KR20240006308A - 웨이크업 회로 및 이를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents

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KR20240006308A
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Abstract

배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩을 모니터링 하고 관리하는 배터리 관리 시스템, 상기 배터리 관리 시스템에 전압을 공급하기 위한 전원, 및 제1 CAN 버스 라인과 제2 CAN 버스 라인에 연결되어 있고, 상기 제1 CAN 버스 라인의 제1 전압 및 상기 제2 CAN 버스 라인의 제2 전압 간의 전압 차인 CAN 버스 전압 차가 소정의 임계 레벨 이상일 때, 상기 전원과 상기 배터리 관리 시스템을 연결하는 웨이크업 회로를 포함할 수 있다.

Description

웨이크업 회로 및 이를 포함하는 배터리 시스템{WAKE UP CIRCUIT AND BATTERY SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 개시는 웨이크업 회로 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
배터리 시스템을 웨이크업(wake up) 하기 위해서는, 배터리 시스템 및 배터리 시스템을 제어하는 외부 시스템 각각의 트랜시버(transceiver) 및 메인 제어부(Main Control Unit) 등이 동작해야 한다. 배터리 시스템은 슬립 모드(sleep mode)에서 충전 또는 방전 동작을 수행하지 않으나 외부 시스템으로부터 수신되는 웨이크업 신호에 따라 웨이크업 동작을 수행하기 위한 대기 상태이다. 대기 상태에서 배터리 시스템에 의해 소모되는 대기 전력량은 적으나, 대기 시간이 길어지는 경우 대기 전력량이 증가하여 배터리 시스템이 슬립 모드로 장기간 유지되기 어렵다. 특히 기온이 낮은 기간 또는 지역에서는 배터리 시스템이 슬립 모드로 장기간 관리되기 어렵다. 따라서 슬립 모드에서 배터리 시스템의 대기 전력을 감소시킬 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 슬립 모드에서 대기 전력을 감소시킬 수 있는 웨이크업 회로 및 이를 포함하는 배터리 시스템을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 전원과 배터리 관리 시스템의 연결을 제어하는 웨이크업 회로는, 제1 CAN 버스 라인 및 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 있는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드의 발광에 의해 온 되는 포토 트랜지스터를 포함하는 옵토커플러, 상기 포토 트랜지스터가 온 될 때 온 되는 제어 트랜지스터, 및 상기 제어 트랜지스터가 온 될 때 온 되어 상기 전원과 상기 배터리 관리 시스템을 연결하는 전력 트랜지스터를 포함하고, 상기 포토 다이오드는, 상기 제1 CAN 버스 라인의 제1 전압 및 상기 제2 CAN 버스 라인의 제2 전압 간의 전압 차인 CAN 버스 전압 차가 소정의 임계 레벨 이상일 때 온 되어 발광할 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 포토 다이오드와 상기 제1 CAN 버스 라인 및 상기 제2 CAN 버스 라인 중 어느 하나 사이에 연결되어 있고, 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 소정의 임계 레벨 미만인 시점 이후에 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 의해 개방되는 릴레이를 더 포함할 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 제1 CAN 버스 라인과 상기 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함하고, 상기 로우패스 필터를 통해 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 포토 다이오드에 전달될 수 있다.
상기 전원은 상기 포토 트랜지스터의 일단에 연결되어 있고, 상기 포토 트랜지스터의 타단에 상기 제어 트랜지스터의 제어단이 연결되어 있을 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 포토 트랜지스터의 타단 및 상기 제어 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 제어 트랜지스터의 제어단과 일단 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함하고, 상기 제어 트랜지스터의 타단은 상기 전력 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있을 수 있다.
상기 전원 트랜지스터의 일단은 상기 전원에 연결되어 있고, 상기 전원 트랜지스터의 타단은 상기 배터리 관리 시스템에 연결되어 있으며, 상기 전원 트랜지스터의 게이트는 상기 제어 트랜지스터의 일단에 연결되어 있을 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩, 상기 배터리 팩을 모니터링 하고 관리하는 배터리 관리 시스템, 상기 배터리 관리 시스템에 전압을 공급하기 위한 전원, 및 제1 CAN 버스 라인과 제2 CAN 버스 라인에 연결되어 있고, 상기 제1 CAN 버스 라인의 제1 전압 및 상기 제2 CAN 버스 라인의 제2 전압 간의 전압 차인 CAN 버스 전압 차가 소정의 임계 레벨 이상일 때, 상기 전원과 상기 배터리 관리 시스템을 연결하는 웨이크업 회로를 포함할 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 제1 CAN 버스 라인 및 상기 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 상기 CAN 버스 전압 차가 소정의 임계 레벨 이상일 때 온 되어 발광하는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드의 발광에 의해 온 되는 포토 트랜지스터를 포함하는 옵토커플러, 상기 포토 트랜지스터가 온 될 때 온 되는 제어 트랜지스터, 및 상기 제어 트랜지스터가 온 될 때 온 되어 상기 전원과 상기 배터리 관리 시스템을 연결하는 전력 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 포토 다이오드와 상기 제1 CAN 버스 라인 및 상기 제2 CAN 버스 라인 중 어느 하나 사이에 연결되어 있고, 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 소정의 임계 레벨 미만인 시점 이후에 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 의해 개방되는 릴레이를 더 포함할 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 제1 CAN 버스 라인과 상기 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함하고, 상기 로우패스 필터를 통해 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 포토 다이오드에 전달될 수 있다.
상기 전원은 상기 포토 트랜지스터의 일단에 연결되어 있고, 상기 포토 트랜지스터의 타단에 상기 제어 트랜지스터의 제어단이 연결되어 있을 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 포토 트랜지스터의 타단 및 상기 제어 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 웨이크업 회로는, 상기 제어 트랜지스터의 제어단과 일단 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함하고, 상기 제어 트랜지스터의 타단은 상기 전력 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있을 수 있다.
상기 전원 트랜지스터의 일단은 상기 전원에 연결되어 있고, 상기 전원 트랜지스터의 타단은 상기 배터리 관리 시스템에 연결되어 있으며, 상기 전원 트랜지스터의 게이트는 상기 제어 트랜지스터의 일단에 연결되어 있을 수 있다.
슬립 모드에서 대기 전력을 감소시킬 수 있는 웨이크업 회로 및 이를 포함하는 배터리 시스템을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 웨이크업 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 웨이크업 회로의 일부를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 두 개의 CAN 버스 전압, 웨이크업 홀딩 신호, 및 릴레이 개방 신호를 나타낸 파형도이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 1에서, 배터리 시스템(100)은 전력 변환 시스템(Power Conversion System, PCS)(200)에 연결되어 있다. 전력 변환 시스템(200)은 배터리 시스템(100)으로부터 에너지를 공급받아 전장 부하에 전력을 공급하거나, 외부로부터 공급되는 에너지를 변환하여 배터리 시스템(100)을 충전할 수 있다. 전력 관리 시스템(Power Management System, PMS)(300)은 전력 변환 시스템(200)에 의한 전력 변환 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전력 관리 시스템(300)에 의해 제어되는 전력 변환 동작은, 전력 변환 시스템(200)이 배터리 시스템(100)으로부터 공급되는 에너지를 변환하여 출력하는 전력 변환 동작 또는 전력 변환 시스템(200)에 입력되는 에너지를 변환하여 배터리 시스템(100)으로 공급하는 전력 변환 동작을 포함할 수 있다. 이를 위해서 전력 관리 시스템(300)은 배터리 시스템(100)의 양 단(P+, P-)에 연결될 수 있고, 전력 변환 시스템(200)으로 전력 변환 동작을 제어하기 위한 신호를 송신할 수 있다. 아울러, 전력 관리 시스템(300)은 전력 변환 시스템(200)으로부터 전력 변환 동작을 제어하기 위해 필요한 피드백 정보를 수신할 수 있다. 배터리 시스템(100)은 ESS(Energy Storage System)일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(100), 전력 변환 시스템(200), 및 전력 관리 시스템(300)은 CAN 통신을 통해 서로 제어에 필요한 정보를 송수신할 수 있다. CAN 통신을 구현하기 위해서 각 시스템은 CAN 트랜시버를 포함하고, 각 CAN 트랜시버는 두 개의 CAN 버스(CAN_H, CAN_L)에 연결되어 있다. 배터리 시스템(100)은 CAN 트랜시버(30)를 포함하고, CAN 트랜시버(30)는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(20)과 디지털 데이터를 송수신할 수 있다. 전력 변환 시스템(200)은 CAN 트랜시버(210)와 디지털 데이터를 송수신하고, 전력 관리 시스템(300)은 CAN 트랜시버(310)와 디지털 데이터를 송수신한다. 각 CAN 트랜시버(30, 210, 310)는 연결된 시스템으로부터 수신한 디지털 데이터를 차동 신호인 두 개의 전압으로 변환하여 두 개의 CAN 버스(CAN_H, CAN_L) 각각에 전달할 수 있고, 두 개의 CAN 버스(CAN_H, CAN_L)로부터 수신한 두 전압 차에 기초하여 디지털 데이터를 생성하며, 생성한 디지털 데이터를 대응하는 시스템으로 전달할 수 있다. 구체적으로, 각 CAN 트랜시버는 두 개의 CAN 버스(CAN_H, CAN_L) 간의 전압 차를 감지하고, 감지한 전압 차를 디지털 데이터로 변환하며, 변환한 디지털 데이터 중 식별자를 이용하여 메시지의 내용을 식별하여 대응하는 정보를 수신할 수 있다. 각 CAN 트랜시버는 부여된 ID에 따른 순위에 따라 두 CAN 버스(CAN_H, CAN_L)에 디지털 데이터를 변환한 두 개의 전압을 전송할 수 있다.
도 1에 도시된 배터리 시스템(100), 전력 변환 시스템(200), 및 전력 변환 시스템(200) 간의 CAN 네트워크를 통한 CAN 통신은 발명을 설명하기 위한 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 공지된 차동 신호인 두 전압이 전달되는 두 개의 CAN 버스를 이용한 다양한 CAN 통신 방식에 적용될 수 있다.
배터리 시스템(100)은 배터리 팩(10), 배터리 관리 시스템(20), CAN 트랜시버(30), 웨이크업 회로(40), 및 전원(50)을 포함한다.
도 1에 도시된 배터리 팩(10)은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(10_1-10_n, n은 2 이상의 자연수)를 포함한다. 도 1에서는 배터리 팩(10)이 직렬 연결된 n개의 배터리 셀(10_1-10_n)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 병렬 연결된 둘 이상의 배터리 셀 단위로 복수 개가 직렬 연결되어 있을 수 있다. 또는 직렬 연결된 복수의 배터리 셀 단위로 복수 개가 병렬 연결되어 있을 수 있다. 배터리 팩(10)의 양 단(P+, P-)은 전력 변환 시스템(200)에 연결되어 있고, 양단(P+, P-)을 통해 배터리 팩(10)으로부터 전력 변환 시스템(200)으로 에너지가 공급되거나, 전력 변환 시스템(200)으로부터 배터리 팩(10)으로 에너지가 공급될 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 복수의 배터리 셀(10_1-10_n)에 연결되어 있고, 복수의 배터리 셀(10_1-10_4) 각각의 셀 전압, 배터리 팩(10)의 배터리 전류, 온도 등을 감지하고, 감지한 정보에 기초하여 배터리 팩(10)의 충방전 전류를 제어하고, 복수의 배터리 셀(10_1-10_4)에 대한 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있다. 배터리 관리 시스템(20)은 웨이크업 되면, 웨이크업 회로(40)를 통해 전원(50)에 연결되기 위한 제어 동작을 수행할 수 있다. 배터리 관리 시스템(20)은 이를 위해서 웨이크업 홀딩 신호(HS) 및 릴레이 개방 신호(RO)를 생성할 수 있다.
CAN 트랜시버(30)는 배터리 관리 시스템(20)으로부터 수신되는 디지털 데이터를 차동 신호인 두 전압으로 변환하여 두 개의 CAN 버스(CAN_H, CAN_L) 각각에 송신할 수 있다. CAN 트랜시버(30)는 두 개의 CAN 버스(CAN_H, CAN_L)로부터 수신되는 두 개의 전압 차를 디지털 데이터로 변환하고, 변환한 디지털 데이터가 배터리 관리 시스템(20)가 수신해야 하는 메시지인 경우, 메시지를 배터리 관리 시스템(20)에 전달할 수 있다.
전원(50)은 배터리 관리 시스템(20)을 웨이크업 하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 전원(50)은 배터리 팩(10)에 연결되어 배터리 팩(10)의 전압을 이용하여 일정한 레벨의 전원 전압을 생성할 수 있다. 또는 전원(50)은 배터리 팩(10)과 구분되는 별개의 배터리로부터의 전압을 이용하여 일정한 레벨의 전원 전압을 생성할 수 있다.
웨이크업 회로(40)는 두 개의 CAN 버스(CAN_H, CAN_L)로부터 수신되는 두 개의 전압 차가 배터리 관리 시스템(20)의 웨이크업을 지시하는 경우, 배터리 관리 시스템(20)을 전원(50)과 연결할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 웨이크업 회로(40)에 대해서 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 웨이크업 회로를 나타낸 도면이다.
웨이크업 회로(40)는 제어 트랜지스터(41), 전력 트랜지스터(42), 및 옵토커플러(optocoupler)(43)를 포함한다. 옵토커플러(43)를 통해 웨이크업 신호가 제어 트랜지스터(41)에 전달되고, 제어 트랜지스터(41)가 웨이크업 신호에 의해 온 되며, 제어 트랜지스터(41)의 온에 의해 전력 트랜지스터(42)가 온 되어 전원(50)이 배터리 관리 시스템(20)에 연결된다. 전원(50)으로부터 공급되는 전원 전압에 의해 배터리 관리 시스템(20)은 웨이크업 한다.
옵토커플러(43)는 포토 다이오드(PD) 및 포토 트랜지스터(PT)를 포함한다. 포토 다이오드(PD)의 애노드는 접점(N1)에 연결되어 있고, 포토 다이오드(PD)의 캐소드는 접점(N2)에 연결되어 있다. 커패시터(C1)는 접점(N1)과 접점(N2) 사이에 연결되어 있고, 저항(R1)은 CAN 버스(CAN_H)와 접점(N1) 사이에 연결되어 있다. 저항(R1)의 일단은 접점(N_H)에서 CAN 버스(CAN_H)와 연결되고, 저항(R1)의 타단은 접점(N1)에 연결되어 있다. 릴레이(44)는 접점(N2)과 접점(N_L) 사이에 연결되어 있다. 릴레이(44)의 일단은 접점(N_L)에서 CAN 버스(CAN_L)와 연결되고, 릴레이(44)의 타단은 접점(N2)에 연결되어 있다. 릴레이(44)는 인덕터(45)와 스위치(46)를 포함하고, 스위치(46)은 기본적으로 닫힘 상태이고 인덕터(45)에 전류가 흐를 때 개방될 수 있다.
저항(R1)과 커패시터(C1)는 로우패스 필터를 구성할 수 있고, 로우패스 필터를 통해 CAN 버스(CAN_H)의 전압과 CAN 버스(CAN_L)의 전압 간의 전압 차(이하, CAN 버스 전압 차)가 포토 다이오드(PD)에 전달될 수 있다. 저항(R1)과 커패시터(C1)을 포함하는 로우패스 필터는 포토 다이오드(PD)에 병렬 연결되어 있다. 배터리 관리 시스템(20)을 웨이크업 시키기 위해서 CAN 버스 전압 차가 소정 전압 이상일 수 있다. 예를 들어, 전력 관리 시스템(300)은 CAN 트랜시버(310)를 통해 CAN 버스(CAN_H)에 상대적으로 높은 소정 레벨의 전압 및 CAN 버스(CAN_L)에 상대적으로 낮은 소정 레벨의 전압을 송신할 수 있다. 이때, CAN 버스 전압 차가 포토 다이오드(PD)를 온 시킬 수 있는 레벨(임계 레벨) 이상일 수 있다. 포토 다이오드(PD)가 CAN 버스 전압 차에 의해 온 되어 포토 다이오드(PD)에 전류가 흐르고, 포토 다이오드(PD)는 발광한다. 포토 다이오드(PD)가 발광하면 포토 트랜지스터(PT)가 턴 온 될 수 있다. 포토 트랜지스터(PT)는 포토 다이오드(PD)가 발광하는 기간 동안 온 상태로 유지될 수 있고, 포토 다이오드(PD)는 CAN 버스 전압 차가 임계 레벨 이상인 기간 동안 발광할 수 있다.
포토 트랜지스터(PT)의 컬렉터는 전원(50)에 연결되어 있고, 포토 트랜지스터(PT)의 에미터는 제어 트랜지스터(41)의 제어단인 베이스에 연결되어 있다. 제어 트랜지스터(41)는 npn BJT로 구현되어 있다. 저항(R2)은 포토 트랜지스터(PT)의 에미터와 제어 트랜지스터(41)의 베이스 사이에 연결되어 있고, 커패시터(C2)은 제어 트랜지스터(41)의 베이스와 그라운드 사이에 연결되어 있다. 저항(R2)과 커패시터(C2)는 로우패스 필터를 구성할 수 있다. 제어 트랜지스터(PT)의 컬렉터는 전력 트랜지스터(42)의 제어단인 게이트에 연결되어 있고, 제어 트랜지스터(PT)의 에미터는 그라운드에 연결되어 있다. 저항(R3)은 제어 트랜지스터(PT)의 베이스와 에미터 사이에 연결되어 있어 베이스와 에미터 사이의 전압 차를 유지할 수 있다. 전력 트랜지스터(PT)의 소스는 전원(50)에 연결되어 있고, 전력 트랜지스터(PT)의 드레인은 배터리 관리 시스템(20)에 연결되어 있다.
포토 트랜지스터(PT)의 온 기간 동안 제어 트랜지스터(41)가 온 되고, 전력 트랜지스터(42)의 게이트가 온 상태인 제어 트랜지스터(41)를 통해 접지에 연결되어, 전력 트랜지스터(42)가 온 될 수 있다. 전력 트랜지스터(PT)가 온 되면, 전원(50)의 전압이 배터리 관리 시스템(20)에 공급될 수 있다.
릴레이(44)는 스위치(47)가 온 되면, 개방된다. 구체적으로, 스위치(46)는 접점(N2)와 접점(N_L) 사이에 연결되어 있고, 인덕터(45)의 일단에는 전압(VDC)이 공급되며, 인덕터(45)의 타단은 스위치(47)의 일단에 연결되어 있고, 스위치(47)의 타단은 그라운드에 연결되어 있다. 스위치(47)는 릴레이 개방 신호(RO)에 온 레벨에 의해 온 되고, 스위치(47)이 온 되면, 인덕터(45)에 전류가 흘러 스위치(46)가 개방될 수 있다.
웨이크업 홀딩 신호(HS)는 제어 트랜지스터(41)의 베이스에 공급될 수 있다. 웨이크업 홀딩 신호(HS)가 온 레벨인 기간 동안, 제어 트랜지스터(41)가 온 상태로 유지될 수 있다.
도 2에서는 릴레이(44)가 접점(N2)와 접점(N_L) 사이에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 릴레이는 접점(N1)과 접점(N_H) 사이에 연결되어 있을 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 웨이크업 회로의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 렐리이(51)는 접점(N1)과 접점(N_H) 사이에 연결되어 있다. 릴레이(51)는 스위치(52) 및 인덕터(53)를 포함한다. 스위치(52)는 접점(N1)와 접점(N_H) 사이에 연결되어 있고, 인덕터(53)의 일단에는 전압(VDC)이 공급되며, 인덕터(53)의 타단은 스위치(54)의 일단에 연결되어 있고, 스위치(54)의 타단은 그라운드에 연결되어 있다. 스위치(54)는 릴레이 개방 신호(RO)에 온 레벨에 의해 온 되고, 스위치(54)가 온 되면, 인덕터(53)에 전류가 흘러 스위치(52)가 개방될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 웨이크업 동작을 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 두 개의 CAN 버스 전압, 웨이크업 홀딩 신호, 및 릴레이 개방 신호를 나타낸 파형도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T1에 CAN 버스(CAN_H)의 제1 전압(V_H)이 상승하고 CAN 버스(CAN_L)의 제2 전압(V_L)이 하강한다. 예를 들어, 제1 전압(V_H)은 전압(V3)에서 전압(V4)까지 상승하고, 제2 전압(V_L)은 전압(V2)에서 전압(V1)까지 하강한다. 전압(V2)과 전압(V3)는 동일한 레벨일 수 있다. 제1 전압(V_H)과 제2 전압(V_L) 간의 전압 차인 CAN 버스 전압 차가 임계 레벨 이상이 되어 포토 다이오드(PD)가 발광하여 포토 트랜지스터(PT)가 턴 온 된다. 그러면 앞서 설명한 바와 같이 전력 트랜지스터(42)가 턴 온 되어, 전원(50)이 배터리 관리 시스템(20)에 전압을 공급한다. 배터리 관리 시스템(20)은 전원(50)으로부터 공급되는 전압에 의해 웨이크업되고, 웨이크업 후 배터리 팩(10)에 대한 모니터링 등과 같은 필요한 동작을 수행할 수 있다. 아울러, 배터리 관리 시스템(20)은 시점 T2에 웨이크업 홀딩 신호(HS)를 온 레벨로 생성한다. 도 4에 도시된 시점 T2는 배터리 관리 시스템(20)이 웨이크업 된 후부터 시점 T3까지의 기간 중 임의의 시점일 수 있다.
시점 T3에 제1 전압(V_H)이 하강하고 제2 전압(V_L)이 상승한다. 예를 들어, 제1 전압(V_H)은 전압(V4)에서 전압(V3)까지 하강하고, 제2 전압(V_L)은 전압(V1)에서 전압(V2)까지 상승한다. 그러면 제1 전압(V_H)과 제2 전압(V_L) 간의 전압 차인 CAN 버스 전압 차가 임계 레벨 미만이 되어 포토 다이오드(PD)는 오프 되어 발광하지 않는다. 이에 따라 포토 트랜지스터(PT)도 턴 오프 될 수 있다. 제어 트랜지스터(41)의 베이스에는 웨이크업 홀딩 신호(HS)가 온 레벨로 인가되므로, 전력 트랜지스터(42)는 온 상태로 유지된다. 배터리 관리 시스템(20)은 웨이크업된 후 필요한 동작을 완료하는 시점 T5까지 웨이크업 홀딩 신호(HS)를 온 레벨로 유지할 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 시점 T4에 릴레이 개방 신호(RO)를 온 레벨로 생성한다. 온 레벨의 릴레이 개방 신호(RO)에 의해 릴레이(44)가 개방된다. 따라서 시점 T4 이후에, CAN 버스(CAN_H)와 CAN 버스(CAN_L)을 통해 전송되는 전압들에 웨이크업 회로(40)는 영향을 주지 않는다. 시점 T4는 시점 T3 이후의 임의의 시점일 수 있다.
도 4에서 제1 전압(V_H) 및 제2 전압(V_L)을 빗금으로 표시한 부분은 웨이크업 이후 CAN 버스(CAN_H) 및 CAN 버스(CAN_L)를 통해 전달되는 전압 레벨이 제한되지 않는 것을 나타낸 것이다. 웨이크업 이후의 제1 전압(V_H) 및 제2 전압(V_L)은 임의의 CAN 트랜시버가 CAN 버스(CAN_H) 및 CAN 버스(CAN_L)에 전송하는 전압에 따를 수 있다.
종래에는 배터리 관리 시스템이 저전력 모드로 비활성 상태를 유지하다가 프로토콜상 하위 블록 메시지를 보고 선택적 웨이크업을 하였다. 그러나 본 발명에 따른 웨이크업 방법은 저전력 모드를 유지할 필요 없이 두 개의 CAN 버스를 통해 전송되는 전압들 간의 차에 의해 웨이크업 할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 슬립 모드에서 장기간 대기가 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 배터리 시스템
200: 전력 변환 시스템(Power Conversion System, PCS)
300: 전력 관리 시스템(Power Management System, PMS)(300)
10: 배터리 팩
20: 배터리 관리 시스템
30, 210, 310: CAN 트랜시버
40: 웨이크업 회로
50: 전원

Claims (15)

  1. 전원과 배터리 관리 시스템의 연결을 제어하는 웨이크업 회로에 있어서,
    제1 CAN 버스 라인 및 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 있는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드의 발광에 의해 온 되는 포토 트랜지스터를 포함하는 옵토커플러;
    상기 포토 트랜지스터가 온 될 때 온 되는 제어 트랜지스터; 및
    상기 제어 트랜지스터가 온 될 때 온 되어 상기 전원과 상기 배터리 관리 시스템을 연결하는 전력 트랜지스터를 포함하고,
    상기 포토 다이오드는,
    상기 제1 CAN 버스 라인의 제1 전압 및 상기 제2 CAN 버스 라인의 제2 전압 간의 전압 차인 CAN 버스 전압 차가 소정의 임계 레벨 이상일 때 온 되어 발광하는, 웨이크업 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토 다이오드와 상기 제1 CAN 버스 라인 및 상기 제2 CAN 버스 라인 중 어느 하나 사이에 연결되어 있고, 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 소정의 임계 레벨 미만인 시점 이후에 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 의해 개방되는 릴레이를 더 포함하는, 웨이크업 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 CAN 버스 라인과 상기 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함하고,
    상기 로우패스 필터를 통해 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 포토 다이오드에 전달되는, 웨이크업 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원은 상기 포토 트랜지스터의 일단에 연결되어 있고, 상기 포토 트랜지스터의 타단에 상기 제어 트랜지스터의 제어단이 연결되어 있는, 웨이크업 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포토 트랜지스터의 타단 및 상기 제어 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함하는, 웨이크업 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 트랜지스터의 제어단과 일단 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함하고,
    상기 제어 트랜지스터의 타단은 상기 전력 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있는, 웨이크업 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원 트랜지스터의 일단은 상기 전원에 연결되어 있고, 상기 전원 트랜지스터의 타단은 상기 배터리 관리 시스템에 연결되어 있으며, 상기 전원 트랜지스터의 게이트는 상기 제어 트랜지스터의 일단에 연결되어 있는, 웨이크업 회로.
  8. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩;
    상기 배터리 팩을 모니터링 하고 관리하는 배터리 관리 시스템;
    상기 배터리 관리 시스템에 전압을 공급하기 위한 전원; 및
    제1 CAN 버스 라인과 제2 CAN 버스 라인에 연결되어 있고, 상기 제1 CAN 버스 라인의 제1 전압 및 상기 제2 CAN 버스 라인의 제2 전압 간의 전압 차인 CAN 버스 전압 차가 소정의 임계 레벨 이상일 때, 상기 전원과 상기 배터리 관리 시스템을 연결하는 웨이크업 회로를 포함하는, 배터리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 웨이크업 회로는,
    상기 제1 CAN 버스 라인 및 상기 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 상기 CAN 버스 전압 차가 소정의 임계 레벨 이상일 때 온 되어 발광하는 포토 다이오드 및 상기 포토 다이오드의 발광에 의해 온 되는 포토 트랜지스터를 포함하는 옵토커플러;
    상기 포토 트랜지스터가 온 될 때 온 되는 제어 트랜지스터; 및
    상기 제어 트랜지스터가 온 될 때 온 되어 상기 전원과 상기 배터리 관리 시스템을 연결하는 전력 트랜지스터를 포함하는,
    배터리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 웨이크업 회로는,
    상기 포토 다이오드와 상기 제1 CAN 버스 라인 및 상기 제2 CAN 버스 라인 중 어느 하나 사이에 연결되어 있고, 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 소정의 임계 레벨 미만인 시점 이후에 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 의해 개방되는 릴레이를 더 포함하는,
    배터리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 웨이크업 회로는,
    상기 제1 CAN 버스 라인과 상기 제2 CAN 버스 라인 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함하고,
    상기 로우패스 필터를 통해 상기 CAN 버스 전압 차가 상기 포토 다이오드에 전달되는,
    배터리 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전원은 상기 포토 트랜지스터의 일단에 연결되어 있고, 상기 포토 트랜지스터의 타단에 상기 제어 트랜지스터의 제어단이 연결되어 있는,
    배터리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 웨이크업 회로는,
    상기 포토 트랜지스터의 타단 및 상기 제어 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 있는 로우패스 필터를 더 포함하는,
    배터리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 웨이크업 회로는,
    상기 제어 트랜지스터의 제어단과 일단 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함하고,
    상기 제어 트랜지스터의 타단은 상기 전력 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있는,
    배터리 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 전원 트랜지스터의 일단은 상기 전원에 연결되어 있고, 상기 전원 트랜지스터의 타단은 상기 배터리 관리 시스템에 연결되어 있으며, 상기 전원 트랜지스터의 게이트는 상기 제어 트랜지스터의 일단에 연결되어 있는,
    배터리 시스템.
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