KR20180113311A - 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 저전압 측에 사용되는 저전압 배터리(12V Aux Battery)의 상태를 진단하기 위하여, 데이지 체인(Daisy Chain) 회로부가 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받아 하나 이상의 결과 신호를 출력하고, 고전압 측과 저전압 측을 전기적으로 절연하는 아이솔레이터(Isolator)부가 출력된 하나 이상의 결과 신호를 변환하여 제어부에 제공함으로써, 고전압 측에 위치한 제어부를 이용하여 저전압 측의 저전압 배터리의 상태를 진단할 수 있는 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSING LOW-SIDE BATTERY}
본 발명은 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 저전압 측에 구비되는 저전압 배터리(12V Aux Battery)의 상태를 진단하기 위하여, 데이지 체인(Daisy Chain) 회로부가 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받아 하나 이상의 결과 신호를 출력하고, 고전압 측과 저전압 측을 전기적으로 절연하는 아이솔레이터(Isolator)부가 데이지 체인 회로부에서 출력된 하나 이상의 결과 신호를 변환하여 제어부에 제공함으로써, 저전압 측에 추가적으로 제어부를 구비하지 않고 고전압 측에 구비된 제어부를 이용하여 저전압 측의 저전압 배터리의 상태를 진단할 수 있는 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 관리를 위해 개발 및 양산되고 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)은 고전압 측(High-Voltage Side)에 구비된 고전압 배터리의 전압을 측정하고, 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Uint; MCU)과 같은 제어부가 측정된 전압에 기반하여 배터리의 전압 상태를 진단하고 관리하였다. 그러나, 저전압 측(Low-Voltage side)에는 MCU와 같은 제어부가 구비되어 있지 않기 때문에, 저전압 측에 구비되는 저전압 배터리(12V Aux Battery)의 전압 상태를 진단할 수 없다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래의 BMS는 저전압 배터리의 전압 상태를 진단하기 위하여, 저전압 배터리의 전압을 저항 분배로 분배하고, 분배된 전압을 저전압측에 위치한 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Uint; MCU)에 인가하여 저전압 배터리의 전압 상태를 진단하는 방식을 사용하였다.
한편, 이와 같이 종래의 저전압 배터리의 상태를 진단하는 방식은, 고전압 측에 구비된 제어부 이외에 저전압 측에 추가적인 제어부의 역할을 담당할 수 있는 구성요소를 구비해야 되기 때문에 전체적인 시스템을 제작의 비용 및 시스템의 부피가 증가하여 전체적인 배터리 관리 시스템의 효율을 떨어뜨린다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 종래의 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법이 가지는 문제점을 해결하기 위해, 저전압 측에 구비되는 저전압 배터리의 상태를 진단하기 위하여, 데이지 체인 회로부가 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받아 하나 이상의 결과 신호를 출력하고, 고전압 측과 저전압 측을 전기적으로 절연하는 아이솔레이터부가 데이지 체인 회로부에서 출력된 하나 이상의 결과 신호를 변환하여 제어부에 제공함으로써, 저전압 측에 추가적으로 제어부를 구비하지 않고 고전압 측에 구비된 제어부를 이용하여 저전압 측의 저전압 배터리의 상태를 진단할 수 있는 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2013-0033196호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 저전압 측에 구비되는 저전압 배터리(12V Aux Battery)의 상태를 진단하기 위하여, 데이지 체인(Daisy Chain) 회로부가 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받아 하나 이상의 결과 신호를 출력하고, 고전압 측과 저전압 측을 전기적으로 절연하는 아이솔레이터(Isolator)부가 데이지 체인 회로부에서 출력된 하나 이상의 결과 신호를 변환하여 제어부에 제공함으로써, 저전압 측에 추가적으로 제어부를 구비하지 않고 고전압 측에 구비된 제어부를 이용하여 저전압 측의 저전압 배터리의 상태를 진단할 수 있는 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 저전압 배터리의 상태 진단 시스템은, 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받고, 인가 받은 상기 전압과 제1 기준 전압에 기반하여 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 데이지 체인(Daisy Chain) 회로부, 출력된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하고, 수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 아이솔레이터(Isolator)부 및 변환된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하여 상기 저전압 배터리의 상태를 진단하는 제어부;를 포함할 수 있으며, 상기 데이지 체인 회로부는 상기 저전압 배터리를 포함하는 저전압 측에 구비되고, 상기 제어부는 고전압 배터리를 포함하는 고전압 측에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 아이솔레이터부는, 상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부 사이에 위치할 수 있으며, 상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부를 절연시켜 전기적으로 격리할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이지 체인 회로부는, 상기 제1 기준 전압을 설정하는 기준 전압 설정부;를 포함할 수 있으며, 상기 기준 전압 설정부는, 상기 데이지 체인 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 제1 기준 전압의 크기를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 아이솔레이터부는, 수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 커플러(Coupler)부 및 변환된 상기 하나 이상의 결과 신호와 제2 기준 전압을 비교하여 하나 이상의 비교 결과 신호를 출력하는 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 회로부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 슈미트 트리거 회로부는, 상기 슈미트 트리거 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 따라 상기 제2 기준 전압의 크기를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이지 체인 회로부는, 상기 저전압 배터리의 전압 신호, 상기 데이지 체인 회로부의 입력 전압 신호 및 상기 데이지 체인 회로부의 출력 전압을 피드백 받은 신호 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이지 체인 회로부는, 하나 이상의 배터리 모듈과 연결된 하나 이상의 셀 모듈 컨트롤러(Cell Module Controller; CMC) 및 상기 제어부와 데이지 체인 결선 방식으로 연결되며, 상기 하나 이상의 결과 신호에 기반하여 상기 CMC, 상기 제어부 및 상기 데이지 체인 회로부간의 단락을 점검할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 저전압 배터리의 상태 진단 방법은, 데이지 체인 회로부가 저전압 배터리를 포함하는 저전압 측에 구비되는 단계, 제어부가 고전압 배터리를 포함하는 고전압 측에 구비되는 단계, 상기 데이지 체인 회로부가 상기 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받고, 인가 받은 상기 전압과 제1 기준 전압에 기반하여 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계, 아이솔레이터부가 출력된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하고, 수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 단계 및 상기 제어부가 변환된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하여 상기 저전압 배터리의 상태를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 단계는, 상기 아이솔레이터부가 상기 저전압 배터리 및 상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부 사이에 위치하며, 상기 저전압 배터리 및 상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부를 절연시켜 전기적으로 격리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는, 기준 전압 설정부가 상기 제1 기준 전압을 설정하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 기준 전압을 설정하는 단계는, 상기 데이지 체인 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 제1 기준 전압의 크기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는, 커플러부가 수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 단계 및 슈미트 트리거 회로부가 변환된 상기 하나 이상의 결과 신호와 제2 기준 전압을 비교하여 하나 이상의 비교 결과 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 비교 결과 신호를 출력하는 단계는 상기 슈미트 트리거 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 따라 상기 제2 기준 전압의 크기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는, 상기 저전압 배터리의 전압 신호, 상기 데이지 체인 회로부의 입력 전압 신호 및 상기 데이지 체인 회로부의 출력 전압을 피드백 받은 신호 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 저전압 배터리의 상태 진단 방법은, 상기 데이지 체인 회로부가 하나 이상의 배터리 모듈과 연결된 하나 이상의 셀 모듈 컨트롤러(Cell Module Controller; CMC) 및 상기 제어부와 데이지 체인 결선 방식으로 연결되는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는, 상기 하나 이상의 결과 신호에 기반하여 상기 CMC, 상기 제어부 및 상기 데이지 체인 회로부간의 단락을 점검하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 저전압 측에 구비되는 저전압 배터리(12V Aux Battery)의 상태를 진단하기 위하여, 데이지 체인(Daisy Chain) 회로부가 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받아 하나 이상의 결과 신호를 출력하고, 고전압 측과 저전압 측을 전기적으로 절연하는 아이솔레이터(Isolator)부가 데이지 체인 회로부에서 출력된 하나 이상의 결과 신호를 변환하여 제어부에 제공함으로써, 저전압 측에 추가적으로 제어부를 구비하지 않고 고전압 측에 구비된 제어부를 이용하여 저전압 측의 저전압 배터리의 상태를 진단할 수 있으며, 저전압 측에 저전압 배터리의 상태를 진단하기 위한 제어부가 필요하지 않아 시스템의 비용 및 부피가 감소한다는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 데이지 체인 회로부의 입력 전압 및 데이지 체인 회로부의 출력 전압을 피드백 받은 신호 수신하고, 수신 받은 신호의 종류 및 크기에 기반하여 기준 전압을 설정함으로써, 저전압 배터리의 전압뿐만 아니라 저전압 측에 위치하는 데이지 체인 회로부의 입출력 상태를 진단할 수 있으며, 입력되는 신호가 변동되더라도 본 발명이 가지는 고유의 특성이 변하지 않기 때문에 다양한 신호를 수신하여 진단할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 데이지 체인 회로부(110)에 포함된 기준 전압 설정부(111)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 아이솔레이터부(120)에 포함된 커플러부(121) 및 슈미트 트리거 회로부(122)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 아이솔레이터부(120)에 포함된 슈미트 트리거 회로부(122)를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 데이지 체인 회로부(110), 아이솔레이터부(120) 및 제어부(130)가 하나 이상의 결과 신호를 송수신하는 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)을 통해 저전압 배터리(10)의 상태를 진단하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)을 이용하여 셀 모듈 컨트롤러(30), 제어부(130) 및 데이지 체인 회로부(110)간의 단선을 점검하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)은 데이지 체인(Daisy Chain) 회로부(110), 아이솔레이터(Isolator)부(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 데이지 체인 회로부(110)는 저전압 배터리(10)로부터 전압을 인가 받을 수 있을 수 있으며, 데이지 체인 회로부(110)에 포함된 복수의 구성요소에 인가 받은 저전압 배터리(10)의 전압을 제공할 수 있다. 이를 위해, 데이지 체인 회로부(110)는 저전압 배터리(10)를 포함하는 저전압 측에 구비될 수 있다. 여기서, 저전압 배터리(10)는 후술되는 고전압 배터리(20)에 비해 상대적으로 낮은 전압값을 출력하는 배터리일 수 있다. 예를 들어, 고전압 배터리(20)에 포함된 복수개의 배터리 모듈 중 하나의 배터리 모듈일 수 있고, 배터리 모듈에 포함된 복수의 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀 일 수 있다.
데이지 체인 회로부(110)는 하드웨어 장치, 소프트웨어 장치 및 통신 장치와 같이 저전압 측에 구비되는 구성요소들을 데이지 체인(Daisy Chain) 결선 방식으로 연결하여 하나의 회로로 구성한 형태일 수 있다. 여기서, 데이지 체인 결선 방식은 구성요소들이 연속적으로 연결되어 있는 방식의 버스 결선방식을 의미할 수 있으며, 일 예로, 데이지 체인 회로부(110)는 SCSI(Small Computer System Interface) 방식으로 구성요소들을 연결할 수 있다.
데이지 체인 회로부(110)는 저전압 배터리(10)로부터 인가 받은 전압과 제1 기준 전압에 기반하여 하나 이상의 결과 신호를 출력할 수 있다. 여기서 제1 기준 전압은, 저전압 배터리(10)의 전압 상태를 진단하기 위하여 기준이 되는 전압의 크기값을 의미할 수 있다. 또한, 제1 기준 전압은 저전압 배터리(10)가 저전압 상태인지, 고전압 상태인지를 진단하기 위하여, 고전압 기준 전압 및 저전압 기준 전압 2개의 기준 전압을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 결과 신호는, 저전압 배터리(10)로부터 인가 받은 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 출력되는 신호일 수 있다.
일 실시예에서, 데이지 체인 회로부(110)는 비교 회로(Comparator, 미도시)를 포함할 수 있다. 데이지 체인 회로부(110)는 비교 회로를 통해 인가 받은 저전압 배터리(10)의 전압과 제1 기준 전압을 비교할 수 있고, 비교 결과로서 고신호(High-signal) 또는 저신호(Low-signal)를 출력할 수 있다. 이때, 고신호 또는 저신호가 하나 이상의 결과 신호일 수 있다.
일 실시예에서, 데이지 체인 회로부(110)는 저전압 배터리(10)로부터 인가 받은 전압 신호뿐만 아니라, 데이지 체인 회로부(110)의 입력 전압 신호 및 데이지 체인 회로부의 출력 전압을 피드백 받은 신호 중 어느 하나 이상을 수신할 수 있으며, 이를 기반으로 하나 이상의 결과 신호를 출력할 수 있다. 이때, 데이지 체인 회로부(110)가 수신 받은 신호의 종류에 상관없이 동일한 제1 기준 전압을 적용하게 되면, 각각의 신호마다 정확한 결과값을 출력할 수 없을 수 있다. 이를 위해, 데이지 체인 회로부(110)는 수신하는 각각의 신호에 대응하도록 제1 기준 전압을 설정하기 위한 기준 전압 설정부(111)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 기준 전압 설정부(111)는 데이지 체인 회로부(110)에 입력되는 신호의 크기 및 종류 중 어느 하나 이상에 기반하여 제1 기준 전압의 크기를 조절할 수 있다. 이하 도 2를 참조하여, 기준 전압 설정부(111)가 기준 전압의 크기를 조절하는 일련의 과정을 예를 들어 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 데이지 체인 회로부(110)에 포함된 기준 전압 설정부(111)를 개략적으로 도시한 도면이다.
일 실시예에서, 기준 전압 설정부(111)는 데이지 체인 회로부(110)가 수신한 각각의 신호에 대응하도록 제1 기준 전압의 크기를 조절할 수 있으며, 이를 위해, 하나 이상의 저항(111-1 내지 111-3)과 스위칭소자(111-4)를 포함할 수 있다. 기준 전압 설정부(111)는 데이지 체인 회로부(110)에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 따라 제1 기준 전압의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 기준 전압 설정부(111)에 일정 크기의 전압(Vcc)이 입력되면, 제1 저항(111-1)과 제2 저항(111-2)를 통해 전압이 분배되어 제1 기준 전압을 생성한다. 이때 일정 크기의 전압(Vcc)이 10V이고, 제1 저항(111-1) 및 제2 저항(111-2)의 크기가 각각 3KΩ 및 2KΩ인 경우, 전압 분배를 통해 6V가 생성되며, 기준 전압 설정부(111)는 생성된 6V 크기의 전압을 제1 기준 전압으로 설정할 수 있다. 이때, 데이지 체인 회로부(110)에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 기반으로, 제1 기준 전압의 크기를 조절하고자 하는 경우, 데이지 체인 회로부(110) 또는 후술되는 제어부(130)에서 출력되는 스위칭소자(111-4) 제어 신호를 기반으로 스위칭소자(111-4)의 도통 상태를 제어하여 제2 저항(111-2)과 제3 저항(111-3)을 연결하여 저항값을 변경시킴으로써 분배되는 전압의 크기를 조절할 수 있고, 이를 통해 제1 기준 전압의 크기를 조절할 수 있다. 일 예로, 제3 저항(111-3)은 가변 저항이거나 하나 이상의 저항이 직렬 또는 병렬로 연결됨으로써, 저항값을 조절할 수 있으며, 저항값을 조절한 제3 저항(111-3)과 제2 저항(111-2)을 연결함으로써 다양한 저항값을 생성할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 데이지 체인 회로부(110)는 제1 기준 전압에 대한 정보를 저장할 수 있는 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 저장부는 데이지 체인 회로부(110)에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 기반하여 설정될 제1 기준 전압을 데이터화하여 저장할 수 있고, 기준 전압 설정부(111)는 데이지 체인 회로부(110)에 특정 신호가 입력되는 경우, 특정 신호의 종류 및 크기에 대응하는 제1 기준 전압을 매칭하여 제1 기준 전압으로 설정할 수 있다.
다시 도 1로 돌아와서, 아이솔레이터부(120)는 데이지 체인 회로부(110)에서 출력된 하나 이상의 결과 신호를 수신할 수 있고, 수신한 하나 이상의 결과 신호를 변환할 수 있다. 이하 도 3을 참조하여, 아이솔레이터부(120)가 데이지 체인 회로부(110)로부터 수신한 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 과정을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 아이솔레이터부(120)에 포함된 커플러부(121) 및 슈미트 트리거 회로부(122)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 아이솔레이터부(120)는 커플러(Coupler)부 및 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 회로부를 포함할 수 있다.
커플러부(121)는 데이지 체인 회로부(110)로부터 수신한 하나 이상의 결과 신호를 변환할 수 있다. 일 예로, 커플러부(121)는 광원과 광 검출기를 이용하여 스위칭 동작을 수행하는 옵토 커플러(Opto Coupler) 또는 포토 커플러(Photo Coupler)일 수 있다. 커플러부(121)는 데이지 체인 회로부(110)로부터 수신한 하나 이상의 결과 신호를 기반으로 광원에서 빛 신호를 생성하고, 광 검출기가 빛 신호를 검출하여 전기적 신호를 발생시킬 수 있다. 이러한 과정을 통해 하나 이상의 결과 신호는 빛 신호로, 빛 신호는 또 다른 전기적 신호로 변환 될 수 있다.
슈미트 트리거 회로부(122)는 커플러부(121)를 통해 변환된 하나 이상의 결과 신호와 제2 기준 전압을 비교하여 하나 이상의 비교 결과 신호를 출력할 수 있다. 여기서 제2 기준 전압은 슈미트 트리거 회로부(122)의 문턱전압(Threshold Voltage)일 수 있으며, 신호의 저전압 상태 및 고전압 상태를 진단하기 위하여 저전압 기준 전압 및 고전압 기준 전압을 포함할 수 있다. 또한, 제2 기준 전압은 후술되는 제어부(130)에서 저전압 배터리(10)의 전압 상태, 데이지 체인 회로부(120)의 입출력 전압 상태를 진단하기 위한 기준이 되는 전압일 수 있다.
아이솔레이터부(120)는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 하나의 커플러부(121)로 구성될 수 있고, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 2개의 커플러부(121) 또는 복수의 커플러부(121)로 구성될 수 있다. 또한, 도 3(c)에 도시된 바와 같이 복수의 커플러부(121)와 슈미트 트리거 회로부(122)가 결합되어 사용될 수 있다. 이하 도 4를 참조하여 슈미트 트리거 회로부(122)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 아이솔레이터부(120)에 포함된 슈미트 트리거 회로부(122)를 보다 상세히 도시한 도면이다.
일 실시예에서, 슈미트 트리거 회로부(122)는 2개의 트랜지스터(122-1 및 122-2)가 복수의 저항(122-3 및 122-4)으로 저항 분할 및 이미터(Emitter) 단자간의 결합으로 결합될 수 있다. 변환된 하나 이상의 결과 신호가 제1 트랜지스터(122-1)의 베이스(Base) 단자로 입력되어 제1 트랜지스터(122-1)의 베이스 전위가 낮을 때, 제1 트랜지스터(122-1)은 오프 상태, 제2 트랜지스터(122-2)는 온 상태가 된다. 또한, 제1 저항(122-3)에는 제2 트랜지스터(122-2)의 이미터 전류가 흐름으로써, 제1 트랜지스터의 이미터 전위가 높아지게 되고, 제1 트랜지스터(122-1)는 오프 상태를 유지하려 한다. 또한 제1 트랜지스터의 콜렉터(Collector) 단자가 고전위이기 때문에 제2 저항(122-4)를 통해 제2 트랜지스터(122-2)에 베이스 전류가 제2 트랜지스터(122-2)는 온상태를 유지하려 한다. 따라서, 제1 트랜지스터(122-1)은 오프상태, 제2 트랜지스터(122-2)는 온 상태로 안정 상태를 유지할 수 있다. 이때, 입력되는 하나 이상의 결과 신호에 이상이 발생하여, 신호의 전압 크기가 증가하여 제2 기준 전압을 초과하면, 제1 트랜지스터(122-1)의 베이스 전류가 흐르기 시작하고, 이에 따라 콜렉터 전압이 내려가 제2 트랜지스터(122-2)의 베이스 전류 및 이미터 전류가 감소하게 된다. 이때, 제1 트랜지스터(122-1)의 베이스 전류는 금속하게 증가하여 순간적으로 제1 트랜지스터(122-1)이 온 상태가 되고 제2 트랜지스터가 오프 상태가 되며, 이를 통해 히스테리시스 전압이 발생하게 된다. 즉, 슈미트 트리거 회로부(122)가 출력하는 하나 이상의 비교 결과 신호는 이러한 히스테리시스 전압의 출력 신호일 수 있다. 여기서, 슈미트 트리거 회로부(122)가 수신 받은 신호의 종류에 상관없이 동일한 제2 기준 전압을 적용하게 되면, 각각의 신호마다 정확한 비교 결과값을 출력할 수 없을 수 있다. 따라서, 슈미트 트리거 회로부(122)는 슈미트 트리거 회로부(122)에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 따라 제2 기준 전압의 크기를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 슈미트 트리거 회로부(122)에 포함된 제1 트랜지스터(122-1) 및 제2 트랜지스터(122-2)가 모스펫(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor; MOSFET)일 때, 모스펫의 드레인(Drain) 단자와 소스(Source) 단자에 병렬로 추가의 전류를 흐를 수 있도록 가변 회로를 부가로 설치하고, 모스펫에 흐르는 전류의 비율을 조절하는 방식을 통해 제2 기준 전압을 변화시킬 수 있다.
다시 도 1로 돌아와서, 제어부(130)는 아이솔레티어부(120)로부터 변환된 하나 이상의 결과 신호를 수신할 수 있고, 수신한 하나 이상의 결과 신호를 기반으로 저전압 배터리(10)의 전압 상태를 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(130)는 배터리 모듈을 복수개 접합하여 사용하는 고전압 배터리(20)를 포함하는 고전압 측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 복수개의 배터리 모듈이 접합된 고전압 배터리(20)의 상태를 진단하고 제어하기 위하여 사용되는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)일 수 있으며, BMS 내에서 실질적으로 제어를 담당하는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit; MCU)일 수 있다. 즉, 제어부(130)는 고전압 측에 구비되고, 데이지 체인 회로부(110)는 저전압 측에 구비될 수 있다. 한편, 고전압 측과 저전압 측에 전압 차이가 큰 경우, 고전압 측에 인가되는 전압이 저전압 측에 구비되는 구성요소에 영향을 주어 고장이 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 아이솔레이터부(120)는 데이지 체인 회로부(110)와 제어부(130) 사이에 위치할 수 있으며, 데이지 체인 회로부(110)와 제어부(130)를 절연시켜 전기적으로 격리시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른, 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)은 아이솔레이터부(120)를 통해 저전압 배터리(10)의 전압 신호를 절연시켜 고전압 측에 위치한 제어부(130)에 송신함으로써, 저전압 측에 MCU와 같은 제어 소자를 구비하지 않고 고전압 측에 구비된 제어부(130)를 이용하여 저전압 배터리(10)의 전압 상태를 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 데이지 체인 회로부(110), 제어부(120) 및 하나 이상의 셀 모듈 컨트롤러(Cell Module Controller; CMC, 30)는 데이지 체인 결선 방식으로 연결될 수 있으며, 데이지 체인 회로부(110)에서 출력되는 하나 이상의 결과 신호를 기반으로 CMC(30), 제어부(130) 및 데이지 체인 회로부(120)간의 단락을 점검할 수 있다. 일 예로, 제어부(130)가 데이지 체인 회로부(120)로부터 CMC(30), 제어부(130) 및 데이지 체인 회로부(120)간의 단락을 점검하기 위하여 결과 신호 출력 요청 신호를 출력하여 결과 신호 출력을 요청할 수 있다. 데이지 체인 회로부(120)는 단락 점검을 위한 결과 신호 출력 요청 신호를 수신하면, 결과 신호로써 데이지 체인 결선 방식으로 연결된 하나 이상의 CMC(30)에 점검 신호를 송신할 수 있고, CMC(30)로부터 점검 신호에 대한 응답 신호를 피드백 받을 수 있다. 이때, 단락이 발생한 경우, 점검 신호가 송신되거나 응답 신호를 피드백 받을 수 없게 된다. 따라서 데이지 체인 회로부(120)는 점검 신호가 송신되지 않거나, 점검 신호에 대한 응답으로써 피드백 신호가 수신되지 않는 경우, 고장 신호(Fault signal)을 제어부(130)에 송신함으로써, 제어부(130)가 단락 고장이 발생했다는 것을 인지할 수 있다. 여기서 데이지 체인 회로부(120)가 응답 신호를 피드백 받는 경우, 데이지 체인 회로부(120)는 제어부(130)로 정상 동작 신호를 송신할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 데이지 체인 회로부(120)는 점검 신호가 송신되지 않거나, 점검 신호에 대한 응답으로써 피드백 신호가 수신되지 않는 경우, 제어부(130)에서 단락을 점검하기 위하여 결과 신호 출력을 요청한 신호에 대한 응답 신호를 제어부(130)에 송신하지 않을 수 있으며, 제어부(130)는 기 설정된 시간이 경과할 동안 신호를 수신하지 못하는 경우, 단락 고장이 발생했다고 진단할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)는 데이지 체인 회로부(110)가 저전압 배터리(10)로부터 전압을 인가 받아 하나 이상의 결과 신호를 출력하고, 고전압 측과 저전압 측을 전기적으로 절연하는 아이솔레이터부(120)가 출력된 하나 이상의 결과 신호를 변환하여 제어부(130)에 제공함으로써, 고전압 측에 위치한 제어부를 이용하여 저전압 측의 저전압 배터리(10)의 상태를 진단할 수 있다. 이하 도 5를 참조하여, 저전압 배터리(10)의 전압 상태 및 데이지 체인 회로부(110)의 입출력 전압 상태를 진단하기 위하여, 저전압 배터리(10), 데이지 체인 회로부(110), 아이솔레이터부(120) 및 제어부(130)에서 송수신되는 하나 이상의 결과 신호에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)에서 데이지 체인 회로부(110), 아이솔레이터부(120) 및 제어부(130)가 하나 이상의 결과 신호를 송수신하는 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 저전압 배터리(10)에서 데이지 체인 회로부로 입력 전압 신호를 출력한다. 입력 전압 신호를 입력 받은 데이지 체인 회로부(110)는 입력 전압 신호를 변환하여 결과 신호를 출력하고, 출력된 결과 신호를 아이솔레이터부(120)에 전달한다. 여기서, 결과 신호는 하나 이상 출력될 수 있다. 예를 들어, 결과 신호는 입력 전압 신호 및 입력 전압 신호에 대한 출력 전압 신호를 포함할 수 있다. 아이솔레이터부(120)는 수신한 결과 신호를 변환하여 비교 결과 신호를 출력하고, 제어부(130)는 비교 결과 신호를 수신하여 저전압 배터리(10)의 전압 상태를 진단할 수 있다.
제어부(130)는 데이지 체인 회로부(110)로 결과 신호 출력 요청 신호를 송신할 수 있고, 데이지 체인 회로부(110)는 단선을 점검 하기 위해 점검 신호를 송신할 수 있다. 셀 모듈 컨트롤러(30)는 점검 신호에 대한 응답으로써 응답 신호를 데이지 체인 회로부(110)에 송신한다. 이때, 응답 신호가 수신되지 않는 경우, 데이지 체인 회로부(110)는 제어부(130)에 고장 신호를 송신할 수 있다. 이하 도 6 및 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)을 이용하여 저전압 배터리(10) 및 데이지 체인 회로부(110)의 입출력 전압의 상태를 진단하는 일련의 과정에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)을 통해 저전압 배터리(10)의 상태를 진단하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템이 개시되면, 저전압 배터리가 데이지 체인 회로부로 전압을 인가한다(S110). 데이지 체인 회로부에 포함된 기준 전압 설정부는 데이지 체인 회로부에 입력되는 전압의 크기 및 종류에 기반하여 제1 기준 전압을 설정할 수 있고(S120), 데이지 체인 회로부는 설정된 제1 기준 전압과 인가 받은 저전압 배터리의 전압을 기반으로 하나 이상의 결과 신호를 출력한다(S130). 커플러부는 S130단계에서 출력된 하나 이상의 결과 신호를 수신하여 변환한다(S140). 변환된 하나 이상의 결과 신호는 슈미트 트리거 회로부로 제공되며, 슈미트 트리거 회로부는 슈미트 트리거 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 기반하여 제2 기준 전압을 조절한다(S150). 그 후, 슈미트 트리거 회로부는 S140단계에서 변환된 하나 이상의 결과 신호와 S150단계에서 조절된 제2 기준 전압에 기반하여 비교 결과 신호를 출력한다(S160). 제어부는 S160단계에서 출력된 비교 결과 신호를 기반으로 저전압 배터리의 전압 상태 및 데이지 체인 회로부의 입출력 전압 상태를 진단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)을 이용하여 셀 모듈 컨트롤러(30), 제어부(130) 및 데이지 체인 회로부(110)간의 단선을 점검하는 일련의 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 제어부가 데이지 체인 회로부로 결과 신호 출력 요청 신호를 송신한다(S210). 데이지 체인 회로부는 S210단계에서 송신된 결과 신호 출력 요청 신호를 수신 받는 경우, 데이지 체인 결선 방식으로 연결된 제어부 및 셀 모듈 컨트롤러에 점검 신호를 송신한다(S220). 셀 모듈 컨트롤러는 데이지 체인 회로부로부터 점검 신호를 수신하면, 이에 대한 응답 신호를 제어부 및 데이지 체인 회로부로 송신한다(S230). 데이지 체인 회로부가 S230단계에서 셀 모듈 컨트롤러가 송신한 응답 신호를 수신하는 경우, 데이지 체인 회로부는 제어부로 정상 동작 신호를 송신하여(S240) 계속해서 정상 동작을 수행한다(S250). 그러나 데이지 체인 회로부가 S230단계에서 셀 모듈 컨트롤러가 송신한 응답 신호를 수신하지 못한 경우, 데이지 체인 회로부는 제어부로 고장 신호를 송신하고(S260), 제어부는 S260단계에서 송신된 고장 신호를 수신한 경우, 단선 고장 상태로 인식한다(S270).
살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 배터리의 상태 진단 시스템(100)은 저전압 측에 구비되는 데이지 체인 회로부(110)가 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받아 하나 이상의 결과 신호를 출력하고, 아이솔레이터부(120)가 데이지 체인 회로부에서 출력된 하나 이상의 결과 신호를 변환하여 제어부(130)에 제공함으로써, 저전압 측에 추가적으로 제어부를 구비하지 않고 고전압 측에 구비된 제어부를 이용하여 저전압 측의 저전압 배터리의 상태를 진단할 수 있다.
이때, 아이솔레이터부(120)가 고전압 측과 저전압 측을 전기적으로 절연함으로써, 고전압 측에 구비된 제어부(130)를 이용함에 있어서 발생할 수 있는 절연 문제를 해결할 수 있다.
또한, 데이지 체인 회로부(110)의 입력 전압 및 데이지 체인 회로부(110)의 출력 전압을 피드백 받은 신호 수신하고, 수신 받은 신호의 종류 및 크기에 기반하여 기준 전압을 설정함으로써, 저전압 배터리(10)의 전압뿐만 아니라 저전압 측에 구비되는 데이지 체인 회로부(110)의 입출력 상태를 진단할 수 있다.
이때, 입력되는 신호가 변동되더라도 제1 기준 전압과 제2 기준 전압을 유동적으로 조절하여 설정할 수 있어서, 본 발명이 가지는 고유의 특성이 변하지 않기 때문에 다양한 종류의 신호를 수신하여 진단할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 저전압 배터리 20: 고전압 배터리
30: 셀 모듈 컨트롤러
110: 데이지 체인 회로부
111: 기준 전압 설정부
120: 아이솔레이터부
121: 커플러부 122: 슈미트 트리거 회로부
130: 제어부

Claims (14)

  1. 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받고, 인가 받은 상기 전압과 제1 기준 전압에 기반하여 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 데이지 체인(Daisy Chain) 회로부;
    출력된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하고, 수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 아이솔레이터(Isolator)부; 및
    변환된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하여 상기 저전압 배터리의 상태를 진단하는 제어부;를 포함하며,
    상기 데이지 체인 회로부는 상기 저전압 배터리를 포함하는 저전압 측에 구비되고, 상기 제어부는 고전압 배터리를 포함하는 고전압 측에 구비되는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 시스템.
    .
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아이솔레이터부는,
    상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부 사이에 위치하며, 상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부를 절연시켜 전기적으로 격리하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이지 체인 회로부는,
    상기 제1 기준 전압을 설정하는 기준 전압 설정부;를 포함하며,
    상기 기준 전압 설정부는,
    상기 데이지 체인 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 제1 기준 전압의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 시스템.
  4. 제1항에 있어서
    상기 아이솔레이터부는,
    수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 커플러(Coupler)부; 및
    변환된 상기 하나 이상의 결과 신호와 제2 기준 전압을 비교하여 하나 이상의 비교 결과 신호를 출력하는 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슈미트 트리거 회로부는,
    상기 슈미트 트리거 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 따라 상기 제2 기준 전압의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 데이지 체인 회로부는,
    상기 저전압 배터리의 전압 신호, 상기 데이지 체인 회로부의 입력 전압 신호 및 상기 데이지 체인 회로부의 출력 전압을 피드백 받은 신호 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 데이지 체인 회로부는,
    하나 이상의 배터리 모듈과 연결된 하나 이상의 셀 모듈 컨트롤러(Cell Module Controller; CMC) 및 상기 제어부와 데이지 체인 결선 방식으로 연결되며, 상기 하나 이상의 결과 신호에 기반하여 상기 CMC, 상기 제어부 및 상기 데이지 체인 회로부간의 단락을 점검하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 시스템.
  8. 데이지 체인 회로부가 저전압 배터리를 포함하는 저전압 측에 구비되는 단계;
    제어부가 고전압 배터리를 포함하는 고전압 측에 구비되는 단계;
    상기 데이지 체인 회로부가 상기 저전압 배터리로부터 전압을 인가 받고, 인가 받은 상기 전압과 제1 기준 전압에 기반하여 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계;
    아이솔레이터부가 출력된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하고, 수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 단계; 및
    상기 제어부가 변환된 상기 하나 이상의 결과 신호를 수신하여 상기 저전압 배터리의 상태를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 방법.
    .
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 단계는,
    상기 아이솔레이터부가 상기 저전압 배터리 및 상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부 사이에 위치하며, 상기 저전압 배터리 및 상기 데이지 체인 회로부와 상기 제어부를 절연시켜 전기적으로 격리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는,
    기준 전압 설정부가 상기 제1 기준 전압을 설정하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 기준 전압을 설정하는 단계는,
    상기 데이지 체인 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 제1 기준 전압의 크기를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 방법.
  11. 제8항에 있어서
    상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는,
    커플러부가 수신한 상기 하나 이상의 결과 신호를 변환하는 단계; 및
    슈미트 트리거 회로부가 변환된 상기 하나 이상의 결과 신호와 제2 기준 전압을 비교하여 하나 이상의 비교 결과 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 비교 결과 신호를 출력하는 단계는
    상기 슈미트 트리거 회로부에 입력되는 신호의 크기 및 종류에 따라 상기 제2 기준 전압의 크기를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는,
    상기 저전압 배터리의 전압 신호, 상기 데이지 체인 회로부의 입력 전압 신호 및 상기 데이지 체인 회로부의 출력 전압을 피드백 받은 신호 중 어느 하나 이상에 기반하여 상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 저전압 배터리의 상태 진단 방법은,
    상기 데이지 체인 회로부가 하나 이상의 배터리 모듈과 연결된 하나 이상의 셀 모듈 컨트롤러(Cell Module Controller; CMC) 및 상기 제어부와 데이지 체인 결선 방식으로 연결되는 단계;를 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 결과 신호를 출력하는 단계는,
    상기 하나 이상의 결과 신호에 기반하여 상기 CMC, 상기 제어부 및 상기 데이지 체인 회로부간의 단락을 점검하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    저전압 배터리의 상태 진단 방법.
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