KR101106353B1 - 배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법이 개시된다. 일례로, 직렬 연결된 n+1개의 배터리 셀과, 배터리 셀중에서 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 개별 셀 전압 감지부, n+1개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지하는 전체 셀 전압 감지부, 개별 셀 전압 감지부로부터 얻은 개별 셀 전압을 모두 가산하여 n개의 전체 셀 전압을 계산하고, 전체 셀 전압 감지부로부터 얻은 n+1개의 전체 셀 전압에서 n개의 전체 셀 전압을 감산하여, n+1번째의 배터리 셀 전압을 계산하는 연산부로 이루어진 배터리 팩이 개시된다. 이와 같이 하여, 본 발명의 한 실시예에 따르면, n개의 배터리 셀에 대한 전압만을 감지하도록 설계된 개별 셀 전압 감지용 전용 집적 회로가 추가되거나, 교체되거나 또는 별도의 복잡한 회로가 추가되지 않고도, n+1번째의 배터리 셀의 전압이 감지 및 결정될 수 있다.

Description

배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법{BATTERY PACK AND VOLTAGE SENSING METHOD TEHEROF}
본 발명의 한 실시예는 배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 다수의 배터리 셀과, 배터리 셀들의 전압을 감지하는 셀 전압 감지부와, 셀 전압 감지부로부터 얻은 정보를 이용하여 배터리 셀의 과충전 또는 과방전을 방지하고, 용량 등을 계산하는 제어부로 이루어져 있다.
상기 셀 전압 감지부는 통상 하나의 집적회로(즉, 싱글 반도체 칩)로 구현되며, 직렬 연결된 1~4개의 배터리 셀에 대한 전압을 감지할 수 있도록 설계되어 있다. 물론, 상기 제어부 역시 하나의 집적회로(즉, 싱글 반도체 칩)로 구현되며, 상기 셀 전압 감지부와 정보를 주고받을 수 있도록 되어 있다. 여기서, 상기 셀 전압 감지부는 통상 아날로그 프론트 엔드로 부르고, 상기 제어부는 통상 마이크로 프로세싱 유닛으로 부르기도 한다.
여기서, 상기 하나의 셀 전압 감지부가 수용할 수 있는 배터리 셀의 최대 개수는 통상 직렬 연결된 1~4개이다. 그런데, 최근에는 직렬 연결된 5개 이상의 배터리 셀이 탑재된 배터리 팩이 요구되고 있다. 예를 들면, 고용량 및 대전력이 필요 한 전동 공구에 장착되는 배터리 팩은 직렬 연결된 5~6개의 배터리 셀을 요구하고 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 하나의 셀 전압 감지부가 수용할 수 있는 배터리 셀의 개수는 최대 4개이므로, 5개의 배터리 셀을 수용하기 위해서는 추가적으로 고가의 셀 전압 감지부를 더 연결하거나, 별도의 복잡한 회로를 설계하여야 한다.
본 발명의 한 실시예는 추가적인 개별 셀 전압 감지 회로 또는 별도의 복잡한 회로없이, n+1개의 배터리 셀의 전압을 감지할 수 있는 배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 간단한 회로 추가에 의해, n+2개의 배터리 셀의 전압을 감지할 수 있는 배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 의한 배터리 팩은 직렬 연결된 n+1개의 배터리 셀; 상기 배터리 셀중에서 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 개별 셀 전압 감지부; 상기 n+1개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지하는 전체 셀 전압 감지부; 및, 상기 개별 셀 전압 감지부로부터 얻은 개별 셀 전압을 모두 가산하여 n개의 전체 셀 전압을 계산하고, 상기 전체 셀 전압 감지부로부터 얻은 n+1개의 전체 셀 전압에서 상기 n개의 전체 셀 전압을 감산하여, n+1번째의 배터리 셀 전압을 계산하는 연산부를 포함한다. 상기 n은 자연수이다.
상기 개별 셀 전압 감지부 및 상기 전체 셀 전압 감지부에는 아날로그 전압 값을 디지털 전압값으로 변환하기 위한 아날로그 디지털 컨버터가 연결될 수 있다.
상기 아날로그 디지털 컨버터는 n개의 개별 셀 전압값 및 n+1개의 전체 셀 전압값을 순차적으로 상기 연산부에 전송할 수 있다.
상기 전체 셀 전압 감지부는 최고 전위를 갖는 배터리 셀의 양극 단자와 최저 전위를 갖는 배터리 셀의 음극 단자 사이에 상호간 직렬 연결된 제1저항 및 제2저항을 포함하고, 상기 제1저항 및 제2저항에 의한 상기 n+1개의 전체 배터리 셀의 분압 전압은 상기 아날로그 디지털 컨버터에 입력될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 팩은 직렬 연결된 n+2개의 배터리 셀; 상기 배터리 셀중에서 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 개별 셀 전압 감지부; 상기 배터리 셀중에서 n+1개의 전체 배터리 셀의 전압 및 n+2개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지하는 전체 셀 전압 감지부; 및, 상기 개별 셀 전압 감지부로부터 얻은 개별 셀 전압을 모두 가산하여 n개의 전체 셀 전압을 계산하고, 상기 전체 셀 전압 감지부로부터 얻은 n+1개의 전체 셀 전압에서 상기 n개의 전체 셀 전압을 감산하여, n+1번째의 배터리 셀 전압을 계산하며, 상기 전체 셀 전압 감지부로부터 얻은 n+2개의 전체 셀 전압에서 상기 n+1개의 전체 셀 전압을 감산하여, n+2번째의 배터리 셀 전압을 계산하는 연산부를 포함한다. 상기 n은 자연수이다.
상기 개별 셀 전압 감지부 및 상기 전체 셀 전압 감지부에는 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하기 위한 아날로그 디지털 컨버터가 더 연결될 수 있다.
상기 아날로그 디지털 컨버터는 n개의 개별 셀 전압값, n+1개의 전체 셀 전 압값 및 n+2개의 전체 셀 전압값을 순차적으로 상기 연산부에 전송할 수 있다.
상기 전체 셀 전압 감지부는 최고 전위를 갖는 배터리 셀의 양극 단자와 최저 전위를 갖는 배터리 셀의 음극 단자 사이에 상호간 직렬 연결된 제1저항 및 제2저항을 포함하고, 상기 제1저항 및 제2저항에 의한 상기 n+1개의 전체 배터리 셀의 분압 전압및 상기 n+2개의 전체 배터리 셀의 분압 전압은 상기 아날로그 디지털 컨버터에 입력될 수 있다.
상기 n+1번째 배터리 셀의 양극 단자와, 상기 n+2번째 배터리 셀의 양극 단자와, 상기 제1저항 사이에는 3단자 스위치가 더 연결되고, 상기 3단자 스위치는 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어부는 n+1개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지할 경우, 상기 3단자 스위치가 상기 n+1번째 배터리 셀의 양극 단자와 상기 제1저항이 서로 연결되도록 할 수 있다.
상기 제어부는 n+2개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지할 경우, 상기 3단자 스위치가 상기 n+2번째 배터리 셀의 양극 단자와 상기 제1저항이 서로 연결되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 팩의 전압 감지 방법은 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계; n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계; 상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 계산하는 단계; 및, 상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 팩의 전압 감지 방법은 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계; n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계; n+2개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계; 상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 계산하는 단계; 상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계; 및, 상기 n+2개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+2번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법은 n개의 배터리 셀 전압을 각각 감지하고, n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지한 후, n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산함으로써, n+1번째 배터리 셀의 전압을 정확하게 감지한다. 따라서, 셀 전압 감지 회로 또는 별도의 복잡한 회로 추가없이, n+1번째의 배터리 셀의 전압을 감지 및 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 및 그의 전압 감지 방법은 n개의 배터리 셀 전압을 각각 감지하고, 3단자 스위치를 이용하여 n+1개 및 n+2개의 전체 배터리 셀 전압을 감지한 후, n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산함으로써, n+1번째 배터리 셀의 전압을 감지하고, n+2개의 전체 배터리 셀 전압에서 n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감산함으로써, n+2번째 배터리 셀의 전압을 감지한다. 따라서, 간단한 3단자 스위치를 이용하여 n+1번째 및 n+2번 째의 배터리 셀의 전압을 감지 및 결정할 수 있다.
이하, 본 발명의 한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 한 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 다수의 배터리 셀(110), 개별 셀 전압 감지부(120), 전체 셀 전압 감지부(130), 아날로그 디지털 컨버터(140), 연산부(150)를 포함한다. 더불어, 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 제어부(180) 및 과충전 방지부(160)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 팩 양극 단자 P+, 충전 단자 TH 및 팩 음극 단자 P-를 더 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 팩 양극 단자 P+ 및 팩 음극 단자 P-를 통하여 방전이 이루어지고, 충전 단자 TH 및 팩 음극 단자 P-를 통하여 충전이 이루어진다.
상기 배터리 셀(110)은 직렬 연결된 n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115)로 이루어진다. 이러한 배터리 셀(110)은 통상의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 종류로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 상기 n은 자연수이다. 또한, 상기 n개의 배터리 셀(111,112,113,114)은 상기 개별 셀 전압 감지부(120)에 의해 전압이 감지되지만, n+1번째 배터리 셀(115)은 상기 개별 셀 전압 감지 부(120)에 의해 전압이 감지될 수 없다. 즉, 상기 개별 셀 전압 감지부(120)는 집적회로로 구현되는데, 통상 n개의 배터리 셀(111,112,113,114)에 대한 전압을 감지하도록 설계되어 있다. 따라서, 상기 개별 셀 전압 감지부(120)는 n+1번째 배터리 셀(115)의 전압을 감지할 수 없다. 더불어, 상기 n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115)은 모두 셀 양극 단자 B+ 및 셀 음극 단자 B-를 포함한다. 물론, 상기 n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115) 각각에는 병렬로 배터리 셀이 연결될 수도 있다.
상기 개별 셀 전압 감지부(120)는 상기 n개의 배터리 셀(111,112,113,114)에 각각 센싱 와이어(121,122,123,124)로 연결되어, n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압을 감지한다. 예를 들어, n개의 배터리 셀(111,112,113,114)이 구비되어 있다면, n개의 센싱 와이어(121,122,123,124)가 필요하다. 더불어, 이러한 개별 셀 전압 감지부(120)는 통상 집적회로로 구현되며, 아날로그 신호를 처리하기 때문에, 아날로그 프론트 엔드로 불리어지기도 한다.
상기 전체 셀 전압 감지부(130)는 제1저항(131) 및 제2저항(132)으로 이루어져, n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압을 감지한다. 일례로, 상기 전체 셀 전압 감지부(130)는 최저 전위를 갖는 배터리 셀(111)의 음극 단자 B-와 최고 전위를 갖는 배터리 셀(115)의 양극 단자 B+ 사이에 상호간 직렬 연결된 제1저항(131) 및 제2저항(132)으로 이루어진다. 더불어, 상기 제1저항(131) 및 제2저항(132) 사이의 노드에는 분압 전압을 출력하는 분압 전압선(133)이 연결되어 있다. 상기 분압 전압선(133)은 아날로그 디지털 컨버터(140)에 연결되어 있다.
상기 아날로그 디지털 컨버터(140)는 상기 개별 셀 전압 감지부(120) 및 상기 전체 셀 전압 감지부(130)에 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 상기 아날로그 디지털 컨버터(140)는 상기 개별 셀 전압 감지부(120)로부터 인가받은 n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환하여 출력한다. 더불어, 상기 아날로그 디지털 컨버터(140)는 상기 전체 셀 전압 감지부(130)로부터 인가받은 n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환하여 출력한다.
상기 연산부(150)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(140)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 연산부(150)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(140)로부터 n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압 정보를 전달받는다. 또한, 상기 연산부(150)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(140)로부터 n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압 정보를 전달받는다. 이어서, 상기 연산부(150)는 상기 n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압을 가산하여, n개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압을 계산한다. 이어서, 상기 연산부(150)는 n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압에서 n개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압을 감산함으로써, n+1번째 배터리 셀(115)의 전압을 계산한다. 이와 같이 하여, 본 발명의 한 실시예는 추가적인 개별 셀 전압 감지부(120) 또는 추가적인 n+1번째 배터리 셀(115)의 전압 감지를 위한 별도의 회로(예를 들면, 플라이 캐패시터 회로, 차지 펌프 회로 등등) 없이도, 소프트웨어 또는 펌웨어를 수정하여 n+1번째 배터리 셀(115)의 전압을 정확하게 감지 및 결정할 수 있다. 특히, 이러한 방법은 개별 셀 전압 감지부(120)가 오로지 n개의 배터리 셀(111,112,113,114)에 대한 전압만을 감지할 수 있도록 설계되었을 경우 유용하다. 즉, 배터리 팩 제조사는 경우에 따라 n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115)을 갖는 배터리 팩(100)을 설계하는 경우가 있다. 이때, 상기와 같이 별도의 전압 감지 회로의 추가 없이, 소프트웨어 또는 펌웨어만을 수정함으로써, n+1번째 배터리 셀(115)의 전압을 효율적으로 감지 및 결정할 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 연산부(150)로부터 n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압, n+1번째 배터리 셀(115)의 전압 및 n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115) 전압 정보를 전달받는다. 또한, 상기 제어부(180)는 n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114) 전압, n+1번째 배터리 셀(115)의 전압 또는 n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115) 전압중 어느 하나라도 기준 전압을 초과하는 경우 충전 정지 신호를 출력한다.
한편, 상기 아날로그 디지털 컨버터(140), 연산부(150) 및 제어부(180)는 마이크로 프로세싱 유닛으로 불리기도 하며, 하나의 집적회로로 구현될 수 있다. 더욱이, 상기 아날로그 프론트 엔드 및 마이크로 프로세싱 유닛은 통합되어 하나의 집적회로, 즉, 하나의 싱글 반도체 칩으로 제조될 수 있다. 도 1에서는, 상기 아날로그 프론트 엔드 및 마이크로 프로세싱 유닛이 하나의 싱글 반도체 칩으로 통합된 상태가 도시되어 있다.
상기 과충전 방지부(160)는 퓨즈(161), 가열 저항(162) 및 스위치(163)를 포함한다. 상기 퓨즈(161)는 상기 최고 전위의 배터리 셀(115)의 양극 단자 B+와 충전 단자 TH 사이에 연결되어 있다. 또한, 상기 가열 저항(162)은 상기 퓨즈(161)에 연결되어 있다. 또한, 상기 스위치(163)는 상기 가열 저항(162)과 최저 전위의 배터리 셀(111)의 음극 단자 B- 사이에 연결되어 있다. 더불어, 상기 스위치(163)는 상기 제어부(180)의 제어를 받는다. 이와 같이 하여, 상기 제어부(180)가 충전 정지 신호를 출력하면, 상기 스위치(163)는 턴온된다. 그러면, 상기 충전 단자 TH 또는 최고 전위의 배터리 셀(115)의 셀 양극 단자 B+로부터의 전류가 상기 퓨즈(161), 가열 저항(162) 및 스위치(163)를 통하여 팩 음극 단자 P- 또는 최저 전위의 배터리 셀(110)의 셀 음극 단자 B-로 흐른다. 따라서, 상기 가열 저항(162)으로부터 다량의 열이 발생하고, 이러한 열에 의해 상기 퓨즈(161)는 컷 오프된다. 따라서, 상기 n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115)에 대한 과충전이 방지된다.
도면중 미설명 부호 170은 n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115)로부터 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류 센서이다. 이러한 전류 센서(170)는 아날로그 프론트 엔드 또는/및 마이크로 프로세싱 유닛에 전기적으로 연결됨으로써, 상기 아날로그 프론트 엔드 또는/ 및 마이크로 프로세서 유닛은 n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115)로부터 흐르는 전류를 감지하게 된다. 이러한 전류 센서(170) 및 그 동작은 당업자에게 잘 알려진 것이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 블록도이 다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(200)은 상술한 배터리 팩(100)과 유사한 구성을 한다. 따라서, 여기서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(210)은 직렬 연결된 n+2개의 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)로 이루어진다. 여기서, n개의 배터리 셀(211,212,213,214)은 개별 셀 전압 감지부(120)에 의해 전압이 감지되고, n+1번째 배터리 셀(215) 및 n+2번째 배터리 셀(216)은 상기 개별 셀 전압 감지부(120)에 의해 전압이 감지될 수 없다. 즉, 상기 개별 셀 전압 감지부(120)는 n개의 각 배터리 셀(211,212,213,214)에 대한 전압을 감지하도록 설계되어 있다. 따라서, 상기 개별 셀 전압 감지부(120)는 n+1번째 및 n+2번째 배터리 셀(215,216)의 전압을 감지할 수 없다. 더불어, 상기 n+2개의 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)은 모두 셀 양극 단자 B+ 및 셀 음극 단자 B-를 포함한다. 물론, 상기 n+2개의 배터리 셀(211,212,213,214,215,216) 각각에는 다른 배터리 셀이 병렬로 연결될 수 있다.
상기 전체 셀 전압 감지부(230)는 3단자 스위치(230a), 제1저항(231) 및 제2저항(232)으로 이루어져, n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압을 감지한다. 상기 3단자 스위치(230a)는 n+1번째 배터리 셀(215)의 양극 단자 B+와, 상기 n+2번째 배터리 셀(216)의 양극 단자 B+와, 상기 제1저항(231) 사이에 연결되어 있다. 또한, 상기 3단자 스위치(230a)는 일단이 상기 제1저항(231)에 항상 연결되어 있고, 타단은 상기 n+1번째 배터리 셀(215)의 셀 양극 단자 B+ 또는 상기 n+2번째 배터리 셀(216)의 셀 양극 단자 B+에 연결된다. 상기 제1저항(231)은 상기 3단자 스위치(230a)에 연결되고, 상기 제1저항(231)과 최저 전위의 배터리 셀(211)의 음극 단자 B- 사이에는 제2저항(232)이 연결된다. 물론, 상기 제1저항(231) 및 제2저항(232) 사이의 노드에는 분압 전압을 출력하는 분압 전압선(233)이 연결되어 있다. 이러한 분압 전압선(233)은 아날로그 디지털 컨버터(140)에 연결되어 있다.
상기 제어부(180)는 상기 3단자 스위치(230a)를 제어한다. 즉, 상기 제어부(180)는 먼저 n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압을 감지하기 위해, 상기 3단자 스위치(230a)가 상기 n+1번째 배터리 셀(215)의 양극 단자 B+와 상기 제1저항(231)이 서로 연결되도록 하는 제1스위치 제어 신호를 출력한다. 그러면, 상기 n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압이 제1저항(231) 및 제2저항(232)에 의한 분압 전압으로 변환된 후 분압 전압선(233)을 통하여 아날로그 디지털 컨버터(140)에 입력된다. 이어서, 상기 제어부(180)는 n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압을 감지하기 위해, 상기 3단자 스위치(230a)가 상기 n+2번째 배터리 셀(216)의 양극 단자 B+와 상기 제1저항(231)이 서로 연결되도록 하는 제2스위치 제어 신호를 출력한다. 그러면, 상기 n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압이 제1저항(231) 및 제2저항(232)에 의한 분압 전압으로 변환된 분압 전압선(233)을 통하여, 아날로그 디지털 컨버터(140)에 입력된다.
한편, 연산부(150)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(140)로부터 먼저 n개의 각 배터리 셀(210)의 전압 정보를 전달받는다. 물론, 상기 n개의 각 배터리 셀(210)의 전압은 개별 셀 전압 감지부(120)로부터 아날로그 디지털 컨버터(140)에 전달된 것이다.
또한, 상기 연산부(150)는 상기 아날로그 디지털 컨버터(140)로부터 n+1개의 전체 배터리 셀 전압(211,212,213,214,215) 및 n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216) 전압 정보를 전달받는다.
이어서, 상기 연산부(150)는 상기 n개의 각 배터리 셀(211,212,213,214)의 전압을 모두 가산하여 n개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압을 계산한다.
이어서, 상기 연산부(150)는 n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압에서 n개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214)의 전압을 감산함으로써, n+1번째 배터리 셀(215)의 전압을 계산한다.
또한, 상기 연산부(150)는 n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압에서 n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압을 감산함으로써, n+2번째 배터리 셀(216)의 전압을 계산한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예는 하드웨어적으로 3단자 스위치(230a)를 추구하고, 또한 소프트웨어 또는 펌웨어를 수정하여 n+1번째 및 n+2번째 배터리 셀(215,216)의 전압을 정확하게 감지 및 결정할 수 있다.
이러한 방식으로 본 발명의 다른 실시예에서는 n+m개까지의 배터리 셀에 대한 개별 전압을 감지 및 결정할 수 있다. 여기서, 2≤m≤n-1이고, n 및 m은 자연수이다. 즉, n이 4라면, 추가된 2~3개의 배터리 셀의 전압을 감지할 수 있다. 물론, 이 경우 3~4단자 스위치가 필요할 것이다. 더불어, n이 4인 상태에서, 4개의 배터리 셀이 추가된 경우에는, 본 발명을 적용하는 대신 차라리 개별 셀 전압 감지부를 1개 더 추가함이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전압 감지 방법을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 전압 감지 방법은 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계(S110), n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계(S120), 상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 계산하는 단계(S130), 상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계(S140)를 포함한다. 물론, 추가적으로 상기 단계(S140) 이후에는 노말 모드 단계(S150)가 수행될 수 있다.
여기서, 이러한 단계를 수행하는 주체는 연산부(150) 및 제어부(180)이다. 즉, 각종 계산은 연산부(150)에서 수행하고, 상기 개별 셀 전압 감지부(120), 전체 셀 전압 감지부(130) 및 아날로그 디지털 컨버터(140)는 상기 제어부(180)가 제어한다. 더불어, 상기 단계들은 상술한 순서대로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 순서가 바뀔 수도 있다.
상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계(S110)에서는, n개의 배터리 셀(111,112,113,114)에 연결된 n개의 센싱 와이어(121,122,123,124) 및 개별 셀 전압 감지부(120)를 이용하여, n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압을 감지한다. 물론, 이러한 n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압은 아날로그 디지털 컨버터(140)를 통하여 디지털 값으로 변환된다.
상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계(S120)에서는, 전체 셀 전압 감지부(130)를 이용하여, n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압을 감지한다. 즉, 제1저항(131) 및 제2저항(132)에 의한 분압 전압을 이용하여, n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압을 감지한다. 물론, 이러한 n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압은 아날로그 디지털 컨버터(140)를 통하여 디지털 값으로 변환된다.
상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계(S130)에서는, 아날로그 디지털 컨버터(140)를 통하여 입력된 n개의 각 배터리 셀(111,112,113,114)의 전압을 가산함으로서, n개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압을 계산한다.
마지막으로, 상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계(S140)에서는, 상기 n+1개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀(111,112,113,114)전압을 감산함으로써, n+1번째 배터리 셀(115)의 전압 을 계산한다.
한편, 상기 단계(S140) 이후에는 노말 모드 단계(S150)가 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전압 감지 방법 중에서 노말 모드의 동작을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 노말 모드는 배터리 셀 전압이 기준 전압을 초과하는지 판단하는 단계(S151) 및 충전 정지 신호 출력 단계(S152)를 포함한다. 여기서, 이러한 단계를 수행하는 주체는 제어부(180)이다.
상기 배터리 셀 전압이 기준 전압을 초과하는지 판단하는 단계(S151)에서는, n+1개의 배터리 셀(111,112,113,114,115)에 대한 개별 전압이 기준 전압(예를 들면, 4.3V)을 초과하는지 판단한다. 만약, 개별 전압이 기준 전압을 초과한다면, 충전 정지 신호를 스위치(163)에 출력한다. 그러면, 상기 스위치(163)는 턴온되며 n+1번째 배터리 셀(115)의 양극 단자 B+ 와 팩 양극 단자 P+ 사이에 연결된 퓨즈(161)는 컷 오프(cut off)된다. 따라서, 개별 배터리 셀(111,112,113,114,115)의 과충전이 방지된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전압 감지 방법을 도시한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(200)의 전압 감지 방법은 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계(S210), n+1개의 전 체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계(S220), n+2개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계(S230), 상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 계산하는 단계(S240); 상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계(S250) 및 상기 n+2개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+2번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계(S260)를 포함한다.
여기서, 이러한 단계를 수행하는 주체는 연산부(150) 및 제어부(180)이다. 즉, 각종 계산은 연산부(150)에서 수행하고, 상기 개별 셀 전압 감지부(120), 전체 셀 전압 감지부(130) 및 아날로그 디지털 컨버터(140)는 상기 제어부(180)가 제어한다. 더불어, 상기 단계들은 상술한 순서대로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 순서가 바뀔 수도 있다.
상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계(S210)에서는, n개의 배터리 셀(211,212,213,214)에 연결된 n개의 센싱 와이어(121,122,123,124) 및 개별 셀 전압 감지부(120)를 이용하여, n개의 각 배터리 셀(211,212,213,214)의 전압을 감지한다. 물론, 이러한 n개의 각 배터리 셀(211,212,213,214)의 전압은 아날로그 디지털 컨버터(140)를 통하여 디지털 값으로 변환된다.
상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계(S220)에서는, 전체 셀 전압 감지부(230)를 이용하여, n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전 압을 감지한다. 즉, 3단자 스위치(230a)를 이용하여 n+1번째 배터리 셀(215)의 양극 단자 B+와 제1저항(231)을 연결한 후, 제1저항(231) 및 제2저항(232)에 의한 분압 전압을 분압 전압선(233)을 통하여 아날로그 디지털 컨버터(140)에 전송함으로써, n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압을 감지한다. 물론, 이러한 n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압은 아날로그 디지털 컨버터(140)를 통하여 디지털 값으로 변환된다.
상기 n+2개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계(S230)에서는, 전체 셀 전압 감지부(230)를 이용하여, n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압을 감지한다. 즉, 3단자 스위치(230a)를 이용하여 n+2번째 배터리 셀(216)의 양극 단자 B+와 제1저항(231)을 연결한 후, 제1저항(231) 및 제2저항(232)에 의한 분압 전압을 분압 전압선(233)을 통하여 아날로그 디지털 컨버터(140)에 전송함으로써, n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압을 감지한다. 물론, 이러한 n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압은 아날로그 디지털 컨버터(140)를 통하여 디지털 값으로 변환된다.
상기 n개의 각 배터리 셀(210)의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀(210) 전압을 계산하는 단계(S240)에서는, 아날로그 디지털 컨버터(240)를 통하여 입력된 n개의 각 배터리 셀(210)의 전압을 가산함으로서, n개의 전체 배터리 셀(210) 전압을 계산한다.
상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계(S250)에서는, 상기 n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214)의 전압을 감산함으로써, n+1번째 배터리 셀(215)의 전압을 계산한다.
상기 n+2번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계(S260)에서는, 상기 n+2개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215,216)의 전압에서 상기 n+1개의 전체 배터리 셀(211,212,213,214,215)의 전압을 감산함으로써, n+2번째 배터리 셀(216)의 전압을 계산한다.
한편, 상기 단계(S260) 이후에는 노말 모드 단계(S270)가 수행된다. 이러한 노말 모드 단계(S270)는 앞에서 이미 설명하였으므로, 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩 및 전압 감지 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 한 실시예의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 한 실시예의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전압 감지 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전압 감지 방법 중에서 노말 모드의 동작을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전압 감지 방법을 도시한 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 배터리 팩 110; 배터리 셀
120; 개별 셀 전압 감지부 121,122,123,124; 센싱 와이어
130; 전체 셀 전압 감지부 131; 제1저항
132; 제2저항 133; 분압 전압선
140; 아날로그 디지털 컨버터 150; 연산부
180; 제어부 160; 과충전 방지부
161; 퓨즈 162; 가열 저항
163; 스위치 170; 전류 센서

Claims (15)

  1. 직렬 연결된 n+1개의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀중에서 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 개별 셀 전압 감지부;
    상기 n+1개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지하는 전체 셀 전압 감지부; 및,
    상기 개별 셀 전압 감지부로부터 얻은 개별 셀 전압을 모두 가산하여 n개의 전체 셀 전압을 계산하고, 상기 전체 셀 전압 감지부로부터 얻은 n+1개의 전체 셀 전압에서 상기 n개의 전체 셀 전압을 감산하여, n+1번째의 배터리 셀 전압을 계산하는 연산부를 포함하고, 상기 n은 자연수이며, 상기 n+1번째의 배터리 셀은 직렬 연결된 n개의 배터리 셀에 추가적으로 직렬로 연결된 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개별 셀 전압 감지부 및 상기 전체 셀 전압 감지부에는
    아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하기 위한 아날로그 디지털 컨버터가 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 컨버터는 n개의 개별 셀 전압값 및 n+1개의 전체 셀 전압값을 순차적으로 상기 연산부에 전송함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전체 셀 전압 감지부는
    최고 전위를 갖는 배터리 셀의 양극 단자와 최저 전위를 갖는 배터리 셀의 음극 단자 사이에 상호간 직렬 연결된 제1저항 및 제2저항을 포함하고,
    상기 제1저항 및 제2저항에 의한 상기 n+1개의 전체 배터리 셀의 분압 전압은 상기 아날로그 디지털 컨버터에 입력됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 직렬 연결된 n+2개의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀중에서 n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 개별 셀 전압 감지부;
    상기 배터리 셀중에서 n+1개의 전체 배터리 셀의 전압 및 n+2개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지하는 전체 셀 전압 감지부; 및,
    상기 개별 셀 전압 감지부로부터 얻은 개별 셀 전압을 모두 가산하여 n개의 전체 셀 전압을 계산하고, 상기 전체 셀 전압 감지부로부터 얻은 n+1개의 전체 셀 전압에서 상기 n개의 전체 셀 전압을 감산하여, n+1번째의 배터리 셀 전압을 계산하며, 상기 전체 셀 전압 감지부로부터 얻은 n+2개의 전체 셀 전압에서 상기 n+1개의 전체 셀 전압을 감산하여, n+2번째의 배터리 셀 전압을 계산하는 연산부를 포함하고, 상기 n은 자연수이며, 상기 n+1번째의 배터리 셀은 직렬 연결된 n개의 배터리 셀에 추가적으로 직렬로 연결된 배터리 셀이고, 상기 n+2번째의 배터리 셀은 상기 n+1개의 배터리 셀에 추가적으로 직렬로 연결된 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 개별 셀 전압 감지부 및 상기 전체 셀 전압 감지부에는
    아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하기 위한 아날로그 디지털 컨버터가 더 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 컨버터는 n개의 개별 셀 전압값, n+1개의 전체 셀 전압값 및 n+2개의 전체 셀 전압값을 순차적으로 상기 연산부에 전송함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전체 셀 전압 감지부는
    최고 전위를 갖는 배터리 셀의 양극 단자와 최저 전위를 갖는 배터리 셀의 음극 단자 사이에 상호간 직렬 연결된 제1저항 및 제2저항을 포함하고,
    상기 제1저항 및 제2저항에 의한 상기 n+1개의 전체 배터리 셀의 분압 전압및 상기 n+2개의 전체 배터리 셀의 분압 전압은 상기 아날로그 디지털 컨버터에 입력됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 n+1번째 배터리 셀의 양극 단자와, 상기 n+2번째 배터리 셀의 양극 단자와, 상기 제1저항 사이에는 3단자 스위치가 더 연결되고,
    상기 3단자 스위치는 상기 연산부로부터 전기적 신호를 입력받는 제어부에 의해 제어됨을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는 n+1개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지할 경우, 상기 3단자 스위치가 상기 n+1번째 배터리 셀의 양극 단자와 상기 제1저항이 서로 연결되도록 함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는 n+2개의 전체 배터리 셀의 전압을 감지할 경우, 상기 3단자 스위치가 상기 n+2번째 배터리 셀의 양극 단자와 상기 제1저항이 서로 연결되도록 함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계;
    n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계;
    상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 계산하는 단계; 및,
    상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 n은 자연수이며, 상기 n+1번째의 배터리 셀은 직렬 연결된 n개의 배터리 셀에 추가적으로 직렬로 연결된 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전압 감지 방법.
  15. n개의 각 배터리 셀의 전압을 감지하는 단계;
    n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계;
    n+2개의 전체 배터리 셀 전압을 감지하는 단계;
    상기 n개의 각 배터리 셀의 전압을 가산하여, 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 계산하는 단계;
    상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+1번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계; 및,
    상기 n+2개의 전체 배터리 셀 전압에서 상기 n+1개의 전체 배터리 셀 전압을 감산하여, 상기 n+2번째 배터리 셀의 전압을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 n은 자연수이며, 상기 n+1번째의 배터리 셀은 직렬 연결된 n개의 배터리 셀에 추가적으로 직렬로 연결된 배터리 셀이고, 상기 n+2번째의 배터리 셀은 상기 n+1개의 배터리 셀에 추가적으로 직렬로 연결된 배터리 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 전압 감지 방법.
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