KR101406685B1 - 분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 데이지체인(daisy chain) 구조로 순차적으로 연결되는 적어도 둘의 슬레이브제어부와, 슬레이브제어부와 각각 연결되는 배터리모듈과. 상기 슬레이브제어부 중 최상위 슬레이브부와 연결되어 상기 배터리모듈을 관리하는 마스터제어부를 포함하는 분산형 배터리 관리 시스템으로서, 상기 최상위 슬레이브제어부는, 상기 마스터제어부에서 전달된 제어 정보를 비동기 디퍼런셜 신호로 인코딩하고, 각각의 상기 슬레이브제어부에서 전달되는 것으로서 인코딩된 상기 제어 정보에 대응하는 센싱 정보를 디코딩하는 디퍼런셜신호인터페이스 IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 시스템을 제공하여, 슬레이브제어부 사이의 통신을 디퍼런셜에 의한 비동기식 통신 방식으로 구성하여, 외부 또는 외부에서 발생하는 노이즈에 의해 그라운드 레벨이 변하게 되더라도 통신 안전성 및 신뢰성을 높일 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

Description

분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법{Distributrd battery management system and Method for distributrd battery management}
본 발명은 분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 데이지체인(daisy chain) 구조로 연결되는 슬레이브 제어들을 통해 배터리모듈을 제어하는 분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법에 관한 것이다.
분산형 배터리 관리 시스템이란, 복수 개의 배터리모듈의 전압 및 온도를 모니터링하며 셀 밸런싱과 같은 배터리모듈의 제어 기능을 수행하는 시스템을 의미한다.
도 1은 통상적인 분산형 배터리 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 분산형 배터리 관리 시스템(1)은 2개의 그룹으로 이루어진 복수 개의 슬레이브제어부(10)와 마스터제어부(20)을 포함할 수 있다. 각각의 슬레이브제어부(10)에는 배터리모듈(30)들이 연결된다. 슬레이브제어부(10)는 최하위 슬레이브제어부(10,#n)로부터 최상위 슬레이브제어부(10,#1)까지 직렬로 연결되는 데이지체인(daisy chain) 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 복수 개의 슬레이브제어부(10)는 각 슬레이브제어부(10)에 구비된 센싱 IC(12)들이 상호 직렬로 연결되는 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 센싱 IC(12)란, 슬레이브제어부(10)의 내부에 배치되어, 슬레이브제어부들(10) 사이를 연결하는 기능을 수행함과 더불어 배터리모듈(30)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 센싱하는 기능을 수행한다.
한편, 슬레이브제어부(10)들 사이는 와이어 하네스로 연결될 수 있다. 그러나, 슬레이브제어부(10)가 와이어 하네스로 연결되면 내부 또는 외부에서 발생되는 노이즈에 취약해지는 문제가 발생한다. 특히, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우, 노이즈가 발생하면 문제가 될 수 있다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우, 모터나 인버터 등이 필요한데, 모터나 인버터 등에서 발생하는 노이즈에 의해 슬레이브제어부들 사이에 통신 장애가 발생할 수 있기 때문이다.
특히, 고전압 배터리 모듈을 관리하는데 있어서, 사고예방을 위하여 노이즈에 대해 강건성이 높은 분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법이 필요한 상황이다.
한국공개특허 제10-2011-0071343호(2011.06.29)
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬레이브제어부사이에서 통신하는데 있어서, 노이즈에 대한 강건성을 높여 안전적이고 신뢰성 있는 분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 데이지체인(daisy chain) 구조로 순차적으로 연결되는 적어도 둘의 슬레이브제어부와, 슬레이브제어부와 각각 연결되는 배터리모듈과. 상기 슬레이브제어부 중 최상위 슬레이브부와 연결되어 상기 배터리모듈을 관리하는 마스터제어부를 포함하는 분산형 배터리 관리 시스템으로서, 상기 최상위 슬레이브제어부는, 상기 마스터제어부에서 전달된 제어 정보를 비동기 디퍼런셜 신호로 인코딩하고, 각각의 상기 슬레이브제어부에서 전달되는 것으로서 인코딩된 상기 제어 정보에 대응하는 센싱 정보를 디코딩하는 디퍼런셜신호인터페이스 IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 슬레이브제어부는, 상기 배터리모듈을 센싱하는 센싱 IC가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 최상위 슬레이브제어부는 상기 마스터제어부로부터 상기 제어 정보를 수신하여 최하위 상기 슬레이브제어부까지 전달하고, 각각의 상기 슬레이브제어부의 센싱 IC에서 센싱된 센싱 정보를 수신하여 상기 마스터제어부에 전달하는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 마이크로컨트롤러는 전달된 상기 센싱 정보의 에러 유무를 판단할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 정보는 상기 슬레이브제어부의 어드레스(address) 및 커맨드 정보를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 발명은, 데이지체인(daisy chain) 구조로 순차적으로 연결되는 적어도 둘의 슬레이브제어부와, 슬레이브제어부와 각각 연결되는 배터리모듈과. 상기 슬레이브제어부 중 최상위 슬레이브제어부와 연결되어 상기 배터리모듈을 관리하는 마스터제어부를 포함하는 분산형 배터리 관리 시스템을 통해 구현되는 분산형 배터리 관리 방법으로서, 상기 마스터제어부에서 수신된 제어 정보를 상기 최상위 슬레이브제어부에서 비동기 디퍼런셜 신호로 인코딩하는 단계와, 인코딩된 제어 정보를 최하위 슬레이브제어부까지 순차적으로 전달하는 단계와, 상기 전달된 상기 제어 정보에 대응하여 각각의 상기 배터리모듈에 대한 정보를 센싱하여 센싱 정보를 생성하고, 각각의 상기 센싱 정보를 상기 최상위 슬레이브제어부로 전달하는 단계 및, 전달된 각각의 센싱 정보를 상기 최상위 슬레이브제어부에서 디코딩하는 단계를 포함하는 분산형 배터리 관리 방법을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 정보는 상기 슬레이브제어부의 어드레스(address) 및 커맨드 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법에 따르면, 슬레이브제어부 사이의 통신을 디퍼런셜에 의한 비동기식 통신 방식으로 구성하여, 내부 또는 외부에서 발생하는 노이즈에 의해 그라운드 레벨이 변하게 되더라도, 통신 안전성 및 신뢰성을 높일 수 있는 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 통상적인 분산형 배터리 관리 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분산형 배터리 관리 시스템을 도시한 블록도,
도 3은 슬레이브제어부 사이에서 다퍼런셜에 의한 비동기식 통신으로 제어정보 및 센서 정보를 주고 받는 상태를 도시한 도면,
도 4는 도 2에서 도시한 디퍼런셜신호인터페이스 IC의 구성을 도시한 블록도,
도 5는 비동기 디퍼런셜 신호를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분산형 배터리 관리 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 데이지체인(daisy chain) 구조로 순차적으로 연결되는 복수 개의 슬레이브제어부를 디퍼련셜에 의한 비동기식 시리얼 통신으로 연결하는 기술적 특징이 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분산형 배터리 관리 시스템을 도시한 블록도이다.
본 발명을 설명하기 앞서, 분산형 배터리 관리 시스템의 통상적인 구성을 간략히 설명한다.
분산형 배터리 관리 시스템은 슬레이브제어부(10)와 마스터제어부(20)를 포함한다. 복수 개의 슬레이브제어부(10)와 마스터제어부(20)을 포함할 수 있다. 각각의 슬레이브제어부(10)에는 배터리모듈(30)들이 연결된다. 슬레이브제어부(10)는 최하위 슬레이브제어부(10#n)로부터 최상위 슬레이브제어부(10#1)까지 직렬로 연결되는 데이지체인(daisy chain) 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 각각의 슬레이브제어부(10)에는 센싱 IC(12)가 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 분산형 배터리 관리 시스템은, 마스터제어부(20)에서 전달된 제어 정보를 비동기 디퍼런셜 신호로 인코딩하고, 각각의 슬레이브제어부(10)에서 전달되는 것으로서 인코딩된 제어 정보에 대응하는 센싱 정보를 디코딩하는 디퍼런셜신호인터페이스 IC(100)를 포함할 수 있다.
또한, 최상위 슬레이브제어부(10#1)에는 센싱 IC(12) 이외에 마이크로컨트롤러(200)가 구비될 수 있다. 마이크로컨트롤러(200)는 슬레이브제어부(10)의 동작을 제어하기 위한 제어 정보(#1~#n)를 수신하고, 하위의 슬레이브제어부들(10#2~#n)의 센싱 정보(#2~#n)를 수집하고 자신이 센싱한 센싱 정보(#1)와 함께 마스터제어부(20)로 송신하는 기능을 수행한다.
여기서, 제어 정보는 슬레이브제어부(10)의 동작을 제어하기 위한 슬레이브제어부(10)의 어드레스(address) 및 커맨드(command) 정보를 포함할 수 있다. 그리고, 센싱 정보는 센싱 IC(12)에 의해 센싱되고 배터리모듈(30)의 전압, 전류 및 온도 등의 정보를 포함할 수 있다.
디퍼런셜신호인터페이스 IC(100)는 상술한 제어 정보를 비동기 디퍼련셜 신호로 인코딩하거나 상술한 센서 정보를 비동기식 신호로 디코딩하는 역활을 한다. 디퍼런셜신호인터페이스 IC(100)는 최상위 슬레이브제어부(10#1)에 구비되는 것으로서, 구체적으로, 마이크로컨트롤러(200)와 센싱 IC(12) 사이에 구비된다.
도 3은 슬레이브제어부 사이에서 다퍼런셜에 의한 비동기식 통신으로 제어정보 및 센서 정보를 주고 받는 상태를 도시한 도면이다.
한편, 도 3을 참조하면, 일실시예에 있어서, 복수 개의 슬레이브제어부(10) 사이에서 데이터를 송신하거나 수신할 시, 4개의 와이어 하네스를 통해 통신할 수 있다. 4개의 와이어 하네스는 Tx_Positive, Tx_Negative, Rx_Positive, Rx_Negative로 구성(이하 Tx_P, Tx_N, Rx_P, Tx_N으로 표기)이 된다. 4개의 포트(Tx_P, Tx_N, Rx_P, Rx_N)는 모두 특정 전압레벨을 사용하며(예, 0~5V 또는 0~3.3V 등등), 각각의 슬레이브제어부(10) 내에 위치한 센싱 IC에서 Tx_P-Tx_N 값을 비트 별로 받아 값을 수신한다. 여기서, Tx는 출력 포트를 의미하고, Rx는 입력 포트를 의미한다.
도 4는 도 2에서 도시한 디퍼런셜신호인터페이스 IC의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 디퍼런셜신호인터페이스 IC(100)는 내부에 구비된 데이터수신부(110)를 통해 마이크로컨트롤러(200)에서 전달된 제어 정보를 수신한다. 수신된 제어 정보는 비동기 디퍼런셜 통신 인코더(130)에서 인코딩되어 디퍼런셜 송신부(150)로 전달된다. 디퍼런셜 송신부(150)는 인코딩된 제어 정보를 센싱 IC(12#1)에 송신한다. 인코딩된 제어 정보는 센싱 IC(12#1)의 출구 포트(Tx)를 통해, 차순위 슬레이브제어부(10)에 구비된 센싱 IC(12#2~#n)의 입구 포트(Rx)로 순차적으로 송신된다.
도 5는 비동기 디퍼런셜 신호를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, Tx_P의 하이 신호와 Tx_N의 하이 신호가 번갈아 형성됨을 알 수 있다. 이에, Positive와 Negative의 전압 레벨의 차이(Tx_P-Tx_N)가 도 5에서 도시한 바와 같이 나타남을 알수 있다. 이러한 제어 정보는 비트 별로 송신하고, 통상적으로, 제어 정보는 선두에 시작비트. 데이터비트 및 정지비트로 구성될 수 있다. 하위 센싱 IC(12#n-1)는 상위 센싱 IC(12#n-2)에서 받은 제어 정보를 디코딩룰에 맞추어 수신하고, 남은 제어 정보는 다음 하위 센싱 IC(12#n)으로 전송된다.
그리고, 송신된 제어 정보에 대응하여 각각의 슬레이브제어부(10)에 구비된 센싱 IC(12)는 해당 배터리모듈(30)에 대한 센싱 정보(전압 또는 온도)를 센싱한다. 센싱 IC(12#2~#n)들의 센싱 정보는 최상위 슬레이브제어부(10#1)에 구비된 센싱 IC(12#1)에 전달되고, 센싱 IC(12#1)에 센싱된 센싱 정보(#1)와 전달된 센싱 정보들(#2~#n)은 디퍼런셜 수신부(160)로 전달된다.
비동기 디퍼런셜 통신 인코더(140)는 디퍼런셜 수신부(160)로부터 전달된 센싱 정보들을 순차적으로 디코딩한다. 디코딩된 센서 정보는 데이터송신부(120)로 전달되고, 데이터송신부(120)는 마이크로컨트롤러(200)에 센서 정보를 전달한다.
마이크로컨트롤러(200)는 수신된 센서 정보의 에러 유무를 판단할 수 있다. 마이크로컨트롤러(200)는 센서정보를 마스터제어부(20)에 송신한다. 마스터제어부(20)는 이렇게 수신된 센싱 정보들을 활용하여 배터리모듈들(30)을 모니터링하고 제어할 수 있다. 마스터제어부(20)는 최상위 슬레이브제어부(10#1)로부터 송신된 센싱 정보를 사전에 정해진 주기로 수신할 수 있다. 이러한 주기는 배터리모듈(30)의 상태에 따라 가변될 수 있다.
이러한 디퍼런셜에 의한 비동기식 시리얼 통신은 데이터 비트를 그라운드(GND)에 기준되는 Positive와 Negative의 전압 레벨의 차이(Tx_P-Tx_N)를 이용하기 때문에 외부 또는 내부에서 발생하는 노이즈에 의해 그라운드(GND)의 레벨이 변하게 되더라도 통신 안정성 및 신뢰성이 높아지는 이점이 있다
본 발명의 바람직한 일실시예를 설명함에 있어서, 4개의 와이어 하네스를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 통신 데이터의 유효성을 판단하거나 슬레이브제어부의 자가진단을 위한 신호라인이 필요하다면, 4개의 와이어 하네스 이외의 추가적인 와이어 하네스를 디퍼런셜 방법으로 추가 구성이 가능하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분산형 배터리 관리 방법을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분산형 배터리 관리 방법은 먼저, 디퍼런셜신호인터페이스 IC(100)를 통해 마스터제어부(20)에서 수신된 제어 정보를 최상위 슬레이브제어부(12#1)에서 비동기 디퍼런셜 신호로 인코딩한다.(S100) 다음으로, 인코딩된 제어 정보를 최하위 슬레이브제어부(12)까지 순차적으로 전달한다.(S200) 다음으로, 전달된 제어 정보에 대응하여 각각의 배터리모듈(30)에 대한 정보를 센싱하여 센싱 정보를 생성하고, 각각의 센싱 정보를 최상위 슬레이브제어부(12#1)로 전달한다.(S300) 다음으로, 전달된 각각의 센싱 정보를 디퍼런셜신호인터페이스 IC(100)를 통해 최상위 슬레이브제어부(10#1)에서 디코딩한다.(S400)
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 디퍼런셜신호인터페이스 IC
110 : 데이터수신부
120 : 데이터송신부
130 : 비동기 디퍼런셜 통신 인코더
140 : 디퍼런셜 송신부
150 : 비동기 디퍼런셜 통신 디코더
160 : 디퍼런셜 수신부
200 : 마이크로컨트롤러

Claims (7)

  1. 데이지체인(daisy chain) 구조로 순차적으로 연결되는 적어도 둘의 슬레이브제어부와, 슬레이브제어부와 각각 연결되는 배터리모듈과. 상기 슬레이브제어부 중 최상위 슬레이브부와 연결되어 상기 배터리모듈을 관리하는 마스터제어부를 포함하는 분산형 배터리 관리 시스템으로서,
    상기 최상위 슬레이브제어부는, 상기 마스터제어부에서 전달된 제어 정보를 비동기 디퍼런셜 신호로 인코딩하고, 인코딩된 상기 제어 정보를 각각의 상기 슬레이브제어부에 전달하며, 각각의 상기 슬레이브제어부에서 전달되는 것으로서 인코딩된 상기 제어 정보에 대응하는 센싱 정보를 디코딩하는 디퍼런셜신호인터페이스 IC를 포함하고,
    상기 디퍼런셜신호인터페이스 IC는,
    상기 마스터제어부로부터 제어 정보를 수신하는 데이터 수신부,
    수신된 상기 제어 정보를 인코딩하는 비동기 디퍼런셜 통신 인코더,
    인코딩된 상기 제어 정보를 차순위 슬레이브제어부에 전달하는 디퍼런셜 송신부,
    상기 차순위 슬레이브제어부로부터 센싱 정보를 수신하는 디퍼런셜 수신부,
    수신된 상기 센싱 정보를 디코딩하는 비동기 디퍼런셜 통신 디코더, 및
    디코딩된 상기 센싱 정보를 상기 마스터제어부에 전달하는 데이터 송신부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 슬레이브제어부는, 상기 배터리모듈을 센싱하는 센싱 IC가 구비된 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 최상위 슬레이브제어부는 상기 마스터제어부로부터 상기 제어 정보를 수신하여 최하위 상기 슬레이브제어부까지 전달하고, 각각의 상기 슬레이브제어부의 센싱 IC에서 센싱된 센싱 정보를 수신하여 상기 마스터제어부에 전달하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 마이크로컨트롤러는 전달된 상기 센싱 정보의 에러 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 정보는 상기 슬레이브제어부의 어드레스(address) 및 커맨드 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 시스템.
  6. 데이지체인(daisy chain) 구조로 순차적으로 연결되는 적어도 둘의 슬레이브제어부와, 슬레이브제어부와 각각 연결되는 배터리모듈과. 상기 슬레이브제어부 중 최상위 슬레이브제어부와 연결되어 상기 배터리모듈을 관리하는 마스터제어부를 포함하는 분산형 배터리 관리 시스템을 통해 구현되는 분산형 배터리 관리 방법으로서,
    상기 마스터제어부에서 수신된 제어 정보를 상기 최상위 슬레이브제어부에서 비동기 디퍼런셜 신호로 인코딩하는 단계;
    인코딩된 제어 정보를 최하위 슬레이브제어부까지 순차적으로 전달하는 단계;
    상기 전달된 상기 제어 정보에 대응하여 각각의 상기 배터리모듈에 대한 정보를 센싱하여 센싱 정보를 생성하고, 각각의 상기 센싱 정보를 상기 최상위 슬레이브제어부로 전달하는 단계;및
    전달된 각각의 센싱 정보를 상기 최상위 슬레이브제어부에서 디코딩하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 최상위 슬레이브제어부는 디퍼런셜신호인터페이스 IC를 포함하고,
    상기 디퍼런셜신호인터페이스 IC는,
    상기 마스터제어부로부터 제어 정보를 수신하는 데이터 수신부,
    수신된 상기 제어 정보를 인코딩하는 비동기 디퍼런셜 통신 인코더,
    인코딩된 상기 제어 정보를 차순위 슬레이브제어부에 전달하는 디퍼런셜 송신부,
    상기 차순위 슬레이브제어부로부터 센싱 정보를 수신하는 디퍼런셜 수신부,
    수신된 상기 센싱 정보를 디코딩하는 비동기 디퍼런셜 통신 디코더, 및
    디코딩된 상기 센싱 정보를 상기 마스터제어부에 전달하는 데이터 송신부
    를 포함하는 분산형 배터리 관리 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어 정보는 상기 슬레이브제어부의 어드레스(address) 및 커맨드 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 배터리 관리 방법.
KR1020120144371A 2012-07-25 2012-12-12 분산형 배터리 관리 시스템 및 분산형 배터리 관리 방법 KR101406685B1 (ko)

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