JP7345566B2 - スレーブbmsの自動id割当システム - Google Patents

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Description

本出願は、2019年05月09日付けの韓国特許出願第10-2019-0054532号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、マスターBMSが同一の電池ラック内に存在するスレーブBMSに自動でIDを割り当てるシステムに関する。
近年、二次電池に対する研究開発が活発に行われている。ここで、二次電池は、充放電が可能な電池であって、従来のNi/Cd電池、Ni/MH電池などと、最近のリチウムイオン電池とを何れも含む意味である。二次電池の中でも、リチウムイオン電池は、従来のNi/Cd電池、Ni/MH電池などに比べて、エネルギー密度が遥かに高いという長所がある。また、リチウムイオン電池は、小型、軽量に製作することができるため、移動機器の電源として用いられる。また、リチウムイオン電池は、電気自動車の電源にまでその使用範囲が拡張され、次世代エネルギー貯蔵媒体として注目を浴びている。
二次電池は、一般的に複数の電池セルが直列および/または並列に連結された電池モジュールを含む電池パックとして用いられる。そして、電池パックは、電池管理システムにより、状態および動作が管理および制御される。
複数の電池モジュールは、直列/並列連結されて電池ラックを構成し、また、複数の電池ラックは、並列連結されて電池バンクを構成する。かかる電池バンクは、ESS(Energy storage system)として使用可能である。それぞれの電池モジュールは、対応するスレーブBMSによりモニターされ制御される。各電池ラック内の最上位コントローラであるマスターBMSは、各スレーブBMSをモニターし制御し、スレーブBMSから取得した情報に基づいて全体電池ラック状態をモニターし制御する。
この際、複数の電池ラックのスレーブBMSとマスターBMSが同一の空間で互いに無線で通信する場合、当該信号が当該電池ラック以外の電池ラックにも伝送される場合がある。よって、ESSの初期設置後、各マスターBMSが同一の電池ラックに配置されたスレーブBMSを自動で識別し、当該スレーブBMSにIDを割り当てることが難しいという問題がある。
本発明は、複数の電池ラックを含むESS内の各電池ラックに配置されているマスターBMSが、当該電池ラックに配置されているスレーブBMSのIDを自動で割り当てるようにすることを目的とする。
本発明の一実施形態に係るマスターBMSは、複数のスレーブBMSにセルバランシング開始命令信号および少なくとも2回の温度測定命令信号を無線で伝送する伝送部と、前記伝送部が前記セルバランシング開始命令信号を無線で伝送した後、有線で連結されている複数のファンにファンオン(FAN ON)信号を伝送する有線通信部と、前記複数のスレーブBMSのうち、前記セルバランシング開始命令信号の直後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、前記ファンオン信号の伝送後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、の差値が予め設定された値より大きいスレーブBMSである関連スレーブBMSから連動(association)信号を受信する受信部と、前記関連スレーブBMSを同一ラック内に配置されていると判断し、前記関連スレーブBMSのIDおよび通信チャネルを特定の値に変更する制御部と、を含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るマスターBMSの前記伝送部は、複数の前記関連スレーブBMSに信号強度測定用信号を伝送し、前記受信部は、前記複数の関連スレーブBMSそれぞれから、当該関連スレーブBMSが受信した前記信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSI(Received Signal Strength Indication)レベルを受信することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るマスターBMSの複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第nのIDを割り当てるID割当部をさらに含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るマスターBMSにおいて、前記第nのIDを割り当てた後(nは自然数)、前記受信部は、前記ID割当部によりIDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSが前記第nのIDが割り当てられた関連スレーブBMSから受信した信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSIレベルを受信し、前記ID割当部は、前記IDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第n+1のIDを割り当てることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るマスターBMSにおいて、前記制御部は、前記ID割当部により割り当てられたIDの個数であるn+1が前記連動信号を伝送した関連スレーブBMSの個数と同一になるまで、前記ID割当部が前記ID割当動作を繰り返すようにすることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るマスターBMSにおいて、前記マスターBMSは、ブロードキャスト方式で、前記セルバランシング開始命令信号および温度測定命令信号を伝送することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSは、所定のマスターBMSからセルバランシング開始命令信号および少なくとも2回の温度測定命令信号を無線で受信する受信部と、前記セルバランシング開始命令信号の強さが予め設定された強さより大きいと、セルバランシングを行うセルバランシング部と、前記少なくとも2回の温度測定命令信号に基づいて当該PCB基板の温度を複数回測定する温度測定部と、前記少なくとも2回の温度測定命令信号に基づいて測定された電池モジュールの温度である第1温度と第2温度との差値が予め設定された値より大きい場合、前記マスターBMSに連動信号を伝送する伝送部と、を含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSにおいて、前記連動信号を伝送した場合、前記受信部は、信号強度測定用信号を受信し、前記スレーブBMSは、前記信号強度測定用信号の強さに対するRSSIレベルを検知するRSSIレベル検知部をさらに含み、前記伝送部は、検知された前記RSSIレベルを前記マスターBMSに伝送することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSにおいて、前記受信部は、前記マスターBMSからID割当情報を受信し、前記ID割当情報を受信した場合、信号強度測定用信号を生成し、前記伝送部が少なくとも1つの他の関連スレーブBMSに伝送するようにする制御部をさらに含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSにおいて、前記セルバランシング開始命令信号の強さが予め設定された強さ以下である場合、前記セルバランシング開始命令信号を伝送したマスターBMSが他のラックに配置されたマスターBMSであると判断することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの自動ID割当システムは、特定のマスターBMSが配置される電池ラック内に存在する関連スレーブBMSの自動ID割当システムであって、マスターBMSであって、複数のスレーブBMSにセルバランシング開始命令信号および少なくとも2回の温度測定命令信号を無線で伝送する第1伝送部と、前記第1伝送部が前記セルバランシング開始命令信号を無線で伝送した後、有線で連結されている複数のファンにファンオン(FAN ON)信号を伝送する有線通信部と、前記複数のスレーブBMSのうち、前記セルバランシング開始命令信号の直後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、前記ファンオン信号の伝送後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、の差値が予め設定された値より大きいスレーブBMSである関連スレーブBMSから連動(association)信号を受信する第1受信部と、前記関連スレーブBMSを同一ラック内に配置されていると判断し、前記関連スレーブBMSのIDおよび通信チャネルを特定の値に変更する制御部とを含むマスターBMSと、
スレーブBMSであって、所定のマスターBMSからセルバランシング開始命令信号および少なくとも2回の温度測定命令信号を無線で受信する第2受信部と、前記セルバランシング開始命令信号の強さが予め設定された強さより大きいと、セルバランシングを行うセルバランシング部と、前記少なくとも2回の温度測定命令信号に基づいて当該PCB基板の温度を複数回測定する温度測定部と、前記少なくとも2回の温度測定命令信号に基づいて測定された電池モジュールの温度である第1温度と第2温度との差値が予め設定された値より大きい場合、前記マスターBMSに連動信号を伝送する第2伝送部とを含むスレーブBMSと、
を含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの自動ID割当システムにおいて、前記スレーブBMSの第1温度と第2温度との差値が前記予め設定された値より大きいと、前記スレーブBMSは、前記関連スレーブBMSであることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの自動ID割当システムにおいて、前記第1伝送部は、前記関連スレーブBMSに第1信号を伝送し、前記スレーブBMSは、前記第2受信部により受信された前記第1信号の受信強さに対するRSSIレベルを検知するRSSIレベル検知部をさらに含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの自動ID割当システムにおいて、前記第2伝送部は、前記第1信号の受信強さに対する前記RSSIレベルを前記マスターBMSに伝送し、前記マスターBMSは、前記スレーブBMSから受信された前記RSSIレベルが他の関連スレーブBMSから受信されたRSSIレベルより大きい場合、前記スレーブBMSに対応する第nのID(nは自然数)を割り当てるID割当部をさらに含み、前記第1伝送部は、前記第nのID割当情報を前記スレーブBMSに伝送することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの自動ID割当システムにおいて、前記第nのIDを割り当てた後(nは自然数)、前記第1受信部は、前記ID割当部によりIDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSが前記第nのIDが割り当てられた関連スレーブBMSから受信した信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSIレベルを受信し、前記ID割当部は、前記IDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第n+1のIDを割り当てることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの自動ID割当システムにおいて、前記制御部は、前記ID割当部により割り当てられたIDの個数であるn+1が前記連動信号を伝送した関連スレーブBMSの個数と同一になるまで、前記ID割当部が前記ID割当動作を繰り返すようにすることを特徴とする。
本発明の実施形態によると、複数の電池ラックを含むESS内の各電池ラックに配置されているマスターBMSが、当該電池ラックに配置されているスレーブBMSのIDを自動で割り当てることで、ESSの効率的な管理が可能となる。
本発明の一実施形態と関連し、ESS内の複数の電池ラックの構成を簡略に示す図である。 本発明の一実施形態に係る、関連スレーブBMSに自動でIDを割り当てるマスターBMSの簡略な構成図である。 本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの簡略な構成図である。 本発明の一実施形態に係る、関連スレーブBMSに自動でIDを割り当てる方法の簡略なフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る、関連スレーブBMSに自動でIDを割り当てる方法の簡略なフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るマスターBMSの動作に対するフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの動作に対するフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの実現例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電池セル間のセルバランシング実現回路を例示的に示す図である。
以下、本発明の多様な実施形態が添付図面を参照して記載される。但し、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の実施形態の多様な変更(modification)、等価物(equivalent)、および/または代替物(alternative)を含むものと理解しなければならない。図面の説明と関連し、類似した構成要素に対しては、類似した参照符号が使用可能である。
本文書で用いられた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、他の実施形態の範囲を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上、明らかに他を意味しない限り、複数の表現を含んでもよい。技術的または科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有し得る。一般的に用いられる辞書に定義された用語は、関連技術の文脈上有する意味と同一または類似した意味を有するものと解釈されてもよく、本文書で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。場合によっては、本文書で定義された用語であるとしても、本発明の実施形態を排除するように解釈されてはならない。
また、本発明の実施形態の構成要素を説明するにおいて、第1、第2、A、B、(a)、(b)などの用語を用いることができる。かかる用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものにすぎず、その用語により当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されることはない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」、または「接続」されると記載された場合、その構成要素は前記他の構成要素に直接的に連結または接続されてもよいが、各構成要素の間にまた他の構成要素が「連結」、「結合」、または「接続」されてもよいものと理解しなければならない。
図1は、本発明の一実施形態に係るESS内の複数の電池ラック10~14の構成を簡略に示す図である。
ESSは、複数の電池ラックを含む。それぞれの電池ラックは、直列または並列に連結されている複数の電池モジュールを含む。それぞれの電池モジュールは、それぞれのスレーブBMSによりモニターされ制御される。また、それぞれの電池モジュールには、当該電池モジュールから発生した熱を冷ますためのファンが設けられている。
このように、1つのESSに複数の電池ラックが含まれており、電池ラック内のマスターBMSとスレーブBMSとの間に無線で通信する場合、当該電池ラック内のマスターBMSと他の電池ラック内のスレーブBMSとの間にも無線通信が行われることができるため、ESSを初期に設置した後、各マスターBMSが同一の電池ラックに位置するスレーブBMSを識別することが難しい。よって、従来は、ESSを初期に設置する際、設置者が手動でそれぞれのスレーブBMSにID情報を入力するか、または事前に指定された順にモジュールを設けなければならなかった。この場合、設置過程でエラーが発生し得るし、設置するのにさらに多い時間がかかるという問題があった。かかる問題を解消するための本発明の一実施形態に係るマスターBMSにより、自動でスレーブBMSにIDを割り当てる構成については後述することにする。
図2は、本発明の一実施形態に係る、関連スレーブBMSに自動でIDを割り当てるマスターBMS200の構成図である。
マスターBMS200は、受信部202、伝送部204、有線通信部206、制御部208、およびID割当部210を含む。
受信部202は、複数のスレーブBMSから連動(Association)信号を受信する。これと関連し、複数のスレーブBMSは、マスターBMS200からセルバランシング命令信号を受信する。それぞれのスレーブBMSは、受信されたセルバランシング命令信号の強さが予め設定された強さより大きい場合にのみ、セルバランシングを行う。セルバランシングを行ったスレーブBMSのPCBの内部温度が上昇する。セルバランシングを開始してから一定時間の経過後、それぞれのスレーブBMSは、当該スレーブBMSのPCB基板の温度を測定する。次いで、複数のスレーブBMSのうち、当該マスターBMS200と同一のラック内に存在する少なくとも1つのスレーブBMSは、マスターBMS200からファンオン信号を有線で受信する。セルバランシングを行った複数のスレーブBMSのうち、当該マスターBMS200と同一のラック内に存在する少なくとも1つのスレーブBMSは、ファンを駆動してから一定時間の経過後、当該スレーブBMSのPCBの温度を測定する。
また、受信部202は、それぞれの関連スレーブBMSから、マスターBMSが伝送した特定の信号、例えば、信号S3に対する受信強さを示すRSSI(Received Signal Strength Indication)レベルを受信する。関連スレーブBMSとは、マスターBMSにセルバランシング以後の温度とファン駆動以後の温度との差を伝送した複数のスレーブBMSのうち、セルバランシング以後の温度とファン駆動以後の温度との差が予め設定された温度差より大きいスレーブBMSであって、当該マスターBMSと同一のラック内に位置すると判断されたスレーブBMSを意味する。
マスターBMSから信号S3を受信した関連スレーブBMSは、それぞれ受信された信号S3の受信強さに対するRSSIレベルを検知し、その値をマスターBMSに伝送する。
また、受信部202は、既にIDが割り当てられたスレーブBMSを除いた関連スレーブBMSから、最も最後の順にIDが割り当てられたスレーブBMSから受信した特定の信号、例えば、信号S4に対する受信強さを示すRSSIレベルを受信する。
伝送部204は、複数のスレーブBMSにセルバランシング開始命令信号を伝送する。また、伝送部204は、複数のスレーブBMSに温度測定命令信号を伝送する。
また、伝送部204は、関連スレーブBMSに特定の信号、例えば、信号S3を伝送する。この際、マスターBMS200は、複数のスレーブBMSからそれぞれ受信された、セルバランシング実行後に測定されたスレーブPCBの温度とファン駆動後に測定されたスレーブPCBの温度との差が、予め設定された温度差より大きい場合であるスレーブBMSを、当該マスターBMSと同一の電池ラック内に存在するスレーブBMSと判断し、このスレーブBMSを関連スレーブBMSという。
伝送部204は、マスターBMSまたは最も最後にIDが割り当てられたスレーブBMSから受信された信号のRSSIレベルが最も高いスレーブBMSにID割当情報を伝送する。
有線通信部206は、当該マスターBMSとファンが有線で連結されているスレーブBMSにファンオン(FAN ON)信号を伝送する。具体的に、マスターBMS200から無線でセルバランシング信号を受信してセルバランシングを行う複数のスレーブBMSのうち、ファンが当該マスターBMS200と有線で連結されているスレーブBMSのみが、当該マスターBMS200からファンオン信号を受信してファンオン動作を行う。
制御部208は、連動信号を伝送した少なくとも1つのスレーブBMSのファンID(FAN ID)および通信チャネルをデフォルト(default)値から特定の値に変更して設定する。
ID割当部210は、複数のスレーブBMSから受信されたRSSIレベルのうち最も高いレベルを伝送したスレーブBMSに、以前に割り当てられたIDの次順のIDを割り当てる。例えば、IDを初めて割り当てる場合には、ID割当部は、当該スレーブBMSに第1番スレーブBMSと割り当てる。また、例えば、ID割当部は、第3番スレーブBMSのIDを割り当てた後、複数のスレーブBMSから受信されたRSSIレベルのうち最も高いレベルを伝送したスレーブBMSには、第4番スレーブBMSと割り当てることができる。ここで、ID番号は、必ずしも一定の間隔を有するアラビア数字である必要はなく、その順を識別可能な値であれば何であってもよい。
図3は、本発明の一実施形態に係る、関連スレーブBMSに自動でIDが割り当てられるスレーブBMS300の構成図である。
スレーブBMS300は、受信部302、伝送部304、セルバランシング部306、温度測定部308、制御部310、およびRSSIレベル検知部314を含む。
受信部302は、マスターBMS200からセルバランシング開始命令信号を無線で受信する。
また、受信部302は、マスターBMS200または他のスレーブBMSから特定の信号、例えば、信号S3を受信する。これは、前記セルバランシング開始命令信号を受信し、セルバランシング部306がセルバランシングを行った後に測定したPCB基板の温度と、ファンが駆動された後に測定したPCB基板の温度と、の差が予め設定された値より大きい場合にのみ、マスターBMS200から信号S3を受信する。
また、受信部302は、マスターBMS200から割り当てられるID情報を受信する。
伝送部304は、マスターBMSに、セルバランシング以後に測定されたPCBの温度とファン駆動後に測定されたPCBの温度との差値が予め設定された値より大きい場合に、連動信号を伝送する。
また、伝送部304は、マスターBMSまたは他のスレーブBMSから受信された特定の信号、例えば、信号S3またはS4信号の受信強さに対するRSSIレベル値をマスターBMSに伝送する。
セルバランシング部306は、マスターBMSから受信されたセルバランシング開始信号の強さが予め設定されている強さ値より大きい場合には、当該スレーブBMSが制御する電池モジュール内の電池セルバランシングを行う。
温度測定部308は、マスターBMSからセルバランシング開始命令信号を受信し、セルバランシング部がセルバランシングを開始してから一定時間の経過後、当該スレーブBMSのPCB基板の温度を測定する。
また、温度測定部308は、マスターBMSからファンオン信号を受信し、ファン駆動部300がファンを駆動してから一定期間の経過後、当該スレーブBMSのPCB基板の温度を測定する。
制御部310は、温度測定部308により測定された、セルバランシング以後に測定されたスレーブBMSのPCB基板の温度と、ファン駆動以後に測定されたスレーブBMSのPCB基板の温度との差を演算し、伝送部304がマスターBMSに伝送するようにする。
また、制御部310は、当該スレーブBMSが関連スレーブBMSである場合には、マスターBMSによりファンIDおよび通信チャネルを特定の値に変更する。
また、制御部310は、マスターBMSからIDが割り当てられると、伝送部304が他のスレーブBMSに特定の信号を伝送するようにする。
RSSIレベル検知部314は、マスターBMSまたは他のスレーブBMSから特定の信号、例えば、信号S3またはS4を受信する際、当該信号の受信強さをRSSIレベルで検知する。RSSIレベル検知部314により検知されたRSSIレベルをマスターBMSに伝送する。
図4aおよび図4bは、本発明の一実施形態に係る、関連スレーブBMSに自動でIDを割り当てる方法の簡略なフローチャートである。
マスターBMS200は、第1~nスレーブBMS300、301、303、305にセルバランシング開始命令信号S1を無線で伝送する(S400)。
第1スレーブBMS300は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号Sthの強さ値より大きいか否かを判断する(S402)。第1スレーブBMS300は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号の強さ値より大きいと、セルバランシングを行う(S404)。
第2スレーブBMS301は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号の強さ値より大きいか否かを判断する(S408)。第2スレーブBMS301は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号の強さ値より大きいと、セルバランシングを行う(S410)。
第3スレーブBMS303は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号の強さ値より大きいか否かを判断する(S414)。第3スレーブBMS303は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号の強さ値より小さいと、セルバランシング以後の動作を行わない。
第nスレーブBMS305は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号の強さ値より大きいか否かを判断する(S418)。第nスレーブBMS305は、マスターBMS200からの信号S1の強さが予め設定された信号の強さ値より大きいと、セルバランシングを行う(S420)。
第1スレーブBMS300は、セルバランシングを行ってから一定時間の経過後(またはマスターBMS200から温度測定命令を受信した後)、スレーブBMSのPCB基板の温度T11を測定する(S406)。第2スレーブBMS301は、セルバランシングを行ってから一定時間の経過後、スレーブBMSのPCB基板の温度T12を測定する(S412)。第nスレーブBMS305は、セルバランシングを行ってから一定時間の経過後、スレーブBMSのPCB基板の温度T1nを測定する(S422)。
次いで、マスターBMS200は、同一の電池ラック内に存在するスレーブBMSに付着されたファンを駆動させる。これにより、第1、2、およびnスレーブBMS300、301、305にそれぞれ設けられたファンは、ファン駆動を行う。
ファンを駆動してから一定時間の経過後(またはマスターBMSから温度測定命令を受信した後)、第1スレーブBMS300は、PCB基板の温度T21を測定する(S428)。ファンを駆動してから一定時間の経過後、第2スレーブBMS301は、PCB基板の温度T22を測定する(S434)。ファンを駆動してから一定時間の経過後、第nスレーブBMS305は、PCB基板の温度T2nを測定する(S440)。
次いで、第1スレーブBMS300は、セルバランシング後のPCB測定温度T11とファン駆動後のPCB測定温度T21との差値Tα1を算出する(S430)。また、第2スレーブBMS301は、セルバランシング後のPCB測定温度T12とファン駆動後のPCB測定温度T22との差値Tα2を算出する(S436)。また、第nスレーブBMS305は、セルバランシング後のPCB測定温度T1nとファン駆動後のPCB測定温度T2nとの差値Tαnを算出する(S442)。
第1スレーブBMS300は、Tα1が予め設定されたTth値より大きいか否かを判断する(S444)。第2スレーブBMS301は、Tα2が予め設定されたTth値より大きいか否かを判断する(S446)。第nスレーブBMS305は、Tαnが予め設定されたTth値より大きいか否かを判断する(S447)。
それぞれのスレーブBMS300、301、305は、Tα1、Tα2、Tαn値が予め設定されたTth値より大きいと、マスターBMS200に連動信号を伝送する(S448)。ステップS400からS448は、マスターBMSが受信する連動信号の個数が予め設定されている個数(例えば、当該マスターBMSと同一のラック内に存在すると判断されるスレーブBMSの個数)と同一になるまで繰り返される。
少なくとも1つのスレーブBMSから連動信号を受信したマスターBMS200は、連動信号を伝送したスレーブBMSのファンIDおよび当該スレーブBMSとの通信チャネルをデフォルト値から特定の値に変更して設定する(S449)。
その後、マスターBMS200は、第1スレーブBMS300、第2スレーブBMS301、および第nスレーブBMS305に特定の信号、例えば、信号S3を伝送する(S450)。
第1スレーブBMS300は、マスターBMS200から信号S3を受信し、当該信号S3のRSSIレベル1を検知する(S452)。第2スレーブBMS301は、マスターBMS200から信号S3を受信し、当該信号S3のRSSIレベル2を検知する(S454)。第nスレーブBMS305は、マスターBMS200から信号S3を受信し、当該信号S3のRSSIレベル3を検知する(S456)。
第1スレーブBMS300は、マスターBMS200にRSSIレベル1をパケット(PACKET)で伝送する。第2スレーブBMS301は、マスターBMS200にRSSIレベル2をパケットで伝送する。第nスレーブBMS305は、マスターBMS200にRSSIレベル3をパケットで伝送する(S458)。
マスターBMS200は、第1スレーブBMS300、第2スレーブBMS301、および第nスレーブBMS305からそれぞれ受信されたRSSIレベル1、RSSIレベル2、RSSIレベル3の大きさのうち最も大きいRSSIレベルを伝送したスレーブBMSを識別し、当該スレーブBMSに第1のIDを割り当てる(S460)。
本例示においては、例えば、RSSIレベル1が最も大きいレベルであると仮定すると、マスターBMS200は、第1スレーブBMS300に第1のID割当信号を伝送する(S462)。
マスターBMS200から第1のID割当信号を受信した第1スレーブBMS300は、自身のIDを第1のIDに設定する(S464)。
第1スレーブBMS300が第1のIDと割り当てられた後、第1スレーブBMS300は、他のスレーブBMSに特定の信号、例えば、信号S4を伝送する(S466)。
第1スレーブBMS300から信号S4を受信した第2スレーブBMS301は、信号S4のRSSIレベル1を検知する(S468)。第1スレーブBMS300から信号S4を受信した第nスレーブBMS305は、信号S4のRSSIレベル2を検知する(S470)。
第2スレーブBMS301は、マスターBMS200にRSSIレベル1をパケットで伝送し、第nスレーブBMS305もマスターBMS200にRSSIレベル2をパケットで伝送する(S472)。
第2スレーブBMS301および第nスレーブBMS305からそれぞれ受信したRSSIレベル1およびレベル2のうち最も大きいレベルを伝送したスレーブBMSを識別し、第2のIDを割り当てる(S474)。この例示においては、レベル2がレベル1より大きいと仮定する。よって、マスターBMS200は、第nスレーブBMS305に第2のID割当信号を伝送する(S476)。マスターBMS200から第2のID割当信号を受信した第nスレーブBMS305は、自ら第2のIDを割り当てる(S478)。
次いで、第nスレーブBMS305は、IDが割り当てられていない他の関連スレーブBMSに特定の信号を伝送して前記順を繰り返し、全ての関連スレーブBMSにIDが割り当てられると、当該電池ラック内のスレーブBMSに対するID割当は終了する。
図5aは、本発明の一実施形態に係るマスターBMSの動作に対するフローチャートである。
マスターBMS200は、複数のスレーブBMS300~305にブロードキャストでセルバランシング命令を伝送する(S502)。マスターBMSは、一定時間の経過後、再び複数のスレーブBMS300~305にブロードキャストで温度測定命令信号を伝送する(S504)。これは、スレーブBMSがセルバランシング命令を受信し、セルバランシングを開始してから一定時間が経過すると、スレーブBMSのPCB基板の温度が上昇するため、上昇した温度を測定するためである。
次いで、マスターBMS200は、同一の電池ラック内で有線で連結されている複数のファンそれぞれに対してファンオン信号を伝送する(S506)。複数のファンそれぞれは、当該マスターBMS200と同一の電池ラック内に位置する複数の電池モジュールにそれぞれ配置されている。マスターBMS200が同一の電池ラック内で有線で連結されている複数のファンにそれぞれファンオン信号を伝送し、それぞれのファンが動作をすると、当該マスターBMSと同一の電池ラック内に存在するスレーブBMSのPCB基板の温度が下がるという効果ある。
次いで、マスターBMS200は、再び一定時間の経過後、複数のスレーブBMS300~305に温度測定命令を伝送する(S508)。
セルバランシングを行った後、当該マスターBMSとファンが有線で連結されていて、ファンオン信号を受信してファンを駆動したスレーブBMSのPCB基板の温度は、上昇してから下降したはずであり、セルバランシングを行った後、当該マスターBMSとファンが有線で連結されておらず、ファンオン信号を受信しないため、ファンを駆動していない電池モジュールのスレーブBMSのPCB基板の温度は、上昇してからほぼ下降しないはずである。
したがって、セルバランシングを行った後に測定したスレーブBMSのPCB基板の温度とファンオン駆動後に測定したスレーブBMSのPCB基板の温度との差が一定温度値以上である電池モジュールが、当該マスターBMSと同一のラック内に位置することが分かる。
次いで、セルバランシングを行った後に測定した温度とファンオン駆動後に測定した温度との差が一定温度値以上であるスレーブBMSは、当該マスターBMSに連動信号を伝送する。
したがって、マスターBMS200は、少なくとも1つのスレーブBMSから連動信号を受信する(S510)。
連動信号を受信したマスターBMS200は、連動信号を送信した少なくとも1つのスレーブBMSそれぞれのファンIDおよびチャネルを特定の値に変更する(S512)。マスターBMS200は、連動信号を送信したスレーブBMSは同一のラック内に存在する関連スレーブBMSと判断する。よって、以後に無線通信は関連スレーブBMSとすることができるように、関連スレーブBMSとの通信チャネルをデフォルト値から特定の値に変更して設定する。
そこで、マスターBMS200は、変更された通信チャネルを介して複数のスレーブBMSに特定の信号S3をブロードキャストで伝送する(S514)。
マスターBMS200から特定の信号S3を受信したスレーブBMSは、受信信号S3のRSSIレベルを測定する。スレーブBMSは、マスターBMSに、測定されたRSSIレベルをパケットで伝送する。
次いで、マスターBMS200は、少なくとも1つのスレーブBMSから受信したRSSIレベルのうち最も大きいRSSIレベルを送信したスレーブBMSに第nのIDを割り当てる。ここで、nは自然数であり、1番目のIDは1から始まってもよく、順を示す文字または数字や、特殊記号の何も可能である。
マスターBMS200は、nが連動信号を送信したスレーブBMSの個数と一致するか否かを判断する(S520)。
一致しないと、一定時間の後、以前ステップでIDを割り当てたスレーブBMSを除き、少なくとも1つの関連スレーブBMSからそれぞれRSSIレベルをパケットで受信する(S522)。
マスターBMSは、受信されたRSSIレベルのうち最も大きいRSSIレベルを送信したスレーブBMSに第n+1のIDを割り当てる(S524)。以後に再び、n+1がnとして送信したスレーブBMSの個数と一致するか否かを判断する(S520)。
マスターBMSは、nが連動信号を送信したスレーブBMSの個数と一致すると、ID割当動作を終了する。
図5bは、本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの動作に対するフローチャートである。
スレーブBMSは、マスターBMS200からセルバランシング命令信号S1を無線で受信する(S530)。
セルバランシング命令信号S1を受信したスレーブBMSは、予め設定されている一定信号強さSthより信号S1が大きいか否かを判断する(S532)。
スレーブBMSは、受信したセルバランシング命令信号S1が予め設定されている信号Sthの強さ値より大きいと、セルバランシングを行う(S534)。スレーブBMSは、受信したセルバランシング命令信号S1が予め設定されている信号Sthの強さ値より小さいと、セルバランシングを行わない。ここで、予め設定されている信号Sthの強さは、マスターBMSが信号S1を伝送した際、当該マスターBMSと同一のラック内に存在するスレーブBMSのうち最も遠いスレーブBMSがセルバランシングを行うが、最も遠いスレーブBMSより遠い距離に存在するスレーブBMSはセルバランシングを行わないようにする値に設定される。
スレーブBMSは、セルバランシングを行った後には、スレーブBMSのPCB基板の温度が上昇する。セルバランシング回路の温度が上昇すると、全体電池モジュールの温度に影響を及ぼすはずである。そこで、マスターBMSから温度測定命令信号を受信したスレーブBMSは、セルバランシングにより上昇したスレーブBMSのPCB基板の温度T1を測定する(S536)。
また、当該スレーブBMSが位置する電池モジュールに設けられたファンは、同一のラック内に位置するマスターBMSと有線で連結され、マスターBMSの制御を受ける。よって、マスターBMSが温度測定命令をした後、同一のラック内に存在する複数のスレーブBMSそれぞれに設けられているファンに駆動信号を伝送すると、ファン駆動を開始する。
次いで、マスターBMSは、複数のスレーブBMSに温度測定命令を無線で伝送する。
一定時間の後、マスターBMSから温度測定命令を受信したスレーブBMSは、ファン駆動後に下がったスレーブBMSのPCB基板の温度T2を測定する(S538)。
スレーブBMSは、セルバランシング後に測定した温度T1とファン駆動後に測定した温度T2との差が予め設定されている温度差Tthより大きいか否かを判断する(S540)。
スレーブBMSは、セルバランシング後に測定した温度T1とファン駆動後に測定した温度T2との差が予め設定されている温度差Tthより小さいと、さらに追加の動作なしに、ID設定をせず、当該プロセスを完了する。
一方、スレーブBMSは、セルバランシング後に測定した温度T1とファン駆動後に測定した温度T2との差が予め設定されている温度差Tthより大きいと、マスターBMSに連動信号を伝送する(S546)。スレーブBMSから連動信号を受信したマスターBMSは、連動信号を送信したスレーブBMSのファンIDおよび通信チャネルをデフォルト値から特定の値に変更して設定する。
その以後、スレーブBMSは、マスターBMSから特定の信号S3を受信する(S546)。スレーブBMSは、マスターBMSからブロードキャストで特定の信号S3を無線で受信する。
特定の信号S3を受信したスレーブBMSは、受信された特定の信号S3のRSSIレベルを測定し、その値をパケットでマスターBMS200に伝送する(S550)。
スレーブBMSは、マスターBMS200にRSSIレベルを伝送した後、マスターBMS200からID割当信号を受信するか否かを判断する(S552)。当該スレーブBMSは、マスターBMS200からID割当信号を受信すると、ID設定をし、他の複数のスレーブBMSに特定の信号S4を伝送する(S554)。
一定時間の経過後にも、当該スレーブBMSは、マスターBMS200からID割当信号を受信しない場合、他のスレーブBMSから特定の信号S4を受信することができる(S556)。
スレーブBMSは、受信信号S4のRSSIレベルを測定し、その値をパケットでマスターBMSに伝送する(S558)。スレーブBMSは、RSSIレベルを伝送した後、再びマスターBMSにID割当信号を受信するか否かを判断し、前記ステップS554~S558を繰り返す。
図6は、本発明の一実施形態に係るスレーブBMSの実現例を示す図である。
当該電池ラック内に位置するマスターBMS600は、同一の電池ラックに位置する電池モジュールのファン604に有線で連結されている。また、スレーブBMS602のPCB基板はファンに近接して配置されており、ファンが駆動すると、上昇したPCB基板の温度が下がることができる。
スレーブBMS602には、電源部606、電池セル電圧測定部608、セルバランシング部610、モジュール温度測定部612、PCB温度測定部614、およびRF通信部616が含まれることができる。RF通信部616がマスターBMS600からセルバランシング信号を受信すると、セルバランシング部610は、受信されたセルバランシング信号の強さが予め設定された値より大きい場合にのみ、電池セルのバランシングを行う。セルバランシングを行うとPCB基板の温度が上昇し、PCB温度測定部614が、その上昇した温度を測定する。また、以後、マスターBMSにより、電池モジュールに取り付けられたファン604が駆動される。電池モジュールに取り付けられたファン604が駆動されると、セルバランシングの実行により温度が上昇したPCB基板の温度が低下する。PCB温度測定部614が、ファン駆動により温度が下がったPCB基板の温度を測定する。RF通信部616は、セルバランシング後に測定された温度とファン駆動後に測定された温度との差値が一定値以上であると、連動信号をマスターBMSに伝送する。
このようにスレーブBMSに隣接してファンを設けると、追加の構成や費用なしに、スレーブBMSへの自動ID割当が可能である。
図7は、本発明の一実施形態に係る電池セル間のセルバランシング実現回路を例示的に示す図である。
図7に示されたセルバランシング実現回路は例示的なものであって、セルバランシングを実現可能な回路であれば、何れの回路であってもよい。
本明細書において、本発明の原理の「一実施形態」およびかかる表現の多様な変形の指称は、この実施形態と関連して特定の特徴、構造、特性などが本発明の原理の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。よって、表現「一実施形態において」と、本明細書の全体にわたって開示された任意の他の変形例とは、必ずしも全てが同じ実施形態を指称するものではない。
本明細書を通じて開示された全ての実施形態および条件付けの例は、本発明の技術分野における通常の知識を有する当業者が本発明の原理および概念に対する理解を助けるために記述されたものであって、当業者であれば、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で変形された形態に実現可能であることを理解することができるであろう。よって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮しなければならない。本発明の範囲は前述した説明ではなく特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異点は本発明に含まれたものと解釈しなければならない。
10~14 電池ラック
200 マスターBMS
202 受信部
204 伝送部
206 有線通信部
208 制御部
210 ID割当部
300 第1スレーブBMS
301 第2スレーブBMS
303 第3スレーブBMS
305 第nスレーブBMS
302 受信部
304 伝送部
306 セルバランシング部
308 温度測定部
310 制御部
314 RSSIレベル検知部
600 マスターBMS
602 スレーブBMS
604 ファン
606 電源部
608 電池セル電圧測定部
610 セルバランシング部
612 モジュール温度測定部
614 PCB温度測定部
616 RF通信部

Claims (15)

  1. 複数のスレーブBMSにセルバランシング開始命令信号および少なくとも2回の温度測定命令信号を無線で伝送する伝送部と、
    前記伝送部が前記セルバランシング開始命令信号を無線で伝送した後、有線で連結されている複数のファンにファンオン信号を伝送する有線通信部と、
    前記複数のスレーブBMSのうち、前記セルバランシング開始命令信号の直後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、前記ファンオン信号の伝送後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、の差値が予め設定された値より大きいスレーブBMSである関連スレーブBMSから連動信号を受信する受信部と、
    前記関連スレーブBMSを同一ラック内に配置されていると判断し、前記関連スレーブBMSのIDおよび通信チャネルを特定の値に変更する制御部と、
    を含む、マスターBMS。
  2. 前記伝送部は、複数の前記関連スレーブBMSに信号強度測定用信号を伝送し、
    前記受信部は、前記複数の関連スレーブBMSそれぞれから、当該関連スレーブBMSが受信した前記信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSIレベルを受信する、請求項1に記載のマスターBMS。
  3. 前記複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第nのIDを割り当てるID割当部をさらに含み、nは自然数である、請求項2に記載のマスターBMS。
  4. 前記第nのIDを割り当てた後、前記受信部は、前記ID割当部によりIDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSが前記第nのIDが割り当てられた関連スレーブBMSから受信した信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSIレベルを受信し、
    前記ID割当部は、前記IDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第n+1のIDを割り当てる、請求項3に記載のマスターBMS。
  5. 前記制御部は、n+1がnになるようにnを更新し、
    前記ID割当部により割り当てられたIDの個数であるnが前記連動信号を伝送した関連スレーブBMSの個数と同一になるまで、前記受信部は、前記ID割当部によりIDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSが前記第nのIDが割り当てられた関連スレーブBMSから受信した信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSIレベルを受信し、前記ID割当部は、前記IDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第n+1のIDを割り当ており、
    前記ID割当部により割り当てられたIDの個数であるnが前記連動信号を伝送した関連スレーブBMSの個数と同一になった場合に、前記制御部は前記ID割当部がID割当動作を終了するようにする、請求項4に記載のマスターBMS。
  6. 前記マスターBMSは、ブロードキャスト方式で、前記セルバランシング開始命令信号および温度測定命令信号を伝送することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のマスターBMS。
  7. 特定のマスターBMSが配置される電池ラック内に存在する関連スレーブBMSの自動ID割当システムであって、
    マスターBMSであって、
    複数のスレーブBMSにセルバランシング開始命令信号および少なくとも2回の温度測定命令信号を無線で伝送する第1伝送部と、
    前記第1伝送部が前記セルバランシング開始命令信号を無線で伝送した後、有線で連結されている複数のファンにファンオン信号を伝送する有線通信部と、
    前記複数のスレーブBMSのうち、前記セルバランシング開始命令信号の直後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、前記ファンオン信号の伝送後に伝送された温度測定命令信号に基づいて測定した当該スレーブBMSのPCB基板の温度と、の差値が予め設定された値より大きいスレーブBMSである関連スレーブBMSから連動信号を受信する第1受信部と、
    前記関連スレーブBMSを同一ラック内に配置されていると判断し、前記関連スレーブBMSのIDおよび通信チャネルを特定の値に変更する制御部と、
    を含むマスターBMSと、
    スレーブBMSであって、
    所定のマスターBMSからセルバランシング開始命令信号および少なくとも2回の温度測定命令信号を無線で受信する第2受信部と、
    前記セルバランシング開始命令信号の強さが予め設定された強さより大きいと、セルバランシングを行うセルバランシング部と、
    前記少なくとも2回の温度測定命令信号に基づいて当該PCB基板の温度を複数回測定する温度測定部と、
    前記少なくとも2回の温度測定命令信号に基づいて測定された電池モジュールの温度である第1温度と第2温度との差値が予め設定された値より大きい場合、前記マスターBMSに連動信号を伝送する第2伝送部と、
    を含むスレーブBMSと、
    を含む、スレーブBMSの自動ID割当システム。
  8. 前記スレーブBMSの第1温度と第2温度との差値が前記予め設定された値より大きいと、前記スレーブBMSは、前記関連スレーブBMSである、請求項に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
  9. 前記第1伝送部は、前記関連スレーブBMSに第1信号を伝送し、
    前記スレーブBMSは、前記第2受信部により受信された前記第1信号の受信強さに対するRSSIレベルを検知するRSSIレベル検知部をさらに含む、請求項に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
  10. 前記第2伝送部は、前記第1信号の受信強さに対する前記RSSIレベルを前記マスターBMSに伝送し、
    前記マスターBMSは、前記スレーブBMSから受信された前記RSSIレベルが他の関連スレーブBMSから受信されたRSSIレベルより大きい場合、前記スレーブBMSに対応する第nのIDを割り当てるID割当部をさらに含み、nは自然数であり、
    前記第1伝送部は、前記第nのID割当情報を前記スレーブBMSに伝送する、請求項に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
  11. 前記第nのIDを割り当てた後、前記第1受信部は、前記ID割当部によりIDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSが前記第nのIDが割り当てられた関連スレーブBMSから受信した信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSIレベルを受信し、
    前記ID割当部は、前記IDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第n+1のIDを割り当てる、請求項10に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
  12. 前記制御部は、n+1がnになるようにnを更新し、
    前記ID割当部により割り当てられたIDの個数であるnが前記連動信号を伝送した関連スレーブBMSの個数と同一になるまで、前記第1受信部は、前記ID割当部によりIDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSが前記第nのIDが割り当てられた関連スレーブBMSから受信した信号強度測定用信号の受信強さに対するRSSIレベルを受信し、前記ID割当部は、前記IDが割り当てられた関連スレーブBMSを除いた複数の関連スレーブBMSそれぞれから受信された前記RSSIレベルに基づいて、最も大きいRSSIレベルを伝送した関連スレーブBMSに第n+1のIDを割り当てており、
    前記ID割当部により割り当てられたIDの個数であるnが前記連動信号を伝送した関連スレーブBMSの個数と同一になった場合に、前記制御部は前記ID割当部がID割当動作を終了するようにする、請求項11に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
  13. 前記連動信号を伝送した場合、前記第2受信部は、信号強度測定用信号を受信し、
    前記スレーブBMSは、前記信号強度測定用信号の強さに対するRSSIレベルを検知するRSSIレベル検知部をさらに含み、
    前記第2伝送部は、検知された前記RSSIレベルを前記マスターBMSに伝送する、請求項7に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
  14. 前記第2受信部は、前記マスターBMSからID割当情報を受信し、
    前記ID割当情報を受信した場合、信号強度測定用信号を生成し、前記第2伝送部が少なくとも1つの他の関連スレーブBMSに伝送するようにする第2制御部をさらに含む、請求項7又は13に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
  15. 前記セルバランシング開始命令信号の強さが予め設定された強さ以下である場合、前記セルバランシング開始命令信号を伝送したマスターBMSは、当該スレーブBMSが他のラックに配置されたマスターBMSであると判断する、請求項7、13、及び14のいずれか一項に記載のスレーブBMSの自動ID割当システム。
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