KR102039954B1 - 배터리 모듈 밸런싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용자의 제어에 의한 배터리 모듈의 충,방전 기능 및 모듈 내의 각 셀의 밸런싱을 함께 수행하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 배터리 모듈 밸런싱 시스템에 있어서, 배터리 모듈의 잔여 용량, 전류, 전압 및 배터리 온도를 측정하고, 배터리 셀의 충방전 상태를 표시장치에 디스플레이하고, 표시장치에 표시되는 아이콘의 선택에 기초하여 모듈 단위 충방전과 셀 단위 충방전 수행 여부가 결정되는 배터리 관리부; 및 배터리 관리부와 접속하며, 복수개의 셀들이 직렬로 구성되는 배터리 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈 밸런싱 시스템 {Battery module balancing system}
본 발명은 모듈 충방전기능과 셀 밸런싱 기능을 수행하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템에 관한 것이다.
가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
한편, 하이브리드 자동차라 함은 내연 엔진을 이용하는 자동차와 전기 자동차의 중간 단계의 자동차로서, 두 가지 이상의 동력원, 예컨대 내연 엔진 및 배터리 엔진을 사용하는 자동차이다. 현재에는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류를 측정하여 각 전
지 셀의 충방전을 효율적으로 점검하고 용이하게 확인하여 A/S가 편리한 배터리 관리부(Battery Management System, 이하 BMS)이 포함된 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
일반적으로 전기 자동차와 같이 고출력 제품에 탑재되는 배터리는 부하에 고전압을 공급하여야 하므로 직렬 또는 병렬 연결된 다수의 셀을 포함한다.
다수의 셀이 포함된 배터리를 방전시키면 각 셀의 자기 방전률 차이로 인해 시간이 지남에 따라 각 셀의 충전상태가 서로 달라진다. 이러한 충전상태의 불균형이 있는 상태에서 배터리의 방전이 계속되면 충전상태가 낮은 특정 셀이 과방전되어 배터리의 안정적 동작이 어려워진다. 따라서 종래에는 셀 간의 충전상태 불균형을 해소하기 위해 각 셀마다 충전회로(Boost) 또는 방전(Buck) 회로를 추가하여 충전상태가 상대적으로 높은 셀을 방전시키거나 충전상태가 상대적으로 낮은 셀을 충전시켜 셀 간의 충전상태 불균형을 해소하는 방법을 사용하고 있다.
배터리 셀 간의 충전상태 불균형을 제거하기 위해서는 각 셀의 충전상태를 정확하게 파악할 필요가 있다. 하지만 배터리 셀의 비선형성으로 인해 배터리 셀의 충전상태는 직접적인 측정이 불가능하다. 따라서 셀의 개방전압이나 방전전류 등 측정이 가능한 다른 전기적 파라미터를 측정하여 배터리 셀의 충전상태를 간접적으로 추정하고 있다.
개방전압을 이용한 충전상태 추정 방법은, 배터리 셀의 개방전압 별로 셀의 충전상태를 룩업 테이블의 형태로 미리 마련한 후 셀의 출력전압에 의해 셀의 개방전압을 계산한 후 룩업 테이블로부터 개방전압에 대응되는 셀의
충전상태를 맵핑하는 방법이다. 하지만, 배터리 셀의 충전 또는 방전이 일어나면 IR 드롭 현상에 의해 셀의 실제 출력전압과 측정 출력전압 사이에 오차가 발생하게 되므로 단순히 셀의 출력전압을 이용하여 셀의 충전상태를 추정하면 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
참고로, IR 드롭 현상은 셀이 부하에 연결되어 방전이 시작되거나 셀의 충전이 시작될 때 실제 셀 전압과 달리 셀의 측정 전압이 급격하게 변하는 현상을 말한다. 즉, 방전이 시작될 때에는 셀 전압이 급격하게 떨어지고, 충전이 시작될 때에는 셀 전압이 급격하게 올라간다.
충방전전류를 적산하여 셀의 충전상태를 추정하는 방법은, 셀의 충방전전류를 적산하여 적산된 전류량을 통해 셀의 충전상태를 추정하는 방법이다. 이 방법은 비교적 간단하게 셀의 충전상태를 추정할 수 있다는 장점이 있지만, 전류를 측정하는 과정에서 발생되는 오차가 시간이 지남에 따라 계속 누적되어 충전상태 추정의 정확도가 시간이 지남에 따라 떨어지는 문제가 있다.
최근에는 셀의 전압, 전류, 온도 등 측정 가능한 다양한 전기적 파라미터로부터 셀의 충전상태를 계산하는 수학적 모델을 수립한 후 수학적 모델을 이용하여 셀의 충전상태를 추정하는 다양한 방법들이 제시되고 있다. 하지만, 수학적 모델의 복잡성으로 인해 배터리 충전상태의 추정시간이 오래 걸릴 뿐 아니라, 복잡한 연산을 수행하기 위해 높은 하드웨어 사양이 필요하다는 점이 한계로 지적되고 있다.
따라서 배터리 모듈(최대 20셀, 약 90V)의 충,방전 기능(A/S 기능 수행) 및 모듈 내의 각 셀의 밸런싱을 용이하게 하기 위해 사용자의 제어에 의한 각 셀의 충전과 방전을 제어하는 수동형의 셀 밸런싱 기술이 요구된다.
특허공개번호 10-2011-0027189 A (2011.3.16) 도1 참조
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사용자의 제어에 의한 배터리 모듈의 충,방전 기능 및 모듈 내의 각 셀의 밸런싱을 함께 수행하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템은 배터리 모듈의 잔여 용량, 전류, 전압 및 온도를 측정하고, 배터리 셀의 충방전 상태를 표시장치에 디스플레이하고, 표시장치에 표시되는 아이콘의 선택에 기초하여 모듈 단위 충방전과 셀 단위 충방전 수행 여부가 결정되는 배터리 관리부, 상기 배터리 관리부와 접속하며, 복수개의 배터리 셀들로 구성되는 배터리 모듈 및 상기 배터리 관리부의 유지보수 기능을 수행하고, 상기 배터리 모듈 밸런싱 상태를 모니터링하는 유지보수용 컴퓨터를 포함하고, 상기 배터리 관리부는, 상기 배터리 셀의 전압 센싱 커넥터 또는 온도 센싱 커넥터를 이용하여 상기 배터리 모듈과 탈부착이 가능하게 연결되고, 충전상태가 기준 전압보다 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 기준 전압보다 낮은 셀은 충전시켜 배터리 모듈 단위 내 셀 밸런싱을 실행하며, 배터리 모듈 단위의 충전상태의 균형을 맞추는 모듈 충전 및 방전부; 및 각각의 배터리 셀의 전압을 감지하여 셀 밸런싱이 필요한 해당 셀에 대하여 충전 또는 방전 목표 전압을 임의로 정하고, 상기 충전 또는 방전 목표 전압까지 충전 또는 방전을 할 수 있는 개별 셀 밸런싱부;를 더 포함하여 구성되며, 상기 기준 전압은 사용자가 정한 임의의 전압으로 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 배터리 관리부는 상기 배터리 관리부의 전반적인 동작을 제어하는 제어부; 및 배터리 모듈의 각 셀의 현재 전압값과 모듈내 셀들 전체의 평균 전압, 최대 전압, 최소 전압, 전압 편차, 전압의 합, 온도 중 적어도 하나를 포함하여 표시하고, 터치스크린을 포함하는 표시장치의 화면 상에 특정 아이콘이 선택되면 상기 제어부에 전달하여 셀단위의 셀 밸런싱 또는 모듈 단위의 충방전이 수행되도록 하는 표시와 키입력부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
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더 나아가, 상기 셀 밸런싱부는 배터리 모듈에 포함된 각 셀의 출력전압을 주기적으로 측정하는 전압 센싱부;와, 배터리 모듈의 출력전류를 주기적으로 측정하는 전류 센싱부; 및 배터리에 포함된 각 셀의 온도를 주기적으로 측정하는 온도 센싱부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 전압 센싱부는 Cap Charging 방식 또는 Isolation 가능 측정 방식을 사용하고, 상기 전류 센싱부는 Shunt 저항 또는 Hall C/T 방식을 사용하며, 상기 온도 센싱부는 저항 분압 방식 (10㏀, 1% 오차)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게, 상기 배터리 관리부는 220Vac/60hz 상용 전원을 사용하며, 배터리 모듈 밸런싱 시스템에 내장되는 형태로 구성되는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게, 상기 배터리 모듈 밸런싱 시스템은 배터리 관리부의 펌웨어 업그레이드를 포함하는 유지보수 기능을 수행하며, 배터리 관리부와의 인터페이스는 USB 방식이 적용되는 유지보수용 컴퓨터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 모듈 밸런싱 시스템은 단위 모듈의 특정 전압 또는 SOC(State of Charge) Setting을 쉽게 사용할 수 있도록 하여 점검 및 A/S용으로 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부에 대한 세부 구성도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 표시장치에 배터리 모듈의 연결 대기 상태를 표시하는 표시화면을 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 표시장치에 배터리 모듈의 각 셀의 전압 상태를 표시하는 표시화면을 보여준다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성된다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 사양은 하기와 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 배터리 모듈 밸런싱 시스템은 유지보수용 컴퓨터(110), 배터리 관리부(BMS, Battery Management System)(120) 및 배터리 모듈(130)을 포함하여 구성된다.
유지보수용 컴퓨터(110)는 배터리 관리부(120)의 펌웨어 업그레이드 등의 유지보수 기능을 수행한다. 유지보수용 컴퓨터(110)와 BMS(120)간의 인터페이스는 USB 방식이 적용 (모니터링용, 유지보수용)된다. 소프트웨어는 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 Monitoring Program이 제공된다.
배터리 관리부(120)은 배터리 모듈의 잔여 용량, 전류, 전압 및 배터리 온도를 측정할 수 있다. 또한, 배터리관리 시스템(120)은 SOC(State Of Charge) 디스플레이를 위한 LCD를 구동하기 위한 드라이버를 포함하며, 과충전 보호, 셀 밸런싱 기능을 수행한다.
배터리 모듈(130)은 복수개의 셀이 직렬로 연결되어 구성된다. 최대 20개 셀이 배터리 모듈이 포함될 수 있으며, 모듈 충전은 90V / 50A (20s Module), 모듈 방전은 10A (MAX)까지, 셀당 충전은 평균 4.5V / 2A까지이다.
본 발명에서, 배터리 셀(Cell 1 ~ Cell n)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 반복적인 충방전이 가능한 리튬 이온전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리부에 대한 세부 구성도를 나타낸 도면이다. 도 2에서 보듯이, 배터리 관리부는 제어부(210), 표시와 키입력부(220), 모듈 충전 및 방전부(230), 셀 밸런싱부(240), 전원부(250)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템(100)는 모듈 단위와 셀 단위의 충/방전 기능, 셀 밸런싱 기능 (수동 형태, Passive Type), 및 상태 진단 및 정보 디스플레이 기능을 수행한다.
제어부(210)는 배터리 관리부(120)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(210)는 배터리 관리부(120)의 각각의 구성 모듈을 제어하기 위한 제어 신호들을 출력하고, 표시와 키입력부(220)를 통해 키입력 되거나 또는 표시장치의 터치스크린을 통해 입력된 신호에 따라 각각의 구성 모듈을 제어한다. 예를 들면 배터리 모듈(130) 전압을 센싱하여 소정의 기준 전압과 비교하여 과충전 보호부(미도시)의 동작을 온/오프 시키며, 배터리 모듈(130)의 셀 전압을 측정하여 셀 밸런싱 동작을 온/오프 시켜 배터리 모듈(130)의 충방전을 제어한다. 또한, 외부로부터 입력된 SOC 디스플레이 명령에 따라 SOC 표시장치를 제어하여 SOC를 디스플레이한다.
표시와 키입력부(220)는 키입력부(221)와 표시장치(222)를 포함하여 구성된다. 표시부(222)는 배터리 모듈의 각 셀의 현재 전압값과 모듈내 셀들 전체의 평균 전압, 최대 전압, 최소 전압, 전압 편차, 전압의 합, 온도를 포함하여 표시한다. 외부로부터의 입력 신호, 예를 들면 사용자가 터치스크린을 포함하는 표시장치의 화면 상에 특정 아이콘을 선택하면 이를 배터리 관리부(120)의 제어부에 전달하여 셀단위의 셀 밸런싱 또는 모듈 단위의 충방전이 수행되도록 한다.
또한, 상기 배터리 모듈(130)은 상기 배터리 관리부(120)와 셀 및 모듈 전압 센싱 커넥터 또는 온도 센싱 커넥터로 연결되어 있으며, 탈부착이 용이하다.
모듈 충전 및 방전부(230)는 배터리 모듈 단위의 충전상태의 균형을 맞춘다. 충전상태가 기준 전압보다 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 기준 전압보다 낮은 셀은 충전시켜 배터리 모듈 단위 내 셀 밸런싱을 실행한다. 이러한 셀 밸런싱 동작은 배터리 모듈 전체의 전압을 감지하여 각 셀의 충전과 방전을 제어함으로써 모듈 단위의 목표로 하는 전압을 맞추는 것이다. 따라서 각 배터리 셀들 간에는 전압의 크기가 다소 달라질 수 있다.
상기 기준 전압은 모듈 내 셀들 전체의 평균 전압 또는 사용자가 정한 임의의 전압인 것으로 한다.
셀 밸런싱부(240)는 각각의 배터리 셀의 충전상태의 균형을 맞춘다. 충전상태가 기준 전압보다 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 기준 전압보다 낮은 셀은 충전시킨다. 이러한 셀 밸런싱 동작은 각각의 배터리 셀의 전압을 감지하여 셀 밸런싱이 필요한 해당 셀에 대하여 충전 또는 방전 목표 전압을 임의로 정하고, 충전 또는 방전 목표 전압까지 충전 또는 방전한다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 전압 변화 거동을 이용한 셀 밸런싱부(240)는, 전압 센싱부(241), 전류 센싱부(242), 온도 센싱부(243), 및 메모리부(244)를 구비한다. 도2에서, 배터리는 직렬로 연결된 n개의 셀(Cell 1 ~ Cell n)을 포함하는 것으로 도시하였는데, n개의 셀(Cell 1 ~ Cell n)은 병렬로 연결되어도 무방하다. 배터리는 통상적인 경우와 마찬가지로 부하(미도시)에 연결되어 전원을 공급한다. 여기서 n은 자연수이고, 통상적으로는 20이며, 그 값의 감소, 또는 증가는 배터리의 적용 분야에 따라 통상의 기술자의 취사선택사항이다. 또한, 부하(미도시)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC, PMP, MP3 플레이어 등과 같은 휴대용 전자기기, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 모터, DC to DC 컨버터 등으로 구성할 수 있다.
상기 전압 센싱부(241)는 배터리에 포함된 각 셀(Cell 1 ~ Cell n)의 출력전압을 주기적으로 측정하여 제어부(210) 측으로 출력한다.
상기 전류 센싱부(242)는 배터리 모듈의 출력전류를 주기적으로 측정하여 제어부(210) 측으로 출력한다.
상기 온도 센싱부(243)는 배터리에 포함된 각 셀(Cell 1 ~ Cell n)의 온도를 주기적으로 측정하여 제어부(210)로 출력한다.
상기 메모리부(244)는 사전에 실험을 통해 얻어진 전류별, 온도별 및 개방전압별 셀 충전상태 정보, 각 셀(Cell 1 ~ Cell n)로부터 주기적으로 얻어지는 출력전류, 출력전압과 온도 데이터, 각 셀 별로 산출되는 개방전압과 충전상태 정보, 그리고 각 셀(Cell 1 ~ Cell n)의 개방전압과 충전상태를 추정하여 각 셀을 밸런싱하는 셀 밸런싱 모듈을 저장한다.
전원부(250)는 220Vac/60hz 상용 전원을 사용하며, 전원부는 배터리 모듈 밸런싱 시스템(100)에 내장되는 형태 (AC 코드로 연결)로 구성된다. 전원부(250)는 배터리 관리시스템(120) 내부 구성요소인 제어부(210), 표시와 키입력부(220), 모듈 충전 및 방전부(230), 셀 밸런싱부(240)에 전원을 공급한다.
도 3과 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 표시장치의 표시화면을 보여준다. 표시와 키입력부(220)는 표시장치를 포함하며, 표시장치는 배터리 모듈의 각 셀의 현재 전압값과 모듈내 셀들 전체의 평균 전압, 최대 전압, 최소 전압, 전압 편차, 전압의 합, 온도를 포함하여 표시한다. 만일 이상상태, 가령 특정 셀의 전압이 "Under Voltage"가 발생하게 되면 이에 대한 경보 메시지를 표시장치(LCD 등)에 표시한다. 표시와 키입력부(220)는 외부로부터의 입력 신호, 예를 들면 사용자가 표시장치의 화면 상에 특정 아이콘(RUN 또는 Exit)을 선택하면 이를 배터리 관리부(120)의 제어부에 전달하는 기능을 한다. 제어부(210)는 사용자가 RUN 아이콘을 선택하면 셀밸런싱을 수행하고, Exit 아이콘을 선택하면 셀 밸런싱을 하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템(100)의 상태 진단 항목 및 기능 설명은 아래와 같다.
- Open Cell : 셀의 개방전압을 진단한다.
- Over Voltage (OV) : 기준전압 보다 과도하게 충전된 셀이 있는지 진단한다.
- Under Voltage (UV) : 기준전압 보다 과도하게 방전된 셀이 있는지 진단한다.
- Over Temperature : 기준 온도보다 과도하게 높은 셀이 있는지 진단한다.
- Under Temperature : 기준 온도보다 과도하게 낮은 셀이 있는지 진단한다.
- Cell Unbalancing : 특정 셀에 대해서는 셀 밸런싱을 의도적으로 하지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 전기적 특성을 설명한다.
전압, 전류, 온도의 입/출력 범위는 아래와 같다.
- Module Charge : 90V / 50A (20s Module)
- Module Discharge : 10A (MAX)
- Cell Charger : 4.5V / 2A
- 전류 측정 :
Figure 112012017326792-pat00001
100A
- 온도 : -30℃ ~ 85℃
- Cell 전압 측정 : 0 ~ 5V
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 전압, 온도, 전류의 측정 방식은 아래와 같다.
- 전압 : Cap Charging 방식 또는 Isolation 가능 측정 방식
- 온도 : 저항 분압 방식 (10㏀, 1% 오차)
- 전류 : Shunt 저항 또는 Hall C/T
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 전압, 온도, 전류의 측정의 정밀도는 아래와 같다.
- 16bit 이상의 ADC(Analog Digital Convert) 적용
- 전압 :
Figure 112012017326792-pat00002
10mV
- 전류 :
Figure 112012017326792-pat00003
1A
- 온도 :
Figure 112012017326792-pat00004
1℃
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 입/출력 channel은 아래와 같다.
- Module Charge/Discharge : 1ea
- Cell 전압 측정 :
Figure 112012017326792-pat00005
20ea (1 Module)
- Cell Charge :
Figure 112012017326792-pat00006
10ea (1 Module)
- Cell Balancing :
Figure 112012017326792-pat00007
20ea (Passive, 1 Module)
- Current : 1ea
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 디스플레이와 키 입력부에 대해 설명한다.
표시장치로는 LCD가 사용될 수 있고, 그 크기는 7 inch Color가 사용될 수 있다. 키 입력은 Touch Screen (LCD 동일크기 적용)이 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 표시장치에 배터리 모듈의 연결 대기 상태를 표시하는 표시화면을 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 표시장치에 배터리 모듈의 각 셀의 전압 상태를 표시하는 표시화면을 보여준다. 도 4에서 보듯이, Under Voltage (저전압) 발생이 되었음을 화면에 표시하게 되고, 이때 셀 밸런싱을 할지 여부를 사용자에게 질의하는 화면에 표시된다. "Balancing 동작? (Run/Exit)"라고 화면에 표시되며, 표시장치의 RUN 아이콘을 선택하면 셀 밸런싱이 수행되고, 셀 밸런싱이 필요하지 않으면 Exit 아이콘을 선택하면 된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 인터페이스와 소프트웨어에 대해 설명한다. 유지보수용 컴퓨터(110)와 BMS간의 인터페이스는 USB 방식 적용 (모니터링용, 유지보수용)된다. 소프트웨어는 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 Monitoring Program이 제공된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 전원부(250)에 대해 설명된다. 사용 전원내부는 아래와 같다.
- 220Vac/60hz 상용 전원
- 전원장치는 장치에 내장되는 형태 (AC 코드로 연결)
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 밸런싱 시스템의 외형 & Case는 아래와 같다.
- Case는 도장된 철재 형태
- Weight(무게)는 15kg 미만
- Size(크기)는 400(W) x 200(H) x 500(D)
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 유지보수용 컴퓨터 20: 배터리 관리부(BMS)
130: 배터리 모듈 10: 제어부
220: 표시와 키입력부 230: 모듈 충전 및 방전부
240: 셀 밸런싱부 50: 전원부

Claims (10)

  1. 배터리 모듈의 잔여 용량, 전류, 전압 및 온도를 측정하고,
    배터리 셀의 충방전 상태를 표시장치에 디스플레이하고,
    표시장치에 표시되는 아이콘의 선택에 기초하여 모듈 단위 충방전과 셀 단위 충방전 수행 여부가 결정되는 배터리 관리부;
    상기 배터리 관리부와 접속하며, 복수개의 배터리 셀들로 구성되는 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 관리부의 유지보수 기능을 수행하고, 상기 배터리 모듈 밸런싱 상태를 모니터링하는 유지보수용 컴퓨터를 포함하고,
    상기 배터리 관리부는,
    상기 배터리 셀의 전압 센싱 커넥터 또는 온도 센싱 커넥터를 이용하여 상기 배터리 모듈과 탈부착이 가능하게 연결되고,
    충전상태가 기준 전압보다 높은 셀은 방전시키고 충전상태가 기준 전압보다 낮은 셀은 충전시켜 배터리 모듈 단위 내 셀 밸런싱을 실행하며, 배터리 모듈 단위의 충전상태의 균형을 맞추는 모듈 충전 및 방전부; 및 각각의 배터리 셀의 전압을 감지하여 셀 밸런싱이 필요한 해당 셀에 대하여 충전 또는 방전 목표 전압을 임의로 정하고, 상기 충전 또는 방전 목표 전압까지 충전 또는 방전을 할 수 있는 개별 셀 밸런싱부;를 더 포함하여 구성되며,
    상기 기준 전압은 사용자가 정한 임의의 전압으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 관리부는
    배터리 관리부의 전반적인 동작을 제어하는 제어부; 및
    배터리 모듈의 각 셀의 현재 전압값과 모듈내 셀들 전체의 평균 전압, 최대 전압, 최소 전압, 전압 편차, 전압의 합, 온도 중 적어도 하나를 포함하여 표시하고, 터치스크린을 포함하는 표시장치의 화면 상에 특정 아이콘이 선택되면 상기 제어부에 전달하여 셀단위의 셀 밸런싱 또는 모듈 단위의 충방전이 수행되도록 하는 표시와 키입력부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 셀 밸런싱부는
    배터리 모듈에 포함된 각 셀의 출력전압을 주기적으로 측정하는 전압 센싱부;
    배터리 모듈의 출력전류를 주기적으로 측정하는 전류 센싱부; 및
    배터리에 포함된 각 셀의 온도를 주기적으로 측정하는 온도 센싱부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전압 센싱부는 Cap Charging 방식 또는 Isolation 가능 측정 방식을 사용하고,
    상기 전류 센싱부는 Shunt 저항 또는 Hall C/T 방식을 사용하며,
    상기 온도 센싱부는 저항 분압 방식 (10㏀, 1% 오차)를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 배터리 관리부는
    220Vac/60hz 상용 전원을 사용하며, 배터리 모듈 밸런싱 시스템에 내장되는 형태로 구성되는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 모듈 밸런싱 시스템은
    배터리 관리부의 펌웨어 업그레이드를 포함하는 유지보수 기능을 수행하며, 배터리 관리부와의 인터페이스는 USB 방식이 적용되는 유지보수용 컴퓨터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 밸런싱 시스템.
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