KR101692111B1 - System and method for determining a failure of the circuit using LC resonance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 직렬 접속된 하나 이상의 배터리 셀, 공진 동작을 수행하는 공진 모듈 및 상기 공진 모듈 내에 저장된 전하를 상기 하나 이상의 배터리 셀 각각에 전달할 수 있도록 제공되는 스위치부를 포함하는 구동부; 및 상기 스위치부의 온 오프 동작을 제어하여 상기 하나 이상의 배터리 셀 및 상기 공진 모듈이 서로 연결되도록 하고, 연결된 공진 모듈의 전압을 측정하여 측정된 전압을 기반으로 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a system and method for judging a circuit fault using an LC resonance, and more particularly, to a system and method for judging a circuit fault using an LC resonance, comprising: at least one battery cell connected in series; a resonance module performing a resonance operation; A driving unit including a switch unit provided; And a controller for controlling the ON / OFF operation of the switch unit so that the at least one battery cell and the resonant module are connected to each other, measuring a voltage of the connected resonant module, and determining whether the drive unit is faulty based on the measured voltage. And a control unit.
Description
본 발명은 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리 팩 내에 포함된 하나 이상의 배터리 셀 간 에너지의 균형을 맞추기 위한 전하 균등화 회로에 사용되는 LC 공진 모듈의 양측 노드(node) 단자 전압을 측정함으로써 전하 균등화 회로 내에 포함된 하나 이상의 스위치 단락 여부를 진단하고 회로의 고장 여부를 판단할 수 있는 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
일반적으로, 전지(배터리 셀)의 양단 전압이 일정 수치를 넘을 경우 폭발의 위험이 있고, 일정 수치 이하로 떨어질 경우에는 배터리 셀에 손상이 가해지게 된다. 특히, 하이브리드 전기자동차 혹은 노트북 컴퓨터 등은 비교적 대용량의 전원공급이 요구되므로 배터리 셀을 이용하여 전원을 공급하고자 하는 경우, 배터리 셀을 직렬로 접속한 배터리 모듈(배터리 팩)을 사용하여야 한다. 그런데, 이와 같은 배터리 모듈을 사용하는 경우 각 배터리 셀의 성능 편차에 의하여 전압의 불균형이 발생될 수 있다.Generally, there is a risk of explosion when the voltage across the battery (battery cell) exceeds a certain value, and when the voltage falls below a certain value, the battery cell is damaged. Particularly, when a hybrid electric vehicle or a notebook computer is required to supply a relatively large amount of power, a battery module (battery pack) in which battery cells are connected in series should be used when power is supplied using the battery cell. However, when such a battery module is used, a voltage imbalance may occur due to a variation in performance of each battery cell.
또한, 배터리 모듈 충전 시 상기 배터리 모듈 내에서 하나의 배터리 셀이 다른 배터리 셀들에 비하여 먼저 상한 전압에 도달할 경우 더이상 배터리 모듈을 충전할 수 없게 되므로 다른 배터리 셀들이 충분히 충전되지 않은 상태에서 충전을 종료하여야 한다. 이와 같은 경우 배터리 모듈의 충전용량이 정격 충전용량에 미치지 못하게 된다.In addition, when one battery cell in the battery module reaches the upper limit voltage before the other battery cells in charging the battery module, the battery module can no longer be charged. Therefore, shall. In such a case, the charging capacity of the battery module does not reach the rated charging capacity.
한편, 엘씨 공진 방식을 이용한 전하 균등화 회로에서 에너지 전달을 안정적으로 하기 위해서는 무엇보다도 동작 전에 회로의 정상동작 여부를 진단하는 것이 중요하다.On the other hand, in order to stabilize the energy transfer in the charge equalization circuit using the ELC resonance method, it is important to diagnose whether the circuit operates normally before operation.
종래에는 이러한 회로의 정상동작 여부를 진단하기 위하여 각 배터리 셀의 양측 단자 노드의 전압을 측정함으로써 실제로 회로가 정상적으로 동작하고 있는지 판단하였는데, 이때 배터리 팩 내에는 수많은 배터리 셀이 포함되어 있기 때문에 각 배터리 셀의 노드 전압을 측정함에 있어 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.
Conventionally, in order to diagnose the normal operation of such a circuit, it has been determined whether the circuit operates normally by measuring the voltage of both terminal nodes of each battery cell. At this time, since a large number of battery cells are included in the battery pack, There is a problem in that it takes a long time to measure the node voltage of the node.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 팩 내에 포함된 하나 이상의 배터리 셀 간 에너지의 균형을 맞추기 위한 전하 균등화 회로에 사용되는 LC 공진 모듈의 양측 노드(node) 단자 전압을 측정함으로써 전하 균등화 회로 내에 포함된 하나 이상의 스위치 단락 여부를 진단하고 회로의 고장 여부를 신속하고 정확하게 판단할 수 있는 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of measuring the voltage at both side nodes of an LC resonance module used in a charge equalization circuit for balancing energy among at least one battery cell included in a battery pack The present invention provides a fault diagnosis system and method for diagnosing whether or not at least one of the switches included in the charge equalization circuit is short-circuited and determining whether the circuit is faulty quickly and accurately.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템은 직렬 접속된 하나 이상의 배터리 셀, 공진 동작을 수행하는 공진 모듈 및 상기 공진 모듈 내에 저장된 전하를 상기 하나 이상의 배터리 셀 각각에 전달할 수 있도록 제공되는 스위치부를 포함하는 구동부; 및 상기 스위치부의 온 오프 동작을 제어하여 상기 하나 이상의 배터리 셀 및 상기 공진 모듈이 서로 연결되도록 하고, 연결된 공진 모듈의 전압을 측정하여 측정된 전압을 기반으로 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 판단부;를 포함할 수 있다.The circuit failure determination system using an Elc resonance according to an embodiment of the present invention may include at least one battery cell connected in series, a resonance module performing a resonance operation, and at least one battery cell connected to the at least one battery cell, A driving unit including a switch unit provided; And a controller for controlling the ON / OFF operation of the switch unit so that the at least one battery cell and the resonant module are connected to each other, measuring a voltage of the connected resonant module, and determining whether the drive unit is faulty based on the measured voltage. . ≪ / RTI >
일 실시예에서, 상기 스위치부는 상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 하나 이상의 스위치를 구비하는 제1 스위치; 상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제2 공통 노드 사이에 각기 접속된 하나 이상의 스위치를 구비하는 제2 스위치; 및 상기 제1 및 제2 공통노드 사이에 연결 및 접속되는 전환 스위치;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the switch section comprises: a first switch having one or more switches connected between respective terminals of the one or more battery cells and a first common node; A second switch having one or more switches connected between respective terminals of the one or more battery cells and a second common node; And a changeover switch connected and connected between the first and second common nodes.
일 실시예에서, 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 전환 스위치는 단접점(Single Pole Single Throw; SPST) 스위치로 구성될 수 있다.In one embodiment, the first switch, the second switch, and the changeover switch may be composed of a single pole single throw (SPST) switch.
일 실시예에서, 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 전환 스위치는 각각 한 쌍의 모스펫(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성될 수 있다.In one embodiment, the first switch, the second switch, and the changeover switch may each be constituted by a pair of MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
일 실시예에서, 상기 판단부는 상기 전환 스위치를 온 시켜 엘씨 공진 회로를 형성 및 상기 공진 모듈 내에 저장된 전하를 방전시킬 수 있다.In one embodiment, the determination section may turn on the changeover switch to form an ELC resonance circuit and discharge the electric charge stored in the resonance module.
일 실시예에서, 상기 판단부는 상기 공진 모듈의 반(half) 주기에 해당하는 시점에 상기 스위치부의 온 오프 동작을 제어하는 영전류 스위칭(Zero Current Switching) 동작을 수행할 수 있다.In one embodiment, the determination unit may perform a zero current switching operation for controlling on / off operation of the switch unit at a time corresponding to a half period of the resonance module.
일 실시예에서, 상기 판단부는 상기 스위치부를 온 또는 오프 시키기 위한 신호를 생성 및 상기 구동부에 출력하는 스위치 신호 생성부; 상기 공진 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 전압 측정부로부터 측정된 전압값을 수신한 후 상기 측정된 전압값이 기 설정된 전압 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the determination unit includes: a switch signal generation unit for generating a signal for turning on or off the switch unit and outputting the signal to the drive unit; A voltage measuring unit for measuring a voltage of the resonance module; And a malfunction determining unit for determining whether the measured voltage value is within a predetermined voltage range after receiving the measured voltage value from the voltage measuring unit and determining whether the driving unit is malfunctioning or not, can do.
일 실시예에서, 상기 스위치 신호 생성부는 상기 스위치부 내에 포함된 하나 이상의 스위치들을 기 설정된 테스트 시퀀스(test sequence)에 맞춰 온(On) 시킬 수 있다.In one embodiment, the switch signal generator may turn on one or more switches included in the switch unit according to a predetermined test sequence.
본 발명의 다른 실시예에 따른 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 방법은 하나 이상의 배터리 셀을 직렬 접속 시키고, 또한 공진 동작을 수행하는 공진 모듈 및 스위치부를 연결하는 단계; 및 상기 연결된 스위치부의 온 오프 동작을 제어하여 공진 모듈의 전압값을 측정하고, 상기 측정된 전압값을 기반으로 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for determining a circuit fault using an RF resonance, comprising: connecting at least one battery cell in series and connecting a resonance module and a switch unit performing a resonance operation; And controlling the on / off operation of the connected switch unit to measure a voltage value of the resonance module, and determining whether the drive unit is malfunctioning based on the measured voltage value.
일 실시예에서, 상기 연결하는 단계는 상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 하나 이상의 제1 스위치를 각각 접속시키는 단계; 상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제2 공통 노드 사이에 하나 이상의 제2 스위치부를 각각 접속시키는 단계; 및 상기 제1 및 제2 공통노드 사이에 전환 스위치를 접속시키는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the connecting step comprises connecting at least one first switch between each terminal of the at least one battery cell and a first common node, respectively; Connecting at least one second switch unit between each terminal of the at least one battery cell and a second common node; And connecting a changeover switch between the first and second common nodes.
일 실시예에서, 상기 연결하는 단계는 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 전환 스위치를 각각 한 쌍의 모스펫(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성되도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the connecting step may include a step of causing the first switch, the second switch, and the changeover switch to be configured as a pair of metal oxide semiconductor field effect transistors, respectively.
일 실시예에서, 상기 판단하는 단계는 상기 전환 스위치를 온 시켜 엘씨 공진 회로를 형성시키고 상기 공진 모듈 내에 저장된 전하를 방전시키는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the determining may include turning on the changeover switch to form an ELC resonant circuit and discharging the charge stored in the resonant module.
일 실시예에서, 상기 판단하는 단계는 상기 공진 모듈의 반(half) 주기에 해당하는 시점에 상기 스위치부의 온 오프 동작을 제어하는 영전류 스위칭(Zero Current Switching) 동작이 수행되도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the determining includes performing a Zero Current Switching operation for controlling on / off operation of the switch unit at a time corresponding to a half period of the resonance module can do.
일 실시예에서, 상기 판단하는 단계는 상기 스위치부를 온 또는 오프 시키기 위한 신호를 생성 및 상기 구동부에 출력하는 단계; 상기 공진 모듈의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 전압 측정부로부터 측정된 전압값을 수신한 후 상기 측정된 전압값이 기 설정된 전압 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment, the determining may include generating and outputting a signal to turn on or off the switch unit; Measuring a voltage of the resonant module; And a step of determining whether the measured voltage value is within a predetermined voltage range after receiving the measured voltage value from the voltage measuring unit and determining whether the driving unit is malfunctioning or not, have.
일 실시예에서, 상기 출력하는 단계는 상기 스위치부 내에 포함된 하나 이상의 스위치들을 기 설정된 테스트 시퀀스(test sequence)에 맞춰 온(On) 시키는 단계;를 포함할 수 있다.
In one embodiment, the outputting may include turning on one or more switches included in the switch unit to a predetermined test sequence.
본 발명은, 공진 모듈의 양측 노드(node) 단자 전압을 측정함으로써 전하 균등화 회로 내에 포함된 하나 이상의 스위치 단락 여부를 간단하고 신속하게 진단할 수 있는 장점을 가진다.The present invention has the advantage that it is possible to diagnose whether or not at least one of the switches included in the charge equalization circuit is short-circuited by measuring the node terminal voltages on both sides of the resonance module.
또한, 본 발명은 영전압 스위칭 동작을 수행함으로써 스위치의 발열을 최소화화여 소자의 발열을 줄이고 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
In addition, the present invention minimizes the heat generation of the switch by performing the zero voltage switching operation, thereby reducing the heat generation of the device and significantly improving the service life.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구동부(110)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 스위치부(113)가 구동 전압을 인가 받는 상태를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 시퀀스를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a circuit
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing in more detail a state in which the
5 is a diagram illustrating a test sequence according to an embodiment of the present invention in more detail.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 구동부(110)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이며, 도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 스위치부(113)가 구동 전압을 인가 받는 상태를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a system
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템(100)은 구동부(110) 및 판단부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 4, the circuit
먼저, 구동부(110)는 직렬로 접속된 하나 이상의 배터리 셀(111), 공진 동작을 수행하는 공진 모듈(112) 및 상기 공진 모듈 내에 저장된 전하를 하나 이상의 배터리 셀(111) 각각에 전달할 수 있도록 제공되는 스위치부(113)를 포함하여 구성될 수 있으며, 추가적으로 저항부(118)를 더 포함하여 구성될 수 있다.First, the
배터리 셀(111)은 배터리 모듈 내에서 한개 내지 복수 개로 직렬 연결될 수 있으며, 복수 개의 배터리 셀(111)이 직렬 연결되어 고압의 배터리 팩이 구성될 수 있다.The
공진 모듈(112)은 직렬로 연결된 인덕터(Ls) 및 캐패시터(Cs)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 공진 모듈(112)은 종래의 공지된 기술을 이용하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
스위치부(113)는 상술한 공진 모듈 내에 저장된 전하를 하나 이상의 배터리 셀(111) 각각에 전달하거나 혹은 전하량이 상대적으로 높은 배터리 셀로부터 전하를 회수 및 전하량이 상대적으로 낮은 배터리 셀에 공급할 수 있는 공급 경로를 형성하는 역할을 수행할 수 있다.The
이때, 구동부(110)는 제1 및 제2 공통노드(114a, 114b)를 통해 하나 이상의 배터리 셀(111) 및 공진 모듈(112)이 서로 연결될 수 있는데, 보다 구체적으로 제1 공통노드(114a)는 공진 모듈(112)의 캐패시터(Cs)와 인접한 위치를 시작으로 직렬 연결된 배터리 셀(111) 중에서 최후단에 위치한 배터리 셀(111)의 일측 단자와 연결될 수 있다. 또한, 제2 공통노드(114b)는 공진 모듈(112)의 인덕터(Ls)와 인접한 위치를 시작으로 직렬 연결된 배터리 셀(111) 중에서 최후단에 위치한 배터리 셀(111)의 타측 단자와 연결될 수 있다.At this time, the
도 2를 통해 보다 구체적으로 살펴보면, 직렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀(111)의 최전단의 배터리 셀(111)을 M1이라 하고 최후단의 배터리 셀을 Mn이라 가정하자.2, assume that the
제1 공통노드(114a)와 M1 일측 단자는 SW1를 통해 서로 연결되고, 제1 공통노드(114a)와 M3 일측 단자는 SW3를 통해 서로 연결되며, 제1 공통노드(114a)와 M5 일측 단자는 SW5를 통해 서로 연결되는 것을 알 수 있다.The first
즉, 제1 공통노드(114a)와 M1, M3, M5 등과 같은 홀수 배터리 셀의 일측 단자는 각각 SW1 , SW3 , SW5 등과 같은 홀수 스위치와 서로 연결될 수 있고, 특히 마지막 배터리 셀(Mn)은 제1 공통노드(114a)와 타측 단자가 서로 연결될 수 있으며, 이때의 스위치는 SWn +1 일 수 있다.That is, the first common node (114a) and M 1, M 3, M 5 one terminal of the odd-numbered battery cells, such as the SW 1, SW 3, respectively, SW 5 Etc., and in particular, the first
또한, 제2 공통노드(114b)와 M2 타측 단자는 SW2를 통해 서로 연결되고, 제2 공통노드(114b)와 M4 타측 단자는 SW4를 통해 서로 연결될 수 있다.In addition, the second
즉, 제2 공통노드(114b)와 M2, M4, M6 등과 같은 짝수 배터리 셀 및 M일측 단자는 SW2 , SW4 , SW6 등과 같은 짝수 스위치와 서로 연결될 수 있고, 특히 마지막 배터리 셀(Mn)은 제2 공통 노드(114b)와 일측 단자가 서로 연결될 수 있으며, 이때의 스위치는 SWn 일 수 있다.That is, the second
일 실시예에서, 구동부(110)에 포함된 스위치부(113)는 단접점(Single Pole Single Throw; SPST) 스위치에 해당할 수 있다.In one embodiment, the
또한, 이러한 스위치부(113)는 각각 한 쌍의 모스펫(금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)로 구성될 수 있다.In addition, each of the
이러한 구동부(110) 내에 포함된 스위치부(113)가 구동되기 위해서는 구동 전압을 인가 받아야 하는데, 이는 후술되는 도 3 및 도 4를 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.In order for the
저항부(118)는 배터리 셀(111) 및 스위치부(113) 사이에 각각 제공되며, 스위치부(113)의 파손, 파괴에 의해 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 퓨즈(fuse)역할을 수행할 수 있다.The
도 3 및 도 4를 살펴보면, 제1 공통노드(114a)의 최후단에 위치한 스위치(SWn +1) 및 전환 스위치(113a)를 제외한 나머지 스위치들은 MOSFET 구동을 위한 10 내지 15v의 게이트 구동 전압을 인가 받기 위해, 인접한 배터리 셀 모듈에서 해당 구동 전압을 인가 받게 된다.3 and 4, the remaining switches except the switch SW n +1 and the
이를 간단하게 살펴보면, 배터리 셀 각각의 전압은 배터리 셀의 충방전 상태에 따라 급변할 수 있기 때문에 다이오드 및 캐패시터를 이용하여 안정적인 전원을 만들고, MOSFET 구동에 적합한 수준의 전압 형성을 위하여 레귤레이터(regulator, 115)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 구동부(110)는 후술되는 판단부(120)에서 전송되는 제어 신호를 하이 사이드 게이트 드라이버(High side gate driver, 116)에 전달하게 되고, 하이 사이드 드라이버(116)에서는 해당 제어 신호에 맞게 MOSFET을 제어하게 된다.The voltage of each battery cell can be rapidly changed according to the charge / discharge state of the battery cell. Therefore, a stable power is generated by using a diode and a capacitor, and a regulator 115 ). ≪ / RTI > Accordingly, the
반면에 도 4를 살펴보면, 제1 공통노드(114a)의 최후단에 위치한 스위치(SWn +1) 및 전환 스위치(113a)는 별도의 부트 스트랩(boot strap) 회로(117)에 의하여 생성되는 구동 전압을 인가받아 구동될 수 있는데, 여기에서 부트 스트랩 회로(117)는 캐패시터(CB) 및 다이오드(DB)를 포함하여 구성될 수 있다.4, the switch SW n + 1 and the
이때, Cs에 전하가 충전되는 경우, Cb에도 전가가 함께 충전되며, Cb에 충전된 전하는 제1 공통노드(114a)의 최후단에 위치한 스위치(SWn +1) 및 전환 스위치(113a)에 전달될 수 있다.At this time, when the charge to charge Cs, Cb, and to transfer the charge with, switch on the last stage of the charge first common node (114a) filled in the Cb (SW n +1) and transmitted to the switching switch (113a) .
한편, 전환 스위치(113a)는 충전 전환 스위치(Charge Inversion Switch)를 의미할 수 있으며, 특히 공진 모듈(112)의 캐패시터의 전압 극성을 반전시키는 역할을 수행할 수 있고, 또한 후술되는 판단부(120)의 제어를 통해 공진 모듈(112) 내의 공진 캐패시터에 충전된 전하를 방전시키는 역할을 수행할 수 있다.
The
다음으로, 판단부(120)는 스위치 신호 생성부(121), 전압 측정부(122) 및 고장 판단부(123)를 포함하여 구성될 수 있다.Next, the
먼저, 스위치 신호 생성부(121)는 스위치부(113) 내에 포함된 하나 이상의 스위치들을 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 이를 각각의 스위치들에 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 이때, 제어 신호는 모든 스위치들을 순차적으로 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호 및 최종적으로 전환 스위치(113a)를 온 시키기 위한 제어 신호를 포함할 수 있다.First, the switch
이러한 제어 신호를 전달 받은 각 스위치는 온 됨으로써 공진 모듈(112)과 연결될 수 있다.Each switch which receives the control signal can be connected to the
전압 측정부(122)는 스위치의 온을 통해 하나 이상의 배터리 셀(111)과 연결될 공진 모듈(112)의 양측 단자(우단자(Right leg) 및 좌단자(Left leg))의 전압을 측정하고, 이를 후술되는 고장 판단부(123)에 전달하는 역할을 수행할 수 있다.The
고장 판단부(123)는 상술한 전압 측정부(122)로부터 측정된 공진 모듈(112)의 공진 캐패시터 전압값을 수신한 후 측정된 전압값이 기 설정된 전압 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 스위치부(113)의 단락이 되었는지 여부를 판단하게 되는데, 이때의 판단은 미리 설정된 테스트 시퀀스(test sequence)에 따라 판단하게 된다.The
이를 도 5를 통해 살펴보면 다음과 같다.This will be described with reference to FIG.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 시퀀스를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a test sequence according to an embodiment of the present invention in more detail.
도 5를 통해 테스트 시퀀스를 살펴보면, 2개의 스위치를 한쌍으로 하여 한쌍의 스위치들 별로 전압 테스트를 진행하게 되는데, 이때 첫번째 스위치(SW1) 및 마지막 스위치(SWn+1)를 제외한 나머지 스위치들(SW2 내지 SWn)는 모두 2번의 테스트를 거치게 된다.5, a voltage test is performed for each of the pair of switches in the form of a pair of two switches. At this time, the switches SW2 to SW4 except for the first switch SW1 and the last switch SWn + SWn) are all tested two times.
예를 들어, 첫번째 테스트(test1)에서는 첫번째 스위치(SW1) 및 두번째 스위치(SW2)를 온 시켜 공진 모듈(112)과 연결되도록 한다.For example, in the first test (test1), the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on to be connected to the
그 다음, 전압 측정부(122)에서는 공진 모듈(112)의 공진 캐패시터 전압을 측정하게 되고, 고장 판단부(123)에서는 이때 정상 동작 시 측정되는 전압값을 통해 공진 모듈(112)의 양측 단자 전압차에 이상이 있는지, 또는 공진 캐패시터 전압에 있는지 여부를 판단하고 이를 오동작 판정 기준과 비교하여 최종적으로 그에 따른 스위치의 단락 여부를 판단하게 된다.Then, in the
여기에서, 정상 동작 시 측정되는 전압값이라 함은 첫번째 테스트에서의 Vd(양측 단자 간 전압차)(첫번째 스위치(SW1) 및 두번째 스위치(SW2)를 온 시켰을 때의 공진 모듈(112)의 양측 단자 간 전압차) 및 첫번째 테스트에서의 Vcs(공진 캐패시터 전압)(첫번째 스위치(SW1) 및 두번째 스위치(SW2)를 온 시켰을 때의 공진 캐패시터의 전압값)이 모두 배터리 셀(111)의 양의 전압값일 때를 의미할 수 있다.Here, the voltage value measured in the normal operation refers to Vd (voltage difference between both terminals) in the first test (both terminals of the
또한, 두번째 테스트에서의 Vd 및 Vcs는 배터리 셀(111)의 음의 전압값일 때를 의미할 수 있다.Also, Vd and Vcs in the second test may indicate when the negative voltage value of the
즉, 홀수번째 테스트에서의 Vd 및 Vcs는 배터리 셀(111)의 양의 전압값일 때를 의미할 수 있고, 짝수번째 테스트에서의 Vd 및 Vcs는 배터리 셀(111)의 음의 전압값일 때를 의미할 수 있다.That is, Vd and Vcs in the odd-numbered test may be the positive voltage value of the
또한, 오동작 판정 기준이라 함은 Vd(양측 단자 간 전압차)가 이상이 있는 경우 첫번째 스위치(SW1) 또는 두번째 스위치(SW2)가 고장인 것으로 판단하거나, 또는 캐패시터 전압(Vcs)에 이상이 있는 경우 공진 인덕터(Ls) 또는 공진 캐패시터(Cs)가 고장인 것으로 판단하는 것을 의미할 수 있다.The malfunction determination criterion is a criterion for determining whether or not the first switch SW1 or the second switch SW2 is faulty when there is an abnormality in Vd (voltage difference between both terminals), or when there is an abnormality in the capacitor voltage Vcs It may mean that the resonance inductor Ls or the resonance capacitor Cs is judged to be faulty.
두번째 테스트에서는 Vd가 이상이 있는 경우, 첫번째 테스트를 통과하였는지 여부를 판단하고 만약 통과한 경우에는 세번째 스위치(SW3)가 고장인 것으로 판단하게 된다.In the second test, if Vd is abnormal, it is determined whether or not the first test is passed. If the Vd has passed, the third switch (SW3) is judged to be faulty.
세번째 테스트에서는 Vd가 이상이 있는 경우, 두번째 테스트를 통과하였는지 여부를 판단하고 만약 통과한 경우에는 네번째 스위치(SW4)가 고장인 것으로 판단하게 된다.In the third test, if Vd is abnormal, it is judged whether or not the second test is passed. If the Vd has passed, the fourth switch SW4 is judged as a failure.
즉, n번째 테스트에서 Vd가 이상이 있는 경우, n-1번째 테스트를 통과하였는지 여부를 판단하고 만약 통과한 경우에는 n+1번째 스위치(SWn+1)가 고장인 것으로 판단하게 된다.That is, if Vd is abnormal in the n-th test, it is determined whether or not the n-1th test is passed. If the result of the (n-1) th test passes, the n + 1th switch SWn + 1 is judged to be faulty.
마지막으로, 최종테스트(test n+1)에서는 전환 스위치(113a)를 온 시켜 공진 모듈(112)과 연결되도록 하는데, 이때 정상 동작 시 측정되는 전압값은 Vd 및 Vcs가 모두 0일때를 의미할 수 있다.Finally, in the final test (test n + 1), the
이때의 오동작 판정 기준은 Vd 및 Vcs가 이상이 있는 경우 n번째 테스트를 통과하였는지 여부를 판단하고 만약 통과한 경우 전환 스위치(113a)가 고장인 것으로 판단하는 것을 의미할 수 있다.In this case, if the Vd and Vcs are abnormal, it is judged whether or not the nth test is passed. If it is determined that the nth test has passed, it may mean that the
만약 이러한 모든 테스트 과정에서 공진 모듈(112)의 정상 전압이 측정되는 경우, 고장 판단부(123)는 구동부(110) 내의 회로 및 스위치부(113)가 고장나지 않은 것으로 판단하게 된다.
If the normal voltage of the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
100 : 엘씨 공진을 이용한 배터리 셀 밸런싱 시스템
110 : 구동부
111 : 배터리 셀 112 : 공진 모듈
113 : 스위치부 113a : 전환 스위치
114a : 제1 공통노드 114b : 제2 공통노드
115 : 레귤레이터 116 : 하이 사이드 드라이버
117 : 부트 스트랩 회로 118 : 저항부
120 : 판단부
121 : 스위치 신호 생성부 122 : 전압 측정부
123 : 고장 판단부100: Battery cell balancing system using EL resonance
110:
111: Battery cell 112: Resonance module
113:
114a: first
115: Regulator 116: High side driver
117: bootstrap circuit 118:
120:
121: Switch signal generating unit 122: Voltage measuring unit
123: Fault determination unit
Claims (15)
상기 스위치부의 온 오프 동작을 제어하여 상기 하나 이상의 배터리 셀 및 상기 공진 모듈이 서로 연결되도록 하고, 연결된 공진 모듈의 전압을 측정하여 측정된 전압을 기반으로 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 판단부;
상기 스위치부를 구동시키기 위한 전압을 형성하는 레귤레이터;
상기 판단부로부터 인가되는 제어 신호를 수신하여 상기 스위치부를 제어하는 하이 사이드 게이트 드라이버; 및
캐패시터 및 다이오드를 포함하는 부트 스트랩 회로;를 포함하며,
상기 판단부는,
상기 스위치부를 온 또는 오프시키기 위한 신호를 생성 및 상기 하이 사이드 게이트 드라이버에 출력하고, 상기 스위치부 내에 포함된 하나 이상의 스위치부들을 기 설정된 테스트 시퀀스(test sequence)에 맞춰 온(On) 시키는 스위치 신호 생성부;
상기 공진 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
상기 전압 측정부로부터 측정된 전압값을 수신한 후 상기 측정된 전압값이 기 설정된 전압 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템.
A driving unit including at least one battery cell connected in series, a resonance module performing a resonance operation, and a switch unit provided to transfer the electric charge stored in the resonance module to each of the at least one battery cell;
A judging unit for controlling the ON / OFF operation of the switch unit so that the at least one battery cell and the resonance module are connected to each other, measuring a voltage of the connected resonance module, and determining whether the drive unit is faulty based on the measured voltage;
A regulator for forming a voltage for driving the switch unit;
A high side gate driver for receiving a control signal applied from the determination unit and controlling the switch unit; And
A bootstrap circuit including a capacitor and a diode,
Wherein,
Generating a signal for turning on or off the switch unit, outputting the signal to the high side gate driver, generating a switch signal for turning on one or more switch units included in the switch unit according to a predetermined test sequence, part;
A voltage measuring unit for measuring a voltage of the resonance module; And
And a malfunction determining unit for determining whether the measured voltage value is within a predetermined voltage range after receiving the measured voltage value from the voltage measuring unit and determining whether the driving unit is malfunctioning or not, ≪ / RTI >
Circuit fault diagnosis system using LC resonance.
상기 스위치부는,
상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 각기 접속된 하나 이상의 스위치를 구비하는 제1 스위치;
상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제2 공통 노드 사이에 각기 접속된 하나 이상의 스위치를 구비하는 제2 스위치; 및
상기 제1 및 제2 공통노드 사이에 연결 및 접속되는 전환 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein,
A first switch having one or more switches connected between respective terminals of the one or more battery cells and a first common node;
A second switch having one or more switches connected between respective terminals of the one or more battery cells and a second common node; And
And a changeover switch connected and connected between the first and second common nodes.
Circuit fault diagnosis system using LC resonance.
상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 전환 스위치는 단접점(Single Pole Single Throw; SPST) 스위치로 구성 가능한 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the first switch, the second switch and the changeover switch are constituted by a single pole single throw (SPST) switch.
Circuit fault diagnosis system using LC resonance.
상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 전환 스위치는 각각 한 쌍의 모스펫(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성 가능한 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템.
3. The method of claim 2,
Characterized in that the first switch, the second switch and the changeover switch are each constituted by a pair of MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
Circuit fault diagnosis system using LC resonance.
상기 판단부는,
상기 전환 스위치를 온 시켜 엘씨 공진 회로를 형성 및 상기 공진 모듈 내에 저장된 전하를 방전시키는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein,
And the switch is turned on to form an ELC resonance circuit and to discharge the electric charge stored in the resonance module.
Circuit fault diagnosis system using LC resonance.
상기 판단부는,
상기 공진 모듈의 반(half) 주기에 해당하는 시점에 상기 스위치부의 온 오프 동작을 제어하는 영전류 스위칭(Zero Current Switching) 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein,
And performing a Zero Current Switching operation for controlling the on / off operation of the switch unit at a time corresponding to a half period of the resonance module.
Circuit fault diagnosis system using LC resonance.
판단부를 통해, 상기 연결된 스위치부의 온 오프 동작을 제어하여 공진 모듈의 전압값을 측정하고, 상기 측정된 전압값을 기반으로 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 단계;
레귤레이터를 통해, 상기 스위치부를 구동시키기 위한 전압을 형성하는 단계;
하이 사이드 게이트 드라이버에서 상기 판단부로부터 인가되는 제어 신호를 수신하여 상기 스위치부를 제어하는 단계; 및
캐패시터 및 다이오드를 포함하는 부트 스트랩 회로를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 단게는,
스위치 신호 생성부를 통해, 상기 스위치부를 온 또는 오프시키기 위한 신호를 생성하여 상기 하이 사이드 게이트 드라이버에 출력하고, 상기 스위치부 내에 포함된 하나 이상의 스위치들을 기 설정된 테스트 시퀀스(test sequence)에 맞춰 온(On) 시키는 단계;
전압 측정부를 통해, 상기 공진 모듈의 전압을 측정하는 단계; 및
고장 판단부를 통해, 상기 전압측정부로부터 측정된 전압값을 수신한 후 상기 측정된 전압값이 기 설정된 전압 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 구동부의 고장 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 방법.
Connecting a resonance module and a switch unit connecting one or more battery cells in series through the driving unit and performing a resonance operation;
Controlling the on / off operation of the connected switch unit through the determination unit to measure a voltage value of the resonance module, and determining whether the drive unit is faulty based on the measured voltage value;
Forming a voltage for driving the switch unit through a regulator;
Receiving the control signal from the determination unit and controlling the switch unit in the high side gate driver; And
Forming a bootstrap circuit including a capacitor and a diode,
The step of determining whether or not the driving unit is malfunctioned,
A switch signal generating unit for generating a signal for turning the switch unit on or off and outputting the signal to the high side gate driver; and controlling one or more switches included in the switch unit according to a predetermined test sequence );
Measuring a voltage of the resonant module through a voltage measuring unit; And
Determining whether the measured voltage value is within a predetermined voltage range after receiving the measured voltage value from the voltage measuring unit through the failure determining unit, and determining whether the driving unit is faulty according to the determination result; ≪ / RTI >
A method for judging a circuit fault using an ELC resonance.
상기 연결하는 단계는,
상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제1 공통노드 사이에 하나 이상의 제1 스위치를 각각 접속시키는 단계;
상기 하나 이상의 배터리 셀의 각 단자와 제2 공통 노드 사이에 하나 이상의 제2 스위치부를 각각 접속시키는 단계; 및
상기 제1 및 제2 공통노드 사이에 전환 스위치를 접속시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the connecting step comprises:
Connecting at least one first switch between each terminal of the one or more battery cells and a first common node, respectively;
Connecting at least one second switch unit between each terminal of the at least one battery cell and a second common node; And
And connecting a changeover switch between the first and second common nodes.
A method for judging a circuit fault using an ELC resonance.
상기 연결하는 단계는,
상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 전환 스위치를 각각 한 쌍의 모스펫(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the connecting step comprises:
And making the first switch, the second switch, and the changeover switch each comprise a pair of MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
A method for judging a circuit fault using an ELC resonance.
상기 판단하는 단계는,
상기 전환 스위치를 온 시켜 엘씨 공진 회로를 형성시키고 상기 공진 모듈 내에 저장된 전하를 방전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the determining step comprises:
And turning on the changeover switch to form an ELC resonance circuit and discharge the electric charge stored in the resonance module.
A method for judging a circuit fault using an ELC resonance.
상기 판단하는 단계는,
상기 공진 모듈의 반(half) 주기에 해당하는 시점에 상기 스위치부의 온 오프 동작을 제어하는 영전류 스위칭(Zero Current Switching) 동작이 수행되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
엘씨 공진을 이용한 회로 고장 판단 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the determining step comprises:
And performing a Zero Current Switching operation for controlling on / off operation of the switch unit at a time corresponding to a half period of the resonance module.
A method for judging a circuit fault using an ELC resonance.
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