KR102639659B1 - 배터리 시스템 - Google Patents

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Abstract

제1 배터리와 부하 사이에 연결된 역전압 보호회로를 포함하는 배터리 시스템으로서, 상기 보호회로는, 상기 제1배터리에 연결된 드레인, 부하에 연결된 소스, 제3 트랜지스터 콜렉터에 연결된 제1 트랜지스터; 상기 제1 배터리와 상기 제3트랜지스터의 베이스 사이에 연결된 다이오드부; 상기 제1 트랜지스터의 소스에 연결된 에미터, 상기 다이오드부에 연결된 베이스, 및 제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 콜렉터를 포함하는 제3 트랜지스터; 및 상기 제1 트랜지스터의 소스와 상기 제3 트랜지스터 콜렉터 사이에 연결된 제너다이오드를 포함하고, 상기 제1 배터리 측의 제1 전압이 상기 부하 측의 제2 전압보다 낮은 경우, 상기 제3트랜지스터를 동작시킬 수 있는 초기 전압을 유지하는 제1 커패시터, 및 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 역전압 전류 경로가 형성된다.

Description

배터리 시스템{BATTERY SYSTEM}
본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 역전압으로부터 배터리를 보호하는 시스템에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심으로 인해 환경문제가 이슈화되면서, 환경 문제에 큰 영향을 끼치는 화석연료를 대체할 수 있는 친환경적 신 재생 에너지에 대한 관심과 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 친환경적 신 재생 에너지원 개발에 대한 필요성이 높아지고 있다.
2차 전지는 이러한 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원 중 하나이며, 외부 전원으로 공급받은 전류가 양극과 음극 사이에서 물질의 산화ㆍ환원 반응을 일으키는 과정에서 생성된 전기를 충전하는 방식으로 반영구적 사용이 가능한 전지이다.
2차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생하지 않는다는 장점이 있다. 또한, 한 번 쓰고 버리는 1차 전지(primary battery)와 달리 2차 전지는 여러 번 충전을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 인해, 2차 전지는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle), 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS) 또는 무정전 전원 공급 장치(UPS, Uninterruptible Power Supply) 등 광범위한 분야에서 사용되고 있다.
2차 전지는 저용량을 필요로 하는 휴대 단말 등의 배터리에 사용되는 경우에는 적용되지 않을 수 있으나, 상기와 같은 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치와 같은 고용량이 있어야 하는 환경에서는 단위 2차 전지 셀(Cell)을 복수 개 접합하여 사용할 수 있다.
이와 같이 복수 개 2차 전지 셀이 접합 되어 배터리 형태로 사용되는 경우, 과전류 및 과전압 등과 같은 이상 동작으로 인해 배터리가 과열되고, 이로 인해 단위 셀이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 복수 개의 2차 전지 셀이 접합 되어 사용되는 경우 항상 개별 셀의 전압, 전류 및 온도 등의 여러 상태 정보를 측정 및 모니터링하고 단위 셀의 과충전 또는 과방전되는 것을 방지해야 한다. 또한, 외부 환경이나 비정상적인 상황에 의해서 배터리 팩 내부 회로 연결이 끊어지거나 손상될 경우에 발생할 수 있는 역전압으로부터 시스템이 손상되는 것을 방지해야 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 실시예에 따른 시스템은, 배터리에 역전압이 유입되었을 때 배터리를 보호하고, 부하가 단락(short)되었을 때 빠른 전류 감소 응답을 가지기 위함이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예는 제1 배터리와 부하 사이에 연결된 역전압 보호회로를 포함하는 배터리 시스템을 제공하고, 이러한 배터리 시스템의 상기 역전압 보호회로는, 상기 제1 배터리에 연결된 드레인, 부하에 연결된 소스, 제3 트랜지스터 콜렉터에 연결된 제1 트랜지스터; 상기 제1 배터리와 상기 제3 트랜지스터의 베이스 사이에 연결된 다이오드부; 상기 제1 트랜지스터의 소스에 연결된 에미터, 상기 다이오드부에 연결된 베이스, 및 제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 콜렉터를 포함하는 상기 제3 트랜지스터; 및 상기 제1 트랜지스터의 소스와 상기 제3 트랜지스터 콜렉터 사이에 연결된 제너다이오드를 포함하고, 상기 제1 배터리 측의 제1 전압이 상기 부하 측의 제2 전압보다 낮은 경우, 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 역전압 전류 경로가 형성된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 다이오드부는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 직렬 연결된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 역전압 보호회로는, 상기 제1 트랜지스터의 소스에 연결된 애노드 및 상기 제3 트랜지스터의 에미터에 연결된 캐소드를 포함하는 제3 다이오드를 더 포함한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 제3 다이오드는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 동작 전압의 차이를 크게하기 위한 다이오드부를 더 포함한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 역전압 보호회로는, 상기 제3 다이오드의 캐소드에 연결된 일단 및 접지에 연결된 타단을 포함하는 제1 커패시터를 더 포함한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 역전압 보호회로는, 상기 제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 캐소드 및 상기 제3 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 애노드를 포함하는 제4 다이오드를 더 포함한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 시스템은 BMS를 더 포함하고, 상기 BMS는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제어 신호를 인가하도록 구성된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 역전압 보호회로는, 상기 제2 다이오드의 캐소드와 상기 제4 다이오드의 애노드 사이에 연결된 제1 저항
을 더 포함한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 시스템은 제2 배터리를 더 포함하고, 상기 역전압 보호회로는 제5 다이오드를 더 포함하며, 상기 제5 다이오드는 상기 배터리에 연결된 애노드 및 상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 캐소드를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 제1 배터리 측의 제1 전압이 상기 제2 전압보다 낮거나, 또는 상기 제2 배터리 측의 제1 전압이 상기 제1 배터리 측의 제1 전압보다 높은 경우, 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 역전압 전류 경로가 형성된다.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 BMS는, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 누설전류를 억제하는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제어신호를 인가하도록 구성된다.
본 발명에 따른 배터리 시스템은 배터리에 역전압이 유입되었을 때 배터리를 보호하고, 부하가 단락되었을 때 빠른 전류 감소 응답을 가지는 는 효과가 있다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 시스템이다.
도 2는 실시예에 따른 역전압 보호회로의 역전압 전류 경로다.
도 3은 다른 실시예에 따른 배터리 시스템이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 역전압 보호회로의 역전압 전류 경로다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1을 참조하여, 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명한다. 도 1은 실시 예에 따른 배터리 시스템이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(1)은 배터리(10), 역전압 보호회로(20), BMS, 및 부하를 포함하고, 배터리(10)는 역전압 보호회로(20)가 포함된 BM를 통해 부하에 연결되어 있다.
배터리(10)는 BMS와 역전압 보호회로(20)에 연결되어 있다.
역전압 보호회로(20)는, 제1 내지 제3 트랜지스터(Q1, Q2, Q3), 제1 내지 제5 다이오드(D1, D2, D3, D4 D5), 제너다이오드(ZD), 제1 내지 제4 저항(R1, R2, R3, R4), 및 제1 커패시터(C1)를 포함한다.
제1 트랜지스터(Q1)는 배터리(10)와 BMS에 연결된 일단(드레인), BMS와 부하에 연결된 타단(소스), 및 제3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터(C)에 연결된 제어단을 포함한다. 제1 트랜지스터(Q1)는 PMOS FET일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 트랜지스터(Q2)는 제4 다이오드의 캐소드에 연결된 콜렉터, 제3 저항(R3)과 제4 저항(R4)의 일단에 연결된 베이스, 및 그라운드에 연결된 에미터를 포함하고, 슬립전류(sleep current)를 억제한다. 제2 트랜지스터(Q2)는 npn 트랜지스터일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 트랜지스터의 콜렉터(C)를 접지에 연결하여 사용할 수도 있다.
제3 트랜지스터(Q3)는 제3 다이오드(D3)의 캐소드에 연결된 에미터(E), 제2 다이오드의 캐소드에 연결된 베이스(B), 및 제1 트랜지스터의 제어단에 연결된 콜렉터(C)를 포함한다. 제3 트랜지스터는 pnp 트랜지스터일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)는 직렬연결되고, 제1 다이오드(D1)는 배터리(10)에 연결된 애노드(anode)와 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결된 캐소드(cathod)를 포함하고, 제2 다이오드(D2)는 제1 다이오드(D1)에 연결된 애노드와 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스(B)에 연결된 캐소드를 포함한다.
제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)는 다이오드부(31)를 형성한다.
제3 다이오드(D3)는 제1 트랜지스터(Q1)의 타단에 연결된 애노드와 제3 트랜지스터의 에미터(E)에 연결된 캐소드를 포함한다. 설명의 편의를 위해 제3 다이오드(D3)는 하나의 다이오드로 도시하였으나, 제3 다이오드(D3)에 적어도 하나의 다이오드를 직렬로 연결하여 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 차(V1-V2)에 의한 동작 전압을 크게 할 수 있다.
제4 다이오드(D4)는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 사이에 연결된 에노드와 제2 트랜지스터(Q2)의 에미터에 연결된 캐소드를 포함한다. 제4 다이오드(D4)는 쇼트(short)로 사용되어 생략될 수 있다.
제너다이오드(ZD)는 부하에 연결된 캐소드와 제1 트랜지스터(Q1)의 제어단에 연결되어 제1 트랜지스터(Q1)의 제어단에 동작 전압을 인가한다.
제1 커패시터는 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)에 연결된 일단과 접지에 연결된 타단을 포함한다. 제1 커패시터(C1)는 비정상 상태에서 소정의 시간 동안 제2 전압(V2)을 유지하여 제3 트랜지스터(Q3)의 동작 전압을 일정하게 유지시킨다.
설명의 편의를 위해, 제1 다이오드(D1)와 제1 다이오드(D1)가 다이오드부(31)를 구성하는 것으로 설명하였으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 다이오드(D1)만 다이오드부(31)를 구성하거나 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2), 및 제3 다이오드(미도시) 등 3개 이상의 다이오드가 다이오드부(31)를 구성할 수 있다. 또한, 제1 커패시터(C1)에 직렬로 연결된 복수의 커패시터를 포함할 수 있다.
다이오드부(31)는 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스(B)에 동작 전압을 인가하며, 이러한 동작 전압(V1-V2)은 다이오드부(31)의 다이오드의 개수로써 결정된다.
제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)은 직렬로 연결되어 있으며, 제1 저항(R1)은 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스(B)와 제4 다이오드(D4)의 애노드 사이에 연결되어 있다. 제2 저항(R2)은 제4 다이오드(D4)의 애노드와 제1 트랜지스터(Q1)의 제어단 사이에 연결되어있다.
BMS는 배터리(10)의 제1 전압(V1)을 측정하고, 부하 측의 제2 전압(V2)의 전압을 측정하며, 제2 전압(V2)으로 구동되고, 제2 트랜지스터(Q2)의 제어 신호(Vcc, 예를 들어 5V)를 생성한다.
이하, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 역전압 전류 경로 설명한다. 도 2는 실시예에 따른 역전압 보호회로(20)의 역전압 전류 경로다.
본 발명에서, 대기상태는 BMS에서 제어신호(Vcc)를 공급하지 않는 상태를 의미하고, 정상 상태는 BMS에서 제어신호(Vcc)를 공급하고 제1 전압(V1)이 제2 전압(V2)보다 높은 상태(V1>V2)를 의미한다. 비정상 상태는 BMS에서 제어신호(Vcc)를 공급하고 제1 전압(V1)이 제2 전압(V2)보다 낮은 상태(V1<V2)가 되는 것을 의미하나 이에 한정되는 것은 아니다.
대기상태에서, 배터리(10)의 전압이 제1트랜지스터(Q1)의 내부 다이오드(Di)를 통과하여도, BMS에서 제어신호(Vcc)를 공급하지 않으므로 제너다이오드(ZD)나 제3트랜지스터(Q3)를 통과하는 전류가 없어서 제1 트랜지스터(Q1)의 소스- 게이트 간 전압(VSG)이 0V가 되어 역전압 방지회로(20)에 의한 누설전류는 없다.
정상상태에서, 배터리(10)의 전압이 제1트랜지스터(Q1)의 내부 다이오드(Di)를 통과하고 BMS에서 하이 레벨의 제어신호(Vcc, 예를 들어 5V)를 공급하면 제너다이오드(ZD, 제너 전압=12V)에는 12V가 인가되고, 제너다이오드(ZD), 제2저항(R2), 제4 다이오드(D4), 제2트랜지스터(Q2)를 통과하는 전류경로(Lo)가 생성되고, 제1 트랜지스터(Q1)의 VSG는 제너전압(12V)과 같아진다. 따라서 제1 트랜지스터(Q1)의VSG가 문턱전압(Threshold voltage)보다 충분히 높게 되므로, Io*Io*Ron에 의해 제1 트랜지스터(Q1)에 의한 손실은 다이오드(Diode)를 사용할 때보다 손실이 적다.
비정상 상태에서, 제3 트랜지스터(Q3)는 온(on) 되어 제1 트랜지스터(Q1)가 오프(off) 되므로 제3 다이오드(D3), 제3 트랜지스터(Q3), 제2 저항(R2), 제4 다이오드(D4), 및 제2 트랜지스터(Q2)를 경유하는 역전압 전류 경로(Ro)가 형성된다.
구체적으로, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 베이스(B) 사이의 전압(VEB)은 이하의 수학식 1에 의해 계산된다.
[수학식 1]
VEB=VE-VB,
VEB=VF(D1)+VF(D2)-VF(D3)-Ron(Q1)*Io=VF-Ron(Q1)*Io,
VE=V1-Ron(Q1)*Io-VF(D3), VB=V1-VF(D1)-VF(D2)
여기에서, VEB는 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 베이스(B) 사이의 전압이고, VE는 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E) 전압, VB는 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스(B) 전압, VF 는 다이오드의 순방향 전압(forward voltage), Ron(Q1)은 제1 트랜지스터(Q1)의 온 저항(on resistance), Io는 제1 트랜지스터(Q1)에 흐르는 전류이다.
정상 상태에서, 예를 들어, 제1 전압(V1)=12V, Ron(Q1)=0.04Ω, Io=3A, VF=0.7V라고 가정한다. 수학식 1에 의해, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 베이스(B) 사이의 전압(VEB(Q3))=0.7-0.12V=0.58V가 되어, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 베이스(B) 사이의 전압(VEB(Q3))은 0.7V 미만이다. 따라서, 제3트랜지스터(Q3)는 컷오프(Cutoff) 영역에서 동작하므로 제3트랜지스터(Q3)는 오프(off)된다. 이때, 제2 전압(V2)=V1-Ron(Q1)*Io=11.88V가 된다.
또한, 비정상 상태에서, 예를 들어, 제1 전압(V1), 제2 전압(V2) 모두 12V이었다가 제1 전압(V1)이 제2 전압(V2)보다 작은 전압(예를 들어, 10V)으로 떨어지는 경우이다. 이러한 비정상 상태에서, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터 전압(VE)=V2-VF(D3)=11.88-0.7=11.18V, 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스 전압(VB)=V1-VF(D2)-F(D3)=10-0.7-0.7=8.6V가 되어 제3 트랜지스터가 온(on) 된다. 즉, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 베이스(B) 사이의 전압(VEB(Q3))은 2.58V(11.18-8.6=2.58V)가 되어 제3 트랜지스터(Q3)는 액티브 또는 포화 영역에서 동작한다(2.58V> 0.7V). 따라서, 제3 트랜지스터(Q3)는 온(on) 된다.
또한, 제1 트랜지스터(Q1)의 소스와 게이트 사이 전압(VSG)은 제3 다이오드(D3)의 순방향 전압(VF)과 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 콜렉터(C) 사이의 전압(VEC)의 합{VSG(Q1)=VF(D3)+VEC(Q3)}이고, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 콜렉터(C) 사이의 전압(VEC)은 거의 0V여서 제1 트랜지스터(Q1)의 소스와 게이트 사이 전압은 약 0.7V가 되어 제1 트랜지스터(Q1)의 문턱 전압(Threshold voltage, 2V)보다 낮게 된다. 따라서, 제1 트랜지스터(Q1)는 오프(off) 되고 제1 트랜지스터(Q1)의 내부 다이오드(Di)에 의해 역전압이 배터리(10)로 유입되지 않는다.
그러므로, 비정상 상태에서 제3 트랜지스터(Q3)가 온 되고 제1 트랜지스터(Q1)는 오프 되어 제3 다이오드(D3), 제3 트랜지스터(Q3), 제2 저항(R2), 제4 다이오드(D4), 및 제2 트랜지스터(Q2)를 경유하는 역전압 전류 경로(Ro)가 형성된다. 따라서 제2 전압(V2)으로부터 제1 전압(V1)으로의 방전이 일어나지 않고 제2 전압(V2)을 계속 유지할 수 있다. 제2 전압(V2)이 방전되는 전류를 줄이기 위해 제2 저항(R2)은 너무 작게 설정하지 않도록 한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 다른 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명한다. 도 3은 다른 실시예에 따른 배터리 시스템이고, 도 4는 다른 실시예에 따른 역전압 보호회로의 역전압 전류 경로다.
도 3을 참조하면, 배터리 시스템(2)은 제1 배터리(10a), 제2배터리(10b), 역전압 보호회로(21), BMS, 및 부하를 포함하고, 제1 배터리(10a), 제2배터리(10b)는 역전압 보호회로(21)와 BMS를 통해 부하에 연결되어 있다.
배터리 시스템(2)은, 2개의 배터리(10a, 10b)가 BMS에 연결되고, 역전압 보호회로(21)에 제5 다이오드(D5)가 포함된 구성만 실시예에 따른 배터리 시스템(1)과 상이하며 나머지 구성은 배터리 시스템(1)과 동일하므로 그 설명은 생략한다.
제1 배터리(10a)는 납축전지 일 수 있고 출력 전압은 제3 전압, 예를 들어 16V일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제2배터리(10b)는 리튬이온전지일 수 있고 출력 전압은 제4 전압, 예를 들어 12V일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 배터리(10a)와 제2 배터리(10b) 중 출력 전압이 높은 배터리만 선택되어 부하에 연결된다.
제5 다이오드(D5)는 제2 배터리(10b)에 연결된 애노드 및 부하에 연결된 캐소드를 포함하고, 비정상 상태에서 역전압이 제2 배터리(10b)에 인가되는 것을 차단한다. 제5 다이오드(D5)는 역전압 보호회로(21)로 대체될 수 있다.
BMS는 제1 배터리(10a)의 제1 전압(V1a) 또는 제2 배터리(10b)의 제1 전압(V1b)을 측정하고, 제2 전압(V2)의 전압을 측정하며, 하이 레벨(예를 들어 5V)의 제2 트랜지스터(Q2)의 제어 신호(Vcc)를 생성한다.
도 4를 참조하면, 대기상태에서, 제1 전압(V1a) 또는 제1 전압(V1b)이 제1트랜지스터(Q1)의 내부 다이오드(Di)를 통과하여도, BMS에서 제어신호(Vcc)를 공급하지 않으므로 제너다이오드(ZD)나 제3 트랜지스터(Q3)를 통과하는 전류가 없어서 제1 트랜지스터(Q1)의 소스- 게이트 간 전압(VSG)=0V가 되어 역전압 방지회로(20)에 의한 누설전류는 없다.
정상 상태에서, 제3트랜지스터(Q3)는 오프 되고, 제1 전압(V1a) 또는 제1 전압(V1b)이 제1트랜지스터(Q1)의 내부 다이오드(Di)를 통과하고 BMS에서 하이 레벨의 제어신호(Vcc)를 공급하면, 제너다이오드(ZD), 제2저항(R2), 제4 다이오드(D4), 제2트랜지스터(Q2)를 통과하는 전류경로(Lo)가 생성된다.
비정상 상태에서, 제3 트랜지스터(Q3)가 온 되고 제1 트랜지스터(Q1)는 오프 되어 제3 다이오드(D3), 제3 트랜지스터(Q3), 제2 저항(R2), 제4 다이오드(D4), 및 제2 트랜지스터(Q2)를 경유하는 역전압 전류 경로(Ro)가 형성된다. 제2 전압(V2)은 역전압 전류 경로(Ro)를 통해 접지와 연결된다.
또한, 비정상 상태에서, 제1 전압(V1b)이 제1 전압(V1a)보다 높은 경우, 제1 트랜지스터(Q1)는 오프 되어 제3 다이오드(D3), 제3 트랜지스터(Q3), 제2 저항(R2), 제4 다이오드(D4), 및 제2 트랜지스터(Q2)를 경유하는 역전압 전류 경로(Ro)가 형성된다. 제2 전압(V2)은 역전압 전류 경로(Ro)를 통해 접지와 연결된다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1, 2: 배터리 시스템
10: 배터리
10a: 제1 배터리
10b: 제2 배터리
20,21: 역전압 보호회로

Claims (11)

  1. 제1 배터리와 부하 사이에 연결된 역전압 보호회로를 포함하는 배터리 시스템으로서,
    상기 역전압 보호회로는,
    상기 제1 배터리에 연결된 드레인, 부하에 연결된 소스, 제3 트랜지스터 콜렉터에 연결된 제1 트랜지스터;
    상기 제1 배터리와 상기 제3 트랜지스터의 베이스 사이에 연결된 다이오드부;
    상기 제1 트랜지스터의 소스에 연결된 에미터, 상기 다이오드부에 연결된 베이스, 및 제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 콜렉터를 포함하는 상기 제3 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 소스와 상기 제3 트랜지스터 콜렉터 사이에 연결된 제너다이오드
    를 포함하고,
    상기 제1 배터리 측의 제1 전압이 상기 부하 측의 제2 전압보다 낮은 경우, 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 역전압 전류 경로가 형성되는, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드부는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 직렬 연결된, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 역전압 보호회로는,
    상기 제1 트랜지스터의 소스에 연결된 애노드 및 상기 제3 트랜지스터의 에미터에 연결된 캐소드를 포함하는 제3 다이오드
    를 더 포함하는 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 다이오드는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 동작 전압의 차이를 크게하기 위한 다이오드부
    를 더 포함하는 배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 역전압 보호회로는,
    상기 제3 다이오드의 캐소드에 연결된 일단 및 접지에 연결된 타단을 포함하는 제1 커패시터
    를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 역전압 보호회로는,
    상기 제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 캐소드 및 상기 제3 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 애노드를 포함하는 제4 다이오드
    를 더 포함하는, 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 시스템은 BMS를 더 포함하고,
    상기 BMS는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제어 신호를 인가하도록 구성된, 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 역전압 보호회로는,
    상기 제2 다이오드의 캐소드와 상기 제4 다이오드의 애노드 사이에 연결된 제1 저항
    을 더 포함하는, 배터리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 시스템은 제2 배터리를 더 포함하고,
    상기 역전압 보호회로는 제5 다이오드를 더 포함하며,
    상기 제5 다이오드는 상기 배터리에 연결된 애노드 및 상기 제1 트랜지스터의 타단에 연결된 캐소드를 포함하는, 배터리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 배터리 측의 제1 전압이 상기 제2 전압보다 낮거나, 또는 상기 제2 배터리 측의 제1 전압이 상기 제1 배터리 측의 제1 전압보다 높은 경우, 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터를 경유하는 역전압 전류 경로가 형성되는, 배터리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 BMS는, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 누설전류를 억제하는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제어신호를 인가하도록 구성된, 배터리 시스템.
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KR20160038941A (ko) * 2014-09-30 2016-04-08 주식회사 티노스 출력전원 안정화 장치
KR102519118B1 (ko) * 2016-02-24 2023-04-05 삼성에스디아이 주식회사 배터리 보호 회로
KR101948102B1 (ko) * 2016-11-10 2019-02-14 현대오트론 주식회사 배터리 역전압 보호 장치
KR20180093451A (ko) * 2017-02-13 2018-08-22 삼성전자주식회사 전력 소모를 감소한 역전압 모니터링 회로 및 이를 포함하는 반도체 장치

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