KR20200086848A - Battery system - Google Patents
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- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
Abstract
Description
본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 역전압으로부터 배터리를 보호하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery system, and more particularly, to a system for protecting a battery from reverse voltage.
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. As environmental issues have recently become an issue due to interest in the environment, interest and demand for eco-friendly renewable energy that can replace fossil fuels, which have a great influence on environmental issues, is increasing. The need for is increasing.
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.Secondary cells are one of the energy sources that can replace such fossil fuels, and semi-permanently used by charging the electricity generated in the process where the current supplied by external power causes oxidation/reduction reaction of the material between the anode and the cathode. This is a possible battery.
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.Secondary cells have the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, as well as the fact that by-products from the use of energy do not occur at all. In addition, unlike a primary battery that is used once and discarded, the secondary battery has an advantage that it can be charged multiple times. Due to this advantage, the secondary battery is an electric vehicle (EV, Electric Vehicle), a hybrid vehicle (HV, Hybrid Vehicle), an energy storage system (ESS) or an uninterruptible power source using a medium-to-large battery used for home or industrial use. It is used in a wide range of fields such as Uninterruptible Power Supply (UPS).
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.The secondary battery may not be applied when used in a battery such as a mobile terminal requiring a low capacity, but the unit secondary in an environment in which there is a high capacity such as an electric vehicle, an energy storage system and an uninterruptible power supply as described above. A plurality of battery cells can be used.
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.As described above, when a plurality of secondary battery cells are joined and used in the form of a battery, problems such as overheating and overvoltage may cause the battery to overheat due to an abnormal operation, which causes the unit cell to swell and break. In order to compensate for this problem, when a plurality of secondary battery cells are connected and used, it is always necessary to measure and monitor various state information such as voltage, current, and temperature of individual cells and prevent overcharging or overdischarging of unit cells. In addition, it is necessary to prevent the system from being damaged from a reverse voltage that may occur when the battery pack internal circuit is disconnected or damaged by an external environment or an abnormal situation.
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.The present invention is to overcome the above-mentioned problems, the system according to the embodiment is to protect the battery when the reverse voltage is introduced into the battery, and to have a fast current reduction response when the load is shorted (short).
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.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned may be clearly understood by a person having ordinary skill in the art from the description of the present invention. .
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.The embodiment provides a battery system including a reverse voltage protection circuit connected between a first battery and a load, wherein the reverse voltage protection circuit of the battery system includes a drain connected to the first battery, a source connected to the load, and a third A first transistor connected to a transistor collector; A diode unit connected between the first battery and the base of the third transistor; The third transistor including an emitter connected to the source of the first transistor, a base connected to the diode portion, and a collector connected to the collector of the second transistor; And a zener diode connected between the source of the first transistor and the third transistor collector, and when the first voltage on the first battery side is lower than the second voltage on the load side, the third transistor and the third transistor. A reverse voltage current path via 2 transistors is formed.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 다이오드부는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 직렬 연결된다.Further, the diode portion of the battery system according to the embodiment includes a first diode and a second diode, and the first diode and the second diode are connected in series.
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.Further, the reverse voltage protection circuit of the battery system according to the embodiment further includes a third diode including an anode connected to the source of the first transistor and a cathode connected to the emitter of the third transistor.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 제3 다이오드는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 동작 전압의 차이를 크게하기 위한 다이오드부를 더 포함한다.In addition, the third diode of the battery system according to the embodiment further includes a diode unit for increasing a difference between an operating voltage of the first voltage and the second voltage.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 역전압 보호회로는, 상기 제3 다이오드의 캐소드에 연결된 일단 및 접지에 연결된 타단을 포함하는 제1 커패시터를 더 포함한다.In addition, the reverse voltage protection circuit of the battery system according to an embodiment further includes a first capacitor including one end connected to the cathode of the third diode and the other end connected to ground.
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.In addition, the reverse voltage protection circuit of the battery system according to the embodiment further includes a fourth diode including a cathode connected to the collector of the second transistor and an anode connected to the collector of the third transistor.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 배터리 시스템은 BMS를 더 포함하고, 상기 BMS는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제어 신호를 인가하도록 구성된다.Further, the battery system of the battery system according to the embodiment further includes a BMS, and the BMS is configured to apply a control signal to the base of the second transistor.
또한, 실시예에 따른 배터리 시스템의 상기 역전압 보호회로는, 상기 제2 다이오드의 캐소드와 상기 제4 다이오드의 애노드 사이에 연결된 제1 저항In addition, the reverse voltage protection circuit of the battery system according to the embodiment, the first resistor connected between the cathode of the second diode and the anode of the fourth diode
을 더 포함한다.It further includes.
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. In addition, the battery system of the battery system according to an embodiment further includes a second battery, the reverse voltage protection circuit further includes a fifth diode, and the fifth diode is an anode connected to the battery and the first transistor It includes a cathode connected to the other end of the.
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.Further, when the first voltage on the first battery side of the battery system according to the embodiment is lower than the second voltage, or the first voltage on the second battery side is higher than the first voltage on the first battery side , A reverse voltage current path is formed through the third transistor and the second transistor.
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.In addition, the BMS of the battery system according to the embodiment is configured to apply a control signal to the base of the second transistor that suppresses leakage current using at least one of the first battery and the second battery.
본 발명에 따른 배터리 시스템은 배터리에 역전압이 유입되었을 때 배터리를 보호하고, 부하가 단락되었을 때 빠른 전류 감소 응답을 가지는 는 효과가 있다.The battery system according to the present invention has an effect of protecting the battery when a reverse voltage is introduced into the battery and having a fast current reduction response when the load is shorted.
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.1 is a battery system according to an embodiment.
2 is a reverse voltage current path of the reverse voltage protection circuit according to the embodiment.
3 is a battery system according to another embodiment.
4 is a reverse voltage current path of a reverse voltage protection circuit according to another embodiment.
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. Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar elements, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes "modules" and "parts" for components used in the following description are given or mixed only considering the ease of writing the specification, and do not have meanings or roles distinguished from each other in themselves. In addition, in the description of the embodiments disclosed herein, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, detailed descriptions thereof are omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed in the specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and technical scope of the present invention , It should be understood to include equivalents or substitutes.
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.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
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.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
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.In this application, terms such as “comprises” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
이하, 도 1을 참조하여, 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명한다. 도 1은 실시 예에 따른 배터리 시스템이다.Hereinafter, a battery system according to an embodiment will be described with reference to FIG. 1. 1 is a battery system according to an embodiment.
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.Referring to FIG. 1, the
배터리(10)는 BMS와 역전압 보호회로(20)에 연결되어 있다.The
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.The reverse
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. The first transistor Q1 includes a
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.The second transistor Q2 includes a collector connected to the cathode of the fourth diode, a base connected to one end of the third resistor R3 and the fourth resistor R4, and an emitter connected to ground, and sleep current ). The second transistor Q2 may be an npn transistor, but the embodiment is not limited thereto, and the collector C of the second transistor may be connected to ground and used.
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.The third transistor Q3 includes an emitter E connected to the cathode of the third diode D3, a base B connected to the cathode of the second diode, and a collector C connected to the control terminal of the first transistor do. The third transistor may be a pnp transistor, but embodiments are not limited thereto.
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.The first diode D1 and the second diode D2 are connected in series, and the first diode D1 is an anode connected to the
제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)는 다이오드부(31)를 형성한다.The first diode D1 and the second diode D2 form the
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.The third diode D3 includes an anode connected to the other end of the first transistor Q1 and a cathode connected to the emitter E of the third transistor. For convenience of explanation, the third diode D3 is illustrated as one diode, but the difference between the first voltage V1 and the second voltage V2 is performed by connecting at least one diode in series to the third diode D3. The operating voltage by (V1-V2) can be increased.
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.The fourth diode D4 includes an anode connected between the first resistor R1 and the second resistor R2 and a cathode connected to the emitter of the second transistor Q2. The fourth diode D4 may be omitted because it is used as a short.
제너다이오드(ZD)는 부하에 연결된 캐소드와 제1 트랜지스터(Q1)의 제어단에 연결되어 제1 트랜지스터(Q1)의 제어단에 동작 전압을 인가한다.The Zener diode ZD is connected to the cathode connected to the load and the control terminal of the first transistor Q1 to apply an operating voltage to the control terminal of the first transistor Q1.
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.The first capacitor includes one end connected to the emitter E of the third transistor Q3 and the other end connected to ground. The first capacitor C1 maintains the operating voltage of the third transistor Q3 by maintaining the second voltage V2 for a predetermined time in an abnormal state.
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.For convenience of description, the first diode D1 and the first diode D1 are described as configuring the
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.The
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. The first resistor R1 and the second resistor R2 are connected in series, and the first resistor R1 is connected between the base B of the third transistor Q3 and the anode of the fourth diode D4. It is done. The second resistor R2 is connected between the anode of the fourth diode D4 and the control terminal of the first transistor Q1.
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.The BMS measures the first voltage V1 of the
이하, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 역전압 전류 경로 설명한다. 도 2는 실시예에 따른 역전압 보호회로(20)의 역전압 전류 경로다.Hereinafter, a reverse voltage current path according to an embodiment will be described with reference to FIG. 2. 2 is a reverse voltage current path of the reverse
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.In the present invention, the standby state means a state in which the control signal (Vcc) is not supplied by the BMS, and the normal state provides the control signal (Vcc) in the BMS and the first voltage (V1) is greater than the second voltage (V2). It means high state (V1>V2). The abnormal state means that the control signal Vcc is supplied from the BMS and the first voltage V1 becomes a lower state V1 <V2 than the second voltage V2, but is not limited thereto.
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.In the standby state, even though the voltage of the
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.In the normal state, when the voltage of the
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.In the abnormal state, since the third transistor Q3 is turned on and the first transistor Q1 is turned off, the third diode D3, the third transistor Q3, the second resistor R2, and the third transistor Q3 are turned off. A reverse voltage current path Ro is formed through the four diodes D4 and the second transistor Q2.
구체적으로, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터(E)와 베이스(B) 사이의 전압(VEB)은 이하의 수학식 1에 의해 계산된다.Specifically, the voltage VEB between the emitter E and the base B of the third transistor Q3 is calculated by
[수학식 1][Equation 1]
VEB=VE-VB, VEB=VE-VB,
VEB=VF(D1)+VF(D2)-VF(D3)-Ron(Q1)*Io=VF-Ron(Q1)*Io, 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)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. Here, VEB is the voltage between the emitter E and the base B of the third transistor Q3, VE is the emitter E voltage of the third transistor Q3, VB is the third transistor Q3 ) Is the base (B) voltage, VF is the forward voltage of the diode, Ron (Q1) is the on resistance of the first transistor Q1 (on resistance), and Io is the current flowing through the first transistor Q1. .
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.In the normal state, it is assumed, for example, that the first voltage (V1) = 12 V, Ron (Q1) = 0.04 dB, Io = 3 A, and VF = 0.7 V. According to
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. In addition, in an abnormal state, for example, the first voltage V1 and the second voltage V2 are both 12V and the first voltage V1 is less than the second voltage V2 (for example, 10V). It is when falling. In this abnormal state, the emitter voltage VE of the third transistor Q3=V2-VF(D3)=11.88-0.7=11.18V, the base voltage VB of the third transistor Q3=V1-VF( D2)-F(D3)=10-0.7-0.7=8.6V, and the third transistor is turned on. That is, the voltage (VEB(Q3)) between the emitter E and the base B of the third transistor Q3 becomes 2.58V (11.18-8.6=2.58V), so that the third transistor Q3 is active or It operates in the saturation region (2.58V> 0.7V). Therefore, the third transistor Q3 is turned on.
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. In addition, the voltage VSG between the source and the gate of the first transistor Q1 is between the forward voltage VF of the third diode D3 and the emitter E and the collector C of the third transistor Q3. The sum of the voltages VEC {VSG(Q1) = VF(D3)+VEC(Q3)}, and the voltage VEC between the emitter E and the collector C of the third transistor Q3 is almost 0V. Thus, the voltage between the source and the gate of the first transistor Q1 is about 0.7V, which is lower than the threshold voltage (2V) of the first transistor Q1. Therefore, the first transistor Q1 is turned off and the reverse voltage is not introduced into the
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.Therefore, in the abnormal state, the third transistor Q3 is turned on and the first transistor Q1 is turned off, such that the third diode D3, the third transistor Q3, the second resistor R2, and the fourth diode D4 are turned on. , And a reverse voltage current path Ro via the second transistor Q2 is formed. Therefore, discharge from the second voltage V2 to the first voltage V1 does not occur, and the second voltage V2 can be continuously maintained. In order to reduce the current through which the second voltage V2 is discharged, the second resistor R2 is not set too small.
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.Hereinafter, a battery system according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a battery system according to another embodiment, and FIG. 4 is a reverse voltage current path of the reverse voltage protection circuit according to another embodiment.
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.Referring to FIG. 3, the
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.In the
제1 배터리(10a)는 납축전지 일 수 있고 출력 전압은 제3 전압, 예를 들어 16V일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. The
제2배터리(10b)는 리튬이온전지일 수 있고 출력 전압은 제4 전압, 예를 들어 12V일 수 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.The
제1 배터리(10a)와 제2 배터리(10b) 중 출력 전압이 높은 배터리만 선택되어 부하에 연결된다. Only the battery having a high output voltage among the
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.The fifth diode D5 includes an anode connected to the
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. The BMS measures the first voltage V1a of the
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.Referring to FIG. 4, in the standby state, even if the first voltage V1a or the first voltage V1b passes through the internal diode Di of the first transistor Q1, the BMS supplies the control signal Vcc. Do not Since there is no current passing through the Zener diode ZD or the third transistor Q3, the source-gate voltage VSG of the first transistor Q1 becomes 0 V, and there is no leakage current caused by the reverse
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.In the normal state, the third transistor Q3 is turned off, and the first voltage V1a or the first voltage V1b passes through the internal diode Di of the first transistor Q1 and a high level control signal in the BMS When (Vcc) is supplied, a current path (Lo) passing through the Zener diode (ZD), the second resistor (R2), the fourth diode (D4), and the second transistor (Q2) is generated.
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.In the abnormal state, the third transistor Q3 is turned on and the first transistor Q1 is turned off, such that the third diode D3, the third transistor Q3, the second resistor R2, the fourth diode D4, And a reverse voltage current path Ro passing through the second transistor Q2. The second voltage V2 is connected to the ground through the reverse voltage current path Ro.
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.In addition, in the abnormal state, when the first voltage V1b is higher than the first voltage V1a, the first transistor Q1 is turned off, and the third diode D3, the third transistor Q3, and the second resistor ( R2), a fourth diode D4, and a reverse voltage current path Ro through the second transistor Q2 are formed. The second voltage V2 is connected to the ground through the reverse voltage current path Ro.
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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered illustrative. The scope of the invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.
1, 2: 배터리 시스템
10: 배터리
10a: 제1 배터리
10b: 제2 배터리
20,21: 역전압 보호회로1, 2: Battery system
10: battery
10a: first battery
10b: second battery
20,21: reverse voltage protection circuit
Claims (11)
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.A battery system including a reverse voltage protection circuit connected between a first battery and a load,
The reverse voltage protection circuit,
A drain connected to the first battery, a source connected to a load, and a first transistor connected to a third transistor collector;
A diode unit connected between the first battery and the base of the third transistor;
The third transistor including an emitter connected to the source of the first transistor, a base connected to the diode portion, and a collector connected to the collector of the second transistor; And
A zener diode connected between the source of the first transistor and the third transistor collector
Including,
When the first voltage on the first battery side is lower than the second voltage on the load side, a reverse voltage current path is formed through the third transistor and the second transistor.
상기 다이오드부는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고,
상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 직렬 연결된, 배터리 시스템.According to claim 1,
The diode unit includes a first diode and a second diode,
The first diode and the second diode are connected in series, the battery system.
상기 역전압 보호회로는,
상기 제1 트랜지스터의 소스에 연결된 애노드 및 상기 제3 트랜지스터의 에미터에 연결된 캐소드를 포함하는 제3 다이오드
를 더 포함하는 배터리 시스템.According to claim 2,
The reverse voltage protection circuit,
A third diode comprising an anode connected to the source of the first transistor and a cathode connected to the emitter of the third transistor
Battery system further comprising a.
상기 제3 다이오드는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 동작 전압의 차이를 크게하기 위한 다이오드부
를 더 포함하는 배터리 시스템.According to claim 3,
The third diode is a diode unit for increasing a difference between an operating voltage of the first voltage and the second voltage
Battery system further comprising a.
상기 역전압 보호회로는,
상기 제3 다이오드의 캐소드에 연결된 일단 및 접지에 연결된 타단을 포함하는 제1 커패시터
를 더 포함하는, 배터리 시스템.According to claim 4,
The reverse voltage protection circuit,
A first capacitor comprising one end connected to the cathode of the third diode and the other end connected to ground.
Further comprising, a battery system.
상기 역전압 보호회로는,
상기 제2 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 캐소드 및 상기 제3 트랜지스터의 콜렉터에 연결된 애노드를 포함하는 제4 다이오드
를 더 포함하는, 배터리 시스템.The method of claim 5,
The reverse voltage protection circuit,
A fourth diode comprising a cathode connected to the collector of the second transistor and an anode connected to the collector of the third transistor
Further comprising, a battery system.
상기 배터리 시스템은 BMS를 더 포함하고,
상기 BMS는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제어 신호를 인가하도록 구성된, 배터리 시스템.The method of claim 6,
The battery system further comprises a BMS,
Wherein the BMS is configured to apply a control signal to the base of the second transistor.
상기 역전압 보호회로는,
상기 제2 다이오드의 캐소드와 상기 제4 다이오드의 애노드 사이에 연결된 제1 저항
을 더 포함하는, 배터리 시스템.The method of claim 7,
The reverse voltage protection circuit,
A first resistor connected between the cathode of the second diode and the anode of the fourth diode
Further comprising, a battery system.
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.The method of claim 8,
The battery system further includes a second battery,
The reverse voltage protection circuit further includes a fifth diode,
The fifth diode includes an anode connected to the battery and a cathode connected to the other end of the first transistor.
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. The method of claim 9,
When the first voltage on the first battery side is lower than the second voltage, or when the first voltage on the second battery side is higher than the first voltage on the first battery side, the third transistor and the second A battery system in which a reverse voltage current path via a transistor is formed.
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.The method of claim 10,
The BMS is configured to apply a control signal to the base of the second transistor that suppresses leakage current, using at least one of the first battery and the second battery.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |