KR102339032B1 - Bi-directional charger circuit - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a bi-directional charger circuit capable of efficiently charging a battery of a wide voltage range with a low output battery charger, wherein the bi-directional charger circuit comprises: a load (100); at least two or more batteries connected in series to the load (100); a switch box (300) installed between the load (100) and the battery; a voltage sensing part that measures a voltage of the entire battery connected in series with each other; and a control part that differently controls the switch box (300) according to the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing part.

Description

양방향 충전기 회로{Bi-directional charger circuit}Bi-directional charger circuit

본 발명은 양방향 충전기 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a bidirectional charger circuit.

특허문헌 001은 전기 차량에 있어서, 섀시, 상기 섀시에 동작 가능하게 결합된 3개 이상의 바퀴, 상기 3개 이상의 바퀴에 동작 가능하게 결합된 하나 이상의 전기 모터, 상기 하나 이상의 모터에 동작 가능하게 결합된 하나 이상의 지능형 모듈식 배터리 팩 및 상기 하나 이상의 배터리 팩 및 상기 하나 이상의 모터에 동작 가능하게 결합된 제어 시스템에 관한 것으로, 전기 차량에서도 메인 배터리와 보조 배터리 사이의 양방향 충전에 따른 회로가 구비된다는 점에서, 본 밤령과 관련이 있다.Patent Document 001 discloses, in an electric vehicle, a chassis, three or more wheels operatively coupled to the chassis, one or more electric motors operatively coupled to the three or more wheels, and operatively coupled to the one or more motors. It relates to one or more intelligent modular battery packs and a control system operatively coupled to the one or more battery packs and the one or more motors, in that an electric vehicle is also provided with a circuit according to bidirectional charging between a main battery and an auxiliary battery. , is related to the Bonn Night Spirit.

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KR 10-2020-0135399 A1 (2020년12월02일)KR 10-2020-0135399 A1 (December 02, 2020)

본 발명은 낮은 출력의 배터리 충전기로 넓은 전압 범위의 배터리를 효율적으로 충전시킬 수 있는 양방향 충전기 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a bidirectional charger circuit capable of efficiently charging a battery in a wide voltage range with a low output battery charger.

종래발명들의 문제점을 해결하기 위한 양방향 충전기 회로에 관한 발명이며, 부하(100), 상기 부하(100)에 직렬로 연결되는 적어도 두 개 이상의 배터리, 상기 부하(100)와 상기 배터리 사이에 설치되는 스위치 박스(300), 서로 직렬로 연결된 상기 배터리 전체의 전압을 측정하는 전압 센싱부 및 상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압에 따라 상기 스위치 박스(300)를 달리 제어하는 제어부를 한다.The invention relates to a two-way charger circuit for solving the problems of the prior inventions, a load 100, at least two or more batteries connected in series to the load 100, and a switch installed between the load 100 and the battery A box 300, a voltage sensing unit measuring the voltage of the entire battery connected in series, and a control unit controlling the switch box 300 differently according to the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit.

본 발명은 양방향 충전기 회로에 관한 발명이며, 상기 부하(100)에 연결되되, 서로 직렬로 연결되는 제1 배터리(210);와 제2 배터리(220)를 포함하고, 상기 스위치 박스(300)는, 상기 제1배터리(210)와 상기 부하(100)의 양극 단자 사이에 설치되는 제1스위치(SW1), 상기 제2배터리(220)와 상기 부하(100)의 음극 단자 사이에 설치되는 제2스위치(SW2), 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 사이 노드와 상기 부하(100)의 양극 단자 사이에 설치되는 제3스위치(SW3) 및 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 사이 노드와 상기 부하(100)의 음극 단자 사이에 설치되는 제4스위치(SW4)를 포함한다.The present invention relates to a two-way charger circuit, and includes a first battery 210 connected to the load 100 and connected in series with each other; and a second battery 220, wherein the switch box 300 includes , a first switch SW1 installed between the first battery 210 and the positive terminal of the load 100 , and a second switch SW1 installed between the second battery 220 and the negative terminal of the load 100 . A switch SW2, a third switch SW3 installed between a node between the first battery 210 and the second battery 220, and the positive terminal of the load 100, and the first battery 210, and and a fourth switch SW4 installed between the node between the second battery 220 and the negative terminal of the load 100 .

본 발명은 양방향 충전기 회로에 관한 발명이며, 상기 제어부는, 상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압이 제1기준치 이상, 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치 미만일 경우, 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제2스위치(SW2)는 ON시키고, 상기 제3스위치(SW3)와 상기 제4스위치(SW4)는 OFF시켜 상기 제1배터리(210)와 상기 제2배터리(220)를 상기 부하(100)에 연결시키고, 상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압이 상기 제2기준치 이상, 상기 제2기준치보다 높은 제3기준치 미만일 경우, 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제4스위치(SW4)는 소정 시간동안 ON과 OFF를 반복하고, 상기 제2스위치(SW2)와 상기 제3스위치(SW3)는 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제4스위치(SW4)와 서로 교번으로 ON과 OFF를 반복하여, 상기 제1배터리(310) 및 상기 제2배터리(320) 중 어느 하나만을 상기 부하(100)에 연결한다.The present invention relates to a two-way charger circuit, wherein the control unit, when the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit is greater than or equal to a first reference value and less than a second reference value higher than the first reference value, the first switch ( SW1) and the second switch SW2 are turned ON, and the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned OFF to load the first battery 210 and the second battery 220 into the load. (100), when the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit is greater than or equal to the second reference value and less than a third reference value higher than the second reference value, the first switch SW1 and the fourth switch (SW4) repeats ON and OFF for a predetermined time, and the second switch (SW2) and the third switch (SW3) are alternately turned on with the first switch (SW1) and the fourth switch (SW4) and OFF are repeated to connect only one of the first battery 310 and the second battery 320 to the load 100 .

본 발명은 양방향 충전기 회로에 관한 발명이며, 상기 제1기준치는, 상기 제1배터리(210) 또는 상기 제2배터리(220)의 공칭전압을 기준으로 소정 범위 내의 전압이고,The present invention relates to a two-way charger circuit, wherein the first reference value is a voltage within a predetermined range based on the nominal voltage of the first battery 210 or the second battery 220,

상기 제2기준치는, 상기 공칭전압의 두 배를 기준으로 소정 범위 내의 전압이다.The second reference value is a voltage within a predetermined range based on twice the nominal voltage.

본 발명은 양방향 충전기 회로에 관한 발명이며, 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 중 어느 하나만이 상기 부하(100)에 연결되면, 상기 부하(100)에 연결된 배터리가 기준시간동안 충전 또는 방전되는 전력량을 센싱하는 충방전 센싱부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 충방전 센싱부의 센싱값을 이용해 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220)의 출력전압 오차가 소정 범위 이내가 되도록 상기 제1스위치(SW1), 상기 제2스위치(SW2), 상기 제3스위치(SW3) 및 상기 제4스위치(SW4)의 ON 및 OFF 간격을 조절한다.The present invention relates to a bidirectional charger circuit, and when only one of the first battery 210 and the second battery 220 is connected to the load 100, the battery connected to the load 100 is and a charging/discharging sensing unit for sensing the amount of electric power being charged or discharged during the operation, wherein the control unit determines an output voltage error of the first battery 210 and the second battery 220 using the sensing value of the charging/discharging sensing unit. The ON and OFF intervals of the first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, and the fourth switch SW4 are adjusted to be within the range.

본 발명은 양방향 충전기 회로에 관한 발명이며, 상기 부하(100)는, 충전부하 및 방전부하 중 어느 하나이다.The present invention relates to a bidirectional charger circuit, and the load 100 is any one of a charging load and a discharging load.

본 발명은 양방향 충전기 회로에 관한 발명이며, 상기 제어부는, 상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압에 따라 상기 배터리 전체를 상기 부하(100)에 연결하거나, 상기 배터리 전체 중 하나를 상기 부하(100)에 연결하도록 상기 스위치 박스(300)를 제어한다.The present invention relates to a bidirectional charger circuit, wherein the control unit connects the entire battery to the load 100 according to the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit, or connects one of the entire batteries to the load Control the switch box 300 to connect to (100).

본 발명에 의한 양방향 충전기 회로는, 전압 센싱부에서 센싱되는 배터리 전체의 전압이 낮으면 배터리 전체를 충전부하에 연결해 배터리를 전체적으로 충전하거나, 배터리 전체의 전압이 상대적으로 높으면 배터리들 중 어느 하나를 충전부하에 연결해 특정 배터리만을 충전하므로, 상대적으로 낮은 전압 규격의 충전기를 이용하여 높은 전압 규격의 배터리를 충전할 수 있는 효과가 있다.In the two-way charger circuit according to the present invention, when the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit is low, the entire battery is connected to the charging load to charge the battery as a whole, or when the overall voltage of the battery is relatively high, any one of the batteries is charged Since it connects to a load and charges only a specific battery, there is an effect that a battery of a high voltage standard can be charged using a charger of a relatively low voltage standard.

본 발명에 의한 양방향 충전기 회로는, 배터리 전체의 전압이 상대적으로 높을 때, 다수개의 배터리를 순차적으로 부하에 연결하여 배터리를 개별적으로 충방전시키므로, 배터리간의 전압레벨을 유사하게 유지하면서 배터리를 충방전시킬 수 있는 효과가 있다.The two-way charger circuit according to the present invention charges and discharges batteries while maintaining similar voltage levels between the batteries by sequentially connecting a plurality of batteries to a load when the voltage of the entire battery is relatively high and charging and discharging the batteries individually. There is an effect that can make it happen.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 양방향 충전기 회로의 블록도.
도 2는 본 발명의 부하(100)가 충전부하일 때의 양방향 충전기 회로의 블록도.
도 3은 본 발명의 부하(100)가 방전부하일 때의 양방향 충전기 회로의 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 양방향 충전기 회로의 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 양방향 충전기 회로의 제1배터리와 제2배터리가 부하에 연결된 상태의 블록도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 양방향 충전기 회로의 제1배터리만 부하에 연결된 상태의 블록도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 양방향 충전기 회로의 제2배터리만 부하에 연결된 상태의 블록도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 양방향 충전기 회로가 LCC 회로에 적용된 상태의 회로도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 양방향 충전기 회로의 블록도.1 is a block diagram of a bidirectional charger circuit in accordance with various embodiments of the present invention;
2 is a block diagram of a bidirectional charger circuit when the load 100 of the present invention is a charging load.
3 is a block diagram of a bidirectional charger circuit when the load 100 of the present invention is a discharge load.
4 is a block diagram of a bidirectional charger circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of a state in which a first battery and a second battery are connected to a load of a bidirectional charger circuit according to an embodiment of the present invention;
6 is a block diagram of a state in which only the first battery of the bidirectional charger circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a load.
7 is a block diagram of a state in which only the second battery of the bidirectional charger circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a load.
8 is a circuit diagram of a state in which the bidirectional charger circuit according to an embodiment of the present invention is applied to the LCC circuit.
9 is a block diagram of a bidirectional charger circuit according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described in detail in order to explain in detail enough that a person of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention.

아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.The numbers cited in the examples below are not limited only to the objects of reference, and may be applied to all examples. An object that exhibits the same purpose and effect as the configuration presented in the embodiment corresponds to an equivalent replacement object. The higher-level concept presented in the examples includes sub-concept objects that are not described.

(실시예 1-1) 본 발명인 양방향 충전기 회로는, 부하(100), 상기 부하(100)에 직렬로 연결되는 적어도 두 개 이상의 배터리, 상기 부하(100)와 상기 배터리 사이에 설치되는 스위치 박스(300), 서로 직렬로 연결된 상기 배터리 전체의 전압을 측정하는 전압 센싱부 및 상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압에 따라 상기 스위치 박스(300)를 달리 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 부하(100)는 충전부하 또는 방전부하이다.(Embodiment 1-1) The bidirectional charger circuit of the present invention includes a load 100, at least two batteries connected in series to the load 100, and a switch box installed between the load 100 and the battery ( 300), a voltage sensing unit for measuring the voltage of the entire battery connected in series, and a control unit for differently controlling the switch box 300 according to the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit, the load (100) is a charging load or a discharging load.

최근 전기자동차에서 항속거리의 확보를 위해 배터리 전압을 향상시키고 있는 추세이다. 다만, 현재 전기자동차에 사용되고 있는 배터리 전체를 전압이 향상된 배터리로 대체되는 것이 아니기 때문에, 사용되고 있는 배터리 자체는 전압이 향상되기 이전의 상대적으로 낮은 전압의 배터리와, 전압이 향상된 높은 전압의 배터리가 모두 사용되고 있다. 따라서 전기자동차의 탑재형 충전기는 전압이 낮은 배터리와, 전압이 높은 배터리를 모두 충전할 수 있어야 한다. 설명의 편의를 위해, 낮은 전압의 배터리를 400V라고 하고, 높은 전압의 배터리를 900V라 한다.Recently, there is a trend to improve the battery voltage in order to secure a cruising distance in an electric vehicle. However, since the entire battery currently used in electric vehicles is not replaced with a battery with improved voltage, the battery being used includes both a battery with a relatively low voltage before the voltage increase and a battery with a high voltage with an improved voltage. is being used Therefore, the on-board charger of an electric vehicle must be able to charge both a battery with a low voltage and a battery with a high voltage. For convenience of description, a low voltage battery is referred to as 400V, and a high voltage battery is referred to as 900V.

전기자동차 탑재형 충전기가 400V 배터리와 900V 배터리를 모두 충전하려면, 충전 전압 범위가 200~900V까지 매우 넓어지게 되어, 탑재형 충전기의 전력 변환효율이 낮을 수밖에 없는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서는, 전기자동차 탑재형 충전기에서 절연형 컨버터와 배터리 사이에 전압을 완충하는 포스트 레귤레이터(Post-regulator)가 필요하나, 이는 충전기를 작게 제작하는데 있어서 불리한 요소이며, 경제성 또한 나빠지게 되며, 따라서 종래 400V기반의 전기자동차 탑재형 충전기로 900V의 고전압 배터리를 고효율, 고전력밀도를 유지하면서 충전시키고, 더 나아가 고전압 배터리를 방전시킬 수 있는 일종의 양방향 전력흐름을 지원할 필요가 있다.In order for an electric vehicle onboard charger to charge both a 400V battery and a 900V battery, the charging voltage range becomes very wide from 200 to 900V, so there is a problem in that the power conversion efficiency of the onboard charger is inevitably low. In order to solve this problem, a post-regulator that buffers the voltage between the insulated converter and the battery in the electric vehicle-mounted charger is required, but this is a disadvantage in making the charger small and economical also deteriorates, Therefore, it is necessary to support a kind of bidirectional power flow that can charge a 900V high-voltage battery while maintaining high efficiency and high power density with a conventional 400V-based electric vehicle-mounted charger, and furthermore, discharge the high-voltage battery.

기존의 LCC 충전기는 순방향 전력전달시 벅(Buck)/부스트(Boost) 특성을 가지고 있어, 배터리 충전기 응용에 적합했으나, 역방향 전력전달시 벅 특성만을 가지고 있어, 양방향 충전기 응용에서는 사용하기 곤란했다. 본 발명의 부하(100)가 충전부하일 때, 상기 충전부하는 계통(10)에 연결된 전기자동차의 탑재형 충전기(On Board Charger, 20)일 수 있으며, 부하(100)가 방전부하일 때, 상기 방전부하는 전기자동차에 포함되는 다양한 장치들, 예를 들어 전기모터(30), 헤드라이트(40), 각종 센서(50)들과 같이 전력을 소모하는 장치일 수 있다. 부하(100)가 충전부하일 때, 전력은 계통에서 배터리로 전달되며, 부하(100)가 방전부하일 때, 전력은 배터리에서 전기자동차 내의 다양한 장치들에 전달된다. 즉, 부하(100)의 종류가 달라짐에 따라 전력은 양방향으로 전달된다. 본 발명의 배터리는 서로 연결된 다수개의 배터리 셀들이 연결된 배터리 모듈 또는 다수개의 배터리 모듈이 연결된 배터리 팩을 의미할 수 있으며, 하나의 배터리는 수십~수백V의 공칭전압을 가질 수 있다.Existing LCC chargers have buck/boost characteristics during forward power transfer and are suitable for battery charger applications, but have only buck characteristics during reverse power transfer, making it difficult to use in bi-directional charger applications. When the load 100 of the present invention is a charging load, the charging load may be an on-board charger (20) of an electric vehicle connected to the system 10, and when the load 100 is a discharging load, the The discharge load may be a device that consumes power, such as various devices included in the electric vehicle, for example, the electric motor 30 , the headlight 40 , and various sensors 50 . When the load 100 is a charging load, electric power is transferred from the system to the battery, and when the load 100 is a discharge load, electric power is transferred from the battery to various devices in the electric vehicle. That is, as the type of the load 100 changes, power is transferred in both directions. The battery of the present invention may refer to a battery module to which a plurality of battery cells connected to each other are connected or a battery pack to which a plurality of battery modules are connected, and one battery may have a nominal voltage of several tens to several hundreds of V.

스위치 박스(300)는 다수개의 스위치를 포함하여 구성되며, 스위치 박스(300)에 포함되는 다수개의 스위치는 각각이 ON 또는 OFF되어, 배터리 전체를 부하(100)에 연결하거나, 배터리 전체 중 일부를 부하(100)에 연결해, 상대적으로 낮은 출력전압을 기반으로 하는 전기자동차 탑재형 충전기로 배터리들을 충전하거나, 배터리에 저장된 전력을 다양한 장치들에 전달할 수 있다.The switch box 300 is configured to include a plurality of switches, and each of the plurality of switches included in the switch box 300 is ON or OFF, and connects the entire battery to the load 100, or a part of the entire battery. By connecting to the load 100, it is possible to charge the batteries with an electric vehicle-mounted charger based on a relatively low output voltage, or to deliver the power stored in the battery to various devices.

제어부는 일종의 마이크로프로세서와 같은 전자소자로 구현될 수 있으며, 전압 센싱부로부터 배터리 전체의 전압정보를 획득하기 위해, 제어부와 전압 센싱부는 신호를 수신할 수 있도록 연결될 수 있다. 특정 구간의 전압을 센싱하는 회로는 공지된 기술이므로, 전압 센싱부에 대한 설명은 생략한다.The control unit may be implemented as an electronic device such as a kind of microprocessor, and in order to obtain voltage information of the entire battery from the voltage sensing unit, the control unit and the voltage sensing unit may be connected to receive a signal. Since a circuit for sensing a voltage in a specific section is a known technology, a description of the voltage sensing unit will be omitted.

(실시예 1-2) 본 발명인 양방향 충전기 회로는, 실시예 1-1에 있어서, 상기 부하(100)에 연결되되, 서로 직렬로 연결되는 제1배터리(210)와 제2배터리(220)를 포함하고, 상기 스위치 박스(300)는, 상기 제1배터리(210)와 상기 부하(100)의 양극 단자 사이에 설치되는 제1스위치(SW1), 상기 제2배터리(220)와 상기 부하(100)의 음극 단자 사이에 설치되는 제2스위치(SW2), 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 사이 노드와 상기 부하(100)의 양극 단자 사이에 설치되는 제3스위치(SW3) 및 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 사이 노드와 상기 부하(100)의 음극 단자 사이에 설치되는 제4스위치(SW4)를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압이 제1기준치 이상, 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치 미만일 경우, 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제2스위치(SW2)는 ON시키고, 상기 제3스위치(SW3)와 상기 제4스위치(SW4)는 OFF시켜 상기 제1배터리(210)와 상기 제2배터리(220)를 상기 부하(100)에 연결시키고, 상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압이 상기 제2기준치 이상, 상기 제2기준치보다 높은 제3기준치 미만일 경우, 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제4스위치(SW4)는 소정 시간동안 ON과 OFF를 반복하고, 상기 제2스위치(SW2)와 상기 제3스위치(SW3)는 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제4스위치(SW4)와 서로 교번으로 ON과 OFF를 반복하여, 상기 제1배터리(310) 및 상기 제2배터리(320) 중 어느 하나만을 상기 부하(100)에 연결한다.(Embodiment 1-2) In the bidirectional charger circuit of the present invention, in Embodiment 1-1, the first battery 210 and the second battery 220 are connected to the load 100 and connected in series to each other. The switch box 300 includes a first switch SW1 installed between the positive terminal of the first battery 210 and the load 100 , the second battery 220 and the load 100 . ) of the second switch SW2 installed between the negative terminals of the third switch SW3 installed between the node between the first battery 210 and the second battery 220 and the positive terminal of the load 100 . ) and a fourth switch SW4 installed between the node between the first battery 210 and the second battery 220 and the negative terminal of the load 100 , wherein the control unit includes the voltage sensing unit When the voltage of the entire battery sensed in is greater than or equal to a first reference value and less than a second reference value higher than the first reference value, the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on, and the third switch ( SW3) and the fourth switch SW4 are turned OFF to connect the first battery 210 and the second battery 220 to the load 100, and the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit When the second reference value or more and less than a third reference value higher than the second reference value, the first switch SW1 and the fourth switch SW4 repeat ON and OFF for a predetermined time, and the second switch ( SW2) and the third switch SW3 alternately turn ON and OFF with the first switch SW1 and the fourth switch SW4, and the first battery 310 and the second battery ( 320) is connected to the load 100.

스위치 박스(300)에 포함되는 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4)는 앞서 설명했던 제1배터리(210)와 제2배터리(220) 모두를 부하(100)에 연결하거나, 제1배터리(210)와 제2배터리(220) 중 어느 하나만을 부하(100)에 연결하기 위해 구성된다.The first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, and the fourth switch SW4 included in the switch box 300 includes the first battery 210 and the second battery (SW4) described above. 220 ) are all connected to the load 100 , or only one of the first battery 210 and the second battery 220 is connected to the load 100 .

제어부에서 스위치 박스(300)에 포함되는 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3) 및 제4스위치(SW4) 각각을 제어하는 기준이 되는 제1기준치, 제2기준치는 제1배터리(210) 및 제2배터리(220) 중 어느 하나의 공칭전압에 따라 달라질 수 있다. 제1배터리(210)와 제2배터리(220)는 동일한 규격의 배터리일 수 있으며, 제1배터리(210)의 공칭전압이 360V라고 할 때, 제1기준치는 360V일 수 있으며, 제2기준치는 360V의 두 배인 720V일 수 있다. 제3기준치는 제2기준치보다 높고, 서로 직렬로 연결된 제1배터리(210) 및 제2배터리(220)의 만충전압으로 결정될 수 있으며, 본 실시예에서 제3기준치는 900V일 수 있다. 배터리의 센싱전압이 720V이상, 900V 미만이면, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)는 ON될 때, 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)는 OFF되며, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)가 OFF될 때, 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)는 ON된다. 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3), 제4스위치(330) 각각이 ON/OFF되는 시간간격은 동일하며, 이를 통해 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)가 ON되고, 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)가 OFF되는 경우에는 제1배터리(210)가 부하(100)에 연결되고, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)가 OFF되고, 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)가 ON되는 경우에는 제2배터리(220)가 부하(100)에 연결된다. 따라서, 제1배터리(210)와 제2배터리(220)는 서로 전압 오차가 소정 범위 내에서 충전 또는 방전된다.A first reference value, a second reference value for controlling each of the first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, and the fourth switch SW4 included in the switch box 300 in the control unit The reference value may vary depending on the nominal voltage of any one of the first battery 210 and the second battery 220 . The first battery 210 and the second battery 220 may be batteries of the same standard, and when the nominal voltage of the first battery 210 is 360V, the first reference value may be 360V, and the second reference value is It can be 720V, which is twice as much as 360V. The third reference value is higher than the second reference value and may be determined by the full charge pressures of the first battery 210 and the second battery 220 connected in series with each other. In this embodiment, the third reference value may be 900V. When the sensing voltage of the battery is 720V or more and less than 900V, when the first switch SW1 and the fourth switch SW4 are turned on, the second switch SW2 and the third switch SW3 are turned off, and the first switch When SW1 and the fourth switch SW4 are turned off, the second switch SW2 and the third switch SW3 are turned on. The first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, and the fourth switch 330 each have the same ON/OFF time interval, and through this, the first switch SW1 and the fourth switch 330 are the same. When the switch SW4 is turned on and the second switch SW2 and the third switch SW3 are turned off, the first battery 210 is connected to the load 100 and the first switch SW1 and the fourth switch SW3 are turned off. When the switch SW4 is turned off and the second switch SW2 and the third switch SW3 are turned on, the second battery 220 is connected to the load 100 . Accordingly, the first battery 210 and the second battery 220 are charged or discharged with a voltage error within a predetermined range.

(실시예 1-3) 본 발명인 양방향 충전기 회로는, 실시예 1-2에 있어서, 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 중 어느 하나만이 상기 부하(100)에 연결되면, 상기 부하(100)에 연결된 배터리가 기준시간동안 충전 또는 방전되는 전력량을 센싱하는 충방전 센싱부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 충방전 센싱부의 센싱값을 이용해 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220)의 출력전압 오차가 소정 범위 이내가 되도록 상기 제1스위치(SW1), 상기 제2스위치(SW2), 상기 제3스위치(SW3) 및 상기 제4스위치(SW4)의 ON 및 OFF 간격을 조절한다.(Embodiment 1-3) In the bidirectional charger circuit of the present invention, in Embodiment 1-2, when only one of the first battery 210 and the second battery 220 is connected to the load 100, and a charge/discharge sensing unit for sensing the amount of electric power that the battery connected to the load 100 is charged or discharged for a reference time, and the control unit includes the first battery 210 and the second battery using the sensing value of the charge/discharge sensing unit. Turn ON and OFF of the first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3 and the fourth switch SW4 so that the output voltage error of the battery 220 is within a predetermined range. Adjust the spacing.

제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3), 제4스위치(330) 각각이 ON/OFF되는 시간간격은 제1배터리(210)와 제2배터리(220)의 출력전압 오차가 소정 범위를 벗어나지 않도록 결정될 수 있다. 소정 범위는 서로 동일한 규격의 제1배터리(210) 및 제2배터리(220) 중 한 배터리의 만충전압을 기준으로 결정될 수 있으며, 기준 시간 동안 충전 또는 방전되는 전력량에 따라 달라질 수 있다. 따라서 제어부는 충방전 센싱부에서 센싱되는 기준 시간동안 배터리의 충전 또는 방전되는 전력량에 따라 제1배터리(210)와 제2배터리(220)가 ON 및 OFF되는 시간간격을 조절해, 제1배터리(210) 및 제2배터리(220)의 전압이 비슷하게 유지되도록 할 수 있다.The first switch (SW1), the second switch (SW2), the third switch (SW3), the fourth switch (330), each of the ON/OFF time interval is the first battery (210) and the second battery (220) It may be determined so that the output voltage error does not deviate from a predetermined range. The predetermined range may be determined based on the full charge pressure of one of the first battery 210 and the second battery 220 having the same standard, and may vary depending on the amount of power charged or discharged during the reference time. Therefore, the control unit adjusts the time interval in which the first battery 210 and the second battery 220 are turned ON and OFF according to the amount of power to be charged or discharged during the reference time sensed by the charge/discharge sensing unit, the first battery ( 210) and the voltage of the second battery 220 may be maintained to be similar.

(실시예 1-4) 본 발명인 양방향 충전기 회로는, 실시예 1-2에 있어서, 상기 제1기준치는, 상기 제1배터리(210) 또는 상기 제2배터리(220)의 공칭전압을 기준으로 소정 범위 내의 전압이고, 상기 제2기준치는, 상기 공칭전압의 두 배를 기준으로 소정 범위 내의 전압으로 결정된다. 앞서 제1배터리(210) 및 제2배터리(220) 각각의 공칭전압을 360V라고 기재하였으나, 제1기준치와 제2기준치는 360V를 기준으로 결정되지 않고, 360V와 720V 각각을 기준으로 소정 범위 내의 전압으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1기준치는 360V를 기준으로 ±5% 범위내에서 결정될 수 있고, 제2기준치는 720V를 기준으로 ±5% 범위내에서 결정될 수 있다.(Embodiment 1-4) In the bidirectional charger circuit of the present invention, in Embodiment 1-2, the first reference value is predetermined based on the nominal voltage of the first battery 210 or the second battery 220 The voltage is within a range, and the second reference value is determined to be a voltage within a predetermined range based on twice the nominal voltage. Although the nominal voltage of each of the first battery 210 and the second battery 220 was previously described as 360V, the first reference value and the second reference value are not determined based on 360V, and are within a predetermined range based on 360V and 720V, respectively. voltage can be determined. For example, the first reference value may be determined within a range of ±5% based on 360V, and the second reference value may be determined within a range of ±5% based on 720V.

(실시예 2-1) 본 발명인 양방향 충전기 회로는, 실시예 1-1에 있어서, 배터리의 개수는 3개 이상이고, 스위칭 박스(300)는 배터리 전체가 부하(100)에 연결되거나, 배터리 중 적어도 하나가 부하(100)에 연결되도록 구성되는 스위치들을 포함할 수 있다.(Embodiment 2-1) In the bi-directional charger circuit of the present invention, in Embodiment 1-1, the number of batteries is three or more, and the switching box 300 has the entire battery connected to the load 100, or At least one may include switches configured to be connected to the load 100 .

본 실시예는 본 발명인 양방향 충전기 회로가 단순히 배터리가 두 개인 경우에만 국한되지 않고, 배터리가 3개 이상인 경우에도 적용되는 것을 의미한다. 제1배터리(210), 제2배터리(220), 제3배터리(230) 총 3개의 배터리가 되는 경우를 예로 들면, 스위칭 박스(300)는 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3), 제4스위치(SW4) 및 제5스위치(350)를 포함할 수 있다. 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)는 앞서 설명한 실시예 1-2의 위치와 동일하며, 제3스위치(SW3)는 제1배터리(210)와 제2배터리(220) 사이 노드와 부하(100)의 양극단자 사이에 연결되고, 제5스위치(350)는 제2배터리(220)와 제3배터리(230) 사이 노드와 부하(100)의 음극단자 사이에 연결되며, 제4스위치(SW4)는 제3스위치(SW3)와 제5스위치(350) 사이에 연결된다.This embodiment means that the present invention's two-way charger circuit is not limited to a case of simply having two batteries, but is applied even when there are three or more batteries. First battery 210 , second battery 220 , and third battery 230 , for example, when a total of three batteries are used, the switching box 300 includes a first switch SW1 and a second switch SW2 . , a third switch SW3 , a fourth switch SW4 , and a fifth switch 350 may be included. The first switch SW1 and the second switch SW2 are the same as the positions of the above-described embodiment 1-2, and the third switch SW3 is a node between the first battery 210 and the second battery 220 and Connected between the positive terminal of the load 100, the fifth switch 350 is connected between the node between the second battery 220 and the third battery 230 and the negative terminal of the load 100, the fourth switch (SW4) is connected between the third switch (SW3) and the fifth switch (350).

제1배터리(210)만 부하(100)에 연결되는 경우를 설명하면, 제1스위치(SW1), 제4스위치(SW4) 및 제5스위치(350)는 ON되고, 제2스위치(SW2) 및 제3스위치(SW3)는 OFF된다. 물론 제1배터리(210)가 부하(100)에 연결된 후에는, 제1배터리(210)가 부하(100)에 연결된 시간과 동일한 시간동안 제2배터리(220) 및 제3배터리(230) 각각이 부하(100)에 연결되도록 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 제3스위치(SW3), 제4스위치(SW4), 제5스위치(350) 각각의 ON/OFF를 제어할 수 있다.When only the first battery 210 is connected to the load 100 , the first switch SW1 , the fourth switch SW4 and the fifth switch 350 are turned on, and the second switch SW2 and The third switch SW3 is turned OFF. Of course, after the first battery 210 is connected to the load 100 , the second battery 220 and the third battery 230 are each connected for the same time as the time when the first battery 210 is connected to the load 100 . The ON/OFF of each of the first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, the fourth switch SW4, and the fifth switch 350 can be controlled to be connected to the load 100 have.

10 : 계통 20 : 탑재형 충전기
30 : 전기모터 40 : 헤드라이트
50 : 센서 100 : 부하
210 : 제1배터리 220 : 제2배터리
230 : 제3배터리 300 : 스위치 박스
SW1 : 제1스위치 SW2 : 제2스위치
SW3 : 제3스위치 SW4 : 제4스위치
SW5 : 제5스위치10: system 20: on-board charger
30: electric motor 40: headlight
50: sensor 100: load
210: first battery 220: second battery
230: third battery 300: switch box
SW1: first switch SW2: second switch
SW3: third switch SW4: fourth switch
SW5: 5th switch

Claims (7)

부하(100);
상기 부하(100)에 직렬로 연결되는 적어도 두 개 이상의 배터리;
상기 부하(100)와 상기 배터리 사이에 설치되는 스위치 박스(300);
서로 직렬로 연결된 상기 배터리 전체의 전압을 측정하는 전압 센싱부;
상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압에 따라 상기 스위치 박스(300)를 달리 제어하는 제어부;
상기 부하(100)에 연결되되, 서로 직렬로 연결되는 제1 배터리(210); 및 제2 배터리(220);를 포함하고,
상기 스위치 박스(300)는, 상기 제1배터리(210)와 상기 부하(100)의 양극 단자 사이에 설치되는 제1스위치(SW1);
상기 제2배터리(220)와 상기 부하(100)의 음극 단자 사이에 설치되는 제2스위치(SW2);
상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 사이 노드와 상기 부하(100)의 양극 단자 사이에 설치되는 제3스위치(SW3); 및
상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 사이 노드와 상기 부하(100)의 음극 단자 사이에 설치되는 제4스위치(SW4);
를 포함하는 양방향 충전기 회로.
load 100;
at least two or more batteries connected in series to the load 100;
a switch box 300 installed between the load 100 and the battery;
a voltage sensing unit measuring the voltage of the entire battery connected in series;
a control unit configured to differently control the switch box 300 according to the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit;
a first battery 210 connected to the load 100 and connected in series with each other; and a second battery 220;
The switch box 300 includes a first switch (SW1) installed between the first battery 210 and the positive terminal of the load 100;
a second switch (SW2) installed between the second battery (220) and the negative terminal of the load (100);
a third switch (SW3) installed between the node between the first battery (210) and the second battery (220) and the positive terminal of the load (100); and
a fourth switch (SW4) installed between the node between the first battery (210) and the second battery (220) and the negative terminal of the load (100);
A bidirectional charger circuit comprising a.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압이 제1기준치 이상, 상기 제1기준치보다 높은 제2기준치 미만일 경우, 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제2스위치(SW2)는 ON시키고, 상기 제3스위치(SW3)와 상기 제4스위치(SW4)는 OFF시켜 상기 제1배터리(210)와 상기 제2배터리(220)를 상기 부하(100)에 연결시키고,
상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압이 상기 제2기준치 이상, 상기 제2기준치보다 높은 제3기준치 미만일 경우, 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제4스위치(SW4)는 소정 시간동안 ON과 OFF를 반복하고, 상기 제2스위치(SW2)와 상기 제3스위치(SW3)는 상기 제1스위치(SW1)와 상기 제4스위치(SW4)와 서로 교번으로 ON과 OFF를 반복하여, 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 중 어느 하나만을 상기 부하(100)에 연결하는 양방향 충전기 회로.
According to claim 1,
The control unit is
When the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit is greater than or equal to the first reference value and less than a second reference value higher than the first reference value, the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on, and the The third switch SW3 and the fourth switch SW4 are turned OFF to connect the first battery 210 and the second battery 220 to the load 100,
When the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit is greater than or equal to the second reference value and less than a third reference value higher than the second reference value, the first switch SW1 and the fourth switch SW4 operate for a predetermined time. ON and OFF are repeated, and the second switch SW2 and the third switch SW3 are alternately ON and OFF with the first switch SW1 and the fourth switch SW4. A bidirectional charger circuit for connecting only one of the first battery 210 and the second battery 220 to the load 100 .
 제3항에 있어서,
상기 제1기준치는, 상기 제1배터리(210) 또는 상기 제2배터리(220)의 공칭전압을 기준으로 소정 범위 내의 전압이고,
상기 제2기준치는, 상기 공칭전압의 두 배를 기준으로 소정 범위 내의 전압인 양방향 충전기 회로.
4. The method of claim 3,
The first reference value is a voltage within a predetermined range based on the nominal voltage of the first battery 210 or the second battery 220,
The second reference value is a voltage within a predetermined range based on twice the nominal voltage.
 제3항에 있어서,
상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220) 중 어느 하나만이 상기 부하(100)에 연결되면, 상기 부하(100)에 연결된 배터리가 기준시간동안 충전 또는 방전되는 전력량을 센싱하는 충방전 센싱부;
를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 충방전 센싱부의 센싱값을 이용해 상기 제1배터리(210) 및 상기 제2배터리(220)의 출력전압 오차가 소정 범위 이내가 되도록 상기 제1스위치(SW1), 상기 제2스위치(SW2), 상기 제3스위치(SW3) 및 상기 제4스위치(SW4)의 ON 및 OFF 간격을 조절하는 양방향 충전기 회로.
4. The method of claim 3,
When only one of the first battery 210 and the second battery 220 is connected to the load 100 , the battery connected to the load 100 senses the amount of power charged or discharged during a reference time. sensing unit;
including,
The control unit may include the first switch SW1 and the second switch so that the output voltage error of the first battery 210 and the second battery 220 is within a predetermined range using the sensing value of the charge/discharge sensing unit. (SW2), a bidirectional charger circuit for adjusting the ON and OFF intervals of the third switch (SW3) and the fourth switch (SW4).
 제1항에 있어서,
상기 부하(100)는, 충전부하 및 방전부하 중 어느 하나인 양방향 충전기 회로.
According to claim 1,
The load 100 is a bidirectional charger circuit that is any one of a charging load and a discharging load.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전압 센싱부에서 센싱된 상기 배터리 전체의 전압에 따라 상기 배터리 전체를 상기 부하(100)에 연결하거나, 상기 배터리 전체 중 하나를 상기 부하(100)에 연결하도록 상기 스위치 박스(300)를 제어하는 양방향 충전기 회로.According to claim 1,
The control unit is
Controlling the switch box 300 to connect the entire battery to the load 100 or to connect one of the entire batteries to the load 100 according to the voltage of the entire battery sensed by the voltage sensing unit Bi-directional charger circuit.
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