JP5231677B2 - セルバランス回路の異常診断装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、セルバランス回路の異常診断装置及び方法に関し、より詳しくは、セル電圧の測定に使用される浮動キャパシタを用いてセルバランス回路が故障したか否かを判別できるセルバランス回路の異常診断装置及び方法に関する。

本出願は、２０１０年２月２２日出願の韓国特許出願第１０−２０１０−００１５５１９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

近年、化石エネルギーの枯渇と環境汚染の問題から化石エネルギーの代わりに電気エネルギーを使用する電気自動車やハイブリッド自動車に対する関心が高くなっている。

このような電気自動車やハイブリッド自動車が走行するためには、高出力を必要とする駆動モーターを駆動させなければならない。そのために電気自動車やハイブリッド自動車に使用されるバッテリーは、複数のバッテリーセルが直列で連結されたバッテリーパックから出力される電気を電源として用いている。

このようなバッテリーパックに含まれている複数のバッテリーセルは、安定性、寿命の向上、及び高出力を得るためにそれぞれのバッテリーセルの電圧を均一に維持する必要がある。

バッテリーパックに含まれたそれぞれのバッテリーセルの充電電圧を均一にバランシングする方法としては、電圧が相対的に低いバッテリーセルに充電電流を供給して電圧を上昇させる方法、電圧が相対的に高いバッテリーセルを放電させて電圧を下降させる方法、それぞれのバッテリーセルの電圧からバランシング目標電圧を決定し、目標電圧より電圧の高いバッテリーセルは放電させ、目標電圧より電圧の低いバッテリーセルは充電させる方法などが用いられていた。

このようなセルバランス方法は、それぞれのバッテリーセルと連結されたセルバランス回路によって具現される。セルバランス回路は、セルバランス動作の始めと終了を制御するスイッチング素子、及びバッテリーセルの電圧を放電させる放電抵抗を含む。

しかし、セルバランス回路を用いてバッテリーセルのバランスを取る過程において、瞬間的に過度な電流がセルバランス回路に流れ込むか、スイッチング素子に動作電圧以上の過電圧が印加されるか、または放電抵抗を通じて過度な熱が発生するなどの異常状況が起きれば、セルバランス回路に含まれた部品が短絡（ｓｈｏｒｔ）または断線（ｏｐｅｎ）されて回路が正常に動作しないという問題が生じる。

このような問題によってセルバランス回路が非正常的に動作すれば、該当回路に連結されたバッテリーセルの電圧が他のバッテリーセルに比べて過度に高くなるか又は低くなることで、バッテリーパックが爆発したり、バッテリーパックと連結された負荷の動作が急に停止するなどの深刻な問題が引き起こされる恐れがある。

このような問題を解決するためには、セルバランス回路の異常有無を診断できる別の診断回路をセルバランス回路に組み込む必要がある。

例えば、特許文献１には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）及び放電抵抗からなるセルバランス回路、並びに前記電界効果トランジスタのソースとドレーンとの間に介在される抵抗をそれぞれのバッテリーセル毎に設け、相異なるレベルの基準電圧源が印加された２つの比較器を用いてソースとドレーンとの間の電圧差を抵抗を通じて測定し、測定された電圧のレベル（ｈｉｇｈ、ｌｏｗ）によってセルバランス回路の異常有無を判別するセルバランス回路の異常有無検出装置が開示されている。

ところが、特許文献１は、セルバランス回路の異常有無を検出するため、診断回路という別の回路構成を必要とし、それぞれの診断回路は２つの比較器をさらに必要とするため、セルバランス回路の異常有無検出装置の製造コストが増加する問題点があった。

特開第２００７−０８５８４７号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、別の回路を必要とせず、セル電圧の測定に使用される浮動キャパシタを用いてセルバランス回路の異常有無を簡単に診断することができるセルバランス回路の異常診断装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるセルバランス回路の異常診断装置は、バッテリーセルの電圧を充電する浮動キャパシタと、前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させるセルバランス回路と、前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧及び放電された浮動キャパシタの残留電圧を測定する電圧測定部と、前記放電された浮動キャパシタの残留電圧から前記セルバランス回路の異常有無を判別する制御部と、を含む。

本発明によるセルバランス回路の異常診断装置は、前記浮動キャパシタと前記バッテリーセルとを連結／解除する第１スイッチ、及び前記浮動キャパシタと前記電圧測定部とを連結／解除する第２スイッチをさらに含む。

望ましくは、前記制御部は、前記第２スイッチがオフされた状態で前記第１スイッチをオンさせて前記バッテリーセルの電圧を浮動キャパシタに充電させ、前記第１スイッチがオフされた状態で前記第２スイッチをオンさせて前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧または放電された浮動キャパシタの残留電圧を前記電圧測定部に印加する。

本発明によれば、前記セルバランス回路は、前記浮動キャパシタの両端子と連結されて前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させる放電抵抗部、及び前記浮動キャパシタと前記放電抵抗部とを連結／解除する第３スイッチをさらに含み、前記制御部は前記第３スイッチの動作を制御して浮動キャパシタの充電電圧を放電させる。

望ましくは、前記バッテリーセルは複数であり、前記浮動キャパシタ、前記第１スイッチ、第２スイッチ、及び前記セルバランス回路はそれぞれのバッテリーセル毎に備えられる。

望ましくは、前記制御部は、それぞれのバッテリーセルの電圧を対応する浮動キャパシタに充電するとき、それぞれのバッテリーセルに対応する第１スイッチを同時または異時的にオンさせる。

望ましくは、前記制御部は、それぞれの浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧または放電された浮動キャパシタの残留電圧を前記電圧測定部に印加するとき、それぞれのバッテリーセルに対応する第２スイッチを同時または異時的にオンさせる。

望ましくは、前記制御部は、それぞれの浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧を放電するとき、それぞれのバッテリーセルに対応するセルバランス回路に含まれた第３スイッチを同時または異時的にオンさせる。

望ましくは、前記制御部は、前記第１スイッチないし第３スイッチの動作を制御するスイッチ制御モジュールと、前記電圧測定部から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換モジュールと、前記Ａ／Ｄ変換モジュールからデジタル電圧信号の入力を受けて前記放電された浮動キャパシタの残留電圧からセルバランス回路の異常有無を判別する中央演算モジュールと、をさらに含む。

本発明の一態様によれば、前記制御部は、前記放電された浮動キャパシタの残留電圧が基準電圧を超過する場合、セルバランス回路に異常があると判別する。

また、本発明の一態様によれば、前記制御部は、前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧と前記放電された浮動キャパシタの残留電圧との差が基準電圧未満である場合、セルバランス回路に異常があると判別する。

選択的に、本発明によるセルバランス回路の異常診断装置は、前記セルバランス回路に異常が生じたことを視聴覚または聴覚的に出力する異常警報機をさらに含み得る。この場合、前記制御部はセルバランス回路に異常が生じた場合、前記異常警報機を通じてセルバランス回路に異常が生じたことを視覚的または聴覚的に警報する。

上記の課題を達成するため、本発明の他の態様によるセルバランス回路の異常診断装置は、バッテリーセルの電圧を充電する浮動キャパシタと、前記バッテリーセルと連結されてバッテリーセルの電圧をバランシングし、前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させるセルバランス回路と、前記放電された浮動キャパシタの残留電圧を測定する電圧測定部と、前記放電された浮動キャパシタの残留電圧から前記セルバランス回路の異常有無を判別する制御部と、を含む。

本発明の他の態様によれば、前記制御部は、前記放電された浮動キャパシタの残留電圧が基準電圧を超過する場合、セルバランス回路に異常があると判別する。

また、本発明の他の態様によれば、前記電圧測定部は前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧をさらに測定し、前記制御部は前記バッテリーセル電圧と前記放電された浮動キャパシタの残留電圧との差が基準電圧未満である場合、セルバランス回路に異常があると判別する。

また、本発明の課題は、上述したセルバランス回路の異常診断装置を含むバッテリー管理システム、バッテリー駆動装置、またはバッテリーパックによって達成することができる。

上記の課題を達成するため、本発明によるセルバランス回路の異常診断方法は、バッテリーセルの電圧を浮動キャパシタに充電させるステップと、電圧測定部を通じて前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧を測定するステップと、セルバランス回路を用いて前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させるステップと、前記電圧測定部を通じて放電された浮動キャパシタの残留電圧を測定するステップと、前記浮動キャパシタの放電後に測定された前記残留電圧から前記セルバランス回路の異常有無を判別するステップと、を含む。

本発明によれば、別の回路を必要とせず、セルバランス回路の異常有無を簡単に診断することができ、セルバランス回路の異常発生による問題を解決することができる。また、追加的な回路を構成する必要がないため、コスト節減の効果が奏される。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の望ましい実施例によるセルバランス回路の異常診断装置を示した回路構成図である。 本発明の望ましい実施例による制御部の構成を示したブロック図である。 本発明の望ましい実施例によるセルバランス回路の異常診断方法を説明するためのフロー図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図１は、本発明の望ましい実施例によるセルバランス回路の異常診断装置を示した回路構成図である。図１にはバッテリーセルが２個である場合が例示されているが、本発明がバッテリーセルの個数によって限定されることはない。

図１を参照すれば、本発明によるセルバランス回路の異常診断装置は、バッテリーパック１０に含まれた複数のバッテリーセルＶ１、Ｖ２の電圧を充電する浮動キャパシタＣ１、Ｃ２、前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２に充電されたバッテリーセル電圧と放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧を測定する電圧測定部２０、前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の充電電圧を放電させるセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂ、及び前記放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧から前記セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常有無を判別する制御部４０を含む。

前記バッテリーセルＶ１、Ｖ２の両端子には電圧測定ラインが連結され、前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２は隣接する電圧測定ラインの間に並列で連結されてバッテリーセルＶ１、Ｖ２の電圧を充電し、前記電圧測定部２０は前記電圧測定ラインを通じてそれぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２に対応する浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の充電電圧を測定する。

また、前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２を基準にしてバッテリーセルＶ１、Ｖ２側の電圧測定ラインには浮動キャパシタＣ１、Ｃ２とバッテリーセルＶ１、Ｖ２とを連結／解除する第１スイッチＳＷ１が設けられ、前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２を基準にして電圧測定部２０側の電圧測定ラインには浮動キャパシタＣ１、Ｃ２と電圧測定部２０とを連結／解除する第２スイッチＳＷ２が設けられる。

前記第１スイッチ及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、充電モードまたは測定モードに切り替えられる。また、前記第１スイッチ及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２は放電モードに切り替えられる。

ここで、充電モードとは、それぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２の電圧を対応する浮動キャパシタＣ１、Ｃ２に充電するモードを意味する。また、測定モードとは、それぞれの浮動キャパシタＣ１、Ｃ２に充電された充電電圧を測定するモードを意味する。そして、放電モードとは、浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の充電電圧を放電させるためにバッテリーセルＶ１、Ｖ２と電圧測定部２０を浮動キャパシタＣ１、Ｃ２から電気的に分離させるモードを意味する。

前記第１スイッチＳＷ１は、充電モードで前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２とバッテリーセルＶ１、Ｖ２側との電圧測定ラインを連結する。そして、測定モード及び放電モードでは、前記第１スイッチＳＷ１が前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２とバッテリーセルＶ１、Ｖ２側との電圧測定ラインの連結を解除する。

前記第２スイッチＳＷ２は、測定モードで前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２と前記電圧測定部２０側との電圧測定ラインを連結する。そして、充電モード及び放電モードでは、前記第２スイッチＳＷ２が前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２と前記電圧測定部２０側との電圧測定ラインの連結を解除する。

前記セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂは、制御部４０の制御に従ってそれぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧を一定レベルにバランシングするバッテリーパック１０の保護回路である。

前記セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂは、それぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧を一定レベルにバランシングする機能だけでなく、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常診断過程で浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の充電電圧を放電させる機能を果たす。

前記セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂは、それぞれの浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の両端子と連結されて前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の充電電圧を放電させる放電抵抗Ｒｄ−１、Ｒｄ−２、及び前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２と放電抵抗Ｒｄ−１、Ｒｄ−２とを連結する第３スイッチＳＷ３−１、ＳＷ３−２を含む。

前記制御部４０は、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常有無を判別するため、まず前記第１スイッチ及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を充電モードに切り替える。すなわち、前記制御部４０は、前記第１スイッチＳＷ１をオンさせ、前記第２スイッチＳＷ２をオフさせる。すると、それぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２の両端子と浮動キャパシタＣ１、Ｃ２とが連結され、それぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２の電圧が対応する浮動キャパシタＣ１、Ｃ２に充電される。このとき、前記制御部４０は第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを同時または異時的に充電モードに切り替える。すなわち、前記制御部４０は第１スイッチＳＷ１を同時または異時的にオンさせ、第２スイッチＳＷ２を同時または異時的にオフさせる。ここで、「異時的」とは、時間差を置いて第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンまたはオフを制御することを意味し、以下においても同様である。

次いで、前記制御部４０は前記第１スイッチ及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を測定モードに切り替える。すなわち、前記制御部４０は前記第１スイッチＳＷ１をオフさせ、前記第２スイッチＳＷ２をオンさせる。すると、前記浮動キャパシタＣ１、Ｃ２に充電されたそれぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧が電圧測定部２０に印加され、電圧測定部２０はそれぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧を測定して測定結果を制御部４０に出力する。このとき、前記制御部４０は第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２を同時または異時的にオフさせ、第２スイッチＳＷ２を同時または異時的にオンさせる。

次いで、前記制御部４０は前記第１スイッチ及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を放電モードに切り替える。すなわち、前記制御部４０は前記第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を同時または異時的にオフさせる。その後、前記制御部４０は前記セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂを同時または異時的に動作させ、浮動キャパシタＣ１、Ｃ２を一定時間放電させる。すなわち、前記制御部４０はセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの第３スイッチＳＷ３−１、ＳＷ３−２を同時または異時的にオンさせて浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の両端子と放電抵抗Ｒｄ−１、Ｒｄ−２とを連結し、放電抵抗Ｒｄ−１、Ｒｄ−２を通じて浮動キャパシタＣ１、Ｃ２に充電された充電電圧を一定時間放電させる。

次いで、前記制御部４０は第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を再び測定モードに切り替える。すなわち、前記制御部４０は前記第１スイッチＳＷ１をオフさせた状態で前記第２スイッチＳＷ２を同時または異時的にオンさせ、前記電圧測定部２０を通じて放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧を測定する。その後、前記制御部４０は測定された残留電圧値に基づいてセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常有無を判別する。

図２は、本発明の望ましい実施例による制御部４０の構成をより具体的に示したブロック図である。

図２に示されたように、前記制御部４０はＡ／Ｄ変換モジュール４１、中央演算モジュール４２及びスイッチ制御モジュール４３を含む。

前記Ａ／Ｄ変換モジュール４１は、電圧測定部２０から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換し、中央演算モジュール４２へと出力する。前記アナログ電圧信号は、それぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧に対応する信号、及びセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂによって放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧信号を含む。

前記中央演算モジュール４２は、前記Ａ／Ｄ変換モジュール４１からデジタル電圧信号の入力を受けてセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常有無を判別する。すなわち、前記中央演算モジュール４２は放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧からセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常有無を判別する。

前記スイッチ制御モジュール４３は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び前記セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに含まれた第３スイッチＳＷ３−１、ＳＷ３−２のオン／オフを制御する。

前記制御部４０に含まれた各モジュールの機能を、バッテリーセルＶ１に対応するセルバランス回路３０Ａの故障診断過程を中心により具体的に説明すれば、次のようである。

前記中央演算モジュール４２は、スイッチ制御モジュール４３を制御して第２スイッチＳＷ２をオフさせた状態で第１スイッチＳＷ１をオンさせる。すると、バッテリーセルＶ１の両端子と浮動キャパシタＣ１とが連結され、バッテリーセルＶ１のセル電圧が浮動キャパシタＣ１に充電される。次いで、前記中央演算モジュール４２は、スイッチ制御モジュール４３を制御して第１スイッチＳＷ１をオフさせて浮動キャパシタＣ１とバッテリーセルＶ１との連結を解除し、第２スイッチＳＷ２をオンさせて浮動キャパシタＣ１の両端子を電圧測定部２０と連結する。すると、電圧測定部２０は浮動キャパシタＣ１の充電電圧を測定し、セル電圧に対応するアナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換モジュール４１に印加する。すると、前記Ａ／Ｄ変換モジュール４１は電圧測定部２０から出力されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換し、中央演算モジュール４２へと入力する。そして、中央演算モジュール４２は入力されたデジタル電圧信号をメモリー（図示せず）に保存する。

次に、前記中央演算モジュール４２は、スイッチ制御モジュール４３を制御して第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２ともにオフさせた状態でセルバランス回路３０Ａに含まれた第３スイッチＳＷ３−１を一定時間オンさせる。すると、浮動キャパシタＣ１の両端子とセルバランス回路３０Ａに含まれた放電抵抗Ｒｄ−１とが連結され、浮動キャパシタＣ１の充電電圧が一定時間放電される。

次いで、前記中央演算モジュール４２は、スイッチ制御モジュール４３を制御して第３スイッチＳＷ３−１をオフさせ、第１スイッチＳＷ１がオフされた状態で第２スイッチＳＷ２をオンさせて電圧測定部２０と浮動キャパシタＣ１とを連結する。すると、電圧測定部２０は放電された浮動キャパシタＣ１の残留電圧を測定し、アナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換モジュール４１に出力する。これにより、Ａ／Ｄ変換モジュール４１は電圧測定部２０から出力されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換し、中央演算モジュール４２へと入力する。すると、中央演算モジュール４２は入力されたデジタル電圧信号をメモリー（図示せず）に保存する。

その後、中央演算モジュール４２は放電された浮動キャパシタＣ１の残留電圧を予め定めた基準電圧と比べ、残留電圧が基準電圧を超過する場合、セルバランス回路３０Ａに異常があると判別する。ここで、基準電圧値は、セルバランス回路３０Ａで異常が生じると、浮動キャパシタＣ１の充電電圧が全ては放電されないことに鑑みてゼロに近い値に設定することが望ましい。本発明において、セルバランス回路３０Ａの異常は第３スイッチＳＷ３−１や放電抵抗Ｒｄ−１の断線（ｏｐｅｎ）によって生じるが、本発明はスイッチや放電抵抗の具体的な故障原因によって限定されない。

代案的に、前記中央演算モジュール４２はバッテリーセルＶ１のセル電圧と放電された浮動キャパシタＣ１の残留電圧とを比べ、２つの電圧値の差が予め定めた基準電圧未満である場合、セルバランス回路３０Ａに異常があると判別し得る。ここで、基準電圧は、セルバランス回路３０Ａで異常が生じると、浮動キャパシタＣ１の充電電圧が放電されないことに鑑みてバッテリーセルＶ１のセル電圧と近い値に設定することが望ましい。

上述した制御部４０の動作の説明は、セルバランス回路３０Ｂの異常有無を診断するときにも同様に適用される。また、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常診断は、それぞれのセルバランス回路毎に異時的にまたは全てのセルバランス回路に対して同時に行い得ることは当業者には自明である。

選択的に、本発明によるセルバランス回路の異常診断装置は、異常警報機５０をさらに含み得る。この場合、前記制御部４０はセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常が生じた場合、異常が生じたことを異常警報機５０を通じて外部に知らせる。すなわち、前記制御部４０の中央演算モジュール４２は、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常があると判別した場合、異常発生信号を異常警報機５０に伝達し、異常警報機５０を通じて視覚的または聴覚的に異常が生じたことを外部に警報し得る。

前記異常警報機５０は、ＬＥＤ、ＬＣＤ、アラーム警報機、またはこれらの組合せを含む。この場合、前記異常発生信号が入力されれば、前記異常警報機５０はＬＥＤを点滅するか、ＬＣＤに警告メッセージを出力するか、またはアラームブザー音を鳴らし、ユーザにセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常が生じたことを警報し得る。前記ＬＥＤ、ＬＣＤ及びアラーム警報機は、異常警報機５０の一例に過ぎず、他の変形された形態の視覚的または聴覚的アラーム装置を異常警報機５０として採用できることは当業者には自明である。

上述したセルバランス回路の異常診断は、一定周期で繰り返して行われても良く、ユーザの診断命令または中央演算モジュール４２の制御アルゴリズムで自動的に発される診断命令に従って行われても良い。

また、上述した動作を行う制御部４０は、セルバランス回路の異常診断方法をプログラム化したコードを実行可能なマイクロプロセッサーで構成しても良く、セルバランス回路の異常診断方法の制御フローを論理回路として具現した注文型半導体チップ（ＡＳＩＣ）で構成しても良いが、本発明がこれらに限定されることはない。

上述した本発明によるセルバランス回路の異常診断装置は、バッテリーパックから電源が供給されるバッテリーパック駆動装置に組み込んで使用し得る。

一例として、本発明は、ノートパソコン、携帯電話、個人携帯用マルチメディア再生機のようにバッテリーから駆動電圧が供給される各種電子製品に組み込んで使用し得る。

他の例として、本発明は、化石燃料自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車のようにバッテリーを搭載した各種動力装置に組み込んで使用し得る。

また、本発明によるセルバランス回路の異常診断装置は、バッテリーパックの充放電を制御して過充電または過放電などからバッテリーパックを保護するバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）に組み込んで使用し得る。

さらに、本発明によるセルバランス回路の異常診断装置は、バッテリーパック内に組み込んで使用し得る。

図３は、本発明の望ましい実施例によるセルバランス回路の異常診断方法を説明するために示したフロー図である。

まず、ステップＳ１０において、制御部４０は第２スイッチＳＷ２をオフさせた状態で第１スイッチＳＷ１をオンさせ、それぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧を対応する浮動キャパシタＣ１、Ｃ２に充電させる。

ステップＳ２０において、制御部４０は第１スイッチＳＷ１をオフさせて第２スイッチＳＷ２をオンさせ、浮動キャパシタＣ１、Ｃ２と電圧測定部２０とを連結することで、電圧測定部２０を通じて浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の充電電圧を測定する。ここで、測定された電圧値はそれぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧に該当する。

ステップＳ３０において、制御部４０は第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をオフさせた状態で第３スイッチＳＷ３−１、ＳＷ３−２をオンさせ、浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の両端を対応するセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂと連結することで、浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の充電電圧を一定時間放電させる。

ステップＳ４０において、制御部４０は第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３−１、ＳＷ３−２をオフさせた状態で第２スイッチＳＷ２をオンさせ、放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の両端を電圧測定部２０に連結し、電圧測定部２０を通じて放電後の浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧を再度測定する。

ステップＳ５０において、制御部４０は放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧が予め定めた基準電圧を超過すれば、該当セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常があると判別する。

代案的に、制御部４０は放電された浮動キャパシタＣ１、Ｃ２の残留電圧とバッテリーセルＶ１、Ｖ２のセル電圧とを比べて電圧値の差が予め定めた基準電圧未満であれば、該当セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常があると判別する。

ステップＳ６０において、制御部４０はセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常有無を判別した結果に応じてプロセスを２元化させる。もし、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常が生じていないと判別されれば、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常診断のためのプロセスを終了する。一方、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常が生じたと判別されれば、プロセスをステップＳ７０に移行する。ステップＳ７０において、セルバランス回路３０Ａ、３０Ｂに異常が生じたことを異常警報機５０を通じて外部のユーザに視覚的または聴覚的に警報する。

上述したステップＳ１０ないしステップＳ７０は、それぞれのバッテリーセルＶ１、Ｖ２に対応するセルバランス回路３０Ａ、３０Ｂの異常を診断するために一定周期で繰り返されてもよく、ユーザの診断命令または制御部４０の制御アルゴリズムで自動的に発される診断命令に従って実行されてもよいことは当業者には自明である。

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (23)

1. バッテリーセルの電圧を充電する浮動キャパシタと、
   前記バッテリーセルの両端子と前記浮動キャパシタの両端子とを連結／解除する第１スイッチと、
   前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させるセルバランス回路と、
   前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧及び放電された浮動キャパシタの残留電圧を測定する電圧測定部と、
   前記浮動キャパシタの両端子と前記電圧測定部とを連結／解除する第２スイッチと、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを順次動作させて、前記バッテリーセルの電圧を浮動キャパシタに充電させ、前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧及び放電された浮動キャパシタの残留電圧を前記電圧測定部に印加し、
   前記放電された浮動キャパシタの残留電圧から前記セルバランス回路の異常有無を判別する制御部とを備えてなることを特徴とする、セルバランス回路の異常診断装置。
2. 前記制御部が、
   前記第２スイッチがオフされた状態で前記第１スイッチをオンさせて前記バッテリーセルの電圧を浮動キャパシタに充電させ、
   前記第１スイッチがオフされた状態で前記第２スイッチをオンさせて前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧または放電された浮動キャパシタの残留電圧を前記電圧測定部に印加することを特徴とする、請求項１に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
3. 前記セルバランス回路が、
   前記浮動キャパシタの両端子と連結されて前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させる放電抵抗部と、
   前記浮動キャパシタと前記放電抵抗部とを連結／解除する第３スイッチとをさらに備えてなり、
   前記制御部が、前記第３スイッチの動作を制御して浮動キャパシタの充電電圧を放電させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
4. 前記バッテリーセルが複数であり、
   前記浮動キャパシタ、前記第１スイッチ及び第２スイッチ、及び前記セルバランス回路はそれぞれのバッテリーセル毎に備えられてなることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
5. 前記制御部が、
   それぞれのバッテリーセルの電圧を対応する浮動キャパシタに充電するとき、それぞれのバッテリーセルに対応する第１スイッチを同時または異時的にオンさせることを特徴とする、請求項４に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
6. 前記制御部が、
   それぞれの浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧または放電された浮動キャパシタの残留電圧を前記電圧測定部に印加するとき、それぞれのバッテリーセルに対応する第２スイッチを同時または異時的にオンさせることを特徴とする、請求項４又は５に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
7. 前記制御部が、
   それぞれの浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧を放電するとき、それぞれのバッテリーセルに対応するセルバランス回路に含まれた第３スイッチを同時または異時的にオンさせることを特徴とする、請求項４〜６の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
8. 前記制御部が、
   前記第１スイッチないし第３スイッチの動作を制御するスイッチ制御モジュールと、
   前記電圧測定部から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換モジュールと、
   前記Ａ／Ｄ変換モジュールからデジタル電圧信号の入力を受けて前記放電された浮動キャパシタの残留電圧からセルバランス回路の異常有無を判別する中央演算モジュールとをさらに備えてなることを特徴とする、請求項３に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
9. 前記制御部が、
   前記放電された浮動キャパシタの残留電圧が基準電圧を超過する場合、セルバランス回路に異常があると判別することを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
10. 前記制御部が、
    前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧と前記放電された浮動キャパシタの残留電圧との差が基準電圧未満である場合、セルバランス回路に異常があると判別することを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
11. 前記制御部が、
    前記セルバランス回路に異常が生じたことを視覚的または聴覚的に出力する異常警報機をさらに備えてなり、
    前記制御部がセルバランス回路に異常が生じた場合、前記異常警報機を通じてセルバランス回路に異常が生じたことを視覚的または聴覚的に警報することを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
12. バッテリーセルの電圧を充電する浮動キャパシタと、
    前記バッテリーセルの両端子と前記浮動キャパシタの両端子とを連結／解除する第１スイッチと、
    前記バッテリーセルと連結されてバッテリーセルの電圧をバランシングし、前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させるセルバランス回路と、
    前記放電された浮動キャパシタの残留電圧を測定する電圧測定部と、
    前記浮動キャパシタの両端子と前記電圧測定部とを連結／解除する第２スイッチと、
    前記放電された浮動キャパシタの残留電圧から前記セルバランス回路の異常有無を判別する制御部とを備えてなることを特徴とする、セルバランス回路の異常診断装置。
13. 前記制御部が、
    前記放電された浮動キャパシタの残留電圧が基準電圧を超過する場合、セルバランス回路に異常があると判別することを特徴とする、請求項１２に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
14. 前記電圧測定部が、前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧をさらに測定し、
    前記制御部は、前記バッテリーセル電圧と前記放電された浮動キャパシタの残留電圧との差が基準電圧未満である場合、セルバランス回路に異常があると判別することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のセルバランス回路の異常診断装置。
15. 請求項１〜１４の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置を備えてなる、バッテリー管理システム。
16. 請求項１〜１４の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置を備えてなる、バッテリー駆動装置。
17. 請求項１〜１４の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断装置を備えてなる、バッテリーパック。
18. バッテリーセルの両端子と浮動キャパシタの両端子とを連結してバッテリーセルの電圧を浮動キャパシタに充電させるステップと、
    前記バッテリーセルと前記浮動キャパシタとを電気的に分離した状態で、電圧測定部を通じて前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧を測定するステップと、
    セルバランス回路を用いて前記浮動キャパシタの充電電圧を放電させるステップと、
    前記電圧測定部を通じて放電された浮動キャパシタの残留電圧を測定するステップと、 前記浮動キャパシタの放電後に測定された前記残留電圧から前記セルバランス回路の異常有無を判別するステップとを備えてなることを特徴とする、セルバランス回路の異常診断方法。
19. 前記バッテリーセルが複数であり、
    前記ステップが複数のバッテリーセルに対して同時または異時的に行われることを特徴とする、請求項１８に記載のセルバランス回路の異常診断方法。
20. 前記浮動キャパシタと前記バッテリーセルとを連結／解除する第１スイッチと、
    前記浮動キャパシタと前記電圧測定部とを連結／解除する第２スイッチと、
    前記セルバランス回路の放電動作をスタートまたは終了させる第３スイッチとを備えてなり、
    前記第１スイッチないし第３スイッチの動作を制御するステップと、
    前記電圧測定部から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するステップと、
    前記デジタル電圧信号の入力を受けて前記放電された浮動キャパシタの残留電圧からセルバランス回路の異常有無を判別するステップとをさらに備えてなることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載のセルバランス回路の異常診断方法。
21. 前記セルバランス回路の異常有無を判別するステップが、
    前記浮動キャパシタの放電後に測定された前記残留電圧が基準電圧を超過する場合、セルバランス回路に異常があると判別するステップであることを特徴とする請求項１８〜２０の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断方法。
22. 前記セルバランス回路の異常有無を判別するステップが、
    前記浮動キャパシタに充電されたバッテリーセル電圧と前記浮動キャパシタの放電後に測定された前記残留電圧との差が基準電圧未満である場合、セルバランス回路に異常があると判別するステップであることを特徴とする、請求項１８〜２１の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断方法。
23. 前記セルバランス回路に異常が生じたと判別されれば、セルバランス回路に異常が生じたことを視覚的または聴覚的に警報するステップをさらに備えてなることを特徴とする、請求項１８〜２２の何れか一項に記載のセルバランス回路の異常診断方法。

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