JP7160247B2 - 回路診断装置及びそれを含むバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、回路診断装置及びそれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた信号変換に基づいてバッテリーパックの欠陥発生を判断する回路診断装置及びそれを含むバッテリーパックに関する。

本出願は、２０１９年１１月２６日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１５３７００号に基づく優先権を主張し、当該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。

近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能バッテリーに対する研究が活発に行われている。

現在、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、リチウムバッテリーなどのバッテリーが商用化しているが、中でもリチウムバッテリーはニッケル系列のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

このようなバッテリーを備えるバッテリーパックは、電子製品、電気自動車及びエネルギー貯蔵用蓄電池などの装置に接続されて、バッテリーとこれら装置とを連結する役割をする。

図１は、第１比較例を概略的に示した図である。具体的には、図１は負荷と接続された従来のバッテリーパックの例示的構成を示した図である。

図１を参照すると、第１比較例のバッテリーパックは、バッテリーＢ、メインスイッチＳＷ、マイクロコントローラユニット（ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｎｉｔ：ＭＣＵ）及びハイサイドドライバ集積回路（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ ｄｒｉｖｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＨＳＤ ＩＣ）を含み、負荷と接続されている。

マイクロコントローラユニットは、ラインＬａを通じて制御信号をハイサイドドライバ集積回路に出力する。例えば、制御信号は、パルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号であり得る。そして、ハイサイドドライバ集積回路は、受信したパルス幅変調信号に対応する制御信号をメインスイッチＳＷにラインＬｂを通じて出力する。制御信号を受信したメインスイッチＳＷの動作状態がターンオン状態に切り換えられ、バッテリーＢから出力された電流が負荷に流れる。このとき、ハイサイドドライバ集積回路は、ラインＬｃを通じてメインスイッチＳＷの一端電圧を測定し、ラインＬｄを通じてメインスイッチＳＷの他端電圧を測定する。そして、ハイサイドドライバ集積回路は、測定したメインスイッチＳＷの一端電圧と他端電圧との差を算出することで、バッテリーパックに欠陥が発生したか否かを判断することができる。

例えば、メインスイッチＳＷと負荷と間で地絡（ｓｈｏｒｔ－ｔｏ－ｇｒｏｕｎｄ：ＳＴＧ）が発生した場合、ハイサイドドライバ集積回路はラインＬｄを通じてメインスイッチＳＷの他端電圧を０［Ｖ］と測定する。この場合、ラインＬｃを通じて測定されたメインスイッチＳＷの一端電圧とラインＬｄを通じて測定されたメインスイッチＳＷの他端電圧とが相異なるため、ハイサイドドライバ集積回路はバッテリーパックに欠陥が発生したと判断する。

ただし、ハイサイドドライバ集積回路は、マイクロコントローラユニットからパルス幅変調信号を受信した場合のみに動作する。すなわち、マイクロコントローラユニットから出力されるパルス幅変調信号は、ハイサイドドライバ集積回路を駆動させるためのウェイクアップ信号であり得る。

また、一般にハイサイドドライバ集積回路は、安定性を確保するため、マイクロコントローラユニットから信号が入力されてから所定の時間が経過した後にバッテリーパックの欠陥発生を診断するように設計される。このようにハイサイドドライバ集積回路にマイクロコントローラユニットからの信号が入力された時点から、ハイサイドドライバ集積回路がバッテリーパックの欠陥発生を診断する時点までをブランクタイム（ｂｌａｎｋ ｔｉｍｅ）と称する。すなわち、ブランクタイムは、ハイサイドドライバ集積回路が駆動信号を受信した後、実際に駆動するまでに必要な時間を意味する。ブランクタイムについては、図２を参照して具体的に説明する。

図２は、第１比較例のバッテリーパックにおいて、ハイサイドドライバ集積回路のブランクタイムの例を示した図である。

図２を参照すると、ｔ１、ｔ３及びｔ５でハイサイドドライバ集積回路がマイクロコントローラユニットから制御信号を受信し、ｔ１、ｔ３及びｔ５からｔＢ時間がブランクタイムであり得る。ハイサイドドライバ集積回路は、このようなブランクタイムではバッテリーパックの欠陥発生を判断できないという問題がある。すなわち、図２において、ハイサイドドライバ集積回路はブランクタイムではない時点のみでバッテリーパックの欠陥発生を判断することができる。

例えば、図１において、ハイサイドドライバ集積回路のブランクタイムにメインスイッチＳＷと負荷と間のラインに短絡が発生したと仮定する。この場合、メインスイッチＳＷの一端の電圧とメインスイッチＳＷの他端の電圧とは相異なり得る。例えば、メインスイッチＳＷの一端の電圧はバッテリーＢの電圧と同じであり、メインスイッチＳＷの他端の電圧は０［Ｖ］であり得る。しかし、短絡がハイサイドドライバ集積回路のブランクタイム中に発生したため、ハイサイドドライバ集積回路はバッテリーパックの欠陥発生を診断することができないという致命的な問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハイサイドドライバ集積回路を使用しなくてもバッテリーパックの欠陥発生を判断することができる回路診断装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。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。

本発明の一態様による回路診断装置は、直列で接続されたバッテリーセル及びメインリレーを含むバッテリーパックの回路状態を診断する装置であって、予め設定されたデューティサイクルを有する第１信号を所定の出力周波数に応じてメインリレーと接続された第１ラインを通じて出力するように構成された制御部と、第１ラインにさらに接続され、第１ラインを通じて第１信号を受信し、第１信号によってメインリレーの動作状態がターンオン状態に切り換えられる度にバッテリーセルから出力された第２信号を受信し、第１信号及び第２信号を変換し、変換された第１変換信号及び第２変換信号を制御部に送信するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータと、を含む。

制御部は、ＤＣ－ＤＣコンバータから第１変換信号及び第２変換信号を受信し、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断し、判断結果に基づいてバッテリーパックの欠陥を判断するように構成され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータは、第１信号の電圧の大きさと第２信号の電圧の大きさとを同一に変換するように構成され得る。

制御部は、第１変換信号と第２変換信号とのデューティサイクル及び周波数の少なくとも一つを比較し、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断するように構成され得る。

制御部は、第１変換信号と第２変換信号とが同一であると判断されれば、バッテリーパックに欠陥がないと判断し、第１変換信号と第２変換信号とが同一ではないと判断されれば、バッテリーパックに欠陥が存在すると判断するように構成され得る。

第２信号は、第１信号によってメインリレーの動作状態がターンオン状態に切り換えられるとき、バッテリーセルから出力されてメインリレーを通じてＤＣ－ＤＣコンバータに入力される信号であり得る。

メインリレーは、バッテリーセルと接続された第１リレー端子と、第１ラインを通じて制御部と接続された第２リレー端子と、ＤＣ－ＤＣコンバータと接続された第３リレー端子と、を含み得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータは、第１ラインと接続され、第１ラインを通じて第１信号の入力を受ける第１入力端子と、第２ラインと接続され、第２ラインを通じて第２信号の入力を受ける第２入力端子と、第３ラインと接続され、第３ラインを通じて第１変換信号を制御部に出力する第１出力端子と、第４ラインと接続され、第４ラインを通じて第２変換信号を制御部に出力する第２出力端子と、を含み得る。

第２ラインは、第３リレー端子に電気的に接続されるように構成され得る。

本発明の他の一態様による回路診断装置は、バッテリーセルと並列で接続され、互いに直列で接続された診断抵抗及び診断リレーが配置された診断ラインをさらに含み得る。

制御部は、第５ラインを通じて診断リレーと接続され、診断リレーの動作状態を制御するように構成され得る。

制御部は、第５ラインを通じて診断リレーの動作状態をターンオン状態に制御した後、第１信号をメインリレーに出力するように構成され得る。

第２信号は、診断リレー及びメインリレーの動作状態がターンオン状態に制御されれば、診断ラインを通じて流れるように構成され得る。

本発明の他の態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様による回路診断装置を含む。

本発明の一態様の回路診断装置によれば、相異なる主体から出力された信号を比較することで、バッテリーパックの欠陥発生をより客観的かつ正確に判断することができる。

また、本発明の一態様の回路診断装置によれば、出力主体が異なる第１信号と第２信号との強度をＤＣ－ＤＣコンバータを通じて同一に変換することで、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断するとき、信号の強度による影響を最小化することができる。

本発明の効果は上記の効果に制限されず、他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、発明の詳細な説明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ものであるため、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。

第１比較例を概略的に示した図である。 第１比較例のバッテリーパックにおいて、ハイサイドドライバ集積回路のブランクタイムの例を示した図である。 本発明の一実施形態による回路診断装置を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による回路診断装置を含むバッテリーパックの例示的構成を示した図である。 第２比較例を概略的に示した図である。 本発明の他の実施形態による回路診断装置を含むバッテリーパックの例示的構成を示した図である。

本明細書及び特許請求の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形態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形態に過ぎず、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。
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能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、その詳細な説明は省略する。
第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書に記載された制御部のような用語は少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。

図３は、本発明の一実施形態による回路診断装置１００を概略的に示した図である。図４は、本発明の一実施形態による回路診断装置１００を含むバッテリーパック１の例示的構成を示した図である。

図４を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーセル１０、メインリレー２０及び回路診断装置１００を含むことができる。また、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋とバッテリーパック１の負極端子Ｐ－とに負荷３０が接続され得る。

ここで、バッテリーセル１０とは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルをバッテリーセル１０として見なし得る。また、バッテリーパック１は、一つ以上のバッテリーセル１０が直列及び／または並列で接続された一つ以上のバッテリーモジュールも含み得る。以下、説明の便宜上、バッテリーパック１に一つのバッテリーセル１０が含まれたとして説明する。

また、バッテリーセル１０は、メインリレー２０と電気的に直列で接続され得る。

例えば、図４を参照すると、バッテリーセル１０の正極端子とバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋との間にメインリレー２０が直列で接続され得る。すなわち、メインリレー２０は、バッテリーパック１のメイン充放電経路上に配置され得る。ここで、メイン充放電経路とは、バッテリーパック１に流れる大電流経路であり得る。すなわち、メイン充放電経路は、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋、メインリレー２０、バッテリーセル１０及びバッテリーパック１の負極端子Ｐ－を連結する経路であり得る。

本発明の一実施形態による回路診断装置１００がバッテリーパック１に備えられた場合、回路診断装置１００は、バッテリーパック１の回路状態を診断することができる。

図３を参照すると、本発明の一実施形態による回路診断装置１００は、制御部１１０及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２０を含むことができる。

制御部１１０は、予め設定されたデューティサイクルを有する第１信号を所定の出力周波数に応じてメインリレー２０と接続された第１ラインＬ１を通じて出力するように構成され得る。すなわち、第１信号は、制御部１１０によって生成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号であり得る。

ここで、デューティサイクルとは、パルスの周期に対するパルス幅の比率を表す数値であって、単位は％であり得る。例えば、図２において、パルス周期はｔ１～ｔ３時間であり、パルス幅はｔ１～ｔ２時間であり得る。

望ましくは、制御部１１０は、デューティサイクルを０．２％～９９．８％のうちいずれか一つとして予め設定し得る。より望ましくは、制御部１１０は、デューティサイクルを０．２％～２０％のうちいずれか一つとして予め設定し得る。

そして、出力周波数は、制御部１１０が第１信号を出力する周期に係わる周波数であり得る。例えば、図２において、出力周波数はパルスの周期（ｔ１～ｔ３時間）に反比例する周波数であり、単位はＨｚであり得る。

望ましくは、制御部１１０は、出力周波数を１Ｈｚ～８００Ｈｚのうちいずれか一つとして選択し得る。より望ましくは、制御部１１０は、出力周波数を５００Ｈｚ～８００Ｈｚのうちいずれか一つとして選択し得る。

例えば、図４の実施形態において、メインリレー２０と制御部１１０とは第１ラインＬ１を通じて電気的に接続され得る。したがって、制御部１１０が第１ラインＬ１に出力した第１信号は、メインリレー２０に入力され得る。すなわち、制御部１１０が選択された出力周波数に応じて、予め設定されたデューティサイクルを有する第１信号を第１ラインＬ１を通じて出力すれば、出力された第１信号はメインリレー２０に入力され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１ラインＬ１にさらに接続されるように構成され得る。

具体的には、メインリレー２０と制御部１１０とを連結する第１ラインＬ１は分岐されてＤＣ－ＤＣコンバータ１２０にも接続され得る。

例えば、図４の実施形態において、第１ラインＬ１は分岐点ＢＰを基準にして第１単位ラインと第２単位ラインとに分岐され得る。ここで、第１単位ラインは第１ラインＬ１の分岐点ＢＰとメインリレー２０とを連結する単位ラインであり、第２単位ラインは第１ラインＬ１の分岐点ＢＰとＤＣ－ＤＣコンバータ１２０とを連結する単位ラインであり得る。ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第２単位ラインに接続されることで、第１ラインＬ１に接続されるように構成され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１ラインＬ１を通じて第１信号の入力を受けるように構成され得る。

具体的には、制御部１１０が第１ラインＬ１に出力した第１信号は、分岐点ＢＰを基準にして第１単位ラインと第２単位ラインを通じて送信され得る。すなわち、第１信号は、第１ラインＬ１及び第１単位ラインを通じて制御部１１０からメインリレー２０に送信され、第１ラインＬ１及び第２単位ラインを通じて制御部１１０からＤＣ－ＤＣコンバータ１２０に送信され得る。

例えば、図４の実施形態において、制御部１１０が第１ラインＬ１に出力した第１信号は、メインリレー２０及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２０の両方に入力され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１信号によってメインリレー２０の動作状態がターンオン状態に切り換えられる度にバッテリーセル１０から出力された第２信号の入力を受けるように構成され得る。すなわち、第１信号は、メインリレー２０の動作状態を制御するために制御部１１０が出力した信号であり得る。

例えば、制御部１１０が出力した第１信号が図２に示された信号と同一であると仮定する。信号の強度がＶ１［Ｖ］であるとき、メインリレー２０の動作状態はターンオン状態に制御され、信号の強度が０［Ｖ］であるとき、メインリレー２０の動作状態はターンオフ状態に制御され得る。

したがって、制御部１１０が出力周波数に応じて第１信号を出力すれば、メインリレー２０の動作状態はターンオン状態及びターンオフ状態に交互に切り換えられ得る。そして、メインリレー２０の動作状態がターンオン状態になるときのみに、バッテリーセル１０から出力された電流がメインリレー２０を通過することができる。

また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第２ラインＬ２を通じてメイン充放電経路と接続され得る。例えば、図４の実施形態において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、メインリレー２０とバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋との間に接続された第２ラインＬ２と接続され得る。したがって、メインリレー２０の動作状態がターンオン状態に切り換えられる度に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第２ラインＬ２を通じてバッテリーセル１０から出力される第２信号の入力を受けることができる。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１信号及び第２信号を変換するように構成され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、直流の大きさを変換する構成であって、第１信号及び第２信号の電流の大きさを変換することができる。

そして、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、変換された第１変換信号及び第２変換信号を制御部１１０に送信するように構成され得る。

具体的には、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、制御部１１０と有線で電気的に接続され得る。より望ましくは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、制御部１１０と複数のラインを通じて電気的に接続され得る。

そして、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、有線で第１変換信号及び第２変換信号を出力することで、制御部１１０に第１変換信号及び第２変換信号を送信することができる。ここで、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０から出力される信号はデジタル信号であり得る。

例えば、図４の実施形態において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第３ラインＬ３及び第４ラインＬ４を通じて制御部１１０と接続され得る。そして、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第３ラインＬ３を通じて第１変換信号を出力し、第４ラインＬ４を通じて第２変換信号を出力し得る。

制御部１１０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０から第１変換信号及び第２変換信号を受信するように構成され得る。

具体的には、制御部１１０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０からデジタル信号である第１変換信号及びデジタル信号である第２変換信号を受信することができる。例えば、図４の実施形態において、制御部１１０は、第３ラインＬ３及び第４ラインＬ４を通じて、第１変換信号及び第２変換信号をそれぞれ受信できる。

また、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断するように構成され得る。

例えば、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号との強度、周波数及びデューティサイクルのうち少なくとも一つを比較し、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断することができる。

最後に、制御部１１０は、判断結果に基づいてバッテリーパック１の欠陥を判断するように構成され得る。すなわち、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断した結果に基づいて、バッテリーパック１の欠陥を判断することができる。

図１及び図４を参照して、従来技術と本発明とを比較すると、従来技術はバッテリーから出力された信号のみに基づいてバッテリーパック１の欠陥発生を判断した。

図１を参照すると、マイクロコントローラユニットはバッテリーから出力された信号に基づいて、メインスイッチＳＷの両端の電圧差によってバッテリーパック１の欠陥発生を判断した。すなわち、従来は、バッテリーから出力された信号がメインスイッチＳＷを通過する前と通過した後とで差が生じたかをもってバッテリーパック１の欠陥発生を判断した。

しかし、図４を参照すると、回路診断装置１００は、制御部１１０から出力された第１信号とバッテリーセル１０から出力された第２信号とを比べた結果に基づいてバッテリーパック１の欠陥発生を判断することができる。

すなわち、制御部１１０から出力された第１信号とバッテリーセル１０から出力された第２信号とは互いに影響を及ぼさない独立的な信号である。したがって、本発明の一実施形態による回路診断装置１００は、制御部１１０とバッテリーセル１０との相異なる主体から出力された信号を比較することで、バッテリーパック１の欠陥発生をより客観的かつ正確に判断することができる。

一方、本発明の一実施形態による回路診断装置１００に備えられた制御部１１０は、本発明で実行される多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。また、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、制御部１１０はプログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、制御部１１０によって実行され得る。メモリは制御部１１０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段で制御部１１０と接続され得る。

望ましくは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１信号の電圧の大きさと第２信号の電圧の大きさとを同一に変換するように構成され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１信号及び第２信号のデューティサイクル及び周波数はそのまま維持し、第１信号及び第２信号の電圧の大きさのみを同一に変換することができる。すなわち、第１変換信号と第２変換信号とは等しい強度を有する信号であり得る。

例えば、図４の実施形態において、第１信号は制御部１１０から出力された信号であり、第２信号はバッテリーセル１０から出力された信号である。制御部１１０がバッテリーセル１０と同じ強度を有する信号を出力することはできないため、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１信号の強度と第２信号の強度とを同一に変換することができる。

そして、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とのデューティサイクル及び周波数の少なくとも一つを比較し、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断するように構成され得る。

例えば、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とのデューティサイクルを比較して、第１変換信号と第２変換信号とが同一信号であるか否かを判断し得る。他の例として、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号との周波数を比較して、第１変換信号と第２変換信号とが同一信号であるか否かを判断し得る。さらに他の例として、より望ましくは、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号との周波数及びデューティサイクルをすべて比較して、第１変換信号と第２変換信号とが同一信号であるか否かを判断し得る。

すなわち、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０によって第１変換信号の強度と第２変換信号の強度とが等しくなったため、制御部１１０は、デューティサイクル及び周波数の少なくとも一つを比較することで、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断することができる。

したがって、本発明の一実施形態による回路診断装置１００は、出力主体が異なる第１信号と第２信号との強度をＤＣ－ＤＣコンバータ１２０を通じて同一に変換することで、第１変換信号と第２変換信号とが同一であるか否かを判断するとき、信号の強度による影響を最小化することができる。すなわち、回路診断装置１００は、バッテリーパック１の欠陥発生を判断するための独立変数のうち一つ（信号の強度）を同一に調節することで、残りの独立変数（デューティサイクル及び周波数）に基づいてバッテリーパック１の欠陥発生を判断することができる。したがって、信号の強度を同一に変換する過程によって、バッテリーパック１の欠陥発生をより正確かつ精密に判断することができる。

また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１変換信号及び第２変換信号をデジタル信号の形態で制御部１１０に出力するように構成され得る。

図５は、第２比較例を概略的に示した図である。具体的には、図５は、制御部１１０にアナログ信号が直接入力される第２比較例を示した図である。

図５を参照すると、制御部１１０は、メインリレー２０と第１ラインＬ１を通じて接続され、第１信号を出力し得る。そして、制御部１１０は、第２ラインＬ２を通じてメイン充放電経路と直接接続され、バッテリーセル１０から第２信号の入力を受け得る。ここで、第２信号はアナログ信号である。

もし、図５に示されたように、制御部１１０にアナログ信号が直接印加されれば、制御部１１０にはアナログ信号をデジタル信号に変換するための別途のユニットが備えられなければならない。例えば、制御部１１０は、ＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータをさらに備えなければならない。そして、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するため、制御部１１０の作業量（ｌｏａｄ）が急激に増加し得る。

したがって、図５のように、制御部１１０にアナログ信号である第２信号が直接入力されれば、第２信号をデジタル信号に変換するため、多くの時間とシステム資源が非効率的に消耗されるという問題がある。

また、第１信号は制御部１１０から出力された信号であり、第２信号はバッテリーセル１０から出力された信号である。したがって、第１信号と第２信号とは信号の強度が非常に相違し得る。したがって、このような信号の強度の相違によって、制御部１１０によるバッテリーパック１の欠陥発生如何の診断に影響が及ぼされるおそれがある。例えば、第２信号の強度が制御部１１０に入力可能な許容強度よりも大きい場合、制御部１１０は第２信号によって破損され得る。

したがって、本発明の一実施形態による回路診断装置１００は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０を通じて第１信号の強度と第２信号の強度とを同一に変換することで、上述した問題を解決することができる。また、望ましくは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１信号及び第２信号の強度を制御部１１０に入力可能な許容強度以下に変換することで、第２信号の入力による制御部１１０の破損を予め防止することができる。

制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とが同一であると判断されれば、バッテリーパック１に欠陥がないと判断するように構成され得る。

逆に、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とが同一ではないと判断されれば、バッテリーパック１に欠陥が存在すると判断するように構成され得る。

具体的には、第２信号は、第１信号によってメインリレー２０の動作状態がターンオン状態に切り換えられるとき、バッテリーセル１０から出力されてメインリレー２０を通じてＤＣ－ＤＣコンバータ１２０に入力される信号である。

例えば、メインリレー２０の動作状態は、第１信号に含まれたハイレベル信号がメインリレー２０に入力されるときのみにターンオン状態に切り換えられ得る。すなわち、メインリレー２０は、第１信号のデューティサイクルのみにターンオン状態に切り換えられ得る。

そして、メインリレー２０の動作状態がターンオン状態である場合のみ、バッテリーセル１０から出力された第２信号がメインリレー２０を通過してＤＣ－ＤＣコンバータ１２０に入力され得る。

結果的に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０に入力される第２信号のデューティサイクル及び周波数は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０に入力された第１信号のデューティサイクル及び周波数と同一であり得る。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０によって第１信号の強度と第２信号の強度とが同一に変換されるため、バッテリーパック１に欠陥がなければ、第１変換信号と第２変換信号とのデューティサイクル及び周波数は同一であり得る。すなわち、バッテリーパック１に欠陥がなければ、第１変換信号と第２変換信号とは同じ信号であり得る。したがって、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とが同一であれば、バッテリーパック１に欠陥がないと判断することができる。

バッテリーパック１に欠陥がある場合の例を説明する。図４の実施形態において、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋と負荷３０との間のノードで短絡が発生したと仮定する。特に、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋と負荷３０との間のノードで接地への短絡（ｓｈｏｒｔ－ｔｏ－ｇｒｏｕｎｄ：ＳＴＧ）が発生したと仮定する。この場合、第２信号の強度は０［Ｖ］であり得る。そして、第２信号のデューティサイクルは０％であり、周波数は０Ｈｚであり得る。この場合、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０が第２信号の強度を変更できないため、制御部１１０は、第１変換信号と第２変換信号とが同一であると判断することができない。したがって、制御部１１０は、バッテリーパック１に欠陥が発生したと判断することができる。

また、図４の実施形態において、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋と負荷３０との間のノードでバッテリーへの短絡（ｓｈｏｒｔ－ｔｏ－ｂａｔｔｅｒｙ：ＳＴＢ）が発生したか、または、ノードが断線（ｏｐｅｎ ｌｉｎｅ：ＯＬ）した場合にも、第２信号の強度は０［Ｖ］であり得る。したがって、制御部１１０は、ＳＴＧ欠陥だけでなく、ＳＴＢ欠陥及びＯＬ欠陥の場合にもバッテリーパック１の欠陥発生を診断することができる。

本発明の一実施形態による回路診断装置１００は、第１信号によってメインリレー２０の動作状態を制御することで、第２信号のデューティサイクル及び周波数を制御することができる。すなわち、回路診断装置１００は、メインリレー２０の動作状態を制御することで、バッテリーセル１０から出力された信号をパルス幅変調信号に変換するための別途の構成がなくても、バッテリーセル１０から出力された信号をパルス幅変調信号（第２信号）に変換することができる。そして、回路診断装置１００は、信号の強度が同一に変換された第１変換信号と第２変換信号とによってバッテリーパック１の欠陥発生をより正確に判断することができる。

以下、図４を参照して、本発明の一実施形態による回路診断装置１００、及び回路診断装置１００を含むバッテリーパック１の回路的構成についてより具体的に説明する。

メインリレー２０は、バッテリーセル１０と接続された第１リレー端子、第１ラインＬ１を通じて制御部１１０と接続された第２リレー端子、及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２０と接続された第３リレー端子を含むことができる。

望ましくは、メインリレー２０は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、電界効果トランジスタ）であり得る。より望ましくは、メインリレー２０は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＥＴ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）であり得る。

例えば、メインリレー２０がＮチャネルＭＯＳＦＥＴである場合、第１リレー端子はドレイン端子であり、第２リレー端子はゲート端子であり、第３リレー端子はソース端子であり得る。

他の例として、メインリレー２０がＰチャネルＭＯＳＦＥＴである場合、第１リレー端子はソース端子であり、第２リレー端子はゲート端子であり、第３リレー端子はドレイン端子であり得る。

したがって、制御部１１０は、第１信号が印加されたとき、メインリレー２０の第１リレー端子と第３リレー端子とが互いに通電されるように、メインリレー２０の種類に応じて第１信号の強度を設定するように構成され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１入力端子ｉ１、第２入力端子ｉ２、第１出力端子Ｏ１及び第２出力端子Ｏ２を含むことができる。

図４を参照すると、第１入力端子ｉ１は、第１ラインＬ１と接続され得る。具体的には、第１入力端子ｉ１は、第１ラインＬ１から分岐された第２単位ラインと接続され得る。そして、第１入力端子ｉ１は、第１ラインＬ１を通じて、制御部１１０から出力された第１信号の入力を受けることができる。

第２入力端子ｉ２は、第２ラインＬ２と接続され得る。例えば、図４の実施形態において、第２ラインＬ２は、メインリレー２０と負荷３０との間に接続され得る。そして、第２入力端子ｉ２は、第２ラインＬ２を通じて、バッテリーセル１０から出力された第２信号の入力を受けることができる。特に、第２入力端子ｉ２は、メインリレー２０の動作状態がターンオン状態である場合のみに、第２信号の入力を受けることができる。

すなわち、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１信号と第２信号とが互いに干渉しないように、第１信号の入力を受ける第１入力端子ｉ１と第２信号の入力を受ける第２入力端子ｉ２とを別途に備えることができる。

第１出力端子Ｏ１は、第３ラインＬ３と接続され得る。そして、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１出力端子Ｏ１を通じて第３ラインＬ３に第１変換信号を出力することができる。出力された第１変換信号は、制御部１１０に入力され得る。

第２出力端子Ｏ２は、第４ラインＬ４と接続され得る。そして、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第２出力端子Ｏ２を通じて第４ラインＬ４に第２変換信号を出力することができる。出力された第２変換信号は、制御部１１０に入力され得る。

すなわち、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０は、第１変換信号と第２変換信号とが互いに干渉しないように、第１変換信号を出力する第１出力端子Ｏ１と第２変換信号を出力する第２出力端子Ｏ２とを別途に備えることができる。

第２ラインＬ２は、第３リレー端子に電気的に接続され得る。

望ましくは、第２ラインＬ２は、第３リレー端子と直接接続されたメイン充放電経路に接続され得る。したがって、バッテリーセル１０から出力された第２信号がメインリレー２０を通過した後、第２ラインＬ２を通じてＤＣ－ＤＣコンバータ１２０の第２入力端子ｉ２に入力され得る。

図４を参照すると、第１入力端子ｉ１と第２入力端子ｉ２とに入力される信号の出力主体が相異なる。具体的には、第１入力端子ｉ１に入力される第１信号の出力主体は制御部１１０であり、第２入力端子ｉ２に入力される第２信号の出力主体はバッテリーセル１０である。そして、第１信号は、制御部１１０から自体的に生成して出力する信号であるため、バッテリーパック１の欠陥発生如何に影響を受けない信号である。

したがって、本発明の一実施形態による回路診断装置１００は、バッテリーパック１の欠陥発生如何に影響を受けない第１信号、及びバッテリーパック１の欠陥発生如何に影響を受ける第２信号に基づいて、バッテリーパック１の欠陥発生をより正確に判断することができる。

図６は、本発明の他の実施形態による回路診断装置１００を含むバッテリーパック３の例示的構成を示した図である。

図６を参照すると、本発明の他の実施形態による回路診断装置１００は、診断ラインをさらに含むことができる。すなわち、図６のバッテリーパック３は、図４のバッテリーパック１に診断ラインをさらに含むことができる。以下、上述した説明と重なる説明は省略する。

診断ラインは、バッテリーセル１０と並列で接続されたラインであり得る。

そして、診断ラインは、互いに直列で接続された診断抵抗５０及び診断リレー４０が配置されたラインであり得る。すなわち、診断ラインに配置された診断抵抗５０及び診断リレー４０は、バッテリーセル１０と並列的に接続され得る。

図６を参照すると、バッテリーセル１０、メインリレー２０、診断抵抗５０及び診断リレー４０は閉回路を形成し得る。すなわち、診断ラインは、バッテリーセル１０の自己放電経路を構成するラインであり得る。そして、バッテリーセル１０の自己放電経路には、メインリレー２０、診断抵抗５０及び診断リレー４０が配置され得る。

制御部１１０は、第５ラインＬ５を通じて診断リレー４０と接続されるように構成され得る。

そして、制御部１１０は、第５ラインＬ５を通じて診断リレー４０の動作状態を制御するように構成され得る。

具体的には、制御部１１０は、ターンオフ命令信号またはターンオン命令信号を第５ラインＬ５に出力することで、診断リレー４０の動作状態を制御することができる。

制御部１１０は、第５ラインＬ５を通じて診断リレー４０の動作状態をターンオン状態に制御した後、第１信号をメインリレー２０に出力するように構成され得る。

制御部１１０が第５ラインＬ５を通じてターンオン命令信号を出力し、第１ラインＬ１を通じて第１信号を出力した場合、診断リレー４０及びメインリレー２０の動作状態がすべてターンオン状態に切り換えられ得る。

具体的には、第１信号のデューティサイクルのみにメインリレー２０の動作状態がターンオン状態に切り換えられ得る。すなわち、第１信号のデューティサイクルの間、バッテリーセル１０、メインリレー２０、診断抵抗５０及び診断リレー４０を含む閉回路が導通し得る。

第２信号は、診断リレー４０及びメインリレー２０の動作状態がターンオン状態に制御されれば、診断ラインを通じて流れるように構成され得る。

すなわち、バッテリーセル１０、メインリレー２０、診断抵抗５０及び診断リレー４０が導通した場合、バッテリーセル１０から第２信号が出力され得る。そして、出力された第２信号は、第２ラインＬ２を通じてＤＣ－ＤＣコンバータ１２０に入力され得る。具体的には、図６の実施形態において、第２信号は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２０の第２入力端子ｉ２に入力され得る。

その後、制御部１１０は、診断リレー４０の動作状態をターンオン状態に維持しながら、第１信号を所定の出力周波数に応じて出力することで、バッテリーパック３の欠陥発生を判断することができる。

すなわち、本発明の他の実施形態による回路診断装置１００は、バッテリーセル１０の自己放電経路を備えることで、バッテリーパック３に負荷３０が連結されなくても、回路診断装置１００によってバッテリーパック３の欠陥発生如何をいつでも判断することができる。

そして、本発明による制御部１１０は、バッテリーパック（１、３）に欠陥が発生したと判断されれば、メインリレー２０の動作状態をターンオフ状態に維持して、欠陥が発生したバッテリーパック（１、３）によって予期せぬ事故が発生することを予め防止することができる。

本発明による回路診断装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム）に適用され得る。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述した回路診断装置１００を含むことができる。このような構成において、回路診断装置１００の各構成要素のうち少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完するか又は追加することで具現され得る。例えば、回路診断装置１００の制御部１１０及びＤＣ－ＤＣコンバータ１２０はＢＭＳの構成要素として具現され得る。

また、本発明による回路診断装置１００は、バッテリーパック（１、３）に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック（１、３）は、上述した回路診断装置１００及び一つ以上のバッテリーセル１０を含むことができる。また、バッテリーパック（１、３）は、電装品（リレー、ヒューズなど）及びケースなどをさらに含むことができる。

上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。

以上のように、本発明を限定された実施形態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、本発明の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。

また、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り、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。

１、２、３：バッテリーパック
１０：バッテリーセル
２０：メインリレー
３０：負荷
４０：診断リレー
５０：診断抵抗
１００：回路診断装置
１１０：制御部
１２０：ＤＣ－ＤＣコンバータ
Ｂ：バッテリー
ＳＷ：メインスイッチ

Claims (11)

1. 直列で接続されたバッテリーセル及びメインリレーを含むバッテリーパックの回路状態を診断する回路診断装置であって、
   予め設定されたデューティサイクルを有する第１信号を所定の出力周波数に応じて前記メインリレーと接続された第１ラインを通じて出力するように構成された制御部と、
   前記第１ラインにさらに接続され、前記第１ラインを通じて前記第１信号を受信し、前記第１信号によって前記メインリレーの動作状態がターンオン状態に切り換えられる度に前記バッテリーセルから出力された第２信号を受信し、前記第１信号及び前記第２信号を変換し、変換された第１変換信号及び第２変換信号を前記制御部に送信するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータと、を含み、
   前記制御部は、
   前記ＤＣ－ＤＣコンバータから前記第１変換信号及び前記第２変換信号を受信し、前記第１変換信号と前記第２変換信号とが同一であるか否かを判断し、判断結果に基づいて前記バッテリーパックの欠陥を判断するように構成された、回路診断装置。
2. 前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、
   前記第１信号の電圧の大きさと前記第２信号の電圧の大きさとを同一に変換するように構成された、請求項１に記載の回路診断装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１変換信号と前記第２変換信号とのデューティサイクル及び周波数の少なくとも一つを比較し、前記第１変換信号と前記第２変換信号とが同一であるか否かを判断するように構成された、請求項１または２に記載の回路診断装置。
4. 前記制御部は、
   前記第１変換信号と前記第２変換信号とが同一であると判断されれば、前記バッテリーパックに欠陥がないと判断し、
   前記第１変換信号と前記第２変換信号とが同一ではないと判断されれば、前記バッテリーパックに欠陥が存在すると判断するように構成された、請求項３に記載の回路診断装置。
5. 前記第２信号は、
   前記第１信号によって前記メインリレーの動作状態がターンオン状態に切り換えられるとき、前記バッテリーセルから出力されて前記メインリレーを通じて前記ＤＣ－ＤＣコンバータに入力される信号である、請求項１から４のいずれか一項に記載の回路診断装置。
6. 前記メインリレーは、
   前記バッテリーセルと接続された第１リレー端子と、前記第１ラインを通じて前記制御部と接続された第２リレー端子と、前記ＤＣ－ＤＣコンバータと接続された第３リレー端子と、を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の回路診断装置。
7. 前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、
   前記第１ラインと接続され、前記第１ラインを通じて前記第１信号の入力を受ける第１入力端子と、
   第２ラインと接続され、前記第２ラインを通じて前記第２信号の入力を受ける第２入力端子と、
   第３ラインと接続され、前記第３ラインを通じて前記第１変換信号を前記制御部に出力する第１出力端子と、
   第４ラインと接続され、前記第４ラインを通じて前記第２変換信号を前記制御部に出力する第２出力端子と、を含む、請求項６に記載の回路診断装置。
8. 前記第２ラインは、
   前記第３リレー端子に電気的に接続されるように構成された、請求項７に記載の回路診断装置。
9. 前記バッテリーセルと並列で接続され、互いに直列で接続された診断抵抗及び診断リレーが配置された診断ラインをさらに含み、
   前記制御部は、
   第５ラインを通じて前記診断リレーと接続され、前記診断リレーの動作状態を制御するように構成された、請求項８に記載の回路診断装置。
10. 前記制御部は、
    前記第５ラインを通じて前記診断リレーの動作状態をターンオン状態に制御した後、前記第１信号を前記メインリレーに出力するように構成され、
    前記第２信号は、
    前記診断リレー及び前記メインリレーの動作状態がターンオン状態に制御されれば、前記診断ラインを通じて流れるように構成された、請求項９に記載の回路診断装置。
11. 請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の回路診断装置を含むバッテリーパック。

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