KR101330395B1 - 배터리 관리 장치 - Google Patents

배터리 관리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101330395B1
KR101330395B1 KR1020120099205A KR20120099205A KR101330395B1 KR 101330395 B1 KR101330395 B1 KR 101330395B1 KR 1020120099205 A KR1020120099205 A KR 1020120099205A KR 20120099205 A KR20120099205 A KR 20120099205A KR 101330395 B1 KR101330395 B1 KR 101330395B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
battery
battery cells
battery cell
unit
Prior art date
Application number
KR1020120099205A
Other languages
English (en)
Inventor
안창덕
양태규
Original Assignee
안창덕
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 안창덕 filed Critical 안창덕
Priority to KR1020120099205A priority Critical patent/KR101330395B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101330395B1 publication Critical patent/KR101330395B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio
    • 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
    • G01R19/16528—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
    • 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
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • 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
    • 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
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 직렬로 연결되며, n개(n은 자연수)로 구비되는 배터리셀; 및 제1 내지 제k 배터리셀(k는 n 이하의 자연수)의 전압의 합으로 산출되는 값과, 제1 내지 제(k-1) 배터리셀의 전압 및 기준전압의 합으로 산출되는 값을 비교하여 제k 배터리셀의 전압을 산출하는 전압검출부;를 포함한다.
본 발명에 따르면 그라운드가 공통으로 물려져 있는 상태에서 측정될 배터리셀의 수가 많아지는 경우에도 각 배터리셀의 전압을 정확하게 측정할 수 있는 장치를 제공하고, 또한 각 배터리셀의 전압을 정확히 측정함으로써 과전압 및 과충전 등 배터리셀의 안정성에 문제를 유발할 수 있는 상황을 미연에 방지함으로써 건전한 배터리 이용을 가능케하는 장치를 제공한다.

Description

배터리 관리 장치{Device for battery management}
본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 이차전지의 과충전, 과방전, 과전압 및 과전류 등으로부터 이차전지를 보호하기 위한 회로에 관한 것이다.
전지관련 기술은 크게 제작기술과 컨트롤 기술로 구분되고, 컨트롤 기술은 적용대상의 전지 용량, 용도에 따라 PCM(Protection circuit module), SM(Smart module), BMS(Battery management system)으로 나뉜다.
일반적으로 큰 용량의 배터리를 제작하기 위해 복수의 배터리셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용하는 경우가 많다. 이 경우 배터리를 사용하면서 충방전이 반복됨에 따라 배터리셀간 전압차가 커지면서 불평형이 생기는 경향이 있다. 이러한 경우 일부의 열화 배터리셀에 의하여 전체 배터리의 수명이 단축되고, 심지어는 화재나 폭발의 위험성도 증가하게 된다. 배터리 관리 장치는 각 배터리셀의 전류, 전압, 온도 및 잔존용량 상태를 감시하며 이상 상태를 발견하는 경우 경보 또는 전원을 차단하는 기능을 수행한다.
이러한 기술의 일 예로서 대한민국 공개특허 제10-2006-0060830호 "배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충방전 제어장치 및 이를 이용한 최적의 배터리 모듈 사용조건의 설정방법"(이하 배경기술 1이라 함)을 들 수 있다.
배경기술 1은 도 1에 도시된 바와 같이 "충방전 제어수단(20)에 제어신호를 인가하여 배터리 모듈(3)에 최적의 설정 상태로 충방전이 이루어지게 하되, 센싱수단(40)과 온도 측정수단(60)을 통해 전송된 신호값을 통해 최적의 상태에서 충방전이 종료되게 하고, 발란싱수단(30)에 제어신호를 인가하여 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 해당 회로소자를 제어하는 제어수단(0); 상기 제어수단(0)의 제어를 받아 전원부(70)에서 공급되는 전원에 대해 일정량의 전류 및 전압의 전원으로 유지하여 배터리 모듈에 공급되도록 충방전단자를 형성하여 충방전 제어 트랜지스터(Q1,Q2)를 제어하는 충방전제어수단(20); 센싱저항(RS)으로부터 유입되는 전류 및 전압값을 모니터링하면서 충방전 종료 조건에 도달하면, 상기 제어수단(0) 및 충방전 제어수단에 종료 시점을 출력하는 센싱수단(40); 상기 충·방전 제어수단을 통해 배터리 모듈에 충방전 작용시, 부하에 발생하는 전압을 센싱수단을 출력하는 센싱저항(RS); 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 표면에 부착된 온도센서와 각각 연결되는 입력단자를 형성하여 각 배터리 셀의 온도를 감지하여 제어수단에 출력하는 온도 측정수단(60); 배터리 모듈의 각 배터리 셀과 회로적으로 연결하여 상기 제어수단에서 인가된 제어 전압을 통해 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지되도록 발란싱 처리하는 발란싱수단(30);의 결합"으로 구성된다.
구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 배경기술 1은 셀(4)을 직렬로 연결하였을 경우 발란싱수단(30)을 통하여 각 배터리셀(4)들을 발란싱한다. 발란싱수단(30)은 각각의 배터리셀(4)의 전압과 제어수단으로부터 전송되는 전압(Vc1, Vc2, Vc3, Vc4)를 각각 비교하는 비교기(32, 33, 34, 35, 36)을 구비한다. 즉, 배경기술 1에서는 각 배터리셀의 전압을 기준전압과 각각 비교하는 방식을 취하고 있다. 그 결과 비교기 등의 전압 비교를 위한 회로가 각 배터리셀 마다 구비됨으로써 전체 회로의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다.
즉, 이러한 배터리 관리 장치는 충전 작업에 앞서 각 배터리셀의 성능을 체크하거나 전체 배터리의 전원을 관리하기 이전에는 각 배터리셀의 전압을 정확하게 측정하는 것이 선행되어야 한다. 그러나 다수의 배터리셀이 공통으로 그라운드에 연결되어 있는 상태에서 배터리셀의 전압을 측정하기 위하여 기준 전압과 비교를 하는 경우에는 셀이 많아 질수록 각 배터리셀의 전압값을 정확히 산출하는 것이 용이하지 않다. 또한 충전이나 방전 시 각 배터리셀을 체크하기 위하여 충방전을 중단하는 경우에는 정확한 전압의 측정을 할 수 없게 된다. 또한 각 배터리셀의 전압을 측정하기 위하여 각 배터리셀마다 전압을 측정하기 위한 회로를 구성하는 것은 장치 자체의 복잡도를 증가시킴으로써 오히려 전압 측정 시 오류를 발생시켜 정확도를 떨어뜨릴 수도 있다.
본 발명은 정밀한 충방전의 제어를 위한 전제로서 복수의 배터리셀이 직렬 형태로 충전되는 경우 별도의 그라운드 전극을 구비하지 않고도 각 배터리셀의 전압값을 정확하게 산출할 수 있는 배터리 관리 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 복수의 배터리셀의 전압을 보다 정밀하게 측정하는 배터리 관리 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 직렬로 연결되며, n개(n은 자연수)로 구비되는 배터리셀; 및 제1 내지 제k 배터리셀(k는 n 이하의 자연수)의 전압의 합으로 산출되는 값과, 제1 내지 제(k-1) 배터리셀의 전압 및 기준전압의 합으로 산출되는 값을 비교하여 제k 배터리셀의 전압을 산출하는 전압검출부;를 포함한다.
또한 상기 전압검출부는, 공통의 그라운드를 기준으로 상기 배터리셀들 중 제1 배터리셀부터 제k 배터리셀(k는 n이하의 임의의 자연수)을 포함하는 제1 노드와 제1 배터리셀부터 제(k-1) 배터리셀을 포함하는 제2 노드를 스위칭하는 스위칭부; 및 상기 제1 노드로부터 입력된 전압과 상기 제2 노드로부터 입력된 전압 및 상기 기준 전압의 합을 비교하여 상기 제k 배터리셀의 전압과 상기 기준 전압의 크기를 비교하는 비교부;를 포함할 수 있다.
나아가 상기 스위칭부는, 상기 배터리셀 중 어느 하나의 양단의 노드 각각의 전압을 상기 비교부에 입력되도록 다수의 스위칭 모드를 구비하는 셀스위치; 및 상기 다수의 스위칭 모드 간을 순차적으로 전환시키도록 상기 셀스위치를 제어하는 링카운터:를 포함할 수 있다.
또한 상기 배터리셀들에 충전 전력을 공급하는 전원부; 및 상기 전원부로부터 상기 배터리셀들에 공급되는 전력을 개폐하는 전원스위치;를 포함할 수 있다.
나아가 상기 비교부에 의하여 어느 한 배터리셀의 값이 상기 기준전압에 비하여 큰 것으로 판단되는 경우 상기 전원스위치를 제어하여 상기 충전 전력을 차단하는 차단신호 발생부를 포함할 수 있다.
또한 상기 배터리셀들에 공급되는 전류량을 감지하여 과전류 시 상기 전원스위치를 차단하는 전류제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 각 배터리셀들의 온도를 측정하는 온도센싱부; 및 상기 온도센싱부에 의하여 측정된 온도가 기준온도 이상인 경우 상기 전원스위치를 차단하는 온도제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 비교부는 OP AMP 전압 비교기를 포함할 수 있다.
또한 상기 비교부와 상기 스위칭부는 공통의 그라운드 노드를 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면 그라운드가 공통으로 물려져 있는 상태에서 측정될 배터리셀의 수가 많아지는 경우에도 각 배터리셀의 전압을 정확하게 측정할 수 있는 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 각 배터리셀의 전압을 정확히 측정함으로써 과전압 및 과충전 등 배터리셀의 안정성에 문제를 유발할 수 있는 상황을 미연에 방지함으로써 건전한 배터리 이용을 가능케하는 장치를 제공한다.
도 1은 종래의 배터리 충방전 제어장치의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 종래의 배터리 셀 발란싱 수단의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 모습을 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전압 제어부를 포함하는 배터리 관리 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 전압 검출의 원리를 나타내기 위한 회로도이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 스위칭부를 나타내는 회로도이다.
도 6b 내지 도 6e는 일 실시예에 따른 스위칭부의 순차적인 작동 모습을 나타내는 회로도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 비교부의 모습을 나타내는 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 모습을 나타내는 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리셀(300)의 충방전 작업을 안전하게 관리하기 위한 장치로서, 전원부(100), 전원 스위치(200), 전압 제어부(400), 전류 제어부(500) 및 온도 제어부(600)를 포함한다.
본 실시예에서의 배터리셀(300)은 직렬로 연결된다. 전원부(100)는 배터리셀(300)들에 충전 전력을 공급한다. 전원 스위치(200)는 전원부(100)로부터 배터리셀(300)들에 공급되는 전력을 개폐함으로써, 충전 또는 방전이 수행되도록 하거나 차단하는 기능을 수행한다. 전원 스위치(200)로는 릴레이, FET 또는 각종 스위치 등이 이용될 수 있다.
또한 전류 제어부(500)는 센싱 저항(Rs)를 흐르는 전류를 측정함으로써, 배터리셀(300)들에 공급되는 전류량을 감지한다. 이 후 측정된 전류값이 기준치 이상인 것으로 측정되는 경우 과전류로 판단하여 배터리셀(300)에 전달되는 전력을 차단하기 위한 신호를 전원스위치(200)에 전송한다.
또한 온도 제어부(600)는 서미스터나 PTC 소자 등의 온도센싱부(미도시)를 배터리셀(300) 각각에 부착하여 각 배터리셀(300)들의 온도를 측정한다. 온도 제어부(600)는 온도센싱부(미도시)에 의하여 측정된 온도가 기준온도 이상인 경우 정상적인 충방전 상태가 아닌 것으로 판단하여 배터리셀(300)에 전달되는 전력을 차단하기 위한 신호를 전원스위치(200)에 전송한다.
한편, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 전압 제어부(400)에 포함되는 각 구성부 중 전압의 검출과 관련된 셀 스위치(410), 링카운터(420), 비교기(430)를 포괄하여 전압 검출부라 하고, 특히 이 중 배터리셀(300)의 전압을 측정하기 위하여 각 노드를 개폐하고 스위칭하는 기술과 관련된 셀 스위치(410)와 링카운터(420)를 스위칭부라 칭한다. 전압 제어부(400)는 이외에도 충방전 회로와의 연결 및 차단을 제어하는 차단신호 발생부를 포함한다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 전압 검출부를 중심으로 전압을 측정하기 위한 구성부들을 설명한다. 도 4는 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 회로도이고, 도 5는 본 발명에 따른 배터리 전압 검출의 원리를 나타내기 위한 회로도이다. 또한 도 6a는 일 실시예에 따른 스위칭부를 나타내는 회로도이고, 도 6b 내지 도 6e는 일 실시예에 따른 스위칭부의 순차적인 작동 모습을 나타내는 회로도이다. 도 7은 일 실시예에 따른 비교부의 모습을 나타내는 회로도이다.
먼저 전압 검출부를 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이 전압 검출부는 배터리셀(300)들의 전압을 측정하는데 관여하는 구성부들로서, 셀 스위치(410), 링카운터(420) 및 비교기(430)를 지칭한다. 배터리셀(300)들은 그라운드(GND) 측에 연결된 순으로 제1 배터리셀(V1), 제2 배터리셀(V2), 제3 배터리셀(V3) 및 제4 배터리셀(V4)로 지칭한다. 도 4에 도시된 실시예에서는 총 4개의 배터리셀을 구비하고 있으나, 이에 한정되지는 않으며 배터리셀의 개수가 증가함에 따라 관련 구성부가 동일한 방식으로 늘어나면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
전압 검출부의 각 구성부의 설명에 앞서 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 전압의 검출 원리를 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이 비교기(Cp)의 비반전(+) 입력측에는 제2 내지 제4 배터리셀의 전압과 기준전압(Vref)의 합, 즉 V2 + V3 + V4 + Vref의 값이 입력되고, 비교기(Cp)의 반전(-) 입력측에는 제1 내지 제4 배터리셀의 전압의 합, 즉 V1 + V2 + V3 + V4의 값이 입력된다. 비교기(Cp)가 두 입력측의 값을 비교하는 것은 결국 제1 배터리셀의 전압(V1)과 기준전압(Vref)의 값을 비교하는 것이 된다. 나머지 제2 내지 제4 배터리셀의 전압과 기준전압을 비교하는 원리도 동일하다. 이하에서 설명하는 각 구성부들은 이와 같은 배터리셀 측정 원리를 이용한 것이다.
셀스위치(410)는 도 6a에 도시된 바와 같이 각 배터리셀(V1, V2, V3, V4)들의 전압을 측정하기 위하여 노드 1(node 1) 및 노드 2(node 2)에 각 배터리셀(V1, V2, V3, V4)들의 양단을 스위칭하는 기능을 수행한다. 예를들어 제1 스위칭 모드에서는 도 6b에 도시된 바와 같이 스위치 11 및 스위치 12를 클로징할 수 있다. 이 경우 노드 2(node 2)에는 V1 + V2 + V3 + V4의 전압이 걸리게 되고, 노드 1에는 V2 + V3 + V4의 전압이 걸리게 된다. 다음으로 제2 스위칭 모드에서는 도 6c에 도시된 바와 같이 스위치 21 및 스위치 22를 클로징할 수 있다. 이 경우 노드 2(node 2)에는 V2 + V3 + V4의 전압이 걸리게 되고, 노드 1에는 V3 + V4의 전압이 걸리게 된다. 다음으로 제3 스위칭 모드에서는 도 6d에 도시된 바와 같이 스위치 31 및 스위치 32를 클로징할 수 있다. 이 경우 노드 2(node 2)에는 V3 + V4의 전압이 걸리게 되고, 노드 1에는 V4의 전압이 걸리게 된다. 다음으로 제4 스위칭 모드에서는 도 6e에 도시된 바와 같이 스위치 41 및 스위치 42를 클로징할 수 있다. 이 경우 노드 2(node 2)에는 V4의 전압이 걸리게 되고, 노드 1에는 그라운드 전압이 걸리게 된다. 이 때 각 스위칭 모드에서 노드 1(node 1)에 기준 전압을 더해주게 되면, 노드 2(node 2)와 노드 1(node 1_에는 각각 (V1 + V2 + V3 + V4)과 (Vref + V2 + V3 + V4), (V2 + V3 + V4)과 (Vref + V3 + V4), (V3 + V4)과 (Vref + V4) 및 (V4)와 (Vref)의 전압이 걸리도록 할 수 있다.
링카운터(420)는 일반적으로 N개의 계수요소가 환형으로 접속되고, 그 중 1개만이 동작상태에 있으며, 계수 펄스가 1개 가해질 때마다 동작상태가 이웃 요소에 이행되도록 회로를 구성한 것을 말한다. 본 실시예에서 링카운터(420)는 상술한 셀스위치(410)의 4가지 스위칭 상태를 순차적으로 수행하도록 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 링카운터(420)는 (V1 + V2 + V3 + V4)과 (Vref + V2 + V3 + V4), (V2 + V3 + V4)과 (Vref + V3 + V4), (V3 + V4)과 (Vref + V4) 및 (V4)와 (Vref)의 전압이 비교기(430)의 양 입력측에 각각 전달될 수 있도록 스위치(410)를 제어한다.
비교기(430)는 기 설정된 기준전압과 배터리셀(300)들로부터 측정되는 전압을 비교하여 기준전압 이상인지 아닌지의 여부를 판단한다. 비교기(430)로는 전용 비교기를 이용할 수도 있으나, 본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이 OP AMP를 이용하여 구현하였다. 비교기의 종류에는 제한이 없다. 또한 여기서 기준전압이란 각 배터리셀(300)의 스펙에 따라 가변적으로 변동가능한 전압값으로서, 각 배터리셀(300)의 허용 가능한 전압 값을 미리 입력, 즉 앞서 설명한 노드 1에 해당 기준 전압 값이 더해지도록 미리 회로를 구성함으로써 설정이 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 비교기(Cp)는 배터리셀을 포함하는 스위칭부와 공통의 그라운드를 이용할 수 있다. 일반적으로 배터리셀의 전압을 정확하게 측정하기 위하여 배터리셀의 마이너스극 측을 배터리셀들이 연결되어 있는 그라운드와는 별도의 그라운드에 연결하여야 급격한 방전이나 과전류의 위험을 방지할 수 있다. 그러나 본 발명의 경우 특정 배터리셀의 전압을 측정하기 위하여 배터리셀의 마이너스측 노드를 그라운드 전극에 연결하여야할 필요가 없으므로 BMS의 구성면에서 자유롭다.
링카운터(420)가 셀스위치(410)를 제어하여 (V1 + V2 + V3 + V4)과 (V2 + V3 + V4), (V2 + V3 + V4)과 (V3 + V4), (V3 + V4)과 (V4) 및 (V4)와 (그라운드전압)이 각각 노드2(node2)와 노드1(node1)에 걸리도록 제어하면, 노드 1에는 과충전 기준전압(VH_ref)과 과방전 기준전압(VL_ref)이 합산되고, 두 비교기(Cp1, Cp2)의 입력측에는 각각 (V1 + V2 + V3 + V4)과 (Vref + V2 + V3 + V4), (V2 + V3 + V4)과 (Vref + V3 + V4), (V3 + V4)과 (Vref + V4) 및 (V4)와 (Vref)이 순차적으로 입력된다.
차단신호 발생부(440, 450)는 비교기(430)의 비교 결과에 따라 공급 전력을 차단하도록 하는 신호를 전원 스위치(200)로 전송한다. 또한 차단신호 발생부(440, 450)는 전류 제어부(500)의 신호에 따라 공급 전력을 차단하도록 하는 신호를 전원 스위치(200)로 전송한다. 본 실시예에서의 차단신호 발생부(440, 450)는 엔코더(440)와 래치(450)를 포함한다. 엔코더(440)는 비교기(430)나 전류 제어부(500)로부터 전송되는 아날로그 신호를 논리 회로에 적합한 디지털 형식으로 전환하여 전송한다. 래치(450)는 디지털 논리회로의 일종으로서 엔코더(440)로부터 전송되는 신호에 따라 전원 스위치(200)에 공급중인 전력을 차단하도록 하는 신호를 제공한다.
전류 제어부(500)는 앞서 설명한 바와 같이 배터리셀(300)들에 공급되는 전류를 측정하여, 과전류 상태인지 여부를 판단한다.
이하에서는 전압 검출 프로세스를 설명한다. 충전이 시작되면 각 셀을 체크하게 된다. 이 경우 앞서 설명한 바와 같이 제1 스위칭 모드로 전환하여 V1 전압을 검출(S10)하고, 검출된 전압 V1과 기준전압을 비교한다. 비교 결과 검출된 전압이 과충전 기준전압 이상 또는 초과되는 경우 앞서 설명한 바와 같이 과충전을 방지하기 위하여 공급 전력을 찬단하기 위한 신호를 발신한다. 마찬가지로 비교 결과 검출된 전압이 과방전 기준전압 이하이거나 또는 미달되는 경우에는 과방전을 방지하기 위하여 공급 전력을 차단하기 위한 신호를 발신하게 된다. 다음으로 제2 스위칭 모드로 전환하여 V2 전압을 검출한다. 이와 같은 방법으로 제3 스위칭 모드와 제4 스위칭 모드를 순차적으로 전환하면서 V3 전압과 V4 전압을 기준 전압과 비교하게 된다.
한편, 더하는 전압은 포토 커플러 등을 이용해 그라운드를 분리시켜 적용할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 배터리 관리 장치로 구현될 수 있다.
100: 전원부 200: 전원 스위치
300: 배터리셀들 400: 전압 제어부
410: 셀 스위치 420: 링카운터
430: 비교기 440: 엔코더
450: 래치 500: 전류 제어부
600: 온도 제어부

Claims (9)

  1. 직렬로 연결되며, n개(n은 자연수)로 구비되는 배터리셀; 및
    제1 내지 제k 배터리셀(k는 n 이하의 자연수)의 전압의 합으로 산출되는 값과, 제1 내지 제(k-1) 배터리셀의 전압 및 기준전압의 합으로 산출되는 값을 비교하여 제k 배터리셀의 전압을 산출하는 전압검출부;를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압검출부는,
    공통의 그라운드를 기준으로 상기 배터리셀들 중 제1 배터리셀부터 제k 배터리셀(k는 n이하의 임의의 자연수)을 포함하는 제1 노드와 제1 배터리셀부터 제(k-1) 배터리셀을 포함하는 제2 노드를 스위칭하는 스위칭부; 및
    상기 제1 노드로부터 입력된 전압과 상기 제2 노드로부터 입력된 전압 및 상기 기준 전압의 합을 비교하여 상기 제k 배터리셀의 전압과 상기 기준 전압의 크기를 비교하는 비교부;를 포함하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 배터리셀 중 어느 하나의 양단의 노드 각각의 전압을 상기 비교부에 입력되도록 다수의 스위칭 모드를 구비하는 셀스위치; 및
    상기 다수의 스위칭 모드 간을 순차적으로 전환시키도록 상기 셀스위치를 제어하는 링카운터:를 포함하는 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배터리셀들에 충전 전력을 공급하는 전원부; 및
    상기 전원부로부터 상기 배터리셀들에 공급되는 전력을 개폐하는 전원스위치;를 포함하는 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비교부에 의하여 어느 한 배터리셀의 값이 상기 기준전압에 비하여 큰 것으로 판단되는 경우 상기 전원스위치를 제어하여 상기 충전 전력을 차단하는 차단신호 발생부를 포함하는 배터리 관리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 배터리셀들에 공급되는 전류량을 감지하여 과전류 시 상기 전원스위치를 차단하는 전류제어부를 더 포함하는 배터리 관리 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 각 배터리셀들의 온도를 측정하는 온도센싱부; 및
    상기 온도센싱부에 의하여 측정된 온도가 기준온도 이상인 경우 상기 전원스위치를 차단하는 온도제어부를 더 포함하는 배터리 관리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 비교부는 OP AMP 전압 비교기를 포함하는 배터리 관리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 비교부와 상기 스위칭부는 공통의 그라운드 노드를 이용하는 배터리 관리 장치.
KR1020120099205A 2012-09-07 2012-09-07 배터리 관리 장치 KR101330395B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120099205A KR101330395B1 (ko) 2012-09-07 2012-09-07 배터리 관리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120099205A KR101330395B1 (ko) 2012-09-07 2012-09-07 배터리 관리 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101330395B1 true KR101330395B1 (ko) 2013-11-15

Family

ID=49857947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120099205A KR101330395B1 (ko) 2012-09-07 2012-09-07 배터리 관리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101330395B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160095524A (ko) 2015-02-03 2016-08-11 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이의 제어방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11252809A (ja) * 1998-03-02 1999-09-17 Nec Yonezawa Ltd バッテリパックの過充放電防止制御方法および装置
JP2003303626A (ja) 2002-04-10 2003-10-24 Nissan Motor Co Ltd 組電池の異常検出装置
JP2009121840A (ja) 2007-11-12 2009-06-04 Gs Yuasa Corporation:Kk 電圧検出方法及び電圧検出装置
JP2010244702A (ja) 2009-04-01 2010-10-28 Kurimoto Ltd 電池システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11252809A (ja) * 1998-03-02 1999-09-17 Nec Yonezawa Ltd バッテリパックの過充放電防止制御方法および装置
JP2003303626A (ja) 2002-04-10 2003-10-24 Nissan Motor Co Ltd 組電池の異常検出装置
JP2009121840A (ja) 2007-11-12 2009-06-04 Gs Yuasa Corporation:Kk 電圧検出方法及び電圧検出装置
JP2010244702A (ja) 2009-04-01 2010-10-28 Kurimoto Ltd 電池システム

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160095524A (ko) 2015-02-03 2016-08-11 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이의 제어방법
KR101648893B1 (ko) * 2015-02-03 2016-08-17 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이의 제어방법
US10044211B2 (en) 2015-02-03 2018-08-07 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack and method of controlling the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4392103B2 (ja) 充放電制御回路および充電式電源装置
US5631537A (en) Battery charge management/protection apparatus
JP5090477B2 (ja) リチウムイオンまたはリチウムポリマーのバッテリをバランス充電するための方法
JP5036556B2 (ja) リチウムイオンまたはリチウムポリマーのバッテリをバランス充電するための方法
US6624614B2 (en) Charge and discharge controller
KR101973054B1 (ko) 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법
CN101340103B (zh) 过电压保护系统、电池组以及电子设备
US8253383B2 (en) Circuits and methods for monitoring multi-cell battery packs
KR100616163B1 (ko) 배터리 셀 감시 및 균형 회로
TWI403072B (zh) 充放電控制電路及充電式電源裝置
US20090096420A1 (en) Systems and methods for cell balancing
JP6370137B2 (ja) 充放電制御回路及びバッテリ装置
US9863993B2 (en) Storage battery monitoring device with wiring disconnection detection
CA2802650A1 (en) Protective semiconductor apparatus for an assembled battery, a battery pack including the protective semiconductor apparatus, and an electronic device
JP2007240234A (ja) 複数の二次電池を直列・並列に接続しているパック電池
KR101469356B1 (ko) 축전지 모듈 제어 시스템 및 그 방법
KR101413957B1 (ko) 배터리 관리 장치
KR102232116B1 (ko) 밸런싱 저항을 이용한 과전압 방지 시스템
KR20130076692A (ko) 배터리용 검출 회로
KR20160002378A (ko) 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치
KR102358435B1 (ko) 배터리 충전방법 및 이를 이용한 배터리 팩
KR20220121601A (ko) 모듈 밸런싱 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템
KR101330395B1 (ko) 배터리 관리 장치
JPH11332116A (ja) 充放電制御回路及び充電式電源装置
JP5489779B2 (ja) リチウムイオン組電池の充電システムおよび充電方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191028

Year of fee payment: 7