WO2021107627A1 - 회로 진단 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a circuit diagnosis apparatus and a battery pack including the same, and more particularly, to a circuit diagnosis apparatus for determining whether a battery pack is defective based on signal conversion using a DC-DC converter, and a battery pack including the same is about
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they are free to charge and discharge and have very high self-discharge rates It is attracting attention due to its low energy density and high energy density.
  • a battery pack having such a battery is connected to devices such as the electronic product, the electric vehicle, and the storage battery for energy storage, and serves to connect the battery and the device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a first comparative example. Specifically, FIG. 1 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a conventional battery pack connected to a load.
  • the battery pack of Comparative Example 1 includes a battery B, a main switch SW, a micro controller unit (MCU), and a high side driver integrated circuit (HSD IC), and is to be connected to a load.
  • a battery B a main switch SW
  • MCU micro controller unit
  • HSD IC high side driver integrated circuit
  • the MCU can output control signal to HSD IC through La line.
  • the control signal may be a pulse width modulation (PWM) signal.
  • the HSD IC may output a control signal corresponding to the received PWM signal to the main switch SW through the Lb line.
  • the operation state of the main switch SW receiving the control signal is converted to a turn-on state, so that the current output from the battery B may flow as a load.
  • the HSD IC may measure the voltage at one end of the main switch SW through the Lc line and measure the voltage at the other end of the main switch SW through the Ld line.
  • the HSD IC may determine whether a defect has occurred in the battery pack by calculating a difference between the measured voltage at one end of the main switch SW and the voltage at the other end.
  • the HSD IC may measure the voltage at the other end of the main switch SW as 0 [V] through the Ld line. In this case, since the voltage at one end of the main switch SW measured through the Lc line and the voltage at the other end of the main switch SW measured through the Ld line are different from each other, the HSD IC determines that the battery pack is defective. can do.
  • the HSD IC can be operated only when the PWM signal is received from the MCU. That is, the PWM signal output from the MCU may be a wake-up signal for driving the HSD IC.
  • the HSD IC may be designed to diagnose whether the battery pack is defective after a predetermined time has elapsed after receiving a signal from the MCU in order to secure stability.
  • the time from when the HSD IC receives a signal from the MCU to the point at which it can diagnose whether a fault has occurred in the battery pack is called a blank time. That is, the blank time refers to a time taken from when the HSD IC receives a driving signal until it is actually driven. The blank time will be described in more detail with reference to FIG. 2 .
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a blank time of an HSD IC in the battery pack of Comparative Example 1;
  • the HSD IC receives a control signal from the MCU, and tB from t1, t3, and t5 may be the blank time.
  • the HSD IC has a problem in that it is not possible to determine whether a defect has occurred in the battery pack during such a blank time. That is, in the embodiment of FIG. 2 , the HSD IC may determine whether the battery pack is defective only at a time point other than the blank time.
  • the voltage at one end of the main switch SW may be different from the voltage at the other end of the main switch SW.
  • the voltage at one end of the main switch SW may be the same as the voltage at the battery B, and the voltage at the other end of the main switch SW may be 0 [V].
  • the short occurs during the blank time of the HSD IC, there is a fatal problem in that the HSD IC cannot diagnose whether the battery pack is defective.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a circuit diagnosis apparatus for determining whether a defect has occurred in a battery pack without using an HSD IC.
  • a circuit diagnosis apparatus is an apparatus for diagnosing a circuit state of a battery pack including a battery cell and a main relay connected in series, and generates a first signal having a preset duty cycle according to a predetermined output frequency.
  • a control unit configured to output through a first line connected to the relay; and further connected to the first line to receive the first signal through the first line, and output from the battery cell whenever the operation state of the main relay is switched to a turn-on state by the first signal and a DC-DC converter configured to receive the second signal, convert the first signal and the second signal, and transmit the converted first and second converted signals to the controller.
  • the control unit receives the first converted signal and the second converted signal from the DC-DC converter, determines whether the first converted signal and the second converted signal are the same, and based on the determination result, the It may be configured to determine whether the battery pack is defective.
  • the DC-DC converter may be configured to convert voltage levels of the first signal and the second signal to the same level.
  • the control unit may be configured to compare at least one of a duty cycle and a frequency of the first converted signal and the second converted signal to determine whether the first converted signal and the second converted signal are the same.
  • the controller determines that there is no defect in the battery pack, and when it is determined that the first converted signal and the second converted signal are not the same , to determine that a defect exists in the battery pack.
  • the second signal may be a signal outputted from the battery cell and inputted to the DC-DC converter through the main relay when the operation state of the main relay is converted to a turn-on state by the first signal.
  • the main relay may include a first relay terminal connected to the battery cell; a second relay terminal connected to the control unit through the first line; and a third relay terminal connected to the DC-DC converter.
  • the DC-DC converter may include: a first input terminal connected to the first line and receiving the first signal through the first line; a second input terminal connected to a second line and receiving the second signal through the second line; a first output terminal connected to a third line and configured to output the first converted signal to the controller through the third line; and a second output terminal connected to the fourth line and configured to output the second converted signal to the controller through the fourth line.
  • the second line may be configured to be electrically connected to the third relay terminal.
  • the circuit diagnosis apparatus may further include a diagnosis line connected in parallel with the battery cell and provided with a diagnosis resistor and a diagnosis relay connected in series with each other.
  • the controller may be connected to the diagnostic relay through a fifth line to control an operating state of the diagnostic relay.
  • the controller may be configured to output the first signal to the main relay after controlling the operating state of the diagnostic relay to be turned on through the fifth line.
  • the second signal may be configured to flow through the diagnosis line when the operating states of the diagnosis relay and the main relay are controlled to be turned on.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the circuit diagnosis apparatus according to an aspect of the present invention.
  • the circuit diagnosis apparatus has the advantage of being able to more objectively and accurately determine whether a defect has occurred in a battery pack by comparing signals output from different subjects.
  • the circuit diagnosis apparatus converts the strength of the first signal and the second signal having different output subjects to be the same through the DC-DC converter, so that the first converted signal and the second converted signal are identical to each other.
  • the influence of the signal strength can be minimized when determining whether or not there is.
  • 1 is a diagram schematically illustrating a first comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a blank time of an HSD IC in the battery pack of Comparative Example 1;
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a circuit diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a circuit diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a second comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a circuit diagnosis apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • a term such as a control unit described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a circuit diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including a circuit diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 may include a battery cell 10 , a main relay 20 , and a circuit diagnosis apparatus 100 .
  • the load 30 may be connected to the positive terminal P+ of the battery pack 1 and the negative terminal P- of the battery pack 1 .
  • the battery cell 10 is provided with a negative terminal and a positive terminal, and means one physically separable independent cell.
  • one pouch-type lithium polymer cell may be regarded as the battery cell 10 .
  • the battery pack 1 may include one or more battery modules in which one or more battery cells 10 are connected in series and/or in parallel.
  • one battery cell 10 is included in the battery pack 1 .
  • the battery cell 10 may be electrically connected in series with the main relay 20 .
  • the main relay 20 may be connected in series between the positive terminal of the battery cell 10 and the positive terminal P+ of the battery pack 1 . That is, the main relay 20 may be disposed on the main charge/discharge path of the battery pack 1 .
  • the main charge/discharge path may be a high current path flowing through the battery pack 1 .
  • the main charging/discharging path may be a path connecting the positive terminal P+ of the battery pack 1 , the main relay 20 , the battery cell 10 , and the negative terminal P- of the battery pack 1 . .
  • the circuit diagnosis apparatus 100 may diagnose a circuit state of the battery pack 1 .
  • the circuit diagnosis apparatus 100 may include a controller 110 and a DC-DC converter 120 .
  • the controller 110 may be configured to output a first signal having a preset duty cycle through the first line L1 connected to the main relay 20 according to a predetermined output frequency. That is, the first signal may be a pulse width modulation (PWM) signal generated by the controller 110 .
  • PWM pulse width modulation
  • the duty cycle is a number indicating the ratio of the pulse width to the period of the pulse, and the unit may be %.
  • the pulse period may be t1 to t3 time
  • the pulse width may be t1 to t2 time.
  • control unit 110 may preset the duty cycle to any one of 0.2% to 99.8%. More preferably, the controller 110 may preset the duty cycle to any one of 0.2% to 20%.
  • the output frequency may be a frequency related to the period in which the controller 110 outputs the first signal.
  • the output frequency is a frequency that is inversely proportional to the period (t1 to t3 time) of the pulse, and the unit may be Hz.
  • control unit 110 may select any one of 1 Hz to 800 Hz as the output frequency. More preferably, the controller 110 may select any one of 500 Hz to 800 Hz as the output frequency.
  • the main relay 20 and the controller 110 may be electrically connected through the first line L1 . Accordingly, the first signal output by the controller 110 to the first line L1 may be input to the main relay 20 . That is, when the controller 110 outputs a first signal having a preset duty cycle according to the selected output frequency through the first line L1 , the output first signal may be input to the main relay 20 . .
  • the DC-DC converter 120 may be configured to be further connected to the first line L1 .
  • the first line L1 connecting the main relay 20 and the controller 110 may be branched and also connected to the DC-DC converter 120 .
  • the first line L1 may be branched into a first unit line and a second unit line based on the branch point BP.
  • the first unit line is a unit line connecting the branch point BP of the first line L1 and the main relay 20
  • the second unit line is the branch point BP of the first line L1 and the DC- It may be a unit line connecting the DC converter 120 .
  • the DC-DC converter 120 may be configured to be connected to the first line L1 by being connected to the second unit line.
  • the DC-DC converter 120 may be configured to receive the first signal through the first line L1 .
  • the first signal output by the controller 110 to the first line L1 may be transmitted through the first unit line and the second unit line based on the branch point BP. That is, the first signal is transmitted from the control unit 110 to the main relay 20 through the first line L1 and the first unit line, and the control unit 110 through the first line L1 and the second unit line. may be transmitted to the DC-DC converter 120 .
  • the first signal output by the controller 110 to the first line L1 may be input to both the main relay 20 and the DC-DC converter 120 .
  • the DC-DC converter 120 is configured to receive the second signal output from the battery cell 10 whenever the operating state of the main relay 20 is switched to the turn-on state by the first signal.
  • the first signal may be a signal output by the controller 110 to control the operation state of the main relay 20 .
  • the first signal output by the controller 110 is the same as the signal shown in FIG. 2 .
  • the signal strength is V1 [V]
  • the operation state of the main relay 20 is controlled to the turn-on state
  • the signal strength is 0 [V]
  • the operation state of the main relay 20 is turn- It can be controlled in an off state.
  • the operating state of the main relay 20 may be alternately switched into a turn-on state and a turn-off state. And, only when the operating state of the main relay 20 is turned on, the current output from the battery cell 10 may pass through the main relay 20 .
  • the DC-DC converter 120 may be connected to the main charge/discharge path through the second line L2 .
  • the DC-DC converter 120 may be connected to the second line L2 connected between the main relay 20 and the positive terminal P+ of the battery pack 1 . Therefore, whenever the operation state of the main relay 20 is switched to the turn-on state, the DC-DC converter 120 inputs the second signal output from the battery cell 10 through the second line L2. can receive
  • the DC-DC converter 120 may be configured to convert the first signal and the second signal.
  • the DC-DC converter 120 is a component that converts the magnitude of direct current, and may convert the magnitude of the current of the first signal and the second signal.
  • the DC-DC converter 120 may be configured to transmit the converted first converted signal and the second converted signal to the controller 110 .
  • the DC-DC converter 120 may be electrically connected to the controller 110 through a wired line. More preferably, the DC-DC converter 120 may be electrically connected to the controller 110 through a plurality of wired lines.
  • the DC-DC converter 120 may transmit the first converted signal and the second converted signal to the controller 110 by outputting the first converted signal and the second converted signal to the wired line.
  • the signal output from the DC-DC converter 120 may be a digital signal.
  • the DC-DC converter 120 may be connected to the controller 110 through the third line L3 and the fourth line L4 .
  • the DC-DC converter 120 may output the first converted signal through the third line L3 and output the second converted signal through the fourth line L4 .
  • the control unit 110 may be configured to receive the first converted signal and the second converted signal from the DC-DC converter 120 .
  • the controller 110 may receive a first converted signal that is a digital signal and a second converted signal that is a digital signal from the DC-DC converter 120 .
  • the controller 110 may receive the first converted signal and the second converted signal through the third line L3 and the fourth line L4 , respectively.
  • controller 110 may be configured to determine whether the first converted signal and the second converted signal are the same.
  • the controller 110 may determine whether the first converted signal and the second converted signal are the same by comparing at least one of the strength, frequency, and duty cycle of the first converted signal and the second converted signal.
  • control unit 110 may be configured to determine whether the battery pack 1 is defective based on the determination result. That is, the controller 110 may determine whether the battery pack 1 is defective based on a result of determining whether the first converted signal and the second converted signal are the same.
  • the prior art determines whether a defect occurs in the battery pack 1 based only on a signal output from the battery.
  • the MCU determines whether a defect has occurred in the battery pack 1 according to a voltage difference between both ends of the main switch SW. That is, in the related art, whether the battery pack 1 is defective is determined according to whether a difference occurs before and after the signal output from the battery passes through the main switch SW.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 compares the first signal output from the controller 110 and the second signal output from the battery cell 10 to the battery pack 1 . It is possible to determine whether a defect has occurred.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 compares signals output from different entities to the controller 110 and the battery cell 10 to determine whether or not a defect has occurred in the battery pack 1 . It has the advantage of being able to judge objectively and accurately.
  • control unit 110 provided in the circuit diagnosis apparatus 100 is a processor, ASIC (application-specific integrated circuit) known in the art to execute various control logics performed in the present invention. , other chipsets, logic circuits, registers, communication modems, data processing devices, and the like.
  • control logic when the control logic is implemented in software, the controller 110 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in the memory and executed by the controller 110 .
  • the memory may be inside or outside the control unit 110 , and may be connected to the control unit 110 by various well-known means.
  • the DC-DC converter 120 may be configured to convert the voltage levels of the first signal and the second signal to the same level.
  • the DC-DC converter 120 may maintain the duty cycle and frequency of the first signal and the second signal, and convert only the voltage level of the first signal and the second signal to the same level. That is, the first converted signal and the second converted signal may be signals having the same intensity.
  • the first signal is a signal output from the controller 110
  • the second signal is a signal output from the battery cell 10 . Since the controller 110 cannot output a signal having the same intensity as that of the battery cell 10, the DC-DC converter 120 may convert the intensity of the first signal and the second signal to be the same.
  • control unit 110 by comparing at least one of the duty cycle and frequency of the first converted signal and the second converted signal, to determine whether the first converted signal and the second converted signal are the same can be configured.
  • the controller 110 may compare the duty cycles of the first converted signal and the second converted signal to determine whether the first converted signal and the second converted signal are the same signal. As another example, the controller 110 may compare the frequencies of the first converted signal and the second converted signal to determine whether the first converted signal and the second converted signal are the same signal. As another example, more preferably, the control unit 110 may determine whether the first converted signal and the second converted signal are the same signal by comparing both the frequency and the duty cycle of the first converted signal and the second converted signal. have.
  • the controller 110 compares at least one of the duty cycle and the frequency, so that the first converted signal and the second converted signal are the same. It may be determined whether the two converted signals are the same.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 converts the intensity of the first signal and the second signal having different output subjects to be the same through the DC-DC converter 120, thereby generating the first converted signal and When determining whether the second converted signals are the same, there is an advantage in that the influence of the signal strength can be minimized. That is, the circuit diagnosis apparatus 100 equalizes one of the independent variables (signal strength) for determining whether a defect has occurred in the battery pack 1 , and based on the remaining independent variables (duty cycle and frequency), There is an advantage in that it is possible to determine whether a defect has occurred in the battery pack 1 . Accordingly, there is an advantage that the occurrence of a defect in the battery pack 1 can be more accurately and precisely determined by the process of equally converting the signal strength.
  • the DC-DC converter 120 may be configured to output the first converted signal and the second converted signal to the controller 110 in the form of a digital signal.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a second comparative example. Specifically, FIG. 5 is a diagram illustrating a second comparative example in which an analog signal is directly input to the control unit 110 .
  • the controller 110 may be connected to the main relay 20 through a first line L1 to output a first signal.
  • the controller 110 may be directly connected to the main charge/discharge path through the second line L2 to receive a second signal from the battery cell 10 .
  • the second signal is an analog signal.
  • control unit 110 when an analog signal is directly applied to the controller 110 , a separate unit for converting the analog signal into a digital signal should be provided in the controller 110 .
  • the control unit 110 should be provided with an ADC DC-DC converter 120 (Analog to digital converter) separately.
  • ADC DC-DC converter 120 Analog to digital converter
  • the control unit 110 may rapidly increase the workload.
  • the second signal which is an analog signal
  • the controller 110 when the second signal, which is an analog signal, is directly input to the controller 110 as shown in FIG. 5 , a lot of time and system resources may be inefficiently consumed in converting the second signal to a digital signal.
  • the first signal is a signal output from the controller 110
  • the second signal is a signal output from the battery cell 10 . Accordingly, the strength of the first signal and the second signal may be very different from each other. Accordingly, the difference in the signal strength may affect the control unit 110 in diagnosing whether or not a defect has occurred in the battery pack 2 . For example, when the strength of the second signal is greater than the allowable strength that can be input to the control unit 110 , the control unit 110 may be damaged by the second signal.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 has the advantage of resolving the above-described problem by converting the strengths of the first signal and the second signal to be the same through the DC-DC converter 120 .
  • the DC-DC converter 120 converts the intensity of the first signal and the second signal to be less than or equal to the allowable intensity that can be input to the controller 110 , so that the controller 110 according to the input of the second signal ) can be prevented in advance.
  • the controller 110 may be configured to determine that the battery pack 1 has no defect.
  • the controller 110 may be configured to determine that a defect exists in the battery pack 1 .
  • the second signal is output from the battery cell 10 when the operating state of the main relay 20 is switched to the turn-on state by the first signal and is output through the main relay 20 .
  • This is a signal input to the DC-DC converter 120 .
  • the operating state of the main relay 20 may be switched to the turn-on state only when the high level signal included in the first signal is input to the main relay 20 . That is, the main relay 20 may be switched to the turn-on state only during the duty cycle of the first signal.
  • the second signal output from the battery cell 10 may pass through the main relay 20 and be input to the DC-DC converter 120 . have.
  • the duty cycle and frequency of the second signal input to the DC-DC converter 120 may be the same as the duty cycle and frequency of the first signal input to the DC-DC converter 120 .
  • the duty cycle and frequency of the first converted signal and the second converted signal if there is no defect in the battery pack 1 . may be the same. That is, if there is no defect in the battery pack 1 , the first converted signal and the second converted signal may be the same signal. Accordingly, when the first converted signal and the second converted signal are the same, the controller 110 may determine that there is no defect in the battery pack 1 .
  • the controller 110 may determine that the first converted signal and the second converted signal are the same. Accordingly, the controller 110 may determine that a defect has occurred in the battery pack 1 .
  • the controller 110 may diagnose whether a defect occurs in the battery pack 1 not only in the STG defect but also in the case of the STB defect and the OL defect.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 may control the duty cycle and frequency of the second signal by controlling the operation state of the main relay 20 according to the first signal. That is, the circuit diagnosis apparatus 100 controls the operation state of the main relay 20 , so that even without a separate configuration for converting a signal output from the battery cell 10 into a pulse width modulation signal, the battery cell 10 . It is possible to convert a signal output from , into a pulse width modulated signal (second signal). In addition, the circuit diagnosis apparatus 100 may more accurately determine whether a defect has occurred in the battery pack 1 according to the first converted signal and the second converted signal converted to have the same signal strength.
  • circuit diagnosis apparatus 100 and the battery pack 1 including the circuit diagnosis apparatus 100 will be described in more detail with reference to FIG. 4 .
  • the main relay 20 includes a first relay terminal connected to the battery cell 10; a second relay terminal connected to the control unit 110 through the first line (L1); and a third relay terminal connected to the DC-DC converter 120 .
  • the main relay 20 may be a field effect transistor (FET). More preferably, the main relay 20 may be a metal-oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • FET field effect transistor
  • MOSFET metal-oxide semiconductor field effect transistor
  • the first relay terminal may be a drain terminal
  • the second relay terminal may be a gate terminal
  • the third relay terminal may be a source terminal
  • the first relay terminal may be a source terminal
  • the second relay terminal may be a gate terminal
  • the third relay terminal may be a drain terminal
  • control unit 110 may be configured to allow the first relay terminal and the third relay terminal of the main relay 20 to be energized with each other when the first signal is applied, depending on the type of the main relay 20 , the strength of the first signal can be configured to set
  • the DC-DC converter 120 may include a first input terminal i1 , a second input terminal i2 , a first output terminal O1 , and a second output terminal O2 .
  • the first input terminal i1 may be connected to the first line L1 . Specifically, the first input terminal i1 may be connected to a second unit line branched from the first line L1 . In addition, the first input terminal i1 may receive the first signal output from the controller 110 through the first line L1 .
  • the second input terminal i2 may be connected to the second line L2 .
  • the second line L2 may be connected between the main relay 20 and the load 30 .
  • the second input terminal i2 may receive the second signal output from the battery cell 10 through the second line L2 .
  • the second input terminal i2 may receive the second signal only when the operation state of the main relay 20 is a turn-on state.
  • the DC-DC converter 120 includes a first input terminal i1 receiving the first signal and a second input terminal i2 receiving the second signal so that the first signal and the second signal do not interfere with each other. may be provided separately.
  • the first output terminal O1 may be connected to the third line L3 .
  • the DC-DC converter 120 may output the first converted signal to the third line L3 through the first output terminal O1 .
  • the output first converted signal may be input to the controller 110 .
  • the second output terminal O2 may be connected to the fourth line L4 .
  • the DC-DC converter 120 may output the second converted signal to the fourth line L4 through the second output terminal O2 .
  • the output second converted signal may be input to the controller 110 .
  • the DC-DC converter 120 has a first output terminal O1 for outputting a first converted signal and a second output for outputting a second converted signal so that the first converted signal and the second converted signal do not interfere with each other.
  • a terminal O2 may be provided separately.
  • the second line L2 may be electrically connected to the third relay terminal.
  • the second line L2 may be connected to a main charge/discharge path directly connected to the third relay terminal. Therefore, after the second signal output from the battery cell 10 passes through the main relay 20 , it is to be input to the second input terminal i2 of the DC-DC converter 120 through the second line L2 .
  • an output subject of a signal input to a first input terminal i1 and a second input terminal i2 is different from each other.
  • an output subject of the first signal input to the first input terminal i1 is the control unit 110
  • an output subject of the second signal input to the second input terminal i2 is the battery cell 10 .
  • the first signal is a signal that is generated and output by the control unit 110 , it is a signal that is not affected by whether or not a defect has occurred in the battery pack 1 .
  • the circuit diagnosis apparatus 100 provides a first signal that is not affected by whether or not a defect has occurred in the battery pack 1 and a second signal that is not affected by whether or not a defect has occurred in the battery pack 1 . Based on the signal, there is an advantage in that it is possible to more accurately determine whether a defect has occurred in the battery pack 1 .
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a battery pack 3 including a circuit diagnosis apparatus 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 may further include a diagnosis line. That is, the battery pack 3 of FIG. 6 may further include a diagnostic line in the battery pack 1 of FIG. 4 .
  • the battery pack 3 of FIG. 6 may further include a diagnostic line in the battery pack 1 of FIG. 4 .
  • descriptions overlapping with the above description are excluded.
  • the diagnostic line may be a line connected in parallel with the battery cell 10 .
  • the diagnostic line may be a line in which the diagnostic resistor 50 and the diagnostic relay 40 connected in series to each other are disposed. That is, the diagnostic resistor 50 and the diagnostic relay 40 disposed on the diagnostic line may be connected in parallel with the battery cell 10 .
  • the battery cell 10 , the main relay 20 , the diagnostic resistor 50 , and the diagnostic relay 40 may form a closed circuit. That is, the diagnostic line may be a line constituting a self-discharge path of the battery cell 10 .
  • the main relay 20 , the diagnostic resistor 50 , and the diagnostic relay 40 may be disposed in the self-discharge path of the battery cell 10 .
  • the control unit 110 may be configured to be connected to the diagnosis relay 40 through a fifth line L5 .
  • controller 110 may be configured to control the operating state of the diagnostic relay 40 through the fifth line L5 .
  • the controller 110 may control the operating state of the diagnostic relay 40 by outputting a turn-off command signal or a turn-on command signal to the fifth line L5 .
  • the control unit 110 is configured to output the first signal to the main relay 20 after controlling the operating state of the diagnostic relay 40 to a turn-on state through the fifth line L5. can be
  • the control unit 110 When the control unit 110 outputs the turn-on command signal through the fifth line L5 and outputs the first signal through the first line L1, the diagnostic relay 40 and the main relay 20 All operating states may be switched to a turn-on state.
  • the operating state of the main relay 20 may be switched to the turn-on state only during the duty cycle of the first signal. That is, during the duty cycle of the first signal, a closed circuit including the battery cell 10 , the main relay 20 , the diagnostic resistor 50 , and the diagnostic relay 40 may conduct.
  • the second signal may be configured to flow through the diagnostic line when the operating states of the diagnostic relay 40 and the main relay 20 are controlled to be turned on.
  • the second signal may be output from the battery cell 10 .
  • the output second signal may be input to the DC-DC converter 120 through the second line L2 .
  • the second signal may be input to the second input terminal i2 of the DC-DC converter 120 .
  • control unit 110 outputs the first signal according to a predetermined output frequency while maintaining the operating state of the diagnostic relay 40 in the turn-on state, thereby determining whether the battery pack 3 is defective. have.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 since the circuit diagnosis apparatus 100 according to another embodiment of the present invention has a self-discharge path of the battery cell 10 , even if the load 30 is not connected to the battery pack 3 , the circuit diagnosis apparatus 100 ), there is an advantage in that it can be determined at any time whether a defect has occurred in the battery pack 3 .
  • the controller 110 when it is determined that the battery packs 1 and 3 have a defect, the controller 110 according to the present invention maintains the operating state of the main relay 20 in a turn-off state, thereby maintaining the defective battery. It is possible to prevent an unexpected accident from occurring by the packs 1 and 3 in advance.
  • the circuit diagnosis apparatus 100 according to the present invention may be applied to a battery management system (BMS). That is, the BMS according to the present invention may include the circuit diagnosis apparatus 100 described above. In this configuration, at least some of the respective components of the circuit diagnosis apparatus 100 may be implemented by supplementing or adding functions of components included in the conventional BMS. For example, the controller 110 and the DC-DC converter 120 of the circuit diagnosis apparatus 100 may be implemented as components of the BMS.
  • BMS battery management system
  • the circuit diagnosis apparatus 100 may be provided in the battery packs 1 and 3 . That is, the battery packs 1 and 3 according to the present invention may include the above-described circuit diagnosis apparatus 100 and one or more battery cells 10 . In addition, the battery packs 1 and 3 may further include electronic components (relays, fuses, etc.) and a case.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.
  • control unit 110 control unit

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치는 직렬로 연결된 배터리 셀 및 메인 릴레이를 포함하는 배터리 팩의 회로 상태를 진단 장치로서, 미리 설정된 듀티 사이클을 갖는 제1 신호를 소정의 출력 주파수에 따라 상기 메인 릴레이와 연결된 제1 라인을 통해 출력하도록 구성된 제어부; 및 상기 제1 라인에 더 연결되어 상기 제1 라인을 통해 상기 제1 신호를 입력받고, 상기 제1 신호에 의해 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때마다 상기 배터리 셀에서 출력된 제2 신호를 입력받고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 변환하고, 변환된 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 상기 제어부에게 송신하도록 구성된 DC-DC 컨버터를 포함한다.

Description

회로 진단 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 출원은 2019년 11월 26일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2019-0153700호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 회로 진단 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, DC-DC 컨버터를 이용한 신호 변환에 기반하여 배터리 팩의 결함 발생 여부를 판단하는 회로 진단 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩에 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 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리를 구비한 배터리 팩은 상기 전자 제품, 상기 전기 자동차 및 상기 에너지 저장용 축전지 등의 장치에 연결되어, 배터리와 상기 장치를 연결하는 역할을 한다.
도 1은 제1 비교예를 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 부하와 연결된 종래의 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 비교예의 배터리 팩은 배터리(B), 메인 스위치(SW), MCU(Micro controller unit) 및 HSD IC(High side driver integrated circuit)을 포함하고, Load(부하)와 연결될 수 있다.
MCU는 La 라인을 통해 제어 신호를 HSD IC에게 출력할 수 있다. 예컨대, 제어 신호는 PWM(Pulse width modulation) 신호일 수 있다. 그리고, HSD IC는 수신한 PWM 신호에 대응되는 컨트롤 신호를 Lb 라인을 통해서 메인 스위치(SW)에게 출력할 수 있다. 컨트롤 신호를 입력받은 메인 스위치(SW)의 동작 상태는 턴-온 상태로 전환되어, 배터리(B)에서 출력된 전류가 Load로 흐를 수 있다. 이 때, HSD IC는 Lc 라인을 통해서 메인 스위치(SW)의 일단 전압을 측정하고, Ld 라인을 통해 메인 스위치(SW)의 타단 전압을 측정할 수 있다. 그리고, HSD IC는 측정한 메인 스위치(SW)의 일단 전압과 타단 전압 간의 차이를 산출함으로써, 배터리 팩에 결함이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 메인 스위치(SW)와 Load 사이에서 STG(Short to ground)가 발생된 경우, HSD IC는 Ld 라인을 통해서 메인 스위치(SW)의 타단 전압을 0[V]로 측정할 수 있다. 이 경우, Lc 라인을 통해서 측정된 메인 스위치(SW)의 일단 전압과 Ld 라인을 통해 측정된 메인 스위치(SW)의 타단 전압이 서로 상이하기 때문에, HSD IC는 배터리 팩에 결함이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
다만, HSD IC는 MCU로부터 PWM 신호를 수신한 경우에만 동작될 수 있다. 즉, MCU에서 출력되는 PWM 신호는 HSD IC를 구동시키기 위한 웨이크업 신호일 수 있다.
또한, 일반적으로 HSD IC는 안정성 확보를 위해서 MCU로부터 신호를 입력받은 후 소정의 시간이 경과된 후에 배터리 팩의 결함 발생 여부를 진단하도록 설계될 수 있다. 이렇듯 HSD IC가 MCU로부터 신호를 입력받은 시점부터 배터리 팩의 결함 발생 여부를 진단할 수 있는 시점까지를 블랭크 타임(Blank time)이라고 한다. 즉, 블랭크 타임은 HSD IC가 구동 신호를 입력받은 후, 실제로 구동될 때까지 소요되는 시간을 의미한다. 블랭크 타임에 대해서는 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2는 제1 비교예의 배터리 팩에서 HSD IC의 블랭크 타임의 예시를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, t1, t3 및 t5에서 HSD IC는 MCU로부터 제어 신호를 수신하였고, t1, t3 및 t5으로부터 tB 시간 동안이 상기 블랭크 타임일 수 있다. HSD IC는 이러한 블랭크 타임에서는 배터리 팩의 결함 발생 여부를 판단할 수 없는 문제가 있다. 즉, 도 2의 실시예에서, HSD IC는 블랭크 타임이 아닌 시점에서만 배터리 팩의 결함 발생 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 도 1에서, HSD IC의 블랭크 타임에 메인 스위치(SW)와 Load 사이의 라인에 쇼트(Short, 단락)이 발생하였다고 가정한다. 이 경우, 메인 스위치(SW)의 일단의 전압과 메인 스위치(SW)의 타단의 전압을 상이할 수 있다. 예컨대, 메인 스위치(SW)의 일단의 전압은 배터리(B)의 전압과 동일하고, 메인 스위치(SW)의 타단의 전압은 0[V]일 수 있다. 하지만, 상기 쇼트가 HSD IC의 블랭크 타임 중에 발생되었기 때문에, HSD IC는 배터리 팩의 결함 발생 여부를 진단할 수 없는 치명적인 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, HSD IC를 사용하지 않고도 배터리 팩의 결함 발생 여부를 판단하는 회로 진단 장치를 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.
본 발명의 일 측면에 따른 회로 진단 장치는 직렬로 연결된 배터리 셀 및 메인 릴레이를 포함하는 배터리 팩의 회로 상태를 진단 장치로서, 미리 설정된 듀티 사이클을 갖는 제1 신호를 소정의 출력 주파수에 따라 상기 메인 릴레이와 연결된 제1 라인을 통해 출력하도록 구성된 제어부; 및 상기 제1 라인에 더 연결되어 상기 제1 라인을 통해 상기 제1 신호를 입력받고, 상기 제1 신호에 의해 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때마다 상기 배터리 셀에서 출력된 제2 신호를 입력받고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 변환하고, 변환된 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 상기 제어부에게 송신하도록 구성된 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 DC-DC 컨버터로부터 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호를 수신하고, 상기 제1 변환 신호와 상기 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단하고, 판단 결과에 기반하여 상기 배터리 팩의 결함 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터는, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 전압 크기를 동일한 크기로 변환하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 변환 신호와 상기 제2 변환 신호의 듀티 사이클 및 주파수 중 적어도 하나를 비교하여, 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일한 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 결함이 없는 것으로 판단하고, 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일하지 않은 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 결함이 존재하는 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 신호는, 상기 제1 신호에 의해 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때, 상기 배터리 셀로부터 출력되어 상기 메인 릴레이를 통해 상기 DC-DC 컨버터로 입력되는 신호일 수 있다.
상기 메인 릴레이는, 상기 배터리 셀과 연결된 제1 릴레이 단자; 상기 제1 라인을 통해 상기 제어부와 연결된 제2 릴레이 단자; 및 상기 DC-DC 컨버터와 연결된 제3 릴레이 단자를 포함할 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터는, 상기 제1 라인과 연결되고, 상기 제1 라인을 통해 상기 제1 신호를 입력받는 제1 입력 단자; 제2 라인과 연결되고, 상기 제2 라인을 통해 상기 제2 신호를 입력받는 제2 입력 단자; 제3 라인과 연결되고, 상기 제3 라인을 통해 상기 제1 변환 신호를 상기 제어부에게 출력하는 제1 출력 단자; 및 제4 라인과 연결되고, 상기 제4 라인을 통해 상기 제2 변환 신호를 상기 제어부에게 출력하는 제2 출력 단자를 포함할 수 있다.
상기 제2 라인은, 상기 제3 릴레이 단자에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 회로 진단 장치는 상기 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결된 진단 저항 및 진단 릴레이가 배치된 진단 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 제5 라인을 통해 상기 진단 릴레이와 연결되어, 상기 진단 릴레이의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제5 라인을 통해서 상기 진단 릴레이의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 후, 상기 제1 신호를 상기 메인 릴레이에게 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 신호는, 상기 진단 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 상기 진단 라인을 흐르도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 회로 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회로 진단 장치는 서로 다른 주체에서 출력된 신호를 비교함으로써, 배터리 팩의 결함 발생 여부를 보다 객관적이고 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 회로 진단 장치는 출력 주체가 다른 제1 신호와 제2 신호의 세기를 DC-DC 컨버터를 통해 동일하게 변환함으로써, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단할 때 신호의 세기에 의한 영향을 최소화할 수 있는 장점이 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 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 제1 비교예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 제1 비교예의 배터리 팩에서 HSD IC의 블랭크 타임의 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 제2 비교예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 진단 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
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 제어부와 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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 셀(10), 메인 릴레이(20) 및 회로 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 및 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)에 부하(30)가 연결될 수 있다.
여기서, 배터리 셀(10)은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀(10)로 간주될 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은 하나 이상의 배터리 셀(10)이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구비된 하나 이상의 배터리 모듈을 포함할 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(1)에 하나의 배터리 셀(10)이 포함된 것으로 설명한다.
그리고, 배터리 셀(10)은 메인 릴레이(20)와 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
예컨대, 도 4를 참조하면, 배터리 셀(10)의 양극 단자와 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이에 메인 릴레이(20)가 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 메인 릴레이(20)는 배터리 팩(1)의 메인 충방전 경로 상에 배치될 수 있다. 여기서, 메인 충방전 경로란 배터리 팩(1)에 흐르는 대전류 경로일 수 있다. 즉, 메인 충방전 경로는 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+), 메인 릴레이(20), 배터리 셀(10) 및 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-)를 연결하는 경로일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)가 배터리 팩(1)에 구비된 경우, 회로 진단 장치(100)는 배터리 팩(1)의 회로 상태를 진단할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 제어부(110) 및 DC-DC 컨버터(120)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 미리 설정된 듀티 사이클을 갖는 제1 신호를 소정의 출력 주파수에 따라 상기 메인 릴레이(20)와 연결된 제1 라인(L1)을 통해 출력하도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 신호는 제어부(110)에 의해 생성된 펄스폭 변조(PWM) 신호일 수 있다.
여기서, 듀티 사이클이란 펄스의 주기에 대한 펄스폭의 비율을 나타내는 수치로서, 단위는 %일 수 있다. 예컨대, 도 2에서, 펄스 주기는 t1 내지 t3 시간이고, 펄스폭은 t1 내지 t2 시간일 수 있다.
바람직하게, 제어부(110)는 듀티 사이클을 0.2% 내지 99.8% 중에서 어느 하나로 미리 설정할 수 있다. 보다 바람직하게, 제어부(110)는 듀티 사이클을 0.2% 내지 20% 중에서 어느 하나로 미리 설정할 수 있다.
그리고, 출력 주파수는 제어부(110)가 제1 신호를 출력하는 주기와 관련된 주파수일 수 있다. 예컨대, 도 2에서, 출력 주파수는 펄스의 주기(t1 내지 t3 시간)에 반비례하는 주파수로서, 단위는 Hz일 수 있다.
바람직하게, 제어부(110)는 출력 주파수를 1Hz 내지 800Hz 중 어느 하나로 선택할 수 있다. 보다 바람직하게, 제어부(110)는 출력 주파수를 500Hz 내지 800Hz 중 어느 하나로 선택할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 메인 릴레이(20)와 제어부(110)는 제1 라인(L1)을 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제어부(110)가 제1 라인(L1)에 출력한 제1 신호는, 메인 릴레이(20)에게 입력될 수 있다. 즉, 제어부(110)가 선택된 출력 주파수에 따라, 미리 설정된 듀티 사이클을 갖는 제1 신호를 제1 라인(L1)을 통해 출력하면, 출력된 제1 신호는 메인 릴레이(20)에 입력될 수 있다.
DC-DC 컨버터(120)는 상기 제1 라인(L1)에 더 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 메인 릴레이(20)와 제어부(110)를 연결하는 제1 라인(L1)은 분기되어 DC-DC 컨버터(120)에도 연결될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제1 라인(L1)은 분기점(BP)을 기준으로 제1 단위 라인과 제2 단위 라인으로 분기될 수 있다. 여기서, 제1 단위 라인은 제1 라인(L1)의 분기점(BP)과 메인 릴레이(20)를 연결하는 단위 라인이고, 제2 단위 라인은 제1 라인(L1)의 분기점(BP)과 DC-DC 컨버터(120)를 연결하는 단위 라인일 수 있다. DC-DC 컨버터(120)는 상기 제2 단위 라인에 연결됨으로써, 제1 라인(L1)에 연결되도록 구성될 수 있다.
DC-DC 컨버터(120)는 상기 제1 라인(L1)을 통해 상기 제1 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(110)가 제1 라인(L1)에 출력한 제1 신호는 분기점(BP)을 기준으로 제1 단위 라인과 제2 단위 라인을 통해 송신될 수 있다. 즉, 제1 신호는 제1 라인(L1) 및 제1 단위 라인을 통해서 제어부(110)로부터 메인 릴레이(20)에게 송신되고, 제1 라인(L1) 및 제2 단위 라인을 통해서 제어부(110)로부터 DC-DC 컨버터(120)에게 송신될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(110)가 제1 라인(L1)에 출력한 제1 신호는 메인 릴레이(20) 및 DC-DC 컨버터(120)에 모두 입력될 수 있다.
DC-DC 컨버터(120)는 상기 제1 신호에 의해 상기 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때마다 상기 배터리 셀(10)에서 출력된 제2 신호를 입력받도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 신호는 메인 릴레이(20)의 동작 상태를 제어하기 위하여 제어부(110)가 출력한 신호일 수 있다.
예컨대, 제어부(110)가 출력한 제1 신호가 도 2에 도시된 신호와 동일하다고 가정한다. 신호의 세기가 V1[V]일 때, 메인 릴레이(20)의 동작 상태는 턴-온 상태로 제어되고, 신호의 세기가 0[V]일 때, 메인 릴레이(20)의 동작 상태는 턴-오프 상태로 제어될 수 있다.
따라서, 제어부(110)가 출력 주파수에 따라 제1 신호를 출력하면, 메인 릴레이(20)의 동작 상태는 턴-온 상태 및 턴-오프 상태로 번갈아가며 전환될 수 있다. 그리고, 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태가 될 때에만, 배터리 셀(10)에서 출력된 전류가 메인 릴레이(20)를 통과할 수 있다.
또한, DC-DC 컨버터(120)는 제2 라인(L2)을 통해서 메인 충방전 경로와 연결될 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, DC-DC 컨버터(120)는 메인 릴레이(20)와 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이에 연결된 제2 라인(L2)과 연결될 수 있다. 따라서, 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때마다, DC-DC 컨버터(120)는 제2 라인(L2)을 통해서 배터리 셀(10)로부터 출력되는 제2 신호를 입력받을 수 있다.
DC-DC 컨버터(120)는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 변환하도록 구성될 수 있다.
DC-DC 컨버터(120)는 직류(Direct Current)의 크기를 변환시키는 구성으로서, 제1 신호와 제2 신호의 전류의 크기를 변환시킬 수 있다.
그리고, DC-DC 컨버터(120)는 변환된 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 상기 제어부(110)에게 송신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, DC-DC 컨버터(120)는 제어부(110)와 유선 라인을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 바람직하게, DC-DC 컨버터(120)는 제어부(110)와 복수의 유선 라인을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, DC-DC 컨버터(120)는 유선 라인에 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 출력함으로써, 제어부(110)에게 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 송신할 수 있다. 여기서, DC-DC 컨버터(120)에서 출력되는 신호는 디지털 신호일 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, DC-DC 컨버터(120)는 제3 라인(L3) 및 제4 라인(L4)을 통해 제어부(110)와 연결될 수 있다. 그리고, DC-DC 컨버터(120)는 제3 라인(L3)을 통해 제1 변환 신호를 출력하고, 제4 라인(L4)을 통해 제2 변환 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어부(110)는, 상기 DC-DC 컨버터(120)로부터 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(110)는 DC-DC 컨버터(120)로부터 디지털 신호인 제1 변환 신호와 디지털 신호인 제2 변환 신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 제어부(110)는 제3 라인(L3) 및 제4 라인(L4)을 통해서, 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 각각 수신할 수 있다.
또한, 제어부(110)는, 상기 제1 변환 신호와 상기 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(110)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호의 세기, 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나를 비교하여, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단할 수 있다.
마지막으로, 제어부(110)는 판단 결과에 기반하여 상기 배터리 팩(1)의 결함 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부(110)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단한 결과에 기반하여, 배터리 팩(1)의 결함 여부를 판단할 수 있다.
도 1과 도 4을 참조하여, 종래 기술과 본 발명을 비교하면, 종래 기술은 배터리에서 출력된 신호에만 기반하여 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 판단하였다.
도 1을 참조하면, MCU는 배터리에서 출력된 신호에 기반하여, 메인 스위치(SW)의 양단 전압차에 따라 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 판단하였다. 즉, 종래에는 배터리로부터 출력된 신호가 메인 스위치(SW)를 통과하기 전후에 차이가 발생하였는지 여부에 따라 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 판단하였다.
하지만, 도 4를 참조하면, 회로 진단 장치(100)는 제어부(110)에서 출력된 제1 신호와 배터리 셀(10)로부터 출력된 제2 신호를 비교한 결과에 기반하여 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 판단할 수 있다.
즉, 제어부(110)에서 출력된 제1 신호와 배터리 셀(10)에서 출력된 제2 신호는 서로 영향이 미치지 않는 독립적인 신호이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 제어부(110)와 배터리 셀(10)로 서로 다른 주체에서 출력된 신호를 비교함으로써, 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 보다 객관적이고 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)에 구비된 제어부(110)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(110)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(110)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(110) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(110)와 연결될 수 있다.
바람직하게, 상기 DC-DC 컨버터(120)는, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 전압 크기를 동일한 크기로 변환하도록 구성될 수 있다.
DC-DC 컨버터(120)는 제1 신호 및 제2 신호의 듀티 사이클과 주파수는 그대로 유지시키고, 제1 신호와 제2 신호의 전압 크기만을 동일한 크기로 변환시킬 수 있다. 즉, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호는 동일한 세기를 갖는 신호일 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 제1 신호는 제어부(110)로부터 출력된 신호이고, 제2 신호는 배터리 셀(10)로부터 출력된 신호이다. 제어부(110)가 배터리 셀(10)과 동일한 세기를 갖는 신호를 출력할 수 없기 때문에, DC-DC 컨버터(120)는 제1 신호와 제2 신호의 세기를 동일하게 변환할 수 있다.
그리고, 상기 제어부(110)는, 상기 제1 변환 신호와 상기 제2 변환 신호의 듀티 사이클 및 주파수 중 적어도 하나를 비교하여, 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(110)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호의 듀티 사이클을 서로 비교하여, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한 신호인지 여부를 판단할 수 있다. 다른 예로, 제어부(110)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호의 주파수를 서로 비교하여, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한 신호인지 여부를 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 보다 바람직하게, 제어부(110)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호의 주파수 및 듀티 사이클을 모두 비교하여, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한 신호인지 여부를 판단할 수 있다.
즉, DC-DC 컨버터(120)에 의해 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호의 세기가 동일해졌기 때문에, 제어부(110)는 듀티 사이클 및 주파수 중 적어도 하나를 비교함으로써, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 출력 주체가 다른 제1 신호와 제2 신호의 세기를 DC-DC 컨버터(120)를 통해 동일하게 변환함으로써, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단할 때 신호의 세기에 의한 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 즉, 회로 진단 장치(100)는 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 판단하기 위한 독립 변수 중 하나(신호의 세기)를 동일하게 조절함으로써, 나머지 독립 변수들(듀티 사이클 및 주파수)에 기반하여 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 판단할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 신호의 세기를 동일하게 변환시키는 과정에 의해서, 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부가 보다 정확하고 정밀하게 판단될 수 있는 장점이 있다.
또한, DC-DC 컨버터(120)는 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 디지털 신호의 형태로 제어부(110)에게 출력하도록 구성될 수 있다.
도 5는 제2 비교예를 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 5는 제어부(110)에 아날로그 신호가 직접 입력되는 제2 비교예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제어부(110)는 메인 릴레이(20)와 제1 라인(L1)을 통해 연결되어 제1 신호를 출력할 수 있다. 그리고, 제어부(110)는 제2 라인(L2)을 통해 메인 충방전 경로와 직접 연결되어, 배터리 셀(10)로부터 제2 신호를 입력받을 수 있다. 여기서, 제2 신호는 아날로그 신호이다.
만약, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(110)에게 아날로그 신호가 직접 인가되면, 제어부(110)에는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 별도의 유닛이 구비되어야 한다. 예컨대, 제어부(110)에는 ADC DC-DC 컨버터(120)(Analog to digital converter)가 별도로 구비되어야 한다. 그리고, 제어부(110)는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위하여, 작업량(load)이 급격하게 증가될 수 있다.
따라서, 도 5와 같이 제어부(110)에 아날로그 신호인 제2 신호가 직접 입력되면, 제2 신호를 디지털 신호를 변환하는데 많은 시간과 시스템 자원이 비효율적으로 소모될 수 있는 문제가 있다.
또한, 제1 신호는 제어부(110)에서 출력된 신호이고, 제2 신호는 배터리 셀(10)에서 출력된 신호이다. 따라서, 제1 신호와 제2 신호는 신호의 세기가 매우 상이할 수 있다. 따라서, 이러한 신호의 세기의 차이에 의해, 제어부(110)가 배터리 팩(2)의 결함 발생 여부를 진단하는데 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 제2 신호의 세기가 제어부(110)에 입력될 수 있는 허용 세기보다 큰 경우, 제어부(110)는 제2 신호에 의해 파손될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 DC-DC 컨버터(120)를 통해 제1 신호 및 제2 신호의 세기를 동일하게 변환하여, 상술한 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. 또한, 바람직하게, DC-DC 컨버터(120)는 제1 신호 및 제2 신호의 세기를 제어부(110)에 입력될 수 있는 허용 세기 이하가 되도록 변환함으로써, 제2 신호의 입력에 따른 제어부(110)의 파손을 미연에 방지할 수 있다.
상기 제어부(110)는, 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일한 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩(1)에 결함이 없는 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
반대로, 상기 제어부(110)는, 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일하지 않은 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩(1)에 결함이 존재하는 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제2 신호는, 상기 제1 신호에 의해 상기 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때, 상기 배터리 셀(10)로부터 출력되어 상기 메인 릴레이(20)를 통해 상기 DC-DC 컨버터(120)로 입력되는 신호이다.
예컨대, 메인 릴레이(20)의 동작 상태는 제1 신호에 포함된 하이 레벨 신호가 메인 릴레이(20)에 입력될 때에만 턴-온 상태로 전환될 수 있다. 즉, 메인 릴레이(20)는 제1 신호의 듀티 사이클 동안에만 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
그리고, 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태일 경우에만, 배터리 셀(10)에서 출력된 제2 신호가 메인 릴레이(20)를 통과하여 DC-DC 컨버터(120)에게 입력될 수 있다.
결과적으로, DC-DC 컨버터(120)에 입력되는 제2 신호의 듀티 사이클 및 주파수는 DC-DC 컨버터(120)에 입력된 제1 신호의 듀티 사이클 및 주파수와 동일할 수 있다. 또한, DC-DC 컨버터(120)에 의해 제1 신호와 제2 신호의 세기가 동일하게 변환되기 때문에, 배터리 팩(1)에 결함이 없다면 제1 변환 신호와 제2 변환 신호의 듀티 사이클 및 주파수는 동일할 수 있다. 즉, 배터리 팩(1)에 결함이 없다면, 제1 변환 신호와 제2 변환 신호는 동일한 신호일 수 있다. 따라서, 제어부(110)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일하면, 배터리 팩(1)에 결함이 없는 것으로 판단할 수 있다.
만약, 배터리 팩(1)에 결함이 있는 경우의 예시를 설명한다. 도 4의 실시예에서, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 부하(30) 사이의 노드에서 쇼트가 발생되었다고 가정한다. 특히, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 부하(30) 사이의 노드에서 접지로의 쇼트(Short to ground, STG)가 발생되었다고 가정한다. 이 경우, 제2 신호의 세기는 0[V]일 수 있다. 그리고, 제2 신호의 듀티 사이클은 0%이고, 주파수는 0Hz일 수 있다. 이 경우, DC-DC 컨버터(120)는 제2 신호의 세기를 변경할 수 없기 때문에, 제어부(110)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 동일하다고 판단할 수 없다. 따라서, 제어부(110)는 배터리 팩(1)에 결함이 발생하였다고 판단할 수 있다.
또한, 도 4의 실시예에서, 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+)와 부하(30) 사이의 노드에서 배터리로의 쇼트(Short to battery, STB)가 발생하거나, 상기 노드가 단선(Open line, OL)된 경우에도, 제2 신호의 세기는 0[V]일 수 있다. 따라서, 제어부(110)는 STG 결함뿐만 아니라 STB 결함 및 OL 결함의 경우에도 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 제1 신호에 따라 메인 릴레이(20)의 동작 상태를 제어함으로써 제2 신호의 듀티 사이클 및 주파수를 제어할 수 있다. 즉, 회로 진단 장치(100)는 메인 릴레이(20)의 동작 상태를 제어함으로써, 배터리 셀(10)에서 출력된 신호를 펄스폭 변조 신호로 변환시키기 위한 별도의 구성이 없더라도, 배터리 셀(10)에서 출력된 신호를 펄스폭 변조 신호(제2 신호)로 변환시킬 수 있다. 그리고, 회로 진단 장치(100)는 신호의 세기가 동일하게 변환된 제1 변환 신호와 제2 변환 신호에 따라 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100) 및 회로 진단 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 회로적 구성에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
상기 메인 릴레이(20)는, 상기 배터리 셀(10)과 연결된 제1 릴레이 단자; 상기 제1 라인(L1)을 통해 상기 제어부(110)와 연결된 제2 릴레이 단자; 및 상기 DC-DC 컨버터(120)와 연결된 제3 릴레이 단자를 포함할 수 있다.
바람직하게, 메인 릴레이(20)는 FET(Field effect transistor)일 수 있다. 보다 바람직하게, 메인 릴레이(20)는 MOSFET(Metal-oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있다.
예컨대, 메인 릴레이(20)가 N채널 MOSFET인 경우, 제1 릴레이 단자는 드레인 단자이고, 제2 릴레이 단자는 게이트 단자이며, 제3 릴레이 단자는 소스 단자일 수 있다.
다른 예로, 메인 릴레이(20)가 P채널 MOSFET인 경우, 제1 릴레이 단자는 소스 단자이고, 제2 릴레이 단자는 게이트 단자이며, 제3 릴레이 단자는 드레인 단자일 수 있다.
따라서, 제어부(110)는 제1 신호가 인가되었을 때 메인 릴레이(20)의 제1 릴레이 단자 및 제3 릴레이 단자가 서로 통전될 수 있게, 메인 릴레이(20)의 종류에 따라 제1 신호의 세기를 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터(120)는, 제1 입력 단자(i1), 제2 입력 단자(i2), 제1 출력 단자(O1) 및 제2 출력 단자(O2)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 입력 단자(i1)는 제1 라인(L1)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 입력 단자(i1)는 제1 라인(L1)에서 분기된 제2 단위 라인과 연결될 수 있다. 그리고, 제1 입력 단자(i1)는 제1 라인(L1)을 통해서, 제어부(110)로부터 출력된 제1 신호를 입력받을 수 있다.
제2 입력 단자(i2)는 제2 라인(L2)과 연결될 수 있다. 예컨대, 도 4의 실시예에서, 제2 라인(L2)은 메인 릴레이(20)와 부하(30) 사이에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 입력 단자(i2)는 제2 라인(L2)을 통해서, 배터리 셀(10)로부터 출력된 제2 신호를 입력받을 수 있다. 특히, 제2 입력 단자(i2)는, 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태일 경우에만, 상기 제2 신호를 입력받을 수 있다.
즉, DC-DC 컨버터(120)는 제1 신호와 제2 신호가 서로 간섭되지 않도록, 제1 신호를 입력받는 제1 입력 단자(i1)와 제2 신호를 입력받는 제2 입력 단자(i2)를 별도로 구비할 수 있다.
제1 출력 단자(O1)는 제3 라인(L3)과 연결될 수 있다. 그리고, DC-DC 컨버터(120)는 제1 출력 단자(O1)를 통해서 제3 라인(L3)에 제1 변환 신호를 출력할 수 있다. 출력된 제1 변환 신호는 제어부(110)에게 입력될 수 있다.
제2 출력 단자(O2)는 제4 라인(L4)과 연결될 수 있다. 그리고, DC-DC 컨버터(120)는 제2 출력 단자(O2)를 통해서 제4 라인(L4)에 제2 변환 신호를 출력할 수 있다. 출력된 제2 변환 신호는 제어부(110)에게 입력될 수 있다.
즉, DC-DC 컨버터(120)는 제1 변환 신호와 제2 변환 신호가 서로 간섭되지 않도록, 제1 변환 신호를 출력하는 제1 출력 단자(O1)와 제2 변환 신호를 출력하는 제2 출력 단자(O2)를 별도로 구비할 수 있다.
상기 제2 라인(L2)은, 상기 제3 릴레이 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게, 제2 라인(L2)은 제3 릴레이 단자와 직접 연결된 메인 충방전 경로에 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(10)에서 출력된 제2 신호가 메인 릴레이(20)를 통과한 후, 제2 라인(L2)을 통해 DC-DC 컨버터(120)의 제2 입력 단자(i2)로 입력될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 입력 단자(i1)와 제2 입력 단자(i2)에 입력되는 신호의 출력 주체가 서로 상이하다. 구체적으로, 제1 입력 단자(i1)에 입력되는 제1 신호의 출력 주체는 제어부(110)이고, 제2 입력 단자(i2)에 입력되는 제2 신호의 출력 주체는 배터리 셀(10)이다. 그리고, 제1 신호는 제어부(110)에서 자체적으로 생성하여 출력하는 신호이기 때문에, 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부에 영향을 받지 않는 신호이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부에 영향을 받지 않는 제1 신호와 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부에 영향을 받는 제2 신호에 기반하여, 배터리 팩(1)의 결함 발생 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(3)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 진단 라인을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 6의 배터리 팩(3)은 도 4의 배터리 팩(1)에서 진단 라인을 더 포함할 수 있다. 이하에서는, 상술한 설명과 중복되는 설명을 제외한다.
진단 라인은 배터리 셀(10)과 병렬로 연결된 라인일 수 있다.
그리고, 진단 라인은 서로 직렬로 연결된 진단 저항(50) 및 진단 릴레이(40)가 배치된 라인일 수 있다. 즉, 진단 라인에 배치된 진단 저항(50) 및 진단 릴레이(40)는 배터리 셀(10)과 병렬적으로 연결될 수 있다.
도 6을 참조하면, 배터리 셀(10), 메인 릴레이(20), 진단 저항(50) 및 진단 릴레이(40)는 폐회로를 형성할 수 있다. 즉, 진단 라인은 배터리 셀(10)의 자가 방전 경로를 구성하는 라인일 수 있다. 그리고, 배터리 셀(10)의 자가 방전 경로에는 메인 릴레이(20), 진단 저항(50) 및 진단 릴레이(40)가 배치될 수 있다.
상기 제어부(110)는, 제5 라인(L5)을 통해 상기 진단 릴레이(40)와 연결되도록 구성될 수 있다.
그리고, 제어부(110)는 제5 라인(L5)을 통해서 상기 진단 릴레이(40)의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(110)는 턴-오프 명령 신호 또는 턴-온 명령 신호를 제5 라인(L5)에 출력함으로써, 진단 릴레이(40)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
상기 제어부(110)는, 상기 제5 라인(L5)을 통해서 상기 진단 릴레이(40)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 후, 상기 제1 신호를 상기 메인 릴레이(20)에게 출력하도록 구성될 수 있다.
제어부(110)가 제5 라인(L5)을 통해서 턴-온 명령 신호를 출력하고, 제1 라인(L1)을 통해서 제1 신호를 출력한 경우, 진단 릴레이(40) 및 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 모두 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
구체적으로는, 제1 신호의 듀티 사이클 동안에만 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 수 있다. 즉, 제1 신호의 듀티 사이클 동안, 배터리 셀(10), 메인 릴레이(20), 진단 저항(50) 및 진단 릴레이(40)를 포함하는 폐회로가 도통될 수 있다.
상기 제2 신호는, 상기 진단 릴레이(40) 및 상기 메인 릴레이(20)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 상기 진단 라인을 흐르도록 구성될 수 있다.
즉, 배터리 셀(10), 메인 릴레이(20), 진단 저항(50) 및 진단 릴레이(40)가 도통된 경우, 배터리 셀(10)에서 제2 신호가 출력될 수 있다. 그리고, 출력된 제2 신호는 제2 라인(L2)을 통해 DC-DC 컨버터(120)에 입력될 수 있다. 구체적으로, 도 6의 실시예에서, 제2 신호는 DC-DC 컨버터(120)의 제2 입력 단자(i2)에 입력될 수 있다.
이후, 제어부(110)는 진단 릴레이(40)의 동작 상태는 턴-온 상태로 유지시키면서, 제1 신호를 소정의 출력 주파수에 따라 출력함으로써, 배터리 팩(3)의 결함 발생 여부를 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 진단 장치(100)는 배터리 셀(10)의 자가 방전 경로를 구비함으로써, 배터리 팩(3)에 부하(30)가 연결되지 않더라도, 회로 진단 장치(100)에 의해 배터리 팩(3)의 결함 발생 여부를 언제든지 판단할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 제어부(110)는, 배터리 팩(1, 3)의 결함이 발생된 것으로 판단되면, 메인 릴레이(20)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시켜, 결함이 발생된 배터리 팩(1, 3)에 의해 예상치 못한 사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 회로 진단 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 회로 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 회로 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 회로 진단 장치(100)의 제어부(110) 및 DC-DC 컨버터(120)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 회로 진단 장치(100)는, 배터리 팩(1, 3)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1, 3)은, 상술한 회로 진단 장치(100) 및 하나 이상의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1, 3)은, 전장품(릴레이, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 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.
(부호의 설명)
1, 2, 3: 배터리 팩
10: 배터리 셀
20: 메인 릴레이
30: 부하
40: 진단 릴레이
50: 진단 저항
100: 회로 진단 장치
110: 제어부
120: DC-DC 컨버터
B: 배터리
SW: 메인 스위치

Claims (11)

  1. 직렬로 연결된 배터리 셀 및 메인 릴레이를 포함하는 배터리 팩의 회로 상태를 진단 장치에 있어서,
    미리 설정된 듀티 사이클을 갖는 제1 신호를 소정의 출력 주파수에 따라 상기 메인 릴레이와 연결된 제1 라인을 통해 출력하도록 구성된 제어부; 및
    상기 제1 라인에 더 연결되어 상기 제1 라인을 통해 상기 제1 신호를 입력받고, 상기 제1 신호에 의해 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때마다 상기 배터리 셀에서 출력된 제2 신호를 입력받고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 변환하고, 변환된 제1 변환 신호 및 제2 변환 신호를 상기 제어부에게 송신하도록 구성된 DC-DC 컨버터를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 DC-DC 컨버터로부터 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호를 수신하고, 상기 제1 변환 신호와 상기 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단하고, 판단 결과에 기반하여 상기 배터리 팩의 결함 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는,
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 전압 크기를 동일한 크기로 변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 변환 신호와 상기 제2 변환 신호의 듀티 사이클 및 주파수 중 적어도 하나를 비교하여, 상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일한지 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일한 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 결함이 없는 것으로 판단하고,
    상기 제1 변환 신호 및 상기 제2 변환 신호가 동일하지 않은 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 결함이 존재하는 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 신호는,
    상기 제1 신호에 의해 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 때, 상기 배터리 셀로부터 출력되어 상기 메인 릴레이를 통해 상기 DC-DC 컨버터로 입력되는 신호인 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 릴레이는,
    상기 배터리 셀과 연결된 제1 릴레이 단자; 상기 제1 라인을 통해 상기 제어부와 연결된 제2 릴레이 단자; 및 상기 DC-DC 컨버터와 연결된 제3 릴레이 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는,
    상기 제1 라인과 연결되고, 상기 제1 라인을 통해 상기 제1 신호를 입력받는 제1 입력 단자;
    제2 라인과 연결되고, 상기 제2 라인을 통해 상기 제2 신호를 입력받는 제2 입력 단자;
    제3 라인과 연결되고, 상기 제3 라인을 통해 상기 제1 변환 신호를 상기 제어부에게 출력하는 제1 출력 단자; 및
    제4 라인과 연결되고, 상기 제4 라인을 통해 상기 제2 변환 신호를 상기 제어부에게 출력하는 제2 출력 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 라인은,
    상기 제3 릴레이 단자에 전기적으로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결된 진단 저항 및 진단 릴레이가 배치된 진단 라인을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    제5 라인을 통해 상기 진단 릴레이와 연결되어, 상기 진단 릴레이의 동작 상태를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제5 라인을 통해서 상기 진단 릴레이의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어한 후, 상기 제1 신호를 상기 메인 릴레이에게 출력하도록 구성되고,
    상기 제2 신호는,
    상기 진단 릴레이 및 상기 메인 릴레이의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 상기 진단 라인을 흐르도록 구성된 것을 특징으로 하는 회로 진단 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 회로 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
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