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KR101256952B1 - 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법 - Google Patents

셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법 Download PDF

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KR101256952B1
KR101256952B1 KR1020100019924A KR20100019924A KR101256952B1 KR 101256952 B1 KR101256952 B1 KR 101256952B1 KR 1020100019924 A KR1020100019924 A KR 1020100019924A KR 20100019924 A KR20100019924 A KR 20100019924A KR 101256952 B1 KR101256952 B1 KR 101256952B1
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KR
South Korea
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cell balancing
balancing unit
cell
unit
voltage
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KR1020100019924A
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이상훈
이달훈
강주현
김지호
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부; 상기 셀 밸런싱부와 대응하는 배터리 셀의 양극 및 음극 단자 사이에 각각 설치된 진단저항; 각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 전압 측정부; 및 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부를 턴온 또는 턴오프시키고, 상기 전압 측정부를 통해 측정된 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차에 대한 변화 패턴으로부터 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.

Description

셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법{Apparatus and Method for diagnosis of cell balancing unit}
본 발명은 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀 밸런싱부에 포함된 셀 밸런싱 스위치의 고장 여부를 판별할 수 있는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 전기 자동차나 하이브리드 자동차가 주행하기 위해서는 고출력을 요구하는 구동 모터를 구동시켜야 한다. 이를 위해 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리는 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 팩으로부터 출력되는 전기를 전원으로 이용하고 있다.
이러한 배터리 팩에 포함되어 있는 다수의 배터리 셀은 안정성과 수명향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 유지할 필요가 있다.
배터리 팩에 포함된 각 배터리 셀의 충전 전압을 균일하게 밸런싱하는 방법에는, 전압이 상대적으로 낮은 배터리 셀에 충전 전류를 공급하여 전압을 상승시키는 방법, 전압이 상대적으로 높은 배터리 셀을 방전시켜 전압을 하강시키는 방법, 각 배터리 셀의 전압으로부터 밸런싱 목표 전압을 정하고 목표 전압보다 전압이 높은 배터리 셀은 방전시키고 목표 전압보다 낮은 배터리 셀은 충전시키는 방법 등이 사용되었다.
위와 같은 셀 밸런싱 방법은 각 배터리 셀과 연결된 셀 밸런싱부에 의해 구현된다. 셀 밸런싱부는 셀 밸런싱 동작의 시작과 종료를 제어하는 스위칭 소자와 배터리 셀 전압을 방전시키는 방전저항을 포함한다.
그런데, 셀 밸런싱부를 이용하여 배터리 셀의 밸런싱을 이루는 과정에서 순간적으로 과도한 전류가 셀 밸런싱부에 유입되거나 스위칭 소자에 동작 전압 이상의 과전압이 인가되거나 방전저항을 통해 과도한 열이 발생하는 등의 이상 상황이 발생되면 셀 밸런싱부에 포함된 부품이 단락(short) 또는 개방(open)되어 회로가 정상적으로 동작하지 않는 문제가 발생한다.
이러한 문제로 인해 셀 밸런싱부가 비정상적으로 동작하면 해당 회로에 연결된 배터리 셀의 전압이 다른 배터리 셀에 비해 과도하게 높아지거나 낮아지게 됨으로써 배터리 팩이 폭발하거나 배터리 팩과 연결된 부하의 동작이 갑자기 정지하는 등의 심각한 문제가 초래될 수 있다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 셀 밸런싱부의 이상 유무를 진단할 수 있는 별도의 진단 회로가 셀 밸런싱부와 결합될 필요가 있다.
일 예로, 일본공개특허 2007-085847호(선행기술)는 전계효과트랜지스터(FET)와 방전저항으로 이루어진 셀 밸런싱부와 상기 전계효과트랜지스터의 소오드 및 드레인 사이에 개재되는 저항을 각 배터리 셀마다 설치하고, 서로 다른 레벨의 기준 전압원이 인가된 2개의 비교기(comparator)를 이용하여 소오드와 드레인 간의 전압 차를 상기 저항을 통해 측정하고 측정된 전압의 레벨(high, low)에 따라 셀 밸런싱부의 이상 유무를 판별하는 셀 밸런싱부의 이상 유무 검출 장치를 개시하고 있다.
그런데, 상기한 선행기술은 셀 밸런싱부의 이상 유무 검출을 위해 진단 회로라는 별도의 회로 구성이 필요하고, 각 진단 회로에는 2개의 비교기가 추가적으로 사용되어야 하므로 셀 밸런싱부의 이상 유무 검출 장치의 제조 비용이 증가되는 문제점이 있었다. 또한, 각 셀에 대응되는 셀 밸런싱부의 이상 유무를 판별하는 것은 가능하나 전체 셀 밸런싱부의 고장이 발생될 경우에는 정확한 고장 원인을 파악할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간단한 회로 구성으로 셀 밸런싱부의 고장 여부와 고장 원인을 정확하게 판별할 수 있는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부; 상기 셀 밸런싱부와 대응하는 배터리 셀의 양극 및 음극 단자 사이에 각각 설치된 진단저항; 각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 전압 측정부; 및 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부를 턴온 또는 턴오프시키고, 상기 전압 측정부를 통해 측정된 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차에 대한 변화 패턴으로부터 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.
바람직하게, 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차는, 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 일단과 대응하는 배터리 셀의 음극 단자가 연결된 저전위 노드와 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 타단과 대응하는 배터리 셀의 양극 단자가 연결된 고전위 노드 사이의 전압차를 의미한다.
바람직하게, 상기 셀 밸런싱부는, 대응하는 배터리 셀의 전압을 방전시키는 방전저항; 및 상기 대응하는 배터리 셀과 상기 방전저항을 연결하는 셀 밸런싱 스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 셀 밸런싱 스위치의 턴온 또는 턴오프를 제어하여 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱한다.
본 발명에 따르면, 상기 셀 밸런싱부는 방전전류와 역방향의 전류가 상기 방전저항을 통해 흐르는 것을 제한하는 다이오드를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 셀 밸런싱 스위치는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)이다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부를 턴온 또는 턴오프시키고, 상기 전압 측정부는 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 또는 턴오프되었을 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하여 상기 제어부로 출력한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높고, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴오프 상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압에 대응하면, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 정상인 것으로 판별한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때와 턴오프 상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압과 대응하면, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때와 턴오프상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높으면 상기 진단 대상 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부; 각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 전압 측정부; 최고전위 또는 최저전위 측 배터리 셀과 이와 대응하는 셀 밸런싱부 사이에 설치된 방전저항과 진단 스위치; 및 전체 셀 밸런싱부의 턴온 또는 턴오프 상태에서 상기 진단 스위치를 턴온 또는 턴오프시키고, 상기 진단 스위치의 턴온 상태와 턴오프 상태에서 상기 전압 측정부를 통해 측정된 전체 셀 밸런싱부의 전압차에 대한 변화 패턴으로부터 전체 셀 밸런싱부의 고장 여부를 진단하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전체 셀 밸런싱부를 턴온시킨 상태에서, 상기 진단 스위치를 턴온시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차와 상기 진단 스위치를 턴오프시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 전체 셀 전압과 대응하면 상기 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전체 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서, 상기 진단 스위치를 턴온시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차보다 상기 진단 스위치를 턴오프시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 낮으면 상기 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별한다.
본 발명에 따르면, 상기 셀 밸런싱부는 셀 밸런싱 스위치를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 셀 밸런싱 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어 모듈; 상기 전압 측정부로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환 모듈; 및 상기 A/D 변환 모듈로부터 디지털 전압 신호를 입력 받아 상기 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 중앙 연산 모듈을 포함한다.
선택적으로, 상기 셀 밸런싱부의 고장 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 출력하는 고장 경보기를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 셀 밸런싱부의 고장이 발생된 경우 상기 고장 경보기를 통해 상기 셀 밸런싱부의 고장 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경보한다.
본 발명의 기술적 과제는 상술한 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템, 배터리 구동 장치 또는 배터리 팩에 의해 달성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법은, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부의 고장을 진단하는 방법에 있어서, (a) 진단 대상 셀 밸런싱부와 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 대상 셀 밸런싱 스위치를 턴온시키고 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 단계; (b) 상기 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 대상 셀 밸런싱 스위치를 턴오프시키고 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 단계; 및 (c) 상기 진단 대상 셀 밸런싱부의 턴온 또는 턴오프 시 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차 변화 패턴으로부터 상기 진단 대상 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법은, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부와, 최고전위 또는 최저전위 측 배터리 셀과 이와 대응하는 셀 밸런싱부 사이에 설치된 방전저항과 진단 스위치를 이용하여 전체 셀 밸런싱부의 고장을 진단하는 방법에 있어서, (a) 전체 셀 밸런싱부를 턴온 또는 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 스위치를 턴온 또는 턴오프시켰을 때 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 단계; 및 (b) 상기 진단 스위치를 턴온 또는 턴오프시켰을 때, 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차 변화 패턴으로부터 상기 전체 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 간단한 회로 구성으로 셀 밸런싱부의 고장 여부와 고장 원인을 진단할 수 있다. 또한, 전체 셀 밸런싱부가 단선 또는 단락된 경우에도 고장 원인을 정확히 판별할 수 있다. 따라서 셀 밸런싱부의 고장으로 인해 배터리나 부하가 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치에 대한 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 고장 여부와 고장 원인을 판별하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 고장을 진단하는 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체 셀 밸런싱부의 고장을 진단하는 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.
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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치에 대한 회로 구성도이다. 도 1에는 셀이 3개만 예시되어 있으나, 본 발명은 셀의 수에 의해 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는, 배터리 팩(10)에 포함된 복수의 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부(20), 상기 셀 밸런싱부(20)와 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 양극 및 음극 단자 사이에 각각 설치된 진단저항(Rm), 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 측정하는 전압 측정부(30) 및 상기 전압 측정부(30)를 통해 측정된 인접하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차에 대한 변화 패턴으로부터 셀 밸런싱부(20)의 고장 여부를 판별하는 제어부(40)를 포함한다.
상기 셀 밸런싱부(20)는 제어부(40)의 제어에 따라 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 전압 레벨을 밸런싱하는 배터리 팩(10)의 보호 회로이다.
상기 셀 밸런싱부(20)는 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 양극 및 음극 단자에 연결된 전압 측정 라인과 병렬 연결된다. 이 때, 셀 밸런싱부(20)의 일단과 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 양극 단자로부터 연장된 전압 측정 라인과 연결된 노드가 고전위 노드(A)이고, 셀 밸런싱부(20)의 타단과 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 음극 단자로부터 연장된 전압 측정 라인과 연결된 노드가 저전위 노드(B)이다. 그리고, 셀 밸런싱부(20)의 전압차는 상기 고전위 노드(A)와 저전위 노드(B) 사이의 전압차를 의미한다. 여기서, 상기 고전위 노드(A)와 저전위 노드(B)는 상기 셀 밸런싱부(20)와 전압 측정 라인이 접속되는 상대적인 지점으로 예컨대, 제1번 셀(VB1)의 양극과 접속하여 연장된 셀 전압 측정 라인과 셀 밸런싱부(20)가 접속되는 지점은 고전위 노드(A)가 되고, 이 고전위 노드(A)는 다시 제2번 셀(VB2)의 음극과 접속하여 연장된 셀 전압 측정 라인과 셀 밸런싱부(20)가 접속되는 지점에서는 저전위 노드(B)가 된다.
상기 셀 밸런싱부(20)는 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 셀 전압을 방전시키는 방전저항(Rd)과, 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)과 방전저항(Rd)을 연결하는 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)를 포함한다. 또한, 필수적인 것은 아니지만, 셀 밸런싱부(20)의 저전위 노드(B) 측에는 방전전류와 역 방향의 전류가 방전저항(Rd)을 통해 흐르는 것을 제한하는 다이오드(D)가 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)가 사용되는 것이 바람직하다. 전계 효과 트랜지스터는 소오스 단자, 드레인 단자 및 게이트 단자를 구비하며, 게이트 단자에는 상기 제어부(40)의 제어에 따라 구동 전압이 인가되며, 구동 전압의 인가로 인해 셀 밸런싱부(20)가 턴온되고 상기 방전저항(Rd)을 통해 셀 전압이 방전된다.
상기 진단저항(Rm)은 본 발명에서 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 고장을 진단하기 위해 채용한 구성 요소로서, 셀 전압이 방전될 때 방전저항(Rd)을 통해 방전전류가 흐를 때와 흐르지 않을 때 셀 밸런싱부(20)의 전압차에 변화를 유발한다. 즉, 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 턴온되거나 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 단락되면 화살표로 표시된 방전 루프를 통해 방전전류가 흐른다. 이 때 고전위 노드의 전위는 고전위 노드 측의 진단저항(Rm)에 흐르는 방전전류로 인해 방전전류가 흐르지 않는 경우에 비해 감소하고, 저전위 노드의 전위는 저전위 노드 측의 진단저항(Rm)에 흐르는 방전전류로 인해 방전전류가 흐르지 않는 경우에 비해 상승한다. 그 결과, 방전전류가 흐르는 셀 밸런싱부(20)의 노드간 전압차는 방전전류가 흐르지 않는 경우보다 감소하게 된다. 반대로 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 턴오프되거나 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 단선되면 방전 루프에 방전전류가 흐르지 않으므로 이런 경우 셀 밸런싱부(20)의 노드간 전압차는 셀 전압과 동일한 레벨의 전압 값을 가진다. 방전 루프에 방전전류가 흐르지 않으면 진단저항(Rm)을 통한 전압 강하가 발생되지 않고 노드 사이에 셀 전압이 그대로 인가되기 때문이다.
상기 전압 측정부(30)는 셀 밸런싱부(20)의 고장을 진단하기 위한 목적으로 상기 제어부(40)의 제어에 의해 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)가 턴온 또는 턴오프되면 셀 밸런싱부(20)의 고전위 노드(A)와 저전위 노드(B) 사이의 전압차를 측정하여 아날로그 전압 신호로 출력한다.
바람직하게, 상기 전압 측정부(30)는 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 전압을 주기적으로 측정하기 위해 통상적으로 사용되는 회로를 그대로 이용한다. 이런 경우, 셀 밸런싱부(20)의 고장을 진단하기 위한 목적으로 별도의 전압 측정부(30)를 설치하지 않아도 되는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(40)는 A/D 변환 모듈(41), 중앙 연산 모듈(42) 및 스위치 제어 모듈(43)을 포함한다.
상기 A/D 변환 모듈(41)은 전압 측정부(30)로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하여 중앙 연산 모듈(42)로 출력한다. 상기 아날로그 전압 신호는 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)의 셀 전압에 대응하는 신호와, 셀 밸런싱부(20)의 전압차에 대응하는 전압 신호를 포함한다.
상기 중앙 연산 모듈(42)은 상기 A/D 변환 모듈(41)로부터 디지털 전압 신호를 입력 받아 셀 밸런싱부(20)의 고장 여부와 고장 원인을 판별한다. 즉, 상기 중앙 연산 모듈(42)은 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부(20)와 인접하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차 변화 패턴으로부터 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부(20)의 고장 여부와 고장 원인을 판별한다.
상기 스위치 제어 모듈(43)은 셀 밸런싱부(20)에 포함된 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)의 턴온 또는 턴오프를 제어한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치가 셀 밸런싱부(20)의 고장 여부와 고장 원인을 판별하는 과정을 제2번 셀(VB2)에 해당하는 셀 밸런싱부(20)의 고장 진단 과정을 중심으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 제어부(40)는 진단 대상이 되는 제2번 셀(VB2)에 인접하는 제1번 셀(VB1)과 제3번 셀(VB3)의 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb3)를 턴오프시키고 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴온시킨다. 그런 다음, 제1번 셀(VB1)과 제3번 셀(VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 전압 측정부(30)를 통해 측정하여 저장한다. 그런 다음, 제어부(40)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 턴오프시킨 후, 제1번 셀(VB1)과 제3번 셀(VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 전압 측정부(30)를 통해 측정하여 저장한다. 이 때, 상기 제어부(40)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)를 이시적으로 턴온 또는 턴오프시킨다. 여기서, '이시적'이라는 표현은 시간 간격을 두고 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 턴온 또는 턴오프를 제어하는 것을 의미하며 이하에서도 동일한 개념으로 적용된다. 그리고 나서, 제어부(40)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온 또는 턴오프 될 때 인접하는 셀에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차 변화 패턴을 분석하여 제2번 셀(VB2)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 고장 여부와 고장 원인을 판별한다.
< Case1 : 제2번 셀의 셀 밸런싱부가 정상인 경우>
도 3에 도시된 바와 같이, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온되면 인접하는 제1번 셀(VB1) 및 제3번 셀(VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차(VAB)는 각 배터리 셀의 전압(V1, V3)보다 상승한다. 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온되면 제2번 셀(VB2)의 방전 루프에 방전전류가 흐르므로 제1번 셀(VB1)의 고전위 노드의 전위는 올라가고, 제3번 셀(VB3)의 저전위 노드의 전위는 떨어져 결과적으로 제1번 셀(VB1) 및 제3번 셀(VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차(VAB)가 각 배터리 셀의 전압(V1, V3)보다 상승하기 때문이다. 그리고 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴오프되면 인접하는 제1번 셀(VB1) 및 제3번 셀(VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차(VAB)는 각 배터리 셀의 셀 전압(V1, V3)과 동일해진다.
따라서 제어부는 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높고, 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴오프 상태일 때 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압에 대응하면, 진단 대상 셀 밸런싱부가 정상인 것으로 판별한다.
< Case2 : 제2번 셀의 셀 밸런싱부에 단락이 발생한 경우>
도 4에 도시된 바와 같이, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단락되어 있으면 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 턴온 또는 턴오프와 상관 없이 방전 루프를 통해 방전전류가 흐른다. 그 결과, 제1번 셀(VB1)과 제3번 셀(VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차(VAB)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 턴온 또는 턴오프에 상관 없이 각 배터리 셀의 전압(V1, V3)보다 높은 전압 값을 가진다. 제2번 셀(VB2)의 방전 루프를 통해 방전전류가 흐를 경우 인접하는 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차가 상승하는 이유는 상기 Case1에서 설명한 바 있다.
따라서 제어부는 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때와 턴오프상태일 때 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높고 동일하면 진단 대상 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별한다.
< Case3 : 제2번 셀의 셀 밸런싱부에 단선이 발생한 경우>
도 5에 도시된 바와 같이, 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 단선된 상태에 있으면 셀 밸런싱 스위치(SWb2)가 턴온 또는 턴오프되더라도 방전 루프에 방전전류가 흐르지 않는다. 따라서 제1번 셀(VB1)과 제3번 셀(VB3)에 대응하는 셀 밸런싱부(20)의 전압차(VAB)는 제2번 셀(VB2)의 셀 밸런싱 스위치(SWb2)의 턴온 또는 턴오프와 상관없이 각 배터리 셀의 셀 전압(V1, V3)과 동일한 전압 값을 가진다.
따라서 제어부는 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때와 턴오프 상태일 때 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압과 대응하면, 진단 대상 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별한다.
한편, 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 경우는, 셀 밸런싱 스위치의 단선뿐만 아니라 방전저항(Rd)이 단선된 경우 또는 셀 밸런싱부 내부의 회로 선로가 단선된 경우를 모두 포함한다. 이러한 경우에도 진단 대상 셀 밸런싱부와 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차 변화 패턴은 도 5에 도시된 전압차 변화 패턴과 동일한 양상을 보일 것임은 자명하다.
본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는, 전체 셀 밸런싱부가 단락 또는 단선되었을 때 이를 정확하게 진단할 수 있는 추가 회로 구성을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는 최저전위 측에 위치한 배터리 셀(VB1)과 연결된 셀 밸런싱부(20)와 이와 대응되는 배터리 셀(VB1) 사이에 설치된 방전저항(Rz)과 진단 스위치(SWz)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 방전저항(Rz)과 진단 스위치(SWz)는 최고전위 측에 위치한 배터리 셀(VB3)과 연결된 셀 밸런싱부(20)와 이와 대응하는 배터리 셀(VB3) 사이에 설치될 수도 있음은 자명하다.
본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치가 전체 셀 밸런싱부의 고장 여부 및 고장 원인을 판별하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 상기 제어부(40)는 전체 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)를 턴온시킨 상태에서 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)에 대응하는 각 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 상기 전압 측정부(30)를 통해 측정하고, 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 1차로 산출한다. 그런 후, 전체 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)를 턴온시킨 상태에서 상기 진단 스위치(SWz)를 턴온시킨 후, 이 상태로 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)에 대응하는 각 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 상기 전압 측정부(30)를 통해 측정하고 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 2차로 산출한다. 그런 다음, 상기 제어부(40)는 1차 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차와 2차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 동일한지 여부를 판단하고, 만약 동일하면 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별한다.
반대로, 상기 제어부(40)는 전체 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)를 턴오프시킨 상태에서 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)에 대응하는 각 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 상기 전압 측정부(30)를 통해 측정하고, 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 1차로 산출한다. 그런 후, 전체 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)를 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 스위치(SWz)를 턴온시킨 후, 이 상태로 각 배터리 셀(VB1, VB2, VB3)에 대응하는 각 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 상기 전압 측정부(30)를 통해 측정하고, 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부(20)의 전압차를 2차로 산출한다. 그런 다음, 상기 제어부(40)는 1차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차보다 2차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 작은지 판단하고, 만약 작으면 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별한다.
상술한 바와 같이, 전체 셀 밸런싱부에서 단선이 발생되었을 때 1차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차와 2차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 동일한 이유는 방전저항(Rz) 측으로 방전전류가 흐르지 않기 때문이다. 또한, 전체 셀 밸런싱부에서 단락이 발생되었을 때 1차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차보다 2차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 낮아지는 이유는 방전저항(Rz) 측으로 방전전류가 유입되어 방전저항(Rz)에 의한 전압 강하 효과가 전체 셀 밸런싱부의 전압차에 반영되기 때문이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는 고장 경보기(50)를 더 포함할 수 있다. 이런 경우, 상기 제어부(40)는 셀 밸런싱부(20)에 고장이 발생되었을 경우 고장 발생 사실을 고장 경보기(50)를 통해 외부에 알릴 수 있다. 즉, 상기 제어부(40)는 셀 밸런싱부(20)에 고장이 있는 것으로 판별될 경우 고장 발생 신호를 고장 경보기(50)로 전달하여 고장 경보기(50)를 통해 시각적 또는 청각적으로 고장 발생 사실을 외부로 경보할 수 있다.
상기 고장 경보기(50)는 LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합을 포함한다. 이런 경우, 상기 고장 발생 신호가 입력되면, 상기 고장 경보기(50)는 LED를 점멸하거나 LCD에 경고 메시지를 출력하거나 알람 부저음을 발생시켜 사용자에게 셀 밸런싱 스위치의 고장 발생을 통보할 수 있다. 상기 LED, LCD 및 알람 경보기는 고장 경보기(50)의 일 예시에 불과하며, 여러 가지 변형된 형태의 시각적 또는 청각적 알람 장치가 고장 경보기로 채용될 수 있을 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
상술한 셀 밸런싱부의 고장 진단은 일정한 주기를 가지고 반복적으로 실행될 수도 있고, 사용자의 진단 명령 또는 제어부(40)의 제어 알고리즘에서 자동으로 발생되는 진단 명령에 의해 실행될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상술한 동작을 수행하는 제어부(40)는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법을 프로그램화한 코드를 실행할 수 있는 마이크로프로세서로 구성할 수도 있고, 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법의 제어 흐름을 논리 회로로 구현한 주문형 반도체 칩(ASIC)으로도 구성할 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
상술한 본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 배터리 팩 구동 장치에 결합되어 사용될 수 있다.
일 예로, 본 발명은 노트북, 휴대폰, 개인 휴대용 멀티미디어 재생기와 같이 배터리로부터 구동 전압을 공급받는 각종 전자 제품에 포함되어 사용될 수 있다.
다른 예로, 본 발명은 화석연료 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거와 같이 배터리가 탑재된 각종 동력 장치에 결합되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는 배터리 팩의 충방전을 제어하고 과충전 또는 과방전 등으로부터 배터리 팩을 보호하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)에 포함되어 사용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치는 배터리 팩 내에 포함되어 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다. 이하에서, 셀 밸런싱부(20)를 턴온 또는 턴오프시킨다는 것은, 셀 밸런싱부(20) 내에 포함된 셀 밸런싱 스위치(SWb1, SWb2, SWb3)를 턴온 또는 턴오프시키는 것을 의미한다.
먼저, 단계(S11)에서, 제어부는 전압 측정부를 통해 각 배터리 셀의 셀 전압을 측정하여 저장한다. 이 때, 제어부는 각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨다.
단계(S12)에서, 제어부는 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부와 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨다.
단계(S13)에서, 제어부는 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부를 턴온시키고, 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하여 저장한다.
단계(S14)에서, 제어부는 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부를 턴오프시키고, 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하여 저장한다.
단계(S15)에서, 제어부는 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부의 턴온 또는 턴오프 시 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차 변화 패턴으로부터 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부의 고장 여부와 고장 원인을 판별한다.
즉, 제어부는, 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부가 턴온되었을 때 측정된 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높고, 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부가 턴오프되었을 때 측정된 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압에 대응하면, 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부가 정상인 것으로 판별한다.
또한, 제어부는, 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부가 턴온되었을 때와 턴오프되었을 때 측정된 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압에 대응하면 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별한다.
또한, 제어부는, 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부가 턴온되었을 때와 턴오프되었을 때 측정된 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높고 변화가 없으면 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별한다.
단계(S16)에서, 제어부는 셀 밸런싱부의 고장 유무 판별 결과에 따라 프로세스를 2원화시킨다. 만약, 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부에 고장이 발생되지 않은 것으로 판별되면, 제어부는 셀 밸런싱부의 고장 진단을 위한 프로세스를 종료한다. 반면, 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부에 고장이 발생된 것으로 판별되면, 제어부는 프로세스를 단계(S17)로 이행하고, 단계(S17)에서 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부에 고장이 발생한 사실을 고장 경보기를 통해 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경보한다.
상술한 단계(S11) 내지 단계(S17)은 각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부 별로 실행될 수 있다. 또한, 셀 밸런싱부의 고장 진단은 일정한 주기로 반복적으로 실행될 수 있으며, 사용자의 진단 명령 또는 제어부의 제어 알고리즘에서 자동으로 발생되는 진단 명령에 의해 실행될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 7은 전체 셀 밸런싱부의 고장을 진단하는 방법을 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.
먼저, 단계(S21)에서, 제어부는 전체 셀 밸런싱부를 턴온시키고 진단 스위치를 턴오프시킨 상태에서 전압 측정부를 통해 각 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하고 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 1차로 산출한다.
단계(S22)에서, 제어부는 전체 셀 밸런싱부를 턴온시킨 상태에서 진단 스위치를 턴온시키고 전압 측정부를 통해 각 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하고 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 2차로 산출한다.
단계(S23)에서, 제어부는 1차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차와 2차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 비교한다. 만약, 두 개의 전압차 값이 동일하면, 제어부는 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별한다.
단계(S24)에서, 제어부는 전체 셀 밸런싱부의 고장 진단 결과에 따라 프로세스를 2원화 시킨다. 만약, 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별되면, 프로세스를 단계(S29)로 이행하여, 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 사실을 고장 경보기를 통해 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 통보한다. 반면, 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생되지 않은 것으로 판별되면, 프로세스를 단계(S25)로 이행한다.
다음으로, 단계(S25)에서, 제어부는 진단 스위치를 턴오프시키고 전체 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 전압 측정부를 통해 각 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하고 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 1차로 산출한다.
단계(S26)에서, 제어부는 전체 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 진단 스위치를 턴온시키고 전압 측정부를 통해 각 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하고 측정된 각 전압차를 합산하여 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 2차로 산출한다.
단계(S27)에서, 제어부는 1차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차와 2차로산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 비교한다. 만약, 2차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 1차로 산출된 전체 셀 밸런싱부의 전압차보다 작으면 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별한다.
단계(S28)에서, 제어부는 전체 셀 밸런싱부의 고장 진단 결과에 따라 프로세스를 2원화 시킨다. 만약 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별되면, 프로세스를 단계(S29)로 이행하여, 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 사실을 고장 경보기를 통해 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 통보한다. 반면, 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생되지 않은 것으로 판별되면, 제어부는 전체 셀 밸런싱부의 고장 진단 과정을 종료시킨다.
본 발명에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법은 배터리 팩을 사용하고 있는 동안 일정한 주기로 반복 수행될 수도 있고, 사용자의 진단 명령 또는 제어부의 제어 알고리즘에서 자동으로 발생되는 진단 명령에 의해 실행될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 셀 밸런싱부의 고장 진단 결과를 고장 경보기로 출력하는 구성은 생략하여도 무방하다. 이런 경우, 제어부는 고장 진단 결과와 고장 원인을 메모리에 저장하여 보존하는 것이 바람직하다.
본 발명은 셀 밸런싱부와 진단 스위치의 턴온 또는 턴오프 순서에 의해 한정되지 않으므로 실시예에 기술된 셀 밸런싱부와 진단 스위치의 턴온 또는 턴오프 순서는 본 발명의 기술적 사상이 변경되지 않는 범위 내에서 임의로 변경이 가능하다.
이상에서 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 팩 20 : 셀 밸런싱부
30 : 전압 측정부 40 : 제어부
Rm : 진단 저항 Rd, Rz : 방전 저항
SWb1, SWb2, SWb3 : 셀 밸런싱 스위치 SWz : 진단 스위치

Claims (25)

  1. 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부;
    상기 셀 밸런싱부와 대응하는 배터리 셀의 양극 및 음극 단자 사이에 각각 설치된 진단저항;
    각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 전압 측정부; 및
    진단 대상이 되는 셀 밸런싱부를 턴온 또는 턴오프시키고, 상기 전압 측정부를 통해 측정된 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차에 대한 변화 패턴으로부터 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차는,
    상기 인접하는 셀 밸런싱부의 일단과 대응하는 배터리 셀의 음극 단자가 연결된 저전위 노드와 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 타단과 대응하는 배터리 셀의 양극 단자가 연결된 고전위 노드 사이의 전압차인 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 셀 밸런싱부는,
    대응하는 배터리 셀의 전압을 방전시키는 방전저항; 및
    상기 대응하는 배터리 셀과 상기 방전저항을 연결하는 셀 밸런싱 스위치를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 셀 밸런싱 스위치의 턴온 또는 턴오프를 제어하여 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱부는 방전전류와 역방향의 전류가 상기 방전저항을 통해 흐르는 것을 제한하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱 스위치는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)인 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 대상이 되는 셀 밸런싱부를 턴온 또는 턴오프시키고,
    상기 전압 측정부는 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 또는 턴오프되었을 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하여 상기 제어부로 출력하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높고, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴오프 상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압에 대응하면, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 정상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때와 턴오프 상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압과 대응하면, 상기 진단 대상 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태일 때와 턴오프상태일 때 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높으면 상기 진단 대상 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  10. 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부;
    각 배터리 셀에 대응하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 전압 측정부;
    최고전위 또는 최저전위 측 배터리 셀과 이와 대응하는 셀 밸런싱부 사이에 설치된 방전저항과 진단 스위치; 및
    전체 셀 밸런싱부의 턴온 또는 턴오프 상태에서 상기 진단 스위치를 턴온 또는 턴오프시키고, 상기 진단 스위치의 턴온 상태와 턴오프 상태에서 상기 전압 측정부를 통해 측정된 전체 셀 밸런싱부의 전압차에 대한 변화 패턴으로부터 전체 셀 밸런싱부의 고장 여부를 진단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전체 셀 밸런싱부를 턴온시킨 상태에서, 상기 진단 스위치를 턴온시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차와 상기 진단 스위치를 턴오프시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 전체 셀 전압과 대응하면 상기 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전체 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서, 상기 진단 스위치를 턴온시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차보다 상기 진단 스위치를 턴오프시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 낮으면 상기 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱부는 셀 밸런싱 스위치를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 셀 밸런싱 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어 모듈;
    상기 전압 측정부로부터 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 변환 모듈; 및
    상기 A/D 변환 모듈로부터 디지털 전압 신호를 입력 받아 상기 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 중앙 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱부의 고장 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 출력하는 고장 경보기를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 셀 밸런싱부의 고장이 발생된 경우 상기 고장 경보기를 통해 상기 셀 밸런싱부의 고장 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경보하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치를 포함하는 배터리 구동 장치.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 셀 밸런싱부의 고장 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  18. 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부의 고장을 진단하는 방법에 있어서,
    (a) 진단 대상 셀 밸런싱부와 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 대상 셀 밸런싱 스위치를 턴온시키고 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 단계;
    (b) 상기 인접하는 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 대상 셀 밸런싱 스위치를 턴오프시키고 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 단계; 및
    (c) 상기 진단 대상 셀 밸런싱부의 턴온 또는 턴오프 시 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차 변화 패턴으로부터 상기 진단 대상 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태에서 측정된 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차보다 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴오프 상태에서 측정된 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 낮으면 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 정상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태에서 측정된 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차와 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴오프 상태에서 측정된 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압과 대응하면 상기 진단 대상 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴온 상태에서 측정된 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차와 상기 진단 대상 셀 밸런싱부가 턴오프 상태에서 측정된 상기 인접하는 셀 밸런싱부의 전압차가 셀 전압보다 높으면 상기 진단 대상 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
  22. 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀의 전압 레벨을 밸런싱할 수 있도록 각 배터리 셀과 병렬 연결된 복수의 셀 밸런싱부와, 최고전위 또는 최저전위 측 배터리 셀과 이와 대응하는 셀 밸런싱부 사이에 설치된 방전저항과 진단 스위치를 이용하여 전체 셀 밸런싱부의 고장을 진단하는 방법에 있어서,
    (a) 전체 셀 밸런싱부를 턴온 또는 턴오프시킨 상태에서 상기 진단 스위치를 턴온 또는 턴오프시켰을 때 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차를 측정하는 단계; 및
    (b) 상기 진단 스위치를 턴온 또는 턴오프시켰을 때, 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차 변화 패턴으로부터 상기 전체 셀 밸런싱부의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 전체 셀 밸런싱부를 턴온시킨 상태에서, 상기 진단 스위치를 턴온시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차와 상기 진단 스위치를 턴오프시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 전체 셀 전압과 대응하면 상기 전체 셀 밸런싱부에 단선이 발생된 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 전체 셀 밸런싱부를 턴오프시킨 상태에서, 상기 진단 스위치를 턴오프시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차보다 상기 진단 스위치를 턴온시켰을 때의 상기 전체 셀 밸런싱부의 전압차가 낮으면 상기 전체 셀 밸런싱부에 단락이 발생된 것으로 판별하는 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
  25. 제18항 또는 제22항에 있어서,
    상기 셀 밸런싱부의 고장이 발생된 것으로 판별되면, 상기 셀 밸런싱부의 고장 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 경보하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱부의 고장 진단 방법.
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