KR102059381B1 - Battery management system simulator and simulation system of battery management system - Google Patents

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이희관
정우석
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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a BMS simulator may include: a control unit converting a control value of a controller into a signal form which a voltage simulation unit, a current simulation unit, a temperature simulation unit, an internal resistance simulation unit, and a ph simulation unit can recognize, and outputting the control value; a voltage simulation unit providing a voltage for testing battery management system (BMS) performance under control of the control unit; a current simulation unit providing current for testing BMS performance under control of the control unit; a temperature simulation unit providing the temperature for testing BMS performance under control of the control unit; an internal resistance simulation unit providing internal resistance of a battery for testing BMS performance under control of the control unit; a ph simulation unit providing ph of the battery for testing BMS performance under control of the control unit; and an evaluation unit evaluating a state of the battery based on at least one of voltage, current, temperature, internal resistance, and ph simulated by the voltage simulation unit, current simulation unit, temperature simulation unit, internal resistance unit, and ph simulation unit. According to the present invention, by using a converter and an amplifier to implement virtual source, costs for system implementation can be reduced by about 1/10 compared to a legacy system.

Description

BMS 시뮬레이터 및 BMS 시뮬레이션 시스템 {BATTERY MANAGEMENT SYSTEM SIMULATOR AND SIMULATION SYSTEM OF BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}BMS Simulator and BMS Simulation System {BATTERY MANAGEMENT SYSTEM SIMULATOR AND SIMULATION SYSTEM OF BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}

본 출원은 BMS 시뮬레이터 및 BMS 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 다양한 유형의 배터리에 대한 BMS의 성능 평가를 가능하게 하는 BMS 시뮬레이터 및 BMS 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present application relates to a BMS simulator and a BMS simulation system, and more particularly, to a BMS simulator and a BMS simulation system that enable performance evaluation of a BMS for various types of batteries.

하이브리드 전기차에서 배터리 시스템은 직접적인 에너지 입출력을 담당하는 배터리와, 관리 및 제어를 위한 알고리즘 수행을 담당하는 배터리 관리장치 및 각 구성 부품을 전기적으로 연결 해주는 전선과 안전장치(BMS) 등 주변 시스템으로 구성된다.In a hybrid electric vehicle, a battery system is composed of a battery that is responsible for direct energy input and output, a battery manager that performs algorithms for management and control, and peripheral systems such as wires and safety devices (BMS) that electrically connect each component. .

BMS(Battery Management System)은 전기자동차의 최적 배터리 제어를 통한 주행거리 향상 및 안전성을 확보해주는 필수 요소이며, 배터리 관리 기술(BMS)은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.Battery Management System (BMS) is an essential element to improve mileage and safety through optimal battery control of electric vehicles, and battery management technology (BMS) can be divided into two types.

첫 번째로 열에 약한 배터리를 균등 냉각하여 동일한 성능 구현이 가능토록 하여 주는 열관리 제어와, 두 번째로 배터리의 각 상태를 판단하여 최적 효율 점에서 작동토록 하는 SOC(State of Charge) 제어로 나눌 수 있다.First, it can be divided into thermal management control that equally cools the battery that is weak against heat and realizes the same performance, and secondly, state of charge (SOC) control that determines each state of the battery and operates at the optimum efficiency point. .

한편, BMS를 제작하는 업체의 경우, 제품 개발 및 생산 후 신뢰성 평가 단계에서 실제 배터리에 장착 후 테스트를 필요로 하는 경우가 발생하는데, 이를 위한 배터리 시뮬레이터 제작 기술이 필요하다. 이때 사용하는 BMS 시뮬레이터는 BMS의 ECU 개발을 위한 SW 개발 환경 제공 및 BMS 성능 시험을 위한 가상 소스(전압, 전류, 온도) 등을 제공하는 역할을 한다.Meanwhile, in the case of a company producing BMS, a test is required after mounting on a real battery in a reliability evaluation stage after product development and production, and a battery simulator manufacturing technology is required for this. The BMS simulator is used to provide SW development environment for ECU development of BMS and to provide virtual sources (voltage, current, temperature) for BMS performance test.

따라서 BMS 시뮬레이터의 설계와 동작은 주어진 규격과 기준에 따라야 하며, 수행에 주어진 모든 기능적, 비기능적 요건을 만족하여야 하기 때문에 HIL(Hardware In the loop) 시스템으로 구현되어야 한다.Therefore, the design and operation of the BMS simulator must comply with the given specifications and standards and must be implemented as a hardware in the loop (HIL) system because it must satisfy all the functional and non-functional requirements given in the execution.

그러나 기존의 BMS 시뮬레이터는 하이브리드 전기 자동차의 배터리를 시뮬레이션 하기 위하여 고가의 전원공급 모듈(Power supply)을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 모사하고, 컴퓨터와의 표준 통신 방식인 GPIB(General Purpose Input output Bus)를 이용하여 시뮬레이터를 개발 하였으나, 이는 속도가 느린 통신 방식의 한계점과 막대한 비용을 필요로 하기 때문에 많은 문제가 발생하였다.However, the existing BMS simulator simulates a battery pack by connecting an expensive power supply in series to simulate a battery of a hybrid electric vehicle, and uses a general purpose input output bus (GPIB), which is a standard communication method with a computer. The simulator was developed using, but many problems occurred due to the limitations of the slow communication method and the enormous cost.

또한, 기존의 BMS 시뮬레이터는 예를 들어 리튬이온 배터리 등과 같이 특정 유형의 배터리에 대한 BMS의 성능 평가를 위한 것으로 개발되어, 다양한 유형의 배터리에 대한 BMS의 성능 평가를 지원하지 못한다는 한계가 있다.In addition, the existing BMS simulator has been developed to evaluate the performance of the BMS for a specific type of battery, such as lithium-ion battery, for example, there is a limit that can not support the performance evaluation of the BMS for various types of batteries.

따라서, 당해 기술분야에서는 다양한 유형의 배터리에 대한 BMS의 성능 평가를 가능하게 하는 BMS 시뮬레이터 및 BMS 시뮬레이션 시스템이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need in the art for a BMS simulator and a BMS simulation system that enable the performance evaluation of BMS for various types of batteries.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 BMS 시뮬레이터를 제공한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides a BMS simulator.

상기 BMS 시뮬레이터는, 콘트롤러의 제어값을 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부가 인식할 수 있는 신호 형태로 변환하여 출력하는 제어부; 상기 제어부의 제어하에 BMS(Battery Management System) 성능 테스트를 위한 전압을 제공하는 전압 시뮬레이션부; 상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 전류를 제공하는 전류 시뮬레이션부; 상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 온도를 제공하는 온도 시뮬레이션부; 상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 배터리의 내부저항을 제공하는 내부저항 시뮬레이션부; 상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 상기 배터리의 hp를 제공하는 ph 시뮬레이션부; 및 상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부에 의해 시뮬레이션한 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 중 적어도 하나를 기초로 배터리의 상태를 평가하는 평가부를 포함할 수 있다.The BMS simulator may include: a controller configured to convert a control value of the controller into a signal form recognizable by a voltage simulation unit, a current simulation unit, a temperature simulation unit, an internal resistance simulation unit, and a ph simulation unit; A voltage simulation unit providing a voltage for a BMS performance test under the control of the controller; A current simulation unit providing a current for BMS performance test under the control of the controller; A temperature simulation unit for providing a temperature for a BMS performance test under the control of the controller; An internal resistance simulation unit providing an internal resistance of a battery for BMS performance test under the control of the controller; A ph simulation unit providing hp of the battery for BMS performance test under the control of the controller; And evaluating a state of the battery based on at least one of voltage, current, temperature, internal resistance, and ph simulated by the voltage simulation unit, current simulation unit, temperature simulation unit, internal resistance simulation unit, and ph simulation unit. It may include wealth.

본 발명의 다른 실시예는 BMS 시뮬레이션 시스템을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a BMS simulation system.

상기 BMS 시뮬레이션 시스템은, 제1 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 증폭기를 통해 증폭하여 출력하는 전압 시뮬레이션부, 제2 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후 V-I 컨버터를 통하여 센싱 저항에 전류를 흐르도록 하는 전류 시뮬레이션부, 제3 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 제1 V-R 컨버터의 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는 온도 시뮬레이션부, 제4 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 제2 V-R 컨버터의 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는 내부저항 시뮬레이션부, 제5 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 제3 V-R 컨버터의 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는 ph 시뮬레이션부, 및 콘트롤러 제어값을 상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부가 인식할 수 있는 신호 형태로 변환하여 출력하는 FPGA를 구비하고, 상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부를 통해 BMS(Battery Management System) 성능 시험을 위한 전압, 전류, 온도, 내부저항 또는 ph를 제공하고, 시뮬레이션한 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 중 적어도 하나를 기초로 배터리의 상태를 평가하는 BMS 시뮬레이터; 및 상기 BMS 시뮬레이터의 출력 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 중 적어도 하나를 제어하기 위한 상기 콘트롤러 제어값을 생성 및 제공한 후, 이에 응답하여 변화되는 BMS의 출력을 모니터링하는 콘트롤러를 포함하며, 상기 콘트롤러와 상기 FPGA는 어드레스, 데이터, 컨트롤 버스로 구성된 어드레스 확장기법을 통해 통신할 수 있다.The BMS simulation system includes a voltage simulation unit for converting a digital voltage into an analog voltage through a first DC-AC converter and then amplifying and outputting the analog voltage through an amplifier, and converting the digital voltage into an analog voltage through a second DC-AC converter. After that, the current simulation unit allows current to flow through the VI converter, and converts the digital voltage into an analog voltage through a third DC-AC converter, and then divides the voltage through the variable resistor and the reference resistor of the first VR converter. A temperature simulation unit to convert the digital voltage into an analog voltage through a fourth DC-AC converter, and then divide and output the voltage through a variable resistor and a reference resistor of the second VR converter, and a fifth DC. After converting the digital voltage to analog voltage through the AC converter, the voltage is divided through the variable resistor and the reference resistor of the third VR converter. And an FPGA for converting and outputting a ph simulation unit and a controller control value into a signal form recognizable by the voltage simulation unit, current simulation unit, temperature simulation unit, internal resistance simulation unit, and ph simulation unit. The voltage simulation unit, the current simulation unit, the temperature simulation unit, the internal resistance simulation unit, and the ph simulation unit to provide a voltage, current, temperature, internal resistance or ph for the battery management system (BMS) performance test, and simulated voltage A BMS simulator for evaluating the condition of the battery based on at least one of current, temperature, internal resistance, and ph; And a controller for generating and providing the controller control value for controlling at least one of an output voltage, a current, a temperature, an internal resistance, and a ph of the BMS simulator, and then monitoring the output of the BMS that is changed in response thereto. The controller and the FPGA may communicate with each other through an address extension method consisting of an address, data, and control bus.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the solution of the said subject does not enumerate all the characteristics of this invention. Various features of the present invention and the advantages and effects thereof may be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨버터, 증폭기를 이용하여 가상 소스를 구현함으로써, 시스템 구현 비용이 기존 시스템 대비 약 1/10 정도 감소될 수 있도록 한다.According to an embodiment of the present invention, by implementing a virtual source using a converter, an amplifier, the system implementation cost can be reduced by about 1/10 compared to the existing system.

또한, 기존의 시스템 제어방식인 GPIB나 직렬 인터페이스 방식이 아닌 어드레스 확장 기법을 이용함으로써, 인터페이스 속도를 1/1000 정도 감축시켜 채널당 10 μsec이내, 전체 채널에 대하여 1msec속도를 구현할 수 있도록 한다. 이와 같이 빠른 제어속도는 본 발명의 BMS 시뮬레이션 시스템을 CAN 시스템을 이용하여 시스템의 속도를 모니터링하기 위한 최소 이벤트시간을 10msec이내로 하는 고속의 시스템에 적용될 수 있도록 한다.In addition, by using the address extension method, which is not the conventional system control method such as GPIB or serial interface method, the interface speed is reduced by about 1/1000 so that a speed of 1 msec can be realized for all channels within 10 μsec. Such a high control speed enables the BMS simulation system of the present invention to be applied to a high speed system having a minimum event time of 10 msec or less for monitoring the speed of the system using a CAN system.

또한, 전류제어를 위해 실제 시스템과 같이 션트 저항에 필요한 전류를 실제로 공급하고 측정하는 방식을 적용함으로써, 실질적인 시뮬레이션을 할 수 있도록 하였다.In addition, by applying the method of actually supplying and measuring the current required for the shunt resistor for the current control, the actual simulation can be performed.

또한, 배터리의 전압, 전류 및 온도에 더하여 배터리의 내부 저항 및 ph를 시뮬레이션하여 BMS 성능 테스트를 수행함으로써, 다양한 유형의 배터리에 대한 BMS의 성능 평가를 가능하도록 한다.In addition, the BMS performance test is performed by simulating the internal resistance and ph of the battery in addition to the voltage, current and temperature of the battery, thereby enabling the performance evaluation of the BMS for various types of batteries.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 시스템을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 시스템에 적용되는 어드레스 확장기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이터의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a BMS simulation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an address extension method applied to a BMS simulation system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a BMS simulator according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a BMS simulation method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. However, in describing the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a BMS simulation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 시스템은 BMS(100), BMS 시뮬레이터(200), 및 콘트롤러(300)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the BMS simulation system according to an embodiment of the present invention may include a BMS 100, a BMS simulator 200, and a controller 300.

BMS(100)는 전기자동차와 대용량 에너지 저장장치의 핵심부품 중 하나로 여러 셀로 연결된 배터리 팩의 전압과 전류를 조절하고 과전압 및 과전류 방지 등의 기능을 수행한다.The BMS 100 is one of the core parts of an electric vehicle and a large-capacity energy storage device, and adjusts the voltage and current of a battery pack connected to multiple cells, and performs functions such as overvoltage and overcurrent prevention.

BMS 시뮬레이터(200)는 BMS 성능 시험을 위한 가상 소스 등을 제공하는 역할을 하며, 실제 전기 자동차에 주어진 모든 환경 하에서 원하는 기능을 수행할 수 있다.The BMS simulator 200 serves to provide a virtual source for BMS performance test, etc., and may perform a desired function under all environments given to the actual electric vehicle.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이터(200)는 가상의 전압, 전류, 온도 소스에 더하여, 내부저항 및 ph 소스를 제공하는 5가지의 기능을 수행할 수 있도록 설계되었다. 여기서, 전압 제어를 위한 셀 전압 소스 기능은 콘트롤러(300)에서 입력된 16비트 데이터 신호를 DC-AC 컨버터(Digital Analog Converter)를 통하여 아날로그 전압 신호로 변경된 뒤, 전압 증폭기를 통하여 증폭되어 BMS(100)에 출력함으로써 구현된다. 또한, 셀 전류 소스 기능, 셀 온도 소스 기능, 셀 내부저항 소스 기능 및 셀 ph 소스는 정밀저항 회로를 통하여 물리량을 전압 값으로 변환하여 출력함으로써 구현되도록 한다.In particular, the BMS simulator 200 according to an embodiment of the present invention is designed to perform five functions of providing an internal resistance and a ph source in addition to a virtual voltage, current, and temperature source. Here, the cell voltage source function for voltage control converts a 16-bit data signal input from the controller 300 into an analog voltage signal through a DC-AC converter, and then amplifies the voltage signal through a voltage amplifier to perform a BMS (100). Is implemented by printing In addition, the cell current source function, the cell temperature source function, the cell internal resistance source function, and the cell ph source are implemented by converting a physical quantity into a voltage value through a precision resistance circuit and outputting the same.

BMS 시뮬레이터(200)는 고전압의 직렬 전압을 출력하여야 하는 데 이를 보다 빠르고 효율적으로 구현하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 디지털 절연회로(ISO, Isolator)의 적용과 FPGA를 이용한 컨트롤 로직(FPGA)을 구현하였으며 DC-DC 컨버터를 이용하여 정밀도를 향상시켰다. 그리고 이를 효과적으로 제어하기 위하여 어드레스(ADD), 데이터(DATA), 컨트롤(CTRL) 버스로 구성된 어드레스 확장기법을 적용하였다.The BMS simulator 200 is required to output a high voltage series voltage, and in order to implement it more quickly and efficiently, as shown in FIG. 2, an application of a digital isolation circuit (ISO, isolator) and a control logic (FPGA) using an FPGA The accuracy is improved by using DC-DC converter. In order to effectively control this, an address extension method consisting of an address (ADD), data (DATA), and control (CTRL) bus is applied.

또한, BMS 시뮬레이터(200)는 시뮬레이션한 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 소스 정보를 기초로 배터리의 상태를 평가하여 제공할 수 있으며, 이를 위해 배터리의 상태 평가를 위한 레퍼런스 정보를 보유하도록 구성된다.In addition, the BMS simulator 200 may evaluate and provide a state of the battery based on the simulated voltage, current, temperature, internal resistance, and ph source information. For this, the BMS simulator 200 may be configured to hold reference information for evaluating the state of the battery. do.

콘트롤러(300)는 BMS 시뮬레이터(200)와 BMS(100) 간의 전압, 전류, 온도, 내부저항, ph 등이 제대로 전달 되도록 제어(Control) 및 감시(Monitoring) 역할을 한다. BMS 시뮬레이터(200)와의 통신은 어드레스 확장을 통하여 이루어지며, 셀은 필요에 따라서 수량을 늘리거나 줄일 수 있다. 이를 유연하게 대응하기 위해서 각각의 BMS 시뮬레이터(200)는 다수개의(예를 들어, 5개의) 전압 소스, 전류 소스, 온도 소스, 내부저항 소스, ph 소스를 내장하고 있다. 그리고 백 플레인(Back plane)과 시스템 버스(system bus)를 구성하여, 본 발명의 시스템을 효과적으로 추가할 수 있도록 하고 있다.The controller 300 serves to control and monitor the voltage, current, temperature, internal resistance, ph, etc., between the BMS simulator 200 and the BMS 100 properly. Communication with the BMS simulator 200 is made through address expansion, and the cell can increase or decrease the quantity as needed. To flexibly respond to this, each BMS simulator 200 includes a plurality of (eg, five) voltage sources, current sources, temperature sources, internal resistance sources, and ph sources. In addition, a back plane and a system bus are configured to effectively add the system of the present invention.

이러한 콘트롤러(300)는 FPGA 프로그램, 실시간 타겟(RT, Real-Time Target) 프로그램, 원도우 호스트(Windows Host) 프로그램을 구비할 수 있다.The controller 300 may include an FPGA program, a Real-Time Target (RT) program, and a Windows Host program.

FPGA 프로그램은 성능 테스트될 셀에 대한 정보를 가지는 어드레스 셋 비트(Address Set bit), 성능 테스트될 셀에 인가될 가상 소스 제어값에 대한 정보를 가지는 데이터 셋 비트(Data Set bit), 리드, 라이트, 또는 초기화 동작을 명령하기 위한 제어 비트(Control bit) 등을 제어 할 수 있도록 개발하였으며 모든 알고리즘은 함수로서 사용할 수 있도록 구조화 하였다.The FPGA program includes an address set bit having information about a cell to be performance tested, a data set bit having information about a virtual source control value to be applied to a cell to be tested, read, write, Or it was developed to control the control bit to command the initialization operation. All algorithms are structured to be used as a function.

원도우 호스트(Windows Host) 프로그램은 사전에 정의 및 등록된 시뮬레이션 시나리오를 파일로부터 읽어올 수 있는 함수를 구비하고, 구비된 함수는 읽어온 시뮬레이션 시나리오에 맞춰 시뮬레이션을 진행할 수 있는 자동 모드와 사용자가 직접 원하는 셀의 전압을 컨트롤할 수 있는 수동 모드를 구비하여 양산 모드뿐만 아니라 정밀 시뮬레이션 시에도 사용할 수 있도록 기능을 다양화한다.The Windows Host program has functions to read predefined and registered simulation scenarios from a file, and the provided functions provide automatic mode for the simulation according to the read simulation scenario and user's desire. It has a manual mode that allows you to control the voltage of the cell, thus diversifying its functionality for use in precision simulation as well as in production mode.

또한, 데이터 입출력 동작을 지원하는 GUI(Graphic User Interface)를 제공하여, 이를 통해 사용자가 시뮬레이션 동작 요청하거나 다양한 제어 파라미터를 선택 및 조정하고, 시뮬레이션 동작 결과를 사용자에게 시청각적으로 표시하도록 한다.In addition, by providing a graphical user interface (GUI) that supports data input / output operations, the user requests a simulation operation or selects and adjusts various control parameters, and visually displays the simulation operation result to the user.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이터의 상세 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a BMS simulator according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이터(200)는 PCB 보드 형태로 구현되며, 제어부(210), 전압 시뮬레이션부(220), 전류 시뮬레이션부(230), 온도 시뮬레이션부(240), 내부저항 시뮬레이션부(250), ph 시뮬레이션부(260), 및 평가부(270)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the BMS simulator 200 according to an embodiment of the present invention is implemented in the form of a PCB board, and includes a control unit 210, a voltage simulation unit 220, a current simulation unit 230, and a temperature simulation unit ( 240, an internal resistance simulation unit 250, a ph simulation unit 260, and an evaluation unit 270 may be configured.

제어부(210)는 PCB 보드에 장착된 FPGA 칩 형태로 구현되며, 콘트롤러(300)로부터 제공되는 제어 신호(특히, 데이터)에 따라 전압 시뮬레이션부(220), 전류 시뮬레이션부(230), 온도 시뮬레이션부(240), 내부저항 시뮬레이션부(250), 및 ph 시뮬레이션부(260)를 제어한다. 즉, 제어부(210)는 콘트롤러(300)의 제어값을 상기 전압 시뮬레이션부(220), 전류 시뮬레이션부(230), 온도 시뮬레이션부(240), 내부저항 시뮬레이션부(250), 및 ph 시뮬레이션부(260)가 인식할 수 있는 신호 형태로 변환하여 출력한다.The control unit 210 is implemented in the form of an FPGA chip mounted on a PCB board, according to the control signal (especially data) provided from the controller 300, the voltage simulation unit 220, the current simulation unit 230, the temperature simulation unit 240, the internal resistance simulation unit 250, and the ph simulation unit 260 are controlled. That is, the controller 210 controls the control value of the controller 300 in the voltage simulation unit 220, the current simulation unit 230, the temperature simulation unit 240, the internal resistance simulation unit 250, and the ph simulation unit ( 260 converts the signal into a signal form that can be recognized and outputs the converted signal.

전압 시뮬레이션부(220)는 DC-AC 컨버터(Digital to Analog Converter, 221)를 통해 제어부(210)로부터 출력되는 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 증폭기(222)를 통해 증폭하여 BMS(100)로 출력한다. 이러한 전압 시뮬레이션부(220)는 중첩되어 최대 400V까지 전압 출력이 가능하도록 설계되었으며, 표 1과 같은 스펙(specification)을 가질 수 있다.The voltage simulation unit 220 converts the digital voltage output from the control unit 210 through the DC-AC converter 221 into an analog voltage, and then amplifies the digital voltage through the amplifier 222 to the BMS 100. Will output The voltage simulation unit 220 is designed to overlap the voltage output up to 400V, it may have a specification as shown in Table 1.

전압 범위 Voltage range 0~5V Programmable0 ~ 5V Programmable 전류 범위 Current range 0~200mA0 to 200 mA 셀 개수 Cell count 40개40 전압 범위 총합 Total voltage range 0~200V0 to 200 V

더하여, 전압 시뮬레이션부(220)는 앞서 설명한 바와 같이 ISO(251)를 사용하여 보드 레벨에서 전압간섭으로부터 차단하였으며, DC-DC 컨버터(261)를 이용하여 제어 정밀도를 높혀준다.In addition, the voltage simulation unit 220 blocks the voltage interference at the board level using the ISO 251 as described above, and improves the control accuracy by using the DC-DC converter 261.

전류 시뮬레이션부(230)에서 셀에 흐르는 전류는 내부에 장착된 션트(Shunt) 저항을 통하여 흐르게 되고 션트 저항에 흐르는 전류는 전압을 발생하게 된다. 이에 전류 시뮬레이션부(230)는 DC-AC 컨버터(231)에서 발생된 전압을 V-I 컨버터(232)를 통하여 센싱(Sensing) 저항에 전류를 흐르게 함으로서 BMS(100)에서 전류를 흐르게 한다. 전류 시뮬레이션부(230) 또한 ISO(252)를 통해 보드를 보호하고 간섭을 최소화하고, DC-DC 컨버터(262)를 통해 제어 정밀도를 높혀준다.The current flowing in the cell in the current simulation unit 230 flows through a shunt resistor mounted therein, and the current flowing in the shunt resistor generates a voltage. The current simulation unit 230 flows the current generated by the DC-AC converter 231 to the sensing resistor through the V-I converter 232 so that the current flows in the BMS 100. The current simulation unit 230 also protects the board through the ISO 252, minimizes interference, and increases the control precision through the DC-DC converter 262.

표 2는 본 발명의 전류 시뮬레이션부의 스펙 예를 나타낸다.Table 2 shows examples of specifications of the current simulation section of the present invention.

션트 저항 Shunt resistance 50mV/200mA ( 0.25ohm)50mV / 200mA (0.25ohm) 전류 증폭율 Current amplification factor x 100 (OPTIONAL)x 100 (OPTIONAL) 전류 범위 Current range 0 - 5V (200mA)0-5V (200mA)

온도 시뮬레이션부(240)에서 셀에 발생되는 온도는 서미스터가 내장되어 서미스터의 저항변화에 의해서 BMS(100)의 온도변화를 모니터링 한다. 이에 온도 시뮬레이션부(240)는 온도 감지를 위한 가변 저항을 구비하고, 가변 저항(예를 들어, 0-100KΩ 저항)을 가상으로 변환함으로써, BMS(100)의 온도를 가상으로 시뮬레이션 할 수 있도록 한다. 이때, 서미스터는 저항에 분압저항으로 온도를 나타낸다.The temperature generated in the cell in the temperature simulation unit 240 is built-in thermistor to monitor the temperature change of the BMS (100) by the resistance change of the thermistor. The temperature simulation unit 240 is provided with a variable resistor for sensing the temperature, by virtually converting the variable resistor (for example, 0-100KΩ resistance), it is possible to simulate the temperature of the BMS (100) virtually . At this time, the thermistor shows the temperature by the voltage divider resistance.

온도 시뮬레이션부(240)의 출력 전압은 레퍼런스(Reference) 저항과 가변저항(즉, 서미스터 시뮬레이션 저항)의 비율로서 결정되고, 측정된 전압을 기준으로 온도로 환산하여 반응하도록 한다. 이는 제어부(210)로부터 출력되는 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환하는 DC-AC 컨버터(241), 및 DC-AC 컨버터(241)의 출력 전압을 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는(즉, 온도 변화에 대응되는 전압 변화를 발생하는) V-R 컨버터(242)를 포함하여 구성된다. 물론, 온도 시뮬레이션부(240)의 앞단에도 ISO(253)와 DC-DC 컨버터(263)가 구비되어, 보드 레벨에서 전압간섭으로부터 차단하고 제어 정밀도가 높아질 수 있도록 한다.The output voltage of the temperature simulation unit 240 is determined as a ratio of a reference resistance and a variable resistance (that is, thermistor simulation resistance), and is converted into temperature based on the measured voltage to react. The DC-AC converter 241 converts the digital voltage output from the control unit 210 into an analog voltage, and the output voltage of the DC-AC converter 241 is divided by the variable resistor and the reference resistor to output the voltage (ie, And a VR converter 242 for generating a voltage change corresponding to the temperature change. Of course, the ISO 253 and the DC-DC converter 263 are also provided at the front end of the temperature simulation unit 240 to block the voltage interference at the board level and to increase the control accuracy.

표 3은 본 발명의 온도 시뮬레이션부의 스펙 예를 나타낸다.Table 3 shows the specification example of the temperature simulation part of this invention.

가변 저항 Variable resistor 0 - 100K0-100K 해상도 resolution 10 bit10 bit

내부저항 시뮬레이션부(250)는 배터리 등가회로의 저항변화에 의해서 BMS(100)의 내부저항을 모니터링 한다. 이에 내부저항 시뮬레이션부(250)는 내부저항 감지를 위한 가변 저항을 구비하고, 가변 저항을 가상으로 변환함으로써, BMS(100)의 내부저항을 가상으로 시뮬레이션 할 수 있도록 한다.The internal resistance simulation unit 250 monitors the internal resistance of the BMS 100 by the resistance change of the battery equivalent circuit. In this regard, the internal resistance simulation unit 250 includes a variable resistor for detecting internal resistance, and virtually converts the variable resistor, thereby enabling a virtual simulation of the internal resistance of the BMS 100.

내부저항 시뮬레이션부(250)의 출력 전압은 레퍼런스(Reference) 저항과 가변저항(즉, 시뮬레이션 내부저항)의 비율로서 결정되고, 측정된 전압을 기준으로 내부저항을 시뮬레이션할 수 있다. 이는 제어부(210)로부터 출력되는 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환하는 DC-AC 컨버터(251), 및 DC-AC 컨버터(251)의 출력 전압을 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는(즉, 내부저항에 대응되는 전압 변화를 발생하는) V-R 컨버터(252)를 포함하여 구성된다. 물론, 내부저항 시뮬레이션부(250)의 앞단에도 ISO(254)와 DC-DC 컨버터(264)가 구비되어, 보드 레벨에서 전압간섭으로부터 차단하고 제어 정밀도가 높아질 수 있도록 한다.The output voltage of the internal resistance simulation unit 250 is determined as a ratio of a reference resistance and a variable resistance (that is, simulation internal resistance), and may simulate the internal resistance based on the measured voltage. The DC-AC converter 251 converts the digital voltage output from the controller 210 into an analog voltage, and the output voltage of the DC-AC converter 251 is divided by the variable resistor and the reference resistor to output the voltage. And a VR converter 252 for generating a voltage change corresponding to the internal resistance. Of course, the ISO 254 and the DC-DC converter 264 are also provided at the front end of the internal resistance simulation unit 250 to block the voltage interference at the board level and to increase the control precision.

ph 시뮬레이션부(260)는 셀의 ph는 내부 저항의 저항변화에 의해서 BMS(100)의 ph를 모니터링 한다. 이에 ph 시뮬레이션부(260)는 ph 감지를 위한 가변 저항을 구비하고, 가변 저항을 가상으로 변환함으로써, BMS(100)의 ph를 가상으로 시뮬레이션 할 수 있도록 한다. 또한, ph 시뮬레이션부(260)는 온도에 따른 전위 변화를 보상할 수 있도록 온도 보상을 수행하도록 구성된다.The ph simulation unit 260 monitors the ph of the BMS 100 by changing the resistance of the internal resistance of the cell. In this case, the ph simulation unit 260 includes a variable resistor for detecting a ph and virtually converts the variable resistor, thereby enabling a virtual simulation of the ph of the BMS 100. In addition, the ph simulation unit 260 is configured to perform temperature compensation to compensate for the potential change according to the temperature.

ph 시뮬레이션부(260)의 출력 전압은 레퍼런스(Reference) 저항과 가변저항(즉, 시뮬레이션 ph)의 비율로서 결정되고, 측정된 전압을 기준으로 온도 보상을 통해 ph로 환산하여 반응하도록 한다. 이는 제어부(210)로부터 출력되는 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환하는 DC-AC 컨버터(261), 및 DC-AC 컨버터(261)의 출력 전압을 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는(즉, ph 변화에 대응되는 전압 변화를 발생하는) V-R 컨버터(262)를 포함하여 구성된다. 물론, ph 시뮬레이션부(260)의 앞단에도 ISO(255)와 DC-DC 컨버터(265)가 구비되어, 보드 레벨에서 전압간섭으로부터 차단하고 제어 정밀도가 높아질 수 있도록 한다.The output voltage of the ph simulation unit 260 is determined as a ratio of the reference resistance and the variable resistance (that is, the simulation ph), and is converted into ph through the temperature compensation based on the measured voltage to react. The DC-AC converter 261 converts the digital voltage output from the controller 210 into an analog voltage, and the output voltage of the DC-AC converter 261 is divided by the variable resistor and the reference resistor to output the voltage. and a VR converter 262 for generating a voltage change corresponding to the pH change. Of course, an ISO 255 and a DC-DC converter 265 are also provided at the front end of the ph simulation unit 260 to block the voltage interference at the board level and to increase the control precision.

평가부(270)는 전압 시뮬레이션부(220), 전류 시뮬레이션부(230) 및 온도 시뮬레이션부(240), 내부저항 시뮬레이션부(250), 및 ph 시뮬레이션부(260)에 의해 시뮬레이션한 셀 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 중 적어도 하나를 기초로 배터리의 상태를 평가한다. 이를 위해 평가부(270)는 배터리의 상태 평가를 위한 레퍼런스 정보를 보유하도록 구성된다.The evaluation unit 270 is a cell voltage and current simulated by the voltage simulation unit 220, the current simulation unit 230 and the temperature simulation unit 240, the internal resistance simulation unit 250, and the ph simulation unit 260. Evaluate the condition of the battery based on at least one of temperature, internal resistance, and ph. To this end, the evaluation unit 270 is configured to hold reference information for evaluating the state of the battery.

일 예로, 평가부(270)는 ph 시뮬레이션부(260)에 의해 시뮬레이션한 ph를 기초로 전해액 비중 값을 산출하고, 산출된 전해액의 비중 값으로부터 배터리의 상태, 즉 배터리의 충전상태(state of charge; SOC)를 평가하도록 구현될 수 있다. 여기서, 전해액의 비중 값은 셀의 내부 온도에 따라 변화하는 특성을 가지므로 평가부(270)는 셀의 온도 특성을 고려하여 오차를 보정하도록 구성된다.For example, the evaluation unit 270 calculates an electrolyte specific gravity value based on the ph simulated by the ph simulation unit 260, and calculates a state of the battery, that is, a state of charge of the battery from the calculated specific gravity value of the electrolyte. Can be implemented to evaluate SOC). Here, since the specific gravity value of the electrolyte has a characteristic that changes according to the internal temperature of the cell, the evaluation unit 270 is configured to correct the error in consideration of the temperature characteristic of the cell.

연축전지의 기전력은 수학식 1과 같이 전해액의 비중 값에 따라 선형적으로 변화한다. 여기서, S: 전해액 비중, E=기전력이다.The electromotive force of the lead-acid battery changes linearly according to the specific gravity value of the electrolyte as shown in Equation 1. Where S is the electrolyte specific gravity and E is the electromotive force.

[수학식 1][Equation 1]

S = E-0.85S = E-0.85

일반적으로 연축전지의 비중은 전해액의 온도가 20℃에서 완전충전 상태에서 100% 방전의 상태까지 0.2정도가 변동하므로, 수학식 2와 같이 20℃의 온도를 기준으로 보정한 전해액 비중 식을 사용한다. 여기서, S20: 20℃에서의 비중, St: t℃에서의 비중, t: 전해액의 온도, 0.0007: 1℃ 온도의 변화에 따른 온도계수이다.In general, the specific gravity of a lead-acid battery varies by about 0.2 from the temperature of the electrolyte to the state of 100% discharge from the fully charged state at 20 ° C. Thus, the electrolyte specific gravity equation corrected based on the temperature of 20 ° C is used as shown in Equation 2. . Here, S 20 is the specific gravity at 20 ° C., S t is the specific gravity at t ° C., t is the temperature of the electrolyte, and 0.0007 is the temperature coefficient according to the change in temperature.

[수학식 2] [Equation 2]

Figure 112018076939311-pat00001
Figure 112018076939311-pat00001

이와 같은 온도 보정식을 이용하여 SOC 평가식을 나타내면 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.When the SOC evaluation equation is expressed using the temperature correction equation, it may be expressed as Equation 3.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018076939311-pat00002
Figure 112018076939311-pat00002

다른 예로, 평가부(270)는 내부저항 시뮬레이션부(250)에 의해 시뮬레이션한 내부저항으로부터 레퍼런스 정보를 기초로 배터리의 상태를 평가하도록 구현될 수 있다.As another example, the evaluation unit 270 may be implemented to evaluate the state of the battery based on reference information from the internal resistance simulated by the internal resistance simulation unit 250.

이와 같이 구성되는 BMS 시뮬레이터(200)는 하나의 PCB로 집적화되고, 다수개의 (예를 들어, 5개)의 셀을 시뮬레이션 할 수 있도록 구현될 수 있다. 또한 다수개의 보드가 직렬로 연결되도록 한다. 이때, 직렬 연결 가능한 보드의 수는 최대 시뮬레이션 전압에 따라 조절될 수 있을 것이다.The BMS simulator 200 configured as described above may be integrated into one PCB and be implemented to simulate a plurality of cells (for example, five). It also allows multiple boards to be connected in series. At this time, the number of boards that can be connected in series may be adjusted according to the maximum simulation voltage.

또한, 본 발명에서는 전압 시뮬레이션부(220), 전류 시뮬레이션부(230) 및 온도 시뮬레이션부(240), 내부저항 시뮬레이션부(250), 및 ph 시뮬레이션부(260) 각각의 최종 출력단에 전류 제한 회로(미도시)를 추가함으로써, 외부로드(즉, 외란)로부터 해당 회로를 보호할 수 있도록 한다.In addition, in the present invention, the voltage limiting unit 220, the current simulation unit 230 and the temperature simulation unit 240, the internal resistance simulation unit 250, and the ph simulation unit 260, respectively, at the final output terminal of the current limiting circuit ( By adding not shown, it is possible to protect the circuit from the external load (ie, disturbance).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 도면으로, 이하에서는 설명의 편의를 위해 BMS 시뮬레이션의 출력 전압을 제어하는 경우에 한해 설명하기로 한다.4 is a view for explaining a BMS simulation method according to an embodiment of the present invention, hereinafter will be described only for the case of controlling the output voltage of the BMS simulation for convenience of description.

만약, 사용자가 콘트롤러(300)의 GUI를 통해 BMS 시뮬레이션 동작을 요청하면(S410), 콘트롤러(300)는 먼저 BMS 시뮬레이션의 동작 모드를 확인한다(S420).If the user requests the BMS simulation operation through the GUI of the controller 300 (S410), the controller 300 first checks the operation mode of the BMS simulation (S420).

S420의 확인 결과, BMS 시뮬레이션의 동작 모드가 자동 모드이면, 사전에 등록된 BMS 시뮬레이션 시나리오를 불러와(S430), 이에 따라 BMS 시뮬레이터(200)의 출력 전압을 제어한다(S440). 예를 들어, 각 셀의 출력 정밀도를 확인하기 위해, BMS 시뮬레이션에 연결된 다수개 셀을 순차적으로 선택하고, 선택된 셀에 5V, 4.5V, 4V, 3.5V, 3V, 2.5V, 2V, 1.5V, 1V, 0.5V 순으로 전압을 인가하는 방식으로 BMS 시뮬레이터(200)의 출력 전압을 제어할 수 있다.As a result of checking in S420, if the operation mode of the BMS simulation is an automatic mode, a pre-registered BMS simulation scenario is called up (S430), and accordingly the output voltage of the BMS simulator 200 is controlled (S440). For example, to check the output precision of each cell, select multiple cells connected to the BMS simulation sequentially and select 5V, 4.5V, 4V, 3.5V, 3V, 2.5V, 2V, 1.5V, The output voltage of the BMS simulator 200 may be controlled by applying a voltage in the order of 1V and 0.5V.

그리고 BMS 시뮬레이터(200)의 출력 전압 각각에 응답하여 BMS(100)가 출력하는 전압을 측정한 후(S450), 콘트롤러(300)의 GUI를 통해 시청각적으로 표시해 준다(S490). 다만, 본 발명의 콘트롤러(300)는 BMS(100)의 출력 전압을 단순 표시하거나, 입력 전압과 출력 전압을 비교하여 오차 정도를 산출하여 표시하는 등의 다양한 통보 방법을 가질 수 있을 것이다. 또한, 오차 정도를 보정하기 위한 제어값을 산출하고, 이를 기준으로 BMS 시뮬레이터(200)를 다시 제어하는 등의 후속 작업을 추가적으로 수행할 수도 있을 것이다.In addition, after measuring the voltage output by the BMS 100 in response to each of the output voltages of the BMS simulator 200 (S450), the controller 300 displays the audiovisually through the GUI (S490). However, the controller 300 of the present invention may have various notification methods such as simply displaying the output voltage of the BMS 100 or calculating and displaying an error degree by comparing the input voltage with the output voltage. In addition, a control value for correcting the degree of error may be calculated, and subsequent operations such as controlling the BMS simulator 200 again may be additionally performed.

한편, S420의 확인 결과, BMS 시뮬레이션의 동작 모드가 수동 모드이면, 콘트롤러(300)는 사용자가 GUI를 통해 BMS 시뮬레이터 제어값을 입력할 수 있도록 한다. 이에 사용자가 BMS 시뮬레이터 제어값을 수동 입력하면(S460), 이에 응답하여 BMS 시뮬레이터(200)의 출력 전압을 제어한 후(S470), BMS(100)가 출력하는 전압을 실시간 측정하여(S480), 콘트롤러(300)의 GUI를 통해 시청각적으로 표시해준다(S490). 이때, 콘트롤러(300)와 BMS(100)는 기존의 자동차 통신 방식인 CAN (Controller Area Network)으로 연결 및 통신할 수 있도록 한다.On the other hand, if it is confirmed in S420 that the operation mode of the BMS simulation is the manual mode, the controller 300 allows the user to input the BMS simulator control value through the GUI. When the user manually inputs the BMS simulator control value (S460), in response to the control of the output voltage of the BMS simulator 200 (S470), by measuring the voltage output by the BMS 100 in real time (S480), Through the GUI of the controller 300 is displayed visually (S490). In this case, the controller 300 and the BMS 100 may connect and communicate with a controller area network (CAN) which is a conventional vehicle communication method.

더하여, BMS 시뮬레이션 시스템은 이와 동일한 방식으로 BMS 시뮬레이터(200)를 통해 각각의 셀에 입력되는 출력 전류, 온도, 내부저항 및 ph를 가변하면서, BMS(100)의 성능을 테스트할 수 있을 것이다.In addition, the BMS simulation system may test the performance of the BMS 100 while varying the output current, temperature, internal resistance, and ph inputted to each cell through the BMS simulator 200 in the same manner.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be substituted, modified, and changed in accordance with the present invention without departing from the spirit of the present invention.

100: BMS
200: BMS 시뮬레이터
210: 제어부
220: 전압 시뮬레이션부
230: 전류 시뮬레이션부
240: 온도 시뮬레이션부
250: 내부저항 시뮬레이션부
260: ph 시뮬레이션부
270: 평가부
300: 콘트롤러
100: BMS
200: BMS simulator
210: control unit
220: voltage simulation unit
230: current simulation unit
240: temperature simulation unit
250: internal resistance simulation unit
260: ph simulation unit
270: evaluation unit
300: controller

Claims (5)

콘트롤러의 제어값을 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부가 인식할 수 있는 신호 형태로 변환하여 출력하는 제어부;
상기 제어부의 제어하에 BMS(Battery Management System) 성능 테스트를 위한 전압을 제공하는 전압 시뮬레이션부;
상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 전류를 제공하는 전류 시뮬레이션부;
상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 온도를 제공하는 온도 시뮬레이션부;
상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 배터리의 내부저항을 제공하는 내부저항 시뮬레이션부;
상기 제어부의 제어하에 BMS 성능 테스트를 위한 상기 배터리의 ph를 제공하는 ph 시뮬레이션부; 및
상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부에 의해 시뮬레이션한 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 중 적어도 하나를 기초로 배터리의 상태를 평가하는 평가부를 포함하며,
상기 전압 시뮬레이션부는 상기 제어부의 출력 전압을 디지털-아날로그 변환하는 제1 DC-AC 컨버터; 및 상기 제1 DC-AC 컨버터의 출력 전압을 증폭하여 상기 BMS에 제공하는 증폭기를 포함하고,
상기 전류 시뮬레이션부는 상기 제어부의 출력 전압을 디지털-아날로그 변환하는 제2 DC-AC 컨버터; 및 상기 제2 DC-AC 컨버터의 출력 전압을 전압-전류 변환하여, 센싱 저항에 전류를 흐르게 함으로서 상기 BMS에서 전류를 흐르게 하는 V-I 컨버터를 포함하고,
상기 온도 시뮬레이션부는 상기 제어부의 출력 전압을 디지털-아날로그 변환하는 제3 DC-AC 컨버터; 및 상기 BMS의 온도에 따라 저항 값이 가변되는 가변 저항과, 기 설정된 저항값을 유지하는 기준 저항 구비하고, 상기 가변 저항과 기준 저항을 통해 상기 제어부의 출력 전압을 분압하여 출력하는 제1 V-R 컨버터를 포함하고,
상기 내부저항 시뮬레이션부는 상기 제어부의 출력 전압을 디지털-아날로그 변환하는 제4 DC-AC 컨버터; 및 상기 BMS의 내부저항에 따라 저항 값이 가변되는 가변 저항과, 기 설정된 저항값을 유지하는 기준 저항 구비하고, 상기 가변 저항과 기준 저항을 통해 상기 제어부의 출력 전압을 분압하여 출력하는 제2 V-R 컨버터를 포함하고,
상기 ph 시뮬레이션부는 상기 제어부의 출력 전압을 디지털-아날로그 변환하는 제5 DC-AC 컨버터; 및 상기 BMS의 ph에 따라 저항 값이 가변되는 가변 저항과, 기 설정된 저항값을 유지하는 기준 저항 구비하고, 상기 가변 저항과 기준 저항을 통해 상기 제어부의 출력 전압을 분압하여 출력하는 제3 V-R 컨버터를 포함하며,
상기 제어부는 어드레스, 데이터, 컨트롤 버스로 구성된 어드레스 확장기법을 통해 상기 콘트롤러와 통신하며,
상기 평가부는 상기 ph 시뮬레이션부에 의해 시뮬레이션한 ph를 기초로 전해액 비중 값을 산출하고, 산출된 전해액의 비중 값으로부터 배터리의 충전상태를 평가하며, 상기 전해액의 비중 값은 셀의 온도 특성을 고려하여 보정되는 것을 특징으로 하는 BMS 시뮬레이터.
A control unit for converting a control value of the controller into a signal form recognizable by a voltage simulation unit, a current simulation unit, a temperature simulation unit, an internal resistance simulation unit, and a ph simulation unit;
A voltage simulation unit providing a voltage for a BMS performance test under the control of the controller;
A current simulation unit providing a current for BMS performance test under the control of the controller;
A temperature simulation unit for providing a temperature for a BMS performance test under the control of the controller;
An internal resistance simulation unit providing an internal resistance of a battery for BMS performance test under the control of the controller;
A ph simulation unit for providing a ph of the battery for BMS performance test under the control of the controller; And
An evaluation unit evaluating a state of a battery based on at least one of voltage, current, temperature, internal resistance, and ph simulated by the voltage simulation unit, current simulation unit, temperature simulation unit, internal resistance simulation unit, and ph simulation unit. Include,
The voltage simulation unit may include: a first DC-AC converter configured to digital-analog convert an output voltage of the controller; And an amplifier amplifying an output voltage of the first DC-AC converter and providing the amplified voltage to the BMS.
The current simulation unit includes a second DC-AC converter for digital-analog converting the output voltage of the controller; And a VI converter configured to voltage-current convert an output voltage of the second DC-AC converter to flow a current through a sensing resistor, thereby flowing a current in the BMS.
The temperature simulation unit includes a third DC-AC converter for digital-analog conversion of the output voltage of the controller; And a first resistor configured to vary a resistance value according to the temperature of the BMS and a reference resistor to maintain a predetermined resistance value, and to divide and output the output voltage of the controller through the variable resistor and the reference resistor. Including,
The internal resistance simulation unit may include: a fourth DC-AC converter configured to digital-analog convert the output voltage of the controller; And a second resistor configured to vary a resistance value according to the internal resistance of the BMS, and a reference resistor to maintain a predetermined resistance value, and to divide and output the output voltage of the controller through the variable resistor and the reference resistor. Including a converter,
The ph simulation unit includes a fifth DC-AC converter for digital-analog converting the output voltage of the controller; And a third resistor configured to vary a resistance value according to the ph of the BMS, and a reference resistor to maintain a predetermined resistance value, and to divide and output the output voltage of the controller through the variable resistor and the reference resistor. Including;
The control unit communicates with the controller through an address extension technique consisting of an address, data, and control bus.
The evaluation unit calculates an electrolyte specific gravity value based on the ph simulated by the ph simulation unit, and evaluates the state of charge of the battery from the calculated specific gravity value of the electrolyte, the specific gravity value of the electrolyte in consideration of the temperature characteristics of the cell BMS simulator, characterized in that the correction.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부 각각은,
전압 간섭을 보드 레벨에서 차단하기 위한 절연 회로와, 제어 정밀도를 향상하기 위한 DC-DC 컨버터 중 적어도 하나를 더 포함하는 BMS 시뮬레이터.
The method of claim 1, wherein the voltage simulation unit, current simulation unit, temperature simulation unit, internal resistance simulation unit, and ph simulation unit, respectively,
And at least one of an isolation circuit for blocking voltage interference at a board level and a DC-DC converter for improving control accuracy.
제 1 항에 있어서, 상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부 각각은,
회로 보호 동작을 수행하는 전류 제한 회로를 더 포함하는 BMS 시뮬레이터.
The method of claim 1, wherein the voltage simulation unit, current simulation unit, temperature simulation unit, internal resistance simulation unit, and ph simulation unit, respectively,
And a current limiting circuit for performing circuit protection operations.
제1 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 증폭기를 통해 증폭하여 출력하는 전압 시뮬레이션부, 제2 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후 V-I 컨버터를 통하여 센싱 저항에 전류를 흐르도록 하는 전류 시뮬레이션부, 제3 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 제1 V-R 컨버터의 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는 온도 시뮬레이션부, 제4 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 제2 V-R 컨버터의 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는 내부저항 시뮬레이션부, 제5 DC-AC 컨버터를 통해 디지털 전압을 아날로그 전압으로 변환한 후, 제3 V-R 컨버터의 가변 저항과 기준 저항을 통해 전압 분배하여 출력하는 ph 시뮬레이션부, 및 콘트롤러 제어값을 상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부가 인식할 수 있는 신호 형태로 변환하여 출력하는 FPGA를 구비하고, 상기 전압 시뮬레이션부, 전류 시뮬레이션부, 온도 시뮬레이션부, 내부저항 시뮬레이션부, 및 ph 시뮬레이션부를 통해 BMS(Battery Management System) 성능 시험을 위한 전압, 전류, 온도, 내부저항 또는 ph를 제공하고, 시뮬레이션한 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 중 적어도 하나를 기초로 배터리의 상태를 평가하는 BMS 시뮬레이터; 및
상기 BMS 시뮬레이터의 출력 전압, 전류, 온도, 내부저항 및 ph 중 적어도 하나를 제어하기 위한 상기 콘트롤러 제어값을 생성 및 제공한 후, 이에 응답하여 변화되는 BMS의 출력을 모니터링하는 콘트롤러를 포함하며,
상기 콘트롤러와 상기 FPGA는 어드레스, 데이터, 컨트롤 버스로 구성된 어드레스 확장기법을 통해 통신하며,
상기 BMS 시뮬레이터는 상기 ph 시뮬레이션부에 의해 시뮬레이션한 ph를 기초로 전해액 비중 값을 산출하고, 산출된 전해액의 비중 값으로부터 배터리의 충전상태를 평가하며, 상기 전해액의 비중 값은 셀의 온도 특성을 고려하여 보정되는 것을 특징으로 하는 BMS 시뮬레이션 시스템.
After converting the digital voltage into an analog voltage through the first DC-AC converter, and amplifying and outputting through an amplifier, and converts the digital voltage into analog voltage through the second DC-AC converter, and then through the VI converter Current simulation unit for flowing a current through the sensing resistor, a temperature simulation unit for converting the digital voltage to an analog voltage through a third DC-AC converter, and then divides and outputs the voltage through the variable resistor and the reference resistor of the first VR converter. An internal resistance simulation unit which converts the digital voltage into an analog voltage through a fourth DC-AC converter and divides and outputs the voltage through the variable resistor and the reference resistor of the second VR converter; and a digital through the fifth DC-AC converter. After converting the voltage into an analog voltage, ph simulation unit for outputting the voltage divided by the variable resistor and the reference resistor of the third VR converter, And an FPGA configured to convert a controller control value into a signal form recognizable by the voltage simulation unit, the current simulation unit, the temperature simulation unit, the internal resistance simulation unit, and the ph simulation unit. Unit, temperature simulation unit, internal resistance simulation unit, and ph simulation unit provide voltage, current, temperature, internal resistance or ph for BMS (Battery Management System) performance test, and simulated voltage, current, temperature, internal resistance And a BMS simulator for evaluating a state of the battery based on at least one of ph. And
A controller for generating and providing the controller control value for controlling at least one of an output voltage, a current, a temperature, an internal resistance, and a ph of the BMS simulator, and then monitoring the output of the BMS that is changed in response thereto;
The controller and the FPGA communicate with each other through an address extension technique consisting of an address, data, and control bus.
The BMS simulator calculates an electrolyte specific gravity value based on the ph simulated by the ph simulation unit, evaluates the state of charge of the battery from the calculated specific gravity value of the electrolyte, and the specific gravity value of the electrolyte takes into account cell temperature characteristics. BMS simulation system, characterized in that the correction.
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