KR20150069899A - 기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템 및 그 제어 방법, 그리고 이를 위한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체 - Google Patents

기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템 및 그 제어 방법, 그리고 이를 위한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 메인 프로세서와 모니터링 프로세서와 워치독 프로세서를 조합하여 전압 모니터링, 태스크 모니터링, 워치독 모니터링을 수행함으로써 차량용 배터리의 기능안전을 달성하는 차량용 배터리 제어 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 차량용 배터리의 전류 또는 전압의 변동으로 인한 전자장치의 파손을 방지할 수 있고 전자제어 유닛의 태스크 순서 오류나 실행 지연 그리고 전자제어 유닛의 알고리즘 수행 오류로 인해 유발될 수 있는 오작동을 방지할 수 있어 차량용 배터리의 기능안전을 보장할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명에 따르면 전압 모니터링을 통해 오작동 가능성을 검출하면 배터리 관리시스템을 리셋시킴으로써 시스템이 영구 중단되지 않고 작동을 유지할 수 있는 장점이 있다.

Description

기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템 및 그 제어 방법, 그리고 이를 위한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체{VEHICLE BATTERY MANAGEMENT SYSTEM CONSIDERING FUNCTIONAL SAFETY AND CONTROLLING METHOD OF THE SAME, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM FOR THE SAME}
본 발명은 일반적으로 차량용 배터리의 제어 기술에 관한 것으로, 특히 메인 프로세서와 모니터링 프로세서와 워치독 프로세서를 조합하여 전압 모니터링, 태스크 모니터링, 워치독 모니터링을 수행함으로써 차량용 배터리의 기능안전(functional safety)을 달성하는 차량용 배터리 제어 기술에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 배터리가 장착되어 있다. 이러한 차량용 배터리는 기본적으로는 엔진을 구동시키기 위한 것이었으나 최근에는 각종의 전자장치로 전력을 공급하는 용도로도 사용된다. 최근들어 전자제어 유닛을 비롯한 각종의 전자장치들이 차량에 적용되고 있는데, 그에 따라 배터리가 더욱 중요해지고 있다. 또한 하이브리드 자동차와 전기 자동차가 등장함에 따라 차량용 배터리에 대한 관리의 중요성이 더욱더 크게 부각되고 있다.
배터리의 성능이 차량 성능에 많은 영향을 미치고 나아가 배터리는 안전에도 중요한 요인이 되므로 배터리를 적시에 교체하는 등 배터리 자체의 품질을 양호하게 유지하는 것 뿐만 아니라 배터리의 충전상태와 건강상태를 온전하게 관리할 수 있는 배터리 관리시스템의 중요성이 더욱 커지고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 메인 프로세서와 모니터링 프로세서와 워치독 프로세서를 조합하여 전압 모니터링, 태스크 모니터링, 워치독 모니터링을 수행함으로써 궁극적으로는 차량용 배터리에 대해 기능안전을 담보할 수 있는 차량용 배터리 제어 기술을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 차량용 배터리로부터 입력되는 전류 또는 전압 값의 변동으로 인한 전자장치의 파손을 방지하고, 배터리 관리시스템의 태스크(task) 순서 오류 또는 실행 지연으로 인한 배터리 관리시스템의 오작동을 방지할 수 있는 차량용 배터리 제어 기술을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 전자제어 유닛에서의 알고리즘 수행 오류로 인해 발생할 수 있는 배터리 관리시스템의 오작동을 방지할 수 있는 차량용 배터리 제어 기술을 제공하는 것이다.
이상과 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리 관리시스템은, 차량용 배터리의 출력 전류와 온도를 측정하는 배터리 센서부(200); 배터리 센서부에서 획득된 정보를 이용하여 차량용 배터리의 충전상태(SOC)와 건강상태(SOH)를 관리하는 미리 설정된 연산을 중복 실행하고 그 연산 결과에 따라 차량용 배터리의 충전상태와 건강상태를 관리하며, 위 연산의 중복 실행 결과와 태스크의 실행 상태를 검사하고 그 검사 결과를 메모리에 저장하는 마이크로컨트롤러(320); 차량용 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 범위를 벗어나는 경우와 검사 결과가 반복하여 비정상으로 나타난다고 판단되는 경우에 마이크로컨트롤러를 리셋하는 워치독 프로세서(310);를 포함하여 구성된다. 이때, 메인 프로세서의 연산 결과에 따른 냉각제어 신호에 대응하여 차량용 배터리의 온도 제어를 수행하는 배터리 냉각기(210);를 더 포함할 수 있다.
이때, 마이크로컨트롤러(320)는, 배터리 센서부에서 획득된 정보를 이용하여 배터리의 충전상태(SOC)와 건강상태(SOH)를 관리하는 미리 설정된 연산을 중복 실행하여 저장하고 그 연산 결과에 따라 차량용 배터리의 충전상태와 건강상태를 관리 동작을 수행하는 메인 프로세서(326); 메인 프로세서의 동작 순서에 오류가 발생하거나 메인 프로세서의 동작 시간이 미리 설정된 시간을 초과하거나 중복 연산된 결과가 상이한 경우에 에러카운터를 증가시키는 모니터링 프로세서(323); 메인 프로세서의 동작 순서 및 동작 시간, 그리고 중복 연산된 결과를 저장하는 메모리(324);를 포함하여 구성되고, 워치독 프로세서(310)는 메모리에 저장된 에러카운터 값이 미리 설정된 임계치 이상인 경우에 마이크로컨트롤러를 리셋시킨다.
또한, 워치독 프로세서(310)는 차량용 배터리의 출력 전압을 검출하기 위한 AD 변환기를 구비하여 클럭이 발생할 때마다 차량용 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 범위를 벗어나는지 여부를 검사할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기능안전을 고려한 차량용 배터리 제어 방법은, 마이크로컨트롤러가 차량용 배터리의 출력 전류와 온도 정보를 획득하는 단계; 마이크로컨트롤러가 차량용 배터리의 출력 전류와 온도 정보를 이용하여 배터리의 충전상태(SOC)와 건강상태(SOH)를 관리하는 미리 설정된 연산을 중복 실행하는 단계; 마이크로컨트롤러가 중복 실행 결과 및 연산 결과에 따른 태스크 실행 상태에 대한 검사 결과를 저장하는 단계; 워치독 프로세서가 차량용 배터리의 출력 전압을 검사하여 미리 설정된 기준치 범위를 벗어나는 경우 마이크로컨트롤러를 리셋하는 단계;를 포함하여 구성된다.
이때, 본 발명에 따른 방법은, 마이크로컨트롤러가 태스크의 동작 순서의 오류가 발생하거나 태스크의 동작 시간이 미리 설정된 시간을 초과하거나 중복 실행된 결과가 서로 상이한 경우에 에러카운터를 증가시키는 단계; 워치독 프로세서가 에러카운터를 체크하여 미리 설정된 임계치 이상인 경우에 마이크로컨트롤러를 리셋하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 이상과 같은 기능안전을 고려한 차량용 배터리 제어 방법을 실행시키기 위한 차량용 배터리 제어 프로그램을 기록한 것이다.
본 발명의 차량용 배터리 관리시스템에 따르면 차량용 배터리의 전류 또는 전압의 변동으로 인한 전자장치의 파손을 방지할 수 있고 전자제어 유닛의 태스크 순서 오류나 실행 지연으로 인한 오작동을 방지할 수 있어 차량용 배터리의 기능안전을 보장할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 차량용 배터리 관리시스템에 따르면 전자제어 유닛의 알고리즘 수행 오류로 인해 유발될 수 있는 오작동을 방지할 수 있어 차량용 배터리의 기능안전을 보장할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 차량용 배터리 관리시스템에 따르면 전압 모니터링을 통해 오작동 가능성을 검출하면 배터리 관리시스템을 리셋시킴으로써 시스템이 영구 중단되지 않고 작동을 유지할 수 있는 장점이 있다.
[도 1]은 차량용 배터리를 관리하기 위한 일반적인 구성을 나타내는 도면,
[도 2]는 본 발명에 따른 차량용 배터리 관리시스템의 동작 구조를 개념적으로 나타낸 도면,
[도 3]은 본 발명에서 전자제어 유닛의 내부 블록 구성도,
[도 4]는 본 발명의 메인 프로세서에서 배터리 관리를 위한 제어 순서도,
[도 5]는 본 발명의 모니터링 프로세서에서 메인 프로세서의 동작을 감시하기 위한 제어 순서도,
[도 6]은 본 발명의 워치독 프로세서에서 마이크로컨트롤러를 리셋하기 위한 제어 순서도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 도면에서 동일한 구성요소는 가급적 동일한 부호로 나타내었다. 이때 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 도면에 나타낸 형태나 배치에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 수도 있다.
[도 1]은 차량용 배터리(2)를 관리하기 위한 일반적인 구성을 나타내는 도면으로서 BMS(1), 전류센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈(5), 메인 스위치(6), 전자제어 유닛(7), 인버터(8), 모터 제너레이터(9)로 이루어진다.
먼저, 배터리(2)는 일반적으로 전지 셀이 직렬로 연결되어 구성되는데, 그 중간에 안전스위치를 구비할 수 있다. 이때 안전 스위치는 배터리를 교체할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온/오프할 수 있는 스위치이다. 또한 배터리(2)의 양단 출력은 인버터(8)와 연결된다.
전류센서(3)는 배터리(2)의 출력전류를 측정하여 BMS(1)의 센서부(10)로 출력한다. 냉각팬(4)은 BMS(1)의 제어신호에 의해 작동되는데, 배터리(2)를 냉각시켜 배터리 열화 또는 충방전 효율 저하를 방지한다. 퓨즈(5)는 배터리(2)에 과전류가 흐르는 것을 방지한다. 메인 스위치(SW1; 6)는 전체 시스템을 온오프 제어하기 위한 것으로 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면 BMS(1) 또는 차량 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)를 오프한다.
BMS(Battery Management System; 1)는 센서부(10), MCU(20), 내부전원 공급부(30), 셀밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋부(80), 외부인터페이스(90)를 구비한다.
센서부(10)는 배터리 전류, 배터리 전압, 배터리 온도를 측정하여 MCU(20)에 전달한다. MCU(20)는 센서부(10)로부터 전달받은 정보에 기초하여 배터리(2)의 충전상태(State Of Charging, 이하 'SOC'), 건강상태(State Of Health, 이하 'SOH') 등과 같은 배터리 상태정보를 생성하고 차량 ECU(7)로 전달한다. 그에 따라, 차량 ECU(7)는 BMS(1)의 MCU(20)로부터 전달된 SOC 및 SOH에 기초하여 배터리(2)의 충방전 제어를 수행한다.
내부전원 공급부(30)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(1)에 전원을 공급하는 장치이다. 셀밸런싱부(40)는 충전상태가 비교적 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀은 충전시켜 셀들의 충전상태의 균형을 맞춘다. 저장부(50)는 동작 전원이 오프될 때 SOC, SOH 등의 데이터를 저장한다. 통신부(60)는 ECU(7)와 통신을 수행한다. 보호회로부(70)는 외부의 충격, 과전류, 저전압 등으로부터 배터리(2)를 보호하는 회로이다. 파워온 리셋부(80)는 동작 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다. 외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4), 메인 스위치(6) 등과 같은 보조장치들을 MCU(20)에 연결한다.
차량 ECU(7)는 액셀러레이터, 브레이크, 차량 속도 등의 정보에 기초하여 토크 값을 결정하고 모터 제너레이터(9)의 출력이 토크 값에 맞도록 제어한다. 또한 ECU(7)는 MCU(20)로부터 전달되는 배터리(2)의 SOC를 전달받아 배터리(2)의 SOC가 목표값(예: 55%)이 되도록 제어한다.
인버터(8)는 ECU(7)의 제어신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 제어하고, 모터 제너레이터(9)는 배터리(2)의 전기에너지를 이용하여 ECU(7)로부터 전달되는 토크 값에 따라 차량을 구동한다.
이상의 형태를 갖는 차량용 배터리 관리시스템에서는 아래와 같은 문제점이 발생할 수 있다.
첫째, 배터리 관리시스템(BMS)을 구성하는 마이크로컨트롤러(MCU)와 전자제어 유닛(ECU) 등에 인가되는 전압이 소정 범위를 벗어날 수 있다. 이러한 경우 배터리 관리시스템을 제어하는 마이크로컨트롤러와 전자제어 유닛이 파손되거나 작동이 멈추는 현상이 발생할 수 있다.
둘째, 배터리 관리시스템의 태스크 순서가 잘못되거나 태스크의 실행 지연으로 인해 배터리 관리시스템의 오작동이 발생할 수 있다.
셋째, 알고리즘 결과의 오류로 인해 배터리 관리시스템에서 오작동이 발생할 수 있다.
이와 같은 문제가 발생하면 배터리의 온도, 충전 상태, 건강 상태 등을 제어할 수 없거나 잘못된 제어 명령을 출력하게 된다. 이로 인해 배터리의 수명 단축, 효율 저하, 폭발이 일어나고 차량에 필요한 전력을 제공할 수 없게 되어 차량의 안전에 심각한 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이러한 우려까지도 해소할 수 있도록 기능안전을 고려한 배터리 관리 기술을 제공한다. 그러면 본 발명에 따른 배터리 관리시스템의 전체 구성도를 [도 2]를 참조하여 살펴본다.
[도 2]는 본 발명에 따른 차량용 배터리 관리시스템의 동작 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. [도 2]를 참조하면 본 발명에 따른 차량용 배터리 관리시스템은 배터리(100)를 제어하기 위한 구성으로서 배터리 센서부(200), 배터리 냉각기(210), 전자제어 유닛(300)으로 구성된다.
배터리 냉각기(210)는 배터리(100)를 냉각시키기 위한 구성으로서 팬을 이용하여 공랭식으로 구성하거나 액체나 기체 상태의 냉매제를 이용하는 등, 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
배터리 센서부(200)는 전류 측정부(201)와 온도 측정부(202)를 구비하여 이루어진다. 전류 측정부(201)는 배터리(100)의 출력 전류를 측정하여 전류 정보를 전자제어 유닛(300)으로 제공한다. 또한 온도 측정부(202)는 배터리(100)의 온도를 측정하여 온도 정보를 전자제어 유닛(300)으로 제공한다. 배터리(100)의 출력 전압은 전자제어 유닛(300)으로 직접 전달될 수 있다.
전자제어 유닛(300)은 배터리 센서부(200)를 통해 제공된 전류, 전압 정보를 이용하여 배터리(100)의 상태를 검사하고 냉각제어를 수행할 수 있다. 즉, 전자제어 유닛(300)은 실시간으로 측정되는 배터리 상태 정보와 미리 저장된 배터리 제어 정보에 근거하여 배터리 냉각기(210)를 통해 배터리(100)의 온도를 제어하고 배터리(100)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 전자제어 유닛(300)이 수행하는 배터리 충전 및 방전 제어에 대해서는 일반적으로 널리 알려진 기술을 사용할 수 있다. 전자제어 유닛(300)은 내부에 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-digital converter, ADC) 모듈을 포함하여 배터리(100)의 전압을 측정할 수 있다. 또한 전자제어 유닛(300)은 실시간으로 측정된 배터리 온도에 따라 배터리 냉각기(210)를 제어하여 배터리(100)의 온도를 제어할 수 있다. 뿐만 아니라 전자제어 유닛(300)은 실시간으로 측정된 전류, 전압, 온도에 따라 배터리(100)의 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)를 판단할 수 있다.
[도 3]은 본 발명에 따른 차량용 배터리 관리시스템에서 전자제어 유닛(300)의 내부 블록 구성도이다. 본 발명에서 전자제어 유닛(300)은 기능 안전을 보장하기 위한 구성으로서 마이크로컨트롤러(Microcontroller; 320)와 워치독 프로세서(Watchdog Processor; 310)를 포함한다. 이때, 워치독 프로세서(310)는 마이크로컨트롤러(320)의 작동을 모니터링하는 모듈이다.
전자제어 유닛(300)은 메인 프로세서(326), 모니터링 프로세서(323), 워치독 프로세서(310)의 유기적인 협조 동작에 의해 배터리 관리 기능을 수행한다. 본 발명에 따른 전자제어 유닛(300)은 기능 안전을 보장하기 위해 전압 모니터링(Voltage Monitoring), 태스크 모니터링(Task Monitoring), 워치독 모니터링(Watchdog Monitoring)을 수행한다. 워치독 모니터링은 알고리즘 결과 비교(Algorithm Result Comparison)를 수행하는 것이다.
먼저, 워치독 프로세서(310)는 마이크로컨트롤러(320)와 통신하기 위한 제 1 통신부(311)와 배터리(100)의 출력 전압을 디지털 값으로 변환하기 위한 제 1 AD 변환기(312)를 포함한다. 매 클럭(clock)마다 워치독 프로세서(310)는 배터리(100)의 출력 전압을 모니터링하며, 미리 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에는 마이크로컨트롤러(320)의 리셋을 수행한다.
또한 워치독 프로세서(310)는 배터리 관리의 연산 수행 결과를 모니터링 프로세서(323)가 메모리(324)로부터 읽어들여 모니터링한다. 또한 워치독 프로세서(310)는 모니터링 프로세서(323)가 수행한 모니터링 결과에 따라 필요하다면 마이크로컨트롤러(320)의 리셋을 수행한다. 이때 리셋 여부 판단은 에러카운터 값을 이용할 수 있다. 워치독 프로세서(310)의 동작에 대해서는 후술되는 순서도를 참조하여 더 상세히 살펴본다.
또한 워치독 프로세서(310)와 마이크로컨트롤러(320)간은 예컨대 SPI(Serial Peripheral Interface)와 같은 제 1 통신부(311)와 제 2 통신부(321)를 통해 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 SPI 통신은 4선을 사용하여 주변 장치와 연결하는 풀듀플렉스 동기식 직렬 인터페이스로서 2개의 데이터 회선과 2개의 제어 회선으로 되어 있고, MOSI(Master Out Slave In)나 MISO(Master In Slave Out) 등과 같은 주종관계 통신을 수행한다. 이때, 워치독 프로세서(310)에 의해 마이크로컨트롤러(320)가 리셋되는 동안에는 제 1 통신부(311)와 제 2 통신부(321)간은 통신을 차단하는 것이 바람직하다.
다음으로 마이크로컨트롤러(320)의 구성에 대하여 살펴본다. 마이크로컨트롤러(320)는 워치독 프로세서(310)와 통신을 위한 제 2 통신부(321)를 포함하며, 배터리(100)의 출력 전압을 디지털 값으로 변환하기 위한 제 2 AD 변환기(322)를 포함한다. 또한 마이크로컨트롤러(320)는 메인 프로세서(326), 모니터링 프로세서(323), 메모리(324)를 포함한다. 마이크로컨트롤러(320)는 배터리(100)의 상태 정보(온도, 전압, 전류)를 획득하는데, 이들 상태 정보는 메인 프로세서(326)로 제공된다.
메인 프로세서(326)는 배터리(100) 관리를 위한 연산을 실행하고 해당 실행 결과를 메모리(324)에 저장한다. 예를 들어, 메인 프로세서(326)는 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)와 같은 배터리(100) 관리를 위한 태스크를 수행하고, 그 결과를 메모리(324)에 저장할 수 있다. 이때, 본 발명에서 메인 프로세서(326)는 배터리 관리를 위한 알고리즘을 두 번 반복해서 이중 실행한다. 가령, 배터리(100) 충전 상태(SOC) 관리를 위한 알고리즘을 수행한다면 이를 두 번 반복하여 이중 실행하고, 그 실행 결과를 메모리(324)에 저장한다. 이를 통해 태스크의 알고리즘 실행 결과의 신뢰성을 체크할 수 있다.
모니터링 프로세서(323)는 메인 프로세서(326)가 실행하는 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)와 같은 배터리 관리를 위한 태스크 실행 순서와 실행 시간을 모니터링한다. 또한 모니터링 프로세서(323)는 각 태스크들이 알고리즘에서 의도하였던 미리 설정된 알맞은 순서대로 실행되지 않거나 각 태스크의 실행 시간이 미리 설정된 임계시간을 초과하여 소요된다면 메모리(324)에 저장된 에러카운터(Error Counter; 325)를 증가시킨다. 또한 모니터링 프로세서(323)는 메모리(324)에 저장된 알고리즘 이중 실행 결과를 읽어와 상호간 비교하여 서로 상이하거나 이들 어느 하나에 오류가 발견될 시 에러카운터(325)를 증가시킨다.
이처럼 모니터링 프로세서(323)는 배터리 관리를 위한 태스크들을 실행하는 도중에 오류가 발생하면 에러카운터(325)를 증가시켜 메모리(324)에 저장한다. 이에 따라 워치독 프로세서(310)는 메모리(324)로부터 에러카운터(325)를 판독하여 미리 설정된 임계값(Threshold)을 초과하였다면 마이크로컨트롤러(320)에 대해 리셋을 실행한다. 이때 워치독 프로세서(310)와 마이크로컨트롤러(320)간은 바람직하게는 메모리(324)를 공유하는 방식으로 구성된다. 이렇게 공유된 메모리(324)는 통신에 필요한 버퍼 역할을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 마이크로컨트롤러(320)와 워치독 프로세서(310)는 제 1 통신부(311)와 제 2 통신부(321)를 통해 SPI와 같은 통신 경로를 구비한다. 이를 통해, 워치독 프로세서(310)는 마이크로컨트롤러(320)의 메모리(324)를 액세스할 수 있고, 메인 프로세서(326)는 워치독 프로세서(310)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 메인 프로세서(326)는 워치독 프로세서(310)의 전압 기준치 등을 수정하는 등의 제어동작을 수행할 수 있다.
[도 4]는 본 발명의 차량용 배터리 관리시스템에서 메인 프로세서(326)가 수행하는 동작을 나타내는 도면이다.
메인 프로세서(326)는 S400 단계에서 특정 태스크(예: 엔진 제어, 브레이크 제어)를 수행하거나 또는 대기상태일 수 있다.
메인 프로세서(326)는 S402 단계로 진행하여 미리 설정된 배터리 관리 시점이 도래하였는가를 검사한다. 배터리(100) 관리 시점은 미리 설정된 주기 단위로 배터리를 관리할 수도 있고, 배터리 센서부(200)로부터 제공된 정보를 이용하여 전류, 전압, 온도에 따라 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)에 대한 처리가 요구되는가를 검사하는 것이 될 수도 있다.
S402 단계의 검사결과 배터리(100)의 관리가 필요하면 메인 프로세서(326)는 S404 단계로 진행하여 배터리(100) 관리를 위하여 미리 설정된 알고리즘에 따른 연산을 2회 연속하여 실행한다. 이때, 배터리 관리 알고리즘은 배터리 센서부(200)로부터 획득된 정보에 근거하여 배터리(100)를 관리하는 것이 바람직한데, 예컨대 온도 제어가 필요하다고 판단되면 냉각제어 알고리즘을 수행하고 배터리 충방전이 필요하다고 판단되면 배터리 충방전 제어 알고리즘을 수행한다. S404 단계에서는 배터리 관리 알고리즘을 2회 이중 실행(중복 실행)하여 이후에 비교할 수 있도록 하는데, 이를 통해 신뢰성을 확보할 수 있다. 본 발명에서는 실행 횟수를 2회로 한정하는 것은 아니며 복수 회 수행하는 것으로 해석되어야 한다.
그리고 나서 메인 프로세서(326)는 S406 단계로 진행하여 2회 연산된 값을 메모리(324)의 해당 영역에 각각 저장한다. 이때, 연산의 소요 시간과 연산 순서 등을 메모리(324)에 저장하는 것이 바람직하다.
S408 단계에서 메인 프로세서(326)는 알고리즘 연산 결과에 따라 배터리(100)를 제어한다. 이때, 첫번째 연산결과를 이용할 수도 있고 두번째 연산결과를 이용할 수도 있다. 기본적으로 동일 연산을 2회 반복하여 수행한 것이므로 정상 상태라면 어떠한 연산결과를 이용하더라도 배터리 제어결과는 동일하다. 다만, 연산의 오류가 존재하는 경우라면 이중 연산된 결과가 다를 수 있다. 본 발명에서는 이처럼 연산 결과가 다르면 모니터링 프로세서(323)와 워치독 프로세서(310)에 의해 대응 동작이 이루어지도록 하여 신뢰도를 높인다.
이때, S406 단계와 S408 단계는 동시에 이루어질 수도 있고 [도 4]와는 반대의 순서로 이루어질 수도 있다. 예컨대 S408 단계가 먼저 수행되고 S406 단계가 나중에 수행될 수도 있다.
[도 5]는 본 발명의 차량용 배터리 관리시스템에서 모니터링 프로세서(323)가 수행하는 동작을 나타내는 도면이다.
모니터링 프로세서(323)는 S500 단계에서 대기상태를 유지한다.
모니터링 프로세서(323)는 S502 단계로 진행하여 메인 프로세서(326)의 동작 순서 검사 시점이 도래하였는가를 검사할 수 있다. S502 단계의 검사결과 메인 프로세서(326)의 동작 순서를 검사하는 시점이 도래하였다면 S504 단계로 진행하고, 그렇지 않다면 S510 단계로 진행한다.
먼저 S504 단계로 진행하면, 모니터링 프로세서(323)는 메인 프로세서(326)가 수행한 전류, 전압, 온도에 따라 배터리(100)의 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)의 연산작업 순서와 해당 작업에 소요된 시간을 메모리(324)로부터 읽어들여 검사할 수 있다. 이는 앞서 설명한 [도 4]의 순서도에서 메인 프로세서(326)가 특정한 연산을 수행할 시 연산 순서와 연산 소요시간 정보를 메모리(324)의 소정 영역에 저장한 값을 이용하여 검사할 수 있다.
모니터링 프로세서(323)는 S506 단계로 진행하여 연산 순서가 정상 순서로 이루어졌고 소요 시간이 정상적인 범위 내에서 이루어졌는지 검사한다. S506 단계의 검사결과 정상적인 연산 순서와 시간 내에 이루어졌다면 S500 단계로 진행하고, 그렇지 않다면 S508 단계로 진행하여 에러카운터(325)를 증가시킨다. 에러카운터(325)는 워치독 프로세서(310)에서 활용한다.
한편, S510 단계로 진행하면 모니터링 프로세서(323)는 이중 실행한 결과에 대한 검사 시점이 도래하였는지 검사한다. 검사 시점이 도래하였다면, 모니터링 프로세서(323)는 S512 단계로 진행하여 메모리(324)에 2중으로 저장된 데이터가 동일한가를 검사한다. 이는 앞서 설명한 [도 4]의 예에서 메인 프로세서(326)가 배터리 관리를 위한 연산을 수행할 때 동일 연산을 2회(복수 회) 수행한 결과를 비교하는 동작에 해당한다.
모니터링 프로세서(323)는 S506 단계로 진행하여 이중 연산한 결과가 동일한지 검사함으로써 정상인가를 판별할 수 있다. S506 단계의 검사결과 정상이라면 모니터링 프로세서(323)는 S500 단계로 진행하여 다시 대기상태로 진입하고, 만일 비정상이라면 S508 단계로 진행하여 에러카운터(325)를 증가시킨다. 에러카운터(325)는 워치독 프로세서(310)에서 활용한다.
[도 6]은 본 발명의 차량용 배터리 관리시스템에서 워치독 프로세서(310)가 수행하는 동작으로서, 특히 에러카운트(325)에 의해 마이크로컨트롤러(320)를 리셋시키는 과정을 나타내는 도면이다.
워치독 프로세서(310)는 S600 단계에서 대기상태를 유지한다.
워치독 프로세서(310)는 S602단게로 진행하여 클럭이 입력되는가를 검사하는데, 워치독 프로세서(310)가 매 클럭마다 배터리(100)의 출력 전압을 검사하는 것이 바람직하다. 전압 검사 클럭이 입력되었다면 S604 단계로 진행하여 워치독 프로세서(310)는 제 1 AD 변환기(312)를 이용하여 배터리(100)의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 이내인가를 검사한다. 차량용 배터리는 대체로 12[V]의 전압을 갖는데, 그에 따라 S606 단계에서 기준치는 ± 1[V] 또는 ± 0.5[V] 등과 같이 미리 설정된 범위가 될 수 있다. S606 단계의 검사결과 배터리의 전압이 미리 설정된 기준치 이내라면 워치독 프로세서(310)는 정상으로 판단하여 S600 단계로 진행하고 그렇지 않은 경우라면 S614 단계로 진행한다.
워치독 프로세서(310)는 S614 단계로 진행하면 마이크로컨트롤러(320)로 리셋 신호를 생성하여 마이크로컨트롤러(320)가 리셋되도록 한다. 배터리(100)로부터 비정상적인 전압이 출력된다면 메인 프로세서(326)가 정상적인 동작을 수행하지 못하는 상태일 수 있다. 따라서 마이크로컨트롤러(320)를 리셋시킴으로써 배터리(100)를 정상적으로 제어할 수 있도록 한다.
한편, 전압 검사 클럭이 입력되지 않았다면 워치독 프로세서(310)는 S608 단계로 진행하여 에러카운터 검사 시점이 도래하였는지 검사한다. 워치독 프로세서(310)는 에러카운터(325)를 지속적으로 검사해야 하는데, 이는 에러카운터(325)가 미리 설정된 값 이상으로 오류가 발생하는 경우 마이크로컨트롤러(320)가 반복적으로 비정상적인 동작을 수행한 것이기 때문이다.
에러카운터 검사 시점이 도래하면 S610 단계로 진행하여 제 1 통신부(311)를 통한 SPI 통신을 통해 마이크로컨트롤러(320)의 메모리(324)로부터 에러카운터(325)를 획득한다. 이후 워치독 프로세서(310)는 S612 단계로 진행하여 에러카운터(325)가 미리 설정된 임계치를 초과하는지 검사하는데, 이때 임계치는 3 또는 7 등과 같이 설정될 수 있다. 이진 비트에서 2비트의 최대값이 3이고 3비트의 최대값이 7이므로 임의로 제시된 것으로, 이와는 상이하게 설정될 수 있다.
S612 단계의 검사결과 에러카운터(325)가 임계치 이내인 경우 워치독 프로세서(310)는 일단 S600 단계로 진행하고, 임계치에 도달한 경우 S614 단계로 진행하여 마이크로컨트롤러(320)를 리셋한다.
이상에서 설명한 본 명세서와 도면에 개시된 실시예는 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 명세서에 제시된 이들 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드의 형태로 구현하는 것이 가능하다. 이때, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어웨이브(예: 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산된 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드, 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예가 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
100 : 배터리
200 : 배터리 센서부
201 : 전류 측정부
202 : 온도 측정부
210 : 배터리 냉각기
300 : 전자제어 유닛
310 : 워치독 프로세서
311 : 제 1 통신부
312 : 제 1 AD 변환기
320 : 마이크로컨트롤러
321 : 제 2 통신부
322 : 제 2 AD 변환기
323 : 모니터링 프로세서
324 : 메모리
325 : 에러카운터
326 : 메인 프로세서

Claims (8)

  1. 차량용 배터리의 출력 전류와 온도를 측정하는 배터리 센서부(200);
    상기 배터리 센서부에서 획득된 정보를 이용하여 상기 차량용 배터리의 충전상태(SOC)와 건강상태(SOH)를 관리하는 미리 설정된 연산을 중복 실행하고 상기 연산 결과에 따라 상기 차량용 배터리의 충전상태와 건강상태를 관리하며, 상기 연산의 중복 실행 결과와 태스크의 실행 상태를 검사하고 그 검사 결과를 저장하는 마이크로컨트롤러(320);
    상기 차량용 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 범위를 벗어나는 경우와 상기 검사 결과가 반복하여 비정상으로 나타난다고 판단되는 경우에 상기 마이크로컨트롤러를 리셋하는 워치독 프로세서(310);
    를 포함하여 구성되는 기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로컨트롤러(320)는,
    상기 배터리 센서부에서 획득된 정보를 이용하여 상기 배터리의 충전상태(SOC)와 건강상태(SOH)를 관리하는 미리 설정된 연산을 중복 실행하여 저장하고 상기 연산 결과에 따라 상기 차량용 배터리의 충전상태와 건강상태를 관리 동작을 수행하는 메인 프로세서(326);
    상기 메인 프로세서의 동작 순서에 오류가 발생하거나 상기 메인 프로세서의 동작 시간이 미리 설정된 시간을 초과하거나 상기 중복 연산된 결과가 상이한 경우에 에러카운터를 증가시키는 모니터링 프로세서(323);
    상기 메인 프로세서의 동작 순서 및 동작 시간, 그리고 상기 중복 연산된 결과를 저장하는 메모리(324);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 워치독 프로세서(310)는 상기 메모리에 저장된 에러카운터 값이 미리 설정된 임계치 이상인 경우에 상기 마이크로컨트롤러를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 메인 프로세서의 상기 연산 결과에 따른 냉각제어 신호에 대응하여 상기 차량용 배터리의 온도 제어를 수행하는 배터리 냉각기(210);
    를 더 포함하여 구성되는 기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 워치독 프로세서(310)는 상기 차량용 배터리의 출력 전압을 검출하기 위한 아날로그-디지털 변환기를 구비하여 클럭이 발생할 때마다 상기 차량용 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 범위를 벗어나는지 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템.
  5. 차량용 배터리의 충전상태와 건강상태를 관리하는 마이크로컨트롤러와 상기 마이크로컨트롤러를 감시하는 워치독 프로세서를 통해 기능안전을 고려하여 차량용 배터리를 제어하는 방법으로서,
    상기 마이크로컨트롤러가 상기 차량용 배터리의 출력 전류와 온도 정보를 획득하는 단계;
    상기 마이크로컨트롤러가 상기 차량용 배터리의 출력 전류와 온도 정보를 이용하여 상기 배터리의 충전상태(SOC)와 건강상태(SOH)를 관리하는 미리 설정된 연산을 중복 실행하는 단계;
    상기 마이크로컨트롤러가 상기 중복 실행 결과 및 상기 연산 결과에 따른 태스크 실행 상태에 대한 검사 결과를 저장하는 단계;
    상기 워치독 프로세서가 상기 차량용 배터리의 출력 전압을 검사하여 미리 설정된 기준치 범위를 벗어나는 경우 상기 마이크로컨트롤러를 리셋하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 기능안전을 고려한 차량용 배터리 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 마이크로컨트롤러가 상기 태스크의 동작 순서의 오류가 발생하거나 상기 태스크의 동작 시간이 미리 설정된 시간을 초과하거나 상기 중복 실행된 결과가 서로 상이한 경우에 에러카운터를 증가시키는 단계;
    상기 워치독 프로세서가 상기 에러카운터를 체크하여 미리 설정된 임계치 이상인 경우에 상기 마이크로컨트롤러를 리셋하는 단계;
    를 더 포함하여 구성되는 기능안전을 고려한 차량용 배터리 제어 방법.
  7. 마이크로컨트롤러가 차량용 배터리의 출력 전류와 온도 정보를 획득하는 단계;
    상기 마이크로컨트롤러가 상기 차량용 배터리의 출력 전류와 온도 정보를 이용하여 상기 배터리의 충전상태(SOC)와 건강상태(SOH)를 관리하는 미리 설정된 연산을 중복 실행하는 단계;
    상기 마이크로컨트롤러가 상기 중복 실행 결과 및 상기 연산 결과에 따른 태스크 실행 상태에 대한 검사 결과를 저장하는 단계;
    워치독 프로세서가 상기 차량용 배터리의 출력 전압을 검사하여 미리 설정된 기준치 범위를 벗어나는 경우 상기 마이크로컨트롤러를 리셋하는 단계;
    를 실행시키기 위한 차량용 배터리 제어 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 마이크로컨트롤러가 상기 태스크의 동작 순서의 오류가 발생하거나 상기 태스크의 동작 시간이 미리 설정된 시간을 초과하거나 상기 중복 실행된 결과가 서로 상이한 경우에 에러카운터를 증가시키는 단계;
    상기 워치독 프로세서가 상기 에러카운터를 체크하여 미리 설정된 임계치 이상인 경우에 상기 마이크로컨트롤러를 리셋하는 단계;
    를 더 실행시키기 위한 차량용 배터리 제어 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.
KR1020130156605A 2013-12-16 2013-12-16 기능안전을 고려한 차량용 배터리 관리시스템 및 그 제어 방법, 그리고 이를 위한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체 KR101570475B1 (ko)

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