KR20230083695A - 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법 - Google Patents

릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법에 관한 것으로, 특히, MCU의 이상 감지 시, 워치독, 플립플롭, 앤드 게이트를 통해 파워 릴레이 어셈블리의 릴레이들이 오프 되도록 제어하는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템은, 배터리 관리를 위한 릴레이 제어 신호를 발생시키는 MCU, 상기 MCU의 동작 이상이 감지되면, 이상 감지 출력(WDO)을 발생시키는 워치독, 상기 이상 감지 출력이 클록 핀으로 입력되면, 제1 출력은 하이(high) 신호, 제2 출력은 로우(low) 신호를 발생시키는 플립플롭, 상기 제2 출력을 제1 입력 신호로 하고, 상기 MCU에서 생성된 하이 사이드(high side) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하는 하이 사이드부 앤드 게이트, 상기 하이 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치, 상기 제2 출력을 제1 입력 신호로 하고, 상기 MCU에서 생성된 메인(+) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하는 로우 사이드부 앤드 게이트, 및 상기 로우 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치를 포함한다.

Description

릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법 {BATTERY MANAGEMENT SYSTEM HAVING RELAY CONTROL CIRCUIT AND RELAY CONTROL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법에 관한 것으로, 특히, MCU의 이상 감지 시, 워치독, 플립플롭, 앤드 게이트를 통해 파워 릴레이 어셈블리의 릴레이들이 오프 되도록 제어하는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법에 관한 것이다.
배터리 팩은 복수의 배터리 셀로 구성되며, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)은 배터리 셀의 성능과 안전에 대해 감시한다.
BMS는 배터리 셀의 전압과 온도를 모니터링 하며, 이에 기반하여 배터리 셀 관리, 충전상태 예측(State Of Charge, SOC), 과열/과충전/과방전 보호를 위한 입출력 전력 제한, PRA(Power Relay Assembly) 제어, 고장 진단 등을 실행한다.
배터리 셀 관리는 각각의 셀의 전압을 조절하고 배터리에 과부하가 걸리지 않도록 관리하는 기능이다. 특정의 배터리 셀이 오작동 또는 미작동 하는 경우, BMS는 셀 밸런싱을 통해 다른 배터리 셀에서 특정 배터리 셀의 기능을 대체할 수 있도록 제어한다.
BMS는 배터리의 전압, 전류, 온도를 감지하여 충전 상태를 예측하며, 이에 기반하여 배터리 잔량을 확인할 수 있도록 한다. SOC는 미리 설정한 가용 영역에 따라 상한과 하한의 기준을 정하며, 가용 영역을 이탈하는 경우, BMS는 배터리의 충전을 차단한다.
배터리의 안정적인 운용을 위해 충전되는 배터리 전압의 상한(충전종지전압)과 하한(방전종지전압)이 설정되며, BMS는 배터리의 전압이 충전종지전압 또는 방전종지전압을 이탈하면 배터리의 충방전을 중지시킨다.
BMS는 전기차의 고전압 배터리가 오작동 또는 제어불능 상태가 되면, 전원 공급 차단을 위해 릴레이를 off 시킨다. 이는 고전압 배터리를 보호하고, 더 큰 사고 발생의 위험을 방지하기 위함이다.
또한, BMS는 배터리 시스템의 고장을 진단하며, 구체적으로, 과전압/저전압, 배터리 셀, 전류, 온도 센서, 단선, 단락, 냉각팬, 통신 등의 작동 이상을 감지하여, 다른 제어기로 DCT(고장코드)를 전송한다.
BMS를 구성하는 MCU(Micro Control Unit)의 소자 불량이나 소프트웨어 오작동 등이 발생하면, 릴레이 제어 상태에 대한 인지 불능 또는 제어 불능 상태가 발생할 수 있다. 이러한 결함에 의해 BMS가 배터리의 과전압, 과전류, 고온에 대한 상태 인지 불능 또는 릴레이 제어 불능 상태에서 릴레이가 off 되지 않을 경우 화재 발생 가능성 등 사고 위험이 있다.
따라서, MCU의 동작 불능 상태를 하드웨어적으로 감지하여, 릴레이의 안전 차단을 회로적으로 보장할 수 있는 방안에 대한 연구 개발의 필요성이 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 MCU에 이상이 발생하더라도 회로적으로 릴레이를 안정적으로 차단하여 고전압 배터리를 보호하고, 추가적인 안전 사고 발생을 미연에 방지할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템은, 배터리 관리를 위한 릴레이 제어 신호를 발생시키는 MCU, 상기 MCU의 동작 이상이 감지되면, 이상 감지 출력(WDO)을 발생시키는 워치독, 상기 이상 감지 출력이 클록 핀으로 입력되면, 제1 출력은 하이(high) 신호, 제2 출력은 로우(low) 신호를 발생시키는 플립플롭, 상기 제2 출력을 제1 입력 신호로 하고, 상기 MCU에서 생성된 하이 사이드(high side) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하는 하이 사이드부 앤드 게이트, 상기 하이 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치, 상기 제2 출력을 제1 입력 신호로 하고, 상기 MCU에서 생성된 메인(+) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하는 로우 사이드부 앤드 게이트, 및 상기 로우 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 MCU가 이상 상태에서 정상 회복되면 클리어 신호를 발생시키며, 상기 클리어 신호가 상기 플립플롭에 입력되어, 상기 플립플롭은 제1 출력은 로우 신호, 제2 출력은 하이 신호를 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 워치독이 발생시키는 이상 감지 출력(WDO)은, 상기 MCU가 미리 설정된 듀티비(Duty ratio) 및 주파수를 갖는 PWM 신호를 상기 워치독으로 전송하지 않을 때 발생시키는 출력이 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 로우 사이드 스위치는, 파워 릴레이 어셈블리의 메인(+) 릴레이의 구동을 제어하는 메인(+) 로우 사이드 스위치, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 메인(-) 릴레이의 구동을 제어하는 메인(-) 로우 사이드 스위치, 및 상기 파워 릴레이 어셈블리의 프리차지 릴레이의 구동을 제어하는 프리차지 스위치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 메인(+) 릴레이, 메인(-) 릴레이, 프리차지 릴레이의 +단자를 통해 입력되는 하이 사이드 스위치의 제어 신호가 각각의 릴레이로 전원을 공급하며, 상기 메인(+) 릴레이, 메인(-) 릴레이, 프리차지 릴레이의 -단자를 통해 입력되는 로우 사이드 스위치의 제어 신호가 각각의 릴레이를 온 또는 오프로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 방법은, MCU의 동작 이상이 감지되면, 워치독이 이상 감지 출력(WDO)을 발생시키는 단계, 상기 이상 감지 출력이 플립플롭의 클록 핀으로 입력되어, 플립플롭이 제1 출력은 하이 신호, 제2 출력은 로우 신호를 발생시키는 단계, 상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 하이 사이드 제어 신호가 하이 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계, 상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 메인(+) 제어 신호가 로우 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계, 및 상기 하이 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치와 상기 로우 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치를 통해 파워 릴레이 어셈블리의 릴레이들이 오프 상태가 되도록 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 릴레이 제어 방법은, 상기 MCU가 이상 상태에서 정상 회복되어 클리어 신호를 발생시키는 단계, 상기 클리어 신호가 상기 플립플롭에 입력되어, 상기 플립플롭은 제1 출력은 로우 신호, 제2 출력은 하이 신호를 발생시키는 단계, 상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 하이 사이드 제어 신호가 하이 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계, 상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 메인(+) 제어 신호가 로우 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계, 및 상기 하이 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치와 상기 로우 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치를 통해 파워 릴레이 어셈블리의 릴레이들이 온 또는 오프 상태가 되도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 릴레이 제어 방법은, MCU의 이상 발생 시, 워치독, 플립플롭, 앤드 게이트, 하이 사이드 스위치 및 로우 사이드 스위치의 조합에 의해 릴레이의 안전 차단을 회로적으로 보장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 MCU 이상 발생 시 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 방법의 의 순서도이다.
도 3은 MCU 정상 회복 시 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 방법의 의 순서도이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 관리 시스템(100)은 MCU(Micro Control Unit, 110), 워치독(120), 플립플롭(flip-flop, 130), 하이 사이드(high side)부 앤드 게이트(140), 하이 사이드 스위치(150), 로우 사이드(low side)부 앤드 게이트(160) 및 로우 사이드 스위치(170)를 포함한다.
MCU(110)는 배터리 관리를 위한 제어 신호를 발생시키며, 워치독(120)은 MCU(110)의 동작 이상이 감지되면, 이상 감지 출력(watchdog output, WDO)을 발생시킬 수 있다.
MCU(110)는 정상 작동 중에 미리 설정된 듀티비(Duty ratio) 및 주파수를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 워치독(120)으로 송신할 수 있다.
워치독(120)은 미리 설정된 듀티비 및 주파수가 아닌 신호가 입력되면, 액티브 로우(Active low) 신호를 출력할 수 있다.
플립플롭(130)의 클록(CLK) 핀은 액티브 하이(Active high)에 반응하므로, WDO 신호가 플립플롭(130)으로 입력되기 전에 반전 로직(Inverting logic)에 의해 액티브 로우 신호를 액티브 하이 신호로 반전시킬 수 있다.
플립플롭(130)의 클록(CLK) 핀에 액티브 하이 신호가 입력되면, 제1 출력(Q)은 하이가 되며, 제2 출력(/Q)은 로우가 된다. 제2 출력(/Q)인 로우 신호가 앤드 게이트(AND gate, 140, 160)에 하나의 입력 신호로 작용할 수 있다.
하이 사이드부 앤드 게이트(140)는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)을 제1 입력 신호로 하고, MCU(110)에서 생성된 하이 사이드(high side) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하여, 출력 신호를 생성할 수 있다.
앤드 게이트의 진리표는 하기 표와 같다.
제1 입력 신호 제2 입력 신호 출력 신호
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
MCU(110)에 작동 이상이 발생했을 때, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 제1 입력 신호는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 로우 신호 0이므로, 제2 입력 신호인 하이 사이드 제어 신호가 0이 되든 1이 되든 출력 신호는 0이 된다.
이에 따라, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 출력 신호 0에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치(150)는 비활성화 될 수 있다.
또한, MCU(110)에 작동 이상이 발생했을 때, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 제1 입력 신호는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 로우 신호 0이므로, 제2 입력 신호인 메인(+) 제어 신호가 0이 되든 1이 되든 출력 신호는 0이 된다.
이에 따라, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호 0에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치(170)는 비활성화 될 수 있다.
하이 사이드 스위치(150)의 제어 신호는 메인(+) 릴레이(11), 메인(-) 릴레이(12), 프리차지 릴레이(13)의 +단자를 통해 각각의 릴레이(11, 12, 13)로 전원을 공급할 수 있다. 하이 사이드 스위치(150)가 비활성화 되면, 각각의 릴레이(11, 12, 13)로 전원 공급이 차단되어, 각각의 릴레이(11, 12, 13)는 오프(off) 상태가 될 수 있다.
로우 사이드 스위치(170)의 제어 신호는 메인(+) 릴레이(11), 메인(-) 릴레이(12), 프리차지 릴레이(13)의 -단자를 통해 각각의 릴레이(11, 12, 13)를 온 또는 오프로 제어할 수 있으며, 로우 사이드 스위치(170)가 비활성화 되면, 각각의 릴레이(11, 12, 13)는 오프(off) 상태가 될 수 있다.
로우 사이드 스위치(170)는 각각의 릴레이(11, 12, 13)를 별도의 시퀀스(sequence)로 개별 구동 시키기 위해 각각의 릴레이(11, 12, 13)에 접속하는 메인(+) 로우 사이드 스위치(172), 메인(-) 로우 사이드 스위치(174) 및 프리차지 로우 사이드 스위치(176)로 구분될 수 있다. 또한, 각각의 스위치(172, 174, 176)에 연결되는 로우 사이드 앤드 게이트(160)도 제1 앤드 게이트(162), 제2 앤드 게이트(164) 및 제3 앤드 게이트(166)로 구분될 수 있다.
본 발명은 MCU(110)가 이상 작동 시, 플립플롭(130)과 앤드 게이트(140, 160)의 출력 신호에 의해 파워 릴레이 어셈블리(10)를 구성하는 각각의 릴레이(11, 12, 13)를 오프 상태로 전환하여, 배터리의 전원 공급을 차단시킬 수 있다.
MCU(110)가 정상 작동 상태에서, 하이 사이드 스위치(150)는 활성화 되어, 파워 릴레이 어셈블리(10)에 전원을 공급하고, 로우 사이드 스위치(170)의 제어에 따라 각각의 릴레이(11, 12, 13)의 온 또는 오프가 제어된다.
MCU(110)가 이상 작동 상태에서, 전술한 바와 같이, 로우 사이드 스위치(170)가 비활성화 되어, 각각의 릴레이(11, 12, 13)가 오프(off) 상태로 제어될 수 있으며, 하이 사이드 스위치(150)도 비활성화 되면서, 각각의 릴레이(11, 12, 13)에 전원 공급이 차단되어, 전체 릴레이(11, 12, 13)가 일괄적으로 오프 상태가 되도록 제어할 수 있다. 본 발명은 하이 사이드 스위치(150)와 로우 사이드 스위치(170)에 의해 이중으로 전체 릴레이(11, 12, 13)가 오프 상태가 되도록 제어할 수 있어서, 안정적으로 배터리의 전원 공급 차단을 보장할 수 있다.
MCU(110)가 이상 상태에서 리셋(reset)되어 정상 동작을 회복하면(recovery), MCU(110)는 별도의 클리어(CLR) 신호를 발생시켜서 플립플롭(130)의 클리어(CLR) 핀으로 전달할 수 있다.
플립플롭(130)의 클리어(CLR) 핀에 클리어 신호가 입력되면, 제1 출력(Q)은 로우, 제2 출력(/Q)은 하이가 될 수 있다.
MCU(110)가 정상 동작을 회복하면, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 제1 입력 신호는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 하이 신호 1이 되며, MCU(110)로부터 전송되는 제2 입력 신호인 하이 사이드 제어 신호도 1이 되므로, 정상 동작을 회복한 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 출력 신호는 1이 될 수 있다.
이에 따라, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 출력 신호 1에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치(150)는 활성화 될 수 있다. 하이 사이드 스위치(150)가 활성화 되면, 메인(+) 릴레이(11), 메인(-) 릴레이(12), 프리차지 릴레이(13)의 +단자를 통해 각각의 릴레이(11, 12, 13)로 전원을 공급할 수 있다.
또한, MCU(110)가 정상 동작을 회복하면, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 제1 입력 신호는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 하이 신호 1이 되며, 정상 동작을 회복한 MCU(110)로부터 전송되는 제2 입력 신호인 메인(+) 제어 신호도 1이 되므로, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호는 1이 될 수 있다.
이에 따라, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호 1에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치(170)는 활성화 될 수 있다. 로우 사이드 스위치(170)가 활성화 되면, 로우 사이드 스위치(170)의 제어 신호가 파워 릴레이 어셈블리(10)의 각각의 릴레이(11, 12, 13)를 온 또는 오프 상태가 되도록 제어할 수 있다.
도 2는 MCU 이상 발생 시 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 방법의 의 순서도이다.
도 2를 참조하면, 워치독(120)은 MCU(110)의 동작 상태를 감시하며, MCU(110)의 동작 이상이 감지되면, 워치독(120)은 이상 감지 출력(WDO)을 발생시킬 수 있다(S100).
워치독(120)이 이상 감지 출력(WDO)을 발생시키면, MCU(110)에 공급되는 전원이 하드웨어적으로 일시적 차단 및 재공급 되어, MCU(110)의 동작이 리셋 될 수 있다.
MCU(110)는 정상 작동 중에 미리 설정된 듀티비(Duty ratio) 및 주파수를 갖는 PWM 신호를 워치독(120)으로 지속적으로 송신할 수 있으며, 워치독(120)은 미리 설정된 PWM 신호가 아닌 신호가 입력되면, 액티브 로우 신호를 출력할 수 있다.
이상 감지 출력(WDO) 신호가 플립플롭(130)으로 입력되기 전, 반전 로직(Inverting logic)에 의해 액티브 로우 신호가 액티브 하이 신호로 반전되어 플립플롭(130)의 클록 핀에 입력될 수 있다.
액티브 하이 신호가 플립플롭(130)의 클록 핀에 입력되면, 플립플롭(130)은 제1 출력(Q)은 하이 신호, 제2 출력(/Q)은 로우 신호를 발생시킬 수 있다(S200).
플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)은 하이 사이드부 앤드 게이트(140)와 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 제1 입력 신호로 작용할 수 있다.
하이 사이드부 앤드 게이트(140)와 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 제2 입력 신호로서, 각각 MCU(110)로부터 생성되는 하이 사이드 제어 신호와 메인(+) 제어 신호가 될 수 있다.
즉, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 로우 신호를 제1 입력 신호로 하고, MCU(110)에서 생성된 하이 사이드 제어 신호를 제2 입력 신호로 하여, 출력 신호를 생성할 수 있으며, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 로우 신호를 제1 입력 신호로 하고, MCU(110)에서 생성된 메인(+) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하여, 출력 신호를 생성할 수 있다(S300).
하이 사이드부 앤드 게이트(140)와 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 제1 입력 신호는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 로우 신호 0이므로, 제2 입력 신호가 어떤 값을 갖든 하이 사이드부 앤드 게이트(140)와 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호는 0이 된다.
하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 출력 신호에 따라 하이 사이드 스위치(150)는 비활성화 될 수 있으며, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호에 따라 로우 사이드 스위치(170)는 비활성화 되어, 파워 릴레이 어셈블리(10)의 릴레이들(11, 12, 13)이 오프 상태가 되도록 제어될 수 있다(S400).
로우 사이드 스위치(170)는 각각의 릴레이(11, 12, 13)를 별도의 시퀀스(sequence)로 개별 구동 시키기 위해 각각의 릴레이(11, 12, 13)에 접속하는 메인(+) 로우 사이드 스위치(172), 메인(-) 로우 사이드 스위치(174) 및 프리차지 로우 사이드 스위치(176)로 구분될 수 있다. 또한, 각각의 스위치(172, 174, 176)에 연결되는 로우 사이드 앤드 게이트(160)도 제1 앤드 게이트(162), 제2 앤드 게이트(164) 및 제3 앤드 게이트(166)로 구분될 수 있다.
도 3은 MCU 정상 회복 시 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어 방법의 의 순서도이다.
도 3을 참조하면, MCU(110)가 이상 상태에서 정상 회복되면, MCU(110)는 클리어(CLR) 신호를 발생시켜서 플립플롭(130)의 클리어 핀으로 전달할 수 있다(S500).
MCU(110)의 클리어 신호가 플립플롭(130)에 입력되면, 플립플롭(130)은 제1 출력(Q)으로 로우 신호, 제2 출력(/Q)으로 하이 신호를 발생시킬 수 있다(S600).
이어서, 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)과, MCU(110)에서 생성된 하이 사이드 제어 신호가 하이 사이드부 앤드 게이트(140)에 입력되어 출력 신호를 생성하며, 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)과, MCU(110)에서 생성된 메인(+) 제어 신호가 로우 사이드부 앤드 게이트(160)에 입력되어 출력 신호를 생성한다(S700).
MCU(110)가 정상 동작을 회복하면, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 제1 입력 신호는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 하이 신호 1이 되며, 정상 동작을 회복한 MCU(110)로부터 전송되는 제2 입력 신호인 하이 사이드 제어 신호도 1이 되므로, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 출력 신호는 1이 될 수 있다.
이에 따라, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 출력 신호 1에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치(150)는 활성화 될 수 있다. 하이 사이드 스위치(150)가 활성화 되면, 메인(+) 릴레이(11), 메인(-) 릴레이(12), 프리차지 릴레이(13)의 +단자를 통해 각각의 릴레이(11, 12, 13)로 전원을 공급할 수 있다.
또한, MCU(110)가 정상 동작을 회복하면, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 제1 입력 신호는 플립플롭(130)의 제2 출력(/Q)인 하이 신호 1이 되며, 정상 동작을 회복한 MCU(110)로부터 전송되는 제2 입력 신호인 메인(+) 제어 신호도 1이 되므로, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호는 1이 될 수 있다.
이에 따라, 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호 1에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치(170)는 활성화 될 수 있다.
이어서, 하이 사이드부 앤드 게이트(140)의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치(150)와 로우 사이드부 앤드 게이트(160)의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치(170)를 통해 파워 릴레이 어셈블리(10)의 릴레이들(11, 12, 13)의 온 또는 오프 상태가 제어될 수 있다(S800).
본 발명의 일 실시예에서, 플립플롭(130)은 D-플립플롭이 될 수 있으며, 이에 제한되지 않고, SR-플립플롭, JK-플립플롭, T-플립플롭이나 래치(latch) IC를 이용하여 동일한 기능을 구현할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 어셈블리로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로 컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서 (parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
10: 파워 릴레이 어셈블리 11: 메인(+) 릴레이
12: 메인(-) 릴레이 13: 프리차지 릴레이
100: 배터리 관리 시스템 110: MCU
120: 워치독 130: 플립플롭
140: 하이 사이드부 앤드 게이트 150: 하이 사이드 스위치
160: 로우 사이드부 앤드 게이트 162: 제1 앤드 게이트
164: 제2 앤드 게이트 166: 제3 앤드 게이트
170: 로우 사이드 스위치 172: 메인(+) 로우 사이드 스위치
174: 메인(-) 로우 사이드 스위치 176: 프리차지 로우 사이드 스위치

Claims (10)

  1. 배터리 관리를 위한 릴레이 제어 신호를 발생시키는 MCU;
    상기 MCU의 동작 이상이 감지되면, 이상 감지 출력(WDO)을 발생시키는 워치독;
    상기 이상 감지 출력이 클록 핀으로 입력되면, 제1 출력은 하이(high) 신호, 제2 출력은 로우(low) 신호를 발생시키는 플립플롭;
    상기 제2 출력을 제1 입력 신호로 하고, 상기 MCU에서 생성된 하이 사이드(high side) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하는 하이 사이드부 앤드 게이트;
    상기 하이 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치;
    상기 제2 출력을 제1 입력 신호로 하고, 상기 MCU에서 생성된 메인(+) 제어 신호를 제2 입력 신호로 하는 로우 사이드부 앤드 게이트; 및
    상기 로우 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 MCU가 이상 상태에서 정상 회복되면 클리어 신호를 발생시키며,
    상기 클리어 신호가 상기 플립플롭에 입력되어, 상기 플립플롭은 제1 출력은 로우 신호, 제2 출력은 하이 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 워치독이 발생시키는 이상 감지 출력(WDO)은,
    상기 MCU가 미리 설정된 듀티비(Duty ratio) 및 주파수를 갖는 PWM 신호를 상기 워치독으로 전송하지 않을 때 발생시키는 출력인 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로우 사이드 스위치는,
    파워 릴레이 어셈블리의 메인(+) 릴레이의 구동을 제어하는 메인(+) 로우 사이드 스위치;
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 메인(-) 릴레이의 구동을 제어하는 메인(-) 로우 사이드 스위치; 및
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 프리차지 릴레이의 구동을 제어하는 프리차지 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메인(+) 릴레이, 메인(-) 릴레이, 프리차지 릴레이의 +단자를 통해 입력되는 하이 사이드 스위치의 제어 신호가 각각의 릴레이로 전원을 공급하며,
    상기 메인(+) 릴레이, 메인(-) 릴레이, 프리차지 릴레이의 -단자를 통해 입력되는 로우 사이드 스위치의 제어 신호가 각각의 릴레이를 온 또는 오프로 제어하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 회로를 갖는 배터리 관리 시스템.
  6. MCU의 동작 이상이 감지되면, 워치독이 이상 감지 출력(WDO)을 발생시키는 단계;
    상기 이상 감지 출력이 플립플롭의 클록 핀으로 입력되어, 플립플롭이 제1 출력은 하이 신호, 제2 출력은 로우 신호를 발생시키는 단계;
    상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 하이 사이드 제어 신호가 하이 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계;
    상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 메인(+) 제어 신호가 로우 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 하이 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치와 상기 로우 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치를 통해 파워 릴레이 어셈블리의 릴레이들이 오프 상태가 되도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 MCU가 이상 상태에서 정상 회복되어 클리어 신호를 발생시키는 단계;
    상기 클리어 신호가 상기 플립플롭에 입력되어, 상기 플립플롭은 제1 출력은 로우 신호, 제2 출력은 하이 신호를 발생시키는 단계;
    상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 하이 사이드 제어 신호가 하이 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계;
    상기 제2 출력과, 상기 MCU에서 생성된 메인(+) 제어 신호가 로우 사이드부 앤드 게이트에 입력되어 출력 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 하이 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 하이 사이드 스위치와 상기 로우 사이드부 앤드 게이트의 출력 신호에 따라 작동하는 로우 사이드 스위치를 통해 파워 릴레이 어셈블리의 릴레이들이 온 또는 오프 상태가 되도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 워치독이 발생시키는 이상 감지 출력(WDO)은,
    상기 MCU가 미리 설정된 듀티비(Duty ratio) 및 주파수를 갖는 PWM 신호를 상기 워치독으로 전송하지 않을 때 발생시키는 출력인 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 로우 사이드 스위치는,
    파워 릴레이 어셈블리의 메인(+) 릴레이의 구동을 제어하는 메인(+) 로우 사이드 스위치;
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 메인(-) 릴레이의 구동을 제어하는 메인(-) 로우 사이드 스위치; 및
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 프리차지 릴레이의 구동을 제어하는 프리차지 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 메인(+) 릴레이, 메인(-) 릴레이, 프리차지 릴레이의 +단자를 통해 입력되는 하이 사이드 제어 신호가 각각의 릴레이로 전원을 공급하며,
    상기 메인(+) 릴레이, 메인(-) 릴레이, 프리차지 릴레이의 -단자를 통해 입력되는 로우 사이드 스위치의 제어 신호가 각각의 릴레이를 온 또는 오프로 제어하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어 방법.
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KR20180005008A (ko) * 2016-07-05 2018-01-15 현대자동차주식회사 환경차량용 배터리 과충전 방지장치
KR20200134976A (ko) * 2019-05-24 2020-12-02 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 시스템 및 이의 릴레이 제어 장치

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