KR100756976B1 - 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스위칭 소자의 수를 줄임으로써 제조 비용을 절감할 수 있는 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배터리 전압 측정 회로는 k (2 이상의 자연수) 개의 직렬 연결된 전압원들과; 상기 k 개의 전압원들의 양극 및 음극에 순차로 접속된 k + 1 개의 스위칭 소자들과; 상기 k + 1 개의 스위칭 소자들 중 l(자연수) × n(3 이상의 자연수) - m (0 이상 n 미만의 정수)번째 스위칭 소자들이 공통으로 접속된 n 개의 노드들과; 제1 단자 및 제2 단자를 가지는 n 개의 커패시터들을 포함하며, 상기 제1 단자 및 제2 단자에 상기 n 개의 노드들이 순차로 접속된 상기 n 개의 커패시터들이 폐루프를 형성하며 서로 접속된 전압 충전부와; 상기 n 개의 커패시터들의 상기 제1 및 제2 단자가 접속된 n 개의 전압 측정부를 구비한다.
배터리, 전압 측정, 스위칭 소자
Description
도 1은 종래의 배터리 전압 측정 회로를 나타내는 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 전압 측정 회로의 구동 타이밍도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로를 나타내는 회로도.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 전압 측정 회로의 구동 타이밍도.
도 5는 도 3에 도시된 배터리 전압 측정 회로의 다른 구동 타이밍도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로를 나타내는 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1 : 제1 스위칭 뱅크 2 : 제2 스위칭 뱅크
3 : 커패시터 4 : 샘플링 스위칭부
5 : 전압 측정부 30, 130 : 전압 충전부
31, 131 : 제1 전압 충전부 32, 132 : 제2 전압 충전부
33, 133 : 제3 전압 충전부 51, 151 : 제1 전압 측정부
52, 152 : 제2 전압 측정부 53, 153 : 제3 전압 측정부
154 : 제4 전압 측정부
본 발명은 배터리 전압 측정 회로에 관한 것으로, 특히 스위칭 소자의 수를 줄임으로써 제조 비용을 절감할 수 있는 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법에 관한 것이다.
배터리는 직렬 접속된 다수 개의 전압원들을 포함하며, 배터리의 전압은 직렬 접속된 다수 개의 전압원들의 전압을 각각 측정하여 각각 측정된 전압들을 합하여 측정한다. 따라서, 배터리 전압을 측정하기 위한 종래의 배터리 전압 측정 회로는 다수 개의 전압원들의 전압을 각각 측정하기 위한 회로를 포함한다.
도 1은 종래의 배터리 전압 측정 회로를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 배터리 전압 측정 회로는 직렬 접속된 제1 내지 제2n 전압원들(V1 내지 V2n, n은 1 이상의 자연수)과, 상기 제1 내지 제2n 전압원들(V1 내지 V2n) 중 기수 번째 접압원들(V1 내지 V2n-1)이 입력단에 접속된 제1 스위칭 뱅크(1)와, 상기 제1 내지 제2n 전압원들(V1 내지 V2n) 중 우수 번째 전압원들(V2 내지 V2n)이 입력단에 접속된 제2 스위칭 뱅크(2)와, 상기 제1 스위칭 뱅 크(1)의 출력단에 일측 단자가 접속되며, 상기 제2 스위칭 뱅크(2)의 출력단에 타측 단자가 접속되는 커패시터(3)와, 상기 커패시터(3)에 충전되는 충전용량을 측정하는 전압 측정부(5)과, 상기 커패시터(3)와 상기 전압 측정부(5)을 접속시키는 샘플링 스위칭부(4)를 구비한다.
제1 스위칭 뱅크(1)는 기수 스위칭 소자들(S1 내지 S2n+1)을 구비하며, 제2 스위칭 뱅크(2)는 우수 스위칭 소자들(S2 내지 S2n)을 구비한다.
샘플링 스위칭부(4)는 상기 커패시터(3)의 일측 단자와 상기 전압 측정부(5)의 양전압 입력 단자(+)를 접속시키는 제1 샘플링 스위칭 소자(4a)와, 상기 커패시터(3)의 일측 단자와 상기 전압 측정부(5)의 음전압 입력 단자(-)를 접속시키는 제2 샘플링 스위칭 소자(4b)와, 상기 커패시터(3)의 타측 단자와 상기 전압 측정부(5)의 양전압 입력 단자(+)를 접속시키는 제3 샘플링 스위칭 소자(4c)와, 상기 커패시터(3)의 타측 단자와 상기 전압 측정부(5)의 음전압 입력 단자(-)를 접속시키는 제4 샘플링 스위칭 소자(4d)를 구비한다.
이러한 종래의 배터리 전압 측정 회로를 이용한 배터리 전압 측정 방법을 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 종래의 배터리 전압 측정 방법은 제1 스위칭 뱅크(1)의 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 스위칭 뱅크(2)의 제2 스위칭 소자(S2)를 턴-온시켜 제1 전압원(V1)의 전압을 커패시터(3)에 충전시킨다. 그 후, 종래의 배터리 전압 측정 방법은 제1 샘플링 스위칭 소자(4a)와 제4 샘플링 스위칭 소자(4d)를 턴-온시켜 전압 측정부(5)을 통하여 제1 전압원(V1)의 전압을 측정한다.
이어서, 종래의 배터리 전압 측정 방법은 제1 스위칭 뱅크(1)의 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 스위칭 뱅크(2)의 제2 스위칭 소자(S2)를 턴-오프시켜 커패시터(3)에 충전된 제1 전압원(V1)의 전압을 방전시킨다.
그런 다음, 종래의 배터리 전압 측정 방법은 제2 스위칭 뱅크(2)의 제2 스위칭 소자(S2) 및 제1 스위칭 뱅크(1)의 제3 스위칭 소자(S3)를 턴-온시켜 제2 전압원(V2)의 전압을 커패시터(3)에 충전시킨다. 그 후, 종래의 배터리 전압 측정 방법은 제2 샘플링 스위칭 소자(4b)와 제3 샘플링 스위칭 소자(4c)를 턴-온시켜 전압 측정부(5)을 통하여 제2 전압원(V2)의 전압을 측정한다.
이어서, 종래의 배터리 전압 측정 방법은 제2 스위칭 뱅크(2)의 제2 스위칭 소자(S2) 및 제1 스위칭 뱅크(1)의 제3 스위칭 소자(S3)를 턴-오프시켜 커패시터(3)에 충전된 제2 전압원(V2)의 전압을 방전시킨다.
종래의 배터리 전압 측정 방법은 상기와 같은 방법을 반복하여 제1 내지 제2n 전압원(V1 내지 V2n)의 전압을 순차로 측정하며, 측정된 제1 내지 제2n 전압원(V1 내지 V2n)의 전압을 합하여 배터리에 충전된 총 전압을 측정한다.
상술한 바와 같이 종래의 배터리 전압 측정 회로는 직렬 접속된 제1 내지 제2n 전압원들(V1 내지 V2n)의 전압을 각각 측정하기 위하여 제1 내지 제2n 전압원들(V1 내지 V2n)의 전압을 커패시터(3)에 순차로 충전하기 위하여 제1 및 제2 스위칭 뱅크(1, 2)에 포함되는 스위칭 소자들(S1 내지 S2)을 구비한다. 뿐만 아니라, 종래의 배터리 전압 측정 회로는 커패시터(3)와 전압 측정부(5) 사이에 샘플링 스위칭 소자들(4a 내지 4d)을 구비한다.
상기와 같은 구조의 종래의 배터리 전압 측정 회로는 배터리 전압을 측정하기 위하여 많은 수의 스위칭 소자들을 포함하는데, 이 스위칭 소자들은 매우 고가의 소자이다. 따라서, 종래의 배터리 전압 측정 회로는 고가인 스위칭 소자를 다수 개 포함하여야함에 따라 그 제조 비용이 높다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 스위칭 소자의 수를 줄임으로써 제조 비용을 절감할 수 있는 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 k (2 이상의 자연수) 개의 직렬 연결된 전압원들과; 상기 k 개의 전압원들의 양극 및 음극에 순차로 접속된 k + 1 개의 스위칭 소자들과; 상기 k + 1 개의 스위칭 소자들 중 l(자연수) × n(3 이상의 자연수) - m (0 이상 n 미만의 정수)번째 스위칭 소자들이 공통으로 접속된 n 개의 노드들과; 제1 단자 및 제2 단자를 가지는 n 개의 커패시터들을 포함하며, 상기 제1 단자 및 제2 단자에 상기 n 개의 노드들이 순차로 접속된 상기 n 개의 커패시터들이 폐루프를 형성하며 서로 접속된 전압 충전부와; 상기 n 개의 커패시터들의 상기 제1 및 제2 단자가 접속된 n 개의 전압 측정부를 구비한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 폐루프를 형성하도록 서로 접속된 n(3 이상의 자연수) 개의 커패시터들 중 i(n 이하의 자연수) 번째 커패시터의 제1 단자 및 제2 단자와 접속되며 서로 직렬로 연결된 k(2 이상의 자연수) 개의 전압원들 중 상기 i 번째 커패시터와 접속되는 전압원의 양극과 음극에 접속된 스위칭 소자들을 턴-온(Turn-On)시키는 제1 단계와; n 개의 노드들 중 상기 i 번째 커패시터와 접속되는 전압원의 양극에 접속된 스위칭 소자와 상기 i 번째 커패시터의 제1 단자가 접속되는 i 번째 노드에 상기 전압원의 양의 전압을 인가하고, 상기 n 개의 노드들 중 상기 전압원의 음극에 접속된 스위칭 소자와 상기 i 번째 커패시터의 제2 단자가 접속되는 i + 1 번째 노드에 상기 전압원의 음의 전압을 인가하는 제2 단계와; 상기 i 번째 노드 및 i + 1 번째 노드에 인가된 상기 전압원의 전압을 상기 i 번째 커패시터에 충전하는 제3 단계와; 상기 i 번째 커패시터의 제1 단자 및 제2 단자와 접속된 샘플링 스위칭 소자들을 턴-온시켜 상기 i 번째 커패시터에 충전된 전압을 측정하는 제4 단계를 포함하며, 상기 제1 내지 제4 단계를 반복하여 상기 k 개의 전압원들의 전압을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 폐루프를 형성하도록 서로 접속된 n(3 이상의 자연수) 개의 커패시터들 중 i(n 이하의 자연수) 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제1 단자 및 제2 단자와 접속되며 서로 직렬로 연결된 k(2 이상의 자연수) 개의 전압원들 중 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들과 접속되는 전압원들의 양극과 음극에 접속된 스위칭 소자들을 턴-온(Turn- On)시키는 제1 단계와; n 개의 노드들 중 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들과 접속되는 전압원들의 양극에 접속된 스위칭 소자들과 상기 i 번째 커패시터의 제1 단자가 접속되는 i 번째 노드와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제1 단자가 접속되는 i + m(m은 1이상 n 이하의 자연수) 번째 노드들에 상기 전압원들의 양의 전압을 인가하고, 상기 n 개의 노드들 중 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들과 접속되는 전압원들의 음극에 접속된 스위칭 소자들과 상기 i 번째 커패시터의 제2 단자가 접속되는 i + 1 번째 노드와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제2 단자가 접속되는 i + m 번째 노드들에 상기 전압원들의 음의 전압을 인가하는 제2 단계와; 상기 i 번째 노드와 상기 i + m 번째 노드들에 인가된 상기 전압원의 전압을 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들에 충전하는 제3 단계와; 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제1 단자 및 제2 단자와 접속된 샘플링 스위칭 소자들을 턴-온시켜 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들에 충전된 전압을 측정하는 제4 단계를 포함하며, 상기 제1 내지 제4 단계를 반복하여 상기 k 개의 전압원들의 전압을 측정하는 단계를 포함한다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로를 나타내는 회로도 이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 직렬 연결된 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)과, 상기 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)의 양단에 순차로 접속된 제1 내지 제9 스위칭 소자들(T1 내지 T9)과, 상기 제1 내지 제9 스위칭 소자들(T1 내지 T9)이 접속되고 폐루프(Closed loop)를 형성하며 순차로 접속된 제1 내지 제3 커패시터(31, 32, 33)를 포함하는 전압 충전부(30)와, 상기 전압 충전부(30)의 제1 내지 제3 커패시터(31, 32, 33)에 충전된 전압을 각각 측정하는 제1 내지 제3 전압 측정부(51, 52, 53)를 구비한다. 또한, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로는 전압 충전부(30)의 제1 내지 제3 커패시터(31, 32, 33)와 제1 내지 제3 전압 측정부(51, 52, 53) 사이에 제1 내지 제3 샘플링 스위칭 소자들(S1 내지 S3)을 구비한다.
제1 내지 제9 스위칭 소자들(T1 내지 T9)은 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8) 중 자신의 서수 번호와 동일한 서수 번째 전압원들(V1 내지 V8 중 어느 하나)의 양극과, 자신의 서수 번호보다 한 서수 번호 작은 서수 번째 전압원들(V1 내지 V8 중 어느 하나)의 음극에 일단이 접속된다. 여기서, 첫번째 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(T1)는 제1 전압원(V1)의 양극에만 일단이 접속되며, 마지막 스위칭 소자인 제9 스위칭 소자(T9)는 제8 전압원(V8)의 음극에만 일단이 접속된다.
그리고, 제1 내지 제9 스위칭 소자들(T1 내지 T9) 중 3n(n은 0 이상의 자연수)+1번째 스위칭 소자들(T1, T4, T7)은 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되며, 제1 노드(N1)는 제1 커패시터(31)의 (+) 단자와 제2 커패시터(32)의 (-) 단자에 공통으 로 접속되고, 제1 내지 제9 스위칭 소자들(T1 내지 T9) 중 3n+2번째 스위칭 소자들(T2, T5, T8)은 제2 노드(N2)에 공통으로 접속되며, 제2 노드(N2)는 제2 커패시터(32)의 (+) 단자와 제3 커패시터(33)의 (-) 단자에 공통으로 접속된다. 또한, 제1 내지 제9 스위칭 소자들(T1 내지 T9) 중 3n+3번째 스위칭 소자들(T3, T6, T9)은 제3 노드(N3)에 공통으로 접속되며, 제3 노드(N3)는 제3 커패시터(33)의 (+) 단자와 제1 커패시터(31)의 (-) 단자에 공통으로 접속된다.
제1 샘플링 스위칭 소자(S1)는 제1 커패시터(31)의 (+) 단자와 제1 전압 측정부(51)의 (+) 단자를 접속시키고, 제3 커패시터(33)의 (-) 단자와 제3 전압 측정 회로(53)의 (-) 단자를 접속시킨다. 제2 샘플링 스위칭 소자(S2)는 제2 커패시터(32)의 (+) 단자와 제2 전압 측정부(52)의 (+) 단자를 접속시키고, 제1 커패시터(31)의 (-) 단자와 제1 전압 측정 회로(51)의 (-) 단자를 접속시킨다. 제3 샘플링 스위칭 소자(S3)는 제3 커패시터(33)의 (+) 단자와 제3 전압 측정부(53)의 (+) 단자를 접속시키고, 제2 커패시터(32)의 (-) 단자와 제2 전압 측정 회로(52)의 (-) 단자를 접속시킨다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로를 이용한 배터리 전압 측정 방법을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 제1 및 제2 스위칭 소자들(T1, T2)을 턴-온(Turn-On)시킨다. 그러면, 제1 스위칭 소자(T1)가 접속된 제1 노드(N1)에는 제1 전압원(V1)의 양극의 전압이 인가되고, 제2 스위칭 소자(T2)가 접속된 제2 노드(N2)에는 제1 전압원(V1)의 음극의 전 압이 인가된다. 따라서, 제1 노드(N1)와 접속된 제1 커패시터(31)의 (+) 단자에는 제1 전압원(V1)의 양극의 전압이 인가되고, 제2 노드(N2)와 접속된 제1 커패시터(31)의 (-) 단자에는 제1 전압원(V1)의 음극의 전압이 인가되어 제1 커패시터(31)에는 제1 전압원(V1)의 전압이 충전된다. 그 후, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제1 및 제2 샘플링 스위칭 소자(S1, S2)를 턴-온시켜 제1 전압 측정부(51)를 통하여 제1 전압원(V1)의 전압을 측정한다. 이때, 제2 및 제3 커패시터(32, 33)에는 전압이 인가되지 않음으로써, 제2 및 제3 커패시터(32, 33)는 방전된다.
그런 다음, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제2 및 제3 스위칭 소자들(T2, T3)을 턴-온시킨다. 그러면, 제2 스위칭 소자(T2)가 접속된 제2 노드(N2)에는 제2 전압원(V2)의 양극의 전압이 인가되고, 제3 스위칭 소자(T3)가 접속된 제3 노드(N3)에는 제2 전압원(V2)의 음극의 전압이 인가된다. 따라서, 제2 노드(N2)와 접속된 제2 커패시터(32)의 (+) 단자에는 제2 전압원(V2)의 양극의 전압이 인가되고, 제3 노드(N3)와 접속된 제2 커패시터(32)의 (-) 단자에는 제2 전압원(V2)의 음극의 전압이 인가되어 제2 커패시터(32)에는 제2 전압원(V2)의 전압이 충전된다. 그 후, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제2 및 제3 샘플링 스위칭 소자(S2, S3)를 턴-온시켜 제2 전압 측정부(52)를 통하여 제2 전압원(V2)의 전압을 측정한다. 이때, 제1 및 제3 커패시터(31, 33)에는 전압이 인가되지 않음으로써, 제1 및 제3 커패시터(31, 33)는 방전된다.
이어서, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제3 및 제4 스위칭 소자들(T3, T4)을 턴-온시킨다. 그러면, 제3 스위칭 소자(T3)가 접속된 제3 노드(N3)에는 제3 전압원(V3)의 양극의 전압이 인가되고, 제4 스위칭 소자(T4)가 접속된 제1 노드(N1)에는 제3 전압원(V3)의 음극의 전압이 인가된다. 따라서, 제3 노드(N3)와 접속된 제3 커패시터(33)의 (+) 단자에는 제3 전압원(V3)의 양극의 전압이 인가되고, 제1 노드(N1)와 접속된 제3 커패시터(33)의 (-) 단자에는 제3 전압원(V3)의 음극의 전압이 인가되어 제3 커패시터(33)에는 제3 전압원(V3)의 전압이 충전된다. 그 후, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제3 및 제1 샘플링 스위칭 소자(S3, S1)를 턴-온시켜 제3 전압 측정부(53)를 통하여 제3 전압원(V3)의 전압을 측정한다. 이때, 제1 및 제2 커패시터(31, 32)에는 전압이 인가되지 않음으로써, 제1 및 제2 커패시터(31, 32)는 방전된다.
본 발명의 실시 예에 배터리 전압 측정 방법은 상기와 같은 방법을 반복하여 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)의 전압을 순차로 측정하며, 측정된 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)의 전압을 합하여 배터리에 충전된 총 전압을 측정한다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 제1 내지 제9 스위칭 소자들(T1 내지 T9)이 접속되고 폐루프(Closed loop)를 형성하며 순차로 접속된 제1 내지 제3 커패시터(32, 32, 33)를 구비하여 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)의 총 전압을 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로는 종래의 배터리 전압 측정 회로와 비교하여 고가의 스위칭 소자의 수를 줄일 수 있다. 이 결과, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로는 배터리 전압 측정 회로를 구현하기 위한 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 상기 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)을 하나씩 측정함으로써 상기 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8) 중 어느 하나의 전압원(V1 내지 V8 중 어느 하나)에 전압이 과충전되는 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 배터리 전압 측정 회로의 밸런스(Balance)를 감시하고 이를 제어할 수 있어 배터리 전압 측정 회로를 안정적으로 구동할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 상술한 바와 같은 방법으로 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)의 전압을 순차로 하나씩 측정할 수도 있으며, 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)의 전압을 순차로 2개씩 측정할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 제1 내지 제3 스위칭 소자들(T1 내지 T3)을 턴-온(Turn-On)시킨다. 그러면, 제1 스위칭 소자(T1)가 접속된 제1 노드(N1)에는 제1 전압원(V1)의 양극의 전압이 인가되고, 제2 스위칭 소자(T2)가 접속된 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)에는 제1 전압원(V1)의 음극의 전압이 인가됨과 아울러 제2 전압원(V2)의 양극의 전압이 인가되며, 제3 스위칭 소자(T3)가 접속된 제3 노드(N3)에는 제2 전압원(V2)의 음극의 전압이 인가된다. 따라서, 제1 노드(N1)와 접속된 제1 커패시터(31)의 (+) 단자에는 제1 전압원(V1)의 양극의 전압이 인가되고, 제2 노드(N2)와 접속된 제1 커패시터(31)의 (-) 단자에는 제1 전압원(V1)의 음극의 전압이 인가됨과 아울러 제2 커패 시터(32)의 (+) 단자에는 제2 전압원(V2)의 양극의 전압이 인가되며, 제3 노드(N3)와 접속된 제2 커패시터(32)의 (-) 단자에는 제2 전압원(V2)의 음극의 전압이 인가되어 제1 커패시터(31)에는 제1 전압원(V1)의 전압이 충전되고 제2 커패시터(32)에는 제2 전압원(V2)의 전압이 충전된다. 그 후, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제1 내지 제3 샘플링 스위칭 소자(S1 내지 S3)를 턴-온시켜 제1 및 제2 전압 측정부(51, 52)를 통하여 제1 및 제2 전압원(V1, V2)의 전압을 측정한다. 이때, 제3 커패시터(33)에는 전압이 인가되지 않음으로써, 제3 커패시터(33)는 방전된다.
그리고, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제3 내지 제5 스위칭 소자들(T3 내지 T5)을 턴-온(Turn-On)시킨다. 그러면, 제3 스위칭 소자(T3)가 접속된 제3 노드(N1)에는 제3 전압원(V1)의 양극의 전압이 인가되고, 제4 스위칭 소자(T4)가 접속된 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에는 제3 전압원(V3)의 음극의 전압이 인가됨과 아울러 제4 전압원(V4)의 양극의 전압이 인가되며, 제5 스위칭 소자(T5)가 접속된 제2 노드(N2)에는 제4 전압원(V4)의 음극의 전압이 인가된다. 따라서, 제3 노드(N3)와 접속된 제3 커패시터(33)의 (+) 단자에는 제3 전압원(V3)의 양극의 전압이 인가되고, 제1 노드(N1)와 접속된 제3 커패시터(33)의 (-) 단자에는 제3 전압원(V3)의 음극의 전압이 인가됨과 아울러 제1 커패시터(31)의 (+) 단자에는 제4 전압원(V4)의 양극의 전압이 인가되며, 제2 노드(N2)와 접속된 제1 커패시터(31)의 (-) 단자에는 제4 전압원(V4)의 음극의 전압이 인가되어 제3 커패시터(33)에는 제3 전압원(V3)의 전압이 충전되고 제1 커패시터(31)에는 제4 전압원(V4)의 전압이 충전된다. 그 후, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 제1 내지 제3 샘플링 스위칭 소자(S1 내지 S3)를 턴-온시켜 제3 및 제1 전압 측정부(53, 51)를 통하여 제3 및 제4 전압원(V3, V4)의 전압을 측정한다. 이때, 제3 커패시터(33)에는 전압이 인가되지 않음으로써, 제3 커패시터(33)는 방전된다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 제1 내지 제8 전압원들(V1 내지 V8)의 전압을 순차로 2개씩 측정함으로써 종래의 배터리 전압 측정 방법과 비교하여 배터리 전압의 측정 시간을 단축시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 직렬 연결된 8개의 전압원들(V1 내지 V8)을 구비하는 배터리 전압 측정 회로와 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법에 대하여만 개시하였지만, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 직렬 연결되는 8개의 전압원들(V1 내지 V8)을 구비하는 배터리 전압 측정 회로와 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법에 한정되지 않으며, 2개 이상의 전압원들(V1 내지 Vn)이 직렬 연결되는 어떠한 경우에도 적용 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 도 3에 도시된 바와 같이 폐루프를 형성하며 순차로 접속된 제1 내지 제3 커패시터(31, 32, 33)를 포함하는 전압 충전부(30)를 구비하는 실시 예에만 한정되는 것이 아니라, 폐루프를 형성하며 순차로 접속된 제1 내지 제n 커패시터를 포함하는 전압 충전부를 구비하는 경우에도 적용가능하다.
이하, 폐루프를 형성하며 순차로 접속된 제1 내지 제4 커패시터들을 포함하 는 전압 충전부를 구비하는 배터리 전압 측정 회로에 대하여 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 직렬 연결된 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7)과, 상기 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V8)의 양단에 순차로 접속된 제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8)과, 상기 제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8)이 접속되고 폐루프(Closed loop)를 형성하며 순차로 접속된 제1 내지 제4 커패시터(131, 132, 133, 134)를 포함하는 전압 충전부(130)와, 상기 전압 충전부(130)의 제1 내지 제4 커패시터(131, 132, 133, 134)에 충전된 전압을 각각 측정하는 제1 내지 제4 전압 측정부(151, 152, 153)를 구비한다. 또한, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로는 전압 충전부(130)의 제1 내지 제4 커패시터(131, 132, 133, 134)와 제1 내지 제4 전압 측정부(151, 152, 153) 사이에 제1 내지 제4 샘플링 스위칭 소자들(S1 내지 S3)을 구비한다.
제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8)은 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7) 중 자신의 서수 번호와 동일한 서수 번째 전압원들(V1 내지 V7 중 어느 하나)의 양극과, 자신의 서수 번호보다 한 서수 번호 작은 서수 번째 전압원들(V1 내지 V7 중 어느 하나)의 음극에 일단이 접속된다. 여기서, 첫번째 스위칭 소자인 제1 스위칭 소자(T1)는 제1 전압원(V1)의 양극에만 일단이 접속되며, 마지막 스위칭 소자인 제8 스위칭 소자(T8)는 제7 전압원(V7)의 음극에만 일단이 접속된다.
그리고, 제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8) 중 4n(n은 0 이상의 자연 수)+1번째 스위칭 소자들(T1, T5)은 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되며, 제1 노드(N1)는 제1 커패시터(131)의 (+) 단자와 제2 커패시터(132)의 (-) 단자에 공통으로 접속되고, 제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8) 중 4n+2번째 스위칭 소자들(T2, T6)은 제2 노드(N2)에 공통으로 접속되며, 제2 노드(N2)는 제2 커패시터(132)의 (+) 단자와 제3 커패시터(133)의 (-) 단자에 공통으로 접속된다. 또한, 제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8) 중 4n+3번째 스위칭 소자들(T3, T7)은 제3 노드(N1)에 공통으로 접속되며, 제3 노드(N3)는 제3 커패시터(133)의 (+) 단자와 제4 커패시터(134)의 (-) 단자에 공통으로 접속되고, 제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8) 중 4n+4번째 스위칭 소자들(T4, T8)은 제4 노드(N2)에 공통으로 접속되며, 제4 노드(N4)는 제4 커패시터(134)의 (+) 단자와 제1 커패시터(131)의 (-) 단자에 공통으로 접속된다.
제1 샘플링 스위칭 소자(S1)는 제1 커패시터(131)의 (+) 단자와 제1 전압 측정부(151)의 (+) 단자를 접속시키고, 제4 커패시터(134)의 (-) 단자와 제4 전압 측정 회로(154)의 (-) 단자를 접속시킨다. 제2 샘플링 스위칭 소자(S2)는 제2 커패시터(132)의 (+) 단자와 제2 전압 측정부(152)의 (+) 단자를 접속시키고, 제1 커패시터(131)의 (-) 단자와 제1 전압 측정 회로(151)의 (-) 단자를 접속시킨다. 제3 샘플링 스위칭 소자(S3)는 제3 커패시터(133)의 (+) 단자와 제3 전압 측정부(153)의 (+) 단자를 접속시키고, 제2 커패시터(132)의 (-) 단자와 제2 전압 측정 회로(152)의 (-) 단자를 접속시킨다. 제4 샘플링 스위칭 소자(S4)는 제4 커패시터(134)의 (+) 단자와 제4 전압 측정부(154)의 (+) 단자를 접속시키고, 제3 커패시 터(133)의 (-) 단자와 제3 전압 측정 회로(153)의 (-) 단자를 접속시킨다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로를 이용한 배터리 전압 측정 방법과 동일하므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 제1 내지 제8 스위칭 소자들(T1 내지 T8)이 접속되고 폐루프를 형성하며 순차로 접속된 제1 내지 제4 커패시터(131, 132, 133, 134)를 구비하여 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7)의 총 전압을 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 종래의 배터리 전압 측정 회로와 비교하여 고가의 스위칭 소자의 수를 줄일 수 있다. 이 결과, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 배터리 전압 측정 회로를 구현하기 위한 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 상기 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7)을 하나씩 측정함으로써 상기 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7) 중 어느 하나의 전압원(V1 내지 V7 중 어느 하나)에 전압이 과충전되는 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 배터리 전압 측정 회로의 밸런스(Balance)를 감시하고 이를 제어할 수 있어 배터리 전압 측정 회로를 안정적으로 구동할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압의 측정 방법과 동일한 방법으로 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7)의 전압을 순차로 하나씩 측정할 수도 있고, 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7)의 전압을 순차로 2개씩 측정할 수도 있으며 또한, 제1 내지 제7 전압원들(V1 내지 V7)의 전압을 순차로 3개씩 측정할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 종래의 배터리 전압 측정 방법과 비교하여 배터리 전압의 측정 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 직렬 연결된 7개의 전압원들(V1 내지 V7)을 구비하는 배터리 전압 측정 회로에 대하여만 개시하였지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로는 직렬 연결되는 7개의 전압원들(V1 내지 V7)을 구비하는 배터리 전압 측정 회로에 한정되지 않으며, 2개 이상의 전압원들(V1 내지 Vn)이 직렬 연결되는 어떠한 경우에도 적용 가능하다. 이는, 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로를 이용한 배터리 전압 측정 방법의 경우에도 같다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 방법은 폐루프를 형성하며 순차로 접속된 3 개의 이상의 커패시터를 구비하여 직렬 접속된 n 개의 전압원들을 포함하는 배터리의 충전 전압을 n+1개의 스위칭 소자들을 이용하여 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로는 종래의 배터리 전압 측정 회로보다 고가의 스위칭 소자의 수를 줄일 수 있다. 이 결과, 본 발명의 배터리 전압 측정 회로는 배터리 전압 측정 회로를 구현하기 위한 제조 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 전압 측정 방법은 n 개의 전압원들의 전압을 순차로 하나씩 측정할 수도 있으며, n 개의 전압원들의 전압을 순차로 2개 이상씩 측정할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 전압 측정 방법은 종래의 배터리 전압 측정 방법과 비교하여 배터리 전압의 측정 시간을 단축시킬 수 있다.
Claims (13)
- k (2 이상의 자연수) 개의 직렬 연결된 전압원들과;상기 k 개의 전압원들의 양극 및 음극에 순차로 접속된 k + 1 개의 스위칭 소자들과;상기 k + 1 개의 스위칭 소자들 중 l(자연수) × n(3 이상의 자연수) - m (0 이상 n 미만의 정수)번째 스위칭 소자들이 공통으로 접속된 n 개의 노드들과;제1 단자 및 제2 단자를 가지는 n 개의 커패시터들을 포함하며, 상기 제1 단자 및 제2 단자에 상기 n 개의 노드들이 순차로 접속된 상기 n 개의 커패시터들이 폐루프를 형성하며 서로 접속된 전압 충전부와;상기 n 개의 커패시터들의 상기 제1 및 제2 단자가 접속된 n 개의 전압 측정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 k + 1 개의 스위칭 소자들은 자신의 서수와 동일한 서수 번째 전압원의 양극과 자신의 서수보다 한 서수 작은 서수 번째 전압원의 음극에 공통으로 접속된 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 2 항에 있어서,상기 k + 1 개의 스위칭 소자들 중 첫 서수 번째 스위칭 소자는 상기 k 개의 전압원 중 첫 서수 번째 전압원의 양극에만 접속되며,상기 k + 1 개의 스위칭 소자들 중 마지막 서수 번째 스위칭 소자는 상기 k 개의 전압원 중 마지막 서수 번째 전압원의 양극에만 접속된 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 n 개의 노드들은 자신의 서수와 동일한 서수 번째 커패시터와 상기 자신의 서수와 동일한 서수 번째 커패시터와 이웃하는 어느 하나의 커패시터에 공통으로 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 4 항에 있어서,상기 자신의 서수와 동일한 서수 번째 커패시터와 이웃하는 어느 하나의 커패시터는 자신의 서수보다 한 서수 작은 서수 번째 커패시터인 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 4 항에 있어서,상기 n 개의 노드들 중 첫 서수 번째 노드는 첫 서수 번째 커패시터와 마지막 서수 커패시터에 공통으로 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 n 개의 커패시터와 상기 n 개의 전압 측정부를 접속시키는 n 개의 샘플링 스위칭 소자들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 7 항에 있어서,상기 n 개의 샘플링 스위치들은 자신의 서수와 동일한 서수 번째 커패시터의 제1 단자와 자신의 서수와 동일한 서수 번째 전압 측정부의 제1 단자를 접속시키고, 자신의 서수보다 한 서수 큰 서수 번째 커패시터의 제2 단자와 자신의 서수보다 한 서수 작은 서수 번째 전압 측정부의 제1 단자를 접속시키는 배터리 전압 측정 회로.
- 제 8 항에 있어서,상기 n 개의 샘플링 스위칭 소자들 중 첫 서수 번째 샘플링 스위칭 소자는 첫 번째 커패시터의 제1 단자와 첫 번째 전압 측정부의 제1 단자를 접속시키고 n 번째 커패시터의 제2 단자와 n 번째 전압 측정부의 제2 단자를 접속시키는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로.
- 폐루프를 형성하도록 서로 접속된 n(3 이상의 자연수) 개의 커패시터들 중 i(n 이하의 자연수) 번째 커패시터의 제1 단자 및 제2 단자와 접속되며 서로 직렬로 연결된 k(2 이상의 자연수) 개의 전압원들 중 상기 i 번째 커패시터와 접속되는 전압원의 양극과 음극에 접속된 스위칭 소자들을 턴-온(Turn-On)시키는 제1 단계와;n 개의 노드들 중 상기 i 번째 커패시터와 접속되는 전압원의 양극에 접속된 스위칭 소자와 상기 i 번째 커패시터의 제1 단자가 접속되는 i 번째 노드에 상기 전압원의 양의 전압을 인가하고, 상기 n 개의 노드들 중 상기 전압원의 음극에 접속된 스위칭 소자와 상기 i 번째 커패시터의 제2 단자가 접속되는 i + 1 번째 노드에 상기 전압원의 음의 전압을 인가하는 제2 단계와;상기 i 번째 노드 및 i + 1 번째 노드에 인가된 상기 전압원의 전압을 상기 i 번째 커패시터에 충전하는 제3 단계와;상기 i 번째 커패시터의 제1 단자 및 제2 단자와 접속된 샘플링 스위칭 소자들을 턴-온시켜 상기 i 번째 커패시터에 충전된 전압을 측정하는 제4 단계를 포함 하며,상기 제1 내지 제4 단계를 반복하여 상기 k 개의 전압원들의 전압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 k 개의 전압원들의 전압을 합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 방법.
- 폐루프를 형성하도록 서로 접속된 n(3 이상의 자연수) 개의 커패시터들 중 i(n 이하의 자연수) 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제1 단자 및 제2 단자와 접속되며 서로 직렬로 연결된 k(2 이상의 자연수) 개의 전압원들 중 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들과 접속되는 전압원들의 양극과 음극에 접속된 스위칭 소자들을 턴-온(Turn-On)시키는 제1 단계와;n 개의 노드들 중 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들과 접속되는 전압원들의 양극에 접속된 스위칭 소자들과 상기 i 번째 커패시터의 제1 단자가 접속되는 i 번째 노드와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제1 단자가 접속되는 i + m(m은 1 이상 n 이하의 자연수) 번째 노드들에 상기 전압원들의 양의 전압을 인가하고, 상기 n 개의 노드들 중 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들과 접속되는 전압원들의 음극에 접속된 스위칭 소자들과 상기 i 번째 커패시터의 제2 단자가 접속되는 i + 1 번째 노드와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제2 단자가 접속되는 i + m 번째 노드들에 상기 전압원들의 음의 전압을 인가하는 제2 단계와;상기 i 번째 노드와 상기 i + m 번째 노드들에 인가된 상기 전압원의 전압을 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들에 충전하는 제3 단계와;상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들의 제1 단자 및 제2 단자와 접속된 샘플링 스위칭 소자들을 턴-온시켜 상기 i 번째 커패시터와 상기 i 번째 커패시터로부터 순차로 접속된 소정의 커패시터들에 충전된 전압을 측정하는 제4 단계를 포함하며,상기 제1 내지 제4 단계를 반복하여 상기 k 개의 전압원들의 전압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 상기 k 개의 전압원들의 전압을 합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 방법.
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