WO2023120871A1 - 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치 - Google Patents

배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치 Download PDF

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장윤
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for diagnosing damage to a switch in a battery protection circuit, and a battery management device including the same, and more specifically, to whether a switch is damaged in a battery protection circuit to prevent overcharging and overdischarging of a battery pack It relates to a switch damage diagnosis device and method for diagnosing, and a battery management device including the same.
  • Batteries are being applied to various industrial fields such as mobile application devices, automobiles, robots, and energy storage devices as a countermeasure against environmental regulations and high oil price issues.
  • a battery pack is provided as a rechargeable secondary battery, but such a battery is ignited when overcharged or deteriorated when overdischarged, resulting in a reduced lifespan.
  • conventional battery management devices provide a battery protection circuit that blocks a charging or discharging circuit when overcharging or overdischarging occurs in order to protect a battery pack.
  • a battery protection circuit blocks a charge/discharge circuit by controlling the operation of a switch connected to one or more battery packs.
  • a switch applied to a battery protection circuit is provided as a power transistor whose drain terminal is grounded.
  • An object of the present invention to solve the above problems is to provide a high stability, high precision and high reliability battery management device.
  • Another object of the present invention to solve the above problems is to provide a method for diagnosing switch damage with high stability, high accuracy and high reliability.
  • Another object of the present invention to solve the above problems is to provide a high stability, high precision and high reliability switch damage diagnosis device.
  • a battery management device for achieving the above object is a battery protection circuit including a first switch and a second switch connected to a battery pack, and a first switch and a second switch provided by a power transistor. And a switch damage diagnosis device for diagnosing whether any one of the first switch and the second switch is damaged by measuring a voltage value at at least one point in the battery protection circuit, wherein the first switch The source (Source) terminal of the and the source (Source) terminal of the second switch includes a common ground (Common Source).
  • the first switch may be a discharge control transistor that controls a discharge circuit when the battery pack is discharged
  • the second switch may be a charge control transistor that controls a charge circuit when the battery pack is charged.
  • a drain terminal of the first switch may be connected to a positive electrode of the battery cell, and a drain terminal of the second switch may be connected to a load.
  • the battery may further include a voltage applying circuit connected to a point and the other end, bypassing the first switch and the second switch, and applying the voltage of the battery pack to the second point.
  • the voltage application circuit may be a switching circuit composed of a P channel.
  • the at least one point is a first point between the battery pack and the drain terminal of the first switch, a second point between the drain terminal of the second switch and the load, and the first point.
  • a source of the switch and a source of the second switch may include a third point at a common ground.
  • the switch damage diagnosis apparatus may determine that the first switch and the second switch operate normally when the voltage value at the third point is less than or equal to a threshold value.
  • the apparatus for diagnosing damage to the switch may include the first switch And it can be determined that the second switch is normally operated.
  • the switch damage diagnosis apparatus determines that one of the first switch and the second switch is damaged when the voltage value at the first point to the voltage value at the third point is greater than or equal to a threshold value. can do.
  • a method for diagnosing whether the first switch and the second switch are damaged in a battery protection circuit including a first switch and a second switch connected to a battery pack is Measuring a voltage value at a specific point in the battery protection circuit and diagnosing whether the switch is damaged by comparing the voltage value with a threshold value, wherein the source terminal of the first switch and the A source terminal of the second switch includes a common ground.
  • the first switch may be a discharge control transistor that controls a discharge circuit when the battery cell is discharged
  • the second switch may be a charge control transistor that controls a charge circuit when the battery cell is charged.
  • the battery protection circuit has a first point and one end connected between the battery pack and the drain terminal of the first switch, and a second point between the drain terminal of the second switch and the load.
  • the battery may further include a voltage applying circuit connected to a point and the other end, bypassing the first switch and the second switch, and applying the voltage of the battery pack to the second point.
  • the voltage application circuit may be a switching circuit composed of a P channel.
  • measuring a voltage value at a specific point in the battery protection circuit may include measuring a voltage value at a first point between the battery pack and a drain terminal of the first switch, the second Measuring a voltage value at a second point between a drain terminal of a switch and the load, and a source of the first switch and a source of the second switch are connected to a common ground It may include measuring the voltage value at the third point.
  • the step of diagnosing whether the switch is damaged by comparing the voltage value with a threshold value indicates that the first switch and the second switch operate normally when the voltage value at the third point is less than or equal to the threshold value. It may include a decision-making step.
  • the step of diagnosing whether or not the switch is damaged by comparing the voltage value with a threshold value includes the voltage value at the first point and the voltage value at the second point greater than or equal to the threshold value, and at the third point When the voltage value of is less than or equal to a threshold value, determining that the first switch and the second switch are normally operated may be included.
  • the step of diagnosing whether the switch is damaged by comparing the voltage value with a threshold value may include, when the voltage value at the first point to the voltage value at the third point is greater than or equal to the threshold value, the first switch and It may include determining that any one of the second switches is damaged.
  • first switch and the second switch may be high side type power transistors positioned close to the battery pack relative to the load.
  • an apparatus for diagnosing damage to the first switch and the second switch in a battery protection circuit including a first switch and a second switch connected to a battery pack includes a memory and a processor that executes at least one command of the memory, wherein the at least one command includes a command to measure a voltage value at at least one point in the battery protection circuit and a voltage value as a threshold A command for diagnosing whether the switch is damaged by comparing the value with a value, wherein a source terminal of the first switch and a source terminal of the second switch are connected to a common source.
  • the first switch may be a discharge control transistor that controls a discharge circuit when the battery cell is discharged
  • the second switch may be a charge control transistor that controls a charge circuit when the battery cell is charged.
  • the battery protection circuit has a first point and one end connected between the battery pack and the drain terminal of the first switch, and a second point between the drain terminal of the second switch and the load.
  • the battery may further include a voltage applying circuit connected to a point and the other end, bypassing the first switch and the second switch, and applying the voltage of the battery pack to the second point.
  • the voltage application circuit may be a switching circuit composed of a P channel.
  • the command to measure a voltage value at at least one point in the battery protection circuit includes a command to measure a voltage value at a first point between the battery pack and the drain terminal of the first switch.
  • a command for measuring a voltage value at a second point between the drain terminal of the second switch and the load, and the source of the first switch and the source of the second switch are common It may include a command to measure a voltage value at a third grounded point (common source).
  • the first switch and the second switch operate normally.
  • the command for diagnosing whether the switch is damaged by comparing the voltage value with a threshold value is, when the voltage value at the first point to the voltage value at the third point is greater than or equal to the threshold value, the first switch And it can be determined that any one of the second switch is damaged.
  • first switch and the second switch may be high side type power transistors positioned close to the battery pack relative to the load.
  • An apparatus and method for diagnosing damage to a switch in a battery protection circuit and a battery management apparatus including the same include one or more battery packs and a switch connected to a positive electrode of the battery pack to detect overdischarge of the battery pack and a first switch and a second switch provided by a battery protection circuit and a power transistor to protect against overcharging, wherein a voltage value at at least one point in the battery protection circuit is measured to determine the first switch and the second switch and a switch damage diagnosis device for diagnosing whether any one of the switches is damaged, and a source terminal of the first switch and a source terminal of the second switch are connected to a common ground, thereby measuring current.
  • FIG. 1 shows the structure of a battery system to which the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a part of a battery protection circuit diagram in a general battery management device.
  • FIG. 3 is a part of a battery protection circuit diagram in a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an apparatus for diagnosing damage to a switch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for diagnosing damage to a switch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a table summarizing switch states according to voltage measurement values at first to third points in a battery protection circuit according to an experimental example of the present invention.
  • switch S1 first switch (DFET)
  • first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
  • the term “and/or” includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • FIG. 1 shows the structure of a battery system to which the present invention can be applied.
  • a battery pack or battery module may include a plurality of connected battery cells.
  • a battery cell or module may be charged/discharged by being connected to a load through a positive terminal and a negative terminal.
  • the most commonly used battery cell is a lithium-ion (Li-Ion) battery cell.
  • a battery management system may be installed in the battery module or battery pack.
  • a battery management system may monitor the current, voltage, and temperature of each battery pack under its control, calculate a status of charge (SOC) based on the monitoring result, and control charging and discharging.
  • SOC State of Charge
  • SOH State of Health; State of Battery Life
  • the battery management system monitors the battery cells and can read the cell voltage and transmit it to other systems connected to the battery.
  • BMS battery management system
  • a battery management system may include various components such as a fuse, a current sensing element, a thermistor, a switch, and a balancer. (Battery Monitoring Integrated Chip) is included in most cases.
  • the BMIC may be an IC type component that is located inside a battery management system (BMS) and measures information such as voltage, temperature, and current of a battery cell/module.
  • the battery management system may include a battery protection circuit for blocking a charge/discharge circuit.
  • a battery management system also monitors battery cells and can read cell voltages and communicate them to other systems connected to the battery.
  • the battery management system (BMS) may include a communication module for communicating with other systems in the device including the battery system.
  • the communication module of the battery management unit (BMS) can communicate with other systems within the device using a Controller Area Network (CAN).
  • CAN Controller Area Network
  • parts, modules, or systems within the battery management system (BMS) are connected to each other through the CAN bus.
  • CAN communication Controller Area Network
  • CAN communication is a standard communication specification designed to allow microcontrollers or devices to communicate with each other without a host computer in a vehicle.
  • CAN communication may be a non-host bus type message-based network protocol mainly used for communication between controllers.
  • FIG. 2 is a part of a battery protection circuit diagram in a general battery management device.
  • a battery protection circuit in a battery management device may be a circuit for blocking a charging/discharging circuit.
  • the battery protection circuit is a circuit composed of one or more battery packs and a switch, and can block the charging/discharging circuit by controlling the operation of the switch when an abnormal current occurs in the circuit due to an external environment. Accordingly, the battery protection circuit may prevent overcharging or overdischarging of the battery pack due to an abnormal current.
  • the switch may be provided with power transistors (Power FETs) that perform charge control and discharge control.
  • Power FETs power transistors
  • a switch in a general battery protection circuit may include a charge control transistor (CFET) and a discharge control transistor (DFET).
  • CFET charge control transistor
  • DFET discharge control transistor
  • a source terminal is connected to an anode of a battery cell, and a drain terminal is connected to a drain terminal of a discharge control transistor (DFET).
  • DFET discharge control transistor
  • the conventional charge control transistor (CFET) and discharge control transistor (DFET) are provided in the form of a common drain in which a drain is commonly grounded.
  • the source terminal of the conventional discharge control transistor is provided connected to an external input/output terminal, that is, a load.
  • the operation of the switch may be controlled by high voltage sensing (HV sensing) measured at the first point and the second point in the battery protection circuit.
  • HV sensing high voltage sensing
  • the voltage value measured at the first point may be a voltage value (V B+ ) between the connected battery pack and the charge control transistor (CFET), and the voltage value measured at the second point may be the connected discharge control transistor (DFET) and It may be a voltage value (V P+ ) between the external input and output terminals.
  • the conventional device for diagnosing switch damage can measure current only in a state in which the battery pack is being charged or discharged, it is difficult to prevent damage to the battery pack when an abnormal current is applied.
  • a high-stability, high-accuracy and high-reliability switch damage diagnosis device and method capable of diagnosing damage to a switch only by measuring voltage even in a state where charging and discharging current does not flow, and a battery management device including the same will explain
  • FIG. 3 is a part of a battery protection circuit diagram in a battery management device according to an embodiment of the present invention.
  • a battery management system may include a battery protection circuit and a switch damage diagnosis device.
  • the battery protection circuit may be configured by connecting one or more battery packs (B) and a switch (S). Accordingly, in the battery protection circuit, the flow of charge/discharge current of the battery pack B may be controlled by the operation of the switch S.
  • the switch S may include a first switch S1 and a second switch S2.
  • first switch S1 and the second switch S may be provided as high-side type power transistors.
  • first switch S1 and the second switch S2 may be located close to the battery pack side compared to the load.
  • the first switch S1 may be a discharge control transistor (DFET) that controls battery discharge.
  • DFET discharge control transistor
  • a drain terminal of the first switch S1 may be connected to the positive electrode of the battery pack, and a source terminal may be connected to a source terminal of the second switch S2 to be described later.
  • the second switch S2 may be a charge control transistor (CFET) for controlling battery charge.
  • CFET charge control transistor
  • drain terminal of the second switch S2 may be connected to an external input/output terminal, and as described above, the source terminal of the second switch S2 may be connected to the first switch S1. It can be connected to the source terminal of
  • the battery protection circuit in the battery management device may be provided by sequentially connecting one or more battery packs, the first switch S1 and the second switch S2, and the switch S may be provided in a form in which the source terminal of the first switch S1 and the source terminal of the second switch S2 are connected to a common ground.
  • the battery protection circuit may further include a voltage applying circuit C connecting the first point P1 and the second point P2.
  • the voltage value measured at the first point P1 may be the voltage value (V B+ ) measured at any one point between the battery pack B and the first switch S1, and the second point P2
  • the voltage value measured at may be a voltage value (V P+ ) measured at any one point between the second switch S2 and the load.
  • the voltage applying circuit C may be a basic switching circuit composed of a P channel and not having a separate driving drive.
  • the voltage applying circuit (C) may be a circuit for applying a battery voltage to the second switch (S2) when diagnosing the second switch (S2) by a switch damage diagnosis device to be described later.
  • the voltage application circuit C may be a circuit that transfers the battery voltage from the first point P1 to the second point P2 in order to diagnose whether the second switch S2 is damaged. A method for diagnosing whether the second switch S2 is damaged using the voltage applying circuit C will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6 below.
  • the switch damage diagnosis device may diagnose whether the switch is damaged by measuring voltage values (High Voltage Sensing; HV Sensing) at first to third points P1 to P3 in the battery protection circuit.
  • voltage values High Voltage Sensing; HV Sensing
  • the device for diagnosing damage to the switch may measure the voltage value (HV Sensing) measured at the first to third points P1 to P3.
  • the voltage value measured at the first point P1 may be the voltage value (V B+ ) measured at any one point between the battery pack B and the first switch S1, and the second point P2
  • the voltage value measured at may be a voltage value (V P+ ) measured at any one point between the second switch S2 and the load.
  • the voltage value measured at the third point P3 may be a voltage value (V FET ) measured at any one point between the connected first and second switches S1 and S2.
  • the switch damage diagnosis apparatus may diagnose whether at least one of the first switch S1 and the second switch S2 is damaged based on the measured at least one voltage value.
  • the switch damage diagnosis apparatus is a voltage value (V B+ ) measured at a first point (P1) and a voltage value (V P+ ) at the second point (P2) are greater than or equal to a threshold value, and the When the voltage value (V FET ) at point 3 (P3) is less than or equal to the threshold value, it may be determined that the first switch S1 and the second switch S2 are normally operated.
  • the device for diagnosing damage to a switch is configured to detect voltage values (V B+ , V P+ , V FET ) from a first point to a third point P1 to P3 greater than or equal to a threshold value. It may be determined that any one of the first switch S1 and the second switch S2 is damaged.
  • the device for diagnosing damage to a switch in a battery management device can prevent damage to a battery pack by a parasitic diode by diagnosing whether a switch in a battery protection circuit is damaged without a separate current measurement.
  • FIG. 4 is a block diagram of an apparatus for diagnosing damage to a switch according to an embodiment of the present invention.
  • the device for diagnosing damage to a switch may be provided in the form of a micro controller unit (MCU) within a battery management system (BMS).
  • MCU micro controller unit
  • BMS battery management system
  • the switch damage diagnosis device may include a memory 100 and a processor 200 .
  • the memory 100 is a space for storing at least one piece of data and may be composed of at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium.
  • the memory 100 may include at least one of a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM).
  • the memory 100 may include at least one command executed by the processor 200 to diagnose damage to the switch in the battery protection circuit.
  • the at least one command includes a command to measure a voltage value at at least one point in the battery protection circuit and a command to compare the measured voltage value with a threshold value to diagnose damage to the switch.
  • the processor 200 may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed.
  • CPU central processing unit
  • GPU graphics processing unit
  • dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed.
  • the processor 200 may repeatedly execute at least one program command stored in the memory 100 .
  • a battery management device including a battery protection circuit and a device for diagnosing damage to a switch according to an embodiment of the present invention has been described above.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for diagnosing damage to a switch according to an embodiment of the present invention.
  • the processor 200 may measure (HV Sensing) a voltage value at at least one point in the battery protection circuit device (S1000).
  • the processor 200 may measure voltage values V B+ , V P+ , and V FET at the first to third points P1 to P3 .
  • the processor 200 may determine whether or not the switch in the battery protection circuit device is damaged according to the magnitudes of the measured voltage values (V B+ , V P+ , and V FET ) (S2000).
  • the measured voltage values (V B+ , V P+ , V FET ) are individually compared with the threshold value, and any one of the voltage values (V B+ , V P+ , V FET ) is determined as the threshold value. If the value is less than (Low), the processor 200 may determine that both the first switch S1 and the second switch S2 operate normally.
  • the measured voltage values (V B+ , V P+ , V FET ) are individually compared with the threshold value, and the voltage values (V B+ , V P+ , V FET ) are higher than the threshold value (High) ,
  • the processor 200 may determine that damage has occurred to at least one of the first switch S1 and the second switch S2.
  • FIG. 6 is a table summarizing switch states according to voltage measurement values at first to third points in a battery protection circuit according to an experimental example of the present invention.
  • the apparatus for diagnosing damage to a switch measures voltages (V B+ , V P+ , V FET ) at first to third points in order to prevent a control error caused by a parasitic diode of a switch provided to a power transistor. This can be used to diagnose switch damage.
  • the first switch S1 As a result of measuring the voltage values at the first to third points P1-P3 according to whether the first switch S1 and the second switch S2 are damaged, the first switch S1 And when the second switch S2 opens the circuit in a normal state, the voltage value V B+ at the first point P1 and the voltage value V P+ at the second point P2 are It was measured as higher than a specific threshold voltage (High), and the voltage measurement value (V FET ) at the third point (P3) was measured as less than a specific threshold voltage (Low).
  • the first to third points (The voltage values (V B+ , V P+ , V FET ) at P1-P3) were measured to be higher than a specific threshold voltage value (High).
  • the first to third points (The voltage values (V B+ , V P+ , V FET ) at P1-P3) were measured to be higher than a specific threshold voltage value (High).
  • the voltage values (V) at the first to third points P1 to P3 B+ , V P+ , V FET ) were measured above a certain threshold voltage value (High).
  • the device for diagnosing damage to a switch operates the first switch S1 and the second switch S2 only when the voltage measurement value V FET at the third point is below the threshold voltage (Low). It can be seen that all are working normally.
  • the apparatus for diagnosing damage to a switch measures only the voltage value (V FET ) at the third point and compares it with the threshold voltage, thereby measuring the first switch S1 and the second switch It may be determined whether or not (S2) is damaged.
  • the battery protection circuit device in order to diagnose damage to a switch in a battery protection circuit device, charging or discharging of a battery cell was necessarily performed, but the battery protection circuit device according to an embodiment of the present invention measures voltage at at least one point Since it is possible to diagnose whether or not the switch is damaged using only the switch, the battery cell can be charged and discharged after checking whether the switch is damaged, and thus the battery pack can be protected from abnormal current generation due to overcharging or overdischarging.
  • An apparatus and method for diagnosing damage to a switch in a battery protection circuit and a battery management apparatus including the same include one or more battery packs and a switch connected to a positive electrode of the battery pack to detect overdischarge of the battery pack and a first switch and a second switch provided by a battery protection circuit and a power transistor to protect against overcharging, wherein a voltage value at at least one point in the battery protection circuit is measured to determine the first switch and the second switch and a switch damage diagnosis device for diagnosing whether any one of the switches is damaged, and a source terminal of the first switch and a source terminal of the second switch are connected to a common ground, thereby measuring current.
  • a computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.
  • computer-readable recording media may be distributed to computer systems connected through a network to store and execute computer-readable programs or codes in a distributed manner.
  • the computer-readable recording medium may include hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, and flash memory.
  • the program command may include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine code generated by a compiler.
  • a block or apparatus corresponds to a method step or feature of a method step.
  • aspects described in the context of a method may also be represented by a corresponding block or item or a corresponding feature of a device.
  • Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device such as, for example, a microprocessor, programmable computer, or electronic circuitry. In some embodiments, one or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치는 하나 이상의 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 양극과 연결되는 스위치를 포함하여 상기 배터리 팩의 과방전 및 과충전을 보호하는 배터리 보호 회로 및 전력 트랜지스터로 제공되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나의 손상 여부를 진단하는 스위치 손상 진단 장치를 포함하고, 상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)됨으로써, 전류의 계측 없이 특정 지점에서의 전압 측정만으로도 스위치의 손상 여부를 진단할 수 있어, 스위치의 손상 여부 점검 후 배터리 팩의 충방전을 수행할 수 있으므로, 과충전 또는 과방전의 이상 전류 발생으로부터 배터리 팩을 보호하는, 고안정 및 고신뢰성의 통신 환경을 제공하는 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치를 제공할 수 있다.

Description

배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치
본 출원은 2021년 12월 22일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0184661호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고이를 포함하는 배터리 관리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리 팩의 과충전 및 과방전을 방지하기 위한 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 여부를 진단하는 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
배터리는, 오늘날 환경 규제 및 고유가 이슈에 대한 대응책으로 모바일 응용 기기에서부터 자동차, 로봇, 에너지 저장 장치 등의 여러 산업 분야에 적용되고 있다.
일반적으로, 배터리 팩은 재충전이 가능한 이차전지로 제공되는데, 이러한 배터리는 과충전 시 발화되거나 또는 과방전 시 열화되어 수명이 저하되는 단점이 발생한다.
이에 따라, 종래의 배터리 관리 장치는 배터리 팩을 보호하기 위해, 과충전 또는 과방전 발생 시 충전 또는 방전 회로를 차단하는 배터리 보호 회로를 제공한다.
배터리 보호 회로는 하나 이상의 배터리 팩과 연결된 스위치의 동작을 제어함으로써 충방전 회로를 차단한다.
일반적으로, 배터리 보호 회로에 적용되는 스위치는 드레인(Drain) 단자가 접지된 전력 트랜지스터로 제공된다.
그러나, 종래의 배터리 보호 회로는 전력 트랜지스터 내부에 발생되는 기생 다이오드의 특성에 의해 스위치 동작 제어를 위한 배터리 팩의 전압 측정 시 측정 값의 정확도가 낮아지므로써, 충방전 제어 동작에 대한 신뢰도가 하락하는 단점이 있다.
이에 종래에는 배터리 보호 회로에서의 특정 지점에서의 전압 값 및 전류 값을 측정하여 스위치의 손상 여부를 확인하고 있다.
그러나, 전류 값 측정은 배터리 팩의 충전 또는 방전이 수행 중인 상태에서만 측정 가능하므로, 이상 전류 인가에 따른 배터리 팩의 손상 발생을 미연에 방지하기 어려운 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고안정, 고정밀 및 고신뢰성의 배터리 관리 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 고안정, 고정밀 및 고신뢰성의 스위치 손상 진단 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또다른 목적은, 고안정, 고정밀 및 고신뢰성의 스위치 손상 진단 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리 팩과 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 배터리 보호 회로 및 전력 트랜지스터로 제공되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나의 손상 여부를 진단하는 스위치 손상 진단 장치를 포함하되, 상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)되는 것을 포함한다.
여기서, 상기 제1 스위치는 상기 배터리 팩의 방전 시 방전 회로를 제어하는 방전 제어용 트랜지스터이고, 상기 제2 스위치는 상기 배터리 팩의 충전 시 충전 회로를 제어하는 충전 제어용 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 배터리 보호 회로는 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자는 상기 배터리 셀의 양극과 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자는 부하와 연결될 수 있다.
한편, 상기 배터리 보호 회로는, 상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점과 일단이 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이의 제2 지점과 타단이 연결되어, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 우회하여, 상기 배터리 팩의 전압을 상기 제2 지점에 인가하는 전압 인가 회로를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 인가 회로는 P 채널(Channel)로 구성된 스위칭 회로일 수 있다.
한편, 상기 적어도 하나의 지점은 상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이에 제2 지점 및 상기 제1 스위치의 소스(Source) 및 상기 제2 스위치의 소스(Source)가 공통 접지(Common Source)된 제3 지점을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위치 손상 진단 장치는, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단할 수 있다.
또한, 상기 스위치 손상 진단 장치는, 상기 제1 지점에서의 전압 값 및 상기 제2 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상이고, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단할 수 있다.
한편, 상기 스위치 손상 진단 장치는, 상기 제1 지점에서의 전압 값 내지 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나에 손상이 있음을 판단할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따라 배터리 팩과 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 배터리 보호 회로 내 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 손상 여부를 진단하는 방법은 상기 배터리 보호 회로 내 특정 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계 및 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계를 포함하되, 상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)되는 것을 포함한다.
여기서, 상기 제1 스위치는 상기 배터리 셀의 방전 시 방전 회로를 제어하는 방전 제어용 트랜지스터이고, 상기 제2 스위치는 상기 배터리 셀의 충전 시 충전 회로를 제어하는 충전 제어용 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 배터리 보호 회로는, 상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점과 일단이 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이의 제2 지점과 타단이 연결되어, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 우회하여, 상기 배터리 팩의 전압을 상기 제2 지점에 인가하는 전압 인가 회로를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 인가 회로는 P 채널(Channel)로 구성된 스위칭 회로일 수 있다.
한편, 상기 배터리 보호 회로 내 특정 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계는, 상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이에 제2 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계 및 상기 제1 스위치의 소스(Source) 및 상기 제2 스위치의 소스(Source)가 공통 접지(Common Source)된 제3 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계는, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계는, 상기 제1 지점에서의 전압 값 및 상기 제2 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상이고, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계는, 상기 제1 지점에서의 전압 값 내지 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나에 손상이 있음을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 상기 부하 대비 상기 배터리 팩에 가깝게 위치되는 하이 사이드 형태(High Side Type)의 전력 트랜지스터일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에 따라 배터리 팩과 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 배터리 보호 회로 내 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 손상 여부를 진단하는 장치는, 메모리 및 상기 메모리의 적어도 하나의 명령을 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령 및 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령을 포함하되, 상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)되는 것을 포함한다.
여기서, 상기 제1 스위치는 상기 배터리 셀의 방전 시 방전 회로를 제어하는 방전 제어용 트랜지스터이고, 상기 제2 스위치는 상기 배터리 셀의 충전 시 충전 회로를 제어하는 충전 제어용 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 배터리 보호 회로는, 상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점과 일단이 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이의 제2 지점과 타단이 연결되어, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 우회하여, 상기 배터리 팩의 전압을 상기 제2 지점에 인가하는 전압 인가 회로를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 인가 회로는 P 채널(Channel)로 구성된 스위칭 회로일 수 있다.
한편, 상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령은, 상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이에 제2 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령 및 상기 제1 스위치의 소스(Source) 및 상기 제2 스위치의 소스(Source)가 공통 접지(Common Source)된 제3 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령은, 상기 제1 지점에서의 전압 값 및 상기 제2 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상이고, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단할 수 있다.
또한, 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령은, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단할 수 있다.
한편, 상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령은, 상기 제1 지점에서의 전압 값 내지 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나에 손상이 있음을 판단할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 상기 부하 대비 상기 배터리 팩에 가깝게 위치되는 하이 사이드 형태(High Side Type)의 전력 트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치는 하나 이상의 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 양극과 연결되는 스위치를 포함하여 상기 배터리 팩의 과방전 및 과충전을 보호하는 배터리 보호 회로 및 전력 트랜지스터로 제공되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나의 손상 여부를 진단하는 스위치 손상 진단 장치를 포함하고, 상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)됨으로써, 전류의 계측 없이 특정 지점에서의 전압 측정만으로도 스위치의 손상 여부를 진단할 수 있어, 스위치의 손상 여부 점검 후 배터리 팩의 충방전을 수행할 수 있으므로, 과충전 또는 과방전의 이상 전류 발생으로부터 배터리 팩을 보호하는, 고안정, 고정밀 및 고신뢰성의 통신 환경을 제공하는 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 배터리 시스템의 구조를 나타낸다.
도 2는 일반적인 배터리 관리 장치 내 배터리 보호 회로도의 일부이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서의 배터리 보호 회로도의 일부이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위치 손상 진단 장치의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위치 손상 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 배터리 보호 회로에서의 제1 지점 내지 제3 지점에서의 전압 측정 값에 따른 스위치 상태를 정리한 표이다.
B: 배터리 셀 C: 전압 인가 회로
S: 스위치 S1: 제1 스위치(DFET)
S2: 제2 스위치(CFET) P1: 제1 지점
P2: 제2 지점 P3: 제3 지점
100: 메모리 200: 프로세서
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 배터리 시스템의 구조를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩 또는 배터리 모듈(Battery Module)은 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 셀 또는 모듈은 양극 단자 및 음극 단자를 통해 부하와 연결되어 충/방전 동작할 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 배터리 셀은 리튬 이온(Li-Ion) 배터리 셀이다.
이러한 배터리 모듈 또는 배터리 팩에는 배터리 관리 장치(Battery Management System; BMS)가 설치될 수 있다.
배터리 관리 장치(BMS)는 자신이 관장하는 각 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어할 수 있다. 여기서, SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 배터리 수명 상태)은 배터리의 현재 퇴화 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.
이처럼 배터리 관리 장치(BMS)는 배터리 셀들을 모니터링하며 셀 전압을 읽고 배터리와 연결된 다른 시스템에 전달할 수 있다.
또한, 배터리 관리 장치(BMS)는 배터리 시스템의 수명을 연장하기 위해 배터리 셀의 전하를 균등하게 밸런싱한다.
이와 같은 동작을 수행하기 위해 배터리 관리 장치(BMS)는 퓨즈, 전류센싱 소자, 써미스터, 스위치, 밸런서 등 다양한 구성요소들을 포함할 수 있는데, 이들과 연동하고 제어하기 위한 MCU(Micro Controller Unit) 또는 BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)를 추가로 포함하는 경우가 대부분이다.
이때, BMIC는 배터리 관리 장치(BMS) 내부에 위치하며 배터리 셀/모듈의 전압, 온도, 전류 등의 정보를 측정하는 IC 형태의 부품일 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리 관리 장치(BMS)는 충방전 회로를 차단하기 위한 배터리 보호 회로를 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치(BMS)는 또한, 배터리 셀들을 모니터링하며 셀 전압을 읽고 배터리와 연결된 다른 시스템에 전달할 수 있다. 이를 위해 배터리 관리 장치(BMS)는, 배터리 시스템이 포함된 장치 내의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치(BMS)의 통신 모듈은 CAN(Controller Area Network)을 이용해 장치 내 다른 시스템과 통신할 수 있다. 이 경우 배터리 관리 장치(BMS) 내 부품, 모듈 또는 시스템들은 CAN 버스를 통해 서로 연결된다.
CAN 통신(Controller Area Network)은 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로컨트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격이다.
실시예에 따르면 CAN 통신은 각 제어기들 간의 통신을 위해 주로 사용되는 non-host 버스 방식의 메시지 기반 네트워크 프로토콜일 수 있다.
도 2는 일반적인 배터리 관리 장치 내 배터리 보호 회로도의 일부이다.
도 2를 참조하면, 배터리 관리 장치에서의 배터리 보호 회로는 충방전 회로를 차단하기 위한 회로일 수 있다.
배터리 보호 회로는 하나 이상의 배터리 팩 및 스위치로 구성된 회로로, 외부 환경에 의한 회로 내 이상 전류 발생 시 스위치의 동작을 제어하여 충방전 회로를 차단할 수 있다. 이에 따라, 배터리 보호 회로는 이상 전류에 의한 배터리 팩의 과충전 또는 과방전 발생을 방지할 수 있다.
배터리 보호 회로를 구성별로 보다 구체적으로 설명하면, 스위치는 충전 제어 및 방전 제어를 수행하는 전력 트랜지스터(Power FET)들로 제공될 수 있다.
일반적인 배터리 보호 회로에서의 스위치는 충전 제어용 트랜지스터(CFET) 및 방전 제어용 트랜지스터(DFET)를 포함할 수 있다.
종래의 충전 제어용 트랜지스터(CFET)는 소스(Source) 단자가 배터리 셀의 양극과 연결되고, 드레인(Drain) 단자가 방전 제어용 트랜지스터(DFET)의 드레인(Drain) 단자와 연결된다. 다시 말해, 종래의 충전 제어용 트랜지스터(CFET) 및 방전 제어용 트랜지스터(DFET)는 드레인(Drain)이 공통 접지된 Common Drain 형태로 제공된다.
또한, 종래의 방전 제어용 트랜지스터(DFET)의 소스(Source) 단자는 외부 입출력단, 다시 말해, 부하와 연결되어 제공된다.
스위치는 배터리 보호 회로 내 제1 지점 및 제2 지점에서 측정한 전압 값(High Voltage Sensing; HV Sensing)에 의해 동작이 제어될 수 있다.
여기서, 제1 지점에서 측정한 전압 값은 연결된 배터리 팩 및 충전 제어용 트랜지스터(CFET) 사이의 전압 값(VB+)일 수 있고, 제2 지점에서 측정한 전압 값은 연결된 방전 제어용 트랜지스터(DFET) 및 외부 입출력단 사이의 전압 값(VP+)일 수 있다.
그러나, 종래의 배터리 보호 회로는 전력 트랜지스터 내부에 발생되는 기생 다이오드의 특성에 의해 스위치 동작 제어를 위한 배터리 팩의 전압 측정 시 측정 값의 정확도가 낮아지므로써, 충방전 제어 동작에 대한 신뢰도가 하락하였다.
이에, 종래에는 배터리 보호 회로 내 스위치의 정밀한 충방전 제어 동작을 위하여, 제1 지점 및 제2 지점에서의 전압 측정 시 전류를 함께 계측함으로써 제1 스위치 및 제2 스위치의 손상 여부를 진단하였다.
그러나, 종래의 스위치 손상 진단 장치는 배터리 팩의 충전 또는 방전이 수행 중인 상태에서만 전류 계측이 가능하므로써, 이상 전류가 인가될 경우 배터리 팩의 손상을 방지하기 어려운 단점이 있다.
이에 본 발명에서는 배터리 보호 회로에서, 충방전 전류가 흐르지 않은 상태에서도 전압 측정만으로 스위치의 손상 여부의 진단이 가능한 고안정, 고정밀 및 고신뢰성의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치를 설명하겠다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서의 배터리 보호 회로도의 일부이다.
도 3을 참조하면, 배터리 관리 장치(BMS)는 배터리 보호 회로 및 스위치 손상 진단 장치를 포함할 수 있다.
구성별로 보다 자세히 설명하면, 배터리 보호 회로는 하나 이상의 배터리 팩(B) 및 스위치(S)가 연결되어 구성될 수 있다. 이에 따라, 배터리 보호 회로에서는 스위치(S)의 동작에 의해 배터리 팩(B)의 충방전 전류 흐름이 제어될 수 있다.
여기서, 스위치(S)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S)는 하이 사이드(High Side) 형태의 전력 트랜지스터로 제공될 수 있다. 다시 말해, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 부하 대비 배터리 팩 쪽에 가깝게 위치할 수 있다.
실시예에 따라 보다 구체적으로 설명하면, 제1 스위치(S1)는 배터리 방전을 제어하는 방전 제어용 트랜지스터(DFET)일 수 있다.
제1 스위치(S1)의 드레인(Drain) 단자는 배터리 팩의 양극과 연결될 수 있고, 소스(Source) 단자는 후술될 제2 스위치(S2)의 소스(Source) 단자와 연결될 수 있다.
또한, 제2 스위치(S2)는 배터리 충전을 제어하는 충전 제어용 트랜지스터(CFET)일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 제2 스위치(S2)의 드레인(Drain) 단자는 외부 입출력단과 연결될 수 있고, 앞서 설명한 바와 같이, 제2 스위치(S2)의 소스(Source) 단자는 제1 스위치(S1)의 소스(Source) 단자와 연결될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치 내 배터리 보호 회로는 하나 이상의 배터리 팩, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 순서대로 연결되어 제공될 수 있으며, 스위치(S)는 제1 스위치(S1)의 소스(Source) 단자 및 제2 스위치(S2)의 소스(Source) 단자가 공통 접지(Common Source)된 형태로 제공될 수 있다.
또한, 배터리 보호 회로는 제1 지점(P1) 및 제2 지점(P2)을 연결하는 전압 인가 회로(C)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 지점(P1)에서 측정한 전압 값은 배터리 팩(B) 및 제1 스위치(S1) 사이의 어느 한 지점에서 측정한 전압 값(VB+)일 수 있고, 제2 지점(P2)에서 측정한 전압 값은 제2 스위치(S2) 및 부하 사이의 어느 한 지점에서 측정한 전압 값(VP+)일 수 있다.
또한, 전압 인가 회로(C)는 P 채널(Channel)로 구성되고, 별도의 구동 드라이브가 없는 기본 스위칭 회로일 수 있다.
전압 인가 회로(C)는 후술될 스위치 손상 진단 장치에 의한 제2 스위치(S2)의 진단 시, 제2 스위치(S2)로 배터리 전압을 인가하기 위한 회로일 수 있다. 다시 말해, 전압 인가 회로(C)는 제2 스위치(S2)의 손상 여부를 진단하기 위해 제1 지점(P1)에서의 배터리 전압을 제2 지점(P2)으로 전달하는 회로일 수 있다. 전압 인가 회로(C)를 이용한 제2 스위치(S2)의 손상 여부 진단 방법은 하기 도 5 및 도 6에서 보다 자세히 설명하겠다.
스위치 손상 진단 장치는 배터리 보호 회로 내 제1 내지 제3 지점(P1-P3)에서의 전압 값(High Voltage Sensing; HV Sensing)을 측정하여 스위치의 손상 여부를 진단할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 스위치 손상 진단 장치는 제1 내지 제3 지점(P1-P3)에서 측정한 전압 값(HV Sensing)을 측정할 수 있다.
여기서, 제1 지점(P1)에서 측정한 전압 값은 배터리 팩(B) 및 제1 스위치(S1) 사이의 어느 한 지점에서 측정한 전압 값(VB+)일 수 있고, 제2 지점(P2)에서 측정한 전압 값은 제2 스위치(S2) 및 부하 사이의 어느 한 지점에서 측정한 전압 값(VP+)일 수 있다.
또한, 제3 지점(P3)에서 측정한 전압 값은 연결된 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 사이의 어느 한 지점에서 측정한 전압 값(VFET)일 수 있다.
이후, 스위치 손상 진단 장치는 측정된 적어도 하나의 전압 값을 바탕으로 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 중 적어도 하나의 손상 여부를 진단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스위치 손상 진단 장치는 제1 지점(P1)에서 측정한 전압 값(VB+) 및 상기 제2 지점(P2)에서의 전압 값(VP+)이 임계 값 이상이고, 상기 제3 지점(P3)에서의 전압 값(VFET)이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제2 스위치(S2)가 정상 동작함을 판단할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 스위치 손상 진단 장치는 제1 지점에서의 전압 값 내지 상기 제3 지점(P1-P3)에서의 전압 값(VB+, VP+, VFET)이 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제2 스위치(S2) 중 어느 하나에 손상이 있음을 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치 내 스위치 손상 진단 장치는 별도의 전류 측정 없이도 배터리 보호 회로 내 스위치의 손상 여부를 진단함으로써, 기생 다이오드에 의한 배터리 팩의 손상을 방지할 수 있다.
하기 도 4에서는 스위치 손상 진단 장치를 하드웨어 구성별로 보다 자세히 설명하겠다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위치 손상 진단 장치의 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 스위치 손상 진단 장치는 배터리 관리 장치(BMS) 내 MCU(Micro Controller Unit) 형태로 제공될 수 있다.
구성별로 보다 자세히 설명하면, 스위치 손상 진단 장치는 메모리(100) 및 프로세서(200)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라 보다 구체적으로 설명하면, 메모리(100)는 적어도 하나의 데이터를 저장하는 공간으로, 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(100)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
이때, 메모리(100)는 배터리 보호 회로 내 스위치의 손상을 진단하기 위해 후술될 프로세서(200)에 의해 실행되는 적어도 하나의 명령을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 적어도 하나의 명령은, 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령 및 측정된 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
프로세서(200)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
프로세서(200)는 앞서 설명한 바와 같이, 메모리(100)에 저장된 적어도 하나의 프로그램 명령(program command)을 반복 실행할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 배터리 보호 회로 및 스위치 손상 진단 장치를 포함하는 배터리 관리 장치를 설명하였다.
이하에서는 상기 배터리 보호 회로를 이용한 스위치 손상 진단 장치의 스위치 손상 진단 방법에 대해 설명하겠다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위치 손상 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 프로세서(200)는 배터리 보호 회로 장치 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정(HV Sensing)할 수 있다(S1000).
실시예에 따르면, 프로세서(200)는 제1 내지 제3 지점(P1-P3)에서의 전압 값(VB+, VP+, VFET)을 측정할 수 있다.
이후, 프로세서(200)는 측정된 전압 값(VB+, VP+, VFET)의 크기에 따라, 상기 배터리 보호 회로 장치 내 스위치의 손상 여부를 판단할 수 있다(S2000).
일 실시예에 따르면, 측정된 전압 값(VB+, VP+, VFET)들을 임계 값과 개별 비교하여, 상기 전압 값(VB+, VP+, VFET)들 중 어느 하나의 전압 값이 임계 값 이하(Low)일 경우, 프로세서(200)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 모두 정상 동작함을 판단할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 측정된 전압 값(VB+, VP+, VFET)들을 임계 값과 개별 비교하여, 상기 전압 값(VB+, VP+, VFET)들이 임계 값 이상(High)일 경우, 프로세서(200)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 중 적어도 하나에 손상이 발생했음을 판단할 수 있다.
하기 도 6에서는 제1 내지 제3 지점에서의 측정 전압 값에 따른 제1 스위치 내지 제3 스위치의 상태를 여부를 판단하기 위한 실험예에 대해 보다 자세히 설명하겠다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 배터리 보호 회로에서의 제1 지점 내지 제3 지점에서의 전압 측정 값에 따른 스위치 상태를 정리한 표이다.
도 6을 참조하면, 스위치 손상 진단 장치는 전력 트랜지스터로 제공되는 스위치의 기생 다이오드에 의한 제어 오류를 방지하기 위해, 제1 내지 제3 지점에서의 전압(VB+, VP+, VFET)을 측정하여 스위치의 손상을 진단할 수 있다.
일 실험예에 따라 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)에서의 손상 여부에 따른 제1 내지 제3 지점(P1-P3)에서의 전압 값을 측정한 결과, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 정상 상태로 회로를 차단(Open)한 경우, 제1 지점(P1)에서의 전압 값(VB+) 및 제2 지점(P2)에서의 전압 값(VP+)은 특정 임계 전압 값 이상(High)으로 측정되었고, 제3 지점(P3)에서의 전압 측정 값(VFET)은 특정 임계 전압 이하(Low)로 측정되었다.
한편, 다른 실험예에 따르면, 제1 스위치(S1)가 손상되어 단선(Short)되고, 제2 스위치(S2)가 정상 동작하여 회로를 차단(Open)한 경우, 제1 지점 내지 제3 지점(P1-P3)에서의 전압 값(VB+, VP+, VFET)들은 특정 임계 전압 값 이상(High)으로 측정되었다.
또한, 또다른 실시예에 따라 제1 스위치(S1)가 정상 상태로 회로를 차단(Open)되고, 제2 스위치(S2)가 손상되어 단선(Short)된 경우, 제1 지점 내지 제3 지점(P1-P3)에서의 전압 값(VB+, VP+, VFET)들은 특정 임계 전압 값 이상(High)으로 측정되었다.
한편, 또다른 실시예에 따라 방전 제어용 트랜지스터(DFET) 및 충전 제어용 트랜지스터(CFET)가 모두 손상되어 단선(Short)된 경우, 제1 지점 내지 제3 지점(P1-P3)에서의 전압 값(VB+, VP+, VFET)들은 특정 임계 전압 값 이상(High)으로 측정되었다.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 스위치 손상 진단 장치는 제3 지점에서의 전압 측정 값(VFET)이 임계 전압 이하(Low)일 경우에서만 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 모두 정상 동작함을 확인할 수 있다.
따라서, 기재된 바에 국한되지 않고, 본 발명의 실시예에 따른 스위치 손상 진단 장치는 제3 지점에서의 전압 값(VFET)만을 측정하여 임계 전압과 비교함으로써, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 손상 여부를 판단할 수도 있다.
종합하면, 종래에는 배터리 보호 회로 장치 내 스위치의 손상 진단을 위해, 배터리 셀의 충전 또는 방전이 필수적으로 수행되어야 했으나, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 보호 회로 장치는 적어도 하나의 지점에서의 전압 측정만으로도 스위치의 손상 여부를 진단할 수 있으므로, 스위치의 손상 여부 점검 후 배터리 셀의 충방전을 수행할 수 있어, 과충전 또는 과방전의 이상 전류 발생으로부터 배터리 팩을 보호할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치에 대해 설명하였다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치는 하나 이상의 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 양극과 연결되는 스위치를 포함하여 상기 배터리 팩의 과방전 및 과충전을 보호하는 배터리 보호 회로 및 전력 트랜지스터로 제공되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며, 상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나의 손상 여부를 진단하는 스위치 손상 진단 장치를 포함하고, 상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)됨으로써, 전류의 계측 없이 특정 지점에서의 전압 측정만으로도 스위치의 손상 여부를 진단할 수 있어, 스위치의 손상 여부 점검 후 배터리 팩의 충방전을 수행할 수 있으므로, 과충전 또는 과방전의 이상 전류 발생으로부터 배터리 팩을 보호하는, 고안정 및 고신뢰성의 통신 환경을 제공하는 배터리 보호 회로에서의 스위치 손상 진단 장치 및 방법, 그리고 이를 포함하는 배터리 관리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (27)

  1. 배터리 팩과 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 배터리 보호 회로; 및
    상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나의 손상 여부를 진단하는 스위치 손상 진단 장치를 포함하되,
    상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)되는, 배터리 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 배터리 팩의 방전 시 방전 회로를 제어하는 방전 제어용 트랜지스터이고,
    상기 제2 스위치는 상기 배터리 팩의 충전 시 충전 회로를 제어하는 충전 제어용 트랜지스터인, 배터리 관리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로는
    상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자는 상기 배터리 셀의 양극과 연결되고,
    상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자는 부하와 연결되는, 배터리 관리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로는,
    상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점과 일단이 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이의 제2 지점과 타단이 연결되어,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 우회하여, 상기 배터리 팩의 전압을 상기 제2 지점에 인가하는 전압 인가 회로를 더 포함하는, 배터리 관리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전압 인가 회로는 P 채널(Channel)로 구성된 스위칭 회로인, 배터리 관리 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 하나의 지점은
    상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 상기 제1 지점;
    상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이에 상기 제2 지점; 및
    상기 제1 스위치의 소스(Source) 및 상기 제2 스위치의 소스(Source)가 공통 접지(Common Source)된 제3 지점을 포함하는, 배터리 관리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스위치 손상 진단 장치는,
    상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는, 배터리 관리 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 스위치 손상 진단 장치는,
    상기 제1 지점에서의 전압 값 및 상기 제2 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상이고, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는, 배터리 관리 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 스위치 손상 진단 장치는,
    상기 제1 지점에서의 전압 값 내지 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나에 손상이 있음을 판단하는, 배터리 관리 장치.
  10. 배터리 팩과 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 배터리 보호 회로 내 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 손상 여부를 진단하는 방법에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로 내 특정 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계; 및
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)되는, 스위치 손상 진단 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 배터리 셀의 방전 시 방전 회로를 제어하는 방전 제어용 트랜지스터이고,
    상기 제2 스위치는 상기 배터리 셀의 충전 시 충전 회로를 제어하는 충전 제어용 트랜지스터인, 스위치 손상 진단 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로는,
    상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점과 일단이 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 부하 사이의 제2 지점과 타단이 연결되어,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 우회하여, 상기 배터리 팩의 전압을 상기 제2 지점에 인가하는 전압 인가 회로를 더 포함하는, 스위치 손상 진단 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전압 인가 회로는 P 채널(Channel)로 구성된 스위칭 회로인, 스위치 손상 진단 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로 내 특정 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계는,
    상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 상기 제1 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계;
    상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이의 상기 제2 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계; 및
    상기 제1 스위치의 소스(Source) 및 상기 제2 스위치의 소스(Source)가 공통 접지(Common Source)된 제3 지점에서의 전압 값을 측정하는 단계를 포함하는, 스위치 손상 진단 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계는,
    상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는 단계를 포함하는, 스위치 손상 진단 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계는,
    상기 제1 지점에서의 전압 값 및 상기 제2 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상이고, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는 단계를 포함하는, 스위치 손상 진단 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하는 단계는,
    상기 제1 지점에서의 전압 값 내지 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나에 손상이 있음을 판단하는 단계를 포함하는, 스위치 손상 진단 방법.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는,
    상기 부하 대비 상기 배터리 팩에 가깝게 위치되는 하이 사이드 형태(High Side Type)의 전력 트랜지스터인, 스위치 손상 진단 방법.
  19. 배터리 팩과 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 배터리 보호 회로 내 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 손상 여부를 진단하는 장치에 있어서,
    메모리; 및
    상기 메모리의 적어도 하나의 명령을 수행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령 및
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령을 포함하되,
    상기 제1 스위치의 소스(Source) 단자 및 상기 제2 스위치의 소스(Source) 단자는 공통 접지(Common Source)되는, 스위치 손상 진단 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 배터리 셀의 방전 시 방전 회로를 제어하는 방전 제어용 트랜지스터이고,
    상기 제2 스위치는 상기 배터리 셀의 충전 시 충전 회로를 제어하는 충전 제어용 트랜지스터인, 스위치 손상 진단 장치.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로는,
    상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점과 일단이 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 부하 사이의 제2 지점과 타단이 연결되어,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 우회하여, 상기 배터리 팩의 전압을 상기 제2 지점에 인가하는 전압 인가 회로를 더 포함하는, 스위치 손상 진단 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 전압 인가 회로는 P 채널(Channel)로 구성된 스위칭 회로인, 스위치 손상 진단 장치.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 배터리 보호 회로 내 적어도 하나의 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령은,
    상기 배터리 팩 및 상기 제1 스위치의 드레인(Drain) 단자 사이의 제1 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령;
    상기 제2 스위치의 드레인(Drain) 단자 및 상기 부하 사이에 제2 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령; 및
    상기 제1 스위치의 소스(Source) 및 상기 제2 스위치의 소스(Source)가 공통 접지(Common Source)된 제3 지점에서의 전압 값을 측정하도록 하는 명령을 포함하는, 스위치 손상 진단 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령은,
    상기 제1 지점에서의 전압 값 및 상기 제2 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상이고, 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는, 스위치 손상 진단 장치.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령은,
    상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 정상 동작함을 판단하는, 스위치 손상 진단 장치.
  26. 청구항 23에 있어서,
    상기 전압 값을 임계 값과 비교하여 상기 스위치의 손상 여부를 진단하도록 하는 명령은,
    상기 제1 지점에서의 전압 값 내지 상기 제3 지점에서의 전압 값이 임계 값 이상인 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 어느 하나에 손상이 있음을 판단하는, 스위치 손상 진단 장치.
  27. 청구항 21에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는,
    상기 부하 대비 상기 배터리 팩에 가깝게 위치되는 하이 사이드 형태(High Side Type)의 전력 트랜지스터인, 스위치 손상 진단 장치.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11178224A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Nec Kansai Ltd 電池パック
WO2008035523A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-27 Ricoh Company, Ltd. Back-gate voltage generator circuit, four-terminal back gate switching fet, and charge and discharge protection circuit using same
KR101344251B1 (ko) * 2012-03-15 2013-12-23 주식회사 아이티엠반도체 검출 신호 편차 저감 기능의 보호회로 시스템 및 이를 구성하는 보호회로
US20140301005A1 (en) * 2012-10-26 2014-10-09 Maxim Integrated Products, Inc. Low Side NMOS Protection Circuit for Battery Pack Application
JP6614388B1 (ja) * 2019-05-31 2019-12-04 ミツミ電機株式会社 二次電池保護回路、二次電池保護装置、電池パック及び二次電池保護回路の制御方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100873016B1 (ko) 2007-06-26 2008-12-09 천창열 복수의 셀로 이루어진 배터리 팩의 배터리보호회로

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11178224A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Nec Kansai Ltd 電池パック
WO2008035523A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-27 Ricoh Company, Ltd. Back-gate voltage generator circuit, four-terminal back gate switching fet, and charge and discharge protection circuit using same
KR101344251B1 (ko) * 2012-03-15 2013-12-23 주식회사 아이티엠반도체 검출 신호 편차 저감 기능의 보호회로 시스템 및 이를 구성하는 보호회로
US20140301005A1 (en) * 2012-10-26 2014-10-09 Maxim Integrated Products, Inc. Low Side NMOS Protection Circuit for Battery Pack Application
JP6614388B1 (ja) * 2019-05-31 2019-12-04 ミツミ電機株式会社 二次電池保護回路、二次電池保護装置、電池パック及び二次電池保護回路の制御方法

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