KR101244493B1

KR101244493B1 - 배터리 캐스케이드를 갖는 회로 장치, 전기 장치 및 전압 제공 방법

Info

Publication number: KR101244493B1
Application number: KR1020107010044A
Authority: KR
Inventors: 마이클 프랭크; 존 리어메르; 토비아스 스차델
Original assignee: 브라운 게엠베하
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2013-03-18
Also published as: ES2608980T3; KR20100060035A; WO2009059657A3; CN101849193B; DK2208080T3; EP2208080A2; DE102007052929A1; PL2208080T3; WO2009059657A2; CN101849193A; HUE032355T2; EP2208080B1; JP2011503559A; PT2208080T; US20100237873A1; JP5258894B2

Abstract

부하가 배터리 캐스케이드에 의해 전원을 공급받는 전기 장치에서, 전하 등화를 시작하고 부족 전압 또는 과전압을 방지하기 위해 배터리 캐스케이드의 배터리들의 전압이 높은 정밀도로 측정되어야 하며, 동시에 가능하다면 선호되는 구성요소들이 사용되어야 한다. 이 문제는, 음극이 접지 전위(GND)를 갖는 제 1 배터리(A1), 음극이 제 1 배터리의 양극에 결합되어 있는 제 2 배터리(A2)를 포함하고 제 1 측면이 저항기(R1)에 의해 제 1 배터리의 양극에 결합되고 제 2 측면이 제 1 스위치(S1)에 의해 접지 전위(GND)에 적용될 수 있는 커패시터(C1)를 추가로 포함하는, 배터리 캐스케이드를 갖는 회로 장치가 제안된다는 점에서 해결된다. 게다가, 제 2 배터리(A2)의 양극이 제 2 스위치(S2)에 의해 저항기(R1)와 커패시터(C1) 사이에 결합될 수 있다. 커패시터(C1)는 제 1 배터리의 전압(V1)으로 충전될 수 있고, 배터리 캐스케이드 전체와 커패시터(C1) 사이의 차분 전압만이 측정되어야 한다.

Description

배터리 캐스케이드를 갖는 회로 장치, 전기 장치 및 전압 제공 방법{CIRCUIT ARRANGEMENT HAVING BATTERY CASCADE}

본 발명은 배터리 캐스케이드(battery cascade)를 갖는 회로 장치에 관한 것이다.

배터리 캐스케이드를 갖는 회로 장치는 전형적으로 배터리 캐스케이드의 개개의 배터리들의 전하의 차이를 방지하고 그에 따라 배터리의 조기 열화(premature degradation)를 방지하는 데 사용된다.

배터리 캐스케이드를 갖는 회로 장치가 독일 특허 DE 39 40 929 C1호에 기술되어 있으며, 여기서 제어 회로는 직렬 회로 쌍들을 연결시키고, 각각의 회로 쌍은 배터리 캐스케이드의 배터리의 극 연결부(pole connection)에 부착되며, 따라서 각각의 배터리를 병렬로 연결된 커패시턴스와 연결시킨다. 커패시터들과 이들 커패시터에 연결된 배터리 사이의 전압 차이에 따라, 전하 교환(charge exchange) 및 전하 등화(charge equalization)가 일어난다. 각각의 배터리가 실제 전압을 각각의 배터리에 대한 목표 전압(target voltage)과 비교하는 비교기 회로(comparator circuit)에 연결되고, 제어 회로에 차분 전압(differential voltage)을 제공한다. 전하를 등화시키기 위해, 보다 많이 충전된 배터리의 회로 쌍이 먼저 닫혀지고, 커패시터들은 보다 많이 충전된 커패시터의 전압을 가질 때까지 충전된다. 그 후에, 회로 쌍이 열리고, 보다 적게 충전된 배터리의 회로 쌍이 닫혀진다. 이어서, 전하가 커패시터들로부터 보다 적게 충전된 배터리로 흐른다.

기술된 회로 장치의 단점은 개개의 배터리 전압의 측정을 위해 각각의 배터리에 대한 비교기 회로 및 전압 등화(voltage equalization)를 위한 몇 개의 커패시터를 갖는 부가 회로를 필요로 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 간단한 회로 장치를 갖는 배터리 캐스케이드에서 전압들의 정밀한 측정이 가능하고 상이하게 충전된 배터리들 간의 전압 등화가 또한 가능한 회로 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

이 문제는 청구항 제 1 항에 따른 특징들을 갖는 회로 장치 및 청구항 제 10항에 따른 특징들을 갖는 방법에 의해 해결된다. 부가의 실시예들이 종속항들에 주어져 있다.

청구항 제 1 항에 따른 회로 장치는, 제 1 배터리의 전압이 저장될 수 있고 따라서 배터리 캐스케이드 전체에서의 전압과 커패시터 상의 전압 간의 차이가 접지 전위에 대해 측정될 수 있다는 점에서, 배터리 캐스케이드의 제 2 배터리 상의 전압의 측정을 가능하게 한다. 이것은 각각의 배터리가 배정된 독립적인 측정 회로를 가질 필요가 없게 하며, 또한 배터리 캐스케이드에서의 총 전압에 대해 설계되어 있지 않은 측정 회로의 사용을 가능하게 하는데, 그 이유는 제 2 배터리의 극에서의 전압 값의 차이보다는 차분 전압만이 접지 전위에 대해 측정되어야 하기 때문이다. 리튬 이온 배터리들을 포함하는 배터리 캐스케이드에 대한 전형적인 전압 값은 제 1 배터리의 양극에서 약 4.0 볼트(V)이고 제 2 배터리의 양극에서 8.0 V일 것이다. 본 회로 장치에서, 제 2 배터리의 전압은 접지 전위에 대한 8.0 V와 접지 전위에 대한 4.0 V의 차이로서 측정될 필요가 없고, 오히려 4.0 V의 차분 전압이 접지 전압에 대해 직접 측정될 수 있다.

이 회로 장치의 추가의 실시예에서, 제 1 배터리의 전압을 제 1 입력을 통해 직접 공급받을 수 있는 측정 회로가 존재하고, 측정 회로의 제 2 입력이 충전된 상태에 있는 커패시터 상의 전압과 배터리 캐스케이드의 총 전압 사이의 전압 차이를 공급받을 수 있다. 회로 장치의 특성들로 인해, 측정 회로, 예를 들어 약 5.5 V의 최대 전압에 대해 설계되어 있는 구매가능하고 경제적인 마이크로컨트롤러가 이 목적을 위해 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 측정 회로는 공급된 아날로그 전압 값을 디지털 전압 값으로 변환시킬 수 있는 아날로그-디지털 변환기, 및 메모리를 갖는다. 디지털 전압 값들이, 예를 들어 서로 비교되기 위해 또는 시간에 따른 전압 증가가 추후의 분석에 이용될 수 있게 하기 위해 메모리에 저장될 수 있다. 아날로그-디지털 변환기는 측정 회로의 제 1 입력으로부터의 아날로그 신호 또는 제 2 입력으로부터의 아날로그 신호 둘다를 수신할 수 있고, 따라서 2개의 아날로그-디지털 변환기가 제공될 필요가 없고, 단지 하나의 아날로그-디지털 변환기의 경우, 각각의 변환은 동일한 오류를 겪으며, 그에 따라 2개의 변환된 값들 간의 차이를 계산할 때, 이 오류가 본질적으로 차감된다. 메모리는 하나의 디지털 값을 위한 메모리 또는 몇 개의 디지털 값을 위한 메모리로서 설계될 수 있다.

일 실시예에서, 측정 회로는 이전에 정의된 전압 값과 현재의 전압 값을 비교하는 데 사용되는 또 다른 비교 유닛을 갖는다.

추가의 실시예에서, 제 1 회로 및 제 2 회로가 측정 회로에 의해 제어될 수 있다.

다른 추가의 실시예에서, 제 2 배터리의 양극이 제 3 회로를 통해 측정 회로와 결합될 수 있다. 이와 같이, 측정 회로가 배터리 캐스케이드를 통해 에너지를 공급받을 수 있다.

일 실시예에서, 측정 회로는 내부 기준 전압을 갖는다. 이것은 전압 값들의 절대적 측정(absolute measurement)을 가능하게 하며, 이는 상세하게는 각각의 배터리에 대한 부족전압(undervoltage) 또는 과전압(overvoltage)의 판정을 가능하게 한다. 게다가, 기준 전압은 또한 더 높은 정밀도의 측정을 가능하게 한다.

추가의 실시예에서, 배터리 캐스케이드는 배터리들이 충전 회로를 통해 충전될 수 있도록 충전 회로에 연결되어 있다. 부족전압이 발생할 때, 배터리들이 자동으로 충전될 수 있도록, 충전 회로가 측정 회로에 의해 제어될 수 있다.

기술된 회로 장치는, 상세하게는 배터리에 의해 전원을 공급받는 전기 장치에서 사용될 수 있다. 이러한 전기 장치는, 상세하게는 이동 전화, 전동 칫솔, 면도기 또는 제모기, 핸드 블렌더(hand blender)와 같은 무선으로 작동되는 가전 장치, 또는 무선 스크류드라이버와 같은 무선으로 작동되는 공구이다. 따라서, 본 발명은 또한 이러한 회로 장치를 특징으로 하는 전기 장치에 관한 것이다.

게다가, 본 발명은 배터리 캐스케이드에서 전압을 측정하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 이하의 단계들로 이루어진다:

ㆍ 접지 전위에 있는 배터리 캐스케이드의 제 1 커패시터를 포함하는 접지 전위에 있는 커패시터를, 제 1 배터리 상의 전압이 또한 원하는 정밀도로 커패시터 상의 전압과 동일할 때까지, 충전시키는 단계.

ㆍ 커패시터를 접지 전위로부터 분리(decouple)시키는 단계로서, 이것은 상세하게는 고임피던스(예를 들어, 몇 메그오옴(megohm))를 갖는 저항기가 커패시터와 접지 전위 사이에 연결될 때 일어남.

ㆍ 커패시터에서의 전압과 총 전압 사이의 차이가 접지 전위에 대해 측정될 수 있도록, 커패시터에 배터리 캐스케이드의 총 전압을 인가하는 단계.

이 방법의 추가 실시예들에서, 제 2 배터리가 부분적으로 저항기를 통해 방전되거나, 배터리가 충전될 때 충전 전류가 부분적으로 저항기를 통해 제 2 배터리에 공급된다. 이것에 의해, 제 1 배터리 상의 전압과 비교하여 제 2 배터리 상에서 높은 전압이 검출될 때마다, 전압들이 등화될 때까지, 제 2 배터리가 부분적으로 저항기를 통해 방전될 수 있거나, 제 1 배터리와 같이 충전 전류의 방전을 통해 서서히 충전될 수 있다.

이 방법의 다른 추가의 실시예에서, 측정 회로는 제 1 배터리를 통해서만 전원을 공급받는다. 이 경우에, 제 2 배터리 상의 전압과 비교하여 제 1 배터리 상에서 높은 전압이 검출되는 경우, 이것에 의해 제 1 배터리가 측정 회로에 대한 전원 공급으로 인해 제 2 배터리보다 더 빨리 방전되며, 그에 따라 전압들이 등화될 수 있다.

본 발명은 또한 예시적인 실시예들에 대한 논의에 의해 그리고 도면들을 참조하여 상세히 설명된다. 이와 관련하여,
도 1은 배터리 캐스케이드에서 전압들을 측정하는 회로 장치를 도시하는 도면.
도 2는 도 1과 비교하여 추가의 구성요소들에 의해 확장된 회로 장치를 도시하는 도면.
도 3은 회로 장치를 갖는 전기 장치의 개략도.

도 1에 따른 회로 장치는 제 1 배터리(A1) 및 제 2 배터리(A2)를 갖는 배터리 캐스케이드를 갖는다. 제 1 배터리(A1)는 전압(V1)을 갖고, 제 2 배터리(A2)는 전압(V2)을 갖는다. 전압 값들은 배터리들의 각각의 충전 상태에 의해 결정된다. 제 1 배터리(A1)의 음극은 접지 전위, 예를 들어 대지 전위(earth potential) 또는 다른 접지 전위에 연결되어 있다. 제 1 배터리(A1)의 양극은 제 2 배터리(A2)의 음극 및 저항기(R1) 둘다에 연결되어 있다. 저항기(R1)는 커패시터(C1)에 연결되어 있고, 커패시터(C1)는 차례로, 제 1 스위치(S1)가 닫힌 상태에서, 제 1 스위치(S1)를 통해 접지 전위에 연결되어 있다. 제 2 배터리(A2)의 양극은 제 2 스위치(S2)를 통해 커패시터(C1)와 저항기(R1) 사이에 결합되어 있다. 측정 회로(μC)는 점선으로 나타내어져 있다. 유사하게, 제 1 입력(AD1) 및 제 2 입력(AD2)을 측정하는 전압 값들이 측정 회로(μC)에 제공될 수 있다. 배터리 캐스케이드는 주지의 방식으로 충전 회로(DC)에 연결될 수 있고, 이에 따라 배터리 캐스케이드가 충전 회로(DC)를 통해 방전될 수 없고 배터리 캐스케이드가 가능하게는 충전 회로(DC)를 통해 충전될 수 있다. 측정 회로(μC)는 또한 제 2 스위치(S2)를 제어하는 역할을 하며, 이는 점선으로 나타내어져 있다. 제 1 스위치(S1)는 본 명세서에서 측정 회로(μC)의 구성요소로서 설계되어 있고, 커패시터는 접지 전위측에서 측정 회로의 제 2 입력(AD2)과 결합되어 있다. 그러나, 제 1 스위치(S1)는 또한 측정 회로(μC)에 의해 제어되는 외부 스위치일 수 있다. 스위치의 높은 정밀도를 달성하기 위해, 제 2 스위치(S2)가, 상세하게는, 낮은 전압 강하를 갖는(또는 실제로는 전압 강하가 전혀 없는) 스위치로서, 예를 들어 FET 또는 MOS-FET로서 설계될 수 있다.

배터리가 리튬 이온 배터리인 경우, 전압(V1 및 V2)은 배터리의 충전 상태에 따라 그 동작 상태에서, 예를 들어 2.5 내지 4.2 볼트(V)의 값을 가질 수 있다. 제 1 배터리(A1)의 양극에 있는 탭(tap)은 제 1 배터리(A1) 상의 전압(V1)을 직접 측정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 탭은 본 명세서에서 측정 회로(μC)의 제 1 입력(AD1)과 연결되어 있다. 측정 회로(μC)는 공급받은 아날로그 전압 값을, 예를 들어 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 디지털 전압 값으로 변환할 수 있고, 그에 따라 10-비트 아날로그-디지털 변환기가 기준 전압의 약 1/1000의 정밀도를 가능하게 한다. 디지털 전압 값이 추후에 사용하기 위해, 예를 들어 전압 값 비교(이하에 기술됨)를 위해 또는 시간에 따른 전압(V1)을 제공하기 위해 측정 회로(μC)의 메모리(M)에 저장될 수 있다.

예시된 회로 장치는 이하에서 기술되는 상이한 유형의 응용들을 가능하게 한다. 이들 응용은,

a) 배터리 캐스케이드의 전압들을 측정하는 회로 장치로서, 및

b) 제 1 및 제 2 배터리의 충전 상태들을 균등하게 하는 회로 장치로서 사용하는 것을 포함한다.

응용 a)에서 도 1에 따른 회로 장치의 기능은 다음과 같다. 먼저, 제 1 배터리(A1) 상의 전압(V1)이 제 1 배터리(A1)의 양극 상의 탭을 통해 제 1 입력(AD1)에서 측정 회로(μC)에 제공된다. 제 1 입력(AD1)은 측정 회로(μC)의 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 피드되며, 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 아날로그 전압 값을 디지털 전압 값으로 변환하고, 여기서 기술된 실시예에서의 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 10 비트의 분해능을 가지며, 그에 따라 약 4 mV의 정밀도가 달성될 수 있는데, 그 이유는 분석될 최대 전압이 리튬 이온 배터리의 최대 전압에 대응하기 때문이다. 다음 단계에서, 제 1 스위치(S1)가 닫히고, 제 2 스위치(S2)가 열린다. 이어서, 제 1 배터리(A1)가 저항기(R1)를 통해 커패시터(C1)를 충전시킨다. 커패시터(C1)(커패시턴스 C) 및 저항기(R1)(오옴 저항 R)의 적절한 크기 조절을 통해, 충전 시상수(T)가 커패시터(C1)의 커패시턴스(C)와 저항기(R1)의 오옴 저항(R)의 곱(T = R x C)으로부터 얻어지는 것으로 정의될 수 있으며, 그 결과 커패시터(C1) 상에 포함된 전압은, 약 0.1%의 정밀도(아날로그-디지털 변환기(ADC)가 전압 값을 디지털화하는 차원에 대응함)로 수 밀리초의 충전 시간 내에, 제 1 배터리(A1) 상에 포함된 전압(V1)에 대응한다. 전압 값 대응관계의 보다 높은 또는 보다 낮은 정밀도는 보다 긴 또는 보다 짧은 충전 시간으로 달성될 수 있다. 커패시터(C1) 상의 전압의 이와 같이 원하는 정밀도가 달성되는 경우, 제 1 스위치(S1)가 열리고, 그에 따라 커패시터(C1)의 방전이 본질적으로 금지되고(제 1 스위치(S1)이 열릴 때, 제 2 입력이 메그오옴 범위(MΩ)의 아주 높은 임피던스를 가짐), 커패시터(C1)의 누설 저항을 통한 낮은 누설 전류만이 커패시터(C1)의 느린 방전을 야기한다. 제 2 스위치(S2)가 이어서 닫히고, 그에 따라 제 1 배터리(A1) 상의 전압(V1)과 제 2 배터리(A2) 상의 전압(V2)의 합산 전압과 커패시터(C1) 상의 전압(V1')(V1' ≒ V1) 간의 차이에 대응하는 전압 값이 측정 회로(μC)의 제 2 입력(AD2)에 제공되며, 따라서 전압 V = (V1 + V2) - V1' = V2'가 접지 전위에 대해 측정될 수 있다.

따라서, 제 2 입력(AD2) 상의 전압(V)은 제 1 배터리(A1) 상의 전압(V1)을 참조하여 커패시터(C1) 상의 전압(V1')의 정밀도로 나타낸 정밀도로 전압(V2)에 대응한다. 커패시터(C1)의 충전 시간을 증가시킴으로써, 이 전압의 정밀도가 증가될 수 있다. 제 1 스위치(S1)가 열릴 때 커패시터(C1)가 실제로 방전되지 않고(적절히 양호한 품질의 커패시터를 선택함으로써 보장될 수 있음) 전압 측정이 본질적으로 제 2 스위치(S2)를 닫은 후 시간 지연 없이 측정될 수 있다는 사실로 인해, 커패시터(C1)의 자체-방전이 또한 전압 측정의 정밀도에 중요하지 않다. 제 2 입력(AD2) 상의 전압 값이 아날로그 전압 값을 디지털 전압 값으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 피드된다. 여기서의 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 동일한 것이며, 그에 대한 전압 값이 역시 제 1 입력(AD1)을 통해 피드되지만, 측정 회로(μC)는 또한 몇 개의 아날로그-디지털 변환기를 가질 수 있다.

측정 회로(μC)의 공급 전압(도 1에 기술된 실시예에서 외부 전압원으로부터 제공됨)이 일정하게 유지된다는 조건 하에서, 제 1 배터리(A1) 상의 전압(V1)에 대응하는 저장된 제 1 디지털 전압 값과 제 2 배터리 상의 전압(V2)에 대응하는 제 2 디지털 전압 값 간의 상대적 비교가, 예를 들어 측정 회로(μC)의 비교 유닛(CP)을 사용하여 행해질 수 있다. 비교된 전압들에서의 차이는 2개의 배터리 중 한쪽 배터리가 다른쪽 배터리보다 더 강하게 방전된다는 것을 나타낸다. 제 1 배터리(A1) 및 제 2 배터리(A2)의 충전 상태를 균등하게 하는 대응하는 단계들이 이어서 수행될 수 있다.

측정 회로(μC)가 내부 기준 정전압(Uref)(도 2 참조)을 제공하는 경우, 전압 값들이 또한 서로 절대적으로 비교될 수 있으며, 상세하게는 전압 값들이 대응하는 배터리의 거의 완전한 방전에 대응하는 하위 임계 전압 값에 가까운지 여부가 판정될 수 있다. 완전한 방전을 방지하는 데 필요한 단계들(공지된 방식으로 달성되는, 방전 경고를 디스플레이하는 것 및/또는 장치의 실제 부하에 전원을 공급하지 않는 것일 수 있음)이 이어서 도입될 수 있다. 또한, 배터리들이 충전 중일 때, 배터리들 상의 각각의 전압이 상위 임계 값에 가까운지 여부가 판정될 수 있고, 이어서 배터리의 충전이 중단될 수 있다. 물론, 기준 전압이 외부에서도 제공될 수 있다.

기술된 회로 장치는 제 1 배터리(A1)의 전압(V1) 및 제 2 배터리(A2)의 전압(V2)의 합산 전압(V = V1 + V2)에 대해 설계되어 있지 않은 측정 회로(μC)를 사용할 수 있게 한다. 따라서, 약 5.5 V의 최대 전압에 대해 설계되어 있는 마이크로컨트롤러가 측정 회로로서 사용될 수 있고, 이 경우 합산 전압(V = V1 + V2)은 완전 충전된 배터리의 경우 약 8.4 V이다. 이 회로 장치는 또한 배터리 캐스케이드 내의 배터리들 상의 전압의 정밀한 측정(상대적 측정 및/또는 절대적 측정) 및 2개의 전압(V1 및 V2)의 정밀한 비교를 가능하게 한다. 측정 동안에, 커패시터(C1)를 통해 전류가 흐르지 않기 때문에, 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)의 전달 저항(transfer resistance)이 관련이 없고, 경제적인 구성요소들이 사용될 수 있다. 본질적으로, 커패시터(C1)에 대해서만 높은 구성요소 품질이 요구된다. 따라서, 예를 들어 커패시터(C1)의 자체-방전을 유지하기 위해 높은 누설 저항을 갖는 종이 또는 플라스틱 포일 커패시터(foil capacitor)가 사용될 수 있으며, 이 커패시터(C1)는 여기서 아주 낮은 하나의 전압 값에 대한 메모리로서 사용된다.

응용 b)에서 도 1에 따른 회로 장치의 기능은 다음과 같다. 전압들의 비교가 제 2 배터리(A2) 상의 전압(V2)이 제 1 배터리 상의 전압(V1)보다 크다고, 즉 V2 > V1이라고 판정하는 경우, 제 2 스위치(S2)가 닫혀져 제 2 배터리가 저항기(R1)를 통해 방전되도록 하는 방식으로 전하 등화가 일어날 수 있다. 일 실시예에서, 측정 회로(μC)가 규칙적으로 전압 값들의 측정을 수행하기 때문에, 제 2 배터리 상의 전압(V2)이 제 1 배터리(A1) 상의 전압(V1)과 동일할 때, 즉 V2 = V1일 때, 저항기(R1)를 통한 제 2 배터리(A2)의 부분적인 방전이 제 2 스위치(S2)를 엶으로써 중단될 수 있다. 장치가 충전 중인 경우, 제 2 스위치(S2)를 닫으면 전류의 일부가 제 2 배터리(A)를 통하지 않고 저항기(R1)를 통해 흐르게 되며, 그에 따라 제 1 배터리(A1)가 제 2 배터리(A2)보다 더 빨리 충전되고, 따라서 제 2 배터리(A2) 상의 전압 값(V2)과 제 1 배터리(A1) 상의 전압 값(V1)을 등화시킨다. 측정 회로(μC)는 또한 전압 값(V1 및 V2)을 측정할 수 있고, 그에 따라 배터리들의 충전 동안에 제 2 스위치를 열거나 닫을 수 있다. 제 1 배터리(A1) 상의 전압(V1)이 제 2 배터리 상의 전압(V2)보다 크다고, 즉 V1 > V2라고 판정되는 경우, 제 1 배터리가 측정 회로(μC)에 전원을 공급하는 데 사용될 수 있으며, 그에 따라 제 1 배터리(A1)가 측정 회로(μC)에 전원을 공급하는 것에 의해 밀리암페어 범위(㎃)의 전류로 방전되는 반면, 부하에 전원을 공급함이 없이 배터리의 휴지 모드(resting mode)에서의 자체-방전이 마이크로암페어 범위(㎂)에 있다. 이것은 도 2를 참조하여 이하에 기술되어 있다.

동일한 구성요소들이 기본적으로 도 1에서와 같이 도 2에 따른 회로 장치에 포함되어 있으며, 이 때문에 이들 구성요소와 관련해서는 도 1의 설명을 참조한다. 그러나, 도 2에 따른 회로 장치는 도 1에 따른 회로 장치와 비교하여 확장되어 있다. 제 1 배터리의 양극은 제 1 다이오드(D1)를 통해 측정 회로(μC)의 전원 입력에 연결되어 있다. 게다가, 제 2 배터리(A2)의 양극이 제 3 스위치(S3)를 통해 부가의 저항기(R2)에 연결되어 있다. 제 3 스위치(S3)는 또한 점선으로 나타내어져 있는 측정 회로(μC)에 의해 제어될 수 있다. 부가의 저항기(R2)는 제너 다이오드(Zener diode)를 통해 접지 전위에 연결되어 있고, 부가의 저항기(R2)는 제 2 다이오드(D2)를 통해 측정 회로(μC)의 전원 입력에 연결되어 있다. 이 회로 장치는 회로 장치의 제 3 응용, 즉 배터리 캐스케이드에 의해 측정 회로(μC)에 전원을 공급하는 것을 가능하게 한다. 측정 회로(μC)는 또한 공급된 전압 값을 절대적으로 측정하는 데 사용될 수 있는 내부 기준 전압(Uref) - 도 1과 관련하여 이미 설명하였음 - 을 가지며, 그에 따라 부족전압의 발생이 인식될 수 있음으로써 배터리가 부족전압으로부터 보호될 수 있고, 이는 배터리의 기대 수명을 증가시킨다.

도 2에 따른 실시예에서, 측정 회로(μC)는 배터리들을 통해 전원을 공급받는다. 제 3 스위치(S3)가 닫혀 있는 경우, 측정 회로(μC)는 제 2 다이오드(D2)를 통해 배터리 캐스케이드의 양 배터리에 의해 전원을 공급받는다. 측정 회로(μC)의 동작 전압(약 5.5 V)보다 높은 양쪽 배터리의 합산 전압에서도, 측정 회로(μC)만이 측정 회로(μC)에 대해 설계된 전압을 공급받도록 하는 방식으로 부가의 저항기(R2) 및 제너 다이오드(ZD1)가 선택된다. 배터리 캐스케이드의 양쪽 배터터리에 의해 전원을 공급받을 경우, 측정 회로는 배터리 각각의 전압이 약 2.5 V의 부족전압 한계에 가까울 때에도, 여전히 완전한 성능을 제공할 수 있다. 게다가, 측정 회로(μC)는 또한 전원을 공급받을 장치의 부하를 통해 큰 부하가 배터리들에 가해지는 동안에도 신뢰성있게 전원을 공급받을 수 있는데(도시 안됨; 면도기 또는 가전 장치에서, 이는 부하, 전형적으로 모터를 처리함), 그 이유는 그 결과 큰 부하로 인한 전압 강하가 측정 회로(μC)의 부족전압을 야기하지 않기 때문이다. 도 1과 관련하여 앞서 언급한 바와 같이, 제 1 배터리(A1)의 전압(V1)이 제 2 배터리(A2)의 전압(V2)보다 큰(V1 > V2) 경우에, 측정 회로(μC)는 또한 제 1 배터리(A1)에 의해서만 전원을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 제 3 스위치(S3)가 열린다. 또한, 장치의 대기 동작에서, 측정 회로(μC)는 제 1 다이오드(D1)를 통해 전원을 공급받으며, 이 경우 제 3 스위치(S3)는 열린 채로 있다. 이 유형의 동작에서, 부가의 저항기(R2) 및 제너 다이오드(ZD1)를 통한 전압 조절이 필요하지 않으며, 단지 몇 마이크로암페어(㎂)만이 사용된다.

비용이 많이 드는 구성요소들을 사용하지 않고서, 기술된 회로 장치에 의해 몇 밀리볼트의 높은 측정 정밀도가 가능하게 된다. 경제적인 구매가능한 마이크로컨트롤러가 실제로 측정 회로(μC)로서 사용될 수 있다.

도 3에서, 본 발명에 따른 회로 장치를 갖는 전기 장치(100)가 도시되어 있다. 이 회로 장치는 제 1 배터리(A1), 제 2 배터리(A2) 및 전자 구성요소(EL)들로 이루어져 있다. 배터리는 전기 장치(100)에 대한 부하(L)에 전원을 공급한다. 이러한 부하는, 예를 들어 모터일 수 있으며, 이 모터는 이어서 응용 메커니즘(A)을 구동한다. 이러한 응용 메커니즘(A)은, 예를 들어 전기 면도기 상의 전단 면도날, 제모기 내의 족집게 요소, 전기 드릴 상의 드릴 헤드, 또는 핸드-헬드형 블렌더 상의 절삭 에지이다. 이동 전화에서, 부하는 디스플레이와 전송 및 수신 유닛으로 이루어질 수 있다. 전기 장치(100)의 배터리는 유도 충전에 의해 또는 직접 접촉에 의해 공지된 방식으로 충전소(LS)에서 충전될 수 있다. 이를 위해, 전기 장치(100)는 전기 충전기를 포함한다.

Claims

배터리 캐스케이드(battery cascade)의 배터리들에서 각각의 전압을 측정하는 회로 장치로서,
ㆍ 음극이 접지 전위(GND)에 연결되어 있는 제 1 배터리(A1)와,
ㆍ 음극이 상기 제 1 배터리의 양극에 결합되어 있는 제 2 배터리(A2)와,
ㆍ 제 1 측에서 저항기(R1)를 통해 상기 제 1 배터리(A1)의 양극과 결합되고 제 2 측에서 제 1 스위치(S1)를 통해 상기 접지 전위(GND)에 연결될 수 있는 커패시터(C1)를 가지며,
상기 제 2 배터리(A2)의 양극은 제 2 스위치(S2)를 통해 상기 저항기(R1)와 상기 커패시터(C1) 사이에 결합될 수 있는
회로 장치.
제 1 항에 있어서,
측정된 전압들을 평가하는 측정 회로(μC)를 더 가지며, 상기 제 1 배터리(A1)의 양극이 상기 측정 회로(μC)의 제 1 입력(AD1)과 결합되고, 상기 커패시터(C1)의 제 2 측이 상기 측정 회로(μC)의 제 2 입력(AD2)과 결합되는
회로 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 측정 회로(μC)는 공급받은 아날로그 전압 값을 디지털화하는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 적어도 하나의 디지털 전압 값을 저장하는 메모리(M)를 갖는
회로 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 측정 회로(μC)는 2개의 전압 값을 비교하는 비교 유닛(CP)을 갖는
회로 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 스위치(S1) 및 상기 제 2 스위치(S2)는 상기 측정 회로(μC)에 의해 제어되는
회로 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 배터리(A2)의 양극은 제 3 스위치(S3)를 통해 상기 측정 회로(μC)와 결합될 수 있는
회로 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 측정 회로(μC)는 전압 값들의 절대적 판정을 위한 내부 기준 전압(Uref)을 갖는
회로 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 배터리(A1)의 음극 및 상기 제 2 배터리(A2)의 양극은 충전 전류(DC)와 결합되거나 충전 전류(DC)와 결합될 수 있는
회로 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 회로 장치를 갖는 전기 장치(100)로서,
상기 배터리 캐스케이드가 상기 전기 장치(100)의 부하(L)에 전원을 공급하는 역할을 하는
전기 장치.
배터리 캐스케이드 내의 배터리에서의 전압에 대한 측정치인 전압을 제공하는 방법으로서,
ㆍ 접지 전위(GND)에 연결된 배터리 캐스케이드의 제 1 배터리(A1)의 전압(V1)이 사전정의된 정밀도로 커패시터(C1)의 전압에 가까워질 때까지 상기 접지 전위에 연결된 상기 커패시터(C1)를 충전시키는 단계와,
ㆍ 상기 커패시터(C1)와 접지 전위(GND) 사이의 고 임피던스를 스위칭시킴으로써 상기 커패시터(C1)를 상기 접지 전위(GND)로부터 분리시키는 단계와,
ㆍ 상기 배터리 캐스케이드의 제 1 배터리(A1)의 전압(V1) 및 제 2 배터리(A2)의 전압(V2)로부터의 총 전압을 상기 커패시터(C1)에 인가하는 단계가 수행되는
전압 제공 방법.
제 10 항에 있어서,
추가의 단계로서, 상기 제 2 배터리(A2)의 부분적인 방전이 저항기(R1)를 통해 수행되는
전압 제공 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 배터리 캐스케이드를 충전시키는 데 있어서의 추가의 단계로서, 상기 제 2 배터리(A2)에 대한 충전 전류의 일부가 저항기(R1)를 통해 전달되는
전압 제공 방법.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가의 단계로서, 측정 회로(μC)에 대한 전원 공급이 상기 제 1 배터리(A1)를 통해서만 수행되는
전압 제공 방법.