KR20210048319A - 차량용 배터리 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 배터리 모듈의 동작을 제어하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 모듈의 상태를 모니터링하는 단계; 배터리 모듈이 미리 정의된 상태가 되었다고 판단하는 경우, 배터리 모듈이 장착된 차량의 동작 상태를 판단하는 단계; 차량이 주행 상태가 아닌 경우, 배터리 관리 시스템이 차량의 차량 제어기로 슬립 모드를 종료하는 웨이크업 신호를 송신하는 단계; 차량 제어기가 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈에 관한 데이터를 수신하는 단계; 및 수신한 데이터에 기초하여 차량 제어기가 배터리 모듈과 차량 사이의 릴레이를 오픈시키는 단계;를 포함하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법을 제공하여 안정적인 차량의 운행이 가능하게 한다.

Description

차량용 배터리 시스템 및 그 제어방법{BATTERY SYSTEM FOR VEHICLE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 배터리 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰 등 전자 기기의 보급과 전기 자동차 개발에 수반하여 전력 공급원으로서의 이차 전지에 대한 연구 또한 활발히 이루어지고 있다. 이차 전지는 복수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈과, 배터리 모듈의 동작을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 포함하는 배터리 팩 형태로 제공된다.
이러한 배터리 팩은 전기 자동차 등의 차량에 탑재되어 차량의 구동용 전원으로 사용되거나 전기 자동차에 설치된 전장 부품의 전원으로서 사용된다. 차량에 탑재되는 배터리 팩은 고장시 차량의 사고로도 이어질 수 있기 때문에 배터리 팩의 상태를 수시로 모니터링 하고, 배터리 팩의 이상을 감지하면 신속한 대처를 할 필요가 있다. 또한, 배터리 팩에 포함된 배터리 관리 시스템은 배터리 팩의 이상을 감지하면 차량측에 배터리 팩의 이상을 통지하여, 차량측에서 적절한 대처를 수행하도록 해야한다.
그러나 차량의 운행 상태에 따라서는 배터리 관리 시스템이 차량측에 배터리의 이상을 원활하게 통지할 수 없는 경우도 존재한다. 이 경우, 배터리 팩의 손상뿐만 아니라 차량 자체의 고장이나 사고로 이어질 수 있게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 차량의 운행 상태와 무관하게 배터리 관리 시스템이 차량측에 배터리의 이상을 원활하게 통지할 수 있도록 하는 배터리 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예들의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 동작을 제어하는 배터리 관리 시스템에서 배터리 모듈의 상태를 모니터링하는 단계; 배터리 모듈이 미리 정의된 상태가 되었다고 판단하는 경우, 배터리 모듈이 장착된 차량의 동작 상태를 판단하는 단계; 차량이 주행 상태가 아닌 경우, 배터리 관리 시스템이 차량의 차량 제어기로 슬립 모드를 종료하는 웨이크업 신호를 송신하는 단계; 차량 제어기가 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈에 관한 데이터를 수신하는 단계; 및 수신한 데이터에 기초하여 차량 제어기가 배터리 모듈과 차량 사이의 릴레이를 오픈시키는 단계;를 포함하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법을 제공한다.
이러한 본 발명의 실시예의 다른 특징에 의하면, 배터리 관리 시스템에 의한 웨이크업 신호에 대하여 차량 제어기가 슬립 모드에서 통상 모드로 천이되지 않는 경우, 배터리 관리 시스템은 슬립 모드로 천이할 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리 시스템이 차량 제어기로 웨이크업 신호를 송신하는 동안 배터리 관리 시스템은 통상 모드를 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리 시스템은 배터리 모듈의 상태를 모니터링하기 위하여 슬립 모드에서 주기적으로 대기 모드로 천이할 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리 시스템은 배터리 모듈이 미리 정의된 상태가 되었다고 판단하는 경우 대기 모드에서 통상 모드로 천이하고, 통상 모드 상태에서 웨이크업 신호를 차량 제어기로 송신할 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리 시스템은 차량 제어기로 웨이크업 신호의 송신을 소정 횟수 반복하고, 소정 횟수 이내에 웨이크업 신호에 따라 차량 제어기가 슬립 모드에서 통상 모드로 천이되지 않는 경우, 배터리 관리 시스템을 슬립 모드로 천이시킬 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 소정 횟수는 배터리 모듈의 태에 따라서 조정 가능할 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 모듈의 미리 정의된 태는 배터리 모듈의 세이프티(safety) 상황일 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리 시스템과 차량 제어기는 LIN 프로토콜로 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 차량이 주행 상태가 아닌 경우는 차량이 주차중인 상태일 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 관리 시스템은 차량 제어기와의 사이의 통신 상태가 슬립 모드인 경우, 차량이 주차중인 상태라고 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 차량 제어기와 배터리 관리 시스템은 서로 마스터-슬레이브 관계일 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예들의 다른 측면에 의하면, 충방전 가능한 배터리 모듈과, 배터리 모듈의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩; 배터리 모듈과 배터리 팩이 장착되는 차량 사이의 전원 공급을 제어하는 릴레이; 및 릴레이의 동작을 제어하는 차량 제어기;를 포함하고, 배터리 관리 시스템 및 차량 제어기는 차량의 비주행 기간 동안 통신 상태를 슬립 모드로 유지하며, 배터리 관리 시스템이 차량의 비주행 기간 동안 배터리 모듈의 세이프티 상황을 검출한 경우, 배터리 관리 시스템이 차량 제어기로 웨이크업 신호를 송신하고, 차량 제어기는 웨이크업 신호에 의하여 웨이크업 된 후 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈에 관한 데이터를 수신하고, 수신한 데이터에 기초하여 릴레이를 오픈시키는 차량용 배터리 시스템을 제공한다.
이상의 구성으로 인하여, 차량의 운행 상태와 무관하게 배터리 관리 시스템이 차량측에 배터리의 이상을 원활하게 통지할 수 있어 안정적인 차량의 운행이 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어기의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 배터리 관리 시스템과 차량 제어기 사이의 통신 프로토콜을 설명하는 타이밍도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(1)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(11)과, 배터리 모듈(11)의 +단자 측 또는 -단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(11)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(13)와, 배터리 셀 및/또는 배터리 모듈(11)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 하고, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(12)(이하 'BMS'라고 함)을 포함하는 배터리 팩(10)을 포함한다. 또한, 배터리 시스템(1)은 배터리 팩(10)이 장착되는 차량에 설치된 주 제어기로서의 차량 제어기(20) 및 차량과 배터리 모듈(11) 사이의 전원 공급 및 차단을 제어하는 릴레이(30)를 포함한다.
배터리 모듈(11)은 충방전 가능한 하나 이상의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 셀은 리튬 이온(Li-ion) 전지, 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
BMS(12)는, 배터리 모듈(11)의 충방전을 제어하기 위하여 스위칭부(13)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, BMS(12)는 배터리 모듈(11) 및/또는 배터리 모듈(11)에 포함된 각 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등, 배터리 모듈(11)의 상태를 모니터링 할 수 있다. 그리고 BMS(12)에 의한 모니터링을 위해 도시하지 않은 센서나 각종 측정 모듈이 배터리 모듈(11)이나 충방전 경로, 또는 배터리 팩(10) 등의 임의의 위치에 추가로 설치될 수 있다. BMS(12)는 모니터링 한 전압, 전류, 온도 등의 측정값에 기초하여 배터리 모듈(11)의 상태를 나타내는 파라미터, 예를 들어 SOC나 SOH 등을 산출할 수 있다.
BMS(12)는 배터리 팩(10)의 전반적인 동작을 제어 및 관리한다. 이를 위하여 BMS(12)는 프로그램을 실행시키고 BMS(12)의 전체 동작을 제어하는 컨트롤러로서의 마이컴과, 센서나 측정 수단등의 입출력 장치, 기타 주변 회로 등 다양한 구성을 포함할 수 있다.
스위칭부(13)는 배터리 모듈(11)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다.
배터리 팩(10)은 추가로 외부의 상위 제어기와 통신 가능하게 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예들의 경우, 배터리 팩(10)은 차량에 장착되는바, 상위 제어기는 배터리 팩(10)이 장착된 차량에 설치되어 차량의 운행을 제어하기 위한 차량 제어기(20)일 수 있다. 배터리 팩(10)은 차량 제어기(20)로 배터리 팩(10)에 대한 각종 데이터를 전송하고, 차량 제어기(20)로부터 배터리 팩(10)의 동작에 관한 제어신호를 수신할 수 있다. 차량은 전기 자동차일 수 있다. 여기서, 전기 자동차는 순수 전기차인 EV(Electric Vehicle) 외에 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 및 HEV(Hybrid Electric Vehicle)를 모두 포함하는 개념이다.
차량 제어기(20)는 차량의 구동 및 각종 동작을 제어할 수 있다. 차량 제어기(20)는 BMS(12)로부터 배터리 모듈(11)을 모니터링한 데이터를 수신하고, 수신한 데이터에 기초하여 릴레이(30)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 차량 제어기(20)는 릴리에(30)의 온/오프를 제어할 수 있다.
차량 제어기(20)는 BMS(12)와 마스터-슬레이브 관계를 갖는다. 따라서 차량 제어기(20)와 BMS(12)는 마스터-슬레이브 구조에서 통신 가능한 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 차량 제어기(20)와 BMS(12)는 LIN 프로토콜에 따라서 통신을 수행할 수 있다.
릴레이(30)는 배터리 팩(10)과 배터리 팩(10)이 장착되는 차량 사이에 위치하여, 배터리 모듈(11)로부터 차량으로의 전원 공급을 제어한다. 즉, 릴레이(30)는 온 상태(닫힘 상태)에서는 배터리 모듈(11)에 저장된 전력을 차량에 공급한다. 물론, 외부 전원 또는 차량에 의한 회생 전력으로 배터리 모듈(11)이 충전되도록 차량측으로부터 배터리 모듈(10) 측으로 전력이 공급될 수도 있다. 또한, 릴레이(30)는 오프 상태(오픈 상태)에서는 배터러 모듈(11)과 차량 사이의 전기적 도통을 차단한다. 릴레이(30)는 차량 제어기(20)의 제어에 의하여 온/오프 상태가 제어될 수 있다.
이와 같이 배터리 팩(10), 차량 제어기(20) 및 릴레이(30)로 이루어지는 배터리 시스템(1)은 전기 자동차 등의 차량에 탑재될 수 있다. 이때, 배터리 팩(10)은 예를 들어, LV 12V 싱글 배터리일 수 있다. 그리고 이 배터리 팩(10)은 차량의 전장 등에 전원을 공급할 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 차량의 구동을 위한 전원을 공급하는 HV 배터리일 수도 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(12)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, BMS(12)는 모니터링부(100), 차량 상태 판단부(110), 통신부(120), 제어부(130), 저장부(140) 등의 기능 구성을 포함할 수 있다.
모니터링부(100)는 상술한 바와 같이, 배터리 모듈(11) 또는 배터리 팩(10)의 상태를 모니터링한다. 모니터링부(100)는 배터리 모듈(11) 또는 배터리 팩(10)의 상태를 모니터링하기 위한 센서 등의 장치를 추가로 포함할 수 있다. 모니터링부(100)는 배터리 모듈(11) 또는 배터리 팩(10)을 주기적으로 또는 계속해서 실시간으로 모니터링할 수 있다.
차량 상태 판단부(110)는 차량의 동작 상태를 판단한다. 구체적으로, 차량 상태 판단부(110)는 차량이 주행 중인지, 정차 중인지, 혹은 주차 중인지 등을 판단한다.
차량 상태 판단부(110)는 차량의 동작 상태를 후술하는 통신부(120)의 모드에 기초하여 판단할 수 있다. 차량 상태 판단부(110)는 차량 제어기와의 사이의 통신 상태가 슬립 모드인 경우, 차량이 비주행 상태 혹은 주차중인 상태라고 판단할 수 있다. 예를 들어, BMS(12)와 차량 제어기(20)가 통신용 버스 라인으로 유선 연결된 경우, 해당 버스 라인의 상태를 모니터링하여 통신 상태가 슬립 모드인지 여부를 판단할 수 있다.
통신부(120)는 차량 제어기(20)와의 사이에서 통신을 수행한다. 통신부(120)는 차량 제어기(20)로 배터리 모듈(11)의 상태에 대하여 모니터링한 결과를 송신할 수 있다. 또한 통신부(120)는 차량 제어기(20)로부터 제어신호를 수신할 수 있다.
통신부(120)는 차량 제어기(20)와의 통신시 슬레이브 장치로서 동작할 수 있다. 그리고 통신부(120)는 LIN 프로토콜을 지원할 수 있다.
또한 통신부(120)는, 제어부(130)의 제어에 기초하여, 차량 제어기(20)와의 통신이 슬립 모드인 상태에서 차량의 이상을 감지하면 차량 제어기(20)로 웨이크업 신호를 송신할 수 있다.
제어부(130)는 배터리 모듈(11)의 동작을 제어하는 등, BMS(12)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(130)는 모니터링부(100)에 의하여 측정된 배터리 모듈(11)의 상태에 관한 데이터에 기초하여 배터리 팩(10)이 미리 정의된 소정의 상태가 되었는지를 판단한다. 즉, 제어부(130)는 배터리 팩(10)에 세이프티(safety) 상황이 발생하였는지를 판단한다.
제어부(130)는 배터리 팩(10)에 세이프티 상황이 발생하였다고 판단한 경우에는, 배터리 팩(10)이 장착된 차량의 동작 상태를 판단한다. 그리고 차량이 주행 상태가 아니라고 판단한 경우에는, 제어부(12)는 통신부(120)를 통하여 차량 제어기(20)로 슬립 모드를 종료하는 웨이크업 신호를 송신한다. 즉, 슬레이브인 BMS(12)에서 마스터인 차량 제어기(20)로 웨이크업 신호를 송신한다.
제어부(130)에서 차량이 주행 상태라고 판단한 경우, BMS(12)와 차량 제어기(20)는 통신을 수행하는 상태이다. 따라서 제어부(130)는 통신부(120)를 통하여 차량 제어기(20)로 배터리 모듈(10)에 발생한 미리 정의된 소정의 상태에 관한 데이터를 송신한다. 이로써 차량 제어기(20)에서는 릴레이(30)를 오프 상태로 하여, 배터리 모듈(11)이 세이프티 상황인 경우, 배터리 모듈(11)과 차량 사이의 전원 연결을 차단하여 추가적인 파손을 억제한다.
제어부(130)는 차량이 주차되는 등 소정의 상태인 경우, 슬립 모드로 상태를 천이하여 동작을 중지할 수 있다. 그리고 제어부(130)는 배터리 모듈(11)의 상태를 모니터링하기 위하여 모드를 슬립 모드에서 주기적으로 대기 모드로 천이할 수 있다. 그리고 대기 모드에서 배터리 모듈(11)이 소정의 상태, 즉 미리 정의된 상태인 세이프티 상황 등이 되었다고 판단하는 경우, 대기 모드에서 통상 모드로 천이하여 웨이크업 신호를 차량 제어기(20)로 송신하도록 한다.
한편, 제어부(130)는 차량이 비주행 상태라고 판단하고, 이에 기초하여 슬립 모드인 상태에서, 배터리 모듈(11)에 미리 정의된 상황이 발생하지 않는 경우, 상태를 다시 슬립 모드로 천이시킨다. 예를 들어, BMS(12)에 의한 웨이크업 신호에 의하여 차량 제어기(20)가 슬립 모드에서 통상 모드로 천이되지 않는 경우, 제어부(120)는 BMS(12)가 다시 슬립 모드로 천이하도록 한다. 이때, 제어부(130)는 웨이크업 신호를 차량 제어기로 소정 횟수 반복하고, 그 반복 동작 동안에 차량 제어기가 슬립 모드에서 통상 모드로 천이되지 않는 경우, 상태를 슬립 모드로 천이시킬 수 있다. BMS(12)는 슬립 모드로 천이되기 전까지는 웨이크업 신호를 송신하는 동안 통상 모드인 채로 유지된다. 소정 횟수는 고정된 값일 수도 있으며, 다른 요인에 의하여 변경되는 값일 수도 있다. 예를 들어, 소정 횟수는 배터리 모듈(11)의 상태에 따라서 조정 가능할 수도 있다.
저장부(140)는 BMS(12)의 동작에 필요한 각종 프로그램이 저장될 수 있다. 저장부(140)는 모니터링부(100)에 의하여 측정된 배터리 모듈(11)의 상태에 관한 각종 데이터들이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(140)는 상술한 바와 같이, 배터리 모듈(11)의 이상을 검출하기 소정의 미리 정의된 상태에 대한 기준이 설정되어 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(12)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, BMS(12)이 포함된 배터리 시스템(1)이 설치된 차량이 주차되고(S101). 이에 따라서 시동이 꺼지게 되면 BMS(12)와 차량 제어기(20) 사이의 통신 상태는 슬립 모드로 진입한다(S103).
BMS(120는 슬립 모드로의 진입 이후, 주기적으로 대기 모드로 상태를 천이시켜서 배터리 모듈(11)의 상태를 주기적으로 모니터링한다(S105). 그리고 모니터링한 결과에 기초하여 배터리 모듈(11)에 미리 정의된 상태가 발생하였는지를 판단한다(S107).
S107 단계에서 미리 정의된 상태가 발생하지는 않았다고 판단하는 경우, MS(12)는 상태를 대기 모드에서 다시 슬립 모드로 천이시키며, 소정의 주기로 S105 단계 및 S107 단계를 반복한다.
반면, S107 단계에서 미리 정의된 상태가 발생하였다고 판단한 경우, BMS(12)는 차량의 상태를 판단한다. 즉, BMS(12)는 차량이 주행 중인지 혹은 주차되어 있는지를 판단한다(S109).
차량이 주행중인 상태라면 BMS(12)와 차량 제어기(20)는 통상 모드에서 통신을 수행하는 중이므로, BMS(12)는 차량 제어기920)로 모니터링한 배터리 모듈(11)에 대한 데이터를 송신한다(S119).
한편, 차량이 주행중이 아니라면, BMS(12)와 차량 제어기(20)는 상태가 슬립 모드인 상태를 유지하고 있으므로, BMS(12)는 차량 제어기(20)로 웨이크업 신호를 송신한다(S111). 즉, 슬레이브에 해당하는 BMS(12)가 마스터인 차량 제어기(20)로 슬립 모드인 통신 상태를 웨이크업 시키기 위한 신호를 송신한다. 이 경우, BMS(12)는 대기 모드에서 통상 모드로 상태가 천이된다.
이후, BMS(12)는 차량 제어기(20)와의 통신 상태가 통상 모드로 복귀되었는지를 판단하고(S113), 통상 모드로 복귀된 경우에는 차량 제어기(20)로 모니터링한 배터리 모듈(11)에 대한 데이터를 송신한다(S119).
반면, BMS(12)가 웨이크업 신호를 차량 제어기(20)로 송신하였음에도 불구하고 통신 상태가 통상 모드로 복귀되지 않은 경우, BMS(12)는 웨이크업 신호의 송신을 n회 반복한다(S115).
웨이크업 신호의 송신을 n회 반복하는 동안 여전히 통신 상태가 통상 모드로 복귀되지 않은 경우(S115의 YES), BMS(12)는 슬립 모드로 진입한다. 즉, BMS(12)는 웨이크업 신호를 송신하는 동안 통상 모드로 동작하다가 다시 슬립 모드로 상태를 천이시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어기(20)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 도 3과 대응하여 차량 제어기(20)가 포함된 배터리 시스템(1)이 설치된 차량이 주차되고(S201). 이에 따라서 시동이 꺼지게 되면 BMS(12)와 차량 제어기(20) 사이의 통신 상태는 슬립 모드로 진입한다(S203). 그 후, 차량 제어기(20)는 BMS(12)로부터 웨이크업 신호를 수신하는지를 판단한다(S205).
차량 제어기(20)는 웨이크업 신호가 수신되면 배터리 시스템의 전체를 웨이크업 시켜서 통신이 가능한 상태로 한다(S207). 그리고 차량 제어기(20)와 BMS(12)는 통상 모드로 진입하게 되므로, 차량 제어기(20)는 BMS(12)에 데이터의 송신을 지시할 수 있다.
차량 제어기(20)는 BMS(12)로부터 데이터를 수신한다(S209). BMS(12)로부터의 웨이크업 신호에 의하여 통신 상태가 통상 모드로 천이된 경우이므로, BMS(12)로부터 배터리 모듈(11)의 상태에 관한 데이터를 수신할 수 있을 것이다.
차량 제어기(20)는 수신한 데이터를 분석하여 배터리 모듈(11)에 미리 정의된 상태가 발생하였는지를 판단한다(S211). S211 단계에서 미리 정의된 상태가 발생되지는 않았다고 판단한 경우에는 동작을 종료하며, 이 경우 다시 슬립 모드로 진입할 수도 있다.
반면, S211 단계에서 미리 정의된 상태가 발생되었다고 판단한 경우, 릴레이(30)를 오픈하여 배터리 모듈(11)과 차량 사이의 전원 연결을 차단한다(S213).
이상과 같은 배터리 시스템(1)의 제어 방법에 의하여, 슬레이브인 BMS(12)에서 배터리 모듈(11)의 세이프티 상황 발생을 감지한 경우, 마스터인 차량 제어기(20)와의 통신 상태가 슬립 모드인 경우라도 BMS(12)에서 차량 제어기(20)로 웨이크업 신호를 직접 송신하여 통신을 개시할 수 있게 된다. 따라서 배터리 모듈(11)의 세이프티 상황을 차량 제어기(20)에 신속하게 통지할 수 있어 릴레이(30)를 조기에 오픈시킬 수 있다. 결과적으로 차량으로 추가적인 손상이 확대되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 BMS(12)는 웨이크업 신호를 송신하는 동안에는 통상 모드로 동작하게 되는데, 이 경우 슬립 모드나 대기 모드로 동작하는 경우보다 배터리 모듈(11)의 전력을 더 소비하게 된다. 따라서 소정 횟수 반복하여 웨이크업 신호를 송신하였음에도 불구하고 차량 제어기(20)가 웨이크업되지 않는 경우에는 상태를 통상 모드에서 슬립 모드로 천이시킴으로써 불필요한 전력 소비를 억제할 수 있게 된다.
도 5 및 도 6은 배터리 관리 시스템과 차량 제어기 사이의 통신 프로토콜을 설명하는 타이밍도이다. 도 5 및 도 6은 특히 LIN 프로토콜의 사양을 설명하는 타이밍도이다.
도 5의 파형은, 슬레이브 노드에서 마스터 노드로 웨이크업 신호를 송신하는 것을 나타낸다. LIN 프로토콜 사양에 따르면 3번의 250㎲~5㎳ 길이의 LOW 레벨 신호(웨이크업 신호에 해당함)와 이들 LOW 레벨 신호 사이의 150㎳~250㎳ 길이의 HIGH 레벨 신호에 의하여 한 블록의 웨이크업 신호가 정의된다.
본 실시예에서는 BMS(12)가 차량 제어기(20)로 도 5의 파형과 같은 신호를 웨이크업 신호로서 송신할 수 있다. 이와 같이 미리 정의된 형태의 웨이크업 신호를 BMS(12)가 슬립 상태에서 차량 제어기(20)로 송신한다. 그리고 차량 제어기(20)는 미리 정의된 형태의 웨이크업 신호를 수신하면 슬립 모드에서 통상 모드로 천이하여 통신을 개시할 수 있다.
도 6의 파형은, 슬레이브 노드에서 마스터 노드로 웨이크업 신호를 송신하는 것을 반복하는 동작을 나타낸다. LIN 프로토콜 사양에 따르면 한 블록의 웨이크업 신호에는 3회를 넘지 않는 LOW 레벨의 웨이크업 신호가 포함되는 것을 권장하고 있다. 그리고 이러한 웨이크업 신호의 블록 사이에는 1.5s 정도의 간격을 두고서 웨이크업 신호의 송신이 반복된다.
이러한 웨이크업 신호의 반복 횟수 n은 미리 설정하여 차량 제어기(20)에서 웨이크업 신호를 수신하지 못하는 경우 BMS(12)는 웨이크업 신호의 송신을 중단하도록 할 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(12)의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, BMS(12)는 컨트롤러(MCU)(200), 메모리(210), 입출력 인터페이스(220) 및 통신 인터페이스(230)를 포함할 수 있다.
MCU(200)는 BMS(12) 내의 각종 동작 및 연산의 처리와 각 구성의 제어를 수행한다.
메모리(210)에는 운영체제 프로그램 및 BMS(12)의 기능을 수행하기 위한 프로그램이 기록된다. 즉, 메모리(210)에는 본 발명의 실시예들에 따른 베터리 시스템(1)의 제어를 수행하기 위한 알고리즘이 기술된 프로그램이 저장될 수 있다. 메모리(210)는 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(210)는 RAM, ROM, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리, 자기 디스크, 광 디스크 등 각종 저장매체 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 메모리(210)는 MCU(200)에 내장된 메모리일 수도 있으며, MCU(200)와는 별도로 설치된 추가적인 메모리일 수도 있다.
입출력 인터페이스(220)는 각종 입력신호 및 출력신호의 입출력을 수행한다. 예를 들어, BMS(12)에 포함된 MCU(200)는 입출력 인터페이스(220)를 통하여 각종 센서로부터의 신호를 수신할 수 있다.
통신 인터페이스(230)는 외부와 유선 및/또는 무선으로 통신 가능한 구성이다.
MCU(200)가 메모리(210)에 저장된 프로그램을 실행함으로써 차량 상태 판단부(110) 및 제어부(130)의 기능을 수행하는 모듈을 구현할 수 있을 것이다. 메모리(210)는 저장부(140)로서의 기능을 수행할 수 있을 것이다. MCU(200)가 입출력 인터페이스(220)와 함께 동작하여 모니터링부(100)로서의 기능을 수행할 것이다. 또한 MCU(200)가 통신 인터페이스(230)와 함께 동작하여 통신부(120)로서의 기능을 수행할 것이다.
이상과 같은 배터리 시스템(1) 및 그 제어 방법에 의하여, 슬레이브인 BMS(12)에서 배터리 모듈(11)의 세이프티 상황 발생을 감지한 경우, 마스터인 차량 제어기(20)와의 통신 상태가 슬립 모드인 경우라도 BMS(12)에서 차량 제어기(20)로 웨이크업 신호를 직접 송신하여 통신을 개시할 수 있게 된다. 따라서 배터리 모듈(11)의 세이프티 상황을 차량 제어기(20)에 신속하게 통지할 수 있어 릴레이(30)를 조기에 오픈시킬 수 있다. 결과적으로 차량으로 추가적인 손상이 확대되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 BMS(12)는 웨이크업 신호를 송신하는 동안에는 통상 모드로 동작하게 되는데, 이 경우 슬립 모드나 대기 모드로 동작하는 경우보다 배터리 모듈(11)의 전력을 더 소비하게 된다. 따라서 소정 횟수 반복하여 웨이크업 신호를 송신하였음에도 불구하고 차량 제어기(20)가 웨이크업되지 않는 경우에는 상태를 통상 모드에서 슬립 모드로 천이시킴으로써 불필요한 전력 소비를 억제할 수 있게 된다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 배터리 시스템 10 배터리 팩
11 배터리 모듈 12 배터리 관리 시스템
13 스위칭부 20 차량 제어기
30 릴레이

Claims (13)

  1. 배터리 모듈의 동작을 제어하는 배터리 관리 시스템에서 상기 배터리 모듈의 상태를 모니터링하는 단계;
    상기 배터리 모듈이 미리 정의된 상태가 되었다고 판단하는 경우, 상기 배터리 모듈이 장착된 차량의 동작 상태를 판단하는 단계;
    상기 차량이 주행 상태가 아닌 경우, 상기 배터리 관리 시스템이 상기 차량의 차량 제어기로 슬립 모드를 종료하는 웨이크업 신호를 송신하는 단계;
    상기 차량 제어기가 상기 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리 모듈에 관한 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 수신한 데이터에 기초하여 상기 차량 제어기가 상기 배터리 모듈과 상기 차량 사이의 릴레이를 오픈시키는 단계;를 포함하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템에 의한 상기 웨이크업 신호에 대하여 상기 차량 제어기가 슬립 모드에서 통상 모드로 천이되지 않는 경우,
    상기 배터리 관리 시스템은 슬립 모드로 천이하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템이 상기 차량 제어기로 상기 웨이크업 신호를 송신하는 동안 상기 배터리 관리 시스템은 통상 모드를 유지하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 모듈의 상태를 모니터링하기 위하여 슬립 모드에서 주기적으로 대기 모드로 천이하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 모듈이 미리 정의된 상태가 되었다고 판단하는 경우 대기 모드에서 통상 모드로 천이하고, 통상 모드 상태에서 상기 웨이크업 신호를 상기 차량 제어기로 송신하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 차량 제어기로 상기 웨이크업 신호의 송신을 소정 횟수 반복하고,
    상기 소정 횟수 이내에 상기 웨이크업 신호에 따라 상기 차량 제어기가 슬립 모드에서 통상 모드로 천이되지 않는 경우, 상기 배터리 관리 시스템을 슬립 모드로 천이시키는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 소정 횟수는 상기 배터리 모듈의 상태에 따라서 조정 가능한 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 미리 정의된 상태는 상기 배터리 모듈의 세이프티(safety) 상황인 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템과 상기 차량 제어기는 LIN 프로토콜로 통신을 수행하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량이 주행 상태가 아닌 경우는 상기 차량이 주차중인 상태인 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 차량 제어기와의 사이의 통신 상태가 슬립 모드인 경우, 상기 차량이 주차중인 상태라고 판단하는 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 제어기와 상기 배터리 관리 시스템은 서로 마스터-슬레이브 관계인 차량용 배터리 시스템의 제어방법.
  13. 충방전 가능한 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩;
    상기 배터리 모듈과 상기 배터리 팩이 장착되는 차량 사이의 전원 공급을 제어하는 릴레이; 및
    상기 릴레이의 동작을 제어하는 차량 제어기;를 포함하고,
    상기 배터리 관리 시스템 및 상기 차량 제어기는 상기 차량의 비주행 기간 동안 통신 상태를 슬립 모드로 유지하며,
    상기 배터리 관리 시스템이 상기 차량의 비주행 기간 동안 상기 배터리 모듈의 세이프티 상황을 검출한 경우, 상기 배터리 관리 시스템이 상기 차량 제어기로 웨이크업 신호를 송신하고,
    상기 차량 제어기는 상기 웨이크업 신호에 의하여 웨이크업 된 후 상기 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리 모듈에 관한 데이터를 수신하고, 수신한 상기 데이터에 기초하여 상기 릴레이를 오픈시키는 차량용 배터리 시스템.
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