KR20190130901A - 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

메인 배터리 및 서브 배터리를 제어하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 상기 메인 배터리와 부하 사이에 연결되는 제1 메인 스위치; 상기 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결되는 서브 스위치; 상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되고, 상기 메인 배터리의 고장을 검출하도록 구성되는 메인 배터리 관리 시스템; 및 상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템;을 포함한다. 상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성되되, 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가진다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

Description

메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling main battery and sub battery}
본 발명은 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메인 배터리와 서브 배터리 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 전기 부하에 전원을 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리 관리 시스템은, 배터리에 전기적으로 연결되고, 배터리의 전기적 특성값(예, 전압, 전류 및 온도)를 측정하고, 측정된 전기적 특성값을 기초로 배터리를 제어하도록 구성된다.
배터리의 충전 또는 방전 중 다양한 원인으로 인하여 고장(예, 과충전, 과방전, 과열)이 발생된 경우, 배터리 관리 시스템은 배터리를 보호하기 위해 배터리와 전기 부하 사이의 전기적인 연결을 차단한다. 그러나, 배터리와 전기 부하 사이의 전기적인 연결이 갑자기 차단되면, 전기 부하의 동작이 불가능하여 사고(예, 전기 자동차의 급정지)가 발생할 위험이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 메인 배터리에 병렬 연결 가능하도록 설치된 서브 배터리를 이용하여, 메인 배터리에 고장이 발생된 경우에도 전기 부하에게 전원이 공급되도록 하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메인 배터리 및 서브 배터리를 제어하기 위한 장치는, 상기 메인 배터리와 부하 사이에 연결되는 제1 메인 스위치; 상기 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결되는 서브 스위치; 상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되고, 상기 메인 배터리의 고장을 검출하도록 구성되는 메인 배터리 관리 시스템; 및 상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템을 포함한다. 상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성된다. 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가진다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된다.
상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타낼 수 있다.
상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고, 상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타낼 수 있다.
상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 고장이 해소되는 경우, 상기 제1 진단 메시지의 전송을 중단하고 상기 제1 메인 스위치에게 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 진단 메시지의 전송이 중단되는 경우, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단할 수 있다.
상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 기초로, 상기 메인 배터리의 고장 여부를 검출하도록 구성되는 제1 컨트롤러; 및 상기 제1 컨트롤러에 동작 가능하게 결합되고, 상기 제1 컨트롤러가 오동작 중인 것으로 판정되는 경우, 제2 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 컨트롤러를 슬립 상태로 전환하도록 구성되는 제2 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템은, 상기 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은, 메인 배터리와 부하 사이에 연결되는 제1 메인 스위치; 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결되는 서브 스위치; 상기 메인 배터리 및 상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되고, 상기 메인 배터리의 고장을 검출하도록 구성되는 메인 배터리 관리 시스템; 및 상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템을 이용하여, 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리를 제어하기 위한 것이다. 상기 방법은, 상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하되, 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가지는 단계; 및 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은, 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타낸다.
상기 방법은, 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고, 상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타낸다.
상기 방법은, 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리 관리 시스템으로부터의 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 진단 메시지는, 상기 메인 배터리 관리 시스템이 오동작 중임을 나타낸다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 메인 배터리에 고장이 발생된 경우 또는 메인 배터리를 위한 배터리 관리 시스템이 오동작하는 경우, 메인 배터리에 병렬 연결 가능하도록 설치된 서브 배터리를 이용하여, 전기 부하에게 전원을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 서브 배터리가 전기 부하에게 전원을 공급하는 동안, 메인 배터리를 이용하여 서브 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 메인 배터리의 고장이 검출되지 않은 경우에 제어 장치에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 도 1의 메인 배터리의 고장이 검출된 경우에 제어 장치에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1의 제1 컨트롤러가 오동작 중인 경우에 제어 장치에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(10)의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(10)은, 제1 전원 단자(11), 제2 전원 단자(12), 메인 배터리(21), 서브 배터리(22) 및 제어 장치(100)를 포함한다. 배터리 시스템(10)은, 제1 전원 단자(11) 및 제2 전원 단자(12)를 통해 전기 부하(예, 전기 자동차의 전기 모터)에 전원을 공급하기 위한 것이다.
메인 배터리(21)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 서브 배터리(22)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)에 포함된 각 배터리 셀은, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 또는 니켈 아연 전지와 같이 재충전 가능한 배터리일 수 있다. 메인 배터리(21)의 음극 단자와 서브 배터리(22)의 음극 단자는, 전도체(예, 버스바, 전기 케이블)를 통해 제2 전원 단자(12)에 공통 연결된다. 메인 배터리(21)의 출력 전압은 서브 배터리(22)의 출력 전압보다 높을 수 있다.
제어 장치(100)는, 제1 메인 스위치(110), 제2 메인 스위치(120), 서브 스위치(130), 메인 배터리 관리 시스템(200)(이하, MBMS라고 칭함) 및 서브 배터리 관리 시스템(300)(이하, SBMS라고 칭함)을 포함한다.
제1 메인 스위치(110)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 사이에 연결된다. 제1 메인 스위치(110)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 형성된다. 제1 메인 스위치(110)가 턴 오프 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 차단된다.
제2 메인 스위치(120)는, 서브 배터리(22)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 사이에 연결된다. 제2 메인 스위치(120)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 서브 배터리(22)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 형성된다. 제2 메인 스위치(120)가 턴 오프 상태를 가지는 동안, 서브 배터리(22)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 차단된다.
서브 스위치(130)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 사이에 연결된다. 서브 스위치(130)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 간의 전류 경로가 형성된다. 즉, 서브 스위치(130)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)가 병렬 연결된다. 서브 스위치(130)가 턴 오프 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 간의 전류 경로가 차단된다. 제어 장치(100)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 사이에서 서브 스위치(130)에 직렬 연결되는 다이오드(140)를 더 포함할 수 있다. 다이오드(140)의 애노드는 메인 배터리(21)의 양극 단자 측에 연결되고, 다이오드(140)의 캐소드는 서브 배터리(22)의 양극 단자 측에 연결될 수 있다. 이에 따라, 메인 배터리(21)의 양극 단자로부터 서브 배터리(22)의 양극 단자로의 전류의 흐름이 허용되는 반면, 서브 배터리(22)의 양극 단자로부터 메인 배터리(21)의 양극 단자로의 전류의 흐름은 차단된다.
MBMS(200)는, 전압 센서(210), 전류 센서(220), 온도 센서(230) 및 제어부(240)를 포함한다. 전압 센서(210)는, 메인 배터리(21)의 전압을 측정하도록 구성된다. 전류 센서(220)는, 메인 배터리(21)를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된다. 온도 센서(230)는, 메인 배터리(21)의 온도를 측정하도록 구성된다.
제어부(240)는, 제1 메인 스위치(110) 및 SBMS(300)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(240)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(240)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 제어부(240)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.
제어부(240)는, 제1 컨트롤러(241) 및 제2 컨트롤러(242)를 포함한다. 제1 컨트롤러(241)는, 전압 센서(210), 전류 센서(220) 및 온도 센서(230)에 동작 가능하게 결합된다. 제1 컨트롤러(241)는, 전압 센서(210), 전류 센서(220) 및 온도 센서(230)에 의해 측정되는 전압, 전류 및 온도를 기초로 메인 배터리(21)의 고장(예, 과충전, 과방전, 과열)을 검출하고, 메인 배터리(21)를 제어하도록 구성된다. 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)에 동작 가능하게 결합되고, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인지 여부를 판정하도록 구성된다. 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)에게 확인 신호를 주기적으로 전송할 수 있다. 제1 컨트롤러(241)는, 확인 신호에 응답하여 응답 신호를 제2 컨트롤러(242)에게 전송할 수 있다. 제2 컨트롤러(242)는, 확인 신호를 전송한 시점으로부터 소정 시간 내에 제1 컨트롤러(241)로부터의 응답 신호가 수신되는 경우, 제1 컨트롤러(241)가 정상 동작 중인 것으로 판정할 수 있다. 반면, 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)에게 확인 신호를 전송한 시점으로부터 소정 시간 내에 제1 컨트롤러(241)로부터의 응답 신호가 수신되지 않는 경우, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인 것으로 판정할 수 있다.
SBMS(300)는, 전압 센서(310), 전류 센서(320), 온도 센서(330) 및 제어부(340)를 포함한다. 전압 센서(310)는, 서브 배터리(22)의 전압을 측정하도록 구성된다. 전류 센서(320)는, 서브 배터리(22)를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된다. 온도 센서(330)는, 서브 배터리(22)의 온도를 측정하도록 구성된다.
제어부(340)는, 제어부(240), 제1 메인 스위치(110), 제2 메인 스위치(120), 서브 스위치(130), 전압 센서(310), 전류 센서(320) 및 온도 센서(330)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(340)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(340)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 제어부(240)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다. 제어부(340)는, 전압 센서(310), 전류 센서(320) 및 온도 센서(330)에 의해 측정되는 전압, 전류 및 온도를 기초로 서브 배터리(22)의 고장(예, 과충전, 과방전, 과열)을 검출하고, 서브 배터리(22)를 제어하도록 구성된다.
도 2는 도 1의 메인 배터리(21)의 고장이 검출되지 않은 경우에 제어 장치(100)에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2를 참조하면, MBMS(200)는 메인 배터리(21)의 고장이 검출되지 않은 경우, 제1 메인 스위치(110)에게 제1 제어 신호(S1)를 출력한다. 제1 제어 신호(S1)는, 제1 메인 스위치(110)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다. 즉, 제1 메인 스위치(110)는, 제1 제어 신호(S1)에 응답하여, 턴 온 상태로 된다.
SBMS(300)는, MBMS(200)로부터 후술할 제1 진단 메시지 또는 제2 진단 메시지가 전송되지 않는 경우, 슬립 모드에서 동작한다. SBMS(300)는, MBMS(200)로부터 제1 진단 메시지 또는 제2 진단 메시지를 수신한 것에 응답하여, 웨이크업된다. SBMS(300)는, 슬립 모드에서 제2 제어 신호(S2) 및 제3 제어 신호(S3)의 출력을 중단한다. 제2 제어 신호(S2)는, 제2 메인 스위치(120)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다. 제3 제어 신호(S3)는, 서브 스위치(130)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다.
결과적으로, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되지 않은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 메인 스위치(110)는 턴 온 상태로 되는 반면, 제2 메인 스위치(120)와 서브 스위치(130)는 모두 턴 오프 상태로 됨으로써, 메인 배터리(21)가 전기 부하에게 전원을 공급하게 된다.
도 3은 도 1의 메인 배터리(21)의 고장이 검출된 경우에 제어 장치(100)에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3을 참조하면, MBMS(200)는 제1 컨트롤러(241)에 의해 메인 배터리(21)의 고장이 검출되는 경우, SBMS(300)에게 제1 진단 메시지를 전송하고, 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다. 제1 진단 메시지는, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되었음을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 진단 메시지는, 메인 배터리(21)로부터 검출된 고장의 종류를 나타내는 플래그를 포함한다. 플래그는, 제1 값, 제2 값 및 제3 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 값은 메인 배터리(21)가 과충전되었음을 나타내고, 제2 값은 메인 배터리(21)가 과방전되었음을 나타내며, 제3 값은 메인 배터리(21)가 과열되었음을 나타낼 수 있다.
SBMS(300)는, MBMS(200)로부터의 제1 진단 메시지에 응답하여 웨이크업된 다음, 제2 메인 스위치(120)에게 제2 제어 신호(S2)를 출력한다. SBMS(300)는, 플래그에 제1 값이 포함되어 있는지 여부에 따라, 서브 스위치(130)에게 제3 제어 신호(S3)를 선택적으로 출력할 수 있다. 즉, SBMS(300)는, 제2 값 및 제3 값 중 적어도 하나가 제1 진단 메시지의 플래그에 포함된 경우에는, 서브 스위치(130)를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 제3 제어 신호(S3)의 출력을 중단하는 반면, 제1 값만이 플래그에 포함된 경우에는 서브 스위치(130)를 턴 온 상태로 유도하기 위해 제3 제어 신호(S3)를 출력할 수 있다.
결과적으로, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되는 경우, 고장의 종류와는 무관하게, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 메인 스위치(110)는 턴 오프 상태로 되고 제2 메인 스위치(120)는 턴 온 상태로 됨으로써, 메인 배터리(21)를 대신하여 서브 배터리(22)가 전기 부하에게 전원을 공급하게 된다. 또한, 메인 배터리(21)의 과방전 및 과열이 검출되지 않고 메인 배터리(21)의 과충전이 검출된 경우에는, 서브 스위치(130)가 턴 온 상태로 된다. 이에 따라, 과충전된 메인 배터리(21)의 전기 에너지를 이용하여 서브 배터리(22)를 충전할 수 있다.
MBMS(200)는, 메인 배터리(21)의 고장이 해소되는 경우, 제1 진단 메시지의 전송을 중단하고, 제1 제어 신호(S1)를 출력할 수 있다. 구체적으로, MBMS(200)는, SBMS(300)에게 제1 진단 메시지를 전송하는 중에 메인 배터리(21)의 전압, 전류, 충전 상태 및 온도가 모두 정상 범위가 되면, 더 이상 제1 진단 메시지를 SBMS(300)에게 전송하지 않는다. MBMS(200)는, 암페어 카운팅 법 등을 이용하여, 전류 센서(220)에 의해 측정된 전류 값을 적산하여 메인 배터리(21)의 충전 상태를 산출할 수 있다. SBMS(300)는, MBMS(200)로부터의 제1 진단 메시지가 수신되지 않으면, 메인 배터리(21)의 고장이 해소된 것으로 판정하여, 제2 제어 신호(S2)의 출력을 중단할 수 있다.
도 4는 도 1의 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인 경우에 제어 장치(100)에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인 것으로 제2 컨트롤러(242)에 의해 판정되는 경우, 제2 컨트롤러(242)는 SBMS(300)에게 제2 진단 메시지를 전송하고, 제1 컨트롤러(241)에 슬립 모드 전환 신호를 전송하여 제1 컨트롤러(241)를 슬립 상태로 전환한다. 제2 진단 메시지는, MBMS(200)가 오동작 중임을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 컨트롤러(241)는, 슬립 상태에서 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다.
SBMS(300)는, 제2 진단 메시지에 응답하여, 제2 메인 스위치(120)에게 제2 제어 신호(S2)를 출력한다. 선택적으로, SBMS(300)는, 제2 진단 메시지에 응답하여, 서브 스위치(130)에게 제3 제어 신호(S3)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 메인 스위치(110)는 턴 오프 상태로 되고 제2 메인 스위치(120)는 턴 온 상태로 됨으로써, 메인 배터리(21)를 대신하여 서브 배터리(22)가 전기 부하에게 전원을 공급하게 된다.
한편, 서브 스위치(130)에게 제3 제어 신호(S3)가 출력되는 동안, SBMS(300)는 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류를 비교할 수 있다. 구체적으로, 제3 제어 신호(S3)에 의해 서브 스위치(130)가 턴 온 상태를 가지는 경우, 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)는 병렬 연결되므로, 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류는 서로 방향이 반대이면서 동일한 크기를 가져야 한다. 만약, 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류의 방향이 서로 동일한 경우, 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류 간의 차이가 미리 정해진 임계값(예, 0.5A)보다 큰 경우 또는 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류 간의 비율이 미리 정해진 임계 범위(예, 0.9 이상 1.1 이하)를 벗어나는 경우, SBMS(300)는 전류 센서(220) 및 전류 센서(320) 중 적어도 하나가 고장인 것으로 판정할 수 있다. SBMS(300)는 전류 센서(220) 및 전류 센서(320) 중 적어도 하나가 고장으로 판정된 경우, SBMS(300)와 통신 채널을 통해 연결된 외부 디바이스(예, 전기 자동차의 ECU)에게 전류 센서(220) 및 전류 센서(320) 중 적어도 하나가 고장임을 알리는 신호를 출력할 수 있다. 통신 채널은 전기 자동차에 구비된 CAN 통신 네트워크일 수 있다. 또한, SBMS(300)는 통신 채널과 연결된 통신 인터페이스를 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템(10)의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 1과 비교할 때, 다이오드(140) 및 서브 스위치(130)가 DC-DC 컨버터(160)로 대체된다는 점에서만 상이하다. 따라서, 나머지 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하고, 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
DC-DC 컨버터(160)의 입력 단자(IN)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자에 연결된다. DC-DC 컨버터(160)의 출력 단자(OUT)는, 서브 배터리(22)의 양극 단자에 연결된다.
DC-DC 컨버터(160)는, 제3 제어 신호(S3)에 응답하여, 입력 단자(IN)에 인가되는 메인 배터리(21)로부터의 입력 전압을 이용하여 미리 정해진 출력 전압을 생성한다. 출력 전압은 출력 단자(OUT)을 통해 서브 배터리(22)에게 인가됨으로써, 서브 배터리(22)의 충전이 이루어진다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)를 제어하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 6에 도시된 순서도는 MBMS(200)의 제어부(240)에 의해 실행되는 방법을 보여주고, 도 7에 도시된 순서도는 SBMS(300)의 제어부(340)에 의해 실행되는 방법을 보여준다.
도 6을 참조하면, 단계 600에서, 제1 컨트롤러(241)는, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되었는지 여부를 판정한다. 만약, 단계 600의 값이 "YES"인 경우, 단계 610이 진행된다. 만약, 단계 600의 값이 "NO"인 경우, 단계 620이 진행된다.
단계 610에서, 제1 컨트롤러(241)는, 제1 진단 메시지를 SBMS(300)에게 전송하고 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다. 제1 진단 메시지는, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되었음을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 진단 메시지는, 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가진다. 제1 제어 신호(S1)는, 제1 메인 스위치(110)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다.
단계 620에서, 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인지 여부를 판정한다. 만약, 단계 620의 값이 "YES"인 경우, 단계 630이 진행된다. 만약, 단계 620의 값이 "NO"인 경우, 단계 640이 진행된다.
단계 630에서, 제2 컨트롤러(242)는, 제2 진단 메시지를 SBMS(300)에게 전송하고 제1 컨트롤러(241)를 슬립 상태로 전환한다. 제2 진단 메시지는, MBMS(200)의 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중임을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 컨트롤러(241)는, 슬립 상태에서 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다.
단계 640에서, 제1 컨트롤러(241)는, 제1 메인 스위치(110)에게 제1 제어 신호(S1)를 출력한다.
도 7을 참조하면, 단계 700에서, 제어부(340)는, 제어부(240)로부터 제1 진단 메시지가 수신되었는지 여부를 판정한다. 만약, 단계 700의 값이 "YES"인 경우, 단계 710이 진행된다. 만약, 단계 700의 값이 "NO"인 경우, 단계 730이 진행된다.
단계 710에서, 제어부(340)는, 제1 진단 메시지의 플래그에 제1 값이 포함되었는지 여부를 판정한다. 제1 값은, 메인 배터리(21)가 과충전되었음을 나타낸다. 만약, 단계 710의 값이 "NO"인 경우, 단계 720이 진행된다. 만약, 단계 720의 값이 "YES"인 경우, 단계 740이 진행된다.
단계 720에서, 제어부(340)는, 제2 제어 신호(S2)를 출력한다. 제2 제어 신호(S2)는, 제2 메인 스위치(120)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호한다.
단계 730에서, 제어부(340)는, 제어부(240)로부터 제2 진단 메시지가 수신되었는지 여부를 판정한다. 만약, 단계 730의 값이 "YES"인 경우, 단계 740이 진행된다.
단계 740에서, 제어부(340)는, 제2 제어 신호(S2) 및 제3 제어 신호(S3)를 출력한다. 제3 제어 신호(S3)는, 서브 스위치(130)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 메인 배터리(21)에 고장이 발생된 경우 또는 메인 배터리(21)를 위한 배터리 관리 시스템(200)이 오동작하는 경우, 메인 배터리(21)에 병렬 연결 가능하도록 설치된 서브 배터리(22)를 이용하여, 전기 부하에게 전원을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 서브 배터리(22)가 전기 부하에게 전원을 공급하는 동안, 메인 배터리(21)를 이용하여 서브 배터리(22)를 충전할 수 있다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리 시스템
11, 12: 전원 단자
21: 메인 배터리
22: 서브 배터리
100: 제어 장치
110: 제1 메인 스위치
120: 제2 메인 스위치
130: 서브 스위치
200: 메인 배터리 관리 시스템
300: 서브 배터리 관리 시스템

Claims (11)

  1. 메인 배터리 및 서브 배터리를 제어하기 위한 장치에 있어서,
    상기 메인 배터리와 부하 사이에 연결되는 제1 메인 스위치;
    상기 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 메인 스위치;
    상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결되는 서브 스위치;
    상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되고, 상기 메인 배터리의 고장을 검출하도록 구성되는 메인 배터리 관리 시스템; 및
    상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템;을 포함하고,
    상기 메인 배터리 관리 시스템은,
    상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성되되, 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가지고,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성되되,
    상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타내는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성되되,
    상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고,
    상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타내는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 배터리 관리 시스템은,
    상기 메인 배터리의 고장이 해소되는 경우, 상기 제1 진단 메시지의 전송을 중단하고 상기 제1 메인 스위치에게 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되되,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제1 진단 메시지의 전송이 중단되는 경우, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 배터리 관리 시스템은,
    상기 메인 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 기초로, 상기 메인 배터리의 고장 여부를 검출하도록 구성되는 제1 컨트롤러; 및
    상기 제1 컨트롤러에 동작 가능하게 결합되고, 상기 제1 컨트롤러가 오동작 중인 것으로 판정되는 경우, 제2 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 컨트롤러를 슬립 상태로 전환하도록 구성되는 제2 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 장치;
    를 포함하는, 배터리 시스템.
  8. 메인 배터리와 부하 사이에 연결되는 제1 메인 스위치; 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결되는 서브 스위치; 상기 메인 배터리 및 상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되고, 상기 메인 배터리의 고장을 검출하도록 구성되는 메인 배터리 관리 시스템; 및 상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템을 이용하여, 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하되, 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가지는 단계; 및
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하는 단계;
    를 더 포함하되,
    상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타내는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하는 단계;
    를 더 포함하되,
    상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고,
    상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타내는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리 관리 시스템으로부터의 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하는 단계;
    를 더 포함하되,
    상기 제2 진단 메시지는, 상기 메인 배터리 관리 시스템이 오동작 중임을 나타내는, 방법.
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