KR102254234B1 - Device for sensing battery voltage and apparatus for equalizing voltage using the same - Google Patents

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Abstract

제1극과 제2극을 가지는 복수의 배터리들이 기준점 전위로부터 복수의 단이 직렬로 접속되는 배터리 시스템의 배터리 전압센싱 장치에 있어서,
상기 각 배터리들의 제1극 및 제2극이 각각 전류미러 회로부의 입력단에 접속되고 상기 전류미러 회로부의 출력단은 기준점 전위 단자에 연결된 전압 측정저항과 접속되고, 상기 전압 측정저항으로부터 전압 센싱단자가 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압센싱 장치가 제공된다.In the battery voltage sensing device of a battery system in which a plurality of batteries having a first pole and a second pole are connected in series from a reference point potential,
The first and second electrodes of each of the batteries are connected to an input terminal of a current mirror circuit, respectively, an output terminal of the current mirror circuit is connected to a voltage measuring resistor connected to a reference point potential terminal, and a voltage sensing terminal is connected from the voltage measuring resistor. There is provided a battery voltage sensing device, characterized in that the.

Description

배터리 전압 센싱 및 전압 균등화 장치{Device for sensing battery voltage and apparatus for equalizing voltage using the same}Device for sensing battery voltage and apparatus for equalizing voltage using the same

본 발명은 배터리 전압 센싱 및 전압 균등화 장치에 관한 기술이다.The present invention relates to a battery voltage sensing and voltage equalization device.

다수 개의 배터리(battery)들을 연결하여 하나의 배터리 모듈로 사용할 경우, 배터리 모듈을 이루는 배터리들의 지닌 화학적 차이, 물성적 차이, 또는 사용 기간의 차이 등으로 인해 각 배터리 간에 전압 차이가 발생된다.When a plurality of batteries are connected and used as one battery module, a voltage difference occurs between each battery due to a chemical difference, a difference in physical properties, or a difference in use period of the batteries constituting the battery module.

또한, 동일한 제조방법을 통해 제조된 배터리는 동일한 양극, 음극 및 전해질 물질을 이용하여 동일한 구조로 제조되었다 하더라도 직렬 연결된 배터리 각각의 충전 또는 방전 특성에 차이가 존재하게 된다.In addition, even if a battery manufactured through the same manufacturing method is manufactured in the same structure using the same positive electrode, negative electrode, and electrolyte material, there is a difference in charging or discharging characteristics of each battery connected in series.

이와 같은 배터리 간의 전압 차이로 인해 배터리 모듈의 수명이 단축될 수 있다. 이와 더불어 단일 배터리 1개의 전압강하와 같은 성능저하 때문에 패키지화된 배터리 모듈 전체가 성능이 저하될 수 있다.Due to the voltage difference between the batteries, the life of the battery module may be shortened. In addition, the performance of the entire packaged battery module may be degraded due to deterioration such as voltage drop of one single battery.

이에 따라 각 배터리의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 배터리 전압을 센싱하여 각 배터리의 전압을 균등하게 관리할 수 있는 방법이 요구된다.Accordingly, there is a need for a method capable of equally managing the voltage of each battery by sensing the battery voltage so that the voltage of each battery can be kept the same.

직렬 연결된 배터리 전압의 측정은 각 배터리 기준전위가 달라서 배터리 전압 측정을 위한 다양한 방법들이 존재한다.In the measurement of the battery voltage connected in series, the reference potential of each battery is different, so there are various methods for measuring the battery voltage.

최근에는 마이크로 프로세서의 집적회로로 배터리 전압을 측정하는 방법이 연구되고 있으나, 마이크로프로세서의 특성상 5V 이상의 고전압은 간단한 회로에 의해 처리하기가 곤란하여 회로가 복잡하여 질 수 있다.Recently, a method of measuring a battery voltage with an integrated circuit of a microprocessor has been studied, but due to the characteristics of a microprocessor, a high voltage of 5V or higher is difficult to process by a simple circuit, and thus the circuit may be complicated.

일반적으로 스위치를 이용하여 각 배터리들의 전압을 Capacitor에 충전 시키고 또 다른 스위치를 이용하여 Capacitor의 기준전위를 기저 전위로 변경하여 배터리 전압을 측정하는 스위칭 기법이 이용되고 있다.In general, a switching technique is used in which the voltage of each battery is charged to the capacitor using a switch and the reference potential of the capacitor is changed to a base potential using another switch to measure the battery voltage.

보다 간단한 회로구성에 의해 부품을 최소화하고 간편하게 고전압을 측정할 수 있는 전압 센싱 및 전압 균등화 방법이 요구된다.There is a need for a voltage sensing and voltage equalization method that can minimize components and easily measure high voltage by a simpler circuit configuration.

본 발명 기술에 대한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 KR 10-148537호에 게시되어 있다.Background art for the technology of the present invention is published in Korean Patent Publication No. KR 10-148537.

대한민국 등록특허공보 KR 10-148537(배터리 관리 시스템，및 배터리 관리 시스템을 이용하는 배터리 모듈의 셀 밸런싱 방법)Republic of Korea Patent Publication KR 10-148537 (battery management system, and cell balancing method of a battery module using the battery management system)

본 발명은 각 배터리 전압으로 기준 전류를 발생 시키고 전류미러(Current mirror) 회로를 이용하여 배터리 전압으로 발생된 기준전류와 동일한 전류를 다른 전류루프로 흐르게 하여 기저전압을 기준으로 각 배터리의 전압을 검출할 수 있는 배터리 전압 센싱 장치를 포함하는 배터리 균등화 장치를 제공하는 것이다.The present invention generates a reference current with each battery voltage and detects the voltage of each battery based on the base voltage by flowing the same current as the reference current generated by the battery voltage through a different current loop using a current mirror circuit. It is to provide a battery equalization device including a battery voltage sensing device capable of.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood from the following description.

본 발명의 일측면에 따르면, 제1극과 제2극을 가지는 복수의 배터리들이 기준점 전위로부터 복수의 단이 직렬로 접속되는 배터리 시스템의 배터리 전압센싱 장치에 있어서, 상기 각 배터리들의 제1극 및 제2극이 각각 전류미러 회로부의 입력단에 접속되고 상기 전류미러 회로부의 출력단은 기준점 전위 단자에 연결된 전압 측정저항과 접속되고, 상기 전압 측정저항으로부터 전압 센싱단자가 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압센싱 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, in a battery voltage sensing device of a battery system in which a plurality of batteries having a first electrode and a second electrode are connected in series from a reference point potential, the first electrode and Battery voltage sensing, characterized in that the second pole is connected to the input terminal of the current mirror circuit unit, the output terminal of the current mirror circuit unit is connected to a voltage measuring resistor connected to a reference point potential terminal, and a voltage sensing terminal is connected from the voltage measuring resistor. The device is provided.

또한, 상기 배터리의 제2극은 상기 전류미러 회로부의 제1 PNP Tr의 컬렉터가 제1 미러저항을 거쳐서 연결이 되고, 상기 배터리의 제1극은 제1 전류미러 회로부의 제1 PNP Tr의 에미터 단자와 연결되고, 상기 제1 PNP Tr의 컬렉터와 베이스는 단락되어 연결되며, 상기 제1 PNP Tr의 베이스와 제2 PNP Tr의 베이스가 단락되어 연결되고, 상기 제1 PNP Tr의 에미터와 제2 PNP Tr의 에미터가 단락되어 연결되며, 상기 출력단은 상기 제2 PNP Tr의 컬렉터 단자인 것을 특징으로 한다.In addition, the second electrode of the battery is connected to the collector of the first PNP Tr of the current mirror circuit unit through a first mirror resistor, and the first electrode of the battery is the emitter of the first PNP Tr of the first current mirror circuit unit. The first PNP Tr's collector and the base are short-circuited and connected, the first PNP Tr's base and the second PNP Tr's base are short-circuited and connected, and the first PNP Tr's emitter and The emitter of the second PNP Tr is short-circuited and connected, and the output terminal is a collector terminal of the second PNP Tr.

또한, 상기 각 단은 기준 측정저항 및 각 바이어스 저항을 포함하되, 상기 각 단의 컬렉터 전류에 의해 각 단의 기준 측정저항에서 각 단의 배터리 전압이 검출될 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, each stage includes a reference measurement resistance and each bias resistance, and the battery voltage of each stage can be detected from the reference measurement resistance of each stage by the collector current of each stage.

단, 1단 기준 측정저항은 바이어스 저항의 기능을 동시에 갖는다.However, the first-stage reference measurement resistance has the function of a bias resistance at the same time.

또한, 상기 복수의 단은 2 ~ n단으로 형성되며, 각 단의 미러저항 Rc1 ~ Rc4는 동일한 값을 가지며 기준 측정저항 Ra ~ Rd도 미러저항과 동일한 값을 갖는다.In addition, the plurality of stages are formed in 2 to n stages, the mirror resistances Rc1 to Rc4 of each stage have the same value, and the reference measurement resistances Ra to Rd also have the same value as the mirror resistance.

본 발명의 일 실시 예에서 바이어스 저항 R1 ~ R6은 기준 측정저항과 동일한 값 혹은 약간 높은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the bias resistances R1 to R6 are characterized in that they have the same value or slightly higher value as the reference measurement resistance.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 전압센싱장치를 포함하는 전압 균등화 장치에 있어서, 상기 전압 균등화 장치는, 상기 각 배터리의 제1극 및 제2극이 각각 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 연결되는 충방전 Capacitor(C1); 및 상기 전압센싱장치의 전압센싱단자로부터 신호가 입력되어 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압을 검출하여 충전신호와 방전신호의 스위칭 신호를 발생시키는 충방전 신호 발생부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, in the voltage equalization device including the voltage sensing device, the voltage equalization device includes a first pole and a second pole of each battery connected by a pair of battery switches, respectively. Charge/discharge Capacitor (C1); And a charge/discharge signal generator configured to generate a switching signal of a charge signal and a discharge signal by receiving a signal from a voltage sensing terminal of the voltage sensing device and detecting the highest voltage and the lowest voltage. It characterized in that it comprises a.

또한, 전압센싱장치를 이용하여, 복수의 단이 직렬로 접속된 배터리가 각각 n개의 모듈군으로 구분되어 전압 균등화를 수행하는 전압 균등화장치에 있어서, In addition, in the voltage equalization device for performing voltage equalization by using a voltage sensing device, a battery having a plurality of stages connected in series is divided into n module groups, respectively,

상기 전압 균등화장치는,The voltage equalization device,

상기 n개의 모듈 중, k번째 모듈의 각 배터리의 제1극 및 제2극이 각각 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 연결되는 제k 충방전 Capacitor(Ck); A k-th charge/discharge capacitor (Ck) in which the first and second electrodes of each battery of the k-th module are connected by a pair of battery switches, among the n modules;

상기 n개의 모듈 중 상기 k번째 모듈과 연결되는 k+1번째 모듈의 각 배터리의 제1극 및 제2극이 각각 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 연결되는 제k+1 충방전 Capacitor(Ck+1);- 상기 k번째 모듈과 k+1번째 모듈의 경계에 접하는 배터리는 상기 제k충방전 Capacitor(Ck)와 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 병렬로 연결된 뿐 아니라 상기 제k+1 충방전Capacitor(Ck+1)와도 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 병렬로 연결되는 것을 특징으로 함, 상기 전압센싱장치의 전압센싱단자로부터 입력된 신호로부터 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압을 검출하여 검출된 배터리의 배터리 스위치에 충전신호와 방전신호의 스위칭 신호를 발생시키는 충방전 신호 발생부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Of the n modules, the first and second electrodes of each battery of the k+1th module connected to the kth module are each connected by a pair of battery switches. );- The battery in contact with the boundary between the kth module and the k+1th module is connected in parallel by the kth charge/discharge capacitor (Ck) and a pair of battery switches, as well as the k+1th charge/discharge capacitor ( Ck+1) is also connected in parallel by a pair of battery switches. The battery switch of the battery detected by detecting the highest voltage and the lowest voltage from the signal input from the voltage sensing terminal of the voltage sensing device. A charge/discharge signal generator for generating a switching signal of a charge signal and a discharge signal to the battery; It characterized in that it comprises a.


도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직렬 연결된 각 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 센싱 장치의 회로도를 간단하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 측정전압 비교부의 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 균등화 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 신호 발생부의 논리도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 및 방전신호의 타이밍도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고전압 배터리 시스템에 대한 전압 균등화 장치의 회로를 도시한 것이다.
1 is a simplified circuit diagram of a battery voltage sensing device for measuring the voltage of each battery connected in series according to an embodiment of the present invention.
2 shows an example of a measurement voltage comparison unit of a battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a voltage equalization device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a logic diagram of a charge/discharge signal generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a timing diagram illustrating charging and discharging signals according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a circuit of a voltage equalization device for a high voltage battery system according to a second embodiment of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present application, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, throughout the specification, "on" means to be positioned above or below the target portion, and does not necessarily mean to be positioned above the direction of gravity.

이하 본 발명의 구현에 따른 배터리 전압 센싱 및 전압 균등화 장치 및 그 방법에 대하여 실시 예를 통하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a battery voltage sensing and voltage equalization apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail through examples.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 균등화 장치는 배터리 전압 센싱장치를 포함하여 구성될 수 있다.The battery voltage equalization device according to an embodiment of the present invention may include a battery voltage sensing device.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직렬 연결된 각 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 센싱 장치의 회로도를 간단하게 도시한 것이다.1 is a simplified circuit diagram of a battery voltage sensing device for measuring the voltage of each battery connected in series according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템은 제1극과 제2극을 가지는 복수의 배터리들(V1, V2, V3, V4)이 기준점 전위로부터 제1단, 제2단, 제3단 등 복수의 단이 직렬로 접속된다. In the battery system according to an embodiment of the present invention, a plurality of batteries (V1, V2, V3, V4) having a first electrode and a second electrode are formed from a reference point potential. The ends of are connected in series.

도 1을 참조하면, 각 배터리들(V1, V2, V3, V4)의 제1극 및 제2극은 각각 전류미러 회로부의 입력단에 접속되고 상기 전류미러 회로부의 출력단은 기준점 전위 단자에 연결된 전압 측정저항과 접속되어 각 전압 센싱 단자와 연결된다.Referring to FIG. 1, the first and second electrodes of each of the batteries (V1, V2, V3, V4) are respectively connected to the input terminal of the current mirror circuit, and the output terminal of the current mirror circuit is connected to the reference point potential terminal. It is connected to a resistor and connected to each voltage sensing terminal.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 복수의 단은 기준 측정저항 및 각 바이어스 저항을 포함하되, 상기 각 단의 컬렉터 전류에 의해 각 단의 기준 측정저항에서 각 단의 배터리의 전압이 검출될 수 있는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, each of the plurality of stages includes a reference measurement resistance and each bias resistance, and the voltage of the battery of each stage can be detected from the reference measurement resistance of each stage by the collector current of each stage. It is characterized by having.

단, 1단 기준 측정저항은 바이어스 저항의 기능을 동시에 갖는다.However, the first-stage reference measurement resistance has the function of a bias resistance at the same time.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 단은 2 ~ n단으로 형성되며, 각 단의 미러저항(Rc1 ~ Rc4)은 동일한 값을 가지며 기준 측정저항(Ra ~ Rd)도 미러저항과 동일한 값으로 형성된다.In an embodiment of the present invention, the plurality of stages are formed in 2 to n stages, the mirror resistances Rc1 to Rc4 of each stage have the same value, and the reference measurement resistances Ra to Rd are also the same value as the mirror resistance. Is formed by

또한, 각 바이어스 저항 R1 ~ R6은 기준 측정저항과 동일한 값 혹은 약간 높은 값으로 형성되는 것을 특징으로 한다. In addition, each of the bias resistors R1 to R6 is characterized in that it is formed with a value equal to or slightly higher than the reference measurement resistance.

이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 센싱 장치는, 각 배터리의 전압을 기준점 전위 대비 각 배터리의 전압으로 검출할 수 있어서, 전체 배터리 시스템의 전체 고전압의 출력전압과 상관없이 항상 각 배터리의 전압을 기준점 전위로부터 저전압으로 간편하게 측정할 수 있다.Accordingly, the battery voltage sensing apparatus according to an embodiment of the present invention can detect the voltage of each battery as the voltage of each battery compared to the reference point potential, so that the voltage of each battery is always The voltage can be easily measured from the reference point potential to a low voltage.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1극은 배터리의 +단자, 제2극은 -단자 극으로 적용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first electrode may be applied as a + terminal of the battery, and the second electrode may be applied as a-terminal electrode.

상기 전압 센싱 단자(a, b, c, d)에는 기준점 전위에 접속된 각 기준 측정저항에서 각 배터리의 전위에 의해 생성된 전류에 비례하여 생성된 미러전류가 흘러서 발생된 전압이 출력된다.The voltage generated by the mirror current generated in proportion to the current generated by the potential of each battery flows from each reference measurement resistor connected to the reference point potential to the voltage sensing terminals (a, b, c, d).

기준점 전위 단자에 제1단으로 접속된 제1단 배터리(V1)에 경우, 기준점 전위 단자에 접속된 제1 기준 측정저항(Ra)이 제1전류미러 회로부의 출력단에 연결되며, 상기 제1기준 측정저항(Ra)에 흐르는 제1전류미러 회로부의 출력전류에 의해 발생된 전압이 상기 전압센싱단자(a)에 출력된다.In the case of the first stage battery V1 connected to the reference point potential terminal in the first stage, the first reference measurement resistance Ra connected to the reference point potential terminal is connected to the output terminal of the first current mirror circuit, and the first reference A voltage generated by the output current of the first current mirror circuit portion flowing through the measurement resistance Ra is output to the voltage sensing terminal (a).

또한, 상기 제1단 배터리(V1)와 다음 단으로 직렬 접속된 제2단 배터리(V2)의 경우, 기준점 전위 단자에 접속된 제2 기준 측정저항(Rb)과 직렬로 접속된 제2 바이어스 저항(R1)이 제2 전류미러 회로부의 출력단에 연결되며, 상기 제2 기준 측정저항(Rb)에 제2 전류미러 회로부의 출력전류에 의해 발생된 전압이 상기 전압센싱단자(b)에 출력된다.In addition, in the case of the first stage battery V1 and the second stage battery V2 connected in series to the next stage, the second reference measurement resistance Rb connected to the reference point potential terminal and the second bias resistance connected in series (R1) is connected to the output terminal of the second current mirror circuit unit, and a voltage generated by the output current of the second current mirror circuit unit is output to the second reference measurement resistor Rb to the voltage sensing terminal (b).

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 바이어스 저항(R1)은 상기 제2 기준 측정저항(Rb)과 동일한 저항값을 가지거나 혹은 약간 높은(110% 이내) 값을 가진다. According to an embodiment of the present invention, the second bias resistor R1 has a resistance value equal to or slightly higher (within 110%) as the second reference measurement resistance Rb.

또한, 상기 제2단 배터리(V2)와 다음 단으로 직렬 접속된 제3단 배터리(V3)의 경우 기준점 전위 단자에 접속된 제3 기준 전압 측정저항(Rc)과 직렬로 접속된 제3 바이어스 저항이 제3 전류미러 회로부의 출력단에 연결되며, 상기 제3 기준 측정저항(Rc)에 제3전류미러 회로부의 출력전류에 의해 발생된 전압이 상기 제3 기준 측정저항(Rc)과 상기 제3 전압 바이어스 저항의 접속점에 연결된 전압센싱단자(c)에 출력된다.In addition, in the case of the second stage battery V2 and the third stage battery V3 connected in series to the next stage, a third bias resistance connected in series with the third reference voltage measurement resistance Rc connected to the reference point potential terminal It is connected to the output terminal of the third current mirror circuit unit, and a voltage generated by the output current of the third current mirror circuit unit is applied to the third reference measurement resistance Rc and the third reference measurement resistance Rc and the third voltage. It is output to the voltage sensing terminal (c) connected to the connection point of the bias resistor.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제3 바이어스 저항은 상기 제3 기준 전압 측정저항(Rc)의 2배의 저항값의 100~ 110%의 저항값을 가지는 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 제3 바이어스 저항은 상기 제3 기준 측정저항(Rc)과 동일하거나, ~110%의 저항값을 가지는 2개의 바이어스 저항 즉, 제3-1 전압 바이어스 저항(R2) 및 제3-2 전압 바이어스 저항(R4)이 직렬로 연결된다.The third bias resistor according to an embodiment of the present invention is characterized in that it has a resistance value of 100 to 110% of a resistance value twice that of the third reference voltage measurement resistance Rc. For example, the third bias resistor is the same as the third reference measurement resistor Rc, or two bias resistors having a resistance value of ~110%, that is, a 3-1 voltage bias resistor R2 and a third bias resistor Rc. 2 The voltage bias resistor R4 is connected in series.

상기 2개의 바이어스 저항(제3-1 전압 바이어스 저항(R2) 및 제3-2 전압 바이어스 저항(R4))은 동등한 저항값을 가지는 하나의 저항으로 대체될 수 있다.The two bias resistors (3-1 th voltage bias resistor R2 and 3-2 th voltage bias resistor R4) may be replaced with one resistor having an equivalent resistance value.

또한, 상기 제3단 배터리(V3)와 다음 단으로 직렬 접속된 제4단 배터리(V4)의 경우 기준점 전위에 접속된 제4 기준 측정저항(Rd)과 직렬로 접속된 제4 바이어스 저항이 제4 전류미러 회로부의 출력단에 연결되며, 상기 제4기준 측정저항(Rd)에 제4전류미러 회로부의 출력전류에 의해 발생된 전압이 상기 제4 기준 측정저항(Rd)과 상기 제4 전압 바이어스 저항의 접속점에 연결된 전압센싱단자(d)에 출력된다.In addition, in the case of the third stage battery V3 and the fourth stage battery V4 connected in series to the next stage, the fourth reference measurement resistance Rd connected to the reference point potential and the fourth bias resistance connected in series are second. 4 It is connected to the output terminal of the current mirror circuit unit, and the voltage generated by the output current of the fourth current mirror circuit unit is applied to the fourth reference measurement resistance Rd and the fourth reference measurement resistance Rd and the fourth voltage bias resistance. It is output to the voltage sensing terminal (d) connected to the connection point of.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제4 바이어스 저항은 상기 제4 기준 전압 측정저항(Rd)의 3배의 저항값의 100~ 110%의 저항값을 가지는 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 제4 전압 바이어스 저항은 상기 제4 기준 측정저항(Rd)과 동일하거나, ~110%의 저항값을 가지는 3개의 바이어스 저항 즉, 제4-1 바이어스 저항(R3), 제4-2 바이어스 저항(R5), 제4-3 바이어스 저항(R6)이 직렬로 연결된다.The fourth bias resistor according to an embodiment of the present invention is characterized in that it has a resistance value of 100 to 110% of a resistance value three times the fourth reference voltage measurement resistance Rd. For example, the fourth voltage bias resistor is the same as the fourth reference measurement resistor Rd, or three bias resistors having a resistance value of ~110%, that is, the 4-1 bias resistor R3 and the fourth bias resistor Rd. The 2 bias resistor R5 and the 4-3 bias resistor R6 are connected in series.

상기 3개의 바이어스 저항(제4-1 바이어스 저항(R3), 제4-2 바이어스 저항(R5), 제4-3 바이어스 저항(R6))은 동등한 저항값을 가지는 하나의 저항으로 대체될 수 있다.The three bias resistors (4-1 th bias resistor R3, 4-2 th bias resistor R5, and 4-3 bias resistor R6) may be replaced with one resistor having an equivalent resistance value. .

도 1을 참조하면, 제1단 배터리(V1)의 제2극은 제1 전류미러 회로부의 PNP Tr1(Q1)의 컬렉터가 제1 미러저항(Rc1)을 거쳐서 연결이 되고, 제1단 배터리(V1)의 제1극은 제1 전류미러 회로부의 PNP Tr1(Q1)의 에미터 단자와 연결된다. 제1 전류미러 회로부의 PNP Tr1(Q1)의 컬렉터와 베이스는 단락되어 연결되며, 제1 PNP Tr1(Q1)의 컬렉터와 베이스는 단락되어 연결되며, 상기 제1 PNP Tr(Q1)의 베이스와 제2 PNP Tr(Q2)의 베이스가 단락되어 연결되고, 상기 제1 PNP Tr(Q1)의 에미터와 제2 PNP Tr(Q2)의 에미터가 단락되어 연결된다.Referring to FIG. 1, the second electrode of the first-stage battery V1 is connected to the collector of the PNP Tr1 (Q1) of the first current mirror circuit through the first mirror resistor Rc1, and the first-stage battery ( The first pole of V1) is connected to the emitter terminal of the PNP Tr1 (Q1) of the first current mirror circuit. The collector and the base of the PNP Tr1 (Q1) of the first current mirror circuit are short-circuited and connected, the collector and the base of the first PNP Tr1 (Q1) are short-circuited and connected, and the base and the base of the first PNP Tr (Q1) are connected. 2 The base of the PNP Tr (Q2) is short-circuited to be connected, and the emitter of the first PNP Tr (Q1) and the emitter of the second PNP Tr (Q2) are short-circuited and connected.

이러한 전류 미러 회로의 경우 PNP Tr1(Q1)의 미러저항(Rc1)에 흐르는 전류는 PNP Tr1(Q1)의 에미터로 흐르는 전류와 거의 같고, 전류미러 회로부의 PNP Tr1(Q1)의 베이스와 제1 전류미러 회로부의 PNP Tr2(Q2)의 베이스에는 미러저항(Rc1)에 흐르는 전류로부터 전류증폭률(β에 반비례하는 전류가 흐르게 된다. In the case of such a current mirror circuit, the current flowing through the mirror resistance (Rc1) of the PNP Tr1 (Q1) is almost the same as the current flowing through the emitter of the PNP Tr1 (Q1), and the base of the PNP Tr1 (Q1) of the current mirror circuit part and the first A current inversely proportional to the current amplification factor β flows from the current flowing through the mirror resistor Rc1 to the base of the PNP Tr2 (Q2) of the current mirror circuit part.

이에 따라 제1 전류미러 회로부의 출력단인 PNP Tr2(Q2)의 컬렉터에는 PNP Tr1(Q1)의 베이스로부터 흐르는 동일한 베이스 전류에 의해 상기 제1 미러저항(Rc1)에 흐르는 전류와 동일한 전류가 흐르게 된다.Accordingly, the collector of the PNP Tr2 (Q2), which is the output terminal of the first current mirror circuit unit, flows the same current as the current flowing through the first mirror resistor Rc1 by the same base current flowing from the base of the PNP Tr1 (Q1).

본 발명의 일 실시 예에서는 설명의 편의상 PNP Transistor로 적용하였으나, NPN Transistor로 변경 적용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the PNP transistor is applied for convenience of description, but it can be changed and applied to the NPN transistor.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 센싱 장치에서 전류미러 회로부의 출력단에는 미러저항에 흐르는 전류와 동일한 크기의 전류가 일정하게 흐르게 되어 이를 배터리 전압을 측정하는 전류원으로 활용할 수 있다.That is, in the battery voltage sensing device according to an exemplary embodiment of the present invention, a current having the same magnitude as the current flowing through the mirror resistor is constantly flowing to the output terminal of the current mirror circuit, so that it can be used as a current source for measuring the battery voltage.

본 발명의 일 실시 예에 따른 각 미러저항(Rc1 ~ Rc4)은 동일한 크기를 가지며 이에 따라 각 미러저항(Rc1 ~ Rc4)에는 다음과 같이 각 배터리 전압에 비례하는 기준전류를 발생 시킨다.Each of the mirror resistors Rc1 to Rc4 according to an embodiment of the present invention has the same size, and accordingly, a reference current in proportion to each battery voltage is generated in each of the mirror resistors Rc1 to Rc4 as follows.

I_Rc1 = ( V1 - Vbe ) / Rc1, I_Rc2 = ( V2 - Vbe ) / Rc2I_ Rc1 = (V1-Vbe) / Rc1, I_ Rc2 = (V2-Vbe) / Rc2

I_Rc3 = ( V3 - Vbe ) / Rc3, I_Rc4 = ( V4 - Vbe ) / Rc4I_ Rc3 = (V3-Vbe) / Rc3, I_ Rc4 = (V4-Vbe) / Rc4

본 발명의 일 실시 예에 따르면, Ra ~ Rd는 미러저항과 각각 동일한 저항값을 가지며 바이어스 저항 R1 ~ R6은 Ra ~ Rd 저항과 동일한 저항값을 가지거나 ~110%의 약간 높은 값을 가지도록 구성된다.According to an embodiment of the present invention, Ra to Rd each have the same resistance value as the mirror resistance, and the bias resistors R1 to R6 have the same resistance value as the Ra to Rd resistance or are configured to have a slightly higher value of ~110%. do.

a, b, c, d 노드에는 Ra, Rb, Rc, Rd에 흐르는 전류에 비례하는 전압이 발생한다.A voltage proportional to the current flowing through Ra, Rb, Rc, and Rd is generated at nodes a, b, c, and d.

예를 들면 For example

Va = I_Ra X Ra, Va = I_ Ra X Ra,

Vb = I_Rb X Rb Vb = I_ Rb X Rb

Vc = I_Rc X Rc, Vc = I_ Rc X Rc,

Vd = I_Rd X Rd Vd = I_ Rd X Rd

I_Ra = I_Rc1, I_Rb = I_Rc2, I_Rc = I_Rc3, I_Rd = I_Rc4의 관계가 형성되어 각 배터리 전압의 변화로 발생되는 기준전류의 변화는 I_Rc1, I_Rc2, I_Rc3, I_Rc4의 변화로 나타나며 전압센싱단자의 a, b, c, d 센싱전압에 반영된다. I_ Ra = I_ Rc1, I_ Rb = I_ Rc2, I_ Rc = I_ Rc3, I_ Rd = I_ Rc4 the relationship is formed of a change in the reference current is generated by changes of the respective battery voltage is I_ Rc1, I_ Rc2, I_ Rc3 , It appears as a change in I_ Rc4 and is reflected in the a, b, c, d sensing voltage of the voltage sensing terminal.

따라서, 실제 각 단의 배터리의 전압은 각 a, b, c, d 단자 전압에서 추정될 수 있다.Accordingly, the actual voltage of the battery in each stage can be estimated from the voltages of the terminals a, b, c, and d.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 배터리의 전압으로 기준 전류를 발생 시키고 전류미러(Current mirror)회로를 이용하여 배터리의 전압으로 발생된 기준전류와 동일한 전류를 다른 전류루프로 흐르게 하여 각 배터리의 전압을 기준점 전위 대비 각 배터리의 전압으로 검출할 수 있어서, 전체 배터리 시스템의 전체 고전압의 출력전압과 상관없이 항상 각 배터리의 전압을 기준점 전위로부터 저전압으로 간편하게 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a reference current is generated by the voltage of each battery and the same current as the reference current generated by the voltage of the battery flows through a different current loop using a current mirror circuit. Since the voltage can be detected as the voltage of each battery compared to the reference point potential, the voltage of each battery can always be easily measured from the reference point potential to a low voltage regardless of the output voltage of the total high voltage of the entire battery system.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 센싱 장치는 기준점 전위 대비 각 배터리 전압을 측정할 수 있기 때문에 배터리 전압 측정을 위한 절연이나 Level shift 회로 등이 필요하지 않아 종래의 센싱장치에 비하여 회로의 구성이 간단하고 비용이 절감된다.In addition, since the voltage sensing device according to an embodiment of the present invention can measure each battery voltage relative to the reference point potential, there is no need for insulation or a level shift circuit for measuring the battery voltage. It is simple and cost-saving.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 측정전압 비교부의 예를 도시한 것이다.2 shows an example of a measurement voltage comparison unit of a battery according to an embodiment of the present invention.

도 2의 배터리의 측정 전압 비교부는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 센싱 장치의 전압 센싱단자(a, b, c, d)에 연결되도록 구성될 수 있다.The measured voltage comparison unit of the battery of FIG. 2 may be configured to be connected to the voltage sensing terminals (a, b, c, d) of the battery voltage sensing device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 측정 전압 비교부는 전압 비교부를 통하여 배터리 시스템에서 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압의 배터리를 검출한다.Referring to FIG. 2, a measurement voltage comparison unit of a battery according to an embodiment of the present invention detects a battery having the highest voltage and the lowest voltage in a battery system through a voltage comparison unit.

예를 들어 High_a는 전압 센싱단자a의 전압이 배터리 시스템에서 가장 높음을 나타낸다. 또한, Low_a는 전압 센싱단자a의 전압이 배터리 시스템에서 가장 낮음을 나타낸다.For example, High_a indicates that the voltage of the voltage sensing terminal a is the highest in the battery system. In addition, Low_a indicates that the voltage of the voltage sensing terminal a is the lowest in the battery system.

또는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 측정 전압 비교부는 배터리 전압이 가장 높은 것과 가장 낮은 것을 각각 1개만 출력될 수 있다.Alternatively, the measured voltage comparison unit of a battery according to an embodiment of the present invention may output only one of the highest and lowest battery voltages, respectively.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고주파 스위칭 신호 High와 고주파 스위칭 신호 Low는 반대 위상을 가지며 동시에 High신호를 방지하기 위해 일정 간격의 Dead time이 존재할 수 있다.The high frequency switching signal High and the high frequency switching signal Low according to an embodiment of the present invention have opposite phases, and at the same time, a dead time of a predetermined interval may exist to prevent the high signal.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 균등화 장치의 블록도를 도시한 것이다.3 is a block diagram of a voltage equalization device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 각 배터리(V1, V2, V3, V4)의 제1극 및 제2극은 각각 한쌍의 배터리 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)에 의해 각각 충방전 Capacitor C1과 병렬로 연결된다.3, the first and second poles of each battery (V1, V2, V3, V4) are each in parallel with the charge/discharge capacitor C1 by a pair of battery switches (SW1, SW2, SW3, SW4). Connected.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 신호 발생부의 논리도를 도시한 것이다.4 is a diagram illustrating a logic diagram of a charge/discharge signal generator according to an embodiment of the present invention.

한쌍의 배터리 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)는 각각 충방전 신호 발생부의 스위칭 신호에 의해 On/Off 동작이 제어된다.A pair of battery switches SW1, SW2, SW3, and SW4 are each controlled on/off operation by a switching signal of a charge/discharge signal generator.

도 3, 4를 참조하면, 도 2의 배터리 전압 비교부의 출력신호로부터 충방전 신호부는 각각 방전 스위칭 신호 또는 충전 스위칭 신호를 출력한다.3 and 4, the charge/discharge signal unit outputs a discharge switching signal or a charge switching signal, respectively, from the output signal of the battery voltage comparison unit of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 출력된 방전 스위칭 신호는 배터리 전압 비교부에서 가장 높은 전압으로 검출된 배터리의 배터리 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)를 제어하여 충방전 Capacitor C1 에 에너지를 저장한다.Referring to FIG. 3, the output discharge switching signal stores energy in the charge/discharge capacitor C1 by controlling the battery switches SW1, SW2, SW3, and SW4 of the battery detected as the highest voltage by the battery voltage comparator.

본 발명에 일 실시 예에 따른 충방전 Capacitor에서 전달에너지는 다음과 같이 산출될 수 있다.In the charging/discharging capacitor according to an embodiment of the present invention, the transferred energy may be calculated as follows.

Figure 112019097588685-pat00001
Figure 112019097588685-pat00001

또한, 출력된 충전 스위칭 신호는 배터리 전압 비교부에서 가장 낮은 전압으로 검출된 배터리의 배터리 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)를 제어하여 충방전 Capacitor(C1)에 저장된 에너지를 배터리로 충전한다.In addition, the output charging switching signal controls the battery switches SW1, SW2, SW3, SW4 of the battery detected as the lowest voltage by the battery voltage comparator to charge the energy stored in the charge/discharge capacitor C1 into the battery.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충전 및 방전신호의 타이밍도를 도시한 것이다.5 is a timing diagram illustrating charging and discharging signals according to an embodiment of the present invention.

C1에 연결된 배터리 스위치(sw1, sw2, sw3, sw4)의 고주파 스위칭을 통해 각 배터리 전압을 균등화 할 수 있다.Each battery voltage can be equalized through high frequency switching of the battery switches sw1, sw2, sw3, sw4 connected to C1.

본 발명의 일 실시 예에 따른 균등화 방법은 다음과 같다.An equalization method according to an embodiment of the present invention is as follows.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 센싱장치의 전압비교부를 통하여 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압의 배터리를 검출하는 센싱 단계가 수행된다.First, a sensing step of detecting a battery having the highest voltage and the lowest voltage through the voltage comparing unit of the battery voltage sensing device according to an embodiment of the present invention is performed.

다음은 상기 전압센싱장치의 전압센싱단자로부터 입력된 신호로부터 전압 균등화 장치의 고주파 충방전 신호발생부에 의해 충전 스위칭 신호와 방전 스위칭 신호를 발생시키는 스위칭 단계가 수행된다.Next, a switching step of generating a charge switching signal and a discharge switching signal by a high frequency charge/discharge signal generator of the voltage equalizing device from a signal input from the voltage sensing terminal of the voltage sensing device is performed.

다음은 상기 발생된 방전 스위칭신호에 의해 가장 높은 전압의 배터리의 스위치를 제어하여 전압 균등화 장치의 충방전 Capacitor C1 에 에너지를 저장하고, 충전 스위칭신호에 의해 가장 낮은 전압의 배터리의 스위치를 제어하여 충방전 Capacitor C1 에 저장된 에너지를 가장 낮은 전압의 배터리로 충전하는 충방전 단계가 수행된다.Next, by controlling the switch of the battery with the highest voltage by the generated discharge switching signal, energy is stored in the charge/discharge capacitor C1 of the voltage equalization device, and the switch of the battery with the lowest voltage is controlled by the charge switching signal. The charge/discharge step of charging the energy stored in the discharge capacitor C1 to the battery of the lowest voltage is performed.

이후, 다시 제1단계로 복귀하여 배터리 전압 센싱장치의 전압비교부를 통하여 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압의 배터리를 검출하는 센싱단계가 수행된다.Thereafter, returning to the first step again, a sensing step of detecting a battery having the highest voltage and the lowest voltage through the voltage comparing unit of the battery voltage sensing device is performed.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 선택된 배터리의 전압이 균등해 지면 high 또는 Low 신호가 소멸되며, 이후 다시 전압비교부를 통하여 또 다른 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압의 배터리를 순차적으로 검출하여 전압 균등화 단계가 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the voltage of the selected battery becomes equal, the high or low signal disappears, and thereafter, a voltage equalization step by sequentially detecting a battery of another highest voltage and the lowest voltage through a voltage comparison unit again. Can be performed.

적용되는 배터리 스위치는 릴레이, 트랜지스터 등으로 구성할 수 있다.The applied battery switch can be composed of a relay, a transistor, or the like.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고전압 배터리 시스템에 대한 전압 균등화 장치의 회로를 도시한 것이다.6 is a diagram illustrating a circuit of a voltage equalization device for a high voltage battery system according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 고전압배터리 시스템의 전압 균등화 장치는, 각각 직렬로 연결된 복수의 배터리가 n개의 모듈군으로 구분되어 전압 균등화를 수행하는 것을 특징으로 하는 것으로써, 각 모듈군의 경계에 접하는 배터리는 각각 양측의 충방전 캐패시터를 한쌍의 배터리 스위치에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.The voltage equalization apparatus of the high voltage battery system according to the second embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of batteries connected in series are divided into n module groups to perform voltage equalization, and the boundary of each module group The battery in contact with the battery is characterized in that the charging and discharging capacitors on each side are connected by a pair of battery switches.

도 6을 참조하여 설명하면, 7개의 배터리가 직렬로 구성된 고전압 배터리 시스템에 대한 전압 균등화 장치는 2개의 모듈로 구분하여 구성된다.Referring to FIG. 6, a voltage equalization device for a high voltage battery system in which seven batteries are configured in series is configured by dividing into two modules.

제1모듈은 4단 직렬로 구성된 제1 내지 4단 배터리(V1, V2, V3, V4)의 제1극 및 제2극은 각각 한쌍의 배터리 스위치(SWA1_N, SWA1_P; SWA2_N, SWA2_P; SWA3_N, SWA3_P; SWA4_N, SWA4_P)에 의해 각각 충방전 Capacitor C1과 병렬로 연결된다.The first module is a pair of battery switches (SWA1_N, SWA1_P; SWA2_N, SWA2_P; SWA3_N, SWA3_P), respectively. ; It is connected in parallel with the charge/discharge capacitor C1 by SWA4_N, SWA4_P).

제2모듈은 4단 직렬로 구성된 제 4 내지 7단 배터리(V4, V5, V6, V7)의 제1극 및 제2극은 각각 한쌍의 배터리 스위치(SWB1_N, SWB1_P; SWB2_N, SWB2_P; SWB3_N, SWB3_P; SWB4_N, SWB4_P; )에 의해 각각 충방전 Capacitor C2와 병렬로 연결된다. The second module is a pair of battery switches SWB1_N, SWB1_P; SWB2_N, SWB2_P; SWB3_N, SWB3_P, respectively. ; SWB4_N, SWB4_P;) are connected in parallel with each charge/discharge capacitor C2.

이에 따라 제1모듈과 제2모듈의 경계에 접하는 제4단 배터리(V4)는 제1집단 충방전 Capacitor C1과 한 쌍의 배터리 스위치(SWA4_N, SWA4_P)에 의해 병렬로 연결된 뿐 아니라 제2집단 Capacitor C2와도 한 쌍의 배터리 스위치(SWB1_N, SWB1_P)에 의해 병렬로 연결된다.Accordingly, the fourth stage battery V4 in contact with the boundary between the first module and the second module is connected in parallel by the first group charge/discharge capacitor C1 and a pair of battery switches (SWA4_N, SWA4_P), as well as the second group capacitor. C2 is also connected in parallel by a pair of battery switches SWB1_N and SWB1_P.

즉, 모듈 1과 모듈 2 간 전압 균등화는 모듈 간 하나의 배터리를 공유하여 각 모듈간 전압을 균등화 할 수 있다.That is, voltage equalization between module 1 and module 2 can equalize voltage between modules by sharing one battery between modules.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 고전압 배터리 시스템에 대한 전압 균등화 장치의 각 배터리의 균등화 방법은 전술한 배터리 전압센싱 장치 및 충방전 신호 발생부의 스위칭 구동신호에 의한 균등화 방법이 동일하게 적용된다.The equalization method of each battery of the voltage equalization device for the high-voltage battery system according to the second embodiment of the present invention is the same as the method of equalization using the switching driving signal of the battery voltage sensing device and the charge/discharge signal generator described above.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 균등화 장치에 따르면, 고전압을 형성한 배터리 군을 복수의 모듈로 구분하여 비교적 낮은 내압으로 균등화 과정을 수행할 수 있다.According to the equalization apparatus according to the second embodiment of the present invention, a battery group having a high voltage can be divided into a plurality of modules, and an equalization process can be performed with a relatively low breakdown voltage.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 균등화 장치에 의하면, m 단을 하나의 모듈로 구성하고, n 개의 모듈을 직렬로 연결할 경우 m*n-(n-1) 개의 배터리 전압을 균등화할 수 있어 고전압의 배터리 전압도 유연하게 균등화 할 수 있다.According to the equalization device according to the second embodiment of the present invention, when m stages are configured as one module and n modules are connected in series, m*n-(n-1) battery voltages can be equalized, and thus high voltage The battery voltage of can also be flexibly equalized.

V1, V2, V3, V4: 배터리
R1, R2, R3, R4, R5, R6: 바이어스 저항
Rc1, Rc2, Rc3, Rc4: 미러저항
Ra, Rb, Rc, Rd: 기준 측정저항
a, b, c, d: 전압센싱단자
C1, C2: 충방전 Capacitor
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8: Tr
SW1, SW2, SW3, SW4: 배터리 스위치V1, V2, V3, V4: battery
R1, R2, R3, R4, R5, R6: bias resistance
Rc1, Rc2, Rc3, Rc4: mirror resistance
Ra, Rb, Rc, Rd: Reference measurement resistance
a, b, c, d: voltage sensing terminal
C1, C2: charge/discharge capacitor
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8: Tr
SW1, SW2, SW3, SW4: battery switch

Claims (7)

제1극과 제2극을 가지는 배터리가 기준점 전위로부터 2 ~ n단으로 형성된 복수의 단이 직렬로 접속되는 배터리 시스템의 배터리 전압센싱 장치에 있어서,
상기 각 배터리의 제1극 및 제2극이 각 단의 전류미러 회로부의 입력단에 접속되고 상기 각 단의 전류미러 회로부의 출력단은 기준점 전위 단자에 연결된 전압 측정저항과 접속되는 것을 포함하고, 상기 전압 측정저항의 일측 단에 전압 센싱단자가 접속되는 것을 특징으로 하며,
상기 각 단의 전류미러 회로부의 출력단에 흐르는 전류에 의해 각 단의 전압 측정저항에는 각 단의 배터리의 단위 전압이 검출될 수 있는 것을 특징으로 하되,
제1단 배터리(V1)의 전압측정 저항은 제1 기준 측정저항(Ra)으로 형성되고,
제2단 배터리(V2)의 전압측정 저항은 제2 기준 측정저항(Rb)과 상기 제2 기준 측정저항(Rb)의 저항값의 100~110% 저항값을 가지는 제2 바이어스 저항(R1)이 직렬로 연결이 되는 구성을 포함하며,
제n단 배터리(Vn)의 전압측정 저항은 제n 기준 측정저항(Rn)과 상기 제n 기준 측정저항(Rn)의 저항값의 n-1배의 100~110% 저항값을 가지는 제n 바이어스 저항이 직렬로 연결이 되는 구성을 포함하고,
상기 제1 기준 측정저항(Ra), 제2 기준 측정저항(Rb) 및 제n 기준 측정저항(Rn)의 저항값은 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 전압센싱장치.In the battery voltage sensing device of a battery system in which a plurality of stages in which a battery having a first electrode and a second electrode is formed in 2 to n stages from a reference point potential are connected in series,
The first and second electrodes of each battery are connected to an input terminal of a current mirror circuit of each stage, and an output terminal of the current mirror circuit of each stage is connected to a voltage measuring resistance connected to a reference point potential terminal, and the voltage It is characterized in that a voltage sensing terminal is connected to one end of the measurement resistance,
It is characterized in that the unit voltage of the battery of each stage can be detected in the voltage measurement resistance of each stage by the current flowing through the output terminal of the current mirror circuit part of each stage,
The voltage measurement resistance of the first stage battery V1 is formed of the first reference measurement resistance Ra,
The voltage measurement resistance of the second stage battery V2 includes a second reference measurement resistance Rb and a second bias resistance R1 having a resistance value of 100 to 110% of the resistance value of the second reference measurement resistance Rb. Includes a configuration that is connected in series,
The voltage measurement resistance of the n-th battery Vn is an n-th bias having a resistance value of 100 to 110% of n-1 times the resistance value of the n-th reference measurement resistance Rn and the n-th reference measurement resistance Rn. Including a configuration in which resistance is connected in series,
The battery voltage sensing device, characterized in that resistance values of the first reference measurement resistance (Ra), the second reference measurement resistance (Rb), and the n-th reference measurement resistance (Rn) are the same. 제1항에 있어서,
상기 복수의 단 중 제1단에 접속된 제1 전류미러 회로부는 제1PNP Tr의 베이스와 제2PNP Tr의 베이스가 서로 단락되어 연결되는 회로 구성을 포함하여 구성되며,
상기 제1단으로 접속되는 배터리의 제2극은 상기 제1 전류미러 회로부의 제1 PNP Tr의 컬렉터가 제1 미러저항을 거쳐서 연결이 되고, 상기 배터리의 제1극은 상기 제1 전류미러 회로부의 제1 PNP Tr의 에미터 단자와 연결되며, 상기 제1 PNP Tr의 컬렉터와 베이스는 단락되어 연결되고, 상기 제2 PNP Tr의 에미터가 상기 제1 PNP Tr의 에미터와 단락되어 연결되며, 상기 제1 전류미러 회로부의 출력단은 상기 제2 PNP Tr의 컬렉터 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압센싱장치.The method of claim 1,
The first current mirror circuit unit connected to the first of the plurality of stages includes a circuit configuration in which the base of the first PNP Tr and the base of the second PNP Tr are short-circuited to each other,
The second electrode of the battery connected to the first terminal is connected through a first mirror resistor of the collector of the first PNP Tr of the first current mirror circuit part, and the first electrode of the battery is the first current mirror circuit part. Is connected to the emitter terminal of the first PNP Tr of, the collector and the base of the first PNP Tr are connected by shorting, the emitter of the second PNP Tr is connected to the emitter of the first PNP Tr by shorting And an output terminal of the first current mirror circuit part is connected to a collector terminal of the second PNP Tr. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1기준 측정저항(Ra)에 흐르는 제1전류미러 회로부의 출력전류에 의해 발생된 전압이 상기 제1전류미러 회로부의 출력단에 연결된 전압센싱단자(a)에 출력되며,
상기 제2 기준 측정저항(Rb)에 흐르는 제2전류미러 회로부의 출력전류에 의해 발생된 전압이 상기 제2 기준 측정저항(Rb)과 상기 제2 바이어스 저항(R1)의 접속점에 연결된 전압센싱단자(b)에 출력되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압센싱장치.The method of claim 1,
The voltage generated by the output current of the first current mirror circuit part flowing through the first reference measurement resistance Ra is output to the voltage sensing terminal (a) connected to the output terminal of the first current mirror circuit part,
A voltage sensing terminal connected to a connection point between the second reference measurement resistor Rb and the second bias resistor R1 in which the voltage generated by the output current of the second current mirror circuit part flowing through the second reference measurement resistor Rb is connected to the second reference measurement resistor Rb. Battery voltage sensing device, characterized in that output to (b). 제1 항, 제2항 또는 제 5항 중 어느 하나의 전압센싱장치를 포함하는 전압 균등화 장치에 있어서,
상기 전압 균등화 장치는,
상기 각 배터리의 제1극 및 제2극이 각각 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 연결되는 충방전 Capacitor(C1); 및
상기 전압센싱장치의 전압센싱단자로부터 입력된 신호로부터 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압을 검출하여 검출된 배터리의 배터리 스위치에 충전신호와 방전신호의 스위칭 신호를 발생시키는 충방전 신호 발생부;
를 포함하되,
상기 충방전 신호 발생부의 가장 높은 전압에 의해 발생된 방전신호에 의해 해당하는 단의 배터리 스위치를 On으로 제어하여 상기 충방전 Capacitor(C1)에 배터리 에너지를 저장하고,
상기 충방전 신호 발생부의 가장 낮은 전압에 의해 발생된 방전신호에 의해 해당하는 단의 배터리 스위치를 On으로 제어하여 상기 충방전 Capacitor(C1)에 저장된 에너지를 해당하는 단의 배터리로 충전하는 것을 특징으로 하는 전압 균등화 장치.
In the voltage equalization device comprising the voltage sensing device of any one of claims 1, 2 or 5,
The voltage equalization device,
A charge/discharge capacitor (C1) in which the first and second electrodes of each battery are connected by a pair of battery switches, respectively; And
A charge/discharge signal generator configured to detect a highest voltage and a lowest voltage from a signal input from a voltage sensing terminal of the voltage sensing device and generate a switching signal of a charge signal and a discharge signal to a battery switch of the detected battery;
Including,
By controlling the battery switch of the corresponding stage to On by the discharge signal generated by the highest voltage of the charge/discharge signal generator, the battery energy is stored in the charge/discharge capacitor (C1),
By controlling the battery switch of the corresponding stage to On by the discharge signal generated by the lowest voltage of the charge/discharge signal generator, the energy stored in the charge/discharge capacitor (C1) is charged with the battery of the corresponding stage. Voltage equalization device.
 제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 하나의 전압센싱장치를 이용하여, 복수의 단이 직렬로 접속된 배터리가 각각 m 개의 모듈 군으로 구분되어 전압 균등화를 수행하는 전압 균등화장치에 있어서,
상기 전압 균등화장치는,
상기 m 개의 모듈 중, k번째 모듈의 각 배터리의 제1극 및 제2극이 각각 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 연결되는 제k 충방전 Capacitor(Ck);
상기 m 개의 모듈 중 상기 k번째 모듈과 연결되는 k+1번째 모듈의 각 배터리의 제1극 및 제2극이 각각 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 연결되는 제k+1 충방전 Capacitor(Ck+1), - 상기 k번째 모듈과 k+1번째 모듈의 경계에 접하는 배터리는 상기 제k 충방전 Capacitor(Ck)와 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 병렬로 연결된 뿐 아니라 상기 제k+1 충방전 Capacitor(Ck+1)와도 한 쌍의 배터리 스위치에 의해 병렬로 연결되는 것을 특징으로 함- ;
상기 전압센싱장치의 전압센싱단자로부터 입력된 신호로부터 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압을 검출하여 검출된 배터리의 배터리 스위치에 충전신호와 방전신호의 스위칭 신호를 발생시키는 충방전 신호 발생부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 균등화 장치.
In the voltage equalization device for performing voltage equalization by using the voltage sensing device of any one of claims 1, 2, or 5, batteries having a plurality of stages connected in series are divided into m module groups, respectively, ,
The voltage equalization device,
A k-th charge/discharge capacitor (Ck) in which the first and second electrodes of each battery of the k-th module are connected by a pair of battery switches, among the m modules;
Of the m modules, the first and second poles of each battery of the k+1th module connected to the kth module are respectively k+1th charge/discharge capacitors (Ck+1) connected by a pair of battery switches. ),-The battery in contact with the boundary between the kth module and the k+1th module is connected in parallel by the kth charge/discharge capacitor (Ck) and a pair of battery switches, as well as the k+1th charge/discharge capacitor ( Ck+1) is also connected in parallel by a pair of battery switches
A charge/discharge signal generator configured to detect a highest voltage and a lowest voltage from a signal input from a voltage sensing terminal of the voltage sensing device and generate a switching signal of a charge signal and a discharge signal to a battery switch of the detected battery; Voltage equalization device comprising a.
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