KR20150083802A - 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법, 및 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리 - Google Patents

배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법, 및 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리 Download PDF

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Abstract

배터리(1)의 부하 스위치(3)의 기능성 검출 장치를 구비한 본 발명에 따른 배터리(1)는, 제 1 스위치(2)를 통해 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 1 배터리 극(5)과, 부하 스위치(3)를 통해 커패시터(7)의 제 2 접점(10)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 2 배터리 극(6)과, 부하 스위치(3)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호를 부하 스위치(3)에 인가하도록 구성된 제 1 스위칭 수단과, 사전 설정된 검사 간격의 기간(t) 동안 제 1 스위치(2)를 폐쇄하도록 구성된 제 2 스위칭 수단과, 검사 간격 동안에, 또는 그 후에 커패시터(7)에 인가되는 커패시터 전압을 검출하도록 구성된 측정 수단과, 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가하도록 구성된 평가 유닛을 포함한다.

Description

배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법, 및 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리{METHOD FOR DETECTING THE FUNCTIONALITY OF A LOAD SWITCH OF A BATTERY, AND BATTERY HAVING A DEVICE FOR DETECTING THE FUNCTIONALITY OF A LOAD SWITCH OF THE BATTERY}
본 발명은, 배터리의 부하 스위치의 기능성을 검출하기 위한 방법, 그리고 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리에 관한 것이다.
하이브리드 및 전기 자동차에서, 배터리들 또는 배터리 팩들은, 전원 접촉기를 통해, 구동 장치, 보조 발전기, 충전 플러그 등과 같은 추가 컴포넌트들과 연결된다. 보통 상기 컴포넌트들은, 배터리의 배터리 전압으로부터 단상 또는 다상 교류 전압 또는 클록 제어되는 직류 전압을 생성하는 유닛을 통해 전력 공급받는다. 이 경우 발생하는 부하 피크로 인해, 상기 유닛들은 에너지 저장 유닛을 구비하고 있다. 이런 에너지 저장 유닛은 통상적으로 커패시터이다. 이런 커패시터의 정전용량은 상당한 값을 가질 수 있다.
컴포넌트들 중 하나가 접속되어야 한다면, 먼저 커패시터가 충전되어야 한다. 그 다음에야 비로소 컴포넌트 자체는 작동 개시될 수 있다. 상기 회로의 충전은 통상적으로 부하 저항기로 실현된다.
상기 회로는 도 3에 도시되어 있다. 커패시터(7)의 제 1 단자(9)는 제 1 주접촉기(4)를 통해 스위칭 가능하게 하나 또는 다수의 배터리 셀(11)의 직렬 회로의 양극(5)과 연결되며, 여기서 배터리 셀은 예시로서 다수의 배터리 셀(11)로서 도시되어 있다.
또한, 커패시터(7)의 제 1 단자(9)는 예비 충전 접촉기(2) 및 예비 충전 저항기(8)를 통해 스위칭 가능하게 배터리 셀들(11)의 양극(5)과 연결된다. 예비 충전 저항기(8)는 예비 충전 접촉기(2)와 직렬 연결된다. 예비 충전 저항기(8) 및 예비 충전 접촉기(2)는 제 1 주접촉기(4)에 병렬 연결된다. 커패시터(7)의 제 2 단자(10)는 부하 접촉기(3)를 통해 스위칭 가능하게 배터리 셀(11)의 음극(6)과 연결된다. 음극(6)은 접지 전위(Gnd)에 연결된다.
예비 충전 접촉기(2) 및 부하 접촉기(3)가 폐쇄된 경우, 커패시터(7)는 예비 충전 저항기(8)를 통해 충전된다. 예비 충전이 종료된 후에 제 1 주접촉기(4)는 폐쇄되며, 커패시터(7)와 연결된 도 3에는 미도시된 컴포넌트가 작동에 들어갈 수 있다.
부하 접촉기(3)에 결함이 있으면서 배터리 셀들(11)의 음극(6)에서부터 컴포넌트 내지 커패시터(7)까지의 연결이 차단될 수 없으면, 결함 상태가 주어진다. 이 경우를 대개 부하 접촉기(3)의 고착(폐쇄)이라고 한다. 안전을 위해, 결함 상태에서 전기 회로를 차단할 수 있는 제 1 주접촉기(4)가 제공된다. 이런 경우에, 예컨대 진단을 목적으로, 제 1 주접촉기(4)가 폐쇄되면, 배터리 셀들(11)의 배터리 전압은 저항 없이 커패시터(7)에 인가된다. 스위치 온 순간에 높은 전류에 의해 상기 제 1 주접촉기(4)가 고착될 개연성은 아주 높다.
두 접촉기, 다시 말해 제 1 주접촉기(4) 및 부하 접촉기(3)의 고착에 의해, 큰 위험이 야기된다. 모든 환경에서 상기 상황을 방지하기 위해, 부하 접촉기(3)의 고착을 조기에 검출하는 것이 중요하다. 이를 위해, 도 3에 도시된 회로는 전압 측정 가능성을 갖는다. 제 1 측정 저항기들(R2 및 R3)뿐 아니라 제 2 측정 저항기들(R4 및 R5)을 통해 커패시터(7)에 인가되는 전압이 측정될 수 있다. 제 1 측정 저항기들(R2 및 R3)은 커패시터(7)의 제 1 단자(9)와 접지 전위(Gnd) 사이에 연결되고, 제 2 측정 저항기들(R4 및 R5)은 커패시터(7)의 제 2 단자(10)와 접지 전위(Gnd) 사이에 연결된다. 그에 따라, 커패시터(7)에 인가되는 전압에 대한 척도인 배터리 내부의 측정 전압들(U_Link pos* 및 U_Link neg*)의 측정이 수행될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 회로에서는 진단 전압(U_Ref)이 사용될 수 있다. 진단 전압은, 커패시터(7)의 제 2 단자(10)와 접지 전위(Gnd) 사이에서 제 1 저항기(R1)와 직렬 연결되는 기준 전압원(U)을 통해 공급된다. 이 경우, 기준 전압원(U)의 음극은 배터리 셀들(11)의 음극(6)과 전기 전도 가능하게 연결된다. 이처럼 제 1 저항기(R1) 및 기준 전압원(U)으로 구성되는 경로는 스위치(S1)를 통해 접속될 수 있다. 진단 전압(U_Ref)이 접속되면, 이 진단 전압은 커패시터(7)의 제 2 단자(10)에서 전압 상승을 야기한다. 이런 전압 상승은 측정 저항기들(R3 및 R4)을 통해 측정될 수 있다. 전압 상승이 확인되면, 부하 접촉기(3)는 고착되지 않는다. 전압 상승이 확인될 수 없으면, 부하 접촉기(3)가 고착될 개연성이 있다.
그러나 종래 기술에 따른 상기 회로는, 추가 전압원 및 스위치가 필요하다는 단점을 갖는다. 또한, 회로의 진단을 위한 추가 배선이 필요하다.
DE 102010015312A1은, 부하, 특히 인버터가 라인들을 통해 고전압 배터리로부터 전기 공급받으며, 고전압 공급장치의 분리를 위한 하나 이상의 스위칭 수단이 제공되는, 자동차용 고전압 시스템을 기술하고 있다. 부하는 병렬 연결된 커패시터이며, 그리고 방전 저항기와, 방전 회로를 폐쇄하는 방전 스위칭 수단을 포함하여 커패시터를 방전하기 위한 방전 회로가 제공된다. 진단 유닛은, 측정 유닛과 함께, 특히 방전 과정 동안 커패시터에서의 전압 곡선을 나타내는 전압 곡선을 측정하며, 제어 유닛은 고전압 시스템의 고장의 관점에서 상기 전압 곡선을 평가한다. 그러나 배터리가 결함이 있는 것으로 인해 활성 상태가 아니고 그에 따라 커패시터가 이미 방전된 경우에 고장은 진단될 수 없다.
본 발명의 과제는, 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법, 및 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리를 제공하는 것에 있다.
제 1 스위치를 통해 커패시터의 제 1 접점과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 1 배터리 극과 부하 스위치를 통해 커패시터의 제 2 접점과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 2 배터리 극을 포함하는 배터리의 부하 스위치의 기능성을 검출하기 위한 본 발명에 따른 방법은 부하 스위치를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호를 부하 스위치에 인가하는 단계와, 사전 설정된 검사 간격의 기간 동안 제 1 스위치를 폐쇄하는 단계와, 검사 간격 동안에, 또는 그 후에 커패시터에 인가되는 커패시터 전압을 검출하는 단계와, 커패시터 전압에 의해 부하 스위치의 기능성을 검출하는 단계를 포함하며, 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면 부하 스위치의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 검출된다.
배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 본 발명에 따른 배터리는, 제 1 스위치를 통해 커패시터의 제 1 접점과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 1 배터리 극과, 부하 스위치를 통해 커패시터의 제 2 접점과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 2 배터리 극과, 부하 스위치를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호를 부하 스위치에 인가하도록 구성된 제 1 스위칭 수단과, 사전 설정된 검사 간격의 기간 동안 제 1 스위치를 폐쇄하도록 구성된 제 2 스위칭 수단과, 검사 간격 동안에, 또는 그 후에 커패시터에 인가되는 커패시터 전압을 검출하도록 구성된 측정 수단과, 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면 부하 스위치의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가하도록 구성된 평가 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 배터리는, 배터리 옆에 추가 전압원 없이 부하 스위치가 그 기능성에 대해 검사될 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서 추가 전압원의 스위칭을 위한 추가 부품들이 절약될 수 있고, 그에 따라 비용 장점이 달성될 수 있다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.
바람직하게 임계 전압은, 사전 설정된 전압값을 더한, 제 1 스위치의 폐쇄 전의 커패시터 전압에 상응하고, 및/또는 임계 전압은 사전 설정된 검사 간격에 걸친 커패시터의 전형적인 충전 곡선에 의해 정의된다. 그 결과, 커패시터가 검사 간격의 개시 시점에 완전히 방전되지 않았을 때에도 부하 스위치의 기능성의 정확한 검출이 가능해진다. 또한, 커패시터에 연결된 컴포넌트에 의해 야기되는 가능한 간섭 전압을 통한 기능성의 잘못된 검출이 방지될 수 있다.
그 밖에도, 바람직하게는, 검사 간격은 배터리를 통한 커패시터의 완전한 충전을 위해 필요한 충전 기간보다 더 짧다. 제 1 스위치에서의 전압은 커패시터의 충전 특성으로 인해 상기 충전 기간 동안 배터리의 최대 전압보다 더 낮다. 그에 따라, 제 1 스위치에서 감소된 전압이 보장된다. 이는, 제 1 스위치의 고착이 방지되기 때문에 바람직하다.
또한 바람직하게는, 제 1 배터리 극은, 제 1 스위치 및 예비 충전 저항기를 통해 커패시터의 제 1 접점과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된다. 상기 예비 충전 저항기에 의해, 제 1 스위치를 통해 흐르는 전류는 감소된다. 이는, 제 1 스위치의 고착이 방지되기 때문이 바람직하다.
특히 제 1 배터리 극은, 제 2 스위치를 통해 커패시터의 제 1 접점과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성되며, 검사 간격의 기간 동안 제 2 스위치를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호가 제 2 스위치에 인가된다. 상기 제 2 스위치를 통해, 부하 스위치가 고착된 경우, 커패시터에 무전압 상태가 보장될 수 있다. 따라서 안전 이득이 달성된다.
또한, 검사 간격 이전 및 이후의 커패시터 전압이 사전 설정된 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 부하 스위치 및 제 2 스위치의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 검출될 수 있다. 제 1 및 제 2 스위치의 기능성이 주어지지 않으면, 이는 특별한 위험을 의미하는데, 그 이유는 커패시터에 무전압 상태가 더 이상 주어지지 않기 때문이다. 이런 위험을 검출할 수 있는 가능성은 추가의 안전 이득을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리의 경우, 바람직하게는, 제 1 배터리 극은, 또한, 제 2 스위치를 통해 커패시터의 제 1 접점과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성되며, 그리고 배터리는, 또한, 검사 간격의 기간 동안 제 2 스위치를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호를 제 2 스위치에 인가하도록 구성되는 제 3 스위칭 수단을 포함한다. 상기 제 2 스위치에 의해, 부하 스위치가 고착되는 경우, 커패시터에서 무전압 상태가 보장될 수 있다. 따라서 안전 이득이 달성된다.
또한, 바람직하게는, 평가 유닛은, 검사 간격 이전 및 이후의 커패시터 전압이 사전 설정된 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 부하 스위치 및 제 2 스위치의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 스위치의 기능성이 주어지지 않으면, 이는 특별한 위험을 의미하는데, 그 이유는 커패시터에 무전압 상태가 더 이상 주어지지 않기 때문이다. 이런 위험을 검출할 수 있는 가능성은 추가의 안전 이득을 제공한다.
본 발명에 의해, 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법, 및 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리가 제공된다.
하기에는 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예에서 부하 스위치(3)의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리(1)를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본원 방법의 선택적인 실시예에 상응하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리를 나타낸 개략도이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 실시예에서 부하 스위치(3)의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리(1)가 도시되어 있다. 배터리(1)는 예컨대 차량의 구동 배터리이다. 차량은 다수의 부하 장치, 예컨대 배터리(1)를 통해 전기 공급받는 전기 구동 트레인을 포함한다. 배터리(1)는 양극 단자 접점(12)과 음극 단자 접점(13)을 포함한다. 이 두 단자 접점(12, 13)을 통해 배터리(1)는 차량의 부하 장치들과 연결된다. 배터리(1)의 배터리 전압은 차량의 부하 장치들을 위해 단자 접점들(12, 13)을 통해 공급된다. 그러나, 부하 피크를 낮추기 위해, 도 1에 미도시된 차량 측 부하 장치들은, 단자 접점들(12, 13) 사이에 연결되는 도 1에 도시된 커패시터(7)가 충전될 때야 비로소 접속된다. 커패시터(7)는 제 1 접점(9)에서 배터리(1)의 양극 단자 접점(12)과 전기 전도 가능하게 연결되고 제 2 접점(10)에서는 배터리(1)의 음극 단자 접점(13)과 전기 전도 가능하게 연결된다.
본 실시예에서, 배터리(1)는 에너지 저장 장치로서의 배터리 셀(11)을 포함한다. 또한, (예컨대 300V를 상회하는) 높은 배터리 전압을 공급하기 위해, 에너지 저장 장치로서 병렬 또는 직렬 연결되는 다수의 배터리 셀(11)의 조합도 가능할 수 있다.
배터리(1)는, 제 1 스위치(2) 및 예비 충전 저항기(8)를 통해 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 1 배터리 극(5)을 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 배터리 극(5)은 배터리 셀(11)의 양극이다. 제 1 스위치(2)는 제 1 접촉기의 스위칭 접점들을 통해 형성된다. 제 1 스위치(2)는 제 1 스위칭 신호(S1)에 의해 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 스위칭될 수 있다. 이 경우, 제 1 스위칭 신호(S1)는 예컨대 제 1 접촉기의 스위칭 코일에 인가되는 스위칭 전압일 수 있다. 제 1 배터리 극(5)은 제 1 스위치(2)의 제 1 측과 전기 전도 가능하게 연결된다. 제 1 스위치(2)의 제 2 측은 예비 충전 저항기(8)의 제 1 측과 전기 전도 가능하게 연결된다. 예비 충전 저항기(8)의 제 2 측은 배터리(1)의 양극 단자 접점(12)과 전기 전도 가능하게 연결된다.
또한, 제 1 배터리 극(5)은, 제 2 스위치(4)를 통해 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된다. 제 2 스위치(4)는 제 2 접촉기의 스위칭 접점들을 통해 형성된다. 제 2 스위치(4)는 제 2 스위칭 신호(S2)에 의해 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 스위칭될 수 있다. 이 경우, 제 2 스위칭 신호(S2)는 예컨대 제 2 접촉기의 스위칭 코일에 인가되는 스위칭 전압일 수 있다. 제 1 배터리 극(5)은 제 2 스위치(4)의 제 1 측과 전기 전도 가능하게 연결된다. 제 2 스위치(4)의 제 2 측은 배터리(1)의 양극 단자 접점(12)과 전기 전도 가능하게 연결된다.
배터리는, 부하 스위치(3)를 통해 커패시터(7)의 제 2 접점(10)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 2 배터리 극(6)을 포함한다. 본 실시예에서, 제 2 배터리 극(6)은 배터리 셀(11)의 음극이다. 부하 스위치(3)는 제 3 접촉기의 스위칭 접점들을 통해 형성된다. 부하 스위치(3)는 제 3 스위칭 신호(S3)에 의해 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 스위칭될 수 있다. 이 경우, 제 3 스위칭 신호(S3)는 예컨대 제 3 접촉기의 스위칭 코일에 인가되는 스위칭 전압일 수 있다. 제 2 배터리 극(6)은 부하 스위치(3)의 제 1 측과 전기 전도 가능하게 연결된다. 부하 스위치(3)의 제 2 측은 배터리(1)의 음극 단자 접점(13)과 전기 전도 가능하게 연결된다.
또한, 배터리(1)는 제 1 스위칭 수단과, 제 2 스위칭 수단과, 제 3 스위칭 수단과, 측정 수단과, 평가 유닛을 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 스위칭 수단, 제 2 스위칭 수단, 제 3 스위칭 수단, 측정 수단 및 평가 유닛은 배터리 제어부(14)를 통해 형성된다. 이를 위해, 배터리 제어부(14)는 본 발명에 따른 방법을 실시하기에 적합한 디지털 또는 아날로그 시퀀스 제어부를 포함한다.
제 1 스위칭 수단과 그에 따른 배터리 제어부(14)는, 부하 스위치(3)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 제 3 스위칭 신호(S3)를 부하 스위치(3)에 인가하도록 구성된다. 이를 위해, 제 1 방법 단계(101)에서, 상응하는 제 3 스위칭 신호(S3)는 배터리 제어부(14)에 의해 출력된다. 그에 따라, 부하 스위치(3)는 제 2 배터리 극(6)과 음극 단자 접점(13) 사이의 전기 전도성 연결을 분리한다. 그러나 이는, 부하 스위치(3)가 작동 가능한 상태인 경우에만 수행된다. 예컨대 부하 스위치의 스위칭 접점들이 고착되어 있으므로, 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않는다면, 제 2 배터리 극(6)과 음극 단자 접점(13) 사이의 전기 전도성 연결은 그대로 유지된다.
제 2 스위칭 수단과 그에 따른 배터리 제어부(14)는, 사전 설정된 검사 간격의 기간(t) 동안 제 1 스위치(2)를 폐쇄하도록 구성된다. 이를 위해, 제 2 방법 단계(102)에서, 제 2 스위칭 신호는 사전 설정된 검사 간격의 기간(t) 동안 배터리 제어부(14)에 의해 출력된다. 검사 간격은, 배터리(1)를 통한 커패시터(7)의 완전한 충전을 위해 필요한 충전 기간(tL)보다 더 짧다. 상기 충전 기간(tL)은 예컨대 커패시터(7)의 정전용량 및 예비 충전 저항기(8)에 의해 정의될 수 있다. 따라서 커패시터(7)는, 이 커패시터(7)에 인가된 커패시터 전압이 최대 커패시터 전압(Umax)의 99%에 도달했다면, 완전히 충전된 것으로서 고려될 수 있다. 최대 커패시터 전압(Umax)은, 커패시터가 예비 충전 저항기(8)를 통해 완전히 충전될 때, 커패시터(7)에 인가되는 커패시터 전압이다. 이 경우에, 충전 기간(tL)은 tL = 5 * τ와 동일할 수도 있다. τ는 커패시터(7)의 시간 상수이며, 그에 따라 커패시터의 정전용량 값(C)과 예비 충전 저항기(8)의 저항값(R)을 곱한 값과 동일하다. 따라서 충전 기간은 tL = 5 * R * C일 수도 있다. 검사 간격의 기간(t)은 예컨대 충전 기간(tL)의 30%일 수도 있다.
제 3 스위칭 수단과 그에 따른 배터리 제어부(14)는, 검사 간격의 기간(t) 동안 제 2 스위치(4)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 제 2 스위칭 신호(S2)를 제 2 스위치(4)에 인가하도록 구성된다. 이를 위해, 제 2 방법 단계(102)에 병행하여 실시되는 추가 방법 단계(103)에서, 상응하는 제 2 스위칭 신호(S2)는 배터리 제어부(14)에 의해 출력된다. 그에 따라 제 2 스위치(4)는 제 1 배터리 극(5)과 양극 단자 접점(12) 사이에서 부하 저항기(8)를 통해 안내되지 않는 전기 전도성 연결을 분리한다.
측정 수단과 그에 따른 배터리 제어부(14)는, 검사 간격 동안에, 또는 후에 커패시터(7)에 인가되는 커패시터 전압을 검출하도록 구성된다. 이는 제 3 방법 단계(104)에서 수행된다. 커패시터 전압의 픽업 및 측정을 위해, 배터리 제어부(14)는 제 1 센서 라인(15)을 통해 양극 단자 접점(12)과, 그리고 제 2 센서 라인(16)을 통해 음극 단자 접점(13)과 전기 전도 가능하게 연결된다. 커패시터 전압은 검출되어 평가 유닛에 평가를 위해 공급된다.
평가 유닛과 그에 따른 배터리 제어부(14)는, 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가하도록 구성된다. 이는 제 4 방법 단계(105)에서 수행된다. 이 경우, 임계 전압은 예컨대 고정되고 사전 정의된 값일 수 있거나, 또는 평가 유닛에 의해 산출될 수 있다.
따라서, 임계 전압은, 본원 방법의 개시 시점에 초기 커패시터 전압이 측정 수단을 통해 검출되는 것을 통해 산출될 수도 있다. 임계 전압은 사전 설정된 전압 값을 더한 초기 커패시터 전압으로부터 생성된다. 이 경우, 사전 설정된 전압 값은 최대 커패시터 전압(Umax)의 일부분이다. 따라서 임계 전압은 사전 설정된 전압 값을 더한 제 1 스위치(2)의 폐쇄 이전의 커패시터 전압에 상응한다.
또한, 임계 전압은 사전 설정된 검사 간격에 걸친 커패시터(7)의 전형적인 충전 곡선에 의해 정의될 수 있다. 이 경우, 커패시터(7)의 충전 후에 기대되는 커패시터 전압(Us)은 검사 간격의 기간(t)에 걸쳐 계산된다. 기대되는 커패시터 전압(Us)은 예컨대 최대 커패시터 전압(Umax), 시간 상수(τ), 및 검사 간격의 기간(t)으로부터 계산될 수 있다. 이 경우, 다음 공식이 적용될 수 있다: Us = Umax(1 - e^(-t / τ)). 임계 전압은 기대되는 커패시터 전압(Us)과 동일하게 설정된다.
커패시터 전압은 평가 유닛에 의해 임계 전압과 비교된다. 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 검출된다. 이 경우에, 검사 간격 동안 커패시터(7)의 제 2 접점(10)과 제 2 배터리 극(6) 사이에 전기 전도성 연결이 존재했다는 것이 전제될 수 있다. 그러나 이런 연결이 제 1 방법 단계(101)에서 제 1 스위칭 수단을 통해 야기되었으므로, 이런 연결이 부하 스위치(3)를 통해 분리되어야 하기 때문에, 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않은 것이 추론될 수 있다. 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 낮으면, 부하 스위치(3)의 기능성이 주어진 것으로서 검출된다. 이런 경우에, 커패시터(7)는 (더) 충전되지 않았다.
선택적 실시예에서, 추가로, 검사 간격 이전 및 이후의 커패시터 전압이 사전 설정된 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 부하 스위치(3) 및 제 2 스위치(4)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가될 수 있다. 이 경우, 커패시터 전압은, 부하 스위치(3)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 제 3 스위칭 신호(S3)가 부하 스위치(3)에 인가되기 전에, 처음으로 측정 수단을 통해 검출된다. 이런 처음으로 검출된 커패시터 전압 및 제 3 방법 단계(104)에서 검출된 커패시터 전압은 임계 전압과 비교된다. 처음으로 검출된 커패시터 전압 및 제 3 방법 단계(104)에서 검출된 커패시터 전압이 임계 전압을 상회한다면, 부하 스위치(3) 및 제 2 스위치(4)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가되는데, 그 이유는 연속해서 높은 커패시터 전압이 제 2 스위치(4)를 통한 커패시터(7)의 예비 충전을 추론하게 하기 때문이다. 이런 선택적인 실시예에서는, 부하 스위치(3)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 제 3 스위칭 신호(S3)가 부하 스위치(3)에 인가될 뿐 아니라, 제 2 스위치(4)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 제 2 스위칭 신호(S2)가 제 2 스위치(4)에 인가되는, 처음 시간 간격이 바람직하다.
종래 기술에 따른 부하 스위치의 기능성 검출 장치를 구비한 도 3에 도시된 배터리에 비해, 본 발명에 따라서는 기준 전압원(U) 및 제 1 저항기(R1)가 생략될 수 있다. 제 1 측정 저항기들(R2 및 R3)을 통해, 그리고 제 2 측정 저항기들(R4 및 R5)을 통해, 고전압 단자들(12 및 13)에서의 전압이 측정될 수 있다.
도 2에는, 선택적 실시예에 따른 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 본원 방법은 검사 질의에 의해 시작되고, 그 다음 1회 실시된다. 개시 방법 단계(106)에서 커패시터 전압은 측정 수단에 의해 검출된다. 개시 방법 단계(106)에 후속하는 제 1 방법 단계(101)에서, 부하 스위치(3)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 제 3 스위칭 신호(S3)가 부하 스위치(3)에 인가된다. 제 2 방법 단계(102)에서, 제 1 스위치(2)는 사전 설정된 검사 간격의 기간(t) 동안 폐쇄된다. 이는, 예컨대 제 1 스위치(2)를 폐쇄 상태로 스위칭하기에 적합한 제 1 스위칭 신호(S1)가 제 1 스위치(2)에 인가됨으로써 수행될 수 있다. 제 2 방법 단계(102)와 동시에 실시되는 추가 방법 단계(103)에서는, 검사 간격의 기간(t) 동안, 제 2 스위치(4)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 제 2 스위칭 신호(S2)가 제 2 스위치(4)에 인가된다. 제 2 방법 단계(102)에 이어서 제 3 방법 단계(104)가 실시된다. 여기서 커패시터 전압은 측정 수단에 의해 다시 검출된다. 제 3 방법 단계(104)에 이어서 제 4 방법 단계(105)가 실시된다. 여기서 커패시터 전압을 이용한 부하 스위치(3)의 기능성의 검출이 수행된다. 이 경우, 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않는 것으로서 검출된다. 또한, 개시 방법 단계(106)에서 처음으로 검출된 커패시터 전압 및 제 3 방법 단계(104)에서 검출된 커패시터 전압이 임계 전압과 비교된다. 처음으로 검출된 커패시터 전압 및 제 3 방법 단계(104)에서 검출된 커패시터 전압이 임계 전압을 상회한다면, 부하 스위치(3) 및 제 2 스위치(4)의 기능성이 주어지지 않는 것으로서 평가된다.
1 배터리
2 제 1 스위치
3 부하 스위치, 부하 접촉기
4 제 2 스위치
5 제 1 배터리 극
6 제 2 배터리 극
7 커패시터
8 예비 충전 저항기
9 커패시터의 제 1 접점
10 커패시터의 제 2 접점
11 배터리 셀
12 배터리의 양극 단자 접점
13 배터리의 음극 단자 접점
14 배터리 제어부
15 제 1 센서 라인
16 제 2 센서 라인
S1 제 1 스위칭 신호
S2 제 2 스위칭 신호
S3 제 3 스위칭 신호

Claims (10)

  1. 배터리(1)의 부하 스위치(3)의 기능성 검출 방법으로서,
    상기 배터리는,
    - 제 1 스위치(2)를 통해 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 1 배터리 극(5)과,
    - 상기 부하 스위치(3)를 통해 상기 커패시터의 제 2 접점(10)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 2 배터리 극(6)을 포함하는, 상기 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    - 상기 부하 스위치(3)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호를 상기 부하 스위치(3)에 인가하는 단계와,
    - 사전 설정된 검사 간격의 기간(t) 동안 상기 제 1 스위치(2)를 폐쇄하는 단계와,
    - 검사 간격 동안에 또는 후에 상기 커패시터(7)에 인가된 커패시터 전압을 검출하는 단계와,
    - 상기 커패시터 전압을 이용하여 상기 부하 스위치의 기능성을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 상기 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 검출되는,
    배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 임계 전압은, 사전 설정된 전압 값을 더한, 상기 제 1 스위치(2)의 폐쇄 전의 커패시터 전압에 상응하고, 및/또는 상기 임계 전압은 사전 설정된 검사 간격에 걸친 상기 커패시터(7)의 전형적인 충전 곡선에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 검사 간격은 상기 배터리를 통한 상기 커패시터(7)의 완전한 충전을 위해 필요한 충전 기간(tL)보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 배터리 극(5)은, 상기 제 1 스위치(2) 및 예비 충전 저항기(8)를 통해 상기 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 배터리 극(5)은, 또한 제 2 스위치(4)를 통해 상기 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성되며, 검사 간격의 기간(t) 동안, 상기 제 2 스위치(4)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호가 상기 제 2 스위치(4)에 인가되는 것을 특징으로 하는 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 검사 간격 이전 및 이후의 커패시터 전압이 사전 설정된 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 상기 부하 스위치(3) 및 상기 제 2 스위치(4)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 검출되는 것을 특징으로 하는 배터리의 부하 스위치의 기능성 검출 방법.
  7. 배터리(1)의 부하 스위치(3)의 기능성 검출 장치를 구비한 배터리(1)로서,
    - 제 1 스위치(2)를 통해 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 1 배터리 극(5)과,
    - 상기 부하 스위치(3)를 통해 상기 커패시터(7)의 제 2 접점(10)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성된 제 2 배터리 극(6)과,
    - 상기 부하 스위치(3)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호를 상기 부하 스위치(3)에 인가하도록 구성된 제 1 스위칭 수단과,
    - 사전 설정된 검사 간격의 기간(t) 동안 상기 제 1 스위치(2)를 폐쇄하도록 구성된 제 2 스위칭 수단과,
    - 검사 간격 동안에 또는 후에 상기 커패시터(7)에 인가되는 커패시터 전압을 검출하도록 구성된 측정 수단과,
    - 상기 커패시터 전압이 임계 전압보다 더 높거나 같으면 상기 부하 스위치(3)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가하도록 구성된 평가 유닛을
    포함하는, 배터리(1).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 배터리 극(5)은, 상기 제 1 스위치(2) 및 예비 충전 저항기(8)를 통해 상기 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 배터리 극(5)은, 또한, 제 2 스위치(4)를 통해 상기 커패시터(7)의 제 1 접점(9)과 전기 전도 가능하게 연결되도록 구성되며, 그리고 상기 배터리(1)는, 또한, 검사 간격의 기간(t) 동안 상기 제 2 스위치(4)를 개방 상태로 스위칭하기에 적합한 스위칭 신호를 상기 제 2 스위치(4)에 인가하도록 구성된 제 3 스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리(1).
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평가 유닛은, 검사 간격 이전 및 이후의 커패시터 전압이 사전 설정된 임계 전압보다 더 높거나 같으면, 상기 부하 스위치(3) 및 상기 제 2 스위치(4)의 기능성이 주어지지 않은 것으로서 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).
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