KR102205316B1

KR102205316B1 - Bms의 fet 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102205316B1
Application number: KR1020150153416A
Authority: KR
Inventors: 김덕수; 김호수
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2021-01-20
Also published as: KR20170051070A

Abstract

본 발명은 마스터 배터리 모듈 및 둘 이상의 슬레이브 배터리 모듈들을 포함하여 구성되는 배터리팩에 있어서 마스터 배터리 모듈은 마스터 배터리 모듈 및 전체 배터리팩의 동작을 제어하는 마스터 BMS, 상기 마스터 BMS의 제어를 받아 마스터 배터리 모듈의 충전 및/또는 방전 전류를 차단하는 스위칭 소자를 포함하여 구성되고, 슬레이브 배터리 모듈들 각각은 슬레이브 배터리 모듈 각각의 동작을 제어하는 슬레이브 BMS, 상기 슬레이브 BMS의 제어를 받아 슬레이브 배터리 모듈의 충전 및/또는 방전 전류를 차단하는 스위칭 소자를 포함하여 구성되고, 마스터 BMS는 배터리 모듈들에 각각 흐르는 충전 및/또는 방전 전류값에 기반하여 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하는 배터리 모듈 스위칭 소자 제어장치를 추가로 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치 및 방법은 전체 배터리 모듈 내의 FET들을 동시에 오프 제어 하여 대전류 유입으로 인한 FET의 손상을 방지 할 수 있다.

Description

BMS의 FET 제어 장치 및 방법 {Method and Apparatus for controlling FET of BMS}

본 발명은 BMS의 FET 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET을 운용중 발생하는 고장으로부터 안정성을 확보할 수 있는 BMS의 FET 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재 Li-ion을 이용하는 독립운용형 에너지 저장시스템(Standalone Energy Storage System)은 통신 중계기 내에 있는 UPS나 가정용 PV 시스템에 연동되어 사용되고 있다. 이러한 독립운용형 에너지 저장시스템은 배터리 모듈들이 서로 전기적으로 병렬 방식으로 구성되며, 각각의 배터리 모듈은 ID할당을 통해 한 개의 마스터 모듈(Master Module)과 마스터 모듈을 제외한 나머지 모듈들인 복수 개의 슬레이브 모듈(Slave Moudel)모듈들로 구분된다. 여기서 마스터 모듈은 슬레이브 모듈들과 통신을 통해 각 슬레이브 모듈에 대한 데이터들을 취득할 수 있다.

또한, 독립운용형 에너지 저장시스템에 포함된 복수 개의 배터리 모듈들은 각각의 배터리 모듈 내에 BMS(Battery Management System, 이하 BMS)를 가지고 있고, BMS는 FET 등과 같은 전력 스위칭 소자를 제어하여 배터리의 보호 동작을 수행한다. 만약 배터리 모듈 내에 과방전, 과충전, 쇼트 및 과전류와 같은 이상 상태가 발생되면, BMS의 보호 IC는 전력 스위칭 소자인 충전 FET/방전 FET(이하 FET)를 제어하여 이상 상태로부터 BMS 회로 및 배터리를 보호한다.

한편, 종래에 독립운용형 에너지 저장시스템을 구성하는 복수 개의 배터리 모듈 중 과충전/과방전 등과 같은 이상 상태가 발생한 배터리 모듈은 해당 배터리 모듈 내 BMS가 FET를 개별적으로 제어하여 이상 상태로부터 BMS 회로를 보호한다. 이와 같이 종래에 독립운용형 에너지 저장시스템을 구성하는 복수 개의 배터리 모듈이 개별적으로 발생한 이상상태에 대하여 보호 동작을 수행하는 경우, 각 배터리 모듈 간에 보호 동작을 수행하는 동안 시간 차가 발생하게 되어 마지막으로 보호 동작을 수행하는 배터리 모듈의 FET로 배터리 팩에 유입되거나 방출되는 전체 전류가 공급되어 해당 FET의 제어가 불가능해지는 문제가 발생할 수 있다. 즉, FET에 유입된 대전류 값이 FET의 SOA(Safety of Area)영역을 벗어나는 값을 갖는 경우, FET의 고장이 발생되고, 해당 배터리 모듈이 손상되는 문제점이 발생한다.

따라서 독립운용형 에너지 저장용 BMS에 과충전/과방전과 같은 이상 상태가 발생하는 경우, 배터리 모듈의 FET를 오프 동작으로 제어하여도 대전류 유입으로부터 발생하는 손상을 방지할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

KR

2006-0037390

A

본 발명은 독립운용형 에너지 저장시스템을 구성하는 각 배터리 모듈에 과충전/과방전 등과 같은 이상 상태가 발생하는 경우, 배터리 모듈들의 FET를 오프 제어 하여도 마지막에 오프 제어되는 FET가 대전류 유입으로 인하여 손상을 입는 것을 방지할 수 있는 BMS의 FET 제어 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치는, 마스터 배터리 모듈 및 둘 이상의 슬레이브 배터리 모듈들을 포함하여 구성되는 배터리팩에 있어서, 상기 마스터 배터리 모듈은 마스터 배터리 모듈 및 전체 배터리팩의 동작을 제어하는 마스터 BMS와 상기 마스터 BMS의 제어를 받아 마스터 배터리 모듈의 충전 및/또는 방전 전류를 차단하는 스위칭 소자를 포함하여 구성되고, 상기 슬레이브 배터리 모듈들 각각은, 슬레이브 배터리 모듈 각각의 동작을 제어하는 슬레이브 BMS와 상기 슬레이브 BMS의 제어를 받아 슬레이브 배터리 모듈의 충전 및/또는 방전 전류를 차단하는 스위칭 소자를 포함하여 구성되고, 상기 마스터 BMS는 상기 배터리 모듈들에 각각 흐르는 충전 및/또는 방전 전류값에 기반하여 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하는 배터리 모듈 스위칭 소자 제어장치를 포함한다.

또한, 상기 배터리팩의 스위칭 소자 제어장치는 전체 배터리 모듈들로부터 FET 오프에 관한 정보를 전송 받아 오프된 FET의 수량을 산출하는 FET 오프 수량 산출부, 상기 FET 오프 수량 산출부에서 오프된 FET의 수량을 산출 시, 오프 제어가 되지 않은 배터리 모듈들에 흐르는 전류값에 따라 오프되지 않은 전체 FET들의 동시 오프 제어의 필요성을 판단하는 동시 오프 제어 판단부 및 상기 동시 오프 제어 판단부에서 동시 오프 제어가 필요하다고 판단 시, 전체 배터리 모듈들의 FET에 대하여 동시 오프 제어를 수행하는 동시 오프 제어 수행부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 동시 오프 제어 판단부는 상기 FET 오프 수량 산출부에서 산출한 오프된 FET의 수량을 전체 FET 개수에서 뺀 값으로 전체 배터리팩의 전류값을 나누어 배터리 모듈별 전류값을 연산하는 배터리 모듈별 전류값 연산부 및 상기 배터리 모듈별 전류값 연산부에서 연산된 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하여 동시제어가 필요한지 판단하는 배터리 모듈별 정상전류값 판단부를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET제어 방법은 전체 배터리 모듈들에 포함된 FET들 중 오프 상태로 동작하는 FET의 수량을 산출하는 FET 오프 수량 산출단계, 상기 FET 오프 수량 산출단계에서 오프된 FET의 수량을 산출 시, 오프 제어가 되지 않은 배터리모듈들에 흐르는 전류값을 기준으로 오프되지 않은 전체 FET들의 동시 오프 제어가 필요한지 판단하는 동시 오프 제어 필요 판단 단계 및 상기 동시 오프 제어 필요 판단 단계에서 동시 오프 제어를 수행하기로 판단한 경우, 전체 배터리 모듈들의 FET를 동시에 오프 상태로 변환시키는 신호를 전송하여 동시 오프 제어를 수행하는 동시 오프 제어 수행단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 FET 오프 수량 산출 단계는 전체 배터리 모듈들에게 FET 오프 상태 정보를 요청하기 위하여 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호를 생성하는 정보 송신 요청 신호 생성 단계, 정보 송신 요청 신호 생성 단계에서 생성된 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호를 전체 배터리 모듈들로 전송하는 정보 송신 요청 신호 전송 단계, FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호에 대한 응답으로 전체 배터리 모듈들로부터 FET 오프 상태 정보를 수신하는 정보 수신 단계 및 전체 배터리 모듈들로부터 받은 오프 상태 정보를 바탕으로 오프된 FET 수량을 산출하는 FET 오프 수량 연산단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 동시 오프 제어 필요 판단단계는 상기 FET 오프 수량 산출단계에서 산출한 오프된 FET의 수량을 전체 FET 수량에서 제외하고 남은 FET들의 수량으로 전체 배터리팩의 전류값을 나누어 배터리 모듈별 전류값을 연산하는 배터리 모듈별 전류값 연산 단계 및 상기 배터리 모듈별 전류값 연산 단계에서 연산한 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 충전전류/방전전류 제한값(OCCW_TH/ODCW_TH, 이하 제한값)을 초과하는 지를 판단하는 배터리 모듈별 정상전류값 판단 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 동시 오프 제어 수행단계는 마스터 배터리 모듈의 FET를 오프 상태로 변환하는 마스터 배터리 모듈의 FET 동작 제어 수행 단계, 전체 슬레이브 배터리 모듈들에게 보낼 동시 오프 변환 신호를 생성하는 FET 동시 오프 신호 생성 단계, 생성한 FET 동시 오프 신호를 전체 슬레이브 배터리 모듈들로 전송하는 FET 동시 오프 신호 전송 단계 및 전체 슬레이브 배터리 모듈들에서 동시 오프 변환 신호를 받으면 슬레이브 배터리 모듈들의 FET를 동시 오프하는 슬레이브 배터리 모듈들의 FET 동시 오프 수행 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치 및 방법은 전체 배터리 모듈 내의 FET들을 동시에 오프 제어 하여 대전류 유입으로 인한 FET의 손상을 방지 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치 중 동시 오프 제어 판단부의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법의 순서도.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법 중 FET 오프 수량 산출 단계의 순서도.
도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법 중 동시 오프 제어 필요 판단 단계의 순서도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법 중 동시 오프 제어 수행 단계의 순서도.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치를 포함하는 독립형 에너지 저장시스템(300)은 하나의 마스터 배터리 모듈(100)과 복수 개의 슬레이브 배터리 모듈들(200: 200a, 200b, …, 200n)을 포함할 수 있다. 여기서 마스터 배터리 모듈(100)은 복수 개의 슬레이브 배터리 모듈들(200)의 FET 동작을 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 FET 제어 장치는 마스터 배터리 모듈의 BMS에 포함되는 구성으로 형성된다.

또한, 상기 배터리 모듈들은 동일한 구성의 배터리 모듈들로서, 각각에 대하여 ID가 할당되고, 하나의 마스터 배터리 모듈과 나머지의 슬레이브 배터리 모듈들로 구분될 수 있다.

마스터 배터리 모듈(100)의 FET 제어부(110)는 본 발명의 FET 제어 장치로서, FET 오프 수량 산출부(120), 동시 오프 제어 판단부(130) 및 동시 오프 제어 수행부(140)를 포함하여 구성된다.

FET 오프 수량 산출부(120)는 전체 배터리 모듈에 포함된 FET들 중 오프 상태로 동작하는 FET의 수량을 산출할 수 있다.

더욱 상세하게는, FET 오프 수량 산출부(120)는 FET 오프 상태 정보의 송신을 요청하는 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호를 생성하여 전체 배터리 모듈들로 전송할 수 있다. 여기서 FET 오프 상태 정보는 각각의 배터리 모듈 내 과방전/과충전 등과 같은 이상 상태가 발생하는 경우, 각 배터리 모듈을 보호하기 위하여 BMS 내에 FET의 동작 상태가 오프로 된 상태를 나타내는 정보이다.

그 후, FET 오프 수량 산출부(120)는 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호에 대한 응답 신호로서 전체 배터리 모듈로부터 각 배터리 모듈내의 FET 오프 상태 정보를 수신 받을 수 있다.

그리고 FET 제어부(110)는 전체 배터리 모듈로부터 수신 받은 FET 오프 상태에 대한 정보로 FET 오프 개수를 연산하여 오프된 FET의 수량을 산출할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 장치 중 동시 오프 제어 판단부의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 동시 오프 제어 판단부(130)는 배터리 모듈별 전류값 연산부(131)와 배터리 모듈별 정상전류값 판단부(132)를 포함할 수 있다.

배터리 모듈별 전류값 연산부(131)는 실시간으로 충전이나 방전이 차단 제어 되지 않은 배터리 모듈 각각에 유입되는 전류량을 연산한다. 연산방법은, 전체 FET 개수에서 FET 오프수량 산출부(120)에서 산출된 오프수량을 뺀 값으로 전체전류를 나누어 연산한다. 여기서 전체전류(배터리 팩 전류)는 마스터 배터리모듈(100)에서 전체전류를 직접 측정하거나 미리 설정된 전체 전류값 등을 이용한다.

또한, 해당 배터리모듈들의 연결구조는 병렬연결구조로써 전체전류는 배터리 모듈별 전류의 합이다. 그리고 해당 배터리모듈들은 동일 배터리모듈이기 때문에 같은 전류값이 들어가고 각 배터리 모듈에 걸리는 전류 연산을 수행하려면 전체전류 값을 배터리모듈의 수로 나누는 방식으로 처리한다.

배터리 모듈별 정상전류값 판단부(132)는 배터리 모듈별 전류값 연산부(131)에서 연산된 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하는지 판단할 수 있다.

상기 판단 결과, 배터리 모듈별 정상전류값 판단부(132)는 배터리 모듈별 전류값 연산부(131)에서 연산된 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하는 전류값을 가지는 경우, 모든 배터리 모듈 내 FET를 동시에 오프하는 FET 동시 오프 제어가 필요하다고 판단할 수 있다.

동시 오프 제어 수행부(140)는 동시 오프 제어 판단부(130)에서 동시 오프 제어가 필요하다고 판단한 경우, FET 제어부(110)는 순차적으로 마스터 배터리 모듈(100)의 FET를 오프한 후, 전체 슬레이브 배터리모듈들(200)의 FET를 동시 오프하는 명령신호를 생성하고 이를 전체 슬레이브 배터리모듈들(200)에 전송하여 전체 슬레이브 배터리 모듈들의 FET가 동시에 오프될 수 있도록 한다.

2. 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법은 하나의 마스터 배터리 모듈(100)과 복수 개의 슬레이브 배터리 모듈들(200)을 포함하는 독립 운용형 에너지 저장시스템(300)에서 마스터 배터리 모듈(100)의 FET 제어부에서 수행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법의 순서도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마스터 배터리 모듈(100)의 FET 제어부(110)는 전체 배터리 모듈들에 포함된 FET들 중 오프 상태로 동작하는 FET의 수량을 산출하는 FET 오프 수량 산출 단계(S310)를 수행할 수 있다.

더욱 상세하게는, FET 제어부(110)는 도 4에 도시된 단계들을 더 포함하여 FET 오프 수량 산출 단계(S310)를 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법 중 FET 오프 수량 산출 단계의 순서도이다.

도 4를 참조하면, FET 제어부(110)는 전체 배터리 모듈들에게 FET 오프 상태 정보의 송신을 요청하기 위하여 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호를 생성하는 정보 송신 요청 신호 생성 단계(S311)를 수행할 수 있다.

그 후, FET 제어부(110)는 생성된 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호를 전체의 배터리 모듈들로 전송하는 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호 전송 단계(S312)를 수행할 수 있다.

그 후, FET 제어부(110)는 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호에 대한 응답으로 전체 배터리모듈들로부터 각 배터리 모듈의 FET 오프 상태 정보를 수신 받는 정보 수신 단계(S313)를 수행할 수 있다.

그 후, FET 제어부(110)는 전체 배터리 모듈들로부터 수신 받은 FET 오프 상태에 대한 정보로 FET 오프 개수를 연산하여 오프된 FET의 수량을 산출하는 FET 오프 수량 연산 단계(S314)를 수행할 수 있다. 여기서 과방전/과충전 등과 같은 이상 상태는 개별적으로 발생되며 이상 상태가 발생되지 않는 경우, 해당 배터리 모듈들의 BMS에서는 FET 오프 제어가 수행되지 않을 수도 있다. 그러므로 전체 배터리 모듈들의 오프된 FET의 수량이 산출되는 경우에만 다음 동시 오프 제어 필요 판단 단계로 진행한다.

그 후, FET 제어부(110)는 FET 오프 수량 산출 단계(S310)에서 산출한 오프된 FET의 수량으로 전체 배터리모듈에 대하여 동시제어가 필요한 지 판단하는 동시 오프 제어 필요 판단 단계(S320)를 수행할 수 있다. 여기서 동시 오프 제어란 이미 오프된 FET를 제외한 나머지 FET의 상태를 동시에 오프 상태로 변환되도록 제어하는 것이다.

더욱 상세하게는, FET 제어부(110)는 도 5에 도시된 단계들을 더 포함하여 동시 오프 제어 필요 판단 단계(S320)를 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법 중 동시 오프 제어 필요 판단 단계의 순서도이다.

도 5를 참조하면, FET 제어부(110)는 FET 오프 수량 산출 단계(S310)에서 산출한 오프된 FET의 수량(FET가 오프된 배터리 모듈의 수량과 동일)을 제외한 나머지 배터리 모듈의 수량으로 전체전류를 나누어 모듈별 전류값을 연산하는 배터리 모듈별 전류값 연산 단계(S321)을 수행할 수 있다.

그 후, FET 제어부(110)는 배터리 모듈별 전류값 연산 단계(S321)에서 연산한 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하여 배터리 모듈 내 이미 오프된 FET를 제외한 나머지 FET에 대전류가 흘러 FET가 손상됨을 방지 하기 위하여 동시 오프 제어 수행을 판단하는 배터리 모듈별 정상전류값 판단 단계 (S322)를 수행할 수 있다.

FET 제어부(110)는 전체 배터리모듈의 동시 오프 제어가 필요한 경우, 마스터 배터리 모듈의 FET를 오프하고 슬레이브 배터리 모듈들의 FET를 동시에 오프 상태가 되도록 제어하는 동시 오프 제어 단계(S330)를 수행할 수 있다.

더욱 상세하게는, FET 제어부(110)는 도 6에 도시된 단계들을 더 포함하여 동시 오프 제어 수행 단계(S330)를 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS의 FET 제어 방법 중 동시 오프 제어 수행 단계의 순서도이다.

도 6을 참조하면, FET 제어부(110)는 동시 오프 제어가 필요하다고 판단된 경우, 마스터 배터리 모듈 내의 온 상태의 FET를 오프 상태로 변환하는 마스터 배터리 모듈의 FET 동작 제어 수행 단계(S331)를 수행할 수 있다. 만일 마스터 배터리 모듈의 FET 오프 상태 정보 획득 단계(S314)과정에서 이미 마스터 배터리 모듈이 오프되어 있다면 다음 단계로 넘어간다.

그 후, FET 제어부(110) 전체 슬레이브 배터리 모듈들 내에 온 상태의 FET를 오프 상태로 변환하는 FET 동시 오프 신호를 생성하는 슬레이브 배터리 모듈 FET 동시 오프 신호 생성 단계(S332)를 수행할 수 있다.

그 후, FET 제어부(110)는 전체 슬레이브 배터리 모듈들 내에 FET의 동작을 동시에 오프 상태로 변환되도록 생성된 FET 동시 오프 신호를 전체 슬레이브 배터리 모듈로 전송하는 FET 동시 오프 신호 전송 단계(S333)를 수행할 수 있다.

그 후, 슬레이브 배터리 모듈의 BMS들은 FET 동시 오프 신호를 전송 받으면 전체 슬레이브 배터리 모듈들의 FET들을 동시에 오프 상태로 전환시키는 슬레이브 배터리 모듈들의 FET 동시 오프 수행 단계(S334)를 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.

100 : 마스터 배터리 모듈
110 : FET 제어부
120 : FET 오프 수량 측정부
130 : 동시 오프 제어 판단부
131 : 배터리모듈당 전류값 연산부
132 : 배터리모듈당 정상전류값 판단부
140 : 동시 오프 제어 수행부
200 : 슬레이브 배터리 모듈들
300 : 독립형 에너지 저장시스템

Claims

마스터 배터리 모듈 및 둘 이상의 슬레이브 배터리 모듈들을 포함하여 구성되는 배터리팩에 있어서,
상기 마스터 배터리 모듈은 마스터 배터리 모듈 및 전체 배터리팩의 동작을 제어하는 마스터 BMS;
상기 마스터 BMS의 제어를 받아 마스터 배터리 모듈의 충전 및/또는 방전 전류를 차단하는 스위칭 소자; 를 포함하여 구성되고,
상기 슬레이브 배터리 모듈들 각각은, 슬레이브 배터리 모듈 각각의 동작을 제어하는 슬레이브 BMS;
상기 슬레이브 BMS의 제어를 받아 슬레이브 배터리 모듈의 충전 및/또는 방전 전류를 차단하는 스위칭 소자; 를 포함하여 구성되고,
상기 마스터 BMS는,
상기 배터리 모듈들에 각각 흐르는 충전 및/또는 방전 전류값에 기반하여 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하는 배터리 모듈 스위칭 소자 제어장치; 를 추가로 포함하여 구성되고,
상기 배터리 모듈 스위칭 소자 제어 장치는,
전체 배터리 모듈들로부터 오프된 스위칭 소자의 개수를 확인하여 오프되지 않은 스위칭 소자의 개수를 산출하고,
상기 배터리팩의 전체 전류를 오프되지 않은 스위칭 소자의 개수로 나눈 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하면, 오프되지 않은 스위칭 소자들을 동시에 오프 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
배터리팩의 스위칭 소자 제어장치에 있어서,
전체 배터리 모듈들로부터 FET 오프에 관한 정보를 전송 받아 오프된 FET의 수량을 산출하는 FET 오프 수량 산출부;
상기 오프된 FET의 수량으로 오프되지 않은 FET의 개수를 확인하고, 오프되지 않은 FET로부터 오프되지 않은 배터리 모듈들의 개수를 확인하고, 상기 배터리팩의 전체전류를 상기 오프되지 않은 배터리 모듈들의 개수로 나누어 배터리 모듈별 전류값을 계산하고, 상기 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하면 오프되지 않은 전체 FET들의 동시 오프 제어가 필요한 것으로 판단하는 동시 오프 제어 판단부;
상기 동시 오프 제어 판단부에서 동시 오프 제어가 필요하다고 판단 시, 오프되지 않은 FET에 대하여 동시 오프 제어를 수행하는 동시 오프 제어 수행부;
를 포함하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어장치.
청구항 2에 있어서, 상기 동시 오프 제어 판단부는,
상기 FET 오프 수량 산출부에서 산출한 오프된 FET의 수량을 전체 FET 개수에서 뺀 값으로 전체 배터리팩의 전류값을 나누어 배터리 모듈별 전류값을 연산하는 배터리 모듈별 전류값 연산부;
상기 배터리 모듈별 전류값 연산부에서 연산된 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하여 동시제어가 필요한지 판단하는 배터리 모듈별 정상전류값 판단부; 를 포함하고,
상기 오프된 FET는, 각 배터리 모듈별로 개별 이상 상태에 오프된 것을 특징으로 하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어장치.
청구항 2에 있어서,
상기 동시 오프 제어 수행부는,
상기 동시 오프 제어 판단부에서 동시 오프 제어가 필요하다고 판단한 경우, 마스터 배터리 모듈의 FET를 오프한 후, 전체 슬레이브 배터리모듈들의 FET를 동시 오프하는 명령신호를 생성하고 전송하여 전체 슬레이브 배터리 모듈들의 FET가 동시에 오프될 수 있도록 수행하는 것을 특징으로 하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어장치.
청구항 4에 있어서,
마스터 배터리 모듈을 오프 하여 슬레이브 배터리 모듈들에 전류를 재분배시키고 난 후, 슬레이브 배터리 모듈들을 동시 오프 하여 배터리 모듈의 FET를 보호하는 것을 특징으로 하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어장치.
전체 배터리 모듈들에 포함된 FET들 중 오프 상태로 동작하는 FET의 수량을 산출하는 FET 오프 수량 산출단계;
상기 FET 오프 수량 산출단계에서 오프된 FET의 수량을 산출하여 오프되지 않은 FET의 수량을 확인하고, 배터리팩의 전체 전류를 오프되지 않은 FET 의 수량으로 나누어 산출된 오프 제어가 되지 않은 배터리모듈들에 흐르는 전류값을 기준으로 오프되지 않은 전체 FET들의 동시 오프 제어가 필요한지 판단하는 동시 오프 제어 필요 판단 단계;
상기 동시 오프 제어 필요 판단 단계에서 오프되지 않은 배터리모듈들에 흐르는 전류값이 미리 설정된 전류 제한값을 초과하여 동시 오프 제어를 수행하기로 판단한 경우, 오프되지 않은 FET를 동시에 오프 상태로 변환시키는 신호를 전송하여 동시 오프 제어를 수행하는 동시 오프 제어 수행단계;
를 포함하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어 방법.
제6 항에 있어서, 상기 FET 오프 수량 산출 단계는,
전체 배터리 모듈들에게 FET 오프 상태 정보를 요청하기 위하여 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호를 생성하는 정보 송신 요청 신호 생성 단계;
정보 송신 요청 신호 생성 단계에서 생성된 FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호를 전체 배터리 모듈들로 전송하는 정보 송신 요청 신호 전송 단계;
FET 오프 상태 정보 송신 요청 신호에 대한 응답으로 전체 배터리 모듈들로부터 FET 오프 상태 정보를 수신하는 정보 수신 단계;
전체 배터리 모듈들로부터 받은 오프 상태 정보를 바탕으로 오프된 FET 수량을 산출하는 FET 오프 수량 연산단계; 를 포함하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 FET 수량 산출 단계 이전에,
각 배터리 모듈별로 개별 이상 상태인 경우에 FET를 오프상태로 전환하는 단계;를 포함하고,
상기 FET 오프 수량 산출단계는,
전체 배터리 모듈들 내에서 오프된 FET의 수량이 산출되는 경우에만 상기 동시 오프 제어 판단단계로 진행하는 단계를 포함하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어방법.
제6 항에 있어서, 상기 동시 오프 제어 필요 판단 단계는,
상기 FET 오프 수량 산출단계에서 산출된 FET 오프 수량을 전체 FET 수량에서 제외하고 남은 FET들의 수량으로 전체 배터리팩의 전류값을 나누어 배터리 모듈별 전류값을 연산하는 배터리 모듈별 전류값 연산 단계;
상기 배터리 모듈별 전류값 연산 단계에서 연산한 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 제한값을 초과하는 지를 판단하는 배터리 모듈별 정상전류값 판단 단계; 를 포함하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어 방법.
제9 항에 있어서, 상기 배터리 모듈별 정상전류값 판단 단계는,
상기 배터리 모듈별 전류값이 미리 설정된 제한값을 초과하는 경우 오프되지 않은 FET에 대해 동시 오프 제어를 수행하고,
배터리 모듈별 전류값이 제한값을 초과하지 못하는 경우는 다시 FET 오프 수량 산출 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어 방법.
제6 항에 있어서, 상기 동시 오프 제어 수행단계는,
마스터 배터리 모듈의 FET를 오프 상태로 변환하는 마스터 배터리 모듈의 FET 동작 제어 수행 단계;
전체 슬레이브 배터리 모듈들에게 보낼 동시 오프 변환 신호를 생성하는 FET 동시 오프 신호 생성 단계;
생성한 FET 동시 오프 신호를 전체 슬레이브 배터리 모듈들로 전송하는 FET 동시 오프 신호 전송 단계;
전체 슬레이브 배터리 모듈들에서 동시 오프 변환 신호를 받으면 슬레이브 배터리 모듈들의 오프되지 않은 FET를 동시 오프하는 슬레이브 배터리 모듈들의 FET 동시 오프 수행 단계; 를 포함하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어 방법.
제11 항에 있어서, 상기 마스터 배터리 모듈의 FET 동작 제어 수행 단계는,
마스터 배터리 모듈에 직접 FET 오프 상태를 측정하여 획득한 정보에서 FET가 이미 오프된 경우, 이 단계를 생략하고 다음 FET 동작 제어 신호 생성 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 독립운용형 에너지 저장용 BMS의 FET 제어 방법.