KR20190051323A - 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 컨버터부가 수행하고자 하는 동작을 기반으로 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 컨버터부와 하나 이상의 셀 모듈(Cell Module)을 선택적으로 연결함으로써, 컨버터부가 해당 동작을 수행하기 위한 회로를 형성할 수 있는 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법{CELL MODULE BALANCING AND PRECHARGING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 컨버터부가 수행하고자 하는 동작을 기반으로 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 컨버터부와 하나 이상의 셀 모듈(Cell Module)을 선택적으로 연결함으로써, 컨버터부가 해당 동작을 수행하기 위한 회로를 형성할 수 있는 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 2차 전지는 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치와 같은 고용량을 필요로 하는 환경에서는 단위 2차 전지 셀(Cell)을 복수 개 접합함으로써 하나의 배터리 모듈로 사용할 수 있으며, 경우에 따라 배터리 모듈을 복수 개 접합하여 사용할 수 있다.
복수의 배터리 모듈을 함께 사용하는 경우, 배터리 모듈을 생산하면서 발생하는 생산 편차, 배터리 모듈의 온도 편차 등 다양한 요인으로 인해 복수의 배터리 모듈의 전압이 불균형할 수 있다.
한편, 전압이 불균형한 배터리 모듈을 접합하여 사용하는 경우, 복수의 배터리 모듈의 가용 용량(Capacity) 및 전력(Power)가 감소하고, 배터리 모듈의 노화를 가속화 하여 수명을 단축시킨다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 복수 개의 접합되어 사용되는 경우, 항상 각 개별 모듈의 전압, 전류 및 온도 등의 여러 상태 정보를 토대로 모듈간 불균형을 진단하여 밸런싱 동작을 통해 배터리 모듈간의 편차를 제거할 필요성이 있다.
또한, 종래의 배터리 관리 시스템의 경우, 배터리 밸런싱 뿐만 아니라 배터리의 상태를 측정, 모니터링 및 진단하는 시스템과 같이 다양한 시스템이 복합적으로 구성되기 때문에 시스템을 구성하는 비용이나 시스템의 부피가 증가한다는 문제점이 있다.
이에 본 발명자는, 종래의 배터리 관리 시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위하여, 컨버터부가 수행하고자 하는 동작을 기반으로 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 컨버터부와 하나 이상의 셀 모듈(Cell Module)을 선택적으로 연결함으로써, 하나의 스위칭부를 제어하여 컨버터부가 다양한 기능을 수행하도록 할 수 있는 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법을 개발하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2014-0123164호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 컨버터부가 수행하고자 하는 동작을 기반으로 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 컨버터부와 하나 이상의 셀 모듈(Cell Module)을 선택적으로 연결함으로써, 컨버터부가 해당 동작을 수행하기 위한 회로를 형성할 수 있는 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치는, 하나 이상의 셀 모듈을 포함하는 배터리와 부하 사이에 위치하며, 프리차지 동작 또는 균등화 동작을 수행하는 컨버터부, 상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 컨버터부를 각각 연결하는 스위칭부 및 상기 컨버터부가 수행하고자 하는 동작에 기초하여 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어함으로써, 상기 프리차지 동작을 수행하기 위한 프리차지 회로 또는 상기 균등화 동작을 수행하기 위한 균등화 회로를 선택적으로 형성하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨버터부는, 상기 배터리와 연결되는 입력 단자, 상기 부하와 연결되는 제1 출력 단자 및 상기 스위칭부와 연결되는 제2 출력 단자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 컨버터부가 상기 프리차지 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 제2 출력 단자와 상기 스위칭부간의 연결을 단락시킴으로써, 상기 배터리, 상기 입력 단자 및 상기 제1 출력 단자를 포함하는 상기 프리차지 회로를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 셀 모듈 정보를 획득하고, 상기 셀 모듈 정보를 기반으로 상기 하나 이상의 셀 모듈의 불균형 이상을 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 컨버터부가 상기 균등화 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 제2 출력 단자를 연결함으로써, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈, 상기 입력 단자 및 상기 제2 출력 단자를 포함하는 상기 균등화 회로를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 에너지의 회수가 필요한 경우, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈의 에너지가 상기 제2 출력 단자에서 상기 입력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로 에너지의 전달이 필요한 경우, 상기 배터리에서 출력되는 에너지가 상기 입력 단자에서 상기 제2 출력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법은, 하나 이상의 셀 모듈을 포함하는 배터리와 부하 사이에 위치한 컨버터부가 프리차지 동작 또는 균등화 동작을 수행하는 단계, 스위칭부가 상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 컨버터부를 각각 연결하는 단계 및 상기 컨버터부가 수행하고자 하는 동작에 기초하여 상기 프리차지 동작을 수행하기 위한 프리차지 회로 또는 상기 균등화 동작을 수행하기 위한 균등화 회로를 선택적으로 형성하기 위해 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨버터부는, 상기 배터리와 연결되는 입력 단자, 상기 부하와 연결되는 제1 출력 단자 및 상기 스위칭부와 연결되는 제2 출력 단자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 컨버터부가 상기 프리차지 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 제2 출력 단자와 상기 스위칭부간의 연결을 단락시킴으로써, 상기 배터리, 상기 입력 단자 및 상기 제1 출력 단자를 포함하는 상기 프리차지 회로를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 셀 모듈 정보를 획득하고, 상기 셀 모듈 정보를 기반으로 상기 하나 이상의 셀 모듈의 불균형 이상을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 상기 컨버터부가 상기 균등화 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 제2 출력 단자를 연결함으로써, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈, 상기 입력 단자 및 상기 제2 출력 단자를 포함하는 상기 균등화 회로를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 에너지의 회수가 필요한 경우, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈의 에너지가 상기 제2 출력 단자에서 상기 입력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어하는 단계는, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로 에너지의 전달이 필요한 경우, 상기 배터리에서 출력되는 에너지가 상기 입력 단자에서 상기 제2 출력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 컨버터부가 수행하고자 하는 동작을 기반으로 스위칭부의 도통 상태를 제어하여 컨버터부와 하나 이상의 셀 모듈(Cell Module)을 선택적으로 연결함으로써, 프리차지 동작을 위한 프리차지 회로 또는 균등화 동작을 위한 균등화 회로를 선택적으로 형성할 수 있으며, 하나의 컨버터부를 이용하여 다양한 동작을 수행함으로써, 시스템의 부피 및 가격을 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)에서 프리차지 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)에서 균등화 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)를 이용하여 셀 모듈의 균등화 동작을 수행하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)를 이용하여 셀 모듈의 프리차지 동작을 수행하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)는 컨버터부(110), 스위칭부(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 도 1에 도시된 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성 요소들은 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 교체, 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
먼저, 컨버터부(110)는 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)을 포함하는 배터리(10)와 부하(20) 사이에 위치할 수 있으며, 프리차지 동작 또는 균등화 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)이 직렬로 연결된 경우, 컨버터부(110)는 최전단에 위치한 셀 모듈(10-n)과 부하(20)사이에 위치할 수 있다. 또한, 컨버터부(110)는 양극 스위치(40a)와 병렬 연결될 수 있다.
여기서, 프리차지 동작은 메인 스위치(40a 및 40b)의 융착을 방지하기 위하여, 메인 스위치(40a 및 40b)를 동작시키기 전에 DC Link 커패시터(30)를 충전시켜 DC Link 커패시터(30)의 전압을 배터리(10)의 전압과 동일하게 만드는 동작을 의미할 수 있다.
여기서, 균등화 동작은 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)이 가지는 에너지를 균등하게 하기 위해 수행하는 동작을 의미할 수 있다. 예를 들어, 균등화 동작은 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n) 중 다른 셀 모듈에 비해 에너지가 부족한 셀 모듈로 에너지를 공급하는 동작 및 다른 셀 모듈에 비해 에너지가 과한 셀 모듈로부터 에너지를 회수하는 동작일 수 있다.
일 실시예에서, 컨버터부(110)는 배터리(10)부터 전력을 공급 받아 DC Link 커패시터(30) 또는 이상이 있는 셀 모듈(10-1 내지 10-n)로 전달할 수 있다. 이를 위해 컨버터부(110)는 배터리(10)와 연결되어 배터리(10)로부터 전력 공급 받는 입력 단자(110a), 부하(20)측과 연결되어 DC Link 커패시터(30)에 에너지를 공급하는 제1 출력 단자(110b) 및 후술되는 스위칭부와 연결되어 셀 모듈(10-1 내지 10-n)로 전력을 공급하는 제2 출력 단자(110c)를 포함할 수 있다. 일 예로, 컨버터부(110)는 하나의 입력값을 복수의 출력값으로 출력할 수 있는 다중출력 절연형 양방향 컨버터일 수 있다.
다중출력 절연형 양방향 컨버터는 하나의 입력 단자와 2개의 출력 단자로 구성되며, 입력 단자 및 출력 단자간에는 절연이 되어 있어 양방향으로 에너지 전달이 가능하다. 이를 통해, 배터리(10)에서 공급되는 에너지를 다른 셀 모듈(10-1 내지 10-n)에 비해 상대적으로 에너지가 부족한 셀 모듈(10-1 내지 10-n)로 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지가 과한 셀 모듈(10-1 내지 10-n)로부터 에너지를 회수할 수도 있다.
스위칭부(120)는 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)과 컨버터부(110)를 각각 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭부(120)는 일측이 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n) 각각의 양극 단자 및 음극 단자와 연결될 수 있고, 타측이 컨버터부(110)의 제2 출력 단자(110c)와 연결됨으로써 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)과 컨버터부(110)를 각각 연결시킬 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭부(120)는 스위치 매트릭스(Switch Matrix)일 수 있으며, 후술되는 제어부(130)를 통해 선택된 셀 모듈(10-1 내지 10-n)의 양극 단자 및 음극 단자를 선택적으로 연결시킴으로써, 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)과 컨버터부(110)를 연결시킬 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)의 동작이 개시되는 경우 및 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)에 불균형 이상이 진단되지 않는 경우, 스위칭부(120)는 오프 상태를 유지하여 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)과 컨버터부(110)의 연결을 단락시킬 수 있다.
제어부(130)는 컨버터부(110)가 수행하고자 하는 동작에 기초하여 스위칭부(120)의 도통 상태를 제어함으로써, 프리차지 동작을 수행하기 위한 프리차지 회로 또는 균등화 동작을 수행하기 위한 균등화 회로를 선택적으로 형성할 수 있다. 이하 도 2 내지 4를 참조하여, 제어부(130)가 프리차지 회로 및 균등화 회로를 형성하는 구성에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)에서 프리차지 회로를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)에서 균등화 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 제어부(130)는 컨버터부(110)가 프리차지 동작을 수행하고자 하는 경우, 스위칭부(120)를 제어하여 프리차지 회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 컨버터부(110)가 프리차지 동작을 수행하고자 하는 경우, 제어부(130)는 메인 스위치(40a 및 40b) 중 음극 스위치(40b)의 도통 상태를 온 상태로 변경하고, 스위칭부(120)의 도통 상태를 제어하여 제2 출력 단자(110c)와 스위칭부(120)간의 연결을 단락 시킬 수 있다. 이를 통해 제어부(130)는 배터리(10), 컨버터부(110)의 입력단자(110a), 제1 출력 단자(110b), DC Link 커패시터(30) 및 음극 스위치(40b)를 포함하는 폐회로인 프리차지 회로가 형성할 수 있다. 여기서, 배터리(10)로부터 인가되는 전력은 컨버터부(110)의 제1 출력 단자(110b)를 거쳐 DC Link 커패시터(30)에 인가되고, 인가된 배터리(10)의 전력을 이용하여 DC Link 커패시터(30)를 충전시킬 수 있다. 이후, 제어부(130)는 DC Link 커패시터(30)에 충전된 전압이 배터리(10)의 전압과 동일하게 되는 경우, 음극 스위치(40b)의 도통 상태를 오프 상태로 변경하여 프리차지 회로를 단락시킴으로써, 컨버터부(110)의 프리차지 동작을 중지시킬 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 제어부(130)는 컨버터부(110)가 균등화 동작을 수행하고자 하는 경우, 스위칭부(120)를 제어하여 균등화 회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)로부터 셀 모듈 정보를 획득할 수 있고, 획득한 셀 모듈 정보를 기반으로 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)의 불균형 이상을 진단할 수 있다.
여기서, 셀 모듈 정보는 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)의 상태를 나타내는 정보를 의미할 수 있다. 예를 들어, 셀 모듈 정보는 전류, 전압, 온도, 잔존용량(SOC) 및 잔존수명(SOH) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어부(130)는 셀 모듈 정보에 기반하여 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)의 불균형 이상을 진단할 수 있다. 여기서, 도 3에서와 같이 n번째 셀 모듈(10-n)에 불균형 이상이 진단된 경우, 제어부(130)는 스위칭부(120)를 제어하여 n번째 셀 모듈(10-n)의 양극 단자와 음극 단자를 컨버터부(110)의 제2 출력 단자(110c)와 연결시킬 수 있다. 이를 통해, 제어부(130)는 n번째 셀 모듈(10-n), 스위칭부(120), 컨버터부(110)의 제2 출력 단자(110c) 및 컨버터부(110)의 입력 단자(110a)를 포함하는 폐회로인 균등화 회로를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 제어부(130)는 상술된 방법과 동일한 방법으로 균등화 회로를 형성할 수 있다. 예를 들어 2번째 셀 모듈(10-2)에 불균형 이상이 발생한 경우, 제어부(130)는 스위칭부(120)를 제어하여 2번째 셀 모듈(10-2)의 양극 단자와 음극 단자를 컨버터부(110)의 제2 출력 단자(110c)와 연결시킬 수 있다. 이를 통해, 제어부(130)는 2번째 셀 모듈(10-2), 스위칭부(120), 컨버터부(110)의 제2 출력 단자(110c) 및 컨버터부(110)의 입력 단자(110a)를 포함하는 폐회로인 균등화 회로를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(130)는 불균형 이상이 진단된 셀 모듈(10-1 내지 10-n)로 에너지의 전달이 필요한 경우, 제어부(130)는 배터리(10)에서 출력되는 에너지가 입력 단자(110a)에서 제2 출력 단자(110c)로 전달되도록 컨버터부(110)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, n번째 셀 모듈(10-n)의 에너지가 다른 셀 모듈(10-1 내지 10-3)에 비해 부족한 경우, 제어부(130)는 컨버터부(110)의 동작을 제어하여 입력 단자(110a)에 입력된 배터리(10)의 에너지를 제2 출력 단자(110c)로 전달하고, 제2 출력 단자(110c)로 전달된 배터리(10)의 에너지를 n번째 셀 모듈(10-n)에 제공함으로써, n번째 셀 모듈(10-n)의 부족한 에너지를 충전하여 불균형 이상을 해결할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(130)는 불균형 이상이 진단된 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)로부터 에너지의 회수가 필요한 경우, 제어부(130)는 불균형 이상이 진단된 하나 이상의 셀 모듈(10-1 내지 10-n)의 에너지가 제2 출력 단자(110c)에서 입력 단자(110a)로 전달되도록 컨버터부(110)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 2번째 셀 모듈(10-2)의 에너지가 다른 셀 모듈(10-1, 10-3 내지 10-n)에 비해 많은 경우, 제어부(130)는 컨버터부(110)의 동작을 제어하여 2번째 셀 모듈(10-2)의 에너지를 제2 출력 단자(110c)로 전달하고, 전달된 2번째 셀 모듈(10-2)의 에너지를 입력 단자(110a)를 통해 배터리(10))로 전달함으로써, 2번째 셀 모듈(10-2)의 초과된 에너지를 소비하여 불균형 이상을 해결할 수 있다. 이하 도 5 및 5을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차징 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)를 이용하여 셀 모듈의 균등화 동작을 수행하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치(100)를 이용하여 셀 모듈의 프리차지 동작을 수행하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 스위칭부의 도통상태 오프 상태로 유지하고, 하나 이상의 셀 모듈로부터 셀 모듈 정보 획득한다(S110). S110단계에서 획득한 셀 모듈 정보에 기초하여 하나 이상의 셀 모듈에 대하여 불균형을 진단한다(S120). 이때, 불균형 이상이 없는 경우에는 S110단계로 돌아가서 하나 이상의 셀 모듈의 불균형 이상을 지속적으로 모니터링 한다. 그러나 불균형 이상이 발생한 경우, 스위칭부를 제어하여 불균형 이상이 진단된 셀 모듈과 제2 출력 단자를 연결 시키고, 이를 통해 불균형 이상이 진단된 셀 모듈, 스위칭부, 제2 출력 단자 입력 단자 및 배터리를 포함하는 균등화 회로 형성한다(S130 및 S140). S130 및 S140단계에서 형성된 균등화 회로를 이용하여 불균형 이상이 진단된 셀 모듈로 배터리의 에너지 전달 또는 회수한다(S150).
다음으로, 도 6을 참조하면, 프리차지 동작을 수행하고자 하는 경우, 음극 스위치의 도통 상태를 온상태로 변경한다(S210). 이후, 스위칭부를 제어하여 스위칭부와 제2 출력 단자간 연결을 단락시키고, 배터리, 컨버터부의 입력 단자, 제1 출력 단자, DC Link 커패시터 및 음극 스위치를 포함하는 프리차징 회로 생성한다(S220 및 S230). S220 및 S230단계에서 형성된 프리차지 회로를 통해 프리차지 동작을 수행하여 배터리의 에너지를 DC Link 커패시터에 전달하여 DC Link 커패시터 충전한다(S240).
전술한 셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법은 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 배터리
10-1 내지 10-n: 하나 이상의 셀 모듈
20: 부하
30: DC Link 커패시터
40: 메인 스위치
40a: 양극 스위치 40b: 음극 스위치
110: 컨버터부
110a: 입력 단자 110b: 제1 출력 단자
110c: 제2 출력 단자
120: 스위칭부
130: 제어부

Claims (14)

  1. 하나 이상의 셀 모듈을 포함하는 배터리와 부하 사이에 위치하며, 프리차지 동작 또는 균등화 동작을 수행하는 컨버터부;
    상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 컨버터부를 각각 연결하는 스위칭부; 및
    상기 컨버터부가 수행하고자 하는 동작에 기초하여 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어함으로써, 상기 프리차지 동작을 수행하기 위한 프리차지 회로 또는 상기 균등화 동작을 수행하기 위한 균등화 회로를 선택적으로 형성하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 배터리와 연결되는 입력 단자;
    상기 부하와 연결되는 제1 출력 단자; 및
    상기 스위칭부와 연결되는 제2 출력 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 컨버터부가 상기 프리차지 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 제2 출력 단자와 상기 스위칭부간의 연결을 단락시킴으로써, 상기 배터리, 상기 입력 단자 및 상기 제1 출력 단자를 포함하는 상기 프리차지 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 셀 모듈 정보를 획득하고, 상기 셀 모듈 정보를 기반으로 상기 하나 이상의 셀 모듈의 불균형 이상을 진단하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 컨버터부가 상기 균등화 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 제2 출력 단자를 연결함으로써, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈, 상기 입력 단자 및 상기 제2 출력 단자를 포함하는 상기 균등화 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 에너지의 회수가 필요한 경우, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈의 에너지가 상기 제2 출력 단자에서 상기 입력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로 에너지의 전달이 필요한 경우, 상기 배터리에서 출력되는 에너지가 상기 입력 단자에서 상기 제2 출력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 장치.
  8. 하나 이상의 셀 모듈을 포함하는 배터리와 부하 사이에 위치한 컨버터부가 프리차지 동작 또는 균등화 동작을 수행하는 단계;
    스위칭부가 상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 컨버터부를 각각 연결하는 단계; 및
    상기 컨버터부가 수행하고자 하는 동작에 기초하여 상기 프리차지 동작을 수행하기 위한 프리차지 회로 또는 상기 균등화 동작을 수행하기 위한 균등화 회로를 선택적으로 형성하기 위해 상기 스위칭부의 도통 상태를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 배터리와 연결되는 입력 단자;
    상기 부하와 연결되는 제1 출력 단자; 및
    상기 스위칭부와 연결되는 제2 출력 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 컨버터부가 상기 프리차지 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 제2 출력 단자와 상기 스위칭부간의 연결을 단락시킴으로써, 상기 배터리, 상기 입력 단자 및 상기 제1 출력 단자를 포함하는 상기 프리차지 회로를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 셀 모듈 정보를 획득하고, 상기 셀 모듈 정보를 기반으로 상기 하나 이상의 셀 모듈의 불균형 이상을 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 컨버터부가 상기 균등화 동작을 수행하고자 하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈과 상기 제2 출력 단자를 연결함으로써, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈, 상기 입력 단자 및 상기 제2 출력 단자를 포함하는 상기 균등화 회로를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로부터 에너지의 회수가 필요한 경우, 불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈의 에너지가 상기 제2 출력 단자에서 상기 입력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    불균형 이상이 진단된 상기 하나 이상의 셀 모듈로 에너지의 전달이 필요한 경우, 상기 배터리에서 출력되는 에너지가 상기 입력 단자에서 상기 제2 출력 단자로 전달되도록 상기 컨버터부의 동작을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    셀 모듈 균등화 및 프리차지 방법.
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