KR101887497B1 - 배터리 단락 검출 장치 - Google Patents

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KR101887497B1
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Abstract

본 발명은 배터리 단락 검출 장치에 관한 것으로서, 정상 상태에서는 부하의 임피던스 값에 따른 분압비로 배터리 전압이 분배되어 인가되고, 배터리 단락 상태에서는 배터리 전압이 인가되도록 부하와 접속된 임피던스 회로, 및 임피던스 회로에 인가되는 전압을 감시하여 배터리 단락 상태를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 부하를 구동시키기 위한 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 단락 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING BATTERY SHORT}
본 발명은 배터리 단락 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 탑재된 디지털 출력 회로의 SCB(Short Circuit to Battery)와 같은 배터리 단락을 검출하기 위한 배터리 단락 검출 장치에 관한 것이다.
차량에는 ESP나 ABS/TCS 등 차량의 자세와 브레이크 시스템에 관한 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit), 및 연료를 분사하는 인젝터를 제어하기 위한 전자 제어 장치 등 다양한 전자 제어 장치가 구비되어 있다. 이와 같은 전자 제어 장치의 제어에 따라 솔레노이드 밸브와 같은 부하의 구동이 제어되어 차륜의 제동력이 조절됨으로써 차량의 자세 제어가 수행되거나, 인젝터가 구동되어 연료 분사가 이루어진다.
솔레노이드 밸브와 같은 부하를 제어하기 위해 일반적으로 디지털 출력 회로가 사용되며, 이러한 디지털 출력 회로는 부하로 공급되는 배터리 전원 측에 구비된 하이 사이드 스위치(HSS: High Side Switch), 또는 그라운드 측에 구비된 로우 사이드 스위치(LSS: Low Side Switch)를 통해 부하로 공급되는 전압 및 전류를 단속하여 부하의 구동을 제어한다. 즉, HSS 및 LSS와 같은 IC 소자는 부하를 구동시키는 드라이버의 역할을 수행한다.
전술한 전자 제어 장치와 부하와의 관계에서, 차량에서 차체 내의 전기 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 배선 셋(set)인 와이어 하니스(wire harness)의 찍힘이나 각종 인입선의 손상 등 다양한 원인으로 인해 부하가 단락(short)되는 현상이 빈번히 발생한다. 부하의 단락 현상으로 인해 부하의 양단 노드가 배터리 전압을 갖게 되므로 이러한 부하의 단락 현상은 통상적으로 배터리 단락(Battery Short)으로 불리운다.
이러한 배터리 단락을 검출하기 위한 방법으로서, 종래에는 HSS 및 LSS와 같은 IC 소자를 턴 온시켜 IC 소자에 흐르는 과전류를 검출하거나, 과전류로 인한 IC 소자의 온도 상승을 감지하는 방법을 이용하여 배터리 단락을 검출하였다. 그러나 이러한 방법은 과전류, 또는 IC의 온도 상승을 감지하기 위해 반드시 IC 소자를 턴 온시켜야 하므로, IC 소자의 동작 전에는 전류 자체가 흐르지 않아 사전에 배터리 단락을 검출할 수 없는 문제점이 존재하였고, 이에 따라 IC 소자를 턴 온시켜 부하를 구동시키고자 할 때, 배터리 단락이 발생한 경우에는 정상적인 부하의 구동이 이루어지지 않는 문제점이 존재하였다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2004-0049403호(2004. 06. 12 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 IC 소자의 동작 상태와 무관하게 상시 배터리 단락을 검출할 수 있는 배터리 단락 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 단락 검출 장치는, 정상 상태에서는 부하의 임피던스 값에 따른 분압비로 배터리 전압이 분배되어 인가되고, 배터리 단락 상태에서는 상기 배터리 전압이 인가되도록 상기 부하와 접속된 임피던스 회로, 및 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압을 감시하여 배터리 단락 상태를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 상기 부하를 구동시키기 위한 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 임피던스 회로는 상기 부하의 종류를 고려하여 구성되되, 저항, 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 임피던스 회로는 상기 배터리 전압으로부터 그라운드로 이어지는 노드 상에서 상기 부하와 직렬 접속되고, 상기 제어부는, 상기 스위치 소자의 턴 온 동작 및 턴 오프 동작시에도 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압을 감시하여 배터리 단락 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하는 경우에 배터리 단락 상태인 것으로 판단하되, 상기 기준 전압은 정상 상태에서 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압에 근거하여 상기 스위칭 소자에 대한 상기 제어부의 온오프 제어를 단속하는 단속부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 단속부는, 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 스위칭 소자에 대한 제어부의 온(ON) 제어를 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 단속부는, 상기 제어부 및 상기 스위칭 소자 간의 접속을 단속하는 스위치, 및 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압 및 상기 기준 전압을 비교하여 상기 스위치의 온오프를 제어하는 비교부를 포함하되, 상기 비교부는 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 스위치를 턴 오프시킴으로써 상기 스위칭 소자에 대한 상기 제어부의 온(ON) 제어를 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 IC 소자의 동작 상태와 무관하게 상시 배터리 단락을 검출함으로써 배터리 단락에 대한 사전적인 판단이 가능하고, 이에 따라 디지털 출력 회로에 대한 보수가 용이하여 디지털 출력 회로의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 장치의 제1 실시예를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 단락 검출 장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 장치의 제1 실시예를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 장치는 임피던스 회로(10), 측정부(20), 제어부(30) 및 단속부(40)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 이해를 돕기 위해, 스위칭 소자(TR_SW)에 대한 제어부(30)의 제어에 따라 부하(LOAD)로 배터리 전압이 공급되어 부하(LOAD)가 구동되는 과정을 간략히 설명하면, 제어부(30)는 스위칭 소자(TR_SW)로 제어신호를 인가하여 스위칭 소자(TR_SW)의 턴 온 및 턴 오프를 제어할 수 있으며, 스위칭 소자(TR_SW)가 턴 온되는 경우, 부하(LOAD)로 배터리 전압이 인가되어 전류가 흐르게 됨으로써 부하(LOAD)가 구동된다.
스위칭 소자(TR_SW)는 차량에 탑재된 디지털 출력 회로의 스마트 IC로 구현될 수 있으며, 구체적으로 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)과 같은 트랜지스터로 구현될 수 있다. 또한 도 1에 도시된 것과 같이 본 실시예에서는 그 이해를 돕기 위해 로우 사이드 스위치(Low Side Switch)를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되지 않고 부하(LOAD)로 배터리 전압을 스위칭하여 공급할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다. 부하(LOAD)는 솔레노이드 밸브, 즉 인덕터 부하를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 저항, 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상이 단독 또는 조합되어 구현되는 모든 RLC 부하를 포함할 수 있다.
배터리 단락이 발생하는 경우, 제어부(30)는 더이상 스위칭 소자(TR_SW)를 제어하여 부하(LOAD)에 흐르는 전류를 제어할 수 없으므로 배터리 단락 상태에 대한 조기 검출이 필요하며, 본 실시예에서는 부하(LOAD)에 직렬 접속된 임피던스 회로(10) 및 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 측정하는 측정부(20)를 이용하여 배터리 단락 상태를 조기에 검출한다.
전술한 내용을 전제로 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 장치의 제1 실시예를 설명한다.
임피던스 회로(10)는 정상 상태에서 인가되는 전압 및 배터리 단락 상태에서 인가되는 전압이 각각 상이하도록 부하(LOAD)에 접속될 수 있다. 도 1을 참조하면, 임피던스 회로(10)는 배터리 전압으로부터 그라운드로 이어지는 노드 상에서 부하(LOAD)와 직렬 접속되어 있으며, 이에 따라 정상 상태에서는 부하(LOAD)의 임피던스 값 및 임피던스 회로(10)의 임피던스 값에 따른 분압비로 배터리 전압이 분배되어 인가되고, 배터리 단락 상태에서는 배터리의 전체 전압이 인가된다. 따라서 후술할 것과 같이 제어부(30)는 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압에 근거하여 배터리 단락 상태를 판단할 수 있다.
임피던스 회로(10)는 부하(LOAD)의 종류를 고려하여 저항, 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상이 단독 또는 조합되어 구현될 수 있으며, 임피던스 회로(10)의 임피던스 값은 부하(LOAD) 구동에 미치는 영향을 최소화하기 위해 부하(LOAD) 대비 충분히 높은 값을 갖도록 미리 설정될 수 있다.
측정부(20)는 임피던스 회로(10)에 인가되는 양단 전압을 측정하여 제어부(30)로 전달할 수 있다.
제어부(30)는 측정부(20)를 통해 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 상시 감시하여 배터리 단락 상태를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 부하(LOAD)를 구동시키기 위한 스위칭 소자(TR_SW)의 온오프를 제어할 수 있다. 즉, 배터리 단락 상태가 아닌 정상 상태인 경우에는 스위칭 소자(TR_SW)를 정상적으로 온오프 제어하고, 배터리 단락 상태인 경우에는 스위칭 소자(TR_SW)가 턴 오프되도록 제어하여 과전류에 따른 스위칭 소자(TR_SW)의 소손을 방지할 수 있다.
제어부(30)는, 배터리 단락 상태를 판단할 때, 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하는 경우에 배터리 단락 상태인 것으로 판단할 수 있다. 기준 전압은 배터리 단락 상태를 판단하기 위해 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압과 비교되는 전압을 의미하며, 따라서 정상 상태에서 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 고려하여 결정될 수 있다.
구체적으로, 정상 상태에서 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 고려하여 기준 전압을 미리 설정한 후, 측정부(20)를 통해 측정되는(모니터링 되는), 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 기준 전압을 초과하는 경우에는 배터리 단락으로 인해 임피던스 회로(10)에 배터리 전압이 인가된 것으로 판단함으로써 배터리 단락을 검출할 수 있다.
기준 전압은 정상 상태에서 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압값으로 설정될 수도 있으나, 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압에 형성되는 노이즈 등의 소정의 오차 전압에 따라 배터리 단락이 오검출되는 것을 방지하기 위해 정상 상태에서 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압에 소정의 값을 갖는 전압을 합산하여 설정될 수도 있다.
상술한 내용을 정리하면, 본 실시예에 따른 임피던스 회로(10)는 배터리 전압으로부터 그라운드로 이어지는 노드 상에서 부하(LOAD)와 직렬 접속되도록 구성됨으로써 스위칭 소자(TR_SW)의 온오프 동작 상태와 무관하게 배터리 전압으로부터 전압을 인가받을 수 있으며, 이에 따라 제어부(30)는 스위칭 소자(TR_SW)의 턴 온 동작 및 턴 오프 동작시에도 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 상시 감시하여 배터리 단락 상태를 판단할 수 있기 때문에 그 보수가 용이하고 디지털 출력 회로의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 장치의 제2 실시예를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 실시예는 제1 실시예 대비 단속부(40)를 더 포함할 수 있다. 단속부(40)는 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압에 근거하여 스위칭 소자(TR_SW)에 대한 제어부(30)의 온오프 제어를 단속할 수 있다. 후술할 것과 같이 단속부(40)는 제어부(30)로부터 스위칭 소자(TR_SW)로 인가되는 제어신호를 차단함으로써 배터리 단락 상태에서 스위칭 소자에 대한 이차적 보호 기능을 수행한다.
구체적으로, 단속부(40)는 측정부(20)로부터 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 입력받아 배터리 단락 상태를 판단할 수 있다. 즉, 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 전술한 기준 전압을 초과하는 경우, 배터리 단락 상태로 판단하여 스위칭 소자(TR_SW)에 대한 제어부(30)의 온(ON) 제어를 차단할 수 있다. 따라서 제어부(30)의 스위칭 소자(TR_SW)에 대한 제어와 무관하게 제어부(30)로부터 스위칭 소자(TR_SW)로 인가되는 제어신호가 차단되어 스위칭 소자(TR_SW)를 턴 오프시킬 수 있다.
이를 위해 단속부(40)는 비교부(41), 스위치(43) 및 풀다운 저항(45)을 포함할 수 있다. 스위치(43)는 제어부(30) 및 스위칭 소자(TR_SW) 간의 접속을 단속할 수 있으며, 비교부(41)는 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압 및 기준 전압(비교부(41)에 미리 설정되어 있을 수도 있고, 별도로 생성된 기준 전압을 입력받아 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압과 비교할 수도 있다.)을 비교하고 비교 결과에 따른 스위치 제어신호를 스위치(43)로 출력하여 스위치(43)의 온오프를 제어할 수 있다. 즉, 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 기준 전압을 초과하는 경우, 비교부(41)는 배터리 단락 상태로 판단하여 스위치(43)를 턴 오프시킨다. 이에 따라 제어부(30)로부터 스위칭 소자(TR_SW)로 인가되는 제어신호가 차단된다. 또한, 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 기준 전압 이하인 경우, 비교부(41)는 정상 상태로 판단하여 스위치(43)를 턴 온시킨다. 이에 따라 스위칭 소자(TR_SW)에 대한 제어부(30)의 정상 제어가 수행된다. 비교부(41)가 스위치(43)를 턴 온 또는 턴 오프시키기 위해 스위치(43)로 인가하는 스위치 제어신호는 High 또는 Low Level을 갖는 디지털 신호로 생성될 수 있으나 이에 한정되지 않고 소정의 아날로그 값을 갖는 아날로그 신호로 생성될 수도 있다. 한편, 스위치(43)는 스위칭 소자(TR_SW)와 같이 MOSFET과 같은 트랜지스터로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에서는 단속부(40)를 비교부(41), 스위치(43) 및 풀다운 저항(45)로 분리된 구성으로 설명하지만, 본 실시예에 따른 단속부(40)는 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 전술한 기준 전압을 초과하는 경우, 배터리 단락 상태로 판단하여 스위칭 소자(TR_SW)에 대한 제어부(30)의 온(ON) 제어를 차단하는 모든 구성을 포함할 수 있다.
제2 실시예에서는 제어부(30)의 배터리 단락 검출 동작과는 무관하게 단속부(40)에 의해 배터리 단락이 검출되어 제어부(30)로부터 스위칭 소자(TR_SW)로 인가되는 제어신호가 차단된다. 또한 제어부(30)가 배터리 단락 상태를 일차적으로 판단한 후, 단속부(40)가 제어부(30)로부터 스위칭 소자(TR_SW)로 인가되는 제어신호를 이차적으로 차단함으로써 배터리 단락 상태 시 스위칭 소자(TR_SW)가 턴 온되어 과전류가 흐르는 현상을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락 검출 방법을 설명하면, 먼저 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 측정한다(S10). 임피던스 회로(10)는 정상 상태에서는 부하(LOAD)의 임피던스 값에 따른 분압비로 배터리 전압이 분배되어 인가되고, 배터리 단락 상태에서는 배터리 전압이 인가되도록 부하(LOAD)와 접속된다.
이어서, 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 기준 전압을 초과하는 경우(S20), 배터리 단락 상태로 판단하고(S30), 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압이 기준 전압 이하인 경우(S20), 정상 상태로 판단한다(S40). 기준 전압은 배터리 단락 상태를 판단하기 위해 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압과 비교되는 전압을 의미하며, 정상 상태에서 임피던스 회로(10)에 인가되는 전압을 고려하여 결정될 수 있다.
S10 단계 내지 S40 단계의 수행 주체는 전술한 제1 실시예에 따를 때에는 제어부(30)에 의해 수행될 수 있으며, 제2 실시예를 따를 때에는 제어부(30) 또는 단속부(40)에 의해서도 수행될 수 있다. 제1 및 제2 실시예 모두 S10 단계 내지 S40 단계를 통해 배터리 단락이 검출된 경우 스위칭 소자(TR_SW)가 턴 오프되도록 제어되는 구성에 있어서 동일하다.
이와 같이 본 실시예는, IC 소자의 동작 상태와 무관하게 상시 배터리 단락을 검출함으로써 배터리 단락에 대한 사전적인 판단이 가능하고, 이에 따라 디지털 출력 회로에 대한 보수가 용이하여 디지털 출력 회로의 동작 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 임피던스 회로
20: 측정부
30: 제어부
40: 단속부
41: 비교부
43: 스위치
45: 풀다운 저항
LOAD: 부하
TR_SW: 스위칭 소자

Claims (7)

  1. 정상 상태에서는 부하의 임피던스 값에 따른 분압비로 배터리 전압이 분배되어 인가되고, 배터리 단락 상태에서는 상기 배터리 전압이 인가되도록 상기 부하와 접속된 임피던스 회로; 및
    상기 임피던스 회로에 인가되는 전압을 감시하여 배터리 단락 상태를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 상기 부하를 구동시키기 위한 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 임피던스 회로는 상기 배터리 전압으로부터 그라운드로 이어지는 노드 상에서 상기 부하와 직렬 접속되어 상기 스위칭 소자의 온오프 동작 상태와 무관하게 상기 배터리 전압으로부터 전압을 인가받고,
    상기 제어부는, 상기 스위칭 소자의 턴 온 동작 및 턴 오프 동작시에도 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압을 감시하여 배터리 단락 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 단락 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 회로는 상기 부하의 종류를 고려하여 구성되되, 저항, 인덕터 및 커패시터 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 단락 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압이 미리 설정된 기준 전압을 초과하는 경우에 배터리 단락 상태인 것으로 판단하되, 상기 기준 전압은 정상 상태에서 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 배터리 단락 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 임피던스 회로에 인가되는 전압에 근거하여 상기 스위칭 소자에 대한 상기 제어부의 온오프 제어를 단속하는 단속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 단락 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단속부는, 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 스위칭 소자에 대한 상기 제어부의 온(ON) 제어를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 단락 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단속부는,
    상기 제어부 및 상기 스위칭 소자 간의 접속을 단속하는 스위치; 및
    상기 임피던스 회로에 인가되는 전압 및 상기 기준 전압을 비교하여 상기 스위치의 온오프를 제어하는 비교부;를 포함하되,
    상기 비교부는 상기 임피던스 회로에 인가되는 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 스위치를 턴 오프시킴으로써 상기 스위칭 소자에 대한 상기 제어부의 온(ON) 제어를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 단락 검출 장치.
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