KR20140010417A - 전압 감시 모듈 및 이를 이용한 전압 감시 시스템 - Google Patents

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Abstract

전압 감시 모듈(100)은 입력 단자(V1), 셀 밸런싱 입력 단자(VB1), 스위치(SWa_1), 및 제어 회로(CON)를 포함한다. 입력 단자(V1)는 전지 셀(EC1)의 고전위측 단자와 필터용 저항(Rf)을 통하여 접속된다. 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)는 전지 셀(EC1)의 고전위측 단자와 접속된다. 스위치(SWa_1)는 입력 단자(V1)와 접속된다. 제어 회로(CON)는 스위치(SWa_1)의 온/오프 상태를 제어한다. 필터용 용량(C1)은 스위치(SWa_1)와 그라운드 사이에 접속된다. 스위치(SWa_1)를 온으로 함으로써, 제어 회로(CON)는 고전위측 전압(VH)과 저전위측 전압(VL)을 비교할 수 있게 한다.

Description

전압 감시 모듈 및 이를 이용한 전압 감시 시스템{VOLTAGE MONITORING MODULE AND VOLTAGE MONITORING SYSTEM USING SAME}
본 발명은 전압 감시 모듈 및 전압 감시 시스템에 관한 것으로, 특히 전압의 오측정을 방지하는 전압 감시 모듈 및 전압 감시 시스템에 관한 것이다.
최근, 하이브리드카(hybrid car)와 전기 자동차의 보급이 진행하고, 전력을 얻기 위해서 전지를 탑재한 차량이 증가하고 있다. 이러한 차량은 고전압을 얻기 위해서 직렬 접속된 다수의 전지 셀을 포함하는 조전지(assembled battery)를 일반적으로 이용한다. 조전지의 전지 셀의 전압은 가솔린 차의 가솔린과 마찬가지로, 차량의 사용 상황에 따라 변동한다. 따라서, 전지 셀의 상태를 모니터하기 위해서 전압을 감시하는 시스템이 필요하다.
전지 셀의 전압을 감시하는 전압 감시 모듈의 예가 이미 개시되어 있다(비특허 문헌 1). 도 12는 전지 셀의 전압을 감시하는 전압 감시 모듈(300)의 주요 부의 구성 예를 도시하는 회로도이다. 이하에서는, 전압 감시 모듈(300)이 직렬 접속된 전지 셀(EC31 및 EC32)의 전압을 감시하는 예에 대해서 설명한다. 전압 감시 모듈(300)은 스위치(SW31~SW33), A/D 컨버터(ADC)(31), 레지스터(32), 통신 회로(33), 제어 회로(34) 및 입력 단자(V31~V33)를 포함한다.
전압 감시 모듈(300)과 전지 셀(EC31 및 EC32) 사이에는 필터 회로(301) 및 보호 회로(302)가 삽입된다. 필터 회로(301)는 필터용 저항(Rf31~Rf33) 및 필터용 용량(C31~C33)을 포함한다. 전지 셀(EC31)의 고전위측 단자는 필터용 저항(Rf31)을 통하여 입력 단자(V31)와 접속된다. 전지 셀(EC31)의 저전위측 단자 및 전지 셀(EC32)의 고전위측 단자는 필터용 저항(Rf32)을 통하여 입력 단자(V32)와 접속된다. 전지 셀(EC32)의 저전위측 단자는 필터용 저항(Rf33)을 통하여 입력 단자(V33)와 접속된다. 필터용 용량(C31~C33)은 각각 입력 단자(V31~V33)와 그라운드 사이에 접속된다. 이에 따라, 필터 회로(301)는 RC 필터로서 기능하여, 전압 감시 모듈(300)에의 고주파 노이즈 유입을 방지한다.
보호 회로(302)는 보호 다이오드(D31~D33)를 포함한다. 보호 다이오드(D31~D33)는 각각 입력 단자(V31~V33)와 그라운드 사이에 접속된다. 이에 따라, 입력 단자(V31~V33)에 과전압이 인가되는 경우 보호 다이오드(D31~D33)의 항복이 발생함으로써, 전압 감시 모듈(300)에의 과전압의 인가를 방지한다.
스위치(SW31~SW33)는 각각 입력 단자(V31~V33)와 ADC(31) 사이에 접속된다. 스위치(SW31~SW33)는 제어 회로(34)에 의해 온/오프 제어된다. 스위치(SW31~SW33)가 온으로 될 때, ADC(31)은 입력 단자(V31~V33)의 전압 값을 레지스터(32)에 출력한다. 레지스터(32)는 제어 회로(34)에 의해 제어되고 입력 단자(V31~V33)의 전압 값을 외부 회로(도시 생략)에 출력한다. 외부 회로(도시 생략)는 입력 단자(V31)와 입력 단자(V32) 사이의 전압차로부터 전지 셀(EC31)의 전압을 산출한다. 마찬가지로, 외부 회로(도시 생략)는 입력 단자(V32)와 입력 단자(V33) 사이의 전압차로부터 전지 셀(EC32)의 전압을 산출한다. 전지 셀(EC1)의 고전위측 단자의 전압을 V+, 및 전지 셀(EC1)의 저전위측 단자의 전압을 V-로 하면, 전지 셀(EC31)의 전압(V_EC31)은 이하의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pct00001
그 외에도, 전지 셀의 단자 전압의 계측 회로의 이상을 진단하는 진단 기능을 갖는 차량용 직류 전원 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1).
일본 미심사 특허 출원 공개 2009-89488호
그런데, 본 발명자가 전술한 전압 감시 모듈(300)에 대해서 검토를 행한 바, 전압 감시 모듈(300)에서는 전지 셀의 전압 감시에 오작동이 생길 수 있다는 것을 발견했다. 그 문제의 메카니즘에 대해서 이하에 설명한다. 전압 감시 모듈(300)에는 필터 회로(301) 및 보호 회로(302)가 접속되어 있다. 이들 회로를 구성하는 소자에 리크가 발생한 경우, 전압 감시 모듈(300)은 전지 셀의 전압을 정확하게 측정하지 못한다.
이후에, 전지 셀(EC31)의 전압을 측정하는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 스위치(SW31 및 SW32)가 온이 된다. 이 상태에서, 필터용 용량(C31)의 오작동에 의해 필터용 용량(C31)을 통해서 리크 전류(Ic)가 흐를 수 있다. 도 13은 필터용 용량(C31)을 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(300)의 전압 측정을 도시하는 회로도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 리크 전류(Ic)가 흐르면 필터용 저항(Rf31)에서 전압 강하가 발생한다. 필터용 저항(Rf31)에 의해 생기는 전압 강하(VRf31)는 Rf31×Ic로 표현될 수 있다. 따라서, 입력 단자(V31)의 전압은 이하의 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure pct00002
따라서, 입력 단자(V31)와 입력 단자(V32) 사이의 정상 측정 전압(ΔV)은 이하의 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure pct00003
따라서, 입력 단자(V31)와 입력 단자(V32) 사이의 전압은 리크 전류가 없는 경우와 비교하여 Rf31×Ic만큼 낮아진다. 그 결과, 본래의 전압인 전압(V_EC31)보다도 Rf31×Ic만큼 낮은 전압(ΔV)이 전지 셀(EC31)의 전압으로서 잘못 측정된다.
마찬가지로, 보호 다이오드(D31)의 오작동에 의해 보호 다이오드(D31)를 통해서 리크 전류(Id)가 흐를 수 있다. 도 14는 보호 다이오드(D31)를 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(300)의 전압 측정을 도시하는 회로도이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 리크 전류(Id)가 흐르면 필터용 저항(Rf31)에서 전압 강하가 발생한다. 필터용 저항(Rf31)의 의해 생기는 전압 강하(VRf31)는 Rf31×Id가 된다. 따라서, 입력 단자(V31)의 전압은 이하의 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure pct00004
따라서, 입력 단자(V31)와 입력 단자(V32) 사이의 전압(ΔV)은 이하의 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure pct00005
따라서, 입력 단자(V31)와 입력 단자(V32) 사이의 전압은 리크 전류가 없는 경우와 비교하여 Rf31×Id만큼 낮아진다. 그 결과, 본래의 전압인 전압(V_EC31)보다도 Rf31×Id만큼 낮은 전압(ΔV)이 전지 셀(EC31)의 전압으로서 잘못 측정된다.
전술한 바와 같이, 전압 감시 모듈(300)의 외부 회로인 필터 회로 또는 보호 회로의 소자를 통하여 리크 전류가 흐르면, 전압 감시 모듈(100)은 전지 셀의 전압을 정확하게 측정하지 못한다. 그 결과, 정확한 전압을 측정할 수 없는 상태에서 전지 셀이 충전됨으로써, 과충전이 일어날 우려가 있다.
본 발명의 제1 양태는 전압 감시 모듈로서, 이 전압 감지 모듈은 전지 셀의 고전위측 단자와 외부 저항을 통하여 접속되는 제1 입력 단자; 상기 전지 셀의 상기 고전위측 단자와 접속되는 제1 단자; 상기 제1 입력 단자와 접속되는 제1 스위치; 및 상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하는 제어 회로를 포함하고, 상기 제1 스위치와 고정 전압 사이에 상기 제1 입력 단자를 통하여 상기 제1 스위치에 입력되는 전압의 변동을 억제하는 소자가 접속되고, 상기 제어 회로가 상기 제1 스위치를 온함으로써, 상기 제1 입력 단자로부터 상기 제1 스위치를 통하여 출력되는 제1 전압과 상기 제1 단자로부터 출력되는 제2 전압이 비교되는 것이다.
본 발명에 따르면, 외부 저항을 통하여 전지 셀에 접속되는 소자에 리크 전류가 흐르는 경우 리크 전류에 기인하는 전압 강하의 영향에 의한 전압의 오측정을 방지할 수 있는 전압 감시 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 전기 자동차 등에 전원을 공급하는 조전지의 출력 전압을 감시하는 전압 감시 시스템(VMS)의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)과 셀 모니터부(CMU) 사이의 접속 관계를 나타내는 전압 감시 시스템(VMS)의 주요부의 블록도.
도 3은 전압 감시 모듈(VMM1)의 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 실시 형태 1에 따른 전압 감시 모듈(100)의 주요부의 구성을 도시하는 회로도.
도 5는 전압 감시 모듈(100)의 동작을 나타내는 플로우차트.
도 6은 필터용 용량(C1)을 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(100)의 전압 측정을 도시하는 회로도.
도 7은 보호 다이오드(D1)를 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(100)의 전압 측정을 도시하는 회로도.
도 8은 실시 형태 2에 따른 전압 감시 모듈(200)의 주요부의 구성을 도시하는 회로도.
도 9는 전압 감시 모듈(200)의 동작을 나타내는 플로우차트.
도 10은 필터용 용량(C1)을 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(200)의 전압 측정을 도시하는 회로도.
도 11은 보호 다이오드(D1)를 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(200)의 전압 측정을 도시하는 회로도.
도 12는 전지 셀의 전압을 감시하는 전압 감시 모듈(300)의 주요부의 구성 예를 도시하는 회로도.
도 13은 필터용 용량(C31)을 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(300)의 전압 측정을 도시하는 회로도.
도 14는 보호 다이오드(D31)를 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(300)의 전압 측정을 도시하는 회로도.
이하, 도면을 참조해서, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도면 전체에서, 동일 요소는 동일한 부호로 표시되고, 중복 설명은 적절히 생략된다.
우선, 본 발명의 실시 형태를 이해하기 위한 전제로서, 전기 자동차 등에 전원을 공급하는 조전지의 출력 전압을 감시하는 전압 감시 시스템에 대해서 설명한다. 우선 도 1을 참조하여, 전기 자동차 등에 전원을 공급하는 조전지의 출력 전압을 감시하는 전압 감시 시스템(VMS)의 구성의 개요에 대해서 설명한다. 도 1은 전기 자동차 등에 전원을 공급하는 조전지의 출력 전압을 감시하는 전압 감시 시스템(VMS)의 구성을 도시하는 블록도이다. 전압 감시 시스템(VMS)은 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)(n은 2 이상의 정수), 절연 소자(INS1 및 INS2), 셀 모니터부(CMU) 및 전지 관리부(BMU)를 포함한다. 셀 모니터부(CMU) 및 전지 관리부(BMU) 각각은, 예를 들면 마이크로컴퓨터(이하, MCU: Micro Computing Unit)로 구성된다.
전압 감시 시스템(VMS)에서는, 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)에 의해 조전지(assy)의 전압을 감시한다. 조전지(assy)는 직렬 접속된 n개의 전지 모듈(EM1~EMn)을 포함한다. 전지 모듈(EM1~EMn)의 각각은 직렬 접속된 m개(m은 2 이상의 정수)의 전지 셀을 포함한다. 즉, 조전지(assy)에서는, (m×n)개의 전지 셀이 직렬로 접속된다. 이에 따라 조전지(assy)는 높은 출력 전압을 얻을 수 있다.
셀 모니터부(CMU)는 절연 소자(INS2)를 통해서 전압 감시 모듈(VMMn)의 통신 입력 단자와 접속되고, 절연 소자(INS1)를 통해서 전압 감시 모듈(VMM1)의 통신 출력 단자와도 접속된다. 절연 소자(INS1 및 INS2)의 각각은, 예를 들면, 포토커플러로 구성되고, 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)과 셀 모니터부(CMU)를 전기적으로 분리한다. 이에 따라 예를 들어, 고장 시에 조전지(assy)로부터 셀 모니터부(CMU)에 고전압이 인가되는 것에 의한 셀 모니터부(CMU)의 파손을 방지할 수 있다.
셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)와 또한 접속된다. 셀 모니터부(CMU)는 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 전압 감시 결과로부터 전지 셀의 출력 전압을 산출하고, 산출한 출력 전압을 전지 관리부(BMU)에 통지한다. 또한, 셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)로부터의 명령에 따라 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 동작을 제어한다. 전지 관리부(BMU)는 엔진 제어부(ECU)와 또한 접속된다. 전지 관리부(BMU)는 셀 모니터부(CMU)로부터 통지된 각 전지 셀의 출력 전압, 및 엔진 제어부(ECU)로부터의 명령에 따라 전압 감시 시스템(VMS)의 동작을 제어한다. 전지 관리부(BMU)는 예를 들어, 전압 감시 시스템(VMS) 및 조전지(assy)의 상태에 관한 정보를 엔진 제어부(ECU)에 통지한다. 셀 모니터부(CMU) 및 전지 관리부(BMU)의 각각의 동작에 대해서는 후술의 전압 감시 시스템(VMS)의 동작의 설명에서 상세히 설명한다.
다음에 도 2를 참조하여, 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)과 셀 모니터부(CMU) 사이의 접속 관계에 대해서 설명한다. 도 2는 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)과 셀 모니터부(CMU) 사이의 접속 관계를 나타내는 전압 감시 시스템(VMS)의 주요부의 블록도이다. 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)은 각각 전지 모듈(EM1~EMn)과 접속되고, 전지 모듈(EM1~EMn)로부터 받는 각 전압을 감시한다. 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)은 데이지 체인(daisy chain)으로서 구성된다. 전압 감시 모듈(VMM2~VMMn)의 통신 회로의 출력은 각각 전압 감시 모듈(VMM1~VMM(n-1))의 통신 회로의 입력과 접속된다.
셀 모니터부(CMU)는 절연 소자(INS2)를 통하여 전압 감시 모듈(VMMn)에 제어 신호를 출력한다. 전압 감시 모듈(VMM1~VMM(n-1))에 대한 제어 신호는 데이지 체인 구성을 이용하여 전압 감시 모듈(VMM1~VMM(n-1))에 전달된다. 이에 따라 셀 모니터부(CMU)는 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 각각의 동작을 제어한다. 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)은 셀 모니터부(CMU)로부터의 제어 신호에 따라 절연 소자(INS1)를 통하여 감시 결과를 셀 모니터부(CMU)에 출력한다. 전압 감시 모듈(VMM2~VMMn)로부터의 감시 결과는 데이지 체인 구성을 이용하여 셀 모니터부(CMU)에 전달된다.
다음으로, 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 각각의 구성에 대해서 설명한다. 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)은 유사한 구성을 갖는다. 따라서, 대표 예로서 전압 감시 모듈(VMM1)의 구성에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 전압 감시 모듈(VMM1)의 구성을 도시하는 블록도이다. 전압 감시 모듈(VMM1)은 전원 회로(VMM_S), 통신 회로(VMM_C), 전압 측정 회로(VMC), 셀 밸런싱 회로(CB1~CBm)(m은 2 이상의 정수), 전원 단자(VCC), 입력 단자(V1~V(m+1)), 셀 밸런싱 입력 단자(VB1~VBm), 통신 입력 단자(Tin), 및 통신 출력 단자(Tout)를 포함한다.
전지 모듈(EM1)에서는, 고전압측으로부터 순서대로 전지 셀(EC1~ECm)이 직렬 접속되어 있다. 전압 감시 모듈(VMM1)의 전원 단자(VCC)는 전지 셀(EC1)의 고전압측과 접속된다. 전지 셀(ECm)의 저전압측은 입력 단자(V(m+1))와 접속된다. 입력 단자의 전압은 전압 감시 모듈(VMM1) 내에서 분기되어 전압 측정 회로(VMC) 및 통신 회로(VMM_C)의 각각에 그라운드 전압으로서 공급된다. 이에 따라, 전압 감시 모듈(VMM1)에는 전지 모듈(EM1)의 출력 전압이 전원 전압으로서 공급된다. 전원 회로(VMM_S)는 전원 단자(VCC)를 통하여 전지 셀(EC1)로부터 전원 공급을 받는다. 전원 회로(VMM_S)는 통신 회로(VMM_C) 및 전압 측정 회로(VMC)의 각각에 전원을 공급한다.
전압 측정 회로(VMC)는 선택 회로(VMC_SEL), A/D 컨버터(Analog to Digital Converter: ADC)(VMC_ADC), 레지스터(VMC_REG), 및 제어 회로(VMC_CON)를 포함한다. 선택 회로(VMC_SEL)는 스위치(SWa_1~SWa_m 및 SWb_1~SWb_m)를 포함한다. 스위치(SWa_1~SWa_m 및 SWb_1~SWb_m)는 제어 회로(VMC_CON)로부터의 제어 신호에 따라 온/오프한다. j를 1~m의 정수로 가정하면, 전지 셀(ECj)의 전압을 측정하는 경우에는 스위치(SWa_j 및 SWb_j)가 동시에 온으로 된다. 이에 따라, 전지 셀(ECj)의 고전위측 단자로부터의 전압이 입력 단자(Vj)를 통하여 고전위측 전압(VH)으로서 A/D 컨버터(VMC_ADC)에 공급된다. 마찬가지로, 전지 셀(ECj)의 저전위측 단자로부터의 전압이 입력 단자 V(j+1)를 통하여 저전위측 전압(VL)으로서 A/D 컨버터(VMC_ADC)에 공급된다.
A/D 컨버터(VMC_ADC)는 고전위측 전압(VH)과 저전위측 전압(VL)의 값을 디지털 값인 전압값으로 변환한다. 그리고, A/D 컨버터(VMC_ADC)는 디지털 값인 전압값을 레지스터(VMC_REG)에 출력한다. 레지스터(VMC_REG)는 A/D 컨버터(VMC_ADC)로부터 출력된 전압값을 기억한다. 제어 회로는 스위치(SWa_1~SWa_m 및 SWb_1~SWb_m)를 순차적으로 온으로 하는 동작을 소정의 시간(예를 들면, 10 msec)마다 반복한다. 이에 따라, 레지스터(VMC_REG)에는 소정의 시간마다, 입력 단자(Vj 및 V(j+1))에 공급되는 전압의 값이 덮어 써진다.
통신 회로(VMM_C)는 통신 입력 단자(Tin)를 통하여 셀 모니터부(CMU)로부터의 명령 및 다른 전압 감시 모듈(VMM2~VMMn)로부터의 출력을 받는다. 통신 회로(VMM_C)는 셀 모니터부(CMU)로부터의 명령을 제어 회로(VMC_CON)에 전송한다. 통신 회로(VMM_C)는 전압 감시 모듈(VMM2~VMMn)로부터의 출력을 셀 모니터부(CMU)에 전송한다.
셀 밸런싱 회로(CBj)와 외부 저항(Rj)은 셀 밸런싱 입력 단자(VBj)를 통하여 입력 단자(Vj)와 입력 단자(V(j+1)) 사이에 접속된다. 셀 밸런싱 회로(CBj)가 온으로 될 때, 입력 단자(Vj)와 입력 단자(V(j+1)) 사이는 도통한다. 제어 회로(VMC_CON)가 셀 밸런싱 회로(CB1~CBm)의 온/오프를 제어함으로써, 전지 셀(EC1~ECm)을 선택적으로 방전시킨다.
다음에 도 1을 참조하여, 전압 감시 시스템(VMS)의 동작에 대해서 설명한다. 우선, 전지 셀의 출력 전압 감시 동작에 대해서 설명한다. 전압 감시 시스템(VMS)은 셀 모니터부(CMU)로부터의 전압 감시 동작 개시 명령에 따라 전지 셀의 출력 전압 감시 동작을 개시한다. 예를 들면, 엔진 제어부(ECU)는 전기 자동차의 파워 온을 검출하고, 전지 관리부(BMU)에 전압 감시 시스템(VMS)의 기동 명령을 발한다. 전지 관리부(BMU)는 전압 감시 시스템(VMS)의 기동 명령에 따라 셀 모니터부(CMU)에 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 기동 명령을 발한다. 셀 모니터부(CMU)는 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 기동 명령에 따라 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)에 전압 감시 동작 개시 명령을 발한다.
도 3을 참조하여 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 동작에 대해서 설명한다. 전압 감시 동작 개시 명령을 받은 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)은 마찬가지의 동작을 행한다. 따라서, 이하에서는 전압 감시 모듈(VMM1)의 동작을 대표 예로서 설명한다. 전압 감시 모듈(VMM1)은 셀 모니터부(CMU)로부터의 전압 감시 동작 개시 명령에 따라 전압 감시 동작을 개시한다. 구체적으로는, 통신 회로(VMM_C)는 셀 모니터부(CMU)로부터의 전압 감시 동작 개시 명령을 전압 측정 회로(VMC)의 제어 회로(VMC_CON)에 전송한다. 제어 회로(VMC_CON)는 전압 감시 동작 개시 명령에 따라 스위치(SWa_j 및 SWb_j)를 온으로 한다. 이에 따라 입력 단자(Vj 및 V(j+1))의 각각은 각각 A/D 컨버터(VMC_ADC)와 접속된다. A/D 컨버터(VMC_ADC)는 접속된 입력 단자(Vj 및 V(j+1))에 각각 공급되는 전압의 크기를 디지털 값인 전압값으로 변환하고, 전압값을 레지스터(VMC_REG)에 기입한다.
이 예에서는, 제어 회로(VMC_CON)는 소정의 시간 내에 스위치(SWa_1~SWa_m 및 SWb_1~SWb_m)를 순차적으로 온으로 한다. 바꾸어 말하면, 소정의 시간 내에 m회의 스위칭 동작을 반복한다. 소정의 시간은, 예를 들면 10 msec이다. 이 경우, 전압 감시 모듈(VMM1)은 소정의 시간(10 msec)마다 입력 단자(Vj 및 V(j+1))에 각각 공급되는 전압의 값을 측정한다. 레지스터(VMC_REG)에 이 값이 순차적으로 덮어 써진다. 전압 감시 모듈(VMM1)이 셀 모니터부(CMU)로부터의 다른 명령을 받지 않는 한, 전압 감시 모듈(VMM1)은 전술한 전압 감시 동작을 계속해서 행한다.
전기 자동차의 제어를 행하기 위해 각 전지 셀의 출력 전압의 값을 참조할 경우에는, 셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)로부터의 명령에 따라 전압값 출력 명령을 전압 감시 모듈(VMM1)에 발한다. 전압 감시 모듈(VMM1)은 전압값 출력 명령에 따라 지정된 입력 단자의 전압값을 셀 모니터부(CMU)에 출력한다. 구체적으로는, 통신 회로(VMM_C)는 셀 모니터부(CMU)로부터의 전압값 출력 명령을 전압 측정 회로(VMC)의 제어 회로(VMC_CON)에 전송한다. 제어 회로(VMC_CON)는 전압값 출력 명령에 따라 레지스터(VMC_REG)에 출력 명령을 발한다. 이 경우, 제어 회로(VMC_CON)는 레지스터(VMC_REG)에서, 어느 입력 단자의 전압값을 출력할지를 지정한다. 레지스터(VMC_REG)는 제어 회로(VMC_CON)로부터의 출력 명령에 따라 출력 명령을 받은 시점에서 지정된 입력 단자의 전압값을 통신 회로(VMM_C)를 통하여 셀 모니터부(CMU)에 출력한다.
셀 모니터부(CMU)는 전압 감시 모듈(VMM1)로부터 받은 입력 단자(Vj 및 V(j+1))의 전압값으로부터 전지 셀(ECj)의 출력 전압을 산출한다. 예를 들면, 셀 모니터부(CMU)는 입력 단자(V1)와 입력 단자(V2) 사이의 전압의 차로부터 전지 셀(EC1)의 출력 전압을 산출할 수 있다. 그 후에, 셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)의 요구에 따라서 산출한 전지 셀의 출력 전압을 전지 관리부(BMU)에 통지한다.
전기 자동차가 파워 오프될 경우에는, 엔진 제어부(ECU)는 전기 자동차의 파워 오프를 검출하고 전지 관리부(BMU)에 전압 감시 시스템(VMS)의 정지 명령을 발한다. 전지 관리부(BMU)는 전압 감시 시스템(VMS)의 정지 명령에 따라 셀 모니터부(CMU)에 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 정지 명령을 발한다. 셀 모니터부(CMU)는 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 정지 명령에 따라 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn) 각각에 전압 감시 동작 정지 명령을 발한다. 전압 감시 모듈(VMM1)은 셀 모니터부(CMU)로부터의 전압 감시 동작 정지 명령에 따라 전압 감시 동작을 정지한다. 구체적으로는, 통신 회로(VMM_C)는 셀 모니터부(CMU)로부터의 전압 감시 동작 정지 명령을 전압 측정 회로(VMC)의 제어 회로(VMC_CON)에 전송한다. 제어 회로(VMC_CON)는 전압 감시 동작 정지 명령에 따라 스위치(SWa_1~SWa_m 및 SWb_1~SWb_m)를 모두 오프로 한다. 이에 따라, 전압 감시 동작이 정지한다.
이상에서는 각 전지 셀의 전압 감시 동작에 대해서 설명했다. 그러나, 전압 감시 시스템(VMS)은, 예를 들면, 전기 자동차 등에 탑재되므로, 전압 감시 시스템(VMS)은 전기 자동차의 사용상황 등에 따른 동작을 행할 필요가 있다. 따라서, 이하에서는 전기 자동차의 사용 상황에 따른 전압 감시 시스템(VMS)의 동작을 설명한다.
전기 자동차를 계속적으로 사용하기 위해서는, 전기 충전소 등에서 조전지(assy)의 충전을 행할 필요가 있다. 조전지(assy)를 충전하는 경우에는, 엔진 제어부(ECU)는 충전 플러그의 접속 등의 운전자의 조작을 검지하고, 조전지(assy)를 충전하기 위한 충전 명령을 전지 관리부(BMU)에 발한다. 전지 관리부(BMU)는 엔진 제어부(ECU)로부터의 충전 명령에 따라 릴레이(REL1 및 REL2)를 연다. 이에 따라 조전지(assy)와 인버터(INV)는 전기적으로 절단된다. 이 상태에서, 예를 들면, 충전 플러그를 통하여 조전지(assy)에 외부 충전 전압(CHARGE)이 공급됨으로써, 조전지(assy)가 충전된다.
전지 셀 등의 이차 전지가 과충전 또는 과방전되면 전지 셀의 수명이 짧아진다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 조전지(assy)와 같이 복수의 전지 셀이 직렬 접속된 구성에서는, 전지 셀들이 마찬가지의 충방전 동작을 행하게 해도, 전지 셀들의 제조 격차에 의해 전압의 변동 등이 생긴다. 이러한 변동이 생길 때 조전지(assy)의 충방전 동작을 반복하면, 특정한 전지 셀만의 열화, 과충전, 또는 과방전이 발생한다. 그 결과, 조전지(assy) 전체의 단수명화 및 고장 발생의 원인으로 된다. 이 때문에, 직렬 접속된 전지 셀을 이용할 경우에는, 전지 셀의 전압의 밸런스(소위 셀 밸런싱)를 유지할 필요가 있다.
이하에서는 전기 충전소 등에서의 충전 시의 전압 감시 시스템(VMS)의 전지 셀의 동작에 대해서 설명한다. 각 전지 셀의 출력 전압 감시 동작 및 각 전지 셀의 출력 전압의 산출 방법에 대해서는, 전술한 것과 마찬가지이므로, 필요에 따라 그 설명을 생략한다.
우선, 전지 관리부(BMU)는 엔진 제어부(ECU)로부터의 충전 명령에 따라 셀 모니터부(CMU)에 출력 전압 측정 명령을 발한다. 셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)로부터의 출력 전압 측정 명령에 따라 조전지(assy)를 구성하는 모든 전지 셀의 출력 전압을 산출하고, 산출한 출력 전압을 전지 관리부(BMU)에 통지한다. 전지 관리부(BMU)는 조전지(assy) 중에서 가장 출력 전압이 낮은 전지 셀을 특정한다. 설명을 간략화하기 위해서, 여기에서는 전지 모듈(EM1)의 전지 셀(EC1)은 조전지(assy) 중에서 가장 출력 전압이 낮은 전지 셀로 가정한다.
그 후에, 전지 관리부(BMU)는 셀 밸런싱 동작 명령을 셀 모니터부(CMU)에 발한다. 셀 모니터부(CMU)는 셀 밸런싱 동작 명령에 따라 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 각각에 방전 명령을 발한다. 이하에서는 전압 감시 모듈(VMM1)의 동작을 대표 예로서 설명한다. 전압 감시 모듈(VMM1)에서는, 전압 측정 회로(VMC)의 제어 회로(VMC_CON)가 통신 회로(VMM_C)를 통하여 방전 명령을 받는다. 제어 회로(VMC_CON)는 방전 명령에 따라 셀 밸런싱 회로(CB2~CBm)를 온으로 한다. 이에 따라 전지 셀(EC2~ECm)이 방전된다.
셀 모니터부(CMU)는 방전 중의 전지 셀(EC2~ECm)의 출력 전압값을 순차적으로 산출한다. 각 전지 셀의 출력 전압이 전지 셀(EC1)의 출력 전압까지 강하한 경우에, 셀 모니터부(CMU)는 해당하는 전지 셀의 방전 동작을 정지시키는 방전 정지 명령을 발한다. 이하에서는 방전에 의해 전지 셀(EC2)의 출력 전압이 전지 셀(EC1)의 출력 전압까지 강하한 경우에 대해서 설명한다. 우선, 셀 모니터부(CMU)는 전지 셀(EC2)의 출력 전압이 전지 셀(EC1)의 출력 전압까지 강하한 것을 검출한다. 그리고, 셀 모니터부(CMU)는 전압 감시 모듈(VMM1)에 전지 셀(EC2)의 방전 정지 명령을 발한다.
전압 감시 모듈(VMM1)의 제어 회로(VMC_CON)는 통신 회로(VMM_C)를 통하여, 전지 셀(EC2)의 방전 정지 명령을 받는다. 제어 회로(VMC_CON)는 전지 셀(EC2)의 방전 정지 명령에 따라 셀 밸런싱 회로(CB2)를 오프로 한다. 이에 따라, 전지 셀(EC2)의 방전은 정지하고 전지 셀(EC2)의 출력 전압은 전지 셀(EC1)의 출력 전압과 같아진다. 셀 모니터부(CMU)가 마찬가지의 동작을 함으로써 전지 모듈(EM1)의 전지 셀(EC3~ECm)의 출력 전압 및 전지 모듈(EM2~EMn)의 전지 셀의 출력 전압도 전지 셀(EC1)의 출력 전압과 같아진다. 이에 따라, 전지 모듈(EM2~EMn)의 전지 셀의 출력 전압이 균일화되고, 셀 모니터부(CMU)는 셀 밸런싱 동작을 종료한다. 셀 모니터부(CMU)는 셀 밸런싱 동작 종료를 전지 관리부(BMU)에 통지한다.
셀 밸런싱 동작 종료의 통지에 따라, 전지 관리부(BMU)는 충전 플러그와 접속되는 수전부(power receiving unit)(도시 생략)에 충전 개시의 명령을 발한다. 이에 따라, 조전지(assy)에 외부 충전 전압(CHARGE)이 공급되고 조전지(assy)의 충전이 개시된다.
셀 모니터부(CMU)는 충전 중의 각 전지 셀의 출력 전압을 감시한다. 어느 전지 셀의 출력 전압이 충전 상한 전압에 도달하면, 셀 모니터부(CMU)는 과충전 경보를 전지 관리부(BMU)에 통지한다. 전지 관리부(BMU)는 과충전 경보의 통지에 따라 수전부에 충전 정지의 명령을 발한다. 이에 따라, 외부 충전 전압(CHARGE)의 공급이 차단되고 충전은 정지된다. 전지 셀의 과충전의 발생을 확실하게 방지하기 위해서, 충전 상한 전압은 과충전시의 전압 레벨로부터 충분한 마진을 갖는 과충전시의 임계값 전압 레벨보다도 작은 전압값으로 설정하는 것이 바람직하다.
전압 모듈(EM1~EMn)의 각 전지 셀의 충전 특성은 변동한다. 따라서, 충전 후의 각 전지 셀의 전압값에는 변동이 생긴다. 그러므로, 각 전지 셀의 전압값의 변동을 파악하기 위해서 셀 모니터부(CMU)는 각 전지 셀의 출력 전압을 측정한다. 그리고, 셀 모니터부(CMU)는 각 전지 셀의 출력 전압의 변동이 규정 범위 내에 들어 있는지를 판정하고, 판정 결과를 전지 관리부(BMU)에 통지한다.
각 전지 셀의 출력 전압의 변동이 규정 범위 내에 들어있지 않은 경우에는, 전지 관리부(BMU)는 셀 밸런싱 동작의 개시를 셀 모니터부(CMU)에 명령한다. 셀 밸런싱 동작 종료 후, 전지 관리부(BMU)는 충전 개시를 수전부에 명령한다. 한편, 각 전지 셀의 출력 전압의 변동이 규정 범위 내에 들어 있는 경우에는, 전지 관리부(BMU)는 엔진 제어부(ECU)에 충전 완료를 통지한다. 엔진 제어부(ECU)는 예를 들어, 대시보드에 설치된 표시 장치에 조전지(assy)의 충전이 완료한 것을 표시한다. 이상과 같이, 전압 감시 시스템(VMS)이 각 전지 셀의 출력 전압을 감시함으로써, 과충전을 방지하고 양호한 셀 밸런스를 유지하면서 조전지(assy)를 풀 충전 상태까지 충전할 수 있다.
다음으로, 전기 자동차를 가속시키는 경우에 대해서 설명한다. 전기 자동차를 가속시키는 경우에는, 엔진 제어부(ECU)는 엑셀 페달의 밟기 등의 운전자의 조작을 검지하고, 전기 자동차를 가속시키기 위한 가속 명령을 인버터(INV) 및 전지 관리부(BMU)의 각각에 발한다. 인버터(INV)의 동작 모드는 엔진 제어부(ECU)로부터의 가속 명령에 따라 직류-교류 변환 모드로 전환된다. 전지 관리부(BMU)는 엔진 제어부(ECU)로부터의 가속 명령에 따라 릴레이(REL1 및 REL2)를 닫는다. 이에 따라, 조전지(assy)로부터 인버터(INV)에 직류 전압이 공급된다. 인버터(INV)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하고 교류 전압을 모터 제너레이터(MG)에 공급한다. 모터 제너레이터(MG)는 교류 전압의 공급을 받는 것에 의해 구동력을 발생시킨다. 모터 제너레이터(MG)에서 발생한 구동력이 드라이브 샤프트 등을 통하여 구동륜에 전달됨으로써, 전기 자동차는 가속한다.
전기 자동차가 가속하는 경우에는, 전지 셀에 축적된 전력이 소비되고 전지 셀의 출력 전압은 강하한다. 따라서, 각 전지 셀의 과방전을 방지하는 조치가 필요하다. 그 때문에, 전압 감시 시스템(VMS)은 주행 시의 각 전지 셀의 출력 전압을 항상 감시한다. 예를 들면, 어느 전지 셀의 전압이 경고 레벨 전압을 하회한 경우에는, 셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)에 전압 강하 경보를 발한다. 전지 관리부(BMU)는 전압 강하 경보에 따라 조전지(assy)의 충전 잔량 저하 경보를 엔진 제어부(ECU)에 발한다. 엔진 제어부(ECU)는 예를 들어, 대시보드에 설치된 표시 장치에 조전지(assy)의 충전 잔량 저하 경보를 표시하고, 운전자에 전지 셀의 과방전이 생길 우려가 있다는 것을 통지한다. 이에 따라 전압 감시 시스템(VMS)은 주행 정지 등의 과방전 방지 조치를 취하는 것을 운전자에 재촉할 수 있다.
조전지(assy)의 충전 잔량 저하 경보가 방치되고 그 후에도 주행이 계속되는 경우에는, 각 전지 셀의 출력 전압은 더욱 저하한다. 따라서, 각 전지 셀의 과방전을 방지하기 위해서, 각 전지 셀의 방전을 정지할 필요가 있다. 예를 들면, 어느 전지 셀의 전압이 긴급 정지 레벨 전압을 하회한 경우에는, 셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)에 긴급 정지 경보를 발한다. 전지 셀의 과방전의 발생을 확실하게 방지하기 위해서, 긴급 정지 레벨 전압은 과방전시의 전압 레벨로부터 충분한 마진을 갖는 과방전의 임계값 전압 레벨보다도 큰 전압값을 설정하는 것이 바람직하다.
전지 관리부(BMU)는 셀 모니터부(CMU)로부터의 긴급 정지 경보에 따라 긴급 정지 동작을 발동한다. 구체적으로는, 전지 관리부(BMU)는 릴레이(REL1 및 REL2)를 열어서 조전지(assy)로부터 인버터(INV)에의 전원 공급을 차단한다. 이에 따라 각 전지 셀의 출력 전압 강하가 정지한다. 전지 관리부(BMU)는 엔진 제어부(ECU)에 긴급 정지 동작의 실행을 통지한다. 엔진 제어부(ECU)는 예를 들어, 대시보드에 설치된 표시 장치에 긴급 정지 동작이 발동된 것을 표시한다. 이에 따라 전지 셀의 과방전의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
다음으로, 전기 자동차를 감속시키는 경우에 대해서 설명한다. 전기 자동차를 감속시키는 경우에는, 엔진 제어부(ECU)는 브레이크 페달의 밟기 등의 운전자의 조작을 검지하고, 전기 자동차를 감속시키기 위한 감속 명령을 인버터(INV) 및 전지 관리부(BMU)의 각각에 발한다. 인버터(INV)의 동작 모드는 엔진 제어부(ECU)로부터의 감속 명령에 따라 교류 직류 변환 모드로 전환된다. 전지 관리부(BMU)는 엔진 제어부(ECU)로부터의 감속 명령에 따라 릴레이(REL1 및 REL2)를 닫는다. 모터 제너레이터(MG)는 드라이브 샤프트 등을 통하여 전달되는 타이어의 회전력에 의해 발전을 행한다. 발전에 의해 생기는 회전 저항은 드라이브 샤프트 등을 통하여 제동력으로서 구동륜에 전달된다. 이에 따라 전기 자동차는 감속한다. 이 제동 방법은 일반적으로 회생 브레이크 동작이라고 불린다. 회생 브레이크 동작에 의해 생긴 교류 전압은 인버터(INV)에 공급된다. 인버터(INV)는 모터 제너레이터(MG)로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 이 직류 전압을 조전지(assy)에 공급한다. 이에 따라 조전지(assy)는 회생 브레이크 동작에서 회수된 전압으로 충전된다.
회생 브레이크 동작 시에는 조전지(assy)가 충전되므로, 각 전지 셀의 출력 전압은 상승한다. 따라서, 각 전지 셀의 과충전을 방지하는 조치가 필요하다. 그 때문에, 전압 감시 시스템(VMS)은 주행 시의 각 전지 셀의 출력 전압을 항상 감시한다. 셀 모니터부(CMU)는 회생 브레이크 동작 개시시의 각 전지 셀의 출력 전압이 충전 상한 전압 이하인지를 판정한다. 충전 상한 전압보다도 큰 출력 전압을 갖는 전지 셀이 존재하는 경우에는, 셀 모니터부(CMU)는 과충전 경보를 전지 관리부(BMU)에 발한다. 전지 관리부(BMU)는 과충전 경보에 따라 릴레이(REL1 및 REL2)를 열어서 조전지(assy)가 충전되는 것을 방지한다.
또한 회생 브레이크 동작에 의한 충전 중에도, 셀 모니터부(CMU)는 각 전지 셀의 출력 전압의 감시를 계속한다. 출력 전압이 충전 상한 전압에 도달한 전지 셀이 발견된 경우에는, 셀 모니터부(CMU)는 과충전 경보를 전지 관리부(BMU)에 발한다. 전지 관리부(BMU)는 과충전 경보에 따라 릴레이(REL1 및 REL2)을 열어서 조전지(assy)가 충전되는 것을 방지한다. 이에 따라 조전지(assy)의 과충전을 방지할 수 있다.
전술에서는 전지 셀의 전압이 정상적으로 검출할 수 있는 것을 전제로 하여 전압 감시 시스템(VMS)의 동작을 설명했다. 그러나, 실제로는, 각 전지 셀의 출력 전압을 정상적으로 검출할 수 없는 경우가 있다. 예를 들면, 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)과 조전지(assy) 사이의 배선이 단선되면, 단선 부분의 전압이 이상 강하 또는 이상 상승한다. 이에 따라 셀 모니터부(CMU)는 정상적인 전압 산출을 할 수 없게 된다. 이러한 단선이 발생한 경우에는, 전압 감시 시스템(VMS)의 목적인 각 전지 셀의 출력 전압의 감시를 할 수 없다. 그러므로, 단선 고장을 검출하는 것이 필요하다.
그러므로, 셀 모니터부(CMU)에는 출력 전압의 값의 적정 범위가 미리 기억되어 있다. 산출한 각 전지 셀의 출력 전압값이 적정 범위로부터 벗어난 경우에는, 셀 모니터부(CMU)는 단선 고장이 발생한 것으로 판정한다. 그리고, 셀 모니터부(CMU)는 단선 고장의 발생을 전지 관리부(BMU)에 통지한다. 단선 고장 발생의 통지에 따라, 전지 관리부(BMU)는 릴레이(REL1 및 REL2)를 열고 인버터(INV)와 조전지(assy) 사이의 접속을 절단한다. 이에 따라 시스템에 추가 장해가 발생하는 것을 방지한다. 또한, 전지 관리부(BMU)는 단선 고장의 발생을 엔진 제어부(ECU)에 통지한다. 엔진 제어부(ECU)는 예를 들어, 대시보드에 설치된 표시 장치에 단선 고장의 발생을 표시하고, 운전자에 고장 발생을 통지한다. 이상과 같이, 전압 감시 시스템(VMS)은 단선 고장의 발생을 검출할 수도 있다.
전압 감시 시스템(VMS)의 구성 및 동작은 예시에 불과하다는 점에 주목한다. 따라서, 예를 들면, 셀 모니터부(CMU) 및 전지 관리부(BMU)를 하나의 회로 블록으로 통합하는 것이 가능하다. 또한, 셀 모니터부(CMU)와 전지 관리부(BMU)가 분담하는 기능의 일부 또는 전부를 서로 대체하는 것이 가능하다. 또한, 셀 모니터부(CMU), 전지 관리부(BMU), 및 엔진 제어부(ECU)를 하나의 회로 블록으로 통합하는 것이 가능하다. 엔진 제어부(ECU)는 셀 모니터부(CMU) 및 전지 관리부(BMU)의 기능의 일부 또는 전부를 대체하는 것이 가능하다.
실시 형태 1
이하 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전압 감시 모듈(100)에 대해서 설명한다. 전압 감시 모듈(100)은 도 1 내지 3에 나타내는 전압 감시 모듈(VMM1~VMMn)의 각각에 상당한다. 도 4는 실시 형태 1에 따른 전압 감시 모듈(100)의 주요부의 구성을 도시하는 회로도이다. 설명의 간략화를 위해, 도 4에서는, 전압 감시 모듈(100)의 구성 및 동작을 이해하기 위해서 필요한 구성을 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 4에서는 전원 회로(VMM_S)를 생략하고, 도 4는 입력 단자(V1~V3), 셀 밸런싱 입력 단자(VB1 및 VB2)에 관한 회로 소자 및 회로 블록만을 나타내고 있다.
도 3에 나타내는 전압 감시 모듈(VMM1)과 비교하여, 전압 감시 모듈(100)은 선택 회로(SEL2)가 추가된 구성을 갖는다. 전압 감시 모듈(100)과 전지 모듈(EM1) 사이에는 필터 회로(101) 및 보호 회로(102)가 삽입된다.
필터 회로(101)는 필터용 저항(Rf1~Rfm) 및 필터용 용량(C1~Cm)을 포함한다. 설명의 간략화를 위해, 도 4에서는 필터용 저항(Rf1~Rf3) 및 필터용 용량(C1~C3)만을 나타내고 있다. 전지 셀(EC1)의 고전위측 단자는 필터용 저항(Rf1)을 통하여 입력 단자(V1)와 접속된다. 전지 셀(EC1)의 저전위측 단자 및 전지 셀(EC2)의 고전위측 단자는 필터용 저항(Rf2)을 통하여 입력 단자(V2)와 접속된다. 전지 셀(EC2)의 저전위측 단자는 필터용 저항(Rf3)을 통하여 입력 단자(V3)와 접속된다. 필터용 용량(C31~C33)은 각각 입력 단자(V1~V3)와 그라운드 사이에 접속된다. 이에 따라, 필터 회로(101)는 RC 필터로서 기능하여, 전압 감시 모듈(100)에의 고주파 노이즈 유입을 방지한다.
보호 회로(102)는 보호 다이오드(D1~Dm)를 포함한다. 설명의 간략화를 위해, 도 4에서는 보호 다이오드(D1~D3)만을 나타내고 있다. 보호 다이오드(D1~D3)는 각각 입력 단자(V1~V3)와 그라운드 사이에 접속된다. 이에 따라, 입력 단자(V1~V3)에 과전압이 인가되었을 경우 보호 다이오드(D1~D3)의 항복이 발생함으로써, 전압 감시 모듈(100)에의 과전압의 인가를 방지한다.
셀 밸런싱 회로(CB)는 N 채널 트랜지스터(NM1~NMm)를 포함한다. N 채널 트랜지스터(NM1~NMm)는 각각 도 3의 셀 밸런싱 회로(CB1~CBm)에 상당한다. N 채널 트랜지스터(NM1~NMm)의 드레인은 각각 셀 밸런싱 입력 단자(VB1~VBm)와 접속된다. N 채널 트랜지스터(NM1~NMm)의 소스는 각각 입력 단자(V2~V(m+1))와 접속된다. N 채널 트랜지스터(NM1~NMm)의 게이트는 제어 회로(CON)와 접속된다. N 채널 트랜지스터(NM1~NMm)는 제어 회로(CON)로부터의 제어 신호(SIG_CB)에 따라 온/오프한다.
선택 회로(SEL1)는 도 4의 선택 회로(VMC_SEL)에 상당한다. 선택 회로(SEL1)의 스위치(SWa_1~SWa_m 및 SWb_1~SWb_m)는 제어 회로(CON)로부터의 제어 신호(SIG_S1)에 의해 온/오프한다. 선택 회로(SEL1)는 선택 회로(VMC_SEL)와 마찬가지의 동작을 행하고 전지 셀의 통상 측정 전압을 측정한다. 선택 회로(SEL1)의 그 밖의 구성은 선택 회로(VMC_SEL)와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
선택 회로(SEL2)는 스위치(SWc_1~SWc_m 및 SWd_1~SWd_m)를 포함한다. 스위치(SWc_1~SWc_m)의 일단은 각각 셀 밸런싱 입력 단자(VB1~VBm)와 접속된다. 스위치(SWc_1~SWc_m)의 타단은 A/D 컨버터(ADC)와 접속되고 A/D 컨버터(ADC)에 고전위측 전압(VH)을 출력한다. 스위치(SWd_1~SWd_(m-1)m)의 일단은 각각 셀 밸런싱 입력 단자(VB2~VBm)와 접속된다. 스위치(SWd_m)의 일단은 입력 단자(V(m+1))와 접속된다. 바꾸어 말하면, 스위치(SWd_m)는 입력 단자(V(m+1))를 셀 밸런싱 입력 단자로서 이용하고 있다. 스위치(SWd_1~SWd_m)의 타단은 A/D 컨버터(ADC)와 접속되고 A/D 컨버터(ADC)에 저전위측 전압(VL)을 출력한다.
j를 1~m의 정수로 가정하면, 전지 셀(ECj)의 통상 측정 전압을 측정하는 경우에는 스위치(SWc_j 및 SWd_j)가 동시에 온으로 된다. 이에 따라, 전지 셀(ECj)의 고전위측 단자로부터의 전압이 고전위측 전압(VH)으로서 A/D 컨버터(ADC)에 공급된다. 마찬가지로, 전지 셀(ECj)의 저전위측 단자로부터의 전압이 저전위측 전압(VL)로서 A/D 컨버터(ADC)에 공급된다. A/D 컨버터(ADC)는 도 4의 A/D 컨버터(VMC_ADC)에 대응한다.
제어 회로(CON)는 도 4의 제어 회로(VMC_CON)에 대응한다. 제어 회로(CON)는 각각 제어 신호(SIG_CB, SIG_S1, 및 SIG_S2)에 의해 N 채널 트랜지스터(NM1~NMm), 선택 회로(SEL1 및 SEL2)의 각각의 동작을 제어한다.
레지스터(VMC_REG) 및 통신 회로(VMM_C)는 도 4와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다. 전압 감시 모듈(100)의 그 밖의 구성은 전압 감시 모듈(VMM1)과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
계속해서, 전압 감시 모듈(100)의 동작에 대해서 설명한다. 이하에서는, 대표 예로서 전지 셀(EC1)의 전압을 측정할 때의 동작에 대해서 설명한다. 도 5는 전압 감시 모듈(100)의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
우선, 제어 회로(CON)는 제어 신호(SIG_S1)에 의해 스위치(SWa_1 및 SWb_1)를 온으로 한다(스텝 S101). 이 상태에서, 입력 단자(V1)와 입력 단자(V2) 사이의 전압을 측정한다(스텝 S102).
구체적으로는, A/D 컨버터(ADC)가 입력 단자(V1) 및 입력 단자(V2)의 전압을 참조하고, 이 참조한 전압을 디지털 값인 전압값 V1_d 및 V2_d로 각각 변환한다. A/D 컨버터(ADC)는 전압값 V1_d 및 V2_d를 레지스터(VMC_REG)에 기입한다. 레지스터(VMC_REG)는 제어 회로(CON)으로부터의 제어 신호(SIG_R)에 따라 전압값(V1_d 및 V2_d)를 도 1에 나타내는 셀 모니터부(CMU)에 출력한다. 셀 모니터부(CMU)는 전압값(V1_d)으로부터 전압값(V2_d)을 감하여 전지 셀(EC1)의 통상 측정 전압(ΔV)를 산출한다.
필터용 용량(C1)의 오작동에 의해 필터용 용량(C1)에 리크 전류(Ic)가 흐르는 경우에 대해 검토한다. 도 6은 필터용 용량(C1)을 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(100)의 전압 측정을 도시하는 회로도이다. 리크 전류(Ic)가 흐르면, 필터용 저항(Rf1)에서 전압 강하가 발생한다. 필터용 저항(Rf1)에 의해 생기는 전압 강하(VRf1)는 Rf1×Ic가 된다. 전지 셀(EC1)의 고전위측 단자의 전압을 V+, 저전위측 단자의 전압을 V-로 하면, 입력 단자(V1)의 전압은 이하의 수학식 6으로 표현될 수 있다.
Figure pct00006
따라서, 통상 측정 전압(ΔV)은 이하의 수학식 7로 표현될 수 있다.
Figure pct00007
한편, 전지 셀(EC1)의 전압(V_EC1)은 이하의 수학식 8로 표현될 수 있다.
Figure pct00008
따라서, 통상 측정 전압(ΔV)은 리크 전류가 없는 경우의 전압보다 Rf1×Ic만큼 낮아진다. 그 결과, 셀 모니터부(CMU)는 전지 셀(EC1)의 본래의 전압인 전압(V_EC1)보다도 Rf31×Ic만큼 낮은 통상 측정 전압(ΔV)를 산출한다.
마찬가지로, 보호 다이오드(D1)의 오작동에 의해 보호 다이오드(D1)에 리크 전류(Id)가 흐르는 경우에 대해 검토한다. 도 7은 보호 다이오드(D1)를 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(100)의 전압 측정을 도시하는 회로도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 리크 전류(Id)가 흐르면 필터용 저항(Rf1)에서 전압 강하가 발생한다. 필터용 저항(Rf1)에 의해 생기는 전압 강하(VRf1)는 Rf1×Id가 된다. 따라서, 입력 단자(V1)의 전압은 이하의 수학식 9로 표현될 수 있다.
Figure pct00009
따라서, 통상 측정 전압(ΔV)은 이하의 수학식 10으로 표현될 수 있다.
Figure pct00010
따라서, 통상 측정 전압(ΔV)은 리크 전류가 없는 경우의 전압보다 Rf1×Id만큼 낮아진다. 그 결과, 셀 모니터부(CMU)는 전지 셀(EC1)의 본래의 전압인 전압(V_EC1)보다도 Rf1×Id만큼 낮은 통상 측정 전압(ΔV)을 산출한다.
요컨대, 입력 단자에 접속되는 외부 회로의 소자를 통하여 리크 전류가 흐르고 있는 경우, 셀 모니터부(CMU)는 전지 셀의 본래의 전압보다도 낮은 통상 측정 전압을 산출한다.
다음으로, 제어 회로(CON)는 제어 신호(SIG_S1)에 의해 스위치(SWa_1 및 SWb_1)를 오프로 한다(스텝 S103). 그 후에, 제어 회로(CON)는 제어 신호 SIG_S2에 의해 스위치(SWc_1 및 SWd_1)를 온으로 한다(스텝 S104). 이 상태에서, 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)와 셀 밸런싱 입력 단자(VB2) 사이의 전압을 측정한다(스텝 S105).
구체적으로는, A/D 컨버터(ADC)는 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)로부터의 고전위측 전압(VH) 및 셀 밸런싱 입력 단자(VB2)로부터의 저전위측 전압(VL)을 참조하고, 이 참고한 전압을 디지털 값인 전압값(VB1_d 및 VB2_d)으로 각각 변환한다. A/D 컨버터(ADC)는 전압값(VB1_d 및 VB2_d)을 레지스터(VMC_REG)에 기입한다. 레지스터(VMC_REG)는 제어 회로(CON)으로부터의 제어 신호(SIG_R)에 따라 전압값(VB1_d 및 VB2_d)을 도 1에 나타내는 셀 모니터부(CMU)에 출력한다. 셀 모니터부(CMU)는 전압값(VB1_d)으로부터 전압값(VB2_d)을 감하여 전지 셀(EC1)의 용장 측정 전압(ΔVB)을 산출한다. 그 후에, 스위치(SWc_1 및 SWd_1)를 오프로 한다(스텝 S106).
다음으로, 셀 모니터부(CMU)는 리크 전류가 발생하고 있는지를 판단한다. 셀 모니터부(CMU)는 통상 측정 전압(ΔV)과 용장 측정 전압(ΔVB)을 비교하고, 전지 셀(EC1)의 통상 측정 전압(ΔV)과 용장 측정 전압(ΔVB) 사이에 규정 값 이상의 차가 있는지를 판단한다(스텝 S107). 전술한 바와 같이, 리크 전류가 발생하고 있는 경우에는 통상 측정 전압(ΔV)이 저하한다. 따라서, 통상 측정 전압(ΔV)과 용장 측정 전압(ΔVB)이 일치하지 않는 경우에는, 리크 전류를 검출할 수 있다.
전지 셀(EC1)의 통상 측정 전압(ΔV)과 용장 측정 전압(ΔVB)의 차가 규정 값 이상인 경우에는, 전지 관리부(BMU)에 리크 검출 신호를 출력한다(스텝 S108). 전지 관리부(BMU)는 리크 검출 신호에 기초하여 엔진 제어부(ECU)에 전압 감시 이상 경보를 발한다. 엔진 제어부(ECU)는 대시보드에 설치된 표시 장치 등에 전압 감시에 오작동이 생긴 것을 표시하여 운전자에 전지 셀(EC1)의 전압 감시에 오작동이 생긴 것을 통지한다. 이에 따라, 운전자는 주행 정지 또는 고장 수리를 위한 조치를 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 엔진 제어부(ECU)는 전지 셀의 전압 감시에 오작동이 생김에 따라 전지 셀의 손상을 방지하는 조치를 취할 수도 있다. 구체적으로는, 충전 중에 오작동이 검출되는 경우에는, 전지 셀의 전압을 정확하게 측정할 수 없다. 그 때문에, 바로 충전을 행하는 경우에 전압을 정확하게 측정할 수 없는 전지 셀이 과충전될 우려가 있다. 이 경우, 엔진 제어부(ECU)는 외부 충전 전압(CHARGE)의 공급을 차단함으로써 과충전의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 전지 셀(EC1)의 통상 측정 전압(ΔV)과 용장 측정 전압(ΔVB)의 차가 규정 값보다도 작은 경우에는, 전지 셀(EC1)의 전압 측정을 종료한다. 그 후에, 전술한 스텝 S101~S107과 마찬가지의 수순으로 전지 셀(EC2)의 전압 측정을 개시한다. 그 후에, 전지 셀(EC3~ECm)에 대해서도 순차적으로 전압을 측정한다.
이상에서, 본 구성에 따르면, 전지 셀의 전압 감시에 수반하여, 리크 전류의 발생에 의한 전지 셀 전압 감시의 오작동을 검출할 수 있는 전압 감시 모듈을 제공할 수 있다. 또한, 내부 회로의 구성을 변경하는 것만으로 단자 수를 늘리지 않고서 전지 셀 전압 감시의 오작동을 검출할 수 있다.
또한, 전압 감시 모듈(100)에서는, 입력 단자(V1~V(m+1)) 및 셀 밸런싱 입력 단자(VB1~VBm)를 이용하여 전지 셀 전압 측정을 행하므로, 각 단자의 오픈/쇼트 점검도 동시에 행하는 것이 가능하다. 또한, 선택 회로(SEL1 및 SEL2)의 스위치를 전환하여 전지 셀의 전압을 측정하므로, 선택 회로(SEL1 및 SEL2)의 오작동을 검출하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에서는, 통상 측정 전압(ΔV) 및 용장 측정 전압(ΔVB)의 측정을 한 번 행하지만, 측정 방법은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 통상 측정 전압(ΔV) 및 용장 측정 전압(ΔVB)의 측정을 각각 여러 번 행하고, 셀 모니터부(CMU)가 이동 평균을 산출하는 것도 가능하다. 이 경우, 통상 측정 전압(ΔV)의 측정을 여러 번 행하고, 셀 모니터부(CMU)는 평균 통상 측정 전압(ΔV_ave)을 산출한다. 용장 측정 전압(ΔVB)의 측정을 여러 번 행하고, 셀 모니터부(CMU)는 평균 용장 측정 전압(ΔVB_ave)을 산출한다. 그리고, 스텝 S106과 마찬가지로, 평균 통상 측정 전압(ΔV_ave)과 평균 용장 측정 전압(ΔVB_ave)을 비교함으로써 리크 전류를 검출할 수 있다. 이 경우, 통상 측정 전압(ΔV) 또는 용장 측정 전압(ΔVB)의 값이 노이즈 교란에 의해 변동되는 경우에, 리크 전류를 잘못 검출하는 것을 방지할 수 있다.
실시 형태 2
다음에, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 전압 감시 모듈(200)에 대해서 설명한다. 전압 감시 모듈(200)은 전압 감시 모듈(100)의 변형예이다. 도 8은 실시 형태 2에 따른 전압 감시 모듈(200)의 주요부의 구성을 도시하는 회로도이다. 설명의 간략화를 위해, 도 8에서는 전압 감시 모듈(200)의 구성 및 동작을 이해하기 위해서 필요한 구성을 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 8에서는 전원 회로(VMM_S)를 생략하고, 입력 단자(V1~V3), 셀 밸런싱 입력 단자(VB1 및 VB2)에 관한 회로 소자 및 회로 블록만을 나타내고 있다.
전압 감시 모듈(200)은 전압 감시 모듈(100)의 선택 회로(SEL2)를 검출 회로(DET)로 치환한 구성을 갖는다. 검출 회로(DET)는 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m), 레벨 시프터(LS_1~LS_m) 및 OR 회로(OR)를 포함한다.
오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)는 각각 입력 단자(V1~Vm)의 전압과 셀 밸런싱 입력 단자(VB1~VBm)의 전압을 비교한다. 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)에는 각각 오프셋 전압 Vo가 설정되어 있다. 여기에서는, 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1)를 대표 예로서 설명한다. 입력 단자(V1)의 전압과 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)의 전압 사이에 오프셋 전압 Vo 이상의 차가 있는 경우에는, 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1)는 하이(High) 레벨을 출력한다. 입력 단자(V1)의 전압과 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)의 전압 사이의 차가 오프셋 전압 Vo보다도 작은 경우에는, 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1)는 로우(Low) 레벨을 출력한다. 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_2~COMP_m)의 동작은 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1)와 마찬가지이다.
레벨 시프터(LS_1~LS_m)는 각각 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)의 출력과 OR 회로(OR)의 입력 사이에 접속된다. 레벨 시프터(LS_1~LS_m)는 각각 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)의 출력으로부터의 출력 신호의 전압 레벨을 상승시킨다.
OR 회로(OR)는 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)로부터의 출력 신호가 입력된다. OR 회로(OR)의 출력은 셀 모니터부(CMU)와 접속된다. OR 회로(OR)는 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)로부터의 출력 신호에 따라 셀 모니터부(CMU)에 리크 검출 신호(ALM)를 출력한다. 구체적으로는, 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)로부터의 출력 신호 중 어느 것이 하이 레벨일 경우에는, 하이 레벨 신호를 리크 검출 신호(ALM)로서 출력한다.
전압 감시 모듈(200)의 그 밖의 구성은 전압 감시 모듈(100)과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
다음에, 전압 감시 모듈(200)의 동작에 대해서 설명한다. 이하에서는, 대표 예로서, 전지 셀(EC1)의 전압을 측정할 때의 동작에 대해서 설명한다. 도 9는 전압 감시 모듈(200)의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
스텝 S201~S203은 도 5의 스텝 S101~S103과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다. 그 후에, 스텝 S201~S203과 마찬가지의 수순으로 전지 셀(EC2~ECm)의 전압을 측정한다(스텝 S204).
다음으로, 셀 모니터부(CMU)는 제어 회로(CON)에 리크 검출 명령을 발한다(스텝 S205). 제어 회로(CON)는 제어 신호(SIG_C)에 의해 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)를 온으로 한다(스텝 S206). 이에 따라, 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)로부터의 출력 신호 중 어느 것이 하이 레벨인지, 또는 OR 회로(OR)의 출력이 하이인지가 판단된다(스텝 S207).
필터용 용량(C1)의 문제점에 의해 필터용 용량(C1)에 리크 전류(Ic)가 흐르는 경우에 대해 검토한다. 도 10은 필터용 용량(C1)을 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(200)의 전압 측정을 도시하는 회로도이다. 리크 전류(Ic)가 흐르면, 필터용 저항(Rf1)에서 전압 강하가 발생한다. 필터용 저항(Rf1)에 의해 생기는 전압 강하(VRf1)는 Rf1×Ic이 된다. 따라서, 입력 단자(V1)의 전압은 이하의 수학식 11로 표현될 수 있다.
Figure pct00011
한편, 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)의 전압은 이하의 수학식 12로 표현될 수 있다.
Figure pct00012
따라서, 컴퍼레이터(COMP_1)가 입력 단자(V1)의 전압과 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)의 전압을 비교함으로써, 필터용 용량(C1)에 리크 전류가 흐르는 것을 검출한다. 이것은 필터용 용량(C2~Cm)에 대해서도 마찬가지이다.
마찬가지로, 보호 다이오드(D1)의 오작동에 의해 보호 다이오드(D1)에 리크 전류(Id)가 흐르는 경우에 대해 검토한다. 도 11은 보호 다이오드(D1)를 통해서 리크 전류가 흐르는 경우의 전압 감시 모듈(200)의 전압 측정을 도시하는 회로도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 리크 전류(Id)가 흐르면 필터용 저항(Rf1)에서 전압 강하가 발생한다. 필터용 저항(Rf1)에 의해 생기는 전압 강하(VRf1)는 Rf1×Id가 된다. 따라서, 입력 단자(V1)의 전압은 이하의 수학식 13으로 표현될 수 있다.
Figure pct00013
따라서, 통상 측정 전압(ΔV)은 이하의 수학식 14로 표현될 수 있다.
Figure pct00014
따라서, 컴퍼레이터(COMP_1)가 입력 단자(V1)의 전압과 셀 밸런싱 입력 단자(VB1)의 전압을 비교함으로써, 보호 다이오드(D1)에 리크 전류가 흐르고 있는 것을 검출한다. 이것은 보호 다이오드(D2~Dm)에 대해서도 마찬가지이다.
요컨대, 입력 단자에 접속되는 외부 회로의 소자를 통하여 리크 전류가 흐르고 있는 경우, 검출 회로(DET)는 리크 전류의 발생을 검출하고, 리크 전류의 발생을 셀 모니터부(CMU)에 통지한다.
오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)로부터의 출력 신호 중 어느 것이 하이 레벨인 경우에는, OR 회로(OR)로부터 하이 레벨 신호가 리크 검출 신호(ALM)로서 셀 모니터부(CMU)에 출력된다. 이에 따라, 셀 모니터부(CMU)는 리크 전류의 발생을 검출할 수 있다. 이 경우, 셀 모니터부(CMU)는 전지 관리부(BMU)에 리크 검출 신호를 출력한다(스텝 S208). 전지 관리부(BMU)는 리크 검출 신호에 기초하여 엔진 제어부(ECU)에 전압 감시 이상 경보를 발한다. 엔진 제어부(ECU)는 대시보드에 설치된 표시 장치 등에 전압 감시에 오동작이 생긴 것을 표시하여 운전자에 전지 셀(EC1)의 전압 감시에 오동작이 생긴 것을 통지한다. 이에 따라, 운전자는 주행 정지나 고장 수리를 위한 조치를 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 엔진 제어부(ECU)는 전지 셀의 전압 감시에 오동작이 생김에 따라 전지 셀의 손상을 방지하는 조치를 취할 수도 있다. 구체적으로는, 충전 중에 오동작이 검출되는 경우에는, 전지 셀의 전압을 정확하게 측정할 수 없다. 그 때문에, 바로 충전을 행하는 경우에 전압을 정확하게 측정할 수 없는 전지 셀이 과충전될 우려가 있다. 이 경우, 엔진 제어부(ECU)는 외부 충전 전압(CHARGE)의 공급을 차단함으로써 과충전의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 오프셋 전압 컴퍼레이터(COMP_1~COMP_m)로부터의 출력 신호의 모두가 로우 레벨인 경우에는, OR 회로(OR)로부터 로우 레벨 신호가 리크 검출 신호(ALM)로서 셀 모니터부(CMU)에 출력된다. 이 경우, 전지 셀의 전압 감시에 오동작은 없으므로 전압 감시 동작을 종료한다.
이상에서, 본 구성에 따르면, 전압 감시 모듈(100)과 마찬가지로 전지 셀의 전압 감시에 관련된 리크 전류의 발생에 의한 전지 셀 전압 감시의 오동작을 검출할 수 있는 전압 감시 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 전압 감시 모듈(200)은 A/D 컨버터(ADC), 레지스터(VMC_REG) 및 통신 회로(VMM_C)를 개재하지 않고 검출 회로(DET)로부터 셀 모니터부(CMU)에 리크 발생을 통지할 수 있다. 따라서, 전압 감시 모듈(200)은 A/D 컨버터(ADC), 레지스터(VMC_REG) 및 통신 회로(VMM_C)의 고장 등의 영향을 받지 않고 리크 전류의 발생을 검출할 수 있다. 요컨대, 본 구성에 따르면, 보다 용장성이 우수한 전지 셀 전압 감시의 오동작 검출을 실현하는 것이 가능하다.
또한, 전압 감시 모듈(200)에서는, 선택 회로(SEL2)를 이용한 전지 셀(EC1~ECm)의 측정을 행할 필요가 없다. 그 결과, 전압 감시 모듈(100)에 비해 고속으로 리크 발생을 검출할 수 있고, 소비 전력을 저감할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정된 것이 아니라, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적당하게 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 전술한 실시 형태에 따른 보호 다이오드는 입력 단자에 외부 접속되어 있지만, 보호 다이오드는 셀 밸런싱 입력 단자에 외부 접속될 수 있다.
또한, 보호 다이오드는 전압 센서 모듈 내부에 설치하는 것도 가능하다. 이 경우, 보호 다이오드를 입력 단자 및 셀 밸런싱 입력 단자의 어느 한쪽 또는 양쪽에 접속하는 것이 가능하다.
본 출원은 2011년 3월 31일자 출원된 일본 특허 출원 2011-79864호를 기초라고 하는 우선권을 주장하고, 그 개시는 모두 여기에 참고로 포함된다.
31, ADC: A/D 컨버터
32, VMC_REG: 레지스터
33, VMM_C: 통신 회로
34, CON, VMC_CON: 제어 회로
100, 200, 300: 전압 감시 모듈
101, 301: 필터 회로
102, 302: 보호 회로
ALM: 리크 검출 신호
assy: 조전지
BMU: 전지 관리부
C31~C33: 필터용 용량
CHARGE: 외부 충전 전압
CMU: 셀 모니터부
COMP_1~COMP_m: 오프셋 전압 컴퍼레이터
CON: 제어 회로
D1~Dm: 보호 다이오드
D31~D33: 보호 다이오드
DET: 검출 회로
EC1~ECm, EC31, EC32: 전지 셀
ECU: 엔진 제어부
EM1~EMn: 전압 모듈
Ic, Id: 리크 전류
INS1, INS2: 절연 소자
INV: 인버터
LS_1~LS_m: 레벨 시프터
MG: 모터 제너레이터
NM1~NMm: N 채널 트랜지스터
OR: OR 회로
REL1, REL2: 릴레이
Rf1-Rf3: 필터용 저항
Rf1~Rfm, Rf31~Rf33: 필터용 저항
CB1~CBm: 셀 밸런싱 회로
SEL1, SEL2: 선택 회로
SIG_C, SIG_R, SIG_S1, SIG_S2, SIG_CB: 제어 신호
SW31~SW33, SWa_1-SWa_m, SWb_1-SWb_m, SWc_1~SWc_m: 스위치
Tin: 통신 입력 단자
Tout: 통신 출력 단자
V1~Vm, V31~V33: 입력 단자
VB1~VBm: 셀 밸런싱 입력 단자
VCC: 전원 단자
VH: 고전위측 전압
VL: 저전위측 전압
VMC: 전압 측정 회로
VMC_ADC: A/D 컨버터
VMC_SEL: 선택 회로
VMM_S: 전원 회로
VMM1~VMMn: 전압 감시 모듈
VMS: 전압 감시 시스템
ΔV: 통상 측정 전압
ΔVB: 용장 측정 전압

Claims (13)

  1. 전압 감시 모듈로서,
    전지 셀의 고전위측 단자와 외부 저항을 통하여 접속되는 제1 입력 단자;
    상기 전지 셀의 상기 고전위측 단자와 접속되는 제1 단자;
    상기 제1 입력 단자와 접속되는 제1 스위치; 및
    상기 제1 스위치의 온/오프를 제어하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 스위치와 고정 전압 사이에 상기 제1 입력 단자를 통하여 상기 제1 스위치에 입력되는 전압의 변동을 억제하는 소자가 접속되고,
    상기 제어 회로가 상기 제1 스위치를 온함으로써, 상기 제1 입력 단자로부터 상기 제1 스위치를 통하여 출력되는 제1 전압과 상기 제1 단자로부터 출력되는 제2 전압이 비교되는 것인 전압 감시 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 단자와 접속되고, 상기 제어 회로에 의해 온/오프가 제어되는 제2 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어 회로가 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 온함으로써, 상기 제1 전압과 상기 제1 단자로부터 상기 제2 스위치를 통하여 출력되는 상기 제2 전압이 비교되는 것인 전압 감시 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고정 전압은 상기 전지 셀의 상기 고전위측 단자의 전압보다도 낮은 것인 전압 감시 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스위치에 입력되는 전압의 변동을 억제하는 상기 소자는 상기 제1 입력 단자와 상기 외부 저항 사이의 노드와 상기 고정 전압 사이에 접속되는 용량인 전압 감시 모듈.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 스위치에 입력되는 전압의 변동을 억제하는 상기 소자는 캐소드가 상기 제1 입력 단자와 상기 외부 저항 사이의 노드와 접속되고, 애노드가 상기 고정 전압과 접속되는 다이오드인 전압 감시 모듈.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1 스위치에 입력되는 전압의 변동을 억제하는 상기 소자는 캐소드가 상기 제1 입력 단자와 상기 제1 스위치 사이의 노드와 접속되고, 애노드가 상기 고정 전압과 접속되는 다이오드인 전압 감시 모듈.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 비교하는 컴퍼레이터를 더 포함하고,
    상기 컴퍼레이터의 출력에 따라 외부에 검출 신호를 출력하는 전압 감시 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 사이의 차가 미리 정해진 값 이상인 경우에 상기 검출 신호를 출력하는 전압 감시 모듈.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    복수의 상기 제1 입력 단자, 상기 제1 단자, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치; 및
    복수의 상기 제1 스위치로부터 출력되는 상기 제1 전압과 복수의 상기 제2 스위치로부터 출력되는 상기 제2 전압을 각각 비교하는 복수의 상기 컴퍼레이터를 포함하고,
    상기 복수의 상기 컴퍼레이터의 출력 중 어느 것이든 하이인 경우에 상기 검출 신호를 출력하는 전압 감시 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    입력이 상기 복수의 상기 컴퍼레이터의 출력과 접속되고, 출력으로부터 상기 검출 신호를 출력하는 OR 회로를 더 포함하는 전압 감시 모듈.
  11. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지 셀의 저전위측 단자와 접속되는 제2 입력 단자 및 제2 단자;
    상기 제2 입력 단자와 접속되고, 상기 제어 회로에 의해 온/오프가 제어되는 제3 스위치; 및
    상기 제2 단자와 접속되고, 상기 제어 회로에 의해 온/오프가 제어되는 제4 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어 회로가 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치를 둘 다 온/오프하고, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치를 둘 다 온/오프함으로써, 상기 제1 전압과 상기 제2 입력 단자로부터 상기 제3 스위치를 통하여 출력되는 전압 사이의 차인 제3 전압과 상기 제2 전압과 상기 제2 단자로부터 상기 제4 스위치를 통하여 출력되는 전압 사이의 차인 제4 전압이 비교되는 것인 전압 감시 모듈.
  12. 전압 감시 시스템으로서,
    제11항에 따른 전압 감시 모듈; 및
    상기 전지 셀의 전압을 모니터하는 셀 모니터부를 포함하고,
    상기 셀 모니터부는 상기 제3 전압과 상기 제4 전압이 상이한 경우에 검출 신호를 출력하는 것인 전압 감시 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 셀 모니터부는 상기 제3 전압과 상기 제4 전압 사이의 차가 미리 정해진 값 이상인 경우에 상기 검출 신호를 출력하는 것인 전압 감시 시스템.
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