KR200480214Y1 - 배터리 셀 밸런싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배터리 셀에 대한 밸런싱 장치에 관한 것으로, 배터리 셀들의 전압을 측정하여 배터리 셀들에 대한 방전량과 충전량을 계산한 후 상기 충전량과 상기 방전량의 크기에 따라 상기 배터리 셀들에 대한 충전 또는 방전을 수행하는 충방전 제어기 및 상기 충방전 제어기로부터의 제어신호에 따라 상기 배터리 셀들 중 특정 셀을 상기 충방전 제어기와 전기적으로 연결시켜주는 릴레이부를 포함한다.

Description

배터리 셀 밸런싱 장치{Apparatus for battery cell balancing}

본 고안은 배터리 셀에 대한 밸런싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직렬 연결된 복수의 배터리 셀들의 전압 편차를 보다 용이하고 효과적으로 균등화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

하이브리드, 전기차로 대표되는 친환경차량의 경우 차량을 구동하는 구동모터의 에너지원으로 이차전지 배터리를 사용한다. 이러한 이차전지 배터리는 복수개의 단위 배터리 셀들이 직렬로 연결되어 구성된 배터리 모듈로 이루어진다.

이러한 배터리모듈은 배터리 셀들 간에 미세한 내부저항의 차이가 존재할 수 있으며, 그러한 경우 전류 변화가 발생했을 때 셀 내부저항 차이로 인해 배터리 셀들 간에 전압 편차가 존재하게 된다. 이러한 배터리 셀들 간의 전압 편차를 균등화하지 않은 상태에서 지속적으로 충방전을 하게 될 경우, 배터리 셀들 중 셀 내부 저항이 큰 셀은 과충전 또는 과방전이 반복적으로 이루어지게 되며, 그러한 경우 배터리 전체 수명에 악영향을 미칠 수 있게 된다.

공개번호 KR10-2010-0019256

본 고안은 배터리 모듈에 대한 새로운 충방전 방법을 사용하여 배터리 셀들의 전압 편차를 보다 효과적으로 균등화시킬 수 있는 배터리 셀 밸런싱 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 고안의 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치는 배터리 셀들의 전압을 측정하여 배터리 셀들에 대한 방전량과 충전량을 계산한 후 상기 충전량과 상기 방전량의 크기에 따라 상기 배터리 셀들에 대한 충전 또는 방전을 수행하는 충방전 제어기 및 상기 충방전 제어기로부터의 제어신호에 따라 상기 배터리 셀들 중 특정 셀을 상기 충방전 제어기와 전기적으로 연결시켜주는 릴레이부를 포함한다.

본 고안의 실시예는 복수의 배터리 셀들이 직렬 연결된 배터리 모듈에서 배터리 셀들 간의 전압 편차를 보다 용이하고 효과적으로 균등화시킬 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 도 1의 배터리 셀 밸런싱 장치의 밸런싱 동작을 설명하기 위한 동작 순서도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.

배터리 셀 밸런싱 장치는 접속부(100), 릴레이부(200) 및 충방전 제어기(300)를 포함한다.

접속부(100)는 배터리 셀들(BC1 ∼ BC4)이 패키징된 배터리 모듈(10)의 전압 측정용 커넥터(12)와 물리적으로 접속하기 위한 인터페이스 수단으로, 전압 측정용 커넥터(12)의 단자들과 릴레이부(200)의 단자들이 일대일로 매칭되어 전기적으로 연결되도록 해준다.

릴레이부(200)는 배터리 모듈(10) 내에 직렬 연결된 배터리 셀들 중에서 특정 셀과 충방전 제어기(300) 사이를 전기적으로 연결시켜 준다. 이때, 특정 셀은 전압을 측정하고자 하는 셀, 충전을 시키고자 하는 셀, 방전을 시키고자 하는 셀 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 릴레이부(200)는 충방전 제어기(300)로부터의 스위칭제어신호(SWC)에 따라 온/오프되는 밸런싱 스위치들(SW1 ∼ SW10)을 포함한다.

충방전 제어기(300)는 릴레이부(200)를 통해 배터리 모듈(10)에 있는 각 배터리 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압을 측정하여 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압편차를 계산하고 각 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압과 전압편차와의 관계를 이용하여 셀들(BC1 ∼ BC4)의 충방전을 제어한다. 이때, 전압 편차는 배터리 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압 중 가장 높은 전압(Max voltage)과 가장 낮은 전압(Min voltage) 사이의 차이를 의미한다. 예컨대, 충방전 제어기(300)는 배터리 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압을 측정한 후 밸런싱을 위해 충전해야 할 양(충전량)과 방전해야 할 양(방전량)을 비교하여 그 결과에 따라 충전 또는 방전을 선택적으로 수행한다.

도 2는 도 1의 배터리 셀 밸런싱 장치의 밸런싱 동작을 설명하기 위한 동작 순서도이다.

먼저, 배터리 셀 밸런싱 장치의 접속부(100)를 배터리 모듈(10)의 전압 측정용 커넥터(12)에 결합시켜 배터리 모듈(10)을 릴레이부(200)와 전기적으로 연결시킨다(S210).

이어서, 충방전 제어기(300)는 배터리 모듈(10)에 있는 배터리 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압을 순차적으로 측정한다(S220).

예컨대, 충방전 제어기(300)는 스위칭제어신호(SWC)를 이용하여 밸런싱 스위치들(SW1 ∼ SW10)의 온/오프를 제어함으로써 각각의 배터리 셀(BC1 ∼ BC4)의 양단이 충방전 제어기(300)의 양 단자(H, L)와 선택적으로 연결되도록 제어하여 각 배터리 셀(BC1 ∼ BC4)의 전압을 측정한다. 예컨대, 충방전 제어기(300)는 밸런싱 스위치(SW1, SW4)를 온시키고 다른 스위치들은 오프시킴으로써, 배터리 셀(BC1)만 (+) 단자와 (-) 단자가 각각 충방전 제어기(300)의 H 단자와 L 단자에 연결되도록 하여 배털 셀(BC1)의 전압을 측정한다. 배터리 셀(BC1)에 대한 전압 측정이 완료되면, 충방전 제어기(300)는 마찬가지로 밸런싱 스위치(SW3, SW6)를 온시키고 다른 스위치들은 오프시킴으로써, 배터리 셀(BC2)만 (+) 단자와 (-) 단자가 각각 충방전 제어기(300)의 H 단자와 L 단자에 연결되도록 하여 배털 셀(BC2)의 전압을 측정한다. 이와 같은 방법으로, 나머지 배터리 셀들(BC3, BC4)의 전압도 측정한다.

배터리 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압 측정이 완료되면, 충방전 제어기(300)는 측정된 셀 전압들을 비교하여 최고 전압(Max voltage)과 최저 전압(Min voltage)을 판단한 후 이들 사이의 전압 차(Max voltage - Min voltage) 즉 전압 편차를 계산한다(S230).

다음에, 충방전 제어기(300)는 측정된 배터리 셀들의 전압들 및 전압 편차를 이용하여 방전량과 충전량을 계산한다(S240).

이를 위해, 충방전 제어기(300)는 배터리 셀들(BC1 ∼ BC4)의 전압 수준을 모두 최저 전압의 수준으로 할 경우에 방전해야 할 총량을 방전량으로 한다. 예컨대, 충방전 제어기(300)는 각 셀 전압에서 최저 전압을 뺀 값들의 합을 방전량으로 계산한다.

그리고, 충방전 제어기(300)는 충전량을 계산한다. 예컨대, 충방전 제어기(300)는 전압 편차에 전압이 측정된 배터리 셀들의 수를 곱한 후 그 값을 2로 나눈 값을 충전량으로 한다.

다음에 충방전 제어기(300)는 방전량과 충전량을 비교한다(S250).

비교 결과, 방전량이 충전량 보다 크거나 같으면, 충방전 제어기(300)는 각 배터리 셀들을 최고 전압을 갖는 배터리 셀의 전압까지 충전시킨다(S260).

예컨대, 충방전 제어기(300)는 S220에서와 같이 스위칭제어신호(SWC)를 이용하여 밸런싱 스위치들(SW1 ∼ SW10)의 온/오프를 제어함으로써 각각의 배터리 셀(BC1 ∼ BC4)의 양단이 충방전 제어기(300)의 양 단자(H, L)와 선택적으로 연결되도록 제어하여 각 배터리 셀(BC1 ∼ BC4)의 전압을 최고 전압을 갖는 배터리 셀의 전압까지 충전시킨다.

S250에서의 비교 결과, 방전량이 충전량보다 작으면, 충방전 제어기(300)는 각 배터리 셀들을 최저 전압을 갖는 배터리 셀의 전압까지 방전시킨다(S260).

예컨대, S250에서와 같이 각각의 배터리 셀(BC1 ∼ BC4)의 양단이 충방전 제어기(300)의 양 단자(H, L)와 선택적으로 연결되도록 스위칭제어신호(SWC)를 이용하여 밸런싱 스위치들(SW1 ∼ SW10)의 온/오프를 제어한 후 양 단자(H, L)가 충방전 제어기(300) 내부의 밸런싱 저항(미도시)과 연결되도록 함으로써 방전이 이루어지도록 할 수 있다.

상술한 본 고안의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 배터리 모듈 12 : 전압 측정용 커넥터
100 : 접속부 200 : 릴레이부
300 : 충방전 제어기

Claims (9)

1. 직렬 연결된 복수의 배터리 셀들의 전압을 균형화시키기 위한 장치에 있어서,
   상기 배터리 셀들의 전압을 측정하여 상기 배터리 셀들의 전압들 중 최고 전압과 최저 전압의 전압 편차를 계산하고, 전압이 측정된 상기 배터리 셀들의 수와 상기 전압 편차를 이용하여 계산된 충전량과 상기 배터리 셀들의 전압 수준을 상기 최저 전압의 수준으로 할 경우에 방전해야 할 방전량을 비교하여 상기 배터리 셀들에 대한 충전 또는 방전을 수행하는 충방전 제어기; 및
   상기 충방전 제어기로부터의 제어신호에 따라 상기 배터리 셀들 중 특정 셀을 상기 충방전 제어기와 전기적으로 연결시켜주는 릴레이부를 포함하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리 셀들이 패키징된 배터리 모듈의 전압 측정용 커넥터와 물리적으로 접속되어 상기 전압 측정용 커넥터의 단자들과 상기 릴레이부의 단자들을 물리적으로 연결시켜주는 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 충방전 제어기는
   각 배터리 셀의 전압에서 상기 최저 전압을 뺀 값들의 합을 상기 방전량으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 충방전 제어기는
   상기 전압 편차에 전압이 측정된 상기 배터리 셀들의 수를 곱한 후 그 값을 2로 나눈 값을 상기 충전량으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 충방전 제어기는
   상기 방전량이 상기 충전량보다 크면 상기 배터리 셀들을 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 충방전 제어기는
   측정된 배터리 셀들의 전압들 중 최고 전압까지 상기 배터리 셀들을 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 충방전 제어기는
   상기 방전량이 상기 충전량보다 작으면 상기 배터리 셀들을 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 충방전 제어기는
   측정된 배터리 셀들의 전압들 중 최저 전압까지 상기 배터리 셀들을 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 밸런싱 장치.

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