KR20150132129A - 이상 진단 장치 - Google Patents

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오토모티브 에너지 서플라이 가부시키가이샤
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Abstract

진단 대상 기기(배터리 셀)의 상태를 측정하는 측정부[셀 전압 측정부(202)]와, 그 측정 결과에 기초하여 진단 대상 기기의 이상을 판정하는 제1 이상 판정부[과전압·과방전 판정부(203)]와, 동일하게 측정 결과에 기초하여 진단 대상 기기의 이상을 판정하는 제2 이상 판정부[주연산기(301)]를 갖는다. 측정부(202)와 제1 이상 판정부(203)를 제1 기판[셀 상태 측정부(101)]에 설치하는 한편, 제2 이상 판정부(301)를 제1 기판과는 다른 제2 기판(셀 상태 연산부)에 설치하여, 공통 고장 인자(기판)에 의한 고장율의 저감을 도모한다.

Description

이상 진단 장치{ABNORMALITY DIAGNOSIS DEVICE}
본 발명은, 전기 자동차용의 배터리 셀 등의 진단 대상 기기의 이상을 진단하는 이상 진단 장치에 관한 것이다.
최근, CO2 배출 문제에 대응한 이차 전지를 동력원으로 하는 전기 자동차의 보급이 진행되고 있다. 이들 이차 전지의 충방전을 제어하는 전지 관리 시스템(Battery Management System; 이하, 간단히 「BMS」라고 기재함)은, 배터리 전체의 잔량이나 열화도 등의 상태를 측정하는 기능에 추가하여, 배터리 셀의 이상인 상태를 미연에 방지하기 위한 이상 진단 기능이 마련되어 있다. 특히, 리튬 이온형의 배터리 셀의 과전압 상태나 과방전 상태와 같이 발열 등의 위험성이 있는 상태로부터 드라이버를 지키기 위해서도, 과전압·과방전 상태로부터의 보호 기능의 신뢰성이나 고장시의 기능 안전성을 BMS로 확보하지 않으면 안된다.
이러한 BMS에 의한 이상 진단은, 예를 들어 셀 상태 측정부에 있어서 전 셀의 전압을 정기적으로 측정하고, 측정한 전압을 소정의 역치와 비교해서 과전압·과충전을 판정하여, 과전압·과충전인 경우에는, 충방전을 제어해서 배터리 셀을 과전압·과충전으로부터 보호하도록 되어 있다.
또한, 일반적인 이상 진단의 기술로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 각각 자기 진단 기능을 구비한 복수의 제어 장치를 병용하는 기술이 알려져 있다.
일본 특허 공개 평2-20456호 공보
이러한 이상 진단 장치에 있어서의 신뢰성 및 기능 안전성을 향상시키기 위해서, 진단 대상 기기의 측정 결과를 2계통 이상으로 나누어서 이상 진단을 행하는, 소위 이중화·용장화의 설계를 행하는 것이 고려되어진다. 단, 공통 고장 인자인 동일한 기판상에 설치된 복수의 연산기(CPU, MPU 등)에서 이중화·용장화를 행하면, 기판 자체의 고장에 대응할 수 없어, 고장율을 충분히 저감시킬 수 없다.
그래서 본 발명에서는, 이상 진단을 이중화·용장화함으로써 신뢰성·안전성의 향상을 도모하면서, 공통 고장 인자(기판)에 의한 고장율을 저감시킴으로써, 신뢰성 및 기능 안전성의 가일층의 향상을 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 이상 진단 장치는, 진단 대상 기기의 상태를 측정하는 측정부와, 상기 측정부의 측정 결과에 기초하여, 상기 진단 대상 기기의 이상을 판정하는 제1 이상 판정부와, 상기 측정부의 측정 결과에 기초하여, 상기 진단 대상 기기의 이상을 판정하는 제2 이상 판정부를 갖는다. 그리고, 상기 측정부와 상기 제1 이상 판정부를 제1 기판에 설치하는 한편, 상기 제2 이상 판정부를, 제1 기판과는 다른 제2 기판에 설치하는 구성으로 했다.
본 발명에 따르면, 2개의 이상 판정부를 설치함으로써 이상 진단을 이중화하여, 고신뢰성 및 기능 안전성의 향상을 도모하면서, 이들 2개의 이상 판정부를 따로 따로의 기판에 설치해서 이중화함으로써, 공통 고장 인자(기판)에 의한 고장율을 대폭으로 저감시켜, 신뢰성 및 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 이상 진단 장치로서의 전기 자동차의 전지 관리 시스템을 도시하는 구성도.
도 2는 상기 제1 실시예의 전지 관리 시스템의 접속 형태를 도시하는 설명도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 관한 이상 진단 장치로서의 전기 자동차의 전지 관리 시스템의 접속 상태를 도시하는 설명도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 관한 이상 진단 장치로서의 전기 자동차의 전지 관리 시스템을 도시하는 구성도.
이하, 도시 실시예에 의해 본 발명을 설명한다. 도 1 및 도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 관한 이상 진단 장치로서의 전지 관리 시스템(이하, 「BMS」라고도 기재함)(100)을 나타내고 있다. 이 전지 관리 시스템(100)은, 전기 자동차의 이차 전지인 배터리 팩(10)을 동력원으로 하는 전기 자동차에 탑재되는 것이다. 배터리 팩(10)에는, 복수의 배터리 모듈(11)이 설치되고, 각 배터리 모듈(11)에는, 진단 대상 기기로서의 1개 또는 복수의 배터리 셀이 설치되어 있다.
각 배터리 모듈(11)에는, 배터리 셀의 전압 등의 상태를 측정하는 셀 상태 측정부(101)가 각각 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 측정 결과에 따라서 각종 연산 처리를 실행하는 셀 상태 연산부(102)가 설치되어 있다. 각 셀 상태 측정부(101)는, 제1 기판에 실장되는 것이며, 셀 상태 연산부(102)는, 상기 제1 기판과는 다른 제2 기판에 실장되어 있다.
이들 복수의 셀 상태 측정부(제1 기판)(101)와 셀 상태 연산부(제2 기판)(102)는, 이 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 시리얼 버스(105) 등을 사용한 데이지 체인 접속에 의해 직렬로 쌍방향 통신 가능하게 접속되어 있다.
도 1은, 전지 관리 시스템(100)을 도시하는 구성도이다. 또한, 도 1에서는 하나의 셀 상태 측정부(101)만을 나타내고 있지만, 실제로는 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 셀 상태 측정부(101)가 하나의 셀 상태 연산부(102)와 접속되어 있다.
제1 기판의 셀 상태 측정부(101)에는, 각 배터리 모듈(11)의 배터리 셀의 전압을 측정하는 측정부로서의 셀 전압 측정부(202)와, 이 셀 전압 측정부(202)의 측정 결과에 기초하여, 진단 대상 기기인 배터리 셀의 이상을 판정하는 제1 이상 판정부로서의 과전압·과방전 판정부(203)가 설치되어 있다. 과전압·과방전 판정부(203)는, 예를 들어 측정된 전압을 과전압용 역치 및 과방전용 역치와 비교하여, 측정 전압이 과전압용 역치를 초과하고 있는 경우에는 과전압(이상)이라고 판정하고, 측정 전압이 과방전용 역치를 하회하는 경우에는 과방전(이상)이라고 판정하고, 그 이외의 경우에는 정상이라고 판정한다. 이상시에는 후술하는 부연산기(302)에 경고 신호(부OV 경고)를 송신한다. 셀 전압 측정부(202)는, 예를 들어 AD 변환기에 의해 구성된다. 과전압·과방전 판정부(203)는, 예를 들어 비교기에 의해 구성된다. 즉, 각 배터리 모듈(11)에 접속되는 복수의 셀 상태 측정부(101)는, CPU, MPU 등의 제어기나 연산기를 갖고 있지 않은 간이한 구성으로 되어 있어, 저비용화가 도모되고 있다.
또한, 이 실시예에서는, 셀 전압 측정부(202)에도 자기 진단 기능(201)을 갖게 하고 있다. 단, 보다 간이적으로, 자기 진단 기능(201)을 생략하고, 연산 기능을 갖는 셀 상태 연산부(102)의 주연산기(301)가 셀 전압 측정부(202)의 이상을 감시하도록 구성해도 좋다.
제2 기판의 셀 상태 연산부(102)에는, 자기 진단 기능을 갖는 주연산기(301)와 부연산기(302) 2개의 연산기가 실장되어 있다. 이들 주연산기(301)와 부연산기(302)란, 중앙처리장치(CPU)에 비해서 소형이며 저비용인 초소형 연산 처리 유닛(MPU)이 사용되어 있고, 각각 독립된 별개의 인터페이스(통신선)(301A, 302A)를 통하여, 제어부로서의 상위 ECU103과 쌍방향 통신 가능하게 접속되어 있다. 상위 ECU103에는, 각종 제어 처리를 기억 및 실행 가능한 중앙 연산 처리 장치(CPU)가 사용되어 있다.
주연산기(301)는, 셀 전압 측정부(202)의 측정 결과에 기초하여, 배터리 셀의 이상을 판정하는 제2 이상 판정부로서의 과전압·과방전 검출부를 포함하고 있다. 또한, 부연산기(302)로부터의 진단 명령에 따라 자기 진단을 행하는 기능을 갖고 있으며, 그 진단 결과를 부연산기(302) 및 상위 ECU103에 송신한다. 이상시에는 경고 신호(주OV 경고)를 상위 ECU103에 송신한다. 또한, 주연산기(301)는, 부연산기(302)의 자기 진단의 진단 결과를 감시하고, 그 진단 결과를 상위 ECU103에 송신한다.
부연산기(302)는, 셀 상태 측정부(101)로부터 과전압·과방전 판정부(203)의 판정 결과를 수신하고, 이것을 상위 ECU103에 송신한다. 또한 부연산기(302)는, 주연산기(301)로부터의 진단 명령에 따라 자기 진단을 행하고, 그 진단 결과를 주연산기(301) 및 상위 ECU103에 송신한다. 이상시에는 경고 신호(부OV 경고)를 상위 ECU103에 송신한다. 또한, 부연산기(302)는, 주연산기(301)의 자기 진단의 진단 결과를 감시하고, 그 진단 결과를 상위 ECU103에 송신한다.
충방전 제어 장치(104)는, 상위 ECU103로부터의 지령 신호에 따라, 배터리 팩(10)의 충방전 제어를 행한다.
이렇게 본 실시예에서는, 2개의 이상 판정부인 과전압·과방전 판정부(203)와 제2 과전압 과방전 검출부[주연산기(301)]를 설치함으로써 이상 진단을 이중화·용장화하여, 신뢰성·안전성의 향상을 도모하면서, 양자를 별개의 기판에 설치해서 이중화함으로써, 하나의 기판(공통 고장 인자) 상에 양자를 설치하는 경우에 비하여, 공통 고장 인자에 의한 고장율을 저감시켜, 신뢰성과 이상 진단율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 제2 기판에 설치되는 셀 상태 연산부(102)에 주연산기(301)와 부연산기(302) 2개의 연산기를 실장해서 이중화함으로써, 더욱 신뢰성을 향상시켜 고장율을 저감시킬 수 있다.
또한, 주연산기(301)와 부연산기(302)를 제어 기능을 갖지 않는 간소한 초소형 연산 처리 유닛(MPU)에 의해 구성함으로써, 각종 제어 처리를 기억 및 실행 가능한 CPU를 사용하는 경우에 비해서 저비용화를 도모하면서, 서로 진단 명령에 따라 자기 진단을 행하는 구성으로 함으로써, 자기 진단 기능을 실현할 수 있다. 그리고, 이들 주연산기(301)와 부연산기(302)를 서로 이상 감시하는 구성으로 함으로써, 신뢰성 및 기능 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 주연산기(301)와 부연산기(302)란, 각각 상이한 통신 인터페이스(301A), (302A)를 통해서 상위 ECU103과 통신 가능하게 접속되어 있고, 이와 같이 인터페이스(301A), (302A)도 이중화함으로써, 더욱 신뢰성 및 기능 안전성을 높일 수 있다.
또한, 이 제1 실시예에 있어서는, 복수의 셀 상태 측정부(101)와 단일의 셀 상태 연산부(102)를 데이지 체인 접속에 의해 직렬로 접속하고 있기 때문에, 통신선의 단축화·간소화를 도모할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 구체적인 실시예에 기초하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 이하의 실시예에서 예시한 바와 같이, 다양한 변형·변경을 포함하는 것이다. 또한, 이하의 실시예에서는, 앞서 서술한 실시예와 상이한 부분에 대해서 주로 설명하고, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙여서 중복하는 설명을 적절히 생략한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 관한 전지 관리 시스템의 접속 상태를 나타내고 있다. 이 제2 실시예에서는, 복수의 셀 상태 측정부(101)와 셀 상태 연산부(102)가 공지의 CAN 통신 등에 의해 공통의 통신선인 데이타버스(106)를 통해서 쌍방향 통신 가능하게 병렬로 접속되어 있다. 이러한 접속 형태이어도, 상기 제1 실시예와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 관한 전지 관리 시스템을 나타내고 있다. 이 제3 실시예에서는, 도 1에 도시하는 제1 실시예의 구성에 추가하여, 셀 전압 측정부(202)에 전력을 공급하는 전원 계통을 이중화한 이중계 전원(107)이 설치되어 있다. 구체적으로는, 차량 구동용의 대용량의 배터리 팩(10) 이외에, 12V 배터리와 같은 예비 소용량의 배터리로부터도 셀 전압 측정부(202)에 전력이 공급 가능한 구성으로 하고 있다. 이 제3 실시예와 같이, 전원계도 이중화함으로써, 신뢰성 및 기능 안전성의 가일층의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (9)

  1. 진단 대상 기기의 상태를 측정하는 측정부와,
    상기 측정부의 측정 결과에 기초하여, 상기 진단 대상 기기의 이상을 판정하는 제1 이상 판정부와,
    상기 측정부의 측정 결과에 기초하여, 상기 진단 대상 기기의 이상을 판정하는 제2 이상 판정부와,
    상기 측정부와 상기 제1 이상 판정부가 설치되는 제1 기판과,
    상기 제2 이상 판정부가 설치되는 제2 기판을 갖는, 이상 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 상기 제1 기판과, 상기 제2 기판이 통신 가능하게 직렬로 접속되어 있는, 이상 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서, 복수의 상기 제1 기판과, 상기 제2 기판이 각각 통신 가능하게 병렬로 접속되어 있는, 이상 진단 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 기판은, 다른 두개의 전원계에 접속되어 있는, 이상 진단 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 기판에는, 서로 진단 명령에 따라 자기 진단을 행하는 자기 진단 기능을 갖는 주연산기와 부연산기가 설치되어 있는, 이상 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 주연산기와 부연산기는, 각각 상이한 통신 인터페이스를 통해서 제어부와 통신 가능하게 접속되어 있는, 이상 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 주연산기는,
    상기 제2 이상 판정부를 포함하고,
    상기 부연산기로부터의 진단 명령에 따라 자기 진단을 행하고,
    상기 부연산기의 자기 진단의 진단 결과를 감시하고,
    상기 제2 이상 판정부에 의한 판정 결과 및 상기 진단 결과를 상기 제어부에 송신하는, 이상 진단 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 부연산기는,
    상기 제1 이상 판정부의 판정 결과를 수신하고,
    상기 주연산기로부터의 진단 명령에 따라 자기 진단을 행하고,
    상기 주연산기의 자기 진단의 진단 결과를 감시하고,
    이들 판정 결과와 진단 결과를 상기 제어부에 송신하는, 이상 진단 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단 대상 기기가, 전기 자동차의 배터리 셀이며,
    상기 제1, 제2 이상 판정부가, 상기 배터리 셀의 과전압 및 과방전을 판정 또는 검출하는, 이상 진단 장치.
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