KR20190071455A - Apparatus and method for cell balancing - Google Patents
Apparatus and method for cell balancing Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190071455A KR20190071455A KR1020170172518A KR20170172518A KR20190071455A KR 20190071455 A KR20190071455 A KR 20190071455A KR 1020170172518 A KR1020170172518 A KR 1020170172518A KR 20170172518 A KR20170172518 A KR 20170172518A KR 20190071455 A KR20190071455 A KR 20190071455A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- secondary battery
- charging
- balancing circuit
- module
- battery
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- 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
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
- H01M10/6572—Peltier elements or thermoelectric devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
-
- 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
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전 소자를 이용하여 적어도 하나의 이차 전지의 전하를 균등화하는 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell balancing apparatus and method, and more particularly, to a cell balancing apparatus and method for equalizing charge of at least one secondary battery using a thermoelectric element.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, and portable telephones has been rapidly increased, and development of batteries, robots, and satellites for energy storage has been accelerated. Thus, a high performance rechargeable battery Researches are being actively conducted.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 및 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.The lithium secondary battery is free from charge / discharge because it has almost no memory effect compared with a nickel-based secondary battery. In addition, The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
배터리는 다양한 분야에서 이용되는데, 전기 구동 차량 또는 스마트 그리드 시스템과 같이 최근에 배터리가 많이 활용되는 분야는 큰 용량을 필요로 하는 경우가 많다. 배터리 팩의 용량을 증가하기 위해서는 이차 전지, 즉 배터리 셀 자체의 용량을 증가시키는 방법이 있을 수 있겠지만, 이 경우 용량 증대 효과가 크지 않고, 이차 전지의 크기 확장에 물리적 제한이 있으며 관리가 불편하다는 단점을 갖는다. 따라서, 통상적으로는 다수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 팩이 널리 이용된다.Batteries are used in a variety of applications, such as electric powered vehicles or smart grid systems, where battery-intensive applications often require large capacities. In order to increase the capacity of the battery pack, there may be a method of increasing the capacity of the secondary battery, that is, the battery cell itself. However, in this case, there is a disadvantage that the capacity increase effect is not large and the size of the secondary battery is physically limited, Respectively. Therefore, a battery pack in which a plurality of battery modules are connected in series and in parallel is widely used.
상기 배터리 팩을 구성하는 다수의 배터리 모듈은 사용 시간이 경과됨에 따른 본질적인 특성 또는 제조 환경의 차이, 시스템 적용의 다원성 등에 기인하여 이차 전지들 간의 용량(capacity) 성능의 차이가 발생하게 되고 이는 충방전에 의한 해당 모듈 단자 전압의 차이 또는 SOC(State Of Charge)차이를 발생시키게 된다.A difference in capacity performance between secondary batteries arises due to intrinsic characteristics, differences in manufacturing environment, multiplicity of application of the system, etc., due to elapsed use time of the battery modules constituting the battery pack, The difference in terminal voltage of the corresponding module or the state of charge (SOC) difference due to the difference in the voltage of the corresponding module is generated.
배터리 모듈을 구성하는 이차 전지들은 전기화학적 특성이 동일하지 않을 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 충방전 사이클 수가 증가하면 각 이차 전지마다 퇴화 정도가 달라지므로 이차 전지들의 성능 편차는 더 커질 수 있다. 따라서, 배터리 모듈이 충방전되는 동안 각 이차 전지의 충전 상태는 서로 다른 속도로 상승 또는 하강할 수 있다.Secondary batteries constituting the battery module may not have the same electrochemical characteristics. Also, as the number of charging / discharging cycles of the battery module increases, the degradation degree of each secondary battery varies, so that the performance deviation of the secondary batteries may become larger. Thus, while the battery module is charged and discharged, the charging states of the respective secondary batteries can be raised or lowered at different speeds.
이러한 성능의 차이를 가지는 다수의 이차 전지가 하나의 배터리 모듈로서 구동하는 경우, 성능이 저하된 특정 이차 전지에 의하여 배터리 모듈 전체의 충전 또는 방전 능력이 제한되고, 배터리 모듈이 노화되며, 과전압 등의 문제점이 발생할 수 있다.When a plurality of secondary batteries having such a performance difference are driven as one battery module, the charging or discharging ability of the entire battery module is limited by the specific secondary battery whose performance is degraded, the battery module is aged, Problems may arise.
종래에는 이차 전지들 상호 간의 충전 상태 편차를 해소하기 위해, 충전 상태가 상대적으로 높은 이차 전지를 강제 방전시키는 벅(BUCK) 밸런싱이 주로 사용되었다. 그런데, 벅 밸런싱은 밸런싱 과정에서 에너지가 낭비되는 문제가 있었다. 또한, 벅 밸런싱을 진행하면, 벅 밸런싱을 진행하는 동안 충전을 할 수 없어 배터리 모듈의 만충전까지 소요되는 충전 시간이 그 만큼 길어지는 문제가 있었다.BACKGROUND ART [0002] Conventionally, in order to solve a charging state deviation between secondary batteries, a BUCK balancing which forcibly discharges a secondary battery having a relatively high charging state has been mainly used. Buck balancing, however, has wasted energy in the balancing process. Also, if the buck balancing is performed, the charging can not be performed during the buck balancing, and the charging time required until the battery module is fully charged has become long.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 열전 소자를 이용하여 이차 전기 간 밸런싱을 효과적으로 수행할 수 있는 셀 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a cell balancing apparatus and method capable of efficiently performing secondary electrical balancing using a thermoelectric element.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It is also to be understood that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations thereof.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치는, 다수의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈에서 적어도 하나의 이차 전지의 전하를 균등화하는 장치로서, 상기 이차 전지의 양단과 각각 연결되어 상기 이차 전지로부터 전력을 공급받고, 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 방출하도록 구성된 제1 밸런싱 회로; 하나 이상의 열전 소자를 구비하여, 상기 제1 밸런싱 회로에 의해 방출된 열에너지를 이용하여 전력을 생성하도록 구성된 열전 모듈; 상기 열전 모듈에 의해 생성된 전력을 적어도 하나의 이차 전지로 공급하도록 구성된 제2 밸런싱 회로; 상기 열전 모듈의 양단과 상기 제2 밸런싱 회로 사이를 연결하여, 상기 열전 모듈에 의해 생성된 전력을 상기 제2 밸런싱 회로로 공급하도록 구성된 저전압 충전 라인; 및 상기 다수의 이차 전지의 충전 상태를 계산하며, 계산된 충전 상태를 기초로 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지를 결정하고, 상기 방전 대상 이차 전지와 연결된 상기 제1 밸런싱 회로 및 상기 충전 대상 이차 전지와 연결된 상기 제2 밸런싱 회로를 제어하여, 상기 방전 대상 이차 전지 및 상기 충전 대상 이차 전지의 밸런싱을 수행하는 제어부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for balancing charge of at least one secondary battery in a battery module including a plurality of secondary batteries, A first balancing circuit configured to receive power from the secondary battery and convert the supplied power into heat energy and discharge the heat energy; A thermoelectric module having at least one thermoelectric element, the thermoelectric module being configured to generate power using the thermal energy emitted by the first balancing circuit; A second balancing circuit configured to supply power generated by the thermoelectric module to at least one secondary battery; A low voltage charging line coupled between both ends of the thermoelectric module and the second balancing circuit, the low voltage charging line configured to supply power generated by the thermoelectric module to the second balancing circuit; And a controller configured to calculate a charging state of the plurality of secondary batteries, determine a discharge target secondary battery and a charging target secondary battery based on the calculated charging state, And a control unit controlling the second balancing circuit connected to the battery to perform balancing of the discharge target secondary battery and the charging target secondary battery.
또한, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 상기 다수의 이차 전지의 온도를 일정하게 유지시키는 냉각 모듈을 더 포함할 수 있다.In addition, the cell balancing apparatus according to the present invention may further include a cooling module that maintains the temperatures of the plurality of secondary batteries at a constant level.
또한, 상기 제1 밸런싱 회로는, 상기 이차 전지의 양단과 각각 연결되어 상기 이차 전지로부터 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 방출하는 발열 저항 및 상기 발열 저항과 직렬로 연결되어 상기 발열 저항에 전력을 공급하도록 구성된 방전 스위치를 구비할 수 있다.The first balancing circuit may include a heating resistor connected to both ends of the secondary battery to convert the power supplied from the secondary battery into heat energy and discharge the heat energy, and a second balancing circuit connected in series with the heating resistor to supply power to the heating resistor. And a discharge switch configured to discharge the discharge gas.
또한, 상기 제2 밸런싱 회로는, 일단이 상기 저전압 충전 라인에 연결되고 타단이 상기 이차 전지의 양단에 연결되며 서로 병렬 연결되는 복수의 충전 경로를 구비하고, 상기 충전 경로는, 전류 경로를 선택적으로 개폐하는 적어도 하나의 충전 스위치를 구비할 수 있다.The second balancing circuit may include a plurality of charging paths, one end of which is connected to the low-voltage charging line and the other end of which is connected to both ends of the secondary battery and are connected in parallel to each other. And at least one charging switch for opening and closing can be provided.
또한, 상기 열전 모듈은, 상기 열전 소자의 고온 플레이트가 상기 제1 밸런싱 회로를 향하고, 상기 열전 소자의 저온 플레이트가 상기 냉각 모듈을 향할 수 있다.The thermoelectric module may also have a high temperature plate of the thermoelectric device facing the first balancing circuit and a low temperature plate of the thermoelectric device facing the cooling module.
또한, 상기 열전 소자는, 상기 고온 플레이트가 상기 발열 저항에 접촉하고 상기 저온 플레이트가 상기 냉각 모듈에 접촉하며, 일단이 상기 저전압 충전 라인의 양극 단자와 연결되고 타단이 상기 저전압 충전 라인의 음극 단자에 연결되도록 구성될 수 있다.The thermoelectric device is characterized in that the high temperature plate is in contact with the heating resistor and the low temperature plate is in contact with the cooling module and one end is connected to the positive terminal of the low voltage charging line and the other end is connected to the negative terminal of the low voltage charging line Can be configured to be connected.
또한, 상기 제어부는, 상기 방전 대상 이차 전지와 연결된 상기 방전 스위치 및 상기 충전 대상 이차 전지와 연결된 상기 충전 스위치를 선택적으로 개폐할 수 있다.The control unit may selectively open and close the discharge switch connected to the discharge target secondary battery and the charge switch connected to the charge target secondary battery.
또한, 상기 제어부는, 상기 방전 대상 이차 전지로부터 방전된 전기에너지가 상기 충전 대상 이차 전지로 공급되도록 상기 방전 대상 이차 전지와 연결된 상기 방전 스위치 및 상기 충전 대상 이차 전지와 연결된 상기 충전 스위치를 턴온 시킬 수 있다.The control unit may turn on the charging switch connected to the discharging switch connected to the discharge target secondary battery and the charging target secondary battery so that electric energy discharged from the discharging target secondary battery is supplied to the charging target secondary battery have.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising a cell balancing device according to the present invention.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법은, 다수의 이차 전지를 구비하는 배터리 모듈에서 적어도 하나의 이차 전지의 전하를 균등화하는 방법으로서, 상기 다수의 이차 전지의 충전 상태를 계산하며, 계산된 충전 상태를 기초로 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지를 결정하는 단계; 상기 방전 대상 이차 전지로부터 전력을 공급받고, 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 변환된 열에너지를 방출하는 단계; 상기 열에너지 방출 단계에 의해 방출된 열에너지를 이용하여 전력을 생성하는 단계; 및 상기 전력 생성 단계에 의해 생성된 전력을 상기 충전 대상 이차 전지로 공급하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of balancing charge of at least one secondary battery in a battery module having a plurality of secondary batteries, Calculating a charged state of the battery, and determining a discharge target secondary battery and a charging target secondary battery based on the calculated state of charge; Receiving electric power from the secondary battery to be discharged, converting the supplied electric power into thermal energy and discharging the converted thermal energy; Generating power using thermal energy emitted by the thermal energy emitting step; And supplying the power generated by the power generating step to the rechargeable battery.
본 발명에 의하면, 이차 전지 간 전하 균등화를 위해 방전 및 충전이 필요한 이차 전지를 선택하는 구성에 있어서, 충전 상태가 높은 이차 전지 및 충전 상태가 낮은 이차 전지를 선택적으로 방전 및 충전할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, there is an advantage in that a secondary battery having a high charging state and a secondary battery having a low charging state can be selectively discharged and charged in a configuration for selecting a secondary battery requiring discharging and charging for charge equalization between secondary batteries have.
특히, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지에 대하여 동시에 방전 및 충전을 진행할 수 있는 장점이 있다.Particularly, according to this aspect of the present invention, there is an advantage that discharge and charge can proceed simultaneously to the discharge target secondary battery and the charging target secondary battery.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 밸런싱 과정에서 에너지를 낭비하지 않을 수 있고, 이차 전지 간 전하 균등화 속도가 빨라지는 장점이 있다.According to an aspect of the present invention, there is an advantage that energy is not wasted in the cell balancing process and the speed of charge equalization between secondary cells is increased.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.In addition, the present invention can have various other effects, and other effects of the present invention can be understood by the following description, and can be more clearly understood by the embodiments of the present invention.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치에 구비된 밸런싱 회로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자와 셀 밸런싱 장치의 일부 구성요소 사이의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치의 일부 구성에 의해 배터리 모듈이 충전되는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, And should not be construed as limiting.
1 is a view schematically showing a configuration of a cell balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a balancing circuit included in a cell balancing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a view schematically showing a connection structure between a thermoelectric element and some components of a cell balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view schematically illustrating a process of charging a battery module by a part of a cell balancing device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flow chart schematically illustrating a cell balancing method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor should appropriately interpret the concept of the term appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 배터리 모듈(B)의 전하를 균등화하는 장치이다. 여기서, 배터리 모듈(B)에는 다수의 이차 전지(10)가 구비될 수 있다. 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 다수의 이차 전지(10)를 구비하는 배터리 모듈(B)에서 적어도 하나의 이차 전지(10)의 전하를 균등화할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 직렬 및/또는 병렬 연결된 복수의 이차 전지(10)를 포함하는 배터리 모듈(B)에 적용될 수 있다.The cell balancing apparatus according to the present invention is an apparatus for equalizing the charge of the battery module (B). Here, the battery module B may include a plurality of
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of a cell balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 제1 밸런싱 회로(100), 열전 모듈(300), 제2 밸런싱 회로(200), 저전압 충전 라인(L) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.1, a cell balancing apparatus according to the present invention includes a
상기 제1 밸런싱 회로(100)는, 이차 전지(10)의 양단과 각각 연결될 수 있다. 즉, 제1 밸런싱 회로(100)는, 각 이차 전지(10)의 양극 단자 및 음극 단자와 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 밸런싱 회로(100)는, 배터리 모듈(B)에 복수의 이차 전지(10)가 구비된 경우, 각 이차 전지(10)의 양단과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.The
상기 제1 밸런싱 회로(100)는, 이차 전지(10)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 특히, 제1 밸런싱 회로(100)는, 적어도 하나의 이차 전지(10)로부터 방전되는 전력을 공급받을 수 있다. 여기서, 제1 밸런싱 회로(100)는, 각 이차 전지(10)의 양단과 연결된 경로를 통해 각 이차 전지(10)로부터 전력을 공급받을 수 있다.The
상기 제1 밸런싱 회로(100)는, 이차 전지(10)로부터 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 방출하도록 구성될 수 있다. 특히, 제1 밸런싱 회로(100)는, 적어도 하나의 이차 전지(10)로부터 방전되는 전력 즉, 전기에너지를 열에너지로 변환하여, 변환된 열에너지를 방출할 수 있다. 이를테면, 제1 밸런싱 회로(100)는, 열에너지를 공기 중에 방출하여 공기를 가열할 수 있다. 또는, 제1 밸런싱 회로(100)는, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치의 다른 구성요소로 열에너지를 전달할 수 있다.The
상기 열전 모듈(300)은, 하나 이상의 열전 소자를 구비할 수 있다. 여기서, 열전 소자는, 양 대향부의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 제백효과(Seebeck effect)를 이용하는 일종의 반도체 소자로 구현될 수 있다.The
상기 열전 모듈(300)은, 제1 밸런싱 회로(100)에 의해 방출된 열에너지를 이용하여 전력을 생성하도록 구성될 수 있다. 특히, 열전 모듈(300)은, 제1 밸런싱 회로(100)로부터 공급받은 열에너지를 이용하여 열전 소자의 양면 사이에 온도차를 발생시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 열전 모듈(300)은, 상기 온도차를 이용하여 열전 소자를 통해 기전력을 생성할 수 있다.The
상기 제2 밸런싱 회로(200)는, 열전 모듈(300)에 의해 생성된 전력을 적어도 하나의 이차 전지(10)로 공급하도록 구성될 수 있다. 특히, 제2 밸런싱 회로(200)는, 상기 열전 소자에 의해 발생한 기전력을 통해 전력을 공급받을 수 있다. 즉, 제2 밸런싱 회로(200)는, 열전 소자의 양단과 연결되어, 열전 소자로부터 전력을 공급받을 수 있다.The
또한, 제2 밸런싱 회로(200)는, 각 이차 전지(10)의 양단과 각각 연결되어 각 이차 전지(10)로 전력을 공급할 수 있다. 즉, 제2 밸런싱 회로(200)는, 각 이차 전지(10)의 양극 단자 및 음극 단자와 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제2 밸런싱 회로(200)는, 배터리 모듈(B)에 복수의 이차 전지(10)가 구비된 경우, 각 이차 전지(10)의 양단과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 제2 밸런싱 회로(200)는, 열전 소자로부터 공급받은 전력을 적어도 하나의 이차 전지(10)로 전달할 수 있다.In addition, the
상기 저전압 충전 라인(L)은, 열전 모듈(300)의 양단과 제2 밸런싱 회로(200) 사이를 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 저전압 충전 라인(L)은, 열전 모듈(300)의 양극 단자와 제2 밸런싱 회로(200)의 양극 단자 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 저전압 충전 라인(L)은, 열전 모듈(300)의 음극 단자와 제2 밸런싱 회로(200)의 음극 단자 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 저전압 충전 라인(L)은, 열전 모듈(300)에 의해 생성된 전력을 제2 밸런싱 회로(200)로 공급할 수 있다. 즉, 저전압 충전 라인(L)은, 열전 모듈(300)의 양단에 인가된 전력을 제2 밸런싱 회로(200)의 양단으로 전달할 수 있다.The low-voltage charging line (L) may connect both ends of the thermoelectric module (300) and the second balancing circuit (200). 1, the low-voltage charging line L may electrically connect between the positive terminal of the
바람직하게는, 저전압 충전 라인(L)은, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 변압기(800)를 구비할 수 있다.Preferably, the low-voltage charging line L may include a
상기 변압기(800)는, 제2 밸런싱 회로(200) 및 열전 모듈(300) 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 변압기(800)는, 적어도 하나의 이차 전지(10)를 충전할 수 있는 수준으로 열전 모듈(300)로부터 공급받은 전력을 감소시킬 수 있다. 여기서, 변압기(800)의 전력 변환 비는 저전압 충전 라인(L)을 통해 충전시키고자 하는 이차 전지(10)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 변압기(800)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 가변 변압기 소자를 이용하여 구현될 수 있다. 이를테면, 변압기(800)는, 제어부(400)의 제어 신호에 따라 도선을 감는 코일의 수가 조절됨으로써, 상기 전력 변환 비가 조절될 수 있다.The
상기 제어부(400)는, 다수의 이차 전지(10)의 충전 상태를 계산할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(710), 전류 측정부(730) 및 온도 측정부(750)를 포함할 수 있다.The
상기 전압 측정부(710)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전압 측정부(710)는, 제어부(400)의 통제 하에, 시간 간격을 두고 각 배터리 모듈(B)의 양단 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 제어부(400)로 출력할 수 있다. 이때, 제어부(400)는, 전압 측정부(710)로부터 출력되는 신호로부터 각 배터리 모듈(B)의 전압을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전압 측정부(710)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 각 배터리 모듈(B)의 전압을 측정하기 위한 전압 측정부(710)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. The voltage measuring unit 710 may be electrically connected to the
상기 전류 측정부(730)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전류 측정부(730)는, 제어부(400)의 통제하에 시간 간격을 두고 각 배터리 모듈(B)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 반복 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 제어부(400)로 출력할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 전류 측정부(730)로부터 출력되는 신호로부터 전류의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(730)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 구현될 수 있다. 홀 센서 또는 센스 저항은 전류가 흐르는 선로에 설치될 수 있다. 각 배터리 모듈(B)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 측정하기 위한 전류 측정부(730)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The current measuring unit 730 may be electrically connected to the
상기 온도 측정부(750)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 제어부(400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 온도 측정부(750)는, 시간 간격을 두고 각 배터리 모듈(B)의 온도를 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 제어부(400)로 출력할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 온도 측정부(750)로부터 출력되는 신호로부터 각 배터리 모듈(B)의 온도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(750)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(Thermocouple)를 이용하여 구현될 수 있다. 각 배터리 모듈(B)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(750)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The temperature measuring unit 750 may be electrically connected to the
제어부(400)는, 전압 측정부(710), 전류 측정부(730) 및 온도 측정부(750)로부터 수신한 적어도 하나의 이차 전지(10)에 대한 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 이용하여, 각 이차 전지(10)의 충전 상태를 계산하여 모니터링 할 수 있다. 즉, 제어부(400)는, 적어도 하나의 이차 전지(10)가 충전 또는 방전되는 동안 각각의 충전 상태(SOC)를 계산하여 모니터링 할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(400)는, 각 이차 전지(10)의 충전 전류 및 방전 전류를 적산하여 각 이차 전지(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다. 여기서, 각 이차 전지(10)의 충전 또는 방전이 시작될 때 충전 상태의 초기값은 충전 또는 방전이 시작되기 전에 측정한 각 이차 전지(10)의 개방 전압(OCV)을 이용하여 결정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는 개방 전압 별로 충전 상태를 정의한 개방 전압-충전 상태 룩업 테이블을 포함하고, 룩업 테이블로부터 각 이차 전지(10)의 개방 전압에 대응되는 충전 상태를 맵핑할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 다른 실시예에서, 제어부(400)는, 확장 칼만 필터를 이용하여 각 이차 전지(10)의 충전 상태를 산출할 수 있다. 확장 칼만 필터는 이차 전지(10)의 전압, 전류 및 온도를 이용하여 이차 전지(10)의 충전 상태를 적응적으로 추정하는 수학적 알고리즘을 말한다. 여기서, 확장 칼만 필터를 이용한 충전 상태의 추정은, 일 예로서 그레고리 엘 플레트(Gregory L. Plett)의 논문 "Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3" (Journal of Power Source 134, 2004, p. 252-261)을 참조할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the
각 이차 전지(10)의 충전 상태는 전술한 전류 적산법 또는 확장 칼만 필터 이외에도 각 이차 전지(10)의 전압, 전류 및 온도를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정될 수 있다.The state of charge of each
더욱 바람직하게는, 제어부(400)는, 각 이차 전지(10)의 SOC 사용 영역을 결정할 수 있다. 특히, 제어부(400)는, 각 이차 전지(10)의 상태를 기초로 각 이차 전지(10) 마다 SOC하한값 및 SOC상한값을 결정하여, 각 이차 전지(10)의 사용 영역을 결정할 수 있다. 이를테면, 제어부(400)는, 각 이차 전지(10)의 전압, 전류 및 온도를 기초로 각 이차 전지(10)의 사용 영역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는, 3개의 이차 전지(10)가 배터리 모듈(B)에 구비된 경우, 제1 이차 전지의 SOC 사용 영역은, 20%~80%로 결정할 수 있다. 또한, 제2 이차 전지의 SOC 사용 영역은, 35%~75%로 결정할 수 있다. 또한, 제3 이차 전지의 SOC 사용 영역은, 40%~90%로 결정할 수 있다.More preferably, the
제어부(400)는, 각 이차 전지(10)의 충전 상태를 계산하고, 계산된 충전 상태를 기초로 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지를 결정할 수 있다. 즉, 방전 대상 이차 전지는, 이차 전지(10)의 충전 상태가 미리 설정된 상한값 보다 큰 이차 전지(10)일 수 있다. 또한, 충전 대상 이차 전지는, 이차 전지(10)의 충전 상태가 미리 설정된 하한값 보다 작은 이차 전지(10)일 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는, 미리 설정된 상한값이 80%이고 미리 설정된 하한값이 20%인 경우, 충전 상태가 80%보다 큰 이차 전지(10)는 방전 대상 이차 전지로 결정하고, 충전 상태가 20%보다 작은 이차 전지(10)는 충전 대상 이차 전지로 결정할 수 있다.The
바람직하게는, 제어부(400)는, 이차 전지(10)의 SOC 사용 영역을 기초로, 이차 전지(10)의 충전 상태가 SOC상한값과 같거나 SOC상한값 보다 큰 경우 해당 이차 전지(10)를 방전 대상 이차 전지로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(400)는, 이차 전지(10)의 충전 상태가 SOC하한값과 같거나 SOC하한값 보다 작은 경우 해당 이차 전지(10)를 충전 대상 이차 전지로 결정할 수 있다. 예를 들어, 전술한 예와 같이, 제1 이차 전지의 SOC 사용 영역은 20%~80%이고, 제2 이차 전지의 SOC 사용 영역은 35%~75%이고, 제3 이차 전지의 SOC 사용 영역은 40%~90%인 경우에, 제어부(400)는, 제1 이차 전지의 충전 상태가 80%인 경우 제1 이차 전지를 방전 대상 이차 전지로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(400)는, 제2 이차 전지의 충전 상태가 30%인 경우 제2 이차 전지를 충전 대상 이차 전지로 결정할 수 있다. 또한, 제어부(400)는, 제3 이차 전지의 충전 상태가 40%인 경우 제3 이차 전지를 충전 대상 이차 전지로 결정할 수 있다.The
제어부(400)는, 방전 대상 이차 전지와 연결된 제1 밸런싱 회로(100) 및 충전 대상 이차 전지와 연결된 제2 밸런싱 회로(200)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어부(400)는, 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지의 밸런싱을 수행할 수 있다. 이에 대하여, 도 2 내지 도 5를 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.The
바람직하게는, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 냉각 모듈(500)을 더 포함할 수 있다.Preferably, the cell balancing apparatus according to the present invention may further include a
상기 냉각 모듈(500)은, 다수의 이차 전지(10)의 온도를 일정하게 유지시키도록 구성될 수 있다. 즉, 냉각 모듈(500)은, 다수의 이차 전지(10)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각 모듈(500)은, 수냉식 또는 공냉식 구조로 구성되어, 배터리 모듈(B)에 구비된 다수의 이차 전지(10)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 냉각 모듈(500)은, 열전 모듈(300)의 일측에 위치할 수 있다. 즉, 열전 모듈(300)은, 제1 밸런싱 회로(100)와 냉각 모듈(500) 사이에 위치할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 열전 모듈(300)은, 일측의 냉각 모듈(500)과 타측의 제1 밸런싱 회로(100) 사이의 온도차를 이용하여 기전력을 생성할 수 있다.The
이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 냉각 모듈을 열전 모듈의 일측 즉, 저온 플레이트 측에 위치시켜 열전 모듈의 고온 플레이트 및 저온 플레이트 사이의 온도차를 더욱 확대하여 보다 높은 기전력을 생성할 수 있는 장점이 있다.With such a configuration, the cell balancing device according to the present invention generates a higher electromotive force by further increasing the temperature difference between the high-temperature plate and the low-temperature plate of the thermoelectric module by locating the cooling module on one side of the thermoelectric module, There is an advantage to be able to do.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 저장 모듈(600)을 더 포함할 수 있다.More preferably, the cell balancing device according to the present invention may further include a
상기 저장 모듈(600)은, 전기에너지를 저장할 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 저장 모듈(600)은, 열전 모듈(300)로부터 생성된 전기에너지를 저장할 수 있도록 에너지 저장 소자를 구비할 수 있다. 이를테면, 저장 모듈(600)은, 적어도 하나의 커패시터를 구비할 수 있다. 여기서, 저장 모듈(600)은, 열전 모듈(300)의 양단과 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 저장 모듈(600)의 양극 단자는 열전 모듈(300)의 양극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 저장 모듈(600)의 음극 단자는 열전 모듈(300)의 음극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.The
이와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치는, 본 발명의 일 측면에서, 방전 대상 이차 전지는 없고 충전 대상 이차 전지만 있는 경우, 저장 모듈(600)에 저장된 전기에너지를 충전 대상 이차 전지로 공급할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the aspect of the present invention, when there is no secondary battery to be discharged and only the secondary battery is to be charged, the cell balancing device according to the embodiment of the present invention charges the electric energy stored in the
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치는, 충전 대상 이차 전지는 없고 방전 대상 이차 전지만 있는 경우, 방전 대상 이차 전지로부터 공급되는 에너지를 저장 모듈(600)에 저장할 수 있다. In addition, in the cell balancing apparatus according to another embodiment of the present invention, when there is no secondary battery to be charged and only the secondary battery to be discharged exists, energy to be supplied from the secondary battery to be discharged may be stored in the
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치는, 열전 모듈(300)에서 생성되는 기전력이 방전 대상 이차 전지에서 필요로 하는 에너지보다 더 큰 경우, 방전 대상 이차 전지로 공급하고 남는 에너지를 저장 모듈(600)에 저장할 수 있다. When the electromotive force generated by the
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치는, 열전 모듈(300)에서 생성되는 기전력이 방전 대상 이차 전지에서 필요로 하는 에너지보다 더 작은 경우, 열전 모듈(300)에서 생성되는 기전력 및 저장 모듈(600)에 저장된 에너지를 방전 대상 이차 전지로 공급할 수 있다.When the electromotive force generated by the
따라서, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 저장 모듈(600)을 이용하여 에너지를 효율적으로 분배하여 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the cell balancing apparatus according to the present invention is advantageous in that energy can be efficiently distributed by using the
또한, 바람직하게는, 저전압 충전 라인(L)은, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 복수의 제어 스위치(SW)를 구비할 수 있다.Further, preferably, the low-voltage charging line L may include a plurality of control switches SW, as shown in the configuration of Fig.
상기 복수의 제어 스위치(SW)는, 제어 제1 스위치(SW1), 제어 제2 스위치(SW2) 및 제어 제3 스위치(SW3)를 포함할 수 있다. The plurality of control switches SW may include a control first switch SW1, a control second switch SW2, and a control third switch SW3.
상기 제어 제1 스위치(SW1)는, 열전 모듈(300)의 일단, 제2 밸런싱 회로(200)의 일단 및 저장 모듈(600)의 일단이 공통 접속되는 노드(N)와 열전 모듈(300)의 일단 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제어 제1 스위치(SW1)는, 열전 모듈(300)의 양극 단자, 제2 밸런싱 회로(200)의 양극 단자 및 저장 모듈(600)의 양극 단자가 공통 접속 되는 노드(N)와 열전 모듈(300)의 양극 단자 사이에 위치할 수 있다.The control first switch SW1 is connected to a node N to which one end of the
상기 제어 제2 스위치(SW2)는, 제2 밸런싱 회로(200)의 일단과 상기 노드(N) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제어 제2 스위치(SW2)는, 제2 밸런싱 회로(200)의 양극 단자와 노드(N) 사이에 위치할 수 있다.The control second switch SW2 may be located between one end of the
상기 제어 제3 스위치(SW3)는, 저장 모듈(600)의 일단과 상기 노드(N) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 제어 제3 스위치(SW3)는, 저장 모듈(600)의 양극 단자와 노드(N) 사이에 위치할 수 있다.The control third switch SW3 may be located between one end of the
제어부(400)는, 제어 제1 스위치(SW1), 제어 제2 스위치(SW2) 및 제어 제3 스위치(SW3)의 개폐를 선택적으로 제어할 수 있다. 즉, 제어부(400)는, 제어 제1 스위치(SW1), 제어 제2 스위치(SW2) 및 제어 제3 스위치(SW3) 각각으로 턴 온 또는 턴 오프 명령을 선택적으로 전달할 수 있다.The
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치에 구비된 밸런싱 회로를 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram of a balancing circuit included in a cell balancing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제1 밸런싱 회로(100)는, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)에 각각 연결된 복수의 방전 경로(D1, D2, D3, D4)를 포함할 수 있다. 2, a
바람직하게는, 복수의 방전 경로(D1, D2, D3, D4)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 발열 저항(130) 및 방전 스위치(110)를 각각 포함할 수 있다.Preferably, the plurality of discharge paths D1, D2, D3, and D4 may include a
상기 발열 저항(130)은, 이차 전지(10)의 양단과 각각 연결되어 이차 전지(10)로부터 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 방출할 수 있다. 또한, 상기 방전 스위치(110)는, 발열 저항(130)과 직렬로 연결되어 발열 저항(130)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.The
예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 방전 제1 경로(D1)는, 제1 이차 전지(11)의 양단에 연결되어 방전 제1 스위치(111)와 발열 제1 저항(131)을 포함할 수 있다. 여기서, 방전 제1 스위치(111)와 발열 제1 저항(131)은, 직렬로 연결될 수 있다. 유사하게, 방전 제2 경로(D2)는, 제2 이차 전지(12)의 양단에 연결되어 방전 제2 스위치(112)와 방전 제2 저항(132)을 포함할 수 있다. 여기서, 방전 제2 스위치(112)와 발열 제2 저항(132)은, 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 유사하게, 방전 제3 경로(D3) 및 방전 제4 경로(D4)는, 제3 이차 전지(13) 및 제4 이차 전지(14)의 양단에 각각 연결되어 방전 제3 스위치(113) 및 방전 제4 스위치(114)와 발열 제3 저항(133) 및 발열 제4 저항(134)을 각각 포함할 수 있다. 여기서, 방전 제3 스위치(113) 및 발열 제3 저항(133)은, 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 방전 제4 스위치(114) 및 발열 제4 저항(134)은, 직렬로 연결될 수 있다. 도 2에 도시하지는 않았지만, N개의 이차 전지(10)가 직렬 연결된 경우, 방전 제5 경로 내지 방전 제N 경로도 유사한 구성을 가질 수 있다.2, the discharge first path D1 is connected to both ends of the first
바람직하게는, 제어부(400)는, 복수의 방전 경로(D1, D2, D3, D4)에 구비된 방전 스위치(110)의 턴 온 또는 턴 오프를 개별적으로 제어할 수 있는 신호를 출력할 수 있다. 이를 통해, 제어부(400)는, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14) 중 적어도 하나의 이차 전지(10)를 개별적으로 방전 시킬 수 있다.The
또한, 본 발명에 따른 제2 밸런싱 회로(200)는, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)에 각각 연결된 복수의 충전 경로(C1, C2, C3, C4)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제2 밸런싱 회로(200)는, 저전압 충전 라인(L)과 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14) 사이에서, 일측이 저전압 충전 라인(L)에 연결되고, 타측이 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)에 연결될 수 있다.The
여기서, 복수의 충전 경로(C)는, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14) 중에서 선택된 적어도 하나의 이차 전지(10)와 저전압 충전 라인(L)을 선택적으로 연결할 수 있도록 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14)와 각각 연결될 수 있다. 이때, 충전 경로(C)는, 일단이 저전압 충전 라인(L)에 연결되고 타단이 이차 전지(10)의 양단에 연결될 수 있다.Here, the plurality of charging paths (C) include a plurality of secondary batteries (10, 12, 13, 14) so as to selectively connect the at least one secondary battery (10) And may be connected to the
예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 제2 밸런싱 회로(200)는, 충전 제1 경로(C1), 충전 제2 경로(C2), 충전 제3 경로(C3) 및 충전 제4 경로(C4)를 구비할 수 있다. 여기서, 충전 제1 경로(C1)는 저전압 충전 라인(L)의 양단과 제1 이차 전지(11)의 양단 사이를 연결할 수 있다. 유사하게, 충전 제2 경로(C2)는 저전압 충전 라인(L)의 양단과 제2 이차 전지(12)의 양단 사이를 연결할 수 있다. 또한, 충전 제3 경로(C3) 및 충전 제4 경로(C4)는 저전압 충전 라인(L)의 양단과 제3 및 제4 이차 전지(13, 14)의 양단 사이를 각각 연결할 수 있다. 도 2에 도시하지는 않았지만, N개의 이차 전지(10)가 직렬 연결된 경우, 충전 제5 경로 내지 충전 제N 경로도 유사한 구성을 가질 수 있다.2, the
또한, 복수의 충전 경로(C1, C2, C3, C4)는, 서로 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 충전 제1 경로(C1), 충전 제2 경로(C2), 충전 제3 경로(C3) 및 충전 제4 경로(C4)는 저전압 충전 라인(L)의 양단과 서로 병렬로 연결될 수 있다. Further, the plurality of charge paths (C1, C2, C3, C4) may be connected in parallel with each other. 2, the charging first path C1, the charging second path C2, the charging third path C3 and the charging fourth path C4 are connected to the low-voltage charging line (for example, L in parallel with each other.
바람직하게는, 복수의 충전 경로(C1, C2, C3, C4)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 충전 스위치(210)를 각각 포함할 수 있다. 또한, 상기 충전 스위치(210)는, 전류 경로를 선택적으로 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 충전 경로(C)는, 이차 전지(10)의 양극 단자와 연결된 충전 스위치(210)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 충전 제1 경로(C1)는, 제1 이차 전지(11)의 양극 단자와 연결된 충전 제1 스위치(211)를 포함할 수 있다. 유사하게, 충전 제2 경로(C2)는, 제2 이차 전지(12)의 양극 단자와 연결된 충전 제2 스위치(212)를 포함할 수 있다. 또한, 유사하게, 충전 제3 경로(C3) 및 충전 제4 경로(C4)는, 충전 제3 스위치(213) 및 충전 제4 스위치(214)를 각각 포함할 수 있다. 도 2에 도시하지는 않았지만, N개의 이차 전지(10)가 직렬 연결된 경우, 충전 제5 경로 내지 충전 제N 경로도 유사한 구성을 가질 수 있다.Preferably, the plurality of charging paths C1, C2, C3, and C4 may each include a charging
또한, 바람직하게는, 제어부(400)는, 복수의 충전 경로(C1, C2, C3, C4)에 구비된 복수의 충전 스위치(210)의 턴 온 또는 턴 오프를 개별적으로 제어할 수 있는 신호를 출력할 수 있다. 이를 통해, 제어부(400)는, 적어도 하나의 이차 전지(10)와 저전압 충전 라인(L)을 적어도 하나의 충전 경로(C)를 통해 개별적으로 연결할 수 있다.Preferably, the
더욱 바람직하게는, 제어부(400)는, 방전 대상 이차 전지와 연결된 방전 스위치(110) 및 충전 대상 이차 전지와 연결된 충전 스위치(210)를 선택적으로 개폐할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예에서, 복수의 이차 전지(11, 12, 13, 14) 중 제1 이차 전지(11) 및 제2 이차 전지(12)가 방전 대상 이차 전지로 결정되고, 제3 이차 전지(13) 및 제4 이차 전지(14)가 충전 대상 이차 전지로 결정되는 경우, 제어부(400)는, 제1 이차 전지(11) 및 제2 이차 전지(12)와 연결된 방전 제1 스위치(111) 및 방전 제2 스위치(112)는 턴 온 시키고, 충전 제1 스위치(211) 및 충전 제2 스위치(212)는 턴 오프 시킬 수 있다. 또한, 제어부(400)는, 제3 이차 전지(13) 및 제4 이차 전지(14)와 연결된 충전 제3 스위치(213) 및 충전 제4 스위치(214)는 턴 온 시키고, 방전 제3 스위치(113) 및 방전 제4 스위치(114)는 턴 오프 시킬 수 있다.More preferably, the
본 발명의 이와 같은 구성을 통해, 충전 상태가 높은 이차 전지(10)를 선택적으로 방전하고, 충전 상태가 낮은 이차 전지(10)를 선택적으로 충전할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 모듈(B) 전체의 충전 상태를 균일하게 유지할 수 있는 장점이 있다.With this configuration of the present invention, there is an advantage that the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치는, 적어도 하나의 이차 전지(10)의 방전과 적어도 하나의 이차 전지(10)의 충전을 동시에 진행할 수 있다. 즉, 셀 밸런싱 장치는, 도 2의 실시예에 도시된 충전 경로(C) 및 방전 경로(D)를 이용하여, 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지에 대하여 방전 및 충전을 동시에 진행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 모듈(B)의 전하 균등화 속도가 빨라지는 장점이 있다.In addition, the cell balancing apparatus according to an embodiment of the present invention can simultaneously perform discharging of at least one
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자와 셀 밸런싱 장치의 일부 구성요소 사이의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서는, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하고, 앞선 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.3 is a view schematically showing a connection structure between a thermoelectric element and some components of a cell balancing apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, portions that are different from the above-described embodiment will be mainly described, and detailed description about portions that can be applied to the same or similar descriptions of the foregoing embodiments will be omitted.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈(300)은 하나 이상의 열전 소자(310)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 열전 소자(310)는, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 일측에 고온 플레이트(311_1, 312_1)를 구비하고, 타측에 저온 플레이트(311_2, 312_2)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the
바람직하게는, 본 발명에 따른 열전 소자(310)는, 고온 플레이트(311_1, 312_1) 및 저온 플레이트(311_2, 312_2) 사이에 전기 전도판, P형 반도체 및 N형 반도체를 구비할 수 있다. 고온 플레이트(311_1, 312_1) 및 저온 플레이트(311_2, 312_2) 사이의 온도차를 이용하여 기전력을 생성하는 열전 소자(310)의 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Preferably, the
고온 플레이트(311_1, 312_1) 및 저온 플레이트(311_2, 312_2)는 전기 절연 재질인 세라믹판으로 구현될 수 있다. 이를 통해, 고온 플레이트(311_1, 312_1) 및 저온 플레이트(311_2, 312_2)는, 발열 저항(130), 열전 소자(310) 및 냉각 모듈(500) 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.The high-temperature plates 311_1 and 312_1 and the low-temperature plates 311_2 and 312_2 may be formed of a ceramic plate, which is an electrically insulating material. Thereby, the high-temperature plates 311_1 and 312_1 and the low-temperature plates 311_2 and 312_2 can electrically insulate the
열전 소자(310)는, 고온 플레이트(311_1, 312_1)가 제1 밸런싱 회로(100)를 향하고, 저온 플레이트(311_2, 312_2)가 냉각 모듈(500)을 향하도록 제1 밸런싱 회로(100)와 저온 플레이트(311_2, 312_2) 사이에 위치할 수 있다. 특히, 열전 소자(310)는, 고온 플레이트(311_1, 312_1)는 발열 저항(130)에 접촉하고, 저온 플레이트(311_2, 312_2)는 냉각 모듈(500)에 접촉하도록 제1 밸런싱 회로(100)와 저온 플레이트(311_2, 312_2) 사이에 위치할 수 있다.The
또한, 열전 소자(310)는, 일단이 저전압 충전 라인(L)의 양극 단자와 연결되고 타단이 저전압 충전 라인(L)의 음극 단자에 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 열전 소자(310)는, 복수의 열전 소자(311, 312)가 직렬 연결될 수 있다. 여기서, 열전 소자(310)의 양극 단자는 저전압 충전 라인(L)의 양극 단자와 연결되고, 열전 소자(310)의 음극 단자는 저전압 충전 라인(L)의 음극 단자와 연결될 수 있다.The
바람직하게는, 본 발명에 따른 냉각 모듈(500)은, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 내부에 유로가 구비되어, 유로로 냉각수 또는 공기가 흐르도록 구성될 수 있다.Preferably, the
이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 열전 소자(310)의 고온 플레이트 및 저온 플레이트 사이의 온도차를 더욱 크게 하여, 이차 전지(10)의 충전 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.With such a configuration, the cell balancing apparatus according to the present invention has an advantage that the temperature difference between the high-temperature plate and the low-temperature plate of the
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 장치의 일부 구성에 의해 배터리 모듈이 충전되는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서는, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하고, 앞선 실시예에 대한 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.FIG. 4 is a view schematically illustrating a process of charging a battery module by a part of a cell balancing device according to an embodiment of the present invention. Here, portions that are different from the above-described embodiment will be mainly described, and detailed description about portions that can be applied to the same or similar descriptions of the foregoing embodiments will be omitted.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제어부(400)는, 배터리 모듈(B)에 구비된 복수의 이차 전지(10) 중 충전 대상 이차 전지를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(400)는, 충전 대상 이차 전지의 양단과 각각 연결된 제2 밸런싱 회로(200)를 통해 열전 모듈(300)로부터 공급된 전력을 충전 대상 이차 전지로 공급할 수 있다.Referring to FIG. 4, a
이를 위해, 제어부(400)는, 저전압 충전 라인(L)에 구비된 복수의 제어 스위치(SW)를 선택적으로 개폐할 수 있다.To this end, the
예를 들어, 도 4의 실시예에서, 제1 이차 전지(11) 및 제2 이차 전지(12)가 충전 대상 이차 전지로 결정되고, 제3 이차 전지(13)가 방전 대상 이차 전지로 결정되는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는, 열전 모듈(300)로부터 생성된 전력을 저전압 충전 라인(L)을 통해 제2 밸런싱 회로(200)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는, 제어 제1 스위치(SW1) 및 제어 제2 스위치(SW2)는 턴 온 시키고, 제어 제3 스위치(SW3)는 턴 오프 시킬 수 있다. 이를 통해, 제어부(400)는, 열전 모듈(300)의 양단과 제2 밸런싱 회로(200)의 양단을 연결하여 열전 모듈(300)에 의해 생성된 전력을 제2 밸런싱 회로(200)에 공급할 수 있다. 여기서, 도 2를 함께 참조하면, 제어부(400)는, 제2 밸런싱 회로(200)에 구비된 충전 스위치(210)를 선택적으로 개폐하여, 제1 이차 전지(11) 및 제2 이차 전지(12)의 양단과 열전 모듈(300)의 양단이 각각 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.For example, in the embodiment of Fig. 4, the first
또한, 제어부(400)는, 방전 대상 이차 전지로부터 방전된 전기에너지가 충전 대상 이차 전지로 공급되도록 방전 대상 이차 전지와 연결된 방전 스위치(110) 및 충전 대상 이차 전지와 연결된 충전 스위치(210)를 턴 온 시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 4를 참조하면, 제어부(400)는, 제3 이차 전지(13)와 연결된 방전 제3 스위치(113)를 턴 온 시켜, 제3 이차 전지(13)로부터 방전된 전기에너지가 발열 제3 저항(133)으로 공급되도록 할 수 있다. 이때, 발열 제3 저항(133)은 제3 이차 전지(13)로부터 공급받은 전기에너지를 열에너지로 방출할 수 있다. 이어서, 발열 제3 저항(133)에 의해 방출된 열에너지는, 열전 모듈(300)을 통해 전기에너지로 변환될 수 있다. 이어서, 제어부(400)는, 제1 이차 전지(11) 및 제2 이차 전지(12)와 연결된 충전 제1 스위치(211) 및 충전 제2 스위치(212)를 턴 온 시켜, 제1 이차 전지(11) 및 제2 이차 전지(12)의 양단과 열전 모듈(300)의 양단이 각각 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.The
이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 종래 셀 밸런싱 과정에서 소모되었던 에너지를 재활용하여 에너지 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.With this configuration, the cell balancing apparatus according to the present invention is advantageous in that it can increase the energy efficiency by recycling the energy consumed in the conventional cell balancing process.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어부(400)는, 저장 모듈(600)에 저장된 전력을 저전압 충전 라인(L)을 통해 제2 밸런싱 회로(200)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는, 제어 제1 스위치(SW1) 및 제어 제3 스위치(SW3)는 턴 온 시키고, 제어 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 시킬 수 있다. 이를 통해, 제어부(400)는, 저장 모듈(600)의 양단과 제2 밸런싱 회로(200)의 양단을 연결하여 저장 모듈(600)에 저장된 전력을 제2 밸런싱 회로(200)로 공급할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는, 저장 모듈(600)을 미리 충전 시킬 수 있다. 이를테면, 제어부(400)는, 제어 제1 스위치(SW1) 및 제어 제3 스위치(SW3)는 턴 온 시키고, 제어 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 시켜 저장 모듈(600)을 미리 충전 시킬 수 있다.The
이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 충전 대상 이차 전지가 존재하지 않는 경우에도 종래 셀 밸런싱 과정에서 소모되었던 에너지를 저장하여 재활용할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 방전 시 충전 대상 이차 전지가 존재하지 않더라도 에너지를 소모하지 않고 이를 저장 모듈(600)에 저장할 수 있으며, 추후 방전 대상 이차 전지 없이 충전 대상 이차 전지만 존재할 경우 저장 모듈(600)에 저장된 에너지를 이용하여 충전 대상 이차 전지를 충전할 수 있는 장점이 있다.With this configuration, the cell balancing apparatus according to the present invention has an advantage that the energy consumed in the conventional cell balancing process can be stored and reused even when the rechargeable battery is not present. That is, the cell balancing apparatus according to the present invention can store energy in the
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어부(400)는, 열전 모듈(300) 및 저장 모듈(600)로부터 제2 밸런싱 회로(200)로 전력을 공급할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는, 제어 제1 스위치(SW1), 제어 제2 스위치(SW2) 및 제어 제3 스위치(SW3)를 모두 턴 온 시킬 수 있다. 이를 통해, 제어부(400)는 열전 모듈(300)의 양단 및 저장 모듈(600)의 양단을 제2 밸런싱 회로(200)의 양단과 연결할 수 있다. 즉, 제어부(400)는, 열전 모듈(300)의 양단 및 저장 모듈(600)의 양단을 병렬로 연결하여, 열전 모듈(300)에 의해 생성된 전력과 저장 모듈(600)에 저장된 전력을 제2 밸런싱 회로(200)로 공급할 수 있다.In addition, the
이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 열전 소자만 이용하는 경우에 비해 이차 전지(10)에 공급할 수 있는 전력을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.With this configuration, the cell balancing apparatus according to the present invention has an advantage that the power that can be supplied to the
한편, 제어부(400)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀 및/또는 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.In order to perform the operations as described above, the
바람직하게는, 제어부(400)는, 적어도 하나의 메모리를 구비할 수 있다. 즉, 제어부(400)에는 적어도 하나의 메모리가 내장될 수 있다. 메모리에는 셀 밸런싱 장치에 의해 수행되는 다양한 동작과 관련된 프로그램과 데이터가 미리 저장될 수 있다. Preferably, the
본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치는, 배터리 팩에 자체적으로 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 다수의 이차 전지(10), 상기 셀 밸런싱 장치, 전장품(BMS, 릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 배터리 팩에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치의 제어부(400)는, 배터리 팩에 구비된 BMS(Battery Management System)에 의해 구현될 수 있다. The cell balancing apparatus according to the present invention may be provided in the battery pack itself. That is, the battery pack according to the present invention may include the cell balancing apparatus according to the present invention described above. Here, the battery pack may include a plurality of
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 5에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 셀 밸런싱 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.5 is a flow chart schematically illustrating a cell balancing method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5, the execution subject of each step may be each component of the cell balancing apparatus according to the present invention described above.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 방법은, 충방전 대상 이차 전지 결정 단계(S100), 열에너지 방출 단계(S110), 전력 생성 단계(S120) 및 충전 단계(S130)를 포함한다.5, the cell balancing method according to the present invention includes a charging / discharging secondary cell determination step S100, a thermal energy discharging step S110, a power generation step S120, and a charging step S130 .
먼저, 충방전 대상 이차 전지 결정 단계(S100)에서는, 다수의 이차 전지의 충전 상태가 계산되며, 계산된 충전 상태를 기초로 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지가 결정된다. 이어서, 열에너지 방출 단계(S110)에서는, 방전 대상 이차 전지가 방전되고, 방전 대상 이차 전지로부터 공급받은 전력이 열에너지로 변환되어 방출된다. 이어서, 전력 생성 단계(S120)에서는, 열에너지 방출 단계에 의해 방출된 열에너지를 이용하여 전력이 생성된다. 이어서, 충전 단계(S130)에서는, 전력 생성 단계에 의해 생성된 전력이 충전 대상 이차 전지로 공급되어, 충전 대상 이차 전지가 충전된다.First, in the charge / discharge target secondary battery determination step S100, the charge states of a plurality of secondary batteries are calculated, and the discharge target secondary battery and the charge target secondary battery are determined based on the calculated charge state. Subsequently, in the thermal energy discharge step (S110), the discharge target secondary battery is discharged, and the electric power supplied from the discharge target secondary battery is converted into heat energy and discharged. Subsequently, in the power generation step (S120), electric power is generated by using the thermal energy emitted by the thermal energy emission step. Subsequently, in the charging step (S130), the electric power generated by the electric power generating step is supplied to the charging target secondary battery, and the charging target secondary battery is charged.
바람직하게는, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 방법은, 상기 충전 단계(S130)에 앞서, 저장 단계를 포함할 수 있다. 상기 저장 단계에서는, 상기 전력 생성 단계(S120)에서 생성된 전력이 저장될 수 있다. 이어서, 충전 단계(S130)에서는, 상기 저장 단계에서 저장된 전력이 충전 대상 이차 전지로 공급될 수 있다.Preferably, the cell balancing method according to the present invention may include a storing step prior to the charging step (S130). In the storing step, the power generated in the power generating step (S120) may be stored. Subsequently, in the charging step (S130), the power stored in the storing step may be supplied to the rechargeable battery.
더욱이, 상기 열에너지 방출 단계(S110) 및 상기 충전 단계(S130)에서는, 방전 대상 이차 전지와 연결된 방전 스위치 및 충전 대상 이차 전지와 연결된 충전 스위치가 선택적으로 개폐될 수 있다.In addition, in the thermal energy discharging step S110 and the charging step S130, a discharging switch connected to the discharge target secondary battery and a charging switch connected to the charging target secondary battery can be selectively opened and closed.
더욱이, 상기 열에너지 방출 단계(S110) 및 상기 충전 단계(S130)에서는, 방전 대상 이차 전지로부터 방전된 전기에너지가 충전 대상 이차 전지로 공급되도록 방전 대상 이차 전지와 연결된 방전 스위치 및 충전 대상 이차 전지와 연결된 충전 스위치가 턴온 될 수 있다.Further, in the thermal energy discharging step (S110) and the charging step (S130), the discharging switch connected to the discharging target secondary battery and the charging target secondary battery are connected so that the electric energy discharged from the discharging target secondary battery is supplied to the charging target secondary battery The charging switch can be turned on.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
한편, 본 명세서에서 '제어부', '측정부', 및 '열전 모듈' 등과 같이 '부' 및 '모듈'이라는 용어가 사용되었으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.In the present specification, the terms 'unit' and 'module' are used, such as 'control unit', 'measuring unit', and 'thermoelectric module', but they are logical constitutional units, It should be apparent to those skilled in the art that this does not represent a component that must be physically separated.
10: 이차 전지
100: 제1 밸런싱 회로
110: 방전 스위치
130: 발열 저항
200: 제2 밸런싱 회로
210: 충전 스위치
300: 열전 모듈
310: 열전 소자
311_1, 312_1: 고온 플레이트
311_2, 312_2: 저온 플레이트
400: 제어부
500: 냉각 모듈
600: 저장 모듈
710: 전압 측정부
730: 전류 측정부
750: 온도 측정부
800: 변압기
B: 배터리 모듈
C: 충전 경로
D: 방전 경로
L: 저전압 충전 라인10: Secondary battery
100: first balancing circuit
110: Discharge switch
130: Heating resistance
200: second balancing circuit
210: Charging switch
300: thermoelectric module
310: thermoelectric element
311_1, 312_1: High temperature plate
311_2, 312_2: low temperature plate
400:
500: cooling module
600: storage module
710: voltage measuring unit
730: Current measuring unit
750: Temperature measuring unit
800: Transformer
B: Battery module
C: Charging path
D: Discharge path
L: Low-voltage charging line
Claims (10)
상기 이차 전지의 양단과 각각 연결되어 상기 이차 전지로부터 전력을 공급받고, 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 방출하도록 구성된 제1 밸런싱 회로;
하나 이상의 열전 소자를 구비하여, 상기 제1 밸런싱 회로에 의해 방출된 열에너지를 이용하여 전력을 생성하도록 구성된 열전 모듈;
상기 열전 모듈에 의해 생성된 전력을 적어도 하나의 이차 전지로 공급하도록 구성된 제2 밸런싱 회로;
상기 열전 모듈의 양단과 상기 제2 밸런싱 회로 사이를 연결하여, 상기 열전 모듈에 의해 생성된 전력을 상기 제2 밸런싱 회로로 공급하도록 구성된 저전압 충전 라인; 및
상기 다수의 이차 전지의 충전 상태를 계산하며, 계산된 충전 상태를 기초로 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지를 결정하고, 상기 방전 대상 이차 전지와 연결된 상기 제1 밸런싱 회로 및 상기 충전 대상 이차 전지와 연결된 상기 제2 밸런싱 회로를 제어하여, 상기 방전 대상 이차 전지 및 상기 충전 대상 이차 전지의 밸런싱을 수행하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
1. A cell balancing device for equalizing charge of at least one secondary battery in a battery module having a plurality of secondary batteries,
A first balancing circuit connected to both ends of the secondary battery to receive power from the secondary battery, convert the supplied power into heat energy, and discharge the heat energy;
A thermoelectric module having at least one thermoelectric element, the thermoelectric module being configured to generate power using the thermal energy emitted by the first balancing circuit;
A second balancing circuit configured to supply power generated by the thermoelectric module to at least one secondary battery;
A low voltage charging line coupled between both ends of the thermoelectric module and the second balancing circuit, the low voltage charging line configured to supply power generated by the thermoelectric module to the second balancing circuit; And
Calculating a charging state of the plurality of secondary cells, determining a secondary battery to be discharged and a secondary battery to be charged on the basis of the calculated state of charge, and controlling the first balancing circuit and the secondary battery, And a control unit for controlling the second balancing circuit connected to the charging target secondary battery and the charging target secondary battery,
The cell balancing device comprising:
상기 다수의 이차 전지의 온도를 일정하게 유지시키도록 구성된 냉각 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a cooling module configured to maintain a constant temperature of the plurality of secondary batteries.
상기 제1 밸런싱 회로는, 상기 이차 전지의 양단과 각각 연결되어 상기 이차 전지로부터 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 방출하는 발열 저항 및 상기 발열 저항과 직렬로 연결되어 상기 발열 저항에 전력을 공급하도록 구성된 방전 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
3. The method of claim 2,
The first balancing circuit may include a heating resistor connected to both ends of the secondary battery to convert the power supplied from the secondary battery into heat energy and discharge the heat energy and to supply power to the heating resistor in series with the heating resistor. And a discharge switch.
상기 제2 밸런싱 회로는, 일단이 상기 저전압 충전 라인에 연결되고 타단이 상기 이차 전지의 양단에 연결되며 서로 병렬 연결되는 복수의 충전 경로를 구비하고, 상기 충전 경로는, 전류 경로를 선택적으로 개폐하는 적어도 하나의 충전 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
The method of claim 3,
The second balancing circuit includes a plurality of charging paths, one end of which is connected to the low voltage charging line and the other end of which is connected to both ends of the secondary battery and are connected in parallel with each other. Wherein at least one charging switch is provided.
상기 열전 모듈은, 상기 열전 소자의 고온 플레이트가 상기 제1 밸런싱 회로를 향하고, 상기 열전 소자의 저온 플레이트가 상기 냉각 모듈을 향하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the thermoelectric module is such that a hot plate of the thermoelectric element faces the first balancing circuit and a cold plate of the thermoelectric element faces the cooling module.
상기 열전 소자는, 상기 고온 플레이트가 상기 발열 저항에 접촉하고 상기 저온 플레이트가 상기 냉각 모듈에 접촉하며, 일단이 상기 저전압 충전 라인의 양극 단자와 연결되고 타단이 상기 저전압 충전 라인의 음극 단자에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
6. The method of claim 5,
The thermoelectric element is arranged such that the high temperature plate contacts the heating resistor and the low temperature plate contacts the cooling module and has one end connected to the positive terminal of the low voltage charging line and the other end connected to the negative terminal of the low voltage charging line The cell balancing device comprising:
상기 제어부는, 상기 방전 대상 이차 전지와 연결된 상기 방전 스위치 및 상기 충전 대상 이차 전지와 연결된 상기 충전 스위치를 선택적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the control unit selectively opens and closes the discharge switch connected to the discharge target secondary cell and the charge switch connected to the charge target secondary battery.
상기 제어부는, 상기 방전 대상 이차 전지로부터 방전된 전기에너지가 상기 충전 대상 이차 전지로 공급되도록 상기 방전 대상 이차 전지와 연결된 상기 방전 스위치 및 상기 충전 대상 이차 전지와 연결된 상기 충전 스위치를 턴온 시키는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 장치.
8. The method of claim 7,
The control unit turns on the charging switch connected to the discharging switch and the charging target secondary battery connected to the discharging target secondary battery so that electric energy discharged from the discharging target secondary cell is supplied to the charging target secondary battery Cell balancing device.
A battery pack comprising the cell balancing device according to any one of claims 1 to 8.
상기 다수의 이차 전지의 충전 상태를 계산하며, 계산된 충전 상태를 기초로 방전 대상 이차 전지 및 충전 대상 이차 전지를 결정하는 단계;
상기 방전 대상 이차 전지로부터 전력을 공급받고, 공급받은 전력을 열에너지로 변환하여 변환된 열에너지를 방출하는 단계;
상기 열에너지 방출 단계에 의해 방출된 열에너지를 이용하여 전력을 생성하는 단계; 및
상기 전력 생성 단계에 의해 생성된 전력을 상기 충전 대상 이차 전지로 공급하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 방법.A cell balancing method for equalizing charge of at least one secondary battery in a battery module having a plurality of secondary batteries,
Calculating charge states of the plurality of secondary cells and determining a discharge target secondary battery and a charging target secondary battery based on the calculated state of charge;
Receiving electric power from the secondary battery to be discharged, converting the supplied electric power into thermal energy and discharging the converted thermal energy;
Generating power using thermal energy emitted by the thermal energy emitting step; And
Supplying power generated by the power generating step to the rechargeable battery;
The cell balancing method comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170172518A KR102401539B1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Apparatus and method for cell balancing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170172518A KR102401539B1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Apparatus and method for cell balancing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190071455A true KR20190071455A (en) | 2019-06-24 |
KR102401539B1 KR102401539B1 (en) | 2022-05-23 |
Family
ID=67055943
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170172518A KR102401539B1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Apparatus and method for cell balancing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102401539B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220135973A (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-07 | 비나텍주식회사 | Temperature control device and method for battery pack using thermoelectric element |
US12034177B2 (en) | 2019-08-08 | 2024-07-09 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery pack comprising extinguishment unit |
WO2024193196A1 (en) * | 2023-03-21 | 2024-09-26 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | Voltage balancing module and method, and energy storage apparatus and readable storage medium |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130060949A (en) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | 주식회사 엘지씨엔에스 | Cooling device in system discharging battery depending on discharge profile and manufacturing method thereof |
KR20150046599A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 주식회사 엘지화학 | Apparatus for managing battery pack and including the same |
-
2017
- 2017-12-14 KR KR1020170172518A patent/KR102401539B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130060949A (en) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | 주식회사 엘지씨엔에스 | Cooling device in system discharging battery depending on discharge profile and manufacturing method thereof |
KR20150046599A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 주식회사 엘지화학 | Apparatus for managing battery pack and including the same |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12034177B2 (en) | 2019-08-08 | 2024-07-09 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery pack comprising extinguishment unit |
KR20220135973A (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-07 | 비나텍주식회사 | Temperature control device and method for battery pack using thermoelectric element |
WO2024193196A1 (en) * | 2023-03-21 | 2024-09-26 | 厦门海辰储能科技股份有限公司 | Voltage balancing module and method, and energy storage apparatus and readable storage medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102401539B1 (en) | 2022-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11165262B2 (en) | Apparatus and method for preventing overcharge | |
KR101648893B1 (en) | Battery pack and controlling method thereof | |
US10141551B2 (en) | Battery system | |
JP5687340B2 (en) | Battery control device, battery system | |
US9525289B2 (en) | Battery control system and battery pack | |
US7514905B2 (en) | Battery management system | |
WO2012169063A1 (en) | Battery control device and battery system | |
US20150229011A1 (en) | Battery System and Motor Vehicle | |
US20120282497A1 (en) | Battery pack thermal management system and method | |
US20130200848A1 (en) | Battery pack, method for charging/discharging same, and power consumption device | |
JP2014230488A (en) | Battery rack and method of driving the same | |
KR20160063756A (en) | Battery pack and method for controlling the same | |
US20220077710A1 (en) | Battery controller, wireless battery control system, battery pack, and battery balancing method | |
KR102401539B1 (en) | Apparatus and method for cell balancing | |
KR20190060497A (en) | Battery and Method for controlling battery temperature | |
KR20190106061A (en) | Apparatus and method for estimating state of health of battery rack | |
CN112219334A (en) | Apparatus and method for controlling charging of secondary battery pack | |
EP4391273A1 (en) | Heating control method for energy storage, energy storage system, and photovoltaic energy storage system | |
Aydın et al. | A basic battery management system design with IoT feature for LiFePO4 batteries | |
US8237413B2 (en) | Method for battery charging management | |
KR101630411B1 (en) | Apparatus for managing battery pack and including the same | |
JP2020526165A (en) | Battery management | |
KR20190073925A (en) | Apparatus and method for pre-charging | |
KR102259965B1 (en) | Charging control apparatus and method for the same | |
CN216435999U (en) | Battery system and electric automobile |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |