[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2010032995A2 - 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2010032995A2
WO2010032995A2 PCT/KR2009/005344 KR2009005344W WO2010032995A2 WO 2010032995 A2 WO2010032995 A2 WO 2010032995A2 KR 2009005344 W KR2009005344 W KR 2009005344W WO 2010032995 A2 WO2010032995 A2 WO 2010032995A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell
voltage
battery pack
floating capacitor
multiplexer
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/005344
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010032995A3 (ko
Inventor
허진석
김지호
이달훈
이상훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to EP09814811.7A priority Critical patent/EP2341357B1/en
Priority to CN200980146143.0A priority patent/CN102216795B/zh
Priority to JP2011527749A priority patent/JP5350479B2/ja
Priority to PL09814811T priority patent/PL2341357T3/pl
Publication of WO2010032995A2 publication Critical patent/WO2010032995A2/ko
Publication of WO2010032995A3 publication Critical patent/WO2010032995A3/ko
Priority to US13/050,493 priority patent/US8860421B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14—Preventing excessive discharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/19—Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/22—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc
    • G01R19/225—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc by means of thermocouples or other heat sensitive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/364—Battery terminal connectors with integrated measuring arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring a cell voltage of a battery pack, and more particularly, to an apparatus and method for measuring a plurality of cell voltages included in a battery pack in groups.
  • a large capacity battery pack used in such an electric vehicle or a hybrid vehicle includes a plurality of cells that can be repeatedly charged and discharged.
  • SOC state of charge
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a battery cell voltage measuring apparatus 10 according to the prior art.
  • the conventional cell voltage measuring apparatus 10 includes a floating capacitor C, a first switch SW1, a second switch SW2, a cell voltage measuring circuit 20, and an A / D converter ( 30) and the controller 40.
  • the first switch SW1 is turned on by the controller 40 when the cell voltage is measured. Accordingly, each floating capacitor C is sampled with a corresponding cell B voltage. When the sampling of the cell B voltage is completed, all of the first switches SW1 are turned off, and the cell B voltage is held in each floating capacitor C.
  • the second switch SW2 is sequentially turned on in a predetermined order after the sampling and holding of the cell B voltage is completed. Accordingly, the voltage (corresponding to the cell voltage) held in each floating capacitor C is sequentially applied to the cell voltage measuring circuit 20.
  • the cell voltage measuring circuit 20 senses the held voltage of each floating capacitor C sequentially applied and outputs an analog voltage signal corresponding to the voltage of each cell B to the A / D converter 30. Then, the A / D converter 30 converts the analog voltage signal into a digital voltage signal having a predetermined number of bits and outputs the digital voltage signal to the controller 40.
  • the controller 40 generally controls the operations of the first switch SW1 and the second switch SW2, and receives the digital voltage signal of each cell B output from the A / D converter 30. Store in a memory (not shown).
  • the controller 40 controls the charge / discharge of each cell B by using voltage data of each cell B stored in the memory and performs various battery protection operations such as overcharge protection and overdischarge prevention.
  • the cell voltage measuring circuit 20 includes a differential amplifier for outputting a voltage signal corresponding to the voltage across the floating capacitor C to the A / D converter 30.
  • cell voltage sensing lines L1 to L4 are wired to sense a plurality of cell voltages with one differential amplifier.
  • cell voltage sensing lines L1 to L4 are wired to sense four cell voltages with one differential amplifier. Therefore, when measuring the voltage of the even-numbered cell, it is necessary to invert the voltage across the floating capacitor (C). To this end, the cell voltage measuring circuit 20 includes a polarity inverting circuit therein, which is a major cause for complicating the circuit structure of the cell voltage measuring apparatus 10.
  • the cell voltage measuring circuit 20 since a plurality of cell voltages are sensed by one differential amplifier, a high potential is applied to the differential amplifier. For this reason, differential amplifiers must be implemented with highly durable devices that can withstand high potentials. However, the high endurance device is expensive, causing a problem of increasing the manufacturing cost of the cell voltage measurement device.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and includes an apparatus and method for measuring a plurality of cell voltages connected in series without using a differential amplifier and a polarity inversion circuit, and the apparatus. It is an object of the present invention to provide a battery pack driving device and a battery pack.
  • an apparatus for measuring a cell voltage of a battery pack corresponds to a cell group of a battery pack for each group, and receives a reference potential from a corresponding cell group to each cell belonging to the cell group based on the reference potential.
  • a plurality of multiplexers for outputting a voltage signal;
  • Switching means for sampling and holding the voltage of each cell to a floating capacitor corresponding to the cell;
  • each multiplexer may have a reference potential input terminal for receiving a reference potential from a corresponding cell group.
  • the multiplexer outputs the voltage difference between both terminals of each floating capacitor based on the reference potential as a voltage signal of each corresponding cell.
  • the multiplexer includes a buffer for outputting a cell voltage held by the floating capacitor.
  • the buffer may be configured as OP-Amp.
  • the apparatus according to the present invention further comprises an A / D converter for converting the cell voltage signal output through each multiplexer into a digital voltage signal, wherein the A / D converter is a cell voltage signal output from each multiplexer. Receives and converts it into a digital voltage signal and outputs it to the controller.
  • the switching means the first switch for connecting or disconnecting the low potential terminal of each floating capacitor and the negative terminal of the cell; And a second switch connecting or disconnecting the high potential terminal of each floating capacitor, the positive terminal of the cell, and one end of the first switch and the cell voltage sensing line.
  • the control unit samples the voltage of the cell on each floating capacitor by turning on the second switch simultaneously or sequentially in a state in which the first switch is turned on for each cell group.
  • the controller turns off both the first switch and the second switch in a state in which the voltages of the cells are sampled in the floating capacitors belonging to the cell group for each cell group, thereby holding the voltages of the cells in each of the floating capacitors.
  • the controller performs the sampling and holding process of the cell voltage for each cell group simultaneously or in sequence.
  • the reference potential may be the lowest potential of the corresponding cell group.
  • the technical problem may be achieved by a battery management system including a cell voltage measuring device of a battery pack, a battery pack driving device, and a battery pack.
  • a method of measuring a cell voltage of a battery pack comprising: (a) holding a cell after sampling the voltage of each cell in a floating capacitor corresponding to each cell for each cell group included in the battery pack Doing; (b) sequentially selecting a plurality of multiplexers connected to correspond to the cell groups for each group; And (c) sensing a cell voltage held in a floating capacitor of a cell group connected to the selected multiplexer based on a reference potential applied from a corresponding cell group.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a battery cell voltage measuring apparatus according to the prior art.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of an apparatus for measuring a cell voltage of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure of a method of measuring a cell voltage of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of an apparatus for measuring a cell voltage of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the cell voltage measuring apparatus 100 of a battery pack includes a predetermined number of battery packs 110 including a plurality of cells M1B1 to M1B4,..., MnB1 to MnB4 connected in series.
  • M1B1 to M1B4 a plurality of cells M1B1 to M1B4, ..., MnB1 to MnB4 included in each cell group M1, ..., Mn to correspond to each cell (M1B1 to M1B4, ..., MnB1).
  • Switching means for selectively connecting (M1S1-1 to M1S1-4, M1S2-1 to M1S2-4, ..., MnS1-1 to MnS1-4, MnS2-1 to MnS2-4: 120), and each cell group (M1)
  • M1S1-1 to M1S1-4, M1S2-1 to M1S2-4 By controlling the switching means 120 for each Mn, ..., MnB1
  • MnB1-MnB4 After sampling and holding the voltages of M1B4, ..., MnB1-MnB4 to the corresponding floating capacitors (M1C1-M1C4, ..., MnC1-MnC4)
  • the multiplexers MUX1, ..., MUXn
  • It includes a control unit 140 for measuring the voltage of the cell held in each floating capacitor (M1C1 ⁇ M1C4, ..., MnC1 ⁇ MnC4) belonging to the cell group (M1, ..., Mn) connected to the multiplexer (MUX1, ..., MUXn). do.
  • the floating capacitors M1C1 to M1C4 to Mn that are output from each of the multiplexers MUX1 to MUXn are output from each of the multiplexers MUX1 to MUXn.
  • An A / D converter 130 for converting the cell voltage signal held by MnC1 to MnC4 into a digital voltage signal may be selectively provided.
  • the controller 140 sequentially receives the cell voltage held by each floating capacitor through the A / D converter 130.
  • the switching means 120 includes a first switch M1S1-1 to M1S1-4, ..., which connects or releases the low potential terminal of each floating capacitor M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4 and the negative terminal of the cell.
  • the cell voltage measuring apparatus 100 of the battery pack according to the present invention measures the voltage of each cell M1B1 to M1B4, ..., MnB1 to MnB4, and corresponds to the cells M1B1 to M1B4 corresponding to the first cell group M1.
  • the process of measuring the voltage of) is described as follows.
  • the control unit 140 turns on the first switches M1S1-1 to M1S1-4 of the first cell group M1 to turn on the low potential terminals and the cells M1B1 to M1B4 of each floating capacitor M1C1 to M1C4. ) And interconnect the negative terminal of each switch, and turn on the second switch (M1S2-1 to M1S2-4) while the first switch (M1S1-1 to M1S1-4) is turned on to turn on each floating capacitor (M1C1 to M1C4). Connect the high potential terminal of) and the positive terminal of cell (M1B1 ⁇ M1B4).
  • the second switches M1S2-1 to M1S2-4 may be turned on at the same time or in sequence.
  • each cell M1B1 to M1B4
  • the low and high potential terminals of the corresponding floating capacitors M1C1 to M1C4 are electrically connected so that the potential of each cell (M1B1 to M1B4) is connected to the corresponding floating capacitor (M1C1 to M1B4).
  • M1C4 is charged and sampled respectively.
  • the floating capacitor M1C1 corresponding to the first cell M1B1 has a floating capacitor ( M1C1 is charged with a charge voltage corresponding to a potential difference of 4V, and a floating capacitor M1C2 corresponding to the second cell M1B2 is charged with a 4V potential at a low potential terminal and an 8V potential at a high potential terminal.
  • the capacitor M1C2 is charged with a charging voltage corresponding to a potential difference of 4 V
  • the floating capacitor M1C3 corresponding to the third cell M1B3 is supplied with a potential of 8 V at a low potential terminal and a potential of 12 V at a high potential terminal. Therefore, the floating capacitor M1C3 is charged with a charging voltage having a potential difference of 4V, and the floating capacitor M1C4 corresponding to the fourth cell M1B4 has a potential of 12V at the low potential terminal and a voltage of 16V at the high potential terminal. Since the potential is applied, the potential difference 4 V is applied to the floating capacitor M1C4. Is the charging voltage for charging is sampled.
  • the controller 140 samples the first and second switches M1S1-1 to M1S1-4 and M1S2 in a state in which cell voltages are sampled in the floating capacitors M1C1 to M1C4 belonging to the first cell group M1. Turn off all of -1 ⁇ M1S2-4) to disconnect the low and high potential terminals of the positive and negative terminals of each cell (M1B1 ⁇ M1B4) and the corresponding floating capacitor (M1C1 ⁇ M1C4). Then, each of the floating capacitors M1C1 to M1C4 is separated from the corresponding cells M1B1 to M1B4 and adjacent floating capacitors to hold the sampled cell voltage.
  • the process of sampling and holding the voltages of the cells M1B1 to M1B4, ..., MnB1 to MnB4 to the floating capacitors M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4 is performed for the entire cell group M1, ..., Mn. It may proceed simultaneously or may proceed sequentially for each cell group (M1, ..., Mn) in order.
  • the control unit 140 When the voltages of the cells M1B1 to M1B4, ..., MnB1 to MnB4 corresponding to each of the floating capacitors M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4 are sampled and held through the above process, the control unit 140 performs a predetermined sequence. Select the multiplexer (MUX1, ..., MUXn).
  • the controller 140 controls the selected multiplexers MUX1, ..., MUXn to hold the cells held in each of the floating capacitors M1C1-M1C4, ..., MnC1-MnC4 belonging to the cell groups M1, ..., Mn.
  • the multiplexers MUX1 to MUXn include a buffer (not shown) for outputting the cell voltage held by the floating capacitors M1C1 to M1C4,..., MnC1 to MnC4.
  • the buffer receives a reference potential from a corresponding cell group, and senses a cell voltage held between the low potential terminal and the high potential terminal of the floating capacitors M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4 based on the reference potential.
  • the reference potential may be the lowest potential of the corresponding cell group.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the buffer is floating capacitor (M1C1 ⁇ M1C4, ..., MnC1 ⁇ MnC4) connected to the low potential terminal and a reference potential (GND ref_1 ⁇ GND ref_n) and each floating relative to the reference potential (GND ref_1 ⁇ GND ref_n) of The voltage difference between the terminals of the capacitors M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4 is detected to output the cell voltage signal.
  • the reference potentials GND ref_1 to GND ref_n are set at the reference potential input terminals of the multiplexer, and the reference potential input terminals include any one of the cell terminal potentials included in the corresponding cell groups M1, ..., Mn.
  • a potential, preferably the lowest potential, ie a voltage corresponding to the negative terminal potential of the cell with the lowest potential in the cell group is applied.
  • the buffer may be configured as a general OP Amp instead of a differential amplifier to directly sense the cell voltage of each of the floating capacitors M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4.
  • the buffer included in the lowest multiplexer MUX1 may sequentially or simultaneously detect a charging voltage corresponding to the charging charges charged in each capacitor M1C1 to M1C4 based on the reference potential GND ref_1 .
  • the voltage signals of the cells M1B1 to M1B4 are output.
  • the cell voltage measuring method is similarly applied to the upper multiplexers MUX2 to MUXn, and only the reference potential is changed to GND ref_2 to GND ref_n .
  • the A / D converter 130 converts the analog voltage signals of the cells M1B1 to M1B4, ..., MnB1 to MnB4 output from the multiplexers MUX1 to MUXn into digital voltage signals having a predetermined number of bits. Output to the control unit 140 side.
  • the controller 140 stores the digital voltage signals of the cells M1B1 to M1B4,..., MnB1 to MnB4 output from the A / D converter 130 in a memory (not shown).
  • the cell voltage measurement process for (M1B1 to M1B4, ..., MnB1 to MnB4) is completed.
  • the controller 140 controls the charge / discharge operation of each cell by using the measured digital voltage signals of the cells M1B1 to M1B4, ..., MnB1 to MnB4, or performs various battery protection operations such as overcharge protection or overdischarge prevention. Can be done.
  • the control unit 140 for performing the above-described operation may be configured as a microprocessor capable of executing a code that programs a method of measuring a cell voltage of a battery pack according to the present invention, or a method of measuring a cell voltage of a battery pack according to the present invention.
  • a semiconductor chip in which the control flow is implemented as a logic circuit may be configured, but the present invention is not limited thereto.
  • the cell voltage measuring device of the battery pack according to the present invention described above can be used in combination with the battery pack driving device that is powered from the battery pack.
  • the present invention may be included and used in various electronic products that receive a driving voltage from a battery such as a laptop, a mobile phone, and a personal portable multimedia player.
  • the present invention may be used in combination with various power units equipped with batteries such as fossil fuel vehicles, electric vehicles, hybrid vehicles, and electric bicycles.
  • the cell voltage measuring device of the battery pack can be modularized into a PCB circuit or an application-specific semiconductor circuit (ASIC) can be mounted in the battery pack to those skilled in the art.
  • ASIC application-specific semiconductor circuit
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure of a method of measuring a cell voltage of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • step S10 the controller 140 determines whether a cell voltage measurement cycle has arrived.
  • the cell voltage measurement period can be arbitrarily set.
  • Step S20 is a step that proceeds when the cell voltage measurement cycle arrives, and the controller 140 controls the cell voltages at the floating capacitors M1C1 to M1C4, MnC1 to MnC4 for each cell group M1 to Mn.
  • the cell group index k is assigned to each cell group M1,..., Mn and the value of the cell group index k is initialized to 1.
  • step S30 the controller 140 simultaneously or in advance of the second switches MkS2-1 to MkS2-4 while turning on the first switches MkS1-1 to MkS1-4 of the k-th cell group. It turns on in a predetermined order to sample the voltages of the cells MkB1 to MkB4 corresponding to the respective floating capacitors MkC1 to MkC4. Since k is currently initialized to 1, step S30 may be regarded as sampling the respective cell voltages of the first cell group M1B1 to M1B4 to the corresponding floating capacitors M1C1 to M1C4.
  • step S40 the controller 140 determines whether the cell group index k is equal to the total number of all cell groups M1, ..., Mn.
  • Step S45 is a step where the cell group index k is not equal to the total number of all cell groups M1, ..., Mn.
  • the controller 140 increases the cell group index k by 1 in step S45.
  • step S30 the process proceeds to step S30.
  • step S40 by performing the steps S30, S40 and S45 repeatedly until the cell group index k is equal to the total number of the entire cell groups M1, ..., Mn, the entire cell group M1
  • the cell voltage is sampled on all the floating capacitors M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4 of ... Mn. That is, when the number of cell groups is n, the controller 140 repeatedly performs steps S30, S40, and S45, and corresponds each cell voltage from the second cell group to the nth cell group. To a floating capacitor.
  • Step S50 is a step where the cell group index k becomes equal to the total number of all cell groups M1, ..., Mn.
  • the controller 140 controls the first switches M1S1-1 to M1S1-4, ..., MnS1-1 to MnS1-4 and the second switches M1S2-1 to M1S2-4, ..., MnS2-1 to MnS2-4 are turned off and each floating capacitor M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to The cell voltage is held at MnC4).
  • step S60 the controller 140 sequentially senses the cell voltage held in each of the floating capacitors M1C1 to M1C4, ..., MnC1 to MnC4 through the multiplexers MUX1 to MUXn.
  • the multiplexer index m is assigned to the multiplexers MUX1 to MUXn, and the value of the multiplexer index m is initialized to 1.
  • the controller 140 controls the m-th multiplexer MUXm to convert the cell voltage held in each of the floating capacitors MmC1 to MmC4 connected to the m-th multiplexer MUXm to the A / D converter 130. Through sequentially sensed as a digital signal of a predetermined number of bits and stored in the memory. Since the multiplexer index m is currently initialized to 1, in step S70, the controller 140 receives the cell voltage held in each of the floating capacitors M1C1 to M1C4 through the first multiplexer MUX1 as an analog voltage signal.
  • the buffer included in the multiplexer MUX1 may sequentially or simultaneously sense a charge voltage corresponding to the amount of charge charged in each capacitor M1C1 to M1C4 based on a reference potential GND ref_1 .
  • An analog voltage signal corresponding to the voltages M1B1 to M1B4) is output to the A / D converter 130.
  • the cell voltage measuring method is similarly applied to the upper multiplexers MUX2 to MUXn, and only the reference potential is changed to GND ref_2 to GND ref_n .
  • the controller 140 determines whether the multiplexer index m is equal to the total number of all multiplexers MUX1,..., MUXn.
  • Step S85 is a step that is performed when the multiplexer index m is not equal to the total number of the multiplexers MUX1 to MUXn, and the control unit 140 performs the process in a state in which the multiplexer index m is increased by one (S70). To. Then, the controller 140 repeatedly performs steps S70, S80, and S85 until the multiplexer index m is equal to the total number of the multiplexers MUX1, ..., MUXn. The voltage is sensed and stored in the memory. That is, when the number of multiplexers is n, the control unit 140 repeatedly performs steps S70, S80, and S85 while sequentially selecting the multiplexers from the second multiplexer to the nth multiplexer, to the floating capacitor.
  • the charged cell voltage is sensed and stored in the memory. Meanwhile, in steps S60 to S85, when sensing the cell voltage through the multiplexers MUX1 to MUXn, the controller 140 sequentially measures the cell voltage for each of the multiplexers MUX1 to MUXn. Sensed. However, it will be apparent to those skilled in the art that the controller 140 may simultaneously sense the cell voltages of the same sequence belonging to each of the multiplexers MUX1 to MUXn by simultaneously controlling all the multiplexers MUX1 to MUXn. In step S90, the controller 140 determines whether to continue measuring the cell voltage of the battery pack. The cell voltage measurement can continue if the battery is being used. If the cell voltage measurement is to be continued, the controller 140 proceeds to step S10 and proceeds to the cell voltage measurement process of the next measurement period. In contrast, when the cell voltage measurement is to be stopped, the controller 140 ends the cell voltage measurement process.
  • the controller 140 may perform charge / discharge control of each cell with reference to a voltage value of each cell stored in a memory, or perform a battery protection operation such as overcharge prevention or overdischarge prevention. It is apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.
  • the present invention in measuring the voltage of a plurality of cells included in the battery pack, it is possible to directly measure the cell voltage without using a differential amplifier and a polarity inversion circuit, thereby simplifying the circuit configuration of the cell voltage measuring device. Can be. In addition, by measuring the cell voltage by grouping a plurality of cells, it is possible to improve the efficiency of the cell voltage measurement.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 구동 장치 및 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치는, 배터리 팩의 셀 그룹들과 그룹별로 대응하고, 대응하는 셀 그룹으로부터 기준 전위를 인가 받아 상기 기준 전위를 기준으로 셀 그룹에 속한 각 셀의 전압 신호를 출력하는 다수의 멀티플렉서; 각 셀 그룹에 포함된 다수의 셀에 각각 대응되어 각 셀의 전압을 샘플링한 후 홀드하는 다수의 부동 캐패시터; 각 셀의 전압을 해당 셀에 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링 및 홀드 시키는 스위칭 수단; 및 각 셀 그룹별로 상기 스위칭 수단을 제어하여 각 셀의 전압을 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링 및 홀드한 후, 각 멀티플렉서를 제어하여 멀티플렉서와 연결된 셀 그룹에 대응하는 각 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 센싱하는 제어부;를 포함한다.

Description

배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법
본 발명은 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩에 포함된 다수의 셀 전압을 그룹별로 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등에 사용되는 대용량 배터리 팩에는 반복적으로 충방전이 가능한 다수의 셀이 포함된다. 배터리 팩의 충방전 시에는 각 셀의 충전상태(State of Charge : SOC)를 적절히 유지하고 과충전이나 과방전과 같은 이상 상황으로부터 배터리 팩을 보호해야 하므로, 셀 전압 측정 장치를 사용하여 각 셀의 전압을 주기적으로 측정하여 모니터링 할 필요성이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 셀 전압 측정 장치(10)의 구성을 도시한 회로 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 셀 전압 측정 장치(10)는, 부동 캐패시터(C), 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 셀 전압 측정 회로(20), A/D 변환기(30) 및 제어부(40)를 포함한다.
상기 제1스위치(SW1)는 셀 전압 측정 시 상기 제어부(40)에 의해 턴 온 된다. 이에 따라, 각 부동 캐패시터(C)에는 대응하는 셀(B) 전압이 샘플링된다. 이러한 셀(B) 전압의 샘플링이 완료되면, 상기 제1스위치(SW1)는 모두 턴 오프 되어 각 부동 캐패시터(C)에는 셀(B) 전압이 홀드된다.
상기 제2스위치(SW2)는 셀(B) 전압의 샘플링 및 홀드가 완료된 후 미리 정해진 순서에 따라 순차적으로 턴온 된다. 이에 따라, 각 부동 캐패시터(C)에 홀드된 전압(셀 전압에 해당)이 셀 전압 측정 회로(20)에 순차적으로 인가된다.
상기 셀 전압 측정 회로(20)는 순차적으로 인가되는 각 부동 캐패시터(C)의 홀드된 전압을 센싱하여 각 셀(B) 전압에 해당하는 아날로그 전압 신호를 A/D 변환기(30)로 출력한다. 그러면 A/D 변환기(30)는 아날로그 전압 신호를 소정 비트 수의 디지털 전압 신호로 변환하여 제어부(40)로 출력한다.
상기 제어부(40)는 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)의 동작을 전반적으로 제어하고, 상기 A/D 변환기(30)로부터 출력되는 각 셀(B)의 디지털 전압 신호를 입력 받아 메모리(미도시)에 저장한다. 그리고, 상기 제어부(40)는 메모리에 저장된 각 셀(B)의 전압 데이터를 이용하여 각 셀(B)의 충방전을 제어하고 과충전 방지나 과방전 방지와 같은 각종 배터리 보호 동작을 수행한다.
상기 셀 전압 측정 회로(20)는 부동 캐패시터(C)의 양단 전압에 해당하는 전압 신호를 A/D 변환기(30) 측으로 출력하는 차동 증폭기(Differential Amplifier)를 포함한다. 그런데, 종래의 셀 전압 측정 회로(20)는 하나의 차동 증폭기로 다수의 셀 전압을 센싱할 수 있도록 셀 전압 센싱 라인(L1 ~ L4)이 배선된다.
상기 셀 전압 측정 장치(10)는 하나의 차동 증폭기로 4개의 셀 전압을 센싱할 수 있도록 셀 전압 센싱 라인(L1 ~ L4)이 배선되어 있다. 따라서 짝수 번째 셀의 전압을 측정할 때에는 부동 캐패시터(C)의 양단 전압을 반전시켜야 한다. 이를 위해, 상기 셀 전압 측정 회로(20)는 내부에 극성 반전 회로를 포함하고 있는데, 이는 셀 전압 측정 장치(10)의 회로 구조를 복잡하게 만드는 주요한 원인이 된다. 또한, 하나의 차동 증폭기로 다수의 셀 전압을 센싱하기 때문에 고전위가 차동 증폭기에 인가되는 문제가 있다. 때문에, 높은 전위를 견딜 수 있는 내구성이 높은 소자로 차동 증폭기를 구현해야 한다. 하지만, 내구성이 높은 소자는 가격이 높으므로 셀 전압 측정 장치의 제조 비용을 증가시키는 문제를 야기한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 차동 증폭기와 극성 반전 회로를 사용하지 않고 직렬로 연결된 다수의 셀 전압을 그룹별로 측정할 수 있는 장치 및 방법, 그리고 상기 장치를 포함하는 배터리 팩 구동 장치 및 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치는, 배터리 팩의 셀 그룹들과 그룹별로 대응하고, 대응하는 셀 그룹으로부터 기준 전위를 인가받아 상기 기준 전위를 기준으로 셀 그룹에 속한 각 셀의 전압 신호를 출력하는 다수의 멀티플렉서; 각 셀 그룹에 포함된 다수의 셀에 각각 대응되어 각 셀의 전압을 샘플링한 후 홀드하는 다수의 부동 캐패시터; 각 셀의 전압을 해당 셀에 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링 및 홀드 시키는 스위칭 수단; 및 각 셀 그룹별로 상기 스위칭 수단을 제어하여 각 셀의 전압을 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링 및 홀드한 후, 각 멀티플렉서를 제어하여 멀티플렉서와 연결된 셀 그룹에 대응하는 각 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 센싱하는 제어부;를 포함한다.
바람직하게, 상기 각각의 멀티플렉서는 대응하는 셀 그룹으로부터 기준 전위를 인가받는 기준 전위 입력 단자를 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 멀티플렉서는 상기 기준 전위를 기준으로 각 부동 캐패시터의 양쪽 단자의 전압 차를 대응하는 각 셀의 전압 신호로 출력한다.
바람직하게, 상기 멀티플렉서는, 상기 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 출력하는 버퍼를 포함한다. 본 발명에서, 상기 버퍼는 OP-Amp로 구성할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 장치는, 상기 각 멀티플렉서를 통해 출력되는 셀 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환부를 더 포함하고, 상기 A/D 변환부는 각 멀티플렉서로부터 출력되는 셀 전압 신호를 입력받아 디지털 전압 신호로 변환하여 제어부로 출력한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭 수단은, 각 부동 캐패시터의 저전위 단자와 셀의 음극 단자를 연결 또는 해제시키는 제1스위치; 및 각 부동 캐패시터의 고전위 단자와 셀의 양극 단자, 그리고 제1스위치의 일단과 셀 전압 센싱 라인을 연결 또는 해제시키는 제2스위치;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제어부는 각 셀 그룹별로 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 제2스위치를 동시에 또는 순서에 따라 턴 온 시켜 각 부동 캐패시터에 셀의 전압을 샘플링한다. 또한, 상기 제어부는 각 셀 그룹별로 해당 셀 그룹에 속한 부동 캐패시터에 셀의 전압을 샘플링시킨 상태에서 제1스위치와 제2스위치를 모두 턴 오프 시켜 각 부동 캐패시터에 셀의 전압을 홀드한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 각 셀 그룹에 대한 셀 전압의 샘플링 및 홀드 과정을 동시에 또는 순서에 따라 진행한다.
바람직하게, 상기 기준 전위는 대응하는 셀 그룹의 최저 전위일 수 있다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템, 배터리 팩 구동 장치 및 배터리 팩에 의해 달성될 수도 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법은, (a) 배터리 팩에 포함된 각 셀 그룹에 대해 각 셀의 전압을 각 셀별로 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링한 후 홀드하는 단계; (b) 상기 셀 그룹들과 그룹별로 대응하도록 연결된 다수의 멀티플렉서를 순서에 따라 선택하는 단계; 및 (c) 상기 선택된 멀티플렉서와 연결된 셀 그룹의 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 대응하는 셀 그룹으로부터 인가된 기준 전위를 기준으로 센싱하는 단계;를 포함한다.
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 1은 종래 기술에 따른 배터리 셀 전압 측정 장치의 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치의 구성을 도시한 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법의 순서를 도시한 절차 흐름도이다.
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, 발명자의 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 사상을 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 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치의 구성을 도시한 회로 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치(100)는 직렬로 연결된 다수의 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)을 포함하는 배터리 팩(110)에서 소정 개수(4개의 셀)로 그룹핑한 제1셀 그룹(M1B1 ~ M1B4 : M1) 내지 제n셀 그룹(MnB1 ~ MnB4 : Mn)과, 각 셀 그룹(M1, …,Mn)에 대해 각각 구비되는 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)와, 각 셀 그룹(M1, …,Mn)에 포함된 다수의 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)에 각각 대응하게 설치되어 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 전압이 샘플링 및 홀드되는 다수의 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)와, 상기 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)로 셀의 전압이 샘플링 및 홀드 되도록 선택적으로 연결하는 스위칭 수단(M1S1-1 ~ M1S1-4, M1S2-1 ~ M1S2-4, …,MnS1-1 ~ MnS1-4, MnS2-1 ~ MnS2-4 : 120)과, 각 셀 그룹(M1, …,Mn)별로 상기 스위칭 수단(120)을 제어하여 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 전압을 대응하는 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 샘플링 및 홀드한 후, 소정 순서에 따라 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)를 선택하고 선택된 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)와 연결된 셀 그룹(M1, …,Mn)에 속한 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 홀드된 셀의 전압을 측정하는 제어부(140)를 포함한다.
상기 제어부(140)와 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn) 사이에는 각 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)에서 출력되는, 해당 셀 그룹(M1, …,Mn)에 속한 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 홀드된 셀 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환부(130)가 선택적으로 구비될 수 있다. 이런 경우, 상기 제어부(140)는 상기 A/D 변환부(130)를 통해 각 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 순차적으로 인가 받는다.
상기 스위칭 수단(120)은, 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)의 저전위 단자와 셀의 음극 단자를 연결 또는 해제시키는 제1스위치(M1S1-1 ~ M1S1-4, … , MnS1-1 ~ MnS1-4)와, 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)의 고전위 단자와 셀 전압 센싱 라인(L), 그리고 제1스위치(M1S1-1 ~ M1S1-4, …, MnS1-1 ~ MnS1-4)의 일단과 셀 전압 센싱 라인(L)을 연결 또는 해제시키는 제2스위치(M1S2-1 ~ M1S2-4, … , MnS2-1 ~ MnS2-4)를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치(100)가 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 전압을 측정하는 과정을 제1셀 그룹(M1)에 해당하는 셀(M1B1 ~ M1B4)의 전압을 측정하는 과정을 중심으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 제어부(140)는 제1셀 그룹(M1)의 제1스위치(M1S1-1 ~ M1S1-4)를 턴 온 시켜 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)의 저전위 단자와 셀(M1B1 ~ M1B4)의 음극 단자를 상호 연결하고, 제1스위치(M1S1-1 ~ M1S1-4)가 턴 온 된 상태에서 제2스위치(M1S2-1 ~ M1S2-4)를 턴 온 시켜 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)의 고전위 단자와 셀(M1B1 ~ M1B4)의 양극 단자를 상호 연결한다. 이 때, 제2스위치(M1S2-1 ~ M1S2-4)는 동시에 또는 순서에 따라 턴 온 될 수 있다. 그러면 각 셀(M1B1 ~ M1B4)의 양극 및 음극 단자와 해당 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)의 저전위 및 고전위 단자가 전기적으로 연결되어 각 셀(M1B1 ~ M1B4)의 전위가 해당 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)에 각각 충전되어 샘플링된다. 예컨대, 각 셀의 전압이 4V라고 하였을 때, 제1번 셀(M1B1)에 대응되는 부동 캐패시터(M1C1)에는 저전위 단자에 0V의 전위가, 고전위 단자에 4V의 전위가 인가되므로 부동 캐패시터(M1C1)에는 전위차 4V에 해당하는 충전전압이 충전되고, 제2번 셀(M1B2)에 대응되는 부동 캐패시터(M1C2)에는 저전위 단자에 4V의 전위가, 고전위 단자에 8V의 전위가 인가되므로 부동 캐패시터(M1C2)에는 전위차 4V에 해당하는 충전전압이 충전되고, 제3번 셀(M1B3)에 대응되는 부동 캐패시터(M1C3)에는 저전위 단자에 8V의 전위가, 고전위 단자에 12V의 전위가 인가되므로 부동 캐패시터(M1C3)에는 전위차가 4V에 해당하는 충전전압이 충전되고, 제4번 셀(M1B4)에 대응되는 부동 캐패시터(M1C4)에는 저전위 단자에 12V의 전위가, 고전위 단자에 16V의 전위가 인가되므로 부동 캐패시터(M1C4)에는 전위차 4V에 해당하는 충전전압이 충전되어 샘플링된다.
그런 다음, 제어부(140)는 제1셀 그룹(M1)에 속한 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)에 셀 전압을 샘플링시킨 상태에서 제1스위치(M1S1-1 ~ M1S1-4)와 제2스위치(M1S2-1 ~ M1S2-4)를 모두 턴 오프 시켜 각 셀(M1B1 ~ M1B4)의 양극 및 음극 단자와 해당 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)의 저전위 및 고전위 단자 간 연결을 해제한다. 그러면 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)는 대응되는 셀(M1B1 ~ M1B4) 및 인접하는 부동 캐패시터와 서로 분리되어 샘플링된 셀 전압이 홀드된다.
상기한 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 전압이 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 샘플링 및 홀드되는 과정은 전체 셀 그룹(M1, …,Mn)에 대해 동시에 진행할 수도 있고, 순서에 따라 개별 셀 그룹(M1, …,Mn)별로 순차적으로 진행될 수도 있다.
상기 과정을 거쳐 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 대응하는 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 전압이 샘플링 및 홀드되면, 상기 제어부(140)는 소정 순서에 따라 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)를 선택한다.
그런 다음, 상기 제어부(140)는 선택된 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)를 제어하여 셀 그룹(M1, …,Mn)에 속한 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 홀드된 셀 전압을 센싱한다. 이를 위해, 상기 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)는 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 홀드된 셀 전압을 출력하는 버퍼(미도시)를 포함한다.
상기 버퍼는 대응하는 셀 그룹으로부터 기준 전위를 인가 받으며, 상기 기준전위를 기준으로 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)의 저전위 단자와 고전위 단자 사이에 홀드된 셀 전압을 센싱하여 출력한다. 바람직하게, 상기 기준 전위는 대응하는 셀 그룹의 최저전위일 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 버퍼는 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)의 저전위 단자와 기준 전위(GNDref_1 ~ GNDref_n)를 연결하고 기준 전위(GNDref_1 ~ GNDref_n)를 기준으로 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)의 양 단자 전압 차를 검출하여 셀 전압 신호를 출력한다. 여기서, 상기 기준 전위(GNDref_1 ~ GNDref_n)는 멀티플렉서의 기준 전위 입력 단자에 설정되며, 상기 기준 전위 입력 단자에는 대응하는 셀 그룹(M1, …,Mn)에 포함된 셀 단자 전위 중 어느 하나의 전위, 바람직하게는 최저전위, 즉 셀 그룹에서 가장 전위가 낮은 셀의 음극 단자 전위에 해당하는 전압이 인가된다. 따라서 상기 버퍼는 차동 증폭기가 아닌 통상적인 OP Amp로 구성하여 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)의 셀 전압을 직접적으로 센싱하는 것이 가능하다. 예를 들어, 최하위에 있는 멀티플렉서(MUX1)에 포함된 버퍼는 기준 전위(GNDref_1)를 기준으로 각 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)에 충전되어 있는 충전 전하량에 대응하는 충전전압을 순차적으로 또는 동시에 검출하여 각 셀(M1B1 ~ M1B4) 전압신호를 출력한다. 이러한 셀 전압 측정 방식은 상위의 멀티플렉서(MUX2 ~ MUXn)에 대해서도 동일하게 적용되며 기준 전위만이 GNDref_2 ~ GNDref_n으로 변경된다.
상기 A/D 변환부(130)는 상기 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)에서 출력된 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 아날로그 전압 신호를 소정 비트 수의 디지털 전압 신호로 변환하여 제어부(140) 측으로 출력한다.
이에 따라, 상기 제어부(140)는 상기 A/D 변환부(130) 측으로부터 출력되는 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 디지털 전압 신호를 메모리(미도시)에 저장하여 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)에 대한 셀 전압 측정 과정을 완료한다. 상기 제어부(140)는 측정된 각 셀(M1B1 ~ M1B4, …,MnB1 ~ MnB4)의 디지털 전압 신호를 이용하여 각 셀의 충방전 동작을 제어하거나 과충전 방지나 과방전 방지와 같은 각종 배터리 보호 동작을 수행할 수 있다.
상술한 동작을 수행하는 제어부(140)는 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법을 프로그램화한 코드를 실행할 수 있는 마이크로프로세서로 구성할 수도 있고, 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법의 제어 흐름을 논리 회로로 구현한 반도체 칩으로도 구성할 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치는 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 배터리 팩 구동 장치에 결합되어 사용될 수 있다.
일 예로, 본 발명은 노트북, 휴대폰, 개인 휴대용 멀티미디어 재생기와 같이 배터리로부터 구동 전압을 공급받는 각종 전자 제품에 포함되어 사용될 수 있다.
다른 예로, 본 발명은 화석연료 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거와 같이 배터리가 탑재된 각종 동력 장치에 결합되어 사용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치는, PCB 회로 또는 주문형 반도체 회로(ASIC)로 모듈화하여 배터리 팩 내에 탑재할 수 있을 것임은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법의 순서를 도시한 절차 흐름도이다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 단계(S10)에서, 제어부(140)는 셀 전압 측정 주기가 도래되었는지 판단한다. 여기서, 셀 전압 측정 주기는 임의로 설정할 수 있다.
단계(S20)은 셀 전압 측정 주기가 도래된 경우 진행되는 단계로서, 제어부(140)는 각 셀 그룹(M1, …,Mn)별로 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 셀 전압을 샘플링하기 위해 각 셀 그룹(M1, …,Mn)에 대해 셀 그룹 인덱스 k를 부여하고 셀 그룹 인덱스 k의 값을 1로 초기화시킨다.
단계(S30)에서, 제어부(140)는 k번째 셀 그룹의 제1스위치(MkS1-1 ~ MkS1-4)를 턴 온 시킨 상태에서 제2스위치(MkS2-1 ~ MkS2-4)를 동시에 또는 미리 정해진 순서에 따라 턴 온 시켜 각 부동 캐패시터(MkC1 ~ MkC4)에 대응하는 셀(MkB1 ~ MkB4)의 전압을 샘플링한다. 현재 k가 1로 초기화되어 있으므로, 단계(S30)은 첫번째 셀 그룹(M1B1~M1B4)의 각 셀 전압을 대응하는 부동 캐패시터(M1C1~M1C4)에 샘플링하는 단계로 볼 수 있다.
단계(S40)에서, 제어부(140)는 셀 그룹 인덱스 k가 전체 셀 그룹(M1, …,Mn)의 총 수와 동일한지 판단한다.
단계(S45)는 셀 그룹 인덱스 k가 전체 셀 그룹(M1, …,Mn)의 총 수와 동일하지 않을 경우 진행되는 단계로서, 제어부(140)는 단계(S45)에서 셀 그룹 인덱스 k를 1 증가시킨 상태에서 프로세스를 단계(S30)으로 이행한다. 그런 다음, 셀 그룹 인덱스 k가 전체 셀 그룹(M1, …,Mn)의 총 수와 동일해질 때까지 단계(S30), 단계(S40) 및 단계(S45)를 반복적으로 수행함으로써 전체 셀 그룹(M1, …,Mn)의 모든 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 셀 전압을 샘플링한다. 즉 셀 그룹의 개수가 n이라 할 때, 상기 제어부(140)는 단계(S30), 단계(S40) 및 단계(S45)를 반복적으로 수행하면서 두번째 셀 그룹부터 n번째 셀 그룹까지 각 셀 전압을 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링한다.
한편, 상술한 실시예에서는, 부동 캐패시터에 셀 전압을 샘플링하는 과정을 각 셀 그룹(M1, …,Mn)별로 순차적으로 수행하였다. 하지만 모든 셀 그룹(M1, …,Mn)에 대하여 셀 전압 샘플링 과정을 동시에 진행할 수도 있을 것임은 당업자에게 자명하다.
단계(S50)은 셀 그룹 인덱스 k가 전체 셀 그룹(M1, …,Mn)의 총 수와 동일해진 경우 진행되는 단계로서, 제어부(140)는 상기 제1스위치(M1S1-1 ~ M1S1-4, …,MnS1-1 ~ MnS1-4)와 제2스위치(M1S2-1 ~ M1S2-4, …, MnS2-1 ~ MnS2-4)를 모두 턴 오프 시켜 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 셀 전압을 홀드한다.
이어서, 단계(S60)에서, 제어부(140)는 각 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)를 통해 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4, …,MnC1 ~ MnC4)에 홀드된 셀 전압을 순차적으로 센싱하기 위해 각 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)에 대해 멀티플렉서 인덱스 m을 부여하고 멀티플렉서 인덱스 m의 값을 1로 초기화시킨다.
단계(S70)에서, 제어부(140)는 m번째 멀티플렉서(MUXm)를 제어하여 m번째 멀티플렉서(MUXm)와 연결된 각 부동 캐패시터(MmC1 ~ MmC4)에 홀드된 셀 전압을 A/D 변환부(130)를 통해 소정 비트 수의 디지털 전압 신호로 순차적으로 센싱하여 메모리에 저장한다. 현재 멀티플렉서 인덱스 m이 1로 초기화되어 있으므로, 단계(S70)에서 제어부(140)는 첫번째 멀티플렉서(MUX1)를 통해 각 부동 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)에 홀드된 셀 전압을 아날로그 전압 신호로 입력 받는다. 이를 위해, 상기 멀티플렉서(MUX1)에 포함된 버퍼는 기준 전위(GNDref_1)를 기준으로 각 캐패시터(M1C1 ~ M1C4)에 충전되어 있는 충전 전하량에 대응하는 충전전압을 순차적으로 또는 동시에 센싱하여 각 셀(M1B1 ~ M1B4) 전압에 대응하는 아날로그 전압 신호를 A/D 변환부(130) 측으로 출력한다. 이러한 셀 전압 측정 방식은 상위의 멀티플렉서(MUX2 ~ MUXn)에 대해서도 동일하게 적용되고, 기준 전위만이 GNDref_2 ~ GNDref_n으로 변경된다. 단계(S80)에서, 제어부(140)는 멀티플렉서 인덱스 m이 전체 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)의 총 수와 동일한지 판단한다.
단계(S85)는 멀티플렉서 인덱스 m이 전체 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)의 총 수와 동일하지 않을 경우 진행되는 단계로서, 제어부(140)는 멀티플렉서 인덱스 m을 1 증가시킨 상태에서 프로세스를 단계(S70)으로 이행한다. 그런 다음, 제어부(140)는 멀티플렉서 인덱스 m이 전체 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)의 총 수와 동일해질 때까지 단계(S70), 단계(S80) 및 단계(S85)를 반복적으로 수행함으로써 모든 셀 전압을 센싱하여 메모리에 저장한다. 즉 멀티플렉서의 수가 n이라할 때, 상기 제어부(140)는 단계(S70), 단계(S80) 및 단계(S85)를 반복적으로 수행하면서 두번째 멀티플렉서부터 n번째 멀티플렉서까지 멀티플렉서를 순차적으로 선택하면서 부동 캐패시터에 충전된 셀 전압을 센싱하여 메모리에 저장한다. 한편, 상기 단계(S60) 내지 단계(S85)에서, 제어부(140)는 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)를 통해 셀 전압을 센싱할 때 각 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)별로 순차적으로 셀 전압을 센싱하였다. 하지만, 제어부(140)는 전체 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)를 동시에 제어하여 각 멀티플렉서(MUX1, …,MUXn)에 속한 동일 순번의 셀 전압을 동시에 센싱할 수도 있을 것임은 당업자에게 자명하다. 단계(S90)에서, 제어부(140)는 배터리 팩의 셀 전압 측정을 계속할 것인지 판단한다. 셀 전압 측정은 배터리가 사용되고 있는 중이면 계속할 수 있다. 만약, 셀 전압 측정을 계속하고자 할 경우 제어부(140)는 프로세스를 단계(S10)으로 진행하여 다음 측정 주기의 셀 전압 측정 과정으로 이행한다. 반대로 셀 전압 측정을 중단하고자 할 경우 제어부(140)는 셀 전압 측정 프로세스를 종료한다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 제어부(140)는 메모리에 저장된 각 셀의 전압 값을 참조하여 각 셀의 충방전 제어를 수행하거나, 과충전 방지나 과방전 방지와 같은 배터리 보호 동작을 수행할 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 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 발명에 따르면, 배터리 팩에 포함된 다수의 셀에 대한 전압을 측정함에 있어서, 차동 증폭기와 극성 반전 회로를 사용하지 않고 셀 전압을 직접 측정하는 것이 가능하여 셀 전압 측정 장치의 회로 구성을 단순화시킬 수 있다. 또한, 다수의 셀을 그룹핑하여 셀 전압을 측정함으로써, 셀 전압 측정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Claims (22)

  1. 배터리 팩의 셀 그룹들과 그룹별로 대응하고, 대응하는 셀 그룹으로부터 기준 전위를 인가받아 상기 기준 전위를 기준으로 셀 그룹에 속한 각 셀의 전압 신호를 출력하는 다수의 멀티플렉서;
    각 셀 그룹에 포함된 다수의 셀에 각각 대응되어 각 셀의 전압을 샘플링한 후 홀드하는 다수의 부동 캐패시터;
    각 셀의 전압을 해당 셀에 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링 및 홀드 시키는 스위칭 수단; 및
    각 셀 그룹별로 상기 스위칭 수단을 제어하여 각 셀의 전압을 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링 및 홀드한 후, 각 멀티플렉서를 제어하여 멀티플렉서와 연결된 셀 그룹에 대응하는 각 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 센싱하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 멀티플렉서는 대응하는 셀 그룹으로부터 기준 전위를 인가받는 기준 전위 입력 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는 상기 기준 전위를 기준으로 각 부동 캐패시터의 양쪽 단자의 전압 차를 대응하는 각 셀의 전압 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는,
    상기 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 출력하는 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버퍼는 OP-Amp로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 각 멀티플렉서를 통해 출력되는 셀 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환부를 더 포함하고,
    상기 A/D 변환부는 각 멀티플렉서로부터 출력되는 셀 전압 신호를 입력받아 디지털 전압 신호로 변환하여 제어부로 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은,
    각 부동 캐패시터의 저전위 단자와 셀의 음극 단자를 연결 또는 해제시키는 제1스위치; 및
    각 부동 캐패시터의 고전위 단자와 셀의 양극 단자, 그리고 제1스위치의 일단과 셀 전압 센싱 라인을 연결 또는 해제시키는 제2스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 각 셀 그룹별로 제1스위치를 턴 온 시킨 상태에서 제2스위치를 동시에 또는 순서에 따라 턴 온 시켜 각 부동 캐패시터에 셀의 전압을 샘플링하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 각 셀 그룹별로 해당 셀 그룹에 속한 부동 캐패시터에 셀의 전압을 샘플링시킨 상태에서 제1스위치와 제2스위치를 모두 턴 오프 시켜 각 부동 캐패시터에 셀의 전압을 홀드하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 각 셀 그룹에 대한 셀 전압의 샘플링 및 홀드 과정을 동시에 또는 순서에 따라 진행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전위는 대응하는 셀 그룹의 최저 전위인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치를 포함하는 배터리 팩 구동 장치.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치를 포함하는 배터리 팩.
  15. (a) 배터리 팩에 포함된 각 셀 그룹에 대해 각 셀의 전압을 각 셀별로 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링한 후 홀드하는 단계;
    (b) 상기 셀 그룹들과 그룹별로 대응하도록 연결된 다수의 멀티플렉서를 순서에 따라 선택하는 단계; 및
    (c) 상기 선택된 멀티플렉서와 연결된 셀 그룹의 부동 캐패시터에 홀드된 셀 전압을 대응하는 셀 그룹으로부터 인가된 기준 전위를 기준으로 센싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    각 셀 그룹별로 각 부동 캐패시터의 저전위 단자 및 고전위 단자와 대응하는 셀의 음극 단자 및 양극 단자 사이를 연결시켜 각 셀 전압을 대응하는 부동 캐패시터에 샘플링하는 단계; 및
    각 셀 그룹별로 각 부동 캐패시터의 저전위 단자 및 고전위 단자와 대응하는 셀의 음극 단자 및 양극 단자 사이의 연결을 해제시켜 각 셀 전압을 대응하는 부동 캐패시터에 홀드하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    셀 전압의 샘플링 단계는, 셀 그룹에 속한 다수의 셀에 대해 동시에 또는 순서에 따라 진행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    셀 전압의 홀드 단계는, 셀 그룹에 속한 다수의 셀에 대해 동시에 또는 순서에 따라 진행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    전체 멀티플렉서를 동시에 제어하여 각 멀티플렉서를 통해 동일한 순번의 셀 전압을 동시에 센싱하는 단계임을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    순서에 따라 멀티플렉서를 선택하여 선택된 멀티플렉서와 연결된 다수의 셀 전압을 센싱하는 단계임을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    상기 선택된 멀티플렉서가 버퍼를 이용하여 대응하는 셀 그룹으로부터 인가된 기준 전위를 기준으로 각 셀에 대응하는 부동 캐패시터의 양 단자 전압 차를 셀 전압 신호로 출력하는 단계;
    상기 출력된 셀 전압 신호를 수신하여 디지털 전압 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 디지털 전압 신호를 입력받아 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 기준 전위는 대응하는 셀 그룹의 최저전위임을 특징으로 하는 배터리 팩의 셀 전압 측정 방법.
PCT/KR2009/005344 2008-09-18 2009-09-18 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법 WO2010032995A2 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09814811.7A EP2341357B1 (en) 2008-09-18 2009-09-18 Apparatus and method for monitoring voltages of cells of battery pack
CN200980146143.0A CN102216795B (zh) 2008-09-18 2009-09-18 监测电池组件的电池单体的电压的装置和方法
JP2011527749A JP5350479B2 (ja) 2008-09-18 2009-09-18 バッテリーパックのセル電圧測定装置及び方法
PL09814811T PL2341357T3 (pl) 2008-09-18 2009-09-18 Urządzenie i sposób do monitorowania napięć ogniw pakietu akumulatorowego
US13/050,493 US8860421B2 (en) 2008-09-18 2011-03-17 Cell voltage measuring apparatus and method of battery pack having multiplexers to output voltage signal of each cell

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080091564 2008-09-18
KR10-2008-0091564 2008-09-18
KR1020090088767A KR101040494B1 (ko) 2008-09-18 2009-09-18 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법
KR10-2009-0088767 2009-09-18

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/050,493 Continuation US8860421B2 (en) 2008-09-18 2011-03-17 Cell voltage measuring apparatus and method of battery pack having multiplexers to output voltage signal of each cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010032995A2 true WO2010032995A2 (ko) 2010-03-25
WO2010032995A3 WO2010032995A3 (ko) 2010-06-17

Family

ID=42181948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2009/005344 WO2010032995A2 (ko) 2008-09-18 2009-09-18 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8860421B2 (ko)
EP (1) EP2341357B1 (ko)
JP (1) JP5350479B2 (ko)
KR (1) KR101040494B1 (ko)
CN (1) CN102216795B (ko)
PL (1) PL2341357T3 (ko)
WO (1) WO2010032995A2 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2458705A1 (fr) * 2010-11-25 2012-05-30 Belenos Clean Power Holding AG Systeme de mesure des cellules d'une pile a combustible
CN102822687A (zh) * 2010-04-08 2012-12-12 株式会社Lg化学 用于电池模块的电压检测组件和包括该电压检测组件的电池模块
CN109398153A (zh) * 2018-11-15 2019-03-01 重庆工业职业技术学院 电池容量的控制装置及控制方法
US11685361B2 (en) * 2019-03-05 2023-06-27 Hyundai Motor Company Apparatus and method for controlling driving mode of hybrid electric vehicle

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013001684A1 (ja) * 2011-06-29 2013-01-03 パナソニック株式会社 電圧計測器
JP5728582B2 (ja) * 2011-09-16 2015-06-03 株式会社日立製作所 電力配分装置
CN102435954A (zh) * 2011-10-24 2012-05-02 天津市中环电子计算机有限公司 一种17.5w交流电源测试系统
CN102435955A (zh) * 2011-10-24 2012-05-02 天津市中环电子计算机有限公司 一种11.5w交流电源测试系统
KR20130068986A (ko) * 2011-12-16 2013-06-26 (주)브이이엔에스 전기 자동차의 고 전압 측정장치
US9667133B2 (en) * 2011-12-19 2017-05-30 Abb Schweiz Ag Black start of a multilevel voltage source converter
CN103293355B (zh) * 2012-02-24 2016-06-08 东莞钜威新能源有限公司 一种电压测量电路
US9065296B2 (en) * 2012-04-03 2015-06-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack, method of measuring voltage of the battery pack, and energy storage system including the battery pack
US9231407B2 (en) 2012-05-07 2016-01-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system, method of controlling the same, and energy storage system including the battery system
JP5920469B2 (ja) * 2012-08-14 2016-05-18 日産自動車株式会社 電源装置
CN102981041B (zh) * 2012-11-10 2015-05-27 中山普润斯电源设备技术有限公司 一种单体电池监控系统
CN104142418A (zh) * 2014-06-25 2014-11-12 超威电源有限公司 一种大包装线配组电压自动复检装置及方法
DE102014215290A1 (de) * 2014-08-04 2016-02-04 Robert Bosch Gmbh Selbstentladungscharakterisiereinrichtung und Verfahren zur Charakterisierung einer Selbstentladung von Energiespeichern
CN105445523B (zh) * 2014-09-26 2018-09-07 华润矽威科技（上海）有限公司 电池电压采样电路及采样方法、电池包电压检测系统
CN105629046B (zh) * 2015-12-18 2019-02-15 无锡中感微电子股份有限公司 多节电池监测电路及其系统
CN106597306A (zh) * 2016-12-13 2017-04-26 四川德源电气有限公司 一种用于检测蓄电池故障的传感器
CN106772077A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 四川德源电气有限公司 一种蓄电池故障检测方法
CN107415747A (zh) * 2017-08-10 2017-12-01 杭州衡源汽车科技有限公司 一种电力驱动系统和电动汽车
CN107415750A (zh) * 2017-08-10 2017-12-01 杭州衡源汽车科技有限公司 一种充电系统和电动汽车
DE102018211508A1 (de) * 2018-07-11 2020-01-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Durchführen von Messungen an Batteriezellen
CN109459706B (zh) * 2018-09-26 2021-08-13 漳州科华技术有限责任公司 电池检测方法和装置
US10921378B2 (en) * 2019-02-25 2021-02-16 Ford Global Technologies, Llc System for measuring voltage differences between battery cells and for obtaining battery cell voltages using the voltage differences
US11545841B2 (en) * 2019-11-18 2023-01-03 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for autonomous balancing and communication in a battery system
US11949278B1 (en) * 2023-03-16 2024-04-02 Gideon Eden Fast-charging battery

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4795968A (en) * 1986-06-30 1989-01-03 Sri International Gas detection method and apparatus using chemisorption and/or physisorption
JP3981893B2 (ja) * 1996-05-22 2007-09-26 ソニー株式会社 バッテリパック、充電器、および充電システム、並びに充電方法
JP3398304B2 (ja) * 1997-07-31 2003-04-21 東芝電池株式会社 二次電池の電圧測定回路およびこれを用いた保護回路
WO1999045402A1 (fr) * 1998-03-06 1999-09-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Instrument de mesure de tension a condensateur volant
JP3518318B2 (ja) * 1998-03-06 2004-04-12 松下電器産業株式会社 積層電圧計測装置
JP4146548B2 (ja) * 1998-09-11 2008-09-10 松下電器産業株式会社 電池電圧の検出装置
JP4206574B2 (ja) * 1999-08-17 2009-01-14 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 組電池の電圧検出回路
JP2001289886A (ja) * 2000-04-03 2001-10-19 Sanyo Electric Co Ltd 電池電圧測定装置
JP4421070B2 (ja) * 2000-04-10 2010-02-24 パナソニック株式会社 積層電圧計測装置
JP3791767B2 (ja) * 2001-03-27 2006-06-28 株式会社デンソー フライングキャパシタ式電圧検出回路
JP4605952B2 (ja) * 2001-08-29 2011-01-05 株式会社日立製作所 蓄電装置及びその制御方法
JP4177216B2 (ja) * 2003-09-17 2008-11-05 矢崎総業株式会社 スイッチング回路及び電圧計測回路
US7417405B2 (en) 2004-10-04 2008-08-26 Black & Decker Inc. Battery monitoring arrangement having an integrated circuit with logic controller in a battery pack
KR100686794B1 (ko) 2005-01-25 2007-02-23 삼성에스디아이 주식회사 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법
JP4509852B2 (ja) * 2005-05-17 2010-07-21 株式会社東芝 組電池装置とその電圧検出装置
JP2007010316A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Toyota Motor Corp フライングキャパシタ式電圧検出装置
JP4732182B2 (ja) * 2006-02-15 2011-07-27 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電池電圧監視装置
JP4466587B2 (ja) * 2006-02-28 2010-05-26 株式会社日立製作所 電池電圧検出装置および電池電圧検出装置を用いた電池システム
KR100814128B1 (ko) 2007-02-06 2008-03-14 주식회사 파워로직스 배터리 셀 전압 측정회로
JP4388094B2 (ja) * 2007-03-28 2009-12-24 株式会社東芝 組電池の保護装置及び電池パック装置
KR100993080B1 (ko) * 2007-08-08 2010-11-08 주식회사 엘지화학 절연 캐패시터를 이용한 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법
KR100968348B1 (ko) 2008-08-21 2010-07-08 주식회사 엘지화학 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None
See also references of EP2341357A4

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102822687A (zh) * 2010-04-08 2012-12-12 株式会社Lg化学 用于电池模块的电压检测组件和包括该电压检测组件的电池模块
CN102822687B (zh) * 2010-04-08 2014-12-24 株式会社Lg化学 用于电池模块的电压检测组件和包括该电压检测组件的电池模块
EP2458705A1 (fr) * 2010-11-25 2012-05-30 Belenos Clean Power Holding AG Systeme de mesure des cellules d'une pile a combustible
CN102593484A (zh) * 2010-11-25 2012-07-18 巴莱诺斯清洁能源控股公司 用于燃料电池堆中的电池的测量系统
US9012099B2 (en) 2010-11-25 2015-04-21 Belenos Clean Power Holding Ag Measuring system for cells in a fuel cell stack
CN109398153A (zh) * 2018-11-15 2019-03-01 重庆工业职业技术学院 电池容量的控制装置及控制方法
US11685361B2 (en) * 2019-03-05 2023-06-27 Hyundai Motor Company Apparatus and method for controlling driving mode of hybrid electric vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
US20110210747A1 (en) 2011-09-01
PL2341357T3 (pl) 2020-07-13
US8860421B2 (en) 2014-10-14
EP2341357B1 (en) 2020-03-11
JP5350479B2 (ja) 2013-11-27
EP2341357A2 (en) 2011-07-06
CN102216795B (zh) 2015-07-15
KR101040494B1 (ko) 2011-06-09
JP2012503195A (ja) 2012-02-02
WO2010032995A3 (ko) 2010-06-17
EP2341357A4 (en) 2017-08-16
CN102216795A (zh) 2011-10-12
KR20100032844A (ko) 2010-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010032995A2 (ko) 배터리 팩의 셀 전압 측정 장치 및 방법
WO2010062141A2 (ko) 배터리 셀 전압 측정 장치 및 방법
WO2013147494A1 (ko) 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법
WO2010024654A2 (ko) 배터리 누설전류 감지 장치 및 방법, 및 상기 장치를 포함하는 배터리 구동 장치 및 배터리 팩
US8207703B2 (en) Protection device for assembled battery and assembled battery system containing the same
WO2010018959A2 (ko) 배터리 누설전류 감지 장치 및 방법, 및 상기 장치를 포함하는 배터리 구동 장치 및 배터리 팩
WO2014084628A1 (ko) 배터리 전류 측정 장치 및 그 방법
US20100007351A1 (en) Assembled-battery voltage measuring device and assembled-battery voltage system using it
US20110121784A1 (en) Battery pack
CN102918403A (zh) 用于蓄电池组件的电压测量设备
WO2021085808A1 (ko) 온도 측정 장치, 이를 포함하는 배터리 장치 및 온도 측정 방법
WO2023224211A1 (ko) 배터리 진단 방법, 그 방법을 제공하는 배터리 진단 장치 및 배터리 시스템
WO2019098528A1 (ko) 배터리 파워 한계 값 제어 방법
WO2021125678A1 (ko) 병렬 배터리 릴레이 진단 장치 및 방법
WO2023287113A1 (ko) 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법
WO2023075163A1 (ko) 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법
WO2023008904A1 (ko) 결함 있는 배터리 셀의 검출 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 관리 시스템
WO2023085777A1 (ko) 절연 저항 측정 장치
WO2023075164A1 (ko) 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 프리차지 기간 설정 방법
WO2011019127A1 (ko) 저속 및 저전압을 위한 배터리 선별 충전 회로
WO2023132526A1 (ko) 전력 저장 장치 및 그 운용 방법
WO2023063630A1 (ko) 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법
WO2024101682A1 (ko) 배터리 시스템 및 이를 이용한 병렬 팩 제어 방법
WO2022019526A1 (ko) 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 컨택터 공급 전압 진단 방법
WO2023132670A1 (ko) 절연 저항 측정을 위한 배터리 장치 및 배터리 관리 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980146143.0

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09814811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011527749

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2677/DELNP/2011

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009814811

Country of ref document: EP