JP2024511177A - リレー融着診断回路およびリレー融着診断方法 - Google Patents
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Abstract
バッテリーシステムは、バッテリーパックと、前記バッテリーパックの正極端子に一端が連結された第1メインリレーおよび前記バッテリーパックの負極端子に一端が連結された第2メインリレーと、前記第1メインリレーとインバータの正極端子の間に連結された第1制御リレーおよび前記第2メインリレーとインバータの負極端子の間に連結された第2制御リレーと、前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの負極端子の間に連結されている第1抵抗および第1フォトカプラ、および前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に連結されている第2抵抗および第2フォトカプラを含む融着診断回路と、前記第1および第2フォトカプラを駆動して前記第2制御リレーの融着を診断するBMS(Battery Management System)と、を含む。
Description
《関連出願(等)との相互引用》
本出願は、2021年12月2日付の韓国特許出願第10-2021-0170980号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、2021年12月2日付の韓国特許出願第10-2021-0170980号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本開示は、リレー融着診断回路およびリレー融着診断方法に関するものである。
バッテリーシステムには、バッテリーの正極端子側リレーおよび負極端子側リレーが含まれてもよい。正極端子側リレーと負極端子側リレーのうち少なくとも一つが融着(Welding)すると、バッテリーシステムに対する信頼性が低下するなどバッテリー性能に影響を与えることがある。したがって、バッテリーシステムに含まれたリレーが融着しているか否かを診断することが必要である。
特に、負極端子側リレーは、グラウンドレベルに連結することができ、リレーの融着を診断するのに困難性がある。
バッテリーパックを含むバッテリーシステムにおいて、バッテリーパック電圧の測定によってバッテリーパックに連結された複数のリレーの中からどのリレーが融着しているかを診断できるリレー融着診断回路およびリレー融着診断方法を提供する。
発明の一実施形態に係るバッテリーシステムは、バッテリーパックと、前記バッテリーパックの正極端子に一端が連結された第1メインリレーおよび前記バッテリーパックの負極端子に一端が連結された第2メインリレーと、前記第1メインリレーとインバータの正極端子の間に連結された第1制御リレーおよび前記第2メインリレーとインバータの負極端子の間に連結された第2制御リレーと、前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの負極端子の間に連結されている第1抵抗および第1フォトカプラ、および前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に連結されている第2抵抗および第2フォトカプラを含む融着診断回路と、前記第1および第2フォトカプラを駆動して前記第2制御リレーの融着を診断するBMS(Battery Management System)と、を含む。
前記BMSは、前記第2制御リレーの開放制御条件で、前記融着診断回路に前記第1フォトカプラを駆動させる第1制御信号および前記第2フォトカプラを駆動させる第2制御信号を伝送し、前記第1および第2制御信号によって前記第1および第2フォトカプラが駆動されると、前記インバータの負極端子に対応する第1電圧信号を受信することができる。
前記BMSは、前記第1電圧信号に基づいて、前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に対応する第1電圧差を導出することができる。
前記BMSは、前記第1電圧差が、前記バッテリーパック正極端子と前記バッテリーパック負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記第2制御リレーが融着していないと診断することができる。
前記BMSは、前記第1電圧差が、前記バッテリーパック正極端子と前記バッテリーパック負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記第2制御リレーが融着していると診断することができる。
前記融着診断回路は、前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に連結されている第3抵抗および第3フォトカプラをさらに含み、前記BMSは、前記第3フォトカプラを駆動して前記第1制御リレーの融着を診断することができる。
前記BMSは、前記第1制御リレーの開放制御条件で、前記融着診断回路に前記第3フォトカプラを駆動させる第3制御信号を伝送し、前記第3制御信号によって前記第3フォトカプラが駆動されると、前記インバータの正極端子に対応する第2電圧信号を受信することができる。
前記BMSは、前記第2電圧信号に基づいて、前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に対応する第2電圧差を導出することができる。
前記BMSは、前記第2電圧差が、前記バッテリーパック正極端子と前記バッテリーパック負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記第1制御リレーが融着していると診断することができる。
前記BMSは、前記第2電圧差が、前記バッテリーパック正極端子と前記バッテリーパック負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記第1制御リレーが融着していないと診断することができる。
発明の他の実施形態に係るリレー融着診断方法は、BMSが、バッテリーパックの正極端子の電圧に基づいて、前記バッテリーパックの正極端子と負極端子の間の電圧に対応するバッテリーパック電圧を導出するステップと、前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの負極端子の間が第1抵抗を介して連結されるステップと、前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間が第2抵抗を介して連結されるステップと、前記インバータ負極端子と前記バッテリーの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記BMSが、前記バッテリーパックの負極端子と前記インバータの負極端子の間に連結されている第1制御リレーが融着していないと診断するステップと、を含む。
前記インバータ負極端子と前記バッテリーの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記BMSが、前記第1制御リレーを融着していると診断するステップをさらに含んでもよい。
前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間が第3抵抗を介して連結されるステップと、前記インバータ正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記BMSが、前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの正極端子の間に連結されている第2制御リレーを融着していると診断するステップと、をさらに含んでもよい。
前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間が第3抵抗を介して連結されるステップと、前記インバータ正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記BMSが、前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの正極端子の間に連結されている第2制御リレーを融着していないと診断するステップと、をさらに含んでもよい。
本開示を通じて、バッテリーパックを含むバッテリーシステムにおいて、バッテリーパック電圧の測定によってバッテリーパックに連結された複数のリレーの中からどのリレーが融着しているかを診断して、リレーが開放されても電流が流れる現象を防止し、安全なバッテリーパックの運用が可能なリレー融着診断回路およびリレー融着診断方法を提供する。
以下、添付の図面を参照して本明細書に開示された実施形態を詳しく説明するが、同一または類似の構成要素には同一または類似の符号を付与し、これに対する重複する説明は省略することにする。以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」および/または「部」は、明細書の作成の容易さのみを考慮して付与される、または混用されるものであって、それ自体に互いに区別されるとの意味または役割を有するものではない。また、本明細書に開示された実施形態を説明するにあたり、関連する公知技術に対する具体的な説明が、本明細書に開示された実施形態の要旨を曖昧にする可能性があると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付の図面は、本明細書に開示された実施形態の理解を容易にするためだけのものであり、添付の図面によって本明細書に開示された技術的な思想は制限されず、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。
第1、第2などのように序数を含む用語は、多様な構成要素等を説明するために使用できるが、構成要素等は、上記用語等によって限定されない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的であるだけで使用される。
本明細書において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはその以上の他の特徴等や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解されるべきである。
一実施形態に係る構成等のうち、特定の制御条件で他の構成を制御する構成には、他の構成を制御するために必要な制御アルゴリズムを具体化した命令語の集合で具現されたプログラムがインストールされてもよい。制御構成は、インストールされたプログラムに従って入力データおよび格納されたデータを処理して出力データを生成することができる。制御構成は、プログラムを格納する非揮発性メモリおよびデータを格納するメモリを含んでもよい。
図1ないし図4は、リレー融着診断回路およびリレー融着診断方法を説明する。
図1は、一実施形態に係るバッテリーシステムを図式的に示す概略図である。
バッテリーシステム1は、バッテリーパック10、バッテリー管理システム(Battery Management System、BMS)20、メインリレー部30、制御リレー41、42、および融着診断回路40を含む。バッテリーシステム1は、インバータ2に電気的に連結されてもよい。
バッテリーパック10は、電気的に連結されている複数のバッテリーセル(図示せず)を含んでもよい。例えば、所定個数のバッテリーセルが直列連結されてバッテリーモジュールを構成し、所定個数のバッテリーモジュールが直列および/または並列連結されて所望する電力を供給することができる。
メインリレー部30は、バッテリーパック10の正極端子に一端が連結された第1メインリレー31およびバッテリーパック10の負極端子に一端が連結された第2メインリレー32を含んでもよい。第1メインリレー31および第1制御リレー41の間のノードを、第1ノードN1と称する。第1制御リレー41およびインバータ2の正極端子の間のノードを、第2ノードN2と称する。第2制御リレー42およびインバータ2の負極端子の間のノードを、第3ノードN3と称する。
第1メインリレー31の他端は、第1制御リレー41の一端に連結されており、第2メインリレー32の他端は、第2制御リレー42の一端に連結されている。第1制御リレー41の他端は、インバータ2の正極端子に連結されている。第2制御リレー42の他端は、インバータ2の負極端子に連結されている。
BMS20は、バッテリーパック10に含まれた複数のバッテリーセルそれぞれの正極および負極に連結されている。第1メインリレー31、第2メインリレー32、第1制御リレー41、および第2制御リレー42それぞれの閉鎖および開放は、BMS20から供給されるリレー制御信号MRS1、MRS2、CRS1、CRS2により制御される。
融着診断回路40は、複数の抵抗ボックス410、420、430、440を含んでもよい。複数の抵抗ボックス410、420、430、440の動作は、BMS20から供給される複数の制御信号CS1~CS4により制御されてもよい。ただし、発明がこれに限定されるものではなく、融着診断回路40は、複数の制御信号CS1~CS4を生成する別途の制御回路をさらに含んでもよい。
第1抵抗ボックス410は、第1メインリレー31の他端と第2メインリレー32の他端の間に連結されている。第2抵抗ボックス420は、第2メインリレー32の他端とインバータ2の正極端子の間に連結されている。第3抵抗ボックス430は、第1メインリレー31の他端とインバータ2の負極端子の間に連結されている。第4抵抗ボックス440は、第2メインリレー32の他端とインバータ2の負極端子の間に連結されている。
BMS20は、第1抵抗ボックス410からバッテリーパック電圧に対応するパック電圧信号V_PACKを受信することができる。バッテリーパック電圧は、バッテリーパック正極端子とバッテリーパック負極端子の間の電圧に対応することができる。BMS20は、第2抵抗ボックス420からインバータ正極端子とバッテリーパック負極端子の間の電圧に対応する第1電圧信号VS1を受信することができる。BMS20は、第4抵抗ボックス440からインバータ負極端子とバッテリーパック負極端子の間の電圧に対応する第2電圧信号VS2を受信することができる。バッテリーパック負極端子の電圧がグラウンドレベルであるので、バッテリーパック電圧は、バッテリーパック正極端子の電圧であり、インバータ正極端子とバッテリーパック負極端子の間の電圧はインバータ正極端子の電圧であり、インバータ負極端子とバッテリーパック負極端子の間の電圧は、インバータ負極端子の電圧であってもよい。
以下、図2ないし図4を参照して、第1および第2メインリレー31、32および第1および第2制御リレー41、42の閉鎖および開放によって複数の電圧を測定し、測定した複数の電圧に応じて第1および第2制御リレー41、42の融着を診断できる融着診断回路および診断方法を説明する。
図2は、一実施形態に係る融着診断回路を含むバッテリーシステムの一例を示す回路図である。
一実施形態によると、バッテリーシステム1は、バッテリーパック10、BMS20、メインリレー部30、第1および第2制御リレー41、42、融着診断回路40、アナログ-デジタル変換器(Analog-Digital Converter、ADC)50、およびアイソレータ(Isolator)60を含んでもよい。バッテリーシステム1は、インバータ2に電気的に連結されてもよい。BMS20は、メイン制御部(Main Control Unit、MCU)を含んでもよい。図2の構成のうち、図1の構成と重複する構成に対する説明は、図1の構成に関する説明と同様である。
図2に示された点線55を基準に、左側(以下、高電圧側)に位置する高電圧レベルの構成に対するグラウンドHV_GNDと、右側(以下、低電圧側)に位置する低電圧レベルの構成に対するグラウンドLV_GNDとは互いに異なる。例えば、バッテリーパック10の負極端子は、グラウンドHV_GNDに連結されており、複数のトランジスタTR1~TR4のエミッタの端子は、他のグラウンドLV_GNDに連結されていてもよい。
融着診断回路40は、複数の抵抗ボックス410、420、430、440および複数の抵抗R11~R16を含んでもよい。第1抵抗ボックス410は、第1抵抗R1、第1フォトカプラPC1、および第1トランジスタTR1を含んでもよい。第1フォトカプラPC1は、第1フォトトランジスタPT1および第1発光ダイオードPD1を含んでもよい。第2抵抗ボックス410は、第2抵抗R2、第2フォトカプラPC2、および第2トランジスタTR2を含んでもよい。第2フォトカプラPC2は、第2フォトトランジスタPT2および第2発光ダイオードPD2を含んでもよい。第3抵抗ボックス410は、第3抵抗R3、第3フォトカプラPC3、および第3トランジスタTR3を含んでもよい。第3フォトカプラPC3は、第3フォトトランジスタPT3および第3発光ダイオードPD3を含んでもよい。第4抵抗ボックス410は、第4抵抗R4、第4フォトカプラPC4、および第4トランジスタTR4を含んでもよい。第4フォトカプラPC4は、第4フォトトランジスタPT4および第4発光ダイオードPD4を含んでもよい。
複数のフォトカプラPC1~PC4は、高電圧側と低電圧側とをアイソレーションするための素子である。複数のフォトカプラPC1~PC4は、MCU210の制御によって連結または遮断可能である。
第1トランジスタTR1のエミッタの端は、グラウンドLV_GNDに連結されており、第1トランジスタTR1のコレクタの端は、第1発光ダイオードPD1の一端に連結されており、第1トランジスタTR1のベースの端にはMCU210から供給される第1制御信号CS1が入力されてもよい。第1発光ダイオードPD1の他端には電圧VCCが入力される。第1フォトトランジスタPT1の一端は、第1抵抗R1の一端に連結されており、第1フォトトランジスタPT1の他端は、ノードN11で抵抗R11の一端およびADC50の入力端に連結されている。第1抵抗R1の他端は、第1ノードN1に連結されている。抵抗R11の他端は、グラウンドHV_GNDに連結されている。
第2トランジスタTR2のエミッタの端は、グラウンドLV_GNDに連結されており、第2トランジスタTR2のコレクタの端は、第2発光ダイオードPD2の一端に連結されており、第2トランジスタTR2のベースの端にはMCU210から供給される第2制御信号CS2が入力されてもよい。第2発光ダイオードPD2の他端には電圧VCCが入力される。第2フォトトランジスタPT2の一端は、第2抵抗R2の一端に連結されており、第2フォトトランジスタPT2の他端は、ノードN12で抵抗R12の一端およびADC50の入力端に連結されている。第2抵抗R2の他端は、第2ノードN2に連結されている。抵抗R12の他端は、抵抗R13の一端に連結されており、抵抗R12の他端と抵抗R13の一端が連結されるノードには所定のオフセット電圧V_OFFが印加されてもよい。抵抗R13の他端は、グラウンドHV_GNDに連結されている。
第3トランジスタTR3のエミッタの端は、グラウンドLV_GNDに連結されており、第3トランジスタTR3のコレクタの端は、第3発光ダイオードPD3の一端に連結されており、第3トランジスタTR3のベースの端にはMCU210から供給される第3制御信号CS3が入力されてもよい。第3発光ダイオードPD3の他端には電圧VCCが入力される。第3フォトトランジスタPT3の一端は、第3抵抗R3の一端に連結されており、第3フォトトランジスタPT3の他端は、抵抗R14の一端に連結されている。第3抵抗R3の他端は、第1ノードN1に連結されている。抵抗R14の他端は、第3ノードN3に連結されている。
第4トランジスタTR4のエミッタの端は、グラウンドLV_GNDに連結されており、第4トランジスタTR4のコレクタの端は、第4発光ダイオードPD4の一端に連結されており、第3トランジスタTR3のベースの端にはMCU210から供給される第4制御信号CS4が入力されてもよい。第4発光ダイオードPD4の他端には電圧VCCが入力される。第4フォトトランジスタPT4の一端は、第4抵抗R4の一端に連結されており、第4フォトトランジスタPT4の他端は、ノードN13で抵抗R15の一端およびADC50の入力端に連結されている。第4抵抗の他端は、第3ノードN3に連結されている。抵抗R15の他端は、抵抗R16の一端に連結されており、抵抗R15の他端と抵抗R16の一端とが連結されるノードには所定のオフセット電圧V_OFFが印加されてもよい。抵抗R16の他端は、グラウンドHV_GNDに連結されている。
複数の制御信号CS1~CS4のオンレベルはハイレベルであり、オフレベルはローレベルであってもよい。つまり、ハイレベルの制御信号CS1~CS4によって複数のトランジスタTR1~TR4がオンとなり電流をシンクし、ローレベルの制御信号CS1~CS4によって複数のトランジスタTR1~TR4がオフしてもよい。
MCU210からハイレベルの第1制御信号CS1が供給されると、第1トランジスタTR1がオンとなり、第1発光ダイオードPD1に電流が流れて発光する。第1発光ダイオードPD1の発光によって第1フォトトランジスタPT1がオンとなる。MCU210からハイレベルの第2制御信号CS2が供給されると、第2トランジスタTR2がオンとなり、第2発光ダイオードPD2に電流が流れて発光する。第2発光ダイオードPD2の発光によって第2フォトトランジスタPT2がオンとなる。MCU210からハイレベルの第3制御信号CS3が供給されると、第3トランジスタTR3がオンとなり、第3発光ダイオードPD3に電流が流れて発光する。第3発光ダイオードPD3の発光によって第3フォトトランジスタPT3がオンとなる。MCU210からハイレベルの第4制御信号CS4が供給されると、第4トランジスタTR4がオンとなり、第4発光ダイオードPD4に電流が流れて発光する。第4発光ダイオードPD4の発光によって第4フォトトランジスタPT3がオンとなる。
ADC50は、ノードN11に連結された入力端を介してパック電圧信号V_PACKを受信し、ノードN12に連結された入力端から第1電圧信号VS1を受信し、ノードN13に連結された入力端から第2電圧信号VS2を受信することができる。ADC50は、受信したパック電圧信号V_PACK、第1電圧信号VS1、および第2電圧信号VS2それぞれを複数のデジタル信号D_V_PACK、D_VS1、D_VS2に変換してアイソレータ60に伝送することができる。
アイソレータ60は、高電圧側および低電圧側の間を絶縁させ、ADC50から受信した複数のデジタル信号D_V_PACK、D_VS1、D_VS2をMCU210に伝達することができる。
MCU210は、アイソレータ60から受信した複数のデジタル信号D_V_PACK、D_VS1、D_VS2に基づいて、第1制御リレー41および/または、第2制御リレー42の融着を診断することができる。
図3は、一実施形態に係る第1制御リレーに対する融着診断方法のフローチャートである。図3のS11~S12ステップが行われる間、第1メインリレー31および第2メインリレー32は閉じられている状態である。
BMS20は、バッテリーパック正極端子電圧V_PPに対応するパック電圧信号V_PACKに基づいて、バッテリーパック電圧を導出することができる(S11)。
MCU210は、バッテリーパック電圧を導出するために、ハイレベルの第1制御信号CS1を生成することができる。残りの制御信号等CS2~CS4はローレベルであってもよい。ハイレベルの第1制御信号CS1によって第1トランジスタTR1がオンとなり電流が流れ、第1発光ダイオードPD1が発光して、第1フォトトランジスタPT1がオンとなる。第1フォトトランジスタPT1がオンとなると、ADC50は、バッテリーパック電圧に対応するパック電圧信号V_PACKを受信することができる。例えば、パック電圧信号V_PACKは、バッテリー正極端子電圧V_PPが第1抵抗R1および抵抗R11によって分配されたノードN11の電圧であってもよい。バッテリー負極端子はグラウンドレベルであるので、バッテリーパック電圧は、バッテリー正極端子電圧V_PPに従う。
ADC50は、受信したパック電圧信号V_PACKをデジタル信号D_V_PACKに変換してアイソレータ60に伝達することができる。アイソレータ60は、受信したデジタル信号D_V_PACKをMCU210に伝達することができる。MCU210は、デジタル信号D_V_PACKに基づいて、バッテリーパック10に対するバッテリーパック電圧を導出することができる。
BMS20は、第1制御リレー41に対する開放条件で、インバータ正極端子電圧V_IPに対応する第1電圧信号VS1に基づいて、インバータ正極端子とバッテリーパック負極端子の間の電圧差である第1電圧を導出することができる(S12)。S12ステップで、第2制御リレー42は開放されてもよい。第1制御リレー41に対する開放条件で、MCU210は、第1制御リレー41を開放させる制御信号CRS1を供給する。
MCU210は、第1電圧を導出するために、ハイレベルの第2制御信号CS2を生成することができる。残りの制御信号等CS1、CS3、CS4はローレベルであってもよい。ハイレベルの第2制御信号CS2によって第2トランジスタTR2がオンとなり電流が流れ、第2発光ダイオードPD2が発光して、第2フォトトランジスタPT2がオンとなると、ADC50は、ノードN12の電圧である第1電圧信号VS1を受信することができる。
ADC50は、受信した第1電圧信号VS1をデジタル信号D_VS1に変換してアイソレータ60に伝達することができる。アイソレータ60は、受信したデジタル信号D_VS1をMCU210に伝達することができる。MCU210は、デジタル信号D_VS1に基づいて、第1電圧を導出することができる。第1電圧は、インバータ正極端子とバッテリーパック負極端子の間に対応する電圧差を示すことができる。
BMS20は、S12ステップで導出された第1電圧がバッテリーパック電圧に従う電圧であるか否かを判断することができる(S13)。
BMS20は、S12ステップで導出された第1電圧がバッテリーパック電圧に従う電圧であれば、第1制御リレー41が融着していると診断することができる(S14)。
第1制御リレー41の開放条件で、第1制御リレー41が融着した状態であるとき、ノードN2はバッテリーパックの正極端子に連結され、ノードN12の電圧はバッテリーパックの正極端子電圧V_PPに従う電圧であってもよい。つまり、第1制御リレー41が融着するとと、バッテリーパックの正極端子電圧V_PPが第2抵抗R2、抵抗R12、および抵抗R13によって分配され、ノードN12の電圧はオフセット電圧と異なる電圧である。第1制御リレー41が融着した状態であるとき、ノードN12の電圧は、以下の[数式1]のように示される。
VCR1_wd(N12)は、第1制御リレー41が融着した状態であるとき、ノードN12の電圧であり、V_PPはバッテリーパック正極電圧である。
BMS20は、S12ステップで導出された第1電圧がバッテリーパック電圧に従う電圧でなければ、第1制御リレー41が正常状態であると診断することができる(S15)。第1制御リレー41が正常状態であるとき、ノードN2は、バッテリーパックの正極端子と分離されているので、ノードN12の電圧は、所定のオフセット電圧V_OFFであってもよい。第1制御リレー41が融着していない状態で、第1制御リレー41は正常状態であるとみなすことができる。
図4は、一実施形態に係る第2制御リレーに対する融着診断方法のフローチャートである。図4のS21~S22ステップが行われる間、第1メインリレー31および第2メインリレー32は閉じられている状態である。
BMS20は、バッテリーパック正極端子電圧V_PPに対応するパック電圧信号V_PACKに基づいて、バッテリーパック電圧を導出することができる(S21)。これに対する説明は、S11ステップに対する説明と同様である。
BMS20は、第2制御リレー41に対する開放条件で、インバータ負極端子電圧V_INに対応する第2電圧信号VS2に基づいて、バッテリー負極端子とインバータ負極端子の間の電圧差である第2電圧を導出することができる(S22)。S22ステップで、第1制御リレー41は開放されてもよい。第2制御リレー41に対する開放条件で、MCU210は、第2制御リレー42を開放させる制御信号CRS2を供給する。
バッテリーパックの負極端子もグラウンドレベルであり、インバータ負極端子もグラウンドレベルであるので、従来は第2制御リレーが開放制御条件で融着した状態であるときにもバッテリー負極端子とインバータ負極端子の間の電圧差が感知され難かった。
本明細書に開示される一実施形態では、第3抵抗ボックス430を介してバッテリーパック正極端子電圧V_PPがノードN3に供給される。そうすると、インバータ負極端子電圧V_INは、従来とは異なり、バッテリーパック正極端子電圧V_PPに従うレベルとなり、バッテリーパック負極端子電圧V_PNと異なるレベルである。つまり、第2制御リレー42が開放制御条件で融着していないとき、インバータ負極端子の電圧とバッテリーパック負極端子の間の電圧差が発生するので、インバータ負極端子電圧V_INに基づいて、第2制御リレー42の融着を感知することができる。
MCU210は、第2電圧を導出するために、ハイレベルの第3制御信号CS3およびハイレベルの第4制御信号CS4を生成することができる。残りの制御信号等CS1、CS2はローレベルであってもよい。ハイレベルの第3制御信号CS3によって第3トランジスタTR3がオンとなり電流が流れ、第3発光ダイオードPD3が発光して、第3フォトトランジスタPT3がオンとなる。ハイレベルの第4制御信号CS4によって第4トランジスタTR4がオンとなり電流が流れ、第4発光ダイオードPD4が発光して、第4フォトトランジスタPT4がオンとなる。第3フォトトランジスタPT3および第4フォトトランジスタPT4がオンとなると、ADC50はインバータ負極端子電圧V_INに対応する第2電圧信号VS2を受信することができる。
ADC50は、受信した第2電圧信号VS2をデジタル信号D_VS2に変換してアイソレータ60に伝達することができる。アイソレータ60は、受信したデジタル信号D_VS2をMCU210に伝達することができる。MCU210は、デジタル信号D_VS2に基づいて、第2電圧を導出することができる。第2電圧は、インバータ負極端子とバッテリーパック負極端子の間に対応する電圧差を示すことができる。
BMS20は、S22ステップで導出された第2電圧がバッテリーパック電圧に従う電圧であるか否かを判断することができる(S23)。
BMS20は、S22ステップで導出された第2電圧がバッテリーパック電圧に従う電圧であれば、第2制御リレー42が正常状態であると診断することができる(S24)。第2制御リレー42が融着していない状態で、第2制御リレー42は正常状態であるとみなすことができる。
第2制御リレー42が正常状態であるとき、ノードN3はバッテリーパックの負極端子と分離されているので、ノードN13の電圧は、バッテリーパックの正極端子電圧V_PPに従う電圧であってもよい。つまり、第2制御リレー42が正常状態であるとき、バッテリーパックの正極端子電圧V_PPが第3抵抗R3、第4抵抗R4、抵抗R14、抵抗R15、および抵抗R16によって分配され、ノードN13の電圧はオフセット電圧と異なる電圧である。第2制御リレー42が融着していない状態で、第2制御リレー42は正常状態であるとみなすことができる。第2制御リレー42が正常状態であるとき、ノードN13の電圧は、以下の[数式2]のように示される。
VCR2_nm(N13)は、第2制御リレー42が正常状態であるとき、ノードN13の電圧であり、V_PPはバッテリーパック正極電圧である。
BMS20は、S22ステップで導出された第2電圧がバッテリーパック電圧に従う電圧でなければ、第2制御リレー42が融着していると診断することができる(S25)。
第2制御リレー42が融着した状態であるとき、ノードN3はバッテリーパックの負極端子に連結され、ノードN13の電圧は、所定のオフセット電圧V_OFFであってもよい。
図3のS11~S15ステップおよび図4のS21~S25ステップは、同時に行われてもよいし、S11~S15ステップ以降にS21~S25ステップの順で、またはその逆に行われてもよい。
以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲がこれに限定されるのではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者が多様に変形および改良した形態もまた、本発明の権利範囲に属する。
1 バッテリーシステム
2 インバータ
10 バッテリーパック
20 バッテリー管理システム(BMS)
30 メインリレー部
31 第1メインリレー
32 第2メインリレー
40 融着診断回路
41 制御リレー
42 第2制御リレー
42 制御リレー
50 アナログ-デジタル変換器(ADC)
60 アイソレータ
410 抵抗ボックス
420 抵抗ボックス
430 抵抗ボックス
440 抵抗ボックス
2 インバータ
10 バッテリーパック
20 バッテリー管理システム(BMS)
30 メインリレー部
31 第1メインリレー
32 第2メインリレー
40 融着診断回路
41 制御リレー
42 第2制御リレー
42 制御リレー
50 アナログ-デジタル変換器(ADC)
60 アイソレータ
410 抵抗ボックス
420 抵抗ボックス
430 抵抗ボックス
440 抵抗ボックス
融着診断回路40は、複数の抵抗ボックス410、420、430、440および複数の抵抗R11~R16を含んでもよい。第1抵抗ボックス410は、第1抵抗R1、第1フォトカプラPC1、および第1トランジスタTR1を含んでもよい。第1フォトカプラPC1は、第1フォトトランジスタPT1および第1発光ダイオードPD1を含んでもよい。第2抵抗ボックス420は、第2抵抗R2、第2フォトカプラPC2、および第2トランジスタTR2を含んでもよい。第2フォトカプラPC2は、第2フォトトランジスタPT2および第2発光ダイオードPD2を含んでもよい。第3抵抗ボックス430は、第3抵抗R3、第3フォトカプラPC3、および第3トランジスタTR3を含んでもよい。第3フォトカプラPC3は、第3フォトトランジスタPT3および第3発光ダイオードPD3を含んでもよい。第4抵抗ボックス440は、第4抵抗R4、第4フォトカプラPC4、および第4トランジスタTR4を含んでもよい。第4フォトカプラPC4は、第4フォトトランジスタPT4および第4発光ダイオードPD4を含んでもよい。
MCU210からハイレベルの第1制御信号CS1が供給されると、第1トランジスタTR1がオンとなり、第1発光ダイオードPD1に電流が流れて発光する。第1発光ダイオードPD1の発光によって第1フォトトランジスタPT1がオンとなる。MCU210からハイレベルの第2制御信号CS2が供給されると、第2トランジスタTR2がオンとなり、第2発光ダイオードPD2に電流が流れて発光する。第2発光ダイオードPD2の発光によって第2フォトトランジスタPT2がオンとなる。MCU210からハイレベルの第3制御信号CS3が供給されると、第3トランジスタTR3がオンとなり、第3発光ダイオードPD3に電流が流れて発光する。第3発光ダイオードPD3の発光によって第3フォトトランジスタPT3がオンとなる。MCU210からハイレベルの第4制御信号CS4が供給されると、第4トランジスタTR4がオンとなり、第4発光ダイオードPD4に電流が流れて発光する。第4発光ダイオードPD4の発光によって第4フォトトランジスタPT4がオンとなる。
BMS20は、第2制御リレー42に対する開放条件で、インバータ負極端子電圧V_INに対応する第2電圧信号VS2に基づいて、バッテリー負極端子とインバータ負極端子の間の電圧差である第2電圧を導出することができる(S22)。S22ステップで、第1制御リレー41は開放されてもよい。第2制御リレー42に対する開放条件で、MCU210は、第2制御リレー42を開放させる制御信号CRS2を供給する。
Claims (14)
- バッテリーパックと、
前記バッテリーパックの正極端子に一端が連結された第1メインリレーおよび前記バッテリーパックの負極端子に一端が連結された第2メインリレーと、
前記第1メインリレーとインバータの正極端子の間に連結された第1制御リレーおよび前記第2メインリレーとインバータの負極端子の間に連結された第2制御リレーと、
前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの負極端子の間に連結されている第1抵抗および第1フォトカプラ、および前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に連結されている第2抵抗および第2フォトカプラを含む融着診断回路と、
前記第1および第2フォトカプラを駆動して前記第2制御リレーの融着を診断するBMS(Battery Management System)と、を含む、バッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第2制御リレーの開放制御条件で、前記融着診断回路に前記第1フォトカプラを駆動させる第1制御信号および前記第2フォトカプラを駆動させる第2制御信号を伝送し、前記第1および第2制御信号によって前記第1および第2フォトカプラが駆動されると、前記インバータの負極端子に対応する第1電圧信号を受信する、請求項1に記載のバッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第1電圧信号に基づいて、前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に対応する第1電圧差を導出する、請求項2に記載のバッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第1電圧差が、前記バッテリーパックの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記第2制御リレーが融着していないと診断する、請求項3に記載のバッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第1電圧差が、前記バッテリーパックの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記第2制御リレーが融着していると診断する、請求項3に記載のバッテリーシステム。 - 前記融着診断回路は、
前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に連結されている第3抵抗および第3フォトカプラをさらに含み、
前記BMSは、前記第3フォトカプラを駆動して前記第1制御リレーの融着を診断する、 請求項1に記載のバッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第1制御リレーの開放制御条件で、前記融着診断回路に前記第3フォトカプラを駆動させる第3制御信号を伝送し、前記第3制御信号によって前記第3フォトカプラが駆動されると、前記インバータの正極端子に対応する第2電圧信号を受信する、請求項6に記載のバッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第2電圧信号に基づいて、前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間に対応する第2電圧差を導出する、請求項7に記載のバッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第2電圧差が、前記バッテリーパックの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記第1制御リレーが融着していると診断する、請求項8に記載のバッテリーシステム。 - 前記BMSは、
前記第2電圧差が、前記バッテリーパックの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間のバッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記第1制御リレーが融着していないと診断する、請求項8に記載のバッテリーシステム。 - BMSが、バッテリーパックの正極端子の電圧に基づいて、前記バッテリーパックの正極端子と負極端子の間の電圧に対応するバッテリーパック電圧を導出するステップと、
前記バッテリーパックの正極端子とインバータの負極端子の間が第1抵抗を介して連結されるステップと、
前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間が第2抵抗を介して連結されるステップと、
前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記BMSが、前記バッテリーパックの負極端子と前記インバータの負極端子の間に連結されている第1制御リレーは融着していないと診断するステップと、を含む、リレー融着診断方法。 - 前記インバータの負極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記BMSが、前記第1制御リレーは融着していると診断するステップをさらに含む、請求項11に記載のリレー融着診断方法。
- 前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間が第3抵抗を介して連結されるステップと、
前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧であれば、前記BMSが、前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの正極端子の間に連結されている第2制御リレーは融着していると診断するステップと、をさらに含む、請求項11に記載のリレー融着診断方法。 - 前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間が第3抵抗を介して連結されるステップと、
前記インバータの正極端子と前記バッテリーパックの負極端子の間の電圧が前記バッテリーパック電圧に従う電圧と異なる所定のオフセット電圧であれば、前記BMSは、前記バッテリーパックの正極端子と前記インバータの正極端子の間に連結されている第2制御リレーは融着していないと診断するステップと、をさらに含む、請求項11に記載のリレー融着診断方法。
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