KR20150025428A - Apparatus and Method for diagnosis of cell balancing switch - Google Patents

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Abstract

Disclosed are an apparatus and a method for diagnosing malfunction of a cell balancing switch. The apparatus for diagnosing malfunction of a cell balancing switch according to the present invention turns on or off a switch to be diagnosed and analyzes malfunction of the cell balancing switch by analyzing a variation pattern of a node voltage to be diagnosed during turn-on and turn-off. When it is determined that a switch to be analyzed is malfunctioning, the apparatus turns on the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed, analyzes a node voltage of the cell adjacent to the switch to be diagnosed, and determines a reason for the malfunction of the cell balancing switching to be diagnosed. According to the invention, the cell balancing switch can be diagnosed for malfunction and a reason for the malfunction by using a simple circuit configuration.

Description

셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치 및 방법{Apparatus and Method for diagnosis of cell balancing switch}[0001] Apparatus and method for diagnosing a cell balancing switch [

본 발명은 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방전저항을 이용한 셀 밸런싱 회로에서 방전저항 측으로 방전전류의 흐름을 스위칭하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 진단할 수 있는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing a fault in a cell balancing switch, and more particularly, to a cell balancing circuit using a discharge resistor, a cell balancing switch for switching the flow of a discharge current, And more particularly, to a fault diagnosis apparatus and method for a balancing switch.

최근 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지면서 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기 자동차나 하이브리드 자동차에는 자동차의 구동을 위한 구동 모터를 구동시키고, 각종 전장 장치를 작동시키는데 필요한 전력을 공급하기 위해 다수개의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩을 탑재한다. 이러한 배터리 팩에 포함된 다수개의 배터리 셀은 안정성과 수명 향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 유지할 필요가 있다.Due to the recent exhaustion of fossil energy and environmental pollution, interest in electric vehicles and hybrid vehicles that use electric energy instead of using fossil energy has been actively studied. An electric vehicle or hybrid vehicle is equipped with a battery pack composed of a plurality of battery cells for driving a driving motor for driving a vehicle and supplying power required for operating various electric devices. A plurality of battery cells included in such a battery pack needs to maintain the voltage of each battery cell uniformly in order to obtain stability, life span, and high output.

배터리 팩에 포함된 각 배터리 셀의 충전전압을 균일하게 밸런싱하는 방법에는, 전압이 상대적으로 낮은 배터리 셀에 충전전류를 공급하여 전압을 상승시키는 방법, 전압이 상대적으로 높은 배터리 셀을 방전시켜 전압을 하강시키는 방법, 각 배터리 셀의 전압으로부터 밸런싱 목표 전압을 정하고 목표 전압보다 전압이 높은 배터리 셀은 방전시키고 목표 전압보다 전압이 낮은 배터리 셀은 충전시키는 방법 등의 여러 가지 방법이 사용되고 있다.Methods for uniformly balancing the charging voltage of each battery cell included in the battery pack include a method of increasing the voltage by supplying a charging current to a battery cell having a relatively low voltage, a method of discharging a battery cell having a relatively high voltage, A method of determining a balancing target voltage from a voltage of each battery cell, a method of discharging a battery cell having a higher voltage than the target voltage, and a method of charging a battery cell having a voltage lower than the target voltage.

위와 같은 셀 밸런싱 방법은 각 배터리 셀과 연결된 셀 밸런싱 회로에 의해 구현된다. 셀 밸런싱 회로는 셀 밸런싱 동작의 시작과 종료를 제어하기 위한 스위칭 소자와 배터리 셀 전압을 방전시킬 때 사용되는 방전저항을 포함한다.Such a cell balancing method is implemented by a cell balancing circuit connected to each battery cell. The cell balancing circuit includes a switching element for controlling the start and end of the cell balancing operation and a discharging resistor used for discharging the battery cell voltage.

그런데 셀 밸런싱 회로를 이용하여 셀 밸런싱 동작이 이루어지는 과정에서 순간적으로 과도한 전류가 셀 밸런싱 회로로 유입되거나 스위칭 소자에 동작 전압 이상의 과전압이 인가되거나 방전저항을 통해 과도한 열이 발생되는 등의 이상 상황이 발생되면 밸런싱 회로에 포함된 부품이 단락(short) 또는 개방(open)되어 회로가 정상적으로 동작하지 않는 문제가 발생한다.However, during the cell balancing operation using the cell balancing circuit, an excessive current flows into the cell balancing circuit instantaneously, an overvoltage higher than the operating voltage is applied to the switching element, or excessive heat is generated due to the discharge resistance The components included in the balancing circuit are short-circuited or open so that the circuit does not operate normally.

셀 밸런싱 회로가 정상적으로 동작하지 않으면 해당 회로에 연결된 배터리 셀의 전압이 다른 배터리 셀에 비해 과도하게 높아지거나 낮아지게 됨으로써 배터리 팩과 연결된 부하의 동작이 갑자기 정지하거나 심한 경우 배터리 팩이 폭발하는 것과 같은 심각한 문제가 초래될 수 있다.If the cell balancing circuit does not operate normally, the voltage of the battery cell connected to the circuit becomes excessively high or low as compared with other battery cells, so that the operation of the load connected to the battery pack suddenly stops, Problems may arise.

위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 셀 밸런싱 회로의 이상 유무를 진단할 수 있는 진단 회로가 셀 밸런싱 회로와 결합될 필요가 있다.In order to solve the above problem, it is necessary that a diagnostic circuit capable of diagnosing the abnormality of the cell balancing circuit is combined with the cell balancing circuit.

일 예로, 대한민국 등록특허공보 10-1065562는 어느 하나의 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 판단하기 위해 인접하는 셀 밸런싱 스위치를 턴온 및 턴오프 시켜 이로 인한 전압차의 패턴을 분석하는 방법을 개시하고 있다.For example, Korean Patent Registration No. 10-1065562 discloses a method of analyzing a pattern of a voltage difference by turning on and off an adjacent cell balancing switch to determine whether any of the cell balancing switches is faulty.

그런데 위와 같은 선행기술은 진단 대상이 되는 셀 밸런싱 스위치와 인접한 다른 셀 밸런싱 스위치는 정상작동을 하는 것을 전제조건으로 이루어진다. 즉, 인접한 셀 밸런싱 스위치가 고장 상태라면, 진단이 정확하게 이루지지 않을 수 있다. 나아가, 2이상의 셀 밸런싱 스위치에 고장이 발생하였다면 상기 선행기술에서 제시된 방법은 실행할 수 없다는 문제가 있다.However, the above-described prior art is based on the assumption that the cell balancing switch to be diagnosed and the other cell balancing switch adjacent to the cell are operating normally. That is, if the adjacent cell balancing switch is in a failed state, the diagnosis may not be performed correctly. Further, if a failure occurs in two or more cell balancing switches, there is a problem that the method disclosed in the prior art can not be performed.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간단한 회로 구성으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부와 고장 원인을 정확히 진단할 수 있는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a fault diagnosis apparatus and method for a cell balancing switch capable of accurately diagnosing whether a cell balancing switch is faulty or faulty with a simple circuit configuration, There is a purpose.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는 다수의 셀을 포함하는 배터리 팩에서 각 셀에 대응하는 셀 밸런싱 스위치의 고장을 진단하는 장치로서, 각 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인에 병렬 연결되고 상기 셀 밸런싱 스위치와 방전저항을 포함하는 셀 밸런싱 회로; 상기 셀 밸런싱 회로와 셀 전압 센싱 라인이 연결된 노드(고전위 노드와 저전위 노드)를 기준으로 셀 측 전압 센싱 라인 상에 설치된 진단저항; 상기 고전위 노드와 저전위 노드의 전압차(이하, 노드 전압차)에 해당하는 전압을 출력하는 전압 센싱 회로; 및 상기 셀 밸런싱 스위치 중 진단 대상이 되는 스위치를 턴온 또는 턴오프 시켜 턴온 시와 턴오프 시 진단 대상이 되는 노드 전압의 변화 패턴을 분석하여 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 판별하고, 진단 대상이 되는 스위치가 고장으로 판단된 경우 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치를 턴온 시켜 턴온 시 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀의 노드 전압을 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 고장 원인을 판별한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for diagnosing a failure of a cell balancing switch corresponding to each cell in a battery pack including a plurality of cells, A cell balancing circuit connected in parallel to the connected voltage sensing line and including the cell balancing switch and the discharging resistor; A diagnostic resistor provided on the cell-side voltage sensing line with respect to a node (high-potential node and low-potential node) to which the cell balancing circuit and the cell voltage sensing line are connected; A voltage sensing circuit for outputting a voltage corresponding to a voltage difference between the high potential node and the low potential node (hereinafter referred to as node voltage difference); And a controller for determining whether the cell balancing switch is malfunctioning by analyzing a change pattern of a node voltage to be diagnosed when the switch is turned on or turned off at the time of turning on and turning off the switch to be diagnosed among the cell balancing switches, The cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is turned on to analyze the node voltage of the cell adjacent to the switch to be diagnosed upon turning on to determine the cause of the failure of the cell balancing switch to be diagnosed.

본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는 상기 셀 밸런싱 회로 상의 저전위 노드 측에는 역 방향으로 전압이 인가되는 것을 제한시키는 다이오드;를 더 포함할 수 있다.The apparatus for diagnosing a cell balancing switch according to the present invention may further include a diode for limiting a voltage applied to a low potential node on the cell balancing circuit in a reverse direction.

본 발명에 따른 상기 셀 밸런싱 스위치는 전계효과트랜지스터(field effect transistor; FET)일 수 있다.The cell balancing switch according to the present invention may be a field effect transistor (FET).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차와 턴오프 상태의 노드 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 고장인 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, when the difference between the node voltage difference in the turn-on state of the diagnostic object cell balancing switch and the node voltage difference in the turn-off state is equal to or less than a preset reference voltage, .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 큰 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단락되어 있는 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, when the node voltage difference in the on-state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is larger than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors, Is short-circuited.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 작은 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단선되어 있는 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, when the node voltage difference in the ON state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is smaller than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors, Is disconnected.

본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는 상기 셀 밸런싱 스위치에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 외부로 통보하는 고장 경보기를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생 사실을 통보할 수 있다.The apparatus for diagnosing faults in a cell balancing switch according to the present invention further comprises a fault alarm notifying the occurrence of a fault when a fault occurs in the cell balancing switch, and the control unit can visually or audibly It is possible to notify the occurrence of a failure of the cell balancing switch.

본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치; 및 다수의 셀;을 포함하는 배터리 팩의 일 구성 요소가 될 수 있다.A fault diagnosis apparatus for a cell balancing switch according to the present invention includes: a fault diagnosis apparatus for a cell balancing switch; And a plurality of cells.

본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다. 이 경우, 상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기가 될 수 있다.A battery pack according to the present invention includes a battery pack; And a load that is supplied with electric power from the battery pack. In this case, the load may be electric driving means or a portable device.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 방법은 다수의 셀을 포함하는 배터리 팩에서 각 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인에 병렬 연결되고 상기 셀 밸런싱 스위치와 방전저항을 포함하는 셀 밸런싱 회로와, 상기 셀 밸런싱 회로와 셀 전압 센싱 라인이 연결된 노드(고전위 노드와 저전위 노드)를 기준으로 셀 측 전압 센싱 라인 상에 설치된 진단저항과, 상기 고전위 노드와 저전위 노드의 전압차(이하, 노드 전압차)에 해당하는 전압을 출력하는 전압 센싱 회로를 이용하여 셀 밸런싱 스위치의 고장을 진단하는 방법으로서, (a) 상기 셀 밸런싱 스위치 중 진단 대상이 되는 스위치를 턴온 또는 턴오프 시켜 턴온 시와 턴오프 시 진단 대상이 되는 노드 전압의 변화 패턴을 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 판별하는 단계; 및 (b) 진단 대상이 되는 스위치가 고장으로 판단된 경우 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치를 턴온 시켜 턴온 시 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀의 노드 전압을 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 고장 원인을 판별하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of diagnosing a cell balancing switch, the method comprising: connecting a cell balancing switch and a discharge resistor in parallel in a voltage sensing line connected to both terminals of each cell in a battery pack including a plurality of cells; A diagnostic resistor provided on a cell-side voltage sensing line based on a node (a high potential node and a low potential node) to which the cell balancing circuit and the cell voltage sensing line are connected, and a high- A method for diagnosing a failure of a cell balancing switch using a voltage sensing circuit for outputting a voltage corresponding to a voltage difference between nodes (hereinafter node voltage difference), comprising the steps of: (a) Or turn off to analyze the change pattern of the node voltage to be diagnosed at the time of turning on and turning off, Determining whether a failure; And (b) if the switch to be diagnosed is determined to be faulty, the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is turned on to analyze the node voltage of the adjacent cell and the cell to be diagnosed when the switch is turned on, And determining a cause of the failure of the switch.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차와 턴오프 상태의 노드 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 고장인 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, in the step (a), when the difference value between the node voltage difference in the turn-on state of the diagnostic object cell balancing switch and the node voltage difference in the turn-off state is equal to or less than a preset reference voltage, It is determined that there is a failure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 큰 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단락되어 있는 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, in the step (b), when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is larger than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors, It is determined that the cell balancing switch is short-circuited.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 작은 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단선되어 있는 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, in the step (b), when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is smaller than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors, It is determined that the cell balancing switch is disconnected.

본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 방법은 상기 셀 밸런싱 스위치에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 외부로 통보하는 고장 경보기를 더 포함하고, (c) 상기 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생 사실을 통보하는 단계;를 더 포함한다.The method for diagnosing a fault in a cell balancing switch according to the present invention further comprises a fault alarm notifying the occurrence of a fault when a fault occurs in the cell balancing switch, and (c) And notifying the occurrence of a failure of the cell balancing switch.

본 발명에 따르면, 간단한 회로 구성으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부와 고장 원인을 진단할 수 있다. 또한, 전압 센싱 라인이 단선된 경우이거나, 전체 셀 밸런싱 스위치가 단선 또는 단락된 경우에도 고장 원인을 정확히 판별할 수 있다. 이를 통해 셀 밸런싱 회로 이상으로 배터리의 고장이 확대되는 것을 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to diagnose whether or not the cell balancing switch is faulty and the cause of failure by a simple circuit configuration. Further, even when the voltage sensing line is disconnected or when the entire cell balancing switch is disconnected or short-circuited, the cause of the failure can be accurately determined. This makes it possible to prevent the failure of the battery from spreading beyond the cell balancing circuit.

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 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치에 대한 회로 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부와 고장 원인을 판별하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장을 진단하는 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, And should not be construed as limiting.
1 is a circuit diagram of a fault diagnosis apparatus for a cell balancing switch according to a preferred embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 4 are diagrams illustrating a method of determining whether a cell balancing switch is faulty or fail according to a preferred embodiment of the present invention.
5 and 6 are flowcharts illustrating a method of diagnosing a failure of a cell balancing switch according to a preferred 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 아니되며, 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치에 대한 회로 구성도이다. 도 1에는 셀이 3개만 예시되어 있으나, 본 발명은 셀의 수에 의해 한정되지 않는다.1 is a circuit diagram of a fault diagnosis apparatus for a cell balancing switch according to a preferred embodiment of the present invention. Although only three cells are illustrated in Fig. 1, the present invention is not limited by the number of cells.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는, 다수의 셀(VB1, VB2, VB3)을 포함하는 배터리 팩(10)에서 각 셀(VB1, VB2, VB3)의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인에 병렬 연결되고 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)와 방전저항(Rd)을 포함하는 셀 밸런싱 회로(20), 상기 셀 밸런싱 회로(20)와 셀 전압 센싱 라인이 연결된 노드(고전위 노드(A)와 저전위 노드(B))를 기준으로 셀 측 전압 센싱 라인 상에 설치된 진단저항(Rm), 상기 고전위 노드(A)와 저전위 노드(B) 사이의 전압차(이하, 노드간 전압차)에 해당하는 전압을 센싱하여 출력하는 전압 센싱 회로(30) 및 상기 셀 밸런싱 스위치(SWb)를 턴온 또는 턴오프 시켜 턴온 시의 노드간 전압차와 턴오프 시의 노드간 전압차의 변화 패턴을 분석하여 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부와 고장 원인을 판별하는 제어부(40)를 포함한다.1, the failure diagnostic system for the cell balancing switch according to the present invention, a plurality of cells (VB1, VB2, VB3), the battery pack 10, each cell (VB 1, VB 2, VB 3) in containing the A cell balancing circuit 20 connected in parallel to a voltage sensing line connected to both terminals of the cell balancing circuit 20 and including a cell balancing switch SW b1 , SW b2 , SW b3 and a discharging resistor R d , A diagnostic resistor R m provided on the cell-side voltage sensing line with reference to the node (high-potential node A and low-potential node B) to which the cell voltage sensing line is connected, A voltage sensing circuit 30 for sensing and outputting a voltage corresponding to a voltage difference between nodes B (hereinafter referred to as a node voltage difference), and a voltage sensing circuit 30 for turning on or off the cell balancing switch SW b , And the voltage difference between the nodes at the time of turn-off are analyzed to determine whether the cell balancing switch is faulty or not, A controller 40 for determination.

여기서, 상기 고전위 노드(A)와 저전위 노드(B)는 상기 셀 밸런싱 회로(20)와 셀 전압 센싱 라인이 접속되는 상대적인 지점으로 예컨대, 제1번 셀(VB1)의 양극과 접속하여 연장된 셀 전압 센싱 라인과 셀 밸런싱 회로(20)가 접속되는 지점은 고전위 노드(A)가 되고, 이 고전위 노드(A)는 다시 제2번 셀(VB2)의 음극과 접속하여 연장된 셀 전압 센싱 라인과 셀 밸런싱 회로(20)가 접속되는 지점에서는 저전위 노드(B)가 된다.The high potential node A and the low potential node B are connected to the positive electrode of the first cell VB 1 at a relative position where the cell balancing circuit 20 is connected to the cell voltage sensing line The point where the extended cell voltage sensing line and the cell balancing circuit 20 are connected becomes a high potential node A and this high potential node A again connects to the cathode of the second cell VB 2 And becomes a low potential node B at a point where the cell voltage sensing line and the cell balancing circuit 20 are connected.

상기 셀 밸런싱 회로(20)는 제어부(40)에 의해 동작이 제어되는 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)와 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 동작에 따라 셀에 충전된 전압(이하, 셀 전압이라 함)을 방전시키는 방전저항(Rd)으로 구성된다. 필수적인 것은 아니지만, 셀 밸런싱 회로(20) 상의 저전위 노드(B) 측에는 역 방향으로 전압이 인가되는 것을 제한하는 다이오드(D)가 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)는 전계효과트랜지스터(field effect transistor; FET)가 사용되는 것이 바람직하다. 전계효과트랜지스터(FET)는 소오스 단자, 드레인 단자 및 게이트 단자를 구비하며, 게이트 단자에는 상기 제어부(40)의 제어에 따라 구동 전압이 인가되며, 구동 전압의 인가로 인해 셀 밸런싱 회로(20)가 도통되고 상기 방전저항(Rd)을 통해 셀 전압이 방전된다. 본 발명의 실시예에서 전계효과트랜지스터(FET)의 회로 구성 및 동작 방식은 주요 요지가 아니므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.The cell balancing circuit 20 is controlled by the cell balancing switches SW b1 , SW b2 and SW b3 whose operation is controlled by the controller 40 and the cell balancing switches SW b1 , SW b2 and SW b3 , And a discharge resistor R d for discharging a voltage charged in the cell (hereinafter referred to as a cell voltage). Although not essential, a diode D may be further included on the low potential node B side of the cell balancing circuit 20 to limit the application of the voltage in the reverse direction. The cell balancing switches SW b1 , SW b2 and SW b3 are preferably field effect transistors (FETs). A field-effect transistor (FET) has a source terminal, a drain terminal and a gate terminal. A gate voltage is applied to the gate terminal of the field-effect transistor under the control of the control unit 40, and the cell balancing circuit 20 And the cell voltage is discharged through the discharge resistor R d . The circuit configuration and the operation method of the field effect transistor (FET) in the embodiment of the present invention are not essential points, so that detailed description will be omitted.

상기 진단저항(Rm)은 본 발명에서 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 고장을 진단하기 위한 구성 요소로서, 셀 전압이 방전될 때 방전저항(Rd)을 통해 방전전류가 흐를 때와 흐르지 않을 때 노드간 전압차에 변화를 유발한다. 즉, 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 턴온되거나 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 단락되면 화살표로 표시된 방전 루프를 통해 방전전류가 흐른다. 이 때 고전위 노드의 전위는 고전위 노드 측의 진단저항(Rm)에 흐르는 방전전류로 인해 방전전류가 흐르지 않는 경우에 비해 감소하고, 저전위 노드의 전위는 저전위 노드 측의 진단저항(Rm)에 흐르는 방전전류로 인해 방전전류가 흐르지 않는 경우에 비해 상승한다. 그 결과, 방전 루프에 방전전류가 흐르면 노드간 전압차는 방전전류가 흐르지 않는 경우보다 감소하게 된다. 반대로 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 턴오프되거나 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 단선되면 방전 루프에 방전전류가 흐르지 않으므로 이런 경우 셀의 노드간 전압차는 셀 전압과 동일한 레벨의 전압 값을 가진다. 방전 루프에 방전전류가 흐르지 않으면 진단저항(Rm)을 통한 전압 강하가 발생되지 않고 노드 사이에 셀 전압이 그대로 인가되기 때문이다.The diagnostic resistor (R m) is the cell balancing switch as a component for diagnosing a failure of the (SW b1, SW b2, SW b3), the discharge current through the discharge resistor (R d) when the discharge cell voltage in the present invention And the voltage difference between the nodes when there is no current flow. That is, when the cell balancing switches SW b1 , SW b2 , and SW b3 are turned on or the cell balancing switches SW b1 , SW b2 , and SW b3 are short-circuited, a discharge current flows through a discharge loop indicated by an arrow. In this case, the potential of the high potential node is reduced as compared with the case where the discharge current does not flow due to the discharge current flowing in the diagnostic resistance (R m ) on the high potential node side, and the potential of the low potential node is reduced due to the discharge current flowing through the R m) is increased compared to the case where the discharging current does not flow. As a result, when a discharge current flows through the discharge loop, the voltage difference between the nodes becomes smaller than when the discharge current does not flow. On the contrary, when the cell balancing switches SW b1 , SW b2 and SW b3 are turned off or the cell balancing switches SW b1 , SW b2 and SW b3 are disconnected, no discharge current flows in the discharge loop. And has a voltage value at the same level as the cell voltage. If a discharge current does not flow through the discharge loop, a voltage drop through the diagnostic resistor R m is not generated and the cell voltage is directly applied between the nodes.

상기 전압 센싱 회로(30)는 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 고장을 진단하기 위한 목적으로 상기 제어부(40)의 제어에 의해 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 턴온/턴오프되면 각 셀의 고전위 노드(A)와 저전위 노드(B) 간의 전압차를 센싱하여 아날로그 전압 신호로 출력한다.The voltage sensing circuit 30 includes a cell balancing switch cell balancing switch under the control of the control unit 40 for the purpose of diagnosing a failure of the (SW b1, SW b2, SW b3), (SW b1, SW b2, SW b3 Is turned on / off, the voltage difference between the high potential node A and the low potential node B of each cell is sensed and output as an analog voltage signal.

바람직하게, 상기 전압 센싱 회로(30)는 각 셀(VB1, VB2, VB3)의 전압을 주기적으로 센싱하기 위해 통상적으로 사용되는 회로를 그대로 이용한다. 이런 경우 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 고장을 진단하기 위한 목적으로 별도의 전압 센싱 회로를 설치하지 않아도 되는 이점이 있다.Preferably, the voltage sensing circuit 30 is used in a circuit that is commonly used to periodically sensing the voltage of each cell (VB 1, VB 2, VB 3) as it is. In this case, there is an advantage that a separate voltage sensing circuit is not required for the purpose of diagnosing a failure of the cell balancing switches SW b1 , SW b2 , and SW b3 .

상기 제어부(40)는 전압 센싱 회로(30)로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환 모듈(미도시)과, A/D 변환 모듈을 통해 입력되는 디지털 전압 신호를 저장하는 메모리부(미도시)와, 각 셀(VB1, VB2, VB3)의 노드간 전압차를 얻기 위해 상기 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 동작을 제어하며, 전압 센싱 회로(30)를 이용하여 얻은 각 셀의 노드간 전압차의 변화 패턴을 분석하여 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 고장 여부와 고장 원인을 판별하는 중앙 연산 모듈(미도시)을 포함하여 구성된다. 이러한 제어부(40)의 구성은 일반적으로 배터리를 제어하는 시스템에 사용되는 것으로 널리 알려져 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.The control unit 40 includes an A / D conversion module (not shown) for converting an analog voltage signal output from the voltage sensing circuit 30 into a digital voltage signal, and a digital voltage conversion unit And controls the operation of the cell balancing switches SW b1 , SW b2 and SW b3 to obtain a voltage difference between the nodes of the cells VB 1 , VB 2 and VB 3 , A central operation module (not shown) for analyzing the change pattern of the inter-node voltage difference of each cell obtained by using the sensing circuit 30 to determine whether the cell balancing switches SW b1 , SW b2 , SW b3 are faulty or not, ). Since the configuration of the control unit 40 is generally known to be used in a system for controlling a battery, detailed description will be omitted.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치가 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 고장을 판별하는 과정을 제2번 셀(VB2)에 해당하는 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 고장 진단 과정을 중심으로 설명하면 다음과 같다.Cell balancing switch that failure diagnostic system for the cell balancing switch according to an embodiment of the present invention for the cell balancing switches (SW b1, SW b2, SW b3) a second time cell (VB 2) the step of determining the failure of the (SW b2 ) will be described as follows.

먼저, 상기 제어부(40)는 진단 대상이 되는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴온 시킨다. 이때, 제2번 셀(VB2)에 인접하는 제1번 셀(VB1)과 제3번 셀(VB3)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb3)는 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차에 영향을 줄 수 있으므로 턴오프 시킨다. 그런 다음, 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차를 전압 센싱 회로(30)를 통해 센싱하여 저장한다. 그런 다음, 제어부(40)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴오프 시킨 후, 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차를 전압 센싱 회로(30)를 통해 센싱하여 저장한다. 그리고 나서, 제어부(40)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온 또는 턴오프 될 때 인접 셀의 노드간 전압차의 변화 패턴을 분석하여 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부와 고장 원인을 판별한다.First, the controller 40 turns on the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 to be diagnosed. At this time, the cell balancing switches SW b1 and SW b3 of the first cell (VB 1 ) and the third cell (VB 3 ) adjacent to the second cell (VB 2 ) are connected to the second cell (VB 2 ) So that it is turned off. Then, the voltage difference between the nodes of the second cell (VB 2 ) is sensed through the voltage sensing circuit (30) and stored. Then, the control unit 40 is the second time cell (VB 2), the cell balancing switches (SW b2) the turn was turned off, the second time a cell voltage difference of the voltage sensing circuit 30 between the nodes of the (VB 2) of the And stores it. Then, when the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 is turned on or off, the control unit 40 analyzes the change pattern of the voltage difference between the adjacent cells to determine whether the cell balancing switch is malfunctioning And the cause of the failure.

<< CaseCase 1 : 제2번 셀의 셀  1: cell of the second cell 밸런싱Balancing 스위치가 정상인 경우> When the switch is normal>

도 2에 도시된 바와 같이, 제2번 셀(VB2)의 고전위 단자 전압을 'VB2 (+)'라 하고, 저전위 단자 전압을 'VB2 (-)'라 하겠다. 그리고 다른 노드와 구별을 위해 제2번 셀(VB2)의 양극과 접속하여 연장된 셀 전압 센싱 라인과 셀 밸런싱 회로(20)가 접속되는 고전위 노드를 'A2'라고 하고, 제2번 셀(VB2)의 음극과 접속하여 연장된 셀 전압 센싱 라인과 셀 밸런싱 회로(20)가 접속되는 저전위 노드를 'B2'라고 하겠다.As shown in FIG. 2, the high-potential terminal voltage of the second cell VB 2 will be referred to as VB 2 (+) and the low-potential terminal voltage as VB 2 (-) . A high-potential node to which the cell voltage sensing line connected to the anode of the second cell (VB 2 ) and connected to the cell balancing circuit (20) is referred to as 'A 2 ' for distinction from other nodes, And a low potential node to which the cell balancing circuit 20 is connected to the cell voltage sensing line connected to the cathode of the cell VB 2 will be referred to as 'B 2 '.

제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온되면 제2번 셀(VB2)의 방전 루프에 방전전류가 흐른다. 이때, 방전 루프에 흐르는 전류를 'I2'라고 하겠다. 그러므로, 고전위 노드 'A2'의 전압은 'VB2 (+)-I2*Rm'이 된다. 또한 저전위 노드 'B2'의 전압은 'VB2 (-)+I2*Rm'이 된다. 그리고 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차는 '{VB2 (+)-I2*Rm}-{VB2(-)+I2*Rm}=VB2의 셀 전압-2*(I2*Rm)'이 된다.When the 2-cell (VB 2) cell balancing switches (SW b2) is turned on, the discharge current flows in the discharge loop of the second time cell (VB 2). At this time, the current flowing in the discharge loop will be referred to as 'I 2 '. Therefore, the voltage of the high potential node 'A 2 ' becomes 'VB 2 (+) - I 2 * R m '. The voltage of the low potential node 'B 2 ' becomes 'VB 2 (-) + I 2 * R m '. And a second time difference between the voltage between the node of the cell (VB 2) '{VB 2 (+) -I 2 * R m} - {VB 2 (-) + I 2 * R m} = cell voltage of the VB 2 -2 * (I 2 * R m ) '.

한편, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴오프되면 전류가 흐르지 않는다. 따라서 고전위 노드 'A2'의 전압은 VB2 (+)이고, 저전위 노드 'B2'의 전압은 VB2(-)이다. 그리고, 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차는 'VB2 (+)-VB2 (-)=VB2의 셀 전압'이 된다.On the other hand, when the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 is turned off, no current flows. Therefore, the voltage of the high potential node 'A 2 ' is VB 2 (+) and the voltage of the low potential node 'B 2 ' is VB 2 (-) . The second time the voltage difference between the nodes of the cells (VB 2) - are the 'VB 2 (+) -VB 2 cell voltage = VB 2 ()'.

상기 제어부(40)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴오프되었을 때의 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차와 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온되었을 때의 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차의 패턴 변화를 분석한다.The control portion 40 of the second time cells (VB2), the cell balancing switches (SW b2) a second time the cell voltage difference and the second time cell (VB 2) between the nodes of the (VB 2) of when the turn-off of the And analyzes the pattern change of the voltage difference between the nodes of the second cell (VB 2 ) when the cell balancing switch (SW b2 ) is turned on.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(40)는 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차와 턴오프 상태의 노드 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 고장인 것으로 판별한다. 상기 '미리 설정된 전압'은 상기 셀(VB1, VB2, VB3)의 동작 전압의 범위, 상기 각 진단저항(Rm)의 저항값, 상기 각 셀 밸런싱저항(Rd)의 저항값 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다. 바람직하게, 상기 미리 설정된 전압은 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 고장난 경우 상기 제어부(40)의 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 턴온 및 턴오프 제어에 관계없이 전압값의 변화가 적은 것을 판단하기 위한 값이므로, '0V'에 가까울 수록 좋다.According to an embodiment of the present invention, when the difference between the node voltage difference in the ON state and the node voltage difference in the turn OFF state is equal to or less than the preset reference voltage, the controller 40 controls the cell balancing switch It is determined that there is a failure. The 'predetermined voltage' may be set to a predetermined value such as a range of the operating voltage of the cells VB 1 , VB 2 and VB 3 , a resistance value of each diagnostic resistance R m , a resistance value of each cell balancing resistance R d , Can be variously set in consideration of. Preferably, the predetermined voltage is a value for determining that the change in the voltage value is small irrespective of the turn-on and turn-off control of the cell balancing switch for diagnosis of the controller 40 when the cell balancing switch for diagnosis is failed, The closer to 0V, the better.

따라서, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴오프되었을 때의 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차와 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온되었을 때의 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값을 산출하면, '2*(I2*Rm)'이 된다. 일 예로 상기 미리 설정된 전압을 '0V'라고 설정한 경우, 상기 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값 '2*(I2*Rm)'은 'OV' 이상의 값을 가진다. 따라서, 상기 제어부(40)는 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 정상 작동하는 것을 판단한다.Therefore, the cell balancing switch of claim 2 cells (VB 2) cell balancing switch of claim 2 cells (VB 2) the voltage difference and the second time cell (VB 2) between nodes of when (SWb2) the turn-off of the ( 2 * (I 2 * R m ) 'by calculating the difference value of the voltage difference between the nodes of the second cell VB 2 when the switches SWb 1 and SWb 2 are turned on. For example, when the preset voltage is set to '0V', the difference value '2 * (I 2 * R m )' of the voltage difference between the nodes of the second cell VB 2 is greater than or equal to OV I have. Accordingly, the controller 40 determines that the cell balancing switch to be diagnosed is operating normally.

<< CaseCase 2 : 제2번 셀의 셀  2: cell of the second cell 밸런싱Balancing 스위치가 고장인 경우> If the switch is faulty>

반면, 상기 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)에 고장이 발생한 것으로 가정해 보겠다. 고장의 종류가 단락(short) 또는 단락(open)이든 상기 제어부(40)의 제어신호에 반응하여 상기 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 동작을 하지 않을 것이다. 따라서, 상기 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴오프 되었을 때의 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차와 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온 되었을 때의 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차는 동일 할 것이다. 즉, 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값은 '0'이 된다. 상기 예시와 마찬가지로 미리 설정된 전압을 '0V'라고 설정한 경우, 상기 제2번 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값은 'OV' 이하의 값을 가진다. 따라서, 상기 제어부(40)는 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 고장난 것으로 판단한다.On the other hand, it is assumed that a failure occurs in the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 . The cell balancing switch SWb2 of the second cell VB2 will not operate in response to the control signal of the controller 40 whether the type of the fault is short or open. Therefore, the cell balancing of the second time cell (VB 2) cell balancing switches (SW b2) is the node-to-node voltage of 2 cells (VB 2) difference and the second time cell (VB 2) of when the turn-off of the The voltage difference between the nodes of the second cell VB 2 when the switch SW b2 is turned on will be the same. That is, the difference value of the voltage difference between the nodes of the second cell VB 2 becomes '0'. When the preset voltage is set to '0V' as in the above example, the difference value of the voltage difference between the nodes of the second cell VB 2 is equal to or less than 'OV'. Therefore, the control unit 40 determines that the cell balancing switch to be diagnosed has failed.

따라서, 이하에서는 고장의 원인을 판별하는 방법에 대해서 설명하도록 하겠다.Therefore, a method for determining the cause of the failure will be described below.

<< CaseCase 2-1 : 제2번 셀의 셀  2-1: cell of the second cell 밸런싱Balancing 스위치가 단락인 경우> If the switch is shorted>

먼저, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단락(short)으로 고장난 경우를 가정해 보겠다.First, it is assumed that the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 is short-circuited.

본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는 종래 기술과 달리 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1 , SWb3)를 모두 턴온 또는 턴오프 시켜 고장의 원인을 판별하는 것이 아니라, 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1 , SWb3) 중 어느 하나의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)를 턴온 시켜 턴온 시 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 노드 전압을 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 고장 원인을 판별한다. 본 명세서에서는 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1 , SWb3) 중 제1번 셀 밸런싱 스위치(SWb1)를 턴온 시켜 제2번 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 고장 원인을 판별하는 실시예를 중심으로 설명하도록 하겠다.The apparatus for diagnosing a fault of the cell balancing switch according to the present invention turns on or off all the cell balancing switches SW b1 and SW b3 adjacent to the switch SW b2 to be diagnosed , cell balancing switches (SW b1, SW b3) any one of the cell balancing switches (SW b1) a switch that is diagnosed during turn-on to turn-on (SW b2 of instead of, adjacent to a switch (SW b2) is diagnosed ) To determine the cause of the failure of the cell balancing switch SW b2 . In this specification, the first cell balancing switch SW b1 among the adjacent cell balancing switches SW b1 and SW b3 is turned on to determine the cause of the failure of the second cell balancing switch SW b2 Let me explain.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제1번 셀(VB1)의 고전위 단자 전압을 'VB1(+)'라 하고, 저전위 단자 전압을 'VB1 (-)'라 하겠다.Will la - 'VB 1 ()', and as shown in FIG. 3, the 'VB 1 (+)' to the high-potential terminal voltage of the cell # 1 (VB 1) referred to, and the low-potential terminal voltage.

또한, 상술한 제2번 셀(VB2)의 양극과 근접한 고전위 노드(A2)와 저전위 노드(B2)와 구별을 위해, 제1번 셀(VB1)의 양극과 접속하여 연장된 셀 전압 센싱 라인과 셀 밸런싱 회로(20)가 접속되는 고전위 노드를 'A1'라고 하고, 제1번 셀(VB1)의 음극과 접속하여 연장된 셀 전압 센싱 라인과 셀 밸런싱 회로(20)가 접속되는 저전위 노드를 'B1'라고 하겠다. 당연히, 상기 제1번 셀(VB1)의 양극과 근접한 고전위 노드(A1)은 제2번 셀(VB2)의 음극과 근접한 저전위 노드(B2)와 동일한 노드이다. Further, the above-described extended by connecting the positive electrode of the node above the anode and the adjacent classic 2 cells (VB 2) (A 2) and to distinguish them from the low-potential node (B 2), the cell of claim times 1 (VB 1) the cell voltage sensing line and the cell balance circuit 20 is a high-potential node to be connected 'a 1' is called, and the second (VB 1) 1 times the cell cathode and connected by an extended cell voltage sensing line of the cell balancing circuit ( 20 will be referred to as &quot; B 1 &quot;. Naturally, the high-potential node A 1 adjacent to the anode of the first cell VB 1 is the same node as the low-potential node B 2 adjacent to the cathode of the second cell VB 2 .

도 3에 도시된 바와 같이, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단락되어 있으면 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 턴온 또는 턴오프와 상관 없이 방전 루프를 통해 방전전류가 흐른다. 한편, 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되면 제1번 셀(VB1)의 방전 루프에 방전전류가 흐른다. 이때, 방전 루프에 흐르는 전류를 'I1'라고 하겠다. 제1번 셀(VB1)의 고전위 단자에 연결된 진단저항(Rm)에는 방향이 서로 반대인 'I1'와 'I2'가 흐르게 된다. 상기 제1번 셀(VB1)의 전압과 상기 제2번 셀(VB2)의 전압이 동일하다면, 'I1'과 'I2'는 크기가 동일하고 방향만 서로 반대인 전류이다. 따라서, 제1번 셀(VB1)의 고전위 단자에 연결된 진단저항(Rm)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 한편, 상기 제1번 셀(VB1)의 전압과 상기 제2번 셀(VB2)의 전압이 동일하지 않더라도, 상기 제1번 셀(VB1)과 상기 제2번 셀(VB2)은 하나의 배터리 팩에 포함되어 있으므로 서로 비슷한 크기의 전압값을 가지고 있을 것이다. 즉, 'I1'와 'I2'의 크기 차이는 아주 작을 것이다. 따라서 무시해도 괜찮을 정도의 작은 전류만이 제1번 셀(VB1)의 고전위 단자에 연결된 진단저항(Rm)에 흐를 것이다. 그러므로, 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되면 고전위 노드(A1)의 전압은 'VB1 (+)'이 된다. 한편, 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되면 저전위 노드(B2)의 전압은 'VB1 (-)+I1*Rm '이다. 그러므로, 상기 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되었을 때의 제1번 셀(VB1)의 노드간 전압차는 '{VB1(+)}-{VB1(-)+I1*Rm}={VB1의 셀 전압-I1*Rm}'이다.3, if the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 is short-circuited, regardless of whether the cell balancing switch SW b2 is turned on or off, Flows. On the other hand, the time when the first cell (VB 1) cell balancing switches (SW b1) is turned on, the discharge current flows in the discharge loop of the first one cell (VB 1). At this time, the current flowing in the discharge loop will be referred to as 'I 1 '. 'I 1 ' and 'I 2 ' having opposite directions flow through the diagnostic resistor R m connected to the high potential terminal of the first cell VB 1 . Wherein if the first number is equal to the voltage of the voltage and the second time cell (VB 2) of the cell (VB 1), it is 'I 1' and 'I 2' are the same and only the opposite direction of the current size. Therefore, no current flows through the diagnostic resistor R m connected to the high potential terminal of the first cell VB 1 . On the other hand, the first, even if the voltage of the voltage and the second time cell (VB 2) of the # 1 cells (VB 1) not the same, the first time the cell (VB 1) and the second time cell (VB 2) is Since they are included in one battery pack, they will have similar voltage values. That is, the size difference between 'I 1 ' and 'I 2 ' would be very small. Therefore, only a small current which can be ignored will flow through the diagnostic resistor R m connected to the high potential terminal of the first cell VB 1 . Therefore, when the cell balancing switch SW b1 of the first cell VB 1 is turned on, the voltage of the high potential node A 1 becomes VB 1 (+) . On the other hand, when the cell balancing switch SW b1 of the first cell VB 1 is turned on, the voltage of the low potential node B 2 is VB 1 (-) + I 1 * R m '. Therefore, the first cell balancing switch of No. 1 cells (VB 1) (SW b1) is the voltage difference between nodes of the first one cell (VB 1) '{VB 1 (+)} of when the turn-on - {VB 1 ( -) + I 1 * R m } = {cell voltage of VB 1 -I 1 * R m } '.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(40)는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의한 전압강하된 전압값보다 큰 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단락되어 있는 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is larger than the voltage dropped voltage value caused by the two diagnostic resistors, It is determined that the cell balancing switch is short-circuited.

따라서, 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되었을 때의 제1번 셀(VB1)의 노드간 전압차와 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되었을 때의 제1번 셀(VB1)의 노드간 전압차는 'VB1의 셀 전압-I1*Rm'이므로, 2개의 진단저항에 의한 전압강하{2*(I1*Rm)}보다 큰 경우이다. 따라서, 상기 제어부(40)는 상기 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단락되어 고장난 것으로 판별한다.Therefore, the cell balancing switches of the first one cell (VB 1) cell balancing switches (SW b1) a first time cell (VB 1) voltage difference between the first time the cell (VB 1) between nodes of when the turn-on of ( SW b1), so that the "cell voltage -I1 * Rm of VB 1, the difference in voltage between the nodes # 1 cells (VB 1), the voltage drop {2 by the two diagnostic resistance * (I 1 * R of when the turn-on m )}. Therefore, the control unit 40 determines that the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 is short-circuited to be faulty.

<< CaseCase 2-2 : 제2번 셀의 셀  2-2: cell of the second cell 밸런싱Balancing 스위치가 단선인 경우> When the switch is disconnected>

먼저, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단선(open)으로 고장난 경우를 가정해 보겠다.First, it is assumed that the cell balancing switch SW b2 of the second cell VB 2 is broken by an open circuit.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단선되어 있으면 제2번 셀(VB2)에 의한 전류(I2)가 흐르지 않는다. 이때, 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온이 되면 제1번 셀(VB1)의 방전 루프에 방전전류(I2)가 흐른다. 그러므로, 고전위 노드 'A1'의 전압은 'VB1 (+)-I1*Rm'이 된다. 또한 저전위 노드 'B1'의 전압은 'VB1 (-)+I1*Rm'이 된다. 그리고 제1번 셀(VB1)의 노드간 전압차는 '{VB1 (+)-I1*Rm}-{VB1 (-)+I1*Rm}={VB1의 셀 전압-2*(I1*Rm)}'이 된다.As shown in Figure 4, if it is, the cell balancing switches (SW b2) disconnection of the 2-cell (VB 2) current according to the cell # 2 (VB 2) (I 2) that does not flow. At this time, the cell balancing when the switch (SW b1) is turned on in # 1 cells (VB 1) flows through the first time the cell discharge current (I 2) to the discharge loop of the (VB 1). Therefore, the voltage of the high potential node 'A 1 ' becomes 'VB 1 (+) - I 1 * R m '. Further, the voltage of the low potential node 'B 1 ' becomes 'VB 1 (-) + I 1 * R m '. And the node between the voltage difference between the cell # 1 (VB 1) '{VB 1 (+) -I 1 * R m} - {VB 1 (-) + I 1 * R m} = { cell voltage VB 1 - 2 * (I 1 * R m )} '.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(40)는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의한 전압강하된 전압값보다 작은 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단선되어 있는 것으로 판별한다.According to an embodiment of the present invention, when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is smaller than the voltage dropped voltage value caused by the two diagnostic resistors, It is determined that the cell balancing switch is disconnected.

따라서, 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되었을 때의 제1번 셀(VB1)의 노드간 전압차와 제1번 셀(VB1)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온되었을 때의 제1번 셀(VB1)의 노드간 전압차는 'VB1의 셀 전압-2*(I1*Rm)'이므로, 상기 제어부(40)는 상기 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단선되어 고장난 것으로 판별한다.Therefore, the cell balancing switches of the first one cell (VB 1) cell balancing switches (SW b1) a first time cell (VB 1) voltage difference between the first time the cell (VB 1) between nodes of when the turn-on of the ( Since SW b1) a first node between the voltage difference between the cell # 1 (VB 1) 'of the cell voltage VB 1 -2 * (I 1 * R m)' of when the turn-on, the control unit 40 the second time The cell balancing switch SW b2 of the cell VB 2 is disconnected to determine that it has failed.

한편, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는 셀 밸런싱 스위치에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생과 고장 원인을 외부로 통보하는 고장 경보기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(40)는 셀 밸런싱 스위치에 고장이 있는 것으로 판별된 경우 고장 발생 신호를 고장 경보기로 전달하여 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생과 고장 원인을 외부로 통보한다.In addition, the fault diagnosis apparatus for the cell balancing switch according to the present invention may further include a fault alarm (not shown) for notifying the occurrence of a fault and the cause of the fault to the outside when a fault occurs in the cell balancing switch. When it is determined that there is a failure in the cell balancing switch, the controller 40 transmits a failure occurrence signal to the failure alarm, and notifies the occurrence of a failure and failure cause of the cell balancing switch to the outside through a failure alarm visually or audibly.

상기 고장 경보기는 LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합을 포함한다. 이런 경우, 상기 고장 발생 신호가 입력되면, 상기 고장 경보기는 LED를 점멸하거나 LCD에 경고 메시지를 출력하거나 알람 부저음을 발생시켜 사용자에게 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생과 고장 원인을 통보할 수 있다. 상기 LED, LCD 및 알람 경보기는 고장 경보기의 일 예시에 불과하며, 여러 가지 변형된 형태의 시각적 또는 청각적 알람 장치가 고장 경보기로 채용될 수 있을 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.The fault alarm includes an LED, an LCD, an alarm alarm, or a combination thereof. In this case, when the failure occurrence signal is input, the failure alarm may flash the LED, output a warning message to the LCD, or generate an alarm buzzer sound to notify the user of the failure of the cell balancing switch and the cause of the failure. It should be understood that the LED, LCD and alarm alarm are merely examples of a fault alarm, and that various modified forms of visual or audible alarm devices can be employed as fault alarms, Be clear to those who have.

한편, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치는 다수의 셀을 포함하는 배터리 팩(10)의 일 구성요소가 될 수 있다.Meanwhile, the fault diagnosis apparatus of the cell balancing switch according to the present invention may be a component of the battery pack 10 including a plurality of cells.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 상기 배터리 팩(10)과 배터리 팩(10)으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.The battery pack 10 according to the present invention may be a component of the battery driving system including the battery pack 10 and a load supplied with power from the battery pack 10. [

상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.Examples of the battery driving system include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), an electric bicycle (E-Bike), a power tool, an energy storage system, an uninterruptible power supply (UPS) A battery pack, a portable computer, a portable telephone, a portable audio device, a portable video device, and the like. An example of the load is a power supplied from a motor or a battery pack, And may be a power conversion circuit for converting the power into a required power.

도 5 및 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장을 진단하는 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다. 도 5에서, 각 동작을 수행하는 주체는 제어부(40)이다.5 and 6 are flowcharts illustrating a method of diagnosing a failure of a cell balancing switch according to an embodiment of the present invention. In Fig. 5, the main body that performs the respective operations is the control unit 40. Fig.

먼저, 단계 S10에서 진단 대상 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴오프 시킨다.First, in step S10, the diagnosis target cell balancing switch SW b2 is turned off.

단계 S11에서, 진단 대상 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴오프시킨 상태에서 진단 대상 셀(VB2) 노드간 전압차를 센싱하여 저장한다.In step S11, the voltage difference between the nodes to be diagnosed (VB 2 ) is sensed and stored while the diagnosis target cell balancing switch SW b2 is turned off.

다음, 단계 S12에서 진단 대상 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴온 시킨다.Next, in step S12, the cell balancing switch SW b2 to be diagnosed is turned on.

단계 S13에서, 진단 대상 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴온시킨 상태에서 진단 대상 셀(VB2) 노드간 전압차를 센싱하여 저장한다.In step S13, the diagnosis target cell balancing switches (SW b2) a diagnostic target cell in a state of turn-on (VB 2), and stores the sensed voltage difference between the nodes.

상기 단계 S10, S11과 S12, S13은 상호간에 순서가 바뀌어도 무방하다.The order of steps S10, S11, S12, and S13 may be mutually changed.

단계 S14에서, 상기 제어부(40)는 진단 대상 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴오프되었을 때의 진단 대상 셀(VB2)의 노드간 전압차와 진단 대상 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온되었을 때의 진단 대상 셀(VB2)의 노드간 전압차의 패턴 변화를 분석한다.In step S14, the control unit 40, the cell balancing switches (SW b2) is turned between the diagnosis target cell (VB 2) when off is the node voltage difference and diagnosis target cell (VB 2) of the diagnosis target cells (VB2) The pattern variation of the voltage difference between nodes of the cell VB 2 to be diagnosed when the cell balancing switch SW b2 of the cell to be diagnosed is turned on is analyzed.

본 발명의 일 실시예에 따라, 진단 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴오프되었을 때의 진단 셀(VB2)의 노드간 전압차와 진단 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온되었을 때의 진단 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값을 산출한다. 그리고, 상기 산출된 진단 대상 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인지 여부를 판단한다. 상기 산출된 진단 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인 경우(단계 S14의 YES), 본 방법은 단계 S15로 프로세스를 이행한다. 반면, 상기 산출된 진단 대상 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이상인 경우(단계 S14의 NO), 본 방법은 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 정상인 것으로 판단하고 프로세스를 종료한다. 이때, 프로세스의 종료란 해당 진단 대상이 된 셀 밸런싱 스위치의 진단이 완료된 것을 의미하고 다른 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 진단할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the cell balancing switch in the diagnostic cell (VB 2) cell balancing switch diagnostic cell voltage difference and diagnostic cell (VB 2) between the nodes of the (VB 2) of when the (SWb2) the turn-off of the It calculates a difference value of the voltage difference between nodes of the diagnostic cell (VB 2) at which the (SWb2) is turned on. Then, it is determined whether the difference value of the voltage difference between nodes of the calculated diagnosis target cell (VB 2 ) is equal to or lower than a preset reference voltage. If the difference value of the voltage difference between nodes of the calculated diagnostic cell VB 2 is equal to or lower than the preset reference voltage (YES in step S14), the method proceeds to step S15. On the other hand, if the difference value of the voltage difference between nodes of the calculated diagnosis target cell VB 2 is equal to or greater than the predetermined reference voltage (NO in step S 14), the method determines that the cell balancing switch to be diagnosed is normal, do. At this time, the termination of the process means that the diagnosis of the cell balancing switch as a diagnosis target has been completed, and it is possible to diagnose whether or not another cell balancing switch is faulty.

한편, 상기 산출된 진단 대상 셀(VB2)의 노드간 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인 경우(단계 S14의 YES), 상기 제어부(40)는 상기 진단 대상 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 고장난 것으로 판단하고, 단계 S15로 프로세스를 이행한다.On the other hand, cells in the case calculating a reference voltage less than the difference value of the voltage difference between nodes preset diagnostic target cell (VB 2) (YES in step S14), the controller 40 is the diagnostic target cell (VB 2) It is determined that the balancing switch SWb2 has failed, and the process proceeds to step S15.

단계 S15에서 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1 , SWb3) 중 어느 하나의 셀 밸런싱 스위치(SWb1)를 턴온 시킨다.It turns on any one of the cell balancing switches (SW b1) of the cell balancing switches (SW b1, b3 SW) adjacent to the switch (SW b2) that is a diagnosis target in step S15.

단계 S16에서, 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1)를 턴온 시킨 상태에서 진단 대상 셀(VB2)과 인접한 셀(VB1)의 노드간 전압차를 센싱하여 저장한다.In step S16, by sensing the voltage difference between nodes of a switch (SW b2) and the cell balancing switches (SW b1) diagnosis target cell (VB 2) cells (VB 1) adjacent to and in a state of turning on the adjacent be diagnosed .

단계 S17에서, 상기 제어부(40)는 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1)를 턴온되었을 때의 진단 대상 셀(VB2)과 인접한 셀(VB1)의 노드간 전압차를 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 고장 원인을 판별한다.In step S17, the node of the diagnosis target cell cell (VB 1) adjacent (VB 2), and at the time when turning on the control unit 40 includes a cell balancing switches (SW b1) adjacent to the switch (SW b2) is diagnosed And determines the cause of the failure of the cell balancing switch SW b2 to be diagnosed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(40)는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의한 전압강하된 전압값보다 큰지 작은지 여부를 통해서 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 판단한다.According to an embodiment of the present invention, the control unit 40 determines whether the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is larger or smaller than the voltage dropped voltage value due to the two diagnostic resistors It is determined whether or not the cell balancing switch to be diagnosed has failed.

상기 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의한 전압강하된 전압값보다 큰 경우(단계 S17의 YES), 본 방법은 단계 S18로 프로세스를 이행한다. 반면, 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의한 전압강하된 전압값보다 작은 경우(단계 S17의 NO), 본 방법은 단계 S19로 프로세스를 이행한다.If the node voltage of the cell balancing switch adjacent to the switch (SW b2) in which the diagnosis target (SW b1) a turn-on state the car is higher than the voltage value of the voltage drop caused by the two diagnostic resistance (YES in step S17), the The method implements the process to step S18. On the other hand, when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch SW b1 adjacent to the switch SW b2 to be diagnosed is smaller than the voltage dropped voltage value due to the two diagnostic resistors (NO in step S17) The method transitions to step S19.

상기 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의한 전압강하된 전압값보다 큰 경우(단계 S17의 YES), 상기 제어부(40)는 상기 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)가 단락된 상태로 고장난 것으로 판단한다(단계 S18). 반면, 상기 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)와 인접하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1)가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의한 전압강하된 전압값보다 작은 경우(단계 S17의 NO), 상기 제어부(40)는 상기 진단 대상이 되는 스위치(SWb2)가 단선된 상태로 고장난 것으로 판단한다(단계 S19).If the node voltage difference in the turned-on state of the cell balancing switch SW b1 adjacent to the switch SW b2 to be diagnosed is larger than the voltage dropped voltage value due to the two diagnostic resistors (YES in step S17) The control unit 40 determines that the switch SWb2 to be diagnosed has failed in a short-circuited state (step S18). On the other hand, the cell balancing switches (NO in step S17) (SW b1) if a node voltage of the turn-on state the difference is smaller than the voltage value of the voltage drop caused by the two diagnostic resistor adjacent to the switch (SW b2) to which the diagnosis target , The control unit 40 determines that the switch SWb2 to be diagnosed has failed in a disconnected state (step S19).

다음 단계 S20에서, 상기 제어부(40)는 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생 사실을 통보한다. 그리고, 본 발명은 프로세스를 종료한다.In the next step S20, the controller 40 notifies the occurrence of the failure of the cell balancing switch visually or audibly through the failure alarm. Then, the present invention terminates the process.

본 발명에 따르면, 간단한 회로 구성으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부와 고장 원인을 진단할 수 있다. 또한, 전압 센싱 라인이 단선된 경우이거나, 전체 셀 밸런싱 스위치가 단선 또는 단락된 경우에도 고장 원인을 정확히 판별할 수 있다. 이를 통해 셀 밸런싱 회로 이상으로 배터리의 고장이 확대되는 것을 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to diagnose whether or not the cell balancing switch is faulty and the cause of failure by a simple circuit configuration. Further, even when the voltage sensing line is disconnected or when the entire cell balancing switch is disconnected or short-circuited, the cause of the failure can be accurately determined. This makes it possible to prevent the failure of the battery from spreading beyond the cell balancing circuit.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.In the meantime, in describing the present invention, each configuration of the present invention shown in FIG. 1 to FIG. 4 should be understood as a logical component rather than a physically separated component.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.That is, since each configuration corresponds to a logical component for realizing the technical idea of the present invention, even if each component is integrated or separated, if the functions performed by the logical configuration of the present invention can be realized, And it is to be understood that any component that performs the same or similar function should be construed as being within the scope of the present invention irrespective of the consistency of the name.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

10 : 배터리 팩
20 : 셀 밸런싱 회로
30 : 전압 센싱 회로
40 : 제어부
Rm : 진단 저항
Rd : 방전 저항
SWb1, SWb2, SWb3 : 셀 밸런싱 스위치
VB1, VB2, VB3 : 셀
10: Battery pack
20: cell balancing circuit
30: Voltage sensing circuit
40:
R m : diagnostic resistance
R d : discharge resistance
SW b1 , SW b2 , SW b3 : Cell balancing switch
VB 1 , VB 2 , VB 3 : Cell

Claims (15)

다수의 셀을 포함하는 배터리 팩에서 각 셀에 대응하는 셀 밸런싱 스위치의 고장을 진단하는 장치에 있어서,
각 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인에 병렬 연결되고 상기 셀 밸런싱 스위치와 방전저항을 포함하는 셀 밸런싱 회로;
상기 셀 밸런싱 회로와 셀 전압 센싱 라인이 연결된 노드(고전위 노드와 저전위 노드)를 기준으로 셀 측 전압 센싱 라인 상에 설치된 진단저항;
상기 고전위 노드와 저전위 노드의 전압차(이하, 노드 전압차)에 해당하는 전압을 출력하는 전압 센싱 회로; 및
상기 셀 밸런싱 스위치 중 진단 대상이 되는 스위치를 턴온 또는 턴오프 시켜 턴온 시와 턴오프 시 진단 대상이 되는 노드 전압의 변화 패턴을 분석하여 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 판별하고, 진단 대상이 되는 스위치가 고장으로 판단된 경우 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치를 턴온 시켜 턴온 시 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀의 노드 전압을 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 고장 원인을 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치.
An apparatus for diagnosing a failure of a cell balancing switch corresponding to each cell in a battery pack including a plurality of cells,
A cell balancing circuit connected in parallel to a voltage sensing line connected to both terminals of each cell and including the cell balancing switch and a discharge resistor;
A diagnostic resistor provided on the cell-side voltage sensing line with respect to a node (high-potential node and low-potential node) to which the cell balancing circuit and the cell voltage sensing line are connected;
A voltage sensing circuit for outputting a voltage corresponding to a voltage difference between the high potential node and the low potential node (hereinafter referred to as node voltage difference); And
A switch that is a diagnosis object of the cell balancing switch is turned on or turned off to analyze a change pattern of a node voltage to be diagnosed when the switch is turned on and turned off to determine whether the cell balancing switch is faulty, When the failure is determined, the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is turned on to analyze the node voltage of the cell adjacent to the switch to be diagnosed at the time of turning on, thereby determining the cause of the failure of the cell balancing switch Of the cell balancing switch.
제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 회로 상의 저전위 노드 측에는 역 방향으로 전압이 인가되는 것을 제한시키는 다이오드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
And a diode for limiting a voltage applied in a reverse direction to the low potential node side on the cell balancing circuit.
제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 스위치는 전계효과트랜지스터(field effect transistor; FET)인 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cell balancing switch is a field effect transistor (FET).
제1항에 있어서,
상기 제어부는 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차와 턴오프 상태의 노드 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the controller determines that the diagnostic target cell balancing switch is malfunctioning if the difference between the node voltage difference in the turn-on state of the diagnostic target cell balancing switch and the node voltage difference in the turn off state is equal to or less than a preset reference voltage. Fault diagnosis device of switch.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 큰 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단락되어 있는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The control unit determines that the diagnosis target cell balancing switch is short-circuited when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is larger than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors Wherein the cell balancing switch is connected to the cell balancing switch.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 작은 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단선되어 있는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
The control unit determines that the diagnostic target cell balancing switch is disconnected when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is smaller than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors Wherein the cell balancing switch is connected to the cell balancing switch.
제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 스위치에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 외부로 통보하는 고장 경보기를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생 사실을 통보하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a failure alarm notifying a failure occurrence to the outside when a failure occurs in the cell balancing switch,
Wherein the controller informs the failure occurrence of the cell balancing switch visually or audibly through the failure alarm.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 장치; 및
다수의 셀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
10. A fault diagnosis apparatus for a cell balancing switch according to any one of claims 1 to 7, And
And a plurality of cells.
제8항에 따른 배터리 팩; 및
상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
The battery pack according to claim 8, And
And a load supplied with power from the battery pack.
제9항에 있어서,
상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein the load is an electric drive means or a portable device.
다수의 셀을 포함하는 배터리 팩에서 각 셀의 양 단자에 연결된 전압 센싱 라인에 병렬 연결되고 상기 셀 밸런싱 스위치와 방전저항을 포함하는 셀 밸런싱 회로와, 상기 셀 밸런싱 회로와 셀 전압 센싱 라인이 연결된 노드(고전위 노드와 저전위 노드)를 기준으로 셀 측 전압 센싱 라인 상에 설치된 진단저항과, 상기 고전위 노드와 저전위 노드의 전압차(이하, 노드 전압차)에 해당하는 전압을 출력하는 전압 센싱 회로를 이용하여 셀 밸런싱 스위치의 고장을 진단하는 방법에 있어서,
(a) 상기 셀 밸런싱 스위치 중 진단 대상이 되는 스위치를 턴온 또는 턴오프 시켜 턴온 시와 턴오프 시 진단 대상이 되는 노드 전압의 변화 패턴을 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 판별하는 단계; 및
(b) 진단 대상이 되는 스위치가 고장으로 판단된 경우 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치를 턴온 시켜 턴온 시 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀의 노드 전압을 분석하여 진단 대상 셀 밸런싱 스위치의 고장 원인을 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 방법.
A cell balancing circuit connected in parallel to a voltage sensing line connected to both terminals of each cell in a battery pack including a plurality of cells, the cell balancing circuit including the cell balancing switch and the discharging resistor; (Hereinafter, referred to as a node voltage difference) between the high potential node and the low potential node (hereinafter, referred to as a node voltage difference) A method for diagnosing a failure of a cell balancing switch using a sensing circuit,
(a) determining whether the diagnostic target cell balancing switch is malfunctioning by analyzing a change pattern of a node voltage to be diagnosed when the switch is turned on or off to turn on or off the switch of the cell balancing switch; And
(b) When the switch to be diagnosed is judged as a failure, the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is turned on to analyze the node voltage of the cell adjacent to the switch to be diagnosed when the switch is turned on, And determining a cause of the failure of the cell balancing switch.
제11항에 있어서,
상기 (a) 단계는 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차와 턴오프 상태의 노드 전압차의 차이값이 미리 설정된 기준 전압 이하인 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 방법.
12. The method of claim 11,
In the step (a), when the difference between the node voltage difference in the turn-on state of the diagnosis target cell balancing switch and the node voltage difference in the turn-off state is equal to or less than a predetermined reference voltage, the diagnosis target cell balancing switch is determined to be faulty A method of diagnosing a cell balancing switch.
제11항에 있어서,
상기 (b) 단계는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 큰 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단락되어 있는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 방법.
12. The method of claim 11,
In the step (b), when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is larger than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors, it is determined that the diagnosis target cell balancing switch is short- Wherein the cell balancing switch is connected to the cell balancing switch.
제11항에 있어서,
상기 (b) 단계는 진단 대상이 되는 스위치와 인접하는 셀 밸런싱 스위치가 턴온 상태의 노드 전압차가 상기 2개의 진단저항에 의해 전압강하된 전압값보다 작은 경우 진단 대상 셀 밸런싱 스위치가 단선되어 있는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 방법.
12. The method of claim 11,
In the step (b), when the node voltage difference in the turn-on state of the cell balancing switch adjacent to the switch to be diagnosed is smaller than the voltage value dropped by the two diagnostic resistors, it is determined that the diagnosis target cell balancing switch is disconnected Wherein the cell balancing switch is connected to the cell balancing switch.
제11항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 스위치에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 외부로 통보하는 고장 경보기를 더 포함하고,
(c) 상기 고장 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생 사실을 통보하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 스위치의 고장 진단 방법.
12. The method of claim 11,
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(c) notifying the failure occurrence of the cell balancing switch visually or audibly through the failure alarm.
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