KR101619483B1 - 배터리 전압 측정회로의 진단 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 전압 측정회로의 진단 장치 및 그 방법을 공개한다. 본 발명은 직렬 연결된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 배터리 모듈과 연결되어 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 배터리 제어부, 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 배터리 제어부를 각각 연결하는 복수개의 제1 선로; 및 제1 선로와 별도로 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 배터리 제어부를 각각 연결하는 복수개의 제2 선로를 포함하고, 배터리 제어부는 복수개의 제1 선로를 통해 인가되는 배터리 셀들의 전압과 복수개의 제2 선로를 통해 인가되는 배터리 셀들의 전압을 비교하여 제1 선로 및 제2 선로의 이상 발생 여부를 판별한다.

Description

배터리 전압 측정회로의 진단 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DIAGNOSING VOLTAGE MEASUREMENT CIRCUIT OF BATTERY AND METHOD THEREOF}
본 명세서는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 전압 측정회로에 대한 고장을 정밀하게 진단할 수 있는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV; electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량, 배터리 용량의 한계 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 상용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 본격화 되었다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다. HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있으며, 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 적어도 하나의 배터리 팩을 동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 절실히 요구되는 실정이다.
종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템은 각각 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 그룹 및 배터리 그룹에 대응하는 배터리 제어부를 포함한다.
배터리 제어부는 배터리 팩과 연결되어 배터리 팩의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 팩의 충방전 동작을 제어한다. 여기서 종래의 배터리 제어부는 배터리 제어회로 내부의 이상 상태를 진단하는 이상 진단 회로 이상 진단 회로를 구비하여, 제어 회로 내부의 이상 상태에 대해서는 진단 가능하도록 하였으나, 복수개의 셀로부터 선택회로 사이의 선로 및 각 소자의 이상 유무를 판단하지 않는다는 한계가 있다.
미국 공개특허 US2014-0088823호(2014.03.27.공개)
본 명세서는 복수개의 셀로부터 배터리 제어회로 사이를 연결하는 선로 및 소자의 이상 유무를 진단할 수 있는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 전압 측정회로의 진단 장치는 직렬 연결된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 배터리 제어부; 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 상기 배터리 제어부를 각각 연결하는 복수개의 제1 선로; 및 상기 제1 선로와 별도로 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 상기 배터리 제어부를 각각 연결하는 복수개의 제2 선로; 를 포함하고, 상기 배터리 제어부는 상기 복수개의 제1 선로를 통해 인가되는 상기 배터리 셀들의 전압과 상기 복수개의 제2 선로를 통해 인가되는 상기 배터리 셀들의 전압을 비교하여 상기 제1 선로 및 상기 제2 선로의 이상 발생 여부를 판별한다.
상기 배터리 제어부는 상기 복수개의 배터리 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 셀을 선택하여 제어 신호를 생성하는 제어부; 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제1 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제1 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제1 전압값을 획득하는 제1 AD 컨버터; 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제2 선로 중 선택된 상기 배터리 셀의 양단에 연결된 제2 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제2 전압값을 획득하는 제2 AD 컨버터; 및 상기 제1 전압값 및 상기 제2 전압값의 전압차를 계산하고, 계산된 상기 전압차가 기설정된 기준값 이상이면 이상 발생 신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하는 비교기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준값은 상기 제1 AD 컨버터 및 상기 제2 AD 컨버터 각각의 측정 오차의 최대치의 합으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 AD 컨버터 각각은 상기 제어 신호에 응답하여, 상기 복수개의 제1 및 제2 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제1 및 제2 선로를 각각 선택하는 멀티플렉서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 AD 컨버터는 상기 제1 AD 컨버터보다 저해상도를 갖는 AD 컨버터인 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 전압 측정회로의 진단 장치는 상기 복수개의 제1 선로 상에 배치되어, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 양극 및 음극 단자 중 대응하는 단자에 일단이 연결되고, 타단이 각각 상기 제1 AD 컨버터에 연결되는 복수개의 필터 저항; 및 상기 복수개의 필터 저항 각각의 타단과 상기 제1 AD 컨버터 사이의 상기 제1 선로에 일단이 연결되고 타단이 접지 전압에 연결된 복수개의 필터 커패시터; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 전압 측정회로의 진단 장치는 상기 복수개의 제2 선로 상에 배치되어, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 양극 및 음극 단자 중 대응하는 단자에 일단이 연결되고, 타단이 각각 상기 제2 AD 컨버터에 연결되는 복수개의 밸런스 저항; 및 상기 복수개의 밸런스 저항 각각의 타단들 사이에 상기 복수개의 배터리 셀과 병렬로 연결되는 복수개의 밸런스 커패시터; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 비교기로부터 상기 이상 발생 신호가 수신되면, 이상 발생 여부를 기설정된 통신 방식으로 외부 기기로 전송하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 전압 측정회로의 진단 방법은 직렬 연결된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 복수개의 제1 선로 및 상기 제1 선로와 별도의 제2 선로를 통해 전기적으로 연결되는 배터리 제어부를 포함하는 배터리 전압 측정 회로의 진단 장치를 이용한 배터리 전압 측정 회로의 진단 방법에 있어서, 상기 배터리 제어부의 제어부가 상기 복수개의 배터리 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 셀을 선택하고, 선택된 배터리 셀에 대응하는 제어 신호를 전송하는 단계; 상기 배터리 제어부의 제1 AD 컨버터가 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제1 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제1 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제1 전압값을 획득하는 단계; 상기 배터리 제어부의 제2 AD 컨버터가 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제2 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제2 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제1 전압값을 획득하는 단계; 상기 배터리 제어부의 비교기가 상기 제1 전압값 및 상기 제2 전압값의 전압차를 계산하는 단계; 및 상기 배터리 제어부의 비교기가 계산된 상기 전압차가 기설정된 기준값 이상인지 판별하여 상기 전압차가 기설정된 기준값 이상이면, 이상 발생 신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하는 단계; 를 포함한다.
상기 배터리 전압 측정 회로의 진단 방법은 상기 제어부가 복수개의 배터리 셀이 모두 선택되었는지 판별하고, 선택되지 않은 배터리 셀이 존재하면, 선택되지 않은 배터리 셀을 선택하여 상기 제어 신호를 생성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 따르면, 배터리 셀과 배터리 제어회로를 연결하는 선로의 단선, 단락 및 누설과 같은 이상 발생 유무를 검출할 수 있는 배터리 관리 시스템의 진단 장치 및 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀과 배터리 제어회로 사이의 선로에 연결된 소자의 이상 유무를 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정회로의 회로의 진단 장치를 나타낸다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정회로의 진단 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정회로의 회로의 진단 장치를 나타낸다.
본 명세서의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 직렬 연결된 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)을 포함하는 배터리 모듈(110)과 배터리 모듈(110)과 연결되어 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 각각의 충방전 상태를 모니터링 하고 필요시 셀 밸런싱을 수행하는 배터리 제어부(130)를 포함한다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 배터리 셀을 5개의 경우로 한정하여 도시하였으나, 배터리 셀의 개수는 이보다 적거나 많을 수 있으며, 경우에 따라서는 다수의 배터리 셀을 포함하는 다수의 배터리 모듈로 구성될 수도 있다.
복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 각각의 양극(+) 및 음극(-) 단자는 제1 선로(L11 ~ L16) 및 제2 선로(L21 ~ L26)를 통해 배터리 제어부(130)과 전기적으로 연결된다.
복수개의 제1 선로(L11 ~ L16)는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 각각의 양극(+) 및 음극(-) 단자 중 대응하는 단자를 배터리 제어부(130)의 제1 AD 컨버터(ADC1)와 연결하고, 제1 선로(L11 ~ L16)와 병렬로 연결되는 제2 선로(L21 ~ L26)는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 각각의 양극(+) 및 음극(-) 단자 중 대응하는 단자를 배터리 제어부(130)의 제2 AD 컨버터(ADC2)와 연결한다.
그리고 복수개의 제1 선로(L11 ~ L16) 상에는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 각각의 양극(+) 및 음극(-) 단자 중 대응하는 단자에 일단이 연결되고, 타단이 각각 제1 AD 컨버터(ADC1)에 연결되는 필터 저항(Rf1 ~ Rf6)이 구비된다. 또한 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6) 각각의 타단과 제1 AD 컨버터(ADC1) 사이의 제1 선로(L11 ~ L12)에 일단이 연결되고 타단이 접지 전압(GND)에 연결된 복수개의 필터 커패시터(Cf1 ~ Cf6)가 구비된다.
복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6) 및 복수개의 필터 커패시터(Cf1 ~ Cf6)는 RC 필터를 구성하여 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)에서 공급되는 전력의 노이즈를 제거한다. 본 발명에서 제1 AD 컨버터(ADC1)는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC6)의 전압 레벨을 정밀하게 측정하기 위한 구성 요소로서, 노이즈가 포함되면, 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC6)의 전압 레벨을 정확하게 판별할 수 없다. 이에 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6) 및 복수개의 필터 커패시터(Cf1 ~ Cf6)를 이용하여 노이즈를 제거함으로써, 제1 AD 컨버터(ADC1)가 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC6)의 전압 레벨을 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
경우에 따라서 필터 저항(Rf1 ~ Rf6)은 배터리 셀(BC1 ~ BC5)로부터 유입되는 고전압이 배터리 제어부(130)로 인가되어 배터리 제어부(130)이 파손되는 것을 방지하기 위한 보호 저항으로서 역할을 수행할 수도 있으며, 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6)이 보호 저항으로서 기능 하는 경우에 수 KΩ 수준의 고저항값을 갖도록 구성된다.
그러나 본 발명에서는 제1 AD 컨버터(ADC1)가 정확한 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 전압 값을 판별할 수 있도록, 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6)이 단순히 RC 필터를 구성하는 소자로서 기능만을 수행하는 것으로 가정하며, 따라서 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6)의 저항 값은 불필요한 전압 강하가 발생하지 않도록 고가의 수 KΩ의 고저항값을 갖는 저항 대신 수 백Ω 내지 수 십Ω의 낮은 저항값을 갖는 저가의 저항으로 구성될 수 있다. 다만 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6)이 낮은 저항값을 갖는 저항으로 구성됨에 따른 RC 필터의 특성 저하를 방지하기 위해 필터 커패시터(Cf1 ~ Cf6)의 커패시턴스 값이 상대적으로 큰 커패시턴스 값을 갖도록 구성할 수 있다.
예를 들어, 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6)이 각각 100Ω의 저항값을 갖는다면, 복수개의 필터 커패시터(Cf1 ~ Cf6)는 100nF 의 커패시턴스를 갖도록 구성될 수 있다.
경우에 따라서 복수개의 필터 저항(Rf1 ~ Rf6) 및 필터 커패시터(Cf1 ~ Cf6)는 생략될 수 있다.
한편 복수개의 제2 선로(L21 ~ L26) 상에는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 각각의 양극(+) 및 음극(-) 단자 중 대응하는 단자에 일단이 연결되고, 타단이 각각 제2 AD 컨버터(ADC1)에 연결되는 밸런스 저항(Rb1 ~ Rb6)이 구비된다.
또한 복수개의 밸런스 저항(Rb1 ~ Rb6) 각각의 타단들 사이에는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)와 병렬로 연결되는 복수개의 밸런스 커패시터(Cf1 ~ Cf6)가 구비된다. 복수개의 밸런스 저항(Rb1 ~ Rb6)은 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)이 과충전된 경우에 과충전된 전압을 방전하기 위해 구비되며, 복수개의 밸런스 커패시터(Cf1 ~ Cf6)는 후술하는 밸런스 스위치(미도시)가 방전을 위해 턴 온 및 턴 오프하는 경우에 발생하는 스위칭 노이즈를 제거하기 위해 구비된다.
배터리 제어부(130)는 제1 AD 컨버터(ADC1), 제2 AD 컨버터(ADC2), 비교기(CMP) 및 제어부(CON)를 구비한다.
제1 AD 컨버터(ADC1)는 복수개의 제1 선로(L11 ~ L16)를 통해 인가되는 배터리 셀의 전압을 디지털 값으로 변환하여 제1 전압값을 비교기(CMP) 및 제어부(CON)로 전송한다. 한편 제2 AD 컨버터(ADC2)는 복수개의 복수개의 제1 선로(L11 ~ L16)를 통해 인가되는 배터리 셀의 전압을 디지털 값으로 변환하여 제2 전압값을 비교기(CMP)로 전송한다.
여기서 제1 AD 컨버터(ADC1)는 제어부(CON)의 제어에 따라 구동되는 멀티플렉서를 구비하여 복수개의 제1 선로(L11 ~ L16) 중 측정하고자 하는 배터리 셀(BC1 ~BC5)에 대응하는 선로를 선택하고, 선택된 선로로 인가되는 전압 레벨을 제1 전압값으로 변환할 수 있다. 마찬가지로 제2 AD 컨버터(ADC2) 또한 제어부(CON)의 제어에 따라 구동되는 멀티플렉서를 구비하여 복수개의 제2 선로(L21 ~ L26) 중 제1 AD 컨버터(ADC1)가 선택한 제1 선로에 대응하는 선로를 선택하고, 선택된 선로로 인가되는 전압 레벨을 제2 전압값으로 변환할 수 있다.
이때 제1 AD 컨버터(ADC1)는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 정확한 전압값을 획득하기 위해 고가의 고해상도 AD 컨버터로 구현되는 반면, 제2 AD 컨버터(ADC2)는 제1 AD 컨버터(ADC1)보다 해상도가 낮은 저해상도의 AD 컨버터로 구현될 수 있다. 본 발명에서 제1 AD 컨버터(ADC1)가 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 정확한 전압값을 측정하기 위해 구비되며, 제2 AD 컨버터(ADC2)는 전압 측정회로의 이상 발생 여부를 판별할 수 있는 참조값을 제공하기 위해 구비되는 AD 컨버터로이다. 따라서 정확한 배터리 셀의 전압값을 측정할 필요가 없으므로, 불필요한 비용 상승이 발생하는 것을 방지하기 위해 제2 AD 컨버터(ADC2)를 저가의 저해상도 AC 컨버터로 구현되는 것이 바람직하다. 여기서 해상도라 함은 AD 컨버터가 구분할 수 있는 전압 레벨의 개수를 의미한다.
그리고 비교기(CMP)는 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)에서 인가되는 제1 및 제2 전압값을 비교하여, 제1 및 제2 전압값의 전압 차가 기설정된 기준값 이상인지 판별한다. 만일 제1 및 제2 전압값의 전압 차가 기준값 이상인 것으로 판별되면, 이상 발생 신호를 생성하여 제어부(CON)로 전송한다.
여기서 기준값은 일예로 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)의 측정 오차의 최대치의 합으로 설정될 수 있다.
제어부(CON)의 제어에 따라 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 중 동일한 배터리 셀의 양극(+) 및 음극(-) 단자에서 인가되는 전압을 각각 제1 선로(L11 ~ L16) 및 제2 선로(L21 ~ L26)로를 통해 인가받아 제1 및 제2 전압값을 생성하므로, 제1 선로(L11 ~ L16) 및 제2 선로(L21 ~ L26)에 단락, 단선 및 누설 등의 이상이 존재하지 않고, 제1 및 제2 선로 상에 배치된 소자들(필터 저항(Rf1 ~ Rf6), 필터 커패시터(Cf1 ~ Cf6), 밸런스 저항(Rb1 ~ Rb6) 및 밸런스 커패시터(Cf1 ~ Cf6))이 정상적인 상태라면, 제1 및 제2 전압값은 원칙적으로 동일해야 한다. 만일 제1 및 제2 전압값이 동일하지 않다면, 이는 제1 선로(L11 ~ L16) 및 제2 선로 또는 제1 및 제2 선로 상에 배치된 소자들에 이상이 발생한 것으로 판별할 수 있으므로, 비교기(CMP)는 이상 발생 신호를 생성한다.
다만 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2) 또한 측정 오차를 내포하고 있으므로, 이를 고려하여 본 발명에서는 비교기(CMP)에 기준값을 설정하여 제1 및 제2 전압값의 전압 차가 기준값 이상인 경우에만, 이상 발생 신호를 생성하도록 한다.
한편 제어부(CON)는 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)로 제어 신호를 인가하여 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)가 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 중 적어도 하나의 배터리 셀에 대응하는 제1 및 제2 선로를 선택하도록 하고, 제1 AD 컨버터(ADC1)에서 인가되는 제1 전압값을 인가받아 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 전압 레벨을 판별하고, 판별된 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 전압 레벨에 따라 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 충전 및 방전 여부를 결정한다. 제어부(CON)는 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 전압 레벨이 기설정된 과방전 임계 전압(Vth1) 이하이면, 배터리 셀(BC1 ~ BC5)을 충전하고, 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 전압 레벨이 기설정된 과충전 임계 전압(Vth2) 이상이면, 배터리 셀(BC1 ~ BC5)을 방전한다.
비록 도시하지 않았으나 제어부(CON)는 복수개의 밸런스 커패시터(Cf1 ~ Cf6)와 병렬로 연결되는 복수개의 밸런스 스위치(미도시)를 구비하고, 배터리 셀(BC1 ~ BC5)의 전압 레벨이 기설정된 과충전 임계 전압(Vth2) 이상이면, 과충전된 배터리 셀에 대응하는 밸런스 스위치를 턴 온 한다. 이에 배터리 셀에 충전된 전력이 밸런스 저항(Rb1 ~ Rb6)에 의해 소모되어 배터리 셀의 전압 레벨이 강하한다. 그리고 밸런스 커패시터(Cf1 ~ Cf6)는 상기한 바와 같이 밸런스 스위치의 스위칭 동작에 의해 발생하는 스위칭 노이즈를 제거한다.
한편 제어부(CON)는 비교기(CMP)로부터 이상 발생 신호가 인가되면, 현재 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)가 선택한 배터리 셀을 판별하고, 판별된 배터리 셀에 이상이 발생하였음을 외부의 기기로 통지한다. 여기서 외부의 기기는 차량내 구비된 AVN(Audio, Video, Navigation)등이 될 수 있으며, 외부의 기기는 기설정된 형태로 이상 발생 여부를 사용자에게 표시할 수 있다. 즉 사용자가 이상이 발생한 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 교체할 수 있도록 한다. 이를 위해 제어부(CON)는 차량내 외부 장치와 CAN(Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), FlexRay 와 같은 차량내 네트워크를 통해 통신을 수행하는 통신부(미도시)를 더 구비할 수 있다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 배터리 전압 측정회로의 진단 방법을 나타낸다.
도 1을 참조하여, 도2 의 배터리 전압 측정회로의 진단 방법을 설명하면, 우선 제어부(CON)가 복수개의 배터리 셀(BC1 ~ BC5) 중 측정하고자 하는 적어도 하나의 배터리 셀을 선택하고, 선택된 배터리 셀에 대응하는 제어 신호를 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)로 인가한다(S10).
이에 제1 컨버터(ADC1)는 제어 신호에 응답하여 내부에 포함된 멀티플렉서를 이용하여 복수개의 제1 선로(L11 ~ L16) 중 선택된 배터리 셀의 양단에 대응하는 제1 선로를 선택하고, 선택된 제1 선로를 통해 인가되는 전압을 디지털 값으로 변환하여 제1 전압값을 획득하여 비교기(CMP)로 전송한다.
유사하게 제2 컨버터(ADC2)는 제어 신호에 응답하여 제1 선로와 별도로 상기 복수개의 배터리 셀에 연결되는 복수개의 제2 선로(L21 ~ L26) 중 선택된 배터리 셀의 양단에 대응하는 제2 선로를 선택하고, 선택된 제2 선로를 통해 인가되는 전압을 디지털 값으로 변환하여 제2 전압값을 획득하여 비교기(CMP)로 전송한다(S20).
비교기(CMP)는 제1 및 제2 컨버터(ADC1, ADC2)에서 인가되는 제1 및 제2 전압값을 비교하여 전압차를 계산한다(S30). 그리고 비교기(CMP)는 계산된 전압차가 기설정된 기준값 이상인지 판별한다(S40). 여기서 기준값은 상기한 바와 같이, 제1 AD 컨버터(ADC1) 및 제2 AD 컨버터(ADC2)의 측정 오차의 최대치의 합으로 설정될 수 있다.
만일 계산된 전압차가 기준값 이상인 것으로 판별되면, 동일한 배터리 셀에 대한 전압에 대해 제1 및 제2 컨버터(ADC1, ADC2)가 서로 다른 전압값을 획득한 것으로서, 제1 및 제2 선로 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것으로 판별하고, 이상 발생 신호를 생성하여 제어부(CON)로 전송한다(S50).
그리고 제어부(CON)는 비교기(CMP)로부터 이상 발생 신호가 인가되면, 통신부(미도시)를 통해 외부의 기기로 이상 발생을 통지함으로써 사용자가 이를 인지 할 수 있도록 한다(S60).
그러나 만일 비교기(CMP)가 계산된 전압차가 기준값 이상이 아닌 것으로 판별하면, 제어부(CON)는 모든 배터리 셀(BC1 ~ BC5)이 선택되었는지 판별한다(S70). 만일 모든 배터리 셀(BC1 ~ BC5)이 선택되지 않은 것으로 판별되면, 제어부(CON)은 선택되지 않은 배터리 셀을 다시 측정하고자 하는 배터리 셀로 선택한다(S10). 그러나 모든 배터리 셀이 선택된 것으로 판별되면, 배터리 전압 측정회로의 진단을 종료한다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 직렬 연결된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 배터리 제어부;
    상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 상기 배터리 제어부를 각각 연결하는 복수개의 제1 선로; 및
    상기 제1 선로와 별도로 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 상기 배터리 제어부를 각각 연결하는 복수개의 제2 선로; 를 포함하고,
    상기 배터리 제어부는
    상기 복수개의 배터리 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 셀을 선택하여 제어 신호를 생성하는 제어부;
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제1 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제1 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제1 전압값을 획득하는 제1 AD 컨버터;
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제2 선로 중 선택된 상기 배터리 셀의 양단에 연결된 제2 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제2 전압값을 획득하는 제2 AD 컨버터; 및
    상기 제1 전압값 및 상기 제2 전압값의 전압차를 계산하고, 계산된 상기 전압차가 기설정된 기준값 이상이면 이상 발생 신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하는 비교기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 기준값은
    상기 제1 AD 컨버터 및 상기 제2 AD 컨버터 각각의 측정 오차의 최대치의 합으로 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 AD 컨버터 각각은
    상기 제어 신호에 응답하여, 상기 복수개의 제1 및 제2 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제1 및 제2 선로를 각각 선택하는 멀티플렉서를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 AD 컨버터는
    상기 제1 AD 컨버터보다 저해상도를 갖는 AD 컨버터인 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 배터리 전압 측정회로의 진단 장치는
    상기 복수개의 제1 선로 상에 배치되어, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 양극 및 음극 단자 중 대응하는 단자에 일단이 연결되고, 타단이 각각 상기 제1 AD 컨버터에 연결되는 복수개의 필터 저항; 및
    상기 복수개의 필터 저항 각각의 타단과 상기 제1 AD 컨버터 사이의 상기 제1 선로에 일단이 연결되고 타단이 접지 전압에 연결된 복수개의 필터 커패시터; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 배터리 전압 측정회로의 진단 장치는
    상기 복수개의 제2 선로 상에 배치되어, 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 양극 및 음극 단자 중 대응하는 단자에 일단이 연결되고, 타단이 각각 상기 제2 AD 컨버터에 연결되는 복수개의 밸런스 저항; 및
    상기 복수개의 밸런스 저항 각각의 타단들 사이에 상기 복수개의 배터리 셀과 병렬로 연결되는 복수개의 밸런스 커패시터; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 비교기로부터 상기 이상 발생 신호가 수신되면, 이상 발생 여부를 기설정된 통신 방식으로 외부 기기로 전송하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치.
  9. 직렬 연결된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 복수개의 제1 선로 및 상기 제1 선로와 별도의 제2 선로를 통해 전기적으로 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하고, 상기 복수개의 제1 선로를 통해 인가되는 상기 배터리 셀들의 전압과 상기 복수개의 제2 선로를 통해 인가되는 상기 배터리 셀들의 전압을 비교하여 상기 제1 선로 및 상기 제2 선로의 이상 발생 여부를 판별하는 배터리 제어부를 포함하는 배터리 전압 측정회로의 진단 장치; 및
    상기 진단 장치로부터 기설정된 통신 방식으로 이상 발생 여부 판별 결과를 수신하여 사용자에게 표시하는 차량 AVN; 을 포함하고,
    상기 배터리 제어부는
    상기 복수개의 배터리 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 셀을 선택하여 제어 신호를 생성하는 제어부;
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제1 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제1 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제1 전압값을 획득하는 제1 AD 컨버터;
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제2 선로 중 선택된 상기 배터리 셀의 양단에 연결된 제2 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제2 전압값을 획득하는 제2 AD 컨버터; 및
    상기 제1 전압값 및 상기 제2 전압값의 전압차를 계산하고, 계산된 상기 전압차가 기설정된 기준값 이상이면 이상 발생 신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하는 비교기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정회로의 진단 시스템.
  10. 삭제
  11. 직렬 연결된 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 복수개의 제1 선로 및 상기 제1 선로와 별도의 제2 선로를 통해 전기적으로 연결되는 배터리 제어부를 포함하는 배터리 전압 측정 회로의 진단 장치를 이용한 배터리 전압 측정 회로의 진단 방법에 있어서,
    상기 배터리 제어부의 제어부가 상기 복수개의 배터리 중 전압을 측정하고자 하는 배터리 셀을 선택하고, 선택된 배터리 셀에 대응하는 제어 신호를 전송하는 단계;
    상기 배터리 제어부의 제1 AD 컨버터가 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제1 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제1 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제1 전압값을 획득하는 단계;
    상기 배터리 제어부의 제2 AD 컨버터가 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수개의 제2 선로 중 상기 제어부에 의해 선택된 배터리 셀의 양단에 연결된 제2 선로로부터 전압을 인가받아 디지털 값인 제2 전압값을 획득하는 단계;
    상기 배터리 제어부의 비교기가 상기 제1 전압값 및 상기 제2 전압값의 전압차를 계산하는 단계;
    상기 배터리 제어부의 비교기가 계산된 상기 전압차가 기설정된 기준값 이상인지 판별하여 상기 전압차가 기설정된 기준값 이상이면, 이상 발생 신호를 생성하여 상기 제어부로 전송하는 단계; 및
    상기 제어부가 복수개의 배터리 셀이 모두 선택되었는지 판별하고, 선택되지 않은 배터리 셀이 존재하면, 선택되지 않은 배터리 셀을 선택하여 상기 제어 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로의 진단 방법.
  12. 삭제
  13. 제11 항에 있어서, 상기 배터리 전압 측정 회로의 진단 방법은
    상기 제어부가 상기 이상 발생 신호가 수신되면, 기설정된 통신 방식으로 이상 발생 판별 결과를 차량내의 외부 기기로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 전압 측정 회로의 진단 방법.
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