KR102051176B1

KR102051176B1 - 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102051176B1
Application number: KR1020160128488A
Authority: KR
Inventors: 김태윤; 최일훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2019-12-02
Also published as: US20190120878A1; JP2019514340A; EP3432012B1; US10901002B2; CN209167457U; WO2018066839A1; PL3432012T3; EP3432012A4; KR20180037812A; EP3432012A1; JP6694548B2

Abstract

본 발명은 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 병렬 연결된 하나 이상의 퓨즈의 상태를 진단하기 위하여, 배터리와 병렬 연결되도록 퓨즈의 일측에 저항부와 진단 저항을 연결하고 전압 분배를 이용하여 진단 저항에 인가되는 배터리의 전압을 산출함으로써, 퓨즈의 상태를 진단할 수 있는 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODE FOR FUSE DIAGNOSIS USING VOLTAGE DISTRIBUTION}

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

2차 전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.

이와 같이 복수 개 집합되는 형태로 사용되는 경우, 과전류가 흐르는 등의 동작 이상이 발생했을 경우 과열에 의하여 단위 셀이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 생길 수 있다. 따라서 퓨즈와 같은 보호 소자를 사용함으로써, 과전류로부터 단위 셀의 파손을 방지하고, 과전류로부터 부하를 분리시켜 부하를 보호해야 한다.

종래에는 배터리 셀에서 발생하는 과전류 및 외부의 쇼트로부터 부하를 보호하기 위해 퓨즈를 포함하는 안전장치가 설계되어 있다. 그러나 퓨즈가 정상 동작하지 않는 경우. 과전류 및 외부의 쇼트로부터 부하를 안전하게 보호할 수 없기 때문에, 퓨즈의 상태를 진단하기 위한 별도의 시스템을 구축하거나, 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)에 퓨즈를 진단하는 구성이 필요했다. 그러나 별도의 시스템 및 추가적인 구성을 구비함으로써 배터리 팩 및 배터리 관리 시스템의 부피 및 가격이 증가한다는 단점이 있다. 이러한 부피 및 가격의 증가는 2차 전지의 고효율화 및 고 에너지 밀도화에 악영향을 끼치기 때문에 퓨즈 진단 장치의 부피를 감소시키고, 가격을 절감시킬 필요성이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1394751호

본 발명의 목적은, 병렬 연결된 하나 이상의 단자와 각각 연결된 하나 이상의 퓨즈의 상태를 진단하기 위하여 배터리와 병렬 연결 되도록 하나 이상의 퓨즈의 일측에 하나 이상의 저항을 및 진단 저항을 연결하고, 전압 분배를 이용하여 진단 저항에 인가되는 배터리 전압을 산출함으로써, 퓨즈의 상태를 진단할 수 있는 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 외부에 위치하는 하나의 ADC 변환기를 사용하여 전압 분배된 전압을 입력 받고 이를 기반으로 하나 이상의 퓨즈의 상태를 진단함으로써, 부피 및 가격을 감소시킬 수 있는 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치는, 배터리 및 하나 이상의 단자와 연결되어 배터리로부터 발생하는 과전압 및 과전류를 차단하며, 병렬 연결된 복수의 퓨즈를 포함하는 퓨즈부; 상기 퓨즈부의 상태를 진단하기 위한 진단 저항; 일측이 상기 퓨즈부와 연결되고 타측이 상기 진단 저항과 연결되며, 복수의 저항을 포함하는 저항부; 및 전압 분배를 이용하여 상기 저항부 및 상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 산출하고, 상기 산출된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 제어부;를 포함하되, 상기 저항부는, 상기 복수의 저항의 일측이 상기 복수의 퓨즈와 각각 연결되며, 상기 복수의 저항 각각의 크기는 서로 상이할 수 있다.

삭제

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치는, 상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 ADC 변환부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단할 수 있다.

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치는, 상기 배터리의 상태를 진단하기 위한 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 기준전압에 기반하여 상기 진단 저항에 인가될 전압을 산출하고, 상기 진단 저항에 인가된 전압과 상기 산출된 전압을 비교하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단할 수 있다.

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치는, 상기 저항부와 상기 진단 저항 사이에 위치하며, 상기 저항부와 상기 진단 저항을 연결 및 단락하는 스위치부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 진단 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시키고, 상기 인가된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단할 수 있다.

상기 퓨즈부, 상기 저항부 및 상기 진단 저항은 하나의 퓨즈 진단부로 구성될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 퓨즈 진단부 외부에 위치할 수 있다.

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치는, 상기 하나 이상의 단자와 연결되어 상기 배터리의 충전 및 방전을 수행하는 충방전부; 상기 배터리의 충전 전위에 기반하여 상기 충방전부를 제어하는 1차 보호부; 및 상기 배터리의 충전 상태에 기반하여 상기 퓨즈부를 동작시키는 2차 보호부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 배터리를 제외한 부품들은 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리와 결합되며, 상기 인쇄 회로 기판으로 제작될 때, 상기 퓨즈부와 상기 2차 보호부는 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은, 퓨즈부가 배터리 및 하나 이상의 단자와 연결되어 배터리로부터 발생하는 과전압 및 과전류를 차단하는 단계; 진단 저항을 통해 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계; 저항부를 통해 일측이 상기 퓨즈부와 연결되고 타측이 상기 진단 저항과 연결되는 단계; 및 제어부가 전압 분배를 이용하여 상기 저항부 및 상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 산출하고, 상기 산출된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 포함하며, 상기 차단하는 단계는, 상기 퓨즈부에 포함되는 병렬 연결된 복수의 퓨즈가 상기 하나 이상의 단자와 각각 연결되는 단계; 및 상기 저항부에 포함되는 각각의 크기가 서로 상이한 복수의 저항의 일측이 상기 복수의 퓨즈와 각각 연결되는 단계;를 포함할 수 있다.

삭제

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은, ADC 변환부가 상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 진단하는 단계는, 상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은, 상기 배터리의 상태를 진단하기 위한 기준전압을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 진단하는 단계는, 상기 기준전압에 기반하여 상기 진단 저항에 인가될 전압을 산출하고, 상기 진단 저항에 인가된 전압과 상기 산출된 전압을 비교하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은, 스위치부가 상기 저항부와 상기 진단 저항 사이에 위치하며, 상기 저항부와 상기 진단 저항을 연결 및 단락하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 진단하는 단계는, 상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 진단 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시키고, 상기 인가된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은, 상기 퓨즈부, 상기 저항부 및 상기 진단 저항을 하나의 퓨즈 진단부로 구성하는 단계; 및 상기 제어부를 상기 퓨즈 진단부 외부에 위치시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은, 충방전부가 상기 하나 이상의 단자와 연결되어 상기 배터리의 충전 및 방전을 수행하는 단계; 1차 보호부가 상기 배터리의 충전 전위에 기반하여 상기 충방전부를 제어하는 단계; 2차 보호부가 상기 배터리의 충전 상태에 기반하여 상기 퓨즈부를 동작시키는 단계; 및 상기 배터리를 제외한 부품들은 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리와 결합되며, 상기 인쇄 회로 기판으로 제작될 때, 상기 퓨즈부와 상기 2차 보호부는 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 병렬 연결된 하나 이상의 단자와 각각 연결된 하나 이상의 퓨즈의 상태를 진단하기 위하여 배터리와 병렬 연결 되도록 하나 이상의 퓨즈의 일측에 하나 이상의 저항을 및 진단 저항을 연결하고, 전압 분배를 이용하여 진단 저항에 인가되는 배터리 전압을 산출함으로써, 퓨즈의 상태를 진단할 수 있는 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 외부에 위치하는 하나의 ADC 변환기를 사용하여 전압 분배된 전압을 입력 받고 이를 기반으로 하나 이상의 퓨즈의 상태를 진단함으로써, 부피 및 가격을 감소시킬 수 있는 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치가 전기 자동차(1)에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 션트저항를 이용한 전류 측정 장치는 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.

전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.

배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.

여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 배터리(10)는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수 있다.

또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 배터리(10)는 하나 이상의 전지 팩을 포함할 수 있다.

BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, BMS(20)는 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, BMS(20)는 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.

BMS(20)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치(100)를 포함하거나 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치(100)에 연결되어 동작할 수 있다. BMS(20)는 배터리(10)와 병렬 연결되도록 퓨즈부(110)와 저항부(130) 및 진단 저항(140)을 연결하고, 진단 저항(140)에 인가된 전압과 기준전압을 비교함으로써, 퓨즈부(110)를 진단 할 수 있다.

ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, ECU(30)는 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.

또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.

인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.

모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.

이하 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치에 대해서 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치(100)는 퓨즈부(110), 기준전압 생성부(120), 저항부(130), 진단 저항(140), 스위치부(150), ADC 변환부(160) 및 제어부(170)을 포함할 수 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제 될 수 있다.

퓨즈부(110)는 배터리(10) 및 하나 이상의 단자와 연결되어 배터리로부터 발생하는 과전압 및 과전류를 차단할 수 있다. 이를 위해 퓨즈부(110)는 하나 이상의 퓨즈를 포함할 수 있다. 하나 이상의 퓨즈는 병렬 연결되어 하나 이상의 단자와 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나의 배터리(10)에 2개의 단자가 구성되는 경우, 배터리(10)와 각각의 단자 사이에 퓨즈를 위치시킴으로써, 2개의 단자와 2개의 퓨즈를 연결시킬 수 있다. 배터리(10)에서 과전압 및 과전류가 발생하는 경우, 각각의 2개의 단자와 각각 연결된 퓨즈가 개별적으로 동작함으로써, 과전압 및 과전류로부터 부하를 보호할 수 있다.

기준전압 생성부(120)는 배터리(10)의 상태를 진단하기 위한 기준전압을 생성할 수 있다. 여기서 기준전압은 배터리(10)가 정상 작동하는 시점에서 측정된 전압값일 수 있으며, 후술되는 제어부(170)을 통해 배터리(10)의 상태를 진단 또는 퓨즈부(110)의 상태를 진단하는 기준값일 수 있다. 일 예로, 기준전압은 400V일 수 있으며, 배터리(10)에서 측정된 전압이 기준 직류전압 400V이상인 경우, 후술되는 제어부(170)를 통해 배터리(10)의 상태를 이상 상태로 진단할 수 있다. 또한 기준전압 400V를 통해 후술되는 진단 저항(140)에 인가될 기준전압을 산출할 수 있고, 진단 저항(140)에 인가될 기준전압과 진단 저항(140)에 인가된 저항을 비교함으로써 퓨즈부(110)의 상태를 진단할 수 있다.

기준전압 생성부(120)는 하나 이상의 저항을 포함할 수 있으며, 전압 분배법칙을 이용하여 기준전압을 생성할 수 있다. 일 예로, 후술되는 제어부(170)가 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit; MCU)인 경우, MCU는 4V 내지 5V 크기의 전압값을 지원할 수 있다. 그러나 배터리(10)는 400V 내지 500V 크기로 비교적 고전압이기 때문에 배터리(10)에서 출력되는 전원을 바로 인가받아 사용하는데 어려움이 있다. 따라서 전압 분배법칙을 이용하여 배터리(10)에서 인가되는 전압을 낮춰줌으로써, MCU가 지원하는 정도의 전압크기로 조절할 수 있다. 예를 들어, 기준전압 생성부(120)는 1MΩ 크기의 저항과 10kΩ를 포함할 수 있다. 배터리(10)의 전압이 400V인 경우, 400V의 전압은 1MΩ 및 10kΩ에 인가되고 전압 분배법칙에 의하여 (400V * 10kΩ) /1010kΩ이 됨으로써, 3.96V의 기준전압이 생성되게 된다.

추가적으로 기준전압 생성부(120)는 하나 이상의 저항 사이에 하나 이상의 스위치를 포함시킬 수 있으며, 이를 통해 기준전압을 생성하고자 하는 경우에만 스위치를 동작시킴으로써, 불필요한 전력 손실 및 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

저항부(130)는 일측이 퓨즈부(110)와 연결되고 타측이 후술되는 진단 저항(140)에 연결될 수 있다. 저항부(130)는 하나 이상의 퓨즈에 각각 연결되기 위하여 하나 이상의 저항을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 저항은 병렬 연결된 하나 이상의 퓨즈에 각각 연결하기 위해 병렬 연결될 수 있다.

저항부(130)에 포함된 하나 이상의 저항은 크기가 서로 상이할 수 있으며, 이를 통해 하나 이상의 퓨즈의 상태에 이상이 발생한 경우, 후술되는 제어부(170)에서 어떤 퓨즈에서 이상이 발생하였는지를 확인할 수 있다.

진단 저항(140)은 퓨즈부(110)의 상태를 진단하기 위해 저항부(130)에 연결될 수 있다. 여기서 저항부(130)와 진단 저항(140)은 전압 분배를 위해 사용되는 저항이며, 저항부(130)에 포함된 하나 이상의 저항의 크기가 진단 저항(140)보다 큰 값일 수 있다. 일 예로, 저항부(130)에 포함된 저항의 크기가 2MΩ 및 3MΩ일 수 있으며, 진단 저항(140)의 크기는 10kΩ일 수 있다.

스위치부(150)는 저항부(130)와 진단 저항(140) 사이에 위치할 수 있으며, 저항부(130)와 진단 저항(140)을 연결 및 단락할 수 있다. 스위치부(150)는 하나 이상의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 스위치부(150)는 후술되는 제어부(170)에 제어를 받아 온/오프 동작을 함으로써, 저항부(130) 및 진단 저항(140)을 연결 및 단락할 수 있다. 이를 통해 퓨즈부(110)의 상태를 진단하고자 하는 경우에만 스위치부(150)의 동작을 제어하여 저항부(130)와 진단 저항(140)을 연결함으로써, 불필요한 전력 손실 및 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

ADC 변환부(160)는 진단 저항(140)에 인가되는 배터리(10)의 전압을 디지털 신호로 변환할 수 있다. ADC 변환부(160)는 기준전압 생성부(120)으로부터 생성된 기준전압 및 진단 저항(140)으로부터 측정된 배터리(10)의 전압을 아날로그로 입력받아 이를 디지털 신호화하여 후술되는 제어부(170)으로 출력함으로써, 후술되는 제어부(170)가 디지털 신호를 기반으로 퓨즈부(110)의 상태를 진단하도록 할 수 있다.

제어부(170)는 전압 분배를 이용하여 저항부(130) 및 진단 저항(140)에 인가되는 배터리(10)의 전압으로부터 진단 저항(140)에 인가되는 전압을 산출할 수 있다. 또한 산출된 전압에 기반하여 퓨즈의 상태를 진단할 수 있다.

또한, 제어부(170)는 기준전압 생성부(120)에서 생성된 기준전압에 기반하여 진단 저항(140)에 인가될 전압을 산출할 수 있다. 또한 진단 저항(140)에 인가된 전압과 산출된 기준전압을 비교하여 퓨즈부(110)의 상태를 진단할 수 있다.

표 1 및 도 3을 참조하여 예를 들어 설명하면, 배터리(10)의 기준전압이 400V인 경우, 퓨즈1(110-1) 및 퓨즈2(110-2)가 병렬 연결된 상태에서 저항1(130-1) 및 저항(130-2)가 각각 연결될 수 있다. 저항1(130-1) 및 저항2(130-2)의 크기는 각각 2MΩ 및 3MΩ일 수 있으며, 실제 크기는 1.996MΩ 및 2.994MΩ일 수 있다. 또한 진단 저항(140)의 크기는 그 10kΩ일 수 있다. 제어부(170)는 기준전압 생성부(120)에서 제공받은 기준전압을 토대로 배터리(10)의 전압이 100V 내지 500V인 경우마다 진단 저항(140)에 인가될 전압을 산출할 수 있다. 표 1에서와 같이 배터리(10)의 전압이 400V이고 퓨즈1(110-1) 및 퓨즈2(110-2)에 이상이 없는 경우, 진단 저항(140)에서 측정되는 전압값은 3.312V가 될 수 있다. 그러나 만약 퓨즈2(110-2)에 이상이 발생하여 퓨즈2(110-2)가 오프 상태가 되면, 퓨즈2(110-2)와 연결된 저항2(130-2)도 역시 오프상태가 되어 배터리(10)의 전압이 퓨즈1(110-1)과 저항1(130-1)에만 인가되게 되어, 진단 저항(140)에 인가되는 전압값은 1.987V가 될 수 있다. 또한 퓨즈1(110-1)가 오프 상태가 되면, 퓨즈1(110-1)과 연결된 저항1(130-1)도 역시 오프 상태가 되어 배터리(10)의 전압이 퓨즈2(110-2)와 저항2(130-2)에만 인가되게 되어, 진단 저항(140)에 인가되는 전압값은 1.332V가 될 수 있다. 따라서 제어부(170)은 진단 저항(140)에 인가된 전압이 3.312V인 경우, 퓨즈부(110)가 정상 상태라고 진단할 수 있으며, 1.987V인 경우, 퓨즈2(110-2)의 상태에 이상이 있다는 것을 진단 할 수 있다.

기준전압	퓨즈1	퓨즈2	저항1	저항2	진단 저항	예상 전압
200	200	200	1.996MΩ	2.994MΩ	10KΩ	1.656
400	400	400	1.996MΩ	2.994MΩ	10KΩ	3.312
400	400	-400	1.996MΩ	2.994MΩ	10KΩ	0.662
400	400	-200	1.996MΩ	2.994MΩ	10KΩ	1.325
400	400	0	1.996MΩ	2.994MΩ	10KΩ	1.987
400	400	200	1.996MΩ	2.994MΩ	10KΩ	2.650
400	0	400	1.996MΩ	2.994MΩ	10KΩ	1.332

본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치(100)는 퓨즈부(110), 저항부(130) 및 진단 저항(140)을 하나의 퓨즈 진단부(180)로 구성 할 수 있으며, 제어부(170)는 퓨즈 진단부(180) 외부에 위치할 수 있다. 일 예로, 직렬로 연결된 복수의 퓨즈에 대하여 퓨즈의 상태를 진단하고자 하는 경우, 복수의 퓨즈에 저항부(130) 및 진단 저항(140)을 각각 연결하고, 진단 저항(140)에 인가되는 복수의 전압을 외부에 위치한 ADC 변환부(160) 및 제어부(170)에 제공함으로써, 외부에 위치한 하나의 ADC 변환부(160) 및 제어부(170)로 복수의 퓨즈의 상태를 진단할 수 있다.

다른 일 실시예에서, 퓨즈부(110)는 진단하고자 하는 다른 구성 요소로 대체하여 사용할 수 있다. 일 예로, 릴레이의 상태를 진단하고자 하는 경우, 상기와 같은 방법으로 릴레이에 저항부(130) 및 진단 저항(140)을 연결하고 진단 저항(140)에 인가되는 전압의 크기를 측정함으로써, 릴레이의 상태를 진단할 수 있다. 또한 배터리와 부하를 연결 및 단락하는 단자의 상태를 측정하고자 하는 경우에도 사용할 수 있다. 이를 통해 배터리(10) 팩 또는 BMS 내부에 위치하는 복수의 구성요소들의 상태를 하나의 외부 ADC 변환부(160) 및 제어부(170)로 측정할 수 있다.

이와 같이 퓨즈부(110), 릴레이 및 단자와 같이 배터리(10) 팩 또는 BMS 내부에 위치하는 복수의 구성요소들의 상태를 하나의 외부 ADC 변환부(160) 및 제어부(170)로 측정하고 진단을 위한 추가 구성요소를 사용하지 않음으로써, 또는 별도의 시스템을 구축하지 않음으로써, 배터리(10) 팩 및 BMS의 부피 및 가격을 절감시킬 수 있다.

추가적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치(100)는 충방전부(190), 1차 보호부(200) 및 2차 보호부(210)를 포함할 수 있다.

충방전부(190)는 하나 이상의 단자와 연결되어 배터리(10)의 충전 및 방전을 수행할 수 있다.

1차 보호부(200)는 배터리(10)의 충전 전위에 기반하여 충방전부(190)를 제어할 수 있다. 일 예로, 1차 보호부(200)는 배터리(10)의 충전 전위가 기준 전위 이상인 경우, 충방전부의 동작을 오프제어 함으로써, 배터리(10)의 충전 전위가 높아지는 것을 방지할 수 있다.

2차 보호부(210)는 배터리(10)의 충전 상태에 기반하여 퓨즈부(110)를 제어할 수 있다. 일 예로, 2차 보호부(210)는 배터리(10)의 충전 상태가 과충전 상태인 경우, 퓨즈부(110)를 정상 동작하도록 제어함으로써, 과충전된 배터리(10)가 방전하여 충전 전위가 낮아지도록 할 수 있다.

여기서 2차 보호부(210) 및 퓨즈부(110)는 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 형성될 수 있다.

일반적으로 배터리(10)를 제외한 부품들은 인쇄 회로 기판에 제작된 후 배터리(10)와 결합될 수 있다. 이때, 배터리(10)의 과전류 및 과전압이 발생하는 경우 또는 온도가 높아지는 경우 퓨즈부(110)에 영향을 줄 수 있다. 이러한 영향으로 퓨즈부(110)에 포함된 하나 이상의 퓨즈는 정상 동작하지 않을 수 있으며, 이상 상태의 배터리(10)로부터 부하를 안전하게 보호할 수 없다. 따라서 퓨즈부(110) 및 이를 제어하는 2차 보호부(210)를 다른 부품들과 공간적으로 분리하여 독립시킴으로써, 이상 상태의 배터리(10)로부터 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 또한 이를 바탕으로 이상 상태의 배터리(10)로부터 안전하게 부하를 보호할 수 있다.

이하 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른, 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법(S100)에 대해서 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법(S110)이 개시되면, 배터리의 전압이 진단하고자 하는 퓨즈와 연결된 저항부 및 진단 저항에 인가된다(S101). 단계(S101)에서 인가된 배터리의 전압 및 전압 분배 법칙을 기반으로 진단 저항에 인가된 전압을 산출한다(S102). 이때, 기준전압 생성부는 배터리의 기준전압을 측정하고, 이를 바탕으로 진단 저항에 인가될 전압을 산출하여 진단 저항에 인가될 기준전압을 설정한다(S103 및 S104). 단계(S102)에서 산출된 진단 저항에 인가된 전압과 단계(S104)에서 산출된 기준전압을 ADC변환부에서 디지털 신호로 변환한다(S104). 단계(S104)에서 변환된 디지털 신호는 제어부로 제공되며, 제어부에서 진단 저항에 인가된 전압과 기준전압을 비교한다(S105). 단계(S105)에서 진단 저항에 인가된 전압과 산출된 기준전압이 동일한 경우 또는, 허용 오차범위 내에 포함된 경우, 퓨즈의 상태를 정상 상태로 진단하고, 정상 동작을 수행한다(S106). 반면, 진단 저항에 인가된 전압과 산출된 기준전압이 동일하지 않는 경우 또는, 허용 오차범위 내에 포함되지 않는 경우, 퓨즈의 상태를 이상 상태로 진단하고 이상을 진단한다(S107). 하나 이상의 퓨즈를 진단 한 경우 크기가 상이한 저항을 사용함으로써, 단계(S107)에서 어떤 퓨즈에 이상이 발생했는지 알 수 있으며, 이를 통해 이상이 발생한 퓨즈를 제어한다(S108). 다른 일 실시예에서 이상이 발생한 퓨즈에 대하여 외부로 결과를 출력하여, 사용자로 하여금 알 수 있도록 한다.

전술한 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다.

10: 배터리
110: 퓨즈부
120: 기준전압 생성부
130: 저항부
140: 진단 저항
150: 스위치부
160: ADC 변환부
170: 제어부

Claims

배터리 및 하나 이상의 단자와 연결되어 배터리로부터 발생하는 과전압 및 과전류를 차단하며, 병렬 연결된 복수의 퓨즈를 포함하는 퓨즈부;
상기 퓨즈부의 상태를 진단하기 위한 진단 저항;
일측이 상기 퓨즈부와 연결되고 타측이 상기 진단 저항과 연결되며, 복수의 저항을 포함하는 저항부; 및
전압 분배를 이용하여 상기 저항부 및 상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 산출하고, 상기 산출된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 제어부;를 포함하되,
상기 저항부는,
상기 복수의 저항의 일측이 상기 복수의 퓨즈와 각각 연결되며, 상기 복수의 저항 각각의 크기는 서로 상이한 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 ADC 변환부;를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 퓨즈부의 상태를 진단하기 위한 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부;를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 기준전압에 기반하여 상기 진단 저항에 인가될 전압을 산출하고, 상기 진단 저항에 인가된 전압과 상기 산출된 전압을 비교하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 저항부와 상기 진단 저항 사이에 위치하며, 상기 저항부와 상기 진단 저항을 연결 및 단락하는 스위치부;를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 진단 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시키고, 상기 인가된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 퓨즈부, 상기 저항부 및 상기 진단 저항은 하나의 퓨즈 진단부로 구성되며, 상기 제어부는 상기 퓨즈 진단부 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 단자와 연결되어 상기 배터리의 충전 및 방전을 수행하는 충방전부;
상기 배터리의 충전 전위에 기반하여 상기 충방전부를 제어하는 1차 보호부; 및
상기 배터리의 충전 상태에 기반하여 상기 퓨즈부를 동작시키는 2차 보호부;를 더 포함하며,
상기 배터리를 제외한 부품들은 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리와 결합되며, 상기 인쇄 회로 기판으로 제작될 때, 상기 퓨즈부와 상기 2차 보호부는 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 장치.
퓨즈부가 배터리 및 하나 이상의 단자와 연결되어 배터리로부터 발생하는 과전압 및 과전류를 차단하는 단계;
진단 저항을 통해 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;
저항부를 통해 일측이 상기 퓨즈부와 연결되고 타측이 상기 진단 저항과 연결되는 단계; 및
제어부가 전압 분배를 이용하여 상기 저항부 및 상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 산출하고, 상기 산출된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 포함하며,
상기 차단하는 단계는,
상기 퓨즈부에 포함되는 병렬 연결된 복수의 퓨즈가 상기 하나 이상의 단자와 각각 연결되는 단계; 및
상기 저항부에 포함되는 각각의 크기가 서로 상이한 복수의 저항의 일측이 상기 복수의 퓨즈와 각각 연결되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은,
ADC 변환부가 상기 진단 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계;를 더 포함하며,
상기 진단하는 단계는,
상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법.
제8항에 있어서,
상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은,
상기 퓨즈부의 상태를 진단하기 위한 기준전압을 생성하는 단계;;를 더 포함하며,
상기 진단하는 단계는,
상기 기준전압에 기반하여 상기 진단 저항에 인가될 전압을 산출하고, 상기 진단 저항에 인가된 전압과 상기 산출된 전압을 비교하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법.
제8항에 있어서,
스위치부가 상기 저항부와 상기 진단 저항 사이에 위치하며, 상기 저항부와 상기 진단 저항을 연결 및 단락하는 단계;를 더 포함하며,
상기 진단하는 단계는,
상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 진단 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시키고, 상기 인가된 전압에 기반하여 상기 퓨즈부의 상태를 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법.
제8항에 있어서,
상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은,
상기 퓨즈부, 상기 저항부 및 상기 진단 저항을 하나의 퓨즈 진단부로 구성하는 단계; 및
상기 제어부를 상기 퓨즈 진단부 외부에 위치시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법.
제8항에 있어서,
상기 전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법은,
충방전부가 상기 하나 이상의 단자와 연결되어 상기 배터리의 충전 및 방전을 수행하는 단계;
1차 보호부가 상기 배터리의 충전 전위에 기반하여 상기 충방전부를 제어하는 단계;
2차 보호부가 상기 배터리의 충전 상태에 기반하여 상기 퓨즈부를 동작시키는 단계; 및
상기 배터리를 제외한 부품들은 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리와 결합되며, 상기 인쇄 회로 기판으로 제작될 때, 상기 퓨즈부와 상기 2차 보호부는 다른 부품들과 공간적으로 독립되도록 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전압 분배를 이용한 퓨즈 진단 방법.