KR102490936B1 - 차량용 보조 배터리 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방전 회로를 이용하여 보조 배터리의 내부 상태를 모니터링하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 장치는 스위칭 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시키는 배터리 방전부; 보조 배터리를 방전시킬 때에 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 배터리 상태 생성부; 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 배터리 교체 판단부; 및 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 보조 배터리의 교체를 요청하는 배터리 교체 요청부를 포함한다.

Description

차량용 보조 배터리 모니터링 장치 및 방법 {Apparatus and method for monitoring auxiliary battery of vehicle}
본 발명은 보조 배터리의 상태를 모니터링하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 차량에 장착된 보조 배터리의 상태를 모니터링하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
e-call(emergency call) 시스템은 차량 사고가 발생할 때 차량의 위치, 속도, 방향, 차량 정보 등을 주변의 PSAP(Public Safety Answering Point)로 전송하여 신속하고 효율적인 응급 조치가 이루어지도록 하는 시스템이다.
세계 각국에서 e-call 시스템의 의무 장착을 법규화하면서 최근 들어 e-call 시스템이 장착된 차량들이 계속적으로 증가하고 있으며, 특히 차량 사고 등에 의해 차량의 메인 배터리(Main battery)이 탈거되더라도 텔레매틱스 단말이 원활하게 동작할 수 있도록 e-call 시스템과 함께 보조 배터리(Backup battery)가 탑재된 차량들도 계속적으로 증가하고 있다.
그런데 언제 긴급 상황이 발생할지 모르는 상황에서 보조 배터리의 수명과 상태는 매우 중요한 포인트임에도 불구하고, 종래 차량에서는 보조 배터리의 잔량만을 체크하였다.
한국공개특허 제2013-0011073호는 차량의 보조 배터리 관리 방법에 대하여 제안하고 있다. 그러나 이 방법은 보조 배터리의 잔량을 체크하여 보조 배터리의 방전을 방지하기 위한 것이기 때문에 상기한 문제점을 해결할 수 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 방전 회로를 이용하여 보조 배터리의 내부 상태를 모니터링하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치 및 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
기본적으로 배터리는 시간이 갈수록 성능이 열화되는 특성이 있다. 일반 배터리 혹은 차량의 메인 배터리는 자체 제품에 이상이 있을 시(ex. 방전이 빨리 된다거나) 교체해주면 되지만 e-call 시스템은 사고시 즉각 대응을 필요하며 같은 방법으로 교체시 문제가 있다.
배터리 자체의 전압이 떨어지는 것은 이미 감지하여 충전하는 내부 알고리즘이 있으나, 배터리의 물리적/화학적 열화 정도를 나타내주지는 못한다. 본 발명은 배터리 내부의 열화 정도를 모니터링하여 특정 기준 이상으로 열화가 되었을 시에 더이상 사용하면 위험하다는 것을 고지하고 사용자가 직접 교체해주게끔 하기 위함이다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 스위칭 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시키는 배터리 방전부; 상기 보조 배터리를 방전시킬 때에 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 배터리 상태 생성부; 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 배터리 교체 판단부; 및 상기 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 상기 보조 배터리의 교체를 요청하는 배터리 교체 요청부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 배터리 방전부는 상기 회로로 상기 스위칭 소자의 일단에 위치하는 GND, 및 상기 스위칭 소자의 타단 또는 상기 스위칭 소자와 GND 사이에 위치하는 적어도 하나의 전하 흐름 방해 소자를 포함하는 회로를 이용한다.
바람직하게는, 상기 배터리 방전부는 상기 스위칭 소자로 트랜지스터를 이용한다.
바람직하게는, 상기 배터리 상태 생성부는, 상기 회로에 포함된 전하 흐름 방해 소자의 양단에 걸리는 전압들을 기초로 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 추정하는 임피던스 추정부; 및 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 임피던스 기반 정보 생성부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 배터리 교체 판단부는 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보로 상기 보조 배터리의 내부 임피던스가 생성되면 상기 보조 배터리의 내부 임피던스가 제1 기준값 이상인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단한다.
바람직하게는, 상기 배터리 교체 판단부는 최초에 생성된 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 상기 제1 기준값을 결정한다.
바람직하게는, 상기 배터리 상태 생성부는, 상기 보조 배터리를 방전시키기 시작할 때 상기 보조 배터리로부터 출력되는 제1 전압을 측정하는 제1 전압 측정부; 미리 정해진 시간이 경과한 후 상기 보조 배터리로부터 출력되는 제2 전압을 측정하는 제2 전압 측정부; 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 사이의 전압차를 산출하는 전압차 산출부; 및 상기 전압차를 기초로 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 전압차 기반 정보 생성부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 배터리 교체 판단부는 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보로 미리 정해진 시간을 두고 측정된 전압들 간 차이값이 생성되면 상기 차이값이 제2 기준값 이상인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단한다.
바람직하게는, 상기 차량용 보조 배터리 모니터링 장치는 상기 보조 배터리의 표면 온도를 측정하는 배터리 온도 측정부; 및 상기 보조 배터리의 표면 온도가 미리 정해진 범위 이내인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 방전시킬 것인지 여부를 판단하는 배터리 방전 판단부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 차량용 보조 배터리 모니터링 장치는 상기 보조 배터리로 상기 차량의 e-call(emergency call) 시스템에 구비된 배터리를 이용한다.
또한 본 발명은 스위칭 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시키는 단계; 상기 보조 배터리를 방전시킬 때에 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 단계; 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 상기 보조 배터리의 교체를 요청하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 방전시키는 단계는 상기 회로로 상기 스위칭 소자의 일단에 위치하는 GND, 및 상기 스위칭 소자의 타단 또는 상기 스위칭 소자와 GND 사이에 위치하는 적어도 하나의 전하 흐름 방해 소자를 포함하는 회로를 이용한다.
바람직하게는, 상기 방전시키는 단계는 상기 스위칭 소자로 트랜지스터를 이용한다.
바람직하게는, 상기 생성하는 단계는, 상기 회로에 포함된 전하 흐름 방해 소자의 양단에 걸리는 전압들을 기초로 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 추정하는 단계; 및 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 판단하는 단계는 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보로 상기 보조 배터리의 내부 임피던스가 생성되면 상기 보조 배터리의 내부 임피던스가 제1 기준값 이상인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단한다.
바람직하게는, 상기 판단하는 단계는 최초에 생성된 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 상기 제1 기준값을 결정한다.
바람직하게는, 상기 생성하는 단계는, 상기 보조 배터리를 방전시키기 시작할 때 상기 보조 배터리로부터 출력되는 제1 전압을 측정하는 단계; 미리 정해진 시간이 경과한 후 상기 보조 배터리로부터 출력되는 제2 전압을 측정하는 단계; 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 사이의 전압차를 산출하는 단계; 및 상기 전압차를 기초로 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 판단하는 단계는 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보로 미리 정해진 시간을 두고 측정된 전압들 간 차이값이 생성되면 상기 차이값이 제2 기준값 이상인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단한다.
바람직하게는, 상기 방전시키는 단계 이전에, 상기 보조 배터리의 표면 온도를 측정하는 단계; 및 상기 보조 배터리의 표면 온도가 미리 정해진 범위 이내인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 방전시킬 것인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 차량용 보조 배터리 모니터링 방법은 상기 보조 배터리로 상기 차량의 e-call(emergency call) 시스템에 구비된 배터리를 이용한다.
본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 구성들을 통하여 다음 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 차량용 보조 배터리의 교체 주기를 유효하게 판단할 수 있으며, 이에 따라 AS(After Service) 환경도 개선할 수 있다.
둘째, 유사시(ex. 차량 사고시) 차량에 장착된 e-call 시스템이나 텔레매틱스 단말이 작동하지 못하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 백업 배터리 모니터링 회로의 개념도이다.
도 2는 백업 배터리 모니터링 회로를 구성하는 방전 및 모니터링 회로의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
도 3은 방전 및 모니터링 회로의 구현 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 백업 배터리 모니터링 회로의 작동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 보조 배터리 모니터링 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6은 차량용 보조 배터리 모니터링 장치를 구성하는 배터리 상태 생성부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 차량용 보조 배터리 모니터링 장치에 추가될 수 있는 내부 구성들을 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 보조 배터리 모니터링 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 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 방전 및 모니터링 회로를 이용하여 e-call(emergency call) 시스템에 장착된 보조 배터리의 내부 상태를 모니터링하는 백업 배터리 모니터링 회로에 관한 것이다. 먼저 본 발명이 적용되는 e-call 시스템에 대하여 설명한다.
e-call 시스템은 차량 사고 등으로 메인 배터리가 탈거되더라도 독자적으로 동작 가능해야 한다. 이를 위해 e-call 시스템은 내부에 보조 배터리를 포함한다.
e-call 시스템은 차량 사고가 발생하거나 ACU(Airbag Control Unit)로부터 충돌 펄스(Crash pulse)가 인가되면 동작한다.
e-call 시스템은 동작 중에 메인 배터리(B+)가 탈거되거나 메인 전원이 7.3V 아래로 떨어질 때에 메인 전원이 아닌 BUB 전원(보조 배터리 전원)을 사용한다.
또한 e-call 시스템이 IGN ON되면 마이컴(MICOM)은 자가 진단을 통해서(즉 BUB 전원을 ADC 값으로 제공받아서) BUB 전원의 충전 유무를 판단한다. 마이컴은 BUB 전원이 2.7V 이하인 것으로 판단되면 BUB 전원을 충전시키는 기능을 수행한다.
일반적으로 배터리의 내부 상태(열화 정도)를 나타내주는 지표는 다양하게 존재한다. IR 특성 체크, 내부 임피던스/캐패시터 측정, SOH 파라미터 산출 등이 있으나, 여전히 명확하게 산술적, 수식적으로 나타내어 줄 수 있는 부분이 없을 뿐만 아니라, 대부분 대용량 배터리에 국한되어 있는 것이 현실이다.
또한 기본적으로 충전과 방전이 지속적으로 발생해야만 측정 가능하다는 점에서 e-call 시스템에 적용하기 어려운 실정이 있으며, 여러 곳에서 연구 과제로 현재 진행중이다.
부하(Load) 변화에 따른 전류 변화로 인한 배터리 방전 시간의 변화가 발생하여 해당 방전 시간동안 배터리 특성에 대한 데이터가 필수적으로 필요하지만, e-call 시스템에서는 3.2V 배터리가 2.7 V 이하일 때에 지속적으로 충전을 시키도록 되어 있는 트리클 충전(Trickle charging) 방식이다.
본 발명의 주된 목적은 배터리 잔량을 체크하는 부분에서 더 나아가 e-call 시스템 내의 보조 배터리의 상태(열화 정도)를 체크하는 데에 있다.
똑같이 완충을 했더라도 시간이 흐를수록 배터리 방전 속도가 빠른 휴대폰 배터리를 주변에서 어렵지 않게 접할 수가 있다. 휴대폰 혹은 일반적인 스마트 디바이스들은 배터리 성능이 열화가 되면(ex. 배터리 내부 임피던스 증가, 커패시턴스(Capacitance) 저하 등) 사용자가 임의로 교환이 가능하다고 하지만, 차량에 들어가는 스마트 디바이스일 경우 더 나아가 그것이 안전 부품일 경우에는 적재적소의 시기에 정상적으로 동작을 해야 하며, 이때 배터리가 정상 상태임을 보장해 주어야 할 필요가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 백업 배터리 모니터링 회로에 대해 보다 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 백업 배터리 모니터링 회로의 개념도이다.
백업 배터리 모니터링 회로(100)는 차량용 e-call 시스템에 장착된 보조 배터리(백업 배터리)의 헬스(Health) 상태(ex. 교환 필요 여부)를 모니터링하는 기능을 수행한다.
백업 배터리 모니터링 회로(100)는 보조 배터리의 내부 상태를 모니터링(Health check)하기 위해 임의의 방전 회로 및 전압 모니터링 알고리즘을 사용한다.
도 1에 따르면, 백업 배터리 모니터링 회로(100)는 e-call 시스템에 구비되는 것으로서, 부스트 회로(110), BUB(120), 충전 IC(130), 방전 및 모니터링 회로(140) 및 마이컴(150)을 포함한다.
마이컴(150)은 백업 배터리 모니터링 회로(100)를 구성하는 각 구성의 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
부스트 회로(110)는 메인 배터리에 해당하는 차량용 배터리(VBAT)(B+)로부터 공급되는 전압을 승압시키는 기능을 수행한다.
BUB(120)는 보조 배터리로서 적어도 하나의 셀을 포함할 수 있다.
충전 IC(130)는 BUB(120)를 충전시키는 기능을 수행한다. 마이컴(150)은 BUB(120)로부터 출력되는 전압을 기초로 BUB(120)의 잔량을 산출한다. 이후 마이컴(150)은 BUB(120)의 잔량과 기준량을 비교하여 BUB(120)를 충전시켜야 하는지 여부를 판단한다. BUB(120)를 충전시켜야 하는 것으로 판단되면 마이컴(150)은 충전 IC(130)를 제어하여 BUB(120)를 충전시킨다.
방전 및 모니터링 회로(140)는 BUB(120)를 방전시키는 기능을 수행한다. 마이컴(150)은 BUB(120)의 내부 상태를 파악하기 위하여 방전 및 모니터링 회로(140)를 제어하여 BUB(120)를 방전시킨다. 이후 마이컴(150)은 BUB(120)로부터 출력되는 전류를 기초로 BUB(120)의 내부 임피던스를 산출한다. 마이컴(150)은 BUB(120)의 내부 임피던스와 기준 임피던스를 비교하여 BUB(120)를 교체해야 하는지 여부를 판단한다. BUB(120)를 교체해야 하는 것으로 판단되면 마이컴(150)은 이 사실을 사용자에게 통지한다.
이하 도 2를 참조하여 방전 및 모니터링 회로(140)에 대해 보다 자세하게 설명한다. 도 2는 백업 배터리 모니터링 회로를 구성하는 방전 및 모니터링 회로의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
BUB(120)의 헬스 체크(Health check)는 보조 배터리의 내부 임피던스(Internal impedance), 커패시턴스(Capacitance) 등으로 판단이 가능하며, 초기값을 읽어들일 수 있는 알고리즘이 필요하다.
보조 배터리는 기본적으로 그 내부에 정전용량(Capacity)이라고 불리는 부분과 내부 임피던스(Internal Impedance)라 불리는 저항값을 가지고 있다. 보조 배터리가 시간이 지남에 따라 열화한다고 하는 것은 정전용량 값이 저하되고 내부 임피던스 값이 증가하여 전압이 점차 떨어지고 내부 특성이 저하되는 것을 의미한다.
본 실시예에서는 보조 배터리의 상기한 특성을 착안하여 보조 배터리의 교체 시기를 판단한다.
즉 초기 임피던스 값을 결정한 후, 방전 및 모니터링 회로(140)를 통해 일정 시간마다 보조 배터리의 임피던스 값을 측정하여 현재 임피던스 값이 초기 임피던스 값의 3배 이상이 되는 순간 보조 배터리가 열화되었다고 판단하여 사용자에게 그 사실을 고지한다. 본 실시예에서는 보조 배터리의 열화를 판단하는 기준값으로 초기 임피던스 값의 3배를 이용하는데, 본 실시예에서는 이에 한정되지 않는다.
한편 출하시 초기의 방전 전류에 따른 방전 시간 정보를 이용하여 얻은 초기 임피던스 값을 마이컴(150)에 저장하여 기준값으로 이용한다.
방전 및 모니터링 회로(140)의 구성상 특징은 다음과 같다.
첫째, 제어 가능한 방전 Path를 구성하기 위해 FET(141)를 사용한다.
둘째, FET(141)의 VGS를 제어하여 2가지 전류 소모 패턴을 사용한 방전 시간을 계산한다.
세째, V1, V2, V3 등의 전압을 측정하여 방전 전압 특성을 파악한다.
네째, V1, V2, V3 등의 특성을 고려하여 보조 배터리의 내부 저항의 DC 특성을 파악한다.
도 2에 따르면, 방전 및 모니터링 회로(140)는 FET(141) 및 게이트 전압 컨트롤러(142)를 포함한다.
게이트 전압 컨트롤러(142)는 FET(141)로 입력되는 게이트 전압을 제어하는 기능을 수행한다.
FET(141)는 게이트 전압 컨트롤러(142)에 의해 FET(141)로 입력되는 게이트 전압에 따라 스위칭 기능을 수행한다. 즉 FET(141)가 SWITCH ON되면 BUB(120)가 방전되며, FET(141)가 SWITCH OFF되면 BUB(120)는 방전되지 않는다.
FET(141)에 의해 BUB(120)가 방전을 시작하면, 마이컴(150)은 R1의 양단에 걸리는 V1과 V2, R2의 양단에 걸리는 V2와 V3, R3의 양단에 걸리는 V4와 V5 등을 이용하여 BUB(120)의 내부 임피던스를 추정할 수 있다.
도 3은 방전 및 모니터링 회로(140)의 구현 예시도이다.
충전 IC(130)는 충전 전류로 400mA를 이용하도록 설정될 수 있으며, VCC 값은 5V로 설정될 수 있다.
방전 및 모니터링 회로(140)에서 R1과 R2는 0.02Ω을 이용할 수 있으며, R3는 0.003Ω을 이용할 수 있다. FET(141)는 M1 BSZ097N04LS를 이용할 수 있다.
부스트 회로(110)는 부스트 컨트롤러(112), 부스트 컨트롤러(112)에 의해 제어되는 스위치(111), 하나의 코일, 두개의 다이오드 등으로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 백업 배터리 모니터링 회로의 작동 방법을 도시한 흐름도이다.
S445 단계 내지 S465 단계는 본 실시예에서 추가적으로 언급하고 있는 보조 배터리의 내부 상태를 체크해 주는 부분이다.
e-call 시스템에서 보조 배터리는 항상 완충 상태로 존재하기 때문에 방전 Path가 존재하지 않는다. 그래서 종래에는 보조 배터리의 내부 상태를 체크하는 데에 큰 어려움이 있었다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 대전류가 흐를 수 있도록 FET(141)를 사용하여 임의로 방전 Path를 만든다. 본 발명은 이러한 방전 Path를 통해 보조 배터리를 방전시키면서 그때 발생되는 전압 강하를 모니터링하여 보조 배터리의 내부 상태를 체크하는 것이 핵심 포인트이다. 본 발명에서 이러한 기능은 마이컴(MICOM; 150)에서 담당한다.
제품 출하시 초기에 Impedance 값을 계산하여 마이컴(150)의 내부 메모리에 저장하고, 이 초기값에 대비하여 3배 이상 내부 임피던스가 증가하였을 시에 사용자에게 고지를 해주도록 한다.
이하 도 4를 참조하여 백업 배터리 모니터링 회로(100)의 작동 방법을 보다 자세하게 설명한다.
먼저 마이컴(150)이 BUB(120)의 표면 온도를 측정한다(S405). 본 실시예에서 마이컴(150)은 BUB(120)의 내부 온도를 측정하는 것도 가능하다.
이후 마이컴(150)이 BUB(120)의 표면 온도가 기준 범위 이내인지 여부를 판단한다(S410). 본 실시예에서는 기준 범위로 0℃≤T≤45℃를 이용할 수 있다. 여기에서 T는 측정된 BUB(120)의 표면 온도를 의미한다.
마이컴(150)은 BUB(120)의 표면 온도가 기준 범위를 벗어나는 것으로 판단되면 미리 정해진 시간(ex. 1분)동안 대기한 뒤(S415) S405 단계부터 다시 수행한다.
BUB(120)의 표면 온도가 기준 범위 이내인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 BUB(120)로부터 출력되는 전압을 측정한다. 이후 마이컴(150)은 측정 전압이 제1 기준값(ex. 3.9V) 이상인지 여부를 판단한다(S420).
측정 전압이 제1 기준값 이상인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 보조 배터리를 충전시키지 않고(S425) 종료한다. 반면 측정 전압이 제1 기준값 미만인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 측정 전압이 제2 기준값(ex. 2.7V) 이상인지 여부를 판단한다(S430).
측정 전압이 제2 기준값 이상인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 충전 IC(130)를 제어하여 BUB(120)를 저속 충전시킨다(S435). 본 실시예에서 마이컴(150)은 40mA의 전류를 이용한 트리클 충전(Trickle charge) 방법으로 BUB(120)를 저속 충전시킬 수 있다.
이후 마이컴(150)은 미리 정해진 시간마다 BUB(120)로부터 출력되는 전압을 측정하여 BUB(120)로부터 출력되는 전압이 컷오프(Cut off) 기준값(ex. 4.1V) 이상인지 여부를 판단한다(S440).
BUB(120)로부터 출력되는 전압이 컷오프 기준값 이상인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 충전 IC(130)를 제어하여 BUB(120)의 충전을 완료한다(S445). 반면 BUB(120)로부터 출력되는 전압이 컷오프 기준값 미만인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 BUB로부터 출력되는 전압이 컷오프 기준값 이상이 될 때까지 S435 단계와 S440 단계를 반복적으로 수행한다.
한편 측정 전압이 제2 기준값 미만인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 충전 IC(130)를 제어하여 BUB(120)를 평속/급속 충전시킨다(S450). 본 실시예에서 마이컴(150)은 400mA의 전류를 이용한 노멀 충전(Normal charge) 방법으로 BUB(120)를 평속 충전시킬 수 있다.
이후 마이컴(150)은 S440 단계를 수행한다.
한편 BUB(120)의 표면 온도가 기준 범위 이내인 것으로 판단되면(S410), 마이컴(150)은 방전 및 모니터링 회로(140)를 제어하여 BUB(120)를 방전시킨다(S455).
이후 마이컴(150)은 특정 저항(R1, R2, R3)의 양단에 걸리는 전압들을 기초로 BUB(120)의 내부 임피던스(Current impedance)를 추정한다(S460).
이후 마이컴(150)은 BUB(120)의 내부 임피던스가 기준 임피던스 이상인지 여부를 판단한다(S465). 본 실시예에서 기준 임피던스는 초기에 측정된 BUB(120)의 임피던스(Initial impedance)와 N(여기서 N은 0 이상의 수)을 곱하여 얻은 값을 의미하며, 예컨대 초기 임피던스와 3을 곱하여 얻은 값을 기준 임피던스로 결정할 수 있다.
BUB(120)의 내부 임피던스가 기준 임피던스 이상인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 S420 단계를 수행할 수 있으며, 종료하는 것도 가능하다. 반면 BUB(120)의 내부 임피던스가 기준 임피던스 미만인 것으로 판단되면, 마이컴(150)은 BUB(120)를 교체할 필요가 있다는 메시지를 차량의 AVN 시스템이나 사용자가 휴대한 단말로 전송한다(S470).
이상 설명한 본 발명은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 마이컴(150)에서 백업 배터리의 내부 상태를 실시간으로 모니터링함으로써 적절한 시기에 보조 배터리의 교체 주기를 알려줄 수 있도록 하며, 그 외에 보조 배터리의 상태에 따른 예외 처리 및 상세 동작 구현이 가능하다.
둘째, 향후 완전히 차량 외부 전원에 대한 의존도를 낮출 수 있을 것이며 그에 따른 해당 단말의 장착 위치 유연성도 확보할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 보조 배터리 모니터링 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5에 따르면, 차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)는 배터리 방전부(510), 배터리 상태 생성부(520), 배터리 교체 판단부(530), 배터리 교체 요청부(540), 전원부(550) 및 주제어부(560)를 포함한다. 차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)는 도 1의 마이컴(150)에 대응하는 개념이다.
차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)는 보조 배터리로 차량의 e-call(emergency call) 시스템에 구비된 배터리를 이용할 수 있다.
전원부(550)는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 주제어부(560)는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다. 차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)가 차량용 e-call 시스템에 구비될 수 있음을 고려할 때 전원부(550)와 주제어부(560)는 본 실시예에서 구비되지 않아도 무방하다.
배터리 방전부(510)는 스위칭 소자를 포함하는 방전 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리(특히 e-call 시스템에 구비된 보조 배터리)를 방전시키는 기능을 수행한다. 상기에서 방전 회로는 도 1의 방전 및 모니터링 회로(140)에 대응하는 개념이다.
배터리 방전부(510)는 방전 회로로 스위칭 소자와 함께 GND, 전하 흐름 방해 소자 등을 포함하는 회로를 이용할 수 있다. 상기에서 GND는 스위칭 소자의 일단에 위치하는 것이다. 또한 전하 흐름 방해 소자는 스위칭 소자의 타단에 위치하는 것이거나, 스위칭 소자와 GND 사이에 위치하는 것이다. 전하 흐름 방해 소자는 저항으로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서 적어도 하나 구비될 수 있다.
배터리 방전부(510)는 스위칭 소자로 트랜지스터를 이용할 수 있다. 본 실시예에서 배터리 방전부(510)는 스위칭 소자로 FET(Field Effect Transistor)를 이용할 수 있다. 그러나 스위칭 소자가 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 방전부(510)는 스위칭 소자로 NPN형 트랜지스터, PNP형 트랜지스터 등을 이용하는 것도 가능하다. 한편 배터리 방전부(510)는 스위칭 소자로 트랜지스터를 이용하지 않고 통상의 스위치를 이용하는 것도 가능하다.
배터리 상태 생성부(520)는 배터리 방전부(510)가 보조 배터리를 방전시킬 때에 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 기능을 수행한다.
도 6은 차량용 보조 배터리 모니터링 장치를 구성하는 배터리 상태 생성부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
배터리 상태 생성부(520)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 임피던스 추정부(521) 및 임피던스 기반 정보 생성부(522)를 포함할 수 있다.
임피던스 추정부(521)는 방전 회로에 포함된 전하 흐름 방해 소자의 양단에 걸리는 전압들을 기초로 보조 배터리의 내부 임피던스를 추정하는 기능을 수행한다.
임피던스 기반 정보 생성부(522)는 임피던스 추정부(521)에 의해 추정된 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 기능을 수행한다.
한편 배터리 상태 생성부(520)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 전압 측정부(523), 제2 전압 측정부(524), 전압차 산출부(525) 및 전압차 기반 정보 생성부(526)를 포함할 수 있다.
제1 전압 측정부(523)는 보조 배터리를 방전시키기 시작할 때 보조 배터리로부터 출력되는 제1 전압을 측정하는 기능을 수행한다. 제2 전압 측정부(524)는 미리 정해진 시간이 경과한 후 보조 배터리로부터 출력되는 제2 전압을 측정하는 기능을 수행한다. 제1 전압 측정부(523)와 제2 전압 측정부(524)는 동일 지점에서 제1 전압과 제2 전압을 각각 측정한다.
전압차 산출부(525)는 제1 전압과 제2 전압 사이의 전압차를 산출하는 기능을 수행한다.
전압차 기반 정보 생성부(526)는 전압차 산출부(525)에 의해 산출된 전압차를 기초로 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 기능을 수행한다.
다시 도 5를 참조하여 설명한다.
배터리 교체 판단부(530)는 배터리 상태 생성부(520)에 의해 생성된 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
배터리 교체 판단부(530)는 보조 배터리의 내부 상태 정보로 보조 배터리의 내부 임피던스가 생성되면 보조 배터리의 내부 임피던스가 제1 기준값 이상인지 여부를 기초로 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단할 수 있다.
배터리 교체 판단부(530)는 보조 배터리의 내부 임피던스가 제1 기준값 이상인 것으로 판단되면 보조 배터리의 열화 정도가 크다고 보고 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단한다. 반면 배터리 교체 판단부(530)는 보조 배터리의 내부 임피던스가 제1 기준값 미만인 것으로 판단되면 보조 배터리의 열화 정도가 작다고 보고 보조 배터리를 교체하지 않아도 되는 것으로 판단한다.
한편 상기에서 배터리 교체 판단부(530)는 최초에 생성된 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 제1 기준값을 결정할 수 있다. 배터리 교체 판단부(530)는 예컨대 최초에 생성된 보조 배터리의 내부 임피던스에 N(여기서 N은 0보다 큰 수)을 곱하여 얻은 값을 제1 기준값으로 결정할 수 있다.
배터리 교체 판단부(530)는 보조 배터리의 내부 상태 정보로 미리 정해진 시간을 두고 측정된 전압들 간 차이값이 생성되면 이 차이값이 제2 기준값 이상인지 여부를 기초로 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단할 수 있다.
배터리 교체 판단부(530)는 미리 정해진 시간을 두고 측정된 전압들 간 차이값이 제2 기준값 이상인 것으로 판단되면 보조 배터리의 열화 정도가 크다고 보고 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단한다. 반면 배터리 교체 판단부(530)는 차이값이 제2 기준값 미만인 것으로 판단되면 보조 배터리의 열화 정도가 작다고 보고 보조 배터리를 교체하지 않아도 되는 것으로 판단한다.
한편 상기에서 배터리 교체 판단부(530)는 최초에 생성된 전압들 간 차이값을 기초로 제2 기준값을 결정할 수 있다.
배터리 교체 요청부(540)는 배터리 교체 판단부(530)에 의해 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 보조 배터리의 교체를 요청하는 기능을 수행한다.
배터리 교체 요청부(540)는 차량의 AVN 시스템, 스피커 등을 통해 보조 배터리의 교체 필요 사실을 출력함으로써 보조 배터리의 교체를 요청할 수 있다. 또한 배터리 교체 요청부(540)는 사용자가 소지한 휴대 기기를 통해 보조 배터리의 교체 필요 사실을 출력함으로써 보조 배터리의 교체를 요청하는 것도 가능하다.
도 7은 차량용 보조 배터리 모니터링 장치에 추가될 수 있는 내부 구성들을 도시한 블록도이다.
차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)는 도 7에 도시된 바와 같이 배터리 온도 측정부(570) 및 배터리 방전 판단부(580)를 더 포함할 수 있다.
배터리 온도 측정부(570)는 보조 배터리의 표면 온도를 측정하는 기능을 수행한다.
배터리 방전 판단부(580)는 배터리 온도 측정부(570)에 의해 측정된 보조 배터리의 표면 온도가 미리 정해진 범위 이내인지 여부를 기초로 보조 배터리를 방전시킬 것인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
배터리 방전 판단부(580)는 보조 배터리의 표면 온도(T)가 미리 정해진 범위(ex. 0℃≤T≤45℃) 이내인 것으로 판단되면 배터리 방전부(510)를 구동시켜 보조 배터리가 방전되도록 한다. 반면 배터리 방전 판단부(580)는 보조 배터리의 표면 온도가 미리 정해진 범위 이내이지 않은 것으로 판단되면 배터리 방전부(510)를 구동시키지 않는다. 배터리 방전부(510)가 구동되지 않으면 보조 배터리는 방전되지 않는다.
다음으로 차량용 보조 배터리 모니터링 장치(500)의 작동 방법에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 보조 배터리 모니터링 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
먼저 배터리 방전부(510)가 스위칭 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시킨다(S810).
이후 배터리 상태 생성부(520)가 보조 배터리를 방전시킬 때에 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성한다(S820).
이후 배터리 교체 판단부(530)가 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단한다(S830).
보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면, 배터리 교체 요청부(540)가 보조 배터리의 교체를 요청한다(S840).
한편 S810 단계 이전에, 배터리 온도 측정부(570)가 보조 배터리의 표면 온도를 측정하고, 이후 배터리 방전 판단부(580)가 보조 배터리의 표면 온도가 미리 정해진 범위 이내인지 여부를 기초로 보조 배터리를 방전시킬 것인지 여부를 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 스위칭 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시키는 배터리 방전부;
    상기 보조 배터리를 방전시킬 때에 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 배터리 상태 생성부;
    상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 배터리 교체 판단부; 및
    상기 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 상기 보조 배터리의 교체를 요청하는 배터리 교체 요청부;를 포함하고,
    상기 배터리 방전부는 상기 회로로 상기 스위칭 소자의 일단에 위치하는 GND, 및 상기 스위칭 소자의 타단 또는 상기 스위칭 소자와 GND 사이에 위치하는 적어도 하나의 전하 흐름 방해 소자를 포함하는 회로를 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 방전부는 상기 스위칭 소자로 트랜지스터를 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 상태 생성부는,
    상기 회로에 포함된 전하 흐름 방해 소자의 양단에 걸리는 전압들을 기초로 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 추정하는 임피던스 추정부; 및
    상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 임피던스 기반 정보 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 교체 판단부는 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보로 상기 보조 배터리의 내부 임피던스가 생성되면 상기 보조 배터리의 내부 임피던스가 제1 기준값 이상인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배터리 교체 판단부는 최초에 생성된 상기 보조 배터리의 내부 임피던스를 기초로 상기 제1 기준값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  7. 스위칭 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시키는 배터리 방전부;
    상기 보조 배터리를 방전시킬 때에 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 배터리 상태 생성부;
    상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 배터리 교체 판단부; 및
    상기 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 상기 보조 배터리의 교체를 요청하는 배터리 교체 요청부;를 포함하고,
    상기 배터리 상태 생성부는,
    상기 보조 배터리를 방전시키기 시작할 때 상기 보조 배터리로부터 출력되는 제1 전압을 측정하는 제1 전압 측정부;
    미리 정해진 시간이 경과한 후 상기 보조 배터리로부터 출력되는 제2 전압을 측정하는 제2 전압 측정부;
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압 사이의 전압차를 산출하는 전압차 산출부; 및
    상기 전압차를 기초로 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 전압차 기반 정보 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  8. 스위칭 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시키는 배터리 방전부;
    상기 보조 배터리를 방전시킬 때에 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 배터리 상태 생성부;
    상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 배터리 교체 판단부; 및
    상기 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 상기 보조 배터리의 교체를 요청하는 배터리 교체 요청부;를 포함하고,
    상기 배터리 교체 판단부는 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보로 미리 정해진 시간을 두고 측정된 전압들 간 차이값이 생성되면 상기 차이값이 제2 기준값 이상인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 배터리의 표면 온도를 측정하는 배터리 온도 측정부; 및
    상기 보조 배터리의 표면 온도가 미리 정해진 범위 이내인지 여부를 기초로 상기 보조 배터리를 방전시킬 것인지 여부를 판단하는 배터리 방전 판단부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량용 보조 배터리 모니터링 장치는 상기 보조 배터리로 상기 차량의 e-call(emergency call) 시스템에 구비된 배터리를 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 장치.
  11. 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자의 일단에 위치하는 GND, 및 상기 스위칭 소자의 타단 또는 상기 스위칭 소자와 상기 GND 사이에 위치하는 적어도 하나의 전하 흐름 방해 소자를 포함하는 회로를 이용하여 차량에 구비된 보조 배터리를 방전시키는 단계;
    상기 보조 배터리를 방전시킬 때에 상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 생성하는 단계;
    상기 보조 배터리의 내부 상태 정보를 기초로 상기 보조 배터리를 교체해야 하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 보조 배터리를 교체해야 하는 것으로 판단되면 상기 보조 배터리의 교체를 요청하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 배터리 모니터링 방법.
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