KR20180058040A - Apparatus for blancing battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a battery balancing apparatus. A battery balancing apparatus for balancing a voltage between a plurality of battery cells connected in series according to an embodiment of the present invention comprises a plurality of balancing circuits including a balancing resistor and a balancing switch which are connected in series, being connected in parallel to each of the plurality of battery cells for balancing a voltage between the plurality of battery cells; a plurality of distribution resistors connected in series for each outputting an accumulative average voltage obtained by successively accumulating average voltages of the plurality of battery cells; a plurality of comparators for receiving an accumulative cell voltage obtained by sequentially accumulating the voltages of the plurality of battery cells outputted from each of the plurality of battery cells and an accumulative mean voltage outputted from each of the plurality of distribution resistors and for each outputting a comparison signal by comparing accumulative cell voltage and the accumulative mean voltage; and a plurality of logic circuits for each receiving the comparison signals outputted from the plurality of comparators and outputting a control signal having the comparison signal inverted to the plurality of balancing circuits to thereby turn on or off the balancing switch.

Description

배터리 밸런싱 장치{APPARATUS FOR BLANCING BATTERY}{APPARATUS FOR BLANCING BATTERY}

본 발명은 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리의 전압을 밸런싱하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차에서 사용되는 고전압 배터리의 복수의 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for balancing the voltage of a battery that can be used in an apparatus using electrical energy. Specifically, the present invention relates to a technique for balancing the voltage between a plurality of battery cells of a high voltage battery used in a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle and an electric vehicle.

최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다. In recent years, various devices such as industrial devices, home appliances and automobiles using high-voltage batteries have appeared, and especially in the field of automobile technology, the use of high-voltage batteries is becoming more active.

가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.Automobiles that use internal combustion engines that use fossil fuels such as gasoline or heavy oil as the main fuel have a serious impact on pollution such as air pollution. Therefore, in recent years, efforts have been made to develop an electric vehicle or a hybrid vehicle in order to reduce pollution.

전기자동차(EV; Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작되었다.Electric vehicles (EVs) are cars that do not use petroleum fuels and engines but that use electric batteries and electric motors. In other words, although an electric vehicle that drives a car by rotating an electric motor that is stored in a battery has been developed before a gasoline car, it has not been put into practical use due to problems such as a heavy weight of a battery and a time required for charging. Recently, And research for commercialization began in the 1990s.

한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.On the other hand, hybrid technology (HEV) that uses electric vehicles, fossil fuels and electric energy adaptively is being commercialized as battery technology has been developed remarkably.

HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.Since HEV uses both gasoline and electricity as power sources, it is receiving positive reviews in terms of fuel efficiency improvement and emission reduction. It is expected that HEV will play an intermediate role in evolving into a full electric vehicle because it is important to overcome the price difference with gasoline automobile by reducing the amount of secondary battery to one third of that of electric cars.

이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.Since HEV and EV vehicles using such electric energy use a battery in which a plurality of rechargeable secondary cells are packed as a main power source, there is no exhaust gas and noise is small. have.

이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)을 필요로 한다.Since the performance of a battery using the electric energy directly affects the performance of the vehicle, it is necessary to measure the voltage of each battery cell, the voltage and current of the entire battery, and to efficiently manage charge and discharge of each battery cell However, there is a need for a battery management system (BMS) that monitors the state of a cell sensing IC that senses each battery cell to enable stable control of the corresponding cell.

한편, 배터리를 충전하는 과정 중 배터리의 복수의 셀 중에 어느 하나라도 임계치에 도달하게 되면 다른 셀들의 충전 상태와는 상관없이 충전을 중단하게 된다. 이러한 상황을 방지하기 위해 셀 밸런싱 기능을 통해 특정 배터리 셀을 방전시켜야 하는 것이 요구된다.Meanwhile, if any one of the plurality of cells of the battery reaches the threshold value during the charging process of the battery, the charging is stopped irrespective of the charging state of the other cells. In order to prevent such a situation, it is required to discharge a specific battery cell through a cell balancing function.

그러나, 배터리 셀간의 전압 밸런싱을 위해서는 배터리 셀들의 전압을 측정하는 것이 선행되어야 한다. 따라서, 배터리 셀들의 전압을 측정하기 위해서는 센싱 IC와 같은 정밀한 소자가 필요하게 된다. 이 경우, 배터리 밸런싱 속도가 늦어지는 문제가 발생할 수 있다.However, in order to balance the voltage between the battery cells, it is necessary to measure the voltage of the battery cells. Therefore, in order to measure the voltage of the battery cells, a precise element such as a sensing IC is required. In this case, the battery balancing speed may be slowed down.

또한, 종래 배터리 밸런싱 장치는 배터리 셀들 중 복수의 배터리 셀이 임계치에 도달한 경우, 임계치에 도달한 모든 배터리 셀의 전압을 동시에 방전시켜 배터리 관리 시스템의 온도가 급격히 상승하는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 차량 화재 또는 폭발과 같은 안전사고 위험이 있다.Also, in the conventional battery balancing apparatus, when a plurality of battery cells among the battery cells reach a threshold value, the voltage of all the battery cells reaching the threshold value is simultaneously discharged, so that the temperature of the battery management system may rise rapidly. As a result, there is a risk of safety hazards such as vehicle fire or explosion.

미국 특허공개공보 제2014-0070772호U.S. Patent Application Publication No. 2014-0070772

본 발명은 배터리 셀의 전압을 측정하는 별도의 소자 없이 자동으로 배터리 셀간 전압 밸런싱을 수행하는 배터리 밸런싱 장치를 제공하는 데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a battery balancing device that automatically balances voltage between battery cells without a separate device for measuring the voltage of the battery cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 직렬 연결된 복수의 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 직렬 연결된 밸런싱 저항 및 밸런싱 스위치를 포함하고, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 병렬로 연결되어 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 복수의 밸런싱 회로; 서로 직렬 연결되어 상기 복수의 배터리 셀의 평균전압을 순차적으로 누적한 누적 평균 전압을 각각 출력하는 복수의 분배 저항; 상기 복수의 배터리 셀 각각에서 출력하는 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 순차적으로 누적한 누적 셀 전압 및 상기 복수의 분배 저항 각각에서 출력하는 상기 누적 평균 전압을 입력받고, 상기 누적 셀 전압과 상기 누적 평균 전압을 비교하여 비교 신호를 각각 출력하는 복수의 비교기; 및 상기 복수의 비교기에서 각각 출력하는 상기 비교 신호를 입력받아 상기 비교 신호를 반전시킨 제어 신호를 상기 복수의 밸런싱 회로로 각각 출력하여 상기 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 복수의 로직 회로를 포함한다.A battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention balances a voltage between a plurality of battery cells connected in series, the battery balancing apparatus comprising a balancing resistor and a balancing switch connected in series, A plurality of balancing circuits for balancing a voltage between the plurality of battery cells; A plurality of distribution resistors connected in series to each output a cumulative average voltage obtained by successively accumulating average voltages of the plurality of battery cells; A cumulative cell voltage obtained by sequentially accumulating the voltages of the plurality of battery cells output from each of the plurality of battery cells and the cumulative mean voltage output from each of the plurality of distribution resistors, A plurality of comparators for comparing voltages and outputting comparison signals, respectively; And a plurality of logic circuits for receiving the comparison signal output from the plurality of comparators, respectively, and outputting a control signal inverted from the comparison signal to the plurality of balancing circuits to turn on or off the balancing switch.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 분배 저항 각각의 저항값은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the resistance values of each of the plurality of distribution resistors are equal to each other.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 비교기 각각은 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 큰 경우, 상기 밸런싱 스위치를 온 시키는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, each of the plurality of comparators outputs a signal for turning on the balancing switch when the cumulative cell voltage is greater than the cumulative average voltage.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 비교기 각각은 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 작은 경우, 상기 밸런싱 스위치를 오프 시키는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, each of the plurality of comparators outputs a signal for turning off the balancing switch when the cumulative cell voltage is smaller than the accumulated average voltage.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 비교기는 상기 복수의 배터리 셀이 N개인 경우, N-1개인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of comparators is N-1 when the plurality of battery cells is N in number.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 중 제N 배터리 셀이 최상위 배터리 셀인 경우, 상기 제N 배터리 셀은 상기 복수의 밸런싱 회로로 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the Nth battery cell among the plurality of battery cells is the highest battery cell, the Nth battery cell is directly connected to the plurality of balancing circuits.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 로직 회로는 상기 복수의 배터리 셀이 N개인 경우, N-1개인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of logic circuits is characterized by having N-1, where N is the number of battery cells.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 중 제1 배터리 셀이 최하위 배터리 셀인 경우, 상기 제1 배터리 셀과 연결된 비교기에서 출력한 비교 신호는 상기 복수의 밸런싱 회로로 직접 입력되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the first battery cell among the plurality of battery cells is the lowest battery cell, a comparison signal output from the comparator connected to the first battery cell is directly input to the plurality of balancing circuits.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀은 적어도 4개 이상의 직렬 연결된 제1 배터리 셀, 제2 배터리 셀, 제N-1 배터리 셀 및 제N 배터리 셀을 포함하고, 상기 복수의 밸런싱 회로는 상기 제1 배터리 셀과 병렬로 연결된 제1 밸런싱 회로, 상기 제2 배터리 셀과 병렬로 연결된 제2 밸런싱 회로, 상기 제N-1 배터리 셀과 병렬로 연결된 제N-1 밸런싱 회로 및 상기 제N 배터리 셀과 병렬로 연결된 제N 밸런싱 회로를 포함하고, 상기 복수의 분배 저항은 직렬 연결된 제1 분배 저항, 제2 분배 저항, 제N-1 분배 저항 및 제N 분배 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of battery cells includes at least four first battery cells, a second battery cell, an N-1 battery cell, and an Nth battery cell connected in series, A first balancing circuit connected in parallel with the first battery cell, a second balancing circuit connected in parallel with the second battery cell, an N-1 balancing circuit connected in parallel with the N-1 battery cell, And an N-balancing circuit connected in parallel with the first and second capacitors, wherein the plurality of distribution resistors include a first distribution resistor, a second distribution resistor, an N-1 distribution resistor and an N-th distribution resistor connected in series.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 비교기는 상기 제1 배터리 셀에서 출력하는 제1 누적 셀 전압 및 상기 제1 분배 저항에서 출력하는 제1 누적 평균 전압을 입력받아 제1 비교 신호를 출력하는 제1 비교기, 상기 제2 배터리 셀에서 출력하는 제2 누적 셀 전압 및 상기 제2 분배 저항에서 출력하는 제2 누적 평균 전압을 입력받아 제2 비교 신호를 출력하는 제2 비교기 및 상기 제N-1 배터리 셀에서 출력하는 제N-1 누적 셀 전압 및 상기 제N-1 분배 저항에서 출력하는 제N-1 누적 평균 전압을 입력받아 제N-1 비교 신호를 출력하는 제N-1 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of comparators may receive a first cumulative cell voltage output from the first battery cell and a first cumulative average voltage output from the first distribution resistor to output a first comparison signal, A second comparator that receives a second cumulative cell voltage output from the second battery cell and a second cumulative average voltage output from the second distribution resistor and outputs a second comparison signal, And an N-1 comparator for receiving an (N-1) cumulative cell voltage output from the (N-1) th distribution resistor and an (N-1) .

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 로직 회로는 상기 제1 비교 신호 및 상기 제2 비교 신호를 입력받아 상기 제2 비교 신호를 반전시킨 제1 제어 신호를 상기 제2 밸런싱 회로로 출력하여 상기 제2 밸런싱 회로에 포함된 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 제1 로직 회로, 제N-2 비교 신호 및 상기 제N-1 비교 신호를 입력받아 상기 제N-1 비교 신호를 반전시킨 제N-1 제어 신호를 상기 제N-1 밸런싱 회로로 출력하여 상기 제N-1 밸런싱 회로에 포함된 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 제N-2 로직 회로 및 제N-1 비교 신호를 입력받아 상기 제N-1 비교 신호를 반전시킨 제N-1 제어 신호를 상기 제N 밸런싱 회로로 출력하여 상기 제N 밸런싱 회로에 포함된 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 제N-1 로직 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of logic circuits receives the first comparison signal and the second comparison signal and outputs a first control signal, which inverts the second comparison signal, to the second balancing circuit, A first logic circuit for turning on or off the balancing switch included in the balancing circuit, an (N-1) th comparison circuit for receiving the (N-1) th comparison signal and the (N-1) And an N-2 logic circuit for outputting the N-1 comparison signal to the N-1 balancing circuit and turning on or off the balancing switch included in the N-1 balancing circuit, And an (N-1) logic circuit for outputting an (N-1) th control signal by inverting a signal to the N-balancing circuit to turn on or off a balancing switch included in the N-balancing circuit.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 중 상기 제N 배터리 셀이 최상위 배터리 셀인 경우, 상기 제N 배터리 셀은 제N 밸런싱 회로로 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the Nth battery cell among the plurality of battery cells is the highest battery cell, the Nth battery cell is directly connected to the Nth balancing circuit.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 중 상기 제1 배터리 셀이 최하위 배터리 셀인 경우, 상기 제1 비교기에서 출력한 상기 제1 비교 신호는 상기 제1 밸런싱 회로로 직접 입력되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the first battery cell among the plurality of battery cells is the lowest battery cell, the first comparison signal output from the first comparator is directly input to the first balancing circuit.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 누적 셀 전압은 상기 제1 배터리 셀 전압으로 산출되고, 상기 제2 누적 셀 전압은 상기 제1 배터리 셀 전압과 상기 제2 배터리 셀 전압을 더하여 산출되며, 상기 제N-1 누적 셀 전압은 상기 제1 배터리 셀 내지 상기 제N-1 배터리 셀 전압을 모두 더하여 산출되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first cumulative cell voltage is calculated as the first battery cell voltage, the second cumulative cell voltage is calculated by adding the first battery cell voltage and the second battery cell voltage, And the N-1 cumulative cell voltage is calculated by adding both the first battery cell to the (N-1) th battery cell voltage.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 누적 평균 전압은 상기 제1 배터리 셀 내지 상기 제N 배터리 셀의 평균 전압으로 산출되고, 상기 제2 누적 평균 전압은 상기 평균 전압을 2번 누적하여 산출되며, 상기 제N-1 누적 평균 전압은 상기 평균 전압을 N-1번 누적하여 산출되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first cumulative average voltage is calculated as an average voltage of the first battery cell to the Nth battery cell, the second cumulative average voltage is calculated by accumulating the average voltage twice, And the (N-1) cumulative average voltage is calculated by accumulating the average voltage N-1 times.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 로직 회로는 상기 제1 비교 신호를 반전시키는 인버터 및 상기 인버터를 통해 반전시킨 상기 제1 비교 신호와 상기 제2 비교 신호를 입력받아 논리곱하는 논리곱 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first logic circuit includes an inverter for inverting the first comparison signal and an AND gate for receiving and inverting the first comparison signal inverted through the inverter and the second comparison signal .

일 실시예에 있어서, 상기 제N-2 로직 회로는 상기 제N-2 비교 신호를 반전시키는 인버터 및 상기 인버터를 통해 반전시킨 상기 제N-2 비교 신호와 상기 제N-1 비교 신호를 입력받아 논리곱하는 논리곱 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the (N-2) logic circuit receives the N-2 comparison signal and the (N-1) comparison signal inverted by the inverter and inverting the (N-2) And a logical product gate which is logically multiplied.

일 실시예에 있어서, 상기 제N-1 로직 회로는 상기 제N-1 비교 신호를 반전시키는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the (N-1) -th logic circuit includes an inverter for inverting the (N-1) th comparison signal.

본 발명은 배터리 셀의 전압을 누적한 누적 셀 전압과 복수의 배터리 셀의 전압을 평균하여 누적한 누적 평균 전압을 비교하여 자동으로 복수의 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행하는 효과가 있다.The present invention has the effect of automatically balancing the voltage of a plurality of battery cells by comparing a cumulative cell voltage obtained by accumulating the voltage of the battery cell and an accumulated cumulative average voltage obtained by averaging the voltages of the plurality of battery cells.

이에 따라, 본 발명은 복수의 배터리 셀의 전압을 정밀하게 측정하는 센싱 IC 등의 소자가 없이도 배터리 밸런싱을 수행하는 효과가 있다.Accordingly, the present invention has an effect of performing battery balancing without a device such as a sensing IC for precisely measuring the voltage of a plurality of battery cells.

또한, 본 발명은 복수의 로직 회로를 추가하여 복수의 배터리 셀 중 특정 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 경우, 상기 특정 배터리 셀 이외의 배터리 셀의 밸런싱을 금지하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of prohibiting balancing of battery cells other than the specific battery cell when balancing a specific battery cell among a plurality of battery cells by adding a plurality of logic circuits.

이에 따라, 배터리 관리 시스템에 온도가 급격히 상승하는 것을 방지하여, 차량 화재 또는 폭발 등의 안전 사고 위험을 감소시키는 효과가 있다.Accordingly, it is possible to prevent the temperature of the battery management system from rising sharply, thereby reducing the risk of a safety accident such as fire or explosion of a vehicle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 일 구성인 로직 회로의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치에서 배터리 밸런싱을 수행하는 과정을 설명하는 설명도이다.
1 is a configuration diagram of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a logic circuit which is an embodiment of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is an explanatory view illustrating a process of balancing a battery in a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In describing the embodiments, descriptions of techniques which are well known in the technical field to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention are not described. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size. In the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이때, 도 1에서는 7개의 배터리 셀이 직렬 연결된 것으로 도시하였다. 그러나, 배터리 셀의 개수는 도 1에 도시한 배터리 셀의 개수보다 많거나 적을 수 있으며, 도 1에 도시된 배터리 셀의 개수로 한정되지 않는다. 또한, 배터리 셀의 개수에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 각 구성들의 개수가 바뀔 수 있다.In FIG. 1, seven battery cells are connected in series. However, the number of battery cells may be larger or smaller than the number of battery cells shown in FIG. 1, and is not limited to the number of battery cells shown in FIG. Also, the number of configurations of the battery balancing device according to an embodiment of the present invention may be changed depending on the number of battery cells.

다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리 셀의 개수 및 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 각 구성들의 개수는 도 1에 도시된 개수로 전제하여 설명한다.Hereinafter, for convenience of explanation, the number of battery cells and the number of each configuration of the battery balancing device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the number shown in FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 복수의 밸런싱 회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7), 복수의 분배 저항(Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg), 복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6) 및 복수의 로직 회로(L1,L2,L3,L4,L5,L6)를 포함한다.1, a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plurality of balancing circuits B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, a plurality of distribution resistors Ra, Rb, Rc, Rd A plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5 and OP6 and a plurality of logic circuits L1, L2, L3, L4, L5 and L6.

복수의 밸런싱 회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)간의 전압을 밸런싱한다. 복수의 분배 저항(Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg)은 누적 평균 전압을 각각 출력한다. 복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6)는 누적 셀 전압과 상기 누적 평균 전압을 비교하여 비교 신호를 각각 출력한다. 복수의 로직 회로(L1,L2,L3,L4,L5,L6)는 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 온 또는 오프시킨다.The plurality of balancing circuits B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 balances the voltage between the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7. The plurality of distribution resistors Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, and Rg output cumulative average voltages. The plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5, and OP6 compare the cumulative cell voltage with the cumulative average voltage to output a comparison signal, respectively. The plurality of logic circuits L1, L2, L3, L4, L5, and L6 turn on or off the balancing switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6,

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each configuration of the battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

복수의 밸런싱 회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)는 직렬 연결된 밸런싱 저항(R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7) 및 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 각각 포함한다. 예를 들어, 제1 밸런싱 회로(B1)는 직렬 연결된 제1 밸런싱 저항(R1) 및 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 포함하고, 나머지 밸런싱 회로도 각각 밸런싱 저항 및 밸런싱 스위치를 포함한다.The plurality of balancing circuits B1, B2, B3, B4, B5, B6 and B7 are connected in series with the balancing resistors R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 and balancing switches SW1, SW2, SW3, SW4 , SW5, SW6, and SW7, respectively. For example, the first balancing circuit B1 includes a first balancing resistor R1 and a first balancing switch SW1 connected in series, and the remaining balancing circuits each include a balancing resistor and a balancing switch.

복수의 밸런싱 회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7) 각각에 병렬로 연결된다. 예를 들어, 제1 밸런싱 회로(B1)는 제1 배터리 셀(C1)에 병렬로 연결되고, 나머지 밸런싱 회로도 각각 나머지 배터리 셀에 병렬로 연결된다.The plurality of balancing circuits B1, B2, B3, B4, B5, B6 and B7 are connected in parallel to each of the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6 and C7. For example, the first balancing circuit B1 is connected to the first battery cell C1 in parallel, and the remaining balancing circuit is connected to the remaining battery cells in parallel.

복수의 밸런싱 회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)간의 전압을 밸런싱한다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)의 평균 전압보다 큰 경우, 제1 밸런싱 회로(B1)는 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 온시켜 제1 밸런싱 라인(BL1) 및 제2 밸런싱 라인(BL2)을 연결하는 패스(path)를 통해 제1 배터리 셀(C1)의 전압을 방전시킨다. 이에 따라, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 감소하여 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)간의 전압 밸런싱이 이루어진다.The plurality of balancing circuits B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 balances the voltage between the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7. For example, when the voltage of the first battery cell C1 is larger than the average voltage of the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, and C7, The balancing switch SW1 is turned on to discharge the voltage of the first battery cell C1 through a path connecting the first balancing line BL1 and the second balancing line BL2. As a result, the voltage of the first battery cell C1 is reduced and the voltage balancing is performed between the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, and C7.

한편, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 제1 밸런싱 라인(BL1) 및 제2 밸런싱 라인(BL2)만 도시하였으나, 본 발명의 배터리 밸런싱 장치에는 배터리 밸런싱 장치의 특성상 나머지 배터리 셀과 연결된 제3 밸런싱 라인 내지 제7 밸런싱 라인도 포함한다.Although only the first balancing line BL1 and the second balancing line BL2 are illustrated in FIG. 1 for convenience of description, in the battery balancing device of the present invention, the third balancing line To 7 < th > balancing lines.

복수의 분배 저항(Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg) 각각은 서로 직렬 연결된다. 구체적으로, 제1 분배 저항(Ra)을 최하위 분배 저항, 제7 분배 저항(Rg)을 최상위 분배 저항으로 할 때, 제1 분배 저항(Ra) 내지 제7 분배 저항(Rg)이 순차적으로 직렬 연결된다.Each of the plurality of distribution resistors Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, and Rg is connected in series with each other. Specifically, when the first distribution resistance Ra is the lowest distribution resistance and the seventh distribution resistance Rg is the highest distribution resistance, the first distribution resistance Ra to the seventh distribution resistance Rg are sequentially connected in series do.

이때, 서로 직렬 연결된 복수의 분배 저항(Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg) 전체는 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7) 전체와 병렬 연결된다. 구체적으로, 제1 분배 저항(Ra)의 일단은 제1 배터리 셀(C1)의 음극(-)에 연결되고, 제1 분배 저항(Ra)의 타단은 제2 분배 저항(Rb)의 일단에 연결된다. 또한, 제7 분배 저항(Rg)의 일단은 제6 분배 저항(Rf)의 타단에 연결되고, 제7 분배 저항(Rg)의 타단은 제7 배터리 셀(C7)의 양극(+)에 연결된다.The plurality of distribution resistors Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf and Rg connected in series are connected in parallel with all of the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6 and C7 . Specifically, one end of the first distribution resistor Ra is connected to the negative (-) of the first battery cell C1, and the other end of the first distribution resistor Ra is connected to one end of the second distribution resistor Rb do. One end of the seventh distribution resistor Rg is connected to the other end of the sixth distribution resistor Rf and the other end of the seventh distribution resistor Rg is connected to the positive electrode of the seventh battery cell C7 .

복수의 분배 저항(Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg)은 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)의 평균전압을 순차적으로 누적한 누적 평균 전압을 각각 출력한다. 이때, 복수의 분배 저항(Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg) 각각의 저항값은 서로 동일하다. 따라서, 복수의 분배 저항(Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg) 각각에서 출력하는 누적 평균 전압은 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)의 평균전압의 배수가 된다.The plurality of distribution resistors Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf and Rg are obtained by accumulating average voltages of the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, Respectively. At this time, the resistance values of the plurality of distribution resistors Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, and Rg are equal to each other. Therefore, the cumulative average voltage output from each of the plurality of distribution resistors Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, and Rg is the average of the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, It becomes a multiple of the voltage.

예를 들어, 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)의 평균전압이 4.1V인 경우, 제1 분배 저항(Ra)은 4.1V의 누적 평균 전압을 출력하고, 제2 분배 저항(Rb)는 8.2V의 누적 평균 전압을 출력한다. 즉, 제N 분배 저항은 4.1×N V의 누적 평균 전압을 출력한다. For example, when the average voltage of the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, and C7 is 4.1 V, the first distribution resistance Ra outputs a cumulative average voltage of 4.1 V, The second distribution resistor Rb outputs a cumulative average voltage of 8.2V. That is, the Nth distribution resistor outputs a cumulative average voltage of 4.1 x N V.

복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6)는 복수의 배터리 셀(C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7)의 전압을 순차적으로 누적한 누적 셀 전압과 상기 누적 평균 전압을 입력받는다.The plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5, and OP6 may be configured to compare the cumulative cell voltage obtained by sequentially accumulating the voltages of the plurality of battery cells C1, C2, C3, C4, C5, C6, The voltage is input.

예를 들어, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 4.7 V이고, 제2 배터리 셀(C2) 내지 제7 배터리 셀(C7)의 전압이 모두 4 V인 경우, 제1 비교기(OP1)는 제1 배터리 셀(C1)로부터 4.7 V의 누적 셀 전압을 입력받고, 제2 비교기(OP2)는 제2 배터리 셀(C2)로부터 8.7 V의 누적 셀 전압을 입력받고, 제3 비교기(OP3)는 제3 배터리 셀(C3)로부터 12.7 V의 누적 셀 전압을 입력받고, 제4 비교기(OP4)는 제4 배터리 셀(C4)로부터 16.7 V의 누적 셀 전압을 입력받고, 제5 비교기(OP5)는 제5 배터리 셀(C5)로부터 20.7 V의 누적 셀 전압을 입력받으며, 제6 비교기(OP6)는 제6 배터리 셀(C6)로부터 24.7 V의 누적 셀 전압을 입력받는다.For example, when the voltage of the first battery cell C1 is 4.7 V and the voltages of the second battery cell C2 to the seventh battery cell C7 are all 4 V, The second comparator OP2 receives the cumulative cell voltage of 8.7 V from the second battery cell C2 and the third comparator OP3 receives the cumulative cell voltage of 4.7 V from the first battery cell C1, The fourth comparator OP4 receives the cumulative cell voltage of 16.7 V from the fourth battery cell C4 and the fifth comparator OP5 receives the cumulative cell voltage of 12.7 V from the third battery cell C3, 5 receives a cumulative cell voltage of 20.7 V from the battery cell C5 and the sixth comparator OP6 receives a cumulative cell voltage of 24.7 V from the sixth battery cell C6.

또한, 제1 비교기(OP1)는 제1 분배 저항(Ra)으로부터 4.1 V의 누적 평균 전압을 입력받고, 제2 비교기(OP2)는 제2 분배 저항(Rb)으로부터 8.2 V의 누적 평균 전압을 입력받고, 제3 비교기(OP3)는 제3 분배 저항(Rc)으로부터 12.3 V의 누적 평균 전압을 입력받고, 제4 비교기(OP4)는 제4 분배 저항(Rd)으로부터 16.4 V의 누적 평균 전압을 입력받고, 제5 비교기(OP5)는 제5 분배 저항(Re)으로부터 20.5 V의 누적 평균 전압을 입력받으며, 제6 비교기(OP6)는 제6 분배 저항(Rf)으로부터 24.6 V의 누적 평균 전압을 입력받는다.The first comparator OP1 receives the cumulative average voltage of 4.1 V from the first distribution resistor Ra and the second comparator OP2 receives the cumulative average voltage of 8.2 V from the second distribution resistor Rb The third comparator OP3 receives the cumulative average voltage of 12.3 V from the third distribution resistor Rc and the fourth comparator OP4 receives the cumulative average voltage of 16.4 V from the fourth distribution resistor Rd The fifth comparator OP5 receives the cumulative average voltage of 20.5 V from the fifth distribution resistor Re and the sixth comparator OP6 receives the cumulative average voltage of 24.6 V from the sixth distribution resistor Rf Receive.

한편, 제7 배터리 셀(C7)에서 출력되는 누적 셀 전압과 제7 분배 저항(Rg)에서 출력되는 누적 평균 전압은 동일한 값이므로, 이를 비교하는 비교기는 불필요하다. 따라서, 제7 배터리 셀(C7)은 제7 밸런싱 회로(B7)로 직접 연결된다.On the other hand, since the cumulative cell voltage output from the seventh battery cell C7 and the cumulative mean voltage output from the seventh distribution resistor Rg are the same value, a comparator for comparing them is not necessary. Therefore, the seventh battery cell C7 is directly connected to the seventh balancing circuit B7.

복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6)는 상기 누적 셀 전압과 상기 누적 평균 전압을 비교하여 비교 신호를 각각 출력한다. 구체적으로, 복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6) 각각은 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 큰 경우, 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 온 시키는 신호를 출력한다. 그러나, 복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6) 각각은 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 작은 경우, 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 오프 시키는 신호를 출력한다.The plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5, and OP6 compare the cumulative cell voltage with the cumulative average voltage to output a comparison signal. More specifically, each of the plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5, and OP6 has the balancing switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, SW7 Quot; on "). The balancing switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, and SW7 are respectively connected to the plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, Off signal.

예를 들어, 제1 비교기(OP1)가 제1 배터리 셀(C1)로부터 4.7 V의 누적 셀 전압을 입력받고, 제1 분배 저항(Ra)으로부터 4.1 V의 누적 평균 전압을 입력받은 경우, 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 크므로, 제1 비교기(OP1)는 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 온 시키는 신호를 출력한다.For example, when the first comparator OP1 receives a cumulative cell voltage of 4.7 V from the first battery cell C1 and receives a cumulative average voltage of 4.1 V from the first distribution resistor Ra, Since the cell voltage is greater than the accumulated average voltage, the first comparator OP1 outputs a signal to turn on the first balancing switch SW1.

그러나, 제1 비교기(OP1)가 제1 배터리 셀(C1)로부터 4 V의 누적 셀 전압을 입력받고, 제1 분배 저항(Ra)으로부터 4.1 V의 누적 평균 전압을 입력받은 경우, 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 작으므로, 제1 비교기(OP1)는 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 오프 시키는 신호를 출력한다.However, when the first comparator OP1 receives the cumulative cell voltage of 4 V from the first battery cell C1 and receives the cumulative average voltage of 4.1 V from the first distribution resistor Ra, Is smaller than the cumulative mean voltage, the first comparator OP1 outputs a signal for turning off the first balancing switch SW1.

한편, 특정 비교기에서 밸런싱 스위치를 온 시키는 신호를 출력하는 경우, 상기 특정 비교기의 상위 비교기도 모두 밸런싱 스위치를 온 시키는 신호를 출력하게 된다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 4.7 V이고, 제2 배터리 셀(C2) 내지 제7 배터리 셀(C7)의 전압이 모두 4 V인 경우, 제1 비교기(OP1) 내지 제6 비교기(OP6)는 모두 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 온 시키는 신호를 출력한다.On the other hand, when a signal for turning on the balancing switch is outputted from the specific comparator, the upper comparator of the specific comparator also outputs a signal for turning on the balancing switch. For example, when the voltage of the first battery cell C1 is 4.7 V and the voltages of the second battery cell C2 to the seventh battery cell C7 are all 4 V, 6 The comparator OP6 outputs a signal to turn on all the balancing switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, and SW7.

이와 같은 상황을 방치하면 배터리 관리 시스템의 급격한 온도 상승으로 차량 화재 또는 폭발 등의 안전사고가 발생할 위험이 있다. 따라서, 특정 배터리 셀의 밸런싱 수행시 나머지 배터리 셀의 밸런싱은 금지시켜야할 필요성이 있다.If such a situation is neglected, there is a risk that a fire accident such as a vehicle fire or an explosion may occur due to an abrupt temperature rise of the battery management system. Therefore, there is a need to prohibit balancing of the remaining battery cells when balancing a particular battery cell.

복수의 로직 회로(L1,L2,L3,L4,L5,L6)는 복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6)에서 각각 출력하는 상기 비교 신호를 입력받아 상기 비교 신호를 반전시킨 제어 신호를 복수의 밸런싱 회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)로 각각 출력하여 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 온 또는 오프시킨다.The plurality of logic circuits L1, L2, L3, L4, L5 and L6 receive the comparison signal output from each of the plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5 and OP6, The balancing switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, and SW7 are turned on or off by outputting control signals to the plurality of balancing circuits B1, B2, B3, B4, B5, B6 and B7, respectively.

구체적으로, 제1 로직 회로(L1)는 제1 비교기(OP1)에서 출력하는 제1 비교 신호 및 제2 비교기(OP2)에서 출력하는 제2 비교 신호를 입력받아 상기 제2 비교 신호를 반전시킨 제1 제어 신호를 제2 밸런싱 회로(B2)로 출력하여 제2 밸런싱 스위치(SW2)를 온 또는 오프시킨다.Specifically, the first logic circuit (L1) receives the first comparison signal output from the first comparator (OP1) and the second comparison signal output from the second comparator (OP2), and inverts the second comparison signal 1 control signal to the second balancing circuit B2 to turn on or off the second balancing switch SW2.

제2 로직 회로(L2)는 제2 비교기(OP2)에서 출력하는 제2 비교 신호 및 제3 비교기(OP3)에서 출력하는 제3 비교 신호를 입력받아 상기 제3 비교 신호를 반전시킨 제2 제어 신호를 제3 밸런싱 회로(B3)로 출력하여 제3 밸런싱 스위치(SW3)를 온 또는 오프시킨다.The second logic circuit L2 receives the second comparison signal output from the second comparator OP2 and the third comparison signal output from the third comparator OP3 and outputs the second control signal To the third balancing circuit B3 and turns on or off the third balancing switch SW3.

제3 로직 회로(L3)는 제3 비교기(OP3)에서 출력하는 제3 비교 신호 및 제4 비교기(OP4)에서 출력하는 제4 비교 신호를 입력받아 상기 제4 비교 신호를 반전시킨 제3 제어 신호를 제4 밸런싱 회로(B4)로 출력하여 제4 밸런싱 스위치(SW4)를 온 또는 오프시킨다.The third logic circuit L3 receives the third comparison signal output from the third comparator OP3 and the fourth comparison signal output from the fourth comparator OP4 and outputs the third control signal To the fourth balancing circuit B4 and turns on or off the fourth balancing switch SW4.

제4 로직 회로(L4)는 제4 비교기(OP4)에서 출력하는 제4 비교 신호 및 제5 비교기(OP5)에서 출력하는 제5 비교 신호를 입력받아 상기 제5 비교 신호를 반전시킨 제4 제어 신호를 제5 밸런싱 회로(B5)로 출력하여 제5 밸런싱 스위치(SW5)를 온 또는 오프시킨다.The fourth logic circuit L4 receives the fourth comparison signal output from the fourth comparator OP4 and the fifth comparison signal output from the fifth comparator OP5 and outputs a fourth control signal To the fifth balancing circuit B5 to turn on or off the fifth balancing switch SW5.

제5 로직 회로(L5)는 제5 비교기(OP5)에서 출력하는 제5 비교 신호 및 제6 비교기(OP6)에서 출력하는 제6 비교 신호를 입력받아 상기 제6 비교 신호를 반전시킨 제5 제어 신호를 제6 밸런싱 회로(B6)로 출력하여 제6 밸런싱 스위치(SW6)를 온 또는 오프시킨다.The fifth logic circuit L5 receives the fifth comparison signal output from the fifth comparator OP5 and the sixth comparison signal output from the sixth comparator OP6 and outputs a fifth control signal To the sixth balancing circuit B6 to turn on or off the sixth balancing switch SW6.

다만, 제6 로직 회로(L6)는 제6 비교기(OP6)에서 출력하는 제6 비교 신호를 입력받아 상기 제6 비교 신호를 반전시킨 제6 제어 신호를 제7 밸런싱 회로(B7)로 출력하여 제7 밸런싱 스위치(SW7)를 온 또는 오프시킨다.The sixth logic circuit L6 receives the sixth comparison signal outputted from the sixth comparator OP6 and outputs the sixth control signal inverted from the sixth comparison signal to the seventh balancing circuit B7, 7 Turn balancing switch (SW7) ON or OFF.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 일 구성인 로직 회로의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a logic circuit which is an embodiment of a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 복수의 로직 회로(L1,L2,L3,L4,L5,L6) 중 제1 로직 회로(L1)의 구성을 예를 들어 도시하였다. 즉, 제1 로직 회로(L1)는 상기 제1 비교 신호를 반전시키는 제1 인버터(L11) 및 제1 인버터(L11)를 통해 반전시킨 상기 제1 비교 신호와 상기 제2 비교 신호를 입력받아 논리곱하는 논리곱 게이트(L12)를 포함한다.Fig. 2 shows an example of the configuration of the first logic circuit L1 among the plurality of logic circuits L1, L2, L3, L4, L5, and L6. That is, the first logic circuit (L1) receives the first comparison signal and the second comparison signal inverted through the first inverter (L11) and the first inverter (L11) for inverting the first comparison signal, And a logical product gate L12 to be multiplied.

따라서, 제1 로직 회로(L1)의 출력은 상기 제1 비교 신호의 입력과 무관하게 상기 제2 비교 신호에서 논리 1 신호가 입력된 경우에만, 논리 1 신호를 출력한다. 이때, 논리 1 신호는 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 온시키는 신호를 의미한다.(한편, 논리 0 신호는 밸런싱 스위치(SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7)를 오프시키는 신호를 의미한다.)Therefore, the output of the first logic circuit (L1) outputs the logic 1 signal only when the logic 1 signal is input in the second comparison signal regardless of the input of the first comparison signal. The logic 1 signal is a signal that turns on the balancing switches SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, and SW7 , SW6, and SW7).

도 2에서는 복수의 로직 회로(L1,L2,L3,L4,L5,L6) 중 제1 로직 회로(L1)의 구성을 예를 들어 도시하였으나, 제2 로직 회로(L2) 내지 제5 로직 회로(L5)의 경우도 마찬가지로 적용된다. 다만, 제6 로직 회로(L6)는 상기 제6 비교 신호를 반전시키는 인버터만 포함한다.Although the configuration of the first logic circuit L1 among the plurality of logic circuits L1, L2, L3, L4, L5 and L6 is shown as an example in FIG. 2, the second logic circuit L2 to the fifth logic circuit L5). However, the sixth logic circuit L6 includes only an inverter for inverting the sixth comparison signal.

이와 같이 복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6)의 출력을 복수의 로직 회로(L1,L2,L3,L4,L5,L6)를 거쳐 복수의 밸런싱 회로(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)에 입력하여, 상술한 바와 같은 복수의 비교기(OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6) 중 특정 비교기에서 밸런싱 스위치를 온 시키는 신호를 출력하는 경우, 상기 특정 비교기의 상위 비교기도 모두 밸런싱 스위치를 온 시키는 신호를 출력하는 문제를 방지할 수 있게 된다.The outputs of the plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5 and OP6 are connected to the plurality of balancing circuits B1, B2, B3 via the plurality of logic circuits L1, L2, L3, L4, L5, , B4, B5, B6 and B7 to output a signal for turning on the balancing switch in the specific comparator among the plurality of comparators OP1, OP2, OP3, OP4, OP5 and OP6 as described above, The upper comparator of the comparator can also prevent the problem of outputting a signal to turn on the balancing switch.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치에서 배터리 밸런싱을 수행하는 과정을 설명하는 설명도이다.3 is an explanatory view illustrating a process of balancing a battery in a battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치에서 배터리 밸런싱을 수행하는 과정을 종합적으로 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, the process of performing battery balancing in the battery balancing apparatus according to an embodiment of the present invention can be confirmed in a comprehensive manner.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 배터리 셀(C1)의 전압이 4.7 V이고, 제2 배터리 셀(C2) 내지 제7 배터리 셀(C7)의 전압이 모두 4 V인 경우, 제1 비교기(OP1)는 4.7 V의 누적 셀 전압 및 4.1 V의 누적 평균 전압을 입력받아 제1 밸런싱 스위치(SW1)를 온 시키는 신호를 출력하고, 이에 따라, 제1 밸런싱 스위치(SW1)는 온되는 것을 확인할 수 있다.That is, when the voltage of the first battery cell C1 is 4.7 V and the voltages of the second battery cell C2 to the seventh battery cell C7 are all 4 V as shown in FIG. 3, The operational amplifier OP1 receives a cumulative cell voltage of 4.7 V and a cumulative average voltage of 4.1 V, and outputs a signal to turn on the first balancing switch SW1, thereby confirming that the first balancing switch SW1 is turned on .

이 경우, 제1 배터리 셀(C1)의 전압 밸런싱이 수행되는 경우이므로, 제2 배터리 셀(C2) 내지 제7 배터리 셀(C7)의 전압 밸런싱은 금지되어야 한다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 제2 비교기(OP2) 내지 제6 비교기(OP6) 각각에서 밸런싱 스위치를 온 시키는 신호를 출력하나 복수의 로직 회로(L1,L2,L3,L4,L5,L6)를 거치므로, 제2 밸런싱 스위치(SW2) 내지 제7 밸런싱 스위치(SW7)는 오프 상태를 유지하게 되는 것을 확인할 수 있다.In this case, since the voltage balancing of the first battery cell C1 is performed, the voltage balancing of the second battery cell C2 through the seventh battery cell C7 should be prohibited. 3, the second comparator OP2 to the sixth comparator OP6 output a signal for turning on the balancing switch, but the plurality of logic circuits L1, L2, L3, L4, L5, and L6, It can be confirmed that the second balancing switch SW2 to the seventh balancing switch SW7 are maintained in the off state.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalents thereof are included in the scope of the present specification Should be interpreted.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is not intended to limit the scope. It is to be understood by those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7 : 배터리 셀
B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7 : 밸런싱 회로
Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf,Rg : 분배 저항
OP1,OP2,OP3,OP4,OP5,OP6 : 비교기
L1,L2,L3,L4,L5,L6 : 로직 회로
C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7:
B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7: Balancing circuit
Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg: Distribution resistance
OP1, OP2, OP3, OP4, OP5, OP6: comparator
L1, L2, L3, L4, L5, L6: Logic circuit

Claims (18)

직렬 연결된 복수의 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 배터리 밸런싱 장치에 있어서,
직렬 연결된 밸런싱 저항 및 밸런싱 스위치를 포함하고, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 병렬로 연결되어 상기 복수의 배터리 셀간의 전압을 밸런싱하는 복수의 밸런싱 회로;
서로 직렬 연결되어 상기 복수의 배터리 셀의 평균전압을 순차적으로 누적한 누적 평균 전압을 각각 출력하는 복수의 분배 저항;
상기 복수의 배터리 셀 각각에서 출력하는 상기 복수의 배터리 셀의 전압을 순차적으로 누적한 누적 셀 전압 및 상기 복수의 분배 저항 각각에서 출력하는 상기 누적 평균 전압을 입력받고, 상기 누적 셀 전압과 상기 누적 평균 전압을 비교하여 비교 신호를 각각 출력하는 복수의 비교기; 및
상기 복수의 비교기에서 각각 출력하는 상기 비교 신호를 입력받아 상기 비교 신호를 반전시킨 제어 신호를 상기 복수의 밸런싱 회로로 각각 출력하여 상기 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 복수의 로직 회로를 포함하는 배터리 밸런싱 장치.
A battery balancing apparatus for balancing a voltage between a plurality of battery cells connected in series,
A plurality of balancing circuits each including a balancing resistor and a balancing switch connected in series, the balancing circuits being connected in parallel to each of the plurality of battery cells to balance a voltage between the plurality of battery cells;
A plurality of distribution resistors connected in series to each output a cumulative average voltage obtained by successively accumulating average voltages of the plurality of battery cells;
A cumulative cell voltage obtained by sequentially accumulating the voltages of the plurality of battery cells output from each of the plurality of battery cells and the cumulative mean voltage output from each of the plurality of distribution resistors, A plurality of comparators for comparing voltages and outputting comparison signals, respectively; And
And a plurality of logic circuits for receiving a comparison signal output from each of the plurality of comparators and outputting a control signal inverted from the comparison signal to the plurality of balancing circuits to turn on or off the balancing switch, .
제 1항에 있어서,
상기 복수의 분배 저항 각각의 저항값은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the resistance values of each of the plurality of distribution resistors are equal to each other.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 비교기 각각은 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 큰 경우, 상기 밸런싱 스위치를 온 시키는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of comparators outputs a signal for turning on the balancing switch when the cumulative cell voltage is greater than the cumulative average voltage.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 비교기 각각은 상기 누적 셀 전압이 상기 누적 평균 전압보다 작은 경우, 상기 밸런싱 스위치를 오프 시키는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of comparators outputs a signal for turning off the balancing switch when the cumulative cell voltage is less than the cumulative average voltage.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 비교기는 상기 복수의 배터리 셀이 N개인 경우, N-1개인 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of comparators are N-1 when the plurality of battery cells are N.
제 5항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀 중 제N 배터리 셀이 최상위 배터리 셀인 경우, 상기 제N 배터리 셀은 상기 복수의 밸런싱 회로로 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein when the Nth battery cell among the plurality of battery cells is the highest battery cell, the Nth battery cell is directly connected to the plurality of balancing circuits.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 로직 회로는 상기 복수의 배터리 셀이 N개인 경우, N-1개인 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein said plurality of logic circuits are N-I if said plurality of battery cells are N. < Desc / Clms Page number 20 >
제 7항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀 중 제1 배터리 셀이 최하위 배터리 셀인 경우, 상기 제1 배터리 셀과 연결된 비교기에서 출력한 비교 신호는 상기 복수의 밸런싱 회로로 직접 입력되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the comparison signal output from the comparator connected to the first battery cell is directly input to the plurality of balancing circuits when the first battery cell among the plurality of battery cells is the lowest battery cell.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀은 적어도 4개 이상의 직렬 연결된 제1 배터리 셀, 제2 배터리 셀, 제N-1 배터리 셀 및 제N 배터리 셀을 포함하고,
상기 복수의 밸런싱 회로는 상기 제1 배터리 셀과 병렬로 연결된 제1 밸런싱 회로, 상기 제2 배터리 셀과 병렬로 연결된 제2 밸런싱 회로, 상기 제N-1 배터리 셀과 병렬로 연결된 제N-1 밸런싱 회로 및 상기 제N 배터리 셀과 병렬로 연결된 제N 밸런싱 회로를 포함하고,
상기 복수의 분배 저항은 직렬 연결된 제1 분배 저항, 제2 분배 저항, 제N-1 분배 저항 및 제N 분배 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of battery cells include at least four first battery cells, a second battery cell, an N-1 battery cell and an Nth battery cell connected in series,
The plurality of balancing circuits include a first balancing circuit connected in parallel with the first battery cell, a second balancing circuit connected in parallel with the second battery cell, an N-1 balancing circuit connected in parallel with the N-1 battery cell, And an N-balancing circuit connected in parallel with the Nth battery cell,
Wherein the plurality of distribution resistors comprises a first distribution resistor, a second distribution resistor, an N-1 distribution resistor and an Nth distribution resistor connected in series.
제 9항에 있어서,
상기 복수의 비교기는 상기 제1 배터리 셀에서 출력하는 제1 누적 셀 전압 및 상기 제1 분배 저항에서 출력하는 제1 누적 평균 전압을 입력받아 제1 비교 신호를 출력하는 제1 비교기, 상기 제2 배터리 셀에서 출력하는 제2 누적 셀 전압 및 상기 제2 분배 저항에서 출력하는 제2 누적 평균 전압을 입력받아 제2 비교 신호를 출력하는 제2 비교기 및 상기 제N-1 배터리 셀에서 출력하는 제N-1 누적 셀 전압 및 상기 제N-1 분배 저항에서 출력하는 제N-1 누적 평균 전압을 입력받아 제N-1 비교 신호를 출력하는 제N-1 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of comparators include a first comparator that receives a first cumulative cell voltage output from the first battery cell and a first cumulative average voltage output from the first distribution resistor and outputs a first comparison signal, A second comparator for receiving a second cumulative cell voltage output from the cell and a second cumulative average voltage output from the second distribution resistor and outputting a second comparison signal; And an N-1 comparator receiving the N-1 cumulative cell voltage and the (N-1) cumulative average voltage output from the (N-1) th distribution resistor and outputting an (N-1) th comparison signal.
제 10항에 있어서,
상기 복수의 로직 회로는 상기 제1 비교 신호 및 상기 제2 비교 신호를 입력받아 상기 제2 비교 신호를 반전시킨 제1 제어 신호를 상기 제2 밸런싱 회로로 출력하여 상기 제2 밸런싱 회로에 포함된 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 제1 로직 회로, 제N-2 비교 신호 및 상기 제N-1 비교 신호를 입력받아 상기 제N-1 비교 신호를 반전시킨 제N-1 제어 신호를 상기 제N-1 밸런싱 회로로 출력하여 상기 제N-1 밸런싱 회로에 포함된 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 제N-2 로직 회로 및 제N-1 비교 신호를 입력받아 상기 제N-1 비교 신호를 반전시킨 제N-1 제어 신호를 상기 제N 밸런싱 회로로 출력하여 상기 제N 밸런싱 회로에 포함된 밸런싱 스위치를 온 또는 오프시키는 제N-1 로직 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the plurality of logic circuits receive the first comparison signal and the second comparison signal and output a first control signal that inverts the second comparison signal to the second balancing circuit, 1) -th control signal obtained by inverting the (N-1) th comparison signal by receiving the (N-1) th comparison signal and the (N-1) And an N-2 logic circuit for outputting the N-1 comparison signal to the N-1 balancing circuit and turning on or off the balancing switch included in the N-1 balancing circuit, -1 > control signal to the N-balancing circuit to turn on or off the balancing switch included in the N-balancing circuit.
제 11항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀 중 상기 제N 배터리 셀이 최상위 배터리 셀인 경우,
상기 제N 배터리 셀은 제N 밸런싱 회로로 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
12. The method of claim 11,
When the Nth battery cell among the plurality of battery cells is the highest battery cell,
And the Nth battery cell is directly connected to the N balancing circuit.
제 11항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀 중 상기 제1 배터리 셀이 최하위 배터리 셀인 경우, 상기 제1 비교기에서 출력한 상기 제1 비교 신호는 상기 제1 밸런싱 회로로 직접 입력되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein when the first battery cell among the plurality of battery cells is the lowest battery cell, the first comparison signal output from the first comparator is directly input to the first balancing circuit.
제 11항에 있어서,
상기 제1 누적 셀 전압은 상기 제1 배터리 셀 전압으로 산출되고,
상기 제2 누적 셀 전압은 상기 제1 배터리 셀 전압과 상기 제2 배터리 셀 전압을 더하여 산출되며,
상기 제N-1 누적 셀 전압은 상기 제1 배터리 셀 내지 상기 제N-1 배터리 셀 전압을 모두 더하여 산출되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the first accumulated cell voltage is calculated as the first battery cell voltage,
Wherein the second cumulative cell voltage is calculated by adding the first battery cell voltage and the second battery cell voltage,
And the (N-1) cumulative cell voltage is calculated by adding all of the first battery cell to the (N-1) th battery cell voltage.
제 11항에 있어서,
상기 제1 누적 평균 전압은 상기 제1 배터리 셀 내지 상기 제N 배터리 셀의 평균 전압으로 산출되고,
상기 제2 누적 평균 전압은 상기 평균 전압을 2번 누적하여 산출되며,
상기 제N-1 누적 평균 전압은 상기 평균 전압을 N-1번 누적하여 산출되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the first cumulative average voltage is calculated as an average voltage of the first battery cell to the Nth battery cell,
Wherein the second cumulative average voltage is calculated by accumulating the average voltage twice,
And the N-1 cumulative mean voltage is calculated by accumulating the average voltage N-1 times.
제 11항에 있어서,
상기 제1 로직 회로는 상기 제1 비교 신호를 반전시키는 인버터 및 상기 인버터를 통해 반전시킨 상기 제1 비교 신호와 상기 제2 비교 신호를 입력받아 논리곱하는 논리곱 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the first logic circuit includes an inverter for inverting the first comparison signal and an AND gate for receiving the first comparison signal inverted through the inverter and the second comparison signal to logically multiply the first comparison signal and the second comparison signal. Device.
제 11항에 있어서,
상기 제N-2 로직 회로는 상기 제N-2 비교 신호를 반전시키는 인버터 및 상기 인버터를 통해 반전시킨 상기 제N-2 비교 신호와 상기 제N-1 비교 신호를 입력받아 논리곱하는 논리곱 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the N-2 logic circuit comprises: an inverter for inverting the N-2 comparison signal; and an AND gate for receiving the N-2 comparison signal inverted through the inverter and the N-1 comparison signal, Wherein the battery balancing device is a battery balancing device.
제 11항에 있어서,
상기 제N-1 로직 회로는 상기 제N-1 비교 신호를 반전시키는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
12. The method of claim 11,
And the N-1 logic circuit includes an inverter for inverting the (N-1) th comparison signal.
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