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KR102437323B1 - 배터리 팩 진단 장치 - Google Patents

배터리 팩 진단 장치 Download PDF

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KR102437323B1
KR102437323B1 KR1020190004160A KR20190004160A KR102437323B1 KR 102437323 B1 KR102437323 B1 KR 102437323B1 KR 1020190004160 A KR1020190004160 A KR 1020190004160A KR 20190004160 A KR20190004160 A KR 20190004160A KR 102437323 B1 KR102437323 B1 KR 102437323B1
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옥장수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 충방전 개폐 소자가 정상적으로 동작하는지 여부를 진단하는 기술을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치는, 충방전 스위치 및 퓨즈가 구비된 충방전 개폐부가 배터리 셀과 팩 단자 사이의 충방전 경로 상에 설치된 배터리 팩 진단 장치로서, 일단이 상기 배터리 셀과 상기 충방전 개폐부 사이에 연결되고, 타단이 접지를 향하는 경로 상의 공통 노드에 연결되며, 제1 저항부를 구비하는 제1 진단 경로; 일단이 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈 사이에 연결되고, 타단이 상기 공통 노드에 연결되며, 제2 저항부를 구비하는 제2 진단 경로; 일단이 상기 충방전 개폐부와 상기 팩 단자 사이에 연결되고, 타단이 상기 공통 노드에 연결되며, 제3 저항부를 구비하는 제3 진단 경로; 일단이 상기 공통 노드에 연결되고, 타단이 접지에 연결되며, 진단 스위칭부 및 진단 저항부를 구비하는 통합 진단 경로; 상기 진단 스위칭부와 상기 진단 저항부 사이의 진단 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 진단 스위칭부를 온오프시키며, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 진단 전압에 기초하여 상기 충방전 개폐부의 이상 여부를 판정하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 팩 진단 장치{Apparatus for diagnosing battery pack}
본 발명은 배터리 팩을 진단하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 충방전 개폐 소자가 정상적으로 동작하는지 여부를 진단하는 기술에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히 전기차나 하이브리드 자동차에 사용되는 이차 전지는 고출력, 대용량 이차 전지로서, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
리튬 이차 전지는, 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
이차 전지는 배터리 셀로서 배터리 팩에 하나 이상 포함될 수 있으며, 충방전 경로를 통해 충방전됨으로써, 배터리 팩의 실질적인 전원 공급원으로서 기능할 수 있다. 이때, 이차 전지, 즉 배터리 셀과 배터리 팩의 팩 단자 사이에는 충방전 경로를 개폐시키기 위한 충방전 개폐부가 설치될 수 있다. 특히, 이러한 충방전 개폐부는 충방전 스위치 및 퓨즈를 구비할 수 있다. 충방전 스위치는 배터리 팩에 구비된 제어 유닛에 의해 제어되어 충방전 경로를 턴온 또는 턴오프시킬 수 있다. 충방전 스위치로는 컨택터와 같은 기계식 스위치나 MOSFET과 같은 전자식 스위치가 이용될 수 있다. 또한, 퓨즈는, 충방전 경로에 과전류가 흐르는 경우, 융단됨으로써, 충방전 경로를 비가역적으로 차단시킬 수 있다.
이와 같은 충방전 스위치나 퓨즈는, 충방전 전류의 흐름을 선택적으로 허용하는 한편, 이상 상황 발생 시 신속하게 전류의 흐름을 차단하는 소자로서, 배터리 팩에서 매우 중요한 부품이라 할 수 있다. 만일, 충방전 스위치나 퓨즈에 이상이 생겨, 충방전 전류의 흐름을 제대로 허용하거나 차단하지 못하면, 배터리 팩의 파손은 물론이고, 배터리 팩에 연결된 장치나 사용자에 큰 피해를 입힐 수 있다. 특히, 최근에 이용이 급증하고 있는 전기 자동차나 ESS(Energy Storage System)와 같은 장치에 이용되는 중대형 배터리 팩의 경우, 충방전 경로에 매우 큰 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 충방전 전류의 흐름을 제때 차단하지 못하는 경우, 배터리 팩의 파손 등과 함께 해당 장치의 손상, 화재 등을 일으킬 수 있다. 더욱이, 전기 자동차의 경우, 이용 중에는 사용자가 대부분 탑승하고 있고, 빠른 속도로 이동하는 특성이 있다. 따라서, 전류가 적절하게 온/오프되지 않으면, 물적 피해와 함께 인적 피해를 일으킬 수 있다.
그러므로, 충방전 스위치나 퓨즈가 정상 동작하고 있는지에 대해서는 정확하게 진단할 필요가 있다. 이러한 측면에서, 배터리 팩의 충방전 경로에 구비된 충방전 스위치나 퓨즈 등의 충방전 개폐 소자의 정상 동적 여부를 진단하기 위한 여러 기술이 제안되고 있다. 하지만, 아직까지 충방전 개폐부를 진단하기 위한 효과적인 기술들은 제안되고 있지 않다. 예를 들어, 종래 진단 기술들의 경우, 회로 구조나 결과 산출 과정 등이 복잡하여, 신속한 처리가 어렵거나 오류가 많거나 정확한 처리를 위해서는 제어 장치의 높은 성능을 필요로 하거나, 제조 공정이 쉽지 않거나 제조 비용이 높다는 등의 여러 문제가 여전히 존재하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩의 충방전 경로에 구비된 충방전 개폐부에 대한 정상 동작 여부를 효과적으로 진단할 수 있는 배터리 팩 진단 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치는, 충방전 스위치 및 퓨즈가 구비된 충방전 개폐부가 배터리 셀과 팩 단자 사이의 충방전 경로 상에 설치된 배터리 팩 진단 장치로서, 일단이 상기 배터리 셀과 상기 충방전 개폐부 사이에 연결되고, 타단이 접지를 향하는 경로 상의 공통 노드에 연결되며, 제1 저항부를 구비하는 제1 진단 경로; 일단이 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈 사이에 연결되고, 타단이 상기 공통 노드에 연결되며, 제2 저항부를 구비하는 제2 진단 경로; 일단이 상기 충방전 개폐부와 상기 팩 단자 사이에 연결되고, 타단이 상기 공통 노드에 연결되며, 제3 저항부를 구비하는 제3 진단 경로; 일단이 상기 공통 노드에 연결되고, 타단이 접지에 연결되며, 진단 스위칭부 및 진단 저항부를 구비하는 통합 진단 경로; 상기 진단 스위칭부와 상기 진단 저항부 사이의 진단 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 진단 스위칭부를 온오프시키며, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 진단 전압에 기초하여 상기 충방전 개폐부의 이상 여부를 판정하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제1 진단 경로, 상기 제2 진단 경로 및 상기 제3 진단 경로는, 스위칭 소자를 구비하지 않도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충방전 스위치 및 상기 퓨즈 중 어느 부품에 이상이 있는지를 판단하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치는, 상기 측정된 진단 전압과 비교되기 위한 참조 전압을 저장하는 메모리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 진단 경로는, 상기 충방전 경로에서 상기 공통 노드를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성된 다이오드를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제2 진단 경로 및 상기 제3 진단 경로는, 상기 충방전 경로에서 상기 공통 노드를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성된 다이오드를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제2 진단 경로 및 상기 제3 진단 경로는, 상기 제2 저항부와 상기 공통 노드 사이의 경로 및 상기 제3 저항부와 상기 공통 노드 사이의 경로의 적어도 일부가 하나의 경로로 통합된 공통 경로를 구비하고, 상기 공통 경로 상에 상기 다이오드가 1개만 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 저항부, 상기 제2 저항부 및 상기 제3 저항부 중 적어도 2개의 저항부는 서로 다른 저항값을 갖도록 구성될 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 충방전 경로에 설치된 충방전 개폐부, 특히 충방전 스위치와 퓨즈의 정상 동작 여부를 효과적으로 진단할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 간단한 회로 구성만으로도, 충방전 개폐부의 이상 유무를 정확하게 진단할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 하나의 스위칭 소자만 구비하고 이를 제어하여 충방전 개폐부의 이상 유무를 진단할 수 있다. 따라서, 스위칭 소자의 제어 구성이 간단해지고, 충방전 개폐부의 진단 오차가 줄어들며, 신속한 진단이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 충방전 개폐부의 이상 유무를 진단하기 위한 저항 소자의 개수를 줄일 수 있다. 따라서, 회로 구성이 간소화되어 배터리 팩 진단 장치의 제조가 용이하고, 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 효과에 대해서는, 이하의 여러 설명에서 추가적으로 언급되거나 유추될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치가 배터리 팩에 구비된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1의 배터리 팩 진단 장치에서, 충방전 스위치가 정상적으로 턴오프된 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 1의 배터리 팩 진단 장치에서, 충방전 스위치가 정상적으로 턴온된 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 1의 배터리 팩 진단 장치에서, 퓨즈가 끊어진 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치에서, 메모리부에 저장된 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 8의 배터리 팩 진단 장치에서, 충방전 스위치가 정상적으로 턴온된 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은, 도 8의 배터리 팩 진단 장치에 대하여, 여러 저항부의 저항 크기 변화에 따른 각 상황 별 참조 전압 간 차이 변화를 개략적으로 나타내는 표이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치가 배터리 팩에 구비된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)는, 배터리 팩에 구비될 수 있다. 여기서, 배터리 팩에는, 배터리 셀(10), 충방전 경로(20) 및 충방전 개폐부(30)가 함께 포함될 수 있다.
배터리 셀(10)은, 하나 또는 그 이상의 이차 전지를 구비할 수 있다. 배터리 셀(10)에 다수의 이차 전지가 포함되는 경우, 다수의 이차 전지는 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 충방전 경로(20)는, 배터리 셀(10), 특히 배터리 셀(10)의 단자와 팩 단자(Pack+, Pack-) 사이에 위치하여, 배터리 셀(10)을 충전시키는 충전 전류 및 배터리 셀(10)을 방전시키는 방전 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 이러한 충방전 경로(20)에는, 충방전 전류의 흐름을 개폐시킬 수 있는 충방전 개폐부(30)가 설치될 수 있다. 여기서, 충방전 개폐부(30)는, 충방전 스위치(31) 및 퓨즈(32)를 구비할 수 있다. 특히, 충방전 스위치(31)는, 컨택터, 릴레이, FET와 같은 형태의 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 이러한 배터리 셀(10), 충방전 경로(20) 및 충방전 개폐부(30)는, 본원발명의 출원 시점에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)는, 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120), 제3 진단 경로(130), 통합 진단 경로(140), 전압 측정부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
상기 제1 진단 경로(110)는, 일단이 배터리 셀(10)과 충방전 개폐부(30) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 진단 경로(110)는, 배터리 셀(10)과 충방전 개폐부(30) 사이의 한 지점인 제1 노드(N1)에 접속될 수 있다. 더욱이, 도 1의 실시예에서, 충방전 개폐부(30)는, 배터리 셀(10) 및 팩 단자(Pack+, Pack-)와 직접 연결되어 있으며, 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 직접 연결되도록 구성되어 있다. 특히, 도 1의 실시예에서, 충방전 스위치(31)는 퓨즈(32)보다 배터리 셀(10) 측에 가깝게 위치하도록 구성되어 있다. 이 경우, 제1 진단 경로(110)의 일단은, 배터리 셀(10)의 양극 단자와 충방전 스위치(31)의 음극측 단자(도면의 좌측 단자) 사이의 직접 연결 경로에 접속되어 있다고 할 수 있다.
또한, 상기 제1 진단 경로(110)는, 타단이 접지를 향하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 진단 경로(110)의 타단은, 접지를 향하는 경로 상의 한 노드에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 진단 경로(110)의 타단이 연결되는 노드는, 후술하는 제2 진단 경로(120)와 제3 진단 경로(130)가 공통으로 연결될 수 있다. 따라서, 이러한 노드는 공통 노드(NC)라고 할 수 있다. 이 경우, 제1 진단 경로(110)의 타단은 공통 노드(NC)에 연결되어 있다고 할 수 있다. 특히, 제1 진단 경로(110)가 접지로 향하는 경로에는, 통합 진단 경로(140)가 구비될 수 있다. 따라서, 제1 진단 경로(110)의 타단은 통합 진단 경로(140)에 연결되어 있다고도 할 수 있다.
그리고, 상기 제1 진단 경로(110)는, 제1 저항부(R1)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 저항부(R1)는, 하나 또는 그 이상의 저항 소자를 구비할 수 있다.
상기 제2 진단 경로(120)는, 일단이 충방전 개폐부(30)에 연결될 수 있다. 특히, 제2 진단 경로(120)의 일단은, 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 진단 경로(120)는, 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32) 사이의 한 지점인 제2 노드(N2)에 접속될 수 있다. 특히, 도 1의 실시예에서, 배터리 셀(10)로부터 양극 팩 단자(Pack+)를 향하는 방향으로, 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 순차적으로 위치해 있다. 이 경우, 제2 진단 경로(120)의 일단은, 충방전 스위치(31)의 양극측 단자(도면의 우측 단자)와 퓨즈(32)의 음극측 단자(도면의 좌측 단자) 사이의 직접 연결 경로에 접속되어 있다고 할 수 있다.
또한, 상기 제2 진단 경로(120)는, 제1 진단 경로(110)와 마찬가지로 타단이 접지를 향하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 진단 경로(120)의 타단은, 제1 진단 경로(110)의 타단이 연결된 공통 노드(NC)에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제2 진단 경로(120)는, 제2 저항부(R2)를 구비할 수 있다. 여기서, 제2 저항부(R2)는, 하나 또는 그 이상의 저항 소자를 구비할 수 있다.
상기 제3 진단 경로(130)는, 일단이 충방전 개폐부(30)와 팩 단자 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 진단 경로(130)는, 충방전 개폐부(30)와 양극 팩 단자(Pack+) 사이의 한 지점인 제3 노드(N3)에 접속될 수 있다. 특히, 도 1의 실시예에서, 충방전 개폐부(30)는 퓨즈(32)가 충방전 스위치(31)보다 팩 단자 측에 가깝게 위치해 있다. 이 경우, 제3 진단 경로(130)의 일단은, 충방전 스위치(31)의 양극측 단자(도면의 우측 단자)와 양극 팩 단자(Pack+) 사이에 접속되어 있다고 할 수 있다.
또한, 상기 제3 진단 경로(130)는, 제1 진단 경로(110) 및 제2 진단 경로(120)와 마찬가지로 타단이 접지를 향하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제3 진단 경로(130)의 타단은, 제1 진단 경로(110)의 타단 및 제2 진단 경로(120)의 타단이 연결되어 있는 공통 노드(NC)에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제3 진단 경로(130)는, 제3 저항부(R3)를 구비할 수 있다. 여기서, 제3 저항부(R3)는, 하나 또는 그 이상의 저항 소자를 구비할 수 있다.
상기 통합 진단 경로(140)는, 일단이 공통 노드(NC)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 통합 진단 경로(140)는, 공통 노드(NC)를 통해 제1 진단 경로(110)의 타단, 제2 진단 경로(120)의 타단 및 제3 진단 경로(130)의 타단에 연결될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)는, 통합 진단 경로(140)라는 하나의 라인으로 통합되어 접지를 향하도록 구성되어 있다고 할 수 있다.
또한, 상기 통합 진단 경로(140)는, 타단이 접지에 연결될 수 있다. 즉, 통합 진단 경로(140)의 타단은 접지에 직접 연결되어, 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)가 통합 진단 경로(140)를 경유하여 접지되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 통합 진단 경로(140)는, 진단 스위칭부(SD) 및 진단 저항부(RD)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 통합 진단 경로(140)에서, 진단 스위칭부(SD)가 공통 노드(NC)에 가깝게 위치하고, 진단 저항부(RD)가 접지에 가깝게 위치하도록 구성될 수 있다.
여기서, 진단 스위칭부(SD)는, 통합 진단 경로(140)를 선택적으로 온오프시킬 수 있다. 특히, 진단 스위칭부(SD)는, 하나의 스위칭 소자만 구비할 수 있다. 또한, 진단 저항부(RD)는, 하나 또는 그 이상의 저항 소자를 구비할 수 있다.
상기 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120), 제3 진단 경로(130) 및 통합 진단 경로(140)는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전류 경로 형태로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 경로는, PCB 기판 상의 도체 패턴으로서 구현될 수 있다. 또는, 이들 경로는, 전선에 의해 구현될 수도 있다. 본원발명은, 이러한 각 경로의 구체적인 구현 형태에 의해 한정되지 않는다.
상기 전압 측정부(150)는, 진단 전압을 측정할 수 있다. 특히, 도 1의 구성을 참조하면, 상기 전압 측정부(150)는, 통합 진단 경로(140) 상에서 진단 스위칭부(SD)와 진단 저항부(RD) 사이의 한 노드인 진단 노드(ND)에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 전압 측정부(150)는, 이러한 진단 노드(ND)의 전압, 즉 진단 스위칭부(SD)와 진단 저항부(RD) 사이의 전압을 진단 전압으로서 측정할 수 있다. 여기서, 진단 저항부(RD)는 접지에 직접 연결되므로, 상기 전압 측정부(150)는 진단 저항부(RD) 양단의 전압을 진단 전압으로서 측정할 수 있다. 상기 진단 저항부(RD)는, 이와 같이 측정된 진단 전압을, 제어부(160)에 송신할 수 있다. 상기 전압 측정부(150)는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전압 센서 등을 구비하여 구현될 수 있다.
상기 제어부(160)는, 진단 스위칭부(SD)를 온오프시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(160)가 진단 스위칭부(SD)를 턴온시키면, 통합 진단 경로(140)로는 전류가 흐를 수 있다. 더 나아가, 상기 제어부(160)가 진단 스위칭부(SD)를 턴온시키는 경우, 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120) 및/또는 제3 진단 경로(130)로 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 진단 저항부(RD)에 전압이 걸리게 되므로, 전압 측정부(150)는 이러한 진단 저항부(RD)의 전압을 진단 전압으로서 측정할 수 있다. 반면, 상기 제어부(160)가 진단 스위칭부(SD)를 턴온시키지 않으면, 통합 진단 경로(140)에는 전류가 흐르지 않으므로, 진단 저항부(RD)에는 전압이 걸리지 않는다. 따라서, 상기 제어부(160)는, 충방전 개폐부(30)의 상태를 진단하고자 하는 경우, 진단 스위칭부(SD)를 턴온시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는, 충방전 개폐부(30)의 이상 여부를 판정할 수 있다. 특히, 상기 제어부(160)는, 진단 전압에 기초하여 충방전 개폐부(30)의 이상 유무를 판정할 수 있다. 여기서, 진단 전압은, 전압 측정부(150)에 의해 측정되어, 제어부(160)로 제공될 수 있다.
본원 발명의 이와 같은 구성, 특히 도 1에 도시된 바와 같은 회로 구성에 의하면, 간단한 회로 구성만으로도 배터리 팩의 충방전 개폐부(30), 이를테면 컨택터와 같은 충방전 스위치(31) 및/또는 퓨즈(32)의 이상 여부를 진단할 수 있다. 따라서, 배터리 팩 진단 장치(100)의 제조가 용이하고, 진단 시 오류가 적어지도록 할 수 있다. 또한, 이 경우, 배터리 팩 진단 장치(100)의 부피나 무게가 감소될 수 있다.
상기 제어부(160)는, 통상적으로 BMS라고 불리는 배터리 관리 장치(Battery Management System)로 구현될 수 있다. 이 경우, 제어부(160)는, 배터리(배터리 팩)에 포함된 형태로 구현될 수 있다. 또는, 상기 제어부(160)의 적어도 일부는, 배터리의 외부에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어부(160)는, ECU(Electronic Control Unit)와 같이 자동차에 탑재된 제어 장치에 의해 구현될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 제어부(160)는, 진단 전압을 참조 전압과 비교할 수 있다. 그리고, 제어부(160)는, 진단 전압이 참조 전압과 차이가 있는 경우, 충방전 개폐부(30)에 이상이 있는 것으로 진단할 수 있다. 여기서, 제어부(160)는, 진단 전압이 참조 전압과 오차 범위를 벗어나는 경우, 충방전 개폐부(30)에 이상이 있는 것으로 진단할 수 있다. 또는, 상기 제어부(160)는, 참조 전압을 소정의 범위 형태로 구성하여, 진단 전압이 참조 전압의 범위 내에 포함되지 않고 벗어나는 경우 충방전 개폐부(30)에 이상이 있는 것으로 진단할 수 있다.
상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)에 대하여, 온오프가 제대로 이루어졌는지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)를 직접 온오프시킴으로써 이러한 상황을 직접 파악할 수 있다. 또는, 상기 제어부(160)는, 다른 제어 장치로부터 충방전 스위치(31)의 온오프 여부에 대한 정보를 수신할 수 있다.
상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)가 턴오프되어야 하는 상황에서 제대로 오픈(open)되었는지를 판단할 수 잇다.
예를 들어, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)로 직접 턴오프 신호를 보내거나, 다른 제어 장치로부터 충방전 스위치(31)에 대한 턴오프 신호를 송신하였다는 정보를 수신하는 경우, 상기 진단 스위칭부(SD)를 턴온(close)시킬 수 있다. 그리고, 상기 제어부(160)는, 전압 측정부(150)로부터 진단 전압을 측정하도록 하고, 그 측정값을 수신할 수 있다. 상기 제어부(160)는, 이와 같이 수신한 진단 전압 측정값을 이용하여 충방전 스위치(31)가 제대로 턴오프되었는지 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 제어부(160)는, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압을 참조 전압과 비교하여, 충방전 스위치(31)가 제대로 턴오프되었는지 여부를 판단할 수 있다. 이에 대해서는, 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는, 도 1의 배터리 팩 진단 장치(100)에서, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴오프된 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2에서, VC는 배터리 셀(10)의 전압을 나타내고, VD는 진단 저항부(RD)의 양단 전압을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 노드(N1) 우측에 위치한 충방전 스위치(31)가 턴오프되어 있으므로, 제1 진단 경로(110)에만 전류가 흐르게 되고, 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 제1 진단 경로(110)와 통합 진단 경로(140)는 서로 연결된 하나의 선로를 구성할 수 있다. 즉, 제1 진단 경로(110)에 흐르는 전류와 통합 진단 경로(140)에 흐르는 전류는 같다고 할 수 있다. 그리고, 진단 스위칭부(SD)가 턴온된 상태이므로, 공통 노드(NC)와 진단 노드(ND)는 동일한 전압을 가질 수 있다.
이러한 구성에서, 진단 전압의 정상적인 값은 다음의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
(수학식 1)
Figure 112019003964826-pat00001
여기서, VD는 진단 전압, VC는 배터리 셀 전압, R1은 제1 저항부의 저항값 및 RD는 진단 저항부의 저항값을 각각 나타낸다.
예를 들어, 배터리 셀의 전압(VC)이 400V, 제1 저항부의 저항값(R1)이 4000㏀, 진단 저항부의 저항값(RD)이 10㏀인 경우, 이들을 상기 수학식 1에 대입하면, 다음과 같이 계산될 수 있다.
VD = (10/(4000+10))×400 = 0.998 [V]
따라서, 이 경우, 충방전 스위치(31)가 오픈된 상태에서 진단 전압의 참조 전압은 약 1V로 설정될 수 있다.
이때, 상기 제어부(160)는, 이러한 참조 전압(1V)과 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압을 비교할 수 있다. 만일, 진단 전압의 측정값이 참조 전압(1V)과 동일하거나 유사한 경우, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴오프되었다고 판단할 수 있다.
반면, 진단 전압의 측정값이 참조 전압(1V)과 일정 수준 이상 차이를 보이는 경우, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴오프되지 않았다고 판단할 수 있다.
만일, 배터리 팩의 팩 단자(Pack+, Pack-)에 부하, 이를테면 전기 자동차의 모터가 연결되어 있는 경우, 충방전 스위치(31)가 턴온되어 있으면, 충방전 경로(20)로 전류가 흐를 수 있다. 이때, 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2) 및 제3 저항부(R3)의 저항 성분으로 인해, 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)로는 전류가 흐르지 않을 수 있다. 따라서, 진단 스위칭부(SD)가 턴온되더라도 통합 진단 경로(140)로는 전류가 흐르지 않아, 전압 측정부(150)에 의한 진단 전압이 측정되지 않을 수 있다. 그러므로, 상기 제어부(160)는, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 0V이거나 그에 가까운 경우, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴오프되지 않았다고 판단할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(160)는, 배터리 팩에 마련된 다른 개폐 소자가 차단되도록 관련 동작을 수행하거나, 배터리 팩 외부의 다른 장치 또는 사용자에게 관련 사실을 제공하여, 그에 적절한 조치가 취해지도록 할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩이 자동차에 탑재된 경우, 제어부(160)는, 자동차의 ECU(Electronic Control Unit)에 해당 사실을 전달할 수 있다. 그러면, ECU는 배터리 팩 외부의 충방전 경로(20)에 위치한 스위칭 소자를 턴오프시켜 충방전 전류가 흐르지 않도록 할 수 있다. 더욱이, 상기 제어부(160)는, 진단 전압 측정값이 0V 부근인 경우, 배터리 팩의 팩 단자(Pack+, Pack-)에 부하가 연결되었다는 점도 파악할 수 있다.
만일, 배터리 팩의 팩 단자(Pack+, Pack-)에 부하가 연결되어 있지 않은 경우, 진단 스위칭부(SD)가 닫히게 되면, 배터리 셀(10)로부터 공급된 전류는, 제1 진단 경로(110)는 물론이고, 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)로 흐른 후, 통합 진단 경로(140)로 통합되어 흐를 수 있다. 이 경우, 제1 노드(N1)와 공통 노드(NC) 사이의 저항 성분은, 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2) 및 제3 저항부(R3)의 병렬 연결 성분으로 바뀌게 되므로, 제1 저항부(R1)만 존재하는 경우에 비해 진단 전압의 전압값이 달라질 수 있다. 즉, 진단 전압의 측정값은 참조 전압과 달라지게 되므로, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)가 제대로 턴오프되지 않았다고 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)가 턴온되어야 하는 상황에서 제대로 클로우즈(close)되었는지를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)로 직접 턴온 신호를 보내거나, 다른 제어 장치로부터 충방전 스위치(31)에 대한 턴온 신호를 송신하였다는 정보를 수신하는 경우, 진단 스위칭부(SD)를 턴온시킬 수 있다. 그리고, 상기 제어부(160)는, 전압 측정부(150)로부터 진단 전압을 측정하도록 하고, 그 측정값을 수신할 수 있다. 상기 제어부(160)는, 이와 같이 수신한 진단 전압 측정값을 이용하여 충방전 스위치(31)가 제대로 턴온되었는지 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 제어부(160)는, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압을 참조 전압과 비교하여, 충방전 스위치(31)가 제대로 턴온되었는지 여부를 판단할 수 있다. 이에 대해서는, 도 1 및 도 2와 함께, 도 3을 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은, 도 1의 배터리 팩 진단 장치(100)에서, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴온된 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴온된 상태에서 배터리 팩의 팩 단자(Pack+, Pack-)에 부하가 연결되지 않은 경우, 제1 노드(N1)와 공통 노드(NC) 사이의 저항 구성은 R1, R2, R3의 3개의 저항이 병렬로 연결된 형태라 할 수 있다. 그리고, 공통 노드(NC)와 접지 사이에는 RD 1개의 저항이 존재한다.
이러한 구성에서, 진단 전압의 정상적인 값은 다음의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
(수학식 2)
Figure 112019003964826-pat00002
여기서, VD는 진단 전압, VC는 배터리 셀 전압, R1은 제1 저항부의 저항값, R2는 제2 저항부의 저항값, R3은 제3 저항부의 저항값 및 RD는 진단 저항부의 저항값을 각각 나타낸다.
예를 들어, 배터리 셀의 전압(VC)이 400V, 제1 저항부의 저항값(R1)이 4000㏀, 제2 저항부의 저항값(R2)이 3000㏀, 제3 저항부의 저항값(R3)이 2000㏀, 진단 저항의 저항값(RD)이 10㏀인 경우, 이들을 상기 수학식 2에 대입하면, 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112019003964826-pat00003
따라서, VD = 4.287 [V]로 계산될 수 있으며, 충방전 스위치(31)가 클로우즈된 상태에서 진단 전압의 참조 전압은 대략 4.29V로 설정될 수 있다.
이때, 상기 제어부(160)는, 이러한 참조 전압(4.29V)과 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압을 비교할 수 있다. 만일, 진단 전압의 측정값이 참조 전압(4.29V)과 동일하거나 유사한 경우, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴온되었다고 할 수 있다.
반면, 진단 전압의 측정값이 참조 전압(4.29V)과 일정 수준 이상 차이를 보이는 경우, 상기 제어부(160)는 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴온되지 않았다고 판단할 수 있다. 특히, 충방전 스위치(31)가 제대로 턴온되지 않은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 진단 경로(110)로만 전류가 흐르도록 회로가 구성될 수 있다. 따라서, 각 저항부의 저항값과 셀 전압이 앞선 도 2의 실시예에서 설명한 것과 동일한 경우, 진단 전압은 대략 1V 정도로 측정될 수 있다. 그러므로, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 1V 부근에 해당하는 경우, 제어부(160)는 충방전 스위치(31)가 턴온되어야 하는 상황에서 제대로 턴온되지 않았다고 진단할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)의 경우, 간단한 회로 구성 및 간단한 동작만으로, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 동작하고 있는지를 용이하게 파악할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 경우, 저항 소자 등의 회로 부품 개수를 감소시키는데 유리할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 1 등에 도시된 바와 같이, 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)는 스위칭 소자를 구비하지 않을 수 있다. 즉, 통합 진단 경로(140)에 구비된 진단 스위칭부(SD)에 대하여 온오프 제어만 수행되면, 충방전 스위치(31)와 같은 충방전 개폐부(30)의 이상 유무가 판정될 수 있다. 그리고, 제1 진단 경로(110), 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)에는 전류의 흐름을 개폐하기 위한 별도의 스위칭 소자가 구비될 필요가 없다.
따라서, 본원발명의 이러한 구성에 의하면, 스위칭 소자라는 부품이 감소되어 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, 회로 구성이 복잡하지 않고 간단하므로, 배터리 팩 진단 장치(100)의 생산성이 향상되고, 부피 및 무게 등이 감소될 수 있으며, 불량률이 감소될 수 있다. 아울러, 이 경우, 여러 스위칭 소자를 제어할 필요가 없으므로, 스위칭 소자의 제어에 소요되는 자원, 이를테면 CPU 성능이나 메모리 용량, 전력 등의 소모를 방지할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부(160)는, 충방전 스위치(31) 및 퓨즈(32) 중 어느 부품에 이상이 있는지를 판단할 수 있다. 즉, 배터리 팩의 충방전 경로(20)에 구비된 충방전 개폐부(30)에는 다수의 부품, 특히 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 함께 포함될 수 있는데, 상기 제어부(160)는 이들 부품 중 어느 부품에 문제가 있는지를 파악할 수 있다.
먼저, 충방전 스위치(31)에 이상이 있는지 여부를 판단하기 위한 구성의 일 형태에 대해서는 앞선 도 2 및 도 3의 실시예와 관련하여 설명한 바와 같다. 또한, 충방전 스위치(31)에 이상이 없고 퓨즈(32)에 이상이 있는 경우에 대해서는 도 4를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는, 도 1의 배터리 팩 진단 장치(100)에서, 퓨즈(32)가 끊어진 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 충방전 스위치(31)가 턴온된 상태에서 퓨즈(32)가 끊어지면, 제1 노드(N1)와 공통 노드(NC) 사이의 저항 구성은, R1, R2의 2개의 저항이 병렬로 연결된 형태라 할 수 있다. 그리고, 공통 노드(NC)와 접지 사이에는 RD의 1개의 저항이 존재한다.
이러한 구성에서, 진단 전압의 값은 다음의 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
(수학식 3)
Figure 112019003964826-pat00004
여기서, VD는 진단 전압, VC는 배터리 셀 전압, R1은 제1 저항부의 저항값, R2는 제2 저항부의 저항값 및 RD는 진단 저항부의 저항값을 각각 나타낸다.
앞선 실시예들과 같이, 배터리 셀의 전압(VC)이 400V, 제1 저항부의 저항값(R1)이 4000㏀, 제2 저항부의 저항값(R2)이 3000㏀, 진단 저항의 저항값(RD)이 10㏀인 경우, 이들을 상기 수학식 3에 대입하면, 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112019003964826-pat00005
따라서, VD = 2.320 [V]로 계산될 수 있으며, 퓨즈(32)가 융단된 상태에 대한 진단 전압의 참조 전압은 대략 2.32V로 설정될 수 있다.
이때, 상기 제어부(160)는, 이러한 참조 전압(2.32V)과 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압을 비교할 수 있다. 만일, 진단 전압의 측정값이 퓨즈(32) 융단 시의 참조 전압과 동일하거나 유사한 경우, 상기 제어부(160)는 충방전 스위치(31)가 턴온되었으나 퓨즈(32)가 융단되었거나 정상적으로 전류가 흐르지 않는 상태라고 진단할 수 있다.
반면, 충방전 스위치(31)로 턴온 신호가 인가되어 충방전 스위치(31)가 턴온되어야 하는 상황에서, 앞선 도 3의 실시예와 같이, 진단 전압의 측정값이 4.29V에 가까운 값으로 측정된 경우, 상기 제어부(160)는 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 정상 동작하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 그러나, 충방전 스위치(31)로 턴온 신호가 인가된 상태에서도, 앞선 도 2의 실시예와 같이, 진단 전압의 측정값이 1V에 가까운 값으로 측정된 경우, 상기 제어부(160)는 충방전 스위치(31)가 제대로 동작하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 상기 제어부(160)는, 충방전 개폐부(30)에 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 포함된 구성에서, 어느 부품에 이상이 있는지를 간단하면서도, 신속하고 정확하게 파악할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)는, 메모리부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 메모리부(170)는, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)에 포함된 다른 여러 구성요소들이 동작하는데 필요한 각종 데이터나 프로그램 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리부(170)는, 제어부(160)가 충방전 개폐부(30)의 이상 여부를 진단할 때 필요한 데이터 등을 저장할 수 있다. 그리고, 제어부(160)는 메모리부(170)에 저장된 데이터에 접근하여 필요한 값들을 추출함으로써 충방전 개폐부(30)의 이상 여부를 진단할 수 있다.
특히, 상기 메모리부(170)는, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압과 비교되기 위한 참조 전압을 저장할 수 있다. 더욱이, 상기 메모리부(170)는, 진단 전압과 비교되기 위한 참조 전압과, 각각에 상응하는 충방전 스위치(31) 및/또는 퓨즈(32)의 이상 여부를 저장할 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)에서, 메모리부(170)에 저장된 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 메모리부(170)는, 진단 전압과 비교되기 위한 참조 전압을 미리 테이블 형태로 저장할 수 있다. 여기서, 참조 전압은, 구간을 나누어 범위 형태로 지정될 수 있다. 일례로, 도 5를 참조하면, 참조 전압이 3.5V ~ 4.9V인 경우 1구간으로서 정의되고, 참조 전압이 1.8V ~ 3.4V인 경우 2구간으로서 정의되며, 참조 전압이 0.5V ~ 1.7V인 경우 3구간으로서 정의될 수 있다.
상기 메모리부(170)는, 각 참조 전압 구간 별로, 충방전 스위치(31)의 정상 여부 및/또는 퓨즈(32)의 정상 여부를 저장할 수 있다. 특히, 상기 메모리부(170)는, 충방전 스위치(31)가 클로우즈(턴온) 상황인지, 아니면 오픈(턴오프) 상황인지에 따라, 각각 별도로 충방전 개폐부(30)의 정상 여부를 구분하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 충방전 스위치(31)가 클로우즈되어야 하는 상황에서 1구간(3.5V ~ 4.9V)에 해당하는 경우, 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 모두 정상이라는 데이터를 저장할 수 있다. 반면, 충방전 스위치(31)가 오픈되어야 하는 상황에서는 1구간(3.5V ~ 4.9V)에 대응하여, 충방전 스위치(31)가 이상이라는 데이터를 저장할 수 있다.
여기서, 상기 제어부(160)는, 충방전 개폐부(30)의 이상 여부를 판정하고자 하는 경우, 충방전 스위치(31)가 클로우즈되어야 하는 상황인지, 아니면 충방전 스위치(31)가 오픈되어야 하는 상황인지 파악할 필요가 있다. 이러한 충방전 스위치(31)의 클로우즈/오픈 상황은, 제어부(160)가 자체적으로 충방전 스위치(31)에 대하여 개폐 명령을 내림으로써 파악할 수도 있고, 또는 충방전 스위치(31)에 이러한 개폐 명령을 전송하는 별도의 다른 구성요소로부터 해당 정보를 전달받을 수도 있다.
그리고, 제어부(160)는 진단 스위칭부(SD)를 턴온시키고, 전압 측정부(150)로부터 진단 전압 측정 결과를 전송받을 수 있다. 그리고, 제어부(160)는, 전송받은 진단 전압 측정값이 도 5의 테이블에서 어느 참조 전압 구간에 해당하는지 판단하여, 충방전 스위치(31) 및/또는 퓨즈(32)의 이상 유무를 판정할 수 있다.
일례로, 충방전 스위치(31)가 턴온(CLOSE)되어야 하는 상황에서, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 4.5V에 해당하는 경우, 이는 도 5의 테이블에서 1구간에 해당하므로, 제어부(160)는 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 모두 정상이라고 판정할 수 있다. 그러나, 충방전 스위치(31)가 턴온되어야 하는 상황에서, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 2.2V인 경우, 이는 도 5의 테이블에서 2구간에 해당하므로, 제어부(160)는 충방전 스위치(31)가 정상이나 퓨즈(32)에 이상이 있는 것으로 판정할 수 있다. 또는, 충방전 스위치(31)가 턴온되어야 하는 상황에서, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 0.9V인 경우, 이는 3구간에 해당하므로, 제어부(160)는 충방전 스위치(31)에 이상이 있는 것으로 판정할 수 있다. 여기서, 충방전 스위치(31)가 정상인 것은 충방전 스위치(31)가 턴온되어야 하는 상황에서 제대로 턴온되었음을 의미한다고 할 수 있다. 반면, 충방전 스위치(31)가 이상인 것은 충방전 스위치(31)가 제대로 턴온되지 않고 오픈된 상태로 존재하기 때문이라고 할 수 있다. 또한, 퓨즈(32)가 이상인 것은 퓨즈(32)에 전류가 정상적으로 흐르지 못하고 끊어진 상황과 같은 비정상적인 상황 등을 의미한다고 할 수 있다.
한편, 충방전 스위치(31)가 턴오프(OPEN)되어야 하는 상황에서, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 4.5V에 해당하는 경우, 이는 도 5의 테이블에서 1구간에 해당하므로, 제어부(160)는 충방전 스위치(31)에 이상이 있는 것으로 판정할 수 있다. 그러나, 충방전 스위치(31)가 턴오프되어야 하는 상황에서, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 2.2V인 경우, 이는 도 5의 테이블에서 2구간에 해당하므로, 제어부(160)는 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)에 모두 이상이 있는 것으로 판정할 수 있다. 또는, 충방전 스위치(31)가 턴오프되어야 하는 상황에서, 전압 측정부(150)에 의해 측정된 진단 전압이 0.9V인 경우, 이는 3구간에 해당하므로, 제어부(160)는 충방전 스위치(31)가 정상인 것으로 판정할 수 있다. 여기서, 충방전 스위치(31)가 정상인 것은 충방전 스위치(31)가 턴오프되어야 하는 상황에서 제대로 오픈되었음을 의미한다고 할 수 있다. 반면, 충방전 스위치(31)가 이상인 것은 충방전 스위치(31)가 제대로 턴오프되지 않고 클로우즈된 상태로 존재하기 때문이라고 할 수 있다. 또한, 퓨즈(32)가 이상인 것은 퓨즈(32)에 전류가 정상적으로 흐르지 못하고 끊어진 상황과 같은 비정상적인 상황 등을 의미한다고 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의할 경우, 진단 전압이 측정되기만 하면, 테이블을 통해 충방전 스위치(31)나 퓨즈(32)에 이상이 있는지를 신속하고 간단하게 확인할 수 있다. 더욱이, 제어부(160)가 충방전 스위치(31)나 퓨즈(32)에 이상이 있는지를 판단하기 위해, 복잡한 계산 과정을 거치지 않으므로, 제어부(160)에 대하여 높은 성능을 필요로 하지 않으며, 계산 과정에 많은 부하가 걸리지 않도록 할 수 있다.
한편, 도 5의 실시예에서는, 메모리부(170)에 각 상황 별 참조 전압이 테이블 형태로 저장된 구성이 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 메모리부(170)는, 참조 전압을 계산할 수 있는 소정의 수식, 이를테면 상기 수학식 1 내지 3과 같은 수식을 저장할 수 있다. 이 경우, 제어부(160)는, 메모리부(170)에 저장된 수식, 이를테면 수학식 1 내지 3을 이용하여, 각 상황 별 참조 전압(참조값 또는 참조범위)을 정할 수 있다.
여기서, 상기 메모리부(170)는, 수식을 통해 참조 전압이 계산될 수 있도록, 필요한 수치 등을 미리 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리부(170)는, 배터리 셀 전압(VC), 여러 저항부의 저항값(R1, R2, R3, RD) 등을 미리 저장할 수 있다. 이 경우, 제어부(160)는, 메모리부(170)에 미리 저장된 셀 전압, 저항값 등을 독출하여 수식에 대입함으로써 참조 전압을 계산할 수 있다. 다만, 수식을 계산하기 위한 여러 인자 중 적어도 일부 인자, 이를테면 배터리 셀 전압은, 미리 저장된 값이 아닌 측정된 값이 이용될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 팩에는 배터리 셀 전압을 측정하는 구성요소가 존재할 수 있는데, 제어부(160)는 이러한 구성요소로부터 배터리 셀 전압의 측정값을 제공받아, 상기 수학식 1 내지 3의 배터리 셀 전압(VC)으로 입력할 수 있다.
이처럼, 상기 메모리부(170)가 참조 전압 계산용 수식을 저장하는 경우, 각 상황별 데이터를 일일이 저장할 필요가 없으므로, 저장 공간이 많이 필요없게 되는 장점이 있을 수 있다.
한편, 상기 메모리부(170)는, 본원발명의 출원시점에 공지된 다양한 저장 매체가 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리부(170)는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체로서 구현될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예의 경우, 앞선 실시예들의 여러 설명이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)는, 제1 진단 경로(110) 상에 다이오드(D1)를 구비할 수 있다. 여기서, 다이오드(D1)는, 충방전 경로(20)에서 공통 노드(NC)를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 즉, 다이오는(D1)는, 제1 노드(N1)에서 공통 노드(NC)를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 진단 경로(110) 상에서, 전류는 화살표 I1으로 표시된 바와 같은 방향으로만 흐를 수 있다.
본원발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 진단 경로(110)를 통해 의도치 않은 전류가 배터리 셀(10)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 팩 단자(Pack+, Pack-)에 충전 장치가 연결된 상태에서 배터리 셀(10)로 충전 전류가 공급되지 않도록 충방전 스위치(31)가 오픈된 경우, 제2 진단 경로(120), 제3 진단 경로(130) 및 제1 진단 경로(110)를 경유하여 배터리 셀(10)로 충전 전류가 우회해서 유입되는 것이 다이오드(D1)에 의해 방지될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)는, 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130) 상에 다이오드(D2, D3)를 구비할 수 있다. 여기서, 다이오드(D2, D3)는, 충방전 경로(20)에서 공통 노드(NC)를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 진단 경로(120) 상에서 하나의 다이오드(D2)는, 제2 노드(N2)에서 공통 노드(NC)를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 그리고, 제3 진단 경로(130) 상에서 다른 하나의 다이오드(D3)는, 제3 노드(N3)에서 공통 노드(NC)를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 진단 경로(120) 상에서는 전류가 화살표 I2로 표시된 방향으로만 흐를 수 있고, 제3 진단 경로(130) 상에서는 전류가 화살표 I3로 표시된 방향으로만 흐를 수 있다.
본원발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 진단 경로(120) 및/또는 제3 진단 경로(130)를 통해 의도치 않은 전류가 배터리 셀(10)로부터 팩 단자(Pack+, Pack-)로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 팩 단자에 부하가 연결된 상태에서 배터리 셀(10)로부터 방전 전류가 공급되지 않도록 충방전 스위치(31)가 오픈되었으나, 제1 진단 경로(110)와 제2 진단 경로(120) 및/또는 제1 진단 경로(110)와 제3 진단 경로(130)를 경유하여 배터리 셀(10)로부터 팩 단자(Pack+, Pack-) 외부의 부하로 방전 전류가 우회하여 유출되는 것이 방지될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 8을 참조하면, 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)는, 일부 경로가 하나의 경로로 통합된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 제2 진단 경로(120)와 제3 진단 경로(130)는, 제2 저항부(R2)와 공통 노드(NC) 사이의 경로 및 제3 저항부(R3)와 공통 노드(NC) 사이의 경로 중 적어도 일부가 하나의 경로로 통합되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 PC로 표시된 바와 같이, 제2 진단 경로(120)에서는 제2 저항부(R2)와 공통 노드(NC) 사이의 경로 중 일부, 제3 진단 경로(130)에서는 제3 저항부(R3)와 공통 노드(NC) 사이의 경로 중 일부가 하나의 경로로 통합되어 공통 경로를 형성할 수 있다.
여기서, 제2 진단 경로(120)와 제3 진단 경로(130)의 공통 경로(PC) 상에는, 하나의 다이오드(DC)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 공통 경로(PC) 상에 하나의 다이오드(DC)가 구비되고, 제2 진단 경로(120)나 제3 진단 경로(130)에 별도의 다른 다이오드가 구비되지 않도록 구성될 수 있다.
본원발명의 이러한 구성에 의하면, 적은 개수의 다이오드로도 제2 진단 경로(120) 및/또는 제3 진단 경로(130)로 의도치 않은 방전 전류가 흘러나가는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 진단 장치(100)의 회로 구성이 보다 간소화되고, 제조 비용 및 제조 시간이 감소되며, 공정성이 향상될 수 있다.
한편, 상기 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 진단 장치(100)에 다이오드가 포함된 경우, 참조 전압은 다이오드의 전압 강하 효과를 반영하여 설정될 수 있다. 이에 대한 일례는, 도 9를 참조하여 설명되도록 한다.
도 9는, 도 8의 배터리 팩 진단 장치(100)에서, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴온된 상태의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9의 경우, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴온되고 배터리 팩의 팩 단자(Pack+, Pack-)에는 별도의 충방전 장치가 연결되지 않은 상태에서 진단 스위칭부(SD)가 턴온되었을 때의 회로 구성을 나타낸 것이라 할 수 있다. 이때, 제1 진단 경로(110)에 흐르는 전류를 I1, 제2 진단 경로(120)에 흐르는 전류를 I2, 제3 진단 경로(130)에 흐르는 전류를 I3, 그리고 통합 진단 경로(140)에 흐르는 전류를 IC라 할 때, 각 전류 사이에는 다음의 수학식 4와 같은 관계가 성립한다.
(수학식 4)
IC = I1 + I2 + I3
여기서, 제1 노드(N1)의 전압을 VC1, 제2 노드(N2)의 전압을 VC2, 제3 노드(N3)의 전압을 VC3, 진단 전압을 VD, 다이오드 D1에 의한 전압 강하분을 Vf1, 다이오드 DC에 의한 전압 강하분을 Vf2라 할 때, 각 전류는 다음과 같이 계산될 수 있다.
I1 = (VC1 - Vf1 - VD)/R1
I2 = (VC2 - Vf2 - VD)/R2
I3 = (VC3 - Vf2 - VD)/R3
IC = VD/RD
이러한 각 전류의 계산식을 상기 수학식 4에 대입하여 정리하면, 다음의 수학식 5가 도출될 수 있다.
(수학식 5)
Figure 112019003964826-pat00006
여기서, VC1, VC2, VC3, Vf1 및 Vf2는, 미리 알려진 값일 수 있다. 특히, 충방전 스위치(31)가 정상적으로 턴온된 상태이고, 퓨즈(32) 역시 정상적으로 전류가 흐를 수 있는 상태라면, VC1, VC2 및 VC3는 모두, 배터리 셀(10)의 전압인 VC와 같게 된다. 따라서, 상기 제어부(160)는, 상기 수학식 5에 대하여, 이러한 VC1, VC2 및 VC3로서 미리 알려진 VC값을 대입하고, 또한 미리 알려진 Vf1 및 Vf2 값을 대입하여 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 정상 상태에 있을 때의 참조 전압을 계산할 수 있다. 또는, 상기 메모리부(170)는 이러한 수학식 5에 따라 계산된 참조 전압을 미리 저장할 수 있고, 제어부(160)는 메모리부(170)에 미리 저장된 참조 전압을 이용하여 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
만일, 충방전 스위치(31)는 정상이나 퓨즈(32)가 끊어진 경우, I3는 0이 된다. 따라서, 상기 수학식 5에서, R3가 분모인 '1/R3', 및 '(VC3-Vf2)/R3' 부분은 삭제된 상태에서 진단 전압의 참조값 VD가 도출될 수 있다.
또한, 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 모두 비정상인 경우, I2 및 I3는 모두 0이 된다. 따라서, 상기 수학식 5에서, R2와 R3가 분모인 '1/R2', '(VC2-Vf2)/R2', '1/R3', 및 '(VC3-Vf2)/R3'부분은 모두 삭제된 상태로 진단 전압의 참조값 VD가 도출될 수 있다.
한편, 상기 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2), 상기 제3 저항부(R3) 및 상기 진단 저항부(RD)는, 배터리 팩의 사양이나 배터리 팩 진단 장치(100)의 사양 등 다양한 상황에 따라 다양한 값으로 구성될 수 있으며, 본 발명이 이러한 각 저항부의 구체적인 저항값에 의해 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 셀(10)의 전압에 따라 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2), 제3 저항부(R3) 및/또는 진단 저항부(RD)의 저항값이 적절하게 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 저항부(R1), 상기 제2 저항부(R2) 및 상기 제3 저항부(R3) 중 적어도 2개의 저항부는, 서로 다른 저항값을 갖도록 구성될 수 있다. 특히, 제1 저항부(R1)는, 제2 저항부(R2) 또는 제3 저항부(R3)에 비해 큰 저항값을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 본원발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)에 있어서, 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2) 및 제3 저항부(R3) 사이의 저항 크기를 비교할 때, 다음과 같은 관계가 성립되도록 구성될 수 있다.
R1 > R2 또는 R1 > R3.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 충방전 스위치(31)와 퓨즈(32)가 정상 상태일 때의 참조 전압과 충방전 스위치(31) 및/또는 퓨즈(32)가 고장 상태일 때의 참조 전압의 차이가 커질 수 있다. 따라서, 이 경우, 전압 측정부(150)에 의한 진단 전압 측정 결과를 참조 전압과 비교할 때, 충방전 스위치(31) 및/또는 퓨즈(32)의 이상 유무가 보다 확실하게 결정될 수 있다.
더욱이, 상기 제1 저항부(R1)는, 제2 저항부(R2) 및 제3 저항부(R3)보다 큰 저항값을 갖도록 구성될 수 있다. 또한 이 경우, 상기 제2 저항부는, 제3 저항부보다 큰 저항값을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 본원발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)에 있어서, 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2) 및 제3 저항부(R3) 사이의 저항 크기를 비교할 때, 다음과 같은 관계가 성립되도록 구성될 수 있다.
R1 > R2 > R3.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 충방전 개폐부(30)가 정상 상태일 때와 이상 상태일 때의 차이가 더욱 명확해져, 충방전 개폐부(30)의 고장 유무가 보다 명확하게 진단될 수 있다.
이와 같은 여러 저항부의 저항 크기 설정에 따른 효과에 대해서는 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10은, 도 8의 배터리 팩 진단 장치(100)에 대하여, 여러 저항부의 저항 크기 변화에 따른 각 상황 별 참조 전압 간 차이 변화를 개략적으로 나타내는 표이다. 도 10에서, 충방전 스위치(31)는 컨택터로 표시되어 있다.
도 10의 상황 별 참조 전압은, 컨택터가 턴온되어야 하는 상황에 관한 것으로서, 상기 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다. 이때, 배터리 셀(10)의 전압(VC)은 400 V, 진단 저항부(RD)는 10 ㏀, 제1 진단 경로(110)의 다이오드(D1)에 의한 전압 강하량(Vf1)은 0.7V, 제2 진단 경로(120)와 제3 진단 경로(130)의 공통 경로에 구비된 다이오드(DC)에 의한 전압 강하량(Vf2)은 0.7V로 입력되었다.
도 10의 '상황 별 참조 전압'에서, '정상'은 컨택터(31)와 퓨즈(32)가 모두 정상 상태일 때의 참조 전압이고, '퓨즈 이상'은 컨택터에 이상이 없으나 퓨즈(32)에 이상이 있을 때의 참조 전압이며, '컨택터 이상'은 컨택터가 제대로 턴온되지 않을 때의 참조 전압을 나타낸다.
또한, 도 10의 '참조 전압 간 차이'는, 각 상황 별 참조 전압 사이의 차에 대한 절대값을 나타낸다. 예를 들어, '정상 - 퓨즈이상'은, '정상' 칼럼의 참조 전압에서 '퓨즈 이상' 칼럼의 참조 전압을 뺀 값을 나타낸다. 그리고, '정상 - 컨택터 이상'은, '정상' 칼럼의 참조 전압에서 '컨택터 이상' 칼럼의 참조 전압을 뺀 값을 나타낸다. 또한, '퓨즈 이상 - 컨택터 이상'은, '퓨즈 이상' 칼럼의 참조 전압에서 '컨택터 이상' 칼럼의 참조 전압을 뺀 값을 나타낸다.
먼저, 1번 내지 9번의 결과를 살펴보면, 제1 저항부인 R1의 저항값이 제2 저항부(R2)의 저항값 및 제3 저항부(R3)의 저항값보다 큰 1번과 7번 실시예에서, 나머지 다른 경우에 비해 참조 전압 간 차이가 모두 크다는 것을 알 수 있다. 특히, 1번과 7번을 제외한 나머지 번호들의 경우, '정상 - 컨택터 이상' 칼럼의 참조 전압 간 차이가 1.99 V ~ 2.98 V에 불과한 반면, 1번과 7번의 경우, '정상 - 컨택터 이상' 칼럼의 참조 전압 간 차이가 3.31 V로 높게 계산되었다. 따라서, 1번과 7번 실시예와 같이, 제1 저항부의 저항(R1)이 제2 저항부의 저항(R2) 및 제3 저항부의 저항(R3)에 비해 크게 구성하는 경우, 정상 상태일 때와 컨택터 이상 상태일 때를 구분하여 진단하는 것이 보다 용이해질 수 있음을 알 수 있다.
더욱이, 1번 실시예의 경우, '정상 - 퓨즈 이상' 칼럼에서의 참조 전압 간 차이가 7번 실시예를 비롯한 다른 실시예들에 비해 현저하게 높음이 확인되었다. 즉, 1번 실시예의 경우, '정상 - 퓨즈 이상' 칼럼에서의 참조 전압 간 차이가 1.98 V인 반면, 다른 번호의 케이스들은 이보다 크게 낮은 0.99 V ~ 1.33 V의 참조 전압 간 차이를 나타내고 있다. 따라서, 1번 실시예와 같이, 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2) 및 제3 저항부(R3)의 크기를 모두 다르게 하되, 제1 저항부의 크기가 가장 크고, 제2 저항부의 크기가 2번째이며, 제3 저항부의 크기가 가장 낮도록 구성하는 경우, 정상 상태일 때와 비정상 상태(컨택터나 퓨즈 중 적어도 하나가 고장)일 때를 보다 명확하게 구별할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 패턴은, 1번 내지 9번과 저항값의 크기를 전체적으로 다르게 구성한 10번 내지 13번 케이스들의 계산 결과에 의하더라도 확인될 수 있다. 즉, 제1 저항부의 크기를 제2 저항부 및 제3 저항부보다 크게 한 10번 및 13번 실시예의 경우, 11번 및 12번에 비해 '정상-컨택터 이상' 칼럼의 참조 전압 간 차이가 현저하게 큰 값을 보이고 있다. 더욱이, 제2 저항부의 크기를 제3 저항부의 크기보다 크게 구성한 10번 실시예의 경우, 제2 저항부의 크기를 제3 저항부의 크기보다 작게 구성한 13번 실시예에 비해, '정상 - 퓨즈 이상' 칼럼의 참조 전압 간 차이가 크게 나타나고 있다. 따라서, 이러한 결과를 보더라도, 제2 저항부가 제1 저항부보다는 작은 저항값을 갖고 제3 저항부보다는 큰 저항값을 갖도록 구성하는 것이, 정상 시 참조 전압과 비정상 시 참조 전압 사이의 간격을 넓혀, 비정상 상황에 대한 진단이 보다 용이해짐을 알 수 있다.
상기 진단 저항부(RD)는, 제1 저항부(R1), 제2 저항부(R2) 및 제3 저항부(R3)보다 저항값의 크기가 작게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 저항부(R1)의 저항값이 4000㏀, 제2 저항부(R2)의 저항값이 3000㏀ 및 제3 저항부(R3)의 저항값이 2000㏀일 때, 진단 저항부(RD)의 저항값은 10㏀으로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 진단 저항부(RD)의 양단 전압의 크기가 작게 구성되므로, 전압 측정부(150)에 과부하가 걸리지 않으며 전압 측정부(150)의 성능을 높게 요구하지 않을 수 있다. 또한, 이 경우, 팩 단자(Pack+, Pack-)에 연결된 충전 장치나 방전 장치에 의해 충전 전류나 방전 전류가 비의도적으로 공통 노드(NC)에 유입된다 하더라도, 이러한 전류가 통합 진단 경로(140)를 통해 접지로 흐르도록 하고, 제1 진단 경로(110), 또는 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)로 흐르지 않도록 할 수 있다.
한편, 지금까지 여러 실시예의 경우, 충방전 스위치(31)가 퓨즈(32)에 비해 배터리 셀(10) 측에 가깝게 위치하는 구성을 위주로 설명되었으나, 본 발명이 이러한 충방전 개폐부(30) 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 팩의 충방전 개폐부(30)는 도 11에 도시된 바와 같이 구성될 수도 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 11을 참조하면, 앞선 도 1, 도 6 내지 8의 구성과 달리, 배터리 팩의 충방전 개폐부(30)는, 퓨즈(32)가 충방전 스위치(31)보다 배터리 셀(10) 측에 가깝게 위치하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구성의 경우, 참조 전압의 계산 방식은 유사하게 적용되되, 계산된 참조 전압에 대한 상황이 달라질 수 있다.
예를 들어, 퓨즈(32)와 충방전 스위치(31)가 정상 상태일 때에는, 도 8의 실시예와 동일한 형태로 참조 전압이 결정될 수 있다. 그러나, 도 11의 실시예에서 충방전 스위치(31) 이상 시 참조 전압은, 도 8의 실시예에서 퓨즈(32) 이상 시 참조 전압과 동일 또는 유사한 형태로 도출될 수 있다. 또한, 도 11의 실시예에서 퓨즈(32) 이상 시 참조 전압은, 도 8의 실시예에서 충방전 스위치(31) 이상 시 참조 전압과 동일 또는 유사한 형태로 계산될 수 있다.
한편, 도 11의 구성에서는, 도 8과 마찬가지로 제1 진단 경로(110)에 하나의 다이오드(D1)가 구비되고, 제2 진단 경로(120) 및 제3 진단 경로(130)의 공통 경로(PC)에 다른 하나의 다이오드(DC)가 구비된 구성이 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 도 1, 도 6 및 도 7과 같이 일부 다이오드가 없거나 공통 경로가 없는 다양한 형태로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩 진단 장치(100)의 제어부(160)를, BMS에 의해 구현되도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 팩 진단 장치(100) 이외에, 다수의 이차 전지가 구비된 배터리 셀, 전장품(BMS, 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 팩 케이스 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)는, 자동차, 특히 전기 자동차에 탑재될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩 진단 장치(100)는, 배터리 팩에 포함된 형태일 수 있으나, 배터리 팩과는 별도의 장치로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 전력 팩 진단 장치의 제어부(160)는, 자동차의 ECU에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 팩 진단 장치(100) 이외에, 자동차에 통상적으로 구비되는 차체나 전자 장비 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 진단 장치(100) 이외에도, 배터리 셀(10), 컨택터, 인버터, 모터, 하나 이상의 ECU 등을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 배터리 팩 진단 장치(100) 이외에 자동차의 다른 구성요소 등에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 배터리 셀
20: 충방전 경로
30: 충방전 개폐부
31: 충방전 스위치, 32: 퓨즈
Pack+, Pack-: 팩 단자
100: 배터리 팩 진단 장치
110: 제1 진단 경로
120: 제2 진단 경로
130: 제3 진단 경로
140: 통합 진단 경로
150: 전압 측정부
160: 제어부
170: 메모리부
SD: 진단 스위칭부
R1: 제1 저항부, R2: 제2 저항부, R3: 제3 저항부, RD: 진단 저항부
N1: 제1 노드, N2: 제2 노드, N3: 제3 노드, NC: 공통 노드, ND: 진단 노드

Claims (10)

  1. 배터리 셀과 팩 단자 사이의 충방전 경로 상에 서로 직렬로 연결된 충방전 스위치 및 퓨즈를 포함하는 충방전 개폐부가 설치된 배터리 팩 진단 장치에 있어서,
    일단이 상기 배터리 셀과 상기 충방전 개폐부 사이에 연결되고, 타단이 접지를 향하는 경로 상의 공통 노드에 연결되며, 일단과 타단 사이에 제1 저항부를 구비하는 제1 진단 경로;
    일단이 상기 충방전 스위치와 상기 퓨즈 사이에 연결되고, 타단이 상기 공통 노드에 연결되며, 일단과 타단 사이에 제2 저항부를 구비하는 제2 진단 경로;
    일단이 상기 충방전 개폐부와 상기 팩 단자 사이에 연결되고, 타단이 상기 공통 노드에 연결되며, 일단과 타단 사이에 제3 저항부를 구비하는 제3 진단 경로;
    일단이 상기 공통 노드에 연결되어 상기 제1 진단 경로, 상기 제2 진단 경로 및 상기 제3 진단 경로 각각의 타단과 공통으로 연결되고, 타단이 접지에 연결되며, 진단 스위칭부 및 진단 저항부를 구비하는 통합 진단 경로;
    상기 진단 스위칭부와 상기 진단 저항부 사이의 진단 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 진단 스위칭부를 온오프시키며, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 진단 전압에 기초하여 상기 충방전 개폐부의 이상 여부를 판정하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 진단 경로, 상기 제2 진단 경로 및 상기 제3 진단 경로는, 스위칭 소자를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 충방전 스위치 및 상기 퓨즈 중 어느 부품에 이상이 있는지를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정된 진단 전압과 비교되기 위한 참조 전압을 저장하는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 진단 경로는, 상기 충방전 경로에서 상기 공통 노드를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성된 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 진단 경로 및 상기 제3 진단 경로는, 상기 충방전 경로에서 상기 공통 노드를 향하는 방향으로만 전류가 흐르도록 구성된 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 진단 경로 및 상기 제3 진단 경로는, 상기 제2 저항부와 상기 공통 노드 사이의 경로 및 상기 제3 저항부와 상기 공통 노드 사이의 경로의 적어도 일부가 하나의 경로로 통합된 공통 경로를 구비하고, 상기 공통 경로 상에 상기 다이오드가 1개 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저항부, 상기 제2 저항부 및 상기 제3 저항부 중 적어도 2개의 저항부는 서로 다른 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 진단 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 진단 장치를 포함하는 자동차.
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