KR100651704B1

KR100651704B1 - 배터리 상태 감시회로와 배터리 장치

Info

Publication number: KR100651704B1
Application number: KR1020000017972A
Authority: KR
Inventors: 사쿠라이아츠시
Original assignee: 세이코 인스트루 가부시키가이샤
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2006-11-30
Also published as: JP3383607B2; US6340889B1; HK1032152A1; JP2000295776A; TW465160B; CN1270431A; CN1153326C; KR20000071579A

Abstract

본 발명은 분압전지전압 모니터회로를 구비한 배터리 상태 감시회로와, 이를 사용한 배터리 장치를 제공한다. 분압전지전압 모니터회로는 복수전지합계전압의 분압전압치를 출력할 수 있도록 구성된다. 그 결과, 전환스위치회로용 스위치의 수는 감소하고, 고내압의 차동증폭회로는 불필요하게 된다. 그러므로, 간단한 회로로 2차 전지의 전지전압을 모니터 하는 것이 가능해 진다.

Description

배터리 상태 감시회로와 배터리 장치{BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT AND BATTERY APPARATUS}

도 1은 본 발명에 따른 배터리 상태 감시회로와 이를 사용한 배터리 장치의 실시예의 형태를 회로도에서 부분적으로 도시한 블록도.

도 2는 종래의 배터리 상태 감시회로와 이를 사용한 배터리 장치의 형태를 회로도에서 부분적으로 도시한 블록도.

도 3은 본 발명의 배터리 상태 감시회로와 이를 사용한 배터리 장치용 분압전지전압 모니터 회로의 실시예의 형태를 도시한 회로도.

도 4는 본 발명의 배터리 상태 감시회로와 이를 사용한 배터리 장치용 분압전지전압 모니터회로의 다른 실시예의 형태를 도시한 회로도.

도 5는 본 발명의 배터리 상태 감시회로와 이를 사용한 배터리 장치용 분압전지전압 모니터회로의 또 다른 실시예의 형태를 도시한 회로도.

도 6은 종래의 배터리 상태 감시회로와 이를 사용한 배터리 장치용 전지전압 모니터회로의 형태를 도시한 회로도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예의 구조를 보여주는 도식도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 1A : 조절기 2, 2A : 전압검출회로

3, 3A : 전류 모니터회로 4 : 분압전지전압 모니터회로

4A : 전지전압 모니터회로 5 : 제어회로

6, 6A : 마이크로컴퓨터

7, 8, 9, 10, 7A, 8A, 9A, 10A : 2차 전지

11, 11A : 센스저항

12, 13, 12A, 13A : 스위치소자

14, 14A : 배터리 상태 감시회로

15, 15A : + 단자 16, 16A : 통신단자

17, 17A : - 단자 18, 18A : 조절기

19, 19A : PC 마이크로프로세스 20, 20A : 부하

21, 21A : 충전기 22, 22A : 배터리 장치

33, 33A : 스위치회로 3301~3309 : 분할저항

3311~3314 : 스위치 34 : 전압종동회로

34A : 전지전압 모니터회로 E1, E1A : 충전기전압

E2, E2A : 합계전지전압 E3 : E1과 E2 중 높은 쪽의 전압

E4, E4A : 조절기의 출력전압

G1, G1A : 2차 전지(10)의 - 극전압

G2, G2A : 충전기의 - 극전압

A3, A3A : 전류 모니터회로의 출력전압

A4, A4A : 전지전압 모니터회로의 출력전압

B1, B1A : 조절기의 제어신호

B3, B3A : 전류 모니터회로의 제어신호

B4, B4A : 전지전압 모니터회로의 제어신호

RS : 전압검출기의 출력전압

AN : 2차 전지의 아날로그신호

TK : 타이밍로크신호

DA : 직렬데이터신호

H : 아날로그신호의 선택신호

F1 : 스위치소자(12)의 제어신호

F2 : 스위치소자(13)의 제어신호

99 : 노트북

본 발명은 리듐이온 2차 전지와 같은 2차 전지의 잔량을 계산할 수 있는 배터리 장치와 배터리 상태 감시회로에 관한 것이다.

종래의 배터리 상태 감시회로로서, 그 회로도가 도 2에 도시된 장치가 공지되어 있다. 예를 들어, 이러한 구조는 "배터리팩, 충전기, 충전 시스템과 충전 방법"이란 제목으로 일 특개평 09-312172호에 개시되어 있다. 이 관보는 스마트 배터리 시스템으로 불리는 배터리 장치에 관한 것이다.

스마트 배터리 시스템용 각 리듐이온 2차 전지는 Ni-Cd 배터리에서처럼 자기보호작용을 하지 않으므로 과충전보호 회로가 필요하다. 이런 이유로 전지전압을 검출하기 위한 전지전압 모니터회로(4A)와 외부 전기 충전을 정지시키기 위한 스위치소자(12A)가 둘 다 설치된다.

배터리 장치(22A)는 전류 모니터회로(3A)와 전지전압 모니터회로(4A)로부터 출력된 각각의 신호(A3A, A4A)를 정보처리 수단인 마이크로컴퓨터(6A)에서 받아 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A) 각각의 전지전압, 충전전류, 방전전류를 감시한다. 그 다음, 이 정보(전지전압, 충전전류, 방전전류)를 이용해 마이크로컴퓨터(6A)는 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 잔량을 계산하고, 또한 전류 제한수단인 스위치소자(12A, 13A)의 ON/OFF를 제어하여 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 충전 및 방전을 제어한다.

이러한 방식으로 구성된 배터리 장치(22A)는 마이크로컴퓨터(6A)에 의해 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 잔량 표시와 충전 정지를 수행한다. 마이크로컴퓨터(6A)로 전류 모니터회로(3A)와 전지전압 모니터회로(4A)의 각 출력전압(A3A, A4A)이 입력되고, 이 입력된 전압(A3A, A4A)을 토대로 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 충전전류와 방전전류 및 전지전압을 차례로 계산하여, 2차 전지의 잔량을 산출한다. 또한, 마이크로컴퓨터(6A)는 2차 전지의 상태(일반적으로, 과충전, 과방전 및 과전류)를 토대로 스위치소자(12A, 13A)의 ON/OFF 제어를 수행하기 때문에, 마이크로컴퓨터(6A)는 배터리 장치(22A)내에서 보호기능(과충전 보호, 과방전 보호 및 과전류 보호)의 안전성이 향상된다.

전지전압 모니터회로(4A)는 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A) 각각의 전압을 마이크로컴퓨터(6A)에서 판독할 수 있는 전압으로 변환해 출력한다. 예를 들면, 도 6에 종래의 전지전압 모니터회로(4A)의 구성 예가 도시되어 있다. 전지전압 모니터회로(4A)는 전환 스위치회로(33A)와 전지전압 모니터앰프회로(34A) 등을 포함한 회로이다. 전환 스위치회로(33A)는 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A) 중 관련된 전지전압을 하나씩 선택하고, 전지전압 모니터앰프(34A)는 이와 같이 선택된 전지전압을 마이크로컴퓨터(6A)가 판독하기 쉬운 전압으로 변환하여 하나의 신호선에 전압(A4A)으로서 출력한다. 이와 같이, 마이크로컴퓨터(6A)에 의해 제어되는 제어신호(B4A)를 토대로 선택될 2차 전지가 결정되어, 2차 전지의 전압이 하나의 신호선에 순차적으로 출력된다. 도 6에서 이러한 접속에서 제어신호(B4A)가 단지 하나의 선으로 도시되었지만, 이것은 또한 복수 신호의 집합으로 생각할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 전환 스위치회로(33A) 내부의 스위치도는 도식적 표현이므로, 전지전압을 차례로 출력할 수 있는 한 어떠한 스위치 구성도 가능하다.

그러나, 도 6에 도시된 것처럼 종래의 전지전압 모니터회로(4A)에서, 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 각 출력선에서의 전지전압은 마이크로컴퓨터(6A)에서 순차적으로 출력되므로, 다음의 성능이 요구된다.

우선, 전환 스위치회로(33A)에는 다수의 스위치가 필요하고, 그러므로 이 스위치들을 제어하는데 기반이 되는 다수의 신호패턴이 필요하다. 두 번째로, 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)가 직렬로 접속될 때, 전지전압 모니터 앰프(34A)는, 각 전압치를 출력하기 때문에, 차동 앰프여야 하며, 최소한 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 합계전압과 같거나 더 높은 내압이 필요하고, 또한 입력전압 레벨에 응답하여 발생된 오프셋 전압을 출력하거나 상쇄시킬 수 있어야 한다.

위에 설명한 대로, 종래의 전지전압 모니터회로는 많은 성능을 필요로 하기 때문에, 회로의 구성이 복잡해지고, 또한 고내압 프로세스가 필요하기 때문에, 회로 면적이 증대되므로, 회로의 제조비용이 높아진다는 문제가 발생한다.

앞서 말한 것으로 미루어 보아, 본 발명은 종래의 기술과 관련된 앞서 말한 문제를 해결하기 위해 수행되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 전지전압 모니터회로를 구성하고, 또한 간단한 방법으로 전지전압을 모니터 하여, 배터리 상태감시회로와 배터리팩을 저렴한 비용으로 제공하는 것이다.

앞서 언급한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 관점에 따르면, 종래의 전지전압 모니터회로를 대신하여, 직렬로 접속된 복수의 2차 전지에 대해서 각각 병렬로 설치된 복수의 저항과, 복수의 2차 전지와 복수의 저항과의 사이에 각각 설치된 복수의 스위치를 구비하고, 상기 스위치의 온오프를 제어함으로써, 직렬로 접속된 복수의 2차 전지의 합계전압과 각 접속점의 전압을 분압하여 그 전압을 출력할 수 있는, 분압전지전압 모니터회로(divided battery voltage monitor circuit)가 제공된다. 분압전지전압 모니터회로는 간단한 회로구성으로 실현되어, 소형화 된다. 또한, 배터리 상태감시회로의 한 구성요소로서, 마이크로컴퓨터를 사용하여 분압전지전압의 조합을 기초로 각 전지전압을 계산하는 전지전압 모니터 방법이 채택된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 아래에 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 상태감시회로와 이를 사용한 배터리 장치의 실시예의 형태를 보여주는 회로도의 부분적인 블록도이다. 본 발명의 실시예는 도 1을 참조해 아래에 상세히 설명될 것이다.

배터리 장치란 직렬이나 병렬로 접속된 복수의 2차 전지(예를 들면, 리듐이온 2차 전지)에 배터리 상태감시회로와 충/방전전류를 제어하는 스위치소자에 제공된 것이다. 도 1에 도시된 예에서, 4개의 2차 전지(7, 8, 9, 10)는 직렬로 접속되고, 2차 전지(10)의 음극은 센스저항(11)에 접속된다. 또한, 센스저항(11)은 배터리 장치(22)의 네가티브 단자(17)에 접속된다. 그리고, 2차 전지(7)의 양극은 FET(Field Effect Transistor) 등으로 구성된 스위치소자(13)에 접속된다.

스위치소자(12)와 스위치소자(13)는 서로 직렬로 접속되고, 또한 스위치소자(12)는 배터리 장치(22)의 포지티브 단자(15)에 직렬로 접속된다. 스위치소자(12, 13) 둘 다 충전기(21)에서의 전하의 충전과 2차 전지(7, 8, 9, 10) 각각에서의 전하의 방전을 제어하는데 사용된다. 2차 전지(7, 8, 9, 10)에서의 전하의 충전을 금지시키려고 할 때, 스위치소자(12)가 OFF된다. 반면, 2차 전지(7, 8, 9, 10)로부터의 방전을 금지시키려고 할 때, 스위치소자(13)가 OFF된다. 또한, 스위치소자(12, 13)는 둘 다 2차 전지(10)의 음극과 센스저항(11) 사이에 접속될 수 있다. 이 때에, 스위치소자(예를 들어, FET)의 종류(N-channel, P-channel)는 회로구성에 맞추어 적절히 변경될 필요가 있다. 마찬가지로, 센스저항(11)은 또한 배터리 장치(22)의 포지티브 단자(15)측에 접속될 수 있다.

배터리 상태감시회로(14)는 조절기(1), 전압검출회로(2), 전류 모니터회로(3), 분압전지전압 모니터회로(4), 제어회로(5), 마이크로컴퓨터(6) 등 으로 구성된다.

조절기(1)는 입력전압(E3)이 변동하더라도, 출력전압(E4)이 항상 일정해지는 (예를 들어, 3.3V나 5V) 방식으로 작동한다. 또한, 제어신호(B1)를 기초로 조절기(1)의 출력 ON/OFF가 제어될 수 있다.

전압검출회로(2)는 조절기(1)의 출력에 접속된다. 도 1의 4각 점선으로 둘러싸인 전압검출회로(2)는, 예를 들어, 비교기와 기준전압을 포함하고, 거기에 입력된 전압이 설정전압에 도달할 때, 출력전압이 변화한다. 도 1에서, 조절기(1)의 출력전압(E4)이 설정전압(리셋검출전압) 이하이면, 전압검출회로(2)의 출력(RS)이 High에서 Low로 변화한다. 이러한 출력변화가 발생하면, 마이크로컴퓨터(6)의 동작이 정지되어, 오동작을 미연에 방지할 수 있다. 일반적으로, 이러한 제어방법을 "리셋"이라 부른다. 마이크로컴퓨터의 리셋검출전압은 마이크로컴퓨터가 오동작(폭주)하지 않는 최저동작전압이 되고, 일반적으로, 5V 입력을 갖는 마이크로컴퓨터의 경우, 리셋검출전압은 약 4.6V 정도가 된다.

전류 모니터회로(3)는 자신을 통해 흐르는 충방전전류 때문에 센스저항(11) 양단에 발생하는 전압을 마이크로컴퓨터(6)가 취할 수 있는 전압으로 증폭시켜 이와 같이 증폭된 전압을 제어회로(5)로 보낸다. 일반적으로, 센스저항(11)의 저항치가 수십mΩ으로 작기 때문에, 전류 모니터회로(3)는 센스저항(11) 양단에 발생한 전압을 수십 내지 수백배로 증폭시켜 이와 같이 증폭된 전압을 제어회로(5)에 공급한다.

제어회로(5)는 "전원전압 절환 기능", 마이크로컴퓨터와의 통신기능과 각 회로블록의 제어 기능", "아날로그 신호의 절환 기능", 그리고 "데이터 리셋 기능"을 갖고 있다. 제어회로(5)의 "전원전압 절환 기능"은, 충전기의 전압(E1)과 2차 전지의 합계전지전압(E2)을 서로 비교하여, 그들 중 높은 전압을 번갈아 가며 조절기(1)의 전원전압이 되는, E3으로 출력하는 기능이다. 제어회로(5)의 "마이크로컴퓨터의 통신기능과 각 회로블록의 제어 기능"은 마이크로컴퓨터(6)로부터 출력된 직렬 데이터 신호(DA)를 각 회로블록의 제어신호(B1, B3, B4, F1, F2)로 변환하는 기능이다. 또한, 제어회로의 "아날로그 신호의 절환 기능"은 도 1에 도시된 전류 모니터회로(3)의 출력신호(A3)와 복수 전지전압 모니터회로의 출력신호(A4)를 연속적으로 선택하고 처리해, 이와 같이 선택되고 처리된 출력신호를 아날로그 신호(AN)의 형태로 마이크로컴퓨터(6)로 전달하는 기능이다.

아날로그 신호(AN)의 출력은 마이크로컴퓨터로부터의 신호(TK, DA)를 기초로 충전전류나 방전전류, 혹은 전지전압 중 하나를 선택한다. 제어회로(5)의 "데이터 리셋 기능"은 제어기(1)의 출력전압(E4)이 마이크로컴퓨터(6)의 리셋검출전압보다 더 낮아질 때 변화되는 신호(RS)를 기초로 하여, 충전 및 방전을 제어하는 스위치소자(12, 13)를 OFF하여, 충전 및 방전을 금지시키는 기능이다.

마이크로컴퓨터(6)는 2차 전지(7, 8, 9, 10)의 전지전압과 충전전류 및 방전전류를 감시하는 기능과 이 정보를 기초로 2차 전지(7, 8, 9, 10)의 잔량을 계산하는 기능을 갖고 있는 컴퓨터이다. 마이크로컴퓨터(6)는 A/D 변환과 연산기능, 통신기능 등을 갖고 있고, 제어회로(5)로 명령신호(TK, DA)를 전송하여, 전류 모니터회로(3)와 복수 전지전압 모니터회로(4)로부터의 아날로그 신호(A3, A4)를 제어회로(5)의 아날로그 신호(AN)의 형태로 순차적으로 선택, 출력한다. 그 다음, 아날로그 신호(AN)을 마이크로컴퓨터(6)에서 A/D 변환된 후, 충전전류와 방전전류를 적산하여, 각 전지전압을 고려하여 2차 전지의 잔량을 계산한다.

또한, 마이크로컴퓨터는 2차 전지(7, 8, 9, 10)의 각 전지전압과 방전전류를 감시하여, 각 2차 전지의 전압과 방전전류에 따라서 스위치소자(12, 13)의 ON/OFF를 제어하고, 그것에 의해 배터리 장치(22)를 보호한다.

마이크로컴퓨터(6)는 배터리 장치(22)에서 자기보호기능(과충전 보호, 과방전 보호, 과전류 보호)을 하기 때문에 안전성이 향상되지만, 만일 마이크로컴퓨터(6)의 작동이 정지하거나 마이크로컴퓨터(6)가 고장이 나 보호기능이 동작하지 않게 되면, 만일의 경우 배터리 장치(22)가 폭발할 가능성이 있다. 그러나, 마이크로컴퓨터(6)의 동작이 정지하거나 마이크로컴퓨터(6)가 고장나더라도 배터리 장치(22)가 안전하도록 하기 위해, 마이크로컴퓨터(6)가 정지할 정도로 전원전압이 낮아지거나 마이크로컴퓨터의 전원전압이 저전압으로부터 상승할 때(예를 들어, 전원전압이 리셋검출전압보다 낮아진 상태로부터 일시에 복귀할 때, 마이크로컴퓨터(6)의 전원전압이 0V로부터 상승할 때 등), 전압검출회로(2)는 스위치소자(12, 13)가 OFF 되도록 스위치소자(12, 13)를 리셋시키고, 이 상태 하에서 충전기(21)를 접속하여 마이크로컴퓨터(6)의 전원전압(E4)이 마이크로컴퓨터(6)가 정상적으로 작동되는 전압 이상으로 높아지면, 마이크로컴퓨터(6)로부터 제어회로(5)로 명령신호가 보내져 스위치소자(12, 13)가 각각 ON 된다.

이런 방식에서, 마이크로컴퓨터(6)가 스위치소자(12, 13)를 ON 시키는 명령 신호를 보내지 않는다면 스위치소자(12, 13)는 OFF 상태가 유지되므로, 예를 들면, 마이크로컴퓨터(6)의 작동이 정지하거나 마이크로컴퓨터(6)에 고장이 발생해 제어될 수 없다면, 마이크로컴퓨터가 스위치소자(12, 13)를 ON 시키는 명령신호를 보내지 않는 한 충전 및 방전이 수행될 수 없다. 그러므로, 마이크로컴퓨터(6)의 작동이 정지하거나 고장이 발생할 때, 배터리 장치의 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 마이크로컴퓨터(6)가 리셋 상태로부터 복귀할 때, 스위치소자(12, 13)가 먼저 OFF 된 다음 마이크로컴퓨터(6)가 완전하게 안정적으로 동작하기 때문에, 스위치소자(12, 13)는 둘 다 ON 되고, 계측할 수 없는 충전전류와 방전전류가 사라지므로, 2차 전지의 잔량계산의 정확도가 향상된다.

마이크로컴퓨터(6)는 임의의 복수전지를 선택하는데 쓰이는 신호(B4)를 제어회로(5)를 통해 분압전지전압 모니터회로로 송신한다. 신호(B4)에 응해 전송되어, 분압전지전압 모니터회로(4)는 선택된 임의의 복수 전지의 합계전압치를 소정의 전압치로 저항을 분할하여 모니터하고, 간접적인 전지전압(A4) 형태로 제어회로(5)를 통해 마이크로컴퓨터(6)로 송신한다. 그러면, 마이크로컴퓨터(6)는 간접적인 전지전압(A4)의 조합을 기초로, 각 전지전압을 계산한다.

도 3은 본 발명에 따른 배터리 상태감시회로와 이를 사용한 배터리 장치에 사용되는 분압전지전압 모니터회로의 실시예의 형태를 보여주는 회로도이다.

도 3의 분압전지전압 모니터회로(4)는 직렬로 접속된 분할저항(3301, 3302, 3303, 3304)을 가진 스위치회로(33)로 구성된다. 그 다음, 스위치(3311, 3312, 3313, 3314)는 상기 분할저항과 2차 전지(7, 8, 9, 10)가 1대 1로 대응되는 방식으로 접속된다.

예를 들면, 2차 전지(7, 8, 9, 10)의 전압치를 각각 V1, V2, V3, V4로, 분할저항(3301, 3302, 3303, 3304)의 저항치를 각각 R1, R2, R3, R4로 가정할 때, 예를 들어, 스위치(3314)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (1)식으로 표현된다.

VA4(3314) = V4 ‥‥ (1)

그 다음, 스위치(3313)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (2)식으로 표현된다.

VA4(3313) = R4 (V3 + V4)/(R3 + R4) ‥‥ (2)

또한, 스위치(3312)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (3)식으로 표현된다.

VA4(3312) = R4 (V2 + V3 + V4)/(R2 +R3 + R4) ‥‥ (3)

또한, 스위치(3311)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (4)식으로 표현된다.

VA4(3311) = R4 (V1 + V2 + V3 + V4)/(R1 + R2 +R3 + R4) ‥‥ (4)

이 때, R1에서 R4의 저항비는 자유롭게 설정되므로, (1)식을 (2)식에 대입함으로써, V3의 전압치가 산출될 수 있다. 마찬가지로, (2)식을 (3)식에 대입하고 (3)식을 (4)식에 대입함으로써, V2와 V3의 전압치가 각각 산출될 수 있다.

위에 언급된 2차 전지전압(V1~V4)의 산출은 배터리 상태감시회로에 원래부터 조직된 마이크로컴퓨터(6)로 간단히 수행될 수 있다. 즉, 본 발명에서 전지전압의 간접 정보가 출력되더라도, 단지 마이크로컴퓨터(6)의 계산처리방법을 변경함으로 써, 새로운 회로나 부속부품을 전혀 추가할 필요없이 종래의 기술과 유사한 방법으로 전지전압을 알아내는 것이 가능하다.

게다가, 도 6에 도시된 종래의 전지전압 모니터회로(4A)를 도 3에 도시된 본 발명의 분압전지전압 모니터회로(4)와 비교하면, 본 발명의 분압전지전압 모니터회로(4)의 회로구성이 훨씬 간소화된다는 것을 알 수 있다.

먼저, 본 발명의 스위치회로(33)와 종래의 스위치회로(33A)를 비교하면, 회로구성이 간소화되고 또한 스위치의 수가 감소한다는 것을 알 수 있다. 이는 또한 제어 신호와 스위치를 제어하기 위한 신호 패턴의 간소화에 기여한다.

또한, 종래의 전지전압 모니터앰프(34A)가 각 전압치를 출력하는 이유로 차동앰프이어야 하고, 최소한 2차 전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 합계전압 이상의 내압이 필요하며, 입력전압레벨에 응하여 발생하는 오프셋전압을 출력하거나 상쇄할 수 있는 성능을 갖출 필요가 있는데 반해, 본 발명의 전지전압 모니터앰프(34A) 자체에는 불필요해진다. 그 결과, 복잡한 회로와 고내압 프로세스가 둘 다 불필요해지므로, 제조 비용이 줄어든다.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 상태감시회로와 이를 사용한 배터리 장치에 사용되는 분압전지전압 모니터회로의 또 다른 실시예의 형태를 보여주는 회로도이다.

도 4에서, 분압전지전압 모니터회로의 구성은 도 3의 구성에 추가된 전압종동회로를 갖고 있다. 이 구성은 신호(A4)에 대한 출력 임피턴스를 감소시키고자 하는 경우 효과적이다. 또 다른 효과는 도 3에 도시된 회로에서와 비슷하다. 전압종동회로(34)의 구성은 간단하며, 스위치회로(33)의 분할저항비가 적절히 설정된다면 저내압 프로세스를 기초로 구성될 수 있기 때문에, 종래의 전지전압 모니터회로(34A)에 비해 회로면적이 축소될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 배터리 상태감시회로와 이를 사용한 배터리 장치에 사용되는 분압전지전압 모니터회로의 또 다른 실시예의 형태를 보여주는 회로도이다.

도 5에서, 도 4의 스위치회로(33)에서 분할저항(3301, 3302, 3303, 3304)을 사용하는 대신, 동일한 저항치를 갖는 분할저항(3309)이 사용된다. 그 결과, 전지전압의 산출 방법이 간략화 된다.

예를 들어, 스위치(3314)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (5)식으로 표현된다.

VA4(3314) = V4 ‥‥ (5)

그 다음, 스위치(3313)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (6)식으로 표현된다.

VA4(3313) = R4 (V3 + V4)/(R3 + R4) = (V3 + V4)/2 ‥‥ (6)

또한, 스위치(3312)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (7)식으로 표현된다.

VA4(3312) = R4 (V2 + V3 + V4)/(R2 +R3 + R4)

= (V2 + V3 + V4)/3 ‥‥ (7)

또한, 스위치(3311)만이 ON 되어 있을 때, A4 출력전압(VA4)은 (8)식으로 표현된다.

VA4(3311) = R4 (V1 + V2 + V3 + V4)/(R1 + R2 +R3 + R4)

= (V1 + V2 + V3 + V4)/4 ‥‥ (8)

위 (8)식으로부터, 도 5의 분압전지전압 모니터회로(4)는 전지전압의 평균치를 출력하는 것으로 간주된다. 바꾸어 말하면, 분압전지전압 모니터회로(4)는 평균 전지전압 모니터회로이다. 이 때, 전압종동회로(voltage follower circuit; 34)는 대략 하나의 2차 전지에 상당하는 내압을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 하나의 2차 전지의 전압이 최대 4.5V일 때, 종래의 전지전압 모니터앰프(34A)에 대해 18V의 내압 프로세스가 필요한데 반해, 본 발명의 전압종동회로(34)에 대해서는 단지 4.5V 내압의 프로세스가 필요하다. 그 결과, 본 발명에서, 회로는 작게 구성될 수 있다.

위에 설명된 것처럼 분압전지전압 모니터회로(4)를 사용한 본 발명에서, 회로구성이 훨씬 간소화되고 소형화되므로, 제조 비용이 감소될 수 있고 또한 배터리 상태감시회로와 배터리팩도 낮은 값으로 제공될 수 있다.

한편, 배터리 성능과 제어회로 성능이 모두 향상되어 전지전압에서의 분산이 작아지고, 따라서 각 전지전압을 알 필요가 없어질 때에도, 본 발명은 쉽게 적용될 수 있다. 예를 들어, 평균전지전압으로만 간단히 제어되는 것으로 충분히 적용된다면, 단지 본 발명의 (8)식을 사용하는 방식으로 마이크로컴퓨터(6)의 계산처리방법을 변경할 수 있다.

본 발명은, 마이크로컴퓨터(6)가 다른 회로블록과 통합되어(1칩화) 다른 회로불록과 식별하는 것이 곤란해지더라도, 2차 전지의 전지전압과 충전전류 및 방전전류를 감시하는 기능과 마이크로컴퓨터에서의 정보를 기초로 2차 전지의 잔량을 계산하는 기능으로 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다. 도 7에서, 배터리 장치(22)가 전자기기인 노트북 PC의 전원으로 구성된다. 배터리 장치(22)는 배터리 상태감시회로(14)를 포함한다.

현재 많은 노트북 PC에 탑재된 리듐이온 2차 전지에 대해서, 리듐의 높은 반응성 때문에 화재와 폭발과 같은 위험성이 지적되고 있다. 즉, 노트북 PC의 안전성은 배터리 장치의 안전성에 크게 의존한다. 따라서, 노트북 PC의 안전성을 향상시키고자 한다면, 배터리 상태감시회로와 배터리 장치의 안전성 모두를 향상시키는 것이 필수적이다. 한편, 근년의 비용절하 경쟁의 격화와 함께 배터리 장치를 낮은 비용으로 안전하게 제공하는 것이 강구되고 있다. 이제, 본 발명의 배터리 상태감시회로와 배터리 장치는 위에 설명된 것처럼 저렴하게 제조될 수 있기 때문에, 노트북 PC의 배터리로 가장 적합하다. 그러므로, 본 발명은 또한 배터리 장치가 구비된 노트북 PC에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 마이크로컴퓨터의 선택범위가 넓다는 점에서 우수하기 때문에, 2차 전지의 잔량계산기능의 일부가 노트북 PC의 마이크로컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. 이러한 점으로 미루어, 본 발명의 배터리 장치와 이를 포함하는 전자기기는 큰 관련이 있으므로, 본 발명의 적용 범위는 넓다.

도 7의 노트북 PC는 단지 일례로, 노트북 PC 이외의 어떠한 전자기기에도 같은 이유로 본 발명이 적용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 상태감시회로와 배터리 장치는, 서로 직렬로 접속된 복수의 2차 전지의 합계전압과 각 접속점의 전압을 임의의 전압치로 각각 나누어 그 분압을 출력할 수 있는 분압전지전압 모니터회로가 제공되고, 배터리 상태감시회로의 한 구성요소로써 마이크로컴퓨터를 사용해 분압전지전압치의 조합을 기초로 각 전지전압을 계산할 수 있는 전지전압 모니터 방법을 채택한다. 그러므로, 회로구성이 간단해지고 회로가 소형화되며, 또한 배터리 상태감시회로와 배터리팩을 저렴하게 제공하는 것이 가능해진다.

본 발명이 전술한 실시예에 관련해 자세히 설명되었지만, 본 발명의 범위와 진의에서 벗어남이 없이 다양한 변형이 채용될 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서만 결정된다.

Claims

충전 및 방전이 가능한 2차 전지의 전류를 조절하는 전류제한수단을 제어하는 동시에, 상기 2차 전지에 있어서의 전류, 전압 또는 전류 및 전압의 쌍방을 감시하는 배터리 상태감시회로에 있어서,

직렬로 접속된 복수의 상기 2차 전지에 대해서 각각 병렬로 설치된 복수의 저항과,

복수의 상기 2차 전지와 복수의 상기 저항과의 사이에 각각 설치된 복수의 스위치와,

상기 스위치의 온오프를 제어함으로써, 직렬로 접속된 복수의 상기 2차 전지의 합계전압 및 각 접속점의 전압을 분압하여 모니터하는 분압전지전압 모니터회로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 상태감시회로.
제1항에 있어서, 복수의 상기 저항은 저항값이 동일하고, 상기 분압전지전압 모니터회로는 상기 스위치의 온오프를 제어함으로써, 상기 접속점까지의 복수의 상기 2차 전지의 평균 전지전압치를 모니터하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태감시회로.
외부단자인 포지티브 단자와 네가티브 단자 사이에, 충전 및 방전이 가능한 2차 전지, 상기 2차 전지의 전류를 조절하는 전류제한수단, 및 상기 전류제한수단을 제어하고 상기 2차 전지의 전압이나 전류 혹은 그 쌍방을 감시할 수 있는 배터리 상태감시회로를 구비한 배터리 장치에 있어서,

상기 배터리 상태감시회로는 제1항에 기재된 배터리 상태감시회로인 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
외부단자인 포지티브 단자와 네가티브 단자 사이에, 충전 및 방전이 가능한 2차 전지, 상기 2차 전지의 전류를 조절하는 전류제한수단, 및 상기 전류제한수단을 제어하고 상기 2차 전지의 전압이나 전류 혹은 그 쌍방을 감시할 수 있는 배터리 상태감시회로를 구비한 배터리 장치에 있어서,

상기 배터리 상태감시회로는 제2항에 기재된 배터리 상태감시회로인 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
제3항에 기재된 배터리 장치를 구비한 전자기기.
제4항에 기재된 배터리 장치를 구비한 전자기기.