KR100968348B1

KR100968348B1 - 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100968348B1
Application number: KR1020080082081A
Authority: KR
Inventors: 이달훈; 이상훈; 김지호
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-07-08
Also published as: KR20100023364A

Abstract

본 발명은 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치는, 상기 배터리 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인; 인접하는 전압 센싱 라인과 접속되어 각 배터리 셀의 전압을 충전하는 부동 캐패시터; 상기 전압 센싱 라인을 통해 각 배터리 셀에 대응되는 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱 회로; 상기 부동 캐패시터를 기준으로 배터리 셀 측 전압 센싱 라인과 셀 전압 센싱 회로 측 전압 센싱 라인에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 부동 캐패시터의 양 단자와 연결되어 부동 캐패시터를 방전시키는 셀 밸런싱 회로; 및 상기 제1 및 제2스위치를 순차적으로 동작시켜 셀 전압 센싱 회로로부터 부동 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱한 후, 상기 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 부동 캐패시터를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치를 동작시켜 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하고 센싱된 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

배터리 팩, 셀 밸런싱 회로, 고장 진단, 부동 캐패시터

Description

부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법{Apparatus and Method for diagnosis of cell balancing circuit using flying capacitor}

본 발명은 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀 전압 측정에 사용되는 부동 캐패시터를 이용하여 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 진단할 수 있는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지면서 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기 자동차나 하이브리드 자동차에는 자동차의 구동을 위한 구동 모터를 구동시키고, 각종 전장 장치를 작동시키는데 필요한 전력을 공급하기 위해 다수개의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩을 탑재한다. 이러한 배터리 팩에 포함되어 있는 다수개의 배터리 셀은 안전성과 수명 향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 유지할 필요가 있다.

배터리 팩 내에 포함된 각 배터리 셀의 충전 전압을 균일하게 밸런싱하는 방 법에는, 전압이 상대적으로 낮은 배터리 셀에 충전 전류를 공급하여 전압을 상승시키는 방법, 전압이 상대적으로 높은 배터리 셀을 방전시켜 전압을 하강시키는 방법, 각 배터리 셀의 전압으로부터 밸런싱 목표 전압을 정하고 목표 전압보다 전압이 높은 배터리 셀은 방전시키고 목표 전압보다 전압이 낮은 배터리 셀은 충전시키는 방법 등의 여러 가지 방법이 있다.

위와 같은 셀 밸런싱 방법은 각 배터리 셀과 연결된 셀 밸런싱 회로에 의해 구현된다. 셀 밸런싱 회로는 셀 밸런싱 동작의 시작과 종료를 제어하기 위한 스위칭 소자와 배터리 셀 전압을 방전시킬 때 사용되는 방전저항을 포함한다.

그런데 셀 밸런싱 회로를 이용하여 셀 밸런싱 동작이 이루어지는 과정에서 순간적으로 과도한 전류가 셀 밸런싱 회로로 유입되거나 스위칭 소자에 동작 전압이상의 과전압이 인가되거나 방전저항을 통해 과도한 열이 발생되는 등의 이상 상황이 발생되면 밸런싱 회로에 포함된 부품이 단락(short) 또는 개방(open)되어 회로가 정상적으로 동작하지 않는 문제가 발생한다.

셀 밸런싱 회로가 정상적으로 동작하지 않으면 해당 회로에 연결된 배터리 셀의 전압이 다른 배터리 셀에 비해 과도하게 높아지거나 낮아지게 됨으로써 배터리 팩이 폭발하거나 배터리 팩과 연결된 부하의 동작이 갑자기 정지하는 등의 심각한 문제가 초래될 수 있다.

위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 셀 밸런싱 회로의 이상 유무를 진단할 수 있는 별도의 진단 회로가 셀 밸런싱 회로와 결합될 필요가 있다.

일 예로, 일본공개특허 2007-085847은 전계효과트랜지스터(FET)와 방전저항 으로 이루어진 셀 밸런싱 회로와 상기 전계효과트랜지스터의 소오드 및 드레인 사이에 개재되는 저항을 각 배터리 셀마다 설치하고, 서로 다른 레벨의 기준 전압원이 인가된 2개의 비교기(comparator)를 이용하여 소오드와 드레인 간의 전압 차를 상기 저항을 통해 측정하고 측정된 전압의 레벨(high, low) 조합에 따라 셀 밸런싱 회로의 이상 유무를 판별하는 셀 밸런싱 회로의 이상 유무 검출 장치를 개시하고 있다.

그런데 위와 같은 선행기술은 셀 밸런싱 회로의 이상 유무를 검출하기 위해 진단 회로라는 별도의 회로 구성이 필요하고 더구나 각 진단 회로에는 2개의 비교기가 추가적으로 사용되어야 하므로 셀 밸런싱 회로에 대한 이상 유무 검출 장치의 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.

따라서 본 발명이 속한 기술분야에서는 기존의 셀 밸런싱 회로에 대한 구성을 크게 변경시키지 않으면서 별도의 진단 회로를 사용하지 않고도 간단하게 셀 밸런싱 회로의 이상 유무를 검출할 수 있는 장치의 필요성이 지속적으로 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 별도의 회로 추가없이 셀 전압의 측정을 위해 사용되는 부동 캐패시터를 이용하여 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 쉽게 진단할 수 있는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치는, 배터리 팩에 포함된 각 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 셀 밸런싱 회로의 고장을 진단하는 장치에 있어서, 상기 배터리 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인; 인접하는 전압 센싱 라인과 접속되어 각 배터리 셀의 전압을 충전하는 부동 캐패시터; 상기 전압 센싱 라인을 통해 각 배터리 셀에 대응되는 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱 회로; 상기 부동 캐패시터를 기준으로 배터리 셀 측 전압 센싱 라인과 셀 전압 센싱 회로 측 전압 센싱 라인에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 부동 캐패시터의 양 단자와 연결되어 부동 캐패시터를 방전시키는 셀 밸런싱 회로; 및 상기 제1 및 제2스위치를 순차적으로 동작시켜 셀 전압 센싱 회로로부터 부동 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱한 후, 상기 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 부동 캐패시터를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치를 동작시켜 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하고 센싱된 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부 를 판별하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 셀 밸런싱 회로는, 상기 제어부에 의해 작동이 제어되는 제3스위치; 및 상기 제3스위치의 작동에 따라 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시키는 방전저항;을 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2스위치와 상기 셀 밸런싱 회로에 개재된 제3스위치의 작동을 제어하는 스위치 제어 모듈; 상기 셀 전압 센싱 회로로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환 모듈; 및 상기 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값이 임계 레벨을 넘는 경우 셀 밸런싱 회로에 고장이 있는 것으로 판별하는 중앙 연산 모듈;을 포함한다.

대안적으로, 상기 중앙 연산 모듈은, 상기 부동 캐패시터에 배터리 셀의 전압을 충전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값과 셀 밸런싱 회로를 통해 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값을 상호 대비하여 두 전압 값의 차이가 일정 레벨 이하인 경우 셀 밸런싱 회로에 고장이 있는 것으로 판별할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 셀 밸런싱 회로에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 외부로 통보하는 고장 경보기를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 회로의 고장 발생 사실을 통보한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 방법은, 배터리 팩에 포함된 각 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 셀 밸런싱 회로의 고장을 진단하는 방법에 있어서, (a) 상기 배터리 셀의 전압을 부동 캐패시터에 충전하는 단계; (b) 상기 배터리 셀과 부동 캐패시터를 전기적으로 분리시킨 상태에서 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 단계; (c) 상기 부동 캐패시터의 양단과 연결된 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시키는 단계; 및 (d) 상기 부동 캐패시터를 방전시킨 이후, 다시 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하여 센싱된 전압의 레벨에 따라 셀 밸런싱 회로의 고장 유무를 판별하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 셀 밸런싱 회로에 대한 고장을 쉽게 진단할 수 있어 셀 밸런싱 회로의 고장으로 인한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 밸런싱이 문제가 되면 특정 배터리 셀이 과방전되어 배터리 팩의 고장이 확대될 수 있는데 이러한 문제를 미연에 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치에 대한 회로 구성도이다. 도 1에는 배터리 셀이 2개만 예시되어 있으나, 본 발명은 배터리 셀의 수에 의해 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치는, 다수의 배터리 셀(V1, V2)을 포함하는 배터리 팩(10), 상기 배터리 셀(V1, V2)의 양 단자를 선택적으로 연결하는 제1스위치(SW1), 상기 제1스위치(SW1)를 매개로 배터리 셀(V1, V2)과 병렬 연결되어 배터리 셀(V1, V2)의 전압을 충전하는 부동 캐패시터(C1, C2), 상기 부동 캐패시터(C1, C2)의 양 단자를 선택적으로 연결하는 제2스위치(SW2), 상기 제2스위치(SW2)의 작동 시 부동 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱 회로(20), 상기 부동 캐패시터(C1, C2)의 양 단자와 연결되어 부동 캐패시터(C1, C2)에 충전된 전압을 방전시키는 셀 밸런싱 회로(30A, 30B) 및 상기 셀 전압 센싱 회로(20)로부터 부동 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀(V1, V2)의 전압을 센싱한 후, 상기 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)를 작동시켜 부동 캐패시터(C1, C2)를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치(SW2)를 작동시켜 부동 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압을 센싱하고 센싱된 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별하는 제어부(40)를 포함한다.

여기서, 상기 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)는 제어부(40)에 의해 작동이 제어되 는 제3스위치(SW3-1, SW3-2) 및 제3스위치(SW3-1, SW3-2)의 작동에 따라 부동 캐패시터(C1, C2)의 충전 전압을 방전시키는 방전저항(Rd-1, Rd-2)을 포함한다.

본 발명에 따른 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치가 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)의 고장을 판별하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 상기 제어부(40)는 제1스위치(SW1)를 작동시켜 배터리 셀(V1)의 양 단자와 부동 캐패시터(C1)를 직렬 연결하여 배터리 셀(V1)의 전압을 부동 캐패시터(C1)에 충전시킨다. 이 때, 제1스위치(SW1)는 배터리 셀(V1)의 양 단자와 접속된 스위치만 동작한다. 그런 다음, 제어부(40)는 제1스위치(SW1)를 차단하여 배터리 셀(V1)과 부동 캐패시터(C1)를 전기적으로 분리시킨 상태에서 제2스위치(SW2)를 작동시켜 부동 캐패시터(C1)에 충전된 충전 전압을 셀 전압 센싱 회로(20)를 통해 센싱한다. 이 때, 제2스위치(SW2)는 배터리 셀(V1)에 대응하는 부동 캐패시터(C1)의 양 단자와 연결된 스위치만 동작한다. 그런 다음, 제어부(40)는 상기 셀 밸런싱 회로(30A)를 작동시켜 부동 캐패시터(C1)에 충전된 전압을 방전시킨다. 이 때, 셀 밸런싱 회로(30A)의 제3스위치(SW3-1)는 제어부(40)에 의해 작동되어 부동 캐패시터(C1)의 양 단자와 방전저항(Rd-1)을 직렬로 연결하여 방전저항(Rd-1)을 통해 부동 캐패시터(C1)에 충전된 충전 전압을 일정한 시간 동안 방전시킨다. 그리고 나서, 제어부(40)는 다시 제2스위치(SW2)를 작동시켜 방전된 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압을 셀 전압 센싱 회로(20)를 통해 센싱하고 센싱된 전압 값을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별한다.

상기 과정을 거쳐 배터리 셀(V1)에 대한 셀 전압 센싱 및 셀 밸런싱 회 로(30A)의 고장 진단 과정이 완료되면, 배터리 셀(V2)에 대해서도 상술한 과정을 반복하여 셀 전압 센싱 및 셀 밸런싱 회로(30B)의 고장 진단 과정을 진행한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부(40)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(40)는 셀 전압 센싱 회로(20)로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환 모듈(41), 상기 A/D 변환 모듈(41)로부터 디지털 전압 신호로 출력되는 부동 캐패시터(C1, C2)의 전압 값을 토대로 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)의 고장 여부를 판별하는 중앙 연산 모듈(42) 및 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)와 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 포함된 제3스위치(SW3-1, SW3-2)의 작동을 제어하는 스위치 제어 모듈(43)을 포함한다.

상기 제어부(40)에 포함된 각 모듈의 기능을 배터리 셀 V1에 해당하는 셀 밸런싱 회로(30A)의 고장 진단 과정을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

상기 제어부(40)에서 셀 밸런싱 회로(30)의 고장 진단 프로그램이 실행되면, 스위치 제어 모듈(43)은 제2스위치(SW2)를 오프 시킨 상태에서 제1스위치(SW1)를 온 시켜 배터리 셀(V1)의 양 단자와 부동 캐패시터(C1)를 직렬 연결하여 배터리 셀(V1)의 전압을 부동 캐패시터(C1)에 충전시킨다. 부동 캐패시터(C1)에 전압 충전이 완료되면, 스위치 제어 모듈(43)은 제1스위치(SW1)를 오프 시켜 부동 캐패시터(C1)와 배터리 셀(V1)의 연결을 차단하고 제2스위치(SW2)를 온 시켜 부동 캐패시터(C1)의 양 단자를 셀 전압 센싱 회로(20)와 연결시킨다. 그러면, 셀 전압 센싱 회로(20)는 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압을 센싱하여 아날로그 전압 신호를 제어부(40)의 A/D 변환 모듈(41)로 인가한다. 이어서, 상기 A/D 변환 모듈(41)은 셀 전압 센싱 회로(20)에서 출력된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변화하여 중앙 연산 모듈(42)로 입력한다. 중앙 연산 모듈(42)은 입력된 디지털 전압 신호를 메모리(미도시)에 저장한다.

부동 캐패시터(C1)를 이용한 배터리 셀(V1)의 전압 센싱이 완료되면, 스위치 제어 모듈(43)은 제 1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 오프 시킨 상태에서 셀 밸런싱 회로(30A)에 포함된 제3스위치(SW3-1)를 온 시킨다. 그러면, 부동 캐패시터(C1)의 양 단자와 셀 밸런싱 회로(30A)에 개재된 방전저항(Rd-1)이 직렬 연결되어 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압이 방전된다. 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압이 일정한 시간 동안 방전되면, 스위치 제어 회로(43)는 제3스위치(SW3-1)를 오프 시키고, 제1스위치(SW1)는 오프 된 상태에서 제2스위치(SW2)를 온 시켜 셀 전압 센싱 회로(20)와 부동 캐패시터(C1)를 연결시킨다. 그러면, 셀 전압 센싱 회로(20)는 방전된 부동 캐패시터(C1)의 양단 전압을 센싱하여 아날로그 전압 신호를 제어부(40)의 A/D 변환 모듈(41)로 인가한다. A/D 변환 모듈(41)은 셀 전압 센싱 회로(20)에서 출력된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하여 중앙 연산 모듈(42)로 입력한다. 중앙 연산 모듈(42)은 입력된 디지털 전압 신호를 메모리에 저장하고, 셀 밸런싱 회로(30A)를 통해 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압을 방전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터(C1)의 전압 값을 사전에 설정된 임계 레벨과 비교하여 전압 값이 임계 레벨을 넘는 경우 셀 밸런싱 회로에 고장이 있는 것으로 판별한다. 여기서, 임계 레 벨 값은 셀 밸런싱 회로(30A)가 정상적인 경우 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압은 모두 방전되기 때문에 0에 가까운 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 셀 밸런싱 회로의 고장은 제3스위치(SW3-1)나 방전저항(Rd-1)의 단선(open)에 의해 주로 기인되는데 본 발명은 스위치나 방전저항의 구체적 고장원인에 의해 한정되지 않는다.

대안적으로, 상기 중앙 연산 모듈(42)은 배터리 셀(V1)에 대한 센싱 전압 값과 셀 밸런싱 회로(30A)를 통해 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압을 방전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터(C1)의 전압 값을 상호 대비하여 두 전압 값의 차이가 일정 레벨 이하인 경우 셀 밸런싱 회로(30A)에 고장이 있는 것으로 판별할 수도 있다. 여기서, 일정 레벨 값은 셀 밸런싱 회로(30A)가 정상적인 경우 부동 캐패시터(C1)의 충전 전압은 모두 방전되기 때문에 배터리 셀(V1)의 충전 용량 값에 가까운 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치에는 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 외부로 통보하는 고장 경보기(50)가 더 포함될 수 있다. 상기 제어부(40)의 중앙 연산 모듈(42)은 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)에 고장이 있는 것으로 판별될 경우 고장 발생 신호를 고장 경보기(50)로 전달하여 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 고장 발생 사실을 외부로 통보한다.

상기 고장 경보기(50)는 LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합을 포함한다. 이런 경우, 상기 고장 발생 신호가 입력되면, 상기 고장 경보기(50)는 LED를 점멸하거나 LCD에 경고 메시지를 출력하거나 알람 부저음을 발생시켜 사용자에게 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)의 고장 발생 사실을 통보할 수 있다. 상기 LED, LCD 및 알람 경보기는 고장 경보기(50)의 일 예시에 불과하며, 여러 가지 변형된 형태의 시각적 또는 청각적 알람 장치가 고장 경보기(50)로 채용될 수 있을 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

위와 같이 셀 밸런싱 회로(30A, 30B)의 고장 진단은 일정한 주기를 가지고 반복적으로 이루어질 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다. 이하의 설명에서 각 동작을 수행하는 주체는 제어부(40)임을 미리 밝혀둔다.

먼저, 단계(S10)에서, 각 배터리 셀마다 설치된 셀 밸런싱 회로의 고장을 진단하는 동작을 구현하는 셀 밸런싱 회로 고장 진단 프로그램을 실행한다.

단계(S20)에서, 미리 정해진 순서에 해당하는 배터리 셀 전압을 부동 캐패시터에 충전시킨다.

단계(S30)에서, 부동 캐패시터와 셀 전압 센싱 회로를 연결하여 부동 캐패시터의 양단 전압을 센싱한다. 센싱된 전압 값은 배터리 셀의 충전 전압에 해당한다.

단계(S40)에서, 부동 캐패시터의 양단을 해당하는 셀 밸런싱 회로와 연결하여 부동 캐패시터의 충전 전압을 소정 시간 동안 방전시킨다.

단계(S50)에서, 방전이 완료된 부동 캐패시터의 양단을 셀 전압 센싱 회로에 다시 연결하여 부동 캐패시터의 양단 전압 값을 센싱한다.

단계(S60)에서, 셀 밸런싱 회로의 동작 후 센싱된 부동 캐패시터 양단 전압 값이 미리 정한 임계 값보다 크면 해당하는 셀 밸런싱 회로에 이상이 있는 것으로 판별한다. 대안적으로, 상기 임계 값은 배터리 셀의 센싱 전압으로 대체 가능하다. 이런 경우, 셀 밸런싱 회로의 동작 후 센싱된 부동 캐패시터 양단 전압 값과 배터리 셀의 센싱 전압의 차이가 미리 정한 값보다 작으면 셀 밸런싱 회로에 이상이 있는 것으로 판정한다.

단계(S70)에서, 셀 밸런싱 회로의 고장 유무 판별 결과에 따라 프로세스를 2원화 시킨다. 만약 셀 밸런싱 회로에 고장이 발생되지 않은 것으로 판별되면, 셀 밸런싱 회로의 고장 진단을 위한 프로세스를 종료한다. 반면, 셀 밸런싱 회로에 고장이 발생된 것으로 판별되면, 프로세스를 단계(S80)으로 이행한다. 즉, 단계(S70)에서, 셀 밸런싱 회로에 고장이 발생한 사실을 고장 경보기를 통해 외부의 사용자에게 시청각 또는 청각적으로 통보한다.

상술한 단계(S10) 내지 단계(S80)은 각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱 회로의 진단을 위해 반복적으로 수행될 수 있으며, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 회로의 진단 방법은 배터리 팩을 사용하고 있는 동안 일정한 주기로 반복 수행될 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내 에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치에 대한 개략적인 회로 구성도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부의 구성을 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10 : 배터리 팩 20 : 셀 전압 센싱 회로

30A, 30B : 셀 밸런싱 회로 40 : 제어부

41 : A/D 변환 모듈 42 : 중앙 연산 모듈

43 : 스위치 제어 모듈 50 : 고장 경보기

SW1 : 제1스위치 SW2 : 제2스위치

SW3-1, SW3-2 : 제3스위치 C1, C2 : 부동 캐패시터

Rd-1, Rd-2 : 방전저항

Claims

배터리 팩에 포함된 각 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 셀 밸런싱 회로의 고장을 진단하는 장치에 있어서,

상기 배터리 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인;

인접하는 전압 센싱 라인과 접속되어 각 배터리 셀의 전압을 충전하는 부동 캐패시터;

상기 전압 센싱 라인을 통해 각 배터리 셀에 대응되는 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 셀 전압 센싱 회로;

상기 부동 캐패시터를 기준으로 배터리 셀 측 전압 센싱 라인과 셀 전압 센싱 회로 측 전압 센싱 라인에 각각 설치된 제1 및 제2스위치;

상기 부동 캐패시터의 양 단자와 연결되어 부동 캐패시터를 방전시키는 셀 밸런싱 회로; 및

상기 제1 및 제2스위치를 순차적으로 동작시켜 셀 전압 센싱 회로로부터 부동 캐패시터의 충전 전압을 입력받아 배터리 셀의 전압을 센싱한 후, 상기 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 부동 캐패시터를 방전시키고 일정한 시간이 경과된 이후 다시 제2스위치를 동작시켜 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하고 센싱된 전압을 토대로 셀 밸런싱 회로의 고장 여부를 판별하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 셀 밸런싱 회로는,

상기 제어부에 의해 작동이 제어되는 제3스위치; 및

상기 제3스위치의 작동에 따라 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시키는 방전저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 제1 및 제2스위치와 상기 셀 밸런싱 회로에 개재된 제3스위치의 작동을 제어하는 스위치 제어 모듈;

상기 셀 전압 센싱 회로로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환 모듈; 및

상기 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값이 임계 레벨을 넘는 경우 셀 밸런싱 회로에 고장이 있는 것으로 판별하는 중앙 연산 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치.
제3항에 있어서, 상기 중앙 연산 모듈은,

상기 부동 캐패시터에 배터리 셀의 전압을 충전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값과 셀 밸런싱 회로를 통해 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값을 상호 대비하여 두 전압 값의 차이가 일정 레벨 이하인 경우 셀 밸런싱 회로에 고장이 있는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치.
제3항에 있어서,

상기 셀 밸런싱 회로에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 외부로 통보하는 고장 경보기를 더 포함하고,

상기 제어부는 상기 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 회로의 고장 발생 사실을 통보하는 것을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 장치.
배터리 팩에 포함된 각 배터리 셀의 전압을 밸런싱하는 셀 밸런싱 회로의 고장을 진단하는 방법에 있어서,

(a) 상기 배터리 셀의 전압을 부동 캐패시터에 충전하는 단계;

(b) 상기 배터리 셀과 부동 캐패시터를 전기적으로 분리시킨 상태에서 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하는 단계;

(c) 상기 부동 캐패시터의 양단과 연결된 셀 밸런싱 회로를 작동시켜 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시키는 단계; 및

(d) 상기 부동 캐패시터를 방전시킨 이후, 다시 부동 캐패시터의 충전 전압을 센싱하여 센싱된 전압의 레벨에 따라 셀 밸런싱 회로의 고장 유무를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 방법.
제6항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

부동 캐패시터의 전압 값이 임계 레벨을 넘는 경우 셀 밸런싱 회로에 고장이 있는 것으로 판별하는 단계임을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 방법.
제7항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

부동 캐패시터에 배터리 셀의 전압을 충전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값과 셀 밸런싱 회로를 통해 부동 캐패시터의 충전 전압을 방전시킨 후 센싱된 부동 캐패시터의 전압 값을 상호 대비하여 두 전압 값의 차이가 일정 레벨 이하인 경우 셀 밸런싱 회로에 고장이 있는 것으로 판별하는 단계임을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 방법.
제6항에 있어서,

상기 셀 밸런싱 회로에 고장이 발생되었을 경우 셀 밸런싱 회로의 고장 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 외부에 통보하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부동 캐패시터를 이용한 셀 밸런싱 회로의 고장 진단 방법.