KR20230011797A - 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 장치에서, 제1 스위치가 제1 배터리 팩의 제1 단자와 제1 연결 단자 사이에 연결되고, 제2 스위치가 제1 배터리 팩의 제2 단자와 제2 연결 단자 사이에 연결되며, 제3 스위치가 제2 배터리 팩의 제1 단자와 제1 연결 단자 사이에 연결되고, 제4 스위치가 제2 배터리 팩의 제2 단자와 제2 연결 단자 사이에 연결된다. 제1 진단 회로는 제1 스위치와 제2 스위치가 닫힐 때, 제1 배터리 팩의 전압을 충전하는 제1 커패시터를 포함하고, 제2 진단 회로는 제3 스위치와 제4 스위치가 닫힐 때, 제2 배터리 팩의 전압을 충전하는 제1 커패시터를 포함한다. 프로세서는 제1 배터리 팩의 전압과 제1 커패시터의 전압에 기초해서 제1 스위칭 회로를 진단하고, 제2 배터리 팩의 전압과 제2 커패시터의 전압에 기초해서 제2 스위칭 회로를 진단한다.

Description

배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법{BATTERY APPARATUS, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND DIAGNOSIS METHOD}
본 발명은 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법에 관한 것이다.
전기 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전기 자동차 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다.
최근, 높은 출력과 큰 충전 용량을 가지는 배터리가 요구됨에 따라 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 배터리 팩이 사용되고 있다. 배터리 팩마다 배터리 팩의 연결 제어를 위한 스위칭 회로가 사용될 수 있다. 복수의 배터리 팩이 동일한 외부 연결 단자에 연결되므로, 배터리 팩마다 스위칭 회로의 스위치(예를 들면, 컨택터)의 고장(예를 들면, 스턱 고장)을 진단하기가 불가능한다.
본 발명의 어떤 실시예는 각 배터리 팩에서의 스위칭 회로의 고장을 진단할 수 있는 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 제1 연결 단자와 제2 연결 단자를 통해 외부 장치와 연결되는 배터리 장치가 제공될 수 있다. 상기 배터리 장치는 병렬로 연결되는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩, 제1 스위칭 회로, 제2 스위칭 회로, 제1 진단 회로, 제2 진단 회로 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위칭 회로는 상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는 제1 스위치와 상기 제1 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되는 제2 스위치를 포함할 수 있다. 상기 제2 스위칭 회로는 상기 제2 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는 제3 스위치와 상기 제2 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함할 수 있다. 상기 제1 진단 회로는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 닫힐 때, 상기 제1 배터리 팩의 전압을 충전하는 제1 커패시터를 포함하고, 상기 제2 진단 회로는 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치가 닫힐 때, 상기 제2 배터리 팩의 전압을 충전하는 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압에 기초해서 상기 제1 스위칭 회로를 진단하고, 상기 제2 배터리 팩의 전압과 상기 제2 커패시터의 전압에 기초해서 상기 제2 스위칭 회로를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 정상으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 고장으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 커패시터의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압의 소정 비율보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 정상으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 커패시터의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압의 소정 비율보다 작은 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 고장으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 진단 회로는 제5 스위치와 제6 스위치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 노드 사이에 연결되고, 상기 제5 스위치와 상기 제1 커패시터는 상기 노드와 상기 제2 연결 단자 사이에 직렬로 연결되며, 상기 제6 스위치는 상기 노드와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결될 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 제6 스위치를 열고 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제5 스위치를 닫아서 상기 제1 커패시터를 충전하고, 상기 제6 스위치를 닫고 상기 제5 스위치를 열어서 상기 제1 배터리 팩의 전압을 상기 제1 연결 단자로 제공할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는 프리차지에 사용되는 커패시터와는 별도로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부 장치에 연결되는 제1 연결 단자와 제2 연결 단자를 가지는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템이 제공될 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템은, 제1 스위치와 제2 스위치를 포함하는 스위칭 회로, 제3 스위치, 커패시터, 제4 스위치 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치는 상기 배터리 장치의 배터리 팩의 제1 단자와 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 스위치는 상기 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결될 수 있다. 상기 제3 스위치와 커패시터는 상기 노드와 상기 제2 연결 단자 사이에 직렬로 연결되고, 상기 제4 스위치는 상기 노드와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 제어할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압에 기초해서 상기 스위칭 회로를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 스위치 회로의 진단을 위해, 상기 프로세서는 상기 제4 스위치를 열고 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 닫아서 상기 커패시터를 충전할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 진단한 후에 상기 제4 스위치를 닫고 상기 제3 스위치를 열어서 상기 배터리 팩의 전압을 상기 외부 장치로 공급할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 정상으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 고장으로 진단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치의 진단 방법이 제공된다. 상기 진단 방법은 상기 복수의 배터리 팩에 각각 제공되는 복수의 커패시터를 충전하는 단계, 각 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 대응하는 커패시터의 전압을 비교하는 단계, 상기 복수의 배터리 팩 중에서 제1 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 상기 제1 배터리 팩에 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 제1 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 정상으로 진단하는 단계, 그리고 상기 복수의 배터리 팩 중에서 제2 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 상기 제2 배터리 팩에 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 상기 소정 전압보다 큰 경우, 상기 제2 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 고장으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 병렬 배터리 팩이 사용될 때, 각 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 개별적으로 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 진단 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치(10)에 연결될 수 있다. 외부 장치(10)가 부하인 경우, 배터리 장치는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전될 수 있다. 외부 장치(10)가 충전기인 경우, 배터리 장치는 충전기(10)를 통해 외부 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 어떤 실시예에서, 부하로 동작하는 외부 장치(10)는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility) 등의 차량일 수 있다.
배터리 장치는 복수의 배터리 팩(110), 복수의 스위칭 회로(120), 복수의 진단 회로(130) 및 프로세서(140)를 포함한다.
복수의 배터리 팩(110)은 복수의 스위칭 회로(120)를 통해 연결 단자(DC(+), DC(-))에 병렬로 연결된다. 복수의 스위칭 회로(120)는 복수의 배터리 팩(110)에 각각 대응한다. 즉, 각 스위칭 회로(120)는 복수의 배터리 팩(110) 중에서 대응하는 배터리 팩(110)에 연결되어 있다. 각 배터리 팩(110)은 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함하며, 양극 단자(PV(+))와 음극 단자(PV(-))를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 한 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈을 구성하여 원하는 전력을 공급할 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.
각 스위칭 회로(120)는 양극 스위치(121) 및 음극 스위치(122)를 포함한다. 양극 스위치(121)는 대응하는 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 배터리 장치의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있다. 음극 스위치(122)는 대응하는 배터리 팩(110)의 음극 단자(PV(-))와 배터리 장치의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 스위치(121, 122)는 프로세서(140)에 의해 제어되어서 배터리 팩(110)과 외부 장치 사이의 전기적 연결을 제어할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 릴레이를 포함하는 컨택터를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 트랜지스터 등의 전기적 스위치를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위칭 회로(120)는 프로세서(140)로부터의 제어 신호에 응답하여 스위치(121, 122)를 각각 구동하는 구동 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 양극 스위치(121)와 음극 스위치(122)가 닫히면, 배터리 팩(110)으로부터 외부 장치로 전력을 공급하거나 외부 장치로부터 배터리 팩(110)으로 전력이 공급될 수 있다. 스위치의 닫힘은 스위치의 온(on)으로 표현할 수 있고, 스위치의 열림은 스위치의 오프(off)로 표현할 수 있다.
복수의 진단 회로(130)는 복수의 스위칭 회로(120)에 각각 대응한다. 즉, 각 진단 회로(130)는 복수의 스위칭 회로(120) 중 대응하는 스위칭 회로(120)와 연결 단자(DC(+), DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 각 진단 회로(130)는 커패시터(도시하지 않음)를 포함하며, 대응하는 스위칭 회로(120)의 양극 스위치(121)와 음극 스위치(122)가 정상적으로 닫힐 때 대응하는 배터리 팩(110)으로부터 공급되는 전력에 의해 커패시터가 충전된다.
프로세서(140)는 복수의 스위칭 회로(120) 및 복수의 진단 회로(130)를 제어한다. 스위칭 회로(120)가 정상적으로 동작하는 경우에는 대응하는 진단 회로(130)에는 대응하는 배터리 팩(110)의 전압이 충전될 수 있지만, 스위칭 회로(120)가 정상적으로 동작하지 않는 경우에는 대응하는 진단 회로(130)에는 대응하는 배터리 팩(110)의 전압이 충전될 수 없다. 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 복수의 스위칭 회로(120)와 복수의 진단 회로(130)를 동작시키고 소정 시간이 경과한 후에, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압과 대응하는 배터리 팩(110)의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우에 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122)를 정상으로 진단할 수 있다. 예를 들면, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압이 대응하는 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압을 가지는 경우에, 프로세서(140)는 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122)를 정상으로 진단할 수 있다. 한편, 프로세서(140)는 복수의 스위칭 회로(120)와 복수의 진단 회로(130)를 동작시키고 소정 시간이 경과한 후에, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압과 대응하는 배터리 팩(110)의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우에 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122) 중 적어도 하나의 스위치에 고장이 있는 것으로 진단할 수 있다. 예를 들면, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압이 대응하는 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압을 가지는 못하는 경우에, 프로세서(140)는 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122) 중 적어도 하나의 스위치에 고장이 있는 것으로 진단할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(140)는 스위치(121, 122)가 스턱(stuck)된 것으로 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압은 배터리 팩(110)의 전압과 동일한 전압일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압은 배터리 팩(110)의 전압의 소정 비율에 해당하는 전압일 수 있으며, 소정 비율은 100% 이하일 수 있다.
어떤 실시예에서, 스위칭 회로(120)의 진단에 사용되는 진단 회로(130)의 커패시터는 프리차지에 사용되는 커패시터(즉, 외부 장치(10)와 연결할 때 돌입 전류를 방지하기 위해 사용되는 커패시터)와는 별도로 제공되는 커패시터일 수 있다.
프로세서(140)는 진단 회로(130)를 통한 진단 동작 후에 배터리 팩(110)을 스위칭 회로(120)와 진단 회로(130)를 통해 연결 단자(DC(+), DC(-))에 연결할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 복수의 배터리 팩(110)을 위한 복수의 스위칭 회로(120)가 동일한 연결 단자(DC(+), DC(-))에 연결되더라도, 각 스위칭 회로(120)는 대응하는 진단 회로(130)를 통해 개별적으로 스위치의 고장이 진단될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 배터리 장치는 배터리 팩(210), 스위칭 회로(220), 진단 회로(230) 및 프로세서(240)를 포함한다. 도 2에서는 설명한 편의상 하나의 배터리 팩에 연결되는 회로를 도시하였지만, 도 1을 참고로 하여 설명한 것처럼 다른 배터리 팩에도 동일한 구조를 가지는 스위칭 회로 및 진단 회로가 연결될 수 있다.
스위칭 회로(220)는 배터리 팩(210)의 출력 단자(PV(+), PV(-))와 노드(N1, N2) 사이에 연결되고, 진단 회로(230)는 노드(N1, N2)와 연결 단자(DC(+), DC(-)) 사이에 연결되어 있다.
스위칭 회로(220)의 양극 스위치(221)는 배터리 팩(210)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 연결되어 있으며, 스위칭 회로(220)의 음극 스위치(222)는 배터리 팩(210)의 음극 단자(PV(-))와 노드(N2) 사이에 연결되어 있다.
진단 회로(230)는 진단 스위치(231), 진단 커패시터(232) 및 동작 스위치(233)를 포함한다. 진단 스위치(231)와 진단 커패시터(232)는 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 동작 스위치(233)는 노드(N1)와 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있으며, 노드(N2)는 음극 연결 단자(DC(-))에 연결되어 있다.
도 3을 참고하면, 프로세서(240)는 t1 시점에서 배터리 장치의 구동을 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cp, Cn)를 출력한다. 양극 스위치(221)와 음극 스위치(222)는 각각 제어 신호(Cp, Cn)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 어떤 실시예에서, 인에이블 레벨은 예를 들면 하이 레벨(H)일 수 있다. 또한, 프로세서(240)는 t1 시점에서 스위칭 회로(220)의 진단을 위해 진단 스위치(231)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cd)를 전달하고, 진단 스위치(231)는 제어 신호(Cd)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 한편, 프로세서(240)는 동작 스위치(233)로 전달되는 제어 신호(Co)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 어떤 실시예에서, 디스에이블 레벨은 예를 들면 로우 레벨(L)일 수 있다. 그러면, 동작 스위치(233)가 열린 상태에서 스위치(221, 222, 231)가 닫혀서 배터리 팩(210)에 의해서 진단 커패시터(232)가 충전될 수 있다.
프로세서(240)는 t1 시점에서 소정 시간이 경과한 시점에서 배터리 팩(210)의 전압과 커패시터(232)에 충전된 전압을 비교하여서 스위칭 회로(220)의 고장, 예를 들면 스위치(221, 222)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 소정 시간은 커패시터(232)에 전압이 충분히 충전될 수 있는 시간으로 설정될 수 있다.
어떤 실시예에서, 배터리 장치는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 측정하기 위한 전압 감지 회로를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 프로세서(240)는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 수신하고, 커패시터(232)에 충전된 전압이 소정 전압 이상인지를 판단할 수 있다. 프로세서(240)는 커패시터(232)에 충전된 전압이 소정 전압 이상인 경우에 스위치(221, 222)를 정상으로 진단하고, 커패시터(232)에 충전된 전압이 소정 전압보나 낮은 경우에 스위치(221, 222) 중 적어도 하나의 스위치가 고장이라고 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 소정 전압은 배터리 팩(210)의 전압과 동일할 수 있다. 어떤 실시예에서, 소정 전압은 배터리 팩(210)의 전압의 소정 비율로 정해질 수 있으며, 소정 비율은 100% 이하일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 디지털 신호로 변환하여 프로세서(240)로 전달하는 아날로그 디지털 변환기를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 배터리 장치는 비교기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 비교기는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 비교하고, 비교 결과를 출력할 수 있다. 프로세서(240)는 비교기의 비교 결과에 기초해서 스위치(221, 222)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
다음, 프로세서(240)는 t2 시점에서 진단 스위치(231)로 전달되는 제어 신호(Cd)를 디스에이블 레벨로 전환하고, 동작 스위치(233)로 전달되는 제어 신호(Co)를 인에이블 레벨로 전환한다. 이에 따라, 진단 스위치(231)가 열리고, 동작 스위치(233)가 닫혀서, 배터리 팩(210)의 전력이 연결 단자(DC(+), DC(-))를 통해 외부 장치(20)로 전달될 수 있다.
도 3에서는 t1 시점에서 제어 신호(Cp, Cn, Cd)가 동시에 인에이블 레벨로 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cp, Cn, Cd)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Cn)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cp, Cd)가 인에이블 레벨로 전환될 수 있다. 마찬가지로, 도 3에서는 t2 시점에서 제어 신호(Cd, Co)가 동시에 레벨이 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cd, Co)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Co)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cd)가 디스에이블 레벨로 전환될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 프로세서(240)는 각 배터리 팩(210)에 대응하는 진단 회로(230)를 통해 대응하는 스위칭 회로(220)의 스위치(221, 222)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 따라서, 연결 단자(DC(+), DC(-))에 공통으로 연결되는 복수의 스위칭 회로(220)가 개별적으로 진단될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이며, 도 5는 도 4에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 배터리 장치는 배터리 팩(410), 스위칭 회로(420), 진단 회로(430) 및 프로세서(440)를 포함한다. 도 4에서는 설명한 편의상 하나의 배터리 팩에 연결되는 회로를 도시하였지만, 도 1을 참고로 하여 설명한 것처럼 다른 배터리 팩에도 동일한 구조를 가지는 스위칭 회로 및 진단 회로가 연결될 수 있다.
스위칭 회로(420)는 배터리 팩(410)의 출력 단자(PV(+), PV(-))와 노드(N1, N2) 사이에 연결되고, 진단 회로(430)는 노드(N1, N2)와 연결 단자(DC(+), DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 스위칭 회로(420)는 양극 스위치(421), 음극 스위치(422) 및 프리차지 회로를 포함한다. 어떤 실시예에서, 프리차지 회로는 프리차지 스위치(423)와 프리차지 저항(424)을 포함할 수 있다.
스위칭 회로(420)의 양극 스위치(421)는 배터리 팩(410)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 연결되어 있으며, 스위칭 회로(420)의 음극 스위치(422)는 배터리 팩(410)의 음극 단자(PV(-))와 노드(N2) 사이에 연결되어 있다. 프리차지 스위치(423)와 프리차지 저항(424)은 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 양극 스위치(421)와 프리차지 회로(423, 424)는 배터리 팩(410)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 병렬로 연결될 수 있다.
진단 회로(430)는 진단 스위치(431), 진단 커패시터(432) 및 동작 스위치(433)를 포함한다. 진단 스위치(431)와 진단 커패시터(432)는 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 동작 스위치(433)는 노드(N1)와 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있으며, 노드(N2)는 음극 연결 단자(DC(-))에 연결되어 있다. 어떤 실시예에서, 진단 회로(430)는 진단 스위치(431) 및 동작 스위치(433)
도 5를 참고하면, 프로세서(440)는 t1 시점에서 배터리 장치의 구동을 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cpc, Cn)를 출력한다. 프리차지 스위치(423)와 음극 스위치(422)는 각각 제어 신호(Cpc, Cn)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 어떤 실시예에서, 인에이블 레벨은 예를 들면 하이 레벨(H)일 수 있다. 또한, 프로세서(440)는 t1 시점에서 스위칭 회로(420)의 진단을 위해 진단 스위치(431)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cd)를 전달하고, 진단 스위치(431)는 제어 신호(Cd)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 한편, 프로세서(440)는 동작 스위치(433)로 전달되는 제어 신호(Co)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 어떤 실시예에서, 디스에이블 레벨은 예를 들면 로우 레벨(L)일 수 있다. 그러면, 동작 스위치(433)가 열린 상태에서 스위치(422, 423, 431)가 닫혀서 배터리 팩(410)에 의해서 진단 커패시터(432)가 충전될 수 있다.
프로세서(440)는 t1 시점에서 소정 시간이 경과한 시점에서 배터리 팩(410)의 전압과 커패시터(432)에 충전된 전압을 비교하여서 스위칭 회로(420)의 고장, 예를 들면 스위치(422, 423)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
다음, 프로세서(440)는 t2 시점에서 진단 스위치(431)로 전달되는 제어 신호(Cd)를 디스에이블 레벨로 전환하고, 동작 스위치(433)로 전달되는 제어 신호(Co)를 인에이블 레벨로 전환한다. 이에 따라, 진단 스위치(431)가 열리고, 동작 스위치(433)가 닫혀서, 배터리 팩(410)에 의해 외부 장치(40)의 커패시터가 프리차지될 수 있다.
다음, 외부 장치(40)의 커패시터의 프리차지 완료 후에, 프로세서(440)는 t3 시점에서 양극 스위치(421)로 전달되는 제어 신호(Cp)를 인에이블 레벨로 전환하고, 프리차지 스위치(423)로 전달되는 제어 신호(Cpc)를 디스에이블 레벨로 전환한다. 이에 따라, 배터리 팩(210)의 전력이 연결 단자(DC(+), DC(-))를 통해 외부 장치(40)로 전달될 수 있다.
도 5에서는 t1 시점에서 프리차지 스위치(423)를 닫는 것으로 설명하였지만, 도 3을 참고로 하여 설명한 것처럼 양극 스위치(421)를 닫아서 스위치(421, 422)의 고장 여부를 진단할 수도 있다.
도 5에서는 t1 시점에서 제어 신호(Cpc, Cn, Cd)가 동시에 인에이블 레벨로 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cpc, Cn, Cd)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Cn)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cpc, Cd)가 인에이블 레벨로 전환될 수 있다. 또한, 도 5에서는 t2 시점에서 제어 신호(Cd, Co)가 동시에 레벨이 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cd, Co)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Co)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cd)가 디스에이블 레벨로 전환될 수 있다. 마찬가지로, 도 5에서는 t3 시점에서 제어 신호(Cpc, Cp)가 동시에 레벨이 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cpc, Cp)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Cp)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cpc)가 디스에이블 레벨로 전환될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 프로세서(440)는 각 배터리 팩(410)에 대응하는 진단 회로(430)를 통해 대응하는 프리차지 회로를 포함하는 스위칭 회로(420)의 스위치(421, 422, 423)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 진단 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 배터리 장치의 배터리 관리 시스템은 배터리 팩을 통해 전력을 공급하기 위해 스위칭 절차를 시작한다(S610). 먼저, 복수의 배터리 팩의 음극 스위치(예를 들면, 도 2의 222 또는 도 4의 422)를 닫는다(S620). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 음극 스위치(222 또는 422)를 닫기 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호를 음극 스위치(222 또는 422)로 전달할 수 있다(S620).
또한 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 팩의 양극 스위치(예를 들면, 도 2의 221) 또는 프리차지 스위치(예를 들면, 도 4의 423)를 닫고(S630), 각 배터리 팩에 개별적으로 제공되는 커패시터를 대응하는 배터리 팩을 통해 충전한다(S640). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 양극 스위치(221) 또는 프리차지 스위치(423)를 닫기 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호를 양극 스위치(221) 또는 프리차지 스위치(423)로 전달할 수 있다(S630).
다음, 배터리 관리 시스템은 각 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압에 기초해서 각 배터리 팩의 스위칭 회로를 진단한다(S650, S660, S670). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 각 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압을 비교할 수 있다(S650). 어떤 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우에(S650), 배터리 관리 시스템은 해당 배터리 팩의 스위칭 회로는 정상이라고 진단할 수 있다(S660). 어떤 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우에(S650), 배터리 관리 시스템은 해당 배터리 팩의 스위칭 회로가 고장이라고 진단할 수 있다(S670).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 연결 단자와 제2 연결 단자를 통해 외부 장치와 연결되는 배터리 장치로서,
    병렬로 연결되는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩,
    상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는 제1 스위치와 상기 제1 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되는 제2 스위치를 포함하는 제1 스위칭 회로,
    상기 제2 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는 제3 스위치와 상기 제2 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함하는 제2 스위칭 회로,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 닫힐 때, 상기 제1 배터리 팩의 전압을 충전하는 제1 커패시터를 포함하는 제1 진단 회로,
    상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치가 닫힐 때, 상기 제2 배터리 팩의 전압을 충전하는 제2 커패시터를 포함하는 제2 진단 회로, 그리고
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압에 기초해서 상기 제1 스위칭 회로를 진단하고, 상기 제2 배터리 팩의 전압과 상기 제2 커패시터의 전압에 기초해서 상기 제2 스위칭 회로를 진단하는 프로세서
    를 포함하는 배터리 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 정상으로 진단하는, 배터리 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 고장으로 진단하는, 배터리 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 커패시터의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압의 소정 비율보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 정상으로 진단하는, 배터리 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 커패시터의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압의 소정 비율보다 작은 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 고장으로 진단하는, 배터리 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 진단 회로는 제5 스위치와 제6 스위치를 더 포함하며,
    상기 제1 스위치는 상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 노드 사이에 연결되고,
    상기 제5 스위치와 상기 제1 커패시터는 상기 노드와 상기 제2 연결 단자 사이에 직렬로 연결되며,
    상기 제6 스위치는 상기 노드와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는
    배터리 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 프로세서는 상기 제6 스위치를 열고 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제5 스위치를 닫아서 상기 제1 커패시터를 충전하고, 상기 제6 스위치를 닫고 상기 제5 스위치를 열어서 상기 제1 배터리 팩의 전압을 상기 제1 연결 단자로 제공하는, 배터리 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는 프리차지에 사용되는 커패시터와는 별도로 제공되는, 배터리 장치.
  9. 외부 장치에 연결되는 제1 연결 단자와 제2 연결 단자를 가지는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템으로서,
    상기 배터리 장치의 배터리 팩의 제1 단자와 노드 사이에 연결되는 제1 스위치와 상기 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되는 제2 스위치를 포함하는 스위칭 회로,
    상기 노드와 상기 제2 연결 단자 사이에 직렬로 연결되는 제3 스위치와 커패시터,
    상기 노드와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는 제4 스위치, 그리고
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 제어하는 프로세서
    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압에 기초해서 상기 스위칭 회로를 진단하는, 배터리 관리 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 스위치 회로의 진단을 위해, 상기 프로세서는 상기 제4 스위치를 열고 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 닫아서 상기 커패시터를 충전하는, 배터리 관리 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 진단한 후에 상기 제4 스위치를 닫고 상기 제3 스위치를 열어서 상기 배터리 팩의 전압을 상기 외부 장치로 공급하는, 배터리 관리 시스템.
  13. 제10항에서,
    상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 정상으로 진단하는, 배터리 관리 시스템.
  14. 제10항에서,
    상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 고장으로 진단하는, 배터리 관리 시스템.
  15. 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치의 진단 방법으로서,
    상기 복수의 배터리 팩에 각각 제공되는 복수의 커패시터를 충전하는 단계,
    각 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 대응하는 커패시터의 전압을 비교하는 단계,
    상기 복수의 배터리 팩 중에서 제1 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 상기 제1 배터리 팩에 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 제1 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 정상으로 진단하는 단계, 그리고
    상기 복수의 배터리 팩 중에서 제2 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 상기 제2 배터리 팩에 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 상기 소정 전압보다 큰 경우, 상기 제2 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 고장으로 진단하는 단계
    를 포함하는 진단 방법.
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