KR20220016622A - 배터리 관리 장치 - Google Patents

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KR20220016622A
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김동균
양영우
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 부하단과 배터리 사이에 연결되어 전력 공급을 제어하는 컨텍터(contactor)의 동작을 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 제1 제어부; 상기 제1 제어부의 상태를 감시하며, 상태를 감시한 결과 상기 제1 제어부에 오작동이 발생하면 제1 오류 신호 및 상기 제1 오류 신호에 기반의 제2 오류 신호를 생성하는 제2 제어부; 상기 제1 제어 신호, 상기 제1 오류 신호 및 상기 제2 오류 신호에 기초하여 상기 컨텍터(contactor)의 스위칭 동작을 제어하는 제2 제어 신호를 생성하고 상기 제2 제어 신호를 상기 컨텍터에 전송하는 지연부;를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치{APPARATUS FOR MANAGING BATTERY}
실시 예는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
전기 자동차는 전기 공급원인 배터리로부터 공급받은 전기 에너지를 동력원으로 사용하는 자동차이다. 전기 자동차는 전기가 동력원이므로 내연기관 대신 전동기(모터)를 통해 구동력을 발생시킨다.
전기 자동차는 전동기의 구동을 제어하기 위해 다양한 제어 장치를 이용한다. 예를 들어, 전기 자동차는 배터리의 관리를 위한 배터리 관리 시스템(Battery management system, BMS), 모터의 제어를 위한 모터 제어 장치(Motor Controll Unit, MCU) 등을 구비하고 있다.
전기 자동차는 마이크로 컨트롤러와 같은 연산제어장치를 통해 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 통해 전동기의 구동을 제어한다. 예를 들어, 전기 자동차는 제어 신호를 통해 배터리와 전동기 사이에 배치된 컨텍터의 개폐를 제어하고, 컨텍터의 개폐를 통해 배터리의 전력을 전동기에 공급하게 된다.
하지만, 전동기 제어를 위한 마이크로 컨트롤러에 고장이 발생할 경우, 고장 발생 상태가 제어 신호에 즉각적으로 반영되어 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 주행 중 마이크로 컨트롤러에 전압 이상이 발생하게 되면, 제어 신호가 이를 즉각 반영하여 컨텍터가 즉시 개방함에 따라 전기 자동차가 급작스럽게 멈추게 된다. 이러한 급작스런 상황은 운전자가 미처 고장을 인지하지 못하고 있는 상황에서 발생하게 되므로 사고 위험성을 크게 높이게 된다.
따라서, 차량 내 제어 장치의 고장 발생 시 일정한 시간 동안 전동기에 전력을 공급하여 운전자가 고장 발생 상황에 대처할 수 있도록 할 수 있는 장치의 고안이 요구된다.
실시 예는 배터리에 연결된 컨텍터를 제어하는 마이크로 컨트롤러에 고장이 발생하더라도 부하단으로의 전력 공급을 소정의 시간동안 유지할 수 있는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 부하단과 배터리 사이에 연결되어 전력 공급을 제어하는 컨텍터(contactor)의 동작을 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 제1 제어부; 상기 제1 제어부의 상태를 감시하며, 상태를 감시한 결과 상기 제1 제어부에 오작동이 발생하면 제1 오류 신호 및 상기 제1 오류 신호에 기반의 제2 오류 신호를 생성하는 제2 제어부; 상기 제1 제어 신호, 상기 제1 오류 신호 및 상기 제2 오류 신호에 기초하여 상기 컨텍터(contactor)의 스위칭 동작을 제어하는 제2 제어 신호를 생성하고 상기 제2 제어 신호를 상기 컨텍터에 전송하는 지연부;를 포함한다.
상기 제2 제어부는, 상기 제1 제어부의 오작동을 검출하여 제1 오류 신호를 생성하고, 상기 제1 오류 신호에 기초하여 상기 제2 오류 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 제어부는, 상기 제1 오류 신호를 생성한 후 기 설정된 시간이 지난 후 상기 제2 오류 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 제어 신호 및 상기 제1 오류 신호는, 서로 동기화되며, 상기 제1 제어부가 정상 동작하면 하이 레벨의 전압값을 출력하고, 상기 제1 제어부에 오작동이 발생하면 로우 레벨의 전압값을 출력할 수 있다.
상기 지연부는, 상기 제1 제어 신호와 상기 제1 오류 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 제1 처리부; 및 상기 출력 신호와 상기 제2 오류 신호에 기초하여 상기 제2 제어 신호를 생성하는 제2 처리부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 처리부는, 상기 제1 제어 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하거나, 상기 제1 제어 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 하이 레벨의 전압값을 가진 상기 출력 신호를 출력할 수 있다.
상기 제1 처리부는, 상기 제1 제어 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하거나, 상기 제1 제어 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 상기 출력 신호를 출력할 수 있다.
상기 제2 처리부는, 상기 출력 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하면, 하이 레벨의 전압값을 가진 상기 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
상기 제2 처리부는, 상기 출력 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하거나, 상기 출력 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하거나, 상기 출력 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 상기 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
실시 예에 따르면, 배터리의 컨텍터를 제어하는 마이크로 컨트롤러에 오작동이 발생하더라도 소정의 시간동안 모터와 같은 부하단에 배터리의 전력을 공급하도록 유지할 수 있어 시스템 구동의 안정성을 향상시킬 수 있다.
1개의 제어 유닛과 이를 감시하는 1개의 제어 유닛으로부터 출력된 신호를 이용하므로, 제어 유닛간 별도의 동기화 프로세스가 필요하지 않는다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 이용한 배터리 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제2 제어부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 제어 신호, 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 처리부의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 처리부의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 제어신호와 컨텍터의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 예시적인 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 이용한 배터리 관리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 배터리 관리 장치(10), 컨텍터(20), 배터리(30) 및 모터(40)를 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치(10)는 제1 제어부(100), 제2 제어부(200) 및 지연부(300)를 포함할 수 있다.
제1 제어부(100)는 컨텍터(contactor, 30)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 제1 제어부(100)는 부하단과 배터리(30) 사이에 연결되어 전력 공급을 제어하는 컨텍터(20)(contactor)의 동작을 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 모터(40)와 배터리(30) 사이에 연결된 컨텍터(20)의 동작을 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 이는 예시적인 것이며, 이외에도 다양한 형태의 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하는 제1 제어 신호를 생성할 수도 있다.
제1 제어부(100)는 다양한 제어 유닛과 통신을 수행하여 정보를 송수신할 수 있으며, 제어 수행을 위한 다양한 정보를 계측할 수 있다. 제1 제어부(100)는 송수신한 정보와 계측한 정보를 통해 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 경우, 제1 제어부(100)는 차량 제어 유닛(Vehicle Controll Unit, VCU)과 통신을 수행할 수 있으며, 차량 제어 유닛에 현재 모터(40) 및 인버터의 상태를 주기적으로 전달할 수 있다. 또한, 제1 제어부(100)는 차량 제어 유닛으로부터 차량의 주행에 적합한 토크 지령 정보를 수신할 수 있다. 또한, 제1 제어부(100)는 전류, 전압 및 위치 센서로부터 계측값을 수신할 수 있다. 그러면, 제1 제어부(100)는 토크 지령 정보와 계측값 등에 기초하여 모터(40)에 전압을 공급할 수 있다. 즉, 제1 제어부(100)는 제1 제어 신호를 통해 컨텍터(20)의 동작을 제어함으로써 전압을 공급할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 제어부(100)는 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 제어부(100)는 모터 제어 유닛(Motor Controll Unit, MCU) 일 수도 있다.
제2 제어부(200)는 제1 제어부(100)의 상태를 감시할 수 있다. 제2 제어부(200)는 제1 제어부(100)와 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 연결될 수 있고, SPI 통신을 이용하여 제1 제어부(100)의 상태를 감시할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 제2 제어부(200)는 제1 제어부(100)와의 통신을 위해 ISO CAN FD 프로토콜과 같은 다양한 통신 방법을 이용할 수 있다.
제2 제어부(200)는 제1 제어부(100)의 상태를 감시한 결과에 기초하여 오류 신호를 생성할 수 있다. 제2 제어부(200)는 제1 제어부(100)에 오작동이 발생하면 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호를 생성할 수 있다.
제2 제어부(200)는 제1 제어부(100)의 오작동을 검출하여 제1 오류 신호를 생성할 수 있다. 제2 제어부(200)는 제1 오류 신호에 기초하여 제2 오류 신호를 생성할 수 있다. 제2 제어부(200)는 제1 오류 신호를 생성한 후 기 설정된 시간이 지난 후 제2 오류 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 제어부(200)는 제1 제어부(100)의 진단 및 감시를 수행할 뿐만 아니라, 제1 제어부(100)에 전력과 통신 기능을 제공할 수도 있다. 이를 위해 제2 제어부(200)는 전압 전원(voltage supplies) 및 통신 버스 인터페이스(CAN, LIN) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 제어부(100)는 시스템 기반 칩(System Based Chip, SBC)로 구현될 수 있다.
지연부(300)는 제1 제어 신호, 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호에 기초하여 컨텍터(20)의 스위칭 동작을 제어하는 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 지연부(300)는 제2 제어 신호를 컨텍터(20)에 전송할 수 있다. 이를 위해, 지연부(300)는 제1 처리부(310) 및 제2 처리부(320)를 포함할 수 있다.
제1 처리부(310)는 제1 제어 신호와 제1 오류 신호에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다.
제2 처리부(320)는 출력 신호와 제2 오류 신호에 기초하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
제1 처리부(310)는 제1 제어 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하거나, 제1 제어 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 하이 레벨의 전압값을 가진 출력 신호를 출력할 수 있다.
제1 처리부(310)는 제1 제어 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하거나, 제1 제어 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 출력 신호를 출력할 수 있다.
제2 처리부(320)는 출력 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하면, 하이 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
제2 처리부(320)는 출력 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하거나, 출력 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하거나, 출력 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
컨텍터(20)는 스위칭 장치일 수 있다. 컨텍터(20)는 모터(40)와 배터리(30) 사이에 배치될 수 있다. 컨텍터(20)는 제2 제어 신호에 따른 온/오프 동작을 수행할 수 있다. 컨텍터(20)는 온 동작을 수행하여 배터리(30)의 전력의 모터(40)에 전력을 공급하거나 오프 동작을 수행하여 배터리(30)의 전력이 모터(40)에 공급되지 않도록 차단할 수 있다.
컨텍터(20)는 스위칭 동작을 할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨텍터(20)는 릴레이(relay) 소자로 구현될 수도 있다.
배터리(30)는 전기를 충전하고 방전할 수 있는 장치를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(30)는 복수의 배터리(30) 셀(cell)을 포함할 수 있다. 배터리(30) 셀은 양극, 음극, 분리막, 전해질 등의 부품으로 구성될 수 있다. 배터리(30)는 복수의 셀이 묶여 형성된 복수의 배터리(30) 모듈(module)을 포함할 수 있다. 배터리(30) 모듈은 외부 충격, 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정 개수의 배터리(30) 셀을 프레임에 넣은 조립체일 수 있다. 배터리(30)는 복수의 모듈이 묶여 형성된 배터리(30) 팩(pack)을 포함할 수 있다. 배터리(30) 팩은 복수일 수 있다.
모터(40)는 배터리(30)로부터 전력을 공급받아 회전력을 발생시키는 동력 기계를 의미할 수 있다. 모터(40)는 AC 모터(40) 또는 DC 모터(40)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제2 제어부의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제2 제어부(200)는 제1 오류 신호 생성부(210), 타이밍부(220) 및 제2 오류 신호 생성부(230)를 포함할 수 있다.
제1 오류 신호 생성부(210)는 제1 제어부로부터 오류 발생 신호를 수신할 수 있다. 제1 오류 신호 생성부(210)는 오류 발생 신호에 기초하여 제1 오류 신호를 생성할 수 있다. 제1 오류 신호 생성부(210)는 제1 오류 신호를 제2 오류 신호 생성부(230)로 전송할 수 있다. 제1 오류 신호 생성부(210)는 제1 오류 신호를 지연부로 전송할 수 있다. 제1 오류 신호 생성부(210)는 제1 오류 신호를 외부 제어 장치로 전송할 수 있다.
타이밍부(220)는 소정의 시간 간격을 카운팅 할 수 있다. 타이밍부(220)는 제1 오류 신호가 생성된 후 소정의 시간 간격 후의 시점 정보를 포함하는 카운팅 신호를 생성할 수 있다.
제2 오류 신호 생성부(230)는 제1 오류 신호 생성부(210)로부터 제1 오류 신호를 수신할 수 있다. 제2 오류 신호 생성부(230)는 카운팅 신호 및 제1 오류 신호에 기초하여 제2 오류 신호를 생성할 수 있다. 제2 오류 신호 생성부(230)는 제1 오류 신호가 생성된 후 소정의 시간 간격 후의 시점에 제1 오류 신호와 동일한 형태의 제2 오류 신호를 생성할 수 있다. 제2 오류 신호 생성부(230)는 제2 오류 신호를 지연부로 전송할 수 있다. 제2 오류 신호 생성부(230)는 제2 오류 신호를 외부 제어 장치로 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 제어 신호, 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호를 설명하기 위한 도면이다.
제1 제어 신호(signal1)는 제1 제어부가 정상이면 하이 레벨(High level)의 전압값을 출력하고, 제1 제어부에 오작동이 발생하면 로우 레벨의 전압값을 출력할 수 있다. 도 3을 참조하면, 0[s]에서 1.2[s]까지는 제1 제어부가 정상 동작한 경우로서, 제1 제어 신호(signal1)는 하이 레벨의 전압값을 출력한다. 반면, 1.2[s] 이후는 제1 제어부가 오작동한 경우로서, 제1 제어 신호(signal1)는 로우 레벨의 전압값을 출력한다. 제1 제어부의 오작동은 제1 제어부의 전원 고장이나 연결 불량, 와치독 타이머(watchdog timer) 오류 등의 고장일 수 있다.
제1 오류 신호(signal2)는 제1 제어부의 고장 감지를 통해 생성되므로, 제1 제어 신호(signal1)와 동일한 시점에 동일한 파형을 나타낼 수 있다. 도 3을 참조하면, 0[s]에서 1.2[s]까지는 제1 제어부가 정상 동작한 경우로서, 제1 오류 신호(signal2)는 하이 레벨의 전압값을 출력한다. 반면, 1.2[s] 이후는 제1 제어부가 오작동한 경우로서, 제1 오류 신호(signal2)는 로우 레벨의 전압값을 출력한다. 제1 오류 신호(signal2)는 제1 제어부의 고장 감지를 통해 생성되므로, 제1 제어 신호(signal1)와의 동기화가 요구되지 않는다. 즉, 제1 제어부에서 오작동이 발생하여 제1 제어 신호(signal1)가 로우 레벨의 전압값을 출력하는 시점에서, 제2 제어부는 제1 제어부의 고장을 감지하여 제1 오류 신호(signal2)를 생성하므로, 별도의 신호 동기화 과정이 요구되지 않는다. 따라서, 신호 동기화에 요구되는 프로세스를 생략할 수 있어 전력 소비를 감소시킬 수 있고, 프로세스 수행에 요구되는 장치의 설치가 필요하지 않아 비용 및 부피를 감소시킬 수 있다.
제2 오류 신호(signal3)는 제1 제어 신호(signal1)가 생성된 후 기 설정된 시간(Time interval)이 지난 후 생성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 제2 오류 신호(signal3)는 1.2[s] 이후 기 설정된 시간인 7.8[s]가 지난 8[s]에 하이 레벨에서 로우 레벨로 전압값을 변환하여 출력할 수 있다. 제2 오류 신호(signal3)는 제1 오류 신호(signal2)에 동기화 된 신호이므로 별도의 동기화 과정이 요구되지 않는다. 한편, 기 설정된 시간은 자유로이 설정이 가능하다. 예를 들어, 기 설정된 시간은 0[ms] 에서 3000[ms] 사이에서 어느 하나의 시간으로 설정될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 처리부의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 처리부는 제1 제어 신호(signal1)와 제1 오류 신호(signal2)에 기초하여 출력 신호(signal4)를 생성할 수 있다. 제1 처리부는 아래의 표 1에 도시된 진리표와 같은 XNOR 게이트로서 기능하여 출력 신호(signal4)를 생성할 수 있다. 제1 처리부는 XNOR 게이트로서 기능하는 IC 회로로 구현될 수 있다.
Input A Input B Output
L L H
L H L
H L L
H H H
제1 처리부는 제1 제어 신호(signal1)가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호(signal2)가 하이 레벨의 전압값을 출력하면, 하이 레벨의 전압값을 가진 출력 신호(signal4)를 출력할 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 처리부는 0[s] 내지 1.2[s]에서 제1 제어 신호(signal1)가 하이 레벨이고 제1 오류 신호(signal2)가 로우 레벨이므로 하이 레벨의 전압값을 가진 출력 신호(signal4)를 출력할 수 있다.
제1 처리부는 제1 제어 신호(signal1)가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호(signal2)가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 하이 레벨의 전압값을 가진 출력 신호(signal4)를 출력할 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 처리부는 1.2[s] 이후 제1 제어 신호(signal1)가 로우 레벨이고 제1 오류 신호(signal2)가 로우 레벨이므로 하이 레벨의 전압값을 가진 출력 신호(signal4)를 출력할 수 있다.
제1 처리부는 제1 제어 신호(signal1)가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호(signal2)가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 출력 신호(signal4)를 출력할 수 있다.
제1 처리부는 제1 제어 신호(signal1)가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제1 오류 신호(signal2)가 하이 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 출력 신호(signal4)를 출력할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 처리부의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 처리부는 출력 신호(signal4)와 제2 오류 신호(signal3)에 기초하여 제2 제어 신호(signal5)를 생성할 수 있다. 제1 처리부는 아래의 표 2에 도시된 진리표와 같은 AND 게이트로서 기능하여 출력 신호(signal4)를 생성할 수 있다. 제2 처리부는 AND 게이트로서 기능하는 IC 회로로 구현될 수 있다.
Input A Input B Output
L L L
L H L
H L L
H H H
제2 처리부는 출력 신호(signal4)가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호(signal3)가 하이 레벨의 전압값을 출력하면, 하이 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호(signal5)를 출력할 수 있다. 도 5를 참조하면, 제1 처리부는 0[s] 내지 8[s]에서 제2 오류 신호(signal3)가 하이 레벨이고 출력 신호(signal4)가 하이 레벨이므로, 하이 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호(signal5)를 출력할 수 있다.
제2 처리부는 출력 신호(signal4)가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호(signal3)가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호(signal5)를 출력할 수 있다.
제2 처리부는 출력 신호(signal4)가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호(signal3)가 하이 레벨의 전압값을 출력하거나, 로우 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호(signal5)를 출력할 수 있다.
제2 처리부는 출력 신호(signal4)가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 제2 오류 신호(signal3)가 로우 레벨의 전압값을 출력하면, 로우 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호(signal5)를 출력할 수 있다. 도 5를 참조하면, 제1 처리부는 8[s] 이후에서 제2 오류 신호(signal3)가 로우 레벨이고 출력 신호(signal4)가 하이 레벨이므로, 하이 레벨의 전압값을 가진 제2 제어 신호(signal5)를 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 제어신호와 컨텍터의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
컨텍터는 제2 제어 신호(signal5)에 따라 온/오프 동작을 수행할 수 있다. 컨텍터는 제2 제어 신호(signal5)가 하이 레벨의 전압값을 출력할 때 단락(close)될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제2 제어 신호(signal5)가 0[s] 내지 8[s]에서 하이 레벨의 전압값을 출력하므로, 컨텍터는 단락(close) 상태가 될 수 있다. 컨텍터가 단락(close)되면, 배터리의 전력이 부하단(모터)로 공급될 수 있다.
컨텍터는 제2 제어 신호(signal5)가 하이 레벨의 전압값을 출력할 때 개방(open)될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제2 제어 신호(signal5)가 8[s] 이후에 로우 레벨의 전압값을 출력하므로, 컨텍터는 개방(open) 상태가 될 수 있다. 컨텍터가 개방(open)되면, 배터리의 전력이 부하단(모터)로 공급되지 않을 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 예시적인 회로도이다.
도 7을 참조하면, 제1 제어부(100)는 1개의 출력 포트를 가질 수 있다. 1개의 출력 포트에서는 제1 제어 신호가 출력될 수 있다.
제2 제어부(200)는 2개의 출력 포트를 가질 수 있다. 2개의 출력 포트에서는 각각 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호가 출력될 수 있다.
지연부(300)는 3개의 입력 포트를 가질 수 있다. 3개의 입력 포트는 각각 제1 제어 신호, 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호를 입력받을 수 있다. 3개의 입력 포트는 제1 제어부(100)의 1개의 출력 포트와 제2 제어부(200)의 2개의 출력 포트와 각각 연결될 수 있다.
지연부(300)는 1개의 출력 포트를 가질 수 있다. 1개의 출력 포트에서는 제2 제어 신호가 출력될 수 있다. 지연부(300)의 1개의 출력 포트는 컨텍터에 연결될 수 있다.
지연부(300)는 제1 처리부(310) 및 제2 처리부(320)를 포함할 수 있다.
제1 처리부(310)는 2개의 버퍼 소자(312, 313), 2개의 AND 게이트 소자(311, 314) 및 1개의 OR 게이트 소자(315)를 포함할 수 있다.
제1 AND 게이트 소자(311)는 제1단이 제1 제어부(100)와 연결되고, 제2단이 제2 제어부(200)와 연결되고, 제3단이 OR 게이트 소자(315)의 제1단에 연결될 수 있다. 제1 AND 게이트 소자(311)의 제1단 및 제2단은 입력단일 수 있고, 제3단은 출력단일 수 있다. 제1 AND 게이트 소자(311)는 제1단을 통해 제1 제어부(100)로부터 제1 제어 신호를 수신하고, 제2단을 통해 제2 제어부(200)로부터 제1 오류 신호를 수신할 수 있다. 제1 AND 게이트 소자(311)는 제3단을 통해 OR 게이트 소자(315)로 처리된 신호를 출력할 수 있다.
제1 버퍼 소자(312)는 제1단이 제1 제어부(100)와 연결되고, 제2단이 제2 AND 게이트 소자(314)의 제1단에 연결될 수 있다. 제1 버퍼 소자(312)의 제1단은 입력단이고 제2단은 출력단일 수 있다. 제1 버퍼 소자(312)는 제1단을 통해 제1 제어부(100)로부터 제1 제어 신호를 수신하고, 제2단을 통해 제2 AND 게이트 소자(314)로 처리된 신호를 출력할 수 있다.
제2 버퍼 소자(313)는 제1단이 제2 제어부(200)와 연결되고 제2단이 제2 AND 게이트 소자(314)의 제2단에 연결될 수 있다. 제2 버퍼 소자(313)의 제1단은 입력단이고 제2단은 출력단일 수 있다. 제2 버퍼 소자(313)는 제1단을 통해 제2 제어부(200)로부터 제1 오류 신호를 수신하고, 제2단을 통해 제2 AND 게이트 소자(314)로 처리된 신호를 출력할 수 있다.
제2 AND 게이트 소자(314)는 제1단이 제1 버퍼 소자(312)의 제2단에 연결되고, 제2단이 제2 버퍼 소자(313)의 제2단에 연결되고, 제3단이 OR 게이트 소자(315)의 제2단에 연결될 수 있다. 제2 AND 게이트 소자(314)의 제1단 및 제2단은 입력단일 수 있고, 제3단은 출력단일 수 있다. 제2 AND 게이트 소자(314)는 제1단을 통해 제1 버퍼 소자(312)로부터 처리된 신호를 수신하고, 제2단을 통해 제2 버퍼 소자(313)로부터 처리된 신호를 수신할 수 있다. 제2 AND 게이트 소자(314)는 제3단을 통해 OR 게이트 소자(315)로 처리한 신호를 출력할 수 있다.
OR 게이트 소자(315)는 제1단이 제1 AND 게이트 소자(311)의 제3단에 연결되고, 제2 단이 제2 AND 게이트 소자(314)의 제3단에 연결되고, 제3단이 제3 AND 게이트 소자(321)의 제1단에 연결될 수 있다. OR 게이트 소자(315)의 제1단 및 제2단은 입력단일 수 있고, 제3단은 출력단일 수 있다. OR 게이트 소자(315)는 제1단을 통해 제1 AND 게이트 소자(311)로부터 처리된 신호를 수신하고, 제2단을 통해 제2 AND 게이트 소자(314)로부터 처리된 신호를 수신할 수 있다. OR 게이트 소자(315)는 제3단을 통해 제3 AND 게이트 소자(321)로 처리한 신호를 출력할 수 있다.
제2 처리부(320)는 1개의 AND 게이트 소자(321)를 포함할 수 있다.
제3 AND 게이트 소자(321)는 제1단이 OR 게이트 소자(315)의 제3단에 연결되고, 제2단이 제2 제어부(200)에 연결되고, 제3단이 컨텍터에 연결될 수 있다. 제3 AND 게이트 소자(321)의 제1단 및 제2단은 입력단일 수 있고, 제3단은 출력단일 수 있다. 제2 AND 게이트 소자(314)는 제1단을 통해 제1 처리부(310)의 출력 신호를 수신하고, 제2단을 통해 제2 제어부(200)로부터 제2 오류 신호를 수신할 수 있다. 제3 AND 게이트 소자(321)는 제3단을 통해 컨텍터로 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
상기에서 설명한 제1 내지 3 AND 게이트 소자(311, 314, 321), 제1 및 2 버퍼 소자(312, 313) 및 OR 게이트 소자(315)는 본 발명에 따른 기능을 구현하는 집적회로로 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에서 표기된 각 지점에서의 신호 파형을 도시하고 있다. 표 3은 도 8에 도시된 각 시점에서 각 신호 및 컨텍터의 상태를 나타낸다.
1 2 3 4
제1 제어 신호(a) H H->L L L
제1 오류 신호(b) H H->L L L
제2 오류 신호(c) H H H L
컨텍터(d) Close Close Close Open
도 8 및 표 3을 참조하면, 1번 시점에서, 제1 제어 신호, 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호는 모두 하이 레벨의 전압값을 출력하고 있음을 알 수 있다. 즉, 제1 제어부에서 오류가 발생하지 않은 정상 상태를 나타낸다. 이때, 컨텍터 역시 단락 상태임을 알 수 있다.
2번 시점에서, 제1 제어 신호 및 제1 오류 신호는 하이 레벨에서 로우 레벨로 변환된 전압값을 출력하고 있음을 알 수 있다. 즉, 제1 제어부에서 오류(failure)가 발생하였음을 나타낸다. 이때, 제2 오류 신호는 하이 레벨의 전압값을 출력하고 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 컨텍터는 계속 단락 상태를 유지함을 알 수 있다.
3번 시점에서, 제1 제어 신호 및 제1 오류 신호는 로우 레벨의 전압값을 출력하나, 제2 오류 신호는 하이 레벨의 전압값을 출력하고 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 컨텍터 역시 계속 단락 상태를 유지함을 알 수 있다.
4번 시점에서, 제1 제어 신호, 제1 오류 신호 및 제2 오류 신호는 모두 로우 레벨의 전압값을 출력하고 있음을 알 수 있다. 이때, 컨텍터는 단락 상태에서 개방 상태로 전환함으로써 부하단으로의 전력 공급을 차단하고 있음을 알 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 배터리 관리 장치
20 : 컨텍터
30 : 배터리
40 : 모터
100 : 제1 제어부
200 : 제2 제어부
300 : 지연부
310 : 제1 처리부
310 : 제2 처리부

Claims (9)

  1. 부하단과 배터리 사이에 연결되어 전력 공급을 제어하는 컨텍터(contactor)의 동작을 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 제1 제어부;
    상기 제1 제어부의 상태를 감시하며, 상태를 감시한 결과 상기 제1 제어부에 오작동이 발생하면 제1 오류 신호 및 상기 제1 오류 신호에 기반의 제2 오류 신호를 생성하는 제2 제어부;
    상기 제1 제어 신호, 상기 제1 오류 신호 및 상기 제2 오류 신호에 기초하여 상기 컨텍터(contactor)의 스위칭 동작을 제어하는 제2 제어 신호를 생성하고 상기 제2 제어 신호를 상기 컨텍터에 전송하는 지연부;를 포함하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 제1 제어부의 오작동을 검출하여 제1 오류 신호를 생성하고, 상기 제1 오류 신호에 기초하여 상기 제2 오류 신호를 생성하는 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 제1 오류 신호를 생성한 후 기 설정된 시간이 지난 후 상기 제2 오류 신호를 생성하는 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제1 오류 신호는, 서로 동기화되며,
    상기 제1 제어부가 정상 동작하면 하이 레벨의 전압값을 출력하고,
    상기 제1 제어부에 오작동이 발생하면 로우 레벨의 전압값을 출력하는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지연부는,
    상기 제1 제어 신호와 상기 제1 오류 신호에 기초하여 출력 신호를 생성하는 제1 처리부; 및
    상기 출력 신호와 상기 제2 오류 신호에 기초하여 상기 제2 제어 신호를 생성하는 제2 처리부;를 포함하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 처리부는,
    상기 제1 제어 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하거나,
    상기 제1 제어 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하면,
    하이 레벨의 전압값을 가진 상기 출력 신호를 출력하는 배터리 관리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 처리부는,
    상기 제1 제어 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하거나,
    상기 제1 제어 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제1 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하면,
    로우 레벨의 전압값을 가진 상기 출력 신호를 출력하는 배터리 관리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 처리부는,
    상기 출력 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하면,
    하이 레벨의 전압값을 가진 상기 제2 제어 신호를 출력하는 배터리 관리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2 처리부는,
    상기 출력 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하거나,
    상기 출력 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하거나,
    상기 출력 신호가 하이 레벨의 전압값을 출력하고 상기 제2 오류 신호가 로우 레벨의 전압값을 출력하면,
    로우 레벨의 전압값을 가진 상기 제2 제어 신호를 출력하는 배터리 관리 장치.
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