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KR102249887B1 - 전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 - Google Patents

전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 Download PDF

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KR102249887B1
KR102249887B1 KR1020160176862A KR20160176862A KR102249887B1 KR 102249887 B1 KR102249887 B1 KR 102249887B1 KR 1020160176862 A KR1020160176862 A KR 1020160176862A KR 20160176862 A KR20160176862 A KR 20160176862A KR 102249887 B1 KR102249887 B1 KR 102249887B1
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KR
South Korea
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voltage
cell
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integrated circuits
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KR1020160176862A
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Inventor
조원경
김용천
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Priority to PL17883666.4T priority patent/PL3560748T3/pl
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Priority to PCT/KR2017/011605 priority patent/WO2018117387A2/ko
Priority to EP17883666.4A priority patent/EP3560748B1/en
Priority to CN201780079524.6A priority patent/CN110139777B/zh
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Abstract

배터리 관리 시스템은, 복수의 전압 검출 집적회로, 및 상기 복수의 전압 검출 집적회로로부터 수신되는 셀 전압 검출 결과를 토대로 고전압 배터리의 충/방전을 제어하는 배터리 제어기를 포함하며, 상기 복수의 전압 검출 집적회로 각각은, 상기 고전압 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 대응하는 적어도 하나의 셀의 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 다른 전압 검출 집적회로와 통신하기 위한 제1 및 제2 인터페이스, 상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 단자, 상기 제2 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 동작 전압을 입력받는 복수의 제2 단자, 및 상기 복수의 제2 단자를 통해 입력 받은 동작 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하고, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함할 수 있다.

Description

전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템{VOLTAGE DETECTING IC AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM INCLUDING THE SAME}
실시 예는 전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
최근 CO2 규제 등 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 하이브리드(Hybrid) 차량이나 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid) 차량뿐만 아니라, 순수 전기 차량 또는 수소 차량에 대해 연구 및 제품 개발을 활발히 진행하고 있다.
친환경 차량에는 다양한 에너지원으로부터 얻어지는 전기 에너지를 저장하기 위해 고전압 배터리가 적용된다. 고전압 배터리는 고전압의 전기 에너지를 제공하기 위해 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 셀을 포함한다.
고전압 배터리가 적용되는 차량에는 고전압 배터리를 관리하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Managemnet System, BMS)이 탑재된다. 각 셀의 전압을 모니터링하여 셀 간 전압 편차를 보상하는 셀 밸런싱 기능은 배터리 관리 시스템의 주요 기능 중 하나이다. 고전압 배터리를 구성하는 각 셀의 전압은, 전압 검출 회로가 내장된 집적회로(Integrated Circuit, IC), 예를 들어, 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE) IC에 의해 측정될 수 있다.
복수의 셀이 스태킹(stacking)되는 고전압 배터리의 구조로 인해, 셀 전압을 측정하는 IC들 간에는 DC 레벨이 서로 상이할 수 있다. 이러한 이유로, DC 레벨이 서로 상이한 전압측정용 IC들 간에 통신을 위해 아이솔레이터(isolator)가 필수적으로 사용되며, 아이솔레이터의 사용은 배터리 관리 시스템의 단가를 높이는 요인으로 작용하였다.
실시 예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 아이솔레이터 사용을 최소화한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 복수의 전압 검출 집적회로, 및 상기 복수의 전압 검출 집적회로로부터 수신되는 셀 전압 검출 결과를 토대로 고전압 배터리의 충/방전을 제어하는 배터리 제어기를 포함하며, 상기 복수의 전압 검출 집적회로 각각은, 상기 고전압 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 대응하는 적어도 하나의 셀의 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 다른 전압 검출 집적회로와 통신하기 위한 제1 및 제2 인터페이스, 상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 단자, 상기 제2 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 동작 전압을 입력받는 복수의 제2 단자, 및 상기 복수의 제2 단자를 통해 입력 받은 동작 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하고, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 복수의 제1 단자는, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 상기 제1 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 상기 복수의 제2 단자와 연결될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 제1 전원은, 상기 대응하는 적어도 하나의 셀로부터 공급될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 복수의 전압 검출 집적회로와 상기 배터리 제어기 사이의 신호를 송수신하는 트랜시버, 및 상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 어느 하나의 상기 제2 인터페이스와 상기 트랜시버 사이에 연결되는 아이솔레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 상기 아이솔레이터와 연결되는 전압 검출 집적회로는, 상기 레벨 시프터가 비활성화될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 집적회로는, 적어도 하나의 셀의 셀 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로, 다른 집적회로와 통신하는 제1 및 제2 인터페이스, 상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 전원 단자, 복수의 제2 전원 단자, 및 상기 복수의 제2 전원 단자를 통해 입력되는 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하며, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함할 수 있다.
상기 집적회로에서, 상기 복수의 제2 전원 단자는, 상기 제2 인터페이스를 통해 통신하는 다른 집적회로의 전원 단자와 연결될 수 있다.
상기 집적회로에서, 상기 제1 전원은, 상기 셀 전압 검출 회로에 연결되는 적어도 하나의 셀로부터 공급될 수 있다.
상기 집적회로에서, 상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신할 수 있다.
실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 아이솔레이터의 사용을 최소화함으로써 단가 상승을 억제하는 효과가 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 일 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 다른 예를 도시한 것이다.
도 5은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 종래 기술에 따른 전압 검출 IC들 간에 발생하는 기준 전위 차이를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예에 따른 전압 검출 집적회로(Integrated Circuit, IC) 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 문서에서, 전압 검출 IC는, 배터리의 셀 전압 검출 기능을 포함하는 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE) IC, 셀 전압 모니터링(Cell Voltage Monitoring, CVM) IC 등을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC(120)는 레벨 시프터(level shifter, 121), 통신 회로(1221, 1222), 셀 전압 검출 회로(123), 제어기(124) 및 복수의 전원 단자(GND_L, VDD_L GND_H, VDD_H)를 포함할 수 있다.
통신 회로는 다른 전압 검출 IC 또는 배터리 제어기(도 2의 도면부호 110 참조)와 통신하기 위한 회로이다. 통신 회로는, 서로 다른 다른 전압 검출 IC 또는 배터리 제어기(도 2의 도면부호 110 참조)와 통신하는 복수의 인터페이스(1221, 1222)를 포함할 수 있다.
복수의 인터페이스(1221, 1222)는 다른 전압 검출 IC의 통신 회로와 데이지 체인(Daisy Chain) 방식으로 통신하는 데이지 체인 인터페이스일 수 있다.
셀 전압 검출 회로(123)는 셀 스택(20)을 구성하는 하나 이상의 셀과 전기적으로 연결되며, 각 셀의 셀 전압을 측정할 수 있다. 셀 전압 검출 회로(123)는, 아날로그 값으로 검출되는 각 셀의 셀 전압을 디지털 값으로 변경하기 위한 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)를 포함할 수 있다.
제어기(124)는 IC 내 제어기로서, 셀 전압 검출 회로(123) 및 데이지 체인 통신 회로(122)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 셀 스택(20)을 구성하는 복수의 셀 중 전압 검출 대상이 되는 셀을 선택하도록 셀 전압 검출 회로(123)를 제어할 수 있다. 또한, 예를 들어, 셀 전압 검출 회로(123)에 의해 검출된 셀 전압을 데이지 체인 통신 회로(122)를 통해 배터리 제어기(도 2의 도면 부호 110 참조)로 전달할 수도 있다.
복수의 제1 전원 단자(GND_L, VDD_L)와 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)에는 서로 다른 전원이 연결된다. 아래에서는 설명의 편의를 위해, 복수의 제1 전원 단자(GND_L, VDD_L)에 연결되는 전원을 '제1 전원'으로 명명하여 사용하고, 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)에 연결되는 전원을 '제2 전원'이라 명명하여 사용한다.
제1 전원은 전압 검출 IC(120)의 메인 동작 전원으로, 셀 전압 검출 회로(123)의 ADC, 제어기(124) 및 제1 인터페이스(1221)에 동작 전압을 공급한다.
제1 전원은 전압 검출 IC(120) 외부의 전원 공급 회로로부터 공급될 수도 있고, 전압 검출 IC(120) 내부의 전원 공급 회로로부터 공급될 수도 있다. 후자의 경우, 전압 검출 IC(120) 내부의 전원 공급 회로는, 셀 스택(20)의 적어도 하나의 셀로부터 공급되는 셀 전압을 변압하여, 제1 전원을 공급할 수 있다.
제2 전원은 레벨 시프터(121)의 레벨 시프팅의 기준이 되는 전원이다.
제2 전원으로, 다른 전압 검출 IC의 제1 전원이 사용될 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)는 제2 인터페이스(1222)를 통해 통신하고자 하는 전압 검출 IC의 제1 전원 단자들(GND_L, VDD_L)에 연결될 수 있다. 제2 전원은, 모든 전압 검출 IC에 공통으로 공급되는 공통 전원일 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)는 다른 전압 검출 IC의 제2 전원 단자들(GND_H, VDD_H)과 서로 연결될 수 있다.
레벨 시프터(121)는 복수의 제1 전원 단자(GND_L, VDD_L) 및 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)로부터 제1 전원 및 제2 전원을 공급 받아, 제1 전원의 기준 전위(DC 레벨)를, 제2 전원의 기준 전위(DC 레벨)로 레벨 시프트할 수 있다. 즉, 레벨 시프터(121)는 제1 전원으로부터 공급되는 동작 전압을 제2 전원의 동작 전압 레벨로 레벨 시프트할 수 있다.
레벨 시프터(121)에 의해 레벨 시프트된 동작 전압은 제2 인터페이스(1222)의 동작 전압으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 전압 검출 IC(120)의 제2 인터페이스(1222)는 레벨 시프터(121)에 의해 통신하고자 하는 전압 검출 IC와 동일한 레벨의 동작 전압을 공급받아 동작할 수 있어, 전압 검출 IC(120)와 다른 전압 검출 IC 간에 아이솔레이터 없이 통신이 가능하다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 일 예를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(10A)은 배터리 제어기(110), 복수의 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3), 트랜시버(130) 및 아이솔레이터(isolator)(140)를 포함할 수있다. 한편, 도 2에서는 배터리 관리 시스템(10A)이 3개의 전압 검출 IC를 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니어서, 배터리 관리 시스템(10A)에 포함되는 전압 검출 IC의 개수는 그보다 많거나 더 적을 수 있다.
배터리 제어기(110)는 복수의 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)로부터 고전압 배터리(미도시)를 구성하는 각 셀의 셀 전압을 수신하고, 이를 토대로 각 셀 또는 고전압 배터리의 충/방전 등을 제어할 수 있다.
복수의 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)는 서로 직렬 연결되는 셀 스택들(도 1의 도면부호 20 참조)에 각각 연결되며, 대응하는 셀 스택을 구성하는 각 셀의 셀 전압을 검출할 수 있다.
각 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 IC와 통신하는 제1 및 제2 인터페이스(1221-1, 1221-2, 1221-3, 1222-1, 1222-2, 1222-3) 및 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)를 포함한다.
제1 인터페이스들(1221-1, 1221-2, 1221-3)은 제1 전원 단자(GND_L1, VDD_L1, GND_L2, VDD_L2, GND_L3, VDD_L3)들을 통해 동작 전압을 공급 받을 수 있다.
제2 인터페이스들(1222-1, 1222-2, 1222-3)은 각 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)로부터 동작 전압을 공급받을 수 있다.
각 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)는 각 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)의 제2 전원 단자(GND_H1, VDD_H1, GND_H2, VDD_H2, GND_H3, VDD_H3)들을 통해 입력되는 전압을 기준으로, 제1 전원 단자(GND_L1, VDD_L1, GND_L2, VDD_L2, GND_L3, VDD_L3)에 공급되는 전압을 레벨 시프트하여 출력한다. 각 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)에 의해 레벨 시프트된 전압은 대응하는 제2 인터페이스(1222-1, 1222-2, 1222-3)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
제1 전압 검출 IC(120-1)의 제1 인터페이스(1221-1)는 제1 전원 단자들(GND_L1, VDD_L1)에 인가되는 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 반면에, 제2 인터페이스(1222-1)는, 레벨 시프터(121-1)를 통해 레벨 시프트된 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 제2 전원 단자(GND_H1, VDD_H1)는 1 전압 검출 IC(120-1)의 상위 전압 검출 IC인 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 전원 단자(GND_L2, VDD_L2)에 연결되며, 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)의 동작 전압을 공급 받는다. 따라서, 레벨 시프터(121-1)는 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)의 동작 전압 레벨로 레벨 시프트된 전압을 제2 인터페이스(1222-1)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
도 3을 예로 들면, 제1 전압 검출 IC(120-1)와 제2 전압 검출 IC(120-2)의 메인 동작 전압들 간에는, 제1 전압 검출 IC(120-1)와 연결되는 제1 셀 스택의 출력 전압(Vbat1)만큼 전위차가 발생한다. 따라서, 제1 전압 검출 IC(120-1)의 레벨 시프터(121-1)는 제1 전원 단자들(GND_L1, VDD_L1)에 인가되는 전압을 제1 셀 스택의 출력 전압(Vbat1)만큼 레벨 시프트하여, 제2 인터페이스(1222-1)의 동작 전압으로 공급한다.
이에 따라, 제1 전압 검출 IC(120-1)의 제2 인터페이스(1222-1)와 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)간에 아이솔레이터 없이 통신이 가능하다.
본 문서에서, 전압 검출 IC들 간의 위치 설명에서, '상위'또는 '하위'는 각 전압 검출 IC와 연결되는 셀 스택의 고전압 배터리 내 위치에 따라서 정해질 수있다. 예를 들어, 제1 전압 검출 IC(120-1)에 연결되는 셀 스택이 제2 전압 검출 IC(120-2)에 연결되는 셀 스택에 비해 접지에 가깝게 연결되는 경우, 제1 전압 검출 IC(120-1)는 제2 전압 검출 IC(120-2)의 하위 전압 검출 IC 이고, 제2 전압 검출 IC(120-2)는 제1 전압 검출 IC(120-1)의 상위 하위 전압 검출 IC로 표현될 수 있다.
다시, 도 2를 보면, 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)는 제1 전원 단자들(GND_L2, VDD_L2)에 인가되는 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 반면에, 제2 인터페이스(1222-2)는, 레벨 시프터(121-2)를 통해 레벨 시프트된 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 제2 전원 단자(GND_H2, VDD_H2)는 제2 전압 검출 IC(120-2)의 상위 전압 검출 IC인 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 전원 단자(GND_L3, VDD_L3)에 연결되며, 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)의 동작 전압을 공급 받는다. 따라서, 레벨 시프터(121-2)는 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)의 동작 전압 레벨로 레벨 시프트된 전압을 제2 인터페이스(1222-2)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
도 3을 예로 들면, 제2 전압 검출 IC(120-2)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 메인 동작 전압들 간에는, 제2 전압 검출 IC(120-2)와 연결되는 제2 셀 스택의 출력 전압(Vbat2)만큼 전위차가 발생한다. 따라서, 제2 전압 검출 IC(120-2)의 레벨 시프터(121-2)는 제1 전원 단자들(GND_L2, VDD_L2)에 인가되는 전압을 제2 셀 스택의 출력 전압(Vbat2)만큼 레벨 시프트하여, 제2 인터페이스(1222-2)의 동작 전압으로 공급한다.
이에 따라, 제1 전압 검출 IC(120-2)의 제2 인터페이스(1222-2)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)간에 아이솔레이터 없이 통신이 가능하다.
다시, 도 2를 보면, 제3 전압 검출 IC(120-3)는 데이지 체인 버스에서 배터리 제어기(110)와 가장 가깝게 연결되는 최종단의 전압 검출 IC이므로 상위 전압 검출 IC와 통신하기 위한 레벨 시프터(121-3)가 비활성화된다. 따라서, 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)와 제2 인터페이스(1222-3) 모두 제1 전원 단자들(GND_L2, VDD_L2)에 인가되는 전압을 동작 전압으로 공급 받는다.
제3 전압 검출 IC(120-3)가 데이지 체인 버스의 최종단에 위치하므로, 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제2 인터페이스(1222-2)는 트랜시버(130) 및 아이솔레이터(140)를 통해 배터리 제어기(110)와 통신한다.
트랜시버(130)는 직렬 주변장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 배터리 제어기(110)와 신호를 송수신할 수 있다. 도 2에서는 SPI가 CAN(Controller Area Network) 통신인 경우를 예로 들어 도시하였다.
트랜시버(130)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 동작 전압 간에는 전위차가 존재하여, 트랜시버(130)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제2 인터페이스(1222-2) 사이에는 전위차 해소를 위한 아이솔레이터(140)가 연결될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 제3 전압 검출 IC(120-3)가 고전압 배터리의 최상위 셀 스택에 연결되어, 제1 및 제2 전압 검출 IC(120-1, 120-2)의 레벨 시프터(121-1, 121-2)가 전압 레벨을 상향 변환하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니어서, 제3 전압 검출 IC(120-3)는 고전압 배터리의 최하위 셀 스택에 연결될 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전압 검출 IC(120-1, 120-2)의 레벨 시프터(121-1, 121-2)는 자신의 하위 전압 검출 IC의 동작 전압에 맞춰 전압 레벨을 하향 변환하여 제2 인터페이스(1222-1, 1222-2)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에서는 최상위 셀 스택에 연결되는 전압 검출 IC(도 2의 제3 전압 검출 IC(120-3))가 데이지 체인 버스의 최종단에 위치하여 배터리 제어기(110)와 통신하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에 따르면, 최하위 셀 스택에 연결되는 전압 검출 IC(도 2의 경우 제1 전압 검출 IC(120-1))가 데이지 체인 버스의 최종단에 위치하여 배터리 제어기(110)와 통신할 수도 있다. 이 경우, 배터리 제어기(110)는 트랜시버(130) 및 아이솔레이터(140)를 통해, 최하위 셀 스택에 연결되는 전압 검출 IC(120-1)의 제1 인터페이스(1221-1)에 연결될 수 있다. 전술한 바에 따르면, 배터리 관리 시스템(10A)는 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)들 간의 통신을 위해 아이솔레이터를 사용할 필요가 없다. 따라서, 배터리 관리 시스템(10A)에 탑재되는 아이솔레이터의 개수를 최소화할 수 있어, 단가를 낮추는 효과를 가져올 수 있다.
최근, 채널 확장성을 향상시키기 위해 전압 검출 IC에 시스템 인 패키지(System In Package, SIP) 기술을 적용하는 방안이 연구되고 있다. SIP는 복수의 전압 검출 IC를 하나의 칩 패키지로 패키징하는 기술로서, 개발 비용이 저렴하고 다양한 채널의 칩 구성이 용이한 장점이 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 다른 예를 도시한 것으로서, SIP 기술이 적용된 배터리 관리 시스템의 경우를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 배터리 관리 시스템(10B)은 복수의 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)를 포함하며, 각 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)는 복수의 전압 검출 IC(…, 120-12, 120-13, 120-21, 120-22, …)를 패키징하여 구성될 수 있다.
하나의 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)에 포함된 복수의 전압 검출 IC들은, 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 레벨 시프트 방법을 이용하여, 아이솔레이터 없이 서로 통신할 수 있다.
예를 들어, 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)의 전압 검출 IC(120-21)는 자신의 상위 전압 검출 IC(120-22)로부터 상위 전압 검출 IC(120-22)의 동작 전압을 입력 받고, 이를 기준으로 전압 검출 IC(120-21)의 메인 동작 전압을 레벨 시프트한다. 또한, 레벨 시프트된 전압을 전압 검출 IC(120-22)와 통신하는 제2 인터페이스(1222-21)의 동작 전압으로 공급함으로써, 아이솔레이터 없이 전압 검출 IC(120-22)와의 통신이 가능하다.
한편, 배터리 관리 시스템(10B)에서 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2) 간에 아이솔레이터 없이 통신하고자 하는 경우에도, 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 레벨 시프트 방법을 이용하여, 아이솔레이터 없이 서로 통신할 수 있다. 이 경우, 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)의 최하위 전압 검출 IC(120-21)의 메인 동작 전압이, 제1 전압 검출 IC 패키지(SIP1)의 최상위 전압 검출 IC(120-13)의 레벨 시프터(121-13)로 공급된다. 이에 따라, 전압 검출 IC(120-3)의 레벨 시프터(121-13)는, 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)의 최하위 전압 검출 IC(120-21)의 메인 동작 전압을 기준으로, 전압 검출 IC(120-13)의 메인 동작 전압을 레벨 시프트한다. 또한, 레벨 시프트된 전압을 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)와 통신하는 제2 인터페이스(1222-3)의 동작 전압으로 공급함으로써, 아이솔레이터 없이 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)들 간에도 통신이 가능하다.
전술한 바와 같이, 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC(도 1의 도면 부호 120 참조)는 하나의 패키지에 하나의 전압 검출 IC가 패키징되는 경우뿐만 아니라, 복수의 전압 검출 IC가 하나의 SIP로 패키징되는 경우에도 확장하여 적용 가능하다.
도 5은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 6은 종래 기술에 따른 전압 검출 IC들 간에 발생하는 기준 전위 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템(10C)은 배터리 제어기(11), 복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N), 복수의 CAN 트랜시버(13-1, 13-2, …, 13-N) 및 복수의 아이솔레이터(14-1, 14-2, …, 14-N)를 포함한다.
배터리 제어기(10)는 복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)로부터 고전압 배터리(미도시)를 구성하는 각 셀의 셀 전압을 수신하고, 이를 토대로 고전압 배터리의 충/방전 등을 제어한다.
복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)는 각각 서로 다른 셀 스택에 연결되며, 셀 스택을 구성하는 각 셀의 셀 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 회로(미도시)를 포함한다.
복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)에 연결되는 셀 스택들은 서로 직렬 연결되어 고전압 배터리를 구성한다. 이에 따라, 대응하는 셀 스택의 출력 전압으로부터 동작 전압을 공급받는 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)의 특성 상, 복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N) 간에는 동작 전압의 기준 전위(DC 레벨)가 서로 달라질 수 있다.
도 6을 예로 들면, 서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 셀 스택은 각각 서로 직렬 연결되는 K개의 셀을 포함한다. 따라서, 제2 셀 스택의 기준 전위(GND2)는, 제1 셀 스택의 기준 전위(GND1)로부터 K개의 셀 전압(Vbat11)만큼 높게 나타난다. 이와 같이, 제1 및 제2 셀 스택에 대응하는 기준 전위(GND1, GND2)가 서로 다르므로, 각 셀 스택에 대응하는 전압 검출 IC의 전원 전압(VDD1, VDD2)들 간에도 서로 전위차가 발생하게 된다.
전술한 바와 같이 전압 검출 IC들(12-1, 12-2, …, 12-N) 간에 전위차가 발생함에 따라, 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템(10C)에서는 각 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)마다, CAN 트랜시버(13-1, 13-2, … 13-N)와 아이솔레이터(14-1, 14-2, …, 14-N)를 구비하였다. 즉, 배터리 관리 시스템(10C)에 포함되는 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)가 N개인 경우, 배터리 관리 시스템(10C)은 전압 검출 IC들(12-1, 12-2, …, 12-N) 간에 통신을 위해 N개의 CAN 트랜시버(13-1, 13-2, … 13-N)와 N 개의 아이솔레이터(12-1, 12-2, …, 12-N)를 구비할 필요가 있다.
이와 같이, 각 전압 검출 IC마다, CAN 트랜시버와 아이솔레이터를 구비할 경우, 비교적 고가인 아이솔레이터의 사용이 증가하여 배터리 관리 시스템의 단가가 상승하게 된다.
이에 반해, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템에 비해 아이솔레이터의 사용을 줄임으로써 배터리 관리 시스템의 단가를 낮추는 효과가 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10A, 10B: 배터리 관리 시스템
110: 배터리 제어기
120: 전압 검출 집적회로
121: 레벨 시프터
1221, 1222: 인터페이스
123: 셀 전압 검출 회로
124: 제어기
130: 트랜시버
140: 아이솔레이터

Claims (10)

  1. 복수의 전압 검출 집적회로, 및
    상기 복수의 전압 검출 집적회로로부터 수신되는 셀 전압 검출 결과를 토대로 고전압 배터리의 충/방전을 제어하는 배터리 제어기를 포함하며,
    상기 복수의 전압 검출 집적회로 각각은,
    상기 고전압 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 대응하는 적어도 하나의 셀의 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로,
    상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 다른 전압 검출 집적회로와 통신하기 위한 제1 및 제2 인터페이스,
    상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 단자,
    상기 제2 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 동작 전압을 입력받는 복수의 제2 단자, 및
    상기 복수의 제2 단자를 통해 입력 받은 동작 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하고, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 단자는, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 상기 제1 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 상기 복수의 제2 단자와 연결되는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전원은, 상기 대응하는 적어도 하나의 셀로부터 공급되는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전압 검출 집적회로와 상기 배터리 제어기 사이의 신호를 송수신하는 트랜시버, 및
    상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 어느 하나의 상기 제2 인터페이스와 상기 트랜시버 사이에 연결되는 아이솔레이터를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 상기 아이솔레이터와 연결되는 전압 검출 집적회로는, 상기 레벨 시프터가 비활성화되는 배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신하는 배터리 관리 시스템.
  7. 적어도 하나의 셀의 셀 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로,
    다른 집적회로와 통신하는 제1 및 제2 인터페이스,
    상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 전원 단자,
    복수의 제2 전원 단자, 및
    상기 복수의 제2 전원 단자를 통해 입력되는 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하며, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함하는 집적회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 제2 전원 단자는, 상기 제2 인터페이스를 통해 통신하는 다른 집적회로의 전원 단자와 연결되는 집적회로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전원은, 상기 셀 전압 검출 회로에 연결되는 적어도 하나의 셀로부터 공급되는 집적회로.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신하는 집적회로.
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