WO2018070684A2 - 진단 장치 및 이를 포함하는 전원 시스템 - Google Patents

진단 장치 및 이를 포함하는 전원 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a diagnostic apparatus and a power supply system including the same, and more particularly, to an apparatus for diagnosing a short circuit accident and a short circuit accident occurring in the power supply system and a power supply system including the apparatus.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • the power system is responsible for providing a stable power supply between the battery and the load by selectively opening and closing at least one contactor.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and while executing the first diagnostic function for determining whether the battery module is short-circuited, the second diagnostic function for determining whether the at least one contactor is shorted or Another object of the present invention is to provide a diagnostic apparatus capable of executing the first diagnostic function even while the second diagnostic function is being executed, and a power system including the same.
  • the diagnostic apparatus is for a power supply system including a battery assembly, a first contactor, a second contactor, a first protection capacitor, and a second protection capacitor.
  • the diagnostic device is connected between a first node to which a positive electrode of the battery assembly and one end of the first contactor are commonly connected and a ground of the power system, and distributes a voltage applied between the first node and the ground.
  • a first voltage divider configured to generate a first detected voltage
  • a negative electrode of the battery assembly and one end of the second contactor are connected between a second node commonly connected to the ground and to distribute a voltage applied between the second node and the ground to generate a second detection voltage
  • a second voltage divider configured; One end of the first protection capacitor and the other end of the first contactor are connected between a third node and the second node which are commonly connected, and a third detection is performed by distributing a voltage between the third node and the second node.
  • a third voltage divider configured to generate a voltage; And a controller configured to control the first contactor, the second contactor, and the first to third voltage dividers.
  • the controller executes a first diagnostic function and a second diagnostic function during an inactive period in which the first contactor and the second contactor are controlled to be in an open state.
  • the first diagnostic function is a function of determining whether the battery assembly is short-circuited based on the first detection voltage and the second detection voltage
  • the second diagnostic function is the first contact based on the third detection voltage. And short circuit between at least one of the second contactor and the second contactor.
  • the first voltage divider may include: a first voltage divider configured of a first protection resistor and a first detection resistor configured to distribute a voltage applied between the first node and the ground; And a first switch selectively applying a voltage applied between the first node and the ground to the first voltage divider in response to a signal output from the controller.
  • the second voltage divider may further include a second voltage divider including a second protection resistor and a second detection resistor configured to distribute a voltage applied between the second node and the ground; And a second switch selectively applying a voltage applied between the second node and the ground to the second voltage divider in response to a signal output from the controller.
  • the first detection resistor generates the first detection voltage when the first switch is in a closed state
  • the second detection resistor generates the second detection voltage when the second switch is in a closed state. Can be generated.
  • the third voltage divider may include a third voltage divider including a third protection resistor and a third detection resistor configured to distribute the voltages applied to the third node and the second node; And a third switch selectively applying voltages applied to the third node and the second node to the third voltage divider in response to a signal output from the controller.
  • the third detection resistor may generate the third detection voltage when the third switch is closed.
  • the inactive section may include a first switching period in which the first switch and the third switch are controlled in a closed state and the second switch is controlled in an open state.
  • the controller may be further configured to record a first pattern including values of the third detection voltage measured multiple times according to time during the first switching period, and based on the first pattern, whether the first contactor is short-circuited. Can be determined.
  • the inactive section may include a second switching period in which the first switch is controlled to an open state and the second switch and the third switch are controlled to a closed state.
  • the controller may be further configured to record a second pattern including values of the third detection voltage measured multiple times according to time during the second switching period, and based on the second pattern, whether the second contactor is short-circuited. Can be determined.
  • the inactive section may include: a first switching period in which the first switch and the third switch are controlled to a closed state and the second switch is controlled to an open state; And a second switching period in which the first switch is controlled to an open state and the second switch and the third switch are controlled to a closed state.
  • the controller when the third detection voltage gradually decreases while having a positive value during the first switching period, and gradually increases while the third detection voltage has a negative value during the second switching period.
  • the first contactor and the second contactor may be determined to be in a normal state. Meanwhile, when the value of the third detection voltage is kept constant during the first switching period or the second switching period, the controller may short-circuit the first contactor and the second contactor due to a failure. Can be determined.
  • control unit may include a microprocessor; A multiplexer configured to select at least one of the first to third detection voltages in response to a signal provided from the microprocessor; And an ADC for converting the detection voltage selected by the multiplexer into a digital signal and transmitting the digital signal to the microprocessor.
  • each of the first protection capacitor and the second protection capacitor may be commonly connected to the ground.
  • a power supply system includes the diagnostic device.
  • An electric vehicle includes the power system.
  • the second diagnostic function for determining whether the at least one contactor is shorted is executed even while the first diagnostic function for determining whether the battery module is shorted or the second diagnostic function is executed. It is possible to execute the first diagnostic function even while the diagnostic function is being executed. Accordingly, it is possible to promptly notify the user of information on whether a short circuit accident and a short circuit accident have occurred.
  • FIG. 1 and 2 are block diagrams schematically showing the functional configuration of a power system and a diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 schematically shows the configuration of various circuits that may be included in the diagnostic apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 schematically illustrates a configuration of various circuits that may be additionally included in the diagnostic apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating a functional configuration of a controller for controlling an operation of a diagnostic apparatus.
  • 6 and 7 are diagrams for explaining an operation of determining whether a battery module has a short circuit by a diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 and 9 are views for explaining an operation of determining whether at least one contactor has failed by a diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 and 11 illustrate circuits that can be formed by a diagnostic apparatus according to one embodiment of the invention.
  • control unit> means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG 1 and 2 are block diagrams schematically showing the functional configuration of the power supply system 10 and the diagnostic apparatus 200 in one embodiment of the present invention.
  • the power supply system 10 may be provided in an apparatus capable of storing and supplying electrical energy, such as an electric vehicle 1.
  • the power system 10 may be provided in a large-scale power storage system such as an energy storage system or a small-scale power storage system such as a smartphone, in addition to the electric vehicle 1.
  • the power supply system 10 may basically include a battery module 100, a diagnostic apparatus 200, a noise removing circuit 300, and a load 400.
  • the battery module 100 includes at least one cell. When the battery module 100 includes a plurality of cells, any one of them may be connected in series or in parallel with the other.
  • Typical cells included in the battery module 100 include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • the type of cell is not limited to the types listed above, and is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged.
  • the load 400 converts electrical energy provided from the battery module 100 into energy in another form.
  • the load 400 may include an electric motor, in which case the load 400 may convert electrical energy provided from the battery module 100 into rotational energy. Accordingly, the wheel and / or cooling fan provided in the electric vehicle 1 can be rotated.
  • the load 400 may include a resistor. In this case, the load 400 may convert electrical energy provided from the battery module 100 into thermal energy.
  • the noise removing circuit 300 is connected between the battery module 100 and the load 400, and configured to remove noise transmitted from one of the battery module 100 and the load 400 to the other.
  • the diagnosis apparatus 200 is connected between the battery module 100 and the load 400, and configured to diagnose whether a predetermined type of accident has occurred.
  • the diagnostic apparatus 200 is configured to determine whether the battery module 100 has a short circuit.
  • the diagnostic apparatus 200 may determine whether at least one contactor installed on the power supply path between the battery module 100 and the load 400 has failed.
  • the diagnostic apparatus 200 may control a power supply path between the battery module 100 and the load 400.
  • the at least one contactor may be provided in a form included in the diagnostic apparatus 200.
  • FIG. 2 is a more detailed view of the power system 10 shown in FIG. 1.
  • the battery module 100 includes a battery assembly including at least one cell.
  • the battery module 100 may be expressed in a form that additionally includes a first insulation resistor Ra and a second insulation resistor Rb.
  • the first insulation resistor Ra and the second insulation resistor Rb are not physical resistances that are intentionally installed at the time of manufacturing the battery module 100, but are virtual representing the insulation states of the positive and negative electrodes of the battery assembly Batt. It may refer to the resistance.
  • the ground 2 may be a chassis.
  • the first insulation resistor Ra is provided in a form connected between the anode where the highest potential of the battery assembly Batt is formed and the ground 2.
  • the second insulation resistor Rb is provided in the form of being connected between the negative electrode where the lowest potential of the battery assembly Batt is formed and the ground 2.
  • the first insulation resistor Ra and the second insulation resistor Rb are for preventing an electric shock accident, and leakage current flows from the battery assembly Batt due to a short circuit when each resistance value is large enough. Can be suppressed.
  • Electrical energy stored in the battery assembly Bat is supplied to a load 400 connected to the first terminal PP and the second terminal PN.
  • the positive electrode of the battery assembly Batt is electrically connected to the first terminal PP through the first power line L1.
  • the negative electrode of the battery assembly Batt is electrically connected to the second terminal PN through the second power line L2.
  • At least one of the first power line L1 and the second power line L2 may be provided with contactors SWC1 and SWC2.
  • the first contactor SWC1 may be provided on the first power line L1
  • the second contactor SWC2 may be provided on the second power line L2.
  • a power supply path through the first power line L1 is selectively opened and closed by the first contactor SWC1, and power is supplied through the second power line L2 by the second contactor SWC2.
  • the path can be selectively opened and closed. Only while both the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 are in a closed state, power can be supplied from the battery assembly Batt to the load 400. In other words, while at least one of the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 is in an open state, power supply from the battery assembly Batt to the load 400 is cut off.
  • one of the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 may be omitted from the power supply system 10.
  • the first contactor SWC1 of the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 may be implemented in the form of being included in the power supply system 10.
  • the power supply between the battery assembly Batt and the load 400 is cut off while the first contactor SWC1 is in the open state, and the battery is only provided when the first contactor SWC1 is in the closed state. Power supply is made between the assembly Batt and the load 400.
  • the contactor provided in at least one of the first power line L1 and the second power line L2 may be included in the diagnostic apparatus 200 to be described later.
  • the power supply system 10 includes both the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2.
  • the noise removing circuit 300 may include a first protection capacitor C1 and a second protection capacitor C2.
  • the first protection capacitor C1 and the second protection capacitor C2 are connected in series between the first terminal PP and the second terminal PN, one of each of which is commonly connected to the ground 2. do.
  • the first protection capacitor C1 and the second protection capacitor C2 may be referred to as 'Y-CAP'.
  • the capacitance of each of the first protection capacitor C1 and the second protection capacitor C2 is configured to mitigate noise such as electromagnetic waves transmitted from one of the battery assembly Batt and the load 400 toward the other. .
  • the capacitances of the first protection capacitor C1 and the second protection capacitor C2 are the same.
  • the diagnostic apparatus 200 may be configured to be selectively connectable to at least one of the first node N1, the second node N2, the third node N3, the fourth node N4, and the ground 200. have.
  • the first node N1 is positioned between the anode of the battery assembly Batt and one end of the first contactor SWC1. That is, the first node N1 is a node to which the anode of the battery module 100 and one end of the first contactor SWC1 are commonly connected.
  • the second node N2 is positioned between the cathode of the battery assembly Batt and one end of the second contactor SWC2. That is, the second node N2 is a node to which the negative electrode of the battery module 100 and one end of the second contactor SWC2 are commonly connected.
  • the third node N3 is positioned between one end of the first protection capacitor C1 that is not connected to the ground 2 and the other end of the first contactor SWC1. That is, the third node N3 is a node in which one end of the first protection capacitor C1 and the other end of the first contactor SWC1 are commonly connected.
  • the fourth node N4 is positioned between one end of the second protection capacitor C2 that is not connected to the ground 2 and the other end of the second contactor SWC2. That is, the fourth node N4 is a node in which one end of the second protection capacitor C2 and the other end of the second contactor SWC2 are commonly connected.
  • the diagnostic apparatus 200 selects two combinable points among the first node N1, the second node N2, the third node N3, the fourth node N4, and the ground 2, and selects two selected points.
  • the voltage applied between the points can be measured.
  • the diagnostic apparatus 200 may measure a voltage between the first node N1 and the fourth node N4.
  • the diagnostic apparatus 200 may measure a voltage between the first node N1 and the ground 2.
  • the diagnostic apparatus 200 of the battery module 100 may be configured based on a voltage associated with at least one of the first node N1, the second node N2, the third node N3, and the fourth node N4. It is possible to determine whether or not a short circuit and failure of the contactors SWC1 and SWC2 are sequentially or simultaneously. This will be described later in more detail with reference to FIGS. 3 to 13.
  • FIG. 3 schematically shows a configuration of various circuits that may be included in the diagnostic apparatus 200 shown in FIG. 2.
  • the diagnostic apparatus 200 may include a plurality of voltage dividers 210, 220, 230, and 240.
  • the first voltage divider 210 is provided to be connectable between the first node N1 and the ground 2.
  • the first voltage divider 210 is configured to generate a first detection voltage V1 corresponding to the voltage applied between the first node N1 and the ground 2.
  • the first voltage divider 210 may include a first voltage divider and a first switch SW1 configured to be connected in series with each other.
  • the first voltage divider may include a first protection resistor R11 and a first detection resistor R12.
  • the first switch SW1 is configured to selectively apply a voltage applied between the anode and the ground 2 to the first voltage divider in response to a signal output from the controller 270 to be described later.
  • the voltage applied between the first node N1 and ground 2 is distributed by the first voltage divider when the first switch SW1 is closed.
  • the first detection voltage V1 refers to a voltage applied to both ends of the first detection resistor R12.
  • FIG. 3 illustrates that the first switch SW1 is connected between the first protection resistor R11 and the first detection resistor R12, the order of connection between them is not limited.
  • the second voltage divider 220 is provided to be connectable between the second node N2 and the ground 2.
  • the second voltage divider 220 is configured to generate a second detection voltage V2 corresponding to the voltage applied between the second node N2 and the ground 2.
  • the second voltage divider 220 may include a second voltage divider and a second switch SW2 configured to be connected in series with each other.
  • the second voltage divider may include a second protection resistor R21 and a second detection resistor R22.
  • the second switch SW2 is configured to selectively apply a voltage applied between the cathode and the ground 2 to the second voltage divider in response to a signal output from the controller 270 to be described later.
  • the voltage applied between the second node N2 and the ground 2 is distributed by the second voltage divider when the second switch SW2 is closed.
  • the second detection voltage V2 refers to a voltage applied to both ends of the second detection resistor R22.
  • the second switch SW2 is illustrated as being connected between the second protection resistor R21 and the second detection resistor R22, but the order of connection between them is not limited.
  • the ratio between the resistance value of the first protection resistor R11 and the resistance value of the first detection resistor R12 is equal to the ratio between the resistance value of the second protection resistor R21 and the resistance value of the second detection resistor R22.
  • the resistance value of the first protection resistor R11 and the resistance value of the second protection resistor R21 are equal to each other, and the resistance value of the first detection resistor R12 and the resistance value of the second detection resistor R22 are equal to each other. May be identical to each other.
  • the resistance value of each of the first protection resistor R11 and the second protection resistor R21 is equal to the first detection resistor (R).
  • the resistance value of the first protection resistor R11 may be 99 times the resistance value of the first detection resistor R12.
  • the first detection voltage V1 may be connected to the first node N1 and ground. It corresponds to 1/100 of the voltage applied between 2).
  • the first voltage divider 210 and the second voltage divider 220 may be used to determine whether the battery module 100 has a short circuit.
  • the controller 270 may calculate the voltage VB between the positive electrode and the negative electrode of the battery assembly Bat based on the first and second detection voltages V1 and V2.
  • the third voltage divider 230 is provided to be connectable between the third node N3 and the second node N2.
  • the third voltage divider 230 is configured to generate a third detection voltage V3 corresponding to the voltage applied between the third node N3 and the second node N2.
  • the third voltage divider 230 may include a third voltage divider and a third switch SW3.
  • the third voltage divider may include a third protection resistor R31 and a third detection resistor R32 configured to be connected in series with each other.
  • the third switch SW3 is configured to selectively apply a voltage applied between the third node N3 and the second node N2 to the third voltage divider in response to a signal output from the controller 270 to be described later. do.
  • the voltage applied between the third node N3 and the second node N2 is distributed by the third voltage divider when the third switch SW3 is closed.
  • the third detection voltage V3 means a voltage applied to both ends of the third detection resistor R32. 3 illustrates that the third switch SW3 is connected between the third protection resistor R31 and the third detection resistor R32, but the order of connection between them is not limited.
  • the fourth voltage divider 240 is provided to be connectable between the first node N1 and the second node N2.
  • the fourth voltage divider 240 applies a fourth detection voltage V4 corresponding to a voltage applied between the first node N1 and the second node N2, that is, the voltage VB of the battery assembly Batt. Configured to generate.
  • the fourth voltage divider 240 may include a fourth voltage divider and a fourth switch SW4.
  • the fourth voltage divider may include a fourth protection resistor R41 and a fourth detection resistor R42 configured to be connected in series with each other.
  • the fourth switch SW4 is configured to selectively apply a voltage applied between the first node N1 and the second node N2 to the fourth voltage divider in response to a signal output from the controller 270 to be described later. do.
  • the voltage VB applied between the first node N1 and the second node N2 is distributed by the fourth voltage divider when the fourth switch SW4 is closed.
  • the fourth detection voltage V4 refers to a voltage applied to both ends of the fourth detection resistor R42.
  • the fourth switch SW4 is illustrated as being connected between the fourth protection resistor R41 and the fourth detection resistor R42, but the order of connection between them is not limited.
  • the controller 270 may calculate the voltage VB of the battery assembly Bat based on the fourth detection voltage V4.
  • the ratio between the resistance value of the fourth protection resistor R41 and the resistance value of the fourth detection resistor R42 is equal to the ratio between the resistance value of the third protection resistor R31 and the resistance value of the third detection resistor R32.
  • the resistance value of the fourth protection resistor R41 and the resistance value of the third protection resistor R31 are equal to each other, and the resistance value of the fourth detection resistor R42 and the resistance value of the third detection resistor R32 are equal to each other. May be identical to each other.
  • the resistance value of each of the fourth protection resistor R41 and the third protection resistor R31 is equal to the fourth detection resistor ( R42) and the third detection resistor R32 may be designed to be sufficiently larger than the resistance value.
  • the third voltage divider 230 may be used to diagnose whether the first contactor SWC1 and / or the second contactor SWC2 have failed.
  • the fourth voltage divider 240 may be used to diagnose whether the battery module 100 has a short circuit and whether the first contactor SWC1 and / or the second contactor SWC2 have failed.
  • FIG. 4 schematically shows the configuration of various circuits that may be additionally included in the diagnostic apparatus 200 shown in FIG. 2.
  • the diagnostic apparatus 200 may further include at least one of the fifth voltage divider 250 and the sixth voltage divider 260.
  • the fifth voltage divider 250 is provided to be connectable between the first node N1 and the fourth node N4.
  • the fifth voltage divider 250 is configured to generate a fifth detection voltage V5 corresponding to the voltage applied between the first node N1 and the fourth node N4.
  • the fifth voltage divider 250 may include a fifth voltage divider and a fifth switch SW5.
  • the fifth voltage divider may include a fifth protection resistor R51 and a fifth detection resistor R52 configured to be connected in series with each other.
  • the fifth switch SW5 is configured to selectively apply a voltage applied between the first node N1 and the fourth node N4 to the fifth voltage divider in response to a signal output from the controller 270 to be described later. do.
  • the voltage applied between the first node N1 and the fourth node N4 is distributed by the fifth voltage divider when the fifth switch SW5 is closed.
  • the fifth detection voltage V5 means a voltage applied to both ends of the fifth detection resistor R52.
  • the fifth switch SW5 is illustrated as being connected between the fifth protection resistor R51 and the fifth detection resistor R52, but the order of connection between them is not limited.
  • the sixth voltage divider 260 is provided to be connectable between the third node N3 and the fourth node N4.
  • the sixth voltage divider 260 is configured to generate a sixth detection voltage V6 corresponding to the voltage applied between the third node N3 and the fourth node N4.
  • the sixth voltage divider 260 may include a sixth voltage divider and a sixth switch SW6.
  • the sixth voltage divider may include a sixth protection resistor R61 and a sixth detection resistor R62 configured to be connected in series with each other.
  • the sixth switch SW6 is configured to selectively apply a voltage applied between the third node N3 and the fourth node N4 to the sixth voltage divider in response to a signal output from the controller 270 to be described later. do.
  • the voltage applied between the third node N3 and the fourth node N4 is distributed by the sixth voltage divider when the sixth switch SW6 is closed.
  • the sixth detection voltage V6 means a voltage applied to both ends of the sixth detection resistor R62.
  • the sixth switch SW6 is illustrated to be connected between the sixth protection resistor R61 and the sixth detection resistor R62, but the order of connection between them is not limited.
  • the ratio between the resistance value of the fifth protection resistor R51 and the resistance value of the fifth detection resistor R52 is equal to the ratio between the resistance value of the sixth protection resistor R61 and the resistance value of the sixth detection resistor R62.
  • the resistance value of the fifth protection resistor R51 and the resistance value of the sixth protection resistor R61 are the same, and the resistance value of the fifth detection resistor R52 and the resistance value of the sixth detection resistor R62 are equal to each other. May be identical to each other.
  • the resistance value of each of the fifth protection resistor R51 and the sixth protection resistor R61 is the fifth detection resistor ( R52) and the sixth detection resistor R62 may be designed to be sufficiently larger than the resistance value of each.
  • the fifth voltage divider 250 may be used to determine whether the second contactor SWC2 has failed.
  • the sixth voltage divider 260 may be used to determine whether the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 have failed.
  • the diagnostic apparatus 200 basically includes a first voltage divider 210, a second voltage divider 220, a third voltage divider 230, and a controller 270.
  • the electronic device may further include at least one of the fourth voltage divider 240, the fifth voltage divider 250, and the sixth voltage divider 260.
  • resistance values of the first to sixth switches SW1 to SW6, the contactors SWC1 and SWC2, and the power lines L1 and L2 are negligibly small.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating a functional configuration of the controller 270 for controlling the operation of the diagnostic apparatus 200.
  • control unit 270 of the diagnostic apparatus 200 may include a microprocessor 271, a multiplexer 272, and an ADC 273.
  • ADC 273 refers to an analog-digital converter.
  • the microprocessor 271 may manage the overall operation of the diagnostic apparatus 200.
  • the microprocessor 271 is communicatively connected with other components included in the diagnostic apparatus 200 and is responsible for transmitting and receiving signals related to the power supply system 10.
  • the microprocessor 271 may output a signal specifying an operation state of the at least one contactor SWC1 and SWC2 and the switches SW1 to SW6. That is, the microprocessor 271 may individually control at least one contactor SWC1 and SWC2 and the plurality of switches SW1 to SW6 to induce each of them to be in an open state or a closed state.
  • the microprocessor 271 may output a signal S for commanding at least one of the first to sixth detection voltages V1 to V6 according to a predetermined rule.
  • At least one memory may be built in the microprocessor 271. Programs and data related to various operations performed by the diagnostic apparatus 200 may be stored in the memory in advance.
  • the memory may store resistance values of resistors included in each of the first to sixth voltage dividers 210, 220, 230, 240, 250, and 260.
  • data and software for measuring detection voltages and determining whether various types of accidents occur based on the measured results may be pre-recorded in the memory.
  • the multiplexer 272 includes a plurality of voltage input ports I1 to I6, a selection input port IS, and an output port OUT.
  • the detection voltages V1 to V6 generated by the voltage generators may be applied to the voltage input ports I1 to I6, respectively.
  • the signal S output from the microprocessor 271 is input to the selection input port IS.
  • the multiplexer 272 selects one of the plurality of voltage input ports I1 to I6 based on the signal S input to the selection input port IS, and then selects the selected voltage input port to the output port OUT. Connect. That is, the multiplexer 272 is configured to selectively output one of the detection voltages V1 to V6.
  • the ADC 273 converts the analog signal A provided from the multiplexer 272 into a digital signal D and transmits it to the microprocessor 271.
  • the analog signal A may be any one of the detection voltages V1 to V6.
  • the microprocessor 271 may individually measure the detection voltages V1 to V6 based on the digital signal D received from the ADC 273.
  • the microprocessor 271 is a digital signal transmitted from the ADC 273 with the voltage input port I1 and the output port OUT connected by the multiplexer 272 according to the instructions of the microprocessor 271. Based on (D), the detection voltage V1 can be measured.
  • the microprocessor 271 determines whether the battery module 100 is short-circuited and / or whether at least one contactor is broken, based on the measurement results of the detection voltages V1 to V6, respectively. Alarm signals W1 and W2 for notifying can be output.
  • FIGS. 6 and 7 are views for explaining an operation of determining whether the battery module 100 has a short circuit by the diagnostic apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the voltage VB of the battery assembly Bat is measured in advance.
  • FIGS. 6 shows a first circuit 600 formed in the power system 10.
  • the controller 270 keeps the first switch SW1 closed and at least the second switch SW2 among the remaining switches SW2 to SW6 and the contactors SWC1 and SWC2. May be in an open state to form the first circuit 600.
  • the controller 270 may measure the first detection voltage V1 provided from the first voltage divider 210 while the first circuit 600 is formed.
  • the resistance value of the first insulation resistance Ra becomes very small compared to the case of the non-discharge. Accordingly, since most of the voltage VB of the battery assembly Batt is applied to the second insulation resistance Rb, the magnitude of the first detection voltage V1 measured at the time of leakage is greater than the value measured at the time of non-discharge. It becomes small.
  • the controller 270 keeps the second switch SW2 closed and at least a first switch among the remaining switches SW1, SW3 to SW6 and the contactors SWC1 and SWC2.
  • SW1 can be left open to form the second circuit 700.
  • the controller 270 may measure the second detection voltage V2 provided from the second voltage divider 220 while the second circuit 700 is formed.
  • the resistance value of the second insulation resistance Rb becomes very small as compared with the case of non-discharge. Accordingly, when the negative electrode of the battery assembly Batt is shorted, most of the voltage VB of the battery assembly Batt is applied to the first insulation resistor Ra, and thus, the second detection voltage V2 measured when the short circuit is shorted. The size of becomes smaller than the value measured at the time of soap soap.
  • FIG 8 and 9 are views for explaining an operation of determining whether at least one contactor has failed by the diagnostic apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • illustrations of the first insulation resistor Ra and the second insulation resistor Rb are omitted, and it is assumed that the voltage VB of the battery assembly Bat is measured in advance.
  • FIG. 8 shows a third circuit 800 formed in the power supply system 10 to determine whether the first contactor SWC1 is open due to a failure.
  • the controller 270 controls the third switch SW3 and the first contactor SWC1 to be in a closed state and at least a first of the remaining switches and the second contactor SWC2.
  • the switch SW1, the second switch SW2, and the second contactor SWC2 may be controlled in an open state to form the third circuit 800.
  • the first protection capacitor C1 and the second protection capacitor C2 are The voltage applied between the third node N3 and the second node N2 may not be affected.
  • the controller 270 may measure the third detection voltage V3 provided from the third voltage divider 230 while the third circuit 800 is formed.
  • the controller 270 compares the voltage VB of the battery assembly Batt previously measured with the third detection voltage V3 measured from the third circuit 300 to determine whether the first contactor SWC1 is disconnected. Can be determined. For example, when the third detection voltage V3 is smaller than or equal to a predetermined first predetermined value than the voltage VB of the battery assembly Batt, it may be determined that a disconnection failure of the first contactor SWC1 has occurred.
  • FIG. 9 shows a fourth circuit 900 formed in the power supply system 10 to determine whether a short occurs due to a failure of the first contactor SWC1. You can also name a shorted status as 'stuck closed status' due to pinning.
  • the controller 270 controls the third switch SW3 to be in a closed state and at least the first switch SW1 and the second switch SW2 and the first contactor among the remaining switches.
  • the SWC1 and the second contactor SWC2 may be controlled to be in an open state to form a fourth circuit 900.
  • the first protection capacitor C1 and the second protection capacitor C2 are The voltage applied between the third node N3 and the second node N2 may not be affected.
  • the controller 270 may measure the third detection voltage V3 provided from the third voltage divider 230 while the fourth circuit 900 is formed.
  • the controller 270 compares the voltage VB of the battery assembly Bat, which is measured in advance, with the third detection voltage V3 measured by the fourth circuit 900, and determines whether the first contactor SWC1 is short-circuited. Can be determined. For example, when the difference between the third detection voltage V3 and the voltage VB of the battery assembly Batt is equal to or less than a second predetermined value, it may be determined that a short circuit of the first contactor SWC1 occurs.
  • a fifth voltage divider 250 may determine whether the second contactor SWC2 has failed.
  • the controller 270 is configured to determine whether the second contactor SWC2 is disconnected, leaving the fifth switch SW5 and the second contactor SWC2 closed and the remaining switches and the second contactor. At least a first detection switch SW1, a second switch SW2, and a first contactor SWC1 of the SWC2 are in the open state, and the fifth detection voltage V5 measured while the voltage of the battery assembly Batt is measured. In the case of smaller than a predetermined third predetermined value, the disconnection failure of the first contactor SWC1 may be determined to occur.
  • the fifth switch SW5 is left closed and at least the first switch SW1 and the second switch SW2 and the first contact of the remaining switches. If the difference between the fifth detection voltage V5 and the voltage VB of the battery assembly Batt measured while the detector SWC1 and the second contactor SWC2 are in an open state is equal to or less than a predetermined fourth predetermined value, It may be determined that a short circuit of the second contactor SWC2 occurs.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate circuits that may be formed by the diagnostic apparatus 200 according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 12 and 13 are graphs related to the circuits shown in FIGS. 10 and 11.
  • illustrations of the first insulation resistor Ra and the second insulation resistor Rb are omitted, and it is assumed that the voltage VB of the battery assembly Bat is measured in advance.
  • the fifth circuit 1000 formed in the power supply system 10 may be identified.
  • the first switch SW1 and the third switch SW3 are in a closed state
  • the second switch SW2 the first contactor SWC1, and the second contactor SWC2 are in an open state.
  • It is a circuit formed during phosphorus.
  • the fifth circuit 1000 includes an anode, a first node N1, a first voltage divider 210, a ground 2, a first protection capacitor C1, a third node N3, and a third voltage divider. It is a closed circuit consisting of a distribution (230).
  • a section in which the fifth circuit 1000 is continuously maintained will be referred to as a 'first switching period'.
  • the current I1 flows in a direction from the positive electrode of the battery assembly Batt toward the negative electrode by the voltage VB of the battery assembly Batt.
  • the capacitor C1 is charged.
  • the third detection voltage V3 gradually decreases while having a positive value. For example, when the fifth circuit 1000 is maintained for a long time, the voltage of the first protection capacitor C1 becomes equal to the voltage VB of the battery assembly Batt, so that the third detection voltage V3 becomes 0V. Will be.
  • the sixth circuit 1100 formed in the power system 10 may be identified.
  • the second switch SW2 and the third switch SW3 are in a closed state, and the first switch SW1, the first contactor SWC1, and the second contactor SWC2 are in an open state. It is a circuit formed during phosphorus.
  • the sixth circuit 1100 may include a second node N2, a second voltage divider 220, a ground 2, a first protective capacitor C1, a third node N3, and a third voltage divider ( 230) is a closed circuit.
  • a section in which the sixth circuit 1100 is continuously maintained will be referred to as a 'second switching period'.
  • the sixth circuit 1100 when the sixth circuit 1100 is formed, a reverse voltage is applied to the third detection resistor R32 as the current I2 flows while the first protection capacitor C1 is discharged. . That is, the third detection voltage V3 detected by the controller 270 has a negative value. In this case, as the first protective capacitor C1 is gradually discharged, the third detection voltage V3 increases toward 0V.
  • the lengths of the first switching period and the second switching period to be described above may be set to be the same.
  • the controller 270 may control the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 in an open state, and alternately execute the first switching period and the second switching period.
  • the first switching period may be performed in the order of the second switching period ⁇ the first switching period ⁇ the second switching period.
  • the fifth circuit 1000 may be formed while the first circuit 600 is formed. That is, at least a portion of the period in which the first circuit 600 is formed and the period in which the fifth circuit 1000 is formed may overlap each other.
  • the sixth circuit 1100 may be formed while the second circuit 700 is formed. That is, at least a portion of the period in which the second circuit 700 is formed and the period in which the sixth circuit 1100 is formed may overlap each other. Accordingly, the first circuit 600 and the second circuit 700 are used to determine whether the battery module 100 has a short circuit, and the first circuit 600 and the sixth circuit 1100 are used to determine the first. It is possible to determine whether the contactor SWC1 and the second contactor SWC2 are short-circuited.
  • a section in which the controller 270 controls both the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 in an open state is referred to as an inactive section, and the first contactor SWC1 and the second contact are referred to as 'inactive sections'.
  • a section in which the control section SWC2 is controlled to be in a closed state is referred to as an 'active section', and the voltage VB of the battery assembly Bat is kept constant. Accordingly, the aforementioned first switching period and the second switching period both fall within the inactive period.
  • power is supplied between the battery module 100 and the load 400 during the active period, and power supply between the battery module 100 and the load 400 is cut off during the inactive period. .
  • first switching period and the second switching period are executed once each for a time not overlapping each other.
  • at least one of the first switching period and the second switching period may be executed two or more times during the inactive period.
  • FIG. 12 illustrates a pattern representing a change in time of the third detection voltage V3 when the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 are in a normal state in which a short circuit due to a failure does not occur.
  • the voltage VB of the battery assembly Batt is transferred to the third node N3 and the second node N2 through the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2.
  • the third detection voltage V3 may be maintained at a constant positive value VS because the voltage is applied between the third and second detection voltages V3.
  • the controller 270 includes a first value including a plurality of values of the third detection voltage V3 measured over time. One pattern can be recorded.
  • the controller 270 includes a plurality of times the measured values of the third detection voltage V3 over time. 2 patterns can be recorded. In this case, the second pattern may be recorded separately from the first pattern.
  • the first pattern is a pattern that gradually decreases while having a positive value (ie, greater than 0 V), and the second pattern gradually increases while having a negative value (that is, less than 0 V). It may be a pattern.
  • the controller 270 may determine the first contactor SWC1 to be in a normal state when the first pattern recorded during the first switching period is in the form as shown in FIG. 12.
  • the controller 270 may determine the second contactor SWC2 to be in a normal state when the pattern recorded during the second switching period follows the shape as shown in FIG. 12.
  • the controller may control the first contactor SWC1 and the second contactor when the first pattern recorded during the first switching period and the second pattern recorded during the second switching period both follow the shapes shown in FIG. 12. All of SWC2) can be determined to be in a steady state.
  • the first contactor SWC1 may be an inactive section designated by the controller 270.
  • the first node N1 and the third node N3 are electrically connected through each other. In this case, since the voltage VB of the battery assembly Batt is applied to the third voltage divider 230, the third detection voltage V3 does not follow the first pattern as shown in FIG. 12.
  • the second contactor SWC2 when only the second contactor SWC2 of the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 is short-circuited due to a failure, the second contactor SWC2 even though it is an inactive section designated by the controller 270.
  • the second node N2 and the fourth node N4 are electrically connected through each other.
  • the second voltage divider 220 and the second protection capacitor C2 are connected in parallel so that the third detection voltage V3 does not follow the second pattern as shown in FIG. 12.
  • the third detection voltage V3 may be 0V or more.
  • FIG. 13 shows a pattern indicating a change in time of the third detection voltage V3 when both the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 are shorted due to a failure.
  • the voltage VB of the battery assembly Batt is applied to the third node N3 and the second node through the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2. Since it is applied between N2), the third detection voltage V3 can be kept constant at a positive value VS.
  • both the first contactor SWC1 and the second contactor SWC2 are both inactive sections designated by the controller 270. It stays closed. Accordingly, as shown in FIG. 13, the third detection voltage V3 may be maintained at a constant value VS from T0 to T2 where the first switching period and the second switching period are alternately executed. This is clearly contrasted with the continuous change pattern of the third detection voltage V3 shown in FIG.
  • the third detection voltage V3 is performed. It can be seen that changes with time. Accordingly, during the first switching period or the second switching period, it is difficult to specify the value of the third detection voltage V3 compared with the voltage VB of the battery assembly Batt previously measured. Therefore, during the first switching period or the second switching period, a pattern including values obtained by measuring a plurality of times of the third detection voltage V3 that changes with time is recorded, and the first contactor (based on the recorded pattern) is recorded. It is possible to determine whether the respective short circuits of the SWC1) and the second contactor SWC2 are short-circuited simultaneously or sequentially.
  • the first diagnostic function for determining whether the battery module 100 is short-circuited and the second diagnostic function for determining whether at least one of the contacts SWC1 and SWC2 are shorted do not need to be executed in another period not overlapping each other. That is, the second diagnostic function may be executed even while the first diagnostic function is executed, or the first diagnostic function may be executed even while the second diagnostic function is executed.
  • controller 270 may be controlled so that the periods during which the first and second diagnostic functions are executed do not overlap each other.
  • control unit 270 may notify the first alarm signal W1 notifying the execution result of the first diagnostic function and / or the second alarm signal W2 notifying the execution result of the second diagnostic function. ) Can be printed.
  • the first alarm signal W1 and the second alarm signal W2 output from the controller 270 may be controlled by a user through an information guide device (not shown) included in the power system 10 and / or the electric vehicle 1. It can be converted into a recognizable form.
  • the information guide apparatus may convert the alarm signals W1 and W2 into visual and / or audio signals and output them.

Abstract

전원 시스템을 위한 진단 장치를 개시한다. 상기 전원 시스템은, 배터리 어셈블리 및 적어도 하나의 컨택터를 포함한다. 상기 각 컨택터는, 상기 배터리 어셈블리와 부하 사이의 전력 공급 경로를 선택적으로 개폐하도록 구성된다. 상기 진단 장치는, 상기 배터리 어셈블리의 누전 여부를 판정하는 제1 진단 기능과 상기 적어도 하나의 컨택터의 단락 여부를 판정하는 제2 진단 기능 중 어느 하나가 실행되는 중에도 다른 하나를 실행할 수 있도록 구성된다.

Description

진단 장치 및 이를 포함하는 전원 시스템
본 출원은 2016년 10월 10일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2016-0130781호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 진단 장치 및 이를 포함하는 전원 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전원 시스템에 발생한 누전 사고와 단락 사고를 진단하는 장치와 상기 장치를 포함하는 전원 시스템에 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.
한편, 전기 자동차 등 전기 에너지를 필요로 하는 다양한 장치들은 전원 시스템이 필수적이다. 전원 시스템은 적어도 하나의 컨택터를 선택적으로 개폐함으로써 배터리와 부하 사이의 안정적인 전원 공급을 담당한다.
전원 시스템의 안전과 관련하여, 크게 두 가지 유형의 사고 발생 여부를 진단하는 것이 필요하다. 하나는 배터리의 누전 사고이고, 다른 하나는 컨택터의 단락 사고이다. 상기 누전 사고가 발생 시 사용자의 감전 위험 등이 있고, 상기 단락 사고가 발생 시 급발진 위험 등이 있다.
상기 누전 사고를 진단하기 위한 종래 기술과 상기 단락 사고를 진단하기 위한 서로 다른 종래 기술이 각각 개시된바 있으나, 두 유형의 사고를 동시에 진단하기 위한 종래 기술은 개시되어 있지 않다.
상기 누전 사고와 상기 단락 사고를 동시에 진단하지 못하는 경우 중대한 안전상의 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 누전 사고에 대한 진단이 완료된 후에야 상기 단락 사고에 대한 진단이 개시되는 경우, 상기 단락 사고의 발생 여부를 사용자에게 신속히 통지할 수 없다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 모듈의 누전 여부를 판정하는 제1 진단 기능이 실행되는 중에도 적어도 하나의 컨택터의 단락 여부를 판정하는 제2 진단 기능을 실행하거나, 상기 제2 진단 기능이 실행되는 중에도 상기 제1 진단 기능을 실행할 수 있는 진단 장치 및 이를 포함하는 전원 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 진단 장치는, 배터리 어셈블리, 제1 컨택터, 제2 컨택터, 제1 보호 커패시터 및 제2 보호 커패시터를 포함하는 전원 시스템을 위한 것이다. 상기 진단 장치는, 상기 배터리 어셈블리의 양극과 상기 제1 컨택터의 일단이 공통 접속되는 제1 노드 및 상기 전원 시스템의 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하여 제1 검출 전압을 생성하도록 구성된 제1 전압 분배부; 상기 배터리 어셈블리의 음극과 상기 제2 컨택터의 일단이 공통 접속되는 제2 노드와 상기 접지 사이에 연결되고, 상기 제2 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하여 제2 검출 전압을 생성하도록 구성된 제2 전압 분배부; 상기 제1 보호 커패시터의 일단과 상기 제1 컨택터의 타단이 공통 접속되는 제3 노드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제3 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압을 분배하여 제3 검출 전압을 생성하도록 구성된 제3 전압 분배부; 및 상기 제1 컨택터, 상기 제2 컨택터 및 상기 제1 내지 제3 전압 분배부를 제어하도록 구성된 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 컨택터와 상기 제2 컨택터가 열린 상태로 제어되는 비활성 구간 동안에 제1 진단 기능 및 제2 진단 기능을 실행한다. 상기 제1 진단 기능은 상기 제1 검출 전압 및 상기 제2 검출 전압을 기초로 상기 배터리 어셈블리의 누전 여부를 판정하는 기능이고, 상기 제2 진단 기능은 상기 제3 검출 전압을 기초로 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터 중 적어도 하나의 단락 여부를 판정하는 기능이다.
상기 제1 전압 분배부는, 상기 제1 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하는 제1 보호 저항 및 제1 검출 저항으로 구성된 제1 전압 분배기; 및 상기 제어부로부터 출력되는 신호에 응답하여, 상기 제1 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 상기 제1 전압 분배기에 선택적으로 인가하는 제1 스위치;를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 전압 분배부는, 상기 제2 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하는 제2 보호 저항 및 제2 검출 저항으로 구성된 제2 전압 분배기; 및 상기 제어부로부터 출력되는 신호에 응답하여, 상기 제2 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 상기 제2 전압 분배기에 선택적으로 인가하는 제2 스위치;를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 검출 저항은 상기 제1 스위치가 닫힌 상태인 경우에 상기 제1 검출 전압을 생성하고, 상기 제2 검출 저항은 상기 제2 스위치가 닫힌 상태인 경우에 상기 제2 검출 전압을 생성할 수 있다.
상기 제3 전압 분배부는, 상기 제3 노드와 상기 제2 노드에 인가된 전압을 분배하는 제3 보호 저항 및 제3 검출 저항으로 구성된 제3 전압 분배기; 및 상기 제어부로부터 출력되는 신호에 응답하여, 상기 제3 노드와 상기 제2 노드에 인가된 전압을 상기 제3 전압 분배기에 선택적으로 인가하는 제3 스위치;를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3 검출 저항은 상기 제3 스위치가 닫힌 상태인 경우에 상기 제3 검출 전압을 생성할 수 있다.
이와 함께 또는 별개로, 상기 비활성 구간은, 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되고 상기 제2 스위치는 열린 상태로 제어되는 제1 스위칭 주기를 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 주기 동안 시간에 따라 다수번 측정된 상기 제3 검출 전압의 값들을 포함하는 제1 패턴을 기록하고, 상기 제1 패턴을 기초로, 상기 제1 컨택터의 단락 여부를 판정할 수 있다.
이와 함께 또는 별개로, 상기 비활성 구간은, 상기 제1 스위치는 열린 상태로 제어되고 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되는 제2 스위칭 주기를 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제2 스위칭 주기 동안 시간에 따라 다수번 측정된 상기 제3 검출 전압의 값들을 포함하는 제2 패턴을 기록하고, 상기 제2 패턴을 기초로, 상기 제2 컨택터의 단락 여부를 판정할 수 있다.
구현예에 따라, 상기 비활성 구간은, 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되고 상기 제2 스위치는 열린 상태로 제어되는 제1 스위칭 주기; 및 상기 제1 스위치는 열린 상태로 제어되고 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되는 제2 스위칭 주기;를 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 주기 동안 상기 제3 검출 전압이 양의 값을 가지면서 점차적으로 감소하고, 상기 제2 스위칭 주기 동안 상기 제3 검출 전압이 음의 값을 가지면서 점차적으로 증가하는 경우, 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터를 정상 상태로 판정할 수 있다. 한편, 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 주기 또는 상기 제2 스위칭 주기 동안, 상기 제3 검출 전압의 값이 일정하게 유지되는 경우, 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터가 고장으로 인해 단락된 것으로 판정할 수 있다.
이와 함께 또는 별개로, 상기 제어부는, 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서로부터 제공되는 신호에 응답하여, 상기 제1 내지 제3 검출 전압 중 적어도 하나를 선택하도록 구성된 멀티 플렉서; 및 상기 멀티 플렉서에 의해 선택된 검출 전압을 디지털 신호로 변환한 후 상기 마이크로프로세서로 전송하는 ADC;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 보호 커패시터와 상기 제2 보호 커패시터 각각의 타단은 상기 접지에 공통 접속될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전원 시스템은 상기 진단 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 자동차는 상기 전원 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 모듈의 누전 여부를 판정하는 제1 진단 기능이 실행되는 중에도 적어도 하나의 컨택터의 단락 여부를 판정하는 제2 진단 기능을 실행하거나, 상기 제2 진단 기능이 실행되는 중에도 상기 제1 진단 기능을 실행하는 것이 가능하다. 이에 따라, 사용자에게 누전 사고와 단락 사고의 발생 여부에 대한 정보를 보다 신속히 통지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 전원 시스템과 진단 장치의 기능적 구성을 개력적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 진단 장치에 포함될 수 있는 다양한 회로들의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 4는 도 2에 도시된 진단 장치에 추가적으로 포함될 수 있는 다양한 회로들의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 5는 진단 장치의 동작을 제어하는 제어부의 기능적 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치가 배터리 모듈의 누전 여부를 판정하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치가 적어도 하나의 컨택터의 고장 여부를 판정하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치에 의해 형성할 수 있는 회로들을 예시한다.
도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11에 도시된 회로들과 관련된 그래프들이다.
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 아니 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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 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 판단되는 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 <제어 유닛>과 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.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 전원 시스템(10)과 진단 장치(200)의 기능적 구성을 개력적으로 보여주는 블록도이다.
우선 도 1을 참조하면, 전원 시스템(10)은 전기 자동차(1) 등과 같이 전기 에너지의 저장과 공급이 가능한 장치에 구비될 수 있다. 물론, 전원 시스템(10)은 전기 자동차(1) 외에도 에너지 저장 시스템과 같은 대규모 전력 저장 시스템 또는 스마트폰과 같은 소규모 전력 저장 시스템에 구비될 수도 있다.
전원 시스템(10)은 기본적으로 배터리 모듈(100), 진단 장치(200), 노이즈 제거 회로(300) 및 부하(400)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(100)은 적어도 하나의 셀을 포함한다. 배터리 모듈(100)에 복수의 셀이 포함되는 경우, 이들 중 어느 하나는 다른 하나와 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다. 배터리 모듈(100)에 포함되는 셀로는 대표적으로 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등을 들 수 있다. 물론, 셀의 종류가 위에서 열거된 종류로 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
부하(400)는 배터리 모듈(100)로부터 제공되는 전기 에너지를 다른 형태로 에너지로 변환한다. 예를 들어, 부하(400)는 전기 모터를 포함할 수 있고, 이 경우 부하(400)는 배터리 모듈(100)로부터 제공되는 전기 에너지를 회전 에너지로 변환할 수 있다. 이에 따라, 전기 자동차(1)에 구비된 휠 및/또는 냉각팬 등이 회전될 수 있다. 다른 예로, 부하(400)는 저항을 포함할 수 있다. 이 경우 부하(400)는 배터리 모듈(100)로부터 제공되는 전기 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있다.
노이즈 제거 회로(300)는 배터리 모듈(100)과 부하(400) 사이에 연결되어, 배터리 모듈(100)과 부하(400) 중 어느 하나로부터 다른 하나로 전달되는 노이즈를 제거하도록 구성된다.
진단 장치(200)는 배터리 모듈(100)과 부하(400) 사이에 연결되어, 미리 정해진 유형의 사고 발생 여부를 진단하도록 구성된다. 진단 장치(200)는 적어도 배터리 모듈(100)의 누전 여부를 판정하도록 구성된다. 이와 함께, 진단 장치(200)는 배터리 모듈(100)과 부하(400) 사이의 전력 공급 경로 상에 설치되는 적어도 하나의 컨택터의 고장 여부를 판정할 수 있다. 추가적으로, 진단 장치(200)는 배터리 모듈(100)과 부하(400) 사이의 전력 공급 경로를 제어할 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 컨택터는 진단 장치(200)에 포함되는 형태로 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 전원 시스템(10)을 보다 상세히 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(100)은 적어도 하나의 셀을 포함하는 배터리 어셈블리(Batt)를 포함한다. 또한, 배터리 모듈(100)은 제1 절연 저항(Ra)과 제2 절연 저항(Rb)을 추가적으로 포함하는 형태로 표현될 수 있다. 제1 절연 저항(Ra)과 제2 절연 저항(Rb)은 배터리 모듈(100)의 제조 시에 의도적으로 설치되는 물지적인 저항가 아니라, 배터리 어셈블리(Batt)의 양극과 음극 각각의 절연 상태를 나타내는 가상적인 저항을 지칭하는 것일 수 있다.
전원 시스템(10)이 전기 자동차(1)에 구비되는 경우, 접지(2)는 섀시(chassis)일 수 있다. 제1 절연 저항(Ra)은, 배터리 어셈블리(Batt)의 최고전위가 형성되는 양극과 접지(2) 사이에 연결되는 형태로 제공된다. 제2 절연 저항(Rb)은, 배터리 어셈블리(Batt)의 최저전위가 형성되는 음극과 접지(2) 사이에 연결되는 형태로 제공된다. 제1 절연 저항(Ra)과 제2 절연 저항(Rb)은 감전 사고 등을 방지하기 위한 것으로서, 각각의 저항값이 충분히 커야만 누전으로 인해 배터리 어셈블리(Batt)로부터 흐르게 되는 누설 전류(leakage current)를 억제할 수 있다.
배터리 어셈블리(Batt)에 저장된 전기 에너지는 제1 단자(PP)와 제2 단자(PN)에 접속되는 부하(400)로 공급된다. 배터리 어셈블리(Batt)의 양극은 제1 전력 라인(L1)을 통해 제1 단자(PP)에 전기적으로 연결된다. 배터리 어셈블리(Batt)의 음극은 제2 전력 라인(L2)을 통해 제2 단자(PN)에 전기적으로 연결된다.
제1 전력 라인(L1) 및 제2 전력 라인(L2) 중 적어도 하나에는 컨택터(SWC1, SWC2)가 구비될 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 제1 전력 라인(L1) 상에 제1 컨택터(SWC1)가 구비되고, 제2 전력 라인(L2) 상에는 제2 컨택터(SWC2)가 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 컨택터(SWC1)에 의해 제1 전력 라인(L1)을 통한 전력 공급 경로가 선택적으로 개폐되고, 제2 컨택터(SWC2)에 의해 제2 전력 라인(L2)을 통한 전력 공급 경로가 선택적으로 개폐될 수 있다. 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)가 모두 닫힌 상태에 있는 동안에만, 배터리 어셈블리(Batt)부터 부하(400)로의 전력 공급이 가능하다. 다시 말해, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 중 적어도 하나가 열린 상태에 있는 동안에는, 배터리 어셈블리(Batt)로부터 부하(400)로의 전력 공급이 차단된다.
경우에 따라, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 중 어느 하나는 전원 시스템(10)으로부터 생략될 수 있다. 예컨대, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 중 제1 컨택터(SWC1)만이 전원 시스템(10)에 포함되는 형태로 구현될 수도 있다. 이 경우, 제1 컨택터(SWC1)가 열린 상태에 있는 동안에는 배터리 어셈블리(Batt)와 부하(400) 사이의 전력 공급이 차단되고, 제1 컨택터(SWC1)가 닫힌 상태에 있는 경우에 한하여 배터리 어셈블리(Batt)와 부하(400) 사이의 전력 공급이 이루어진다. 제1 전력 라인(L1) 및 제2 전력 라인(L2) 중 적어도 하나에 구비되는 컨택터는 후술할 진단 장치(200)에 포함될 수도 있다. 이하에서는, 전원 시스템(10)이 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)를 모두 포함하는 것으로 가정하기로 한다.
노이즈 제거 회로(300)는 제1 보호 커패시터(C1) 및 제2 보호 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 제1 보호 커패시터(C1)와 제2 보호 커패시터(C2)는, 제1 단자(PP)와 제2 단자(PN) 사이에 직렬 연결되며, 각각의 양단 중 하나는 접지(2)에 공통적으로 접속된다. 제1 보호 커패시터(C1) 및 제2 보호 커패시터(C2)를 'Y-CAP'이라고 칭할 수 있다. 제1 보호 커패시터(C1) 및 제2 보호 커패시터(C2) 각각의 커패시턴스에 의해, 배터리 어셈블리(Batt)와 부하(400) 중 어느 하나에서 다른 하나를 향하여 전달되는 전자기파 등의 노이즈를 완화하도록 구성된다. 이하에서는, 제1 보호 커패시터(C1) 및 제2 보호 커패시터(C2)의 커패시턴스는 서로 동일하다고 가정한다.
진단 장치(200)는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 및 접지(200) 중 적어도 하나에 선택적으로 연결 가능하도록 구성될 수 있다.
제1 노드(N1)는, 배터리 어셈블리(Batt)의 양극과 제1 컨택터(SWC1)의 일단 사이에 위치한다. 즉, 제1 노드(N1)는 배터리 모듈(100)의 양극과 제1 컨택터(SWC1)의 일단이 공통 접속되는 노드이다.
제2 노드(N2)는, 배터리 어셈블리(Batt)의 음극과 제2 컨택터(SWC2)의 일단 사이에 위치한다. 즉, 제2 노드(N2)는, 배터리 모듈(100)의 음극과 제2 컨택터(SWC2)의 일단이 공통 접속되는 노드이다.
제3 노드(N3)는, 제1 보호 커패시터(C1)의 양단 중 접지(2)에 접속되지 않은 일단과 제1 컨택터(SWC1)의 타단과 사이에 위치한다. 즉, 제3 노드(N3)는, 제1 보호 커패시터(C1)의 일단과 제1 컨택터(SWC1)의 타단이 공통 접속되는 노드이다.
제4 노드(N4)는, 제2 보호 커패시터(C2)의 양단 중 접지(2)에 접속되지 않은 일단과 제2 컨택터(SWC2)의 타단과 사이에 위치한다. 즉, 제4 노드(N4)는, 제2 보호 커패시터(C2)의 일단과 제2 컨택터(SWC2)의 타단이 공통 접속되는 노드이다.
진단 장치(200)는, 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제3 노드(N3), 제4 노드(N4) 및 접지(2) 중에서 조합 가능한 두 지점을 선택하고, 선택된 두 지점 사이에 인가된 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 진단 장치(200)는 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이의 전압을 측정할 수 있다. 다른 예를 들어, 진단 장치(200)는 제1 노드(N1)와 접지(2) 사이의 전압을 측정할 수 있다.
진단 장치(200)는, 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 중 적어도 하나와 관련된 전압을 기초로, 배터리 모듈(100)의 누전 여부와 컨택터(SWC1, SWC2)의 고장 여부를 순차적으로 또는 동시에 판정할 수 있다. 이에 대하여, 도 3 내지 도 13을 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 진단 장치(200)에 포함될 수 있는 다양한 회로들의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 3을 참조하면, 진단 장치(200)는 다수의 전압 분배부들(210, 220, 230, 240)을 포함할 수 있다.
제1 전압 분배부(210)는 제1 노드(N1)와 접지(2) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제1 전압 분배부(210)는 제1 노드(N1)와 접지(2) 사이에 인가된 전압에 대응하는 제1 검출 전압(V1)을 생성하도록 구성된다. 구체적으로, 제1 전압 분배부(210)는 서로 직렬 연결 가능하도록 구성된 제1 전압 분배기 및 제1 스위치(SW1)를 포함할 수 있다. 제1 전압 분배기는 제1 보호 저항(R11) 및 제1 검출 저항(R12)을 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 후술할 제어부(270)로부터 출력되는 신호에 응답하여, 양극과 접지(2) 사이에 인가된 전압을 제1 전압 분배기에 선택적으로 인가하도록 구성된다. 제1 노드(N1)와 접지(2) 사이에 인가된 전압은, 제1 스위치(SW1)가 닫힌 상태일 때 제1 전압 분배기에 의해 분배된다. 상기 제1 검출 전압(V1)은 제1 검출 저항(R12)의 양단에 인가되는 전압을 의미한다. 도 3에는 제1 스위치(SW1)가 제1 보호 저항(R11)과 제1 검출 저항(R12) 사이에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이들 간의 연결 순서를 한정하는 것은 아니다.
제2 전압 분배부(220)는 제2 노드(N2)와 접지(2) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제2 전압 분배부(220)는 제2 노드(N2)와 접지(2) 사이에 인가된 전압에 대응하는 제2 검출 전압(V2)을 생성하도록 구성된다. 구체적으로, 제2 전압 분배부(220)는 서로 직렬 연결 가능하도록 구성된 제2 전압 분배기 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제2 전압 분배기는 제2 보호 저항(R21) 및 제2 검출 저항(R22)을 포함할 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 후술할 제어부(270)로부터 출력되는 신호에 응답하여, 음극과 접지(2) 사이에 인가된 전압을 제2 전압 분배기에 선택적으로 인가하도록 구성된다. 제2 노드(N2)와 접지(2) 사이에 인가된 전압은, 제2 스위치(SW2)가 닫힌 상태일 때 제2 전압 분배기에 의해 분배된다. 상기 제2 검출 전압(V2)은 제2 검출 저항(R22)의 양단에 인가되는 전압을 의미한다. 도 3에는 제2 스위치(SW2)가 제2 보호 저항(R21)과 제2 검출 저항(R22) 사이에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이들 간의 연결 순서를 한정하는 것은 아니다.
제1 보호 저항(R11)의 저항값과 제1 검출 저항(R12)의 저항값 간의 비율은, 제2 보호 저항(R21)의 저항값과 제2 검출 저항(R22)의 저항값 간의 비율과 동일하게 설계될 수 있다. 예컨대, 제1 보호 저항(R11)의 저항값과 제2 보호 저항(R21)의 저항값은 서로 동일하고, 제1 검출 저항(R12)의 저항값과 제2 검출 저항(R22)의 저항값은 서로 동일할 수 있다. 이때, 고전압으로부터 제1 검출 저항(R12)과 제2 검출 저항(R22)을 보호하기 위해, 제1 보호 저항(R11)과 제2 보호 저항(R21) 각각의 저항값은, 제1 검출 저항(R12)과 제2 검출 저항(R22) 각각의 저항값보다 충분히 크게 설계될 수 있다. 일 예로, 제1 보호 저항(R11)의 저항값은 제1 검출 저항(R12)의 저항값의 99배일 수 있는데, 이 경우 제1 검출 전압(V1)은, 제1 노드(N1)와 접지(2) 사이에 인가되는 전압의 1/100에 해당하게 된다.
제1 전압 분배부(210)와 제2 전압 분배부(220)는 배터리 모듈(100)의 누전 여부를 판정하는 데에 이용될 수 있다.
제어부(270)는 제1 검출 전압(V1)과 제2 검출 전압(V2)을 기초로, 배터리 어셈블리(Batt)의 양극과 음극 사이의 전압(VB)을 연산할 수 있다.
제3 전압 분배부(230)는 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제3 전압 분배부(230)는 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 인가된 전압에 대응하는 제3 검출 전압(V3)을 생성하도록 구성된다. 구체적으로, 제3 전압 분배부(230)는 제3 전압 분배기 및 제3 스위치(SW3)를 포함할 수 있다. 제3 전압 분배기는 서로 직렬 연결 가능하도록 구성된 제3 보호 저항(R31) 및 제3 검출 저항(R32)을 포함할 수 있다. 제3 스위치(SW3)는 후술할 제어부(270)로부터 출력되는 신호에 응답하여, 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 인가된 전압을 제3 전압 분배기에 선택적으로 인가하도록 구성된다. 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 인가된 전압은, 제3 스위치(SW3)가 닫힌 상태일 때 제3 전압 분배기에 의해 분배된다. 상기 제3 검출 전압(V3)은 제3 검출 저항(R32)의 양단에 인가되는 전압을 의미한다. 도 3에는 제3 스위치(SW3)가 제3 보호 저항(R31)과 제3 검출 저항(R32) 사이에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이들 간의 연결 순서를 한정하는 것은 아니다.
제4 전압 분배부(240)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제4 전압 분배부(240)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 인가된 전압 즉, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)에 대응하는 제4 검출 전압(V4)을 생성하도록 구성된다.
구체적으로, 제4 전압 분배부(240)는 제4 전압 분배기 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다. 제4 전압 분배기는 서로 직렬 연결 가능하도록 구성된 제4 보호 저항(R41) 및 제4 검출 저항(R42)을 포함할 수 있다. 제4 스위치(SW4)는 후술할 제어부(270)로부터 출력되는 신호에 응답하여, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 인가된 전압을 제4 전압 분배기에 선택적으로 인가하도록 구성된다. 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 인가된 전압(VB)은, 제4 스위치(SW4)가 닫힌 상태일 때 제4 전압 분배기에 의해 분배된다. 상기 제4 검출 전압(V4)은 제4 검출 저항(R42)의 양단에 인가되는 전압을 의미한다. 도 3에는 제4 스위치(SW4)가 제4 보호 저항(R41)과 제4 검출 저항(R42) 사이에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이들 간의 연결 순서를 한정하는 것은 아니다.
제어부(270)는 제4 검출 전압(V4)을 기초로, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)을 연산할 수 있다.
제4 보호 저항(R41)의 저항값과 제4 검출 저항(R42)의 저항값 간의 비율은, 제3 보호 저항(R31)의 저항값과 제3 검출 저항(R32)의 저항값 간의 비율과 동일하게 설계될 수 있다. 예컨대, 제4 보호 저항(R41)의 저항값과 제3 보호 저항(R31)의 저항값은 서로 동일하고, 제4 검출 저항(R42)의 저항값과 제3 검출 저항(R32)의 저항값은 서로 동일할 수 있다. 이때, 고전압으로부터 제4 검출 저항(R42)과 제3 검출 저항(R32)을 보호하기 위해, 제4 보호 저항(R41)과 제3 보호 저항(R31) 각각의 저항값은, 제4 검출 저항(R42)과 제3 검출 저항(R32) 각각의 저항값보다 충분히 크게 설계될 수 있다.
제3 전압 분배부(230)는 제1 컨택터(SWC1) 및/또는 제2 컨택터(SWC2)의 고장 여부를 진단하는 데에 이용될 수 있다. 제4 전압 분배부(240)는 배터리 모듈(100)의 누전 여부와 제1 컨택터(SWC1) 및/또는 제2 컨택터(SWC2)의 고장 여부를 진단하는 데에 이용될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 진단 장치(200)에 추가적으로 포함될 수 있는 다양한 회로들의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 4를 참조하면, 진단 장치(200)는 제5 전압 분배부(250) 및 제6 전압 분배부(260) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제5 전압 분배부(250)는 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제5 전압 분배부(250)는 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 인가된 전압에 대응하는 제5 검출 전압(V5)을 생성하도록 구성된다. 구체적으로, 제5 전압 분배부(250)는 제5 전압 분배기 및 제5 스위치(SW5)를 포함할 수 있다. 제5 전압 분배기는 서로 직렬 연결 가능하도록 구성된 제5 보호 저항(R51) 및 제5 검출 저항(R52)을 포함할 수 있다. 제5 스위치(SW5)는 후술할 제어부(270)로부터 출력되는 신호에 응답하여, 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 인가된 전압을 제5 전압 분배기에 선택적으로 인가하도록 구성된다. 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 인가된 전압은, 제5 스위치(SW5)가 닫힌 상태일 때 제5 전압 분배기에 의해 분배된다. 상기 제5 검출 전압(V5)은 제5 검출 저항(R52)의 양단에 인가되는 전압을 의미한다. 도 4에는 제5 스위치(SW5)가 제5 보호 저항(R51)과 제5 검출 저항(R52) 사이에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이들 간의 연결 순서를 한정하는 것은 아니다.
제6 전압 분배부(260)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제6 전압 분배부(260)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 인가된 전압에 대응하는 제6 검출 전압(V6)을 생성하도록 구성된다. 구체적으로, 제6 전압 분배부(260)는 제6 전압 분배기 및 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다. 제6 전압 분배기는 서로 직렬 연결 가능하도록 구성된 제6 보호 저항(R61) 및 제6 검출 저항(R62)을 포함할 수 있다. 제6 스위치(SW6)는 후술할 제어부(270)로부터 출력되는 신호에 응답하여, 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 인가된 전압을 제6 전압 분배기에 선택적으로 인가하도록 구성된다. 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 인가된 전압은, 제6 스위치(SW6)가 닫힌 상태일 때 제6 전압 분배기에 의해 분배된다. 상기 제6 검출 전압(V6)은 제6 검출 저항(R62)의 양단에 인가되는 전압을 의미한다. 도 3에는 제6 스위치(SW6)가 제6 보호 저항(R61)과 제6 검출 저항(R62) 사이에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이들 간의 연결 순서를 한정하는 것은 아니다.
제5 보호 저항(R51)의 저항값과 제5 검출 저항(R52)의 저항값 간의 비율은, 제6 보호 저항(R61)의 저항값과 제6 검출 저항(R62)의 저항값 간의 비율과 동일하게 설계될 수 있다. 예컨대, 제5 보호 저항(R51)의 저항값과 제6 보호 저항(R61)의 저항값은 서로 동일하고, 제5 검출 저항(R52)의 저항값과 제6 검출 저항(R62)의 저항값은 서로 동일할 수 있다. 이때, 고전압으로부터 제5 검출 저항(R52)과 제6 검출 저항(R62)을 보호하기 위해, 제5 보호 저항(R51)과 제6 보호 저항(R61) 각각의 저항값은, 제5 검출 저항(R52)과 제6 검출 저항(R62) 각각의 저항값보다 충분히 크게 설계될 수 있다.
제5 전압 분배부(250)는 제2 컨택터(SWC2)의 고장 여부를 판정하는 데에 이용될 수 있다. 제6 전압 분배부(260)는 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)의 고장 여부를 판정하는 데에 이용될 수 있다.
도 3 및 도 4와 관련하여, 진단 장치(200)는 기본적으로 제1 전압 분배부(210), 제2 전압 분배부(220), 제3 전압 분배부(230) 및 제어부(270)를 포함하고, 구현예에 따라 제4 전압 분배부(240), 제5 전압 분배부(250) 및 제6 전압 분배부(260) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 제1 내지 제6 스위치(SW1~SW6), 컨택터들(SWC1, SWC2), 전력 라인들(L1, L2)의 저항값은 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정한다.
도 5는 진단 장치(200)의 동작을 제어하는 제어부(270)의 기능적 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 진단 장치(200)의 제어부(270)는 마이크로프로세서(271), 멀티플렉서(272) 및 ADC(273)를 포함할 수 있다. ADC(273)는 아날로그 디지털 변환기(analog-digital converter)를 칭한다.
마이크로프로세서(271)는 진단 장치(200)의 전반적인 동작을 관리할 수 있다. 마이크로프로세서(271)는 진단 장치(200)에 포함된 다른 구성들과 통신 가능하게 연결되어, 전원 시스템(10)과 관련된 신호의 송수신을 담당한다.
마이크로프로세서(271)는 적어도 하나의 컨택터(SWC1, SWC2)와 복수의 스위치들(SW1~SW6)의 동작 상태를 지정하는 신호를 출력할 수 있다. 즉, 마이크로프로세서(271)는 적어도 하나의 컨택터(SWC1, SWC2)와 복수의 스위치들(SW1~SW6)을 개별적으로 제어하여, 각각이 열린 상태 또는 닫힌 상태가 되도록 유도할 수 있다. 마이크로프로세서(271)는 미리 정해진 규칙에 따라, 제1 내지 제6 검출 전압(V1~V6) 중 적어도 하나의 선택을 명령하는 신호(S)를 출력할 수 있다.
마이크로프로세서(271)에는 적어도 하나의 메모리가 내장될 수 있다. 메모리에는 진단 장치(200)에 의해 수행되는 다양한 동작과 관련된 프로그램과 데이터가 미리 저장될 수 있다. 예컨대, 메모리에는 제1 내지 제6 전압 분배부(210, 220, 230, 240, 250, 260) 각각에 포함된 저항들의 저항값이 저장될 수 있다. 다른 예로, 메모리에는 검출 전압들을 측정하고, 측정된 결과를 기초로 여러 유형의 사고 발생 여부를 판정하기 위한 데이터와 소프트웨어가 미리 기록될 수 있다.
멀티플렉서(272)는 복수의 전압 입력 포트(I1~I6), 선택 입력 포트(IS) 및 출력 포트(OUT)를 포함한다. 전압 생성부들에 의해 생성된 검출 전압들(V1~V6)은 각각 전압 입력 포트들(I1~I6)에 인가될 수 있다.
마이크로프로세서(271)로부터 출력된 신호(S)는 선택 입력 포트(IS)로 입력된다. 멀티플렉서(272)는 선택 입력 포트(IS)에 입력된 신호(S)를 기초로, 복수의 전압 입력 포트(I1~I6) 중 어느 하나를 선택한 다음, 선택된 전압 입력 포트를 출력 포트(OUT)에 연결한다. 즉, 멀티플렉서(272)는 검출 전압들(V1~V6) 중 하나를 선택적으로 출력하도록 구성된다.
ADC(273)는 멀티플렉서(272)로부터 제공되는 아날로그 신호(A)를 디지털 신호(D)로 변환한 후 마이크로프로세서(271)에 전달한다. 상기 아날로그 신호(A)는, 검출 전압들(V1~V6) 중 어느 하나일 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 마이크로프로세서(271)는 ADC(273)로부터 수신된 디지털 신호(D)를 기초로, 검출 전압들(V1~V6)을 개별적으로 측정할 수 있다. 예컨대, 마이크로프로세서(271)는, 마이크로프로세서(271)의 명령에 따라 멀티플렉서(272)에 의해 전압 입력 포트(I1)와 출력 포트(OUT)가 연결된 상태에서, ADC(273)로부터 전송되는 디지털 신호(D)를 기초로, 검출 전압(V1)을 측정할 수 있다.
마이크로프로세서(271)는 검출 전압들(V1~V6)에 대한 측정 결과를 기초로, 배터리 모듈(100)의 누전 여부 및/또는 적어도 하나의 컨택터의 고장 여부를 각각 판정하고, 각 판정 결과의 통지하는 알람 신호(W1, W2)를 출력할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치(200)가 배터리 모듈(100)의 누전 여부를 판정하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)은 미리 측정되어 있는 것으로 가정한다.
도 6은 전원 시스템(10) 내에 형성된 제1 회로(600)를 보여준다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 제어부(270)는 제1 스위치(SW1)는 닫힌 상태로 하고 나머지 스위치들(SW2~SW6)과 컨택터들(SWC1, SWC2) 중 적어도 제2 스위치(SW2)는 열린 상태로 하여, 제1 회로(600)를 형성할 수 있다. 제어부(270)는 제1 회로(600)가 형성되어 있는 동안, 제1 전압 분배부(210)로부터 제공되는 제1 검출 전압(V1)을 측정할 수 있다.
배터리 어셈블리(Batt)의 양극이 누전될 경우, 제1 절연 저항(Ra)의 저항값은 비누전 시에 비하여 매우 작아진다. 이에 따라, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)의 대부분은 제2 절연 저항(Rb)에 인가되므로, 누전 시에 측정되는 제1 검출 전압(V1)의 크기는 비누전 시에 측정된 값보다 작아지게 된다.
도 7은 전원 시스템(10) 내에 형성된 제2 회로(700)를 보여준다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 제어부(270)는 제2 스위치(SW2)는 닫힌 상태로 하고 나머지 스위치들(SW1, SW3~SW6)과 컨택터들(SWC1, SWC2) 중 적어도 제1 스위치(SW1)는 열린 상태로 하여, 제2 회로(700)를 형성할 수 있다. 제어부(270)는 제2 회로(700)가 형성되어 있는 동안, 제2 전압 분배부(220)로부터 제공되는 제2 검출 전압(V2)을 측정할 수 있다.
배터리 어셈블리(Batt)의 음극이 누전될 경우, 제2 절연 저항(Rb)의 저항값은 비누전 시에 비하여 매우 작아진다. 이에 따라, 배터리 어셈블리(Batt)의 음극의 누전 시, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)의 대부분은 제1 절연 저항(Ra)에 인가되므로, 누전 시에 측정되는 제2 검출 전압(V2)의 크기는 비누전 시에 측정된 값보다 작아지게 된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치(200)가 적어도 하나의 컨택터의 고장 여부를 판정하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 제1 절연 저항(Ra) 및 제2 절연 저항(Rb)의 도시를 생략하였으며, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)은 미리 측정되어 있는 것으로 가정한다.
도 8은 제1 컨택터(SWC1)의 고장으로 인한 단선(open) 여부를 판정하기 위해 전원 시스템(10) 내에 형성된 제3 회로(800)를 보여준다. 도 2및 도 3을 함께 참조하면, 제어부(270)는 제3 스위치(SW3) 및 제1 컨택터(SWC1)는 닫힌 상태로 제어하고 나머지 스위치들과 제2 컨택터(SWC2) 중 적어도 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제2 컨택터(SWC2)는 열린 상태로 제어하여, 제3 회로(800)를 형성할 수 있다. 제3 회로(800)에서, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제2 컨택터(SWC2)는 열린 상태이므로, 제1 보호 커패시터(C1)와 제2 보호 커패시터(C2)는 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 인가되는 전압에 영향을 끼치지 않을 수 있다. 제어부(270)는 제3 회로(800)가 형성되어 있는 동안, 제3 전압 분배부(230)로부터 제공되는 제3 검출 전압(V3)을 측정할 수 있다.
제어부(270)는 미리 측정되어 있는 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)과 제3 회로(300)로부터 측정된 제3 검출 전압(V3)을 비교하여, 제1 컨택터(SWC1)의 단선 여부를 판정할 수 있다. 일 예로, 제3 검출 전압(V3)이 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)보다 미리 주어진 제1 설정값 이상 작은 경우, 제1 컨택터(SWC1)의 단선 고장이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
도 9는 제1 컨택터(SWC1)의 고장으로 인한 단락(short) 여부를 판정하기 위해 전원 시스템(10) 내에 형성된 제4 회로(900)를 보여준다. 고정으로 인해 단락된 상태를 'stuck closed status'라고 명명할 수도 있다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 제어부(270)는 제3 스위치(SW3)는 닫힌 상태로 제어하고 나머지 스위치들 중 적어도 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)와 제1 컨택터(SWC1) 및 제2 컨택터(SWC2)는 열린 상태로 제어하여, 제4 회로(900)를 형성할 수 있다. 제4 회로(900)에서, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제2 컨택터(SWC2)는 열린 상태이므로, 제1 보호 커패시터(C1)와 제2 보호 커패시터(C2)는 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 인가되는 전압에 영향을 끼치지 않을 수 있다. 제어부(270)는 제4 회로(900)가 형성되어 있는 동안, 제3 전압 분배부(230)로부터 제공되는 제3 검출 전압(V3)을 측정할 수 있다.
제어부(270)는 미리 측정되어 있는 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)과 제4 회로(900)로부터 측정된 제3 검출 전압(V3)을 비교하여, 제1 컨택터(SWC1)의 단락 여부를 판정할 수 있다. 일 예로, 제3 검출 전압(V3)과 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB) 간의 차이가 미리 주어진 제2 설정값 이하인 경우, 제1 컨택터(SWC1)의 단락이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
도 8 및 도 9에서는 제1 컨택터(SWC1)의 고장 여부 판정을 위한 회로들(800, 900)을 중심으로 설명하였으나, 유사한 방식으로 제3 전압 분배부(230) 대신 제5 전압 분배부(250)를 이용하여 제2 컨택터(SWC2)의 고장 여부를 판정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(270)는 제2 컨택터(SWC2)의 단선 여부를 판정하기 위해, 제5 스위치(SW5) 및 제2 컨택터(SWC2)는 닫힌 상태로 하고 나머지 스위치들과 제2 컨택터(SWC2) 중 적어도 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제1 컨택터(SWC1)는 열린 상태로 한 동안에 측정되는 제5 검출 전압(V5)이 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)보다 미리 주어진 제3 설정값 이상 작은 경우, 제1 컨택터(SWC1)의 단선 고장이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
또는, 제2 컨택터(SWC2)의 단락 여부를 판정하기 위해, 제5 스위치(SW5)는 닫힌 상태로 하고 나머지 스위치들 중 적어도 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)와 제1 컨택터(SWC1) 및 제2 컨택터(SWC2)는 열린 상태로 한 동안에 측정되는 제5 검출 전압(V5)과 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB) 간의 차이가 미리 주어진 제4 설정값 이하인 경우, 제2 컨택터(SWC2)의 단락이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치(200)에 의해 형성할 수 있는 회로들을 예시하고, 도 12 및 도 13은 도 10 및 도 11에 도시된 회로들과 관련된 그래프들이다. 설명의 편의를 위해, 제1 절연 저항(Ra) 및 제2 절연 저항(Rb)의 도시를 생략하였으며, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)은 미리 측정되어 있는 것으로 가정한다.
도 10과 함께 도 2 및 도 3을 참조하면, 전원 시스템(10) 내에 형성된 제5 회로(1000)를 확인할 수 있다. 제5 회로(1000)는, 제1 스위치(SW1)와 제3 스위치(SW3)는 닫힌 상태이고 제2 스위치(SW2), 제1 컨택터(SWC1) 및 제2 컨택터(SWC2)는 열린 상태인 동안에 형성되는 회로이다. 제5 회로(1000)는, 양극, 제1 노드(N1), 제1 전압 분배부(210), 접지(2), 제1 보호 커패시터(C1), 제3 노드(N3) 및 제3 전압 분배부(230)로 이루어진 폐회로이다. 이하에서는, 제5 회로(1000)가 연속적으로 유지되는 구간을 '제1 스위칭 주기'라고 칭하기로 한다.
도시된 것과 같이, 제5 회로(1000)가 형성되면, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)에 의해, 배터리 어셈블리(Batt)의 양극에서 음극을 향하는 방향으로 전류(I1)가 흘러 제1 보호 커패시터(C1)의 충전이 이루어진다. 제1 보호 커패시터(C1)가 점차적으로 충전됨에 따라, 제3 검출 전압(V3)은 양의 값을 가지면서 점차적으로 작아진다. 예컨대, 제5 회로(1000)가 오랜시간 동안 유지될 경우, 제1 보호 커패시터(C1)의 전압은 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)과 동일해지고, 결국 제3 검출 전압(V3)은 0V가 될 것이다.
도 11과 함께 도 2 및 도 3을 참조하면, 전원 시스템(10) 내에 형성된 제6 회로(1100)를 확인할 수 있다. 제6 회로(1100)는, 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)는 닫힌 상태이고 제1 스위치(SW1), 제1 컨택터(SWC1) 및 제2 컨택터(SWC2)는 열린 상태인 동안에 형성되는 회로이다. 제6 회로(1100)는, 제2 노드(N2), 제2 전압 분배부(220), 접지(2), 제1 보호 커패시터(C1), 제3 노드(N3) 및 제3 전압 분배부(230)로 이루어진 폐회로이다. 이하에서는, 제6 회로(1100)가 연속적으로 유지되는 구간을 '제2 스위칭 주기'라고 칭하기로 한다.
도시된 바와 같이, 제6 회로(1100)가 형성되면, 제1 보호 커패시터(C1)의 방전이 이루어지면서 전류(I2)가 흐름에 따라, 제3 검출 저항(R32)에 역방향의 전압이 인가된다. 즉, 제어부(270)에 의해 검출되는 제3 검출 전압(V3)은 음의 값을 가지게 된다. 이 경우, 제1 보호 커패시터(C1)가 점차적으로 방전됨에 따라, 제3 검출 전압(V3)은 0V를 향해 증가한다.
전술할 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기의 길이는 같게 설정될 수 있다. 이와 함께 또는 별개로, 제어부(270)는 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)를 모두 열린 상태로 제어하면서, 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기를 교번하여 실행할 수 있다. 예컨대, 제1 스위칭 주기 → 제2 스위칭 주기 → 제1 스위칭 주기 → 제2 스위칭 주기의 순서로 진행될 수 있다.
후술하겠지만, 제5 회로(1000)는 제1 회로(600)가 형성되어 있는 동안에 형성될 수 있다. 즉, 제1 회로(600)가 형성되어 있는 기간과 제5 회로(1000)가 형성되어 있는 기간은 서로 적어도 일부분이 겹칠 수 있다. 또한, 제6 회로(1100)는 제2 회로(700)가 형성되어 있는 동안에 형성될 수 있다. 즉, 제2 회로(700)가 형성되어 있는 기간과 제6 회로(1100)가 형성되어 있는 기간은 서로 적어도 일부분이 겹칠 수 있다. 이에 따르면, 제1 회로(600) 및 제2 회로(700)를 이용하여 배터리 모듈(100)의 누전 여부를 판정하는 동안에, 제5 회로(1000) 및 제6 회로(1100)를 이용하여 제1 컨택터(SWC1) 및 제2 컨택터(SWC2)의 단락 여부를 판정하는 것이 가능하다.
이하에서는, 제어부(270)가 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)를 모두 열린 상태로 제어하는 구간을 '비활성 구간'이라고 칭하고, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)가 모두 닫힌 상태로 제어하는 구간을 '활성 구간'이라고 칭하기로 하며, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)은 일정하게 유지되는 것으로 가정한다. 이에 따라면, 전술한 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기는 모두 비활성 구간 내에 속한다. 또한, 상기 활성 구간 동안에는 배터리 모듈(100)과 부하(400) 사이의 전력 공급이 가능하고, 상기 비활성 구간 동안에는 배터리 모듈(100)과 부하(400) 사이의 전력 공급이 차단된다는 것은 당업자에게 자명하다.
도 12 및 도 13에서, T0 전과 T2 후는 활성 구간에 속하고, T0부터 T2까지는 비활성 구간에 속한다. 도 12 및 도 13의 비활성 구간에서, 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기가 서로 중첩되지 않는 시간 동안 각각 한번씩 실행되는 것으로 가정한다. 물론, 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기 중 적어도 하나는, 비활성 구간 동안 2번 이상 실행될 수도 있다.
먼저 도 12는 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)에 고장으로 인한 단락이 발생하지 않은 정상 상태인 경우, 제3 검출 전압(V3)의 시간에 따른 변화를 나타내는 패턴을 보여준다. 상세하게는, T0 전과 T2 후에는, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)를 통해 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)이 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 인가되므로, 제3 검출 전압(V3)은 일정한 양의 값(VS)으로 유지될 수 있다.
도 10에 도시된 제5 회로(1000)가 형성되는 T0부터 T1까지의 제1 스위칭 주기 동안에, 제어부(270)는 시간에 따라 제3 검출 전압(V3)을 다수번 측정한 값들을 포함하는 제1 패턴을 기록할 수 있다.
도 11에 도시된 제6 회로(1100)가 형성되는 T1부터 T2까지의 제2 스위칭 주기 동안에, 제어부(270)는 시간에 따라 제3 검출 전압(V3)의 다수번 측정한 값들을 포함하는 제2 패턴을 기록할 수 있다. 이때, 제2 패턴은 제1 패턴과는 별도로 기록될 수 있다.
도 12에 도시된 것과 같이, 제1 패턴은 양의 값(즉, 0V 초과)을 가지면서 점차적으로 감소하는 패턴이고, 제2 패턴은 음의 값(즉, 0V 미만)을 가지면서 점차적으로 증가하는 패턴일 수 있다.
제어부(270)는 제1 스위칭 주기 동안 기록된 제1 패턴이 도 12에 도시된 것과 같은 형태를 따르는 경우, 제1 컨택터(SWC1)를 정상 상태로 판정할 수 있다.
제어부(270)는 제2 스위칭 주기 동안 기록된 패턴이 도 12에 도시된 것과 같은 형태를 따르는 경우, 제2 컨택터(SWC2)를 정상 상태로 판정할 수 있다.
제어부는 제1 스위칭 주기 동안 기록된 제1 패턴과 제2 스위칭 주기 동안 기록된 제2 패턴이 모두 도 12에 도시된 것과 같은 형태를 따르는 경우, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 모두를 정상 상태로 판정할 수 있다.
한편, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 중 제1 컨택터(SWC1)만이 고장으로 인해 단락된 경우, 제어부(270)에 의해 지정된 비활성 구간임에도 제1 컨택터(SWC1)를 통해 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3)가 전기적으로 연결된다. 이 경우, 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)가 제3 전압 분배부(230)에 인가되므로, 제3 검출 전압(V3)은 도 12에 도시된 것과 같은 제1 패턴을 따르지 않게 된다.
또한, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 중 제2 컨택터(SWC2)만이 고장으로 인해 단락된 경우, 제어부(270)에 의해 지정된 비활성 구간임에도 제2 컨택터(SWC2)를 통해 제2 노드(N2)와 제4 노드(N4)가 전기적으로 연결된다. 이 경우, 제2 전압 분배부(220)와 제2 보호 커패시터(C2)가 병렬 연결되어, 제3 검출 전압(V3)은 도 12에 도시된 것과 같은 제2 패턴을 따르지 않게 된다. 예컨대, 제3 검출 전압(V3)이 0V 이상이 될 수 있다.
다음으로, 도 13은 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)가 모두 고장으로 인해 단락된 경우, 제3 검출 전압(V3)의 시간에 따른 변화를 나타내는 패턴을 보여준다. 도 12와 마찬가지로, T0 전과 T2 후에는, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)를 통해 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)이 제3 노드(N3)와 제2 노드(N2) 사이에 인가되므로, 제3 검출 전압(V3)은 양의 값(VS)으로 일정하게 유지될 수 있다.
그러나, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 둘 다 단락인 경우, 제어부(270)에 의해 지정된 비활성 구간임에도 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)는 모두 닫힌 상태로 유지된다. 이에 따라, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭 주기와 제2 스위칭 주기가 교번하여 실행되는 T0부터 T2까지 제3 검출 전압(V3)은 일정한 값(VS)으로 유지될 수 있으며, 이는 도 12에 도시된 제3 검출 전압(V3)의 연속적인 변화 패턴과는 분명히 대조되는 것이다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2)가 단락되지 않았다면, 제1 스위칭 주기 또는 제2 스위칭 주기가 실행 중인 경우, 제3 검출 전압(V3)은 시간에 따라 변화함을 확인할 수 있다. 이에 따라, 제1 스위칭 주기 또는 제2 스위칭 주기 동안에는 미리 측정된 배터리 어셈블리(Batt)의 전압(VB)과 비교되는 제3 검출 전압(V3)의 값을 특정하는 것이 어렵다. 따라서, 제1 스위칭 주기 또는 제2 스위칭 주기 동안에는, 시간에 따라 변화하는 제3 검출 전압(V3)을 다수번 측정한 값들을 포함하는 패턴을 기록하고, 기록된 패턴을 기초로 제1 컨택터(SWC1)와 제2 컨택터(SWC2) 각각의 단락 여부를 동시에 또는 순차적으로 판정하는 것이 가능하다.
결과적으로, 배터리 모듈(100)의 누전 여부를 판정하는 제1 진단 기능과 컨택터들(SWC1, SWC2) 중 적어도 하나의 단락 여부를 판정하는 제2 진단 기능을 서로 겹치지 않는 다른 기간에 실행하지 않아도 된다. 즉, 제1 진단 기능이 실행되는 중에도 제2 진단 기능을 실행하거나, 제2 진단 기능이 실행되는 중에도 제1 진단 기능을 실행할 수 있다.
물론, 경우에 따라, 제1 진단 기능과 제2 진단 기능 각각이 실행되는 기간이 서로 겹치지 않도록 제어부(270)에 의해 제어될 수도 있다.
다시 도 5를 참조하면, 제어부(270)는 상기 제1 진단 기능의 실행 결과를 통지하는 제1 알람 신호(W1) 및/또는 상기 제2 진단 기능의 실행 결과를 통지하는 제2 알람 신호(W2)를 출력할 수 있다.
제어부(270)로부터 출력된 제1 알람 신호(W1)와 제2 알람 신호(W2)는 전원 시스템(10) 및/또는 전기 자동차(1)에 구비된 정보 안내 장치(미도시)를 통해 사용자가 인지할 수 있는 형태로 변환될 수 있다. 예를 들어, 정보 안내 장치는 상기 알람 신호(W1, W2)를 시각적 및/또는 청각적 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (12)

  1. 배터리 어셈블리, 제1 컨택터, 제2 컨택터, 제1 보호 커패시터 및 제2 보호 커패시터를 포함하는 전원 시스템을 위한 진단 장치에 있어서,
    상기 배터리 어셈블리의 양극과 상기 제1 컨택터의 일단이 공통 접속되는 제1 노드 및 상기 전원 시스템의 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하여 제1 검출 전압을 생성하도록 구성된 제1 전압 분배부;
    상기 배터리 어셈블리의 음극과 상기 제2 컨택터의 일단이 공통 접속되는 제2 노드와 상기 접지 사이에 연결되고, 상기 제2 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하여 제2 검출 전압을 생성하도록 구성된 제2 전압 분배부;
    상기 제1 보호 커패시터의 일단과 상기 제1 컨택터의 타단이 공통 접속되는 제3 노드 및 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제3 노드와 상기 제2 노드 사이의 전압을 분배하여 제3 검출 전압을 생성하도록 구성된 제3 전압 분배부; 및
    상기 제1 컨택터, 상기 제2 컨택터 및 상기 제1 내지 제3 전압 분배부를 제어하도록 구성된 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 컨택터와 상기 제2 컨택터가 열린 상태로 제어되는 비활성 구간 동안에 제1 진단 기능 및 제2 진단 기능을 실행하되,
    상기 제1 진단 기능은 상기 제1 검출 전압 및 상기 제2 검출 전압을 기초로 상기 배터리 어셈블리의 누전 여부를 판정하는 기능이고,
    상기 제2 진단 기능은 상기 제3 검출 전압을 기초로 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터 중 적어도 하나의 단락 여부를 판정하는 기능인, 진단 장치.
  2. 제항에 있어서,
    상기 제1 전압 분배부는,
    상기 제1 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하는 제1 보호 저항 및 제1 검출 저항으로 구성된 제1 전압 분배기; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 신호에 응답하여, 상기 제1 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 상기 제1 전압 분배기에 선택적으로 인가하는 제1 스위치;를 포함하고,
    상기 제2 전압 분배부는,
    상기 제2 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 분배하는 제2 보호 저항 및 제2 검출 저항으로 구성된 제2 전압 분배기; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 신호에 응답하여, 상기 제2 노드와 상기 접지 사이에 인가된 전압을 상기 제2 전압 분배기에 선택적으로 인가하는 제2 스위치;를 포함하고,
    상기 제1 검출 저항은 상기 제1 스위치가 닫힌 상태인 경우에 상기 제1 검출 전압을 생성하고,
    상기 제2 검출 저항은 상기 제2 스위치가 닫힌 상태인 경우에 상기 제2 검출 전압을 생성하는, 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 전압 분배부는,
    상기 제3 노드와 상기 제2 노드에 인가된 전압을 분배하는 제3 보호 저항 및 제3 검출 저항으로 구성된 제3 전압 분배기; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 신호에 응답하여, 상기 제3 노드와 상기 제2 노드에 인가된 전압을 상기 제3 전압 분배기에 선택적으로 인가하는 제3 스위치;를 포함하고,
    상기 제3 검출 저항은 상기 제3 스위치가 닫힌 상태인 경우에 상기 제3 검출 전압을 생성하는, 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비활성 구간은,
    상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되고 상기 제2 스위치는 열린 상태로 제어되는 제1 스위칭 주기를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭 주기 동안 시간에 따라 다수번 측정된 상기 제3 검출 전압의 값들을 포함하는 제1 패턴을 기록하고,
    상기 제1 패턴을 기초로, 상기 제1 컨택터의 단락 여부를 판정하는, 진단 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 비활성 구간은,
    상기 제1 스위치는 열린 상태로 제어되고 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되는 제2 스위칭 주기를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 스위칭 주기 동안 시간에 따라 다수번 측정된 상기 제3 검출 전압의 값들을 포함하는 제2 패턴을 기록하고,
    상기 제2 패턴을 기초로, 상기 제2 컨택터의 단락 여부를 판정하는, 진단 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 비활성 구간은,
    상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되고 상기 제2 스위치는 열린 상태로 제어되는 제1 스위칭 주기; 및 상기 제1 스위치는 열린 상태로 제어되고 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치는 닫힌 상태로 제어되는 제2 스위칭 주기;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭 주기 동안 상기 제3 검출 전압이 양의 값을 가지면서 점차적으로 감소하고, 상기 제2 스위칭 주기 동안 상기 제3 검출 전압이 음의 값을 가지면서 점차적으로 증가하는 경우, 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터를 정상 상태로 판정하는, 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위칭 주기 또는 상기 제2 스위칭 주기 동안, 상기 제3 검출 전압의 값이 일정하게 유지되는 경우, 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터가 고장으로 인해 단락된 것으로 판정하는, 진단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    마이크로프로세서;
    상기 마이크로프로세서로부터 제공되는 신호에 응답하여, 상기 제1 내지 제3 검출 전압 중 적어도 하나를 선택하도록 구성된 멀티 플렉서; 및
    상기 멀티 플렉서에 의해 선택된 검출 전압을 디지털 신호로 변환한 후 상기 마이크로프로세서로 전송하는 ADC;를 포함하는, 진단 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호 커패시터와 상기 제2 보호 커패시터 각각의 타단은 상기 접지에 공통 접속되는, 진단 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 진단 기능의 실행 결과를 통지하는 제1 알람 신호 및 상기 제2 진단 기능의 실행 결과를 통지하는 제2 알람 신호를 출력하는, 진단 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 진단 장치;
    를 포함하는, 전원 시스템.
  12. 제11항에 따른 상기 전원 시스템;
    을 포함하는, 전기 자동차.
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