KR20190137488A - 모스펫 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모스펫의 고장 여부를 진단하는 과정에서 효과적으로 모스펫을 진단할 수 있는 모스펫 진단 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치는, 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 충방전 전류의 도통을 제어하도록 구성된 모스펫을 진단하는 장치로서, 상기 모스펫의 게이트 단자 및 소스 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 모스펫의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전위차 측정값을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 및 상기 전압 측정부로부터 상기 전위차 측정값을 수신하고, 수신한 전위차 측정값과 미리 저장된 전위차 정상값을 비교하여 상기 모스펫의 고장 여부를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

Description

모스펫 진단 장치 및 방법{Apparatus and method for diagnosing MOSFET}
본 발명은 모스펫 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모스펫의 고장 여부를 진단하는 과정에서 효과적으로 모스펫을 진단할 수 있는 모스펫 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
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 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리는 다양한 분야에서 이용되는데, 전기 구동 차량 또는 스마트 그리드 시스템과 같이 최근에 배터리가 많이 활용되는 분야는 큰 용량을 필요로 하는 경우가 많다. 배터리 팩의 용량을 증가하기 위해서는 이차 전지, 즉 배터리 셀 자체의 용량을 증가시키는 방법이 있을 수 있겠지만, 이 경우 용량 증대 효과가 크지 않고, 이차 전지의 크기 확장에 물리적 제한이 있으며 관리가 불편하다는 단점을 갖는다. 따라서, 통상적으로는 다수의 배터리 모듈이 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 팩이 널리 이용된다.
이러한 배터리는 부하 또는 충전기 등과 연결되어 부하로 전력을 공급하여 부하를 동작시키거나, 충전기로부터 전력을 공급받아 충전된다. 즉, 배터리는 부하나 충전기 등과 같은 시스템과 전기적으로 연결되어 사용되는 것이 일반적이다. 이때, 배터리와 시스템 사이는 전력공급을 위한 선로를 통해 연결되며, 배터리와 시스템 사이의 선로에는 컨택터(Contactor)나 모스펫(MOS Field-Effect Transistor)등을 구비하여 스위칭 동작을 수행하도록 한다.
그런데, 종래의 경우, 모스펫을 이용하여 전류 도통 여부만을 조절할 수 있을 뿐 모스펫의 고장 여부를 진단하는 기능이 제공되지 못했다. 이 경우, 모스펫 고장 여부를 진단할 수 없어 모스펫 발열량에 따른 에너지 손실이 증가하는 문제가 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 모스펫의 고장 여부를 진단하는 과정에서 효과적으로 모스펫을 진단할 수 있는 개선된 모스펫 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치는, 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 충방전 전류의 도통을 제어하도록 구성된 모스펫을 진단하는 장치로서, 상기 모스펫의 게이트 단자 및 소스 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 모스펫의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전위차 측정값을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 및 상기 전압 측정부로부터 상기 전위차 측정값을 수신하고, 수신한 전위차 측정값과 미리 저장된 전위차 정상값을 비교하여 상기 모스펫의 고장 여부를 진단하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치는, 상기 모스펫과 전기적으로 연결되어, 상기 모스펫의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 전압 측정부로부터 상기 전위차 측정값을 수신하고, 상기 온도 측정부로부터 상기 모스펫의 온도를 수신하며, 수신한 상기 전위차 측정값과 상기 모스펫의 온도를 기초로, 상기 모스펫을 흐르는 전류의 양을 제한하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치는, 상기 모스펫의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전위차와 상기 모스펫의 온도를 입력값으로 하고, 상기 모스펫의 동작 상태 저항을 출력값으로 하는 룩업테이블을 미리 저장하도록 구성된 메모리 디바이스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 룩업테이블을 이용하여 상기 전위차 측정값과 상기 모스펫의 온도를 기초로 모스펫 고장일 때의 고장 동작 상태 저항을 연산하고, 상기 전위차 정상값과 상기 모스펫의 온도를 기초로 모스펫 정상일 때의 정상 동작 상태 저항을 연산하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 고장 동작 상태 저항과 상기 정상 동작 상태 저항의 비율을 기초로 모스펫 저항 증가율을 연산하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치는, 상기 충방전 경로 상에 구비되어, 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 전류 측정부로부터 모스펫 정상 상태의 전류를 수신하여, 상기 모스펫 정상 상태의 전류와 상기 모스펫 저항 증가율을 기초로 최대 허용 고장 전류를 연산하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 최대 허용 고장 전류가 상기 충방전 경로의 최대 허용 전류가 되도록 상기 모스펫을 흐르는 전류의 양을 제한하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS는, 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 방법은, 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 충방전 전류의 도통을 제어하도록 구성된 모스펫을 진단하는 방법으로서, 상기 모스펫의 게이트 단자 및 소스 단자 사이의 전위차 측정값을 측정하는 단계; 및 상기 전위차 측정값과 미리 저장된 전위차 정상값을 비교하여 상기 모스펫의 고장 여부를 진단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 모스펫의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전위차를 이용하여 효과적으로 모스펫의 고장 여부를 진단할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모스펫의 최대 허용 전류를 연산함으로써, 모스펫을 흐르는 전류의 크기를 제한할 수 있는 개선된 모스펫 진단 장치가 제공될 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치가 배터리 팩의 일부 구성과 연결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치가 모스펫의 동작 상태 저항을 연산하기 위해 참조하는 논리 회로를 보여준다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '프로세서'와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 이차 전지는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 이차 전지로 간주될 수 있다.
본 발명에 따른 모스펫 진단 장치는, 모스펫을 진단하는 장치이다. 예를 들어, 모스펫은, 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비될 수 있다. 또한, 모스펫은, 선택적으로 온 또는 오프되어 충방전 전류의 도통을 제어할 수 있다. 여기서, 셀 어셈블리에는 하나 이상의 이차 전지가 구비될 수 있다. 또한, 모스펫은, 게이트, 드레인 및 소스 단자를 구비한 FET(Field Effect Transistor)소자로서, 게이트 단자와 소스 단자 사이에 인가된 전압에 따른 채널 형성 여부에 의해 온 되거나 오프 될 수 있다. 일 예로, 상기 FET소자는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있다. 한편, 도 2의 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫은, N형 MOSFET으로 구현되어 있는데, 모스펫이 N형 MOSFET에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치가 배터리 팩의 일부 구성과 연결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치(1)는, 전압 측정부(100) 및 프로세서(200)를 포함한다.
상기 전압 측정부(100)는, 모스펫(M)의 게이트 단자(G) 및 소스 단자(S)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(100)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 모스펫(M)의 게이트 단자(G) 및 소스 단자(S)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 전압 측정부(100)는, 모스펫(M)의 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차 측정값을 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전압 측정부(100)는, 게이트 단자(G)의 전위와 소스 단자(S)의 전위를 측정하고, 이를 기초로 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차를 측정할 수 있다.
상기 프로세서(200)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 전압 측정부(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 프로세서(200)는, 전압 측정부(100)로부터 전위차 측정값을 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(200)는, 전압 측정부(100)로부터 수신한 전위차 측정값과 미리 저장된 전위차 정상값을 비교하여 모스펫(M)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 여기서, 모스펫(M)의 고장 여부 진단에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
바람직하게는, 전압 측정부(100)는, 프로세서(200)의 통제 하에 시간 간격을 두고 각 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차를 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(200)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전압 측정부(100)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로를 이용하여 구현될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치(1)는, 도 1 및 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 온도 측정부(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 측정부(300)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 모스펫(M)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 온도 측정부(300)는, 모스펫(M)에 장착되어 모스펫(M)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 온도 측정부(300)는, 모스펫(M)의 온도를 측정할 수 있다.
바람직하게는, 온도 측정부(300)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(200)와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 온도 측정부(300)는, 시간 간격을 두고 모스펫(M)의 온도를 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(200)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(300)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)를 이용하여 구현될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치(1)는, 도 1 및 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 전류 측정부(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 전류 측정부(500)는, 셀 어셈블리(10)의 양단과 연결된 충방전 경로 상에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정부(500)는, 충방전 경로 상에 구비된 센스 저항(510)의 양단과 연결될 수 있다. 여기서, 센스 저항(510)은, 셀 어셈블리(10)의 음극 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전류 측정부(500)는, 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정부(500)는, 센스 저항의 양단 전압을 측정하고, 센스 저항의 양단 전압을 기초로 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
바람직하게는, 전류 측정부(500)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(200)와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 전류 측정부(500)는, 프로세서(200)의 통제하에 시간 간격을 두고 셀 어셈블리(10)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 반복 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 프로세서(200)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(500)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 구현될 수 있다. 홀 센서 또는 센스 저항은 전류가 흐르는 선로에 설치될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치(1)는, 도 1 및 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 메모리 디바이스(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 메모리 디바이스(400)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 메모리 디바이스(400)는, 모스펫(M)의 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차 정상값을 미리 저장할 수 있다. 또한, 메모리 디바이스(400)는, 프로세서(200)가 참조하는 룩업테이블을 미리 저장할 수 있다. 특히, 상기 룩업테이블은, 모스펫(M)의 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차와 모스펫(M)의 온도를 입력값으로 하고, 모스펫(M)의 동작 상태 저항을 출력값으로 하는 룩업테이블일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(200)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 전압 측정부(100) 및 온도 측정부(300)와 연결될 수 있다. 그리고, 프로세서(200)는, 전압 측정부(100)로부터 전위차 측정값을 수신하고, 온도 측정부(300)로부터 모스펫(M)의 온도를 수신할 수 있다.
또한, 프로세서(200)는, 전위차 측정값과 모스펫(M)의 온도를 기초로, 모스펫(M)을 흐르는 전류의 양을 제한하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(200)는, 메모리 디바이스(400)로부터 수신한 룩업테이블을 이용하여 모스펫(M)의 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차와 모스펫(M)의 온도를 기초로 모스펫(M)의 동작 상태 저항을 연산할 수 있다. 여기서, 모스펫(M)의 동작 상태 저항(On-state resistance)은, 모스펫(M)이 턴 온 되어 충방전 경로로 전류가 흐르는 상태의 모스펫(M)의 저항일 수 있다.
예를 들어, 프로세서(200)는, 전위차 측정값과 모스펫(M)의 온도를 기초로 모스펫 고장일 때의 모스펫(M)의 동작 상태 저항을 의미하는 모스펫(M)의 고장 동작 상태 저항을 연산할 수 있다. 또한, 프로세서(200)는, 전위차 정상값과 모스펫(M)의 온도를 기초로 모스펫 정상일 때의 모스펫(M)의 동작 상태 저항을 의미하는 모스펫(M)의 정상 동작 상태 저항을 연산할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(200)는, 모스펫(M)의 고장 동작 상태 저항과 모스펫(M)의 정상 동작 상태 저항의 비율을 기초로 모스펫 저항 증가율을 연산할 수 있다.
<수학식 1>
Figure pat00001
여기서, Rf는 모스펫(M)의 고장 동작 상태 저항, Rn은 모스펫(M)의 정상 동작 상태 저항, a는 저항 증가율을 의미한다. 예를 들어, 프로세서(200)는, 수학식 1의 연산을 이용하여 고장 동작 상태 저항과 정상 동작 상태 저항의 비율을 기초로 모스펫(M)의 저항 증가율을 연산할 수 있다. 예를 들어, 고장 동작 상태 저항이 5옴이고, 정상 동작 상태 저항이 2.5옴인 경우, 저항 증가율은 2일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(200)는, 전류 측정부(500)로부터 모스펫 정상 상태의 전류를 수신하여, 모스펫 정상 상태의 전류와 모스펫 저항 증가율을 기초로 최대 허용 고장 전류를 연산할 수 있다.
<수학식 2>
Figure pat00002
여기서, If는 최대 허용 고장 전류, Rf는 고장 동작 상태 저항, In은 정상 상태 전류, Rn은 정상 동작 상태 저항을 의미한다. 예를 들어, 프로세서(200)는, 모스펫(M)의 정상 상태 발열량을 기초로 모스펫(M)의 고장 상태의 최대 허용 발열량을 연산할 수 있다.
<수학식 3>
Figure pat00003
<수학식 4>
Figure pat00004
<수학식 5>
Figure pat00005
여기서, If는 최대 허용 고장 전류, Rn은 모스펫(M)의 정상 동작 상태 저항, a는 저항 증가율, In은 정상 상태 전류를 의미한다. 예를 들어, 프로세서(200)는, 상기 수학식 1 내지 수학식 5를 이용하여, 모스펫(M)의 최대 허용 고장 전류(If)를 연산할 수 있다. 예를 들어, 저항 증가율(a)이 2이고, 정상 상태 전류(In)가 5암페어인 경우, 최대 허용 고장 전류(If)의 최대값은
Figure pat00006
암페어일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(200)는, 최대 허용 고장 전류가 충방전 경로의 최대 허용 전류가 되도록 모스펫(M)을 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(200)는, 최대 허용 고장 전류를 연산하고, 연산된 최대 허용 고장 전류를 기초로 모스펫(M)을 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(200)는, 상위 제어 장치(50)로 전류 제한 요청을 전송하여 충방전 경로를 흐르는 전류의 양을 최대 허용 고장 전류 이하의 값으로 제한할 수 있다.
또한, 프로세서(200)는, 디스플레이로 모스펫(M)의 고장 상태를 전송하여, 디스플레이를 통해 사용자에게 모스펫 고장 상태를 경고할 수 있다. 여기서, 상기 디스플레이는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 프로세서(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 프로세서(200)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 프로세서(200), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀 및/또는 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
한편, 메모리 디바이스(400)는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리 디바이스(400)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 메모리 디바이스(400)는, 또한 프로세서(200)에 의해 각각 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 프로세서(200)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리 디바이스(400)는, 또한 프로세서(200)가 각각 수행하는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 모스펫 진단 장치(1)는, BMS에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치(1)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치(1)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치(1)의 프로세서(200) 및 메모리 디바이스(400)는, BMS(Battery Management System)의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치(1)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치(1)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은, 하나 이상의 이차 전지, 상기 모스펫 진단 장치(1), 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 장치가 모스펫의 동작 상태 저항을 연산하기 위해 참조하는 논리 회로를 보여준다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(200)는, 도 3의 실시예에 도시된 논리 회로(250)를 기초로 모스펫(M)의 고장 동작 상태 저항과 정상 동작 상태 저항을 연산할 수 있다. 여기서, 상기 논리 회로(250)는, 모스펫(M)의 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차(VGS)와 모스펫(M)의 온도(TM)를 입력값으로 하고, 모스펫(M)의 동작 상태 저항(RM)을 출력값으로 할 수 있다.
바람직하게는, 프로세서(200)는, 모스펫(M)이 고장이라고 판단되는 경우, 입력값으로 모스펫(M)의 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차 측정값과 모스펫(M)의 온도를 입력하고, 출력값으로 모스펫 고장일 때의 고장 동작 상태 저항을 연산할 수 있다.
또한, 프로세서(200)는, 입력값으로 모스펫(M)의 게이트 단자(G)와 소스 단자(S) 사이의 전위차 정상값과 모스펫(M)의 온도를 입력하고, 출력값으로 모스펫 정상일 때의 정상 동작 상태 저항을 연산할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모스펫 진단 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 4에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 모스펫 진단 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전압 측정부는, 전위차 측정 단계(S100)에서, 모스펫의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전위차 측정값을 측정할 수 있다. 이어서, 프로세서는, 모스펫 고장 진단 단계(S110)에서, 전위차 측정값과 전위차 정상값을 비교하여 모스펫의 고장 여부를 진단할 수 있다.
바람직하게는, 프로세서는, 모스펫 고장 진단 단계(S110)에서, 전위차 측정값과 모스펫의 온도를 기초로, 모스펫을 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있다.
바람직하게는, 프로세서는, 모스펫 고장 진단 단계(S110)에서, 전위차 측정값과 모스펫의 온도를 기초로 모스펫 고장일 때의 고장 동작 상태 저항을 연산하고, 전위차 정상값과 모스펫의 온도를 기초로 모스펫 정상일 때의 정상 동작 상태 저항을 연산할 수 있다.
바람직하게는, 프로세서는, 모스펫 고장 진단 단계(S110)에서, 고장 동작 상태 저항과 정상 동작 상태 저항의 비율을 기초로 모스펫 저항 증가율을 연산할 수 있다.
바람직하게는, 프로세서는, 모스펫 고장 진단 단계(S110)에서, 모스펫 정상 상태의 전류와 모스펫 저항 증가율을 기초로 최대 허용 고장 전류를 연산하고, 상기 최대 허용 고장 전류가 충방전 경로의 최대 허용 전류가 되도록 모스펫을 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있다.
또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 프로세서는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리 장치에 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
또한, 프로세서의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록 매체는, ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 '메모리 디바이스' 및 '프로세서' 등과 같은 용어가 사용되었으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.
1: 모스펫 진단 장치
10: 셀 어셈블리
50: 상위 제어 장치
100: 전압 측정부
200: 프로세서
250: 논리 회로
300: 온도 측정부
400: 메모리 디바이스
500: 전류 측정부
510: 센스 저항
G: 게이트 단자
M: 모스펫
S: 소스 단자

Claims (12)

  1. 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 충방전 전류의 도통을 제어하도록 구성된 모스펫을 진단하는 장치에 있어서,
    상기 모스펫의 게이트 단자 및 소스 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 모스펫의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전위차 측정값을 측정하도록 구성된 전압 측정부; 및
    상기 전압 측정부로부터 상기 전위차 측정값을 수신하고, 수신한 전위차 측정값과 미리 저장된 전위차 정상값을 비교하여 상기 모스펫의 고장 여부를 진단하도록 구성된 프로세서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모스펫과 전기적으로 연결되어, 상기 모스펫의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 전압 측정부로부터 상기 전위차 측정값을 수신하고, 상기 온도 측정부로부터 상기 모스펫의 온도를 수신하며, 수신한 상기 전위차 측정값과 상기 모스펫의 온도를 기초로, 상기 모스펫을 흐르는 전류의 양을 제한하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모스펫의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전위차와 상기 모스펫의 온도를 입력값으로 하고, 상기 모스펫의 동작 상태 저항을 출력값으로 하는 룩업테이블을 미리 저장하도록 구성된 메모리 디바이스
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 룩업테이블을 이용하여 상기 전위차 측정값과 상기 모스펫의 온도를 기초로 모스펫 고장일 때의 고장 동작 상태 저항을 연산하고, 상기 전위차 정상값과 상기 모스펫의 온도를 기초로 모스펫 정상일 때의 정상 동작 상태 저항을 연산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 고장 동작 상태 저항과 상기 정상 동작 상태 저항의 비율을 기초로 모스펫 저항 증가율을 연산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충방전 경로 상에 구비되어, 상기 충방전 경로를 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 전류 측정부로부터 모스펫 정상 상태의 전류를 수신하여, 상기 모스펫 정상 상태의 전류와 상기 모스펫 저항 증가율을 기초로 최대 허용 고장 전류를 연산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 최대 허용 고장 전류가 상기 충방전 경로의 최대 허용 전류가 되도록 상기 모스펫을 흐르는 전류의 양을 제한하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 모스펫 진단 장치를 포함하는 BMS.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 모스펫 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  12. 셀 어셈블리의 충방전 경로 상에 구비되어 충방전 전류의 도통을 제어하도록 구성된 모스펫을 진단하는 방법에 있어서,
    상기 모스펫의 게이트 단자 및 소스 단자 사이의 전위차 측정값을 측정하는 단계; 및
    상기 전위차 측정값과 미리 저장된 전위차 정상값을 비교하여 상기 모스펫의 고장 여부를 진단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모스펫 진단 방법.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940012562A (ko) * 1992-11-03 1994-06-23 윌리엄 이. 힐러 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(mos fet)의 드레인 전류 모니터용 회로
JP2007299696A (ja) * 2006-05-02 2007-11-15 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池装置
JP2011125101A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Furukawa Electric Co Ltd:The 電流検出装置、電源供給装置、及び電流検出方法
KR20110072874A (ko) * 2009-12-23 2011-06-29 현대모비스 주식회사 솔레노이드 밸브 구동부의 고장 검출회로
JP2012100438A (ja) * 2010-11-02 2012-05-24 Nec Energy Devices Ltd 二次電池システム
KR20160041495A (ko) * 2014-10-08 2016-04-18 주식회사 엘지화학 모스펫 스위치 구동 장치의 모스펫 진단 장치 및 방법
KR20170084608A (ko) * 2016-01-12 2017-07-20 삼성전자주식회사 고장 셀 검출 장치 및 방법
JP2017523636A (ja) * 2014-05-27 2017-08-17 ルノー エス．ア．エス． 電界効果トランジスタ及びその故障検出装置
JP2017188983A (ja) * 2016-04-01 2017-10-12 古河電気工業株式会社 電源供給装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940012562A (ko) * 1992-11-03 1994-06-23 윌리엄 이. 힐러 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(mos fet)의 드레인 전류 모니터용 회로
JP2007299696A (ja) * 2006-05-02 2007-11-15 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池装置
JP2011125101A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Furukawa Electric Co Ltd:The 電流検出装置、電源供給装置、及び電流検出方法
KR20110072874A (ko) * 2009-12-23 2011-06-29 현대모비스 주식회사 솔레노이드 밸브 구동부의 고장 검출회로
JP2012100438A (ja) * 2010-11-02 2012-05-24 Nec Energy Devices Ltd 二次電池システム
JP2017523636A (ja) * 2014-05-27 2017-08-17 ルノー エス．ア．エス． 電界効果トランジスタ及びその故障検出装置
KR20160041495A (ko) * 2014-10-08 2016-04-18 주식회사 엘지화학 모스펫 스위치 구동 장치의 모스펫 진단 장치 및 방법
KR20170084608A (ko) * 2016-01-12 2017-07-20 삼성전자주식회사 고장 셀 검출 장치 및 방법
JP2017188983A (ja) * 2016-04-01 2017-10-12 古河電気工業株式会社 電源供給装置

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