KR20200050656A - 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 배터리와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하는 스위치의 상태를 진단하기 위하여, 진단 저항을 연결하고 전압 분배를 이용하여 배터리의 전압으로부터 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정함으로써, 측정된 전압에 기반하여 스위치의 상태를 진단할 수 있는 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SWITCH DIAGNOSIS USING VOLTAGE DISTRIBUTION}
본 발명은 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 배터리와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하는 스위치의 상태를 진단하기 위하여, 진단 저항을 연결하고 전압 분배를 이용하여 배터리의 전압으로부터 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정함으로써, 측정된 전압에 기반하여 스위치의 상태를 진단할 수 있는 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
2차 전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.
이와 같이 복수 개 집합되는 형태로 사용되는 경우, 과전류가 흐르는 등의 동작 이상이 발생했을 경우 과열에 의하여 단위 셀이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 생길 수 있다. 이러한 배터리의 이상으로부터 발생하는 과전류 및 과열은 배터리와 연결된 부하에 악영향을 끼쳐 부하를 손상시킬 수 있다.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 배터리와 부하 사이에 하나 이상의 스위칭 소자를 설치하고, 배터리에 이상이 발생하는 경우 스위치를 온/오프제어 함으로써 부하의 손상을 보호하였다. 일 예로, 배터리와 부하 사이에 접촉기(Contactor)를 설치하고, 배터리로부터 인가되는 전압 및 전류를 접촉기를 통해 부하에 제공하였다. 그러나 접촉기와 같은 스위칭 소자를 추가적으로 설치하는 경우, 스위칭 소자의 상태를 점검하여 배터리로부터 인가되는 전압 및 전류가 정상적으로 부하에 인가되는지를 확인할 필요성이 있다. 일 예로, 접촉기와 전원선이 용접이 제대로 되지 않은 경우 또는 사용하는 과정에서 용접된 부분이 마모 및 손상되는 경우 배터리로부터 인가되는 전원이 부하에 정상적으로 인가되지 못할 수 있다. 종래와 같이 접촉기와 같은 스위칭 소자의 상태를 측정하고 진단하는 별도의 시스템 및 추가 구성을 구비하여 이러한 문제점을 해결하고자 하는 경우, 배터리 팩 및 배터리 관리 시스템의 부피 및 가격이 증가한다는 단점이 있다. 이러한 부피 및 가격의 증가는 2차 전지의 고효율화 및 고 에너지 밀도화에 악영향을 끼치기 때문에 스위치 진단 장치의 부피를 감소시키고, 가격을 절감시킬 필요성이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0043030호
본 발명의 목적은 배터리와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하는 스위치의 상태를 진단하기 위하여, 진단 저항을 연결하고 전압 분배를 이용하여 배터리의 전압으로부터 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정함으로써, 측정된 전압에 기반하여 스위치의 상태를 진단할 수 있는 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 외부에 위치하는 하나의 ADC 변환기 및 제어부를 사용하여 전압 분배된 전압을 입력 받고 이를 기반으로 양극 스위치의 상태를 진단함으로써, 부피 및 가격을 감소시킬 수 있는 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치는, 배터리와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하며, 상기 배터리와 상기 부하를 연결 또는 단락하는 양극 스위치; 상기 양극 스위치를 진단하기 위한 진단 저항; 및 전압 분배를 이용하여 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치는, 상기 배터리의 전압을 분배하기 위하여 상기 배터리와 병렬 연결된 전압 분배부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 전압 분배부 및 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단할 수 있다.
상기 전압 분배부는, 제1 분배 저항, 제2 분배 저항 및 스위치부를 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 제1 분배 저항 및 제2 분배 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 스위치부를 닫아 상기 제1 분배 저항과 상기 진단 저항의 합성 저항 및 상기 제2 분배 저항에 의해 분배되어 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압을 측정하고, 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압이 소정의 전압값 미만인 경우에 상기 양극 스위치가 개방된 것으로 진단할 수 있다.
상기 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치는, 상기 제2 분배 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 ADC 변환부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법은, 배터리와 상기 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 상기 배터리와 상기 부하를 연결 또는 단락하는 양극 스위치를 위치시키는 단계; 상기 양극 스위치를 진단하기 위한 진단 저항을 연결하는 단계; 및 제어부가 전압 분배를 이용하여 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법은, 상기 배터리의 전압을 분배하기 위하여 상기 배터리와 병렬 연결된 전압 분배부를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 진단하는 단계는, 상기 전압 분배부 및 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법은, 상기 제어부가 상기 전압 분배부에 포함된 상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 전압 분배부에 포함된 상기 제1 분배 저항 및 제2 분배 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 진단하는 단계는, 상기 스위치부를 닫아 상기 제1 분배 저항과 상기 진단 저항의 합성 저항 및 상기 제2 분배 저항에 의해 분배되어 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압을 측정하고, 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압이 소정의 전압값 미만인 경우에 상기 양극 스위치가 개방된 것으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법은, ADC 변환부가 상기 제2 분배 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 진단하는 단계는, 상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하는 스위치의 상태를 진단하기 위하여, 진단 저항을 연결하고 전압 분배를 이용하여 배터리의 전압으로부터 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정함으로써, 측정된 전압에 기반하여 스위치의 상태를 진단할 수 있는 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 외부에 위치하는 하나의 ADC 변환기 및 제어부를 사용하여 전압 분배된 전압을 입력 받고 이를 기반으로 양극 스위치의 상태를 진단함으로써, 부피 및 가격을 감소시킬 수 있는 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 스위치 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법을 이용하여 양극 스위치를 진단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치가 전기 자동차(1)에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 션트저항를 이용한 전류 측정 장치는 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 배터리(10)는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수 있다.
또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 배터리(10)는 하나 이상의 전지 팩을 포함할 수 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, BMS(20)는 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, BMS(20)는 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
BMS(20)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치(100)를 포함하거나 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치(100)에 연결되어 동작할 수 있다. BMS(20)는 배터리(10)와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하는 양극 스위치(110)를 진단하기 위하여 진단 저항을 연결하고, 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정하여 양극 스위치(110)의 상태를 진단할 수 있다.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, ECU(30)는 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
도 2는 종래의 스위치 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 스위치 진단 장치는 양극 스위치(11), 저항부(12), 진단 저항(13), 스위치(14), 기준 전압 생성부(15), ADC 변환부(16) 및 제어부(17)를 포함하여 구성된다.
종래의 스위치 진단 장치에 따르면, 양극 스위치(11)의 진단시에 스위치(14) 및 기준 전압 생성부(15)의 스위치가 온(ON) 상태가 되면, 기준 전압 생성부(15)의 그라운드 측에 연결된 저항에 걸리는 전압이 기준 전압이 되고, 이 기준 전압과 진단 저항(13)에 걸리는 전압은 ADC 변환부(16)에 의해 ADC(Analog to Digital Converting) 변환되고, 제어부(17)는 변환된 기준 전압과 진단 저항(13)에 걸리는 전압을 비교한다. 이 때, 변환된 기준 전압과 진단 저항(13)에 걸리는 전압이 동일한 경우, 양극 스위치가 정상 상태로 진단되며, 변환된 기준 전압과 진단 저항(13)에 걸리는 전압이 동일하지 않는 경우, 양극 스위치에 이상이 발생했다고 진단하게 된다.
이러한 종래의 스위치 진단 장치에 따르면, 그 이전의 스위치 진단 장치에 비해서 진단을 위한 추가 구성요소를 사용하지 않음으로써 부피 및 가격을 크게 절감시킬 수 있었으나, 진단 저항(13) 및 스위치(14)로 인해 그 절감 효과에 한계가 있었다.
이하 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치에 대해서 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치(100)는 양극 스위치(110), 진단 저항(120), 전압 분배부(130), ADC 변환부(140) 및 제어부(150) 를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제 될 수 있다.
또한, 스위치 진단 장치(100)는 배터리(10)와 함께 배터리 팩을 구성할 수 있다.
양극 스위치(110)는 배터리(10)와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치할 수 있으며, 배터리(10)와 부하를 연결 또는 단락할 수 있다. 일 예로, 양극 스위치(110)는 릴레이(Relay), 콘텍터(Contactor)나 트랜지스터(Transistor) 및 사이리스터(Thyristor)와 같은 스위칭 소자일 수 있다. 양극 스위치(110)는 사용 환경, 사용자의 요구 및 요구되는 안전성에 의해 하나 이상의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
진단 저항(120)은 양극 스위치(110)를 진단하기 위해 사용될 수 있다. 진단 저항(120)은 일측이 양극 스위치(110)와 연결되고 타측이 후술되는 전압 분배부(130)와 연결될 수 있다.
전압 분배부(130)는 배터리(10)의 전압을 분배하기 위하여 배터리(10)와 병렬 연결된다. 일 실시예에서, 후술되는 제어부(150)는 전압 분배부(130) 및 진단 저항(120)에 의해 분배되는 전압에 기반하여 양극 스위치(110)의 상태를 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배부(130)는 제1 분배 저항(131), 제2 분배 저항(132) 및 스위치부(133)를 포함할 수 있다. 이 때, 진단 저항(120)은 일측이 양극 스위치(110)와 연결되고 타측이 제1 분배 저항(131) 및 제2 분배 저항(132)의 사이에 연결될 수 있다. 즉, 양극 스위치(110)가 온(ON) 상태가 되는 경우에 제1 분배 저항(131)과 진단 저항(120)이 합성 저항을 형성하게 되고, 배터리(10)의 전압은 제1 분배 저항(131)과 진단 저항(120)이 합성 저항 및 제2 분배 저항(132)에 의해 분배되게 되어 분배된 전압을 할 수 있으며, 이를 기반으로 하여 후술되는 제어부(150)를 통해 양극 스위치(110)의 상태를 진단할 수 있다.
진단 저항(120), 제1 분배 저항(131) 및 제2 분배 저항(132)의 크기는 배터리(10)의 전압 및 제어부(150)에 종류에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로, 후술되는 제어부(150)는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit; MCU)일 수 있다. MCU는 4V 내지 5V 크기의 전압값을 지원할 수 있다. 그러나 배터리(10)는 400V 내지 500V 크기로 비교적 고전압이기 때문에 배터리(10)에서 출력되는 전원을 바로 인가받아 사용하는데 어려움이 있다. 따라서 전압 분배법칙을 이용하여 배터리(10)에서 인가되는 전압을 낮춰줌으로써, MCU가 지원하는 정도의 전압크기로 조절할 수 있다. 예를 들어 진단 저항(120), 제1 분배 저항(131) 및 제2 분배 저항(132)의 크기가 각각, 3MΩ, 10kΩ 및 2MΩ일 수 있다. 이 때, 진단 저항(120) 및 제1 분배 저항(131)의 합성 저항은 2*3/(2+3)MΩ으로 1.2MΩ이다. 배터리(10)의 전압이 400V인 경우, 10kΩ에 인가되는 배터리(10)의 전압은 (400V * 10kΩ)/1210kΩ으로 3.30V가 산출될 수 있다. 제2 분배 저항(132)에 인가되는 전압을 산출함으로써, MCU가 지원하는 수준의 전압을 제공할 수 있다.
스위치부(133)는 제1 분배 저항(131) 및 제2 분배 저항(132) 사이에 위치할 수 있으며, 제1 분배 저항(131) 및 제2 분배 저항(132)을 연결 또는 단락할 수 있다. 스위치부(133)는 양극 스위치(110)와 마찬가지로 릴레이, 콘텍터나 트랜지스터및 사이리스터와 같은 스위칭 소자를 하나 이상 포함할 수 있다. 스위칭부(133)는 후술되는 제어부(150)에 온/오프 제어를 받아 양극 스위치(110)를 진단하고자 하는 경우에만 동작시킴으로써, 불필요한 전력 손실 및 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
ADC 변환부(140)는 제2 분배 저항(132)에 인가되는 배터리(10)의 전압을 디지털 신호로 변환할 수 있다. ADC 변환부(140)는 측정된 전압의 아날로그 값을 디지털 신호화하여 후술되는 제어부(150)로 출력함으로써, 후술되는 제어부(150)가 디지털 신호를 기반으로 양극 스위치(110)의 상태를 진단하도록 할 수 있다.
제어부(150)는 전압 분배를 이용하여 배터리(10)의 전압으로부터 진단 저항(120)에 의해 분배되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압에 기반하여 양극 스위치(110)의 상태를 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(150)는 스위치부(133)의 개폐를 제어하여 제1 분배 저항(131) 및 제2 분배 저항(132)에 배터리(10)의 전압을 인가시킬 수 있다.
즉, 제어부(150)는 스위치부(133)를 닫아 제1 분배 저항(131)과 진단 저항(120)의 합성 저항 및 제2 분배 저항(132)에 의해 분배되어 제2 분배 저항(132)에 인가되는 전압을 측정하고, 제2 분배 저항(132)에 인가되는 전압이 소정의 전압값 미만인 경우에 양극 스위치(110)가 개방된 것으로 진단할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 소정의 전압값은 제1 분배 저항(131)과 진단 저항(120)의 합성 저항 및 제2 분배 저항(132)에 의해 분배되어 제2 분배 저항(132)에 인가될 예상전압의 전압값일 수 있다.
표 1 및 도 3을 참조하여 예를 들어 설명하면, 배터리(10)의 전압이 400V인 경우, 제2 분배 저항(132)에 인가될 예상전압을 산출할 수 있다. 저항1(130-1) 및 저항2(130-2)의 크기는 각각 2MΩ 및 3MΩ일 수 있으며, 실제 크기는 1.996MΩ 및 2.994MΩ일 수 있다. 또한 진단 저항(120)의 크기는 그 10kΩ일 수 있다. 제어부(150)는 배터리(10)의 전압이 100V 내지 500V인 경우마다 제2 분배 저항(132)에 인가될 전압을 산출할 수 있다. 예를 들어, 배터리(10)의 전압이 400V인 경우, 제어부(150)는 제2 분배 저항(132)에 인가될 예상 전압을 3.312V로 산출할 수 있다. 여기서 제1 분배 저항(131)과 진단 저항(120)의 합성 저항 및 제2 분배 저항(132)에 인가되는 배터리(10)의 전압을 전압 분배하여 제2 분배 저항(132)에 인가되는 전압을 측정하였을 때, 3.312V가 측정되면 제어부(150)는 양극 스위치(110)의 상태가 정상 상태라고 진단할 수 있다. 다른 일 실시예에서 제어부(150)는 일정 범위의 허용 오차범위를 설정할 수 있으며, 제2 분배 저항(132)에 인가되는 전압이 예상전압의 허용 오차범위 내에 포함되는 경우, 양극 스위치(110)의 상태를 정상 상태라고 진단할 수 있다. 만약 배터리(10)의 전압이 400V 및 이를 기반으로 산출된 예상 전압이 3.312V인 일 수 있다. 그러나 전압 분배를 통해 산출된 제2 분배 저항(132)에 인가된 전압이 2.981V인 경우, 제2 분배 저항(132)에 인가된 전압과 예상전압은 상이하게 된다. 이때 제어부(150)는 양극 스위치(110)의 상태에 이상이 있다고 진단할 수 있다. 또한 다른 일 실시예에서 제어부(150)는 제2 분배 저항(132)에 인가된 전압이 예상전압의 허용 오차범위 내에 포함되지 않는 경우, 양극 스위치(110)의 상태에 이상이 있다고 진단할 수 있다.
배터리 전압 저항1 저항2 진단 저항 예상 전압
0 1.996MΩ 2.994MΩ 10KΩ 0.000
100 1.996MΩ 2.994MΩ 10KΩ 0.828
200 1.996MΩ 2.994MΩ 10KΩ 1.656
300 1.996MΩ 2.994MΩ 10KΩ 2.484
400 1.996MΩ 2.994MΩ 10KΩ 3.312
500 1.996MΩ 2.994MΩ 10KΩ 4.140
일 실시예에서, 또한 ADC 변환부(140) 및 제어부(150)는 양극 스위치(110) 및 진단 저항(120) 외부에 위치할 수 있다. 이를 통해 양극 스위치를 감시하고 진단하고자 하는 경우, 외부에 위치한 하나의 ADC 변환부(140) 및 제어부(150)를 통해 양극 스위치를 진단할 수 있다.
이와 같이 양극 스위치(110)와 같이 배터리(10) 팩 또는 BMS 내부에 위치하는 구성요소들의 상태를 하나의 외부 ADC 변환부(140) 및 제어부(150)로 측정하고 진단을 위한 추가 구성요소를 사용하지 않음으로써, 또는 별도의 시스템을 구축하지 않음으로써, 배터리(10) 팩 및 BMS의 부피 및 가격을 절감시킬 수 있다. 특히, 종래의 스위치 진단 장치에서 이용되던 진단 저항 및 스위치를 이용하지 않음으로써, 배터리(10) 팩 및 BMS의 부피 및 가격 절감 효과를 더욱 크게 할 수 있다.
이하 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법(S200)을 이용하여 양극 스위치를 진단하는 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법을 이용하여 양극 스위치를 진단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법을 이용하여 양극 스위치를 진단하는 방법이 개시되면, 배터리의 전압이 전압 분배부 및 진단 저항에 인가된다(S201). 이후 전압 분배를 이용하여 제1 분배 저항과 진단 저항의 합성 저항에 인가되는 전압 및 제2 분배 저항에 인가되는 전압 중 제2 분배 저항에 인가되는 전압 중 제2 분배 저항에 인가되는 전압을 측정한다(S202). 단계(S202)에서 측정된 제2 분배 저항에 인가된 전압을 ADC 변환한다(S203). 단계(S203)에서 변환된 전압값은 제어부로 제공되며, 제어부에서 제2 분배 저항에 인가된 전압과 소정의 전압값을 비교한다(S204). 단계(S204)를 통해 제2 분배 저항에 인가된 전압과 소정의 전압값이 동일한 경우, 양극 스위치가 정상 상태로 진단되며 정상동작을 수행한다(S205). 반면에, 단계(S204)를 통해 제2 분배 저항에 인가된 전압과 소정의 전압값이 동일하지 않은 경우, 양극 스위치에 이상이 발생했다고 진단하며(S206), 양극 스위치의 동작을 제어한다(S207). 또한 양극 스위치의 이상 유무를 외부로 출력한다.
전술한 전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법은 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
10: 배터리
110: 양극 스위치
120: 진단 저항
130: 전압 분배부
131: 제1 분배 저항
132: 제2 분배 저항
133: 스위치부
140: ADC 변환부
150: 제어부

Claims (11)

  1. 배터리와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하며, 상기 배터리와 상기 부하를 연결 또는 단락하는 양극 스위치;
    상기 양극 스위치를 진단하기 위한 진단 저항; 및
    전압 분배를 이용하여 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 분배하기 위하여 상기 배터리와 병렬 연결된 전압 분배부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 전압 분배부 및 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압 분배부는,
    제1 분배 저항, 제2 분배 저항 및 스위치부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 제1 분배 저항 및 제2 분배 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시키는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위치부를 닫아 상기 제1 분배 저항과 상기 진단 저항의 합성 저항 및 상기 제2 분배 저항에 의해 분배되어 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압을 측정하고, 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압이 소정의 전압값 미만인 경우에 상기 양극 스위치가 개방된 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 분배 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 ADC 변환부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 장치.
  6. 배터리;
    상기 배터리와 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 위치하며, 상기 배터리와 상기 부하를 연결 또는 단락하는 양극 스위치;
    상기 양극 스위치를 진단하기 위한 진단 저항; 및
    전압 분배를 이용하여 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 팩.
  7. 배터리와 상기 부하를 연결하는 양극 전원선 상에 상기 배터리와 상기 부하를 연결 또는 단락하는 양극 스위치를 위치시키는 단계;
    상기 양극 스위치를 진단하기 위한 진단 저항을 연결하는 단계; 및
    제어부가 전압 분배를 이용하여 상기 배터리의 전압으로부터 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 분배하기 위하여 상기 배터리와 병렬 연결된 전압 분배부를 연결하는 단계를 더 포함하며,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 전압 분배부 및 상기 진단 저항에 의해 분배되는 전압에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 전압 분배부에 포함된 상기 스위치부의 개폐를 제어하여 상기 전압 분배부에 포함된 상기 제1 분배 저항 및 제2 분배 저항에 상기 배터리의 전압을 인가시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 스위치부를 닫아 상기 제1 분배 저항과 상기 진단 저항의 합성 저항 및 상기 제2 분배 저항에 의해 분배되어 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압을 측정하고, 상기 제2 분배 저항에 인가되는 전압이 소정의 전압값 미만인 경우에 상기 양극 스위치가 개방된 것으로 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    ADC 변환부가 상기 제2 분배 저항에 인가되는 상기 배터리의 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 변환된 디지털 신호에 기반하여 상기 양극 스위치의 상태를 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전압 분배를 이용한 스위치 진단 방법.
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