KR101458827B1 - 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 장치 - Google Patents

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Abstract

직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 위한 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스가 개시된다. 이 디바이스는 제 1 전압 측정 유닛, 제 2 전압 측정 유닛, 제 1 보상 유닛, 제 2 보상 유닛 및 계산 유닛을 포함한다. 본 디바이스는 전기 장비에 전력을 제공하는 배터리 팩 내 각 셀의 전압을 측정하고 측정 동안 자체 교정할 수 있다.

Description

셀 전압 모니터링 및 자체 교정 장치{CELL VOLTAGE MONITORING AND SELF-CALIBRATION DEVICE}
본 발명은 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀에 대한 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 전기 차량, 전기 공구 등과 같은 배터리로 구동되는 장비에서 배터리 팩에 있는 각 배터리의 전압을 측정하는데 적용될 수 있다.
충전가능한 배터리는 하나 이상의 전기화학 셀의 그룹이다. 이들은 전기화학 반응이 전기적으로 가역적이기 때문에 2차 전지라고 알려져 있다. 모든 종류의 충전가능한 배터리 중에서 리튬 이온 배터리(Li 이온 배터리 또는 LIB)가 가장 일반적으로 사용되는 것이다. 이것은 전기 차량, 전기 오토바이, 전기 공구, 완구 등과 같은 많은 전기 제품에 적용될 수 있다. 안정적인 전력 공급, 콤팩트한 사이즈 및 충전능력이 모든 응용에서 잇점이다.
리튬 이온 배터리의 전력 관리는 매우 정확한 전압 측정 회로를 요구한다. 전기 차량, 전기 오토바이, 전기 공구 또는 완구에 상관없이 리튬 이온 배터리의 응용은 직렬 연결된 많은 리튬 이온 배터리를 요구한다. 통상적으로, 고전압용 아날로그 대 디지털 변환기 또는 수 개의 개별 아날로그 대 디지털 변환기가 필요한 부품이다. 그러나, 각 아날로그 대 디지털 변환기는 서로 상이한 특성을 가지고 있다. 즉, 각 아날로그 대 디지털 변환기의 측정은 서로 상이할 수 있다. 아날로그 대 디지털 변환기는 측정 공정이 시작하기 전에 교정되어야 한다. 아날로그 대 디지털 변환기가 동작할 때 자체적으로 교정될 수 있다면 더 좋을 것이다. 나아가, 아날로그 대 디지털 변환기의 교정 비용이 비싸다. 따라서 리튬 이온 배터리의 전력 관리는 여전히 개선을 필요로 한다.
이 단점을 극복하기 위하여 미국 특허 번호 7,554,291호는 충전가능하고 방전가능한 전력 공급 시스템을 개시한다. 도 1을 참조하기 바란다. 이 시스템은 서로 직렬 연결된 다수의 배터리 셀 부분과; 각 배터리 셀 부분에 설치되고 각 대응하는 배터리 셀 부분에서의 전하 상태를 검출하도록 구성된 다수의 셀 상태 검출 부분과; 배터리 셀 부분에 대한 전력 공급 제어를 수행하도록 구성된 전력 제어 부분과; 전력 제어 부분으로부터 셀 상태 검출 부분들 중 최고 높은 전위에 위치된 배터리 셀 부분을 위한 것으로 가는 제 1 신호 루트에 설치된 제 1 전기 분리 부분과; 및 최고 셀 상태 검출 부분들 중 낮은 전위 위치에 위치된 배터리 셀 부분을 위한 것으로부터 전력 제어 부분으로 가는 제 2 신호 루트에 설치된 제 2 전기 분리 부분을 포함한다.
다음으로, 도 2를 참조한다. 다른 종래 기술은 미국 특허 출원 번호 2006/0132139호에 개시된다. 장치는 다수의 셀이 전기적으로 직렬 연결된 셀 스택에 있는 셀 그룹을 스캐닝하는 동안 셀의 전압을 측정한다. 이 장치는 제 1 스위칭 디바이스와 전압 검출 디바이스를 구비한다. 제 1 스위칭 디바이스는 셀의 전압을 운반하는 신호 라인과 직렬로 연결된다. 전압 검출 디바이스는 그룹에 속하는 셀의 전압을 운반하는 신호 라인과 전기적으로 연결되는 셀의 전압을 검출한다. 제 1 스위칭 디바이스가 2개의 연속하는 셀 그룹들 사이 연결 점과 전기적으로 연결될 때, 제 1 스위칭 디바이스는 2개의 그룹에 의해 공유된다.
전술된 종래 기술은 셀 전압 검출에서 일부 발전을 보여준다. 그러나, 이들은 전압 변환을 위해 외부 부품과 집적 회로를 요구한다. 이것은 추가적인 비용을 야기한다. 한편, 자체 교정이 이용가능하지 않다. 교정 문제는 각 배터리 셀에 연결된 교정기의 사용에 의하여 해결될 수 있으나, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에서는 다수의 교정기가 필요하고 이는 전체 제조 비용을 확실히 증가시킬 수 있다. 나아가, 다수의 배터리 셀을 교정하는데 단일 교정기가 사용되는 경우에는 교정기에 필요한 전체 전압이 매우 높아서 제조 비용이 크게 증가할 수 있다. 그리하여, 자체 교정 능력이 있고 다수의 교정기에 의존하지 않아서 전체 제조 비용을 감소시킬 수 있는 셀 전압 모니터링 디바이스가 절대적으로 필요하다.
본 단락은 본 발명의 일부 특징을 추출하고 모은 것이고; 다른 특징은 이하 단락에 개시된다. 이 단락은 첨부된 청구범위의 사상과 범위 내에 포함된 여러 변형과 이와 유사한 배열을 포함하려는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 위한 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스는 제 1 배터리 셀과 제 2 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 제 1 전압 측정 유닛과; 제 2 배터리 셀과 제 3 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 제 2 전압 측정 유닛; 상기 제 1 전압 측정 유닛에 연결되어, 제 1 보상 값에 의해 제 1 및 제 2 배터리 셀의 측정된 전압을 승산(multiply)하는 것에 의해 제 1 및 제 2 배터리 셀의 전압을 조정하기 위한 제 1 보상 유닛과; 상기 제 2 전압 측정 유닛에 연결되어, 제 2 보상 값에 의해 상기 제 2 및 제 3 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 제 2 및 제 3 배터리 셀의 전압을 조정하기 위한 제 2 보상 유닛과; 상기 제 1 전압 측정 유닛, 제 2 전압 측정 유닛, 제 1 보상 유닛 및 제 2 보상 유닛에 연결되어, 제 2 배터리 셀의 전압이 제 1 보상 유닛과 제 2 보상 유닛에 의해 조절된 후에 동일하게 되도록 상기 제 1 전압 측정 유닛과 제 2 전압 측정 유닛에 의해 측정된 제 2 배터리 셀의 전압에 기초하여 제 1 보상 값과 제 2 보상 값을 계산하기 위한 계산 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 배터리 셀은 순차적으로 직렬 연결된다.
바람직하게는, 상기 제 1 보상 값은 1로 설정된다.
바람직하게는, 상기 제 2 보상 값은 1로 설정된다.
바람직하게는, 상기 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스는 상기 계산 유닛에 표준 전압 레벨을 제공하기 위한 전압 참조 유닛을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 표준 전압 레벨은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀의 실제 전압이거나 배터리 셀들 중 하나의 배터리 셀의 실제 전압이다.
바람직하게는, 상기 계산 유닛은 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 조절된 전압으로 표준 전압 레벨을 나누는 것에 의해 제 3 보상 값을 계산한다.
바람직하게는, 상기 제 1 및 제 2 배터리 셀의 전압은 상기 제 1 보상 값과 제 3 보상 값에 의해 상기 제 1 및 제 2 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 조절되고, 상기 제 3 배터리 셀의 전압은 제 2 보상 값과 제 3 보상 값에 의해 제 3 배터리 셀의 측정된 값을 승산하는 것에 의해 조절되어 자체 교정이 달성된다.
바람직하게는, 상기 셀 전압 모니터링 및 자체 교체 디바이스는 제 1 배터리 셀과 제 2 배터리 셀의 전압을 상호작용으로 수신하고 상기 제 1 전압 측정 유닛에 전압을 순차 출력하기 위한 제 1 멀티플렉서; 및 제 2 배터리 셀과 제 3 배터리 셀의 전압을 상호작용으로 수신하고 제 2 전압 측정 유닛에 전압을 순차 출력하기 위한 제 2 멀티플렉서를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1 보상 값에 의해 승산된 제 1 전압 측정 유닛에 의해 측정된 제 2 배터리 셀의 전압은 제 2 보상 값에 의해 승산된 제 2 전압 측정 유닛에 의해 측정된 제 2 배터리 셀의 전압이다.
바람직하게는, 상기 배터리 셀은 충전 가능한 배터리이다.
바람직하게는, 상기 충전가능한 배터리는 리튬 이온 배터리이다.
바람직하게는, 상기 제 1 전압 측정 유닛은 2개를 초과하는 배터리 셀의 전압을 동시에 측정한다.
바람직하게는, 상기 제 2 전압 측정 유닛은 2개를 초과하는 배터리 셀의 전압을 동시에 측정한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스는, 복수의 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 적어도 2개의 전압 측정 유닛으로서, 상기 배터리 셀들 중 적어도 1개는 전압 측정 유닛들 중 2개에 의해 측정되는, 적어도 2개의 전압 측정 유닛과; 상기 전압 측정 유닛들 중 하나에 각각 연결되어, 제 1 보상 값에 의해 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 배터리 셀의 전압을 조절하기 위한 적어도 2개의 보상 유닛과; 상기 전압 측정 유닛과 상기 보상 유닛에 연결되어, 배터리 셀의 전압이 2개의 보상 유닛에 의해 조절된 후에 동일하게 되어, 이에 의해 각 배터리 셀의 시스템 측정 에러가 자체 교정을 위해 단일 변수로 결합될 수 있도록, 2개의 전압 측정 유닛에 의해 측정된 배터리 셀의 전압에 기초하여 제 1 보상 값을 계산하기 위한 계산 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 상기 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스는 상기 계산 유닛에 표준 전압 레벨을 제공하기 위한 전압 참조 유닛을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 표준 전압 레벨은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀의 실제 전압이거나 배터리 셀들 중 하나의 배터리 셀의 실제 전압이다.
바람직하게는, 상기 계산 유닛은 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 조절된 전압으로 표준 전압 레벨을 나누는 것에 의해 제 2 보상 값을 계산한다.
바람직하게는, 상기 배터리 셀의 전압은 제 1 보상 값과 제 2 보상 값에 의해 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 조절되어 이에 의해 자체 교정이 달성된다.
바람직하게는, 상기 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스는 배터리 셀의 전압을 수신하고 전압 측정 유닛에 전압을 순차 출력하기 위한 적어도 하나의 멀티플렉서를 더 포함한다.
도 1은 충전가능하고 방전가능한 전력 공급 시스템의 종래 기술을 도시하는 도면.
도 2는 셀의 전압을 측정하는 장치의 종래 기술을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 도면.
본 발명은 이하 실시예를 참조하여 보다 구체적으로 이제 기술된다. 본 발명의 바람직한 실시예의 이하 상세한 설명은 단지 예시와 설명을 위하여 제공된 것일 뿐, 개시된 정확한 형태로 발명을 제한하려는 것이 전혀 아니라는 것을 주지하여야 한다.
제 1 실시예
도 3을 참조한다. 제 1 실시예가 도시된다. 도 3을 참조한다. 도 3은 셀 전압 모니터링 디바이스(10)의 레이아웃을 도시한다. 셀 전압 모니터링 디바이스(10)는 자체 교정할 수 있고 직렬 연결된 다수의 배터리 셀에 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 셀 전압 모니터링 디바이스(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 순차적으로 직렬 연결된 제 1 배터리 셀(201), 제 2 배터리 셀(202) 및 제 3 배터리 셀(203)을 구비하는 배터리 팩(20)에 연결된다. 전술된 모든 배터리 셀은 충전가능한 배터리이다. 바람직하게는, 이 배터리 셀은 실제로 리튬 이온 배터리이다.
셀 전압 모니터링 디바이스(10)는 제 1 멀티플렉서(111), 제 1 전압 측정 유닛(112), 제 1 보상 유닛(113), 제 2 멀티플렉서(121), 제 2 전압 측정 유닛(122), 제 2 보상 유닛(123) 및 계산 유닛(150)을 포함한다.
먼저, 제 1 멀티플렉서(111)는 제 1 배터리 셀(201)과 제 2 배터리 셀(202)의 전압을 상호작용으로 수신하며 제 1 전압 측정 유닛(112)에 전압을 순차 출력한다. 한편, 제 2 멀티플렉서(121)는 제 2 배터리 셀(202)과 제 3 배터리 셀(203)의 전압을 상호작용으로 수신하고 제 2 전압 측정 유닛(122)에 전압을 순차 출력한다.
제 1 전압 측정 유닛(112)이 채널(VSS_1.1, VCC_1.1, VSS_1.2 및 VCC_1.2)을 통해 제 1 멀티플렉서(111)로부터 전압을 수신한 후에, 제 1 전압 측정 유닛(112)은 제 1 배터리 셀(201)과 제 2 배터리 셀(202)의 전압을 측정한다. 제 1 배터리 셀(201)의 측정된 전압은 V1_1이고, 제 2 배터리 셀(202)의 측정된 전압은 V2_1이다. 이와 유사하게, 제 2 전압 측정 유닛(122)이 채널(VSS_2.1, VCC_2.1, VSS_2.2 및 VCC_2.2)을 통해 제 2 멀티플렉서(121)로부터 전압을 수신한 후에, 제 2 전압 측정 유닛(122)은 제 2 배터리 셀(202)과 제 3 배터리 셀(203)의 전압을 측정한다. 제 2 배터리 셀(202)의 측정된 전압은 V2_2이고, 제 3 배터리 셀(203)의 측정된 전압은 V3_2이다.
시스템 측정 에러가 제 1 멀티플렉서(111), 제 1 전압 측정 유닛(112), 제 2 멀티플렉서(121) 또는 제 2 전압 측정 유닛(122)의 동작 동안 야기될 수 있다. 전통적으로, 이 문제는 교정기의 사용에 의하여 해결된다. 그러나, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에서, 다수의 교정기는 각 배터리 셀에 하나씩 필요하며 이는 전체 제조 비용을 명백해 증가시킬 수 있다. 그리하여, 본 발명의 주된 특징은 다수의 교정기를 의존하지 않고 전체 제조 비용을 감소시킬 수 있는 자체 교정 능력을 가지는 셀 전압 모니터링 디바이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 전압 이득을 제공하는 것에 의해 배터리 셀(201, 202, 203)의 전압을 조절하기 위해 제 1 보상 유닛(113)과 제 2 보상 유닛(123)이 사용된다.
제 1 보상 유닛(113)은 제 1 배터리 셀(201)과 제 2 배터리 셀(202)의 전압을 조절하는 제 1 전압 측정 유닛(112)에 연결된다. 이 전압은 제 1 배터리 셀(201)과 제 2 배터리 셀(202)의 측정된 전압을 제 1 보상 값(C1)에 의해 승산하는 것에 의해 조절된다. 제 1 배터리 셀(201)의 전압은 V1_1으로부터 V1_1 x C1인 V1_1A로 조절된다. 제 2 배터리 셀(201)의 전압은 V2_1으로부터 V2_1 x C1인 V2_1A로 조절된다.
이와 유사하게, 제 2 보상 유닛(123)은 제 2 배터리 셀(202)과 제 3 배터리 셀(203)의 전압을 조절하는 제 2 전압 측정 유닛(122)에 연결된다. 이 전압은 제 2 배터리 셀(202)과 제 3 배터리 셀(203)의 측정된 전압을 제 2 보상 값(C2)에 의해 승산하는 것에 의해 조절된다. 제 2 배터리 셀(202)의 전압은 V2_2로부터 V2_2 x C2인 V2_2A로 조절된다. 제 3 배터리 셀(203)의 전압은 V3_2로부터 V3_2 x C2인 V3_2A로 조절된다.
계산 유닛(150)은 제 1 전압 측정 유닛(112), 제 2 전압 측정 유닛(122), 제 1 보상 유닛(113), 및 제 2 보상 유닛(123)에 연결된다. 계산 유닛(150)은 제 2 배터리 셀(202)의 전압이 제 1 보상 유닛(113)과 제 2 보상 유닛(123)에 의해 조절된 후에 동일하게 되도록 제 1 전압 측정 유닛(112)과 제 2 전압 측정 유닛(122)에 의해 측정된 제 2 배터리 셀(202)의 전압(V2_1 및 V2_2)에 기초하여 제 1 보상 값(C1)과 제 2 보상 값(C2)을 계산하는데 사용된다. 이것은 제 2 배터리 셀(202)의 조절된 전압(V2_1A 및 V2_2A)은 동일하게 된다는 것을 의미한다. 다시 말해, 제 1 보상 값(C1)에 의해 승산된 제 1 전압 측정 유닛(112)에 의해 측정된 제 2 배터리 셀(202)의 전압(V2_1)은 제 2 보상 값(C2)에 의해 승산된 제 2 전압 측정 유닛(122)에 의해 측정된 제 2 배터리 셀의 전압(V2_2)과 같게 된다. 다음으로, 제 1 보상 값(C1)이거나 제 2 보상 값(C2)은 1로 설정되게 선택된다. 이 실시예에서, 제 1 보상 값(C1)은 1로 설정되고, 그래서 C2 = V2_1 ÷ V2_2이다. 다른 조건에서, 제 2 보상 값(C2)이 대신 1로 설정될 수 있다.
배터리 셀(201, 202, 203)의 정확한 전압을 획득하기 위하여, 셀 전압 모니터링 디바이스(10)는 계산 유닛(150)에 표준 전압 레벨(VR)을 제공하기 위한 전압 참조 유닛(104)을 더 포함한다.
표준 전압 레벨(VR)은 직렬 연결된 배터리 셀(201, 202, 203)의 실제 전압이거나 배터리 셀(201, 202, 203)들 중 하나의 배터리 셀의 실제 전압이다. 예를 들어, 표준 전압 레벨(VR)이 제 1 배터리 셀(201)의 실제 전압이라면, 계산 유닛(150)은 표준 전압 레벨(VR)을 V1_1A인 제 1 배터리 셀(201)의 대응하게 조절된 전압에 의하여 나누는 것에 의해 제 3 보상 값(C3)을 계산할 수 있다. 이것은 C3 = VR ÷ (V1_1 x C1)을 의미하고, C1 = 1로 설정되므로 C3 = VR ÷ V1_1이다. C3이 계산된 후에, 배터리 셀(201, 202, 203)의 전압은 제 1 보상 값(C1)과 제 3 보상 값(C3)에 의해 제 1 배터리 셀(201)과 제 2 배터리 셀(202)의 측정된 전압(V1_1 및 V2_1)을 승산하고, 상기 제 2 보상 값(C2)과 제 3 보상 값(C3)에 의해 상기 제 3 배터리 셀(203)의 측정된 전압(V3_2)을 승산하는 것에 의해 제 1 보상 유닛(113)과 제 2 보상 유닛(123)에 의해 정확히 조절되어, 이에 의해 자체 교정이 달성될 수 있다.
이 실시예에서는, 표준 전압 레벨(VR)을 계산 유닛(150)에 제공하기 위해 전압 참조 유닛(140)이 셀 전압 모니터링 디바이스(10)에 포함되어 있으나, 외부 전압 참조 유닛이 또한 이 표준 전압 레벨을 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 주된 개념은 배터리 셀이 2개의 다른 배터리 셀들 사이에 배치되는지 여부에 상관없이 제 1 전압 측정 유닛(112)과 제 2 전압 측정 유닛(122)이 동일한 배터리 셀을 측정하게 하는 것이다. 그리하여, 제 1 배터리 셀(201), 제 2 배터리 셀(202) 및 제 3 배터리 셀(203)은 도 3에 도시된 바와 같이 순차 직렬 연결되는 것으로 제한되는 것은 아니다. 대신, 제 1 배터리 셀(201)은 제 2 배터리 셀(202)과 제 3 배터리 셀(203) 사이에 배치될 수 있는 반면, 제 2 배터리 셀(202)은 제 1 전압 측정 유닛(112)과 제 2 전압 측정 유닛(122)에 의해 2번 측정될 수 있다. 다시 말해, 제 1 배터리 셀(201), 제 2 배터리 셀(202) 및 제 3 배터리 셀(203)이 이 실시예에서는 순차 직렬 연결되어 있는 것이나, 이들이 반드시 이 순서로 배치되는 것으로 제한되는 것은 아니다.
전통적으로, 단일 교정기가 다수의 배터리 셀의 교정을 위해 사용되고 있다면, 이 교정기에 필요한 전체 전압이 매우 높아 이에 의해 제조 비용이 크게 증가할 수 있다. 이 실시예에서는, 전압 측정 유닛 각각은 배터리 셀들 중 2개만을 측정할 필요가 있어, 이에 각 전압 측정 유닛에 필요한 전압이 낮아 이에 의해 제조 비용이 감소될 수 있다. 전압 측정 유닛은 단 2개의 배터리 셀만을 동시에 측정하는 것으로 제한되는 것은 아니고, 2개를 초과하는 배터리 셀이 본 발명에 따라 동시에 측정될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제 1 전압 측정 유닛(112)은 4개의 배터리 셀을 동시에 측정하는 일을 담당할 수 있는 반면, 제 2 전압 측정 유닛(122)은 제 1 전압 측정 유닛(112)에 의해 측정된 4개의 배터리 셀들 중 하나와, 상기 제 1 전압 측정 유닛(112)에 의해 측정되지 않은 다른 3개의 배터리 셀을 측정하는 일을 담당할 수 있다.
본 발명에 의해, 각 배터리 셀의 시스템 측정 에러는 단일 변수로 결합될 수 있으며, 그리하여 단 하나의 표준 전압 레벨이 교정을 위해 필요하다. 그리하여, 다수의 전압 측정 유닛이 전압 참조 유닛 또는 교정기의 수를 증가시킴이 없이 배터리 셀의 수를 증가시키면서 함께 적층될 수 있다.
제 2 실시예
본 발명은 단 3개의 배터리 셀만을 가지는 배터리 팩을 측정하는데 사용되는 것으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 또한 3개를 초과하는 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에도 사용될 수 있다. 일례로서 4개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 취할 수 있다.
도 4를 참조한다. 제 2 실시예가 개시된다. 동일한 기능을 가지는 부재는 동일한 참조 부호로 식별되며, 중복되는 설명은 생략한다.
제 1 실시예와 제 2 실시예 사이의 차이는 제 2 실시예에서 배터리 팩(20)이 제 4 배터리 셀(204)을 더 구비한다는 것과 셀 전압 모니터링 디바이스(10)가 제 3 멀티플렉서(131), 제 3 전압 측정 유닛(132) 및 제 3 보상 유닛(133)을 더 구비한다는 것이다.
제 3 멀티플렉서(131)는 제 3 배터리 셀(203)과 제 4 배터리 셀(204)에 각각 병렬 연결되며, 제 3 배터리 셀(203)과 제 4 배터리 셀(204)의 전압을 상호작용으로 수신하며 제 3 전압 측정 유닛(132)에 전압을 순차 출력한다.
제 3 전압 측정 유닛(132)이 채널(VSS_3.1, VCC_3.1, VSS_3.2 및 VCC_3.2)을 통해 제 3 멀티플렉서(131)로부터 전압을 수신한 후에, 제 3 전압 측정 유닛(132)은 제 3 배터리 셀(203)과 제 4 배터리 셀(204)의 전압을 측정한다. 제 3 배터리 셀(203)의 측정된 전압은 V3_3이고, 제 4 배터리 셀(204)의 측정된 전압은 V4_3이다.
제 1 실시예에 있는 셀 전압 모니터링 디바이스(10)와 같이, 시스템 측정 에러가 제 3 멀티플렉서(131)와 제 3 전압 측정 유닛(132)의 동작 동안 야기될 수 있다.
이 문제를 극복하기 위하여, 전압 이득을 제공하는 것에 의해 배터리 셀(203, 204)의 전압을 조절하기 위해 제 3 보상 유닛(133)이 사용된다.
제 3 보상 유닛(133)은 제 3 배터리 셀(203)과 제 4 배터리 셀(204)의 전압을 조절하기 위해 제 3 전압 측정 유닛에 연결된다. 이 전압은 제 4 보상 값(C4)에 의해 제 3 배터리 셀(203)과 제 4 배터리 셀(204)의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 조절된다. 제 3 배터리 셀(203)의 전압은 V3_3으로부터 V3_3 x C4인 V3_3A로 조절된다. 제 4 배터리 셀(204)의 전압은 V4_3으로부터 V4_3 x C4인 V4_3A로 조절된다.
이 실시예에서, 계산 유닛(150)은 제 1 전압 측정 유닛(112), 제 2 전압 측정 유닛(122), 제 3 전압 측정 유닛(132), 제 1 보상 유닛(113), 제 2 보상 유닛(123) 및 제 3 보상 유닛(133)에 연결된다. 계산 유닛(150)은 제 1 보상 값(C1), 제 2 보상 값(C2) 및 제 3 보상 값(C3)을 계산하는데 사용될 뿐만 아니라, 제 3 배터리 셀(203)의 전압이 제 2 보상 유닛(123)과 제 3 보상 유닛(133)에 의해 조절된 후에 동일하도록 제 2 전압 측정 유닛(122)과 제 3 전압 측정 유닛(132)에 의해 측정된 제 3 배터리 셀(203)의 전압(V3_2 및 V3_3)에 기초하여 제 4 보상 값(C4)을 계산하는데 사용될 수 있다. 이것은 제 3 배터리 셀(203)의 조절된 전압(V3_2A 및 V3_3A)이 동일하다는 것을 의미한다. 다시 말해, 제 2 보상 값(C2)에 의해 승산된 제 2 전압 측정 유닛(122)에 의해 측정된 제 3 배터리 셀(203)의 전압(V3_2)은 제 4 보상 값(C4)에 의해 승산된 제 3 전압 측정 유닛(132)에 의해 측정된 제 3 배터리 셀(203)의 전압(V3_3)과 같다. 다음으로, C1, C2 또는 C3은 1로 선택된다. 이 실시예에서는, C1이 선택되고, 그래서 C2 = V2_1 ÷ V2_2이고, C4는 다음과 같이 계산된다:
V3_3 x C4 = V3_2 x C2 = V3_2 x (V2_1 ÷ V2_2)
C4 = [V3_2 x (V2_1 ÷ V2_2)] ÷ V3_3
이 실시예에서 언급된 바와 같이, 배터리 셀의 정확한 전압을 획득하기 위하여, 셀 전압 모니터링 디바이스(10)는 계산 유닛(150)에 표준 전압 레벨(VR)을 제공하기 위한 전압 참조 유닛(140)을 더 포함한다. 표준 전압 레벨(VR)이 제 1 배터리 셀(201)의 실제 전압이라면, 계산 유닛(150)은 V1_1A인 제 1 배터리 셀(201)의 대응하게 조절된 전압으로 표준 전압 레벨(VR)을 나누는 것에 의해 제 3 보상 값(C3)을 계산할 수 있다. 이것은 C3 = VR ÷ (V1_1 x C1)이고, C1은 1로 설정되므로, C3 = VR ÷ V1_1이라는 것을 의미한다. C3이 계산된 후에, 배터리 셀(201, 202, 203)의 전압은 제 1 실시예에서 언급된 바와 같이 정확히 조절될 수 있으며, 배터리 셀(204)의 전압은 제 3 보상 값(C3)과 제 4 보상 값(C4)에 의해 제 4 배터리 셀(204)의 측정된 전압(V4_3)을 승산하는 것에 의해 정확히 조절될 수 있으며, 이에 의해 자체 교정이 달성될 수 있다.
본 발명이 현재 가장 실제적이고 바람직한 실시예인 것으로 고려되는 것에 대해 설명되었으나, 본 발명은 개시된 실시예로만 제한되는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도리어, 모든 이러한 변형과 이와 유사한 구조를 포함하도록 최광의 해석에 따라 첨부된 청구범위의 사상과 범위 내에 포함된 여러 변형과 이와 유사한 배열을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 복수의 배터리 셀을 위한 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스로서,
    제 1 배터리 셀과 제 2 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 제 1 전압 측정 유닛과;
    제 2 배터리 셀과 제 3 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 제 2 전압 측정 유닛과;
    상기 제 1 전압 측정 유닛에 연결되어, 제 1 보상 값에 의해 상기 제 1 및 제 2 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 상기 제 1 및 제 2 배터리 셀의 전압을 조절하기 위한 제 1 보상 유닛과;
    상기 제 2 전압 측정 유닛에 연결되어, 제 2 보상 값에 의해 상기 제 2 및 제 3 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 상기 제 2 및 제 3 배터리 셀의 전압을 조절하기 위한 제 2 보상 유닛과;
    상기 제 1 전압 측정 유닛, 상기 제 2 전압 측정 유닛, 상기 제 1 보상 유닛 및 상기 제 2 보상 유닛에 연결되어, 상기 제 2 배터리 셀의 전압이 상기 제 1 보상 유닛과 제 2 보상 유닛에 의해 조절된 후에 동일하게 되어, 이에 의해 각 배터리 셀의 시스템 측정 에러가 자체 교정을 위해 단일 변수로 결합될 수 있도록, 상기 제 1 전압 측정 유닛과 상기 제 2 전압 측정 유닛에 의해 측정된 상기 제 2 배터리 셀의 전압에 기초하여 상기 제 1 보상 값과 상기 제 2 보상 값을 계산하기 위한 계산 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 배터리 셀은 순차 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 보상 값은 1로 설정되는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 계산 유닛에 표준 전압 레벨을 제공하기 위한 전압 참조 유닛을 더 포함하며, 상기 표준 전압 레벨은 직렬 연결된 상기 복수의 배터리 셀의 실제 전압이거나 상기 배터리 셀들 중 하나의 배터리 셀의 실제 전압인 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 조절된 전압으로 상기 표준 전압 레벨을 나누는 것에 의해 제 3 보상 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 배터리 셀의 전압은 상기 제 1 보상 값과 제 3 보상 값에 의해 상기 제 1 및 제 2 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 조절되며, 상기 제 3 배터리 셀의 전압은 상기 제 2 보상 값과 제 3 보상 값에 의해 상기 제 3 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 조절되어, 이에 의해 자체 교정이 달성되는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 배터리 셀과 제 2 배터리 셀의 전압을 상호작용으로 수신하고 상기 제 1 전압 측정 유닛에 전압을 순차 출력하기 위한 제 1 멀티플렉서와; 상기 제 2 배터리 셀과 제 3 배터리 셀의 전압을 상호작용으로 수신하고 상기 제 2 전압 측정 유닛으로 전압을 순차 출력하기 위한 제 2 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 보상 값에 의해 승산된 상기 제 1 전압 측정 유닛에 의해 측정된 상기 제 2 배터리 셀의 전압은 상기 제 2 보상 값에 의해 승산된 상기 제 2 전압 측정 유닛에 의해 측정된 상기 제 2 배터리 셀의 전압과 같은 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 셀은 충전가능한 배터리 및 리튬 이온 배터리인 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전압 측정 유닛은 2개를 초과하는 배터리 셀의 전압을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  11. 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스에 있어서,
    복수의 배터리 셀의 전압을 측정하기 위한 적어도 2개의 전압 측정 유닛으로서, 상기 배터리 셀들 중 적어도 하나는 상기 전압 측정 유닛들 중 2개에 의해 측정되는, 적어도 2개의 전압 측정 유닛과;
    상기 전압 측정 유닛들 중 하나에 각각 연결되어, 개별 보상 값에 의해 상기 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 상기 배터리 셀의 전압을 조절하기 위한 적어도 2개의 보상 유닛과;
    상기 전압 측정 유닛과 상기 보상 유닛에 연결되어, 상기 배터리 셀의 전압이 2개의 상기 보상 유닛에 의해 조절된 후 동일하게 되어, 이에 의해 각 배터리 셀의 시스템 측정 에러가 자체 교정을 위해 단일 변수로 결합될 수 있도록, 2개의 전압 측정 유닛에 의해 측정된 상기 배터리 셀의 전압에 기초하여 상기 개별 보상 값을 계산하기 위한 계산 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 계산 유닛에 표준 전압 레벨을 제공하기 위한 전압 참조 유닛을 더 포함하며, 상기 표준 전압 레벨은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀의 실제 전압이거나 상기 배터리 셀들 중 하나의 배터리 셀의 실제 전압인 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 조절된 전압으로 상기 표준 전압 레벨을 나누는 것에 의해 제 2 보상 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 배터리 셀의 전압은 개별 보상 값과 제 2 보상 값에 의해 상기 배터리 셀의 측정된 전압을 승산하는 것에 의해 조절되어, 이에 의해 자체 교정이 달성되는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 배터리 셀의 전압을 수신하고 상기 전압 측정 유닛에 전압을 순차 출력하기 위한 적어도 하나의 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 전압 모니터링 및 자체 교정 디바이스.
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