빠른 전하 균일화를 위해 보조 회로를 이용한 새로운 셀 밸런싱 회로

Abstract

본 논문은 수 많은 배터리 셀을 직렬로 연결하여 고전압을 확보하는 응용분야에서 배터리 셀들의 잔존 용량을 균일하게 제어하기 위한 새로운 전하 밸런싱 회로를 제안한다. 대칭 다권선 변압기를 이용한 기존의 전하 밸런싱 회로는 배터리 셀의 SOC (State Of Charge)를 정확히 측정하지 않아도 배터리 셀 전압에 따라 자동적으로 전하가 균일화 되도록 설계되었다. 하지만 배터리 셀 전압의 차이가 매우 작은 SOC ? OCV (Open Circuit Voltage) 곡선의 중간 영역에서는 전하의 균일화를 이루기 어렵다. 이에 SOC ? OCV 곡선이 가파른 구간에서만 제한적으로 균일화가 이루어지기 때문에 빠른 전하 균일화 속도가 매우 중요하다.본 논문에서는 보조 회로를 이용한 새로운 전하 밸런싱 회로를 제안한다. 제안한 회로는 보조 회로를 이용하여 밸런싱 전류를 크게 확보한 후, 전달하는 방법을 통해 셀 단자 전압 차가 작더라도 많은 양의 전하를 전달할 수 있다. 제안한 전하 밸런싱 회로의 유효성을 검증하기 위해 PSIM 시뮬레이션 툴을 이용한 시뮬레이션 검증과 실험 검증을 실시하였다.This paper proposes a sensorless active cell balancing circuit using an auxiliary for fast charge equalization among the lithium-ion battery cells. A simple voltage sensorless charge balancing circuit has been proposed in the past. This balancing circuit can transfers the excess energy from the high-voltage battery cells to the low-voltage battery cells automatically in proportional to the voltage difference. However, the balancing speed is decreased at the middle charged region of the OCV-SOC curve, since the voltage difference determines the balancing current. And it needs the switch which has low on-resistance, because the balancing speed is limited by the on-resistance of the switch. In this paper, the balancing speed is enhanced by using the auxiliary circuit. The balancing current is large enough although the voltage differences among the batteries are relatively small and the switch has high on-resistance, because the charging current is determined by the high charged battery cell voltage.