KR102620233B1 - Battery management system, battery pack including the same, and method for deteriming a failure of current detecting circuit - Google Patents

Battery management system, battery pack including the same, and method for deteriming a failure of current detecting circuit Download PDF

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Abstract

전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하기 위한 배터리 관리 시스템, 그것을 포함하는 배터리팩 및 전류 검출 회로의 고장 판정 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 션트 저항 소자를 구비하고, 상기 션트 저항 소자의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 상기 대전류 경로를 통해 흐르는 제1 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출 회로; 서로 직렬 연결된 충전 FET 및 방전 FET을 포함하고, 상기 대전류 경로에 설치되는 양방향 스위치; 및 상기 전류 검출 회로 및 상기 양방향 스위치에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된다.A battery management system for determining whether a current detection circuit is malfunctioning, a battery pack including the same, and a method for determining a malfunction of a current detection circuit are disclosed. A battery management system according to an embodiment of the present invention includes a shunt resistance element installed in a high current path of a battery pack, and a first voltage flowing through the high current path based on the first voltage generated across both ends of the shunt resistance element. a current detection circuit configured to detect current; a two-way switch including a charge FET and a discharge FET connected in series with each other, and installed in the high current path; and a control unit operably coupled to the current detection circuit and the bidirectional switch. The control unit is configured to determine whether the current detection circuit is broken based on a second voltage generated at both ends of either the charge FET or the discharge FET.

Description

배터리 관리 시스템, 그것을 포함하는 배터리팩 및 전류 측정 회로의 고장 판정 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM, BATTERY PACK INCLUDING THE SAME, AND METHOD FOR DETERIMING A FAILURE OF CURRENT DETECTING CIRCUIT}Battery management system, method for determining failure of battery pack and current measurement circuit including the same {BATTERY MANAGEMENT SYSTEM, BATTERY PACK INCLUDING THE SAME, AND METHOD FOR DETERIMING A FAILURE OF CURRENT DETECTING CIRCUIT}

본 발명은 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하기 위한 배터리 관리 시스템, 그것을 포함하는 배터리팩 및 전류 검출 회로의 고장 판정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system for determining whether a current detection circuit is malfunctioning, a battery pack including the same, and a method for determining malfunction of a current detection circuit.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and portable phones has rapidly increased, and as the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, and satellites has begun, the need for high-performance batteries capable of repeated charging and discharging has increased. Research is actively underway.

현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently commercialized batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium batteries. Among these, lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they can be freely charged and discharged, and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low and high energy density.

배터리팩의 대전류 경로에는 전류 검출 회로가 설치되고, 전류 검출 회로는 배터리를 통해 흐르는 충방전 전류를 검출한다. 충방전 전류는, 배터리의 SOC(state of charge) 및 SOH(state of health) 등을 산출하는 데에 필수적으로 요구되는 기본적이면서 중요한 파라미터이다. 따라서, 충방전 전류는 가능한 정확하게 측정되어야 한다.A current detection circuit is installed in the high current path of the battery pack, and the current detection circuit detects the charge/discharge current flowing through the battery. Charge/discharge current is a basic and important parameter that is essential for calculating the state of charge (SOC) and state of health (SOH) of a battery. Therefore, charge/discharge current must be measured as accurately as possible.

일반적으로, 전류 검출 회로는 션트 저항 소자를 구비하고, 충방전 전류가 션트 저항 소자를 통해 흐를 때에 션트 저항 소자의 양단에서 측정되는 전압을 션트 저항 소자의 저항(resistance)으로 나눔으로써, 충방전 전류를 검출한다.Generally, the current detection circuit includes a shunt resistor element, and when the charge/discharge current flows through the shunt resistor element, the voltage measured at both ends of the shunt resistor element is divided by the resistance of the shunt resistor element, so that the charge/discharge current Detect.

그런데, 여러가지 원인으로 인하여 전류 검출 회로에 하드웨어적인 고장(예, 션트 저항 소자의 손상, 통신 라인의 손상)이나 소프트웨어적인 고장이 발생할 수 있는데, 이 경우에는 전류 검출 회로에 의해 검출되는 충방전 전류를 더 이상 신뢰할 수 없게 된다. 따라서, 션트 저항 소자를 구비하는 전류 검출 회로의 고장 여부를 적절히 진단할 수 있는 기술이 필요하며, 특허문헌 1이 종래기술로서 개시된바 있다. 특허문헌 1은, 션트 저항 소자를 이용하여 검출된 충방전 전류와 홀 센서를 이용하여 검출된 충방전 전류를 상호 비교함으로써, 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하고 있다.However, due to various reasons, hardware failure (e.g., damage to the shunt resistor element, damage to the communication line) or software failure may occur in the current detection circuit. In this case, the charge/discharge current detected by the current detection circuit may be It is no longer trustworthy. Therefore, a technology capable of properly diagnosing a failure of a current detection circuit including a shunt resistance element is needed, and Patent Document 1 has been disclosed as prior art. Patent Document 1 determines whether the current detection circuit is broken by comparing the charge/discharge current detected using a shunt resistor element with the charge/discharge current detected using a Hall sensor.

하지만, 특허문헌 1은 홀 센서가 반드시 요구되므로, 션트 저항 소자만을 이용하여 충방전 전류를 검출하는 회로에 비하여 제작 비용이 높을 뿐만 아니라, 회로가 더 복잡해진다는 단점이 있다.However, since Patent Document 1 requires a Hall sensor, it has the disadvantage that the manufacturing cost is higher and the circuit becomes more complicated compared to a circuit that detects charge/discharge current using only a shunt resistance element.

(특허문헌 1)대한민국 등록특허공보 제10-1810658호(등록일자: 2017년 12월 13일)(Patent Document 1) Republic of Korea Patent Publication No. 10-1810658 (Registration Date: December 13, 2017)

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 션트 저항 소자 외에 충방전 전류를 검출하기 위한 홀 센서를 추가하지 않고도, 션트 저항 소자를 구비하는 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정할 수 있는 배터리 관리 시스템, 그것을 포함하는 배터리팩 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to solve the above problems, and it is possible to determine whether a current detection circuit including a shunt resistance element is broken without adding a Hall sensor for detecting charge/discharge current in addition to the shunt resistance element. The purpose is to provide a battery management system, a battery pack including the same, and a method.

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.Other objects and advantages of the present invention can be understood from the following description and will be more clearly understood by practicing the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 션트 저항 소자를 구비하고, 상기 션트 저항 소자의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 상기 대전류 경로를 통해 흐르는 제1 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출 회로; 서로 직렬 연결된 충전 FET 및 방전 FET을 포함하고, 상기 대전류 경로에 설치되는 양방향 스위치; 및 상기 전류 검출 회로 및 상기 양방향 스위치에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된다.A battery management system according to an embodiment of the present invention includes a shunt resistance element installed in a high current path of a battery pack, and a first voltage flowing through the high current path based on the first voltage generated across both ends of the shunt resistance element. a current detection circuit configured to detect current; a two-way switch including a charge FET and a discharge FET connected in series with each other, and installed in the high current path; and a control unit operably coupled to the current detection circuit and the bidirectional switch. The control unit is configured to determine whether the current detection circuit is broken based on a second voltage generated at both ends of either the charge FET or the discharge FET.

상기 제어부는, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET가 온 상태를 가지도록 상기 충전 FET의 게이트 및 상기 방전 FET의 게이트에 하이 레벨 전압을 인가하도록 구성된다.The control unit is configured to apply a high level voltage to the gate of the charge FET and the gate of the discharge FET so that the charge FET and the discharge FET are in an on state.

상기 제어부는, 상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제1 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 온 상태 저항을 기준 저항으로서 획득한다. 상기 제1 룩업테이블은, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 온 상태 저항 간의 관계를 나타내는 데이터를 가진다. 상기 제어부는, 상기 제2 전압을 상기 기준 저항으로 나누어, 제2 전류를 산출한다. 상기 제어부는, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류 간의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된다.The control unit uses the first current as an index to obtain an on-state resistance associated with a drain current corresponding to the first current as a reference resistance from a first lookup table. The first lookup table has data representing the relationship between drain currents and on-state resistance of the charge FET and the discharge FET. The control unit divides the second voltage by the reference resistance to calculate the second current. The control unit is configured to determine whether the current detection circuit is broken based on the difference between the first current and the second current.

상기 제어부는, 상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제2 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 드레인-소스 전압을 기준 전압으로서 획득한다. 상기 제2 룩업테이블은, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 드레인-소스 전압 간의 관계를 나타내는 데이터를 가진다. 상기 제어부는, 상기 제2 전압 및 상기 기준 전압 간의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된다.The control unit uses the first current as an index to obtain a drain-source voltage associated with the drain current corresponding to the first current from a second lookup table as a reference voltage. The second lookup table has data representing the relationship between drain currents and drain-source voltages of the charge FET and the discharge FET. The control unit is configured to determine whether the current detection circuit is broken based on the difference between the second voltage and the reference voltage.

상기 제어부는, 상기 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량이 기준 범위를 벗어하는 경우, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된다.The control unit is configured to determine whether the current detection circuit is broken when the amount of change in the first current per unit time is outside the reference range.

상기 제어부는, 상기 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량을 기초로, 감시 기간을 결정한다. 상기 제어부는, 상기 감시 기간 동안 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 주기적으로 판정하도록 구성된다. 상기 감시 기간은, 상기 변화량의 크기에 비례할 수 있다.The control unit determines a monitoring period based on the amount of change in the first current per unit time. The control unit is configured to periodically determine whether the current detection circuit is broken during the monitoring period. The monitoring period may be proportional to the size of the change amount.

상기 제어부는, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 나타내는 진단 신호를 출력하도록 구성된다.The control unit is configured to output a diagnostic signal indicating whether the current detection circuit is malfunctioning.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩은, 상기 배터리 관리 시스템을 포함한다.A battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery management system.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출 회로의 고장 판정 방법은, 상기 전류 검출 회로가 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 션트 저항 소자의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 제1 전류를 검출하는 단계; 제어부가 상기 대전류 경로에 설치된 양방향 스위치에 포함된 충전 FET 및 방전 FET 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 측정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 제2 전압을 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 단계를 포함한다.A method for determining a failure of a current detection circuit according to another embodiment of the present invention includes the current detection circuit detecting a first current based on the first voltage generated at both ends of a shunt resistor element installed in a high current path of a battery pack. step; A control unit measuring a second voltage generated at both ends of either a charge FET or a discharge FET included in a bidirectional switch installed in the high current path; and the control unit determining whether the current detection circuit is broken based on the second voltage.

상기 제2 전압을 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 단계는, 상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제1 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 온 상태 저항을 기준 저항으로서 획득하는 단계; 상기 제2 전압을 상기 기준 저항으로 나누어, 제2 전류를 산출하는 단계; 및 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류 간의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 룩업테이블은, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 온 상태 저항 간의 관계를 나타내는 데이터를 가진다.The step of determining whether the current detection circuit is broken based on the second voltage includes using the first current as an index to determine an on-state resistance associated with the drain current corresponding to the first current from a first lookup table. Obtaining as a reference resistance; dividing the second voltage by the reference resistance to calculate a second current; and determining whether the current detection circuit is broken based on the difference between the first current and the second current. The first lookup table has data representing the relationship between drain currents and on-state resistance of the charge FET and the discharge FET.

상기 제2 전압을 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 단계는, 상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제2 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 드레인-소스 전압을 기준 전압으로서 획득하는 단계; 상기 제2 전압 및 상기 기준 전압 간의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 룩업테이블은, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 드레인-소스 전압 간의 관계를 나타내는 데이터를 가진다.The step of determining whether the current detection circuit is broken based on the second voltage includes using the first current as an index to determine a drain-source voltage associated with the drain current corresponding to the first current from a second lookup table. Obtaining as a reference voltage; It may include determining whether the current detection circuit is broken based on the difference between the second voltage and the reference voltage. The second lookup table has data representing the relationship between drain currents and drain-source voltages of the charge FET and the discharge FET.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 션트 저항 소자 외에 충방전 전류를 검출하기 위한 홀 센서를 추가하지 않고도, 션트 저항 소자를 구비하는 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to determine whether a current detection circuit including a shunt resistance element is broken without adding a Hall sensor for detecting charge/discharge current in addition to the shunt resistance element.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 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 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리팩의 개략도이다.
도 2는 도 1의 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 데에 이용되는 제1 룩업 테이블에 대응하는 그래프를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 데에 이용되는 제2 룩업 테이블에 대응하는 그래프를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 검출 회로의 고장을 판정하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출 회로의 고장을 판정하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later, so the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
1 is a schematic diagram of a battery pack including a battery management system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a graph corresponding to a first lookup table used to determine whether the current detection circuit of FIG. 1 is broken.
FIG. 3 is a diagram illustrating a graph corresponding to a second lookup table used to determine whether the current detection circuit of FIG. 1 is broken.
Figure 4 is a flowchart showing a method for determining a failure of a current detection circuit according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart showing a method for determining a failure of a current detection circuit according to another embodiment of the present invention.

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 아니 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 해석되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle of definability.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so at the time of filing this application, various alternatives are available to replace them. It should be understood that equivalents and variations may exist.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Additionally, when describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., are used for the purpose of distinguishing one of the various components from the rest, and are not used to limit the components by such terms.

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. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it does not exclude other elements, but may further include other elements, unless specifically stated to the contrary.

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.Additionally, throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this refers not only to the case where it is "directly connected" but also to the case where it is "indirectly connected" with another element in between. Includes.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)을 포함하는 배터리팩(10)의 개략도이고, 도 2는 도 1의 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 판정하는 데에 이용되는 제1 룩업 테이블에 대응하는 그래프를 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 3은 도 1의 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 판정하는 데에 이용되는 제2 룩업 테이블에 대응하는 그래프를 예시적으로 보여주는 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a battery pack 10 including a battery management system 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram used to determine whether the current detection circuit 120 of FIG. 1 is broken. This is a diagram illustrating a graph corresponding to the first lookup table, and FIG. 3 is an illustrative graph corresponding to the second lookup table used to determine whether the current detection circuit 120 of FIG. 1 is broken. This is a drawing showing.

도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은, 배터리 스택(20) 및 배터리 관리 시스템(100)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the battery pack 10 includes a battery stack 20 and a battery management system 100.

배터리 스택(20)은, 적어도 하나의 배터리 셀(21)을 포함한다. 복수의 배터리 셀(21)이 배터리 스택(20)에 포함되는 경우, 각 배터리 셀(21)은 다른 배터리 셀(21)과 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 각 배터리 셀(21)은, 예컨대 리튬 이온 배터리일 수 있다. 물론, 배터리 셀(21)의 종류가 리튬 이온 배터리에 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 한정되지 않는다.The battery stack 20 includes at least one battery cell 21. When a plurality of battery cells 21 are included in the battery stack 20, each battery cell 21 may be connected to other battery cells 21 in series or parallel. Each battery cell 21 may be, for example, a lithium ion battery. Of course, the type of battery cell 21 is not limited to lithium-ion batteries, and is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged.

배터리 관리 시스템(100)은, 양방향 스위치(110), 전류 검출 회로(120) 및 제어부(200)를 포함한다.The battery management system 100 includes a bidirectional switch 110, a current detection circuit 120, and a control unit 200.

양방향 스위치(110)는, 대전류 경로(11)에 설치된다. 양방향 스위치(110)는, 서로 직렬 연결되는 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)을 포함할 수 있다. FET이라는 용어는, 전계 효과 트랜지스터를 의미한다. 충전 FET(111)은, 드레인, 게이트, 소스 및 기생 다이오드를 포함할 수 있다. 방전 FET(112)은, 드레인, 게이트, 소스 및 기생 다이오드를 포함할 수 있다. The two-way switch 110 is installed in the high current path 11. The bidirectional switch 110 may include a charging FET 111 and a discharging FET 112 connected in series with each other. The term FET stands for field effect transistor. The charging FET 111 may include a drain, gate, source, and parasitic diode. Discharge FET 112 may include a drain, gate, source, and parasitic diode.

일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 충전 FET(111)의 드레인은 배터리팩(10)의 제1 전원 단자(P+)에 연결되고, 방전 FET(112)의 드레인은 배터리 스택(20)의 양극 단자에 연결되며, 충전 FET(111)의 소스와 방전 FET(112)의 소스는 대전류 경로(11) 상의 공통 노드(12)에 연결될 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, the drain of the charge FET 111 is connected to the first power terminal (P+) of the battery pack 10, and the drain of the discharge FET 112 is connected to the battery stack 20. It is connected to the positive terminal, and the source of the charge FET 111 and the source of the discharge FET 112 may be connected to the common node 12 on the high current path 11.

다른 예로, 도 1에 도시된 바와는 달리, 충전 FET(111)과 방전 FET(112)의 위치는 서로 교환될 수 있다. 즉, 충전 FET(111)의 소스는 배터리 스택(20)의 양극 단자에 연결되고, 방전 FET(112)의 소스는 배터리팩(10)의 제1 전원 단자(P+)에 연결되며. 충전 FET(111)의 드레인과 방전 FET(112)의 드레인은 공통 노드(12)에 연결될 수 있다.As another example, unlike shown in FIG. 1, the positions of the charge FET 111 and the discharge FET 112 may be exchanged. That is, the source of the charging FET 111 is connected to the positive terminal of the battery stack 20, and the source of the discharging FET 112 is connected to the first power terminal (P+) of the battery pack 10. The drain of the charge FET 111 and the drain of the discharge FET 112 may be connected to the common node 12.

충전 FET(111)의 게이트 및 방전 FET(112)의 게이트는, 제어부(200)에 연결된다. 제어부(200)로부터 선택적으로 출력되는 하이 레벨 전압(예, 5 V)은, 충전 FET(111)의 게이트 및 방전 FET(112)의 게이트에 인가된다. 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)은, 제어부(200)로부터 하이 레벨 전압이 출력되는 동안 온 상태에서 동작하고, 제어부(200)로부터 하이 레벨 전압의 출력이 중단되는 동안 오프 상태로 동작한다.The gate of the charge FET 111 and the gate of the discharge FET 112 are connected to the control unit 200 . A high level voltage (eg, 5 V) selectively output from the control unit 200 is applied to the gate of the charge FET 111 and the gate of the discharge FET 112. The charge FET 111 and the discharge FET 112 operate in the on state while the high level voltage is output from the control unit 200, and operate in the off state while the output of the high level voltage from the control unit 200 is stopped. .

충전 FET(111)의 기생 다이오드는, 충전 FET(111)의 드레인과 소스 사이에 연결된다. 충전 FET(111)이 오프 상태를 가지는 동안, 충전 전류는 충전 FET(111)의 기생 다이오드에 의해 차단된다. 방전 FET(112)의 기생 다이오드는, 방전 FET(112)의 드레인과 소스 사이에 연결된다. 방전 FET(112)이 오프 상태를 가지는 동안, 방전 전류는 방전 FET(112)의 기생 다이오드에 의해 차단된다.The parasitic diode of the charge FET (111) is connected between the drain and source of the charge FET (111). While the charge FET 111 is in the off state, the charge current is blocked by the parasitic diode of the charge FET 111. The parasitic diode of the discharge FET 112 is connected between the drain and source of the discharge FET 112. While the discharge FET 112 is in the off state, the discharge current is blocked by the parasitic diode of the discharge FET 112.

전류 검출 회로(120)는, 션트 저항 소자(121) 및 마이크로프로세서(122)를 포함한다. 션트 저항 소자(121)는, 배터리팩(10)의 대전류 경로(11)에 설치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 션트 저항 소자(121)의 일단은 배터리 스택(20)의 음극 단자에 연결되고, 타단은 배터리팩(10)의 제2 전원 단자(P-)에 연결될 수 있다. 물론, 도 1에 도시된 바와는 달리, 션트 저항 소자(121)의 일단은 배터리 스택(20)의 양극 단자에 연결되고, 타단은 방전 FET(112)의 드레인에 연결될 수도 있다. 또는, 션트 저항 소자(121)의 일단은 충전 FET(111)의 드레인에 연결되고, 타단은 제1 전원 단자(P+)에 연결될 수도 있다. 마이크로프로세서(122)는, 션트 저항 소자(121)의 양단에 발생하는 전압을 션트 저항 소자(121)의 저항(resistance)로 나눔으로써, 대전류 경로(11)를 통해 흐르는 충방전 전류를 소정 주기(예, 0.01초)마다 검출할 수 있다. 이하에서는, 션트 저항 소자(121)의 양단에 발생하는 전압을 '제1 전압'이라고 칭하고, 전류 검출 회로(120)에 의해 검출되는 충방전 전류를 '제1 전류'라고 칭하기로 한다. 마이크로프로세서(122)에는 통신 단자(CI)가 구비된다. 마이크로프로세서(122)는, 제1 전류를 나타내는 전류 데이터를 통신 단자(CI)를 통해 제어부(200)에게 출력한다.The current detection circuit 120 includes a shunt resistance element 121 and a microprocessor 122. The shunt resistance element 121 is installed in the high current path 11 of the battery pack 10. For example, as shown in FIG. 1, one end of the shunt resistance element 121 is connected to the negative terminal of the battery stack 20, and the other end is connected to the second power terminal (P-) of the battery pack 10. can be connected Of course, unlike what is shown in FIG. 1, one end of the shunt resistor element 121 may be connected to the positive terminal of the battery stack 20, and the other end may be connected to the drain of the discharge FET 112. Alternatively, one end of the shunt resistor element 121 may be connected to the drain of the charging FET 111, and the other end may be connected to the first power terminal (P+). The microprocessor 122 divides the voltage generated at both ends of the shunt resistance element 121 by the resistance of the shunt resistance element 121, so that the charge/discharge current flowing through the large current path 11 is controlled at a predetermined period ( Yes, it can be detected every 0.01 seconds. Hereinafter, the voltage generated across both ends of the shunt resistance element 121 will be referred to as 'first voltage', and the charge/discharge current detected by the current detection circuit 120 will be referred to as 'first current'. The microprocessor 122 is provided with a communication terminal (CI). The microprocessor 122 outputs current data representing the first current to the control unit 200 through the communication terminal (CI).

제어부(200)는, 전류 검출 회로(120) 및 양방향 스위치(110)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(200)는, 스위치 드라이버(210), 전압 검출 회로(220) 및 컨트롤러(230)를 포함한다.The control unit 200 is operably coupled to the current detection circuit 120 and the two-way switch 110. The control unit 200 includes a switch driver 210, a voltage detection circuit 220, and a controller 230.

스위치 드라이버(210)는, 컨트롤러(230)로부터의 온 명령 또는 오프 명령에 응답하여, 양방향 스위치(110)를 선택적으로 온 상태로부터 오프 상태로 또는 오프 상태로부터 온 상태로 전이시키도록 구성된다. 구체적으로, 스위치 드라이버(210)는, 충전 FET(111)의 게이트 및 방전 FET(112)의 게이트에 개별적으로 하이 레벨 전압을 인가함으로써, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112) 각각을 선택적으로 온 상태로 제어한다. 일 예로, 충전 FET(111)의 게이트와 방전 FET(112)의 게이트에 모두 하이 레벨 전압이 인가되는 통상 모드에서, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)은 모두 온 상태를 가지게 되어 충전 전류와 방전 전류가 대전류 경로(11)를 통해 흐를 수 있다. 다른 예로, 충전 FET(111)의 게이트에만 하이 레벨 전압이 인가되는 충전 모드에서, 충전 FET(111)은 온 상태를 가지고 방전 FET(112)은 오프 상태를 가지므로, 방전 전류는 차단되고 충전 전류만이 대전류 경로(11)를 통해 흐를 수 있다. 반대로, 방전 FET(112)의 게이트에만 하이 레벨 전압이 인가되는 방전 모드에서, 충전 FET(111)은 오프 상태를 가지고 방전 FET(112)은 온 상태를 가지므로, 충전 전류는 차단되고 방전 전류만이 대전류 경로(11)를 통해 흐를 수 있다.The switch driver 210 is configured to selectively transition the bidirectional switch 110 from the on state to the off state or from the off state to the on state in response to an on command or an off command from the controller 230. Specifically, the switch driver 210 individually applies a high level voltage to the gate of the charge FET 111 and the gate of the discharge FET 112, thereby selectively controlling each of the charge FET 111 and the discharge FET 112. Control in on state. For example, in a normal mode in which a high level voltage is applied to both the gate of the charge FET 111 and the gate of the discharge FET 112, both the charge FET 111 and the discharge FET 112 are in an on state, thereby generating a charge current. Eddy discharge current may flow through the high current path 11. As another example, in a charging mode in which a high level voltage is applied only to the gate of the charge FET 111, the charge FET 111 is in an on state and the discharge FET 112 is in an off state, so the discharge current is blocked and the charge current Only the high current can flow through the path 11. Conversely, in the discharge mode in which a high level voltage is applied only to the gate of the discharge FET 112, the charge FET 111 is in an off state and the discharge FET 112 is in an on state, so the charge current is blocked and only the discharge current is This large current can flow through the path 11.

전압 검출 회로(220)는, 배터리 스택(20)의 전압 Va 및 제1 전원 단자(P+)의 전압 Vb을 각각 검출하도록 구성된다. 전압 검출 회로(220)는, 공통 노드(12)의 전압 Vc을 추가적으로 검출하도록 구성될 수 있다. 전압 검출 회로(220)에는 통신 단자(CV)가 구비된다. 전압 검출 회로(220)는, 배터리 스택(20)의 전압 Va, 제1 전원 단자(P+)의 전압 Vb 및 공통 노드(12)의 전압 Vc 중에서 적어도 하나를 나타내는 전압 데이터를 통신 단자(CV)를 통해 컨트롤러(230)에게 출력한다.The voltage detection circuit 220 is configured to detect the voltage Va of the battery stack 20 and the voltage Vb of the first power terminal (P+), respectively. The voltage detection circuit 220 may be configured to additionally detect the voltage Vc of the common node 12. The voltage detection circuit 220 is provided with a communication terminal (CV). The voltage detection circuit 220 transmits voltage data representing at least one of the voltage Va of the battery stack 20, the voltage Vb of the first power terminal (P+), and the voltage Vc of the common node 12 to the communication terminal (CV). It is output to the controller 230 through.

컨트롤러(230)는, 전류 검출 회로(120), 스위치 드라이버(210) 및 전압 검출 회로(220) 각각에 동작 가능하게 결합된다. 컨트롤러(230)에는, 통신 단자(C1), 통신 단자(C2), 통신 단자(C3) 및 통신 단자(C4)가 구비된다. 컨트롤러(230)는, 통신 단자(C1)를 통해 수신되는 전류 검출 회로(120)로부터의 전류 데이터를 기초로, 제1 전류의 시간에 따른 변화를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 컨트롤러(230)는, 통신 단자(C2)를 통해 수신되는 전압 검출 회로(220)로부터의 전압 데이터를 기초로, 배터리 스택(20)의 전압, 제1 전원 단자(P+)의 전압 및 공통 노드(12)의 전압 중에서 적어도 하나의 시간에 따른 변화를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 컨트롤러(230)는, 통신 단자(C3)를 통해 스위치 드라이버(210)에게 온 명령 또는 오프 명령을 출력한다.The controller 230 is operably coupled to each of the current detection circuit 120, the switch driver 210, and the voltage detection circuit 220. The controller 230 is provided with a communication terminal C1, a communication terminal C2, a communication terminal C3, and a communication terminal C4. The controller 230 may continuously monitor changes in the first current over time based on current data from the current detection circuit 120 received through the communication terminal C1. The controller 230 controls the voltage of the battery stack 20, the voltage of the first power terminal (P+), and the common node ( Changes over time in at least one of the voltages in 12) can be continuously monitored. The controller 230 outputs an on command or an off command to the switch driver 210 through the communication terminal C3.

컨트롤러(230)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 포함하도록 구현될 수 있다. 또한, 컨트롤러(230)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 컨트롤러(230)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.The controller 230 is hardware-wise comprised of application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microprocessors ( It may be implemented to include at least one of microprocessors) and electrical units for performing other functions. Additionally, the controller 230 may be equipped with a memory device. For example, RAM, ROM, register, hard disk, optical recording medium, or magnetic recording medium may be used as the memory device. The memory device may store, update, and/or erase programs including various control logics executed by the controller 230, and/or data generated when the control logic is executed.

컨트롤러(230)는, 전압 데이터를 기초로, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112) 각각의 양단에 발생하는 전압을 모니터링할 수 있다. 충전 FET(111)의 양단에 발생하는 전압은, 제1 전원 단자(P+)의 전압 Vb과 공통 노드(12)의 전압 Vc 간의 차이에 대응한다. 방전 FET(112)의 양단에 발생하는 전압은, 배터리 스택(20)의 전압 Va과 공통 노드(12)의 전압 Vc 간의 차이에 대응한다. 이하에서는, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112) 중 온 상태를 가지는 어느 하나의 양단에 발생하는 전압을 '제2 전압'이라고 칭하기로 한다.The controller 230 may monitor the voltage generated at both ends of the charge FET 111 and the discharge FET 112 based on the voltage data. The voltage generated across the charging FET 111 corresponds to the difference between the voltage Vb of the first power terminal (P+) and the voltage Vc of the common node 12. The voltage generated across the discharge FET 112 corresponds to the difference between the voltage Va of the battery stack 20 and the voltage Vc of the common node 12. Hereinafter, the voltage generated at both ends of the charging FET 111 and the discharging FET 112 that is in the on state will be referred to as the 'second voltage'.

컨트롤러(230)는, 소정 조건이 만족되는 경우, 제2 전압을 기초로, 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 판정할 수 있다. 즉, 컨트롤러(230)는, 소정 조건이 만족되는 경우, 제2 전압을 이용하여, 전류 검출 회로(120)에 의해 검출된 제1 전류가 대전류 경로(11)를 통해 흐르는 충방전 전류를 유효하게 나타내는 것인지 여부를 판정할 수 있다. 소정 조건은, 최근에 모니터링된 단위 시간(예, 0.1초) 동안의 제1 전류의 변화량이 기준 범위(예, -50 ~ +50 A)를 벗어나는 것이다.If a predetermined condition is satisfied, the controller 230 may determine whether the current detection circuit 120 is broken based on the second voltage. That is, when a predetermined condition is satisfied, the controller 230 uses the second voltage to effectively cause the first current detected by the current detection circuit 120 to charge and discharge the current flowing through the high current path 11. It can be determined whether it represents something or not. The predetermined condition is that the amount of change in the first current during the most recently monitored unit time (eg, 0.1 second) is outside the reference range (eg, -50 to +50 A).

컨트롤러(230)는, 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량이 기준 범위를 벗어나는 경우, 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량을 기초로 감시 기간을 결정할 수 있다. 감시 기간은, 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량의 크기에 비례할 수 있다. 일 예로, 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량이 100 A인 경우 감시 기간은 2초로 결정되고, 제2 전류의 단위 시간 동안의 변화량이 150 A인 경우 감시 기간은 3초로 결정될 수 있다. 감시 기간 동안 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 소정 시간 간격(예, 0.2초)마다 주기적으로 판정할 수 있다.If the amount of change during a unit time of the first current is outside the standard range, the controller 230 may determine the monitoring period based on the amount of change during the unit time of the first current. The monitoring period may be proportional to the magnitude of change in the first current per unit time. For example, if the amount of change per unit time of the first current is 100 A, the monitoring period may be determined to be 2 seconds, and if the amount of change per unit time of the second current is 150 A, the monitoring period may be determined to be 3 seconds. During the monitoring period, it may be periodically determined whether the current detection circuit 120 is malfunctioning at predetermined time intervals (eg, 0.2 seconds).

전류 검출 회로(120)에 의해 제1 전압이 검출된 시점과 전압 검출 회로(220)에 의해 제2 전압이 검출된 시점은 미리 정해진 오차 범위 내의 차이만을 가질 수 있다. 컨트롤러(230)는, 제1 룩업 테이블 및 제2 룩업 테이블 중 적어도 하나를 이용하여 전류 검출 회로(120)의 고장을 진단할 수 있는바, 각각의 진단 동작에 대하여 지금부터 상세히 설명하도록 한다.The time when the first voltage is detected by the current detection circuit 120 and the time when the second voltage is detected by the voltage detection circuit 220 may only have a difference within a predetermined error range. The controller 230 can diagnose a failure of the current detection circuit 120 using at least one of the first lookup table and the second lookup table. Each diagnostic operation will now be described in detail.

<제1 룩업 테이블을 이용하는 진단 동작><Diagnosis operation using the first lookup table>

도 1 및 도 2를 참조하면, 컨트롤러(230)의 메모리 디바이스에는 제1 룩업 테이블이 미리 저장된다. 제1 룩업 테이블은, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 드레인 전류 ID와 온 상태 저항(on-state resistance) RON 간의 관계를 나타내는 데이터를 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 드레인 전류 ID가 증가함에 따라, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 온 상태 저항 RON은 비선형적으로 증가한다.Referring to FIGS. 1 and 2 , a first lookup table is previously stored in the memory device of the controller 230. The first lookup table has data representing the relationship between the drain current I D of the charge FET 111 and the discharge FET 112 and the on-state resistance R ON . As shown in Figure 2, as the drain current I D of the charge FET 111 and the discharge FET 112 increases, the on-state resistance R ON of the charge FET 111 and the discharge FET 112 increases nonlinearly. increases.

컨트롤러(230)는, 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제1 룩업 테이블로부터 제1 전류에 연관된 기준 저항을 획득한다. 예를 들어, 제1 전류가 100 A인 경우, 100 A의 드레인 전류에 연관된 1 mΩ의 온 상태 저항이 기준 저항으로서 획득되고, 제1 전류가 150 A인 경우 150 A의 드레인 전류에 연관된 3 mΩ의 온 상태 저항이 기준 저항으로서 획득되며, 제1 전류가 200 A인 경우 200 A의 드레인 전류에 연관된 7 mΩ의 온 상태 저항이 기준 저항으로서 획득될 수 있다.The controller 230 uses the first current as an index to obtain a reference resistance associated with the first current from the first lookup table. For example, if the first current is 100 A, an on-state resistance of 1 mΩ associated with a drain current of 100 A is obtained as the reference resistance, and if the first current is 150 A, an on-state resistance of 3 mΩ associated with a drain current of 150 A is obtained. An on-state resistance of 7 mΩ associated with a drain current of 200 A can be obtained as a reference resistance when the first current is 200 A.

다음으로, 컨트롤러(230)는, 제2 전압을 기준 저항으로 나누어, 제2 전류를 산출한다. Next, the controller 230 divides the second voltage by the reference resistance to calculate the second current.

다음으로, 컨트롤러(230)는, 제1 전류와 제2 전류의 차이를 기초로, 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 판정한다. 제1 전류와 제2 전류는 동일 시점에서 대전류 경로(11)를 통해 흐르는 충방전 전류를 나타낸다. 따라서, 전류 검출 회로(120)가 정상이라면 제1 전류와 제2 전류 간의 차이는 미리 정해진 제1 임계 범위(예, -0.3 A ~ +0.3 A) 내일 것이지만, 전류 검출 회로(120)가 고장이라면 제1 전류와 제2 전류 간의 차이는 제1 임계 범위를 벗어날 것이다.Next, the controller 230 determines whether the current detection circuit 120 is broken based on the difference between the first current and the second current. The first current and the second current represent charging and discharging currents flowing through the large current path 11 at the same point in time. Accordingly, if the current detection circuit 120 is normal, the difference between the first current and the second current will be within the first predetermined threshold range (e.g., -0.3 A to +0.3 A), but if the current detection circuit 120 is malfunctioning, The difference between the first current and the second current will be outside the first threshold range.

<제2 룩업 테이블을 이용하는 진단 동작><Diagnosis operation using the second lookup table>

도 1 및 도 3을 참조하면, 컨트롤러(230)의 메모리 디바이스에는 제2 룩업 테이블이 미리 저장된다. 제2 룩업 테이블은, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 드레인 전류 ID와 드레인-소스 전압 VDS 간의 관계를 나타내는 데이터를 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 드레인 전류 ID가 증가함에 따라, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 드레인-소스 전압 VDS은 비선형적으로 증가한다.Referring to FIGS. 1 and 3 , a second lookup table is previously stored in the memory device of the controller 230. The second lookup table has data representing the relationship between the drain current I D of the charge FET 111 and the discharge FET 112 and the drain-source voltage V DS . As shown in Figure 3, as the drain current I D of the charge FET 111 and the discharge FET 112 increases, the drain-source voltage V DS of the charge FET 111 and the discharge FET 112 becomes nonlinear. increases to

컨트롤러(230)는, 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제2 룩업 테이블로부터 제1 전류에 연관된 기준 전압을 획득한다. 예를 들어, 제1 전류가 100 A인 경우 100 A의 드레인 전류에 연관된 0.1 V의 드레인-소스 전압이 기준 전압으로서 획득되고, 제1 전류가 150 A인 경우 150 A의 드레인 전류에 연관된 0.45 V의 드레인-소스 전압이 기준 전압으로서 획득되며, 제1 전류가 200 A인 경우 200 A의 드레인 전류에 연관된 1.4 V의 드레인-소스 전압이 기준 전압으로서 획득될 수 있다.The controller 230 uses the first current as an index to obtain a reference voltage associated with the first current from the second lookup table. For example, when the first current is 100 A, a drain-source voltage of 0.1 V associated with a drain current of 100 A is obtained as the reference voltage, and when the first current is 150 A, a drain-source voltage of 0.45 V associated with a drain current of 150 A is obtained. A drain-source voltage of 1.4 V associated with a drain current of 200 A can be obtained as a reference voltage when the first current is 200 A.

다음으로, 컨트롤러(230)는, 제2 전압과 기준 전압의 차이를 기초로, 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 판정한다. 제2 전압은 충방전 전류에 의해 발생하는 것이고, 제1 전류는 충방전 전류에 대응한다. 따라서, 전류 검출 회로(120)가 정상이라면 제2 전압과 기준 전압 간의 차이는 미리 정해진 제2 임계 범위(예, -0.01 V ~ +0.01 V) 내일 것이지만, 전류 검출 회로(120)가 고장이라면 제2 전압과 기준 전압 간의 차이는 제2 임계 범위를 벗어날 것이다.Next, the controller 230 determines whether the current detection circuit 120 is broken based on the difference between the second voltage and the reference voltage. The second voltage is generated by the charge/discharge current, and the first current corresponds to the charge/discharge current. Therefore, if the current detection circuit 120 is normal, the difference between the second voltage and the reference voltage will be within the predetermined second threshold range (e.g., -0.01 V to +0.01 V), but if the current detection circuit 120 is malfunctioning, the difference between the second voltage and the reference voltage will be within the predetermined second threshold range (e.g., -0.01 V to +0.01 V). The difference between the 2 voltage and the reference voltage will be outside the second threshold range.

컨트롤러(230)는, 전술한 제1 룩업 테이블 및 제2 룩업 테이블 중 적어도 하나를 이용하는 진단 동작이 완료되면, 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 나타내는 진단 신호를 출력한다. 진단 신호는, 컨트롤러(230)에 구비된 통신 단자(C4)로부터 출력되어, 배터리팩(10)의 통신 단자(COM)를 통해 외부 디바이스(예, 차량의 ECU)로 전송될 수 있다. 통신 단자(COM)는 유선 또는 무선 통신을 지원한다. 유선 통신은 예컨대 캔(CAN: contoller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있는데, 컨트롤러(230)와 외부 디바이스 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프토토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.When the diagnosis operation using at least one of the above-described first lookup table and the second lookup table is completed, the controller 230 outputs a diagnosis signal indicating whether the current detection circuit 120 is broken. The diagnostic signal may be output from the communication terminal (C4) provided in the controller 230 and transmitted to an external device (eg, ECU of a vehicle) through the communication terminal (COM) of the battery pack 10. The communication terminal (COM) supports wired or wireless communication. Wired communication may be, for example, CAN (controller area network) communication, and wireless communication may be, for example, ZigBee or Bluetooth communication. If wired and wireless communication between the controller 230 and an external device is supported, the type of communication protocol is There is no particular limitation.

외부 디바이스는, 컨트롤러(230)로부터 수신한 진단 신호에 대응하는 시각적 정보 및 청각적 정보 중 적어도 하나를 사용자에게 제공하도록 구성된 주변 장치를 포함할 수 있다. 주변 장치는, 예컨대 디스플레이, 스피커 등과 같이 정보를 시각적 및/또는 청각적으로 출력하는 기기를 이용하여 구현될 수 있다.The external device may include a peripheral device configured to provide the user with at least one of visual information and auditory information corresponding to the diagnostic signal received from the controller 230. Peripheral devices may be implemented using devices that output information visually and/or audibly, such as displays and speakers.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 검출 회로(120)의 고장을 판정하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.Figure 4 is a flowchart showing a method for determining a failure of the current detection circuit 120 according to another embodiment of the present invention.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 단계 400에서, 전류 검출 회로(120)는 배터리팩(10)의 대전류 경로(11)에 설치된 션트 저항 소자(121)의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 제1 전류를 검출한다. 전류 검출 회로(120)는, 제1 전류를 나타내는 전류 데이터를 제어부(200)에게 전송한다.Referring to FIGS. 1, 2, and 4, in step 400, the current detection circuit 120 detects a first voltage generated across the shunt resistor element 121 installed in the high current path 11 of the battery pack 10. The first current is detected based on . The current detection circuit 120 transmits current data representing the first current to the control unit 200.

단계 410에서, 제어부(200)는, 대전류 경로(11)에 설치된 충전 FET(111) 및 방전 FET(112) 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 측정한다. 예컨대, 충전 모드에서는 충전 FET(111)의 양단에 발생하는 전압이 제2 전압으로서 측정되고, 방전 모드에서는 방전 FET(112)의 양단에 발생하는 전압이 제2 전압으로서 측정된다. 통상 모드에서는 충전 FET(111) 또는 방전 FET(112)의 양단에 발생하는 전압이 제2 전압으로서 측정될 수 있다. 제1 전압이 측정되는 시점과 제2 전압이 측정되는 시점은, 서로 동일하거나 오차 범위 내의 차이를 가질 수 있다.In step 410, the control unit 200 measures the second voltage generated at both ends of either the charge FET 111 or the discharge FET 112 installed in the large current path 11. For example, in the charging mode, the voltage generated across the charging FET 111 is measured as the second voltage, and in the discharging mode, the voltage generated across the discharging FET 112 is measured as the second voltage. In normal mode, the voltage generated across the charge FET 111 or the discharge FET 112 can be measured as the second voltage. The time at which the first voltage is measured and the time at which the second voltage is measured may be the same or may have a difference within an error range.

단계 420에서, 제어부(200)는, 제1 전류를 인덱스로서 이용하여, 제1 룩업테이블로부터 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 온 상태 저항을 기준 저항으로서 획득한다. 제1 룩업테이블에는, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 드레인 전류와 온 상태 저항 간의 관계를 나타내는 데이터가 기록되어 있다.In step 420, the control unit 200 uses the first current as an index to obtain the on-state resistance associated with the drain current corresponding to the first current as a reference resistance from the first lookup table. In the first lookup table, data showing the relationship between the drain current and the on-state resistance of the charge FET 111 and the discharge FET 112 is recorded.

단계 430에서, 제어부(200)는, 제2 전압을 기준 저항으로 나누어, 제2 전류를 산출한다. 제2 전류는, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)를 통해 흐르는 전류의 추정치이다.In step 430, the control unit 200 divides the second voltage by the reference resistance to calculate the second current. The second current is an estimate of the current flowing through the charge FET (111) and the discharge FET (112).

단계 440에서, 제어부(200)는, 제1 전류 및 제2 전류 간의 차이가 제1 임계 범위를 벗어나는지 여부를 판정한다. 제1 전류 및 제2 전류 간의 차이가 제1 임계 범위를 벗어나는 것은, 전류 검출 회로(120)가 고장임을 나타낸다. 단계 440의 값이 "YES"인 경우, 단계 450이 진행된다.In step 440, the control unit 200 determines whether the difference between the first current and the second current exceeds the first threshold range. If the difference between the first current and the second current is outside the first threshold range, it indicates that the current detection circuit 120 is malfunctioning. If the value of step 440 is “YES,” step 450 proceeds.

단계 450에서, 제어부(200)는, 전류 검출 회로(120)가 고장임을 나타내는 진단 신호를 출력한다.In step 450, the control unit 200 outputs a diagnostic signal indicating that the current detection circuit 120 is malfunctioning.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출 회로(120)의 고장을 판정하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.Figure 5 is a flowchart showing a method for determining a failure of the current detection circuit 120 according to another embodiment of the present invention.

도 1, 도 3 및 도 5를 참조하면, 단계 500에서, 전류 검출 회로(120)는 배터리팩(10)의 대전류 경로(11)에 설치된 션트 저항 소자(121)의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 제1 전류를 검출한다. 전류 검출 회로(120)는, 제1 전류를 나타내는 전류 데이터를 제어부(200)에게 전송한다.Referring to FIGS. 1, 3, and 5, in step 500, the current detection circuit 120 detects a first voltage generated at both ends of the shunt resistor element 121 installed in the high current path 11 of the battery pack 10. The first current is detected based on . The current detection circuit 120 transmits current data representing the first current to the control unit 200.

단계 510에서, 제어부(200)는, 대전류 경로(11)에 설치된 충전 FET(111) 및 방전 FET(112) 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 측정한다. 제1 전압이 측정되는 시점과 제2 전압이 측정되는 시점은, 서로 동일하거나 오차 범위 내의 차이를 가질 수 있다.In step 510, the control unit 200 measures the second voltage generated at both ends of either the charge FET 111 or the discharge FET 112 installed in the large current path 11. The time at which the first voltage is measured and the time at which the second voltage is measured may be the same or may have a difference within an error range.

단계 520에서, 제어부(200)는, 제1 전류를 인덱스로서 이용하여, 제2 룩업테이블로부터 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 드레인-소스 전압을 기준 전압으로서 획득한다. 제2 룩업테이블에는, 충전 FET(111) 및 방전 FET(112)의 드레인 전류와 드레인-소스 전압 간의 관계를 나타내는 데이터가 기록되어 있다.In step 520, the control unit 200 uses the first current as an index to obtain a drain-source voltage associated with the drain current corresponding to the first current from the second lookup table as a reference voltage. In the second lookup table, data representing the relationship between the drain current and drain-source voltage of the charge FET 111 and the discharge FET 112 is recorded.

단계 530에서, 제어부(200)는, 제2 전압 및 기준 전압 간의 차이가 제2 임계 범위를 벗어나는지 여부를 판정한다. 제2 전압 및 기준 전압 간의 차이가 제2 임계 범위를 벗어나는 것은, 전류 검출 회로(120)가 고장임을 나타낸다. 단계 530의 값이 "YES"인 경우, 단계 540이 진행된다.In step 530, the control unit 200 determines whether the difference between the second voltage and the reference voltage is outside the second threshold range. If the difference between the second voltage and the reference voltage is outside the second threshold range, it indicates that the current detection circuit 120 is malfunctioning. If the value of step 530 is “YES,” step 540 proceeds.

단계 540에서, 제어부(200)는, 전류 검출 회로(120)가 고장임을 나타내는 진단 신호를 출력한다.In step 540, the control unit 200 outputs a diagnostic signal indicating that the current detection circuit 120 is malfunctioning.

본 명세서에 기재된 실시예들에 의하면, 션트 저항 소자(121) 외에 충방전 전류를 검출하기 위한 홀 센서를 추가하지 않고도, 션트 저항 소자(121)를 구비하는 전류 검출 회로(120)의 고장 여부를 판정할 수 있다.According to the embodiments described in this specification, it is possible to determine whether the current detection circuit 120 including the shunt resistance element 121 is broken without adding a Hall sensor for detecting charge/discharge current in addition to the shunt resistance element 121. can be judged.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded. The implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.

이상에서 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.Although the present invention has been described above with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the description below will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the patent claims.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다. In addition, the present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings, and all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made.

10: 배터리팩
11: 대전류 경로
20: 배터리 스택
21: 배터리 셀
100: 배터리 관리 시스템
110: 양방향 스위치
111: 충전 FET
112: 방전 FET
CN: 공통 노드
120: 전류 검출 회로
121: 션트 저항 소자
200: 제어부
210: 스위치 드라이버
220: 전압 검출 회로
230: 컨트롤러
10: Battery pack
11: High current path
20: battery stack
21: battery cell
100: Battery management system
110: two-way switch
111: charge FET
112: discharge FET
CN: Common Node
120: current detection circuit
121: shunt resistance element
200: control unit
210: switch driver
220: voltage detection circuit
230: controller

Claims (12)

배터리팩의 대전류 경로에 설치된 션트 저항 소자를 구비하고, 상기 션트 저항 소자의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 상기 대전류 경로를 통해 흐르는 제1 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출 회로;
서로 직렬 연결된 충전 FET 및 방전 FET을 포함하고, 상기 대전류 경로에 설치되는 양방향 스위치; 및
상기 전류 검출 회로 및 상기 양방향 스위치에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 충전 FET 및 상기 방전 FET 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 측정하고,
상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제1 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 온 상태 저항을 기준 저항으로서 획득하되, 상기 제1 룩업테이블은 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 온 상태 저항 간의 관계를 나타내는 데이터를 가지고,
상기 제2 전압을 상기 기준 저항으로 나누어, 제2 전류를 산출하고,
상기 제1 전류 및 상기 제2 전류 간의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된, 배터리 관리 시스템.
A current detection circuit comprising a shunt resistance element installed in a high current path of a battery pack and configured to detect a first current flowing through the large current path based on a first voltage generated across both ends of the shunt resistance element;
a two-way switch including a charge FET and a discharge FET connected in series with each other, and installed in the high current path; and
a control unit operably coupled to the current detection circuit and the bidirectional switch,
The control unit,
Measure a second voltage generated across either the charge FET or the discharge FET,
Using the first current as an index, an on-state resistance associated with a drain current corresponding to the first current is obtained as a reference resistance from a first lookup table, wherein the first lookup table determines the drain of the charge FET and the discharge FET. With data representing the relationship between current and on-state resistance,
Dividing the second voltage by the reference resistance to calculate a second current,
A battery management system, configured to determine whether the current detection circuit is broken based on the difference between the first current and the second current.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 충전 FET 및 상기 방전 FET 중 적어도 하나가 온 상태를 가지도록 상기 충전 FET의 게이트 및 상기 방전 FET의 게이트 중 적어도 하나에 하이 레벨 전압을 인가하도록 구성된, 배터리 관리 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit,
A battery management system configured to apply a high level voltage to at least one of the gate of the charge FET and the gate of the discharge FET so that at least one of the charge FET and the discharge FET has an on state.
삭제delete 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 션트 저항 소자를 구비하고, 상기 션트 저항 소자의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 상기 대전류 경로를 통해 흐르는 제1 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출 회로;
서로 직렬 연결된 충전 FET 및 방전 FET을 포함하고, 상기 대전류 경로에 설치되는 양방향 스위치; 및
상기 전류 검출 회로 및 상기 양방향 스위치에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 충전 FET 및 상기 방전 FET 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 측정하고,
상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제2 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 드레인-소스 전압을 기준 전압으로서 획득하되, 상기 제2 룩업테이블은 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 드레인-소스 전압 간의 관계를 나타내는 데이터를 가지고,
상기 제2 전압 및 상기 기준 전압 간의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된, 배터리 관리 시스템.
A current detection circuit comprising a shunt resistance element installed in a high current path of a battery pack and configured to detect a first current flowing through the large current path based on a first voltage generated across the shunt resistance element;
a two-way switch including a charge FET and a discharge FET connected in series with each other, and installed in the high current path; and
a control unit operably coupled to the current detection circuit and the bidirectional switch;
The control unit,
Measure a second voltage generated across either the charge FET or the discharge FET,
Using the first current as an index, a drain-source voltage associated with a drain current corresponding to the first current is obtained as a reference voltage from a second lookup table, wherein the second lookup table is an index of the charge FET and the discharge FET. With data representing the relationship between drain current and drain-source voltage,
A battery management system, configured to determine whether the current detection circuit is broken based on the difference between the second voltage and the reference voltage.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량이 기준 범위를 벗어하는 경우, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하도록 구성된, 배터리 관리 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit,
A battery management system configured to determine whether the current detection circuit is broken when the amount of change in the first current during unit time is outside a reference range.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 전류의 단위 시간 동안의 변화량을 기초로, 감시 기간을 결정하고,
상기 감시 기간 동안 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 주기적으로 판정하도록 구성된, 배터리 관리 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit,
Determining a monitoring period based on the amount of change in the first current per unit time,
A battery management system configured to periodically determine whether the current detection circuit has failed during the monitoring period.
제6항에 있어서,
상기 감시 기간은, 상기 변화량의 크기에 비례하는, 배터리 관리 시스템.
According to clause 6,
The monitoring period is proportional to the size of the change amount.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 나타내는 진단 신호를 출력하도록 구성된, 배터리 관리 시스템.
According to paragraph 1,
The control unit,
A battery management system configured to output a diagnostic signal indicating whether the current detection circuit has failed.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 시스템을 포함하는, 배터리팩.
A battery pack comprising the battery management system according to any one of claims 1, 2, and 4 to 8.
전류 검출 회로가 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 션트 저항 소자의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 제1 전류를 검출하는 단계;
제어부가 상기 대전류 경로에 설치된 양방향 스위치에 포함된 충전 FET 및 방전 FET 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 측정하는 단계;
상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제1 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 온 상태 저항을 기준 저항으로서 획득하는 단계;
상기 제2 전압을 상기 기준 저항으로 나누어, 제2 전류를 산출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 제2 전압의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 단계를 포함하되,
상기 제1 룩업테이블은, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 온 상태 저항 간의 관계를 나타내는 데이터를 가지는, 전류 검출 회로의 고장 판정 방법.
A current detection circuit detecting a first current based on a first voltage generated at both ends of a shunt resistance element installed in a high current path of a battery pack;
A control unit measuring a second voltage generated at both ends of either a charge FET or a discharge FET included in a bidirectional switch installed in the high current path;
using the first current as an index to obtain an on-state resistance associated with a drain current corresponding to the first current as a reference resistance from a first lookup table;
dividing the second voltage by the reference resistance to calculate a second current; and
The control unit determines whether the current detection circuit is broken based on the difference between the second voltages,
The first lookup table has data indicating a relationship between drain currents and on-state resistance of the charge FET and the discharge FET.
삭제delete 전류 검출 회로가 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 션트 저항 소자의 양단에 발생하는 제1 전압을 기초로 제1 전류를 검출하는 단계;
제어부가 상기 대전류 경로에 설치된 양방향 스위치에 포함된 충전 FET 및 방전 FET 중 어느 하나의 양단에 발생하는 제2 전압을 측정하는 단계;
상기 제1 전류를 인덱스로서 이용하여 제2 룩업테이블로부터 상기 제1 전류에 대응하는 드레인 전류에 연관된 드레인-소스 전압을 기준 전압으로서 획득하는 단계;
상기 제2 전압 및 상기 기준 전압 간의 차이를 기초로, 상기 전류 검출 회로의 고장 여부를 판정하는 단계를 포함하되,
상기 제2 룩업테이블은, 상기 충전 FET 및 상기 방전 FET의 드레인 전류와 드레인-소스 전압 간의 관계를 나타내는 데이터를 가지는, 전류 검출 회로의 고장 판정 방법.
A current detection circuit detecting a first current based on a first voltage generated at both ends of a shunt resistance element installed in a high current path of a battery pack;
A control unit measuring a second voltage generated at both ends of either a charge FET or a discharge FET included in a bidirectional switch installed in the high current path;
using the first current as an index to obtain a drain-source voltage associated with a drain current corresponding to the first current from a second lookup table as a reference voltage;
Comprising determining whether the current detection circuit is broken based on the difference between the second voltage and the reference voltage,
The second lookup table has data representing the relationship between drain currents and drain-source voltages of the charge FET and the discharge FET.
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