JP6780205B2 - バッテリー管理装置、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

バッテリー管理装置、それを含むバッテリーパック及び自動車 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリー管理装置、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、バッテリーパックの出力時にプリチャージを行い、バッテリーパックのメインリレーを診断するバッテリー管理装置、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０１７年９月２５日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１２３４６０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、すべて本出願に組み込まれる。
製品群毎の適用性が高く、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、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。
このような二次電池は、電気化学的反応によって充放電を繰り返すことができ、化石燃料の使用を画期的に減少させ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やさしく、エネルギー効率向上のための新たなエネルギー源として注目されている。
通常、前記自動車などに適用されるバッテリーパックは、複数の単位二次電池セルから構成されるアセンブリ、及び複数の前記アセンブリ又はバッテリーモジュールからなるが、前記セルは、正極集電体、セパレータ、活物質、電解液、アルミニウム薄膜層などを含み、構成要素間の電気化学的反応によって充放電可能な構造になる。
このような前記バッテリーパックは、優れた電気的特性を有しているものの、安全性が低いという問題を持っている。例えば、リチウム二次電池を使用する場合、過充電、過放電、高温への露出、電気的断線など非正常的な作動状態で電池の構成要素である活物質、電解質などの分解反応が生じて熱とガスが発生し、それによって引き起こされた高温高圧の条件は前記分解反応をさらに促進して、発火または爆発につながる恐れがある。
特に、自動車などに適用されるバッテリーパックに自動車の衝突事故による衝撃が与えられる場合、衝撃によるバッテリーパック自体の発火または爆発だけでなく、自動車の火事にまで広がる問題がある。
これを解決するため、バッテリーパックが適用された自動車に衝突事故が発生する場合、バッテリーパックが発火または爆発しないように、バッテリーパックの出力及び電気的流れを制御する技術が求められている。
本発明は、バッテリーモジュールの出力電圧を交流電圧に変換して第１メインリレー及び第２メインリレーに印加し、第１メインリレー及び第２メインリレーの両端電圧値に基づいて第１メインリレー及び第２メインリレーの故障如何を診断できるバッテリー管理装置、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、バッテリーモジュールの出力電圧を用いて出力キャパシタの充電電圧値を出力電圧値より低い電圧値で充電してプリチャージを行うバッテリー管理装置、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
本発明の目的は、上記の目的に制限されず、他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解できるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の技術的課題を解決するため、本発明によるバッテリー管理装置は、バッテリーモジュール、第１充放電端子、第２充放電端子、前記バッテリーモジュールの正極端子と前記第１充放電端子との間に連結された第１メインリレー、及び前記バッテリーモジュールの負極端子と前記第２充放電端子との間に連結された第２メインリレーを備えるバッテリーパックを管理することができる。
望ましくは、前記バッテリー管理装置は、複数のスイッチを備え、前記第１メインリレーと並列で連結され、前記第２メインリレーと前記第２充放電端子との間に連結されたプリチャージ部；前記バッテリーモジュールの出力電圧を交流電圧に変換して前記第１メインリレーまたは前記第２メインリレーに印加されるように前記複数のスイッチを制御する制御部；前記交流電圧が印加された第１メインリレーの第１両端電圧値に基づいて前記第１メインリレーの故障如何を診断するか又は前記交流電圧が印加された第２メインリレーの第２両端電圧値に基づいて前記第２メインリレーの故障如何を診断する診断部を含むことができる。
望ましくは、前記プリチャージ部は、前記第１メインリレーと前記正極端子との間の第１ノードに一端が連結された第１スイッチ、前記第１スイッチの他端に一端が連結された第２スイッチ、前記第２スイッチの他端に一端が連結され、前記第１メインリレーと前記第１充放電端子との間の第２ノードに他端が連結されたインダクタ、及び前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間の第３ノードに一端が連結され、前記第２メインリレーと前記第２充放電端子との間の第４ノードに他端が連結された第３スイッチを備えることができる。
望ましくは、前記制御部は、前記第１メインリレーと前記第２メインリレーがオフ状態に制御された状態で、前記第２スイッチをオフ状態に制御し且つ前記第３スイッチをオン状態に制御した後、前記第１スイッチがオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように制御して前記第２メインリレーに前記交流電圧を印加することができる。
望ましくは、前記制御部は、前記第１メインリレーがオフ状態に制御されて前記第２メインリレーがオン状態に制御された状態で、前記第１スイッチをオフ状態に制御し且つ前記第３スイッチをオン状態に制御した後、前記第２スイッチがオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように制御して前記第１メインリレーに前記交流電圧を印加することができる。
望ましくは、前記診断部は、前記第１メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第１両端電圧値と第１部分融着電圧値とを比べて、比較の結果、前記第１両端電圧値が前記第１部分融着電圧値と同じであれば、前記第１メインリレーに部分融着が発生したと診断することができる。
望ましくは、前記診断部は、前記第１メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第１両端電圧値と予め設定された第１正常電圧値とを比べて、比較の結果、前記第１両端電圧値が前記予め設定された第１正常電圧値と同じであれば、前記第１メインリレーに部分融着が発生していないと診断することができる。
望ましくは、前記診断部は、前記第２メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第２両端電圧値と第２部分融着電圧値とを比べて、比較の結果、前記第２両端電圧値が前記第２部分融着電圧値と同じであれば、前記第２メインリレーに部分融着が発生したと診断することができる。
望ましくは、前記診断部は、前記第２メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第２両端電圧値と予め設定された第２正常電圧値とを比べて、比較の結果、前記第２両端電圧値が前記予め設定された第２正常電圧値と同じであれば、前記第２メインリレーに部分融着が発生していないと診断することができる。
本発明によるバッテリーパックは、前記バッテリー管理装置を含むことができる。
本発明による自動車は、前記バッテリー管理装置を含むことができる。
本発明によれば、バッテリーモジュールの出力電圧を交流電圧に変換し、第１メインリレー及び第２メインリレーに印加させて故障如何を診断することで、過放電、過充電及び過電流からバッテリーパックを保護することができる。
バッテリーモジュールの出力電圧を減圧して負荷に出力し、負荷に流れる電流の負荷電流値に基づいて負荷内部の連結状態を診断することで、連結状態に問題が発生した負荷からバッテリーパックを保護することができる。
また、本発明は、バッテリーモジュールの出力電圧を用いて出力キャパシタの充電電圧値を出力電圧値より低い電圧値で充電してプリチャージを行うことで、サージ電流（ｓｕｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）からメインリレーと負荷を保護することができる。
本発明の一実施例によるバッテリー管理装置とそれを含むバッテリーパックの構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置とそれを含むバッテリーパックの構成及び回路連結を概略的に示した回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、第２メインリレーを診断するため第２メインリレーに交流電圧を印加する過程を説明するための回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、第２メインリレーを診断するため第２メインリレーに交流電圧を印加する過程を説明するための回路図である。 第１メインリレーと第２メインリレーが正常状態である場合の接点を示した図である。 第１メインリレーと第２メインリレーに部分融着が発生した場合の接点を示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、第１メインリレーを診断するため第１メインリレーに交流電圧を印加する過程を説明するための回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、第１メインリレーを診断するため第１メインリレーに交流電圧を印加する過程を説明するための回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、第１メインリレーを診断するため第１メインリレーに交流電圧を印加する過程を説明するための回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、プリチャージを行うためプリチャージ部に備えられた複数のスイッチを制御する過程を説明するための回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、プリチャージを行うためプリチャージ部に備えられた複数のスイッチを制御する過程を説明するための回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、プリチャージを行うためプリチャージ部に備えられた複数のスイッチを制御する過程を説明するための回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー管理装置が、プリチャージを行うためプリチャージ部に備えられた複数のスイッチを制御する過程を説明するための回路図である。
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。これによって、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が本発明の技術的思想を容易に実施できるであろう。本発明の説明において、本発明に関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合は詳細な説明を省略する。なお、図面における同じ参照符号は同一または類似の構成要素を示すものである。
図１は本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００とそれを含むバッテリーパック１０００の構成を概略的に示した図であり、図２は本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００とそれを含むバッテリーパック１０００の構成及び回路連結を概略的に示した回路図である。
図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１０００に含まれ、このようなバッテリーパック１０００は、バッテリーモジュールＢ、第１充放電端子Ｔ１、第２充放電端子Ｔ２、第１充放電端子Ｔ１と第２充放電端子Ｔ２との間に連結された出力キャパシタＶＣ、バッテリーモジュールＢの正極端子Ｐと第１充放電端子Ｔ１との間に連結された第１メインリレーＲ１、及びバッテリーモジュールＢの負極端子Ｎと第２充放電端子Ｔ２との間に連結された第２メインリレーＲ２を備えることができる。
第１メインリレーＲ１は、連結状態がオン状態またはオフ状態に制御され、バッテリーモジュールＢの正極端子Ｐと第１充放電端子Ｔ１との間の電気的連結を変更させることができる。
第２メインリレーＲ２は、連結状態がオン状態またはオフ状態に制御され、バッテリーモジュールＢの負極端子Ｎと第２充放電端子Ｔ２との間の電気的連結を変更させることができる。
このようなバッテリーパック１０００に含まれた本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、第１メインリレーＲ１と第２メインリレーＲ２の故障を診断して、バッテリーパック１０００の出力時にプリチャージを行うことができる。
以下、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００の故障診断とプリチャージを行う過程について説明する。
本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、プリチャージ部１１０、制御部１２０及び診断部１３０を含むことができる。
プリチャージ部１１０は、複数のスイッチ１１１、１１２、１１４とインダクタ１１３を備え、第１メインリレーＲ１と並列で連結され、第２メインリレーＲ２と第２充放電端子Ｔ２との間に連結される。
より具体的に、プリチャージ部１１０は、第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２、インダクタ１１３及び第３スイッチ１１４を備える。
第１スイッチ１１１は、第１メインリレーＲ１と正極端子Ｐとの間の第１ノードｎ１に一端が連結される。
第２スイッチ１１２は、第１スイッチ１１１の他端に一端が連結される。
インダクタ１１３は、第２スイッチ１１２の他端に一端が連結され、第１メインリレーＲ１と第１充放電端子Ｔ１との間の第２ノードｎ２に他端が連結される。
第３スイッチ１１４は、第１スイッチ１１１と第２スイッチ１１２との間の第３ノードｎ３に一端が連結され、第２メインリレーＲ２と第２充放電端子Ｔ２との間の第４ノードｎ４に他端が連結される。
すなわち、第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２及びインダクタ１１３は順に直列連結されて第１メインリレーＲ１と並列で連結され、第３スイッチ１１４は第３ノードｎ３と第４ノードｎ４との間に連結され得る。
一実施例において、プリチャージ部１１０に含まれた複数のスイッチ１１１、１１２、１１４はＭＯＳＦＥＴであり得る。これによって、制御部１２０は複数のスイッチ１１１、１１２、１１４の動作状態を迅速に制御することができる。
このようなプリチャージ部１１０に備えられた複数のスイッチ１１１、１１２、１１４は、制御部１２０によって動作状態が制御される。
より具体的に、制御部１２０は、診断部１３０から入力される命令信号に従ってプリチャージ部１１０に備えられた複数のスイッチ１１１、１１２、１１４の動作状態を制御し得る。これによって、制御部１２０は、バッテリーモジュールＢの出力電圧を交流電圧に変換して第１メインリレーＲ１及び第２メインリレーＲ２のうち１つ以上に印加することができる。
一実施例による制御部１２０は、診断部１３０から第２メインリレーＲ２の故障を診断するための第２診断命令信号を受信する場合、電源の印加を受けて作動を始めることができる。
その後、制御部１２０は、図２に示されたように、第２診断命令信号に従って第２スイッチ１１２をオフ状態に制御し、第３スイッチ１１４をオン状態に制御し、第１スイッチ１１１をオン状態とオフ状態とが交互に繰り返されるように制御することができる。
このとき、第１メインリレーＲ１と第２メインリレーＲ２は、動作状態がオフ状態であり得る。
すなわち、制御部１２０は、第２診断命令信号を受信すれば、第２スイッチ１１２と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第１スイッチ１１１の動作状態のみをオン状態とオフ状態とが交互に繰り返されるように制御することができる。
図３及び図４は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００が、第２メインリレーＲ２を診断するため第２メインリレーＲ２に交流電圧を印加する過程を説明するための回路図である。
図３及び図４を参照すれば、制御部１２０は、図３に示されたように、第２スイッチ１１２と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第１スイッチ１１１の動作状態をオン状態に制御する。
これによって、バッテリーモジュールＢの出力電圧は第１スイッチ１１１、第３スイッチ１１４及び第２メインリレーＲ２が順に直列連結された閉回路に印加され、第２メインリレーＲ２には電圧が印加されて電流が流れる。
逆に、制御部１２０は、図４に示されたように、第２スイッチ１１２と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第１スイッチ１１１の動作状態をオフ状態に制御する。
これによって、バッテリーモジュールＢの正極端子Ｐと負極端子Ｎに連結されたすべての回路が開放され、第２メインリレーＲ２には電圧が印加されず、電流が流れなくなる。
このように、制御部１２０は、第２スイッチ１１２と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第１スイッチ１１１の動作状態のみをオン状態とオフ状態とが交互に繰り返されるように制御することで、第２メインリレーＲ２に交流電圧を印加することができる。
このとき、制御部１２０は、上述した複数のスイッチ１１１、１１２、１１４の制御を通じて第２メインリレーＲ２に予め設定された第２電流値の交流電流が流れるように設定でき、第２メインリレーＲ２に予め設定された第２周波数の交流電流が流れるように設定できる。
一実施例において、このような制御部１２０とプリチャージ部１１０は、１つのバック（ｂｕｃｋ）コンバータで構成され得る。また、制御部１２０は、プリチャージ部１１０に備えられた複数のスイッチ１１１、１１２、１１４の動作状態を制御するため、矩形波を発生させる矩形波発生器またはマイクロコントローラ（ＭＣＵ）であり得る。
一方、診断部１３０は、上述したように、第２メインリレーＲ２の故障を診断するため、制御部１２０に第２診断命令信号を送信することができる。その後、診断部１３０は、制御部１２０がプリチャージ部１１０に備えられた複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を制御することによって交流電圧が印加された第２メインリレーＲ２の第２両端電圧値に基づいて第２メインリレーＲ２の故障如何を診断することができる。
より具体的に、診断部１３０は、制御部１２０に第２診断命令信号を送信した後、第２メインリレーＲ２に交流電圧が印加された場合、第２両端電圧値と第２部分融着電圧値とを比べて、比較の結果、第２両端電圧値が第２部分融着電圧値と同じであれば、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生したと診断する。
逆に、診断部１３０は、制御部１２０に第２診断命令信号を送信した後、第２メインリレーＲ２に交流電圧が印加された場合、第２両端電圧値と予め設定された第２正常電圧値とを比べて、比較の結果、第２両端電圧値が予め設定された第２正常電圧値と同じであれば、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生していないと診断する。
ここで、第２部分融着電圧値は、第２診断命令信号を受信した制御部１２０が複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を制御することによって部分融着が発生した第２メインリレーＲ２に交流電圧が印加される場合、第２メインリレーＲ２の両端で測定される電圧値であり得る。
図５は第１メインリレーＲ１と第２メインリレーＲ２が正常状態である場合の接点を示した図であり、図６は第１メインリレーＲ１と第２メインリレーＲ２に部分融着が発生した場合の接点を示した図である。
図５及び図６を参照すれば、図５に示されたように、部分融着が発生していない第２メインリレーＲ２は、動作状態がオフ状態である場合、第１可動接点ＯＰ１と固定接点ＦＰとの間にキャパシタンス成分Ｃが発生し、第２可動接点ＯＰ２と固定接点ＦＰとの間にもキャパシタンス成分Ｃが発生する。これによって、部分融着が発生していない第２メインリレーＲ２は、２つのキャパシタンス成分Ｃが直列で連結されて、総キャパシタンス成分Ｃ／２が発生し得る。
逆に、図６に示されたように、部分融着が発生した第２メインリレーＲ２は、動作状態がオフ状態である場合、第１可動接点ＯＰ１と固定接点ＦＰとの間のキャパシタンス成分が無くなり、第２可動接点ＯＰ２と固定接点ＦＰとの間にキャパシタンス成分Ｃが発生する。これによって、部分融着が発生した第２メインリレーＲ２は、１つのキャパシタンス成分Ｃのみが発生して総キャパシタンス成分Ｃが発生し得る。
第２診断命令信号を受信した制御部１２０は、上述したように、第２メインリレーＲ２に予め設定された第２電流値と予め設定された第２周波数の交流電流が流れるように複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を制御することができる。
このとき、診断部１３０は、予め設定された第２電流値、予め設定された第２周波数、及び部分融着が発生した第２メインリレーＲ２の総キャパシタンスを用いて第２部分融着電圧値を設定し、設定された第２部分融着電圧値と第２メインリレーＲ２の第２両端電圧値とを比べて第２メインリレーＲ２の部分融着を診断することができる。
より具体的に、診断部１３０は、下記の数式１を用いて第２部分融着電圧値を設定することができる。
＜数１＞
Ｖ２'＝Ｉ２（π／２）ｆＣ
ここで、Ｖ２'は第２部分融着電圧値、Ｉ２は予め設定された第２電流値、ｆは予め設定された第２周波数、Ｃは部分融着が発生した第２メインリレーＲ２の総キャパシタンスである。
これによって、診断部１３０は、第２メインリレーＲ２の第２両端電圧値が第２部分融着電圧値と同じであれば、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生したと診断することができる。
上述した一実施例による診断部１３０においては、第２両端電圧値が第２部分融着電圧値と同じであれば、第２メインリレーＲ２を部分融着と診断すると説明した。しかし、他の実施例による診断部１３０は、設定された第２部分融着電圧値を基準にして第２部分融着電圧範囲を再度設定し、第２両端電圧値が第２部分融着電圧の範囲に含まれれば、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生したと診断し得る。
これによって、他の実施例による診断部１３０は、バッテリーパック１０００内の回路構成、電圧センサー及び電流センサーによる測定誤差によって発生する診断誤謬を防止することができる。
一方、診断部１３０は、予め設定された第２電流値、予め設定された第２周波数、及び部分融着が発生した第２メインリレーＲ２の総キャパシタンスを用いて第２正常電圧値を設定し、設定された第２正常電圧値と第２メインリレーＲ２の第２両端電圧値とを比べて第２メインリレーＲ２の正常如何を診断することができる。
より具体的に、診断部１３０は、下記の数式２を用いて第２正常電圧値を設定することができる。
＜数２＞
Ｖ２＝Ｉ２（π／２）ｆ（Ｃ／２）
ここで、Ｖ２は第２正常電圧値、Ｉ２は予め設定された第２電流値、ｆは予め設定された第２周波数、Ｃは部分融着が発生した第２メインリレーＲ２の総キャパシタンスである。
これによって、診断部１３０は、第２メインリレーＲ２の第２両端電圧値が第２正常電圧値と同じであれば、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生していないと診断することができる。
上述した一実施例による診断部１３０においては、第２両端電圧値が第２正常電圧値と同じであれば、第２メインリレーＲ２を部分融着と診断しないと説明した。しかし、他の実施例による診断部１３０は、設定された第２正常電圧値を基準にして第２正常電圧の範囲を再度設定し、第２両端電圧値が第２正常電圧の範囲に含まれれば、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生していないと診断し得る。
これによって、他の実施例による診断部１３０は、バッテリーパック１０００内の回路構成、電圧センサー及び電流センサーによる測定誤差によって発生する診断誤謬を防止することができる。
一方、さらに他の実施例による診断部１３０は、第２両端電圧値が第２部分融着電圧値と異なれば、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生していないと診断し得る。
また、さらに他の実施例による診断部１３０は、第２両端電圧値が第２部分融着電圧値及び第２正常電圧値と異なれば、第２メインリレーＲ２に部分融着以外に他の故障が発生したと診断し得る。
一方、診断部１３０は、第２メインリレーＲ２に部分融着が発生したと診断されれば、第１メインリレー及び第２メインリレーの動作状態をオフ状態に制御し、バッテリーパック１０００の充放電を中断させることができる。
以下、第１メインリレーＲ１の故障如何を診断する過程について説明する。
図７〜図９は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００が、第１メインリレーＲ１を診断するため第１メインリレーＲ１に交流電圧を印加する過程を説明するための回路図である。
図７〜図９を参照すれば、一実施例による制御部１２０は、診断部１３０から第１メインリレーＲ１の故障を診断するための制１診断命令信号を受信する場合、電源の印加を受けて作動を始めることができる。
その後、制御部１２０は、図７に示されたように、第１診断命令信号に従って第１スイッチ１１１をオフ状態に制御し、第３スイッチ１１４をオン状態に制御し、第２スイッチ１１２をオン状態とオフ状態とが交互に繰り返されるように制御することができる。
このとき、第１メインリレーＲ１の動作状態はオフ状態であり、第２メインリレーＲ２の動作状態はオン状態であり得る。
すなわち、制御部１２０は、第１診断命令信号を受信すれば、第１スイッチ１１１と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第２スイッチ１１２の動作状態のみをオン状態とオフ状態とが交互に繰り返されるように制御することができる。
制御部１２０は、図８に示されたように、第１スイッチ１１１と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第２スイッチ１１２の動作状態のオン状態に制御することができる。
これによって、バッテリーモジュールＢの出力電圧は、第１メインリレーＲ１、インダクタ１１３、第２スイッチ１１２、第３スイッチ１１４及び第２メインリレーＲ２が順に直列で連結された閉回路に印加され、第１メインリレーＲ１に電圧が印加されて電流が流れるようになる。
逆に、制御部１２０は、図９に示されたように、第１スイッチ１１１と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第２スイッチ１１２の動作状態をオフ状態に制御することができる。
これによって、バッテリーモジュールＢの正極端子Ｐと負極端子Ｎに連結されたすべての回路が開放されて第１メインリレーＲ１には電圧が印加されず、電流が流れなくなる。
このように、制御部１２０は、第１スイッチ１１１と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御した後、第２スイッチ１１２の動作状態のみをオン状態とオフ状態とが交互に繰り返されるように制御することで、第１メインリレーＲ１に交流電圧を印加することができる。
このとき、制御部１２０は、上述した複数のスイッチ１１１、１１２、１１４の制御を通じて第１メインリレーＲ１に予め設定された第１電流値の交流電流が流れるように設定でき、第１メインリレーＲ１に予め設定された第１周波数の交流電流が流れるように設定できる。
一方、診断部１３０は、上述したように、第１メインリレーＲ１の故障を診断するため、制御部１２０に第１診断命令信号を送信することができる。その後、診断部１３０は、制御部１２０がプリチャージ部１１０に備えられた複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を制御することによって交流電圧が印加された第１メインリレーＲ１の第１両端電圧値に基づいて第１メインリレーＲ１の故障如何を診断することができる。
より具体的に、診断部１３０は、制御部１２０に第１診断命令信号を送信した後、第１メインリレーＲ１に交流電圧が印加された場合、第１両端電圧値と第１部分融着電圧値とを比べて、比較の結果、第１両端電圧値が第１部分融着電圧値と同じであれば、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生したと診断することができる。
逆に、診断部１３０は、制御部１２０に第１診断命令信号を送信した後、第１メインリレーＲ１に交流電圧が印加された場合、第１両端電圧値と予め設定された第１正常電圧値とを比べて、比較の結果、第１両端電圧値が予め設定された第１正常電圧値と同じであれば、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生していないと診断する。
ここで、第１部分融着電圧値は、第１診断命令信号を受信した制御部１２０が複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を制御することによって部分融着が発生した第１メインリレーＲ１に交流電圧が印加される場合、第１メインリレーＲ１の両端で測定される電圧値であり得る。
図５に示されたように、部分融着が発生していない第１メインリレーＲ１は、動作状態がオフ状態である場合、第１可動接点ＯＰ１と固定接点ＦＰとの間にキャパシタンス成分Ｃが発生し、第２可動接点ＯＰ２と固定接点ＦＰとの間にもキャパシタンス成分Ｃが発生する。これによって、部分融着が発生していない第１メインリレーＲ１は、２つのキャパシタンス成分Ｃが直列で連結されて、総キャパシタンス成分Ｃ／２が発生し得る。
逆に、図６に示されたように、部分融着が発生した第１メインリレーＲ１は、動作状態がオフ状態である場合、第１可動接点ＯＰ１と固定接点ＦＰとの間のキャパシタンス成分が無くなり、第２可動接点ＯＰ２と固定接点ＦＰとの間にキャパシタンス成分Ｃが発生する。これによって、部分融着が発生した第１メインリレーＲ１は、１つのキャパシタンス成分Ｃのみが発生して総キャパシタンス成分Ｃが発生し得る。
第１診断命令信号を受信した制御部１２０は、上述したように、第１メインリレーＲ１に予め設定された第１電流値と予め設定された第１周波数の交流電流が流れるように複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を制御することができる。
このとき、診断部１３０は、予め設定された第１電流値、予め設定された第１周波数、及び部分融着が発生した第１メインリレーＲ１の総キャパシタンスを用いて第１部分融着電圧値を設定し、設定された第１部分融着電圧値と第１メインリレーＲ１の第１両端電圧値とを比べて第１メインリレーＲ１の部分融着を診断することができる。
より具体的に、診断部１３０は、下記の数式３を用いて第１部分融着電圧値を設定することができる。
＜数３＞
Ｖ１'＝Ｉ１（π／２）ｆＣ
ここで、Ｖ１'は第１部分融着電圧値、Ｉ１は予め設定された第１電流値、ｆは予め設定された第１周波数、及びＣは部分融着が発生した第１メインリレーＲ１の総キャパシタンスである。
これによって、診断部１３０は、第１メインリレーＲ１の第１両端電圧値が第１部分融着電圧値と同じであれば、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生したと診断することができる。
上述した一実施例による診断部１３０においては、第１両端電圧値が第１部分融着電圧値と同じであれば、第１メインリレーＲ１を部分融着と診断すると説明した。しかし、他の実施例による診断部１３０は、設定された第１部分融着電圧値を基準にして第１部分融着電圧範囲を再度設定し、第１両端電圧値が第１部分融着電圧の範囲に含まれれば、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生したと診断し得る。
これを通じて、他の実施例による診断部１３０は、バッテリーパック１０００内の回路構成、電圧センサー及び電流センサーによる測定誤差によって発生する診断誤謬を防止することができる。
一方、診断部１３０は、予め設定された第１電流値、予め設定された第１周波数、及び部分融着が発生した第１メインリレーＲ１の総キャパシタンスを用いて第１正常電圧値を設定し、設定された第１正常電圧値と第１メインリレーＲ１の第１両端電圧値とを比べて第１メインリレーＲ１の正常如何を診断することができる。
より具体的に、診断部１３０は、下記の数式４を用いて第１正常電圧値を設定することができる。
＜数４＞
Ｖ１＝Ｉ１（π／２）ｆ（Ｃ／２）
ここで、Ｖ１は第１正常電圧値、Ｉ１は予め設定された第１電流値、ｆは予め設定された第１周波数、Ｃは部分融着が発生した第１メインリレーＲ１の総キャパシタンスである。
これによって、診断部１３０は、第１メインリレーＲ１の第１両端電圧値が第１正常電圧値と同じであれば、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生していないと診断することができる。
上述した一実施例による診断部１３０においては、第１両端電圧値が第１正常電圧値と同じであれば、第１メインリレーＲ１を部分融着と診断しないと説明した。しかし、他の実施例による診断部１３０は、設定された第１正常電圧値を基準にして第１正常電圧の範囲を再度設定し、第１両端電圧値が第１正常電圧の範囲に含まれれば、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生していないと診断し得る。
これによって、他の実施例による診断部１３０は、バッテリーパック１０００内の回路構成、電圧センサー及び電流センサーによる測定誤差によって発生する診断誤謬を防止することができる。
一方、さらに他の実施例による診断部１３０は、第１両端電圧値が第１部分融着電圧値と異なれば、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生していないと診断し得る。
また、さらに他の実施例による診断部１３０は、第１両端電圧値が第１部分融着電圧値及び第１正常電圧値と異なれば、第１メインリレーＲ１に部分融着以外に他の故障が発生したと診断し得る。
一方、診断部１３０は、第１メインリレーＲ１に部分融着が発生したと診断されれば、第１メインリレー及び第２メインリレーの動作状態をオフ状態に制御し、バッテリーパック１０００の充放電を中断させることができる。
以下、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００のプリチャージを行う過程について説明する。
図１０〜図１３は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００が、プリチャージを行うためプリチャージ部１１０に備えられた複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を制御する過程を説明するための回路図である。
図１０〜図１３を参照すれば、診断部１３０は、プリチャージを行うため、第２メインリレーＲ２の動作状態をオン状態に制御した後、プリチャージを行うためのプリチャージ命令信号を制御部１２０に送信することができる。
制御部１２０は、プリチャージ命令信号を受信する場合、電源の印加を受けて作動を始める。
その後、制御部１２０は、図１０に示されたように、プリチャージ命令信号に従って第２スイッチ１１２をオン状態に制御し、第１スイッチ１１１及び第３スイッチ１１４にオン状態とオフ状態とが交互に繰り返されるように制御することができる。
このとき、第１メインリレーＲ１の動作状態はオフ状態であり、第２メインリレーＲ２の動作状態はオン状態であり得る。
すなわち、制御部１２０は、プリチャージ命令信号を受信すれば、第２スイッチ１１２をオン状態に制御し、第１スイッチ１１１及び第３スイッチ１１４をオフ状態とオン状態とが交互に繰り返されるように制御することができる。
制御部１２０は、図１１に示されたように、第２スイッチ１１２をオン状態に制御した後、第１スイッチ１１１と第３スイッチ１１４をそれぞれオン状態とオフ状態に制御することができる。
これによって、バッテリーモジュールＢの出力電圧は、第１スイッチ１１１、第２スイッチ１１２、インダクタ１１３、出力キャパシタＶＣ及び第２メインリレーＲ２が順に直列で連結された閉回路に印加され、インダクタ１１３と出力キャパシタＶＣが充電される。
逆に、制御部１２０は、図１２に示されたように、第２スイッチ１１２をオン状態に制御した後、第１スイッチ１１１と第３スイッチ１１４をそれぞれオフ状態とオン状態に制御することができる。
これによって、バッテリーモジュールＢの正極端子Ｐと負極端子Ｎとが連結された回路が開放されて、第２スイッチ１１２、インダクタ１１３、出力キャパシタＶＣ、第３スイッチ１１４が順に直列で連結された閉回路が構成され、閉回路内でインダクタ１１３に充電された電力が出力キャパシタＶＣに充電される。
このような制御部１２０のスイッチ制御により、バッテリーパック１０００の第１充放電端子Ｔ１と第２充放電端子Ｔ２にバッテリーモジュールＢの高電圧が急激に出力される現象を防止することができる。
一方、制御部１２０の上述したスイッチ制御を繰り返して行う場合、出力キャパシタＶＣの充電電圧が徐々に増加し得る。
このとき、診断部１３０は、出力キャパシタＶＣの充電電圧値と予め設定された基準電圧値とを比べて、比較の結果に従ってプリチャージを終了することができる。
より具体的に、診断部１３０は、出力キャパシタＶＣの充電電圧値と予め設定された基準電圧値とを比べた結果、充電電圧値が予め設定された基準電圧値を超過する場合、プリチャージを終了することができる。これによって、診断部１３０は、充電電圧値が予め設定された基準電圧値を超過すれば、制御部１２０にプリチャージ終了命令を送信することができる。
制御部１２０は、プリチャージ終了命令を受信すれば、プリチャージ部１１０に備えられたすべての複数のスイッチ１１１、１１２、１１４の動作状態をオフ状態に制御する。
同時に診断部１３０は、オフ状態の第１メインリレーＲ１の動作状態をオン状態に制御してバッテリーモジュールＢの正極端子Ｐと第１充放電端子Ｔ１とを連結し、バッテリーモジュールＢの負極端子Ｎと第２充放電端子Ｔ２とを連結することで、バッテリーパック１０００の電力を外部に出力させる。
このような本発明の構成によれば、電子式半導体であるＭＯＳＦＥＴで構成された複数のスイッチ１１１、１１２、１１４を、波形を発生させる制御部１２０を通じて制御することで、プリチャージに必要となる時間を短縮させることができる。
一方、本発明によるバッテリーパック１０００は、上述したバッテリーモジュールＢを１つ以上含む。このとき、バッテリーパック１０００には、バッテリーモジュールＢの外に、バッテリーモジュールＢを収納するためのケース、カートリッジ及びバスバーなどがさらに含まれ得る。特に、本発明によるバッテリーパック１０００は、上述したバッテリー管理装置１００をさらに含むことで、プリチャージを行いメインリレーの故障如何を診断することができる。
本発明によるバッテリー管理装置１００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリー管理装置１００を含むことができる。
上述した本発明は、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的思想から逸脱することなく様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されるものではない。

Claims (10)

  1. バッテリーモジュール、第１充放電端子、第２充放電端子、前記バッテリーモジュールの正極端子と前記第１充放電端子との間に連結された第１メインリレー、及び前記バッテリーモジュールの負極端子と前記第２充放電端子との間に連結された第２メインリレーを備えるバッテリーパックを管理するバッテリー管理装置であって、
    複数のスイッチを備え、前記第１メインリレーと並列で連結され、前記第２メインリレーと前記第２充放電端子との間に連結されたプリチャージ部；
    前記バッテリーモジュールの出力電圧を交流電圧に変換して前記第１メインリレーまたは前記第２メインリレーに印加されるように前記複数のスイッチを制御する制御部；
    前記交流電圧が印加された第１メインリレーの第１両端電圧値に基づいて前記第１メインリレーの故障を診断するか又は前記交流電圧が印加された第２メインリレーの第２両端電圧値に基づいて前記第２メインリレーの故障を診断する診断部を含む、バッテリー管理装置。
  2. 前記プリチャージ部は、
    前記第１メインリレーと前記正極端子との間の第１ノードに一端が連結された第１スイッチ；
    前記第１スイッチの他端に一端が連結された第２スイッチ；
    前記第２スイッチの他端に一端が連結され、前記第１メインリレーと前記第１充放電端子との間の第２ノードに他端が連結されたインダクタ；及び
    前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間の第３ノードに一端が連結され、前記第２メインリレーと前記第２充放電端子との間の第４ノードに他端が連結された第３スイッチを備える、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記制御部は、前記第１メインリレーと前記第２メインリレーがオフ状態に制御された状態で、前記第２スイッチをオフ状態に制御し且つ前記第３スイッチをオン状態に制御した後、前記第１スイッチがオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように制御して前記第２メインリレーに前記交流電圧を印加する、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記制御部は、前記第１メインリレーがオフ状態に制御されて前記第２メインリレーがオン状態に制御された状態で、前記第１スイッチをオフ状態に制御し且つ前記第３スイッチをオン状態に制御した後、前記第２スイッチがオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように制御して前記第１メインリレーに前記交流電圧を印加する、請求項２または３に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記診断部は、前記第１メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第１両端電圧値と第１部分融着電圧値とを比べて、比較の結果、前記第１両端電圧値が前記第１部分融着電圧値と同じであれば、前記第１メインリレーに部分融着が発生したと診断する、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記診断部は、前記第１メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第１両端電圧値と予め設定された第１正常電圧値とを比べて、比較の結果、前記第１両端電圧値が前記予め設定された第１正常電圧値と同じであれば、前記第１メインリレーに部分融着が発生していないと診断する、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記診断部は、前記第２メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第２両端電圧値と第２部分融着電圧値とを比べて、比較の結果、前記第２両端電圧値が前記第２部分融着電圧値と同じであれば、前記第２メインリレーに部分融着が発生したと診断する、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記診断部は、前記第２メインリレーに前記交流電圧が印加された場合、前記第２両端電圧値と予め設定された第２正常電圧値とを比べて、比較の結果、前記第２両端電圧値が前記予め設定された第２正常電圧値と同じであれば、前記第２メインリレーに部分融着が発生していないと診断する、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  9. 請求項１〜請求項８のうちいずれか１項に記載のバッテリー管理装置を含むバッテリーパック。
  10. 請求項１〜請求項８のうちいずれか１項に記載のバッテリー管理装置を含む自動車。
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