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WO2018117387A2 - 전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 - Google Patents

전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템 Download PDF

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WO2018117387A2
WO2018117387A2 PCT/KR2017/011605 KR2017011605W WO2018117387A2 WO 2018117387 A2 WO2018117387 A2 WO 2018117387A2 KR 2017011605 W KR2017011605 W KR 2017011605W WO 2018117387 A2 WO2018117387 A2 WO 2018117387A2
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voltage
cell
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PCT/KR2017/011605
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조원경
김용천
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삼성에스디아이 주식회사
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Definitions

  • Embodiments relate to a voltage detection integrated circuit and a battery management system including the same.
  • Green vehicles use high voltage batteries to store electrical energy from a variety of energy sources.
  • the high voltage battery includes a plurality of cells connected in series or in parallel to provide high voltage electrical energy.
  • BMS battery management system
  • AFE analog front end
  • isolators are indispensable for communication between voltage-measuring ICs with different DC levels, and the use of the isolators has increased the cost of battery management systems.
  • the technical problem to be solved by the embodiment is to provide a battery management system that minimizes the use of the isolator.
  • a battery management system configured to control charge / discharge of a high voltage battery based on a plurality of voltage detection integrated circuits and cell voltage detection results received from the plurality of voltage detection integrated circuits.
  • each of the plurality of voltage detection integrated circuits comprises: a cell voltage detection circuit for detecting a voltage of at least one corresponding cell among a plurality of cells constituting the high voltage battery; First and second interfaces for communicating with other voltage detection integrated circuits, a plurality of first terminals coupled to the cell voltage detection circuit and a first power supply for supplying an operating voltage of the first interface, through the second interface A plurality of second terminals for receiving the operating voltage of the other voltage detection integrated circuit is connected, and through the plurality of second terminals Based on the operating voltage received, said first and shift a voltage supplied from the first power level, and may include a level shifter for supplying the level-shifted voltage to the operating voltage of the second interface.
  • the plurality of first terminals may be connected to the plurality of second terminals of another voltage detection integrated circuit connected through the first interface of the plurality of voltage detection integrated circuits.
  • the first power source may be supplied from the corresponding at least one cell.
  • the battery management system includes a transceiver configured to transmit and receive signals between the plurality of voltage detection integrated circuits and the battery controller, and an isolator connected between the second interface of the plurality of voltage detection integrated circuits and the transceiver. It may further include.
  • the level shifter may be deactivated in the voltage detection integrated circuit connected to the isolator among the plurality of voltage detection integrated circuits.
  • the first and second interfaces can communicate with other voltage detection integrated circuits in a daisy chain manner.
  • the integrated circuit may further include a cell voltage detection circuit that detects a cell voltage of at least one cell, first and second interfaces communicating with other integrated circuits, the cell voltage detection circuit, and the first interface.
  • the voltage supplied from the first power supply based on a plurality of first power supply terminals connected to a first power supply supplying an operating voltage, a plurality of second power supply terminals, and voltages input through the plurality of second power supply terminals.
  • the plurality of second power terminals may be connected to a power terminal of another integrated circuit communicating through the second interface.
  • the first power source may be supplied from at least one cell connected to the cell voltage detection circuit.
  • the first and second interfaces can communicate with other voltage detection integrated circuits in a daisy chain manner.
  • the battery management system according to the embodiment has the effect of suppressing the price increase by minimizing the use of the isolator.
  • FIG. 1 schematically illustrates a voltage detection IC according to an embodiment.
  • FIG. 2 illustrates an example of a battery management system including a voltage detection IC according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for describing an operation of the battery management system of FIG. 2.
  • FIG. 4 illustrates another example of a battery management system including a voltage detection IC according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 schematically illustrates a battery management system according to the prior art.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a reference potential difference occurring between voltage detection ICs according to the related art.
  • Electrically connecting two components includes not only connecting the two components directly, but also connecting the two components via other components.
  • Other components may include switches, resistors, capacitors, and the like.
  • the expression “connecting”, when there is no expression “directly connecting”, means to connect electrically.
  • the voltage detection IC may include an analog front end (AFE) IC, a cell voltage monitoring (CVM) IC, and the like including a cell voltage detection function of a battery.
  • AFE analog front end
  • CVM cell voltage monitoring
  • FIG. 1 schematically illustrates a voltage detection IC according to an embodiment.
  • the voltage detection IC 120 may include a level shifter 121, a communication circuit 1221 and 1222, a cell voltage detection circuit 123, a controller 124, and a plurality of voltage shifter ICs 120.
  • the power supply terminals GND_L and VDD_L GND_H and VDD_H may be included.
  • the communication circuit is a circuit for communicating with another voltage detecting IC or a battery controller (see 110 in FIG. 2).
  • the communication circuit may include a plurality of interfaces 1221 and 1222 in communication with different voltage detection ICs or battery controllers (see 110 in FIG. 2).
  • the plurality of interfaces 1221 and 1222 may be daisy chain interfaces that communicate with communication circuits of other voltage detection ICs in a daisy chain manner.
  • the cell voltage detection circuit 123 is electrically connected to one or more cells constituting the cell stack 20, and measures the cell voltage of each cell.
  • the cell voltage detection circuit 123 may include an analog to digital converter (ADC) for changing the cell voltage of each cell detected as an analog value to a digital value.
  • ADC analog to digital converter
  • the controller 124 is a controller in the IC, and may control the cell voltage detection circuit 123 and the daisy chain communication circuit 122.
  • the cell voltage detection circuit 123 may be controlled to select a cell to be a voltage detection target from a plurality of cells constituting the cell stack 20.
  • the cell voltage detected by the cell voltage detection circuit 123 may be transferred to the battery controller (see 110 in FIG. 2) through the daisy chain communication circuit 122.
  • Different power sources are connected to the plurality of first power terminals GND_L and VDD_L and the plurality of second power terminals GND_H and VDD_H.
  • a power source connected to the plurality of first power terminals GND_L and VDD_L is referred to as a 'first power source'
  • a power source connected to the plurality of second power terminals GND_H and VDD_H Is used as a 'second power source'.
  • the first power supply is a main operation power supply of the voltage detection IC 120, and supplies an operating voltage to the ADC, the controller 124, and the first interface 1221 of the cell voltage detection circuit 123.
  • the first power may be supplied from a power supply circuit outside the voltage detection IC 120, or may be supplied from a power supply circuit inside the voltage detection IC 120. In the latter case, the power supply circuit inside the voltage detection IC 120 may supply the first power by transforming the cell voltage supplied from at least one cell of the cell stack 20.
  • the second power source is a power source that is a reference for level shifting of the level shifter 121.
  • a first power supply of another voltage detection IC can be used.
  • the plurality of second power supply terminals GND_H and VDD_H may be connected to the first power supply terminals GND_L and VDD_L of the voltage detection IC to communicate with each other through the second interface 1222.
  • the second power supply may be a common power supply commonly supplied to all voltage detection ICs.
  • the plurality of second power supply terminals GND_H and VDD_H may be connected to the second power supply terminals GND_H and VDD_H of another voltage detection IC.
  • the level shifter 121 receives the first power supply and the second power supply from the plurality of first power supply terminals GND_L and VDD_L and the plurality of second power supply terminals GND_H and VDD_H, and supplies a reference potential (DC level) of the first power supply. ) Can be level shifted to the reference potential (DC level) of the second power supply. That is, the level shifter 121 may level shift the operating voltage supplied from the first power supply to the operating voltage level of the second power supply.
  • the operating voltage level shifted by the level shifter 121 may be supplied to the operating voltage of the second interface 1222.
  • the second interface 1222 of the voltage detection IC 120 may operate by being supplied with an operating voltage having the same level as that of the voltage detection IC to be communicated by the level shifter 121. Communication between the device and other voltage-sense ICs is possible without isolators.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a battery management system including a voltage detection IC according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for describing an operation of the battery management system of FIG. 2.
  • the battery management system 10A includes a battery controller 110, a plurality of voltage detection ICs 120-1, 120-2, and 120-3, a transceiver 130, and an isolator. (isolator) 140 may be included.
  • the battery management system 10A includes three voltage detection ICs as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the battery management system 10A includes the voltage detection ICs included in the battery management system 10A. The number may be more or less than that.
  • the battery controller 110 receives a cell voltage of each cell constituting a high voltage battery (not shown) from the plurality of voltage detection ICs 120-1, 120-2, and 120-3, and based on this, each cell or high voltage battery. Can control the charging and discharging.
  • the plurality of voltage detection ICs 120-1, 120-2, and 120-3 are respectively connected to cell stacks (refer to reference numeral 20 of FIG. 1) connected in series with each other, and each of the cells constituting the corresponding cell stack.
  • the cell voltage can be detected.
  • Each of the voltage detection ICs 120-1, 120-2, and 120-3 communicates with the other voltage detection ICs in a daisy chain manner, 121-1, 1221-2, 1221-3, 1222-. 1, 1222-2, 1222-3) and level shifters 121-1, 121-2, 121-3.
  • the first interfaces 1221-1, 1221-2, and 1221-3 may receive operating voltages through the first power terminals GND_L1, VDD_L1, GND_L2, VDD_L2, GND_L3, and VDD_L3.
  • the second interfaces 1222-1, 1222-2, and 1222-3 may receive operating voltages from the level shifters 121-1, 121-2, and 121-3.
  • Each level shifter 121-1, 121-2, 121-3 is provided with the second power supply terminals GND_H1, VDD_H1, GND_H2, VDD_H2, GND_H3,
  • the voltage supplied to the first power supply terminals GND_L1, VDD_L1, GND_L2, VDD_L2, GND_L3, and VDD_L3 is level-shifted based on the voltage input through the VDD_H3.
  • the voltage level-shifted by the level shifters 121-1, 121-2, and 121-3 may be supplied to operating voltages of the corresponding second interfaces 1222-1, 1222-2, and 1222-3.
  • the first interface 1221-1 of the first voltage detection IC 120-1 receives a voltage applied to the first power terminals GND_L1 and VDD_L1 as an operating voltage.
  • the second interface 1222-1 receives the level shifted voltage as the operating voltage through the level shifter 121-1.
  • the second power supply terminals GND_H1 and VDD_H1 are connected to the first power supply terminals GND_L2 and VDD_L2 of the second voltage detection IC 120-2, which is an upper voltage detection IC of the one voltage detection IC 120-1.
  • the operating voltage of the first interface 1221-2 of the two voltage detection IC 120-2 is supplied. Accordingly, the level shifter 121-1 converts the voltage level-shifted to the operating voltage level of the first interface 1221-2 of the second voltage detection IC 120-2 to the operating voltage of the second interface 1222-1. Can be supplied by
  • a first cell connected between the first voltage detecting IC 120-1 and the main operating voltages of the second voltage detecting IC 120-2 is connected to the first voltage detecting IC 120-1.
  • the potential difference is generated by the output voltage Vbat1 of the stack.
  • the level shifter 121-1 of the first voltage detection IC 120-1 level shifts the voltage applied to the first power supply terminals GND_L1 and VDD_L1 by the output voltage Vbat1 of the first cell stack.
  • the operating voltage of the second interface 1222-1 is the operating voltage of the second interface 1222-1.
  • 'high' or 'low' may be determined according to the position in the high voltage battery of the cell stack connected with each voltage detection IC.
  • the first voltage detection IC 120-1 is a lower voltage detection IC of the second voltage detection IC 120-2
  • the second voltage detection IC 120-2 is an upper lower voltage detection IC of the first voltage detection IC 120-1.
  • the first interface 1221-2 of the second voltage detection IC 120-2 receives a voltage applied to the first power terminals GND_L2 and VDD_L2 as an operating voltage.
  • the second interface 1222-2 receives the level shifted voltage as the operating voltage through the level shifter 121-2.
  • the second power supply terminals GND_H2 and VDD_H2 are connected to the first power supply terminals GND_L3 and VDD_L3 of the third voltage detection IC 120-3, which is an upper voltage detection IC of the second voltage detection IC 120-2.
  • the operating voltage of the first interface 1221-3 of the third voltage detection IC 120-3 is supplied.
  • the level shifter 121-2 converts the voltage level-shifted to the operating voltage level of the first interface 1221-3 of the third voltage detection IC 120-3 and the operating voltage of the second interface 1222-2. Can be supplied by
  • a second cell connected to the second voltage detector IC 120-2 between the second voltage detector IC 120-2 and the main operating voltages of the third voltage detector IC 120-3.
  • the potential difference is generated by the output voltage Vbat2 of the stack. Therefore, the level shifter 121-2 of the second voltage detection IC 120-2 level shifts the voltages applied to the first power supply terminals GND_L2 and VDD_L2 by the output voltage Vbat2 of the second cell stack. And the operating voltage of the second interface 1222-2.
  • the third voltage detection IC 120-3 is a voltage detection IC at the last stage connected most closely to the battery controller 110 in the daisy chain bus, a level shifter for communicating with the upper voltage detection IC ( 121-3) is deactivated. Therefore, both the first interface 1221-3 and the second interface 1222-3 of the third voltage detection IC 120-3 supply a voltage applied to the first power terminals GND_L2 and VDD_L2 as an operating voltage. Receive.
  • the second interface 1222-2 of the third voltage detection IC 120-3 is the transceiver 130 and the isolator 140. Communicate with the battery controller 110 through.
  • the transceiver 130 may transmit and receive signals to and from the battery controller 110 through a serial peripheral interface (SPI).
  • SPI serial peripheral interface
  • the SPI is a controller area network (CAN) communication.
  • the isolator 140 may be connected to solve the potential difference.
  • the third voltage detection IC 120-3 is connected to the top cell stack of the high voltage battery, so that the level shifters of the first and second voltage detection ICs 120-1 and 120-2 are measured.
  • 121-1 and 121-2 have been described in the case of up-converting the voltage level, but the present invention is not limited thereto, and the third voltage detection IC 120-3 is applied to the lowest cell stack of the high voltage battery. May be connected.
  • the level shifters 121-1 and 121-2 of the first and second voltage detection ICs 120-1 and 120-2 down-convert the voltage levels in accordance with the operating voltages of their lower voltage detection ICs.
  • the operating voltages of the second interfaces 1222-1 and 1222-2 may be supplied.
  • the voltage detection IC (third voltage detection IC 120-3 of FIG. 2) connected to the top cell stack is positioned at the last end of the daisy chain bus to communicate with the battery controller 110.
  • the voltage detection IC (first voltage detection IC 120-1 in FIG. 2) connected to the lowest cell stack may be positioned at the last end of the daisy chain bus to communicate with the battery controller 110.
  • the battery controller 110 may be connected to the first interface 1221-1 of the voltage detection IC 120-1 connected to the lowest cell stack through the transceiver 130 and the isolator 140.
  • the battery management system 10A does not need to use an isolator for communication between the voltage detection ICs 120-1, 120-2, and 120-3. Therefore, the number of isolators mounted in the battery management system 10A can be minimized, resulting in an effect of lowering the unit cost.
  • SIP system in package
  • FIG. 4 illustrates another example of a battery management system including a voltage detection IC according to an embodiment, and illustrates a case of a battery management system to which SIP technology is applied.
  • the battery management system 10B includes a plurality of voltage detection IC packages SIP1 and SIP2, and each of the voltage detection IC packages SIP1 and SIP2 includes a plurality of voltage detection ICs. , 120-13, 120-21, 120-22, .
  • the plurality of voltage detection ICs included in one voltage detection IC package SIP1 or SIP2 may communicate with each other without an isolator using the level shift method described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the voltage detection IC 120-21 of the second voltage detection IC package SIP2 receives an operating voltage of the upper voltage detection IC 120-22 from its upper voltage detection IC 120-22. Based on this, the main operation voltage of the voltage detection ICs 120-21 is level shifted. Further, by supplying the level shifted voltage to the operating voltage of the second interface 1222-21 in communication with the voltage detection ICs 120-22, communication with the voltage detection ICs 120-22 is possible without an isolator.
  • the battery management system 10B can communicate with each other without the isolator using the level shift method described with reference to FIGS. 1 to 3. Can be.
  • the main operating voltage of the lowest voltage detecting IC 120-21 of the second voltage detecting IC package SIP2 is the level shifter of the highest voltage detecting IC 120-13 of the first voltage detecting IC package SIP1. Supplied to 121-13. Accordingly, the level shifters 121-13 of the voltage detection IC 120-3 detect the voltage based on the main operating voltage of the lowest voltage detection IC 120-21 of the second voltage detection IC package SIP2.
  • Level shift the main operating voltage of the IC 120-13 by supplying the level shifted voltage to the operating voltage of the second interface 1222-3 which communicates with the second voltage detection IC package SIP2, communication between the voltage detection IC packages SIP1 and SIP2 is possible without an isolator. Do.
  • the voltage detection IC (refer to reference numeral 120 of FIG. 1) according to an embodiment may include not only a case in which one voltage detection IC is packaged in one package but also a plurality of voltage detection ICs packaged in one SIP. If applicable, it can be extended.
  • FIG. 5 schematically illustrates a battery management system according to the prior art.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a reference potential difference occurring between voltage detection ICs according to the related art.
  • the battery management system 10C includes a battery controller 11, a plurality of voltage detection ICs 12-1, 12-2,..., 12 -N, and a plurality of CAN transceivers 13. -1, 13-2, ..., 13-N) and a plurality of isolators 14-1, 14-2, ..., 14-N.
  • the battery controller 10 receives a cell voltage of each cell constituting a high voltage battery (not shown) from the plurality of voltage detection ICs 12-1, 12-2, ..., 12-N, and based on this, Control charging / discharging
  • the plurality of voltage detection ICs 12-1, 12-2, ..., 12-N are connected to different cell stacks, respectively, and a cell voltage detection circuit for detecting the cell voltage of each cell constituting the cell stack (not shown) City).
  • the cell stacks connected to the plurality of voltage detection ICs 12-1, 12-2, ..., 12-N are connected in series to each other to form a high voltage battery.
  • the voltage detection ICs 12-1, 12-2, ..., 12-N receive the operating voltages from the output voltages of the corresponding cell stacks.
  • the reference potentials (DC levels) of the operating voltages may be different from each other between 2, ..., 12-N.
  • the first and second cell stacks connected in series with each other include K cells connected in series with each other. Therefore, the reference potential GND2 of the second cell stack is as high as the K cell voltages Vbat11 from the reference potential GND1 of the first cell stack. As such, since the reference potentials GND1 and GND2 corresponding to the first and second cell stacks are different from each other, a potential difference occurs between the power supply voltages VDD1 and VDD2 of the voltage detection IC corresponding to each cell stack. .
  • the battery management system 10C As described above, as a potential difference occurs between the voltage detection ICs 12-1, 12-2,..., 12 -N, the battery management system 10C according to the related art is used to detect each voltage detection IC 12-1, For each of 12-2, ..., 12-N, CAN transceivers 13-1, 13-2, ... 13-N and isolators 14-1, 14-2, ..., 14-N were provided. In other words, when there are N voltage detection ICs 12-1, 12-2, ..., 12-N included in the battery management system 10C, the battery management system 10C uses the voltage detection ICs 12-1, N CAN transceivers 13-1, 13-2, ... 13-N and N isolators 12-1, 12-2, ..., 12-N for communication between 12-2, ..., 12-N It is necessary to provide).
  • the battery management system according to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4 has an effect of lowering the unit cost of the battery management system by reducing the use of the isolator as compared to the battery management system according to the prior art.

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Abstract

배터리 관리 시스템은, 복수의 전압 검출 집적회로, 및 상기 복수의 전압 검출 집적회로로부터 수신되는 셀 전압 검출 결과를 토대로 고전압 배터리의 충/방전을 제어하는 배터리 제어기를 포함하며, 상기 복수의 전압 검출 집적회로 각각은, 상기 고전압 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 대응하는 적어도 하나의 셀의 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 다른 전압 검출 집적회로와 통신하기 위한 제1 및 제2 인터페이스, 상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 단자, 상기 제2 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 동작 전압을 입력받는 복수의 제2 단자, 및 상기 복수의 제2 단자를 통해 입력 받은 동작 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하고, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함할 수 있다.

Description

전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템
실시 예는 전압 검출 집적회로 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
최근 CO2 규제 등 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 하이브리드(Hybrid) 차량이나 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid) 차량뿐만 아니라, 순수 전기 차량 또는 수소 차량에 대해 연구 및 제품 개발을 활발히 진행하고 있다.
친환경 차량에는 다양한 에너지원으로부터 얻어지는 전기 에너지를 저장하기 위해 고전압 배터리가 적용된다. 고전압 배터리는 고전압의 전기 에너지를 제공하기 위해 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 셀을 포함한다.
고전압 배터리가 적용되는 차량에는 고전압 배터리를 관리하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Managemnet System, BMS)이 탑재된다. 각 셀의 전압을 모니터링하여 셀 간 전압 편차를 보상하는 셀 밸런싱 기능은 배터리 관리 시스템의 주요 기능 중 하나이다. 고전압 배터리를 구성하는 각 셀의 전압은, 전압 검출 회로가 내장된 집적회로(Integrated Circuit, IC), 예를 들어, 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE) IC에 의해 측정될 수 있다.
복수의 셀이 스태킹(stacking)되는 고전압 배터리의 구조로 인해, 셀 전압을 측정하는 IC들 간에는 DC 레벨이 서로 상이할 수 있다. 이러한 이유로, DC 레벨이 서로 상이한 전압측정용 IC들 간에 통신을 위해 아이솔레이터(isolator)가 필수적으로 사용되며, 아이솔레이터의 사용은 배터리 관리 시스템의 단가를 높이는 요인으로 작용하였다.
실시 예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 아이솔레이터 사용을 최소화한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 복수의 전압 검출 집적회로, 및 상기 복수의 전압 검출 집적회로로부터 수신되는 셀 전압 검출 결과를 토대로 고전압 배터리의 충/방전을 제어하는 배터리 제어기를 포함하며, 상기 복수의 전압 검출 집적회로 각각은, 상기 고전압 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 대응하는 적어도 하나의 셀의 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 다른 전압 검출 집적회로와 통신하기 위한 제1 및 제2 인터페이스, 상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 단자, 상기 제2 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 동작 전압을 입력받는 복수의 제2 단자, 및 상기 복수의 제2 단자를 통해 입력 받은 동작 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하고, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 복수의 제1 단자는, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 상기 제1 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 상기 복수의 제2 단자와 연결될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 제1 전원은, 상기 대응하는 적어도 하나의 셀로부터 공급될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 복수의 전압 검출 집적회로와 상기 배터리 제어기 사이의 신호를 송수신하는 트랜시버, 및 상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 어느 하나의 상기 제2 인터페이스와 상기 트랜시버 사이에 연결되는 아이솔레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 상기 아이솔레이터와 연결되는 전압 검출 집적회로는, 상기 레벨 시프터가 비활성화될 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템에서, 상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 집적회로는, 적어도 하나의 셀의 셀 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로, 다른 집적회로와 통신하는 제1 및 제2 인터페이스, 상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 전원 단자, 복수의 제2 전원 단자, 및 상기 복수의 제2 전원 단자를 통해 입력되는 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하며, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함할 수 있다.
상기 집적회로에서, 상기 복수의 제2 전원 단자는, 상기 제2 인터페이스를 통해 통신하는 다른 집적회로의 전원 단자와 연결될 수 있다.
상기 집적회로에서, 상기 제1 전원은, 상기 셀 전압 검출 회로에 연결되는 적어도 하나의 셀로부터 공급될 수 있다.
상기 집적회로에서, 상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신할 수 있다.
실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 아이솔레이터의 사용을 최소화함으로써 단가 상승을 억제하는 효과가 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 일 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 다른 예를 도시한 것이다.
도 5은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 종래 기술에 따른 전압 검출 IC들 간에 발생하는 기준 전위 차이를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예에 따른 전압 검출 집적회로(Integrated Circuit, IC) 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 문서에서, 전압 검출 IC는, 배터리의 셀 전압 검출 기능을 포함하는 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE) IC, 셀 전압 모니터링(Cell Voltage Monitoring, CVM) IC 등을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC(120)는 레벨 시프터(level shifter, 121), 통신 회로(1221, 1222), 셀 전압 검출 회로(123), 제어기(124) 및 복수의 전원 단자(GND_L, VDD_L GND_H, VDD_H)를 포함할 수 있다.
통신 회로는 다른 전압 검출 IC 또는 배터리 제어기(도 2의 도면부호 110 참조)와 통신하기 위한 회로이다. 통신 회로는, 서로 다른 다른 전압 검출 IC 또는 배터리 제어기(도 2의 도면부호 110 참조)와 통신하는 복수의 인터페이스(1221, 1222)를 포함할 수 있다.
복수의 인터페이스(1221, 1222)는 다른 전압 검출 IC의 통신 회로와 데이지 체인(Daisy Chain) 방식으로 통신하는 데이지 체인 인터페이스일 수 있다.
셀 전압 검출 회로(123)는 셀 스택(20)을 구성하는 하나 이상의 셀과 전기적으로 연결되며, 각 셀의 셀 전압을 측정할 수 있다. 셀 전압 검출 회로(123)는, 아날로그 값으로 검출되는 각 셀의 셀 전압을 디지털 값으로 변경하기 위한 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)를 포함할 수 있다.
제어기(124)는 IC 내 제어기로서, 셀 전압 검출 회로(123) 및 데이지 체인 통신 회로(122)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 셀 스택(20)을 구성하는 복수의 셀 중 전압 검출 대상이 되는 셀을 선택하도록 셀 전압 검출 회로(123)를 제어할 수 있다. 또한, 예를 들어, 셀 전압 검출 회로(123)에 의해 검출된 셀 전압을 데이지 체인 통신 회로(122)를 통해 배터리 제어기(도 2의 도면 부호 110 참조)로 전달할 수도 있다.
복수의 제1 전원 단자(GND_L, VDD_L)와 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)에는 서로 다른 전원이 연결된다. 아래에서는 설명의 편의를 위해, 복수의 제1 전원 단자(GND_L, VDD_L)에 연결되는 전원을 '제1 전원'으로 명명하여 사용하고, 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)에 연결되는 전원을 '제2 전원'이라 명명하여 사용한다.
제1 전원은 전압 검출 IC(120)의 메인 동작 전원으로, 셀 전압 검출 회로(123)의 ADC, 제어기(124) 및 제1 인터페이스(1221)에 동작 전압을 공급한다.
제1 전원은 전압 검출 IC(120) 외부의 전원 공급 회로로부터 공급될 수도 있고, 전압 검출 IC(120) 내부의 전원 공급 회로로부터 공급될 수도 있다. 후자의 경우, 전압 검출 IC(120) 내부의 전원 공급 회로는, 셀 스택(20)의 적어도 하나의 셀로부터 공급되는 셀 전압을 변압하여, 제1 전원을 공급할 수 있다.
제2 전원은 레벨 시프터(121)의 레벨 시프팅의 기준이 되는 전원이다.
제2 전원으로, 다른 전압 검출 IC의 제1 전원이 사용될 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)는 제2 인터페이스(1222)를 통해 통신하고자 하는 전압 검출 IC의 제1 전원 단자들(GND_L, VDD_L)에 연결될 수 있다. 제2 전원은, 모든 전압 검출 IC에 공통으로 공급되는 공통 전원일 수 있다. 이 경우, 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)는 다른 전압 검출 IC의 제2 전원 단자들(GND_H, VDD_H)과 서로 연결될 수 있다.
레벨 시프터(121)는 복수의 제1 전원 단자(GND_L, VDD_L) 및 복수의 제2 전원 단자(GND_H, VDD_H)로부터 제1 전원 및 제2 전원을 공급 받아, 제1 전원의 기준 전위(DC 레벨)를, 제2 전원의 기준 전위(DC 레벨)로 레벨 시프트할 수 있다. 즉, 레벨 시프터(121)는 제1 전원으로부터 공급되는 동작 전압을 제2 전원의 동작 전압 레벨로 레벨 시프트할 수 있다.
레벨 시프터(121)에 의해 레벨 시프트된 동작 전압은 제2 인터페이스(1222)의 동작 전압으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 전압 검출 IC(120)의 제2 인터페이스(1222)는 레벨 시프터(121)에 의해 통신하고자 하는 전압 검출 IC와 동일한 레벨의 동작 전압을 공급받아 동작할 수 있어, 전압 검출 IC(120)와 다른 전압 검출 IC 간에 아이솔레이터 없이 통신이 가능하다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 일 예를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 배터리 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템(10A)은 배터리 제어기(110), 복수의 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3), 트랜시버(130) 및 아이솔레이터(isolator)(140)를 포함할 수있다. 한편, 도 2에서는 배터리 관리 시스템(10A)이 3개의 전압 검출 IC를 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니어서, 배터리 관리 시스템(10A)에 포함되는 전압 검출 IC의 개수는 그보다 많거나 더 적을 수 있다.
배터리 제어기(110)는 복수의 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)로부터 고전압 배터리(미도시)를 구성하는 각 셀의 셀 전압을 수신하고, 이를 토대로 각 셀 또는 고전압 배터리의 충/방전 등을 제어할 수 있다.
복수의 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)는 서로 직렬 연결되는 셀 스택들(도 1의 도면부호 20 참조)에 각각 연결되며, 대응하는 셀 스택을 구성하는 각 셀의 셀 전압을 검출할 수 있다.
각 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 IC와 통신하는 제1 및 제2 인터페이스(1221-1, 1221-2, 1221-3, 1222-1, 1222-2, 1222-3) 및 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)를 포함한다.
제1 인터페이스들(1221-1, 1221-2, 1221-3)은 제1 전원 단자(GND_L1, VDD_L1, GND_L2, VDD_L2, GND_L3, VDD_L3)들을 통해 동작 전압을 공급 받을 수 있다.
제2 인터페이스들(1222-1, 1222-2, 1222-3)은 각 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)로부터 동작 전압을 공급받을 수 있다.
각 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)는 각 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)의 제2 전원 단자(GND_H1, VDD_H1, GND_H2, VDD_H2, GND_H3, VDD_H3)들을 통해 입력되는 전압을 기준으로, 제1 전원 단자(GND_L1, VDD_L1, GND_L2, VDD_L2, GND_L3, VDD_L3)에 공급되는 전압을 레벨 시프트하여 출력한다. 각 레벨 시프터(121-1, 121-2, 121-3)에 의해 레벨 시프트된 전압은 대응하는 제2 인터페이스(1222-1, 1222-2, 1222-3)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
제1 전압 검출 IC(120-1)의 제1 인터페이스(1221-1)는 제1 전원 단자들(GND_L1, VDD_L1)에 인가되는 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 반면에, 제2 인터페이스(1222-1)는, 레벨 시프터(121-1)를 통해 레벨 시프트된 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 제2 전원 단자(GND_H1, VDD_H1)는 1 전압 검출 IC(120-1)의 상위 전압 검출 IC인 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 전원 단자(GND_L2, VDD_L2)에 연결되며, 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)의 동작 전압을 공급 받는다. 따라서, 레벨 시프터(121-1)는 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)의 동작 전압 레벨로 레벨 시프트된 전압을 제2 인터페이스(1222-1)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
도 3을 예로 들면, 제1 전압 검출 IC(120-1)와 제2 전압 검출 IC(120-2)의 메인 동작 전압들 간에는, 제1 전압 검출 IC(120-1)와 연결되는 제1 셀 스택의 출력 전압(Vbat1)만큼 전위차가 발생한다. 따라서, 제1 전압 검출 IC(120-1)의 레벨 시프터(121-1)는 제1 전원 단자들(GND_L1, VDD_L1)에 인가되는 전압을 제1 셀 스택의 출력 전압(Vbat1)만큼 레벨 시프트하여, 제2 인터페이스(1222-1)의 동작 전압으로 공급한다.
이에 따라, 제1 전압 검출 IC(120-1)의 제2 인터페이스(1222-1)와 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)간에 아이솔레이터 없이 통신이 가능하다.
본 문서에서, 전압 검출 IC들 간의 위치 설명에서, '상위'또는 '하위'는 각 전압 검출 IC와 연결되는 셀 스택의 고전압 배터리 내 위치에 따라서 정해질 수있다. 예를 들어, 제1 전압 검출 IC(120-1)에 연결되는 셀 스택이 제2 전압 검출 IC(120-2)에 연결되는 셀 스택에 비해 접지에 가깝게 연결되는 경우, 제1 전압 검출 IC(120-1)는 제2 전압 검출 IC(120-2)의 하위 전압 검출 IC 이고, 제2 전압 검출 IC(120-2)는 제1 전압 검출 IC(120-1)의 상위 하위 전압 검출 IC로 표현될 수 있다.
다시, 도 2를 보면, 제2 전압 검출 IC(120-2)의 제1 인터페이스(1221-2)는 제1 전원 단자들(GND_L2, VDD_L2)에 인가되는 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 반면에, 제2 인터페이스(1222-2)는, 레벨 시프터(121-2)를 통해 레벨 시프트된 전압을 동작 전압으로 공급 받는다. 제2 전원 단자(GND_H2, VDD_H2)는 제2 전압 검출 IC(120-2)의 상위 전압 검출 IC인 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 전원 단자(GND_L3, VDD_L3)에 연결되며, 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)의 동작 전압을 공급 받는다. 따라서, 레벨 시프터(121-2)는 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)의 동작 전압 레벨로 레벨 시프트된 전압을 제2 인터페이스(1222-2)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
도 3을 예로 들면, 제2 전압 검출 IC(120-2)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 메인 동작 전압들 간에는, 제2 전압 검출 IC(120-2)와 연결되는 제2 셀 스택의 출력 전압(Vbat2)만큼 전위차가 발생한다. 따라서, 제2 전압 검출 IC(120-2)의 레벨 시프터(121-2)는 제1 전원 단자들(GND_L2, VDD_L2)에 인가되는 전압을 제2 셀 스택의 출력 전압(Vbat2)만큼 레벨 시프트하여, 제2 인터페이스(1222-2)의 동작 전압으로 공급한다.
이에 따라, 제1 전압 검출 IC(120-2)의 제2 인터페이스(1222-2)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)간에 아이솔레이터 없이 통신이 가능하다.
다시, 도 2를 보면, 제3 전압 검출 IC(120-3)는 데이지 체인 버스에서 배터리 제어기(110)와 가장 가깝게 연결되는 최종단의 전압 검출 IC이므로 상위 전압 검출 IC와 통신하기 위한 레벨 시프터(121-3)가 비활성화된다. 따라서, 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제1 인터페이스(1221-3)와 제2 인터페이스(1222-3) 모두 제1 전원 단자들(GND_L2, VDD_L2)에 인가되는 전압을 동작 전압으로 공급 받는다.
제3 전압 검출 IC(120-3)가 데이지 체인 버스의 최종단에 위치하므로, 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제2 인터페이스(1222-2)는 트랜시버(130) 및 아이솔레이터(140)를 통해 배터리 제어기(110)와 통신한다.
트랜시버(130)는 직렬 주변장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)를 통해 배터리 제어기(110)와 신호를 송수신할 수 있다. 도 2에서는 SPI가 CAN(Controller Area Network) 통신인 경우를 예로 들어 도시하였다.
트랜시버(130)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 동작 전압 간에는 전위차가 존재하여, 트랜시버(130)와 제3 전압 검출 IC(120-3)의 제2 인터페이스(1222-2) 사이에는 전위차 해소를 위한 아이솔레이터(140)가 연결될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 제3 전압 검출 IC(120-3)가 고전압 배터리의 최상위 셀 스택에 연결되어, 제1 및 제2 전압 검출 IC(120-1, 120-2)의 레벨 시프터(121-1, 121-2)가 전압 레벨을 상향 변환하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니어서, 제3 전압 검출 IC(120-3)는 고전압 배터리의 최하위 셀 스택에 연결될 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전압 검출 IC(120-1, 120-2)의 레벨 시프터(121-1, 121-2)는 자신의 하위 전압 검출 IC의 동작 전압에 맞춰 전압 레벨을 하향 변환하여 제2 인터페이스(1222-1, 1222-2)의 동작 전압으로 공급할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에서는 최상위 셀 스택에 연결되는 전압 검출 IC(도 2의 제3 전압 검출 IC(120-3))가 데이지 체인 버스의 최종단에 위치하여 배터리 제어기(110)와 통신하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에 따르면, 최하위 셀 스택에 연결되는 전압 검출 IC(도 2의 경우 제1 전압 검출 IC(120-1))가 데이지 체인 버스의 최종단에 위치하여 배터리 제어기(110)와 통신할 수도 있다. 이 경우, 배터리 제어기(110)는 트랜시버(130) 및 아이솔레이터(140)를 통해, 최하위 셀 스택에 연결되는 전압 검출 IC(120-1)의 제1 인터페이스(1221-1)에 연결될 수 있다. 전술한 바에 따르면, 배터리 관리 시스템(10A)는 전압 검출 IC(120-1, 120-2, 120-3)들 간의 통신을 위해 아이솔레이터를 사용할 필요가 없다. 따라서, 배터리 관리 시스템(10A)에 탑재되는 아이솔레이터의 개수를 최소화할 수 있어, 단가를 낮추는 효과를 가져올 수 있다.
최근, 채널 확장성을 향상시키기 위해 전압 검출 IC에 시스템 인 패키지(System In Package, SIP) 기술을 적용하는 방안이 연구되고 있다. SIP는 복수의 전압 검출 IC를 하나의 칩 패키지로 패키징하는 기술로서, 개발 비용이 저렴하고 다양한 채널의 칩 구성이 용이한 장점이 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC를 포함하는 배터리 관리 시스템의 다른 예를 도시한 것으로서, SIP 기술이 적용된 배터리 관리 시스템의 경우를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 배터리 관리 시스템(10B)은 복수의 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)를 포함하며, 각 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)는 복수의 전압 검출 IC(…, 120-12, 120-13, 120-21, 120-22, …)를 패키징하여 구성될 수 있다.
하나의 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)에 포함된 복수의 전압 검출 IC들은, 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 레벨 시프트 방법을 이용하여, 아이솔레이터 없이 서로 통신할 수 있다.
예를 들어, 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)의 전압 검출 IC(120-21)는 자신의 상위 전압 검출 IC(120-22)로부터 상위 전압 검출 IC(120-22)의 동작 전압을 입력 받고, 이를 기준으로 전압 검출 IC(120-21)의 메인 동작 전압을 레벨 시프트한다. 또한, 레벨 시프트된 전압을 전압 검출 IC(120-22)와 통신하는 제2 인터페이스(1222-21)의 동작 전압으로 공급함으로써, 아이솔레이터 없이 전압 검출 IC(120-22)와의 통신이 가능하다.
한편, 배터리 관리 시스템(10B)에서 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2) 간에 아이솔레이터 없이 통신하고자 하는 경우에도, 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 레벨 시프트 방법을 이용하여, 아이솔레이터 없이 서로 통신할 수 있다. 이 경우, 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)의 최하위 전압 검출 IC(120-21)의 메인 동작 전압이, 제1 전압 검출 IC 패키지(SIP1)의 최상위 전압 검출 IC(120-13)의 레벨 시프터(121-13)로 공급된다. 이에 따라, 전압 검출 IC(120-3)의 레벨 시프터(121-13)는, 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)의 최하위 전압 검출 IC(120-21)의 메인 동작 전압을 기준으로, 전압 검출 IC(120-13)의 메인 동작 전압을 레벨 시프트한다. 또한, 레벨 시프트된 전압을 제2 전압 검출 IC 패키지(SIP2)와 통신하는 제2 인터페이스(1222-3)의 동작 전압으로 공급함으로써, 아이솔레이터 없이 전압 검출 IC 패키지(SIP1, SIP2)들 간에도 통신이 가능하다.
전술한 바와 같이, 일 실시 예에 따른 전압 검출 IC(도 1의 도면 부호 120 참조)는 하나의 패키지에 하나의 전압 검출 IC가 패키징되는 경우뿐만 아니라, 복수의 전압 검출 IC가 하나의 SIP로 패키징되는 경우에도 확장하여 적용 가능하다.
도 5은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 6은 종래 기술에 따른 전압 검출 IC들 간에 발생하는 기준 전위 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템(10C)은 배터리 제어기(11), 복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N), 복수의 CAN 트랜시버(13-1, 13-2, …, 13-N) 및 복수의 아이솔레이터(14-1, 14-2, …, 14-N)를 포함한다.
배터리 제어기(10)는 복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)로부터 고전압 배터리(미도시)를 구성하는 각 셀의 셀 전압을 수신하고, 이를 토대로 고전압 배터리의 충/방전 등을 제어한다.
복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)는 각각 서로 다른 셀 스택에 연결되며, 셀 스택을 구성하는 각 셀의 셀 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 회로(미도시)를 포함한다.
복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)에 연결되는 셀 스택들은 서로 직렬 연결되어 고전압 배터리를 구성한다. 이에 따라, 대응하는 셀 스택의 출력 전압으로부터 동작 전압을 공급받는 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)의 특성 상, 복수의 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N) 간에는 동작 전압의 기준 전위(DC 레벨)가 서로 달라질 수 있다.
도 6을 예로 들면, 서로 직렬 연결되는 제1 및 제2 셀 스택은 각각 서로 직렬 연결되는 K개의 셀을 포함한다. 따라서, 제2 셀 스택의 기준 전위(GND2)는, 제1 셀 스택의 기준 전위(GND1)로부터 K개의 셀 전압(Vbat11)만큼 높게 나타난다. 이와 같이, 제1 및 제2 셀 스택에 대응하는 기준 전위(GND1, GND2)가 서로 다르므로, 각 셀 스택에 대응하는 전압 검출 IC의 전원 전압(VDD1, VDD2)들 간에도 서로 전위차가 발생하게 된다.
전술한 바와 같이 전압 검출 IC들(12-1, 12-2, …, 12-N) 간에 전위차가 발생함에 따라, 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템(10C)에서는 각 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)마다, CAN 트랜시버(13-1, 13-2, … 13-N)와 아이솔레이터(14-1, 14-2, …, 14-N)를 구비하였다. 즉, 배터리 관리 시스템(10C)에 포함되는 전압 검출 IC(12-1, 12-2, …, 12-N)가 N개인 경우, 배터리 관리 시스템(10C)은 전압 검출 IC들(12-1, 12-2, …, 12-N) 간에 통신을 위해 N개의 CAN 트랜시버(13-1, 13-2, … 13-N)와 N 개의 아이솔레이터(12-1, 12-2, …, 12-N)를 구비할 필요가 있다.
이와 같이, 각 전압 검출 IC마다, CAN 트랜시버와 아이솔레이터를 구비할 경우, 비교적 고가인 아이솔레이터의 사용이 증가하여 배터리 관리 시스템의 단가가 상승하게 된다.
이에 반해, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템에 비해 아이솔레이터의 사용을 줄임으로써 배터리 관리 시스템의 단가를 낮추는 효과가 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
(부호의 설명)
10A, 10B: 배터리 관리 시스템
110: 배터리 제어기
120: 전압 검출 집적회로
121: 레벨 시프터
1221, 1222: 인터페이스
123: 셀 전압 검출 회로
124: 제어기
130: 트랜시버
140: 아이솔레이터

Claims (10)

  1. 복수의 전압 검출 집적회로, 및
    상기 복수의 전압 검출 집적회로로부터 수신되는 셀 전압 검출 결과를 토대로 고전압 배터리의 충/방전을 제어하는 배터리 제어기를 포함하며,
    상기 복수의 전압 검출 집적회로 각각은,
    상기 고전압 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 대응하는 적어도 하나의 셀의 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로,
    상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 다른 전압 검출 집적회로와 통신하기 위한 제1 및 제2 인터페이스,
    상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 단자,
    상기 제2 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 동작 전압을 입력받는 복수의 제2 단자, 및
    상기 복수의 제2 단자를 통해 입력 받은 동작 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하고, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 단자는, 상기 복수의 전압 검출 집적 회로 중 상기 제1 인터페이스를 통해 연결되는 다른 전압 검출 집적회로의 상기 복수의 제2 단자와 연결되는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전원은, 상기 대응하는 적어도 하나의 셀로부터 공급되는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전압 검출 집적회로와 상기 배터리 제어기 사이의 신호를 송수신하는 트랜시버, 및
    상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 어느 하나의 상기 제2 인터페이스와 상기 트랜시버 사이에 연결되는 아이솔레이터를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 전압 검출 집적회로 중 상기 아이솔레이터와 연결되는 전압 검출 집적회로는, 상기 레벨 시프터가 비활성화되는 배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신하는 배터리 관리 시스템.
  7. 적어도 하나의 셀의 셀 전압을 검출하는 셀 전압 검출 회로,
    다른 집적회로와 통신하는 제1 및 제2 인터페이스,
    상기 셀 전압 검출 회로 및 상기 제1 인터페이스의 동작 전압을 공급하는 제1 전원에 연결되는 복수의 제1 전원 단자,
    복수의 제2 전원 단자, 및
    상기 복수의 제2 전원 단자를 통해 입력되는 전압을 기준으로, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전압을 레벨 시프트하며, 상기 레벨 시프트된 전압을 상기 제2 인터페이스의 동작 전압으로 공급하는 레벨 시프터를 포함하는 집적회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 제2 전원 단자는, 상기 제2 인터페이스를 통해 통신하는 다른 집적회로의 전원 단자와 연결되는 집적회로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전원은, 상기 셀 전압 검출 회로에 연결되는 적어도 하나의 셀로부터 공급되는 집적회로.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 인터페이스는 데이지 체인 방식으로 다른 전압 검출 집적회로와 통신하는 집적회로.
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