KR20220112125A - 전압 감지 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 장치 - Google Patents

전압 감지 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 장치 Download PDF

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치는 배터리 팩의 터미널 전압에 기초하여 제1 분배 전압 및 제2 분배 전압을 생성하는 전압 생성부, 및 상기 제1 분배 전압에 기초하여 결정되는 제1 출력값 및 상기 제2 분배 전압에 기초하여 결정되는 제2 출력값에 기초하여 획득되는 웨이크업 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함할 수 있다.

Description

전압 감지 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 장치{VOLTAGE DETECTING APPARATUS AND BATTERY MANAGEMENT APPARATUS COMPRISING THEREOF}
본 문서에 개시된 실시예들은 전압 감지 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 배터리는 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다. 또한, 리튬 이온 배터리는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서 이동 기기의 전원으로 사용되며, 최근에는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
이러한 리튬 이온 배터리가 오랜 시간 사용되지 않고 방치되거나 배터리의 동작을 관리하는 BMS(Battery Management System)의 웨이크업(wake-up) 상태가 너무 오래 지속되면 배터리의 전압이 일정 수준 이하로 방전되는 저전압 상태가 될 수 있다. 저전압 상태에서는 배터리와 부하를 연결하는 릴레이가 개방 제어되기 때문에 배터리 팩을 분해하지 않고서는 충전이 불가능한 문제가 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 배터리의 터미널 전압을 감지하여 배터리의 저전압 상태에서 배터리 팩의 분해없이 충전이 가능하도록 하는 전압 감지 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 장치를 제공하는 데 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치는 배터리 팩의 터미널 전압에 기초하여 제1 분배 전압 및 제2 분배 전압을 생성하는 전압 생성부, 및 상기 제1 분배 전압에 기초하여 결정되는 제1 출력값 및 상기 제2 분배 전압에 기초하여 결정되는 제2 출력값에 기초하여 획득되는 웨이크업 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 분배 전압이 기준 전압보다 큰 경우 상기 제1 출력값은 소정값을 갖고, 상기 제2 분배 전압이 상기 기준 전압보다 작은 경우 상기 제2 출력값은 상기 소정값을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호 출력부는 상기 제1 출력값 및 제2 출력값 모두 상기 소정값을 갖는 경우 상기 웨이크업 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호 출력부는 상기 제1 분배 전압을 기준 전압과 비교하여 제1 중간 신호를 출력하는 제1 비교기, 상기 제2 분배 전압을 상기 기준 전압과 비교하여 제2 중간 신호를 출력하는 제2 비교기, 상기 제1 중간 신호를 반전시켜 제1 반전 중간 신호를 출력하는 제1 반전기, 상기 제2 중간 신호를 반전시켜 제2 반전 중간 신호를 출력하는 제2 반전기, 상기 제1 반전 중간 신호에 기초하여 동작하는 제1 트랜지스터, 상기 제2 반전 중간 신호에 기초하여 동작하는 제2 트랜지스터, 및 구동 전압이 인가되며 상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터 각각의 제1 단자와 연결되어 출력노드를 형성하는 출력 저항을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 분배 전압이 상기 기준 전압보다 큰 경우 상기 제1 중간 신호는 제1 값을 갖고 상기 제1 트랜지스터는 오프 상태가 되며, 상기 제2 분배 전압이 상기 기준 전압보다 작은 경우 상기 제2 중간 신호는 상기 제1 값을 갖고 상기 제2 트랜지스터는 오프 상태가 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 트랜지스터가 오프 상태가 되는 경우 상기 제1 트랜지스터의 제1 단자에 상기 구동 전압이 인가되고, 상기 제2 트랜지스터가 오프 상태가 되는 경우 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자에 상기 구동 전압이 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 출력값은 상기 제1 트랜지스터의 제1 단자에 인가되는 전압으로 정의되고, 상기 제2 출력값은 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자에 인가되는 전압으로 정의될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 웨이크업 신호는 상기 출력노드에 인가되는 전압으로 정의될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 생성부는 일단이 상기 배터리 팩의 입출력단에 연결되는 제1 저항부, 일단이 상기 제1 저항부의 타단과 연결되어 제1 노드를 형성하는 제2 저항부, 및 일단이 상기 제2 저항부의 타단과 연결되어 제2 노드를 형성하는 제3 저항부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 저항부, 제2 저항부 및 제3 저항부의 저항값은 상기 터미널 전압이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 상기 제1 노드에 인가되는 전압이 상기 기준 전압보다 크도록 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 저항부, 제2 저항부 및 제3 저항부의 저항값은 상기 터미널 전압이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 상기 제2 노드에 인가되는 전압이 상기 기준 전압보다 작도록 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 분배 전압은 상기 제1 노드에 인가되는 전압으로 정의되고, 상기 제2 분배 전압은 상기 제2 노드에 인가되는 전압으로 정의될 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 팩의 터미널 전압을 감지하고, 상기 터미널 전압이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 웨이크업 신호를 출력하는 전압 감지 장치, 및 상기 웨이크업 신호에 기초하여 웨이크업되어 상기 배터리 모듈과 부하를 전기적으로 연결하기 위한 릴레이를 제어하는 제어 명령을 생성하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 감지 장치는 상기 터미널 전압에 기초하여 제1 분배 전압 및 제2 분배 전압을 생성하는 전압 생성부, 및 상기 제1 분배 전압에 기초하여 결정되는 제1 출력값 및 상기 제2 분배 전압에 기초하여 결정되는 제2 출력값에 기초하여 상기 웨이크업 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호 출력부는 상기 제1 출력값 및 제2 출력값 모두 상기 소정값을 갖는 경우 상기 웨이크업 신호를 출력할 수 있다.
본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 장치는 배터리의 전압을 감지하여 배터리의 저전압 상태에서 배터리 팩의 분해없이 충전할 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치의 전압 생성부를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치의 신호 출력부를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 전압 감지 장치의 신호 출력부를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 문서에 개시된 실시예들에 따른 전압 감지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에 개시된 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은 배터리 모듈(100), 배터리 관리 장치(200), 및 릴레이(300)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수의 배터리 셀들이 4개인 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈(100)은 n(n은 2이상의 자연수)개의 배터리 셀들을 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 모듈(100)은 대상 장치(미도시)에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈(100)은 대상 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 대상 장치는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)을 포함하는 배터리 팩(1000)으로부터 전원을 공급받아 동작하는 전기적, 전자적, 또는 기계적인 장치를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 대상 장치는 전기 자동차(EV)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)은 리튬이온(Li-ion) 전지, 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 한편, 도 1에서는 배터리 모듈(100)이 한 개인 경우로 도시되나, 실시예에 따라 배터리 모듈(100)은 복수개로 구성될 수도 있다.
배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140)의 상태 및/또는 동작을 관리 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100)의 충전 및/또는 방전을 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 모듈(100) 및/또는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 할 수 있다. 그리고 배터리 관리 장치(200)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 배터리 모듈(100)이나 충방전 경로, 또는 배터리 모듈(100) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. 배터리 관리 장치(200)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(100)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC(State of Charge)나 SOH(State of Health) 등을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 릴레이(300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 대상 장치에 전원을 공급하기 위해 릴레이(300)를 단락시킬 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 팩(1000)에 충전 장치가 연결되는 경우 릴레이(300)를 단락시킬 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다. 여기서, 셀 밸런싱 타임은 배터리 셀의 밸런싱에 소요되는 시간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(200)는 복수의 배터리 셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 SOC(State of Charge), 배터리 용량 및 밸런싱 효율에 기초하여 셀 밸런싱 타임을 산출할 수 있다.
배터리 관리 장치(200)는 전압 감지 장치(210) 및 컨트롤러(220)를 포함할 수 있다.
전압 감지 장치(210)는 배터리 팩(1000)의 터미널 전압(Vt)을 감지할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(1000)의 터미널 전압(Vt)은 배터리 팩(1000)에 연결되는 충전 장치에 의해 설정되거나 충전 장치에 의해 인가되는 전압을 의미할 수 있다. 전압 감지 장치(210)는 배터리 팩(1000)의 터미널 전압(Vt)이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 웨이크업 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 터미널 전압(Vt)의 기 설정된 범위는 충전 장치의 사양 및 설정에 따라 결정될 수 있으며, 하한값(Vu) 및 상한값(Vo)으로 정의되는 범위로 정의될 수 있다. 예를 들어, 웨이크업 신호는 컨트롤러(220)를 슬립 상태(sleep)로부터 벗어나도록 제어하기 위한 신호를 의미할 수 있다. 전압 감지 장치(210)는 웨이크업 신호를 컨트롤러(220)에 전달할 수 있다.
컨트롤러(220)는 전압 감지 장치(210)로부터 전달되는 웨이크업 신호에 기초하여 웨이크업될 수 있다. 컨트롤러(220)는 웨이크업 신호에 응답하여 웨이크업 되는 경우 릴레이(300)를 제어하기 위한 제어 명령을 생성할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 릴레이(300)를 단락시키기 위한 제어 명령을 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 팩(1000)의 터미널 전압(Vt)이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 릴레이(300)를 단락시킴으로써 배터리 팩(1000)의 충전이 가능해지도록 제어할 수 있다.
따라서, 배터리 팩(1000)이 과방전된 경우에도 기설정된 범위의 배터리 팩(1000)의 터미널 전압이 감지되면 배터리 관리 장치(200)가 배터리 팩(1000)의 충전을 제어할 수 있으므로, 배터리 팩(1000)의 분해없이 충전이 가능할 수 있고, 사용 편의성이 향상될 수 있으며, 배터리 팩(1000)의 교환으로 인해 발생되는 비용을 줄일 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(200)는 배터리 팩(1000)에 기 설정된 범위의 전압을 갖는 충전 장치가 연결되는 경우에만 충전 동작이 이루어지도록 제어할 수 있다.
이하에서는 상술한 배터리 관리 장치(200)의 동작이 도 2 내지 도 6을 참조하여 더욱 구체적으로 설명될 것이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치를 보여주는 도면이다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치(210)는 전압 생성부(211) 및 신호 출력부(212)를 포함할 수 있다.
전압 생성부(211)는 배터리 팩(1000)의 터미널 전압(Vt)에 기초하여 제1 분배 전압(V1) 및 제2 분배 전압(V2)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전압 생성부(211)는 복수의 저항들을 이용한 전압 분배를 통해 제1 분배 전압(V1) 및 제2 분배 전압(V2)을 생성할 수 있다. 생성되는 제1 분배 전압(V1) 및 제2 분배 전압(V2)은 신호 출력부(212)에 전달될 수 있다. 전압 생성부(211)의 동작은 이하의 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치의 전압 생성부를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 전압 생성부(211)는 제1 저항부(211a, R1), 제2 저항부(211b, R2), 및 제3 저항부(211c, R3)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 제1 저항부(211a, R1), 제2 저항부(211b, R2), 및 제3 저항부(211c, R3)가 각각 하나의 저항으로 구성된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 설계에 따라 복수의 저항들이 직렬 또는 병렬도 구성될 수도 있다.
제1 저항부(211a, R1)는 일단이 배터리 팩(1000) 또는 배터리 모듈(100)의 입출력단에 연결되고, 타단은 제2 저항부(211b, R2)와 연결되어 제1 노드(N1)를 형성할 수 있다. 제2 저항부(211b, R2)는 일단이 제1 저항부(211a, R1)의 타단과 연결되고 타단이 제3 저항부(211c, R3)와 연결되어 제2 노드(N2)를 형성할 수 있다. 제3 저항부(211c, R3)는 일단이 제2 저항부(211b, R2)와 연결되고 타단은 그라운드와 연결될 수 있다.
여기서, 제1 노드(N1)에 인가되는 전압은 제1 분배 전압(V1), 제2 노드(N2)에 인가되는 전압은 제2 분배 전압(V2)으로 정의될 수 있다. 즉, 제1 분배 전압(V1) 및 제2 분배 전압(V2)의 크기는 제1 저항부(211a, R1), 제2 저항부(211b, R2), 및 제3 저항부(211c, R3)에 인가되는 터미널 전압(Vt)의 전압 분배에 의해 결정될 수 있다.
제1 저항부(211a, R1), 제2 저항부(211b, R2), 및 제3 저항부(211c, R3)의 저항값은 배터리 팩(1000)의 터미널 전압(Vt)이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 제1 노드(N1)에 인가되는 전압이 기준 전압(Vref)보다 크도록 설정될 수 있다. 또한, 제1 저항부(211a, R1), 제2 저항부(211b, R2), 및 제3 저항부(211c, R3) 각각의 저항값은 배터리 팩(1000)의 터미널 전압이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 제2 노드(N2)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 작도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준 전압은 0.4 mV로 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
예를 들어, 제2 저항부(211b, R2)의 저항값은 기 설정된 범위의 하한값(Vu)에 기초하여 아래와 같이 설정될 수 있다. 또한, 제3 저항부(211c, R3)의 저항값은 기 설정된 범위의 상한값(Vo)에 기초하여 아래와 같이 설정될 수 있다.
R2 = [(R1+R2+R3)/Vu] * Vref - R3
R3 = [(R1+R2+R3)/Vo] * Vref
다시 도 2를 참조하면, 신호 출력부(212)는 제1 분배 전압(V1) 및 제2 분배 전압(V2)에 기초하여 획득되는 웨이크업 신호(Swk)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 신호 출력부(212)는 제1 분배 전압(V1)에 기초하여 결정되는 제1 출력값 및 제2 분배 전압(V2)에 기초하여 결정되는 제2 출력값에 기초하여 획득되는 웨이크업 신호(Swk)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 큰 경우 제1 출력값은 소정값을 갖고, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우 제2 출력값은 소정값을 가질 수 있다. 신호 출력부(212)는 제1 출력값 및 제2 출력값 모두 소정값을 갖는 경우 웨이크업 신호(Swk)를 출력할 수 있다. 신호 출력부(212)의 동작은 이하의 도 4 및 도 5를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 전압 감지 장치의 신호 출력부를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 신호 출력부(212)는 제1 비교기(212a), 제1 반전기(212b), 제1 트랜지스터(212c), 제2 비교기(212d), 제2 반전기(212e), 제2 트랜지스터(212f), 및 출력저항(212g)을 포함할 수 있다.
제1 비교기(212a)는 제1 분배 전압(V1)을 기준 전압(Vref)과 비교하여 제1 중간 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 분배 전압(V1)은 제1 비교기(212a)의 + 단자로, 기준 전압(Vref)은 제1 비교기(212a)의 - 단자로 입력될 수 있다. 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 큰 경우 제1 중간 신호는 제1 값을 가질 수 있다. 여기서, 제1 값은 논리 하이 또는 1을 포함할 수 있다.
제1 반전기(212b)는 제1 중간 신호를 반전시켜 제1 반전 중간 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 반전기(212b)는 제1 값을 갖는 제1 중간 신호를 반전시켜 제2 값을 갖는 제1 반전 중간 신호를 출력할 수 있다. 만약 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 큰 경우, 제2 값은 논리 로우 신호 또는 0을 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(212c)는 제1 반전 중간 신호에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(212c)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 제1 트랜지스터(212c)는 게이트 단자로 제1 반전 중간 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 커서 제1 중간 신호가 제1 값을 갖는 경우, 제1 반전 중간 신호는 제2 값을 가지며, 제1 트랜지스터(212c)는 오프(off) 상태로 동작할 수 있다. 반면에, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 작아서 제1 중간 신호가 제2 값을 갖는 경우, 제1 반전 중간 신호는 제1 값을 가지며, 제1 트랜지스터(212c)는 온(on) 상태로 동작할 수 있다.
제1 트랜지스터(212c)의 드레인 단자는 출력 저항(212g, R4)과 연결되어 출력 노드(Nout)를 형성할 수 있다. 여기서, 제1 트랜지스터(212c)의 드레인 단자에 인가되는 전압은 제1 출력값으로 정의될 수 있다. 한편, 제1 트랜지스터(212c)의 소스 단자는 그라운드와 연결될 수 있다.
제2 비교기(212d)는 제2 분배 전압(V2)을 기준 전압(Vref)과 비교하여 제2 중간 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2 분배 전압(V2)은 제2 비교기(212d)의 - 단자로, 기준 전압(Vref)은 제2 비교기(212d)의 + 단자로 입력될 수 있다. 예를 들어, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우 제2 중간 신호는 제1 값을 가질 수 있다. 여기서, 제1 값은 논리 하이 또는 1을 포함할 수 있다.
제2 반전기(212e)는 제2 중간 신호를 반전시켜 제2 반전 중간 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2 반전기(212e)는 제1 값을 갖는 제2 중간 신호를 반전시켜 제2 값을 갖는 제2 반전 중간 신호를 출력할 수 있다. 만약 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우, 제2 값은 논리 로우 신호 또는 0을 포함할 수 있다.
제2 트랜지스터(212f)는 제2 반전 중간 신호에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 트랜지스터(212f)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 제2 트랜지스터(212f)는 게이트 단자로 제2 반전 중간 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작아서 제2 중간 신호가 제1 값을 갖는 경우, 제2 반전 중간 신호는 제2 값을 가지며, 제2 트랜지스터(212f)는 오프(off) 상태로 동작할 수 있다. 반면에, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 커서 제2 중간 신호가 제2 값을 갖는 경우, 제2 반전 중간 신호는 제1 값을 가지며, 제2 트랜지스터(212f)는 온(on) 상태로 동작할 수 있다.
제2 트랜지스터(212f)의 드레인 단자는 출력 저항(212g, R4)과 연결되어 출력 노드(Nout)를 형성할 수 있다. 여기서, 제2 트랜지스터(212f)의 드레인 단자에 인가되는 전압은 제2 출력값으로 정의될 수 있다. 한편, 제2 트랜지스터(212f)의 소스 단자는 그라운드와 연결될 수 있다.
출력 저항(212g)은 제1 트랜지스터(212c) 및 제2 트랜지스터(212f) 각각의 드레인 단자와 연결되어 출력 노드(Nout)를 형성할 수 있다. 출력 저항(212g)에는 구동 전압(Vdd)이 인가될 수 있다.
이하에서 제1 비교기(212a), 제1 반전기(212b), 제1 트랜지스터(212c), 제2 비교기(212d), 제2 반전기(212e), 제2 트랜지스터(212f), 및 출력저항(212g)의 동작에 대해 설명한다.
제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 크고, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우 상술한 바와 같이 제1 트랜지스터(212c) 및 제2 트랜지스터(212f)는 오프(off) 상태로 동작할 수 있다. 이 때, 출력 저항(212g)에는 전류가 흐르지 않으며, 출력 노드(Nout)에는 구동 전압(Vdd)에 대응되는 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 제1 트랜지스터(212c)의 드레인 단자에 인가되는 전압(즉, 제1 출력값) 및 제2 트랜지스터(212f)의 드레인 단자에 인가되는 전압(즉, 제2 출력값)은 구동 전압(Vdd)에 대응되는 값을 가질 수 있다.
반면, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 작거나, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 큰 경우 상술한 바와 같이 제1 트랜지스터(212c) 또는 제2 트랜지스터(212f)는 온(on) 상태로 동작할 수 있다. 이 때, 구동 전압(Vdd)에 기반하여 출력 저항(212g)에 전류가 흐르게 되며, 출력 노드(Nout)의 전압은 0이 될 수 있다. 따라서, 제1 트랜지스터(212c)의 드레인 단자에 인가되는 전압(즉, 제1 출력값) 및/또는 제2 트랜지스터(212f)의 드레인 단자에 인가되는 전압(즉, 제2 출력값)은 0이 될 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(212c)와 제2 트랜지스터(212f) 중 어느 하나가 온(on) 상태로 동작하는 경우 구동 전압(Vdd)에 기반하여 출력 저항(212g)에 전류가 흐르게 되며, 출력 노드(Nout)의 전압은 0이 될 수 있으며, 따라서 웨이크업 신호(Swk)는 생성되지 않을 수 있다.
정리하면, 제1 트랜지스터(212c) 및 제2 트랜지스터(212f)가 오프(off) 상태로 동작하는 경우, 제1 트랜지스터(212c)의 제1 출력값(즉, 드레인 단자의 전압)은 구동 전압(Vdd)에 대응되는 소정값을 가지며, 제2 트랜지스터(212f)의 제2 출력값(즉, 드레인 단자의 전압) 또한 구동 전압(Vdd)에 대응되는 소정값을 가질 수 있다. 따라서, 제1 트랜지스터(212c) 및 제2 트랜지스터(212f)가 오프(off) 상태로 동작하는 경우 구동 전압(Vdd)에 대응되는 전압을 갖는 웨이크업 신호(Swk)가 출력 노드(Nout)를 통해 출력될 수 있다. 웨이크업 신호(Swk)는 컨트롤러(220)에 전달될 수 있다.
도 5는 본 문서에 개시된 다른 실시예에 따른 전압 감지 장치의 신호 출력부를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 신호 출력부(212)는 제1 비교기(213a), 제1 트랜지스터(213b), 제2 비교기(213b), 제2 트랜지스터(213b), 및 출력저항(213e)을 포함할 수 있다.
제1 비교기(213a)는 제1 분배 전압(V1)을 기준 전압(Vref)과 비교하여 제1 중간 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 분배 전압(V1)은 제1 비교기(213a)의 + 단자로, 기준 전압(Vref)은 제1 비교기(213a)의 - 단자로 입력될 수 있다. 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 큰 경우 제1 중간 신호는 제1 값을 가질 수 있다. 여기서, 제1 값은 논리 하이 또는 1을 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(213b)는 제1 중간 신호에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(213b)는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 제1 트랜지스터(213b)는 게이트 단자로 제1 중간 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 커서 제1 중간 신호가 제1 값을 갖는 경우, 제1 트랜지스터(213b)는 오프(off) 상태로 동작할 수 있다. 반면에, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 작아서 제1 중간 신호가 제2 값을 갖는 경우, 제1 트랜지스터(213b)는 온(on) 상태로 동작할 수 있다.
제1 트랜지스터(213b)의 소스 단자는 출력 저항(213e, R4)과 연결되어 출력 노드(Nout)를 형성할 수 있다. 여기서, 제1 트랜지스터(213b)의 소스 단자에 인가되는 전압은 제1 출력값으로 정의될 수 있다. 한편, 제1 트랜지스터(213b)의 드레인 단자는 그라운드와 연결될 수 있다.
제2 비교기(213c)는 제2 분배 전압(V2)을 기준 전압(Vref)과 비교하여 제2 중간 신호를 출력할 수 있다.예를 들어, 제2 분배 전압(V2)은 제2 비교기(213c)의 + 단자로, 기준 전압(Vref)은 제2 비교기(213c)의 - 단자로 입력될 수 있다. 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우 제2 중간 신호는 제1 값을 가질 수 있다. 여기서, 제1 값은 논리 하이 또는 1을 포함할 수 있다.
제2 트랜지스터(213d)는 제2 중간 신호에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 트랜지스터(213d)는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 제2 트랜지스터(213d)는 게이트 단자로 제2 중간 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작아서 제2 중간 신호가 제1 값을 갖는 경우, 제2 트랜지스터(213d)는 오프(off) 상태로 동작할 수 있다. 반면에, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 커서 제2 중간 신호가 제2 값을 갖는 경우, 제2 트랜지스터(213d)는 온(on) 상태로 동작할 수 있다.
제2 트랜지스터(213d)의 소스 단자는 출력 저항(213e, R4)과 연결되어 출력 노드(Nout)를 형성할 수 있다. 여기서, 제2 트랜지스터(213d)의 소스 단자에 인가되는 전압은 제2 출력값으로 정의될 수 있다. 한편, 제2 트랜지스터(213d)의 드레인 단자는 그라운드와 연결될 수 있다.
출력 저항(213e, R4)은 제1 트랜지스터(213b) 및 제2 트랜지스터(213d) 각각의 소스 단자와 연결되어 출력 노드(Nout)를 형성할 수 있다. 출력 저항(213e)에는 구동 전압(Vdd)이 인가될 수 있다.
이하에서 제1 비교기(213a), 제1 트랜지스터(213b), 제2 비교기(213c), 제2 트랜지스터(213d), 및 출력저항(213e)의 동작에 대해 설명한다.
제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 크고, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우 상술한 바와 같이 제1 트랜지스터(213b) 및 제2 트랜지스터(213d)는 오프(off) 상태로 동작할 수 있다. 이 때, 출력 저항(213e)에는 전류가 흐르지 않으며, 출력 노드(Nout)에는 구동 전압(Vdd)에 대응되는 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 제1 트랜지스터(213b)의 소스 단자에 인가되는 전압(즉, 제1 출력값) 및 제2 트랜지스터(213d)의 소스 단자에 인가되는 전압(즉, 제2 출력값)은 구동 전압(Vdd)에 대응되는 크기를 가질 수 있다.
반면, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 작거나, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 큰 경우 상술한 바와 같이 제1 트랜지스터(213b) 또는 제2 트랜지스터(213d)는 온(on) 상태로 동작할 수 있다. 이 때, 구동 전압(Vdd)에 기반하여 출력 저항(213e)에 전류가 흐르게 되며, 출력 노드(Nout)의 전압은 0이 될 수 있다. 따라서, 제1 트랜지스터(213b)의 소스 단자에 인가되는 전압(즉, 제1 출력값) 및 제2 트랜지스터(213d)의 소스 단자에 인가되는 전압(즉, 제2 출력값) 또한 0이 될 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(213b)와 제2 트랜지스터(213d) 중 어느 하나가 온(on) 상태로 동작하는 경우 구동 전압(Vdd)에 기반하여 출력 저항(213e)에 전류가 흐르게 되고, 출력 노드(Nout)의 전압은 0이 될 수 있으며, 따라서 웨이크업 신호(Swk)는 생성되지 않을 수 있다.
즉, 제1 트랜지스터(213b) 및 제2 트랜지스터(213d)가 오프(off) 상태로 동작하는 경우, 제1 트랜지스터(213b)의 제1 출력값(즉, 소스 단자의 전압)은 구동 전압(Vdd)에 대응되는 소정값을 가지며, 제2 트랜지스터(213d)의 제2 출력값(즉, 소스 단자의 전압) 또한 구동 전압(Vdd)에 대응되는 소정값을 가질 수 있다. 결과적으로, 제1 트랜지스터(213b) 및 제2 트랜지스터(213d)가 오프(off) 상태로 동작하는 경우 구동 전압(Vdd)에 대응되는 전압을 갖는 웨이크업 신호(Swk)가 출력 노드(Nout)를 통해 출력될 수 있다. 웨이크업 신호(Swk)는 컨트롤러(220)에 전달될 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 실시예들에 따른 전압 감지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 분배 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 크고, 제2 분배 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우, 제1 트랜지스터(212c, 213b) 및 제2 트랜지스터(212f, 213d)가 오프(off) 상태로 동작하고, 그에 따라 구동 전압(Vdd)에 대응되는 전압을 갖는 웨이크업 신호(Swk)가 출력 노드(Nout)를 통해 출력될 수 있다. 웨이크업 신호(Swk)는 컨트롤러(220)에 전달될 수 있다.
따라서, 터미널 전압(Vt)이 하한값(Vu) 및 상한값(Vo)으로 정의되는 기 설정된 범위에 포함되는 경우 구동 전압(Vdd)에 대응되는 전압을 갖는 웨이크업 신호(Swk)가 출력될 수 있다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 배터리 팩
100: 배터리 모듈
110, 120, 130, 140: 복수의 배터리 셀들
200: 배터리 관리 장치
210: 전압 감지 장치
211: 전압 생성부
211a: 제1 저항부
211b: 제2 저항부
211c: 제3 저항부
212: 신호 출력부
212a, 213a: 제1 비교기
212b: 제1 반전기
212c, 213b: 제1 트랜지스터
212d, 213c: 제2 비교기
212e: 제2 반전기
212f, 213d: 제2 트랜지스터
212g, 213e: 출력저항
220: 컨트롤러
300: 릴레이

Claims (15)

  1. 배터리 팩의 터미널 전압에 기초하여 제1 분배 전압 및 제2 분배 전압을 생성하는 전압 생성부; 및
    상기 제1 분배 전압에 기초하여 결정되는 제1 출력값 및 상기 제2 분배 전압에 기초하여 결정되는 제2 출력값에 기초하여 획득되는 웨이크업 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함하는 전압 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 분배 전압이 기준 전압보다 큰 경우 상기 제1 출력값은 소정값을 갖고, 상기 제2 분배 전압이 상기 기준 전압보다 작은 경우 상기 제2 출력값은 상기 소정값을 갖는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 출력부는 상기 제1 출력값 및 제2 출력값 모두 상기 소정값을 갖는 경우 상기 웨이크업 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 출력부는
    상기 제1 분배 전압을 기준 전압과 비교하여 제1 중간 신호를 출력하는 제1 비교기;
    상기 제2 분배 전압을 상기 기준 전압과 비교하여 제2 중간 신호를 출력하는 제2 비교기;
    상기 제1 중간 신호를 반전시켜 제1 반전 중간 신호를 출력하는 제1 반전기;
    상기 제2 중간 신호를 반전시켜 제2 반전 중간 신호를 출력하는 제2 반전기;
    상기 제1 반전 중간 신호에 기초하여 동작하는 제1 트랜지스터;
    상기 제2 반전 중간 신호에 기초하여 동작하는 제2 트랜지스터; 및
    구동 전압이 인가되며 상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터 각각의 제1 단자와 연결되어 출력노드를 형성하는 출력 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 분배 전압이 상기 기준 전압보다 큰 경우 상기 제1 중간 신호는 제1 값을 갖고 상기 제1 트랜지스터는 오프 상태가 되며, 상기 제2 분배 전압이 상기 기준 전압보다 작은 경우 상기 제2 중간 신호는 상기 제1 값을 갖고 상기 제2 트랜지스터는 오프 상태가 되는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터가 오프 상태가 되는 경우 상기 제1 트랜지스터의 제1 단자에 상기 구동 전압이 인가되고, 상기 제2 트랜지스터가 오프 상태가 되는 경우 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자에 상기 구동 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 출력값은 상기 제1 트랜지스터의 제1 단자에 인가되는 전압으로 정의되고, 상기 제2 출력값은 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자에 인가되는 전압으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 웨이크업 신호는 상기 출력노드에 인가되는 전압으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 생성부는 일단이 상기 배터리 팩의 입출력단에 연결되는 제1 저항부;
    일단이 상기 제1 저항부의 타단과 연결되어 제1 노드를 형성하는 제2 저항부; 및
    일단이 상기 제2 저항부의 타단과 연결되어 제2 노드를 형성하는 제3 저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 저항부, 제2 저항부 및 제3 저항부의 저항값은 상기 터미널 전압이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 상기 제1 노드에 인가되는 전압이 상기 기준 전압보다 크도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 저항부, 제2 저항부 및 제3 저항부의 저항값은 상기 터미널 전압이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 상기 제2 노드에 인가되는 전압이 상기 기준 전압보다 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 분배 전압은 상기 제1 노드에 인가되는 전압으로 정의되고, 상기 제2 분배 전압은 상기 제2 노드에 인가되는 전압으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전압 감지 장치.
  13. 배터리 팩의 터미널 전압을 감지하고, 상기 터미널 전압이 기 설정된 범위에 포함되는 경우 웨이크업 신호를 출력하는 전압 감지 장치; 및
    상기 웨이크업 신호에 기초하여 웨이크업되어 상기 배터리 모듈과 부하를 전기적으로 연결하기 위한 릴레이를 제어하는 제어 명령을 생성하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 관리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전압 감지 장치는 상기 터미널 전압에 기초하여 제1 분배 전압 및 제2 분배 전압을 생성하는 전압 생성부; 및
    상기 제1 분배 전압에 기초하여 결정되는 제1 출력값 및 상기 제2 분배 전압에 기초하여 결정되는 제2 출력값에 기초하여 상기 웨이크업 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 신호 출력부는 상기 제1 출력값 및 제2 출력값 모두 상기 소정값을 갖는 경우 상기 웨이크업 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
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