KR101974807B1 - Smart slave battery management system and method for battery management thereof - Google Patents

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KR101974807B1
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문태현
황상진
배철민
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Abstract

The present invention provides a smart slave battery management system and a driving method thereof which can be operated without stopping the system even if a problem occurs in a master BMS unlike conventional battery management systems, and has improved stability, and increased precision and speed compared to conventional systems. The battery management system formed with a plurality of battery cells electrically connected mutually and managing a plurality of battery packs electrically connected mutually includes a plurality of smart slave SMSs, which measure and calculate data on the electrical characteristics of the battery packs each user manages in real time and monitor the state of each other in real time by communicating the measured and calculated data in real time by mutual communication and storing and updating the inside of each user. In this case, one of the smart slave BMSs is arbitrarily selected as a master mode smart slave BMS and controls the battery management system by storing and processing the measured and calculated data from each of remaining smart slave BMSs.

Description

스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템 및 그의 배터리 관리 방법 {SMART SLAVE BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR BATTERY MANAGEMENT THEREOF}Smart Slave Battery Management System and its Battery Management Method {SMART SLAVE BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR BATTERY MANAGEMENT THEREOF}

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System: "BMS")에 관한 것으로, 특히 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에도 시스템의 정지없이 운영가능하여 안정성이 개선되고 정밀도와 신속도가 증진된 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery management system (Battery Management System: "BMS"), in particular, even when a problem occurs in the master BMS can be operated without stopping the system, smart slave battery management improved stability and improved precision and speed It's about the system.

또한, 본 발명은 상기 시스템의 배터리 관리 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a battery management method of the system.

리튬 이온전지 등과 같이 충방전이 가능하고 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 갖는 이차전지는 친환경이면서도 소형, 경량으로 제조가능하므로 전기 차량 등의 이동 기기 및 장치로의 적용에 적합하다.A rechargeable battery capable of charging and discharging, such as a lithium ion battery, and having electrical characteristics such as high energy density is suitable for application to mobile devices and devices such as electric vehicles because it can be manufactured in an eco-friendly, small, and lightweight manner.

특히, 전기 차량 등의 적용에 있어서는 요구되는 고출력을 얻기위하여 이차전지는 복수의 단위 셀로 구성되어 서로 전기적으로 연결된다. 이러한 단위 셀은 일반적으로 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등의 구성요소들을 포함하고 이들간의 전기 화학적 반응에 의해 반복적인 충방전이 가능하다. 그리고, 이렇게 상호 연결된 복수의 단위 셀의 어셈블리는 하나의 배터리 팩을 이루고 이러한 배터리 팩은 통상적으로 복수개로 구비되고 상호 직병렬 연결되어 전체적으로 하나의 배터리 팩 시스템을 이룬다.In particular, in order to obtain a high output required in the application of an electric vehicle, the secondary battery is composed of a plurality of unit cells are electrically connected to each other. Such unit cells generally include components such as a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, an electrolyte, and the like, and may be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction therebetween. In addition, the assembly of a plurality of interconnected unit cells form one battery pack, and such battery packs are typically provided in plural and are connected in parallel to each other to form one battery pack system as a whole.

그리고, 상기 배터리 팩 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. And, in the battery pack 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 state of the cell or battery pack. The BMS includes, for example, power supply control for the driving load of each battery pack, measurement of electrical characteristics of current and voltage, charge / discharge control, voltage equalization control to reduce voltage difference between cells, and state of charge. Estimation of " 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 배터리의 상태를 모니터링 및 제어함으로써 수행된다.Such a BMS is generally designed in a so-called master-slave BMS scheme, which is separately composed of a master BMS and a plurality of slave BMSs attached to a battery pack and mainly detecting its state. In general, the sensing measurement function is performed by a plurality of slave BMSs as described below, and the control and calculation estimation function receives the data sensed by the master BMS from the slave BMSs and monitors the state of the battery based thereon. By controlling.

도 1a 및 1b는 종래 배터리 팩 시스템의 구성도를 보이며, 이들 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.1A and 1B show a configuration diagram of a conventional battery pack system, which will be described in more detail with reference to these drawings.

먼저 도 1a에 도시하는 종래 배터리 팩 시스템에서, 각각의 슬레이브 BMS(20A)는 복수의 배터리 또는 단위 셀(40A)로 구성된 복수의 배터리 팩(30A)에 각각 전기적으로 연결되어 배터리(40A)의 상태(예컨대, 전압, 전류 및 온도)를 측정한다. 그리고, 상기 슬레이브 BMS(20A)는 이들 상태 데이터를 마스터 BMS(10A)로 전송하며, 마스터 BMS(10A)는 이를 기반으로 각 배터리(40A)를 제어하게 된다. 관련된 종래기술의 일 예로는 국내특허공개 제10-2012-0037163호가 있다. First, in the conventional battery pack system shown in FIG. 1A, each slave BMS 20A is electrically connected to a plurality of battery packs 30A composed of a plurality of batteries or unit cells 40A, respectively, and thus the state of the battery 40A. (E.g., voltage, current and temperature). The slave BMS 20A transmits these state data to the master BMS 10A, and the master BMS 10A controls each battery 40A based on this. An example of related prior art is Korean Patent Publication No. 10-2012-0037163.

그러나, 이러한 시스템에서는 마스터 BMS(10A)와 복수의 슬레이브 BMS(20A)가 서로 개별적으로 독립된 회로보드상에 위치하고 서로 개별적으로 직접 연결되는 구조이므로, 시스템 용량이 커질수록 더 많은 슬레이브 보드와 더 많은 와이어 케이블이 요구된다. 따라서, 이는 생산성 저하, 제조비용의 증가뿐만 아니라 와이어의 물리적 훼손 및 전기적 연결불량 등에 기인한 유지보수의 어려움을 야기한다.However, in such a system, since the master BMS 10A and the plurality of slave BMSs 20A are located on separate circuit boards independently of each other and directly connected to each other, the larger the system capacity, the more slave boards and more wires. Cable is required. Thus, this leads to difficulty in maintenance due to lower productivity, increased manufacturing cost, as well as physical damage and poor electrical connection of the wire.

한편으로는, 도 1b와 같이 마스터 BMS(10B)의 회로보드와 각각 체인 형상으로 배열된 복수의 슬레이브 BMS(20B)의 서로간을 직렬 통신망인 소위 데이지 체인(daisy chain)(70B)을 통해 연결하는 방식이 있다. 관련된 종래기술의 일 예로는 국내특허 제10-1540086호가 있다. On the other hand, as shown in FIG. 1B, a circuit board of the master BMS 10B and a plurality of slave BMSs 20B each arranged in a chain shape are connected to each other through a so-called daisy chain 70B, which is a serial communication network. There is a way. An example of the related art is Korean Patent No. 10-1540086.

여기서, 각 슬레이브 BMS(20B)는 각각 해당 배터리 팩(30B)의 배터리 상태를 측정하고 이의 데이터를 데이지 체인(70B)을 통해 하나씩 순차적으로 최상위 슬레이브 BMS(20B)로부터 최하위 슬레이브 BMS(20B)까지 입력하여 누적해감으로써 최종으로는 마스터 BMS(10B)로 전송하게 되며, 이렇게 수신한 데이터를 기반으로 하여 연산된 마스터 BMS(10B)로부터의 제어신호 역시 앞서와 마찬가지 방식으로 데이지 체인(70B)을 통해 순차적으로 최상위부터 최하위로 각 슬레이브 BMS(20B)에 전송된다.Here, each slave BMS 20B measures the battery status of the corresponding battery pack 30B and sequentially inputs its data from the highest slave BMS 20B to the lowest slave BMS 20B one by one through the daisy chain 70B. In the same way as before, the control signals from the master BMS 10B calculated based on the received data are sequentially transmitted through the daisy chain 70B. Is transmitted to each slave BMS 20B from the top to the bottom.

그러나, 이 경우, 제어 및 연산 기능을 하는 마스터 BMS(10B)가 고장 상태(예컨대, 전원이 아웃되거나 소프트웨어적인 버그 발생 등)로 되어 정상 동작을 수행하지 못하는 경우, 아예 전체 시스템이 정지되는 문제가 발생한다. However, in this case, when the master BMS 10B, which functions as a control and arithmetic function, fails to perform a normal operation due to a failure state (for example, a power out or a software bug occurs), the entire system is stopped. Occurs.

이러한 시스템 정지는 문제가 해결될 때까지 시스템으로부터의 전력 공급이 완전히 차단되거나 또는 이상 전압을 발생시켜 배터리 열화 등의 심각한 문제를 야기한다.This system shutdown causes serious problems such as battery deterioration by completely shutting off the power supply from the system or generating an abnormal voltage until the problem is solved.

본 발명은 전술한 문제들을 해결하기 위하여 종래의 배터리 관리 시스템과는 달리 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에도 시스템의 정지없이 운영가능하여 안정성이 개선되고 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 증진된 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템 및 그의 배터리 관리 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention, unlike the conventional battery management system in order to solve the above problems, even if a problem occurs in the master BMS can operate without stopping the system, the stability is improved and the accuracy and speed compared to the conventional system smart slave is improved It is to provide a battery management system and a battery management method thereof.

위 과제를 해결하기 위한 일 관점에 의한 본 발명은, 각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 배터리 시스템을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템에 있어서, 상기 복수의 배터리 팩 각각은, 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고 서로 통신하여 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하며 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 스마트 슬레이브 BMS를 포함하고, 복수의 상기 스마트 슬레이브 BMS 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 된 구조를 갖되, 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭됨으로써, 복수의 상기 스마트 슬레이브 BMS 중에서 하나는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 마스터 기능을 수행하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 슬레이브 기능을 수행하고, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 제공받아 수집 및 가공하고 상기 배터리 관리 시스템을 제어하며, 상태가 fault로 인식되는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 또는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리되되, 상기 분리된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나가 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 선정되어 스위칭됨으로써 대체된다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a battery management system for controlling a battery system in which a plurality of battery packs each configured by electrically connecting a plurality of battery cells are electrically connected to each other. Each of the plurality of battery packs measures and calculates data on electrical characteristic values of battery packs managed by the battery packs in real time, and communicates with each other to exchange their measured and calculated data in real time, and to store the data therein. And a smart slave BMS for monitoring the status of each other in real time by updating, wherein each of the plurality of smart slave BMSs has a structure configured to be capable of performing both a master function and a slave function. By switching to do one, One of the number of smart slave BMSs is switched to a master mode smart slave BMS to perform the master function and the other smart slave BMSs are switched to a slave mode smart slave BMS to perform the slave function and the master mode smart slave BMS The controller receives the measured and calculated data from each of the slave mode smart slave BMSs, collects and processes the data, controls the battery management system, and the slave mode smart slave BMS or the master mode smart slave BMS, whose status is recognized as a fault, Separate from the battery management system, wherein the separated master mode smart slave BMS is switched to one of the other smart slave BMSs selected as a new master mode smart slave BMS. It is replaced.

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또한, 상기 측정 및 연산한 데이터는 특히 SOC 추정값 및 SOH 추정값 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 측정 및 연산한 데이터는 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 전류 및 전압, 온도 및 주변 온도 중의 하나 이상을 더 포함할 수 있다.In addition, the measured and computed data may in particular comprise one or more of an SOC estimate and an SOH estimate. In addition, the measured and calculated data may further include one or more of current and voltage, temperature, and ambient temperature of the battery cell or battery pack.

또한, 상기 마스터기능 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템에 외부 연결된 구동부하에 대한 전력공급 제어, 상기 배터리 셀의 충방전 제어, 상기 배터리 셀간 전압의 평활화 제어, 외부 요청에 따른 상기 가공된 상기 데이터의 연산 및 출력 중의 하나 이상을 수행할 수 있다.In addition, the master function smart slave BMS is the power supply control for the drive load externally connected to the battery management system, the charge and discharge control of the battery cells, the smoothing control of the voltage between the battery cells, of the processed data according to the external request One or more of operations and outputs can be performed.

또한, 상기 통신은 CAN 통신으로 될 수 있다.In addition, the communication may be a CAN communication.

또한, 다른 일 관점에 의한 본 발명은, 각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성되고, 상기 복수의 배터리 팩 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 구성되되 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭되는 스마트 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 시스템을 제어하기 위한 배터리 관리 방법에 있어서, 다음 단계들을 포함한다:
- 복수의 스마트 슬레이브 BMS 각각은 서로 통신하여 서로간의 연결상태를 확인하고, 각각 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고, 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 단계와;
- 상기 마스터 기능을 수행하는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 선정되어있는지를 확인하고 선정되어있지 않은 경우, 상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 슬레이브 기능을 수행하게 하는 단계와;
- 상기 상태가 fault인지를 확인하고 fault 상태로 확인된 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 또는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리하여 상기 fault 상태를 해지시키되, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 분리되는 경우, 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 선정하여 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하는 단계와;
- 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 수집 및 가공하고 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 단계.In addition, according to another aspect of the present invention, a plurality of battery packs each configured by electrically connecting a plurality of battery cells are configured to be electrically connected to each other, and each of the plurality of battery packs has both a master function and a slave function. A battery management method for controlling a battery system comprising a smart slave BMS configured to be executable and switched to perform one of the master function and a slave function upon selection, the method comprising:
Each of the plurality of smart slave BMSs communicate with each other to check a connection state between the plurality of smart slave BMSs, and to measure and calculate data on electrical characteristics of battery packs managed by each of them in real time, Monitoring each other's status in real time by exchanging with each other in real time and storing and updating each inside;
Check whether a master mode smart slave BMS that performs the master function is selected, and if not, switch one of the plurality of smart slave BMSs to the master mode smart slave BMS to perform a master function; The other smart slave BMS switches to a slave mode smart slave BMS to perform a slave function;
The slave mode smart slave BMS or the master mode smart slave BMS identified as the fault state is released from the battery management system to release the fault state, wherein the master mode smart slave BMS is disconnected; If one of the other smart slave BMS is selected to switch to a new master mode smart slave BMS to perform a master function;
The master mode smart slave BMS collecting and processing the measured and calculated data from each of the slave mode smart slave BMSs and controlling the battery management system.

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이때, 상기 마스터기능 스마트 슬레이브 BMS는 상기 측정 및 연산한 데이터에 기반하여 상기 나머지 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나 이상의 전압 수준을 실시간으로 확인하고, 상기 전압 수준이 소정 기준의 범위를 미달하는 경우, 해당 배터리 셀을 상기 범위로 될 때까지 초기 충전하고, 상기 전압 수준이 소정 기준의 범위인 경우, 상기 배터리 관리 시스템의 외부 연결된 구동부하에 대한 전기적 연결을 개시할 수 있다.At this time, the master function smart slave BMS checks the voltage level of at least one of the remaining smart slave BMS in real time based on the measured and calculated data, and if the voltage level is below a predetermined reference range, the corresponding battery cell Is initially charged until it is within the above range, and when the voltage level is within a predetermined reference range, an electrical connection to an externally connected driving load of the battery management system may be initiated.

또한, 상기 상태가 fault인지를 확인하고 fault 상태로 확인된 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 또는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리하여 상기 fault 상태를 해지시키되, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 분리되는 경우, 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 선정하여 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하는 단계는, 신규의 스마트 슬레이브 BMS를 상기 배터리 관리 시스템에 추가로 투입하여전기적 연결하는 단계를 더 포함하고, 상기 하나를 선정하는 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 상기 신규의 스마트 슬레이브 BMS를 포함할 수 있다.The slave mode smart slave BMS or the master mode smart slave BMS identified as the fault state is released from the battery management system to release the fault state, but the master mode smart slave BMS is disconnected. If one of the remaining other smart slave BMS is selected to switch to a new master mode smart slave BMS to perform a master function, by adding a new smart slave BMS to the battery management system to electrically connect The further other smart slave BMS selecting the one may further include the new smart slave BMS.

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본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템은 종래 시스템과는 달리 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에도 시스템의 정지없이 다른 BMS로 대체되어 운영되므로 안정성이 크게 개선되고 매우 유리하다. 또한, 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템은 각 스마트 슬레이브 BMS가 서로의 상태 데이터뿐만 아니라 배터리의 충전상태(SOC) 및 건강상태(SOH)의 추정값들을 독립적으로 실시간 연산하고 이를 서로간에 교환 및 저장 갱신하며 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 단지 이들 추정값들을 실시간 수집하고 재구성만하면 되므로, 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 크게 증진된다.Unlike the conventional system, the smart slave BMS system according to the present invention is greatly improved in stability and is very advantageous because it is operated by being replaced with another BMS without stopping the system even when a problem occurs in the master BMS. In addition, the smart slave BMS system according to the present invention, each smart slave BMS independently calculates each other's state data as well as the estimated state of the state of charge (SOC) and health state (SOH) of the battery independently and exchange and store and update them with each other. The master mode smart slave BMS only needs to collect and reconstruct these estimates in real time, which greatly improves precision and speed compared to conventional systems.

도 1a 및 1b는 각각 종래 배터리 팩 시스템의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 스마트 슬레이브 BMS가 복수로 연결되어 구성된 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템의 작동을 설명하는 흐름도이다.1A and 1B are schematic views showing the structure of a conventional battery pack system, respectively.
2 is a diagram schematically illustrating a structure of a smart slave BMS according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a structure of a smart slave BMS system 100 according to an embodiment of the present invention, in which a plurality of smart slave BMSs of FIG. 2 are connected to each other.
4 is a flowchart illustrating the operation of the smart slave BMS system according to the present invention.

먼저, 본 명세서에 사용되는 용어 "fault"는 배터리 셀 또는 BMS의 고장뿐만 아니라 이들 연결 선로의 단선, 단락 등을 망라하는 의미로 사용된다.First, as used herein, the term "fault" is used to encompass not only a failure of a battery cell or a BMS, but also disconnection, short circuit, and the like of these connection lines.

본 발명은 전술한 문제들을 해결하기 위한 것으로, 마스터 BMS 기능이 슬레이브 BMS에 부여되는 분산형 구조인 복수의 이른바 스마트 슬레이브 BMS를 제공한다. 이러한 스마트 슬레이브 BMS는 각각의 보드가 마스터 기능 또한 수행할 수 있도록 구성된다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a plurality of so-called smart slave BMSs having a distributed structure in which a master BMS function is assigned to a slave BMS. This smart slave BMS is configured so that each board can also perform a master function.

본 발명에 의하면, 이러한 스마트 슬레이브 BMS들 각각은 해당 배터리 팩과 각각 전기적으로 연결되는 한편, 서로간에 통신하며 자신의 상태 데이터와 이를 기반으로 연산한 추정값 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 자신 및 다른 스마트 슬레이브 BMS의 상기 데이터를 각각에 저장 및 갱신한다. 그리고, 이들 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나가 임의로 마스터 기능을 하도록 선정되며, 이렇게 마스터 기능을 하도록 선정된 스마트 슬레이브 BMS(이하 "마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS")는 나머지 스마트 슬레이브 BMS들로부터 데이터를 전달받아 취합하고 이를 기반으로 하여 전체 시스템을 총괄 제어한다. According to the present invention, each of these smart slave BMSs are electrically connected to the respective battery packs, while communicating with each other, exchanging their own state data and estimated data calculated based on the same in real time, and communicating with each other in real time. The data of the BMS is stored and updated in each. One of these smart slave BMSs is arbitrarily selected to function as a master, and the smart slave BMSs (hereinafter referred to as "master mode smart slave BMSs") selected to function as masters receive data from the remaining smart slave BMSs and collect them. Based on this, the overall system is controlled.

이로써, 본 발명에서는 어느 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되면, 이를 실시간으로 인지하고 즉각적인 조치가 가능하다. 특히, 현재 마스터 기능을 하고 있던 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되는 경우에도, 위와 같이 이를 다른 스마트 슬레이브 BMS들이 실시간으로 인지할 수 있으므로, 다른 스마트 슬레이브 BMS를 자동 또는 수동으로 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 선정하고 이것이 시스템을 계속 제어 운영함으로써, 시스템의 중단 없이 안정적으로 운영할 수 있다. 따라서, 종래처럼 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에는 전체 시스템이 정지될 수 밖에 없었던 상황이 원천적으로 배제 가능하므로 매우 유리하다.Thus, in the present invention, when a smart slave BMS is in a fault state, it is recognized in real time and immediate action is possible. In particular, even when the master mode smart slave BMS that is currently functioning as a master becomes faulty, other smart slave BMSs can recognize it in real time as described above. By selecting it as a BMS and continuing to operate the system, it can be operated stably without interruption of the system. Therefore, when a problem occurs in the master BMS as in the prior art, it is very advantageous because the situation in which the entire system has to be stopped can be basically excluded.

또한, 이러한 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS에 따르면, 각 스마트 슬레이브 BMS는 서로의 상태 데이터(예컨대, 전류 및 전압의 전기적 특성값 측정, 배터리 팩의 전류 및 전압, 각 배터리 셀의 전압 및 온도 그리고 주변온도 측정 등의 센싱 데이터)뿐만 아니라 배터리의 충전상태(State Of Charge: "SOC") 및 건강상태(State of Health: "SOH")의 추정값들을 독립적으로 실시간 연산하고 이를 서로간에 교환하여 각각에 저장한다. 따라서, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 단지 이들 추정값들을 실시간 수집하고 재구성만하면 되므로, 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 크게 증진된다.In addition, according to the smart slave BMS according to the present invention, each smart slave BMS is a state data of each other (e.g., measurement of electrical characteristics of current and voltage, current and voltage of the battery pack, voltage and temperature of each battery cell and peripheral Sensing data such as temperature measurement) as well as estimates of the state of charge (SOC) and state of health (SOH) of the battery independently and in real time do. Thus, the master mode smart slave BMS only needs to collect and reconstruct these estimates in real time, thus greatly improving precision and speed compared to conventional systems.

위와 같은 본 발명을 이하 첨부된 도면을 참조하며 상세히 설명한다.The present invention as described above will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS(110) 보드에 탑재된 구성들을 나타내고, 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)의 개략 구성도이다.2 illustrates components mounted on a board of a smart slave BMS 110 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of a smart slave BMS system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상호 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀(140)이 적층되어 구성된 각각의 배터리 팩(130)에 전기적으로 연결된다. 그리고, 이러한 복수의 스마트 슬레이브 BMS(100)는 도 3에 잘 도시하듯이 서로 연결되어 전체 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)을 구성한다.2 and 3, the smart slave BMS 110 according to the present invention is electrically connected to each battery pack 130 configured by stacking a plurality of battery cells 140 electrically connected to each other. The plurality of smart slave BMSs 100 are connected to each other as shown in FIG. 3 to form the entire smart slave BMS system 100.

도 2에 도시하듯이, 본 구현예에 따르면, 상기 스마트 슬레이브 BMS(110)는 일반적으로 센싱부(112), MCU(Micro Controller Unit: 111), 전원부(119), 저장부(114), 통신부(113) 및 인터페이스부(118), 보호회로부(117) 그리고 모드 제어부(115)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, according to the present embodiment, the smart slave BMS 110 generally includes a sensing unit 112, a microcontroller unit (MCU) 111, a power supply unit 119, a storage unit 114, and a communication unit. Reference numeral 113 may include an interface unit 118, a protection circuit unit 117, and a mode control unit 115.

상기 센싱부(112)는 배터리 팩의 전류 및 전압, 각 배터리 셀의 전압 및 온도 그리고 주변온도 등을 측정하여 얻은 이러한 센싱 데이터를 MCU(111)에 전달한다. 이를 위하여, 상기 센싱부(112)는 측정한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 통상의 아날로그 디지털 변환기(Analogue-Digital Converter: ADC)를 포함할 수 있다. The sensing unit 112 transmits the sensing data obtained by measuring the current and voltage of the battery pack, the voltage and temperature of each battery cell, and the ambient temperature to the MCU 111. To this end, the sensing unit 112 may include a conventional analog-to-digital converter (ADC) for converting the measured analog data into digital data.

그리고, 상기 센싱부(112)에는 배터리팩의 출력전류량을 측정하여 상기 센싱부(112)로 출력하는 전류센서를 포함한 센서부(170)가 연결될 수 있다. 또한, 일 실시예로서, 도 2에는 도시되지 않았으나, MCU(111)에서 출력하는 제어신호에 기초하여 배터리팩의 발생한 열을 냉각하는 냉각팬이 별도로 외부에서 인터페이스부(118)에 연결될 수도 있다.The sensor unit 170 may be connected to the sensing unit 112 including a current sensor measuring the output current of the battery pack and outputting the measured current to the sensing unit 112. In addition, as an embodiment, although not shown in FIG. 2, a cooling fan for cooling the generated heat of the battery pack based on a control signal output from the MCU 111 may be separately connected to the interface unit 118 from the outside.

또한, 상기 MCU(111)는 센싱부(112)로부터 전달된 상기 센싱 데이터를 기반으로 연산을 수행하여 배터리의 충전상태(State Of Charge: "SOC") 및 건강상태(State of Health: "SOH") 등을 추정하고 배터리의 상태를 알려주는 정보를 생성 및 가공한 후 외부로 제공한다. 추후 설명하듯이, 이렇게 제공된 SOC 및 SOH 추정값들을 수집하여 이를 기초로 배터리 셀의 충방전이 제어된다.In addition, the MCU 111 performs an operation based on the sensing data transmitted from the sensing unit 112 to perform a state of charge (“SOC”) and a state of health (“SOH”) of a battery. ), And generate and process information that informs the battery status and then provide it to the outside. As will be explained later, the SOC and SOH estimates thus provided are collected and the charge and discharge of the battery cell is controlled based on this.

또한, 도 3에 도시하듯이, 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상호간 전기적으로 연결되어 서로간의 센싱 데이터와 SOC 및 SOH 추정값 등을 포함한 제반 데이터를 교환하며 모니터링한다. 즉, 앞서 기술했듯이, 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)는 자신의 상태에 관한 센싱 데이터를 실시간 준비하고 이를 기초로 자신의 MCU(111)에서 SOC 및 SOH 추정값들을 실시간으로 연산하여 추출한다. 그리고, 각 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신부(113)는 인터페이스부(118)를 통하여 자신의 제반 데이터를 다른 스마트 슬레이브 BMS(100)에게 전송함과 동시에 이들의 제반 데이터 역시 수신함으로써 서로 교환하며, 각 스마트 슬레이브 BMS(110)의 저장부(140)는 자신과 다른 스마트 슬레이브 BMS(100)의 제반 데이터를 해당 스마트 슬레이브 BMS(100)의 ID와 함께 저장 및 갱신한다. 본 발명에서 이러한 저장부(140)는 통상의 휘발성 또는 비휘발성 메모리로 될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, each smart slave BMS 110 is electrically connected to each other and exchanges and monitors various data including sensing data and SOC and SOH estimates. That is, as described above, each smart slave BMS 110 prepares in real time sensing data regarding its state, and calculates and extracts SOC and SOH estimates in real time from its MCU 111. In addition, the communication unit 113 of each smart slave BMS 110 exchanges each other by transmitting its various data to the other smart slave BMS 100 through the interface unit 118 and at the same time receiving their various data. The storage 140 of each smart slave BMS 110 stores and updates all data of the smart slave BMS 100 different from itself with the ID of the corresponding smart slave BMS 100. In the present invention, the storage unit 140 may be a conventional volatile or nonvolatile memory.

또한, 본 발명에서 복수의 스마트 슬레이브 BMS(110) 중에서 하나는 임의로 마스터 기능을 하도록 모드 제어부(115)를 통하여 자동으로 선정되며, 이렇게 선정된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(110)로부터 수신된 제반 데이터를 기반으로 전체 시스템을 총괄 제어한다. 또한, 본 발명의 일 실시예로서, 외부에 연결된 스위칭 소자(예컨대, 딥 스위치)를 통하여 사용자가 강제적으로 개입하여 임의의 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)를 수동 선택할 수도 있다.In addition, in the present invention, one of the plurality of smart slave BMS 110 is automatically selected by the mode controller 115 to perform a random master function, and thus the selected master mode smart slave BMS 110 is the remaining smart slave BMSs. The entire system is collectively controlled based on the general data received from the 110. In addition, as an embodiment of the present invention, a user may forcibly intervene through a switching element (for example, a dip switch) connected to the outside to manually select any master mode smart slave BMS 110.

이로써. 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(110)은 센싱 데이터(예컨대, 전류 및 전압의 전기적 특성값, 배터리 팩의 전류 및 전압, 각 배터리 셀의 전압 및 온도 그리고 주변온도 등)와 이를 기반으로 연산한 SOC 및 SOH 추정값 등의 제반 데이터를 서로간에 교환 및 저장 갱신하는 한편, 실시간으로 상기 선정된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(100)로 전송한다.By this. The remaining smart slave BMSs 110 are sensing data (for example, electrical characteristics of current and voltage, current and voltage of the battery pack, voltage and temperature of each battery cell, and ambient temperature) and SOC and SOH calculated based on the same. All data such as estimated values are exchanged, stored, and updated with each other, and transmitted to the selected master mode smart slave BMS 100 in real time.

그리고, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 이렇게 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(110)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. 도 2에서는 도시되지 않았으나, 일 실시예로서, 본 발명의 각 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상기 전압 평활화 작업을 위한 통상적인 전기회로로 구성된 셀 밸런싱부(cell balancing)를 더 포함할 수 있다.In addition, the master mode smart slave BMS 110 performs power supply control, charge / discharge control, and smoothing voltage between cells based on the data transmitted from the remaining smart slave BMSs 110. It performs the function of controlling the whole system such as control. Although not shown in FIG. 2, as an embodiment, each smart slave BMS 110 of the present invention may further include a cell balancing configured with a conventional electric circuit for the voltage smoothing operation.

또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(100)는 외부 요청에 따라 임의로 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(100)로부터 전송된 데이터를 가공하여 이들 데이터(예컨대, 현재 전체 시스템 데이터의 평균값, 표준편차, 최대값/최소값, 개수, 통계값 등)를 외부에 연결된 상위 제어기(도시되지 않음)에 출력하거나 또는 디스플레이 소자로 표시할 수도 있다.In addition, as an embodiment of the present invention, the master mode smart slave BMS 100 arbitrarily processes data transmitted from the remaining smart slave BMSs 100 in response to an external request, so that the master mode smart slave BMS 100 Average value, standard deviation, maximum value / minimum value, number, statistical value, etc.) may be output to an externally connected upper controller (not shown) or displayed on a display element.

또한, 스마트 슬레이브 BMS(110)의 상기 통신부(113)는 인터페이스부(118)를 통하여, 외부 기기와의 통신과, 스마트 슬레이브 BMS들(110) 간의 통신(즉, 스마트 슬레이브 BMS(110)-스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신, 스마트 슬레이브 BMS(110)-마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신)을 수행한다. In addition, the communication unit 113 of the smart slave BMS 110 communicates with an external device and the communication between the smart slave BMSs 110 through the interface unit 118 (that is, the smart slave BMS 110-smart). Communication of the slave BMS 110, communication of the smart slave BMS 110 to the master mode smart slave BMS 110).

즉. 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)의 상기 통신부(113)는 다른 스마트 슬레이브 BMS들(110)과 서로의 제반 데이터를 송수신한다. 그리고, 마스터로 선정된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신부(113)의 경우, 나머지 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신부(113)로부터의 제반 데이터를 수신하는 한편, 자신의 MCU(111)로부터 나머지 각 스마트 슬레이브 BMS(110)에게 내리는 지령 등을 나머지 스마트 슬레이브 BMS(110)로 송신한다. In other words. The communication unit 113 of each smart slave BMS 110 transmits and receives each other's data with other smart slave BMSs 110. And, in the case of the communication unit 113 of the master mode smart slave BMS 110 selected as the master, while receiving all the data from the communication unit 113 of the remaining smart slave BMS 110, from the own MCU 111 Commands to the remaining smart slave BMSs 110 are transmitted to the remaining smart slave BMSs 110.

또한, 상기 통신부(113)는 인터페이스부(118)를 통하여 배터리와 구동부하(예컨대, 전기모터 구동장치) 간에 위치하여 전기적 연결을 단속하는 파워 릴레이 어셈블리(Powr Relay Assembly: PRA)의 메인 릴레이(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 통신부(113)는 일 실시예로서 통상의 RS232/RS485 통신 및/또는 CAN(Controller Area Network) 통신을 사용할 수 있다.In addition, the communication unit 113 is located between the battery and the driving load (for example, the electric motor driving device) through the interface unit 118 to relay the electrical connection (Powr Relay Assembly: PRA) main relay (shown) May not be used). In addition, the communication unit 113 may use conventional RS232 / RS485 communication and / or controller area network (CAN) communication as an embodiment.

또한, 상기 보호회로부(117)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 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 protection circuit unit 117 shuts down the circuit when an overcharge, overdischarge, overcurrent or short circuit condition of the battery is detected, thereby preventing failure or fault of the battery cell. For example, the protection circuit unit 117 may include conventional over voltage protection (OVP), under voltage protection (UVP), over temperature protection (OTP), over current protection (OCP), and short circuit protection according to a voltage state of a battery. ), Etc. can be performed.

도 4는 위와 같은 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)의 작동을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating the operation of the smart slave BMS system 100 according to the present invention as described above.

도 4를 참조하면, 먼저 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)이 부팅되면, 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상호 인접한 스마트 슬레이브 BMS들(110)과 서로간의 연결상태를 확인하고, 앞서 기술했듯이 실시간 측정된 자신의 상태에 관한 센싱 데이터와 이를 기초로 연산한 SOC 및 SOH 추정값들을 다른 스마트 슬레이브 BMS들(100)과 상호 교환하고 저장 및 갱신한다(S410).Referring to FIG. 4, first, when the smart slave BMS system 100 is booted, each smart slave BMS 110 checks a connection state between mutually adjacent smart slave BMSs 110 and performs a real-time measurement as described above. The sensed data regarding its own state and the SOC and SOH estimates calculated based on the state thereof are interchanged with other smart slave BMSs 100 and stored and updated (S410).

이때, 마스터 기능을 하도록 된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)가 선정되어있는지의 여부와(S420), 임의의 스마트 슬레이브 BMS(110)로부터 배터리 셀 또는 BMS의 고장, 연결 선로의 단선 또는 단락 등으로 인한 fault가 인지되는지 여부(S440)를 각각 확인한다. At this time, whether or not a master mode smart slave BMS 110 is selected to perform a master function (S420), a failure of a battery cell or BMS from any smart slave BMS 110, disconnection or short circuit of a connection line, or the like. Check whether each fault is recognized (S440).

그리고, 만일 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)가 선정되지 않은 경우(S420), 스마트 슬레이브 BMS들(110) 중의 하나를 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)로서 선정한다(S430). 이러한 선정은 일 실시예에서 스마트 슬레이브 BMS(110)의 ID 순번을 기준으로 하거나 또는 랜덤으로 수행되도록 프로그래밍될 수 있고, 다른 일 실시예에서는 앞서 기술하였듯이 사용자가 강제적으로 개입하여 임의의 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)를 수동 선택할 수도 있다.If the master mode smart slave BMS 110 is not selected (S420), one of the smart slave BMSs 110 is selected as the master mode smart slave BMS 110 (S430). This selection may in one embodiment be programmed based on the ID sequence number of the smart slave BMS 110 or may be programmed to be performed randomly. In another embodiment, as described above, the user may forcibly intervene in any master mode smart slave. It is also possible to manually select the BMS 110.

여기서 각 스마트 슬레이브 BMS들(110)은 임의의 스마트 슬레이브 BMS(110)로부터 fault가 인지된 경우(S440) 상기 fault된 스마트 슬레이브 BMS(110)의 정보(예컨대, ID 또는 위치정보)를 사용자 또는 상위 제어기 등에게 출력 또는 표시함으로써 즉각적인 조치가 취해질 수 있도록 한다(S445). 이러한 조치는 본 발명의 일 실시예에서 fault된 스마트 슬레이브 BMS(110) 및 배터리 팩(130)을 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)으로부터 분리하고 그 자리를 기존 또는 신규의 다른 스마트 슬레이브 BMS(110) 및 배터리 팩(130)으로 대체하여 전기적 연결하는 것을 포함할 수 있고, 만일 상기 fault된 스마트 슬레이브 BMS(110)가 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)였던 경우에는 앞서 기술한 자동 또는 수동의 방식으로 다른 스마트 슬레이브 BMS(110) 하나를 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)로 선정하여 이 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)가 마스터 기능을 수행하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 이러한 fault의 인지 및 해지는 일반의 스마트 슬레이브 BMS(110)뿐만 아니라 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)의 fault 발생에 모두 적용된다.Here, each smart slave BMS 110 is a user or a higher level information (eg, ID or location information) of the faulted smart slave BMS 110 when a fault is recognized from any smart slave BMS 110 (S440). Output or display to the controller or the like so that immediate actions can be taken (S445). This measure separates the faulty smart slave BMS 110 and the battery pack 130 from the smart slave BMS system 100 in one embodiment of the present invention and replaces the existing smart slave BMS 110 with the existing or new smart slave BMS 110 and Electrical connection by replacing the battery pack 130, and if the faulty smart slave BMS 110 was a master mode smart slave BMS 110, the other smart And selecting one slave BMS 110 as the master mode smart slave BMS 110 to cause this new master mode smart slave BMS 110 to perform a master function. Therefore, in the present invention, the recognition and revocation of such a fault are applied both to the general smart slave BMS 110 as well as to the fault generation of the master mode smart slave BMS 110.

그리고, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 나머지 스마트 슬레이브 BMS(110)로부터 그의 제반 상태 데이터와 SOC 및 SOH 추정값들을 포함한 데이터를 수신하고 이를 기반으로 시스템 제어 및 연산기능을 수행하며 데이터를 가공하여 외부로 출력 또는 표시할 수 있다(S450).In addition, the master mode smart slave BMS 110 receives data including its state data and SOC and SOH estimates from the remaining smart slave BMS 110, and performs system control and arithmetic functions based on the data. Can be output or displayed as (S450).

또한, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 구동부하(예컨대, 전기모터 구동장치)로의 전기적 연결(S470)에 앞서, 수신된 상기 데이터로부터 스마트 슬레이브 BMS(110)의 전압 수준을 실시간 확인하고(S460) 소정의 기준 전압 범위에 미달된 경우, 통상의 방식으로 기준 전압 범위까지 초기 충전(precharge)함으로써 전류 폭주를 방지할 수 있다(S465). 그리고, 모든 배터리 팩이 소정의 기준 전압 범위인 경우에는(S460), 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 메인 릴레이를 ON시켜 전체 시스템을 구동부하에 전기적으로 연결한다(S470).In addition, the master mode smart slave BMS 110 checks the voltage level of the smart slave BMS 110 from the received data in real time prior to the electrical connection (S470) to the driving load (eg, the electric motor driving device) (S460). When the predetermined reference voltage range is not reached, current congestion can be prevented by initially precharging to the reference voltage range in a conventional manner (S465). When all battery packs have a predetermined reference voltage range (S460), the master mode smart slave BMS 110 turns on the main relay to electrically connect the entire system to the driving load (S470).

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 스마트 슬레이브 BMS들 각각은 서로간의 연결상태를 확인하고 자신의 상태 데이터와 이를 기반으로 연산한 추정값 데이터를 실시간으로 서로 교환하여 자신 및 다른 스마트 슬레이브 BMS의 데이터를 각각 저장 및 갱신하고, 특히 이들 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나가 임의로 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 선정되어 나머지 스마트 슬레이브 BMS들로부터 데이터를 전달받아 취합하고 이를 기반으로 하여 전체 시스템을 총괄 제어하게 된다.As described above, according to the present invention, each of the smart slave BMS checks the connection state between each other and exchanges its own state data and estimated value data calculated based on this in real time to exchange data of itself and other smart slave BMSs, respectively. In particular, one of these smart slave BMSs is arbitrarily selected as a master mode smart slave BMS, receives data from the remaining smart slave BMSs, collects data, and collectively controls the entire system based thereon.

이리하여 본 발명에서는 어느 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되면, 이를 실시간으로 인지하고 즉각적인 조치가 가능할 뿐만 아니라, 특히 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되는 경우에도 이를 실시간으로 인지하고 다른 스마트 슬레이브 BMS로 즉각적으로 대체할 수 있으므로, 시스템의 중단이 전혀 없이 안정적으로 운영될 수 있다. 따라서, 종래처럼 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우 전체 시스템이 정지될 수 밖에 없었던 상황이 원천적으로 배제 가능하므로 매우 유리하다.Thus, in the present invention, when a smart slave BMS is in a fault state, it is not only recognized in real time and can take immediate action, but especially when the master mode smart slave BMS is in a fault state, it is recognized in real time and is transferred to another smart slave BMS. Immediate replacement allows for reliable operation without any system disruption. Therefore, when a problem occurs in the master BMS as in the prior art, it is very advantageous because the situation where the entire system was forced to be stopped can be basically excluded.

뿐만 아니라, 이러한 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS에 따르면, 각 스마트 슬레이브 BMS는 서로의 상태 데이터뿐만 아니라 배터리의 충전상태(SOC) 및 건강상태(SOH)의 추정값들을 독립적으로 실시간 연산하고 이를 서로간에 교환 및 저장 갱신하므로, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 단지 이들 추정값들을 실시간 수집하고 재구성만하면 되어 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 크게 증진된다.In addition, according to the smart slave BMS according to the present invention, each smart slave BMS independently calculates and exchanges the estimated values of the state of charge (SOC) and the state of health (SOH) of the battery as well as each other's state data. And storage updates, the master mode smart slave BMS only needs to collect and reconstruct these estimates in real time, greatly improving precision and speed compared to conventional systems.

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. The above-described contents of the present invention are disclosed for purposes of illustration, and any person skilled in the art may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Etc. shall be regarded as belonging to the claims.

100: 스마트 슬레이브 BMS 시스템 110: 스마트 슬레이브 BMS
111: MCU 112: 센싱부
113: 통신부 114: 저장부
115: 모드 제어부 117: 보호회로부
119: 전원부 130: 배터리 팩
140: 배터리 셀 170: 센서부100: smart slave BMS system 110: smart slave BMS
111: MCU 112: sensing unit
113: communication unit 114: storage unit
115: mode control unit 117: protection circuit unit
119: power supply unit 130: battery pack
140: battery cell 170: sensor unit

Claims (12)

각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 배터리 시스템을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템에 있어서,
상기 복수의 배터리 팩 각각은, 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고 서로 통신하여 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하며 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 스마트 슬레이브 BMS를 포함하고,
복수의 상기 스마트 슬레이브 BMS 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 된 구조를 갖되, 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭됨으로써, 복수의 상기 스마트 슬레이브 BMS 중에서 하나는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 마스터 기능을 수행하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 슬레이브 기능을 수행하고, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 제공받아 수집 및 가공하고 상기 배터리 관리 시스템을 제어하며,
상태가 fault로 인식되는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 또는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리되되, 상기 분리된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나가 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 선정되어 스위칭됨으로써 대체되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.A battery management system for controlling a battery system in which a plurality of battery packs configured by electrically connecting a plurality of battery cells to each other are electrically connected to each other.
Each of the plurality of battery packs measures and calculates data on electrical characteristic values of a battery pack managed by the battery pack in real time, and communicates with each other to exchange their measured and calculated data in real time, and to store the data therein. And a smart slave BMS that monitors each other's status in real time by updating,
Each of the plurality of smart slave BMSs has a structure configured to perform both a master function and a slave function, and is switched to perform one of the master function and the slave function according to a selection, so that one of the plurality of smart slave BMSs is a master. Switch to mode smart slave BMS to perform the master function and the other smart slave BMSs to switch to slave mode smart slave BMS to perform the slave function, and the master mode smart slave BMS Receives and collects measured and calculated data and controls the battery management system,
The slave mode smart slave BMS or master mode smart slave BMS whose status is recognized as fault is disconnected from the battery management system, wherein the separated master mode smart slave BMS is one of the other other smart slave BMSs. Battery management system, characterized in that replaced by being selected and switched to BMS. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 측정 및 연산한 데이터는 SOC 추정값 및 SOH 추정값 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 1,
And the measured and calculated data comprises at least one of an SOC estimate and an SOH estimate. 제4항에 있어서,
상기 측정 및 연산한 데이터는 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 전류 및 전압, 온도 및 주변 온도 중의 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 4, wherein
The measured and calculated data further comprises at least one of the current and voltage, temperature and ambient temperature of the battery cell or battery pack. 제1항에 있어서,
상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템에 외부 연결된 구동부하에 대한 전력공급 제어, 상기 배터리 셀의 충방전 제어, 상기 배터리 셀간 전압의 평활화 제어, 그리고 외부 요청에 따른 상기 가공된 상기 데이터의 연산 및 출력 중의 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 1,
The master mode smart slave BMS performs power supply control for a driving load externally connected to the battery management system, charge / discharge control of the battery cells, smoothing control of voltages between the battery cells, and operation of the processed data according to an external request. And at least one of an output. 제1항에 있어서,
상기 통신은 CAN 통신인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.The method of claim 1,
The communication is a battery management system, characterized in that the CAN communication. 각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성되고, 상기 복수의 배터리 팩 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 구성되되 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭되는 스마트 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 시스템을 제어하기 위한 배터리 관리 방법에 있어서,
복수의 스마트 슬레이브 BMS 각각은 서로 통신하여 서로간의 연결상태를 확인하고, 각각 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고, 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 단계와;
상기 마스터 기능을 수행하는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 선정되어있는지를 확인하고 선정되어있지 않은 경우, 상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 슬레이브 기능을 수행하게 하는 단계와;
상기 상태가 fault인지를 확인하고 fault 상태로 확인된 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 또는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 배터리 관리 시스템으로부터 분리하여 상기 fault 상태를 해지시키되, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 분리되는 경우, 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 선정하여 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하는 단계와;
상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 수집 및 가공하고 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.A plurality of battery packs each configured by electrically connecting a plurality of battery cells are configured to be electrically connected to each other, each of the plurality of battery packs is configured to perform both a master function and a slave function, the master function according to the selection A battery management method for controlling a battery system including a smart slave BMS switched to perform one of slave functions,
Each of the plurality of smart slave BMSs communicate with each other to check a connection state between the plurality of smart slave BMSs, and to measure and calculate data on electrical characteristic values of battery packs managed by each of them in real time, and to measure and calculate their own measured and calculated data in real time. Monitoring the status of each other in real time by exchanging with each other and storing and updating each inside;
Check whether the master mode smart slave BMS that performs the master function is selected, and if not selected, switch one of the plurality of smart slave BMSs to the master mode smart slave BMS to perform the master function and the other The smart slave BMS switches to a slave mode smart slave BMS to perform a slave function;
When the slave mode smart slave BMS or the master mode smart slave BMS identified as the fault state is released from the battery management system to terminate the fault state, but the master mode smart slave BMS is disconnected, Selecting one of the other smart slave BMSs and switching to a new master mode smart slave BMS to perform a master function;
And the master mode smart slave BMS collects and processes the measured and calculated data from each of the slave mode smart slave BMSs and controls the battery management system. 제8항에 있어서,
상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는
상기 측정 및 연산한 데이터에 기반하여 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS의 전압 수준을 실시간으로 확인하고,
상기 전압 수준이 소정 기준의 범위를 미달하는 경우, 해당 배터리 셀을 상기 범위로 될 때까지 초기 충전하고,
상기 전압 수준이 소정 기준의 범위인 경우, 상기 배터리 관리 시스템의 외부 연결된 구동부하에 대한 전기적 연결을 개시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.The method of claim 8,
The master mode smart slave BMS
Check the voltage level of the slave mode smart slave BMS in real time based on the measured and calculated data;
If the voltage level is below the range of the predetermined reference, the battery cell is initially charged until it reaches the range,
And initiating an electrical connection to an externally connected drive load of the battery management system when the voltage level is within a predetermined reference range. 제8항에 있어서,
상기 상태가 fault인지를 확인하고 fault 상태로 확인된 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 또는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리하여 상기 fault 상태를 해지시키되, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 분리되는 경우, 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 선정하여 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하는 단계는
신규의 스마트 슬레이브 BMS를 상기 배터리 관리 시스템에 추가로 투입하여전기적 연결하는 단계를 더 포함하고, 상기 하나를 선정하는 상기 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 상기 신규의 스마트 슬레이브 BMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.The method of claim 8,
The slave mode smart slave BMS or the master mode smart slave BMS identified as the fault state is released from the battery management system to release the fault state, but the master mode smart slave BMS is disconnected. Selecting one of the other smart slave BMSs and switching to a new master mode smart slave BMS to perform a master function
Injecting a new smart slave BMS to the battery management system further comprising the step of electrically connecting, wherein the remaining other smart slave BMS to select the one battery characterized in that it comprises the new smart slave BMS How to manage. 삭제delete 삭제delete
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