KR101469356B1 - Battery module control system and method thereof - Google Patents

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세방전지(주)
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Abstract

본 발명은 복수개의 보호장치를 두어 하나의 보호장치에 문제가 생긴 경우에도 다른 보호장치를 이용하여 축전지의 과충전과 과방전을 방지할 수 있도록 하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 축전지 모듈 제어 시스템에 있어서, 스위치를 제어하여 상기 축전지 모듈의 충전 및 방전을 가능하게 하는 차단기;와 상기 축전지 모듈의 이상 동작 여부를 판단하여 상기 차단기를 제어하는 1차 보호장치;와 상기 축전지 모듈의 이상 동작 여부를 판단하여 상기 차단기를 제어하는 2차 보호장치;와 상기 축전지 모듈의 이상 또는 상기 차단기의 이상 여부를 감지하여 알람신호를 생성하고 이를 제어하는 3차 보호장치; 및 상기 알람 신호를 이용하여 시스템 이상을 알리는 알람부;를 포함하는 축전지 모듈 제어 시스템이 제공된다.It is an object of the present invention to prevent overcharging and overdischarge of a storage battery by using a different protection device even when a plurality of protection devices are provided so that a problem occurs in one protection device. In order to achieve the above object, the present invention provides a battery module control system comprising: a circuit breaker for controlling charging and discharging of the battery module by controlling a switch; a primary protection device for controlling the circuit breaker by determining whether the battery module is abnormal; A secondary protection device for detecting an abnormal operation of the battery module and controlling the circuit breaker, a tertiary protection device for detecting an abnormality of the battery module or an abnormality of the circuit breaker to generate and control an alarm signal, And an alarm unit for informing a system abnormality using the alarm signal.

Description

축전지 모듈 제어 시스템 및 그 방법{Battery module control system and method thereof}[0001] The present invention relates to a battery module control system and method thereof,

본 발명은 축전지 모듈 제어 시스템 및 그 방법에 대한 것으로, 복수의 보호장치를 통해서 축전지 모듈의 과충전 및 과방전을 방지하고 이를 알람으로 알려주는 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a battery module control system and a method thereof, and more particularly, to a system and method for preventing overcharging and overdischarge of a battery module through a plurality of protection devices and informing the battery module with an alarm.

배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)이란 배터리(축전지)의 전압, 전류 및 온도 등을 실시간으로 검출하고 충방전 전류를 제어하여 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고 충방전시 배터리 잔존 용량 및 잔존 수명을 계산하여 제어부에 알려준다. 제어부에 전달된 정보들은 스위치부의 동작을 제어하는 역할을 하며, 필요시 저장된 정보를 이용하여 과전암, 과전류, 저전압 및 이상 온도시 모니터링 시스템에 그 정보를 전달한다. The battery management system (BMS) detects the voltage, current, and temperature of the battery (battery) in real time and controls the charge / discharge current to prevent overcharging and overdischarge of the battery, Calculates the life span and informs the control unit. The information transmitted to the control unit controls the operation of the switch unit and transmits the information to the over-arming, over-current, under-voltage and abnormal temperature monitoring system using information stored when necessary.

대한민국 공개특허 10-2012-0073520 에 이러한 배터리 관리 시스템을 통해 배터리를 관리하는 기술에 대해 언급이 있으나, 단지 하나의 배터리 관리 시스템을 이용하여 배터리를 관리하는 것으로, 배터리 관리 시스템에 이상이 생긴 경우에는 배터리를 정상적으로 관리할 수 없는 문제점이 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0073520 discloses a technique for managing a battery through such a battery management system. However, when managing a battery using only one battery management system, if an abnormality occurs in the battery management system There is a problem that the battery can not be normally managed.

본 발명은 복수개의 보호장치를 두어 하나의 보호장치에 문제가 생긴 경우에도 다른 보호장치를 이용하여 축전지의 과충전과 과방전을 방지할 수 있도록 하는 것이 목적이다.It is an object of the present invention to prevent overcharging and overdischarge of a storage battery by using a different protection device even when a plurality of protection devices are provided so that a problem occurs in one protection device.

본 발명의 또 다른 목적은 축전지의 충방전을 제어하는 차단기에 문제가 발생한 경우에 이를 감지하여 알려주는 것이 목적이다.Another object of the present invention is to detect and report a trouble in a circuit breaker controlling charge / discharge of a battery.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description of the embodiments.

본 발명은 축전지 모듈 제어 시스템에 있어서, 스위치를 제어하여 상기 축전지 모듈의 충전 및 방전을 가능하게 하는 차단기;와 상기 축전지 모듈의 이상 동작 여부를 판단하여 상기 차단기를 제어하는 1차 보호장치;와 상기 축전지 모듈의 이상 동작 여부를 판단하여 상기 차단기를 제어하는 2차 보호장치;와 상기 축전지 모듈의 이상 또는 상기 차단기의 이상 여부를 감지하여 알람신호를 생성하는 3차 보호장치; 및 상기 알람 신호를 이용하여 시스템 이상을 알리는 알람부;를 포함하는 축전지 모듈 제어 시스템이 제공된다.The present invention relates to a battery module control system, comprising: a circuit breaker for controlling charging and discharging of the battery module by controlling a switch; a primary protection device for controlling the circuit breaker by determining whether the battery module is abnormal; A secondary protection device for detecting the abnormal operation of the battery module and controlling the circuit breaker, a tertiary protection device for detecting an abnormality of the battery module or an abnormality of the circuit breaker to generate an alarm signal, And an alarm unit for informing a system abnormality using the alarm signal.

여기서, 상기 1차 보호장치는 BMS(Battery Management System)으로 시스템의 전류와 상기 축전지 모듈의 전압, 각 셀의 전압 및 온도를 측정하여 상기 축전지 모듈의 동작이 정상 범위내에 있도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the primary protection device measures a current of the system, a voltage of the battery module, a voltage and a temperature of each cell using a BMS (Battery Management System), and controls the operation of the battery module to be within a normal range .

여기서, 상기 1차 보호장치는 상기 축전지 모듈의 충전 전압이 33.6V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 상기 축전지 모듈의 방전 전압이 24V 이하인 경우에 방전을 차단하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the primary protection device may be configured to block charging when the charging voltage of the battery module is 33.6 V or more, and to block the discharge when the discharge voltage of the battery module is 24 V or less.

여기서, 상기 2차 보호장치는 PCM(Protection Circuit Module)으로 상기 축전지 모듈의 각 셀별 과충전 및 과방전 전압을 검출하여 이상이 발생하는 경우에 상기 차단기를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the secondary protection device detects overcharge and overdischarge voltages for each cell of the battery module by using a PCM (Protection Circuit Module), and controls the breaker when an abnormality occurs.

여기서, 상기 2차 보호장치는 셀 충전 전압이 4V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 셀 방전 전압이 3V이하인 경우에 방전을 차단하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the secondary protection device may be configured to block charging when the cell charging voltage is equal to or higher than 4V, and to block the discharge when the cell discharging voltage is equal to or lower than 3V.

여기서, 상기 3차 보호장치는 상기 축전지 모듈의 전압이 35.2V 이상이거나 20.8V 이하인 경우 또는 상기 축전지 모듈의 온도가 기준온도 이상인 경우에 상기 알람신호를 생성하여 상기 축전지 모듈의 이상을 알리는 것을 특징으로 할 수 있다.The third protection device generates the alarm signal to notify the abnormality of the battery module when the voltage of the battery module is 35.2 V or more, 20.8 V or less, or when the temperature of the battery module is the reference temperature or more can do.

여기서, 상기 2차 보호장치의 셀 전압 조건은 셀 충전 전압이 4.35V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 셀 방전 전압이 2.8V이하인 경우에 방전을 차단하도록 설정이 되어 있고, 상기 3차 보호장치의 축전지 모듈 전압 조건은 상기 축전지 모듈의 전압이 35.2V 이상이거나 20.8V 이하인 경우에 상기 알람신호를 생성하도록 설정이 되어 있고, 상기 2차 보호장치에 설정되어 있는 셀 전압 조건과 상기 3차 보호장치에 설정되어 있는 축전지 모듈 전압 조건이 모두 만족되는 경우에만 셀 밸런싱 기능을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the cell voltage condition of the secondary protection device is set so as to shut off the charging when the cell charging voltage is 4.35 V or more, to block the discharge when the cell discharging voltage is 2.8 V or less, The battery module voltage condition is set to generate the alarm signal when the voltage of the battery module is 35.2 V or more or 20.8 V or less, and the cell voltage condition set in the secondary protection device and the cell protection condition And performs the cell balancing function only when all of the set battery cell voltage conditions are satisfied.

여기서, 상기 차단기는 릴레이, IGBT(Insulated Gate Bypolar Transistor), FET(Field Effect Transistor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the breaker may be any one of a relay, an IGBT (Insulated Gate By-polar Transistor), and a FET (Field Effect Transistor).

또한, 축전지 모듈 제어 방법에 있어서, 1차 보호장치를 통해 시스템의 동작 및 축전지 모듈의 충전과 방전이 정상적으로 이루어지도록 제어하는 단계;와 1차 보호장치에 이상이 발생하는 경우에 2차 보호장치가 축전지 모듈의 충전과 방전이 정상적으로 이루어지도록 제어하는 단계;와 3차 보호장치가 상기 1차 보호장치 및 2차 보호장치가 제어하는 차단기에 이상이 발생하는지를 감시하여 상기 차단기에 이상이 발생하는 경우에 차단기 이상 신호를 검출하는 단계;와 3차 보호장치가 축전지 모듈의 전압상태를 체크하는 단계;와 3차 보호장치가 축전지 모듈의 전압이 정상전압 범위를 벗어나는 경우에 셀 밸런싱 기능을 수행하고 알람 신호를 생성하는 단계; 및 3차 보호장치가 통신부를 통해서 생성한 알람 신호를 전송하여 알람을 발생하는 단계;를 포함하는 축전지 모듈 제어 방법이 제공된다.In addition, in the method of controlling a battery module, it is preferable that the method of controlling the operation of the system and the charging and discharging of the battery module are performed normally through the primary protection device and the secondary protection device when an error occurs in the primary protection device A step of controlling the charging and discharging of the battery module to be normally performed, and a step of, when a failure occurs in the circuit breaker by monitoring whether an abnormality occurs in the circuit breaker controlled by the primary protecting device and the secondary protecting device The third protection device performs a cell balancing function when the voltage of the battery module is out of the normal voltage range and the alarm signal ≪ / RTI > And generating an alarm by transmitting an alarm signal generated by the tertiary protection device through the communication unit.

본 발명은 축전지의 과충전과 과방전을 미리 방지할 수 있는 효과가 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect of preventing overcharging and overdischarge of a battery in advance.

또한 본 발명은 보호장치에 이상이 발생하는 경우에 이를 알람을 통해서 사용자에게 알려줄 수 있는 효과가 있다.Further, the present invention has the effect of informing the user through an alarm when an abnormality occurs in the protective device.

도1은 본 발명의 일 실시예로 축전지 모듈 제어 시스템이 구성을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예로 1차 보호장치의 구성을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예로 2차 보호장치의 구성을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예로 3차 보호장치의 구성을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예로 축전지 모듈 제어 방법을 도시한 순서도이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a battery module control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of a primary protection apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the configuration of a secondary protection apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the configuration of a tertiary protection device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of controlling a battery module according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 일 실시예로 축전지 모듈 제어 시스템이 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a battery module control system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 축전지 모듈 제어 시스템은 1차 보호장치(100), 2차 보호장치(200), 3차 보호장치(300), 차단기(400), 축전지 모듈(500), 알람부(600)를 포함할 수 있다.The battery module control system of the present invention includes a primary protection device 100, a secondary protection device 200, a tertiary protection device 300, a circuit breaker 400, a battery module 500, and an alarm part 600 can do.

1차 보호장치(100)는 1차적으로 축전지 모듈의 이상 동작 여부를 판단하여 차단기(400)를 제어하여 축전지 모듈(500)이 과충전 및 과방전되는 것을 방지한다. 1차 보호장치(100)는 BMS(Battery Management System)으로 전체 시스템에 흐르는 전류를 수시로 체크해서 전류의 이상이 있는지를 감시한다. 또한, 축전지 모듈(500)의 전압, 온도를 측정하여 감시한다. 또한, 각 셀의 전압 및 온도를 측정하여 감시한다. 1차 보호장치(100)는 이러한 시스템의 동작 및 셀과 축전지 모듈(500)의 정상 동작 여부를 내장된 마이크로컨트롤러유닛(MCU)를 통해서 프로그램 제어를 통해 수행한다. 즉, 1차 보호장치(100)는 시스템의 정상동작 및 축전지 모듈의 정상 동작을 1차적으로 감시하여 이상이 생기는 경우에는 이를 제어하는 기능을 수행한다.The primary protection apparatus 100 primarily determines whether the battery module is abnormal, and controls the circuit breaker 400 to prevent the battery module 500 from being overcharged or overdischarged. The primary protection device 100 monitors the current flowing in the entire system through the BMS (Battery Management System) to monitor whether there is an abnormality in the current. Also, the voltage and temperature of the battery module 500 are measured and monitored. Also, the voltage and temperature of each cell are measured and monitored. The primary protection apparatus 100 performs the operation of the system and the normal operation of the cell and the battery module 500 through program control through an embedded microcontroller unit (MCU). That is, the primary protection device 100 primarily monitors the normal operation of the system and the normal operation of the battery module, and performs a function of controlling the abnormality when an abnormality occurs.

2차 보호장치(200)는 1차 보호장치(100)에 이상이 생겨서 시스템의 동작 및 축전지 모듈(500)의 충전 및 방전이 정상적이지 못한 경우에 2차적으로 시스템 및 축전지 모듈(500)을 제어하는 기능을 수행한다. 2차 보호장치(200)는 PCM(Protection Circuit Module)으로 축전지 모듈(500)의 각 셀별 과충전 및 과방전 전압을 검출하여 이상이 발생하는 경우에 차단기(400)를 제어하여 축전지 모듈(500)의 과충전 및 과방전을 방지한다. 2차 보호장치(200)는 하드웨어적인 제어로 전자파, 노이즈, 낙뢰 등으로 인해 시스템의 손상이 발생한 경우에 하드웨어 방식으로 각 셀의 과충전 및 과방전을 전압을 검출하여 이상이 발생한 경우에 차단기(400)를 제어하여 축전지 모듈(500)의 과충전 및 과방전을 방지한다.The secondary protection device 200 can control the system and the battery module 500 when the operation of the system and the charging and discharging of the battery module 500 are not normal due to an error in the primary protection device 100 . The secondary protection device 200 detects the overcharging and over-discharging voltages of each cell of the battery module 500 by using a PCM (Protection Circuit Module), and controls the circuit breaker 400 when an abnormality occurs, Overcharge and overdischarge. When the system is damaged due to electromagnetic waves, noise, lightning, or the like due to hardware control, the secondary protection device 200 detects the overcharge and overdischarge voltages of each cell in a hardware manner, To prevent the battery module 500 from being overcharged or overdischarged.

3차 보호장치(300)는 차단기(400)의 이상 여부를 감시하여 차단기(400)가 정상적으로 동작을 하지 않는 경우에 이를 감지하여 자동차에 적용되는 CAN(Controller Area Network) 통신, RS-232, RS-485을 통한 알람 신호를 생성하여 사용자에게 시스템의 이상이 발생한 것을 알려준다. 또한, 3차 보호장치(300)는 축전지 모듈(500)의 전압이 정상 범위에서 벗어나는 경우에는 셀 밸런싱 기능을 수행하고 전압검출 밸런싱 기능을 수행하여 축전지 모듈(500)이 정상 전압 범위를 벗어나 있는 것을 사용자에게 알려준다.The tertiary protection device 300 monitors abnormality of the circuit breaker 400 and senses when the circuit breaker 400 is not operating normally. The circuit breaker 400 senses the abnormality of the circuit breaker 400 and outputs a CAN (Controller Area Network) communication, an RS- -485 to inform the user of the occurrence of an error in the system. When the voltage of the battery module 500 deviates from the normal range, the tertiary protection device 300 performs a cell balancing function and performs a voltage detection balancing function so that the battery module 500 is out of the normal voltage range Inform the user.

차단기(400)는 축전지 모듈(500)을 시스템 전원회로와 연결하여 축전지 모듈(500)을 충전 또는 방전시킨다. 여기서 차단기(400)는 일종의 스위치로 차단기는 릴레이, IGBT(Insulated Gate Bypolar Transistor), FET(Field Effect Transistor) 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 따라서, 차단기는 적은 전류로도 즉시 동작을 하나, 낙뢰나 과전류와 같은 시스템의 이상에 의해서 오동작을 할 수도 있다.The circuit breaker 400 connects the battery module 500 with the system power circuit to charge or discharge the battery module 500. Here, the circuit breaker 400 is a kind of switch, and the circuit breaker may be any one of a relay, an IGBT (Insulated Gate Bypolar Transistor), and a FET (Field Effect Transistor). Therefore, the circuit breaker operates immediately even with a small current, but it may malfunction due to a system abnormality such as a lightning stroke or an overcurrent.

축전지 모듈(500)은 축전지 셀들을 포함하고 있다. 따라서, 축전지 모듈의 전압은 모듈 내에 포함되어 있는 각 셀들의 전압의 합이 된다.The battery module 500 includes battery cells. Therefore, the voltage of the battery module becomes the sum of the voltages of the respective cells included in the module.

알람부(600)는 알람신호를 수신하여 알람을 발생시키는 기능을 수행한다.
The alarm unit 600 receives an alarm signal and generates an alarm.

도2는 본 발명의 일 실시예로 1차 보호장치의 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of a primary protection apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 1차 보호장치(100)는 셀 온도 측정부(110), 셀 전압 측정부(120), 전류 센서(130), 1차 보호장치 제어부(140) 및 디스플레이부(150)를 포함한다.The primary protection apparatus 100 of the present invention includes a cell temperature measurement unit 110, a cell voltage measurement unit 120, a current sensor 130, a primary protection device control unit 140, and a display unit 150 .

셀 온도 측정부(110)는 축전지 모듈(500)에 포함된 각각의 셀들의 온도를 측정한다. 셀 온도 측정부(110)는 각각의 셀 들의 온도를 측정함으로써 축전지 모듈(500)의 온도를 알 수 있다.The cell temperature measuring unit 110 measures the temperature of each cell included in the battery module 500. The cell temperature measuring unit 110 can know the temperature of the battery module 500 by measuring the temperature of each cell.

셀 전압 측정부(120)는 축전지 모듈(500)에 포함된 각각의 셀들의 전압을 측정한다. 셀 전압 측정부(120)는 각각의 셀 들의 전압을 측정함으로써 축전지 모듈(500)의 전압을 알 수 있다., The cell voltage measuring unit 120 measures a voltage of each cell included in the battery module 500. The cell voltage measuring unit 120 can know the voltage of the battery module 500 by measuring the voltage of each cell.

전류 센서(130)는 시스템에 흐르는 전류를 측정하여 시스템이 정상적으로 동작하고 있는지를 알 수 있다.The current sensor 130 can measure the current flowing in the system to determine whether the system is operating normally.

여기서, 1차 보호장치(100)는 BMS(Battery Management System)를 의미한다.Here, the primary protection device 100 means a BMS (Battery Management System).

1차보호장치 제어부(140)는 MCU(Micro Control Unit)으로 구성되어 시스템의 동작 전류 범위 및 축전지 모듈의 동작 온도 및 동작 전압을 설정하여 설정된 온도 및 전압 범위에서 축전지 모듈이 동작하도록 제어한다.The primary protection device control unit 140 includes an MCU (Micro Control Unit) to set the operating current range of the system, the operating temperature and the operating voltage of the battery module, and controls the battery module to operate in the set temperature and voltage range.

디스플레이부(150)은 축전지 모듈(500)의 동작 상태 및 시스템의 동작 전류를 표시하는 기능을 수행한다.
The display unit 150 displays the operation state of the battery module 500 and the operation current of the system.

도3은 본 발명의 일 실시예로 2차 보호장치의 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of a secondary protection apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 2차 보호장치(200)는 셀 온도 측정부(210), 셀 전압 측정부(220), 2차 보호장치 제어부(230) 및 시스템 보호부(240)를 포함한다.The secondary protection device 200 of the present invention includes a cell temperature measurement unit 210, a cell voltage measurement unit 220, a secondary protection unit control unit 230, and a system protection unit 240.

셀 온도 측정부(210)는 축전지 모듈(500)에 포함된 각각의 셀들의 충전 및 방전 온도를 측정한다.The cell temperature measuring unit 210 measures the charging and discharging temperatures of the respective cells included in the battery module 500.

셀 전압 측정부(220)는 축전지 모듈(500)에 포함된 각각의 셀들의 충전 및 방전 전압을 측정한다.The cell voltage measuring unit 220 measures the charging and discharging voltages of the respective cells included in the battery module 500.

2차 보호장치(200)는 PCM(Protection Circuit Module)으로, 1차 보호장치(100)가 MCU에 설정되어 있는 프로그램 방식으로 시스템 및 축전지 모듈(500)의 동작이 설정된 동작 범위내에서 동작하도록 제어하는 것에 비해서, 하드웨어적으로 축전지 모듈(500)의 충전 및 방전을 제어한다.The secondary protection device 200 is a PCM (Protection Circuit Module), and controls the operation of the system and the battery module 500 so that the operation of the system and the battery module 500 operates in a programmed manner in which the primary protection device 100 is set in the MCU The charging and discharging of the battery module 500 is controlled in hardware.

2차 보호장치 제어부(230)는 축전지 모듈(500) 내의 각 셀들의 온도 및 전압을 측정하여 정상 범위 내에 있는지를 판단하고, 정상 범위에서 벗어나는 경우에는 차단기(400)를 제어하는 각 셀의 과충전 및 과방전이 일어나지 않도록 방지한다.The secondary protective device control unit 230 measures the temperature and the voltage of each cell in the battery module 500 and determines whether the temperature and the voltage are within the normal range. If the secondary protective device control unit 230 is out of the normal range, Prevent overdischarge from occurring.

시스템 보호부(240)은 2차 보호장치 제어부(230)의 제어를 받아 차단기(400)의 동작을 제어함으로써 시스템의 쇼트를 방지하고 과충전 과방전으로 인한 축전지 모듈(500)의 손상을 방지한다.
The system protection unit 240 controls the operation of the circuit breaker 400 under the control of the secondary protection device control unit 230 to prevent the system from being short-circuited and to prevent the battery module 500 from being damaged due to excessive overcharging.

도4는 본 발명의 일 실시예로 3차 보호장치의 구성을 도시한 도면이다.4 is a view showing the configuration of a tertiary protection device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 3차 보호장치는 모듈 측정부(310), 차단기 이상동작 검출부(320), 3차 보호장치 제어부(330), 모듈 이상동작 설정부(340), 통신부(350)를 포함한다.The third protection device of the present invention includes a module measurement unit 310, a breaker abnormal operation detection unit 320, a tertiary protection device control unit 330, a module abnormal operation setting unit 340, and a communication unit 350.

모듈 측정부(310)는 축전지 모듈(500)의 충방전 전압과 충방전 온도를 측정한다. The module measuring unit 310 measures a charge / discharge voltage and a charge / discharge temperature of the battery module 500.

차단기 이상동작 검출부(320)는 차단기(400)와 연결되어 있어 차단기(400)가 오동작을 하는 경우에 이를 감지한다.The breaker abnormal operation detection unit 320 is connected to the circuit breaker 400 to detect the malfunction of the circuit breaker 400.

3차 보호장치 제어부(330)는 모듈 측정부(310)에서 측정한 결과 축전지 모듈(500)의 충전시, 전압 정상범위의 최대치를 넘어가는 과충전 상태인 경우 및 축전지 모듈(500)의 각 셀 전압 최대/최소치를 넘어가는 과방전 상태인 경우에 각각의 셀의 전압을 일정하게 해주는 셀 밸런싱 기능을 수행할 수 있다. 또한 차단기(400)의 모듈의 온도 최대/최소치의 이상이 검출되는 경우에 알람 신호를 생성하여 알람부(600)를 통해 알람을 발생시킨다. 여기서, 3차 보호장치 제어부(330)는 시스템 차단 스위칭 신호를 더 생성할 수도 있다.When the battery module 500 is charged as a result of the measurement by the module measuring unit 310, the tertiary protective device control unit 330 determines whether the battery module 500 is in an overcharged state exceeding a maximum value of the voltage normal range, The cell balancing function may be performed to make the voltage of each cell constant when the cell is in an overdischarge state exceeding the maximum / minimum value. In addition, when an abnormality of the temperature maximum / minimum value of the module of the circuit breaker 400 is detected, an alarm signal is generated and an alarm is generated through the alarm unit 600. Here, the tertiary protective device control unit 330 may further generate a system shutdown switching signal.

모듈 이상동작 설정부(340)는 축전지 모듈(500)의 축전지 모듈(500)의 충전시 전압과 충전시 온도의 최대치 및 축전지 모듈(500)의 방전시 전압과 방전시 온도의 최대치가 설정되어 있는 곳이다. 3차 보호장치 제어부(330)는 모듈 이상동작 설정부(340)에 설정되어 있는 범위를 벗어나는 경우에 셀 밸런싱 동작 및 알람 기능을 수행할 수 있다.The module abnormal operation setting unit 340 sets the maximum value of the charging voltage and charging temperature of the battery module 500 of the battery module 500 and the maximum value of the discharging voltage and discharging temperature of the battery module 500 Place. The tertiary protective device control unit 330 may perform the cell balancing operation and the alarm function when the module abnormal operation setting unit 340 is out of the set range.

통신부(350)는 3차 보호장치 제어부(330)에서 생성한 알람 신호를 알람부(600)로 전송하거나 통신를 통해서 외부의 알람장치에 전송하는 기능을 수행한다.
The communication unit 350 transmits the alarm signal generated by the tertiary protection device control unit 330 to the alarm unit 600 or transmits the alarm signal to the external alarm device through communication.

도5는 본 발명의 일 실시예로 축전지 모듈 제어 방법을 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of controlling a battery module according to an embodiment of the present invention.

S100 단계는 시스템 이상이 발생한 경우이다.In step S100, a system abnormality occurs.

여기서 시스템 이상은 축전지 모듈(500)을 통한 전원의 충전 및 방전에서 정상 동작 범위를 벗어나는 상태를 의미한다. 즉, 축전지 모듈(500)을 충전하는 경우에 정상 충전 상태를 벗어나거나, 축전지 모듈(500)이 방전을 하는 경우에 정상 방전 상태를 벗어나는 것을 의미한다.Here, the system abnormality means a state in which the battery module 500 is out of the normal operating range in the charging and discharging of the power through the battery module 500. That is, when the battery module 500 is charged, it is out of the normal charging state, or when the battery module 500 discharges, it is out of the normal discharging state.

시스템 이상이 발생하는 경우에 1차 보호장치(100)가 동작하여 차단기(400)를 제어하여 과충전 또는 과방전을 차단한다(S110 단계 및 S140 단계).When a system abnormality occurs, the primary protective device 100 operates to control the circuit breaker 400 to shut off the overcharge or overdischarge (steps S110 and S140).

1차 보호장치(100)는 BMS(Battery Management System)으로 시스템의 전류와 축전지 모듈(500)의 전압, 각 셀의 전압 및 온도를 측정하여 축전지 모듈(500)의 동작 조건이 설정되어 있는 정상 동작 범위내에 있도록 차단기를 제어하여 과충전 및 과방전 상태를 방지한다.The primary protection apparatus 100 measures the current of the system, the voltage of the battery module 500, the voltage and temperature of each cell using a battery management system (BMS), and performs a normal operation in which the operation condition of the battery module 500 is set To prevent overcharging and overdischarging.

1차 보호장치(100)는 축전지 모듈(500)의 충전 전압이 33.6V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 축전지 모듈(500)의 방전 전압이 24V 이하인 경우에 방전을 차단한다.The primary protection apparatus 100 cuts off the charging when the charging voltage of the battery module 500 is 33.6 V or more and cuts off the discharge when the discharging voltage of the battery module 500 is 24 V or less.

만일 1차 보호장치(100)가 정상 동작을 하지 못하여 축전지 모듈(500)의 전압과 온도가 설정된 정상 동작 범위를 벗어나는 경우에는 2차 보호장치(200)가 셀의 전압과 온도를 제어하여 각 셀이 과충전 및 과방전이 되지 않도록 제어한다(S120 단계 및 S140 단계).If the voltage and temperature of the battery module 500 deviate from the set normal operating range due to the failure of the primary protection device 100 to operate normally, the secondary protection device 200 controls the voltage and temperature of the cell, So as not to overcharge and overdischarge (steps S120 and S140).

2차 보호장치(200)는 PCM(Protection Circuit Module)으로 축전지 모듈(500)의 각 셀별 과충전 및 과방전 전압을 검출하여 이상이 발생하는 경우에 차단기(400)를 제어하는 각 셀의 과충전 및 과방전 상태를 방지한다.The secondary protection device 200 detects overcharging and over-discharging voltages of each cell of the battery module 500 by a PCM (Protection Circuit Module), and detects overcharging and over-discharging of each cell controlling the circuit breaker 400 when an abnormality occurs. Prevent all conditions.

2차 보호장치(200)는 각 셀의 충전 전압이 4.35V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 셀 방전 전압이 2.8V이하인 경우에 방전을 차단한다.The secondary protection device 200 cuts off the charging when the charging voltage of each cell is 4.35 V or more and cuts off the discharge when the cell discharging voltage is 2.8 V or less.

S130 단계는 2차 보호장치(200)마저도 정상동작을 하지 않아 축전지 모듈(500)이 과충전 또는 과방전되어 1차 보호장치(100)에서 설정되어 있는 축전지 모듈(500)의 정상 동작전압 또는 정상 동작온도의 범위를 벗어나는 경우 및 차단기(400)에 이상이 발생하여 1차 보호장치(100) 및 2차 보호장치(200)가 보호 동작을 하지 못하는 경우에, 3차 보호장치(300)가 동작하여 알람신호를 생성하여 알람을 발생하는 단계이다.The battery module 500 is overcharged or overdischarged even when the secondary protection device 200 is not operated normally so that the normal operation voltage or normal operation of the battery module 500 set in the primary protection device 100 When the temperature exceeds the range and the first protective device 100 and the second protective device 200 fail to perform the protection operation due to an abnormality in the circuit breaker 400, the third protective device 300 operates Generating an alarm signal and generating an alarm.

S130 단계를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Step S130 will be described in more detail as follows.

S131 단계는 3차 보호장치(300)가 차단기(400)에 이상이 발생한 경우에 차단기(400)에서 발생하는 이상 신호를 검출하는 단계이다.The step S131 is a step of detecting an abnormal signal generated in the circuit breaker 400 when an abnormality occurs in the circuit breaker 400 by the tertiary protective device 300. [

S132 단계는 3차 보호장치(300)가 축전지 모듈(500)의 모듈 전압 및 모듈 온도를 측정하여 이상 여부를 판단하는 단계이다.In step S132, the tertiary protection device 300 measures the module voltage of the battery module 500 and the module temperature to determine whether the abnormality is abnormal.

S133 단계는 3차 보호장치(300)가 차단기(400) 및 축전지 모듈의 이상이 ㅂ발생한 경우에 알람 신호를 생성하는 단계이다.In step S133, an alarm signal is generated when the tertiary protection device 300 generates an abnormality of the circuit breaker 400 and the battery module.

여기서, 3차 보호장치(300)는 차단기(400)에서 이상 신호를 검출하거나 축전지 모듈(500)의 전압이 35.2V 이상이거나 20.8V 이하인 경우 또는 축전지 모듈(500)의 온도가 기준온도 이상인 경우에 축전지 모듈이 이상이 발생한 것으로 판단하여 알람신호를 발생한다.Here, when the abnormal signal is detected in the circuit breaker 400 or the voltage of the battery module 500 is 35.2 V or more, 20.8 V or less, or the temperature of the battery module 500 is the reference temperature or more, The battery module determines that an abnormality has occurred and generates an alarm signal.

S134 단계는 3차 보호장치(300)가 통신부(350)를 통해 발생한 알람신호를 알람부(600)로 전송하는 단계이다.In step S134, the tertiary protection apparatus 300 transmits an alarm signal generated through the communication unit 350 to the alarm unit 600. [

S135 단계는 알람부(600)에서 알람을 발생하여 사용자에게 시스템의 이상이 발생한 것을 알려주는 단계이다.In step S135, an alarm is generated in the alarm unit 600 to notify the user that an abnormality has occurred in the system.

여기서, 알람부(600)는 버저나 램프 등을 이용하여 알람을 발생시킨다.Here, the alarm unit 600 generates an alarm using a buzzer or a lamp.

본 발명의 축전지 모듈 제어 시스템은 셀 밸런싱 기능을 수행할 수 있는데, 셀 밸런싱 기능은 다음과 같은 경우에 동작할 수 있다. The battery module control system of the present invention can perform a cell balancing function, which can operate in the following cases.

2차 보호장치(200)의 셀 전압 조건은 셀 충전 전압이 4.35V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 셀 방전 전압이 2.8V이하인 경우에 방전을 차단하도록 설정이 되어 있고, 3차 보호장치(300)의 축전지 모듈 전압 조건은 축전지 모듈(500)의 전압이 35.2V 이상이거나 20.8V 이하인 경우에 알람신호를 생성하도록 설정이 되어 있다. 이러한 조건인 경우에 2차 보호장치(200)에 설정되어 있는 셀 전압 조건과 3차 보호장치(300)에 설정되어 있는 축전지 모듈 전압 조건이 모두 만족되는 경우에만 셀 밸런싱 기능을 수행할 수 있다.
The cell voltage condition of the secondary protection device 200 is set so as to block charging when the cell charging voltage is 4.35 V or more and to block the discharge when the cell discharge voltage is 2.8 V or less, ) Is set to generate an alarm signal when the voltage of the battery module 500 is 35.2 V or more or 20.8 V or less. In this condition, the cell balancing function can be performed only when both the cell voltage condition set in the secondary protection device 200 and the battery module voltage condition set in the tertiary protection device 300 are satisfied.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

100 : 1차 보호장치 130 : 전류센서
140 : 1차 보호장치 제어부 150 : 디스플레이부
200 : 2차 보호장치 230 : 2차 보호장치 제어부
240 : 시스템 보호부 300 : 3차 보호장치
310 : 모듈 측정부 320 : 차단기 이상동작 검출부
330 : 3차 보호장치 제어부 340 : 모듈이상동작 설정부
350 : 통신부 400 : 차단기
500 : 축전지 모듈 600 : 알람부 100: primary protection device 130: current sensor
140: primary protective device control unit 150:
200: Secondary protection device 230: Secondary protection device control part
240: System protection part 300: Third protection device
310: module measurement unit 320: breaker abnormal operation detection unit
330: tertiary protection device control unit 340: module abnormal operation setting unit
350: communication unit 400:
500: Battery module 600: Alarm part

Claims (9)

축전지 모듈 제어 시스템에 있어서,
스위치를 제어하여 상기 축전지 모듈의 충전 및 방전을 가능하게 하는 차단기;
시스템의 정상 동작 및 상기 축전지 모듈의 정상 동작 여부를 내장된 마이크로컨트롤러유닛(MCU)의 프로그램 제어를 통해 수행하고 상기 축전지 모듈의 이상 동작 여부를 판단하여 상기 차단기를 제어하는 1차 보호장치;
상기 1차 보호장치에 이상이 발생하는 경우에 상기 축전지 모듈의 각 셀별 과충전 및 과방전 전압을 검출하여 이상이 발생하는 경우에 상기 차단기를 제어하는 2차 보호장치;
상기 축전지 모듈의 전압이 정상 범위에서 벗어나는 경우에는 셀 밸런싱 기능을 수행하고 상기 차단기의 이상 여부를 감지하여 이상이 발생하는 경우에 알람신호를 생성하고 이를 제어하는 3차 보호장치; 및
상기 알람 신호를 이용하여 시스템 이상을 알리는 알람부;를 포함하는 축전지 모듈 제어 시스템.
A battery module control system comprising:
A circuit breaker for controlling charging and discharging of the battery module by controlling a switch;
A primary protection device for performing normal operation of the system and normal operation of the battery module through program control of the built-in microcontroller unit (MCU) and determining whether the battery module is abnormal;
A secondary protection device for detecting the overcharge and overdischarge voltages of each cell of the battery module when an abnormality occurs in the primary protection device and controlling the circuit breaker when an abnormality occurs;
A tertiary protection device that performs a cell balancing function when the voltage of the battery module is out of a normal range, detects an abnormality of the circuit breaker, generates an alarm signal when an abnormality occurs, and controls the alarm signal; And
And an alarm unit for informing a system abnormality using the alarm signal.
제1항에 있어서,
상기 1차 보호장치는 BMS(Battery Management System)으로 시스템의 전류와 상기 축전지 모듈의 전압, 각 셀의 전압 및 온도를 측정하여 상기 축전지 모듈의 동작이 정상 범위내에 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 축전지 모듈 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the primary protection device measures a current of the system, a voltage of the battery module, a voltage and a temperature of each cell using a battery management system (BMS), and controls the operation of the battery module to be within a normal range. Control system.
제2항에 있어서,
상기 1차 보호장치는 상기 축전지 모듈의 충전 전압이 33.6V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 상기 축전지 모듈의 방전 전압이 24V 이하인 경우에 방전을 차단하는 것을 특징으로 하는 축전지 모듈 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the primary protection device interrupts charging when the charging voltage of the battery module is 33.6 V or more and blocks discharging when the discharge voltage of the battery module is 24 V or less.
제1항에 있어서,
상기 2차 보호장치는 PCM(Protection Circuit Module)으로 상기 축전지 모듈의 각 셀별 과충전 및 과방전 전압을 검출하여, 이상이 발생하는 경우에 상기 차단기를 제어하는 것을 특징으로 하는 축전지 모듈 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary protection device detects overcharge and over-discharge voltages for each cell of the battery module by using a PCM (Protection Circuit Module), and controls the circuit breaker when an abnormality occurs.
제4항에 있어서,
상기 2차 보호장치는 셀 충전 전압이 4V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 셀 방전 전압이 3V이하인 경우에 방전을 차단하는 것을 특징으로 하는 축전지 모듈 제어 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the secondary protection device blocks charging when the cell charging voltage is equal to or higher than 4 V and interrupts the discharge when the cell discharging voltage is equal to or lower than 3 V.
제1항에 있어서,
상기 3차 보호장치는 상기 축전지 모듈의 전압이 35.2V 이상이거나 20.8V 이하인 경우 또는 상기 축전지 모듈의 온도가 기준온도 이상인 경우에 상기 알람신호를 생성하여 상기 축전지 모듈의 이상을 알리는 것을 특징으로 하는 축전지 모듈 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the third protection device generates the alarm signal to notify the abnormality of the battery module when the voltage of the battery module is 35.2 V or more, 20.8 V or less, or when the temperature of the battery module is the reference temperature or more. Module control system.
제1항에 있어서,
상기 2차 보호장치의 셀 전압 조건은 셀 충전 전압이 4.35V 이상인 경우에 충전을 차단하고, 셀 방전 전압이 2.8V이하인 경우에 방전을 차단하도록 설정이 되어 있고, 상기 3차 보호장치의 축전지 모듈 전압 조건은 상기 축전지 모듈의 전압이 35.2V 이상이거나 20.8V 이하인 경우에 상기 알람신호를 생성하도록 설정이 되어 있고,
상기 2차 보호장치에 설정되어 있는 셀 전압 조건과 상기 3차 보호장치에 설정되어 있는 축전지 모듈 전압 조건이 모두 만족되는 경우에만 셀 밸런싱 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 축전지 모듈 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The cell voltage condition of the secondary protection device is set so as to shut off the charging when the cell charging voltage is 4.35 V or more and to block the discharge when the cell discharging voltage is 2.8 V or less, The voltage condition is set so as to generate the alarm signal when the voltage of the battery module is 35.2 V or more or 20.8 V or less,
Wherein the cell balancing function is performed only when both the cell voltage condition set in the secondary protection device and the battery module voltage condition set in the tertiary protection device are satisfied.
제1항에 있어서,
상기 차단기는 릴레이, IGBT(Insulated Gate Bypolar Transistor), FET(Field Effect Transistor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 축전지 모듈 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the circuit breaker is any one of a relay, an IGBT (Insulated Gate By-polar Transistor), and a FET (Field Effect Transistor).
축전지 모듈 제어 방법에 있어서,
1차 보호장치의 내장된 마이크로컨트롤러유닛(MCU)의 프로그램 제어를 통해 시스템의 동작 및 축전지 모듈의 충전과 방전이 정상적으로 이루어지도록 제어하는 단계;
1차 보호장치에 이상이 발생하는 경우에 2차 보호장치가 축전지 모듈의 충전과 방전이 정상적으로 이루어지도록 제어하고 상기 축전지 모듈의 각 셀별 과충전 및 과방전 전압을 검출하여 이상이 발생하는 경우에 차단기를 제어하는 단계;
3차 보호장치가 상기 1차 보호장치 및 2차 보호장치가 제어하는 차단기에 이상이 발생하는지를 감시하여 상기 차단기에 이상이 발생하는 경우에 차단기 이상 신호를 검출하는 단계;
3차 보호장치가 축전지 모듈의 전압상태를 체크하는 단계;
3차 보호장치가 축전지 모듈의 전압이 정상전압 범위를 벗어나는 경우에 셀 밸런싱 기능을 수행하고 알람 신호를 생성하는 단계; 및
3차 보호장치가 통신부를 통해서 생성한 알람 신호를 전송하여 알람을 발생하는 단계;를 포함하는 축전지 모듈 제어 방법.
A method for controlling a battery module,
Controlling operation of the system and charging and discharging of the battery module to be normally performed through program control of a built-in microcontroller unit (MCU) of the primary protection device;
In the event of an abnormality in the primary protection device, the secondary protection device controls the charging and discharging of the battery module to be normally performed, detects the overcharge and over-discharge voltage of each cell of the battery module, ;
Monitoring the abnormality of the circuit breaker controlled by the primary protective device and the secondary protective device to detect a circuit breaker abnormal signal when an abnormality occurs in the circuit breaker;
The third protection device checking the voltage state of the battery module;
Performing a cell balancing function and generating an alarm signal when a voltage of the battery module is out of a normal voltage range; And
And generating an alarm by transmitting an alarm signal generated by the tertiary protection device through the communication unit.
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