KR101525937B1 - Battery charge circuit - Google Patents

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KR101525937B1 KR1020140112353A KR20140112353A KR101525937B1 KR 101525937 B1 KR101525937 B1 KR 101525937B1 KR 1020140112353 A KR1020140112353 A KR 1020140112353A KR 20140112353 A KR20140112353 A KR 20140112353A KR 101525937 B1 KR101525937 B1 KR 101525937B1
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Abstract

본 기술의 일 실시예에 의한 배터리 충전 회로는 외부 전원을 이용하여 내부 전원을 생성하는 충전 전원부, 복수의 배터리를 포함하고, 복수의 배터리 각각의 전압 레벨에 따라 결정되는 측정 신호를 출력하며, 충전 제어신호에 응답하여 복수의 배터리 중 적어도 하나를 충전하는 충전부 및 측정 신호에 대응하여 기 저장된 충전 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 충전 제어신호는 하나의 충전 배터리를 이용하여 하나의 피충전 배터리를 충전하는 제 1 모드, 복수의 충전 배터리를 이용하여 하나의 피충전 배터리를 충전하는 제 2 모드, 내부전원을 이용하여 복수의 배터리의 일부 또는 전부를 충전하는 제 3 모드 중 적어도 어느 하나를 선택하는 신호일 수 있다.A battery charging circuit according to an embodiment of the present invention includes a charging power supply unit for generating an internal power supply using an external power supply and a plurality of batteries and outputs a measurement signal determined according to a voltage level of each of the plurality of batteries, A charging unit for charging at least one of the plurality of batteries in response to a control signal, and a control unit for outputting a pre-stored charging control signal corresponding to the measurement signal, wherein the charging control signal is a chargeable battery, A second mode for charging one charged battery using a plurality of rechargeable batteries, and a third mode for recharging a part or all of the plurality of batteries using the internal power source, Lt; / RTI >

Description

배터리 충전 회로{BATTERY CHARGE CIRCUIT}[0001] BATTERY CHARGE CIRCUIT [0002]

본 발명은 직렬로 연결된 복수의 배터리들로 구성된 배터리팩의 충전회로에 관한 것으로 충전시 각 배터리의 전압을 동일하게 맞추어 주는 셀 밸런싱(cell-balancing)을 위한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging circuit for a battery pack composed of a plurality of batteries connected in series, and is for cell balancing to uniformly adjust the voltages of the respective batteries when charging.

배터리가 직렬 연결되어 충전과 방전이 반복되면 배터리마다 다른 수명때문에 각 배터리의 전압이 서로 달라지게 된다. 배터리마다 서로 다른 전압을 갖고 충방전을 반복할경우 열화가 보다 많이 진행된 배터리는 방전시 과다 방전하고 충전시 과다충전되어 열화과정이 가속되고 이는 전체 배터리팩의 성능을 저하시키게 된다. 배터리팩의 효율적인 사용을 위해서는 직렬 연결된 배터리의 충방전정도를 균일하게 하는 것이 필요한데 보통 이를 위해 배터리전압들을 모두 똑같이 맞춰준다. 이를 셀 밸런싱(Cell-balancing)이라고 하며 이런 필요성을 충족시키는 방법으로서 본 발명을 제안하고자 한다. 셀 밸런싱과 관련하여, 한국특허 제969589호 (2010.07.12.)와 한국특허공개 제2008-0080864호(2008.09.05.)가 공개되어 있으나, 이러한 선행기술은 본 발명의 일 특징 중 하나인 구체적인 복수의 충전 모드에 대해 개시된 바 없다.When the battery is connected in series and charging and discharging are repeated, the voltage of each battery is different due to the different lifetime of the battery. If the batteries are repeatedly charged and discharged with different voltages, the batteries with more deterioration will overcharge during discharging and overcharging during charging will accelerate the deterioration process, which degrades the performance of the entire battery pack. In order to use the battery pack efficiently, it is necessary to uniformize the charge and discharge of the cascaded battery. This is called cell balancing and the present invention is proposed as a method for meeting this need. Korean Patent No. 969589 (2010.07.12) and Korean Patent Laid-Open No. 2008-0080864 (2008.09.05) are disclosed in relation to cell balancing, but this prior art is not limited to the specific one of the features of the present invention No plurality of charge modes have been disclosed.

직렬 연결된 복수의 배터리를 서로의 특성 차이와 상관없이 동일한 전압 레벨로 충전할 수 있도록 한 배터리 충전 회로를 제공하고자 한다.The present invention provides a battery charging circuit capable of charging a plurality of serially connected batteries at the same voltage level irrespective of differences in characteristics.

본 기술의 일 실시예에 의한 배터리 충전 회로는 외부 전원을 이용하여 내부 전원을 생성하는 충전 전원부; 복수의 배터리를 포함하고, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 레벨에 따라 결정되는 측정 신호를 출력하며, 충전 제어신호에 응답하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 충전하는 충전부; 및 상기 측정 신호에 대응하여 기 저장된 상기 충전 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하고, 상기 충전 제어신호는 하나의 충전 배터리를 이용하여 하나의 피충전 배터리를 충전하는 제 1 모드, 복수의 충전 배터리를 이용하여 하나의 피충전 배터리를 충전하는 제 2 모드, 내부전원을 이용하여 상기 복수의 배터리의 일부 또는 전부를 충전하는 제 3 모드 중 적어도 어느 하나를 선택하는 신호일 수 있다.A battery charging circuit according to an embodiment of the present invention includes a charging power source unit for generating an internal power source using an external power source; A charging unit that includes a plurality of batteries, outputs a measurement signal determined according to a voltage level of each of the plurality of batteries, and charges at least one of the plurality of batteries in response to a charge control signal; And a control unit for outputting the pre-stored charge control signal corresponding to the measurement signal, wherein the charge control signal includes a first mode for charging one charged battery using one rechargeable battery, And a third mode for charging part or all of the plurality of batteries by using an internal power supply.

본 발명의 실시예는 직렬 연결된 복수의 배터리를 선택적으로 충전할 수 있으므로 모든 배터리가 동일한 전압 레벨로 충전되도록 하여 배터리 효율을 향상시킬 수 있다.The embodiment of the present invention can selectively charge a plurality of batteries connected in series, so that all the batteries can be charged to the same voltage level to improve battery efficiency.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 회로(1)의 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예의 충전 모드들을 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1의 충전부(100)의 회로도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 신호 드라이버의 구성을 나타낸 회로도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예의 충전 모드들에 따른 배터리 충전 회로(1)의 동작 예를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram of a battery charging circuit 1 according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram for explaining charge modes of an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a circuit diagram of the charging unit 100 of FIG. 1,
4 is a circuit diagram showing a configuration of a control signal driver according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams illustrating an example of the operation of the battery charging circuit 1 according to the charging modes of the embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 회로(1)는 충전 전원부(20), 충전부(100) 및 제어부(30)를 포함한다.1, a battery charging circuit 1 according to an embodiment of the present invention includes a charging power source unit 20, a charger unit 100, and a control unit 30.

충전 전원부(20)는 외부 교류 전원(10)을 이용하여 충전용 내부 직류 전원(Vdc)을 생성하도록 구성된다.The charging power supply unit 20 is configured to generate the charging internal DC power supply Vdc using the external AC power supply 10.

충전 전원부(20)는 변압기(21) 및 정류기(22)를 포함한다.The charging power supply unit 20 includes a transformer 21 and a rectifier 22.

변압기(21)는 외부 교류 전원(10)의 전압 레벨을 배터리 충전을 위한 전압 레벨로 변압하도록 구성된다.The transformer 21 is configured to transform the voltage level of the external AC power supply 10 to the voltage level for charging the battery.

정류기(22)는 변압기(21)의 출력을 정류하여 내부 직류 전원(Vdc)을 생성하도록 구성된다.The rectifier 22 is configured to rectify the output of the transformer 21 to generate an internal DC power supply Vdc.

충전부(100)는 내부에 장착된 복수의 배터리, 이때 도 1에 따른 본 발명의 실시예에서는 3개의 배터리 즉, E1 ~ E3가 장착된 것을 기준으로 회로 구성이 이루어진다.The charging unit 100 has a circuit configuration based on a plurality of batteries mounted therein, in which three batteries E1 through E3 are mounted in the embodiment of the present invention shown in FIG.

충전부(100)는 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 전압 레벨을 측정하여 측정 신호(Vdet<1:3>)를 출력하고, 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)에 해당하는 충전 모드로 복수의 배터리(E1 ~ E3)가 서로 동일한 전압 레벨을 갖도록 충전동작을 수행한다.The charging unit 100 measures the voltage levels of the plurality of batteries E1 to E3 and outputs the measurement signals Vdet <1: 3> and the charging mode corresponding to the charging control signals CTRL <1: 6> And performs a charging operation so that the plurality of batteries E1 to E3 have the same voltage level with each other.

충전부(100)는 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)에 응답하여 복수의 배터리(E1 ~ E3)를 선택적으로 충전할 수 있다.The charging unit 100 can selectively charge the plurality of batteries E1 to E3 in response to the charging control signals CTRL <1: 6>.

충전부(100)는 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)에 응답하여 복수의 배터리(E1 ~ E3) 중에서 일부(단수 또는 복수)의 배터리를 충전 배터리로 선택하고 다른 배터리를 피충전 배터리로 선택하여 충전하거나, 내부 직류 전원(Vdc)을 이용하여 복수의 배터리(E1 ~ E3) 모두 또는 일부를 충전할 수 있다.The charging unit 100 selects one of the plurality of batteries E1 to E3 as a rechargeable battery in response to the charge control signal CTRL <1: 6> and selects another battery as the rechargeable battery Or all or a part of the plurality of batteries E1 to E3 can be charged using the internal DC power supply Vdc.

제어부(30)는 측정 신호(Vdet<1:3>)에 응답하여 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)를 생성하도록 구성된다.The control unit 30 is configured to generate the charge control signal CTRL < 1: 6 > in response to the measurement signal Vdet <1: 3>.

제어부(30)는 MCU(Micro Controller Unit)로 구성할 수 있다.The controller 30 may be configured as an MCU (Micro Controller Unit).

제어부(30)의 MCU는 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 전압 레벨 별 충전 모드들이 프로그래밍되어 있다. 따라서 제어부(30)는 측정 신호(Vdet<1:3>)에 응답하여 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 전압 레벨 및 그에 적합한 충전 모드를 파악하고, 파악된 충전 모드에 해당하는 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)를 충전부(100)로 출력한다.
The MCU of the control unit 30 is programmed with charging modes for the voltage levels of the plurality of batteries E1 to E3. Accordingly, the control unit 30 recognizes the voltage level of the plurality of batteries E1 to E3 and the appropriate charging mode in response to the measurement signal Vdet <1: 3>, and outputs the charging control signal CTRL < 1: 6 &gt;) to the charging unit 100.

도 2는 본 발명의 실시예의 충전 모드들을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining charge modes of an embodiment of the present invention.

먼저, 본 발명의 실시예는 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 밸런싱(Balancing)을 위한 것이다. 즉, 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 충전 전압이 일정한 전압 레벨로 일치되도록 한 것이다.First, the embodiment of the present invention is for balancing a plurality of batteries E1 to E3. That is, the charging voltages of the plurality of batteries E1 to E3 coincide with each other at a constant voltage level.

이를 위해서는 복수의 배터리(E1 ~ E3) 중에서 상대적으로 높거나 낮은 전압레벨을 갖는 배터리를 다른 배터리와 동일한 전압 레벨을 갖도록 해야 한다. For this purpose, a battery having a relatively high or low voltage level among the plurality of batteries E1 to E3 should have the same voltage level as that of the other batteries.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 복수의 배터리(E1 ~ E3)를 기준으로 다양한 충전 모드 예를 들어, 모드 1 ~ 모드 6를 선택적으로 사용할 수 있도록 구성한 것이다.Therefore, as shown in FIG. 2, the embodiment of the present invention is configured to selectively use various charging modes, for example, modes 1 to 6, based on a plurality of batteries E1 to E3.

모드 1은 배터리(E3)를 이용하여 배터리(E2)를 충전하는 모드이다.Mode 1 is a mode for charging the battery E2 using the battery E3.

모드 2는 배터리(E2)를 이용하여 배터리(E1)를 충전하는 모드이다.Mode 2 is a mode for charging the battery E1 using the battery E2.

모드 3은 배터리들(E1, E2)을 이용하여 배터리(E3)를 충전하는 모드이다.Mode 3 is a mode for charging the battery E3 using the batteries E1 and E2.

모드 4는 배터리들(E2, E3)을 이용하여 배터리(E1)를 충전하는 모드이다.Mode 4 is a mode for charging the battery E1 using the batteries E2 and E3.

모드 5는 내부 직류 전원(Vdc)을 이용하여 모든 배터리들(E1, E2, E3)을 충전하는 모드이다.Mode 5 is a mode for charging all the batteries E1, E2, and E3 using the internal DC power supply Vdc.

모드 6은 내부 직류 전원(Vdc)을 이용하여 배터리들(E2, E3)을 충전하는 모드 이다.Mode 6 is a mode for charging the batteries E2 and E3 using the internal DC power supply Vdc.

즉, 모드 1 및 모드 2는 선택된 하나의 충전 배터리를 이용하여 선택된 하나의 피충전 배터리를 충전하는 모드일 수 있다. 제 3 모드 및 제 4 모드는 선택된 복수의 충전 배터리를 이용하여 선택된 하나의 피충전 배터리를 충전하는 모드일 수 있다. 제 5 모드 및 제 6 모드는 내부 직류 전원(vdc)을 이용하여 복수의 배터리 중 일부 또는 전부를 충전하는 모드일 수 있다.That is, Mode 1 and Mode 2 may be a mode for charging one selected rechargeable battery using one selected rechargeable battery. The third mode and the fourth mode may be a mode for charging one selected rechargeable battery using the selected plurality of rechargeable batteries. The fifth mode and the sixth mode may be a mode of charging a part or all of the plurality of batteries using the internal direct current power source (vdc).

한편, 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 전압 특성의 차이는 다양한 경우의 수가 존재한다. 따라서 본 발명은 상술한 다양한 경우의 수 각각에 대하여 상술한 충전 모드들을 하나 또는 둘 이상 선택적으로 조합한 충전 방식을 이용하여 모든 배터리가 서로 일치하는 전압 레벨을 갖도록 할 수 있다.On the other hand, there are various numbers of differences in the voltage characteristics of the plurality of batteries E1 to E3. Therefore, according to the present invention, all of the batteries may have the same voltage level by using a charging scheme that selectively combines one or more of the above-described charge modes with respect to each of the above-described various numbers.

즉, 제어부(30)의 MCU에는 복수의 충전 방식 즉, 상술한 경우의 수 각각에 대하여 충전 방식이 하나씩 내장되어 있다.That is, the MCU of the control unit 30 has one charging method for each of a plurality of charging methods, that is, the number of cases described above.

아래에는 상술한 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 전압 특성의 차이의 다양한 경우의 수(Case 0 ~ Case 12) 및 그 각각에 따른 충전 방식이 나열된다.Below, the number of various cases (Case 0 to Case 12) of the difference in the voltage characteristics of the above-mentioned plurality of batteries E1 to E3 and the charging method according to each of them are listed.

이때 편의상, 복수의 배터리(E1 ~ E3)를 각각 1번 배터리(E1), 2번 배터리(E2) 및 3번 배터리(E3)라 칭하며, 각각의 전압 특성을 대, 중, 소로 구분하였다. 그리고 제어부(30)는 측정 신호(Vdet<1:3>)에 따라 전압 특성(대, 중, 소)을 판단하도록 설정되어 있다.For convenience, the plurality of batteries E1 to E3 are referred to as a first battery E1, a second battery E2, and a third battery E3, respectively, and their voltage characteristics are classified into large, medium, and small. The control unit 30 is set to determine the voltage characteristics (large, medium, and small) according to the measurement signals (Vdet <1: 3>).

Case 0. (대, 대, 대 or 소, 소, 소)Case 0. (Large, Large, Large or Small, Small, Small)

모드 5로 다른 배터리 충전 회로 세트(이하, 모듈)과 동일한 전압으로 만듦.In mode 5, make the same voltage as other battery charging circuit set (hereafter, module).

Case 1. (대, 대, 소)Case 1. (Large, Large, Small)

① 모드 3으로 3번 배터리를 1번과 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.
① In mode 3, make battery No. 3 equal to voltage of No. 1 and No. 2 battery.

*② 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압으로 만듦.* In mode 5, make the same voltage as other modules.

Case 2. (대, 소, 대)Case 2. (Large, Small, Large)

① 모드 1로 2번 배터리를 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 1, make battery # 2 equal to voltage of battery # 3.

② 모드 6으로 2번과 3번 배터리를 충전함.② Charge batteries 2 and 3 in mode 6.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 3. (대, 소, 소)Case 3. (Large, Small, Small)

① 모드 6으로 2번과 3번 배터리를 충전함.① Charge batteries 2 and 3 in mode 6.

② 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.② In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 4. (소, 대, 대)Case 4. (Small, Large, Large)

① 모드 4로 1번 배터리를 2번과 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In Mode 4, make battery # 1 equal to voltage of # 2 and # 3.

② 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.② In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 5. (소, 대, 소)Case 5. (Small, Large, Small)

① 모드 2로 1번 배터리를 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 2, make battery # 1 equal to voltage of battery # 2.

② 모드 3으로 3번 배터리를 1번과 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.
② In mode 3, make battery No. 3 equal to voltage of battery No. 1 and No. 2.

*③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.* ③ In Mode 5, make the same voltage as other module.

Case 6. (소, 소, 대)Case 6. (Small, Large, Large)

① 모드 1로 2번 배터리를 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 1, make battery # 2 equal to voltage of battery # 3.

② 모드 4로 1번 배터리를 2번과 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.② In mode 4, make battery # 1 equal to voltage of battery # 2 and # 3.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 7. (대, 중, 소)Case 7. (Large, Medium, Small)

① 모드 3로 3번 배터리를 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 3, make battery # 3 equal to battery # 2 voltage.

② 모드 6으로 2번과 3번 배터리를 충전하여 1번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.② In mode 6, charge batteries 2 and 3 and make them equal to voltage of battery 1.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 8. (대, 소, 중)Case 8. (Large, Small, Medium)

① 모드 1로 2번 배터리를 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 1, make battery # 2 equal to voltage of battery # 3.

② 모드 6으로 2번과 3번 배터리를 충전하여 1번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.② In mode 6, charge batteries 2 and 3 and make them equal to voltage of battery 1.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 9. (중, 대, 소)Case 9. (Medium, Large, Small)

① 모드 2로 1번 배터리를 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 2, make battery # 1 equal to voltage of battery # 2.

② 모드 3으로 3번 배터리를 1번과 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.② In mode 3, make battery No. 3 equal to voltage of battery No. 1 and No. 2.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 10. (중, 소, 대)Case 10. (Medium, Small, Large)

① 모드 1로 2번 배터리를 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 1, make battery # 2 equal to voltage of battery # 3.

② 모드 4로 1번 배터리를 2번과 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.② In mode 4, make battery # 1 equal to voltage of battery # 2 and # 3.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 11. (소, 중, 대)Case 11. (Small, Medium, Large)

① 모드 1로 2번 배터리를 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 1, make battery # 2 equal to voltage of battery # 3.

② 모드 4로 1번 배터리를 2번과 3번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.② In mode 4, make battery # 1 equal to voltage of battery # 2 and # 3.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

Case 12. (소, 대, 중)Case 12. (Small, Large, Medium)

① 모드 2로 1번 배터리를 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.① In mode 2, make battery # 1 equal to voltage of battery # 2.

② 모드 3으로 3번 배터리를 1번과 2번 배터리의 전압과 동일하게 만듦.② In mode 3, make battery No. 3 equal to voltage of battery No. 1 and No. 2.

③ 모드 5로 다른 모듈과 동일한 전압을 만듦.③ In mode 5, make the same voltage as other module.

결국, 본 발명의 실시예는 도 1을 참조하면, 제어부(30)가 측정 신호(Vdet<1:3>)에 따라 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 전압 레벨을 측정하고, 상술한 경우의 수(Case 0 ~ Case 12)에 맞는 충전 방식에 따라 충전부(100)를 동작시킴으로써 복수의 배터리(E1 ~ E3)가 동일한 전압 레벨로 충전되도록 한 것이다.1, the control unit 30 measures the voltage levels of the plurality of batteries E1 to E3 according to the measurement signals Vdet <1: 3> And the plurality of batteries E1 to E3 are charged to the same voltage level by operating the charging unit 100 according to the charging method corresponding to the number (Case 0 to Case 12).

도 3은 도 1의 충전부(100)의 회로도이다.3 is a circuit diagram of the charging unit 100 of FIG.

도 3에 도시된 바와 같이, 충전부(100)는 복수의 충전 셀(101 ~ 103), 측정부(110) 및 복수의 충전 모드 수행을 위한 충전 회로부(SW1~SW6, D1~D5, L1~L4)를 포함한다.3, the charging unit 100 includes a plurality of charging cells 101 to 103, a measuring unit 110, and charging circuit units SW1 to SW6, D1 to D5, L1 to L4 ).

복수의 충전 셀(101 ~ 103)은 복수의 배터리(E1 ~ E3) 및 복수의 커패시터(C1 ~ C3)를 포함한다.The plurality of charging cells 101 to 103 include a plurality of batteries E1 to E3 and a plurality of capacitors C1 to C3.

이때 복수의 커패시터(C1 ~ C3)는 각각 평활 작용 즉, 리플 전류(Ripple Current) 제거를 위해 복수의 배터리(E1 ~ E3)와 연결된다.At this time, the plurality of capacitors C1 to C3 are respectively connected to the plurality of batteries E1 to E3 for smoothing, that is, for eliminating ripple currents.

측정부(110)는 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 전압 레벨을 측정하여 측정 신호(Vdet<1:3>)를 생성하도록 구성된다. 측정부(110)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)로 구성할 수 있다. 따라서 측정부(110)는 복수의 배터리(E1 ~ E3)의 아날로그 전압 레벨을 디지털 값 형태의 측정 신호(Vdet<1:3>)로 변환한다.The measuring unit 110 is configured to measure the voltage levels of the plurality of batteries E1 to E3 to generate a measurement signal Vdet < 1: 3 >. The measuring unit 110 may be an analog-to-digital converter (ADC). Therefore, the measuring unit 110 converts the analog voltage levels of the plurality of batteries E1 to E3 into the measurement signals of the digital value type (Vdet <1: 3>).

이때 측정 신호(Vdet<1:3>) 각각은 둘 또는 그 이상의 비트(bit)가 될 수 있다. 예를 들어, 측정 신호(Vdet<1>)가 둘 이상의 비트가 될 수 있다. 이와 같이 측정 신호(Vdet<1:3>) 각각이 둘 이상의 비트가 됨으로써 각 배터리의 충전 전압 레벨을 복수의 단계로 구분할 수 있다.Each of the measurement signals Vdet < 1: 3 > may be two or more bits. For example, the measurement signal Vdet < 1 > may be two or more bits. In this manner, each of the measurement signals Vdet <1: 3> becomes two or more bits, so that the charge voltage level of each battery can be divided into a plurality of steps.

복수의 충전 모드는 충전 회로부 즉, 복수의 스위치(SW1 ~ SW6), 복수의 다이오드(D1 ~ D5) 및 복수의 인덕터(L1 ~ L4)에 의해 수행된다.The plurality of charging modes are performed by the charging circuit, that is, the plurality of switches SW1 to SW6, the plurality of diodes D1 to D5, and the plurality of inductors L1 to L4.

제 1 충전 모드는 스위치(SW1), 다이오드(D1) 및 인덕터(L1)에 의해 수행된다.The first charge mode is performed by the switch SW1, the diode D1 and the inductor L1.

제 2 충전 모드는 스위치(SW2), 다이오드(D2) 및 인덕터(L2)에 의해 수행된다.The second charging mode is performed by the switch SW2, the diode D2 and the inductor L2.

제 3 충전 모드는 스위치(SW3), 다이오드(D3) 및 인덕터(L3)에 의해 수행된다.The third charging mode is performed by the switch SW3, the diode D3 and the inductor L3.

제 4 충전 모드는 스위치(SW4), 다이오드(D4) 및 인덕터(L4)에 의해 수행된다.The fourth charging mode is performed by the switch SW4, the diode D4 and the inductor L4.

제 5 충전 모드는 스위치(SW5) 및 다이오드(D5)에 의해 수행된다.The fifth charging mode is performed by the switch SW5 and the diode D5.

제 6 충전 모드는 스위치(SW6)에 의해 수행된다.The sixth charging mode is performed by the switch SW6.

이때 복수의 스위치(SW1 ~ SW6)는 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)에 의해 제어된다. 이때 동일 번호의 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)가 복수의 스위치(SW1 ~ SW6) 각각을 제어한다. 즉, 충전 제어 신호(CTRL<1>)가 스위치(SW1)를 제어하고, 충전 제어 신호(CTRL<2>)가 스위치(SW2)를 제어하며, 이런 방식으로 충전 제어 신호(CTRL<6>)가 스위치(SW6)를 제어한다.At this time, the plurality of switches SW1 to SW6 are controlled by the charge control signals CTRL <1: 6>. At this time, charge control signals CTRL <1: 6> of the same number control each of the plurality of switches SW1 to SW6. That is, the charge control signal CTRL <1> controls the switch SW1, the charge control signal CTRL <2> controls the switch SW2, Controls the switch SW6.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 신호 드라이버의 구성을 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram showing a configuration of a control signal driver according to an embodiment of the present invention.

상술한 복수의 스위치(SW1 ~ SW6)는 다양한 스위칭 소자 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터(FET)를 이용하여 구성할 수 있다.The above-mentioned plurality of switches SW1 to SW6 can be configured by using various switching elements, for example, a field effect transistor (FET).

이때 전계 효과 트랜지스터를 이용하는 경우, 전계 효과 트랜지스터를 제어하기 위한 전위와 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)의 전위가 다를 수 있다. 따라서 충전 제어 신호(CTRL<1:6>)를 전계 효과 트랜지스터에 전달하기 위한 드라이버가 필요하며, 스위치(SW1)를 제어하기 위한 드라이버로서 광학 스위칭 소자의 한 종류인 포토 모스(Photo MOS)를 사용한 회로 구성예가 도 4에 도시되어 있다.At this time, when the field effect transistor is used, the potential for controlling the field effect transistor and the potential of the charge control signal CTRL < 1: 6 > may be different. Therefore, a driver for transferring the charge control signal CTRL <1: 6> to the field effect transistor is required, and as a driver for controlling the switch SW1, a photo MOS (photo MOS) An example of a circuit configuration is shown in Fig.

이때 포토 모스 이외에도 포토 커플러(Photo Coupler)와 같은 다양한 광학 스위칭 소자가 사용될 수 있다.At this time, various optical switching elements such as a photocoupler may be used in addition to the photomasks.

그리고 제어 신호(CTRL<1:6>)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 펄스 신호가 사용될 수 있다.The pulse signals of the PWM (Pulse Width Modulation) method can be used as the control signals CTRL <1: 6>.

도 4에 도시된 바와 같이, 포토 모스는 일측 즉, 발광 소자측이 제어부(30)의 충전 제어 신호(CTRL<1>) 출력단과 제어부(30)의 접지단(GND) 사이에 연결되며, 타측 즉, 수광 소자측이 전원단(VDD)과 스위치(SW1)의 게이트 단자 사이에 연결된다.4, the photo-MOS is connected between the output terminal of the charge control signal CTRL <1> of the control unit 30 and the ground terminal (GND) of the control unit 30, That is, the light receiving element side is connected between the power supply terminal VDD and the gate terminal of the switch SW1.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예의 충전 모드들에 따른 배터리 충전 회로(1)의 동작 예를 나타낸 도면이다.5 and 6 are diagrams illustrating an example of the operation of the battery charging circuit 1 according to the charging modes of the embodiment of the present invention.

도 5는 충전 모드들 중에서 모드 2를 나타낸 것이다. 이때 도 5에서 실선은 모드 2를 수행하는 회로와 소자를 나타낸다.5 shows Mode 2 of the charging modes. Here, the solid line in FIG. 5 represents a circuit and an element performing mode 2.

도 5와 같이, 모드 2가 선택된 경우, 스위치(SW2)가 PWM 형태의 펄스 신호인 제어 신호(CTRL<2>)에 응답하여 턴 온과 턴 오프를 반복한다.As shown in FIG. 5, when mode 2 is selected, the switch SW2 repeats turn-on and turn-off in response to the control signal CTRL <2>, which is a PWM-type pulse signal.

스위치(SW2)가 턴 온 된 구간 동안에는 배터리(E2)의 전류가 인덕터(L2)에 자기 에너지 형태로 저장된다.During the period in which the switch SW2 is turned on, the current of the battery E2 is stored in the form of magnetic energy in the inductor L2.

이후, 스위치(SW2)가 턴 오프되면 인덕터(L2)에 저장된 자기 에너지가 전기 에너지 즉, 전류 형태로 변환되어 다이오드(D2)를 통해 배터리(E1)를 충전한다.Thereafter, when the switch SW2 is turned off, the magnetic energy stored in the inductor L2 is converted into electric energy, that is, a current, to charge the battery E1 through the diode D2.

도 6은 충전 모드들 중에서 모드 3을 나타낸 것이다. 이때 도 6에서 실선은 모드 3을 수행하는 회로와 소자를 나타낸다.6 shows Mode 3 among the charging modes. Here, the solid line in FIG. 6 represents a circuit and a device for performing mode 3.

도 6과 같이, 모드 3이 선택된 경우, 스위치(SW3)가 PWM 형태의 펄스 신호인 제어 신호(CTRL<3>)에 응답하여 턴 온과 턴 오프를 반복한다.As shown in FIG. 6, when the mode 3 is selected, the switch SW3 repeats turn-on and turn-off in response to the control signal CTRL <3> which is a PWM-type pulse signal.

스위치(SW3)가 턴 온 된 구간 동안에는 두 배터리(E1, E2)의 전류가 인덕터(L3)에 자기 에너지 형태로 저장된다.During the period when the switch SW3 is turned on, the currents of the two batteries E1 and E2 are stored in the form of magnetic energy in the inductor L3.

이후, 스위치(SW3)가 턴 오프되면 인덕터(L3)에 저장된 에너지가 전기 에너지 즉, 전류 형태로 변환되어 다이오드(D3)를 통해 배터리(E3)를 충전한다.Then, when the switch SW3 is turned off, the energy stored in the inductor L3 is converted into an electric energy, that is, a current, to charge the battery E3 through the diode D3.

이때 BMS(Battery Management System)에서 전압 측정을 위한 상용 모니터링칩의 규격이 12개의 배터리를 기준으로 하는 경우가 있다.At this time, in the BMS (Battery Management System), the commercial monitoring chip for voltage measurement may be based on 12 batteries.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전 회로는 3개의 배터리를 기준으로 설계되었으므로 BMS에 효율적으로 적용 가능하다.Therefore, since the battery charging circuit according to the embodiment of the present invention is designed based on three batteries, it can be efficiently applied to the BMS.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

Claims (11)

외부 전원을 이용하여 내부 전원을 생성하는 충전 전원부;
상기 내부 전원을 제공받으며, 직렬 연결된 복수의 배터리를 포함하고, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 레벨에 따라 결정되는 측정 신호를 출력하며, 충전 제어신호에 응답하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 충전하는 충전부; 및
상기 측정 신호에 대응하여 기 저장된 상기 충전 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 충전 제어신호는 하나의 충전 배터리를 이용하여 하나의 피충전 배터리를 충전하는 제 1 모드, 복수의 충전 배터리를 이용하여 하나의 피충전 배터리를 충전하는 제 2 모드, 상기 내부 전원을 이용하여 상기 복수의 배터리의 일부 또는 전부를 충전하는 제 3 모드 중 적어도 어느 하나를 선택하는 신호인 배터리 충전 회로.A charging power source unit for generating an internal power source using an external power source;
A plurality of batteries connected in series and being supplied with the internal power supply and outputting a measurement signal determined according to a voltage level of each of the plurality of batteries and charging at least one of the plurality of batteries in response to a charge control signal A charging section; And
And a controller for outputting the pre-stored charge control signal corresponding to the measurement signal,
Wherein the charge control signal comprises a first mode for charging one charged battery using one rechargeable battery, a second mode for charging one recharged battery using a plurality of rechargeable batteries, And a third mode for charging a part or all of the plurality of batteries. 제 1 항에 있어서,
상기 충전부는, 상기 복수의 배터리 각각의 전압 레벨을 측정하여 상기 측정 신호를 생성하는 측정부; 및
상기 충전 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나를 선택적으로 충전하는 충전 회로부;
를 포함하는 배터리 충전 회로.The method according to claim 1,
Wherein the charging unit comprises: a measurement unit that measures a voltage level of each of the plurality of batteries and generates the measurement signal; And
A charging circuit for selectively charging at least one of the plurality of batteries in response to the charging control signal;
And a battery charging circuit. 제 2 항에 있어서,
상기 측정부는 상기 복수의 배터리 각각의 전압 레벨을 디지털 형태의 상기 측정 신호로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함하는 배터리 충전 회로.3. The method of claim 2,
Wherein the measurement unit comprises an analog-to-digital converter (ADC) configured to convert a voltage level of each of the plurality of batteries into the measurement signal in digital form. 제 2 항에 있어서,
상기 충전 회로부는 상기 복수의 배터리와 선택적으로 연결되며, 상기 복수의 배터리 중에서 선택된 적어도 하나의 배터리를 이용하여 상기 선택된 적어도 하나의 배터리와 직렬 연결된 다른 하나의 배터리를 충전하는 배터리 충전 회로.3. The method of claim 2,
Wherein the charging circuit unit is selectively connected to the plurality of batteries and charges another battery connected in series with the at least one selected battery using at least one battery selected from the plurality of batteries. 제 1 항에 있어서,
상기 충전부는 선택된 충전 배터리로부터 방전되는 전기 에너지를 저장하고, 선택된 피충전 배터리로 상기 저장된 전기 에너지를 전달하는 에너지 저장소자; 및
상기 선택된 충전 배터리를 이용하여 상기 선택된 피충전 배터리를 충전하도록, 상기 충전 제어신호에 응답하여 상기 선택된 충전 배터리 및 상기 에너지 저장 소자를 선택적으로 연결하는 스위칭 소자;
를 포함하는 배터리 충전 회로.The method according to claim 1,
Wherein the charging unit comprises: an energy storage device for storing electrical energy discharged from the selected rechargeable battery and for transferring the stored electrical energy to the selected rechargeable battery; And
A switching element for selectively connecting the selected rechargeable battery and the energy storage element in response to the charge control signal to charge the selected rechargeable battery using the selected rechargeable battery;
And a battery charging circuit. 제 5 항에 있어서,
상기 에너지 저장소자는, 상기 선택된 충전 배터리로부터 방전되는 전기 에너지를 저장하는 인덕터; 및
상기 인덕터에 저장된 상기 전기 에너지를 상기 선택된 피충전 배터리로 전달하는 다이오드;
를 포함하는 배터리 충전 회로.6. The method of claim 5,
The energy reservoir further comprising: an inductor storing electrical energy discharged from the selected rechargeable battery; And
A diode for transmitting the electric energy stored in the inductor to the selected charged battery;
And a battery charging circuit. 제 1 항에 있어서,
상기 충전 제어 신호를 상기 충전부에 전달하는 드라이버를 더 포함하는 배터리 충전 회로.The method according to claim 1,
And a driver for delivering the charge control signal to the charging unit. 제 7 항에 있어서,
상기 드라이버는 광학 스위칭 소자를 포함하는 배터리 충전 회로.8. The method of claim 7,
Wherein the driver comprises an optical switching element. 제 1 항에 있어서,
상기 충전 제어 신호는 PWM(Pulse Width Modulation) 형태인 배터리 충전 회로.The method according to claim 1,
Wherein the charge control signal is in the form of PWM (Pulse Width Modulation). 제 1 항에 있어서,
상기 충전 전원부는, 상기 외부 전원의 전압 레벨을 정해진 전압 레벨로 변압하는 변압기; 및
상기 변압기의 출력을 정류하여 상기 내부 전원을 생성하는 정류기;
를 포함하는 배터리 충전 회로.The method according to claim 1,
Wherein the charging power unit comprises: a transformer for transforming a voltage level of the external power source to a predetermined voltage level; And
A rectifier for rectifying the output of the transformer to generate the internal power supply;
And a battery charging circuit. 제 1 항에 있어서,
상기 충전부는 순차적으로 직렬 연결된 제 1 배터리, 제 2 배터리 및 제 3 배터리를 포함하고, 상기 제어부는 제 1 모드, 제 2 모드 및 제 3 모드 중 적어도 하나를 선택하는 상기 충전 제어신호를 생성하며,
상기 제 1 모드는, 상기 제 3 배터리를 이용하여 상기 제 2 배터리를 충전하는 모드, 상기 제 2 배터리를 이용하여 상기 제 1 배터리를 충전하는 모드 및 상기 제 2 배터리 및 상기 제 3 배터리를 이용하여 상기 제 1 배터리를 충전하는 모드를 포함하고,
상기 제 2 모드는, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리를 이용하여 상기 제 3 배터리를 충전하는 모드를 포함하며,
상기 제 3 모드는, 상기 내부 전원을 이용하여 상기 제 1 배터리, 상기 제 2 배터리 및 상기 제 3 배터리를 충전하는 모드 및 상기 내부 전원을 이용하여 상기 제 2 배터리 및 상기 제 3 배터리를 충전하는 모드를 포함하는 배터리 충전 회로.The method according to claim 1,
The charging unit includes a first battery, a second battery, and a third battery that are sequentially connected in series, and the control unit generates the charge control signal for selecting at least one of a first mode, a second mode, and a third mode,
The first mode may include a mode for charging the second battery using the third battery, a mode for charging the first battery using the second battery, and a mode for charging the first battery using the second battery and the third battery And a mode for charging the first battery,
Wherein the second mode includes a mode for charging the third battery using the first battery and the second battery,
The third mode may include a mode for charging the first battery, the second battery, and the third battery using the internal power source, and a mode for charging the second battery and the third battery using the internal power source And a battery charging circuit.
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