KR101348251B1 - 배터리 관리 시스템 테스트 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 관리 시스템에 연결되어 배터리 셀과 동일하게 동작하는 둘 이상의 배터리 셀 모사부를 내장한 배터리 스택 모사부, 상기 배터리 스택 모사부와 상기 배터리 관리 시스템 사이에 연결되어 밸런싱 상태를 검출하고 그 검출된 밸런싱 상태 정보를 제공하는 둘 이상의 셀 밸런싱 상태 검출부를 내장한 밸런싱 상태 검출부 및 각각의 상기 셀 밸런싱 상태 검출부로부터 제공되는 밸런싱 상태 정보로부터 각 배터리 셀 모사부에 해당하는 액티브 밸런싱 값 또는 패시브 밸런싱 값을 산출하고 그에 따른 제어신호를 해당 배터리 셀 모사부에 전송하여 전압값을 갱신하는 전압 밸런싱 제어부를 포함하는 것으로, 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱을 지원하는 배터리 관리 시스템의 자동 테스트가 가능하다.
Description
본 발명은 배터리 관리 시스템 테스트 장치에 관한 것으로, 특히 전기자동차의 배터리 스택을 관리하는 배터리 관리 장치가 각 셀 당 전압을 측정하여 충전 및 방전시켜주는 기능까지 자동으로 테스트할 수 있도록 해주는 배터리 관리 시스템 테스트 장치에 관한 것이다.
전기자동차는 화석연료를 이용하는 자동차와 달리 다수개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 에너지원으로 사용하고 있다. 따라서, 전기자동차의 직렬로 연결된 배터리 셀에는 다른 배터리 셀에 비해 과도하게 충전되거나 다른 배터리 셀에 비해 충전이 미약한 배터리 셀이 발생할 수 있다. 이로 인해, 전기자동차의 배터리가 제 성능을 발휘할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 전기자동차에는 도 1에 도시된 바와 같이 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(10)이 모든 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 스택(11)에 연결되어 있다. 그리고 배터리 관리 시스템(10)은 액티브 밸런싱 기능 또는 패시브 밸런싱 기능을 구비하고 있다. 패시브 밸런싱은 여러개의 배터리 셀 중 충전이 과도한 배터리 셀을 일부 방전시켜 다른 배터리 셀과의 충전량을 조절하는 기능이다. 액티브 밸런싱은 충전이 과도한 배터리 셀의 에너지 일부를 빼앗아 충전이 부족한 배터리 셀로 공급하여 다른 배터리 셀과의 충전량을 조절하는 기능이다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래 배터리 관리 시스템 테스트 장치는 배터리 관리 시스템(10)에 배터리 스택과 유사하게 보이도록 하는 배터리 스택 모사부(20)와 기설정된 값으로 배터리 스택 모사부(20)에 내장된 각 전압 모사 셀 별로 출력 전압을 설정하는 배터리 모사 설정부(30)를 포함한다.
그러나, 종래 배터리 관리 시스템 테스트 장치의 배터리 스택 모사부에서는 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱에 따른 각 전압 모사 셀 별로 전원을 제어하는 제어기능이 없기 때문에 일반적인 배터리의 충전, 배터리의 방전 및 용량 상태 등만 테스트할 수 있을 뿐 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱 기능을 완전히 테스트할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱을 지원하는 배터리 관리 시스템의 자동 테스트가 가능한 배터리 관리 시스템 테스트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱 테스트 시, 출력전압이 순간적으로 편이하지 않도록 제어하는 것을 다른 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 관리 시스템 테스트 장치는 배터리 관리 시스템에 연결되어 배터리 셀과 동일하게 동작하는 둘 이상의 배터리 셀 모사부를 내장한 배터리 스택 모사부, 상기 배터리 스택 모사부와 상기 배터리 관리 시스템 사이에 연결되어 밸런싱 상태를 검출하고 그 검출된 밸런싱 상태 정보를 제공하는 둘 이상의 셀 밸런싱 상태 검출부를 내장한 밸런싱 상태 검출부 및 각각의 상기 셀 밸런싱 상태 검출부로부터 제공되는 밸런싱 상태 정보로부터 각 배터리 셀 모사부에 해당하는 액티브 밸런싱 값 또는 패시브 밸런싱 값을 산출하고 그에 따른 제어신호를 해당 배터리 셀 모사부에 전송하여 전압값을 갱신하는 전압 밸런싱 제어부를 포함한다.
또한 상기 밸런싱 상태 검출부는 배터리 셀별로 충전 또는 방전되는 전류(또는 전압)를 측정하여 밸런싱 상태를 검출한다.
또한 상기 배터리 셀 모사부는 상기 전압 밸런싱 제어부에 의해 갱신된 목표 전압과 전압 모니터링부에 의해 제공되는 출력 전압값을 비교하여 전압 보상값을 생성하는 보상부, 상기 전압 밸런싱 제어부에 의해 갱신된 목표 전압에서 상기 보상부로부터 제공되는 보상 전압값을 연산한 전압 값으로 파워 드라이버를 구동하는 전압 팔로워, 상기 전압 팔로워에 의해 구동되며 배터리 셀의 전원을 모사하는 파워 드라이버 및 상기 파워 드라이버로부터 제공되는 전원을 배터리 관리 시스템으로 제공하고, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 동작 여부를 검출하여 그 결과를 상기 보상부로 제공한다.
본 발명의 배터리 관리 시스템 테스트 장치에 따르면, 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱을 지원하는 배터리 관리 시스템의 자동 테스트가 가능한 뛰어난 효과가 있다.
또한 본 발명은 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱 테스트 시, 출력전압이 순간적으로 편이하지 않도록 하여 정확한 테스트가 가능한 효과가 있다.
도 1은 전기자동차의 배터리 관리 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 종래 배터리 관리 시스템 테스트 장치를 나타낸 기능블록도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치를 나타낸 기능블록도.
도 4는 도 3에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치에서 배터리 스택 모사부에 내장된 배터리 셀 모사부의 세부 구성을 나타낸 기능블록도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치의 동작과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 배터리 관리 시스템 테스트 장치를 나타낸 기능블록도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치를 나타낸 기능블록도.
도 4는 도 3에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치에서 배터리 스택 모사부에 내장된 배터리 셀 모사부의 세부 구성을 나타낸 기능블록도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치의 동작과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치를 나타낸 기능블록도이다. 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치는 둘 이상의 배터리 셀 모사부(101)를 내장한 배터리 스택 모사부(100), 둘 이상의 셀 밸런싱 상태 검출부(201)를 내장한 밸런싱 상태 검출부(200) 및 전압 밸런싱 제어부(300)로 이루어져 있다.
전술한 구성에서, 배터리 스택 모사부(100)는 배터리 관리 시스템(10)에 연결되어 전압 밸런싱 제어부(300)의 제어에 따라 전기자동차의 배터리 스택(11)과 동일한 역할을 한다.
즉, 배터리 셀 모사부(101)들은 전압 밸런싱 제어부(300)의 제어에 따라 동일한 전압으로 설정될 수도 있고, 패시브 밸런싱 기능을 테스트하기 위해 임의의 배터리 셀 모사부(101)의 전압이 높게 설정될 수도 있다.
도 4는 배터리 셀 모사부의 세부 구성을 나타낸 기능 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 배터리 셀 모사부(101)는 보상부(Compensator)(110), 전압 팔로워(120), 파워 드라이버(Power Drive)(130) 및 전압 모니터링부(140)로 이루어진다.
보상부(110)는 전압 밸런싱 제어부(300)에 의해 갱신된 목표 전압과 전압 모니터링부(140)에 의해 제공되는 출력 전압값을 비교하여 전압 보상값을 생성하고 부족한 전압을 보상한다.
전압 팔로워(120)는 전압 밸런싱 제어부(300)에 의해 갱신된 목표 전압에서 보상부(110)로부터 제공되는 보상 전압값을 뺀 전압을 입력받아 파워 드라이버(130)를 구동한다.
파워 드라이버(130)는 전압 팔로워(120)에 의해 구동되며 배터리 셀의 전원을 모사한다.
전압 모니터링부(140)는 파워 드라이버(130)로부터 제공되는 전원을 배터리 관리 시스템(10)으로 제공하고, 배터리 관리 시스템(10)의 밸런싱 동작 여부를 검출하여 그 결과를 보상부(110)로 제공한다.
셀 밸런싱 상태 검출부(201)는 배터리 셀 모사부(101)와 배터리 관리 시스템(10) 사이에 연결되어, 배터리 셀 모사부(101)에서 충전 또는 방전되는 전압을 보상하고, 밸런싱 상태(전류 또는 전압)를 검출하여 전압 밸런싱 제어부(300)로 제공한다.
전압 밸런싱 제어부(300)는, 다수의 셀 밸런싱 상태 검출부(201)로부터 제공되는 충전 또는 방전 전류(또는 전압)를 검출하여 각 배터리 셀 모사부(101)의 해당하는 액티브 밸런싱 또는 패시브 밸런싱 값을 산출하고 그에 따른 제어신호를 전송하여 각 배터리 셀 모사부(101)의 전압값을 변경한다. 여기서 패시브 밸런싱이라 함은 직렬로 연결된 다수의 배터리 셀 중 충전이 잘되는 배터리 셀을 방전시켜 각 배터리 셀의 전압을 하향 평준화시키는 것이다. 액티브 밸런싱이라 함은 직렬로 연결된 다수의 배터리 셀 중 충전이 잘되는 배터리 셀의 에너지를 빼앗아 충전이 잘 안되는 배터리 셀에 공급하여 각 배터리 셀의 전압을 평준화시키는 것이다.
하기에서는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 테스트 장치의 동작과정에 대하여 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명하기로 한다.
배터리 관리 시스템(10)의 패시브 밸런싱 기능을 테스트하기 위해서는 먼저, 다수의 배터리 셀 모사부(101)는 각기 다른 전압으로 구동되어야 한다. 이를 위해, 전압 밸런싱 제어부(300)는 각각의 배터리 셀 모사부(101)에 각기 다른 전압을 설정한다.
이후, 본 발명에 연결된 배터리 관리 시스템(10)이 패시브 밸런싱 기능을 수행한다. 즉, 배터리 관리 시스템(10)은 전압이 높은 k번째 배터리 셀 모사부(101)의 출력전압(Vcell(k))을 측정하여 배터리 셀 밸런싱의 필요성을 판단한다. 셀 밸런싱이 필요하다고 판단되면, 배터리 관리 시스템(10)에서는 제어신호(S_k)를 통해 밸런싱 과정을 수행한다.
이와 같은 상태에서 배터리 관리 시스템(10)은 패시브 밸런싱 기능에 따라 밸런싱 전류(i(k))를 발생시킨다.
그러면, 셀 밸런싱 상태 검출부(201)는 배터리 셀 모사부(101)를 통해 방전되는 전류의 량 즉, 밸런싱 상태를 측정하여 그 밸런싱 상태 정보(Vcell(k)_status의 변수값)를 전압 밸런싱 제어부(300)로 전송한다.
그러면, 전압 밸런싱 제어부(300)는 밸런싱 상태 정보(Vcell(k)_status의 변수값)를 입력받아 Vcell(k)_status 상태가 온(on)일 경우 해당 배터리 셀 모사부(101)의 전압이 강하되도록 출력 전압(Vcell(k))을 감소시킨다. 이때, 전압 밸런싱 제어부(300)는 실시간 개별 배터리 셀 전압특성 관계식 모델을 이용하여 배터리 셀 모사부(101)의 전압을 서서히 갱신한다. 이때, 갱신되는 전압의 변동속도는 전압 밸런싱 제어부(300)에 내장된 실시간 개별 배터리 셀 전압특성 관계식 모델이 모사하는 배터리의 용량이 작을수록 빠르고 클수록 느린 경향을 나타낸다.
한편, 밸런싱 전류에 의해 배터리 셀 모사부(101)의 출력 전압 값이 전압 밸런싱 제어부(300)의 갱신된 전압 값보다 낮아지게 순간적으로 편이하면, 배터리 셀 모사부(101)의 보상부(110)는 갱신된 목표 전압값과 밸런싱 전류에 의해 편이된 전압값을 비교하고 그 차이값을 계산한다.
이후, 전압 팔로워(120)는 보상부(110)에서 계산된 차이 전압값을 갱신된 목표 전압값에서 뺀 전압 값으로 파워 드라이버(130)를 구동시킨다.
그렇게 되면, 파워 드라이버(130)는 편이된 전압값을 출력하지 않고 갱신된 목표 전압값을 배터리 관리 시스템(10)으로 출력할 수 있다.
이와 같이, 패시브 밸런싱에 대한 전압 편이를 보정하고 배터리 셀 전압 특성을 반영함으로써 배터리 관리 시스템(10)에서는 패시브 밸런싱 기능의 테스트가 가능하다.
따라서, 본 발명은 버스용 대용량의 배터리, 승용차용 배터리 등과 같이 배터리의 AH와 관계없이 적용할 수 있다.
100 : 배터리 스택 모사부 101 : 배터리 셀 모사부
200 : 밸런싱 상태 검출부 201 : 셀 밸런싱 상태 검출부
300 : 전압 밸런싱 제어부
200 : 밸런싱 상태 검출부 201 : 셀 밸런싱 상태 검출부
300 : 전압 밸런싱 제어부
Claims (3)
- 배터리 관리 시스템에 연결되어 배터리 셀과 동일하게 동작하는 둘 이상의 배터리 셀 모사부를 내장한 배터리 스택 모사부;
상기 배터리 스택 모사부와 상기 배터리 관리 시스템 사이에 연결되어 배터리 셀별로 충전 또는 방전되는 전류(또는 전압)을 측정하여 밸런싱 상태를 검출하고 그 검출된 밸런싱 상태 정보를 제공하는 둘 이상의 셀 밸런싱 상태 검출부를 내장한 밸런싱 상태 검출부; 및
각각의 상기 셀 밸런싱 상태 검출부로부터 제공되는 밸런싱 상태 정보로부터 각 배터리 셀 모사부에 해당하는 액티브 밸런싱 값 또는 패시브 밸런싱 값을 산출하고 그에 따른 제어신호를 해당 배터리 셀 모사부에 전송하여 전압값을 갱신하는 전압 밸런싱 제어부를 포함하는 배터리 관리 시스템 테스트 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 배터리 셀 모사부는,
상기 전압 밸런싱 제어부에 의해 갱신된 목표 전압과 전압 모니터링부에 의해 제공되는 출력 전압값을 비교하여 전압 보상값을 생성하는 보상부;
상기 전압 밸런싱 제어부에 의해 갱신된 목표 전압에서 상기 보상부로부터 제공되는 보상 전압값을 연산한 전압 값으로 파워 드라이버를 구동하는 전압 팔로워;
상기 전압 팔로워에 의해 구동되며 배터리 셀의 전원을 모사하는 파워 드라이버; 및
상기 파워 드라이버로부터 제공되는 전원을 배터리 관리 시스템으로 제공하고, 배터리 관리 시스템의 밸런싱 동작 여부를 검출하여 그 결과를 상기 보상부로 제공하는 전압 모니터링부를 포함하는 배터리 관리 시스템 테스트 장치.
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