JP2021511768A - スイッチ診断装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、バッテリーパックに備えられた充電スイッチと放電スイッチを診断する過程で効果的にスイッチを診断できるスイッチ診断装置及び方法に関する。本発明の一態様によれば、電圧測定値及び電流測定値を用いて、スイッチの状態を正常状態、オープン固着状態、クローズ固着状態及びドリフト状態のうち少なくとも一つと診断し、スイッチ診断効率を向上させることができる。

Description

本発明は、スイッチ診断装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーパックに備えられた充電スイッチと放電スイッチを診断する過程で効果的にスイッチを診断することができるスイッチ診断装置及び方法に関する。
本出願は、２０１８年７月１７日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００８３０９１号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
近来、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
また、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵装置、無停電電源装置などに対する技術開発と需要が増加し、それに伴ってエネルギー源としての二次電池の需要が急増している。特に、電気自動車やハイブリッド自動車に使用される二次電池は、高出力、大容量の二次電池であって、これに対する多くの研究が行われている。
さらに、二次電池に対する多くの需要とともに、二次電池と係わる周辺部品や装置に対する研究も一緒に行われている。すなわち、複数の二次電池を接続して一つのモジュールにしたバッテリーモジュール、バッテリーモジュールの充放電を制御し、それぞれの二次電池の状態をモニタリングするＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、バッテリーモジュールとＢＭＳとを一つのパックにしたバッテリーパック、バッテリーモジュールをモーターのような負荷と接続するスイッチなどの多様な部品と装置に対する研究が行われている。
特に、スイッチは、バッテリーモジュールと負荷とを接続し、電力の供給を制御するものであって、これに対する多くの研究が行われている。一例として、広く使用されるリチウムイオン二次電池の作動電圧は約３．７Ｖ〜４．２Ｖであり、高電圧を提供するために多数の二次電池を直列で接続してバッテリーモジュールを構成する。このようなバッテリーモジュールとモーターとを接続するスイッチは、高電圧、高出力の電気エネルギーが常時通過する部品であるため、オープン固着（ｓｔｕｃｋ−ｏｐｅｎｅｄ）状態、クローズ固着（ｓｔｕｃｋ−ｃｌｏｓｅｄ）状態及びドリフト（ｄｒｉｆｔ）状態などの異常（ｆａｕｌｔ）発生をモニタリングすることが非常に重要である。
一方、電気自動車などの電気エネルギーを要する多様な装置は電源システムを必須とする。電源システムは、少なくとも一つのスイッチを選択的に開閉することで、バッテリーと負荷との間の安定的な電源供給を担当する。電源システムの安全に関しては、外部短絡事故などの発生を診断することが必要である。前記外部短絡事故が発生すると、自動車が急発進するなどの危険がある。
本発明は、上記のような従来技術の背景の下でなされたものであり、バッテリーパックに備えられた充電スイッチと放電スイッチを診断する過程で効果的にスイッチを診断できる改善されたスイッチ診断装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様は、セルアセンブリの充放電経路上に備えられ、互いに直列で接続された充電スイッチ及び放電スイッチを診断するスイッチ診断装置を提供する。
本発明の一態様によるスイッチ診断装置は、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの両端電圧をそれぞれ測定するように構成された電圧測定部と、前記充放電経路に流れる電流を測定するように構成された電流測定部と、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの開閉動作を選択的に制御し、前記電圧測定部から測定電圧値を受信し、前記電流測定部から測定電流値を受信し、前記測定電圧値及び前記測定電流値のうち少なくとも一つに基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を、正常状態、オープン固着状態、クローズ固着状態及びドリフト状態のうち少なくとも一つと診断するように構成されたプロセッサとを含む。
本発明の他の一態様によるスイッチ診断装置は、前記充放電経路に一端が電気的に接続され、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つに診断電源を供給するように構成された診断電源部をさらに含み得る。
前記プロセッサは、前記診断電源部から出力される診断電源の電流情報と予め保存された前記充電スイッチ及び前記放電スイッチそれぞれのターンオン状態抵抗値に基づいて、前記充電スイッチの正常状態両端電圧差及び前記放電スイッチの正常状態両端電圧差をそれぞれ算出するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記充電スイッチの両端電圧差と前記算出された前記充電スイッチの正常状態両端電圧差とを比べた結果に基づいて、前記充電スイッチの状態が前記オープン固着状態であるか否かを診断するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記放電スイッチの両端電圧差と前記算出された前記放電スイッチの正常状態両端電圧差とを比べた結果に基づいて、前記放電スイッチの状態が前記オープン固着状態であるか否かを診断するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記測定電圧値に基づいて前記充電スイッチの両端電圧差及び前記放電スイッチの両端電圧差をそれぞれ演算し、演算された前記充電スイッチの両端電圧差及び前記放電スイッチの両端電圧差に基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を、正常状態、オープン固着状態及びクローズ固着状態のうち少なくとも一つと診断するように構成され得る。
前記充電スイッチは、互いに並列で接続された形態で複数備えられ、前記放電スイッチは、互いに並列で接続された形態で複数備えられ得る。
本発明のさらに他の一態様によるスイッチ診断装置は、前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチのそれぞれに隣接して、前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチそれぞれの温度を測定するように構成された温度測定部をさらに含み得る。
前記プロセッサは、前記温度測定部から前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチそれぞれの温度測定値を受信し、受信した前記温度測定値と前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチの両端電圧差とに基づいて、前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチそれぞれの状態を診断するように構成され得る。
前記電圧測定部は、前記充電スイッチの一端と前記放電スイッチの一端との間の測定地点、前記充電スイッチの他端の測定地点、及び前記放電スイッチの他端の測定地点と電気的にそれぞれ接続されて各測定地点の電圧を測定するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記各測定地点の測定電圧値に基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を診断するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記測定電流値に基づいて予め設定された基準時間中の前記測定電流値を積算して電流積算値を演算し、前記測定電圧値に基づいて前記基準時間中の前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの累積電圧降下値を演算するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記累積電圧降下値を前記電流積算値で除して前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの合成抵抗値を演算し、演算された前記合成抵抗値に基づいて前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態が前記ドリフト状態であるか否かを診断するように構成され得る。
本発明のさらに他の一態様によるスイッチ診断装置は、前記プロセッサと電気的に接続され、前記プロセッサに外部短絡信号を伝達するように構成された診断信号部をさらに含み得る。
前記プロセッサは、前記診断信号部から前記外部短絡信号を受信すれば外部短絡が発生した状態と認識し、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの正常開放如何を診断するように構成され得る。
前記プロセッサは、前記診断信号部から前記外部短絡信号を受信する場合、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチにターンオフ命令を伝送し、前記測定電圧値に基づいて前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの正常開放如何を診断するように構成され得る。
本発明の他の態様によるＢＭＳは、本発明の一態様によるスイッチ診断装置を含む。
本発明のさらに他の態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるスイッチ診断装置を含む。
本発明のさらに他の態様によるスイッチ診断方法は、セルアセンブリの充放電経路上に備えられ、互いに直列で接続された充電スイッチ及び放電スイッチを診断する方法であって、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの両端電圧をそれぞれ測定する電圧測定段階と、前記充放電経路に流れる電流を測定する電流測定段階と、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの開閉動作を選択的に制御し、前記電圧測定段階によって測定された測定電圧値を受信し、前記電流測定段階によって測定された測定電流値を受信し、前記測定電圧値及び前記測定電流値のうち少なくとも一つに基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を、正常状態、オープン固着状態、クローズ固着状態及びドリフト状態のうち少なくとも一つの状態と診断する診断段階とを含む。
本発明の一態様によれば、電圧測定値及び電流測定値を用いて、スイッチの状態を正常状態、オープン固着状態、クローズ固着状態及びドリフト状態のうち少なくとも一つの状態と効果的に診断することで、診断効率を向上させることができる。
また、本発明の一態様によれば、温度測定値を用いて、効果的に複数のスイッチのうち特定スイッチの異常発生を診断することができる。
特に、本発明の一態様によれば、車両の走行中にスイッチの抵抗値変化を検出することで、スイッチのドリフト状態を診断し、走行中に発生し得る事故を予防できる、改善されたスイッチ診断装置及び方法を提供することができる。
また、本発明の一態様によれば、実際の外部短絡状況をシミュレートした状況でスイッチが正常に動作するか否かを診断することで、実際外部短絡が発生する場合に備えたスイッチ診断結果を提供することができる。
外にも本発明は他の多様な効果を有し得、このような本発明の他の効果は後述する詳細な説明によって理解でき、本発明の実施形態からより明らかに分かるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置の機能的構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置の構成を概略的に示した図である。 本発明の他の実施形態によるスイッチ診断装置の構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他の実施形態によるスイッチ診断装置の構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるスイッチ診断方法を概略的に示したフロー図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載された「プロセッサ」のような用語は、少なくとも一つの機能または動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せとして具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。
本明細書において、二次電池は、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルを二次電池として見なし得る。
本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、バッテリーパックに備えられた充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０を診断する装置である。より具体的には、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、バッテリーパックに備えられたセルアセンブリ１０の充放電経路Ｌ上に備えられ、互いに直列で接続された充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０を診断する装置であり得る。例えば、前記セルアセンブリ１０は、一つ以上の二次電池を備えるリチウムイオン電池であり得る。
例えば、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、図１に示されたように、セルアセンブリ１０に充放電電流を供給する充放電経路Ｌ上に互いに直列で接続された充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０を備えることができる。ここで、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、互いに並列で接続された複数の充電スイッチ５０を備え得る。また、スイッチ診断装置は、互いに並列で接続された複数の放電スイッチ３０を備えてもよい。
前記充電スイッチ５０は、セルアセンブリ１０を充電させる方向に電流が流れるように、充放電経路Ｌを開閉することができる。例えば、充電スイッチ５０は、セルアセンブリ１０の正極端子とバッテリーパックの正極端子との間の充放電経路Ｌ上に位置して、セルアセンブリ１０を充電させる方向に電流が流れるように充放電経路Ｌを開閉し得る。
前記放電スイッチ３０は、セルアセンブリ１０を放電させる方向に電流が流れるように、充放電経路Ｌを開閉することができる。例えば、放電スイッチ３０は、セルアセンブリ１０の正極端子とバッテリーパックの正極端子との間の充放電経路Ｌ上に位置して、セルアセンブリ１０を放電させる方向に電流が流れるように充放電経路Ｌを開閉し得る。
例えば、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置では、図１に示されたように、放電スイッチ３０の一端がセルアセンブリ１０の正極端子と直接接続し、充電スイッチ５０の一端がバッテリーパックの正極端子と直接接続するように、充電スイッチ５０と放電スイッチ３０とが直列で接続され得る。
例えば、本発明の一実施形態による充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０は、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えたＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子であり得る。ここで、ＦＥＴ素子は、ゲート端子とソース端子との間に印加された電圧によるチャネル形成如何に応じてターンオン又はターンオフされる。チャネルが形成されると、ドレイン端子側からソース端子側に、または、ソース端子側からドレイン端子側に電流が流れ得る。すなわち、形成されたチャネルを通じて電流が両方向に流れ得る。一例として、前記ＦＥＴ素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり得る。
図１は、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置の機能的構成を概略的に示した図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、電圧測定部１００、電流測定部２００及びプロセッサ３００を含む。
前記電圧測定部１００は、充電スイッチ５０と放電スイッチ３０との間の第１測定地点Ｎ１、充電スイッチ５０の他端の第２測定地点Ｎ２、及び放電スイッチ３０の他端の第３測定地点Ｎ３と電気的にそれぞれ接続され得る。例えば、図１に示されたように、電圧測定部１００は、電気的信号を送受信できるように、放電スイッチ３０と充電スイッチ５０の両端とそれぞれ電気的に接続され得る。
また、電圧測定部１００は、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の電圧を測定するように構成され得る。より具体的には、電圧測定部１００は、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３から受信した電気的信号に基づいて、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の電圧を測定することができる。
望ましくは、電圧測定部１００は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ３００と電気的に接続され得る。また、電圧測定部１００は、プロセッサ３００の統制の下、時間間隔を置いて第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の電圧を測定し、測定された電圧の大きさを示す信号をプロセッサ３００に出力することができる。また、電圧測定部１００は、放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０の両端電圧を測定することができる。例えば、電圧測定部１００は、当業界で一般に使用される電圧測定回路を用いて具現され得る。
前記電流測定部２００は、充放電経路Ｌ上に備えられて充放電経路Ｌを流れる電流を測定することができる。例えば、本発明の一実施形態による電流測定部２００は、セルアセンブリ１０と接続された充放電経路Ｌ上に備えられた電流センサと電気的に接続され、電流センサから電気的信号を受信し得る。また、電流測定部２００は、電流センサから受信した電気的信号に基づいて充放電経路Ｌを流れる充放電電流を測定するように構成され得る。
例えば、図１に示されたように、本発明の一実施形態による電流測定部２００は、充放電経路Ｌ上に備えられ得る。また、本発明の一実施形態による電流測定部２００は、充放電経路Ｌ上に備えられた電流センサの両端と電気的に接続され得る。ここで、電流センサは、セルアセンブリ１０の負極端子とバッテリーパックの負極端子との間に電気的に接続され得る。また、電流測定部２００は、電流センサの両端電圧を測定し、電流センサの両端電圧に基づいて充放電経路Ｌを流れる電流を測定することができる。例えば、電流測定部２００は、電流センサの抵抗値と電流センサの両端電圧に基づいて、オームの法則を用いて充放電経路Ｌに流れる電流を測定し得る。
望ましくは、電流測定部２００は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ３００と電気的に接続され得る。また、電流測定部２００は、プロセッサ３００の統制の下、時間間隔を置いてセルアセンブリ１０の充電電流または放電電流の大きさを繰り返して測定し、測定された電流の大きさを示す信号をプロセッサ３００に出力することができる。例えば、電流測定部２００は、当業界で一般に使用されるホールセンサまたはセンス抵抗を用いて具現され得る。
前記プロセッサ３００は、電圧測定部１００及び電流測定部２００と電気的信号を送受信できるように、それぞれ接続され得る。また、プロセッサ３００は、電圧測定部１００から第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値をそれぞれ受信し得る。また、プロセッサ３００は、電流測定部２００から充放電経路Ｌに流れる測定電流値を受信し得る。
また、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０と電気的信号を送受信できるようにそれぞれ接続され、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の開閉動作を選択的に制御することができる。また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２と第３測定地点Ｎ３の測定電圧値、及び充放電経路Ｌに流れる測定電流値のうち少なくとも一つに基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの状態を、正常状態、オープン固着状態、クローズ固着状態及びドリフト状態のうち少なくとも一つの状態と診断することができる。
そして、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０を診断したスイッチ診断結果を外部に出力することができる。この場合、ユーザは、プロセッサ３００からスイッチ診断結果を受けて、スイッチの状態を確認することができる。
望ましくは、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、図１に示されたように、メモリデバイス４００をさらに含むことができる。
前記メモリデバイス４００は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ３００と電気的に接続され得る。また、メモリデバイス４００は、放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０を制御するために必要な情報を予め保存することができる。例えば、メモリデバイス４００は、放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０がターンオンされる電圧値である臨界電圧値を予め保存し得る。
一方、プロセッサ３００は、上述したような動作を実行するため、当業界に知られたプロセッサ３００、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム及び／またはデータ処理装置などを選択的に含む形態で具現され得る。
一方、メモリデバイス４００は、情報を記録し消去可能な保存媒体であれば、その種類に特に制限がない。例えば、メモリデバイス４００は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。また、メモリデバイス４００は、プロセッサ３００によってそれぞれアクセスできるように、例えばデータバスなどを介してプロセッサ３００とそれぞれ電気的に接続され得る。また、メモリデバイス４００は、プロセッサ３００がそれぞれ実行する各種の制御ロジックを含むプログラム及び／または制御ロジックの実行時に発生するデータを、保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送することができる。
図２は本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置の構成を概略的に示した図であり、図３は本発明の他の実施形態によるスイッチ診断装置の構成を概略的に示した図である。
まず、図２を参照すると、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、診断電源部５００を含むことができる。
前記診断電源部５００は、充放電経路Ｌに一端が電気的に接続され得る。例えば、図２に示されたように、診断電源部５００は、充放電経路Ｌ上の第２測定地点Ｎ２とバッテリーパックの正極端子との間に一端が電気的に接続され得る。
また、診断電源部５００は、充電スイッチ５０と放電スイッチ３０のうち少なくとも一つに診断電源を供給することができる。例えば、診断電源部５００は、診断電源を生成して充電スイッチ５０と放電スイッチ３０のうち少なくとも一つに診断電源を供給できる。ここで、診断電源としては、１アンペア［Ａ］の電流値を有する電流が供給され得る。例えば、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置が車両に取り付けられる場合、診断電源部５００は、車両の１２Ｖバッテリーから電源の供給を受けるブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路であり得る。この場合、診断電源部５００は、車両の１２Ｖ電源を６０Ｖ／１Ａに変換して診断電源を出力し得る。
望ましくは、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、図２に示されたように、診断スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を備えることができる。
第１診断スイッチＳ１は、図２に示されたように、一端が充放電経路Ｌに接続され、他端が診断電源部５００に接続される第１診断回路に備えられ得る。例えば、第１診断回路は、第２測定地点Ｎ２とバッテリーパックの正極端子との間に直接接続され得る。また、第１診断スイッチＳ１は、充放電経路Ｌに診断電源が流れられるように、第１診断回路を開閉することができる。
第２診断スイッチＳ２は、図２に示されたように、一端が充放電経路Ｌに接続され、他端が接地に接続される第２診断回路に備えられ得る。例えば、第２診断回路は、第１測定地点Ｎ１と充電スイッチ５０の一端との間に直接接続され得る。また、第２診断スイッチＳ２は、第２診断回路に診断電源が流れられるように、第２診断回路を開閉することができる。
第３診断スイッチＳ３は、図２に示されたように、一端が充放電経路Ｌに接続され、他端が接地に接続される第３診断回路に備えられ得る。例えば、第３診断回路は、第３測定地点Ｎ３とセルアセンブリ１０の正極端子との間に直接接続され得る。また、第３診断スイッチＳ３は、第３診断回路に診断電源が流れられるように、第３診断回路を開閉することができる。
前記診断スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ３００と電気的に接続され得る。また、診断スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、プロセッサ３００から制御命令を受信し、プロセッサ３００から受信した制御命令に基づいて診断回路を開閉することができる。
望ましくは、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、図２に示されたように、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０を備えることができる。
例えば、図２の実施形態を参照すると、複数の充電スイッチ５０は、互いに並列で接続された第１充電スイッチ、第２充電スイッチ及び第３充電スイッチを備え得る。また、複数の放電スイッチ３０は、互いに並列で接続された第１放電スイッチ、第２放電スイッチ及び第３放電スイッチを備え得る。このように図２の実施形態には、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０がそれぞれ３個ずつ備えられた例を示したが、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０の個数は特に制限されない。
前記複数の放電スイッチ３０及び複数の充電スイッチ５０は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ３００と電気的に接続され得る。また、複数の放電スイッチ３０及び複数の充電スイッチ５０は、プロセッサ３００から制御命令を受信し、プロセッサ３００から受信した制御命令に基づいて充放電経路Ｌを開閉することができる。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００は、診断電源部５００の電源供給を制御することができる。例えば、図２の実施形態において、プロセッサ３００は、第１診断スイッチＳ１をターンオンさせて診断電源部５００の電源供給を制御し得る。より具体的には、プロセッサ３００は、診断電源部５００から供給された診断電源が充放電経路Ｌに伝達されるように、第１診断スイッチＳ１をターンオンさせ得る。次いで、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０及び第２診断スイッチＳ２をターンオンさせて診断電源を第２診断回路に伝達し得る。この場合、診断電源は、充電スイッチ５０と第２診断スイッチＳ２を経て接地に流れ得る。また、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０及び第３診断スイッチＳ３をターンオンさせ、第２診断スイッチＳ２をターンオフさせて、診断電源を第３診断回路に伝達し得る。この場合、診断電源は、充電スイッチ５０、放電スイッチ３０及び第３診断スイッチＳ３を経て接地に流れ得る。
また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の両端電圧差をそれぞれ演算することができる。例えば、プロセッサ３００は、第１診断スイッチＳ１及び第２診断スイッチＳ２をターンオンさせ、充電スイッチ５０にターンオン命令を伝送し得る。そして、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値に基づいて充電スイッチ５０の両端電圧差を演算し得る。もし、充電スイッチ５０がターンオン状態であれば、第１測定地点Ｎ１と第２測定地点Ｎ２との測定電圧値は同一であるが、充電スイッチ５０がターンオフ状態であれば、寄生ダイオードによって第１測定地点Ｎ１と第２測定地点Ｎ２との測定電圧値が相異なり得る。したがって、プロセッサ３００は、演算した充電スイッチ５０の両端電圧差と充電スイッチ５０の正常状態両端電圧差とを比べた結果に基づいて、充電スイッチ５０の状態がオープン固着状態であるか否かを診断することができる。
他の例として、プロセッサ３００は、第１診断スイッチＳ１、第３診断スイッチＳ３及び充電スイッチ５０をターンオンさせ、第２診断スイッチＳ２をターンオフさせ得る。そして、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０にターンオン命令を伝送し得る。プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１と第３測定地点Ｎ３との測定電圧値に基づいて放電スイッチ３０の両端電圧差を演算し得る。もし、放電スイッチ３０がターンオン状態であれば、第１測定地点Ｎ１と第３測定地点Ｎ３との測定電圧値は同一であるが、放電スイッチがターンオフ状態であれば、寄生ダイオードによる電圧降下によって第１測定地点Ｎ１と第３測定地点Ｎ３との測定電圧値が相異なり得る。したがって、プロセッサ３００は、演算した放電スイッチ３０の両端電圧差と放電スイッチ３０の正常状態両端電圧差とを比べた結果に基づいて、放電スイッチ３０の状態がオープン固着状態であるか否かを診断することができる。
上記の実施形態において、充電スイッチ５０の正常状態両端電圧差とは、予め保存された充電スイッチ５０のターンオン状態抵抗値及び診断電源に基づいて算出された電圧値であり得る。そして、放電スイッチ３０の正常状態両端電圧差とは、予め保存された放電スイッチ３０のターンオン状態抵抗値及び診断電源に基づいて算出された電圧値であり得る。充電スイッチ５０のターンオン状態抵抗値及び放電スイッチ３０のターンオン状態抵抗値は、メモリデバイス４００に予め保存され得る。
具体的には、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０の両端電圧差に基づいて充電スイッチ５０の状態がオープン固着状態であるか否かを診断することができる。この場合、プロセッサ３００は、予め保存された充電スイッチ５０のターンオン状態抵抗値に基づいてオームの法則を用いて充電スイッチ５０の正常状態両端電圧差を演算し得る。例えば、プロセッサ３００は、予め保存された充電スイッチ５０のターンオン状態抵抗値が１ｍΩであり、診断電源が１Ａである場合、充電スイッチ５０の正常状態両端電圧差を１ｍＶと演算し得る。また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値に基づいて演算された測定両端電圧差と正常状態両端電圧差とを比べて、測定両端電圧差と正常状態両端電圧差との差が予め設定された誤差範囲外である場合、充電スイッチ５０がオープン固着状態であると診断し得る。
また、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０の両端電圧差に基づいて放電スイッチ３０の状態がオープン固着状態であるか否かを診断することができる。この場合、プロセッサ３００は、予め保存された放電スイッチ３０のターンオン状態抵抗値に基づいてオームの法則を用いて放電スイッチ３０の正常状態両端電圧差を演算し得る。例えば、プロセッサ３００は、予め保存された放電スイッチ３０のターンオン状態抵抗値が１ｍΩであり、診断電源が１Ａである場合、放電スイッチ３０の正常状態両端電圧差を１ｍＶと演算し得る。また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて演算された測定両端電圧差と正常状態両端電圧差とを比べて、測定両端電圧差と正常状態両端電圧差との差が予め設定された誤差範囲外である場合、放電スイッチ３０がオープン固着状態であると診断し得る。
また、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００は、図２に示されたように、並列で接続された複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０の合成抵抗値に基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の状態がオープン固着状態であるか否かを診断することができる。
例えば、図２に示されたように、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、並列で接続された３個の充電スイッチ５０を備え得る。この場合、１個の充電スイッチ５０のターンオン状態抵抗値が１ｍΩであると、３個の充電スイッチ５０の合成抵抗値は１／３ｍΩであり得る。ここで、診断電源が１Ａである場合、プロセッサ３００は、３個の充電スイッチ５０の正常状態両端電圧差を１／３ｍＶと演算し得る。また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値に基づいて演算された測定両端電圧差と正常状態両端電圧差とを比べて、測定両端電圧差と正常状態両端電圧差との差が予め設定された誤差範囲外である場合、３個の充電スイッチ５０のうち少なくとも一つがオープン固着状態であると診断し得る。
他の例として、図２に示されたように、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、並列で接続された３個の放電スイッチ３０を備え得る。この場合、１個の放電スイッチ３０のターンオン状態抵抗値が１ｍΩであると、３個の放電スイッチ３０の合成抵抗値は１／３ｍΩであり得る。ここで、診断電源が１Ａである場合、プロセッサ３００は、３個の放電スイッチ３０の正常状態両端電圧差を１／３ｍＶと演算し得る。また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて演算された測定両端電圧差と正常状態両端電圧差とを比べて、測定両端電圧差と正常状態両端電圧差との差が予め設定された誤差範囲外である場合、３個の放電スイッチ３０のうち少なくとも一つがオープン固着状態であると診断し得る。
図２及び図３を一緒に参照すると、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、図３に示されたように、温度測定部６００を含むことができる。
前記温度測定部６００は、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０にそれぞれ隣接して複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０それぞれの温度を測定することができる。例えば、図３に示されたように、本発明の一実施形態による温度測定部６００は、第１充電スイッチ、第２充電スイッチ、第３充電スイッチ、第１放電スイッチ、第２放電スイッチ及び第３放電スイッチにそれぞれ隣接して、第１充電スイッチ、第２充電スイッチ、第３充電スイッチ、第１放電スイッチ、第２放電スイッチ及び第３放電スイッチそれぞれの温度を測定し得る。
また、温度測定部６００は、電気的信号を送受信できるように、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０にそれぞれ隣接して複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０にそれぞれ電気的に接続され得る。または、温度測定部６００は、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０にそれぞれ取り付けられて複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０にそれぞれ電気的に接続され得る。このような構成を通じて、温度測定部６００は、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０の温度をそれぞれ測定することができる。
望ましくは、温度測定部６００は、ＢＭＳの集積回路基板上に取り付けられ得る。特に、温度測定部６００は、集積回路基板上に付着され得る。例えば、温度測定部６００は、集積回路基板上にはんだ付けによって付着されるＮＴＣサーミスタ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）であり得る。
望ましくは、温度測定部６００は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ３００と電気的に結合され得る。また、温度測定部６００は、時間間隔を置いて複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０の温度を繰り返して測定し、測定された温度の大きさを示す信号をプロセッサ３００に出力することができる。例えば、温度測定部６００は、当業界で一般に使用される熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）を用いて具現され得る。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００は、温度測定部６００から複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０それぞれの温度測定値を受信することができる。また、プロセッサ３００は、温度測定部６００から受信した温度測定値と充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の両端電圧差とに基づいて、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０それぞれの状態を診断することができる。
具体的には、プロセッサ３００は、並列で接続された複数の充電スイッチ５０の合成抵抗値に基づいて、複数の充電スイッチ５０のうち少なくとも一つの状態がオープン固着状態であるかまたはクローズ固着状態であるかを診断することができる。この場合、プロセッサ３００は、温度測定部６００から受信した充電スイッチ５０のそれぞれの温度測定値に基づいて、複数の充電スイッチ５０のうち特定スイッチの状態がオープン固着状態であるかまたはクローズ固着状態であるかを診断することができる。
また、並列で接続された複数の放電スイッチ３０の合成抵抗値に基づいて、複数の放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの状態がオープン固着状態であるかまたはクローズ固着状態であるかを診断することもできる。
例えば、３個の充電スイッチ５０が並列で接続された場合、プロセッサ３００は、３個の充電スイッチ５０のうち、温度測定値が予め設定された値以下である充電スイッチ５０をオープン固着状態であると診断し得る。
また、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００は、電圧測定部１００によって測定された測定電圧値に基づいて前記充電スイッチ５０の両端電圧差及び前記放電スイッチ３０の両端電圧差をそれぞれ演算することができる。そして、プロセッサ３００は、演算された前記充電スイッチ５０の両端電圧差及び前記放電スイッチ３０の両端電圧差に基づいて、前記充電スイッチ５０及び前記放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの状態を、正常状態、オープン固着状態及びクローズ固着状態のうち少なくとも一つと診断することができる。このとき、プロセッサ３００は、温度測定部６００から前記複数の充電スイッチ５０及び前記複数の放電スイッチ３０それぞれの温度測定値を受信できる。そして、プロセッサ３００は、受信した前記温度測定値と前記複数の充電スイッチ５０及び前記複数の放電スイッチ３０の両端電圧差とに基づいて、前記複数の充電スイッチ５０及び前記複数の放電スイッチ３０それぞれの状態を診断することができる。
以下、プロセッサ３００が第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの状態がクローズ固着状態であるか否かを診断する例示を説明する。ただし、以下ではプロセッサ３００が充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つのクローズ固着状態を診断する例示を説明するが、プロセッサ３００が第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つのオープン固着状態を診断することもできることは勿論である。
プロセッサ３００は、図２の実施形態において、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値に基づいて放電スイッチ３０がクローズ固着状態であるか否かを診断することができる。より具体的には、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０にターンオフ命令を伝達し、第３測定地点Ｎ３の測定電圧値と第１測定地点Ｎ１の測定電圧値とを比べて放電スイッチ３０がクローズ固着状態であるか否かを診断し得る。
例えば、セルアセンブリ１０の正極端子電圧の電位差が４８Ｖである場合、第３測定地点Ｎ３の測定電圧値は４８Ｖと測定され得る。この場合、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値が４８Ｖであると、放電スイッチ３０がクローズ固着状態であると診断し得る。
また、プロセッサ３００は、第２測定地点Ｎ２の測定電圧値に基づいて充電スイッチ５０がクローズ固着状態であるか否かを診断することができる。望ましくは、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０にターンオフ命令を伝達し得る。より望ましくは、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０にターンオフ命令を伝達し、放電スイッチ３０にターンオン命令を伝達し得る。そして、プロセッサ３００は、第３測定地点Ｎ３の測定電圧値と第２測定地点Ｎ２の測定電圧値とを比べて充電スイッチ５０がクローズ固着状態であるか否かを診断し得る。または、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値と第２測定地点Ｎ２の測定電圧値とを比べて充電スイッチ５０がクローズ固着状態であるか否かを診断し得る。
例えば、セルアセンブリ１０の正極端子電圧の電位差が４８Ｖである場合、第３測定地点Ｎ３の測定電圧値は４８Ｖと測定され得る。この場合、プロセッサ３００は、第２測定地点Ｎ２の測定電圧値が４８Ｖであると、充電スイッチ５０がクローズ固着状態であると診断し得る。
具体的には、充電スイッチ５０がターンオン状態である場合、充電スイッチ５０に備えられた寄生ダイオードによる電圧降下が生じない。すなわち、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０がターンオン状態であれば、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値が４８Ｖと同一であり得る。
したがって、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０にターンオン命令を伝送し、充電スイッチ５０にターンオフ命令を伝送して、第１測定地点Ｎ１及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値が同一であるか否かによって充電スイッチ５０のクローズ固着状態を診断することができる。
または、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０にターンオン命令を伝送し、充電スイッチ５０にターンオフ命令を伝送して、第３測定地点Ｎ３及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値が同一であるか否かによって充電スイッチ５０のクローズ固着状態を診断することもできる。
図４は、本発明のさらに他の実施形態によるスイッチ診断装置の構成を概略的に示した図である。また、本実施形態では、上述した実施形態についての説明を同様に適用可能な部分は詳細な説明を省略し、異なる部分を主に説明することにする。
図４を参照すると、本発明の実施形態によるプロセッサ３００は、測定電流値に基づいて予め設定された基準時間中の測定電流値を積算して電流積算値を演算することができる。例えば、プロセッサ３００は、電流測定部２００から測定電流値を受信し得る。また、プロセッサ３００は、下記数式１を用いて予め設定された基準時間中の測定電流値を積算して電流積算値を演算し得る。
Figure 2021511768
 … 数式１
ここで、△Ｉは電流積算値であり、ｔ０及びｔ１は時刻であり、ｉは測定電流値であり得る。すなわち、数式１は、予め設定された基準時間（ｔ０からｔ１までの時間）中に電流測定部２００に流れた電流（ｉ）を積算した電流積算値（△Ｉ）を算出するための数式である。
また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて、予め設定された基準時間中の充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の累積電圧降下値を演算することができる。例えば、プロセッサ３００は、下記数式２を用いて予め設定された基準時間中の第１測定地点Ｎ１及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて放電スイッチ３０の累積電圧降下値を演算し得る。また、プロセッサ３００は、下記数式２を用いて予め設定された基準時間中の第１測定地点Ｎ１及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値に基づいて充電スイッチ５０の累積電圧降下値を演算し得る。
Figure 2021511768
 … 数式２
ここで、△Ｖは累積電圧降下値であり、ｔ０及びｔ１は時刻であり、ｖは第１測定地点Ｎ１と第３測定地点Ｎ３との電圧差または第１測定地点Ｎ１と第２測定地点Ｎ２との電圧差であり得る。すなわち、数式２は、予め設定された基準時間（ｔ０からｔ１までの時間）中に測定された第１測定地点Ｎ１と第３測定地点Ｎ３との電圧差（ｖ）または第１測定地点Ｎ１と第２測定地点Ｎ２との電圧差（ｖ）を積算した累積電圧降下値（△Ｖ）を算出するための数式である。
また、プロセッサ３００は、累積電圧降下値（△Ｖ）を電流積算値（△Ｉ）で除して充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の合成抵抗値を演算することができる。例えば、プロセッサ３００は、下記数式３を用いて充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の合成抵抗値（Ｒ）を演算し得る。例えば、累積電圧降下値（△Ｖ）が２ｍＶであり、電流積算値（△Ｉ）が１Ａである場合、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の合成抵抗値（Ｒ）は２ｍΩと演算され得る。
Figure 2021511768
 … 数式３
ここで、Ｒは合成抵抗値であり、△Ｖは累積電圧降下値であり、△Ｉは電流積算値であり得る。
また、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の合成抵抗値に基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの状態がドリフト状態であるか否かを診断することができる。ここで、ドリフト状態とは、スイッチのターンオン状態の抵抗値が変わる状態であり得る。例えば、プロセッサ３００は、時間間隔を置いて合成抵抗値を繰り返して演算し、演算された合成抵抗値を保存し得る。また、プロセッサ３００は、予め保存された正常状態合成抵抗値と演算された合成抵抗値とを比べて充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つがドリフト状態であるか否かを診断することができる。例えば、プロセッサ３００は、正常状態合成抵抗値と演算された合成抵抗値との差が予め設定された範囲を超える場合、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つのスイッチがドリフト状態であると診断し得る。
また、プロセッサ３００は、時間間隔を置いて演算された合成抵抗値に基づいて充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの状態がドリフト状態であるか否かを診断することができる。例えば、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置が車両に取り付けられる場合、プロセッサ３００は、車両の走行中に時間間隔を置いて充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の合成抵抗値を繰り返して演算し得る。また、プロセッサ３００は、時間間隔を置いて演算された相異なる二つの合成抵抗値を比較し得る。また、プロセッサ３００は、時間間隔を置いて演算された相異なる二つの合成抵抗値の差が予め設定された範囲を超える場合、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つのスイッチがドリフト状態であると診断し得る。
このような構成を通じて本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、車両の走行中にスイッチの抵抗値が変わって発生するドリフト状態を効果的に診断することができる。
また、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、図４に示されたように、診断信号部７００を含むことができる。
前記診断信号部７００は、プロセッサ３００と電気的に接続されてプロセッサ３００に外部短絡信号を伝達することができる。ここで、外部短絡信号とは、外部短絡状況をシミュレートして、プロセッサ３００に外部短絡状況を認識させる信号であり得る。
また、プロセッサ３００は、診断信号部７００から外部短絡信号を受信する場合、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の正常開放如何を診断することができる。例えば、プロセッサ３００は、外部短絡状況である場合、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０を全てターンオフさせ得る。そして、プロセッサ３００は、外部短絡信号に基づいて速かに充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０がすべて開放されたか否かを診断し得る。
例えば、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０がすべて開放されるまでかかる測定所要時間を測定し、前記測定所要時間を予め設定された正常所要時間と比べて、測定所要時間と正常所要時間との差が予め設定された値以内であるか否かを診断し得る。
また、本発明の一実施形態によるプロセッサ３００は、診断信号部７００から外部短絡信号を受信する場合、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの正常開放如何を診断することができる。
より具体的には、プロセッサ３００は、診断信号部７００から外部短絡信号を受信すれば、外部短絡が発生した状態と認識し得る。そして、プロセッサ３００は、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０にターンオフ命令を伝達し得る。そして、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３の測定電圧値に基づいて、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０のうち少なくとも一つの正常開放如何を診断し得る。
プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値に基づいて放電スイッチ３０の正常開放如何を診断することができる。より具体的には、プロセッサ３００は、外部短絡信号を受信すれば、放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０にターンオフ命令を伝達し得る。そして、プロセッサ３００は、第３測定地点Ｎ３の測定電圧値と第１測定地点Ｎ１の測定電圧値とを比べて放電スイッチ３０の正常開放如何を診断し得る。
例えば、プロセッサ３００は、下記表１を参照して、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の正常開放如何を診断することができる。表１は、メモリデバイス４００に保存され得る。
Figure 2021511768
表１は、第１測定地点Ｎ１、第２測定地点Ｎ２及び第３測定地点Ｎ３で測定される測定電圧値に応じて放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０の状態をまとめた表である。望ましくは、表１はセルアセンブリ１０が放電する状況で測定された測定電圧値に応じて放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０の状態をまとめた表である。
ここで、Ａ［Ｖ］は、セルアセンブリ１０の電圧値と同じ値であって、例えば、４８Ｖであり得る。Ｂ［Ｖ］は、放電スイッチ３０がターンオンし、充電スイッチ５０がターンオフしているとき、第２測定地点Ｎ２で測定される電圧値である。Ｂ［Ｖ］は、充電スイッチ５０に備えられた寄生ダイオードによる電圧降下によってＡ［Ｖ］より小さい値であり得る。例えば、Ｂ［Ｖ］は、寄生ダイオードによる電圧降下によって４７．３Ｖであり得る。
以下、図２及び表１を参照して、プロセッサ３００が外部短絡信号を受信して充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０にターンオフ命令を伝送した後、充電スイッチ５０及び放電スイッチ３０の状態を診断する過程を説明する。ここで、第１診断スイッチＳ１、第２診断スイッチＳ２及び第３診断スイッチＳ３はすべて開放された状態である。
プロセッサ３００は、第３測定地点Ｎ３の測定電圧値及び第１測定地点Ｎ１の測定電圧値に基づいて放電スイッチ３０が正常に開放されたか否かを診断することができる。
例えば、セルアセンブリ１０の正極端子電圧の電位差がＡ［Ｖ］である場合、第３測定地点Ｎ３の測定電圧値はＡ［Ｖ］と測定され得る。この場合、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値がＡ［Ｖ］であると、放電スイッチ３０が正常に開放されていないと診断することができる。すなわち、プロセッサ３００は、複数の放電スイッチ３０のうち少なくとも一つがクローズ固着状態であると診断できる。
また、プロセッサ３００は、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値と第２測定地点Ｎ２の測定電圧値とを比べて放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０の状態を診断することができる。
例えば、セルアセンブリ１０の正極端子電圧の電位差がＡ［Ｖ］であり、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値がすべてＡ［Ｖ］であると、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０が正常に開放されていないと診断することができる。すなわち、プロセッサ３００は、複数の放電スイッチ３０のうち少なくとも一つ及び複数の充電スイッチ５０のうち少なくとも一つがクローズ固着状態であると診断できる。
他の例として、セルアセンブリ１０の正極端子電圧の電位差がＡ［Ｖ］であり、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値がＡ［Ｖ］であり、第２測定地点Ｎ２の測定電圧値がＢ［Ｖ］であると、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０は正常に開放されていないが、充電スイッチ５０は正常に開放されたと診断することができる。すなわち、プロセッサ３００は、複数の放電スイッチ３０のうち少なくとも一つはクローズ固着状態であり、複数の充電スイッチ５０は正常状態であると診断できる。
さらに他の例として、セルアセンブリ１０の正極端子電圧の電位差がＡ［Ｖ］であり、第１測定地点Ｎ１の測定電圧値及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値がすべてＡ［Ｖ］またはＢ［Ｖ］でない場合、プロセッサ３００は、放電スイッチ３０が正常に開放されたと診断することができる。この場合、放電スイッチ３０が正常に開放されたため、第１測定地点Ｎ１及び第２測定地点Ｎ２の測定電圧値はすべて０［Ｖ］であり得る。すなわち、プロセッサ３００は、複数の放電スイッチ３０が正常状態であると診断できる。
すなわち、本発明の一実施形態によるスイッチ診断装置は、外部短絡状況で放電スイッチ３０及び充電スイッチ５０を迅速に開放させることで、内部回路を保護することができる。さらに、スイッチ診断装置は、充電スイッチ５０に備えられた寄生ダイオードによる電圧降下を考慮して、充電スイッチ５０の状態をより具体的に診断することができる。
本発明によるスイッチ診断装置は、ＢＭＳに適用できる。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述した本発明によるスイッチ診断装置を含むことができる。このような構成において、本発明によるスイッチ診断装置の各構成要素のうち少なくとも一部は、従来ＢＭＳに含まれた構成の機能を補完または追加することで具現され得る。例えば、本発明によるスイッチ診断装置のプロセッサ３００及びメモリデバイス４００は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
また、本発明によるスイッチ診断装置は、バッテリーパックに備えることができる。すなわち、本発明によるバッテリーパックは、上述した本発明によるスイッチ診断装置を含むことができる。ここで、バッテリーパックは、一つ以上の二次電池、前記スイッチ診断装置、電装品（ＢＭＳやリレー、ヒューズなどを備える）及びケースなどを含むことができる。
図５は、本発明の一実施形態によるスイッチ診断方法を概略的に示したフロー図である。図５において、各段階の実行主体は、上述した本発明によるバッテリー運用装置の各構成要素であると言える。
図５に示されたように、本発明によるバッテリー運用方法は、電圧測定段階Ｓ１００、電流測定段階Ｓ１１０及びスイッチ診断段階Ｓ１２０を含む。
まず、前記電圧測定段階Ｓ１００では、充電スイッチと放電スイッチとの間の測定地点、充電スイッチの他端の測定地点及び放電スイッチの他端の測定地点の電圧をそれぞれ測定することができる。次いで、前記電流測定段階Ｓ１１０では、充放電経路に流れる電流を測定することができる。次いで、前記スイッチ診断段階Ｓ１２０では、充電スイッチ及び放電スイッチの開閉動作を選択的に制御し、前記電圧測定段階によって測定された各測定地点の測定電圧値を受信し、前記電流測定段階によって測定された測定電流値を受信し、各測定地点の測定電圧値及び前記測定電流値のうち少なくとも一つに基づいて、充電スイッチ及び放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を、オープン固着状態、クローズ固着状態、ドリフト状態及び外部短絡状態のうち少なくとも一つの状態と診断することができる。
望ましくは、本発明の一実施形態による前記スイッチ診断段階Ｓ１２０では、各測定地点の測定電圧値に基づいて充電スイッチ及び放電スイッチの両端電圧差をそれぞれ演算し、充電スイッチ及び放電スイッチの両端電圧差に基づいて、充電スイッチ及び放電スイッチのうち少なくとも一つのオープン固着状態を診断し得る。
望ましくは、本発明の一実施形態による前記スイッチ診断段階Ｓ１２０では、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０それぞれの温度測定値を測定し、測定した前記温度測定値と充電スイッチ及び放電スイッチの両端電圧差とに基づいて、複数の充電スイッチ５０及び複数の放電スイッチ３０それぞれのオープン固着状態を診断し得る。
望ましくは、本発明の一実施形態による前記スイッチ診断段階Ｓ１２０では、各測定地点の測定電圧値に基づいて充電スイッチ及び放電スイッチのうち少なくとも一つのクローズ固着状態を診断し得る。
望ましくは、本発明の一実施形態による前記スイッチ診断段階Ｓ１２０では、前記測定電流値に基づいて予め設定された基準時間中の前記測定電流値を積算して電流積算値を演算し、前記測定電圧値に基づいて前記基準時間中の充電スイッチ及び放電スイッチの累積電圧降下値を演算し得る。また、本発明の一実施形態による前記スイッチ診断段階Ｓ１２０では、前記累積電圧降下値を前記電流積算値で除して充電スイッチ及び放電スイッチの合成抵抗値を演算し、前記合成抵抗値に基づいて充電スイッチ及び放電スイッチのうち少なくとも一つのドリフト状態を診断し得る。
望ましくは、本発明の一実施形態による前記スイッチ診断段階Ｓ１２０では、外部短絡信号を受信する場合、各測定地点の測定電圧値に基づいて充電スイッチ及び放電スイッチの正常開放如何を診断し得る。
また、前記制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、プロセッサは、プログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリ装置に保存され、プロセッサによって実行され得る。
また、プロセッサの多様な制御ロジックは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックは、コンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータによってアクセス可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも一つ以上を含む。また、前記コード体系は、ネットワークで接続されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード及びセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマによって容易に推論可能である。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１０：セルアセンブリ
３０：放電スイッチ
５０：充電スイッチ
１００：電圧測定部
２００：電流測定部
３００：プロセッサ
４００：メモリデバイス
５００：診断電源部
６００：温度測定部
７００：診断信号部
Ｌ：充放電経路
Ｎ１：第１測定地点
Ｎ２：第２測定地点
Ｎ３：第３測定地点
Ｓ１：第１診断スイッチ
Ｓ２：第２診断スイッチ
Ｓ３：第３診断スイッチ

Claims (15)

  1. セルアセンブリの充放電経路上に備えられ、互いに直列で接続された充電スイッチ及び放電スイッチを診断する装置であって、
    前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの両端電圧をそれぞれ測定するように構成された電圧測定部と、
    前記充放電経路に流れる電流を測定するように構成された電流測定部と、
    前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一方の開閉動作を選択的に制御し、前記電圧測定部から測定電圧値を受信し、前記電流測定部から測定電流値を受信し、前記測定電圧値及び前記測定電流値のうち少なくとも一つに基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を、正常状態、オープン固着状態、クローズ固着状態及びドリフト状態のうち少なくとも一つと診断するように構成されたプロセッサとを含むスイッチ診断装置。
  2. 前記充放電経路に一端が電気的に接続され、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つに診断電源を供給するように構成された診断電源部をさらに含む、請求項１に記載のスイッチ診断装置。
  3. 前記プロセッサは、
    前記診断電源部から出力される診断電源の電流情報と予め保存された前記充電スイッチ及び前記放電スイッチそれぞれのターンオン状態抵抗値に基づいて、前記充電スイッチの正常状態両端電圧差及び前記放電スイッチの正常状態両端電圧差をそれぞれ算出し、
    前記充電スイッチの両端電圧差と前記算出された前記充電スイッチの正常状態両端電圧差とを比べた結果に基づいて、前記充電スイッチの状態が前記オープン固着状態であるか否かを診断し、
    前記放電スイッチの両端電圧差と前記算出された前記放電スイッチの正常状態両端電圧差とを比べた結果に基づいて、前記放電スイッチの状態が前記オープン固着状態であるか否かを診断するように構成された、請求項２に記載のスイッチ診断装置。
  4. 前記プロセッサは、
    前記測定電圧値に基づいて前記充電スイッチの両端電圧差及び前記放電スイッチの両端電圧差をそれぞれ演算し、演算された前記充電スイッチの両端電圧差及び前記放電スイッチの両端電圧差に基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を、正常状態、オープン固着状態及びクローズ固着状態のうち少なくとも一つと診断する、請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチ診断装置。
  5. 前記充電スイッチは、互いに並列で接続された形態で複数備えられ、
    前記放電スイッチは、互いに並列で接続された形態で複数備えられ、
    複数の充電スイッチ及び複数の放電スイッチのそれぞれに隣接して、前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチそれぞれの温度を測定するように構成された温度測定部をさらに含む、請求項４に記載のスイッチ診断装置。
  6. 前記プロセッサは、
    前記温度測定部から前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチそれぞれの温度測定値を受信し、受信した前記温度測定値と前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチの両端電圧差とに基づいて、前記複数の充電スイッチ及び前記複数の放電スイッチそれぞれの状態を診断する、請求項５に記載のスイッチ診断装置。
  7. 前記電圧測定部は、
    前記充電スイッチの一端と前記放電スイッチの一端との間の測定地点、前記充電スイッチの他端の測定地点、及び前記放電スイッチの他端の測定地点と電気的にそれぞれ接続されて各測定地点の電圧を測定するように構成された、請求項４から６のいずれか一項に記載のスイッチ診断装置。
  8. 前記プロセッサは、
    前記各測定地点の測定電圧値に基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を診断する、請求項７に記載のスイッチ診断装置。
  9. 前記プロセッサは、
    前記測定電流値に基づいて予め設定された基準時間中の前記測定電流値を積算して電流積算値を演算し、前記測定電圧値に基づいて前記基準時間中の前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの累積電圧降下値を演算する、請求項１から８のいずれか一項に記載のスイッチ診断装置。
  10. 前記プロセッサは、
    前記累積電圧降下値を前記電流積算値で除して前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの合成抵抗値を演算し、演算された前記合成抵抗値に基づいて前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態が前記ドリフト状態であるか否かを診断する、請求項９に記載のスイッチ診断装置。
  11. 前記プロセッサと電気的に接続され、前記プロセッサに外部短絡信号を伝達するように構成された診断信号部をさらに含み、
    前記プロセッサは、
    前記診断信号部から前記外部短絡信号を受信すれば外部短絡が発生した状態と認識し、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの正常開放如何を診断するように構成された、請求項１から１０のいずれか一項に記載のスイッチ診断装置。
  12. 前記プロセッサは、
    前記診断信号部から前記外部短絡信号を受信する場合、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチにターンオフ命令を伝送し、前記測定電圧値に基づいて前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの正常開放如何を診断する、請求項１１に記載のスイッチ診断装置。
  13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のスイッチ診断装置を含むＢＭＳ。
  14. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のスイッチ診断装置を含むバッテリーパック。
  15. セルアセンブリの充放電経路上に備えられ、互いに直列で接続された充電スイッチ及び放電スイッチを診断する方法であって、
    前記充電スイッチ及び前記放電スイッチの両端電圧をそれぞれ測定する電圧測定段階と、
    前記充放電経路に流れる電流を測定する電流測定段階と、
    前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一方の開閉動作を選択的に制御し、前記電圧測定段階によって測定された測定電圧値を受信し、前記電流測定段階によって測定された測定電流値を受信し、前記測定電圧値及び前記測定電流値のうち少なくとも一つに基づいて、前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうち少なくとも一つの状態を、オープン固着状態、クローズ固着状態及びドリフト状態のうち少なくとも一つの状態と診断する診断段階とを含む、スイッチ診断方法。
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