KR20120018763A - 배터리 전압 감시 장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 콘트롤러(10)는, 집적 회로(CC1-CCn)가 배터리 모듈(M1-Mn)로 그룹화된 단위 셀(1)의 출력 전압을 샘플링 및 보유하도록 집적 회로(CC1-CCn)의 캐스케이드 연결부의 상류 단부에 배치된 집적 회로(CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력한다. 배터리 콘트롤러(10)는, 캐스케이드 연결부의 하류 단부에 배치된 집적 회로(CC1)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 전송된 것을 확인한 후에, 집적 회로(CC1-CCn)에 보유된 단위 셀(1)의 출력 전압을 배터리 콘트롤러(10)에 전송하기 위해 캐스케이드 회로의 상류 단부의 집적 회로(CCn)에 전송 지령 신호를 출력한다. 그 결과, 배터리 모듈(M1-Mn)의 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출 타이밍에서의 시간 지연이 감소될 수 있다.

Description

배터리 전압 감시 장치{BATTERY VOLTAGE MONITORING DEVICE}
본 발명은 그 각각이 복수의 단위 셀(unit cell)을 포함하는 복수의 배터리 모듈에 대한 감시 장치에 관한 것이다.
일본 특허청에 의해 2003년에 공개된 JP2003-070179A호는, 그 각각이 복수의 단위 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈 내의 각 단위 셀의 전압을 검출하는 감시 장치를 제안하고 있다.
상기 감시 장치는, 그 각각이 배터리 모듈 각각에서의 단위 셀의 전압을 검출하는 집적 회로(IC)를 포함한다. 이들 집적 회로는 소위 캐스케이드(cascade) 연결 회로를 거쳐서 콘트롤러에 연결되며, 이 콘트롤러에서는 각각의 집적 회로로부터의 정보 출력이 처리된다. 상기 감시 장치는 배터리 모듈의 총 출력 전압을 검출하기 위한 총 출력 전압 검출 회로를 포함하며, 집적 회로에서 얻어진 데이터와 총 출력 전압 검출 회로에서 얻어진 데이터를 비교하는 과정을 통해서 배터리 모듈의 상태를 판정하도록 구성된다.
종래 기술에 따른 감시 장치는 집적 회로를 캐스케이드 연결 회로를 거쳐서 콘트롤러에 연결하므로, 콘트롤러로부터 출력된 전압 검출 지령 신호는 캐스케이드 연결 회로에서 가장 상류에 위치하는 제1 집적 회로에 전송된다.
전압 검출 지령 신호를 수신하면, 제1 집적 회로는 집적 회로에 연결된 단위 셀의 전압을 즉시 검출하며, 검출된 전압 값을 전압 검출 지령 신호와 함께 캐스케이드 연결 회로를 거쳐서 제1 집적 회로에 이웃하여 위치하는 제2 집적 회로에 출력한다. 제2 집적 회로는 제1 집적 회로와 유사하게 작동하며, 검출된 전압 값을 전압 검출 지령 신호와 함께 캐스케이드 연결 회로를 거쳐서 제2 집적 회로에 이웃하여 위치하는 제3 집적 회로에 출력한다.
이 통신 시스템의 결과로서, 집적 회로에 의한 단위 셀의 전압 검출 타이밍에 있어서 상당한 시간 지연이 나타난다. 검출되는 전압이 마치 동일 타이밍에서 검출된 것처럼 처리되면, 그로인해 단위 셀의 전압 검출의 정확성이 손상된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 캐스케이드 연결 회로를 거쳐서 연결되는 배터리 모듈의 단위 셀의 출력 전압의 검출 타이밍에서의 시간 지연을 감소시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 직렬 연결되는 배터리 모듈 각각에서의 단수 또는 복수의 단위 셀의 출력 전압을 감시하기 위한 배터리 전압 감시 장치로서, 그 각각이 배터리 모듈 각각에서의 단수 또는 복수의 단위 셀의 출력 전압을 샘플링 및 보유하는 집적 회로, 상기 집적 회로의 연결 순서에 따라 집적 회로에 신호를 전송하기 위해 집적 회로를 직렬 연결하는 캐스케이드 통신 회로, 및 신호 전송에 관하여 캐스케이드 통신 회로의 상류 단부에 배치된 집적 회로와 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 배치된 집적 회로에 연결되는 프로그래밍 가능한 콘트롤러를 포함하는 배터리 전압 감시 장치를 제공한다.
상기 콘트롤러는, 상류 단부의 집적 회로에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력하여 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 집적 회로의 각각에 전송되게 하도록 프로그래밍되고, 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호는 배터리 모듈 각각에서의 단수 또는 복수의 단위 셀의 출력 전압을 샘플링 및 보유하도록 집적 회로의 각각에 지령을 내리며, 상기 콘트롤러는 또한 상류 단부의 집적 회로에 전송 지령 신호를 출력하여 상기 전송 지령 신호가 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 전송 이후 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 집적 회로의 각각에 전송되게 하도록 프로그래밍되고, 상기 전송 지령 신호는 집적 회로 각각에 의해 보유되는 출력 전압을 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 콘트롤러에 전송하도록 집적 회로의 각각에 지령을 내린다.
본 발명의 세부 사항뿐 아니라 기타 특징 및 장점은 명세서의 나머지 부분에 개시되며, 첨부 도면에 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 전압-감시 장치의 전기 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 집적 회로(CC2)의 블록선도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른, 배터리 콘트롤러에서 집적 회로(CC3)로 전송되는 데이터의 구조 및 집적 회로(CC3)에서 집적 회로(CC2)로 전송되는 데이터의 구조를 도시하는 타이밍 차트이다.
도 4는 본 발명에 따른, 배터리 콘트롤러에 의해 수행되는, 배터리 그룹의 출력 전압을 결정하기 위한 루틴을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 전압-감시 장치의 전기 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 배터리 콘트롤러에 의해 수행되는 집적 회로에 관한 이상 판정 루틴을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 전압-감시 장치의 전기 회로도이다.
도 8은 내연기관의 크랭킹 시작 즈음의 기간 중의, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 배터리 콘트롤러 내로의 단위 셀의 출력 전압 값의 입력 타이밍을 도시하는 타이밍 차트이다.
도 9는 내연기관의 크랭킹 완료 즈음의 기간 중의, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 배터리 콘트롤러 내로의 단위 셀의 출력 전압의 입력 타이밍을 도시하는 타이밍 차트이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 배터리 콘트롤러에 의해 수행되는 단위 셀의 이상 판정 루틴을 설명하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 전압-감시 장치의 전기 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 전압 감시 장치에 의해 수행되는 데이터 처리를 도시하는 타이밍 차트이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 구동 전기 자동차 또는 전기 자동차용 동력원으로서 작용하는 배터리 그룹(3)은 전기적으로 직렬 연결되는 세 개의 배터리 모듈(M1, M2, M3)을 포함한다. 각각의 배터리 모듈(M1, M2, M3)은 네 개의 단위 셀(1)을 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 전압 감시 장치는 각각의 배터리 모듈(M1, M2, M3)의 네 개의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출한다. 감시 장치는 이 목적을 위해 세 개의 집적 회로(IC)(CC1, CC2, CC3)를 포함한다.
차량을 구동하기 위한 전기 모터(2)는 인버터와 같은 전력-변환 장치를 거쳐서 배터리 그룹(3)의 전기 단부에 전기 부하로서 연결된다. 전기 모터(2)의 주 전원을 스위치 ON 및 스위치 OFF시키기 위한 릴레이(4)가 배터리 그룹(3)과 전기 모터(2) 사이에 배치된다.
배터리 그룹(3)의 전기 충전은 발전기로서의 전기 모터(2)를 사용하거나 도시되지 않은 독립 발전기를 사용하여 이루어진다. 배터리 그룹(3)이 충전될 때, 단위 셀(1)의 충전 용량은 제조 과정에서 발생하는 단위 셀(1) 간의 개별 차이로 인해 편차를 나타낼 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 콘트롤러(10)는 단위 셀(1)의 검출된 전압에 따라 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 지령 신호를 출력하며, 집적 회로(CC1 내지 CC3) 내의 스위칭 소자(6)를 폐쇄하여 단위 셀(1)로부터의 전력을 충전 용량 조정 저항(5)에 공급함으로써 높은 충전 용량을 나타내는 단위 셀(1)의 출력 전압을 저하시킨다. 충전 용량 조정 저항(5)과 스위칭 소자(6)는 전압-저하 유닛을 형성한다.
도 2는 하나의 단위 셀(1)에만 관한 한 쌍의 충전 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 소자(6)를 도시한다. 도 1에는 충전 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 소자(6)가 도시되어 있지 않다. 그러나, 충전 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 소자(6)를 포함하는 전압 저하 유닛은 배터리 모듈(M1, M2, M3) 내의 각각의 단위 셀(1)에 제공되고 있음을 알아야 한다.
배터리 그룹(3)의 출력 전압에 관한 신호는 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다. 배터리 콘트롤러(10)에 입력되는 배터리 그룹(3)의 출력 전압에 관한 신호에 기초하여 인버터를 거쳐서 전기 모터(2)의 출력 토크를 제어하는 메인 콘트롤러(100)가 차량에 제공된다.
배터리 그룹(3)의 출력 전압이 낮아지면, 메인 콘트롤러(100)는 인버터를 거쳐서 전기 모터(2)의 출력 토크를 제한함으로써 배터리 그룹(3)의 과방전(over discharging)을 방지한다. 배터리 그룹(3)이 전기 모터(2) 뿐 아니라 다른 전기 부하에 전력을 공급하면, 메인 콘트롤러(100)는 총 전기 부하의 전력 소비를 제한한다.
메인 콘트롤러(100)와 배터리 콘트롤러(10)는 각각, 중앙 처리 장치(CPU), 판독-전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 포함하는 마이크로컴퓨터에 의해 구성된다. 메인 콘트롤러(100)와 배터리 콘트롤러(10)는 단일 마이크로컴퓨터에 의해 구성될 수도 있고, 또는 메인 콘트롤러(100)와 배터리 콘트롤러(10)의 하나 또는 양자는 복수의 마이크로컴퓨터에 의해 구성될 수도 있다.
도 2를 다시 참조하여, 집적 회로(CC2)의 구성을 설명할 것이다. 집적 회로(CC1, CC3)의 구성은 집적 회로(CC2)의 구성과 동일하다.
집적 회로(CC2)는 배터리 모듈(M2)을 구성하는 네 개의 단위 셀(1) 각각의 출력 전압이 입력되는 전압 입력 단자(VC1, VC2, VC3, VC4), 및 접지 러그(lug)(GRD)를 포함한다. 집적 회로(CC2)는 통신-출력 단자(TX), 통신 전원 단자(VO), 통신-입력 단자(RX), 및 상기 통신 전원 단자(VO)와 쌍을 이루는 접지 러그(GRD)를 더 포함한다.
통신-입력 단자(RX)는 인접한 집적 회로(CC1)의 통신-출력 단자(TX)에 연결된다. 통신-출력 단자(TX)는 다른 인접한 집적 회로(CC3)의 통신-입력 단자(RX)에 연결된다. 통신 전원 단자(VO) 및 쌍을 이루는 접지 러그(GRD)는 집적 회로(CC1)의 통신-출력 단자(TX)로부터 출력된 신호를 수신하기 위해 통신-입력 단자(RX)에 필요한 전력을 공급하기 위한 단자이다.
집적 회로(CC2)는 단자(RX, TX, VC1-VC4)에 대한 신호 입력을 처리하기 위해 샘플링-보유(sample-and-hold) 회로(21), A/D 컨버터(22), 어드레스 지정 회로(23), 디지털 연산 회로(24), 송신 회로(25) 및 수신 회로(26)를 더 포함한다.
도 1을 다시 참조하면, 신호는 배터리 콘트롤러(10)에 제공된 출력 단자(TDX)로부터 포토-커플러(PC1)를 거쳐서 배터리 그룹(3)의 음극 측에 배치된 집적 회로(CC3)의 통신-입력 단자(RX)에 입력된다. 배터리 그룹(3)의 양극 측에 배치된 집적 회로(CC1)의 통신-출력 단자(TX)로부터 출력된 신호는 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 배터리 그룹(3)에 제공된 입력 단자(RDX)에 입력된다.
집적 회로(CC1, CC3) 및 배터리 콘트롤러(10)가 통상적인 통신 케이블이 아닌 포토-커플러(PC2, PC1)를 거쳐서 연결되는 이유는 다음과 같다. 구체적으로, 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 고전압 배터리 모듈(M1 내지 M3)에 연결되며, 따라서 배터리 콘트롤러(10)와 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 배터리 콘트롤러(10)를 고전압 전류로부터 보호하기 위해 전기적으로 상호 절연되어야 한다.
포토-커플러(PC1)는, 발광 소자로 구성되고 입력되는 전기 신호에 대응하는 광 신호를 발생하는 포토-다이오드(PD1), 및 감광 소자로 구성되고 입력되는 광 신호에 대응하는 전기 신호를 발생하는 포토 트랜지스터를 포함한다. 포토-다이오드(PD1)는 배터리 콘트롤러(10)의 출력 단자(TDX)에 연결되며, 배터리 콘트롤러(10)로부터 출력되는 지령 신호에 대응하는 광 신호를 출력한다. 광 신호가 수신되면, 포토-트랜지스터(PT1)는 이 광 신호를 전기 신호로 변환하여 집적 회로(CC3)의 통신-입력 단자(RX)에 입력한다. 포토-다이오드(PD1)가 작동하는데 필요한 전력은 배터리 콘트롤러(10)로부터 공급되고, 포토-트랜지스터(PT1)가 작동하는데 필요한 전력은 집적 회로(CC3)로부터 공급된다.
포토-커플러(PC2)는 포토-다이오드(PD2) 및 포토-트랜지스터(PT2)를 포함한다. 포토-다이오드(PD2)는 집적 회로(CC1)의 통신-출력 단자(TX)에 연결된다. 포토-트랜지스터(PT2)는 배터리 콘트롤러(10)의 입력 단자(RXD)에 연결된다. 포토-다이오드(PD2)가 작동하는데 필요한 전력은 배터리 콘트롤러(10)로부터 공급된다. 포토-트랜지스터(PT2)가 작동하는데 필요한 전력은 집적 회로(CC1)로부터 공급된다.
집적 회로(CC1, CC2, CC3)는 이렇게 소위 캐스케이드 연결 회로를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 연결된다. 캐스케이드 연결 회로를 채택함으로써, 고가의 포토-커플러(PC1, PC2)의 개수는 집적 회로(CC1, CC2, CC3)의 각각이 배터리 콘트롤러(10)와 독립적으로 연결되는 경우에 비해 감소될 수 있다.
집적 회로(CC1 내지 CC3)가 캐스케이드 통신 회로를 통해서 배터리 콘트롤러(10)와 통신하거나 상호 간에 통신하기 위해서는 저항(R11, R12, R21, R22, R31, R32)이 필요하다.
도 2를 다시 참조하면, 샘플링-보유 회로(21)는 출력 전압의 값을 전압 입력 단자(VC1 내지 VC4)에 아날로그 신호로서 저장한다. A/D 컨버터(22)는 샘플링-보유 회로(21)에 저장된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 디지털 값으로 변환한다. 어드레스 지정 회로(23)는 집적 회로(CC2)에 할당된 고유 어드레스를 저장한다.
수신 회로(26)는 통신-입력 단자(RX)에 입력된 신호를 수신한다.
디지털 연산 회로(24)는 어드레스 지정 회로(23)에 저장된 고유 어드레스를 참조하여 수신 회로(26)가 수신한 신호를 식별하고, 식별된 결과에 따라 각종 처리를 수행한다.
구체적으로, 디지털 연산 회로(24)는 수신 회로(26)가 수신한 신호 중에서 집적 회로(CC2)를 향한 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 식별한다. 이후 디지털 연산 회로(24)는, A/D 컨버터(22)가 디지털 값으로 변환시킨 배터리 모듈(M2)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 식별된 전압 샘플링 및 보유 지령 신호에 응답하여 그 내부 메모리에 저장한다.
디지털 연산 회로(24)는 또한, 수신 회로(26)가 수신한 신호 중에서 집적 회로(CC2)를 향한 전송 지령 신호를 식별한다. 이후 디지털 연산 회로(24)는 메모리에 저장된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 송신 회로(25)를 거쳐서 통신-출력 단자(TX)에 전송한다.
디지털 연산 회로(24)는 추가로, 배터리 모듈(M2)의 특정 단위 셀(1)을 위한 스위칭 소자(6)의 개폐 신호를 식별하고, 이후 대응 지령 신호를 스위칭 소자(6)에 출력한다.
디지털 연산 회로(24)는 수신 회로(26)가 수신한 신호를 상기 식별에 관계없이 송신 회로(25)를 거쳐서 통신-출력 단자(TX)에 전송한다.
도 1을 다시 참조하면, 배터리 전압-감시 장치는, 이렇게 구성되고 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 직렬 연결되는 집적 회로(CC1 내지 CC3)를 포함한다. 배터리 콘트롤러(10)는 소정 타이밍에 출력 단자(TDX)로부터 단위 셀(1)의 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력한다. 배터리 콘트롤러(10)는 또한 입력 단자(RXD)에 입력되는 신호를 처리한다.
다음으로, 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하기 위한 종래의 공정을 설명할 것이다.
먼저, 배터리 콘트롤러(10)는 출력 단자(TDX)로부터 전압 샘플링 신호를 포토-커플러(PC1)를 거쳐서 집적 회로(CC3)의 통신-입력 단자(RX)에 출력한다.
전압 샘플링 신호가 수신되면, 집적 회로(CC3)는 집적 회로(CC3)에 연결된 배터리 모듈(M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출을 시작한다. 검출된 출력 전압은 전압-샘플링 신호와 함께 집적 회로(CC3)의 통신-출력 단자(TX)로부터 전압 값 신호로서 출력된다. 집적 회로(CC3)에서 출력된 신호는 집적 회로(CC2), 집적 회로(CC1) 및 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)의 입력 단자(RXD)에 입력된다. 전압-샘플링 신호는 이 타이밍에 집적 회로(CC2)에 전송된다.
전압 샘플링 신호가 수신되면, 집적 회로(CC2)는 집적 회로(CC2)에 연결된 배터리 모듈(M2)의 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출을 시작한다. 검출된 출력 전압은 전압-샘플링 신호와 함께 집적 회로(CC2)의 통신-출력 단자(TX)로부터 전압 값 신호로서 출력된다. 집적 회로(CC2)로부터 출력된 신호는 집적 회로(CC1) 및 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)의 입력 단자(RXD)에 입력된다. 전압-샘플링 신호는 이 타이밍에 집적 회로(CC1)에 전송된다.
전압 샘플링 신호가 수신되면, 집적 회로(CC1)는 집적 회로(CC1)에 연결된 배터리 모듈(M1)의 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출을 시작한다. 검출된 출력 전압은 전압-샘플링 신호와 함께 집적 회로(CC1)의 통신-출력 단자(TX)로부터 전압 값 신호로서 출력된다. 집적 회로(CC1)로부터 출력된 신호는 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)의 입력 단자(RXD)에 입력된다.
전술한 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하기 위한 검출 공정은, 캐스케이드 통신 회로에 의해 연결되는 집적 회로를 포함하는 배터리 전압 감시 장치에 의해 수행되는 통상적인 종래 공정이다.
이 공정에서는, 배터리 모듈(M1 내지 M3)에 따라 단위 셀(1)의 출력 전압 값의 검출 타이밍에 있어서 시간 지연이 불가피하게 발생한다. 배터리 콘트롤러(10)가 이렇게 얻어진 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 거의 동시에 검출되는 출력 전압 값으로서 취급하면, 검출된 값과 실제 값 사이에 오차가 도입될 가능성이 있다.
단위 셀(1)의 출력 전압의 검출에 관한 시간 지연은 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 배치되는 집적 회로(CC1)에서 특히 현저하다.
배터리 모듈(M1 내지 M3)의 출력 전압이 검출되어 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 전송되도록 배터리 콘트롤러(10)가 지령하면, 배터리 콘트롤러(10)로부터의 지령 신호는 먼저 포토-커플러(PC1)를 거쳐서 상류 단부의 집적 회로(CC3)에 입력된다.
지령 신호가 수신되면, 집적 회로(CC3)는 대응 배터리 모듈(M3) 내의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출한다. 검출된 전압은 신호에 기입되고 집적 회로(CC3)로부터 출력된다. 배터리 모듈(M3) 내의 단위 셀(1)의 전압은 이렇게 검출되고 집적 회로(CC3)로부터 송신된다. 다음으로, 집적 회로(CC3)로부터 송신된 지령 신호는 집적 회로(CC2)에 의해 수신된다. 집적 회로(CC3)의 경우에서와 같이, 집적 회로(CC2)는 대응 배터리 모듈(M2) 내의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출한다. 검출된 전압은 집적 회로(CC2)가 수신한 신호에 기입되며, 하류 단부의 집적 회로(CC1)에 출력된다.
이렇게 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 전송되는 신호는 각각의 배터리 모듈(M1 내지 M3) 내의 단위 셀(1)의 출력 전압 데이터를 포함하며, 최종적으로 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 출력된다. 배터리 콘트롤러(10)는 이 신호를 수신함으로써 배터리 모듈(M1 내지 M3) 내의 단위 셀(1)의 전압의 검출 및 읽어들임을 완료한다.
배터리 모듈(M1 내지 M3) 내의 단위 셀의 출력 전압의 검출 및 전송이 이러한 캐스케이드 통신 시스템을 통해서 이루어질 때는, 배터리 모듈(M1 내지 M3)이 다른 타이밍에서 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출을 수행하는 것이 불가피하다. 배터리 모듈(M1 내지 M3) 내의 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출 타이밍에서의 시간 지연으로 인해 단위 셀(1)의 출력 전압 데이터에 오차가 생길 수도 있다. 이들 오차는 단위 셀(1)의 검출된 출력 전압의 정확성에 불리하게 작용할 수 있다.
직렬 연결되는 배터리 모듈의 개수가 증가할수록 또는 달리 말해서 캐스케이드 연결의 스테이지가 증가할수록 시간 지연은 커진다.
본 발명에 따른 배터리 전압 감시 장치는, 집적 회로(CC1 내지 CC3)가 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 독립적으로 및 거의 동시에 샘플링 및 보유하게 함으로써, 검출 타이밍 중에 시간 지연에 의해 초래되는 오차가 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀의 출력 전압 검출에서 발생하지 못하게 한다.
감시 장치의 이러한 작동을 실현하기 위해, 배터리 콘트롤러(10)는 먼저 상류 단부의 집적 회로(CC3)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 전송하여 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 집적 회로(CC1 내지 CC3)의 각각에 전송되게 한다. 전압 샘플링 및 보유 지령 신호는 단위 셀(1)의 출력 전압이 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 샘플링 및 보유되도록 지령한다. 이후 배터리 콘트롤러(10)는 상류 단부의 집적 회로(CC3)에 전송 지령 신호를 출력하여 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 전송 이후에 상기 전송 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 집적 회로(CC1 내지 CC3)의 각각에 전송되게 한다. 전송 지령 신호는 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 의해 보유된 출력 전압 값이 배터리 콘트롤러(10)에 전송되도록 지령한다.
단위 셀(1)의 출력 전압 값을 배터리 콘트롤러(10)에 전송하는 작업은 시간이 걸린다. 따라서 감시 장치는 단위 셀(1)의 출력 전압을 샘플링 및 보유하기 위한 공정을 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 의해 보유된 출력 전압 값을 배터리 콘트롤러(10)에 전송하기 위한 공정과 분리하여 전자의 공정이 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 의해 거의 동시에 수행될 수 있게 한다.
도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하여, 배터리 그룹(3)의 출력 전압의 판정, 및 판정 결과에 기초한 전기 모터(2)의 출력 토크의 제어에 대해 설명할 것이다.
도 3a는 배터리 콘트롤러(10)에서 집적 회로(CC3)로 전송되는 데이터의 구조를 도시한다. 도 3b는 집적 회로(CC3)에서 집적 회로(CC2)로 전송되는 데이터의 구조를 도시한다.
도시하듯이, 배터리 콘트롤러(10)가 집적 회로(CC3)에 출력하는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호는 동기용 데이터 및 지령 데이터를 포함한다. 지령 데이터는 그 출력 전압이 검출되는 단위 셀(1)에 관한 지령 및 어드레스 정보를 구비한다.
집적 회로(CC3)는 배터리 콘트롤러(10)로부터 집적 회로(CC3)의 통신-입력 단자(RX)에 입력되는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 수정 없이 통신-출력 단자(TX)로부터 집적 회로(CC2)의 통신-입력 단자(RX)에 전송한다. 집적 회로(CC3)는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 또한 집적 회로(CC3)를 향한 신호로서 식별하며, 집적 회로(CC3)의 전압 입력 단자(VC1 내지 VC4)에 입력되는 배터리 모듈(M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 저장한다.
마찬가지로, 집적 회로(CC2)는 집적 회로(CC3)로부터 집적 회로(CC2)의 통신-입력 단자(RX)에 입력되는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 수정 없이 통신-출력 단자(TX)로부터 집적 회로(CC1)의 통신-입력 단자(RX)에 전송한다. 집적 회로(CC2)는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 또한 집적 회로(CC2)를 향한 신호로서 식별하며, 집적 회로(CC2)의 전압 입력 단자(VC1 내지 VC4)에 입력되는 배터리 모듈(M2)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 기입한다.
또한 마찬가지로, 집적 회로(CC1)는 집적 회로(CC2)로부터 집적 회로(CC1)의 통신-입력 단자(RX)에 입력되는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 수정 없이 통신-출력 단자(TX)로부터 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)의 입력 단자(RXD)에 전송한다. 집적 회로(CC1)는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 또한 집적 회로(CC1)를 향한 신호로서 식별하며, 집적 회로(CC1)의 전압 입력 단자(VC1 내지 VC4)에 입력되는 배터리 모듈(M1)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 기입한다.
배터리 콘트롤러(10)는, 집적 회로(CC1)로부터 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 전송되는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 수신함으로써, 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 배치되는 집적 회로(CC1)에 전송된 것을 판정한다.
이 판정에 이어서, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC3)에 전송 지령 신호를 출력한다.
집적 회로(CC3)는, 통신-입력 단자(RX)에서 수신되는 전송 지령 신호에 응답하여, 통신-출력 단자(TX)로부터 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 저장되는 배터리 모듈(M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 포함하는 응답 신호(CELL1 내지 CELL4)를 출력한다.
응답 신호(CELL1)는 집적 회로(M3)의 전압 입력 단자(VC1)에 연결된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 포함한다. 응답 신호(CELL2)는 집적 회로(M3)의 전압 입력 단자(VC2)에 연결된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 포함한다. 응답 신호(CELL3)는 집적 회로(M3)의 전압 입력 단자(VC3)에 연결된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 포함한다. 응답 신호(CELL4)는 집적 회로(M3)의 전압 입력 단자(VC4)에 연결된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 포함한다.
도 3b를 참조하면, 전송 지령 신호는 도 3a에 도시된 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 경우에서와 같이 동기용 데이터 및 지령 데이터를 포함한다. 그러나, 전송 지령 신호의 지령 데이터는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 지령 데이터와 다르다.
마찬가지로, 집적 회로(CC2)와 집적 회로(CC1)는 각각 전송 지령 신호에 응답하여 그 통신-출력 단자(TX)로부터 응답 신호(CELL1 내지 CELL4)를 출력한다.
전술했듯이, 이 감시 장치에서, 전압 샘플링 및 보유 지령 신호는 집적 회로(CC1 내지 CC3) 전체에 전송되며, 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하고 출력 전압 값을 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 저장한다. 이 동작은 집적 회로(CC1 내지 CC3) 각각에 의해 병렬적으로 및 거의 동기적으로 이루어진다.
이후 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 전송 지령 신호에 응답하여 통신-출력 단자(TX)로부터 각각의 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 저장된 출력 전압 값을 출력한다.
따라서, 단위 셀(1)의 출력 전압 값의 검출은 캐스케이드 연결 회로의 상류측에 배치된 집적 회로에 의한 검출된 출력 전압 값의 전송 이전에 이루어진다. 캐스케이드 연결 회로의 상류측에 배치된 집적 회로로부터의 검출된 출력 전압 값의 전송은 하류에 배치된 집적 회로에 의한 단위 셀(1)의 출력 전압 검출에 있어서 지연을 초래하지 않는다. 그 결과, 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출은 배터리 모듈(M1 내지 M3) 전체에서 거의 동시에 이루어진다.
도 4를 참조하여, 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압에 기초하여 배터리 그룹(3)의 출력 전압을 결정하기 위해 배터리 콘트롤러(10)에 의해 수행되는 루틴을 설명할 것이다. 이 루틴은 차량 상태에 관계없이 예를 들어 40msec의 규칙적인 시간 간격으로 반복 수행된다.
단계 S1에서, 배터리 콘트롤러(10)는 전기 모터(2)를 구비하는 전기 부하가 작동하는지를 판정한다. 판정이 부정적이면, 배터리 콘트롤러(10)는 루틴을 즉시 종료한다.
한편, 판정이 긍정적이면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S2에서 집적 회로(CC3)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력한다. 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 수신하면 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 전압 입력 단자(VC1 내지 VC4)에 입력되는 단위 셀(1)의 출력 전압의 값을 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 각각 기입한다.
단계 S3에서, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC3)에 전송 지령 신호를 출력한다. 집적 회로(CC1 내지 CC3)는, 전송 지령 신호에 응답하여, 메모리에 저장된 단위 셀(1)의 출력 전압의 값을 배터리 콘트롤러(10)에 응답 신호(CELL1 내지 CELL4)로서 각각 전송한다.
집적 회로(CC1 내지 CC3)로부터 응답 신호(CELL1 내지 CELL4)를 수신하면, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)을 연산한다.
단계 S4에서, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)을 판독한다.
다음 단계 S5에서, 배터리 콘트롤러(10)는 전체 값(Vcellsum)을 소정 임계값(Vmin)과 비교한다. 임계값(Vmin)은 배터리 그룹(3)의 충전 용량이 충분한지를 판정하기 위한 기준값이다. 전체 값(Vcellsum)이 임계값(Vmin)보다 크면, 배터리 콘트롤러(10)는 루틴을 즉시 종료한다. 이 경우에, 배터리 그룹(3)의 충전 용량은 충분한 것으로 판정되고, 전기 모터(2)의 출력 토크에는 어떠한 제한도 가해지지 않는다.
한편, 단계 S5에서 전체 값(Vcellsum)이 임계값(Vmin)보다 크지 않으면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S6에서 메인 콘트롤러(100)에 출력 토크 제한 신호를 출력한다.
출력 토크 제한 신호를 수신하면, 메인 콘트롤러(100)는 전기 모터(2)에 연결되어 있는 인버터를 제어함으로써 전기 모터(2)의 출력 토크를 설정된 토크 한계를 넘지 않도록 제한한다. 그 결과, 차량의 운전자가 가속 페달을 밟을 때에도 배터리 그룹(3)의 과방전이 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 감시 장치는 전술했듯이 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 전송 지령 신호와 분리시킨다. 그 결과, 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호에 응답하여 단위 셀(1)의 출력 전압을 실질적으로 동기적으로 샘플링 및 보유한다. 메모리에 저장된 단위 셀(1)의 출력 전압의 값은 집적 회로(CC1 내지 CC3)가 전송 지령 신호를 수신할 때만 배터리 콘트롤러(10)에 출력된다. 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출 및 그 전송을 이런 식으로 수행함으로써, 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출 타이밍에 있어서의 지연 시간이 크게 감소된다. 지연 시간을 감소시킴으로써, 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)이 정확히 연산될 수 있다.
하나의 배터리 모듈을 구성하는 단위 셀(1)의 개수가 N이고 배터리 모듈에 의해 구성되는 배터리 그룹(3)의 단위 셀(1)의 총 개수가 M이라고 가정할 때, 배터리 모듈의 개수는 M/N으로 표시된다. 집적 회로가 종래 공정의 경우에서와 같이 단위 셀(1)의 검출된 전압 값을 출력한 후에 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 연결되는 인접한 집적 회로에 전압 샘플링 신호를 전송하고, 각각의 집적 회로가 관련 배터리 모듈의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하기 위해 이십 밀리초(20msec)가 필요한 것으로 가정하면, 도 4에서 단계 S2 및 S3에 대응하는 처리에 필요한 시간은 20×M/N(msec)이다. 이 경우, 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출 도중에 캐스케이드 통신 회로의 상류 단부의 집적 회로와 그 하류 단부의 집적 회로 사이에는 거의 20×M/N(msec)에 해당하는 시간 지연이 나타난다.
이 감시 장치에서는, 전압 샘플링 및 보유 지령 신호와 전송 지령 신호가 별개로 발생되므로, 배터리 모듈(M1 내지 M3) 내의 단위 셀(1)의 출력 전압 검출 타이밍은 거의 동일하다. 따라서, 이 감시 장치에 따르면, 시간 지연의 억제에 있어서 현저한 효과가 얻어진다. 차량 시동과 같은 차량의 과도(transient) 상태에서, 전기 부하는 급속히 변화한다. 시간 지연의 억제는 배터리 그룹(3)의 충전 용량이 검출되는 정확성을 증가시킨다. 배터리 그룹(3)의 로딩 상태는 따라서 차량의 과도 상태에서 정확히 제어된다.
본 발명에 따른 감시 장치가 하이브리드 구동 전기 자동차에 적용될 때, 감시 장치는 재생 전력 충전의 제어를 위해서도 사용될 수 있다.
구체적으로, 메인 콘트롤러(100)는 차량의 회생 제동(regenerative braking)이 수행될 때 전기 모터(2)에 의해 발생되는 전력을 사용하여 배터리 그룹(3)이 충전되도록 인버터를 거쳐서 배터리 그룹(3)의 충전 작동을 제어한다. 이를 위해, 배터리 콘트롤러(10)는 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)을 소정 임계값(Vmax)과 비교한다. 전체 값(Vcellsum)이 임계값(Vmax)보다 낮으면, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 그룹(3)이 더 충전될 수 있다고 판정하고, 회생 제동에 의해 발생되는 전력을 사용하여 배터리 그룹의 충전을 지속하도록 메인 콘트롤러(100)에 신호를 출력한다. 한편, 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)이 임계값(Vmax)보다 낮지 않으면, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 그룹(3)이 과충전될 수 있다고 판정하고, 충전 정지 신호를 메인 콘트롤러(100)에 출력한다.
전술했듯이, 이 감시 장치는 배터리 그룹(3)의 과방전 방지뿐 아니라 배터리 그룹(3)의 과충전 방지에 있어서 양호한 효과를 가져온다.
단계 S5에서, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 그룹(3)의 충전 용량을 판정하기 위해 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)을 임계값(Vmin)과 비교한다. 배터리 그룹(3)의 충전 용량의 판정은 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum) 이외의 다양한 파라미터를 사용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배터리 그룹(3)의 충전 용량은 특정 단위 셀(1)의 출력 전압에 기초하여 판정될 수 있거나, 또는 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 출력 전압 값 중의 최대값 또는 최소값에 기초하여 판정될 수 있다.
릴레이(4)는 전기 모터(2)와 에어컨을 포함하는 모든 전기 부하가 작동 준비 상태에 놓이게 하는 메인 스위치로서 기능한다. 전기 부하는 릴레이(4) ON에 의해서만 작동하지 않고 메인 콘트롤러(100)로부터 작동 지령 신호를 수신할 때 작동하는 것을 알아야 한다.
릴레이(4)가 ON되지만 전기 부하는 작동하지 않을 때, 부하가 전혀 없는 상태에서의 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압은 루틴의 실행에 의해 검출된다. 전기 모터(2)의 출력 토크는 이후 단계 S6에서 검출된 출력 전압 값에 기초하여 제어된다. 따라서 작동이 시작되기 전에 전기 모터(2)의 출력 토크를 제한할 수 있다. 이 제한은 배터리 그룹(3)의 충전 상태가 낮은 동안 전기 모터(2)가 작동을 시작하게 함으로써 배터리 그룹(3)의 과방전을 방지한다.
추가로, 배터리 콘트롤러(10)와 집적 회로(CC1 내지 CC3)를 작동시키기 위한 전원이 별개로 제공되면, 릴레이(4)가 OFF 상태에 있을 때에도 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출할 수 있다. 이 경우에, 배터리 그룹(3)의 충전 용량은 ON 상태로 전환되는 릴레이(4)에 선행하여 검출될 수 있으며, 따라서 막 작동하려는 전기 모터(2)의 출력 토크를 미리 제한할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명할 것이다.
이 실시예는, 감시 장치가 총 출력 전압 검출 회로(20)를 포함하고, 배터리 콘트롤러(10)가 배터리 그룹(3)에 대해 수행되는 출력 전압 판정 루틴 대신에 이상 판정 루틴을 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 대해 수행한다는 점에서 제1 실시예와 다르다.
도 5를 참조하면, 총 출력 전압 검출 회로(20)는 배터리 그룹(3)의 출력 전압을 직접 검출하기 위해 배터리 그룹(3)의 양 전기 단부에 제공된 단자에 연결된다. 총 출력 전압 검출 회로(20)는 집적 회로(CC1 내지 CC3)와 마찬가지로 집적 회로에 의해 구성되며, 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압의 값을 저장하기 위해 메모리를 갖는 디지털 연산 회로를 구비한다. 총 출력 전압 검출 회로(20)는 포토-커플러(PC3) 및 포토-커플러(PC4)를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 연결된다.
도 6을 참조하여, 집적 회로(CC1 내지 CC3)의 이상 판정 루틴을 설명할 것이다. 이 루틴은 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압 및 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압에 기초하여 배터리 콘트롤러(10)에 의해 수행된다. 도 4의 루틴과 달리, 이 루틴은 차량이 작동하기 시작할 때 한번만 수행된다.
이 실시예에서, 배터리 콘트롤러(10)를 작동시키기 위한 전력은 릴레이(4)를 통과하지 않고 영구적으로 공급된다.
단계 S11에서, 배터리 콘트롤러(10)는 릴레이(4)가 ON 상태인지를 판정한다.
릴레이(4)가 ON 상태에 있지 않을 때, 배터리 콘트롤러(10)는 릴레이(4)가 ON 상태로 전환될 때까지 대기한다.
릴레이(4)가 ON 상태에 있을 때, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S12에서 집적 회로에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력한다. 이는 또한 총 출력 전압 검출 회로(20)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력한다. 총 출력 전압 검출 회로(20)에 출력되는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 반드시 어드레스 정보를 포함하지는 않는 바, 이는 총 출력 전압 검출 회로(20)가 독립 신호 회로를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 연결되기 때문이다. 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 수신하면, 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 그것에 연결된 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하며, 검출된 출력 전압 값을 각각의 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 저장한다. 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 수신하면, 총 출력 전압 검출 회로(20)는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압을 검출하며, 검출된 총 출력 전압 값을 디지털 연산 회로의 메모리에 저장한다.
집적 회로(CC1)에 출력되는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호는 최종적으로 집적 회로(CC3)로부터 포토-커플러(PC2)를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다. 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 입력을 인지함으로써, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 대한 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 전송이 완료된 것으로 판정한다.
집적 회로(CC1 내지 CC3)에 대한 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 전송이 완료된 것으로 판정한 후에, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S13에서 전기 모터(2)에 작동 지령 신호를 출력한다. 전기 모터(2)는 따라서 배터리 그룹(3)으로부터 공급되는 전력을 사용하여 작동을 시작한다.
이어지는 단계 S14에서, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC3) 및 총 출력 전압 검출 회로(20)에 전송 지령 신호를 출력한다. 배터리 콘트롤러(10)는 이후, 전송 지령 신호에 응답하여 집적 회로(CC1 내지 CC3)로부터 전송되는 단위 셀(1)의 출력 전압 값과, 전송 지령 신호에 응답하여 총 출력 전압 검출 회로(20)로부터 전송되는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압 값(Vsum)을 판독한다. 배터리 콘트롤러(10)는 제1 실시예의 단계 S3의 경우에서와 같이 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)을 연산한다. 이 연산의 결과는 배터리 콘트롤러(10)의 메모리에 저장된다.
단계 S15에서, 배터리 콘트롤러(10)는 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum) 및 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsum)을 판독한다.
단계 S16에서, 배터리 콘트롤러(10)는 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)과 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsum) 차이의 절대값이 일정 값(C)보다 큰지를 판정한다.
집적 회로(CC1 내지 CC3)와 총 출력 전압 검출 회로(20)가 이상을 나타내지 않으면, Vcellsum의 값과 Vsum의 값은 거의 동일해야 한다. 일정 값(C)은 전압 검출 도중에 발생할 수 있는 최대 오차에 가깝게 설정된다. 단계 S16에서의 판정이 부정적일 때, 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 정상 작동하는 것으로 판정된다.
그러나, 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)과 총 출력 전압(Vsum) 차이의 절대값이 일정 값(C)보다 크지 않으면, 배터리 콘트롤러(10)는 다른 단계로 진행되지 않고 즉시 루틴을 종료한다.
예를 들어, 집적 회로(CC2)의 디지털 연산 회로(24)에 결함이 있을 때, 집적 회로(CC2)는 배터리 모듈(M2)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 디지털 연산 회로(24)에 보유할 수 없다. 그 결과, 전송 지령 신호에 응답하여 집적 회로(CC2)로부터 배터리 콘트롤러(10)로 제로 값(nil value)이 전송된다.
이 경우에, 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)과 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsum) 사이에는 큰 차이가 나타난다. 이 차이의 절대값이 일정 값(C)보다 클 때, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S17에서 총 출력 전압 검출 회로(20) 또는 집적 회로(CC1 내지 CC3) 중 적어도 하나에 이상이 존재함을 표시 장치에 표시한다.
배터리 콘트롤러(10)는 입력 신호로부터 배터리 모듈(M1 내지 M3) 각각의 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값을 연산할 수 있기 때문에, 배터리 콘트롤러(10)는 어떤 집적 회로에 결함이 있는지를 명시할 수 있다. 또한, 배터리 콘트롤러(10)는 메인 콘트롤러(100)를 거쳐서 전기 모터(2)의 작동을 금지할 뿐 아니라 단계 S17에서 집적 회로에서의 이상을 표시하는 것과 같은 안전 조치를 취할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출에 관하여, 집적 회로(CC3)에 대한 전송 지령 신호의 출력과 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 출력은 제1 실시예의 경우에서와 같이 별도의 공정으로 수행된다. 이 실시예에 따르면 또한, 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출에 있어서의 시간 지연이 제거되며, 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)이 검출되는 정확성의 증가가 달성된다. 제1 실시예의 감시 장치에 총 출력 전압 검출 회로(20)를 간단히 적용시킴으로써, 이 실시예는 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 대한 이상 판정을 정확히 수행할 수 있을 뿐 아니라 전기 모터(2)의 출력 토크 제어를 수행할 수 있다.
이 실시예에서, 집적 회로(CC1 내지 CC3)에 관한 이상 판정 루틴은 배터리 콘트롤러(10)에 의해 수행된다. 그러나, 배터리 콘트롤러(10) 대신에 메인 콘트롤러(100)가 이상 판정 루틴을 수행하도록 구성할 수 있다.
도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명할 것이다.
이 실시예는 하이브리드 구동 전기 자동차에 적용된다. 하이브리드 구동 전기 자동차는 두 개의 동력원, 즉 전기 모터(2)와 내연기관을 포함한다. 여기에서, 전기 모터(2)는 내연기관용 시동 모터로서도 기능한다.
도 7을 참조하면, 감시 장치는 배터리 모듈(M1 내지 M3)의 기온을 검출하는 온도 센서(7)를 포함한다. 온도 센서(7)에 의해 검출되는 온도는 독립 신호 회로를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 신호로서 입력된다.
전기 모터(2)가 작동 중임을 나타내거나 다시 말해서 내연기관의 크랭킹을 나타내는 크랭킹 신호가 전기 모터(2)로부터 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다.
이들 신호에 기초하여, 배터리 콘트롤러(10)는 도 10에 도시된 배터리 모듈 이상 판정 루틴을 수행한다.
감시 장치는, 제1 실시예의 경우에서와 같이, 배터리 콘트롤러(10)로부터 출력되는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호에 응답하여, 집적 회로(CC1 내지 CC3)의 전압 입력 단자(VC1 내지 VC4)에 입력되는 단위 셀(1)의 출력 전압을 각각의 집적 회로(CC1 내지 CC3)의 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 저장한다. 감시 장치는 배터리 콘트롤러(10)로부터 출력되는 전송 지령 신호에 응답하여 단위 셀(1)의 저장된 출력 전압 값을 배터리 콘트롤러(10)에 전송한다.
배터리 콘트롤러(10)는 단위 셀(1)의 출력 전압 중 임의의 출력 전압이 배터리 그룹(3)의 부하 조건에 따라 소정의 제1 과방전 임계 전압(Va) 또는 제2 과방전 임계 전압(Vb) 이하일 때 경고등을 켠다.
제1 과방전 임계 전압(Va)은 무부하(no load) 상태에서 단위 셀(1)의 출력 전압의 이상을 판정하기 위한 임계값이다. 제2 과방전 임계 전압(Vb)은 저온 하의 유부하(loaded) 상태에서 단위 셀(1)의 출력 전압의 이상을 판정하기 위한 임계값이다. 여기에서, 무부하 상태는 내연기관의 크랭킹이 수행되지 않는 상태를 지칭하고, 유부하 상태는 내연기관의 크랭킹이 저온 상태에서 수행되는 상태를 지칭한다.
단위 셀(1)의 내부 저항이 큰 저온 상태에서 단위 셀(1)에 전기 부하가 가해지면, 단위 셀(1)은 큰 전류를 방전한다. 그 결과, 단위 셀(1)은 상당한 전압 강하를 나타낸다. 이러한 상황을 고려하여, 제2 과방전 임계 전압(Vb)은 제1 과방전 임계 전압(Va)보다 낮은 값으로 설정된다.
배터리 콘트롤러(10)는 온도 및 부하 조건에 따라 제1 과방전 임계 전압(Va) 및 제2 과방전 임계 전압(Vb)을 선택적으로 인가함으로써 단위 셀(1) 중 임의의 단위 셀의 출력 전압에 이상이 있는지를 판정하고, 판정 결과에 따라 경고등을 켠다.
이 감시 장치는 각각의 집적 회로(CC1 내지 CC3)와 배터리 콘트롤러(10) 사이의 통신을 위해 캐스케이드 통신 회로를 채용하고 있기 때문에, 집적 회로(CC1 내지 CC3)의 각각이 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하고 검출된 출력 전압 값을 메모리에 저장하는데 필요한 전체 기간은 집적 회로(CC1 내지 CC3)가 저장된 출력 전압 값을 배터리 콘트롤러(10)에 전송하는데 필요한 전체 기간보다 짧다. 하이브리드 구동 전기 자동차에 있어서, 메인 콘트롤러(100)는 내연기관에 관한 크랭킹 지령을 전기 모터(2)에 출력하고, 전기 모터(2)는 크랭킹 지령에 응답하여 내연기관을 크랭킹하기 시작한다.
크랭킹 지령의 출력으로부터 내연기관의 크랭킹이 실제로 시작될 때까지의 기간 중에, 배터리 콘트롤러(10)는 단위 셀(1)의 출력 전압(V1-Vn)을 제1 과방전 임계 전압(Va)과 비교한다. 단위 셀(1) 중 임의의 단위 셀의 출력 전압이 제1 과방전 임계 전압(Va) 이하일 때, 배터리 콘트롤러(10)는 관련 단위 셀(1)에 이상이 있다고 판정하고 경고등을 켠다.
내연기관의 크랭킹이 진행 상태에 있는 기간 중에, 배터리 콘트롤러(10)는 단위 셀(1)의 출력 전압(V1-Vn)을 제2 과방전 임계 전압(Vb)과 비교한다. 단위 셀(1) 중 임의의 단위 셀의 출력 전압이 제2 과방전 임계 전압(Vb) 이하일 때, 배터리 콘트롤러(10)는 관련 단위 셀(1)에 이상이 있다고 판정하고 경고등을 켠다.
내연기관의 크랭킹이 완료되면, 배터리 콘트롤러(10)는 다시 단위 셀(1)의 출력 전압(V1-Vn)을 제1 과방전 임계 전압(Va)과 비교한다. 단위 셀(1) 중 임의의 단위 셀의 출력 전압이 제1 과방전 임계 전압(Va) 이하일 때, 배터리 콘트롤러(10)는 관련 단위 셀(1)에 이상이 있다고 판정하고 경고등을 켠다.
도 8 및 도 9에서 원내(circled) 숫자 1 내지 N은 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출 순서를 지칭한다. 원내 숫자 1은 도 7에서 배터리 그룹(3)의 음극에 가장 가깝게 위치하는 단위 셀(1)의 출력 전압(V1)을 지칭하며, 원내 숫자 N은 배터리 그룹(3)의 양극에 가장 가깝게 위치하는 단위 셀(1)의 출력 전압(Vn)을 나타낸다. 도 8의 (b) 및 도 9의 (b)의 타이밍 차트에서, 세로축은 전압을 나타내고 가로축은 시간을 나타낸다. 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 배터리 콘트롤러(10)가 매 주기(T) 마다 출력하는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호에 응답하여 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하고, 검출된 전압 값을 디지털 연산 회로(24) 내의 메모리에 저장한다. 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 배터리 콘트롤러(10)가 매 주기(T) 마다 전압 샘플링 및 보유 지령 신호와 별개로 출력하는 전송 지령 신호에 응답하여, 상기 저장된 전압 값을 배터리 콘트롤러(10)에 전송한다.
도 10을 참조하여, 배터리 콘트롤러(10)에 의해 수행되는 단위 셀(1)에 관한 이상 판정 루틴을 설명할 것이다. 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 콘트롤러(10)로의 전원이 ON일 때 이 루틴을 예를 들어 10 밀리초의 규칙적인 간격으로 반복 수행한다.
이 루틴은 저온 조건에서 수행되는 것으로 가정되므로, 특정한 온도-결정 단계는 제공되지 않는다. 배터리 콘트롤러(10)는 온도 센서(7)에 의해 검출되는 온도에 기초하여 현재 조건이 예정된 저온 조건과 일치하는지를 판정할 수 있으며, 현재 조건이 저온 조건과 일치할 때만 루틴을 수행할 수 있다. 그러나, 온도 조건에 관계없이 루틴을 수행하는 것이 가능하다.
단계 S32에서, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC3)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력한다. 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 전술했듯이 전압 샘플링 및 보유 지령 신호에 응답하여, 전압 입력 단자(VC1 내지 VC4)에 입력되는 단위 셀(1)의 출력 전압을 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 디지털 값으로서 저장한다.
다음 단계 S33에서, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC3)에 전송 지령 신호를 출력한다. 집적 회로(CC1 내지 CC3)는 전송 지령 신호에 응답하여, 저장된 전압 값을 신호(CELL1 내지 CELL4) 형태로 배터리 콘트롤러(10)에 전송한다. 배터리 콘트롤러(10)는 이들 값을 판독한다. 이하 설명에서, 배터리 콘트롤러(10)에 전송되는 단위 셀(1)의 출력 전압 값은 도 7에서 배터리 그룹(3)의 음극쪽에서 양극쪽으로 V1, V2, V3, ... Vn으로 지칭된다.
집적 회로(CC1 내지 CC3) 각각으로부터의 응답 신호(CELL1 내지 CELL4)의 입력이 완료되면, 배터리 콘트롤러(10)는 전기 모터(2)로부터의 입력 신호에 기초하여 단계 S34에서 전기 모터(2)에 의한 내연기관의 크랭킹이 진행 중인지를 판정한다.
내연기관의 크랭킹이 진행 중에 있지 않으면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S35에서 내연기관의 크랭킹이 완료되었는지를 판정한다.
내연기관의 크랭킹이 완료되지 않았을 때, 이는 내연기관의 크랭킹이 아직 시작되지 않았음을 의미한다. 이 경우에, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S36에서 단위 셀(1)의 출력 전압 값(V1-Vn)을 제1 과방전 임계 전압(Va)과 비교한다.
비교 결과, 출력 전압 값(V1-Vn) 모두가 제1 과방전 임계 전압(Va) 이상이면, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 그룹(3)이 정상 작동하는 것으로 판정한다. 이 경우, 배터리 콘트롤러(10)는 루틴을 종료한다.
단계 S36에서의 비교 결과 출력 전압 값(V1-Vn) 중 어느 것이라도 제1 과방전 임계 전압(Va) 이하이면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S37에서 경고등을 켜고 루틴을 종료한다.
단계 S34에서 내연기관의 크랭킹이 진행 중이면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S38에서 현재 주기 중의 출력 전압 값(V1-Vn)의 입력이 완료되었는지를 판정한다.
단계 S38에서의 판정이 부정적이면, 배터리 콘트롤러(10)는 크랭킹 시작 전의 경우에서와 같이 단계 S36에서 단위 셀(1)의 출력 전압 값(V1-Vn)을 제1 과방전 임계 전압(Va)과 비교한다. 단계 S38에서의 판정이 부정적이면, 현재 주기(T) 중에 검출되는 출력 전압 값(V1-Vn)은 크랭킹 시작 전에 검출된 것이다. 이 경우, 단계 S36에서 출력 전압 값(V1-Vn)을 평가하기 위해 무부하 상태용 제1 과방전 임계 전압(Va)이 적용된다.
한편, 단계 S38에서의 판정이 긍정적이면, 이는 단계 S33에서 판독된 출력 전압 값(V1-Vn)이 전기 모터(2)에 의한 내연기관의 크랭킹이 진행 중인 동안 검출된 값임을 의미한다. 배터리 콘트롤러(10)는 이후 단계 S39에서 출력 전압 값(V1-Vn)을 제2 과방전 임계 전압(Vb)과 비교한다.
단계 S39에서의 비교 결과, 출력 전압 값(V1-Vn) 전부가 제2 과방전 임계 전압(Vb)보다 높으면, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 그룹(3)이 정상 작동하는 것으로 판정한다. 이 경우, 배터리 콘트롤러(10)는 루틴을 종료한다.
한편, 단계 S39에서 출력 전압 값(V1-Vn) 중 어느 것이라도 제2 과방전 임계 전압(Vb) 이하이면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S37에서 경고등을 켜고 루틴을 종료한다.
단계 S35에서 내연기관의 크랭킹이 완료된 것으로 판정되면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S40에서 현재 주기 중의 출력 전압 값(V1-Vn)의 입력이 완료되었는지를 판정한다.
단계 S40에서의 판정이 부정적이면, 배터리 콘트롤러(10)는 크랭킹이 진행 중인 경우에서와 같이 단계 S41에서 출력 전압 값(V1-Vn)을 제2 과방전 임계 전압(Vb)과 비교한다. 단계 S40에서의 판정이 부정적이면, 단계 S33에서 판독된 출력 전압 값(V1-Vn)은 크랭킹이 진행 중인 동안 검출된 값이다. 이 경우, 단계 S41에서 출력 전압 값(V1-Vn)을 평가하기 위해 부하 상태용 제2 과방전 임계 전압(Vb)이 적용된다.
단계 S41에서 이루어진 비교의 결과, 출력 전압 값(V1-Vn) 전부가 제2 과방전 임계 전압(Vb)보다 높으면, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 그룹(3)이 정상 작동하는 것으로 판정한다. 이 경우, 배터리 콘트롤러(10)는 루틴을 종료한다.
한편, 단계 S41에서 출력 전압 값(V1-Vn) 중 어느 것이라도 제2 과방전 임계 전압(Vb) 이하이면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S43에서 경고등을 켜고 루틴을 종료한다.
단계 S40에서의 판정이 긍정적이면, 이는 단계 S33에서 판독된 출력 전압 값(V1-Vn)이 내연기관의 크랭킹이 완료된 후 검출된 값임을 의미한다. 배터리 콘트롤러(10)는 이후 단계 S42에서 출력 전압 값(V1-Vn)을 제1 과방전 임계 전압(Va)과 비교한다.
단계 S42에서 이루어진 비교의 결과, 출력 전압 값(V1-Vn) 전부가 제1 과방전 임계 전압(Va)보다 높으면, 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 그룹(3)이 정상 작동하는 것으로 판정한다. 이 경우, 배터리 콘트롤러(10)는 루틴을 종료한다.
한편, 단계 S42에서 출력 전압 값(V1-Vn) 중 어느 것이라도 제1 과방전 임계 전압(Va) 이하이면, 배터리 콘트롤러(10)는 단계 S43에서 경고등을 켜고 루틴을 종료하며, 다음 주기(T)가 시작되는 시작 타이밍에 루틴을 재개한다.
상기 루틴을 수행함으로써, 크랭킹이 전혀 수행되지 않는 상태에서 검출된 단위 셀(1)의 출력 전압 값(V1-Vn)은 도 8 및 도 9에 도시하듯이 제1 과방전 임계 전압(Va)과 비교되고, 배터리 그룹(3)의 이상이 판정되며, 이상이 발견되면 경고등이 켜진다. 크랭킹이 진행 중인 상태에서 검출된 단위 셀(1)의 출력 전압 값(V1-Vn)은 도 8 및 도 9에 도시하듯이 제1 과방전 임계 전압(Va)보다 낮은 제2 과방전 임계 전압(Vb)과 비교되고, 배터리 그룹(3)의 이상이 판정되며, 이상이 발견되면 경고등이 켜진다.
도 8를 참조하면, 전기 모터(2)에 의한 내연기관의 크랭킹 시작 타이밍, 또는 달리 말해서 도 8의 (a)에서 크랭킹이 OFF에서 ON으로 전환되는 타이밍은, 배터리 콘트롤러(10)가 출력 전압 값(V1-Vn)을 검출하고 배터리 그룹(3)의 이상을 판정하는 주기(T)의 경계와 일치하지 않는다. 도 8에서, 검출된 출력 전압 값(V1-Vn)이 배터리 콘트롤러(10)에 입력되는 것은 크랭킹이 OFF에서 ON으로 전환된 후 지연 시간(C1)이 경과할 때까지 완료되지 않는다.
따라서, 배터리 콘트롤러(10)는 내연기관의 크랭킹의 시작이 검출될 때에도 과방전 임계 전압을 즉시 전환시키지 않는다. 배터리 콘트롤러(10)는 비교가 이루어지는 다음 주기(T) 중에 과방전 임계 전압을 제1 과방전 임계 전압(Va)에서 제2 과방전 임계 전압(Vb)으로 전환시키는 바, 디지털 연산 회로(24)의 메모리에 저장된 출력 전압 값(V1-Vn)이 크랭킹 시작 전에 검출된 것이기 때문이다.
도 9를 참조하면, 전기 모터(2)가 내연기관의 크랭킹을 중지시키고 배터리 콘트롤러(10)가 크랭킹 완료를 검출할 때, 배터리 콘트롤러(10)는 비교가 이루어지는 다음 주기(T) 중에 과방전 임계 전압을 제2 과방전 임계 전압(Vb)에서 제1 과방전 임계 전압(Va)으로 전환시킨다. 즉, 도 9의 (a)에서 크랭킹이 OFF에서 ON으로 전환된 후 지연 시간(C2)이 경과할 때까지 제2 과방전 임계 전압에서 제1 과방전 임계 전압으로의 전환이 지연된다.
도 8를 참조하면, 크랭킹이 실제로 시작될 때까지의 기간(A) 중에 내연기관은 크랭킹되지 않는다. 이 상태에서, 배터리 그룹(3)은 부하를 받지 않기 때문에, 배터리 콘트롤러(10)는 시간(t1)에서, 시간(t0)에서 검출된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 제1 과방전 임계 전압과 비교한다. 배터리 콘트롤러(10)는 시간(t2)에서, 시간(t1)에서 검출된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 제1 과방전 임계 전압과 비교한다. 시간 t0, t1, t2, t3, ...의 간격은 주기(T)와 일치한다.
전기 모터(2)가 내연기관의 크랭킹을 시작하면, 배터리 그룹(3)에는 전기 부하가 가해진다. 그러나, 이 시점에서, 배터리 콘트롤러(10)는 여전히 시간(t2)에서 검출된 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 수용하고 있다. 따라서 배터리 콘트롤러(10)는 과방전 임계 전압을 제1 과방전 임계 전압(Va)에서 제2 과방전 임계 전압(Vb)으로 즉시 전환시키지 않는다. 대신에 배터리 콘트롤러(10)는 출력 전압 값과 제1 과방전 임계 전압(Va)의 비교가 완료된 후 시간(t3)부터 시작되는 주기(T)에서 전환을 수행한다. 이후, 배터리 콘트롤러(10)는 전기 모터(2)에 의한 내연기관의 크랭킹이 완료될 때까지 주기적으로 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 제2 과방전 임계 전압(Vb)과 비교한다.
도 9를 참조하면, 내연기관의 크랭킹이 완료될 때, 배터리 콘트롤러(10)는 크랭킹이 ON에서 OFF로 전환된 후 제1 비교의 제2 과방전 임계 전압(Vb)을 인가한다. 과방전 임계 전압은 시간(t8)부터 시작되는 후속 주기(T)에서 제2 과방전 임계 전압(Vb)에서 제1 과방전 임계 전압(Va)으로 전환된다. 이후, 배터리 콘트롤러(10)는 예를 들어 전기 모터(2)가 다시 작동하도록 구동될 때까지 주기적으로 단위 셀(1)의 출력 전압 값을 제1 과방전 임계 전압(Va)과 비교한다.
또한 이 실시예에 따르면, 단위 셀(1)의 출력 전압의 검출과 관련하여, 제1 실시예의 경우에서와 같이, 단계 S32에서의 집적 회로(CC3)에 대한 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 출력과 단계 S33에서의 집적 회로(CC3)에 대한 전송 지령 신호의 출력이 별개로 수행된다. 그 결과, 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하는데 필요한 시간이 단축되고, 제1 과방전 임계 전압(Va)과 제2 과방전 임계 전압(Vb) 사이의 전환에 대한 지연 시간(C1, C2)이 단축될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 배터리 그룹(3)에 관한 이상 판정은 전기 모터(2)에 의한 내연기관의 크랭킹이 진행 중인지 여부에 관계없이 정확히 수행될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 실시예는 세 개의 배터리 모듈과 세 개의 집적 회로가 제공되는 것으로 가정하지만, 본 발명에 따른 감시 장치는 배터리 모듈 및 집적 회로의 개수에 관계없이 실행될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예를 설명할 것이다.
이 실시예는, 배터리 모듈 및 집적 회로의 개수가 무한수(n)인 것으로 가정되고, 감시 장치가 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 기온을 검출하기 위한 온도 센서(7), 전체 배터리 그룹(3)의 출력 전류를 검출하기 위한 전류 센서(8), 및 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압을 검출하기 위한 총 출력 전압 검출 회로(20)를 더 포함한다는 점에서 제2 실시예와 다르다. 센서/회로에 의한 검출 값은 독립 신호 회로를 각각 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다. 장치의 다른 구성요소는 제2 실시예의 것과 동일하다.
이 실시예에 따르면, 배터리 콘트롤러(10)는, 단위 셀(1)의 최고 셀 전압[VHa(VHb)] 또는 최저 셀 전압[VLa(VLb)]을 연산하고 상기 최고 셀 전압[VHa(VHb)] 또는 최저 셀 전압[VLa(VLb)]에 기초하여 배터리 그룹(3)의 출력 전압을 조정하도록 프로그래밍된다.
또한 이 실시예에 따르면, 제3 실시예의 단계 S32, S33의 처리와 마찬가지로, 배터리 콘트롤러(10)는 도 11에 도시하듯이 배터리(3)의 음극에 가장 가깝게 위치하는 배터리 모듈(Mn)에 연결된 집적 회로(CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호와 전송 지령 신호를 개별적으로 출력한다.
전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 수신되면, 집적 회로(CC1 내지 CCn)는 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 단위 셀(1)의 출력 전압을 검출하고, 검출된 전압 값을 메모리에 각각 저장한다. 집적 회로(CC1 내지 CCn)는 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 연결되고, 전송 지령 신호에 응답하여 도 12의 (a)에 도시하듯이 저장된 출력 전압 값을 일정 간격으로 순차적으로 배터리 콘트롤러(10)에 출력한다. 여기에서 집적 회로(CC1 내지 CCn)가 저장된 출력 전압 값을 출력하는 주기는 샘플링 주기(T1)로 명명된다.
배터리 콘트롤러(10)가 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력할 때부터 단위 셀(1) 전부의 출력 전압 값이 집적 회로(CC1 내지 CCn)로부터 배터리 콘트롤러(10)에 입력될 때까지의 기간은 도 12의 (b)에 도시하듯이 샘플링 주기(T2)로 명명된다.
이 감시 장치에 따르면, 제1 내지 제3 실시예의 경우에서와 같이 저장된 전압 값의 출력 이전에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로에 의해 연결되는 집적 회로(CC1 내지 CCn) 사이에서 전송되기 때문에, 샘플링 주기(T2)가 종래 감시 장치에 비해 단축될 수 있다.
샘플링 주기(T2)가 길면, 단위 셀(1)의 출력 전압의 변동이 배터리 그룹(3)의 출력 전력의 제어에 반영될 때까지 긴 시간이 걸린다.
이 시간을 단축시키기 위해, 배터리 콘트롤러(10)는 샘플링 주기(T2) 중에 단위 셀의 출력 전압을 주기적으로 연산하고, 연산 결과에 기초하여 배터리 그룹(3)의 출력 전력을 제어함으로써, 배터리 그룹(3)의 과충전/과방전을 방지한다.
도 12의 (b)를 참조하면, 전류 센서(8)는 매 샘플링 주기(T1) 마다 배터리 그룹(3)의 출력 전류를 검출하고, 따라서 검출된 출력 전류 값을 배터리 콘트롤러(10)에 출력한다. 총 출력 전압 검출 회로(20)는 매 샘플링 주기(T1) 마다 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압을 검출하고, 따라서 검출된 전류 값을 배터리 콘트롤러(10)에 출력한다. 온도 센서(7)는 배터리 모듈(M1 내지 Mn) 근처에 배치된다. 온도 센서(7)는 매 샘플링 주기(T1) 마다 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 기온을 검출하고, 검출된 온도를 각각 배터리 콘트롤러(10)에 출력한다.
다음으로, 배터리 콘트롤러(10)에 의한 배터리 그룹(3)의 출력 전력의 제어를 설명할 것이다.
여기에서, 샘플링 주기(T1)는 집적 회로(CC1 내지 CCn)로부터 배터리 콘트롤러(10)에 입력되는 단위 셀(1)의 출력 전압 값의 입력 사이클과 동일하게 설정된다.
릴레이(4)가 턴온되는 시간(t1)에, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC1 내지 CCn)에 단위 셀(1)의 출력 전압을 샘플링 및 보유하라고 지령하는 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력한다. 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 위치하는 집적 회로(CC1)에 신호가 전송되었음을 확인한 후에, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC1 내지 CCn)에 저장된 출력 전압 값을 배터리 콘트롤러(10)에 전송하도록 지령하는 전송 지령 신호를 출력한다. 시간(t1)에서, 릴레이(4)는 OFF 상태에 있기 때문에, 샘플링 주기(T2) 중에 배터리 콘트롤러(10)에 입력되는 입력 값은 배터리 그룹(3)이 무부하 상태에 있을 때 검출되는 값이다. 시간(t1+T1)에서, 릴레이(4)는 턴온되고 이후 도 12의 (c)에 도시하듯이 배터리 그룹(3)에 전기 부하가 가해진다.
대조적으로, 총 출력 전압 검출 회로(20)로부터의 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vs), 전류 센서(8)로부터의 배터리 그룹(3)의 출력 전류(Ia), 및 온도 센서(7)로부터의 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 기온은 매 샘플링 주기(T1) 마다 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다.
전송 지령 신호 출력의 결과로서, 단위 셀(1)의 출력 전압 값은 시간(t1)부터 시작되는 샘플링 주기(T2) 내내 매 샘플링 주기(T1) 마다 순차적으로 집적 회로(CC1 내지 CCn)로부터 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다. 단위 셀(1)의 출력 전압 값의 입력은 시간(t1+T2)과 동일한 시간(t2) 직전에 종료된다.
시간(t1)에서부터 샘플링 주기(T1)가 경과한 시간(t1+T1)에서, 집적 회로(CCn)로부터 출력되는 단위 셀(1)의 출력 전압 값, 총 출력 전압 검출 회로(20)로부터 출력되는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vs), 전류 센서(8)로부터 출력되는 배터리 그룹(3)의 출력 전류(Ia), 및 온도 센서(7)로부터 출력되는 집적 회로(CC1 내지 CCn)의 기온이 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다. 센서(7, 8)와 총 출력 전압 검출 회로(20)가 독립 신호 회로를 거쳐서 배터리 콘트롤러(10)에 연결되기 때문에, 데이터의 검출에서부터 검출된 데이터를 배터리 콘트롤러(10)에 입력할 때까지 시간 손실이 없는 것으로 가정된다. 즉, 이들 데이터는 시간(t1+T1)에서 검출되고 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다. 시간(t1+T1) 이후에, 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vs), 배터리 그룹(3)으로부터의 출력 전류(Ia), 및 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 기온이 특정 배터리 모듈(Mx)(x=1, 2, ..., n)의 단위 셀(1)의 출력 전압 값과 함께 매 샘플링 주기(T1) 마다 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다.
단위 셀(1)의 출력 전압 값 전부가 배터리 콘트롤러(10)에 입력 완료되면, 배터리 콘트롤러(10)는 즉시 단위 셀(1) 전체의 출력 전압 값 중에서 최고 셀 전압(VH1)과 최저 셀 전압(VL1)을 추출한다.
배터리 콘트롤러(10)는 다시, 후속 샘플링 주기(T2)가 시작된 후 시간(t2= t1+T2)에서 전압 샘플링 및 보유 지령 신호 및 전압 샘플링을 집적 회로(CCn)에 출력한다.
시간(t2+T1) 이후, 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Va), 배터리 그룹(3)의 출력 전류(Ia), 및 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 기온은 특정 배터리 모듈(Mx)(x=1, 2, ..., n)의 단위 셀(1)의 출력 전압 값과 함께 배터리 콘트롤러(10)에 입력된다.
이런 식으로 배터리 콘트롤러(10)는 매 샘플링 주기(T2) 마다 단위 셀(1)의 출력 전압 값 전부를 판독한다. 한편, 배터리 콘트롤러(10)는 매 샘플링 주기(T1) 마다 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Va), 배터리 그룹(3)의 출력 전류(Ia), 및 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 기온을 판독한다.
이후 배터리 콘트롤러(10)는 이렇게 얻어진 데이터를 사용하여 후속 연산을 수행한다.
구체적으로, 도 12의 (d)에 도시하듯이, 배터리 콘트롤러(10)는 시간(t1)에서 시작되는 샘플링 주기(T2)의 종료 시점에서 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 단위 셀(1)의 출력 전압 값 전체로부터 최고 셀 전압(VH1) 및 최저 셀 전압(VL1)을 추출한다.
여기에서, 최고 셀 전압(VH1)과 최저 셀 전압(VL1)은 배터리 그룹(3)이 여전히 무부하 상태에 있을 때의 시간(t1) 직후에 검출된 것이다. 이 타이밍에서의 배터리 그룹(3)의 출력 전류(Ia)는 제로 암페어(0 A)이다. 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vs)을 배터리 그룹(3)을 형성하는 단위 셀(1)의 개수(n)로 나누어 얻어진 값은 무부하 상태에서 단위 셀(1)의 평균 출력 전압과 일치한다.
배터리 콘트롤러(10)는 하기 식(1)을 사용하여 최고 셀 전압의 전압 편차(VdH1)를 연산한다.
VdH1 = VH1×n-Vs1 (1)
배터리 콘트롤러(10)는 하기 식(2)을 사용하여 최저 셀 전압의 전압 편차(VdL1)를 연산한다.
VdL1 = Vs1-VL1×n (2)
단위 셀(1)의 출력 전압 특징의 차이는 제조 오차 등에 의해 발생된다. 추가로, 출력 전압 특징은 단위 셀(1)을 반복해서 충전 및 방전함으로써 영향받을 수 있다.
배터리 콘트롤러(10)는 식(1)과 식(2)을 적용함으로써 단위 셀(1)의 고유 출력 전압 특징을 나타내는 전압 편차를 연산한다.
배터리 콘트롤러(10)는, 제1 샘플링 주기(T2)에서 얻어지는 최고 셀 전압의 전압 편차(VdH1)와 최저 셀 전압의 전압 편차(VdL1)를 사용하여 현재 샘플링 주기(T2) 중에 매 샘플링 주기(T1) 마다 후속 연산을 수행한다.
구체적으로, 배터리 콘트롤러(10)는 시간(t2) 이후 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsa)과 최고 셀 전압의 전압 편차(VdH1)를 사용하여 하기 식(3)을 적용함으로써 최고 전압(VHa)을 연산한다.
이 값은 현재 샘플링 주기(T2) 중에 단위 셀(1)의 출력 전압이 취할 수 있는 추정 최고 전압에 해당한다.
VHa = (Vsa+VdH1)/n (3)
배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsa)은 시간(t2) 이후 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 값이다. 샘플링 주기(T1)가 단위 셀(1)의 출력 전압의 샘플링 주기(T2) 보다 짧기 때문에, 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vs)은 각 단위 셀(1)의 출력 전압보다 연속적인 변동을 나타낸다. 최고 셀 전압의 전압 편차(VdH1)는 제1 샘플링 주기(T2) 중에 얻어진 값이며, 시간(t2)에서의 총 출력 전압(Vs1)과 최고 셀 전압(VH1) 사이의 편차에 해당한다. 여기에서, 최고 셀 전압(VH1)은 배터리 그룹(3)의 출력 전류(Ia)가 제로 암페어인 시간(t1)의 직후에 검출된 값이며, 단위 셀(1)의 고유 출력 전압 특징의 편차를 나타낸다.
단위 셀(1)의 출력 전압은 배터리 그룹(3)이 무부하 상태에서 유부하 상태로 이행될 때의 시간(t1+T1)에서 크게 변화한다. 최고 셀의 전압 편차(VdH1)는 단위 셀(1)의 고유 출력 전압 특징에 의존하는 값이기 때문에, VdH1의 진폭은 무부하 상태와 유부하 상태 사이에서 단위 셀(1)의 출력 전압 변동의 진폭보다 작다.
추정 최고 전압을 연산하기 위한 식(3)에서, 배터리 콘트롤러(10)는 연속적으로 변하는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsa)을 베이스로 취하고, 여기에 단위 셀(1)의 고유 출력 전압 특징을 나타내는 최고 셀의 전압 편차(VdH1)를 추가한다. 따라서, 시간(t2) 이후 샘플링 주기(T2) 중에 출력 전압 변동에 있어서 연속성이 가정되며, 배터리 그룹(3)의 출력 전압 제어에 있어서 중복성(redundancy)이 보장된다.
배터리 콘트롤러(10)는 또한, 시간(t2)부터 시작되는 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 총 출력 전압(Vsa)과 최저 셀 전압의 전압 편차(VdL1)를 사용하는 하기 식(4)을 적용하여 매 샘플링 주기(T1) 마다 최저 전압(VLa)을 연산한다. 이 값은 현재 샘플링 주기(T2) 중에 단위 셀(1)의 출력 전압이 취할 수 있는 추정 최저 전압에 해당한다.
VLa = (Vsa-VdL1)/n (4)
시간(t3-T1)에서, 배터리 콘트롤러(10)는 집적 회로(CC1 내지 CCn)가 검출한 단위 셀(1) 전체의 출력 전압 값의 판독을 마무리한다. 이들 값은 배터리 그룹(3)의 유부하 상태에서 시간(t2) 직후에 검출된다. 배터리 콘트롤러(10)는 배터리 모듈(M1 내지 Mn)의 단위 셀(1)의 출력 전압 값의 전부로부터 최고 셀 전압(VH2) 및 최저 셀 전압(VL2)을 추출한다. 배터리 콘트롤러(10)는 최고 셀의 전압 편차(VdH1), 시간(t2)에서 검출된 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(VS2), 및 시간(t2)에서 검출된 배터리 그룹(3)의 출력 전류(I2)를 사용하는 하기 식(5)을 적용함으로써 최고 셀 전압의 내부 저항 편차(RdH2)를 연산한다.
RdH2 = (VH2×n-VS2-VdH1)/I2 (5)
여기에서, VH2×n-VS2는 시간(t2)에서의 최고 셀 전압의 전압 편차에 해당한다. 식(5)은 시간(t1)에서 시간(t2)까지의 기간 중의 전압 편차 변동을 저항 값으로 변환하기 위한 식이다.
마찬가지로, 배터리 콘트롤러(10)는 최저 셀의 전압 편차(VdL1), 시간(t2)에서 검출된 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(VS2), 및 시간(t2)에서 검출된 배터리 그룹(3)의 출력 전류(I2)를 사용하는 식(6)을 적용함으로써 최저 셀 전압의 내부 저항 편차(RdL2)를 연산한다.
RdL2 = (VS2-VL2×n-VdL1)/I2 (6)
배터리 콘트롤러(10)는 최고 셀의 전압 편차(VdH1), 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsb), 최고 전압의 내부 저항 편차(RdH2), 및 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 배터리 그룹(3)의 출력 전류(I2)를 사용하는 하기 식(7)을 적용함으로써 시간(t3)에서 시작되는 샘플링 주기(T2) 내내 매 샘플링 주기(T1) 마다 최고 셀 전압(VHb)을 연산한다. 여기에서, VdH1 및 RdH2는 시간(t3) 직전에 연산된 값이다. Vsb와 Ib는 매 샘플링 주기(T1) 마다 배터리 콘트롤러(10)에 입력되는 값이다. 이렇게 연산된 최고 셀 전압(VHb)은 현재 샘플링 주기(T2) 중에 매 샘플링 주기(T1) 마다 단위 셀(1)의 출력 전압 값이 취할 수 있는 추정 최고 값에 해당한다.
VHb = (VS2+VdH1+RdH2×Ib)/n (7)
매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 총 출력 전압(Vsb)은 샘플링 주기(T2) 내내 연속성을 갖는다. 최고 셀의 전압 편차(VdH1)는 단위 셀(1)의 고유 출력 전압 특징을 나타낸다. RdH2×Ib는 시간(t2)과 시간(t3) 사이에서 시간 변화를 수반하는 단위 셀(1)의 출력 전압 값의 변동을 나타낸다.
따라서 식(7)에 따르면, 시간(t3)부터 시작되는 샘플링 주기(T2) 중에 매 샘플링 주기(T1) 마다 최고 셀 전압(VHb)은, 단위 셀(1)의 고유 출력 전압 특징 및 시간(t2)과 시간(t3) 사이에서 시간 변화를 수반하는 단위 셀(1)의 출력 전압 값의 변동을 고려하여, 연속적으로 변화하는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsb)에 기초하여 정확히 연산될 수 있다.
배터리 콘트롤러(10)는 또한, 최저 셀 전압의 전압 편차(VdL1), 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압(Vsb), 최저 전압의 내부 저항 편차(RdL2), 및 현재 샘플링 주기(T2) 중에 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 배터리 그룹(3)의 출력 전류(I2)를 사용하는 하기 식(8)을 적용함으로써 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 시간(t3)부터 시작되는 샘플링 주기(T2) 중에 매 샘플링 주기(T1) 마다 최저 셀 전압(VLb)을 연산한다.
VLb = (Vsb-VdL1-RdL2×Ib)/n (8)
배터리 콘트롤러(10)는 시간(t4)부터 및 나중에 시작되는 샘플링 주기(T2) 중에 매 샘플링 주기(T1) 마다 최고 셀 전압(VHb)과 최저 셀 전압(VLb)을 계속 연산한다.
배터리 콘트롤러(10)는 이렇게 연산된 최고 셀 전압[VHa(VHb)]과 최저 셀 전압[VHa(VLb)]을 메인 콘트롤러(100)에 전송한다. 메인 콘트롤러(100)는 최고 셀 전압[VHa(VHb)] 및 최저 셀 전압[VHa(VLb)]에 기초하여 배터리 그룹(3)의 출력 전력과 배터리 그룹(3)으로부터의 충전 용량 및 방전 용량을 제어한다.
또한, 이 실시예에 따르면, 저장된 전압 값의 출력 이전에, 캐스케이드 통신 회로에 의해 연결되는 집적 회로(CC1 내지 CCn) 사이에서 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 전송되기 때문에, 샘플링 주기(T2)가 짧게 설정될 수 있다. 짧은 샘플링 주기(T2)는 단위 셀(1) 전체의 출력 전압의 검출 빈도가 높다는 것을 의미한다. 따라서, 샘플링 주기(T2)를 짧게 만드는 것은 배터리 그룹(3)의 출력 전력이 제어되는 정확성의 상승을 초래한다.
이 실시예에 따르면, 시간(t1)부터 시작되는 제1 샘플링 주기(T2)의 종점에서, 배터리 콘트롤러(10)는, 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압과 단위 셀의 검출된 출력 전압 값으로부터 추출되는 최고 셀 전압을 사용하여 최고 셀 전압의 전압 편차를 연산한다. 배터리 콘트롤러(10)는 매 샘플링 주기(T1) 마다 검출되는 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압과 최고 셀 전압의 전압 편차에 기초하여 다음 샘플링 주기(T2)에서 단위 셀(1)의 최고 출력 전압을 추정한다. 이렇게 추정된 추정 최고 출력 전압을 사용하여, 배터리 그룹(3)의 출력 전력의 제어가, 단위 셀(1)의 출력 전압 검출에 필요한 샘플링 주기(T2) 보다 짧은 샘플링 주기(T1)에 대응하는 간격으로 반복 수행될 수 있다. 그 결과, 배터리 그룹(3)의 출력 전력의 제어 정확성이 증가할 수 있다.
추가로, 본 실시예에 따르면, 매 짧은 샘플링 주기(T1) 마다 검출되고 그 결과 본래 시간-종속적인 변동을 거의 나타내지 않는 전압 편차를 적용함으로써 연속적으로 변화하는 배터리(3)의 총 출력 전압에 기초하여 최고 셀 전압 및 최저 셀 전압이 추정되며, 따라서 추정치의 연속성이 보장되는 바, 이는 제어 파라미터로서 바람직하다.
배터리 그룹(3)에 전기 부하가 가해질 때, 단위 셀(1)의 출력 전압은 배터리 그룹(3)이 무부하 상태에 있을 때보다 크게 변화한다. 이 실시예에 따르면, 시간(t3)부터 시작되는 샘플링 주기(T2) 중의 최고 셀 전압 및 최저 셀 전압은, 주기(T2)보다 짧은 매 주기(T1) 마다 검출되는 배터리(3)의 총 출력 전압에 기초하여 매 주기(T1) 마다 추정되며, 전압 편차 및 내부 저항 편차는 매 샘플링 주기(T2) 마다 연산된다. 그 결과, 배터리 그룹(3)의 총 출력 전압의 변동을 수반하는 단위 셀(1)의 출력 전압의 변동이 초기 단계에서 정확히 파악될 수 있다.
단위 셀(1)의 최고 셀 전압 또는 최저 셀 전압을 연산하기 위해 온도 센서(7)의 검출 값을 사용하는 것이 바람직하다. 최고 셀 전압의 내부 저항 편차(RdH2) 및 최저 셀 전압의 내부 저항 편차(RdL2)는 단위 셀(1)의 온도에 따라 변화한다. 따라서, 온도 센서(7)에 의해 검출되는 온도가 내부 저항 편차의 연산에서 고려되면, 단위 셀(1)의 최고 셀 전압 또는 최저 셀 전압이 보다 정확히 연산될 수 있다.
일본에서 2009년 5월 20일자로 출원된 특허출원 2009-121636 및 일본에서 2010년 4월 14일자로 출원된 특허출원 2010-093273의 내용이 본 명세서에 원용된다.
이상 본 발명을 특정 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 당업자에게는 청구범위 내에서의 상기 실시예에 대한 수정 및 변경이 가능할 것이다.
독점권 또는 특권이 청구되는 본 발명의 실시예는 하기와 같이 한정된다.
(산업상 이용가능성)
전술했듯이, 본 발명에 따른 전압 감시 장치는 하이브리드 구동 전기 자동차 및 전기 자동차에 적합하지만 이것에 한정되지는 않는다.
독점권 또는 특권이 청구되는 본 발명의 실시예는 하기와 같이 한정된다.

Claims (19)

  1. 직렬 연결되는 배터리 모듈(M-Mn) 각각에서의 단수 또는 복수의 단위 셀(1)의 출력 전압을 감시하기 위한 배터리 전압 감시 장치이며,
    그 각각이 배터리 모듈(M-Mn) 각각에서의 단수 또는 복수의 단위 셀(1)의 출력 전압을 샘플링 및 보유하는 집적 회로(CC1-CCn),
    상기 집적 회로(CC1-CCn)의 연결 순서에 따라 집적 회로(CC1-CCn)에 신호를 전송하기 위해 집적 회로(CC1-CCn)를 직렬 연결하는 캐스케이드 통신 회로, 및
    신호 전송에 관하여 캐스케이드 통신 회로의 상류 단부에 배치된 집적 회로(CC3, CCn)와 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 배치된 집적 회로(CC1)에 연결되는 프로그래밍 가능한 콘트롤러(10)를 포함하고,
    상기 콘트롤러(10)는, 상류 단부의 집적 회로(CC3, CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력하여 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 집적 회로(CC1-CCn)의 각각에 전송되게 하도록 프로그래밍되고, 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호는 배터리 모듈(M-Mn) 각각에서의 단수 또는 복수의 단위 셀(1)의 출력 전압을 샘플링 및 보유하도록 집적 회로(CC1-CCn)의 각각에 지령을 내리며,
    상기 콘트롤러는 또한, 상류 단부의 집적 회로(CC3, CCn)에 전송 지령 신호를 출력하여 상기 전송 지령 신호가 상기 전압 샘플링 및 보유 지령 신호의 전송 이후 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 집적 회로(CC1-CCn)의 각각에 전송되게 하도록 프로그래밍되고, 상기 전송 지령 신호는 집적 회로(CC1-CCn) 각각에 의해 보유되는 출력 전압을 캐스케이드 통신 회로를 거쳐서 콘트롤러(10)에 전송하도록 집적 회로(CC1-CCn)의 각각에 지령을 내리는 배터리 전압 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 하류 단부(S2)의 집적 회로(CC1)에 도달했는지를 판정하고 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 하류 단부(S2)의 집적 회로(CC1)에 도달할 때까지는 전송 지령 신호를 출력하지 않도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 배터리 모듈(M1-Mn)이 전기 부하를 받지 않는 상태에서 상류 단부의 집적 회로(CC3, CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 배터리 모듈(M1-Mn)은 릴레이(4)를 거쳐서 전기 부하(2)에 연결되며, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 상기 릴레이(4)가 OFF에서 ON으로 전환하자마자 상류 단부의 집적 회로(CC3, CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 배터리 모듈(M1-Mn)이 전기 부하를 받는 상태에서 상류 단부의 집적 회로(CC3, CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 집적 회로(CC1-CCn)로부터 입력되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)을 연산하고(S4), 상기 전체 값(Vcellsum)이 임계값(Vmin)보다 낮을 때(S5) 배터리 모듈(M1-Mn)에 연결된 전기 부하(2)의 작동을 제한하도록(S6) 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 배터리 모듈(M1-Mn)은 단위 셀(1)의 충전 용량을 조정하기 위해 단위 셀(1)에 각각 연결되는 저항(5)을 포함하는 배터리 전압 감시 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vsum)을 검출하는 총 출력 전압 검출 회로(20)를 더 포함하며, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 집적 회로(CC1-CCn)로부터 입력되는 단위 셀(1)의 출력 전압의 전체 값(Vcellsum)을 연산하고(S15), 상기 전체 값(Vcellsum)과 총 출력 전압(Vsum)의 차이가 일정 값(C)보다 클 때(S16) 배터리 모듈(M1-Mn)에 이상이 있다고(S17) 판정하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 모듈(M1-Mn)은 전기 부하(2)에 연결되고, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 전기 부하(2)가 작동하지 않는 상태에서 임의의 단위 셀(1)의 출력 전압이 제1 과방전 임계 전압(Va) 이하일 때(S34, S36) 배터리 모듈(M1-Mn)에 이상이 있다고(S37) 판정하고, 전기 부하(2)가 작동하는 상태에서 임의의 단위 셀(1)의 출력 전압이 제1 과방전 임계 전압(Va) 이하로 설정되는 제2 과방전 임계 전압(Vb) 이하일 때(S34, S39) 배터리 모듈(M1-Mn)에 이상이 있다고(S37) 판정하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배터리 모듈(M1-Mn)의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(7)를 더 포함하며, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 배터리 모듈(M1-Mn)의 온도가 일정 온도 이상일 때 단위 셀(1)의 출력 전압과 상기 제1 과방전 임계 전압(Va) 또는 제2 과방전 임계 전압(Vb)의 비교에 기초하여 배터리 모듈(M1-Mn)의 이상을 판정하지 않도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 전기 부하(2)가 턴온된 후에도 집적 회로(CC1-CCn)에 의해 보유된 출력 전압이 상기 콘트롤러(10)로 전송 완료되지 않는 한(S34, S38) 콘트롤러(10)가 배터리 모듈(M1-Mn)에 이상이 있는지를 판정하는 경우에, 임의의 단위 셀(1)의 출력 전압이 제1 과방전 임계 전압(Va) 이하일 때(S36) 배터리 모듈(M1-Mn)에 이상이 있다고(S37) 판정하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 전기 부하(2)가 턴오프된 후에도 집적 회로(CC1-CCn)에 의해 보유된 출력 전압이 상기 콘트롤러(10)로 전송 완료되지 않는 한(S35, S40) 콘트롤러(10)가 배터리 모듈(M1-Mn)에 이상이 있는지를 판정하는 경우에, 임의의 단위 셀(1)의 출력 전압이 제2 과방전 임계 전압(Vb) 이하일 때(S41) 배터리 모듈(M1-Mn)에 이상이 있다고(S43) 판정하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vsa, Vsb)을 검출하는 총 출력 전압 검출 회로(20)를 더 포함하며, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 집적 회로(CC1-CCn)에 의해 보유된 단수 또는 복수의 단위 셀(1)의 출력 전압을 콘트롤러(10)에 전송하는데 필요한 기간이 제2 주기(T2)라는 가정 하에, 상기 제2 주기(T2)에 대응하는 간격으로 집적 회로(CC1-CCn)로부터 전송되는 출력 전압에 기초하여 상기 제2 주기(T2)보다 짧은 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 상기 단수 또는 복수의 단위 셀(1)의 출력 전압을 연산하고, 상기 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 총 출력 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vsa, Vsb)을 연산하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 제2 주기(T2)에 대응하는 마지막 간격으로 집적 회로(CC1-CCn)에서 콘트롤러(10)로 전송되는 출력 전압의 최대값(VH1)과 최소값(VL1), 및 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 총 출력 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vsa)에 기초하여 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 단위 셀(1) 각각의 출력 전압을 연산하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 추가로,
    제2 주기(T2)에 대응하는 이전 간격 중에 집적 회로(CC1-CCn)에서 콘트롤러(10)로 전송되는 출력 전압의 최대값(VH1)에 배터리 모듈(M1-Mn)의 단위 셀(1)의 개수(n)를 곱하여 얻어진 값과, 콘트롤러(10)가 상류 단부의 집적 회로(CC3, CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력하는 타이밍에서 총 출력 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vs1) 사이의 차이를 최대 배터리 전압 편차(VdH1)로서 연산하고,
    제2 주기(T2)에 대응하는 이전 간격 중에 집적 회로(CC1-CCn)에서 콘트롤러(10)로 전송되는 출력 전압의 최소값(VL1)에 배터리 모듈(M1-Mn)의 단위 셀(1)의 개수(n)를 곱하여 얻어진 값과, 콘트롤러(10)가 상류 단부의 집적 회로(CC3, CCn)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 출력하는 타이밍에서 총 출력 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vs1) 사이의 차이를 최소 배터리 전압 편차(VdL1)로서 연산하며,
    제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 총 출력 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vsa, Vsb)과 상기 최대 배터리 전압 편차(VdH1)를 사용하여 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 최대 셀 출력 전압(VHa, VHb)을 연산하고,
    제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 총 출력 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(Vsa, Vsb)과 상기 최소 배터리 전압 편차(VdL1)를 사용하여 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 최소 셀 출력 전압(VLa, VLb)을 연산하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전류(Ib)를 검출하는 전류 센서(8)를 더 포함하며,
    상기 콘트롤러(10)는 추가로,
    배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압이 제로가 아닌 상태에서 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(VS2), 제2 주기(T2)에 대응하는 마지막 간격 중에 집적 회로(CC1-CCn)에서 콘트롤러(10)로 전송되는 출력 전압의 최대값(VH1), 및 최대 배터리 전압 편차(VdH1)로부터 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 최대 배터리 전압에 대응하는 내부 저항 편차(RdH2)를 연산하고,
    배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압이 제로가 아닌 상태에서 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압(VS2), 제2 주기(T2)에 대응하는 마지막 간격 중에 집적 회로(CC1-CCn)에서 콘트롤러(10)로 전송되는 출력 전압의 최소값(VL1), 및 최소 배터리 전압 편차(VdL1)로부터 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 최소 배터리 전압에 대응하는 내부 저항 편차(RdL2)를 연산하며,
    하기 식(A) 및 식(B)에 따라 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 최대 셀 출력 전압(VHb) 및 최소 셀 출력 전압(VLb)을 연산하도록 프로그래밍되고,
    VHb = (Vsb+VdH1+RdH2×Ib)/n (A)
    VLb = (Vsb-VdL1-RdL2×Ib)/n (B)
    여기에서,
    VHb는 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 연산되는 최대 셀 전압이며,
    VLb는 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 연산되는 최소 셀 전압이고,
    Vsb는 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전압이며,
    VdH1은 최대 배터리 전압 편차이고,
    RdH2는 최대 배터리 전압에 대응하는 내부 저항 편차이며,
    Ib는 제1 주기(T1)에 대응하는 간격으로 검출되는 배터리 모듈(M1-Mn)의 총 출력 전류이고,
    n은 배터리 모듈(M1-Mn)의 단위 셀(1)의 개수이며,
    RdL2는 최소 배터리 전압에 대응하는 내부 저항 편차인 배터리 전압 감시 장치.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주기(T1)는, 집적 회로(CC1-CCn)에 의해 보유된 출력 전압이 콘트롤러(10)에 전송되는 간격과 동일하도록 설정되는 배터리 전압 감시 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 모듈(CC1-CCn)의 각각은 직렬 연결되는 단위 셀(1)을 포함하는 배터리 전압 감시 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 배치된 집적 회로(CC1)는 콘트롤러(10)에 전압 샘플링 및 보유 지령 신호를 전송하도록 구성되며, 상기 콘트롤러(10)는 추가로, 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 배치된 집적 회로(CC1)로부터 콘트롤러(10)에 입력될 때 전압 샘플링 및 보유 지령 신호가 캐스케이드 통신 회로의 하류 단부에 배치된 집적 회로(CC1)에 전송된 것으로 판정하도록 프로그래밍되는 배터리 전압 감시 장치.
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