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KR102674951B1 - 광 신호를 이용하여 배터리 셀을 관리하기 위한 데이터를 송수신하는 배터리 관리 시스템 - Google Patents

광 신호를 이용하여 배터리 셀을 관리하기 위한 데이터를 송수신하는 배터리 관리 시스템 Download PDF

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KR102674951B1
KR102674951B1 KR1020180007851A KR20180007851A KR102674951B1 KR 102674951 B1 KR102674951 B1 KR 102674951B1 KR 1020180007851 A KR1020180007851 A KR 1020180007851A KR 20180007851 A KR20180007851 A KR 20180007851A KR 102674951 B1 KR102674951 B1 KR 102674951B1
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KR
South Korea
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optical signal
battery
slave
slave device
sub
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KR1020180007851A
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KR20190089401A (ko
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페트라키브스키 올레그
코미크 세르히
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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Priority to US16/025,044 priority patent/US11069923B2/en
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Abstract

일실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 마스터 디바이스, 배터리 팩들 각각에 대응하는 서브-마스터 디바이스 및 배터리 셀들 각각에 대응하는 슬레이브 디바이스를 이용하여 배터리를 관리할 수 있다. 마스터 디바이스에서 서브-마스터 디바이스를 거쳐 슬레이브 디바이스로 전송되는 데이터는 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 메시지를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스에서 서브-마스터 디바이스를 거쳐 마스터 디바이스로 전송되는 데이터는 슬레이브 디바이스에서 획득된 배터리 셀과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 마스터 디바이스 및 복수의 서브-마스터 디바이스는 전기 신호를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 배터리 팩에서, 서브-마스터 디바이스 및 복수의 슬레이브 디바이스는 광 신호를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.

Description

광 신호를 이용하여 배터리 셀을 관리하기 위한 데이터를 송수신하는 배터리 관리 시스템{A BATTERY MANAGEMENT SYSTEM TRANSMITTING AND RECEIVING DATA TO MANAGE BATTERY CELL USING OPTICAL SIGNAL}
본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
복수의 배터리 셀이 하나의 배터리 팩에 포함될 수 있다. 복수의 배터리 팩이 하나의 장치(예를 들어, 전기 자동차)에 전력을 공급하는 배터리로 작동할 수 있다. 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 복수의 배터리 셀을 효율적으로 운영하기 위하여, 복수의 배터리 셀의 상태를 모니터링할 수 있다. 복수의 배터리 팩의 복수의 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위하여, 배터리 관리 시스템은 데이터 버스를 이용하여 복수의 배터리 셀의 정보를 수집할 수 있다. 복수의 배터리 셀 각각의 정보는 버스 토폴로지에 기초한 데이터 버스를 통하여 전달될 수 있다.
일실시예에 따르면, 복수의 배터리 팩과 관련된 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 복수의 배터리 팩을 제어하는 마스터 디바이스, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대응하는 복수의 서브-마스터 디바이스 및 상기 복수의 배터리 팩 각각에 포함된 복수의 배터리 셀 각각에 대응하는 복수의 슬레이브 디바이스를 포함하고, 상기 복수의 슬레이브 디바이스는, 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 복수의 서브-마스터 디바이스 중 어느 하나와 광 신호를 이용하여 통신하는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 광 신호는, 상기 복수의 배터리 팩 각각에서, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 점진적으로 전달되는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 슬레이브 디바이스는, 상기 광 신호를 이용하여 다른 슬레이브 디바이스 또는 서브-마스터 디바이스와 통신하는 광 신호 트랜시버, 상기 복수의 슬레이브 디바이스 각각에 대응하는 배터리 셀의 온도 또는 전압을 측정하는 센서, 상기 복수의 배터리 셀에 충전된 전하량의 균형을 조절하는 셀 밸런스 조절기 및 상기 광 신호 트랜시버에서 수신된 광 신호에 포함된 제어 메시지에 기초하여 상기 셀 밸런스 조절기 또는 상기 센서를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는, 상기 광 신호 트랜시버로부터 광 신호를 수신하는 경우, 상기 수신한 광 신호에 포함된 제어 메시지들 중에서, 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 분할하고, 상기 광 신호 트랜시버를 통해, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 어느 하나로, 상기 제어 메시지들 중에서 상기 분할된 제어 메시지를 제외한 나머지 제어 메시지를 출력하는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는, 상기 광 신호 트랜시버를 통해, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 어느 하나로, 상기 센서에서 측정된 상기 온도 또는 전압에 대한 정보를 출력하는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는, 상기 광 신호 트랜시버로부터 광 신호를 수신하는 경우, 상기 수신한 광 신호에 포함된 정보에 상기 센서에서 측정된 상기 온도 또는 전압이 포함된 정보를 결합하고, 상기 광 신호 트랜시버를 통해 상기 결합된 정보를 출력하는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 서브-마스터 디바이스는, 상기 마스터 디바이스로부터 수신한 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대응하는 복수의 제어 메시지 중에서, 상기 복수의 서브-마스터 디바이스 각각에 대응하는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들과 관련된 제어 메시지들을 추출하고, 상기 복수의 서브-마스터 디바이스 각각에 대응하는 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 상기 추출된 제어 메시지들을 결합하고, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 결정되는 첫번째 슬레이브 디바이스로, 상기 결합된 제어 메시지에 기초하여 생성된 광 신호를 출력하는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 서브-마스터 디바이스는, 상기 추출된 제어 메시지들 중에서, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 결정되는 마지막 슬레이브 디바이스에 대응하는 제어 메시지에, 미리 설정된 플래그를 결합하고, 상기 플래그는, 제어 메시지를 수신하는 슬레이브 디바이스가 상기 마지막 슬레이브 디바이스임을 식별하는데 이용되는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 마스터 디바이스 및 상기 복수의 서브-마스터 디바이스는, 상기 복수의 배터리 셀 각각에 대응하는 제어 메시지 또는 상기 복수의 배터리 셀 각각의 정보를 포함하는 전기 신호가 전송되는 와이어 인터페이스를 통해 연결된 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 슬레이브 디바이스는, 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 따라 배치되는 배터리 관리 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 배터리 셀에 대응하는 슬레이브 디바이스가 수행하는 배터리 관리 방법에 있어서, 광 신호를 수신하는 단계, 상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하는지 결정하는 단계, 상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하는지 여부에 기초하여, 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 배터리 셀이 포함된 배터리 팩에 대응하는 서브-마스터 디바이스로 전송할 데이터를 생성하는 단계 및 광-전 변환을 이용하여 상기 생성된 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 수신하는 단계는, 상기 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 서브-마스터 디바이스를 향해 배열된 광 신호 수신기로부터 상기 광 신호를 수신하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 생성하는 단계는, 상기 수신한 광 신호가 복수의 제어 메시지를 포함하는 경우, 상기 복수의 제어 메시지 중에서 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 분할하는 단계 및 상기 분할된 제어 메시지를 제외한 나머지 제어 메시지에 기초하여, 상기 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 서브-마스터 디바이스로 전송할 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하는 경우, 상기 제어 메시지에 기초하여 상기 배터리 셀을 제어하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 생성하는 단계는, 상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하지 않는 경우, 상기 수신한 광 신호에 포함된 정보에 상기 배터리 셀로부터 획득한 정보를 결합하는 단계 및 상기 결합된 정보에 기초하여, 상기 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 서브-마스터 디바이스로 전송할 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리 셀로부터 획득한 정보는, 상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 셀의 전압 및 상기 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀의 셀 밸런싱(cell balancing) 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 출력하는 단계는, 상기 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 서브-마스터 디바이스를 향해 배열된 광 신호 송신기를 이용하여 상기 생성된 데이터를 출력하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 배터리 팩에 대응하는 서브-마스터 디바이스가 수행하는 배터리 관리 방법에 있어서, 와이어 인터페이스를 통해 연결된 마스터 디바이스로부터, 상기 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들과 관련된 제어 메시지들을 수신하는 단계, 상기 수신된 제어 메시지들을, 상기 배터리 셀들 각각을 제어하는 복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 순서에 따라 결합하는 단계 및 상기 결합된 제어 메시지들을 포함하는 광 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 슬레이브 디바이스는, 광 신호를 이용하여 서로 통신하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 순서에 기초하여, 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중에서 첫번째 슬레이브 디바이스로 상기 생성된 광 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 배터리 관리 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 결합된 제어 메시지들은, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 순서에 기초하여, 상기 복수의 슬레이브 디바이스로 순차적으로 전달되는 배터리 관리 방법이 제공된다.
도 1은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 서브-마스터 디바이스 및 슬레이브 디바이스들이 배터리 팩에서 배열된 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 포함된 디바이스들의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 배터리 관리 시스템에서 마스터 디바이스에서 생성된 제어 메시지가 슬레이브 디바이스로 전송되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 배터리 관리 시스템에서 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N에서 획득된 정보가 마스터 디바이스로 전송되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 슬레이브 디바이스가 수행하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 서브-마스터 디바이스가 마스터 디바이스로부터 수신한 제어 메시지를 슬레이브 디바이스로 전달하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 서브-마스터 디바이스가 슬레이브 디바이스로부터 수신한 정보를 마스터 디바이스로 전달하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시예들은 퍼스널 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰, 텔레비전, 스마트 가전 기기, 지능형 자동차, 키오스크, 웨어러블 장치 등 다양한 형태의 제품으로 구현될 수 있다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
전기 자동차, ESS(Energy Storage System) 등 전기 에너지를 사용하는 장치는 전력을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는 충전에 의해 전력을 저장하는 축전기 또는 2차 전지인 배터리 셀을 하나 이상 포함할 수 있다. 배터리 셀은 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer), 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd) 및 니켈 수소 축전지(NiMH) 중 어느 하나일 수 있다. 배터리 팩은 복수의 배터리 셀의 그룹으로써, 배터리는 복수의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 도 1의 예시에서, 배터리는 배터리 팩 1(101)부터 배터리 팩 M(102)까지 M개의 배터리 팩을 포함하는 것으로 가정한다. 또한, 각각의 배터리 팩은 N개의 배터리 셀을 포함하는 것으로 가정한다. 따라서, 도 1의 배터리는 총 M × N 개의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
전기 에너지를 사용하는 장치 중 일부는(예를 들어, 전기 자동차) 상대적으로 높은 전압의 전기 에너지를 사용할 수 있다. 높은 전압의 전기 에너지를 출력하기 위하여, 복수의 배터리 셀이 배터리 팩 안에서 직렬로 연결될 수 있고, 복수의 배터리 팩 또한 직렬로 연결될 수 있다. 도 1을 참고하면, 배터리 팩 1(101)에 포함된 N개의 배터리 셀(103)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 팩 1(101)의 전기 에너지가 출력되는 출력 단자(104, 105) 사이의 전압은 배터리 팩 1(101)에 포함된 N개의 배터리 셀(103)의 전압의 결합에 대응할 수 있다.
또한, 배터리 팩 1(101) 내지 배터리 팩 M(102)이 직렬로 연결될 수 있다. 도 1을 참고하면, 배터리 팩 1(101) 내지 배터리 팩 M(102)이 직렬로 연결됨으로써, 배터리 팩 1(101)의 음의 출력 단자(105) 및 배터리 팩 M(102)의 양의 출력 단자(106)가 배터리의 외부의 장치에 연결될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 M(102)의 양의 출력 단자(106) 및 배터리 팩 1(101)의 음의 출력 단자(105) 사이의 전압(즉, 배터리 팩 1(101) 내지 배터리 팩 M(102) 각각의 전압의 결합)이 배터리가 출력하는 전압에 대응할 수 있다. 배터리 팩 1(101) 내지 배터리 팩 M(102) 모두의 전압이 결합됨으로써, 배터리는 상대적으로 높은 전압의 전기 에너지를 출력할 수 있다.
배터리 관리 시스템은 상기 배터리를 관리하는 하나 이상의 디바이스들을 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템은 재충전할 수 있는 배터리를 관리하는 시스템이다. 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀이 배터리 팩을 이용하여 그룹핑되므로, 배터리 관리 시스템은 배터리 팩을 이용하여 복수의 배터리 셀을 관리할 수 있다.
보다 구체적으로, 배터리 관리 시스템은 배터리를 제어하는 마스터 디바이스(120)를 포함할 수 있다. 마스터 디바이스(120)는 배터리 관리 시스템 당 1개씩 배치될 수 있다. 배터리에 포함된 복수의 배터리 셀이 배터리 팩을 이용하여 그룹핑되므로, 마스터 디바이스(120)는 복수의 배터리 팩을 제어함으로써, 배터리를 제어할 수 있다. 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 팩 각각에 대응하고, 대응하는 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀을 제어하는 복수의 서브-마스터 디바이스를 포함할 수 있다. 도 1을 참고하면, 배터리 관리 시스템은 배터리 팩 1(101) 내지 배터리 팩 M(102) 각각에 대응하는 서브-마스터 디바이스 1(110) 내지 서브-마스터 디바이스 M(미도시)을 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 셀 각각에 대응하고, 대응하는 배터리 셀을 제어하는 복수의 슬레이브 디바이스를 포함할 수 있다. 도 1을 참고하면, 배터리 팩 1(101)에서, N개의 배터리 셀(103) 각각을 제어하는 N개의 슬레이브 디바이스들이 도시된다.
배터리 셀들은 배터리 팩 안에서 일렬로 배치될 수 있다. 슬레이브 디바이스들은 일렬로 배열된 배터리 셀들 각각에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 슬레이브 디바이스들은 배터리 셀들이 배열된 축을 따라 배치될 수 있다. 서브-마스터 디바이스는 일렬로 배열된 배터리 셀들의 일 측에 배치될 수 있다. 따라서, 서브-마스터 디바이스도 슬레이브 디바이스들이 배열된 축을 따라 배치될 수 있다. 바꾸어 말하면, 배터리 팩 안에서, 서브-마스터 디바이스 및 슬레이브 디바이스들은 동일한 축 상에 배치될 수 있다. 배터리 팩 안에서, 서브-마스터 디바이스 및 슬레이브 디바이스들은 광 신호를 이용하여 서로 통신할 수 있고, 광 신호는 상기 축을 따라 전송될 수 있다.
도 1을 참고하면, 배터리 팩 1(101)에 대응하는 복수의 슬레이브 디바이스들을, 서브-마스터 디바이스 1(110)과 가까이 배치된 순서대로 차례대로 슬레이브 디바이스 1-1, 슬레이브 디바이스 1-2, ... , 슬레이브 디바이스 1-N이라 한다. 마찬가지로, 배터리 팩 k에서, 서브-마스터 디바이스 k를 기준으로 m 번째 배터리 셀에 대응하는 슬레이브 디바이스를 슬레이브 디바이스 k-m이라 한다. 또한, 슬레이브 디바이스 k-m에 대응하는 배터리 셀을 배터리 셀 k-m이라 한다.
슬레이브 디바이스는 대응하는 배터리 셀로부터 전력을 공급받을 수 있다. 슬레이브 디바이스는 대응하는 배터리 셀의 상태와 관련된 정보를 획득할 수 있다. 슬레이브 디바이스가 획득하는 배터리 셀의 상태와 관련된 정보는, 예를 들어, 배터리 셀의 온도, 전압, 전류, 전력 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 획득된 정보를 포함하는 광 신호를 생성하여, 슬레이브 디바이스와 동일한 축 상에 배치된 서브-마스터 디바이스로 생성된 광 신호를 제공할 수 있다.
광 신호를 생성한 슬레이브 디바이스 및 서브-마스터 디바이스 사이에 하나 이상의 다른 슬레이브 디바이스가 존재하는 경우, 상기 광 신호는 하나 이상의 다른 슬레이브 디바이스에 순차적으로 전달된 다음, 상기 서브-마스터 디바이스로 전송될 수 있다. 상기 광 신호를 수신하는 다른 슬레이브 디바이스는, 상기 광 신호에 상기 다른 슬레이브 디바이스가 획득한 정보를 결합할 수 있다.
결국, 서브-마스터 디바이스에 전달되는 광 신호는 광 신호를 생성한 슬레이브 디바이스 및 광 신호를 생성한 슬레이브 디바이스 및 서브-마스터 디바이스 사이의 다른 슬레이브 디바이스에서 수집된 정보를 포함할 수 있다. 서브-마스터 디바이스는 상기 광 신호에 포함된 복수의 슬레이브 디바이스로부터 획득된 정보를 마스터 디바이스(120)로 전송할 수 있다.
마스터 디바이스(120) 및 복수의 서브-마스터 디바이스는 와이어 인터페이스(130)를 이용하여 서로 연결될 수 있다. 와이어 인터페이스(130)는 CAN(Controller Area Network)에 기초한 데이터 버스(CAN-bus) 일 수 있다. 마스터 디바이스(120)는 복수의 서브-마스터 디바이스 각각에서 상술한 방식으로 획득된 정보를 와이어 인터페이스(130)를 통해 수신할 수 있다. 상기 정보는 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 또한, 마스터 디바이스(120)는 배터리에서 출력되는 전류를 탐지할 수 있다. 예를 들어, 마스터 디바이스(120)는 배터리 팩 M(102)의 양의 출력 단자(106)에서 출력되는 전류의 크기를 측정할 수 있다.
마스터 디바이스(120)는 배터리를 관리하기 위한 알고리즘을 실행함으로써, 획득된 정보로부터 배터리 셀들의 상태를 결정할 수 있다. 예를 들어, 마스터 디바이스(120)는 배터리 셀들 각각의 SoC(State of Charge), SoH(State of Health)를 결정할 수 있다. 더 나아가서, 마스터 디바이스(120)는 배터리 셀 각각의 충전 또는 방전을 제어하는 제어 메시지를 생성할 수 있다. 마스터 디바이스(120)는 배터리 셀 각각에 충전된 전하량을 일치시키는 셀 밸런스 제어(cell balancing control)를 수행하기 위하여, 제어 메시지를 생성할 수 있다. 마스터 디바이스(120)는 생성한 제어 메시지를 와이어 인터페이스(130)로 출력할 수 있다. 와이어 인터페이스(130)에서, 제어 메시지는 전기 신호의 형태로 마스터 디바이스(120)에 연결된 모든 서브-마스터 디바이스로 전송될 수 있다.
와이어 인터페이스(130)를 통해 제어 메시지를 수신한 복수의 서브-마스터 디바이스 각각은, 복수의 서브-마스터 디바이스 각각에 대응하는 배터리 팩과 관련된 제어 메시지(보다 구체적으로, 상기 배터리 팩에 포함된 배터리 셀과 관련된 제어 메시지)를 추출할 수 있다. 복수의 서브-마스터 디바이스 각각은 추출된 제어 메시지를 광 신호의 형태로 출력할 수 있다. 서브-마스터 디바이스가 복수의 제어 메시지를 전송하는 경우, 상기 광 신호는 복수의 제어 메시지의 결합에 기초하여 생성될 수 있다. 상기 광 신호는 서브-마스터 디바이스 및 슬레이브 디바이스들이 배열된 축 상에서, 서브-마스터 디바이스와 가장 가까운 슬레이브 디바이스에서 가장 먼 슬레이브 디바이스로 점진적으로 전송될 수 있다. 상기 광 신호를 수신하는 슬레이브 디바이스는 자신에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 수신한 광 신호로부터 분할할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 서브-마스터 디바이스(210) 및 슬레이브 디바이스들이 배터리 팩에서 배열된 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 배터리 팩 k에 포함된 N개의 배터리 셀이 도시된다. N개의 배터리 셀들은 동일한 형태를 가질 수 있고, 배터리 팩 k에서 일렬로 배열될 수 있다. N개의 배터리 셀들은 배열된 순서대로 직렬 연결되어, 상대적으로 높은 전압의 전기 에너지를 배터리 팩 k의 외부로 출력할 수 있다.
배터리 관리 시스템은 배터리 팩 k를 제어하는 서브-마스터 디바이스(210)를 포함할 수 있다. 서브-마스터 디바이스는 배터리 팩 k를 포함하는 복수의 배터리 팩을 제어하는 마스터 디바이스와 통신할 수 있다. 서브-마스터 디바이스는 N개의 배터리 셀들 각각을 제어하는 슬레이브 디바이스와 통신할 수 있다. N개의 배터리 셀들 각각을 제어하는 슬레이브 디바이스와 통신하기 위하여, 서브-마스터 디바이스는 광 신호 트랜시버(211)를 포함할 수 있다. 서브-마스터 디바이스는 마스터 디바이스 및 슬레이브 디바이스들 사이의 통신을 지원할 수 있다.
서브-마스터 디바이스(210)는 일렬로 배열된 배터리 셀 중에서 처음 또는 마지막 배터리 셀에 배치될 수 있다. 도 2를 참고하면, 서브-마스터 디바이스(210)가 배치된 배터리 셀을 배터리 셀 k-1이라 하고, 배터리 셀들을 배터리 셀 k-1에 인접한 순서대로 차례대로 배터리 셀 k-2, 배터리 셀 k-3, ... , 배터리 셀 k-N이라 한다. 배터리 셀 k-1 및 배터리 셀 k-N을 제외한 배터리 셀 k-2 내지 배터리 셀 k-N-1은 두 개의 배터리 셀과 인접할 수 있다.
배터리 관리 시스템은 N개의 배터리 셀 각각에 대응하는 N개의 슬레이브 디바이스들을 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스들 각각은 대응하는 배터리 셀에 배치될 수 있다. 도 2를 참고하면, 배터리 셀 k-1 내지 배터리 셀 k-N 각각에 대응하는 슬레이브 디바이스 k-1(221) 내지 슬레이브 디바이스 k-N(222)이 도시된다. 배터리 셀 k-1을 제어하는 슬레이브 디바이스 k-1(221)은 배터리 셀 k-1에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 배터리 셀 k-x를 제어하는 슬레이브 디바이스 k-x는 배터리 셀 k-x에 배치될 수 있다.
슬레이브 디바이스 k-1(221) 내지 슬레이브 디바이스 k-N(222)은 각각의 배터리 셀들에서, 동일한 면에 배치될 수 있다. 도 2를 참고하면, 슬레이브 디바이스 k-1(221) 내지 슬레이브 디바이스 k-N(222)은 배터리 셀 k-1 내지 배터리 셀 k-N 각각의 윗 면에 배치될 수 있다. 또한, 슬레이브 디바이스 k-1(221) 내지 슬레이브 디바이스 k-N(222)은 동일한 축을 따라 배치될 수 있다. 슬레이브 디바이스 k-1(221) 내지 슬레이브 디바이스 k-N(222)이 광 신호를 이용하여 통신하는 경우, 상기 광 신호는 슬레이브 디바이스 k-1(221) 내지 슬레이브 디바이스 k-N(222)가 배치된 축을 따라 전송될 수 있다. 복수의 슬레이브 디바이스들이 광 신호를 이용하여 통신하고, 미리 설정된 축을 따라 배치되면 서로 연결될 수 있기 때문에, 배터리가 상대적으로 낮은 비용으로 제작될 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 슬레이브 디바이스는 두 개 이상의 광 신호 트랜시버를 포함할 수 있다. 광 신호 트랜시버는 광 신호 송신기 및 광 신호 수신기를 포함할 수 있다. 광 신호 송신기는 LED(Light Emitting Diode)를 포함할 수 있고, 입력된 전기 신호로부터 미리 설정된 파장 대역(예를 들어, 적외선 파장 대역)의 광 신호를 생성할 수 있다. 광 신호 수신기는 PD(Photo Diode)를 포함할 수 있고, 수신한 미리 설정된 파장 대역(예를 들어, 적외선 파장 대역)의 광 신호를 전기 신호로 변경할 수 있다.
도 2를 참고하면, 슬레이브 디바이스 k-1(221) 내지 슬레이브 디바이스 k-N(222) 중에서, 임의의 슬레이브 디바이스 k-a(230) 및 슬레이브 디바이스 k-b(240)의 구조가 확대되어 도시된다(a, b는 자연수이고, 1≤a<b≤N을 만족함). 슬레이브 디바이스 k-a(230) 및 슬레이브 디바이스 k-b(240)는 서로 인접하여 배치된 것으로 가정한다. 슬레이브 디바이스 k-a(230)는 두 개의 광 신호 트랜시버(231, 232)를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스 k-b(240) 또한 두 개의 광 신호 트랜시버(241, 242)를 포함할 수 있다.
슬레이브 디바이스가 두 개의 광 신호 트랜시버를 포함하는 경우, 광 신호 트랜시버들 각각은 슬레이브 디바이스와 인접한 다른 슬레이브 디바이스의 광 신호 트랜시버를 향해 배치될 수 있다. 도 2를 참고하면, 슬레이브 디바이스 k-a(230)의 광 신호 트랜시버(232)는 슬레이브 디바이스 k-b(240)의 광 신호 트랜시버(241)를 향해 배치되고, 비록 도시되지 않았지만, 슬레이브 디바이스 k-a(230)의 광 신호 트랜시버(231)는 슬레이브 디바이스 k-a-1의 광 신호 트랜시버를 향해 배치될 수 있다. a=1인 경우, 슬레이브 디바이스 k-a(230)의 광 신호 트랜시버(231)는 서브-마스터 디바이스(210)의 광 신호 트랜시버(211)를 향해 배치될 수 있다. b=N인 경우, 슬레이브 디바이스 k-b(240)의 광 신호 트랜시버(242)는 어느 슬레이브 디바이스로 향하지 않을 수 있다.
특정 슬레이브 디바이스의 광 신호 트랜시버가 다른 슬레이브 디바이스의 광 신호 트랜시버를 향해 배치되는 경우, 광 신호 트랜시버들의 광 신호 송신기 및 광 신호 수신기가 서로 교차되어 배치될 수 있다. 도 2를 참고하면, 슬레이브 디바이스 k-a(230)의 광 신호 트랜시버(232)의 광 신호 송신기는 슬레이브 디바이스 k-b(240)의 광 신호 트랜시버(241)의 광 신호 수신기를 향해 배치될 수 있다. 마찬가지로, 슬레이브 디바이스 k-a(230)의 광 신호 트랜시버(232)의 광 신호 수신기는 슬레이브 디바이스 k-b(240)의 광 신호 트랜시버(241)의 광 신호 송신기를 향해 배치될 수 있다. a=1인 경우, 슬레이브 디바이스 k-a(230)의 광 신호 트랜시버(231)의 광 신호 송신기는 서브-마스터 디바이스(210)의 광 신호 트랜시버(211)의 광 신호 수신기를 향해 배치될 수 있다. 또한, 슬레이브 디바이스 k-a(230)의 광 신호 트랜시버(231)의 광 신호 수신기는 서브-마스터 디바이스(210)의 광 신호 트랜시버(211)의 광 신호 송신기를 향해 배치될 수 있다.
슬레이브 디바이스는 두 개의 광 신호 트랜시버를 이용하여 일 측의 슬레이브 디바이스로부터 수신한 광 신호를 다른 일 측의 슬레이브 디바이스로 릴레이할 수 있다. 즉, 1<c<N인 자연수에 대하여, 슬레이브 디바이스 k-c는 슬레이브 디바이스 k-c+1에서 전달된 광 신호를 슬레이브 디바이스 k-c-1로 전송할 수 있다. 마찬가지로, 슬레이브 디바이스 k-c는 슬레이브 디바이스 k-c-1에서 전달된 광 신호를 슬레이브 디바이스 k-c+1로 전송할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참고하면, 슬레이브 디바이스 k-b(240)는 광 신호 트랜시버(242)의 광 신호 수신기로 수신한 광 신호를, 광 신호 트랜시버(241)의 광 신호 송신기를 이용하여 슬레이브 디바이스 k-a(230)로 전송할 수 있다. 슬레이브 디바이스 k-a(230)는 광 신호 트랜시버(241)와 인접한 광 신호 트랜시버(232)의 광 신호 수신기를 이용하여, 광 신호 트랜시버(241)의 광 신호 송신기에서 전송된 광 신호를 수신할 수 있다.
유사하게, 슬레이브 디바이스 k-a(230)는 광 신호 트랜시버(232)의 광 신호 수신기로 수신한 광 신호를, 광 신호 트랜시버(231)의 광 신호 송신기를 이용하여 슬레이브 디바이스 k-a-1로 전송할 수 있다. a=1인 경우, 광 신호 트랜시버(231)의 광 신호 송신기에서 출력된 광 신호는 서브-마스터 디바이스(210)의 광 신호 트랜시버(211)의 광 신호 수신기로 전송될 수 있다.
광 신호를 수신하는 슬레이브 디바이스는 광 신호에 포함된 데이터의 종류에 따라 광 신호와 관련된 서로 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 광 신호가 서브-마스터 디바이스(210)로부터 제공되어 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하는 경우, 슬레이브 디바이스는 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 추출할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 추출된 제어 메시지에 따라 배터리 셀을 제어할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 디바이스가 릴레이하는 광 신호는 추출된 제어 메시지가 분할된 광 신호일 수 있다. 또 다른 예로, 광 신호가 다른 배터리 셀의 상태와 관련된 정보를 포함하는 경우, 슬레이브 디바이스는 대응하는 배터리 셀의 상태와 관련된 정보를 상기 광 신호에 결합하여 릴레이할 수 있다. 종합하면, 복수의 슬레이브 디바이스 및 서브-마스터 디바이스는 광 신호를 릴레이하는 광 신호 버스를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 포함된 디바이스들의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 배터리 관리 시스템의 마스터 디바이스(310)는 와이어 인터페이스와 연결되는 CAN 통신기(311)를 포함할 수 있다. CAN 통신기(311)는 CAN 프로토콜에 기초하여, 와이어 인터페이스로 전기 신호를 출력하거나, 와이어 인터페이스로부터 전기 신호를 수신할 수 있다. 마스터 디바이스(310)에서 생성된 제어 메시지는 CAN 통신기(311)를 통해 출력될 수 있다. 반대로, 배터리 셀로부터 획득된 정보가 CAN 통신기(311)를 통해 마스터 디바이스(310)로 전달될 수 있다.
와이어 인터페이스는 버스 토폴로지에 기초하여 마스터 디바이스(310) 및 복수의 배터리 팩 각각에 대응하는 복수의 서브-마스터 디바이스를 연결할 수 있다. 따라서, 마스터 디바이스(310) 및 복수의 서브-마스터 디바이스 중 어느 하나가 전기 신호를 와이어 인터페이스로 출력하는 경우, 와이어 인터페이스를 통해 연결된 마스터 디바이스(310) 및 복수의 서브-마스터 디바이스 전부가 상기 전기 신호를 수신할 수 있다. 와이어 인터페이스를 통해 연결된 마스터 디바이스(310) 및 복수의 서브-마스터 디바이스는 와이어 인터페이스를 통해 수신한 전기 신호가 자신과 관련된 전기 신호인지 여부를 판단할 수 있다.
도 3을 참고하면, 마스터 디바이스(310)에 연결된 복수의 서브-마스터 디바이스 중에서, 배터리 팩 1에 대응하는 서브-마스터 디바이스 1(320)이 도시된다. 서브-마스터 디바이스 1(320)는 와이어 인터페이스를 통해 마스터 디바이스(310)와 통신하는 CAN 통신기(321)를 포함할 수 있다. CAN 통신기(321)는 와이어 인터페이스를 통해 전달되는 전기 신호 중에서, 배터리 팩 1에 포함된 복수의 배터리 셀 또는 서브-마스터 디바이스 1(320)과 관련된 전기 신호를 식별할 수 있다. 식별된 전기 신호는 배터리 팩 1에 포함된 복수의 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함할 수 있다.
서브-마스터 디바이스 1(320)은 전기 신호를 이용하는 마스터 디바이스(310)와의 통신뿐만 아니라 광 신호를 이용하는 복수의 슬레이브 디바이스와의 통신을 지원하기 위하여, 광 신호를 송수신하는 광 신호 트랜시버(322)를 포함할 수 있다. 광 신호 트랜시버(322)는 IRDA(Infrared Data Association) 프로토콜에 기초하여 광 신호를 송수신할 수 있다. CAN 통신기(321)가 식별한 전기 신호로써, 배터리 팩 1에 포함된 복수의 배터리 셀 또는 서브-마스터 디바이스 1(320)과 관련된 전기 신호는, 광 신호 트랜시버(322)를 통해 배터리 팩 1에 포함된 복수의 배터리 셀로 전송될 수 있다.
도 3을 참고하면, 배터리 팩 1에 포함된 N개의 배터리 셀 각각에 대응하는 N개의 슬레이브 디바이스가 도시된다. 배터리 팩 1의 구조는 도 2에서 설명한 구조와 유사할 수 있다. 도 2에서 설명한 바와 유사하게, N개의 슬레이브 디바이스들을 서브-마스터 디바이스 1(310)과 가장 가까이 배치된 슬레이브 디바이스부터 순서대로 슬레이브 디바이스 1-1(330) 내지 슬레이브 디바이스 1-N(340)이라 한다.
슬레이브 디바이스는 배터리 팩에서 인접한 디바이스와 광 신호를 송수신하는 두 개 이상의 광 신호 트랜시버를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스에 포함된 광 신호 트랜시버들은 서로 다른 디바이스와 인접하도록 배치될 수 있고, 인접한 디바이스의 광 신호 트랜시버의 Line-of-Sigt를 고려하여 배치될 수 있다. 슬레이브 디바이스에 포함된 광 신호 트랜시버들에 인접하는 디바이스는, 슬레이브 디바이스가 배치된 구조에 따라 서브-마스터 디바이스 또는 다른 슬레이브 디바이스가 될 수 있다.
도 3을 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-1(330)에 포함된 두 개의 광 신호 트랜시버(331, 332)가 도시된다. 광 신호 트랜시버(331)는 서브-마스터 디바이스 1(320)의 광 신호 트랜시버(322)를 향해 배치될 수 있다. 광 신호 트랜시버(332)는 슬레이브 디바이스 2(340)의 광 신호 트랜시버 중 어느 하나를 향해 배치될 수 있다. 광 신호 트랜시버(322, 331, 332)가 서로를 향해 배치되는 구조는 도 2에서 설명한 구조와 유사할 수 있다.
슬레이브 디바이스는 서브-마스터 디바이스로부터 제공된 광 신호에 포함된 제어 메시지에 기초하여 대응하는 배터리 셀을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보를 수집하는 센서를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 셀 밸런스를 수행하는데 이용되는 셀 밸런스 조절기를 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-1(330)에 포함된 컨트롤러(333), 센서(334) 및 셀 밸런스 조절기(335)가 도시된다. 컨트롤러(333)는 서브-마스터 디바이스 1(320)에서 슬레이브 디바이스 1-1(330)로 제공된 광 신호로부터 배터리 셀 1-1에 대응하는 제어 메시지를 분할할 수 있다. 더 나아가서, 서브-마스터 디바이스 1(320)에서 슬레이브 디바이스 1-1(330)로 제공된 광 신호가 배터리 셀 1-1에 대응하는 제어 메시지를 포함하는 경우, 컨트롤러(333)는 상기 광 신호를 변경하여 슬레이브 디바이스 1-2(미도시)로 전송할 광 신호를 생성할 수 있다. 컨트롤러(333)가 서브-마스터 디바이스 1(320)에서 슬레이브 디바이스 1-1(330)로 제공된 광 신호를 변경하는 동작은 후술한다.
컨트롤러(333)는 배터리 셀 1-1에 대응하는 제어 메시지에 기초하여, 배터리 셀 1-1의 충전 또는 방전을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(333)는 상기 제어 메시지에 기초하여, 배터리 팩 1의 복수의 배터리 셀이 연결되는 회로(예를 들어, 배터리 팩 1의 파워 버스)로 배터리 셀 1-1을 연결할 수 있다. 상기 제어 메시지는 마스터 디바이스(310)에서 수신한 복수의 배터리 셀 각각의 SoC에 기초하여 생성될 수 있다. 아울러, 컨트롤러(333)는 제어 메시지에 기초하여 셀 밸런스 조절기(335)를 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(333)는 제어 메시지에 기초하여, 컨트롤러(333)의 작동 모드를 슬립 모드(sleep mode)로 전환할 수 있다. 마스터 디바이스(310)는 제어 메시지를 이용하여 컨트롤러(333)에 대한 웨이크-업 제어(wake-up control)를 수행할 수 있다. 슬립 모드로 전환된 상황에서, 컨트롤러(333)는 미리 설정된 주기마다 광 신호가 광 신호 트랜시버(331, 332)로 수신되었는지 여부를 판단할 수 있다. 광 신호가 광 신호 트랜시버(331, 332)로 수신된 경우, 컨트롤러(333)는 슬립 모드에서 벗어나 수신한 광 신호를 처리할 수 있다.
센서(334)는 배터리 셀 1-1과 관련된 정보로써, 배터리 셀 1-1의 전압, 전류, 온도 및 전력 중에서 적어도 하나를 실시간으로 측정할 수 있다. 센서(334)에서 획득된 정보는 마스터 디바이스(310)로 제공될 수 있다.
센서(334)에서 획득된 정보를 마스터 디바이스(310)로 제공하기 위하여, 컨트롤러(333)는 센서(334)에서 획득된 정보를 광 신호 트랜시버(331)에 입력할 수 있다. 광 신호 트랜시버(331)는 입력된 정보를 광 신호로 변환한 다음, 변환된 광 신호를 서브-마스터 디바이스 1(320)의 광 신호 트랜시버(322)로 출력할 수 있다.
또는, 슬레이브 디바이스 1-2를 향해 배치된 광 신호 트랜시버(334)를 통해 광 신호를 수신하는 경우, 컨트롤러(333)는 수신한 광 신호에 센서(334)에서 획득된 정보를 결합하여 서브-마스터 디바이스 1(320)로 전송할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(333)가 센서(334)에서 획득된 정보를 전송하는 경우, 슬레이브 디바이스 1-2로부터 전달된 광 신호가 변경될 수 있다.
서브-마스터 디바이스 1(320)은 광 신호 트랜시버(322)를 통해 복수의 슬레이브 디바이스 각각의 센서에서 획득된 정보를 포함하는 광 신호를 수신하는 경우, 상기 수신한 광 신호를 전기 신호로 변환하여 마스터 디바이스(310)로 전송할 수 있다. 변환된 전기 신호는 CAN 통신기(321)를 통해 와이어 인터페이스로 출력할 수 있다. 마스터 디바이스(310)는 CAN 통신기(311)를 통해 서브-마스터 디바이스 1(320)에서 변환된 전기 신호, 즉, 배터리 팩 1의 배터리 셀들의 정보를 수신할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서 마스터 디바이스에서 생성된 제어 메시지가 슬레이브 디바이스로 전송되는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 4를 참고하여 제어 메시지를 포함하는 광 신호가 슬레이브 디바이스 1-1부터 슬레이브 디바이스 1-N까지 점진적으로 전송되는 동작을 설명한다. 이하에서는 배터리 셀 k-m을 제어하는 제어 메시지를 제어 메시지 k-m이라 한다.
도 4를 참고하면, 마스터 디바이스가 와이어 인터페이스로 출력하는 전기 신호에 포함된 데이터(410)가 도시된다. 데이터(410)는 하나 이상의 배터리 팩에 포함된 하나 이상의 제어 메시지를 포함할 수 있다. 도 4의 예시에서, 데이터(410)는 배터리 팩 1에 대응하는 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N 및 배터리 팩 2(미도시)에 포함된 제어 메시지 2-1 내지 제어 메시지 2-N 을 포함하는 것으로 가정한다. 마스터 디바이스는 데이터(410)를 포함하는 전기 신호를 와이어 인터페이스로 출력할 수 있다. 출력된 전기 신호는 와이어 인터페이스에 연결된 복수의 서브-마스터 디바이스로써, 배터리에 포함된 모든 배터리 팩들 각각에 대응하는 복수의 서브-마스터 디바이스로 전송될 수 있다.
도 4를 참고하면, 서브-마스터 디바이스 1이 마스터 디바이스에서 수신한 전기 신호로부터 획득한 데이터(420)가 도시된다. 데이터(420)는 서브-마스터 디바이스 1의 버퍼에 저장될 수 있다. 와이어 인터페이스를 통해 마스터 디바이스로부터 제어 메시지를 수신한 복수의 서브-마스터 디바이스 각각은, 복수의 서브-마스터 디바이스 각각에 대응하는 배터리 팩의 배터리 셀들과 관련된 제어 메시지를 식별하거나 추출할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 1은 데이터(420) 중에서, 서브-마스터 디바이스 1에 대응하는 배터리 팩 1과 관련된 데이터(즉, 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N)를 식별할 수 있다.
복수의 서브-마스터 디바이스 각각은 추출된 제어 메시지를 광 신호의 형태로 출력할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 1은 식별된 데이터에 기초하여, 서브-마스터 디바이스 1에 연결된 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N에 제공될 광 신호를 생성할 수 있다. 도 4를 참고하면, 서브-마스터 디바이스 1은 데이터(420) 중에서, 배터리 팩 1과 관련된 제어 메시지들(제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N)을 분할할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 1은 분할된 제어 메시지들에 기초하여 광 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 서브-마스터 디바이스 1은 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N을 결합하여 광 신호를 생성할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 1은 서브-마스터 디바이스 1과 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 배치된 순서에 기초하여, 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N을 결합할 수 있다. 예를 들어, 광 신호에서 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N의 순서가 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 배치된 순서에 대응하도록, 서브-마스터 디바이스 1은 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N을 순차적으로 결합할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 1은 마지막 슬레이브 디바이스(즉, 슬레이브 디바이스 1-N)에 대응하는 제어 메시지 1-N에, 해당 제어 메시지가 마지막 슬레이브 디바이스에 대응하는 제어 메시지임을 나타내는 미리 설정된 플래그를 추가할 수 있다. 슬레이브 디바이스들은 추출된 제어 메시지에 상기 플래그가 포함되는지 여부에 기초하여, 슬레이브 디바이스가 마지막 슬레이브 디바이스인지 여부를 결정할 수 있다.
복수의 서브-마스터 디바이스 각각에서 출력된 광 신호는 서브-마스터 디바이스 및 슬레이브 디바이스들이 배열된 축 상에서, 서브-마스터 디바이스와 가장 가까운 슬레이브 디바이스부터 점진적으로 전송될 수 있다. 도 4를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 서브-마스터 디바이스 1을 기준으로 직렬로 배치되므로, 서브-마스터 디바이스 1에서 생성된 광 신호는 슬레이브 디바이스 1-1로 전송될 수 있다.
도 4를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-1이 서브-마스터 디바이스 1로부터 수신한 광 신호로부터 획득한 데이터(430)가 도시된다. 슬레이브 디바이스 1-1은 데이터(430)를 버퍼에 저장할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 1로부터 수신한 광 신호에 포함된 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N의 순서가 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 배치된 순서에 대응하는 경우, 데이터(430)에 포함된 제어 메시지들의 순서 또한 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 배치된 순서에 대응할 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-1은 데이터(430)에 기초하여, 슬레이브 디바이스 1-1과 인접한 다음 순서의 슬레이브 디바이스(즉, 슬레이브 디바이스 1-2) 로 전송할 광 신호를 생성할 수 있다. 슬레이브 디바이스 1-1은 데이터(430) 중에서, 슬레이브 디바이스 1-1에 대응하는 제어 메시지 1-1을 제외한 나머지 데이터에 기초하여 슬레이브 디바이스 1-2로 전송할 광 신호를 생성할 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-1은 수신한 광 신호에서, 슬레이브 디바이스 1-1에 대응하는 배터리 셀 1-1과 관련된 제어 메시지 1-1을 식별할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-1은 데이터(430)에 포함된 제어 메시지 1-1을 분할할 수 있다. 슬레이브 디바이스 1-1은 제어 메시지 1-1에 기초하여 배터리 셀 1-1을 제어할 수 있다. 슬레이브 디바이스 1-1가 제어 메시지 1-1에 기초하여 배터리 셀 1-1을 제어하는 것은, 슬레이브 디바이스 1-1이 슬레이브 디바이스 1-2로 전송할 광 신호를 생성하는 것과 독립적으로 수행될 수 있다.
데이터(430)에 포함된 제어 메시지들의 순서가 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 배치된 순서에 대응하는 경우, 슬레이브 디바이스 1-1은 데이터(430)에 포함된 첫번째 제어 메시지를 분할함으로써, 제어 메시지 1-1을 획득할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 디바이스 1-1은 데이터(430)에 포함된 두번째 제어 메시지부터 마지막 메시지를 포함하는 광 신호를 생성하여 슬레이브 디바이스 1-2로 전송할 수 있다.
도 4를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-2가 슬레이브 디바이스 1-1로부터 수신한 광 신호로부터 획득한 데이터(440)가 도시된다. 슬레이브 디바이스 1-2는 데이터(440)를 버퍼에 저장할 수 있다. 데이터(440)에서 제어 메시지들의 순서는 슬레이브 디바이스 1-2 내지 슬레이브 디바이스 1-N의 순서에 대응할 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-2는 슬레이브 디바이스 1-1로부터 수신한 수신한 광 신호에서, 슬레이브 디바이스 1-2에 대응하는 제어 메시지 1-2를 식별할 수 있다. 도 4를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-2는 데이터(440)의 첫번째 메시지, 즉, 제어 메시지 1-2를 데이터(440)로부터 분할할 수 있다. 슬레이브 디바이스 1-2는 데이터(440)에서 제어 메시지 1-2를 분할한 나머지 데이터에 기초하여, 슬레이브 디바이스 1-3(미도시)으로 전송할 광 신호를 생성할 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-3 또한 상술한 동작과 유사한 동작을 수행하여, 슬레이브 디바이스 1-2로부터 수신한 광 신호에서 제어 메시지 1-3을 획득할 수 있다. 요약하면, 서브-마스터 디바이스 1에서 생성된 광 신호가 슬레이브 디바이스 1-1부터 슬레이브 디바이스 1-N으로 점진적으로 전달되면서, 광 신호에 포함된 복수의 제어 메시지들이 점진적으로 대응하는 슬레이브 디바이스로 제공될 수 있다. 바꾸어 말하면, 서브-마스터 디바이스 1에서 생성된 광 신호는 슬레이브 디바이스 1-1부터 슬레이브 디바이스 1-N으로 순차적으로 전달되면서, 광 신호에 포함된 복수의 제어 메시지들이 순차적으로 차감될 수 있다. 광 신호에 포함된 제어 메시지 1-1 내지 제어 메시지 1-N의 순서가 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 배치된 순서에 대응하는 경우, 광 신호가 슬레이브 디바이스들에 전달될 때마다 첫번째 제어 메시지가 순차적으로 제거될 수 있다.
결국, 서브-마스터 디바이스 1(110)에서 출력된 광 신호는 복수의 슬레이브 디바이스들을 순차적으로 통과하여, 슬레이브 디바이스 1-N까지 전달될 수 있다. 도 4를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-N이 전달된 광 신호로부터 획득된 데이터(450)가 도시된다. 서브-마스터 디바이스 1 및 슬레이브 디바이스 1-N 사이의 N-1개의 슬레이브 디바이스들이 대응하는 제어 메시지를 광 신호로부터 분할하였으므로, 데이터(450)는 슬레이브 디바이스 1-N에 대응하는 제어 메시지 1-N만을 포함할 수 있다. 최종적으로, 서브-마스터 디바이스 1(110)이 수신한 배터리 셀 1-2 및 배터리 셀 1-N 각각에 대응하는 제어 메시지들 각각은 대응하는 슬레이브 디바이스로 전송될 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N에서 획득된 정보가 마스터 디바이스로 전송되는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 임의의 슬레이브 디바이스 1-a에서 획득된 정보는 슬레이브 디바이스 1-a-1 내지 슬레이브 디바이스 1-1를 순차적으로 통과함으로써, 서브-마스터 디바이스 1 및 마스터 디바이스로 전송될 수 있다. 슬레이브 디바이스 1-a-1 내지 슬레이브 디바이스 1-1를 통과하는 동안, 슬레이브 디바이스 1-a-1 내지 슬레이브 디바이스 1-1 각각에서 획득된 정보가 슬레이브 디바이스 1-a에서 획득된 정보에 결합될 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-N은 배터리 셀 1-N과 관련된 정보를 획득할 수 있다. 배터리 셀 1-N과 관련된 정보는 배터리 셀 1-N의 온도 및 전압 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스 1-N은 배터리 셀 1-N과 관련된 정보를 포함하는 광 신호를 생성하여 슬레이브 디바이스 1-N-1로 전송할 수 있다.
배터리 셀 1-N과 관련된 정보 수신한 광 신호에 포함된 경우, 슬레이브 디바이스 1-N-1은 배터리 셀 1-N-1과 관련된 정보를 상기 광 신호에 결합하여 슬레이브 디바이스 1-N-2로 전송할 수 있다. 따라서, 배터리 셀 1-N과 관련된 정보를 포함하는 광 신호가 슬레이브 디바이스 1-N부터 복수의 슬레이브 디바이스들로 점진적으로 전달되면서, 복수의 슬레이브 디바이스들 각각에 대응하는 복수의 배터리 셀과 관련된 정보가 광 신호에 누적될 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-N에서 전송된 광 신호는 상술한 동작에 따라 점진적으로 슬레이브 디바이스들을 통과한 다음, 슬레이브 디바이스 1-2로 전송될 수 있다. 도 5를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-2가 슬레이브 디바이스 1-3으로부터 수신한 광 신호에 포함된 데이터(510)가 도시된다. 데이터(510)는 슬레이브 디바이스 1-2의 버퍼에 저장될 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-N에서 전송된 광 신호가 슬레이브 디바이스 1-N부터 슬레이브 디바이스 1-3까지 통과한 다음 슬레이브 디바이스 1-2에 도착하므로, 데이터(510)는 배터리 셀 1-N 내지 배터리 셀 1-3과 관련된 정보들을 포함할 수 있다. 수신한 광 신호가 제어 메시지 대신 배터리 셀과 관련된 정보를 포함하므로, 슬레이브 디바이스 1-2는 수신한 광 신호에 배터리 셀 1-2와 관련된 정보를 결합하여 전송하기로 결정할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 디바이스 1-2는 데이터(510)에 배터리 셀 1-2와 관련된 정보를 결합할 수 있다.
슬레이브 디바이스 1-2는 슬레이브 디바이스 1-1 내지 슬레이브 디바이스 1-N이 배치된 순서에 기초하여, 데이터(510)에 배터리 셀 1-2와 관련된 정보를 결합할 수 있다. 도 5를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-2는 배터리 셀 1-2와 관련된 정보의 뒤에 데이터(510)를 결합하여, 슬레이브 디바이스 1-1로 전송할 광 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 광 신호에서 복수의 배터리 셀과 관련된 정보의 순서는 복수의 슬레이브 디바이스의 순서와 일치할 수 있다. 생성된 광 신호는 광 신호를 수신한 슬레이브 디바이스 1-2의 광 신호 트랜시버와 구분되는 슬레이브 디바이스 1-2의 나머지 광 신호 트랜시버를 통해 슬레이브 디바이스 1-1로 전송될 수 있다.
도 5를 참고하면, 슬레이브 디바이스 1-1이 슬레이브 디바이스 1-2로부터 수신한 데이터(520)가 도시된다. 데이터(520)가 제어 메시지 대신 배터리 셀 1-2 내지 배터리 셀 1-N과 관련된 정보를 포함하므로, 슬레이브 디바이스 1-1은 데이터(520)에 배터리 셀 1-1과 관련된 정보를 결합하여 서브-마스터 디바이스 1로 전송할 수 있다. 마찬가지로, 슬레이브 디바이스 1-1에서 출력될 광 신호에 포함된 배터리 셀들과 관련된 정보들이 배터리 셀들이 배치된 순서에 대응하도록, 슬레이브 디바이스 1-1은 배터리 셀 1-1과 관련된 정보의 뒤에 데이터(520)를 결합하여, 서브-마스터 디바이스 1로 전송할 광 신호를 생성할 수 있다.
요약하면, 슬레이브 디바이스 1-N에서 생성된 광 신호가 슬레이브 디바이스 1-N부터 슬레이브 디바이스 1-1로 점진적으로 전달되면서, 배터리 셀 1-N 내지 배터리 셀 1-1과 관련된 정보들이 광 신호에 포함된 데이터에 결합될 수 있다. 광 신호에서 배터리 셀 1-N 내지 배터리 셀 1-1과 관련된 정보들의 순서가 배터리 셀 1-N 내지 배터리 셀 1-1이 배치된 순서에 대응하도록, 광 신호에 포함된 데이터에 새롭게 추가되는 정보는 데이터의 맨 처음 또는 맨 마지막에 결합될 수 있다.
결국, 서브-마스터 디바이스 1에 전달되는 광 신호는 광 신호를 처음 생성한 슬레이브 디바이스 1-N및 슬레이브 디바이스 1-N 및 서브-마스터 디바이스 1 사이의 다른 슬레이브 디바이스에서 수집된 정보를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스 1-N이 서브-마스터 디바이스 1로 광 신호를 전송하는 경우, 서브-마스터 디바이스 1은 하나의 광 신호로 N개의 배터리 셀 전부의 정보를 획득할 수 있다.
도 5를 참고하면, 서브-마스터 디바이스 1이 슬레이브 디바이스 1-1로부터 수신한 광 신호에 포함된 데이터(530)가 도시된다. 슬레이브 디바이스 1-N 내지 슬레이브 디바이스 1-1 각각이 배터리 셀 1-N 내지 배터리 셀 1-1이 배치된 순서에 기초하여 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보를 광 신호에 결합한 경우, 데이터(530)에서 배터리 셀 1-N 내지 배터리 셀 1-1과 관련된 정보는 배터리 셀 1-N 내지 배터리 셀 1-1이 배치된 순서에 따라 배치될 수 있다.
서브-마스터 디바이스 1은 데이터(530)에 기초하여 마스터 디바이스로 전송할 전기 신호를 생성할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 1은 생성한 전기 신호를 와이어 인터페이스로 출력할 수 있다. 마스터 디바이스는 상기 전기 신호로부터 배터리 팩 1에 포함된 복수의 배터리 셀 각각과 관련된 정보를 획득할 수 있다. 획득된 정보는 셀 밸런스를 조절하는데 이용될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 슬레이브 디바이스가 수행하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 단계(610)에서, 슬레이브 디바이스는 복수의 광 신호 트랜시버 중 어느 하나를 통해 광 신호를 수신할 수 있다. 슬레이브 디바이스에 포함된 복수의 광 신호 트랜시버는 서로 다른 슬레이브 디바이스 또는 서브-마스터 디바이스를 향해 배치될 수 있다.
도 6을 참고하면, 단계(620)에서, 슬레이브 디바이스는 수신한 광 신호에 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지가 포함되어 있는지 여부를 판단할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 수신한 광 신호에 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지가 포함되어 있는지 여부에 기초하여, 슬레이브 디바이스와 인접한 다른 슬레이브 디바이스 또는 서브-마스터 디바이스로 전송될 데이터를 생성할 수 있다. 다른 슬레이브 디바이스 또는 서브-마스터 디바이스로 전송될 데이터는 단계(610)에서 수신한 광 신호에 포함된 데이터에 기초하여 생성될 수 있다.
보다 구체적으로, 수신한 광 신호에 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지가 포함된 경우, 단계(630)에서, 슬레이브 디바이스는 광 신호에 포함된 제어 메시지를 분할할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 수신한 광 신호에 포함된 데이터로부터 슬레이브 디바이스에 대응하는 제어 메시지를 추출할 수 있다. 광 신호가 복수의 제어 메시지를 포함하는 경우, 슬레이브 디바이스는 첫번째 제어 메시지 또는 마지막 제어 메시지를 분할할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 수신한 광 신호에 포함된 데이터 중에서 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 제외한 나머지 데이터를, 다른 슬레이브 디바이스 또는 서브-마스터 디바이스로 전송할 데이터로 결정할 수 있다.
더 나아가서, 수신한 광 신호에 포함된 데이터로부터 슬레이브 디바이스에 대응하는 제어 메시지를 추출한 경우, 슬레이브 디바이스는 추출한 제어 메시지에 기초하여 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀을 제어할 수 있다. 제어 메시지는 배터리 셀의 충전 또는 방전을 조절하는 메시지를 포함할 수 있다.
수신한 광 신호에 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지가 포함되지 않은 경우, 단계(640)에서, 슬레이브 디바이스는 수신한 광 신호에 포함된 정보에 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보를 결합할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 수신한 광 신호에 포함된 정보에 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보를 결합한 데이터를, 다른 슬레이브 디바이스 또는 서브-마스터 디바이스로 전송할 데이터로 결정할 수 있다. 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보는 광 신호에 포함된 데이터의 처음 또는 마지막에 결합될 수 있다. 배터리 셀과 관련된 정보는, 배터리 셀의 온도, 전압 또는 상기 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀의 셀 밸런싱(cell balancing) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6을 참고하면, 단계(650)에서, 슬레이브 디바이스는 단계(630) 또는 단계(640)에서 생성되거나 결정된 데이터를 광 신호로 출력할 수 있다. 슬레이브 디바이스에 포함된 복수의 광 신호 트랜시버 중에서, 슬레이브 디바이스는 단계(610)에서 광 신호를 수신하는데 사용된 광 신호 트랜시버와 구분되는 나머지 광 신호 트랜시버를 이용하여 단계(630) 또는 단계(640)에서 생성되거나 결정된 데이터를 광-전 변환할 수 있다. 광-전 변환으로 생성된 광 신호는 나머지 광 신호 트랜시버를 이용하여 출력될 수 있다. 즉, 슬레이브 디바이스에서 출력되는 광 신호는 단계(610)의 광 신호를 전송한 슬레이브 디바이스와 구분되는 다른 슬레이브 디바이스로 전송될 수 있다. 이로써, 단계(610)에서 수신한 광 신호에 포함된 데이터는 다른 슬레이브 디바이스 또는 서브-마스터 디바이스로 릴레이될 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 서브-마스터 디바이스가 마스터 디바이스로부터 수신한 제어 메시지를 슬레이브 디바이스로 전달하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참고하면, 단계(710)에서, 서브-마스터 디바이스는 와이어 인터페이스를 통해 연결된 마스터 디바이스로부터, 서브-마스터 디바이스에 대응하는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들과 관련된 제어 메시지들을 수신할 수 있다. 와이어 인터페이스에서, 상기 제어 메시지들은 전기 신호의 형태로 서브-마스터 디바이스로 전송될 수 있다.
도 7을 참고하면, 단계(720)에서, 서브-마스터 디바이스는 수신된 제어 메시지들을, 배터리 셀들 각각을 제어하는 복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 순서에 따라 결합할 수 있다. 서브-마스터 디바이스는 마지막 슬레이브 디바이스에 대응하는 제어 메시지에, 해당 제어 메시지가 마지막 슬레이브 디바이스 또는 마지막 배터리 셀에 대응함을 나타내는 미리 설정된 플래그를 결합할 수 있다.
도 7을 참고하면, 단계(730)에서, 서브-마스터 디바이스는 결합된 제어 메시지들을 포함하는 광 신호를 생성할 수 있다. 생성된 광 신호에서, 제어 메시지들의 순서는 복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 순서에 대응할 수 있다. 복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 순서에 기초하여, 서브-마스터 디바이스는 생성된 광 신호를 복수의 슬레이브 디바이스 중에서 첫번째 슬레이브 디바이스로 출력할 수 있다. 광 신호는 첫번째 슬레이브 디바이스를 향해 배치된 광 신호 트랜시버를 통해 출력될 수 있다.
복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 경우, 상기 광 신호는 첫번째 슬레이브 디바이스부터 복수의 슬레이브 디바이스로 순차적으로 전달될 수 있다. 따라서, 복수의 슬레이브 디바이스가 직렬로 연결된 순서에 기초하여, 광 신호에 포함된 제어 메시지들은 복수의 슬레이브 디바이스로 순차적으로 전달될 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 서브-마스터 디바이스가 슬레이브 디바이스로부터 수신한 정보를 마스터 디바이스로 전달하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 단계(810)에서, 서브-마스터 디바이스는 슬레이브 디바이스로부터 광 신호를 수신할 수 있다. 상기 광 신호는 서브-마스터 디바이스와 가장 가까이에 배치된 첫번째 슬레이브 디바이스에서 전달된 것으로, 복수의 슬레이브 디바이스 중 어느 하나로부터 릴레이된 광 신호일 수 있다.
도 8을 참고하면, 단계(820)에서, 서브-마스터 디바이스는 수신한 광 신호에 기초하여, 마스터 디바이스로 전송할 데이터를 생성할 수 있다. 서브-마스터 디바이스가 수신한 광 신호는 광 신호를 릴레이한 하나 이상의 슬레이브 디바이스 전부에서 획득된 하나 이상의 배터리 셀과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 서브-마스터 디바이스가 생성하는 데이터는 서브-마스터 디바이스에 대응하는 배터리 팩에 포함된 하나 이상의 배터리 셀과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
도 8을 참고하면, 단계(830)에서, 서브-마스터 디바이스는 생성한 데이터로부터 전기 신호를 생성할 수 있다. 생성된 전기 신호는 서브-마스터 디바이스와 연결된 와이어 인터페이스를 통해 마스터 디바이스로 전송될 수 있다. 와이어 인터페이스의 구조가 버스 토폴로지에 기초하는 경우, 서브-마스터 디바이스에서 전송된 전기 신호는 와이어 인터페이스에 연결된 모든 디바이스(마스터 디바이스뿐만 아니라 나머지 서브-마스터 디바이스)에 전송될 수 있다. 상기 전기 신호를 수신하는 나머지 서브-마스터 디바이스는 수신한 전기 신호에 포함된 데이터에 기초하여, 상기 전기 신호를 버릴 수 있다(discard).
종합하면, 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 마스터 디바이스, 배터리 팩들 각각에 대응하는 서브-마스터 디바이스 및 배터리 셀들 각각에 대응하는 슬레이브 디바이스를 이용하여 배터리를 관리할 수 있다. 마스터 디바이스에서 서브-마스터 디바이스를 거쳐 슬레이브 디바이스로 전송되는 데이터는 배터리 셀을 제어하기 위한 제어 메시지를 포함할 수 있다. 슬레이브 디바이스에서 서브-마스터 디바이스를 거쳐 마스터 디바이스로 전송되는 데이터는 슬레이브 디바이스에서 획득된 배터리 셀과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 마스터 디바이스 및 복수의 서브-마스터 디바이스는 전기 신호를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 배터리 팩에서, 서브-마스터 디바이스 및 복수의 슬레이브 디바이스는 광 신호를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
서브-마스터 디바이스 및 복수의 슬레이브 디바이스는 광 신호를 이용하여 데이터를 송수신하므로, 배터리 셀 또는 슬레이브 디바이스를 별도의 와이어 없이 조립하거나 설치할 수 있다. 또한, 전기 신호 또는 전자기 파가 생성되지 않아, 배터리 관리 시스템의 EMI(Electromagnetic Inteference) 레벨이 감소될 수 있다.
서브-마스터 디바이스가 복수의 슬레이브 디바이스로 출력하는 광 신호는 복수의 제어 메시지의 결합을 포함할 수 있다. 서브-마스터 디바이스에서 생성된 광 신호는 서브-마스터 디바이스 및 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 축을 따라 복수의 슬레이브 디바이스로 순차적으로 전달될 수 있다. 상기 광 신호를 수신하는 슬레이브 디바이스는 자신에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 수신한 광 신호로부터 분할할 수 있다. 서브-마스터 디바이스에서 생성된 광 신호가 복수의 슬레이브 디바이스로 순차적으로 전달되면서, 상기 광 신호를 수신하는 슬레이브 디바이스가 자신에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 광 신호로부터 분할하기 때문에, 광 신호에 포함된 제어 메시지들의 개수가 점진적으로 감소될 수 있다.
특정한 슬레이브 디바이스가 서브-마스터 디바이스를 향해 출력하는 광 신호는, 하나 이상의 다른 슬레이브 디바이스가 상기 특정한 슬레이브 디바이스 및 서브-마스터 디바이스 사이에 존재하는 경우, 상기 하나 이상의 다른 슬레이브 디바이스를 순차적으로 통과한 다음 서브-마스터 디바이스로 전송될 수 있다. 특정한 슬레이브 디바이스가 출력하는 광 신호는 특정한 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 다른 슬레이브 디바이스를 순차적으로 통과하면서, 각각의 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보가 광 신호에 결합될 수 있다.
결국, 서브-마스터 디바이스가 수신하는 광 신호는 특정한 슬레이브 디바이스 및 하나 이상의 다른 슬레이브 디바이스 각각에 대응하는 배터리 셀과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 서브-마스터 디바이스 또는 마스터 디바이스는 수신한 광 신호에 포함된 배터리 셀과 관련된 정보에 기초하여 슬레이브 디바이스들 또는 배터리 셀들을 식별할 수 있다. 예를 들어, 서브-마스터 디바이스 또는 마스터 디바이스는 수신한 광 신호에 포함된 배터리 셀과 관련된 정보의 개수에 기초하여, 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들의 개수를 결정할 수 있다. 더 나아가서, 별도로 서브-마스터 디바이스 또는 마스터 디바이스의 설정을 변경하지 않으면서, 배터리 셀 또는 슬레이브 디바이스를 배터리에 설치하거나 분리할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, 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 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
101: 배터리 팩 1
102: 배터리 팩 M
103: N개의 배터리 셀
104, 105, 106: 출력 단자
110: 서브-마스터 디바이스 1
120: 마스터 디바이스
130: 와이어 인터페이스

Claims (20)

  1. 복수의 배터리 팩과 관련된 배터리 관리 시스템에 있어서,
    상기 복수의 배터리 팩을 제어하는 마스터 디바이스;
    각각이 상기 복수의 배터리 팩의 각각에 대응하는 복수의 서브-마스터 디바이스; 및
    각각이 상기 복수의 배터리 팩의 각각에 포함된 복수의 배터리 셀의 각각에 대응하는 복수의 슬레이브 디바이스
    를 포함하고,
    상기 복수의 슬레이브 디바이스의 각각은,
    상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라, 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 다른 슬레이브 디바이스와 광 신호를 이용하여 통신하도록 구성되고,
    상기 서브 마스터 디바이스는,
    상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 첫번째 슬레이브 디바이스 및 상기 마스터 디바이스와 통신하도록 구성되고,
    현재 슬레이브 디바이스의 컨트롤러는,
    광 신호가 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 이전 슬레이브 디바이스로부터 전송되는 것에 응답하여,
    상기 광 신호에 포함된 제어 메시지들 중에서, 상기 현재 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 분할하고,
    상기 제어 메시지들 중에서 상기 분할된 제어 메시지를 제외한 나머지 제어 메시지를, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라, 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 다음 슬레이브 디바이스에게 전송하도록 구성되고,
    상기 현재 슬레이브 디바이스의 컨트롤러는,
    상기 현재 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 다른 배터리 셀의 상태와 관련된 정보를 포함하는 상기 광 신호가 상기 다음 슬레이브 디바이스로부터 전송되는 것에 응답하여,
    상기 대응하는 배터리 셀의 상태와 관련된 정보를 상기 광 신호와 결합하고, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 역 순서(inverse order)에 따라, 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 상기 이전 슬레이브 디바이스에게 상기 결합된 광 신호를 릴레이하도록 더 구성되는
    배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 신호는,
    상기 복수의 배터리 팩의 각각에서, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 점진적으로 전달되는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬레이브 디바이스의 슬레이브 디바이스는,
    상기 복수의 배터리 셀에 충전된 전하량의 균형을 조절하는 셀 밸런스 조절기
    를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    광 신호 트랜시버를 사용하여, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 역 순서에 따라 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 이전 슬레이브 디바이스로, 상기 현재 슬레이브 디바이스의 센서에서 측정된 온도 또는 전압에 대한 정보를 출력하도록 구성되는
    배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 광 신호 트랜시버로부터 광 신호를 수신하는 것에 응답하여, 상기 광 신호에 포함된 정보에 상기 센서에서 측정된 온도 또는 전압이 포함된 정보를 결합하고, 다른 광 신호 트랜시버를 사용하여 상기 결합된 정보를 출력하도록 더 구성되는
    배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서브-마스터 디바이스는,
    상기 마스터 디바이스로부터 수신한 복수의 제어 메시지로부터, 상기 서브-마스터 디바이스에 대응하는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들과 관련된 제어 메시지들을 추출하고,
    상기 서브-마스터 디바이스에 대응하는 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 상기 추출된 제어 메시지들을 결합하고,
    상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 상기 첫번째 슬레이브 디바이스로, 상기 결합된 제어 메시지에 기초한 광 신호를 출력하도록 구성되는
    배터리 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서브-마스터 디바이스는,
    상기 추출된 제어 메시지들 중에서, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라 결정되는 마지막 슬레이브 디바이스에 대응하는 제어 메시지에, 플래그를 결합하도록 구성되고,
    상기 플래그는,
    제어 메시지를 수신하는 슬레이브 디바이스가 상기 마지막 슬레이브 디바이스임을 식별하는데 이용되는
    배터리 관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 디바이스 및 상기 서브-마스터 디바이스는,
    상기 복수의 배터리 셀에 대응하는 제어 메시지 또는 상기 복수의 배터리 셀의 각각의 정보를 포함하는 전기 신호가 전송되는 와이어 인터페이스를 통해 연결된
    배터리 관리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 디바이스는,
    직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 따라 배치되는
    배터리 관리 시스템.
  10. 배터리 셀에 대응하는 슬레이브 디바이스가 수행하는 배터리 관리 방법에 있어서,
    광 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하는지 결정하는 단계;
    상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하는지 여부에 기초하여, 상기 배터리 셀이 포함된 배터리 팩에 대응하는 서브-마스터 디바이스 또는 상기 배터리 팩의 다른 슬레이브 디바이스로 전송할 데이터를 생성하는 단계; 및
    광-전 변환을 이용하여 상기 생성된 데이터를 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 생성하는 단계는,
    복수의 슬레이브 디바이스 중 이전 슬레이브 디바이스로부터 전송된 광 신호에 포함된 제어 메시지들 중에서, 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 분할하는 단계,
    상기 분할된 제어 메시지를 제외한 나머지 제어 메시지에 기초하여, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 순서에 따라, 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 다음 슬레이브 디바이스에게 전송할 데이터를 생성하는 단계, 및
    현재 슬레이브 디바이스에 대응하는 배터리 셀과 다른 배터리 셀의 상태와 관련된 정보를 포함하는 상기 광 신호가 상기 다음 슬레이브 디바이스로부터 전송되는 것에 응답하여, 상기 대응하는 배터리 셀의 상태와 관련된 정보를 상기 광 신호와 결합하고, 상기 복수의 슬레이브 디바이스가 배치된 역 순서(inverse order)에 따라, 상기 복수의 슬레이브 디바이스 중 상기 이전 슬레이브 디바이스에게 상기 결합된 광 신호를 릴레이하는 단계
    를 포함하는 배터리 관리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광 신호를 수신하는 단계는,
    상기 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 서브-마스터 디바이스를 향해 배열된 광 신호 수신기로부터 상기 광 신호를 수신하는 단계
    를 포함하는 배터리 관리 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하는 경우, 상기 제어 메시지에 기초하여 상기 배터리 셀을 제어하는 단계
    를 더 포함하는 배터리 관리 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    상기 수신한 광 신호가 상기 배터리 셀과 관련된 제어 메시지를 포함하지 않는 경우, 상기 수신한 광 신호에 포함된 정보에 상기 배터리 셀로부터 획득한 정보를 결합하는 단계; 및
    상기 결합된 정보에 기초하여, 상기 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 서브-마스터 디바이스로 전송할 데이터를 생성하는 단계
    를 포함하는 배터리 관리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배터리 셀로부터 획득한 정보는,
    상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 셀의 전압 및 상기 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀의 셀 밸런싱(cell balancing) 중 적어도 하나 이상의 조합을 포함하는
    배터리 관리 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 출력하는 단계는,
    상기 다른 슬레이브 디바이스 또는 상기 서브-마스터 디바이스를 향해 배열된 광 신호 송신기를 이용하여 상기 생성된 데이터를 출력하는
    배터리 관리 방법.
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