KR20220012483A - 차량 배터리 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

차량 배터리 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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고규범
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윤종서
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오홍민
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Abstract

차량 내 복수의 제어기에 대한 전원 온(IG ON) 및 전원 오프(IG OFF) 상태를 제어하며, 상기 전원 오프 상태에서 주기적으로 웨이크업 하여 상기 복수의 제어기 중 적어도 일부를 웨이크업 시키는 제1 제어기; 및 상기 전원 오프 상태가 시작되면 차량 내 제1 배터리와 차량 시스템을 연결하는 메인 릴레이를 오프 시키고, 사전 설정된 제1 기준 시간 동안 전원을 유지하여 차량의 동력을 생성하는 에너지를 저장한 제1 배터리의 상태를 모니터링하며, 상기 제1 기준 시간이 경과하면 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기에 따라 웨이크업 하여 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 제어기를 포함하는 차량의 배터리 관리 시스템이 개시된다.

Description

차량 배터리 관리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING BATTERY OF VEHICLE}
본 발명은 차량 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 주행이 종료되어 차량 내 여러 제어기가 전원 오프된 상태에서 배터리의 상태를 효과적으로 모니터링 함으로써 전원 오프 상태에서 배터리에서 발생하는 여러 문제를 사전에 예방할 수 있는 차량 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 에너지를 이용하여 구동하는 친환경 차량은, 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 전동 회전 기구인 모터를 구동함으로써 동력을 생성하는 차량이다. 이러한 친환경 차량의 동적 성능은 배터리의 성능과 매우 밀접하게 관련되어 있어, 배터리를 효율적인 감시 및 관리가 필수적이다.
통상 친환경 차량의 배터리는, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이라 통칭되는 제어기에 의해 관리되고 있다. 배터리 관리 시스템은 배터리의 관리를 위한 다양한 정보(배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도 등)를 배터리로부터 수집하고 사전 저장된 다양한 알고리즘에 수집된 정보를 적용하여 배터리 관리를 위한 다양한 파라미터들을 연산한다.
종래의 차량의 배터리 관리 기법은 주로 배터리 관리 시스템에 전원이 공급되는 상태, 즉, 전원 온(IG ON) 상태에서 이루어진다. 즉, 배터리에 연결된 메인 릴레이가 차량의 다른 부품(예를 들어, 배터리의 전력을 변환하여 모터로 제공하는 파워 모듈 또는 배터리 충전을 위한 전력을 생성하는 충전기 등)과 배터리 사이의 전기적 연결이 형성되는 상태에서 배터리의 상태를 모니터링 한다.
이와 같이, 종래의 차량 배터리 관리 기법은, 배터리와 다른 부품들의 전기적 연결이 이루어진 상태에서 배터리 관리를 위한 정보가 수집되므로, 수집된 정보에 다른 부품에 의한 영향이 개입되어 정확한 배터리 상태 모니터링이 이루어지지 못하는 문제가 있다.
또한, 전원이 오프가 된 상태에서 배터리 관리 시스템(BMS) 만 계속 웨이크업 상태로 배터리의 지속적인 모니터링을 수행하는 경우 차량 배터리 충전이 이루어지지 않는 상태에서 전력이 계속 소모되므로 종래에는 전원 오프 상태에서 배터리를 모니터링할 수 있는 적절한 기법이 적용되지 않고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0061964 A KR 10-2016-0153874 A
이에 본 발명은, 차량의 시동 오프 상태에서 효율적으로 배터리를 모니터링함으로써 배터리 발화 등의 사고를 사전에 예방할 수 있는 차량 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
차량 내 복수의 제어기에 대한 전원 온(IG ON) 및 전원 오프(IG OFF) 상태를 제어하며, 상기 전원 오프 상태에서 주기적으로 웨이크업 하여 상기 복수의 제어기 중 적어도 일부를 웨이크업 시키는 제1 제어기; 및
상기 전원 오프 상태가 시작되면 차량 내 제1 배터리와 차량 시스템을 연결하는 메인 릴레이를 오프 시키고, 사전 설정된 제1 기준 시간 동안 전원을 유지하여 차량의 동력을 생성하는 에너지를 저장한 제1 배터리의 상태를 모니터링하며, 상기 제1 기준 시간이 경과하면 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기에 따라 웨이크업 하여 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 제어기;
를 포함하는 차량의 배터리 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 제어기는, 상기 전원 오프 상태가 시작되는 시점부터 사전 설정된 제2 기준 시간 동안에 대해 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 제1 웨이크업 주기로 설정하고, 상기 제2 기준 시간이 경과한 시점부터 그 이후에 대해 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 상기 제1 웨이크업 주기보다 긴 제2 웨이크업 주기로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 배터리에 연결된 메인 릴레이가 온 되는 경우 상기 전원 오프 상태에서 수행하는 상기 제1 배터리에 대한 모니터링을 중단하고 초기화할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 제어기는, 상기 메인 릴레이를 오프 시킨 후, 상기 제1 제어기와 제2 제어기의 전원 전압을 제공하는 제2 배터리의 충전 상태 확인이 불가능하거나, 상기 제1 배터리의 충전 상태가 사전 설정된 기준보다 낮거나, 상기 제1 배터리의 전압을 강압하여 상기 제2 배터리로 인가하는 저전압 컨버터 또는 상기 제1 제어기와의 통신이 불가능한 경우, 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링하지 않을 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
차량의 주행을 종료하기 위한 외부 입력이 발생하면, 제1 제어기가 차량 내 복수의 제어기에 대해 전원 오프(IF OFF) 상태로 제어하는 단계;
제2 제어기가 전원을 유지하면서 차량의 동력을 생성하는 에너지를 저장한 제1 배터리에 연결된 메인 릴레이를 오프 시키는 단계;
상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 설정하며, 사전 설정된 제1 기준 시간 동안 전원을 유지하여 차량의 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링하는 제1 모니터링 단계; 및
상기 제1 기준 시간이 경과하면, 상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기에 따라 웨이크업 하여 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 모니터링 단계;
를 포함하는 차량 배터리 관리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 메인 릴레이를 오프 시키는 단계 이후, 상기 제2 제어기가, 상기 제1 제어기와 상기 제2 제어기의 전원 전압을 제공하는 제2 배터리의 충전 상태 확인이 불가능하거나, 상기 제1 배터리의 충전 상태가 사전 설정된 기준보다 낮거나, 상기 제1 배터리의 전압을 강압하여 상기 제2 배터리로 인가하는 저전압 컨버터 또는 상기 제1 제어기와의 통신이 불가능한 경우 상기 제1 모니터링을 수행하지 않는 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 모니터링 단계에서, 상기 제2 제어기는 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 사전 결정된 제1 웨이크업 주기로 결정하고, 상기 제2 모니터링 단계에서, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 기준 시간이 경과한 시점에서 사전 설정된 제2 기준 시간 동안 상기 제1 웨이크업 주기로 웨이크업 하는 상기 제1 제어기에 의해 웨이크업 되며, 상기 제2 기준 시간이 경과한 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 상기 제1 웨이크업 주기보다 긴 제2 웨이크업 주기로 설정하고 상기 제2 웨이크업 주기로 웨이크업 하는 상기 제1 제어기에 의해 웨이크업 될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 모니터링 단계에서, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 제어기에 의해 전원 온 상태로 제어 되면 상기 메인 릴레이의 온 여부를 확인하고, 상기 메인 릴레이를 온 시키는 경우 상기 제1 배터리의 상태에 대한 모니터링을 종료할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 모니터링 단계에서, 상기 제2 제어기는, 웨이크업 한 후 웨이크업의 원인을 판단하고 판단된 원인이 상기 제1 제어기에 설정된 웨이크업 주기에 의한 웨이크업인 경우 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 모니터링 단계에서, 상기 제2 제어기는, 웨이크업 한 후 웨이크업의 원인을 판단하고 판단된 원인이 상기 제1 제어기에 설정된 웨이크업 주기에 의한 웨이크업이 아닌 외부 입력에 의한 웨이크업인 경우 상기 메인 릴레이의 온 여부를 확인하고, 상기 메인 릴레이를 온 시키는 경우 상기 제1 배터리의 상태에 대한 모니터링을 종료할 수 있다.
상기 차량 배터리 관리 시스템 및 방법에 따르면, 차량의 배터리가 차량 시스템으로부터 전기적 연결이 차단되고 제어기가 모두 오프된 전원 오프 상태(IG OFF)에서도 배터리의 상태를 모니터링함으로써 배터리의 발화 등과 같이 배터리에서 발생할 수 있는 문제들을 사전에 예방할 수 있다.
특히, 상기 차량의 배터리 관리 시스템 및 방법에 따르면, 전원 오프 상태가 시작된 이후 시간 경과에 따라 배터리 모니터링의 수행 회수를 적절하게 결정함으로써, 전원 오프 상태에서 전력 소모를 최소화하면서 배터리의 상태를 효율적으로 모니터링 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 시스템에 의한 모니터링 과정을 시간에 따라 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 시스템은, 차량 내 복수의 제어기에 대한 전원 온(IG ON) 및 전원 오프(IG OFF) 상태를 제어하며, 전원 오프 상태에서 주기적으로 웨이크업 하여 복수의 제어기 중 적어도 일부를 웨이크업 시키는 제1 제어기(11) 및 전원 오프 상태가 시작되면 차량 내 제1 배터리(!3)와 차량 시스템을 연결하는 메인 릴레이(MR)을 오프 시키고, 사전 설정된 제1 기준 시간 동안 전원을 유지하여 차량 내 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링하며, 제1 기준 시간이 경과하면 제1 제어기(11)의 웨이크업 주기에 따라 웨이크업 하여 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링 하는 제2 제어기(12)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 제1 제어기(11)는 차량 전반의 동작을 제어하는 차량 제어기(Vehicle Control Unit: VCU)로 구현될 수 있고, 제2 제어기(12)는 배터리의 상태를 주로 모니터링하고 배터리에 연결된 릴레이(MR) 등이 상태를 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)로 알려진 제어기로 구현될 수 있다.
또한, 제1 배터리(13)는 차량의 동력을 생성하는 구동 모터에 에너지를 공급하거나 구동 모터의 회생에 의한 에너지를 제공받아 충전되는 차량의 메인 배터리(또는 고전압 배터리)일 수 있다.
도 1에서 참조 부호 '14'는 메인 배터리(13)의 고전압을 전장 부하의 전원에 해당하는 저전압으로 강압하는 저전압 컨버터(Low Voltage DC-DC Converter: LDC)이며, 참조 부호 '15'는 저전압 컨버터에서 변환된 전압이 인가됨에 의해 충전될 수 있으며, 처량 내 여러 제어기에 전원 전압을 공급하는 보조 배터리(15) 또는 저전압 배터리일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1 제어기(11)는, 외부로부터 입력되는 신호에 기반하여 차량 내 복수의 제어기에 대한 전원 온(IG ON) 또는 전원 오프(IG OFF) 상태를 제어할 수 있다. 예를 들어, 전원 오프 상태에서, 운전자가 차량의 시동 버튼을 누르는 입력을 발생시킨 경우 제1 제어기(11)는 이를 인식하고 차량 내 복수의 타 제어기들에 전원이 공급되게 하여 전원 온(IG ON) 상태가 되게 할 수 있다. 반대로 전원 온 상태에서 운전자가 차량의 시동 버튼을 누르는 입력을 발생시킨 경우 제1 제어기(11)는 이를 인식하고 차량 내 복수의 타 제어기들에 전원 공급을 차단하여 전원 오프(IG OFF) 상태가 되게 할 수 있다.
제2 제어기(12)는 제1 제어기(11)에서 이루어지는 전원 온 또는 전원 오프 상태 제어에 의해 동작하되, 운전자의 입력에 의해 차량 주행이 종료됨에 의해 전원 온 상태에서 전원 오프 상태로 전환된 직후에는 내장된 파워 래치(Power Latch) 기능을 이용하여 일정 시간 동안 계속 전원 온 상태를 유지하면서 메인 릴레이(MR)을 오프 시킨 후 제1 배터리(13)를 모니터링할 수 있다.
여기서 파워 래치 기능은, 제1 제어기(11)의 전원 오프(IF OFF) 제어가 발생하는 경우라도, 제2 제어기(12)가 필요에 따라 전원을 공급하는 제2 배터리(15)와 직접 연결된 전원 라인을 활용하여 일정 시간 동안 전원 공급 상태를 유지하는 기능이다.
제2 제어기(12)에 의해 이루어지는 모니터링은, 차량 주행이 종료된 이후 제1 배터리(13)에서 발생할 수 있는 문제를 확인하기 위한 것으로, 주로 제1 배터리(13)의 절연 저항값 측정, 제1 배터리(13)를 구성하는 배터리 셀 간 전압 편차, 제1 배터리(13)의 열화도 등이 될 수 있다. 배터리의 절연저항, 배터리 셀간 전압 편차 및 열화도의 도출 또는 연산은 당 기술 분야에 공지된 다양한 기법들 중 일부를 채용하여 수행될 수 있다.
또한, 제2 제어기(12)는 제1 제어기(11)의 웨이크업 주기를 설정할 수 있으며, 전원 오프(IG OFF) 상태가 시작된 이후 내장된 카운터를 이용하여 제1 제어기(11)의 웨이크업 주기 설정 변경을 위한 기준 시간을 연산할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 시스템에 의한 모니터링 과정을 시간에 따라 도시한 도면이다.
차량의 주행을 종료하는 운전자의 입력이 발생하면, 제1 제어기(11)는 차량 내 복수의 제어기들의 전원을 오프 시키는 전원 오프(IG OFF) 상태를 시작한다. 이와 같이, 전원 온(IG ON) 상태에서 전원 오프(IG) 상태로 전환이 이루어지면, 전원 오프(IG) 상태가 시작됨과 동시에 제2 제어기(12)는 파워 래치 동작을 수행하여 전원을 유지하면서 제1 기준 시간(T1) 동안 제1 배터리(13)를 모니터링 할 수 있다. 예를 들어, 제1 기준 시간(T1)은 대략 수 시간으로 사전에 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태는 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링하기 위한 것이므로 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링하는 주체인 제2 제어기(12)가 제1 배터리(13)의 웨이크업 주기를 설정할 수 있다.
특히, 제2 제어기(12)는 전원 온(IG ON) 상태에서 전원 오프(IG OFF)로 전환된 시점, 즉 전원 오프 상태가 시작되는 시점부터 사전 설정된 제2 기준 시간(T2) 동안 제1 제어기(11)의 웨이크업 주기를 제1 웨이크업 주기(P1)로 설정하고, 제2 기준 시간(T2) 이 경과한 시점부터 그 이후로는 제1 제어기(11)의 웨이크업 주기를 제1 웨이크업 주기(P1)보다 긴 제2 웨이크업 주기(P2)로 설정할 수 있다.
예를 들어, 제2 기준 시간(T2)은 대략 수 일이 될 수 있으며, 제1 웨이크업 주기(P1)는 수 시간, 제2 웨이크업 주기(P2)는 수십 시간에서 수 일이 될 수 있다.
정리하면, 제2 기준 시간(T2) 동안 제1 제어기(11)는 제1 웨이크업 주기(P1)에 따라 웨이크업 하여 제2 제어기(12)를 웨이크업 시키고, 웨이크업 된 제2 제어기(12)는 배터리의 상태를 모니터링 할 수 있다. 웨이크업이 유지되는 시간은 제2 제어기(12)에 의해 배터리 모니터링에 소요되는 시간에 따라 적절하게 사전 설정될 수 있다.
제2 기준 시간(T2)가 경과하게 되면 제1 제어기(11)는 제1 웨이크업 주기(P1) 보다 긴 제2 웨이크업 주기(P2)에 따라 웨이크업 하여 제2 제어기(12)를 웨이크업 시킬 수 있다.
제2 제어기(12)는 내장된 카운터(미도시)를 이용하여 제1 기준 시간(T1)과 제2 기준 시간(T2)를 연산할 수 있다. 여기에서, 제1 제어기(11)과 제2 제어기(12)로 전원 전압을 제공하는 제2 배터리(15)의 충전 상태 또는 열화도나, 저전압 직류 컨버터(14)를 통해 제2 배터리(15)를 충전하는 에너지를 제공하는 제1 배터리(13)의 충전 상태 또는 열화도에 따라 제1 기준 시간(T1)과 제2 기준 시간(T2)은 적절하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리(13) 또는 제2 배터리(15)의 충전 상태나 열화도가 기준치 보다 낮은 경우에는 제1 기준 시간(T1)과 제2 기준 시간(T2)이 상대적으로 짧게 설정될 수 있으며, 반대로 제1 배터리(13) 또는 제2 배터리(15)의 충전 상태나 열화도가 기준치 보다 높은 경우에는 제1 기준 시간(T1)과 제2 기준 시간(T2)이 상대적으로 길게 설정될 수 있다.
전술한 제1 기준 시간(T1), 제2 기준 시간(T2), 제1 웨이크업 주기(P1), 제2 웨이크업 주기(P2)는 사전에 설정된 값들이며, 이 값들을 설정하기 위해 제어기 들에 전원 전압을 제공하는 제2 배터리(15)의 용량과 열화도, 제2 배터리(15)를 충전하는 에너지를 저장하는 제1 배터리(13)의 용량, 차량의 연비 등이 고려될 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태는, 제1 배터리(13)가 차량 시스템과 연결되지 않은 상태, 즉 메인 릴레이(MR)이 오프(개방)된 상태일 때 제1 배터리(13)를 감시하고자 하는 것이다. 따라서, 제1 배터리(13)가 차량 시스템과 연결이 되지 않은 상태가 유지되는 경우에 전술한 것과 같은 모니터링이 시간 흐름에 따라 이루어질 수 있다. 전술한 것과 같은 모니터링 과정에서 제1 배터리(13)의 전기적 연결 상태가 변동되는 경우, 즉 메인 릴레이(MR)가 온(단락) 되는 경우에는, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 모니터링이 중단되고 모니터링 과정은 초기화될 수 있으며, 다시 메인 릴레이(MR)가 오프 되면 배터리 모니터링을 위한 최초의 과정(즉, 제2 제어기(12)의 파워 래치에 의한 지속적인 모니터링)부터 다시 개시될 수 있다.
한편, 주차 상태에서 운전자가 차량 시동 버튼을 눌러 차량의 운행이 종료하기 위한 입력을 발생시키고 그에 따라 제1 제어기(11)가 전원 오프(IG OFF) 상태로 차량 제어기들을 제어하면, 제2 제어기(12)는 파워 래치 기능을 이용하여 전원을 유지하면서 메인 릴레이(MR)을 오프 시킨 이후 제1 배터리(13)에 대한 모니터링을 수행할 수 있는 요건이 충족되는지 판단할 수 있다.
여기에서, 제1 배터리(13)의 모니터링 수행 요건으로서, 제2 배터리(15)의 충전 상태(State Of Charge: SOC) 연산 여부, 제1 배터리(13)의 충전 상태 및 제어기들 간 통신 상태 등이 고려될 수 있다.
예를 들어, 제2 제어기(12)가 제어기(11, 12)에 전원을 공급하는 제2 배터리(15)의 충전 상태를 확인할 수 없는 경우, 제2 배터리(15) 충전되지 않는 상태에서 제1 제어기(11)와 제2 제어기(13)가 제1 배터리(13)의 모니터링을 위해 충분한 전원을 공급할 수 있는지 확인할 수 없으므로 모니터링을 수행하지 않게 할 수 있다.
또한, 제2 배터리(15)의 충전상태가 사전 설정된 기준보다 낮은 경우 저전압 컨버터(14)를 작동시켜 제1 배터리(13)에 저장된 에너지로 제2 배터리(15)를 충전시켜 추후의 배터리 모니터링 수행이 이루어지게 할 수 있는데, 제1 배터리(13)의 충전 상태가 충분하지 못한 경우 제2 배터리(15)로의 충전이 이루어지면 제1 배터리(13)의 충전 상태가 더 낮아져 추후 차량 운행이 불가능하게 될 수 있다. 따라서, 제1 배터리(13)의 충전 상태가 사전 설정된 기준 보다 낮은 경우 모니터링 수행이 이루어지지 않게 할 수 있다.
또한, 제1 제어기(11)와 제2 제어기(12) 또는 제2 제어기(12)와 저전압 컨버터(14) 사이의 통신(예를 들어, CAN 통신)이 불가능한 상태(예를 들어, CAN timeout 등)인 경우 모니터링 수행에 필요한 여러 데이터 교환이 불가능하므로 모니터링 수행이 이루어지지 않게 할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 방법을 도시한 흐름도이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 방법은 전술한 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 배터리 관리 시스템에 의해 구현될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 먼저 차량 주차된 상태에서 차량 운행을 종료하는 운전자의 입력이 발생하면, 제1 제어기(11)가 차량 제어기 내 전원을 오프 시키는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다.
제1 제어기(11)에 의해 전원 오프(IG OFF) 상태가 되면, 제2 제어기(12)는 파워 래치 기능을 이용하여 전원을 유지하면서 메인 릴레이(MR)을 오프 시키고(S12), 메인 릴레이(MR)이 오프된 상태에서 모니터링을 수행하기 위한 요건이 충족되는지 확인할 수 있다(S13).
단계(S13)에서, 제2 제어기(12)는, 제1 제어기(11)와 제2 제어기(12)의 전원 전압을 제공하는 제2 배터리(15)의 충전 상태 확인이 불가능하거나, 제1 배터리(13)의 충전 상태가 사전 설정된 기준보다 낮거나, 제1 배터리(13)의 전압을 강압하여 제2 배터리(15)로 인가하는 저전압 컨버터(14) 또는 제1 제어기(11)와의 통신이 불가능한 경우 모니터링을 수행하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
단계(S13)에서 모니터링을 수행하기 위한 요건들이 충족되면, 제2 제어기(12)는 카운터를 작동시켜 시간을 연산하고 제1 제어기(11)의 제1 웨이크업 주기(P1)을 설정하여 제1 제어기(11)가 제1 웨이크업 주기(P1)에 따라 웨이크업 될 수 있게 한다(S14).
이어, 제2 제어기(12)는 사전 설정된 제1 기준 시간(T1) 동안 파워 래치 기능을 유지하여 지속적으로 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링할 수 있다(S15). 전술한 바와 같이, 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링하는 과정에서는 제1 배터리(13)의 절연저항, 제1 배터리(13)를 구성하는 배터리 셀 간의 전압 편차, 또는 제1 배터리(13)의 열화도를 연산하고 연산된 값들과 사전 설정된 기준값들을 각각 비교하여 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링할 수 있다.
제2 제어기(12)가 지속적으로 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링하는 제1 기준 시간이 경과하면(S16), 제2 제어기(12)는 파워 래치 기능을 종료하고 셧다운 될 수 있다(S17). 이후에 제2 제어기(12)는 제1 제어기(11)의 웨이크업에 의해 다시 웨이크업 될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제1 기준 시간(T1) 동안의 제2 제어기(12)가 파워 래치 기능을 이용하여 전원을 유지한 상태에서 제1 배터리(13)에 대한 모니터링 수행 중, 제1 제어기(11)가 웨이크업 되면 제2 제어기(12)는 메인 릴레이(MR)의 온 여부를 확인하고 메인 릴레이(MR)을 온 시키게 되면 카운터를 초기화 하여 수행하던 모니터링을 중단할 수 있다.
제1 기준 시간(T1) 경과 이후 제1 제어기(11)가 웨이크업 되면, 제1 제어기(11)는 제2 제어기(12)에 전원이 공급되도록 하여 제2 제어기(12)를 웨이크업 시킬 수 있다(S21). 이 때, 제1 제어기(11)는 제2 제어기(12)로 해당 웨이크업이 사전 설정된 제1 웨이크업 주기에 의한 것인지 또는 운전자의 입력에 의한 것인지에 대한 정보를 제공할 수 있다.
제2 제어기(12)가 웨이크업 되면, 제1 제어기(11)로부터 제공 받은 정보를 기반으로 운전자 입력에 의한 전원 공급에 의해 웨이크업 된 것인지 판단하고(S22), 제1 웨이크업 주기(P1)에 의한 웨이크업인 경우 사전 설정된 시간동안 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링하고 다시 셧다운 될 수 있다(S23). 이러한, 제1 웨이크업 주기(P1)에 따른 주기적인 모니터링은 사전 설정된 제2 기준 시간(T2)이 경과할 때까지 계속될 수 있다(S24).
단계(S24)에서 제2 제어기(12)는 카운터의 카운팅에 의해 연산된 시간을 기반으로 제2 기준 시간(T2)이 경과한 것으로 판단하면, 제1 제어기(11)의 웨이크업 주기를 제1 웨이크업 주기(P1) 보다 더 긴 제2 웨이크업 주기(P2)로 설정하여 제1 제어기(11)로 전달할 수 있다(S25).
한편, 제1 제어기(11)가 웨이크업 되어 전원 온 상태가 되고(S21), 전원 온 상태가 된 원인이 제1 웨이크업 주기(P1)에 의한 주기적 웨이크업이 아니라 운전자의 입력에 의한 전원 온 상태인 것으로 판단되면(S22), 제2 제어기(12)는 메인 릴레이(MR)을 온 시켜야 하는 상황인지 판단하고, 메인 릴레이(MR)을 온 시킨 경우에는(S26) 카운터를 초기화 할 수 있다(S27). 즉, 메인 릴레이(MR)의 온에 의해 제1 배터리(11)가 차량의 시스템에 접속되면서 제1 배터리(11)의 상태가 변동되어 이전에 수행하던 제1 배터리(13)의 모니터링을 종료하게 할 수 있다.
카운터 초기화(S27) 이후 다시 제1 제어기(11)에 의해 전원 오프(IG OFF) 상태가 되면, 전술한 것과 같은 모니터링 과정을 처음부터 다시 수행할 수 있도록 단계(S12)로 진행할 수 있다. 만약, 카운터 초기화(S27) 이후 다시 제1 제어기(11)에 의해 전원 오프(IG OFF) 상태가 되지 않고 차량의 주행이 시작되면 모니터링 과정을 다음 전원 오프 상태가 될 때까지 종료할 수 있다.
전술한 단계(S25)에서 제1 제어기(11)의 웨이크업 주기가 제2 웨이크업 주기(P2)로 설정된 이후, 제1 제어기(11)는 제2 웨이크업 주기(P2) 마다 웨이크업 하여 제2 제어기(12)에 전원이 공급되게 할 수 있다.
제2 기준 시간(T2) 경과 이후 제1 제어기(11)가 웨이크업 되면, 제1 제어기(11)는 제2 제어기(12)에 전원이 공급되도록 하여 제2 제어기(12)를 웨이크업 시킬 수 있다(S31). 이 때, 제1 제어기(11)는 제2 제어기(12)로 해당 웨이크업이 사전 설정된 제1 웨이크업 주기에 의한 것인지 또는 운전자의 입력에 의한 것인지에 대한 정보를 제공할 수 있다.
제2 제어기(12)가 웨이크업 되면, 제1 제어기(11)로부터 제공 받은 정보를 기반으로 운전자 입력에 의한 전원 공급에 의해 웨이크업 된 것인지 판단하고(S32), 제2 웨이크업 주기(P2)에 의한 웨이크업인 경우 사전 설정된 시간동안 제1 배터리(13)의 상태를 모니터링하고 다시 셧다운 될 수 있다(S33).
한편, 제1 제어기(11)가 웨이크업 되어 전원 온 상태가 되고(S31), 전원 온 상태가 된 원인이 제2 웨이크업 주기(P2)에 의한 주기적 웨이크업이 아니라 운전자의 입력에 의한 전원 온 상태인 것으로 판단되면(S32), 제2 제어기(12)는 메인 릴레이(MR)을 온 시켜야 하는 상황인지 판단하고, 메인 릴레이(MR)을 온 시킨 경우에는(S34) 카운터를 초기화 할 수 있다(S35). 즉, 메인 릴레이(MR)의 온에 의해 제1 배터리(11)가 차량의 시스템에 접속되면서 제1 배터리(11)의 상태가 변동되어 이전에 수행하던 제1 배터리(13)의 모니터링을 종료하게 할 수 있다.
카운터 초기화(S27) 이후 다시 제1 제어기(11)에 의해 전원 오프(IG OFF) 상태가 되면(S36), 전술한 것과 같은 모니터링 과정을 처음부터 다시 수행할 수 있도록 단계(S12)로 진행할 수 있다. 만약, 카운터 초기화(S27) 이후 다시 제1 제어기(11)에 의해 전원 오프(IG OFF) 상태가 되지 않고 차량의 주행이 시작되면 모니터링 과정을 다음 전원 오프 상태가 될 때까지 종료할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템 및 방법은, 차량의 배터리가 차량 시스템으로부터 전기적 연결이 차단되고 제어기가 모두 오프된 전원 오프 상태(IG OFF)에서도 배터리의 상태를 모니터링함으로써 배터리의 발화 등과 같이 배터리에서 발생할 수 있는 문제들을 사전에 예방할 수 있다.
특히, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 배터리 관리 시스템 및 방법은, 전원 오프 상태가 시작된 이후 시간 경과에 따라 배터리 모니터링의 수행 회수를 적절하게 결정함으로써, 전원 오프 상태에서 전력 소모를 최소화하면서 배터리의 상태를 효율적으로 모니터링 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
11: 제1 제어기(VCU) 12: 제2 제어기(BMS)
13: 제1 배터리(고전압 배터리, 메인 배터리)
14: 저전압 컨버터
15: 제2 배터리(저전압 배터리, 보조 배터리)
MR: 메인 릴레이

Claims (11)

  1. 차량 내 복수의 제어기에 대한 전원 온(IG ON) 및 전원 오프(IG OFF) 상태를 제어하며, 상기 전원 오프 상태에서 주기적으로 웨이크업 하여 상기 복수의 제어기 중 적어도 일부를 웨이크업 시키는 제1 제어기; 및
    상기 전원 오프 상태가 시작되면 차량 내 제1 배터리와 차량 시스템을 연결하는 메인 릴레이를 오프 시키고, 사전 설정된 제1 기준 시간 동안 전원을 유지하여 차량의 동력을 생성하는 에너지를 저장한 제1 배터리의 상태를 모니터링하며, 상기 제1 기준 시간이 경과하면 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기에 따라 웨이크업 하여 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 제어기;
    를 포함하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 제어기는, 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 제어기는, 상기 전원 오프 상태가 시작되는 시점부터 사전 설정된 제2 기준 시간 동안에 대해 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 제1 웨이크업 주기로 설정하고, 상기 제2 기준 시간이 경과한 시점부터 그 이후에 대해 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 상기 제1 웨이크업 주기보다 긴 제2 웨이크업 주기로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 제어기는,
    상기 제1 배터리에 연결된 메인 릴레이가 온 되는 경우 상기 전원 오프 상태에서 수행하는 상기 제1 배터리에 대한 모니터링을 중단하고 초기화하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 제어기는,
    상기 메인 릴레이를 오프 시킨 후, 상기 제1 제어기와 제2 제어기의 전원 전압을 제공하는 제2 배터리의 충전 상태 확인이 불가능하거나, 상기 제1 배터리의 충전 상태가 사전 설정된 기준보다 낮거나, 상기 제1 배터리의 전압을 강압하여 상기 제2 배터리로 인가하는 저전압 컨버터 또는 상기 제1 제어기와의 통신이 불가능한 경우, 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링하지 않는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 관리 시스템.
  6. 차량의 주행을 종료하기 위한 외부 입력이 발생하면, 제1 제어기가 차량 내 복수의 제어기에 대해 전원 오프(IF OFF) 상태로 제어하는 단계;
    제2 제어기가 전원을 유지하면서 차량의 동력을 생성하는 에너지를 저장한 제1 배터리에 연결된 메인 릴레이를 오프 시키는 단계;
    상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 설정하며, 사전 설정된 제1 기준 시간 동안 전원을 유지하여 차량의 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링하는 제1 모니터링 단계; 및
    상기 제1 기준 시간이 경과하면, 상기 제2 제어기가 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기에 따라 웨이크업 하여 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링 하는 제2 모니터링 단계;
    를 포함하는 차량 배터리 관리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 메인 릴레이를 오프 시키는 단계 이후,
    상기 제2 제어기가, 상기 제1 제어기와 상기 제2 제어기의 전원 전압을 제공하는 제2 배터리의 충전 상태 확인이 불가능하거나, 상기 제1 배터리의 충전 상태가 사전 설정된 기준보다 낮거나, 상기 제1 배터리의 전압을 강압하여 상기 제2 배터리로 인가하는 저전압 컨버터 또는 상기 제1 제어기와의 통신이 불가능한 경우 상기 제1 모니터링을 수행하지 않는 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 모니터링 단계에서, 상기 제2 제어기는 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 사전 결정된 제1 웨이크업 주기로 결정하고,
    상기 제2 모니터링 단계에서, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 기준 시간이 경과한 시점에서 사전 설정된 제2 기준 시간 동안 상기 제1 웨이크업 주기로 웨이크업 하는 상기 제1 제어기에 의해 웨이크업 되며, 상기 제2 기준 시간이 경과한 상기 제1 제어기의 웨이크업 주기를 상기 제1 웨이크업 주기보다 긴 제2 웨이크업 주기로 설정하고 상기 제2 웨이크업 주기로 웨이크업 하는 상기 제1 제어기에 의해 웨이크업 되는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 모니터링 단계에서,
    상기 제2 제어기는, 상기 제1 제어기에 의해 전원 온 상태로 제어 되면 상기 메인 릴레이의 온 여부를 확인하고, 상기 메인 릴레이를 온 시키는 경우 상기 제1 배터리의 상태에 대한 모니터링을 종료하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 제2 모니터링 단계에서,
    상기 제2 제어기는, 웨이크업 한 후 웨이크업의 원인을 판단하고 판단된 원인이 상기 제1 제어기에 설정된 웨이크업 주기에 의한 웨이크업인 경우 상기 제1 배터리의 상태를 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 방법.
  11. 청구항 6에 있어서, 상기 제2 모니터링 단계에서,
    상기 제2 제어기는, 웨이크업 한 후 웨이크업의 원인을 판단하고 판단된 원인이 상기 제1 제어기에 설정된 웨이크업 주기에 의한 웨이크업이 아닌 외부 입력에 의한 웨이크업인 경우 상기 메인 릴레이의 온 여부를 확인하고, 상기 메인 릴레이를 온 시키는 경우 상기 제1 배터리의 상태에 대한 모니터링을 종료하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리 관리 방법.
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