KR20160027764A - 배터리 센서 및 배터리 모니터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

복수의 배터리를 사용하는 차량의 배터리 시스템에서 배터리 센서가 복수의 배터리 사이에 장착되는 배터리 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 면에 따른 배터리 센서는 제1 배터리와 제2 배터리 사이에서 직렬로 연결되는 전류계 저항을 이용한 배터리 센서로서, 상기 제1 배터리의 양극 전압 및 상기 전류계 저항의 양단 전압을 입력받아, 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류를 측정하는 제1 통합회로; 및 상기 제2 배터리의 양극 전압을 입력받아, 제2 배터리 전압을 측정하고, 상기 제1 통합회로와 시리얼 통신 인터페이스를 통해 상기 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류를 전송받는 제2 통합회로를 포함한다.

Description

배터리 센서 및 배터리 모니터링 시스템{Battery Sensor and Battery Monitoring System}
본 발명은 배터리 센서에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 복수의 배터리를 사용하는 차량의 배터리 시스템에서 배터리 센서가 복수의 배터리 사이에 장착되는 배터리 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근, 하이브리드 차량 등과 같이 12V가 넘는 전압을 사용하는 차량이 늘고 있다. 예컨대, 12V의 배수 전압을 사용하는 차량은 12V 배터리 여러 개를 직렬로 연결하여 사용한다.
또한, 차량은 배터리 전압이 일정범위 내에 있어야 정상 동작을 보장할 수 있으므로, IBS(Intelligent Battery Sensor)에 의해 배터리 전압, 전류 및 온도를 감지하여 배터리 충전을 제어하고, 이상 여부를 모니터링한다.
종래의 12V의 배수 전압 배터리 감지용 IBS는 12V 전용 ASIC 하나를 이용하여 24V 배터리 전압을 모니터링하여서, 배터리 전체 전압을 측정할 수 있을 뿐, 각 배터리 간의 전압 불균형을 감지할 수 없었다.
도 1은 종래 기술에 따른 24V 전압 모니터링용 배터리 센서를 적용한 배터리 모니터링 시스템이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 배터리 센서는 전압 분배용 저항(Rd), 전류계 저항(Rs), 제1 통합회로(IC1) 및 제2 통합회로(IC2)를 포함한다.
여기서, 배터리 센서는 제2 배터리와 차량의 기준준위(ground) 사이에 장착된다. 즉, 제2 배터리의 (-) 극과 차량의 기준준위 사이에 전류계 저항(Rs)은 직렬로 연결된다.
제1 통합회로(IC1)는 제1 배터리와 제2 배터리 양 단의 전체 전압을 측정하고, 상기 전류계 저항(Rs) 양단에 걸리는 전압을 측정한 값으로부터 제1 배터리와 제2 배터리에 흐르는 일 방향 전류를 측정한다.
또한, 제2 통합회로(IC2)는 제2 배터리의 전압을 측정하고, 상기 전류계 저항(Rs) 양단에 걸리는 전압을 측정한 값으로부터 제1 배터리와 제2 배터리에 흐르는 타 방향 전류를 측정한다.
제1 배터리의 전압은 제1 통합회로(IC1)에서 측정된 전체 전압에서 제2 통합회로(IC2)에서 측정된 제2 배터리의 전압을 차감하여 계산한다.
한편, 종래 기술에 따른 배터리 센서는 배터리와 차량의 기준준위 사이에 장착할 경우에만 활용 가능하다. 이 경우, 차량의 기준준위 케이블의 길이, 방향 등이 차종에 따라 상이하여 배터리 센서를 공용화할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 복수의 배터리 사이에 전기적으로 연결하여 복수의 배터리 전압을 각기 모니터링할 수 있는 배터리 센서 및 배터리 모니터링 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 배터리 센서는, 제1 배터리와 제2 배터리 사이에서 직렬로 연결되는 전류계 저항을 이용한 배터리 센서로서, 상기 제1 배터리의 양극 전압 및 상기 전류계 저항의 양단 전압을 입력받아, 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류를 측정하는 제1 통합회로; 및 상기 제2 배터리의 양극 전압을 입력받아, 제2 배터리 전압을 측정하고, 상기 제1 통합회로와 시리얼 통신 인터페이스를 통해 상기 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류를 전송받는 제2 통합회로를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 배터리의 제1 극은 상기 제1 통합회로의 전압 센싱 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 배터리의 제2 극은 제1 기준준위 전기적으로 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 일 면에 따른 배터리 센서는 상기 제2 통합회로와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 통합회로로부터 전송받은 상기 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류와, 상기 제2 배터리 전압을 차량 네트워크를 통해 상기 제1 및 제2 배터리를 모니터링하는 ECU(Electronic Control Unit)로 전송하는 트랜시버를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 통합회로는 상기 제1 및 제2 배터리의 온도를 각기 측정하는 온도 센서를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 시리얼 통신 인터페이스는 상기 제1 통합회로에서 상기 제2 통합회로 방향으로 순방향의 신호 전달은 허용하고, 상기 제2 통합회로에서 상기 제1 통합회로 방향으로 역방향의 신호 전달은 차단하는 아이솔레이터(isolator)를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따른 배터리 모니터링 시스템은 제1 배터리와, 상기 제1 배터리의 (-)극에 직렬로 연결된 제2 배터리를 모니터링하는 배터리 모니터링 시스템으로서, 상기 제1 배터리의 (-)극과 상기 제2 배터리의 (+)극 사이에서 직렬로 연결되는 전류계 저항; 상기 제1 배터리의 (+)극으로부터 출력되는 제1 배터리 전압, 상기 제1 및 제2 배터리의 일방향 전류 및 상기 제1 배터리의 온도를 감지하는 제1 통합회로; 상기 제2 배터리의 전압, 및 상기 제2 배터리의 온도를 감지하는 제2 통합회로; 및 상기 제2 통합회로와 차량 네트워크로 연결되며, 상기 차량 네트워크를 통해 상기 제1 배터리 전압, 상기 제2 배터리의 전압, 상기 제1 및 제2 배터리의 일방향 전류, 상기 제1 및 제2 배터리의 온도를 수신하고, 이를 이용하여 상기 제1 및 제2 배터리의 충전을 제어하고, 상기 제1 및 제2 배터리의 이상 여부를 확인하는 ECU(Electronic Control Unit)를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 ECU는 상기 제1 배터리의 전압과 상기 제2 배터리의 전압 중 적어도 하나의 배터리의 전압이 기설정된 임계범위를 벗어나면, 상기 적어도 하나의 배터리의 이상을 경고한다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 다른 면에 따른 배터리 모니터링 시스템은 상기 제1 통합회로와 상기 제2 통합회로 사이의 통신 연결을 위한 시리얼 통신 인터페이스를 더 포함하되, 상기 시리얼 통신 인터페이스는 상기 제1 통합회로에서 상기 제2 통합회로 방향으로 순방향의 신호 전달은 허용하고, 상기 제2 통합회로에서 상기 제1 통합회로 방향으로 역방향의 신호 전달은 차단하는 아이솔레이터(isolator)를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 통합회로에서 측정된 상기 제1 배터리 전압, 상기 제1 및 제2 배터리의 일방향 전류 및 상기 제1 배터리의 온도는 상기 시리얼 통신 인터페이스를 통해 상기 제2 통합회로로 전달된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 배터리의 (+) 극은 상기 제1 통합회로의 전압 센싱 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 배터리의 (-) 극은 제1 기준준위 전기적으로 연결되고, 상기 제2 배터리의 (+) 극은 상기 제2 통합회로의 전압 센싱 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 배터리의 (-) 극은 제2 기준준위와 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따르면, 복수의 배터리 사이에 배터리 센서를 전기적으로 연결함으로써, 차량의 기준준위(ground) 케이블의 길이, 방향에 상관 없이 배터리 센서를 공용화할 수 있다.
또한, 복수의 배터리의 전압과 온도를 각기 확인하여 배터리의 충전상태 및 노후 정도에 의한 배터리 전압의 불균형을 확인할 수 있어, 복수의 배터리 중 하나의 배터리만을 우선적으로 교체하도록 경고 및 조치할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 복수의 ASIC을 사용하여 배터리를 모니터링하므로, 하나의 ASIC이 망가졌을 때 나머지 ASIC에 의해 배터리 고장 진단의 기능을 수행할 수 있어, ISG(Idle Stop & Go) 기능을 사용시에 배터리 센서의 진단 오류로 인한 재시동 불능과 같은 위험 상황을 회피할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 24V 전압 모니터링용 배터리 센서를 적용한 배터리 모니터링 시스템.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 24V 전압 모니터링용 배터리 센서를 적용한 배터리 모니터링 시스템.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 12배수 배터리 전압을 모니터링하는 배터리 센서에 관한 것이다. 이하, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 24V 배터리 전압을 모니터링하는 배터리 센서에 대하여 설명한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 24V 전압 모니터링용 배터리 센서를 적용한 모니터링 시스템이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 24V 전압 모니터링용 배터리 센서(200)는, 제1 배터리(10)와 제2 배터리(20) 사이에서 직렬로 연결되는 전류계 저항(Rs, 210)을 이용한 것으로서, 제1 통합회로(IC1, 220) 및 제2 통합회로(IC2, 230)를 포함한다.
전류계 저항(210)은 제1 배터리(10)의 (-)극과 제2 배터리(20)의 (+)극 사이에서 직렬로 연결된 분류기(Shunt Resistor)로서, 매우 낮은 저항 값(예컨대, 100μΩ)을 갖는다. 제1 통합회로(220)는 전류계 저항(210)의 양단 전압을 이용하여 배터리 전류를 측정한다.
제1 통합회로(220)는 제1 배터리 전압, 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류, 제1 배터리의 온도를 측정한다.
제1 통합회로(220)는 제1 전압 센싱 모듈(221), 제1 전류 센싱 모듈(222), 제1 온도 센서(223)를 포함하며, ASIC(Application Specific integrated Circuits)일 수 있다.
제1 전압 센싱 모듈(221)은 제1 배터리(10)의 양극 전압을 측정한다. 여기서, 제1 배터리(10)의 제1 극은 제1 전압 센싱 모듈(221)과 전기적으로 연결되고, 제1 배터리(10)의 제2 극은 제1 기준준위(GND 1)와 전기적으로 연결된다.
예컨대, 제1 배터리(10)의 (+)극은 제1 전압 센싱 모듈(221)과 전기적으로 연결되고, 제1 배터리(10)의 (-)극은 제1 기준준위(GND 1)와 전기적으로 연결됨으로써, 상기 제1 전압 센싱 모듈(221)은 제1 배터리(10)의 양극 전압을 측정한다.
제1 전류 센싱 모듈(222)는 전류계 저항(210)의 양단 전압을 입력받아, 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류를 측정한다. 예컨대, 제1 전류 센싱 모듈(222)는 전류계 저항(210)의 일단을 IN-으로 입력받고, 전류계 저항(210)의 타단을 IN+로 입력받을 수 있다.
제1 온도 센서(223)는 제1 배터리(10)의 온도를 측정한다.
제2 통합회로(230)는 제2 배터리 전압을 측정하고, 상기 제2 배터리 전압과 함께 상기 제1 통합회로(230)로부터 전송받은 제1 배터리 전압, 제1 배터리와 제2 배터리의 일방향 전류, 제1 배터리 온도를 차량 내 네트워크를 통해 마스터 ECU(300)로 전달한다.
제2 통합회로(230)는 제2 전압 센싱 모듈(231), 제2 온도 센서(233)을 포함하며, 제1 통합회로(220)와 마찬가지로 ASIC(Application Specific integrated Circuits)일 수 있다.
제2 전압 센싱 모듈(231)은 제2 배터리(20)의 양극 전압을 측정한다. 여기서, 제2 배터리(10)의 제1 극은 제2 전압 센싱 모듈(231)과 전기적으로 연결되고, 제2 배터리(20)의 제2 극은 제2 기준준위(GND 2)와 전기적으로 연결된다.
예컨대, 제2 배터리(20)의 (+)극은 제2 전압 센싱 모듈(231)과 전기적으로 연결되고, 제2 배터리(20)의 (-)극은 제2 기준준위(GND 2)와 전기적으로 연결됨으로써, 상기 제2 전압 센싱 모듈(231)은 제2 배터리(20)의 양극 전압을 측정한다.
제2 온도 센서(233)는 제2 배터리(20)의 온도를 측정한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 센서(200)는 상기 제1 통합회로(220) 및 제2 통합회로(230)에서 측정된 제1 및 제2 배터리 전압, 제1 배터리와 제2 배터리의 일방향 전류, 제1 및 제2 배터리의 온도를 차량 내 네트워크를 통해 상기 마스터 ECU(300)로 전달하기 위한 트랜시버(240)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 트랜시버(240)는 상기 제2 통합회로(230)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 통합회로(230)는 측정 값과 함께 상기 제1 통합회로(220)에서 전송 받은 측정 값을 상기 트랜시버(240)를 통해 마스터 ECU(300)로 전달한다.
이를 위해, 상기 제1 통합회로(220)와 상기 제2 통합회로(230)는 시리얼 통신 인터페이스를 통해 통신 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 통합회로(220)와 상기 제2 통합회로(230)는 직렬 주변기기 인터페이스 버스(Serial Peripheral Interface Bus)를 통해 통신 연결될 수 있다.
이때, 상기 시리얼 통신 인터페이스는 상기 제1 통합회로(220)에서 상기 제2 통합회로(230) 방향으로 순방향의 신호 전달은 허용하고, 상기 제2 통합회로(230)에서 상기 제1 통합회로(220) 방향으로 역방향의 신호 전달은 차단하는 아이솔레이터(isolator, 250)를 포함할 수 있다.
마스터 ECU(300)는 제2 통합회로(220)로부터 전달받은 제1 배터리 전압, 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류 및 제1 및 제2 배터리의 온도를 확인하고, 그에 대응하여 배터리 충전을 제어하거나, 각 배터리의 이상 여부를 모니터링한다.
또한, 마스터 ECU(300)는 제1 배터리 전압과 제2 배터리의 전압을 확인하고, 각 배터리 전압의 불균형을 확인할 수 있다. 이때, 마스터 ECU(300)는 제1 배터리의 전압과 제2 배터리의 전압 중 적어도 하나의 배터리의 전압이 기 설정된 임계범위를 벗어나면, 적어도 하나의 배터리에 이상이 발생한 사실을 경고할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 복수의 ASIC을 사용하여 배터리를 모니터링하므로, 하나의 ASIC이 망가졌을 때 나머지 ASIC에 의해 배터리 고장 진단의 기능을 수행할 수 있어, ISG(Idle Stop & Go) 기능을 사용시에 배터리 센서의 진단 오류로 인한 재시동 불능과 같은 위험 상황을 회피할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며, 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 배터리와 제2 배터리 사이에서 직렬로 연결되는 전류계 저항을 이용한 배터리 센서로서,
    상기 제1 배터리의 양극 전압 및 상기 전류계 저항의 양단 전압을 입력받아, 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류를 측정하는 제1 통합회로; 및
    상기 제2 배터리의 양극 전압을 입력받아, 제2 배터리 전압을 측정하고, 상기 제1 통합회로와 시리얼 통신 인터페이스를 통해 상기 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류를 전송받는 제2 통합회로
    를 포함하는 배터리 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리의 제1 극은 상기 제1 통합회로의 전압 센싱 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 배터리의 제2 극은 제1 기준준위 전기적으로 연결되는 것
    인 배터리 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 통합회로와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 통합회로로부터 전송받은 상기 제1 배터리 전압 및 상기 제1 및 제2 배터리의 일 방향 전류와, 상기 제2 배터리 전압을 차량 네트워크를 통해 상기 제1 및 제2 배터리를 모니터링하는 ECU(Electronic Control Unit)로 전송하는 트랜시버
    를 더 포함하는 배터리 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 통합회로는,
    상기 제1 및 제2 배터리의 온도를 각기 측정하는 온도 센서를 포함하는 것인 배터리 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시리얼 통신 인터페이스는,
    상기 제1 통합회로에서 상기 제2 통합회로 방향으로 순방향의 신호 전달은 허용하고, 상기 제2 통합회로에서 상기 제1 통합회로 방향으로 역방향의 신호 전달은 차단하는 아이솔레이터(isolator)를 포함하는 것
    인 배터리 센서.
  6. 제1 배터리와, 상기 제1 배터리의 (-)극에 직렬로 연결된 제2 배터리를 모니터링하는 배터리 모니터링 시스템으로서,
    상기 제1 배터리의 (-)극과 상기 제2 배터리의 (+)극 사이에서 직렬로 연결되는 전류계 저항;
    상기 제1 배터리의 (+)극으로부터 출력되는 제1 배터리 전압, 상기 제1 및 제2 배터리의 일방향 전류 및 상기 제1 배터리의 온도를 감지하는 제1 통합회로;
    상기 제2 배터리의 전압, 및 상기 제2 배터리의 온도를 감지하는 제2 통합회로; 및
    상기 제2 통합회로와 차량 네트워크로 연결되며, 상기 차량 네트워크를 통해 상기 제1 배터리 전압, 상기 제2 배터리의 전압, 상기 제1 및 제2 배터리의 일방향 전류, 상기 제1 및 제2 배터리의 온도를 수신하고, 이를 이용하여 상기 제1 및 제2 배터리의 충전을 제어하고, 상기 제1 및 제2 배터리의 이상 여부를 확인하는 ECU(Electronic Control Unit)
    를 포함하는 배터리 모니터링 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 ECU는,
    상기 제1 배터리의 전압과 상기 제2 배터리의 전압 중 적어도 하나의 배터리의 전압이 기설정된 임계범위를 벗어나면, 상기 적어도 하나의 배터리의 이상을 경고하는 것
    인 배터리 모니터링 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 통합회로와 상기 제2 통합회로 사이의 통신 연결을 위한 시리얼 통신 인터페이스를 더 포함하되,
    상기 시리얼 통신 인터페이스는,
    상기 제1 통합회로에서 상기 제2 통합회로 방향으로 순방향의 신호 전달은 허용하고, 상기 제2 통합회로에서 상기 제1 통합회로 방향으로 역방향의 신호 전달은 차단하는 아이솔레이터(isolator)를 포함하는 것
    인 배터리 모니터링 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 통합회로에서 측정된 상기 제1 배터리 전압, 상기 제1 및 제2 배터리의 일방향 전류 및 상기 제1 배터리의 온도는 상기 시리얼 통신 인터페이스를 통해 상기 제2 통합회로로 전달되는 것
    인 배터리 모니터링 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 배터리의 (+) 극은 상기 제1 통합회로의 전압 센싱 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 배터리의 (-) 극은 제1 기준준위 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 배터리의 (+) 극은 상기 제2 통합회로의 전압 센싱 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 배터리의 (-) 극은 제2 기준준위와 전기적으로 연결되는 것
    인 배터리 모니터링 시스템.
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