KR102356369B1 - 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법이 개시된다. 본 발명은 사전 설정된 주기 간격으로 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태 정보를 수집하고, 수집된 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 기초로 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인지 확인하여, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성한 후, 상기 배터리 충전 권고 메시지를 사전 지정된 사용자 단말로 전송하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 사용자가 상기 배터리 팩을 적시에 충전할 수 있도록 지원할 수 있다.

Description

농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법{BATTERY PACK MONITORING APPARATUS FOR MONITORING THE CHARGE STATUS OF THE BATTERY PACK WHICH IS USED AS THE ENERGY SOURCE FOR AN AGRICULTURAL ELECTRICAL VEHICLE AND THE OPERATING METHOD TEHREOF}
본 발명은 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법에 대한 것이다.
최근, 휘발유나 경유 등을 연료로 하는 기존의 내연기관 차량에서 발생되는 유해한 배기가스로 인한 환경 오염이 점점 심각해짐에 따라, 기존의 내연기관 차량을 대체할 다양한 형태의 친환경 차량이 등장하고 있다.
그 중에서도, 전기에너지를 연료로 하는 전기 차량은 소음 및 진동의 발생이 적고, 비교적 유지비가 저렴하다는 등의 장점으로 인해, 다양한 분야에서 전기 차량의 보급이 빠르게 확산되고 있다. 이에 따라, 경운기나 트랙터와 같은 기존의 농업용 차량을 대체할 농업용 전기 차량의 도입도 증가하고 있다.
한편, 이러한 전기 차량은 전기 차량의 연료가 되는 전기에너지를 전기 차량에 탑재된 배터리 팩으로부터 공급받는다. 이러한 배터리 팩은 보통 복수의 배터리 셀들로 구성되어 있고, 이러한 배터리 셀로는 리튬 이온 배터리 또는 납축 전지 배터리 등이 사용될 수 있다.
관련해서, 배터리 팩의 완전 방전이 자주 발생하거나, 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀의 충전율이 다른 배터리 셀보다 상대적으로 낮아서 배터리 셀들 간의 충전율의 불균형이 자주 발생하게 되면, 배터리 셀들의 수명이 단축되고, 배터리 팩의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해서는 배터리 팩의 충전 상태를 확인하여 배터리 팩이 충분히 충전되어 있지 않은 경우, 배터리 팩을 빠르게 충전함으로써, 배터리 팩이 방전되는 것을 방지할 필요가 있다. 또한, 배터리 팩이 전체적으로는 충분히 충전되어 있다고 하더라도, 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀의 충전율이 낮은 경우, 해당 배터리 셀이 먼저 방전되는 문제가 발생할 수 있다는 점에서, 배터리 셀별로 충전율이 일정치 이상 유지되도록 관리할 필요가 있다.
하지만, 농업용 전기 차량의 사용자는 대부분 기계 조작이 미숙한 노인이기 때문에, 사용자가 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 확인하여 농업용 전기 차량의 배터리 팩을 충전해야 하는지 여부를 판단하기는 어려운 실정이다.
따라서, 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태에 대한 정보를 수집하고, 배터리 팩의 충전율이 일정치 미만으로 떨어지는 경우, 사용자에게 배터리 팩의 충전이 필요함을 알려줌으로써, 사용자가 신속하게 배터리 팩을 충전할 수 있도록 지원하는 모니터링 기술에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태 정보를 사전 설정된 주기 간격으로 수집하고, 수집된 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 기초로 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인지 확인하여, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성한 후, 상기 배터리 충전 권고 메시지를 사전 지정된 사용자 단말로 전송하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 사용자가 상기 배터리 팩을 적시에 충전할 수 있도록 지원하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치는 상기 배터리 팩에 포함된 BMS(Battery Management System)를 통해, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보 - 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보는 상기 배터리 팩을 구성하는 k(k는 2 이상의 자연수임)개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 포함하고 있음 - 를 사전 설정된 주기 간격으로 수집하는 정보 수집부, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 k개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 성분으로 갖는 k차원의 상태 벡터를 생성하는 상태 벡터 생성부, 상기 k차원의 상태 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 상태 벡터에 대한 유클리드 노름(Euclidean norm)을 연산하는 노름 연산부, 상기 유클리드 노름을 사전 설정된 충전 권고 기준치와 비교하여, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 미만인 것으로 확인되는 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단하는 판단부 및 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성하여 사전 지정된 사용자 단말로 전송하는 메시지 전송부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법은 상기 배터리 팩에 포함된 BMS를 통해, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보 - 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보는 상기 배터리 팩을 구성하는 k(k는 2 이상의 자연수임)개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 포함하고 있음 - 를 사전 설정된 주기 간격으로 수집하는 단계, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 k개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 성분으로 갖는 k차원의 상태 벡터를 생성하는 단계, 상기 k차원의 상태 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 상태 벡터에 대한 유클리드 노름을 연산하는 단계, 상기 유클리드 노름을 사전 설정된 충전 권고 기준치와 비교하여, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 미만인 것으로 확인되는 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단하는 단계 및 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성하여 사전 지정된 사용자 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 사전 설정된 주기 간격으로 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태 정보를 수집하고, 수집된 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 기초로 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인지 확인하여, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성한 후, 상기 배터리 충전 권고 메시지를 사전 지정된 사용자 단말로 전송하는 배터리 팩 모니터링 장치 및 그 동작 방법을 제시함으로써, 사용자가 상기 배터리 팩을 적시에 충전할 수 있도록 지원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 이러한 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으며, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서 상에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
본 문서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 있어서, 각 구성요소들, 기능 블록들 또는 수단들은 하나 또는 그 이상의 하부 구성요소로 구성될 수 있고, 각 구성요소들이 수행하는 전기, 전자, 기계적 기능들은 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다.
한편, 첨부된 블록도의 블록들이나 흐름도의 단계들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터, 휴대용 노트북 컴퓨터, 네트워크 컴퓨터 등 데이터 프로세싱이 가능한 장비의 프로세서나 메모리에 탑재되어 지정된 기능들을 수행하는 컴퓨터 프로그램 명령들(instructions)을 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터 장치에 구비된 메모리 또는 컴퓨터에서 판독 가능한 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 블록도의 블록들 또는 흐름도의 단계들에서 설명된 기능들은 이를 수행하는 명령 수단을 내포하는 제조물로 생산될 수도 있다. 아울러, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 가능한 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 정해진 순서와 달리 실행되는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 실질적으로 동시에 수행되거나, 역순으로 수행될 수 있으며, 경우에 따라 일부 블록들 또는 단계들이 생략된 채로 수행될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치(110)는 농업용 전기 차량에 탑재되어, 상기 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치로, 정보 수집부(111), 상태 벡터 생성부(112), 노름 연산부(113), 판단부(114) 및 메시지 전송부(115)를 포함한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 배터리 팩 모니터링 장치(110)는 상기 농업용 전기 차량에 탑재되는 장치로서, 상기 농업용 전기 차량이 생산되는 과정에서 상기 농업용 전기 차량에 들어가는 부품들 중 하나로 탑재될 수도 있고, 상기 농업용 전기 차량의 생산 시에 탑재되는 부품이 아니라. 상기 농업용 전기 차량과 별도로 존재하는 스탠드어론 장치로서 상기 농업용 전기 차량에 사후 탑재될 수 있는 부가 장치의 형태로 구성될 수도 있다.
정보 수집부(111)는 상기 배터리 팩에 포함된 BMS(Battery Management System)를 통해, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 사전 설정된 주기 간격으로 수집한다.
여기서, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보는 상기 배터리 팩을 구성하는 k(k는 2 이상의 자연수임)개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 포함하고 있다.
상태 벡터 생성부(112)는 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 k개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 성분으로 갖는 k차원의 상태 벡터를 생성한다.
노름 연산부(113)는 상태 벡터 생성부(112)에 의해 상기 k차원의 상태 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 상태 벡터에 대한 유클리드 노름(Euclidean norm)을 연산한다.
여기서, 유클리드 노름이란 벡터나 행렬의 유클리드 공간 상에서의 크기를 나타내는 L2 노름으로, 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020095224389-pat00001
여기서,
Figure 112020095224389-pat00002
가 유클리드 노름,
Figure 112020095224389-pat00003
는 벡터 또는 행렬의 k번째 성분을 의미한다.
판단부(114)는 상기 유클리드 노름을 사전 설정된 충전 권고 기준치와 비교하여, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 미만인 것으로 확인되는 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단한다.
이하에서는, 정보 수집부(111), 상태 벡터 생성부(112), 노름 연산부(113) 및 판단부(114)의 동작을 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 사전 설정된 주기를 '10분'이라고 하는 경우, 정보 수집부(111)는 상기 배터리 팩에 포함된 BMS를 통해, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 '10분' 간격으로 수집할 수 있다.
이때, k를 '6'이라고 하고, 정보 수집부(111)가 수신한 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 6개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값이 '37(%), 36(%), 36(%), 37(%), 36(%), 37(%)'라고 가정하자.
그러면, 상태 벡터 생성부(112)는 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 6개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값인 '37(%), 36(%), 36(%), 37(%), 36(%), 37(%)'을 성분으로 갖는 6차원의 상태 벡터를 '[37 36 36 37 36 37]'과 같이 생성할 수 있다.
이렇게, 상태 벡터 생성부(112)에 의해 6차원의 상태 벡터가 '[37 36 36 37 36 37]'과 같이 생성되면, 노름 연산부(113)는 상기 수학식 1에 따라, 상기 6차원의 상태 벡터인 '[37 36 36 37 36 37]'에 대한 유클리드 노름을 '89.41'로 연산할 수 있다.
그러고 나서, 판단부(114)는 상기 유클리드 노름인 '89.41'을 사전 설정된 충전 권고 기준치와 비교하여, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 미만인 것으로 확인되는 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단할 수 있다.
관련해서, 상기 사전 설정된 충전 권고 기준치가 '93'이라고 하는 경우, 상기 유클리드 노름인 '89.41'은 상기 충전 권고치 미만이므로, 상기 배터리 팩이 충분히 충전되어 있지 않은 것으로 볼 수 있다. 따라서, 판단부(114)는 상기 배터리 팩을 충전해야 하는 상황인 것으로 판단할 수 있다.
보통, 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩에서는 상기 배터리 팩 전체의 충전율이 충분히 높은 상황이라고 하더라도, 상기 배터리 팩을 구성하는 k개의 배터리 셀들 간의 밸런싱이 틀어져서 k개의 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀에서 과방전이 발생함에 따라, 상기 특정 배터리 셀의 충전율이 나머지 배터리 셀들과 비교하여 상대적으로 떨어지는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 팩에서 충전율이 떨어지는 일부 배터리 셀만 빠르게 방전되는 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 따르면, 판단부(114)는 이러한 문제를 방지하기 위한 구성으로, 치환 벡터 생성부(116), 유사도 연산부(117) 및 유사도 판단부(118)를 더 포함할 수 있다.
치환 벡터 생성부(116)는 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 k차원의 상태 벡터에서, 상기 k차원의 상태 벡터를 구성하는 k개의 성분들 중 가장 작은 값을 갖는 성분을 0으로 치환한 k차원의 치환 벡터를 생성한다.
유사도 연산부(117)는 치환 벡터 생성부(115)에 의해 상기 k차원의 치환 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 치환 벡터와 상기 k차원의 상태 벡터 간의 코사인 유사도를 연산한다.
이때, 코사인 유사도는 하기의 수학식 2에 기초하여 연산될 수 있다.
Figure 112020095224389-pat00004
여기서, S는 벡터 A와 B 사이의 코사인 유사도로 -1에서 1사이의 값을 가지며, 그 값이 클수록 유사한 벡터임을 의미하고, Ai는 벡터 A의 i번째 성분, Bi는 벡터 B의 i번째 성분을 의미한다.
유사도 판단부(118)는 상기 코사인 유사도를 사전 설정된 기준 유사도와 비교하여, 상기 코사인 유사도가 상기 기준 유사도 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인된 경우라도, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단한다.
이하에서는, 치환 벡터 생성부(116), 유사도 연산부(117) 및 유사도 판단부(118)의 동작을 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
먼저, k를 '6'이라고 하고, 정보 수집부(111)가 수집한 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 6개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값이 '43(%), 43(%), 42(%), 41(%), 40(%), 29(%)'라고 가정하자.
이 경우, 상태 벡터 생성부(112)에 의해 생성되는 6차원의 상태 벡터는 '[43 43 42 41 40 29]'이므로, 노름 연산부(113)에 의해 상기 6차원의 상태 벡터의 유클리드 노름은 '97.9'로 연산될 것이다. 이때, 전술한 예와 같이, 상기 충전 권고 기준치가 '93'이라고 하는 경우, 상기 유클리드 노름은 상기 충전 권고 기준치를 초과하는 값이기 때문에, 상기 배터리 팩이 충분히 충전된 상태라고 판단할 수 있을 것이다.
하지만, 상기 배터리 팩 전체의 충전율로 본다면 크게 문제가 없는 상황으로 볼 수도 있겠지만, 상기 6개의 배터리 셀들 중 6번째 배터리 셀의 충전율은 29(%)인 상황으로, 다른 배터리 셀들보다 상대적으로 방전이 많이 된 상황이라서, 상기 배터리 팩이 그대로 상기 농업용 전기 차량에서 사용된다면, 6번째 배터리 셀이 다른 배터리 셀들보다 먼저 방전되는 문제가 발생할 수도 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 먼저, 치환 벡터 생성부(116)는 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인되면, 상기 6차원의 상태 벡터인 '[43 43 42 41 40 29]'를 구성하는 6개의 성분들인 '43, 43, 42, 41, 40, 29' 중에서, 가장 작은 값을 갖는 성분인 '29'를 0으로 치환함으로써, '[43 43 42 41 40 0]'이라는 치환 벡터를 생성할 수 있다.
그 이후, 유사도 연산부(117)는 상기 수학식 2에 따라, 상기 6차원의 치환 벡터인 '[43 43 42 41 40 0]'과 6차원의 상태 벡터인 '[43 43 42 41 40 29]' 간의 코사인 유사도를 '0.954'로 연산할 수 있다.
그러고 나서, 유사도 판단부(118)는 상기 코사인 유사도인 '0.954'와 사전 설정된 기준 유사도를 비교하여 상기 코사인 유사도가 상기 기준 유사도 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 만약, 상기 기준 유사도를 '0.94'라고 하는 경우, 상기 코사인 유사도는 상기 기준 유사도 이상이기 때문에, 상기 6차원의 상태 벡터에 대한 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인된 경우라고 하더라도, 유사도 판단부(118)는 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 상기 코사인 유사도는 상기 k개의 배터리 셀들 중 충전율이 가장 낮은 배터리 셀의 충전율이 나머지 배터리 셀들의 전체적인 충전율에 비해 상대적으로 얼마나 낮은 상황인지를 수치로 나타낸 지표로서, 상기 k개의 배터리 셀들 중 상기 치환 벡터에서 0으로 치환된 성분에 대응되는 특정 배터리 셀의 충전율이 나머지 배터리 셀들의 전체적인 충전율보다 상대적으로 크게 낮을 경우, 상기 코사인 유사도는 큰 값으로 산출되고, 상기 특정 배터리 셀의 충전율이 상기 나머지 배터리 셀들의 전체적인 충전율과 비교하였을 때 상대적으로 크게 차이가 나지 않는 상황이라면, 상기 코사인 유사도는 작은 값으로 산출된다. 따라서, 상기 코사인 유사도가 상기 기준 유사도 이상인 경우에는, 상기 k개의 배터리 셀들 중 충전율이 가장 낮은 특정 배터리 셀의 충전율이 나머지 배터리 셀들의 충전율과 비교하였을 때, 상대적으로 크게 낮은 상황이라고 볼 수 있기 때문에, 유사도 판단부(118)는 상기 배터리 팩 전체의 충전율이 적정한 상황이라고 하더라도 상기 특정 배터리 셀만 먼저 방전되는 것을 방지하기 위해서, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단할 수 있다.
이렇게, 판단부(114)에서 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 메시지 전송부(115)는 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성하여 사용자 단말(130)로 전송한다.
결국, 본 발명에 따른 배터리 팩 모니터링 장치(110)는 상기 배터리 팩이 충분히 충전되어 있지 않은 것으로 확인되거나, 상기 배터리 팩이 충분이 충전되어 있다고 하더라도 상기 k개의 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀의 충전율이 다른 배터리 셀들과 비교하여 많이 낮은 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단한 후, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성하여 사용자 단말(130)로 전송함으로써, 상기 사용자가 적시에 상기 배터리 팩을 충전할 수 있도록 지원할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 배터리 팩 모니터링 장치(110)는 충전 진행부(119)를 더 포함할 수 있다.
충전 진행부(119)는 판단부(114)에 의해 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 충전 전원을 공급하기 위해서, 상기 농업용 전기 차량에 사전 탑재되어 있는 보조 배터리(140)를, 상기 배터리 팩에 전기적으로 연결시키는 스위칭 제어를 수행함으로써, 상기 배터리 팩에 대한 긴급 충전을 진행시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 보조 배터리(140)와 상기 배터리 팩은 상기 농업용 전기 차량 내부에서 N채널 모스펫(MOSFET)과 같은 트랜지스터를 통해 서로 연결되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 N채널 모스펫은 게이트, 소스, 드레인으로 구성되어 있고, 게이트에 문턱 전압(threshold voltage) 이상의 제어 전압이 인가되면, 드레인에서 소스 방향으로 전류가 흐르는 특징이 있기 때문에, 일종의 스위치의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 충전 진행부(119)는 판단부(114)에 의해 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 N채널 모스펫의 게이트에 문턱 전압 이상의 제어 전압을 인가하여 상기 N채널 모스펫을 턴-온(turn-on)시켜, 보조 배터리(140)를 상기 배터리 팩에 전기적으로 연결시킴으로써, 보조 배터리(140)에서 상기 배터리 팩으로 충전 전류가 흐르게 하여 상기 배터리 팩에 대한 긴급 충전을 진행시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 배터리 팩 모니터링 장치(110)는 메시지 전송부(115)에 의해 상기 배터리 충전 권고 메시지가 사용자 단말(130)로 전송된 이후, 사용자 단말(130)로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 전송 요청이 배터리 팩 모니터링 장치(110)에 수신되면, 정보 수집부(111)가 수집한 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 암호화하여 사용자 단말(130)로 전송하는 정보 전송부(120)를 더 포함할 수 있다.
이와 관련해서, 정보 수집부(111)가 수집한 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보는 상기 농업용 전기 차량에 대한 차량 정보의 일종이기 때문에, 안전상 승인되지 않은 사용자에게 제공될 수 없는 보안 정보라고 볼 수 있다. 따라서, 정보 전송부(120)는 사용자 단말(130)로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되는 경우, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 암호화하여 사용자 단말(130)로 전송할 수 있다.
이때, 정보 전송부(120)는 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 암호화하여 사용자 단말(130)로 전송하기 위한 구성으로, 매핑 행렬 저장부(121), 데이터 분할부(122), 암호화 행렬 생성부(123) 및 암호화 데이터 전송부(124)를 포함할 수 있다.
먼저, 매핑 행렬 저장부(121)에는 사용자 단말(130)과 사전 공유하고 있는 n Х n(n은 2 이상의 자연수임) 크기의 매핑(mapping) 행렬이 저장되어 있다.
여기서, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬은 1과 0의 성분으로 구성된 행렬로, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 t(t는 2 이상의 자연수이고, n2 보다 작은 값임)개의 성분들은 1로 지정되어 있고, 나머지 n2-t개의 성분들은 0으로 지정되어 있을 수 있다.
예컨대, n을 '3'이라고 하고, t를 '4'라고 하는 경우, 매핑 행렬 저장부(121)는 사용자 단말(130)과 사전 공유하고 있는 3 Х 3 크기의 매핑 행렬로서, 4개의 성분들은 1로 지정되어 있고, 나머지 5개의 성분들은 0으로 지정되어 있는 '
Figure 112020095224389-pat00005
'과 같은 행렬을 사전 저장하고 있을 수 있다.
데이터 분할부(122)는 사용자 단말(130)로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 데이터를 t개의 분할 데이터들로 분할한다.
그러고 나서, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬에서, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 1이 지정되어 있는 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 하나씩 치환하고, 0이 지정되어 있는 n2-t개의 성분들 각각을 랜덤하게 생성된 서로 다른 더미(dummy) 데이터들로 하나씩 치환함으로써, n Х n 크기의 암호화 행렬을 생성한다.
암호화 데이터 전송부(124)는 암호화 행렬 생성부(123)에 의해 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 생성되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬을 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로 지정하여 사용자 단말(130)로 전송한다.
이하에서는, 데이터 분할부(122), 암호화 행렬 생성부(123) 및 암호화 데이터 전송부(124)의 동작을 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
먼저, t를 '4'라고 하고, n을 '3'이라고 하며, 전술한 예와 같이, 매핑 행렬 저장부(121)에 저장되어 있는 3 Х 3 크기의 매핑 행렬이 '
Figure 112020095224389-pat00006
'과 같다고 가정하자.
그러면, 데이터 분할부(122)는 사용자 단말(130)로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 데이터를 4개의 분할 데이터들로 분할할 수 있다.
이때, 데이터 분할부(122)가 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 데이터를 'P1, P2, P3, P4'라고 하는 4개의 분할 데이터들로 분할하였다고 가정하자.
그러면, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 매핑 행렬인 '
Figure 112020095224389-pat00007
'에서, 상기 매핑 행렬을 구성하는 9개의 성분들 중 1이 지정되어 있는 4개의 성분들 각각을 상기 4개의 분할 데이터들로 하나씩 치환할 수 있고, 나머지 5개의 성분들 각각을 랜덤하게 생성된 서로 다른 더미 데이터들로 하나씩 치환함으로써, 3 Х 3 크기의 암호화 행렬을 생성할 수 있다.
이때, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 매핑 행렬의 성분을 상기 4개의 분할 데이터들로 하나씩 치환할 때, 좌측열에서 우측열의 방향으로, 상단행에서 하단행의 방향으로 순차적으로 하나씩 치환할 수 있다. 관련해서, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 매핑 행렬에서 '1행 1열, 1행 2열, 1행 3열, 2행 1열, 2행 2열, 2행 3열, 3행 1열, 3행 2열, 3행 3열'의 순서로 각 성분들 중 1이 지정되어 있는 성분을 상기 4개의 분할 데이터들로 하나씩 치환할 수 있다.
이와 관련해서, 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬의 '1행 1열'의 성분은 1이므로, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬의 '1행 1열'의 성분을 상기 4개의 분할 데이터들인 'P1, P2, P3, P4' 중 하나인 'P1'로 치환할 수 있다. 또한, 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬의 '1행 2열'의 성분은 0이므로, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬의 '1행 2열'의 성분을 상기 서로 다른 더미 데이터들 중 하나로 치환할 수 있다.
이때, 상기 서로 다른 더미 데이터들이 'D1, D2, D3, D4, D5'과 같이 랜덤하게 생성되었다고 하는 경우, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬의 '1행 2열'의 성분을 상기 서로 다른 더미 데이터들인 'D1, D2, D3, D4, D5' 중 하나인 'D1'로 치환할 수 있다.
이러한 방식으로, 암호화 행렬 생성부(123)는 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬을 구성하는 9개의 성분들 중 1이 지정되어 있는 4개의 성분들 각각을 'P1, P2, P3, P4'로 하나씩 치환하고, 0이 지정되어 있는 5개의 성분들 각각을 'D1, D2, D3, D4, D5'로 하나씩 치환함으로써, 상기 3 Х 3 크기의 암호화 행렬을 '
Figure 112020095224389-pat00008
'와 같이 생성할 수 있다.
이렇게, 암호화 행렬 생성부(123)에 의해 상기 3 Х 3 크기의 암호화 행렬이 '
Figure 112020095224389-pat00009
'와 같이 생성되면, 암호화 데이터 전송부(124)는 상기 3 Х 3 크기의 암호화 행렬인 '
Figure 112020095224389-pat00010
'을 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로 지정하여 사용자 단말(130)로 전송할 수 있다.
이러한 방식으로, 배터리 팩 모니터링 장치(110)에서 사용자 단말(130)로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터가 전송되면, 사용자 단말(130)은 배터리 팩 모니터링 장치(110)로부터 전송된 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 사용자 단말(130)은 배터리 팩 모니터링 장치(110)로부터 전송된 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 수신하여 이를 복원하기 위해, 먼저, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 메모리 상에 사전 저장하고 있을 수 있다.
예컨대, 전술한 예와 같이, n을 '3'이라고 하는 경우, 사용자 단말(130)은 3 Х 3 크기의 매핑 행렬로 '
Figure 112020095224389-pat00011
'과 같은 행렬을 메모리 상에 저장하고 있을 수 있다.
이때, 사용자 단말(130)은 배터리 팩 모니터링 장치(110)로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로서 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 수신되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬과 상기 메모리 상에 저장되어 있는 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬 간의 아다마르 곱(Hadamard product)을 연산하여 n Х n 크기의 연산 행렬을 생성할 수 있다.
여기서, 아다마르 곱이란 같은 크기의 행렬에서 각 성분을 곱하는 연산을 의미하며, '[a b c]'와 '[x y z]'라는 행렬이 있을 때, 두 행렬 간의 아다마르 곱을 연산하면, 이에 대한 연산 행렬은 '[ax by cz]'로 나타낼 수 있다.
그러고 나서, 사용자 단말(130)은 상기 n Х n 크기의 연산 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 0이 아닌 값으로 연산된 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 추출하고, 상기 t개의 분할 데이터들을 조합하여, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 복원할 수 있다.
이렇게, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터가 복원되면, 사용자 단말(130)은 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 기초로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 화면 상에 표시할 수 있다.
이하에서는 사용자 단말(130)이 배터리 팩 모니터링 장치(110)로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터를 수신하여 이에 대한 원본 데이터를 복원하는 과정을 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 전술한 예와 같이, n를 '3'이라 하고, t를 '4'라고 하며, 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬이 '
Figure 112020095224389-pat00012
'이라고 가정하자. 또한, 배터리 팩 모니터링 장치(110)로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로서 3 Х 3 크기의 암호화 행렬인 '
Figure 112020095224389-pat00013
'이 수신되었다고 가정하자.
그러면, 사용자 단말(130)은 상기 3 Х 3 크기의 암호화 행렬인 '
Figure 112020095224389-pat00014
'과 상기 3 Х 3 크기의 매핑 행렬인 '
Figure 112020095224389-pat00015
'간의 아다마르 곱을 연산하여, 3 Х 3 크기의 연산 행렬을 '
Figure 112020095224389-pat00016
'과 같이 생성할 수 있다.
이렇게, 상기 3 Х 3 크기의 연산 행렬이 '
Figure 112020095224389-pat00017
'과 같이 생성되면, 사용자 단말(130)은 상기 연산 행렬을 구성하는 9개의 성분들 중 0이 아닌 값으로 연산된 4개의 성분들 각각을 4개의 분할 데이터들로 추출할 수 있다.
이때, 사용자 단말(130)은 상기 3 Х 3 크기의 연산 행렬인 '
Figure 112020095224389-pat00018
'에서 상기 4개의 분할 데이터들을 추출할 때, 좌측열에서 우측열의 방향으로, 상단행에서 하단행의 방향으로 순차적으로 하나씩 추출할 수 있다. 관련해서, 사용자 단말(130)은 상기 3 Х 3 크기의 연산 행렬을 구성하는 9개의 성분들 중 0이 아닌 값으로 연산된 4개의 성분들 각각을 '1행 1열, 1행 2열, 1행 3열, 2행 1열, 2행 2열, 2행 3열, 3행 1열, 3행 2열, 3행 3열'의 순서로 하나씩 추출함으로써, 'P1, P2, P3, P4'라는 4개의 분할 데이터들을 추출할 수 있다.
이렇게, 상기 4개의 분할 데이터들로 'P1, P2, P3, P4'가 추출되면, 사용자 단말(130)은 상기 4개의 분할 데이터들인 'P1, P2, P3, P4'를 조합하여, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 복원할 수 있다.
이와 관련해서, 사용자 단말(130)은 상기 4개의 분할 데이터들인 'P1, P2, P3, P4'를 상기 연산 행렬로부터의 추출 순서에 따라 순차적으로 조합함으로써, 'P1P2P3P4'라고 하는 원본 데이터를 복원할 수 있다.
이러한 방식으로, 'P1P2P3P4'라고 하는 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터의 복원이 완료되면, 사용자 단말(130)은 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 기초로, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 화면 상에 표시할 수 있다.
도 2는 농업용 전기 차량에 탑재되어, 상기 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
단계(S210)에서는 상기 배터리 팩에 포함된 BMS를 통해, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보(상기 배터리 팩의 충전 상태 정보는 상기 배터리 팩을 구성하는 k(k는 2 이상의 자연수임)개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 포함하고 있음)를 사전 설정된 주기 간격으로 수집한다.
단계(S220)에서는 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 k개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 성분으로 갖는 k차원의 상태 벡터를 생성한다.
단계(S230)에서는 상기 k차원의 상태 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 상태 벡터에 대한 유클리드 노름을 연산한다.
단계(S240)에서는 상기 유클리드 노름을 사전 설정된 충전 권고 기준치와 비교하여, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 미만인 것으로 확인되는 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단한다.
단계(S250)에서는 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성하여 사전 지정된 사용자 단말로 전송한다.
이때, 본 발명의 일실시예 따르면, 상기 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법은 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 k차원의 상태 벡터에서, 상기 k차원의 상태 벡터를 구성하는 k개의 성분들 중 가장 작은 값을 갖는 성분을 0으로 치환한 k차원의 치환 벡터를 생성하는 단계, 상기 k차원의 치환 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 치환 벡터와 상기 k차원의 상태 벡터 간의 코사인 유사도를 연산하는 단계 및 상기 코사인 유사도를 사전 설정된 기준 유사도와 비교하여, 상기 코사인 유사도가 상기 기준 유사도 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인된 경우라도, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 상기 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법은 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 충전 전원을 공급하기 위해서 상기 농업용 전기 차량에 사전 탑재되어 있는 보조 배터리를, 상기 배터리 팩에 전기적으로 연결시키는 스위칭 제어를 수행함으로써, 상기 배터리 팩에 대한 긴급 충전을 진행시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 상기 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법은 상기 배터리 충전 권고 메시지가 상기 사용자 단말로 전송된 이후, 상기 사용자 단말로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 사용자 단말로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 암호화하여 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 암호화하여 전송하는 단계는 상기 사용자 단말과 사전 공유하고 있는 n Х n(n은 2 이상의 자연수임) 크기의 매핑 행렬(상기 n Х n 크기의 매핑 행렬은 1과 0의 성분으로 구성된 행렬로, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 t(t는 2 이상의 자연수이고, n2 보다 작은 값임)개의 성분들은 1로 지정되어 있고, 나머지 n2-t개의 성분들은 0으로 지정되어 있음)이 저장되어 있는 매핑 행렬 저장부를 유지하는 단계, 상기 사용자 단말로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 데이터를 t개의 분할 데이터들로 분할하는 단계, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬에서, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 1이 지정되어 있는 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 하나씩 치환하고, 0이 지정되어 있는 n2-t개의 성분들 각각을 랜덤하게 생성된 서로 다른 더미 데이터들로 하나씩 치환함으로써, n Х n 크기의 암호화 행렬을 생성하는 단계 및 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 생성되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬을 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로 지정하여 상기 사용자 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 사용자 단말은 메모리 상에 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 사전 저장하고 있고, 상기 배터리 팩 모니터링 장치로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로서 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 수신되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬과 상기 메모리 상에 저장되어 있는 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬 간의 아다마르 곱을 연산하여 n Х n 크기의 연산 행렬을 생성하고, 상기 n Х n 크기의 연산 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 0이 아닌 값으로 연산된 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 추출하며, 상기 t개의 분할 데이터들을 조합하여, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 복원한 후, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 기초로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 화면 상에 표시할 수 있다.
이상, 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법에 대해 설명하였다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법은 도 1을 이용하여 설명한 배터리 팩 모니터링 장치(110)의 동작에 대한 구성과 대응될 수 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법은 컴퓨터와의 결합을 통해 실행시키기 위한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 배터리 팩 모니터링 장치
111: 정보 수집부 112: 상태 벡터 생성부
113: 노름 연산부 114: 판단부
115: 메시지 전송부 116: 치환 벡터 생성부
117: 유사도 연산부 118: 유사도 판단부
119: 충전 진행부 120: 정보 전송부
121: 매핑 행렬 저장부 122: 데이터 분할부
123: 암호화 행렬 생성부 124: 암호화 데이터 전송부
130: 사용자 단말
140: 보조 배터리

Claims (12)

  1. 농업용 전기 차량에 탑재되어, 상기 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치에 있어서,
    상기 배터리 팩에 포함된 BMS(Battery Management System)를 통해, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보 - 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보는 상기 배터리 팩을 구성하는 k(k는 2 이상의 자연수임)개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 포함하고 있음 - 를 사전 설정된 주기 간격으로 수집하는 정보 수집부;
    상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 k개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 성분으로 갖는 k차원의 상태 벡터를 생성하는 상태 벡터 생성부;
    상기 k차원의 상태 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 상태 벡터에 대한 유클리드 노름(Euclidean norm)을 연산하는 노름 연산부;
    상기 유클리드 노름을 사전 설정된 충전 권고 기준치와 비교하여, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 미만인 것으로 확인되는 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단하는 판단부; 및
    상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성하여 사전 지정된 사용자 단말로 전송하는 메시지 전송부
    를 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 k차원의 상태 벡터에서, 상기 k차원의 상태 벡터를 구성하는 k개의 성분들 중 가장 작은 값을 갖는 성분을 0으로 치환한 k차원의 치환 벡터를 생성하는 치환 벡터 생성부;
    상기 k차원의 치환 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 치환 벡터와 상기 k차원의 상태 벡터 간의 코사인 유사도를 연산하는 유사도 연산부; 및
    상기 코사인 유사도를 사전 설정된 기준 유사도와 비교하여, 상기 코사인 유사도가 상기 기준 유사도 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인된 경우라도, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단하는 유사도 판단부
    를 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 충전 전원을 공급하기 위해서 상기 농업용 전기 차량에 사전 탑재되어 있는 보조 배터리를, 상기 배터리 팩에 전기적으로 연결시키는 스위칭 제어를 수행함으로써, 상기 배터리 팩에 대한 긴급 충전을 진행시키는 충전 진행부
    를 더 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 충전 권고 메시지가 상기 사용자 단말로 전송된 이후, 상기 사용자 단말로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 사용자 단말로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 암호화하여 전송하는 정보 전송부
    를 더 포함하고,
    상기 정보 전송부는
    상기 사용자 단말과 사전 공유하고 있는 n Х n(n은 2 이상의 자연수임) 크기의 매핑(mapping) 행렬 - 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬은 1과 0의 성분으로 구성된 행렬로, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 t(t는 2 이상의 자연수이고, n2 보다 작은 값임)개의 성분들은 1로 지정되어 있고, 나머지 n2-t개의 성분들은 0으로 지정되어 있음 - 이 저장되어 있는 매핑 행렬 저장부;
    상기 사용자 단말로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 데이터를 t개의 분할 데이터들로 분할하는 데이터 분할부;
    상기 n Х n 크기의 매핑 행렬에서, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 1이 지정되어 있는 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 하나씩 치환하고, 0이 지정되어 있는 n2-t개의 성분들 각각을 랜덤하게 생성된 서로 다른 더미(dummy) 데이터들로 하나씩 치환함으로써, n Х n 크기의 암호화 행렬을 생성하는 암호화 행렬 생성부; 및
    상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 생성되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬을 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로 지정하여 상기 사용자 단말로 전송하는 암호화 데이터 전송부
    를 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사용자 단말은
    메모리 상에 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 사전 저장하고 있고, 상기 배터리 팩 모니터링 장치로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로서 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 수신되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬과 상기 메모리 상에 저장되어 있는 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬 간의 아다마르 곱(Hadamard product)을 연산하여 n Х n 크기의 연산 행렬을 생성하고, 상기 n Х n 크기의 연산 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 0이 아닌 값으로 연산된 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 추출하며, 상기 t개의 분할 데이터들을 조합하여, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 복원한 후, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 기초로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 화면 상에 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 모니터링 장치.
  6. 농업용 전기 차량에 탑재되어, 상기 농업용 전기 차량의 구동 전원으로 사용되는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 배터리 팩에 포함된 BMS(Battery Management System)를 통해, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보 - 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보는 상기 배터리 팩을 구성하는 k(k는 2 이상의 자연수임)개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 포함하고 있음 - 를 사전 설정된 주기 간격으로 수집하는 단계;
    상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 포함된 상기 k개의 배터리 셀들 각각의 충전율에 대한 측정 값을 성분으로 갖는 k차원의 상태 벡터를 생성하는 단계;
    상기 k차원의 상태 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 상태 벡터에 대한 유클리드 노름(Euclidean norm)을 연산하는 단계;
    상기 유클리드 노름을 사전 설정된 충전 권고 기준치와 비교하여, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 미만인 것으로 확인되는 경우, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩을 충전할 것을 지시하는 배터리 충전 권고 메시지를 생성하여 사전 지정된 사용자 단말로 전송하는 단계
    를 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 k차원의 상태 벡터에서, 상기 k차원의 상태 벡터를 구성하는 k개의 성분들 중 가장 작은 값을 갖는 성분을 0으로 치환한 k차원의 치환 벡터를 생성하는 단계;
    상기 k차원의 치환 벡터가 생성되면, 상기 k차원의 치환 벡터와 상기 k차원의 상태 벡터 간의 코사인 유사도를 연산하는 단계; 및
    상기 코사인 유사도를 사전 설정된 기준 유사도와 비교하여, 상기 코사인 유사도가 상기 기준 유사도 이상인 것으로 확인되는 경우, 상기 유클리드 노름이 상기 충전 권고 기준치 이상인 것으로 확인된 경우라도, 상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 팩이 충전되어야 하는 상황인 것으로 판단되면, 상기 배터리 팩에 충전 전원을 공급하기 위해서 상기 농업용 전기 차량에 사전 탑재되어 있는 보조 배터리를, 상기 배터리 팩에 전기적으로 연결시키는 스위칭 제어를 수행함으로써, 상기 배터리 팩에 대한 긴급 충전을 진행시키는 단계
    를 더 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 충전 권고 메시지가 상기 사용자 단말로 전송된 이후, 상기 사용자 단말로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 사용자 단말로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 암호화하여 전송하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 암호화하여 전송하는 단계는
    상기 사용자 단말과 사전 공유하고 있는 n Х n(n은 2 이상의 자연수임) 크기의 매핑(mapping) 행렬 - 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬은 1과 0의 성분으로 구성된 행렬로, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 t(t는 2 이상의 자연수이고, n2 보다 작은 값임)개의 성분들은 1로 지정되어 있고, 나머지 n2-t개의 성분들은 0으로 지정되어 있음 - 이 저장되어 있는 매핑 행렬 저장부를 유지하는 단계;
    상기 사용자 단말로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보의 전송 요청이 수신되면, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 데이터를 t개의 분할 데이터들로 분할하는 단계;
    상기 n Х n 크기의 매핑 행렬에서, 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 1이 지정되어 있는 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 하나씩 치환하고, 0이 지정되어 있는 n2-t개의 성분들 각각을 랜덤하게 생성된 서로 다른 더미(dummy) 데이터들로 하나씩 치환함으로써, n Х n 크기의 암호화 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 생성되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬을 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로 지정하여 상기 사용자 단말로 전송하는 단계
    를 포함하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사용자 단말은
    메모리 상에 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬을 사전 저장하고 있고, 상기 배터리 팩 모니터링 장치로부터 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 암호화 데이터로서 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬이 수신되면, 상기 n Х n 크기의 암호화 행렬과 상기 메모리 상에 저장되어 있는 상기 n Х n 크기의 매핑 행렬 간의 아다마르 곱(Hadamard product)을 연산하여 n Х n 크기의 연산 행렬을 생성하고, 상기 n Х n 크기의 연산 행렬을 구성하는 n2개의 성분들 중 0이 아닌 값으로 연산된 t개의 성분들 각각을 상기 t개의 분할 데이터들로 추출하며, 상기 t개의 분할 데이터들을 조합하여, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 복원한 후, 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보에 대한 원본 데이터를 기초로 상기 배터리 팩의 충전 상태 정보를 화면 상에 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 모니터링 장치의 동작 방법.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터와의 결합을 통해 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  12. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터와의 결합을 통해 실행시키기 위한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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