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KR101686018B1 - Battery cell balancing circuit using transformer - Google Patents

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KR101686018B1
KR101686018B1 KR1020150085564A KR20150085564A KR101686018B1 KR 101686018 B1 KR101686018 B1 KR 101686018B1 KR 1020150085564 A KR1020150085564 A KR 1020150085564A KR 20150085564 A KR20150085564 A KR 20150085564A KR 101686018 B1 KR101686018 B1 KR 101686018B1
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KR
South Korea
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cell
battery
electric energy
battery cell
transformer
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Application number
KR1020150085564A
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Korean (ko)
Inventor
강봉구
이경민
이상원
최윤걸
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing

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

Abstract

본 발명은, 트랜스포머를 이용하여 배터리셀 밸런싱 동작을 수행하는 기술에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 배터리 팩의 전기 에너지 경로를 위한 제1 억세스부, 제2 억세스부, 전기에너지 전송부 및 트랜스포머를 구비하되, 제1 억세스부, 제2 억세스부 및 전기에너지 전송부의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 배터리팩의 스트롱 셀이나 위크 셀을 트랜스포머의 1차권선 및 2차권선에 선택적으로 연결하는 것에 의해 배터리셀 밸런싱이 이루어지도록 한 것이다.
이에 따라, 배터리 팩의 전력 효율이 향상되고 배터리셀의 개수에 따른 확장이 용이하게 된다.
The present invention relates to a technique for performing a battery cell balancing operation using a transformer.
To this end, the present invention provides a battery pack comprising a first access unit, a second access unit, an electric energy transfer unit, and a transformer for an electric energy path of a battery pack, wherein the first access unit, the second access unit, So that battery cell balancing can be achieved by selectively controlling the operation of the Strong or Wick cells of the battery pack to the primary and secondary windings of the transformer.
This improves the power efficiency of the battery pack and facilitates expansion of the battery pack according to the number of the battery cells.

Description

트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로{BATTERY CELL BALANCING CIRCUIT USING TRANSFORMER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery cell balancing circuit using a transformer,

본 발명은 멀티 배터리셀의 밸런싱 기술에 관한 것으로, 특히 트랜스포머를 이용하여 배터리셀 밸런싱 동작을 수행하는데 적당하도록 한 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a balancing technique of a multi-battery cell, and more particularly, to a battery cell balancing circuit using a transformer suitable for performing battery cell balancing operation using a transformer.

일반적으로, 배터리셀의 양단 전압이 한계 상한전압을 넘을 경우 폭발의 위험이 있고, 한계 하한전압 이하로 떨어질 경우에는 배터리셀에 영구적인 손상이 가해지게 된다. 하이브리드 전기자동차나 노트북 컴퓨터 등은 비교적 대용량의 전원공급이 요구되므로 배터리셀을 이용하여 전원을 공급하고자 하는 경우, 배터리셀을 직렬로 연결한 배터리 팩(배터리 모듈)을 사용한다. 그런데, 이와 같은 배터리 팩을 사용하는 경우 각 배터리셀의 성능 편차에 의하여 전압의 불균형이 발생될 수 있다. In general, there is a risk of explosion when the voltage across the battery cell exceeds the upper limit voltage, and when the voltage falls below the lower limit voltage, the battery cell is permanently damaged. A hybrid electric vehicle, a notebook computer, and the like require a relatively large power supply. Therefore, when a battery cell is used to supply power, a battery pack (battery module) in which battery cells are connected in series is used. However, when such a battery pack is used, a voltage imbalance may occur due to a variation in performance of each battery cell.

배터리 팩 충전 시 상기 배터리 팩 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 상한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리 팩을 충전할 수 없게 되므로 다른 배터리셀들이 충분히 충전되지 않은 상태에서 충전을 종료하여야 한다. 이와 같은 경우 배터리 팩의 충전용량이 정격 충전용량에 미치지 못하게 된다. When one battery cell in the battery pack reaches the upper limit voltage before the other battery cells in charging the battery pack, the battery pack can no longer be charged, so that the charging is terminated when the other battery cells are not fully charged shall. In such a case, the charging capacity of the battery pack does not reach the rated charging capacity.

한편, 배터리 팩 방전 시에는 상기 배터리 팩 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 하한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리 팩을 사용할 수 없게 되므로 그만큼 배터리 팩의 사용시간이 단축된다. Meanwhile, when one battery cell in the battery pack reaches a lower limit voltage than other battery cells in the battery pack discharge time, the battery pack can no longer be used, shortening the use time of the battery pack.

상기와 같이 배터리 팩의 충전 또는 방전 시 보다 높은 전기 에너지를 갖는 배터리셀의 전기 에너지를 보다 낮은 전기 에너지를 갖는 배터리셀로 공급해 줌으로써 배터리 팩의 사용시간을 향상시킬 수 있는데, 이와 같은 동작을 배터리셀 밸런싱이라고 부른다.As described above, when the battery pack is charged or discharged, the electric energy of the battery cell having higher electric energy is supplied to the battery cell having lower electric energy, thereby improving the use time of the battery pack. It is called balancing.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬 연결된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리 팩(11)과, 직렬 연결된 저항(R11-R14) 및, 상기 배터리 팩(11)의 양측 종단 단자, 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 간의 각각의 연결단자를 상기 저항(R11-R14)의 대응 단자 각각에 선택적으로 연결하는 스위치(SW11-SW15)를 포함한다. FIG. 1 is a battery cell balancing circuit diagram using a parallel resistor according to the related art. As shown in FIG. 1, a battery pack 11 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series, resistors R11 to R14, Switches SW11-SW15 for selectively connecting respective connection terminals between the battery cell 11 and the battery cells CELL1-CELL4 to corresponding terminals of the resistors R11-R14, do.

도 1을 참조하면, 배터리 팩(11) 충전 시 상기 배터리 팩(11) 내의 배터리셀(CELL1 -CELL4) 중에서 임의의 배터리셀의 충전전압이 다른 배터리셀들의 충전전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달하는 경우 스위치(SW11-SW15) 중에서 해당 스위치를 턴온시켜 상기 저항(R11-R14) 중에서 해당 저항을 통해 충전전압이 방전되도록 한다. 1, when the battery pack 11 is charged, the charging voltage of any battery cell among the battery cells CELL1 and CELL4 in the battery pack 11 is higher than the charging voltage of the other battery cells, The corresponding switch among the switches SW11 to SW15 is turned on so that the charging voltage is discharged through the resistor among the resistors R11 to R14.

예를 들어, 두 번째의 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 다른 배터리셀(CELL1, CELL3, CELL4)의 충전압에 비하여 먼저 상한전압에 도달한 경우, 스위치(SW12), (SW13)를 턴온시킨다. 이에 따라, 상기 배터리셀(CELL2)의 충전전압이 저항(R12)을 통해 방전되어 배터리셀 밸런싱이 이루어진다. For example, when the charging voltage of the second battery cell CELL2 reaches the upper limit voltage first of all compared with the charging voltage of the other battery cells CELL1, CELL3, CELL4, the switches SW12, SW13 are turned on . Accordingly, the charging voltage of the battery cell CELL2 is discharged through the resistor R12 to balance battery cells.

그러나, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로를 이용하는 경우 저항을 통해 전력이 소모되므로 그만큼 효율이 저하되고, 배터리 팩 사용 중에 상한전압을 전압이 낮은 배터리셀로 공급할 수 없어 효율이 저하된다. However, when such a battery cell balancing circuit is used, power is consumed through the resistor, so that the efficiency is lowered, and the efficiency is lowered because the upper limit voltage can not be supplied to the battery cell having low voltage during use of the battery pack.

도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬 연결된 배터리셀(CELL1-CELL4)을 구비하는 배터리 팩(21)과, 직렬 연결된 커패시터(C21-C23)와, 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21), (C22) 간의 연결단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 연결단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각을 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 양측 단자 중 하나에 각기 선택적으로 연결하는 스위치(SW21-SW24)를 포함한다. 2 is a battery cell balancing circuit diagram using a conventional capacitor. As shown in FIG. 2, the battery cell balancing circuit includes a battery pack 21 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series, capacitors C21 to C23 connected in series, The connection terminals between the capacitors C21 and C22 and the connection terminals between the capacitors C22 and C23 and the other terminals of the capacitor C23 are connected to the battery cells CELL1 to CELL4 And switches SW21 to SW24 for selectively connecting to one of the two terminals of the switch SW21.

도 2를 참조하면, 상기 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는 2가지의 연결 상태를 갖는다. 제1 연결 상태에서는 도 2에서와 같이 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 연결단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 연결단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 일측 단자(양극단자)에 각기 연결된다. 제2 연결 상태에서는 커패시터(C21)의 일측 단자, 커패시터(C21),(C22) 간의 연결단자, 커패시터(C22),(C23) 간의 연결단자, 커패시터(C23)의 타측 단자 각각이 상기 배터리셀(CELL1- CELL4) 각각의 타측 단자(음극단자)에 각기 연결된다. Referring to FIG. 2, the battery cell balancing circuit using the capacitor has two connection states. 2, a connection terminal between the capacitors C21 and C22, a connection terminal between the capacitors C22 and C23, and a connection terminal between the other terminals of the capacitor C23, Are respectively connected to one terminal (positive terminal) of each of the battery cells CELL1 to CELL4. In the second connection state, one terminal of the capacitor C21, a connection terminal of the capacitors C21 and C22, a connection terminal of the capacitors C22 and C23, and a terminal of the other terminal of the capacitor C23, CELL1-CELL4), respectively.

그런데, 이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 커패시터와 배터리셀 간에 하드 스위칭 동작이 발생하여 효율이 낮은 문제점이 있다. 배터리 팩 내의 배터리셀들 간의 용량이 서로 동일한 것이 바람직하지만, 여러 가지 이유로 인하여 배터리셀들 간의 용량이 다르게 된다. 이와 같은 경우 어느 배터리셀의 충전 전압이 다른 배터리셀의 충전전압에 비하여 낮더라도 더 큰 용량을 갖을 수 있다. 이와 같은 경우 전압이 낮은 배터리셀의 전압을 전압이 높은 배터리셀에 전달할 필요가 있는데, 이와 같은 종래의 배터리셀 밸런싱 회로에서는 그와 같은 전압 전달 기능을 수행할 수 없는 결함이 있다.However, such a battery cell balancing circuit has a problem that a hard switching operation occurs between a capacitor and a battery cell, resulting in low efficiency. Although it is preferable that the capacity of the battery cells in the battery pack is equal to each other, the capacities of the battery cells are different due to various reasons. In this case, even if the charging voltage of any one of the battery cells is lower than the charging voltage of the other battery cells, a larger capacity can be obtained. In this case, it is necessary to transfer the voltage of the low-voltage battery cell to the high-voltage battery cell. In such a conventional battery cell balancing circuit, such a voltage transfer function can not be performed.

도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 직렬연결된 배터리셀(CELL1- CELL4)을 구비하는 배터리 팩(31)과, 플라이백 컨버터(32) 및, 상기 플라이백 컨버터(32)의 복수 개의 2차 코일 각각을 상기 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각의 양측 단자에 선택적으로 연결하는 스위치(SW31-SW34), 상기 플라이백 컨버터(32)의 1차 코일 양단을 상기 배터리 팩(31)의 양단에 선택적으로 연결하는 스위치(SW35)를 포함한다. 3 is a battery cell balancing circuit diagram using a flyback structure according to the related art. As shown in FIG. 3, the battery pack balancing circuit includes a battery pack 31 having battery cells CELL1 to CELL4 connected in series, a flyback converter 32, A switch SW31-SW34 for selectively connecting each of the plurality of secondary coils of the flyback converter 32 to both terminals of each of the battery cells CELL1-CELL4, And a switch SW35 for selectively connecting both ends of the battery pack 31 to both ends of the battery pack 31.

도 3의 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS(Switch Mode Power Supply) 중 하나인 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로로서 스위치(SW31-SW34)를 이용하여 배터리 팩(31) 내의 직렬 연결된 배터리셀(CELL1-CELL4) 각각에 전기 에너지 전달이 가능하고, 배터리 팩(31)의 양측 종단 단자의 사이에 전기 에너지 전달이 가능한 구조를 갖는다. The battery cell balancing circuit of FIG. 3 is a battery cell balancing circuit using a flyback structure, which is one of SMPS (Switch Mode Power Supply), and uses the switches SW31 to SW34 to connect the battery cells CELL1- CELL4, respectively, and is capable of transferring electrical energy between the terminals on both sides of the battery pack 31. [

이와 같은 배터리셀 밸런싱 회로는 SMPS의 형태를 가지므로 효율이 우수한 장점이 있지만, 배터리 팩에 구비되는 배터리셀의 개수가 증가될수록 플라이백 컨버터에 사용되는 마그네틱 코어의 크기가 커지는 단점이 있고, 그에 따라 배터리셀 밸런싱 회로의 가격이 상승하는 문제점이 있다.
However, as the number of battery cells provided in the battery pack increases, the size of the magnetic core used in the flyback converter increases. Accordingly, there is a disadvantage in that the battery cell balancing circuit There is a problem that the price of the battery cell balancing circuit rises.

국내 공개번호 제10-2013-0091066호Korean Patent Publication No. 10-2013-0091066

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 억세스부 및 전기에너지 전송부의 스위칭 동작을 제어하여 배터리팩의 스트롱 셀(strong cell)이나 위크 셀(weak cell)이 트랜스포머의 1차권선 및 2차권선에 선택적으로 연결되도록 하고, 이에 의해 배터리셀 밸런싱이 이루어지도록 하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of controlling a switching operation of an access unit and an electric energy transfer unit so that a strong cell or a weak cell of a battery pack is selectively connected to a primary winding and a secondary winding of a transformer So that battery cell balancing can be achieved.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로는, 직렬 연결된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 팩; 상기 배터리 팩에서 기수번째 배터리셀의 일측 단자와 제1공통 노드 사이에 각기 연결되는 억세스 경로를 구비하는 제1 억세스부; 상기 배터리 팩에서 우수번째 배터리셀의 타측 단자와 제2공통 노드 사이에 각기 연결되는 억세스 경로를 구비하는 제2 억세스부; 상기 제1공통노드를 통해 회수되거나 공급되는 전기 에너지를 전송하기 위하여, 두 개의 전송 경로를 구비하는 전기에너지 전송부; 및 상기 배터리 팩에 대한 배터리 밸런싱을 위해 상기 제2공통노드와 상기 전기에너지 전송부의 사이에 연결되어, 상기 배터리 팩의 스트롱 배터리셀로부터 회수된 전기에너지를 일시적으로 축적하였다가 위크 배터리셀에 방출하는 트랜스포머를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell balancing circuit using a transformer, comprising: a battery pack including a plurality of battery cells connected in series; A first access unit having an access path connected between one terminal of the odd-numbered battery cell and the first common node in the battery pack; A second access unit having an access path connected between the other terminal of the odd-numbered battery cell and the second common node in the battery pack; An electrical energy transfer unit having two transfer paths for transferring electric energy recovered or supplied through the first common node; And an energy transfer unit connected between the second common node and the electric energy transfer unit for battery balancing of the battery pack to temporarily accumulate the electric energy recovered from the strong battery cells of the battery pack, And a transformer.

본 발명은 억세스부 및 전기에너지 전송부의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 배터리팩의 스트롱 셀이나 위크 셀이 트랜스포머의 1차권선 및 2차권선에 선택적으로 연결되고, 이에 의해 배터리셀 밸런싱이 이루어지도록 함으로써, 배터리 팩의 전력 효율이 향상되는 효과가 있고 배터리셀의 개수에 따른 확장이 용이한 효과가 있다.
The present invention controls the switching operation of the switches of the access unit and the electric energy transfer unit so that the Strong cell or the wick cell of the battery pack is selectively connected to the primary winding and the secondary winding of the transformer so that battery cell balancing is performed , The power efficiency of the battery pack is improved, and the battery pack can be easily expanded according to the number of the battery cells.

도 1은 종래 기술에 의한 병렬저항을 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 커패시터를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 3은 종래 기술에 의한 플라이백 구조를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 4 가지의 셀 억세스 모드에서 스위치 상태를 나타낸 표이다.
도 6a 내지 도 6f는 기수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 우수의 위크셀에 전달하기 위한 경로 및 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 7은 기수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 우수의 위크셀에 전달하는 경우 도 4 각부의 파형도이다.
도 8a 내지 도 8f는 우수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 기수의 위크셀에 전달하기 위한 경로 및 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 9는 우수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 기수의 위크셀에 전달하는 경우 도 4 각부의 파형도이다.
도 10a 내지 도 10f는 우수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 우수의 위크셀에 전달하기 위한 경로 및 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 11은 우수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 우수의 위크셀에 전달하는 경우 도 4 각부의 파형도이다.
도 12a 내지 도 12f는 기수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 기수의 위크셀에 전달하기 위한 경로 및 전류 흐름을 나타낸 회로도이다.
도 13은 기수의 스트롱셀에 저장된 전기 에너지를 기수의 위크셀에 전달하는 경우 도 4 각부의 파형도이다.
도 14의 (a),(b)는 본 발명에 따른 배터리셀 밸런싱 회로의 실험 결과를 나타낸 파형도이다.
FIG. 1 is a battery cell balancing circuit diagram using a conventional parallel resistor.
2 is a battery cell balancing circuit diagram using a capacitor according to the related art.
3 is a battery cell balancing circuit diagram using a flyback structure according to the prior art.
4 is a battery cell balancing circuit diagram using a transformer according to an embodiment of the present invention.
5 is a table showing switch states in four cell access modes according to the present invention.
FIGS. 6A to 6F are circuit diagrams showing paths and current flows for transferring electrical energy stored in a strong cell of odd numbers to an excellent weak cell. FIG.
FIG. 7 is a waveform diagram of each part of FIG. 4 when electric energy stored in the strong cell of the odd number is transmitted to the superior cell.
8A to 8F are circuit diagrams showing paths and current flow for delivering electric energy stored in Strong's stell cells to odd wick cells.
FIG. 9 is a waveform diagram of each part of FIG. 4 when electric energy stored in Strong's stell cells is transferred to the odd wick cells.
FIGS. 10A to 10F are circuit diagrams showing paths and current flow for delivering electric energy stored in Strong's Strong cells to superior Waste cells. FIG.
FIG. 11 is a waveform diagram of each part of FIG. 4 when electric energy stored in Strong cells of an even number is transmitted to a well cell.
Figs. 12A to 12F are circuit diagrams showing paths and current flow for transferring electric energy stored in a strong cell of radix to a wick cell of a radix. Fig.
FIG. 13 is a waveform diagram of each part of FIG. 4 when electric energy stored in a strong cell of a radix is transmitted to a radix wick cell.
14 (a) and 14 (b) are waveform diagrams showing experimental results of the battery cell balancing circuit according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로도로서 이에 도시한 바와 같이 배터리셀 밸런싱 회로(40)는, 배터리 팩(41), 제1 억세스부(42), 제2 억세스부(43), 전기에너지 전송부(44) 및 트랜스포머(45)를 구비한다.4 is a circuit diagram of a battery cell balancing circuit using a transformer according to an embodiment of the present invention. The battery cell balancing circuit 40 includes a battery pack 41, a first access unit 42, (43), an electric energy transfer unit (44), and a transformer (45).

백터리 팩(41)은 직렬 연결된 배터리셀(B1-BN)을 구비하여 외부로부터 공급되는 전기 에너지를 저장한다. 상기 배터리셀(B1-BN)의 성능 편차에 의해 전압 불균형이 발생될 수 있지만, 아래의 설명에서와 같은 배터리 셀 밸런싱 동작에 의해 전압 불균형이 해소된다.The battery pack 41 includes battery cells B 1 -B N connected in series to store electric energy supplied from the outside. Voltage unbalance may occur due to performance variations of the battery cells (B 1 -B N ), but voltage imbalance is eliminated by the battery cell balancing operation as described below.

제1 억세스부(42)는 상기 배터리 팩(41)에 구비된 배터리셀(B1-BN) 중에서 기수번째 배터리셀의 부극성 단자("-" 단자)와 제1공통 노드(N1) 사이에 각기 연결되는 기수번째의 억세스 경로를 구비한다. 여기서, 기수번째의 억세스 경로는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치를 각기 구비한다. 상기 기수번째의 억세스 경로 중에서, 제1 억세스 경로(42_1)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S1L,S1R)가 구비되고, 제3 억세스 경로(42_3)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S3L,S3R)가 구비되고, 제5 억세스 경로(42_5)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S5L,S5R)가 구비되고, 제N 억세스 경로(42_N)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(SNL,SNR)가 구비된다. The first access unit 42 is connected between the negative terminal ("-" terminal) of the odd-numbered battery cell and the first common node N1 of the battery cells B 1 -B N provided in the battery pack 41 Numbered access path that is connected to each of the plurality of access paths. Here, the odd-numbered access paths each include a pair of switches connected in series. Among the odd-numbered access paths, the first access path 42_1 is provided with a pair of switches S 1L and S 1R connected in series, and the third access path 42_3 is provided with a pair of switches S 3L , S 3R) is provided, the fifth access path (42_5) is provided with a switch of a series-connected pair (S 5L, S 5R), the N access paths (42_N), the switch of the series-connected pair (S NL , S NR ) are provided.

제2 억세스부(43)는 상기 배터리 팩(41)에 구비된 배터리셀(B1-BN) 중에서 우수번째 배터리셀의 정극성 단자("+" 단자)와 제2공통 노드(N2) 사이에 각기 연결되는 우수번째의 억세스 경로를 구비한다. 여기서, 우수번째의 억세스 경로는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치 를 구비한다. 상기 우수번째의 억세스 경로 중에서, 제2 억세스 경로(43_2)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S2L,S2R)가 구비되고, 제4 억세스 경로(43_4)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S4L,S4R)가 구비되고, 제6 억세스 경로(43_6)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S6L,S6R)가 구비되고, 제N+1 억세스 경로(43_N+1)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S(N+1)L,S(N+1)R)가 구비된다. The second access unit 43 is connected between the positive terminal (the "+" terminal) of the even battery cell and the second common node N2 among the battery cells B 1 -B N provided in the battery pack 41 And a second access path connected to the second access path. Here, the even-numbered access path includes a pair of switches connected in series. The second access path 43_2 is provided with a pair of switches S 2L and S 2R connected in series and the fourth access path 43_4 is provided with a pair of switches S 4L , And S 4R ), and the sixth access path 43_6 is provided with a pair of switches S 6L and S 6R connected in series, and the pair of serially connected pairs of the (N + 1) th access path 43_N + Switches S (N + 1) L and S (N + 1) R are provided.

전기에너지 전송부(44)는 상기 제1공통노드(N1)를 통해 회수되거나 방출되는 전기 에너지를 전달하기 위하여, 제1 전송 경로(44_1) 및 제2 전송경로(44_2)를 구비한다. 상기 제1 전송경로(44_1)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(Q1L,Q1R)가 구비되고, 제2 전송 경로(44_2)에는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치(S2L,S2R)가 구비된다.The electrical energy transfer unit 44 has a first transmission path 44_1 and a second transmission path 44_2 for transferring electric energy recovered or emitted through the first common node N1. The first transmission path 44_1 is provided with a pair of switches Q 1L and Q 1R connected in series and the second transmission path 44_2 is provided with a pair of switches S 2L and S 2R connected in series .

트랜스포머(45)는 상기 배터리 팩(41)에 대한 배터리 밸런싱을 위해 상기 배터리 팩(41)으로부터 회수된 전기에너지를 일시적으로 축적하였다가 방출하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 트랜스포머(45)는 서로 대향지게 권취된 1차 권선(L1)과 2차 권선(L2)을 구비한다. 상기 1차 권선(L1)의 일측 탭은 상기 제2공통 노드(N2)에 연결되고, 타측 탭은 상기 전기에너지 전송부(44)의 제2 전송 경로(44_2)의 타측 종단에 연결된다. 상기 2차 권선(L2)의 일측 탭은 상기 제2공통 노드(N2)에 연결되고, 타측 탭은 상기 전기에너지 전송부(44)의 제1 전송 경로(44_1)의 타측 종단에 연결된다.The transformer 45 temporarily accumulates and discharges the electric energy recovered from the battery pack 41 for battery balancing with respect to the battery pack 41. To this end, the transformer (45) has a primary winding (L1) and a secondary winding (L2) wound opposite to each other. One tab of the primary winding L1 is connected to the second common node N2 and the other tab is connected to the other end of the second transmission path 44_2 of the electrical energy transfer unit 44. [ One of the taps of the secondary winding L2 is connected to the second common node N2 and the other of the taps is connected to the other end of the first transmission path 44_1 of the electric energy transfer unit 44. [

도 4에서 상기 제1 억세스부(42)와 제2 억세스부(43)의 스위치(S), 전기에너지 전송부(44)의 스위치(Q)는 모스트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구현된 예를 나타내었다. 물론, 본 발명에 적용되는 스위치가 모스 트랜지스터로 한정되는 것이 아니라 다른 스위치 예를 들어, BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 스위치로 구현될 수 있다. 그리고, 상기 모스 트랜지스터는 다이오드와 병렬로 연결된다. 4, the switch S of the first accessing unit 42 and the second accessing unit 43 and the switch Q of the electrical energy transferring unit 44 are implemented by a metal oxide semiconductor field effect transistor . Of course, the switch according to the present invention is not limited to a MOS transistor, but may be realized by a power switch such as another switch, for example, a bipolar junction transistor (BJT) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT). The MOS transistor is connected in parallel with the diode.

배터리셀 밸런싱 회로(40)는 4 가지의 셀 억세스 모드와 6 가지의 구동 모드(구동 주기)로 동작한다. 상기 4 가지의 셀 억세스 모드는 배터리 팩(41)에 구비된 배터리셀(B1-BN)을 대상으로 배터리셀 밸런싱을 수행함에 있어서 배터리 밸런싱의 대상으로 선택된 두 개의 배터리 셀 중에서 상대적으로 높은 전기 에너지를 갖아 전기 에너지를 방출하는 스트롱 셀(strong cell)과 상대적으로 낮은 전기 에너지를 갖아 상기 방출된 전기 에너지를 공급받는 위크 셀(weak cell)의 패리티(parity)가 기수의 배터리셀(odd)/우수의 배터리셀(even), even/odd, even/even 및 odd/odd로 설정되는 4 가지를 의미한다.The battery cell balancing circuit 40 operates in four cell access modes and six drive modes (drive cycles). In the four cell access modes, battery cell balancing is performed on the battery cells (B 1 -B N ) provided in the battery pack 41. In this case, among the two battery cells selected for battery balancing, And a parity of a weak cell having a relatively low electric energy and supplied with the discharged electric energy is connected to a battery cell odd / (Even), even / odd, even / even, and odd / odd.

도 5는 상기 4 가지의 셀 억세스 모드에서 제1 억세스부(42) 및 제2 억세스부(43)의 스위치(S)와 전기에너지 전송부(44)의 스위치(Q)의 스위치 상태를 나타낸 것이다. 여기서, 콜렉트 모드(Collect)는 상대적으로 높은 전기에너지를 갖는 배터리셀로부터 전기에너지를 회수하는 모드이고, 릴리스 모드(Release)는 상기 콜렉트 모드에 의해 회수되어 트랜스포머(45)에 일시적으로 저장된 전기에너지를 위크셀에 공급하는 모드이다.5 shows the switch states of the switches S of the first accessing unit 42 and the second accessing unit 43 and the switches Q of the electric energy transferring unit 44 in the four cell access modes . Here, the collect mode is a mode in which electric energy is recovered from a battery cell having a relatively high electric energy, and a release mode is an electric energy recovered by the collect mode and temporarily stored in the transformer 45 Weeks cell is a mode to supply.

본 발명에 따른 배터리셀 밸런싱 경로는 전기에너지의 흐름 경로가 서로 상이한 두 가지의 경로로 분류된다. The battery cell balancing path according to the present invention is classified into two paths in which electric energy flow paths are different from each other.

상기 두 가지 경로 중에서 하나의 경로는 스트롱 셀과 위크 셀이 서로 다른 패리티 즉, odd/even, even/odd인 경우의 경로(이하,"다름 패리티 경로"라 칭함)이다. 상기 다름 패리티 경로를 이용한 배터리셀 밸런싱 모드에서는 스트롱 셀로부터 회수되는 전기에너지를 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 축적하였다가 상기 1차 권선(L1)으로부터 위크셀로 공급된다. One of the two paths is a path (hereinafter referred to as a " different parity path ") when the strong cell and the weak cell are different parities, i.e., odd / even and even / odd. In the battery cell balancing mode using the different parity path, the electric energy recovered from the Strong cell is accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45 and supplied to the Weck cell from the primary winding L1.

상기 두 가지 경로 중에서 다른 하나의 경로는 스트롱 셀과 위크 셀이 서로 같은 패리티 즉, odd/odd, even/even 경우의 경로(이하,"동일 패리티 경로"라 칭함)이다. 상기 동일 패리티 경로를 이용한 배터리셀 밸런싱 모드에서는 스트롱 셀로부터 회수되는 전기에너지를 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 축적하였다가 2차 권선(L2)으로 전기에너지를 옮긴 후 상기 2차 권선(L2)으로부터 위크셀로 전기에너지를 공급한다. The other one of the two paths is a path (hereinafter referred to as "same parity path") in the case where Strong cells and Weeks cells have the same parity, that is, odd / odd or even / even. In the battery cell balancing mode using the same parity path, the electric energy recovered from the Strong cell is accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45, the electric energy is transferred to the secondary winding L2, RTI ID = 0.0 > (L2) < / RTI >

참고로, 도 5의 셀 억세스(Cell access) 항목에서 SM, SM+1은 M번째 스트롱 셀에 접근하기 위한 스위치를 의미한다. 예를 들어, 제2배터리 셀(B2)이 스트롱 셀인 경우 스위치(S2L,S2R)가 SM이고, 스위치(S3L,S3R)가 SM+1이다. SN, SN+1은 N번째 위크 셀에 접근하기 위한 스위치를 의미한다. 예를 들어, 제2배터리 셀(B4)이 위크 셀인 경우 스위치(S5L,S5R)가 SN이고, 스위치(S6L,S6R)가 SN+1이다. For reference, in the cell access item of FIG. 5, SM and SM + 1 denote a switch for accessing the Mth strong cell. For example, when the second battery cell B2 is a strong cell, the switches S 2L and S 2R are SM and the switches S 3L and S 3R are SM + 1. SN, SN + 1 means a switch for approaching the N-th wake cell. For example, when the second battery cell B4 is a Weck cell, the switches S 5L and S 5R are SN and the switches S 6L and S 6R are SN + 1.

첫째, 도 6a 내지 도 6f 및 도 7을 참조하여 기수의 배터리셀(odd)에 저장된 전기 에너지를 우수의 배터리셀(even)에 공급하는 상기 다름 패리티 경로를 이용한 배터리 셀 발런싱 동작을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 배터리셀(B5)이 스트롱 셀이고, 배터리셀(B2)이 위크 셀인 것을 예로 하여 설명한다.First, referring to FIG. 6A to FIG. 6F and FIG. 7, a balancing operation of the battery cell using the different parity path for supplying the electric energy stored in the odd battery cell odd to the superior battery cell (even) Respectively. Here, it is assumed that the battery cell B 5 is a strong cell and the battery cell B 2 is a weak cell.

제1 모드(t0-t1)에서 제어부(도면에 미표시)는 제5 억세스 경로(42_5)의 스위치(S5L,S5R), 제6 억세스 경로(42_6)의 스위치(S6L,S6R) 및 제2 전송경로(44_2)의 스위치(Q2L,Q2R)에 스위치 제어신호(게이트신호)를 출력하여 상기 스위치(S5L,S5R), (S6L,S6R),(Q2L,Q2R)를 턴온시킨다. A first mode (t 0 -t 1) the control unit (not yet displayed in the figure) from the fifth switch (S 5L, 5R S) of the access path (42_5), a sixth switch of the access path (42_6) (S 6L, 6R S ) and a second transmission path (the switch (Q 2L, and outputs a switch control signal (gate signal), the switch (S 5L, S 5R) in Q 2R) of 44_2), (S 6L, S 6R), (Q 2L , Q 2R ) are turned on.

이에 따라, 도 6a에서와 같이 배터리셀(B5)의 정극성 단자(+)가 제6 억세스 경로(43_6)를 통해 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)의 일측 탭에 연결되고, 배터리셀(B5)의 부극성 단자(-)는 제5 억세스 경로(42_5) 및 제2 전송경로(44_2)를 통해 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)의 타측 탭에 연결된다. 따라서, 상기 배터리셀(B5)의 전기 에너지가 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 전달되어 축적된다. 6A, the positive terminal (+) of the battery cell B 5 is connected to one tap of the primary winding L1 of the transformer 45 through the sixth access path 43_6, The negative terminal (-) of the cell B 5 is connected to the other tap of the primary winding L1 of the transformer 45 through the fifth access path 42_5 and the second transmission path 44_2. Therefore, the electric energy of the battery cell B 5 is transferred to the primary winding L1 of the transformer 45 and accumulated.

상기와 같이 스위치를 이용하여 콜렉트 모드에서 스트롱 셀을 트랜스포머(45)에 연결한 후 릴리스 모드에서 스위치를 이용하여 위크 셀을 트랜스포머(45)에 연결하는 경우, 콜렉트 모드와 릴리스 모드의 사이에 데드타임(dead time)이 필요하다. 회수된 전기 에너지는 상기 데드 타임동안 상기 트랜스포머(45)의 내부에서 순환(circulating)하게 된다. When the strong cell is connected to the transformer 45 in the collect mode using the switch as described above, and then the weak cell is connected to the transformer 45 using the switch in the release mode, there is a dead time between the collect mode and the release mode a dead time is required. The recovered electrical energy is circulated inside the transformer 45 during the dead time.

제2 모드(t1-t2)는 상기 데드 타임에 도달하기 이전에 전기에너지 순환경로를 형성하기 위한 모드이다. 이를 위해, 도 6b에서와 같이 제1 전송경로(44_1)의 스위치(Q1R)를 미리 턴온시킨다. The second mode (t 1 -t 2 ) is a mode for forming an electric energy circulation path before reaching the dead time. To this end, the switch Q 1R of the first transmission path 44_1 is turned on in advance as shown in FIG. 6B.

제3 모드(t2-t3)는 상기 회수된 전기 에너지의 순환이 시작되는 모드이다. 이를 위해, 제5 스위치 경로의 스위치(S5L,S5R)와 제6 억세스 경로(43_6)의 스위치(S6L,S6R)를 턴오프시킨다. 이에 따라, 도 6c에서와 같이 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)과 2차 권선(L2)을 경유하는 전기에너지 순환경로가 형성된다.The third mode (t 2 -t 3 ) is a mode in which the circulation of the recovered electric energy is started. To this end, the switches S 5L and S 5R of the fifth switch path and the switches S 6L and S 6R of the sixth access path 43_6 are turned off. As a result, an electric energy circulation path is formed through the primary winding L1 and the secondary winding L2 of the transformer 45 as shown in Fig. 6C.

제4 모드(t3-t4)는 상기 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지를 위크셀인 배터리셀(B2)에 전달하기 이전의 전처리 동작이 이루어지는 모드이다. 이때, 도 6d에서와 같이 제2 억세스 경로(43_2)의 스위치(S2R)와 제3 억세스 경로(42_3)의 스위치(S3R)를 미리 턴온시킨다. The fourth mode (t 3 -t 4) is made of a pre-treatment operation prior to the transmitting the electrical energy stored in the transformer 45, a weak cell in a battery cell (B 2) mode. At this time, the switch S 2R of the second access path 43_2 and the switch S 3R of the third access path 42_3 are turned on in advance as shown in FIG. 6D.

제5 모드(t4-t5)는 상기 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지가 위크셀인 배터리셀(B2)에 공급되기 시작하는 모드이다. 이때, 제1 전송경로(44_1)의 스위치(Q1R)를 턴오프시킨다. 이에 따라, 전기 에너지 공급 경로가 도 6e와 같이 형성되어 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 축적된 전기 에너지가 상기 배터리셀(B2)에 공급되기 시작한다.The fifth mode (t 4 -t 5 ) is a mode in which electric energy accumulated in the transformer 45 starts to be supplied to the battery cell B 2 , which is a wick cell. At this time, the switch Q 1R of the first transmission path 44_1 is turned off. Thus, an electric energy supply path is formed as shown in FIG. 6E, and electric energy accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45 starts to be supplied to the battery cell B 2 .

제6 모드(t5-t6)는 제2 억세스 경로(43_2)의 스위치(S2L)와 제3 억세스 경로(42_3)의 스위치(S3L)를 턴온시키는 동작을 수행하는 모드이다. 이에 따라, 전기 에너지 공급 경로가 도 6f와 같이 형성되어 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 축적된 전기 에너지가 스위치(S2L,S2R),(S3L,S3R)를 통해 배터리셀(B2)에 공급된다. The sixth mode t 5 -t 6 is a mode for performing the operation of turning on the switch S 2L of the second access path 43_2 and the switch S 3L of the third access path 42_3. 6F, so that the electric energy accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45 flows through the switches S 2L , S 2R , S 3L , S 3R , And is supplied to the cell B 2 .

도 6a 내지 도 6f에서, 배터리셀(B5)로부터 전기 에너지를 회수할 때의 전류 흐름 방향과 회수된 후 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지를 배터리셀(B2)에 공급할 때의 전류 흐름 방향이 동일한 것을 알 수 있다. 그리고, 상기 설명에서와 같이 다름 패리티 경로를 이용한 배터리셀 밸런싱 모드에서는 배터리셀(B5)로부터 회수되는 전기에너지가 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 축적되었다가 상기 1차 권선(L1)으로부터 배터리셀(B2)로 공급된다. 6A to 6F show the current flow direction when the electric energy is recovered from the battery cell B 5 and the current flow when supplying the electric energy accumulated in the transformer 45 after being recovered to the battery cell B 2 It can be seen that the directions are the same. In the battery cell balancing mode using the different parity path as described above, the electric energy recovered from the battery cell B 5 is accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45, and the primary winding L1 To the battery cell B 2 .

상기 제1 내지 6 모드는 주기적으로 수행되고, 이에 의해 스트롱 셀과 위크 셀의 전압 레벨이 동일하게 된다. The first to sixth modes are periodically performed, so that the voltage levels of the Strong cell and the Weak cell become equal.

둘째, 도 8a 내지 도 8f 및 도 9를 참조하여 우수의 배터리셀(even)에 저장된 전기 에너지를 기수의 배터리셀(odd)에 공급하는 상기 다름 패리티 경로를 이용한 배터리 셀 발런싱 동작을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 배터리셀(B4)이 스트롱 셀이고, 배터리셀(B1)이 위크 셀인 것을 예로 하여 설명한다.Second, referring to FIGS. 8A to 8F and 9, a balancing operation of the battery cell using the different parity path for supplying the electric energy stored in the even battery cell even to the odd battery cell odd will be described. Respectively. Here, it is assumed that the battery cell B 4 is a strong cell and the battery cell B 1 is a week cell.

도 8a 내지 도 8f에서, 배터리셀(B4)로부터 전기 에너지를 회수할 때의 전류 흐름 방향과 회수된 후 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지를 배터리셀(B1)에 공급할 때의 전류 흐름 방향이 동일한 것을 알 수 있다. 그리고, 도 8a 내지 도 8f에서와 같이 다름 패리티 경로를 이용한 배터리셀 밸런싱 모드에서는 배터리셀(B4)로부터 회수되는 전기에너지가 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 축적되었다가 상기 1차 권선(L1)으로부터 배터리셀(B1)로 공급된다. 8A to 8F show the current flow direction when the electric energy is recovered from the battery cell B 4 and the electric current stored in the transformer 45 after being recovered to the battery cell B 1 It can be seen that the directions are the same. 8A to 8F, in the battery cell balancing mode using the different parity path, the electric energy recovered from the battery cell B 4 is accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45, And is supplied from the winding L1 to the battery cell B 1 .

결국, 도 8a 내지 도 8f를 상기 도 7a 내지 도 7f와 비교할 때, 전류 흐름 방향이 반대인 것이 다른 점이고, 나머지의 동작들은 서로 유사한 것을 알 수 있다. As a result, when comparing Figs. 8A to 8F with Figs. 7A to 7F, it can be seen that the current flow directions are opposite to each other and the remaining operations are similar to each other.

셋째, 도 10a 내지 도 10f 및 도 11을 참조하여 우수의 배터리셀(even)에 저장된 전기 에너지를 우수의 배터리셀(even)에 공급하는 상기 동일 패리티 경로에 대한 배터리 셀 발런싱 동작을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 배터리셀(B4)이 스트롱 셀이고, 배터리셀(B2)이 위크 셀인 것을 예로 하여 설명한다.Third, referring to FIGS. 10A to 10F and 11, a balancing operation of the battery cell with respect to the same parity path for supplying the electric energy stored in the even battery cell even to the excellent battery cell (even) Respectively. Here, it is assumed that the battery cell B 4 is a strong cell and the battery cell B 2 is a weak cell.

제1 모드(t0-t1)에서 제어부(도면에 미표시)는 제4 억세스 경로(43_4)의 스위치(S4L,S4R), 제5 억세스 경로(42_5)의 스위치(S5L,S5R) 및 제2 전송경로(44_2)의 스위치(Q2L,Q2R)에 스위치 제어신호(게이트신호)를 출력하여 상기 스위치(S4L,S4R), (S5L, S5R),(Q2L,Q2R)를 턴온시킨다. In the first mode (t 0 -t 1 ), the control unit (not shown in the figure) is connected to the switches S 4L and S 4R of the fourth access path 43_4 and the switches S 5L and S 5R of the fifth access path 42_5 ) and a second transmission path (the switch (Q 2L, Q 2R outputs a switch control signal (gate signal), the switch (S 4L, S 4R) on), (S 5L, S 5R ) of 44_2), (Q 2L , Q 2R ) are turned on.

이에 따라, 도 10a에서와 같이 배터리셀(B4)의 정극성 단자(+)가 제5 억세스 경로(42_5) 및 제2 전송경로(44_2)를 통해 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)의 타측 탭에 연결되고, 배터리셀(B4)의 부극성 단자(-)는 제4 억세스 경로(43_4)를 통해 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)의 일측 탭에 연결된다. 따라서, 상기 배터리셀(B4)의 전기 에너지가 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)에 전달되어 축적된다. In this way, the positive terminal (+) is a primary winding (L1) of the fifth access path (42_5) and a second transmission path to the transformer 45 through a (44_2) of the battery cell (B 4), as shown in Figure 10a connected to the other side tab is, the negative terminal of the battery cell (B 4) of the (-) is connected to one tap of the primary winding (L1) of the transformer (45) through a fourth access path (43_4). Therefore, the electric energy of the battery cell B 4 is transferred to the primary winding L1 of the transformer 45 and accumulated.

상기와 같이 스위치를 이용하여 콜렉트 모드에서 스트롱 셀을 트랜스포머(45)에 연결한 후 릴리스 모드에서 스위치를 이용하여 위크 셀을 트랜스포머(45)에 연결하는 경우, 콜렉트 모드와 릴리스 모드의 사이에 데드타임(dead time)이 필요하다. 회수된 전기 에너지는 상기 데드 타임에서 상기 트랜스포머(45)의 내부에서 순환(circulating)하게 된다. When the strong cell is connected to the transformer 45 in the collect mode using the switch as described above, and then the weak cell is connected to the transformer 45 using the switch in the release mode, there is a dead time between the collect mode and the release mode a dead time is required. The recovered electric energy is circulated inside the transformer 45 at the dead time.

제2 모드(t1-t2)는 상기 데드 타임에 도달하기 이전에 전기에너지 순환경로를 형성하기 위한 모드이다. 이를 위해, 도 10b에서와 같이 제1 전송경로(44_1)의 스위치(Q1L)를 미리 턴온시킨다. The second mode (t 1 -t 2 ) is a mode for forming an electric energy circulation path before reaching the dead time. To this end, the switch Q 1L of the first transmission path 44_1 is turned on in advance as shown in FIG. 10B.

제3 모드(t2-t3)는 상기 회수된 전기 에너지의 순환이 시작되는 모드이다. 이를 위해, 제4 억세스 경로(43_4)의 스위치(S4L,S4R)와 제5 억세스 경로(42_5)의 스위치(S5L,S5R)를 턴오프시킨다. 이에 따라, 도 10c에서와 같이 트랜스포머(45)의 1차 권선(L1)과 2차 권선(L2)을 경유하는 전기에너지 순환경로가 형성된다.The third mode (t 2 -t 3 ) is a mode in which the circulation of the recovered electric energy is started. To do so, the switches S 4L and S 4R of the fourth access path 43_4 and the switches S 5L and S 5R of the fifth access path 42_5 are turned off. Thereby, an electric energy circulation path via the primary winding L1 and the secondary winding L2 of the transformer 45 is formed as shown in Fig. 10C.

제4 모드(t3-t4)는 상기 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지를 위크셀인 배터리셀(B2)에 전달하기 이전의 전처리 동작이 이루어지는 모드이다. 이때, 도 10d에서와 같이 제2 억세스 경로(42_2)의 스위치(S2R)와 제3 억세스 경로(42_3)의 스위치(S3R)를 미리 턴온시킨다. The fourth mode (t 3 -t 4) is made of a pre-treatment operation prior to the transmitting the electrical energy stored in the transformer 45, a weak cell in a battery cell (B 2) mode. At this time, the switch S 2R of the second access path 42_2 and the switch S 3R of the third access path 42_3 are turned on in advance as shown in FIG. 10D.

제5 모드(t4-t5)는 상기 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지가 위크셀인 배터리셀(B2)에 공급되기 시작하는 모드이다. 이때, 제2 전송경로(44_2)의 스위치(Q2R,Q2L)를 턴오프시킨다. 이에 따라, 전기 에너지 공급 경로가 도 10e와 같이 형성되어 트랜스포머(45)의 2차 권선(L2)에 축적된 전기 에너지가 상기 배터리셀(B2)에 공급되기 시작한다.The fifth mode (t 4 -t 5 ) is a mode in which electric energy accumulated in the transformer 45 starts to be supplied to the battery cell B 2 , which is a wick cell. At this time, the switches Q 2R and Q 2L of the second transmission path 44_2 are turned off. Thus, the electric energy supply path is formed as shown in FIG. 10E, and the electric energy accumulated in the secondary winding L2 of the transformer 45 starts to be supplied to the battery cell B 2 .

제6 모드(t5-t6)는 제2 억세스 경로(43_2)의 스위치(S2L)와 제3 억세스 경로(42_3)의 스위치(S3L)를 턴온시키는 동작을 수행하는 모드이다. 이에 따라, 전기 에너지 공급 경로가 도 10f와 같이 형성되어 상기 트랜스포머(45)의 2차 권선(L2)에 축적된 전기 에너지가 스위치(S2L,S2R),(S3L,S3R)를 통해 배터리셀(B2)에 공급된다. The sixth mode t 5 -t 6 is a mode for performing the operation of turning on the switch S 2L of the second access path 43_2 and the switch S 3L of the third access path 42_3. 10F so that the electric energy accumulated in the secondary winding L2 of the transformer 45 flows through the switches S 2L , S 2R , S 3L , S 3R And is supplied to the battery cell B 2 .

도 10a 내지 도 10f에서, 배터리셀(B4)로부터 전기 에너지를 회수할 때의 전류 흐름 방향과 회수된 후 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지를 배터리셀(B2)에 공급할 때의 전류 흐름 방향이 반대인 것을 알 수 있다. 그리고, 도 10a 내지 도 10f에서와 같이 다름 패리티 경로를 이용한 배터리셀 밸런싱 모드에서는 배터리셀(B4)로부터 회수되는 전기에너지가 트랜스포머(45)의 2차 권선(L2)에 축적되었다가 상기 2차 권선(L2)으로부터 배터리셀(B2)로 공급된다. 10A to 10F, a current flow direction when recovering electric energy from the battery cell B 4 and a current flow when supplying the electric energy stored in the transformer 45 after being recovered to the battery cell B 2 Direction is reversed. 10A to 10F, in the battery cell balancing mode using the different parity path, the electric energy recovered from the battery cell B 4 is accumulated in the secondary winding L2 of the transformer 45, And is supplied from the winding L2 to the battery cell B 2 .

상기 제1 내지 6 모드는 주기적으로 수행되고, 이에 의해 스트롱 셀과 위크 셀의 전압 레벨이 동일하게 된다. The first to sixth modes are periodically performed, so that the voltage levels of the Strong cell and the Weak cell become equal.

넷째, 도 12a 내지 도 12f 및 도 13을 참조하여 기수의 배터리셀(even)에 저장된 전기 에너지를 기수의 배터리셀(odd)에 공급하는 상기 동일 패리티 경로를 이용한 배터리 셀 발런싱 동작을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 배터리셀(B5)이 스트롱 셀이고, 배터리셀(B1)이 위크 셀인 것을 예로 하여 설명한다.Fourth, referring to FIGS. 12A to 12F and FIG. 13, a balancing operation of the battery cell using the same parity path for supplying the electric energy stored in the odd number of battery cells (even) to the odd number of battery cells (odd) Respectively. Here, it is assumed that the battery cell B 5 is a strong cell, and the battery cell B 1 is a week cell.

도 12a 내지 도 12f에서, 배터리셀(B5)로부터 전기 에너지를 회수할 때의 전류 흐름 방향과 회수된 후 트랜스포머(45)에 축적된 전기 에너지를 배터리셀(B1)에 공급할 때의 전류 흐름 방향이 상이한 것을 알 수 있다. 그리고, 도 12a 내지 도 12f에서와 같이 동일 패리티 경로를 이용한 배터리셀 밸런싱 모드에서는 배터리셀(B5)로부터 회수되는 전기에너지가 트랜스포머(45)의 2차 권선(L2)에 축적되었다가 상기 2차 권선(L2)으로부터 배터리셀(B1)로 공급된다. 12A to 12F, a current flow direction when the electric energy is recovered from the battery cell B 5 and a current flow when supplying the electric energy accumulated in the transformer 45 after being recovered to the battery cell B 1 It can be seen that the directions are different. 12A to 12F, in the battery cell balancing mode using the same parity path, the electric energy recovered from the battery cell B 5 is accumulated in the secondary winding L2 of the transformer 45, And is supplied from the winding L2 to the battery cell B 1 .

결국, 도 12a 내지 도 12f를 상기 도 10a 내지 도 10f와 비교할 때, 전류 흐름 방향이 반대인 것이 다른 점이고, 나머지의 동작들은 서로 유사한 것을 알 수 있다. As a result, when comparing FIGS. 12A to 12F with FIGS. 10A to 10F, it is found that the current flow directions are opposite to each other, and the remaining operations are similar to each other.

한편, 도 14의 (a),(b)는 본 발명에 따른 배터리셀 밸런싱 회로의 실험 결과를 나타낸 파형도이다. 14 (a) and 14 (b) are waveform diagrams showing experimental results of the battery cell balancing circuit according to the present invention.

도 14의 (a)는 동일 패리티 경로(even to even)를 이용하여 배터리 셀 밸런싱을 수행할 때 트랜스포머(45)의 1차 권선의 전류(iL1)와 2차 권선의 전류(iL2)를 측정한 것이다. 상기 설명에서와 같이 동일 패리티 경로를 이용하여 배터리 셀 밸런싱을 수행할 때 콜렉트 모드에서 스트롱 셀로부터 회수된 전기에너지가 트랜스포머(45)의 1차권선(L1)에 축적되고, 이렇게 축적된 전기에너지는 데드타임동안 트랜스포머(45)에 의해 순환하게 된다. 이후, 릴리스 모드에서는 상기 트랜스포머(45)의 1차권선(L1)에 축적된 전기 에너지가 2차권선(L2)으로 이동된 후 위크셀에 공급된다.14 (a) shows the current (i L1 ) of the primary winding of the transformer 45 and the current (i L2 ) of the secondary winding when battery cell balancing is performed using the same parity path (even to even) Respectively. As described above, when battery cell balancing is performed using the same parity path, the electric energy recovered from the strong cell in the collector mode is accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45, And circulated by the transformer 45 during the dead time. Thereafter, in the release mode, the electric energy stored in the primary winding L1 of the transformer 45 is transferred to the secondary winding L2 and then supplied to the wick cells.

도 14의 (b)는 다름 패리티 경로(even to odd)를 이용하여 배터리 셀 밸런싱을 수행할 때 트랜스포머(45)의 1차 권선의 전류(iL1)와 2차 권선의 전류(iL2)를 측정한 것이다. 상기 설명에서와 같이 다름 패리티 경로를 이용하여 배터리 셀 밸런싱을 수행할 때 콜렉트 모드에서 스트롱 셀로부터 회수된 전기에너지가 트랜스포머(45)의 1차권선(L1)에 축적되고, 이렇게 축적된 전기에너지는 데드타임동안 트랜스포머(45)에 의해 순환하게 된다. 이후, 릴리스 모드에서는 상기 트랜스포머(45)의 1차권선(L1)으로부터 바로 위크셀에 공급된다.
14 (b) shows the current (i L1 ) of the primary winding of the transformer 45 and the current (i L2 ) of the secondary winding when battery cell balancing is performed using a different parity path (even to odd) Respectively. As described above, when battery cell balancing is performed using a different parity path, the electric energy recovered from the strong cell in the collector mode is accumulated in the primary winding L1 of the transformer 45, And circulated by the transformer 45 during the dead time. Thereafter, in the release mode, the primary cell L1 of the transformer 45 is supplied directly to the wick cells.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto. These embodiments are also within the scope of the present invention.

40 : 배터리셀 밸런싱 회로 41 : 배터리 팩
42 : 제1 억세스부 43 : 제2 억세스부
44 : 전기에너지 전송부 45 : 트랜스포머
40: Battery cell balancing circuit 41: Battery pack
42: first access unit 43: second access unit
44: Electric energy transfer part 45: Transformer

Claims (12)

직렬 연결된 복수 개의 배터리셀을 구비하는 배터리 팩;
상기 배터리 팩에서 기수번째 배터리셀의 일측 단자와 제1공통 노드 사이에 각기 연결되는 억세스 경로를 구비하는 제1 억세스부;
상기 배터리 팩에서 우수번째 배터리셀의 타측 단자와 제2공통 노드 사이에 각기 연결되는 억세스 경로를 구비하는 제2 억세스부;
상기 제1공통노드를 통해 회수되거나 공급되는 전기 에너지를 전송하기 위하여, 두 개의 전송 경로를 구비하는 전기에너지 전송부; 및
상기 배터리 팩에 대한 배터리 밸런싱을 위해 상기 제2공통노드와 상기 전기에너지 전송부의 사이에 연결되어, 상기 배터리 팩의 스트롱 배터리셀로부터 회수된 전기에너지를 일시적으로 축적하였다가 위크 배터리셀에 방출하는 트랜스포머를 구비함으로써, 상기 스트롱 배터리셀과 상기 위크 배터리셀 간에 일대일 방전/충전 동작이 이루어지도록 하되,
상기 트랜스포머는
상기 제2공통 노드와 상기 전기에너지 전송부의 제2 전송경로의 사이에 연결된 1차 권선; 및
상기 제2공통 노드와 상기 전기에너지 전송부의 제1 전송경로의 사이에 연결된 2차 권선을 구비하여,
상기 배터리 팩의 스트롱 셀과 위크 셀이 서로 다른 패리티인 경우 상기 스트롱 셀로부터 회수되는 전기에너지를 상기 1차 권선에 축적하였다가 상기 1차 권선으로부터 상기 위크셀로 전기 에너지를 공급하고,
상기 스트롱 셀과 상기 위크 셀이 서로 같은 패리티인 경우에는 상기 스트롱 셀로부터 회수되는 전기에너지를 상기 1차 권선에 축적하였다가 상기 2차권선으로 옮긴 후, 상기 2차 권선으로부터 상기 위크셀로 전기 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
A battery pack having a plurality of battery cells connected in series;
A first access unit having an access path connected between one terminal of the odd-numbered battery cell and the first common node in the battery pack;
A second access unit having an access path connected between the other terminal of the odd-numbered battery cell and the second common node in the battery pack;
An electrical energy transfer unit having two transfer paths for transferring electric energy recovered or supplied through the first common node; And
A transformer connected between the second common node and the electrical energy transfer unit for battery balancing of the battery pack to temporarily accumulate the electric energy recovered from the strong battery cells of the battery pack, A one-to-one discharge / charging operation is performed between the strong battery cell and the wick battery cell,
The transformer
A primary winding connected between the second common node and a second transmission path of the electrical energy transfer unit; And
And a secondary winding connected between the second common node and a first transmission path of the electric energy transfer part,
Wherein when the strong cell and the weak cell of the battery pack have different parities, electric energy recovered from the strong cell is accumulated in the primary winding, and electric energy is supplied to the weak cell from the primary winding,
If the strong cell and the weak cell are the same parity, the electric energy recovered from the strong cell is accumulated in the primary winding and is transferred to the secondary winding, and electric energy is transferred from the secondary winding to the wick cell The battery cell balancing circuit using the transformer.
제1항에 있어서, 상기 제1 억세스부 및 제2 억세스부 중 어느 하나의 억세스 경로는 직렬 연결된 한 쌍의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The battery cell balancing circuit using a transformer according to claim 1, wherein the access path of any one of the first accessing unit and the second accessing unit includes a pair of switches connected in series.
제2항에 있어서, 상기 스위치는
모스 트랜지스터(MOS FET), BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
3. The apparatus of claim 2, wherein the switch
Wherein the battery cell balancing circuit is one of a MOS transistor, a BJT (Bipolar Junction Transistor), and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
제3항에 있어서, 상기 스위치는
다이오드와 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
4. The apparatus of claim 3, wherein the switch
Diode connected in parallel with the battery cell balancing circuit using a transformer.
제1항에 있어서, 상기 전기에너지 전송부의 전송경로는
직렬 연결된 한 쌍의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The electric energy transfer apparatus according to claim 1,
Wherein the battery cell balancing circuit includes a pair of series-connected switches.
제5항에 있어서, 상기 스위치는
모스 트랜지스터(MOS FET), BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
6. The apparatus of claim 5, wherein the switch
Wherein the battery cell balancing circuit is one of a MOS transistor, a BJT (Bipolar Junction Transistor), and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
제5항에 있어서, 상기 스위치는
다이오드와 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
6. The apparatus of claim 5, wherein the switch
Diode connected in parallel with the battery cell balancing circuit using a transformer.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 트랜스포머의 1차 권선 및 2차 권선은
상기 배터리팩의 스트롱 셀로부터 회수된 전기 에너지를 위크 셀에 전송하기 전에 상기 전기에너지 전송부의 전송 경로와 연계하여 전기에너지 순환경로를 구축하는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
The transformer of claim 1, wherein the primary and secondary windings of the transformer
Wherein an electric energy circulation path is established in conjunction with a transmission path of the electric energy transfer unit before electric energy recovered from the Strong cell of the battery pack is transferred to the wick cell.
제1항에 있어서, 상기 제1 억세스부, 제2 억세스부 및 전기에너지 전송부를 경유하는 전기에너지의 흐름 방향은
스트롱 셀의 기수 또는 우수, 위크 셀의 기수 또는 우수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 배터리셀 밸런싱 회로.
2. The method of claim 1, wherein the flow direction of the electric energy via the first access portion, the second access portion,
Wherein the power cell balancing circuit is determined according to the radix of the strong cell or the odd or even number of the wick cell.
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