KR20150007052A - 통신라인에 고장 발생 시 통신 프로토콜을 변경하는 마이크로프로세서 및 이를 포함하는 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신라인에 고장 발생 시 통신 프로토콜을 변경하는 마이크로프로세서 및 이를 포함하는 통신 시스템을 개시한다. 상기 마이크로프로세서는 2이상의 통신라인 중 어느 하나의 라인에 고장이 발생한 경우, 나머지 통신라인만으로도 데이터의 송수신이 가능하도록 통신 프로토콜을 변경한다.

Description

통신라인에 고장 발생 시 통신 프로토콜을 변경하는 마이크로프로세서 및 이를 포함하는 통신 시스템{MICROPROCESSOR CHANGING COMMUNICATION PROTOCOL WHEN MALFUNCTION HAS OCCURRED IN THE COMMUNICATION LINE AND COMMUNICATION SYSTEM INCLUDING THEREOF}

본 발명은 마이크로프로세서 및 통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통신라인에 고장 발생 시 통신 프로토콜을 변경하는 마이크로프로세서 및 이를 포함하는 통신 시스템에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전동 모터에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 통상적으로 다수의 단위 셀(cell)을 포함하는 배터리 모듈들이 직렬 또는 병렬로 연결된 구조를 가진다. 또한, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 포장재 등을 포함하며, 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능한 구조를 가진다.

또한, 상기 배터리 팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 알고리즘을 실행하여 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 것이 일반적이다.

그런데 근래 들어 복수 개의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬로 연결되는 멀티 모듈 구조를 가지는 배터리 팩이 보편적으로 이용됨에 따라 각 모듈 별로 BMS를 독립적으로 설치하고 하나의 마스터와 다수의 슬레이브 관계로 BMS의 상호 관계를 설정하여 배터리 모듈을 통합적으로 제어하는 방법이 사용되고 있다.

상기 마스터 BMS로 설정된 마스터 유닛은 배터리 팩의 충방전이 이루어지는 동안 전체 배터리 모듈의 상태를 모니터하기 위해 각각의 슬레이브 BMS로 설정된 슬레이브 유닛과 통신을 수행하여 각각의 슬레이브 유닛이 관리하는 배터리 모듈에 대한 전기적 상태 정보(전압, 전류, 온도 등)를 취합하고 전압의 평활화나 배터리 시스템의 보호 등을 위해 필요한 제어 명령이나 슬레이브 유닛에서 필요로 하는 데이터를 전달한다.

상기와 같은 데이터의 송수신을 위해 마스터 유닛과 슬레이브 유닛은 통신라인을 통해 연결되고, 상기 통신라인에 따른 통신 프로토콜을 사용하여 데이터를 송수신한다. 이에 대한 종래기술로서 대한민국 공개특허공보 10-2012-0049225의 [0027]문단을 참조하면, SPI 포트에 의해서 유닛들이 데이트를 송수신하는 예로 기재하고 있다.

한편, 상기 SPI 통신 프로토콜은 DATA 송신 및 수신을 위한 라인과 동기화를 위한 클럭(clock) 라인으로 적어도 2이상의 통신라인을 필요로 한다. 따라서, 상기 2 통신라인 중 어느 하나가 단선이 되는 등 고장이 발생한 경우, 나머지 통신라인이 정상적으로 연결되어도 더 이상의 데이터 통신이 불가능하다. 따라서, 상기와 같은 고장 발생 상황에서도 데이터를 주고 받을 수 있는 해결 방법이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 통신라인에 고장 발생 시 통신 프로토콜을 변경하는 마이크로프로세서 및 이를 포함하는 통신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로프로세서는 적어도 2이상의 통신라인을 통해 데이터를 송수신하는 통신 프로토콜을 가진 마이크로프로세서로서, 상기 적어도 2이상의 통신라인을 이용한 제1 통신 프로토콜로 데이터를 송수신하다가 상기 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 하나의 통신라인으로 데이터의 송수신이 가능하도록 상기 제1 통신 프로토콜에서 제2 통신 프로토콜로 변경한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 통신 프로토콜은 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 프로토콜이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 통신 프로토콜은, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 UART는, 전송 속도 트레이닝을 가진 저속UART(Low Speed UART)이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신 시스템은, 마이크로프로세서 및 데이터를 송수신하기 위한 통신 프로토콜 디코더/인코더를 가진 마스터 유닛; 상기 통신 프로토콜 디코더/인코더를 가진 슬레이브 유닛; 및 상기 마스터 유닛 및 슬레이브 유닛을 연결하는 적어도 2이상의 통신라인;을 포함하는 통신 시스템으로서, 상기 마이크로프로세서는, 상기 마스터 유닛 및 슬레이브 유닛이 상기 적어도 2이상의 통신라인을 이용한 제1 통신 프로토콜로 데이터를 송수신하다가 상기 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 하나의 통신라인으로 데이터의 송수신이 가능하도록 상기 제1 통신 프로토콜에서 제2 통신 프로토콜로 변경한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 통신 프로토콜은, SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 프로토콜이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 통신 프로토콜은, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 UART는, 전송 속도 트레이닝을 가진 저속UART(Low Speed UART)이다.

본 발명에 따른 통신 시스템은 통신 시스템; 및 상기 통신 시스템에 포함된 마스터 유닛 및 슬레이브 유닛에 연결된 복수의 이차전지;를 포함하는 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다. 이때, 상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기가 될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생하여도 나머지 통신라인을 통해서 데이터의 송수신이 가능하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전송 속도 트레이닝을 가진 통신 프로토콜을 사용하여 고정밀도를 가진 오실레이터가 필요하지 않다. 따라서, 낮은 비용으로 통신 시스템을 생산할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 저속 UART의 로직 신호 출력 파형에 대한 예시도이다.

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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 통신 시스템(100)은 평상시 적어도 2이상의 통신라인을 통해서 데이터를 송수신한다. 그리고, 상기 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 하나의 통신라인으로 데이터를 송수신한다.

본 명세서에서는 상기 두 가지 경우를 구별하기 위해, 적어도 2이사의 통신라인을 통해서 데이터를 송수신할 때 사용되는 통신 프로토콜을 '제1 통신 프로토콜'이라고 명명한다. 그리고, 상기 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생하여 하나의 통신라인으로 데이터를 송수신할 때 사용되는 통신 프로토콜을 '제2 통신 프로토콜'이라고 명명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 통신 시스템(100)은 마스터 유닛(110) 및 슬레이브 유닛(120)을 포함한다. 상기 마스터 유닛(110) 및 슬레이브 유닛(120)은 통신라인을 통해 연결된다.

상기 마스터 유닛(110)은 통신라인의 고장 발생여부를 판단할 수 있고, 고장발생시 통신 프로토콜을 변경할 수 있는 마이크로프로세서를 가지고 있다.

상기 슬레이브 유닛(120)은 데이터의 송수신을 위해 상기 통신 프로토콜에 따른 디코더 및 인코더를 가지고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 통신 프로토콜은 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 프로토콜이다. SPI 통신을 위해서는 적어도 2개의 통신라인이 필요하다. 하나는 데이터 송수신을 위한 라인(DATA I/O)이고, 나머지 하나는 동기화를 위한 라인(CLOCK)이다. 상기 SPI 통신 프로토콜은 본 발명에 속하는 기술 분야의 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 2개의 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 상기 마스터 유닛(110)과 슬레이브 유닛(120)은 데이터의 송수신이 불가능하다. 따라서, 상기 마스터 유닛(110)에 포함된 마이크로프로세서는 하나의 통신라인으로도 데이터의 송수신이 가능하도록 제1 통신 프로토콜에서 제2 통신 프로토콜로 통신 프로토콜을 변경한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 통신 프로토콜은 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)이다.

도 2를 참조하면, 하나의 통신라인에 고장이 발생하여, 나머지 통신라인을 통해 데이터를 송수신하는 것을 확인할 수 있다. 상기 예시인 UART는 본 발명이 속하는 기술 분야의 공지 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 통신 프로토콜은 저속 UART(Low Speed UART)이다.

도 3은 본 발명에 따른 저속 UART의 로직 신호 출력 파형에 대한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 저속 UART 로직 신호는 메인 데이터 앞에 '전송 속도 트레이닝' 구간을 가진다. 상기 슬레이브 유닛(120)이 디코더/인코더만 가지고 있고, CPU를 가지고 있지 않는 경우, 상기 '전송 속도 트레이닝' 구간을 통해서 전송 속도의 동기화가 이루어지므로 고정밀도를 가진 오실레이터가 필요하지 않다. 이 경우, 상기 슬레이브 유닛(120)을 낮은 비용으로 생산할 수 있다. 한편, 상기 전송 도 트레이닝 구간의 로직 파형은 다양하게 설계할 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 통신 시스템(100)은 상기 마스터 유닛(110) 및 슬레이브 유닛(120)에 연결된 복수의 이차전지를 포함하는 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다. 이 경우, 상기 마스터 유닛(110)은 앞서 설명한 마스터 BMS 역할을 하고 상기 슬레이브 유닛(120)은 앞서 설명한 슬레이브 BMS 역할을 한다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 팩과 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.

상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.

본 발명에 따르면, 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생하여도 나머지 통신라인을 통해서 데이터의 송수신이 가능하다. 또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전송 속도 트레이닝을 가진 통신 프로토콜을 사용하여 고정밀도를 가진 오실레이터가 필요하지 않다. 따라서, 낮은 비용으로 통신 시스템을 생산할 수 있다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

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.

100 : 통신 시스템
110 : 마스터 유닛
120 : 슬레이브 유닛

Claims (11)

1. 적어도 2이상의 통신라인을 통해 데이터를 송수신하는 통신 프로토콜을 가진 마이크로프로세서에 있어서,
   상기 마이크로프로세서는, 상기 적어도 2이상의 통신라인을 이용한 제1 통신 프로토콜로 데이터를 송수신하다가 상기 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 하나의 통신라인으로 데이터의 송수신이 가능하도록 상기 제1 통신 프로토콜에서 제2 통신 프로토콜로 변경하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 통신 프로토콜은, SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 프로토콜인 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 통신 프로토콜은, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)인 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서.
4. 제3항에 있어서,
   상기 UART는, 전송 속도 트레이닝을 가진 저속UART(Low Speed UART)인 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서.
5. 마이크로프로세서 및 데이터를 송수신하기 위한 통신 프로토콜 디코더/인코더를 가진 마스터 유닛;
   상기 통신 프로토콜 디코더/인코더를 가진 슬레이브 유닛; 및
   상기 마스터 유닛 및 슬레이브 유닛을 연결하는 적어도 2이상의 통신라인;을 포함하는 통신 시스템에 있어서,
   상기 마이크로프로세서는, 상기 마스터 유닛 및 슬레이브 유닛이 상기 적어도 2이상의 통신라인을 이용한 제1 통신 프로토콜로 데이터를 송수신하다가 상기 통신라인 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 하나의 통신라인으로 데이터의 송수신이 가능하도록 상기 제1 통신 프로토콜에서 제2 통신 프로토콜로 변경하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 통신 프로토콜은, SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 프로토콜인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제2 통신 프로토콜은, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 UART는, 전송 속도 트레이닝을 가진 저속UART(Low Speed UART)인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 통신 시스템; 및
   상기 통신 시스템에 포함된 마스터 유닛 및 슬레이브 유닛에 연결된 복수의 이차전지;를 포함하는 배터리 팩.
10. 제9항에 따른 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 부하는 전기 구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.

Images