KR20110054681A - Battery cell voltage monitoring circuit - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A battery cell voltage monitoring circuit is provided to protect a battery by maintain the balance between battery cells through monitoring the voltage of the battery cell. CONSTITUTION: A battery cell voltage monitoring circuit includes a battery pack(110), analog multiplexers(120, 122), a differential amplifier(130), and a MICOM(140). The battery cells of the battery pack are connected in series. The analog multiplexer is connected to a detection line leaded from the detection point of the battery cell through a photocoupler. The differential amplifier outputs the detection voltage.

Description

배터리셀 전압 감시 회로{Battery cell voltage monitoring circuit}Battery cell voltage monitoring circuit

본 발명은 배터리 셀(Battery Cell)의 전압을 감시(Monitoring)하는 회로에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 직렬로 연결된 각각의 배터리 셀의 전압을 감시하여 배터리 셀 간 균형(Balancing)을 유지하고, 유사시 보호 회로가 작동하여 배터리를 보호(Protection)하며, 배터리의 수명을 연장하기 위해 배터리 셀의 전압 검출시 배터리 소모 전력을 최소화하고, 높은 전위의 배터리 팩 전압과 감시 회로 간 포토 커플러(Photo Coupler)로 절연을 하여 회로적으로 안전성을 제공하는 배터리 셀 전압 감시 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a circuit for monitoring the voltage of a battery cell, and more particularly, to monitor the voltage of each battery cell connected in series to maintain balancing between battery cells and to protect in case of emergency. The circuit operates to protect the battery, minimizes battery power consumption when detecting the voltage of the battery cells to extend the battery life, and is isolated with a photo coupler between the high potential battery pack voltage and the supervisory circuit. The present invention relates to a battery cell voltage monitoring circuit providing circuit safety.

종래, 하이브리드차(Hybrid Car) 등의 전기 자동차(Electric Vehicle)에 있어서는, 주행용 모터의 전원으로서, 복수의 이차전지를 직렬로 접속하여 이루어지는 배터리 팩(Battery Pack)이 탑재되어 있다. 이와 같은 배터리 팩에 있어서는, 통상, 200∼300 V의 고전압을 발생시킬 필요가 있기 때문에, 예를 들면 1 셀당의 출력이 약 3.6 V인 리튬계의 이차전지로서는 60∼80 셀이 직렬로 접속되고, 1 셀당의 출력이 약 1.2 V인 NiMH 계의 이차전지로서는 200 셀 정도가 직렬로 접속되어, 배터리 팩이 구성된다.Background Art Conventionally, in an electric vehicle such as a hybrid car, a battery pack formed by connecting a plurality of secondary batteries in series as a power source for a driving motor is mounted. In such a battery pack, since it is usually necessary to generate a high voltage of 200 to 300 V, for example, as a lithium-based secondary battery having an output of about 3.6 V, 60 to 80 cells are connected in series. As a NiMH-based secondary battery having an output of about 1.2 V per cell, about 200 cells are connected in series to form a battery pack.

이와 같은 배터리 팩에 있어서는, 모든 이차전지의 충전 상태가 균등한 것이 바람직하다. 예를 들면 1개의 이차전지가 충전율이 70%이고, 다른 이차전지가 충전율이 50%인 경우, 충전 가능한 전기량은, 충전율 70%의 이차전지가 만충전이 되기까지의 30% 상당이기 때문에, 만일 30% 상당을 넘어 충전을 행하면, 충전율이 70% 이던 이차전지는, 충전율이 100%를 넘게 되어, 수명이 대폭 짧아진다. 그 결과, 배터리 팩으로서의 수명도 짧아진다.In such a battery pack, it is preferable that the state of charge of all the secondary batteries is equal. For example, when one secondary battery has a charge rate of 70% and the other secondary battery has a charge rate of 50%, the amount of electricity that can be charged is 30% since the secondary battery having a charge rate of 70% is fully charged. If the battery is charged more than%, the secondary battery, which had a charge rate of 70%, will have a charge rate of more than 100%, and its life will be significantly shortened. As a result, the lifespan as a battery pack is also shortened.

그런데, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 전기를 저장하기 위한 배터리 팩(Battery Pack) 등에 사용하는 리튬이온 배터리 및 리튬폴리머 배터리는 충,방전 특성이 우수하고 다른 종류의 배터리에 비해 가볍고 부피를 줄일 수 있는 등 많은 장점을 제공하지만 직렬로 연결하여 사용 시 한 개의 셀(Cell) 특성이 나빠지면 충,방전이 불가능하고 화재 및 폭발의 위험성이 있으며 따라서 특성이 나쁜 한 개의 셀(Cell) 때문에 전체 배터리 팩(Pack)을 사용하지 못하는 단점이 있다.However, lithium ion batteries and lithium polymer batteries used in electric vehicles, hybrid cars, or battery packs for storing electricity have excellent charge and discharge characteristics, and are lighter and smaller in volume than other types of batteries. It offers many advantages, but when it is used in series, the performance of one cell becomes poor, so it is impossible to charge and discharge, and there is a risk of fire and explosion. There is a disadvantage that can not be used.

이에 따라, 배터리 단위 셀들의 전압을 각각 검출(Reading)하여 배터리 팩을 사용하는 중 셀 간 균형(Cell Balancing)을 유지하고, 유사 시 회로를 보호(Protection)하여 단위 셀의 특성 변화 및 사고를 사전에 방지하며 배터리 수명을 연장하기 위해 BMS(Battery Management System)를 사용하고 있다. Accordingly, by reading the voltage of each of the battery unit cells (Reading) to maintain the cell balancing (Cell Balancing) during the use of the battery pack, and protects the circuit in case of emergency in order to prevent changes in the characteristics of the unit cell and accidents It uses BMS (Battery Management System) to prevent battery damage and prolong battery life.

BMS가 이러한 기능을 하기 위해서는 정확한 셀 전압을 검출해야 하고 배터리의 전력소모가 적어야 한다. 따라서, BMS 기능 중 가장 중요한 것이 정확한 셀 전압 검출(Cell Voltage Reading) 기능이며 이 기능 수행 시 가능한 배터리 팩의 전압 손실을 줄여야 한다.For this function, the BMS must detect the correct cell voltage and consume less battery power. Therefore, the most important of the BMS functions is the accurate cell voltage reading function, and it is necessary to reduce the voltage loss of the battery pack when performing this function.

그런데 장시간 배터리를 사용하지 않을 때 BMS 때문에 배터리가 방전되어 사용하지 못하는 경우가 종종 있다.However, when the battery is not used for a long time, the battery is often discharged due to the BMS.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 각각의 배터리 셀의 전압을 감시하여 배터리 셀 간 균형을 유지하고, 유사시 보호 회로가 작동하여 배터리를 보호하며, 배터리의 수명을 연장하기 위해 배터리 셀의 전압 검출시 배터리 소모 전력을 최소화하고, 높은 전위의 배터리 팩 전압과 감시 회로 간 포토 커플러로 절연을 하여 회로가 안정적으로 동작하도록 하는 배터리 셀 전압 감시 회로를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above-described problems is to monitor the voltage of each battery cell to maintain balance between battery cells, and in case of emergency protection circuitry to protect the battery and to extend the life of the battery cells. The present invention provides a battery cell voltage monitoring circuit which minimizes battery power consumption when detecting a voltage, and insulates a photocoupler between a battery pack voltage of a high potential and a monitoring circuit so that the circuit operates stably.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로는, 하나 이상의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 팩; 상기 배터리 셀마다 각각의 검출점으로부터 각각 인출된 각각의 검출선이 각각의 포토 커플러를 통해 각각 연결된 아날로그 다중기; 상기 아날로그 다중기로부터 출력된 값을 차동 증폭하여 검출 전압을 출력하는 차동 증폭부; 및 상기 차동 증폭부로부터 출력된 검출 전압을 데이터로 산출하는 마이컴을 포함한다.Battery cell voltage monitoring circuit according to the present invention for achieving the above object, the battery pack is connected to one or more battery cells in series; An analog multiplexer having respective detection lines drawn out from each detection point for each of the battery cells, respectively, through respective photo couplers; A differential amplifier for differentially amplifying the value output from the analog multiplexer and outputting a detection voltage; And a microcomputer that calculates the detected voltage output from the differential amplifier as data.

또한, 각각의 상기 배터리 셀에 연결된 모든 포토 커플러의 동작을 상기 마이컴의 제어에 따라 턴 온 또는 턴 오프시키는 셀 모니터 스위치를 더 포함한다.The apparatus may further include a cell monitor switch configured to turn on or off the operation of all photo couplers connected to the respective battery cells under the control of the microcomputer.

또한, 상기 셀 모니터 스위치는 PNP형 트랜지스터 또는 NPN형 트랜지스터를 이용할 수 있다.In addition, the cell monitor switch may use a PNP transistor or an NPN transistor.

또한, 상기 셀 모니터 스위치가 턴 온 됨에 따라 전원이 모든 상기 포토 커플러에 인가되고, 각각의 상기 포토 커플러가 턴 온 되어, 상기 배터리 셀마다 상기 검출점으로부터 각 배터리 전원이 각각의 검출선을 통해 각각의 포토 커플러로 전달되며, 각각의 포토 커플러로부터 각각의 검출선을 통해 상기 아날로그 다중기로 전달되어, 상기 아날로그 다중기에서 멀티플렉싱되어 상기 차동 증폭부를 통해 각각의 검출 전압이 상기 마이컴으로 전달된다.In addition, as the cell monitor switch is turned on, power is applied to all the photo couplers, and each of the photo couplers is turned on, so that each battery power is supplied from the detection point to each of the battery cells through the respective detection lines. It is delivered to the photo coupler of, and is transmitted from each photo coupler to each of the analog multiplexer through the respective detection line, multiplexed in the analog multiplexer, each detection voltage is transmitted to the microcomputer through the differential amplifier.

또한, 각각의 상기 배터리 셀에 연결된 각각의 포토 커플러 양단에는 분압 저항이 각각 연결되어 있다.In addition, a voltage divider is connected to both ends of each photo coupler connected to each of the battery cells.

또한, 상기 마이컴은 상기 아날로그 형태의 검출 전압을 디지털 형태의 데이터로 변환하는 ADC 기능을 갖는다.In addition, the microcomputer has an ADC function for converting the detected voltage in the analog form into data in the digital form.

그리고, 상기 마이컴은 상기 검출 전압에 대한 데이터를 소프트웨어에 의한 보정 연산을 수행한다.The microcomputer performs a correction operation by software on the data of the detected voltage.

본 발명에 의하면, 회로가 간단하여 구성이 쉽고 내구성이 강한 배터리 셀 전압 검출 회로를 구현할 수 있다.According to the present invention, a battery circuit voltage detection circuit having a simple circuit and easy configuration and high durability can be implemented.

또한, 원하는 배터리 Cell 개수를 쉽게 변경할 수 있다.In addition, you can easily change the desired number of battery cells.

또한, 회로가 절연되어 있어 배터리 팩의 높은 전압에도 안정성이 보장된다.In addition, the circuitry is isolated, ensuring stability even at high voltages in the battery pack.

그리고, 셀 모니터 스위치와 포토 커플러를 이용하여 셀 모니터 스위치의 턴 온(Turn on) 시에만 배터리 셀 전압을 센싱하기 때문에 배터리 팩 전원의 소모를 대폭 줄일 수 있다.In addition, since the battery cell voltage is sensed only when the cell monitor switch is turned on using the cell monitor switch and the photo coupler, the battery pack power consumption can be greatly reduced.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a battery cell voltage monitoring circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로(100)는, 배터리 단위의 배터리 셀이 하나 이상 직렬로 연결된 배터리 팩(110); 배터리 셀마다 각각의 검출점으로부터 각각 인출된 각각의 검출선이 각각의 포토 커플러(PC)를 통해 각각 연결된 아날로그 다중기(Analog Multiplexer)(120, 122); 아날로그 다중기(120, 122)로부터 출력된 값을 차동 증폭하여 검출 전압을 출력하는 차동 증폭부(130); 및 차동 증폭부(130)로부터 출력된 검출 전압을 데이터로 산출하는 마이컴(Micom)(140)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the battery cell voltage monitoring circuit 100 according to the present invention includes a battery pack 110 in which one or more battery cells of a battery unit are connected in series; Analog multiplexers 120 and 122 connected to respective detection lines drawn from respective detection points for each battery cell through respective photo couplers PC; A differential amplifier 130 for differentially amplifying the values output from the analog multiplexers 120 and 122 and outputting a detected voltage; And a micom 140 that calculates the detected voltage output from the differential amplifier 130 as data.

또한, 각각의 상기 배터리 셀에 연결된 모든 포토 커플러(PC)의 동작을 마이컴(140)의 제어에 따라 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 셀 모니터 스위치(Cell Monitor Switch)(150)를 더 포함한다.In addition, a cell monitor switch 150 for turning on or turning off all photo couplers PC connected to each of the battery cells under the control of the microcomputer 140. More).

이때, 셀 모니터 스위치(150)는 PNP형 트랜지스터 또는 NPN형 트랜지스터를 이용할 수 있다.In this case, the cell monitor switch 150 may use a PNP transistor or an NPN transistor.

또한, 각각의 상기 배터리 셀에 연결된 각각의 포토 커플러(PC) 양단에는 분압 저항(Ra, Rb)이 각각 연결되어 있다.In addition, voltage dividers Ra and Rb are connected to both ends of each photo coupler PC connected to each of the battery cells.

그리고, 마이컴(140)은 아날로그 형태의 검출 전압을 디지털 형태의 데이터로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter) 기능을 갖는다.In addition, the microcomputer 140 has an analog to digital converter (ADC) function for converting an analog voltage into a digital data.

한편, 도 1에서는 하나의 실시예로 Cell 14 개가 직렬 연결 된 한 개의 배터리 팩을 예시하였으나, Cell 연결 수는 사용 목적에 따라 변경할 수 있다.Meanwhile, although FIG. 1 illustrates one battery pack in which 14 cells are connected in series in one embodiment, the number of cell connections may be changed according to the purpose of use.

또한, 안전 및 노이즈 방지를 위해 포토 커플러(Photo Coupler)로 배터리와 센싱부가 절연되어 있으나, 절연이 필요하지 않을 때는 트랜지스터(Transistor)로 대치할 수 있다.In addition, although the battery and the sensing unit are insulated with a photo coupler for safety and noise prevention, when the insulation is not required, it can be replaced with a transistor.

또한, 각 배터리 셀의 전압 센싱을 위한 분배 저항 Ra 와 Rb가 각 배터리 셀에 연결되어 있다. 따라서 셀 모니터 스위치(Cell Monitor SW) Q1이 Turn on 할 때 각 Cell의 분배저항 Rb에 Drop되는 전압(VS0∼VS14)을 읽어 아날로그 다중기(Analog Mux U1,U2)에 입력하며 입력된 각 Cell 센싱전압의 전위차를 Addressing 한 다음 차동 증폭부(OP Amp U3)로 차동(Differential) 증폭하여 마이컴(Micom U4 ADC(Analog to Digital Converter))에 인가하여 전압 값을 읽는다.In addition, distribution resistors Ra and Rb for voltage sensing of each battery cell are connected to each battery cell. Therefore, when the cell monitor switch Q1 is turned on, the voltage (VS0 to VS14) dropped to the division resistor Rb of each cell is read and inputted to the analog mux U1 and U2. After addressing voltage difference, differential amplification is performed by differential amplifier (OP Amp U3) and applied to Micom U4 ADC (Analog to Digital Converter) to read voltage value.

본 발명의 실시예에서, 각 배터리 셀의 출력 전압을 예컨대, 20 V, 전원 전압의 입력 범위를 + 5 V 이내로 할 수 있다. 따라서, 배터리 셀이 직렬로 3 개가 연결된 점의 전압은 예컨대, 60 V가 될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 분압 저항에 의한 분압비를 0.083(= 5 V/60 V)로 가정할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the output voltage of each battery cell can be, for example, 20 V and the input range of the power supply voltage can be within +5 V. Therefore, the voltage at the point where three battery cells are connected in series can be, for example, 60V. In this case, the partial pressure ratio by the pair of voltage divider resistors can be assumed to be 0.083 (= 5 V / 60 V).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로의 동작 과정을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an operation of a battery cell voltage monitoring circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로(100)는, 마이컴(140)에서 셀 모니터 스위치(150)로 턴 온 신호 예컨대, 하이레벨 신호를 인가한다(S210).Referring to FIG. 2, the battery cell voltage monitoring circuit 100 according to the present invention applies a turn on signal, for example, a high level signal, from the microcomputer 140 to the cell monitor switch 150 (S210).

이에, 도 1에 도시된 바와 같이 NPN형 트랜지스터로 이루어진 셀 모니터 스위치(150)에서, 베이스 측에 하이레벨 신호가 인가되어 턴 온 됨에 따라 컬렉터 측에서 에미터 측으로 전류가 흐르게 되어, 셀 모니터 스위치(150)가 턴 온 된다(S220).Accordingly, as shown in FIG. 1, as the high level signal is applied to the base side and turned on in the cell monitor switch 150 including the NPN type transistor, current flows from the collector side to the emitter side. 150 is turned on (S220).

이때, 셀 모니터 스위치(150)의 턴 온(Turn on) 시간은 마이컴(140)의 프로그램으로서 조절이 가능하다In this case, the turn on time of the cell monitor switch 150 may be adjusted as a program of the microcomputer 140.

이렇게 셀 모니터 스위치(150)가 턴 온 됨에 따라 +5V의 전원이 각각의 배터리 셀에 연결된 모든 포토 커플러(PC)에 인가되어, 각각의 포토 커플러(PC)가 턴 온 동작한다(S230).As the cell monitor switch 150 is turned on, a + 5V power is applied to all the photo couplers PC connected to each battery cell, so that each photo coupler PC is turned on (S230).

각각의 포토 커플러(PC)의 경우, 포토 커플러 내의 발광 다이오드가 +5V의 전원을 인가받아 발광하게 됨에 따라 포토 커플러 내의 포토 트랜지스터를 이를 수광하여 턴 온 동작하게 되어 포토 커플러(PC)가 턴 온 동작하게 된다.In the case of each photo coupler PC, as the light emitting diode in the photo coupler receives + 5V power and emits light, the photo transistor in the photo coupler receives the photo transistor and turns on to operate the photo coupler PC. Done.

이에 따라, 배터리 셀마다 검출점으로부터 각 배터리 전원이 각각의 검출선을 통해 각각의 포토 커플러로 전달되며, 각각의 포토 커플러로부터 각각의 검출선을 통해 아날로그 다중기(120, 122)로 전달된다(S240).Accordingly, each battery power is transmitted from the detection point for each battery cell to each photo coupler through each detection line, and from each photo coupler to each of the analog multiplexers 120 and 122 through each detection line ( S240).

이어, 아날로그 다중기(120, 122)는 각각의 포토 커플러로부터 인가된 전압을 멀티플렉싱하여 차동 증폭부(130)로 전달한다(S250).Subsequently, the analog multiplexers 120 and 122 multiplex the voltages applied from the respective photo couplers and transmit them to the differential amplifier 130 (S250).

이에, 차동 증폭부(130)에서 각각의 검출 전압을 차동 증폭하여 마이컴(140)으로 전달한다(S260).Accordingly, the differential amplifier 130 differentially amplifies each detected voltage and transfers the detected voltages to the microcomputer 140 (S260).

마이컴(140)은 전달받은 아날로그 형태의 검출 전압을 디지털 형태로 변환하여 데이터로 산출한다(S270).The microcomputer 140 converts the received analog voltage into a digital form and calculates the data as data (S270).

여기서, 배터리 셀의 전압이 V 일 경우 분배 저항 Rb에 드롭(Drop)되는 전압 VS는 다음 수학식 1과 같이 얻을 수 있다.Here, when the voltage of the battery cell is V, the voltage VS dropped to the distribution resistor Rb may be obtained as in Equation 1 below.

Figure 112009070786517-PAT00001
Figure 112009070786517-PAT00001

수학식 1에서, VSn은 각 배터리 셀의 분배 저항 Rb에 드롭되는 전압을 나타내고, V는 배터리 셀의 전압을 나타낸다.In Equation 1, VSn represents a voltage dropped to the distribution resistor Rb of each battery cell, and V represents a voltage of the battery cell.

예컨대, 배터리 셀(Cell) 전압이 4.2V 라면 분배 저항 Rb에 드롭(Drop)되는 전압은 VS14 = Rb/Ra+Rb x (4.2x14), VS13 = Rb/Ra+Rb x (4.2x13), ..., VS1 = Rb/Ra+Rb x (4.2x1)이 된다.For example, if the battery cell voltage is 4.2V, the voltage dropped to the distribution resistor Rb is VS14 = Rb / Ra + Rb x (4.2x14), VS13 = Rb / Ra + Rb x (4.2x13),. .., VS1 = Rb / Ra + Rb x (4.2x1).

따라서, 각 Cell 양단의 센싱 전압(BATn)은 수학식 2와 같이 얻을 수 있다.Therefore, the sensing voltage BATn across each cell can be obtained as shown in Equation 2.

Figure 112009070786517-PAT00002
Figure 112009070786517-PAT00002

즉, BAT.14 양단전압 = VS14-VS13, BAT.13 양단전압 = VS13-VS12, ..., BAT.1 양단전압 = VS1-VS0이 된다.That is, the voltage between both ends of BAT.14 = VS14-VS13, the voltage between both ends of BAT.13 = VS13-VS12, ..., the voltage between both ends of BAT.1 = VS1-VS0.

본 발명에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로(100)에 있어서는, 전압 검출 정밀도를 높이기 위해서, 마이컴(140)이 소프트웨어에 의한 보정 연산을 행할 수 있다.마이컴(140)이 아날로그-디지털 변환에 의한 AD 변환 결과와 실제의 전압의 관계에서, AD 변환 결과가 X1일 때, 이 값에 12(= 1/0.083)를 승산함으로써 전압 V1의 값 Y1를 얻을 수 있는데, 실제로는 저항값의 오차에 의해서 약간의 오차가 발생한다. 이상적으로는 X2의 값이 저항 오차에 의해서 X1으로 변환되었다고 하면, 마이컴(140)에 미리 계수(X2/X1)의 값을 등록해 놓고, 다음 수학식 3에 기초하여, AD 변환 결과 X에서 정확한 전압값 Y를 구할 수 있다.In the battery cell voltage monitoring circuit 100 according to the present invention, in order to increase the voltage detection accuracy, the microcomputer 140 can perform a correction operation by software. The microcomputer 140 performs AD conversion by analog-to-digital conversion. In the relationship between the result and the actual voltage, when the AD conversion result is X1, the value Y1 of the voltage V1 can be obtained by multiplying this value by 12 (= 1 / 0.083). An error occurs. Ideally, if the value of X2 is converted to X1 due to the resistance error, the value of the coefficient (X2 / X1) is registered in advance in the microcomputer 140, and based on the following equation (3), the AD conversion result X is correct. The voltage value Y can be obtained.

Figure 112009070786517-PAT00003
Figure 112009070786517-PAT00003

또한, 계수(X2/X1)의 값은, 각 전압 검출점에 대한 개별의 값으로서, 마이컴(140)은 EEPROM 등의 불휘발성 메모리에 저장해 둔다.The values of the coefficients X2 / X1 are individual values for the voltage detection points, and the microcomputer 140 is stored in a nonvolatile memory such as an EEPROM.

이 보정 연산을 실행함으로써, 각 전압 검출점의 전위를 정확하게 측정할 수 있어, 이 결과, 마이컴(140)에 의한 차분 연산을 고정밀도로 행할 수 있다. 더욱 고정밀도인 보정이 필요한 경우에는, 2 개의 계수 A, B를 이용한 다음 수학식 4의 보정식을 채용하는 것이 유효할 수 있다.By performing this correction operation, the potential of each voltage detection point can be measured accurately, and as a result, the difference calculation by the microcomputer 140 can be performed with high precision. If more accurate correction is required, it may be effective to employ the correction equation of the following equation (4) using two coefficients A and B.

Figure 112009070786517-PAT00004
Figure 112009070786517-PAT00004

한편, 본 발명에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로(100)에 있어서는, 각 전압 분기선에 개재하는 분압 저항 Rb에 대하여 병렬로 컨덴서(Cb)를 접속하여, 분압 저항 Rb와 컨덴서(Cb)로 저역 통과 필터를 구성할 수 있다. 이것에 의해서, 마이컴(140)에 입력되는 전압 신호에 포함되는 노이즈 성분을 저감시켜, 정밀도가 높은 AD 변환치를 얻을 수 있다. 이렇게 분압 저항을 이용하여 저역 통과 필터를 구성할 경우 부품 수의 증대는 근소하다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로(100)에 있어서는, 모든 검출 전압을 AD 변환한 후에 차분 연산을 행하기 때문에, 모든 AD 변환 처리가 종료할 때까지는 검출 전압을 변화시키지 않고서 유지할 필요가 있어, 그 때문에 각 필터의 시상수(RbㅧCb)의 값을 일정하게 하고, 각 필터의 시상수를 전 셀의 AD 변환 시간보다도 충분히 길게 설정한다. 따라서, 검출 전압이 변화한 후에 정상 상태에 달하기까지의 시간을 일정하게 할 수 있다. 또한, 전 채널의 AD 변환 처리가 종료하기까지의 검출 전압의 변화를 억제할 수 있다.On the other hand, in the battery cell voltage monitoring circuit 100 according to the present invention, the capacitor Cb is connected in parallel to the voltage divider resistor Rb interposed on each voltage branch line, and the low pass filter is provided by the voltage divider resistor Rb and the capacitor Cb. Can be configured. Thereby, the noise component contained in the voltage signal input to the microcomputer 140 can be reduced, and the AD conversion value with high precision can be obtained. When the low pass filter is formed using the partial pressure resistance, the increase in the number of parts is minimal. In addition, in the battery cell voltage monitoring circuit 100 according to the present invention, the differential calculation is performed after AD conversion of all the detection voltages, and thus it is necessary to maintain the detection voltage without changing the detection voltage until all the AD conversion processes are completed. Therefore, the value of the time constant Rb ㅧ Cb of each filter is made constant, and the time constant of each filter is set to be sufficiently longer than the AD conversion time of all cells. Therefore, the time from reaching the steady state after the detection voltage changes can be made constant. In addition, it is possible to suppress the change in the detected voltage until the AD conversion processing of all the channels is completed.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각각의 배터리 셀의 전압을 감시하여 배터리 셀 간 균형을 유지하고, 유사시 보호 회로가 작동하여 배터리를 보호하며, 배터리의 수명을 연장하기 위해 배터리 셀의 전압 검출시 배터리 소모 전력을 최소화하고, 높은 전위의 배터리 팩 전압과 감시 회로 간 포토 커플러로 절연을 하여 회로가 안정적으로 동작하도록 하는 배터리 셀 전압 감시 회로를 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, the voltage of each battery cell is monitored to maintain the balance between the battery cells, and in case of emergency, a protection circuit is activated to protect the battery and to detect the voltage of the battery cell in order to extend the life of the battery. A battery cell voltage monitoring circuit can be realized that minimizes battery power consumption and insulates the photocoupler between the high potential battery pack voltage and the monitoring circuit so that the circuit operates stably.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이 해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features, the embodiments described above are exemplary in all respects and are not intended to be limiting. You must do it. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

본 발명은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 전기를 저장하기 위한 배터리 팩(Battery Pack) 등에 사용하는 리튬이온 배터리 및 리튬폴리머 배터리를 직렬로 연결하여 구성된 배터리 팩 등에 적용할 수 있다.The present invention can be applied to a battery pack configured by connecting a lithium ion battery and a lithium polymer battery used in series in an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a battery pack for storing electricity.

또한, 다수 개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩에서 특성이 나쁜 한 개의 셀(Cell) 때문에 전체 배터리 팩(Pack)을 사용하지 못하는 회로 등에 적용할 수 있다.In addition, it is applicable to a circuit that cannot use the entire battery pack due to one cell having poor characteristics in a battery pack composed of a plurality of battery cells.

그리고, BMS 기능 중 셀 전압 검출(Cell Voltage Reading) 기능 수행 시 배터리 팩의 전압 손실을 줄여야 하는 회로 등에 적용할 수 있다.In addition, the cell voltage reading function of the BMS function may be applied to a circuit for reducing the voltage loss of the battery pack.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a battery cell voltage monitoring circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 전압 감시 회로의 동작 과정을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an operation of a battery cell voltage monitoring circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100 : 셀 전압 감시 회로 110 : 배터리 팩100: cell voltage monitoring circuit 110: battery pack

120, 122 : 아날로그 다중기 130 : 차동 증폭부120, 122: analog multiplexer 130: differential amplifier

140 : 마이컴 150 : 셀 모니터 스위치140: microcomputer 150: cell monitor switch

Ra, Rb : 분배 저항 PC : 포토 커플러Ra, Rb: Distribution resistor PC: Photo coupler

Claims (7)

하나 이상의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 팩;A battery pack in which one or more battery cells are connected in series; 상기 배터리 셀마다 각각의 검출점으로부터 각각 인출된 각각의 검출선이 각각의 포토 커플러를 통해 각각 연결된 아날로그 다중기(Analog Multiplexer);An analog multiplexer having respective detection lines drawn out from each detection point for each of the battery cells, respectively, through respective photo couplers; 상기 아날로그 다중기로부터 출력된 값을 차동 증폭하여 검출 전압을 출력하는 차동 증폭부; 및A differential amplifier for differentially amplifying the value output from the analog multiplexer and outputting a detection voltage; And 상기 차동 증폭부로부터 출력된 검출 전압을 데이터로 산출하는 마이컴(Micom);A microcomputer (Micom) for calculating the detected voltage output from the differential amplifier as data; 을 포함하는 배터리 셀 전압 감시 회로.Battery cell voltage monitoring circuit comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 상기 배터리 셀에 연결된 모든 포토 커플러의 동작을 상기 마이컴의 제어에 따라 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 셀 모니터 스위치;A cell monitor switch for turning on or turning off all photo couplers connected to each of the battery cells according to the control of the microcomputer; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 전압 감시 회로.Battery cell voltage monitoring circuit further comprising. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 셀 모니터 스위치는 PNP형 트랜지스터 또는 NPN형 트랜지스터를 이용하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 전압 감시 회로.And said cell monitor switch uses a PNP transistor or an NPN transistor. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 셀 모니터 스위치가 턴 온 됨에 따라 전원이 모든 상기 포토 커플러에 인가되고, 각각의 상기 포토 커플러가 턴 온 되어, 상기 배터리 셀마다 상기 검출점으로부터 각 배터리 전원이 각각의 검출선을 통해 각각의 포토 커플러로 전달되며, 각각의 포토 커플러로부터 각각의 검출선을 통해 상기 아날로그 다중기로 전달되어, 상기 아날로그 다중기에서 멀티플렉싱되어 상기 비교기를 통해 각각의 검출 전압이 상기 마이컴으로 전달되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 전압 감시 회로.As the cell monitor switch is turned on, power is applied to all the photo couplers, and each of the photo couplers is turned on, so that each battery power from the detection point for each of the battery cells passes through each detection line. A battery cell, which is transmitted to a coupler, is transmitted from each photo coupler to each of the analog multiplexers through a respective detection line, multiplexed in the analog multiplexer, and each detected voltage is transmitted to the microcomputer through the comparator. Voltage monitoring circuit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 상기 배터리 셀에 연결된 각각의 포토 커플러 양단에는 분압 저항이 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 전압 감시 회로.A battery cell voltage monitoring circuit, characterized in that a voltage divider is connected across each photo coupler connected to each of the battery cells, respectively. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이컴은 상기 아날로그 형태의 검출 전압을 디지털 형태의 데이터로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter) 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 전압 감시 회로.And the microcomputer has an analog to digital converter (ADC) function to convert the detected voltage in analog form into data in digital form. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이컴은 상기 검출 전압에 대한 데이터를 소프트웨어에 의한 보정 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 전압 감시 회로.And the microcomputer performs a correction operation by software on data for the detected voltage.
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