WO2010076955A2 - 전기에너지 저장장치의 전압균등화회로 - Google Patents

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    • H02J2207/50—Charging of capacitors, supercapacitors, ultra-capacitors or double layer capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a voltage equalization device of an electrical energy storage device, and more particularly, a voltage equalization device capable of quickly performing voltage equalization between electrical energy storage cells in an electrical energy storage device in which electrical energy storage cells are connected in series. It is about.
  • electric energy storage cells such as batteries and ultracapacitors have only a few volts, but most applications require voltages of tens to hundreds of volts. Under these circumstances, hundreds of electric energy storage cells such as batteries or ultracapacitors are connected in series to form an electric energy storage device.
  • an electric energy storage cell such as a battery or an ultracapacitor
  • charging and discharging must be performed within a normal operating voltage range.
  • the electric energy storage cell operates in an area outside the normal operating voltage range, for example, when the battery is operated under an under-voltage or over-voltage state, the life of the electric energy storage cell may be drastically shortened. Or an accident such as an explosion or fire may occur.
  • each electrical energy storage cell must have the same characteristics. That is, the make, model, capacity, leakage current, etc. must be the same, even the same manufacturing date and the same lot number are required.
  • an electric energy storage cell such as a battery or an ultracapacitor may be changed according to temperature, and an electric energy storage device in which the electric energy storage cells are connected in series may have a temperature difference or an electric energy storage cell depending on the position of the electric energy storage cell. Since there may be an aging deviation, it is very difficult to continuously maintain voltage equalization between the electric energy storage cells only by the electric energy storage cells themselves.
  • a capacitor is connected in parallel to each cell or group of cells through a switch, and the switch is cut and connected in parallel to adjacent cells, thereby transferring electrical energy from a high voltage battery to a low voltage battery.
  • this method has the disadvantage of causing the price increase due to the large number of parts.
  • the voltage equalization circuit has a disadvantage in that a large portion of the total price is obtained.
  • Another conventional technique is to connect the voltage correction cells in parallel for a predetermined period of time to each cell connected in series, and then repeat the operation of connecting them in parallel to another cell, thereby converting the electrical energy of the battery with the higher voltage among the cells connected in series.
  • this method has a relatively simple structure, but has the disadvantage that the rate of voltage equalization is low due to the transfer of electrical energy between each cell and the cells.
  • the energy storage circuit including an energy storage means such as a capacitor is connected to the cells connected in series in parallel for a predetermined time, and the energy storage means constituting the energy storage circuit is connected in parallel.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a voltage equalization circuit capable of performing voltage equalization quickly and efficiently with respect to a unit cell of an electrical energy storage device.
  • the electrical energy storage cell serial string is a plurality of electrical energy storage cells are connected in series; At least one voltage equalizing cell string comprising at least one voltage equalizing cell; A plurality of first switching means for connecting the electrical energy storage cell and the voltage equalization cell in parallel; At least one second switching means for connecting the electric energy storage cell serial string and the voltage equalizing cell string in parallel; And a controller which controls the first switching means and the second switching means, and controls the first switching means and the second switching means not to be turned on at the same time.
  • the voltage equalization cell is connected in parallel to the electrical energy storage cell by the switching means for a predetermined time by the controller and again the voltage equalization cell string is connected in parallel to the serial string for the predetermined time by the controller.
  • the present invention has a simple structure has the advantage of reducing the production cost.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the voltage equalization circuit of the electrical energy storage device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of a voltage equalization circuit using a plurality of voltage equalization cells in accordance with the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit divided into modules according to the present invention when the electric energy storage device is divided into two modules.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit according to the present invention using a voltage buffer cell.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit to increase the electrical energy transfer rate according to the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a circuit for setting a current direction in FIG. 5;
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a circuit for setting a current direction in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit capable of preventing a delay of the voltage equalization process.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit capable of increasing voltage equalization speed by differential voltage equalization for each unit cell according to the present invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit with an overvoltage protection function according to the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the voltage equalization circuit of the electrical energy storage device according to the present invention.
  • the voltage equalization circuit 10 includes four electrical energy storage cells (hereinafter, referred to as unit cells) (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) is connected to a series of electrical energy storage cell series string (hereinafter referred to as "unit cell series string") CS (110), one voltage equalization cell C E (120), voltage equalization cell (120) Switch (SW 1-1 , SW 1-2 , SW 2-1 , SW 2-2 , SW 3-1 , SW 3- ) connecting unit cells (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) in parallel 2 , SW 4-1 , SW 4-2 ), a switch (SW E-1 , SW E-2 ) for connecting the serial string 110 and the voltage equalization cell 120 in parallel, and a controller SWC for controlling the switch. And 130.
  • unit cells electrical energy storage cells
  • the switches SW 1-1 and SW 1- associated with the first unit cell under the control of the controller 130. 2 remains ON. Then, the controller (130 so that the switch (SW 1-1, SW 1-2) is in the OFF state, the voltage equalization cell 120 and the series string 110 is connected in parallel for a predetermined time by a controller 130 ), The switches SW E-1 and SW E-2 are turned on. After the switches SW E-1 and SW E-2 are turned off by the controller 130, the controller 130 is connected to the voltage equalization cell 120 in parallel with the second unit cell C 2 for a predetermined time. The switches SW 2-1 and SW 2-2 are turned on.
  • the switches 130 are switched by the controller 130 such that the voltage equalization cell 120 and the series string 110 are connected in parallel for a predetermined time. (SW E-1 , SW E-2 ) turns on. Thereafter, the operations of sequentially connecting the unit cells described above and the serial strings in parallel with respect to the unit cells 3 and 4 are sequentially repeated.
  • the electrical energy of the serial string 110 is obtained using the voltage equalization cell 120.
  • Each unit cell (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) of the serial string may be transferred.
  • the voltage equalization of the serial string 110 is not performed, the lower the voltage of the unit cell is, the higher the voltage difference with the serial string 110 is, so that more electric energy is transmitted to the lower unit cell and the voltage is equalized. .
  • an electric double layer capacitor unit cell having a capacity of 100F is used as a unit cell (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) of the series string of FIG. 1, and an aluminum electrolytic capacitor having a capacity of 0.1F is used as a voltage equalization cell.
  • the charging voltage of the series string 110 is 10V, and the charging voltage of the electric double layer capacitor unit cell constituting the series string is assumed to be 2.4V, 2.4V, 2.8V, and 2.4V, respectively.
  • the voltage equalization cell 120 and the unit cell having a voltage of 2.4 V are connected in parallel.
  • the voltage becomes 2.40759V, but when the voltage equalizing cell 120 and the unit cell having the voltage of 2.8V are connected in parallel, the voltage of the voltage equalizing cell 120 and the unit cell becomes 2.80719V. That is, when the voltage equalization cell 120 is connected in parallel to a unit cell having a voltage of 2.4V, the voltage increase amount is 0.0004V larger than that when the voltage equalization cell 120 is connected in parallel to a unit cell having a voltage of 2.8V. In this case, increasing the capacity of the voltage equalization cell 120 also increases the amount of voltage increase.
  • the voltage of each unit cell C 1 , C 2 , C 3 , C 4 of the series string is increased by the voltage equalization cell 120, but the voltage equalization cell 120 is When connected in parallel with one unit cell and discharged, and then connected to the serial string 110 in parallel again, the serial equalization string 120 is charged by the voltage equalization cell 120 by the electrical energy of the serial string 110. ) Is discharged.
  • the voltage drop of the unit cells constituting the series string 110 is the same regardless of the voltage of the unit cell.
  • the voltage equalization cell 120 in the process of repeating the charge and discharge between the series string 110 and the unit cells (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) of the series string, the voltage equalization cell 120
  • the unit cells with a low voltage have a larger voltage increase amount
  • the voltage equalization cell 120 is connected in parallel with the serial string 110 to charge the voltage equalization cells.
  • each unit cell constituting the serial string 110 has a voltage drop to the same magnitude regardless of the voltage of the unit cell. Therefore, while going through such an iterative process, the unit cell with the low voltage of the series string 110 repeatedly performs the same voltage drop process as the higher voltage increase process than the unit cell with the high voltage.
  • Each unit cell may achieve voltage equalization.
  • the present invention may use a plurality of voltage equalization cells to increase the voltage equalization rate.
  • a plurality of voltage equalization cells will be described in detail with reference to FIG. 2.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of a voltage equalization circuit using a plurality of voltage equalization cells according to the present invention.
  • the voltage equalization circuit 20 includes a series string CS ( 4 ) in which four electric double layer capacitor unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 are connected in series. 210), two voltage equalization cells C E1 221 and C E2 222 connected in parallel with the serial strings, respectively, and unit cells C 1 , C 2 and C 3 of the voltage equalization cells 221 and 222.
  • C 4 switches in parallel (SW 1-1 , SW 1-2 , SW 2-1 , SW 2-2 , SW 3-1 , SW 3-2 , SW 4-1 , SW 4-2 ),
  • a switch SW E1-1 , SW E1-2, SW E2-1 , SW E2-2 ) for connecting the serial string 210 and the voltage equalization cells 221, 222 in parallel, and a controller SWC (for controlling the switch). 130).
  • the first voltage equalizing cell C E1 221 is connected in parallel to the first unit cell C 1 or the second unit cell C 2 of the series string
  • the second voltage equalizing cell C E2 222 is The third unit cell C 3 or the fourth unit cell C 4 of the serial string may be connected in parallel.
  • the controller 230 connects the voltage equalization cells C E1 221 and C E2 221 and the series string 210 in parallel (SW E1-1 , SW E1-2, SW E2-1 , SW E2-). 2 ) the second voltage equalization so that the first voltage equalization cell C E1 221 is connected in parallel with the first unit cell C 1 or the second unit cell C 2 for a predetermined time after controlling to be OFF.
  • Each switch SW 1-1 , SW 1-2 , SW 2-1 , SW 2 such that cell C E2 222 is connected in parallel with unit cell 3 (C 3 ) or unit cell (C 4 ).
  • -2 SW 3-1 , SW 3-2 , SW 4-1 , SW 4-2 ).
  • the controller 230 switches SW 1-1 , SW 1-2 , SW 2-1 , SW 2-2 , SW 3-1 to release the parallel connection between the voltage equalization cells 221 and 222 and the unit cells. , SW 3-2 , SW 4-1 , SW 4-2 ) to be turned OFF, and then switch (SW E1 ) to connect the voltage equalization cells 221, 222 and the serial string 210 in parallel for a certain time. -1 ⁇ SW E2-2 ) to be turned ON.
  • the voltage equalization cells 221 and 222 and the unit cells C 1 , C 2 , C 3 and C 4 are connected in parallel, and then the voltage equalization cells 221 and 222 and the serial string 210 are connected in parallel for a predetermined time. By repeating the process, voltage equalization can be achieved between unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 in the serial string.
  • parallel connection of the voltage equalization cells 221 and 222 and the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 may be sequentially performed, or the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 .
  • the parallel connection may be intensively performed for a specific unit cell according to the voltage detection result of each of the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 .
  • the switches SW E1-1 and SW E1-2 connected to the first voltage equalization cell and the switches SW E2-1 and SW E2- connected to the second voltage equalization cell are provided to help understand the voltage equalization operation.
  • 2 has been described in synchronization, the switching operation of the first voltage equalization cell and the switching operation of the second voltage equalization cell may be operated independently without synchronizing.
  • the voltage equalization cells are implemented as two (221, 222), but this is for convenience of description only and is not intended to limit the present invention. Therefore, the embodiment can be configured by increasing the number of voltage equalization cells. In this case, the number of parallel connections per unit time between the unit cell and the voltage equalization cell can be increased, thereby increasing the speed of voltage equalization. Increasing the number of voltage equalization cells in this way is an effective way to prevent the voltage equalization rate from decreasing even when the number of series-connected unit cells of the series string increases.
  • an electric energy storage device When an electric energy storage device is configured by connecting an electric double layer capacitor or a secondary battery as a unit cell in series, the weight and volume of the electric energy storage device increase as the number of unit cells connected in series increases. Therefore, when the number of unit cells connected in series is large, it is desirable to divide the electric energy storage device into several modules. As described above, even when the electric energy storage device is configured by connecting several modules in series again, it is effective to use a plurality of voltage equalization cells as described above.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit divided into modules according to the present invention when the electric energy storage device is divided into two modules.
  • the first module M 1 301 includes a first serial string CS M1 311 and an entire series string CS 310 in which four electric double layer capacitor unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 are connected in series. and a switch to the parallel connection between the first voltage equalization cells C E1 (321), the entire series string CS (310) and the first voltage equalization cells C E1 (321) oN / OFF are connected in parallel (SW E1-1, SW E1-2 ) ON / OFF parallel connection between the first voltage equalizing cell C E1 321 and the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , C 4 of the first series string CS M1 311.
  • Switch SW 1-1 to SW 4-2 the first module switch controller SWC M1 331 and the first module backup switch SW M1 for controlling the switches included in the first module M 1 301. It is composed.
  • the second module M 2 302 includes a second serial string CS M2 312 and an entire series string CS 310 in which four electric double layer capacitor unit cells C 5 , C 6 , C 7 , and C 8 are connected in series. and a switch to the parallel connection between the second voltage leveling cell C E2 (322), the entire series string CS (310) and the second voltage leveling cell C E2 (322) oN / OFF are connected in parallel (SW E2-1, SW E2-2 ) ON / OFF parallel connection between the second voltage equalizing cell C E2 321 and the unit cells C 5 , C 6 , C 7 and C 8 of the second series string CS M2 312 To switch SW5-1 to SW8-2 , the second module switch controller SWC M2 332 and the second module backup switch SW M2 to control the switches included in the second module M 2 302. It is composed.
  • the first module M 1 301 and the second module M 2 302 are connected in series to constitute an electrical energy storage device, and the first serial string CS M1 311 and the second serial string CS M2 312 are serially connected. Connected to form an entire serial string (CS).
  • the operation of the voltage equalization circuit 30 shown in FIG. 3 operates in the same principle as the operation of the voltage equalization circuit 20 described above with reference to FIG. 2, but in the voltage equalization circuit 20 of FIG. In contrast to the operation of all the switches using the voltage equalization circuit 30 of FIG. 3 has a difference that each switch has a separate switch controller SWC M1 331 and SWC M2 (332). In addition, as described above, the voltage equalization circuit 30 shown in FIG. 3 may perform the switching operation independently for each voltage equalization cell without synchronizing the switching operations of all the switches.
  • the voltage equalization circuit 30 is configured to share synchronization signals between modules so that the switches SW E1-1 to SW E2-2 used in all modules can be operated in synchronization.
  • Embodiments may be configured to connect and use synchronization signal lines.
  • the first module backup switch SW M1 and the second module backup switch SW M2 have problems in parallel connection between the voltage equalization cells 321 and 322 of the respective modules and the entire series string 310, and thus, normal voltages.
  • the signal is turned on to perform voltage equalization for the serial strings CS M1 311 and CS M2 312 of each module. In this case, generating an alarm signal is more effective. Therefore, while the voltage equalization is normally performed, the first module backup switch SW M1 and the second module backup switch SW M2 are in an OFF state.
  • the serial strings are divided into a plurality of modules to configure each module, and the voltage equalization circuit 30 described above with reference to FIG. By using it, voltage equalization can be performed easily.
  • the voltage equalization operation in which the voltage equalization cell is directly connected in series with the serial string has been described.
  • the voltage difference between the unit cells of the series string and the series string may increase, and thus the voltages connected in parallel alternately between the unit cells and the series strings.
  • instantaneous large current due to a large voltage difference may flow repeatedly. Since such a large current generates heat, it can cause a temperature rise, shorten the life of the device, increase the price of the switch, and reduce the energy efficiency of the voltage equalization circuit.
  • the voltage equalization circuit constructed by connecting to the above will be described.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit using a voltage buffer cell connected in series with a voltage equalization cell according to an embodiment of the present invention.
  • the voltage equalization circuit 40 includes a unit cell series string CS 410 in which four electric double layer capacitor unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 are connected in series.
  • Voltage equalization cell C E 421, voltage buffer cell C VP 422, voltage equalization cell 421 and voltage buffer cell 422, the voltage equalizing cell serial string CS E 420 is configured by connecting in series, the voltage Switch (SW 1-1 to SW 4-2 ) to turn on / off parallel connection between equalization cell C E 421 and unit cell (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) of serial string, serial string A switch (SW E-1 , SW E-2 ) and a switch (SW 1-1 to SW 4-2 , SW E-1 ) for turning on / off parallel connection between the 410 and the voltage equalizing cell series string 420 , SW E-2 ) is configured as a controller SWC (430) for controlling.
  • the voltage equalization circuit 40 illustrated in FIG. 4 further includes a voltage buffer cell C VP in series with the voltage equalization cell C E of the voltage equalization circuit 10 described above with reference to FIG. 1. That is, the basic operation of the voltage equalization circuit 40 shown in FIG. 4 is identical to the operation of the voltage equalization circuit 10 shown in FIG.
  • the controller SWC 430 controls the switches SW 1-1 to SW 4-2 to connect the voltage equalization cell C E 421 and the unit cell in parallel for a predetermined time in a predetermined order, and then switches again (SW). 1-1 to SW 4-2 ) are controlled to be OFF. Thereafter, the controller SWC 430 controls the switches SW E-1 and SW E-2 to connect the voltage equalization cell serial string CS E 420 and the unit cell serial string CS 410 in parallel.
  • the voltage equalization series string CS E 420 is equal to the voltage of the voltage equalization cell C E 421 and the unit cell voltage before being connected in parallel. The voltage difference between them changes by.
  • the voltage difference corresponds to the voltage distribution deviation of each unit cell (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) constituting the serial string CS 410. Therefore, after the parallelization switch SW 1-1 to SW 4-2 between the voltage equalization cell C E 421 and the unit cell is turned OFF by the controller SWC 430, the voltage equalization cell serial string CS When the parallel connection switch (SW E-1 , SW E-2 ) between the E 420 and the unit cell serial string CS 410 is turned ON, the voltage difference between the two series strings is not large, so two series strings ( The current flowing in the process of connecting the 410 and 420 in parallel can be greatly reduced.
  • the voltage equalization cell serial string CS E 420 does not change even when the voltage equalization cell C E 421 is connected in parallel with the unit cells in a predetermined order. Does not change the voltage. Therefore, since the voltage equalization cell series string CS E 420 and the unit cell series string CS 410 have the same voltage, current does not flow even when the two series strings 410 and 420 are connected in parallel. In the voltage equalization process, the voltage buffer cell C VP 422 maintains the voltage difference between the voltage of the serial string CS 410 and the unit cell.
  • the capacity ratio of the voltage equalization cell C E 421 and the voltage buffer cell C VP 422 of the voltage equalization cell series string CS E 420 can be set in various ways, but the voltage equalization is performed. It is more preferable to set the capacity of the cell C E 421 to be larger than the capacity of the voltage buffer cell C VP 422.
  • the serial string CS 410 is rated using an electric double layer capacitor having a capacitance of 100F as each unit cell C 1 , C 2 , C 3 , C 4 .
  • the voltage is 10V and the voltage equalization cell C E 421 uses an aluminum electrolytic capacitor with a capacitance of 2200 uF and a rated voltage of 6.3 V.
  • the voltage buffer cell C VP 422 has a capacitance of 680 uF and a rated voltage.
  • the voltage of the unit cells (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) becomes 2.5V and voltage equalization.
  • the voltage of the cell C E 421 is also 2.5V, which is the same as that of the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 , and the voltage of the voltage buffer cell C VP 422 is 7.5V.
  • a voltage buffer cell C has a volume and price of the VP (422) because the increased voltage buffer cell C VP (422) it is set to have a small capacitance compared to the voltage equalization cell C E (421) is preferred.
  • an embodiment can be configured such that current can be bypassed even when a reverse voltage is applied to a cell by connecting a device, which functions as a diode or a diode, in parallel to a cell having a small capacitance.
  • the voltage equalization cell C E 421 and the voltage buffer cell C VP 422 may be used using different kinds of cells.
  • an aluminum electrolytic capacitor may be used as the voltage buffer cell C VP 422 and an electric double layer capacitor or a tantalum electrolytic capacitor may be used as the voltage equalization cell C E 421.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit having an increased electrical energy transfer rate according to an embodiment of the present invention.
  • the voltage equalization circuit 50 includes a unit cell series string CS 510 in which four electric double layer capacitor unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 are connected in series.
  • Diodes D 1 , D 2 , D 3 and D 4 prevent current from flowing in the unit cell toward the voltage equalizing cell but in the opposite direction. In other words, the unit cell is discharged to the voltage equalization cell but is not charged by the voltage equalization cell. That is, the diode is used as the current direction setting means.
  • the switches SW E1 to SW E5 are turned on for a predetermined time by the controller 530 so that the voltage equalizing cells C E1 , C E2 , C E3 , and C E4 of the voltage equalizing cell series string 520 are connected in series.
  • the voltage equalization cell series string 520 and the unit cell series string 510 are connected in parallel. Since the switches SW E1 to SW E5 are turned off by the controller 530, the series connection between the voltage equalizing cells C E1 , C E2 , C E3 , and C E4 in the voltage equalizing cell series string 520 and the voltage equalization are performed. Parallel connection between the cell serial string 520 and the unit cell serial string 510 is released.
  • the switches SW 1-1 to SW 4-2 are turned on for a predetermined time by the controller 530, so that each voltage equalization cell C E1 , C E2 , C E3 , C E4 and the corresponding unit cell C are corresponded. 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) are connected in parallel.
  • the voltages of the unit cells C 1 , C 2 , C 3 and C 4 are increased by the voltage equalization cells C E1 , C E2 , by the diodes D 1 , D 2 , D 3 , D 4 while being connected in parallel.
  • the switches SW E1 to SW E5 are turned on for a predetermined time by the controller 530, and the voltage equalizing cell C of the voltage equalizing cell serial string 520 is turned on.
  • E1 , C E2 , C E3 , C E4 ) are connected in series, and the voltage equalization cell serial string 520 is connected in parallel with the unit cell serial string 510. In this process, if the voltage equalization of the unit cell serial string 510 is not performed, the unit cells having a high voltage among the unit cells are discharged to corresponding voltage equalization cells in a parallel connection process with the voltage equalization cells.
  • each unit cell C 1 , C 2 , C 3 corresponding to each voltage equalization cell C E1 , C E2 , C E3 , C E4 .
  • the C 4 is connected in parallel, the voltage of the voltage equalization cell series string 520 increases and the voltage of the unit cell series string 510 drops, so that the unit cell series string 510 of the voltage equalization cell series string 520 decreases. Current flows. In this process, the voltage increase amounts of the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 constituting the unit cell serial string 510 are the same regardless of the voltage.
  • the electrical energy of the unit cell having a high voltage is uniformly distributed to the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 of the unit cell series string 510.
  • voltage equalization of the unit cell serial string 510 is performed.
  • Diode in the above-described voltage equalization circuit (50) (D 1, D 2, D 3, D 4) is the unit cell (C 1, C 2, C 3, C 4) a voltage-leveling cell (C E1, C E2 in, Although it was installed to flow only in the direction of C E3 , C E4 ), the directions of the diodes D 1 , D 2 , D 3 , D 4 may be reversed. In this case, if the directions of the diodes D 1 , D 2 , D 3 , and D 4 are reversed, current may flow only in the direction of the corresponding unit cell from each voltage equalizing cell, so that the voltage of the unit cell to which the voltage of the voltage equalizing cell corresponds. If higher, current flows from the voltage equalization cell to the unit cell.
  • the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C corresponding to the voltage equalization cells C E1 , C E2 , C E3 , and C E4 are applied. 4 ) If the voltage of each unit cell is lower than the voltage of the corresponding voltage equalization cell while performing parallel connection with 4 ), the unit cell is charged by the voltage equalization cell and by this operation the voltage of the voltage equalization cell series string 520 Since is lowered and the voltage of the unit cell series string 510 rises, the unit cell series string 510 charges the voltage equalization series string 520.
  • each unit cell C 1 , C 2 , C 3 , C 4 constituting the unit cell serial string 510 is discharged by the same amount regardless of the voltage. Therefore, voltage equalization is achieved by transferring the electrical energy of the unit cell series string 510 to the unit cells having a low voltage in the unit cell series string 510 through the voltage equalization cells C E1 , C E2 , C E3 , C E4 . It is done.
  • diodes D 1 , D 2 , D 3 , and D 4 are connected in series, other current direction setting means may be used for this role.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a circuit for setting a current direction according to the present invention.
  • a current direction control circuit 60 is shown.
  • the current direction control circuit 60 is a switch (SW) for connecting in parallel a unit cell (C 1 ), a voltage equalization cell (C E1 ), a unit cell (C 1 ), and a voltage equalization cell (C E1 ) in which electrical energy is stored.
  • SW switch
  • SWC controller
  • the voltage difference between the voltage equalization cell (C E1 ) and the unit cell (C 1 ) during the voltage equalization operation is measured by the voltage comparator (VC) and is controlled by the controller SWC.
  • the current direction can be controlled by controlling the switches SW 1-1 and SW 1-2 .
  • the controller SWC is connected to the voltage equalizing cell C E1 measured by the voltage comparator VC.
  • the unit cell (C 1) when the voltage of the unit cell (C 1) based on the potential difference between the voltage lower than the voltage equalization cell (C E1) switch (SW 1-1, SW 1-2) controlled so as not to turn oN the
  • the switches SW 1-1 and SW 1-2 can be controlled to be turned on. In this way, the current can be set to flow in only one direction between the voltage equalization cell C E1 and the unit cell C 1 .
  • This current direction control circuit 60 can be used in place of a diode in the above-described voltage equalization circuit.
  • the probability of voltage equalization may be delayed if the voltage of the unit cells in the unit cell serial string is not uniform and the voltages of the voltage equalization cells connected in parallel with the unit cells are the same. Therefore, the voltage equalization circuit that can prevent the delay of the voltage equalization process will be described below with reference to FIG. 7.
  • the circuit shown in FIG. 7-a is a resistor R E1 , which has a constant resistance value in the voltage equalization cells C E1 , C E2 , C E3 , C E4 in the voltage equalization circuit 50 shown in FIG. 5.
  • R E2 , R E3 , R E4 ) are connected in parallel.
  • Voltage equalization according to the circuit of FIG. 7-a is one of the simplest methods among the voltage equalization methods, but as the voltage equalization speed increases, self discharge may occur.
  • the resistance value decreases as the capacity of the cell increases according to the capacity of the cells connected in parallel. Since the voltage equalization cell has a smaller capacity than the unit cell, a resistor having a large resistance value can be used, so the unit cell series string is connected by the resistors R E1 , R E2 , R E3 , and R E4 connected in parallel to the voltage equalization cell. The amount of discharge of the unit cell is not large.
  • FIG. 7-b a circuit switch to a voltage equalization cell (C E4) of the voltage equalization cell (C E1, C E2, C E3, C E4) according to a voltage equalizing circuit 50 shown in Fig. 5 shown in A circuit in which (SW E6 ) is connected in parallel is shown.
  • the controller SW is turned on by the controller SW E6 to discharge only one voltage equalization cell.
  • the voltage equalization operation is performed because the unit cell series string and the voltage equalization series string have the same voltage. It can solve the delay situation that is not made.
  • the voltage equalization speed of the voltage equalization circuit is influenced by the number of voltage equalization cells, the capacity of the voltage equalization cells, and the number of parallel connections per hour between the voltage equalization cells and the unit cells in the voltage equalization circuit, but the voltages of the unit cells requiring voltage equalization By concentrating the equalization, the actual voltage equalization rate can be increased.
  • a voltage equalization circuit in which voltage equalization speed is increased by concentrating voltage equalization in a unit cell requiring voltage equalization will be described with reference to FIG. 8.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit for increasing voltage equalization speed by differential voltage equalization for each unit cell according to the present invention.
  • the voltage equalization circuit 80 includes a series string CS 810 in which four electric double layer capacitor unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 are connected in series.
  • Switch (SW 1 to SW 5 ) for connecting the voltage equalization cell C E 820, the voltage equalization cell 820, and the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 of the series string in parallel, and the series string 810 and a switch (SW E1-1 , SW E1-2 ) for connecting the voltage equalization cell 820 in parallel, the polarity inversion circuit PIC (850) used for parallel connection of the voltage equalization cell 820 and the unit cell Switches (SW P1-1 , SW P1-2 , SW P2-1 , SW P2-2 ), the controller SWC 830 for controlling these switches, and a unit cell voltage detector capable of detecting the voltage of each unit cell. It consists of a VM 840.
  • the voltage equalization circuit 80 shown in FIG. 8 further includes a voltage detector 540 in the configuration of the voltage equalization circuit 10 shown in FIG. 1, and when the number of unit cells connected in series in the series string increases. By using the polarity inversion circuit 850, the number of switches can be greatly reduced.
  • the voltage equalization circuit 80 illustrated in FIG. 8 may basically perform the same voltage equalization operation as that of the voltage equalization circuit 10 illustrated in FIG. 1, and may also use each unit using the added voltage detector 840. The average voltage of the cell can be calculated and the unit cell having the maximum voltage and the lowest voltage can be detected among the unit cells. Therefore, the voltage equalization circuit 80 may perform parallel connection between the voltage equalization cell 820 and the unit cells C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 or parallel connection between the voltage equalization cell 820 and the serial string 810. In the process of performing, parallel connection may be performed on the required unit cells without repeating the sequential and repetitive parallel connection.
  • the voltage equalization circuit 80 may compare the voltage equalization cell 820 between the unit cells having a voltage higher than the unit cell average voltage calculated by the voltage detector 840 in the parallel connection process.
  • the parallel connection step can be omitted. Through this, it is possible to increase the voltage variation of the unit cell and increase the number of parallel connection times per hour between the voltage equalization cell 820 and each unit cell (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ). Can be increased.
  • the voltage equalization capacitor is divided between the low voltage unit cell and the remaining three unit cells. The parallel connection operation must be repeated.
  • the present invention can perform a repetitive parallel connection operation between the voltage equalizing cell 820 and the unit cell having a low voltage and between the voltage equalizing cell 820 and the serial string 810 in the same situation. Intensive voltage equalization may increase the voltage equalization speed of each unit cell.
  • the voltage equalization circuit 80 senses when a reverse voltage is applied to the series string 810 during the voltage detection process, and turns off the switch that connects the voltage equalization cell 820 and the series string 810 in parallel.
  • the reverse voltage may be prevented from being applied to the equalization cell 820, and an embodiment may be configured to generate an alarm signal or an operation stop signal of the electric energy storage device. That is, when the polarity is changed during the installation of the electrical energy storage device (especially since the secondary battery is distributed and installed in the charged state), the accident due to the application of reverse polarity (especially an aluminum electrolytic capacitor with a voltage equalization cell) And tantalum electrolytic capacitors) are very effective.
  • the unit cell capacity deviation can be kept small at the time of manufacture, but an aging deviation inevitably occurs due to the aging of the unit cell. Can be. That is, there may be a certain amount of capacity deviation between unit cells of the serial string according to use. In this case, the charging and discharging behavior may vary according to the voltage equalization method of the serial string.
  • FIG. 9-a shows a case in which the voltage is equalized at the charge voltage of the series string
  • FIG. 9-b shows a voltage equalization at the discharge voltage in the series string
  • FIG. 9-c shows a voltage equalization operation in the entire voltage region of the series string. It is the case.
  • the voltage of the unit cell of the serial string is constant while the charging voltage is constant even though there is a capacitance deviation between the unit cells.
  • the discharge voltage of the unit cell depends on the capacity deviation of the unit cell.
  • the voltage equalization circuit is illustrated by a method of transferring electrical energy through the voltage equalization cell, an additional function is required in consideration of a situation in which an overvoltage is applied to a unit cell of a series string.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a voltage equalization circuit with an overvoltage protection function according to the present invention.
  • the voltage equalization circuit shown in FIG. 10-A is connected to the voltage equalization cell C E 120 in parallel with the switch SW S in the voltage equalization circuit 10 shown in FIG. (R S ) is connected in series with the switch.
  • the switch SW S is turned on to discharge the unit cell.
  • the voltage equalization circuit shown in FIGS. 10-B is connected to the voltage equalization cell C E 120 in parallel with the switch SW S in the voltage equalization circuit 10 shown in FIG. R S ) and Zener diode (D Z ) are connected in series to the switch.
  • the voltage leveling cell (C E) is connected in parallel to the unit cell switch (SW S) it is ON, when the voltage of the unit cell exceeds a predetermined breakdown voltage of the Zener diode (D Z) by a Zener diode (D Z) The unit cell is discharged.
  • a zener diode D Z is connected in parallel to the voltage equalization cell C E 421 in the voltage equalization circuit 40 illustrated in FIG. 4. Voltage is the voltage of the unit cell when the equalization cells is (C E) is connected in parallel to the unit cell exceeds a predetermined breakdown voltage of the Zener diode (D Z) to operate such that the unit cells are discharged by the zener diode (D Z) .
  • the voltage equalization circuits C E1 , C E2 , C E3 , C E4 in the voltage equalization circuit 50 shown in FIG. 5 are applied to the zener diodes D Z1 , D Z2,. D Z3 , D Z4 ) are connected in parallel.
  • the voltage equalization cell is connected to the unit cell in parallel, when the voltage of the unit cell exceeds the set breakdown voltage of the zener diode, the unit cell is discharged by the zener diode.
  • a switching element such as a shunt resistor may be used to replace a zener diode so that a current flows when the voltage exceeds a predetermined voltage, such as a zener diode. have.
  • the voltage equalization cell preferably has excellent durability and relatively large capacitance. Therefore, according to these requirements, an electric double layer capacitor, an aluminum electrolytic capacitor, a tantalum electrolytic capacitor, or the like can be used as the voltage equalization cell.
  • the present invention can be used when the electric energy storage cells such as secondary batteries or electrolytic capacitors are connected in series in addition to the ultracapacitors such as electric double layer capacitors. In the embodiment of the present invention, four unit cells are connected in series, but the present invention does not particularly limit the number of series.
  • the present invention provides a voltage equalization method between electric energy storage cells in an electric energy storage device in which the electric energy storage cells are connected in series.
  • the electric energy storage cell is an electric double layer capacitor, such as an electric double layer capacitor.

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Abstract

본 발명은 전지나 캐패시터 같은 전기에너지저장셀이 직렬로 연결되어 있는 전기에너지 저장장치에서 전기에너지저장셀 사이의 전압균등화를 위한 단순하고 저렴한 수단을 제공하는 것에 대한 것으로, 한 개 이상의 전압균등화셀을 매개체로 전압이 높은 전기에너지저장셀의 전기에너지는 전압이 낮은 전기에너지저장셀로 전달되어 전기에너지저장셀 사이의 전압균등화가 이루어질 수 있는 전압균등화 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 전압균등화회로는, 복수의 전기에너지저장셀이 직렬로 연결되어 있는 전기에너지저장셀 직렬스트링; 적어도 하나의 전압균등화셀을 포함하는 적어도 하나의 전압균등화셀 스트링; 상기 전기에너지저장셀과 상기 전압균등화셀을 병렬로 연결시키는 복수 개의 제1 스위칭 수단; 상기 전기에너지저장셀 직렬스트링과 상기 전압균등화셀 스트링을 병렬로 연결시키는 적어도 하나의 제2 스위칭 수단; 및 상기 제1 스위칭 수단 및 상기 제2 스위칭 수단을 제어하며, 상기 제1 스위칭 수단과 상기 제2 스위칭 수단이 동시에 ON 상태로 되지 않도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기에너지 저장장치의 전압균등화회로
본 발명은 전기에너지 저장장치의 전압균등화 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 전기에너지 저장셀이 직렬로 연결되어 구성된 전기에너지 저장장치에서 전기에너지 저장셀 간에 신속하게 전압균등화를 수행할 수 있는 전압균등화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전지(Battery)나 울트라캐패시터(Ultracapacitor) 같은 전기에너지 저장셀(Electric Energy Storage Cell)은 전압이 수 볼트에 불과하지만 대부분의 응용분야에서는 수십 내지 수백 볼트의 전압이 요구된다. 이러한 상황에 따라 전지나 울트라캐패시터 같은 전기에너지 저장셀은 수백 개까지도 직렬로 연결되어 전기에너지 저장장치(Electric Energy Storage Device)를 구성한다.
그러나 전지나 울트라캐패시터 같은 전기에너지 저장셀이 정상적으로 동작하기 위해서는 정상동작 전압영역 내에서 충전과 방전이 이루어져야한다. 정상동작 전압영역을 벗어난 영역에서 전기에너지 저장셀이 동작할 경우, 예컨데 저전압(Under-Voltage) 또는 과전압(Over-Voltage) 상태에서 동작하는 경우에는 전기에너지 저장셀의 수명이 급격하게 단축될 수 있으며 또는 폭발이나 화재 같은 사고가 발생될 수 있다.
따라서 전기에너지 저장셀을 직렬로 연결하기 위해서는 각각의 전기에너지 저장셀이 동일한 특성을 지녀야 한다. 즉 제조회사, 모델, 용량, 누설전류 등이 동일해야하며 심지어는 동일한 제조일자 및 동일한 로트번호가 요구되기도 한다.
그러나 전지나 울트라캐패시터 같은 전기에너지 저장셀은 온도에 따라 특성이 변할 수 있으며, 또한 전기에너지 저장셀이 직렬로 연결된 전기에너지 저장장치는 전기에너지 저장셀의 위치에 따라 온도편차 또는 전기에너지 저장셀 사이의 에이징 편차가 존재할 수 있으므로 전기에너지 저장셀 자체만으로 전기에너지 저장셀 사이의 전압균등화를 지속적으로 유지하는 것은 매우 어렵다.
이러한 현실적인 어려움 때문에 전기에너지 저장셀 사이의 전압균등화(Voltage Equalization)를 위한 장치들이 개발되었다. 간단하게는 각 전기에너지 저장셀에 제너다이오드 같은 기능을 하는 소자를 병렬로 연결하여 가장 큰 위험요소중의 하나인 과전압을 방지하는 방법이 있으나, 이는 엄밀한 의미에서 전압균등화장치가 아닌 과전압방지 수단일 뿐이다. 특히 전지나 울트라캐패시터 같은 전기에너지 저장셀은 전압에 따라 에이징 편차가 발생되기 때문에 장시간동안 안정된 특성을 유지하기 위해서는 정밀한 전압균등화회로가 필요하다.
종래기술로서 캐패시터를 스위치를 통해 각 전지 또는 전지그룹에 병렬로 연결하고 스위치를 절환(cutting)하여 인접 전지에 병렬로 연결하는 동작을 반복함으로써 전압이 높은 전지의 전기에너지를 전압이 낮은 전지로 전달시켜 전체적으로 전지 사이의 전압을 균등하게 유지하고 전기에너지 손실 또한 감소시키는 방법이 있었으나, 이러한 방법은 부품수가 많아 가격상승을 유발시키는 단점을 지니고 있다. 특히 용량이 작은 전지로 전기에너지 저장장치가 구성되는 경우 전압균등화회로의 가격이 전체 가격에서 큰 비중을 차지하는 단점을 지닌다.
또다른 종래기술로서 직렬로 연결된 각 전지에 전압보정용 전지를 정해진 시간동안 병렬로 연결하고 다시 이를 다른 전지에 병렬로 연결시키는 동작을 반복함으로써, 직렬로 연결된 전지 중에서 전압이 높은 전지의 전기에너지를 전압이 낮은 전지로 전달하여 전체적으로 전압균등화와 전기에너지 손실을 감소시키는 방법이 있다. 그러나 이러한 방법은 비교적 단순한 구조를 갖지만 각 전지와 전지 사이에서 전기에너지가 전달되어 전압균등화가 이루어지는 속도가 낮은 단점을 지닌다.
또 다른 종래기술로서 캐패시터와 같은 에너지저장수단을 포함하는 에너지 저장회로를 직렬로 연결된 전지에 각각 정해진 시간 동안 병렬로 연결하고 다시 에너지 저장회로를 구성하는 에너지저장수단들을 병렬로 연결하는 동작을 반복함으로서 직렬로 연결된 전지 사이의 전기에너지 전달로 전압균등화를 행하는 종래의 기술이 있었으나, 이는 구조적으로 전압균등화 속도를 증가시킬 수 있지만 복잡한 구조를 가져야 하며 따라서 높은 생산단가를 유발하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기에너지 저장장치의 단위셀에 대하여 빠르고 효율적으로 전압균등화를 수행할 수 있는 전압균등화 회로를 제공하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 전압균등화회로는, 복수의 전기에너지저장셀이 직렬로 연결되어 있는 전기에너지저장셀 직렬스트링; 적어도 하나의 전압균등화셀을 포함하는 적어도 하나의 전압균등화셀 스트링; 상기 전기에너지저장셀과 상기 전압균등화셀을 병렬로 연결시키는 복수 개의 제1 스위칭 수단; 상기 전기에너지저장셀 직렬스트링과 상기 전압균등화셀 스트링을 병렬로 연결시키는 적어도 하나의 제2 스위칭 수단; 및 상기 제1 스위칭 수단 및 상기 제2 스위칭 수단을 제어하며, 상기 제1 스위칭 수단과 상기 제2 스위칭 수단이 동시에 ON 상태로 되지 않도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 전압균등화셀은 제어기에 의해 정해진 시간동안 스위칭 수단에 의해 전기에너지저장셀에 병렬로 연결되고 다시 전압균등화셀 스트링은 제어기에 의해 정해진 시간동안 직렬스트링에 병렬로 연결되는 동작을 반복하여 전기에너지저장셀 사이에서 전기에너지가 전달되도록 함으로써 전기에너지저장셀 사이의 전압을 균등화시키고 전압균등화동작 과정에 있어서 종래기술에 비해 전기에너지 손실을 감소시키고 전압균등화 속도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 단순한 구조를 가지므로 생산비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치의 전압균등화회로의 제1 실시예를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 복수 개의 전압균등화셀을 사용하는 전압균등화회로의 일실시예를 도시한의 회로도.
도 3은 전기에너지 저장장치가 2개의 모듈로 분할된 경우 본 발명에 따른 모듈로 분할된 전압균등화회로의 회로도.
도 4는 전압버퍼셀(Voltage Buffer Cell)을 사용하는 본 발명에 따른 전압균등화회로의 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 전기에너지 전달속도를 증가시킨 전압균등화회로의 회로도.
도 6은 도 5에 있어서 전류방향을 설정하는 회로의 회로도.
도 7을 전압균등화 과정의 지연을 방지할 수 있는 전압균등화회로의 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 단위셀 별 전압균등화를 차등하여 전압균등화속도를 증가시킬 수 있는 전압균등화회로의 회로도.
도 9는 직렬로 연결된 용량이 다른 단위셀의 충전/방전과정에서 전위차 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 과전압방지 기능을 부가한 전압균등화회로의 회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치의 전압균등화회로의 제1 실시예를 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압균등화회로(10)는 4개의 전기에너지저장셀(이하, '단위셀'이라 칭함) (C1, C2, C3, C4)이 직렬로 연결되어 있는 전기에너지저장셀 직렬스트링(이하, '단위셀 직렬스트링'이라 칭함) CS(110), 한 개의 전압균등화셀 CE(120), 전압균등화셀(120)과 단위셀(C1, C2, C3, C4)을 병렬로 연결하는 스위치(SW1-1, SW1-2, SW2-1, SW2-2, SW3-1, SW3-2, SW4-1, SW4-2), 직렬스트링(110)과 전압균등화셀(120)을 병렬로 연결하는 스위치(SWE-1, SWE-2), 스위치를 제어하기 위한 제어기 SWC(130)를 포함하여 구성된다.
이하에서는 도 1에 도시된 전압균등화회로(10)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
일정 시간동안 전압균등화셀(120)이 제1 단위셀(C1)과 병렬로 연결되도록 하기 위하여, 제어기(130)의 제어에 따라 제1 단위셀과 연관된 스위치(SW1-1, SW1-2)가 ON 상태를 유지한다. 그 후, 제어기(130)에 의해 스위치(SW1-1, SW1-2)가 OFF 상태가 되고, 전압균등화셀(120)과 직렬스트링(110)이 일정시간동안 병렬로 연결되도록 제어기(130)에 의해 스위치(SWE-1, SWE-2)가 ON된다. 다시 제어기(130)에 의해 스위(SWE-1, SWE-2)가 OFF된 후 일정시간동안 전압균등화셀(120)이 제2 단위셀(C2)과 병렬로 연결되도록 제어기(130)에 의해 스위치(SW2-1, SW2-2)가 ON된다. 다시 제어기(130)에 의해 스위치(SW2-1, SW2-2)가 OFF된 후 전압균등화셀(120)과 직렬스트링(110)이 일정시간동안 병렬로 연결되도록 제어기(130)에 의해 스위치(SWE-1, SWE-2)가 ON된다. 이후, 3번 단위셀 및 4번 단위셀에 대해서도 전술하여 설명한 단위셀과 직렬스트링을 순차적으로 병렬 연결하는 동작을 순차적으로 반복한다.
이러한 순차 반복적인 전압균등화셀(120)과 각 단위셀 또는 전압균등화셀(120)과 직렬스트링(100)을 병렬연결함으로써, 전압균등화셀(120)을 이용하여 직렬스트링(110)의 전기에너지를 직렬스트링의 각 단위셀(C1, C2, C3, C4)로 전달하도록 할 수 있다. 이때, 직렬스트링(110)의 전압균등화가 이루어져있지 않을 경우 단위셀의 전압이 낮을수록 직렬스트링(110)과의 전압차가 증가하므로 전압이 낮은 단위셀로 더 많은 전기에너지가 전달되며 전압균등화가 이루어진다.
예컨대 도 1의 직렬스트링의 단위셀(C1, C2, C3, C4)로서 용량이 100F인 전기이중층 캐패시터 단위셀을 사용하고 전압균등화셀로서 용량이 0.1F 인 알루미늄 전해콘덴서를 사용하여 직렬스트링(110)의 충전전압은 10V, 직렬스트링을 이루는 전기이중층 캐패시터 단위셀의 충전전압이 각각 2.4V, 2.4V, 2.8V, 2.4V인 경우를 가정하여 이하에서 설명한다.
직렬스트링(110)과 전압균등화셀(120) 사이의 병렬연결을 해제한 후 전압균등화셀(120)과 전압이 2.4V인 단위셀을 병렬로 연결하면, 전압균등화셀(120)과 단위셀의 전압은 2.40759V가 되지만, 전압균등화셀(120)과 전압이 2.8V인 단위셀을 병렬로 연결하면 전압균등화셀(120)과 단위셀의 전압은 2.80719V가 된다. 즉, 전압균등화셀(120)을 2.4V의 전압을 갖는 단위셀에 병렬 연결을 한 경우에는 2.8V의 전압을 갖는 단위셀에 병렬 연결을 한 경우에 비해 전압 증가량이 0.0004V 크다. 이러한 경우 전압균등화셀(120)의 용량을 증가시키면 전압증가량도 증가한다.
전술한 전압균등화 과정에서 보듯이, 전압균등화셀(120)에 의해 직렬스트링의 각 단위셀(C1, C2, C3, C4)의 전압은 전체적으로 증가하지만, 전압균등화셀(120)이 하나의 단위셀과 병렬로 연결되어 방전된 후 다시 직렬스트링(110)에 병렬로 연결되면 직렬스트링(110)의 전기에너지에 의해 전압균등화셀(120)이 충전되는 과정을 거치게 되므로써 직렬스트링(110)은 방전된다. 이러한 직렬스트링(110)의 방전과정에서 직렬스트링(110)을 구성하는 단위셀들의 전압 강하량은 단위셀의 전압과 관계없이 동일하다.
즉, 전압균등화셀(120)이 직렬스트링(110)과 직렬스트링의 단위셀(C1, C2, C3, C4) 사이에서 충전과 방전을 반복하는 과정에서, 전압균등화셀(120)과 전압이 낮은 단위셀을 병렬로 연결하는 과정에서 전압이 낮은 단위셀이 더 큰 전압증가량을 가지는데 반하여, 전압균등화셀(120)이 직렬스트링(110)에 병렬로 연결되어 전압균등화셀이 충전되는 과정에는 직렬스트링(110)을 이루는 각 단위셀들은 그 단위셀의 전압에 관계없이 동일한 크기로 전압이 강하된다. 따라서 이러한 반복적인 과정을 거치게 되면서, 직렬스트링(110)의 전압이 낮은 단위셀은 전압이 높은 단위셀보다 더 높은 전압증가 과정과 동일한 전압강하 과정을 반복적으로 수행하게 되므로, 직렬스트링(110)의 각 단위셀들은 전압균등화를 이룰 수 있다.
종래 기술의 경우에는, 전압균등화를 위해 전압보정 캐패시터를 매개체로 한 번의 동작에서 단위셀과 단위셀 사이에서 전기에너지가 전달되어 그 전압균등화의 속도가 느린 문제점이 존재하였으나, 본 발명은 전압균등화셀을 사용하여 한 번의 동작에서 단위셀과 직렬스트링 사이에서 전기에너지가 전달되므로 전압균등화 속도를 증가시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명은 전압균등화 속도를 증가시키기 위하여, 복수 개의 전압균등화셀을 사용할 수 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 복수 개의 전압균등화셀을 구비한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 복수 개의 전압균등화셀을 사용하는 전압균등화회로의 일실시예를 도시한의 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전압균등화 회로(20)는, 4개의 전기이중층 캐패시터 단위셀(C1, C2, C3, C4)이 직렬로 연결되어 있는 직렬스트링 CS(210), 직렬스트링과 각각 병렬로 연결되는 2개의 전압균등화셀 CE1(221) 및 CE2(222), 전압균등화셀(221,222)과 직렬스트링의 각 단위셀(C1, C2, C3, C4)을 병렬로 연결하는 스위치(SW1-1, SW1-2, SW2-1, SW2-2, SW3-1, SW3-2, SW4-1, SW4-2), 직렬스트링(210)과 전압균등화셀(221,222)을 병렬로 연결하는 스위치(SWE1-1, SWE1-2, SWE2-1, SWE2-2) 및 스위치를 제어하기 위한 제어기 SWC(130)로 구성된다.
이때, 제1 전압균등화셀 CE1(221)은 직렬스트링의 제1 단위셀(C1) 또는 제2 단위셀(C2)에 병렬로 연결되며, 제2 전압균등화셀 CE2(222)은 직렬스트링의 3번 단위셀(C3) 또는 4번 단위셀(C4)에 병렬로 연결될 수 있다.
이하에서는 도 2에 도시된 전압균등화회로(20)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
제어기(230)는 전압균등화셀 CE1(221) 및 CE2(221)와 직렬스트링(210)을 병렬로 연결하는 스위치(SWE1-1, SWE1-2, SWE2-1, SWE2-2)가 OFF 되도록 제어한 후, 일정시간동안 제1 전압균등화셀 CE1(221)이 제1 단위셀(C1) 또는 제2 단위셀(C2)과 병렬로 연결 되도록, 제2 전압균등화셀 CE2(222)이 3번 단위셀(C3) 또는 4번 단위셀(C4)과 병렬로 연결되도록 각 스위치들(SW1-1, SW1-2, SW2-1, SW2-2, SW3-1, SW3-2, SW4-1, SW4-2)을 제어한다. 그 후, 제어기(230)는 전압균등화셀(221,222)과 단위셀들의 병렬연결을 해제하기 위해 스위치(SW1-1, SW1-2, SW2-1, SW2-2, SW3-1, SW3-2, SW4-1, SW4-2)를 OFF 상태로 되도록 제어한 후, 일정시간 동안 전압균등화셀(221,222)과 직렬스트링(210)을 병렬로 연결하기 위하여 스위치(SWE1-1~SWE2-2)를 ON 상태가 되도록 제어한다.
이렇게 전압균등화셀(221,222)과 단위셀(C1, C2, C3, C4)을 병렬로 연결시킨 후, 다시 일정시간동안 전압균등화셀(221,222)과 직렬스트링(210)을 병렬로 연결시키는 과정을 반복함으로써 직렬스트링 내의 단위셀(C1, C2, C3, C4) 간에 전압균등화를 이룰수 있다.
이때, 전압균등화셀(221,222)과 단위셀(C1, C2, C3, C4)의 병렬연결은 순차적으로 이루어질 수 있으며, 또는 단위셀(C1, C2, C3, C4)에 대하여 전압검출이 가능한 경우에는 각 단위셀들(C1, C2, C3, C4)의 전압검출 결과에 따라 특정 단위셀에 대해 집중적으로 병렬연결을 수행할 수도 있다.
전술한 설명에서는 전압균등화 동작에 대한 이해를 돕기 위해 제1 전압균등화 셀에 연결된 스위치(SWE1-1, SWE1-2)와 제2 전압균등화셀에 연결된 스위치(SWE2-1, SWE2-2)를 동기화하여 설명하였지만, 제1 전압균등화셀의 스위칭 동작과 제2 전압균등화셀의 스위칭 동작을 동기화시키지 않고 상호 독립적으로 동작시킬 수도 있다.
또한 전술한 실시예에서는 전압균등화셀을 2개(221,222)로 하여 실시하였지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 따라서, 전압균등화셀의 숫자를 증가시켜 실시예를 구성할 수 있음은 물론이며, 이러한 경우에는 단위셀과 전압균등화셀 사이의 시간당 병렬연결 횟수가 증가될 수 있으므로 전압균등화의 속도를 증가시킬수 있다. 이와같이 전압균등화셀의 숫자를 증가시키는 것은, 직렬스트링의 직렬연결된 단위셀의 수가 증가하는 경우에도 전압균등화 속도의 감소를 방지할 수 있는 효과적인 방법이다.
전기이중층 캐패시터나 이차전지를 단위셀로 하여 직렬연결하여 전기에너지 저장장치를 구성하는 경우에는, 직렬연결된 단위셀의 수가 증가함에 따라 전기에너지 저장장치의 중량과 부피가 증가하게 된다. 따라서 직렬연결된 단위셀의 수가 많은 경우 전기에너지 저장장치를 여러 개의 모듈로 분할하는 것이 바람직하다. 이와같이 전기에너지 저장장치가 여러 개의 모듈이 다시 직렬로 연결되어 구성되는 경우에도 전술한 바와 같이 복수 개의 전압균등화셀을 사용하는 것이 효과적이다.
이하에서는 도 3를 참조하여 복수 개의 모듈로 분할구성된 전기에너지 저장장치에 대한 전압균등화회로의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 전기에너지 저장장치가 2개의 모듈로 분할된 경우 본 발명에 따른 모듈로 분할된 전압균등화회로의 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 8개의 전기이중층 캐패시터 단위셀(C1 내지 C8)이 직렬로 연결되어 전체 직렬 스트링 CS(310)를 구성한다.
제1 모듈 M1(301)은 4개의 전기이중층 캐패시터 단위셀(C1, C2, C3, C4)이 직렬로 연결된 제1 직렬스트링 CSM1(311), 전체 직렬스트링 CS(310)와 병렬로 연결되는 제1 전압균등화셀 CE1(321), 전체 직렬스트링 CS(310)와 제1 전압균등화셀 CE1(321) 사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SWE1-1, SWE1-2), 제1 전압균등화셀 CE1(321)과 제1 직렬스트링 CSM1(311)의 단위셀(C1, C2, C3, C4) 사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SW1-1 내지 SW4-2), 제1 모듈 M1(301)에 포함되는 스위치들을 제어하는 제1 모듈 스위치 제어기 SWCM1(331) 및 제1 모듈 백업스위치(SWM1)로 구성된다.
제2 모듈 M2(302)는 4개의 전기이중층 캐패시터 단위셀(C5, C6, C7, C8)가 직렬로 연결된 제2 직렬스트링 CSM2(312), 전체 직렬스트링 CS(310)와 병렬로 연결되는 제2 전압균등화셀 CE2(322), 전체 직렬스트링 CS(310)와 제2 전압균등화셀 CE2(322) 사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SWE2-1, SWE2-2), 제2 전압균등화셀 CE2(321)과 제2 직렬스트링 CSM2(312)의 단위셀(C5, C6, C7, C8) 사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SW5-1 내지 SW8-2), 제2 모듈 M2(302)에 포함되는 스위치들을 제어하는 제2 모듈 스위치 제어기 SWCM2(332) 및 제2 모듈 백업스위치(SWM2)로 구성된다.
제1 모듈 M1(301)과 제2 모듈 M2(302)는 직렬로 연결되어 전기에너지 저장장치를 구성하며 제1 직렬스트링 CSM1(311)과 제2 직렬스트링 CSM2(312)이 직렬로 연결되어 전체 직렬스트링(CS)을 구성한다.
도 3에 도시된 전압균등화회로(30)의 동작은 도 2를 참조하여 전술한 전압균등화회로(20)의 동작과 균등한 원리로 동작하나, 도 2의 전압균등화회로(20)에서는 1개의 제어기를 사용하여 모든 스위치를 동작시킨 것에 반해 도 3의 전압균등화회로(30)는 각 모듈별로 독립된 스위치 제어기 SWCM1(331) 및 SWCM2(332)를 가지는 차이점이 있다. 또한 도 3에서 도시된 전압균등화회로(30)는 모든 스위치의 스위칭 동작을 동기화시키지 않고 전압균등화셀 별로 독립적으로 스위칭 동작을 수행하여도 무방한 것은 전술한 바와 같다.
또한 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 전압균등화회로(30)는 모든 모듈에서 사용되는 스위치(SWE1-1 내지 SWE2-2)를 동기화하여 동작시킬 수 있도록 각 모듈간의 동기화 신호를 공유하도록 동기신호선을 연결하여 사용하도록 실시예를 구성할 수도 있다.
제1 모듈 백업스위치(SWM1)와 제2 모듈 백업스위치(SWM2)는, 각 모듈의 전압균등화셀(321, 322)과 전체 직렬스트링(310)과의 병렬연결에 문제가 발생되어 정상적인 전압균등화동작이 이루어지지 않는 경우에 ON되어 각 모듈의 직렬스트링 CSM1(311) 및 CSM2(312)에 대해 전압균등화를 행하게 된다. 이러한 경우에 경보신호를 발생시키면 더욱 효과적이다. 따라서 정상적으로 전압균등화가 수행되는 동안, 제1 모듈 백업스위치(SWM1)와 제2 모듈 백업스위치(SWM2)는 OFF 상태이다.
전술한 바와 같이, 전기에너지 저장장치에서 직렬스트링의 직렬수가 증가하더라도 직렬스트링을 여러 개의 모듈로 분할하여 각 모듈을 구성하고, 각 모듈에 대하여 도 3을 참조하여 전술한 전압균등화회로(30)를 사용함으로써 손쉽게 전압균등화를 행할 수 있다.
전술한 전압균등화회로에서는 전압균등화셀이 직렬스트링과 직접 병렬로 연결되어 동작하는 전압균등화 동작을 설명하였다. 그러나 전압균등화셀과 병렬로 연결되는 직렬스트링의 직렬수가 증가하면 직렬스트링의 단위셀과 직렬스트링과의 전압차이가 증가할 수 있으며, 이에 따라 단위셀과 직렬스트링 사이를 번갈아가며 병렬로 연결되는 전압균등화셀과 스위치에는 큰 전압차에 의한 순간적인 대전류가 반복적으로 흐를 수 있다. 이러한 대전류는 열을 발생시켜 온도상승을 유발하고 소자의 수명을 단축시키며 스위치의 가격상승을 초래하고 전압균등화회로의 에너지효율을 감소시킬 수 있으므로, 이하에서는 이러한 대전류를 방지하기 위한 전압균등화셀을 직렬로 연결하여 구성된 전압균등화회로에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압균등화셀과 직렬로 연결된 전압버퍼셀(Voltage Buffer Cell)을 사용하는 전압균등화회로의 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전압균등화회로(40)는 4개의 전기이중층 캐패시터 단위셀(C1, C2, C3, C4)이 직렬로 연결되어 있는 단위셀 직렬스트링 CS(410), 전압균등화셀 CE(421), 전압버퍼셀 CVP(422), 전압균등화셀(421)과 전압버퍼셀(422)이 직렬로 연결되어 구성되는 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(420), 전압균등화셀 CE(421)과 직렬스트링의 단위셀(C1,C2,C3,C4) 사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SW1-1 내지 SW4-2), 직렬스트링(410)과 전압균등화셀 직렬스트링(420) 사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SWE-1, SWE-2) 및 스위치(SW1-1 내지 SW4-2, SWE-1, SWE-2)를 제어하기 위한 제어기 SWC(430)로 구성된다.
도 4에 도시된 전압균등화회로(40)는 도 1을 참조하여 전술한 전압균등화회로(10)의 전압균등화셀 CE에 전압버퍼셀 CVP을 더 포함하여 직렬로 연결한 것이다. 즉, 도 4에 도시된 전압균등화회로(40)의 기본 동작은 도 1에 도시된 전압균등화회로(10)의 동작과 동일성이 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 전압균등화회로(40)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
제어기 SWC(430)는 스위치(SW1-1 내지 SW4-2)를 제어하여 정해진 순서에 따라 일정시간동안 전압균등화셀 CE(421)과 단위셀을 병렬로 연결시킨 후, 다시 스위치(SW1-1 내지 SW4-2)를 OFF상태가 되도록 제어한다. 그 후, 제어기 SWC(430)는 스위치(SWE-1,SWE-2)를 제어하여 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(420)과 단위셀 직렬스트링 CS(410)을 병렬로 연결시킨다. 이와같이 전압균등화셀 CE(421)이 단위셀에 병렬로 연결되면, 전압균등화 직렬스트링 CSE(420)의 전압은 병렬로 연결되기 전 전압균등화셀 CE(421)의 전압과 단위셀의 전압 간의 전압차이 만큼 변하게 된다. 이때, 이러한 전압차이는 직렬스트링 CS(410)을 구성하는 각 단위셀(C1,C2,C3,C4)의 전압분포 편차에 해당되는 것이다. 따라서 그 후 제어기 SWC(430)에 의해 전압균등화셀 CE(421)과 단위셀 사이의 병렬연결 스위치(SW1-1 내지 SW4-2)가 OFF 상태로 된 후, 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(420)과 단위셀 직렬스트링 CS(410) 사이의 병렬연결 스위치(SWE-1,SWE-2)가 ON 상태로 되면 2개의 직렬스트링 사이의 전압차이가 크지 않으므로 2개의 직렬스트링(410 및 420)을 병렬로 연결하는 과정에서 흐르는 전류를 대폭 감소시킬 수 있다. 만약 직렬스트링 CS(410)이 전압균등화가 이루어졌을 경우에는, 전압균등화셀 CE(421)이 정해진 순서에 따라 단위셀과 병렬로 연결되어도 전압변화가 없으므로 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(420)의 전압도 변하지 않는다. 따라서 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(420)과 단위셀 직렬스트링 CS(410)의 전압이 동일하므로 2개의 직렬스트링(410 및 420)이 병렬로 연결되더라도 전류는 흐르지 않게 된다. 이러한 전압균등화 과정에서 전압버퍼셀 CVP(422)은 직렬스트링 CS(410)의 전압과 단위셀의 전압 차이만큼을 유지하는 것이다.
이러한 전압균등화회로(40)에 있어서, 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(420)의 전압균등화셀 CE(421)과 전압버퍼셀 CVP(422)의 용량비는 다양하게 설정될 수 있지만, 전압균등화셀 CE(421)의 용량이 전압버퍼셀 CVP(422)의 용량에 비해 크도록 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
예컨대, 도 4의 전압균등화회로(40)에 있어서, 각 단위셀(C1,C2,C3,C4)로서 정전용량이 100F인 전기이중층 캐패시터를 사용하여 직렬스트링 CS(410)의 정격전압이 10V이고, 전압균등화셀 CE(421)로서 정전용량이 2200 uF, 정격전압이 6.3V인 알루미늄 전해콘덴서를 사용하고, 전압버퍼셀 CVP(422)로서 정전용량이 680 uF, 정격전압이 16V인 알루미늄 전해콘덴서를 사용하는 경우에 대하여 살펴보면, 직렬스트링 CS(410)의 전압균등화가 이루어지면 단위셀(C1,C2,C3,C4)의 전압은 2.5V가 되고 전압균등화셀 CE(421)의 전압도 단위셀(C1,C2,C3,C4)의 전압과 같은 2.5V가 되며 전압버퍼셀 CVP(422)의 전압은 7.5V가 된다.
일반적으로 알루미늄 전해콘덴서와 탄탈 전해콘덴서에서 부피가 일정할 경우 정격전압을 증가시키면 정전용량이 작아진다. 따라서 전압버퍼셀 CVP(422)과 전압균등화셀 CE(421)의 용량을 동일하게 설정할 경우, 전압버퍼셀 CVP(422)의 부피 및 가격이 증가하게 되므로 전압버퍼셀 CVP(422)이 전압균등화셀 CE(421)에 비해 작은 정전용량을 갖도록 설정하는 것이 바람직하다.
이렇게 용량차이가 큰 셀들을 직렬로 연결하여 전압균등화셀 직렬스트링CSE(420)을 구성함에 있어서 정전용량이 작은 셀에 역전압(Reverse Voltage)이 인가될 가능성이 존재하며, 이러한 역전압을 방지하기 위하여 정전용량이 작은 셀에 다이오드 또는 다이오드와 같은 역할을 하는 소자를 병렬로 연결함으로써 셀에 역전압이 인가되는 경우에도 전류를 바이패스(Bypass)시킬 수 있도록 실시예를 구성할 수 있다.
또한 전술한 설명에서는 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(420)에 1개의 전압버퍼셀 CVP(422)을 사용한 경우를 예시하였지만, 복수 개의 전압버퍼셀을 직렬로 연결하여 사용하더라도 무방하다.
또한 서로 다른 종류의 셀을 이용하여 전압균등화셀 CE(421)과 전압버퍼셀 CVP(422)을 사용할 수도 있다. 예를 들어 전압버퍼셀 CVP(422)로 알루미늄 전해콘덴서를 사용하고 전압균등화셀 CE(421)로 전기이중층 캐패시터나 탄탈 전해콘덴서를 사용할 수도 있다.
한편 직렬스트링 CS의 단위셀 용량이 증가할수록, 전압균등화회로의 전기에너지 전달속도를 증가시킬 필요가 있다. 따라서 이하에서는 도 5를 참조하여 전기에너지 전달속도를 증가시킬 수 있는 전압균등화회로에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기에너지 전달속도를 증가시킨 전압균등화회로의 회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전압균등화회로(50)는 4개의 전기이중층 캐패시터 단위셀(C1, C2,C3,C4)이 직렬로 연결되어 있는 단위셀 직렬스트링 CS(510), 단위셀 직렬스트링의 각 단위셀(C1, C2,C3,C4)에 대응되는 정전용량이 동일한 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4), 전압균등화셀이 직렬로 연결되어 구성되는 전압균등화셀 직렬스트링 CSE(520), 각 전압균등화셀(CE1, CE2,CE3,CE4)과 각 단위셀(C1,C2,C3,C4) 사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SW1-1~SW4-2), 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)과 단위셀(C1,C2,C3,C4) 사이에서 스위치(SW1-1,SW2-1,SW3-1,SW4-1)와 직렬로 연결되는 다이오드(D1,D2,D3,D4), 단위셀 직렬스트링(CS)과 전압균등화셀 직렬스트링(CSE)사이의 병렬연결을 ON/OFF 시키는 스위치(SWE1 내지 SWE5) 및 스위치(SW1-1 내지 SW4-2,SWE1 내지 SWE5)를 제어하기 위한 제어기 SWC(530)로 구성된다.
다이오드(D1,D2,D3,D4)는 전류가 단위셀에서 전압균등화셀 방향으로는 흐르지만 반대방향으로 흐르지 못하도록 한다. 즉 단위셀이 전압균등화셀로 방전은 이루어지지만 전압균등화셀에 의해 충전되지는 않도록 한다. 즉, 다이오드는 전류방향설정수단으로 사용된다.
이하에서는 도 5를 참조하여 전압균등화회로(50)의 동작에 대하여 설명한다.
제어기(530)에 의해 일정시간 동안 스위치(SWE1 내지 SWE5)가 ON 되어 전압균등화셀 직렬스트링(520)의 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)이 상호 직렬로 연결되고 또한 전압균등화셀 직렬스트링(520)과 단위셀 직렬스트링(510)이 병렬로 연결된다. 이후 제어기(530)에 의해 스위치(SWE1 내지 SWE5)가 OFF 됨으로써 전압균등화셀 직렬스트링(520)내의 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4) 간의 직렬연결과, 전압균등화셀 직렬스트링(520)과 단위셀 직렬스트링(510)의 병렬연결이 해제된다. 다시 제어기(530)에 의해 일정시간 동안 스위치(SW1-1 내지 SW4-2)가 ON 되어 각 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)과 그에 대응되는 단위셀(C1,C2,C3,C4)이 병렬로 연결된다. 병렬로 연결되어 있는 동안 다이오드(D1,D2,D3,D4)에 의해 단위셀(C1,C2,C3,C4)의 전압이 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)의 전압보다 높으면 전류가 흐르므로 전압균등화셀로 방전이 이루어지지만, 단위셀(C1,C2,C3,C4)의 전압이 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)의 전압보다 낮으면 전류가 흐르지 않는다. 이후 제어기(530)에 의해 스위치(SW1-1 내지 SW4-2)가 OFF 되어 각 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)이 대응되는 단위셀(C1,C2,C3,C4)과 병렬연결이 해제된 후, 다시 제어기(530)에 의해 일정시간 동안 스위치(SWE1 내지 SWE5)가 ON 되어 전압균등화셀 직렬스트링(520)의 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)이 직렬로 연결되고 전압균등화셀 직렬스트링(520)이 단위셀 직렬스트링(510)과 병렬로 연결된다. 이 과정에서 만약 단위셀 직렬스트링(510)의 전압균등화가 이루어지지 않은 상태이면, 단위셀 중에서 전압이 높은 단위셀은 전압균등화셀과의 병렬연결 과정에서 대응되는 전압균등화셀로 방전이 이루어진다. 따라서 단위셀 직렬스트링(510)의 전압균등화가 이루어지지 않은 경우, 각 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)에 대응되는 각 단위셀(C1,C2,C3,C4)을 병렬로 연결하면 전압균등화셀 직렬스트링(520)의 전압은 상승하고 단위셀 직렬스트링(510)의 전압은 강하하기 때문에 전압균등화셀 직렬스트링(520)에서 단위셀 직렬스트링(510)으로 전류가 흐른다. 이 과정에서 단위셀 직렬스트링(510)을 구성하는 단위셀(C1,C2,C3,C4)의 전압증가량은 전압에 관계없이 동일하다. 따라서 전압이 높은 단위셀의 전기에너지를 단위셀 직렬스트링(510)의 단위셀(C1,C2,C3,C4)에 전기에너지를 균일하게 분배하는 것이다. 이러한 반복적인 동작에 의해 단위셀 직렬스트링(510)의 전압균등화가 이루어진다.
전술한 전압균등화회로(50)에서 다이오드(D1,D2,D3,D4)는 단위셀(C1,C2,C3,C4)에서 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4) 방향으로만 흐르도록 설치되었지만, 다이오드(D1,D2,D3,D4)의 방향을 반대로 바꾸어도 무방하다. 이경우, 다이오드(D1,D2,D3,D4)의 방향을 반대로 바꾸면 각 전압균등화셀에서 대응되는 단위셀 방향으로만 전류가 흐를 수 있으므로 전압균등화셀의 전압이 대응되는 단위셀의 전압보다 높은 경우에는 전압균등화셀에서 단위셀로 전류가 흐르게 된다. 따라서 단위셀 직렬스트링(510)의 전압균등화가 이루어지지 않았을 경우, 각 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)에 대응되는 단위셀(C1,C2,C3,C4)과 병렬연결을 수행하는 동안, 각 단위셀의 전압이 대응되는 전압균등화셀의 전압보다 낮으면 단위셀은 전압균등화셀에 의해 충전되며 이러한 동작에 의해 전압균등화셀 직렬스트링(520)의 전압은 낮아지고 단위셀 직렬스트링(510)의 전압은 상승하므로, 단위셀 직렬스트링(510)이 전압균등화 직렬스트링(520)을 충전하게 된다. 이러한 충전과정에서 단위셀 직렬스트링(510)을 구성하는 각 단위셀(C1,C2,C3,C4)은 전압에 관계없이 동일한 양만큼 방전된다. 따라서 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)을 매개체로 단위셀 직렬스트링(510)의 전기에너지를 단위셀 직렬스트링(510)에서 전압이 낮은 단위셀에 전달함으로써 전압균등화가 이루어지는 것이다.
도 5의 전압균등화회로에서 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)과 단위셀(C1,C2,C3,C4) 사이에서 전류가 흐르는 방향을 설정하기 위하여 스위치에 다이오드(D1,D2,D3,D4)를 직렬로 연결하였지만 이러한 역할을 위해 다른 전류방향 설정 수단을 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전류방향을 설정하는 회로의 회로도이다.
도 6은 도 5의 제1 전압균등화셀(CE1)과 제1 단위셀(C1) 사이의 병렬연결 스위치(SW1-1,SW1-2)에 직렬로 연결된 다이오드(D1) 기능을 하는 전류방향제어 회로(60)를 도시한다.
전류방향제어 회로(60)는 전기에너지가 저장되는 단위셀(C1), 전압균등화셀(CE1), 단위셀(C1)과 전압균등화셀(CE1)을 병렬로 연결하는 스위치(SW1-1,SW1-2), 단위셀(C1)과 전압균등화셀(CE1) 사이의 전위차를 측정하는 전압비교기(VC) 및 스위치(SW1-1,SW1-2)를 제어하는 제어기(SWC)로 구성된다.
전류방향제어 회로(60)의 동작에 대하여 설명하면, 전압균등화 동작 중에 전압균등화셀(CE1)과 단위셀(C1) 사이의 전위차를 전압비교기(VC)로 측정하여 제어기(SWC)에 의해 스위치(SW1-1,SW1-2)를 제어함으로써 전류방향을 제어할 수 있다.
더 상세히 설명하면, 전압균등화셀(CE1)과 단위셀(C1)을 병렬로 연결시키는 동작에 있어서, 제어기(SWC)는 전압비교기(VC)에 의하여 측정된 전압균등화셀(CE1)과 단위셀(C1) 사이의 전위차를 기초로 단위셀(C1)의 전압이 전압균등화셀(CE1)의 전압보다 낮은 경우 스위치(SW1-1,SW1-2)를 ON 시키지 않도록 제어하고, 반대로 단위셀(C1)의 전압이 전압균등화셀(CE1)의 전압보다 높으면 스위치(SW1-1,SW1-2)를 ON 시키도록 제어할 수 있다. 이러한 방법으로 전압균등화셀(CE1)과 단위셀(C1) 사이에서 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 설정할 수 있다.
이러한 전류방향제어 회로(60)를 전술한 전압균등화회로에서 다이오드를 대신하여 사용할 수 있다.
한편, 전술한 전압균등화 직렬스트링을 구비한 전압균등화회로의 전압균등화 과정에 있어서, 전압균등화셀 직렬스트링과 단위셀 직렬스트링이 서로에 대해 전압균등화 동작을 하게 되므로 전압균등화셀 사이에서도 전압균등화가 이루어진다.
그러나 매우 낮은 확률이지만 만약 단위셀 직렬스트링에서 단위셀의 전압이 균일하지 않고 각 단위셀과 병렬로 연결되는 전압균등화셀의 전압과 단위셀의 전압이 같게 되면 전압균등화의 과정이 지연될 수 있다. 따라서 이하에서는 도 7을 참조하여 전압균등화 과정의 지연을 방지할 수 있는 전압균등화회로에 대하여 설명한다.
도 7-a에 도시된 회로는, 도 5에서 도시된 전압균등화회로(50)에 있어서 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)에 일정한 저항값을 갖는 저항(RE1,RE2,RE3,RE4)을 각각 병렬로 연결한 회로이다.
도 7-a의 회로에 따른 전압균등화는 전압균등화 방법 중에서 가장 간단한 방법 중의 하나이지만 전압균등화 속도를 증가시킬수록 자가방전(Self Discharge)이 발생할 수 있다. 일반적으로 저항값은 병렬로 연결되는 셀의 용량에 따라 셀의 용량이 커질수록 저항값이 작아진다. 전압균등화셀은 단위셀에 비해 작은 용량을 갖기 때문에 저항값이 큰 저항을 사용할 수 있으므로 전압균등화셀에 병렬로 연결되는 저항(RE1,RE2,RE3,RE4)에 의해 단위셀 직렬스트링의 단위셀이 방전되는 양은 크지 않다.
도 7-b에 도시된 회로는 도 5에 도시된 전압균등화회로(50)에 있어서 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4) 중 하나의 전압균등화셀(CE4)에 스위치(SWE6)를 병렬로 연결한 회로를 도시하고 있다.
도 7-b의 회로에 따른 전압균등화는 제어기에 의해 스위치(SWE6)를 ON시켜 하나의 전압균등화셀 만을 방전시킴으로써, 단위셀 직렬스트링과 전압균등화 직렬스트링이 서로 전압이 동일하여 전압균등화 동작이 이루어지지 않는 지연 상황을 해결할 수 있다.
전압균등화회로의 전압균등화 속도는 전압균등화셀 숫자, 전압균등화셀의 용량, 전압균등화회로에서 전압균등화셀과 단위셀 사이의 시간당 병렬연결횟수 등에 의해 영향을 받지만, 이외에 전압균등화가 필요한 단위셀에 전압균등화를 집중함으로써 실제적인 전압균등화속도를 증가시킬 수 있다. 이하에서는 도 8을 참조하여 전압균등화가 필요한 단위셀에 전압균등화를 집중하여 전압균등화 속도를 증가시킨 전압균등화 회로에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 단위셀 별 전압균등화를 차등하여 전압균등화속도를 증가시키는 전압균등화회로의 회로도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전압균등화회로(80)는 4개의 전기이중층 캐패시터 단위셀(C1,C2,C3,C4)이 직렬로 연결되어 있는 직렬스트링 CS(810), 1개의 전압균등화셀 CE(820), 전압균등화셀(820)과 직렬스트링의 단위셀(C1,C2,C3,C4)을 병렬로 연결하는 스위치(SW1 내지 SW5), 직렬스트링(810)과 전압균등화셀(820)을 병렬로 연결하는 스위치(SWE1-1,SWE1-2), 전압균등화셀(820)과 단위셀의 병렬연결에 사용되는 극성반전회로 PIC(850)의 스위치(SWP1-1,SWP1-2,SWP2-1,SWP2-2), 이러한 스위치를 제어하기 위한 제어기 SWC(830) 및 각 단위셀의 전압을 검출할 수 있는 단위셀 전압검출기 VM(840)로 구성된다.
도 8에 도시된 전압균등화 회로(80)는 도 1에 도시된 전압균등화회로(10)의 구성에 전압검출기(540)를 더 포함하여 구성되며, 또한 직렬스트링의 직렬연결된 단위셀의 수가 증가하면 극성반전회로(850)를 사용함으로써 스위치 숫자를 대폭 감소시킬 수 있다.
도 8에 도시된 전압균등화회로(80)는, 기본적으로 도 1에 도시된 전압균등화회로(10)와 동일한 전압균등화 동작을 수행할 수 있으며, 또한 추가된 전압검출기(840)를 이용하여 각 단위셀의 평균전압을 산출할 수 있고 단위셀 중에서 최대 전압과 최저 전압을 가지는 단위셀을 검출할 수 있다. 따라서 전압균등화회로(80)는 전압균등화셀(820)과 단위셀(C1,C2,C3,C4)간의 병렬연결 또는 전압균등화셀(820)과 직렬스트링(810)간의 병렬연결을 수행하는 과정에서, 순차적이고 반복적인 병렬연결를 반복하지 않고 필요한 단위셀에 대하여 병렬연결을 수행할 수 있다.
더 상세히 설명하면, 전압균등화회로(80)는 병렬연결과정에서 전압검출기(840)에 의해 산출된 단위셀 평균전압보다 높은 전압을 가지는 단위셀에 대하여 전압균등화셀(820)과 그 단위셀 사이의 병렬연결 단계를 생략할 수 있다. 이를 통하여 단위셀의 전압변화량을 증가시킬 수 있고 전압균등화셀(820)과 각 단위셀(C1,C2,C3,C4) 사이의 시간당 병렬연결회수를 증가시킬 수 있어 전압균등화속도를 증가시킬 수 있다.
또한 최저 전압을 가지는 단위셀과 전압균등화셀(820) 사이의 병렬연결 및 전압균등화셀(820)과 직렬스트링(810) 사이의 병렬연결만 반복적이고 집중적으로 수행하는 것도 가능하다.
종래 기술의 경우, 이와 같은 상황에서 전압균등화를 위해 전압이 낮은 단위셀을 제외한 나머지 3개의 단위셀로부터 각각 전기에너지를 전달받아야하므로 전압균등화 캐패시터가 전압이 낮은 단위셀과 나머지 3개의 단위셀 사이에서 병렬연결동작을 반복해야 한다.
이에 비해 본 발명은 동일한 상황에서 전압균등화셀(820)과 전압이 낮은 단위셀 사이 및 전압균등화셀(820)과 직렬스트링(810) 사이에 대하여 반복적인 병렬연결동작을 수행할 수 있으므로, 보다 더 집중적인 전압균등화에 따라 각 단위셀의 전압균등화 속도를 증가시킬 수 있다.
또한 전압균등화회로(80)는 전압검출과정에서 직렬 스트링(810)에 역전압이 인가될 경우, 이를 감지하여 전압균등화셀(820)과 직렬스트링(810)을 병렬로 연결하는 스위치를 OFF시킴으로서 전압균등화셀(820)에 역전압이 인가되는 것을 방지할 수 있으며 이에 대해 경보신호 내지는 전기에너지 저장장치 동작중지 신호를 발생시켜 알릴 수 있도록 실시예를 구성할 수 있다. 즉, 전기에너지 저장장치를 설치하는 과정에서 극성(Polarity)이 바뀌는 경우에(특히 이차전지의 경우 충전된 상태에서 유통 및 설치되므로), 역극성 인가로 인한 사고(특히 전압균등화셀로 알루미늄 전해콘덴서나 탄탈 전해콘덴서 등을 사용하는 경우)를 방지할 수 있으므로 매우 효과적이다.
또한 도 8의 전압균등화회로(80)에서, 전압검출기(840) 또는 제어기(830)에 직렬스트링(810)의 단위셀 전압이 설정된 상한치보다 높거나 설정된 하한치보다 낮은 경우 논리신호 같은 경보신호를 발생시키는 부가적인 기능을 추가할 수도 있다.
한편 직렬스트링을 구성하기 위해 단위셀로 전기이중층 캐패시터 같은 울트라캐패시터나 이차전지를 사용하는 경우, 제작시점에서는 단위셀 용량편차는 작게 유지하는 것이 가능하지만 단위셀의 노후에 따른 에이징 편차가 불가피하게 발생될 수 있다. 즉, 사용에 따른 직렬스트링의 단위셀 간의 어느 정도의 용량편차가 존재할 수 있다. 이러한 경우, 직렬스트링의 전압균등화 방법에 따라 충방전 거동이 달라질 수 있다.
도 9는 직렬로 연결된 용량이 다른 단위셀의 충전/방전과정에서 전위차 그래프이다.
도 9-a는 직렬스트링을 충전전압에서 전압을 균등화시킨 경우이며 도 9-b는 직렬스트링을 방전전압에서 전압을 균등화시킨 경우이고 도 9-c는 직렬 스트링을 전 전압영역에서 전압균등화 동작을 시킨 경우이다.
도 9-a에 도시된 바와 같이 직렬스트링을 충전전압에서 전압균등화 동작을 시킨 경우 단위셀 사이에 용량편차가 존재하더라도 충전전압에서 직렬스트링의 단위셀의 전압은 일정하지만, 직렬스트링을 방전시킬 경우 단위셀의 방전전압은 단위셀의 용량편차에 따라 달라진다.
또한 도 9-b에 도시된 바와 같이 직렬스트링을 방전전압에서 전압균등화 동작을 시킨 경우 단위셀 사이에 용량편차가 존재하더라도 단위셀의 방전전압은 일정하지만 충전전압이 단위셀의 용량편차에 따라 달라짐을 알 수 있다.
그리고 도 9-c에 도시된 바와 같이 직렬스트링을 전 전압영역에서 전압균등화 동작을 시킨 경우 단위셀 사이의 용량편차에 의한 전압편차가 충전전압과 방전전압으로 분산됨을 알 수 있다.
전기이중층 캐패시터의 경우 정격전압을 초과한 과전압은 셀의 수명에 치명적인 영향을 미치지만 과도한 역전압이 인가되지 않는 한 저전압은 셀의 수명에 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서 전압이 높은 영역인 충전전압 영역에서 전압균등화 동작을 강화하는 것이 더욱 효과적이다. 이를 위해 직렬스트링의 전압이 높을 경우, 즉 단위셀의 인가전압이 높을수록 전압균등화회로에서 병렬연결 스위칭 주파수를 증가시키고, 직렬스트링의 전압이 낮을 경우 전압균등화회로에서 병렬연결 스위칭 주파수를 감소시켜 시간당 병렬연결회수를 가감시켜 직렬스트링의 전압별로 전압균등화 속도를 가감시키는 것이 더욱 효과적이다.
전술한 설명에서는 전압균등화셀을 매개체로 전기에너지를 전달하는 방법에 의한 전압균등화회로를 예시하였지만 직렬스트링의 단위셀에 과전압이 인가되는 상황을 감안한 부가적인 기능도 필요하다.
도 10은 본 발명에 따른 과전압방지 기능을 부가한 전압균등화회로의 회로도이다.
도 10-a에 도시된 전압균등화회로는 도 1에 도시된 전압균등화회로(10)에 있어서 전압균등화셀 CE(120)에 스위치(SWS)를 병렬로 연결하고, 전류를 제한하기 위해 저항(RS)을 스위치에 직렬로 연결한 것이다. 전압균등화셀(CE)이 단위셀에 병렬로 연결되었을 때 단위셀의 전압이 설정치를 초과하면 스위치(SWS)가 ON되어 단위셀이 방전되도록 동작하는 것이다.
도 10-b에 도시된 전압균등화회로는 도 1에 도시된 전압균등화회로(10)에 있어서 전압균등화셀 CE(120)에 스위치(SWS)를 병렬로 연결하고 전류를 제한하기 위해 저항(RS)과 제너다이오드(DZ)가 스위치에 직렬로 연결된 것이다. 전압균등화셀(CE)이 단위셀에 병렬로 연결될 때 스위치(SWS)는 ON 되며, 단위셀의 전압이 제너다이오드(DZ)의 설정된 항복전압을 초과하면 제너다이오드(DZ)에 의해 단위셀이 방전되도록 동작하는 것이다.
도 10-c에 도시된 전압균등화회로는 도 4에 도시된 전압균등화회로(40)에 있어서 전압균등화셀 CE(421)에 제너다이오드(DZ)를 병렬로 연결한 것이다. 전압균등화셀(CE)이 단위셀에 병렬로 연결되었을 때 단위셀의 전압이 제너다이오드(DZ)의 설정된 항복전압을 초과하면 제너다이오드(DZ)에 의해 단위셀이 방전되도록 동작하는 것이다.
도 10-d에 도시된 전압균등화회로는 도 5에 도시된 전압균등화회로(50)에 있어서 전압균등화셀(CE1,CE2,CE3,CE4)에 제너다이오드(DZ1,DZ2,DZ3,DZ4)를 각각 병렬로 연결한 것이다. 전압균등화셀이 단위셀에 병렬로 연결되었을 때 단위셀의 전압이 제너다이오드의 설정된 항복전압을 초과하면 제너다이오드에 의해 단위셀이 방전되도록 동작하는 것이다.
또한 도 10-a 내지 도 10-d에 도시된 전압균등화회로에 있어서, 제너다이오드를 대체하여 제너다이오드와 같이 정해진 전압을 초과하면 전류가 흐르도록 하는 션트레지스터(Shunt Resistor)같은 스위칭소자를 사용할 수도 있다.
도 1 내지 도 10을 참조하여 전술한 본 발명에 따른 전압균등화회로에 있어서, 전압균등화 셀은 우수한 내구성과 비교적 큰 정전용량을 가지는 것이 바람직하다. 따라서 이러한 요구조건에 따라 전압균등화 셀로 전기이중층 캐패시터, 알루미늄 전해콘덴서, 탄탈 전해콘덴서 등을 사용할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예의 설명에 있어서는 전기에너지저장셀로써 전기이중층 캐패시터인 경우에 대하여 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 발명은 전기에너지저장셀의 대상을 전기이중층 캐패시터로 한정하지는 않는다. 또한 본 발명은 전기이중층 캐패시터와 같은 울트라캐패시터 이외에 이차전지나 전해콘덴서 같은 전기에너지저장셀이 직렬로 연결된 경우에도 사용할 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서는 4개의 단위셀이 직렬로 연결된 경우를 사용하였지만 본 발명은 특별히 직렬수를 한정하지 않는다.
전술한 바와 같은 본 발명은 전기에너지저장셀이 직렬로 연결된 전기에너지 저장장치에서 전기에너지저장셀 사이의 전압균등화 방법을 제공하는 것으로, 전기에너지저장셀로 전기이중층 캐패시터(Electric Double Layer Capacitor)와 같은 울트라캐패시터(Ultracapacitor) 뿐만 아니라 납축전지(Lead Acid Battery), 니켈수소전지(NiMH Battery), 니켈카드뮴전지(NiCd Battery), 리튬이온전지(Lithium Ion Battery), 알루미늄 전해캐패시터(Aluminum Electrolytic Capacitor) 등이 사용될 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 자명하다. 따라서 본 발명의 보호 범위는, 전술한 실시예에 국한되서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의한 범위 및 그와 균등한 범위를 포함하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 복수의 전기에너지저장셀이 직렬로 연결되어 있는 전기에너지저장셀 직렬스트링;
    적어도 하나의 전압균등화셀을 포함하는 적어도 하나의 전압균등화셀 스트링;
    상기 전기에너지저장셀과 상기 전압균등화셀을 병렬로 연결시키는 복수 개의 제1 스위칭 수단;
    상기 전기에너지저장셀 직렬스트링과 상기 전압균등화셀 스트링을 병렬로 연결시키는 적어도 하나의 제2 스위칭 수단; 및
    상기 제1 스위칭 수단 및 상기 제2 스위칭 수단을 제어하며, 상기 제1 스위칭 수단과 상기 제2 스위칭 수단이 동시에 ON 상태로 되지 않도록 제어하는 제어기;를 포함하는 전압균등화회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 제1 스위칭 수단과 상기 제2 스위칭 수단을 서로 번갈아 ON 상태가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압균등화셀 스트링은
    상기 복수 개의 전기에너지저장셀에 각각 대응하도록 상기 전압균등화셀을 복수 개 구비한 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 전압균등화셀을 직렬로 연결하는 제3 스위칭 수단;
    을 더 포함하며, 상기 제3 스위칭 수단은 상기 제어기에 의하여 제어되는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 스위칭 수단은
    상기 제2 스위칭 수단이 ON 상태일 때 ON 상태가 되는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전기에너지저장셀과 그에 대응되는 상기 전압균등화셀 사이에 직렬로 연결되는 전류방향설정수단;
    을 더 포함하는 전압균등화회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전류방향설정수단은
    상기 전기에너지저장셀과 상기 전압균등화셀 사이의 전위차를 측정하는 전압검출기를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 전압균등화셀 각각에 저항이 병렬로 연결된 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전압균등화셀에 연결된, 상기 전기에너지저장셀의 전압을 측정하는 전압검출기;
    를 더 포함하는 전압균등화회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전압균등화셀에 연결된, 상기 전기에너지저장셀의 전압이 설정값을 초과할 경우 상기 전기에너지저장셀을 방전시키는 방전수단;
    을 더 포함하는 전압균등화회로.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전압균등화셀 스트링은
    전압균등화셀과 직렬로 연결된 전압버퍼셀을 적어도 하나 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전압균등화셀 스트링은
    상기 전압버퍼셀에 연결된 역전압 방지수단을 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 전기에너지저장셀 직렬스트링의 전압에 따라 제1 스위칭 수단 또는 제2 스위칭 수단의 단위시간당 스위칭 횟수를 가변시키는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전기에너지 저장장치 및 상기 전압균등화회로가 복수개의 모듈로 분할되는 경우, 분할된 상기 전압균등화회로는 상기 제어기를 각각 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  15. 제14항에 있어서,
    분할된 상기 각 전압균등화회로의 상기 각 제어기는 동기화되어 동작하는 것을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  16. 제14항에 있어서,
    분할된 상기 각 전압균등화회로의 상기 각 제어기는 비동기로 동작하는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  17. 제14항에 있어서,
    분할된 상기 각 전압균등화회로는 상기 모듈에 포함되는 분할된 전기에너지장장셀 직렬스트링에 대해 전압균등화동작이 가능하도록 상기 분할된 전기에너지저장셀 직렬스트링과의 연결 스위치수단을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전압균등화셀 스트링은 전기이중층 캐패시터, 알루미늄 전해 콘덴서, 탄탈 전해콘덴서 중에서 한 가지 이상을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전압균등화회로.
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