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직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치 및 방법

  • 기술번호 : KST2014046680
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요약 본 발명은 직렬 연결된 배터리 스트링의 전하 균일화를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 단일한 전압센싱부 및 단일한 전하균일화부를 배터리 스트링을 구성하는 개별 배터리가 공유하며, 2단의 구조의 스위치 블록이 배터리 스트링을 구성하는 개별 배터리의 전압을 측정하기 위한 전류 이동 경로를 형성함과 동시에 배터리 스트링 중 저충전 또는 과충전된 배터리의 충전 또는 방전 경로를 형성하고, 내전압이 낮은 스위치 소자의 사용이 가능하며, 전하 균일화를 수행하기 위한 전체적인 복잡성 및 부피가 획기적으로 감소되어 그 생산 단가를 낮춤과 동시에 효율적으로 전하균일화가 수행되는 전하균일 장치 및 방법에 관한 것이다. 직렬 연결, 배터리, DC/DC 컨버터, 모듈, 스위치
Int. CL H02J 7/00 (2006.01.01) H01M 10/44 (2006.01.01) H02J 7/10 (2006.01.01)
CPC H02J 7/0019(2013.01) H02J 7/0019(2013.01) H02J 7/0019(2013.01) H02J 7/0019(2013.01) H02J 7/0019(2013.01) H02J 7/0019(2013.01)
출원번호/일자 1020090007544 (2009.01.30)
출원인 에스케이이노베이션 주식회사, 한국과학기술원
등록번호/일자 10-1076786-0000 (2011.10.19)
공개번호/일자 10-2010-0088369 (2010.08.09) 문서열기
공고번호/일자 (20111025) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2010.04.19)
심사청구항수 16

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 에스케이이노베이션 주식회사 대한민국 서울특별시 종로구
2 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 임재환 대한민국 대전광역시 유성구
2 박상현 대한민국 대전광역시 서구
3 이중휘 대한민국 대전광역시 유성구
4 문건우 대한민국 대전광역시 유성구
5 박홍선 대한민국 대전광역시 유성구
6 김철호 대한민국 대전광역시 유성구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 김종관 대한민국 대전광역시 서구 한밭대로 ***번지 (둔산동, 사학연금회관) **층(특허법인 플러스)
2 박창희 대한민국 대전광역시 서구 한밭대로 ***번지 (둔산동, 사학연금회관) **층(특허법인 플러스)
3 권오식 대한민국 대전광역시 서구 한밭대로 ***번지 (둔산동, 사학연금회관) **층(특허법인 플러스)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 에스케이이노베이션 주식회사 대한민국 서울특별시 종로구
2 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application
2009.01.30 수리 (Accepted) 1-1-2009-0060817-94
2 [심사청구]심사청구(우선심사신청)서
[Request for Examination] Request for Examination (Request for Preferential Examination)
2010.04.19 수리 (Accepted) 1-1-2010-0249916-51
3 출원인정보변경(경정)신고서
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2011.01.06 수리 (Accepted) 4-1-2011-5003468-16
4 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search
2011.08.11 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
5 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search
2011.09.20 수리 (Accepted) 9-1-2011-0076843-02
6 등록결정서
Decision to grant
2011.10.14 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2011-0591940-17
7 출원인정보변경(경정)신고서
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2012.02.13 수리 (Accepted) 4-1-2012-5031054-64
8 출원인정보변경(경정)신고서
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2013.02.01 수리 (Accepted) 4-1-2013-5019983-17
9 출원인정보변경(경정)신고서
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2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5158129-58
10 출원인정보변경(경정)신고서
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2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157993-01
11 출원인정보변경(경정)신고서
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2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157968-69
12 출원인정보변경(경정)신고서
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2019.04.24 수리 (Accepted) 4-1-2019-5081392-49
13 출원인정보변경(경정)신고서
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2019.12.10 수리 (Accepted) 4-1-2019-5260828-53
14 출원인정보변경(경정)신고서
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2019.12.12 수리 (Accepted) 4-1-2019-5263004-74
15 출원인정보변경(경정)신고서
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2020.05.15 수리 (Accepted) 4-1-2020-5108396-12
16 출원인정보변경(경정)신고서
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2020.06.12 수리 (Accepted) 4-1-2020-5131486-63
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
다수개의 배터리가 직렬 연결된 배터리 모듈; M(M≥2인 자연수) 상기 배터리 모듈이 직렬 연결된 배터리 스트링; 상기 배터리 스트링을 구성하는 각 배터리의 전압을 센싱하는 단일한 전압센싱부; 상기 전압센싱부와 병렬 연결되며, 배터리 스트링을 구성하는 각 배터리를 충전 또는 방전시키는 단일한 전하균일화부; 상기 배터리 모듈별로 구비되며 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 각각에 병렬 전류 이동 경로를 형성하는 양방향 스위치 블록; 상기 양방향 스위치 블록과 상기 전압센싱부 및 전하균일화부 사이에 전류 이동 경로를 형성시키는 모듈 스위치부; 및 상기 전압 센싱부에서 측정된 전압값을 입력받아 배터리의 충전 또는 방전을 판단하고, 상기 양방향 스위치 블록 및 상기 모듈 스위치부를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하고, 상기 배터리 스트링을 구성하는 각 배터리는 상기 양방향 스위치 블록 및 상기 모듈 스위치부에 의해 상기 전압센싱부 및 상기 전하균일화부를 공유하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
2 2
제 1항에 있어서, k(k≥2인 자연수)개의 배터리로 구성된 상기 배터리 모듈의 해당 양방향 스위치 블록은 2k개의 양방향 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치를 포함하며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 일 배터리를 기준으로 상기 양방향 MOSFET 스위치가 상기 일 배터리의 음극 및 양극의 양 단에 각각 연결되어 상기 병렬 전류 이동 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
3 3
제 2항에 있어서, 상기 모듈 스위치부는 M개의 스위치 페어(pair)를 포함하고 상기 M개의 스위치 페어중 제1 스위치 페어는 일 양방향 스위치 블록과 연결되는 제1-1스위치 및 제1-2스위치를 포함하며, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 중 최하단 또는 최상단 배터리를 기준으로 상기 양방향 스위치 블록을 구성하는 홀수 번째 양방향 MOSFET 스위치의 일측이 병렬 연결되어 상기 제1-1스위치와 연결되며, 짝수 번째 양방향 MOSFET 스위치의 일측이 병렬 연결되어 상기 제1-2스위치와 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
4 4
제 3항에 있어서, 상기 M개의 스위치 페어는 각각 상기 전압센싱부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
5 5
제 1항에 있어서, 상기 양방향 스위치 블록은 다수개의 양방향 MOSFET 스위치를 포함하며, 상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 턴온시 가해지는 Vgs는 상기 배터리 스트링의 일부분인 둘 이상의 직렬 연결된 배터리의 전위인 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
6 6
제 5항에 있어서, 상기 양방향 MOSFET 스위치를 구성하는 MOSFET의 게이트에 전자식 릴레이가 구비된 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
7 7
제 6항에 있어서, 상기 전자식 릴레이는 발광다이오드 및 수광소자를 포함하며, 상기 발광다이오드는 양방향 스위치 블록을 제어하기 위한 마이크로프로세서의 제어신호에 의해 발광하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
8 8
제 1항에 있어서, 상기 전압센싱부는 캐패시터, 상기 캐패시터의 전위를 입력으로 가지며 출력값을 상기 마이크로프로세서에 제공하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC), 상기 아날로그-디지털 컨버터 입력단에 구비되며 상기 마이크로프로세서에 의해 제어되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
9 9
제 1항에 있어서, 상기 전하균일화부는 전계효과트랜지스터(FET; Field Effect Transistor), 쌍극자트랜지스터(BJT; Bipolar Junction Transistor), 릴레이(relay) 및 다이오드를 포함하는 군에서 하나 이상 선택된 능동소자; 및 인덕터, 변압기 및 캐패시터를 포함하는 군에서 하나 이상 선택된 수동소자;를 포함하여 구성된 방전회로, 충전회로 또는 충??방전회로인 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
10 10
제 1항에 있어서, 상기 전하균일화부는 DC/DC 컨버터를 포함하며, 상기 DC/DC 컨버터는 충전형 DC/DC 컨버터, 방전형 DC/DC 컨버터 또는 충·방전형 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
11 11
제 10항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터의 1차 권선 또는 2차 권선은 상기 배터리 스트링의 전체 전위와 연결된 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
12 12
제 11항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터의 1차 권선 및 2차 권선의 각 단에 DC/DC 컨버터의 동작(on/off)을 제어하는 스위치가 구비된 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
13 13
제 12항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터에 구비된 스위치는 상기 마이크로프로세서에서 생성된 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
14 14
제 12항에 있어서, 상기 지능제어 전하균일 장치는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 PWM 전용 제어칩을 더 포함하며, 상기 DC/DC 컨버터에 구비된 스위치는 상기 PWM 전용 제어칩의 PWM 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 장치
15 15
제 1항 내지 제 14항에서 선택된 어느 한 항의 지능제어 전하균일 장치를 이용한 전하균일 방법에 있어서, a) 마이크로프로세서에서 모듈 스위치부 및 양방향 스위치 블록을 제어하고 전압센싱부를 이용하여 배터리 스트링을 구성하는 각 배터리의 전압을 측정하는 단계; b) 마이크로프로세서에서 상기 측정된 배터리의 전압의 평균값을 기준으로 저충전 또는 고충전된 배터리인 밸런싱 배터리를 선택하는 단계; c) 마이크로프로세서에서 상기 양방향 스위치 블록 및 모듈 스위치부를 제어하여 상기 밸런싱 배터리와 전하균일화부를 연결하는 단계; 및 d) 마이크로프로세서에서 상기 전하균일화부를 동작시켜 상기 밸런싱 배터리를 충전 또는 방전하는 단계; 를 포함하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 방법
16 16
제 15항에 있어서, 상기 c) 및 d) 단계는 c1) 상기 양방향 스위치 블록을 제어하여 상기 밸런싱 배터리에 병렬 전류 이동 경로를 형성하는 단계; c2) 상기 모듈 스위치부를 제어하여 상기 밸런생 배터리에 형성된 병렬 전류 이동 경로와 상기 전하균일화부간 전류 이동 경로를 형성하는 단계; 및 d1) 상기 마이크로프로세서에서 상기 전하균일화부에 구비되며 배터리스트링 전체 전압을 입력 또는 출력으로 갖는 DC/DC 컨버터의 1차 권선 단부 및 2차 권선 단부 각각에 구비된 스위치를 제어하여 상기 밸런싱 배터리를 충전 또는 방전하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬연결 배터리 스트링을 위한 지능제어 전하균일 방법
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