KR102412313B1 - 스위치 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 구비된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 과정에서 효과적으로 스위치를 진단할 수 있는 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 서로 직렬 연결된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 장치로서, 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 양단 전압을 각각 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부; 및 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 개폐 동작을 선택적으로 제어하고, 상기 전압 측정부로부터 측정 전압값을 수신하며, 상기 전류 측정부로부터 측정 전류값을 수신하여, 상기 측정 전압값과 상기 측정 전류값 중 적어도 하나를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태, 클로즈 스턱 상태, 드리프트 상태 및 외부 단락 상태 중 적어도 하나의 상태를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

Description

스위치 진단 장치 및 방법{Apparatus and method for diagnosing switch}
본 발명은 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩에 구비된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 과정에서 효과적으로 스위치를 진단할 수 있는 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히 전기차나 하이브리드 자동차에 사용되는 이차 전지는 고출력, 대용량 이차 전지로서, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
또한, 이차 전지에 대한 많은 수요와 함께 이차 전지와 관련된 주변 부품이나 장치에 대한 연구도 함께 이루어지고 있다. 즉, 복수의 이차 전지를 연결하여 하나의 모듈로 만든 배터리 모듈, 배터리 모듈의 충방전을 제어하고 각 이차 전지의 상태를 모니터링하는 BMS, 배터리 모듈과 BMS를 하나의 팩으로 만든 배터리 팩, 배터리 모듈을 모터와 같은 부하와 연결하는 스위치(Switch) 등 다양한 부품과 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
특히, 스위치는 배터리 모듈과 부하를 연결하고, 전력의 공급여부를 제어하는 스위치로서 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 일 예로 널리 사용되는 리튬 이온 이차 전지의 작동 전압은 약 3.7V ~ 4.2V로서, 고전압을 제공하기 위해 다수의 이차 전지를 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성한다. 이러한 배터리 모듈과 모터를 연결하는 스위치는 고전압, 고출력의 전기 에너지가 상시 통과하는 부품으로서 오픈 스턱(Open Stuck) 상태, 클로즈 스턱(Closed Stuck) 상태 및 드리프트(Drift) 상태 등의 이상(Fault) 발생 여부를 모니터링하는 것이 매우 중요하다.
한편, 전기 자동차 등 전기 에너지를 필요로 하는 다양한 장치들은 전원 시스템이 필수적이다. 전원 시스템은 적어도 하나의 스위치를 선택적으로 개폐함으로써 배터리와 부하 사이의 안정적인 전원 공급을 담당한다. 전원 시스템의 안전과 관련하여, 외부 단락 사고 등의 발생 여부를 진단하는 것이 필요하다. 상기 외부 단락(Short) 사고가 발생하는 경우, 자동차 급발진 등의 위험이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 배터리 팩에 구비된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 과정에서 효과적으로 스위치를 진단할 수 있는 개선된 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 서로 직렬 연결된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 장치로서, 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 양단 전압을 각각 측정하도록 구성된 전압 측정부; 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부; 및 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 개폐 동작을 선택적으로 제어하고, 상기 전압 측정부로부터 측정 전압값을 수신하며, 상기 전류 측정부로부터 측정 전류값을 수신하여, 상기 측정 전압값과 상기 측정 전류값 중 적어도 하나를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태, 클로즈 스턱 상태, 드리프트 상태 및 외부 단락 상태 중 적어도 하나의 상태를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 상기 충방전 경로에 일단이 전기적으로 연결되어, 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치 중 적어도 하나로 진단 전원을 공급할 수 있도록 구성된 진단 전원부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 진단 전원부의 전원 공급을 제어하고, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 양단 전압차를 각각 연산하며, 연산된 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 양단 전압차를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 미리 저장된 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 각각의 턴온 상태 저항값을 기초로 정상 상태 양단 전압차를 연산하고, 연산된 상기 정상 상태 양단 전압차를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 상기 충전 스위치는, 서로 병렬 연결된 제1 충전 스위치 및 제2 충전 스위치를 구비하고, 상기 방전 스위치는, 서로 병렬 연결된 제1 방전 스위치 및 제2 방전 스위치를 구비하며, 상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치에 각각 인접하여 상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치 각각의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 온도 측정부로부터 상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치 각각의 온도 측정값을 수신하고, 수신한 상기 온도 측정값 및 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 양단 전압차를 기초로 상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치 각각의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
또한, 상기 전압 측정부는, 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치 사이의 측정 지점, 상기 충전 스위치의 타단의 측정 지점 및 상기 방전 스위치의 타단의 측정 지점과 전기적으로 각각 연결되어 각 측정 지점의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 각 측정 지점의 측정 전압값을 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 측정 전류값을 기초로 미리 설정된 기준 시간 동안의 상기 측정 전류값을 적산하여 전류 적산값을 연산하고, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 기준 시간 동안의 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 누적 전압 강하값을 연산할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 누적 전압 강하값을 상기 전류 적산값으로 나누어 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 합성 저항값을 연산하고, 연산된 상기 합성 저항값을 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 드리프트 상태 여부를 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 상기 프로세서와 전기적으로 연결되어 상기 프로세서로 외부 단락 신호를 전달하도록 구성된 진단 신호부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 진단 신호부로부터 상기 외부 단락 신호를 수신하는 경우, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS는, 본 발명에 따른 스위치 진단 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 스위치 진단 장치를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 방법은, 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 서로 직렬 연결된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 방법으로서, 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 양단 전압을 각각 측정하는 단계; 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 개폐 동작을 선택적으로 제어하고, 상기 전압 측정 단계에 의해 측정된 측정 전압값을 수신하며, 상기 전류 측정 단계에 의해 측정된 측정 전류값을 수신하여, 상기 측정 전압값과 상기 측정 전류값 중 적어도 하나를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태, 클로즈 스턱 상태, 드리프트 상태 및 외부 단락 상태 중 적어도 하나의 상태를 진단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 전압 측정값과 전류 측정값을 이용하여, 스위치의 오픈 스턱 상태, 클로즈 스턱 상태, 드리프트 상태 및 외부 단락 상태를 효과적으로 진단하여 진단 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 온도 측정값을 이용하여, 효과적으로 복수의 스위치 중 특정 스위치의 이상 발생 여부를 진단할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 차량의 주행 중에 스위치의 저항값 변화를 검출함으로써, 스위치의 드리프트 상태 여부를 진단하여, 주행 중 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 있는 개선된 스위치 진단 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
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 안 되며, 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '프로세서'와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 이차 전지는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 이차 전지로 간주될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 배터리 팩에 구비된 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)를 진단하는 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 배터리 팩에 구비된 셀 어셈블리(10)의 충방전 경로(L) 상에 구비되어 서로 직렬 연결된 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)를 진단하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 어셈블리(10)는, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 리튬이온전지 일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(10)로 충방전 전류를 공급하는 충방전 경로(L)상에 서로 직렬 연결된 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)를 구비할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 서로 병렬 연결된 복수의 충전 스위치(50)를 구비할 수 있다. 또한, 스위치 진단 장치는, 서로 병렬 연결된 복수의 방전 스위치(30)를 구비할 수 있다.
상기 충전 스위치(50)는, 셀 어셈블리(10)를 충전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 충방전 경로(L)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 충전 스위치(50)는, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자 사이의 충방전 경로(L) 상에 위치하여 셀 어셈블리(10)를 충전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 충방전 경로(L)를 개폐할 수 있다.
상기 방전 스위치(30)는, 셀 어셈블리(10)를 방전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 충방전 경로(L)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 방전 스위치(30)는, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자 사이의 충방전 경로(L) 상에 위치하여 셀 어셈블리(10)를 방전시키는 방향으로 전류가 흐르도록 충방전 경로(L)를 개폐할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치에서는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 방전 스위치(30)의 일단이 셀 어셈블리(10)의 양극 단자와 직접 연결되고 충전 스위치(50)의 일단이 배터리 팩의 양극 단자와 직접 연결되도록 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)가 직렬 연결될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30)는, 게이트, 드레인 및 소스 단자를 구비한 FET(Field Effect Transistor)소자일 수 있다. 여기서, FET소자는, 게이트 단자와 소스 단자 사이에 인가된 전압에 따른 채널 형성 여부에 의해 온 되거나 오프 될 수 있다. 일 예로, 상기 FET소자는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 전압 측정부(100), 전류 측정부(200) 및 프로세서(300)를 포함한다.
상기 전압 측정부(100)는, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30) 사이의 제1 측정 지점(N1), 충전 스위치(50)의 타단의 제2 측정 지점(N2) 및 방전 스위치(30)의 타단의 제3 측정 지점(N3)과 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(100)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 방전 스위치(30)와 충전 스위치(50)의 양단과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 전압 측정부(100)는, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전압 측정부(100)는, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)으로부터 수신한 전기적 신호를 기초로 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 전압을 측정할 수 있다.
바람직하게는, 전압 측정부(100)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전압 측정부(100)는, 프로세서(300)의 통제 하에 시간 간격을 두고 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(300)로 출력할 수 있다. 또한, 전압 측정부(100)는, 방전 스위치(30)와 충전 스위치(50)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전압 측정부(100)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로를 이용하여 구현될 수 있다.
상기 전류 측정부(200)는, 충방전 경로(L) 상에 구비되어 충방전 경로(L)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정부(200)는, 셀 어셈블리(10)와 연결된 충방전 경로(L)상에 구비된 전류 센서와 전기적으로 연결되어, 전류 센서로부터 전기적 신호를 수신할 수 있다. 또한, 전류 측정부(200)는, 전류 센서로부터 수신한 전기적 신호를 기초로 충방전 경로(L)를 흐르는 충방전 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정부(200)는, 충방전 경로(L) 상에 구비될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정부(200)는, 충방전 경로(L) 상에 구비된 전류 센서의 양단과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 전류 센서는, 셀 어셈블리(10)의 음극 단자와 배터리 팩의 음극 단자 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전류 측정부(200)는, 전류 센서의 양단 전압을 측정하고, 전류 센서의 양단 전압을 기초로 충방전 경로(L)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(200)는, 전류 센서의 저항값과 전류 센서의 양단 전압을 기초로 옴의 법칙을 이용하여 충방전 경로(L)를 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
바람직하게는, 전류 측정부(200)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전류 측정부(200)는, 프로세서(300)의 통제하에 시간 간격을 두고 셀 어셈블리(10)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 반복 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(300)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(200)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 구현될 수 있다.
상기 프로세서(300)는, 전압 측정부(100) 및 전류 측정부(200)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 각각 연결될 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 전압 측정부(100) 및 전류 측정부(200)로부터 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값과 충방전 전류의 측정 전류값을 각각 수신할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30)와 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 각각 연결되어, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 개폐 동작을 선택적으로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값과 측정 전류값 중 적어도 하나를 기초로 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 오픈 스턱(Open Stuck) 상태, 클로즈 스턱(Closed Stuck) 상태, 드리프트(Drift) 상태 및 외부 단락(Short) 상태 중 적어도 하나의 상태를 진단할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 메모리 디바이스(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 메모리 디바이스(400)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 메모리 디바이스(400)는, 방전 스위치(30)와 충전 스위치(50)를 제어하기 위해 필요한 정보를 미리 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 디바이스(400)는, 방전 스위치(30)와 충전 스위치(50)가 턴온 되는 전압값인 임계 전압값을 미리 저장할 수 있다.
한편, 프로세서(300)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 프로세서(300), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀 및/또는 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
한편, 메모리 디바이스(400)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리 디바이스(400)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 메모리 디바이스(400)는, 또한 프로세서(300)에 의해 각각 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 프로세서(300)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 디바이스(400)는, 또한 프로세서(300)가 각각 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 진단 전원부(500)를 포함할 수 있다.
상기 진단 전원부(500)는, 충방전 경로(L)에 일단이 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 진단 전원부(500)는, 충방전 경로(L) 상의 제2 측정 지점(N2)과 배터리 팩의 양극 단자 사이에 일단이 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 진단 전원부(500)는, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30) 중 적어도 하나로 진단 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 진단 전원부(500)는, 진단 전원을 생성하여 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30) 중 적어도 하나로 진단 전원을 공급할 수 있다. 여기서, 진단 전원은, 1 암페어의 전류값을 가지는 전류가 공급될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치가 차량에 구비되는 경우, 진단 전원부(500)는, 차량의 12V 배터리로부터 전원을 공급받는 부스트 컨버터(Boost Converter) 회로일 수 있다. 이 경우, 진단 전원부(500)는, 차량의 12V 전원을 60V/1A로 변환하여 진단 전원을 출력할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 진단 스위치(S1, S2, S3)를 구비할 수 있다.
제1 진단 스위치(S1)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 일단이 충방전 경로(L)에 연결되고 타단이 진단 전원부(500)에 연결되는 제1 진단 회로에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 진단 회로는, 제2 측정 지점(N2)과 배터리 팩의 양극 단자 사이에 직접 연결될 수 있다. 또한, 제1 진단 스위치(S1)는, 충방전 경로(L)로 진단 전원이 흐를 수 있도록 제1 진단 회로를 개폐할 수 있다.
제2 진단 스위치(S2)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 일단이 충방전 경로(L)에 연결되고 타단이 접지에 연결되는 제2 진단 회로에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 진단 회로는, 제1 측정 지점(N1)과 충전 스위치(50)의 일단 사이에 직접 연결될 수 있다. 또한, 제2 진단 스위치(S2)는, 제2 진단 회로로 진단 전원이 흐를 수 있도록 제2 진단 회로를 개폐할 수 있다.
제3 진단 스위치(S3)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 일단이 충방전 경로(L)에 연결되고 타단이 접지에 연결되는 제3 진단 회로에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제3 진단 회로는, 제3 측정 지점(N3)과 셀 어셈블리(10)의 양극 단자 사이에 직접 연결될 수 있다. 또한, 제3 진단 스위치(S3)는, 제3 진단 회로로 진단 전원이 흐를 수 있도록 제3 진단 회로를 개폐할 수 있다.
상기 진단 스위치(S1, S2, S3)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 진단 스위치(S1, S2, S3)는, 프로세서(300)로부터 제어 명령을 수신하고, 프로세서(300)로부터 수신한 제어 명령을 기초로 진단 회로를 개폐할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)를 구비할 수 있다.
복수의 충전 스위치(50)는, 서로 병렬 연결된 제1 충전 스위치 및 제2 충전 스위치를 구비할 수 있다. 또한, 복수의 방전 스위치(30)는, 서로 병렬 연결된 제1 방전 스위치 및 제2 방전 스위치를 구비할 수 있다.
상기 복수의 방전 스위치(30) 및 복수의 충전 스위치(50)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 복수의 방전 스위치(30) 및 복수의 충전 스위치(50)는, 프로세서(300)로부터 제어 명령을 수신하고, 프로세서(300)로부터 수신한 제어 명령을 기초로 충방전 경로(L)를 개폐할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 진단 전원부(500)의 전원 공급을 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예에서, 프로세서(300)는, 제1 진단 스위치(S1)를 턴온시켜 진단 전원부(500)의 전원 공급을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 진단 전원부(500)로부터 공급된 진단 전원이 충방전 경로(L)로 전달되도록 제1 진단 스위치(S1)를 턴온 시킬 수 있다. 이어서, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)와 제2 진단 스위치(S2)를 턴온 시켜 진단 전원을 제2 진단 회로로 전달할 수 있다. 이 경우, 진단 전원은, 충전 스위치(50)와 제2 진단 스위치(S2)를 거쳐 접지로 흐를 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)와 제3 진단 스위치(S3)는 턴온 시키고, 제2 진단 스위치(S2)는 턴 오프 시켜 진단 전원을 제3 진단 회로로 전달할 수 있다. 이 경우, 진단 전원은, 충전 스위치(50), 방전 스위치(30) 및 제3 진단 스위치(S3)를 거쳐 접지로 흐를 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30)의 양단 전압차를 각각 연산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 진단 전원이 충전 스위치(50)와 제2 진단 스위치(S2)를 거쳐 접지로 흐르는 경우, 제1 측정 지점(N1)과 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50)의 양단 전압차를 연산할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 진단 전원이 충전 스위치(50), 방전 스위치(30) 및 제3 진단 스위치(S3)를 거쳐 접지로 흐르는 경우, 제1 측정 지점(N1)과 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 기초로 방전 스위치(30)의 양단 전압차를 연산할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 양단 전압차를 기초로 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)의 양단 전압차를 기초로 충전 스위치(50)의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 미리 저장된 충전 스위치(50)의 턴온 상태 저항값을 기초로 옴의 법칙을 이용하여 충전 스위치(50)의 정상 상태 양단 전압차를 연산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 미리 저장된 충전 스위치(50)의 턴온 상태 저항값이 1mohm 이고, 진단 전원이 1A 인 경우, 충전 스위치(50)의 정상 상태 양단 전압차는 1mV 로 연산할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1)과 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 기초로 연산된 측정 양단 전압차와 정상 상태 양단 전압차를 비교하여, 측정 양단 전압차와 정상 상태 양단 전압차의 차이가 미리 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우 충전 스위치(50)가 오픈 스턱 상태인 것으로 진단할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 방전 스위치(30)의 양단 전압차를 기초로 방전 스위치(30)의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 미리 저장된 방전 스위치(30)의 턴온 상태 저항값을 기초로 옴의 법칙을 이용하여 방전 스위치(30)의 정상 상태 양단 전압차를 연산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 미리 저장된 방전 스위치(30)의 턴온 상태 저항값이 1mohm 이고, 진단 전원이 1A 인 경우, 방전 스위치(30)의 정상 상태 양단 전압차는 1mV 로 연산할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1)과 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값을 기초로 연산된 측정 양단 전압차와 정상 상태 양단 전압차를 비교하여, 측정 양단 전압차와 정상 상태 양단 전압차의 차이가 미리 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우 방전 스위치(30)가 오픈 스턱 상태인 것으로 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 병렬 연결된 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)의 합성 저항값을 기초로 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 병렬 연결된 3개의 충전 스위치(50)를 구비할 수 있다. 이 경우, 1개의 충전 스위치(50)의 턴온 상태 저항값이 1mohm 인 경우, 3개의 충전 스위치(50)의 합성 저항값은 1/3mohm 일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 진단 전원이 1A 인 경우, 3개의 충전 스위치(50)의 정상 상태 양단 전압차는 1/3mV 로 연산할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1)과 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 기초로 연산된 측정 양단 전압차와 정상 상태 양단 전압차를 비교하여, 측정 양단 전압차와 정상 상태 양단 전압차의 차이가 미리 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우, 3개의 충전 스위치 중 적어도 하나가 오픈 스턱 상태인 것으로 진단할 수 있다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 온도 측정부(600)를 포함할 수 있다.
상기 온도 측정부(600)는, 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)에 각각 인접하여 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30) 각각의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정부(600)는, 제1 충전 스위치, 제2 충전 스위치, 제1 방전 스위치 및 제2 방전 스위치에 각각 인접하여 제1 충전 스위치, 제2 충전 스위치, 제1 방전 스위치 및 제2 방전 스위치 각각의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 온도 측정부(600)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)에 각각 인접하여 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 온도 측정부(600)는, 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)에 각각 장착되어 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 온도 측정부(600)는, 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)의 온도를 각각 측정할 수 있다.
바람직하게는, 온도 측정부(600)는, BMS(Battery Management System)의 집적 회로 기판 상에 장착될 수 있다. 특히, 온도 측정부(600)는, 집적 회로 기판 상에 부착될 수 있다. 이를 테면, 온도 측정부(600)는 집적 회로 기판 상에 숄더링된 형태로 부착되는 NTC 써미스터(Negative Temperature Coefficient thermistor)일 수 있다.
바람직하게는, 온도 측정부(600)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(300)와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 온도 측정부(600)는, 시간 간격을 두고 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30)의 온도를 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(300)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(600)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)를 이용하여 구현될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 온도 측정부(600)로부터 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30) 각각의 온도 측정값을 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 온도 측정부(600)로부터 수신한 온도 측정값 및 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 양단 전압차를 기초로 복수의 충전 스위치(50)와 복수의 방전 스위치(30) 각각의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(300)는, 병렬 연결된 복수의 충전 스위치(50)의 합성 저항값을 기초로 복수의 충전 스위치(50) 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 온도 측정부(600)로부터 수신한 각각의 충전 스위치(50)의 온도 측정값을 기초로 복수의 충전 스위치(50) 중 특정 스위치의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 3개의 충전 스위치(50)가 병렬로 연결된 경우, 프로세서(300)는, 3개의 충전 스위치(50) 중 온도 측정값이 미리 설정된 값 이하인 충전 스위치(50)가 오픈 스턱 상태인 것으로 진단할 수 있다.
또한, 병렬 연결된 복수의 방전 스위치(30)의 합성 저항값을 기초로 복수의 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 온도 측정부(600)로부터 수신한 각각의 방전 스위치(30)의 온도 측정값을 기초로 복수의 방전 스위치(30) 중 특정 스위치의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 3개의 방전 스위치(30)가 병렬로 연결된 경우, 프로세서(300)는, 3개의 방전 스위치(30) 중 온도 측정값이 미리 설정된 값 이하인 방전 스위치(30)가 오픈 스턱 상태인 것으로 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 클로즈 스턱 상태를 진단할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(300)는, 도 2의 실시예에서, 제1 측정 지점(N1)의 측정 전압값을 기초로 방전 스위치(30)의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 방전 스위치(30)에 턴오프 명령을 전달하고, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값과 제1 측정 지점(N1)의 측정 전압값을 비교하여 방전 스위치(30)의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자 전압이 48V인 경우, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값은 48V로 측정될 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1)의 측정 전압값이 48V인 경우, 방전 스위치(30)가 클로즈 스턱 상태인 것으로 진단할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50)의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)에 턴오프 명령을 전달하고, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값과 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 비교하여 충전 스위치(50)의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자 전압이 48V인 경우, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값은 48V로 측정될 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값이 48V인 경우, 충전 스위치(50)가 클로즈 스턱 상태인 것으로 진단할 수 있다. 이때, 프로세서(300)는, 방전 스위치(30)를 턴온시켜 방전 스위치(30)를 클로즈 상태로 전환시킬 수 있다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 본 실시예에서는, 앞선 실시예에 대한 설명이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 측정 전류값을 기초로 미리 설정된 기준 시간 동안의 측정 전류값을 적산하여 전류 적산값을 연산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 전류 측정부(200)로부터 측정 전류값을 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 하기 수학식1을 이용하여 미리 설정된 기준 시간 동안의 측정 전류값을 적산하여 전류 적산값을 연산할 수 있다.
<수학식1>
Figure 112018070621111-pat00001
여기서, I는 전류 적산값이고, t0~t1은 기준 시간이고, i는 측정 전류값일 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값을 기초로 미리 설정된 기준 시간 동안의 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 누적 전압 강하값을 연산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 하기 수학식2를 이용하여 미리 설정된 기준 시간 동안의 제1 측정 지점(N1) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값을 기초로 방전 스위치(30)의 누적 전압 강하값을 연산할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 하기 수학식2를 이용하여 미리 설정된 기준 시간 동안의 제1 측정 지점(N1) 및 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50)의 누적 전압 강하값을 연산할 수 있다.
<수학식2>
Figure 112018070621111-pat00002
여기서, V는 누적 전압 강하값이고, t0~t1은 기준 시간이고, v는 제1 측정 지점(N1) 및 제3 측정 지점(N3)의 전압차 또는 제1 측정 지점(N1)과 제2 측정 지점(N2)의 전압차일 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 누적 전압 강하값을 전류 적산값으로 나누어 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 합성 저항값을 연산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 하기 수학식3을 이용하여 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30) 합성 저항값을 연산할 수 있다. 예를 들어, 누적 전압 강하값이 2mV 이고, 전류 적산값이 1A 인 경우, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 합성 저항값은 2mohm 으로 연산될 수 있다.
<수학식3>
Figure 112018070621111-pat00003
여기서, R은 합성 저항값이고, V는 누적 전압 강하값이고, I는 전류 적산값일 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 합성 저항값을 기초로 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 드리프트 상태 여부를 진단할 수 있다. 여기서, 드리프트 상태는, 스위치의 온상태 저항값이 변하는 현상일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 시간 간격을 두고 합성 저항값을 반복 연산하고 연산된 합성 저항값을 저장할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 미리 저장된 정상 상태 합성 저항값과 연산된 합성 저항값을 비교하여 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 드리프트 상태 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 정상 상태 합성 저항값과 연산된 합성 저항값의 차이가 미리 설정된 범위를 초과하는 경우, 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 스위치가 드리프트 상태인 것으로 진단할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 시간 간격을 두고 연산된 합성 저항값을 기초로 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 드리프트 상태 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치가 차량에 구비되는 경우, 프로세서(300)는, 차량의 주행 중에 시간 간격을 두고 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 합성 저항값을 반복 연산할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 시간 간격을 두고 연산된 서로 다른 두 개의 합성 저항값을 비교할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는, 시간 간격을 두고 연산된 서로 다른 두 개의 합성 저항값의 차이가 미리 설정된 범위를 초과하는 경우, 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 스위치가 드리프트 상태인 것으로 진단할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 차량 주행 중에 스위치의 저항값이 변하여 발생할 수 있는 드리프트 상태를 효과적으로 진단할 수 있는 장점이 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 도 4의 구성에 도시된 바와 같이, 진단 신호부(700)를 포함할 수 있다.
상기 진단 신호부(700)는, 프로세서(300)와 전기적으로 연결되어 프로세서(300)로 외부 단락 신호를 전달할 수 있다. 여기서, 외부 단락 신호는, 외부 단락 상황을 모사하여, 프로세서(300)가 외부 단락 상황임을 인식하도록 하는 신호일 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 진단 신호부(700)로부터 외부 단락 신호를 수신하는 경우, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는, 외부 단락 상황의 경우, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)를 모두 턴오프 시킬 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 장치는, 프로세서(300)가 외부 단락 신호를 기초로 신속하게 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)를 모두 개방시키는지 여부를 진단할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)와 방전 스위치(30)가 모두 개방되기까지 걸리는 측정 소요 시간을 측정하고, 상기 측정 소요 시간을 미리 설정된 정상 소요 시간과 비교하여, 측정 소요 시간과 정상 소요 시간의 차이가 미리 설정된 값 이내에 해당하는지 여부를 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(300)는, 진단 신호부(700)로부터 외부 단락 신호를 수신하는 경우, 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1), 제2 측정 지점(N2) 및 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50) 및 방전 스위치(30) 중 적어도 하나의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(300)는, 도 4의 실시예에서, 제1 측정 지점(N1)의 측정 전압값을 기초로 방전 스위치(30)의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 방전 스위치(30)에 턴오프 명령을 전달하고, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값과 제1 측정 지점(N1)의 측정 전압값을 비교하여 방전 스위치(30)의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자 전압이 48V인 경우, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값은 48V로 측정될 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 제1 측정 지점(N1)의 측정 전압값이 48V인 경우, 방전 스위치(30)가 정상적으로 개방되지 않은 것으로 진단할 수 있다.
또한, 프로세서(300)는, 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치(50)의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(300)는, 충전 스위치(50)에 턴오프 명령을 전달하고, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값과 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값을 비교하여 충전 스위치(50)의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자 전압이 48V인 경우, 제3 측정 지점(N3)의 측정 전압값은 48V로 측정될 수 있다. 이 경우, 프로세서(300)는, 제2 측정 지점(N2)의 측정 전압값이 48V인 경우, 방전 스위치(30)와 충전 스위치(50)가 정상적으로 개방되지 않은 것으로 진단할 수 있다.
본 발명에 따른 스위치 진단 장치는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 스위치 진단 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 스위치 진단 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 스위치 진단 장치의 프로세서(300) 및 메모리 디바이스(400)는, BMS(Battery Management System)의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스위치 진단 장치는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 스위치 진단 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지, 상기 스위치 진단 장치, 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 진단 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 5에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 운용 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 운용 방법은, 전압 측정 단계(S100), 전류 측정 단계(S110) 및 스위치 진단 단계(S120)를 포함한다.
먼저, 상기 전압 측정 단계(S100)에서는, 충전 스위치와 방전 스위치 사이의 측정 지점, 충전 스위치의 타단의 측정 지점 및 방전 스위치의 타단의 측정 지점의 전압을 각각 측정할 수 있다. 이어서, 상기 전류 측정 단계(S110)에서는, 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 이어서, 상기 스위치 진단 단계(S120)에서는, 충전 스위치와 방전 스위치의 개폐 동작을 선택적으로 제어하고, 상기 전압 측정 단계에 의해 측정된 각 측정 지점의 측정 전압값을 수신하며, 상기 전류 측정 단계에 의해 측정된 측정 전류값을 수신하여, 각 측정 지점의 측정 전압값과 상기 측정 전류값 중 적어도 하나를 기초로 충전 스위치 및 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태, 클로즈 스턱 상태, 드리프트 상태 및 외부 단락 상태 중 적어도 하나의 상태를 진단할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스위치 진단 단계(S120)에서는, 각 측정 지점의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치 및 방전 스위치의 양단 전압차를 각각 연산하며, 충전 스위치와 방전 스위치의 양단 전압차를 기초로 충전 스위치 및 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스위치 진단 단계(S120)에서는, 제1 충전 스위치, 제2 충전 스위치, 제1 방전 스위치 및 제2 방전 스위치 각각의 온도 측정값을 측정하고, 측정한 상기 온도 측정값 및 충전 스위치와 방전 스위치의 양단 전압차를 기초로 제1 충전 스위치, 제2 충전 스위치, 제1 방전 스위치 및 제2 방전 스위치 각각의 오픈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스위치 진단 단계(S120)에서는, 각 측정 지점의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치 및 방전 스위치 중 적어도 하나의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스위치 진단 단계(S120)에서는, 상기 측정 전류값을 기초로 미리 설정된 기준 시간 동안의 상기 측정 전류값을 적산하여 전류 적산값을 연산하고, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 기준 시간 동안의 충전 스위치와 방전 스위치의 누적 전압 강하값을 연산할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스위치 진단 단계(S120)에서는, 상기 누적 전압 강하값을 상기 전류 적산값으로 나누어 충전 스위치와 방전 스위치의 합성 저항값을 연산하고, 상기 합성 저항값을 기초로 충전 스위치 및 방전 스위치 중 적어도 하나의 드리프트 상태 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스위치 진단 단계(S120)에서는, 외부 단락 신호를 수신하는 경우, 각 측정 지점의 측정 전압값을 기초로 충전 스위치와 방전 스위치의 정상 개방 여부를 진단할 수 있다.
또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 프로세서는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리 장치에 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
또한, 프로세서의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록 매체는, ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 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 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 셀 어셈블리
30: 방전 스위치
50: 충전 스위치
100: 전압 측정부
200: 전류 측정부
300: 프로세서
400: 메모리 디바이스
500: 진단 전원부
600: 온도 측정부
700: 진단 신호부
L: 충방전 경로
N1: 제1 측정 지점
N2: 제2 측정 지점
N3: 제3 측정 지점
S1: 제1 진단 스위치
S2: 제2 진단 스위치
S3: 제3 진단 스위치

Claims (15)

  1. 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 서로 직렬 연결된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 장치에 있어서,
    상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 양단 전압을 각각 측정하도록 구성된 전압 측정부;
    상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부; 및
    상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 개폐 동작을 선택적으로 제어하고, 상기 전압 측정부로부터 측정 전압값을 수신하며, 상기 전류 측정부로부터 측정 전류값을 수신하여, 상기 측정 전압값과 상기 측정 전류값 중 적어도 하나를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태, 클로즈 스턱 상태, 드리프트 상태 및 외부 단락 상태 중 적어도 하나의 상태를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 측정 전류값을 기초로 미리 설정된 기준 시간 동안의 상기 측정 전류값을 적산하여 전류 적산값을 연산하고, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 기준 시간 동안의 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 누적 전압 강하값을 연산하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충방전 경로에 일단이 전기적으로 연결되어, 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치 중 적어도 하나로 진단 전원을 공급할 수 있도록 구성된 진단 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 진단 전원부의 전원 공급을 제어하고, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 양단 전압차를 각각 연산하며, 연산된 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 양단 전압차를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는, 미리 저장된 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 각각의 턴온 상태 저항값을 기초로 정상 상태 양단 전압차를 연산하고, 연산된 상기 정상 상태 양단 전압차를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전 스위치는, 서로 병렬 연결된 제1 충전 스위치 및 제2 충전 스위치를 구비하고,
    상기 방전 스위치는, 서로 병렬 연결된 제1 방전 스위치 및 제2 방전 스위치를 구비하며,
    상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치에 각각 인접하여 상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치 각각의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 온도 측정부로부터 상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치 각각의 온도 측정값을 수신하고, 수신한 상기 온도 측정값 및 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 양단 전압차를 기초로 상기 제1 충전 스위치, 상기 제2 충전 스위치, 상기 제1 방전 스위치 및 상기 제2 방전 스위치 각각의 오픈 스턱 상태 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는, 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치 사이의 측정 지점, 상기 충전 스위치의 타단의 측정 지점 및 상기 방전 스위치의 타단의 측정 지점과 전기적으로 각각 연결되어 각 측정 지점의 전압을 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 각 측정 지점의 측정 전압값을 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 클로즈 스턱 상태 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 누적 전압 강하값을 상기 전류 적산값으로 나누어 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 합성 저항값을 연산하고, 연산된 상기 합성 저항값을 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 드리프트 상태 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서와 전기적으로 연결되어 상기 프로세서로 외부 단락 신호를 전달하도록 구성된 진단 신호부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 진단 신호부로부터 상기 외부 단락 신호를 수신하는 경우, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 정상 개방 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 장치.
  13. 제1항 내지 제8항 및 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 스위치 진단 장치를 포함하는 BMS.
  14. 제1항 내지 제8항 및 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 스위치 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  15. 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 서로 직렬 연결된 충전 스위치와 방전 스위치를 진단하는 방법에 있어서,
    상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치의 양단 전압을 각각 측정하는 단계;
    상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 개폐 동작을 선택적으로 제어하고, 상기 전압 측정 단계에 의해 측정된 측정 전압값을 수신하며, 상기 전류 측정 단계에 의해 측정된 측정 전류값을 수신하여, 상기 측정 전압값과 상기 측정 전류값 중 적어도 하나를 기초로 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치 중 적어도 하나의 오픈 스턱 상태, 클로즈 스턱 상태, 드리프트 상태 및 외부 단락 상태 중 적어도 하나의 상태를 진단하는 단계를 포함하고,
    상기 상태를 진단하는 단계는, 상기 측정 전류값을 기초로 미리 설정된 기준 시간 동안의 상기 측정 전류값을 적산하여 전류 적산값을 연산하고, 상기 측정 전압값을 기초로 상기 기준 시간 동안의 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 누적 전압 강하값을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 진단 방법.
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