WO2019221368A1 - 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치, 배터리 시스템 및 방법 - Google Patents

메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치, 배터리 시스템 및 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus, a battery system, and a method for powering an electrical load by selectively using any one of a main battery and a sub battery.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • the battery management system is configured to be electrically connected to the battery, to measure electrical characteristic values (eg, voltage, current, and temperature) of the battery, and to control the battery based on the measured electrical characteristic values.
  • electrical characteristic values eg, voltage, current, and temperature
  • the battery management system disconnects the electrical connection between the battery and the electrical load to protect the battery.
  • a failure eg, overcharge, overdischarge, overheat
  • the electrical connection between the battery and the electrical load is suddenly cut off, there is a risk that the operation of the electrical load is impossible and an accident (eg, sudden stop of the electric vehicle) may occur.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by using a sub-battery installed to be connected in parallel to the main battery, a device for supplying power to the electric load even if a failure occurs in the main battery, battery It is an object to provide a system and method.
  • an apparatus for controlling a main battery and a sub battery includes: a first main switch connectable between the main battery and a load; A second main switch connectable between the sub battery and the load; A sub switch connectable between the main battery and the sub battery; A main battery management system operatively coupled to the first main switch; And a sub battery management system operatively coupled to the second main switch and the sub switch.
  • the main battery management system when a failure of the main battery is detected, transmits a first diagnostic message to the sub battery management system, and sends the first main switch to the first main switch to induce a turn off state. And to stop the output of the first control signal.
  • the first diagnostic message has a flag that includes at least one value indicating the type of the detected failure.
  • the sub battery management system is configured to output a second control signal to the second main switch to induce the second main switch to turn on in response to the first diagnostic message.
  • the sub battery management system may be configured to output a third control signal to the sub switch to induce the sub switch to be turned on when the flag includes a first value.
  • the first value may indicate that the main battery is overcharged.
  • the sub battery management system may be configured to stop output of a third control signal to the sub switch to induce the sub switch to turn off when the flag includes a second value or a third value.
  • the second value may indicate that the main battery is over discharged
  • the third value may indicate that the main battery is overheated.
  • the main battery management system may be configured to stop transmission of the first diagnostic message and output the first control signal to the first main switch when the failure of the main battery is resolved.
  • the sub battery management system may stop output of the second control signal when transmission of the first diagnostic message is stopped.
  • the main battery management system may include: a first controller configured to detect whether the main battery has failed based on at least one of voltage, current, and temperature of the main battery; And operatively coupled to the first controller and configured to transmit a second diagnostic message to the sub-battery management system and to transition the first controller to a sleep state when it is determined that the first controller is malfunctioning. It can include two controllers.
  • the sub battery management system may be configured to output the second control signal to the second main switch in response to the second diagnostic message.
  • the sub battery management system may be configured to output a third control signal to the sub switch to induce the sub switch to be turned on in response to the second diagnostic message.
  • a battery system according to another aspect of the present invention includes the above device.
  • a method includes: a first main switch connected between a main battery and a load; A second main switch connected between a sub battery and the load; A sub switch connected between the main battery and the sub battery; A main battery management system operatively coupled to the main battery and the first main switch and configured to detect a failure of the main battery; And a sub battery management system operatively coupled to the second main switch and the sub switch, to control the main battery and the sub battery.
  • the method may further include, when the main battery management system detects a failure of the main battery, transmit a first diagnostic message to the sub battery management system, and induce the first main switch to turn off.
  • the method may further include outputting, by the sub battery management system, a third control signal to the sub switch to induce the sub switch to turn on when the flag includes a first value. .
  • the first value indicates that the main battery is overcharged.
  • the method may further include: stopping the output of a third control signal to the sub switch to induce the sub switch to turn off when the sub battery management system includes a second value or a third value in the flag. It may further include.
  • the second value indicates that the main battery is over discharged, and the third value indicates that the main battery is overheated.
  • the method may further include the sub-battery management system outputting the second control signal to the second main switch in response to a second diagnostic message from the main battery management system.
  • the second diagnostic message indicates that the main battery management system is malfunctioning.
  • the subordinate battery installed to be connected in parallel to the main battery is connected to the electric load. Can supply power.
  • the sub battery may be charged using the main battery while the sub battery supplies power to the electric load.
  • FIG. 1 is a view showing an exemplary configuration of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram referred to for explaining an operation performed by the control device when a failure of the main battery of FIG. 1 is not detected.
  • FIG. 3 is a diagram referred to for explaining an operation performed by the control apparatus when a failure of the main battery of FIG. 1 is detected.
  • FIG. 4 is a view referred to for explaining an operation performed by the control device when the first controller of FIG. 1 is malfunctioning.
  • FIG. 5 is a view showing an exemplary configuration of a battery system according to another embodiment of the present invention.
  • 6 and 7 are flowcharts illustrating a method for controlling a main battery and a sub battery according to another embodiment of the present invention.
  • control unit> means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a view showing an exemplary configuration of a battery system 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery system 10 includes a first power supply terminal 11, a second power supply terminal 12, a main battery 21, a sub battery 22, and a control device 100.
  • the battery system 10 is for supplying power to an electric load (for example, an electric motor of an electric vehicle) through the first power supply terminal 11 and the second power supply terminal 12.
  • an electric load for example, an electric motor of an electric vehicle
  • the main battery 21 includes at least one battery cell.
  • the sub battery 22 includes at least one battery cell.
  • Each battery cell included in the main battery 21 and the sub battery 22 may be a rechargeable battery such as a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery or a nickel zinc battery.
  • the negative terminal of the main battery 21 and the negative terminal of the sub battery 22 are commonly connected to the second power supply terminal 12 via a conductor (for example, a bus bar and an electric cable).
  • the output voltage of the main battery 21 may be higher than the output voltage of the sub battery 22.
  • the control device 100 includes a first main switch 110, a second main switch 120, a sub switch 130, a main battery management system 200 (hereinafter referred to as MBMS), and a sub battery management system 300. ) (Hereinafter referred to as SBMS).
  • MBMS main battery management system 200
  • SBMS sub battery management system 300
  • the first main switch 110 is provided to be connectable between the positive terminal of the main battery 21 and the first power supply terminal 11. While the first main switch 110 is turned on, a current path is formed between the positive terminal of the main battery 21 and the first power terminal 11. While the first main switch 110 is turned off, the current path between the positive terminal of the main battery 21 and the first power terminal 11 is interrupted.
  • the second main switch 120 is provided to be connectable between the positive terminal of the sub-battery 22 and the first power supply terminal 11. While the second main switch 120 is turned on, a current path is formed between the positive terminal of the sub-battery 22 and the first power terminal 11. While the second main switch 120 is turned off, the current path between the positive terminal of the sub-battery 22 and the first power terminal 11 is interrupted.
  • the sub switch 130 is provided to be connectable between the positive terminal of the main battery 21 and the positive terminal of the sub battery 22. While the sub-switch 130 is turned on, a current path is formed between the positive terminal of the main battery 21 and the positive terminal of the sub battery 22. That is, while the sub switch 130 is turned on, the main battery 21 and the sub battery 22 are connected in parallel. While the sub-switch 130 is turned off, the current path between the positive terminal of the main battery 21 and the positive terminal of the sub battery 22 is interrupted.
  • the control device 100 may further include a diode 140 connected in series to the sub-switch 130 between the positive terminal of the main battery 21 and the positive terminal of the sub battery 22.
  • the anode of the diode 140 may be connected to the positive terminal side of the main battery 21, and the cathode of the diode 140 may be connected to the positive terminal side of the sub battery 22. Accordingly, the flow of current from the positive terminal of the main battery 21 to the positive terminal of the sub battery 22 is allowed, while the current from the positive terminal of the sub battery 22 to the positive terminal of the main battery 21 is allowed. Flow is blocked.
  • the MBMS 200 includes a voltage sensor 210, a current sensor 220, a temperature sensor 230, and a controller 240.
  • the voltage sensor 210 is configured to measure the voltage of the main battery 21.
  • the current sensor 220 is configured to measure the current flowing through the main battery 21.
  • the temperature sensor 230 is configured to measure the temperature of the main battery 21.
  • the controller 240 is operatively coupled to the first main switch 110 and the SBMS 300.
  • the control unit 240 may be hardware-based application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microprocessors ( microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • the controller 240 may include a memory device, and as the memory device, for example, a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium may be used.
  • the memory device may store, update, and / or erase a program including various control logics executed by the controller 240 and / or data generated when the control logic is executed.
  • the control unit 240 includes a first controller 241 and a second controller 242.
  • the first controller 241 is operatively coupled to the voltage sensor 210, the current sensor 220, and the temperature sensor 230.
  • the first controller 241 is a failure (eg, overcharge, over discharge) of the main battery 21 based on the voltage, current, and temperature measured by the voltage sensor 210, the current sensor 220, and the temperature sensor 230. Pre-heating) and control the main battery 21.
  • the second controller 242 is operatively coupled to the first controller 241 and is configured to determine whether the first controller 241 is malfunctioning.
  • the second controller 242 may periodically transmit a confirmation signal to the first controller 241.
  • the first controller 241 may transmit a response signal to the second controller 242 in response to the confirmation signal.
  • the second controller 242 may determine that the first controller 241 is in normal operation when a response signal from the first controller 241 is received within a predetermined time from when the confirmation signal is transmitted. On the other hand, if the second controller 242 does not receive a response signal from the first controller 241 within a predetermined time from the time when the confirmation signal is transmitted to the first controller 241, the first controller 241 It can be determined that there is a malfunction.
  • the SBMS 300 includes a voltage sensor 310, a current sensor 320, a temperature sensor 330, and a controller 340.
  • the voltage sensor 310 is configured to measure the voltage of the sub battery 22.
  • the current sensor 320 is configured to measure the current flowing through the sub battery 22.
  • the temperature sensor 330 is configured to measure the temperature of the sub battery 22.
  • the controller 340 includes the controller 240, the first main switch 110, the second main switch 120, the sub switch 130, the voltage sensor 310, the current sensor 320, and the temperature sensor 330. Is operatively coupled to.
  • the controller 340 may be hardware-based application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microprocessors ( microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • the controller 340 may include a memory device, and a RAM, a ROM, a register, a hard disk, an optical recording medium, or a magnetic recording medium may be used as the memory device.
  • the memory device may store, update, and / or erase a program including various control logics executed by the controller 240 and / or data generated when the control logic is executed.
  • the controller 340 may be configured to determine the failure of the sub-battery 22 based on the voltage, current, and temperature measured by the voltage sensor 310, the current sensor 320, and the temperature sensor 330 (eg, overcharge, overdischarge, Overheating) and control the sub-battery 22.
  • FIG. 2 is a diagram referred to for explaining an operation performed by the control device 100 when a failure of the main battery 21 of FIG. 1 is not detected.
  • the MBMS 200 when the failure of the main battery 21 is not detected, the MBMS 200 outputs a first control signal S1 to the first main switch 110.
  • the first control signal S1 is a signal for inducing the first main switch 110 in the turn on state. That is, the first main switch 110 is turned on in response to the first control signal S1.
  • the SBMS 300 operates in the sleep mode when the first diagnostic message or the second diagnostic message, which will be described later, is not transmitted from the MBMS 200.
  • the SBMS 300 wakes up in response to receiving the first diagnostic message or the second diagnostic message from the MBMS 200.
  • the SBMS 300 stops outputting the second control signal S2 and the third control signal S3 in the sleep mode.
  • the second control signal S2 is a signal for inducing the second main switch 120 to the turned on state.
  • the third control signal S3 is a signal for inducing the sub switch 130 to the turned on state.
  • the first main switch 110 is turned on, while the second main switch 120 and the sub-switch ( All of the 130 is turned off, so that the main battery 21 supplies power to the electric load.
  • FIG. 3 is a diagram referred to for explaining an operation performed by the control device 100 when a failure of the main battery 21 of FIG. 1 is detected.
  • the MBMS 200 transmits a first diagnostic message to the SBMS 300, and transmits a first control signal S1.
  • the first diagnostic message is a message for notifying the SBMS 300 that a failure of the main battery 21 is detected.
  • the first diagnostic message includes a flag indicating the type of failure detected from the main battery 21.
  • the flag may include at least one of a first value, a second value, and a third value.
  • the first value may indicate that the main battery 21 is overcharged
  • the second value may indicate that the main battery 21 is overdischarged
  • the third value may indicate that the main battery 21 is overheated.
  • the SBMS 300 wakes up in response to the first diagnostic message from the MBMS 200, and then outputs a second control signal S2 to the second main switch 120.
  • the SBMS 300 may selectively output the third control signal S3 to the sub-switch 130 according to whether the first value is included in the flag. That is, when at least one of the second value and the third value is included in the flag of the first diagnostic message, the SBMS 300 may transmit the third control signal S3 to induce the sub switch 130 to be turned off. On the other hand, if only the first value is included in the flag, the third control signal S3 may be output to induce the sub-switch 130 to be turned on.
  • the first main switch 110 is turned off and the second main switch 120 is turned off.
  • the sub-battery 22 supplies power to the electric load instead of the main battery 21.
  • the sub-switch 130 is turned on. Accordingly, the sub battery 22 may be charged using the electric energy of the overcharged main battery 21.
  • the MBMS 200 may stop the transmission of the first diagnostic message and output the first control signal S1.
  • the MBMS 200 may calculate the state of charge of the main battery 21 by integrating the current value measured by the current sensor 220 using the ampere counting method or the like. If the first diagnostic message from the MBMS 200 is not received, the SBMS 300 may determine that the failure of the main battery 21 has been resolved and may stop the output of the second control signal S2.
  • FIG. 4 is a diagram referred to for explaining an operation performed by the control apparatus 100 when the first controller 241 of FIG. 1 is malfunctioning.
  • the second controller 242 transmits a second diagnostic message to the SBMS 300.
  • the first controller 241 is switched to the sleep state by transmitting a sleep mode switch signal to the controller 241.
  • the second diagnostic message is a message for notifying the SBMS 300 that the MBMS 200 is malfunctioning.
  • the first controller 241 stops the output of the first control signal S1 in the sleep state.
  • the SBMS 300 outputs a second control signal S2 to the second main switch 120 in response to the second diagnostic message.
  • the SBMS 300 may output the third control signal S3 to the sub-switch 130 in response to the second diagnostic message.
  • the first main switch 110 is turned off and the second main switch 120 is turned on, thereby replacing the sub battery 22 in place of the main battery 21. Will power the electrical load.
  • the SBMS 300 may compare the current measured by the current sensor 220 with the current measured by the current sensor 320. Specifically, when the sub-switch 130 is turned on by the third control signal S3, since the main battery 21 and the sub battery 22 are connected in parallel, the sub-switch 130 is measured by the current sensor 220. The current and the current measured by the current sensor 320 should be opposite in direction and have the same magnitude.
  • the SBMS 300 may determine that at least one of the current sensor 220 and the current sensor 320 is a failure.
  • the SBMS 300 may transmit a current sensor (eg, an ECU of an electric vehicle) to an external device (eg, an ECU of an electric vehicle) connected to the SBMS 300 through a communication channel. At least one of the 220 and the current sensor 320 may output a signal indicating that the failure.
  • the communication channel may be a CAN communication network provided in the electric vehicle.
  • the SBMS 300 may have a communication interface connected with a communication channel.
  • FIG. 5 is a diagram showing an exemplary configuration of a battery system 10 according to another embodiment of the present invention.
  • the diode 140 and the sub-switch 130 are different from the DC-DC converter 160 in comparison with FIG. 1. Therefore, the same reference numerals are given to the remaining components, and repeated descriptions thereof will be omitted.
  • the input terminal IN of the DC-DC converter 160 is connected to the positive terminal of the main battery 21.
  • the output terminal OUT of the DC-DC converter 160 is connected to the positive terminal of the sub battery 22.
  • the DC-DC converter 160 generates a predetermined output voltage using the input voltage from the main battery 21 applied to the input terminal IN in response to the third control signal S3.
  • the output voltage is applied to the sub battery 22 through the output terminal OUT, thereby charging the sub battery 22.
  • 6 and 7 are flowcharts illustrating a method for controlling the main battery 21 and the sub battery 22 according to another embodiment of the present invention.
  • 6 illustrates a method executed by the controller 240 of the MBMS 200
  • a flowchart illustrated in FIG. 7 illustrates a method executed by the controller 340 of the SBMS 300.
  • step 600 the first controller 241 determines whether a failure of the main battery 21 is detected. If the value of step 600 is "YES”, step 610 proceeds. If the value of step 600 is "NO”, step 620 proceeds.
  • the first controller 241 transmits a first diagnostic message to the SBMS 300 and stops outputting the first control signal S1.
  • the first diagnostic message is a message for notifying the SBMS 300 that a failure of the main battery 21 is detected.
  • the first diagnostic message has a flag that includes at least one value indicating the type of failure detected.
  • the first control signal S1 is a signal for inducing the first main switch 110 in the turn on state.
  • step 620 the second controller 242 determines whether the first controller 241 is malfunctioning. If the value of step 620 is "YES”, step 630 proceeds. If the value of step 620 is "NO”, step 640 proceeds.
  • the second controller 242 transmits a second diagnostic message to the SBMS 300 and switches the first controller 241 to a sleep state.
  • the second diagnostic message is a message for notifying the SBMS 300 that the first controller 241 of the MBMS 200 is malfunctioning.
  • the first controller 241 stops the output of the first control signal S1 in the sleep state.
  • the first controller 241 outputs a first control signal S1 to the first main switch 110.
  • step 700 the controller 340 determines whether a first diagnostic message is received from the controller 240. If the value of step 700 is "YES”, step 710 proceeds. If the value of step 700 is "NO”, step 730 proceeds.
  • the controller 340 determines whether a first value is included in a flag of the first diagnostic message.
  • the first value indicates that the main battery 21 is overcharged. If the value of step 710 is "NO”, step 720 proceeds. If the value of step 720 is "YES”, step 740 proceeds.
  • the controller 340 outputs the second control signal S2.
  • the second control signal S2 signals for inducing the second main switch 120 to the turned on state.
  • step 730 the controller 340 determines whether a second diagnostic message is received from the controller 240. If the value of step 730 is "YES", step 740 proceeds.
  • the controller 340 outputs the second control signal S2 and the third control signal S3.
  • the third control signal S3 signals for inducing the sub switch 130 to the turned on state.
  • the parallel connection to the main battery 21 is performed.
  • the sub-battery 22 installed so as to enable power supply to the electric load.
  • the sub battery 22 may be charged using the main battery 21 while the sub battery 22 supplies power to the electric load.

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Abstract

메인 배터리 및 서브 배터리를 제어하기 위한 장치, 배터리 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 장치는, 상기 메인 배터리와 부하 사이에 연결 가능한 제1 메인 스위치; 상기 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결 가능한 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결 가능한 서브 스위치; 메인 배터리 관리 시스템; 및 서브 배터리 관리 시스템을 포함한다. 상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송한다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도한다.

Description

메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치, 배터리 시스템 및 방법
본 발명은 메인 배터리와 서브 배터리 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 전기 부하에 전원을 공급하기 위한 장치, 배터리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 5월 15일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0055610호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리 관리 시스템은, 배터리에 전기적으로 연결되고, 배터리의 전기적 특성값(예, 전압, 전류 및 온도)를 측정하고, 측정된 전기적 특성값을 기초로 배터리를 제어하도록 구성된다.
배터리의 충전 또는 방전 중 다양한 원인으로 인하여 고장(예, 과충전, 과방전, 과열)이 발생된 경우, 배터리 관리 시스템은 배터리를 보호하기 위해 배터리와 전기 부하 사이의 전기적인 연결을 차단한다. 그러나, 배터리와 전기 부하 사이의 전기적인 연결이 갑자기 차단되면, 전기 부하의 동작이 불가능하여 사고(예, 전기 자동차의 급정지)가 발생할 위험이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 메인 배터리에 병렬 연결 가능하도록 설치된 서브 배터리를 이용하여, 메인 배터리에 고장이 발생된 경우에도 전기 부하에게 전원이 공급되도록 하는 장치, 배터리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 메인 배터리 및 서브 배터리를 제어하기 위한 장치는, 상기 메인 배터리와 부하 사이에 연결 가능한 제1 메인 스위치; 상기 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결 가능한 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결 가능한 서브 스위치; 상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되는 메인 배터리 관리 시스템; 및 상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템을 포함한다. 상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고,상기 제1 메인 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성된다. 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가진다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된다.
상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타낼 수 있다.
상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고, 상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타낼 수 있다.
상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 고장이 해소되는 경우, 상기 제1 진단 메시지의 전송을 중단하고 상기 제1 메인 스위치에게 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 진단 메시지의 전송이 중단되는 경우, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단할 수 있다.
상기 메인 배터리 관리 시스템은, 상기 메인 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 기초로, 상기 메인 배터리의 고장 여부를 검출하도록 구성되는 제1 컨트롤러; 및 상기 제1 컨트롤러에 동작 가능하게 결합되고, 상기 제1 컨트롤러가 오동작 중인 것으로 판정되는 경우, 제2 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 컨트롤러를 슬립 상태로 전환하도록 구성되는 제2 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 서브 배터리 관리 시스템은, 상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 시스템은, 상기 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 방법은, 메인 배터리와 부하 사이에 연결되는 제1 메인 스위치; 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결되는 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결되는 서브 스위치; 상기 메인 배터리 및 상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되고, 상기 메인 배터리의 고장을 검출하도록 구성되는 메인 배터리 관리 시스템; 및 상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템을 이용하여, 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리를 제어하기 위한 것이다. 상기 방법은, 상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고, 상기 제1 메인 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하되, 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가지는 단계; 및 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 방법은, 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타낸다.
상기 방법은, 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고, 상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타낸다.
상기 방법은, 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리 관리 시스템으로부터의 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 진단 메시지는, 상기 메인 배터리 관리 시스템이 오동작 중임을 나타낸다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 메인 배터리에 고장이 발생된 경우 또는 메인 배터리를 위한 배터리 관리 시스템이 오동작하는 경우, 메인 배터리에 병렬 연결 가능하도록 설치된 서브 배터리를 이용하여, 전기 부하에게 전원을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 서브 배터리가 전기 부하에게 전원을 공급하는 동안, 메인 배터리를 이용하여 서브 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 메인 배터리의 고장이 검출되지 않은 경우에 제어 장치에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 도 1의 메인 배터리의 고장이 검출된 경우에 제어 장치에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1의 제1 컨트롤러가 오동작 중인 경우에 제어 장치에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 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 해석되어야 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 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(10)의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(10)은, 제1 전원 단자(11), 제2 전원 단자(12), 메인 배터리(21), 서브 배터리(22) 및 제어 장치(100)를 포함한다. 배터리 시스템(10)은, 제1 전원 단자(11) 및 제2 전원 단자(12)를 통해 전기 부하(예, 전기 자동차의 전기 모터)에 전원을 공급하기 위한 것이다.
메인 배터리(21)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 서브 배터리(22)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)에 포함된 각 배터리 셀은, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 또는 니켈 아연 전지와 같이 재충전 가능한 배터리일 수 있다. 메인 배터리(21)의 음극 단자와 서브 배터리(22)의 음극 단자는, 전도체(예, 버스바, 전기 케이블)를 통해 제2 전원 단자(12)에 공통 연결된다. 메인 배터리(21)의 출력 전압은 서브 배터리(22)의 출력 전압보다 높을 수 있다.
제어 장치(100)는, 제1 메인 스위치(110), 제2 메인 스위치(120), 서브 스위치(130), 메인 배터리 관리 시스템(200)(이하, MBMS라고 칭함) 및 서브 배터리 관리 시스템(300)(이하, SBMS라고 칭함)을 포함한다.
제1 메인 스위치(110)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제1 메인 스위치(110)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 형성된다. 제1 메인 스위치(110)가 턴 오프 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 차단된다.
제2 메인 스위치(120)는, 서브 배터리(22)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 제2 메인 스위치(120)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 서브 배터리(22)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 형성된다. 제2 메인 스위치(120)가 턴 오프 상태를 가지는 동안, 서브 배터리(22)의 양극 단자와 제1 전원 단자(11) 간의 전류 경로가 차단된다.
서브 스위치(130)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 사이에 연결 가능하도록 제공된다. 서브 스위치(130)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 간의 전류 경로가 형성된다. 즉, 서브 스위치(130)가 턴 온 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)가 병렬 연결된다. 서브 스위치(130)가 턴 오프 상태를 가지는 동안, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 간의 전류 경로가 차단된다. 제어 장치(100)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자와 서브 배터리(22)의 양극 단자 사이에서 서브 스위치(130)에 직렬 연결되는 다이오드(140)를 더 포함할 수 있다. 다이오드(140)의 애노드는 메인 배터리(21)의 양극 단자 측에 연결되고, 다이오드(140)의 캐소드는 서브 배터리(22)의 양극 단자 측에 연결될 수 있다. 이에 따라, 메인 배터리(21)의 양극 단자로부터 서브 배터리(22)의 양극 단자로의 전류의 흐름이 허용되는 반면, 서브 배터리(22)의 양극 단자로부터 메인 배터리(21)의 양극 단자로의 전류의 흐름은 차단된다.
MBMS(200)는, 전압 센서(210), 전류 센서(220), 온도 센서(230) 및 제어부(240)를 포함한다. 전압 센서(210)는, 메인 배터리(21)의 전압을 측정하도록 구성된다. 전류 센서(220)는, 메인 배터리(21)를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된다. 온도 센서(230)는, 메인 배터리(21)의 온도를 측정하도록 구성된다.
제어부(240)는, 제1 메인 스위치(110) 및 SBMS(300)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(240)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(240)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 제어부(240)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.
제어부(240)는, 제1 컨트롤러(241) 및 제2 컨트롤러(242)를 포함한다. 제1 컨트롤러(241)는, 전압 센서(210), 전류 센서(220) 및 온도 센서(230)에 동작 가능하게 결합된다. 제1 컨트롤러(241)는, 전압 센서(210), 전류 센서(220) 및 온도 센서(230)에 의해 측정되는 전압, 전류 및 온도를 기초로 메인 배터리(21)의 고장(예, 과충전, 과방전, 과열)을 검출하고, 메인 배터리(21)를 제어하도록 구성된다. 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)에 동작 가능하게 결합되고, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인지 여부를 판정하도록 구성된다. 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)에게 확인 신호를 주기적으로 전송할 수 있다. 제1 컨트롤러(241)는, 확인 신호에 응답하여 응답 신호를 제2 컨트롤러(242)에게 전송할 수 있다. 제2 컨트롤러(242)는, 확인 신호를 전송한 시점으로부터 소정 시간 내에 제1 컨트롤러(241)로부터의 응답 신호가 수신되는 경우, 제1 컨트롤러(241)가 정상 동작 중인 것으로 판정할 수 있다. 반면, 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)에게 확인 신호를 전송한 시점으로부터 소정 시간 내에 제1 컨트롤러(241)로부터의 응답 신호가 수신되지 않는 경우, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인 것으로 판정할 수 있다.
SBMS(300)는, 전압 센서(310), 전류 센서(320), 온도 센서(330) 및 제어부(340)를 포함한다. 전압 센서(310)는, 서브 배터리(22)의 전압을 측정하도록 구성된다. 전류 센서(320)는, 서브 배터리(22)를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된다. 온도 센서(330)는, 서브 배터리(22)의 온도를 측정하도록 구성된다.
제어부(340)는, 제어부(240), 제1 메인 스위치(110), 제2 메인 스위치(120), 서브 스위치(130), 전압 센서(310), 전류 센서(320) 및 온도 센서(330)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(340)는, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(340)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 제어부(240)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다. 제어부(340)는, 전압 센서(310), 전류 센서(320) 및 온도 센서(330)에 의해 측정되는 전압, 전류 및 온도를 기초로 서브 배터리(22)의 고장(예, 과충전, 과방전, 과열)을 검출하고, 서브 배터리(22)를 제어하도록 구성된다.
도 2는 도 1의 메인 배터리(21)의 고장이 검출되지 않은 경우에 제어 장치(100)에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2를 참조하면, MBMS(200)는 메인 배터리(21)의 고장이 검출되지 않은 경우, 제1 메인 스위치(110)에게 제1 제어 신호(S1)를 출력한다. 제1 제어 신호(S1)는, 제1 메인 스위치(110)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다. 즉, 제1 메인 스위치(110)는, 제1 제어 신호(S1)에 응답하여, 턴 온 상태로 된다.
SBMS(300)는, MBMS(200)로부터 후술할 제1 진단 메시지 또는 제2 진단 메시지가 전송되지 않는 경우, 슬립 모드에서 동작한다. SBMS(300)는, MBMS(200)로부터 제1 진단 메시지 또는 제2 진단 메시지를 수신한 것에 응답하여, 웨이크업된다. SBMS(300)는, 슬립 모드에서 제2 제어 신호(S2) 및 제3 제어 신호(S3)의 출력을 중단한다. 제2 제어 신호(S2)는, 제2 메인 스위치(120)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다. 제3 제어 신호(S3)는, 서브 스위치(130)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다.
결과적으로, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되지 않은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 메인 스위치(110)는 턴 온 상태로 되는 반면, 제2 메인 스위치(120)와 서브 스위치(130)는 모두 턴 오프 상태로 됨으로써, 메인 배터리(21)가 전기 부하에게 전원을 공급하게 된다.
도 3은 도 1의 메인 배터리(21)의 고장이 검출된 경우에 제어 장치(100)에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3을 참조하면, MBMS(200)는 제1 컨트롤러(241)에 의해 메인 배터리(21)의 고장이 검출되는 경우, SBMS(300)에게 제1 진단 메시지를 전송하고, 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다. 제1 진단 메시지는, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되었음을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 진단 메시지는, 메인 배터리(21)로부터 검출된 고장의 종류를 나타내는 플래그를 포함한다. 플래그는, 제1 값, 제2 값 및 제3 값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 값은 메인 배터리(21)가 과충전되었음을 나타내고, 제2 값은 메인 배터리(21)가 과방전되었음을 나타내며, 제3 값은 메인 배터리(21)가 과열되었음을 나타낼 수 있다.
SBMS(300)는, MBMS(200)로부터의 제1 진단 메시지에 응답하여 웨이크업된 다음, 제2 메인 스위치(120)에게 제2 제어 신호(S2)를 출력한다. SBMS(300)는, 플래그에 제1 값이 포함되어 있는지 여부에 따라, 서브 스위치(130)에게 제3 제어 신호(S3)를 선택적으로 출력할 수 있다. 즉, SBMS(300)는, 제2 값 및 제3 값 중 적어도 하나가 제1 진단 메시지의 플래그에 포함된 경우에는, 서브 스위치(130)를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 제3 제어 신호(S3)의 출력을 중단하는 반면, 제1 값만이 플래그에 포함된 경우에는 서브 스위치(130)를 턴 온 상태로 유도하기 위해 제3 제어 신호(S3)를 출력할 수 있다.
결과적으로, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되는 경우, 고장의 종류와는 무관하게, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 메인 스위치(110)는 턴 오프 상태로 되고 제2 메인 스위치(120)는 턴 온 상태로 됨으로써, 메인 배터리(21)를 대신하여 서브 배터리(22)가 전기 부하에게 전원을 공급하게 된다. 또한, 메인 배터리(21)의 과방전 및 과열이 검출되지 않고 메인 배터리(21)의 과충전이 검출된 경우에는, 서브 스위치(130)가 턴 온 상태로 된다. 이에 따라, 과충전된 메인 배터리(21)의 전기 에너지를 이용하여 서브 배터리(22)를 충전할 수 있다.
MBMS(200)는, 메인 배터리(21)의 고장이 해소되는 경우, 제1 진단 메시지의 전송을 중단하고, 제1 제어 신호(S1)를 출력할 수 있다. 구체적으로, MBMS(200)는, SBMS(300)에게 제1 진단 메시지를 전송하는 중에 메인 배터리(21)의 전압, 전류, 충전 상태 및 온도가 모두 정상 범위가 되면, 더 이상 제1 진단 메시지를 SBMS(300)에게 전송하지 않는다. MBMS(200)는, 암페어 카운팅 법 등을 이용하여, 전류 센서(220)에 의해 측정된 전류 값을 적산하여 메인 배터리(21)의 충전 상태를 산출할 수 있다. SBMS(300)는, MBMS(200)로부터의 제1 진단 메시지가 수신되지 않으면, 메인 배터리(21)의 고장이 해소된 것으로 판정하여, 제2 제어 신호(S2)의 출력을 중단할 수 있다.
도 4는 도 1의 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인 경우에 제어 장치(100)에 의해 실행되는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인 것으로 제2 컨트롤러(242)에 의해 판정되는 경우, 제2 컨트롤러(242)는 SBMS(300)에게 제2 진단 메시지를 전송하고, 제1 컨트롤러(241)에 슬립 모드 전환 신호를 전송하여 제1 컨트롤러(241)를 슬립 상태로 전환한다. 제2 진단 메시지는, MBMS(200)가 오동작 중임을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 컨트롤러(241)는, 슬립 상태에서 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다.
SBMS(300)는, 제2 진단 메시지에 응답하여, 제2 메인 스위치(120)에게 제2 제어 신호(S2)를 출력한다. 선택적으로, SBMS(300)는, 제2 진단 메시지에 응답하여, 서브 스위치(130)에게 제3 제어 신호(S3)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 메인 스위치(110)는 턴 오프 상태로 되고 제2 메인 스위치(120)는 턴 온 상태로 됨으로써, 메인 배터리(21)를 대신하여 서브 배터리(22)가 전기 부하에게 전원을 공급하게 된다.
한편, 서브 스위치(130)에게 제3 제어 신호(S3)가 출력되는 동안, SBMS(300)는 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류를 비교할 수 있다. 구체적으로, 제3 제어 신호(S3)에 의해 서브 스위치(130)가 턴 온 상태를 가지는 경우, 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)는 병렬 연결되므로, 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류는 서로 방향이 반대이면서 동일한 크기를 가져야 한다. 만약, 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류의 방향이 서로 동일한 경우, 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류 간의 차이가 미리 정해진 임계값(예, 0.5A)보다 큰 경우 또는 전류 센서(220)에 의해 측정되는 전류와 전류 센서(320)에 의해 측정되는 전류 간의 비율이 미리 정해진 임계 범위(예, 0.9 이상 1.1 이하)를 벗어나는 경우, SBMS(300)는 전류 센서(220) 및 전류 센서(320) 중 적어도 하나가 고장인 것으로 판정할 수 있다. SBMS(300)는 전류 센서(220) 및 전류 센서(320) 중 적어도 하나가 고장으로 판정된 경우, SBMS(300)와 통신 채널을 통해 연결된 외부 디바이스(예, 전기 자동차의 ECU)에게 전류 센서(220) 및 전류 센서(320) 중 적어도 하나가 고장임을 알리는 신호를 출력할 수 있다. 통신 채널은 전기 자동차에 구비된 CAN 통신 네트워크일 수 있다. 또한, SBMS(300)는 통신 채널과 연결된 통신 인터페이스를 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템(10)의 예시적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 1과 비교할 때, 다이오드(140) 및 서브 스위치(130)가 DC-DC 컨버터(160)로 대체된다는 점에서만 상이하다. 따라서, 나머지 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하고, 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
DC-DC 컨버터(160)의 입력 단자(IN)는, 메인 배터리(21)의 양극 단자에 연결된다. DC-DC 컨버터(160)의 출력 단자(OUT)는, 서브 배터리(22)의 양극 단자에 연결된다.
DC-DC 컨버터(160)는, 제3 제어 신호(S3)에 응답하여, 입력 단자(IN)에 인가되는 메인 배터리(21)로부터의 입력 전압을 이용하여 미리 정해진 출력 전압을 생성한다. 출력 전압은 출력 단자(OUT)을 통해 서브 배터리(22)에게 인가됨으로써, 서브 배터리(22)의 충전이 이루어진다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 메인 배터리(21)와 서브 배터리(22)를 제어하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 6에 도시된 순서도는 MBMS(200)의 제어부(240)에 의해 실행되는 방법을 보여주고, 도 7에 도시된 순서도는 SBMS(300)의 제어부(340)에 의해 실행되는 방법을 보여준다.
도 6을 참조하면, 단계 600에서, 제1 컨트롤러(241)는, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되었는지 여부를 판정한다. 만약, 단계 600의 값이 "YES"인 경우, 단계 610이 진행된다. 만약, 단계 600의 값이 "NO"인 경우, 단계 620이 진행된다.
단계 610에서, 제1 컨트롤러(241)는, 제1 진단 메시지를 SBMS(300)에게 전송하고 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다. 제1 진단 메시지는, 메인 배터리(21)의 고장이 검출되었음을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 진단 메시지는, 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가진다. 제1 제어 신호(S1)는, 제1 메인 스위치(110)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호이다.
단계 620에서, 제2 컨트롤러(242)는, 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중인지 여부를 판정한다. 만약, 단계 620의 값이 "YES"인 경우, 단계 630이 진행된다. 만약, 단계 620의 값이 "NO"인 경우, 단계 640이 진행된다.
단계 630에서, 제2 컨트롤러(242)는, 제2 진단 메시지를 SBMS(300)에게 전송하고 제1 컨트롤러(241)를 슬립 상태로 전환한다. 제2 진단 메시지는, MBMS(200)의 제1 컨트롤러(241)가 오동작 중임을 SBMS(300)에게 알리기 위한 메시지이다. 제1 컨트롤러(241)는, 슬립 상태에서 제1 제어 신호(S1)의 출력을 중단한다.
단계 640에서, 제1 컨트롤러(241)는, 제1 메인 스위치(110)에게 제1 제어 신호(S1)를 출력한다.
도 7을 참조하면, 단계 700에서, 제어부(340)는, 제어부(240)로부터 제1 진단 메시지가 수신되었는지 여부를 판정한다. 만약, 단계 700의 값이 "YES"인 경우, 단계 710이 진행된다. 만약, 단계 700의 값이 "NO"인 경우, 단계 730이 진행된다.
단계 710에서, 제어부(340)는, 제1 진단 메시지의 플래그에 제1 값이 포함되었는지 여부를 판정한다. 제1 값은, 메인 배터리(21)가 과충전되었음을 나타낸다. 만약, 단계 710의 값이 "NO"인 경우, 단계 720이 진행된다. 만약, 단계 720의 값이 "YES"인 경우, 단계 740이 진행된다.
단계 720에서, 제어부(340)는, 제2 제어 신호(S2)를 출력한다. 제2 제어 신호(S2)는, 제2 메인 스위치(120)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호한다.
단계 730에서, 제어부(340)는, 제어부(240)로부터 제2 진단 메시지가 수신되었는지 여부를 판정한다. 만약, 단계 730의 값이 "YES"인 경우, 단계 740이 진행된다.
단계 740에서, 제어부(340)는, 제2 제어 신호(S2) 및 제3 제어 신호(S3)를 출력한다. 제3 제어 신호(S3)는, 서브 스위치(130)를 턴 온 상태로 유도하기 위한 신호한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 메인 배터리(21)에 고장이 발생된 경우 또는 메인 배터리(21)를 위한 배터리 관리 시스템(200)이 오동작하는 경우, 메인 배터리(21)에 병렬 연결 가능하도록 설치된 서브 배터리(22)를 이용하여, 전기 부하에게 전원을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 서브 배터리(22)가 전기 부하에게 전원을 공급하는 동안, 메인 배터리(21)를 이용하여 서브 배터리(22)를 충전할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
<부호의 설명>
10: 배터리 시스템
11, 12: 전원 단자
21: 메인 배터리
22: 서브 배터리
100: 제어 장치
110: 제1 메인 스위치
120: 제2 메인 스위치
130: 서브 스위치
200: 메인 배터리 관리 시스템
300: 서브 배터리 관리 시스템

Claims (11)

  1. 메인 배터리 및 서브 배터리를 제어하기 위한 장치에 있어서,
    상기 메인 배터리와 부하 사이에 연결 가능한 제1 메인 스위치;
    상기 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결 가능한 제2 메인 스위치;
    상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결 가능한 서브 스위치;
    상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되는 메인 배터리 관리 시스템; 및
    상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템을 포함하고,
    상기 메인 배터리 관리 시스템은,
    상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고, 상기 제1 메인 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성되되, 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가지고,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성되되,
    상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타내는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성되되,
    상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고,
    상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타내는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 배터리 관리 시스템은,
    상기 메인 배터리의 고장이 해소되는 경우, 상기 제1 진단 메시지의 전송을 중단하고 상기 제1 메인 스위치에게 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되되,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제1 진단 메시지의 전송이 중단되는 경우, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 배터리 관리 시스템은,
    상기 메인 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나를 기초로, 상기 메인 배터리의 고장 여부를 검출하도록 구성되는 제1 컨트롤러; 및
    상기 제1 컨트롤러에 동작 가능하게 결합되고, 상기 제1 컨트롤러가 오동작 중인 것으로 판정되는 경우, 제2 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고 상기 제1 컨트롤러를 슬립 상태로 전환하도록 구성되는 제2 컨트롤러를 포함하고,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템은,
    상기 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치를 포함하는, 배터리 시스템.
  8. 메인 배터리와 부하 사이에 연결 가능한 제1 메인 스위치; 서브 배터리와 상기 부하 사이에 연결 가능한 제2 메인 스위치; 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리 사이에 연결 가능한 서브 스위치; 상기 메인 배터리 및 상기 제1 메인 스위치에 동작 가능하게 결합되고, 상기 메인 배터리의 고장을 검출하도록 구성되는 메인 배터리 관리 시스템; 및 상기 제2 메인 스위치 및 상기 서브 스위치에 동작 가능하게 결합되는 서브 배터리 관리 시스템을 이용하여, 상기 메인 배터리와 상기 서브 배터리를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리의 고장이 검출되는 경우, 제1 진단 메시지를 상기 서브 배터리 관리 시스템에게 전송하고,상기 제1 메인 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 제1 메인 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하되, 상기 제1 진단 메시지는 상기 검출된 고장의 종류를 나타내는 적어도 하나의 값을 포함하는 플래그를 가지는 단계; 및
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 제1 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 제2 메인 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제1 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 온 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호를 출력하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제1 값은, 상기 메인 배터리가 과충전되었음을 나타내는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 플래그에 제2 값 또는 제3 값이 포함된 경우, 상기 서브 스위치를 턴 오프 상태로 유도하기 위해 상기 서브 스위치에게 제3 제어 신호의 출력을 중단하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제2 값은, 상기 메인 배터리가 과방전되었음을 나타내고,
    상기 제3 값은, 상기 메인 배터리가 과열되었음을 나타내는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 메인 배터리 관리 시스템으로부터의 제2 진단 메시지에 응답하여, 상기 제2 메인 스위치에게 상기 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제2 진단 메시지는, 상기 메인 배터리 관리 시스템이 오동작 중임을 나타내는, 방법.
PCT/KR2019/001883 2018-05-15 2019-02-15 메인 배터리와 서브 배터리를 제어하기 위한 장치, 배터리 시스템 및 방법 WO2019221368A1 (ko)

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