KR100428342B1 - System for managing and testing battery for electric vehicles - Google Patents
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Abstract
전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템이 개시된다. 개시된 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 충전, 방전, 및 레스트 사이클 등의 전체적인 시험 시퀀스를 제어토록 하는 메인 컨트롤러와; 상기 메인 컨트롤러의 신호에 따라 프로그램된 방전 패턴에 따라 배터리의 방전을 실시하고, 문제점 발생시 방전이 중단되도록 제어하는 충방전 시험장치와; 전기자동차의 주행모드 설정 및 충전모드를 인식하는 인버터 및 모터 컨트롤 유니트와, 12V 전원공급 및 보조 배터리 충전이 이루어지도록 하는 DC-DC 컨버터와, 충전모드 설정 및 충전실시가 이루어지도록 하는 탑재형 차저를 구비하여 된 전기자동차 제어 유니트와; 자동적으로 회로 차단이 이루어질 수 있도록 구비된 컨택터 박스와; 상기 전기자동차에 장착된 배터리의 모든 성능 상태를 감지하여 이를 관리토록 이루어진 배터리 관리장치와; 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클링 시퀀스에 대한 정보 및 현재 시험 상태를 표시하는 시험 정보 디스플레이 패널과; 충전 모드 시작 릴레이와 AC220V를 탑재형 충전장치에 연결함으로 상기 제어 유니트와 배터리 관리장치가 충전 모드로 동작할 수 있게 설정하는 AC 릴레이와; 모든 신호선을 집중하여 분배하고, 시험 중 각종 신호를 측정코자 할 경우 테스트 포인트로 사용하는 접합 박스와; 상기 배터리 충전 및 방전 사이클링에 관한 상기 배터리 관리장치의 시험 데이터를 디스플레이 및 저장하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전기자동차의 배터리 관련 모든 시험이 지속적으로 이루어질 수 있는 이점이 있다.Disclosed is a battery management and test system for an electric vehicle. The disclosed battery management and test system for an electric vehicle includes: a main controller for controlling the entire test sequence such as charge, discharge, and rest cycles; A charge / discharge test apparatus for discharging the battery according to a discharge pattern programmed according to a signal of the main controller and controlling the discharge to be stopped when a problem occurs; Inverter and motor control unit that recognizes driving mode setting and charging mode of electric vehicle, DC-DC converter for 12V power supply and auxiliary battery charging, and onboard charger for charging mode setting and charging An electric vehicle control unit provided; A contactor box provided to automatically disconnect the circuit; A battery management device configured to detect and manage all performance states of batteries installed in the electric vehicle; A test information display panel displaying information on a charging and discharging cycling sequence of the battery and a current test state; An AC relay configured to connect the charging mode start relay and the AC220V to the onboard charging device to enable the control unit and the battery management device to operate in the charging mode; A junction box for concentrating and distributing all signal lines and using the test points when measuring various signals during a test; And a computer for displaying and storing test data of the battery management device regarding the battery charge and discharge cycling. According to the present invention, there is an advantage that all the tests related to the battery of the electric vehicle can be made continuously.
Description
본 발명은 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차용 배터리 자체와, 이와 에너지의 입출력 관계를 가진 모든 시스템과, 배터리 관리장치 또는 시스템(Battery Management System)과, 통신관계가 설정된 모든 시스템(예컨대, 배터리, 배터리 관리장치, 충전장치, 메인 컨트롤러 등)의 통합시험을 실시할 수 있는 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management and test system for an electric vehicle, and more particularly, to an electric vehicle battery itself, all systems having an input and output relationship therewith, a battery management device or a system (Battery Management System), and communication. The present invention relates to a battery management and test system for an electric vehicle capable of conducting an integrated test of all systems in which a relationship is established (eg, a battery, a battery management device, a charging device, a main controller, etc.).
일반적인 휴대폰, 캠코더와 같은 전자제품의 발달로 인하여 금 반세기 동안 배터리 소모량은 비약적으로 늘었다. 또한 이러한 배터리의 제작 기술도 여러 가지 재료의 개발로 인하여 성능면에서 높은 발전을 이루었다.Due to the development of electronic products such as mobile phones and camcorders, battery consumption has increased dramatically over the past half century. In addition, such a battery manufacturing technology has made high progress in terms of performance due to the development of various materials.
이런 상용전자제품의 배터리는 크기 및 무게를 줄이면서 용량을 높이고 에너지 밀도를 높여 왔다. 하지만 이런 비약적인 발전은 고성능의 배터리를 만들기 위하여 신소재를 이용 배터리를 제작하게 되었고, 이런 배터리의 성능유지를 위하여 특별한 관리 장치의 필요성을 증가시키고 있다.Batteries in these commercial electronics have been increasing in capacity and energy density while reducing in size and weight. However, this rapid development has led to the manufacture of batteries using new materials to make high-performance batteries, increasing the need for special management devices to maintain the performance of these batteries.
배터리 관리장치는 휴대폰에 들어가는 아주 작은 관리장치에서부터 자동차에 들어가는 중형크기 정도의 관리장치에서 대용량과 안정도가 무척이나 중요한 원자력발전소용 무정전 전력공급장치에 쓰이는 관리장치 등 많은 부분에서 사용되어 지고 있다.Battery management devices are being used in many parts, from the very small management devices in mobile phones to the management devices used in uninterruptible power supplies for nuclear power plants.
전기자동차에서 배터리는 현재 10개의 단위 셀(cell)이 한 모듈로 연결되어 배터리 모듈이 되고 이런 모듈을 20-30개 많게는 50개 이상 사용하여 차량에 적용시키고 있다. 이런 모듈을 관리하는데 있어서 가장 좋은 방법은 각 셀 당 전압 및 온도를 측정하여 적절하게 충전 및 방전을 시켜주는 것이 최상의 방법이나 수백개의 셀(cell)의 전압 및 온도 측정을 하나의 ECU(Electric control Unit)으로 측정하는 것은 사실 불가능하다. 이에 적절한 수준에서 전압 및 온도를 측정하여 이를 이용 배터리 관리 장치에서는 적절한 운용을 하게 된다.In electric vehicles, batteries are currently connected to one unit cell and become a battery module, and 20-30 or more of these modules are used in a vehicle. The best way to manage these modules is to measure the voltage and temperature of each cell and to charge and discharge them properly, but to measure the voltage and temperature of hundreds of cells, a single ECU (Electric Control Unit) It is in fact impossible to measure with). The voltage and temperature are measured at an appropriate level so that the battery management device can operate properly.
전기자동차 배터리 관리장치는 그 적용 제한성 때문에 차량에 장치하여 지속적인 시험을 하여 그 성능 및 관리장치로서의 안정도를 검정 받아야 한다. 특히, 충전 및 방전의 적정한 정도, 배터리의 자기방전 및 기타 여러 가지 이유로 인한 자체 용량의 변화, 전기적인 충격에 의한 내부 오손 및 내부온도의 변화에 따른 용량변화 등을 배터리 관리장치는 감지 및 평가를 내려야한다.Electric vehicle battery management devices should be tested on their performance and stability as a management device due to their limited application. In particular, the battery management device detects and evaluates an appropriate level of charging and discharging, a change in its capacity due to self-discharge of the battery, and various other reasons, and a change in capacity due to internal pollution and internal temperature caused by an electric shock. Should get off
하지만 현재 전기자동차는 제작하는데 시간이 많이 걸리고 또한 시험시 기타 다른 구동 장치의 한계로 인하여 지속적인 시험을 하기는 어렵다. 이에 차량시스템과 유사한 시험장치는 필수적이고 어느 정도 실제에 근접하느냐가 이 장치의 신뢰성을 높여주게 된다.However, electric vehicles are currently time-consuming to manufacture and are difficult to test continuously due to the limitations of other driving devices. Therefore, a test system similar to a vehicle system is essential and the degree of proximity to the actual device increases the reliability of the device.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전기자동차와 유사한 차량시스템을 구성하고, 여러 종류의 배터리를 지속적인 시험이 이루어지도록 하며, 장치의 간단한 변경으로 다른 시스템과의 연관성을 검정토록 한 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, to configure a vehicle system similar to an electric vehicle, to continuously test a variety of batteries, and to test the association with other systems by a simple change of the device. Its purpose is to provide a battery management and test system for an electric vehicle.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 블록도.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a battery management and test system for an electric vehicle according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10. 전기자동차 제어 유니트10. Electric Vehicle Control Unit
20. 배터리 관리장치20. Battery management device
30. 시험 정보 디스플레이 패널30. Test Information Display Panel
40. AC 릴레이40. AC relay
50. 컴퓨터50. Computer
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 충전, 방전, 및 레스트 사이클 등의 전체적인 시험 시퀀스를 제어토록 하는 메인 컨트롤러와; 상기 메인 컨트롤러의 신호에 따라 프로그램된 방전 패턴에 따라 배터리의 방전을 실시하고, 문제점 발생시 방전이 중단되도록 제어하는 충방전 시험장치와; 전기자동차의 주행모드 설정 및 충전모드를 인식하는 인버터 및 모터 컨트롤 유니트와, 12V 전원공급 및 보조 배터리 충전이 이루어지도록 하는 DC-DC 컨버터와, 충전모드 설정 및 충전실시가 이루어지도록 하는 탑재형 차저를 구비하여 된 전기자동차 제어 유니트와; 자동적으로 회로 차단이 이루어질 수 있도록 구비된 컨택터 박스와; 상기 전기자동차에 장착된 배터리의 모든 성능 상태를 감지하여 이를 관리토록 이루어진 배터리 관리장치와; 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클링 시퀀스에 대한 정보 및 현재 시험 상태를 표시하는 시험 정보 디스플레이 패널과; 충전 모드 시작 릴레이와 AC220V를 탑재형 충전장치에 연결함으로 상기 제어 유니트와 배터리 관리장치가 충전 모드로 동작할 수 있게 설정하는 AC 릴레이와; 모든 신호선을 집중하여 분배하고, 시험 중 각종 신호를 측정코자 할 경우 테스트 포인트로 사용하는 접합 박스와; 상기 배터리 충전 및 방전 사이클링에 관한 상기 배터리 관리장치의 시험 데이터를 디스플레이 및 저장하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.Battery management and test system for an electric vehicle of the present invention for achieving the above object, the main controller for controlling the entire test sequence, such as charging, discharging, rest cycles; A charge / discharge test apparatus for discharging the battery according to a discharge pattern programmed according to a signal of the main controller and controlling the discharge to be stopped when a problem occurs; Inverter and motor control unit that recognizes driving mode setting and charging mode of electric vehicle, DC-DC converter for 12V power supply and auxiliary battery charging, and onboard charger for charging mode setting and charging An electric vehicle control unit provided; A contactor box provided to automatically disconnect the circuit; A battery management device configured to detect and manage all performance states of batteries installed in the electric vehicle; A test information display panel displaying information on a charging and discharging cycling sequence of the battery and a current test state; An AC relay configured to connect the charging mode start relay and the AC220V to the onboard charging device to enable the control unit and the battery management device to operate in the charging mode; A junction box for concentrating and distributing all signal lines and using the test points when measuring various signals during a test; And a computer for displaying and storing test data of the battery management device regarding the battery charge and discharge cycling.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 여기에서는 일반적인 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.1 is a schematic diagram showing a battery management and test system for an electric vehicle according to the present invention. Here, the description of the configuration of a general battery management and test system for an electric vehicle will be omitted, and only the configuration according to the features of the present invention will be described.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 도면에는 전부 도시하지는 않았지만, 충전, 방전, 및 레스트 사이클(restcycle) 등의 전체적인 시험 시퀀스(sequence)를 제어토록 하는 메인 컨트롤러(main controller)와, 이 메인 컨트롤러의 신호에 따라 프로그램된 방전 패턴에 따라 배터리의 방전을 실시하고, 문제점 발생시 방전이 중단되도록 제어하는 충방전 시험장치와, 배터리는 물론 워터 펌프(water pump), 라디에이터 팬(radiator fan) 및 기타 전장품류가 구비된 전기자동차의 주행모드 설정 및 충전모드를 인식하는 인버터 및 모터 컨트롤 유니트(11)와, 12V 전원공급 및 보조 배터리 충전이 이루어지도록 하는 DC-DC 컨버터(12)와, 충전모드 설정 및 충전 실시가 이루어지도록 하는 탑재형 차저(charger)(13)를 구비하여 된 전기자동차 제어 유니트(10)와, 자동적으로 회로 차단이 이루어질 수 있도록 구비된 컨택터 박스(contactor box)와, 전기자동차에 장착된 배터리의 모든 성능 상태를 감지하여 이를 관리토록 이루어진 배터리 관리장치(20)와, 배터리의 충전 및 방전 사이클링 시퀀스(cycling sequence)에 대한 정보 및 현재 시험 상태를 표시하는 시험 정보 디스플레이 패널(display panel)(30)과, 충전 모드 시작 릴레이(relay)와 AC220V를 탑재형 충전장치에 연결함으로 상기 전기자동차 제어 유니트(10)와 배터리 관리장치(20)가 충전 모드로 동작할 수 있게 설정하는 AC 릴레이(40)와, 모든 신호선을 집중하여 분배하고, 시험 중 각종 신호를 측정코자 할 경우 테스트 포인트(test point)로 사용하는 접합 박스(junction box)와, 상기 배터리 충전 및 방전 사이클링에 관한 배터리 관리장치의 시험 데이터를 디스플레이 및 저장하는 컴퓨터(50)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, the battery management and test system for an electric vehicle according to the present invention, although not shown in the drawing, the main controller to control the entire test sequence, such as charging, discharging, and rest cycle (rest cycle) a charge and discharge test device which discharges the battery according to a main controller, a discharge pattern programmed according to a signal of the main controller, and controls the discharge to be stopped when a problem occurs, a battery as well as a water pump, Inverter and motor control unit 11 which recognizes the driving mode setting and charging mode of an electric vehicle equipped with a radiator fan and other electric appliances, and a DC-DC converter for 12V power supply and auxiliary battery charging (12) and a built-in charger (13) for charging mode setting and charging operation. A unit 10, a contactor box provided to automatically cut off the circuit, a battery management device 20 configured to detect and manage all performance states of a battery mounted in an electric vehicle, A test information display panel 30 that displays information about the charging and discharging cycling sequence of the battery and the current test status, a charge mode start relay, and an AC220V to the onboard charging device. When the electric vehicle control unit 10 and the battery management device 20 is set to operate in the charging mode, the AC relay 40 and all signal lines are concentrated and distributed, and to measure various signals during the test. Displays a junction box used as a test point and test data of a battery management device relating to the battery charge and discharge cycling. And a computer 50 for storing.
상기 메인 컨트롤러는 시스템의 가동상태를 모니터링(monitoring)하고, 이 가동상태를 표시토록 이루어진다.The main controller is configured to monitor the operating state of the system and to display the operating state.
그리고 상기한 모든 시험 테스트 구성요소 및 주변장치를 고정 및 설치되게 하는 테스트 리그(test rig)가 구비된다.And a test rig for securing and installing all the above test test components and peripherals.
또한 상기 컴퓨터(50)는 일반적인 PC(Personal Computer)를 포함한다.The computer 50 also includes a general personal computer (PC).
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.Referring to the operation of the battery management and test system for an electric vehicle according to the present invention having the configuration as described above are as follows. Here, the description of the operation of the battery management and test system for a general electric vehicle will be omitted, and only the operation according to the features of the present invention will be described.
도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 전기자동차에서의 배터리 시스템과 에너지 및 통신 입/출력 관계가 설정된 모든 시스템이 통합적으로 설정된 환경에서 실제 필드(field)에서 발생하는 배터리 충전 및 방전 환경을 실험실 수준(level)에서 구현 시험하는 장비이다.Referring back to the drawings, the battery management and test system for an electric vehicle according to the present invention, in the actual field (in the field) in an environment in which the battery system in the electric vehicle and all systems in which energy and communication input / output relations are established It is a device that implements and tests the battery charging and discharging environment at the laboratory level.
그리고 이 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 실험실에서 실제 차량 수준의 시험전 실차 상태에 가장 근접한 환경에서 컨트롤 로직의 구현성, 신뢰성, 및 안정성을 확보하기 위해 요구되는 시험장치이다.The battery management and test system for electric vehicles is a test device required to ensure the implementation, reliability, and stability of control logic in an environment closest to the actual vehicle state before the test at the actual vehicle level in the laboratory.
이와 같은 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템이 실시할 수 있는 시험은, 배터리 관리장치(20) 및 모든 시스템의 실 부하 조건(환경)에서의 배터리 종합시험과, 무인 배터리(manless battery) 충전 및 방전과, 장기간 사이클링(long-term cycling)(내구검증) 시험을 할 수 있다.The tests that the battery management and test system for electric vehicles can perform include the comprehensive tests of the battery under the actual load condition (environment) of the battery management apparatus 20 and all the systems, and the charging and discharging of an unmanned battery. And long-term cycling (endurance) testing.
그리고 배터리 관리장치(20)의 배터리 장기 제어성능 검증 및 제어변수 데이터 추출과, 가상 조건에서의 배터리 관리장치(20) 제어에 의한 배터리 성능 특성변화 확인 검증과, 배터리 관리장치(20) 및 전기자동차 제어 유니트(10) 간의 인터페이스 매칭(interface matching) 성능 시험 및 검증(파워 인터페이스(power interface), 통신(communication) 인터페이스)을 할 수 있다.And the battery long-term control performance verification of the battery management device 20 and the extraction of control variable data, the verification of the battery performance characteristics change by the control of the battery management device 20 under virtual conditions, the battery management device 20 and the electric vehicle Interface matching between the control unit 10 (performance interface) performance test and verification (power interface (power interface, communication interface)) can be performed.
또한, 실 부하 상태 배터리 컨트롤 이펙트(battery control-effect)를 베이스(base)로 한 제어 알고리즘(로직) 설계용으로 이용할 수 있고, 실험 데이터베이스 빌드 업(build-up) 기능이 구비된다.It can also be used for designing a control algorithm (logic) based on a real load state battery control-effect, and is equipped with an experimental database build-up function.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the battery management and test system for an electric vehicle according to the present invention has the following effects.
기존 장치들을 간단히 변경하여 매칭함으로써, 전기자동차용 배터리 자체와 이와 에너지의 입출력 관계를 가진 모든 시스템, 배터리 관리장치, 통신관계가 설정된 모든 시스템(배터리, 배터리 관리장치, 충전장치, 및 메인 컨트롤러 등)의 통합시험 등을 지속적으로 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 시스템과의 연관성을 검정할 수 있다.By simply changing and matching existing devices, all the systems that have an input / output relationship between the battery for the electric vehicle itself and energy, battery management devices, and all systems with established communication relationships (battery, battery management device, charging device, and main controller, etc.) In addition to being able to carry out integrated tests, the association with other systems can be tested.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
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