KR20220051707A - Ldo와 션트 저항을 포함하는 병렬 fet의 진단회로 및 이를 이용한 진단방법 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 이차전지팩을 구비한 전기자동차에 있어서, 상기 이차전지팩과 전기자동차 사이에 마련된 FET 내부에 마련된 다수의 내부 FET의 개별적 이상을 진단할 수 있는 회로 및 진단방법에 관한 것으로서, 각각 내부의 FET를 ON/OFF 하면서 각각 내부의 FET의 양단 전압을 측정하고 이를 진단 테이블과 비교함으로써 이상 여부를 파악하는 것이다.

Description

LDO와 션트 저항을 포함하는 병렬 FET의 진단회로 및 이를 이용한 진단방법{Diagnostic circuit of parallel structure FET comprising LDO and Shunt resistor, and diagnostic method using the same}
본원발명은 LDO와 션트 저항을 포함하는 병렬 FET의 진단회로 및 이를 이용한 진단방법에 관한 것이다. 구체적으로 자동차의 전원 공급에 사용되는 병렬 연결된 다수의 FET 중 특정 FET의 고장을 LDO와 션트 저항을 이용하여 진단할 수 있는 회로 및 이를 이용하여 병렬 연결된 다수의 FET 중 특정 FET의 고장을 진단하는 방법이다.
전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV)의 수요 증가로 리튬 이차전지 시장은 계속 증가될 전망이다. 전기자동차에 적용되는 이차전지는 통상적으로 이차전지 단위셀(cell)이 복수 개 집합된 형태로 사용된다. 복수 개의 이차전지 단위셀이 직렬/병렬 등으로 연결되는 멀티 모듈 구조를 가지는 이차전지팩(pack)이 보편적으로 이용되고 있다.
이차전지팩은 전기자동차와는 별도의 장치로서 구비되며, 이차전지팩과 전기자동차 사이에는 전기적 온/오프 연결을 위한 릴레이가 마련된다.
자동차용 이차전지팩에서 공급되는 전압은 통상적으로 12V, 48V, 400V가 사용되고 있다. 400V의 경우 물리적인 한계로 인해서 기계식 릴레이를 사용하지만 그 이하에서는 전기적 방식인 FET로 급속하게 대체되고 있다.
기계식 릴레이는 높은 전압과 대용량의 전류를 처리할 수 있으며, 높은 열에도 사용이 가능하고 가격 또한 저렴하다는 장점이 있다. 반면에 온/오프시에 접점과의 접촉에 의한 소음이 발생하고 접점과의 접촉시 발생하는 스파크로 인해서 수명이 제한이다. 기계식 릴레이는 또한 내부 기계적인 구성 부품으로 인해서 물리적인 충격에 약하다는 단점이 있다.
자동차의 급정거, 충돌 사고 등의 경우에 자동차 자체에 매우 큰 중력가속도가 걸리게 된다. 이러한 힘에 의해서 기계식 릴레이가 파손될 수 있으며, 이러한 파손과 단락에 의해서 화재 등의 2차 사고가 발생할 수 있다.
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 이하 'FET')은 대표적인 전기식 릴레이다. FET는 기계식 릴레이와 대비해서 상대적으로 낮은 용량과 소재의 저항(RDS)으로 인해서 많은 열이 발생하는 단점이 있다. 저항에 의해서 온도가 200℃ 이상으로 올라가는 경우도 발생한다.
발열문제와 기계식 릴레이에 비해서 고가임에도 불구하고 FET는 거의 반영구적인 수명, 자동차의 물리적인 충격에도 거의 손상을 입지 않는 장점 때문에 많은 자동차에서 기계식 릴레이를 대체할 것으로 예상된다. 기계식 릴레이의 작동에 따른 소음 문제 또한 계속적으로 개선이 요구되는 사항으로서 고가의 차량에 전자식 릴레이가 우선적으로 빠르게 보급될 것으로 예상된다.
FET는 용량과 열 발생의 문제만 해결한다면 고전압 차량을 제외한 거의 모든 전기 자동차에서 기계식 릴레이를 대치할 것이다. 습기, 산소에 의한 산화 문제가 있더라도 FET의 케이스를 제거하고 이를 금속 집전체에 바로 연결하여 외부 공기와의 접촉을 차단하거나, 열을 전달하기 위한 면적을 늘리려는 시도 등 다양한 연구가 진행되고 있다.
현재 일부 차량에 적용되고 있는 FET는 용량 등의 문제로 다수의 FET가 병렬로 사용된다. 다수의 FET는 하나의 드라이버에 의해서 제어된다. 실제 외부 구성으로만 보면 자동차의 FET는 하나지만 실제 내부에는 2S3P(2개의 직렬세트 3개가 병렬로 연결됨)의 6개 내부 FET(이하 '내부 FET')로 구성된 경우가 많다. 필요한 용량에 따라서 내부 FET는 6개, 10개, 12개까지 다양하게 증가가 가능하다.
앞에서 언급한 바와 같이 내부 FET는 직렬 및 병렬로 연결되어 있다. 현재는 이러한 내부 FET 중 어느 곳에 이상이 있는지를 판단할 수 있는 회로 또는 방법이 마련되어 있지 않다.
만약 내부 FET 중 일부가 파손되어 계속적으로 연결된 상태(fail on)일 경우, 해당 내부 FET로 흐르지 않고 분산되어 흘러야 할 전류가 상기 파손된 내부 FET로 집중되어 쉽게 과열되는 문제가 발생한다. 이로 인해서 전체적인 시스템이 과열될 수 있다. 배터리 팩의 과열은 자동차 안전에서의 매우 치명적인 위험이 될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도이다. 자동차 팩(BAT)에서 공급되는 전원은 외부적으로 보이는 하나의 FET에 의해서 제어가 된다. 도 1에서 이중쇄선으로 표시된 부분이 외부적으로 보았을 때 하나의 FET에 해당한다. 도 1에 표시된 내부 FET는 하나의 예시로서 2S2P로 연결된 것이나 이는 2S3P 등으로 다양하게 다른 조합으로 변형이 가능하다.
FET1 내지 FET4는 4개의 내부 FET를 나타내는 것으로서 FET는 필요에 따라 N형 또는 P형이 가능하다. 본원발명에 기재된 모든 도면에서는 N형만이 기재되어 있으나, 이를 P형으로 치환하는 것은 필요에 따라 쉽게 선택할 수 있다.
게이트(gate)에 전압이 걸리지 않을 경우에는 FET1, FET2, FET3, FET4는 다르게 작동한다. 게이트에 전압이 걸릴 경우 FET1, FET3은 전지팩에서 자동차 방향(도 1에서는 좌에서 우로)으로 전류가 흐를 수 있으며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 다이오드에 의해서 자동차에서 전지팩 방향(도 1에서는 우에서 좌로)으로 전류가 흐른다. FET2, FET4는 정반대로 게이트에 전압이 걸릴 경우 자동차에서 전지팩 방향으로 전류가 흐를 수 있으며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 다이오드에 의해서 전지팩에서 자동차 방향으로 전류가 흐른다.
게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에 모든 FET는 작동을 하지 않지만, 별도의 다이오드 또는 내부의 기생다이오드에 의해서 전류가 흐를 수 있다. 즉 FET1, FET3은 각각 V2, V3에서 V1 방향으로 전류가 흐를 수 있으며, FET2, FET4는 V2, V3에서 V4 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
도 1에 따른 종래의 FET는 하나의 드라이버에 의해서 모두 한꺼번에 제어가 된다. 도 1에서 V2, V3이 서로 연결된 것은 자동차의 급가속, 급제동과 같은 순간적으로 많은 전류가 흐름 경우 이를 다수의 내부 FET에 분산하기 위한 것이다. 종래의 자동차용 FET는 하나의 드라이버에 의해서 동시에 작동되며, 어떠한 내부 FET의 오류를 진단할 수 있는 방법이 없다.
특허문헌 1 내지 3은 모두 병렬 연결된 복수개의 FET 고장을 진단하는 기술이라는 점에서 일부 공통점이 있으나,
구체적인 구성에 있어서, 특허문헌 1은 각 FET에 구비된 미러 FET의 개별 검출 저항의 전압값을 이용하는 점에서 구성이 복잡하고, 개별 미러 FET의 추가 유지 보수가 필요하다. 특허문헌 2는 복수의 FET의 온/오프를 제어함으로써 생성되는 부하 측 단자, 즉 최종 출력의 전압값의 변화를 측정하여 고장을 진단하는 점에서 일부 유사하지만, 특허문헌 2는 검출을 위한 별도의 전원을 사용하지 않아 고전압에 필요한 전류 측정 수단을 별도로 마련해야 하며, 또한 특허문헌 2는 구체적인 회로와 같은 해결 수단을 제시하지 못하고 있다. 특허문헌 3은 모든 FET의 구동을 개별적으로 제어하고 모든 FET에 전류 검출을 위한 별도의 저항을 부가한 점에서 구성이 복잡하고 이를 유지하기 위한 다수의 부품이 추가되며, 또한 이들 진단 회로 자체의 또한 고장이 문제가 될 수 있다.
이상과 같이 이차전지팩을 구비한 전기자동차에 있어서, 내부 FET의 개별 이상 여부를 진단할 수 있는 간단하면서도 효율적인 방법이 마련되지 않아, 향후 계속적으로 수요가 증가되는 내부 FET 고장에 의한 사고 위험성이 커지고 있다.
일본 공개특허공보 제2000-293201호 ('특허문헌 1') 일본 등록특허공보 제5526965호 ('특허문헌 2') 대한민국 공개특허공보 제2016-0041495호 ('특허문헌 3')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 이차전지팩을 구비한 전기자동차에 있어서, 상기 이차전지팩과 전기자동차 사이에 마련된 FET 내부에 마련된 다수의 내부 FET의 개별적 이상을 진단할 수 있는 회로 및 이를 이용하여 내부 FET의 이상을 진단할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본원발명은 자동차에 전력을 공급하는 이차전지팩의 전극 단자와 상기 이차전지팩으로부터 전력을 공급받는 자동차 사이의 연결을 제어하는 다수의 FET가 직렬 및 병렬로 연결된 FET 어셈블리를 포함하는 진단회로에 있어서, 상기 FET 어셈블리 중 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 신호를 부가할 수 있도록 연결된 제어부; 상기 FET 어셈블리 전체에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 측정부;를 포함하고, 여기서 상기 제어부는 상기 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 적용될 수 있는 신호를 발생하는 제어 채널을 구비한 MCU; 진단신호를 발생하는 드라이버(DRIVER); 상기 MCU의 개별 채널 신호와 상기 드라이버를 입력으로 받아들이고 이들의 출력을 해당하는 상기 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 전달하는 AND GATE 회로를 포함하는 진단회로를 제공한다.
본원발명의 다른 양태로는 자동차에 전력을 공급하는 이차전지팩의 전극 단자와 상기 이차전지팩으로부터 전력을 공급받는 자동차 사이의 연결을 제어하는 다수의 FET가 직렬 및 병렬로 연결된 FET 어셈블리를 포함하는 진단회로에 있어서, 상기 FET 어셈블리 중 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 신호를 부가할 수 있도록 연결된 제어부; 상기 FET 어셈블리 전체에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 측정부;를 포함하고, 여기서 상기 제어부는 상기 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 적용될 수 있는 신호를 발생하는 개별 채널을 구비한 MUX; 진단신호를 발생하는 드라이버(DRIVER); 상기 MUX의 개별 채널 신호를 제어하는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU);을 포함하는 진단회로를 제공한다.
상기 진단회로는 진단 수행 여부에 따른 온/오프 스위치를 구비한 위한 별도의 진단용 전력 공급선이 부가될 수 있으며, 상기 진단용 전력 공급선은 LDO(Low Dropout) 레귤레이터에 의해서 제어가 될 수 있다. 상기 LDO(Low Dropout) 레귤레이터는 본원발명에 따른 제어부에 의해서 같이 제어될 수 있다. 예를 들어 진단 모드가 아닐 경우에는 LDO(Low Dropout) 레귤레이터에 의해서 별도의 진단용 전력이 전혀 공급되지 않다가 진단 모드일 경우에만 전력이 공급될 수 있다.
상기 측정부는 션트저항(Shunt Resistor)을 사용하여 전류를 측정할 수 있다.
본원발명에 따른 FET 어셈블리는 2개의 FET가 직렬로 연결되고, 상기 직렬로 연결된 2개의 FET가 2개 이상 병렬로 연결된 것이다. 상기 직렬로 연결된 2개의 FET 중 상기 전지팩쪽에 배치된 FET는 게이트에 전압이 걸릴 경우에는 전류가 흐르도록 작동이 되며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 상기 자동차에서 상기 전지팩 방향으로 적은 전류가 흐를 수 있는 다이오드가 배치되며,
상기 직렬로 연결된 2개의 FET 중 상기 자동차쪽에 배치된 FET는 게이트에 전압이 걸릴 경우에는 전류가 흐르도록 작동이 되며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 상기 전지팩에서 상기 자동차 방향으로 적은 전류가 흐를 수 있다.
여기서 상기 다이오드는 별도로 연결된 다이오드이거나 상기 FET 내부에 배치된 기생 다이오드이다.
한편 본원발명에 따른 진단회로는 상기 이차전지팩의 BMS(Battery Management System, 배터리 관리 시스템)에 의해서 같이 제어될 수 있다.
본원발명은 또한 상기 진단회로를 사용하여 개별 FET의 이상을 확인하는 방법에 있어서,
1) 상기 진단회로에 별도의 진단용 전력을 공급하는 단계;
2) 상기 FET 어셈블리 중 하나의 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate) 전체에 하이(H) 신호를 부가하고 나머지 FET 전부에는 로우(L) 신호를 부가하는 단계;
3) 상기 측정부에서 전류를 측정하는 단계;
4) 상기 FET 어셈블리 중 다른 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate) 전체에 대해서 단계 2), 3)을 반복하는 단계;
를 포함하는 개별 FET의 이상 확인하는 방법을 제공한다.
구체적으로 이상 여부는 상기 각각의 측정 단계에서 측정된 전류를 비교하여 개별 FET의 이상 확인한다.
본원발명은 상기 발명의 임의의 조합이 가능한 상태로 제공될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본원발명은 이차전지팩을 구비한 전기자동차에 있어서, 상기 이차전지팩과 전기자동차 사이에 마련된 FET 내부에 마련된 다수의 내부 FET의 개별적 이상을 진단할 수 있는 장점이 있다. 이로 인해서 본원발명은 종래의 FET 어셈블리에 대비해 안전성이 높은 전력 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도를 일부 변경한 것이다.
도 3은 본원발명의 제1실시예에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도이다.
도 4는 본원발명의 제2실시예에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본원발명을 보다 자세히 설명한다.
도 2는 종래 기술에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도를 일부 변경한 것이다.
본원발명은 개별 FET의 이상 여부를 판별하기 위해서 종래 기술에 따른 자동차용 FET 연결 회로도를 일부 변경하였다. 도 1에서 V2, V3이 연결되었으나, 본원발명은 이들을 단락시켜 각각 2개의 개별 FET가 직렬로 연결되며 이들이 다수로 연결될 수 있도록 변경하였다.
도 3은 본원발명의 제1실시예에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도이며, 도 4는 본원발명의 제2실시예에 따른 자동차용 FET의 연결 회로도이다.
도 1 내지 도 4를 포함한 본원 명세서에 FET로 기재된 것은 전력 공급용 FET를 말한다.
본원발명은 자동차에 전력을 공급하는 이차전지팩의 전극 단자와 상기 이차전지팩으로부터 전력을 공급받는 자동차 사이의 연결을 제어하는 다수의 FE(FET1 내지 FET4)이 직렬 및 병렬로 연결된 FET 어셈블리에 관한 것이다. 이때 자동차의 연결점을 V5와 V6로 나타내었다.
FET1 내지 FET4는 4개의 내부 FET를 나타내는 것으로서 FET는 필요에 따라 N형 또는 P형이 가능하다. 본원발명에 기재된 모든 도면에서는 N형만이 기재되어 있으나, 이를 P형으로 치환하는 것은 필요에 따라 쉽게 선택할 수 있는 정도이다.
게이트(gate)에 전압이 걸리지 않을 경우에는 FET1, FET2, FET3, FET4는 다르게 작동한다. 게이트에 전압이 걸릴 경우 FET1, FET3은 전류가 흐를 수 있으며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 다이오드에 의해서 자동차에서 전지팩 방향(도 1에서는 우에서 좌로)으로만 적은 전류가 흐른다. FET2, FET4는 정반대로 게이트에 전압이 걸릴 경우 자동차에서 전지팩 방향으로 전류가 흐를 수 있으며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 다이오드에 의해서 전지팩에서 자동차 방향으로 적은 전류가 흐른다.
상기 FET 어셈블리의 하나의 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate) 전체는 2세트로서 첫번째 세트는 FET1과 FET2, 두번째 세트는 FET3과 FET4이다. 첫번째 세트에는 CH1, 두번째 세트에는 CH2가 대응되며, 각각의 채널은 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)에서 보내는 제어 신호(CH1, CH2)에 의해서 바로 제어되거나(도 3 참조), 2) 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)에서 보내는 제어 신호(S0, S1, S2)에 의해서 제어된 MUX를 통해서 송출되는 신호(CH1, CH2)에 의해서 제어 될 수 있다.
도 3의 MCU의 신호는 드라이버에서 송출되는 신호는 각각 AND GATE N1, N2로 전달된다. 상기 N1, N2에서는 입력 신호 모두가 H일 경우에만 H신호가 송출된다.
도 4의 MUX는 드라이버를 입력신호롤 받고, MCU에서 송출된 제어 신호를 받아 이를 CH1, CH2로 직접 송출한다. CH1, CH2는 각각 직렬로 연결된 모든 FET에 동시에 신호를 전달한다. 예를 들어 MUX에서 송출되는 CH1은 FET1과 FET2에 직접 신호를 전달하고, MUX에서 송출되는 CH2는 FET3과 FET4에 직접 신호를 전달한다. MUX에서 H 시그널을 보낼 경우 FET1 및 FET2, FET3 및 FET4가 동시에 진단이 시작된다.
상기 FET 어셈블리는 2개의 FET가 직렬로 연결되고, 상기 직렬로 연결된 2개의 FET가 2개 이상 병렬로 연결된 것이다.
상기 직렬로 연결된 2개의 FET 중 상기 전지팩쪽에 배치된 FET(FET1, FET3)은 게이트에 전압(H)이 걸리지 않을 경우에는 상기 자동차에서 상기 전지팩 방향으로 전류가 흐를 수 있는 다이오드가 배치되며,
상기 직렬로 연결된 2개의 FET 중 상기 자동차쪽에 배치된 FET(FET2, FET4)은 게이트에 전압(H)이 걸리지 않을 경우에는 상기 전지팩에서 상기 자동차 방향으로 전류가 흐를 수 있는 다이오드가 배치된 것이다.
상기 다이오드는 별도로 연결된 다이오드이거나 상기 MOSFET 내부에 배치된 기생 다이오드일 수 있다.
도 3 및 도 4는 진단용 전력 공급을 위한 LDO를 V6에 연결된 상태를 보여주고 있다. V5에는 션트저항이 직렬로 연결되어 전류를 측정한다. 션트저항 이후에는 접지가 될 수 있다. 상기 진단용 전력 공급은 이차전지팩과 별도가 아닌 이차전지팩의 전원을 사용할 수 있다.
본원발명은 또한 FET 어셈블리를 사용하여 개별 FET의 이상 확인하는 방법에 있어서,
1) 상기 진단회로에 별도의 진단용 전력을 공급하는 단계;
2) 상기 FET 어셈블리 중 하나의 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate) 전체에 하이(H) 신호를 부가하고 나머지 FET 전부에는 로우(L) 신호를 부가하는 단계;
3) 상기 측정부에서 전류를 측정하는 단계;
4) 상기 FET 어셈블리 중 다른 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate) 전체에 대해서 단계 2), 3)을 반복하는 단계;
를 포함하는 개별 FET의 이상 확인하는 방법에 의해서 개별 FET의 이상 여부를 진단할 수 있다.
기기가 진단 모드가 아닐 경우 별도의 배선에 의해서 모든 FET의 게이트에 H 신호가 전달이 된다. 진단 모드일 경우에는 각각의 직렬로 연결된 FET에 H 또는 L 신호가 다르게 전달이 된다.
MCU 및 드라이버의 AND GATE(도 3) 또는 MUX(도 4)에 의해서 H 신호가 발생되면 직렬로 연결된 FET가 모두 작동한다. FET1 및 FET2에 H 신호가 전달되고, FET3 및 FET4에는 L 신호가 전달되며, LDO에 의한 진단 전압이 3.3V이고 션트 저항이 100Ω일 경우를 고려해보자.
1) FET1, FET2, FET3, FET4가 모두 이상이 없을 경우 : FET1을 통해서 3.3V가 흐르고 FET2를 통해서도 전류가 이상 없이 전달이 되므로 전압은 3.3V가 되고 이때 전류는 이때 전류는 3.3V/100Ω인 33㎃가 측정될 것이다. FET3, FET4는 모두 게이트에 L이 전달되므로 이쪽으로는 전류가 전혀 흐르지 않는다.
2) FET1이 OFF로 고장일 경우 : FET1을 통해서 전류가 흐르지 않고 나머지 부분도 전류가 흐르지 않기 때문에 0㎃가 측정될 것이다. 이 경우 FET2의 이상 여부를 알기 위해서는 전류의 방향을 반대로 하여 동일한 진단을 수행하여 FET2의 이상 여부를 판별할 수 있다.
3) FET1만이 SHORT(ON)로 고장일 경우 : 이때는 모든 FET의 게이트 신호를 L로 할 경우 판별이 가능하다. 모두 L이므로 0㎃가 되어야 한다. 그러나 FET1을 통해서 3.3V가 흐르고 FET2의 다이오드를 통해서 0.7V 전압 강하가 있기 때문에 전압은 2.6V로 강하되고 이때 전류는 2.6V/100Ω인 26㎃가 측정될 것이다. 이 경우는 FET1, FET2, FET3, FET4에 L 신호를 보내도 26㎃가 측정될 것이므로 FET1의 이상여부를 알 수 있다.
4) FET1이 정상이나, FET2가 OFF로 고장일 경우 : FET1을 통해서 3.3V가 흐르고 FET2에서는 전류가 흐르지 않기 때문에 전류는 0㎃가 측정될 것이다.
5) FET1이 정상이나, FET2가 SHORT(ON)로 고장일 경우 : FET1을 통해서 3.3V가 흐르고 FET2에서는 3.3V가 흐르기 때문에 전류는 33㎃가 측정될 것이다.
따라서 진단의 일반적인 방법은
a) 전체에 L 신호를 부여하여 전류가 0㎃인지를 확인. 0㎃일 경우 b) 단계로 이동. 만약에 전류가 33㎃일 경우는 적어도 하나의 직렬이 모두 SHORT(ON)로 고장. 이 경우는 대부분 FET 어셈블리 자체의 문제가 있을 수 있으므로 전체 어셈블리에 대한 AS 진행이 필요. 전류가 26mA일 경우는 적어도 하나의 직렬의 앞단의 FET만 SHORT(ON)로 고장임을 확인. 이 경우, 각 직렬 세트에만 H 신호를 부여하여 전류를 측정함. 각 직렬 세트에 H 신호를 부여하고 해당 직렬 세트에 이상이 없다면 33㎃가 나와야 함. 어떤 세트에만 H 신호를 부여하였음에도 전류가 26mA 계속 변하지 않는다면, 해당 직렬세트의 이상을 확인. 해당 세트만 교체.
b) 각 직렬로 연결된 FET 게이트 세트에만 H 신호를 부여해 33㎃가 나오면 정상. 0㎃인 경우 앞단 FET 이상. 26㎃가 나오면 앞단은 정상 뒷단 FET가 OFF 이상.
c) 앞단의 FET가 SHORT일 경우 뒷단의 FET에 대한 이상 여부를 파악하기 위해서 전원의 방향을 반대로 설정하여 상기 b)의 과정의 진단을 수행할 수 있음.
도 3 및 도 4는 2개의 직렬 연결과 이들이 2개의 병렬 연결하는 것으로 도식화되어 있지만, 이들을 2개 이상에서 다수로 변형하여도 본원발명의 해결원리가 동일하게 적용되는바, 이들 또한 본원발명의 권리에 포함되어야 할 것이다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
10 : 종래 기술에 따른 자동차용 FET 연결 회로도
20 : 종래 기술의 일부를 개선한 자동차용 FET 연결 회로도
30 : 본원발명에 제1실시예에 따른 자동차용 FET 연결 회로도
40 : 본원발명에 제2실시예에 따른 자동차용 FET 연결 회로도
BAT : 이차전지팩
V1, V2, V3, V4, V5, V6 : 연결 포인트
FET1, FET2, FET3, FET4 : 내부 FET
DRIVER : 드라이버
MCU : 마이크로컨트롤유닛 (Micro-Control Unit)
CH1, CH2 : MUX의 제어채널
S0, S1, S3 : 마이크로 컨트롤 유닛의 제어 신호 입력부

Claims (11)

  1. 자동차에 전력을 공급하는 이차전지팩의 전극 단자와 상기 이차전지팩으로부터 전력을 공급받는 자동차 사이의 연결을 제어하는 다수의 FET가 직렬 및 병렬로 연결된 FET 어셈블리를 포함하는 진단회로에 있어서,
    상기 FET 어셈블리 중 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 신호를 부가할 수 있도록 연결된 제어부;
    상기 FET 어셈블리 전체에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 측정부;
    를 포함하고,
    여기서 상기 제어부는
    상기 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 적용될 수 있는 신호를 발생하는 제어 채널을 구비한 MCU;
    진단신호를 발생하는 드라이버(DRIVER);
    상기 MCU의 개별 채널 신호와 상기 드라이버를 입력으로 받아들이고 이들의 출력을 해당하는 상기 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 전달하는 AND GATE 회로를 포함하는 진단회로.
  2. 자동차에 전력을 공급하는 이차전지팩의 전극 단자와 상기 이차전지팩으로부터 전력을 공급받는 자동차 사이의 연결을 제어하는 다수의 FET가 직렬 및 병렬로 연결된 FET 어셈블리를 포함하는 진단회로에 있어서,
    상기 FET 어셈블리 중 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 신호를 부가할 수 있도록 연결된 제어부;
    상기 FET 어셈블리 전체에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 측정부;
    를 포함하고,
    여기서 상기 제어부는
    상기 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate)에 동시에 적용될 수 있는 신호를 발생하는 개별 채널을 구비한 MUX;
    진단신호를 발생하는 드라이버(DRIVER);
    상기 MUX의 개별 채널 신호를 제어하는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU);
    을 포함하는 진단회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진단회로는 진단 수행 여부에 따른 온/오프 스위치를 구비한 위한 별도의 진단용 전력 공급선이 부가된 진단회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진단용 전력 공급선은 LDO(Low Dropout) 레귤레이터에 의해서 제어가 되는 진단회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 측정부는 션트저항(Shunt Resistor)을 사용하여 전류를 측정하는 진단회로.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 FET 어셈블리는 2개의 FET가 직렬로 연결되고, 상기 직렬로 연결된 2개의 FET가 2개 이상 병렬로 연결된 것인 진단회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 직렬로 연결된 2개의 FET 중 상기 전지팩쪽에 배치된 FET는 게이트에 전압이 걸릴 경우에는 상기 전지팩에서 상기 자동차 방향으로 전류가 흐르도록 작동이 되며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 상기 자동차에서 상기 전지팩 방향으로 전류가 흐를 수 있는 다이오드가 배치되며,
    상기 직렬로 연결된 2개의 FET 중 상기 자동차쪽에 배치된 FET는 게이트에 전압이 걸릴 경우에는 상기 자동차에서 상기 전지팩 방향으로 전류가 흐르도록 작동이 되며, 게이트에 전압이 걸리지 않을 경우에는 상기 전지팩에서 상기 자동차 방향으로 전류가 흐를 수 있는 다이오드가 배치되는 진단회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다이오드는 별도로 연결된 다이오드이거나 상기 FET 내부에 배치된 기생 다이오드인 진단회로.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진단회로는 상기 이차전지팩의 BMS(Battery Management System, 배터리 관리 시스템)에 의해서 같이 제어되는 진단회로.
  10. 제1항 또는 제2항에 따른 진단회로를 사용하여 개별 FET의 이상을 확인하는 방법에 있어서,
    1) 상기 진단회로에 별도의 진단용 전력을 공급하는 단계;
    2) 상기 FET 어셈블리 중 하나의 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate) 전체에 하이(H) 신호를 부가하고 나머지 FET 전부에는 로우(L) 신호를 부가하는 단계;
    3) 상기 측정부에서 전류를 측정하는 단계;
    4) 상기 FET 어셈블리 중 다른 직렬로 연결된 FET 게이트(Gate) 전체에 대해서 단계 2), 3)을 반복하는 단계;
    를 포함하는 개별 FET의 이상 확인하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 각각의 측정 단계에서 측정된 전류를 비교하여 개별 FET의 이상 확인하는 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000293201A (ja) 1999-04-08 2000-10-20 Nissan Motor Co Ltd 故障検出装置
JP5526965B2 (ja) 2010-04-15 2014-06-18 株式会社オートネットワーク技術研究所 電源制御装置及び故障検知方法
KR20160041495A (ko) 2014-10-08 2016-04-18 주식회사 엘지화학 모스펫 스위치 구동 장치의 모스펫 진단 장치 및 방법

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