KR20230102317A - Bms용 관리 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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장호상
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김지훈
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Abstract

본 발명의 관리 시스템 및 그 제어 방법은, 고장 상태 정보를 전송하기 위한 별도의 통신 경로 구축 없이, 즉시 고장 상태 정보를 전송/공유할 수 있다.

Description

BMS용 관리 시스템 및 그 제어 방법 {A management system and the communication network control method thereof for a battery management system}
본 발명은 배터리 관리 시스템 등에 적용 가능한 관리 시스템 및 그 제어 방법으로, 고장 상태 정보를 전송하기 위한 별도의 통신 경로 없이, 즉시 고장 상태 정보를 연결되어 있는 메인모듈로 전송할 수 있는 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 링 구조로 구성되는 반이중 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크는 메인모듈이 설정하는 전송모드(송신 또는, 수신)에 따라서, 메인모듈과 서브모듈 사이에 통신이 이루어짐으로써, 네트워크 고장 또는, 서브모듈 고장 등이 발생하는 경우 현재 전송모드가 수신모드로 변경될 때까지 서브 모듈은 메인모듈에 고장 정보를 전송할 수 없는 문제가 있다.
즉, 링 구조로 구성된 반이중 전송모드로 운영되는 통신 네트워크(Daisy chain 통신 네트워크)는 통신 네트워크 특성(마스터가 명령을 내려야만 슬레이브에서 응답 가능) 상, 메인모듈이 모든 제어 권한을 가지고 있기 때문에, 메인모듈과 연결되어 있는 서브모듈에서 고장을 검출하더라도 메인모듈에 검출한 고장 정보를 능동적 및 신속하게 전송할 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 또 다른 종래 기술은, 고장(Fault) 정보를 신속하게 전달하기 위한 보조 통신선을 별도로 구성하여, 고장 발생 시 고장 정보를 독립적으로 전달하였다. 그러나, 이와 같이, 시스템의 안전 등급을 확보하기 위하여, 고장 정보를 전달하기 위한 별도의 보조 통신선을 구축할 경우, 필연적으로 시스템 제작 단가를 증대시킬 뿐 아니라, 전체 시스템의 무게 및 제작 비용의 증가를 야기시키게 된다.
자세하게는, 종래의 링 구조로 구성되는 반이중 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크는 도 1에 도시된 바와 같이, 반이중 전송 모드의 특성 상, 주 통신 경로를 통해서는 모듈에서의 능동적인 고장 정보 전송이 불가능하기 때문에, 신속 고장 대응을 위해서 별도의 고장 통신 경로를 구축할 수 밖에 없다.
이를 통해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 선택되는 어느 네트워크 방향을 주 통신 방향으로 설정하고, 고장 발생시, 고장 통신 경로를 위해 별도로 구축되어 있는 통신 채널을 통해서 고장 정보를 전송하게 된다. 이 후, 고장에 대한 대처로 주 통신 방향의 설정을 변경하여 통신 네트워크를 구성하여 통신 안전성을 확보하게 된다.
이와 관련해서, 국내등록특허 제10-1540086호(“멀티 BMS 기동 시스템 및 방법”)에서는 직렬 통신망에 고장이 발생하여도 모든 슬레이브 BMS를 기동시킬 수 있는 시스템을 개시하고 있다. 고장 발생시, 통신 네트워크를 유지하면서 안전성을 확보하는 것에 대해서만 개시하고 있을 뿐, 발생한 고장 정보를 능동적으로 전송하고 이에 대한 신속 대응하기 위한 구성에 대해서는 개시하고 있지 않다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 시스템 및 그 제어 방법은 링 구조로 구성되는 반이중 전송 모드로 운영되면서도, 별도의 고장 통신 채널의 구축 없이도 고장 발생시 능동적인 고장 정보 전송 및 이에 따른 신속 대처가 가능하여, 시스템의 안전성을 향상 또는 유지하기 위한 비용 증대 없이 안전성을 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다.
한국등록특허 제10-1540086호(등록일 2015.07.22.)
본 발명은 배터리 관리 시스템 등에 적용 가능한 관리 시스템 및 그 제어 방법으로, 안전 진단과 관련한 주요 고장 정보에 대하여, 별도의 통신 경로 구축 없이, 고장 정보를 능동적으로 신속하게 메인모듈로 전달할 수 있어, 시스템 안전도를 향상시킬 수 있는 관리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 피관리 대상물의 상태를 각각 모니터링하는 복수의 서브모듈인 제1 내지 N 서브모듈 및 상기 제1 내지 N 서브모듈과 연결되어, 상기 피관리 대상물의 상태 정보를 수신하는 메인모듈을 포함하고, 상기 메인모듈과 상기 제1 내지 N 서브모듈은 순차적으로 링 구조의 반이중 통신 방식 네트워크로 연결되되, 상기 메인모듈은 제1 방향의 상기 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈로 정보를 순차적으로 전송하고, 상기 메인모듈은 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향의 상기 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈 중 적어도 어느 하나로부터 정보를 수신하며, 상기 제i 서브모듈은, 모니터링 중 이상 상태가 감지될 경우, 고장 전송 모드로 전환하고, 상기 메인모듈의 제어에 의한 네트워크 전송 방향이 변경할 때까지 대기하지 않고, 상기 네트워크를 통해 상기 메인모듈로 상기 고장 정보를 전송하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제i 서브모듈은 상기 고장 전송 모드일 경우, 현재 통신 상태를 판단하고, 판단한 현재 통신 상태가 수신 모드(RX)일 경우, 현재 통신 동작을 보류하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제i 서브모듈은 현재 통신 동작을 보류한 후, 상기 제1 방향으로 상기 네트워크를 통해 고장 정보를 상기 메인 모듈에 전송하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제i 서브모듈은 상기 메인모듈로 상기 고장 정보의 전송을 완료한 후, 보류한 상기 현재 통신 동작을 복귀시키는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제i 서브모듈은 판단한 현재 통신 상태가 송신 모드(TX)일 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신 모드(RX)로의 변경을 대기하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 메인모듈은 상기 제i 서브모듈로부터 고장 정보를 수신한 경우, 연결되어 있는 상기 제1 내지 N 서브모듈에 대한 현재 상태 정보를 요청하는 명령 신호를 상기 제1 방향으로 네트워크를 통해 송신하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 제어 방법은, 링 구조로 구성되는 하나의 메인모듈과 복수의 서브모듈인 제1 내지 N 서브모듈을 포함하여, 반이중(half-duplex) 전송 모드로 운영되는 관리 시스템의 제어 방법에 있어서, 제1 내지 N 서브모듈에서, 연결되어 있는 피관리 대상물의 상태를 각각 모니터링하는 감시 단계, 제i 서브모듈에서, 상기 감시 단계에 의해, 모니터링 중 이상 상태가 감지될 경우, 현재 통신 상태를 판단하는 상태 판단 단계, 제i 서브모듈에서, 상태 판단 단계의 판단 결과에 따라, 현재 통신 상태가 수신 모드(RX)일 경우, 현재 통신 동작을 보류하는 수신 보류 단계, 제i 서브모듈에서, 상기 메인모듈과 복수의 서브모듈 간의 제1 방향의 네트워크를 통해 상기 감시 단계에 의해 감지한 고장 정보를 전송하는 고장 전송 단계 및 제i 서브모듈에서, 상기 수신 보류 단계에 의한 보류한 현재 통신 동작을 복귀시키는 보류 해제 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어 방법은 상기 감시 단계를 수행하기 전, 제i 서브모듈에서, 능동적 고장 정보 전달(AFS, Active Fault Signaling) 기능을 활성화하는 기능 활성화 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어 방법은 상기 상태 판단 단계를 수행한 후, 제i 서브모듈에서, 상태 판단 단계의 판단 결과에 따라, 현재 통신 상태가 송신 모드(TX)일 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신 모드로의 변경을 대기하는 보류 대기 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어 방법은 상기 수신 보류 단계를 통해서 현재 통신 동작을 보류하기 전, 상기 메인모듈로부터 명령 신호가 수신될 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신된 상기 명령 신호에 의한 응답 동작을 수행한 후, 현재 통신 동작을 보류하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어 방법은 상기 수신 보류 단계를 통해서 현재 통신 동작을 보류하기 전, 다른 제i 서브모듈로부터 신호가 수신될 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신된 상기 신호에 의한 송신 동작을 수행한 후, 현재 통신 동작을 보류하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어 방법은 상기 감시 단계에 의해 둘 이상의 서브모듈에서 각각 연결되어 있는 피관리 대상물의 이상 상태가 감지될 경우, 제어에 의해 각각의 서브모듈에서, 상기 상태 판단 단계, 수신 보류 단계, 고장 전송 단계 및 보류 해제 단계를 수행하되, 상기 메인모듈에서, 상기 고장 전송 단계에 의해 고장 정보가 전송되는 통신 방향 모드를 기준으로, 상기 메인모듈과 가장 근접한 서브모듈의 고장 정보를 전송받는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 제어 방법은 상기 고장 전송 단계를 수행하고 난 후, 메인모듈에서, 상기 고장 전송 단계에 의해 제i 서브모듈로부터 고장 정보가 수신될 경우, 연결되어 있는 제1 내지 N 서브모듈에 대한 현재 상태 정보를 요청하는 명령 신호를 송신하는, 고장 탐지 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 관리 시스템 및 그 제어 방법은, 링 구조로 구성되어 반이중 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크에 있어서, 연결되어 있는 피관리 대상물의 안전 진단과 관련한 주요 고장 정보에 대하여, 별도의 통신 경로 구축 없이, 능동적으로 신속하게 고장 정보를 메인모듈로 전달할 수 있어, 통신 경로 구축에 따른 시스템 제작 비용을 증대시키기 않고 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 메인모듈에서는 고장 발생을 신속하게 탐지할 수 있어, 고장 대응을 위한 시간을 최대한 확보함으로써, 시스템의 안전도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 링 구조로 구성되어 반이중(half-duplex) 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크 구성 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 통신 네트워크 운영시, 고장 발생 시 고장 상태 정보를 전송하기 위해 구성되는 통신 경로를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크의 관리 시스템 및 그 제어 방법에 의해 운영되는 링 구조로 구성되어 반이중(half-duplex) 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크 구성 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크의 관리 시스템 및 그 제어 방법에 의해 통신 네트워크 운영시, 고장 발생 시 고장 상태 정보를 전송하기 위해 구성되는 통신 경로를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법을 나타낸 순서 예시도이다.
본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명하기에 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 해석되어야만 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
종래의 링 구조로 구성되는 반이중 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크의 경우, 슬레이브 모듈에서 필요시 신속하게 마스터 모듈로 정보를 송신하는 것이 어려운 구조이기 때문에, 별도의 통신 채널을 추가 구축하여, 슬레이브 모듈이 필요시 신속하게 마스터 모듈로 필요 정보를 송신하도록 동작하고 있다. 이 경우, 별도의 통신 채널을 구축하기 위한 추가 비용 발생이 불가피한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 등에 적용 가능한 관리 시스템 및 그 제어 방법은 링 구조로 구성되는 반이중 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크에서, 별도의 통신 채널의 추가 구축 없이도, 슬레이브 모듈이 필요시 신속하게 마스터 모듈로 필요 정보를 송신하도록 제어 동작을 수행하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 관리 시스템은 링 구조로 구성되는 반이중(half-duplex) 전송 모드로 운영되기 때문에, 평상시에는 구축되어 있는 통신 채널에 대한 통제권이 마스터 모듈, 다시 말하자면, 메인모듈(100)로 설정되어 있어, 서브모듈(200)들은 제1 방향의 네트워크를 통해 전송되는 상기 메인모듈(100)의 명령 신호에 따라, 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향의 네트워크를 이용하여 응답 신호를 전송하게 된다.
상세하게는, 평상시에는 구축되어 있는 통신 채널을 이용하여, 메인모듈(100)에서 도 3의 (a)와 같이 시계 방향으로 명령 신호를 전송하고, 상기 서브모듈(200)에서 반시계 방향으로 명령 신호에 의한 응답 신호를 전송하거나, 도 3의 (b)와 같이, 상기 메인모듈(100)에서 반시계 방향으로 상기 서브모듈(200)로 명령 신호를 전송하고, 상기 서브모듈(200)에서 시계 방향으로 명령 신호에 의한 응답 신호를 전송하게 된다.
그렇기 때문에, 상술한 바와 같이, 어느 하나의 상기 서브모듈(200)에서 모니터링하고 있는 피관리 대상물의 이상이 감지되더라도, 상기 서브모듈(200)에는 현재 구축되어 있는 통신 채널의 통신 통제권이 없기 때문에, 이를 신속하게 상기 메인모듈(100)로 전송하는 것이 어렵다.
이에 따라, 종래에는 고장 전송 만을 위한 별도의 통신 채널을 구성하여, 이상 감지 시, 해당 서브모듈(200)이 고장 통신 채널의 통제권을 갖고 고장 신호를 상기 메인모듈(100)로 전송하고 있다. 그렇지만, 이 경우, 당연하게 기존 통신 채널 외에 별도의 통신 채널을 구축하는 과정에서 발생하는 많은 어려움과 불편함을 포함하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 서브모듈(200)에서 이상을 감지할 경우, 상기 메인모듈(100)이 아닌 해당 서브모듈(200)로 통신 통제권이 임시로 부여되어 상기 메인모듈(100)에 의해 네트워크 방향이 수신 방향으로 변경할 때까지 대기하지 않고 신속하게 해당 방향을 이용하여 고장 정보를 상기 메인모듈(100)로 전송하게 된다.
이를 통해서 마스터 모듈은 고장 최종 감지 시간(FDTI, Fault Detection Time Interval)이 최소화되어, 시스템의 기능 안정성을 확보하기 위해 허용된 최대 시간(FTTI, Fault Tolerant Time Interval)을 기준으로 고장에 대한 대응 시간(FRTI, Fault Reaction Time Interval)을 최대한 확보(FTTI > FDTI + FRTI)할 수 있어, 시스템의 안전도를 향상시킬 수 있다.
이 때, 원활한 이해를 위해 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)으로 한정하여 설명하고 있으며, 이는 일 실시예에 불과하며, 다양한 고장 등 슬레이브 모듈에서 마스터 모듈로 능동적이면서 즉각적인 정보 전송이 이루어져야 하는 통신 네트워크에 적용 가능하다.
이어서 예를 들자면, 상기 메인모듈(100)은 BMU(Battery Monitoring Unit)로서, MCU(Micro Controller Unit)와 IFIC(Interface IC)로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 서브모듈(200)은 CMU(Cell Monitoring Unit)와 배터리로 구성된다. 이 때, 상기 CMU는 BMIC(Battery Monitoring IC)와 필터로 구성되게 된다. 상기 메인모듈은 IFIC를 통하여 각 서브모듈의 BMIC와 통신을 수행하게 되며, 이를 위해 IFIC와 BMIC들은 daisy chain 구조로 연결되게 된다.
상세하게는, 상기 메인모듈(100)은 네트워크 연결되어 있는 복수의 서브모듈(200)인 제1 내지 N 서브모듈 각각으로부터 모니터링하고 있는 피관리 대상물의 상태를 수신하게 된다.
또한, 상기 서브모듈(200)은 복수의 피관리 대상물의 상태를 각각 모니터링하게 된다.
이러한 상기 메인모듈(100)과 상기 제1 내지 N 서브모듈(200)은 순차적으로 링 구조의 반이중 통신 방식 네트워크로 연결되는 것이 바람직하며, 평상시에는 상기 메인모듈(100)에 설정되어 있는 통신 통제권을 이용하여 상기 메인모듈(100)은 제1 방향의 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈(200)로 원하는 정보(명령 정보 등)를 순차적으로 전송하게 된다. 또한, 상기 메인모듈(200)은 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향의 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈(200) 중 적어도 어느 하나로부터 정보(응답 정보)를 수신하게 된다(여기서, N>1 임).
그렇지만, 상기 제i 서브모듈(200)에서 문제 발생시, 다시 말하자면, 어느 서브모듈(200)에서 감지하고 있는 피관리 대상물의 이상 상태를 감지할 경우, 신속하게 고장 전송 모드로 전환하여, 상기 메인모듈(100)이 네트워크 통신 방향을 변경할 때까지 대기하지 않고, 해당하는 서브모듈(200)에 일시적으로 현재 네트워크 통신 방향의 통신 제어권이 설정되어, 고장 정보(이상 감지 정보 등)를 상기 메인모듈(100)로 신속하게 전송하게 된다(여기서, N≥i≥1 임.).
이를 위해, 상기 복수의 서브모듈(200)은 각각 연결되어 있는 피관리 대상물의 동작 상태(안전 진단과 관련한 주요 고장 정보)를 감시하되, 고장이 감지될 경우, 고장 전송 모드로의 동작을 수행하게 된다.
이 때, 상기 피관리 대상물을 상술한 바와 같이, 배터리로 한정할 경우, 상기 서브모듈(200)에서 감시하는 동작 상태로는 OV(Over Voltage), UV(Under Voltage), OT(Over Temperature), UT(Under Temperature) 또는, 서브모듈의 내부 고장 정보를 예로 들 수 있으며, 이에 대해서 한정하는 것은 아니다.
상기 서브모듈(200)이 상기 고장 전송 모드로 전환될 경우, 상기 메인모듈(100)이 네트워크 전송 방향을 변경할 때까지 대기하지 않고, 신속하게 동작을 수행하게 된다.
상세하게는, 상기 고장 전송 모드로 전환된 상기 제i 서브모듈(200)에서 현재 상기 제i 서브모듈(200)의 통신 상태를 판단하게 된다. 즉, 현재 통신 상태가 송신 모드(TX)인지, 수신 모드(RX)인지 판단하는 것이 바람직하다.
이를 통해서, 판단한 현재 통신 상태가 수신 모드일 경우, 현재 통신 동작을 보류, 다시 말하자면, 연결되어 있는 상기 메인모듈(100) 또는, 다른 서브모듈(200)로부터 신호가 수신되는 것을 차단하게 된다.
만약, 판단한 현재 통신 상태가 송신 모드일 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신 모드로의 변경을 대기하게 된다. 즉, 송신이 모두 완료된 후 수신 모드로 변경될 때까지 대기한 후, 현재 통신 동작을 보류하게 된다.
상기 제i 서브모듈(200)은 이렇게 현재 통신 동작을 보류한 후, 현재 통신 방향에 대해 설정된 임시 통제권을 토대로, 감지한 고장 정보를 상기 메인모듈(100)로 전송하게 된다.
즉, 상기 제i 서브모듈(200)은 상기 메인모듈(100)의 제어에 의해서만 상기 제1 방향으로 상기 메인모듈(100)에 의한 정보를 수신받고, 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 상기 메인모듈(100)로 정보를 송신할 수 있으나, 상기 고장 전송 모드로 전환될 경우, 상기 제i 서브모듈(200)가 상기 제2 방향으로 변경될 때까지 대기하지 않고, 상기 제1 방향을 통해 상기 메인모듈(100)로 감지한 고장 정보를 전송하게 된다.
다시 말하자면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고장 전송 모드로 전환된 상기 제i 서브모듈(200)에서, 상기 메인모듈(100)이 통제권을 갖고 있어 명령 정보가 전송되는 제1 방향을 이용하여, 상기 고장 정보를 전송함으로써, 상기 메인모듈(100)이 이를 수신하게 된다. 만약, 상기 제i 서브모듈(200)에서, 제1 방향이 아닌 제2 방향을 이용하여 고장 정보를 전송할 경우, 상기 메인모듈(100)에 의한 명령 신호와 충돌할 수 있기 때문에, 상기 메인모듈(100)이 통제권을 갖고 명령 정보가 전송되는 제1 방향을 이용하여 상기 고장 정보를 전송하게 된다.
이 후, 상기 제i 서브모듈(200)은 상기 고장 정보의 전송이 완료된 후, 보류한 현재 통신 동작을 복귀시키는 것이 바람직하다.
이를 통해서, 상기 제i 서브모듈(200)은 고장이 검출되자마자 현재 주 통신 방향을 이용하여 고장 정보를 상기 메인모듈(100)로 즉시 알릴 수 있어, 고장 전송을 위한 별도의 추가 통신 채널이 필요하지 않아 시스템 구축 비용의 증가 없이도 동일한 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법을 나타낸 순서 예시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 감시 단계(S100), 상태 판단 단계(S200), 수신 보류 단계(S300), 고장 전송 단계(S400) 및 보류 해제 단계(S500)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이 때, 각 단계는 링 구조로 연결되어 반이중(half-duplex) 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크(daisy chain)를 구성하고 있는 하나의 메인모듈(100)과 복수의 서브모듈(제1 내지 N 서브모듈, 200)에서 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은, 원활한 이해를 위해 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)으로 한정하여 설명하고 있으며, 이는 일 실시예에 불과하며, 다양한 고장 등 슬레이브 모듈에서 마스터 모듈로 능동적이면서 즉각적인 정보 전송이 이루어져야 하는 통신 네트워크에 적용 가능하다.
이러한 배터리 관리 시스템은 정상 동작 시, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 메인모듈(100)과 상기 제1 내지 N 서브모듈(200)이 순차적으로 링 구조의 반이중 통신 방식 네트워크로 연결되어, 평상시에는 상기 메인모듈(100)에 설정되어 있는 통신 통제권을 이용하여 상기 메인모듈(100)은 제1 방향의 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈(200)로 원하는 정보(명령 정보 등)를 순차적으로 전송하게 된다. 또한, 상기 메인모듈(200)은 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향의 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈(200) 중 적어도 어느 하나로부터 정보(응답 정보)를 수신하게 된다.
통신을 수행하는 과정에서, 상기 서브모듈(200)에 포함되어 있는 고장 제어 수단(Fault alert controller)의 활성화 기능으로 인해, 상기 서브모듈(200)에서 연결되어 있는 피관리 대상물(배터리 등) 또는, 상기 서브모듈(200) 자체의 고장 발생 시, 해당하는 서브모듈(200)이 상기 메인모듈(100)이 네트워크 통신 방향을 변경할 때까지 대기하지 않고, 해당하는 서브모듈(200)에 일시적으로 현재 네트워크 통신 방향의 통신 제어권이 설정되어, 고장 정보(이상 감지 정보 등)를 상기 메인모듈(100)로 신속하게 전송하게 된다.
각 단계에 대해서 상세히 알아보자면,
상기 감시 단계(S100)는 각 서브모듈(보다 자세하게는, 서브모듈에 구성되어 있는 BMIC)(200)에서, 연결되어 있는 피관리 대상물의 동작 상태를 감시하게 된다. 상기 각 서브모듈(200)에서 감시하고자 하는 동작 상태로는, 안전 진단과 관련한 주요 고장 정보인 것이 바람직하다.
이 때, 상기 피관리 대상물을 상술한 바와 같이, 배터리로 한정할 경우, 상기 서브모듈에서 감시하는 동작 상태로는 OV(Over Voltage), UV(Under Voltage), OT(Over Temperature), UT(Under Temperature) 또는, 서브모듈의 내부 고장 정보를 예로 들 수 있으며, 이에 대해서 한정하는 것은 아니다.
상기 상태 판단 단계(S200)는 어느 하나의 서브모듈(200)에서, 상기 감시 단계(S100)에 의해, 연결되어 있는 피관리 대상물의 동작 상태의 이상이 감지될 경우, 해당하는 서브모듈(200), 즉, 상기 제i 서브모듈(200)에서 현재 통신 상태를 판단하게 된다.
상세하게는, 현재 통신 상태가 송신 모드(TX)인지, 수신 모드(RX)인지 판단하는 것이 바람직하다.
상기 수신 보류 단계(S300)는 상기 제i 서브모듈(200)에서, 상기 상태 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 현재 통신 상태가 수신 모드일 경우, 현재 통신 동작을 보류, 다시 말하자면, 연결되어 있는 상기 메인모듈(100) 또는, 상기 서브모듈(200)로부터 신호가 수신되는 것을 차단하게 된다.
물론, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상태 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 현재 통신 상태가 송신 모드일 경우, 보류 대기 단계(S310)를 더 수행하는 것이 바람직하다.
상세하게는, 상기 보류 대기 단계(S310)는 상기 제i 서브모듈(200)에서, 상기 상태 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 현재 통신 상태가 송신 모드일 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신 모드로의 변경을 대기하게 된다. 즉, 송신이 모두 완료된 후 수신 모드로 변경될 때까지 대기한 후, 상기 수신 보류 단계(S300)를 수행하여, 현재 통신 동작을 보류하게 된다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은 상기 수신 보류 단계(S300)를 수행함에 있어서, 상기 제i 서브모듈(200)에서, 현재 통신 상태가 수신 모드인 것을 확인하고, 현재 통신 동작을 보류하기 전에, 상기 메인모듈(100)로부터 명령 신호가 수신되거나 다른 제i 서브모듈(200)로부터 신호(메인모듈(100)에 의한 명령 신호 또는, 제i 서브모듈(200)에 의한 응답 신호)가 수신될 경우, 다시 말하자면, 현재 통신 상태가 수신 모드이기 때문에, 통신 네트워크 제어 상황에 따라 상기 메인모듈(100)의 명령 신호(command)가 수신되거나, 상기 메인모듈(100)에 먼저 연결되어 있는 다른 제i 서브모듈(200)로부터 전달되는 명령 신호, 다른 제i 서브모듈(200)의 응답 신호(response) 또는, 다른 제i 서브모듈(200)의 고장 정보가 수신될 수도 있다.
이 경우, 상기 제i 서브모듈(200)은 현재 통신 상태가 수신 모드인 것을 확인하고 현재 통신 동작을 보류하는 것보다 앞서서, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신된 상기 신호에 의한 응답 동작(response)을 수행(명령에 의한 응답 신호 생성 또는, 수신 신호 전달)한 후, 현재 통신 동작을 보류하는 것이 바람직하다.
다시 말하자면, 상기 제i 서브모듈(200)에서 고장을 검출하여 고장 정보를 전달하는 시점과 상기 메인모듈(100) 또는, 다른 제i 서브모듈(200)로부터 신호를 수신받는 시점이 동일할 경우, 중재기(arbitration)를 통하여 수신된 신호가 우선권을 갖으며, 수신된 신호에 의한 동작을 모두 처리한 후, 고장 정보를 전달하게 된다.
상기 고장 전송 단계(S400)는 상기 제i 서브모듈(200)에서, 현재 통신 방향에 대해 설정된 임시 통제권을 토대로, 감지한 고장 정보를 상기 메인모듈(100)로 전송하게 된다.
즉, 상기 제i 서브모듈(200)은 상기 메인모듈(100)의 제어에 의해서만 상기 제1 방향으로 상기 메인모듈(100)에 의한 정보를 수신받고, 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 정보를 전송하여 상기 메인모듈(100)에서 수신할 수 있으나, 고장 전송 모드로 전환될 경우, 상기 제i 서브모듈(200)가 상기 제2 방향으로 변경될 때까지 대기하지 않고, 다시 말하자면, 상기 메인모듈(100)로 정보를 전송할 수 있을 때까지 대기하지 않고 상기 제1 방향을 통해 상기 메인모듈(100)로 신속하게 감지한 고장 정보를 전송하게 된다.
다시 말하자면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고장 전송 모드로 전환된 상기 제i 서브모듈(200)에서 상기 제1 방향을 이용하여, 상기 고장 정보를 전송하게 된다.
상기 보류 해제 단계(S500)는 상기 제i 서브모듈(200)에서, 상기 고장 정보의 전송이 완료된 후, 상기 수신 보류 단계(S300)에 의해 보류한 현재 통신 동작을 복귀시키는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은 고장이 검출되자마자 현재 주 통신 방향을 이용하여 고장 정보를 즉시 알릴 수 있어, 고장 전송을 위한 별도의 추가 통신 채널이 필요하지 않아 시스템 구축 비용의 증가 없이도 동일한 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이러한 동작을 수행하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 감시 단계(S100)를 수행하기 전에, 상기 서브모듈(200)의 내부에 구성된 고장 제어 수단(Fault alert controller)의 기능을 활성화하기 위한 기능 활성화 단계(S10)를 더 수행하는 것이 바람직하다.
상기 기능 활성화 단계(S10)는 각 서브모듈(보다 자세하게는, 서브모듈에 구성되어 있는 BMIC)(200)에서, 능동적 고장 정보 전달(AFS, Active Fault Signaling) 기능을 활성화하게 된다.
상세하게는, 각 서브모듈(200)에 고장 정보 전달을 위한 상기 고장 제어 수단이 내장되도록 구성되며, 상기 고장 제어 수단은 고장 검출 시, 현재 주 통신 방향으로 고장 정보를 전달할 수 있도록 제어하게 된다.
이를 통해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은 상기 서브모듈(200)에서 상기 감시 단계(S100)에 의해 고장 검출 시, 상기 상태 판단 단계(S200)에 의해 현재 통신 상태가 송신 모드인지 수신 모드인지 판단하여, 송신 모드일 경우, 수신 모드로 변경될 때까지 대기하며, 수신 모드일 경우, 상기 수신 보류 단계(S300)에 의해 RX에서 TX로 전송하는 기능을 보류하게 된다. 이를 통해서, 전송 충돌(conflict)을 막음과 동시에, 상기 고장 전송 단계(S400)에 의해 검출한 고장 정보를 주 통신 방향으로 송신하도록 제어하게 된다. 고장 정보의 송신이 완료된 후, 상기 보류 해제 단계(S500)에 의해, 원래대로 RX에서 TX로의 전송 기능을 재개함으로써, 정상적으로 설정되어 있는 주 통신 채널을 통한 통신 네트워크가 구성되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은, 경우에 따라, 상기 감시 단계(S100)에 의해 둘 이상의 서브모듈(200)에서 유사한 시점에 고장 감지가 이루어질 수 있다.
이 경우, 각각의 서브모듈(200)은 다른 서브모듈(200)에서의 고장 여부를 알 수 없기 때문에, 제어에 의해 각각의 서브모듈(200)에서, 상기 상태 판단 단계(S200), 수신 보류 단계(S300), 고장 전송 단계(S400) 및 보류 해제 단계(S500)가 수행되게 된다.
다만, 상기 고장 전송 단계(S400)에 의해 동작 수행 시, 고장 정보가 전송되는 통신 방향을 기준으로 상기 메인모듈(100)과 가장 근접한 서브모듈(200)의 고장 정보만이 전송되게 된다. 상기 가장 근접한 서브모듈(200)을 후단에 구성된 서브모듈(200)이라고 할 경우, 전단에 구성된 서브모듈(200)의 경우, 상기 고장 전송 단계(S400)를 수행하더라도 후단에 구성된 서브모듈(200)이 이미 상기 수신 보류 단계(S300)를 수행하면서 수신 모드인 현재 통신 상태가 보류되어 있기 때문에, 더 이상의 전송이 이루어지지 않게 된다.
그렇기 때문에, 상기 메인모듈(100)에서는, 상기 고장 전송 단계(S400)에 의해 고장 정보가 전송되는 통신 방향 모드를 기준으로, 상기 메인모듈(100)과 가장 근접한 서브모듈(200)의 고장 정보만이 수신되게 된다.
그렇지만, 통상적으로 상기 메인모듈(100)은 고장 정보가 수신될 경우, 모든 서브모듈(200)에 대한 상태 정보를 요청하기 때문에, 전단에 구성된 서브모듈(200)의 고장 정보가 후단에 구성된 서브모듈(200)의 고장 전송 단계(S400)에 의해 송신되지 못하더라도 이에 대한 고장 정보를 획득할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 고장 전송 단계(S400)를 수행하고 난 후, 고장 탐지 단계(S600)를 더 수행하는 것이 바람직하다.
상기 고장 탐지 단계(S600)는 상기 메인모듈(100)에서, 상기 고장 전송 단계(S400)에 의해 상기 제i 서브모듈(200)로부터 고장 정보가 전송될 경우, 연결되어 있는 상기 제1 내지 N 서브모듈(200)에 대한 현재 상태 정보를 요청하는 명령 신호를 송신하게 된다.
이 때, 각각의 서브모듈(200)들은 상기 고장 전송 단계(S400)에 의해 상기 고장 정보의 송신이 완료된 후, 곧바로 상기 보류 해제 단계(S500)를 통해 보류한 현재 통신 동작을 복귀시키게 된다.
그렇기 때문에, 상기 메인모듈(100)에서, 상기 고장 탐지 단계(S600)를 통해서, 상기 고장 전송 단계(S400)에 의해 상기 고장 정보가 수신되자마자 신속하게 상기 제1 방향의 네트워크를 이용하여, 제1 내지 N 서브모듈(200)의 현재 동작 상태를 요청하는 상기 명령 신호를 전송하고, 제1 내지 N 서브모듈(200) 역시도 상기 제2 방향의 네트워크를 이용하여, 응답 동작에 의해 현재 동작 상태를 송신하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크 제어 방법은, 링 구조로 구성되며 반이중 전송 모드로 운영되는 통신 네트워크에 있어서, 안전 진단과 관련한 주요 고장 발생 시, 해당하는 서브모듈에서 시간 지체 없이 능동적으로 메인모듈에게 전송할 수 있어, 고장 정보 전송을 위한 별도의 통신 채널 구성 없이도 동일한 시스템 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 메인모듈
200 : 서브모듈

Claims (13)

  1. 복수의 피관리 대상물의 상태를 각각 모니터링하는 복수의 서브모듈인 제1 내지 N 서브모듈; 및
    상기 제1 내지 N 서브모듈과 연결되어, 상기 피관리 대상물의 상태 정보를 수신하는 메인모듈;을 포함하고,
    상기 메인모듈과 상기 제1 내지 N 서브모듈은 순차적으로 링 구조의 반이중 통신 방식 네트워크로 연결되되,
    상기 메인모듈은 제1 방향의 상기 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈로 정보를 순차적으로 전송하고, 상기 메인모듈은 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향의 상기 네트워크를 통해 상기 제1 내지 N 서브모듈 중 적어도 어느 하나로부터 정보를 수신하며,
    상기 제i 서브모듈은, 모니터링 중 이상 상태가 감지될 경우, 고장 전송 모드로 전환하고, 상기 메인모듈의 제어에 의한 네트워크 전송 방향이 상기 제2 방향으로 변경할 때까지 대기하지 않고, 상기 네트워크를 통해 상기 메인모듈로 상기 고장 정보를 전송하는, 관리 시스템.
    (N>1, N≥i≥1 임.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제i 서브모듈은
    상기 고장 전송 모드일 경우,
    현재 통신 상태를 판단하고, 판단한 현재 통신 상태가 수신 모드(RX)일 경우, 현재 통신 동작을 보류하는, 관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제i 서브모듈은
    현재 통신 동작을 보류한 후,
    상기 제1 방향으로 상기 네트워크를 통해 고장 정보를 상기 메인 모듈에 전송하는, 관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제i 서브모듈은
    상기 메인모듈로 상기 고장 정보의 전송을 완료한 후, 보류한 상기 현재 통신 동작을 복귀시키는, 관리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제i 서브모듈은
    판단한 현재 통신 상태가 송신 모드(TX)일 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신 모드(RX)로의 변경을 대기하는, 관리 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 메인모듈은
    상기 제i 서브모듈로부터 고장 정보를 수신한 경우, 연결되어 있는 상기 제1 내지 N 서브모듈에 대한 현재 상태 정보를 요청하는 명령 신호를 상기 제1 방향으로 네트워크를 통해 송신하는, 관리 시스템.
  7. 링 구조로 구성되는 하나의 메인모듈과 복수의 서브모듈인 제1 내지 N 서브모듈을 포함하여, 반이중(half-duplex) 전송 모드로 운영되는 관리 시스템의 제어 방법에 있어서,
    제1 내지 N 서브모듈에서, 연결되어 있는 피관리 대상물의 상태를 각각 모니터링하는 감시 단계;
    제i 서브모듈에서, 상기 감시 단계에 의해, 모니터링 중 이상 상태가 감지될 경우, 현재 통신 상태를 판단하는 상태 판단 단계;
    제i 서브모듈에서, 상태 판단 단계의 판단 결과에 따라, 현재 통신 상태가 수신 모드(RX)일 경우, 현재 통신 동작을 보류하는 수신 보류 단계;
    제i 서브모듈에서, 상기 메인모듈과 복수의 서브모듈 간의 제1 방향의 네트워크를 통해 상기 감시 단계에 의해 감지한 고장 정보를 전송하는 고장 전송 단계; 및
    제i 서브모듈에서, 상기 수신 보류 단계에 의한 보류한 현재 통신 동작을 복귀시키는 보류 해제 단계;
    를 포함하는, 제어 방법.
    (N>1, N≥i≥1 임.)
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어 방법은
    상기 감시 단계를 수행하기 전,
    제i 서브모듈에서, 능동적 고장 정보 전달(AFS, Active Fault Signaling) 기능을 활성화하는 기능 활성화 단계;
    를 더 포함하는, 제어 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제어 방법은
    상기 상태 판단 단계를 수행한 후,
    제i 서브모듈에서, 상태 판단 단계의 판단 결과에 따라, 현재 통신 상태가 송신 모드(TX)일 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신 모드로의 변경을 대기하는 보류 대기 단계;
    를 더 포함하는, 제어 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제어 방법은
    상기 수신 보류 단계를 통해서 현재 통신 동작을 보류하기 전,
    상기 메인모듈로부터 명령 신호가 수신될 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신된 상기 명령 신호에 의한 응답 동작을 수행한 후, 현재 통신 동작을 보류하는, 제어 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제어 방법은
    상기 수신 보류 단계를 통해서 현재 통신 동작을 보류하기 전,
    다른 제i 서브모듈로부터 신호가 수신될 경우, 현재 통신 동작을 유지하면서 수신된 상기 신호에 의한 송신 동작을 수행한 후, 현재 통신 동작을 보류하는, 제어 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제어 방법은
    상기 감시 단계에 의해 둘 이상의 서브모듈에서 각각 연결되어 있는 피관리 대상물의 이상 상태가 감지될 경우, 제어에 의해 각각의 서브모듈에서, 상기 상태 판단 단계, 수신 보류 단계, 고장 전송 단계 및 보류 해제 단계를 수행하되,
    상기 메인모듈에서, 상기 고장 전송 단계에 의해 고장 정보가 전송되는 통신 방향 모드를 기준으로, 상기 메인모듈과 가장 근접한 서브모듈의 고장 정보를 전송받는, 제어 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어 방법은
    상기 고장 전송 단계를 수행하고 난 후,
    메인모듈에서, 상기 고장 전송 단계에 의해 제i 서브모듈로부터 고장 정보가 수신될 경우,
    연결되어 있는 제1 내지 N 서브모듈에 대한 현재 상태 정보를 요청하는 명령 신호를 송신하는, 고장 탐지 단계;
    를 더 포함하는, 제어 방법.
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