SW15 so that the charging voltage is discharged through the resistor among the resistors R11 to R14.

예를 들어, 두 번째의 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 다른 배터리셀(CELL1, CELL3,CELL4)의 충전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달한 경우, 스위치(SW12)를 턴온시킨다. 이에 따라, 상기 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 저항(R12)을 통해 방전되어 배터리셀 밸런싱이 이루어진다. For example, when the charging voltage of the second battery cell CELL2 reaches the upper limit voltage first, compared with the charging voltage of the other battery cells CELL1, CELL3, CELL4, the switch SW12 is turned on. Accordingly, the charging voltage of the battery cell CELL2 is discharged through the resistor R12 to balance battery cells.

그러나, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로를 이용하는 경우 저항을 통해 전력이 소모되므로 그만큼 효율이 저하되고, 배터리 모듈 사용 중에 상한전압을 전압이 낮은 배터리셀로 공급할 수 없어 효율이 저하된다. However, when such a battery cell balancing circuit is used, power is consumed through the resistor, so that the efficiency is lowered, and the efficiency is lowered because the upper limit voltage can not be supplied to the low-voltage battery cell during use of the battery module.

도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리셀 모듈(21)과, 직렬접속된 커패시터(C21-C23)와, 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각을 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 양측 단자 중 하나에 각기 선택적으로 접속하는 스위치(SW21-SW24)를 포함한다.FIG. 2 is a battery cell balancing circuit diagram using a conventional capacitor. As shown in FIG. 2, the battery cell balancing circuit includes a battery cell module 21 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series and capacitors C21 to C23 The connection terminals between the capacitors C21 and C22 and the connection terminals between the capacitors C22 and C23 and the other terminals of the capacitor C23 are connected to the battery cells CELL1- And switches SW21 to SW24 for selectively connecting to one of the two terminals of each of the first and second input terminals CELL1 and CELL4.

도 2를 참조하면, 상기 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는 2가지의 접속 상태를 갖는다. 제1 접속 상태에서는 도 2에서와 같이 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 일측 단자(양극단자)에 각기 접속된다. 제2 접속 상태에서는 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 접속단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 접속단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 타측 단자(음극단자)에 각기 접속된다. Referring to FIG. 2, the battery cell balancing circuit using the capacitor has two connection states. 2, a connection terminal between the capacitors C21 and C22, a connection terminal between the capacitors C22 and C23, and a connection terminal between the other terminals of the capacitor C23, respectively, Are respectively connected to one terminal (positive terminal) of each of the battery cells CELL1 to CELL4. The connection terminal between the capacitors C21 and C22 and the connection terminal between the capacitors C22 and C23 and the other terminal of the capacitor C23 are connected to the battery cell CELL1-CELL4, respectively.

그런데, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 커패시터와 배터리셀 간에 하드 스위칭 동작이 발생하여 효율이 낮은 문제점이 있다. 배터리 모듈 내의 배터리셀들 간의 용량이 서로 동일한 것이 바람직하지만, 여러 가지 이유로 인하여 배터리셀들 간의 용량이 다르게 된다. 이와 같은 경우 어느 배터리셀의 충전 전압이 다른 배터리셀의 충전전압에 비하여 낮더라도 더 큰 용량을 갖을 수 있다. 이와 같은 경우 전압이 낮은 배터리셀의 전압을 전압이 높은 배터리셀에 전달할 필요가 있는데, 이와 같은 종래의 배터리셀 밸런싱 회로에서는 그와 같은 전압 전달 기능을 수행할 수 없는 결함이 있다.However, such a battery cell balancing circuit has a problem that a hard switching operation occurs between a capacitor and a battery cell, resulting in low efficiency. Although it is preferable that the capacity of the battery cells in the battery module is equal to each other, the capacities of the battery cells are different due to various reasons. In this case, even if the charging voltage of any one of the battery cells is lower than the charging voltage of the other battery cells, a larger capacity can be obtained. In this case, it is necessary to transfer the voltage of the low-voltage battery cell to the high-voltage battery cell. In such a conventional battery cell balancing circuit, such a voltage transfer function can not be performed.

도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬접속된 배터리셀(CELL1- CELL4)을 구비하는 배터리셀 모듈(31)과, 플라이백 컨버터(32) 및, 상기 플라이백 컨버터(32)의 복수 개의 2차 코일 각각을 상기 배터리셀(CELL1- CELL4) 각각의 양측 단자에 선택적으로 접속하는 스위치(SW31-SW34), 상기 플라이백 컨버터(32)의 1차 코일 양단을 상기 배터리셀 모듈(31)의 양단에 선택적으로 접속하는 스위치(SW35)를 포함한다. 3 is a battery cell balancing circuit diagram using a flyback structure according to the related art. As shown in FIG. 3, the battery cell balancing circuit includes a battery cell module 31 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series, a flyback converter 32, Switches SW31 to SW34 for selectively connecting each of the plurality of secondary coils of the flyback converter 32 to both terminals of each of the battery cells CELL1 to CELL4, And a switch (SW35) for selectively connecting both ends of the car coil to both ends of the battery cell module (31).

도 3의 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS(Switch Mode Power Supply) 중 하나인 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로로서 스위치(SW31-SW34)를 이용하여 배터리셀 모듈(31) 내의 직렬접속된 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각에 전기 에너지 전달이 가능하고, 배터리셀 모듈(31)의 양측 종단 단자의 사이에 전기 에너지 전달이 가능한 구조를 갖는다. The battery cell balancing circuit of FIG. 3 is a battery cell balancing circuit using a flyback structure, which is one of SMPS (Switch Mode Power Supply), and uses the switches SW31 to SW34 to connect the serially connected battery cells CELL1 to CELL4, respectively, and is capable of transferring electrical energy between the terminal terminals on both sides of the battery cell module 31. [

이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS의 형태를 가지므로 효율이 우수한 장점이 있지만, 배터리셀 모듈에 구비되는 배터리셀의 개수가 증가될수록 플라이백 컨버터에 사용되는 마그네틱 코어의 크기가 커지는 단점이 있고, 그에 따라 배터리셀 밸런싱 회로의 가격이 상승하는 문제점이 있다.However, as the number of battery cells provided in the battery cell module increases, the size of the magnetic core used in the flyback converter increases. In this case, There is a problem that the price of the battery cell balancing circuit rises.

더욱이, 이와 같은 종래의 배터리셀 모듈의 밸런싱 회로에 있어서는 밸런싱 속도를 적절히 조절할 수 있는 기능이 구비되어 있지 않아 밸런싱 효율을 향상시키거나 셀 안정성을 확보하는데 어려움이 있다.
Furthermore, in the conventional balancing circuit of the battery cell module, there is not provided a function of appropriately adjusting the balancing speed, which makes it difficult to improve the balancing efficiency or secure the cell stability.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 직렬 접속된 복수개의 배터리셀을 구비한 배터리셀 모듈에 대해 밸런싱 동작을 수행할 때 평상시에는 낮은 속도로 밸런싱을 수행하여 밸런싱 효율을 향상시키고, 고속의 밸런싱이 요구될 때에는 커패시터 또는 인덕터의 값을 조정하여 밸런싱 속도를 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery cell module having a plurality of battery cells connected in series, in which balancing is performed at a low speed in normal operation to improve balancing efficiency and high-speed balancing is required The balancing speed can be improved by adjusting the value of the capacitor or the inductor.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 모듈의 밸런싱 제어회로는, 직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리셀 모듈; 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 충전하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급하기 위해 직렬접속된 인덕터 및 커패시터를 구비하되, 상기 인덕터 및 커패시터 중에서 하나 이상을 가변형으로 구비하여 밸런싱 속도를 조절하는 직렬공진회로; 및 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 상기 직렬공진회로의 커패시터 충전할 수 있도록 전기에너지 회수 경로를 제공하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급할 수 있도록 전기에너지 공급 경로를 제공하는 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a balancing control circuit for a battery cell module using an LSI serial resonance, comprising: a battery cell module including a plurality of battery cells connected in series; And an inductor and a capacitor connected in series to charge the electric energy recovered from the corresponding battery cell of the battery cell module and supply the charged electric energy to the corresponding battery cell of the battery cell module, A serial resonance circuit that adjusts the balancing speed by providing the variable resonator in the variable resonator; And an electric energy recovery path for supplying electric energy recovered from a corresponding battery cell of the battery cell module to a capacitor of the series resonance circuit and supplying the charged electric energy to a corresponding battery cell of the battery cell module And a switch unit for providing an electric energy supply path.

본 발명은 직렬 접속된 복수개의 배터리셀을 구비한 배터리셀 모듈에 대해 밸런싱 동작을 수행할 때 평상시에는 낮은 속도로 밸런싱을 수행하여 밸런싱 효율을 향상시키고, 고속의 밸런싱이 요구될 때에는 커패시터 또는 인덕터의 값을 조정하여 밸런싱 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
The present invention relates to a battery cell module having a plurality of battery cells connected in series and performing balancing operation at a low speed in a normal case to enhance balancing efficiency and, when high-speed balancing is required, There is an effect that the balancing speed can be improved by adjusting the value.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 모듈의 밸런싱 제어회로도이다.
도 5의 (a)는 본 발명에 따른 가변형 인덕터의 예를 나타낸 회로도이다.
도 5의 (b)는 본 발명에 따른 가변형 커패시터의 예를 나타낸 회로도이다.
도 6 및 도 7은 가변형 커패시터를 이용하여 밸런싱 속도를 조정하는 예를 나타낸 회로도이다. FIG. 1 is a battery cell balancing circuit diagram using a conventional parallel resistor.
2 is a battery cell balancing circuit diagram using a capacitor according to the related art.
3 is a battery cell balancing circuit diagram using a flyback structure according to the prior art.
FIG. 4 is a circuit diagram of balancing control of a battery cell module using an LC serial resonance according to an embodiment of the present invention.
5A is a circuit diagram showing an example of a variable inductor according to the present invention.
5 (b) is a circuit diagram showing an example of a variable capacitor according to the present invention.
6 and 7 are circuit diagrams showing an example of adjusting the balancing speed using a variable capacitor.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 모듈의 밸런싱 제어회로로서 이에 도시한 바와 같이, 배터리셀 모듈(410), 직렬공진회로(420), 제1 내지 3 스위치부(431-433)를 구비하는 스위치부를 포함한다. FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a balancing control circuit for a battery cell module using an LC serial resonance according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the battery cell module includes a battery cell module 410, a series resonant circuit 420, 431-433).

배터리셀 모듈(410)은 직렬접속된 제1내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비한다. The battery cell module 410 includes first to fourth battery cells CELL1 to CELL4 connected in series.

직렬공진회로(420)는 직렬접속된 가변형 인덕터(Lv) 및 가변형 커패시터(Cv)를 구비한다.The series resonant circuit 420 includes a variable inductor Lv and a variable capacitor Cv connected in series.

스위치부(도면에 미표시)는 제1 내지 3 스위치부(431-433)를 구비한다. The switch unit (not shown in the drawing) includes first to third switch units 431 to 433.

제1스위치부(431)는 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)로부터 전기에너지를 회수하거나 공급하기 위한 경로를 형성한다. 이를 위해 상기 제1스위치부(410)는 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 제1공통노드(N1)에 공통접속된 제1 내지 제5 스위치(SW1-SW5)를 구비한다. The first switch unit 431 forms a path for recovering or supplying electric energy from the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4. To this end, the first switch unit 410 is connected to one terminal of each of the first to fourth battery cells CELL1-CELL4 and the other terminal of the first switch unit 410 is connected to the first common node N1, To fifth switches SW1 to SW5.

제2스위치부(432)는 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)로부터 전기에너지를 회수하거나 공급하기 위한 경로를 형성한다. 이를 위해 상기 제2 스위치부(420)는 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)의 각 단자에 일측 단자가 각기 접속되고 타측 단자가 제2공통노드(N2)에 공통접속된 제6 내지 제10 스위치(SW6-SW10)를 구비한다. The second switch unit 432 forms a path for recovering or supplying electric energy from the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4. To this end, the second switch unit 420 is connected to one terminal of each of the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4, and the other terminal of the sixth switch unit 420 is commonly connected to the second common node N2. To 10th switch (SW6-SW10).

여기서, 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)의 각 단자는 제1 배터리셀(CELL1)의 일측 단자, 제1 배터리셀(CELL1)의 타측 단자와 제2 배터리셀(CELL2)의 일측 단자의 공통접속단자, 제2 배터리셀(CELL2)의 타측 단자와 제3 배터리셀(CELL3)의 일측 단자의 공통접속단자, 제3 배터리셀(CELL3)의 타측 단자와 제4 배터리셀(CELL4)의 일측 단자의 공통접속단자, 상기 제4 배터리셀(CELL4)의 타측 단자를 의미한다.Each terminal of the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4 is connected to one terminal of the first battery cell CELL1, the other terminal of the first battery cell CELL1 and one terminal of the second battery cell CELL2 The other terminal of the second battery cell CELL2 and the common terminal of the third terminal of the third battery cell CELL3 and the terminal of the fourth battery cell CELL4 are connected to the other terminal of the third battery cell CELL3, A common connection terminal of one terminal of the fourth battery cell CELL4, and the other terminal of the fourth battery cell CELL4.

제3스위치부(433)는 전기에너지회수모드에서 상기 직렬공진회로(420)의 일측 종단 단자를 상기 제1공통노드(N1)에 접속하는 제11 스위치(SW11), 상기 직렬공진회로(420)의 타측 종단 단자를 상기 제2공통노드(N2)에 접속하는 제12 스위치(SW12), 전기에너지공급모드에서 상기 직렬공진회로(420)의 타측 종단 단자를 상기 제1공통노드(N1)에 접속하는 제13스위치(SW13), 상기 직렬공진회로(420)의 일측 종단 단자를 상기 제2공통노드(N2)에 접속하는 제14 스위치(SW14)를 구비한다. The third switch unit 433 includes an eleventh switch SW11 for connecting one end terminal of the series resonant circuit 420 to the first common node N1 in the electric energy recovery mode, A twelfth switch SW12 for connecting the other end terminal of the series resonant circuit 420 to the second common node N2, and a second switch SW12 for connecting the other end terminal of the series resonant circuit 420 to the first common node N1 And a fourteenth switch SW13 for connecting one end terminal of the series resonant circuit 420 to the second common node N2.

상기 제1내지 제3스위치부(431-433)에 구비된 스위치로서 SPST(Single Pole Single Throw)를 예로하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니라 다른 스위치 소자 예를 들어 MOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 스위치로 구현할 수 있다. Although SPST (Single Pole Single Throw) has been described as an example of a switch included in the first to third switch portions 431 to 433, the present invention is not limited to this, and other switch elements such as a metal oxide field Effect Transistor), BJT (Bipolar Junction Transistor), and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

전기에너지 회수모드에서, 상기 배터리셀 모듈(410)의 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1~CELL4) 중에서 하나의 배터리셀에 다른 배터리셀들에 비해 상대적으로 높은 전기에너지가 충전된 경우, 상기 배터리셀의 전기에너지는 제1내지 제3스위치부(431-433)의 스위치들에 의해 형성된 전기에너지 회수 경로를 통해 직렬공진회로(420)에 일시적으로 충전된다. 이때, 상기 상대적으로 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀의 용량은 상기 가변형 커패시터(Cv)의 용량에 비해 아주 크기 때문에 상기 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀의 전압은 미세하게 하강된다. 이에 비하여, 상기 가변형 커패시터(Cv)의 충전 전압은 사인(sine) 함수의 형태로 상승된다. In the electric energy recovery mode, when one of the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4 of the battery cell module 410 is charged with relatively higher electric energy than the other battery cells, The electric energy of the cell is temporarily charged in the series resonant circuit 420 through the electric energy recovery path formed by the switches of the first to third switch parts 431 to 433. At this time, since the capacity of the battery cell charged with the relatively high electric energy is much larger than the capacity of the variable capacitor Cv, the voltage of the battery cell charged with the high electric energy is finely lowered. On the other hand, the charging voltage of the variable capacitor Cv rises in the form of a sine function.

이후, 전기에너지 공급모드에서, 상기 직렬공진회로(420)의 가변형 커패시터(Cv)에 일시적으로 충전된 전기에너지는 제1내지 제3스위치부(431-433의 스위치들에 의해 형성된 전기에너지 회수 경로를 통하여, 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1~CELL4) 중에서 다른 배터리셀들에 비해 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀에 공급되어 충전된다. Thereafter, in the electric energy supply mode, the electric energy temporarily charged in the variable capacitor Cv of the series resonant circuit 420 is supplied to the electric energy recovery path formed by the switches of the first to third switch parts 431 to 433, The first to fourth battery cells CELL1 to CELL4 are supplied and charged to the battery cells that have lower electrical energy than the other battery cells.

상기와 같은 일련의 전기에너지 회수 및 공급과정을 통해 배터리셀 밸런싱이 이루어진다. Battery cell balancing is performed through a series of electrical energy recovery and supply processes as described above.

그런데, 본 발명의 실시예에서는 배터리셀 모듈(410)의 제1내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)을 대상으로 밸런싱 동작을 수행할 때 밸런싱 속도를 조절할 수 있도록 직렬공진회로(420)에 가변형 인덕터(Lv) 및 가변형 커패시터(Cv)를 구비하였다.However, in the embodiment of the present invention, when the balancing operation is performed with respect to the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4 of the battery cell module 410, the serial resonance circuit 420 is provided with a variable- An inductor Lv and a variable capacitor Cv.

상기 가변형 인덕터(Lv) 및 가변형 커패시터(Cv)를 구현하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다. 도 5의 (a),(b)는 그 실시예를 나타낸 것이다. There are various methods for implementing the variable inductor Lv and the variable capacitor Cv. Figures 5 (a) and 5 (b) show the embodiment.

즉, 도 5의 (a)는 상기 가변형 인덕터(Lv)를 두 개의 인덕터(L1,L2)와 제21스위치(SW21)로 구현한 예를 나타낸 것이다. 상기 제21스위치(SW21)가 턴온되는 경우 상기 두 개의 인덕터(L1,L2)가 상기 제21스위치(SW21)에 의해 병렬로 접속되어 인덕턴스값이 조정(하강)된다. 하지만, 상기 제21스위치(SW21)가 턴오프되는 경우 가변형 인덕터(Lv)의 값이 상기 하나의 인덕터(L1)에 의해 결정되므로 상기 두 개의 인덕터(L1,L2)가 병렬로 접속된 경우에 비하여 높은 인덕턴스 값을 갖게 된다. That is, FIG. 5A shows an example in which the variable inductor Lv is implemented by two inductors L1 and L2 and a twenty-first switch SW21. When the twenty-first switch SW21 is turned on, the two inductors L1 and L2 are connected in parallel by the twenty-first switch SW21 so that the inductance value is adjusted (descended). However, when the twenty-first switch SW21 is turned off, the value of the variable inductor Lv is determined by the one inductor L1, so that compared with the case where the two inductors L1 and L2 are connected in parallel It has a high inductance value.

도 5의 (b)는 상기 가변형 커패시터(Cv)를 두 개의 커패시터(C1,C2)와 제22스위치(SW22)로 구현한 예를 나타낸 것이다. 상기 제22스위치(SW22)가 턴온되는 경우 상기 두 개의 커패시터(C1,C2)가 상기 제22스위치(SW22)에 의해 병렬로 접속되어 정전용량 값이 조정(상승)된다. 하지만, 상기 제22스위치(SW22)가 턴오프되는 경우 가변형 커패시터(Cv)의 값이 상기 하나의 커패시터(C1)에 의해 결정되므로 상기 두 개의 커패시터(C1,C2)가 병렬로 접속된 경우에 비하여 낮은 정전용량 값을 갖게 된다. FIG. 5B shows an example in which the variable capacitor Cv is implemented by two capacitors C1 and C2 and a twenty-second switch SW22. When the twenty-second switch SW22 is turned on, the two capacitors C1 and C2 are connected in parallel by the twenty-second switch SW22 so that the capacitance value is adjusted (raised). However, when the twenty-second switch SW22 is turned off, the value of the variable capacitor Cv is determined by the one capacitor C1. Therefore, as compared with the case where the two capacitors C1 and C2 are connected in parallel Resulting in a low capacitance value.

도 6 및 도 7에서는 상기 직렬공진회로(420)에서 인덕터는 인덕턴스 값이 고정된 고정형 인덕턴스(LS)를 사용하고, 커패시터는 요구된 밸런싱 속도에 따라 두 개의 커패시터(C1,C2)로 용량을 가변하는 가변형 커패시터(CV)를 구현한 예를 나타내었다. 상기 도 6 및 도 7을 참조하여 전기에너지 회수모드에서 커패시터의 용량을 가변하여 밸런싱 속도를 조절하는 것을 설명하면 다음과 같다.6 and 7, the inductor in the series resonant circuit 420 uses a fixed inductance L S having a fixed inductance value, and the capacitor is capacitively coupled to the two capacitors C1 and C2 according to the required balancing speed. And an example in which a variable capacitor (C V ) is implemented is shown. Referring to FIGS. 6 and 7, the balancing rate is adjusted by varying the capacitance of the capacitor in the electric energy recovery mode.

먼저, 도 6은 배터리셀 모듈(410)에 구비된 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4)에 충전된 전기 에너지들 중에서 제3배터리셀(CELL3)에 충전된 전기에너지가 가장 높고, 제1,2커패시터(C1,C2) 및 제2스위치(SW22)로 이루어진 가변형 커패시터(Cv)를 구비한 경우, 낮은 속도로 밸런싱을 수행하는 예를 나타낸 것이다. 이때, 상기 제2스위치(SW22)가 턴오프되므로, 가변형 커패시터(Cv)의 용량은 상기 제1커패시터(C1)에 의해 결정된다.6, the electric energy charged in the third battery cell CELL3 among the electric energies charged in the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4 provided in the battery cell module 410 is the highest, And a variable capacitor Cv consisting of the first and second capacitors C1 and C2 and the second switch SW22 is provided. At this time, since the second switch SW22 is turned off, the capacitance of the variable capacitor Cv is determined by the first capacitor C1.

이와 같은 경우, 제어부(도면에 미표시)에서 출력되는 스위칭제어신호에 의해 제1스위치부(431)의 스위치들 중 제3스위치(SW3)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프되고, 제2스위치부(432)의 스위치들 중 제9스위치(SW9)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프되고, 제3스위치부(433)의 스위치들 중 제11스위치(SW11) 및 제12스위치(SW12)가 턴온되고 나머지 스위치들은 턴오프된다.In this case, the third switch SW3 of the switches of the first switch unit 431 is turned on and the remaining switches are turned off by the switching control signal outputted from the control unit (not shown in the figure), and the second switch unit The ninth switch SW9 is turned on and the remaining switches are turned off so that the eleventh switch SW11 and the twelfth switch SW12 of the switches of the third switch part 433 are turned on, The switches are turned off.

따라서, 상기 배터리셀 모듈(410)의 제3배터리셀(CELL3)에 충전된 전기 에너지가 제2스위치부(431)의 제3스위치(SW3), 제1노드(N1), 제3스위치부(433)의 제11 스위치(SW11)를 순차적으로 통해 직렬공진회로(420)의 제1커패시터(C1)에 일시적으로 충전된다. 이때, 가변형 커패시터(Cv)의 용량은 상기 제1,2커패시터(C1,C2)가 병렬로 접속될 때에 비하여 낮게 설정된다. 이에 따라, 상기 배터리셀 모듈(410)에 대한 밸런싱 속도가 느린 속도로 진행되어 밸런싱 효율이 높게 된다.Accordingly, the electric energy charged in the third battery cell CELL3 of the battery cell module 410 is transmitted to the third switch SW3, the first node N1, the third switch unit The first capacitor C1 of the series resonant circuit 420 is temporarily charged through the eleventh switch SW11 of the first series resonant circuit 433. At this time, the capacitance of the variable capacitor Cv is set lower than when the first and second capacitors C1 and C2 are connected in parallel. Accordingly, the balancing speed for the battery cell module 410 proceeds at a slow speed, thereby increasing the balancing efficiency.

그러나, 상기 도 6과 같은 조건에서 밸런싱 속도를 빠르게 하고자 할 때, 도 7과 같이 상기 스위칭제어신호를 이용하여 상기 제2스위치(SW22)를 턴온시킨다. 이에 따라, 상기 제1,2커패시터(C1,C2)가 병렬접속되어 가변형 커패시터(Cv)의 용량이 조정(상승)된다. However, when the balancing speed is to be increased under the condition as shown in FIG. 6, the second switch SW22 is turned on using the switching control signal as shown in FIG. Accordingly, the first and second capacitors C1 and C2 are connected in parallel to adjust (increase) the capacitance of the variable capacitor Cv.

따라서, 상기 제1 내지 제3 스위치부(431-433)의 스위치들이 상기 도 6에서와 동일하게 스위칭된 상태에서, 제3배터리셀(CELL3)에 충전된 전기 에너지가 상기와 같은 경로를 통해 직렬공진회로(420)의 병렬접속된 제1,2커패시터(C1,C2)에 일시적으로 충전되는 밸런싱 동작이 이루어진다. 그런데, 이때 상기 제1,2커패시터(C1,C2)가 병렬접속되어 있으므로 상기 도 6에 비하여 가변형 커패시터(Cv)의 용량값이 그만큼 상승되고, 이에 의해 상기 밸런싱 속도가 상승되어 셀 안정성이 확보된다. 6, when the switches of the first to third switch units 431 to 433 are switched in the same manner as in FIG. 6, the electric energy charged in the third battery cell CELL3 flows in series A balancing operation is performed in which the first and second capacitors C1 and C2 connected in parallel in the resonant circuit 420 are temporarily charged. However, since the first and second capacitors C1 and C2 are connected in parallel at this time, the capacitance value of the variable capacitor Cv is increased as compared with the case of FIG. 6, thereby increasing the balancing speed and securing the cell stability .

상기와 같은 일련을 과정을 통해 상기 직렬공진회로(420)의 가변형 커패시터(Cv)에 일시적으로 충전된 전기에너지는 전기에너지 공급모드에서 상기 제1 내지 제4 배터리셀(CELL1-CELL4) 중에서 제일 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀 예를 들어 제4배터리셀(CELL4)에 공급되어 충전된다. The electric energy temporarily charged in the variable capacitor Cv of the series resonant circuit 420 through the series of processes described above is supplied to the first to fourth battery cells CELL1 to CELL4 in the electric energy supply mode, For example, a fourth battery cell (CELL4) in which electric energy is charged.

이때, 상기 제1스위치부(431)의 제5스위치(SW5), 제2스위치부(432)의 제9스위치(SW9), 제3스위치부(433)의 제13 스위치(SW13) 및 제14스위치(SW14)가 턴온되고 나머지 스위치들은 모두 턴오프된다. 이에 따라, 상기 가변형 커패시터(Cv)에 일시적으로 충전된 전기에너지가 상기 제14 스위치(SW14) 및 제9스위치(SW9)를 통해 상기 제4배터리셀(CELL4)에 공급되어 충전된다. At this time, the fifth switch SW5 of the first switch unit 431, the ninth switch SW9 of the second switch unit 432, the thirteenth switch SW13 of the third switch unit 433, 14 switch (SW14) is turned on and all other switches are turned off. Accordingly, the electric energy temporarily charged in the variable capacitor Cv is supplied to the fourth battery cell CELL4 through the fourteenth switch SW14 and the ninth switch SW9 to be charged.

이때에도 상기 도 6 및 도 7에서와 같이 상기 제2스위치(SW22)를 이용하여 제1커패시터(C1)와 제2커패시터(C2)를 병렬로 접속하거나 분리시키는 방식으로 상기 가변형 커패시터(Cv)의 용량을 가변하여 밸런싱 속도를 조절할 수 있다.
6 and 7, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected or disconnected in parallel by using the second switch SW22, and the first and second capacitors C1, The balancing speed can be adjusted by changing the capacity.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto. These embodiments are also within the scope of the present invention.

400 : 배터리셀 밸런싱 회로 410 : 배터리셀 모듈
420 : 직렬공진회로 431-433 : 제1-3스위치부400: battery cell balancing circuit 410: battery cell module
420: serial resonant circuit 431-433:

Claims (7)

직렬접속된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리셀 모듈;
상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 충전하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급하기 위해 직렬접속된 인덕터 및 커패시터를 구비하되, 상기 인덕터 및 커패시터 중에서 하나 이상을 가변형으로 구비하여 밸런싱 속도를 조절하는 직렬공진회로; 및
상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지를 상기 직렬공진회로의 커패시터 충전할 수 있도록 전기에너지 회수 경로를 제공하고 상기 충전된 전기에너지를 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀에 공급할 수 있도록 전기에너지 공급 경로를 제공하는 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
A battery cell module including a plurality of battery cells connected in series;
And an inductor and a capacitor connected in series to charge the electric energy recovered from the corresponding battery cell of the battery cell module and supply the charged electric energy to the corresponding battery cell of the battery cell module, A serial resonance circuit that adjusts the balancing speed by providing the variable resonator in the variable resonator; And
And an electric energy recovery path for supplying electric energy recovered from the battery cell of the battery cell module to a capacitor of the series resonance circuit and supplying the charged electric energy to a corresponding battery cell of the battery cell module, And a switch unit for providing an energy supply path to the battery cell balancing circuit.
제1항에 있어서, 상기 인덕터는
제1인덕터;
제2인덕터; 및
상기 제1인덕터 및 제2인덕터가 병렬접속된 형태로 유지되거나 분리된 형태로 유지되게 스위칭하는 제21스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The inductor according to claim 1, wherein the inductor
A first inductor;
A second inductor; And
And a twenty-first switch for switching the first inductor and the second inductor to be held in a form of being connected in parallel or in a separated form.
제1항에 있어서, 상기 커패시터는
제1커패시터;
제2커패시터; 및
상기 제1커패시터 및 제2커패시터가 병렬접속된 형태로 유지되거나 분리된 형태로 유지되게 스위칭하는 제22스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
2. The apparatus of claim 1, wherein the capacitor
A first capacitor;
A second capacitor; And
And a twenty-second switch for maintaining the first capacitor and the second capacitor in a form of being connected in parallel or in a separated form to switch the battery cell balancing circuit.
제1항에 있어서, 상기 스위치부는
상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 복수 개의 스위치를 구비하는 제1 스위치부;
상기 복수 개의 배터리셀의 각 단자와 제2 공통노드 사이에 각기 접속되는 스위치들을 구비하는 제2 스위치부; 및
상기 제1 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들 및, 상기 제2 공통노드와 상기 직렬공진회로의 양측 단자의 사이에 접속되는 스위치들을 구비하는 제3 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The apparatus as claimed in claim 1,
A first switch unit having a plurality of switches connected between respective terminals of the plurality of battery cells and a first common node;
A second switch unit having switches connected between respective terminals of the plurality of battery cells and a second common node; And
Switches connected between the first common node and both terminals of the series resonant circuit and switches connected between the second common node and both terminals of the series resonant circuit; And a battery cell balancing circuit using an LC series resonance.
제4항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 스위치부의 각 스위치는 SPST(Single Pole Single Throw) 및 모스트랜지스터 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
5. The battery cell balancing circuit according to claim 4, wherein each of the switches of the first to third switch units includes at least one of a single pole single throw (SPST) and a mos transistor.
제1항에 있어서, 상기 배터리셀 모듈의 해당 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지는 상기 배터리셀 모듈의 배터리셀들 중에서 가장 높은 전기에너지가 충전된 배터리셀로부터 회수되는 전기에너지인 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The method of claim 1, wherein the electric energy recovered from the battery cell of the battery cell module is recovered from the battery cell charged with the highest electric energy among the battery cells of the battery cell module. Battery cell balancing circuit using resonance.
제1항에 있어서, 상기 충전된 전기에너지를 공급받는 배터리셀은 상기 배터리셀 모듈의 배터리셀들 중에서 가장 낮은 전기에너지가 충전된 배터리셀인 것을 특징으로 하는 엘씨 직렬공진을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.


The battery cell balancing circuit according to claim 1, wherein the battery cell receiving the charged electric energy is a battery cell charged with the lowest electric energy among the battery cells of the battery cell module.


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