JP6523333B2

JP6523333B2 - スイッチ劣化検出装置および方法

Info

Publication number: JP6523333B2
Application number: JP2016564992A
Authority: JP
Inventors: パク，ジェドン; リ，サンフン; キム，ヤンフワン; スン，チャンヒュン
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: WO2016056740A1; EP3206042B1; PL3206042T3; CN106415295A; US20170059657A1; KR101678277B1; US9910092B2; KR20160040886A; JP2017534137A; EP3206042A4; EP3206042A1; CN106415295B

Description

本出願は２０１４年１０月０６日付の韓国特許出願第１０−２０１４−０１３４３７３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。

本発明はスイッチ劣化検出装置および方法に関し、より詳しくは、スイッチで充放電が制御されるバッテリーに直列接続される抵抗を備え、比較器を介してスイッチ両端の電圧差を増幅させた出力電圧と抵抗両端の電圧差を増幅させた出力電圧を比較してスイッチの劣化を検出するスイッチ劣化検出装置および方法に関する。また、本発明は、差動増幅器の出力電圧が同一になるように、抵抗の抵抗値、スイッチ両端の電圧差を増幅させる差動増幅器の増幅率および抵抗両端の電圧差を増幅させる差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御し、出力電圧が同一な時点の抵抗の抵抗値、差動増幅器の増幅率を用いてスイッチのターンオン抵抗値を算出するスイッチ劣化検出装置および方法に関する。

最近、化石エネルギーの枯渇と化石エネルギーの使用による環境汚染のため、二次電池バッテリーを用いて駆動できる電気製品に対する関心が高まっている。そのため、モバイル機器、電気車両（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ；ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ；ＨＶ）、エネルギー貯蔵システム（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）および無停電電源装置（ＵｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ；ＵＰＳ）などに対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源としての二次電池バッテリーの需要が急激に増加している。

このような二次電池バッテリーは、化石エネルギー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よる副産物が全く発生しないという点で、環境に優しく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。

特に、電気車両、ハイブリッド車両、エネルギー貯蔵システムおよび無停電電源装置に用いられる二次電池バッテリーは、高出力および大容量の電力を充電または放電するために、バッテリーモジュール（ＢａｔｔｅｒｙＭｏｄｕｌｅ）を幾つか接続したバッテリーパックを電力源として用いている。

このように、高出力および大容量の電力が随時に充電または放電されるバッテリーパックには、バッテリーパックの充放電を制御するためのオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）スイッチおよび過充電、過放電およびサージ（Ｓｕｒｇｅ）性電流からバッテリーパックを保護するためのリレー（Ｒｅｌａｙ）スイッチなど、様々なスイッチ素子が設けられてバッテリーパックを制御および保護する機能を果たす。

バッテリーパックに設けられたスイッチ素子は、バッテリーパックを運用するに伴い、物理的性能が低下する劣化現象によりスイッチ素子のターンオン抵抗値が増加し、これは、再びスイッチ素子の劣化を加速させてスイッチ素子のバッテリーパック制御機能および保護機能を失うことになる。

そのため、バッテリーパックを運用するにおいて、バッテリーパックに設けられたスイッチ素子の劣化を検出することが重要であり、スイッチ素子の劣化をより正確に検出するためにスイッチ素子のターンオン抵抗を正確に算出することが非常に重要である。

従来のバッテリーパックに設けられたスイッチ素子の劣化を検出する技術は、温度センサを介してスイッチ素子の温度を常時にモニタリングして比較装置を介して測定された温度と基準温度を比較し、測定されたスイッチ素子の温度が基準温度を超過すれば、スイッチが劣化したと判断した。しかし、このようなスイッチ素子の温度は多数のスイッチ、保護回路および制御モジュールなどが収容されたハウジングの内部温度に影響を受ける温度であって、スイッチ表面、すなわち、スイッチ自体の温度ではなくスイッチの周辺環境に応じて変更される温度である。

したがって、スイッチ素子の温度を測定してスイッチ素子の劣化を検出する技術は、スイッチの周辺環境に影響を受ける温度を利用するため、その検出結果の信頼度および精密度が落ちるという問題点を有する。

そこで、本発明者は、前記問題点を解決するために、スイッチで充放電が制御されるバッテリーに直列接続される抵抗を備え、比較器を介してスイッチ両端の電圧差を増幅させた出力電圧と抵抗両端の電圧差を増幅させた出力電圧を比較してスイッチの劣化を検出するだけでなく、差動増幅器の出力電圧が同一になるように抵抗の抵抗値、スイッチ両端の電圧差を増幅させる差動増幅器の増幅率および抵抗両端の電圧差を増幅させる差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御し、出力電圧が同一な時点の抵抗の抵抗値、差動増幅器の増幅率を用いてスイッチのターンオン抵抗値を算出するスイッチ劣化検出装置および方法を発明するに至った。

本発明は、上述した問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、比較器を介してバッテリーの充放電を制御するスイッチ両端の電圧差を増幅させた出力電圧とバッテリーと直列接続された抵抗両端の電圧差を増幅させた出力電圧を比較し、比較器の比較結果に基づいてスイッチの劣化を検出することによって、スイッチの劣化検出結果に対する信頼度および精密度が向上した正確な検出結果を提供できるスイッチ劣化検出装置および方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、差動増幅器の出力電圧が同一になるように、抵抗の抵抗値、スイッチ両端の電圧差を増幅させる差動増幅器の増幅率および抵抗両端の電圧差を増幅させる差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御し、出力電圧が同一な時点の抵抗の抵抗値、差動増幅器の増幅率を用いてスイッチのターンオン抵抗値を算出できるスイッチ劣化検出装置およ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スイッチ劣化検出装置は、スイッチを介して充放電が制御されるバッテリーと直列接続される抵抗、前記スイッチ両端の電圧差を増幅して第１出力電圧として出力する第１差動増幅器、前記抵抗両端の電圧差を増幅して第２出力電圧として出力する第２差動増幅器、前記第２および第２出力電圧間に大小を比較する比較器、および前記比較器の比較結果に基づいて前記スイッチの劣化可否を判断する制御部を含んで構成される。

前記比較器は、前記第１および第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧が前記第２出力電圧を超過する場合、スイッチ劣化信号を出力してもよい。

前記制御部は、前記スイッチ劣化信号を受信する場合、前記スイッチが劣化したと判断してもよい。

前記比較器は、前記第１および第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧と前記第２出力電圧が同一である場合、出力電圧同一信号を出力してもよい。

前記制御部は、前記比較器から前記出力電圧同一信号が出力されるように前記抵抗の抵抗値、前記第１および第２差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御してもよい。

前記スイッチ劣化検出装置は、前記比較器から前記出力電圧同一信号を受信する場合、前記抵抗の抵抗値、前記第１および第２増幅器の増幅率を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出する算出部をさらに含んでもよい。
前記算出部は、下記数式を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出してもよい。

ここで、Ｒ_s＝スイッチのターンオン抵抗値、
Ｒ_r＝抵抗の抵抗値、
Ｇ₁＝比較器が出力電圧同一信号を出力する時、第１差動増幅器の増幅率、
Ｇ₂＝比較器が出力電圧同一信号を出力する時、第２差動増幅器の増幅率。

本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出方法は、スイッチを介して充放電が制御されるバッテリーに直列接続される抵抗を備えるステップ、第１差動増幅器が前記スイッチ両端の電圧差を増幅して第１出力電圧として出力するステップ、第２差動増幅器が前記抵抗両端の電圧差を増幅して第２出力電圧として出力するステップ、比較器が前記第１および第２出力電圧間に大小を比較するステップ、および制御部が前記比較器の比較結果に基づいて前記スイッチの劣化を判断するステップを含んで構成される。

前記スイッチ劣化検出方法は、前記比較器が前記第１および第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧が前記第２出力電圧を超過する場合、スイッチ劣化信号を出力するステップをさらに含んでもよい。
前記スイッチ劣化検出方法は、前記制御部が前記スイッチ劣化信号を受信する場合、前記スイッチが劣化したと判断するステップをさらに含んでもよい。

前記スイッチ劣化検出方法は、前記比較器が前記第１および第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧と前記第２出力電圧が同一である場合、出力電圧同一信号を出力するステップをさらに含んでもよい。

前記スイッチ劣化検出方法は、前記制御部が前記比較器から前記出力電圧同一信号が出力されるように前記抵抗の抵抗値、前記第１および第２差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御するステップをさらに含んでもよい。

前記スイッチ劣化検出方法は、算出部が前記比較器から前記出力電圧同一信号を受信する場合、前記抵抗の抵抗値、前記第１および第２増幅器の増幅率を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出するステップをさらに含んでもよい。
前記算出部は、下記数式を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出してもよい。

本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置および方法は、スイッチの周辺温度に影響を受けるスイッチの温度を利用してスイッチの劣化を検出するものではなく、スイッチ両端の電圧差およびバッテリーと直列接続された抵抗両端の電圧差を各々増幅および比較してスイッチの劣化を検出することによって、スイッチ劣化の検出結果に対する信頼度および精密度が向上した正確な検出結果を提供するという効果を有する。

また、本発明は、測定時点を同期化して測定されたスイッチの電圧および電流を用いてスイッチのターンオン抵抗値を算出するものではなく、差動増幅器の出力電圧が同一になるように抵抗の抵抗値および差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御し、出力電圧が同一な時点のバッテリーと直列接続された抵抗の抵抗値、差動増幅器の増幅率だけを用いてスイッチのターンオン抵抗値を正確に算出するという効果を有する。

なお、本発明は、正確なスイッチ劣化の検出結果およびスイッチのターンオン抵抗値を提供することによって、スイッチの過熱によるバッテリーシステムの損傷および火災を予防するという効果を有する。

本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置が適用される電気車両を概略的に示す図である。本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置の具体的な構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置がスイッチの劣化を判断する順序を示すフローチャートである。本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置がスイッチのターンオン抵抗値を算出する順序を示すフローチャートである。

本発明を添付された図面を参照して詳細に説明すれば次の通りである。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、およ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および大きさなどはより明確な説明のために誇張されてもよい。

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むことができることを意味する。

また、明細書に記載された「．．．部」という用語は１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またはハードウェアおよ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スイッチ劣化検出装置が適用される電気車両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スイッチ劣化検出装置が電気車両に適用された例を示しているが、本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置は電気車両の他にもモバイル機器、エネルギー貯蔵システムまたは無停電電源装置など二次電池バッテリーが適用できる分野であれば、いかなる技術分野にも適用できる。

電気車両１は、バッテリー１０、ＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）２０、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３０、インバータ４０およびモータ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車両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または内燃機関（図示せず）の駆動に応じてインバータ４０によって充電されるか放電される。

ここで、バッテリー１０の種類は特に限定されず、例えば、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することができる。

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、バッテリー１０の残存容量（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｉｎｇ；ＳＯＣ）、残存寿命（ＳｔａｔｅＯｆＨｅａｌｔｈ；ＳＯＨ）、最大入出力電力許容量、出力電圧など、バッテリー１０の状態情報を推定し管理する。そして、このような状態情報を用いてバッテリー１０の充電または放電を制御し、さらにはバッテリー１０の交替時期の推定も可能である。

また、ＢＭＳ２０は、後述するスイッチ劣化検出装置（図２の１００）を含むことができる。このようなスイッチ劣化検出装置１００によってバッテリー１０に接続されたスイッチ（図示せず）の劣化を検出してバッテリー１０が焼損することを防止することができる。

ＥＣＵ３０は、電気車両１の状態を制御する電子的な制御装置である。例えば、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によって伝達されたバッテリー１０のＳＯＣ、ＳＯＨなどの状態情報に基づいて、バッテリー１０が充電また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が充電また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）に基づいて電気車両１を駆動する。

図２は本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置の構成を示すブロック図であり、図３は本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置の具体的な構成の一例を示す図である。

図２および図３を参照すれば、スイッチ劣化検出装置１００は、抵抗１１０、第１差動増幅器１２０、第２差動増幅器１３０、比較器１４０、制御部１５０および算出部１６０を含んで構成されることができる。図２および図３に示されたスイッチ劣化検出装置１００は一実施形態によるものであり、その構成要素が図２および図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、変更または削除できる。

抵抗１１０はバッテリー２００に直列接続され、既に設定された抵抗値を有する抵抗素子であってもよい。ここで、既に設定された抵抗値は、後述するスイッチ３００の劣化を検出しスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sを算出するために、後述する制御部１５０を介して制御されるスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sの閾値であってもよい。例えば、既に設定された抵抗値はスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sの閾値である１ｍΩであってもよい。

一実施形態において、抵抗１１０はバッテリー２００に電力が充電または放電時にバッテリー２００に流れる電流をモニタリングするための電流センサに含まれることができ、例えば、抵抗１１０は抵抗値が可変する可変抵抗であるかシャント（Ｓｈｕｎｔ）抵抗であってもよい。

一方、一実施形態において、抵抗１１０はバッテリー２００の負極に接続されるものとして示されているが、バッテリー２００と接続される限り、抵抗１１０の位置は限定されないことを留意する。

上述したバッテリー２００はその種類は特に限定されるものではないが、電気車両、ハイブリッド車両、エネルギー貯蔵システムおよび無停電電源装置などに用いられる二次電池バッテリーであってもよく、例えば、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。

バッテリー２００にはスイッチ３００が接続されてバッテリー２００に流入される電流が通電または遮断され、このようなスイッチ３００もその種類が特に限定されるものではないが、バッテリー２００の充放電を制御するためのオン／オフスイッチまたはＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチ、バッテリー２００を過充電、過放電およびサージ性電流から保護するためのリレースイッチであってもよい。

一方、一実施形態において、スイッチ３００はバッテリー２００の正極に接続されるものとして示されているが、バッテリー２００と接続される限り、スイッチ３００の位置は限定されないことを留意する。

第１差動増幅器１２０は、第１反転端子（−）、第１非反転端子（＋）、第１出力端子Ｖ_oおよび可変抵抗（図示せず）を含むことができる。このような、第１差動増幅器１２０は、スイッチ３００がターンオンして動作状態がオン状態である場合、スイッチ３００両端の電圧Ｖ₁，Ｖ₂が各々第１反転端子（−）および第１非反転端子（＋）に入力され、スイッチ３００両端の電圧差Ｖ₁−Ｖ₂を増幅させて第１出力端子Ｖ_oに第１出力電圧Ｖ₃を出力する役割を行うことができる。

より具体的に、第１非反転端子（＋）はスイッチ３００の両端のうち高電圧端子Ｖ₁と接続され、第１反転端子（−）はスイッチ３００の両端のうち低電圧端子Ｖ₂と接続され、スイッチ３００の両端に印加された電圧Ｖ₁，Ｖ₂の入力を受けることができる。

次に、第１差動増幅器１２０は、第１反転端子（−）および第１非反転端子（＋）に入力されたスイッチ３００両端電圧Ｖ₁，Ｖ₂の電圧差Ｖ₁−Ｖ₂を既に設定された増幅率Ｇ₁だけ増幅させ、第１出力端子Ｖ_oに第１出力電圧Ｖ₃を出力させることができる。

ここで、既に設定された増幅率Ｇ₁は第１差動増幅器１２０に含まれた可変抵抗の抵抗値に応じて変化する値であり、後述する制御部１５０によって制御される値である。
上述した第１差動増幅器１２０を介して増幅されて第１出力端子Ｖ_oに出力される第１出力電圧Ｖ₃は下記の数式１の通りである。

第２差動増幅器１３０は、第２反転端子（−）、第２非反転端子（＋）、第２出力端子Ｖ_oおよび可変抵抗（図示せず）を含むことができる。このような、第２差動増幅器１３０は、抵抗１１０両端の電圧Ｖ₄，Ｖ₅が各々第２反転端子（−）および第２非反転端子（＋）に入力され、抵抗１１０両端の電圧差Ｖ₄−Ｖ₅を増幅させて第２出力端子Ｖ_oに第２出力電圧Ｖ₆を出力する役割を行うことができる。

より具体的に、第２非反転端子（＋）は抵抗１１０の両端のうち高電圧端子Ｖ₄と接続され、第２反転端子（−）は抵抗１１０の両端のうち低電圧端子Ｖ₅と接続され、抵抗１１０の両端に印加された電圧Ｖ₄，Ｖ₅の入力を受けることができる。

次に、第２差動増幅器１３０は、第２反転端子（−）および第２非反転端子（＋）に入力された抵抗１１０両端電圧Ｖ₄，Ｖ₅の電圧差Ｖ₄−Ｖ₅を既に設定された増幅率Ｇ₂だけ増幅させ、第２出力端子Ｖ_oに第２出力電圧Ｖ₆を出力させることができる。

ここで、既に設定された増幅率Ｇ₂は第２差動増幅器１３０に含まれた可変抵抗の抵抗値に応じて変化する値であり、後述する制御部１５０によって設定される値である。
上述した第２差動増幅器１３０を介して増幅されて第２出力端子Ｖ_oに出力される第２出力電圧Ｖ₆は下記の数式２の通りである。

比較器１４０は、第１および第２差動増幅器１２０，１３０から各々第１および第２出力電圧Ｖ₃，Ｖ₆の入力を受け、第１および第２出力電圧Ｖ₃，Ｖ₆間に大小を比較し、比較結果を後述する制御部１５０および算出部１６０に送信する役割を行うことができる。

より具体的に、比較器１４０は、第２入力端子（−）から入力された電圧を基準に第１および第２入力端子（＋，−）に入力された電圧間に大小を比較し、比較結果に応じた信号を第３出力端子Ｖ_oに出力することができる。

図３に示すように、比較器１４０の第１入力端子（＋）は第１差動増幅器１２０の第１出力端子Ｖ_oと接続されて第１出力電圧Ｖ₃の入力を受け、比較器１４０の第２入力端子（−）は第２差動増幅器１３０の第２出力端子Ｖ_oと接続されて第２出力電圧Ｖ₆の入力を受けることができる。

次に、比較器１４０は、第２入力端子（−）から入力された第２出力電圧Ｖ₆を基準に第１および第２出力電圧間に大小を比較し、第１出力電圧が第２出力電圧を超過する場合、スイッチ劣化信号を第３出力端子Ｖ_oに出力することができ、第１出力電圧と第２出力電圧が同一である場合、出力電圧同一信号を第３出力端子Ｖ_oに出力することができる。

ここで、スイッチ劣化信号は、スイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sが閾値を超過してスイッチ３００の劣化現象が正常範囲を脱したことを知らせる電気的信号であってもよい。また、出力電圧同一信号は、スイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sが閾値と同一であることを知らせる電気的信号であってもよい。

一実施形態において、比較器１４０から出力されるスイッチ劣化信号は正（＋）の電圧信号であってもよく、出力電圧同一信号は０Ｖの電圧信号であってもよく、比較器１４０の比較の結果、第１出力電圧が第２出力電圧未満の場合に負（−）の電圧信号を出力することができる。

上述した抵抗１１０の抵抗値Ｒ_r、スイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sおよび比較器１４０の比較結果に対する相互関係は後述する制御部１５０を介して具体的に説明する。
制御部１５０は、比較器１４０の比較結果に基づいて、スイッチ３００の劣化可否を判断する役割を行うことができる。

図３に示すように、バッテリー２００、スイッチ３００および抵抗１１０が直列接続されているため、スイッチ３００両端に印加される電圧Ｖ₁−Ｖ₂と抵抗１１０両端に印加される電圧Ｖ₄−Ｖ₅は、各々、スイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sと抵抗１１０の抵抗値Ｒ_rに比例する。また、第１および第２差動増幅器１２０，１３０の増幅率Ｇ₁，Ｇ₂が同一である場合、第１および第２出力電圧Ｖ₃，Ｖ₆もスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sと抵抗１１０の抵抗値Ｒ_rに各々同一に比例する。

したがって、制御部１５０を介して第１および第２差動増幅器１２０，１３０の増幅率Ｇ₁，Ｇ₂が同一に制御され、抵抗１１０の抵抗値Ｒ_rはスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sの閾値に制御されたスイッチ検出装置１００の比較器１４０からスイッチ劣化信号が出力される場合、制御部１５０はスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sが閾値を超過してスイッチ３００が劣化したと判断することができる。

また、他の実施形態において、制御部１５０は第１および第２差動増幅器１２０，１３０の増幅率Ｇ₁，Ｇ₂を制御せず、第１出力電圧Ｖ₃が既に設定された電圧値を超過するかを比較してスイッチ３００の劣化可否を判断する役割を行うことができる。

より具体的に、制御部１５０は、既に設定された電圧値をスイッチ３００の劣化可否を判断する閾値に設定して第１出力電圧Ｖ₃と既に設定された電圧値を比較し、比較の結果、第１出力電圧Ｖ₃が既に設定された電圧値を超過する場合、スイッチ３００が劣化したと判断することができる。

一方、制御部１５０は、算出部１６０においてスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sを算出するために、比較器１４０から出力電圧同一信号が出力されるように抵抗１１０の抵抗値Ｒ_r、第１差動増幅器１２０の増幅率Ｇ₁および第２差動増幅器１３０の増幅率Ｇ₂のうちいずれか１つ以上を制御する役割を行うことができる。

算出部１６０は、比較器１４０から出力電圧同一信号を受信する場合、抵抗１１０の抵抗値Ｒ_r、第１および第２増幅器の増幅率Ｇ₁，Ｇ₂を用いてスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sを算出する役割を行うことができる。

より具体的に、制御部１５０が比較器１４０から出力電圧同一信号が出力されるように抵抗１１０の抵抗値Ｒ_r、第１差動増幅器１２０の増幅率Ｇ₁および第２差動増幅器１３０の増幅率Ｇ₂のうちいずれか１つ以上を制御する場合、第１および第２差動増幅器１２０，１３０から出力される第１および第２出力電圧Ｖ₃，Ｖ₆は下記の数式３のように対等関係が成立することができる。

また、バッテリー２００、スイッチ３００および抵抗１１０が直列接続された回路に電流Ｉが流れる場合、下記の数式４のようにスイッチ３００両端の電圧差Ｖ₁−Ｖ₂はスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sに電流Ｉを掛けた値であり、抵抗１１０両端の電圧差Ｖ₄−Ｖ₅は抵抗１１０の抵抗値Ｒ_rに電流Ｉを掛けた値であり、両辺の電流Ｉは消去されてもよい。

したがって、算出部１６０は、出力電圧同一信号を受信する場合、制御部１５０から抵抗１１０の抵抗値Ｒ_rおよび第１および第２差動増幅器１２０，１３０の増幅率Ｇ₁，Ｇ₂を受信して、下記の数式５によりスイッチ３００のターンオン抵抗値Ｒ_sを算出することができる。

図４は、本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置がスイッチの劣化を判断する順序を示すフローチャートである。

図４を参照すれば、先ず、スイッチがターンオンしてスイッチ、バッテリーおよび抵抗が直列接続された回路に電流が流れ、スイッチのターンオン抵抗値と抵抗の抵抗値に比例してスイッチおよび抵抗の各々に電圧が印加される。
スイッチ両端に印加された電圧は第１差動増幅器に入力され、抵抗両端に印加された電圧は第２差動増幅器に入力される（Ｓ４０１）。

第１差動増幅器はスイッチ両端の電圧差を第１差動増幅器の増幅率で増幅させて第１出力電圧として出力させ、第２差動増幅器は抵抗両端の電圧差を第２差動増幅器の増幅率で増幅させて第２出力電圧として出力させる（Ｓ４０２）。

比較器は第１および第２差動増幅器から出力された第１および第２出力電圧の入力を受けて大小を比較し（Ｓ４０３）、第１出力電圧が第２出力電圧を超過しない場合にＳ４０１ステップに戻る（Ｓ４０４）。

第１出力電圧が第２出力電圧を超過する場合、比較器は制御部にスイッチ劣化信号を送信し（Ｓ４０５）、制御部は比較器からスイッチ劣化信号を受信する場合にスイッチが劣化したと判断する（Ｓ４０６）。
次に、制御部は、スイッチの劣化現象による火災およびバッテリーシステムの火災を予防するために、スイッチをターンオフして電力を遮断することができる。

図５は、本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置がスイッチのターンオン抵抗値を算出する順序を示すフローチャートである。図４を参照すれば、先ず、スイッチがターンオンしてスイッチ、バッテリーおよび抵抗が直列接続された回路に電流が流れ、スイッチのターンオン抵抗値と抵抗の抵抗値に比例してスイッチおよび抵抗の各々に電圧が印加される。
スイッチ両端に印加された電圧は第１差動増幅器に入力され、抵抗両端に印加された電圧は第２差動増幅器に入力される（Ｓ５０１）。

第１差動増幅器はスイッチ両端の電圧差を第１差動増幅器の増幅率で増幅させて第１出力電圧として出力させ、第２差動増幅器は抵抗両端の電圧差を第２差動増幅器の増幅率で増幅させて第２出力電圧として出力させる（Ｓ５０２）。

比較器は第１および第２差動増幅器から出力された第１および第２出力電圧の入力を受けて大小を比較し（Ｓ５０３）、第１出力電圧が第２出力電圧と同一でない場合、比較器は制御部に信号を送信せず、制御部は比較器から出力電圧同一信号を受信するまで抵抗の抵抗値、第１および第２差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御する（Ｓ５０５）。その後、Ｓ５０１ステップに戻る（Ｓ５０４）。

第１出力電圧と第２出力電圧が同一である場合、比較器は制御部および算出部に出力電圧同一信号を送信し（Ｓ５０６）、算出部は比較器から出力電圧同一信号を受信する場合、制御部から抵抗の抵抗値、第１および第２差動増幅器の増幅率を受信し、上述した数式５を用いてスイッチのターンオン抵抗値を算出する（Ｓ５０７）。

このような、本発明の一実施形態によるスイッチ劣化検出装置を介してスイッチ周辺の温度変化に影響を受けることなく、スイッチに流れる電流の電流値を測定しなくてもスイッチのターンオン抵抗値を算出することができる。

上記では本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該技術分野の熟練した当業者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることを理解することができるであろう。

Claims

スイッチ劣化検出装置であって、
スイッチを介して充放電が制御されるバッテリーと直列接続される抵抗、
前記スイッチ両端の電圧差を増幅して第１出力電圧として出力する第１差動増幅器、
前記抵抗両端の電圧差を増幅して第２出力電圧として出力する第２差動増幅器、
前記第１出力電圧及び前記第２出力電圧間に大小を比較する比較器、並びに
前記比較器の比較結果に基づいて前記スイッチの劣化可否を判断する制御部を備えてなり、
前記比較器は前記第１出力電圧及び前記第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧と前記第２出力電圧が同一である場合、出力電圧同一信号を出力するものであり、
前記制御部は前記比較器から前記出力電圧同一信号が出力されるように前記抵抗の抵抗値、前記第１差動増幅器及び前記第２差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御するものであり、
前記比較器から前記出力電圧同一信号を受信する場合、前記抵抗の抵抗値、前記第１差動増幅器及び前記第２差動増幅器の増幅率を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出する算出部をさらに備えてなることを特徴とする、
スイッチ劣化検出装置。
前記比較器が、前記第１出力電圧及び第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧が前記第２出力電圧を超過する場合、スイッチ劣化信号を出力することを特徴とする、請求項１に記載のスイッチ劣化検出装置。
前記制御部が、前記スイッチ劣化信号を受信する場合、前記スイッチが劣化したと判断することを特徴とする、請求項２に記載のスイッチ劣化検出装置。
前記算出部は、下記数式を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出することを特徴とする、請求項１に記載のスイッチ劣化検出装置。
〔数式中、
Ｒ_s＝スイッチのターンオン抵抗値、
Ｒ_r＝抵抗の抵抗値、
Ｇ₁＝比較器が出力電圧同一信号を出力する時、第１差動増幅器の増幅率、
Ｇ₂＝比較器が出力電圧同一信号を出力する時、第２差動増幅器の増幅率である。〕
スイッチ劣化検出方法であって、
スイッチを介して充放電が制御されるバッテリーに直列接続される抵抗を備えるステップ、
第１差動増幅器が前記スイッチ両端の電圧差を増幅して第１出力電圧として出力するステップ、
第２差動増幅器が前記抵抗両端の電圧差を増幅して第２出力電圧として出力するステップ、
比較器が前記第１出力電圧及び前記第２出力電圧間に大小を比較するステップ、
制御部が前記比較器の比較結果に基づいて前記スイッチの劣化を判断するステップ、
前記比較器が前記第１出力電圧及び前記第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧と前記第２出力電圧が同一である場合、出力電圧同一信号を出力するステップ、
前記制御部が前記比較器から前記出力電圧同一信号が出力されるように前記抵抗の抵抗値、前記第１差動増幅器及び前記第２差動増幅器の増幅率のうち１つ以上を制御するステップ、並びに、
算出部が前記比較器から前記出力電圧同一信号を受信する場合、前記抵抗の抵抗値、前記第１差動増幅器及び前記第２差動増幅器の増幅率を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出するステップ、を含んでなることを特徴とする、スイッチ劣化検出方法。
前記比較器が前記第１出力電圧及び第２出力電圧間に大小の比較結果、前記第１出力電圧が前記第２出力電圧を超過する場合、スイッチ劣化信号を出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のスイッチ劣化検出方法。
前記制御部が前記スイッチ劣化信号を受信する場合、前記スイッチが劣化したと判断するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のスイッチ劣化検出方法。
前記算出部は、下記数式を用いて前記スイッチのターンオン抵抗値を算出することを特徴とする、請求項５に記載のスイッチ劣化検出方法。
〔数式中、
Ｒ_s＝スイッチのターンオン抵抗値、
Ｒ_r＝抵抗の抵抗値、
Ｇ₁＝比較器が出力電圧同一信号を出力する時、第１差動増幅器の増幅率、
Ｇ₂＝比較器が出力電圧同一信号を出力する時、第２差動増幅器の増幅率である。〕