KR101965655B1 - Battery module system and driving method thereof - Google Patents
Battery module system and driving method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR101965655B1 KR101965655B1 KR1020180145731A KR20180145731A KR101965655B1 KR 101965655 B1 KR101965655 B1 KR 101965655B1 KR 1020180145731 A KR1020180145731 A KR 1020180145731A KR 20180145731 A KR20180145731 A KR 20180145731A KR 101965655 B1 KR101965655 B1 KR 101965655B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- battery module
- balancing
- additional
- bms
- battery
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀로 각각 구성된 복수의 배터리 모듈이 서로 병렬연결되어 추가 확장가능한 배터리 모듈 시스템에 있어서 추가할 배터리 모듈에 대해 자동으로 밸런싱 동작이 수행되고 전원이 상기 시스템에 연결됨으로써 배터리 모듈의 추가 확장이 자유롭고 쉬운 배터리 모듈 시스템에 관한 것이다.In the present invention, a plurality of battery modules each composed of a plurality of battery cells electrically connected to each other are connected in parallel to each other so that balancing operation is automatically performed on a battery module to be added in a further expandable battery module system, and a power source is connected to the system The present invention relates to a battery module system which is free and easy to further expand the battery module.
또한, 본 발명은 상기 배터리 모듈 시스템에서 배터리 모듈을 추가하기 위한 구동방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a driving method for adding a battery module in the battery module system.
일반적으로, 리튬 이온전지 등과 같이 충방전이 가능하고 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 갖는 이차전지는 특히 전기 차량이나 발전소용 에너지 저장 장치(Energy Storage System: ESS) 등으로의 적용에 있어서 요구되는 고출력을 얻기위하여 복수의 단위 셀로서 서로 전기적으로 연결된다. 2. Description of the Related Art Generally, a secondary battery that can be charged and discharged, such as a lithium ion battery, and has an electrical characteristic such as a high energy density, is required to have a high output power required for application to an energy storage system (ESS) Are electrically connected to each other as a plurality of unit cells.
이러한 단위 셀은 일반적으로 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등의 구성요소들을 포함하고 이들간의 전기 화학적 반응에 의해 반복적인 충방전이 가능하다. 그리고, 이러한 단위 셀, 또는 배터리는 복수로 상호 연결된 어셈블리로서 하나의 배터리 팩을 이루고, 이러한 배터리 팩은 통상적으로 복수로 상호 연결되어 전체적으로 하나의 배터리 모듈 시스템을 이룬다.Such a unit cell generally includes components such as a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, and an electrolytic solution, and is capable of repeated charge and discharge by an electrochemical reaction therebetween. Such a unit cell, or a battery, constitutes one battery pack as a plurality of interconnected assemblies, and these battery packs are typically interconnected to form a single battery module system as a whole.
그리고, 상기 배터리 모듈 시스템에서 이들 셀 또는 배터리 팩의 물리적 상태는 각 배터리 팩에 부착된 센서들을 통해 그의 전압, 전류 및 온도를 센싱하며 이러한 데이터를 기반으로 하여 소위 배터리 관리 시스템(Battery Management System: "BMS")이 셀 또는 배터리 팩의 상태를 모니터링 및 제어한다. BMS는 예컨대 각 배터리 팩의 구동부하에 대한 전력공급 제어, 전류 및 전압의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 셀간의 전압 차이를 감소시키는 전압의 평활화(equalization) 제어, 충전상태(State Of Charge: "SOC")의 추정 등을 수행한다. In the battery module system, the physical state of these cells or battery packs senses their voltage, current and temperature through sensors attached to each battery pack, and based on this data, a so-called Battery Management System (" BMS ") monitors and controls the condition of the cell or battery pack. The BMS can be used for various purposes such as, for example, power supply control for a driving load of each battery pack, measurement of electric characteristic values of current and voltage, charge / discharge control, equalization control of voltage for reducing voltage difference between cells, "SOC").
이러한 BMS는 일반적으로 마스터(master) BMS와, 배터리 팩에 부착되어 주로 이의 상태를 감지하는 복수의 슬레이브(slave) BMS로 별개로 구성되는 소위 마스터-슬레이브 BMS 방식으로 설계된다. 일반적으로 센싱 측정 기능은 아래에 설명하듯이 복수의 슬레이브 BMS에 의해 수행되고, 제어 및 연산 추정 기능은 상기 마스터 BMS가 상기 슬레이브 BMS들로부터 감지된 데이터를 전송받아 이를 기반으로 배터리 모듈 시스템을 관장하여 제어한다. 도 1은 이러한 종래 배터리 모듈 시스템의 구성도를 보이며, 이 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.Such a BMS is generally designed as a master BMS and a so-called master-slave BMS system, which is separately constituted by a plurality of slave BMSs attached to a battery pack and mainly sensing its state. In general, the sensing measurement function is performed by a plurality of slave BMSs, and the control and calculation estimation functions are performed such that the master BMS receives data sensed from the slave BMSs and controls the battery module system based on the received data . FIG. 1 is a block diagram of a conventional battery module system, which will be described in detail with reference to FIG.
도 1에 도시하는 종래 배터리 모듈 시스템(10)에서, 복수의 배터리 또는 단위 셀(14)로 구성된 복수의 배터리 팩(13)은 시스템에 장착되어 서로간에 병렬연결된다. 그리고, 각각의 슬레이브 BMS(12)는 상기 복수의 배터리 팩(13)에 각각 전기적으로 연결되어 배터리 모듈(16)을 구성하며, 배터리(14)의 상태(예컨대, 전압, 전류 및 온도)를 측정한다. 그리고, 상기 슬레이브 BMS(12)는 이들 상태 데이터를 마스터 BMS(11)로 전송하며, 마스터 BMS(11)는 이를 기반으로 각 배터리(14)를 제어하게 된다. 관련된 종래기술의 일 예로는 국내특허공개 제10-2012-0037163호가 있다. In the conventional
그러나, 이러한 시스템에서는 마스터 BMS(11)와 복수의 슬레이브 BMS(12)가 서로 개별적으로 독립된 회로보드상에 위치하고 서로 개별적으로 직접 연결되는 구조이므로, 시스템 용량이 커질수록 더 많은 슬레이브 보드와 더 많은 와이어 케이블이 요구된다. 또한, 예컨대, 발전소용 에너지저장장치(ESS)나 전기트럭으로의 용도와 같이 요구되는 시스템 용량이 커질수록 더 많은 복수의 배터리 팩들이 추가적으로 확장 연결되어야 한다. 그리고, 이렇게 추가된 배터리 팩들에서 각각의 충방전을 위한 전기단자와 해당 슬레이브 BMS와 마스터 BMS 간의 통신을 위한 통신단자에는 각각의 전원 케이블과 통신 케이블이 일일이 추가 연결되어야 한다.However, in such a system, since the
뿐만 아니라, 이렇게 상기 시스템에 확장 연결되는 배터리 팩들 중 어느 하나라도 방전상태이거나 전압이 정상범위를 벗어나는 경우에는 서로간에 평활작용에 의한 강제 밸런싱(balancing)이 일어나고, 또한 서로간에 전위차가 큰 경우 전류폭주 현상이 발생하여 배터리의 열화를 초래한다. In addition, when any one of the battery packs extended to the system is in a discharged state or the voltage is out of the normal range, forcible balancing due to a smoothing action occurs, and when there is a large potential difference between them, Resulting in deterioration of the battery.
따라서, 이러한 위험들을 방지하기 위하여, 사용자는 배터리 팩을 상기 시스템에 장착하기에 앞서 일일이 수동으로 각 배터리 팩의 개방전압을 측정하여 충전상태를 점검하고 정상범위를 벗어나면 외부에서 충전을 한 후에야 비로소 장착하여 사용하게 된다. 이러한 작업은 매우 번거롭고도 많은 시간을 소비하게하며 또한 시스템에 연결하더라도 해당 배터리 팩의 전압상태의 정확성도 떨어뜨려 제어에 문제를 발생시킨다.Therefore, in order to prevent such risks, the user must manually check the open-circuit voltage of each battery pack to check the charge state before mounting the battery pack in the system, and after the battery pack is charged outside from the normal range To be used. This operation is cumbersome and time consuming, and even when connected to the system, the accuracy of the voltage state of the battery pack is degraded, which causes control problems.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점들이 발생함이 없이 배터리팩의 추가확장이 자유롭고 쉬운 배터리 모듈 시스템과 배터리팩의 추가확장을 위한 그의 구동방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a battery module system and a driving method thereof for further expansion of a battery pack, in which further expansion of the battery pack is free and easy without causing the above-described problems to occur.
위 과제를 해결하기 위한 일 측면에 의한 본 발명은 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀로 각각 구성된 복수의 배터리 모듈이 서로 병렬연결되는 방식으로 구성되되 추가의 배터리 모듈이 하나 이상 더 연결가능하도록 구성된 배터리 모듈 시스템에 관한 것으로, 상기 배터리 모듈은 각각 자신의 충전상태 정보를 실시간으로 측정하여 생성하는 스마트 BMS를 포함한다. 이러한 스마트 BMS는 다른 스마트 BMS와 서로간에 통신하여 상기 자신의 충전상태 정보를 실시간으로 서로 교환하고, 서로간에 병렬연결된 전원 스위칭단 및 밸런싱 스위칭단을 포함하는 스위칭 모듈을 포함하여, 상기 배터리 모듈 각각의 전원은 상기 스위칭 모듈을 통하여 상기 배터리 모듈 시스템의 전원에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 그리고, 상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 이미 상기 배터리 모듈 시스템에 연결되어있는 하나 이상의 배터리 모듈의 각 스마트 BMS와 통신하여 상기 배터리 모듈 시스템의 밸런싱 전압 범위를 인지하고 다음의 동작을 수행한다:According to an aspect of the present invention, there is provided a battery module including a plurality of battery modules, each battery module including a plurality of battery cells electrically connected to each other in parallel, System, wherein the battery module includes a smart BMS that measures and generates its own charging status information in real time. The smart BMS includes a switching module that communicates with other smart BMSs to exchange their own charging status information in real time, and includes a power switching stage and a balancing switching stage connected in parallel with each other, The power source is configured to be electrically connected to the power source of the battery module system through the switching module. The smart BMS of the additional battery module is in communication with each smart BMS of one or more battery modules already connected to the battery module system to recognize the balancing voltage range of the battery module system and perform the following operations:
- 상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위 내가 아닌 경우 상기 스위칭 모듈의 상기 전원 스위칭단을 비활성화함과 동시에 상기 밸런싱 스위칭단을 활성화함으로써 상기 추가의 배터리 모듈의 전원과 상기 배터리 모듈 시스템의 전원 간의 전기적 연결을 차단함과 동시에 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간의 전위차로 인한 평활화 전류가 상기 밸런싱 스위칭단을 통하여 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간에 어느 한 방향으로 흐르게 하여 상기 추가의 배터리 모듈의 전압을 상기 밸런싱 전압 범위 내로 밸런싱하고;Wherein the smart BMS of the further battery module is configured to deactivate the power switching stage of the switching module and activate the balancing switching stage when the charging state of the additional battery module is not within the balancing voltage range, The battery module system and the battery module system are connected to each other by a battery module system and the additional battery module, Balancing the voltage of the additional battery module within the balancing voltage range by flowing in one direction between the modules;
- 상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위 이내인 경우 상기 스위칭 모듈의 상기 전원 스위칭단을 활성화함과 동시에 상기 밸런싱 스위칭단을 비활성화함으로써 상기 추가의 배터리 모듈의 전원을 상기 전원 스위칭단을 통하여 상기 배터리 모듈 시스템의 전원에 전기적으로 연결한다.The smart BMS of the additional battery module activates the power switching node of the switching module and deactivates the balancing switching node when the charging state of the additional battery module is within the balancing voltage range, And the power of the module is electrically connected to the power supply of the battery module system through the power switching terminal.
이때, 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위를 미달하는 경우에는 상기 평활화 전류가 상기 배터리 모듈 시스템으로부터 상기 추가의 배터리 모듈로 흐르고, 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위를 초과하는 경우에는 상기 평활화 전류가 상기 추가의 배터리 모듈로부터 상기 배터리 모듈 시스템으로 흐르며, 상기 평활화 전류는 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈의 전압이 서로 평형을 이룰 때까지 흐르게 된다.Wherein the smoothing current flows from the battery module system to the additional battery module if the charge state of the additional battery module is less than the balancing voltage range and the charge state of the additional battery module is less than the balancing voltage range The smoothing current flows from the additional battery module to the battery module system and the smoothed current flows until the voltages of the battery module system and the additional battery module are in equilibrium with each other.
선택적으로, 상기 전원 스위칭단은 제1스위칭수단을 포함하고, 상기 밸런싱 스위칭단은 제1저항과 상기 제1저항에 직렬연결된 제2스위칭수단을 포함하도록 구성될 수 있다. Optionally, the power switching stage includes first switching means, and the balancing switching stage may comprise a first resistor and a second switching means connected in series with the first resistor.
또한, 선택적으로, 상기 제1스위칭수단 및 제2스위칭수단은 릴레이로 구성될 수 있다.Optionally, the first switching means and the second switching means may be configured as relays.
또한, 다른 일 측면에 의한 본 발명은 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀로 각각 구성된 복수의 배터리 모듈이 서로 병렬연결되는 방식으로 구성되되 추가의 배터리 모듈이 하나 이상 더 연결가능하도록 구성되고, 상기 배터리 모듈 각각은 자신의 충전상태 정보를 실시간으로 측정하여 생성하는 스마트 BMS를 포함하는 배터리 모듈 시스템의 구동방법에 관한 것으로서, 이 구동방법은 다음을 포함한다:According to another aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising: a plurality of battery modules, each battery module being electrically connected to each other in parallel; Each of which includes a smart BMS for measuring and generating its own charging status information in real time, the method comprising:
- 상기 스마트 BMS는 다른 스마트 BMS와 서로간에 통신하여 상기 자신의 충전상태 정보를 실시간으로 서로 교환하는 단계와;The smart BMS communicating with other smart BMSs to exchange their own charging status information in real time;
- 상기 추가의 배터리 모듈을 상기 배터리 모듈 시스템에 연결시 상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 이미 상기 배터리 모듈 시스템에 연결되어있는 하나 이상의 배터리 모듈의 각 스마트 BMS와 통신하여 상기 배터리 모듈 시스템의 밸런싱 전압 범위를 인지하는 단계와;The smart BMS of the additional battery module communicates with each smart BMS of one or more battery modules already connected to the battery module system to provide a balancing voltage of the battery module system Recognizing a range;
- 상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위 내가 아닌 경우 상기 추가의 배터리 모듈의 전원과 상기 배터리 모듈 시스템의 전원 간의 전기적 연결을 차단함과 동시에 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간의 전위차에 의해 발생하는 평활화 전류가 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간에 어느 한 방향으로 흐르게 하여 상기 추가의 배터리 모듈의 전압을 상기 밸런싱 전압 범위 내로 밸런싱하는 단계와;The smart BMS of the additional battery module is configured to shut off the electrical connection between the power source of the additional battery module and the power source of the battery module system when the charging state of the additional battery module is not within the balancing voltage range, Balancing a voltage of said additional battery module within said balancing voltage range by causing a smoothing current generated by a potential difference between said module system and said additional battery module to flow in either direction between said battery module system and said additional battery module, Wow;
- 상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위 이내인 경우 상기 추가의 배터리 모듈의 전원을 상기 배터리 모듈 시스템의 전원에 전기적으로 연결하는 단계.The smart BMS of the additional battery module electrically connecting the power of the additional battery module to the power of the battery module system when the charging state of the additional battery module is within the balancing voltage range.
본 발명에서는 시스템의 확장으로 추가되는 배터리 모듈에 대해 자동으로 충전상태 및 밸런싱 여부가 판단되고 필요시 밸런싱이 자동으로 수행되어 시스템에 연결된다. 따라서, 종래처럼 슬레이브 BMS와 마스터 BMS 간의 통신을 위해 전원 케이블과 통신 케이블이 일일이 추가 연결되어야 할 필요가 없으며, 또한 종래처럼 이미 연결되어있는 배터리 팩들과의 전위차로 인한 강제 밸런싱이나 전류폭주 현상의 발생이 미연에 방지된다. 아울러, 배터리 모듈의 추가 연결시, 일일이 사용자가 수동으로 추가할 배터리 모듈의 충전상태를 점검하고 외부에서 충전을 통해 상기 기준 전압 범위로 맞춘 후 장착 및 연결할 수고가 배제되므로 공정이 매우 간편하고 전압 제어가 정확해진다.In the present invention, a battery module added as an extension of the system is automatically checked for charging status and balancing, and if necessary, balancing is automatically performed and connected to the system. Therefore, there is no need to separately connect the power cable and the communication cable for communication between the slave BMS and the master BMS as in the prior art, and there is no need for forced balancing or current runaway due to the potential difference with the battery packs Is prevented. In addition, when the battery module is additionally connected, the charging state of the battery module to be manually added by the user is checked, and since it is not necessary to mount the battery module in the reference voltage range through external charging, and to mount and connect the battery module, Is correct.
도 1은 종래 배터리 모듈 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에서 이러한 스마트 BMS(100)의 개략 구조를 보이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 복수의 배터리 모듈(1100)이 서로 병렬연결되어 구성하는 배터리 모듈 시스템(1000)의 개략 구성도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 상기 스위칭 모듈(155)의 회로도이다.
도 4b는 도 4a의 스위칭 모듈(155)의 부분을 중심으로 하여 도시한 것으로, 복수의 배터리 모듈(1100)이 병렬연결되어 구성되는 본 발명에 의한 배터리 모듈 시스템(1000)의 개략 회로도이다.
도 5a~5c는 본 발명에서 도 4a의 스위칭 모듈(155)을 통하여 본 발명의 시스템(1000)에 추가적으로 배터리 모듈(1100)을 연결하는 과정을 설명하는 것으로,
도 5a는 시스템(1000)에 추가 배터리 모듈(1100)을 장착 연결하기 이전의 상태의 회로도이며;
도 5b는 시스템(1000)에 장착 연결된 추가 배터리 모듈(1100)의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위를 벗어나는 경우 프리차지 동작이 일어나는 상태의 회로도이며;
도 5c는 시스템(1000)에 장착 연결된 추가 배터리 모듈(1100)의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위내인 경우 추가 배터리 모듈(1100)의 전원이 시스템(1000)에 연결되어 전원을 공급하는 정상동작이 허용된 상태의 회로도이다.
도 6은 본 발명에서 도 5a~5c와 같이 본 발명의 시스템(1000)에 추가적으로 배터리 모듈(1100)을 연결하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 도 5b에서의 프리차지 동작에 따라 추가 배터리 모듈(1100)의 밸런싱 결과의 시스템(1000)에 연결되어있는 기존 배터리 모듈(1100)과의 전위차 변화를 실측하여 나타낸 데이터 및 그래프이다. 1 is a block diagram of a conventional battery module system.
FIG. 2 shows a schematic structure of such a
3 is a schematic block diagram of a
4A is a circuit diagram of the
4B is a schematic circuit diagram of a
5A to 5C illustrate a process of connecting the
5A is a circuit diagram of a state prior to mounting and connecting an
5B is a circuit diagram of a state in which a precharge operation occurs when the state of charge of the
5C shows a state where the power of the
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of connecting the
7 is a diagram illustrating a variation of the potential difference between the
본 발명은 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀로 각각 구성된 복수의 배터리 모듈이 서로 병렬연결되어 추가 확장가능한 배터리 모듈 시스템에 있어서, 추가할 배터리 모듈에 대해 그의 충전상태에 따라 자동으로 밸런싱 여부를 판단하여 필요시 밸런싱 동작이 자동으로 수행되고 그의 전원이 상기 시스템 전원에 연결됨으로써 배터리 모듈의 추가 확장이 자유롭고 쉬운 배터리 모듈 시스템을 제공한다.The present invention relates to a battery module system in which a plurality of battery modules each constituted by a plurality of battery cells electrically connected to each other are connected in parallel to each other so that the battery module to be added can be automatically balanced according to its charging state, The time balancing operation is automatically performed and its power source is connected to the system power source, thereby providing a battery module system that is free and easy to further expand the battery module.
먼저, 본 발명에 있어서, 앞서 살폈듯이 종래 복수의 배터리 모듈이 서로 전기적 연결된 배터리 모듈 시스템에서 추가 배터리 모듈의 연결시 발생하는 여러 문제들을 방지하기 위해서 다음의 세가지 요건들이 고려되었다:In the present invention, in order to prevent various problems occurring in connecting a battery module in a battery module system in which a plurality of battery modules are electrically connected to each other as described above, the following three requirements have been considered:
- 배터리 모듈이 단일 상태에서도 동작해야한다;- the battery module must operate in a single state;
- 배터리 모듈의 배터리 모듈 시스템으로의 탈착이 자유로워야 한다;- the detachment of the battery module into the battery module system should be free;
- 한 배터리 모듈의 손상이 시스템의 동작에 영향을 미치면 안된다.- Damage to one battery module should not affect the operation of the system.
그런데, 위 요건들을 충족시키기 위해 도 1과 같은 종래 기술의 시스템을 적용할 수는 없다. 즉, 종래 시스템처럼 외부에 배터리 모듈 시스템을 관장하는 특정의 마스터 BMS(Master Battery Management System)(10) 보드를 두거나 또는 하드웨어적으로나 소프트웨어적으로 임의 배터리 모듈의 BMS 보드(20)를 마스터로 지정하는 방법으로는 위 요건들을 효과적으로 충족시킬 수가 없다. 왜냐면, 이 경우 해당 배터리 모듈 시스템에의 착탈시마다 일일이 해당 BMS 보드(20)를 모두 마스터 BMS 보드로 하드웨어적으로 개조해야할 뿐만 아니라, 해당 BMS 보드(20)에 마스터 기능을 이전 및 부여해야하는 등의 기술적으로 어렵고도 복잡한 문제가 발생하기 때문이다. 이는 구현하기도 어려울 뿐만 아니라 배터리 모듈의 매 착탈시마다 수행되어야하므로 번거로워 매우 비효율적이고 비경제적이다. However, prior art systems such as Fig. 1 can not be applied to meet the above requirements. That is, a specific master BMS (Master Battery Management System) 10 board which manages the battery module system externally as in the conventional system, or a
결국 종래 시스템으로는, 시스템의 확장으로 배터리 모듈이 추가적으로 시스템에 연결되는 경우, 일일이 사용자가 추가할 배터리 모듈의 충전상태를 수동으로 점검하고 만일 시스템의 밸런싱 전압 범위 내가 아니면 수동으로 외부에서의 충전을 통해 상기 밸런싱 전압 범위로 맞춘 후에야 비로소 시스템에 장착 및 연결하는 방법밖에 없다.As a result, when the battery module is additionally connected to the system as an extension of the system, the conventional system manually checks the charging state of the battery module to be added by the user and if charging is not in the balancing voltage range of the system, It is only necessary to fit the system to the balancing voltage range and then connect and connect to the system.
따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하여 추가 배터리 모듈의 시스템 장착시 자동으로 밸런싱 여부를 체크하고 필요시 자동으로 밸런싱하는 시스템 및 장치를 제공하기 위한 것으로, 각 배터리 모듈이 다른 배터리 모듈의 여러 상태 데이터를 실시간으로 모니터링하여 공유하는 이른바 능동형 모듈을 제공한다. 이러한 능동형 모듈은 예컨대 서로간의 전압 및 전류 등의 여러 전기적 특성을 모니터링할 수 있고, 후술하는 특정 스위칭 모듈과 결합하여 이를 제어함으로써 일단 시스템으로 추가 장착된 배터리 모듈은 그의 전원이 시스템으로의 정상 연결되기 이전에 그의 충전상태가 먼저 자동으로 조절된다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a system and an apparatus for automatically balancing when an additional battery module is installed, Called real-time module for real-time monitoring and sharing. Such an active module can monitor various electrical characteristics such as voltage and current between each other, and by combining with and controlling a specific switching module to be described later, the battery module, which is once installed as a system, Its charge state is automatically adjusted first.
즉, 시스템의 확장으로 추가될 배터리 모듈의 전원이 시스템의 전원에 전기적으로 연결되기 이전에, 이러한 추가 배터리 모듈의 충전상태가 시스템의 밸런싱 전압 범위(즉, 시스템에 이미 연결되어 정상동작하고있는 배터리 모듈들의 평균전압 범위)를 벗어나면, 상기 추가 배터리 모듈을 밸런싱한 후에 비로소 그의 전원이 시스템 전원에 정상 연결되도록 한다. 본 발명에서 이러한 모든 동작들은 상기 능동형 모듈과 스위칭 모듈에 의해 자동으로 수행된다. That is, before the power of the battery module to be added as an extension of the system is electrically connected to the power supply of the system, the charging state of the additional battery module is set to the balancing voltage range of the system (i.e., Beyond the average voltage range of the modules), its power is only normally connected to the system power supply after balancing the additional battery module. All of these operations in the present invention are performed automatically by the active module and the switching module.
본 발명에서, 상기 능동형 모듈은 각 배터리 모듈에 부착된 센서를 통해 그의 전압, 전류 등의 충전상태를 실시간으로 센싱하며 이들 데이터를 다른 배터리 모듈과의 통신을 통하여 교환 및 공유하여 모니터링하는 이른바 스마트 BMS에 의해 구현된다.In the present invention, the active module senses the charging state of its voltage, current, etc. through a sensor attached to each battery module in real time, exchanges and shares the data through communication with other battery modules, Lt; / RTI >
그리고, 상기 스마트 BMS는 서로 병렬연결되어 배터리 모듈 시스템을 이루는 복수의 배터리 모듈 각각에 연결되고, 서로간에 해당 배터리 모듈의 상태 데이터(예컨대, 배터리 팩의 전압 및 전류 등의 전기적 특성값, 각 배터리 셀의 전압 및 온도 그리고 주변온도 측정 등의 센싱 데이터)뿐만 아니라 해당 배터리 모듈의 충전상태(State Of Charge: "SOC") 및 건강상태(State of Health: "SOH")의 추정값들 등의 충전상태 정보를 독립적으로 실시간으로 수집 및 생성하고, 이러한 충전상태 정보를 모니터링하고 서로간에 통신을 통해 교환한다. 또한, 임의로 각각의 스마트 BMS는 상기 수집 및 생성된 정보들과 교환된 정보들을 내부에 저장할 수 있다. The smart BMS is connected to each of a plurality of battery modules that are connected in parallel with each other to constitute a battery module system. The smart BMS is connected to each of the plurality of battery modules and transmits status data of the corresponding battery module (e.g., electrical characteristic values such as voltage and current of the battery pack, Such as the state of charge (" SOC ") and the state of health (" SOH") of the battery module, as well as sensing data In real time, and monitors such charge state information and communicates with each other through communication. Additionally, each smart BMS optionally may store therein the information collected and exchanged with the generated and generated information.
도 2는 본 발명의 일 구현예에서 이러한 스마트 BMS(100)의 개략 구조를 보이고, 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 복수의 배터리 모듈(1100)이 서로 병렬연결되어 구성하는 배터리 모듈 시스템(1000)의 개략 구성도로서, 상기 배터리 모듈(1100) 각각은 배터리 팩(300)과 이에 연결된 도 2의 스마트 BMS(100)를 포함한다.FIG. 2 shows a schematic structure of such a
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 스마트 BMS(100)는 상호 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀(320)이 적층되어 구성된 각각의 배터리 팩(300)에 전기적으로 연결되어 배터리 모듈(1100)을 구성한다. 그리고, 도 3에 도시하듯이, 이러한 배터리 모듈(1100)은 복수로 서로 병렬연결되어 전체 배터리 모듈 시스템(1000)(이하, "배터리 모듈 시스템" 또는 간단히 "시스템"으로 혼용한다)을 구성하며, 각 배터리 모듈(1100)의 스마트 BMS(100)는 전술했듯이 실시간으로 해당 배터리 모듈의 충전상태 정보를 모니터링하고 이를 서로간에 통신을 통해 충전상태 정보를 교환한다.2 and 3, the
도 2에 도시하듯이, 일 구현예에서 상기 스마트 BMS(100)는 일반적으로 센싱부(124), MCU(Micro Controller Unit: 122), 전원부(125), 통신부(126), 저장부(127), 인터페이스부(140), 그리고 셀 밸런싱부(150)를 포함할 수 있고, 임의로는 보호회로부(128)를 더 포함할 수 있다.2, the
상기 센싱부(124)는 배터리 팩(300)의 전류 및 전압, 각 배터리 셀(320)의 전압 및 온도, 및/또는 주변온도 등을 측정하여 얻은 이러한 센싱 데이터를 MCU(122)에 전달한다. 이를 위하여, 상기 센싱부(124)는 측정한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 통상의 아날로그 디지털 변환기(Analogue-Digital Converter: ADC)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 센싱부(124)에는 배터리 팩(300)의 출력전류량을 측정하여 상기 센싱부(124)로 출력하는 전류센서를 포함한 센서부(200)가 연결될 수 있다. The
또한, 상기 MCU(122)는 실시간으로 센싱부(124)로부터 전달된 상기 센싱 데이터를 수집하고 충전상태 정보를 생성하며, 이를 기반으로 배터리 모듈(1100)을 제어한다. Also, the
또한, 도 3에 도시하듯이, 각 배터리 모듈(1100)의 스마트 BMS(100)는 서로 통신하여 각자의 충전상태 정보를 교환함으로써 서로 모니터링한다. 즉, 앞서 기술했듯이, 각각의 스마트 BMS(100)는 그의 MCU(122)에서 전압 및 전류 수준 데이터를 포함한 자신의 상태에 관한 충전상태 정보를 실시간으로 준비하고, 이를 그의 통신부(126)에서 인터페이스부(140)를 통하여 다른 스마트 BMS(100)에게 전송함과 동시에 이들의 충전상태 정보 역시 수신함으로써 서로 교환한다. 그리고, 각 스마트 BMS(100)의 저장부(140)는 자신과 다른 스마트 BMS(100)의 충전상태 정보를 해당 스마트 BMS(100)의 ID와 함께 저장 및 갱신할 수 있다. 본 발명에서 이러한 저장부(140)는 통상의 휘발성 또는 비휘발성 메모리로 될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the
또한, 스마트 BMS(100)의 통신부(126)는 인터페이스부(140)를 통하여, 외부 기기와의 통신과, 다른 스마트 BMS들(100)과의 통신을 수행한다. 또한, 상기 통신부(126)는 일 실시예로서 통상의 RS232/RS485 통신 및/또는 CAN(Controller Area Network) 통신을 사용할 수 있다.The
또한, 상기 보호회로부(128)는 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 또는 합선 상태 등이 검출되면 회로를 차단함으로써 이로 인한 배터리 셀의 고장 또는 단선(fault)을 미연에 방지한다. 예컨대, 상기 보호회로부(117)는 배터리의 전압상태에 따라 MCU(122)의 제어에 따라 통상의 OVP(Over voltage protection), UVP(Under voltage protection), OTP(Over temperature protection), OCP(Over current protection), SCP(Short circuit protection) 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.In addition, the
또한, 본 발명에서 복수의 스마트 BMS(100) 중에서 하나는 임의로 마스터 기능을 하도록 자동으로 선정되도록 프로그래밍될 수 있고, 이렇게 선정된 마스터 기능 스마트 BMS(100)는 나머지 스마트 BMS들(100)로부터 수신된 제반 데이터를 기반으로 전체 시스템을 총괄 제어한다. 또는, 일 실시예로서, 외부에 연결된 스위칭 소자(예컨대, 딥 스위치)를 통하여 사용자가 강제적으로 개입하여 임의의 마스터 기능 스마트 BMS(100)를 수동으로 선택할 수도 있다. 이로써. 나머지 스마트 BMS들(100)은 충전상태 정보 데이터를 서로간에 교환 및 저장 갱신하는 한편, 실시간으로 상기 선정된 마스터 기능 스마트 BMS(100)로 전송한다. 그리고, 상기 마스터 기능 스마트 BMS(100)는 이렇게 나머지 스마트 BMS들(100)로부터 전송된 데이터를 기반으로 하여 예컨대 각 배터리 팩의 구동부하에 대한 전력공급 제어, 충방전 제어, 셀간 전압의 평활화 제어 등 전체 시스템을 제어하는 기능을 수행한다. In addition, in the present invention, one of the plurality of
특히, 본 발명에 있어서, 도 2의 셀 밸런싱부(150)는 배터리 모듈(1100)에 연결되어 전압의 평활화 작업을 수행하며, 이는 도 4a에 도시하듯이 전원 스위칭단(A)과 밸런싱 스위칭단(B)이 서로 병렬연결된 스위칭 모듈(155)을 포함한다. 이러한 스위칭 모듈(155)은 해당 배터리 모듈(1100)이 시스템(1000)에 연결되어 정상동작하기 이전에 해당 배터리 모듈(1100)의 충전상태에 따라 선택적으로 상기 전원 스위칭단(A) 및 밸런싱 스위칭단(B) 각각을 활성화 또는 비활성화시킴으로써 필요에 따라 배터리 모듈(1100)이 셀 밸런싱을 수행하도록 한다. 이러한 스위칭 모듈(155)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.In particular, in the present invention, the
도 4a는 본 발명에 따른 상기 스위칭 모듈(155)의 구성을 보이고, 도 4b는 편의상 도 4a의 스위칭 모듈(155)을 중심으로 하여 도시한 것으로, 복수의 배터리 모듈(1100)이 병렬연결되어 구성되는 본 발명에 의한 배터리 모듈 시스템(1000)의 개략 회로도를 보인다.4A shows a configuration of the
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈 시스템(1000)에 연결되는 배터리 모듈(1100)은 스위칭 모듈(155)을 통하여 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 배터리 모듈(1100)의 배터리 팩(300)의 (-)단은 시스템(1000)의 (-) 시스템 전원 케이블(400)에 연결되고, (+)단은 스마트 BMS(100)의 셀 밸런싱부(150)의 스위칭 모듈(155)을 통하여 (+) 시스템 전원 케이블(400)에 연결된다.Referring to FIGS. 4A and 4B, a
그리고, 도 4a에 잘 도시하듯이, 본 발명에서 상기 스위칭 모듈(155)은 전원 스위칭단(A)과 밸런싱 스위칭단(B)이 서로 병렬연결되어 구성되고, 상기 전원 스위칭단(A)은 전원 릴레이(S1)를 포함하여 구성되며, 상기 밸런싱 스위칭단(B)은 밸런싱 릴레이(S2) 및 전류제어용 저항(R)이 직렬연결되어 구성된다.4A, in the present invention, the power supply switching stage A and the balancing switching stage B are connected in parallel to each other, and the power supply switching stage A is connected to a power supply And a relay S1. The balancing switching stage B includes a balancing relay S2 and a current control resistor R connected in series.
본 발명에서 이러한 스위칭 모듈(155)을 통하여 추가하는 배터리 모듈(1100)의 전원이 상기 시스템(1000)에 연결되어 충전전압을 공급하기 이전에 먼저 그의 충전상태가 시스템(1000)의 밸런싱 전압 범위 내(즉, 시스템(1000)에 이미 연결되어 정상동작하고있는 배터리 모듈들(1100)의 평균전압 범위 내)에 있는지 여부를 검사하고 그 결과에 따라 상기 스위칭 모듈(155)의 동작에 의해 추가 배터리 모듈(1100)이 밸런싱 동작을 하든지 아니면 정상동작되도록 한다. 본 발명에서 이러한 밸런싱 동작은 추가되는 배터리 모듈(1100)의 상기 스위칭 모듈(155)를 제어함으로써 시스템(1000)과 상기 추가되는 배터리 모듈(1100) 간의 전위차에 따른 전류의 흐름에 의해 서로간에 평활상태에 도달할 때까지 수행된다. 이를 도 5a~5c 및 도 6을 참조하며 아래 상세히 설명한다.The power of the
도 5a~5c는 본 발명에서 도 4a의 스위칭 모듈(155)을 통하여 본 발명의 시스템(1000)에 추가적으로 배터리 모듈(1100)을 연결하는 과정을 설명하는 것으로, 도 5a는 시스템(1000)에 추가 배터리 모듈(1100')을 장착 연결하기 이전의 상태를, 도 5b는 시스템(1000)에 장착 연결된 추가 배터리 모듈(1100')의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위를 벗어나는 경우 프리차지 동작이 일어나는 상태를, 그리고 도 5c는 시스템(1000)에 장착 연결된 추가 배터리 모듈(1100')의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위내인 경우 추가 배터리 모듈(1100')의 전원이 시스템(1000)에 연결되어 전원을 공급하는 정상동작이 허용된 상태를 각각 도시한다. 또한, 도 6은 본 발명에서 도 5a~5c와 같이 본 발명의 시스템(1000)에 추가 배터리 모듈(1100')을 연결하는 과정을 설명하는 흐름도이다.5A to 5C illustrate a process of connecting the
본 발명에서, 상기 추가 배터리 모듈(1100')은 도 5a와 같이 시스템 전원 케이블(400)에 연결되면, 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 전원은 바로 그의 전원 릴레이(S1)를 통해 시스템(1000)의 전기회로에 연결되지 아니하고, 먼저 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 스마트 BMS(100)는 그의 전원 릴레이(S1)를 OFF시킨 상태에서 실시간으로 센싱부(124)를 통하여 수집하여 생성한 배터리 팩(300)의 전압 수준을 포함한 자신의 충전상태 정보를 시스템(1000)에 이미 연결되어있는 다른 배터리 모듈(1100)과 서로 통신을 통해 교환하고 이로부터 시스템(1000) 상에서 소정의 밸런싱 전압 범위를 인지하며 이를 기반으로 자신의 밸런싱 여부를 결정한다(S610).5a, the power source of the additional battery module 1100 'is directly connected to the
이때, 상기 추가 배터리 모듈(1100')에서 그의 스마트 BMS(100)는 이러한 통신 결과 자신의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우(S620), 그의 스위칭 모듈(155)을 제어함으로써 전술한 바와 같이 시스템(1000)과 추가 배터리 모듈(1100') 간의 전위차에 따른 전류의 흐름에 의한 밸런싱 동작이 자동으로 수행되도록 한다.At this time, when the
즉, 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 스마트 BMS(100)가 상기 통신 결과 자신의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위에 미달하는 것으로 판단되면(S620), 도 5b에 도시하듯이 자신의 스위칭 모듈(155)의 전원 릴레이(S1)를 OFF하고 밸런싱 릴레이(S2)를 ON함으로써, 인접한 배터리 모듈들(1100), 즉 시스템(1000)과의 전위차로 인한 평활화 작용으로 전류의 흐름이 시스템(1000)으로부터 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 밸런싱 스위칭단(B)을 통해 배터리 팩(300)으로 흘러 인가되도록 하여 전위가 낮은 자신의 배터리 팩(300)을 상기 밸런싱 전압 범위 내까지 충전시킨다(S640). 이러한 밸런싱 동작은 상기 시스템(1000)과 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 전압이 서로 평형을 이룰 때까지 지속된다.That is, if the
반대로, 만일 상기 추가 배터리 모듈(1100)의 스마트 BMS(100)가 상기 통신 결과 자신의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위를 초과되는 것으로 판단되면(S620), 앞서와 마찬가지로 자신의 스위칭 모듈(155)의 전원 릴레이(S1)를 OFF하고 밸런싱 릴레이(S2)를 ON함으로써 밸런싱 동작이 자동으로 수행된다(S640). 즉, 별도로 도시는 하지 않았으나, 이 경우 상기 추가 배터리 모듈(1100)과 상기 추가 배터리 모듈(1100) 간의 전위차로 의한 평활화 작용으로 전류의 흐름은 앞서 도 5b의 경우와는 반대로 상기 추가 배터리 모듈(1100')로부터 상기 시스템(1000)으로 흐르게 되되, 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 전압이 상기 시스템(1000)과 평형을 이룰 때까지 지속된다.Conversely, if the
그리고, 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 스마트 BMS(100)는 상기 통신 결과 자신의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위 이내인 경우이거나, 또는 전술한 밸런싱 동작의 수행 결과 배터리 팩(300)의 충전상태가 시스템(1000)과 평활상태를 이루어 밸런싱 전압 범위 내로 된 경우에는(S620), 도 5c에 도시하듯이 상기 스위칭 모듈(155)의 밸런싱 릴레이(S2)를 OFF로 전환하고 전원 릴레이(S1)를 ON으로 스위칭함으로써 전류의 흐름이 자신의 배터리 팩(300)으로부터 시스템(1000)의 전원으로 흘러 정상동작하도록 한다(S630).The
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 도 5b에서의 프리차지 동작에 따라 추가 배터리 모듈(1100')의 밸런싱 결과, 시스템(1000)에 연결되어있는 기존 배터리 모듈(1100)과의 전위차 변화를 실측하여 나타낸 데이터 및 그래프이다.7 is a diagram illustrating a result of balancing of the additional battery module 1100 'according to the pre-charging operation of FIG. 5B according to an exemplary embodiment of the present invention, a change in potential difference between the
앞서 설명했듯이, 본 발명에 있어서, 추가 배터리 모듈(1100')을 시스템(1000)에 연결시 그의 충전상태가 소정의 밸런싱 전압 범위에 미달하는 것으로 판단되면, 도 5b에 도시하듯이 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 스마트 BMS(100)는 자신의 스위칭 모듈(155)을 제어하여 시스템(1000)과 자신 간의 전위차에 따라 전류의 흐름이 자신의 배터리 팩(300)으로 흐르도록 하여 이를 밸런싱 전압 범위까지 프리차지한다. As described above, in the present invention, when it is determined that the charging state of the additional battery module 1100 'is less than the predetermined balancing voltage range when the additional battery module 1100' is connected to the
이러한 밸런싱 동작으로 인해, 도 7의 우측단에 있는 그래프들((a)~(c))에 도시하듯이, 시간이 지남에 따라 추가 배터리 모듈(1100')과 기존 연결되어있는 배터리 모듈(1100) 간의 전위차가 점차 0V에 수렴하게 되는 것을 보여준다. 그리고, 이렇게 밸런싱이 완료된 추가 배터리 모듈(1100)의 전원은 도 5c와 같이 시스템(1000)에 자동연결되어 전압을 공급하도록 정상동작하게된다.Due to this balancing operation, as shown in the graphs (a) to (c) at the right end of FIG. 7, as time passes, the battery module 1100 ' ) Converges gradually to 0V. Then, the power of the
이상 기술한 바와 같이, 본 발명에서 복수의 배터리 모듈은 서로 병렬연결되어 추가 확장가능한 배터리 모듈 시스템을 이루되, 이들 각 배터리 모듈에 연결된 각각의 스마트 BMS는 해당 배터리 모듈의 충전상태 정보를 독립적으로 실시간 센싱하고 이를 서로간에 통신을 통해 교환한다. As described above, in the present invention, a plurality of battery modules are connected in parallel to form a further expandable battery module system, and each smart BMS connected to each of the battery modules independently provides charge state information of the corresponding battery module Sensing and communicating with each other through communication.
그리고, 본 발명에서 각각의 배터리 모듈(1100)의 전원은 전원 스위칭단(A)과 밸런싱 스위칭단(B)이 서로 병렬연결되어 구성된 스위칭 모듈(155)을 통하여 시스템(1000)에 연결된다. In the present invention, the power source of each
그리고, 본 발명에서 시스템의 확장으로 배터리 모듈(1100')이 추가적으로 시스템(1000)에 연결되는 경우, 이러한 추가 배터리 모듈(1100')의 전원이 시스템(1000)에 전기적으로 연결되기 이전에, 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 스마트 BMS(100)는 상기 추가 배터리 모듈의 충전상태가 시스템(1000)의 밸런싱 전압 범위를 벗어나면, 상기 스위칭 모듈(155)의 전원 스위칭단(A)는 비활성화되고 상기 밸런싱 스위칭단(B)은 활성화됨으로써 상기 추가 배터리 모듈(1100')과 시스템(1000)에 기존 연결되어있는 배터리 모듈(1100) 간의 전위차에 따른 평활화 작용으로 시스템(1000)과 상기 추가 배터리 모듈(1100') 간에 어느 한 방향으로 전류가 흐르도록 하여 상기 추가 배터리 모듈(1100')의 충전전압이 해당 밸런싱 전압 범위 내로 되도록 자동으로 밸런싱 동작이 수행된다.In addition, when the battery module 1100 'is additionally connected to the
또한, 상기 추가 배터리 모듈(1100)의 스마트 BMS(100)는 상기 추가 배터리 모듈의 충전상태가 시스템(1000)의 밸런싱 전압 범위 내이면, 비로소 상기 추가 배터리 모듈(1100)의 전원은 상기 스위칭 모듈(155)의 전원 스위칭단(A)는 활성화되고 상기 밸런싱 스위칭단(B)은 비활성화됨으로써 상기 추가 배터리 모듈(1100)의 전원은 시스템(1000)에 전기적으로 연결되고 이에 충전전압을 공급하며 정상동작하도록 된다.The
이에 따라, 본 발명에 의하면, 시스템의 확장으로 추가된 배터리 모듈들에서 종래처럼 슬레이브 BMS와 마스터 BMS 간의 통신을 위해 전원 케이블과 통신 케이블이 일일이 추가 연결되어야 할 필요가 없으며, 또한 종래처럼 이미 연결되어있는 배터리 팩들과의 전위차로 인한 강제 밸런싱이나 전류폭주 현상의 발생이 미연에 방지된다. 아울러, 배터리 모듈의 추가 연결시, 일일이 사용자가 수동으로 추가할 배터리 모듈의 충전상태를 점검하고 외부에서 충전을 통해 상기 밸런싱 전압 범위로 맞춘 후 장착 및 연결할 수고가 배제되므로 공정이 매우 간편하고 전압 제어가 정확해진다.Therefore, according to the present invention, there is no need to additionally connect the power cable and the communication cable for communication between the slave BMS and the master BMS in the battery modules added as an extension of the system, The forced balancing or the current runaway phenomenon due to the potential difference with the battery packs existing in the battery pack is prevented. In addition, when the battery module is additionally connected, the charging state of the battery module to be manually added by the user is checked, and it is not necessary to mount the battery module in the balancing voltage range through charging from the outside and to mount and connect the battery module. Is correct.
전술한 본 발명의 내용은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다. 예컨대, 앞서는 상기 스위칭 모듈(155)은 스마트 BMS(100) 내의 셀 밸런싱부(150)에 포함되는 것으로 구현예를 들었으나, 이렇게 셀 밸런싱부(150)의 내부에 한정되지 않고 상기 스위칭 모듈(155)은 스마트 BMS(100)와 동일한 기판보드 또는 독립된 기판보드로서 스마트 BMS(100)와 전기적으로 연결되도록 형성될 수도 있음은 통상의 기술자에게 지극히 당연하다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. And the like are to be regarded as belonging to the claims. For example, although the
10, 1000: 배터리 모듈 시스템(10), 11: 마스터 BMS, 12: 슬레이브 BMS, 13, 300: 배터리 팩, 14, 320: 배터리, 16, 1100: 배터리 모듈, 100: 스마트 BMS, 122: MCU, 124: 센싱부, 125: 전원부, 126: 통신부, 127: 저장부, 128: 보호회로부, 140: 인터페이스부, 150: 셀 밸런싱부, 155: 스위칭 모듈, 200: 센서부, 400: 시스템 전원 케이블, A: 전원 스위칭단, B: 밸런싱 스위칭단(B), S1: 전원 릴레이, S2: 밸런싱 릴레이, R: 전류제어용 저항, The present invention relates to a battery module system and a method of controlling the same. The battery module system includes a plurality of battery modules, The present invention relates to a sensing device and a method of controlling the same, and more particularly, to a sensing device, a sensing device, A: power supply switching stage B: balancing switching stage B: S1: power supply relay S2: balancing relay R:
Claims (5)
상기 배터리 모듈은 각각 자신의 충전상태를 실시간으로 측정하여 충전상태 정보를 생성하는 스마트 BMS를 포함하되, 상기 스마트 BMS는 다른 스마트 BMS와 서로간에 통신하여 각각 자신의 상기 충전상태 정보를 실시간으로 서로간에 교환하여 저장하도록 구성되고,
상기 스마트 BMS는 서로간에 병렬연결된 전원 스위칭단 및 밸런싱 스위칭단을 포함하는 스위칭 모듈을 포함하되, 상기 배터리 모듈의 전원은 상기 스위칭 모듈을 통하여 상기 배터리 모듈 시스템의 전원에 전기적으로 연결되도록 구성되고,
상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 배터리 모듈 시스템에 이미 연결되어있는 상기 복수의 배터리 모듈 중의 하나 이상의 스마트 BMS와 통신하여 상기 복수의 배터리 모듈의 상기 충전상태 정보들을 수신하고, 상기 수신한 상기 충전상태 정보들로부터 얻은 상기 복수의 배터리 모듈의 평균전압 범위를 상기 배터리 모듈 시스템의 밸런싱 전압 범위로서 인식하고,
상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위를 벗어난 경우, 자신의 상기 스위칭 모듈의 상기 전원 스위칭단을 비활성화함과 동시에 상기 밸런싱 스위칭단을 활성화함으로써 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간의 전위차로 인한 평활화 전류가 상기 밸런싱 스위칭단을 통하여 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간에서 어느 한 방향으로 흐르게 하여 상기 추가의 배터리 모듈의 전압을 상기 밸런싱 전압 범위 내로 밸런싱하고,
상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위 이내인 경우, 자신의 상기 스위칭 모듈의 상기 전원 스위칭단을 활성화함과 동시에 상기 밸런싱 스위칭단을 비활성화함으로써 상기 추가의 배터리 모듈의 전원을 상기 전원 스위칭단을 통하여 상기 배터리 모듈 시스템의 전원에 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.There is provided a battery module system configured such that a plurality of battery modules each composed of a plurality of battery cells electrically connected to each other are connected in parallel to each other and one or more additional battery modules composed of a plurality of battery cells electrically connected to each other can be electrically connected ,
Wherein the battery module includes a smart BMS for measuring charging status of each of the battery modules in real time to generate charging status information, wherein the smart BMS communicates with the other smart BMSs, Exchanged and stored,
Wherein the smart BMS comprises a switching module including a power switching stage and a balancing switching stage connected in parallel to each other, the power source of the battery module being electrically connected to the power source of the battery module system through the switching module,
Wherein the smart BMS of the additional battery module communicates with one or more smart BMSs of the plurality of battery modules already connected to the battery module system to receive the charging status information of the plurality of battery modules, Recognizing the average voltage range of the plurality of battery modules obtained from the state information as a balancing voltage range of the battery module system,
Wherein the smart BMS of the additional battery module deactivates the power switching stage of its own switching module and activates the balancing switching stage when the charging state of the additional battery module is out of the balancing voltage range, Wherein a smoothing current due to a potential difference between the module system and the additional battery module flows in one direction between the battery module system and the additional battery module through the balancing switching stage to change the voltage of the additional battery module to the balancing voltage Balancing within range,
Wherein the smart BMS of the additional battery module activates the power switching node of its switching module and deactivates the balancing switching stage when the charging state of the additional battery module is within the balancing voltage range, And the power source of the battery module of the battery module system is electrically connected to the power source of the battery module system through the power source switching terminal.
상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위를 미달하는 경우에는 상기 평활화 전류가 상기 배터리 모듈 시스템으로부터 상기 추가의 배터리 모듈로 흐르고, 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위를 초과하는 경우에는 상기 평활화 전류가 상기 추가의 배터리 모듈로부터 상기 배터리 모듈 시스템으로 흐르며, 상기 평활화 전류는 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈의 전압이 서로 평형을 이룰 때까지 흐르는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.The method according to claim 1,
The smoothing current flows from the battery module system to the additional battery module if the charge state of the additional battery module is below the balancing voltage range and the charge state of the additional battery module exceeds the balancing voltage range The smoothing current flows from the additional battery module to the battery module system and the smoothed current flows until the voltages of the battery module system and the additional battery module are in equilibrium with each other. system.
상기 전원 스위칭단은 제1스위칭수단을 포함하고, 상기 밸런싱 스위칭단은 제1저항과 상기 제1저항에 직렬연결된 제2스위칭수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the power switching stage comprises a first switching means and the balancing switching stage comprises a first resistor and a second switching means connected in series to the first resistor.
상기 제1스위칭수단 및 제2스위칭수단은 릴레이인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템.The method of claim 3,
Wherein the first switching means and the second switching means are relays.
상기 스마트 BMS는 다른 스마트 BMS와 서로간에 통신하여 상기 자신의 충전상태 정보를 실시간으로 서로 교환하여 저장하는 단계와;
상기 추가의 배터리 모듈을 상기 배터리 모듈 시스템에 연결시 상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 배터리 모듈 시스템에 이미 연결되어있는 상기 복수의 배터리 모듈 중의 하나 이상의 스마트 BMS와 통신하여 상기 복수의 배터리 모듈의 상기 충전상태 정보들을 수신하고, 상기 수신한 상기 충전상태 정보들로부터 상기 복수의 배터리 모듈의 평균전압 범위를 얻고 상기 평균전압 범위를 상기 배터리 모듈 시스템의 밸런싱 전압 범위로서 인식하는 단계와;
상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 자신의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위를 벗어난 경우, 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간의 전위차에 의해 발생하는 평활화 전류가 상기 배터리 모듈 시스템과 상기 추가의 배터리 모듈 간에 어느 한 방향으로 흐르게 하여 상기 추가의 배터리 모듈의 전압을 상기 밸런싱 전압 범위 내로 밸런싱하는 단계와;
상기 추가의 배터리 모듈의 스마트 BMS는 상기 추가의 배터리 모듈의 충전상태가 상기 밸런싱 전압 범위 이내인 경우, 상기 추가의 배터리 모듈의 전원을 상기 배터리 모듈 시스템의 전원에 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시스템의 구동방법.A plurality of battery modules each composed of a plurality of battery cells electrically connected to each other are connected in parallel to each other and at least one further battery module composed of a plurality of battery cells electrically connected to each other is electrically connected to the battery module, And a smart BMS for measuring and generating charging status information of the battery module in real time, the method comprising:
Wherein the smart BMS communicates with another smart BMS to exchange the charging status information of the smart BMS in real time with each other;
Wherein the smart BMS of the additional battery module communicates with at least one smart BMS of the plurality of battery modules already connected to the battery module system when the additional battery module is connected to the battery module system, Receiving the charge status information, obtaining an average voltage range of the plurality of battery modules from the received charge status information, and recognizing the average voltage range as a balancing voltage range of the battery module system;
Wherein the smart BMS of the additional battery module is configured such that a smoothing current generated by a potential difference between the battery module system and the additional battery module is greater than a smoothing current generated by the battery module system and the additional battery module when the charging state of the additional battery module is out of the balancing voltage range. Balancing the voltage of the additional battery module within the balancing voltage range by flowing in one direction between the modules;
The smart BMS of the additional battery module includes electrically connecting the power of the additional battery module to the power source of the battery module system when the charging state of the additional battery module is within the balancing voltage range Wherein the battery module is a battery module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180145731A KR101965655B1 (en) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Battery module system and driving method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180145731A KR101965655B1 (en) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Battery module system and driving method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101965655B1 true KR101965655B1 (en) | 2019-04-04 |
Family
ID=66105679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180145731A KR101965655B1 (en) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Battery module system and driving method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101965655B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210044026A (en) | 2019-10-14 | 2021-04-22 | 주식회사 엘지화학 | Energy Circuit Control System in Parallel Battery Packs using Bi-stable Relay Comprising the Same and the Control Method Thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130143063A (en) * | 2010-10-28 | 2013-12-30 | 에이일이삼 시스템즈 인코포레이티드 | Battery balancing system |
KR20160143092A (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | System and Method for Controlling Battery |
-
2018
- 2018-11-22 KR KR1020180145731A patent/KR101965655B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130143063A (en) * | 2010-10-28 | 2013-12-30 | 에이일이삼 시스템즈 인코포레이티드 | Battery balancing system |
KR20160143092A (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | System and Method for Controlling Battery |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210044026A (en) | 2019-10-14 | 2021-04-22 | 주식회사 엘지화학 | Energy Circuit Control System in Parallel Battery Packs using Bi-stable Relay Comprising the Same and the Control Method Thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102415122B1 (en) | Battery system | |
US9300016B2 (en) | Battery system and energy storage system | |
CN104184183B (en) | Battery management system and method of driving the same | |
KR101497602B1 (en) | Balancing system for battery and Method for balancing of battery using the same | |
US9401616B2 (en) | Battery pack, energy storage system including battery pack, and method of charging battery pack | |
US9406981B2 (en) | Battery system and energy storage system including the same | |
KR20180011584A (en) | Battery system | |
US10044200B2 (en) | Storage battery system | |
KR20150081731A (en) | Battery pack, energy storage system including the battery pack, and method of operating the battery pack | |
KR102415123B1 (en) | Battery Pack and Energy Storage System Including Thereof | |
KR20160095524A (en) | Battery pack and controlling method thereof | |
KR101974807B1 (en) | Smart slave battery management system and method for battery management thereof | |
CN106663944A (en) | Electric storage system | |
KR20140048737A (en) | Battery pack and method of controlling the battery pack | |
CN103683373A (en) | Cell balancing circuit and cell balancing method using the same | |
KR20130091951A (en) | Battery pack, controlling method of the same, and power storage system including the battery pack | |
CN104821611A (en) | Battery tray, battery rack, energy system, and method of operating the battery tray | |
KR20150085383A (en) | Battery system, energy storage system including the battery system | |
CN115101840B (en) | Battery system and battery pack connection state identification method | |
KR102595174B1 (en) | Battery system | |
TWI790872B (en) | Battery management system and battery management method | |
CN108667107A (en) | A kind of storage battery equalizing circuit and control method including auxiliary battery | |
CN110600816B (en) | Battery management system and battery management method based on wireless communication control | |
JP5314626B2 (en) | Power supply system, discharge control method, and discharge control program | |
KR101965655B1 (en) | Battery module system and driving method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |