KR20090038607A

KR20090038607A - 직렬연결 배터리 스트링을 위한 자동 전하 균일 방법 및장치

Info

Publication number: KR20090038607A
Application number: KR1020070103983A
Authority: KR
Inventors: 문건우; 김정은; 박홍선; 김철호; 장수엽; 오전근; 이중휘
Original assignee: 에스케이에너지 주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-04-21
Anticipated expiration: 2027-10-16
Also published as: WO2009051414A3; WO2009051414A2; EP2201658A2; KR101220339B1; EP2201658B1; EP2201658A4; CN101828316A; CN101828316B; US8310204B2; US20100207578A1; JP2011501937A; JP5175937B2

Abstract

본 발명의 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하균일장치는 직렬 연결된 복수개의 배터리로 구성되어 있는 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 n번째 배터리 셀; 상기 배터리 스트링의 일부분이며, 상기 n번째 배터리 셀을 포함하는 m개 배터리 셀이 직렬 연결된 m의 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결된 PWM 생성수단; 및 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결된 전하균일화장치; 를 포함하여 구성되고, 상기 자동 PWM 생성수단은 비교기(comparator) 및 상기 비교기의 출력에 의해 PWM 신호를 자동 생성하는 PWM 발생기를 포함하여 구성되어, 상기 비교기는 상기 n번째 배터리 셀의 전위와 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위를 비교하여 출력을 생성하고, 상기 PWM 발생기에서 자동 생성되는 PWM 신호에 의해 상기 n번째 배터리 셀을 충전 또는 방전시키는 전하균일화장치가 자동 제어되는 특징이 있다.

본 발명에 의한 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법 및 장치는 해당 배터리 셀에서 전하를 충전하거나 방전할 경우 주변의 해당 배터리 셀을 포함하는 다수의 배터리 셀의 평균 전위와 비교하여 전하 균일 동작을 시행함으로써 전체 전하 균일 목적에 역행하는 경우를 줄이는 효과가 있다.

배터리, 전하 균일화, DC/DC 컨버터, PWM

Description

직렬연결 배터리 스트링을 위한 자동 전하 균일 방법 및 장치{Automatic Charge Equalization Method and Apparatus for Series Connected Battery String}

본 발명은 자동 전하 균일 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직렬연결 배터리 스트링을 위해 자동 PWM 생성 수단을 갖는 전하 균일 방법 및 장치에 관한 것이다.

리튬 이온 전지를 동력원으로 사용하는 하이브리드 자동차와 같이 단위 배터리(셀)의 기본 전위보다 높은 전위가 필요한 경우, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 사용하는 것이 통상적이다. 그러나 통상적인 제조방법을 통해 제조된 배터리는 동일한 양극, 음극 및 전해질 물질을 이용하여 동일한 구조로 제조되었다 하더라도 직렬 연결된 배터리 각각의 충전 또는 방전(및 자가방전) 특성에 차이가 존재하게 된다.

따라서 직렬 연결된 배터리의 사용 시 단위 배터리의 전위차가 존재하게 되고, 이로 인해 직렬 연결된 단위 배터리 중 다른 배터리의 전위에 관계없이 하나의 배터리가 완전 방전되었을 경우에도 전체 전압(직렬 연결된 배터리의 전체 전압)이 0이 되어 재충전이 필요하게 되며, 재충전 시에도 각각의 배터리의 전위가 서로 다름으로 인해 일정 전압에 먼저 도달한 배터리의 과충전 문제 및 일정 전압에 아직 도달하지 못한 효율의 문제가 존재하게 된다.

또한 충방전 횟수가 많아지게 되면 배터리를 구성하는 물질의 degradation이 발생하여 배터리의 특성이 달라지고 이러한 노화 현상은 개별 전지간의 편차를 더욱 심화시키는 역할을 하게 된다.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 직렬로 연결된 배터리의 전하 균일화를 얻기 위한 다양한 전하 균일 장치가 활발히 제안되고 있는 실정이다.

일 예로, 대한민국특허공개 2007-0031406은 에너지 저장소로부터 또는 다른 에너지 소스로부터 에너지를 공급받는 DC/DC 컨버터를 이용한 에너지 저장소의 직렬-접속된 개별 셀들의 전하들을 균등화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 상세하게는 DC/DC 컨버터가 중간 회로 커패시터를 충전하는데, 중간 회로 커패시터의 전압은 DC/AC 컨버터에서 역전되어 이 교류 전압이 AC 버스 라인들 및 결합 변압기들을 통해 정류기에 의해 맥동 직류로 변환되도록 하며 가장 낮은 셀 전압을 갖는 셀이 맥동 직류로 충전되도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

대한민국특허공개 2007-0006762는 각각의 커패시터(C1 내지 Cn)에 할당된 각각 하나의 개별 트랜스포머(Tr1 내지 Trn) 및 전압 비교기를 구비하며, 개별 트랜스포머의 2차 권선이 상기 커패시터의 양의 단자에는 개별 다이오드(D1 내지 Dn)를 통해 접속되고, 음의 단자에는 직접 접속되도록 구성된, 2층 커패시터(DLC)의 직렬 접속된 커패시터들의 전하를 등화하기 위한 장치에 관한 것이다.

유럽특허등록 EP 0432639는 축전지 스택의 각각의 개별 축전지를 위하여 직사각형-기능 제너레이터를 포함하는 충전 회로 및 비교 회로 그리고 다이오드, 트랜스포머 및 콘택 브레이커(contact breaker)를 제공하여, 다수의 축전지가 직렬 접속된 경우에 약하게 충전된 축전지와 나머지 축전지 그룹 간에 전하 등화를 실행하는 전하 균등화하는 장치에 관한 것이다.

미국특허등록 US 5659237은 직렬 연결된 2개 이상의 에너지 저장셀의 전하를 균등하게 하는 전하 균일 장치에 있어서, 제1 권선과 복수의 제2 권선을 가지는 트랜스포머(여기서 제2권선들은 에너지 저장 셀들 중의 하나에 연결된다), 균등 전압 신호를 트랜스포머의 제1차 권선에 적용하여 제2권선들 각각에 충전 전류를 유도하기 위한 전원 변환기(forward converter)를 포함하여 구성되어, 약한 셀들에 충전을 시키면서 에너지 저장 셀들이 균등하게 될 때까지 전압 신호의 크기를 증가시키는 수단으로 구성되는 전하 균일 장치에 관한 것이다.

상세하게는 상기 종래의 기술들은 도 1로 대표될 수 있는데, 중앙에 배터리가 직렬 연결(B₁ ~ B_N)되어 있으며 모든 인접한 두 배터리에는 DC/DC 컨버터(110_1 ~ 110_N)가 연결되어 있다. DC/DC 컨버터가 연결된 인접한 두 배터리에서 위에 위치한 배터리는 에너지를 방전하게 되며, 아래에 위치한 배터리는 에너지를 충전하는 형태로 구현되어 있다. 그리고 가장 아래에 위치한 배터리(B₁)의 경우 방 전된 에너지를 직렬 연결된 배터리 스트링의 가장 위에 위치한 배터리(B_N)로 에너지를 충전하도록 DC/DC 컨버터가 구현되어 있다. 도 1에 구현된 전하 균일 장치에서는 전하 불균형이 발생할 경우 인접한 두 셀 중에서 위 셀에서 아래 셀로 전하를 이동하는 방법으로 전하 균일을 이루게 된다.

도 2는 n번째 셀을 위한 자동 PWM 생성 수단(210)을 갖는 전하 균일 장치의 예를 보이고 있다. 도 2에서 보듯이 직렬 연결된 두 배터리(B_N+1,B_n) 사이에는 forward 컨버터(220)가 구현되어 있으며 forward 컨버터의 입력은 위 셀에 그리고 출력은 아래 셀에 각각 연결되어 있다. 배터리의 평균 전위는 비교기(212)의 양극 단자에 연결되어 있으며 n번째 배터리(B_n)의 전위는 음극 단자에 연결되어 있다. 비교기(212)의 출력은 PWM 발생기(211)를 구동시키는데 사용되며 PWM 발생기(211)에서 생성된 PWM 신호는 forward 컨버터(220)를 구동시키는데 사용된다. 도 2에서 보인 자동 PWM 생성 수단(210)을 갖는 전하 균일 장치에서는 직렬 연결된 두 배터리에서 위 셀(B_n+1)의 전위가 아래 셀(B_n)의 전위보다 높을 때 PWM 신호가 생성되고 상기 PWM 신호는 forward 컨버터(220)를 동작시켜 결과적으로 과충전된 위 셀에서 상대적으로 저충전된 아래 셀로 전하를 이동시키는 방식으로 전하 균일을 이루게 된다.

종래의 자동 전하 균일 장치에서는 인접하는 두 배터리의 전위를 비교하여 과충전 배터리에서 상대적으로 저충전된 배터리로 에너지를 이동하는 방법으로 전하 균일을 이루고 있다. 여기서 자동 전하 균일 장치는 인접하는 두 배터리의 전위 를 판단하여 위에 위치한 배터리의 전위가 아래에 위치한 배터리의 전위보다 높을 경우 전하 균일 동작을 시작하게 된다. 따라서 상기의 종래 기술들은 전체 직렬 연결된 배터리 스트링에서 상대적으로 전위가 낮은 두 셀이 인접할 경우 전위가 낮은 셀에서 전하가 방전되는 한계를 가지고 있다. 즉, 인접한 몇몇 셀이 동시에 저충전된 상태라 하더라도 인접한 두 셀 사이의 전위를 판단하여 전하 균일 장치가 동작하게 되기 때문에 전체 배터리 충전 기준으로 볼 때 상대적으로 낮은 충전 상태의 배터리 셀에서도 에너지가 방전되는 상황이 발생할 수 있는 것이다. 이를 해결하여 위해 전체 배터리 셀의 평균 전위와 현재 관심 있는 셀의 평균 전위를 비교하여 현재 셀의 전위가 높은 경우에만 에너지를 방전하는 형태의 전하 균일 장치를 구성할 수 있지만 이는 또한 전하 균일 장치 전체가 복잡해지는 단점을 갖게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전체 배터리 평균 전위와 비교해서 상대적으로 저충전된 배터리 셀에서도 에너지가 방전될 수 있는 상황을 극복하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 전체 배터리 평균 전위와 현재 관심 있는 배터리 셀이 전위를 비교하여 전하 균일 장치가 동작하도록 장치를 설계할 경우 발생할 수 있는 전하 균일 장치의 복잡도를 해결하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하균일장치는 직렬 연결된 복수개의 배터리로 구성되어 있는 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 n번째 배터리 셀; 상기 배터리 스트링의 일부분이며, 상기 n번째 배터리 셀을 포함하는 m개 배터리 셀이 직렬 연결된 m의 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결된 PWM 생성수단; 및 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결된 전하균일화장치; 를 포함하여 구성되고,

상기 자동 PWM 생성수단은 비교기(comparator) 및 상기 비교기의 출력에 의해 PWM 신호를 자동 생성하는 PWM 발생기를 포함하여 구성되어, 상기 비교기는 상기 n번째 배터리 셀의 전위와 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위(국부 평균 전위)를 비교하여 출력을 생성하고, 상기 PWM 발생기에서 자동 생성되는 PWM 신호에 의해 상기 n번째 배터리 셀을 충전 또는 방전시키는 전하균일화장치가 자동 제어되는 특징이 있다.

(상기 n번째 배터리 셀은 상기 배터리 스트링을 구성하는 직렬 연결된 복수개의 배터리 중 임의의 단일한 배터리를 지칭하는 것이며, 상기 m은 3 이상이며 상기 배터리 스트링을 구성하는 전체 배터리 수 이하의 수이다.)

상기 비교기(comparator)의 두 입력은 각각 n번째 배터리 셀의 전위 및 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위인 것이 바람직하며, 상기 비교기의 두 입력단 각각 에 구비된 저항에 의해 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위와 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 비교되는 것이 바람직하다.

상기 전하균일화 장치는 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리에 병렬 연결된 DC/DC 컨버터를 포함하여 구성된 특징이 있다.

상기 DC/DC 컨버터는 충전형의 DC/DC 컨버터이며, 상기 m의 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 낮을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

상기 DC/DC 컨버터는 방전형의 DC/DC 컨버터이며, 이때, 상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 높을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

상기 DC/DC 컨버터는 상기 자동 PWM 생성 수단에 의해 제어되는 특징이 있다.

상기 배터리 스트링의 끝단에 위치한 배터리 셀에 구비되는 비교기의 두 입력은 각각 맨 아래 단에 위치한 배터리 셀의 전위 및 배터리 스트링의 전체 전위인 것이 바람직하다.

본 발명의 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법은 직렬 연결된 복수개의 배터리로 구성되어 있는 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리와 병렬로 연결된 비교기(comparator)를 포함하는 자동 PWM 생성수단; 및 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리와 병렬로 연결된 DC/DC 컨버터를 포 함하는 전하균일화장치;를 포함하여 구성되는 전하균일장치의 전하균일방법에 있어서, (a) 상기 배터리 스트링을 구성하는 n번째 배터리 셀의 전위와 상기 배터리 스트링의 일부분이며 상기 n번째 배터리 셀을 포함하는 m개 배터리 셀이 직렬 연결된 m의 배터리 스트링의 평균 전위를 비교하여 PWM 신호를 자동으로 생성하는 단계; 및 (b) 상기 PWM 신호에 의해 상기 전하균일화 장치가 제어되어 상기 n번째 배터리 셀의 충전 또는 방전이 수행되는 단계;를 포함하여 수행되는 특징이 있다.

(b) 단계에서 상기 PWM 신호에 의해 상기 DC/DC 컨버터 동작의 시작 및 종료가 제어되는 것이 바람직하며, 상기 n번째 배터리 셀의 충전 또는 방전은 충전형 DC/DC 컨버터 또는 방전형 DC/DC 컨버터가 동작하며 수행되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 DC/DC 컨버터의 입력 또는 출력은 상기 m의 배터리 스트링과 연결되어, 상기 n번째 배터리 셀의 충전 전류가 m의 배터리 스트링의 전체 전위에 기인하며, 상기 n번째 배터리 셀의 방전 전류가 m의 배터리 스트링의 전체 전위에 기여하는 것이 바람직하다.

(a) 단계에서 상기 자동 PWM 생성 수단에서 생성되는 PWM 신호는 상기 비교기의 출력에 의해 제어되는 특징이 있으며, (a) 단계에서 상기 비교기의 두 입력은 각각 n번째 배터리 셀의 전위 및 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위이며, 두 입력 각각에 연결된 저항을 이용하여 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위와 상기 n 번째 배터리 셀의 전위가 비교되는 것이 바람직하다.

(a) 단계에서 상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 높을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

(a) 단계에서 상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 낮을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 연속된 몇몇 배터리 셀이 저충전되었거나 혹은 과충전되었다 하더라고 인접한 배터리 셀에 비해 상대적으로 전위가 낮거나 높으면 해당 배터리 셀에서 전하가 흘러나가거나 혹은 흘러들어가는 경우가 발생하는 종래의 문제를 방지하는 효과가 있다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 배터리 운용 장치 및 방법을 상세 히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 그리고, 하기의 설명에서 설명의 명확함을 위해 다수의 배터리가 직렬 연결된 배터리 스트링을 구성하는 임의의 단일한 배터리를 배터리 셀로 통칭한다.

도 3은 본 발명의 자동 PWM 생성 수단(310)을 갖는 전하 균일 장치의 일반적인 구조를 도시한 일 예이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 가장 왼쪽에는 m개의 배터리가 직렬 연결된 m의 배터리 스트링(330)이 도시 되어 있다. 여기서 m의 배터리 스트링(330)은 직렬 연결된 전체 배터리 스트링의 일부분이다. m의 배터리 스트링(330) 중에서 가장 아래에 위치한 배터리가 현재 배터리(B_n)이다. 도 3에서 n번째 배터리 셀의 의미는 m의 배터리 스트링(330)을 구성하는 임의의 단일한 배터리 중 충전 또는 방전에 의한 전하 균일화가 수행되는 배터리 셀을 지칭하는 용어이다. 또한 m의 배터리 스트링(330)을 구성하는 배터리의 수와 동일한 번째의 배터리 셀(B_n+(m-1))을 n+(m-1)번째 배터리라 한다. m의 배터리 스트링(330)에는 자동 PWM 생 성 수단(310)이 병렬 연결되어 있다. 상기 자동 PWM 생성 수단(310)은 PWM 발생기(311)와 PWM 발생기(311)를 구동시키기 위한 비교기(comparator)(312)가 포함되어 있다. 현재 배터리인 n번째 배터리 셀을 충전하거나 방전시킬 수 있는 전하균일화장치(320)는 PWM 발생기(311)에서 자동으로 생성되는 PWM 신호에 의해 제어되어 충전 또는 방전 동작을 시작하고 종료한다. 이때 도 3에 도시한 바와 같이 상기 전하균일화장치(320)는 DC/DC 컨버터를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

도 3을 기반으로 상술한 바와 같이 본 발명의 자동 전하 균일 장치의 특징은 n번째 배터리 셀의 전위와 n번째 배터리 셀을 포함한 m개의 배터리 셀(m은 3 이상 배터리 스트링을 구성하는 전체 배터리의 수 이하의 수이다.)의 평균 전위값을 비교기로 비교하고 비교기의 출력에 의해 PWM 발생기에서 자동으로 PWM 신호를 생성하는 것이며, PWM 발생기에서 발생하는 PWM 신호에 의해 DC/DC 컨버터의 구동이 제어되며 n번째 배터리 셀에 전하가 충전 또는 방전 되어 n번째 배터리 셀의 전하 균일이 이루어진다는 것이다.

도 4는 본 발명의 방전 형태의 자동 전하 균일 장치의 예를 도시한 것이다. 총 k개의 배터리가 직렬 연결된 배터리 스트링(B_l~B_k)에서 각각의 배터리 셀에는 전하를 방전시킬 수 있는 장치(401)가 병렬로 연결되어 있다. 도 4는 m의 배터리 스트링 중 m=4인 경우에 대해 도시한 것이며, 임의의 배터리 셀 전위가 자신을 포함한 4개의 배터리 셀의 평균 전위보다 높은 경우 과충전된 자기 자신의 에너지를 방 전시켜 상위 m-1개의 직렬 연결된 배터리에 재충전시키는 전하 균일 방법을 보이고 있다.

만약 충전하려고 하는 배터리 수가 m-1보다 적은 경우 (도 4에서 충전하려고 하는 배터리 수가 3보다 적은 경우), 충전할 수 있는 가장 많은 배터리를 충전하게 된다. 도 4에서 보듯이 (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)은 방전된 에너지를 (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)와 k번째 배터리 셀(B_k)에 충전시키고 있으며, (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)는 방전된 에너지를 k번째 배터리 셀(B_k)에 충전시키고 있다. 그리고 k번째 배터리 셀(B_k)는 방전된 에너지를 직렬 연결된 배터리 중에서 가장 아래에 위치한 배터리 셀(B₁)를 충전시키고 있다.

도 5는 도 4를 기반으로 한 본 발명의 일실시예에 따른 자동 전하 균일 장치에서 첫 번째 배터리 셀(B₁)의 전하 균일 과정을 보이고 있다. 스위치(Q₁)가 켜지면 첫 번째 배터리 셀(B₁)에서 방전된 에너지는 인덕터(L₁)에 저장된다. 그 후, 스위치(Q1)가 꺼지면 저장된 에너지는 다이오드(D₁)를 통해 직렬 연결된 두 번째, 세 번째, 그리고 네 번째 배터리(B₂, B₃ 및 B₄)에 직렬로 흘러들어가게 된다(도 5의 점선 화살표는 스위치의 동작 상태에 따른 전하의 이동을 표현한 것이다).

도 6은 도 4를 기반으로 한 본 발명의 일실시예에 따른 국부 평균 (localized average) 전위를 이용한 자동 PWM 생성 수단을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치를 보이고 있다. 본 발명에서 국부 전체 전위는 m의 배터리 스트링의 전체 전위를 의미하며, 국부 평균 전위는 상기 m의 배터리 스트링을 구성하고 있는 배터리 m개의 평균 전위를 의미한다.

본 발명에서는 인접한 두 배터리 셀의 전위를 비교하여 전하 균일 장치를 동작시키는 종래의 전하 균일 방법의 단점을 극복하기 하기 위해, 현재 관심 있는 배터리 셀(B₁)과 현재 배터리 셀(B₁)을 포함한 현재 배터리 셀(B₁)을 기준으로 상위 (m-1)번째 배터리 셀(B₄)까지의 국부 평균 전위를 비교하여 현재 배터리 셀(B₁)이 m개 배터리 셀의 평균 전위보다 높을 경우 전하 균일 장치가 동작하는 방법을 제안하고 있다.

구체적으로, 도 6은 m=4인 배터리 스트링을 도시한 것이며, 첫 번째 배터리 셀(B₁)의 과충전된 에너지를 방전시키기 위해 방전 형태의 전하균일화장치(620)와 전하균일화장치(620)를 동작시키기 위한 자동 PWM 생성 수단(610)을 보이고 있다. 자동 PWM 생성 수단 내에 비교기(612)의 두 입력 단자에는 양극 단자에 첫 번째 배터리 셀(B₁)의 전위가 연결되어 있고, 음극 단자에는 첫 번째 배터리 셀(B₁)부터 네 번째 배터리 셀(B₄)의 평균 전위가 연결되어 있다. 여기서 첫 번째 배터리 셀(B₁)부터 네 번째 배터리 셀(B₄)까지의 국부 평균 전위는 저항 R_1,U와 R_1,L를 사용하여 구현하였으며, m=4인 배터리 스트링이므로 R_1,U의 저항값은 3xR_1,L 이다. 비교기(612)의 출력은 PWM 발생기(611)에 연결되어 있어 비교기(612)의 출력이 High 가 되면 PWM 발생기(611)가 PWM 신호를 생성하게 된다. 생성된 PWM 신호는 고정된 시비율(duty ratio)을 갖고 있으며, 방전 형태의 DC/DC 컨버터(621), 방전 형태의 DC/DC 컨버터를 구동시키기 위해 스위치(Q₁, 622) 및 전류의 흐름 방향을 제어하는 다이오드(D₁, 623)을 포함하여 구성된 전하균일화장치(620)의 동작을 제어하게 된다. 도 6에 보인 전하균일화장치(620)에서는 첫 번째 배터리 셀(B₁)의 전위가 첫 번째 배터리 셀(B₁)부터 네 번째 배터리 셀(B₄)까지의 국부 평균 전위보다 높으면 PWM 신호에 의해 스위치(Q₁, 622)가 on되어 전하균일화장치(620)가 동작하고 이 전하균일화장치(620)의 동작으로 첫 번째 배터리 셀(B₁)에서 방전된 에너지는 두 번째 배터리 셀(B₂), 세 번째 배터리 셀(B₃) 및 네 번째 배터리(B₄)에 직렬로 충전된다. 그리고 이러한 전하 균일 동작은 첫 번째 배터리 셀(B₁)의 전위가 자신을 포함한 네 번째 배터리 셀(B₄)까지의 국부 평균 전위보다 낮아질 때까지 계속된다.

도 7은 도 4를 기반으로 한 본 발명의 일실시예에 따른 (k-2)번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단(710)을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치의 예를 보이고 있다. 전체 배터리의 수가 k 개, m=4인 m의 배터리 스트링인 경우에 대해 본 발명의 자동 전하 균일 장치를 설계하면 (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)에서 방전된 에너지를 충전시킬 배터리의 수가 최대 2개이다. 그리고 이때 충전시킬 수 있는 배터리는 (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)과 k번째 배터리 셀(B_k)이다. 이 경우 R_k-2,U= 2xR_k-2,L의 관 계가 성립한다. 도 7에 보인 전하균일화장치(720)의 동작을 설명하면, (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)의 전위가 (k-2)번째 배터리 셀부터 k번째 배터리 셀(B_k)까지의 평균 전위보다 높으면 자동 PWM 생성 수단(710)에서 PWM 신호가 발생된다. 그리고 발생된 PWM 신호는 전하균일화장치(720)를 구동시키기 위해 스위치(Q_k-2)에 입력되고, 그 결과 (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)에서 방전된 에너지는 두 배터리 셀(B_k-1 및 B_k)에 직렬로 충전된다.

도 8은 도 4를 기반으로 한 본 발명의 일실시예에 따른 (k-1)번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단(810)을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치의 예를 보이고 있다. 전체 배터리의 수가 k 개, m=4인 경우에 대해 본 발명의 자동 전하 균일 장치를 설계하면 (k-1)번째 배터리 셀에서 방전된 에너지가 흘러들어 갈 수 있는 배터리는 오직 k번째 배터리 셀(B_k) 한 개이다. 이 경우 R_k-1,U= R_k-1,L의 관계가 성립한다. 도 8에 보인 전하 균일 장치의 동작을 설명하면, (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)의 전위가 k 번째 배터리 셀(B_k)의 전위보다 높으면 자동 PWM 생성 수단(810)에서 PWM 신호가 발생된다. 그리고 발생된 PWM 신호는 전하균일화장치(820)를 구동시키기 위해 스위치(Q_k-1)에 입력되고, 그 결과 (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)에서 방전된 에너지는 k번째 배터리(B_k)에 충전된다.

도 9은 도 4를 기반으로 한 본 발명의 일실시예에 따른 k번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단(910)을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치의 예를 보이고 있다. 전체 배터리의 수가 k개, m=4인 경우 k번째 배터리 셀(B_k)은 방전된 에너지를 충전시킬 배터리로 직렬 연결된 k개의 배터리 중에서 가장 아래에 위치한 첫 번째 배터리 셀(B_l)을 이용하게 된다. 그리고 자동 PWM 생성 수단(910)에서 비교기(912) 음극 단자는 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전위가 연결되고 양극 단자는 배터리스트링의 전체 전위의 평균 전위가 연결된다. 이 경우 두 저항 R_k,U, R_k,L는 R_k,U= (k-1)xR_k,L의 관계가 성립한다. 도 9에 보인 전하균일화장치(920)의 동작을 설명하면, 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전위가 전체 k개 배터리의 전위보다 낮으면 자동 PWM 생성 수단(910)이 동작하여 PWM 신호가 발생된다. 그리고 발생된 PWM 신호는 전하균일화장치(920)를 구동시키기 위해 스위치(Q_k)에 입력되며, 그 결과 k번째 배터리 셀(B_k)에서 방전된 에너지는 첫 번째 배터리 셀(B_l)에 충전된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예인 충전 형태의 자동 전하 균일 장치의 예를 보이고 있다. 중앙에는 k개의 배터리(B_l~ B_k)가 직렬연결 되어 있고, 모든 배터리 셀에서는 해당 배터리 셀로 에너지를 충전할 수 있는 충전 방식의 전하균일화장치(1001)가 병렬로 연결되어 있다. 도 10은 k개의 직렬연결 배터리(B_l~ B_k)에서 m=4인 m의 스트링(1010, 1020, 1030, 1040)인 경우가 도시된 것이므로, 임의의 4개 배터리 셀을 기준으로 4개 배터리 셀에서 에너지를 방전시켜 가장 아래에 위치한 한 개의 배터리에 방전된 에너지를 충전시키는 전하 균일 방법을 보이고 있다. 도 10의 경우, k개의 직렬연결 배터리에서 첫 번째 배터리 셀(B_l)에서부터 (k-3)번째 배터리 셀(B_k-3)까지는 본 발명의 일반적인 형태로 구현할 수 있다. 다만, (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)의 경우, (k-2)번째 배터리 셀을 충전시키기 위해 (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)과 k번째 배터리 셀(B_k)이 방전하게 되며, (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)을 충전시키기 위해 오직 k번째 배터리 셀(B_k)만이 방전하게 된다. 그리고 가장 위에 위치한 k번째 배터리 셀(B_k)을 충전하기 위해서 가장 아래에 위치한 첫 번째 배터리 셀(B_l)이 방전하게 된다. 도 10에서는 현재 관심 있는 배터리 셀이 저충전된 상태인 경우 해당 배터리 셀을 충전하기 위한 충전 방식의 전하 균일 장치로 간단한 flyback 컨버터가 사용되고 있다. 하지만, 다른 형태의 DC/DC 컨버터가 같은 목적으로 사용되어도 무방하다는 것은 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 사항이다.

도 11은 도 10을 기반으로 한 본 발명의 다른 실시예인 충전 형태의 자동 전하균일화장치에서 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전하 균일 과정을 보이고 있다. 충전형태의 전하균일화장치(1110)는 변압기, 다이오드 및 스위치소자(FET, BJT등)를 포함하여 구성된다. 도 11에서 첫 번째 배터리(B_l)는 변압기(T₁)의 2차 권선에 다이오드(D₁)가 직렬 연결되어 있는 변압기(T₁)와 병렬 연결되어 있다. 그리고 변압기(T₁)의 1차 권선은 스위치(Q₁)이 직렬 연결되어 m=4인 m의 배터리 스트링의 국부 전체 전위, 즉, 네 번째 배터리 셀(B₄)의 양극과 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 음극에 병렬 연결되어 있다. 자동 PWM 생성 수단(미도시)에서 생성된 PWM 구동 신호에 의해 스위치(Q₁)가 켜지면 변압기(T₁)의 자화 인덕터 (magnetizing inductor)에 에너지가 저장된다. 그리고 스위치(Q₁)가 꺼지면 자화 인덕터에 저장된 에너지는 다이오드(D₁)를 통해 첫 번째 배터리 셀(B_l)에 흘러들어 간다.

도 12는 도 10을 기반으로 한 본 발명의 다른 실시예인 첫 번째 배터리의 전하 균일을 위한 자동 PWM 생성 수단(1210)을 갖는 충전 방식의 전하균일화장치(1220)의 예를 보이고 있다. m=4인 m의 배터리 스트링을 도시한 것이므로, 첫 번째 배터리 셀(B_l)에서부터 네 번째 배터리 셀(B₄)까지 4개의 배터리가 직렬 연결되어 있으며, 첫 번째 배터리 셀(B_l)에는 첫 번째 배터리 셀(B_l)을 충전시키기 위한 flyback 컨버터가 병렬 연결되어 있다. 구체적으로 flyback 컨버터의 입력은 m=4인 m의 배터리 스트링의 국부 전체 전위와 연결되어 있으며 출력은 첫 번째 배터리 셀(B_l)이 연결되어 있다. 배터리 왼쪽에는 자동 PWM 생성 수단(1210)이 있으며, 자동 PWM 생성 수단(1210)은 비교기(1212)와 PWM 발생기(1211)를 포함하여 구성된다. 비교기(1212)의 음극 단자에는 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전위가 연결되어 있으며, 양극에는 m=4인 m의 배터리 스트링의 국부 전체 전위가 연결되어 있다. 이때, 비교기(1212)의 두 입력측(음극 단자 및 양극단자) 각각에 저항, R_1,U, R_1,L를 구비하여 m=4인 m의 배터리스트링의 국부 평균 전위와 단일한 배터리 셀의 전위가 비교되도록 하였다. 이를 위해 R_1,U, R_1,L는 R_1,U= 3xR_1,L의 관계를 가진다.

도12에 보인 자동 PWM 생성 수단(1210)을 갖는 전하균일화장치(1220)의 동작을 구체적으로 설명하면, 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전위가 m=4인 m의 배터리 스트링의 국부 평균 전위보다 낮으면 PWM 생성 수단(1210)은 고정 시비율을 갖는 PWM 신호를 생성하게 되고, 이 PWM 신호는 전하균일화장치(1220)를 구동시키기 위해 스위치(Q₁)에 입력된다. 그 결과 직렬 연결된 네 개의 배터리 셀(B_l~B₄)에서 흘러나온 에너지는 첫 번째 배터리 셀(B_l)로 흘러들어가게 된다. 그리고 이러한 전하 균일 과정은 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전위가 비교기(1212)의 양극 단자에 입력된 m=4인 m의 배터리 스트링의 국부 평균 전위보다 높아질 때까지 계속된다.

도 13은 도 10을 기반으로 한 본 발명의 다른 실시예인 (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)을 위한 자동 PWM 생성 수단(1310)을 갖는 충전 형태의 전하균일화장치(1320)의 예를 보이고 있다. 전체 배터리의 수가 k 개라고 가정하고 m=4인 경우 본 발명의 충전 형태의 자동 전하 균일 방법을 적용하면, (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)을 충전시킬 수 있는 배터리의 수는 최대 2개이다. 그리고 이때 방전되는 배터리는 (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)과 k번째 배터리 셀(B_k)이다. 이 경우 R_k-2,U= 2xR_k-2,L의 관계가 성립한다. 간단히 자동 PWM 생성 수단(1310)을 갖는 전하균일화장치(1320) 의 동작을 설명하면, (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)의 전위가 (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)부터 k번째 배터리 셀(B_k)까지의 평균 전위보다 낮으면 자동 PWM 생성 수단(1310)에서 PWM 신호가 발생된다. 그리고 발생된 PWM 신호는 전하균일화장치를 구동시키기 위해 스위치(Q_k-2)에 입력된다. 그 결과 직렬 연결된 세 개의 배터리 셀(B_k-2, B_k-1, B_k)에서 방전된 에너지는 오직 (k-2)번째 배터리 셀(B_k-2)로 충전된다.

도 14는 도 10을 기반으로 한 본 발명의 다른 실시예인 (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)을 위한 자동 PWM 생성 수단(1410)을 갖는 충전 형태의 전하균일화장치(1420)의 예를 보이고 있다. 전체 배터리의 수가 k개라고 가정하고 m=4인 경우 (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)을 충전시킬 수 있는 배터리는 오직 k번째 배터리 셀(B_k) 한 개이다. 이 경우 R_k-1,U= R_k-1,L의 관계가 성립한다. 간단히 전하 균일 과정을 설명하면, (k-1)번째 배터리 셀(B_k-1)의 전위가 k번째 배터리 셀(B_k)의 전위보다 낮으면 자동 PWM 생성 수단(1410)이 동작하여 PWM 신호가 발생된다. 그리고 발생된 PWM 신호는 전하균일화장치(1420)를 구동시키기 위해 스위치(Q_k-1)에 입력된다. 그 결과 직렬연결된 두 개의 배터리 셀(B_k-1, B_k)에서 방전된 에너지는 오직 (k-1)번째 배터리 셀(B_k)로만 충전된다.

도 15는 도 10을 기반으로 한 본 발명의 다른 실시예인 k번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단(1510)을 갖는 충전 형태의 전하균일화장치(1520)의 예를 보이 고 있다. 도 15에서 알 수 있듯이 전체 배터리 스트링은 k개의 배터리(B_l~ B_k)가 직렬 연결되어 있으며, 첫 번째 배터리 셀(B_l)은 가장 아래에 그리고 k번째 배터리 셀(B_k)은 가장 위에 각각 위치해 있다. k번째 배터리 셀(B_k)의 전하 균일을 위해 flyback 컨버터가 구현되어 있으며, flyback 컨버터의 입력은 첫 번째 배터리 셀(B_l)에 그리고 출력은 k번째 배터리 셀(B_k)에 각각 연결되어 있다. 자동 PWM 생성 수단(1510) 내의 비교기(1512)의 양극 단자에는 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전위가 연결되어 있고 음극 단자에는 k개의 배터리로 구성된 전체 배터리스트링의 전체 전위가 연결되어 있다. 비교기(1512)에서 전체 배터리스트링의 평균 전위와 개별 배터리 셀의 전위를 비교하기 위해, 비교기(1512)의 두 입력측(음극 단자 및 양극단자) 각각에 저항(R_k,U, R_k,L)를 구비하여 전체 배터리스트링의 평균 전위와 단일한 배터리 셀의 전위가 비교되도록 하였다. 이를 위해 R_k,U, R_k,L은 R_k,U= (k-1)xR_k,L의 관계가 있다. 도 15의 전하 균일 장치에서는 첫 번째 배터리 셀(B_l)의 전위가 전체 k개 배터리의 평균 전위보다 높은 경우 자동 PWM 생성 수단(1510)에서 PWM 신호가 생성된다. 그리고 생성된 PWM 신호는 스위치(Q_k)에 입력되어 flabyck 컨버터(T_k)를 동작시킨다. 그 결과 과충전된 첫 번째 배터리의 에너지는 flyback 컨버터 동작에 의해 전체 배터리스트링으로 흘러들어가게 된다.

도 3 내지 도 15를 기반으로 본 발명 자동전하 균일 방법 및 장치를 상세히 설명하였으나, 본 발명의 자동전하 균일 방법을 좀 더 상세히 설명하고자 한다.

본 발명의 자동전하 균일 방법은 직렬 연결된 복수개의 배터리로 구성되어 있는 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리와 병렬로 연결된 비교기(comparator)를 포함하는 자동 PWM 생성수단; 및 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리와 병렬로 연결된 DC/DC 컨버터를 포함하는 전하균일화장치;를 포함하여 구성되는 전하균일장치의 전하균일방법에 있어서,

(a) 상기 배터리 스트링을 구성하는 n번째 배터리 셀의 전위와 상기 배터리 스트링의 일부분이며 상기 n번째 배터리 셀을 포함하는 m개 배터리 셀이 직렬 연결된 m의 배터리 스트링의 평균 전위(국부 평균 전위)를 비교하여 PWM 신호를 자동으로 생성하는 단계; 및 (b) 상기 PWM 신호에 의해 상기 전하균일화 장치가 제어되어 상기 n번째 배터리 셀의 충전 또는 방전이 수행되는 단계;를 포함하여 수행되는 특징을 갖는다.

(상기 n번째 배터리 셀은 상기 배터리 스트링을 구성하는 직렬 연결된 복수개의 배터리 중 임의의 단일한 배터리를 지칭하는 것이며, 상기 m은 3 이상이고 상기 배터리 스트링을 구성하는 전체 배터리 수(k) 이하의 수이다.)

(b) 단계에서 상기 PWM 신호에 의해 상기 DC/DC 컨버터 동작의 시작 및 종료가 자동 제어되고, 상기 PWM 신호는 상기 비교기의 출력에 의해 자동으로 생성되므로, 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 m의 배터리 스트링의 평균 전위(국부 평균 전위)와 같거나 유사해 질 경우 상기 DC/DC 컨버터의 동작이 종료되게 된다.

상기 n번째 배터리 셀의 충전 또는 방전은 충전형 DC/DC 컨버터 또는 방전형 DC/DC 컨버터가 동작하며 수행될 수 있으며, 상기 DC/DC 컨버터의 입력 또는 출력은 상기 m의 배터리 스트링과 연결되어, 상기 n번째 배터리 셀의 충전 전류가 m의 배터리 스트링의 전체 전위에 기인하며, 상기 n번째 배터리 셀의 방전 전류가 m의 배터리 스트링의 전체 전위에 기여하게 된다.

(a) 단계에서 상기 비교기의 두 입력은 각각 n번째 배터리 셀의 전위 및 상기 m의 배터리 스트링의 전체 전위이며, 상기 두 입력 각각에 연결된 저항을 이용하여 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위와 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 비교되게 된다.

상기 (a) 및 (b) 단계를 통해 수행되는 본 발명의 전하 균일 방법은 상기 n번째 배터리 셀이 다수의 m의 배터리 스트링에 속하게 되고, 상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 중 끝단에 위치한 배터리 셀에 병렬 연결되는 상기 자동 PWM 생성수단의 비교기는 배터리 스트링의 전체 전위와 끝단에 위치한 배터리 셀의 전위를 비교하게 되므로, 단일한 상기 n번째 배터리 셀은 다수의 국부 평균 전위를 생성하며, 배터리 스트링의 전체 전위에도 기여하는 특징이 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 종래의 자동 전하 균일 장치의 예이며,

도 2는 n번째 셀을 위한 종래의 자동 PWM 생성 수단을 갖는 전하 균일 장치의 예이며,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하 균일 장치의 일반적인 형태를 도시한 것이며,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방전 형태의 자동 전하 균일 장치의 예이며,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 전하 균일 장치에서 첫 번째 배터리의 전하 균일 과정, (a) Q₁이 켜진 경우, (b) Q₁이 꺼진 경우 전하의 흐름을 도시한 것이며,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 PWM 생성 수단을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치의 예이며,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 (N-2)번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치의 예이며,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 (N-1)번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치의 예이며,

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 N번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단을 갖는 방전 형태의 전하 균일 장치의 예이며,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 형태의 자동 전하 균일 장치의 예이며,

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 형태의 자동 전하 균일 장치에서 첫 번째 배터리의 전하 균일 과정, (a) Q₁이 켜진 경우, (b) Q₁이 꺼진 경우 전하의 흐름을 도시한 것이며,

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 PWM 생성 수단을 갖는 충전 방식의 전하 균일 장치의 예이며,

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 (N-2)번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단을 갖는 충전 형태의 전하 균일 장치의 예이며,

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 (N-1)번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단을 갖는 충전 형태의 전하 균일 장치의 예이며,

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 N번째 배터리를 위한 자동 PWM 생성 수단을 갖는 충전 형태의 전하 균일 장치의 예이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

330 : m의 배터리 스트링

310, 610, 710, 810, 910, 1210, 1310, 1410, 1510 : 자동 PWM 생성수단

320, 620, 720, 820, 920, 1220, 1320, 1420, 1520 : 전하균일화장치

410, 420, 430, 440, 1010, 1020, 1030, 1040 : m=4인 배터리 스트링

401 : 충전형 전하균일화 장치

1001 : 방전형 전하균일화 장치

Claims

직렬 연결된 배터리 스트링을 위한 전하 균일 장치에 있어서,

직렬 연결된 복수개의 배터리로 구성되어 있는 배터리 스트링;

상기 배터리 스트링을 구성하는 n번째 배터리 셀;

상기 배터리 스트링의 일부분이며, 상기 n번째 배터리 셀을 포함하는 m개 배터리 셀이 직렬 연결된 m의 배터리 스트링;

상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결된 자동 PWM 생성수단; 및

상기 배터리 스트링을 구성하는 배터리 각각에 병렬 연결된 전하균일화장치;

를 포함하여 구성되고,

상기 자동 PWM 생성수단은 비교기(comparator) 및 상기 비교기의 출력에 의해 PWM 신호를 자동 생성하는 PWM 발생기를 포함하여 구성되어, 상기 비교기는 상기 n번째 배터리 셀의 전위와 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위를 비교하여 출력을 생성하고, 상기 PWM 발생기에서 자동 생성되는 PWM 신호에 의해 상기 n번째 배터리 셀을 충전 또는 방전시키는 전하균일화장치가 자동 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.

(상기 n번째 배터리 셀은 상기 배터리 스트링을 구성하는 직렬 연결된 복수개의 배터리 중 임의의 단일한 배터리를 지칭하는 것이며, 상기 m은 3 이상이고 상기 배터리 스트링을 구성하는 전체 배터리 수(k) 이하의 수이다.)
제 1항에 있어서,

상기 비교기(comparator)의 두 입력은 각각 n번째 배터리 셀의 전위 및 상기 m의 배터리 스트링을 구성하는 배터리의 평균 전위인 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 2항에 있어서,

상기 비교기(comparator)는 두 입력에 각각 저항이 구비되어 있으며, 상기 저항에 의해 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위와 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 비교되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 1항에 있어서,

상기 전하균일화 장치는 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리에 병렬 연결된 DC/DC 컨버터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 4항에 있어서,

상기 DC/DC 컨버터는 충전형의 DC/DC 컨버터이며, 상기 m의 배터리 스트링의 전체 전위를 입력으로 하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 5항에 있어서,

상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 낮을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 4항에 있어서,

상기 DC/DC 컨버터는 방전형의 DC/DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 배터리 운용 장치.
제 7항에 있어서,

상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 높을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 4항에 있어서,

상기 DC/DC 컨버터는 상기 자동 PWM 생성 수단에 의해 동작이 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 1항에 있어서,

상기 n번째 배터리 셀은 1 이상~ m 이하 개의 상기 m의 배터리 스트링 각각에 속하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
제 10항에 있어서,

상기 배터리 스트링의 끝단에 위치한 배터리 셀에 구비되는 비교기의 두 입력은 각각 끝단에 위치한 배터리 셀의 전위 및 배터리 스트링을 구성하는 배터리의 평균 전위인 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일장치.
직렬 연결된 복수개의 배터리로 구성되어 있는 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리와 병렬로 연결된 비교기(comparator)를 포함하는 자동 PWM 생성수단; 및 상기 배터리 스트링을 구성하는 각각의 배터리와 병렬로 연결된 DC/DC 컨버터를 포함하는 전하균일화장치;를 포함하여 구성되는 전하균일장치의 전하균일방법에 있어서,

(a) 상기 배터리 스트링을 구성하는 n번째 배터리 셀의 전위와 상기 배터리 스트링의 일부분이며 상기 n번째 배터리 셀을 포함하는 m개 배터리 셀이 직렬 연결된 m의 배터리 스트링의 평균 전위를 비교하여 PWM 신호를 자동으로 생성하는 단계; 및

(b) 상기 PWM 신호에 의해 상기 전하균일화 장치가 제어되어 상기 n번째 배터리 셀의 충전 또는 방전이 수행되는 단계;

를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.

(상기 n번째 배터리 셀은 상기 배터리 스트링을 구성하는 직렬 연결된 복수개의 배터리 중 임의의 단일한 배터리를 지칭하는 것이며, 상기 m은 3 이상이고 상기 배터리 스트링을 구성하는 전체 배터리 수(k) 이하의 수이다.)
제 12항에 있어서,

(b) 단계에서 상기 PWM 신호에 의해 상기 DC/DC 컨버터 동작의 시작 및 종료가 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.
제 13항에 있어서,

상기 n번째 배터리 셀의 충전 또는 방전은 충전형 DC/DC 컨버터 또는 방전형 DC/DC 컨버터가 동작하며 수행되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.
제 14항에 있어서,

상기 DC/DC 컨버터의 입력 또는 출력은 상기 m의 배터리 스트링과 연결되어, 상기 n번째 배터리 셀의 충전 전류가 m의 배터리 스트링의 전체 전위에 기인하며, 상기 n번째 배터리 셀의 방전 전류가 m의 배터리 스트링의 전체 전위에 기여하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.
제 12항에 있어서,

(a) 단계에서 상기 자동 PWM 생성 수단에서 생성되는 PWM 신호는 상기 비교기의 출력에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.
제 12항에 있어서,

(a) 단계에서 상기 비교기의 두 입력은 각각 n번째 배터리 셀의 전위 및 상기 m의 배터리 스트링을 구성하는 배터리의 평균 전위이며, 두 입력 각각에 연결된 저항을 이용하여 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위와 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 비교되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.
제 17항에 있어서,

(a) 단계에서 상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 높을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.
제 17항에 있어서,

(a) 단계에서 상기 자동 PWM 생성 수단은 상기 n번째 배터리 셀의 전위가 상 기 m의 배터리 스트링의 평균 전위보다 낮을 경우 상기 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 전하균일방법.