KR100616163B1 - 배터리 셀 감시 및 균형 회로 - Google Patents

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Abstract

배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터의 전압 레벨을 정확하게 감시하기 위한 감시 회로는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 프로세서를 포함한다. 상기 ADC는 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고 그리고 각각의 아날로그 신호를 각각의 배터리 셀의 정확한 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환한다. 상기 프로세서는 상기 신호를 수신하고 그리고 상기 신호 중 적어도 하나에 기초하여 안전 경계 신호를 제공한다. 상기 ADC 분해능은 조절 가능하다. 디지털 신호 중 적어도 두 개가 두 개의 셀 사이의 전압 차이가 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 높다는 것을 지시한다면 균형 회로는 균형 신호를 제공한다. 상기 감시 회로 및 균형 회로를 포함하는 전자 기기가 또한 제공된다. 다양한 방법이 또한 제공된다.
감시 회로, 균형 회로, ADC, 샘플링, 블리딩 망 회로, 나이키스트 주파수

Description

배터리 셀 감시 및 균형 회로{Battery Cell Monitoring And Balancing Circuit}
도 1은 다수 개의 배터리 셀을 가지는 배터리 팩으로부터 전력을 공급받을 수 있는 전자 기기의 단순화된 고-수준 레벨 블록 다이어그램을 도시한 것으로서, 상기 전자 기기는 본 발명에 따른 셀 감시 및 균형 회로를 가진다.
도 2는 도 1의 전자 기기에서 이용될 수 있는 감시회로에 대한 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
도 3A는 도 1의 전자 기기에서 이용될 수 있는 균형 회로에 대한 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
도 3B는 도 3A의 균형 회로로부터 예비 균형 신호를 수신할 수 있는 두 개의 배터리 셀의 방전 특성에 대한 실시 예의 도표를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 하나의 실시 예로 셀 감시 및 균형 회로에 대한 보다 상세한 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 블리딩 망 회로 내에서 이용될 수 있는 하나의 블리딩 회로의 실시 예에 대한 회로 다이어그램을 도시한 것이다.
본 발명은 배터리 셀 감시 및 균형 회로(monitoring and balancing circuit)에 관한 것이고, 그리고 특히 아날로그 배터리 셀 전압 레벨을 관련 디지털 신호로 직접 디지털화하는 회로에 관한 것이다.
다층-셀 충전 배터리(multi-cell rechargeable batteries)는 보다 높은 전압 전달 및 보다 큰 용량이 주어진 다양한 응용 장치에서 이용된다. 상기 장치는 랩탑, 셀룰러 폰, 개인 정보 단말기(personal digital assistants)와 같은 것들을 포함하며, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 리튬 이온 셀과 같은 몇 가지 형태의 배터리 셀은 정격 충전 범위보다 현저하게 높게 충전되거나 또는 정격 충전 범위보다 낮게 방전되는 경우 위험할 수 있다. 상기와 같은 경우, 전형적인 감시 및 보호 회로가 전압 전하를 커패시터로 전달하기 위하여 스위치 망을 이용할 수 있다. 이 경우 커패시터에 나타나는 전압이 배터리 셀 전압을 나타내고, 전압을 과-전압(over voltage) 및 저-전압(under voltage) 레벨과 같은 여러 가지 문턱 레벨(threshold levels)과 비교하기 위한 다수 개의 비교기(comparators)로 제공될 수 있다.
상기와 같은 장치에 대해서는 여러 가지 불리한 점이 존재한다. 먼저, 상기 장치는 신뢰할 수 없는 전압 측정을 제공할 수 있다. 예를 들어, 특정한 셀을 통과하는 전류가 일정하지 않거나 또는 셀의 내부 저항 또는 다른 요인으로 인하여 셀 전압이 변동성을 가진다면, 샘플로서 측정된 전압은 셀에 대한 전압을 정확하게 표시하지 못할 것이다. 상기와 같은 경우, 교정하는 조치가 상기와 같은 잘못된 측정에 기초하여 부정확하게 취해질 수도 있다.
둘째, 과-전압 또는 저-전압과 같은 문턱 레벨은 쉽게 조정할 수 없다. 이것은 서로 다른 배터리 팩 형태 및 동일한 배터리 팩 형태를 위한 서로 다른 제조자가 서로 다른 고- 및 저-전압 문턱 값을 필요로 할 수 있기 때문에 문제가 된다. 예를 들어, 어떤 배터리 팩 제조사는 저-전압 문턱 값으로 3.0 볼트를 필요로 하는 반면, 다른 제조사는 동일한 배터리 팩 형태에 대하여 2.5볼트를 필요로 할 수 있다.
세 번째로, 하나의 배터리 팩 내의 셀들이 불안정한 상태에 있는 경우(예를 들어, 많은 충전 및 방전 주기를 거친 후), 종래의 블리딩 방법(bleeding method)이 셀의 균형을 위하여 행해질 수 있다. 그러나, 블리딩 결정(bleeding decision)은 단지 배터리가 충전 시 거의 완전하게 충전되는 경우에만 전형적으로 취해질 수 있다. 과도한 열 발생을 방지하기 위하여 블리딩 전류는 전형적으로 제한되기 때문에, 블리딩은 간헐적으로 행해진다. 만약 하나 이상의 셀에 대하여 블리딩이 요구된다면, 상기 작업을 실행하기 위하여 하나의 충전 주기 내에서 간단하게 충분한 시간이 되지는 않는다.
따라서, 선행 기술에서 나타난 상기와 같은 결점 및 다른 결점을 극복할 수 있는 셀 감시 및 균형 회로가 당해 기술 분야에서 요구된다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀 각각으로부터 전압 레벨을 정확하게 감시하기 위한 감시 회로(monitoring circuit)는 아날로그-디지털 컨버터(an analog to digital converter : ADC) 및 프로세서(a processor)를 포함한다. 상기 ADC는 다수 개의 배터리 셀 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고 그리고 각각의 아날로그 전압 신호를 각각의 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 만들어진다.
상기 프로세서는 각각의 디지털 신호를 수신하고 그리고 디지털 신호 중 적어도 하나의 신호에 기초하여 안전 경계 신호(a safety alert signal)를 제공하도록 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 균형 회로가 제공된다. 상기 균형 회로는 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고 그리고 각각의 아날로그 전압 신호를 각각의 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된다. 상기 균형 회로는 또한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 각각의 디지털 신호를 수신하고 그리고 만약 상기 디지털 신호들 중의 적어도 두 개의 신호가 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 큰 값이 되는 첫 번째 배터리 셀의 첫 번째 전압 레벨과 두 번째 배터리 셀의 두 번째 전압 레벨 사이의 전압 차이를 나타낸다면 균형 신호를 제공하도록 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 다수 개의 배터리 셀을 가지는 배터리 팩으로부터 전력을 공급받을 수 있는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 전압 레벨을 정확하게 감시하기 위한 감시 회로를 포함한다. 상기 감시 회로는 ADC를 포함하고, 상기 ADC는 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고 그리고 각각의 아날로그 전압 신호를 각각의 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된다. 상기 감시 회로는 또한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 각각의 디지털 신호를 수신하고 그리고 디지털 신호 중의 적어도 하나에 기초하여 안전 경계 신호를 제공하도록 만들어진다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 다수 개의 배터리 셀을 가지는 배터리 팩에 의하여 전력을 공급받을 수 있는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 균형 회로를 포함하고, 여기에서 균형 회로는 ADC를 포함하고, 상기 ADC는 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고 그리고 각각의 아날로그 전압 신호를 각각의 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된다. 상기 균형 회로는 또한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 각각의 디지털 신호를 수신하고 그리고 만약 디지털 신호 중의 적어도 두 개가 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 큰 값이 되는 첫 번째 배터리 셀의 첫 번째 전압 레벨과 두 번째 배터리 셀의 두 번째 전압 레벨 사이의 전압 차를 나타낸다면 균형 신호를 제공하도록 만들어진다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, ADC를 포함하는 균형 회로가 제공되고, 상기 ADC는 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고 그리고 각각의 아날로그 전압 신호를 각각의 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된다. 상기 균형 회로는 추가적으로 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 각각의 디지털 신호를 수신하고 그리고 만약 첫 번째 모드 동안 첫 번째 배터리 셀의 첫 번째 전압 레벨과 두 번째 배터리 셀의 두 번째 전압 레벨 사이의 차이가 존재한다면 상기 전압 차이가 배터리 셀 균형 문턱 값을 초과하기 전에 두 번째 모드 동안 예비 균형 신호(pre-balance signal)를 제공하도록 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태로서, 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀에 대하여 전압 레벨의 균형을 만드는 방법이 제공된다. 상기 방법은 아래와 같은 단계를 포함한다: 첫 번째 셀의 첫 번째 아날로그 전압 신호를 첫 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 첫 번째 디지털 신호로 변환하는 단계; 두 번째 셀의 두 번째 아날로그 전압 신호를 두 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 두 번째 디지털 신호로 변환하는 단계; 첫 번째 전압 레벨과 두 번째 전압 레벨 사이의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이를 배터리 셀 균형 문턱 값과 비교하는 단계; 및 만약 상기 차이가 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 크다면 균형 신호를 제공하는 단계.
마지막으로, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀에 대하여 전압 레벨의 예비적 균형을 만드는 방법이 제공된다. 상기 방법은 아래와 같은 단계를 포함한다: 첫 번째 셀의 첫 번째 아날로그 전압 신호를 첫 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 첫 번째 디지털 신호로 변환하는 단계; 두 번째 셀의 두 번째 아날로그 전압 신호를 두 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 두 번째 디지털 신호로 변환하는 단계; 첫 번째 주기동안 상기 첫 번째 전압 레벨과 두 번째 전압 레벨 사이의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이를 배터리 셀 균형 문턱 값과 비교하는 단계; 및 만약 첫 번째 주기 동안 상기 첫 번째 전압 레벨과 두 번째 전압 레벨의 차이가 배터리 셀의 균형 문턱 값을 초과한다면, 상기 차이가 배터리 셀 균형 문턱 값을 초과하기 전에 두 번째 주기 동안 예비 균형 신호를 제공하는 단계.
본 발명의 장점은 예시적인 실시 형태에 대한 아래의 상세한 발명의 설명으로부터 명백해질 것이며, 상기 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면과 연계하여 취급되어져야 한다.
도 1을 살펴보면, 배터리 팩(102) 또는 DC 전원(a DC power source)(104)으로부터 전력을 공급받을 수 있는 전자 기기(100)의 간략화된 블록 다이어그램이 예시되어 있다. 배터리 팩(102)은 다수 개의 배터리 셀(102-1, 102-2, 102-n)을 포함할 수 있다. 상기 셀 형태는 리튬-이온, 니켈-카드뮴, 니켈-금속 수소(nickel-metal hydride) 배터리 등과 같은 이 분야에서 공지된 다양한 충전 가능한 형태가 될 수 있다.
만약 전자 기기(100)가 랩탑 컴퓨터라면 상기 기기(100)는 도 1에 예시되지 않은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 구성 장치를 포함하고 있을 것이다. 예를 들어, 상기 랩탑은 지시(instructions)를 실행하고 랩탑의 작동을 제어하기 위하여 랩탑에게 데이터를 입력하기 위한 입력 장치, 예를 들어 인텔사로부터 공급 가능한 펜티엄 프로세서와 같은 중앙 처리 장치(CPU) 또는 프로세서, 그리고 랩탑으로부터 데이터를 출력하기 위한 LCD 또는 스피커와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다.
배터리 팩(102)에 대한 충전 및/또는 시스템(112)에 대한 전력의 공급을 위 하여, DC 전원(104)이 전자 기기(100)에 연결될 수 있다. DC 전원(104)은 AC/DC 아답터가 될 수 있고, 상기 AC/DC 아답터는 벽에 설치된 출구(outlet)로부터 공지의 120 볼트 AC 전압을 공급받고 그리고 상기 AC 전압을 DC 출력 전압으로 변환한다. 상기 DC 전원(104)은 또한 "시가 라이터(cigarette lighter)" 형태의 아답터와 같이 동일한 형태의 소켓 내로 플러그로 접속이 되도록 형성된 DC/DC 아답터가 될 수도 있다. 상기와 같은 DC 전원(104)이 전자 기기(100)와 분리된 형태로 도 1에 예시되어 있지만, 상기 전원(104)은 어떤 장치 내에 만들어 질 수도 있다. 전자 기기(100)는 또한 전력 공급 블록(110)을 가질 수 있다. 일반적으로, 전력 공급 블록(110)은 여러 가지 조건 아래에서 서로 서로에 대하여 그리고 전자 기기(100)의 시스템(112)에 대하여 각각의 전원(102, 104)으로부터 공급된 전력을 감시하고, 제어하고 그리고 유도하기 위한 다양한 구성 장치를 포함한다.
유리한 점으로서, 본 명세서에서 더욱 상세히 설명되는 것처럼 전자 기기(100)는 셀 감시 및 균형 회로(108)를 포함한다. 셀 감시 및 균형 회로(108)는 명확성을 위하여 전력 공급 블록(110)으로부터 분리되어 도시되어 있지만, 상기 회로(108)는 전력 공급 블록(110)의 일부로서 포함될 수 있다. 셀 감시 및 균형 회로(108)는 본 명세서에서 더욱 상세하게 설명되는 것처럼 감시 회로, 균형 회로 또는 양쪽 모두로서 기능을 할 수 있다. 셀 감시 및 균형 회로(108)는 각각의 셀(102-1, 102-2, 102-n)의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호를 배터리 가스 게이지(118)와 같은 전자 기기의 다양한 구성 장치에게 제공한다. 상기 배터리 가스 게이지(118)는 배터리 팩(102)의 잔여 가용 수명을 나타내는 출력 신호를 제공하기 위해 그러한 신호를 이용할 수 있다.
도 2를 살펴보면, 실시 예로서 감시 회로(208)의 블록 다이어그램이 도시되어 있고, 상기 감시 회로(208)는 도 1의 셀 감시 및 균형 회로(108)의 감시 부분으로서 이용될 수 있다. 감시 회로(208)는 일반적으로 아날로그 디지털 변환기(analog to digital converter : ADC)(220) 및 프로세서(222)를 포함한다. ADC(220)는 배터리 셀(102-1, 102-2, 102-n)의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고 그리고 각각을 디지털 신호로 변환하도록 만들어진다. 프로세서(222)는 각각의 디지털 신호를 수신하고 디지털 신호 중 적어도 하나에 기초하여 안전 경계 신호를 제공하도록 형성된다.
유리한 점으로서, ADC(220)는 정상적인 기록(reading)으로부터의 일시적인 변이가 아날로그 신호의 디지털 신호 표시의 질에 불리하게 작용하지 않도록 하는 방법으로 각각의 배터리 셀(102-1, 102-2, 102-n)의 전압의 "평균(average)" 기록(reading) 값을 취하도록 하는 "평균" 형태의 ADC로서 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 일시적인 변이는 전압 스파이크 또는 다른 빠른 전압 동요(fluctuations)를 포함할 수 있고, 그러한 동요는 변화하는 충전 전류 또는 셀의 내부 저항을 통과하는 부하 전류를 포함하는 수많은 요소로 인하여 발생할 수 있다.
ADC(220)는 평균값을 취하는 형태의 ADC로 기능을 하는 하나 또는 그 이상의 다양한 형태의 ADC를 포함할 수 있다. 예를 들어, ADC(212)는 몇 가지 예를 들면 단일-슬로프 적분형 ADC, 이중-슬로프 적분형 ADC 또는 시그마-델타 형태 ADC를 포 함할 수 있다. 상기 시그마-델타 형 ADC는 일반적으로 Fs × OSR에 해당하는 매우 높은 샘플링 주파수에서 입력 아날로그 신호를 필수적으로 디지털화하는 아날로그 변조 장치를 포함하고, 여기에서 Fs는 나이키스트(Nyquist) 주파수 그리고 OSR은 나이키스트 주파수에 대한 과도 샘플링 비율(over sampling ratio)을 나타낸다. 위와 같은 과도 샘플링으로부터의 출력은 그룹으로 합쳐지고 상기 그룹에 대한 평균값이 산출될 수 있다. 임의의 특정한 배터리 셀(102-1, 102-2, 102-n)의 전압을 나타내는 아날로그 신호는 위와 같이 방식으로 예를 들어 어떤 시간 내에서 수천 번과 같이 여러번 샘플링될 수 있다. 상기와 같은 경우, 일시적인 변이의 몇몇 정확하지 않은 샘플링은 평균형 ADC(220)에 의하여 관련 디지털 신호로 변환된 평균 신호에 대하여 거의 영향을 미치지 않을 것이다.
추가적으로, ADC(220)는 또한 특정한 필요에 따라 조절가능한 분해능(resolution)을 가질 수 있다. 예를 들어, 프로세서(222)는 데이터 경로(217)를 통하여 ADC(220)에게 특정한 배터리 셀(102-1, 102-2, 102-n)로부터의 아날로그 신호를 관련 디지털 신호로의 특정한 변환을 위하여 요구되는 분해능 레벨(resolution level)을 이용하도록 지시할 수 있다. 상기 분해능(resolution)은 아날로그 전압 측정에 대하여 보다 민감성을 가지는 상황에서는 상대적으로 보다 높은 분해능으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 보다 높은 분해능을 요구하는 그런 상황은 개방 회로 전압 탐지를 위한 경우가 될 수 있다.
위와는 대조적으로, 분해능은 아날로그 전압 측정에 대하여 덜 민감한 상황에서는 상대적으로 보다 낮은 분해능으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 보다 낮은 분해능을 필요로 하는 그런 상황은 저-전압 탐지를 위한 경우가 될 수 있다.
분해능이 낮으면 낮을수록, 하나의 유효한 아날로그를 디지털로 변환하는데 필요한 시간은 그만큼 작아진다. 많은 실시 예 중의 하나에 있어서, 상대적으로 보다 높은 분해능은 15 비트의 데이터를 필요로 할 수 있는 반면, 상대적으로 낮은 분해능은 단지 10 비트의 데이터를 필요로 할 수 있다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 실질적인 비트의 수는 디지털 데이터에 대한 요구 사항 및 ADC(220)의 분해능 특성(resolution capabilities)에 따라 변화될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
필요한 분해능 값을 얻기 위하여, ADC(220)는 프로세서(222)의 ADC 제어 신호로부터의 방향에 따라 분해능을 조절할 수 있는 임의의 형태의 ADC가 될 수 있다. 예를 들어, ADC(220)는 위에서 설명된 것과 같은 시그마-델타형이 될 수 있다. 상기 시그마-델타 변조형은 부분적으로 OSR에 기초하여 분해능을 조절할 수 있다. 일반적으로, 보다 높은 분해능은 보다 높은 OSR을 이용하여 얻어질 수 있다.
ADC(220)는 또한 축차 비교형(a successive approximation type) ADC가 될 수 있다. 일반적으로, 축차 비교형 ADC는 개념적으로 변환을 만들기 위하여 단일 비교기를 사용한다. 만약 프로세서(222)로부터 제어 신호에 의하여 지시된 것으로서 N비트의 분해능이 요구된다면, 축차 비교형 ADC는 N 비트의 분해능을 얻기 위하여 N 비교기 작동(comparator operations)을 실행할 것이다. 단일-슬로프 또는 이중-슬로프 적분형 ADC 및/또는 다양한 형태의 ADC가 조합된 형태와 같은 다른 형태 의 ADC가 조절 가능한 분해능을 만들기 위하여 본 발명에 따른 ADC에서 사용될 수 있다.
프로세서(222)는 각각의 배터리 셀(102-1, 102-2, 102-n)의 전압 레벨을 나타내는 ADC(220)로부터 디지털 신호를 수신하고 그리고 디지털 신호 중의 적어도 하나에 기초하여 안전 경계 신호를 제공하도록 형성된다. 상기 안전 경계 신호는 충전 경계 신호 또는 방전 경계 신호가 될 수 있다.
DC 전원(104)에 의한 배터리 팩(102)의 충전 과정에서, 과-전압 상태로부터의 보호를 위하여 각각의 셀의 전압 레벨을 감시하는 것이 중요하다. 이는 리튬 이온 셀과 같은 몇몇 전극 배터리 셀(electrolyte battery cell)은 정상 문턱 레벨 이상으로 충전되는 경우 손상을 입기 쉽기 때문이다. 상기와 같은 경우에, 프로세서(222)는 ADC(220)로부터 디지털 신호가 셀(102-1, 102-2, 102-n) 중의 적어도 하나가 미리 결정된 시간 간격에 걸쳐서 과-전압 문턱 값보다 더 큰 전압 레벨을 가지는 것을 나타낸다면 충전 경계 신호를 전송할 것이다. 그러한 경우에, 몇 가지 예방을 위한 작동이 충전을 중지하기 위하여 취해질 수 있을 것이다.
대안으로서, 프로세서(222)는 또한 ADC(220)으로부터 디지털 신호 중의 하나가 배터리 팩(102)이 충전되는 동안 하나의 셀이 과-전압 문턱 레벨보다 더 큰 전압 레벨을 가지는 것을 나타낸다면 충전 경계 신호를 제공할 것이다.
배터리 팩(102)의 방전 과정에서, 감시 회로(208)는 셀의 손상을 방지하고 그리고 관련 전자 기기(100)의 사용자에게 적절한 경고를 제공하기 위하여 다수 개의 저-전압 문턱 레벨을 이용할 수 있다. 예를 들어, 만약 ADC(220)로부터의 디지 털 신호가 셀(102-1, 102-2, 102-n) 중의 적어도 하나가 배터리 팩(102)이 방전되는 동안 미리 결정된 시간 간격에 걸쳐서 저-전압 문턱 값보다 더 낮은 전압 레벨을 가지는 것을 나타낸다면 프로세서(222)는 방전 경계 신호를 전송할 수 있다. 상기와 같은 경우, 몇 가지 예방을 위한 작동이 배터리 팩으로부터 전력 공급을 중단시키기 위하여 행해질 수 있다. 대안으로서, 만약 ADC(220)로부터 디지털 신호 중의 하나가 하나의 셀이 배터리 팩(102)이 방전되는 동안 저전압 문턱 레벨보다 더 작은 전압 레벨을 가지는 것을 나타낸다면 프로세서(222)는 또한 방전 경계 신호를 제공할 수 있다.
저-전압 문턱 레벨이외에도, 저-전압 문턱 레벨보다 더 큰 다른 저-전압 문턱 레벨이 잠재적으로 긴급한 낮은 전압 상태에 대한 사전 경고를 제공하기 위하여 프로세서(222)에 의하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 만약 전자 기기(100)가 랩탑 컴퓨터이고 저-전압 문턱 레벨이 사용자에 대한 어떤 형태의 경고도 없이 도달된다면, 사용자는 저장되지 않은 중요한 데이터의 상당한 양을 잃어버릴 수 있다.
그러므로, 첫 번째 저-전압 문턱 레벨이 시스템(100)의 임의의 적용 가능한 메모리 장치 내에 프로그래밍되어 저장될 수 있다. 프로세서(222)가 각각의 셀의 전압 레벨을 나타내는 ADC(220)로부터 디지털 신호를 수신하므로, 프로세서(222)는 상기 전압 레벨을 첫 번째 저-전압 문턱 레벨과 비교할 수 있다. 만약 셀 중의 하나에 대한 전압 레벨이 상기 레벨 아래로 떨어지는 경우, 프로세서(222)는 시스템(100)의 다른 구성 요소에 대하여 경로(290)를 통하여 적당한 신호를 제공할 수 있다. 상기와 같은 경우, 경계 메시지가 전자 기기(100)의 사용자에게 제공될 수 있다. 첫 번째 저-전압 문턱 레벨은 전형적인 작업을 실행하기 위하여 필요한 시간 및 상기 작업을 위하여 요구되는 전력을 포함하는 시스템(100)의 자세한 사항들에 기초하여 선택될 수 있다.
예를 들어, 만약 전자 기기(100)가 랩탑 컴퓨터인 경우, 첫 번째 문턱 레벨은 낮은 전력 조건[예를 들어, 셀(102-1, 102-2, 102-n) 중의 어느 하나가 첫 번째 문턱 레벨보다 더 낮은 전압 레벨을 가지는 조건]에 있다는 것을 알려주는 때에도 사용자가 여전히 추가적인 주기 동안 랩탑을 작동시키기 위한 충분한 전력 및 시간을 가질 만큼 충분히 높게 선택될 수 있다. 첫 번째 문턱 레벨보다 더 낮은 또 다른 두 번째 문턱 레벨은 또한 사용자가 적당한 작동을 위하여 더 짧은 주기를 이용할 수 있다는 것을 나타내도록 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 만약 임의의 셀 전압이 두 번째 문턱 레벨 보다 더 낮아진다면, 또 다른 경계 신호는 저-전압 문턱 레벨이 도달되고 그리고 시스템에 대한 배터리 전력 공급이 중단되기 전에 단지 랩탑 컴퓨터의 셧 다운(shutting down) 및 저장을 위한 충분한 시간만이 존재한다는 것을 나타낼 수 있다.
유리한 점으로서, 모든 문턱 레벨은 프로세서(222)에 의하여 조절 가능하다. 예를 들어, 과-전압 및 저-전압 문턱 레벨은 이용되는 특정한 셀 형태에 기초하여 조절될 수 있다. 과-전압 및 저-전압 문턱 값은 전자 기기의 임의의 다양한 저장 매체에 저장될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(222)는 상기 문턱 레벨을 저장할 수 있는 내부 레지스터(230)를 가질 수 있다.
추가적으로, 과-전압 및 저-전압 문턱 레벨은 주위의 온도(ambient temperature) 및 셀의 사용 기간과 같은 셀의 충전 및 방전 성능에 영향을 미치는 다른 매개 변수에 기초하여 조절될 수 있다. 주위 온도에 대한 정보는 온도 세서(292)에 의하여 프로세서(222)에게 제공될 수 있다.
추가적으로, 샘플링 시간 간격이 또한 프로세서(222)에 의하여 조절 가능하다. 샘플링 시간 간격은 주기 내에 모든 셀이 한번 샘플링되고 각각의 셀에 대해서 유효한 디지털 변환이 ADC(220)에 의하여 만들어지는 주기를 포함한다. 이는 프로세서로 하여금 보다 빈번한 샘플링이 유리한 경우, 예를 들어, 충전 과정과 같은 어떤 상태 동안 셀을 보다 빈번하게 샘플링하는 것을 가능하도록 한다. 이는 또한 프로세서로 하여금 보다 덜 빈번한 샘플링이 적당한 경우, 예를 들어, 배터리 팩(102)이 절전 모드(sleep mode) 또는 정지 모드(idle mode)에 있는 경우와 같은 다른 상태에 있는 동안 셀을 보다 덜 빈번하게 샘플링하는 것을 가능하도록 한다. 예를 들어, 상기와 같은 샘플링 시간 간격은 배터리 팩이 절전 상태(sleep)에 있거나 또는 정지(idle) 모드에 있는 경우 일분 당 1회가 될 수 있을 것이다. 상기와 같은 경우, ADC(220)는 또한 변환이 필요없는 경우 에너지를 보존하기 위하여 프로세서(222)에 의하여 절전 모드로 설정될 수 있다.
도 3A를 살펴보면, 실시 예로서의 균형 회로(308)의 블록 다이어그램이 제시되어 있고, 상기 균형 회로(308)는 도 1의 전자 기기에서 이용될 수 있다. 균형 회로(308)는 일반적으로 도 2와 관련하여 위에서 상세히 설명된 것처럼 ADC(320) 및 프로세서(322)를 포함한다. 추가적으로, 프로세서(322)는 본 명세서에서 더욱 상세히 설명되는 것처럼 셀(102-1, 102-2, 102-n)의 전압 레벨을 균형 상태로 만들 기 위하여 블리딩 망 회로(340), 전하 수송 회로(charge shuttling circuit)(342) 중의 어느 하나 또는 두 회로 모두를 제어한다.
위에서 이미 설명한 것처럼 프로세서(322)는 각각의 셀(102-1, 102-2, 102-n)을 위한 정확한 전압 기록(reading)을 나타내는 ADC(320)로부터의 관련 디지털 신호를 수신한다. 상기와 같은 경우, 프로세서(322)는 어떤 셀이 가장 높은 전압 레벨 및 가장 낮은 전압 레벨을 가지고 있는지 알고 있을 뿐만 아니라 프로세서(322)는 또한 상기 셀과 각 셀의 전압 레벨 사이의 전압 차이의 크기를 알고 있다. 본 명세서에서 상세히 설명되는 것처럼, 프로세서(322)는 정확하고 빠르게 셀 균형에 도달하는 셀 균형에 관한 정보 처리 기능을 가진(intelligent) 결정을 하기 위하여 ADC(320)으로부터 이러한 정보를 이용한다.
먼저, 셀 균형 결정은 가장 높은 전압 셀과 가장 낮은 전압 셀 사이에 전압 차이가 존재하고 상기 전압 차이가 어떤 배터리 셀 균형 문턱 값 보다 더 크게 되는 임의의 시간(충전 모드 과정, 방전 모드 과정, 또는 심지어 절전 모드 과정과 같은 임의의 시간)에 만들어 질 수 있다. 충전 과정에서, 셀 균형은 보다 낮은 전압 레벨 셀 시간(cells time)으로 하여금 간격을 줄이는 것(catch up)이 가능하도록 보다 높은 전압 레벨을 가진 셀을 제어하는데 유용하다. 배터리 충전은 전형적으로 충전 전압 레벨의 끝 부분에 도달하는 임의의 한 셀에 의하여 제한되므로, 상기와 같은 상태는 각각의 셀이 셀 전압 레벨의 끝 부분에 도달하는 것이 가능하도록 한다. 만약 그렇지 않다면, 빠르게 전압 레벨 충전의 끝 부분에 도달된 셀은 다른 셀이 보다 완전하게 충전되는 것을 방해할 것이다.
프로세서(322)는 ADC(320)로부터 각각의 셀(102-1, 102-2, 102-n)의 갱신된 정확한 전압 정보를 반복적으로 수신하고 있으므로, 보다 높은 전압 셀과 보다 낮은 전압 셀 사이의 전압 차이가 미리 결정된 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 크다는 것을 감지하자마자 프로세서(322)는 블리딩 망 회로(340)가 적당한 셀 블리딩을 유도하도록 지시하거나 또는 프로세서(322)는 전하 수송 회로(342)가 적당한 전하의 전송을 유도하도록 지시할 수 있다.
균형은 어떤 시간 간격 동안 보다 높은 전압 레벨을 가지는 하나 또는 그 이상의 셀에 대하여 블리딩 전류(bleeding current)를 제공하는 것에 의하여 발생할 수 있다. 상기 시간 간격은 중복될 수 있어 하나 이상의 셀에 대한 블리딩이 유사한 시간에 발생할 수 있다. 추가적으로, 둘 또는 그 이상의 셀의 블리딩을 위한 개시 시간(starting time)은 블리딩 과정을 촉진하기 위하여 실질적으로 동일한 시간에 개시될 수 있다. 더욱이, 셀 블리딩은 보다 높은 전압 셀과 보다 낮은 전압 셀 사이의 전압 차이에 기초하여 조절될 수 있다. 상기와 같은 경우, 상대적으로 보다 높은 전압 레벨을 가진 첫 번째 셀은 첫 번째 셀보다 약간 더 낮은 전압 레벨을 가진 두 번째 셀보다 더 높은 블리딩 전류에 의하여 블리딩될 수 있다.
일반적으로, 보다 높은 전압 셀과 보다 낮은 전압 셀 사이의 차이가 크면 클수록, 블리딩 망 회로(340)에 의하여 제공되는 블리딩 전류가 더 크게 된다. 상기 블리딩 전류의 상한(the upper limit)은 전형적으로 열 발산 관점에 의하여 제한된다. 또한, 보다 높은 전압 셀과 보다 낮은 전압 셀 사이의 차이가 작으면 작을수록, 블리딩 전류는 블리딩 망 회로(340)에 의하여 보다 작게 제공된다.
균형 셀 전압 레벨은 보다 높은 전압 레벨을 가진 셀에 대하여 블리딩을 하는 것에 의하여 발생할 뿐만 아니라, 보다 높은 전압 셀로부터 보다 낮은 전압 셀로 전하를 수송하는 것(shuttling)에 의하여 발생할 수 있다. 상기 전하 수송은 프로세서(322)에 의하여 제어되고, 상기 프로세서(322)는 전하 수송 회로(342)를 이용하는 것에 의하여 보다 높은 전압 레벨을 가진 셀로부터 보다 낮은 전압 레벨을 가진 셀로의 전하의 운반을 제어하기 위하여 스위치 망(350)에 적절한 제어 신호를 제공한다.
프로세서(322)는 ADC(320)로부터 수신된 디지털 신호로 인하여 하나 또는 그 이상의 셀(102-1, 102-2, 102-n) 중의 어떤 셀이 다른 것에 비하여 보다 높은 전압을 기록(readings)을 가지고 있는가를 알고 있다. 상기와 같은 경우, 프로세서(322)는 스위치 망(350) 내의 적당한 스위치가 닫히도록 지시하여, 보다 높은 전압 레벨을 가진 하나 또는 그 이상의 셀이 어느 정도의 전하 레벨을 전하 수송 회로(342)로 전달하도록 만든다. 다음 단계로 프로세서(322)는 추가적으로 전하 수송 회로(342)로부터 보다 낮은 전압 레벨을 가진 셀로 전하가 전달되도록 하기 위하여 스위치 망(350) 내의 적당한 스위치가 닫히도록 지시한다. 상기 전하 전달 과정은 프로세서(322)가 상기 과정을 중지하도록 지시할 때 중지되고, 예를 들어 프로세서가 적당한 균형 전압 레벨이 적절한 셀들 사이에서 이루어졌다는 것을 아는 경우에 해당한다.
프로세서(322)는 또한 불균형 상태가 존재하기 전에 균형 과정을 개시하기 위하여 예비 균형 신호를 블리딩 망 회로(340) 또는 전하 수송 회로(342)에게 제공 할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(322)는 디지털 형태로서 각각의 셀의 전압 정보를 가지고 있고 그리고 셀 전압의 변화 과정(history)에 대한 정보를 가지고 있다. 하나 또는 그 이상의 충전 또는 방전 사이클이 진행된 후, 만약 프로세서(322)가 예를 들어 하나의 셀이 방전의 마지막 단계로 향하는 보다 낮은 전압을 가지는 것과 같은 불균형 상태가 특정한 하나의 셀에 대하여 발생한다는 것에 대한 정보를 가진다면, 이러한 경우에는 프로세서(322)는 현저한 전압 차이가 충분히 감지되기 전에 균형 과정을 개시할 수 있다.
예를 들어, 도 3B를 살펴보면, 21℃에서 셀 전압에 대한 리튬 이온 셀의 용량(Ah)에 대한 예시적인 도표가 실시 예로서 Cell A 303 및 Cell B 305에 대하여 기재되어 있다. 예시된 것처럼, 전압 강하 굴곡 부분(307)의 근처에서 방전의 끝 단계 가까이 이르러서야 Cell A 및 Cell B 사이의 전압 차이가 감지될 수 있을 정도가 된다. 만약 균형이 상기와 같은 감지될 수 있는 전압 차이가 발생될 때까지 지연된다면, 그 단계에서는 균형을 실행할 시간이 거의 없다. 그러나, 만약 프로세서(322)가 선행하는 방전 사이클 중의 적어도 하나의 사이클로부터 방전의 마지막 단계로 향하는 과정에서 Cell A가 전형적으로 Cell B보다 낮은 전압을 가진다는 것을 안다면, 프로세서(322)는 감지할 수 있는 전압 차이가 발생하기를 기다리지 않고 방전 사이클 내에서 일찍 Cell A를 위한 균형을 개시할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 Cell B 및/또는 다른 셀로부터의 전하가 전하 수송 회로(342)로 전달되도록 지시할 수 있고 그리고 방전 모드 내에서 일찍 Cell A로 전달되도록 할 수 있다. 상기와 같은 방법으로, 방전 사이클의 마지막 단계 근처에서 셀들 사이에서 감지할 수 있는 전압 차이가 존재하지 않도록 하기 위하여 Cell A는 Cell B를 이용하여 균형이 이루어질 수 있다.
도 4를 살펴보면, 실시 예로서 셀 감시 및 균형 회로(408)가 예시되어 있다. 셀 감시 및 균형 회로(408)는 도 2의 감시 회로(208)의 기능 및 도 3의 균형 회로(308)의 기능을 포함한다. 일반적으로, 회로(408)는 ADC(420), 프로세서(422), 스위치 망 제어 회로(451), 스위치 망(450), 블리딩 망 회로(440), 구동 회로(driver circuit)(427) 및 보호 회로(429)를 포함한다.
배터리 팩(402)의 각각의 셀에 대한 개별적인 아날로그 셀 전압 레벨은 스위치 망(450)을 통하여 직접적으로 샘플링될 수 있다. 상기 경우 샘플링된 아날로그 신호는 위에서 상세히 설명한 것처럼 ADC(420)에 의하여 관련 디지털 신호로 변환될 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 셀(402-1)이 샘플링된다면, 스위치 망(450)의 스위치(450a, 450b)가 닫혀지고, 한편으로는 스위치 망(450)의 다른 모든 회로는 열린 상태로 유지된다. 상기와 같은 경우, 첫 번째 셀(402-1)의 양극 단자(positive terminal)는 스위치(450a)를 통하여 ADC(420)의 양 입력 단자에 연결된다. 또한, 첫 번째 셀(402-1)의 음극 단자는 스위치(450c)를 통하여 ADC(420)의 음 입력 단자에 연결된다. 스위치 망(450)의 모든 스위치는 유효한 아날로그의 디지털로의 변환이 첫 번째 셀(402-1)에 대하여 정해진 변환 주기에 걸쳐서 ADC(420)에 의하여 완성될 때까지 상기와 같은 위치에서 유지된다.
마찬가지로 두 번째 셀(402-2)[스위치 망(450)의 다른 스위치들은 열린 상태로 있으며, 닫힌 스위치(450b, 450e)를 통하여], 세 번째 셀(402-3)[스위치 망(450)의 다른 스위치들은 열린 상태로 있으며, 닫힌 스위치(450d, 450g)를 통하여] 및 네 번째 셀(402-4)[스위치 망(450)의 다른 스위치들은 열린 상태로 있으며, 닫힌 스위치(450f, 450i)를 통하여]은 또한 각각의 셀(402-2, 402-3, 402-4)의 직접적인 샘플링을 위하여 마찬가지의 방법으로 ADC(420)에 연결될 수 있다.
전하 수송 회로(442)는 변압기, 인덕터 또는 커패시터와 같은 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 예시된 실시 형태에서, 커패시터(443)는 에너지 저장 장치로서 이용된다. 만약 셀들 사이의 전하 운반(shuttling)이 프로세서(422)에 의하여 이루어진다면, 스위치 망(450)의 적당한 스위치(450a 내지 450g)는 보다 높은 전압을 가진 하나 또는 그 이상의 셀로부터의 전하가 커패시터(443)에 일시적으로 저장되도록 유도한다. 다음 단계로 상기 전하는 스위치 망(450)의 적당한 스위치에 의하여 보다 낮은 전압 셀로 운반된다. 프로세서(422)는 스위치 망 제어 회로(451)를 통하여 스위치 망(450)을 제어한다.
본 발명에 따른 ADC(420)는 또한 임의의 오프셋(any offset)을 보충하기 위하여 각각의 개별적인 셀(402-1, 402-2, 402-3, 402-4)에 대하여 조정이 행해질 수 있다(calibrated). 상기 오프셋(offset)은 서로 다른 전압 기울기(gradients) 및 서로 다른 ADC 셀 채널에 대한 스위칭 충전 주입(switching charge injection)과 같은 임의의 수의 요인들로 인하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 셀(402-1)을 조정하기 위하여, 스위치 망(450)의 다른 모든 스위치가 열린 상태에서 스위치(450b, 450c)가 닫힌 상태로 될 수 있다. 상기와 같은 경우, ADC(420)의 입력 단자는 첫 번째 셀(402-1)의 가상 접지에 연결된다. 이후 ADC(420)는 상기 아날 로그 신호를 관련 첫 번째 오프셋 디지털 신호로 변환할 것이다. 다음 단계로 상기 첫 번째 오프셋 디지털 신호는 임의의 이용 가능한 메모리 장치에 저장될 수 있을 것이다.
마찬가지로, 두 번째 셀(402-2)을 조정하기 위하여, 스위치(450d, 450e)가 닫혀질 수 있다. 세 번째 셀(402-3)을 조정하기 위하여, 스위치(450f, 450g)가 닫혀질 수 있다. 마지막으로, 네 번째 셀(402-4)을 조정하기 위하여, 스위치(450h, 450i)가 닫혀 질 수 있다. 상기와 같은 경우, 각각의 관련 셀(402-1, 402-2, 402-3, 402-4)을 위한 네 개의 오프셋 값이 얻어지고 저장될 수 있다. 추후에 ADC(420)가 관련된 하나의 셀을 위한 아날로그 측정을 변환하는 과정에서, 프로세서(422)는 관련 셀에 대하여 저장된 관련 오프셋 값을 감하므로써(subtracting) 오프셋이 없는 데이터의 획득을 지시할 수 있다. 상기와 같은 경우, 각각의 셀로부터의 아날로그 신호의 정확한 측정이 또한 촉진된다.
보호 회로(429)가 또한 셀 균형 및 감시 회로(408)에 결합될 수 있고, 상기 결합은 예를 들어 과-전류 또는 단락 조건과 같은 다양한 전력 위기 상태에 대하여 배터리 팩(402) 내로(충전 모드) 또는 외부로(방전 모드)의 전류 흐름을 감시하고, 그리고 예방 조치가 취해질 수 있도록 프로세서(422)에게 상기 상태에 대하여 경고를 주기 위함이다. 예를 들어, 보호 회로(429)에게 전류 레벨이 다양하게 변함에 따라 배터리 팩(402)으로 향하는 또는 배터리 팩으로부터 흐르는 전류 레벨을 나타내는 신호를 제공하기 위하여 센스 저항(491)과 같은 전류 센스 장치(a current sensing element)가 배터리 팩(402)에 연결될 수 있다. 만약 상기 전류 레벨이 첫 번째 전류 문턱 레벨 보다 더 높다면(예를 들어, 센스 저항(491)에 대한 전압 강하가 첫 번째 전류 문턱 값에 센스 저항의 값을 곱한 값보다 더 크다면), 상기 경우에는 보호 회로(429)는 데이터 경로(437)를 통하여 프로세서(422)에게 과-전류 경계 신호를 제공한다.
전류 레벨은 두 번째 전류 문턱 레벨보다 더 높을 수 있고, 이 경우 두 번째 전류 문턱 레벨은 첫 번째 전류 문턱 레벨 보다 더 높다. 위와 같은 경우(예를 들어, 센스 저항 사이의 전압 강하가 두 번째 전류 문턱 레벨에 센스 저항을 곱한 값보다 더 크다면), 보호 회로(429)는 데이터 경로(439)를 통하여 프로세서에게 단락 경계 신호를 제공한다.
보호 회로(429)로부터 발생되는 상기와 같은 제어 신호에 반응하여, 프로세서(422)는 결정을 하고 적당한 제어 신호를 송신하여 적절한 전력 안전 조치가 취해지도록 한다. 프로세서(422)는 방전 스위치(Q1)가 개방되도록 만들기 위하여 스위치 드라이버(427)에게 적당한 제어 신호를 제공한다. 대안으로, 프로세서(422)는 또한 데이터 경로(490)를 통하여 호스트 장치에 메시지를 제공하여 전력 관리 장치(a power management unit)와 같은 몇몇 대체적인 구성 장치가 전력 공급의 안정성을 보장하기 위하여 임의의 필요한 조정 동작을 취하도록 할 수 있다.
위에서 상세하게 설명한 것처럼, 조절 가능한 블리딩 전류를 각각의 관련 셀(402-1, 402-2, 402-3, 402-4)에게 제공하기 위하여 블리딩 망 회로(440)는 다수 개의 블리딩 회로(440-1, 440-2, 440-3, 440-4)를 포함할 수 있다.
도 5를 살펴보면, 하나의 실시 예로서 블리딩 회로(500)가 제시되어 있다. 위에서 이미 설명한 것처럼, 관련 셀(402-1, 402-2, 402-3, 402-4)로부터 블리딩 전류를 제어하기 위하여 상기 블리딩 회로는 프로세서(422)로부터 발생된 디지털 제어 신호에 대하여 반응한다. 블리딩 회로(500)는 다수 개의 스위치(S0, S1, SN) 및 관련된 다수 개의 저항(R, R/2, R/N)을 포함할 수 있다. 하나의 실시 형태로서, 스위치는 프로세서(422)로부터의 디지털 제어 신호를 수신하도록 형성된 제어 또는 게이트 단자를 가지는 MOSFET형 트랜지스터가 될 수 있다. 상기와 같은 경우 프로세서(422)로부터 N-비트 디지털 제어 신호는 어떤 스위치(S0, S1, SN)가 ON 상태에 있고 그로 인하여 어떤 저항 값(R, R/2, R/N)이 관련 배터리 셀(402-1, 402-2, 402-3, 402-4)과 병렬로 연결이 되어 있는가를 나타낸다.
큰 값의 블리딩 전류가 요구된다면, 프로세서(422)로부터의 N-비트 디지털 제어 신호는 어떤 스위치, 예를 들어 스위치(SN)가 닫히도록 지시하여 보다 낮은 저항 값, 예를 들어 저항 값(R/N)이 관련 셀과 병렬로 연결이 되도록 한다. 상기와 같은 경우, 보다 큰 값의 블리딩 전류는 보다 높은 전압 셀의 전압 레벨을 보다 신속하게 낮추게 된다. 만약 상대적으로 보다 작은 값의 블리딩 전류가 요구된다면, 프로세서(422)로부터의 N-비트 제어 신호는 스위치, 예를 들어 스위치(S1)가 닫히도록 지시하여 높은 저항, 예를 들어 저항(R)이 관련 셀과 병렬로 연결이 되도록 한다. 상기와 같은 경우, 상대적으로 보다 작은 값의 블리딩 전류가 보다 높은 전압 셀의 전압 레벨을 보다 천천히 강하시키도록 제공된다.
프로세서(422)로부터 셀 블리딩 제어 신호는 또한 배터리 가스 게이지에게 제공되어 정확한 셀 블리딩 정보가 상기 가스 게이지에게 제공되도록 할 수 있다. 예를 들어, 셀 블리딩 회로(440-1, 440-2, 440-3, 440-4)에게 제공된 N-비트 제어 신호가 또한 관련 배터리 가스 게이지에게 제공될 수 있다. 상기와 같은 경우, 게이지는 또한 어떤 셀(402-1, 402-2, 402-3, 402-4)에 대하여 블리딩이 행해지고 있는지의 여부와 각각의 셀에 대한 관련 블리딩 전류 레벨에 대하여 알고 있다. 그러므로, 상기 게이지는 충전 용량 계산을 위하여 블리딩 전류 레벨을 고려하여 배터리 수명의 잔여 량을 결정하기 위하여 보다 신뢰성이 높은 계산을 행할 수 있도록 한다.
위에서 기술된 실시 형태는 본 발명을 이용하는 단지 몇 가지만에 대한 것이며 그리고 제한되지 않은 실시 예로서 본 명세서에서 기술되었다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 전문가에게 명백한 많은 다른 실시 형태가 첨부된 청구항에서 규정된 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 실질적으로 벗어나지 않고 용이하게 만들어 질 수 있다는 것은 자명하다.
본 발명은 배터리 팩의 각각의 셀에 대하여 신뢰할 수 있는 전압 측정이 가능하도록 한다. 또한 본 발명은 과-전압 또는 저-전압과 같은 문턱 레벨이 쉽게 조정될 수 있도록 한다.

Claims (85)

  1. 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀의 각각의 전압 레벨을 정확하게 감시하기 위한 감시 회로에 있어서,
    상기 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고, 상기 각각의 아날로그 전압 신호를 상기 각각의 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(analog to digital converter : ADC); 및
    상기 아날로그-디지털 변환기(analog to digital converter : ADC)가 변환한 상기 각각의 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 신호 중의 적어도 하나에 기초하여 안전 경계 신호(safety alert signal)를 제공하는 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 감시 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 만약 상기 배터리 팩이 충전되는 과정에서 미리 결정된 감시 시간 간격 동안 상기 디지털 신호 중의 적어도 하나가 과-전압 문턱 값보다 더 큰 값이 되는 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타낸다면, 상기 안전 경계 신호는 충전 경계 신호가 되는 감시 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 만약 상기 배터리 팩이 충전되는 과정에서 상기 디지털 신호 중의 하나가 상기 과-전압 문턱 값보다 더 큰 값이 되는 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타낸다면, 상기 충전 경계 신호가 제공되는 감시 회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 과-전압 문턱 레벨은 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 감시 회로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 과-전압 문턱 레벨은 주위 온도(ambient temperature)에 기초하여 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 감시 회로.
  6. 제 1 항에 있어서, 만약 상기 배터리 팩이 방전되는 과정에서 미리 결정된 감시 시간 간격 동안 상기 디지털 신호 중의 적어도 하나가 저-전압 문턱 값보다 더 작은 값이 되는 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타낸다면, 상기 안전 경계 신호는 방전 경계 신호가 되는 감시 회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 만약 상기 배터리 팩이 방전되는 과정에서 상기 디지털 신호 중의 하나가 상기 전 -전압 문턱 값보다 더 작은 값이 되는 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타낸다면, 상기 충전 경계 제어 신호가 제공되는 감시 회로.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 저-전압 문턱 레벨은 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 감시 회로.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 저-전압 문턱 레벨은 주위 온도(ambient temperature)에 기초하여 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 감시 회로.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 ADC는 평균형(averaging type) ADC인 감시 회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 평균형 ADC는 상기 아날로그 전압 신호를 관련 디지털 신호로 변환하기 전에 샘플링 주기 동안 여러 번 각각의 배터리 셀에 대하여 전압 레벨을 샘플링하는 감시 회로.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 ADC는 분해능(resolution)을 가지고 상기 분해능은 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 감시 회로.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 팩과 상기 ADC 사이에 연결된 스위치 망을 추가로 포함하고, 상기 스위치 망은 상기 프로세서에 의하여 제어되는 다수 개의 스위치를 가지며, 상기 스위치 망은 상기 다수 개의 배터리 셀의 각각이 상기 스위치 망을 통하여 상기 ADC에게 직접적으로 연결될 수 있도록 하는 감시 회로.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 ADC는 양극 입력 단자와 음극 입력 단자를 가지고, 첫 번째 배터리 셀을 위한 첫 번째 오프셋 값은 상기 ADC의 양극 및 음극 입력 단자 모두에게 상기 첫 번째 배터리 셀의 하나의 단자를 연결하므로써 결정되며, 상 기 프로세서는 또한 상기 첫 번째 오프셋 값을 상기 첫 번째 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 첫 번째 디지털 신호에게 적용하고 그에 의하여 첫 번째 조정된 디지털 신호를 제공하도록 형성된 감시 회로.
  15. 제 14 항에 있어서, 두 번째 배터리 셀을 위한 두 번째 오프셋 값은 상기 두 번째 배터리 셀의 하나의 단자를 상기 ADC의 양극 및 음극 입력 단자 양쪽 모두에게 연결하므로써 결정되고, 상기 프로세서는 또한 상기 두 번째 오프셋 값을 상기 두 번째 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 두 번째 디지털 신호에 적용하고 그에 의하여 두 번째 조정된 디지털 신호를 제공하도록 형성된 감시 회로.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 ADC는 매 샘플링 주기 동안 한번 각각의 상기 배터리 셀의 전압 레벨을 샘플링하고, 상기 샘플링 주기는 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 감시 회로.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 샘플링 주기는 첫 번째 상태(a first condition) 동안 첫 번째 시간 간격을 가지고, 상기 샘플링 주기는 두 번째 상태(a second condition) 동안 두 번째 시간 간격을 가지며, 두 번째 시간 간격은 첫 번째 시간 간격보다 더 긴 시간이 되고, 상기 두 번째 상태는 상기 배터리 팩의 절전 모드(a sleep mode)가 되는 감시 회로.
  18. 제 6 항에 있어서, 만약 배터리 팩이 방전이 되는 과정에서 상기 미리 결정된 감시 시간 간격 동안 상기 디지털 신호 중 적어도 하나가 첫 번째 저-전압 문턱 레벨보다 더 낮은 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타낸다면, 상기 안전 경계 신호는 첫 번째 방전 경계 신호가 되고, 첫 번째 저-전압 문턱 레벨은 저-전압 문턱 레벨 보다 더 높은 감시 회로.
  19. 제 18 항에 있어서, 만약 배터리 팩이 방전이 되는 과정에서 상기 미리 결정된 감시 시간 간격 동안 상기 디지털 신호 중 적어도 하나가 두 번째 저-전압 문턱 레벨보다 더 낮은 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타낸다면, 상기 안전 경계 신호는 두 번째 방전 경계 신호가 되고, 두 번째 저-전압 문턱 레벨은 첫 번째 저-전압 문턱 레벨 보다 더 낮으며 저-전압 문턱 레벨 보다 더 높은 감시 회로.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 감시 회로는 보호 회로를 추가로 포함하고, 상기 보호 회로는 상기 배터리 팩과 관련된 전류 레벨을 나타내는 신호를 과-전류 문턱 값과 비교하여, 만약 상기 전류 레벨이 상기 과-전류 문턱 값보다 더 크다면, 과-전류 경계 신호를 상기 프로세서에게 제공하도록 형성된 감시 회로.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 보호 회로는 상기 배터리 팩과 관련된 상기 전류 레벨을 나타내는 신호를 단락 회로 전류 문턱 값과 비교하여, 만약 상기 전류 레벨이 상기 단락 회로 전류 문턱 값보다 더 높다면, 단락 회로 전류 경계 신호를 상기 프로세서에게 제공하도록 형성된 감시 회로.
  22. 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고, 각각의 상기 아날로그 전압 신호를 각각의 상기 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및
    각각의 상기 디지털 신호를 수신하고, 만약 상기 디지털 신호 중 적어도 두 개가 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 큰 첫 번째 배터리 셀의 첫 번째 전압과 두 번째 배터리 셀의 두 번째 전압 레벨 사이의 전압 차이를 나타내는 경우, 균형 신호를 제공하도록 형성된 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 균형 회로.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 균형 회로는 블리딩 망 회로(bleeding network circuit)를 추가로 포함하고, 상기 블리딩 망 회로는 상기 균형 신호를 수신하고, 상기 균형 신호에 반응하여 상기 다수 개의 배터리 셀 중 임의의 하나에게 블리딩 전류를 제공하도록 형성된 균형 회로.
  24. 제 23 항에 있어서, 만약 상기 두 번째 배터리 셀의 두 번째 전압 레벨이 상기 첫 번째 배터리 셀의 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높은 경우라면, 상기 블리딩 망 회로는 첫 번째 블리딩 전류를 상기 두 번째 배터리 셀에게 제공하고, 상기 블리딩 망 회로는 첫 번째 시간 간격 동안 상기 첫 번째 블리딩 전류를 적용시켜 상기 두 번째 전압 레벨을 실질적으로 상기 첫 번째 전압 레벨과 동일하도록 감소 시키는 균형 회로.
  25. 제 24 항에 있어서, 세 번째 배터리 셀은 세 번째 전압 레벨은 가지고, 상기 세 번째 전압 레벨은 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높으며, 상기 세 번째 전압 레벨은 상기 두 번째 전압 레벨 보다 더 높고, 상기 블리딩 망 회로는 두 번째 시간 간격 동안 상기 첫 번째 블리딩 전류를 상기 세 번째 배터리 셀에게 적용시켜 상기 세 번째 전압 레벨을 실질적으로 상기 첫 번째 전압 레벨과 동일하도록 감소시키며, 상기 첫 번째 시간 간격 및 상기 두 번째 시간 간격은 적어도 일정 부분이 겹쳐지는 균형 회로.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 첫 번째 시간 간격은 첫 번째 시작 시간을 가지고, 상기 두 번째 시간 간격은 두 번째 시작 시간을 가지며, 상기 첫 번째 시작 시간은 상기 두 번째 시작 시간과 실질적으로 동일하고, 상기 두 번째 시간 간격은 상기 첫 번째 시간 간격 보다 더 긴 균형 회로.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 블리딩 망 회로에 의하여 제공된 상기 블리딩 전류는 상기 프로세서로부터의 상기 균형 신호에 반응하여 조절가능한 균형 회로.
  28. 제 27 항에 있어서, 세 번째 배터리 셀은 세 번째 전압 레벨을 가지고, 상기 두 번째 전압 레벨은 첫 번째 차이 레벨(a first difference level)만큼 상기 첫 번째 전압 레벨 보다 더 높고, 상기 세 번째 전압 레벨은 두 번째 차이 레벨만큼 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높으며, 상기 두 번째 차이 레벨은 상기 첫 번째 차이 레벨보다 더 높고, 상기 블리딩 망 회로는 첫 번째 블리딩 전류를 상기 두 번째 배터리 셀에게 제공하며 두 번째 블리딩 전류를 상기 세 번째 배터리 셀에게 제공하고, 상기 두 번째 블리딩 전류는 상기 첫 번째 블리딩 전류보다 더 큰 균형 회로.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 블리딩 망 회로는 각각의 상기 다수 개의 배터리 셀과 관련된 다수 개의 블리딩 회로를 포함하고, 상기 다수 개의 블리딩 회로 중의 적어도 하나는 첫 번째 저항 요소를 가지는 첫 번째 스위치 및 두 번째 저항 요소를 가지는 두 번째 스위치를 포함하며, 상기 첫 번째 저항 요소는 상기 첫 번째 스위치의 어느 한 단자에 연결되고 첫 번째 저항 값을 가지며, 상기 두 번째 저항 요소는 상기 두 번째 스위치의 어느 한 단자에 연결되고 두 번째 저항 값을 가지며, 상기 두 번째 저항 값은 상기 첫 번째 저항 값보다 더 작은 균형 회로.
  30. 제 29 항에 있어서, 만약 상기 첫 번째 스위치가 ON 상태이고 상기 두 번째 스위치가 OFF 상태인 경우라면, 첫 번째 블리딩 전류가 관련 배터리 셀에게 적용되고, 상기 첫 번째 스위치가 OFF 상태이고 상기 두 번째 스위치가 ON 상태인 경우라면, 두 번째 블리딩 전류가 상기 관련 배터리 셀에게 적용되며, 상기 두 번째 블리딩 전류는 상기 첫 번째 블리딩 전류보다 더 큰 균형 회로.
  31. 제 22 항에 있어서, 상기 균형 신호는 균형 신호에 반응하여 상기 다수 개의 배터리 셀 사이에서 전하를 수송하도록 형성된 전하 수송 회로에게 제공되는 균형 회로.
  32. 제 31 항에 있어서, 만약 상기 두 번째 전압 레벨이 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높은 경우라면, 상기 전하 수송 회로는 상기 두 번째 배터리 셀로부터 상기 첫 번째 배터리 셀로 전하를 수송하는 균형 회로.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 전하 수송 회로는 에너지 저장 요소를 포함하는 균형 회로.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소는 커패시터를 포함하는 균형 회로.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 배터리 팩과 상기 ADC 사이에 연결된 스위치 망을 추가로 포함하고, 상기 프로세서는 상기 두 번째 배터리 셀로부터 상기 에너지 저장 요소로 전하를 운반하기 위하여 상기 두 번째 배터리 셀을 상기 에너지 저장 요소에 연결하는 상기 스위치 망을 제어하며, 상기 프로세서는 상기 전하를 상기 에너지 저장 요소로부터 상기 첫 번째 배터리 셀로 운반하기 위하여 상기 첫 번째 배 터리 셀을 상기 에너지 저장 요소에 연결하는 스위치 망을 제어하는 균형 회로.
  36. 제 35 항에 있어서, 세 번째 배터리 셀은 세 번째 전압 레벨을 가지고, 상기 세 번째 전압 레벨은 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높고, 상기 전하 수송 회로는 상기 세 번째 배터리 셀 및 상기 두 번째 배터리 셀로부터 상기 첫 번째 배터리 셀로 전하를 수송하도록 형성된 균형 회로.
  37. 제 22 항에 있어서, 상기 균형 신호는 상기 전원이 방전 모드에 있는 경우에 제공되는 균형 회로.
  38. 다수 개의 배터리 셀을 가지는 배터리 팩에 의하여 전력을 공급받을 수 있는 전자 기기(electronic device)에 있어서,
    상기 전자 기기는 상기 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 전압 레벨을 정확하게 감시하기 위한 감시 회로를 포함하고,
    상기 감시회로는 상기 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고, 각각의 상기 아날로그 전압 신호를 각각의 상기 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및 각각의 상기 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 신호 중 적어도 하나에 기초하여 안전 경계 신호를 제공하도록 형성된 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 전자 기기.
  39. 제 38 항에 있어서, 만약 상기 다수 개의 배터리 셀이 충전되는 과정에서 미리 결정된 감시 시간 간격동안 상기 디지털 신호 중 적어도 하나가 과-전압 문턱 값보다 더 높은 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타내는 경우라면, 상기 안전 경계 신호는 충전 경계 신호가 되는 전자 기기.
  40. 제 39 항에 있어서, 만약 상기 다수 개의 배터리 셀이 충전되는 과정에서 상기 디지털 신호 중 하나가 상기 과-전압 문턱 값보다 더 높은 상기 배터리 셀 중 하나의 전압 레벨을 나타내는 경우라면, 상기 충전 경계 신호가 제공되는 전자 기기.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 과-전압 문턱 값 레벨은 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 전자 기기.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 과-전압 문턱 값 레벨은 주위 온도(ambient temperature)에 기초하여 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 전자 기기.
  43. 제 38 항에 있어서, 만약 상기 다수 개의 배터리 셀이 방전되는 과정에서 미리 결정된 감시 시간 간격동안 상기 디지털 신호 중 적어도 하나가 저-전압 문턱 값보다 더 낮은 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타내는 경우라면, 상기 안전 경계 신호는 방전 경계 신호가 되는 전자 기기.
  44. 제 43 항에 있어서, 만약 상기 다수 개의 배터리 셀이 방전되는 과정에서 상기 디지털 신호 중 하나가 상기 저-전압 문턱 값보다 더 낮은 상기 배터리 셀 중 하나의 전압 레벨을 나타내는 경우라면, 상기 방전 경계 제어 신호가 제공되는 전자 기기.
  45. 제 43 항에 있어서, 상기 저-전압 문턱 레벨은 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 전자 기기.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 저-전압 문턱 레벨은 주위 온도(ambient temperature)에 기초하여 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 전자 기기.
  47. 제 38 항에 있어서, 상기 ADC는 평균형(averaging type) ADC인 전자 기기.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 평균형 ADC는 상기 아날로그 전압 신호를 관련 디지털 신호로 변환하기 전에 샘플링 주기 동안 여러 번 각각의 상기 배터리 셀에 대하여 전압 레벨을 샘플링하는 전자 기기.
  49. 제 38 항에 있어서, 상기 ADC는 분해능(resolution)을 가지고 상기 분해능은 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 전자 기기.
  50. 제 38 항에 있어서, 상기 감시 회로는 상기 다수 개의 배터리 셀과 상기 ADC 사이에 연결된 스위치 망을 추가로 포함하고, 상기 스위치 망은 상기 프로세서에 의하여 제어되는 다수 개의 스위치를 가지며, 상기 스위치 망은 상기 다수 개의 배터리 셀 각각이 상기 스위치 망을 통하여 상기 ADC에게 직접적으로 연결될 수 있도록 하는 전자 기기.
  51. 제 38 항에 있어서, 상기 ADC는 양극 입력 단자와 음극 입력 단자를 가지고, 첫 번째 배터리 셀을 위한 첫 번째 오프셋 값은 상기 ADC의 양극 및 음극 입력 단자 모두에게 상기 배터리 셀의 하나의 단자를 연결하므로써 결정되고, 상기 프로세서는 또한 상기 첫 번째 오프셋 값을 상기 첫 번째 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 첫 번째 디지털 신호에게 적용하고 그에 의하여 첫 번째 조정된 디지털 신호를 제공하도록 형성된 전자 기기.
  52. 제 51 항에 있어서, 두 번째 배터리 셀을 위한 두 번째 오프셋 값은 상기 두 번째 배터리 셀의 하나의 단자를 상기 ADC의 양극 및 음극 입력 단자 양쪽 모두에게 연결하므로써 결정되고, 상기 프로세서는 또한 상기 두 번째 오프셋 값을 상기 두 번째 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 두 번째 디지털 신호에 적용하고 그에 의하여 두 번째 조정된 디지털 신호를 제공하도록 형성된 전자 기기.
  53. 제 38 항에 있어서, 상기 ADC는 매 샘플링 주기 동안 한번 각각의 상기 배터리 셀의 전압 레벨을 샘플링하고, 상기 샘플링 주기는 상기 프로세서에 의하여 조절가능한 전자 기기.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 샘플링 주기는 첫 번째 상태(a first condition) 동안 첫 번째 시간 간격을 가지고, 상기 샘플링 주기는 두 번째 상태 동안 두 번째 시간 간격을 가지며, 두 번째 시간 간격은 첫 번째 시간 간격보다 더 긴 시간이 되고, 상기 두 번째 상태는 상기 다수 개의 배터리 셀의 절전 모드(a sleep mode)가 되는 전자 기기.
  55. 제 43 항에 있어서, 만약 상기 다수 개의 배터리 셀이 방전이 되는 과정에서 상기 미리 결정된 감시 시간 간격 동안 상기 디지털 신호 중 적어도 하나가 첫 번째 저-전압 문턱 레벨보다 더 낮은 상기 배터리 셀 중의 하나의 전압 레벨을 나타내는 경우라면, 상기 안전 경계 신호는 첫 번째 방전 경계 신호가 되고, 상기 첫 번째 저-전압 문턱 레벨은 저 전압 문턱 레벨 보다 더 높은 전자 기기.
  56. 제 55 항에 있어서, 만약 상기 다수 개의 전원이 방전이 되는 과정에서 상기 미리 결정된 감시 시간 간격 동안 상기 디지털 신호 중 적어도 하나가 두 번째 저-전압 문턱 레벨보다 더 낮은 상기 전원 중의 하나의 전압 레벨을 나타내는 경우라 면, 상기 안전 경계 신호는 두 번째 방전 경계 신호가 되고, 상기 두 번째 저-전압 문턱 레벨은 첫 번째 저-전압 문턱 레벨 보다 더 낮고 상기 저-전압 문턱 레벨 보다 더 높은 전자 기기.
  57. 제 38 항에 있어서, 상기 감시 회로는 보호 회로를 추가로 포함하고, 상기 보호 회로는 상기 배터리 팩과 관련된 전류 레벨을 나타내는 신호를 과-전류 문턱 값과 비교하여, 만약 상기 전류 레벨이 상기 과-전류 문턱 값보다 더 큰 경우라면, 과-전류 경계 신호를 상기 프로세서에게 제공하도록 형성된 전자 기기.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 보호 회로는 상기 배터리 팩과 관련된 상기 전류 레벨을 나타내는 상기 신호를 단락 회로 전류 문턱 값과 비교하여, 만약 상기 전류 레벨이 상기 단락 회로 전류 문턱 값보다 더 높은 경우라면, 단락 회로 전류 경계 신호를 상기 프로세서에게 제공하도록 형성된 전자 기기.
  59. 제 38 항에 있어서, 상기 전자 기기는 상기 배터리 팩의 잔여 가용 수명을 나타내는 배터리 게이지 출력 신호를 제공하도록 형성된 배터리 게이지를 추가로 포함하고, 상기 배터리 게이지는 각각의 상기 배터리의 상기 전압 레벨을 나타내는 상기 디지털 신호 각각을 수신하여 상기 디지털 신호에 기초하여 상기 배터리 게이지 출력 신호를 제공하도록 형성된 전자 기기.
  60. 다수 개의 배터리 셀을 가지는 배터리 팩에 의하여 전력을 공급받을 수 있는 전자 기기에 있어서,
    상기 전자 기기는 균형 회로를 포함하고,
    상기 균형 회로는 상기 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고, 각각의 상기 아날로그 전압 신호를 각각의 상기 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및 각각의 상기 디지털 신호를 수신하고, 만약 상기 디지털 신호 중 적어도 두 개가 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 크게 되는 첫 번째 배터리 셀의 첫 번째 전압과 두 번째 배터리 셀의 두 번째 전압 사이의 전압 차이를 나타내는 경우라면, 균형 신호를 제공하도록 형성된 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 전자 기기.
  61. 제 60 항에 있어서, 상기 전자 기기는 블리딩 망 회로를 추가로 포함하고, 상기 블리딩 망 회로는 상기 균형 신호를 수신하고, 상기 균형 신호에 반응하여 상기 다수 개의 배터리 셀 중 임의의 하나에게 블리딩 전류를 제공하도록 형성된 전자 기기.
  62. 제 61 항에 있어서, 만약 상기 두 번째 배터리 셀의 상기 두 번째 전압 레벨이 상기 첫 번째 배터리 셀의 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높은 경우라면, 상기 블리딩 망 회로는 첫 번째 블리딩 전류를 상기 두 번째 배터리 셀에게 제공하고, 상기 블리딩 망 회로는 첫 번째 시간 간격 동안 상기 첫 번째 블리딩 전류를 적용시켜 상기 두 번째 전압 레벨을 실질적으로 상기 첫 번째 전압 레벨과 동일하도록 감소시키는 전자 기기.
  63. 제 62 항에 있어서, 세 번째 배터리 셀은 세 번째 전압 레벨은 가지고, 상기 세 번째 전압 레벨은 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높고, 상기 세 번째 전압 레벨은 상기 두 번째 전압 레벨 보다 더 높으며, 상기 블리딩 망 회로는 두 번째 시간 간격 동안 상기 첫 번째 블리딩 전류를 상기 세 번째 배터리 셀에게 적용시켜 상기 세 번째 전압 레벨을 실질적으로 상기 첫 번째 전압 레벨과 동일하도록 감소시키고, 상기 첫 번째 시간 간격 및 상기 두 번째 시간 간격은 적어도 일정 부분이 겹쳐지는 전자 기기.
  64. 제 63 항에 있어서, 상기 첫 번째 시간 간격은 첫 번째 시작 시간을 가지고 상기 두 번째 시간 간격은 두 번째 시작 시간을 가지며, 상기 첫 번째 시작 시간은 상기 두 번째 시작 시간과 실질적으로 동일하고, 상기 두 번째 시간 간격은 상기 첫 번째 시간 간격 보다 더 긴 전자 기기.
  65. 제 61 항에 있어서, 상기 블리딩 망 회로에 의하여 제공된 상기 블리딩 전류는 상기 프로세서로부터의 상기 균형 신호에 반응하여 조절가능한 전자 기기.
  66. 제 65 항에 있어서, 세 번째 배터리 셀은 세 번째 전압 레벨을 가지고, 상기 두 번째 전압 레벨은 첫 번째 차이 레벨만큼 상기 첫 번째 전압 레벨 보다 더 높고, 상기 세 번째 전압 레벨은 두 번째 차이 레벨만큼 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높으며, 상기 두 번째 차이 레벨은 상기 첫 번째 차이 레벨보다 더 높고, 상기 블리딩 망 회로는 첫 번째 블리딩 전류를 상기 두 번째 배터리 셀에게 제공하고 두 번째 블리딩 전류를 상기 세 번째 배터리 셀에게 제공하며, 상기 두 번째 블리딩 전류는 상기 첫 번째 블리딩 전류보다 더 큰 전자 기기.
  67. 제 65 항에 있어서, 상기 블리딩 망 회로는 각각의 상기 다수 개의 배터리 셀과 관련된 다수 개의 블리딩 회로를 포함하고, 상기 다수 개의 블리딩 회로 중의 적어도 하나는 첫 번째 저항 요소를 가지는 첫 번째 스위치 및 두 번째 저항 요소를 가지는 두 번째 스위치를 포함하고, 상기 첫 번째 저항 요소는 상기 첫 번째 스위치의 하나의 단자에 연결되고 첫 번째 저항 값을 가지며, 상기 두 번째 저항 요소는 두 번째 스위치의 하나의 단자에 연결되고 두 번째 저항 값을 가지며, 상기 두 번째 저항 값은 상기 첫 번째 저항 값보다 더 작은 전자 기기.
  68. 제 67 항에 있어서, 만약 상기 첫 번째 스위치가 ON 상태이고 그리고 상기 두 번째 스위치가 OFF 상태인 경우라면, 첫 번째 블리딩 전류는 관련 배터리 셀에게 적용되고, 만약 상기 첫 번째 스위치가 OFF 상태이고 상기 두 번째 스위치가 ON 상태인 경우라면, 두 번째 블리딩 전류가 상기 관련 배터리 셀에게 적용되며, 상기 두 번째 블리딩 전류는 상기 첫 번째 블리딩 전류보다 더 큰 전자 기기.
  69. 제 60 항에 있어서, 상기 전자 기기는 전하 수송 회로를 추가로 포함하고, 상기 전하 수송 회로는 상기 균형 신호에 반응하여 상기 다수 개의 배터리 셀 사이에서 전하를 수송하도록 형성된 전자 기기.
  70. 제 69 항에 있어서, 만약 상기 두 번째 전압 레벨이 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높은 경우라면, 상기 전하 수송 회로는 상기 두 번째 배터리 셀로부터 상기 첫 번째 배터리 셀로 전하를 수송하도록 형성된 전자 기기.
  71. 제 69 항에 있어서, 상기 전하 수송 회로는 에너지 저장 요소를 포함하는 전자 기기.
  72. 제 71 항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소는 커패시터를 포함하는 전자 기기.
  73. 제 71 항에 있어서, 상기 균형 회로는 상기 다수 개의 배터리 셀과 상기 ADC 사이에 연결된 스위치 망을 추가로 포함하고, 상기 프로세서는 상기 두 번째 배터리 셀로부터 상기 에너지 저장 요소로 전하를 운반하기 위하여 상기 두 번째 배터리 셀을 상기 에너지 저장 요소에 연결하는 상기 스위치 망을 제어하고, 상기 프로 세서는 상기 전하를 상기 에너지 저장 요소로부터 상기 첫 번째 배터리 셀로 운반하기 위하여 상기 첫 번째 배터리 셀을 상기 에너지 저장 요소에 연결하는 스위치 망을 제어하는 전자 기기.
  74. 제 72 항에 있어서, 세 번째 배터리 셀은 세 번째 전압 레벨을 가지고, 상기 세 번째 전압 레벨은 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높고, 상기 전하 수송 회로는 상기 세 번째 배터리 셀 및 상기 두 번째 배터리 셀로부터 상기 첫 번째 배터리 셀로 전하를 수송하도록 형성된 전자 기기.
  75. 제 60 항에 있어서, 상기 균형 신호는 상기 배터리 셀이 방전 모드에 있는 경우에 제공되는 전자 기기.
  76. 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀의 각각으로부터 아날로그 전압 신호를 수신하고, 각각의 상기 아날로그 전압 신호를 각각의 상기 배터리 셀의 전압 레벨을 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 형성된 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및
    각각의 상기 디지털 신호를 수신하고 만약 첫 번째 배터리 셀의 첫 번째 전압 레벨과 두 번째 배터리 셀의 두 번째 전압 레벨 사이의 차이가 첫 번째 모드 동안 존재하는 경우라면, 상기 전압 차이가 배터리 셀 균형 문턱 값을 초과하기 전에, 두 번째 모드 동안 예비 균형 신호(pre-balance signal)를 제공하도록 형성된 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 균형 회로.
  77. 제 76 항에 있어서, 상기 첫 번째 모드는 상기 배터리 팩의 첫 번째 방전 모드가 되고 상기 두 번째 모드는 상기 배터리 팩의 두 번째 방전 모드가 되는 균형 회로.
  78. 제 76 항에 있어서, 상기 첫 번째 모드는 상기 배터리 팩의 첫 번째 충전 모드가 되고 상기 두 번째 모드는 상기 배터리 팩의 두 번째 충전 모드가 되는 균형 회로.
  79. 제 76 항에 있어서, 상기 예비 균형 신호(pre-balance signal)는 전하 수송 회로에게 제공되고, 상기 전하 수송 회로는 상기 예비 균형 신호에 반응하여 상기 다수 개의 배터리 셀 사이에 전하를 수송하도록 형성된 균형 회로.
  80. 제 79 항에 있어서, 만약 상기 첫 번째 모드 동안 상기 두 번째 전압 레벨이 상기 첫 번째 전압 레벨보다 더 높은 경우라면, 전하 수송 회로는 상기 두 번째 배터리 셀로부터 상기 첫 번째 배터리 셀로 전하를 수송하도록 형성된 균형 회로.
  81. 제 79 항에 있어서, 상기 전하 수송 회로는 에너지 저장 요소를 포함하는 균형 회로.
  82. 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀을 위하여 전압 레벨의 균형을 만드는 방법에 있어서,
    첫 번째 셀로부터의 첫 번째 아날로그 전압 신호를 상기 첫 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 첫 번째 디지털 신호로 변환하는 단계;
    두 번째 셀로부터의 두 번째 아날로그 전압 신호를 상기 두 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 두 번째 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 첫 번째 전압 레벨과 상기 두 번째 전압 레벨 사이의 차이를 결정하는 단계;
    상기 차이를 배터리 셀 균형 문턱 값과 비교하는 단계; 및
    만약 상기 차이가 상기 배터리 셀 균형 문턱 값보다 더 크다면, 균형 신호를 제공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 전압 레벨의 균형을 만드는 방법.
  83. 배터리 팩의 다수 개의 배터리 셀을 위하여 전압 레벨을 예비적으로 균형을 만드는(pre-balancing) 방법에 있어서,
    첫 번째 셀로부터의 첫 번째 아날로그 전압 신호를 상기 첫 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 첫 번째 디지털 신호로 변환하는 단계;
    두 번째 셀로부터의 두 번째 아날로그 전압 신호를 상기 두 번째 아날로그 전압 신호를 나타내는 두 번째 디지털 신호로 변환하는 단계;
    첫 번째 주기 동안 상기 첫 번째 전압 레벨과 상기 두 번째 전압 레벨 사이의 차이를 결정하는 단계;
    상기 차이를 배터리 셀 균형 문턱 값과 비교하는 단계; 및
    만약 첫 번째 주기 동안 상기 첫 번째 전압 레벨과 상기 두 번째 전압 레벨 사이의 차이가 상기 배터리 셀 균형 문턱 값을 초과하는 경우라면, 상기 차이가 상기 배터리 균형 문턱 값을 초과하기 전에, 두 번째 주기 동안 예비 균형 신호를 제공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 예비적으로 균형을 만드는 방법.
  84. 제 83 항에 있어서, 상기 첫 번째 주기는 상기 배터리 팩의 첫 번째 방전 모드가 되고, 상기 두 번째 주기는 상기 배터리 팩의 두 번째 방전 모드가 되는, 예비적으로 균형을 만드는 방법.
  85. 제 83 항에 있어서, 상기 첫 번째 주기는 상기 배터리 팩의 첫 번째 충전 모드가 되고, 상기 두 번째 주기는 상기 배터리 팩의 두 번째 충전 주기가 되는, 예비적으로 균형을 만드는 방법.
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