KR101647693B1 - 풀다운 회로를 이용한 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치 및 방법 - Google Patents

풀다운 회로를 이용한 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치에 관한 것으로서, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 제어부; 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 상기 제어부를 각각 연결하는 와이어(wire); 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 커패시터; 상기 와이어와 스위치를 통해서 연결된 풀다운(Pull-down) 소자; 및 상기 스위치를 온/오프 제어하여 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하며, 상기 스위치의 오프 상태의 상기 배터리 셀의 제1 전압과 상기 스위치의 온 상태의 상기 배터리 셀의 제2 전압을 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 검출하는 단선 검출부를 포함한다.

Description

풀다운 회로를 이용한 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING WIRE DISCONNECTION USING PULL-DOWN CIRCUIT IN BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 명세서는 전기 에너지를 이용하는 장치에 사용될 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 관한 것으로, 특히 배터리 셀들의 와이어 단선을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV; electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량, 배터리 용량의 한계 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 상용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 본격화 되었다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다. HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있으며, 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 절실히 요구되는 실정이다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀들이 직렬로 연결된 배터리 팩(10) 및 배터리 제어회로(30)를 포함한다.
배터리 팩(10)은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(C1, C2, C3)을 포함하며, 배터리 셀들(C1, C2, C3)에 충전된 고전압 직류 전력을 모터 등의 차량 전자 장치에 공급한다.
배터리 제어회로(30)는 배터리 팩(10)과 연결되어 배터리 팩(10)의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 팩(10)의 충방전 동작을 제어한다. 즉, 배터리 팩(10)의 배터리 셀(C1, C2, C3)들은 제어회로(30)와 각각 연결되어 제어회로(30)에서 각 셀의 충방전 상태를 모니터링하고 셀의 충방전 동작을 수행한다.
이때, 셀들 간을 연결하는 와이어가 끊어져서 open이 발생되거나 또는 내부 저항이 높아지는 경우 배터리 팩(10) 내부로 흘러야 하는 충전 전류가 제어회로(30) 내부로 유입되어 제어회로(30)의 소손이 발생되는 것을 방지하기 위한 보호저항 R이 도시된 바와 같이 각셀과 제어회로(30) 사이에 구성된다. 그리고, 배터리 셀(C1, C2, C3)로부터 제어회로(30)로 입력되는 신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터 역할을 하는 RC 회로가 배터리 팩(10)과 제어회로(30) 사이에 구성된다.
또한, 배터리 팩(10)과 제어회로(30) 사이에는 셀간의 충전 전압의 밸런싱을 유지하기 위한 밸런싱 저항 r과 스위치 SW가 각 셀 별로 각각 구성되어 제어회로(30)의 제어 신호에 따라서 각 셀별로 셀 밸런싱을 위한 방전이 가능하다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 셀과 제어회로(30) 사이에 형성된 와이어에서 단선(open)이 발생된 경우에는, 통상 해당 셀의 밸런싱 on 전압과 밸런싱 off 전압을 각각 측정하고 이 값을 비교하여 회로의 단선 유무를 진단한다.
그러나, 최근 배터리 셀의 특성이 점차 좋아지고 있어서 셀 밸런싱이 요구되지 않거나, 필요하지 않은 경우가 점차 증가하는 추세임에도 회로의 단선 유무를 파악하기 위해서 셀 밸런싱을 수행하여야 하는 문제점이 있다. 또한, 연료전지 측정 제어회로와 같이 밸런싱 회로를 사용하지 않는 플랫폼에서는 와이어의 단선 진단이 불가능한 문제점이 있다.
본 명세서는 배터리 관리 시스템에서 풀다운 회로를 이용하여 배터리 셀과 제어기 간에 연결된 와이어의 단선을 보다 효율적으로 검출할 수 있는 단선 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 명세서는 풀다운 회로를 이용하여 와이어의 단선을 검출함으로써, 밸런싱 회로가 존재하지 않거나 밸런싱 동작을 수행하지 않더라도 배터리 셀과 제어기 간에 연결된 와이어의 단선을 보다 효율적으로 검출할 수 있는 단선 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치는 직렬 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 제어부; 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 상기 제어부를 각각 연결하는 와이어(wire); 상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 커패시터; 상기 와이어와 스위치를 통해서 연결된 풀다운(Pull-down) 소자; 및 상기 스위치를 온/오프 제어하여 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하며, 상기 스위치의 오프 상태의 상기 배터리 셀의 제1 전압과 상기 스위치의 온 상태의 상기 배터리 셀의 제2 전압을 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 검출하는 단선 검출부를 포함한다.
또한, 상기 풀다운 소자는 소정의 전류를 공급하는 전류소스(Current Source)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전류소스가 공급하는 전류는 100mA 이상 200mA 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단선 검출부는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차이를 검출하여 상기 차이값이 소정의 임계값보다 큰 경우에는 상기 와이어의 단선이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임계값은 500mV 이하로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단선 검출부는 상기 스위치의 오프 상태에서 상기 배터리 모듈의 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제1 전압을 저장하고, 상기 스위치를 온 제어하여 상기 풀다운 소자를 동작시킨 후, 상기 배터리 모듈의 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제2 전압을 저장하고, 상기 저장된 제1 전압 및 제2 전압을 상기 배터리 셀의 위치를 기준으로 순차적으로 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 순차적으로 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부, 상기 스위치 및 상기 단선 검출부는 집적회로(IC)로 구성되며, 상기 집적회로와 상기 배터리 모듈은 다수의 상기 와이어를 통해서 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 다른 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템의 단선 진단 회로는 직렬 연결된 다수의 배터리 셀과 각각 와이어로 연결되어 상기 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 장치에 있어서, 풀다운(Pull-down) 소자; 상기 와이어와 상기 풀다운 소자를 연결하는 스위치 소자; 및 상기 스위치 소자를 온/오프 제어하여 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하며, 상기 스위치의 오프 상태의 상기 배터리 셀의 제1 전압과 상기 스위치의 온 상태의 상기 배터리 셀의 제2 전압을 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 검출하는 단선 검출부를 포함한다.
또한, 상기 풀다운 소자는 소정의 전류를 공급하는 전류소스(Current Source)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단선 검출부는 상기 스위치 소자의 오프 상태에서 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제1 전압을 저장하고, 상기 스위치 소자의 온 상태에서 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제2 전압을 저장하고, 상기 저장된 제1 전압 및 제2 전압을 상기 배터리 셀의 위치를 기준으로 순차적으로 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 순차적으로 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템의 단선 방법은 직렬 연결된 다수의 배터리 셀과 각각 와이어로 연결되어 풀다운(Pull-down) 소자를 이용하여 상기 와이어의 단선 여부를 검출하는 진단 회로에서의 단선 검출 방법에 있어서, 상기 풀다운 소자가 상기 진단 회로에 도통(導通)되지 않은 상태에서 상기 배터리 셀들의 전압을 순차적으로 센싱하는 단계; 상기 센싱된 배터리 셀들의 전압을 제1 전압으로 저장하는 단계; 상기 풀다운 소자를 상기 진단 회로에 도통시키고 상기 배터리 셀들의 전압을 순차적으로 센싱하는 단계; 상기 센싱된 배터리 셀들의 전압을 제2 전압으로 저장하는 단계; 상기 제1 전압과 제2 전압을 비교하여 상기 각각의 배터리 셀들의 센싱된 전압차를 도출하는 단계; 및 상기 도출된 전압차를 기 설정된 임계값과 비교하여 상기 임계값을 초과하는 배터리 셀에 대해서 와이어의 단선이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 풀다운 회로를 이용하여 배터리 셀과 제어기 간에 연결된 와이어의 단선을 보다 효율적으로 검출할 수 있는 단선 진단 장치 및 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 풀다운 회로를 이용하여 와이어의 단선을 검출함으로써, 밸런싱 회로가 존재하지 않거나 밸런싱 동작을 수행하지 않더라도 배터리 셀과 제어기 간에 연결된 와이어의 단선을 보다 효율적으로 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템의 회로도이다.
도 2는 본 명세서의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치의 회로도이다.
도 3은 본 명세서의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치의 부분 확대도이다.
도 4는 본 명세서의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 단선 진단 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치 및 방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 명세서의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치의 회로도이며, 도 3은 본 명세서의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치의 풀다운(Pull-down) 회로를 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 2에 도시된 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치는 직렬 연결된 다수의 배터리 셀(VC1, VC2, VC3, VC4)을 포함하는 배터리 모듈과, 배터리 모듈의 배터리 셀(VC1, VC2, VC3, VC4)들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
배터리 모듈의 각 배터리 셀(VC1, VC2, VC3, VC4)의 양극(+) 또는 음극(-)과 제어부(40)는 각각 와이어(wire)(L1, L2, L3, L4, L5)로 연결된다.
각 와이어의 전단에는 보호저항 역할을 수행하는 저항 R이 연결되며, 저항 R의 타단을 통해서 커패시터 C1, C2, C3 및 C4가 각 배터리 셀들(VC1, VC2, VC3, VC4)과 병렬 연결된다. 상기 저항 R과 커패시터 C1, C2, C3 및 C4은 “RC 필터”를 구성함으로써, 각 배터리 셀(VC1, VC2, VC3, VC4)로부터 공급되는 전력의 노이즈를 제거한다.
또한, 각각의 와이어에는 "RC 회로"의 후단으로 풀다운(Pull-down) 회로가 구성된다.
통상 제어부(40)에서는 각 셀의 전압을 측정하여 대략 3V 내지 5V 정도의 전압이 측정된 경우는 논리 High로 판단하고 실질적으로 0V에 해당하는 미미한 전압이 측정된 경우는 논리 Low로 판단한다. 그러나 실제 회로에서는 주변 소자 및 커패시터 등의 영향으로 인하여 셀 전압이 OV로 센싱되지 않고 잡음 값이 포함된 전압이 측정된다. 이와 같은 상태에서는 정확한 입력값을 알 수 없으므로 논리 High 또는 Low 상태를 파악하는 것이 불가능하다. 통상 이와 같은 상태를 플로팅(floating) 상태라고 하며, 플로팅 상태가 발생되면 시스템이 불안정하여 정확한 회로 상태를 측정하는 것이 불가능하다. 플로팅 상태를 해결하기 위해서 풀업(Pull-up) 또는 풀다운(Pull-down) 소자를 사용할 수 있으며, 본 실싱예에서는 풀다운 소자(P)를 회로에 적용하여 각 셀과 연결된 와이어의 단선 유무 상태를 정확하게 파악할 수 있다.
도 2에 도시된 풀다운 소자(P)는 스위치를 통해서 각각의 와이어에 연결된다.
그리고, 제어부(40)는 풀다운 소자(P)에 연결된 스위치의 온/오프 스위칭 제어를 통해서 각 셀의 전압을 측정하고 와이어의 단선 유무를 검출할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 풀다운 회로를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 도 2의 점선부분(200)을 부분 확대한 확대 회로도이며, 도시된 바와 같이 제2 배터리 셀(VC2)의 양극(+) 단자와 연결된 와이어 L2에 단선 D이 발생한 것으로 가정한다. 제2 배터리 셀(VC2)에는 저항 R과 커패시터 C가 연결되어 필터가 구성된다. 그리고 필터의 후단에는 풀다운 전류소스(Current Source)가 풀다운 스위치 PSW를 통해서 셀 센싱라인과 연결된다.
본 실시예에서는 풀다운 소자로 전류소스(CS)를 도시하였으나, 본 명세서의 다른 실시예에 따르면 풀다운 소자로 저항을 사용할 수도 있다. 상기 전류소스(CS)는 100mA 이상 200mA 이하의 전류를 공급하며, 바람직하게는 대략 100mA 정도의 전류를 회로로 공급한다.
그리고 풀다운 소자가 연결된 각각의 전압 센싱라인은 스위치를 통해서 제어부(40)의 AMP(41) 및 비교기(42)와 연결된다.
우선 제어부(40)에서는 풀다운 스위치 PSW를 개방한 상태에서 각 셀의 전압을 센싱한다. 이때, 제2 배터리 셀(VC2)의 초기 전압은 커패시터 C에 축적된 전하로 인하여 제2 배터리 셀(VC2)의 전압 VC2와 같거나 다소 낮게 측정될 것이다.
이후, 풀다운 스위치 PSW를 닫은 상태에서 각 셀의 전압을 센싱한다. 만약 와이어 L2에 단선 D가 발생하지 않았다면, 풀다운 스위치 PSW가 닫혀서 풀다운 전류소스(CS)로부터 발생되는 전류가 회로로 유입되더라도 전류값이 매우 작기 때문에 셀 전압 센싱에는 거의 영향을 미치지 않게 되며, 따라서 제2 배터리 셀(VC2)의 전압 VC2와 같거나 다소 낮은 전압이 측정될 것이다. 그러나, 와이어 L2에 단선 D가 발생하였다면, 풀다운 스위치 PSW가 닫혀서 풀다운 전류소스(CS)가 회로에 영향을 미치게 된다. 즉, 커패시터 C에 축적된 전하는 풀다운(Pull-down) 동작으로 인하여 셀 전압 센싱에 영향을 미치지 못하게 된다. 따라서, 풀다운 스위치 PSW를 닫은 후 센싱되는 셀 전압 VC2는 실질적으로 0V로 센싱될 것이다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 제어부(40)는 풀다운 스위치의 스위칭 동작을 최소 2회 이상 반복 수행함으로써 커패시터 C에 축적된 전하가 완벽하게 풀다운(Pull-down)되도록 할 수도 있다.
풀다운 스위치 오프 상태 및 온 상태에서 센싱된 전압은 AMP(41)를 통해서 증폭되고 이들 전압값을 비교기(42)에서 대비하여 전압차(ΔV)를 산출하고, 이를 기 설정된 임계값 VTH와 비교한다. 본 명세서의 일 실시예에 따르면 상기 임계값 VTH은 300mV 이상 1V 이하의 범위에서 설정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 임계값 VTH은 대략 500mV 정도로 설정한다.
풀다운 스위치 오프 상태 및 온 상태에서 센싱된 전압들의 차이 값(ΔV)이 임계값 VTH 보다 작은 경우는 정상으로 판단하며, 차이 값(ΔV)이 임계값 VTH 보다 큰 경우는 해당 셀의 와이어에 단선이 발생된 것으로 판단한다.
한편, 도 2 및 도 3에 있어서, 제어부(40) 및 풀다운 회로는 집적회로(IC)로 구성될 수 있으며, 집적회로와 배터리 모듈은 다수의 와이어와 커넥터를 통해서 연결될 수도 있다.
도 4는 본 명세서의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 단선 진단 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
제어부(40)에서는 풀다운 소자(즉, 풀다운 저항 또는 풀다운 전류소스)가 진단 회로에 도통(導通)되지 않도록 풀다운 스위치(PSW)를 오프시킨 후, 배터리 셀들의 전압을 순차적으로 센싱한다(S401).
S401 단계에서 센싱된 배터리 셀들의 전압은 제1 전압으로 메모리에 저장된다.
이후, 제어부(40)에서는 풀다운 소자(즉, 풀다운 저항 또는 풀다운 전류소스)가 진단 회로에 도통(導通)되도록 풀다운 스위치(PSW)를 온(ON) 시킨다(S403). 만약 와이어에 단선이 발생하였다면 해당 와이어에 연결된 커패시터 C에 축적된 전하들은 풀다운 소자를 통해서 셀 센싱 전압에 영향을 끼치지 못하게 된다.
이후, S401 단계와 마찬가지로 배터리 셀들의 전압을 순차적으로 센싱하고(S405), 센싱된 배터리 셀들의 전압을 제2 전압으로 메모리에 저장한다.
이후, 풀다운 스위치(PSW)를 다시 오프(OFF) 상태로 변경한다(S407).
그리고, 센싱된 배터리 셀들의 제1 전압과 제2 전압을 비교한다(S409).
S409 단계를 통해서 두 전압의 차이값 ΔV를 도출하고 두 전압의 차이값 ΔV가 기 설정된 임계값 VTH 보다 작은지 판단한다(S411). 여기서 설정되는 임계값 VTH 은 300mV 이상 1V 이하의 범위에서 설정될 수 있으며 대략 500mV 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
S411 단계에서 비교 결과, 두 전압의 차이값 ΔV가 기 설정된 임계값 VTH 보다 작으면 해당 배터리 셀에 연결된 와이어가 정상 상태인 것으로 판단한다(S413).
그러나, S411 단계에서 비교 결과, 두 전압의 차이값 ΔV가 기 설정된 임계값 VTH 보다 크면 해당 배터리 셀에 연결된 와이어가 단선된 것으로 판단한다(S415).
이후, 제어부(40)에서는 순차적으로 다음번째 셀의 제1 전압과 제2 전압을 비교(S413)하여 두 전압의 차이값 ΔV를 도출하고 S411 단계로 피드백하여 모든 셀에 대한 이상 유무를 계속하여 판단한다.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 배터리 팩, 배터리 모듈 VC1,VC2,VC3,VC4 : 배터리 셀
30 : 제어회로 40 : 제어부
41 : AMP 42 : 비교기
R : 저항 C : 커패시터
D : 단선 P : 풀다운 소자
CS : 전류소스(Current Source) PSW : 풀다운 스위치
SW : 스위치 VTH : 임계값

Claims (13)

  1. 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치에 있어서,
    직렬 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈의 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 제어부;
    상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 양극 또는 음극과 상기 제어부를 각각 연결하는 와이어(wire);
    상기 배터리 셀 각각에 병렬 연결된 커패시터;
    상기 와이어와 스위치를 통해서 연결되어 상기 배터리 셀의 전압이 플로팅(floating)되는 것을 방지하는 풀다운(Pull-down) 소자; 및
    상기 스위치를 온/오프 제어하여 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하며, 상기 스위치의 오프 상태의 상기 배터리 셀의 제1 전압과 상기 스위치의 온 상태의 상기 배터리 셀의 제2 전압을 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 검출하는 단선 검출부를 포함하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 풀다운 소자는 소정의 전류를 공급하는 전류소스(Current Source)인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전류소스가 공급하는 전류는 100mA 이상 200mA 이하인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 단선 검출부는,
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차이를 검출하여 상기 차이값이 소정의 임계값보다 큰 경우에는 상기 와이어의 단선이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 임계값은 500mV 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 단선 검출부는,
    상기 스위치의 오프 상태에서 상기 배터리 모듈의 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제1 전압을 저장하고,
    상기 스위치를 온 제어하여 상기 풀다운 소자를 동작시킨 후, 상기 배터리 모듈의 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제2 전압을 저장하고,
    상기 저장된 제1 전압 및 제2 전압을 상기 배터리 셀의 위치를 기준으로 순차적으로 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 순차적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부, 상기 스위치 및 상기 단선 검출부는 집적회로(IC)로 구성되며, 상기 집적회로와 상기 배터리 모듈은 다수의 상기 와이어를 통해서 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 장치.
  8. 직렬 연결된 다수의 배터리 셀과 각각 와이어로 연결되어 상기 배터리 셀들의 충방전 상태를 모니터링 및 제어하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 회로에 있어서,
    상기 배터리 셀의 전압이 플로팅(floating)되는 것을 방지하는 풀다운(Pull-down) 소자;
    상기 와이어와 상기 풀다운 소자를 연결하는 스위치 소자; 및
    상기 스위치 소자를 온/오프 제어하여 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하며, 상기 스위치 소자의 오프 상태의 상기 배터리 셀의 제1 전압과 상기 스위치 소자의 온 상태의 상기 배터리 셀의 제2 전압을 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 검출하는 단선 검출부를 포함하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 회로.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 풀다운 소자는 소정의 전류를 공급하는 전류소스(Current Source)인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 회로.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 단선 검출부는,
    상기 스위치 소자의 오프 상태에서 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제1 전압을 저장하고,
    상기 스위치 소자의 온 상태에서 상기 배터리 셀들을 순차적으로 센싱하여 상기 배터리 셀들의 상기 제2 전압을 저장하고,
    상기 저장된 제1 전압 및 제2 전압을 상기 배터리 셀의 위치를 기준으로 순차적으로 비교하여 상기 와이어의 단선 여부를 순차적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 회로.
  11. 직렬 연결된 다수의 배터리 셀과 각각 와이어로 연결되어 상기 배터리 셀의 전압이 플로팅(floating)되는 것을 방지하는 풀다운(Pull-down) 소자와 진단 회로를 이용하여 상기 와이어의 단선 여부를 검출하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 방법에 있어서,
    상기 풀다운 소자가 상기 진단 회로에 도통(導通)되지 않은 상태에서 상기 배터리 셀들의 전압을 순차적으로 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 배터리 셀들의 전압을 제1 전압으로 저장하는 단계;
    상기 풀다운 소자를 상기 진단 회로에 도통시키고 상기 배터리 셀들의 전압을 순차적으로 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 배터리 셀들의 전압을 제2 전압으로 저장하는 단계;
    상기 제1 전압과 제2 전압을 비교하여 상기 각각의 배터리 셀들의 센싱된 전압차를 도출하는 단계; 및
    상기 도출된 전압차를 기 설정된 임계값과 비교하여 상기 임계값을 초과하는 배터리 셀에 대해서 와이어의 단선이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 풀다운 소자는 소정의 전류를 공급하는 전류소스(Current Source)인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 풀다운 소자를 상기 진단 회로에 도통시키고 상기 배터리 셀들의 전압을 순차적으로 센싱하는 단계는,
    스위치의 온/오프 제어를 통해서 적어도 2회 이상 상기 풀다운 소자를 상기 진단 회로에 도통시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 단선 진단 방법.
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