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KR102743585B1 - 중간 노드를 이용하여 통신하는 배터리 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

중간 노드를 이용하여 통신하는 배터리 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102743585B1
KR102743585B1 KR1020190111783A KR20190111783A KR102743585B1 KR 102743585 B1 KR102743585 B1 KR 102743585B1 KR 1020190111783 A KR1020190111783 A KR 1020190111783A KR 20190111783 A KR20190111783 A KR 20190111783A KR 102743585 B1 KR102743585 B1 KR 102743585B1
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치는 하위 제어기에 명령 신호를 전송하고, 상기 하위 제어기로부터 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 수신하는 상위 제어기, 및 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 따른 동작을 수행하고, 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 상기 상위 제어기로 전송하는 하위 제어기를 포함하고, 상기 하위 제어기 중 소정의 기준에 따라 선정된 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기로 전송할 수 있다.

Description

중간 노드를 이용하여 통신하는 배터리 관리 시스템 및 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD OF COMMUNICATING USING INTERMEDIATE NODES}
본 발명은 중간 노드를 이용하여 무선 통신을 수행하는 배터리 관리 시스템과 그 통신 방법에 관한 것이다.
일반적인 무선 통신의 경우, 특성상 통신하는 노드 간의 거리, 노드 사이의 장애물 또는 동일한 주파수 대의 다른 무선 통신 등으로 인해 통신 결함이 발생할 수 있다. 특히, 배터리 관리 시스템(Battery Management System)의 경우에는 실시간으로 통신이 이루어져야 하므로 통신 결함을 최소화할 필요가 있다.
일반적인 배터리 관리 시스템 간의 무선 통신에서는 하나의 마스터(Master) 기기와 복수의 슬레이브(Slave) 간의 통신이 이루어진다. 이러한 경우, 하나의 마스터 기기는 복수의 슬레이브 기기에 대해 일대일로 명령 신호를 전송하고, 다시 슬레이브 기기로부터 명령 신호에 대한 응답 신호를 수신하는 형태로 통신을 수행한다.
이 때, 마스터 기기는 모든 슬레이브 기기들과 접속이 완료되면 각 슬레이브 기기들에 고유의 ID를 부여하게 되는데, 각 슬레이브 기기에 대해 부여된 ID는 슬레이브 기기의 응답 신호의 패킷(Packet)에 포함됨으로써 해당 패킷을 수신하는 마스터 기기를 포함하여 모든 슬레이브 기기에 대해 어느 슬레이브 기기가 응답 신호의 패킷을 전송하였는지 인식할 수 있도록 한다.
또한, 마스터 기기는 배터리 상태 측정을 명령하는 트리거 신호를 일정 주기로 여러 차례 전송하여 모든 슬레이브 기기들이 신호를 수신하도록 한다. 그리고 신호를 수신한 슬레이브 기기들은 순서대로 타이머를 통해 할당된 시점에 일정 주기로 측정 신호를 마스터 기기로 다시 전송한다.
그러나, 이러한 종래의 방식에 따르면, 각 노드 간의 통신 방해나 장애물 등이 존재하는 경우에 그 요인을 검출하고 먼 거리의 노드에 대하여 신호를 전송할 수 있는 방법이 없었다.
본 발명은 중간 노드를 이용하여 무선 통신을 수행함으로써 노드 사이에 통신 결함이 발생한 경우에도 배터리 관리 시스템 간에 통신이 양호하게 이루어 질 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템 및 이들 간의 통신 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치는 하위 제어기에 명령 신호를 전송하고, 상기 하위 제어기로부터 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 수신하는 상위 제어기, 및 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 따른 동작을 수행하고, 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 상기 상위 제어기로 전송하는 하위 제어기를 포함하고, 상기 하위 제어기 중 소정의 기준에 따라 선정된 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 상위 제어기는 상기 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기에 기초하여 상기 중간 하위 제어기를 선정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 상위 제어기는 상기 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 미리 설정된 제1 기준치 이상인 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 상위 제어기는 상기 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 높은 순서대로 상기 하위 제어기에 우선순위를 부여하고, 상기 하위 제어기들 중 미리 설정된 우선순위 이상의 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 제2 기준치보다 작은 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기를 누적하여 저장하고, 저장된 상기 명령 신호의 세기의 중간값 또는 평균값에 기초하여 상기 제2 기준치로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 상위 제어기는 미리 설정된 주기로 미리 설정된 반복 횟수만큼 상기 명령 신호를 전송하도록 설정되어 있고, 상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 미리 설정된 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 상기 명령 신호를 수신하지 못한 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 상기 미리 설정된 주기 동안 상기 미리 설정된 반복 횟수만큼 상기 명령 신호를 수신하지 못하거나 또는 수신한 명령 신호가 미리 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 미리 설정된 반복 횟수에서 상기 수신하지 못하거나 또는 상기 제2 기준치 미만인 횟수를 뺀 나머지 만큼의 상기 명령 신호를 최대 전력으로 나머지 하위 제어기로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 명령 신호와 상기 응답 신호는 신호 고유의 식별 정보, 신호의 반복 횟수에 관한 식별 정보 및 배터리 상태 측정에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 상기 명령 신호는 상기 배터리 모듈의 상태 측정을 위한 트리거(Trigger) 신호를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법은 상위 제어기에서 하위 제어기로 명령 신호를 전송하는 단계, 상기 하위 제어기에서 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 따른 동작을 수행하는 단계, 상기 하위 제어기는 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 상기 상위 제어기로 전송하는 단계, 상기 상위 제어기에서 상기 하위 제어기 중 소정의 기준에 따라 중간 하위 제어기를 선정하는 단계, 및 상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 관리 시스템 및 이들 간의 통신 방법에 따르면, 중간 노드를 이용하여 무선 통신을 수행함으로써 노드 사이에 통신 결함이 발생한 경우에도 배터리 관리 시스템 간에 통신이 양호하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템이 포함된 배터리 팩의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상위 제어기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하위 제어기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 종래의 배터리 관리 장치의 통신 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 배터리 관리 장치에서 마스터 기기와 슬레이브 기기가 신호를 송수신하는 것을 시간에 따라 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치에서 마스터 기기와 슬레이브 기기가 신호를 송수신하는 것을 시간에 따라 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 기기(상위 제어기)에서 전송되는 신호의 패킷을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치가 포함된 배터리 팩의 구성도이다.
배터리 모듈(1)에는 복수의 배터리 셀(2, 4, 6)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다. 각각의 배터리 셀(2, 4, 6)에는 슬레이브 배터리 관리 시스템(12, 14, 16)이 각각 배치된다. 각각의 슬레이브 배터리 관리 시스템(12, 14, 16)은 복수의 배터리 셀(2, 4, 6)의 온도, 전압 또는 전류를 측정하여 모니터링하고, 모니터링 한 정보를 상위 시스템으로 전송하고, 상위 시스템에서 배터리 셀의 제어 명령을 수신하여 연결된 배터리 셀을 제어한다.
복수의 배터리 셀(2, 4, 6)은 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈(1)을 형성한다. 배터리 모듈(1)에는 마스터 배터리 관리 시스템(10)이 배치된다. 마스터 배터리 관리 시스템(10)은 배터리 모듈(1)의 온도, 전압 또는 전류를 측정하여 모니터링 한다. 또한, 마스터 배터리 관리 시스템(10)은 배터리 셀에 각각 배치되어 있는 슬레이브 배터리 관리 시스템(12, 14, 16)으로부터 각각의 배터리 셀의 모니터링 정보를 수신하여, 상위 시스템으로 전송하고, 상위 시스템으로부터 특정 업무 수행 명령을 수신하여 해당 슬레이브 배터리 관리 시스템(12, 14, 16)으로 전송한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상위 제어기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상위 제어기(200)는 통신부(210), 제어부(220) 및 메모리부(230) 를 포함할 수 있다.
상위 제어기(200)는 예를 들면, 전술한 마스터 배터리 관리 시스템(BMS)일 수 있다.
통신부(210)는 하위 제어기에 명령 신호를 전송하고, 하위 제어기(220)로부터 명령 신호에 대한 응답 신호를 수신할 수 있다. 통신부(210)는 모든 하위 제어기(220)에 대해 브로드캐스트(broadcast) 방식으로 신호를 송수신할 수 있다. 이 때, 상위 제어기(210)는 신호를 수신하지 못하는 하위 제어기(220)가 생기지 않도록 동일한 신호를 일정 주기 동안 여러 차례 반복하여 전송할 수 있다.
또한, 통신부(210)는 각각의 하위 제어기에 대해 고유 식별 ID를 부여할 수 있다. 따라서, 상위 제어기(200)는 고유 식별 ID를 통해 어느 하위 제어기에서 전송된 신호인지를 구분할 수 있다.
통신부(210)가 전송하는 명령 신호는 신호 고유의 식별 정보(ID), 신호의 반복 횟수에 관한 식별 정보 및 배터리 상태 측정에 관한 정보를 포함할 수 있다. 전술한 것과 같이, 상위 제어기(200)의 통신부(210)는 일반적으로 일정 주기 동안 반복하여 신호를 전송하며, 전송되는 명령 신호에는 해당 주기 동안 신호가 반복하여 전송되는 횟수 정보도 함께 포함되어 있다. 또한, 명령 신호의 배터리 상태 측정에 관한 정보는 배터리 모듈의 상태 측정을 위한 트리거(Trigger) 신호를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기에 기초하여 중간 하위 제어기를 선정할 수 있다. 예를 들면, 수신한 응답 신호의 세기는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값일 수 있다.
제어부(220)는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 미리 설정된 기준치(제1 기준치) 이상인 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다.
또한, 제어부(220)는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 높은 순서대로 하위 제어기에 우선순위를 부여하고, 하위 제어기들 중 미리 설정된 우선순위 이상의 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다.
메모리부(230)는 상위 제어기(200)에서 하위 제어기로 전송되는 명령 신호에 관한 정보, 하위 제어기의 고유 식별 ID에 관한 정보, 하위 제어기로부터 수신한 배터리 상태 데이터 등을 저장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하위 제어기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하위 제어기(300)는 통신부(310), 제어부(320) 및 메모리부(330)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 하위 제어기(300)는 전술한 슬레이브 배터리 관리 시스템(BMS)일 수 있다. 또한, 중간 하위 제어기는 하위 제어기(300) 중에서 소정의 기준에 따라 선정되는 것으로서 하위 제어기(300)에 포함되는 것이다.
통신부(310)는 상위 제어기(200)로부터 수신한 명령 신호에 대한 응답 신호를 상위 제어기(200)로 전송할 수 있다. 또한, 중간 하위 제어기의 경우, 통신부(310)는 상위 제어기(200)로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 기준치(제2 기준치)보다 작은 경우, 최대 전력으로 상위 제어기(200)가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기(300)로 전송할 수 있다. 그러나, 중간 하위 제어기가 반드시 최대 전력으로 명령 신호에 대응하는 신호를 전송하는 것으로 제한되는 것은 아니며, 소정의 기준치 이상의 크기를 갖도록 하여 신호를 전송하는 것 또한 가능할 것이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 중간 하위 제어기의 통신부(310)는 상위 제어기(200)로부터 미리 설정된 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 명령 신호를 수신하지 못한 경우, 최대 전력으로 상위 제어기(200)가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 중간 하위 제어기의 통신부(310)는 상위 제어기(200)로부터 미리 설정된 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 명령 신호를 수신하지 못하거나 또는 수신한 명령 신호가 미리 설정된 기준치(제2 기준치) 미만인 경우, 미리 설정된 반복 횟수에서 수신하지 못하거나 또는 기준치(제2 기준치) 미만인 횟수를 뺀 나머지 만큼 상위 제어기(200)가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 최대 전력으로 나머지 하위 제어기(300)로 전송할 수 있다.
제어부(320)는 상위 제어기(200)로부터 수신한 명령 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(320)는 상위 제어기(200)로부터 배터리 상태 측정에 대한 명령 신호를 수신하면, 배터리의 전압, 온도, 충전 상태 등을 모니터링하고, 이에 대한 결과 응답 신호를 통신부(310)를 통해 다시 상위 제어기(200)로 전송할 수 있다.
메모리부(330)는 상위 제어기(200)로부터 수신한 명령 신호의 세기를 누적하여 저장할 수 있다. 따라서, 제어부(320)로 하여금 저장된 명령 신호의 세기의 중간값 또는 평균값에 기초하여 기준치(제2 기준치)를 결정하도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치에 의하면, 중간 하위 제어기가 상위 제어기(200)로부터 수신한 명령 신호 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기(300)에 최대 전력으로 전송함으로써, 통신 결함이 발생한 경우에도 나머지 하위 제어기(300)(예를 들면, 상위 제어기(200)로부터 멀리 떨어져 있는 하위 제어기(300))들이 명령 신호를 수신하지 못하는 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 상위 제어기(200)에서 중간 하위 제어기(300)를 통해 나머지 하위 제어기(300)들로 명령 신호를 전송하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며 반대로 나머지 하위 제어기(300)들로부터의 응답 신호를 중간 하위 제어기를 통해 상위 제어기(200)로 전달하는 방식 또한 가능할 것이다.
도 4는 종래의 배터리 관리 장치의 통신 방법을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 종래의 배터리 관리 장치에서는 하나의 상위 제어기(마스터 BMS)와 복수의 하위 제어기(슬레이브 BMS) 사이에서 일대일(브로드 캐스트 방식)로 신호를 송수신하고 있다.
즉, 종래의 배터리 관리 장치에서 상위 제어기는 각 하위 제어기에 대해 배터리 상태 측정을 위한 명령 신호를 송신하고, 다시 각 하위 제어기로부터 명령에 대한 응답 신호를 수신하는 방식으로 통신을 수행한다.
또한, 하나의 상위 제어기는 모든 하위 제어기들과 연결이 완료되면 각 하위 제어기에 대해 고유 식별 ID를 부여한다. 이 때, 부여된 ID는 각 하위 제어기들의 응답 신호 패킷에 포함되어, 해당 패킷을 수신하는 상위 제어기를 포함하여 모든 하위 제어기가 어떠한 하위 제어기로부터 응답 패킷을 수신하였는지를 인식할 수 있도록 패킷 구조를 형성할 수 있다.
도 5는 종래의 배터리 관리 장치에서 마스터 기기와 슬레이브 기기가 신호룰 송수신하는 것을 시간에 따라 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 종래의 배터리 관리 장치에서 상위 제어기는 명령 신호(예를 들면, Measure Trigger 신호)를 일정 주기로 여러 차례 전송함으로써, 신호를 수신하지 못하는 하위 제어기들을 최소화하도록 한다. 이 때, 상위 제어기는 미리 약속된 통신 프로토콜의 횟수만큼 하위 제어기에 명령 신호를 전송할 수 있다.
또한, 하위 제어기들은 측정 데이터가 포함된 응답 신호를 각자의 순서에 맞게 할당된 일정 주기로 상위 제어기로 반복하여 전송할 수 있다. 이 때에도, 하위 제어기는 미리 약속된 통신 프로토콜의 횟수만큼 상위 제어기에 명령 신호를 전송할 수 있다.
예를 들면, 도 5에서 상위 제어기는 5.5ms의 기간 동안 2ms 간격으로 3차례 명령 신호를 전송하고 있다(T_Request). 그리고, 명령 신호를 수신한 각 하위 제어기에서는 3ms 동안 배터리의 상태 측정을 수행하고(T_Measure), 이에 대한 응답 신호를 7.6ms의 기간 동안 2.8ms의 간격으로 3차례 전송할 수 있다(T_Slave_Slot).
따라서, 배터리 관리 장치에 총 N개의 하위 제어기가 있다고 하면, 상위 제어기와 하위 제어기 간의 신호의 송수신 주기(T_Cycle)는 도 5에 나타낸 바와 같이, T_Request + T_Measure + T_Response(T_Slave * N)가 된다.
그러나, 이러한 종래의 방식에 따르면, 상위 제어기와 하위 제어기들 간에 통신 결함 요인이 발생한 경우, 일부 하위 제어기들의 경우 신호를 수신할 수 없는 문제가 있었다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치에서 마스터 기기와 슬레이브 기기가 신호를 송수신하는 것을 시간에 따라 나타내는 도면이다. 도 6에서 상위 제어기와 하위 제어기의 신호의 송수신 주기와 반복 횟수는 도 5와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 6에서는 하위 제어기 중 Slave_1과 Slave_2가 도 1의 중간 하위 제어기로 선정된 경우에 상위 제어기와 하위 제어기들 간의 통신하는 방법을 나타낸 것이다. 이 경우, 중간 하위 제어기인 Slave_1과 Slave_2는 상위 제어기가 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기에 기초하여 선정될 수 있다.
구체적으로, 상위 제어기는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 기준치(제1 기준치) 이상인 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다. 또는 상위 제어기는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 높은 순서대로 하위 제어기에 우선순위를 부여하고, 하위 제어기들 중 미리 설정된 우선순위 이상의 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다.
중간 하위 제어기인 Slave_1과 Slave_2가 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 기준치(제2 기준치)보다 작은 경우, 최대 전력으로 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기(즉, Slave_3 내지 Slave_N)로 전송할 수 있다. 이 때, Slave_1과 Slave_2는 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기를 누적하여 저장하고, 저장된 명령 신호의 세기의 중간값 또는 평균값에 기초하여 기준치(제2 기준치)를 결정할 수 있다.
또한, 중간 하위 제어기인 Slave_1과 Slave_2는 상위 제어기로부터 미리 설정된 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 명령 신호를 수신하지 못한 경우, 최대 전력으로 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 대응하는 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, Slave_1과 Slave_2는 상위 제어기로부터 미리 설정된 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수를 뺀 횟수만큼 명령 신호를 수신하지 못하거나 또는 수신한 명령 신호가 미리 설정된 기준치(제2 기준치) 미만인 경우, 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 대응하는 신호를 상위 제어기와의 사이에서 규정한 횟수에서 수신하지 못하거나 또는 제2 기준치 미만인 횟수만큼 최대 전력으로 나머지 하위 제어기로 전송할 수 있다.
예를 들면, 도 6에서, 중간 하위 제어기인 Slave_1과 Slave_2가 상위 제어기로부터 첫 번째로 수신한 명령 신호의 RSSI가 중간값(또는 평균값)보다 낮을 경우, Slave_1과 Slave_2는 나머지 하위 제어기 Slave_3 내지 Slave_N에 대하여 두 번째와 세 번째로 명령 신호를 전송할 때에는 최대 전력으로 브로드캐스트할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치에 따르면, 중간 노드를 이용하여 무선 통신을 수행함으로써, 노드 사이에 통신 결함이 발생한 경우에도 배터리 관리 시스템 간에 통신이 양호하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 기기(상위 제어기)에서 전송되는 신호의 패킷을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상위 제어기의 명령 신호에는 헤더(610), Measure Trigger 식별 정보(620), Measure Trigger 반복 횟수 식별 정보(630) 및 Balancing 등을 포함한 명령 정보(640)가 포함될 수 있다.
헤더(610)는 명령 신호의 선두에 놓인 문자군으로서 신호에 포함된 데이터의 내용, 특성 등을 식별 또는 제어하는 기능을 할 수 있다.
Measure Trigger 식별 정보(620)는 특정 타이밍의 Measure Trigger와 이전의 Measure Trigger들을 식별할 수 있도록 한다. 예를 들면, Measure Trigger 식별 정보(620)는 전술한 신호의 고유 식별 ID를 포함할 수 있다.
Measure Trigger 반복 횟수 식별 정보(630)는 일정 주기 동안 상위 제어기 또는 하위 제어기가 송수신하는 신호의 반복 횟수의 누락을 감지할 수 있도록 신호의 송신 주기와 해당 주기 동안의 반복 횟수에 관한 정보를 포함할 수 있다.
Balancing 등을 포함한 명령 정보(640)는 배터리의 상태 측정에 관한 정보(예를 들면, 배터리의 전압, 온도, SOC 등의 측정에 관한 정보), 각 배터리 셀의 밸런싱에 관한 정보(예를 들면, 밸런싱 주기, 전압 등에 관한 정보) 등을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 먼저 상위 제어기에서 하위 제어기로 명령 신호를 전송한다(S710). 예를 들면, 상위 제어기는 하위 제어기로 하여금 배터리의 상태를 측정하도록 하는 Measure Trigger 신호를 포함할 수 있다.
명령 신호를 수신한 하위 제어기는 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 따른 동작을 수행한다(S720). 이 때, 하위 제어기는 상위 제어기로부터의 명령 신호에 따라 배터리의 전압, 온도, SOC 등의 상태를 모니터링 할 수 있다.
그리고, 하위 제어기는 명령 신호에 대한 응답 신호를 상위 제어기로 전송한다(S730). 예를 들면, 상위 제어기로 전송되는 응답 신호는 배터리의 전압, 온도, SOC 등의 상태에 관한 결과 데이터를 포함할 수 있다.
응답 신호를 수신한 상위 제어기는 하위 제어기 중 소정의 기준에 따라 중간 하위 제어기를 선정한다. 이 때, 상위 제어기는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기에 기초하여 중간 하위 제어기를 선정할 수 있다(S740).
예를 들면, 상위 제어기는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 미리 설정된 기준치(제1 기준치) 이상인 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다.
또한, 상위 제어기는 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 높은 순서대로 하위 제어기에 우선순위를 부여하고, 하위 제어기들 중 미리 설정된 우선순위 이상의 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정할 수 있다.
다음으로, 중간 하위 제어기는 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 기준치(제2 기준치) 이상인지 여부를 판단한다(S750). 만약, 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 기준치(제2 기준치) 이상이라면(YES), 통신 결함이 없는 것이므로 중간 하위 제어기는 기본 전력으로 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 대응하는 신호를 다른 하위 제어기로 전송할 수 있다(S760).
그러나, 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 기준치(제2 기준치) 미만인 경우라면(NO), 중간 하위 제어기는 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 대응하는 신호를 최대 전력으로 다른 하위 제어기로 전송한다(S770). 전술한 바와 같이, 중간 하위 제어기는 반드시 최대 전력으로 신호를 송신할 필요는 없으며, 소정의 기준치 이상의 전력으로 신호를 송신할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9의 단계 S810 내지 S840의 경우, 도 8의 단계 S710 내지 S740과 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 단계 S840에서 상위 제어기가 중간 하위 제어기를 선정한 후, 중간 하위 제어기는 상위 제어기로부터 일정 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 명령 신호를 수신하였는지 여부를 판단한다(S850).
만약, 중간 하위 제어기가 상위 제어기로부터 일정 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 명령 신호를 수신하였다면(YES), 통신 결함이 없는 것이므로 중간 하위 제어기는 기본 전력으로 명령 신호를 다른 하위 제어기로 전송할 수 있다(S860).
그러나, 중간 하위 제어기가 상위 제어기로부터 일정 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 명령 신호를 수신하지 못한 경우(NO), 중간 하위 제어기는 명령 신호를 최대 전력으로 다른 하위 제어기로 전송한다(S870).
이 경우, 중간 하위 제어기는 상위 제어기로부터 미리 설정된 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 명령 신호를 수신하지 못한 경우(또는 수신한 명령 신호가 미리 설정된 기준치(제2 기준치) 미만인 경우), 미리 설정된 반복 횟수에서 수신하지 못한(또는 기준치(제2 기준치) 미만인) 횟수를 뺀 나머지만큼의 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 대응하는 신호를 최대 전력으로 나머지 하위 제어기로 전송할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 방법에 따르면, 중간 노드를 이용하여 무선 통신을 수행함으로써, 노드 사이에 통신 결함이 발생한 경우에도 배터리 관리 시스템 간에 통신이 양호하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 배터리 관리 장치(900)는 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 910)와, 운영 체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리 팩의 이상 진단 프로그램 또는 배터리 팩의 온도 추정 프로그램) 등이 기록되는 메모리(920)와, 배터리 셀 모듈 및/또는 스위칭부(예로써, 반도체 스위칭 소자)와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(930)와, 유무선 통신망을 통해 외부(예로써, 상위 제어기)와 통신 가능한 통신 인터페이스(940)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(920)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(910)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 모듈 2, 4, 6: 배터리 셀
12, 14, 16: 슬레이브 BMS 10: 마스터 BMS
200: 상위 제어기 210: 통신부
220: 제어부 230: 메모리부
300: 하위 제어기 310: 통신부
320: 제어부 330: 메모리부
610: 헤더 620: Measure Trigger 식별 정보
630: Measure Trigger 반복 횟수 식별 정보
640: Balancing 등을 포함한 명령 정보
910: MCU 920: 메모리
930: 입출력 I/F 940: 통신 I/F

Claims (11)

  1. 하위 제어기에 명령 신호를 전송하고, 상기 하위 제어기로부터 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 수신하는 상위 제어기; 및
    상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 따른 동작을 수행하고, 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 상기 상위 제어기로 전송하는 하위 제어기를 포함하고,
    상기 하위 제어기 중 소정의 기준에 따라 선정된 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기로 전송하는 배터리 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상위 제어기는 상기 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기에 기초하여 상기 중간 하위 제어기를 선정하는 배터리 관리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상위 제어기는 상기 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 미리 설정된 제1 기준치 이상인 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정하는 배터리 관리 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 상위 제어기는 상기 하위 제어기로부터 수신한 응답 신호의 세기가 높은 순서대로 상기 하위 제어기에 우선순위를 부여하고, 상기 하위 제어기들 중 미리 설정된 우선순위 이상의 하위 제어기를 중간 하위 제어기로 선정하는 배터리 관리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 제2 기준치보다 작은 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기로 전송하는 배터리 관리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기를 누적하여 저장하고, 저장된 상기 명령 신호의 세기의 중간값 또는 평균값에 기초하여 상기 제2 기준치로 결정하는 배터리 관리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 상위 제어기는 미리 설정된 주기로 미리 설정된 반복 횟수만큼 상기 명령 신호를 전송하도록 설정되어 있고,
    상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 미리 설정된 주기 동안 미리 설정된 반복 횟수만큼 상기 명령 신호를 수신하지 못한 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 전송하는 배터리 관리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 상기 미리 설정된 주기 동안 상기 미리 설정된 반복 횟수만큼 상기 명령 신호를 수신하지 못하거나 또는 수신한 명령 신호가 미리 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 미리 설정된 반복 횟수에서 상기 수신하지 못하거나 또는 상기 제2 기준치 미만인 횟수를 뺀 나머지 만큼의 상기 명령 신호에 대응하는 신호를 최대 전력으로 나머지 하위 제어기로 전송하는 배터리 관리 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 명령 신호와 상기 응답 신호는 신호 고유의 식별 정보, 신호의 반복 횟수에 관한 식별 정보 및 배터리 상태 측정에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 관리 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 명령 신호는 배터리 모듈의 상태 측정을 위한 트리거(Trigger) 신호를 포함하는 배터리 관리 장치.
  11. 상위 제어기에서 하위 제어기로 명령 신호를 전송하는 단계;
    상기 하위 제어기에서 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호에 따른 동작을 수행하는 단계;
    상기 하위 제어기는 상기 명령 신호에 대한 응답 신호를 상기 상위 제어기로 전송하는 단계;
    상기 상위 제어기에서 상기 하위 제어기 중 소정의 기준에 따라 중간 하위 제어기를 선정하는 단계; 및
    상기 중간 하위 제어기는 상기 상위 제어기로부터 수신한 명령 신호의 세기가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 최대 전력으로 상기 상위 제어기가 전송하는 명령 신호에 대응하는 신호를 나머지 하위 제어기로 전송하는 단계를 포함하는 배터리 관리 방법.
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