WO2010093186A2 - 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2010093186A2
WO2010093186A2 PCT/KR2010/000886 KR2010000886W WO2010093186A2 WO 2010093186 A2 WO2010093186 A2 WO 2010093186A2 KR 2010000886 W KR2010000886 W KR 2010000886W WO 2010093186 A2 WO2010093186 A2 WO 2010093186A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery cell
cell
charging
voltage
Prior art date
Application number
PCT/KR2010/000886
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010093186A3 (ko
Inventor
김래영
김득수
Original Assignee
Powertron Engineering Co.,Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020090097360A external-priority patent/KR101122598B1/ko
Application filed by Powertron Engineering Co.,Ltd filed Critical Powertron Engineering Co.,Ltd
Publication of WO2010093186A2 publication Critical patent/WO2010093186A2/ko
Publication of WO2010093186A3 publication Critical patent/WO2010093186A3/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for equalizing a battery cell and a method of controlling the same. More specifically, the present invention relates to recovering surplus power of overcharged battery cell power or performing supplemental charging on a battery cell that is undercharged in a process of collective charging. The present invention relates to a battery cell equalizing charging device that enables even battery charging quickly, and a control method thereof.
  • High power density lithium such as large-capacity lithium-ion, lithium polymer, and nickel-hydrogen batteries, for the purpose of increasing driving speed and maximum driving distance for electric vehicles such as hybrid (HEV) vehicles, electric vehicles, electric bicycles, and golf-carts A series of batteries is adopted.
  • HEV hybrid
  • electric vehicles electric vehicles, electric bicycles, and golf-carts
  • a series of batteries is adopted.
  • the conventional charging device including the battery tank 10, the voltage detector 20, the current detector 30, the charge control means 40, the constant voltage / constant current control means 50, the power supply unit 60 is a battery tank It is designed to charge by supplying a charging current collectively regardless of the characteristic difference of each battery cell which comprises (stack).
  • this batch charging method since charging is performed in a batch without considering the difference in capacity or internal resistance between the battery cells, an overcharged battery cell is generated or there is a battery cell in which charging is terminated when the battery is not fully charged. Vulnerabilities exist.
  • the charging non-uniformity between the battery cells is deepened when the depth of discharge (DOD) is high, eventually causing overcharging and adversely affect the battery life, and in the case of lithium-ion batteries, factors of dangerous situations such as explosion Becomes
  • the present invention has been made to solve the above problems, and can be equally charged by recovering excess charging power of an overcharged battery cell or performing replenishment of an undercharged battery cell in a battery tank in which batch charging is performed.
  • An object of the present invention is to provide a battery cell equalizing charging device and a method thereof.
  • the battery cell equalizing charging device is a battery equalizing charging device that equally charges each battery cell of a battery tank in which a plurality of battery cells are connected and connected in series, and disposed in each of the battery cells. And a DC / DC converter which receives the charging voltage from the battery cell and performs step-up conversion, a direct current storage means for storing the boosted output voltage of the DC / DC converter, and supplying power stored in the direct current storage means to the battery tank. Recovery passage means.
  • the battery cell may be an overcharged battery cell
  • the DC / DC converter is an isolated converter or step-down buck (buck), step-up, including a transformer, such as a conventional flyback, forward converter It may be configured to include any one of the non-isolated converter, such as a boost, step-up / step-up Buck-Boost converter.
  • the DC storage means may be a device or device capable of storing DC power, such as a DC electrolytic capacitor or a supercapacitor, or a DC electrolytic capacitor designed on the output side of the DC / DC converter, and may include at least one of them.
  • the recovery passage means may be a rectifying element such as a diode or a device composed thereof, and connected to the positive and negative terminals of a battery tank or rectifying means in which the plurality of cells are collectively charged or a part of a series connection terminal of the battery tank.
  • the current When connected to a string and the voltage of the DC storage means is increased, the current may flow to the battery side.
  • the battery cell equalizing charging device may further include a cell voltage measuring means for measuring the charge voltage of the battery cell and a cell selection control means for selecting the overcharged or undercharged battery cells according to the measurement result. have.
  • the DC / DC converter includes a first switch operable to charge a direct current storage means such as a capacitor connected to the secondary side by step-up converting the overcharged surplus charge amount of each cell when a plurality of cells are connected in series with each other.
  • the first switch may be driven by a PWM control signal in the DC / DC converter or by a command of the cell selection control means.
  • the DC / DC converter is a transformer disposed between the battery cell and the direct current storage means, a first switch connected in series with the transformer and the battery cell, and the direct current storage means, and the transformer and the direct current storage. It may comprise a second diode connected in series with the means.
  • the DC / DC converter is operated in the opposite direction (reverse direction) in order to recharge the undercharged cells by stepping down or converting the amount of power stored in the direct current storage means or the amount of power supplied from the rectifying means, and in parallel with the second diode. It is preferable to further include a second switch and a first diode directed to the battery cell and connected in parallel to the first switch, and by configuring in this way it is possible to maximize the industrial use effect of the present invention, It may be preferable that the second switch is driven by the PWM control signal in the DC / DC converter or by the command of the cell selection control means.
  • the DC / DC converter is driven by a command of the cell selection control means and is driven by a command of the first switch and the cell selection control means for receiving a charging voltage from the overcharged battery cell and boosting the direct current.
  • the method may further include a second switch for stepping down the power stored in the storage means to supply a charging current to the undercharged battery cell.
  • the DC / DC converter may include a transformer disposed between the battery cell and the direct current storage means, a first switch connected in series to the transformer and the battery cell, and a first serial connection to the transformer and the direct current storage means.
  • a second diode comprising two diodes, directed to the anode of the battery cell and, if necessary, driven opposite to the first switch and connected in parallel with the first switch and connected in parallel with the second diode; It may further include.
  • the DC / DC converter further includes a first switch connected to the battery cell in a parallel configuration, directing an anode of the DC storage means between the first switch and the DC storage means and in series with the DC storage means. And a second diode connected to the battery cell and an inductor connected in series to the DC storage means, the first diode and the second diode directed toward the battery cell and connected in parallel with the first switch. And a second switch connected in parallel with and driven opposite to the first switch.
  • the cell selection control unit may further include a function of controlling a pulse width modulation (PWM) of at least one of the first switch and the second switch.
  • PWM pulse width modulation
  • the battery cell equalizing charge device is a cell voltage measuring means for measuring the charge voltage of the battery cells constituting the battery tank, a cell selection control means for selecting the overcharged battery cells according to the measurement result, the cell selection A switching means driven to connect the selected battery cell to a DC / DC converter according to a command of a control means, a DC / DC converter receiving and boosting a charging voltage from the connected battery cell according to driving of the switching means, the DC DC storage means for storing the boosted output voltage of the / DC converter and recovery path means for supplying the power stored in the DC storage means to the battery tank.
  • the cell selection control means selects a battery cell according to the measurement result, and the DC / DC converter receives a charging voltage from the overcharged battery cell and boosts it when the selected battery cell is an overcharged battery cell. It may include a first switch required to convert.
  • the cell selection control unit may further have a role of selecting an overcharged or undercharged battery cell according to a measurement result, and the DC / DC converter may perform the overcharge when the selected battery cell is an overcharged battery cell. It may include a first switch for receiving a charging voltage from the battery cell, and boosts the direct current storage means and a second diode connected in series from an inductor or a transformer. The method may further include a second switch for step-down converting power stored in the direct current storage means to supply the undercharged battery cell when the selected battery cell is undercharged.
  • the DC / DC converter is a transformer disposed between the switching means and the direct current storage means, the first switch connected in series with the transformer and the switching means and the anode of the direct current storage means and direct current storage A second diode connected in series with the means, the first diode being directed towards the switching means and connected in parallel with the first switch and the second diode connected in parallel with the second diode and driven opposite to the first switch. It may further include two switches.
  • the DC / DC converter may further include a first switch disposed in parallel to the switching means and the direct current storage means, and connected in series to the switching means and the direct current storage means between the switching means and the first switch.
  • the apparatus may further include a controller configured to drive the first switch and the second switch, and the controller may further include a function of controlling at least one of the first switch and the second switch by PWM (Pulse Width Modulation). can do.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the battery cell equal charging method measuring the battery cell voltage of the battery tank, comparing the measurement result with a predetermined full charge voltage of the battery cell and the average voltage of the battery cell, the cell Stepping up the overcharged power of the battery cell whose voltage is higher than the full charge voltage to perform a power supply to a direct current storage means; when the state where the cell voltage is equal to the full charge voltage is maintained for a predetermined time Terminating.
  • the battery cell equal charging method the battery cell measured the cell voltage is lower than the average voltage is supplied with power from the direct current storage means to perform the replenishment of the insufficiently charged battery cells It may further include.
  • the battery cell equalizing charging device recovers power of an overcharged battery cell and supplies it back to the battery tank, thereby preventing overcharging and improving the charging efficiency of the battery tank.
  • the charging voltage of the battery cells is equalized.
  • the charging voltage of each battery cell may be equally performed in the charging process by supplying a charging current to the undercharged battery cells.
  • the present invention it is possible to stably supply charging power when charging a secondary battery such as a lithium-based battery pack, and further, to operate an electric vehicle or a DC power storage device in which a corresponding battery pack (battery pack) is used. Safety and reliability can be secured.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a battery charging apparatus according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a battery cell equalizing charge device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a cell voltage measuring means and a cell selection control means are added to a battery cell equalizing charging device according to the present invention.
  • Figure 4 is a schematic view showing a battery cell equalizing charge device according to the present invention including one embodiment of a DC / DC converter.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of a DC / DC converter showing a battery cell equalizing charging device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a control circuit PWM control circuit of the battery cell equalizing charge device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a PWM waveform output by the configuration of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a circuit diagram specifically illustrating a PWM generation control circuit employing a commercially available element as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the battery cell equalizing charging device according to the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view showing another embodiment of a battery cell equalizing charge device according to the present invention.
  • Figure 11 is a circuit diagram showing another embodiment of a battery cell equalizing charge device according to the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing another embodiment using an isolated converter according to the present invention in detail.
  • Figure 13 is a schematic diagram showing another embodiment using a non-isolated converter according to the present invention in detail.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a battery cell equalizing charge device according to another embodiment of the present invention.
  • 15 is a block diagram of an isolated converter of a battery cell equal charging device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the batch charging described in the present specification provides a charging method for collectively charging a plurality of battery cells constituting the battery tank by connecting outputs of the charging device to both positive and negative terminals of the battery tank terminal.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a battery cell equalizing charge device according to the present invention.
  • the battery cell equalizing charging device shown in FIG. 2 is a battery equalizing charging device that equally charges each of the battery cells of the battery tank 110 in which a plurality of battery cells E1 to En are connected in series to each other.
  • a DC / DC converter 130 disposed in each of the battery cells to receive and convert a charging voltage from the battery cell, DC storage means 140 for storing the boosted output voltage of the DC / DC converter, and stored in the DC storage means.
  • recovery passage means 160 for supplying electric power to the battery tank.
  • Each battery cell may be charged in a batch by the rectifying means 190 for supplying power to the battery tank (110). At this time, as described above, the charging voltage of each battery cell is different depending on the characteristic difference of each cell.
  • the DC / DC converter 130 is an element that receives a charging voltage from each battery cell constituting the battery tank and boosts it. That is, the DC / DC converter performs a function of flowing out the overcharged voltage to the battery cell to the outside. Since draining power of a normally charged battery cell to the outside violates the basic principle of battery charging, the DC / DC converter is preferably driven according to a predetermined situation or condition.
  • the DC / DC converter 130 may be configured to be driven when the charge allowable voltage of the battery cell is greater than or equal to a preset value to receive and boost the charge voltage of the battery cell. For example, when the preset value is set to the full charge allowable voltage and the charge voltage of the battery cell exceeds the full charge allowable voltage, the DC / DC converter is driven to prevent the charge voltage of the battery cell from exceeding the full charge allowable voltage. You can do that.
  • a cell voltage measuring means 120 for measuring a charging voltage of a battery cell and a cell selection control means 150 for driving a DC / DC converter disposed in a battery cell overcharged by the cell voltage measuring means are provided.
  • a device that passes excess power when a predetermined voltage is applied such as a constant voltage device such as a zener diode, may be included in the DC / DC converter. In the latter case, the constant voltage maintenance reference value of the constant voltage element should satisfy the full charge voltage.
  • the DC / DC converter may receive a charging voltage from a battery cell above the full charge voltage and step up without a separate cell voltage measuring means and a cell selection control means.
  • DC storage means (140,340) is composed of a capacitor (capacitor) in the DC / DC converter or an external capacitor to store a predetermined power.
  • the direct current storage means since the direct current storage means stores the boosted output voltage of the DC / DC converter, as a result, the surplus charging voltage leaked out through the DC / DC converter in the battery cell is stored in the direct current storage means.
  • the DC storage means 140 and 340 may be a device or device capable of storing DC power, such as a DC electrolytic capacitor or a supercapacitor, or a DC electrolytic capacitor designed at an output side in the DC / DC converter, and may include at least one.
  • the direct current storage means may be formed separately from the DC / DC converter or may be integrally formed with the DC / DC converter, and the first direct current storage means formed separately from the DC / DC converter and the second direct current formed integrally with the DC / DC converter It may comprise all of the storage means.
  • the recovery passage means 160 and 360 are elements for recovering the surplus charging voltage stored in the direct current storage means and supplying them to the battery tank again.
  • the battery may be configured to be connected to the positive and negative terminals of a battery tank or rectifying means that are charged in a batch, or connected to some series connection terminal (string) of the battery tank to increase the voltage of the DC storage means.
  • the current may be arranged to flow to the side.
  • FIGS. 2 to 5 or 10 to 13 one diode rectifying element is disposed on both the positive electrode and the negative electrode of the battery tank, but various modifications are possible.
  • the battery cell equalizing charging device boosts the charge voltage of the overcharged battery cells with a DC / DC converter, stores them in the DC storage means, and supplies them to the battery tank through the recovery passage means. That is, according to this action, there is no overcharged battery cell at the end of the charge, and all battery cells are equally charged.
  • a plurality of DC / DC converters disposed in each battery cell may also be driven.
  • the DC / DC converter may be selectively driven through the cell voltage measuring means and the cell selection control means as necessary.
  • PWM control can be applied to the DC / DC converter, thereby easily controlling the power flowing from the overcharged battery cell to the DC / DC converter.
  • the charging voltage of each battery cell can be equalized more reliably.
  • FIG. 3 illustrates such a configuration, which further includes a cell voltage measuring means 120 for measuring a charging voltage of a battery cell, and a cell selection control means 150 for selecting an overcharged battery cell according to a measurement result. .
  • the DC / DC converter is driven by the command of the cell selection control means.
  • the cell voltage measuring unit 120 measures the charging voltage of each of the battery cells constituting the battery tank as an element measuring the charging voltage of the battery cell.
  • the cell voltage measuring means may include at least one of a voltage measuring means or a current measuring means connected to each battery cell.
  • an element that clamps to maintain a constant voltage when a predetermined voltage or more is applied such as a Zener diode, may be used.
  • the cell selection control means 150 determines the overcharged battery cell by comparing the charging voltage of the battery cell measured by the cell voltage measuring means with a preset full charge allowable voltage. If an overcharged battery cell is present, the overcharged battery cell is selected. In addition, the cell selection control means can command the driving of the DC / DC converter.
  • the driving of the DC / DC converter may be determined by the cell selection control means.
  • This configuration enables PWM control of the DC / DC converter.
  • the cell selection control means When the cell voltage measuring means is constituted by a zener diode or the like, or controlled by the PWM control circuit of the DC / DC converter (configurable to drive at a certain voltage), the cell selection control means needs to know the full charge voltage separately. There is no. Therefore, in this case, the cell voltage measuring means may be integrally formed with the cell selection control means.
  • the cell selection control means may configure a circuit to perform PWM control based on the voltage transferred through the zener diode.
  • the selection of the battery cell may be by a switch disposed between the battery cell and the DC / DC converter disposed in the battery cell, or may be by a first switch formed in the DC / DC converter. In the latter case, the overcharged battery cell selection of the cell selection control means and the command to the DC / DC converter may be the same signal. PWM control of the DC / DC converter will be implemented as control for the first switch.
  • cell voltage measuring means for measuring the charging voltage of the battery cell
  • the cell selection control means for selecting an overcharged battery cell according to the measurement result
  • the DC / DC converter is a plurality of cells
  • the first switch comprises a first switch that is stepped up to charge the DC storage means such as a capacitor connected to the secondary side by step-up converting the overcharged excess charge of each cell; It can be driven by the command of the cell selection control means.
  • the DC / DC converter 130 includes a transformer Tn, a transformer Tn, and a battery cell En disposed between the battery cell En and the direct current storage means Cn.
  • the above relates to the storage of surplus power in the DC storage means from the overcharged battery cells.
  • the battery cells that are undercharged by being supplied to the battery cells by using the power stored in the DC storage means or the power supplied from the rectifying means are supplied. You can also make a supplemental charge.
  • the undercharged battery cell In order to step-down the power stored in the DC storage means and supply the battery cell which is undercharged, the undercharged battery cell must be identified, and the cell voltage measuring means for measuring the charge voltage of the battery cell and undercharged according to the measurement result Cell selection control means for selecting a battery cell is arranged.
  • the DC / DC converter includes a second switch and a first diode directed to the battery cell (anode), and by stepping down, converts the power stored in the DC storage means to supply the charging current to the undercharged battery cell.
  • the second switch may be driven by the command of the cell selection control means.
  • the configuration of storing the surplus power of the overcharged battery cells in the DC storage means may not require the cell voltage measuring means and the cell selection control means as shown in FIG. 2, and the cell voltage measuring means as shown in FIG. 3. And cell selection control means.
  • the latter case may include a DC / DC converter, a direct current storage means, a recovery passage means, a cell voltage measurement means, and a cell selection control means, wherein the cell selection control means depends on the measurement result by the cell voltage measurement means. It should be possible to select an overcharged or undercharged battery cell.
  • the second switch can be PWM controlled by the cell selection control means.
  • the DC / DC converter reverses (reverses) to replenish the insufficiently charged cells by stepping down or converting the amount of power stored in the DC storage means or the power supplied from the rectifying means for supplying power to the battery tank.
  • a second switch configured to be operated by the second switch, wherein the second switch can be driven by a command of the cell selection control means.
  • the DC / DC converter may be driven by the command of the cell selection control means and is driven by the command of the first switch and the cell selection control means for receiving the charging voltage from the overcharged battery cell and boosting it.
  • the method may further include a second switch to step down the stored power to supply a charging current to the undercharged battery cell.
  • a second diode directed to the direct current storage means and connected in series to the direct current storage means and power of the rectifying means connected to the second diode in parallel to supply the electric power stored in the direct current storage means or the battery tank. It may also be composed of only a second switch for step-down conversion of one to supply a charging current to the undercharged battery cell. According to this, when the second switch is turned off, power is recovered from the battery cell to the direct current storage means, and when the second switch is turned on, power is supplied from the direct current storage means to the battery cell.
  • the DC / DC converter may be configured in various ways including the first switch and the second switch. Examples of the DC / DC converter are illustrated in FIGS. 4, 5, 12, 13, 15, and 16.
  • the same technical effect may be obtained by changing the connection positions of the first switch and the transformer.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing a battery cell equalizing charge device according to the present invention including an example of a DC / DC converter.
  • the battery cell equalizing apparatus shown in FIG. 4 includes cell voltage measuring means (not shown), cell selection control means (not shown), DC / DC converter 130, recovery passage means 160, and DC storage means 140. It includes.
  • the DC / DC converter 130 is installed for each unit battery cell constituting the battery tank, and the primary circuit is configured in series, respectively, and the output of each DC / DC converter has a relatively large output capacitor (Co). While commonly connected to the direct current storage means 140 composed of the back and the like is electrically separated from the battery cells by the transformer (T 1 ⁇ Tn).
  • the DC / DC converter 130 directs the transformers T1 to Tn disposed between the battery cells and the DC storage means Co 140, the first switches Sp1 to Spn connected in series with the transformers T1 to Tn and the battery cells, and the battery cells. And a first diode D1 1 to D1n connected in parallel to the first switch Sp1 to Spn, a second diode D2 1 to serially connected between the transformer T1 to Tn and the direct current storage means Co and directed toward the direct current storage means Co. D2n and second switches Ss1 to Ssn connected in parallel to the second diodes D2 1 to D2n and operating opposite to the first switches Sp1 to Spn.
  • the second switch is an element for supplying power from the rectifying means or the battery assembly to the undercharged battery cell. Therefore, if the second switch is omitted, power supply from the battery tank or the rectifying means to the battery cell is impossible, and only the surplus power recovery from the battery cell to the battery tank is possible.
  • the term “directive” is used to indicate the arrangement of the diode or the switch having the directivity.
  • directing a battery cell means that the current is arranged to flow toward the battery cell.
  • the first switches Sp1 to Spn and the second switches Ss1 to Ssn can be driven by the command of the cell selection control means, and are driven opposite to each other for the purpose of step-up or step-down conversion. That is, when the first switches Sp1 to Spn are turned on, the second switches Ss1 to Ssn disposed in the same DC / DC converter should be turned off, and when the first switches Sp to Spn are turned off, the second switches Ss1 to Spn are turned off. Ssn is turned on. Note that the on / off does not mean that the switch is energized / closed, but whether the PWM drive.
  • the second switch when the first switch is repeatedly energized / closed by the PWM control operation, the second switch is not closed or energized in reverse, but is in a closed state (it may be energized by the second diode depending on the circuit configuration). Is maintained.
  • the driving of the first and second switches is not normally performed, but is performed when the surplus power recovery command for the overcharged battery cell or the charge command for the undercharged battery cell is issued by the cell selection control means. do.
  • the cell selection control means drives the first switch Sp1 and turns off the second switch Ss1. In the state where the first switch Sp1 is PWM driven and the second switch Ss1 is off, the current flows only from the battery cell E1 in the direction of the direct current storage means, so that the charging voltage of the battery cell E1 is boosted by the transformer T1 to the direct current storage device. Stored.
  • the cell selection control means turns off the first switch Sp1 and PWM-drives the second switch Ss1. In this case, since a current flows from the rectifying means or the direct current storage means to the battery cell E1, the power rectified by the rectifying means or the power stored in the direct current storage device is stepped down through the transformer T1 and supplied to the battery cell E1.
  • the first switch and the second switch are composed of electronic switches such as FETs and TRs
  • the first switches and the second switches may have a directionality like a diode.
  • the first switch is disposed to face the battery cell as shown in FIG. 4, and the second switch is disposed to face the direct current storage means.
  • the recovery passage means 160 is a passage through which the electric power accumulated in the direct current storage means can be supplied to the battery tank again.
  • the recovery passage means 160 including the output capacitors C1 to Cn is connected to both ends of the battery tank including the plurality of battery cells.
  • + of the direct current storage means-ends The so through the component, the positive electrode side diode and a cathode-side diode of the rotor may passage means 160 to be connected to tank the battery, the connected battery crude voltage from the direct-current storage means side Blocking Therefore, when the surplus charging current flows into the DC storage means and the voltage of the DC storage means becomes higher than the charging voltage of the battery tank, the discharge is started to the battery tank side and the voltage rise of the DC storage means is limited.
  • the voltage of the DC storage means arranged in series through the recovery passage means 160 in the battery tank must be designed to be at least higher than the voltage of the two battery cells, and the transformers T1 to Tn have the voltage step-up / down voltage in consideration of such a voltage relationship.
  • the primary secondary winding ratio should be taken into account.
  • the DC / DC converter may further comprise auxiliary DC storage means C1 to Cn between the transformers T1 to Tn and the direct current storage means Co.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a battery cell equalizing charge device according to the present invention including another example of a DC / DC converter.
  • the battery cell equalizing apparatus shown in FIG. 5 includes cell voltage measuring means (not shown), cell selection control means (not shown), DC / DC converter 230, recovery passage means 160, and DC storage means Co (140). ) Is included.
  • the DC / DC converter 230 may be provided for each battery cell, and the DC / DC converter 230 may be configured as a bidirectional operation type boost converter. Each output terminal is commonly connected to a relatively large output capacitor (Co), and a battery string (stack) and each negative terminal (the-terminal of the first switch Sp) of the bidirectionally operated boost converter are connected to the output capacitor. They are electrically blocked from each other by diodes D3 1 to D3 n respectively connected to the cathode side of Co.
  • the DC / DC converter 230 is an inductor L1 to Ln connected in series with a battery cell (anode) and a direct current storage means Co, and a parallel form between the inductor and the direct current storage means Co (to distinguish from the parallel relationship between a diode and a switch.
  • First switch Sp1 to Spn arranged in a macroscopic parallel connection
  • a second diode directed in direct contact with the direct current storage means between the first switch and the direct current storage means and connected in series with the inductor and the direct current storage means.
  • D2 1 to D2n are included.
  • the first diode D1 1 ⁇ D1n and second switches are connected in parallel with the second diode is opposed to the drive of the first switch Sp1 ⁇ Spn direct the positive electrode of the battery cell and connected in parallel to the first switch Sp1 ⁇ Spn Ss1 to Ssn may be further included.
  • the battery cell that is insufficiently charged by step-down converting at least one of the power stored in the DC storage means or the power of the rectifying means for supplying power to the battery tank by the driving of the second switch. Charging current can be supplied.
  • the bidirectionally operated boost converter does not have a transformer T unlike the DC / DC converters 130 and 21 in the form of a flyback or forward switching mode power supply (SMPS) shown in FIG. 4 or FIG. 15.
  • the power (energy) stored in the inductor is a blocking diode D 3 (n) , the negative terminal of the nth battery cell, the positive terminal of the battery cell, the inductor Ln, the second diode D2n, and the output capacitor Co. Since the blocking diode D 3 (n) continues to conduct in the operation mode stepped up through), the negative terminal of the nth battery cell has the same potential as the negative terminal of the output capacitor Co.
  • cathodes are jointly connected to the cathode side of the DC storage means Co, and the anode further includes diodes D3 1 to D3n connected to the first switches Sp1 to Spn, respectively.
  • the remaining boost converters need to be controlled to be synchronized with each other so as not to operate in the same operation mode.
  • the cell selection control means controls the pulse width modulation (PWM) of at least one of the first switch and the second switch.
  • PWM pulse width modulation
  • FIG. 10 is a schematic view showing another embodiment of a battery cell equal charging device according to the present invention.
  • the cell voltage measuring unit 320 measuring the charging voltage of the battery cells constituting the battery tank 310 and the cell selection control for selecting the overcharged battery cell according to the measurement result.
  • a DC / DC converter 330 that receives and boosts the voltage, a DC storage means 340 for storing the boosted output voltage of the DC / DC converter, and a recovery passage means 360 for flowing power stored in the DC storage means to the battery tank. ) Is included.
  • the number of DC / DC converters is smaller than the number of battery cells by arranging switching means for connecting the battery cells selected by the cell selection control means for selecting a plurality of battery cells to the DC / DC converter.
  • the switching means 370 is an element which connects the battery cells overcharged by the cell selection control means to the DC / DC converter, and is connected to the input / output terminals of each of the battery cells and is turned on or off by the command of the cell selection control means. It includes a switch. The command of the cell selection control means is made based on the cell voltage measured by the cell voltage measuring means.
  • the configuration of the switching means can be implemented in various shapes combining one or more switches.
  • the DC / DC converter 330 recovers surplus power from the overcharged battery cell, boosts it properly, and transfers the power to the DC storage means.
  • the DC / DC converter may be one of a flyback, forward, step-down buck, step-up boost, and step-down / step-up buck-boost schemes.
  • the DC storage means 140 and 340 may be a device or device capable of storing DC power, such as a DC electrolytic capacitor or a supercapacitor, or a DC electrolytic capacitor designed on the output side of the DC / DC converter, and includes at least one of the above. can do.
  • the DC storage means 140 and 340 may be formed separately from the DC / DC converter or may be integrally formed with the DC / DC converter, and integrally with the first DC storage means and the DC / DC converter separately formed from the DC / DC converter. It may comprise all of the formed second direct current storage means.
  • the recovery passage means (160, 360) is an element for recovering the surplus charging voltage stored in the DC storage means and supplying it back to the battery tank is composed of a rectifying element such as a diode disposed in the DC storage means to flow the current from the DC storage means or a device composed thereof When the voltage of the DC storage means is increased, various changes may be made to perform its function so that current flows to the battery side.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a PWM control circuit of a DC / DC converter controller of a battery cell equalizing charging device according to the present invention
  • FIG. 7 illustrates a PWM waveform with respect to an operation signal level.
  • the differential amplifier circuit 51 inputs the battery cell voltage in an overcharged or undercharged state, differentially amplifies the difference between the battery cell voltage e n and the set voltage Vref and outputs an output signal thereof to the comparator 52.
  • the PWM control signal can be obtained by comparing the triangular / sawtooth signal generated by the triangular / sawtooth wave generator 53 with the output signal of the differential amplifier circuit 51 by the comparator 52.
  • the set voltage Vref may be a full charge allowable voltage of the battery cell or a divided voltage thereof.
  • the output signal level of the differential amplifier circuit 51 is -K (e n -Vref).
  • + 5V the triangle wave signal peak value is 5V
  • the battery cell voltage e n is higher than the set voltage (Vref)
  • the battery cell voltage The on duty width of the PWM pulse width is increased in proportion to the difference [-K (e n -Vref) + 5V] between e n and the set voltage Vref.
  • the inverting input and the non-inverting input signal of the differential amplifier circuit 51 are designed to be interchanged with each other so that a 5V addition circuit, an inverting adder, or another code conversion circuit can be omitted. The effect can be obtained.
  • the amplification degree of the differential amplifier circuit 51 can obtain a proper value through an actual test. If the amplification degree is large, even if the voltage of the cell in the DC / DC converter is only slightly high, the current value to be discharged is increased and the control stability is lowered, it is preferable to calculate the amplification degree in consideration of the output current capacity of the DC / DC converter.
  • DC / DC converter is disposed in each of the battery cells as shown in FIG. 4 and the secondary output side of the DC / DC converter is jointly connected to the same DC storage means
  • one or more DC / DC converters may be used.
  • a resistor is inserted between each DC / DC converter output side and direct current storage means. It is desirable to design so that it can be dropped.
  • the output of the on-duty limiting circuit 54 is connected to the non-inverting input of the comparator 52 through a diode to limit the maximum duty of the PWM pulse width (typically 50% or less in a flyback or forward method), thereby providing DC / DC.
  • the converter can be controlled to convert power uniformly, and when the overcurrent occurs in the DC / DC converter, an overcurrent cut off command 55 signal is input to the input circuit terminal of the PWM drive circuit 56 so that the DC / DC converter can be controlled. I can protect it.
  • the detection of the overcurrent generation can be made by placing a current sensing resistor Rs in the input side circuit of the DC / DC converter. Since such overcurrent detection is generally known, a detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a cell selection control means of a battery equalizing charge device and a PWM control circuit of a controller to be described below in detail.
  • the PWM control of a DC / DC converter employing a commercial control element MB3800 or an equivalent model element is shown in FIG. Specific embodiments of the circuit are shown.
  • the resistor R2 and the capacitor C3 element determine the operating frequency of the PWM control pulse so that the DC / DC converter is operated in a preferred operating mode as a power supply (SMPS) in flyback or forward switching mode.
  • SMPS power supply
  • the CTL terminal is a terminal for determining the PWM control mode.
  • the CTL terminal LOW signal is input, the CTL terminal is operated in stand-by mode.
  • the HIGH signal is input, the CTL terminal is operated in the operating mode. Is output on pin 5 of the commercial control element MB3800.
  • the duty of the PWM control pulse is changed to a desired state by the level control operation of the PWM control signal as described above, which will be described in more detail.
  • the charging voltage of the battery cell corresponding to the equal charging control object is applied to the inverting terminal and the non-inverting terminal which are input circuits of the differential amplifier circuit U2A.
  • the reference voltage Vref is input to the inverting terminal (pin 2) and the battery cell voltage e n is input to the non-inverting terminal (pin 3).
  • the signal e n -Vref corresponding to the difference between these signals is differentially amplified through the differential amplifier circuit U2A and the result is input to the input terminal FB (No. 8 PIN) of the PWM comparator inside the MB3800.
  • the output signal of the differential amplifier circuit U2A is limited to diode D1 and divided by resistors R3 and R4 to output the PWM control signal.
  • the flyback or forward switching mode of operation adopted by the DC / DC converter can be desirable.
  • pin 4 (BR / CTL) is detected.
  • the output current setting and control function is automatically operated through an interface circuit composed of transistors, thereby protecting the DC / DC converter in the event of overcurrent in the DC / DC converter.
  • the overcurrent generation protection or the short circuit protection operation of the DC / DC converter can be prevented from being performed, and the SCP terminal is not connected to the VCC.
  • the short circuit protection function can be activated at.
  • the PWM control function in order for the PWM control function to automatically return after the short circuit state is released, apply an H or L signal from the outside and change the BR / CTL output mode to Stand-by Mode (terminal open). The state can be canceled, and the BR / CTL output terminal can be grounded to switch to the operating mode, and the short circuit protection operation can be performed again.
  • the cell selection control means of the battery cell equalization charging device and the PWM control device of the controller to be described later that is, the device for controlling the DC / DC converter, consequently, the cell voltage and the set voltage (Vref) of the battery cells constituting the battery tank.
  • Differential amplification means for differentially amplifying the signal
  • triangular wave / sawtooth wave generation means for generating a triangular wave or sawtooth signal and the output signal of the differential amplification means and the input signal and compares the triangle wave / sawtooth wave signal On Duty (On Duty) Comparing means for controlling the width, wherein the set voltage may be a full charge voltage of the battery cell.
  • the output voltage of the DC / DC converter is compared with a reference voltage, which is a control target value (corresponding to the set voltage Vref), and the feedback is fed back.
  • a control target value corresponding to the set voltage Vref
  • the duty cycle of the PWM pulse width is compared by comparing the cell voltage e n with the set voltage Vref without returning the output voltage of the DC / DC converter. Due to the control of the duty width, the control circuit becomes very simple.
  • At least one of the differential amplifying means, the triangular wave / sawtooth wave generating means and the comparison means may be configured to include a MB3800 commercial element.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of a battery cell equalizing charging device according to the present invention.
  • the battery cell voltage constituting the battery tank which is collectively charged (S710) through the cell voltage measuring means is measured.
  • the measurement result is compared with the predetermined full charge allowable voltage of the battery cell or the average voltage of all battery cells in the battery tank (S 720, 730, 740).
  • the average voltage may be the average voltage of the remaining battery cells except for the battery cell to be measured, or may be set to the average voltage of all battery cells including the battery cell to be measured.
  • the battery cell voltage is measured to be higher than the allowable full charge voltage (S 730) and power is supplied from the battery cell to the DC storage means (S 750).
  • the battery cell is measured to have a battery cell voltage lower than the average voltage, and the power is supplied from the DC storage means or the rectifying means.
  • charging is terminated (S 720).
  • a full charge voltage is reached after a certain time.
  • the full charge voltage is set according to the characteristics of the battery cell, and voltage charging above the full charge voltage is undesirable but possible.
  • the purpose of completing the charge with the full charge power in consideration of the stability of the battery tank, etc. is one purpose, continuously monitoring whether the cell power is equal to the full charge power.
  • a voltage exceeding the full charge voltage may be charged past the same point as the full charge voltage during charging. Therefore, if the charge is stopped immediately because of the same as the full charge voltage, the same problem as in the prior art occurs. Therefore, according to the present embodiment, it is preferable to terminate the charging when the power recovery for the overcharged battery cell or the power supply for the undercharged battery cell is continuously performed and maintained for a predetermined time at the same point as the full charge voltage.
  • the same point as the full charge voltage may be up to ⁇ 1% of the set full charge voltage, and the duration may be variously set according to the type and characteristics of the battery cell.
  • the voltage of the DC storage means and the voltage of the battery tank are compared (S 770), and if the voltage of the DC storage means is higher than the voltage of the battery tank, through the recovery passage means.
  • the power is recovered (S780), otherwise power supply from the battery cell to the direct current storage means is continued.
  • the DC / DC converter includes a transformer T4n disposed between the switching means 370 and the direct current storage means 340 to which a plurality of battery cells are connected. And a diode D1 facing the anode of the direct current storage means and connected in series with the transformer and the direct current storage means.
  • the transformer T4n is wound so that the surplus power of the battery cell can be boosted and supplied to the DC storage means, and the winding ratio may be set in consideration of the charge voltage of the battery tank and the full charge voltage of each battery cell.
  • the switches Sp41 to Sp4n are disposed for each battery cell to form the switching means 370.
  • the switches Sp41 to Sp4n are commonly connected to the winding terminal of a transformer (high frequency transformer, T 4n ) and are designed to act as a DC / DC converter by PWM control operation of each switch of each battery cell.
  • Denomination terminal of the transformer T 4n are each connected to a diode (D 4 (1) ⁇ D 4 (n-1), D 4n) and blocking with each other electrically by the PWM control operation of the respective switches on the negative terminal side of each battery cell A time reflux passage is formed.
  • the structure of a cell selection means and a direction selection means becomes very simple. However, in this configuration, it is possible to recover the charging power of the required battery cell, but cannot supply the charging power.
  • the designer decides to replace the boost converter circuit consisting of a DC / DC converter circuit and a DC storage device with a series resistor in order to be suitable for a small capacity battery by discharging the voltage of the overcharged unit cell.
  • the manufacturing cost can be reduced by bypassing or bypassing.
  • the battery cell equalizing charging device includes cell voltage measuring means for measuring the charging voltage of each battery cell, cell selection control means for selecting an overcharged battery cell according to the measurement result, and each of the battery cells.
  • a plurality of switches (Sp41 to Sp4n) connected in series, a transformer T 4n connected to one end of the primary side in common with the opposite ends of the switches connected to the battery cells, respectively, and the cathodes of the respective battery cells are respectively directed;
  • a plurality of diodes (D4 (1) to D4 (n-1), D4n ) connected to the cathode and the other end of the transformer to provide a reflux passage during step-up conversion , selected by the cell selection control means and PWM through the switch and the transformer are controlled stored in the direct current storage means C 0, and the direct current storage means for storing the step-up converting output power of the battery power recovery to flow twos It can include a passage means (360).
  • diodes connected in reverse parallel with the plurality of switches Sp41 to Sp4n are omitted, but the plurality of switches are directed to the first switch and the battery cell connected in series to the transformer and the battery cell.
  • a first diode connected in parallel to the first switch and may include a second diode D1 connected in series between the transformer and the direct current storage means and directed toward the direct current storage means.
  • the overcharged battery cell is selected by the cell selection control means and the charge voltage of the battery cell overcharged by the DC / DC converter is boosted to store the direct current. Can be stored on the device. Power stored in the direct current storage device is supplied to the battery tank 310 via the recovery passage means 360.
  • the DC / DC converter may include a first switch for receiving a charging voltage from an overcharged battery cell and boosting it.
  • PWM control may be performed through the first switch by including a first switch that drives a DC / DC converter separately from the switching means.
  • Each switch of the switching means is preferably driven by the command of the cell selection control means, but as in another embodiment, the first switch included in the DC / DC converter may be driven through a separate control unit.
  • the control unit and the cell selection control means may be integrally formed.
  • the method of recovering the charging voltage that is, surplus power from the overcharged battery cell to the direct current storage means through the recovery passage means and supplying it to the battery tank, the supply of power stored in the direct current storage means to the insufficiently charged battery cells It is possible.
  • the cell selection control means should be able to select an overcharged or undercharged battery cell according to the measurement result.
  • the DC / DC converter may store the power stored in the DC storage means when the selected battery cell is a battery cell that is insufficiently charged as well as a first switch for receiving and charging a charging voltage from the overcharged battery cell when the selected battery cell is an overcharged battery cell.
  • a second switch may be included to step down and supply the battery cell to the undercharged battery cell.
  • FIG. 12 is a schematic view showing another embodiment of a battery cell equal charging device according to the present invention in detail.
  • the battery cell equalizing charging device illustrated in FIG. 12 includes a battery tank 310, a cell voltage measuring unit 320, a cell selection control unit 350, a control unit 380, a switching unit 470, and a DC / DC converter 430. ) And direct current storage means (340).
  • Battery tank 310 is composed of a total of n battery cells E1 ⁇ En
  • the switching means 470 is composed of a plurality of switches SW1 ⁇ SWm to select each of the battery cells.
  • two switches are connected to both the positive and negative ends of the battery cell. Therefore, a switch connected to the negative electrode of the front battery cell and a switch connected to the positive electrode of the rear battery cell are disposed between each battery cell, and the switch connected to the battery cell negative electrode is connected to the negative electrode of the DC / DC converter and is connected to the battery cell positive electrode.
  • the switch connected to is connected to the positive pole of the DC / DC converter.
  • the switch provided in the switching means is (2 * n-2).
  • this switch configuration is possible to variously change. The point is to select each battery cell and connect them to the positive and negative poles of the DC / DC converter.
  • the switches SWm-2 and SWm-3 must be turned on. In this way the switching means selects one battery cell.
  • the battery cell selected by the switching means is an overcharged or undercharged battery cell and is determined by the cell selection control means. There may be a plurality of overcharged or undercharged battery cells at the same time, and the overcharged and undercharged battery cells may be mixed. In this case, the switching means may select the battery cells in the order of the difference from the full charge voltage and the difference from the average voltage according to the control of the cell selection control means. In addition, all overcharged battery cells or all undercharged cells may be selected. For this purpose, protection of a DC / DC converter and protection of a DC storage means should be considered.
  • the DC / DC converter 430 includes a transformer T disposed between the switching means 470 and a direct current storage means 340 such as a capacitor Co, a first switch Sp connected in series with the transformer T and the switching means, and a transformer T; A second diode D2 connected in series to the direct current storage means 340 and directed to the direct current storage means, and additionally directed to the first diode D1 and the second diode D2 directed to the switching means and connected in parallel to the first switch Sp. It may further include a second switch Ss connected in parallel and driven opposite to the first switch Sp.
  • it may further include a current sensing resistor Rs connected in series with the switching means and the transformer T for voltage regulation.
  • the first switch Sp and the second switch Ss are driven by the control of the controller 380 and are driven in opposite situations.
  • the charging voltage is boosted by the transformer T from the overcharged battery cell via the first switch Sp and stored in the DC storage means Co via the second diode D2. That is, excess power is recovered from the overcharged battery cell.
  • the overcharged battery cell will be a battery cell in which the cell voltage measured by the cell voltage measuring means exceeds the full charge voltage.
  • Such determination is a control unit that receives the cell voltage of each battery cell from the cell voltage measuring means. Is made by.
  • the cell selection control means instructs the switching means to select the overcharged battery cell and connects the overcharged battery cell to the DC / DC converter.
  • the surplus charging power stored in the direct current storage means is recovered back to the battery tank through the recovery passage means.
  • the power stored in the DC storage means Co or the power of the rectifying means is stepped down in the transformer T through the second switch Ss and shortened through the first diode D1. It is supplied to a charged battery cell. That is, power is supplied to the undercharged battery cell.
  • the undercharged battery cell will be a battery cell in which the cell voltage measured by the cell voltage measuring means is less than the average voltage. Such determination is also made by the controller.
  • instructing the switching means to connect the undercharged battery cell to the DC / DC converter becomes the cell selection control means.
  • the cell selection control means should be able to further select an undercharged battery cell in addition to the overcharged battery cell for controlling the second switch.
  • control unit may include a function of controlling pulse width modulation (PWM) of at least one of the first and second switches of the DC / DC converter to recover the excess power and to supply the amount of power supplied to the undercharged battery cell. Will be adjusted.
  • PWM pulse width modulation
  • FIG. 13 is a schematic view showing another embodiment of a battery cell equal charging device according to the present invention in detail.
  • the DC / DC converter 530 shown in FIG. 13 is arranged in parallel between the inductor L, the inductor L, and the direct current storage means 340 disposed in series between the switching means 470 and the direct current storage means 340. And a second diode D2 directed toward the anode of the first switch Sp disposed, the direct current storage means Co, and connected in series with the inductor and the direct current storage means between the first switch and the direct current storage means Co. Additionally, the method may further include a first diode D1 directed toward the anode of the battery cell and connected in parallel to the first switch Sp, and a second switch Ss driven opposite to the first switch Sp and connected in parallel with the first diode D1. .
  • the PWM control pulse When the PWM control pulse is applied to the first switch Sp, the energy stored in the inductor L through the overcharged battery cell is released through the second diode D2, boosted and rectified to charge the DC storage means Co.
  • the PWM control pulse is applied to the second switch Ss, additional charging power is generated from the DC storage means Co or the rectifying means through the second switch Ss and the inductor L, and undercharged by free wheeling by the first diode D1. The battery cell will be charged.
  • a battery tank having a plurality of battery cells connected to each other in series, DC / DC converter for boosting the charging surplus power of the both ends of the battery cells to charge the DC storage means such as a capacitor connected to the secondary side;
  • Cell connecting means SWn to SW 1 ) (switching means) for allowing the DC / DC converter to be connected corresponding to each cell;
  • PWM control means control unit for selectively controlling the DC / DC converter to PWM control the DC / DC converter according to the level of the voltage detection value of the cell.
  • the DC / DC converter may further include a second switch for converting the amount of stored power of a DC storage means such as a capacitor connected to the secondary side to operate in both directions to supplement the insufficiently charged cell. It is also preferred and by this configuration can also maximize the industrial use of the present invention.
  • each battery cell in charging a battery system in which a plurality of cells are connected in series, each battery cell is provided for each battery cell connected to the secondary side of the surplus charging electricity of each battery cell
  • a DC / DC converter bypassing a direct current storage means such as a capacitor and replenishing a cell in which the direct current storage means is temporarily charged or undercharged using power stored in a secondary capacitor by the bypassed amount of electricity;
  • PWM control means for sensing the terminal voltage of the cell and selectively controlling the DC / DC converter by operating the respective DC / DC converters according to its detection level.
  • Each of the PWM control means may be synchronized with each other or independently controlled as necessary.
  • the DC / DC converter may be an isolated converter including a transformer such as a conventional flyback, forward converter, step down buck, step up boost, step down / step up buck- Transformerless, non-isolated converters can be employed, such as boost-boost converters.
  • a transformer such as a conventional flyback, forward converter, step down buck, step up boost, step down / step up buck- Transformerless, non-isolated converters can be employed, such as boost-boost converters.
  • the function of the PWM control means may further include a cell management function (BMS) that measures the state of charge of each battery cell to protect the battery cell from a risk factor.
  • BMS cell management function
  • the DC / DC converter operates to bypass the charging current when the charging voltage of the battery cell to be controlled is higher than the first predetermined value of the battery cell.
  • the control pulse is controlled to be applied to the switch to be controlled, and the control pulse is proportionally PWM controlled by the difference between the first predetermined value and the current charging voltage of the cell.
  • the first predetermined value is preferably set to be equal to the maximum allowable value of the full charge voltage of the cell.
  • the DC / DC converter adds a supplementary current to the battery cell to be controlled in the undercharge state.
  • the control pulse is controlled to be applied to a switch corresponding thereto, and the control pulse is PWM controlled to generate a set charging current until the charging voltage of the cell to be controlled reaches a third predetermined value.
  • the second predetermined value is generally selected to be equal to the average charging voltage of the other battery cells, and the third predetermined value is preferably set to be equal to the limit value of the full charge voltage of the corresponding battery cell.
  • 15 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of the present invention.
  • a DC / DC converter 21 may include a first switch Sp of a flyback or forward switching mode power supply (SMPS) between positive and negative terminals of a battery cell.
  • the primary windings of the transformer T are connected in series.
  • a capacitor Co which is a direct current storage means, is connected to an output of the switching mode power supply SMPS.
  • a PWM control pulse is applied to the first switch Sp of the DC / DC converter 21 to charge the corresponding cell.
  • the current is bypassed through the first switch Sp and the transformer T, and rectified by the secondary winding of the transformer T and the second diode D2 to charge the output capacitor Co, which is a direct current storage means.
  • the positive and negative terminals of the capacitor Cn are connected to the battery string (battery assembly ) through the anode side diode 23 and the cathode side diode 22 so that the system voltage of the battery string can be broken. Therefore, when the charging voltage of the capacitor Co is higher than the battery string, the capacitor Co is discharged to the battery string side.
  • Cell connecting means (SWn ⁇ SW 1 ) is such that the DC / DC converter 21 is connected to the battery cell of the control target that needs equal charging, respectively, and by this connection structure one DC / DC converter (21) This makes it possible to charge many series-connected battery cells evenly.
  • the cell connecting means (SWn ⁇ SW 1 ) is generally designed to generate a cell selection signal (generated by the control means) by the BMS because the cell voltage can be found by measuring the cell voltage in the BMS (Battery Management System) This is preferred.
  • the capacity of the DC / DC converter 21 is also greatly required, so that only the cell connection means (SWn ⁇ SW 1 ) can be charged evenly by each DC / DC converter by one DC / DC converter There is this.
  • the PWM control pulse is a flyback or forward switching mode power supply (SMPS) can be controlled in a constant current control mode when the battery cell is higher than the full charge voltage tolerance, the input current or output current (SMPS) is detected, It is preferable to generate the PWM control pulse by the operation mode as shown.
  • SMPS flyback or forward switching mode power supply
  • the second switch (Ss) in parallel with the second diode (D2) for the purpose of equally charging the battery cell is insufficiently charged in Figure 15 of the transformer (T) It may be operated as a bidirectional DC / DC converter capable of supplying additional charging current through the secondary side, and the transformer T may step down the output voltage because the secondary winding is high.
  • the DC / DC converter 21 applies a PWM control pulse to the second switch Ss when the charge voltage of the control target battery cell (required battery cell) is lower than the average of the charge voltages of the other battery cells, thereby outputting the output capacitor (Co).
  • the charging current for recharging the battery cell from the amount of electricity accumulated in the battery is generated through the secondary side of the second switch Ss and the transformer T and rectified by the first diode D1 to charge the battery cell to be controlled. It becomes possible.
  • the PWM control pulse is preferably controlled to generate a charging current until the charging voltage of the cell reaches an average value.
  • the PWM control pulse may be controlled in the constant current control mode of the flyback or forward switching mode power supply (SMPS) when the undercharged battery cell is lower than the average of the charging voltage of the other battery cells, as shown in FIG.
  • SMPS forward switching mode power supply
  • the flyback or forward switching mode power supply may be configured as another type of bidirectional boost converter.
  • the role of the first switch, the second diode, the second switch, or the first diode of the bidirectional-operated boost converter in the operation mode of the flyback or forward switching mode power supply (SMPS) shown in FIG. The roles are almost similar.
  • the PWM control pulse is applied to the first switch so that the energy stored in the inductor L is boosted and rectified while being discharged through the second diode to charge the capacitor Co.
  • a PWM control pulse is applied to the second switch so that an additional charging current is supplied from the capacitor Co, which is a DC storage means, through the second switch and the inductor L. It is generated and free wheeling by the first diode D1 to charge the battery cell to be controlled.
  • the DC / constitution of the flyback or forward switching mode power supply (SMPS) of FIG. 15 is performed.
  • the DC converter 141 is preferably replaced by an inverter circuit structure that can operate in both directions even if the circuit configuration is complicated. Since a specific configuration or operation control mode for the circuit is already known, it may be referred to this.
  • a converter capable of charging / discharging (charging and retrieval) control is preferably used.
  • a converter that receives AC power from the outside and converts it into DC is used.
  • the rectifying means 190 may be employed, and the present invention is not limited thereto, and various types of DC power supplies may be used.
  • FIG. 4 or FIG. 15 is an embodiment of the present invention employing the DC / DC converter 21 of the insulated transformer, which may be advantageously applied to a relatively small battery system.
  • connection position of the first switch (Sp) and the transformer (T) in the present embodiments can be changed to have the same technical effect.
  • the battery or the charging device when the surplus electricity is temporarily charged when charging the DC storage means such as a capacitor commonly connected to the secondary side of the DC / DC converter, and the terminal voltage of the DC storage means rises above a certain level.
  • a recovery passage means composed of a cathode diode (connected to the battery tank anode) and a cathode diode (connected to the battery tank cathode) and the like which can be recovered to the side.
  • the charge voltage of each battery cell is sensed to determine and select a cell (a cell higher than the charge allowable voltage) to be controlled (prevented).
  • the PWM control means of the DC / DC converter corresponding to the control target cell is operated to apply a PWM control pulse to the first switch Sp.
  • the step of allowing the control target cell to be connected to the cell connecting means may be further required.
  • Each DC / DC converter 21 or 31 is PWM controlled in a boost mode according to the PWM control signal of the first switch Sp.
  • the amount of conversion power obtained from the charging voltage of the control target cell is rectified by the second diode D2 to charge the DC storage means such as the output capacitor Co.
  • the power is recovered to the battery string or the charging device through a recovery passage means composed of a diode or the like.
  • control voltage is found to be lower than the average charging voltage of the other cells.
  • a PWM control pulse is applied to the second switch Ss to operate in the step-down mode with the capacitor Co as an input.
  • the power energy of the input capacitor Co or the stop value is converted and rectified or refluxed through the first diode D1 to charge the control target cell.
  • the PWM control pulse is controlled to generate a charging current until the charging voltage of the cell reaches an average value.
  • the PWM control pulse of the DC / DC converter is preferably PWM controlled proportionally by the difference between the average of the charging voltage of the other cells and the current charging voltage of the cell.
  • the PWM control means selectively turns off the corresponding DC / DC converter to stop charging of the cell to be controlled.
  • each cell voltage is measured in the charging process, and when the cell voltage is higher than the voltage of another cell or higher than the maximum allowable voltage,
  • the DC / DC converter is operated to discharge (recover) the charging current to the output side to maintain a constant charging voltage, or to undercharge the specific battery cell to increase the industrial effect, the DC / DC The converter operates in the reverse direction to recharge the undercharged cells, thereby preventing overcharging, overdischarging and undercharging, thereby preventing damage or explosion of the battery, which may occur, and the life of the battery system (stack). Can be extended.
  • each cell since each cell has an equal charging effect in which each cell is individually charged at the end of the charging under any charging and discharging conditions of a battery system connected in series, the battery is charged in an equal condition without occurrence of overcharge or low charging phenomenon. This is possible.
  • the battery system or electric vehicle for emergency large capacity can be utilized and spread by utilizing the technology of the present invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치는 복수개의 배터리 셀들이 상호 직렬 연결되어 충전되는 배터리조의 각 배터리 셀들을 균등하게 충전하는 배터리 균등 충전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 스위칭 수단을 통해 각각 연결되거나 상기 배터리 셀 각각에 배치되는 상기 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하는 DC/DC 컨버터, 상기 DC/DC 컨버터의 승압된 출력 전압을 저장하는 직류 저장 수단 및 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 공급하는 회수 통로 수단을 포함함으로써, 배터리 셀의 과충전으로 인하여 발생되는 잉여충전 전력을 회수할 수 있어 충전 효율이 높으며 직렬 연결된 각 셀들이 균등하게 충전됨으로써 과충전이나 과방전, 저충전 현상 등을 방지할 수 있어 충전 불균형으로 인하여 발생이 예상되는 배터리의 손상이나 폭발을 예방하고 배터리 시스템(조)의 수명을 연장할 수 있다.

Description

배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 일괄 충전이 이루어지는 과정에서 과충전된 배터리 셀 전력의 잉여전력을 회수하거나 부족 충전되는 배터리 셀에 대하여 보충전을 수행함으로써 균등한 배터리 충전이 신속히 가능하게 하는 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드(HEV) 자동차, 전기자동차, 전기자전거, 골프-카트 같은 전기차용으로 주행속도 및 최대주행거리 증대를 목적으로 대용량의 리튬 이온, 리튬 폴리머, 니켈 수소 전지 등 전기 집적도(power density)가 높은 리튬 계열의 배터리가 채택되고 있다.
다른 2차 전지의 경우에도 셀 전압이 불균형상태가 되면 축전지시스템의 노화가 촉진되고 용량 감소 등 수명이 단축되는 요인이 되나 특히 리튬계열의 배터리팩의 경우에는 셀 전압이 불균형상태가 되면 급격한 특성변화로 폭발하는 경우가 발생할 수 있다.
다수의 배터리 셀을 직렬 연결하여 구성한 축전지 시스템(팩)을 장기간 사용함으로써 충방전 사이클이 증가하게 되면 각각의 배터리 셀이 가지는 특성 인자가 서로 동일하지 못하게 되고 이에 따라 배터리 셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 된다. 따라서 이를 방지하는 수단으로 셀 균등 충전(Cell Balancing) 제어 기능이 요구된다.
복수의 배터리 셀을 직렬 연결하여 구성된 배터리조(소형의 구성인 경우에는 "팩" 또는 "스택"으로 불리어지고 있다.)를 충전하고자 할 경우 각각의 배터리 셀(모노 블록)에 대한 개별적인 충전 장치 설비가 어려운 것이 현실이다. 따라서, 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 배터리조 종단의 양극(+) 및 음극(-) 양단자 측에 충전 장치의 출력를 연결하여 복수의 배터리 셀을 일괄적으로 충전하는 충전 방식(일괄 충전)이 널리 이용되고 있다.
배터리조(10), 전압 검출부(20), 전류 검출부(30), 충전 제어 수단(40), 정전압/정전류 제어 수단(50), 전원 공급부(60)를 포함하여 구성된 종래의 충전 장치는 배터리조(스택)를 구성하는 각 배터리 셀들의 특성 차이에 관계없이 일괄적으로 충전 전류를 공급하여 충전이 이루어지도록 설계되어 있다. 이와 같은 일괄 충전 방식에서는 배터리 셀간의 용량 차이나 내부 저항 차이 등에 대한 고려없이 일괄적으로 충전이 이루어지기 때문에 과충전되는 배터리 셀이 발생하거나 완전히 만충전되지 않은 상태에서 충전이 종료되는 배터리 셀이 존재하게 되는 등의 취약점이 존재한다.
또한, 이러한 배터리 셀 간의 충전 불균일 현상은 방전 심도(Depth Of Discharge, DOD)가 높을 경우 더욱 심화되어 결국 과충전을 야기시키고 배터리의 수명에 악영향을 끼치게 되며 리튬 이온 배터리의 경우 폭발과 같은 위험한 상황의 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 일괄 충전이 이루어지는 배터리조에 있어서 과충전된 배터리 셀의 잉여 충전 전력을 회수하거나 부족 충전된 배터리 셀의 보충전을 수행함으로써 균등한 배터리 충전이 가능한 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치는 복수개의 배터리 셀들이 상호 직렬 연결되어 충전되는 배터리조의 각 배터리 셀들을 균등하게 충전하는 배터리 균등 충전 장치로서, 상기 배터리 셀 각각에 배치되며 상기 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압 변환하는 DC/DC 컨버터, 상기 DC/DC 컨버터의 승압 변환된 출력 전압을 저장하는 직류 저장 수단, 및 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 공급하는 회수 통로 수단을 포함할 수 있다.
이때, 상기 배터리 셀은 과충전된 배터리 셀일 수 있으며, 상기 DC/DC 컨버터는 통상의 플라이백(Flyback), 포워드(Forward) 컨버터와 같이 변압기가 포함된 절연형 컨버터 또는 강압형 벅(buck), 승압형 부스트(boost), 강압/승압형 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터와 같이 비절연형 컨버터 중 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 직류 저장 수단은 DC전해 커패시터 또는 수퍼커패시터와 같이 직류전력을 저장할 수 있는 소자나 장치이거나 상기 DC/DC 컨버터내의 출력측에 설계된 DC전해 커패시터일 수 있으며 적어도 이중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 회수 통로 수단은 다이오드와 같은 정류 소자이거나 이들로 구성된 장치일 수 있으며, 상기 복수개의 셀들이 일괄로 충전되는 배터리조 또는 정류수단의 양극과 음극단자에 연결되거나 상기 배터리조의 일부 직렬연결단(스트링)에 연결되어 직류 저장 수단의 전압이 상승되면 상기 배터리 측으로 전류가 흐르도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치는, 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단 및 상기 측정 결과에 따라 과충전 또는 부족 충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터는 복수개의 셀들이 상호 직렬 연결되어 충전됨에 있어서 각 셀의 과충전된 잉여 충전 전기량을 승압 변환하여 2차측에 연결된 커패시터와 같은 직류 저장 수단을 충전시키도록 작동되는 제1 스위치를 포함하며, 상기 제1 스위치는 상기 DC/DC 컨버터내의 PWM 제어 신호에 의해 구동되거나 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동될 수 있다. 여기서, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 배터리 셀과 상기 직류 저장 수단 사이에 배치되는 변압기, 상기 변압기와 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치 및 상기 직류 저장 수단을 지향하며 상기 변압기와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 직류저장수단의 축전 전력량 또는 정류수단으로부터 공급되는 전력량을 강압 또는 변환하여 부족 충전된 셀들을 보충전하기 위하여 반대 방향(역방향)으로 작동되며 상기 제2 다이오드와 병렬로 연결되는 제2 스위치 및 상기 배터리 셀을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드를 더 포함하는 것이 바람직하며, 또한 이렇게 구성함으로써 본 발명의 산업적 이용효과를 극대화할 수 있고, 상기 제2 스위치는 상기 DC/DC 컨버터내의 PWM 제어 신호에 의해 구동되거나 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동되며 상기 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하도록 하는 제1 스위치 및 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동되며 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 강압하여 상기 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하도록 하는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 배터리 셀과 직류 저장 수단 사이에 배치되는 변압기, 상기 변압기와 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치 및 상기 변압기와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드를 포함하며, 필요에 따라 상기 배터리 셀의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드 및 상기 제1 스위치와 반대로 구동되며 상기 제2 다이오드와 병렬로 연결되는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 배터리 셀에 병렬 구성형태로 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와 상기 직류 저장 수단 사이에서 상기 직류 저장 수단의 양극을 지향하며 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드 및 상기 배터리 셀과 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 인덕터로 구성될 수 있으며,또한 상기 배터리 셀을 지향하며 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제1다이오드 및 상기 제2 다이오드와 병렬로 연결되고 상기 제1 스위치와 반대로 구동되는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀 선택 제어 수단은 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 중 적어도 하나를 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조) 제어하는 기능을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치는 배터리조를 구성하는 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단, 상기 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단, 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 따라 상기 선택된 배터리 셀이 DC/DC 컨버터에 연결되도록 구동되는 스위칭 수단, 상기 스위칭 수단의 구동에 따라 상기 연결되는 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하는 DC/DC 컨버터, 상기 DC/DC 컨버터의 승압된 출력 전압을 저장하는 직류 저장 수단 및 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 공급하는 회수 통로 수단을 포함할 수 있다.
여기서 상기 셀 선택 제어 수단은 상기 측정 결과에 따라 배터리 셀을 선택하는 역할을 하며, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 선택된 배터리 셀이 과충전된 배터리 셀인 경우 상기 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 이를 승압 변환하는 데 필요한 제1 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀 선택 제어 수단은 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀 또는 부족 충전된 배터리 셀을 선택하는 역할을 더 가질 수 있으며, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 선택된 배터리 셀이 과충전된 배터리 셀인 경우 상기 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하도록 하는 제1 스위치 및 상기 직류 저장 수단을 지향하며 인덕터나 변압기로 부터 직렬로 연결되는 제2 다이오드를 포함할 수 있다. 또한 상기 선택된 배터리 셀이 부족 충전된 배터리 셀인 경우 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 강압 변환하여 상기 부족 충전된 배터리 셀로 공급하도록 하는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 스위칭 수단과 상기 직류 저장 수단 사이에 배치되는 변압기, 상기 변압기와 상기 스위칭 수단에 직렬로 연결되는 제1 스위치 및 상기 직류 저장 수단의 양극을 지향하며 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드로 구성되며, 상기 스위칭 수단을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 제1 스위치와 반대로 구동되는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 스위칭 수단과 상기 직류 저장 수단에 병렬형태로 배치되는 제1 스위치, 상기 스위칭 수단과 상기 제1 스위치 사이에서 상기 스위칭 수단과 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 인덕터, 상기 직류 저장 수단의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치와 상기 직류 저장 수단 사이에서 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드; 상기 배터리 셀의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드, 상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 제1 스위치와 반대로 구동되는 제2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 구동하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 중 적어도 하나를 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조) 제어하는 기능을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 셀 균등 충전 방법은, 배터리조의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계, 상기 측정 결과를 상기 배터리 셀의 기 설정된 만충전 전압 및 상기 배터리 셀의 평균 전압과 비교하는 단계, 상기 셀 전압이 상기 만충전 전압보다 높게 측정된 배터리 셀의 과충전된 전력을 승압 변환하여 직류 저장 수단으로 전력 공급을 수행하는 단계, 상기 셀 전압이 상기 만충전 전압과 동일한 상태가 일정 시간 유지되는 경우 충전을 종료하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 셀 균등 충전 방법은, 상기 셀 전압이 상기 평균 전압보다 낮게 측정된 배터리 셀에 대하여 상기 직류 저장 수단으로부터 전력을 공급받아 부족 충전된 배터리 셀을 보충전을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치는 과충전된 배터리 셀의 전력을 회수하여 배터리조로 다시 공급함으로써, 과충전을 방지함과 동시에 배터리조의 충전 효율을 향상시킬 수 있으며 충전 말기에는 모든 배터리 셀의 충전 전압이 균등해지게 된다.
또한, 부족 충전된 배터리 셀로 충전 전류를 공급함으로써 각 배터리 셀의 충전 전압을 충전 과정에서도 균등하게 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 리튬계열의 배터리팩과 같은 2차 전지의 충전시 충전 전원을 안정적으로 공급할 수 있고, 나아가서는 해당 배터리조(배터리팩)가 사용되는 전기 수송차나 직류 전력 저장 장치의 운전동작에 대한 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 충전장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치에 셀 전압 측정 수단과 셀 선택 제어 수단을 부가한 상태를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치를 DC/DC 컨버터의 일실시예를 포함하여 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치를 DC/DC 컨버터의 다른 예를 포함하여 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 제어회로부 PWM 제어 회로를 나타낸 개략도.
도 7은 도 6의 구성에 의해 출력되는 PWM 파형을 나타낸 개략도.
도 8은 본 발명의 일 실시예인 상용 소자를 채택한 PWM 발생 제어 회로를 구체적으로 나타낸 회로도.
도 9는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 동작을 나타낸 흐름도.
도 10은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 다른 실시예를 나타낸 개략도.
도 11은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 회로도.
도 12는 본 발명과 관련된 절연형 컨버터를 이용한 다른 실시예를 구체적으로 나타낸 개략도.
도 13은 본 발명과 관련된 비절연형 컨버터를 이용한 또 다른 실시예를 구체적으로 나타낸 개략도.
도 14는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치를 나타낸 회로도.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치의 절연형 컨버터의 구성도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110, 310...배터리조 120, 320...셀 전압 측정 수단
130, 230, 330, 430, 530...DC/DC 컨버터
150, 350...셀 선택 제어 수단 140, 340...직류 저장 수단
160, 360, 3...회수 통로 수단 370, 470...스위칭 수단
380...제어부 190, 390...정류 수단
본 명세서에서 기술되는 일괄 충전은 배터리조 종단의 양극(+) 및 음극(-) 양단자 측에 충전 장치의 출력를 연결하여 상기 배터리조를 구성하는 복수의 배터리 셀을 일괄적으로 충전하는 충전 방식을 지칭한다.
이하, 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 배터리 셀 균등 충전 장치는 복수개의 배터리 셀들(E1~En)이 상호 직렬 연결되어 충전되는 배터리조(110)의 각 배터리 셀들을 균등하게 충전하는 배터리 균등 충전 장치로서, 상기 배터리 셀 각각에 배치되며 상기 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 변환하는 DC/DC 컨버터(130), 상기 DC/DC 컨버터의 승압 변환된 출력 전압을 저장하는 직류 저장 수단(140) 및 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 공급하는 회수 통로 수단(160)을 포함하고 있다.
각각의 배터리 셀은 배터리조(110)에 전력을 공급하는 정류 수단(190)에 의하여 일괄적으로 충전이 이루어질 수 있다. 이때 앞에서 설명된 바와 같이 각 셀의 특성차이에 따라 각 배터리 셀의 충전 전압은 서로 다르다.
DC/DC 컨버터(130)는 배터리조를 구성하는 각각의 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하는 요소이다. 즉, DC/DC 컨버터는 배터리 셀에 과충전된 전압을 외부로 유출시키는 기능을 수행한다. 정상적으로 충전이 이루어지는 배터리 셀의 전력을 외부로 유출시키는 것은 배터리 충전의 기본 원칙에 어긋나는 것이므로 DC/DC 컨버터는 지정된 일정 상황이나 조건에 따라 구동되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 DC/DC 컨버터(130)는 배터리 셀의 충전 허용 전압이 기설정값 이상인 경우에 구동하여 배터리 셀의 충전 전압을 입력받아 승압하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 기설정값을 만충전 허용 전압으로 설정하고 배터리 셀의 충전 전압이 상기 만충전 허용 전압을 초과한 경우 DC/DC 컨버터를 구동시킴으로써 상기 배터리 셀의 충전 전압이 만충전 허용 전압을 초과하지 않도록 할 수 있다.
이를 위해, 만충전 전압(만충전 허용 전압)을 초과하여 충전된 배터리 셀, 즉 과충전된 배터리 셀을 파악할 필요가 있다.
도 3에서와 같이 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단(120)과 상기 셀 전압 측정 수단에 의해 과충전된 배터리 셀에 배치된 DC/DC 컨버터를 구동시키는 셀 선택 제어 수단(150)을 별도로 배치할 수도 있으나, 제너 다이오드등 정전압 소자와 같이 일정 이상의 전압이 인가되면 초과분의 전력을 통과시키는 소자를 DC/DC 컨버터에 포함시킬 수도 있다. 후자의 경우, 상기 정전압 소자의 정전압 유지 기준치는 만충전 전압을 만족하여야 할 것이다.
따라서, DC/DC 컨버터는 별도의 셀 전압 측정 수단 및 셀 선택 제어 수단 없이도 만충전 전압 이상의 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압할 수 있다.
직류 저장 수단(140,340)은 DC/DC 컨버터 내의 커패시터(capacitor) 또는 외부의 커패시터로 구성되어 소정 전력을 저장하게 된다. 본 실시예에서 직류 저장 수단은 DC/DC 컨버터의 승압된 출력 전압을 저장하게 되므로, 결과적으로 배터리 셀에서 DC/DC 컨버터를 통해 유출된 잉여 충전 전압은 직류 저장 수단에 저장된다.
이하, 상기 직류 저장 수단(140,340)은 DC전해 커패시터 또는 수퍼커패시터와 같이 직류전력을 저장할 수 있는 소자나 장치이거나 상기 DC/DC 컨버터 내의 출력측에 설계된 DC전해 커패시터일 수 있으며 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 직류 저장 수단은 DC/DC 컨버터와 별도로 형성되거나 DC/DC 컨버터와 일체로 형성될 수도 있으며, DC/DC 컨버터와 별도로 형성된 제1 직류 저장 수단과 DC/DC 컨버터와 일체로 형성된 제2 직류 저장 수단 모두를 포함할 수도 있다.
회수 통로 수단(160, 360)은 이렇게 직류 저장 수단에 저장된 잉여 충전 전압을 회수하여 다시 배터리조로 공급하는 요소로서 직류 저장 수단에서 배터리조로 전류가 흐르도록 배치된 다이오드 등과 같은 정류소자나 이들로 구성된 장치로 구성될 수 있으며, 상기 복수개의 셀들이 일괄로 충전되는 배터리조 또는 정류수단의 양극과 음극단자에 연결되거나 상기 배터리조의 일부 직렬연결단(스트링)에 연결되어 직류 저장 수단의 전압이 상승되면 상기 배터리 측으로 전류가 흐르도록 배치될 수 있다. 이하 도 2 내지 도 5 또는 도 10 내지 도 13 에서와 같이 배터리조의 양극과 음극 모두에 각각 하나의 다이오드 정류소자가 배치된 것으로 나타내었으나 다양하게 변경이 가능하다.
이상의 구성에 따르면, 본 실시예에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치는 과충전된 배터리 셀의 충전 전압을 DC/DC 컨버터로 승압하여 직류 저장 수단에 저장하고 회수 통로 수단을 통해 배터리조로 공급하게 된다. 즉, 과충전된 배터리 셀의 잉여 전력을 배터리조로 공급하는 구성으로 이러한 작용에 의하면 충전 말기에는 과충전된 배터리 셀이 존재하지 않고, 모든 배터리 셀이 균등하게 충전된다. 참고로, 과충전된 배터리 셀이 복수인 경우 각각의 배터리 셀에 배치된 DC/DC 컨버터 또한 복수로 구동될 수 있다.
한편, 이와 달리 앞에서 언급한 바와 같이 셀 전압 측정 수단과 셀 선택 제어 수단을 통해 필요에 따라 선택적으로 DC/DC 컨버터를 구동시킬 수도 있다. 이와 같이 할 경우 DC/DC 컨버터에 PWM 제어를 적용할 수 있게 되어 과충전된 배터리 셀에서 DC/DC 컨버터로 유출되는 전력을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 결과적으로 각 배터리 셀의 충전 전압을 보다 신뢰성 있게 균등하게 할 수 있다.
도 3에 이와 같은 구성을 나타내었는데, 살펴보면 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단(120), 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단(150)을 더 포함하고 있다. 이때 DC/DC 컨버터는 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동된다.
셀 전압 측정 수단(120)은 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 요소로 배터리조를 구성하는 배터리 셀 각각의 충전 전압을 측정한다. 이를 위해 셀 전압 측정 수단은 각 배터리 셀 양단에 연결되는 전압 측정 수단 또는 전류 측정 수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제너 다이오드와 같이 일정 전압 이상이 인가된 경우에 일정 전압으로 유지되도록 클램핑하는 소자를 사용할 수도 있다.
셀 선택 제어 수단(150)은 셀 전압 측정 수단에서 측정된 배터리 셀의 충전 전압을 기설정된 만충전 허용 전압과 비교하여 과충전된 배터리 셀을 파악한다. 과충전 배터리 셀이 존재하면 과충전된 배터리 셀을 선택한다. 이와 아울러 셀 선택 제어 수단은 DC/DC 컨버터의 구동을 지령할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예로써 DC/DC 컨버터의 구동이 셀 선택 제어 수단에 의해 결정될 수 있다. 이와 같이 구성함으로써 DC/DC 컨버터를 PWM 제어할 수 있게 된다. 셀 전압 측정 수단이 제너 다이오드 등으로 구성된 경우나 DC/DC 컨버터의 PWM 제어회로(일정 이상의 전압에서 구동이 가능하도록 구성 가능)를 통해 제어될 경우에는 셀 선택 제어 수단은 만충전 전압을 따로 파악할 필요가 없다. 따라서 이와 같은 경우 셀 전압 측정 수단은 셀 선택 제어 수단과 일체로 형성될 수도 있다. 셀 선택 제어 수단은 제너 다이오드를 거쳐 전달된 전압에 근거하여 PWM 제어를 수행하도록 회로를 구성할 수 있다.
배터리 셀의 선택은 배터리 셀과 해당 배터리 셀에 배치된 DC/DC 컨버터 사이에 배치되는 스위치에 의한 것일 수도 있으며, DC/DC 컨버터 내에 형성된 제1 스위치에 의한 것일 수도 있다. 후자의 경우에 셀 선택 제어 수단의 과충전된 배터리 셀 선택과 DC/DC 컨버터에 대한 지령은 동일한 신호일 수 있다. DC/DC 컨버터를 PWM 제어할 경우 상기 제1 스위치에 대한 제어로서 구현될 것이다. 정리하면, 상기 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단, 상기 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단을 더 포함할 수 있고, 상기 DC/DC 컨버터는 복수개의 셀들이 상호 직렬 연결되어 충전됨에 있어서 각 셀의 과충전된 잉여 충전 전기량을 승압 변환하여 2차측에 연결된 커패시터와 같은 직류 저장 수단을 충전시켜 축전되게 순방향으로 작동되는 제1 스위치를 포함하며, 상기 제1 스위치는 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이 구체적으로 상기 DC/DC 컨버터(130)는 배터리 셀(En)과 직류 저장 수단(Cn) 사이에 배치되는 변압기(Tn), 변압기(Tn)와 배터리 셀(En)에 직렬로 연결되는 제1 스위치(Spn) 및 직류 저장 수단(Cn)을 지향하며 변압기(Tn)와 직류 저장 수단(Cn)에 직렬로 연결되는 제2 다이오드(D2n)를 포함하며, 배터리 셀(양극)을 지향하며 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드(D1n)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 제2 다이오드에 연결되는 제2 스위치가 등장하는 실시예들이 기술되는데, 각 실시예에서 제2 스위치를 제외시키면 본 실시예에서와 같은 구성에 해당할 수 있음을 언급한다.
이상은 과충전된 배터리 셀로부터 잉여 전력을 직류 저장 수단에 저장하는 내용에 관한 것인데, 이와 반대로 직류 저장 수단에 저장된 전력이나 정류수단에서 공급되는 전력을 이용하여 배터리 셀로 공급함으로써 부족 충전되고 있는 배터리 셀들을 보충 충전(보충전)할 수도 있다.
직류 저장 수단에 저장된 전력을 강압 변환하여 부족 충전된 배터리 셀로 공급하기 위해서는 부족 충전된 배터리 셀을 파악하여야 하므로, 상기 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단과 상기 측정 결과에 따라 부족 충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단이 배치된다.
이때, DC/DC 컨버터는 제2 스위치 및 배터리 셀(양극)을 지향하는 제1 다이오드를 포함하고 이의 구동에 의해 직류 저장 수단에 저장된 전력을 강압 변환하여 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하게 되며 상기 제2 스위치는 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동되는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우에 있어 과충전된 배터리 셀의 잉여 전력을 직류 저장 수단에 저장하는 구성은 도 2에서와 같이 셀 전압 측정 수단과 셀 선택 제어 수단을 요구하지 않을 수도 있고, 도 3에서와 같이 셀 전압 측정 수단과 셀 선택 제어 수단을 요구할 수도 있다.
후자의 경우를 살펴보면, DC/DC 컨버터, 직류 저장 수단, 회수 통로 수단, 셀 전압 측정 수단, 셀 선택 제어 수단을 포함할 수 있으며, 이때 셀 선택 제어 수단은 셀 전압 측정 수단에 의한 측정 결과에 따라 과충전 또는 부족 충전된 배터리 셀을 선택할 수 있어야 한다. 한편, 필요에 의해 제2 스위치는 셀 선택 제어 수단에 의해 PWM 제어될 수 있다.
정리하면, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 직류저장수단의 축전 전력량 또는 상기 배터리조로 전력 공급을 수행하는 정류 수단으로부터 공급되는 전력을 강압 또는 변환하여 부족 충전된 셀들을 보충전하기 위하여 반대 방향(역방향)으로 작동되도록 하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제2 스위치는 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동될 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터는 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동될 수 있으며 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하도록 하는 제1 스위치 및 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동되며 직류 저장 수단에 저장된 전력을 강압하여 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하도록 하는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 직류 저장 수단을 지향하며 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드 및 상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력 또는 상기 배터리조에 전력을 공급하는 정류 수단의 전력 중 적어도 하나를 강압 변환하여 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하는 제2 스위치만으로 구성될 수도 있다. 이에 따르면 제2 스위치가 OFF된 경우에는 배터리 셀로부터 직류 저장 수단으로 전력이 회수되며, 제2 스위치가 ON되면 직류 저장 수단으로부터 배터리 셀로 전력이 공급된다.
DC/DC 컨버터는 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 다양한 구성이 가능한데, 도 4, 도 5, 도 12, 도 13, 도 15 및 도 16 에 실시예를 나타내었다.
상기 실시예들에 있어서 제1 스위치와 변압기의 연결 위치를 서로 바꾸어도 동일한 기술적 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치를 DC/DC 컨버터의 일예를 포함하여 나타낸 개략도이다.
도 4에 도시된 배터리 셀 균등 충전 장치는 셀 전압 측정 수단(미도시), 셀 선택 제어 수단(미도시), DC/DC 컨버터(130), 회수 통로 수단(160) 및 직류 저장 수단(140)을 포함하고 있다.
상기 DC/DC 컨버터(130)는 배터리조를 구성하는 단위 배터리 셀 마다 각각 설치되어 1차측 회로가 각각 직렬 연결 형태로 구성되고 상기 각 DC/DC 컨버터의 출력은 비교적 큰 용량의 출력측 커패시터(Co)등으로 구성된 직류 저장 수단(140)에 공통적으로 접속되면서 변압기(T1~ Tn)에 의해 배터리 셀과 상호간 전기적으로 분리된다.
DC/DC 컨버터(130)는 배터리 셀과 직류 저장 수단 Co(140) 사이에 배치되는 변압기 T1 ~ Tn, 변압기 T1 ~ Tn과 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치 Sp1 ~ Spn, 배터리 셀을 지향하며 제1 스위치 Sp1 ~ Spn에 병렬로 연결되는 제1 다이오드 D11 ~ D1n, 변압기 T1 ~ Tn과 직류 저장 수단 Co 사이에 직렬로 연결되고 직류 저장 수단 Co를 지향하여 연결되는 제2 다이오드 D21 ~ D2n, 및 상기 제2 다이오드 D21 ~ D2n 에 병렬로 연결되고 상기 제1 스위치 Sp1 ~ Spn와 반대로 동작하는 제2 스위치 Ss1 ~ Ssn 를 포함하고 있다. 상기 제2 스위치는 부족 충전된 배터리 셀에 대해 정류 수단 또는 배터리 조의 전력을 공급하기 위한 요소이다. 따라서 제2 스위치를 생략하면 배터리 조 또는 정류 수단으로부터 배터리 셀로의 전력 공급은 불가능하며, 배터리 셀에서 배터리 조로의 잉여전력 회수만이 가능하다.
제1 다이오드, 제2 다이오드, 제1 스위치 및 제2 스위치를 설명할 때 지향한다는 표현을 사용하고 있는데, 이는 방향성을 갖는 다이오드나 스위치의 배치 상태를 나타내기 위함이다. 예를 들어 '배터리 셀을 지향'의 의미는 배터리 셀 쪽으로 전류가 흐르도록 배치되는 것을 나타낸다.
여기에서 제1 스위치 Sp1 ~ Spn와 제2 스위치 Ss1 ~ Ssn은 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동될 수 있으며 승압 또는 강압 변환을 목적으로 서로 반대로 구동된다. 즉 제1 스위치 Sp1 ~ Spn이 온(on)되면 같은 DC/DC 컨버터에 배치된 제2 스위치 Ss1 ~ Ssn는 오프(off)되어야 하며, 제1 스위치 Sp ~ Spn가 오프될 때 제2 스위치 Ss1 ~ Ssn는 온된다. 여기서 주의할 것은 상기 온/오프가 스위치의 통전/폐쇄을 의미하는 것이 아니고 PWM 구동 여부를 의미한다는 것이다. 따라서 제1 스위치가 PWM 제어 동작에 의하여 통전/폐쇄를 반복하는 경우 제2 스위치는 그에 반대되는 폐쇄/통전을 수행하는 것이 아니라 폐쇄된 상태(회로 구성에 따라 제2 다이오드에 의해 통전되어 있을 수 있음)로 유지된다. 물론, 제1 및 제2 스위치의 구동은 모두 평소에는 이루어지지 않고 셀 선택 제어 수단에 의해서 과충전된 배터리 셀에 대한 잉여 전력 회수 명령 또는 부족 충전된 배터리 셀에 대한 충전 명령이 내려진 경우에 수행됨을 환기한다.
만약, 배터리 셀 E1이 과충전인 경우 셀 선택 제어 수단은 제1 스위치 Sp1을 구동시키고 제2 스위치 Ss1을 오프시킨다. 제1 스위치 Sp1이 PWM 구동되고 제2 스위치 Ss1이 오프되는 상태는 배터리 셀 E1으로부터 직류 저장 수단의 방향으로만 전류가 흐르게 되므로, 배터리 셀 E1의 충전 전압은 변압기 T1에 의해 승압되어 직류 저장 장치에 저장된다.
만약, 배터리 셀 E1이 부족 충전인 경우 셀 선택 제어 수단은 제1 스위치 Sp1을 오프시키고, 제2 스위치 Ss1을 PWM 구동시킨다. 이 경우에는 정류 수단이나 직류 저장 수단으로부터 배터리 셀 E1으로 전류가 흐르게 되므로, 정류 수단에 의해 정류된 전력이나 직류 저장 장치에 저장된 전력은 변압기 T1을 통해 강압되어 배터리 셀 E1으로 공급된다.
참고로, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 FET, TR 등 전자 스위치로 구성될 경우 다이오드와 같이 방향성을 가질 수 있다. 이 경우 제1 스위치는 도 4에서와 같이 배터리 셀을 지향하게 배치되고, 제2 스위치는 직류 저장 수단을 지향하게 배치되는 것이 바람직하다.
회수 통로 수단(160)은 직류 저장 수단에 축적된 전력을 배터리조로 다시 공급할 수 있는 통로이다. 출력 커패시터(C1 ~ Cn)를 포함한 회수 통로 수단(160)은 복수의 배터리 셀로 구성된 배터리조의 양단에 연결되어 있다.
즉, 상기 직류 저장 수단의 + - 양단자는 회수 통로 수단(160)의 구성요소인 양극측 다이오드 및 음극측 다이오드를 통해 상기 배터리조에 연결되게 되므로, 상기 연결된 배터리조 전압은 상기 직류 저장 수단측으로부터 블로킹(blocking)된다. 따라서 잉여 충전전류가 상기 직류 저장 수단측으로 유입되어 상기 직류 저장 수단의 전압이 상기 배터리조의 충전 전압보다 높아지게 되면 상기 배터리조 측으로 방전이 개시되고 직류 저장 수단의 전압 상승이 제한된다.
따라서 배터리조에 회수 통로 수단(160)을 통해 직렬로 배치되는 직류 저장 수단의 전압은 최소한 상기 배터리 셀 2개의 전압보다 높게 설계되어야 하며, 변압기 T1 ~ Tn은 이와 같은 전압 관계를 고려하여 승압/강압이 이루어지도록 1차 2차측 권선비가 고려되어야 할 것이다.
상기 DC/DC 컨버터는 또한 변압기 T1 ~ Tn과 직류 저장 수단 Co 사이에 보조 직류 저장 수단 C1 ~ Cn을 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치를 DC/DC 컨버터의 다른 예를 포함하여 나타낸 개략도이다.
도 5에 도시된 배터리 셀 균등 충전 장치는 셀 전압 측정 수단(미도시), 셀 선택 제어 수단(미도시), DC/DC 컨버터(230), 회수 통로 수단(160) 및 직류 저장 수단 Co(140)를 포함하고 있다.
상기 DC/DC 컨버터(230)는 각 배터리 셀마다 각각 구비되고 상기 DC/DC 컨버터(230)가 양방향 동작형 Boost 컨버터로 구성될 수 있다. 각각의 출력단자들은 비교적 큰 용량의 출력측 커패시터(Co)에 공통적으로 접속되고 배터리스트링(스택)과 상기 양방향 동작형 Boost 컨버터의 각 음극 단자(제1 스위치(Sp)의 -단자)는 상기 출력측 커패시터(Co)의 음극측에 각각 연결된 다이오드(D31 ~ D3n)에 의해 상호간 전기적으로 블록킹된다.
DC/DC 컨버터(230)는 배터리 셀(양극)과 직류 저장 수단 Co에 직렬로 연결되는 인덕터 L1 ~ Ln, 상기 인덕터와 직류 저장 수단 Co에 병렬형태(다이오드 및 스위치의 병렬 관계와 구별하기 위한 것으로 거시적으로 병렬 연결임)로 배치되는 제1 스위치 Sp1 ~ Spn, 및 상기 제1 스위치와 상기 직류 저장 수단 사이에서 상기 직류 저장 수단을 지향하며 상기 인덕터와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드 D21 ~ D2n를 포함하고 있다.
배터리 셀의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치 Sp1 ~ Spn에 병렬로 연결되는 제1 다이오드 D11 ~ D1n 및 상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되며 상기 제1 스위치 Sp1 ~ Spn와 반대로 구동되는 제2 스위치 Ss1 ~ Ssn을 더 포함할 수 있으며, 이때는 상기 제2 스위치의 구동에 의해 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력 또는 상기 배터리조에 전력을 공급하는 정류 수단의 전력 중 적어도 하나를 강압 변환하여 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급할 수 있다.
상기 양방향 동작형 Boost 컨버터는 도 4 또는 도15에 표시된 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)형태의 DC/DC 컨버터(130, 21)와는 다르게 변압기(T)를 가지고 있지 않다. 인덕터에 저장된 전력(에너지)이 블록킹 다이오드(D3(n)), n 번째 배터리 셀의 음극단자, 상기 배터리 셀의 양극단자, 인덕터(Ln), 제 2다이오드(D2n), 및 출력측 커패시터(Co)를 통해 승압되어 흐르는 동작모드에서는 블록킹 다이오드(D3(n))가 계속 도통되어 있으므로, n번째 배터리 셀의 -(음극)단자는 출력측 커패시터(Co) 음극단자와 동일한 전위가 된다. 각각의 DC/DC 컨버터를 전기적으로 블록킹하기 위해 직류 저장 수단 Co 음극측에 음극들이 공동으로 연결되고 양극은 각각 제1 스위치 Sp1 ~ Spn에 연결되는 다이오드 D31 ~ D3n을 더 포함하게 되며 따라서 상기 n번째 Boost 컨버터의 인덕터 에너지 방출 동작 구간에서는 나머지 Boost 컨버터들은 이와 같은 동작모드에서 작동되지 않도록 상호간에 동기화되게 제어하여야 할 필요가 있다.
이상에서 DC/DC 컨버터가 제1 스위치 및 제2 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 포함하는 경우, 셀 선택 제어 수단은 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 중 적어도 하나를 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조) 제어하는 기능을 더 포함할 수 있는데 구체적으로 도 6 내지 도 8에 의해 구현될 수 있다.
도 10은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 10에 도시된 배터리 셀 균등 충전 장치는 배터리조(310)를 구성하는 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단(320), 상기 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단(350), 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 따라 상기 선택된 배터리 셀이 DC/DC 컨버터에 연결되도록 구동되는 스위칭 수단(370), 상기 스위칭 수단의 구동에 따라 상기 연결되는 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하는 DC/DC 컨버터(330), 상기 DC/DC 컨버터의 승압된 출력 전압을 저장하는 직류 저장 수단(340) 및 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 흐르게 하는 회수 통로 수단(360)을 포함하고 있다.
살펴보면, 복수의 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어수단에 의해 선택된 배터리 셀을 DC/DC 컨버터에 연결시키는 스위칭 수단을 배치함으로써 배터리 셀의 수보다 적은 수의 DC/DC 컨버터를 배치한 구성이다.
스위칭 수단의 구성 및 상호 직렬 연결된 배터리조의 수에 따라 DC/DC 컨버터의 수는 변경이 가능하므로 본 명세서에서 기술되는 DC/DC 컨버터가 1개 배치된 구성은 하나의 예에 불과함을 환기한다.
스위칭 수단(370)은 셀 선택 제어 수단에 의해 과충전된 배터리 셀을 DC/DC 컨버터에 연결시키는 요소로 배터리 셀 각각의 입출력단에 연결되며 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 온/오프되는 하나 이상의 스위치를 포함하고 있다. 상기 셀 선택 제어 수단의 지령은 셀 전압 측정 수단에서 측정된 셀 전압에 기반하여 이루어진다. 스위칭 수단의 구성은 하나 이상의 스위치를 조합한 다양한 모양으로 실시가 가능하다.
DC/DC 컨버터(330)는 과충전된 배터리 셀로부터 잉여 전력을 회수하여 적절히 승압한 후 직류 저장 수단으로 전달한다.
DC/DC 컨버터는 플라이백(Flyback), 포워드(Forward), 강압형 벅(buck), 승압형 부스트(Boost), 강압/승압형 벅-부스트(Buck-Boost) 방식 중 하나일 수 있다.
이미 설명한 바와 같이 직류 저장 수단(140,340)은, DC전해 커패시터 또는 수퍼커패시터와 같이 직류전력을 저장할 수 있는 소자나 장치이거나 상기 DC/DC 컨버터 내의 출력측에 설계된 DC전해 커패시터일 수 있으며 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
즉, 상기 직류 저장 수단(140,340)은 DC/DC 컨버터와 별도로 형성되거나 DC/DC 컨버터와 일체로 형성될 수도 있으며, DC/DC 컨버터와 별도로 형성된 제1 직류 저장 수단과 DC/DC 컨버터와 일체로 형성된 제2 직류 저장 수단 모두를 포함할 수도 있다.
회수 통로 수단(160, 360)은 직류 저장 수단에 저장된 잉여 충전 전압을 회수하여 다시 배터리조로 공급하는 요소로서 직류 저장 수단에서 배터리조로 전류가 흐르도록 배치된 다이오드 등과 같은 정류소자나 이들로 구성된 장치로 구성될 수 있으며, 직류 저장 수단의 전압이 상승되면 상기 배터리 측으로 전류가 흐르도록 이의 기능을 수행할 수 있게 다양하게 변경이 가능하다.
도 6은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 DC/DC 컨버터 제어부의 PWM 제어 회로를 나타낸 개략도이며, 도 7은 동작 신호레벨에 대한 PWM 파형을 표시한다.
과충전 또는 부족 충전 상태의 배터리 셀 전압이 입력되는 차동증폭기회로(51)는 배터리 셀 전압 en과 설정전압(Vref)의 차를 상호 차동 증폭하며 이의 출력신호를 비교기(52)측으로 출력한다. 삼각파/톱니파 발생기(53)에서 발생된 삼각파/톱니파 신호와 상기 차동증폭기회로(51)의 출력신호를 상기 비교기(52)에서 비교함으로써 PWM 제어신호를 얻을 수 있다. 이때 설정전압(Vref)은 배터리 셀의 만충전 허용 전압 또는 이의 분압 전압일 수 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 배터리 셀 전압 en이 설정전압(Vref, 예로 리튬이온 배터리인 경우 4.2V)보다 낮으면 상기 차동증폭기회로(51)의 출력신호 레벨은 -K(en - Vref) + 5V (여기서, 삼각파 신호 피크치가 5V 라고 정한다)의 관계식에 따라 5V이상이 되어 삼각파 신호보다 크게 되므로 PWM 펄스는 발생되지 못하며, 배터리 셀 전압 en이 설정전압(Vref)보다 높게 되면 배터리 셀 전압 en과 설정전압(Vref)과의 차 [-K(en - Vref) + 5V]에 비례적으로 PWM 펄스폭의 온 듀티(On Duty)폭이 증가되는 추세로 제어된다.
또한, 도 6에서 제시된 회로를 이용하여 차동증폭기회로(51)의 반전입력과 비반전입력 신호를 상호간 바꾸어 입력되게 설계함으로써 5V 가산회로 또는 반전형 가산기나 부호변환회로를 생략할 수 있는 또 다른 상승효과를 얻을 수 있다.
상기 차동증폭기회로(51)의 증폭도는 실제 시험을 통해 적정한 값을 얻을 수 있다. 상기 증폭도가 커지면 상기 DC/DC 컨버터에서 셀의 전압이 약간만 높더라도 방전되는 전류치가 커지게 되어 제어 안정도가 떨어지게 되므로, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전류용량을 고려하여 증폭도를 산정하는 것이 바람직하다.
또한 도 4의 실시 예와 같이 DC/DC 컨버터가 배터리 셀 각각에 배치되어 상기 DC/DC 컨버터의 2차 출력측이 동일한 직류저장수단에 공동적으로 연결된 실시 예에서는, 한 개 이상의 DC/DC 컨버터가 동시에 동작될 때 변압기의 자속포화를 방지하고 제어 안정도를 높일 수 있도록, 각 DC/DC 컨버터 출력측과 직류저장수단 사이에 각각 저항을 삽입하여 이로 인해 최대 전류 출력시 1~2% 정도의 출력전압이 강하될 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.
상기 비교기(52)의 비반전 입력단에는 온 듀티 제한회로(54)의 출력이 다이오드를 통해 연결되도록 함으로써 PWM 펄스폭의 최대 듀티를 제한(통상 플라이백이나 포워드 방식에서는 50%이하)하여 DC/DC 컨버터가 일정하게 전력을 변환시키도록 제어할 수 있으며, 또한 DC/DC 컨버터에서 과전류 발생시 PWM 드라이브 회로(56)의 입력 회로단에 과전류 Cut off 지령(55) 신호가 입력되도록 하여 DC/DC 컨버터를 보호할 수 있다. 상기 과전류 발생의 감지는 DC/DC 컨버터의 입력측 회로에 전류 센싱 저항 Rs를 배치함으로써 이루어질 수 있는데, 이와 같은 과전류 발생 감지는 일반적으로 많이 알려져 있으므로 이에 대한 자세한 기재는 생략한다.
도 8은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 셀 선택 제어 수단과 후술할 제어부의 PWM 제어 회로를 구체적으로 나타낸 개략도로 상용 제어 소자인 MB3800 또는 동등 모델의 소자를 채택한 DC/DC 컨버터의 PWM 제어 회로의 구체적인 실시예를 나타낸다.
여기서, 저항 R2와 커패시터 C3 소자는 DC/DC 컨버터가 플라이백 또는 포워드 스위칭 모드의 파워 서플라이(SMPS)로써 바람직한 동작 모드에 의하여 동작되도록 PWM제어 펄스의 동작주파수를 결정한다.
또한, CTL 단자는 PWM 제어모드를 결정할 수 있는 단자로써 상기 CTL 단자 LOW 신호가 입력되면 대기모드(Stand-by Mode)로 작동되며 HIGH 신호가 입력되면 동작모드(Operating Mode)로 작동되어 PWM 제어 펄스가 상용 제어 소자 MB3800의 핀 5번에서 출력되도록 한다.
PWM 제어펄스의 듀티(Duty)는 전술한 바와 같이 PWM 제어신호의 레벨제어동작에 의해 바람직한 상태로 가변되는데 이를 보다 구체적으로 설명한다.
균등충전 제어대상에 해당되는 배터리 셀의 충전전압은 차동증폭기회로(U2A)의 입력회로인 반전단자 및 비반전단자에 인가된다. 반전단자(핀 2)에는 기준전압(Vref)이 입력되고 비반전단자(핀 3)에는 상기 배터리 셀전압 en이 입력된다. 이들 신호의 차에 해당되는 신호 en - Vref를 상기 차동증폭기회로(U2A)를 통해 차동증폭하고 그 결과를 상기 MB3800 내부에 있는 PWM 비교기의 입력단자 FB(8번 PIN)로 입력한다.
상기 MB3800 내부의 삼각파 발생기 또는 오실레이터에서 발생된 톱니파 신호와 상기 차동증폭기회로(U2A)의 차동증폭신호를 상기 PWM 비교기에서 비교함으로써 바람직한 PWM 제어신호를 얻을 수 있다.
상기 상용소자인 MB3800 내의 PWM 비교기는 약 0.1 ~ 0.7V 사이의 동작 범위를 가지므로, 상기 차동증폭기회로(U2A)의 출력신호를 다이오드 D1으로 제한하고 저항 R3, R4로 분압하여 PWM 제어신호의 출력 Duty를 최대 50% 미만으로 제한함으로써 DC/DC 컨버터로 채택되는 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 동작이 바람직하도록 할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 DC/DC 컨버터의 입력측 회로의 제1 스위치와 직렬로 연결된 전류센싱저항 Rs에서 전압신호를 감지하여 과전류 보호 레벨 이상에 해당되는 신호가 감지되면, 핀 4번(BR/CTL)은 트랜지스터로 구성된 인터페이스 회로를 통해 출력전류 설정제어(Output current setting and control)기능이 자동으로 동작되도록 함으로써, DC/DC 컨버터에서 과전류 발생시에 DC/DC 컨버터를 보호할 수 있다.
또한, SCP 단자(2번 PIN)에 VCC 전압을 인가(H 신호)하게 되면 DC/DC 컨버터의 과전류 발생 보호 또는 Short Circuit 보호 동작이 수행되지 않도록 할 수 있으며, SCP 단자를 VCC에 연결하지 않는 상태에서 Short Circuit 보호 기능이 동작되게 할 수도 있다. 이때 Short Circuit 상태가 해제되고 난 후 PWM 제어기능이 자동으로 복귀될 수 있도록 하기 위해서는 외부에서 H 또는 L 신호를 인가하고 BR/CTL 출력모드를 Stand-by Mode(단자가 오픈)로 전환하여 Short Circuit 상태를 해제할 수 있으며, 다시 BR/CTL 출력단자를 그라운드시켜 Operating Mode로 전환하여 Short Circuit 보호동작을 다시 수행할 수도 있다.
정리하면, 배터리 셀 균등 충전 장치의 셀 선택 제어 수단과 후술할 제어부의 PWM 제어 장치, 즉 결과적으로 DC/DC 컨버터를 제어하는 장치는 배터리조를 구성하는 배터리 셀의 셀 전압과 설정전압(Vref)를 입력받아 차동 증폭하는 차동 증폭 수단, 삼각파 또는 톱니파신호를 생성하는 삼각파/톱니파 발생 수단 및 상기 차동 증폭 수단의 출력 신호와 상기 삼각파/톱니파 신호를 입력받아 비교함으로써 PWM 펄스폭의 온 듀티(On Duty)폭을 제어하는 비교 수단을 포함하며, 이때 상기 설정전압은 상기 배터리 셀의 만충전 전압일 수 있다.
종래에는 DC/DC 컨버터의 출력전압을 일정하게 제어할 목적으로 DC/DC 컨버터의 출력전압을 제어목표치인 기준전압(상기 설정전압(Vref)에 해당)과 비교하여 이 차를 귀환 제어(Feed back control)하는 방식을 사용하였으나, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 DC/DC 컨버터의 출력전압을 귀환하지 않고 셀 전압 en 과 설정전압(Vref)를 비교하여 PWM 펄스폭의 온 듀티(On Duty)폭을 제어하게 되므로 제어회로가 매우 간단해지게 된다.
상기 차동 증폭 수단, 삼각파/톱니파 발생 수단 및 비교 수단 중 적어도 하나는 MB3800 상용 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서 설명된 배터리 셀 균등 충전 장치의 동작을 도 9를 통하여 살펴본다. 도 9는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 셀 전압 측정 수단을 통하여 일괄 충전되는(S 710) 배터리조를 구성하는 배터리 셀 전압을 측정한다.
측정 결과를 배터리 셀의 기설정된 만충전 허용 전압 또는 배터리조 내의 모든 배터리 셀의 평균 전압과 비교한다(S 720, 730, 740). 이때 평균 전압은 측정 대상이 되는 배터리 셀을 제외한 나머지 배터리 셀들의 평균 전압으로 할 수도 있고 측정 대상이 되는 배터리 셀도 포함시킨 모든 배터리 셀들의 평균 전압으로 설정할 수도 있다.
배터리 셀 전압이 만충전 허용 전압보다 높게 측정된(S 730) 배터리 셀로부터 직류 저장 수단으로 전력 공급을 수행한다(S 750).
배터리 셀 전압이 평균 전압보다 낮게 측정된(S 740) 배터리 셀로 상기 직류 저장 수단 또는 정류 수단으로부터의 전력 공급을 수행한다(S 760).
상기 배터리 셀 전압이 만충전 전압과 동일한 상태가 일정 시간 유지되는 경우 충전을 종료한다(S 720). 소정 배터리 셀에 대한 충전이 이루어지는 경우 일정 시간 후에는 만충전 전압에 도달하게 된다. 만충전 전압은 배터리 셀의 특성에 따라 설정되며 만충전 전압 초과의 전압 충전도 바람직하지는 못하지만 가능하다. 본 실시예에서는 배터리조의 안정성 등을 고려하여 만충전 전력으로 충전을 완료시키는 것이 하나의 목적이므로 셀 전력이 만충전 전력과 동일한지 지속적으로 감시한다.
일반적으로 충전시 만충전 전압과 동일한 지점을 지나서 만충전 전압을 초과하는 전압이 충전될 수 있다. 따라서 만충전 전압과 동일하다고 해서 충전을 바로 중지하면 종래 기술과 같은 문제가 발생된다. 따라서 본 실시예에 따라 과충전된 배터리 셀에 대한 전력 회수 또는 부족 충전된 배터리 셀에 대한 전력 공급이 지속적으로 수행되어 만충전 전압과 동일한 지점에서 일정 시간 유지될 경우에 충전을 종료하는 것이 바람직하다. 만충전 전압과 동일한 지점은 설정된 만충전 전압의 ±1 % 범위까지로 할 수 있으며, 지속시간은 배터리 셀의 종류와 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
추가로, 상기 배터리 셀로부터 직류 저장 수단으로 전력이 공급되는 경우, 직류 저장 수단의 전압과 배터리조의 전압을 비교하고(S 770), 직류 저장 수단의 전압이 배터리조의 전압보다 높으면 회수 통로 수단을 통해 전력을 회수하고(S 780), 그렇지 않으면 배터리 셀로부터 직류 저장 수단으로 전력 공급을 계속한다.
이하 도 11, 도 12 및 도 13를 통하여 상기 DC/DC 컨버터 및 스위칭 수단의 회로구성 및 동작에 대하여 구체적으로 기술한다.
도 11에 도시된 바와 같이 상기 DC/DC 컨버터는 다수의 배터리 셀이 연결되는 스위칭 수단(370)과 직류 저장 수단(340) 사이에 배치되는 변압기 T4n 및 직류 저장 수단의 양극을 지향하며 상기 변압기와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 다이오드 D1을 포함하여 구성될 수 있다. 이때 변압기 T4n 은 배터리 셀의 잉여 전력을 승압하여 직류 저장 수단으로 공급될 수 있도록 권선이 이루어지며 권선 비율은 배터리 조의 충전 전압과 각 배터리 셀의 만충전 전압을 고려하여 설정될 수 있다.
도 11에 도시된 배터리 셀 균등 충전 장치는 배터리 셀마다 스위치(Sp41 ~ Sp4n)를 배치하여 스위칭 수단(370)을 형성한다. 스위치(Sp41 ~ Sp4n)는 변압기(고주파 트랜스, T4n)의 권시 단자에 공통적으로 연결되어 각 배터리 셀의 상기 각 스위치의 PWM 제어 동작에 의해 DC/DC 컨버터의 역할을 하도록 설계된다. 변압기 T4n의 권종 단자는 각 배터리 셀의 음극 단자측에 각각 연결된 다이오드(D4(1) ~ D4(n-1), D4n)에 의해 상호간 전기적으로 블록킹되고 상기 각 스위치의 PWM 제어 동작시 환류 통로가 형성된다.
이상의 구성에 따르면 셀 선택 수단 및 방향 선택 수단의 구성이 매우 간소해지게 된다. 다만 이와 같이 구성할 경우 요구 배터리 셀의 충전 전력 회수는 가능하지만 충전 전력의 공급은 수행할 수 없다.
또한 스위치(Sp41 ~ Sp4n)들 중에 어느 하나의 스위치가 동작중에는 이외의 다른 스위치가 동작되지 못하도록 셀 선택 제어 수단에 의해 제어되게 설계함이 필요하다.
또한 설계자의 판단에 따라 가격대비 에너지 절감효과를 고려하여 소용량 배터리에 적합하도록 DC/DC 컨버터 회로 및 직류저장장치로 구성된 승압 변환회로를 스위치소자와 직렬저항으로 대치하여 과충전된 단위셀의 전압을 방전시키거나 바이패스시켜 제조원가를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 11의 배터리 셀 균등 충전 장치를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 즉, 본 실시예에 따른 배터리 셀 균등 충전 장치는 상기 각 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단, 상기 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단, 상기 배터리 셀에 각각 직렬로 연결되는 복수의 스위치(Sp41 ~ Sp4n), 상기 배터리 셀과 연결된 상기 스위치의 반대단이 공통으로 1차측 일단에 연결된 변압기 T4n, 상기 각 배터리 셀의 음극을 각각 지향하며 상기 각 배터리 셀의 음극과 상기 변압기의 1차측 타단에 연결되어 승압 변환시 환류 통로를 제공하는 복수의 다이오드 (D4(1) ~ D4(n-1), D4n), 상기 셀 선택 제어 수단에 의해 선택되어 PWM 제어되는 상기 스위치와 상기 변압기를 통해 승압 변환된 출력 전력을 저장하는 직류 저장 수단 C0 및 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 흐르게 하는 회수 통로 수단(360)을 포함할 수 있다.
도 11에는 상기 복수의 스위치(Sp41 ~ Sp4n)와 역병렬로 연결되는 다이오드들의 도시가 생략되어 있으나 상기 복수의 스위치는 상기 변압기와 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치 및 상기 배터리 셀을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 변압기와 상기 직류 저장 수단 사이에 직렬로 연결되며 상기 직류 저장 수단을 지향하는 제2 다이오드 D1을 포함할 수 있다.
전술한 바 있는 본 발명의 실시 예들과 같이 기술적 해결방안에 근거하면, 셀 선택 제어 수단에 의해 과충전된 배터리 셀이 선택되어 지고 DC/DC 컨버터에 의해 과충전된 배터리 셀의 충전 전압이 승압되어 직류 저장 장치에 저장될 수 있다. 직류 저장 장치에 저장된 전력은 회수 통로 수단(360)을 거쳐 배터리조(310)로 공급된다.
한편, DC/DC 컨버터는 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하도록 하는 제1 스위치를 포함할 수 있다. 스위칭 수단과 별도로 DC/DC 컨버터를 구동하는 제1 스위치를 포함함으로써 상기 제1 스위치를 통하여 PWM 제어를 수행할 수 있다. 물론, 도 11의 실시예에 따라 도시된 스위칭 수단의 각 스위치를 PWM 제어할 수도 있다. 상기 스위칭 수단의 각 스위치는 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동되는 것이 바람직하나 다른 실시예에서와 같이 DC/DC 컨버터에 포함된 제1 스위치는 별도의 제어부를 통하여 구동될 수 있다. 물론, 상기 제어부와 셀 선택 제어 수단은 일체로 형성될 수도 있을 것이다.
이상에서는 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압, 즉 잉여 전력을 회수 통로 수단을 통해 직류 저장 수단측으로 회수하여 배터리조로 공급하는 방안에 대해서 살펴 보았는데, 직류 저장 수단에 저장된 전력을 부족 충전된 배터리 셀로 공급하는 것도 가능하다.
이를 위해서 셀 선택 제어 수단은 상기 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀 또는 부족 충전된 배터리 셀을 선택할 수 있어야 한다. 또한 DC/DC 컨버터는 선택된 배터리 셀이 과충전된 배터리 셀인 경우 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하도록 하는 제1 스위치뿐만 아니라 선택된 배터리 셀이 부족 충전된 배터리 셀인 경우 직류 저장 수단에 저장된 전력을 강압 변환하여 부족 충전된 배터리 셀로 공급하도록 하는 제2 스위치도 포함될 수 있다.
도 12는 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 다른 실시 예를 구체적으로 나타낸 개략도이다.
도 12에 도시된 배터리 셀 균등 충전 장치는 배터리조(310), 셀 전압 측정 수단(320), 셀 선택 제어 수단(350), 제어부(380), 스위칭 수단(470), DC/DC 컨버터(430)와 직류 저장 수단(340)을 포함하고 있다.
배터리조(310)는 E1 ~ En까지 총 n개의 배터리 셀로 구성되어 있으며, 스위칭 수단(470)은 배터리 셀 각각을 선택할 수 있도록 복수의 스위치 SW1 ~ SWm로 구성되어 있다. 배터리 셀 하나를 선택하기 위해서 해당 배터리 셀의 양극, 음극 양단에 연결되는 2개의 스위치를 배치한다. 따라서, 각 배터리 셀 사이에는 앞단 배터리 셀의 음극에 연결되는 스위치와 뒷단 배터리 셀의 양극에 연결되는 스위치가 배치되며, 배터리 셀 음극에 연결되는 스위치는 DC/DC 컨버터의 음극에 연결되고 배터리 셀 양극에 연결되는 스위치는 DC/DC 컨버터의 양극에 연결된다. 배터리 셀 En의 윗단에는 En의 양극에 연결되는 스위치만 존재하고, 배터리 셀 E1의 아랫단에는 E1의 음극에 연결되는 스위치만 존재하므로 스위칭 수단에 구비된 스위치는 (2*n-2)개가 된다. 물론 이러한 스위치 구성은 다양하게 변경이 가능하다. 요점은 배터리 셀 각각을 선택하여 DC/DC 컨버터의 양극과 음극에 맞게 연결시키는 구성이면 된다.
예를 들어 배터리 셀 En-1을 선택하기 위해서는 스위치 SWm-2와 SWm-3을 온시켜야 한다. 이와 같은 식으로 스위칭 수단은 하나의 배터리 셀을 선택하게 된다. 이때 스위칭 수단에 의해 선택되는 배터리 셀은 과충전 또는 부족 충전된 배터리 셀이며 셀 선택 제어 수단에 의해 결정된다. 과충전 또는 부족 충전된 배터리 셀이 동시에 복수개 존재할 수 있으며, 과충전된 배터리 셀과 부족 충전된 배터리 셀이 혼재할 수도 있다. 이와 같은 경우 스위칭 수단은 셀 선택 제어 수단의 제어에 따라 만충전 전압과의 차이 및 평균 전압과의 차이가 큰 순서에 따라 배터리 셀을 선택할 수 있다. 또한, 과충전된 배터리 셀들을 모두 선택하거나 부족 충전된 셀들을 모두 선택할 수도 있는데, 이를 위해서는 DC/DC 컨버터의 보호, 직류 저장 수단의 보호를 고려하여야 한다.
DC/DC 컨버터(430)는 스위칭 수단(470)과 커패시터 Co 와 같은 직류 저장 수단(340)사이에 배치되는 변압기 T, 변압기 T와 스위칭 수단에 직렬로 연결되는 제1 스위치 Sp, 및 변압기 T와 직류 저장 수단(340)에 직렬로 연결되며 직류 저장 수단를 지향하는 제2 다이오드 D2 를 포함하고, 추가적으로 스위칭 수단을 지향하며 제1 스위치 Sp에 병렬로 연결되는 제1 다이오드 D1 및 제2 다이오드 D2 에 역병렬로 연결되고 제1 스위치 Sp와 반대로 구동되는 제2 스위치 Ss를 더 포함할 수 있다.
경우에 따라서는 전압 조절을 위하여 스위칭 수단과 변압기 T에 직렬 연결되는 전류센싱용 저항 Rs를 더 포함할 수도 있다.
여기에서 제1 스위치 Sp와 제2 스위치 Ss는 제어부(380)의 제어에 의해 구동되며 서로 반대의 상황에서 구동된다.
제1 스위치 Sp가 구동되고 제2 스위치 Ss가 오프되는 상태는 과충전된 배터리 셀로부터 충전 전압이 제1 스위치 Sp를 거쳐 변압기 T에서 승압 변환되어 제2 다이오드 D2를 거쳐 직류 저장 수단 Co에 저장된다. 즉 과충전된 배터리 셀로부터 잉여 전력의 회수가 이루어진다. 물론 이때의 과충전된 배터리 셀은 셀 전압 측정 수단에서 측정된 셀 전압이 만충전 전압을 초과한 상태의 배터리 셀이 될 것이며 이와 같은 판단은 셀 전압 측정 수단으로부터 각 배터리 셀의 셀 전압을 전달받는 제어부에 의해 이루어진다. 한편, 셀 선택 제어 수단은 상기 과충전된 배터리 셀이 선택되도록 스위칭 수단을 지령하여 상기 과충전된 배터리 셀을 DC/DC 컨버터에 연결시킨다. 직류 저장 수단에 저장된 잉여 충전 전력은 회수 통로 수단을 통해 배터리조로 다시 회수된다.
이와 반대로 제1 스위치 Sp가 오프되고 제2 스위치 Ss가 구동되는 상태는 직류 저장 수단 Co에 저장된 전력 또는 정류 수단의 전력이 제2 스위치 Ss를 거쳐 변압기 T에서 강압 변환되어 제1 다이오드 D1을 거쳐 부족 충전된 배터리 셀로 공급된다. 즉 부족 충전된 배터리 셀로 전력의 공급이 이루어진다. 이때의 부족 충전된 배터리 셀은 셀 전압 측정 수단에서 측정된 셀 전압이 평균 전압에 미달한 상태의 배터리 셀이 될 것이며 이와 같은 판단은 역시 제어부에 의해 이루어진다. 이때, 부족 충전된 배터리 셀을 DC/DC 컨버터에 연결시키도록 스위칭 수단을 지령하는 것은 셀 선택 제어 수단이 된다. 상기 셀 선택 제어 수단은 제2 스위치의 제어를 위해서 과충전된 배터리 셀 외에 부족 충전된 배터리 셀을 더 선택할 수 있어야 한다.
참고로, 제어부는 DC/DC 컨버터의 제1 및 제2 스위치 중 적어도 하나를 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조) 제어하는 기능을 포함하여 잉여 전력의 회수 및 부족 충전된 배터리 셀로 공급되는 전력량을 조절하게 된다.
도 13은 본 발명과 관련된 배터리 셀 균등 충전 장치의 또 다른 실시예를 구체적으로 나타낸 개략도이다.
도 13에 도시된 DC/DC 컨버터(530)는 상기 스위칭 수단(470)과 상기 직류 저장 수단(340)사이에 직렬로 배치되는 인덕터 L, 인덕터 L과 직류 저장 수단(340) 사이에 병렬형태로 배치되는 제1 스위치 Sp, 상기 직류 저장 수단 Co의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치와 직류 저장 수단 Co 사이에서 상기 인덕터와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드 D2를 포함하고 있다. 추가적으로 배터리 셀의 양극을 지향하며 제1 스위치 Sp에 병렬로 연결되는 제1 다이오드 D1 및 제1 스위치 Sp와 반대로 구동되고 제1 다이오드 D1과 역병렬로 연결되는 제2 스위치 Ss를 더 포함할 수 있다.
제1 스위치 Sp에 PWM 제어 펄스가 인가되면 과충전된 배터리 셀을 통해 인덕터 L에 저장된 에너지는 제2 다이오드 D2를 통해 방출되면서 승압되고 정류되어 직류 저장 수단 Co를 충전시킨다. 또한 제2 스위치 Ss에 PWM 제어 펄스가 인가되면 직류 저장 수단 Co 또는 정류 수단으로부터 추가적인 충전 전력이 제2 스위치 Ss와 인덕터 L을 통해 생성되고 제1 다이오드 D1에 의해 환류(free wheeling)되면서 부족 충전된 배터리 셀을 충전시키게 된다.
DC/DC 컨버터 외의 구성 요소는 도 12의 구성 요소와 동일하므로 설명을 생략한다.
이하에서는 배터리 셀 균등 충전 장치에 대하여 다른 관점에서 살펴보도록 한다.
본 발명의 또 다른 일실시 예로써, 복수개의 배터리 셀들이 상호 직렬 연결된 배터리조에 있어서, 배터리 셀 양단의 충전 잉여 전력을 승압하여 2차측에 연결된 커패시터와 같은 직류 저장 수단을 충전시키는 DC/DC 컨버터; 상기 DC/DC 컨버터가 각각의 셀에 대응되게 연결되게 하는 셀연결수단(SWn ~ SW1)(스위칭 수단); 및 상기 셀의 전압 검출치의 레벨에 따라 선택적으로 상기 DC/DC 컨버터를 동작시켜 DC/DC 컨버터를 PWM 제어하는 PWM 제어수단(제어부)을 포함한다.
또한 상기 DC/DC 컨버터에 있어서, 2차측에 연결된 커패시터와 같은 직류저장수단의 축전 전력량을 변환하여 부족 충전된 셀을 보(補)충전하기 위하여 양방향으로 작동되도록 하는 제 2스위치가 더 포함하는 것이 바람직하며 또한 이렇게 구성함으로써 본 발명의 산업적 이용효과를 극대화할 수도 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예로써, 복수개의 셀들이 상호 직렬 연결된 배터리시스템을 충전함에 있어서, 각 배터리 셀마다 구비되면서 각 배터리 셀 양단의 잉여 충전 전기량을 2 차측에 연결된 커패시터와 같은 직류저장수단을 통해 우회시키고 그 우회된 전기량에 의해 상기 직류저장수단이 일시적으로 충전되거나 2 차측 커패시터에 축전된 전력을 이용하여 부족 충전되는 셀을 보충전케 하는 DC/DC 컨버터; 및 상기 셀의 단자전압을 감지하여 이의 검출 레벨에 따라 선택적으로 상기 각 DC/DC 컨버터를 동작시켜 상기 DC/DC 컨버터를 PWM 제어하는 각각의 PWM 제어수단;을 포함할 수 있다.
또한 상기 각각의 PWM 제어수단은 상호간에 동기 제어되거나 필요시에 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터로는 통상의 플라이 백 (Flyback), 포워드 (Forward) 컨버터와 같이 변압기가 포함된 절연형 컨버터나 강압형 벅(buck), 승압형 부스트 (boost), 강압/승압형 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터와 같이 변압기가 없는 비절연형 컨버터가 채택될 수 있다.
부가적으로, 상기 PWM 제어수단의 기능에는 각 배터리 셀들의 충전상태 전압을 측정하여 배터리 셀을 위험요소로부터 보호하는 셀 관리기능(BMS)이 더 포함될 수 있다.
또한 각각의 DC/DC 컨버터를 PWM 제어하는 제어방법에 있어서, 제어 대상 배터리 셀의 충전전압이 상기 배터리 셀의 제1 소정치보다 높을 경우 DC/DC 컨버터는 충전전류를 우회시키도록 작동하고 이에 해당되는 스위치에 제어 펄스가 인가되게 제어되고 상기 제어 펄스는 제1 소정치와 셀의 현재의 충전전압의 차에 의해 비례적으로 PWM 제어되는 것이 바람직하다.
여기서 제1 소정치는 상기 셀의 만충전 전압의 최대 허용치와 같도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한 각각의 DC/DC 컨버터를 PWM 제어하는 제어방법에 있어서, 제어 대상 배터리 셀의 충전전압이 제2 소정치보다 낮을 경우 DC/DC 컨버터는 부족 충전 상태의 제어대상 배터리 셀에 보충전 전류를 추가적으로 공급하도록 작동되는데 이에 해당되는 스위치에 제어 펄스가 인가되게 제어하고 상기 제어 펄스는 제어 대상 셀의 충전전압이 제3 소정치에 도달할 때까지 설정된 충전전류를 발생할 수 있도록 PWM 제어되는 것이 바람직하다.
여기서 제2 소정치는 일반적으로 다른 배터리 셀들의 충전전압 평균치와 같도록 선정하고 제3 소정치는 해당 배터리 셀의 만충전 전압의 한계치와 같도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DC/DC 컨버터(21)는 배터리 셀의 + - 양단자 사이에 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)의 제 1스위치(Sp)와 트랜스(T)의 1차 권선이 직렬로 연결된다. 상기 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)의 출력에는 직류 저장 수단인 커패시터(Co)가 연결되어 있다.
상기 DC/DC 컨버터(21)에 연결된 제어 대상 셀의 충전전압이 만충전전압 허용치보다 높을 경우 상기 DC/DC 컨버터(21)의 제 1스위치(Sp)에 PWM 제어 펄스가 인가되어 해당 셀의 충전전류가 제1 스위치(Sp)와 변압기(T)를 통해 우회되고, 변압기(T)의 2차측 권선 및 제 2다이오드(D2)에 의해 정류되어 직류 저장 수단인 출력측 커패시터(Co)를 충전시킨다.
또한 상기 커패시터(Cn)의 + - 양단자는 배터리스트링의 시스템 전압이 브로킹될 수 있도록 양극측 다이오드(23) 및 음극측 다이오드(22)를 통해 배터리스트링(배터리조)에 연결되어 있다. 따라서 커패시터(Co)의 충전전압이 배터리스트링보다 높아지면 배터리스트링 측으로 방전되게 된다.
또한 도 15에서 제1 스위치(Sp)와 변압기(T)의 연결 위치를 서로 바꾸어도 동일 기술적 효과를 얻을 수 있다.
셀연결수단(SWn ~ SW1)은 상기 DC/DC 컨버터(21)가 균등충전이 필요한 제어 대상의 배터리 셀에 각각 대응하여 연결되도록 하며 이와 같은 연결구조에 의해 1개의 DC/DC 컨버터(21)로써 수많은 직렬 연결된 배터리 셀들을 균등하게 충전할 수 있다. 상기 셀연결수단(SWn ~ SW1)은 일반적으로 BMS(Battery Management System)에서 셀 전압을 측정하여 불균형된 셀을 찾을 수 있으므로 BMS에 의해 셀 선택신호(제어 수단에 의해 생성)가 발생되도록 설계함이 바람직하다.
특히 대용량 배터리시스템에 있어서는, 상기 DC/DC 컨버터(21)의 용량도 크게 요구되므로 셀연결수단(SWn ~ SW1)만을 두어 1개의 DC/DC 컨버터에 의해 각 배터리 셀들을 균등충전할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 PWM제어 펄스는 상기 배터리 셀이 만충전 전압 허용치보다 높아 지면 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)가 입력전류나 출력전류를 감지하여 정전류제어 모드로 제어될 수 있으나, 도 6에 도시된 바와 같은 동작 모드에 의하여 PWM제어 펄스를 발생시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로, 도 15에서 부족 충전되어지는 배터리 셀을 균등 충전하기 목적으로 제 2다이오드(D2)와 병렬로 제 2스위치(Ss)를 두게 되면 상기 변압기(T)의 2차측을 통해 추가적인 충전전류을 공급할 수 있는 양방향 DC/DC 컨버터로 동작시킬 수 있고 상기 변압기(T)는 2차측 권선이 높으므로 출력전압을 강압(Step Down)시킬 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터(21)는 제어 대상 배터리 셀(요구 배터리 셀)의 충전전압이 다른 배터리 셀들의 충전전압 평균치보다 낮을 경우 제 2스위치(Ss)에 PWM 제어 펄스가 인가되어 출력측 커패시터(Co)에 축적된 전기량으로부터 해당 배터리 셀을 보충전하기 위한 충전 전류가 제 2스위치(Ss)와 변압기(T)의 2차측을 통해 생성되고 제 1다이오드(D1)에 의해 정류되어 제어대상 배터리 셀을 충전시킬 수 있게 된다. 이후 상기 PWM 제어 펄스는 셀의 충전전압이 평균치에 도달할 때까지 충전전류를 발생할 수 있도록 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 PWM제어 펄스는 상기 부족 충전된 배터리 셀이 다른 배터리 셀들의 충전전압 평균치보다 낮을 경우 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)의 정전류 제어 모드로 제어될 수 있으나, 도 6에 도시된 바와 같은 동작 모드에 의하여 다른 배터리 셀들의 충전전압 평균치와 제어 대상 셀의 현재 충전전압 차에 따라 비례적으로 PWM 제어되는 것이 바람직하다.
상기에서 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)는 다른 형태의 양방향 동작형 Boost 컨버터로 구성할 수 있다.
여기서 양방향 동작형 Boost 컨버터의 제 1 스위치, 제 2다이오드, 제 2스위치 또는 제 1다이오드의 회로동작 모드에서의 역할은 도 13에 표시된 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)의 동작모드와 그 역할이 거의 유사하다.
즉 제 1스위치에 PWM 제어 펄스가 인가되어 인덕터(L)에 저장된 에너지는 제 2다이오드를 통해 방출되면서 승압되고 정류되어 커패시터(Co)을 충전시킨다. 또한 제어 대상 셀의 충전전압이 다른 셀들의 충전전압 평균치보다 낮을 경우 제 2스위치에 PWM 제어 펄스가 인가되어 직류 저장 수단인 커패시터(Co)로부터 추가적인 충전 전류가 제 2스위치와 인덕터(L)를 통해 생성되고 제 1다이오드(D1)에 의해 환류(free wheeling)되면서 제어대상 배터리 셀을 충전시킬 수 있게 된다.
배터리 셀의 전류용량(Ah)이 커서 셀 균등충전 동작시에 대상 제어 셀의 충.방전전류가 크게 필요할 경우에는, 도 15의 플라이 백 또는 포워드 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)로 구성되는 상기 DC/DC 컨버터(141)은 회로의 구성이 복잡하더라도 양방향으로 동작이 가능한 인버터 방식의 회로구조로 대치됨이 바람직하다. 상기 회로에 관한 구체적인 구성이나 동작 제어 모드에 대하여는 이미 공지되어 있으므로 이를 참고할 수 있다.
이와 같이 산업적 이용 효과를 높이기 위해서는 충방전(충전 및 회수) 제어가 가능한 컨버터가 채용되는 것이 바람직하나, 보충전 용도만을 위해서는 외부로부터 교류(AC) 전원을 입력받아 직류(DC)로 변환하는 통상의 정류 수단(190)가 채용될 수 있으며, 또한 본 발명이 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 직류전원장치가 사용될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 4 또는 도 15는 절연형 변압기의 DC/DC 컨버터(21)를 채택한 본 발명의 실시예로서 비교적 소용량의 배터리시스템(조)에 적용이 유리할 수 있다.
또한, 제시된 실시 예들에서 제1 스위치(Sp)와 변압기(T)의 연결 위치를 서로 바꾸어도 동일한 기술적 효과를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 또한 상기 DC/DC 컨버터의 2차측에 공통으로 연결된 커패시터와 같은 직류저장수단에 충전시 잉여 전기량을 일시적으로 충전시켰다가 직류저장수단의 단자전압이 일정수준이상 상승되면 배터리 또는 충전장치측으로 회수되게 할 수 있는 양극 다이오드(배터리조 양극에 연결) 및 음극 다이오드(배터리조 음극에 연결) 등으로 구성된 회수통로수단을 포함하는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀 균등 충전(밸랜싱) 장치의 제어동작 과정을 설명한다.
먼저 각 배터리 셀의 충전전압을 감지하여 과충전을 제어(방지)해야 할 셀(충전 허용전압보다 높은 셀)을 판단하여 선택한다.
상기 제어 대상 셀에 해당된 DC/DC 컨버터의 PWM 제어수단이 작동되어 제1 스위치(Sp)에 PWM 제어 펄스가 인가된다.
상기 단계에 앞서 비교적 큰 용량의 배터리시스템인 경우와 같이 1개의 DC/DC 컨버터만이 구비되는 경우에는, 상기 제어 대상 셀을 셀연결수단측으로 연결되게 하는 단계가 더 필요할 수 있다.
각 DC/DC 컨버터(21 또는 31)는 제1 스위치(Sp)의 PWM 제어 신호에 따라 승압형 모드로 PWM 제어된다.
제어 대상 셀의 충전전압으로 부터 얻어진 변환전력량은 제2 다이오드(D2)에 의해 정류되어 출력측 커패시터(Co)와 같은 직류저장수단을 충전시킨다.
이후 출력측 커패시터(Co)와 같은 직류저장수단에 충전된 전압이 일정수준 이상으로 상승되면 다이오드 등으로 구성된 회수통로수단을 통해 배터리 스트링 또는 충전장치 측으로 전력이 회수된다.
한편, 충전전압이 다른 셀들의 충전전압 평균치보다 낮은 제어 대상 셀를 찾는다.
상기 DC/DC 컨버터는 커패시터(Co)를 입력으로 하여 강압형 모드로 작동되도록 제2 스위치(Ss)에 PWM 제어 펄스가 인가된다.
이때 입력측 커패시터(Co) 또는 정류장치의 전력에너지가 변환되어 제 1다이오드(D1)을 통해 정류되거나 환류되어 제어 대상 셀을 충전시킨다.
이에 앞서 비교적 큰 용량의 배터리시스템인 경우와 같이 상기 DC/DC 컨버터를 공통적으로 사용하여 전력을 변환코자 할 경우에는 제어 대상 셀을 스위칭 수단을 통해 연결되게 하는 단계가 더 필요하다.
상기 PWM 제어 펄스는 셀의 충전전압이 평균치에 도달할 때 까지 충전전류를 발생할 수 있도록 제어된다. 여기서, 상기 DC/DC 컨버터의 PWM 제어펄스는 다른 셀들의 충전전압 평균치와 셀의 현재의 충전전압의 차에 의해 비례적으로 PWM 제어되는 것이 바람직하다.
상기 제어 대상의 셀 전압 검출치가 설정치에 도달되어 만충상태가 되면 상기 PWM 제어수단은 해당 DC/DC 컨버터를 선택적으로 오프(Turn off)시켜 상기 제어 대상의 셀의 충전을 중단시킨다.
본 발명에 의하면 복수 개의 셀을 일괄적으로 충전하는 충전방식을 채택하는 경우에 있어서, 충전과정에서 각각의 셀 전압을 측정하여 다른 셀의 전압보다 높거나 최대 허용전압보다도 높아지면 해당 개별 배터리 셀에 연결되어지는 DC/DC 컨버터가 가동되어 출력측으로 충전전류를 방전(회수)케 하여 일정 충전전압을 유지하도록 하거나, 또한 산업적 효과를 높이기 위해 특정 배터리 셀에 부족 충전이 계속될 시는 상기 DC/DC 컨버터가 역방향으로 작동하여 상기 부족 충전된 셀들을 보충전시키게 됨으로써 과충전이나 과방전, 저충전 현상 등을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 발생될 배터리의 손상이나 폭발을 예방하고 배터리시스템(스택)의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
각종 충전용 배터리에 적용 가능하다.
특히, 본 발명에 의하면 직렬 연결되어 있는 배터리시스템의 어떠한 충.방전 조건에서도 각각의 셀들이 충전 말기에는 개별적으로 충전되는 균등 충전 효과를 가지므로, 과충전이나 저충전 현상의 발생없이 균등한 조건으로 충전이 가능하다.
따라서 리튬 이온 배터리의 직렬로 결선된 스택에 적용가능하고 리튬 이온 배터리의 전기집적도가 높다는 장점이 많으므로 본 발명의 기술을 활용하여 비상용 대용량의 배터리시스템이나 전기자동차를 실용화하여 보급할 수 있다.

Claims (21)

  1. 복수개의 배터리 셀들이 상호 직렬 연결되어 충전되는 배터리조의 각 배터리 셀들을 균등하게 충전하는 배터리 균등 충전 장치에 있어서,
    상기 배터리 셀 각각에 배치되며 상기 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 변환하는 DC/DC 컨버터;
    상기 DC/DC 컨버터의 승압 변환된 출력 전력을 저장하는 직류 저장 수단; 및
    상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 흐르게 하는 회수 통로 수단;
    을 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류 저장 수단은 DC전해 커패시터 또는 수퍼커패시터, 상기 DC/DC 컨버터내의 출력측에 설계된 DC전해 커패시터 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단;
    상기 측정 결과에 따라 과충전되거나 부족 충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단을 더 포함하고,
    상기 DC/DC 컨버터는 상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 의해 구동되는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 배터리 셀과 상기 직류 저장 수단 사이에 배치되는 변압기;
    상기 변압기와 상기 배터리 셀 중간에 직렬로 연결되는 제1 스위치; 및
    상기 직류 저장 수단을 지향하며 상기 변압기와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드;
    를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 배터리 셀의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드; 및
    상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 제1 스위치와 반대로 구동되는 제2 스위치를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치의 구동에 의해 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력 또는 상기 배터리조에 전력을 공급하는 정류수단의 전력 중 적어도 하나를 강압 변환하여 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 배터리 셀과 상기 직류 저장 수단 사이에 배치되는 변압기;
    상기 변압기를 지향하며 상기 변압기와 상기 배터리 셀 중간에 직렬로 연결되는 제1 다이오드; 및
    상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되어 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력 또는 상기 배터리조에 전력을 공급하는 정류수단의 전력 중 적어도 하나를 강압 변환하여 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하도록 하는 제2 스위치;
    를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 배터리 셀의 양극과 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 인덕터;
    상기 인덕터와 상기 직류 저장 수단에 병렬형태로 배치되는 제1 스위치; 및
    상기 제1 스위치와 상기 직류 저장 수단 사이에서 상기 직류 저장 수단을 지향하며 상기 인덕터와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드;
    를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회수 통로 수단은,
    상기 복수개의 배터리셀들이 충전되는 배터리조 또는 정류수단의 양극과 음극 단자에 연결되거나 상기 배터리조의 일부 직렬 연결단(스트링)에 연결되는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  9. 다수의 배터리 셀들로 구성된 배터리조를 균등하게 충전하는 배터리 셀 균등 충전 장치에 있어서,
    상기 각 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단;
    상기 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단;
    상기 셀 선택 제어 수단의 지령에 따라 상기 선택된 배터리 셀이 DC/DC 컨버터에 연결되도록 구동되는 스위칭 수단;
    상기 스위칭 수단의 구동에 따라 상기 연결되는 배터리 셀로부터 충전 전압을 입력받아 승압하는 DC/DC 컨버터;
    상기 DC/DC 컨버터의 승압된 출력 전압을 저장하는 직류 저장 수단; 및
    상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 흐르게 하는 회수 통로 수단;
    을 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 스위칭 수단과 상기 직류 저장 수단 사이에 배치되는 변압기;
    상기 변압기와 상기 스위칭 수단에 직렬로 연결되는 제1 스위치; 및
    상기 직류 저장 수단의 양극을 지향하며 상기 변압기와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드;
    를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 셀 선택 제어 수단은 상기 측정 결과에 따라 부족 충전된 배터리 셀을 더 선택하고,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 스위칭 수단을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드; 및
    상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 제1 스위치와 반대로 구동되는 제2 스위치를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치의 구동에 의해 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력 또는 상기 배터리조에 전력을 공급하는 정류수단의 전력 중 적어도 하나를 강압 변환하여 상기 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 스위칭 수단과 상기 직류 저장 수단 사이에 직렬로 연결되는 인덕터;
    상기 인덕터와 상기 직류 저장 수단에 병렬형태로 배치되는 제1 스위치; 및
    상기 직류 저장 수단의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치와 상기 직류 저장 수단 사이에서 상기 인덕터와 상기 직류 저장 수단에 직렬로 연결되는 제2 다이오드;
    를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 셀 선택 제어 수단은 상기 측정 결과에 따라 부족 충전된 배터리 셀을 더 선택하고,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 배터리 셀의 양극을 지향하며 상기 제1 스위치에 병렬로 연결되는 제1 다이오드; 및
    상기 제2 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 제1 스위치와 반대로 구동되는 제2 스위치를 더 포함하고, 상기 제2 스위치의 구동에 의해 상기 직류 저장 수단에 저장된 전력 또는 상기 배터리조에 전력을 공급하는 정류수단의 전력 중 적어도 하나를 강압 변환하여 상기 부족 충전된 배터리 셀에 충전 전류를 공급하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  14. 복수개의 배터리 셀들이 상호 직렬 연결되어 충전되는 배터리조의 각 배터리 셀들을 균등하게 충전하는 배터리 셀 균등 충전 장치에 있어서,
    상기 각 배터리 셀의 충전 전압을 측정하는 셀 전압 측정 수단;
    상기 측정 결과에 따라 과충전된 배터리 셀을 선택하는 셀 선택 제어 수단;
    상기 배터리 셀에 각각 직렬로 연결되는 복수의 스위치;
    상기 배터리 셀과 연결된 상기 스위치의 반대단이 공통으로 1차측 일단에 연결된 변압기;
    상기 각 배터리 셀의 음극을 각각 지향하며 상기 각 배터리 셀의 음극과 상기 변압기의 1차측 타단에 연결되어 승압 변환시 환류 통로를 제공하는 복수의 다이오드;
    상기 셀 선택 제어 수단에 의해 선택되어 PWM 제어되는 상기 스위치와 상기 변압기를 통해 승압 변환된 출력 전력을 저장하는 직류 저장 수단; 및
    상기 직류 저장 수단에 저장된 전력을 상기 배터리조로 흐르게 하는 회수 통로 수단;
    을 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 상기 배터리 셀과 상기 변압기에 직렬로 연결되고,
    상기 변압기와 상기 직류 저장 수단 사이에 직렬로 연결되며 상기 직류 저장 수단을 지향하는 제2 다이오드를 더 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
  16. 배터리 셀들을 균등하게 충전하는 배터리 균등 충전 제어회로에 있어서,
    배터리조를 구성하는 배터리 셀의 셀 전압과 설정전압(Vref)의 차를 차동 증폭하는 차동 증폭 수단;
    삼각파 또는 톱니파 신호를 생성하는 삼각파/톱니파 발생 수단; 및
    상기 차동 증폭 수단의 출력 신호와 상기 삼각파/톱니파 신호를 입력받아 비교함으로써 PWM 펄스폭의 온 듀티(On Duty)폭을 비례 제어하는 비교 수단;
    을 포함하는 배터리 균등 충전 제어회로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 설정전압(Vref)은 상기 배터리 셀의 만충전 허용 전압 또는 이의 분압전압인 것을 특징으로 하는 배터리 균등 충전 제어회로.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 차동 증폭 수단, 삼각파/톱니파 발생 수단 및 비교 수단 중 적어도 하나는 MB3800 상용 소자를 포함하여 구성되는 배터리 균등 충전 제어회로.
  19. 배터리 셀들을 균등하게 충전하는 배터리 셀 균등 충전 방법에 있어서,
    a) 배터리조의 배터리 셀 전압을 측정하는 단계;
    b) 상기 측정 결과를 상기 배터리 셀의 기 설정된 만충전 허용 전압과 비교하는 단계;
    c) 상기 셀 전압이 상기 만충전 허용 전압보다 높게 측정된 각 배터리 셀의 잉여 충전 전력을 승압 변환하여 직류 저장 수단 측으로 회수하는 단계;
    d) 각각의 셀 전압이 만충전 전압과 동일한 상태가 일정 시간 유지되는 경우 충전을 종료하는 단계;
    를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 방법.
  20. 제 19 항에 있어서
    단계 a) 이후에 배터리 셀 전압의 측정값을 상기 배터리 셀의 평균 전압과 비교하는 단계; 및
    상기 셀 전압이 상기 평균 전압보다 낮게 측정된 배터리 셀에 대해 상기 직류 저장 수단 또는 정류 수단으로부터 충전 전류를 공급하는 단계;를 더 포함하는 배터리 셀 균등 충전 방법.
  21. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    통상의 플라이백(Flyback), 포워드(Forward) 컨버터와 같이 변압기가 포함된 절연형 컨버터 또는 강압형 벅(buck), 승압형 부스트(boost), 강압/승압형 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터와 같이 비절연형 컨버터 중 어느 하나를 포함하는 배터리 셀 균등 충전 장치.
PCT/KR2010/000886 2009-02-15 2010-02-11 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법 WO2010093186A2 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20090012176 2009-02-15
KR10-2009-0012176 2009-02-15
KR1020090097360A KR101122598B1 (ko) 2009-02-15 2009-10-13 배터리 셀 균등 충전 장치
KR10-2009-0097360 2009-10-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010093186A2 true WO2010093186A2 (ko) 2010-08-19
WO2010093186A3 WO2010093186A3 (ko) 2010-12-09

Family

ID=42562190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2010/000886 WO2010093186A2 (ko) 2009-02-15 2010-02-11 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2010093186A2 (ko)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012028344A1 (de) * 2010-09-02 2012-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeicheranordnung
CN102723745A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 比亚迪股份有限公司 一种电池组管理***
CN102801184A (zh) * 2011-05-24 2012-11-28 比亚迪股份有限公司 一种电池组管理***
CN102882242A (zh) * 2011-07-12 2013-01-16 唯电科技股份有限公司 蓄电池组充电及放电平衡的电路
WO2013138176A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Boston-Power, Inc. Method and system for balancing cells with variable bypass current
US8884580B2 (en) 2010-09-28 2014-11-11 Atmel Automotive Gmbh Charge equalization between series-connected battery cells
TWI511412B (ko) * 2011-07-05 2015-12-01
TWI511411B (ko) * 2011-07-05 2015-12-01
CN105281400A (zh) * 2014-07-03 2016-01-27 西门子公司 用于为电池***平衡充电状态的装置和方法
US9276415B2 (en) 2013-09-18 2016-03-01 Go-Tech Energy Co. Ltd. Charging station having battery cell balancing system
CN107134837A (zh) * 2017-07-17 2017-09-05 国网辽宁省电力有限公司大连供电公司 串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置
DE102017122061A1 (de) * 2017-09-22 2019-03-28 Borgward Trademark Holdings Gmbh Method, Apparatus and Vehicle for Equalizing Power Battery
DE102017009007A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Borgward Trademark Holdings Gmbh Verfahren zum Ausgleichen einer Antriebsbatterie, zugehörige Einrichtung und Fahrzeug
TWI661650B (zh) * 2018-03-23 2019-06-01 加百裕工業股份有限公司 並聯電池系統及方法
CN110350563A (zh) * 2013-03-14 2019-10-18 太阳能安吉科技有限公司 用于存储能量和消耗能量的方法和装置
CN110380460A (zh) * 2018-04-14 2019-10-25 陈培洪 一种dc/dc电路、一种电压均衡***及方法
US10819132B2 (en) 2017-08-04 2020-10-27 Deltran Operations Usa, Inc. Device with battery charger system and engine start system formed from high frequency transformers
KR20210070422A (ko) * 2019-12-04 2021-06-15 주식회사 현대케피코 암전류 제어 장치 및 차량의 암전류 제어 시스템
CN113954693A (zh) * 2021-10-11 2022-01-21 暨南大学 一种锂电池均衡控制方法、***及存储介质
US11557796B2 (en) 2019-07-23 2023-01-17 Cummins Inc. DC-DC-converter-based active voltage-balancing system and method for parallel battery packs
CN115663978A (zh) * 2022-12-13 2023-01-31 麦田能源有限公司 电池储能供电***、电池包的电压均衡方法、装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004049540A2 (en) * 2002-11-25 2004-06-10 Tiax Llc Cell balancing system for equalizing state of charge among series-connected electrical energy storage units
KR20070119044A (ko) * 2005-03-24 2007-12-18 지멘스 파우데오 오토모티브 아게 에너지 축전지의 직렬 접속 개별 셀들의 전하를 등가화하는장치 및 방법
KR20070119438A (ko) * 2006-06-15 2007-12-20 에스케이에너지 주식회사 전하 균일 장치
KR20070119437A (ko) * 2006-06-15 2007-12-20 에스케이에너지 주식회사 전하 균일 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004049540A2 (en) * 2002-11-25 2004-06-10 Tiax Llc Cell balancing system for equalizing state of charge among series-connected electrical energy storage units
KR20070119044A (ko) * 2005-03-24 2007-12-18 지멘스 파우데오 오토모티브 아게 에너지 축전지의 직렬 접속 개별 셀들의 전하를 등가화하는장치 및 방법
KR20070119438A (ko) * 2006-06-15 2007-12-20 에스케이에너지 주식회사 전하 균일 장치
KR20070119437A (ko) * 2006-06-15 2007-12-20 에스케이에너지 주식회사 전하 균일 장치 및 방법

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012028344A1 (de) * 2010-09-02 2012-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeicheranordnung
US8884580B2 (en) 2010-09-28 2014-11-11 Atmel Automotive Gmbh Charge equalization between series-connected battery cells
CN102723745A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 比亚迪股份有限公司 一种电池组管理***
CN102801184A (zh) * 2011-05-24 2012-11-28 比亚迪股份有限公司 一种电池组管理***
TWI511411B (ko) * 2011-07-05 2015-12-01
TWI511412B (ko) * 2011-07-05 2015-12-01
CN102882242A (zh) * 2011-07-12 2013-01-16 唯电科技股份有限公司 蓄电池组充电及放电平衡的电路
CN102882242B (zh) * 2011-07-12 2015-09-30 唯电科技股份有限公司 蓄电池组充电及放电平衡的电路
WO2013138176A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Boston-Power, Inc. Method and system for balancing cells with variable bypass current
CN110350563A (zh) * 2013-03-14 2019-10-18 太阳能安吉科技有限公司 用于存储能量和消耗能量的方法和装置
CN110350563B (zh) * 2013-03-14 2024-01-23 太阳能安吉科技有限公司 用于存储能量和消耗能量的方法和装置
US9276415B2 (en) 2013-09-18 2016-03-01 Go-Tech Energy Co. Ltd. Charging station having battery cell balancing system
CN105281400A (zh) * 2014-07-03 2016-01-27 西门子公司 用于为电池***平衡充电状态的装置和方法
US9787107B2 (en) 2014-07-03 2017-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for state of charge compensation for a battery system
CN105281400B (zh) * 2014-07-03 2018-05-11 西门子公司 用于为电池***平衡充电状态的装置和方法
CN107134837A (zh) * 2017-07-17 2017-09-05 国网辽宁省电力有限公司大连供电公司 串联超级电容的高效充电和可控电压供电装置
US10819132B2 (en) 2017-08-04 2020-10-27 Deltran Operations Usa, Inc. Device with battery charger system and engine start system formed from high frequency transformers
DE102017122061A1 (de) * 2017-09-22 2019-03-28 Borgward Trademark Holdings Gmbh Method, Apparatus and Vehicle for Equalizing Power Battery
DE102017122061A8 (de) * 2017-09-22 2019-05-23 Borgward Trademark Holdings Gmbh Verfahren zum Ausgleichen einer Antriebsbatterie, zugehörige Einrichtung und Fahrzeug
DE102017009007A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Borgward Trademark Holdings Gmbh Verfahren zum Ausgleichen einer Antriebsbatterie, zugehörige Einrichtung und Fahrzeug
TWI661650B (zh) * 2018-03-23 2019-06-01 加百裕工業股份有限公司 並聯電池系統及方法
CN110380460A (zh) * 2018-04-14 2019-10-25 陈培洪 一种dc/dc电路、一种电压均衡***及方法
CN110380460B (zh) * 2018-04-14 2023-01-06 陈培洪 一种dc/dc电路、一种电压均衡***及方法
US11557796B2 (en) 2019-07-23 2023-01-17 Cummins Inc. DC-DC-converter-based active voltage-balancing system and method for parallel battery packs
KR20210070422A (ko) * 2019-12-04 2021-06-15 주식회사 현대케피코 암전류 제어 장치 및 차량의 암전류 제어 시스템
KR102276014B1 (ko) * 2019-12-04 2021-07-13 주식회사 현대케피코 암전류 제어 장치 및 차량의 암전류 제어 시스템
CN113954693A (zh) * 2021-10-11 2022-01-21 暨南大学 一种锂电池均衡控制方法、***及存储介质
CN115663978A (zh) * 2022-12-13 2023-01-31 麦田能源有限公司 电池储能供电***、电池包的电压均衡方法、装置
CN115663978B (zh) * 2022-12-13 2023-04-07 麦田能源有限公司 电池储能供电***、电池包的电压均衡方法、装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010093186A3 (ko) 2010-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010093186A2 (ko) 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법
KR101122598B1 (ko) 배터리 셀 균등 충전 장치
US10404095B2 (en) Uninterruptible power supply unit
KR100754734B1 (ko) 복합형 전력공급장치 및 그의 전력관리방법
KR100264086B1 (ko) 충방전 제어장치 및 정전압 정전류 제어회로
US20100231175A1 (en) Power supply circuit, charging unit having the power supply circuit, and power supply method
CN102573211B (zh) Led光源的供电控制电路、***及方法
WO2019124678A1 (ko) 직류직류 컨버터를 포함하는 전력 공급 시스템 및 이의 제어 방법
JP3573274B2 (ja) 蓄電装置
US5754384A (en) Overcurrent protection circuitry for non-isolated battery discharge controller
EP2278685A2 (en) Power supply and charging circuit for high energy capacitors
KR102164439B1 (ko) 슈퍼캐패시트 모듈과 배터리가 결합된 융복합전지의 밸런싱 장치
EP3525317B1 (en) Electrical device
WO2023153651A1 (ko) 배터리 충방전 장치
WO2019146899A1 (ko) 직류직류 컨버터 및 이의 전력 변환 방법
US5642029A (en) Constant current battery charger with auxiliary output for portable apparatus
EP3379685A1 (en) Jump starter apparatus for recharging discharged battery of transportation means
KR101639885B1 (ko) 정전압원 기능을 갖는 배터리 보조 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2019146900A1 (ko) 직류직류 컨버터 및 이의 전력 변환 방법
WO2019231047A1 (ko) 태양광 연계 에너지 저장 시스템용 dc-dc 컨버터 및 그 제어방법
WO2024096285A1 (ko) 충전 제어 기반의 전력 증강 장치
CN114667659A (zh) 蓄电***
EP1202429B1 (en) An emergency lighting unit usable with different types of batteries
JP2995142B2 (ja) 直列電池の充電装置
WO2012050194A1 (ja) 充放電回路

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10741403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10741403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2