JP7381026B2 - 充電スイッチ部異常感知方法およびこれを適用したバッテリーシステム - Google Patents
充電スイッチ部異常感知方法およびこれを適用したバッテリーシステム Download PDFInfo
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関連出願との相互引用
本出願は、２０１９年１０月２９日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１３５６７８号に基づいた優先権の利益を主張し、当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組み含まれる。
本出願は、２０１９年１０月２９日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１３５６７８号に基づいた優先権の利益を主張し、当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組み含まれる。
本開示は、充電スイッチ部異常感知方法およびこれを適用したバッテリーシステムに関する。
従来の機械式リレーは、電気自動車用バッテリーと外部装置との間に連結されてバッテリーと外部装置間の電気的連結を制御する。ただし、機械式リレーは、体積と電力消耗が大きいため、機械式リレーを電気的スイッチに代替するための技術が研究されてきている。
低電圧バッテリーの場合、電子式スイッチにかかる負荷が少ないため、機械式リレーの代わりに電子式スイッチを容易に適用することができる。例えば、スイッチ素子に流れ得る許容電流および電圧の限界およびスイッチ素子の発熱制御の容易性を考慮して、多数のスイッチを直列および並列に連結して使用する。この場合、直列および並列に連結された複数のスイッチのそれぞれに対する故障の有無を判断することができないという問題点がある。
スイッチ別にオンまたはオフの状態で故障の有無を判断するためには、各スイッチの両端に電圧または電流センサーを備えなければならず、これは原価上昇、回路複雑度の増加、およびＰＣＢ面積の増加などの問題が発生する。
充電スイッチ部の異常を感知することができる方法およびこれを適用したバッテリーシステムを提供する。
本発明の一つの特徴によるバッテリーの充電ラインに連結されている第１充電スイッチおよび第２充電スイッチを含む充電スイッチ部の異常感知方法は、スイッチ制御命令により前記第１充電スイッチおよび第２充電スイッチのうちの一つを先にスイッチングする段階、前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第１充電スイッチが先に開放された場合、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチが正常であると判断する段階、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第１充電スイッチが先に閉鎖された場合、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階、および前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチが正常であると判断する段階を含む。
前記充電スイッチ部の異常感知方法は、前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチを開放する段階をさらに含む。
前記充電スイッチ部の異常感知方法は、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチを閉鎖する段階をさらに含む。
前記充電スイッチ部の異常感知方法は、前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第２充電スイッチが先に開放された場合、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階、および前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチが正常であると判断する段階をさらに含む。
前記充電スイッチ部の異常感知方法は、前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチを開放する段階をさらに含む。
前記充電スイッチ部の異常感知方法は、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第２充電スイッチが先に閉鎖された場合、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階、および前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチが正常であると判断する段階をさらに含む。
前記充電スイッチ部の異常感知方法は、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチを閉鎖する段階をさらに含む。
前記充電スイッチ部の異常感知方法は、前記スイッチ制御命令により前記第１充電スイッチおよび前記第１放電スイッチのうち、先にスイッチングされる一つを交互に制御する段階をさらに含む。
発明の他の特徴によるバッテリーシステムは、一端と中間端の間に両端が連結されている第１充電スイッチ、前記中間端と他端の間に両端が連結されている第２充電スイッチ、およびスイッチ制御命令が開放であり、前記第１充電スイッチを先に開放する時、前記中間端の電圧と前記他端の電圧が類似するか否か判断して、前記第１充電スイッチが正常であるか否かを診断し、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第１充電スイッチが先に閉鎖された場合、前記一端の電圧と前記中間端の電圧が類似するか否か判断して、前記第１充電スイッチが正常であるか否かを診断するバッテリー管理システムを含む。
前記バッテリー管理システムは、前記第１充電スイッチのスイッチング動作を制御する第１充電制御信号を生成し、前記第１充電スイッチが正常である場合、前記第２充電スイッチをスイッチングする前記第２充電制御信号を生成するメイン制御回路を含む。
前記メイン制御回路は、前記スイッチ制御命令が開放である時、前記第１充電制御信号をディスエーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記他端の電圧が類似する場合、前記第２充電制御信号をディスエーブルレベルで生成する。
前記メイン制御回路は、前記スイッチ制御命令が閉鎖である時、前記第１充電制御信号をイネーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記一端の電圧が類似する場合、前記第２充電制御信号をイネーブルレベルで生成する。
前記バッテリー管理システムは、前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第２充電スイッチを先に開放する時、前記中間端の電圧と前記一端の電圧が類似するか否か判断して、前記第２充電スイッチが正常であるか否かを診断し、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第２充電スイッチが先に閉鎖された場合、前記他端の電圧と前記中間端の電圧が類似するか否か判断して、前記第２充電スイッチが正常であるか否かを診断する。
前記バッテリー管理システムは、前記第２充電スイッチのスイッチング動作を制御する第２充電制御信号を生成し、前記第２充電スイッチが正常である場合、前記第１充電スイッチをスイッチングする前記第１充電制御信号を生成するメイン制御回路を含む。
前記メイン制御回路は、前記スイッチ制御命令が開放である時、前記第２充電制御信号をディスエーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記一端の電圧が類似する場合、前記第１充電制御信号をディスエーブルレベルで生成する。
前記メイン制御回路は、前記スイッチ制御命令が閉鎖である時、前記第２充電制御信号をイネーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記他端の電圧が類似する場合、前記第１充電制御信号をイネーブルレベルで生成する。
原価上昇、回路複雑度の増加、およびＰＣＢ面積の増加なしに、充電スイッチ部の異常を感知することができる方法およびこれを適用したバッテリーシステムを提供する。
以下、添付した図面を参照して本明細書に開示された実施形態を詳細に説明するが、同一または類似の構成要素には同一または類似の図面符号を付与し、これについての重複説明は省略する。以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」および／または「部」は、明細書作成の容易さだけを考慮して付与されたり混用されるものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を果たすものではない。また、本明細書に開示された実施形態を説明するに当たり、関連した公知技術に対する具体的な説明が本明細書に開示された実施形態の要旨を不明確にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付した図面は、本明細書に開示された実施形態を容易に理解できるようにするためのものに過ぎず、添付した図面により本明細書に開示された技術的な思想が制限されず、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。
第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明することに使用され得るが、前記構成要素は前記用語により限定されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、または「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか、または「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。
本出願で、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
図１は一実施形態によるバッテリーシステムを示す図面である。
図１で、バッテリーシステム１は、充電ライン４を通じて充電器２と連結されており、放電ライン５を通じて負荷３に連結されている。
バッテリーシステム１は、バッテリーモジュール１０、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）２０、充電スイッチ３０、および放電スイッチ部４０を含む。
図１でバッテリーモジュール１０は、ｎ個のバッテリーセルＣ１－Ｃｎが直列に連結されているものと示されているが、発明がこれに限定されるのではない。バッテリーモジュール１０を構成するバッテリーセルの個数は負荷に電力を供給することに適切な個数を設定することができる。また、バッテリーモジュール１０は、複数のバッテリーセルが直列に連結されたバッテリーパックが直列に連結されて構成されたり、バッテリーパックが並列に連結されて構成され得る。つまり、バッテリーモジュールを構成するバッテリーパックおよびバッテリーセルのそれぞれの個数および連結関係は必要な電源を供給することができるように適切に設計され得る。
ＢＭＳ２０は、複数のバッテリーセルＣ１－Ｃｎのそれぞれに対するバッテリーセル情報を感知し、感知されたバッテリーセル情報に基づいてバッテリーモジュール１０の運用を管理し、充電スイッチ部３０および放電スイッチ部４０のスイッチングを制御する。また、ＢＭＳ２０は、充電スイッチ部３０を診断して異常の有無を判断することができる。
ＢＭＳ２０は、セルモニタリングＩＣ２１、メイン制御回路２２、およびスイッチ診断部２３を含む。
セルモニタリングＩＣ２１は、複数のバッテリーセルＣ１－Ｃｎに電気的に連結されて複数のバッテリーセルＣ１－Ｃｎのそれぞれに対するバッテリーセル情報を感知し、感知されたバッテリーセル情報をメイン制御回路２２に伝達することができる。バッテリーセル情報は、バッテリーセルの電圧、温度などを含むことができる。
メイン制御回路２２は、セルモニタリングＩＣ２１から複数のバッテリーセルのそれぞれのバッテリーセル情報に関する信号、およびバッテリーシステム１が適用された車両の電子制御回路から充電および放電を指示する信号を受信し、受信された信号に基づいてバッテリーモジュール１０を管理し、充電スイッチ部３０および放電スイッチ４０のスイッチングを制御する。バッテリーモジュール10の管理は、バッテリーモジュール10に対する過電圧および過電流保護動作、複数のバッテリーセルＣ１－Ｃｎに対するセルバランシング動作、バッテリーモジュール10の充電および放電などを含む。
メイン制御回路２２は、充電ライン４または放電ライン５を通じて充電時にバッテリーモジュール１０の電圧または放電時にバッテリーモジュール１０の電圧を測定することができる。同時に、バッテリーモジュール１０に流れる電流を感知する電流センサー（図示せず）から感知された電流に対する情報を受信することができる。
メイン制御回路２２は、複数のバッテリーセルのそれぞれのバッテリーセル情報、充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）、健康状態などに対する情報を生成して、生成された情報をバッテリー状態信号で構成して車両の電子制御回路にＣＡＮ通信を通じて伝送することができる。
スイッチ診断部２３は、充電スイッチ部３０の入力端Ｎ１、中間端Ｎ３、および出力端Ｎ２のそれぞれの電圧を測定し、測定結果に基づいて充電スイッチ部３０を診断して異常の有無を判断することができる。入力端Ｎ１は充電器２と充電スイッチ部３０が連結されるノードであり、中間端Ｎ３は第１充電スイッチ３１と第２充電スイッチ３２が連結されるノードであり、出力端Ｎ２は充電スイッチ部３０とバッテリーモジュール１０が連結されるノードである。スイッチ診断部２３、充電スイッチ部３０、および放電スイッチ部４０については図１と共に図２を参照して後述する。
負荷３は、バッテリーシステム１が適用された車両の電装負荷であり得る。図１に示された内容は本発明を説明するための一例示であり、本発明がこれに限定されるのではない。放電スイッチ４０がオンされると、バッテリーモジュール１０と負荷３が連結され、バッテリーモジュール１０から負荷３に電力が供給される。
充電器２は、ＤＣ－ＤＣコンバータで具現され得、入力電力を変換してバッテリーモジュール１０を充電することに適切な電圧の出力電力を生成する。充電スイッチ３０がオンされると、充電器２が充電ライン４を通じてバッテリーモジュール１０に連結され、充電器２から電力がバッテリーモジュール１０に供給され得る。
充電スイッチ部３０は、充電器２とバッテリーモジュール１０のそれぞれに充電ライン４を通じて電気的に連結されている。充電スイッチ部３０は、第１充電スイッチ３１、第２充電スイッチ３２、および二つのゲートドライバー３３、３４を含む。ゲートドライバー３３およびゲートドライバー３４は、ＢＭＳ２０から伝送される第１充電制御信号ＣＨＳ１および第２充電制御信号ＣＨＳ２により第１充電スイッチ３１および第２充電スイッチ３２のスイッチングを制御するゲート電圧ＶＧ１、ＶＧ２を生成する。
放電スイッチ４０は、バッテリーモジュール１０と負荷３のそれぞれに放電ライン５を通じて電気的に連結されている。放電スイッチ部４０は、放電スイッチ４１およびゲートドライバー４２を含む。ゲートドライバー４２は、ＢＭＳ２０から伝送される放電制御信号ＤＣＨＳにより放電スイッチ４１のスイッチングを制御するゲート電圧ＶＧ３を生成する。
図２は一実施形態による充電スイッチ部と放電スイッチ部を具体的に示す回路図である。
図２に示されているように、充電スイッチ部３０は、直列に連結されている第１充電スイッチ３１と第２充電スイッチ３２、およびゲートドライバー３３、３４を含み、第１充電スイッチ３１は、並列に連結された三つのスイッチ３１１－３１３を含み、第２充電スイッチ３２は、並列に連結された三つのスイッチ３２１－３２３を含む。第１充電スイッチ３１および第２充電スイッチ３２を構成するスイッチの個数は、充電ライン４に流れる電流の大きさにより決定され得、図２で三つのスイッチが図示されたものは一実施形態を説明するための一例であり、本発明がこれに限定されるのではない。
同時に、図２でスイッチ３１１－３１３、３２１－３２３がｎチャンネルタイプのＭＯＳＦＥＴ素子で図示されているが、トランジスタのチャンネルタイプおよびトランジスタの種類がこれに限定されるのではない。以下、図２についての説明においてＭＯＳＦＥＴの両端のそれぞれに対してソースおよびドレインの代わりに一端または他端に区分する。
三つのスイッチ３１１－３１３は、入力端Ｎ１と中間端Ｎ３の間に連結されており、三つのスイッチ３１１－３１３のそれぞれの一端は入力端Ｎ１に連結されており、他端は中間端Ｎ３に連結されている。三つのスイッチ３１１－３１３のゲートにはゲートドライバー３３から出力されるゲート電圧ＶＧ１が印加される。
三つのスイッチ３２１－３２３は、出力端Ｎ２と中間端Ｎ３の間に連結されており、三つのスイッチ３２１－３２３のそれぞれの一端は出力端Ｎ２に連結されており、他端は中間端Ｎ３に連結されている。三つのスイッチ３２１－３２３のゲートにはゲートドライバー３４から出力されるゲート電圧ＶＧ２が印加される。
ゲートドライバー３３は、メイン制御回路２１から伝送された第１充電制御信号ＣＨＳ１によりゲート電圧ＶＧ１を生成する。例えば、ゲートドライバー３３は、第１充電スイッチ３１のターンオンを指示するレベル（イネーブルレベル）の第１充電制御信号ＣＨＳ１によりオンレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成することができる。ゲートドライバー３１は、第１充電スイッチ３１のターンオフを指示するレベル（ディスエーブルレベル）の第１充電制御信号ＣＨＳ１によりオフレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成することができる。第１充電スイッチ３１を構成する三つのスイッチ３１１－３１３がｎチャンネルタイプであるため、オンレベルはハイレバルであり、オフレベルはローレベルであり得る。
ゲートドライバー３４は、メイン制御回路２１から伝送された第２充電制御信号ＣＨＳ２によりゲート電圧ＶＧ２を生成する。例えば、ゲートドライバー３４は、第２充電スイッチ３２のターンオンを指示するレベル（イネーブルレベル）の第２充電制御信号ＣＨＳ２によりオンレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成することができる。ゲートドライバー３４は、第２充電スイッチ３２のターンオフを指示するレベル（ディスエーブルレベル）の第２充電制御信号ＣＨＳ２によりオフレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成することができる。第２充電スイッチ３２を構成する三つのスイッチ３２１－３２３がｎチャンネルタイプであるため、オンレベルはハイレバルであり、オフレベルはローレベルであり得る。
充電のために、充電スイッチ部３０がターンオンされる時、第１充電制御信号ＣＨＳ１と第２充電制御信号ＣＨＳ２は同一時点に同期されてイネーブルレベルになることができる。充電スイッチ部３０の異常を感知するための診断時には、第１充電制御信号ＣＨＳ１と第２充電制御信号ＣＨＳ２のそれぞれがイネーブルされる時点の間に時間差が存在し得る。これについては図３から図５を参照して後述する。
図２に示されているように、放電スイッチ部４０は、放電スイッチ４１およびゲートドライバー４２を含み、放電スイッチ４１は、並列に連結された二つの放電スイッチ４１１、４１２を含む。放電スイッチ４１を構成するスイッチの個数は放電ライン５に流れる電流の大きさにより決定され得、図２で二つのスイッチが図示されたものは一実施形態を説明するための一例であり、本発明がこれに限定されるのではない。
同時に、図２でスイッチ４１１、４１２がｎチャンネルタイプのＭＯＳＦＥＴ素子で図示されているが、トランジスタのチャンネルタイプおよびトランジスタの種類がこれに限定されるのではない。
二つのスイッチ４１１、４１２は、出力端Ｎ２と負荷３の間に連結されており、二つのスイッチ４１１、４１２のそれぞれの一端は出力端Ｎ２に連結されており、他端は負荷３に連結されている。二つのスイッチ４１１、４１２のゲートにはゲートドライバー４２から出力されるゲート電圧ＶＧ３が印加される。
ゲートドライバー４２は、メイン制御回路２１から伝送された放電制御信号ＤＣＨＳによりゲート電圧ＶＧ３を生成する。例えば、ゲートドライバー４２は、放電スイッチ４１のターンオンを指示するレベル（イネーブルレベル）の放電制御信号ＤＣＨＳによりオンレベルのゲート電圧ＶＧ３を生成することができる。ゲートドライバー４２は、放電スイッチ４１のターンオフを指示するレベル（ディスエーブルレベル）の放電制御信号ＤＣＨＳによりオフレベルのゲート電圧ＶＧ３を生成することができる。放電スイッチ４１を構成する二つのスイッチ４１１、４１２もｎチャンネルタイプであるため、オンレベルはハイレバルであり、オフレベルはローレベルであり得る。
図３は正常状態での第１充電スイッチおよび第２充電スイッチの状態による、充電スイッチ部の入力端、中間端、および出力端の電圧を示す図面である。
図３に示されているように、第１充電スイッチ３１が開放および第２充電スイッチ３２が閉鎖状態である場合、入力端Ｎ１の電圧ＶＮ１は充電器２から供給される電源の電圧ＶＳであり、中間端Ｎ３および出力端Ｎ２のそれぞれの電圧ＶＮ３および電圧ＶＮ２は類似している。二つの電圧ＶＮ３および電圧ＶＮ２間の差が所定範囲内である時は類似しているとし、所定範囲は第２充電スイッチ３２が閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧であり得る。
第１充電スイッチ３１が閉鎖および第２充電スイッチ３２が開放状態である場合、出力端Ｎ２の電圧ＶＮ２はバッテリーモジュール１０の電圧ＶＢであり、充電器２から供給される電源の電圧であり、中間端Ｎ３および入力端Ｎ１のそれぞれの電圧ＶＮ３および電圧ＶＮ１は類似している。二つの電圧ＶＮ３および電圧ＶＮ１間の差が所定範囲内である時は類似しているとし、所定範囲は第１充電スイッチ３１が閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧であり得る。
第１充電スイッチが閉鎖および第２充電スイッチが閉鎖状態である時、入力端Ｎ１、中間端Ｎ３、および出力端Ｎ２の電圧ＶＮ１、電圧ＶＮ２、および電圧ＶＮ３は全て所定範囲内に属して互いに類似している。
第１充電スイッチ３１が開放および第２充電スイッチ３２が開放状態である時にも、入力端Ｎ１、中間端Ｎ３、および出力端Ｎ２の電圧ＶＮ１、電圧ＶＮ２、および電圧ＶＮ３の全てが所定範囲内に属して互いに類似している。
一実施形態によるスイッチ診断部２３は、図３で示された入力端Ｎ１、中間端Ｎ３、および出力端Ｎ２の電圧ＶＮ１、電圧ＶＮ３、電圧ＶＮ２間の関係を利用して充電スイッチ部３０の異常を感知することができる。
図４は一実施形態による充電スイッチ部の異常を感知するための診断方法を示すフローチャートである。
図４に示された診断方法は、スイッチング動作が発生する時ごとに行われ得る。
まず、充電スイッチ部３０のスイッチング動作を指示するスイッチ制御命令が発生する（Ｓ１）。ＢＭＳ２０はバッテリーシステム１が適用された外部装置の電子制御回路からスイッチ制御命令を受信することができる。または、ＢＭＳ２０がバッテリー管理のためにスイッチ制御命令を生成することができる。具体的に、スイッチ制御命令を受信または生成する構成がメイン制御回路２１であり得る。
メイン制御回路２１はスイッチ制御命令が開放（ｏｐｅｎ）または閉鎖（ｃｌｏｓｅ）であるか判断する（Ｓ２）。スイッチ制御命令が開放である場合は充電器２とバッテリーモジュール１０間の連結を遮断する命令であって、充電スイッチ部３０をオフさせる。スイッチ制御命令が閉鎖である場合は充電器２とバッテリーモジュール１０を連結する命令であって、充電スイッチ部３０をオンさせる。
Ｓ２の判断結果、スイッチ制御命令が開放である場合、メイン制御回路２１は第１充電制御信号ＣＨＳ１をディスエーブルレベルで生成してゲートドライバー３３に伝送し、ゲートドライバー３３はオフレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成して複数のスイッチ３１１－３１３をターンオフさせる。そうすると、第１充電スイッチ３１は開放される（Ｓ３）。
段階Ｓ３後に所定の時間（例えば、１０ｍｓ）が経過すると、スイッチ診断部２３は中間端Ｎ３の電圧ＶＮ３と出力端Ｎ２の電圧ＶＮ２を比較して、二つの電圧が類似するか否か判断する（Ｓ４）。電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ２間の差が所定の臨界電圧より小さい場合、二つの電圧が類似していると判断することができ、臨界電圧は第２充電スイッチ３２のオンの状態での両端電圧に所定マージンを加えて設定され得る。
Ｓ４の判断結果、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似している場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１を正常状態であると診断する。次に、メイン制御回路２１は第２充電スイッチ３２を開放制御して、第２充電スイッチ３２は開放される（Ｓ５）。具体的に、スイッチ診断部２３は判断結果、つまり、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似しているという判断結果をメイン制御回路２１に伝送し、メイン制御回路２１は第２充電制御信号ＣＨＳ２をディスエーブルレベルで生成してゲートドライバー３４に伝送し、ゲートドライバー３４はオフレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成して複数のスイッチ３２１－３２３をターンオフさせる。そうすると、第２充電スイッチ３２は開放される。
Ｓ４の判断結果、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似していない場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１を非正常状態であると診断し、診断結果によりメイン制御回路２１は充電スイッチ部３０の異常を感知する（Ｓ６）。もし第１充電スイッチ３１に異常が発生した場合、正常に開放されず、電圧ＶＮ３が入力端Ｎ１の電圧ＶＮ１に影響を受けて、電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ２が類似していないこともある。異常感知により、メイン制御回路２１はバッテリーシステム１の破損を防止するための保護動作を起動することができる。以下の説明で、保護動作は使用者に異常を知らせる動作、充電スイッチが正常状態に復旧される前まで充電スイッチを開放状態で制御する動作などを含むことができる。
Ｓ２の判断結果、スイッチ制御命令が閉鎖である場合、メイン制御回路２１は第１充電制御信号ＣＨＳ１をイネーブルレベルで生成してゲートドライバー３３に伝送し、ゲートドライバー３３はオンレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成して複数のスイッチ３１１－３１３をターンオンさせる。そうすると、第１充電スイッチ３１は閉鎖される（Ｓ７）。
段階Ｓ７後に所定の時間（例えば、１０ｍｓ）が経過すると、スイッチ診断部２３は中間端Ｎ３の電圧ＶＮ３と入力端Ｎ１の電圧ＶＮ１を比較して、二つの電圧が類似するか否か判断する（Ｓ８）。電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ１間の差が所定の臨界電圧より小さい場合、二つの電圧が類似していると判断することができ、臨界電圧は第１充電スイッチ３１のオンの状態での両端電圧に所定マージンを加えて設定され得る。
Ｓ８の判断結果、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似している場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１を正常状態であると診断する。次に、メイン制御回路２１は第２充電スイッチ３２を閉鎖制御して、第２充電スイッチ３２は閉鎖される（Ｓ９）。具体的に、スイッチ診断部２３は判断結果、つまり、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似しているという判断結果をメイン制御回路２１に伝送し、メイン制御回路２１は第２充電制御信号ＣＨＳ２をイネーブルレベルで生成してゲートドライバー３４に伝送し、ゲートドライバー３４はオンレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成して複数のスイッチ３２１－３２３をターンオンさせる。そうすると、第２充電スイッチ３２は閉鎖される。
Ｓ８の判断結果、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似していない場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１を非正常状態であると診断し、診断結果によりメイン制御回路２１は充電スイッチ部３０の異常を感知する（Ｓ６）。もし、第１充電スイッチ３１に異常が発生した場合、正常に閉鎖されず、電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ１が類似していないこともある。異常感知により、メイン制御回路２１はバッテリーシステム１の破損を防止するための保護動作を起動することができる。
図４ではスイッチ制御命令により充電スイッチ部３０の構成のうち、第１充電スイッチ３１が第２充電スイッチ３２より先に制御されるものと示されているが、発明がこれに限定されるのではない。
第１充電スイッチ３１および第２充電スイッチ３２が交互にスイッチ制御命令により先に制御され得る。
図５は一実施形態によるスイッチ制御命令が開放である時の充電スイッチ部の異常を感知するための診断方法を示すフローチャートである。
まず、「開放」を指示するスイッチ制御命令が発生する（Ｓ１０）。
メイン制御回路２１は変数ｉ値を２で割った残りが０であるか否か判断する（Ｓ１１）。変数ｉは第１充電スイッチ３１および第２充電スイッチ３２を交互に先に制御するために設定された変数である。初期値は１であると仮定する。
Ｓ１１段階の判断結果は０ではないため、第２充電スイッチ３２がメイン制御回路２１の制御により開放される（Ｓ１７）。具体的に、メイン制御回路２１は第２充電制御信号ＣＨＳ２をディスエーブルレベルで生成してゲートドライバー３４に伝送し、ゲートドライバー３４はオフレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成して複数のスイッチ３２１－３２３をターンオフさせる。そうすると、第２充電スイッチ３２は開放される。
次に、変数ｉを１だけ増加させる（Ｓ１８）。例えば、ｉは２になる。
第２充電スイッチ３２が開放された後、所定時間が経過し、スイッチ診断部２３は電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ１が類似するか否か判断する（Ｓ１９）。
段階Ｓ１９の判断結果、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似している場合、スイッチ診断部２３は第２充電スイッチ３２を正常状態であると診断する。次に、メイン制御回路２１は第１充電スイッチ３１を開放制御して、第１充電スイッチ３１は開放される（Ｓ２０）。具体的に、スイッチ診断部２３は判断結果、つまり、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似しているという判断結果をメイン制御回路２１に伝送し、メイン制御回路２１は第１充電制御信号ＣＨＳ１をディスエーブルレベルで生成してゲートドライバー３３に伝送し、ゲートドライバー３３はオフレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成して複数のスイッチ３１１－３１３をターンオフさせる。そうすると、第１充電スイッチ３１は開放される。
Ｓ１９の判断結果、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似していない場合、スイッチ診断部２３は第２充電スイッチ３２が非正常状態であると診断し、診断結果によりメイン制御回路２１は充電スイッチ部３０の異常を感知する（Ｓ１６）。もし、第２充電スイッチ３２に異常が発生した場合、正常に開放されず、電圧ＶＮ３が出力端Ｎ２の電圧ＶＮ２に影響を受けて、電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ１が類似していないこともある。異常感知により、メイン制御回路２１はバッテリーシステム１の破損を防止するための保護動作を起動することができる。
次のスイッチ制御命令「開放」が発生すると、メイン制御回路２１は変数ｉ値を２で割った残りが０であるか否か判断する（Ｓ１１）。今回のスイッチ制御命令「開放」はスイッチ制御命令「閉鎖」が発生した後に発生したスイッチ制御命令であり得る。
以前のスイッチ制御命令「開放」による診断で変数ｉが２になったため、Ｓ１１段階の判断結果は０である。したがって、第１充電スイッチ３１がメイン制御回路２１の制御により開放される（Ｓ１２）。具体的に、メイン制御回路２１は第１充電制御信号ＣＨＳ１をディスエーブルレベルで生成してゲートドライバー３３に伝送し、ゲートドライバー３３はオフレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成して複数のスイッチ３１１－３１３をターンオフさせる。そうすると、第１充電スイッチ３１は開放される。
次に、変数ｉを１だけ増加させる（Ｓ１３）。例えば、ｉは３になる。
第１充電スイッチ３１が開放された後、所定時間が経過し、スイッチ診断部２３は電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ２が類似するか否か判断する（Ｓ１４）。
段階Ｓ１４の判断結果、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似している場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１を正常状態であると診断する。次に、メイン制御回路２１は第２充電スイッチ３２を開放制御して、第２充電スイッチ３２は開放される（Ｓ１５）。具体的に、スイッチ診断部２３は判断結果、つまり、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似しているという判断結果をメイン制御回路２１に伝送し、メイン制御回路２１は第２充電制御信号ＣＨＳ２をディスエーブルレベルで生成してゲートドライバー３４に伝送し、ゲートドライバー３４はオフレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成して複数のスイッチ３２１－３２３をターンオフさせる。そうすると、第２充電スイッチ３１は開放される。
Ｓ１４の判断結果、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似していない場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１が非正常状態であると診断し、診断結果によりメイン制御回路２１は充電スイッチ部３０の異常を感知する（Ｓ１６）。もし第１充電スイッチ３１に異常が発生した場合、正常に開放されず、電圧ＶＮ３が入力端Ｎ１の電圧ＶＮ１に影響を受けて、電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ２が類似していないこともある。異常感知により、メイン制御回路２１はバッテリーシステム１の破損を防止するための保護動作を起動することができる。
図６は一実施形態によるスイッチ制御命令が閉鎖である時の充電スイッチ部の異常を感知するための診断方法を示すフローチャートである。
まず、「閉鎖」を指示するスイッチ制御命令が発生する（Ｓ２１）。
メイン制御回路２１は変数ｊ値を２で割った残りが０であるか否か判断する（Ｓ２２）。変数ｊは第１充電スイッチ３１および第２充電スイッチ３２を交互に先に制御するために設定された変数である。初期値は１であると仮定する。
Ｓ２２段階の判断結果は０ではないため、第２充電スイッチ３２がメイン制御回路２１の制御により閉鎖される（Ｓ２８）。具体的に、メイン制御回路２１は第２充電制御信号ＣＨＳ２をイネーブルレベルで生成してゲートドライバー３４に伝送し、ゲートドライバー３４はオンレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成して複数のスイッチ３２１－３２３をターンオンさせる。そうすると、第２充電スイッチ３２は閉鎖される。
次に、変数ｊを１だけ増加させる（Ｓ２９）。例えば、ｊは２になる。
第２充電スイッチ３２が閉鎖された後、所定時間が経過し、スイッチ診断部２３は電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ２が類似するか否か判断する（Ｓ３０）。
段階Ｓ３０の判断結果、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似している場合、スイッチ診断部２３は第２充電スイッチ３２を正常状態であると診断する。次に、メイン制御回路２１は第１充電スイッチ３１を閉鎖制御して、第１充電スイッチ３１は閉鎖される（Ｓ３１）。具体的に、スイッチ診断部２３は判断結果、つまり、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似しているという判断結果をメイン制御回路２１に伝送し、メイン制御回路２１は第１充電制御信号ＣＨＳ１をイネーブルレベルで生成してゲートドライバー３３に伝送し、ゲートドライバー３３はオンレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成して複数のスイッチ３１１－３１３をターンオンさせる。そうすると、第１充電スイッチ３１は閉鎖される。
Ｓ３０の判断結果、電圧ＶＮ２と電圧ＶＮ３が類似していない場合、スイッチ診断部２３は第２充電スイッチ３２が非正常状態であると診断し、診断結果によりメイン制御回路２１は充電スイッチ部３０の異常を感知する（Ｓ２７）。もし、第２充電スイッチ３２に異常が発生した場合、正常に閉鎖されず、電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ２が類似していないこともある。異常感知により、メイン制御回路２１はバッテリーシステム１の破損を防止するための保護動作を起動することができる。
次のスイッチ制御命令「閉鎖」が発生すると、メイン制御回路２１は変数ｊ値を２で割った残りが０であるか判断する（Ｓ22）。今回のスイッチ制御命令「閉鎖」はスイッチ制御命令「開放」が発生した後に発生したスイッチ制御命令であり得る。
以前のスイッチ制御命令「閉鎖」による診断で変数ｊが２になったため、Ｓ２２段階の判断結果は０である。したがって、第１充電スイッチ３１がメイン制御回路２１の制御により閉鎖される（Ｓ２３）。具体的に、メイン制御回路２１は第１充電制御信号ＣＨＳ１をイネーブルレベルで生成してゲートドライバー３３に伝送し、ゲートドライバー３３はオンレベルのゲート電圧ＶＧ１を生成して複数のスイッチ３１１－３１３をターンオンさせる。そうすると、第１充電スイッチ３１は閉鎖される。
次に、変数ｊを１だけ増加させる（Ｓ23）。例えば、ｊは３になる。
第１充電スイッチ３１が閉鎖された後、所定時間が経過し、スイッチ診断部２３は電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ１が類似するか否か判断する（Ｓ24）。
段階Ｓ２５の判断結果、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似している場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１を正常状態であると診断する。次に、メイン制御回路２１は第２充電スイッチ３２を閉鎖制御して、第２充電スイッチ３２は閉鎖される（Ｓ２６）。具体的に、スイッチ診断部２３は判断結果、つまり、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似しているという判断結果をメイン制御回路２１に伝送し、メイン制御回路２１は第２充電制御信号ＣＨＳ２をイネーブルレベルで生成してゲートドライバー３４に伝送し、ゲートドライバー３４はオンレベルのゲート電圧ＶＧ２を生成して複数のスイッチ３２１－３２３をターンオンさせる。そうすると、第２充電スイッチ32は閉鎖される。
Ｓ２５の判断結果、電圧ＶＮ１と電圧ＶＮ３が類似していない場合、スイッチ診断部２３は第１充電スイッチ３１が非正常状態であると診断し、診断結果によりメイン制御回路２１は充電スイッチ部３０の異常を感知する（Ｓ２７）。もし、第１充電スイッチ３１に異常が発生した場合、正常に閉鎖されず、電圧ＶＮ３と電圧ＶＮ１が類似していないこともある。異常感知により、メイン制御回路２１はバッテリーシステム１の破損を防止するための保護動作を起動することができる。
以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲がこれに限定されず、本発明の属する分野における通常の知識を有する者が多様に変形および改良した形態も本発明の権利範囲に属する。
Claims (16)
- バッテリーの充電ラインに連結されている第１充電スイッチおよび第２充電スイッチを含む充電スイッチ部の異常感知方法において、
スイッチ制御命令により前記第１充電スイッチおよび第２充電スイッチのうちの一方を他方より先にスイッチングする段階；
前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第１充電スイッチが先に開放された場合、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階であって、前記第２充電スイッチの両端電圧が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第２充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧である、段階；
前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチが正常であると判断する段階；
前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第１充電スイッチが先に閉鎖された場合、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階であって、前記第１充電スイッチの両端電圧が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第１充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧である、段階；および
前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチが正常であると判断する段階を含む、充電スイッチ部の異常感知方法。 - 前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、
前記第２充電スイッチを開放する段階をさらに含む、請求項１に記載の充電スイッチ部の異常感知方法。 - 前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、
前記第２充電スイッチを閉鎖する段階をさらに含む、請求項１または２に記載の充電スイッチ部の異常感知方法。 - 前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第２充電スイッチが先に開放された場合、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階であって、前記第１充電スイッチの両端電圧が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第１充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧である、段階；および
前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチが正常であると判断する段階をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電スイッチ部の異常感知方法。 - 前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第１充電スイッチの両端電圧が類似する場合、
前記第１充電スイッチを開放する段階をさらに含む、請求項４に記載の充電スイッチ部の異常感知方法。 - 前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第２充電スイッチが先に閉鎖された場合、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似するか否か判断する段階であって、前記第２充電スイッチの両端電圧が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第２充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧である、段階；および
前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチが正常であると判断する段階をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の充電スイッチ部の異常感知方法。 - 前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第２充電スイッチの両端電圧が類似する場合、
前記第１充電スイッチを閉鎖する段階をさらに含む、請求項６に記載の充電スイッチ部の異常感知方法。 - 前記スイッチ制御命令により前記第１充電スイッチおよび第２充電スイッチのうちの一方を他方より先にスイッチングする段階において、前記第１充電スイッチおよび前記第２充電スイッチのうち、先にスイッチングされる一つを交互に制御する段階をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の充電スイッチ部の異常感知方法。
- 一端と中間端の間に両端が連結されている第１充電スイッチ；
前記中間端と他端の間に両端が連結されている第２充電スイッチ；および
スイッチ制御命令が開放であり、前記第１充電スイッチを前記第２充電スイッチより先に開放する時、前記中間端の電圧と前記他端の電圧が類似するか否か判断して、前記第１充電スイッチが正常であるか否かを診断し、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第１充電スイッチが前記第２充電スイッチより先に閉鎖された場合、前記一端の電圧と前記中間端の電圧が類似するか否か判断して、前記第１充電スイッチが正常であるか否かを診断するバッテリー管理システムを含み、
前記バッテリー管理システムは、
前記中間端の電圧と前記他端の電圧の差が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第２充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧であり、
前記バッテリー管理システムは、
前記一端の電圧と前記中間端の電圧の差が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第１充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧である
バッテリーシステム。 - 前記バッテリー管理システムは、
前記第１充電スイッチのスイッチング動作を制御する第１充電制御信号を生成し、前記第１充電スイッチが正常である場合、前記第２充電スイッチをスイッチングする第２充電制御信号を生成するメイン制御回路を含む、請求項９に記載のバッテリーシステム。 - 前記メイン制御回路は、
前記スイッチ制御命令が開放である時、前記第１充電スイッチを開放するための前記第１充電制御信号をディスエーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記他端の電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチを開放するための前記第２充電制御信号をディスエーブルレベルで生成する、請求項１０に記載のバッテリーシステム。 - 前記メイン制御回路は、
前記スイッチ制御命令が閉鎖である時、前記第１充電スイッチを閉鎖するための前記第１充電制御信号をイネーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記一端の電圧が類似する場合、前記第２充電スイッチを閉鎖するための前記第２充電制御信号をイネーブルレベルで生成する、請求項１０に記載のバッテリーシステム。 - 前記バッテリー管理システムは、
前記スイッチ制御命令が開放であり、前記第２充電スイッチを先に開放する時、前記中間端の電圧と前記一端の電圧が類似するか否か判断して、前記第２充電スイッチが正常であるか否かを診断し、前記スイッチ制御命令が閉鎖であり、前記第２充電スイッチが先に閉鎖された場合、前記他端の電圧と前記中間端の電圧が類似するか否か判断して、前記第２充電スイッチが正常であるか否かを診断し、
前記バッテリー管理システムは、
前記一端の電圧と前記中間端の電圧の差が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第１充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧であり、
前記バッテリー管理システムは、
前記中間端の電圧と前記他端の電圧の差が所定範囲内である場合は類似すると判断し、前記所定範囲は前記第２充電スイッチが閉鎖状態での両端電圧に所定マージンを加えた電圧である
請求項９から１２のいずれか一項に記載のバッテリーシステム。 - 前記バッテリー管理システムは、
前記第２充電スイッチのスイッチング動作を制御する第２充電制御信号を生成し、前記第２充電スイッチが正常である場合、前記第１充電スイッチをスイッチングする第１充電制御信号を生成するメイン制御回路を含む、請求項１３に記載のバッテリーシステム。 - 前記メイン制御回路は、
前記スイッチ制御命令が開放である時、前記第２充電スイッチを開放するための前記第２充電制御信号をディスエーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記一端の電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチを開放するための前記第１充電制御信号をディスエーブルレベルで生成する、請求項１４に記載のバッテリーシステム。 - 前記メイン制御回路は、
前記スイッチ制御命令が閉鎖である時、前記第２充電スイッチを閉鎖するための前記第２充電制御信号をイネーブルレベルで生成し、前記中間端の電圧と前記他端の電圧が類似する場合、前記第１充電スイッチを閉鎖するための前記第１充電制御信号をイネーブルレベルで生成する、請求項１４に記載のバッテリーシステム。
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