JP2019518212A - 電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法に関し、バッテリーと負荷を連結する負極電源線上に位置するスイッチの状態を診断するために、直列連結された一つ以上の抵抗をスイッチと並列に連結し、電圧分配を用いて一つ以上の抵抗のうち一つの抵抗に印加される電圧を算出することによって、算出された電圧に基づいてスイッチの状態を診断できる電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法に関する。【選択図】 図２

Description

本出願は２０１６年１０月１９日付の韓国特許出願第１０−２０１６−０１３５８１３号に基づいた優先権の利益を主張し、該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法に関し、バッテリーと負荷を連結する負極電源線上に位置するスイッチの状態を診断するために、直列連結された一つ以上の抵抗をスイッチと並列に連結し、電圧分配を用いて一つ以上の抵抗のうち測定対象となる一つの抵抗に印加される電圧を算出することによって、算出された電圧に基づいてスイッチの状態を診断できる電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法に関する。

製品群に応じた適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源により駆動する電気車両（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド車両（ＨＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）又は家庭用又は産業用として用いられる中大型バッテリーを用いるエネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）や無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ；ＵＰＳ）システムなどに普遍的に応用されている。

このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に応じた副産物が全く発生しないという点で環境への優しさ及びエネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。

二次電池は携帯端末などのバッテリーに実現される場合は必ずしもそうであるべきではないが、上記のように電気車両又はエネルギー貯蔵源などに適用されるバッテリーは通常的に単位二次電池セル（ｃｅｌｌ）が複数集合した形態で用いられて高容量環境に適合性を高めることになる。

このように複数集合した形態で用いられる場合、過電流が流れるなどの動作異常が発生した場合、過熱によって単位セルが膨らんで破損するなどの問題が発生しうる。このようなバッテリーの異常で発生する過電流及び過熱は、バッテリーと連結された負荷に悪影響を及ぼして負荷を損傷させる。

従来は、このような問題点を解決するために、バッテリーと負荷との間に一つ以上のスイッチング素子を設け、バッテリーに異常が発生する場合、スイッチをオン／オフ制御することによって負荷の損傷を保護した。一例として、バッテリーと負荷との間にコンタクタ（Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）を設け、バッテリーから印加される電圧及び電流をコンタクタを介して負荷に提供した。しかし、コンタクタのようなスイッチング素子をさらに設ける場合、スイッチング素子の状態を点検してバッテリーから印加される電圧及び電流が正常に負荷に印加されるか否かを確認する必要性がある。一例として、コンタクタと電源線の溶接が正しく行われていない場合又は使用過程で溶接された部分が摩耗及び損傷する場合、バッテリーから印加される電源が負荷に正常に印加されないことがある。従来のようにコンタクタのようなスイッチング素子の状態を測定し診断する別途のシステム及び追加構成を備えてこのような問題点を解決しようとする場合、バッテリーパック及びバッテリー管理システムの体積及び費用が増加するという短所がある。このような体積及び費用の増加は、二次電池の高効率化及び高エネルギー密度化に悪影響を及ぼすため、スイッチ診断装置の体積を減少させ、費用を節減させる必要性がある。

本発明の目的は、バッテリーと負荷を連結する負極電源線上に位置するスイッチの状態を診断するために、直列連結された一つ以上の抵抗をスイッチと並列に連結し、電圧分配を用いて一つ以上の抵抗のうち一つの抵抗に印加される電圧を算出することによって、算出された電圧に基づいてスイッチの状態を診断できる電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法を提供することにある。

また、外部に位置する一つのＡＤＣコンバータ及び制御部を用いて電圧分配された電圧の入力を受け、それに基づいて一つ以上のスイッチの状態を診断することによって、体積及び費用を減少できる電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法を提供することにある。

本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置は、バッテリーと負荷を連結する負極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡する負極スイッチ、前記負極スイッチと並列連結された一つ以上の抵抗、及び電圧分配を用いて直列連結された前記一つ以上の抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記一つ以上の抵抗のうち測定対象となる一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断する制御部を含む。

前記バッテリーの状態を診断するための基準電圧を生成する基準電圧生成部をさらに含んでもよく、前記制御部は、前記基準電圧に基づいて前記一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記一つの抵抗に印加された電圧と前記算出された電圧を比較して前記負極スイッチの状態を診断してもよい。

前記一つの抵抗に印加される前記バッテリーの電圧をデジタル信号に変換するＡＤＣ変換部をさらに含んでもよく、前記制御部は、前記変換されたデジタル信号に基づいて前記負極スイッチの状態を診断してもよい。

前記一つ以上の抵抗の間に位置し、前記一つ以上の抵抗を連結又は短絡するスイッチ部をさらに含んでもよく、前記制御部は、前記スイッチ部の開閉を制御して前記一つの抵抗に前記バッテリーの電圧を印加させ、前記印加された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断してもよい。

前記一つ以上の抵抗に補正電圧を印加する補正電圧生成部をさらに含んでもよく、前記制御部は、前記一つの抵抗に印加された電圧と前記補正電圧を合算し、前記合算された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断してもよい。

前記電圧分配を用いたスイッチ診断装置は、前記バッテリーと前記負荷を連結する正極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡する正極スイッチ、前記正極スイッチを診断するための診断抵抗、及び一側が前記正極スイッチと連結され、他側が前記診断抵抗と連結された抵抗部をさらに含んでもよい。

前記制御部は、電圧分配を用いて前記抵抗部及び前記診断抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記診断抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記正極スイッチの状態を診断してもよい。

前記負極スイッチ、前記一つ以上の抵抗は一つの負極スイッチ診断部として構成され、前記制御部は前記負極スイッチ診断部の外部に位置してもよい。

前記正極スイッチ、前記抵抗部及び前記診断抵抗は一つの正極スイッチ診断部として構成され、前記制御部は前記正極スイッチ診断部の外部に位置してもよい。

本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、負極スイッチがバッテリーと負荷を連結する負極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡するステップ、一つ以上の抵抗が前記負極スイッチと並列連結されるステップ、及び制御部が、電圧分配を用いて直列連結された前記一つ以上の抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記一つ以上の抵抗のうち測定対象となる一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップを含む。

前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、基準電圧生成部が前記バッテリーの状態を診断するための基準電圧を生成するステップをさらに含んでもよく、前記診断するステップは、前記基準電圧に基づいて前記一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記一つの抵抗に印加された電圧と前記算出された電圧を比較して前記負極スイッチの状態を診断するステップを含んでもよい。

ＡＤＣ変換部が前記一つの抵抗に印加される前記バッテリーの電圧をデジタル信号に変換するステップをさらに含んでもよく、前記診断するステップは、前記変換されたデジタル信号に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップをさらに含んでもよい。

前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、スイッチ部が、前記一つ以上の抵抗の間に位置し、前記一つ以上の抵抗を連結又は短絡するステップをさらに含んでもよく、前記診断するステップは、前記スイッチ部の開閉を制御して前記一つの抵抗に前記バッテリーの電圧を印加させ、前記印加された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップをさらに含んでもよい。

前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、補正電圧生成部が前記一つ以上の抵抗に補正電圧を印加するステップをさらに含んでもよく、前記診断するステップは、前記一つの抵抗に印加された電圧と前記補正電圧を合算し、前記合算された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップをさらに含んでもよい。

前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、正極スイッチが、前記バッテリーと前記負荷を連結する正極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡するステップ、診断抵抗が前記正極スイッチを診断するステップ、及び抵抗部が、一側が前記正極スイッチと連結され、他側が前記診断抵抗と連結されるステップをさらに含んでもよい。

前記診断するステップは、電圧分配を用いて前記抵抗部及び前記診断抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記診断抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記正極スイッチの状態を診断するステップをさらに含んでもよい。

前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、前記負極スイッチ、前記一つ以上の抵抗は一つの負極スイッチ診断部として構成するステップ、及び前記制御部は前記負極スイッチ診断部の外部に位置するステップをさらに含んでもよい。

本発明の一側面によれば、直列連結された一つ以上の抵抗をスイッチと並列に連結し、電圧分配を用いて一つ以上の抵抗のうち測定対象となる一つの抵抗に印加される電圧を算出することによって、算出された電圧に基づいてスイッチの状態を診断できる電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法を提供することができる。

また、外部に位置する一つのＡＤＣコンバータ及び制御部を用いて電圧分配された電圧の入力を受け、それに基づいて一つ以上のスイッチの状態を診断することによって、体積及び費用を減少できる電圧分配を用いたスイッチ診断装置及び方法を提供することができる。

本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置が適用される電気自動車を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法を用いて負極スイッチを診断する方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法を用いて正極スイッチを診断する方法を説明するためのフローチャートである。

本発明を添付図面を参照して詳細に説明すれば以下のとおりである。ここで、繰り返される説明、本発明の要旨を不要に濁す恐れのある公知機能及び構成に関する詳細な説明は省略する。本発明の実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。よって、図面での要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

明細書の全体にかけて、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。

また、明細書に記載された「．．．部」という用語は一つ以上の機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアやソフトウェア又はハードウェア及びソフトウェアの結合で実現されることができる。

図１は、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置が適用される電気自動車を概略的に示す図である。

図１に本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置が電気自動車１に適用された例が示されているが、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置は電気自動車の他にも家庭用又は産業用エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）や無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ；ＵＰＳ）システムなどの二次電池が適用できる分野であれば、いかなる技術分野に適用されてもよい。

電気自動車１は、バッテリー１０、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）２０、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０、インバータ４０及びモータ５０を含んで構成されることができる。

バッテリー１０は、モータ５０に駆動力を提供して電気自動車１を駆動させる電気エネルギー源である。バッテリー１０は、モータ５０及び／又は内燃機関（図示せず）の駆動に応じてインバータ４０によって充電又は放電される。

ここで、バッテリー１０の種類は特に限定されず、例えば、バッテリー１０はリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などで構成されることができる。

また、バッテリー１０は、複数の電池セルが直列及び／又は並列に連結された電池パックで形成される。そして、バッテリー１０は一つ以上の電池パックを含むことができる。

ＢＭＳ２０は、バッテリー１０の状態を推定し、推定した状態情報を用いてバッテリー１０を管理する。例えば、ＢＭＳ２０は、バッテリー１０の残存容量（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｉｎｇ；ＳＯＣ）、残存寿命（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ；ＳＯＨ）、最大入出力電力許容量、出力電圧などのバッテリー１０の状態情報を推定し管理する。そして、ＢＭＳ２０は、このような状態情報を用いてバッテリー１０の充電又は放電を制御し、さらにはバッテリー１０の交替時期の推定も可能である。

ＢＭＳ２０は、後述する本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置１００を含むか、又は電圧分配を用いたスイッチ診断装置１００に連結されて動作することができる。ＢＭＳ２０は、バッテリー１０と負荷を連結する負極電源線上に位置する負極スイッチ１１０を診断するために、一つ以上の抵抗を負極スイッチと並列連結し、一つ以上の抵抗１３０のうち測定対象となる一つの抵抗１３０−１に印加される電圧を測定して負極スイッチ１１０の状態を診断することができる。

ＥＣＵ３０は、電気自動車１の状態を制御する電子的制御装置である。例えば、ＥＣＵ３０は、アクセラレータ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）、ブレーキ（ｂｒｅａｋ）、速度などの情報に基づいてトルク程度を決定し、モータ５０の出力がトルク情報に合うように制御する。

また、ＥＣＵ３０は、ＢＭＳ２０によってバッテリー１０が充電又は放電されるようにインバータ４０に制御信号を送る。

インバータ４０は、ＥＣＵ３０の制御信号に基づいてバッテリー１０が充電又は放電されるようにする。

モータ５０は、バッテリー１０の電気エネルギーを用いてＥＣＵ３０から伝達される制御情報（例えば、トルク情報）に基づいて電気自動車１を駆動する。

以下では、図２及び図３を参照して本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置について説明する。

図２及び図３は、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置を概略的に示す図である。

図２及び図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置１００は、負極スイッチ１１０、一つ以上の抵抗１２０、スイッチ部１３０、基準電圧生成部１４０、ＡＤＣ変換部１５０、制御部１６０及び補正電圧生成部１７０を含むことができる。

図２及び図３に示された電圧分配を用いたスイッチ診断装置１００は一実施形態によるものであり、その構成要素が図２及び図３に示された実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて付加、変更又は削除されてもよい。

負極スイッチ１１０は、バッテリー１０と負荷を連結する負極電源線上に位置し、バッテリー１０と負荷を連結又は短絡することができる。一例として、負極スイッチ１１０は、リレー（Ｒｅｌａｙ）、コンタクタ（Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）やトランジスタ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及びサイリスタ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）のようなスイッチング素子であってもよい。負極スイッチ１１０は、使用環境、ユーザの要求及び要求される安全性に応じて一つ以上のスイッチング素子を含んでもよい。

一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２は、負極スイッチ１１０を診断するために用いられることができる。一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２は互いに直列連結されてもよく、負極スイッチ１１０とは並列連結されてもよい。それにより、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２に印加されるバッテリー１０の電圧を通じて負極スイッチ１１０に印加される電圧を算出することができ、それに基づいて後述する制御部１６０を介して負極スイッチ１１０の状態を診断することができる。

一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２の大きさは、バッテリー１０の電圧及び制御部１６０に種類に応じて様々に設定できる。一例として、後述する制御部１６０は、マイクロコントローラユニット（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ；ＭＣＵ）であってもよい。ＭＣＵは、４Ｖ〜５Ｖ大きさの電圧値を支援することができる。しかし、バッテリー１０は４００Ｖ〜５００Ｖ大きさとして比較的に高電圧であるため、バッテリー１０から出力される電源の印加を直ちに受けて使用するのに困難がある。したがって、電圧分配法則を用いてバッテリー１０から印加される電圧を下げることによって、ＭＣＵが支援する程度の電圧大きさに調節することができる。例えば、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２の大きさは、各々、５ｋΩ及び１ＭΩであってもよい。バッテリー１０の電圧が４００Ｖである場合、５ｋΩに印加されるバッテリー１０の電圧は（４００Ｖ＊５ｋΩ）／１００５ｋΩとして１．９９Ｖが算出される。第１抵抗１２０−１に印加される電圧を算出することによって、ＭＣＵが支援するレベルの電圧を提供することができる。

スイッチ部１３０は、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２の間に位置し、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２を連結又は短絡することができる。スイッチ部１３０は、負極スイッチ１１０と同様に、リレー、コンタクタやトランジスタ及びサイリスタのようなスイッチング素子を一つ以上含むことができる。スイッチング部１３０は、後述する制御部１６０によるオン／オフ制御を受けて負極スイッチ１１０を診断しようとする場合にのみ動作させることによって、不要な電力損失及び漏れ電流が発生するのを防止することができる。

基準電圧生成部１４０は、バッテリー１０の状態を診断するための基準電圧を生成することができる。ここで、基準電圧はバッテリー１０が正常作動する時点で測定された電圧値であってもよく、後述する制御部１６０を介してバッテリー１０の状態を診断又は負極スイッチ１１０の状態を診断する基準値であってもよい。一例として、基準電圧は４００Ｖであってもよく、バッテリー１０で測定された電圧が４００Ｖ以上である場合、後述する制御部１６０を介してバッテリー１０の状態を異常状態に診断することができる。また、制御部１６０を介して基準電圧が印加された時、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２のうち測定対象となる一つの抵抗１２０−１に印加される電圧を算出することができ、算出された電圧と実際に測定された電圧を比較することによって負極スイッチ１１０の状態を診断することができる。

基準電圧生成部１４０は一つ以上の抵抗を含むことができ、一つ以上の抵抗がバッテリー１０と並列連結されることによって、バッテリー１０の電圧を測定し、それによって基準電圧を生成することができる。一例として、基準電圧生成部１４０は、１ＭΩ大きさの抵抗と１０ｋΩ大きさの抵抗とを含むことができる。バッテリー１０の電圧が４００Ｖである場合、４００Ｖの電圧は１ＭΩ及び１０ｋΩに印加され、電圧分配法則によって（４００Ｖ＊１０ｋΩ）／１０１０ｋΩになることにより、３．９６Ｖの基準電圧が生成されるようになる。

さらに、基準電圧生成部１４０は一つ以上の抵抗の間に一つ以上のスイッチを含ませることができ、それにより、基準電圧を生成しようとする場合にのみスイッチを動作させることによって、不要な電力損失及び漏れ電流が発生するのを防止することができる。

ＡＤＣ変換部１５０は、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２のうち一つの抵抗１２０−１に印加されるバッテリー１０の電圧をデジタル信号に変換することができる。また、ＡＤＣ変換部１５０は、基準電圧生成部１２０から生成された基準電圧をデジタル信号に変換することができる。ＡＤＣ変換部１５０は、基準電圧及び測定された電圧のアナログ値をデジタル信号化して後述する制御部１６０に出力することによって、後述する制御部１６０がデジタル信号に基づいて負極スイッチ１１０の状態を診断するようにすることができる。

制御部１６０は、電圧分配を用いて直列連結された一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２に印加されるバッテリー１０の電圧から一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２のうち測定対象となる一つの抵抗１２０−１に印加される電圧を算出し、算出された電圧に基づいて負極スイッチ１１０の状態を診断することができる。

制御部１６０は、基準電圧に基づいて一つの抵抗１２０−１に印加される電圧を算出し、一つの抵抗１２０−１に印加された電圧と算出された電圧を比較して負極スイッチ１１０の状態を診断することができる。

表１及び図３を参照して例を挙げて説明すれば、バッテリー１０の電圧が５００Ｖである場合、−５００Ｖ〜５００Ｖに変動して測定されるバッテリー１０の電圧を基準電圧に設定し、それによって第１抵抗１２０−１に印加される予想電圧を算出することができる。制御部１６０は、負極スイッチ１１０の状態を診断しようとする場合、スイッチ部１３０及び基準電圧生成部１４０内に含まれたスイッチを動作させてバッテリー１０の電圧を印加することができる。バッテリー１０の電圧が５００Ｖである場合、基準電圧生成部１４０においてバッテリーの基準電圧を５００Ｖに設定することができ、それにより、制御部１４０は第１抵抗１２０−１に印加される予想電圧を２．４８Ｖに算出することができる。ここで、第１抵抗１２０−１及び第２抵抗１２０−２に印加されるバッテリー１０の電圧を電圧分配して、第１抵抗１２０−１に印加される電圧を測定した時、２．４８Ｖが測定されると、制御部１６０は負極スイッチ１１０の状態が正常状態であると診断することができる。他の一実施形態において、制御部１６０は、一定範囲の許容誤差範囲を設定することができ、第１抵抗１２０−１に印加される電圧が基準電圧の許容誤差範囲内に含まれる場合、負極スイッチ１１０の状態を正常状態であると診断することができる。仮にバッテリー１０の電圧が３００Ｖ及びそれに基づいて算出された予想電圧が１．４８Ｖであるとする。しかし、電圧分配を通じて算出された第１抵抗１２０−１に印加された電圧が２．５４Ｖである場合、第１抵抗１２０−１に印加された電圧と基準電圧は互いに異なるようになる。この時、制御部１６０は、負極スイッチ１１０の状態に異常があると診断することができる。また、他の一実施形態において、第１抵抗１２０−１に印加された電圧が基準電圧の許容誤差範囲内に含まれない場合、負極スイッチ１１０の状態に異常があると診断することができる。

ここで、バッテリー１０の電圧が−５００Ｖ以上０Ｖ以下である場合、第１抵抗１２０−１に逆電圧が印加されるようになる。それにより、第１抵抗１２０−１に印加された逆電圧はＭＣＵに提供される。このような逆電圧はＭＣＵの誤動作及び誤診断を招く。したがって、それを防止するために、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置１００は、補正電圧生成部１７０を含むことができる。

補正電圧生成部１７０は、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２に補正電圧を印加することができる。ここで、補正電圧は、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２のうち測定対象となる一つの抵抗１２０−１に印加される逆電圧を定電圧に変える電圧であってもよい。表１を参照して例を挙げて説明すれば、バッテリー１０の電圧が−５００Ｖである場合、バッテリー１０から第１抵抗１２０−１に印加される電圧は−２．４８Ｖであってもよい。したがって、２．５Ｖの補正電圧を第１抵抗１２０−１に印加することによって、０．０２Ｖの定電圧が印加されるようにすることができる。また、バッテリー１０の電圧が５００Ｖである場合、第１抵抗１２０−１に印加される電圧は２．４８Ｖであってもよく、この時、補正電圧が印加されると、４．９８Ｖになることができる。これは、制御部１６０がＭＣＵである場合にも支援できる電圧の大きさになることができる。このように補正電圧は、測定対象となる第１抵抗１２０−１の逆電圧を定電圧に変えることができ、制御部１６０に支援可能な大きさになることができる値に設定できる。この場合、制御部１６０は、基準電圧に補正電圧を合算した値と第１抵抗１２０−１で測定された電圧と補正電圧を合算した値とを比較することによって、負極スイッチ１１０の異常有無を診断することができる。

制御部１６０は、上述したように、ＡＤＣ変換部１５０を介してデジタル信号化された電圧値を比較することによって、負極スイッチ１１０の状態を診断することができる。

本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断装置１００は、正極スイッチ１８０、抵抗部１９０、診断抵抗２００及びスイッチ２１０をさらに含むことができる。

正極スイッチ１８０は、バッテリー１０と負荷を連結する正極電源線上に位置し、バッテリー１０と負荷を連結又は短絡することができる。正極スイッチ１８０は、負極スイッチ１１０と同様に、リレー、コンタクタやトランジスタ及びサイリスタのようなスイッチング素子であってもよい。正極スイッチ１８０は、使用環境、ユーザの要求及び要求される安全性に応じて一つ以上のスイッチング素子を含んでもよい。

抵抗部１９０は、一側が正極スイッチ１８０と連結され、他側が後述する診断抵抗２００と連結されることができる。

診断抵抗２００は、正極スイッチ１８０の状態を診断するために抵抗部１９０に連結されることができる。ここで、抵抗部１９０と診断抵抗２００は電圧分配のために用いられる抵抗であり、抵抗部１９０の大きさが診断抵抗１４０の大きさより大きい値であってもよい。一例として、抵抗部１９０の大きさは１ＭΩであってもよく、診断抵抗の大きさは１０ｋΩであってもよい。

スイッチ２１０は、抵抗部１９０と診断抵抗２００との間に位置し、抵抗部１３０と診断抵抗１４０を連結又は短絡することができる。スイッチ２１０は、制御部１６０の制御を受けてオン／オフ動作をすることによって、抵抗部１９０及び診断抵抗２００を連結又は短絡することができる。それにより、正極スイッチ１８０の状態を診断しようとする場合にのみスイッチ２１０の動作を制御して抵抗部１９０と診断抵抗２００を連結することによって、不要な電力損失及び漏れ電流が発生するのを防止することができる。

制御部１６０は、電圧分配を用いて抵抗部１９０及び診断抵抗２００に印加されるバッテリー１０の電圧から診断抵抗２００に印加される電圧を算出し、算出された電圧に基づいて正極スイッチ１８０の状態を診断することができる。

さらに、負極スイッチ１１０、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２は一つの負極スイッチ診断部２２０として構成されることができる。また、正極スイッチ１８０、抵抗部１９０及び診断抵抗２００は一つの正極スイッチ診断部２３０として構成されることができる。また、ＡＤＣ変換部１５０及び制御部１６０は、負極スイッチ診断部２２０及び正極スイッチ診断部２３０の外部に位置することができる。それにより、複数のスイッチを各々監視し診断しようとする場合、複数のスイッチごとに各々負極スイッチ診断部２２０又は正極スイッチ診断部２３０を構成し、外部に位置した一つのＡＤＣ変換部１５０及び制御部１６０を介して複数のスイッチを診断することができる。

他の一実施形態において、負極スイッチ１１０及び正極スイッチ１８０は、診断しようとする他の構成要素に代替して用いることができる。一例として、ヒューズの状態を診断しようとする場合、前記のような方法でヒューズに一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２を連結し、一つ以上の抵抗１２０−１及び１２０−２のうち測定対象となる一つの抵抗１２０−１に印加されるバッテリーの電圧を測定することによってヒューズの状態を診断することができる。

このように負極スイッチ１１０、正極スイッチ１８０及びヒューズのようにバッテリー１０パック又はＢＭＳの内部に位置する複数の構成要素の状態を一つの外部のＡＤＣ変換部１５０及び制御部１６０で測定し、診断のための追加の構成要素を使用しないことによって、又は別途のシステムを構築しないことによって、バッテリー１０パック及びＢＭＳの体積及び費用を節減させることができる。

以下では、図４及び図５を参照して本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法（Ｓ１００）を用いて負極スイッチ及び正極スイッチを診断する方法について説明する。

図４は、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法を用いて負極スイッチを診断する方法を説明するためのフローチャートである。

図４を参照すれば、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法を用いて負極スイッチを診断する方法が開始されれば、バッテリーの電圧が一つ以上の抵抗に印加される（Ｓ１０１）。その後、電圧分配を用いて一つ以上の抵抗のうち測定対象となる一つの抵抗に印加されるバッテリーの電圧を算出する（Ｓ１０２）。また、基準電圧生成部により基準電圧を生成し（Ｓ１０３）、生成された基準電圧に基づいて測定対象となる一つの抵抗に印加されるバッテリーの電圧を算出する（Ｓ１０４）。ステップ（Ｓ１０２）で算出された電圧及びステップ（Ｓ１０４）で算出された基準電圧は、補正電圧生成部により生成された補正電圧と合算される（Ｓ１０５）。合算された電圧はＡＤＣ変換部を介してＡＤＣ変換され（Ｓ１０６）、変換された値は制御部に提供されて負極スイッチを診断する（Ｓ１０７）。ステップ（Ｓ１０７）で診断された結果、補正電圧と合算された一つの抵抗に印加された電圧と補正電圧と合算された基準電圧が同一である場合、負極スイッチは正常に診断されて正常動作を行う（Ｓ１０８）。しかし、補正電圧と合算された一つの抵抗に印加された電圧と補正電圧と合算された基準電圧が同一でない場合、負極スイッチに異常があると診断し（Ｓ１０９）、負極スイッチの動作を制御するか又は負極スイッチの異常有無を外部に出力する（Ｓ１１０）。

図５は、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法を用いて正極スイッチを診断する方法を説明するためのフローチャートである。

図５を参照すれば、本発明の一実施形態による電圧分配を用いたスイッチ診断方法を用いて正極スイッチを診断する方法が開始されれば、バッテリーの電圧が一つ以上の抵抗に印加される（Ｓ２０１）。その後、電圧分配を用いて抵抗部及び診断抵抗に印加されるバッテリーの電圧のうち診断抵抗に印加されるバッテリーの電圧を算出する（Ｓ２０２）。また、基準電圧生成部により基準電圧を生成し（Ｓ２０３）、生成された基準電圧に基づいて診断抵抗に印加されるバッテリーの電圧を算出する（Ｓ２０４）。ステップ（Ｓ２０２）で算出された診断抵抗に印加された電圧及びステップ（Ｓ２０４）で算出された診断抵抗に印加される基準電圧をＡＤＣ変換する（Ｓ２０５）。ステップ（Ｓ２０５）で変換された電圧値は制御部に提供され、制御部において診断抵抗に印加された電圧と診断抵抗に印加される基準電圧を比較する（Ｓ２０６）。ステップ（Ｓ２０６）を通じて診断抵抗に印加された電圧と診断抵抗に印加される基準電圧が同一である場合、正極スイッチが正常状態に診断されて正常動作を行う（Ｓ２０７）。その反面、ステップ（Ｓ２０６）を通じて診断抵抗に印加された電圧と診断抵抗に印加される基準電圧が同一でない場合、正極スイッチに異常が発生したと診断し（Ｓ２０８）、正極スイッチの動作を制御する（Ｓ２０９）。また、正極スイッチの異常有無を外部に出力する。

前述した電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、図面に提示されたフローチャートを参照にして説明された。簡単に説明するために、前記方法は一連のブロックで図示し説明されたが、本発明は前記ブロックの順に限定されず、幾つかのブロックは他のブロックと本明細書で図示し記述されたものとは異なる順に又は同時に起こってもよく、同一又は類似した結果を達成する様々な他の分枝、流れ経路及びブロックの順が実現されてもよい。また、本明細書に記述された方法を実現するために示された全てのブロックが要求されなくてもよい。

以上、本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、本発明の技術思想は添付された図面と前記説明の内容に限定されず、本発明の思想を逸脱しない範囲内で様々な形態の変形が可能であるのは本分野の通常の知識を有する者にとって明らかなことであり、このような形態の変形は本発明の精神に違背しない範囲内で本発明の特許請求の範囲に属するとみなすことができる。

Claims (16)

1. スイッチ診断装置であって、
   バッテリーと負荷を連結する負極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡する負極スイッチ、
   前記負極スイッチと並列連結された一つ以上の抵抗、及び
   電圧分配を用いて直列連結された前記一つ以上の抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記一つ以上の抵抗のうち測定対象となる一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断する制御部を含むことを特徴とする、電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
2. 前記バッテリーの状態を診断するための基準電圧を生成する基準電圧生成部を更に含んでなり、
   前記制御部は、
   前記基準電圧に基づいて前記一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記一つの抵抗に印加された電圧と前記算出された電圧を比較して前記負極スイッチの状態を診断することを特徴とする、請求項１に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
3. 前記一つの抵抗に印加される前記バッテリーの電圧をデジタル信号に変換するＡＤＣ変換部を更に含んでなり、
   前記制御部は、
   前記変換されたデジタル信号に基づいて前記負極スイッチの状態を診断することを特徴とする、請求項１に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
4. 前記一つ以上の抵抗の間に位置し、前記一つ以上の抵抗を連結又は短絡するスイッチ部を更に含んでなり、
   前記制御部は、
   前記スイッチ部の開閉を制御して前記一つの抵抗に前記バッテリーの電圧を印加させ、前記印加された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断することを特徴とする、請求項１に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
5. 前記一つ以上の抵抗に補正電圧を印加する補正電圧生成部を更に含んでなり、
   前記制御部は、
   前記一つの抵抗に印加された電圧と前記補正電圧を合算し、前記合算された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断することを特徴とする、請求項１に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
6. 前記電圧分配を用いたスイッチ診断装置は、
   前記バッテリーと前記負荷を連結する正極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡する正極スイッチ、
   前記正極スイッチを診断するための診断抵抗、及び
   一側が前記正極スイッチと連結され、他側が前記診断抵抗と連結された抵抗部を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
7. 前記制御部は、
   電圧分配を用いて前記抵抗部及び前記診断抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記診断抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記正極スイッチの状態を診断することを特徴とする、請求項６に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
8. 前記負極スイッチ、前記一つ以上の抵抗は一つの負極スイッチ診断部として構成され、前記制御部は前記負極スイッチ診断部の外部に位置することを特徴とする、請求項１に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断装置。
9. スイッチ診断方法であって、
   負極スイッチがバッテリーと負荷を連結する負極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡するステップ、
   一つ以上の抵抗が前記負極スイッチと並列連結されるステップ、及び
   制御部が、電圧分配を用いて直列連結された前記一つ以上の抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記一つ以上の抵抗のうち測定対象となる一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップを含むことを特徴とする、電圧分配を用いたスイッチ診断方法。
10. 前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、
    基準電圧生成部が前記バッテリーの状態を診断するための基準電圧を生成するステップを更に含んでなり、
    前記診断するステップは、
    前記基準電圧に基づいて前記一つの抵抗に印加される電圧を算出し、前記一つの抵抗に印加された電圧と前記算出された電圧を比較して前記負極スイッチの状態を診断するステップを含むことを特徴とする、請求項９に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断方法。
11. ＡＤＣ変換部が前記一つの抵抗に印加される前記バッテリーの電圧をデジタル信号に変換するステップを更に含んでなり、
    前記診断するステップは、
    前記変換されたデジタル信号に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断方法。
12. 前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、
    スイッチ部が、前記一つ以上の抵抗の間に位置し、前記一つ以上の抵抗を連結又は短絡するステップを更に含んでなり、
    前記診断するステップは、
    前記スイッチ部の開閉を制御して前記一つの抵抗に前記バッテリーの電圧を印加させ、前記印加された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断方法。
13. 前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、
    補正電圧生成部が前記一つ以上の抵抗に補正電圧を印加するステップを更に含んでなり、
    前記診断するステップは、
    前記一つの抵抗に印加された電圧と前記補正電圧を合算し、前記合算された電圧に基づいて前記負極スイッチの状態を診断するステップを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断方法。
14. 前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、
    正極スイッチが、前記バッテリーと前記負荷を連結する正極電源線上に位置し、前記バッテリーと前記負荷を連結又は短絡するステップ、
    診断抵抗が前記正極スイッチを診断するステップ、及び
    抵抗部が、一側が前記正極スイッチと連結され、他側が前記診断抵抗と連結されるステップを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断方法。
15. 前記診断するステップは、
    電圧分配を用いて前記抵抗部及び前記診断抵抗に印加される前記バッテリーの電圧から前記診断抵抗に印加される電圧を算出し、前記算出された電圧に基づいて前記正極スイッチの状態を診断するステップを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断方法。
16. 前記電圧分配を用いたスイッチ診断方法は、
    前記負極スイッチ、前記一つ以上の抵抗は一つの負極スイッチ診断部として構成するステップ、及び
    前記制御部は前記負極スイッチ診断部の外部に位置するステップを更に含むことを特徴とする、請求項９に記載の電圧分配を用いたスイッチ診断方法。