KR100993080B1

KR100993080B1 - 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100993080B1
Application number: KR1020070079576A
Authority: KR
Inventors: 강주현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2010-11-08
Also published as: JP2014038107A; JP2010536027A; CN101779136B; WO2009020367A1; US8378686B2; JP5425777B2; EP2179298A4; KR20090015334A; US8129995B2; PL2179298T3; US20120200252A1; EP2179298B1; US20110128009A1; CN101779136A; EP2179298A1

Abstract

본 발명은 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치는, 셀 집합을 포함하는 배터리; 셀 집합에 포함된 각 셀의 양단을 제1도전 라인과 제2도전 라인에 선택적으로 연결하는 제1스위칭부; 상기 제1도전 라인 및 제2도전 라인 사이에 연결되어 셀 전압을 1차로 충전하는 제1전압 충전부; 제1전압 충전부에 저장된 충전전압을 릴레이하여 2차 충전하는 제2전압 충전부; 상기 제2전압 충전부에 충전된 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및 상기 충전전압 릴레이 모드에서 제1 및 제2전압 충전부를 서로 연결시키고 충전전압 센싱 모드에서 제1 및 제2전압 충전부를 절연시키는 제2스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 고전압 배터리와 전압 센싱부의 절연을 실현할 수 있게 되어 내전압이 낮은 부품으로도 고전압 배터리에 포함된 각 배터리 셀의 전압 센싱을 가능하게 할 수 있다. 또한, 내전압이 낮은 소자를 채용할 수 있어 내전압이 높은 소자를 사용함으로 인해 발생되었던 비용 부담을 현저히 낮출 수 있다.

배터리, 절연 캐패시터, 고전압, 내전압 소자

Description

절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법{Apparatus and Method for sensing battery cell voltage using isolation capacitor}

본 발명은 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절연 캐패시터를 이용하여 내전압이 낮은 소자로도 전압 측정 회로를 구현할 수 있는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 분류된다. 리튬 계열 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품에 주로 적용되며, 니켈 수소 계열 전지는 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품에 적용되어 사용되고 있다.

한편, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차는 고출력 전동 모터를 구동시켜 운행되는 자동차이므로 100V 이상의 고전압 배터리가 사용된다. 따라서, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 고전압 배터리는 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 셀을 포함한다. 다수의 배터리 셀로 구성된 고전압 배터리는 전압 측정 회로를 이용하여 각 배터리 셀의 전압을 주기적으로 측정하여 배터리의 충방전을 제어한다.

도 1은 종래기술의 배터리 셀 전압 측정 장치에 대한 회로 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 전압 측정 장치는 부하(10)에 연결되어 전원을 공급하는 배터리(20)의 다수의 셀 집합(21)에 포함된 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 양단 전압을 센싱하기 위해 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 음극 및 양극 단자와 각각 연결되는 다수의 스위치 소자로 구성된 제1스위칭부(31), 상기 제1스위칭부(31)의 온 동작에 의해 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 전압이 충전되는 전압 충전부(32) 및 온 동작에 의해 상기 전압 충전부(32) 양단 전압을 전압 증폭기(40)로 인가하는 제2스위칭부(33)를 포함한다.

그런데, 이와 같은, 종래기술의 배터리 전압 측정 장치에서, 배터리(20)는 부하(10)와 전기적으로 연결되면서 부하(10)가 접지된 그라운드와 직접적인 연결이 이어지게 된다. 그렇게 되면, 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 전압을 측정하기 위해 제1 및 제2스위칭부(31, 33)를 통해 연결된 전압 증폭기(40)와 부하(10)가 동일한 그라운드에 접속됨으로써, 배터리(20)의 전체 전압에 상당하는 고전압이 제1 및 제2스위칭부(31, 33)에 인가되게 된다. 때문에, 제1 및 제2스위칭부(31, 33)에 포함된 스위치 소자들은 높은 전위를 견딜 수 있는 내전압이 높은 소자를 사용하여야 한다.

하지만, 내전압이 높은 스위치 소자는 가격이 높으므로 전압 측정 장치의 제 조 비용을 증가시키는 문제를 야기한다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 내전압이 낮은 소자를 채용하여 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있는 회로가 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 내전압이 낮은 스위칭 소자를 채용하여 고전압 배터리에 포함된 각 배터리 셀 전압을 안정적으로 측정할 수 있는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치는, 셀 집합을 포함하는 배터리; 셀 집합에 포함된 각 셀의 양단을 제1도전 라인과 제2도전 라인에 선택적으로 연결하는 제1스위칭부; 상기 제1도전 라인 및 제2도전 라인 사이에 연결되어 셀 전압을 1차로 충전하는 제1전압 충전부; 제1전압 충전부에 저장된 충전전압을 릴레이하여 2차 충전하는 제2전압 충전부; 상기 제2전압 충전부에 충전된 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및 상기 충전전압 릴레이 모드에서 제1 및 제2전압 충전부를 서로 연결시키고 충전전압 센싱 모드에서 제1 및 제2전압 충전부를 절연시키는 제2스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 셀 전압 센싱부는, 상기 제2전압 충전부의 충전된 전압을 증폭하여 아날로그 전압 신호로 출력하는 전압 증폭기; 상기 출력된 아날로그 전압 신호를 입력받아 디지털 전압 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터; 및 상기 변환된 디지털 전압 신호를 입력받아 배터리 셀의 전압 상태를 모니터링하고, 상기 제1 및 제2스위칭부의 전반적인 동작을 제어하는 제어기;를 포함한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치는, 상기 제1전압 충전부와 선택적으로 연결되어 충전전압의 릴레이 동작이 완료된 후 제1전압 충전부에 저장된 충전전압을 방전시키는 제1방전부를 더 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1방전부는, 상기 제1전압 충전부와 도전라인을 통해 연결되는 방전저항과 방전저항의 온-오프를 제어하는 스위치를 포함한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치는, 상기 제2전압 충전부와 선택적으로 연결되어 충전전압의 센싱이 완료된 후 제2전압 충전부에 저장된 충전전압을 방전시키는 제2방전부를 더 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2방전부는, 상기 제2전압 충전부와 도전라인을 통해 연결되는 방전저항과 방전저항의 온-오프를 제어하는 스위치를 포함한다.

바람직하게, 상기 제2전압 충전부는, 제1 및 제2도전 라인 상에 각각 설치된 제1 및 제2캐패시터; 및 상기 제1 및 제2캐패시터에 각각 구비된 2 단자의 전기적 접속을 온-오프하는 제1 및 제2스위치를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2스위치의 양 단은 상기 제1도전 라인 및 제2도전 라인과 각각 연결된다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 방법은, (a) 배터리의 셀 집합에 포함된 각 셀의 양단을 제1도전 라인과 제2도전 라인에 선택적으로 연결하여 제1전압 충전부에 셀 전압을 1차 로 충전하는 단계; (b) 상기 제1전압 충전부에 저장된 충전전압을 릴레이하여 제2전압 충전부에 2차 충전하는 단계; (c) 상기 제1전압 충전부와 제2전압 충전부를 전기적으로 절연시키는 단계; 및 (d) 상기 제2전압 충전부에 충전된 전압을 센싱하여 셀 전압을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 제2전압 충전부의 충전된 전압을 아날로그 전압 신호로 증폭하는 단계; 및 상기 출력된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에, 상기 제1전압 충전부에 충전된 전압을 방전시키는 단계;를 더 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 (d) 단계 이후에, 상기 제2전압 충전부에 충전된 전압을 방전시키는 단계;를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 고전압 배터리의 전압을 측정하기 위해 사용되는 전압 측정 회로에서 각 배터리 셀을 선택적으로 연결하는 스위칭부와 전압을 센싱하는 전압 센싱부 사이에 절연 캐패시터를 개재시킴으로써, 고전압 배터리와 전압 센싱부의 절연을 실현할 수 있게 되어 내전압이 낮은 부품으로도 고전압 배터리에 포함된 각 배터리 셀의 전압 센싱을 가능하게 할 수 있다. 또한, 내전압이 낮은 소자를 채용할 수 있어 내전압이 높은 소자를 사용함으로 인해 발생되었던 비용 부담을 현저히 낮출 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치에 대한 회로 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전압 센싱부의 구성을 도시한 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치(이하, 배터리 셀 전압 측정 장치)는, 부하(100)에 전원을 공급하는 다수의 셀 집합(210)을 포함하는 배터리(200)와 전기적으로 접속되어, 상기 다수의 셀 집합(210)에 포함된 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 충전전압을 센싱한다.

상기 부하(100)는 배터리(200)에서 출력되는 전기에너지를 이용하는 수단이다. 부하(100)는 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 경우 구동 모터, DC to DC 컨버터 등으로 구성될 수 있다. 또한, 부하(100)에는 부하에서 발생되는 노이 즈(Noise)가 배터리 측으로 인가되는 것을 방지하는 Y-캡(110)이 구비된다. Y-캡(110)은 부하(100)의 고전압 단자 및 저전압 단자와 병렬 연결된 2개의 캐패시터로 구성되며, 캐패시터 사이의 노드는 그라운드와 접지된다.

상기 배터리(200)는 전기에너지 저장수단으로 재충전이 가능한 다수의 셀 집합(210)이 전기적으로 연결되어 있다. 상기 셀은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 2차 전지이다.

본 발명에 따른 배터리 셀 전압 측정 장치는, 다수의 셀 집합(210)을 포함하는 배터리(200)와 전기적으로 접속되고, 상기 다수의 셀 집합(210)에 포함된 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 양 단자를 제1 및 제2도전 라인(1, 2)에 선택적으로 연결하는 제1스위칭부(310)와, 상기 제1 및 제2도전 라인(1, 2) 사이에 연결되어 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 충전전압을 1차로 충전하는 제1전압 충전부(320)와, 상기 제1전압 충전부(320)에 저장된 충전전압을 릴레이하여 2차 충전하는 제2전압 충전부(330)와, 상기 제1 및 제2전압 충전부(320, 330) 사이에 설치되어 충전전압 릴레이 모드시 제1 및 제2전압 충전부(320, 330)를 서로 연결시키고, 충전전압 센싱 모드시 제1 및 제2전압 충전부(320, 330)를 절연시키는 제2스위칭부(340)와, 상기 제1전압 충전부(320)와 선택적으로 연결되어 충전전압의 릴레이 동작이 완료된 후 제1전압 충전부(320)에 저장된 충전전압을 방전시키는 제1방전부(350)와, 상기 제2전압 충전부(330)와 선택적으로 연결되어 충전전압의 센싱이 완료된 후 제2전압 충전부(330)에 저장된 충전전압을 방전시키는 제2방전부(360)와, 상기 제2전압 충전부(330)와 연결되어 제2전압 충전부(330)에 저장된 충전전압 을 센싱하는 셀 전압 센싱부(400)를 포함한다.

여기서, 상기 제2전압 충전부(330)는 제1도전 라인(1) 상에 설치된 제1캐패시터(C1)와, 제2도전 라인(2) 상에 설치된 제2캐패시터(C2)와, 제1 및 제2캐패시터(C1, C2)를 기준으로 제2스위칭부(340) 측의 제1 및 제2도전 라인(1, 2) 사이에 설치된 제1스위치(SW1)와 셀 전압 센싱부(400) 측의 제1 및 제2도전 라인(1, 2) 사이에 설치된 제2스위치(SW2)를 포함한다.

상기 제2전압 충전부(330)는 배터리(200)에 포함된 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)과 셀 전압 센싱부(400) 사이에 위치하고 있다. 이에 따라, 공동 그라운드에 접지되는 배터리(200)에 연결된 부하(100)와 셀 전압 센싱부(400) 간에 직접적인 전기적 연결을 차단하여 배터리 영역과 셀 전압 센싱 영역의 절연을 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 셀 전압 측정 장치는 배터리(200)의 고전압이 제1 및 제2스위칭부(310, 340)로 곧바로 인가되는 것을 방지할 수 있어 내전압이 낮은 부품으로도 고전압 배터리의 각 셀 전압을 측정할 수 있다.

또한, 상기 제1방전부(350)는 제1전압 충전부(320)와 제1 및 제2도전 라인(1, 2)을 통해 연결되는 제1방전저항(Rd1)과, 제1방전저항(Rd1)의 온-오프를 제어하는 제1방전 스위치(SWd1)를 포함한다. 그리고, 상기 제2방전부(360)는 제2전압 충전부(330)의 제1 및 제2캐패시터(C1, C2)와 제1 및 제2도전 라인(1, 2)에 각각 연결되는 2개의 제2방전저항(Rd2)과, 제2방전저항(Rd2)의 온-오프를 제어하는 제2방전 스위치(SWd2)를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 셀 전압 센싱부(400)는, 상기 제2전압 충전 부(330)에 연결되어 제2전압 충전부(330)에 저장된 충전전압을 센싱하여 아날로그 전압 신호를 출력하는 전압 증폭기(410)와, 전압 증폭기(410)로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 컨버터(420)와, A/D 컨버터(420)를 통해 변환된 디지털 전압 신호를 입력받아 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 전압값을 메모리에 저장하기 위해 필요한 전반적인 동작을 제어하는 제어기(430)를 포함한다.

상기 제어기(430)는 본 발명에 따른 배터리 셀 전압 측정 장치의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서인 MCU(Micro controller unit)(431)와, 상기 제1 및 제2스위칭부(310, 340), 제2전압 충전부(330), 제1 및 제2방전부(350, 360)에 구비된 스위치의 온-오프 동작을 제어하는 스위치 제어 모듈(432)과, 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 센싱된 전압 레벨을 저장하는 메모리(433)와, 상기 MCU(431)에서 실행될 배터리 셀 전압 측정 동작을 구현하기 위한 프로그램이 수록되어 있는 롬(434)을 포함한다. 여기서, 상기 메모리(433)는 활성 메모리의 일 예이고, 상기 롬(434)은 불활성 메모리의 일 예이다. 하지만, 본 발명은 메모리의 구체적인 종류에 의해 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 배터리 셀 전압 측정 장치의 동작 모드는, 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 전압을 제1전압 충전부(320)에 저장하고, 제1전압 충전부(320)에 저장된 충전전압을 제2전압 충전부(330)로 릴레이 시키는 충전전압 릴레이 모드와 제2전압 충전부(330)에 저장된 충전전압을 센싱하는 충전전압 센싱 모드를 포함한다.

상기 충전전압 릴레이 모드는, 배터리(200)의 다수의 셀 집합(210)에 포함된 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 전압을 제1전압 충전부(320)에 저장하고, 제1전압 충전부(320)에 저장된 충전전압을 제2전압 충전부(330)로 릴레이 시키는 모드이다. 먼저, 셀 집합(210)의 첫번째 배터리 셀(VB1)의 충전전압을 릴레이하는 경우, 제어기(430)는 스위치 제어 모듈(432)을 제어하여 제2스위칭부(340)를 오프 시킨다. 그리고, 상기 제1스위칭부(310)를 제어하여 첫번째 배터리 셀(VB1)의 양 단자를 제1 및 제2도전 라인(1, 2)과 연결한다. 그러면, 첫번째 배터리 셀(VB1)에서 출력되는 전압이 상기 제1전압 충전부(320)에 저장된다. 제1전압 충전부(320)에 첫번째 배터리 셀(VB1)의 전압 충전이 완료되면, 제어기(430)는 스위치 제어 모듈(432)을 통해 제1스위칭부(310)를 제어하여 첫번째 배터리 셀(VB1)과 제1전압 충전부(320)를 절연시킨다. 그리고, 제2전압 충전부(330)의 제2스위치(SW2)를 온 시킨 후 제2스위칭부(340)를 온 시킨다. 그러면, 제1전압 충전부(320)와 제2전압 충전부(330)가 서로 연결되어 제1전압 충전부(320)에 저장되었던 충전전압이 제2전압 충전부(330)의 제1 및 제2캐패시터(C1, C2)로 릴레이 된다.

한편, 제어기(430)는 충전전압 릴레이 모드 동작이 완료되면, 스위치 제어 모듈(432)을 제어하여 제2스위칭부(340)를 오프 시키고, 제1방전부(350)의 제1방전 스위치(SWd1)를 온 시킨다. 그러면, 제1전압 충전부(320)에 저장된 충전전압이 제1방전부(350)의 제1방전저항(Rd1)을 통해 방전되어 제1전압 충전부(320)는 리셋된다.

상기 충전전압 센싱 모드는, 상기 충전전압 릴레이 모드 동작이 완료된 후 진행되는 모드이다. 먼저, 제어기(430)는 스위치 제어 모듈(432)을 제어하여 제2스위칭부(340)를 오프 시킨다. 그리고, 제2전압 충전부(330)의 제2스위치(SW2)를 오프 시킨 후, 제1스위치(SW1)를 온 시켜 제2전압 충전부(330)의 제1 및 제2캐패시터(C1, C2)와 셀 전압 센싱부(400)의 전압 증폭기(410)를 서로 연결시킨다. 그러면, 전압 증폭기(410)는 제2전압 충전부(330)의 제1 및 제2캐패시터(C1, C2)에 저장된 첫번째 배터리 셀(VB1)의 충전전압을 센싱한다. 여기서, 충전전압 센싱 모드 동작이 완료되면, 제어기(430)는 스위치 제어 모듈(432)을 제어하여 제2전압 충전부(330)의 제1스위치(SW1)를 오프 시킨다.

그런 다음, 제2방전부(360)의 제2방전 스위치(SWd2)를 온 시켜 제2방전저항(Rd2)을 통해 제1 및 제2캐패시터(C1, C2)에 저장된 충전전압을 방전시킨다. 그러면, 제2전압 충전부(330)의 상태가 각 배터리 셀의 충전전압이 릴레이되기 전의 상태로 리셋된다.

이어서, 나머지 배터리 셀에 대해서도 상술한 충전전압 릴레이 모드와 충전전압 센싱 모드 동작을 실질적으로 동일하게 수행하여 각 배터리 셀의 전압을 센싱한다.

상기 충전전압 릴레이 모드와 충전전압 센싱 모드 동작을 통해 상기 셀 전압 센싱부(400)의 전압 증폭기(410)에서 센싱된 아날로그 전압 신호는 A/D 컨버터(420)로 입력되어 디지털 전압 신호로 변환된 후, 제어기(430)의 MCU(431) 측에 입력된다. MCU(431)는 입력된 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 디지털 전압 신호를 메모리(433)에 저장한다. 그러면, 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 전압 센싱 과정이 완료된다.

위와 같은 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 전압 센싱은 일정한 주기를 가지고 반복적으로 이루어질 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀 전압 측정 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.

먼저, 단계(S10)에서, 상기 제어기(430)는 프로세서인 MCU(431)를 통해 롬(434)에 수록된 배터리 셀 전압 센싱 프로그램을 실행시킨다.

단계(S20)에서, 제어기(430)는 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 충전전압값을 순차적으로 센싱하기 위해 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)에 대해 셀 인덱스 K로 부여하고 셀 인덱스 K의 값을 1로 초기화시킨다.

단계(S30)에서, 제어기(430)는 제2스위칭부(340)를 오프 시키고, 제1스위칭부(310)를 제어하여 K번째 배터리 셀(현재 K의 값은 1임)의 양 단자를 제1 및 제2도전 라인(1, 2)과 연결시킨다. 그러면, K번째 배터리 셀과 제1전압 충전부(320)가 전기적으로 연결되어 제1전압 충전부(320)에 K번째 배터리 셀의 충전전압이 저장된다.

단계(S40)에서, 제어기(430)는 제2스위칭부(340)를 온 시켜 제1전압 충전부(320)와 제2전압 충전부(330)를 연결시키고, 제1스위칭부(310)를 제어하여 K번째 배터리 셀의 양 단자를 제1 및 제2도전 라인(1, 2)과 차단시킨다. 그리고, 제2전압 충전부(330)의 제2스위치(SW2)를 온 시킨다. 그러면, 제1전압 충전부(320)와 제2전 압 충전부(330)는 전기적으로 상호 연결되어, 제1전압 충전부(320)에 저장된 충전전압이 제2전압 충전부(330)로 릴레이 된다.

단계(S50)에서, 제어기(430)는 제2스위칭부(340)를 오프 시킨다. 그리고 제2전압 충전부(330)의 제2스위치(SW2)를 오프 시키고, 제1스위치(SW1)를 온 시킨다. 그러면, 제2전압 충전부(330)와 전압 증폭기(410)가 전기적으로 연결되어 전압 증폭기(410)를 통해 제2전압 충전부(330)에 저장된 충전전압이 증폭되어 아날로그 전압 신호로 출력된다. 출력된 아날로그 전압 신호는 A/D 컨버터(420)에 입력되어 디지털 전압 신호로 변환된다. 변환된 디지털 전압 신호는 MCU(431)에 입력되어 메모리(433)에 저장된다.

한편, 제어기(430)는 단계(S40)과 단계(S50)에서 충전전압 릴레이 동작이 완료되고, 제2스위칭부(340)가 오프 되었을 때, 제1방전부(350)의 제1방전 스위치(SWd1)를 온 시켜 제1전압 충전부(320)에 저장된 충전전압을 제1방전저항(Rd1)을 통해 방전시켜 제1전압 충전부(320)를 리셋시킨다. 또한, 제어기(430)는 충전전압 센싱 동작이 완료되었을 때 제2전압 충전부(330)의 제1스위치(SW1) 오프 시킨 후 제2방전부(360)의 제2방전 스위치(SWd2)를 온 시켜 제2전압 충전부(330)에 저장된 충전전압을 방전시킴으로써 제2전압 충전부(330)를 리셋시킨다.

단계(S60)에서, 제어기(430)는 셀 인덱스 K가 상기 배터리(200)에 포함된 총 셀의 개수를 초과하였는지를 판단한다.

단계(S65)는 셀 인덱스 K가 배터리(200)에 포함된 총 셀의 개수를 초과하지 않았을 경우 진행되는 단계로서, 제어기(430)는 셀 인덱스 K를 1 증가시킨 상태에 서 프로세스를 단계(S30)으로 이행한다. 그런 다음, 셀 인덱스 K가 배터리(200)에 포함된 총 셀의 개수를 초과할 때까지 단계(S30) 내지 단계(S50)을 반복적으로 수행함으로써 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 충전전압을 센싱하여 메모리(433)에 저장한다.

단계(S70)은 셀 인덱스 K가 배터리(200)에 포함된 총 셀의 개수를 초과하였을 경우 진행되는 단계로서, 제어기(430)는 상기 메모리(433)에 저장된 각 배터리 셀의 전압값을 모니터링하여 필요에 따라 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3, VB4 등)의 충방전을 제어한다.

단계(S80)에서, 제어기(430)는 배터리(200)로부터 출력되는 전기에너지를 사용하는 부하의 작동이 정지되었는지 판단한다. 만약, 단계(S80)에서 부하의 작동이 정지되었다고 판단되면, 제어기(430)는 상술한 배터리 셀 전압 측정 프로세스를 종료한다. 반면, 단계(S80)에서 부하가 작동을 지속하고 있다고 판단되면, 제어기(430)는 프로세스를 단계(S85)로 이행한다.

단계(S85)에서, 제어기(430)는 셀 전압 센싱 주기가 도래되었는 지를 판단하고 셀 전압 센싱 주기가 도래되었으면 프로세스를 단계(S20)으로 이행한다. 그런 다음, 각 배터리 셀의 충전전압 센싱 및 모니터링 프로세스를 다시 반복한다.

상술한 단계(S10) 내지 단계(S85)는 배터리가 이용되고 있는 동안 일정한 주기로 반복적으로 수행될 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발 명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치에 대한 회로 구성도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전압 센싱부에 대한 구성 블록도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100 : 부하 110 : Y-캡

200 : 배터리 210 : 셀 집합

310 : 제1스위칭부 320 : 제1전압 충전부

330 : 제2전압 충전부 340 : 제2스위칭부

350 : 제1방전부 360 : 제2방전부

400 : 셀 전압 센싱부 410 : 전압 증폭기

420 : A/D 컨버터 430 : 제어기

431 : MCU 432 : 스위치 제어 모듈

433 : 메모리 434 : 롬

Claims

셀 집합을 포함하는 배터리;

셀 집합에 포함된 각 셀의 양단을 제1도전 라인과 제2도전 라인에 연결 또는 해제하는 제1스위칭부;

상기 제1도전 라인 및 제2도전 라인 사이에 연결되어 셀 전압을 1차로 충전하는 제1전압 충전부;

상기 제1전압 충전부와 전기적으로 연결되어 제1전압 충전부에서 방전되는 충전전압을 릴레이하여 2차 충전하는 제2전압 충전부;

상기 제2전압 충전부에 충전된 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱부; 및

상기 충전전압 릴레이 모드에서 제1 및 제2전압 충전부를 서로 연결시키고 충전전압 센싱 모드에서 제1 및 제2전압 충전부를 절연시키는 제2스위칭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 셀 전압 센싱부는,

상기 제2전압 충전부의 충전된 전압을 증폭하여 아날로그 전압 신호로 출력하는 전압 증폭기;

상기 출력된 아날로그 전압 신호를 입력받아 디지털 전압 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터; 및

상기 변환된 디지털 전압 신호를 입력받아 배터리 셀의 전압 상태를 모니터 링하고, 상기 제1 및 제2스위칭부의 전반적인 동작을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1전압 충전부와 연결되어 충전전압의 릴레이 동작이 완료된 후 제1전압 충전부에 저장된 충전전압을 방전시키는 제1방전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1방전부는,

상기 제1전압 충전부와 도전라인을 통해 연결되는 방전저항과 방전저항의 온-오프를 제어하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2전압 충전부와 연결되어 충전전압의 센싱이 완료된 후 제2전압 충전부에 저장된 충전전압을 방전시키는 제2방전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치.
제5항에 있어서, 상기 제2방전부는,

상기 제2전압 충전부와 도전라인을 통해 연결되는 방전저항과 방전저항의 온 -오프를 제어하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2전압 충전부는,

제1 및 제2도전 라인 상에 각각 설치된 제1 및 제2캐패시터; 및

상기 제1 및 제2캐패시터에 각각 구비된 2 단자의 전기적 접속을 온-오프하는 제1 및 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치.
제7항에 있어서,

상기 제1 및 제2스위치의 양 단은 상기 제1도전 라인 및 제2도전 라인과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압의 측정 장치.
(a) 배터리의 셀 집합에 포함된 각 셀의 양단을 제1도전 라인과 제2도전 라인에 연결하여 제1전압 충전부에 셀 전압을 1차로 충전하는 단계;

(b) 상기 제1전압 충전부와 전기적으로 연결되어 제1전압 충전부에서 방전되는 충전전압을 릴레이하여 제2전압 충전부에 2차 충전하는 단계;

(c) 상기 제1전압 충전부와 제2전압 충전부를 전기적으로 절연시키는 단계; 및

(d) 상기 제2전압 충전부에 충전된 전압을 센싱하여 셀 전압을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 방법.
제9항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

상기 제2전압 충전부의 충전된 전압을 증폭하여 아날로그 전압 신호로 출력하는 단계; 및

상기 출력된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 방법.
제9항에 있어서,

상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에,

상기 제1전압 충전부에 충전된 전압을 방전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 방법.
제9항에 있어서, 상기 (d) 단계 이후에,

상기 제2전압 충전부에 충전된 전압을 방전시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 방법.