KR20150097428A - 고장 발생 여부의 분석이 가능한 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리 구동 시스템 - Google Patents

고장 발생 여부의 분석이 가능한 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리 구동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고장여부를 판단할 수 있는 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 이차전지의 전압을 측정하고 충전 및 방전을 제어하는 복수의 배터리 관리 유닛을 포함한다. 상기 배터리 관리 유닛은 자신이 관리하는 이차전지의 과충전, 과방전 및 유닛 자체에 고장이 발생할 경우 신호를 출력한다. 이때, 상기 복수의 배터리 관리 유닛은 직렬로 연결된 라인에 신호를 출력한다. 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 상기 직렬로 연결된 라인에 흐르는 전류의 양에 따라 출력되는 신호의 파형이 변한다.

Description

고장 발생 여부의 분석이 가능한 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리 구동 시스템{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM FOR OUTPUTTING SIGNAL CAPABLE OF ANALYZING AND BATTERY DRIVING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부 장치로 신호를 출력할 때 배터리 관리 시스템 자체의 고장 발생 여부를 분석할 수 있도록 하는 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 02월 17일 자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2014-0017848호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 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.
이러한 이차전지는 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다. 일 예로서 널리 사용되는 리튬 폴리머 이차 전지의 경우, 약 3.7V ~ 4.2V의 동작 전압을 가진다. 따라서, 상기 전기 차량 등에 적용되는 고출력 배터리 팩을 얻기 위해 복수의 단위 이차전지 셀(cell)을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다.
이러한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리 팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류 또는 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 위한 알고리즘이 적용되어 이차 전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 관리 장치 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 복수의 이차전지 셀을 포함하는 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
이러한 멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지 셀을 포함하고 있으므로 하나의 배터리 관리 장치를 사용하여 모든 이차전지 셀 또는 복수의 배터리 모듈의 충방전 상태를 제어하는 것은 한계가 있다. 따라서 최근에는 배터리 팩에 포함되어 있는 각각의 배터리 모듈마다 배터리 관리 유닛(Battery Management Unit)을 장착하고 이들을 슬레이브 유닛으로 지정한 후, 슬레이브 유닛들을 제어하는 마스터 유닛을 추가로 장착하거나 슬레이브 유닛들 중 적어도 하나를 마스터 유닛으로 지정함으로써, 마스터 유닛과 슬레이브 유닛들을 포함하는 배터리 관리 시스템을 구성하는 기술이 사용되고 있다.
이때, 배터리 관리 시스템에 포함된 배터리 관리 유닛들은 외부 장치로 자신이 관리하는 이차전지 셀들의 이상(異常)발생여부에 대한 신호를 출력한다. 그런데, 이상발생여부를 전달하는 회로 또는 배선에 문제가 발생한 경우에는, 배터리 관리 유닛에 이상 내지 고장이 발생하였음에도 불구하고 이상발생여부에 대한 신호가 출력되지 못할 수 있고, 이와 반대로, 배터리 관리 유닛이 정상상태임에도 불구하고, 배터리 관리 유닛에 이상이 발생하였음을 나타내는 신호가 출력되지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 관리 유닛 자체의 고장인지 아니면 배터리 관리 시스템 내부의 회로, 스위칭 장치, 신호 라인 등의 고장인지를 파악하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 배터리 관리 시스템이 외부 장치로 신호를 출력할 때 배터리 관리 시스템 자체의 고장 발생 여부를 분석 가능할 수 있도록 하는 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 진단을 실시하여 이상발생여부에 대한 신호를 출력하는 N개의 배터리 관리 유닛; 상기 N개의 배터리 관리 유닛 중 제1 배터리 관리 유닛은, 데이터 전송 준비 구간에서 낮은 로직 레벨의 전압과 데이터 전송 구간에서 높은 로직 레벨의 전압을 가진 ADSYNC 신호를 출력하고, 상기 N개의 배터리 관리 유닛이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 정상상태를 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하는 제1 신호 검출부; 상기 N개의 배터리 관리 유닛이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 이상발생을 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 높은 로직 레벨의 전압을 출력하는 제2 신호 검출부; 상기 제1 신호 검출부에 출력된 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴오프되는 제A 스위치; 상기 제2 신호 검출부에 출력된 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온되는 제B 스위치; 및 상기 제A 스위치 및 상기 제B 스위치 사이에 전기적 직렬로 연결되어 상기 제A 스위치 및 상기 제B 스위치가 동시에 턴온 되었을 때 신호를 출력하는 신호 출력부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 신호 검출부는, 상기 N개의 배터리 관리 유닛에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 AND 논리 게이트; 상기 제1 배터리 관리 유닛에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 NOT 논리 게이트;및 상기 AND 논리 게이트와 상기 제1 배터리 관리 유닛에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 AND 논리 게이트;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 N개의 배터리 관리 유닛은 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 이상발생발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하고, 상기 제1 신호 검출부는 상기 N개의 배터리 관리 유닛과 상기 AND 논리 게이트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 NOT 논리 게이트;를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 신호 검출부는, 상기 N개의 배터리 관리 유닛에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 OR 논리 게이트; 상기 제1 배터리 관리 유닛에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 NOT 논리 게이트; 및 상기 AND 논리 게이트와 상기 NOT 게이트에서 출력된 논리값을 수신하여 논리값을 출력하는 OR 논리 게이트;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 N개의 배터리 관리 유닛은 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 이상발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하고, 상기 N개의 배터리 관리 유닛과 상기 OR 논리 게이트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 NOT 논리 게이트;를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상호간에 전기적으로 직렬 연결되어 있으며, 상기 N개의 배터리 관리 유닛에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호에 의해 턴온되는 제1 내지 제N 스위치;를 더 포함하며, 상기 제1 신호 검출부는, 상기 제1 내지 제N 스위치가 전부 턴온되었을 때 턴온되도록 전기적 연결이 구성된 제F 스위치; 상기 제F 스위치가 턴온되었을 때 턴오프, 상기 제F 스위치가 턴오프되었을 때 턴온되도록 전기적 연결이 구성된 제E 스위치; 및 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴온되어 상기 제A 스위치를 턴온시키고, 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴오프되어 상기 E 스위치의 턴온 또는 턴오프 동작이 상기 제A 스위치를 턴온 또는 턴오프 동작을 결정하도록 전기적 연결이 구성된 제D 스위치;를 포함하고, 상기 제2 신호 검출부는, 상기 제1 내지 제N 스위치 중 적어도 어느 하나 이상이 턴온되었을 때 턴온되도록 상기 제B 스위치와 상기 제1 스위치를 전기적 연결을 구성하는 제1 라인; 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴오프되어 상기 제B 스위치를 턴온시키도록 전기적 연결이 구성된 제C 스위치;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제N 스위치는, PNP형 양극접합트랜지스터이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제A 스위치는, NPN형 양극접합트랜지스터이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제B 내지 제F 스위치는, PNP형 양극접합트랜지스터이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 신호 출력부는 옵토커플러이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 N개의 배터리 관리 유닛은, 상기 ADSYNC의 데이터 전송 준비 구간이 시작하는 부분, 상기 ADSYNC의 데이터 전송 구간이 시작하는 부분 및 상기 ADSYNC의 데이터 전송 구간 내에서 전송되는 복수의 데이터가 시작하는 부분에 인덱스 펄스를 출력하고, 평상시에는 높은 로직 레벨의 전압을 출력하다가 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 이상발생발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인덱스 펄스는 낮은 로직 레벨의 전압을 가진다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 관리 시스템; 및 상기 배터리 관리 시스템의 상기 신호 출력부를 통해 상기 배터리 관리 시스템의 이상발생여부에 대한 신호를 수신하고 이를 처리할 수 있는 판단부를 가진 외부 장치;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소이다.
본 발명에 따르면, 상기 외부 장치가 배터리 관리 시스템으로부터 수신한 신호를 분석하여 배터리 관리 시스템의 고장 발생 여부와 나아가 구체적인 고장의 발생 위치, 고장의 종류를 판단할 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 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 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 일부를 논리 게이트를 사용하여 구현한 예시도이다.
도 2는 제1 신호 검출부의 출력 신호와 이에 따른 상기 제A 스위치의 턴온 및 턴오프 동작을 정리한 표이다.
도 3은 제2 신호 검출부의 출력 신호와 이에 따른 상기 제B 스위치의 턴온 및 턴오프 동작을 정리한 표이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 양극접합트랜지스터를 사용하여 구성한 예시도이다.
도 5는 상기 제A 내지 제F 스위치의 턴온 및 턴오프 동작을 정리한 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 각 부분에서 출력되는 신호의 파형을 나타낸다.
도 7은 외부 장치에서 상기 신호 출력부를 통해 수신한 신호의 파형이다.
도 8은 도 4에 도시된 배터리 관리 시스템 고장이 발생한 위치를 나타낸 회로도이다.
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 정의 할 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 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 일부를 논리 게이트를 사용하여 구현한 예시도이고, 도 2는 제1 신호 검출부의 출력 신호와 이에 따른 상기 제A 스위치의 턴온 및 턴오프 동작을 정리한 표이며, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 양극접합트랜지스터를 사용하여 구성한 예시도이다.
도 1 및 도 4를 함께 참고하여, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)의 각 구성에 대한 설명을 하겠다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)은 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n), 제1 신호 검출부(21), 제2 신호 검출부(22), 제A 스위치(Q(A)), 제B 스위치(Q(B)) 및 신호 출력부(31)를 포함한다. 여기서, N은 1 이상의 자연수로서, 상기 배터리 관리 유닛은 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n), 제1 신호 검출부(21), 제2 신호 검출부(22), 제A 스위치(Q(A)), 제B 스위치(Q(B)) 및 신호 출력부(31)는 이하에서 상세히 설명될 동작을 구현하기 위해 상호간에 전기적으로 연결된다.
상기 N개의 배터리 관리 유닛 중 제1 배터리 관리 유닛(11-1)은 ADSYNC 신호를 출력할 수 있다(도 4의 ADSYNC 단자 참조). 도 6을 참조하면, 도시된 신호 파형 중 최 상단에 ADSYNC가 도시되어 있다. 상기 ADSYNC 신호는 2개의 구간이 하나의 주기를 가진 신호이다. 상기 2개의 구간은 '데이터 전송 준비 구간'과 '데이터 전송 구간'이다. 상기 제1 배터리 관리 유닛(11-1)은 데이터 전송 준비 구간에서 낮은 로직 레벨의 전압을 가진 신호를 출력하고, 데이터 전송 구간에서 높은 로직 레벨의 전압을 가진 신호를 출력한다. 일 예로 상기 낮은 로직 레벨의 전압은 0V이고, 상기 높은 로직 레벨의 전압은 5V가 될 수 있다. 다만, 상기 낮은 로직 레벨의 전압의 값 및 상기 높은 로직 레벨의 전압값은 일 예시에 불과하며, 다양한 값으로 설정하는 것이 가능하다.
상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)은 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 진단 또는 자신에 대한 고장 진단을 실시하여 이상발생여부에 대한 신호(2ndPROT/Diag Rsult)를 출력한다. 상기 '이상발생여부'란 자신이 관리하는 이차전지 셀의 과충전, 과방전 및 배터리 관리 유닛 자신의 고장발생여부에 관한 정보 중 적어도 어느 하나 이상의 정보를 포함한 신호를 의미한다. 상기 '이상발생여부'를 나타내는 신호가 2이상의 정보를 포함한 신호인 경우, 2이상의 정보는 미리 정해진 시간 및/또는 순서에 따라 시분할 방식에 의해 표현될 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 배터리 관리 유닛은 미리 정해진 시간 및/또는 순서에 따라 이상발생여부를 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)은 자신이 관리하는 이차전지 셀 또는 자신에 대한 이상발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하고, 정상상태인 경우 즉 이상이 발생하지 않은 경우 높은 로직 레벨의 전압을 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 신호 검출부(21)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 정상상태를 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 낮은 로직 레벨의 전압을 출력한다.
상기 제2 신호 검출부(22)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 이상발생을 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 높은 로직 레벨의 전압을 출력한다.
상기 제A 스위치(Q(A))는 상기 제1 신호 검출부(21)로부터 출력된 낮은 레벨의 전압에 의해 턴온되고, 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴오프된다.
상기 제B 스위치(Q(B))는 상기 제2 신호 검출부(22)로부터 출력된 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온되고, 낮은 로직 레벨의 전압에 의해 턴오프된다.
상기 신호 출력부(31)는 상기 제A 스위치(Q(A)) 및 상기 제B 스위치(Q(B)) 사이에 전기적 직렬로 연결되어 상기 제A 스위치(Q(A)) 및 상기 제B 스위치(Q(B))가 동시에 턴온 되었을 때 신호를 출력한다.
이하에서 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)을 구현한 구체적인 실시예를 참고하여 보다 자세히 설명하도록 하겠다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 제1 신호 검출부(21)로부터 출력된 낮은 레벨의 전압에 의해 턴온되고, 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴오프되는 제A 스위치(Q(A))는, PNP형 양극접합트랜지스터(PNP-BJT)로 구현된 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 제A 스위치(Q(A))는, PNP형 양극접합트랜지스터로 구현되고 상기 제1 신호 검출부(21)로부터 출력된 전압 레벨을 베이스 단자를 통해 입력받도록 구성된다. 상기 제A 스위치(Q(A))는 PNP형 양극접합트랜지스터이므로, 베이스 단자로 낮은 로직 레벨의 전압이 입력되면 턴 온되고, 베이스 단자로 높은 로직 레벨의 전압이 입력되면 턴 오프된다. 그리고, 상기 제2 신호 검출부(22)로부터 출력된 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온되고, 낮은 로직 레벨의 전압에 의해 턴오프되는 제B 스위치(Q(B))는, NPN형 양극접합트랜지스터(NPN-BJT)로 구현된 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 제B 스위치(Q(B))는, NPN형 양극접합트랜지스터로 구현되고 상기 제2 신호 검출부(22)로부터 출력된 전압 레벨을 베이스 단자를 통해 입력받도록 구성된다. 상기 제B 스위치(Q(B))는 NPN형 양극접합트랜지스터이므로, 베이스 단자로 높은 로직 레벨의 전압이 입력되면 턴 온되고, 베이스 단자로 낮은 로직 레벨의 전압이 입력되면 턴 오프된다. 한편, PNP형 양극접합트랜지스터 및 PNP형 양극접합트랜지스터는 주지관용의 기술일 뿐만 아니라, 통상의 기술자의 기술상식에 비추어볼 때 이에 대한 설명이 본 명세서에 기재된 것과 마찬가지로 자명한 사항이라 할 것이므로, 각 단자에 대한 설명 및 동작에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
그리고, 상기 신호 출력부(31)는 옵토커플러(opto-coupler)로 구현된 것을 확인할 수 있다. 상기 옵토커플러는 발광원과 광검출기로 구성된 스위칭 소자이다. 상기 옵토커플러의 발광원으로는 적외선 발광 다이오드(LED)가 사용될 수 있으며, 광검출기로는 포토다이오드나 포토트랜지스터가 사용될 수 있다. 여기서, 포토다이오드나 포토트랜지스터는 발광원으로부터 빛을 수신하면 턴온되도록 구성된다. 따라서, 발광원에 전류가 흐르게 되면 발광원에서 빛을 발산하고, 광검출기는 발광원으로부터 발산된 빛을 수신하여 턴 온된다. 옵토커플러는 빛을 이용하여 신호를 전송하기 때문에, 신호를 전달하면서도 송수신측 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
한편, 상기 옵토커플러는 상기 제A 스위치(Q(A)) 및 상기 제B 스위치(Q(B)) 사이에 전기적 직렬로 연결되어 상기 제A 스위치(Q(A)) 및 상기 제B 스위치(Q(B))가 동시에 턴온 되었을 때 신호를 출력하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 신호 검출부(21)는 2개의 AND 논리 게이트(211, 212) 및 NOT 논리 게이트(214)를 포함한다. 상기 AND 논리 게이트, 상기 NOT 논리 게이트 및 후술할 OR 논리 게이트 등은 주지관용의 구성요소일 뿐만 아니라, 통상의 기술자의 기술상식에 비추어볼 때 이에 대한 설명이 본 명세서에 기재된 것과 마찬가지로 자명한 사항이라 할 것이므로, 이에 대한 입출력 동작에 대한 설명은 생략하도록 한다.
상기 AND 논리 게이트(211)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호(2ndPROT/Diag Rsult-1, 2ndPROT/Diag Rsult-2, ...... , 2ndPROT/Diag Rsult-n)를 수신하여 논리값을 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)은 자신이 관리하는 이차전지 셀 또는 자신에 대한 이상발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 이 경우, 제1 신호 검출부(21)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)과 상기 AND 논리 게이트(211) 사이에 전기적으로 직렬 연결된 NOT 논리 게이트(213)를 더 포함할 수 있다.
상기AND 논리 게이트(212)는 상기 AND 논리 게이트(211)와 상기 제1 배터리 관리 유닛(11-1)에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력한다. 이때, 상기 제1 배터리 관리 유닛(11-1)에서 출력된 ADSYNC 신호는 NOT 논리 게이트(214)를 거쳐서 출력된다. 따라서, 상기 AND 논리 게이트(212)는 상기 AND 논리 게이트(211)와 상기 NOT 논리 게이트(214)에서 출력된 값을 수신하여 논리값을 출력한다.
따라서, 상기 제1 신호 검출부(21)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 정상상태를 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 낮은 로직 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 그 결과, 제A 스위치(Q(A))는 상기 제1 신호 검출부(21)에서 출력된 낮은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온되고, 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴오프된다.
상기 제1 신호 검출부(21)의 출력 신호와 이에 따른 상기 제A 스위치(Q(A))의 턴온 및 턴오프 동작은 도 2에 정리되어 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 신호 검출부(22)는 2개의 OR 논리 게이트(221, 222) 및 NOT 논리 게이트(224)를 포함한다.
상기 2개의 OR 논리 게이트 중 하나의 OR 논리 게이트(221)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호(2ndPROT/Diag Rsult-1, 2ndPROT/Diag Rsult-2, ...... , 2ndPROT/Diag Rsult-n)를 수신하여 논리값을 출력한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)은 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 이상발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 이 경우, 제2 신호 검출부(22)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)과 상기 OR 논리 게이트(221) 사이에 전기적으로 직렬 연결된 NOT 논리 게이트(223)를 더 포함할 수 있다.
상기 2개의 OR 논리 게이트 중 나머지 OR 논리 게이트(222)는 상기 OR 논리 게이트(221)와 상기 제1 배터리 관리 유닛(11-1)에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력한다. 이때, 상기 제1 배터리 관리 유닛(11-1)에서 출력된 ADSYNC 신호는 NOT 논리 게이트(224)를 거쳐서 출력된다. 따라서, 상기 OR 논리 게이트(222)는 상기 OR 논리 게이트(221)와 상기 NOT 논리 게이트(224)에서 출력된 값을 수신하여 논리값을 출력한다.
따라서, 상기 제2 신호 검출부(22)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 이상발생을 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 높은 로직 레벨의 전압을 출력한다. 그 결과, 상기 제B 스위치(Q(B))는 상기 제2 신호 검출부(22)에서 출력된 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온되고, 낮은 로직 레벨의 전압에 의해 턴 오프된다.
상기 제2 신호 검출부(22)의 출력 신호와 이에 따른 상기 제B 스위치(Q(B))의 턴온 및 턴오프 동작은 도 3에 정리되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)을 양극접합트랜지스터를 사용하여 구성한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 제1 신호 검출부(21) 및 제2 신호 검출부(22)는, 제B 스위치(Q(B)), 제C 스위치(Q(C)), 제D 스위치(Q(D)), 제E 스위치(Q(E)), 제F 스위치(Q(F)), 제1 스위치(Q(1)) 내지 제n 스위치(Q(n)) 및 저항 소자를 통해 구현될 것을 확인할 수 있다.
먼저, N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)에는 각각 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n))가 연결된다. 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n))는, 도 4에 도시된 바와 같이, PNP형 양극접합트랜지스터로 구현될 수 있다. 각 PNP형 양극접합트랜지스터의 이미터 단자에는 각 배터리 관리 유닛(11)에서 출력된 고정 전압(5VLDO)이 인가되도록 구성된다. 상기 각 배터리 관리 유닛(11)에서 출력된 전압은, 일 예로, 5V값을 가질 수 있으며, 다른 값을 가지는 것도 가능하다. 또한, 각 PNP형 양극접합트랜지스터의 베이스 단자에는 각 배터리 관리 유닛(11)에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호(2ndPROT/Diag Rsult)가 인가된다. 따라서, 각 배터리 관리 유닛(11)에서 이상발생여부를 나타내기 위해 낮은 로직 레벨의 전압을 출력할 때 상기 각 PNP형 양극접합트랜지스터는 턴온된다.
상기 제1 내지 제 N 스위치(Q(1)~Q(n))는 전기적으로 직렬 연결되도록 구성된다. 즉, PNP형 양극접합트랜지스터로 구현된 상기 제1 내지 제 N 스위치는, 인접한 PNP형 양극접합트랜지스터의 콜렉터와 이미터가 상호 연결되도록 구성된다. 따라서, 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n)) 전부 턴온되었을 때, 상기 제1 내지 제 N 스위치 Q(1)~Q(n) 중 일부가 턴온되었을 때 및 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n)) 전부 턴오프되었을 때 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류의 양은 각각 다르다.
상기 제1 신호 검출부(21)는, 제D 스위치(Q(D)), 제E 스위치(Q(E)) 및 제F 스위치(Q(F))를 포함한다. 상기 제D 스위치(Q(D)), 제E 스위치(Q(E)) 및 제F 스위치(Q(F))는 PNP형 양극접합트랜지스터로 구현될 수 있다.
상기 제F 스위치(Q(F))는 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n))가 전부 턴온되었을 때 턴온되도록 전기적 연결이 구성된다. 상기 제F 스위치(Q(F))는 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n))가 전부 턴온되었을 때 상기 제1 스위치((Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류량에 의해 턴온되는 특성을 가진 트랜지스터를 선택하여 구현할 수 있다. 또한, 상기 제F 스위치(Q(F))의 특성에 맞추어 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n))에 연결된 저항 소자의 저항값을 선택하여 구현할 수도 있다. 뿐만 아니라, 통상의 기술자는, 상기 트랜지스터 및 상기 저항 소자의 소자값을 적절히 조절하여 상기 제F 스위치(Q(F))를 구현할 수도 있음은 물론이다.
상기 제E 스위치(Q(E))는, 상기 제F 스위치(Q(F))가 턴온되었을 때 턴오프되고, 상기 제F 스위치(Q(F))가 턴오프되었을 때 턴온되도록 전기적 연결이 구성된다.
또한, 상기 제D 스위치(Q(D))는, 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴온되어 상기 제A 스위치(Q(A))를 턴 온시킨다. 또한, 상기 제D 스위치는(Q(D)), 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴오프된다. 이 경우(제D 스위치가 턴 오프된 경우), 상기 제A 스위치(Q(A))는 상기 E 스위치(Q(E))의 턴온에 의해 턴온되거나 상기 E 스위치(Q(E))의 턴오프에 의해 턴오프되도록 전기적 연결이 구성된다.
따라서, 상기 제1 신호 검출부(21)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 정상상태를 나타낼 때를 또는 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 낮은 로직 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 그 결과, 제A 스위치(Q(A))는 상기 제1 신호 검출부(21)에서 출력된 낮은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온된다.
상기 제2 신호 검출부(22)는 상기 제B 스위치(Q(B))와 상기 제1 스위치(Q(1))를 전기적으로 연결하는 제1 라인(41) 및 제C 스위치(Q(C))를 포함한다. 상기 제C 스위치(Q(C))는 PNP형 양극접합트랜지스터가 될 수 있다.
상기 제1 라인(41)은, 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n)) 중 적어도 하나가 턴온되었을 때 턴온되도록 상기 제B 스위치(Q(B))와 상기 제1 스위치(Q(1)) 사이에 연결된다. 보다 구체적으로 상기 제1 라인(41)은, 상기 제1 스위치(Q(1))의 콜렉터와 상기 제B 스위치(Q(B))의 베이스 사이에 연결되도록 구성된다. 상기 제B 스위치(Q(B))는 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n)) 중 적어도 하나의 스위치가 턴온되었을 때 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류에 의해 턴온되는 특성을 가진 트랜지스터를 선택하여 구현할 수 있다. 또한, 상기 제B 스위치(Q(B))의 특성에 맞추어 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n))에 연결된 저항 소자의 저항값 또는 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터와 상기 제B 스위치(Q(B)) 사이에 연결된 저항 소자의 저항값을 선택하여 구현할 수도 있다. 뿐만 아니라, 통상의 기술자는, 상기 트랜지스터 및 상기 저항 소자의 소자값을 적절히 조절하여 상술한 동작이 수행될 수 있도록 구현할 수 있다.
그리고, 상기 제C 스위치(Q(C))는 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴오프되어 상기 제B 스위치(Q(B))를 턴온 시키도록 전기적 연결이 구성된다.
상기 도 4에 도시된 각 저항 소자의 저항값은 상술한 동작을 구현하기 위해 선택된 예시적인 값이다. 따라서, 제A 내지 제F 스위치(Q(A)~Q(F))의 실제 동작 특성을 고려하여 상기 저항값을 조절하는 것이 가능하다.
도 5은 상기 제A 내지 제F 스위치(Q(A)~Q(F))의 턴온 및 턴오프 동작을 정리한 표이다.
도 5을 참조하면, 상기 ADSYNC 신호의 전압 레벨 및 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호에 따른 상술한 제A 내지 제F 스위치(Q(A)~Q(F))의 턴온 및 턴오프 동작이 표의 형식으로 기재되어 있다.
도 5의 표의 이해를 돕기 위해 몇 가지 용어를 설명하도록 하겠다.
상기 ADSYNC 신호의 전압 레벨은 높은 로직 레벨의 전압과 낮은 로직 레벨의 전압을 가진다. 따라서, 상기 ADSYNC가 높은 로직 레벨을 가질 때는 'ADSYNC-high'로 표시하였다. 그리고, 상기 ADSYNC가 낮은 로직 레벨을 가질 때는 'ADSYNC-low'로 표시하였다.
상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호는 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류값에 따라 구분이 가능하다. 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류값은 'Ic_Q1'으로 표시하였다. 상기 제1 스위치의 컬렉터 단자에 흐르는 전류값(Ic_Q1)은 총 3개의 구간을 가질 수 있다. 먼저, 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류값(Ic_Q1)은 상기 제B 스위치(Q(B))를 턴온시킬 수 있는 임계 전류값(I_thr_Q(B))보다 작은 값을 가질 수 있다. 이 경우는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 모두 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n)) 모두의 턴오프 상태를 유지시킨 경우이다. 다음으로, 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류값(Ic_Q1)은 상기 제B 스위치를 턴온시킬 수 있는 임계 전류값(I_thr_Q(B)) 이상의 값을 가지지만, 상기 제F 스위치(Q(F))를 턴온시킬 수 있는 임계 전류값(I_thr_Q(F))보다 작은 값을 가질 수 있다. 이 경우는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n)) 중 일부만 턴온시킨 경우이다. 마지막으로, 상기 제1 스위치(Q(1))의 컬렉터 단자에 흐르는 전류값(Ic_Q1)은 상기 제F 스위치(Q(F))를 턴온시킬 수 있는 임계 전류값(I_thr_Q(F)) 이상의 값을 가질 수 있다. 이 경우는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 모두 상기 제1 내지 제N 스위치(Q(1)~Q(n)) 모두를 턴온시킨 경우이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)은 상기 배터리 관리 시스템(10)으로부터 신호를 수신하는 외부 장치로 하여금 고장 발생 여부의 분석이 가능하도록 신호를 출력하는 것이 특징이다. 이를 위해서 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)은 상기 신호 출력부(31)에서 출력된 신호를 통해서 고장 발생 여부를 분석할 수 있도록 상기 제A 스위치(Q(A)) 및 제B 스위치(QB))를 제어하는 것이다. 이하에서는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)에 고장이 발생하지 않은 경우 출력된 신호 및 고장이 발생한 경우 출력되는 신호를 통해 배터리 관리 시스템 자체의 고장 발생 여부의 분석하는 방법에 대해서 설명하도록 하겠다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)은 상기 배터리 관리 시스템(10) 및 외부 장치를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다. 상기 배터리 구동 시스템의 일 예로는 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 있다. 이때 상기 외부 장치는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)이 관리하는 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 장치의 중앙제어장치가 될 수 있다.
상기 외부 장치에는 판단부(미도시)를 포함하는데, 상기 판단부는 상기 배터리 관리 시스템의 상기 신호 출력부를 통해 상기 배터리 관리 시스템의 이상발생여부에 대한 신호를 수신하고 이를 처리할 수 있다.
이해의 편의를 위해, 상기 배터리 관리 시스템(10)은 전기 자동차에 탑재된 배터리 팩을 관리하는 시스템이며, 상기 외부 장치는 전기 자동차의 메인 제어장치이다. 따라서, 상기 배터리 관리 시스템(10)은 전기 자동차에 탑재된 배터리 팩의 이상발생여부를 상기 전기 자동차의 메인 제어장치에게 보고한다. 이때, 상기 메인 제어장치에는 상기 배터리 관리 시스템(10)에서 출력된 신호를 분석하여 배터리 팩의 이상발생여부 및 상기 배터리 관리 시스템(10) 자체의 고장 발생여부도 진단이 가능한 로직을 포함하고 있는 것으로 가정한다.
도 6는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(10)의 각 부분에서 출력되는 신호의 파형을 나타낸다.
도 6를 참조하면, 제일 먼저 ADSYNC의 파형이 도시된 것을 확인할 수 있다.
상기 ADSYNC는, 상술하였듯이, 데이터 전송 준비 구간에서 낮은 로직 레벨의 전압과 데이터 전송 구간에서 높은 로직 레벨의 전압을 가진다.
두 번째로 도시된 것은 각 배터리 관리 유닛(11)에서 출력되는 이상발생여부에 대한 신호(2ndPROT/Diag Rsult)의 파형이다. 본 발명의 실시예에 따라 상기 배터리 관리 유닛(11)은 상기 ADSYNC의 데이터 전송 준비 구간이 시작하는 부분, 상기 ADSYNC의 데이터 전송 구간이 시작하는 부분 및 상기 ADSYNC의 데이터 전송 구간 내에서 전송되는 복수의 데이터가 시작하는 부분에 인덱스 펄스(51, 52)를 출력할 수 있다. 그리고, 상기 배터리 관리 유닛(11)은 상기 ADSYNC의 데이터 전송 구간에 자신 전송하고자 하는 정보(예: 이차전지 셀의 과충전, 과방전, 고장발생여부 등)를 중첩시켜 전송시킬 수 있다. 이때, 상기 배터리 관리 유닛(11)은 평상시에는 높은 로직 레벨의 전압을 출력하다가 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 이상발생발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력할 수 있다.
도 6에 도시된 파형은 총 3개의 정보를 시분할하여 전송하는 실시예에 대한 예시적인 파형이다. 상기 3개의 정보는 각 배터리 관리 유닛(11)이 관리하는 이차전지 셀의 과충전(①), 과방전(②) 및 자기진단결과(③)에 대한 정보가 될 수 있으며, 각 배터리 관리 유닛들이 전송하는 이상상태여부에 관한 정보가 시분할된 정보일 수 있다. 그리고, 도 6에 도시된 예시에는, 상기 3개의 정보에 대해서 모두 높은 로직 레벨의 전압을 출력하고 있으므로, 이차전지 셀 및 배터리 관리 유닛 자체에 이상이 발생하지 않았다는 것을 의미한다.
세 번째로 도시된 것은 상기 제1 신호 검출부(21)에서 출력되는 신호(21-out)이다. 상술하였듯이, 상기 제1 신호 검출부(21)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 높은 로직 레벨을 출력할 때(즉, 적어도 하나가 정상상태를 나타낼 때) 또는 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 낮은 로직 레벨의 전압을 출력한다. 따라서, 21-out 신호는, 원칙적으로 두번째 파형의 로직 레벨과 반대의 파형을 갖는다. 다만, ADSYNC가 높은 로직 레벨의 전압을 갖는 데이터 전송 구간에서는 이상발생여부에 관한 신호와 무관하게 제1 신호 검출부는 낮은 로직 레벨의 전압을 출력한다(이에 대해서는 도 6의 강제 턴온 구간 참조).
네 번째로 도시된 것은 상기 제2 신호 검출부(22)에서 출력되는 신호(22-out)이다. 역시 상술하였듯이, 상기 제2 신호 검출부(22)는 상기 N개의 배터리 관리 유닛(11-1~11-n)이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 낮은 로직 레벨의 전압을 출력할 때(즉, 적어도 하나가 이상발생을 나타낼 때) 또는 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 높은 로직 레벨의 전압을 출력한다. 따라서, 22-out 신호는, 원칙적으로 두번째 파형과 로직 레벨의 동일한 파형을 갖는다. 다만, ADSYNC가 낮은 로직 레벨의 전압을 갖는 데이터 전송 준비 구간에서는 이상발생여부에 관한 신호와 무관하게 제2 신호 검출부는 높은 로직 레벨의 전압을 출력한다(이에 대해서는 도 6의 강제 턴온 구간 참조).
상술하였듯이, 상기 제1 신호 검출부(21)에서 출력된 신호에 의해 제A 스위치(Q(A)) 및 상기 제2 신호 검출부(22)에서 출력된 신호에 의해 제B 스위치(Q(B))가 동시에 턴온되었을 때에만 상기 신호 출력부(31)는 상기 외부 장치로 신호를 출력한다. 반면, 상기 제A 스위치(Q(A)) 및 상기 제B 스위치(Q(B)) 중 어느 하나라도 턴오프가 된다면 상기 신호 출력부(31)는 상기 외부 장치로 신호를 출력하지 않는다.
도 7는 외부 장치에서 상기 신호 출력부(31)를 통해 수신한 신호의 파형이다.
도 7를 참조하면, 가장 상단에 도시된 파형은 배터리 관리 시스템(10)에 고장이 발생하지 않은 정상 상태를 나타낸다. 도시된 파형과 같은 신호가 수신되면 상기 외부 장치에 포함된 판단부는 배터리 관리 시스템(10)이 정상상태라고 판단한다.
두 번째 내지 네 번째에 도시된 파형은 배터리 관리 시스템(10)에 고장이 발생한 경우, 변조된 파형이다.
도 8은 도 4에 도시된 배터리 관리 시스템(10) 고장이 발생한 위치를 나타낸 회로도이다.
도 8을 참고하면, 'X'로 표시된 부분(1, 2, 4~18)은 단선을 의미하고, '<'로 표시된 부분(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9)은 단락을 의미한다.
도 7 및 도 8를 함께 참조하여, 단선 1 내지 6이 발생한 경우, 단선 9가 발생한 경우, 단선 11이 발생한 경우, 단락 S5가 발생한 경우, 단락 S6가 발생한 경우 또는 단락 S8가 발생한 경우에는 ADSYNC의 데이터 전송 준비 구간의 인덱스 펄스가 나타나지 않는다(고장 1).
단락 S1 내지 S3, S9가 발생한 경우에는 ADSYNC의 데이터 전송 구간에서 낮은 로직 레벨의 전압 파형만이 수신된다(고장 2).
단선 12, 단선 16, 단락 S4, 단락 S7이 발생한 경우에는 ADSYNC의 데이터 전송 준비 구간에서 높은 로직 레벨의 전압 파형만이 수신된다(고장 3).
단선 10, 단선 14, 단선 15가 발생한 경우에는 ADSYNC의 데이터 전송 구간에서 높은 로직 레벨의 전압 파형만이 수신된다(고장 4).
단락 S10이 발생한 경우에는 ADSYNC의 데이터 전송 준비 구간에서 정상 상태와 반대 로직 레벨을 가진 파형이 수신된다(고장 5).
단선 13이 ADSYNC의 데이터 전송 구간에서 정상 상태와 반대 로직 레벨을 가진 파형이 수신된다(고장 5).
단선 7 또는 단선 8이 발생한 경우, 상기 고장 1 및 고장 4의 현상이 함께 나타난다.
단선 17 또는 단선 18이 발생한 경우, 상기 고장 3 및 고장 4의 현상이 함께 나타난다.
상술한 내용과 같이, 상기 외부 장치에 포함된 판단부는 수신된 파형을 분석하여 배터리 관리 시스템(10)의 고장 발생 여부와 나아가 구체적인 고장의 발생 위치, 고장의 종류를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 및 2에 도시된 본 발명에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기 보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술 사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성 요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야하며, 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, 본발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 배터리 관리 시스템
11 : 배터리 관리 유닛
11-1 : 제1 배터리 관리 유닛
21 : 제1 신호 검출부
22 : 제2 신호 검출부
31 : 신호 출력부
41 : 제1 라인
211 : AND 논리 게이트
212 : AND 논리 게이트
213 : NOT 논리 게이트
214 : NOT 논리 게이트
221 : OR 논리 게이트
222 : OR 논리 게이트
223 : NOT 논리 게이트
224 : NOT 논리 게이트
Q(A) : 제A 스위치
Q(B) : 제B 스위치
Q(C) : 제C 스위치
Q(D) : 제D 스위치
Q(E) : 제E 스위치
Q(F) : 제F 스위치
Q(1)~Q(n) : 제1 스위치 내지 제n 스위치

Claims (13)

  1. 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 진단 또는 자신에 대한 고장 진단을 실시하여 이상발생여부에 대한 신호를 출력하는 N개의 배터리 관리 유닛;
    상기 N개의 배터리 관리 유닛 중 제1 배터리 관리 유닛은, 데이터 전송 준비 구간에서 낮은 로직 레벨의 전압과 데이터 전송 구간에서 높은 로직 레벨의 전압을 가진 ADSYNC 신호를 출력하고,
    상기 N개의 배터리 관리 유닛이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 정상상태를 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하는 제1 신호 검출부;
    상기 N개의 배터리 관리 유닛이 출력한 이상발생여부에 대한 신호 중 적어도 하나가 이상발생을 나타낼 때 또는 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때를 검출하여 높은 로직 레벨의 전압을 출력하는 제2 신호 검출부;
    상기 제1 신호 검출부에 출력된 낮은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온되는 제A 스위치;
    상기 제2 신호 검출부에 출력된 높은 로직 레벨의 전압에 의해 턴온되는 제B 스위치; 및
    상기 제A 스위치 및 상기 제B 스위치 사이에 전기적 직렬로 연결되어 상기 제A 스위치 및 상기 제B 스위치가 동시에 턴온 되었을 때 신호를 출력하는 신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 검출부는,
    상기 N개의 배터리 관리 유닛에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 AND 논리 게이트;
    상기 제1 배터리 관리 유닛에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 NOT 논리 게이트; 및
    상기 AND 논리 게이트와 상기 제1 배터리 관리 유닛에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 AND논리 게이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 배터리 관리 유닛은 자신이 관리하는 이차전지 셀 또는 자신에 대한 이상발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하고,
    상기 제1 신호 검출부는 상기 N개의 배터리 관리 유닛과 상기 AND 논리 게이트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 NOT 논리 게이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 신호 검출부는,
    상기 N개의 배터리 관리 유닛에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 OR 논리 게이트;
    상기 제1 배터리 관리 유닛에서 출력된 ADSYNC 신호를 수신하여 논리값을 출력하는 NOT 논리 게이트; 및
    상기 AND 논리 게이트와 상기 NOT 게이트에서 출력된 논리값을 수신하여 논리값을 출력하는 OR 논리 게이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 N개의 배터리 관리 유닛은 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 이상발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하고,
    상기 N개의 배터리 관리 유닛과 상기 OR 논리 게이트 사이에 전기적으로 직렬 연결된 NOT 논리 게이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상호간에 전기적으로 직렬 연결되어 있으며, 상기 N개의 배터리 관리 유닛에서 출력된 이상발생여부에 대한 신호에 의해 턴온되는 제1 내지 제N 스위치;를 더 포함하며,
    상기 제1 신호 검출부는,
    상기 제1 내지 제N 스위치가 전부 턴온되었을 때 턴온되도록 전기적 연결이 구성된 제F 스위치;
    상기 제F 스위치가 턴온되었을 때 턴오프, 상기 제F 스위치가 턴오프되었을 때 턴온되도록 전기적 연결이 구성된 제E 스위치; 및
    상기 ADSYNC 신호가 높은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴온되어 상기 제A 스위치를 턴온시키고, 상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴오프되어 상기 E 스위치의 턴온 또는 턴오프 동작이 상기 제A 스위치를 턴온 또는 턴오프 동작을 결정하도록 전기적 연결이 구성된 제D 스위치;를 포함하고,
    상기 제2 신호 검출부는,
    상기 제1 내지 제N 스위치 중 적어도 어느 하나 이상이 턴온되었을 때 턴온되도록 상기 제B 스위치와 상기 제1 스위치를 전기적 연결을 구성하는 제1 라인;
    상기 ADSYNC 신호가 낮은 로직 레벨의 전압을 가질 때 턴오프되어 상기 제B 스위치를 턴온시키도록 전기적 연결이 구성된 제C 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 스위치는, PNP형 양극접합트랜지스터인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제A 스위치는, NPN형 양극접합트랜지스터인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제B 내지 제F 스위치는, PNP형 양극접합트랜지스터인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신호 출력부는 옵토커플러인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 배터리 관리 유닛은,
    상기 ADSYNC의 데이터 전송 준비 구간이 시작하는 부분, 상기 ADSYNC의 데이터 전송 구간이 시작하는 부분 및 상기 ADSYNC의 데이터 전송 구간 내에서 전송되는 복수의 데이터가 시작하는 부분에 인덱스 펄스를 출력하고,
    평상시에는 높은 로직 레벨의 전압을 출력하다가 자신이 관리하는 이차전지 셀에 대한 이상발생시 낮은 로직 레벨의 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인덱스 펄스는 낮은 로직 레벨의 전압을 가진 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 시스템; 및
    상기 배터리 관리 시스템의 상기 신호 출력부를 통해 상기 배터리 관리 시스템의 이상발생여부에 대한 신호를 수신하고 이를 처리할 수 있는 판단부를 가진 외부 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
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