리튬 이온 배터리의 허용 충방전 전류 제어를 위한 보조 회로가 적용된 새로운 능동형 셀 밸런싱 회로

Abstract

본 논문에서는 리튬 이온 배터리의 허용 충방전 전류 제어를 위한 보조 회로를 가진 새로운 능동형 전압 밸런싱 회로를 제안한다. 일반적으로 다권선 변압기를 사용하는 기존 전압 균일화 회로들은 배터리 셀의 허용 충방전 전류를 만족하기 위한 큰 자화 인덕턴스가 요구된다. 큰 자화 인덕턴스를 얻기 위해서는 코어의 단면적 및 권선수가 증가되어야 하므로, 시스템 구성 시 부피가 커지고 설계가 어렵다는 단점이 존재한다. 이를 극복하기 위해서 제안한 회로는 보조 회로의 다이오드를 통해서 다권선 변압기의 자화 인덕턴스로 흐르는 전류의 흐름을 제한하고, 보조 회로의 인덕턴스로 전류의 기울기를 제어한다. 이로 인해, 다권선 변압기의 자화 인덕터는 작은 자화 인덕턴스로 설계가 가능하며, 변압기 설계가 용이한 장점을 갖는다. 또한 원하는 인덕턴스를 사용자 요구에 맞게 쉽게 선정할 수 있기 때문에 시스템 설계에 큰 이점이 있다. 이에 대한 타당성을 검증하기 위해 제안한 회로의 구성, 동작 원리 및 동작 모드를 분석하였고, 단독 운전, 충전, 방전 상황 시 전압 균일화 동작에 따른 배터리 셀 전압 파형 및 보조 회로의 유무에 따른 충방전 전류 제어 성능에 대한 시뮬레이션 결과 파형을 제시하였다.