KR20230082970A - 릴레이 융착 진단 회로 및 릴레이 융착 진단 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 시스템은, 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 양극 단자에 일단이 연결된 제1 메인 릴레이 및 상기 배터리 팩의 음극 단자에 일단이 연결된 제2 메인 릴레이, 상기 제1 메인 릴레이와 인버터의 양극 단자 사이에 연결된 제1 제어 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이와 인버터의 음극 단자 사이에 연결된 제2 제어 릴레이, 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인터버의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제1 저항 및 제1 포토 커플러, 및 상기 인버터의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제2 저항 및 제2 포토 커플러를 포함하는 융착 진단 회로, 및 상기 제1 및 제2 포토 커플러를 구동하여 상기 제2 제어 릴레이의 융착을 진단하는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.

Description

릴레이 융착 진단 회로 및 릴레이 융착 진단 방법{RELAY WELDING DIGNOSIS CIRCUIT AND RELAY WELDING DIGNOSIS METHOD}
본 개시는 릴레이 융착 진단 회로 및 릴레이 융착 진단 방법에 관한 것이다.
배터리 시스템에는 배터리의 양극 단자 측 릴레이 및 음극 단자 측 릴레이가 포함될 수 있다. 양극 단자 측 릴레이와 음극 단자 측 릴레이 중 적어도 하나가 융착(Welding)되면 배터리 시스템에 대한 신뢰성이 저하되는 등 배터리 성능에 영향을 줄 수 있다. 따라서 배터리 시스템에 포함된 릴레이가 융착되었는지 여부를 진단하는 것이 필요하다.
특히, 음극 단자 측 릴레이는 그라운드 레벨에 연결될 수 있어, 릴레이의 융착을 진단하는 데 어려움이 있다.
배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에 있어서, 배터리 팩 전압 측정을 통하여 배터리 팩에 연결된 복수의 릴레이 중 어떤 릴레이가 융착이 되어 있는지를 진단할 수 있는 릴레이 융착 진단 회로 및 릴레이 융착 진단 방법을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 배터리 시스템은, 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 양극 단자에 일단이 연결된 제1 메인 릴레이 및 상기 배터리 팩의 음극 단자에 일단이 연결된 제2 메인 릴레이, 상기 제1 메인 릴레이와 인버터의 양극 단자 사이에 연결된 제1 제어 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이와 인버터의 음극 단자 사이에 연결된 제2 제어 릴레이, 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인터버의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제1 저항 및 제1 포토 커플러, 및 상기 인버터의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제2 저항 및 제2 포토 커플러를 포함하는 융착 진단 회로, 및 상기 제1 및 제2 포토 커플러를 구동하여 상기 제2 제어 릴레이의 융착을 진단하는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.
상기 BMS는, 상기 제2 제어 릴레이의 개방 제어 조건에서, 상기 융착 진단 회로에 상기 제1 포토 커플러를 구동시키는 제1 제어 신호 및 상기 제2 포토 커플러를 구동시키는 제2 제어 신호를 전송하고, 상기 제1 및 제2 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 포토 커플러가 구동되면, 상기 인버터의 음극 단자에 대응하는 제1 전압 신호를 수신할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제1 전압 신호에 기초하여 상기 인버터의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간에 대응하는 제1 전압 차를 도출할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제1 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 제2 제어 릴레이가 융착되지 않은 것으로 진단할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제1 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 제2 제어 릴레이가 융착된 것으로 진단할 수 있다.
상기 융착 진단 회로는, 상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제3 저항 및 제3 포토 커플러를 더 포함하고, 상기 BMS는, 상기 제3 포토 커플러를 구동하여 상기 제1 제어 릴레이의 융착을 진단할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제1 제어 릴레이의 개방 제어 조건에서, 상기 융착 진단 회로에 상기 제3 포토 커플러를 구동시키는 제3 제어 신호를 전송하고, 상기 제3 제어 신호에 따라 상기 제3 포토 커플러가 구동되면, 상기 인버터의 양극 단자에 대응하는 제2 전압 신호를 수신할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제2 전압 신호에 기초하여 상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간에 대응하는 제2 전압 차를 도출할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제2 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 제1 제어 릴레이가 융착된 것으로 진단할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제2 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 제1 제어 릴레이가 융착되지 않은 것으로 진단할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 릴레이 융착 진단 방법은, BMS가, 배터리 팩의 양극 단자 전압에 기초하여 상기 배터리 팩의 양극 단자와 음극 단자 간의 전압에 대응하는 배터리 팩 전압을 도출하는 단계, 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인버터의 음극 단자 사이가 제1 저항을 통해 연결되는 단계, 상기 인버터의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이가 제2 저항을 통해 연결되는 단계, 및 상기 인버터 음극 단자와 상기 배터리의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 BMS가, 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 인버터의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제1 제어 릴레이가 융착되지 않은 것으로 진단하는 단계를 포함한다.
상기 상기 인버터 음극 단자와 상기 배터리의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 BMS가, 상기 제1 제어 릴레이를 융착된 것으로 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이가 제3 저항을 통해 연결되는 단계, 및 상기 인버터 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 BMS가, 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인버터의 양극 단자 사이에 연결되어 있는 제2 제어 릴레이를 융착된 것으로 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이가 제3 저항을 통해 연결되는 단계, 및 상기 인버터 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 BMS가, 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인버터의 양극 단자 사이에 연결되어 있는 제2 제어 릴레이를 융착되지 않은 것으로 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 개시를 통해, 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에 있어서, 배터리 팩 전압 측정을 통하여 배터리 팩에 연결된 복수의 릴레이 중 어떤 릴레이가 융착이 되어 있는지를 진단하여, 릴레이가 개방되어도 전류가 흐르는 현상을 방지하고, 안전한 배터리 팩 운용이 가능한 릴레이 융착 진단 회로 및 릴레이 융착 진단 방법을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 도식적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 융착 진단 회로를 포함하는 배터리 시스템의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제1 제어 릴레이에 대한 융착 진단 방법의 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제2 제어 릴레이에 대한 융착 진단 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
일 실시예에 따른 구성들 중 특정 제어 조건에서 다른 구성을 제어하는 구성에는, 다른 구성을 제어하기 위해 필요한 제어 알고리즘을 구체화한 명령어의 집합으로 구현된 프로그램이 설치될 수 있다. 제어 구성은 설치된 프로그램에 따라 입력 데이터 및 저장된 데이터를 처리하여 출력 데이터를 생성할 수 있다. 제어 구성은 프로그램을 저장하는 비휘발성 메모리 및 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 릴레이 융착 진단 회로 및 릴레이 융착 진단 방법을 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 도식적으로 나타낸 개략도이다.
배터리 시스템(1)은, 배터리 팩(10), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(20), 메인 릴레이부(30), 제어 릴레이(41, 42), 및 융착 진단 회로(40)를 포함한다. 배터리 시스템(1)은 인버터(2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
배터리 팩(10)은 전기적으로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정 개수의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 모듈을 구성하고, 소정 개수의 배터리 모듈이 직렬 및/또는 병렬 연결되어 원하는 전력을 공급할 수 있다.
메인 릴레이부(30)는, 배터리 팩(10)의 양극 단자에 일단이 연결된 제1 메인 릴레이(31) 및 배터리 팩(10)의 음극 단자에 일단이 연결된 제2 메인 릴레이(32)를 포함할 수 있다. 제1 메인 릴레이(31) 및 제1 제어 릴레이(41) 사이의 노드는 제1 노드(N1)라 한다. 제1 제어 릴레이(41) 및 인버터(2)의 양극 단자 사이의 노드는 제2 노드(N2)라 한다. 제2 제어 릴레이(42) 및 인버터(2)의 음극 단자 사이의 노드는 제3 노드(N3)라 한다.
제1 메인 릴레이(31)의 타단은 제1 제어 릴레이(41)의 일단에 연결되어 있고, 제2 메인 릴레이(32)의 타단은 제2 제어 릴레이(42)의 일단에 연결되어 있다. 제1 제어 릴레이(41)의 타단은 인버터(2)의 양극 단자에 연결되어 있다. 제2 제어 릴레이(42)의 타단은 인버터(2)의 음극 단자에 연결되어 있다.
BMS(20)는 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 셀 각각의 양극 및 음극에 연결되어 있다. 제1 메인 릴레이(31), 제2 메인 릴레이(32), 제1 제어 릴레이(41), 및 제2 제어 릴레이(42) 각각의 닫힘 및 개방은 BMS(20)로부터 공급되는 릴레이 제어 신호(MRS1, MRS2, CRS1, CRS2)에 따라 제어된다.
융착 진단 회로(40)는, 복수의 저항 박스(410, 420, 430, 440)를 포함할 수 있다. 복수의 저항 박스(410, 420, 430, 440)의 동작은 BMS(20)로부터 공급되는 복수의 제어 신호(CS1-CS4)에 따라 제어될 수 있다. 다만, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 융착 진단 회로(40)는 복수의 제어 신호(CS1-CS4)를 생성하는 별도의 제어 회로를 더 포함할 수 있다.
제1 저항 박스(410)는 제1 메인 릴레이(31)의 타단과 제2 메인 릴레이(32)의 타단 사이에 연결되어 있다. 제2 저항 박스(420)는 제2 메인 릴레이(32)의 타단과 인버터(2)의 양극 단자 사이에 연결되어 있다. 제3 저항 박스(430)는 제1 메인 릴레이(31)의 타단과 인버터(2)의 음극 단자 사이에 연결되어 있다. 제4 저항 박스(440)는 제2 메인 릴레이(32)의 타단과 인버터(2)의 음극 단자 사이에 연결되어 있다.
BMS(20)는 제1 저항 박스(410)로부터 배터리 팩 전압에 대응하는 팩 전압 신호(V_PACK)를 수신할 수 있다. 배터리 팩 전압은, 배터리 팩 양극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간의 전압에 대응할 수 있다. BMS(20)는 제2 저항 박스(420)로부터 인버터 양극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간의 전압에 대응하는 제1 전압 신호(VS1)를 수신할 수 있다. BMS(20)는 제4 저항 박스(440)로부터 인버터 음극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간의 전압에 대응하는 제2 전압 신호(VS2)를 수신할 수 있다. 배터리 팩 음극 단자의 전압이 그라운드 레벨이므로, 배터리 팩 전압은 배터리 팩 양극 단자의 전압이고, 인버터 양극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간의 전압은 인버터 양극 단자의 전압이며, 인버터 음극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간의 전압은 인버터 음극 단자의 전압일 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 제1 및 제2 메인 릴레이(31, 32) 및 제1 및 제2 제어 릴레이(41, 42)의 닫힘 및 개방을 통해 복수의 전압을 측정하고, 측정한 복수의 전압을 통하여 제1 및 제2 제어 릴레이(41, 42)의 융착을 진단할 수 있는 융착 진단 회로 및 진단 방법을 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 융착 진단 회로를 포함하는 배터리 시스템의 일 예를 나타낸 회로도이다.
일 실시예에 따르면, 배터리 시스템(1)은, 배터리 팩(10), BMS(20), 메인 릴레이부(30), 제1 및 제2 제어 릴레이(41, 42), 융착 진단 회로(40), 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter, ADC)(50), 및 아이솔레이터(Isolator)(60)를 포함할 수 있다. 배터리 시스템(1)은 인버터(2)에 전기적으로 연결될 수 있다. BMS(20)는 메인 제어부(Main Control Unit, MCU)를 포함할 수 있다. 도 2의 구성 중 도 1의 구성과 중복되는 구성에 대한 설명은 도 1의 구성에 관한 설명과 같다.
도 2에 도시된 점선(55)을 기준으로 좌측(이하, 고전압측)에 위치하는 고전압 레벨의 구성들에 대한 그라운드(HV_GND)와 우측(이하, 저전압측)에 위치하는 저전압 레벨의 구성들에 대한 그라운드(LV_GND)는 서로 상이하다. 예를 들어, 배터리 팩(10)의 음극 단자는 그라운드(HV_GND)에 연결되어 있고, 복수의 트랜지스터(TR1-TR4)의 에미터 단자는 다른 그라운드(LV_GND)에 연결되어 있을 수 있다.
융착 진단 회로(40)는, 복수의 저항 박스(410, 420, 430, 440) 및 복수의 저항(R11-R16)을 포함할 수 있다. 제1 저항 박스(410)는 제1 저항(R1), 제1 포토 커플러(PC1), 및 제1 트렌지스터(TR1)를 포함할 수 있다. 제1 포토 커플러(PC1)는 제1 포토 트렌지스터(PT1) 및 제1 발광 다이오드(PD1)를 포함할 수 있다. 제2 저항 박스(410)는 제2 저항(R2), 제2 포토 커플러(PC2), 및 제2 트렌지스터(TR2)를 포함할 수 있다. 제2 포토 커플러(PC2)는 제2 포토 트렌지스터(PT2) 및 제2 발광 다이오드(PD2)를 포함할 수 있다. 제3 저항 박스(410)는 제3 저항(R3), 제3 포토 커플러(PC3), 및 제3 트렌지스터(TR3)를 포함할 수 있다. 제3 포토 커플러(PC3)는 제3 포토 트렌지스터(PT3) 및 제3 발광 다이오드(PD3)를 포함할 수 있다. 제4 저항 박스(410)는 제4 저항(R4), 제4 포토 커플러(PC4), 및 제4 트렌지스터(TR4)를 포함할 수 있다. 제4 포토 커플러(PC4)는 제4 포토 트렌지스터(PT4) 및 제4 발광 다이오드(PD4)를 포함할 수 있다.
복수의 포토 커플러(PC1-PC4)는, 고전압측과 저전압측을 아이솔레이션하기 위한 소자이다. 복수의 포토 커플러(PC1-PC4)는 MCU(210)의 제어에 의해 연결되거나 또는 차단될 수 있다.
제1 트렌지스터(TR1)의 에미터 단은 그라운드(LV_GND)에 연결되어 있고, 제1 트렌지스터(TR1)의 컬렉터 단은 제1 발광 다이오드(PD1)의 일단에 연결되어 있으며, 제1 트렌지스터(TR1)의 베이스 단에는 MCU(210)로부터 공급되는 제1 제어 신호(CS1)가 입력될 수 있다. 제1 발광 다이오드(PD1)의 타단에는 전압(VCC)이 입력된다. 제1 포토 트렌지스터(PT1)의 일단은 제1 저항(R1)의 일단에 연결되어 있고, 제1 포토 트렌지스터(PT1)의 타단은 노드(N11)에서 저항(R11)의 일단 및 ADC(50)의 입력단에 연결되어 있다. 제1 저항(R1)의 타단은 제1 노드(N1)에 연결되어 있다. 저항(R11)의 타단은 그라운드(HV_GND)에 연결되어 있다.
제2 트렌지스터(TR2)의 에미터 단은 그라운드(LV_GND)에 연결되어 있고, 제2 트렌지스터(TR2)의 컬렉터 단은 제2 발광 다이오드(PD2)의 일단에 연결되어 있으며, 제2 트렌지스터(TR2)의 베이스 단에는 MCU(210)로부터 공급되는 제2 제어 신호(CS2)가 입력될 수 있다. 제2 발광 다이오드(PD2)의 타단에는 전압(VCC)이 입력된다. 제2 포토 트렌지스터(PT2)의 일단은 제2 저항(R2)의 일단에 연결되어 있고, 제2 포토 트렌지스터(PT2)의 타단은 노드(N12)에서 저항(R12)의 일단 및 ADC(50)의 입력단에 연결되어 있다. 제2 저항(R2)의 타단은 제2 노드(N2)에 연결되어 있다. 저항(R12)의 타단은 저항(R13)의 일단에 연결되어 있고, 저항(R12)의 타단과 저항(R13)의 일단이 연결되는 노드에는 소정의 오프셋 전압(V_OFF)이 인가될 수 있다. 저항(R13)의 타단은 그라운드(HV_GND)에 연결되어 있다.
제3 트렌지스터(TR3)의 에미터 단은 그라운드(LV_GND)에 연결되어 있고, 제3 트렌지스터(TR3)의 컬렉터 단은 제3 발광 다이오드(PD3)의 일단에 연결되어 있으며, 제3 트렌지스터(TR3)의 베이스 단에는 MCU(210)로부터 공급되는 제3 제어 신호(CS3)가 입력될 수 있다. 제3 발광 다이오드(PD3)의 타단에는 전압(VCC)이 입력된다. 제3 포토 트렌지스터(PT3)의 일단은 제3 저항(R3)의 일단에 연결되어 있고, 제3 포토 트렌지스터(PT3)의 타단은 저항(R14)의 일단에 연결되어 있다. 제3 저항(R3)의 타단은, 제1 노드(N1)에 연결되어 있다. 저항(R14)의 타단은 제3 노드(N3)에 연결되어 있다.
제4 트렌지스터(TR4)의 에미터 단은 그라운드(LV_GND)에 연결되어 있고, 제4 트렌지스터(TR4)의 컬렉터 단은 제4 발광 다이오드(PD4)의 일단에 연결되어 있으며, 제3 트렌지스터(TR3)의 베이스 단에는 MCU(210)로부터 공급되는 제4 제어 신호(CS4)가 입력될 수 있다. 제4 발광 다이오드(PD4)의 타단에는 전압(VCC)이 입력된다. 제4 포토 트렌지스터(PT4)의 일단은 제4 저항(R4)의 일단에 연결되어 있고, 제4 포토 트렌지스터(PT4)의 타단은 노드(N13)에서 저항(R15)의 일단 및 ADC(50)의 입력단에 연결되어 있다. 제4 저항의 타단은 제3 노드(N3)에 연결되어 있다. 저항(R15)의 타단은 저항(R16)의 일단에 연결되어 있고, 저항(R15)의 타단과 저항(R16)의 일단이 연결되는 노드에는 소정의 오프셋 전압(V_OFF)이 인가될 수 있다. 저항(R16)의 타단은 그라운드(HV_GND)에 연결되어 있다.
복수의 제어 신호(CS1-CS4)의 온 레벨은 하이 레벨이고, 오프 레벨은 로우 레벨일 수 있다. 즉, 하이 레벨의 제어 신호(CS1-CS4)에 따라 복수의 트렌지스터(TR1-TR4)가 온 되어 전류를 싱크하고, 로우 레벨의 제어 신호(CS1-CS4)에 따라 복수의 트렌지스터(TR1-TR4)가 오프될 수 있다.
MCU(210)로부터 하이 레벨의 제1 제어 신호(CS1)가 공급되면, 제1 트렌지스터(TR1)가 온 되어, 제1 발광 다이오드(PD1)에 전류가 흘러 발광한다. 제1 발광 다이오드(PD1)의 발광에 의해 제1 포토 트렌지스터(PT1)가 온 된다. MCU(210)로부터 하이 레벨의 제2 제어 신호(CS2)가 공급되면, 제2 트렌지스터(TR2)가 온 되어, 제2 발광 다이오드(PD2)에 전류가 흘러 발광한다. 제2 발광 다이오드(PD2)의 발광에 의해 제2 포토 트렌지스터(PT2)가 온 된다. MCU(210)로부터 하이 레벨의 제3 제어 신호(CS3)가 공급되면, 제3 트렌지스터(TR3)가 온 되어, 제3 발광 다이오드(PD3)에 전류가 흘러 발광한다. 제3 발광 다이오드(PD3)의 발광에 의해 제3 포토 트렌지스터(PT3)가 온 된다. MCU(210)로부터 하이 레벨의 제4 제어 신호(CS4)가 공급되면, 제4 트렌지스터(TR4)가 온 되어, 제4 발광 다이오드(PD4)에 전류가 흘러 발광한다. 제4 발광 다이오드(PD4)의 발광에 의해 제4 포토 트렌지스터(PT3)가 온 된다.
ADC(50)는, 노드(N11)에 연결된 입력단을 통해 팩 전압 신호(V_PACK)를 수신하고, 노드(N12)에 연결된 입력단으로부터 제1 전압 신호(VS1)를 수신하며, 노드(N13)에 연결된 입력단으로부터 제2 전압 신호(VS2)를 수신할 수 있다. ADC(50)는 수신한 팩 전압 신호(V_PACK), 제1 전압 신호(VS1), 및 제2 전압 신호(VS2) 각각을 복수의 디지털 신호(D_V_PACK, D_VS1, D_VS2)로 변환하여 아이솔레이터(60)에 전송할 수 있다.
아이솔레이터(60)는, 고전압측 및 저전압측 간을 절연 시키면서 ADC(50)로부터 수신한 복수의 디지털 신호(D_V_PACK, D_VS1, D_VS2)를 MCU(210)에 전달할 수 있다.
MCU(210)는 아이솔레이터(60)로부터 수신한 복수의 디지털 신호(D_V_PACK, D_VS1, D_VS2)에 기초하여 제1 제어 릴레이(41) 및/또는 제2 제어 릴레이(42)의 융착을 진단할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제1 제어 릴레이에 대한 융착 진단 방법의 순서도이다. 도 3의 S11-S12 단계가 진행되는 동안, 제1 메인 릴레이(31) 및 제2 메인 릴레이(32)는 닫혀 있는 상태이다.
BMS(20)는 배터리 팩 양극 단자 전압(V_PP)에 대응하는 팩 전압 신호(V_PACK)에 기초하여 배터리 팩 전압을 도출할 수 있다(S11).
MCU(210)는 배터리 팩 전압을 도출하기 위하여 하이 레벨의 제1 제어 신호(CS1)를 생성할 수 있다. 나머지 제어 신호들(CS2-CS4)은 로우 레벨일 수 있다. 하이 레벨의 제1 제어 신호(CS1)에 의해 제1 트렌지스터(TR1)가 온 되어 전류가 흐르고, 제1 발광 다이오드(PD1)가 발광하여, 제1 포토 트렌지스터(PT1)가 온 된다. 제1 포토 트렌지스터(PT1)가 온 되면, ADC(50)는 배터리 팩 전압에 대응하는 팩 전압 신호(V_PACK)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 팩 전압 신호(V_PACK)는 배터리 양극 단자 전압(V_PP)이 제1 저항(R1) 및 저항(R11)에 의해 분배된 노드(N11)의 전압일 수 있다. 배터리 음극 단자는 그라운드 레벨이므로, 배터리 팩 전압은 배터리 양극 단자 전압(V_PP)에 따른다.
ADC(50)는, 수신한 팩 전압 신호(V_PACK)를 디지털 신호(D_V_PACK)로 변환하여 아이솔레이터(60)에 전달할 수 있다. 아이솔레이터(60)는 수신한 디지털 신호(D_V_PACK)를 MCU(210)에 전달할 수 있다. MCU(210)는, 디지털 신호(D_V_PACK)에 기초하여 배터리 팩(10)에 대한 배터리 팩 전압을 도출할 수 있다.
BMS(20)는, 제1 제어 릴레이(41)에 대한 개방 조건에서, 인버터 양극 단자 전압(V_IP)에 대응하는 제1 전압 신호(VS1)에 기초하여 인버터 양극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간의 전압 차인 제1 전압을 도출할 수 있다(S12). S12 단계에서, 제2 제어 릴레이(42)는 개방될 수 있다. 제1 제어 릴레이(41)에 대한 개방 조건에서, MCU(210)는 제1 제어 릴레이(41)를 개방시키는 제어 신호(CRS1)를 공급한다.
MCU(210)는 제1 전압을 도출하기 위하여 하이 레벨의 제2 제어 신호(CS2)를 생성할 수 있다. 나머지 제어 신호들(CS1, CS3, CS4)은 로우 레벨일 수 있다. 하이 레벨의 제2 제어 신호(CS2)에 의해 제2 트렌지스터(TR2)가 온 되어 전류가 흐르고, 제2 발광 다이오드(PD2)가 발광하여, 제2 포토 트렌지스터(PT2)가 온 되면, ADC(50)는 노드(N12)의 전압인 제1 전압 신호(VS1)를 수신할 수 있다.
ADC(50)는, 수신한 제1 전압 신호(VS1)를 디지털 신호(D_VS1)로 변환하여 아이솔레이터(60)에 전달할 수 있다. 아이솔레이터(60)는 수신한 디지털 신호(D_VS1)를 MCU(210)에 전달할 수 있다. MCU(210)는, 디지털 신호(D_VS1)에 기초하여 제1 전압을 도출할 수 있다. 제1 전압은, 인버터 양극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간에 대응하는 전압 차를 나타낼 수 있다.
BMS(20)는, S12 단계에서 도출된 제1 전압이 배터리 팩 전압에 따르는 전압인지를 판단할 수 있다(S13).
BMS(20)는, S12 단계에서 도출된 제1 전압이 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 제1 제어 릴레이(41)가 융착된 것으로 진단할 수 있다(S14).
제1 제어 릴레이(41)의 개방 조건에서, 제1 제어 릴레이(41)가 융착된 상태일 때, 노드(N2)는 배터리 팩의 양극 단자와 연결되어 노드(N12)의 전압은 배터리 팩의 양극 단자 전압(V_PP)에 따르는 전압일 수 있다. 즉, 제1 제어 릴레이(41)가 융착되면, 배터리 팩의 양극 단자 전압(V_PP)이 제2 저항(R2), 저항(R12), 및 저항(R13)에 의해 분배되어, 노드(N12)의 전압은 오프셋 전압과 다른 전압이다. 제1 제어 릴레이(41)가 융착된 상태일 때, 노드(N12)의 전압은, 이하 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
VCR1_wd(N12)는 제1 제어 릴레이(41)가 융착된 상태일 때, 노드(N12)의 전압이고, V_PP는 배터리 팩 양극 전압이다.
BMS(20)는, S12 단계에서 도출된 제1 전압이 배터리 팩 전압에 따르는 전압이 아니면, 제1 제어 릴레이(41)가 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다(S15). 제1 제어 릴레이(41)가 정상 상태일 때, 노드(N2)는 배터리 팩의 양극 단자와 분리되어 있으므로, 노드(N12)의 전압은 소정의 오프셋 전압(V_OFF)일 수 있다. 제1 제어 릴레이(41)가 융착 되지 않은 상태에서, 제1 제어 릴레이(41)는 정상 상태인 것으로 볼 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 제2 제어 릴레이에 대한 융착 진단 방법의 순서도이다. 도 4의 S21-S22 단계가 진행되는 동안, 제1 메인 릴레이(31) 및 제2 메인 릴레이(32)는 닫혀 있는 상태이다.
BMS(20)는 배터리 팩 양극 단자 전압(V_PP)에 대응하는 팩 전압 신호(V_PACK)에 기초하여 배터리 팩 전압을 도출할 수 있다(S21). 이에 대한 설명은, S11 단계에 대한 설명과 동일하다.
BMS(20)는, 제2 제어 릴레이(41)에 대한 개방 조건에서, 인버터 음극 단자 전압(V_IN)에 대응하는 제2 전압 신호(VS2)에 기초하여 배터리 음극 단자와 인버터 음극 단자 간의 전압 차인 제2 전압을 도출할 수 있다(S22). S22 단계에서, 제1 제어 릴레이(41)는 개방될 수 있다. 제2 제어 릴레이(41)에 대한 개방 조건에서, MCU(210)는 제2 제어 릴레이(42)를 개방시키는 제어 신호(CRS2)를 공급한다.
배터리 팩의 음극 단자도 그라운드 레벨이고, 인버터 음극 단자도 그라운드 레벨이기 때문에, 종래에는 제2 제어 릴레이가 개방 제어 조건에서 융착된 상태일 때에도 배터리 음극 단자와 인버터 음극 단자 간의 전압 차가 감지되기 어려웠다.
본 명세서에 개시되는 일 실시예에서는, 제3 저항 박스(430)를 통해 배터리 팩 양극 단자 전압(V_PP)이 노드(N3)에 공급된다. 그러면, 인버터 음극 단자 전압(V_IN)은 종래와 달리 배터리 팩 양극 단자 전압(V_PP)에 따르는 레벨이 되어, 배터리 팩 음극 단자 전압(V_PN)과 상이한 레벨이다. 즉, 제2 제어 릴레이(42)가 개방 제어 조건에서 융착되지 않을 때, 인버터 음극 단자의 전압과 배터리 팩 음극 단자 간의 전압 차가 발생하므로, 인버터 음극 단자 전압(V_IN)에 기초하여 제2 제어 릴레이(42)의 융착이 감지될 수 있다.
MCU(210)는 제2 전압을 도출하기 위하여 하이 레벨의 제3 제어 신호(CS3) 및 하이 레벨의 제4 제어 신호(CS4)를 생성할 수 있다. 나머지 제어 신호들(CS1, CS2)은 로우 레벨일 수 있다. 하이 레벨의 제3 제어 신호(CS3)에 의해 제3 트렌지스터(TR3)가 온 되어 전류가 흐르고, 제3 발광 다이오드(PD3)가 발광하여, 제3 포토 트렌지스터(PT3)가 온 된다. 하이 레벨의 제4 제어 신호(CS4)에 의해 제4 트렌지스터(TR4)가 온 되어 전류가 흐르고, 제4 발광 다이오드(PD4)가 발광하여, 제4 포토 트렌지스터(PT4)가 온 된다. 제3 포토 트렌지스터(PT3) 및 제4 포토 트렌지스터(PT4)가 온 되면, ADC(50)는 인버터 음극 단자 전압(V_IN)에 대응하는 제2 전압 신호(VS2)를 수신할 수 있다.
ADC(50)는, 수신한 제2 전압 신호(VS2)를 디지털 신호(D_VS2)로 변환하여 아이솔레이터(60)에 전달할 수 있다. 아이솔레이터(60)는 수신한 디지털 신호(D_VS2)를 MCU(210)에 전달할 수 있다. MCU(210)는, 디지털 신호(D_VS2)에 기초하여 제2 전압을 도출할 수 있다. 제2 전압은, 인버터 음극 단자와 배터리 팩 음극 단자 간에 대응하는 전압 차를 나타낼 수 있다.
BMS(20)는, S22 단계에서 도출된 제2 전압이 배터리 팩 전압에 따르는 전압인지를 판단할 수 있다(S23).
BMS(20)는, S22 단계에서 도출된 제2 전압이 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 제2 제어 릴레이(42)가 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다(S24). 제2 제어 릴레이(42)가 융착 되지 않은 상태에서, 제2 제어 릴레이(42)는 정상 상태인 것으로 볼 수 있다.
제2 제어 릴레이(42)가 정상 상태일 때, 노드(N3)는 배터리 팩의 음극 단자와 분리되어 있으므로, 노드(N13)의 전압은 배터리 팩의 양극 단자 전압(V_PP)에 따르는 전압일 수 있다. 즉, 제2 제어 릴레이(42)가 정상 상태일 때, 배터리 팩의 양극 단자 전압(V_PP)이 제3 저항(R3), 제4 저항(R4), 저항(R14), 저항(R15), 및 저항(R16)에 의해 분배되어, 노드(N13)의 전압은 오프셋 전압과 다른 전압이다. 제2 제어 릴레이(42)가 융착 되지 않은 상태에서, 제2 제어 릴레이(42)는 정상 상태인 것으로 볼 수 있다. 제2 제어 릴레이(42)가 정상 상태일 때, 노드(N13)의 전압은, 이하 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
VCR2_nm(N13)는 제2 제어 릴레이(42)가 정상 상태일 때, 노드(N13)의 전압이고, V_PP는 배터리 팩 양극 전압이다.
BMS(20)는, S22 단계에서 도출된 제2 전압이 배터리 팩 전압에 따르는 전압이 아니면, 제2 제어 릴레이(42)가 융착된 것으로 진단할 수 있다(S25).
제2 제어 릴레이(42)가 융착된 상태일 때, 노드(N3)는 배터리 팩의 음극 단자와 연결되어, 노드(N13)의 전압은 소정의 오프셋 전압(V_OFF)일 수 있다.
도 3의 S11-S15 단계 및 도 4의 S21-S25 단계는, 동시에 진행되거나, S11-S15 단계 이후에 S21-S25 단계의 순으로, 또는 그 반대로 진행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
1 : 배터리 시스템
2 : 인버터
10 : 배터리 팩
20 : 배터리 관리 시스템(Battery Management System)
30 : 메인 릴레이부
31 : 제1 메인 릴레이
32 : 제2 메인 릴레이
40 : 융착 진단 회로
41 : 제1 제어 릴레이
42 : 제2 제어 릴레이
50 : 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter)
55 : 점선
60 : 아이솔레이터(Isolator)
210 : 메인 제어부(Main Control Unit)
410 : 제1 저항 박스
420 : 제2 저항 박스
430 : 제3 저항 박스
440 : 제4 저항 박스

Claims (14)

  1. 배터리 팩;
    상기 배터리 팩의 양극 단자에 일단이 연결된 제1 메인 릴레이 및 상기 배터리 팩의 음극 단자에 일단이 연결된 제2 메인 릴레이;
    상기 제1 메인 릴레이와 인버터의 양극 단자 사이에 연결된 제1 제어 릴레이 및 상기 제2 메인 릴레이와 인버터의 음극 단자 사이에 연결된 제2 제어 릴레이;
    상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인터버의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제1 저항 및 제1 포토 커플러, 및 상기 인버터의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제2 저항 및 제2 포토 커플러를 포함하는 융착 진단 회로; 및
    상기 제1 및 제2 포토 커플러를 구동하여 상기 제2 제어 릴레이의 융착을 진단하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는, 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제2 제어 릴레이의 개방 제어 조건에서, 상기 융착 진단 회로에 상기 제1 포토 커플러를 구동시키는 제1 제어 신호 및 상기 제2 포토 커플러를 구동시키는 제2 제어 신호를 전송하고, 상기 제1 및 제2 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 포토 커플러가 구동되면, 상기 인버터의 음극 단자에 대응하는 제1 전압 신호를 수신하는, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제1 전압 신호에 기초하여 상기 인버터의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간에 대응하는 제1 전압 차를 도출하는, 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제1 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 제2 제어 릴레이가 융착되지 않은 것으로 진단하는, 배터리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제1 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 제2 제어 릴레이가 융착된 것으로 진단하는, 배터리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 융착 진단 회로는,
    상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제3 저항 및 제3 포토 커플러를 더 포함하고,
    상기 BMS는, 상기 제3 포토 커플러를 구동하여 상기 제1 제어 릴레이의 융착을 진단하는, 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제1 제어 릴레이의 개방 제어 조건에서, 상기 융착 진단 회로에 상기 제3 포토 커플러를 구동시키는 제3 제어 신호를 전송하고, 상기 제3 제어 신호에 따라 상기 제3 포토 커플러가 구동되면, 상기 인버터의 양극 단자에 대응하는 제2 전압 신호를 수신하는, 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제2 전압 신호에 기초하여 상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간에 대응하는 제2 전압 차를 도출하는, 배터리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제2 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 제1 제어 릴레이가 융착된 것으로 진단하는, 배터리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제2 전압 차가, 상기 배터리 팩 양극 단자와 상기 배터리 팩 음극 단자 간의 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 제1 제어 릴레이가 융착되지 않은 것으로 진단하는, 배터리 시스템.
  11. BMS가, 배터리 팩의 양극 단자 전압에 기초하여 상기 배터리 팩의 양극 단자와 음극 단자 간의 전압에 대응하는 배터리 팩 전압을 도출하는 단계;
    상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인버터의 음극 단자 사이가 제1 저항을 통해 연결되는 단계;
    상기 인버터의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이가 제2 저항을 통해 연결되는 단계; 및
    상기 인버터 음극 단자와 상기 배터리의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 BMS가, 상기 배터리 팩의 음극 단자와 상기 인버터의 음극 단자 사이에 연결되어 있는 제1 제어 릴레이가 융착되지 않은 것으로 진단하는 단계를 포함하는, 릴레이 융착 진단 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상기 인버터 음극 단자와 상기 배터리의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 BMS가, 상기 제1 제어 릴레이를 융착된 것으로 진단하는 단계를 더 포함하는, 릴레이 융착 진단 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이가 제3 저항을 통해 연결되는 단계; 및
    상기 인버터 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압이면, 상기 BMS가, 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인버터의 양극 단자 사이에 연결되어 있는 제2 제어 릴레이를 융착된 것으로 진단하는 단계를 더 포함하는, 릴레이 융착 진단 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 인버터의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이가 제3 저항을 통해 연결되는 단계; 및
    상기 인버터 양극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 간의 전압이 상기 배터리 팩 전압에 따르는 전압과 상이한 소정의 오프셋 전압이면, 상기 BMS가, 상기 배터리 팩의 양극 단자와 상기 인버터의 양극 단자 사이에 연결되어 있는 제2 제어 릴레이를 융착되지 않은 것으로 진단하는 단계를 더 포함하는, 릴레이 융착 진단 방법.
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