WO2023287113A1 - 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법 - Google Patents

배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법 Download PDF

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김기훈
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Definitions

  • the technology described below relates to battery devices, battery management systems, and diagnostic methods.
  • An electric vehicle is a vehicle that obtains power by driving a motor using a battery as a power source, and research is being actively conducted in that it is an alternative to solving the pollution and energy problems of internal combustion vehicles.
  • rechargeable batteries are used in various external devices other than electric vehicles.
  • a switching circuit for controlling the connection of the battery pack may be used for each battery pack. Since a plurality of battery packs are connected to the same external connection terminal, it is impossible to diagnose a failure (eg, a stuck failure) of a switch (eg, contactor) of a switching circuit for each battery pack.
  • a failure eg, a stuck failure
  • a switch eg, contactor
  • Certain embodiments may provide a battery device capable of diagnosing a failure of a switching circuit in each battery pack, a battery management system, and a diagnosis method.
  • a battery device connected to an external device through a first connection terminal and a second connection terminal may be provided.
  • the battery device may include a first battery pack and a second battery pack connected in parallel, a first switching circuit, a second switching circuit, a first diagnosis circuit, a second diagnosis circuit, and a processor.
  • the first switching circuit may include a first switch connected between a first terminal of the first battery pack and the first connection terminal, and a second switch connected between a second terminal of the first battery pack and the second connection terminal.
  • a switch may be included.
  • the second switching circuit may include a third switch connected between the first terminal of the second battery pack and the first connection terminal, and a fourth switch connected between the second terminal of the second battery pack and the second connection terminal.
  • a switch may be included.
  • the first diagnostic circuit includes a first capacitor charging a voltage of the first battery pack when the first switch and the second switch are closed, and the second diagnostic circuit includes the third switch and the fourth battery pack.
  • a second capacitor charging the voltage of the second battery pack when the switch is closed may be included.
  • the processor diagnoses the first switching circuit based on the voltage of the first battery pack and the voltage of the first capacitor, and the second switching circuit based on the voltage of the second battery pack and the voltage of the second capacitor. circuit can be diagnosed.
  • the processor may diagnose the first switching circuit as normal.
  • the processor may diagnose the first switching circuit as a failure.
  • the processor may diagnose the first switching circuit as normal.
  • the processor may diagnose the first switching circuit as a failure.
  • the first diagnosis circuit may further include a fifth switch and a sixth switch.
  • the first switch is connected between the first terminal of the first battery pack and a node
  • the fifth switch and the first capacitor are connected in series between the node and the second connection terminal
  • a sixth switch may be connected between the node and the first connection terminal.
  • the processor may open the sixth switch, close the first switch, the second switch, and the fifth switch to charge the first capacitor, close the sixth switch and open the fifth switch, A voltage of the first battery pack may be provided to the first connection terminal.
  • the first capacitor and the second capacitor may be provided separately from a capacitor used for precharging.
  • a battery management system of a battery device having a first connection terminal and a second connection terminal connected to an external device may be provided.
  • the battery management system may include a switching circuit including a first switch and a second switch, a third switch, a capacitor, a fourth switch, and a processor.
  • the first switch may be connected between a first terminal of a battery pack of the battery device and a node
  • the second switch may be connected between a second terminal of the battery pack and the second connection terminal.
  • the third switch and the capacitor may be connected in series between the node and the second connection terminal
  • the fourth switch may be connected between the node and the first connection terminal.
  • the processor may control the first switch, the second switch, the third switch, and the fourth switch.
  • the processor may diagnose the switching circuit based on the voltage of the battery pack and the voltage of the capacitor.
  • the processor may charge the capacitor by opening the fourth switch and closing the first switch, the second switch, and the third switch.
  • the processor may supply the voltage of the battery pack to the external device by closing the fourth switch and opening the third switch after diagnosing the switching circuit.
  • the processor may diagnose the switching circuit as normal.
  • the processor may diagnose the switching circuit as a failure.
  • a method for diagnosing a battery device including a plurality of battery packs connected in parallel may include charging a plurality of capacitors respectively provided in the plurality of battery packs, comparing a voltage of each battery pack with a voltage of a corresponding capacitor among the plurality of battery packs, and a first battery pack among the plurality of battery packs.
  • the switching circuit connected to the second battery pack is broken. It may include diagnosing as.
  • switching circuits connected to each battery pack may be individually diagnosed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a battery device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a battery device according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of switching timing of the battery device shown in FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a battery device according to another embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of switching timing of the battery device shown in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a diagnosis method according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a battery device according to an exemplary embodiment.
  • the battery device has a structure that can be electrically connected to an external device through a positive connection terminal (DC(+)) and a negative connection terminal (DC(-)).
  • the battery device may be connected to the external device 10 through a positive connection terminal (DC(+)) and a negative connection terminal (DC(-)).
  • the battery device When the external device 10 is a load, the battery device may be discharged by operating as a power source supplying power to the load.
  • the external device 10 is a charger, the battery device may be charged by receiving external power through the charger 10 .
  • the external device 10 operating as a load may be, for example, an electronic device, a vehicle, or an energy storage system (ESS), and the vehicle may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or an energy storage system. It may be a vehicle such as smart mobility.
  • ESS energy storage system
  • the battery device includes a plurality of battery packs 110 , a plurality of switching circuits 120 , a plurality of diagnostic circuits 130 and a processor 140 .
  • the plurality of battery packs 110 are connected in parallel to the connection terminals DC(+) and DC(-) through the plurality of switching circuits 120 .
  • the plurality of switching circuits 120 respectively correspond to the plurality of battery packs 110 . That is, each switching circuit 120 is connected to a corresponding battery pack 110 among a plurality of battery packs 110 .
  • Each battery pack 110 includes a plurality of battery cells (not shown), and has a positive terminal PV(+) and a negative terminal PV(-).
  • the battery cell may be a rechargeable secondary battery.
  • a predetermined number of battery cells are serially connected in the battery pack 110 to form a battery module and supply desired power.
  • a predetermined number of battery modules may be connected in series or parallel in the battery pack 110 to supply desired power.
  • Each switching circuit 120 includes a positive switch 121 and a negative switch 122 .
  • the positive switch 121 is connected between the corresponding positive terminal PV(+) of the battery pack 110 and the positive connection terminal DC(+) of the battery device.
  • the negative switch 122 is connected between the corresponding negative terminal PV(-) of the battery pack 110 and the negative connection terminal DC(-) of the battery device.
  • the switches 121 and 122 may be controlled by the processor 140 to control an electrical connection between the battery pack 110 and an external device.
  • switches 121 and 122 may each include a contactor that includes a relay.
  • switches 121 and 122 may each include an electrical switch such as a transistor.
  • the switching circuit 120 may further include a driving circuit (not shown) for driving the switches 121 and 122 in response to a control signal from the processor 140 .
  • a driving circuit (not shown) for driving the switches 121 and 122 in response to a control signal from the processor 140 .
  • the positive switch 121 and the negative switch 122 are closed, power may be supplied from the battery pack 110 to an external device or from the external device to the battery pack 110 . Closing of the switch can be expressed as turning on the switch, and opening of the switch can be expressed as turning off the switch.
  • the plurality of diagnostic circuits 130 respectively correspond to the plurality of switching circuits 120 . That is, each diagnostic circuit 130 is connected between a corresponding switching circuit 120 among the plurality of switching circuits 120 and the connection terminals DC(+) and DC(-). Each diagnostic circuit 130 includes a capacitor (not shown), which is supplied from the corresponding battery pack 110 when the positive switch 121 and the negative switch 122 of the corresponding switching circuit 120 are normally closed. A capacitor is charged by electric power.
  • the processor 140 controls the plurality of switching circuits 120 and the plurality of diagnostic circuits 130 .
  • the switching circuit 120 operates normally, the voltage of the corresponding battery pack 110 may be charged in the corresponding diagnostic circuit 130, but when the switching circuit 120 does not operate normally, the corresponding diagnostic circuit The corresponding voltage of the battery pack 110 cannot be charged to 130 .
  • the processor 140 operates the plurality of switching circuits 120 and the plurality of diagnostic circuits 130 and after a predetermined time has elapsed, a voltage corresponding to a voltage charged in a capacitor of a certain diagnostic circuit 130 When the difference between the voltages of the battery pack 110 is equal to or less than a predetermined voltage, the corresponding switches 121 and 122 of the switching circuit 120 may be diagnosed as normal.
  • the processor 140 switches the corresponding switch of the switching circuit 120 ( 121, 122) can be diagnosed as normal. Meanwhile, the processor 140 operates the plurality of switching circuits 120 and the plurality of diagnostic circuits 130 and after a predetermined time has elapsed, the battery pack ( When the difference between the voltages of 110 is greater than a predetermined voltage, it may be diagnosed that at least one of the switches 121 and 122 of the corresponding switching circuit 120 has a failure.
  • the processor 140 switches the switch of the corresponding switching circuit 120. It can be diagnosed that at least one switch among (121, 122) has a failure. For example, the processor 140 may diagnose that the switches 121 and 122 are stuck.
  • the voltage corresponding to the voltage of the battery pack 110 may be the same voltage as the voltage of the battery pack 110 . In some embodiments, the voltage corresponding to the voltage of the battery pack 110 may be a voltage corresponding to a predetermined ratio of the voltage of the battery pack 110, and the predetermined ratio may be 100% or less.
  • the capacitor of the diagnostic circuit 130 used for diagnosis of the switching circuit 120 is a capacitor used for precharging (i.e., a capacitor used to prevent inrush current when connected to the external device 10). It may be a capacitor provided separately.
  • the processor 140 may connect the battery pack 110 to the connection terminals DC(+) and DC(-) through the switching circuit 120 and the diagnostic circuit 130 after a diagnosis operation through the diagnostic circuit 130. there is.
  • each switching circuit 120 Failure of the switch can be individually diagnosed through the corresponding diagnostic circuit 130 .
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a battery device according to another embodiment
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of switching timing of the battery device illustrated in FIG. 2 .
  • the battery device includes a battery pack 210 , a switching circuit 220 , a diagnostic circuit 230 and a processor 240 .
  • FIG. 2 shows a circuit connected to one battery pack for convenience, a switching circuit and a diagnostic circuit having the same structure may be connected to other battery packs as described with reference to FIG. 1 .
  • the switching circuit 220 is connected between the output terminals PV(+) and PV(-) of the battery pack 210 and the nodes N1 and N2, and the diagnostic circuit 230 is connected between the nodes N1 and N2. It is connected between the connection terminals (DC(+), DC(-)).
  • the positive switch 221 of the switching circuit 220 is connected between the positive terminal PV(+) of the battery pack 210 and the node N1, and the negative switch 222 of the switching circuit 220 is connected to the battery pack 210. It is connected between the negative terminal PV(-) of the pack 210 and the node N2.
  • the diagnostic circuit 230 includes a diagnostic switch 231 , a diagnostic capacitor 232 and an operation switch 233 .
  • a diagnostic switch 231 and a diagnostic capacitor 232 are connected in series between a node N1 and a node N2.
  • the operation switch 233 is connected between the node N1 and the positive connection terminal DC(+), and the node N2 is connected to the negative connection terminal DC(-).
  • the processor 240 outputs control signals Cp and Cn having enable levels for driving the battery device at a time point t 1 .
  • the positive switch 221 and the negative switch 222 are closed in response to the enable levels of the control signals Cp and Cn, respectively.
  • the enable level may be, for example, a high level (H).
  • the processor 240 transfers the control signal Cd having an enable level to the diagnosis switch 231 for diagnosis of the switching circuit 220 at time t 1 , and the diagnosis switch 231 transmits the control signal Cd ) is closed in response to an enable level of Meanwhile, the processor 240 maintains the control signal Co transmitted to the operation switch 233 at a disable level.
  • the disable level may be a low level (L), for example. Then, the switches 221 , 222 , and 231 are closed while the operation switch 233 is open, so that the diagnostic capacitor 232 can be charged by the battery pack 210 .
  • L low level
  • the processor 240 compares the voltage of the battery pack 210 and the voltage charged in the capacitor 232 at a time point when a predetermined time has elapsed from time t 1 to detect a failure of the switching circuit 220, for example, the switch 221, 222) can be diagnosed.
  • the predetermined time may be set to a time during which the capacitor 232 is sufficiently charged with voltage.
  • the battery device may further include a voltage sensing circuit for measuring the voltage of the battery pack 210 and the voltage charged in the capacitor 232 .
  • the processor 240 may receive the voltage of the battery pack 210 and the voltage charged in the capacitor 232 and determine whether the voltage charged in the capacitor 232 is equal to or greater than a predetermined voltage.
  • the processor 240 diagnoses the switches 221 and 222 as normal when the voltage charged in the capacitor 232 is higher than or equal to a predetermined voltage, and when the voltage charged in the capacitor 232 is lower than the predetermined voltage, the switch 221, 222), it may be diagnosed that at least one switch is out of order.
  • the predetermined voltage may be the same as the voltage of the battery pack 210 .
  • the predetermined voltage may be determined as a predetermined percentage of the voltage of the battery pack 210, and the predetermined percentage may be 100% or less.
  • the battery device may further include an analog-to-digital converter that converts the voltage of the battery pack 210 and the voltage charged in the capacitor 232 into digital signals and transfers the converted digital signals to the processor 240 .
  • the battery device may further include a comparator (not shown).
  • the comparator may compare the voltage of the battery pack 210 and the voltage charged in the capacitor 232 and output a comparison result.
  • the processor 240 may diagnose whether the switches 221 and 222 are out of order based on the comparison result of the comparators.
  • the processor 240 converts the control signal Cd transmitted to the diagnosis switch 231 to a disable level at a time point t 2 , and converts the control signal Co transmitted to the operation switch 233 to an enable level. switch Accordingly, the diagnostic switch 231 is opened and the operation switch 233 is closed, so that the power of the battery pack 210 is transferred to the external device 20 through the connection terminals DC(+) and DC(-). can
  • FIG. 3 shows that the control signals Cp, Cn, and Cd are simultaneously switched to the enable level at the time t 1 , there may be a difference in the level conversion time of the control signals Cp, Cn, and Cd.
  • the control signals Cp and Cd may be converted to an enable level.
  • the levels of the control signals Cd and Co are simultaneously switched at the time point t -2 , there may be a difference in the time point of the level conversion of the control signals Cd and Co.
  • the control signal Co is first converted to an enable level
  • the control signal Cd may be converted to a disable level.
  • the processor 240 can diagnose whether the switches 221 and 222 of the corresponding switching circuit 220 are out of order through the diagnostic circuit 230 corresponding to each battery pack 210. there is. Accordingly, the plurality of switching circuits 220 commonly connected to the connection terminals DC(+) and DC(-) may be individually diagnosed.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a battery device according to another embodiment
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of switching timing of the battery device illustrated in FIG. 4 .
  • the battery device includes a battery pack 410 , a switching circuit 420 , a diagnostic circuit 430 and a processor 440 .
  • FIG. 4 shows a circuit connected to one battery pack for convenience of description, a switching circuit and a diagnostic circuit having the same structure may be connected to other battery packs as described with reference to FIG. 1 .
  • the switching circuit 420 is connected between the output terminals PV(+) and PV(-) of the battery pack 410 and the nodes N1 and N2, and the diagnostic circuit 430 connects to the nodes N1 and N2. It is connected between the connection terminals (DC(+), DC(-)).
  • the switching circuit 420 includes a positive switch 421, a negative switch 422 and a precharge circuit.
  • the precharge circuit may include a precharge switch 423 and a precharge resistor 424 .
  • the positive switch 421 of the switching circuit 420 is connected between the positive terminal PV(+) of the battery pack 410 and the node N1, and the negative switch 422 of the switching circuit 420 is connected to the battery pack 410. It is connected between the negative terminal PV(-) of the pack 410 and the node N2.
  • the precharge switch 423 and the precharge resistor 424 may be connected in series between the positive terminal PV(+) of the battery pack 110 and the node N1. In some embodiments, the positive switch 421 and the precharge circuits 423 and 424 may be connected in parallel between the positive terminal PV(+) of the battery pack 410 and the node N1.
  • the diagnostic circuit 430 includes a diagnostic switch 431 , a diagnostic capacitor 432 and an operation switch 433 .
  • a diagnostic switch 431 and a diagnostic capacitor 432 are connected in series between a node N1 and a node N2.
  • the operation switch 433 is connected between the node N1 and the positive connection terminal DC(+), and the node N2 is connected to the negative connection terminal DC(-).
  • diagnostic circuit 430 includes diagnostic switch 431 and operating switch 433
  • the processor 440 outputs control signals Cpc and Cn having an enable level to drive the battery device at a time point t 1 .
  • the precharge switch 423 and the negative switch 422 are closed in response to the enable levels of the control signals Cpc and Cn, respectively.
  • the enable level may be, for example, a high level (H).
  • the processor 440 transfers the control signal Cd having an enable level to the diagnosis switch 431 for diagnosis of the switching circuit 420 at time t 1 , and the diagnosis switch 431 transmits the control signal Cd ) is closed in response to an enable level of Meanwhile, the processor 440 maintains the control signal Co transmitted to the operation switch 433 at a disable level.
  • the disable level may be a low level (L), for example. Then, the diagnostic capacitor 432 may be charged by the battery pack 410 by closing the switches 422 , 423 , and 431 while the operation switch 433 is open.
  • the processor 440 compares the voltage of the battery pack 410 and the voltage charged in the capacitor 432 at a time point when a predetermined time has elapsed from time t 1 to detect a failure of the switching circuit 420, for example, the switch 422, 423) can be diagnosed.
  • the processor 440 converts the control signal Cd transmitted to the diagnostic switch 431 to a disable level at a time point t 2 and converts the control signal Co transmitted to the operation switch 433 to an enable level. switch Accordingly, the diagnostic switch 431 is opened and the operation switch 433 is closed, so that the capacitor of the external device 40 may be precharged by the battery pack 410 .
  • the processor 440 converts the control signal Cp transmitted to the positive switch 421 to an enable level at the time t 3 , and the precharge switch 423 ) is converted to a disable level. Accordingly, power of the battery pack 210 may be transferred to the external device 40 through the connection terminals DC(+) and DC(-).
  • FIG. 5 it is described that the precharge switch 423 is closed at the time t 1 , but as described with reference to FIG. 3 , it is also possible to diagnose whether the switches 421 and 422 are out of order by closing the positive switch 421 .
  • FIG. 5 shows that the control signals Cpc, Cn, and Cd are simultaneously switched to the enable level at the time t 1 , there may be a difference in the level conversion time of the control signals Cpc, Cn, and Cd. For example, after the control signal Cn is first converted to an enable level, the control signals Cpc and Cd may be converted to an enable level.
  • FIG. 5 shows that the levels of the control signals Cd and Co are simultaneously switched at the time point t -2 , there may be a difference in the time point of the level conversion of the control signals Cd and Co. For example, after the control signal Co is first converted to an enable level, the control signal Cd may be converted to a disable level. Similarly, although it is shown in FIG.
  • control signal Cp may first be converted to an enable level and then the control signal Cpc may be converted to a disable level.
  • the processor 440 operates the switches 421, 422, and 423 of the switching circuit 420 including the corresponding pre-charge circuit through the diagnostic circuit 430 corresponding to each battery pack 410. ) can be diagnosed.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a diagnosis method according to an embodiment.
  • the battery management system of the battery device starts a switching procedure to supply power through the battery pack (S610).
  • the negative electrode switches eg, 222 of FIG. 2 or 422 of FIG. 4
  • the battery management system may transmit a control signal having an enable level to the negative switch 222 or 422 to close the negative switch 222 or 422 (S620).
  • the battery management system closes the positive switch (for example, 221 of FIG. 2) or the precharge switch (for example, 423 of FIG. 4) of the plurality of battery packs (S630), and individually provided to each battery pack.
  • the capacitor is charged through a corresponding battery pack (S640).
  • the battery management system may transmit a control signal having an enable level to the positive switch 221 or the precharge switch 423 to close the positive switch 221 or the precharge switch 423 (S630). ).
  • the battery management system diagnoses the switching circuit of each battery pack based on the voltage of each battery pack and the voltage of the corresponding capacitor (S650, S660, S670).
  • the battery management system may compare the voltage of each battery pack and the voltage of the corresponding capacitor (S650). When the difference between the voltage of a certain battery pack and the voltage of the corresponding capacitor is equal to or less than a predetermined voltage (S650), the battery management system may diagnose that the switching circuit of the corresponding battery pack is normal (S660). When the difference between the voltage of a certain battery pack and the voltage of the corresponding capacitor is greater than a predetermined voltage (S650), the battery management system may diagnose that the switching circuit of the corresponding battery pack is out of order (S670).

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Abstract

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

Description

배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법
관련 출원과의 상호 인용
본 출원은 2021년 7월 14일자 대한민국 특허출원 제10-2021-0092482에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
아래 기재된 기술은 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법에 관한 것이다.
전기 자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용하여 모터를 구동함으로써 동력을 얻는 자동차로서, 내연 자동차의 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 충전이 가능한 배터리는 전기 자동차 이외에 다양한 외부 장치에서 사용되고 있다.
최근, 높은 출력과 큰 충전 용량을 가지는 배터리가 요구됨에 따라 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결된 배터리 팩이 사용되고 있다. 배터리 팩마다 배터리 팩의 연결 제어를 위한 스위칭 회로가 사용될 수 있다. 복수의 배터리 팩이 동일한 외부 연결 단자에 연결되므로, 배터리 팩마다 스위칭 회로의 스위치(예를 들면, 컨택터)의 고장(예를 들면, 스턱 고장)을 진단하기가 불가능한다.
어떤 실시예는 각 배터리 팩에서의 스위칭 회로의 고장을 진단할 수 있는 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법을 제공할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 제1 연결 단자와 제2 연결 단자를 통해 외부 장치와 연결되는 배터리 장치가 제공될 수 있다. 상기 배터리 장치는 병렬로 연결되는 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩, 제1 스위칭 회로, 제2 스위칭 회로, 제1 진단 회로, 제2 진단 회로 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위칭 회로는 상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는 제1 스위치와 상기 제1 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되는 제2 스위치를 포함할 수 있다. 상기 제2 스위칭 회로는 상기 제2 배터리 팩의 제1 단자와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결되는 제3 스위치와 상기 제2 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함할 수 있다. 상기 제1 진단 회로는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 닫힐 때, 상기 제1 배터리 팩의 전압을 충전하는 제1 커패시터를 포함하고, 상기 제2 진단 회로는 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치가 닫힐 때, 상기 제2 배터리 팩의 전압을 충전하는 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압에 기초해서 상기 제1 스위칭 회로를 진단하고, 상기 제2 배터리 팩의 전압과 상기 제2 커패시터의 전압에 기초해서 상기 제2 스위칭 회로를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 정상으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 배터리 팩의 전압과 상기 제1 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 고장으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 커패시터의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압의 소정 비율보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 정상으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 커패시터의 전압이 상기 제1 배터리 팩의 전압의 소정 비율보다 작은 경우, 상기 프로세서는 상기 제1 스위칭 회로를 고장으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 진단 회로는 제5 스위치와 제6 스위치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 스위치는 상기 제1 배터리 팩의 제1 단자와 노드 사이에 연결되고, 상기 제5 스위치와 상기 제1 커패시터는 상기 노드와 상기 제2 연결 단자 사이에 직렬로 연결되며, 상기 제6 스위치는 상기 노드와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결될 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 제6 스위치를 열고 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제5 스위치를 닫아서 상기 제1 커패시터를 충전하고, 상기 제6 스위치를 닫고 상기 제5 스위치를 열어서 상기 제1 배터리 팩의 전압을 상기 제1 연결 단자로 제공할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는 프리차지에 사용되는 커패시터와는 별도로 제공될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 외부 장치에 연결되는 제1 연결 단자와 제2 연결 단자를 가지는 배터리 장치의 배터리 관리 시스템이 제공될 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템은, 제1 스위치와 제2 스위치를 포함하는 스위칭 회로, 제3 스위치, 커패시터, 제4 스위치 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치는 상기 배터리 장치의 배터리 팩의 제1 단자와 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 스위치는 상기 배터리 팩의 제2 단자와 상기 제2 연결 단자 사이에 연결될 수 있다. 상기 제3 스위치와 커패시터는 상기 노드와 상기 제2 연결 단자 사이에 직렬로 연결되고, 상기 제4 스위치는 상기 노드와 상기 제1 연결 단자 사이에 연결될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 제어할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압에 기초해서 상기 스위칭 회로를 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 스위치 회로의 진단을 위해, 상기 프로세서는 상기 제4 스위치를 열고 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 닫아서 상기 커패시터를 충전할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 진단한 후에 상기 제4 스위치를 닫고 상기 제3 스위치를 열어서 상기 배터리 팩의 전압을 상기 외부 장치로 공급할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 정상으로 진단할 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 배터리 팩의 전압과 상기 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우, 상기 프로세서는 상기 스위칭 회로를 고장으로 진단할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 장치의 진단 방법이 제공된다. 상기 진단 방법은 상기 복수의 배터리 팩에 각각 제공되는 복수의 커패시터를 충전하는 단계, 각 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 대응하는 커패시터의 전압을 비교하는 단계, 상기 복수의 배터리 팩 중에서 제1 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 상기 제1 배터리 팩에 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우, 상기 제1 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 정상으로 진단하는 단계, 그리고 상기 복수의 배터리 팩 중에서 제2 배터리 팩의 전압과 상기 복수의 커패시터 중 상기 제2 배터리 팩에 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 상기 소정 전압보다 큰 경우, 상기 제2 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 고장으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 병렬 배터리 팩이 사용될 때, 각 배터리 팩에 연결되는 스위칭 회로를 개별적으로 진단할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 한 실시예에 따른 진단 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리 장치는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치에 전기적으로 연결될 수 있는 구조를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치는 양극 연결 단자(DC(+))와 음극 연결 단자(DC(-))를 통해 외부 장치(10)에 연결될 수 있다. 외부 장치(10)가 부하인 경우, 배터리 장치는 부하로 전력을 공급하는 전원으로 동작하여 방전될 수 있다. 외부 장치(10)가 충전기인 경우, 배터리 장치는 충전기(10)를 통해 외부 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 어떤 실시예에서, 부하로 동작하는 외부 장치(10)는 예를 들면 전자 장치, 이동 수단 또는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)일 수 있으며, 이동 수단은 예를 들면 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 스마트 모빌리티(smart mobility) 등의 차량일 수 있다.
배터리 장치는 복수의 배터리 팩(110), 복수의 스위칭 회로(120), 복수의 진단 회로(130) 및 프로세서(140)를 포함한다.
복수의 배터리 팩(110)은 복수의 스위칭 회로(120)를 통해 연결 단자(DC(+), DC(-))에 병렬로 연결된다. 복수의 스위칭 회로(120)는 복수의 배터리 팩(110)에 각각 대응한다. 즉, 각 스위칭 회로(120)는 복수의 배터리 팩(110) 중에서 대응하는 배터리 팩(110)에 연결되어 있다. 각 배터리 팩(110)은 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함하며, 양극 단자(PV(+))와 음극 단자(PV(-))를 가진다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 한 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈을 구성하여 원하는 전력을 공급할 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리 팩(110)에서 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.
각 스위칭 회로(120)는 양극 스위치(121) 및 음극 스위치(122)를 포함한다. 양극 스위치(121)는 대응하는 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 배터리 장치의 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있다. 음극 스위치(122)는 대응하는 배터리 팩(110)의 음극 단자(PV(-))와 배터리 장치의 음극 연결 단자(DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 스위치(121, 122)는 프로세서(140)에 의해 제어되어서 배터리 팩(110)과 외부 장치 사이의 전기적 연결을 제어할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 릴레이를 포함하는 컨택터를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위치(121, 122)는 각각 트랜지스터 등의 전기적 스위치를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 스위칭 회로(120)는 프로세서(140)로부터의 제어 신호에 응답하여 스위치(121, 122)를 각각 구동하는 구동 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 양극 스위치(121)와 음극 스위치(122)가 닫히면, 배터리 팩(110)으로부터 외부 장치로 전력을 공급하거나 외부 장치로부터 배터리 팩(110)으로 전력이 공급될 수 있다. 스위치의 닫힘은 스위치의 온(on)으로 표현할 수 있고, 스위치의 열림은 스위치의 오프(off)로 표현할 수 있다.
복수의 진단 회로(130)는 복수의 스위칭 회로(120)에 각각 대응한다. 즉, 각 진단 회로(130)는 복수의 스위칭 회로(120) 중 대응하는 스위칭 회로(120)와 연결 단자(DC(+), DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 각 진단 회로(130)는 커패시터(도시하지 않음)를 포함하며, 대응하는 스위칭 회로(120)의 양극 스위치(121)와 음극 스위치(122)가 정상적으로 닫힐 때 대응하는 배터리 팩(110)으로부터 공급되는 전력에 의해 커패시터가 충전된다.
프로세서(140)는 복수의 스위칭 회로(120) 및 복수의 진단 회로(130)를 제어한다. 스위칭 회로(120)가 정상적으로 동작하는 경우에는 대응하는 진단 회로(130)에는 대응하는 배터리 팩(110)의 전압이 충전될 수 있지만, 스위칭 회로(120)가 정상적으로 동작하지 않는 경우에는 대응하는 진단 회로(130)에는 대응하는 배터리 팩(110)의 전압이 충전될 수 없다. 어떤 실시예에서, 프로세서(140)는 복수의 스위칭 회로(120)와 복수의 진단 회로(130)를 동작시키고 소정 시간이 경과한 후에, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압과 대응하는 배터리 팩(110)의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우에 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122)를 정상으로 진단할 수 있다. 예를 들면, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압이 대응하는 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압을 가지는 경우에, 프로세서(140)는 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122)를 정상으로 진단할 수 있다. 한편, 프로세서(140)는 복수의 스위칭 회로(120)와 복수의 진단 회로(130)를 동작시키고 소정 시간이 경과한 후에, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압과 대응하는 배터리 팩(110)의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우에 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122) 중 적어도 하나의 스위치에 고장이 있는 것으로 진단할 수 있다. 예를 들면, 어떤 진단 회로(130)의 커패시터에 충전된 전압이 대응하는 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압을 가지는 못하는 경우에, 프로세서(140)는 대응하는 스위칭 회로(120)의 스위치(121, 122) 중 적어도 하나의 스위치에 고장이 있는 것으로 진단할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(140)는 스위치(121, 122)가 스턱(stuck)된 것으로 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압은 배터리 팩(110)의 전압과 동일한 전압일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 팩(110)의 전압에 대응하는 전압은 배터리 팩(110)의 전압의 소정 비율에 해당하는 전압일 수 있으며, 소정 비율은 100% 이하일 수 있다.
어떤 실시예에서, 스위칭 회로(120)의 진단에 사용되는 진단 회로(130)의 커패시터는 프리차지에 사용되는 커패시터(즉, 외부 장치(10)와 연결할 때 돌입 전류를 방지하기 위해 사용되는 커패시터)와는 별도로 제공되는 커패시터일 수 있다.
프로세서(140)는 진단 회로(130)를 통한 진단 동작 후에 배터리 팩(110)을 스위칭 회로(120)와 진단 회로(130)를 통해 연결 단자(DC(+), DC(-))에 연결할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 복수의 배터리 팩(110)을 위한 복수의 스위칭 회로(120)가 동일한 연결 단자(DC(+), DC(-))에 연결되더라도, 각 스위칭 회로(120)는 대응하는 진단 회로(130)를 통해 개별적으로 스위치의 고장이 진단될 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 배터리 장치는 배터리 팩(210), 스위칭 회로(220), 진단 회로(230) 및 프로세서(240)를 포함한다. 도 2에서는 설명한 편의상 하나의 배터리 팩에 연결되는 회로를 도시하였지만, 도 1을 참고로 하여 설명한 것처럼 다른 배터리 팩에도 동일한 구조를 가지는 스위칭 회로 및 진단 회로가 연결될 수 있다.
스위칭 회로(220)는 배터리 팩(210)의 출력 단자(PV(+), PV(-))와 노드(N1, N2) 사이에 연결되고, 진단 회로(230)는 노드(N1, N2)와 연결 단자(DC(+), DC(-)) 사이에 연결되어 있다.
스위칭 회로(220)의 양극 스위치(221)는 배터리 팩(210)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 연결되어 있으며, 스위칭 회로(220)의 음극 스위치(222)는 배터리 팩(210)의 음극 단자(PV(-))와 노드(N2) 사이에 연결되어 있다.
진단 회로(230)는 진단 스위치(231), 진단 커패시터(232) 및 동작 스위치(233)를 포함한다. 진단 스위치(231)와 진단 커패시터(232)는 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 동작 스위치(233)는 노드(N1)와 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있으며, 노드(N2)는 음극 연결 단자(DC(-))에 연결되어 있다.
도 3을 참고하면, 프로세서(240)는 t1 시점에서 배터리 장치의 구동을 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cp, Cn)를 출력한다. 양극 스위치(221)와 음극 스위치(222)는 각각 제어 신호(Cp, Cn)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 어떤 실시예에서, 인에이블 레벨은 예를 들면 하이 레벨(H)일 수 있다. 또한, 프로세서(240)는 t1 시점에서 스위칭 회로(220)의 진단을 위해 진단 스위치(231)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cd)를 전달하고, 진단 스위치(231)는 제어 신호(Cd)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 한편, 프로세서(240)는 동작 스위치(233)로 전달되는 제어 신호(Co)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 어떤 실시예에서, 디스에이블 레벨은 예를 들면 로우 레벨(L)일 수 있다. 그러면, 동작 스위치(233)가 열린 상태에서 스위치(221, 222, 231)가 닫혀서 배터리 팩(210)에 의해서 진단 커패시터(232)가 충전될 수 있다.
프로세서(240)는 t1 시점에서 소정 시간이 경과한 시점에서 배터리 팩(210)의 전압과 커패시터(232)에 충전된 전압을 비교하여서 스위칭 회로(220)의 고장, 예를 들면 스위치(221, 222)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 소정 시간은 커패시터(232)에 전압이 충분히 충전될 수 있는 시간으로 설정될 수 있다.
어떤 실시예에서, 배터리 장치는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 측정하기 위한 전압 감지 회로를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 프로세서(240)는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 수신하고, 커패시터(232)에 충전된 전압이 소정 전압 이상인지를 판단할 수 있다. 프로세서(240)는 커패시터(232)에 충전된 전압이 소정 전압 이상인 경우에 스위치(221, 222)를 정상으로 진단하고, 커패시터(232)에 충전된 전압이 소정 전압보나 낮은 경우에 스위치(221, 222) 중 적어도 하나의 스위치가 고장이라고 진단할 수 있다. 어떤 실시예에서, 소정 전압은 배터리 팩(210)의 전압과 동일할 수 있다. 어떤 실시예에서, 소정 전압은 배터리 팩(210)의 전압의 소정 비율로 정해질 수 있으며, 소정 비율은 100% 이하일 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 장치는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 디지털 신호로 변환하여 프로세서(240)로 전달하는 아날로그 디지털 변환기를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 배터리 장치는 비교기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 비교기는 배터리 팩(210)의 전압 및 커패시터(232)에 충전된 전압을 비교하고, 비교 결과를 출력할 수 있다. 프로세서(240)는 비교기의 비교 결과에 기초해서 스위치(221, 222)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
다음, 프로세서(240)는 t2 시점에서 진단 스위치(231)로 전달되는 제어 신호(Cd)를 디스에이블 레벨로 전환하고, 동작 스위치(233)로 전달되는 제어 신호(Co)를 인에이블 레벨로 전환한다. 이에 따라, 진단 스위치(231)가 열리고, 동작 스위치(233)가 닫혀서, 배터리 팩(210)의 전력이 연결 단자(DC(+), DC(-))를 통해 외부 장치(20)로 전달될 수 있다.
도 3에서는 t1 시점에서 제어 신호(Cp, Cn, Cd)가 동시에 인에이블 레벨로 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cp, Cn, Cd)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Cn)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cp, Cd)가 인에이블 레벨로 전환될 수 있다. 마찬가지로, 도 3에서는 t-2 시점에서 제어 신호(Cd, Co)가 동시에 레벨이 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cd, Co)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Co)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cd)가 디스에이블 레벨로 전환될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 프로세서(240)는 각 배터리 팩(210)에 대응하는 진단 회로(230)를 통해 대응하는 스위칭 회로(220)의 스위치(221, 222)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 따라서, 연결 단자(DC(+), DC(-))에 공통으로 연결되는 복수의 스위칭 회로(220)가 개별적으로 진단될 수 있다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 한 예를 나타내는 도면이며, 도 5는 도 4에 도시한 배터리 장치의 스위칭 타이밍의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 배터리 장치는 배터리 팩(410), 스위칭 회로(420), 진단 회로(430) 및 프로세서(440)를 포함한다. 도 4에서는 설명한 편의상 하나의 배터리 팩에 연결되는 회로를 도시하였지만, 도 1을 참고로 하여 설명한 것처럼 다른 배터리 팩에도 동일한 구조를 가지는 스위칭 회로 및 진단 회로가 연결될 수 있다.
스위칭 회로(420)는 배터리 팩(410)의 출력 단자(PV(+), PV(-))와 노드(N1, N2) 사이에 연결되고, 진단 회로(430)는 노드(N1, N2)와 연결 단자(DC(+), DC(-)) 사이에 연결되어 있다. 스위칭 회로(420)는 양극 스위치(421), 음극 스위치(422) 및 프리차지 회로를 포함한다. 어떤 실시예에서, 프리차지 회로는 프리차지 스위치(423)와 프리차지 저항(424)을 포함할 수 있다.
스위칭 회로(420)의 양극 스위치(421)는 배터리 팩(410)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 연결되어 있으며, 스위칭 회로(420)의 음극 스위치(422)는 배터리 팩(410)의 음극 단자(PV(-))와 노드(N2) 사이에 연결되어 있다. 프리차지 스위치(423)와 프리차지 저항(424)은 배터리 팩(110)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 어떤 실시예에서, 양극 스위치(421)와 프리차지 회로(423, 424)는 배터리 팩(410)의 양극 단자(PV(+))와 노드(N1) 사이에 병렬로 연결될 수 있다.
진단 회로(430)는 진단 스위치(431), 진단 커패시터(432) 및 동작 스위치(433)를 포함한다. 진단 스위치(431)와 진단 커패시터(432)는 노드(N1)와 노드(N2) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 동작 스위치(433)는 노드(N1)와 양극 연결 단자(DC(+)) 사이에 연결되어 있으며, 노드(N2)는 음극 연결 단자(DC(-))에 연결되어 있다. 어떤 실시예에서, 진단 회로(430)는 진단 스위치(431) 및 동작 스위치(433)
도 5를 참고하면, 프로세서(440)는 t1 시점에서 배터리 장치의 구동을 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cpc, Cn)를 출력한다. 프리차지 스위치(423)와 음극 스위치(422)는 각각 제어 신호(Cpc, Cn)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 어떤 실시예에서, 인에이블 레벨은 예를 들면 하이 레벨(H)일 수 있다. 또한, 프로세서(440)는 t1 시점에서 스위칭 회로(420)의 진단을 위해 진단 스위치(431)로 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호(Cd)를 전달하고, 진단 스위치(431)는 제어 신호(Cd)의 인에이블 레벨에 응답하여 닫힌다. 한편, 프로세서(440)는 동작 스위치(433)로 전달되는 제어 신호(Co)는 디스에이블 레벨로 유지한다. 어떤 실시예에서, 디스에이블 레벨은 예를 들면 로우 레벨(L)일 수 있다. 그러면, 동작 스위치(433)가 열린 상태에서 스위치(422, 423, 431)가 닫혀서 배터리 팩(410)에 의해서 진단 커패시터(432)가 충전될 수 있다.
프로세서(440)는 t1 시점에서 소정 시간이 경과한 시점에서 배터리 팩(410)의 전압과 커패시터(432)에 충전된 전압을 비교하여서 스위칭 회로(420)의 고장, 예를 들면 스위치(422, 423)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
다음, 프로세서(440)는 t2 시점에서 진단 스위치(431)로 전달되는 제어 신호(Cd)를 디스에이블 레벨로 전환하고, 동작 스위치(433)로 전달되는 제어 신호(Co)를 인에이블 레벨로 전환한다. 이에 따라, 진단 스위치(431)가 열리고, 동작 스위치(433)가 닫혀서, 배터리 팩(410)에 의해 외부 장치(40)의 커패시터가 프리차지될 수 있다.
다음, 외부 장치(40)의 커패시터의 프리차지 완료 후에, 프로세서(440)는 t3 시점에서 양극 스위치(421)로 전달되는 제어 신호(Cp)를 인에이블 레벨로 전환하고, 프리차지 스위치(423)로 전달되는 제어 신호(Cpc)를 디스에이블 레벨로 전환한다. 이에 따라, 배터리 팩(210)의 전력이 연결 단자(DC(+), DC(-))를 통해 외부 장치(40)로 전달될 수 있다.
도 5에서는 t1 시점에서 프리차지 스위치(423)를 닫는 것으로 설명하였지만, 도 3을 참고로 하여 설명한 것처럼 양극 스위치(421)를 닫아서 스위치(421, 422)의 고장 여부를 진단할 수도 있다.
도 5에서는 t1 시점에서 제어 신호(Cpc, Cn, Cd)가 동시에 인에이블 레벨로 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cpc, Cn, Cd)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Cn)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cpc, Cd)가 인에이블 레벨로 전환될 수 있다. 또한, 도 5에서는 t-2 시점에서 제어 신호(Cd, Co)가 동시에 레벨이 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cd, Co)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Co)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cd)가 디스에이블 레벨로 전환될 수 있다. 마찬가지로, 도 5에서는 t-3 시점에서 제어 신호(Cpc, Cp)가 동시에 레벨이 전환되는 것으로 도시하였지만, 제어 신호(Cpc, Cp)의 레벨 전환 시점에 차이가 있을 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(Cp)가 먼저 인에이블 레벨로 전환된 후에 제어 신호(Cpc)가 디스에이블 레벨로 전환될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 프로세서(440)는 각 배터리 팩(410)에 대응하는 진단 회로(430)를 통해 대응하는 프리차지 회로를 포함하는 스위칭 회로(420)의 스위치(421, 422, 423)의 고장 여부를 진단할 수 있다.
도 6은 한 실시예에 따른 진단 방법의 한 예를 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 배터리 장치의 배터리 관리 시스템은 배터리 팩을 통해 전력을 공급하기 위해 스위칭 절차를 시작한다(S610). 먼저, 복수의 배터리 팩의 음극 스위치(예를 들면, 도 2의 222 또는 도 4의 422)를 닫는다(S620). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 음극 스위치(222 또는 422)를 닫기 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호를 음극 스위치(222 또는 422)로 전달할 수 있다(S620).
또한 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 팩의 양극 스위치(예를 들면, 도 2의 221) 또는 프리차지 스위치(예를 들면, 도 4의 423)를 닫고(S630), 각 배터리 팩에 개별적으로 제공되는 커패시터를 대응하는 배터리 팩을 통해 충전한다(S640). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 양극 스위치(221) 또는 프리차지 스위치(423)를 닫기 위해 인에이블 레벨을 가지는 제어 신호를 양극 스위치(221) 또는 프리차지 스위치(423)로 전달할 수 있다(S630).
다음, 배터리 관리 시스템은 각 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압에 기초해서 각 배터리 팩의 스위칭 회로를 진단한다(S650, S660, S670). 어떤 실시예에서, 배터리 관리 시스템은 각 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압을 비교할 수 있다(S650). 어떤 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압 이하인 경우에(S650), 배터리 관리 시스템은 해당 배터리 팩의 스위칭 회로는 정상이라고 진단할 수 있다(S660). 어떤 배터리 팩의 전압과 대응하는 커패시터의 전압 사이의 차이가 소정 전압보다 큰 경우에(S650), 배터리 관리 시스템은 해당 배터리 팩의 스위칭 회로가 고장이라고 진단할 수 있다(S670).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

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