KR101071940B1 - 배터리의 셀 전압 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직렬 연결된 복수 개의 배터리들 각각의 전압을 측정하는 배터리의 전압 측정 장치에 관한 것으로서 직렬 접속되는 복수 개의 배터리들의 사이에 안전 플러그가 구비되어 작업자의 안전을 보호하며, 이로 인한 배터리의 충전전압 인식 오류를 방지하도록 하고, 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들 각각이 검출한 복수 개의 배터리의 충전전압을 절연통신부를 거쳐 마이크로 컴퓨터에 입력하며, 입력한 복수 개의 배터리의 충전전압을 판단하여 배터리의 충전전압 상태신호를 발생한다.

배터리, 전압 측정, 전기자동차, 하이브리드, SPI 통신, 절연통신, 안전플러그

Description

배터리의 셀 전압 측정 장치{Apparatus for measuring cell voltage of battery}

본 발명은 직렬 연결된 복수 개의 배터리들 각각의 전압을 측정하는 배터리의 전압 측정 장치에 관한 것이다.

전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차는 전기에 의해 구동되는 전동기들을 비롯한 여러 가지의 장치들을 구비하고, 이들 전기를 사용하는 장치에 전력을 공급하기 위하여 많은 개수의 배터리가 사용되고 있다. 상기 배터리들은 직렬 연결되어 전기를 사용하는 장치에 고전압을 공급할 수 있도록 하고 있다. 상기 직렬 연결된 배터리들은 항상 일정한 전압을 유지하고, 조기 고장을 방지하기 위하여 주기적인 밸런싱 즉, 복수 개의 배터리에 동일한 전압이 충전되도록 하는 충전등화가 요구된다. 그러므로 상기 직렬 연결된 복수 개의 배터리들의 충전상태를 검출하여 개별적으로 충전 또는 교체할 필요가 있는 지를 판정할 필요가 있다. 이를 위하여 복수 개의 배터리마다 충전전압을 검출하고, 검출한 충전전압에 따라 배터리의 충전전압 상태신호를 발생하는 시스템을 제공하는 것이 필요하다.

이러한 필요성을 해결하기 위하여 고전압 배터리의 셀 전압을 측정하기 위한 많은 시스템과 기술이 개발되었다. 종래의 배터리 셀 전압 측정 장치는, 복수 개의 배터리의 충전전압을 플라잉 커패시터에 충전시키고, 플라잉 커패시터에 충전시킨 충전전압을 연산증폭기로 증폭하여 배터리의 충전전압을 검출하였다. 그러나 상기한 종래의 기술은 별도의 플라잉 커패시터를 사용해야 되고, 복수 개의 배터리의 충전전압을 하나의 플라잉 커패시터에 충전 및 방전시켜야 되어 복수 개의 배터리의 충전전압을 검출하는데 많은 시간이 소요되었다.

그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 직렬로 접속된 복수 개의 배터리들 각각의 전압을 측정할 수 있는 배터리의 전압 측정장치를 제공한다. 또한 본 발명은 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자를 사용하여 복수 개의 배터리의 충전전압을 측정하고, 측정한 배터리의 충전전압을 디지털 신호로 변환한 후 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 정확하게 전송할 수 있는 배터리의 전압 측정장치를 제공한다. 또한 고전압을 공급하는 복수 개의 배터리들로 구성된 고전압 배터리의 구성사항인 안전플러그로 인한 문제를 해결하기 위해 안전플러그 양단으로 복수 개의 절연통신부를 구성하여 충전전압 인식 오류를 개선한 장치를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 셀 전압 측정장치에 따르면, 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자를 구비하여 각기 복수 개의 배터리의 충전전압을 측정하고, 측정한 복수 개의 배터리의 충전전압을 SPI 통신을 통해 마이크로 컴퓨터로 전송한다. 상기 마이크로 컴퓨터와 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소 자 사이에는 절연 통신부를 구비하고, 그 절연 통신부를 통해, 검출한 배터리의 충전전압을 입력한다.

그러므로 본 발명의 배터리의 셀 전압 측정장치는 직렬 연결되는 복수 개의 배터리와, 상기 직렬 연결된 복수 개의 배터리들 중에서 미리 설정된 개수의 배터리의 충전전압을 검출하는 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자와, 작업자의 안전을 보호하기 위한 복수 개의 안전 플러그와, 안전 플러그 양단으로 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들을 분리하여 집적소자들과 SPI통신을 하는 절연통신부와, 안전 플러그 양단으로 구성된 복수 개의 절연통신부와 통신을 수행하여 상기 복수 개의 배터리의 충전전압을 입력하고, 상기 입력한 복수 개의 배터리의 충전전압을 판단하여 배터리의 충전전압 상태신호를 발생하는 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들과 상기 마이크로 컴퓨터의 사이에는 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들이 검출한 복수 개의 배터리의 충전전압을 상기 마이크로 컴퓨터가 전기적으로 절연시켜 입력하기 위한 절연 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 절연통신부는 안전플러그 양단의 개수만큼 구성하여 안전플러그로 인한 오류를 개선하는 것을 특징으로 한다.

상기 절연 통신부는 양방향 포토 커플러인 것을 특징으로 한다.

상기 안전 플러그는 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들이 전압을 검출할 수 있는 개수의 배터리들의 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들과 상기 마이크로 컴퓨터는 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 배터리의 셀 전압 측정장치에 따르면, 복수 개의 배터리마다 전압 측정용 집적소자가 연결된다. 직렬 연결된 배터리 전압측정용 집적소자는 상기 안전플러그의 자체 임피던스로 인하여 안전플러그 양단에 전위차가 발생하며 이로 인해 SPI통신이 불가하게 된다. 그러나 본 발명에 따르면 안전플러그 양단으로 회로를 분리하여 절연통신부를 구성함으로써 복수 개의 배터리들의 충전전압이 안전플러그로 인해 발생할 수 있는 충전전압 인식 오류를 개선하고 배터리들의 충전전압을 정확하게 검출할 수 있다. 또한 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자를 구비하여 각기 복수 개의 배터리의 충전전압을 측정하고, 측정한 복수 개의 배터리의 충전전압을 디지털 신호로 SPI 통신을 통해 마이크로 컴퓨터로 전송함으로써 마이크로 컴퓨터가 배터리의 전압 충전상태를 정확하게 판단하여 충전전압 상태신호를 발생할 수 있다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 1은 본 발명의 배터리의 전압 측정장치의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 복수 개의 배터리이다. 상기 복수 개의 배터리(100)들은 상호간에 직렬로 접속되어 부하(도면에 도시되지 않았음)에 고전압의 직류전력을 공급한다.

부호 110은 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자이다. 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들 각각은 각기 미리 설정된 개수의 배터리(100)의 전압을 측정하고, 측정한 전압을 외부로 전송한다. 예를 들면, 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들 각각은 8개의 배터리(100)의 전압을 측정하여 외부로 출력한다.

부호 120은 안전 플러그이다. 상기 안전 플러그(120)는 작업 시 발생할 수 있는 위험을 방지하기 위해 상기 복수 개의 배터리(100)들을 미리 설정된 개수만큼 분리시킨다.

부호 130은 마이크로 컴퓨터이다. 상기 복수 개의 배터리(100)의 전압을 측정할 경우에 상기 안전 플러그(120)가 상기 복수 개의 배터리(100)들을 미리 설정된 개수로 분리시켜 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들이 상기 복수 개의 배터리(100)의 전압을 측정하는데 영향을 주지 않도록 분리시킨다. 또한 상기 마이크로 컴퓨터(130)는 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들과 통신을 수행하여 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들 각각이 검출한 상기 복수 개의 배터리(100)의 충전전압 상태를 판단하고, 판단한 복수 개의 배터리(100)의 충전전압 상태 신호를 외부로 출력한다.

부호 140은 절연 통신부이다. 상기 절연 통신부(140)는 복수개의 배터리들로 구성된 고전압부와 마이크로 컴퓨터 등으로 구성된 저전압부를 전기적으로 절연시켜 마이크로 컴퓨터 등의 저전압부를 보호하며. 양방향 포토 카플러로서 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들 각각이 검출한 복수 개의 배터리(100)의 충전전압을 상기 마이크로 컴퓨터(130)에 입력할 수 있도록 한다.

부호 150은 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 케이블이다. 상기 SPI 통신 케이블은 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들과 상기 절연 통신부(140)의 사이에 구비되어 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들이 각기 검출한 복수 개의 배터리의 검출전압을 SPI 통신을 통해 전송할 수 있게 한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 배터리의 전압 측정장치는 복수 개의 배터리(100)의 전압을 측정할 경우에 마이크로 컴퓨터(130)가 안전 플러그(120) 의 양단의 절연통신부(140)를 구성하는 포토카플러를 스위칭하고, 이와 같은 상태에서 상기 마이크로 컴퓨터(130)는 절연 통신부(140)를 통해 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들과 통신을 수행하여 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들 각각이 복수 개의 배터리(100)의 전압을 측정하게 한다.

그러면, 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들 각각은 복수 개의 배터리(100)의 충전전압을 측정하고, 측정한 충전전압을 SPI 통신으로 절연 통신부(140)를 통해 상기 마이크로 컴퓨터(130)로 전송한다.

그러면, 상기 마이크로 컴퓨터(130)는 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자(110)들로부터 SPI 통신으로 상기 절연 통신부(140)를 통해 입력되는 복수 개의 배터리(100)의 충전전압을 판단하고, 판단한 배터리의 충전전압 상태신호를 외부로 출력하여 복수 개의 배터리(100)의 고장 여부를 판단할 수 있도록 한다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 배터리의 전압 측정장치의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 도면이다.

Claims (6)

1. 직렬 접속되는 복수 개의 배터리;

   상기 직렬 연결된 복수 개의 배터리들 중에서 미리 설정된 개수의 배터리의 충전전압을 검출하는 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자;

   상기 복수 개의 배터리들 사이에 작업 시 안전을 보장하기 위한 복수 개의 안전 플러그;

   상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들과 통신을 수행하며, 고전압부와 저전압부를 전기적으로 분리시키는 절연통신부;

   상기 복수 개의 배터리의 충전전압을 입력하고, 상기 입력한 복수 개의 배터리의 충전전압을 판단하여 배터리의 충전전압 상태신호를 발생하는 마이크로 컴퓨터;를 포함하여 구성된 배터리의 전압 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연통신부는;

   복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들과 상기 마이크로 컴퓨터의 사이에 구비되고, 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들이 검출한 상기 복수 개의 배터리의 충전전압을 상기 마이크로 컴퓨터와 절연시키고, 검출된 상기 배터리의 충전전압을 상기 마이크로 컴퓨터에 입력하는 것을 특징으로 하는 배터리의 전압 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 절연 통신부는;

   양방향 포토 카플러인 것을 특징으로 하는 배터리의 전압 측정장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 안전 플러그는;

   상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들이 전압을 검출할 수 있는 개수의 배터리들의 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리의 전압 측정장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들과 상기 마이크로 컴퓨터는;

   SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리의 전압 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 컴퓨터는;

   상기 절연통신부를 통해 상기 복수 개의 배터리 전압 측정용 집적소자들과 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리의 전압 측정장치.

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