WO2023158015A1 - Apparatus and method for equalizing energy of plurality of parallel-connected batteries - Google Patents

Apparatus and method for equalizing energy of plurality of parallel-connected batteries Download PDF

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WO2023158015A1
WO2023158015A1 PCT/KR2022/005255 KR2022005255W WO2023158015A1 WO 2023158015 A1 WO2023158015 A1 WO 2023158015A1 KR 2022005255 W KR2022005255 W KR 2022005255W WO 2023158015 A1 WO2023158015 A1 WO 2023158015A1
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WO
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batteries
battery
charge
state
new battery
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Application number
PCT/KR2022/005255
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French (fr)
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Inventor
최성진
하 라프엉
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for equalizing the energy of multiple batteries connected in parallel.
  • multiple battery cells are connected in series and/or parallel to provide high power (eg, voltage and/or current).
  • high power eg, voltage and/or current.
  • the use of a battery pack or a battery rack connecting a plurality of battery packs is increasing.
  • the hot swap mode is a mode in which some batteries are replaced with new batteries without stopping the operation of the system using the batteries while a plurality of batteries are being used. Compared to cold swap, it can solve problems caused by restarting and stopping the system, so it is a must-have function for smooth maintenance of large-capacity batteries. However, in the case of hot swapping, since the degree of mismatch between the existing batteries and the new battery is usually very large, an inrush current problem may occur in each branch at each parallel branch point when the new battery is connected.
  • an object of the present invention to solve the above problems, is to equalize the energy of parallel-connected batteries as much as possible in advance, and to equalize the energy of a plurality of parallel-connected batteries capable of suppressing inrush current during hot swapping. and to provide a method.
  • An apparatus for equalizing the energy of a plurality of batteries connected in parallel includes a plurality of switching elements, and forms a charging path or a discharging path for each of the plurality of batteries.
  • a matrix switch module matrix-switch module
  • a bi-directional converter for charging at least one battery connected through the matrix switch module with a preset charging current or discharging with a preset discharging current
  • an arithmetic unit controlling the matrix switch module and the bi-directional converter to equalize energy of the plurality of batteries based on the operating mode of the device and the state of charge of each battery.
  • a method of equalizing energy of a plurality of batteries connected in parallel includes measuring the state of charge and voltage of the plurality of batteries; comparing the state of charge of the battery with the maximum voltage and the state of charge of the battery with the minimum voltage, and checking whether the difference between the states of charge is within a set range; and a matrix-switch module forming a charge path or a discharge path for each of the plurality of batteries and at least one battery connected through the matrix-switch module when the difference is not within a set range.
  • the method may include equalizing energy of the plurality of batteries by controlling a bi-directional converter to charge with a charging current or to discharge with a preset discharging current.
  • the state of charge (SOC) of a plurality of batteries (or battery packs) connected in parallel is equalized within a certain range (eg, 0.5%), and the current flowing through each branch at the parallel branch point is limited to a safe level. It can be.
  • the present invention can suppress generation of inrush current during hot swapping.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an apparatus for equalizing energy of batteries connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
  • 2A is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • 2B is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • 2C is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • 2D is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • 2E is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swappable situation in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • 2F is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is a graph illustrating a state of charge and a change in current of batteries connected in parallel during hot swapping in an idle mode according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is a graph illustrating a state of charge and a change in current of batteries connected in parallel during hot swapping in a charging mode according to an embodiment of the present invention.
  • 3C is a graph illustrating a state of charge and current change of batteries connected in parallel during hot swapping in a discharge mode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an apparatus for equalizing energy of a plurality of batteries connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
  • an apparatus for equalizing the energy of a plurality of batteries 20 connected in parallel is a bi-directional converter 110 and a matrix-switch module 120.
  • the bidirectional converter 110 may charge or discharge at least one battery connected through the matrix switch module 120 .
  • the bidirectional converter 110 may charge or discharge at least one battery connected through the matrix switch module 120 with a set charge current or discharge current.
  • the charge current or discharge current may be smaller than a charge current by an external charger or a discharge current according to a load.
  • the bi-directional converter 110 may control charging or discharging of at least some of the batteries 20 based on various modes (eg, idle mode, charging mode, discharging mode, hot swap mode). A detailed description thereof will be described later with reference to FIGS. 2A to 2F.
  • the matrix switch module 120 includes a plurality of switching elements (S 1 , S 2 , KK, Sn, M 1 , M 2 , KK, Mn), and a charging path for each of the plurality of batteries 20 or A discharge path can be formed.
  • the matrix switch module 120 includes a first switch unit 121 controlling the connection between each battery and the first terminal 111 of the bidirectional converter 110 and the load 10, and each battery and the bidirectional converter 110 It may include a second switch unit 122 for controlling the connection between the second terminals 112 of the.
  • the first switch unit 121 includes a first switching element S 1 connected to the first battery 21 , a second switching element S 2 connected to the second battery 22 , and a third battery 23 . It may include a third switching element (Sn) connected to.
  • the second switch unit 122 includes a fourth switching element M 1 connected to the first battery 21, a fifth switching element M 2 connected to the second battery 22 , and a third battery. It may include a sixth switching element (Mn) connected to (23).
  • the first battery 21 , the second battery 22 , and the third battery 23 may be battery packs in which a plurality of batteries are connected in series.
  • the matrix switch module 120 may connect the batteries 20 to the load 10 or the bidirectional converter 110 based on various operating modes and the state of charge of each battery. A detailed description thereof will be described later with reference to FIGS. 2A to 2F.
  • the equalization device 100 includes a matrix switch module 120 and a bidirectional converter 110 to equalize energy of a plurality of batteries 20. It may include an arithmetic unit (or battery management module) to control.
  • the arithmetic unit controls the opening/closing states of the switching elements included in the matrix switch module 120, respectively, based on the state of charge of a plurality of batteries and various operating modes, and sets the bidirectional converter 110 in a charging mode or a discharging mode. mode can be controlled.
  • 2A is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • the idle mode means a state in which there is no load current or a very small load current in a plurality of batteries.
  • an equalization method determines the state-of-charge (SOC) of each battery. It may include measuring (S211). The state of charge of each battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include detecting a battery having a maximum charge amount and a battery having a minimum charge amount ( S213 ).
  • the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount may be detected by an arithmetic unit (or a battery management module) based on a measurement result.
  • the equalization method may include comparing SOCs of the detected batteries ( S215 ).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the arithmetic unit may compare the state of charge of the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount based on the measurement result of step S211.
  • the equalization method may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S217).
  • the battery having the minimum amount of charge is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
  • Controlling the switch unit 122, connecting the remaining batteries to the first terminal 111 of the bi-directional converter and controlling the first switch unit 121 (S219) may be included.
  • the bi-directional converter may charge the battery with the minimum amount of charge from the remaining batteries with a preset charging current.
  • the arithmetic unit or battery management module operates the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 .
  • the bi-directional converter 110 may be operated in a charging mode to charge the third battery 23 with a preset charging current.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S221). The equalization method may return to step S219 if the designated time has not elapsed and return to step S211 if the designated time has elapsed.
  • the equalization method may include a step of determining that the equalization is completed when the difference in state of charge is within a specified range as a result of the check in step S217 (S223).
  • the equalization method turns off all of the first switch units 121, all of the second switch units 122, and the bi-directional converter 110. Returning to step S211, the above-described procedure may be repeated.
  • 2B is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • a charging mode means a state in which a plurality of batteries are being charged by an external power source (eg, an external charger).
  • an external power source eg, an external charger
  • an equalization method determines the state-of-charge (SOC) of each battery. It may include measuring (S231). The state of charge of each battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include detecting a battery having a maximum charge amount and a battery having a minimum charge amount ( S233 ).
  • the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount may be detected by an arithmetic unit (or a battery management module) based on a measurement result.
  • the equalization method may include comparing SOCs of the detected batteries (S235).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the arithmetic unit may compare the state of charge of the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount based on the measurement result of step S231.
  • the equalization method may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S237).
  • the battery with the maximum charge is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
  • Controlling the switch unit 122 and controlling the first switch unit 121 so that the remaining batteries are connected (connected) to the output terminal of the equalization device (S239) may be included.
  • the battery with the maximum charge amount may be charged with a predetermined low charging current (first charging current) by the bidirectional converter, and the remaining batteries may be charged with a high charging current (second charging current) of the external charger.
  • first charging current first charging current
  • second charging current high charging current
  • the arithmetic unit operates the second switching element S 2 and the third switching element S of the matrix switch module 120 . 3 ) and the fourth switching element M 1 are turned on, and the first switching element S 1 , the fifth switching element M 2 , and the sixth switching element Mn are turned off so that the second battery 22
  • a third battery 23 is connected to an external power source (eg, an external charger)
  • the first battery 21 is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110, and the first battery having a maximum charge ( 21) may be operated in the charging mode to charge the bidirectional converter 110 with the first charging current.
  • the second battery 22 and the third battery 23 may be charged with a second charging current supplied from an external power source (eg, an external charger).
  • the first charging current is smaller than the second charging current.
  • the equalization method may include a step (S241) of checking whether a designated time has elapsed.
  • the equalization method may return to step S239 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S241 and return to step S231 if the designated time has elapsed.
  • step S237 when the difference in state of charge is within a specified range as a result of checking in step S237 (when the state of charge of a plurality of batteries is equal), all the first switch units are turned on, and the second switch unit is turned on. It may include turning off the negative and bi-directional converters (S243). At this time, all batteries (first to third batteries) are charged with the charging current of the external charger.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S245).
  • the equalization method may return to step S243 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S245 and return to step S231 if the designated time has elapsed.
  • 2C is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • the discharge mode means a state in which a plurality of batteries are being discharged by a load connected to an output terminal of an equalization device.
  • an equalization method determines the state-of-charge (SOC) of each battery. It may include measuring (S251). The state of charge of each battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include detecting a battery having a maximum charge amount and a battery having a minimum charge amount ( S253 ).
  • the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount may be detected by an arithmetic unit (or a battery management module) based on a measurement result.
  • the equalization method may include comparing SOCs of the detected batteries (S255).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the arithmetic unit may compare the state of charge of the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount based on the measurement result of step S251.
  • the equalization method may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S257).
  • the second terminal 112 of the bi-directional converter 110 connects the battery with the minimum charge amount to the second terminal 112.
  • Controlling the switch unit 122 and controlling the first switch unit 121 so that the remaining batteries are connected to the output terminal of the equalization device (S259) may be included.
  • the battery with the minimum amount of charge is discharged with a preset low discharge current (hereinafter referred to as the first discharge current) by the bi-directional converter, and the remaining batteries are discharged with a high discharge current (hereinafter referred to as the second discharge current) according to the load connected to the output terminal of the equalization device.
  • the arithmetic unit (or battery management module) operates the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 . 2 ) and the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 And connecting the second battery 22 to the load, connecting the third battery 23 to the second terminal 112 of the bidirectional converter 110, and operating the bidirectional converter 110 in a discharge mode to have a minimum amount of charge.
  • the third battery 23 may be discharged with the first discharge current.
  • the first battery 21 and the second battery 22 may be discharged with a second discharge current according to the load.
  • the first discharge current is smaller than the second discharge current.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S261). The equalization method may return to step S259 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S261 and return to step S251 if the designated time has elapsed.
  • step S257 when the difference in state of charge is within a specified range as a result of checking in step S257 (when the state of charge of a plurality of batteries is equal), all the first switch units are turned on, and the second switch unit is turned on. It may include turning off the negative and bi-directional converters (S263). At this time, all batteries (first to third batteries) may be discharged with the second discharge current according to the load.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S265).
  • the equalization method may return to step S263 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S265 and return to step S251 if the designated time has elapsed.
  • hot swapping is a maintenance act of replacing batteries, and refers to a situation in which some batteries are replaced with new batteries while a number of batteries are being used.
  • 2D is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of parallel-connected batteries in a hot-swappable situation in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • an equalization method is a method for determining the position of a replaced battery and the state of charge (A step S271 of detecting state-of-charge (SOC) may be included.
  • the SOC of the replaced battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include calculating an average state of charge of the remaining batteries that are not replaced (S273).
  • the state of charge of each battery and calculation of an average value may be detected and performed by an arithmetic unit (or battery management module).
  • the equalization method may include comparing the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries (S275).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the equalization method may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S277).
  • the equalization method controls the second switch unit so that the replaced battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of checking in step S277, and the remaining batteries It may include controlling the first switch unit so that they are connected to the first terminal of the bi-directional converter (S279).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the arithmetic unit includes the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 .
  • the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 And the second battery 22 may be connected to the first terminal 111 of the bi-directional converter 110, and the third battery 23 may be connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
  • the equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries (S281).
  • the bidirectional converter charges the replaced battery from the remaining battery with a set charging current ( S283) may be included.
  • the bi-directional converter discharges the replaced battery with the set discharge current.
  • a step of charging the remaining batteries (S285) may be included.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S287).
  • the equalization method may return to step S279 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S287 and return to step S271 if the designated time has elapsed.
  • step S277 when the difference in state of charge is within a specified range as a result of checking in step S277 (when the state of charge of the replaced battery and the remaining batteries is equal), all the first switch units are turned on, It may include turning off the second switch unit and the bi-directional converter (S289). At this time, all batteries are connected to the output of the equalization device.
  • the equalization method may include a step (S291) of checking whether a designated time has elapsed.
  • the equalization method may return to step S289 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S291 and return to step S271 if the designated time has elapsed.
  • 2E is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swappable situation in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • an equalization method determines the location and state of charge of the replaced battery.
  • a detecting step (S301) may be included.
  • the SOC of the replaced battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include calculating an average state of charge of the remaining batteries that are not replaced (S303).
  • the calculation of the SOC of the replaced battery and the average SOC of the remaining batteries may be detected and performed by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include comparing the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries (S305).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S307).
  • the equalization method controls the second switch unit so that the replaced battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of checking in step S307, and the remaining batteries It may include controlling the first switch unit so that they are connected to the output terminal of the equalization device (S309).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the arithmetic unit includes the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 .
  • the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 And the second battery 22 may be connected to the output terminal of the equalization device, and the third battery 23 may be connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
  • the equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries (S311).
  • step S313 when the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries as a result of checking in step S311, the step of charging the replaced battery with a higher charging current than the remaining batteries ( S313) may be included.
  • the bi-directional converter converts the replaced battery to a lower charging current than the remaining batteries. It may include a step of charging with (S315).
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S317).
  • the equalization method may return to step S309 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S317 and return to step S301 if the designated time has elapsed.
  • step S307 when the difference in state of charge is within a specified range as a result of the check in step S307 (when the state of charge of the replaced battery and the remaining batteries is equal), all the first switch units are turned on, It may include turning off the second switch unit and the bidirectional converter (S319). At this time, all batteries are connected to the output terminal of the equalization device and charged simultaneously by an external charger.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S321). The equalization method may return to step S319 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S321 and return to step S301 if the designated time has elapsed.
  • 2F is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
  • an equalization method determines the location and state of charge of the replaced battery.
  • a detecting step (S331) may be included.
  • the SOC of the replaced battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include calculating an average state of charge of the remaining batteries that have not been replaced (S333).
  • S333 an average state of charge of the remaining batteries that have not been replaced
  • the SOC of the replaced battery and the average SOC of the remaining batteries may be detected and performed by an arithmetic unit (or a battery management module).
  • the equalization method may include comparing the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries (S335).
  • the arithmetic unit or battery management module
  • the equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S337).
  • the equalization method controls the second switch unit so that the replaced battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of the check in step S337, and the remaining batteries It may include controlling the first switch unit so that they are connected to the output terminal of the equalization device (S339). For example, when the third battery 23 of FIG.
  • the equalization arithmetic unit includes the first switching element S 1 of the matrix switch module 120 and the second switching element ( S 2 ) and the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 ) and the second battery 22 are connected to the output terminal of the equalization device, and the third battery 23 is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
  • the equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries (S341).
  • step S343 when the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries as a result of checking in step S341, discharging the replaced battery with a discharge current lower than the remaining batteries ( S343) may be included.
  • the bi-directional converter converts the replaced battery to a higher discharge current than the remaining batteries.
  • a step of discharging to (S345) may be included.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S347).
  • the equalization method may return to step S339 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S347 and return to step S331 if the designated time has elapsed.
  • step S337 when the difference in state of charge is within a specified range as a result of the check in step S337 (when the state of charge of the replaced battery and the remaining batteries is equal), all the first switch units are turned on, It may include turning off the second switch unit and the bi-directional converter (S349). At this time, all the batteries are connected to the output terminal of the equalization device and discharged simultaneously by the load.
  • the equalization method may include checking whether a designated time has elapsed (S351).
  • the equalization method may return to step S349 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S351 and return to step S331 if the designated time has elapsed.
  • 3A is a graph illustrating a state of charge and a change in current of batteries connected in parallel during hot swapping in an idle mode according to an embodiment of the present invention.
  • identification codes 311 and 312 indicate changes in the state of charge and current of batteries connected in parallel during hot swapping in the idle mode according to the conventional equalization method, respectively, and identification codes 313 and 314 indicate the equalization method of the present invention. It shows the state of charge and current change of parallel connected batteries when hot-swapped in idle mode according to the
  • the state of charge of the first and second batteries that are not replaced is about 90%
  • the state of charge of the third battery that is replaced is about 60%
  • the third battery may be charged by the first battery and the second battery having a high state of charge.
  • the first battery and the second battery are discharged at about 5A
  • the third battery is charged at about 10A.
  • the discharge current of the first battery and the second battery may gradually decrease until the state of charge of the first to third batteries becomes equal, and the charging current of the third battery may also gradually decrease.
  • the conventional equalization method has a problem in that an inrush current is generated at the initial stage of battery swap.
  • the first battery and the second battery are uniformly discharged at a discharge current of about 0.62 A until the state of charge of the first to third batteries is equalized. and the third battery is constantly charged with a charging current of about 1.24 A.
  • the first battery and the second battery are connected to the first terminal of the bi-directional converter by the matrix switch module, and the replaced third battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter (the replaced third battery is not connected to the load).
  • the state of charge of the first to third batteries becomes equal after about 1600 seconds has elapsed, the third battery is connected to the load. At this time, since the state of charge of the first to third batteries is equal, it can be seen that the inrush current is very small, about 0.25A. In this way, although the equalization time of the present invention is somewhat longer than the prior art, when replacing the battery in the idle mode, inrush current does not occur or is very small, so the batteries can be stably replaced.
  • the bidirectional converter can charge the first and second batteries with the charging current set by using the third battery as a power source.
  • 3B is a graph showing the state of charge and current change of batteries connected in parallel during hot swapping in a charging mode according to an embodiment of the present invention.
  • identification codes 321 and 322 indicate changes in the state of charge and current of batteries connected in parallel during hot swapping in a charging mode according to the conventional equalization method, respectively, and identification codes 323 and 324 indicate the equalization method of the present invention. It shows the state of charge and current change of the batteries connected in parallel when hot-swapped in the charging mode.
  • the state of charge of the first and second batteries that have not been replaced is about 20%
  • the state of charge of the third battery that has been replaced is about 60%.
  • the third battery is connected to the first battery and the second battery while the first battery and the second battery are being charged at about 2A by an external charger, the first battery is charged by the third battery having a large state of charge. and the second battery may be additionally charged to increase charging currents of the first battery and the second battery.
  • the conventional equalization method has a problem in that inrush current is generated at the initial stage of hot swapping of the battery.
  • the third battery has a lower charging current (first charging current) set by the bidirectional converter. ), and the first battery and the second battery are constantly charged with a charging current (second charging current) of about 2A by an external charger.
  • first charging current set by the bidirectional converter.
  • second charging current a charging current of about 2A by an external charger.
  • the third battery replaced by the matrix switch module is not connected to the first battery and the second battery, but is connected to the bi-directional converter.
  • the bi-directional converter charges the third battery with a preset first charging current (about 0.33 A).
  • the first charging current (I B ) of the bi-directional converter is determined by ⁇ Equation 1> below.
  • I B is the charging current of the bidirectional converter
  • SOCmax is the state of charge of the battery having the maximum voltage
  • SOCmin is the state of charge of the battery having the minimum voltage
  • n is the number of parallel-connected batteries
  • I O is the load current. That is, in the case of FIG. 3B, the first charging current is Same as
  • the third battery When the state of charge of the first to third batteries becomes equal after about 2800 seconds has elapsed, the third battery is connected to the load. At this time, it can be seen that the inrush current (about 0.25A) is very small because the state of charge of the first to third batteries is equal. As described above, the equalization time of the present invention is somewhat longer than the prior art, but the inrush current does not occur or is very small when the battery is replaced in the charging mode, and the batteries can be stably replaced.
  • the first and second batteries are charged with the first charging current by the bi-directional converter, and the third battery is charged with an external charger. may be charged with the second charging current.
  • 3C is a graph illustrating a state of charge and current change of batteries connected in parallel during hot swapping in a discharge mode according to an embodiment of the present invention.
  • identification codes 331 and 332 represent changes in the state of charge and current of batteries connected in parallel during hot swapping in a discharge mode according to the conventional equalization method, respectively, and identification codes 333 and 334 indicate the equalization method of the present invention. It shows the state of charge and current change of the batteries connected in parallel during hot swapping in the discharging mode according to the figure.
  • the state of charge of the first and second batteries that have not been replaced is about 90%, and the state of charge of the replaced battery is about 60%.
  • the third battery is replaced to be connected to the first battery and the second battery while the first battery and the second battery are discharged at about 2A by a load, the first battery and the second battery having a large state of charge
  • the conventional equalization method has a problem in that an inrush current is initially generated when the battery is hot-swapped in a discharge mode.
  • the third battery when the third battery is replaced in a state where the first battery and the second battery are discharged at about 2A, respectively, the first to third batteries
  • the third battery is uniformly discharged with a discharge current (first discharge current) of about 0.8 A by the bi-directional converter until the state of charge of is equalized, and the first battery and the second battery have a discharge current (second discharge current) of about 1.7 A. 2 discharge current).
  • first discharge current a discharge current
  • second discharge current discharge current of about 1.7 A. 2 discharge current
  • the third battery When the state of charge of the first to third batteries becomes equal after about 3400 seconds has elapsed, the third battery is connected to the load. At this time, since the state of charge of the first to third batteries is equal, it can be seen that the inrush current is very small, about 0.25A. As described above, the equalization time of the present invention is slightly longer than the conventional one, but when replacing the battery in the discharge mode, inrush current does not occur or is very small, so the batteries can be stably replaced.
  • the first and second batteries are discharged with the first discharge current by the bi-directional converter, and the third battery is discharged according to the load. It can be discharged with the second discharge current.

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for equalizing the energy of a plurality of parallel-connected batteries. The apparatus may comprise: a matrix-switch module which comprises a plurality of switching elements and forms charging paths or discharging paths for respective plurality of batteries; a bi-directional converter which charges, by a predetermined charging current, at least one of the batteries connected through the matrix-switch module, or discharges same by a predetermined discharging current; and an operation device which, on the basis of an operation mode of the apparatus and the respective states of charge of the batteries, controls the matrix-switch module and the bi-directional converter in order to equalize the energy of the plurality of batteries.

Description

병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 장치 및 방법Apparatus and method for equalizing energy of multiple batteries connected in parallel
본 발명은 병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for equalizing the energy of multiple batteries connected in parallel.
전기 자동차(electric vehicle), 및 에너지 저장 시스템(energy storage system)과 같은 분야에서, 높은 전력(예: 전압 및/또는 전류)을 제공하기 위하여, 다수의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하는 배터리 팩(battery pack) 또는 다수의 배터리 팩을 연결하는 배터리 랙(battery rack)의 이용이 증가하고 있다.In fields such as electric vehicles and energy storage systems, multiple battery cells are connected in series and/or parallel to provide high power (eg, voltage and/or current). The use of a battery pack or a battery rack connecting a plurality of battery packs is increasing.
하지만, 유사한 성능을 가지는 배터리 셀들을 선별(screening)하여 조합하더라도, 모든 배터리 셀들의 성능이 동일하지 않다. 이로 인하여, 배터리 셀들에 대한 과 충전(over-charging) 또는 과 방전(over-discharging) 문제가 발생할 수 있다. 또한, 배터리의 가용 용량(available capacity)을 효율적으로 이용하지 못할 수 있다.However, even if battery cells having similar performance are screened and combined, the performance of all battery cells is not the same. Due to this, a problem of over-charging or over-discharging of battery cells may occur. Also, the available capacity of the battery may not be efficiently used.
특히, 다수의 배터리들이 병렬 연결된 배터리 팩은 충전 또는 방전되는 동안 병렬 분기점에서의 각 가지(branch)에 흐르는 전류가 동일하지 않은 문제(전류의 불균일 배분 문제)가 발생할 수 있다. 또한, 다수의 배터리들이 병렬 연결된 배터리 팩은 배터리들 간의 충전 상태(state-of-charge: SOC) 및 임피던스(impedance)의 편차으로 인하여 과충전 및/또는 과방전 문제가 발생할 수 있다. Particularly, in a battery pack in which a plurality of batteries are connected in parallel, current flowing in each branch of a parallel branch point during charging or discharging may not be the same (non-uniform current distribution problem). Also, in a battery pack in which a plurality of batteries are connected in parallel, problems of overcharging and/or overdischarging may occur due to variations in state-of-charge (SOC) and impedance between batteries.
한편, 핫 스왑(hot swap) 모드는 다수의 배터리들이 사용되고 있는 도중 배터리들을 이용하는 시스템의 동작을 중단시키지 않고 일부의 배터리를 새로운 배터리로 교체하는 모드로서, 시스템 동작을 모두 정지시키고 배터리를 교체하는 콜드 스왑(cold swap)과 비교하여 시스템 재시동과 중단에 따른 문제점을 해결할 수 있기 때문에, 특히 대용량 배터리의 원활한 유지보수를 위해 반드시 필요한 기능이다. 그런데, 핫 스왑의 경우 기존의 배터리들과 새로운 배터리의 불일치 정도가 통상적으로 매우 크기때문에 새로운 배터리의 연결시 각 병렬 분기점에서의 각 가지로의 돌입 전류(inrush current) 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the hot swap mode is a mode in which some batteries are replaced with new batteries without stopping the operation of the system using the batteries while a plurality of batteries are being used. Compared to cold swap, it can solve problems caused by restarting and stopping the system, so it is a must-have function for smooth maintenance of large-capacity batteries. However, in the case of hot swapping, since the degree of mismatch between the existing batteries and the new battery is usually very large, an inrush current problem may occur in each branch at each parallel branch point when the new battery is connected.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 가급적 최대한 미리 균등화하며, 핫 스왑 동안에 돌입 전류를 억제할 수 있는 병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention, to solve the above problems, is to equalize the energy of parallel-connected batteries as much as possible in advance, and to equalize the energy of a plurality of parallel-connected batteries capable of suppressing inrush current during hot swapping. and to provide a method.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 장치는 다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 다수의 배터리들 각각에 대한 충전 경로 또는 방전 경로를 형성하는 매트릭스 스위치 모듈(matrix-switch module); 상기 매트릭스 스위치 모듈을 통해 연결된 적어도 하나의 배터리를 기 설정된 충전 전류로 충전하거나, 기 설정된 방전 전류로 방전하는 양방향 컨버터(bi-directional converter); 및 상기 장치의 동작 모드 및 각 배터리의 충전 상태에 기초하여, 상기 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하기 위해 상기 매트릭스 스위치 모듈 및 상기 양방향 컨버터를 제어하는 연산장치를 포함할 수 있다.An apparatus for equalizing the energy of a plurality of batteries connected in parallel according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a plurality of switching elements, and forms a charging path or a discharging path for each of the plurality of batteries. A matrix switch module (matrix-switch module) that does; a bi-directional converter for charging at least one battery connected through the matrix switch module with a preset charging current or discharging with a preset discharging current; and an arithmetic unit controlling the matrix switch module and the bi-directional converter to equalize energy of the plurality of batteries based on the operating mode of the device and the state of charge of each battery.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법은 상기 다수의 배터리들의 충전 상태 및 전압을 측정하는 단계; 최대 전압의 배터리의 충전 상태와 최소 전압의 배터리의 충전 상태를 비교하고, 충전 상태의 차이가 설정된 범위 이내인지 확인하는 단계; 및 상기 차이가 설정된 범위 이내가 아닌 경우 상기 다수의 배터리들 각각에 대한 충전 경로 또는 방전 경로를 형성하는 매트릭스 스위치 모듈(matrix-switch module) 및 상기 매트릭스 스위치 모듈을 통해 연결된 적어도 하나의 배터리를 기 설정된 충전 전류로 충전하거나, 기 설정된 방전 전류로 방전하도록 양방향 컨버터(bi-directional converter)를 제어하여 상기 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, a method of equalizing energy of a plurality of batteries connected in parallel according to an embodiment of the present invention includes measuring the state of charge and voltage of the plurality of batteries; comparing the state of charge of the battery with the maximum voltage and the state of charge of the battery with the minimum voltage, and checking whether the difference between the states of charge is within a set range; and a matrix-switch module forming a charge path or a discharge path for each of the plurality of batteries and at least one battery connected through the matrix-switch module when the difference is not within a set range. The method may include equalizing energy of the plurality of batteries by controlling a bi-directional converter to charge with a charging current or to discharge with a preset discharging current.
이상과 같은 본 발명은 병렬 연결된 다수의 배터리들(또는 배터리 팩)의 충전 상태(SOC)가 일정 범위(예: 0.5 %) 이내로 균등화되고, 병렬 분기점에서의 각 가지에 흐르는 전류가 안전 수준으로 제한될 수 있다.As described above, in the present invention, the state of charge (SOC) of a plurality of batteries (or battery packs) connected in parallel is equalized within a certain range (eg, 0.5%), and the current flowing through each branch at the parallel branch point is limited to a safe level. It can be.
또한, 본 발명은 핫 스왑 시 돌입 전류의 발생을 억압할 수 있다.In addition, the present invention can suppress generation of inrush current during hot swapping.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an apparatus for equalizing energy of batteries connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 휴지(idle) 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2A is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 충전 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2B is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 방전 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2C is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 휴지 모드에서 핫 스왑(hot-swap)되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2D is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 충전 모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2E is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swappable situation in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 방전 모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2F is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴지 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 및 전류 변화를 도시한 그래프이다.3A is a graph illustrating a state of charge and a change in current of batteries connected in parallel during hot swapping in an idle mode according to an embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 및 전류 변화를 도시한 그래프이다.3B is a graph illustrating a state of charge and a change in current of batteries connected in parallel during hot swapping in a charging mode according to an embodiment of the present invention.
도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 및 전류 변화를 도시한 그래프이다.3C is a graph illustrating a state of charge and current change of batteries connected in parallel during hot swapping in a discharge mode according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become clear with reference to embodiments described later in detail in conjunction with the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in a variety of different forms. Only these embodiments are provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined by the scope of the claims. It only becomes. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an apparatus for equalizing energy of a plurality of batteries connected in parallel according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 병렬 연결된 다수의 배터리들(20)의 에너지를 균등화하는 장치(이하, 균등화 장치(equalizer))(100)는 양방향 컨버터(bi-directional converter)(110) 및 매트릭스 스위치 모듈(matrix-switch module)(120)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an apparatus for equalizing the energy of a plurality of batteries 20 connected in parallel according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as an equalizer) 100 is a bi-directional converter 110 and a matrix-switch module 120.
양방향 컨버터(110)는 매트릭스 스위치 모듈(120)을 통해 연결된 적어도 하나의 배터리를 충전 또는 방전할 수 있다. 예를 들어, 양방향 컨버터(110)는 설정된 충전 전류 또는 방전 전류로 매트릭스 스위치 모듈(120)을 통해 연결된 적어도 하나의 배터리를 충전 또는 방전할 수 있다. 상기 충전 전류 또는 방전 전류는 외부 충전기에 의한 충전 전류 또는 부하에 따른 방전 전류보다 각각 작은 값일 수 있다. 양방향 컨버터(110)는 다양한 모드(예: 휴지 모드, 충전 모드, 방전 모드, 핫 스왑 모드)에 기초하여 배터리들(20) 중 적어도 일부의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2a 내지도 2f를 참조하여 후술하기로 한다.The bidirectional converter 110 may charge or discharge at least one battery connected through the matrix switch module 120 . For example, the bidirectional converter 110 may charge or discharge at least one battery connected through the matrix switch module 120 with a set charge current or discharge current. The charge current or discharge current may be smaller than a charge current by an external charger or a discharge current according to a load. The bi-directional converter 110 may control charging or discharging of at least some of the batteries 20 based on various modes (eg, idle mode, charging mode, discharging mode, hot swap mode). A detailed description thereof will be described later with reference to FIGS. 2A to 2F.
매트릭스 스위치 모듈(120)은 다수의 스위칭 소자들(S1, S2, 쪋, Sn, M1, M2, 쪋, Mn)을 포함하며, 다수의 배터리들(20) 각각에 대한 충전 경로 또는 방전 경로를 형성할 수 있다. 매트릭스 스위치 모듈(120)은 각 배터리와 양방향 컨버터(110)의 제1 단자(111) 및 부하(10) 사이의 연결을 제어하는 제1 스위치부(121), 및 각 배터리와 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112) 사이의 연결을 제어하는 제2 스위치부(122)를 포함할 수 있다. 제1 스위치부(121)는 제1 배터리(21)와 연결되는 제1 스위칭 소자(S1), 제2 배터리(22)와 연결되는 제2 스위칭 소자(S2), 제3 배터리(23)와 연결되는 제3 스위칭 소자(Sn)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 스위치부(122)는 제1 배터리(21)와 연결되는 제4 스위칭 소자(M1), 제2 배터리(22)와 연결되는 제5 스위칭 소자(M2), 제3 배터리(23)와 연결되는 제6 스위칭 소자(Mn)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 제1 배터리(21), 제2 배터리(22) 및 제3 배터리(23)는 다수의 배터리들이 직렬 연결된 배터리 팩일 수 있다.The matrix switch module 120 includes a plurality of switching elements (S 1 , S 2 , KK, Sn, M 1 , M 2 , KK, Mn), and a charging path for each of the plurality of batteries 20 or A discharge path can be formed. The matrix switch module 120 includes a first switch unit 121 controlling the connection between each battery and the first terminal 111 of the bidirectional converter 110 and the load 10, and each battery and the bidirectional converter 110 It may include a second switch unit 122 for controlling the connection between the second terminals 112 of the. The first switch unit 121 includes a first switching element S 1 connected to the first battery 21 , a second switching element S 2 connected to the second battery 22 , and a third battery 23 . It may include a third switching element (Sn) connected to. Similarly, the second switch unit 122 includes a fourth switching element M 1 connected to the first battery 21, a fifth switching element M 2 connected to the second battery 22 , and a third battery. It may include a sixth switching element (Mn) connected to (23). Meanwhile, the first battery 21 , the second battery 22 , and the third battery 23 may be battery packs in which a plurality of batteries are connected in series.
매트릭스 스위치 모듈(120)은 다양한 동작 모드 및 각 배터리들의 충전 상태에 기초하여 배터리들(20)이 부하(10) 또는 양방향 컨버터(110)와 연결되도록 할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 후술하기로 한다.The matrix switch module 120 may connect the batteries 20 to the load 10 or the bidirectional converter 110 based on various operating modes and the state of charge of each battery. A detailed description thereof will be described later with reference to FIGS. 2A to 2F.
한편, 상기 도 1에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치(100)는 다수의 배터리들(20)의 에너지를 균등화하기 위해 매트릭스 스위치 모듈(120) 및 양방향 컨버터(110)를 제어하는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치는 다수의 배터리들의 충전 상태 및 다양한 동작 모드에 기초하여, 매트릭스 스위치 모듈(120)에 포함된 스위칭 소자들의 개폐상태를 각각 제어하고, 양방향 컨버터(110)를 충전 모드 또는 방전 모드로 제어할 수 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 1, the equalization device 100 according to an embodiment of the present invention includes a matrix switch module 120 and a bidirectional converter 110 to equalize energy of a plurality of batteries 20. It may include an arithmetic unit (or battery management module) to control. For example, the arithmetic unit controls the opening/closing states of the switching elements included in the matrix switch module 120, respectively, based on the state of charge of a plurality of batteries and various operating modes, and sets the bidirectional converter 110 in a charging mode or a discharging mode. mode can be controlled.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 휴지(idle) 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2A is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
상세한 설명에 앞서, 휴지 모드는 다수의 배터리들에 부하전류가 없거나, 매우 작은 상태를 의미한다.Prior to the detailed description, the idle mode means a state in which there is no load current or a very small load current in a plurality of batteries.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 휴지 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법(이하, 균등화 방법)은 각 배터리의 충전 상태(state-of-charge: SOC)를 측정하는 단계(S211)를 포함할 수 있다. 상기 각 배터리의 충전 상태는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2A , a method for equalizing the energy of batteries connected in parallel in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, an equalization method) determines the state-of-charge (SOC) of each battery. It may include measuring (S211). The state of charge of each battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 최대 충전량을 가지는 배터리와 최소 충전량을 가지는 배터리를 각각 검출하는 단계(S213)를 포함할 수 있다. 상기 최대 충전량을 가지는 배터리 및 최소 충전량을 가지는 배터리는 측정 결과에 기초하여 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 검출될 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include detecting a battery having a maximum charge amount and a battery having a minimum charge amount ( S213 ). The battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount may be detected by an arithmetic unit (or a battery management module) based on a measurement result.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 검출된 배터리들의 충전 상태를 비교하는 단계(S215)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 S211 단계의 측정 결과를 기초로 상기 최대 충전량을 가지는 배터리 및 최소 충전량을 가지는 배터리의 충전 상태를 비교할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include comparing SOCs of the detected batteries ( S215 ). For example, the arithmetic unit (or battery management module) may compare the state of charge of the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount based on the measurement result of step S211.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 충전 상태의 차이가 지정된 범위(예: 1 %)이내인지 확인하는 단계(S217)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S217).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S217 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 최소 충전량을 가지는 배터리가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되도록 제2 스위치부(122)를 제어하고, 나머지 배터리들이 양방향 컨버터의 제1 단자(111)에 연결되돌고 제1 스위치부(121)를 제어하는 단계(S219)를 포함할 수 있다. 이때, 양방향 컨버터는 기 설정된 충전전류로 나머지 배터리들로부터 최소충전량의 배터리를 충전할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 도 1의 제3 배터리(23)가 최소 충전량을 가지는 경우 매트릭스 스위치 모듈(120)의 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2) 및 제6 스위칭 소자(Mn)를 온하고, 제3 스위칭 소자(Sn), 제4 스위칭 소자(M1) 및 제5 스위칭 소자(M2)를 오프시켜 제1 배터리(21) 및 제2 배터리(22)가 양방향 컨버터(110)의 제1 단자(111)에 연결되고 제3 배터리(23)가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되도록 제어하고, 제1 배터리(21) 및 제2 배터리(22)로부터 공급되는 전원을 통해 제3 배터리(23)를 기 설정된 충전 전류로 충전하도록 양방향 컨버터(110)를 충전 모드로 동작시킬 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of checking in step S217, the battery having the minimum amount of charge is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110. 2 Controlling the switch unit 122, connecting the remaining batteries to the first terminal 111 of the bi-directional converter and controlling the first switch unit 121 (S219) may be included. In this case, the bi-directional converter may charge the battery with the minimum amount of charge from the remaining batteries with a preset charging current. For example, when the third battery 23 of FIG. 1 has a minimum amount of charge, the arithmetic unit (or battery management module) operates the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 . 2 ) and the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element (Sn), the fourth switching element (M One ) and the fifth switching element (M 2 ) are turned off so that the first battery 21 and the third switching element (Mn) are turned on. 2 Control so that the battery 22 is connected to the first terminal 111 of the bidirectional converter 110 and the third battery 23 is connected to the second terminal 112 of the bidirectional converter 110, and the first battery ( 21) and the second battery 22, the bi-directional converter 110 may be operated in a charging mode to charge the third battery 23 with a preset charging current.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S221)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S219 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S211 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S221). The equalization method may return to step S219 if the designated time has not elapsed and return to step S211 if the designated time has elapsed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S217 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내인 경우 균등화가 완료된 것으로 판단하는 단계(S223)를 포함할 수 있다. 상기 다수의 배터리들의 균등화가 완료된 것으로 판단되는 경우 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 제1 스위치부(121) 모두, 제2 스위치부(122) 모두 및 양방향 컨버터(110)를 오프한 후에 S211 단계로 복귀하여 상술한 절차를 반복할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include a step of determining that the equalization is completed when the difference in state of charge is within a specified range as a result of the check in step S217 (S223). When it is determined that the equalization of the plurality of batteries is completed, the equalization method according to an embodiment of the present invention turns off all of the first switch units 121, all of the second switch units 122, and the bi-directional converter 110. Returning to step S211, the above-described procedure may be repeated.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 충전 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2B is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
상세한 설명에 앞서, 충전 모드는 외부 전원(예: 외부 충전기)에 의해 다수의 배터리들이 충전되고 있는 상태를 의미한다.Prior to a detailed description, a charging mode means a state in which a plurality of batteries are being charged by an external power source (eg, an external charger).
도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 충전 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법(이하, 균등화 방법)은 각 배터리의 충전 상태(state-of-charge: SOC)를 측정하는 단계(S231)를 포함할 수 있다. 상기 각 배터리의 충전 상태는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2B , a method for equalizing the energy of batteries connected in parallel in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, an equalization method) determines the state-of-charge (SOC) of each battery. It may include measuring (S231). The state of charge of each battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 최대 충전량을 가지는 배터리와 최소 충전량을 가지는 배터리를 각각 검출하는 단계(S233)를 포함할 수 있다. 상기 최대 충전량을 가지는 배터리 및 최소 충전량을 가지는 배터리는 측정 결과에 기초하여 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 검출될 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include detecting a battery having a maximum charge amount and a battery having a minimum charge amount ( S233 ). The battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount may be detected by an arithmetic unit (or a battery management module) based on a measurement result.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 검출된 배터리들의 충전 상태를 비교하는 단계(S235)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 S231 단계의 측정 결과를 기초로 상기 최대 충전량을 가지는 배터리 및 최소 충전량을 가지는 배터리의 충전 상태를 비교할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include comparing SOCs of the detected batteries (S235). For example, the arithmetic unit (or battery management module) may compare the state of charge of the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount based on the measurement result of step S231.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 충전 상태의 차이가 지정된 범위(예: 1 %)이내인지 확인하는 단계(S237)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S237).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S237 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 최대충전량의 배터리가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되도록 제2 스위치부(122)를 제어하고, 나머지 배터리들이 균등화 장치의 출력단에 연결(접속)되도록 제1 스위치부(121)를 제어하는 단계(S239)를 포함할 수 있다. 이때, 최대 충전량의 배터리는 양방향 컨버터에 의해 기 설정된 낮은 충전전류(제1 충전 전류)로 충전되고, 나머지 배터리들은 외부 충전기의 높은 충전 전류(제2 충전 전류)에 의해 충전될 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 도 1의 제1 배터리(21)가 최대 충전량을 가지는 경우 매트릭스 스위치 모듈(120)의 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3) 및 제4 스위칭 소자(M1)를 온하고, 제1 스위칭 소자(S1), 제5 스위칭 소자(M2), 및 제6 스위칭 소자(Mn)를 오프시켜 제2 배터리(22) 및 제3 배터리(23)가 외부 전원(예: 외부 충전기)에 연결되고 제1 배터리(21)가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되고, 최대 충전량을 가지는 제1 배터리(21)를 제1 충전 전류로 충전하도록 양방향 컨버터(110)를 충전 모드로 동작시킬 수 있다. 이때, 제2 배터리(22) 및 제3 배터리(23)는 외부전원(예: 외부 충전기)으로부터 공급되는 제2 충전 전류로 충전될 수 있다. 여기서, 제1 충전 전류는 제2 충전 전류보다 작은 값이다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is not within the specified range as a result of checking in step S237, the battery with the maximum charge is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110. Controlling the switch unit 122 and controlling the first switch unit 121 so that the remaining batteries are connected (connected) to the output terminal of the equalization device (S239) may be included. At this time, the battery with the maximum charge amount may be charged with a predetermined low charging current (first charging current) by the bidirectional converter, and the remaining batteries may be charged with a high charging current (second charging current) of the external charger. For example, when the first battery 21 of FIG. 1 has a maximum charge, the arithmetic unit (or battery management module) operates the second switching element S 2 and the third switching element S of the matrix switch module 120 . 3 ) and the fourth switching element M 1 are turned on, and the first switching element S 1 , the fifth switching element M 2 , and the sixth switching element Mn are turned off so that the second battery 22 And a third battery 23 is connected to an external power source (eg, an external charger), the first battery 21 is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110, and the first battery having a maximum charge ( 21) may be operated in the charging mode to charge the bidirectional converter 110 with the first charging current. In this case, the second battery 22 and the third battery 23 may be charged with a second charging current supplied from an external power source (eg, an external charger). Here, the first charging current is smaller than the second charging current.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S241)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S241 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S239 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S231 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include a step (S241) of checking whether a designated time has elapsed. The equalization method may return to step S239 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S241 and return to step S231 if the designated time has elapsed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S237 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내인 경우(다수의 배터리들의 충전 상태가 균등한 경우) 제1 스위치부를 모두 온하고, 제2 스위치부 및 양방향 컨버터를 오프하는 단계(S243)를 포함할 수 있다. 이때, 전체 배터리들(제1 배터리 내지 제3 배터리)은 외부 충전기의 충전 전류로 충전된다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is within a specified range as a result of checking in step S237 (when the state of charge of a plurality of batteries is equal), all the first switch units are turned on, and the second switch unit is turned on. It may include turning off the negative and bi-directional converters (S243). At this time, all batteries (first to third batteries) are charged with the charging current of the external charger.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S245)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S245 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S243 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S231 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S245). The equalization method may return to step S243 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S245 and return to step S231 if the designated time has elapsed.
도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 방전 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2C is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
상세한 설명에 앞서, 방전 모드는 다수의 배터리들이 균등화 장치의 출력단에 연결된 부하(load)에 의해 방전되고 있는 상태를 의미한다.Prior to the detailed description, the discharge mode means a state in which a plurality of batteries are being discharged by a load connected to an output terminal of an equalization device.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 방전 모드에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법(이하, 균등화 방법)은 각 배터리의 충전 상태(state-of-charge: SOC)를 측정하는 단계(S251)를 포함할 수 있다. 상기 각 배터리의 충전 상태는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2C , a method for equalizing the energy of batteries connected in parallel in a discharge mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, an equalization method) determines the state-of-charge (SOC) of each battery. It may include measuring (S251). The state of charge of each battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 최대 충전량을 가지는 배터리와 최소 충전량을 가지는 배터리를 각각 검출하는 단계(S253)를 포함할 수 있다. 상기 최대 충전량을 가지는 배터리 및 최소 충전량을 가지는 배터리는 측정 결과에 기초하여 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 검출될 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include detecting a battery having a maximum charge amount and a battery having a minimum charge amount ( S253 ). The battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount may be detected by an arithmetic unit (or a battery management module) based on a measurement result.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 검출된 배터리들의 충전 상태를 비교하는 단계(S255)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 S251 단계의 측정 결과를 기초로 상기 최대 충전량을 가지는 배터리 및 최소 충전량을 가지는 배터리의 충전 상태를 비교할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include comparing SOCs of the detected batteries (S255). For example, the arithmetic unit (or battery management module) may compare the state of charge of the battery having the maximum charge amount and the battery having the minimum charge amount based on the measurement result of step S251.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 충전 상태의 차이가 지정된 범위(예: 1 %)이내인지 확인하는 단계(S257)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S257).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S257 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 최소 충전량의 배터리가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되도록 제2 스위치부(122)를 제어하고, 나머지 배터리들이 균등화 장치의 출력단에 연결되도록 제1 스위치부(121)를 제어하는 단계(S259)를 포함할 수 있다. 이때, 최소 충전량의 배터리는 양방향 컨버터에 의해 기 설정된 낮은 방전전류(이하, 제1 방전 전류)로 방전되며, 나머지 배터리들은 균등화 장치의 출력단에 연결된 부하에 따른 높은 방전 전류(이하, 제2 방전 전류)로 방전될 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 도 1의 제3 배터리(23)가 최소 충전량을 가지는 경우 매트릭스 스위치 모듈(120)의 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2) 및 제6 스위칭 소자(Mn)를 온하고, 제3 스위칭 소자(S3), 제4 스위칭 소자(M1), 및 제5 스위칭 소자(M2)를 오프시켜 제1 배터리(21) 및 제2 배터리(22)를 부하에 연결하고 제3 배터리(23)를 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결하며, 양방향 컨버터(110)를 방전 모드로 동작시켜 최소충전량을 가지는 제3 배터리(23)를 제1 방전 전류로 방전시킬 수 있다. 이때, 제1 배터리(21) 및 제2 배터리(22)는 부하에 따른 제2 방전 전류로 방전될 수 있다. 여기서, 제1 방전 전류는 제2 방전 전류보다 작은 값이다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of checking in step S257, the second terminal 112 of the bi-directional converter 110 connects the battery with the minimum charge amount to the second terminal 112. Controlling the switch unit 122 and controlling the first switch unit 121 so that the remaining batteries are connected to the output terminal of the equalization device (S259) may be included. At this time, the battery with the minimum amount of charge is discharged with a preset low discharge current (hereinafter referred to as the first discharge current) by the bi-directional converter, and the remaining batteries are discharged with a high discharge current (hereinafter referred to as the second discharge current) according to the load connected to the output terminal of the equalization device. ) can be discharged. For example, when the third battery 23 of FIG. 1 has a minimum amount of charge, the arithmetic unit (or battery management module) operates the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 . 2 ) and the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 And connecting the second battery 22 to the load, connecting the third battery 23 to the second terminal 112 of the bidirectional converter 110, and operating the bidirectional converter 110 in a discharge mode to have a minimum amount of charge. The third battery 23 may be discharged with the first discharge current. At this time, the first battery 21 and the second battery 22 may be discharged with a second discharge current according to the load. Here, the first discharge current is smaller than the second discharge current.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S261)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S261 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S259 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S251 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S261). The equalization method may return to step S259 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S261 and return to step S251 if the designated time has elapsed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S257 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내인 경우(다수의 배터리들의 충전 상태가 균등한 경우) 제1 스위치부를 모두 온하고, 제2 스위치부 및 양방향 컨버터를 오프하는 단계(S263)를 포함할 수 있다. 이때, 전체 배터리들(제1 배터리 내지 제3 배터리)은 부하에 따른 제2 방전 전류로 방전될 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is within a specified range as a result of checking in step S257 (when the state of charge of a plurality of batteries is equal), all the first switch units are turned on, and the second switch unit is turned on. It may include turning off the negative and bi-directional converters (S263). At this time, all batteries (first to third batteries) may be discharged with the second discharge current according to the load.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S265)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S265 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S263 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S251 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S265). The equalization method may return to step S263 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S265 and return to step S251 if the designated time has elapsed.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 핫 스왑(hot-swap) 상황에서 균등화 장치가 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. 상세한 설명에 앞서, 핫 스왑은 배터리를 교체하는 유지 보수 행위로로, 다수의 배터리들이 사용되고 있는 도중 일부의 배터리를 새로운 배터리로 교체하는 상황을 일컫는다.Hereinafter, a method of equalizing energy of batteries connected in parallel by an equalization device in a hot-swap situation according to an embodiment of the present invention will be described. Prior to a detailed description, hot swapping is a maintenance act of replacing batteries, and refers to a situation in which some batteries are replaced with new batteries while a number of batteries are being used.
도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 휴지 모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2D is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of parallel-connected batteries in a hot-swappable situation in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 휴지 모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법(이하, 균등화 방법)은 교체된 배터리의 위치와 충전상태(state-of-charge: SOC)를 검출하는 단계(S271)를 포함할 수 있다. 상기 교체된 배터리의 충전 상태는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2D , a method for equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in an idle mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, an equalization method) is a method for determining the position of a replaced battery and the state of charge ( A step S271 of detecting state-of-charge (SOC) may be included. The SOC of the replaced battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체되지 않은 나머지 배터리들의 평균 충전상태를 계산하는 단계(S273)를 포함할 수 있다. 상기 각 배터리의 충전상태 및 평균값 계산은 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 검출 및 수행될 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include calculating an average state of charge of the remaining batteries that are not replaced (S273). The state of charge of each battery and calculation of an average value may be detected and performed by an arithmetic unit (or battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체된 배터리의 충전 상태와 나머지 배터리들의 평균충전상태를 비교하는 단계(S275)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 S271 과 S273단계의 측정 결과를 기초로 상기 교체된 배터리의 충전 상태와 나머지 배터리들의 평균충전 상태를 비교할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include comparing the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries (S275). For example, the arithmetic unit (or battery management module) may compare the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries based on the measurement results of steps S271 and S273.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 충전 상태의 차이가 지정된 범위(예: 1 %)이내인지 확인하는 단계(S277)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S277).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S277 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 교체된 배터리가 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 제2 스위치부를 제어하고, 나머지 배터리들이 양방향 컨버터의 제1 단자에 연결되도록 제1 스위치부를 제어하는 단계(S279)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는, 도 1의 제3 배터리(23)가 교체된 경우, 매트릭스 스위치 모듈(120)의 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2) 및 제6 스위칭 소자(Mn)를 온하고, 제3 스위칭 소자(S3), 제4 스위칭 소자(M1), 및 제5 스위칭 소자(M2)를 오프시켜 제1 배터리(21) 및 제2 배터리(22)를 양방향 컨버터(110)의 제1 단자(111)에 연결하고, 제3 배터리(23)가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되도록 할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention controls the second switch unit so that the replaced battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of checking in step S277, and the remaining batteries It may include controlling the first switch unit so that they are connected to the first terminal of the bi-directional converter (S279). For example, when the third battery 23 of FIG. 1 is replaced, the arithmetic unit (or battery management module) includes the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 . 2 ) and the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 And the second battery 22 may be connected to the first terminal 111 of the bi-directional converter 110, and the third battery 23 may be connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작은지 확인하는 단계(S281)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries (S281).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 S281 단계의 확인 결과 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작은 경우 양방향 컨버터가 설정된 충전 전류로 나머지 배터리로부터 교체된 배터리를 충전하는 단계(S283)를 포함할 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the state of charge of the replaced battery is smaller than the average state of charge of the remaining batteries as a result of checking in step S281, the bidirectional converter charges the replaced battery from the remaining battery with a set charging current ( S283) may be included.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 S281 단계의 확인 결과 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작지 않은 경우(큰 경우) 양방향 컨버터가 설정된 방전 전류로 교체된 배터리를 방전하여 나머지 배터리를 충전하는 단계(S285)를 포함할 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the state of charge of the replaced battery is not smaller than (greater than) the average state of charge of the remaining batteries as a result of checking in step S281, the bi-directional converter discharges the replaced battery with the set discharge current. A step of charging the remaining batteries (S285) may be included.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S287)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S287 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S279 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S271 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S287). The equalization method may return to step S279 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S287 and return to step S271 if the designated time has elapsed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S277 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내인 경우(교체된 배터리와 나머지 배터리들의 충전 상태가 균등한 경우) 제1 스위치부를 모두 온하고, 제2 스위치부 및 양방향 컨버터를 오프하는 단계(S289)를 포함할 수 있다. 이때, 전체 배터리들은 균등화 장치의 출력단에 연결된다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is within a specified range as a result of checking in step S277 (when the state of charge of the replaced battery and the remaining batteries is equal), all the first switch units are turned on, It may include turning off the second switch unit and the bi-directional converter (S289). At this time, all batteries are connected to the output of the equalization device.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S291)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S291 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S289 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S271 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include a step (S291) of checking whether a designated time has elapsed. The equalization method may return to step S289 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S291 and return to step S271 if the designated time has elapsed.
도 2e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 충전 모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2E is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swappable situation in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2e를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 충전모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법(이하, 균등화 방법)은 교체된 배터리의 위치와 충전상태를 검출하는 단계(S301)를 포함할 수 있다. 상기 교체된 배터리의 충전 상태는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2E , a method for equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in a charging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, an equalization method) determines the location and state of charge of the replaced battery. A detecting step (S301) may be included. The SOC of the replaced battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체되지 않은 나머지 배터리들의 평균충전상태를 계산하는 단계(S303)를 포함할 수 있다. 상기 교체된 배터리의 충전상태 및 나머지 배터리들의 평균충전상태 계산은 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 검출 및 수행될 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include calculating an average state of charge of the remaining batteries that are not replaced (S303). The calculation of the SOC of the replaced battery and the average SOC of the remaining batteries may be detected and performed by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체된 배터리의 충전상태와 나머지 배터리들의 평균충전상태를 비교하는 단계(S305)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 S301 과 S303단계의 측정 결과를 기초로 상기 교체된 배터리의 충전상태와 나머지 배터리들의 평균충전상태를 비교할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include comparing the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries (S305). For example, the arithmetic unit (or battery management module) may compare the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries based on the measurement results of steps S301 and S303.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 충전 상태의 차이가 지정된 범위(예: 1 %)이내인지 확인하는 단계(S307)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S307).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S307 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 교체된 배터리가 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 제2 스위치부를 제어하고, 나머지 배터리들이 균등화 장치의 출력단에 연결되도록 제1 스위치부를 제어하는 단계(S309)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는, 도 1의 제3 배터리(23)가 교체된 경우, 매트릭스 스위치 모듈(120)의 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2) 및 제6 스위칭 소자(Mn)를 온하고, 제3 스위칭 소자(S3), 제4 스위칭 소자(M1), 및 제5 스위칭 소자(M2)를 오프시켜 제1 배터리(21) 및 제2 배터리(22)가 균등화 장치의 출력단에 연결되고, 제3 배터리(23)가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되도록 할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention controls the second switch unit so that the replaced battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of checking in step S307, and the remaining batteries It may include controlling the first switch unit so that they are connected to the output terminal of the equalization device (S309). For example, when the third battery 23 of FIG. 1 is replaced, the arithmetic unit (or battery management module) includes the first switching element S 1 and the second switching element S of the matrix switch module 120 . 2 ) and the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 And the second battery 22 may be connected to the output terminal of the equalization device, and the third battery 23 may be connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작은지 확인하는 단계(S311)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries (S311).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 S311 단계의 확인 결과 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작은 경우 양방향 컨버터가 교체된 배터리를 나머지 배터리보다 높은 충전 전류로 충전하는 단계(S313)를 포함할 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries as a result of checking in step S311, the step of charging the replaced battery with a higher charging current than the remaining batteries ( S313) may be included.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 S311 단계의 확인 결과 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작지 않은 경우(큰 경우) 양방향 컨버터가 교체된 배터리를 나머지 배터리보다 낮은 충전 전류로 충전하는 단계(S315)를 포함할 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the SOC of the replaced battery is not smaller than (greater than) the average SOC of the remaining batteries as a result of checking in step S311, the bi-directional converter converts the replaced battery to a lower charging current than the remaining batteries. It may include a step of charging with (S315).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S317)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S317 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S309 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S301 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S317). The equalization method may return to step S309 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S317 and return to step S301 if the designated time has elapsed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S307 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내인 경우(교체된 배터리와 나머지 배터리들의 충전 상태가 균등한 경우) 제1 스위치부를 모두 온하고, 제2 스위치부 및 양방향 컨버터를 오프하는 단계(S319)를 포함할 수 있다. 이때, 전체 배터리들은 균등화 장치의 출력단에 연결되어 외부 충전기에 의해 동시에 충전된다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is within a specified range as a result of the check in step S307 (when the state of charge of the replaced battery and the remaining batteries is equal), all the first switch units are turned on, It may include turning off the second switch unit and the bidirectional converter (S319). At this time, all batteries are connected to the output terminal of the equalization device and charged simultaneously by an external charger.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S321)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S321 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S319 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S301 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S321). The equalization method may return to step S319 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S321 and return to step S301 if the designated time has elapsed.
도 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 방전 모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법을 도시한 흐름도이다.2F is a flowchart illustrating a method of equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention.
도 2f를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 장치의 방전모드에서 핫 스왑되는 상황에서 병렬 연결된 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법(이하, 균등화 방법)은 교체된 배터리의 위치와 충전상태를 검출하는 단계(S331)를 포함할 수 있다. 상기 교체된 배터리의 충전 상태는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2F , a method for equalizing energy of batteries connected in parallel in a hot-swapped situation in a discharging mode of an equalization device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, an equalization method) determines the location and state of charge of the replaced battery. A detecting step (S331) may be included. The SOC of the replaced battery may be measured by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체되지 않은 나머지 배터리들의 평균 충전상태를 계산하는 단계(S333)를 포함할 수 있다. 상기 교체된 배터리의 충전상태 및 나머지 배터리들의 평균 충전상태는 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)에 의해 검출 및 수행될 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include calculating an average state of charge of the remaining batteries that have not been replaced (S333). The SOC of the replaced battery and the average SOC of the remaining batteries may be detected and performed by an arithmetic unit (or a battery management module).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체된 배터리의 충전상태와 나머지 배터리들의 평균충전상태를 비교하는 단계(S335)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는 S331과 S333단계의 측정 결과를 기초로 상기 교체된 배터리의 충전상태와 나머지 배터리들의 평균 충전상태를 비교할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include comparing the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries (S335). For example, the arithmetic unit (or battery management module) may compare the SOC of the replaced battery with the average SOC of the remaining batteries based on the measurement results of steps S331 and S333.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 충전 상태의 차이가 지정된 범위(예: 1 %)이내인지 확인하는 단계(S337)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the difference in state of charge is within a specified range (eg, 1%) (S337).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S337 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 교체된 배터리가 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되록 제2 스위치부를 제어하고, 나머지 배터리들이 균등화 장치의 출력단에 연결되록 제1 스위치부를 제어하는 단계(S339)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 균등화 연산장치(또는 배터리 관리 모듈)는, 도 1의 제3 배터리(23)가 교체된 경우, 매트릭스 스위치 모듈(120)의 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2) 및 제6 스위칭 소자(Mn)를 온하고, 제3 스위칭 소자(S3), 제4 스위칭 소자(M1), 및 제5 스위칭 소자(M2)를 오프시켜 제1 배터리(21) 및 제2 배터리(22)가 균등화 장치의 출력단에 연결되고, 제3 배터리(23)가 양방향 컨버터(110)의 제2 단자(112)에 연결되도록 할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention controls the second switch unit so that the replaced battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter when the difference in state of charge is not within a specified range as a result of the check in step S337, and the remaining batteries It may include controlling the first switch unit so that they are connected to the output terminal of the equalization device (S339). For example, when the third battery 23 of FIG. 1 is replaced, the equalization arithmetic unit (or battery management module) includes the first switching element S 1 of the matrix switch module 120 and the second switching element ( S 2 ) and the sixth switching element Mn are turned on, and the third switching element S 3 , the fourth switching element M 1 , and the fifth switching element M 2 are turned off so that the first battery 21 ) and the second battery 22 are connected to the output terminal of the equalization device, and the third battery 23 is connected to the second terminal 112 of the bi-directional converter 110.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작은지 확인하는 단계(S341)를 포함할 수 있다. The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries (S341).
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 S341 단계의 확인 결과 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작은 경우 양방향 컨버터가 교체된 배터리를 나머지 배터리보다 낮은 방전 전류로 방전하는 단계(S343)를 포함할 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the SOC of the replaced battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries as a result of checking in step S341, discharging the replaced battery with a discharge current lower than the remaining batteries ( S343) may be included.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 S341 단계의 확인 결과 교체된 배터리의 충전 상태가 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작지 않은 경우(큰 경우) 양방향 컨버터가 교체된 배터리를 나머지 배터리보다 높은 방전 전류로 방전하는 단계(S345)를 포함할 수 있다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, if the SOC of the replaced battery is not smaller than (greater than) the average SOC of the remaining batteries as a result of checking in step S341, the bi-directional converter converts the replaced battery to a higher discharge current than the remaining batteries. A step of discharging to (S345) may be included.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S347)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S347 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S339 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S331 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S347). The equalization method may return to step S339 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S347 and return to step S331 if the designated time has elapsed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 상기 S337 단계의 확인 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내인 경우(교체된 배터리와 나머지 배터리들의 충전 상태가 균등한 경우) 제1 스위치부를 모두 온하고, 제2 스위치부 및 양방향 컨버터를 오프하는 단계(S349)를 포함할 수 있다. 이때, 전체 배터리들은 균등화 장치의 출력단에 연결되어 부하에 의해 동시에 방전된다.In the equalization method according to an embodiment of the present invention, when the difference in state of charge is within a specified range as a result of the check in step S337 (when the state of charge of the replaced battery and the remaining batteries is equal), all the first switch units are turned on, It may include turning off the second switch unit and the bi-directional converter (S349). At this time, all the batteries are connected to the output terminal of the equalization device and discharged simultaneously by the load.
본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 지정된 시간이 경과했는지 확인하는 단계(S351)를 포함할 수 있다. 상기 균등화 방법은 상기 S351 단계의 확인 결과 지정된 시간이 경과하지 않은 경우 S349 단계로 복귀하고, 지정된 시간이 경과한 경우 S331 단계로 복귀할 수 있다.The equalization method according to an embodiment of the present invention may include checking whether a designated time has elapsed (S351). The equalization method may return to step S349 if the designated time has not elapsed as a result of checking in step S351 and return to step S331 if the designated time has elapsed.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴지 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 및 전류 변화를 도시한 그래프이다.3A is a graph illustrating a state of charge and a change in current of batteries connected in parallel during hot swapping in an idle mode according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 식별 부호 311 및 312는 종래의 균등화 방법에 따른 휴지 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 변화 및 전류 변화를 각각 나타내며, 식별 부호 313 및 314는 본 발명의 균등화 방법에 따른 휴지 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 변화 및 전류 변화를 각각 나타낸다.Referring to FIG. 3A , identification codes 311 and 312 indicate changes in the state of charge and current of batteries connected in parallel during hot swapping in the idle mode according to the conventional equalization method, respectively, and identification codes 313 and 314 indicate the equalization method of the present invention. It shows the state of charge and current change of parallel connected batteries when hot-swapped in idle mode according to the
식별 부호 311 및 313의 그래프를 참조하면, 교체되지 않은 기존의 제1 배터리 및 제2 배터리의 충전 상태는 약 90 %이고, 교체된 제 3 배터리의 충전 상태는 약 60 %이다. 제3 배터리가 제1 배터리 및 제2 배터리와 연결되면, 충전 상태가 큰 제1 배터리 및 제2 배터리에 의해 제3 배터리가 충전될 수 있다. 예를 들어, 식별 부호 312의 그래프와 같이, 제1 배터리 및 제2 배터리는 약 5A로 방전되고, 제3 배터리는 약 10A로 충전됨을 알 수 있다. 이후, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해질 때까지 제1 배터리 및 제2 배터리의 방전 전류는 서서히 감소하고, 제3 배터리의 충전 전류 역시 서서히 감소할 수 있다. 이와 같이, 종래의 균등화 방법은 배터리의 스왑 초기에 돌입 전류가 발생하는 문제가 존재한다.Referring to the graphs 311 and 313, the state of charge of the first and second batteries that are not replaced is about 90%, and the state of charge of the third battery that is replaced is about 60%. When the third battery is connected to the first battery and the second battery, the third battery may be charged by the first battery and the second battery having a high state of charge. For example, as shown in the graph of identification code 312, it can be seen that the first battery and the second battery are discharged at about 5A, and the third battery is charged at about 10A. Thereafter, the discharge current of the first battery and the second battery may gradually decrease until the state of charge of the first to third batteries becomes equal, and the charging current of the third battery may also gradually decrease. As such, the conventional equalization method has a problem in that an inrush current is generated at the initial stage of battery swap.
반면에, 본 발명의 균등화 방법은 식별 부호 314의 그래프와 같이, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해질 때까지 제1 배터리 및 제2 배터리는 약 0.62A의 방전 전류로 일정하게 방전되고, 제3 배터리는 약 1.24A의 충전 전류로 일정하게 충전됨을 알 수 있다. 이는 매트릭스 스위치 모듈에 의해 제1 배터리 및 제2 배터리가 양방향 컨버터의 제1 단자에 연결되고, 교체된 제3 배터리가 양방향 컨버터에 제2 단자에 연결(교체된 제3 배터리는 부하에 미연결)되며, 제1 배터리 및 제2 배터리의 전원을 이용하여 양방향 컨버터가 설정된 충전 전류(예: 1.24A = 0.62A(제1 배터리의 방전전류) + 0.62A(제2 배터리의 방전전류))로 제3 배터리를 일정하게 충전하기 때문이다. 약 1600초가 경과한 후 제1 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해지면, 제3 배터리는 부하에 연결된다. 이때, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등하기 때문에, 돌입 전류가 약 0.25A로 매우 작음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 균등화 시간이 종래에 비하여 다소 길어지지만, 휴지 모드에서 배터리의 교체 시 돌입 전류가 발생하지 않거나, 매우 작아 배터리들을 안정적으로 교체할 수 있다.On the other hand, in the equalization method of the present invention, as shown in the graph of identification code 314, the first battery and the second battery are uniformly discharged at a discharge current of about 0.62 A until the state of charge of the first to third batteries is equalized. and the third battery is constantly charged with a charging current of about 1.24 A. This means that the first battery and the second battery are connected to the first terminal of the bi-directional converter by the matrix switch module, and the replaced third battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter (the replaced third battery is not connected to the load). And, using the power of the first battery and the second battery, the bidirectional converter is set to the charging current (eg 1.24A = 0.62A (discharge current of the first battery) + 0.62A (discharge current of the second battery)). 3 because it constantly charges the battery. When the state of charge of the first to third batteries becomes equal after about 1600 seconds has elapsed, the third battery is connected to the load. At this time, since the state of charge of the first to third batteries is equal, it can be seen that the inrush current is very small, about 0.25A. In this way, although the equalization time of the present invention is somewhat longer than the prior art, when replacing the battery in the idle mode, inrush current does not occur or is very small, so the batteries can be stably replaced.
한편, 휴지 모드에서 교체된 제3 배터리의 충전상태가 제1 및 제2 배터리의 충전 상태보다 큰 경우 제3 배터리를 전원으로 하여 양방향 컨버터가 설정된 충전 전류로 제1 및 제2 배터리를 충전할 수 있다. On the other hand, when the state of charge of the third battery replaced in the idle mode is greater than that of the first and second batteries, the bidirectional converter can charge the first and second batteries with the charging current set by using the third battery as a power source. there is.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 및 전류 변화를 도시한 그래프그래프이다.3B is a graph showing the state of charge and current change of batteries connected in parallel during hot swapping in a charging mode according to an embodiment of the present invention.
도 3b를 참조하면, 식별 부호 321 및 322는 종래의 균등화 방법에 따른 충전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 변화 및 전류 변화를 각각 나타내며, 식별 부호 323 및 324는 본 발명의 균등화 방법에 따른 충전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 변화 및 전류 변화를 각각 나타낸다.Referring to FIG. 3B , identification codes 321 and 322 indicate changes in the state of charge and current of batteries connected in parallel during hot swapping in a charging mode according to the conventional equalization method, respectively, and identification codes 323 and 324 indicate the equalization method of the present invention. It shows the state of charge and current change of the batteries connected in parallel when hot-swapped in the charging mode.
식별 부호 321 및 323의 그래프를 참조하면, 교체되지 않은 기존의 제1 배터리 및 제2 배터리의 충전 상태는 약 20 %이고, 교체된 제3 배터리의 충전 상태는 약 60 %이다. 외부 충전기에 의해 제1 배터리 및 제2 배터리가 약 2A로 충전되고 있는 상태에서, 제3 배터리가 제1 배터리 및 제2 배터리와 연결되도록 교체되면, 충전 상태가 큰 제3 배터리에 의해 제1 배터리 및 제2 배터리가 추가 충전되어 제1 배터리 및 제2 배터리의 충전 전류가 증가할 수 있다. 예를 들어, 식별 부호 322의 그래프와 같이, 제3 배터리가 교체되면, 제3 배터리는 약 4A로 방전되고, 제1 배터리 및 제2 배터리는 약 4 A(= 2A(외부 충전기에 의한 충전 전류) + 2A(제3 배터리에 의한 방전 전류의 1/2))로 충전됨을 알 수 있다. 이후, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해질 때까지 제3 배터리의 방전 전류가 서서히 감소하고, 제1 배터리 및 제2 배터리의 충전 전류 역시 서서히 감소한다. 이와 같이, 종래의 균등화 방법은 배터리의 핫 스왑 초기에 돌입 전류가 발생하는 문제가 존재한다.Referring to the graphs 321 and 323, the state of charge of the first and second batteries that have not been replaced is about 20%, and the state of charge of the third battery that has been replaced is about 60%. When the third battery is connected to the first battery and the second battery while the first battery and the second battery are being charged at about 2A by an external charger, the first battery is charged by the third battery having a large state of charge. and the second battery may be additionally charged to increase charging currents of the first battery and the second battery. For example, as shown in the graph of identification code 322, when the third battery is replaced, the third battery is discharged at about 4 A, and the first battery and the second battery are about 4 A (= 2 A (charging current by an external charger) ) + 2A (1/2 of the discharge current by the third battery)). Thereafter, the discharge current of the third battery gradually decreases until the state of charge of the first to third batteries becomes equal, and the charging current of the first battery and the second battery also gradually decrease. As such, the conventional equalization method has a problem in that inrush current is generated at the initial stage of hot swapping of the battery.
반면에, 본 발명의 균등화 방법은 식별 부호 324의 그래프와 같이, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해질 때까지 제3 배터리는 양방향 컨버터에 의해 설정된 보다 낮은 충전 전류(제1 충전 전류)로 일정하게 충전되고, 제1 배터리 및 제2 배터리는 외부 충전기에 의해 약 2A의 충전 전류(제2 충전 전류)로 일정하게 충전됨을 알 수 있다. 이는 매트릭스 스위치 모듈에 의해 상기 교체된 제3 배터리가 제1 배터리 및 제2 배터리와 연결되지 않고, 양방향 컨버터에 연결되기 때문이다. 이때, 양방향 컨버터는 기 설정된 제1 충전 전류(약 0.33 A)로 제3 배터리를 충전한다. 상기 양방향 컨버터의 제1 충전 전류(IB)는 아래의 <식 1>에 의해 결정된다.On the other hand, in the equalization method of the present invention, as shown in the graph of identification code 324, until the state of charge of the first to third batteries is equalized, the third battery has a lower charging current (first charging current) set by the bidirectional converter. ), and the first battery and the second battery are constantly charged with a charging current (second charging current) of about 2A by an external charger. This is because the third battery replaced by the matrix switch module is not connected to the first battery and the second battery, but is connected to the bi-directional converter. At this time, the bi-directional converter charges the third battery with a preset first charging current (about 0.33 A). The first charging current (I B ) of the bi-directional converter is determined by <Equation 1> below.
Figure PCTKR2022005255-appb-img-000001
........... <식 1>
Figure PCTKR2022005255-appb-img-000001
........... <Formula 1>
상기 <식 1>에서, "IB"는 양방향 컨버터의 충전 전류이고, "SOCmax"는 최대 전압을 가지는 배터리의 충전 상태이고, "SOCmin"는 최소 전압을 가지는 배터리의 충전 상태이고, "n"은 병렬연결된 배터리의 수이고, "IO"는 부하 전류이다. 즉, 도 3b의 경우 제1 충전 전류는
Figure PCTKR2022005255-appb-img-000002
와 같다.In <Equation 1>, "I B " is the charging current of the bidirectional converter, "SOCmax" is the state of charge of the battery having the maximum voltage, "SOCmin" is the state of charge of the battery having the minimum voltage, and "n" is the number of parallel-connected batteries, and "I O " is the load current. That is, in the case of FIG. 3B, the first charging current is
Figure PCTKR2022005255-appb-img-000002
Same as
약 2800초가 경과한 후 제1 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해지면, 제3 배터리는 부하에 연결된다. 이때, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등하기 때문에, 돌입 전류(약 0.25A)가 매우 작음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 균등화 시간이 종래에 비하여 다소 길어지지만, 충전 모드에서 배터리의 교체 시 돌입 전류가 발생하지 않거나 매우 작아 배터리들을 안정적으로 교체할 수 있다.When the state of charge of the first to third batteries becomes equal after about 2800 seconds has elapsed, the third battery is connected to the load. At this time, it can be seen that the inrush current (about 0.25A) is very small because the state of charge of the first to third batteries is equal. As described above, the equalization time of the present invention is somewhat longer than the prior art, but the inrush current does not occur or is very small when the battery is replaced in the charging mode, and the batteries can be stably replaced.
한편, 충전 모드에서 교체된 제3 배터리의 충전상태가 제1 및 제2 배터리보다 더 낮은 경우 제1 및 제2 배터리는 양방향 컨버터에 의해 제1 충전 전류로 충전되고, 제3 배터리는 외부 충전기에 의해 제2 충전 전류로 충전될 수 있다.Meanwhile, when the SOC of the replaced third battery is lower than the first and second batteries in the charging mode, the first and second batteries are charged with the first charging current by the bi-directional converter, and the third battery is charged with an external charger. may be charged with the second charging current.
도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 및 전류 변화를 도시한 그래프이다.3C is a graph illustrating a state of charge and current change of batteries connected in parallel during hot swapping in a discharge mode according to an embodiment of the present invention.
도 3c를 참조하면, 식별 부호 331 및 332는 종래의 균등화 방법에 따른 방전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 변화 및 전류 변화를 각각 나타내며, 식별 부호 333 및 334는 본 발명의 균등화 방법에 따른 방전 모드에서 핫 스왑 시 병렬 연결된 배터리들의 충전 상태 변화 및 전류 변화를 각각 나타낸다.Referring to FIG. 3C , identification codes 331 and 332 represent changes in the state of charge and current of batteries connected in parallel during hot swapping in a discharge mode according to the conventional equalization method, respectively, and identification codes 333 and 334 indicate the equalization method of the present invention. It shows the state of charge and current change of the batteries connected in parallel during hot swapping in the discharging mode according to the figure.
식별 부호 331 및 333의 그래프를 참조하면, 교체되지 않은 기존의 제1 배터리 및 제2 배터리의 충전 상태는 약 90 %이고, 교체된 배터리의 충전 상태는 약 60 %이다. 부하에 의해 제1 배터리 및 제2 배터리가 약 2A로 각각 방전되고 있는 상태에서, 제3 배터리가 제1 배터리 및 제2 배터리와 연결되도록 교체되면, 충전 상태가 큰 제1 배터리 및 제2 배터리에 의해 제3 배터리가 충전될 수 있다. 예를 들어, 식별 부호 332의 그래프와 같이, 제3 배터리가 교체되면, 제1 배터리 및 제2 배터리는 약 4A가 추가로 각각 방전되고, 제3 배터리는 약 8 A(= 4A(제1 배터리의 추가 방전 전류) + 4A(제2 배터리의 추가 방전 전류))로 충전됨을 알 수 있다. 이후, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해질 때까지 제1 배터리 및 제2 배터리의 추가 방전 전류는 서서히 감소하고, 제3 배터리의 충전 전류 역시 서서히 감소한다. 이와 같이, 종래의 균등화 방법은 방전 모드에서 배터리의 핫 스왑 시 초기에 돌입 전류가 발생하는 문제가 존재한다.Referring to the graphs 331 and 333, the state of charge of the first and second batteries that have not been replaced is about 90%, and the state of charge of the replaced battery is about 60%. When the third battery is replaced to be connected to the first battery and the second battery while the first battery and the second battery are discharged at about 2A by a load, the first battery and the second battery having a large state of charge The third battery may be charged by For example, as shown in the graph of identification code 332, when the third battery is replaced, the first battery and the second battery are additionally discharged by about 4A, and the third battery is about 8 A (= 4A (first battery ) + 4A (additional discharge current of the second battery)). Thereafter, the additional discharge current of the first battery and the second battery gradually decreases, and the charging current of the third battery also gradually decreases until the state of charge of the first to third batteries becomes equal. As described above, the conventional equalization method has a problem in that an inrush current is initially generated when the battery is hot-swapped in a discharge mode.
반면에, 본 발명의 균등화 방법은, 식별 부호 334의 그래프와 같이, 제1 배터리 및 제2 배터리가 약 2A로 각각 방전되고 있는 상태에서, 제3 배터리가 교체되면, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해질 때까지 제3 배터리는 양방향 컨버터에 의해 약 0.8 A의 방전 전류(제1 방전 전류)로 일정하게 방전되고, 제1 배터리 및 제2 배터리는 약 1.7A의 방전 전류(제2 방전 전류)로 일정하게 방전됨을 알 수 있다. 이는 매트릭스 스위치 모듈에 의해 상기 교체된 제3 배터리가 제1 배터리 및 제2 배터리와 연결되지 않고, 양방향 컨버터에 연결되기 때문이다. 이때, 양방향 컨버터는 설정된 제1 방전 전류(약 0.8 A)로 제3 배터리를 방전한다. 약 3400초가 경과한 후 제1 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등해지면, 제3 배터리는 부하에 연결된다. 이때, 제1 배터리 내지 제3 배터리의 충전 상태가 균등하기 때문에, 돌입 전류가 약 0.25A로 매우 작음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 균등화 시간이 종래에 비하여 다소 길어지지만, 방전 모드에서 배터리의 교체 시 돌입 전류가 발생하지 않거나 매우 작아 배터리들을 안정적으로 교체할 수 있다.On the other hand, in the equalization method of the present invention, as shown in the graph of identification code 334, when the third battery is replaced in a state where the first battery and the second battery are discharged at about 2A, respectively, the first to third batteries The third battery is uniformly discharged with a discharge current (first discharge current) of about 0.8 A by the bi-directional converter until the state of charge of is equalized, and the first battery and the second battery have a discharge current (second discharge current) of about 1.7 A. 2 discharge current). This is because the third battery replaced by the matrix switch module is not connected to the first battery and the second battery, but is connected to the bi-directional converter. At this time, the bi-directional converter discharges the third battery with the set first discharge current (about 0.8 A). When the state of charge of the first to third batteries becomes equal after about 3400 seconds has elapsed, the third battery is connected to the load. At this time, since the state of charge of the first to third batteries is equal, it can be seen that the inrush current is very small, about 0.25A. As described above, the equalization time of the present invention is slightly longer than the conventional one, but when replacing the battery in the discharge mode, inrush current does not occur or is very small, so the batteries can be stably replaced.
한편, 충전 모드에서 교체된 제3 배터리의 충전상태가 제1 및 제2 배터리보다 더 큰 경우 제1 및 제2 배터리는 양방향 컨버터에 의해 제1 방전 전류로 방전되고, 제3 배터리는 부하에 따른 제2 방전 전류로 방전될 수 있다.Meanwhile, when the state of charge of the replaced third battery is greater than that of the first and second batteries in the charging mode, the first and second batteries are discharged with the first discharge current by the bi-directional converter, and the third battery is discharged according to the load. It can be discharged with the second discharge current.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the illustrated embodiments of the present invention, these are only examples, and those skilled in the art to which the present invention belongs can variously It will be apparent that other embodiments that are variations, modifications and equivalents are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (17)

  1. 병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 장치에 있어서,An apparatus for equalizing the energy of multiple batteries connected in parallel,
    다수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 다수의 배터리들 각각에 대한 충전 경로 또는 방전 경로를 형성하는 매트릭스 스위치 모듈(matrix-switch module);a matrix-switch module including a plurality of switching elements and forming a charging path or a discharging path for each of the plurality of batteries;
    상기 매트릭스 스위치 모듈을 통해 연결된 적어도 하나의 배터리를 기 설정된 충전 전류로 충전하거나, 기 설정된 방전 전류로 방전하는 양방향 컨버터(bi-directional converter); 및a bi-directional converter for charging at least one battery connected through the matrix switch module with a preset charging current or discharging with a preset discharging current; and
    상기 장치의 동작 모드 및 각 배터리의 충전 상태에 기초하여, 상기 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하기 위해 상기 매트릭스 스위치 모듈 및 상기 양방향 컨버터를 제어하는 연산장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.and an arithmetic unit controlling the matrix switch module and the bi-directional converter to equalize the energy of the plurality of batteries based on the operating mode of the device and the state of charge of each battery.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 스위치 모듈은The method of claim 1, wherein the matrix switch module
    각 배터리와 상기 장치의 출력단 사이의 연결을 스위칭하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 스위치부; 및A first switch unit including a plurality of switching elements for switching the connection between each battery and the output terminal of the device; and
    각 배터리와 상기 양방향 컨버터의 제2 단자 사이의 연결을 스위칭하는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 스위치부를 포함하고,A second switch unit including a plurality of switching elements for switching a connection between each battery and a second terminal of the bi-directional converter;
    상기 양방향 컨버터는The bi-directional converter
    상기 제1 스위치부 및 상기 출력단과 연결되는 제1 단자; 및a first terminal connected to the first switch unit and the output terminal; and
    상기 제2 스위치부와 연결되는 제2 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.Device characterized in that it comprises a second terminal connected to the second switch unit.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 배터리들 각각은The method of claim 1, wherein each of the plurality of batteries
    적어도 2개의 배터리들이 직렬 연결된 배터리 팩인 것을 특징으로 하는 장치.A device comprising at least two batteries in a battery pack connected in series.
  4. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 연산장치는The arithmetic device
    적어도 하나의 배터리가 새로운 배터리로 교체되는 경우 새로운 배터리의 위치 및 충전 상태를 감지하고,detect the location and state of charge of the new battery when at least one battery is replaced with a new battery;
    상기 다수의 배터리들 중 나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 계산하여, 상기 새로운 배터리의 충전 상태와 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 비교하고, 및Calculate an average state of charge of the remaining batteries among the plurality of batteries, compare the state of charge of the new battery with the average state of charge of the remaining batteries, and
    상기 새로운 배터리의 충전상태 및 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태가 지정된 범위 이내인 경우, 상기 제1 스위치부를 온하고 제2 스위치부를 오프하여 상기 새로운 배터리 및 상기 나머지 배터리들이 상기 출력단에 연결되도록 하고, 상기 양방향 컨버터를 오프하는 것을 특징으로 하는 장치.When the SOC of the new battery and the average SOC of the remaining batteries are within a specified range, the first switch unit is turned on and the second switch unit is turned off so that the new battery and the remaining batteries are connected to the output terminal, Device characterized by turning off the bi-directional converter.
  5. 제 4 항에 있어서,According to claim 4,
    상기 연산장치는The arithmetic device
    상기 지정된 범위 이내가 아니고, 휴지 모드에서 상기 새로운 배터리가 교체된 경우, 상기 새로운 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 상기 나머지 배터리들이 상기 양방향 컨버터의 제1 단자에 연결되도록 상기 제1 스위치부를 제어하고, 및If it is not within the specified range and the new battery is replaced in the idle mode, the second switch unit is controlled so that the new battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter, and the remaining batteries are connected to the first terminal of the bi-directional converter. Control the first switch unit to be connected to a terminal, and
    상기 새로운 배터리의 충전 상태와 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태의 비교 결과, 충전 상태가 큰 배터리를 이용하여 충전 상태가 작은 배터리를 설정된 충전 전류로 충전하도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 새로운 배터리와 상기 나머지 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 것을 특징으로 하는 장치.As a result of comparing the state of charge of the new battery with the average state of charge of the remaining batteries, the bidirectional converter is controlled to charge the battery with a low state of charge with a set charging current using a battery with a high state of charge, thereby controlling the new battery and the remaining batteries. A device characterized in that it equalizes the state of charge of batteries.
  6. 제 4 항에 있어서,According to claim 4,
    상기 연산장치는The arithmetic device
    상기 지정된 범위 이내가 아니고, 상기 다수의 배터리들이 외부 전원에 의해 충전되고 있는 충전 모드에서 상기 새로운 배터리가 교체된 경우 상기 새로운 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 상기 나머지 배터리들이 상기 출력단에 연결되도록 상기 제1 스위치부를 제어하고,Controlling the second switch unit so that the new battery is connected to the second terminal of the bidirectional converter when the new battery is replaced in a charging mode that is not within the specified range and the plurality of batteries are being charged by an external power source , Controlling the first switch unit so that the remaining batteries are connected to the output terminal,
    상기 새로운 배터리의 충전상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태보다 큰 경우 상기 나머지 배터리들의 상기 외부 전원에 의한 충전 전류보다 작은 충전 전류로 상기 새로운 배터리가 충전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하고, 및When the SOC of the new battery is greater than the average SOC of the remaining batteries, the bidirectional converter is controlled to charge the new battery with a charging current smaller than the charging current of the remaining batteries by the external power source, and
    상기 새로운 배터리의 충전상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태보다 작은 경우 상기 나머지 배터리들의 상기 외부 전원에 의한 충전 전류보다 큰 충전전류로 상기 새로운 배터리가 충전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 새로운 배터리와 상기 나머지 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 것을 특징으로 하는 장치.When the SOC of the new battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries, the bi-directional converter is controlled to charge the new battery with a charging current greater than the charging current of the remaining batteries by the external power source, thereby controlling the new battery and the SOC of the new battery. A device characterized by equalizing the state of charge of the remaining batteries.
  7. 제 4 항에 있어서,According to claim 4,
    상기 연산장치는The arithmetic device
    상기 지정된 범위 이내가 아니고, 상기 다수의 배터리들이 부하에 의해 방전되고 있는 방전 모드에서 상기 새로운 배터리가 교체된 경우 상기 새로운 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 상기 나머지 배터리들이 상기 출력단에 연결되도록 상기 제1 스위치부를 제어하고,Controlling the second switch unit so that the new battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter when the new battery is replaced in a discharge mode that is not within the specified range and the plurality of batteries are being discharged by a load, Controlling the first switch unit so that the remaining batteries are connected to the output terminal;
    상기 새로운 배터리의 충전상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태보다 작은 경우 상기 나머지 배터리들의 상기 부하에 의한 방전 전류보다 작은 방전 전류로 상기 새로운 배터리가 방전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하고, 및When the state of charge of the new battery is less than the average state of charge of the remaining batteries, the bidirectional converter is controlled to discharge the new battery with a discharge current smaller than the discharge current of the remaining batteries due to the load, and
    상기 새로운 배터리의 충전상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태보다 큰 경우 상기 나머지 배터리들의 상기 부하에 의한 방전전류보다 큰 방전전류로 상기 새로운 배터리가 방전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 새로운 배터리와 상기 나머지 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 것을 특징으로 하는 장치.When the SOC of the new battery is greater than the average SOC of the remaining batteries, the bi-directional converter is controlled to discharge the new battery with a discharge current greater than the discharge current of the remaining batteries due to the load, thereby controlling the new battery and the remaining batteries. A device characterized in that it equalizes the state of charge of batteries.
  8. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 연산장치는The arithmetic device
    휴지 모드에서 상기 다수의 배터리들의 충전 상태를 측정하고, Measure the state of charge of the plurality of batteries in an idle mode;
    최대 충전량 및 최소 충전량을 가지는 배터리를 각각 검출하여 충전 상태를 비교하고,Detecting the battery having the maximum charge amount and the minimum charge amount, respectively, and comparing the state of charge,
    상기 비교 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우, 상기 최소 충전량의 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 나머지 배터리들이 상기 양방향 컨버터의 제1 단자에 연결되도록 상기 제1 스위치부를 제어하고, 및As a result of the comparison, when the difference in state of charge is not within a specified range, the second switch unit is controlled so that the battery with the minimum amount of charge is connected to the second terminal of the bi-directional converter, and the remaining batteries are connected to the first terminal of the bi-directional converter. Control the first switch unit to be connected, and
    상기 나머지 배터리를 이용하여 상기 최소 충전량의 배터리를 설정된 충전 전류로 충전하도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 다수의 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 것을 특징으로 하는 장치.And controlling the bi-directional converter to charge the battery with the minimum amount of charge with the set charging current using the remaining batteries to equalize the charged states of the plurality of batteries.
  9. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 연산장치는The arithmetic device
    상기 다수의 배터리들이 외부 전원에 의해 충전되고 있는 충전 모드에서 상기 다수의 배터리들의 충전 상태를 측정하고,Measuring the state of charge of the plurality of batteries in a charging mode in which the plurality of batteries are being charged by an external power source;
    최대 충전량 및 최소 충전량을 가지는 배터리를 각각 검출하여 충전 상태를 비교하고,Detecting the battery having the maximum charge amount and the minimum charge amount, respectively, and comparing the state of charge,
    상기 비교 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우, 상기 최대 충전량의 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 나머지 배터리들이 상기 출력단에 연결되도록 상기 제1 스위치부를 제어하고, 및As a result of the comparison, when the difference in state of charge is not within a specified range, the second switch unit is controlled so that the battery with the maximum amount of charge is connected to the second terminal of the bi-directional converter, and the remaining batteries are connected to the output terminal. control the switch unit, and
    상기 최대 충전량의 배터리가 상기 나머지 배터리들의 상기 외부 전원에 의한 충전 전류보다 작은 충전 전류로 충전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 다수의 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 것을 특징으로 하는 장치.And controlling the bi-directional converter to equalize the charged states of the plurality of batteries so that the battery with the maximum charge is charged with a charging current smaller than the charging current of the remaining batteries by the external power source.
  10. 제 2 항에 있어서,According to claim 2,
    상기 연산장치는The arithmetic device
    상기 다수의 배터리들이 부하에 의해 방전되고 있는 방전 모드에서 상기 다수의 배터리들의 충전 상태를 측정하고, Measuring the state of charge of the plurality of batteries in a discharge mode in which the plurality of batteries are being discharged by a load;
    최대 충전량 및 최소 충전량을 가지는 배터리를 각각 검출하여 충전 상태를 비교하고,Detecting the battery having the maximum charge amount and the minimum charge amount, respectively, and comparing the state of charge,
    상기 비교 결과 충전 상태의 차이가 지정된 범위 이내가 아닌 경우, 상기 최소 충전량의 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되도록 상기 제2 스위치부를 제어하고, 나머지 배터리들이 상기 출력단에 연결되도록 상기 제1 스위치부를 제어하고, 및As a result of the comparison, when the difference in state of charge is not within a specified range, the second switch unit is controlled so that the battery having the minimum amount of charge is connected to the second terminal of the bi-directional converter, and the remaining batteries are connected to the output terminal. control the switch unit, and
    상기 최소 충전량의 배터리가 상기 나머지 배터리들의 상기 부하에 의한 방전 전류보다 작은 방전 전류로 방전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 다수의 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 것을 특징으로 하는 장치.and equalizing the charged states of the plurality of batteries by controlling the bi-directional converter so that the battery with the minimum amount of charge is discharged with a discharge current smaller than the discharge current of the remaining batteries due to the load.
  11. 병렬 연결된 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 방법에 있어서,A method of equalizing the energy of multiple batteries connected in parallel,
    상기 다수의 배터리들의 충전 상태를 측정하는 단계;measuring the state of charge of the plurality of batteries;
    최대 충전량을 가지는 배터리의 충전 상태와 최소 충전량을 가지는 배터리의 충전 상태를 비교하고, 충전 상태의 차이가 설정된 범위 이내인지 확인하는 단계; 및comparing a state of charge of a battery having a maximum charge amount with a state of charge of a battery having a minimum charge amount, and checking whether a difference between the states of charge is within a set range; and
    상기 차이가 설정된 범위 이내가 아닌 경우 상기 다수의 배터리들 각각에 대한 충전 경로 또는 방전 경로를 형성하는 매트릭스 스위치 모듈(matrix-switch module) 및 상기 매트릭스 스위치 모듈을 통해 연결된 적어도 하나의 배터리를 기 설정된 충전 전류로 충전하거나, 기 설정된 방전 전류로 방전하도록 양방향 컨버터(bi-directional converter)를 제어하여 상기 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.When the difference is not within a set range, a matrix-switch module forming a charge path or a discharge path for each of the plurality of batteries and at least one battery connected through the matrix-switch module are charged in advance. and equalizing the energies of the plurality of batteries by controlling a bi-directional converter to charge with current or discharge with a predetermined discharge current.
  12. 제 11 항에 있어서,According to claim 11,
    상기 다수의 배터리들의 에너지를 균등화하는 단계는Equalizing the energy of the plurality of batteries
    휴지 모드인 경우, 상기 최소 충전량의 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되고, 나머지 배터리들이 상기 양방향 컨버터의 제1 단자에 연결되도록 상기 매트릭스 스위치 모듈을 제어하고, 상기 나머지 배터리를 이용하여 상기 최소 충전량의 배터리를 설정된 충전 전류로 충전하도록 상기 양방향 컨버터를 제어하고,In the idle mode, the matrix switch module is controlled so that the battery with the minimum amount of charge is connected to the second terminal of the bi-directional converter and the remaining batteries are connected to the first terminal of the bi-directional converter, and the remaining batteries are used to Control the bi-directional converter to charge a battery with a minimum charge amount at a set charge current;
    상기 다수의 배터리들이 외부 전원에 의해 충전되고 있는 충전 모드인 경우, 상기 최대 충전량의 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되고, 나머지 배터리들이 상기 외부 전원에 연결되도록 상기 매트릭스 스위치 모듈을 제어하고, 상기 최대 충전량의 배터리가 상기 나머지 배터리들의 상기 외부 전원에 의한 충전 전류보다 작은 충전 전류로 충전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하며,In a charging mode in which the plurality of batteries are charged by an external power source, the matrix switch module is controlled so that the battery with the maximum charge is connected to the second terminal of the bidirectional converter and the remaining batteries are connected to the external power source. , Controlling the bi-directional converter so that the battery with the maximum charge is charged with a charging current smaller than the charging current of the remaining batteries by the external power source,
    상기 다수의 배터리들이 부하에 의해 방전되고 있는 방전 모드인 경우, 상기 최소 충전량의 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되고, 나머지 배터리들이 상기 부하에 연결되도록 상기 매트릭스 스위치 모듈을 제어하고, 상기 최소 충전량의 배터리가 상기 나머지 배터리들의 상기 부하에 의한 방전 전류보다 작은 방전 전류로 방전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.In a discharge mode in which the plurality of batteries are being discharged by a load, the matrix switch module is controlled so that the battery with the minimum amount of charge is connected to the second terminal of the bi-directional converter and the remaining batteries are connected to the load, and controlling the bi-directional converter so that the battery with the minimum amount of charge is discharged with a discharge current smaller than the discharge current of the remaining batteries by the load.
  13. 제 11 항에 있어서,According to claim 11,
    상기 차이가 설정된 범위 이내인 경우 상기 다수의 배터리들의 균등화가 완료된 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method further comprising the step of determining that the equalization of the plurality of batteries is completed when the difference is within a set range.
  14. 제 11 항에 있어서,According to claim 11,
    휴지 모드에서 상기 다수의 배터리들 중 일부가 새로운 배터리로 교체되는 경우 새로운 배터리의 위치 및 충전 상태를 감지하는 단계;detecting a location and charging state of a new battery when some of the plurality of batteries are replaced with a new battery in an idle mode;
    나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 계산하는 단계;calculating the average state of charge of the remaining batteries;
    상기 새로운 배터리의 충전 상태와 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 비교하는 단계; comparing the SOC of the new battery with the average SOC of the remaining batteries;
    상기 새로운 배터리의 충전상태 및 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 상기 새로운 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되고, 나머지 배터리들이 상기 양방향 컨버터의 제1 단자에 연결되도록 상기 매트릭스 스위치 모듈을 제어하는 단계; 및When the SOC of the new battery and the average SOC of the remaining batteries are not within a specified range, the new battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter and the remaining batteries are connected to the first terminal of the bi-directional converter. controlling the matrix switch module; and
    상기 비교 결과, 충전 상태가 큰 배터리를 이용하여 충전 상태가 작은 배터리를 설정된 충전 전류로 충전하도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 새로운 배터리와 상기 나머지 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.As a result of the comparison, the step of equalizing the SOC of the new battery and the remaining batteries by controlling the bi-directional converter to charge the battery with a low SOC with a set charging current using a battery with a high SOC. How to.
  15. 제 11 항에 있어서,According to claim 11,
    상기 다수의 배터리들이 외부 전원에 의해 충전되고 있는 충전 모드에서 상기 다수의 배터리들 중 일부가 새로운 배터리로 교체되는 경우 새로운 배터리의 위치 및 충전 상태를 감지하는 단계;detecting a location and charging state of a new battery when some of the plurality of batteries are replaced with a new battery in a charging mode in which the plurality of batteries are being charged by an external power source;
    나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 계산하는 단계;calculating the average state of charge of the remaining batteries;
    상기 새로운 배터리의 충전 상태와 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 비교하는 단계;comparing the SOC of the new battery with the average SOC of the remaining batteries;
    상기 새로운 배터리의 충전상태 및 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태가 지정된 범위 이내가 아닌 경우 상기 새로운 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되고, 상기 나머지 배터리들이 상기 외부 전원에 연결되도록 상기 매트릭스 스위치 모듈을 제어하는 단계; 및When the SOC of the new battery and the average SOC of the remaining batteries are not within a specified range, the matrix switch module connects the new battery to the second terminal of the bi-directional converter and connects the remaining batteries to the external power source. controlling; and
    상기 비교 결과, 상기 새로운 배터리의 충전상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 큰 경우 상기 나머지 배터리들의 상기 외부 전원에 의한 충전 전류보다 작은 충전 전류로 상기 새로운 배터리가 충전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하고, 상기 새로운 배터리의 충전상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다작은 경우 상기 나머지 배터리들의 상기 외부 전원에 의한 충전전류보다 큰 충전전류로 상가 새로운 배터리가 충전 되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 새로운 배터리와 상기 나머지 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.As a result of the comparison, when the SOC of the new battery is greater than the average SOC of the remaining batteries, the bidirectional converter is controlled to charge the new battery with a charging current smaller than the charging current of the remaining batteries by the external power source; When the state of charge of the new battery is smaller than the average state of charge of the remaining batteries, the bidirectional converter is controlled to charge the new battery with a charging current greater than the charging current of the remaining batteries by the external power source, thereby controlling the new battery and the new battery. and equalizing the state of charge of the remaining batteries.
  16. 제 11 항에 있어서,According to claim 11,
    상기 다수의 배터리들이 부하에 의해 방전되고 있는 방전 모드에서 상기 다수의 배터리들 중 일부가 새로운 배터리로 교체되는 경우 새로운 배터리의 위치 및 충전 상태를 감지하는 단계;detecting a location and charging state of a new battery when some of the plurality of batteries are replaced with a new battery in a discharge mode in which the plurality of batteries are being discharged by a load;
    나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 계산하는 단계;calculating the average state of charge of the remaining batteries;
    상기 새로운 배터리의 충전 상태와 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태를 비교하는 단계;comparing the SOC of the new battery with the average SOC of the remaining batteries;
    상기 새로운 배터리의 충전상태 및 상기 나머지 배터리들의 평균 충전상태가 지정된 범위 이내가 아닌 경우, 상기 새로운 배터리가 상기 양방향 컨버터의 제2 단자에 연결되고, 상기 나머지 배터리들이 상기 부하에 연결되도록 상기 매트릭스 스위치 모듈을 제어하는 단계; 및When the SOC of the new battery and the average SOC of the remaining batteries are not within a specified range, the new battery is connected to the second terminal of the bi-directional converter and the matrix switch module connects the remaining batteries to the load. controlling; and
    상기 비교 결과, 상기 새로운 배터리의 충전 상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 작은 경우 상기 나머지 배터리들의 부하에 의한 방전 전류보다 작은 방전 전류로 상기 새로운 배터리가 방전되도록 상기 양방향 컨버터를 제어하고, 상기 새로운 배터리의 충전상태가 상기 나머지 배터리들의 평균 충전 상태보다 큰 경우 상기 나머지 배터리들의 부하에 의한 방전전류보다 큰 방전전류로 상기 새로운 배터리가 방전되도록, 상기 양방향 컨버터를 제어하여 상기 새로운 배터리와 상기 나머지 배터리들의 충전 상태를 균등화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.As a result of the comparison, when the SOC of the new battery is smaller than the average SOC of the remaining batteries, the bidirectional converter is controlled to discharge the new battery with a discharge current smaller than the discharge current due to the load of the remaining batteries, and the new battery is discharged. When the SOC of the battery is greater than the average SOC of the remaining batteries, the bi-directional converter is controlled to discharge the new battery with a discharge current greater than the discharge current due to the load of the remaining batteries, thereby discharging the new battery and the remaining batteries. The method of claim 1 further comprising the step of equalizing the states of charge.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 있어서,According to any one of claims 14 to 16,
    상기 균등화가 완료되면, 상기 새로운 배터리를 부하에 연결하고, 상기 양방향 컨버터를 오프하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. and when the equalization is complete, connecting the new battery to a load and turning off the bi-directional converter.
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