KR101470735B1 - 직렬 연결된 다수의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로와 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 동시에 충전 및 방전하는 장치에서, 직렬 연결된 각각의 전지들이 서로 다른 충전 및 방전 특성을 가지고 있고, 서로 다른 충방전 특성을 가진 각각의 전지를 최종적으로 모두 최대전압으로 충전할 수 있도록 개별 전지의 벨런싱을 위하여 능동 벨런스회로와 스위칭회로를 이용하여 다수의 전지를 동시에 충전 및 방전을 수행할 수 있도록 설계 제작된 직렬 연결된 다수의 전지 충방전을 위한 능동 벨런싱 알고리즘을 구비한 능동 벨런싱 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

직렬 연결된 다수의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로와 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치 및 방법{Apparatus and Method with an active balancing control circuit and an active balancing algorithm for charging and discharging the series connected secondary batteries}

본 발명은 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 동시에 충방전하는 장치에서, 직렬 연결된 각각의 전지들이 용량과 내부저항이 완전히 일치하지 않아 서로 다른 충방전 특성을 가지고, 서로 다른 충방전 특성을 가진 각각의 전지를 정전압(Constant Voltage) 충전모드에서 설정된 최대전압으로 충전할 수 있도록 개별 전지의 벨런싱을 위하여 능동 벨런스회로와 릴레이를 이용하여 다수의 전지를 동시에 충방전을 수행할 수 있도록 직렬 연결된 다수의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

전기자동차에 사용하는 대용량 리튬 2차 전지의 경우 1개 전지의 동작전압은 2V에서 4.7V 내외로 낮은 반면에 동작전류는 25A에서 50A이상 대전류 이다.

전기 자동차는 이러한 전지를 수십개에서 수백개를 연결하여 사용하는데 전지 집합체를 제조하는 과정에서 단위모듈의 전지(1개 혹은 소수개의 전지를 직렬 혹은 병렬로 연결한)를 최대 용량으로 충방전하여야 하는데 전기에너지를 교류로 변환하여 재활용하게 되며 변환효율이 낮아 기술적으로 여러 가지 어려움이 있다.

스위치모드 방식으로 대용량의 2차 전지를 동시에 충전 및 방전하는 장치에서 방전의 경우 동작전압이 2V에서 4.7V 내외인 리튬 2차 전지 1개를 방전하여 그 전기를 열로 소모하던가 교류전기로 변환하여 국가 교류전력망에 회생시켜야 한다.

이러한 전력을 회생시키기 위한 직류-교류 변환기는 전지 1개의 전압이 상용 교류전력망 전압(220V 혹은 380V)에 비하여 너무 낮아 변환효율이 통상 40% 전후로 매우 낮으며 변환되는 과정에서 나머지는 변환장치에서 발열되어 소비된다.

따라서 종래의 2차 전지 충방전 장치를 사용하는 공정이 전지제조 공장에서 냉각용 공조장치를 포함하여 전력 사용이 가장 많은 곳으로 알려져 있다.

본 발명은 용량과 내부저항이 조금씩 서로 다른 2차 전지들을 직렬로 연결하여 하나의 양방향 정전류(Constant Current) 전원장치로 충방전을 할 때 상기 2차 전지들의 특성 차이로 말미암아 개별 전지들의 정전압 충방전이 어렵고 과충전 혹은 과방전되는 결과를 초래할 수 있다.

관련된 종래기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0008337호에는 복수의 리튬 2차 전지들 또는 리튬 2차 전지들의 그룹들을 벨런싱시키기 위한 배터리 팩 제어 모듈 및 그 이용방법에 관한 기술적 구성이 개시되어 있으나, 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 정전류원을 이용하여 직렬 연결된 다수의 2차 전지를 충방전함에 있어서 각각의 전지들이 서로 다른 충전 및 방전 특성을 가진 전지들을 동시에 최대전압과 동일한 전류를 유지하는 상태에서 충전을 종료하도록 하는 기술적 구성인 본 발명과는 현저한 차이가 있다.

관련된 또 다른 종래기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0122911에는 직렬 연결된 각각의 2차 전지마다 방전 루트 회로를 구비하고 과충전에 대비하는 기술적 구성이 개시되어 있으나, 각각의 2차 전지마다 방전 루트 회로를 구성하기 위한 별도의 방전저항과 스위칭 소자를 구비하고 있어 전력 소모가 증가하고 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 용량과 내부저항이 서로 다른 전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 정전류원으로 충방전을 할 때 개별 2차 전지의 양단에 소정의 전류를 가하거나 감하는 능동 벨런스회로를 부가하여 전지들의 특성차이를 극복하고 직렬회로에서 정전압 충방전이 가능하도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 통상 동일한 공정에서 생산되는 전지들 간의 특성(내부저항 및 용량 등) 차이가 5% 이내의 적은 값이며, 이 정도의 값은 사용자가 전지의 양불 판정을 위하여 설정하는 값이며, 같은 공정에서 생산되는 전지들 간의 산포는 그다지 크지 않으므로 각각의 2차 전지 충방전회로에 아주 작은 용량의 능동 벨런스회로로 각각의 트레이 내의 전체 전지를 정전압 충전 시 벨런싱이 가능하도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 하나의 트레이 내에 있는 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 동시에 충방전하되, 하나의 양방향 DC-DC 컨버터와 하나의 양방향 리니어 정전류원 및 하나의 콘트롤러를 사용하여 장치를 구성하므로써 제작비용을 절감하고, 방전하는 전기를 직류상태에서 그대로 충전에 사용하여 전력변환 효율을 혁신적으로 높이며, 크기와 무게를 크게 줄이며, 설치공간을 크게 줄일 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 과제 해결 수단은 하나의 트레이 내에 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 동시에 충방전하되, 각각의 전지들이 용량과 내부저항 등 서로 다른 충전 및 방전 특성을 가지고 있고, 서로 다른 충방전 특성을 가진 각각의 전지를 최종적으로 모두 설정전압에서 정전압 충방전이 되도록 각각의 전지 벨런싱을 위하여 능동 벨런스회로와 스위칭 회로를 이용하여 다수의 전지를 동시에 충방전을 수행할 수 있게 설계 제작된 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 각각의 2차 전지들이 직렬 연결된 직렬회로를 구성하는 회로구성품들에 당연히 동일한 전류가 흐르지만 전지의 용량과 내부저항과 같은 특성이 조금씩 다른 경우에 정전압을 유지하기 위하여 서로 다른 특성들을 능동적으로 조절해주어, 결과적으로 직렬 연결된 2차 전지들의 특성이 다르더라도 정전류 및 정전압 충방전이 가능하고, 용량이나 내부저항이 5% 내외로 적은 범위에서 분포한다면 당연히 능동 벨런스회로에서 조절해 주는 용량도 전체 용량의 5% 내외인 소용량이면 충분한 소용량의 벨런스회로가 각각의 2차 전지 충방전 회로에 연결 설치된 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 하나의 트레이 내에 있는 직렬 연결된 다수의 2차 전지를 하나의 양방향 DC-DC 컨버터와 양방향 리니어 정전류원으로 동시에 충방전하도록 구성하되, 충방전을 위한 전반부에서는 정전류 모드로 동작하고, 충방전을 위한 후반부에서는 능동 벨런스회로를 이용한 정전압 모드로 충방전을 이루어 하나의 트레이 내에 있는 모든 전지가 최대전압에서 동일한 전류를 이룰 때 충방전을 종료하여 충전을 이룰 수 있도록 직렬 연결된 다수의 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 동시에 충방전하되, 정전류 모드와 정전압 모드를 병행하여 각각의 서로 다른 충전 및 방전 특성을 가지고 있는 전지들을 최종적으로 모두 설정된 최대전압으로 동일한 전류상태에서 충방전을 종료할 수 있는 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전지의 용량과 내부저항 등의 특성이 서로 다른 경우에도 능동 벨런스회로가 이 특성을 보정하여 등가적으로 완전히 동일한 특성의 2차 전지를 직렬로 연결하여 충방전할 수 있는 유리한 효과를 가진다.

본 발명의 또 다른 효과는 하나의 트레이 내에 있는 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 동시에 충방전하되, 하나의 양방향 DC-DC 컨버터, 하나의 양방향 리니어 정전류원 및 하나의 콘트롤러를 사용하여 장치를 구성하므로써 제작비용을 절감하고, 크기와 무게를 크게 줄이며, 설치공간을 크게 줄이는데 있다.

도 1은 종래의 개별식 2차 전지 충방전 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 직렬 연결된 다수의 전지를 충방전하기 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 각각의 트레이에 전원을 공급하기 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 수십 내지 수백 개 2차 전지를 충방전하는 하나의 트레이에서 각각의 2차 전지를 충방전하는 회로를 구체적으로 도시한 것이다.
도 5는 충방전에 사용되는 각각의 2차 전지의 내부저항 및 용량산포를 나타낸 것이다.
도 6은 용량 및/또는 내부저항이 서로 다른 2차 전지를 릴레이와 능동 벨런스회로를 이용하여 충방전을 수행하는 알고리즘을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 각각의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로를 도시한 것이다.
도 8은 도 3과 도 4를 합하여 하나의 회로를 도시한 것이며, 하나의 트레이 내에 존재하는 직렬 연결된 2차 전지들을 정전류 모드와 정전압 모드를 이용하여 충방전하도록 구성된 장치를 나타낸 것이다.
도 9는 도 8과 동일한 충방전 회로로 전류 흐름을 이용하여 구체적으로 충방전 원리를 설명하기 위한 회로도이다.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다.

본 발명은 각각의 전지들이 직렬 연결된 직렬회로를 구성하는 회로구성품들에 동일한 전류가 흐르지만 전지의 용량 및 내부저항과 같은 특성이 조금씩 다른 경우에 정전압을 유지하기 위하여 서로 다른 특성들을 능동적으로 조절해주는 능동 벨런스회로를 이용하여 직렬 연결된 다수의 2차 전지들의 특성이 다르더라도 특성을 보정하여 등가적으로 완전히 동일한 특성의 2차 전지를 직렬로 연결하여 충방전하는 기술적 구성 및 작용효과를 구비하고 있다.

또한, 통상 동일한 공정에서 생산되는 2차 전지들간의 특성(내부저항 및 용량 등) 차이는 5% 이내의 적은 값이며, 용량이나 내부저항 값이 5% 내외로 적은 범위에서 분포한다면 당연히 능동 벨런스회로에서 조절해 주는 용량도 전체 용량의 5% 내외인 소용량이면 충분한 소용량의 능동 벨런스회로가 각각의 2차 전지 충방전 회로에 연결 설치되어 있다. 본 발명의 구체적인 실시 예에 대하여 살펴본다.

<실시 예>

<실시 예1>

본 발명의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 실시 예1은 직렬 연결된 다수의 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 개별식 2차 전지 충방전 장치를 나타낸 것이다. 이는 각각의 전지를 각각의 DC<->AC 전원장치로 충방전을 수행하므로 설치 비용과 공간이 많이 소요되고, 낮은 전력회수율을 보이는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명에 따른 직렬 연결된 다수의 전지를 충방전하기 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치를 도시한 것이다.

본 발명의 명세서에서는 '충전 및 방전'과 '충방전' 용어를 동일한 의미로 혼용 기재한다.

본 발명의 명세서에서는 '리튬 2차 전지', '2차 전지' 및 '전지' 용어를 동일한 의미로 혼용 기재한다.

본 발명의 명세서 및 도면에서는 'CPU', 'CPU를 포함하는 제어부' 및 '제어부' 용어를 동일한 의미이며, 이는 본 발명에 따른 제어프로그램을 탑재하고, 탑재된 제어프로그램에 따라 충방전을 수행하도록 구성되어 있다.

본 발명의 명세서상의 서로 다른 도면은 동일한 구성에 대하여서도 서로 다른 도면 부호를 부여한다.

본 발명에 따른 각각의 2차 전지를 충방전하는 장치는 하나의 전지 전압이 2V 내지 4.7V사이로 낮은 것을 직렬로 수십 내지 수백 개를 연결하여 높인 전압을 양방향 DC-DC 컨버터로 변환하여 전력변환 효율을 높이고, 직류 충방전 장치의 전압을 전지열의 최대전압의 2배 내외로 설정하여 전력제어 시 효율과 분해능을 높이며, 방전하는 전지 전력을 손실없이 충전에 재활용할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2를 살펴보면, 상용전원이 배전반(21)을 통해서 입력되고, 배전반(21)을 통해서 공급되는 전원을 양방향 AC-DC 컨버터(22)를 거쳐서 직류 전기저장장치(23)에 저장된다.

직류 전기저장장치(23)는 전해콘덴서 및/또는 슈퍼콘덴서(하나의 용량이 수백 페러데이(Faraday)임) 등을 직렬 또는 병렬로 연결하여 필요한 전압과 용량으로 구성한 것이다.

직류 전기저장장치(도2의 23)를 거쳐서 나온 전원은 각각의 트레이(26, 27)에 하나씩 설치되어 있는 양방향 DC-DC 컨버터(도2의 24)와 전기적으로 연결되어 있다.

다음 단에는 양방향 리니어 정전류원(도2의 13, linear current source)과 전기적으로 연결되어 직렬 연결된 다수의 각각의 전지를 충방전할 수 있도록 구성되어 있다.

직류 전기저장장치(도2의 23)는 전기를 안정적으로 양방향 DC-DC 컨버터(도2의 24)로 공급하는 역할을 하는 동시에 정전 시에도 소정시간 동안 안정적으로 양방향 DC-DC 컨버터(도2의 24)로 전기를 공급하여 계속 충방전이 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.

상기 양방향 DC-DC 컨버터(도2의 24)와 리니어 정전류원(도2의 25, linear current source)은 각각의 트리이(27, 28, 29))마다 하나씩 설치되어 직렬 연결된 다수의 전지(도2의 24) 각각을 충방전하도록 구성되어 있다.

본 발명은 양방향 리니어 정전류원(도2의 25, linear current source)으로 충방전을 하도록 구성하므로 직렬로 연결되는 전지(도2의 24)의 수와 무관하게 보다 효율적으로 충방전할 수 있다.

즉, 직렬로 연결되는 전지(도2의 24)의 수에 따라 달라지는 전지열 양단사이의 전압변동과 무관하게 수십 내지 수백개의 전지(도2의 24)를 효율적으로 충방전할 수 있다.

또한, 본 발명은 직렬로 연결되는 다수의 전지 수만큼 전압을 높여서 사용하므로 양방향 DC-DC 컨버터(도2의 24)의 전력변환 효율을 현저히 상승시키는 작용효과가 있다.

이는 수많은 전지(도2의 24)를 동시에 충방전하도록 구성된 장치에서, 본 발명과 같이 수많은 전지(도2의 24)를 직렬로 연결하여 전지열 양단의 전압을 높여서 전력을 변환하므로 에너지 효율(80% 이상)을 높일 수 있으므로 에너지를 크게 절약할 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명에 따른 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치는 전력 제어시 분해능을 높이기 위하여 직류 충방전 장치의 적정전압을 직렬 연결된 전지열 양단에 걸리는 최대전압의 2배 정도로 설정하도록 구성하는 것이 바람직하나, 이는 변경 설정할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 각각의 트레이에 공급되는 전원을 공급하기 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치를 도시한 것이다.

도 2에서 기술한 양방향 AC<->DC 컨버터(도2의 22)는 도 3의 양방향 AC<->DC 컨버터(도3의 31)에 해당하며, 도 2의 전기저장장치(도2의 23)는 도 3의 전기저장장치(도3의 32)에 해당한다.

도 2와 도 3에 도시된 도면에서 알 수 있듯이, 도 3의 양방향 AC<->DC 컨버터(도3의 31)와 도 3의 전기저장장치(도3의 32)는 2차 전지를 충방전하기 위하여 다수의 트레이에 전기적으로 연결되어 동시에 전원을 공급하는 전원에 해당한다.

도 3의 양방향 DC<->DC 컨버터(도3의 33)와 전류를 정밀하게 제어하는 양방향 리니어 정전류원(도3의 34)은 다수(수십 내지 수백 개) 개의 2차 전지를 직렬로 연결하여 충방전을 하는 각각의 트레이(도3의 35,36, 37) 별로 하나씩 연결 설치되어 있다.

도 3에서, 양방향 리니어 정전류원(도3의 34)으로부터 나오는 V_B1 ⁺, V_B1 ^- 는 도4의 V_B1 ⁺, V_B1 ^- 와 동일한 것이다.

도 3에 도시된 도면에서, 각단의 전압 또는 전압 제어범위가 상부에 표시되어 있다. 이는 하나의 예시이며, 이러한 수치로 한정하는 것은 아니다.

도 4는 본 발명에 따른 수십 내지 수백 개 전지를 충방전하는 하나의 트레이에서 각각의 전지를 충방전하는 회로를 보다 구체적으로 도시한 것이다.

도 4에서, 2차 전지 양단의 전압을 측정하기 위하여 전지 양단에 전지 프로브(도4의 42)가 설치되고, 전지 양단에 설치되는 전지 프로브(도4의 42)와 연결되어 전압, 전류 및 온도를 측정하여 제어부로 전송하기 위한 전지계측 A/D 컨버터(도4의 41, isolated differential ADC convertor)가 설치되어 있다.

전지계측 A/D 컨버터(도4의 41)는 전지양단에 설치된 전지 프로브(도4의 42)사이에서 측정된 아날로그 전압을 디지털 신호로 변경하며, 측정된 2차 전지 양단의 전압을 이용하여 충방전 제어에 사용하도록 구성되어 있다.

각각의 2차 전지에는 각각의 전지상태를 나타내는 전압, 전류 및 온도 등을 측정하기 위하여 상호 절연된 상태에서도 정밀한 계측이 가능한 절연형 전지계측부(Isolated Battery Management System, 약어로 "BMS")가 각각 설치되고, 설치된 절연형 전지계측부에서 측정한 아날로그 값을 A/D 컨버터에서 디지털 신호로 변환하도록 구성되어 있다.

전지계측 A/D 컨버터(도4의 41)는 절연형 전지계측부와 A/D 컨버터를 결합하여 측정된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환 획득하는 것이다.

도 4에서, 릴레이 제어부(도4의 44)는 하나의 트레이에 설치된 하나의 CPU를 포함하는 제어부로부터 입력되는 제어신호에 의하여 릴레이(도4의 45)를 동작시키도록 구성되어 있다.

각각의 트레이에는 각각의 2차 전지를 충방전하기 위한 제어부가 있으며, 제어부는 CPU와 메모리가 내장되며, 본 발명에 따른 2차 전지 충방전에 필요한 제어프로그램이 탑재되어 있다.

제어프로그램에는 본 발명에 따라 2차 전지 충방전에 필요한 PWM 신호 제어, 직렬 연결된 다수의 전지를 충방전하기 위하여 필요한 CC 모드와 CV 모드 제어를 위한 수단들이 포함되어 있다.

하나의 트레이에는 직렬 연결된 각각의 전지(도4의 43)의 충전 및 방전을 제어하기 위한 제어부(또는 콘트롤러)와, 제어부(콘트롤러)와 통상의 통신수단으로 연결되어 제어신호를 생성하는 마이크로프로세서(CPU)가 하나씩 설치되어 있다.

또한, 제어부에는 직렬 연결된 각각의 전지(도4의 43)를 안전하고 효율적으로 충방전하기 위하여 필요한 위치에 온도, 전압 및 전류 등을 측정할 수 있는 센서를 설치하고, 각각의 센서로부터 측정된 값을 입력받도록 구성되어 있다.

각각의 트레이에 설치된 제어부는 호스트 PC와 연결되어 유선 또는 무선 통신수단으로 신호를 주고받을 수 있도록 구성되어 있다.

도 4에서, 릴레이 양단간에는 릴레이 스누버(도4의 46, relay snubber)가 설치되어 있다. 릴레이 스누버(도4의 46)는 릴레이가 하나의 접점에서 또 다른 접점으로 이동하는 순간에 순간적으로 회로가 개방됨에 따른 전류의 끊김을 방지하고, 접점이 부착될 때 발생하는 스파크에 의한 접점 손상을 방지하여 릴레이의 내구성을 높이기 위한 것이다.

즉, 릴레이 스누버(도4의 46)는 릴레이가 개방되는 순간에 릴레이사이의 전류를 바이패스시켜 회로가 개방되는 현상과 접점의 손상을 방지하여 회로가 안정적으로 동작하고, 내구성을 높이는데 있다.

능동 벨런스회로는 CPU가 포함된 제어부로부터 PWM 신호를 수신하여 전류 레귤레이터로 전류를 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

도 4를 살펴보면, 구체적인 하나의 실시 예로 능동 벨런스회로는 CPU가 포함된 제어부로부터 PWM 신호를 입력하는 PWM 신호 입력부(49, 50)와, 저역통과필터(48, LPF) 및 전류 레귤레이터(도4의 47)로 구성되어 있다.

도 5는 충방전을 위한 각각의 2차 전지의 내부저항 및 용량산포를 나타낸 것이다.

하나의 트레이 내에 각각의 2차 전지들이 직렬 연결된 직렬회로를 구성하는 회로구성품들에 당연히 동일한 전류가 흐르지만 각각의 전지 용량과 내부저항 등의 특성이 조금씩 다른 경우가 발생한다.

도 5에서, 맨 먼저 충전이 완료된 후, 설정된 값보다 더 많이 방전이 발생한 첫 번째 전지는 내부저항이 너무 커서 불량 전지로 처리된다.

도 5에서와 같이, 충방전 시 2번째, 3번째 및 4번째 전지는 설정된 값 내에서 방전이 발생하여 양호한 상태로 판단하고 정상상태로 충방전을 한다.

도 5에서와 같이 2차 전지의 용량과 내부 저항을 포함하는 특성들이 서로 다른 직렬 연결된 2차 전지들의 특성이 다르더라도 본 발명에 따른 능동 벨런스회로를 이용하여 정전류 및 정전압 충방전이 가능하도록 구성되어 있다.

본 발명은 전지의 용량과 내부저항 등의 특성이 서로 다른 경우에도 능동 벨런스회로가 이 특성을 보정하여 등가적으로 완전히 동일한 특성의 2차전지를 직렬로 연결하여 충방전하는 것과 같은 작용 및 효과를 가진다.

또한, 2차 전지의 용량 및/또는 내부저항값의 차이가 5% 내외로 적은 범위에서 분포한다면 능동 벨런스회로에서 조절해 주는 벨런싱회로 용량도 전체 용량의 5% 내외의 소용량이면 충분하다.

본 발명에 따른 능동 벨런싱회로는 전지의 용량 및/또는 내부저항값의 차이가 5% 보다 크더라도 수용할 수 있도록 설계 제작할 수 있다.

도 6은 용량 및/또는 내부저항값의 차이가 있는 두 개의 2차 전지를 릴레이 온/오프와 능동 벨런스회로를 이용하여 충방전을 수행하는 알고리즘을 도시한 것이다.

본 발명은 용량과 내부저항이 서로 다른 전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 정전류원으로 충방전을 할 때 각각의 전지 양단에 소정의 전류를 가하거나 감하는 능동 벨런스회로를 부가하여 전지들의 특성차이를 극복하고 직렬회로에서 정전압 충방전이 가능하도록 구성되어 있다.

도 6에서, 본 발명에 따른 2차 전지 충방전 알고리즘을 살펴본다. 도 6은 서로 다른 특성을 가진 충방전 대상인 2개의 2차 전지의 충방전 과정을 도시한 것이며, 2개의 전지 중에서 C_B 가 C_A 보다 용량이 크다.

하나의 트레이 내에서 용량이 서로 다른 2차 전지들을 충방전할 때 각각의 2차 전지들은 첫 번째 Vmax 에 도달할 때까지 정전류 모드(CC, constant current mode)로 충방전하도록 구성되어 있다.

하나의 트레이 내에서 용량이 서로 다른 2차 전지들을 충방전할 때 전지들 중에서 가장 늦게 첫 번째 Vmax 에 도달한 시점 이후부터는 정전압 모드(CV, constant voltage mode)로 충방전하도록 구성되어 있다.

하나의 트레이 내에서 용량이 서로 다른 2차 전지들을 충방전할 때 Vmax 에 먼저 도달한 전지들은 정전류 모드에서 릴레이를 온 또는 오프하면서 전지들 중에서 가장 늦게 첫 번째 Vmax 에 도달한 시점에 맞추어서 Vmax에 이르도록 제어하는 수단을 구비하고 있다.

상기 정전압 모드에서는 컷 오프(cut-off) 전류점까지 능동 벨런스회로를 이용하여 모든 2차 전지에 대하여 충방전을 계속한다.

보다 구체적으로, 정전압 모드에서는 능동 벨런스회로에서 규격이 합격인 상태에서 가장 용량이 큰 전지에 대하여 전류를 적절히 감하여 모든 전지가 동일한 전압을 유지하도록 제어한다.

충전된 전압의 편차는 2mV 이하가 바람직하다.

본 발명에 따른 정전류 모드와 능동 벨런스회로를 이용할 경우에는 정전압 모드로 직렬 연결된 용량산포가 서로 다른 다수의 2차 전지를 동일한 전압으로 충전을 할 수 있다.

도 7은 각각의 2차 전지양단사이에 설치된 가변저항(R₁, R₂, ... R_N) 값을 CPU를 포함하는 제어부에서 생성하는 PWM신호를 이용 가변하여 각각의 전지양단의 전압을 동일하게 유지하도록 구성되어 있다.

도 8은 도 3과 도 4를 합하여 하나의 회로도로 도시한 것이며, 하나의 트레이 내에 존재하는 직렬 연결된 2차 전지들을 정전류 모드와 정전압 모드를 이용한 충방전 장치를 나타낸 것이다.

도 9는 충방전 회로에서 전류 흐름을 이용하여 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.

제어부는 각각의 센서로부터 입력된 전류, 온도 및 전압 등에 기초하여 안전하고 신속하게 2차 전지의 충전 및 방전이 이루어지도록 제어한다.

도 9에서, 본 발명에 따른 충방전을 안전하고 효율적으로 제어하기 위하여 Vb, ib, ibb_{1 -45}, 전지 양단간의 전압, 전지의 온도 등이 측정대상이다.

본 발명의 충방전을 위한 주회로는 도 9에서 굵은 검은 선을 따라서 이루어지며, 리니어 정전류원에서 공급되는 정전류가 직렬 연결된 각각의 전지를 통과하면서 직렬 연결된 각각의 2차 전지들을 충방전시키도록 구성되어 있다.

직렬 연결된 각각의 전지(도9의 94)들은 제조사 별로 내부 저항을 포함하는 충방전의 특성 및 용량이 다를 수 있고, 동일한 제조사의 전지라고 하더라도 그 특성 및 용량에서 차이가 있을 수 있다.

각각 서로 다른 특성을 가진 전지들을 직렬로 동시에 충방전할 경우에 동일한 조건으로 충전이 이루어질 수 없다. 그 이유는 용량이 적은 전지와 용량이 큰 전지를 동일한 조건으로 충전할 경우에 용량이 적은 전지가 먼저 원하는 충전 조건에 도달하게 되고, 계속 충전을 할 경우에 충전을 위한 최대전압을 초과하여 2차 전지가 폭발하는 경우가 발생한다.

이를 방지하면서 하나의 트레이 내에 직렬 연결된 다수의 전지의 용량 및 내부 저항을 포함하는 특성 차이를 고려하여 각각의 전지 특성에 맞추어서 동시에 설정된 최대전압(도6의 Vmax)으로 충전하는 기술적 구성은 아주 중요한다.

본 발명은 용량과 내부저항이 서로 다른 전지를 직렬로 연결하여 하나의 양방향 정전류원으로 충방전을 할 때, 정전압 모드에서 각각의 전지 양단에 소정의 전류를 가하거나 감하는 능동 벨런스회로를 부가하여 각각의 전지들이 가지는 내부저항과 특성차이를 극복하고 설정된 조건으로 충방전이 가능하도록 구성되어 있다.

앞서 도 6에서 설명한 바와 같이, 하나의 트레이 내에서 용량이 서로 다른 2차 전지들을 충방전할 때, 각각의 2차 전지들은 첫 번째 Vmax(도 6의 3.65V에 해당함)에 도달할 때까지 정전류 모드(CC, constant current mode)로 충방전을 한다.

하나의 트레이 내에서 용량이 서로 다른 2차 전지들을 충방전할 때 전지들 중에서 가장 늦게 첫 번째 Vmax 에 도달한 시점 이후부터는 정전압 모드(CV, constant voltage mode)로 충방전을 하도록 구성되어 있다.

본 발명은 하나의 트레이 내에서 용량이 서로 다른 2차 전지들을 직렬 충방전할 때 Vmax 에 먼저 도달한 전지들은 정전류 모드에서 릴레이를 온 또는 오프하면서 전지들 중에서 가장 늦게 첫 번째 Vmax 에 도달한 시점에 맞추어서 Vmax에 도달하도록 제어한다.

상기 정전압 모드에서는 가장 나중에 첫 번째 Vmax 에 도달한 시점부터 컷 오프(cut-off) 전류점까지 모든 2차 전지 각각에 설치된 능동 벨런스회로를 이용하여 충방전을 계속한다(도 6 참조).

능동 벨런스회로는 도 7에 도시된 바와 같이 CPU를 포함하는 제어부에서 공급되는 PWM 신호의 주파수와 듀티비를 제어하여 스위칭 소자(예를들어, FET, 이와 균등한 소자)를 온 또는 오프하여 전류(i_bb1,도9 참조)를 제어하여 각각의 전지로 흐르는 전류(i_c1, 도9 참조)값을 제어하도록 구성되어 있다.

본 발명에서 핵심 기술적 구성인 릴레이(또는 스위칭 회로)와 능동 벨런스 회로를 이용하여 서로 다른 내부저항과 용량을 가진 2차 전지들이 최대전압(도6의 3.65V(=Vmax 에 해당함)에서 동일한 전류 상태에서 충전을 종료하는 알고리즘에 대하여 살펴본다.

도 6에 기초하여, 살펴본 바와 같이, 본 발명은 CPU를 포함하는 제어부에 탑재된 제어프로그램에 의하여 하나의 트레이에서 충방전되는 수십 내지 수백개 직렬 연결된 2차 전지를 정전류 모드(CC mode)와 정전압 모드(CV mode)를 이용하여 동시에 설정된 최대전압으로 충방전하는 알고리즘이다.

본 발명에 따른 충방전 알고리즘은 CPU를 포함하는 제어부에서 충방전이 이루어지는 동안에 직렬 연결된 각각의 전지로부터 양단의 전압을 측정하고, 측정된 전압이 최대전압(Vmax)에 이르면 해당 전지로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 릴레이를 오프하여 더 이상 충전이 이루어지지 않도록 구성되어 있다.

직렬 연결된 각각의 2차 전지 전압은 계속 측정되며, 방전에 의하여 설정된 전압까지 떨어지면 릴레이를 오프시켜 방전을 중지시키며, 하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 전지 중에서 가장 늦게 최대전압(Vmax, 도6에서 3.65V 컷오프 전압)에 도달하는 시점까지 반복하여 릴레이를 온 또는 오프하도록 제어한다.

즉, 하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 2차 전지 중에서 가장 나중에 최초로 최대전압에 도달한 시점까지 정전류 모드로 충방전을 제어하고, 이 후부터 정전압 모드로 전환되어 미세하게 충방전을 제어하도록 구성되어 있다.

능동 벨런스회로를 이용하여 미세하게 충방전을 제어하는 정전압 모드(CV mode)에서의 정전압은 도 6에 도시된 최대전압(Vmax=3.65V)에 해당한다.

정전압 모드에서는 도 8-9의 능동 벨런스회로에 의하여 제어되며, 2차 전지1(도 9의 #1)로 흐르는 전류(i_c1)는 전류(i_b)에서 전류(i_bb1)을 뺀 값이다.

도 9는 도 8과 동일한 회로이며, 차이는 도 9의 경우에 직렬 연결된 다수의 전지를 충방전할 때, 각각의 전지에 흐르는 전류의 흐름을 표시하여 용이하게 이해할 수 있도록 도시한 것이다.

2차 전지2(도 2의 #2)로 흐르는 전류(i_c2)는 전류(i_b)에서 전류(i_bb2)을 뺀 값이다. 이렇게 하여 2차 전지45(도 2의 #45)로 흐르는 전류(i_c45)는 전류(i_b)에서 전류(i_bb45)을 뺀 값이다.

하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 2차 전지의 충방전은 정전압 모드에서 능동 벨런스회로를 이용하여 i_c1, i_c2,ㆍㆍㆍi_c45 가 컷 오프 전류로 동일하게 i_c1=i_c2ㆍㆍㆍ=i_c45 조건을 충족할 때 종료된다.

즉, 하나의 트레이에 직렬로 연결되어 충전되는 모든 전지들이 도 6에 도시된 최대전압을 가지면서 컷 오프 전류로 동일한 전류를 가질 때 충방전이 종료된다.

충방전시 릴레이가 해당 전지에서 오프될 경우에는 아래단의 전지로 전류가 직접 흐르도록 구성되어 있다.

능동 벨런스회로(도9의 98)는 스위칭 소자를 구비하고, CPU를 포함하는 제어부의 제어 하에서 동작하며, 제어부에서 스위칭 소자를 온 또는 오프하여 릴레이 양단에 흐르는 전류(도2의 ibb_{1 -45})를 제어하도록 구성되어 있다.

도 9에서, 정전압 모드에서 각각의 전지로 흐르는 전류(도9의 ic_{1 -45})를 제어하기 위하여 PWM 신호의 주파수와 듀티비를 제어 공급하여 스위칭 회로 양단에 흐르는 전류(도3의 ibb_{1 -45})를 제어하며, 하나의 트레이 내에 직렬 연결된 모든 전지로 흘러들어가는 전류(도2의 ibb_{1 -45})가 동일할 때 충전을 종료한다.

전류(도9의 ibb_{1 -45}) 및 전류(도9의 ic_{1 -45})는 직렬 연결된 전지의 수가 45 개를 의미하나, ic_{1 - 45} 에서 45 라는 수치는 변경될 수 있으므로 n 으로 표현하여 ic_{1 -n} 으로 기재할 수 있다.

보다 구체적으로, 릴레이 스누버는 용량이 큰 양방향 제너 다이오드 또는 다이오드, 콘덴서 및 저항 등으로 구성할 수 있다.

또한, 각각의 2차 전지의 충방전을 위하여 설치되는 릴레이는 이와 균등한 기능을 하는 스위치 소자를 사용하여 충방전을 수행할 수 있으며, 이러한 변형 역시 또한 본 발명의 보호범위에 속한다.

<실시 예2>

본 발명의 실시 예2는 직렬 연결된 다수의 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어방법에 관한 것이다.

실시 예2는 앞서 실시 예1에서 기재된 직렬 연결된 다수의 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치를 이용한 것이다.

실시 예2에 따른 직렬 연결된 다수의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어방법은 높은 전압에서 DC<->DC 컨버터가 동작하도록 구성하여 높은 전력변환 효율로 충방전을 하도록 전기적으로 직렬 연결된 다수의 2차 전지와, 직렬 연결된 다수의 2차 전지열의 양단사이의 전압변동에 무관하게 안정적으로 충방전을 이룰 수 있도록 전류를 공급하기 위한 리니어 정전류원와, 직렬 연결된 각각의 2차 전지로 흐르는 전류를 제어하기 위한 릴레이와, 직렬 연결된 각각의 2차 전지로 흐르는 전류를 미세 제어하기 위한 능동 벨런스회로 및 제어프로그램을 탑재하고, 내부저항 및 용량이 서로 다른 직렬 연결된 다수의 2차 전지를 동시에 충방전하기 위하여 하나의 트레이에서 충방전되는 수십 내지 수백개 직렬 연결된 2차 전지를 정전류 모드와 정전압 모드를 이용하여 설정된 최대전압으로 동시에 충방전하는 단계를 포함하고 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어방법은 CPU를 포함하는 제어부에서 충방전이 이루어지는 동안에 직렬 연결된 각각의 전지들로부터 전지 양단의 전압을 측정하기 위한 절연형 전지계측부로 전압을 측정하고, 측정된 전압이 제어부에 설정된 최대전압에 이르면 해당 전지로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 릴레이를 오프하여 더 이상 충전이 이루어지지 않도록 하는 단계를 포함한다.

직렬 연결된 각각의 전지의 전압은 각각의 전지 양단의 전압을 측정하기 위하여 설치된 절연형 전지계측부에 의하여 계속 측정되며, 방전에 의하여 설정된 전압까지 떨어지면 릴레이를 오프시켜 방전을 중지시키며, 하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 전지 중에서 가장 늦게 최대전압(도6의 3.65V 컷오프 전압)에 도달하는 시점까지 반복하여 릴레이를 온 또는 오프하여 제어하는 단계를 포함한다.

즉, 하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 2차 전지 중에서 가장 나중에 최초로 최대전압에 도달한 시점까지 정전류 모드로 충방전을 제어하고, 이 후부터 정전압 모드로 전환하여 컷 오프 전류로 동일하도록 제어하는 단계를 포함한다.

또한, 하나의 트레이에 직렬로 연결되어 충전되는 모든 전지들이 도 6에 도시된 최대전압을 가지면서 컷 오프 전류로 동일한 전류를 가질 때 충방전을 종료하는 단계를 포함한다.

실시 예2의 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어방법 역시 상기 실시 예1의 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어장치로부터 적용할 수 있는 기술적 구성이 서로 유사하며, 이를 능동 벨런스회로 및 알고리즘을 구비한 2차 전지 충방전 제어방법에 적용할 수 있는 구성은 모두 사용할 수 있다.

이러한 기술적 구성에 대하여서는 중복 기재를 피하기 위하여 생략한다.

본 발명은 다수의 2차 전지를 직렬로 연결하여 동시에 충전 및 방전하는 장치에서, 직렬 연결된 각각의 전지들이 용량과 내부저항이 완전히 일치하지 않아 서로 다른 충전 및 방전 특성을 가지고 있고, 서로 다른 충방전 특성을 가진 각각의 전지를 정전압(Constant Voltage) 모드에서 설정된 최대전압으로 충전할 수 있도록 개별 전지의 벨런싱을 위하여 능동 벨런스회로와 릴레이를 이용하여 다수의 전지를 동시에 충방전을 수행할 수 있도록 설계 제작된 직렬 연결된 다수의 전지 충방전을 위한 능동 벨런싱 알고리즘을 구비한 능동 벨런싱 제어장치 및 방법을 제공하여 직렬 연결된 다수의 전지를 최대전력으로 동시에 충방전할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

21; 배전반 22; 양방향 DC<->AC 컨버터
23; 전기저장장치 24; 양방향 DC<->DC 컨버터
25; 양방향 리니어 정전류원 26; 능동 벨런스회로
27; 트레이 #1 28; 트레이 #2
29; 트레이 #N 30; 제어장치
31; 양방향 DC<->AC 컨버터 32; 양방향 DC<->DC 컨버터
33; 양방향 DC<->DC 컨버터 34; 양방향 리니어 정전류원
35; 트레이 #1
41; 전지계측 A/D 컨버터 42; 전지 프로브
43; 전지 44; 릴레이 제어부
45; 릴레이 46; 릴레이 스누버
47; 전류 레귤레이터 48; 저역통과필터
49, 50; PWM 신호 입력부
91; 전기저장장치 92; 양방향 DC-DC 컨버터
93; 리니어 정전류원 94; 호스트 PC
95; CPU 96; 릴레이
97; 제어부 98; 능동 벨런스회로
99; 릴레이 스누버 100; 릴레이 제어부
101; 절연형 전지계측부 102; 온도계
103; 전지 104; PWM 신호

Claims (13)

1. 직렬 연결된 다수의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치에 있어서,
   전기적으로 직렬 연결된 다수의 2차 전지;
   직렬 연결된 각각의 2차 전지를 충방전하기 위하여 각각의 2차 전지로 흐르는 전류를 제어하기 위한 릴레이; 및
   제어프로그램을 탑재하고, 릴레이 및 능동 벨런스회로를 제어하기 위한 제어부를 구비하고,
   내부 저항 및 용량이 서로 다른 직렬 연결된 다수의 2차 전지를 동시에 설정된 최대전압으로 충방전하기 위하여, 하나의 트레이에 포함된 모든 2차 전지가 최대전압에 도달한 시점까지 정전류 모드로 각각의 2차 전지의 충방전을 제어한 후, 능동 벨런스 회로를 이용하여 정전압 모드로 충방전하도록 구성된 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   2차 전지 충방전 제어장치는 하나의 트레이 내에 직렬로 연결되는 모든 2 차 전지를 안정적이고 정밀하게 충방전하도록 제어하기 위하여 양방향 DC<->DC 컨버터 다음 단에 전기적으로 연결된 양방향 리니어 정전류원을 더 부가함을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 2차 전지 충방전 제어장치는 CPU를 포함하는 제어부에서 충방전이 이루어지는 동안에 직렬 연결된 각각의 2차 전지 양단의 전압을 측정하고,
   측정된 전압이 최대전압에 이르면 2차 전지로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 릴레이를 오프하여 충전이 이루어지지 않도록 구성함을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2차 전지 충방전 제어장치는 정전압 모드로 전환한 이후에 다수의 직렬 연결된 2차 전지 각각에 설치된 능동 벨런스회로를 이용하여 모두 컷오프 전류에 도달할 때 충방전을 종료함을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2차 전지 충방전 제어장치는 직렬 연결된 각각의 2차 전지 양단의 전압을 전지계측 A/D 컨버터로 계속 측정하며, 방전에 의하여 설정된 전압까지 떨어지면 다시 릴레이를 온시켜 정전류원으로 충전하고, 하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 2차 전지 중에서 가장 늦게 최대전압에 도달하는 시점까지 반복하여 릴레이를 온 또는 오프하면서 충방전을 제어함을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 능동 벨런스회로는 정전압 모드를 유지하기 위하여 CPU를 포함하는 제어부에서 생성하는 PWM 신호로 각각의 2차 전지와 병렬 연결된 가변저항을 변화시켜 각각 전지양단의 전압을 동일하게 유지시킴을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2차 전지 충방전 제어장치는 2차 전지 양단의 전압을 측정하기 위하여 2차 전지 양단에 설치되는 2차 전지 프로브가 설치되고,
   2차 전지 양단에 설치되는 2차 전지 프로브와 연결되어 전압을 포함하는 충방전 제어에 필요한 신호를 측정하기 위한 전지계측 A/D 컨버터가 설치됨을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 정전압 모드에서는 하나의 트레이 내에 직렬 연결된 내부저항 및 용량이 서로 다른 다수의 2차 전지 각각으로 흘러들어가는 전류(i_{c1 -n}) 모두 컷 오프 전류에 도달하도록 제어하기 위하여 제어부에서 생성하는 PWM 신호를 공급하여 2차 전지로 흐르는 전류를 제어하도록 구성함을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 2차 전지 충방전 제어장치는 직렬 연결된 각각의 2차 전지를 충방전하기 위하여 각각의 2차 전지사이에 설치된 릴레이를 개방할 때와 개방 후 접점에 부착될 때 안정적으로 동작하고, 릴레이의 내구성을 높이기 위한 릴레이 스누버를 더 부가 설치함을 특징으로 하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어장치.
10. 직렬 연결된 다수의 2차 전지 충방전을 위한 능동 벨런싱 알고리즘을 구비한 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어방법에 있어서,
    전기적으로 직렬 연결된 다수의 2차 전지와, 직렬 연결된 다수의 2차 전지열 양단 사이의 전압변동에 무관하게 안정적으로 충방전을 이룰 수 있도록 전류를 공급하기 위한 리니어 정전류원과, 직렬 연결된 각각의 2차 전지로 흐르는 전류를 제어하기 위한 릴레이와, 직렬 연결된 각각의 2차 전지로 흐르는 전류를 제어하기 위한 능동 벨런스회로를 구비하고, 내부저항 및 용량이 서로 다른 직렬 연결된 다수의 2차 전지를 동시에 충방전을 하기 위하여 하나의 트레이에서 충방전되는 직렬 연결된 2차 전지를 정전류 모드로 충방전하는 단계; 및
    정전류 모드로 충방전을 한 후, 정전압 모드에서 능동 벨런스회로를 이용하여 설정된 최대전압으로 동시에 충방전하여 종료하는 단계를 포함하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 2차 전지 충방전 제어방법은 CPU를 포함하는 제어부에서 충방전이 이루어지는 동안에 직렬 연결된 각각의 2차 전지들로부터 2차 전지 양단의 전압을 포함하는 신호를 계측하기 위한 전지계측 A/D 컨버터로 전압을 측정하는 단계; 및
    측정된 전압이 제어부에 설정된 최대전압에 이르면 해당 2차 전지로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 릴레이를 오프하여 더 이상 충전이 이루어지지 않도록 하는 단계를 포함하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 2차 전지 충방전 제어방법은 하나의 트레이 내의 직렬 연결된 각각의 2차 전지 양단의 전압을 계측하는 전지계측 A/D 컨버터에 의하여 계속 전압이 측정되고,
    방전에 의하여 설정된 전압까지 떨어지면 릴레이를 오프시켜 방전을 중지시키며, 하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 2차 전지 중에서 가장 늦게 최대(컷오프) 전압에 도달하는 시점까지 반복하여 릴레이를 온 또는 오프하여 제어하는 단계를 포함하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어방법.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 2차 전지 충방전 제어방법은 하나의 트레이 내에서 직렬 연결된 다수의 2차 전지 중에서 가장 나중에 최대전압에 도달한 시점까지 정전류 모드로 충방전을 제어하고, 이 후부터 정전압 모드로 전환되어 제어하는 단계를 포함하되,
    정전압 모드에서는 능동 벨런스회로를 이용하여 하나의 트레이에 직렬 연결된 모든 2차 전지들이 최대전압을 가지면서 컷 오프 전류로 동일하게 될 때 충방전을 종료하는 단계를 포함하는 능동 벨런스회로를 가진 2차 전지 충방전 제어방법.

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