KR102405847B1 - 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 모듈들에 구비된 하나 이상의 배터리 셀과 센싱 라인을 통해 연결되어 상기 연결된 배터리 셀 각각의 전압을 센싱하는 하나 이상의 센싱 포트 및 상기 센싱 라인에 연결되면 상기 센싱 라인으로부터 전압을 인가받는 하나 이상의 아이디 할당 포트를 포함하고, 상기 배터리 모듈들 중 대응되는 하나 이상의 배터리 모듈과 연결되는 복수의 슬레이브 컨트롤러들; 및 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들과 각각 연결되고, 상기 슬레이브 컨트롤러로부터 상기 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 전압 정보를 수신하고, 상기 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각에게 정규 아이디를 할당하는 마스터 컨트롤러를 포함한다.

Description

배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩{APPARATUS FOR MANAGING BATTERY AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 하나 이상의 배터리 셀들을 포함하는 복수의 배터리 모듈들을 관리하는 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 통상적으로 서로 직렬 및/또는 병렬로 접속된 복수의 배터리 모듈 및 복수의 슬레이브 컨트롤러를 포함한다. 각 슬레이브 컨트롤러는 자신이 관리하도록 지정된 배터리 모듈의 상태를 모니터링 및 제어한다. 최근에는 대용량이면서 고출력의 배터리 팩이 요구됨에 따라, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 개수 또한 증가하고 있다. 이러한 배터리 팩에 포함된 각 배터리 모듈을 효율적으로 관리하기 위해서, 멀티 슬레이브 구조가 개시되어 있다. 멀티 슬레이브 구조는, 각 배터리 모듈에 설치되는 복수의 슬레이브 컨트롤러와 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러를 전반적으로 관제하는 마스터 컨트롤러를 포함한다.
멀티 슬레이브 구조를 가지는 배터리 팩에 있어서, 마스터 컨트롤러가 복수의 슬레이브 컨트롤러로부터 복수의 배터리 모듈의 상태 정보를 수집하고, 복수의 슬레이브 컨트롤러에게 복수의 배터리 모듈에 대한 제어 명령을 전달하기 위해서는, 각 슬레이브 컨트롤러가 자신이 관리하는 배터리 모듈의 물리적 또는 전기적 위치를 나타내는 아이디를 할당받아야 한다.
종래 기술로서 특허문헌 1에는 복수의 슬레이브 컨트롤러에게 순차적으로 아이디를 할당하는 배터리 아이디 설정 시스템 및 그 구동 방법이 개시되었다.
이러한 종래 기술은 주로 마스터 컨트롤러와 슬레이브 컨트롤러들이 유선으로 연결된 것을 전제로 한다. 즉, 특허문헌 1의 경우, 마스터 컨트롤러와 슬레이브 컨트롤러들이 유선으로 연결된 상태에서, 배터리 전위차를 고려하여 다수의 배터리의 상대 아이디가 다수의 배터리의 하드웨어적인 위치 순서대로 설정되는 구성을 개시하고 있을 뿐이다.
그러나, 이처럼 마스터 컨트롤러와 슬레이브 컨트롤러가 유선으로 연결되는 경우, 전선의 단선 등의 우려가 존재하고 구조가 복잡해지며, 제조가 어렵고 공간의 제약이 크다는 등의 문제가 있다. 이러한 여러 문제 등을 해소하고자 최근에는 마스터 컨트롤러와 슬레이브 컨트롤러를 무선으로 연결하는 구성이 제안되고 있다. 하지만, 종래 유선으로 연결된 경우와 달리 무선으로 연결되는 경우, 마스터 컨트롤러와 슬레이브 컨트롤러 사이의 연결 라인이 없으므로 종래의 아이디 할당 방식이 그대로 적용되기 어렵다는 문제가 있다.
KR 10-1156342 B1
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 슬레이브 컨트롤러들에게 아이디(Identification, ID)를 효과적으로 할당하는 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 측면 및 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 복수의 배터리 모듈들에 구비된 하나 이상의 배터리 셀과 센싱 라인을 통해 연결되어 상기 연결된 배터리 셀 각각의 전압을 센싱하는 하나 이상의 센싱 포트 및 상기 센싱 라인에 연결되면 상기 센싱 라인으로부터 전압을 인가받는 하나 이상의 아이디 할당 포트를 포함하고, 상기 배터리 모듈들 중 대응되는 하나 이상의 배터리 모듈과 연결되는 복수의 슬레이브 컨트롤러들; 및 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들과 각각 연결되고, 상기 슬레이브 컨트롤러로부터 상기 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 전압 정보를 수신하고, 상기 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각에게 정규 아이디를 할당하는 마스터 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 아이디 할당 포트는, 상기 센싱 라인로부터 분기된 라인과 선택적으로 연결되고, 상기 선택적으로 연결된 분기된 라인을 통해서 상기 전압을 인가 받도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은, 각각에 포함된 아이디 할당 포트 중 각 슬레이브 컨트롤러마다 서로 다르게 설정된 특정 아이디 할당 포트만이 상기 센싱 라인에 전기적으로 연결되도록 구성 될 수 있다.
상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은, 상기 센싱 라인에 전기적으로 연결된 특정 아이디 할당 포트에 관한 정보를 이진수 표현으로 상기 마스터 컨트롤러에 전송하도록 구성 될 수 있다.
상기 센싱 포트는, 각 슬레이브 컨트롤러마다 복수 구비되어 복수의 센싱 라인에 연결될 수 있다.
상기 특정 아이디 할당 포트는, 상기 복수의 센싱 라인 중 특정 센싱 라인으로부터 분기된 라인과 연결되도록 구성 될 수 있다.
상기 특정 아이디 할당 포트는, 특정 센싱 라인으로부터 분기된 라인과 일대일로 연결되도록 구성 될 수 있다.
상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은, 적어도 log2N 이상의 최소 정수 개의 아이디 할당 포트를 포함하도록 구성되고, 여기서 N은 상기 배터리 팩에 포함된 전체 배터리 모듈의 개수일 수 있다.
상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은, 상기 아이디 할당 포트의 배치된 순서에 기반하여, 상기 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 전압 정보를 생성하고, 상기 생성된 전압 정보 및 미리 저장된 임시 아이디를 상기 마스터 컨트롤러에게 전송하도록 구성 될 수 있다.
상기 마스터 컨트롤러는, 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각으로부터, 상기 생성된 전압 정보 및 임시 아이디를 수신하고, 기저장된 정규 아이디 할당 테이블에 기반하여, 상기 수신한 전압 정보에 대응되는 정규 아이디를 생성하며, 상기 수신한 임시 아이디와 생성된 정규 아이디를 일대일로 대응시켜 포함하는 데이터 쌍을 생성하도록 구성 될 수 있다.
상기 마스터 컨트롤러는, 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각에 대해 생성된 데이터 쌍을 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 전부에게 전송하도록 구성 될 수 있다.
상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은, 상기 데이터 쌍을 수신하고, 수신한 데이터 쌍 중 상기 미리 저장된 임시 아이디를 포함하는 데이터 쌍을 선택하고, 임시 아이디를 선택된 데이터 쌍에 포함된 정규 아이디로 갱신하도록 구성 될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 자동차는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 관리 장치에 복수의 슬레이브 컨트롤러가 포함된 경우, 각 슬레이브 컨트롤러의 아이디가 효과적으로 할당될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 슬레이브 컨트롤러들과 마스터 컨트롤러가 무선으로 연결된 경우, 보다 효과적으로 적용될 수 있다. 더욱이, 본원발명의 경우, 마스터 컨트롤러에게 슬레이브 컨트롤러들이 배치된 위치에 대한 정보가 미리 입력되지 않은 환경에서도 슬레이브 컨트롤러들 각각에게 아이디가 할당될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀들의 전압 센싱 구성을 이용하여 슬레이브 컨트롤러들의 아이디가 할당될 수 있다. 따라서, 아이디 할당을 위한 구성이 복잡하지 않고, 보다 신속하게 아이디가 할당될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용이나 특허청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 하나의 슬레이브 컨트롤러에 포함된 아이디 할당 포트와 센싱 라인의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 하나의 슬레이브 컨트롤러가 하나의 배터리 모듈에 연결된 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 하나의 슬레이브 컨트롤러가 하나의 배터리 모듈에 연결된 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 복수의 슬레이브 컨트롤러가 복수의 배터리 모듈에 연결된 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 슬레이브 컨트롤러의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 마스터 컨트롤러의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 무선으로 연결된 슬레이브 컨트롤러와 마스터 컨트롤러의 예시를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(1000)은 배터리 모듈(10) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 배터리 팩(1000)에 둘 이상이 포함될 수 있다. 그리고, 배터리 모듈(10) 각각은 하나 이상의 배터리 셀(11)을 포함할 수 있다. 다만, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 하나의 배터리 모듈이 하나의 배터리 모듈에만 포함된 형태가 도시되도록 한다.
여기서, 배터리 셀(11)은 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로서, 예컨대, 리튬금속전지, 리튬이온전지(LIB), 리튬이온고분자전지(LIPB) 또는 리튬고분자전지(LPB) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(1000)을 관리할 수 있다. 특히, 배터리 관리 장치(100)는 복수의 배터리 모듈(10)이 포함된 배터리 팩(1000)을 관리하기 위해, 슬레이브 컨트롤러(110) 및 마스터 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다.
슬레이브 컨트롤러(110)는 그와 연결된 배터리 모듈(10)의 상태를 모니터링 및 제어할 수 있다. 슬레이브 컨트롤러(100)는, 슬레이브 BMS(Battery Management System), 서브 BMS 또는 CMC(Cell Module Controller) 등으로 표현될 수도 있다.
마스터 컨트롤러(120)는 연결된 슬레이브 컨트롤러(110)에게 정규 아이디를 할당하고, 연결된 슬레이브 컨트롤러(110)를 통해서 배터리 모듈(10)의 상태를 모니터링 및 제어하는 것으로, 예컨대, 마스터 BMS 또는 메인 BMS 등으로 표현될 수 있다.
특히, 배터리 팩(1000)에 복수의 배터리 모듈(10)이 포함된 경우, 슬레이브 컨트롤러(110)는 각 배터리 모듈(10)을 관리 및 제어하기 위해, 배터리 관리 장치(100)에 복수 포함될 수 있다. 이 경우, 슬레이브 컨트롤러(110)는 하나 이상의 배터리 모듈(10)에 대응되어 연결될 수 있다. 예컨대, 배터리 관리 장치에 제1 슬레이브 컨트롤러, 제2 슬레이브 컨트롤러, ??, 제n 슬레이브 컨트롤러가 포함되고, 배터리 팩에 제1 배터리 모듈, 제2 배터리 모듈, ??, 제n 배터리 모듈이 포함될 수 있다. 이때, 각각의 슬레이브 컨트롤러는 각각의 배터리 모듈에 일대일로 대응하여 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1000)에 4개의 배터리 모듈(M1, M2, M3 및 M4)이 포함된 경우, 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)는 제1 배터리 모듈(M1)과 연결되고, 제2 슬레이브 컨트롤러(SC2)는 제2 배터리 모듈(M2)과 연결되고, 제3 슬레이브 컨트롤러(SC3)는 제3 배터리 모듈(M3)과 연결되고, 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4)는 제4 배터리 모듈(M4)과 연결될 수 있다. 그리고, 각 슬레이브 컨트롤러는, 각각 대응하여 연결된 배터리 모듈을 모니터링, 관리 및 제어할 수 있다. 이러한 슬레이브 컨트롤러의 배터리 모듈에 대한 모니터링, 관리 및 제어 등의 동작에 대해서는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 동작들이 채용될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명을 생략하고 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
슬레이브 컨트롤러(110)는 하나 이상의 센싱 포트 및 하나 이상의 아이디 할당 포트를 포함할 수 있다.
여기서, 센싱 포트는 배터리 모듈(10)에 구비된 배터리 셀(11)과 센싱 라인을 통해 연결될 수 있다. 그리고, 센싱 포트는 센싱 라인을 통해 연결된 배터리 모듈(10)의 배터리 셀(11)들 각각의 전압을 센싱할 수 있다. 이때, 센싱 라인은 예컨대, 도선으로서, 일단이 배터리 모듈(10)에 구비된 각 배터리 셀(11)의 단자에 연결되고, 타단이 센싱 포트에 연결될 수 있다. 그리고, 슬레이브 컨트롤러는 이와 같이 센싱 라인이 연결된 센싱 포트 사이의 전위차를 이용하여 대응 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀(11)들 각각의 전압을 측정할 수 있다.
상기 아이디 할당 포트는, 센싱 라인에 연결될 수 있다. 그리고, 이와 같이 센싱 라인에 연결되는 경우, 아이디 할당 포트는 센싱 라인으로부터 전압을 인가받을 수 있다. 이에 대해서는, 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 하나의 슬레이브 컨트롤러에 포함된 아이디 할당 포트와 센싱 라인의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 하나의 슬레이브 컨트롤러(110)는, 복수의 센싱 포트(SP1, SP2, SP3 및 SP4)를 구비할 수 있다. 그리고, 슬레이브 컨트롤러(110)는, 하나의 배터리 모듈에 복수의 센싱 포트(SP1, SP2, SP3 및 SP4) 및 복수의 센싱 라인(SL1, SL2, SL3 및 SL4)을 통해 연결될 수 있다.
또한, 각각의 슬레이브 컨트롤러(110)에는 복수의 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2, IP3 및 IP4)가 포함될 수 있다. 이 경우, 적어도 일부 슬레이브 컨트롤러(110)에서, 아이디 할당 포트는 적어도 일부가 센싱 라인에 연결될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 슬레이브 컨트롤러(110)에 4개의 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)가 포함된 경우, 그 중 2개의 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2)가 4개의 센싱 라인(SL1, SL2, SL3 및 SL4) 중 2개의 센싱 라인(SL1 및 SL2)에 각각 연결될 수 있다.
이 경우, 아이디 할당 포트는 센싱 라인으로부터 전압을 인가받을 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성에서, 2개의 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2)는 2개의 센싱 라인(SL1 및 SL2)으로부터 전압을 인가받을 수 있다.
이처럼, 아이디 할당 포트들은 센싱 라인으로부터 분기된 분기 라인과 선택적으로 연결되고, 선택적으로 연결된 분기 라인을 통해서 전압을 인가 받을 수 있다.
마스터 컨트롤러(120)는 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)와 연결될 수 있다. 예컨대, 마스터 컨트롤러(120)는 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
또한, 마스터 컨트롤러(120)는 슬레이브 컨트롤러(110)로부터 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다. 예컨대, 도 2의 구성에서, 슬레이브 컨트롤러(110)의 2개의 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2)는 2개의 센싱 라인(SL1 및 SL2)에 연결되어 전압을 인가받을 수 있다. 이때, 아이디 할당 포트에 전압이 인가된 경우와 그렇지 않은 경우를 각각 1과 0으로 표시할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 컨트롤러(110)는 2개의 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2)에 전압이 인가되고, 나머지 2개의 아이디 할당 포트(IP3 및 IP4)에 전압이 인가되지 않았으므로, 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)에 인가된 전압에 대한 정보를 우측 자리부터 순서대로 표현하여, 전압 정보로 0011를 생성할 수 있다. 즉, 제1 아이디 할당 포트(IP1)가 20자리에 대응되고, 제2 아이디 할당 포트(IP2)가 21자리에 대응되고, 제3 아이디 할당 포트(IP3)가 22자리에 대응되고, 제4 아이디 할당 포트(IP4)가 23자리에 대응될 수 있다. 이를 2진수 비트 표현으로 설명하면, 제1 아이디 할당 포트(IP1)가 최하위 비트(least significant bit, LSB)에 대응되고, 제4 아이디 할당 포트(IP4)가 최상위 비트(most significant bit, MSB)에 대응될 수 있다.
그리고, 슬레이브 컨트롤러(110)는 이와 같이 생성된 아이디 할당 포트의 인가 전압 정보(0011)를 마스터 컨트롤러(120)에 송신할 수 있다. 그러면, 마스터 컨트롤러(120)는 슬레이브 컨트롤러(110)로부터 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다
마스터 컨트롤러(120)는 이와 같이 각 슬레이브 컨트롤러(110)로부터 수신한 전압에 대한 정보에 기반하여 복수의 슬레이브 컨트롤러(110) 각각에게 정규 아이디를 할당할 수 있다.
예를 들어, 도 1의 실시예에서, 마스터 컨트롤러(120)는 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1), 제2 슬레이브 컨트롤러(SC2), 제3 슬레이브 컨트롤러(SC3) 및 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4) 각각으로부터, 각 슬레이브 컨트롤러의 아이디 할당 포트에 인가된 전압 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 이와 같이 수신된 결과를 바탕으로, 마스터 컨트롤러(120)는, 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1), 제2 슬레이브 컨트롤러(SC2), 제3 슬레이브 컨트롤러(SC3) 및 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4)의 정규 아이디를 S1, S2, S3 및 S4로 각각 할당할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 따르면, 마스터 컨트롤러(120)에게 슬레이브 컨트롤러(110)가 배치된 위치에 대한 정보가 미리 입력되지 않은 환경에서도 슬레이브 컨트롤러(110)의 아이디가 효과적으로 할당될 수 있다. 즉, 본 발명의 경우, 슬레이브 컨트롤러의 물리적 위치나 배치와 관계 없이, 마스터 컨트롤러는 슬레이브 컨트롤러의 아이디 할당 포트에 인가된 전압을 기초로 간단하면서도 신속하게 여러 슬레이브 컨트롤러의 아이디를 할당할 수 있다. 이 경우, 각 슬레이브 컨트롤러는, 임시 아이디 등 자신의 식별 정보와 함께 아이디 할당 포트에 인가된 전압 정보만을 마스터 컨트롤러에 전송하면 되므로, 이를 위한 처리 성능이나 데이터 용량 등을 크게 필요로 하지 않으며, 통신 용량 또한 작아질 수 있다. 더욱이, 본원발명에서, 아이디가 할당되기 위한 기초 정보인 아이디 할당 포트에 인가된 전압은 센싱 라인으로부터 공급받을 수 있다. 따라서, 아이디를 할당받기 위해 아이디 할당 포트로 전압을 인가하기 위한 별도의 전압 공급원이 필요 없다.
바람직하게는, 아이디 할당 포트들은 센싱 라인으로부터 분기된 분기 라인과 선택적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 2를 참조하면, 아이디 할당 포트들(IP1, IP2, IP3 및 IP4) 중 2개의 아이디 할당 포트들(IP1 및 IP2)은 센싱 라인(SL1 및 SL2)으로부터 각각 분기된 분기 라인(DL1 및 DL2)에 각각 연결될 수 있다.
이처럼, 분기 라인과 연결된 아이디 할당 포트들은 분기 라인을 통해서 전압을 인가받을 수 있다. 예컨대, 제1 분기 라인(DL1)에 연결된 제1 아이디 할당 포트(IP1)는 제1 센싱 라인(SL1)에 연결되었으므로, 제1 센싱 라인(SL1) 및 제1 분기 라인(DL1)을 통해서 전압을 인가받을 수 있다. 마찬가지로, 제2 분기 라인(DL2)에 연결된 제2 아이디 할당 포트(IP2)는 제2 센싱 라인(SL2)에 연결되었으므로, 제2 센싱 라인(SL2) 및 제2 분기 라인(DL2)을 통해서 전압을 인가받을 수 있다. 분기 라인(DL1 및 DL2)에 연결되지 않은 아이디 할당 포트들(IP3 및 IP4)은 전압을 인가받을 수 없다.
본원발명의 이러한 구성에 의하면, 간단한 회로 구성, 이를테면 간단한 신호 라인의 연결을 통해, 아이디 할당 포트로 센싱 전원이 공급되는 구성이 구현될 수 있다.
또한 바람직하게는, 슬레이브 컨트롤러(110)는 각각에 포함된 아이디 할당 포트 중 특정 아이디 할당 포트만이 센싱 라인에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 여기서, 특정 아이디 할당 포트는 슬레이브 컨트롤러(110)와 연결된 배터리 모듈(10)의 순번 정보에 따라 설정된 위치에 배치된 아이디 할당 포트를 포함할 수 있다. 특히, 배터리 모듈에 포함된 모든 슬레이브 컨트롤러는, 센싱 라인에 대한 아이디 할당 포트의 전기적 연결 구성이 서로 다르게 구성될 수 있다.
즉, 복수의 슬레이브 컨트롤러는 아이디 할당 포트 중 특정 아이디 할당 포트만이 센싱 라인에 전기적으로 연결될 수 있는데, 이때 특정 아이디 할당 포트는, 각 슬레이브 컨트롤러들마다 서로 다르게 설정될 수 있다.
본 발명에 의하면, 마스터 컨트롤러(120)는 특정 아이디 할당 포트에 인가되는 전압 정보에 기반하여 배터리 모듈(10) 각각에 대한 위치 정보를 용이하게 추정할 수 있다. 즉, 아이디 할당 포트의 센싱 라인에 대한 연결 구성만으로도, 간단하게 복수의 슬레이브 컨트롤러 각각에 대한 식별이 용이하게 이루어질 수 있다.
구체적으로, 복수의 슬레이브 컨트롤러들은, 센싱 라인에 전기적으로 연결된 아이디 할당 포트에 관한 정보를 이진수 표현으로 마스터 컨트롤러에 전송할 수 있다. 즉, 센싱 라인에 연결된 특정 아이디 할당 포트는 각 슬레이브 컨트롤러의 식별 정보를 이진수 표현으로 나타낼 수 있다. 특히, 센싱 라인에 전기적으로 연결된 특정 아이디 할당 포트에 대해서는 1로 선택되고, 센싱 라인에 전기적으로 연결되지 않은 다른 아이디 할당 포트에 대해서는 0으로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 슬레이브 컨트롤러의 경우, 제1 아이디 할당 포트(IP1) 및 제2 아이디 할당 포트(IP2)는, 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)에 각각 연결되어, 1로 표시될 수 있다. 반면, 도 2의 구성에서, 제3 아이디 할당 포트(IP3) 및 제4 아이디 할당 포트(IP4)는, 센싱 라인에 연결되지 않으므로, 0으로 표시될 수 있다. 그리고, 슬레이브 컨트롤러는, 이와 같이 다수의 아이디 할당 포트 각각에 대하여 선택된 정보(1 또는 0)를 통해, 어느 아이디 할당 포트가 센싱 라인에 연결되어 있는지를 식별할 수 있다.
특히, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)는 각 아이디 할당 포트의 순서 정보를 동일하게 설정할 수 있다. 그리고, 각 슬레이브 컨트롤러(110)는 각 아이디 할당 포트의 동일하게 설정된 순서대로 1 또는 0을 표시하여, 마스터 컨트롤러(120)로 전달할 수 있다.
예컨대, 도 1 및 2를 참조하면, 제1 내지 제4 슬레이브 컨트롤러(SC1, SC2, SC3 및 SC4) 각각에는 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)가 동일한 위치에 배치된 형태로 포함될 수 있다. 그리고, 제1 내지 제4 슬레이브 컨트롤러(SC1, SC2, SC3 및 SC4)는, 4개의 아이디 할당 포트에 대한 전압 인가 정보를 순서대로 마스터 컨트롤러에 전송할 수 있다.
본원발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 아이디 할당 포트의 센싱 라인 연결 구성을 통해 각 슬레이브 컨트롤러의 식별 정보가 용이하게 설정될 수 있다. 즉, 슬레이브 컨트롤러(110) 각각은 복수의 아이디 할당 포트 각각에 대하여 센싱 전압이 인가되었는지 여부에 따라 1 또는 0을 선택함으로써, 아이디 할당 포트 각각의 식별 정보를 간단하게 설정하고, 관련 정보를 마스터 컨트롤러(120)로 쉽게 전달할 수 있다.
더욱이, 각 슬레이브 컨트롤러(110)에 대한 아이디 할당 포트는, 대응하여 연결된 배터리 모듈의 순번 정보에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)는 제1 배터리 모듈(M1)에 연결되고, 제2 슬레이브 컨트롤러(SC2)는 제2 배터리 모듈(M2)에 연결되며, 제3 슬레이브 컨트롤러(SC3)는 제3 배터리 모듈(M3)에 연결되고, 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4)는 제4 배터리 모듈(M4)에 연결될 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 배터리 모듈(M1~M4)의 순번 정보를, 0~3이라 가정한다. 여기서, 순번 정보란 배터리 팩 내에서 배터리 모듈의 물리적 위치를 순서대로 나타낸 정보일 수 있다. 이러한 구성에서, 각 배터리 모듈의 순번 정보인 0, 1, 2, 3은 소정 자릿수를 가진 이진수로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 각 순번 정보를 4자리의 이진수로서 표현하는 경우, 0의 순번 정보를 갖는 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)는 0000, 1의 순번 정보를 갖는 제2 슬레이브 컨트롤러(SC2) 0001로 표시될 수 있다. 또한, 2의 순번 정보를 갖는 제3 슬레이브 컨트롤러(SC3)는 0010, 3의 순번 정보를 갖는 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4)는 0011로 표시될 수 있다. 여기서는 4자리의 자릿수를 갖는 이진수를 표현하였으나, 자릿수는 배터리 팩(1000)에 포함된 배터리 모듈(10)의 총 수에 따라 많아지거나 적어질 수 있다.
본원발명의 이러한 구성에 의하면, 각 슬레이브 컨트롤러(110)의 아이디 할당 포트 각각으로부터 얻어진 이진수 정보만으로도 배터리 모듈(10)의 순번 정보에 대한 파악이 용이하다. 즉, 마스터 컨트롤러(120)는 각 슬레이브 컨트롤러(110)로부터 각각의 아이디 할당 포트에 대응되는 이진수 정보에 따라, 각 슬레이브 컨트롤러(110)에 대응되는 배터리 모듈의 순번 정보를 파악할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 마스터 컨트롤러(120)는 각 슬레이브 컨트롤러(110)에 대한 식별 정보를 기초로, 대응되는 배터리 모듈(10)의 물리적 위치를 파악하여 사용자에게 제공할 수 있다. 이 경우, 사용자는 특정 배터리 모듈의 위치를 쉽게 파악하고, 적절하고 신속한 처리를 수행할 수 있다.
여기서, 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)의 경우, 그에 포함된 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)에는 특정 아이디 할당 포트, 즉 센싱 전압이 인가되는 아이디 할당 포트가 전혀 포함되지 않을 수 있다.
다음으로, 제2 슬레이브 컨트롤러(SC2)의 경우, 그에 포함된 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4) 중 제1 아이디 할당 포트(IP1)만이 특정 아이디 할당 포트에 포함될 수 있다.
또한, 제3 슬레이브 컨트롤러(SC3)의 경우, 그에 포함된 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4) 중 제2 아이디 할당 포트(IP2)만이 특정 아이디 할당 포트에 포함될 수 있다.
그리고, 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4)에 포함된 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4) 중 제1 및 제2 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2)만이 특정 아이디 할당 포트에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 이러한 실시예에 따르면 배터리 모듈(10)의 순번 정보에 기반한 이진수 표현에서 1의 값이 포함된 자리에 대응되는 위치에 배치된 아이디 할당 포트만을 센싱 라인에 연결되도록 구성된다. 따라서 슬레이브 컨트롤러(110)에 포함되는 아이디 할당 포트의 개수를 최소화여 슬레이브 컨트롤러(110) 설계를 간소화할 수 있다.
또한 바람직하게는, 센싱 포트는 각 슬레이브 컨트롤러(110)마다 복수 구비되어, 복수의 센싱 라인에 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2를 참조하면, 센싱 포트(SP1, SP2, SP3 및 SP4)는 슬레이브 컨트롤러(110)마다 복수 구비되고, 각각의 센싱 포트(SP1, SP2, SP3 및 SP4)는 복수의 센싱 라인(SL1, SL2, SL3 및 SL4)에 연결될 수 있다.
여기서, 특정 아이디 할당 포트는, 복수의 센싱 라인 중 특정 센싱 라인으로부터 분기된 분기 라인과 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 슬레이브 컨트롤러 각각에 있어서, 특정 아이디 할당 포트는 각자가 속한 슬레이브 컨트롤러(110)와 연결된 배터리 모듈(10)의 순번 정보에 따라 특정 센싱 라인으로부터 분기된 분기 라인과 연결될 수 있다.
즉, 배터리 모듈(10)의 순번 정보에 따라 선택된 특정 아이디 할당 포트에 선택적으로 분기 라인을 연결함으로써, 슬레이브 컨트롤러(110)에 연결된 배터리 모듈(10)의 순번 정보를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 하나의 슬레이브 컨트롤러가 하나의 배터리 모듈에 연결된 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 도 1의 구성에서 제4 배터리 모듈(M4)과 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4)의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이라 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제4 배터리 모듈(M4)은 제1 내지 제4 배터리 셀(C1, C2, C3 및 C4)을 포함할 수 있다. 제1 배터리 셀(C1)은 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 제1 센싱 포트(SP1)와 연결되고, 제2 배터리 셀(C2)은 제2 센싱 라인(SL3)을 통해 제2 센싱 포트(SP2)와 연결될 수 있다. 그리고, 제3 배터리 셀(C3)은 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 제3 센싱 포트(SP3)와 연결되고, 제4 배터리 셀(C4)은 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제4 센싱 포트(SP4)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 배터리 셀의 양극단자는 센싱 라인을 통해 센싱 포트와 연결될 수 있다.
여기서, 제4 배터리 모듈(M4)의 순번 정보에 따라 제1 및 제2 배터리 셀(C1 및 C2)이 특정 배터리 셀로 선택될 수 있는데, 이 경우, 제1 배터리 셀(C1)에 연결된 제1 센싱 라인(SL1)으로부터 분기된 제1 분기 라인(DL1)에 제1 및 제2 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2)가 연결될 수 있다. 따라서 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 제1 배터리 셀(C1)로부터 제1 센싱 포트(SP1)로 전압이 인가될 때, 제1 및 제2 아이디 할당 포트(IP1 및 IP2)는 제1 분기 라인(DL1)을 통해서 전압을 인가받을 수 있다.
이 때, 바람직하게는 특정 아이디 할당 포트는 특정 배터리 셀에 연결된 센싱 라인으로부터 분기된 분기 라인과 일대일로 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 하나의 슬레이브 컨트롤러가 하나의 배터리 모듈에 연결된 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로 도 4는 도 1의 구성에서 제4 배터리 모듈(M4)과 제4 슬레이브 컨트롤러(SC4)의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이라 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제4 배터리 모듈(M4)의 순번 정보에 따라 제1 및 제2 배터리 셀(C1 및 C2)이 특정 배터리 셀로 선택될 수 있다. 그리고, 제1 배터리 셀(C1)에 연결된 제1 센싱 라인(SL1)으로부터 분기된 제1 분기 라인(DL1)에 제1 아이디 할당 포트(IP1)가 연결될 수 있다. 또한, 제2 배터리 셀(C2)에 연결된 제2 센싱 라인(SL2)으로부터 분기된 제2 분기 라인(DL2)에 제2 아이디 할당 포트(IP2)가 연결될 수 있다. 따라서 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 제1 배터리 셀(C1)로부터 제1 센싱 포트(SP1)로 전압이 인가될 때, 제1 아이디 할당 포트(IP1)는 제1 분기 라인(DL1)을 통해서 전압을 인가받을 수 있다. 그리고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제2 배터리 셀(C2)로부터 제2 센싱 포트(SP2)로 전압이 인가될 때, 제2 아이디 할당 포트(IP2)는 제2 분기 라인(DL2)을 통해서 전압을 인가받을 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 분기 라인에 하나의 아이디 할당 포트를 연결함으로써, 센싱 라인의 분기를 최소화할 수 있다. 따라서, 하나의 분기점에서 3개 이상의 라인으로 분기됨으로 인해 회로가 복잡해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 특정 아이디 할당 포트와 분기 라인이 일대일로 연결되기 때문에, 센싱 라인 또는 분기 라인의 단선과 같은 예상치 못한 문제가 발생하더라도 피해가 최소화될 수 있다. 또한, 하나의 센싱 라인에서 하나의 아이디 할당 포트로만 전압이 분기하여 인가되므로, 센싱 포트나 아이디 할당 포트로 흐르는 전류가 감소되는 문제를 방지하거나 최소화할 수 있다. 그러므로, 이 경우 포트로 인가되는 전류 감소로 인해, 센싱이 제대로 이루어지지 않거나 아이디 할당이 제대로 이루어지지 않는 문제가 예방될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들은 적어도 log2N 이상의 최소 정수 개의 아이디 할당 포트를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서 N은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)에 포함된 전체 배터리 모듈(10)의 개수일 수 있다.
즉, 배터리 모듈(10)의 순번 정보에 따른 이진수 표현에 기반하여 특정 아이디 할당 포트를 선택하기 위하여, 슬레이브 컨트롤러(110)는 log2N 이상의 정수에 대응하는 개수의 아이디 할당 포트를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 팩(1000)에 포함된 전체 배터리 모듈(10)이 9 내지 16개이면, log2N은 3 초과 4 이하인 값이 된다. 따라서, 이 경우, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각에는 적어도 4개 이상의 아이디 할당 포트가 포함될 수 있다.
특히, 복수의 슬레이브 컨트롤러에는, log2N 이상의 최소 정수 개의 아이디 할당 포트를 포함하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 복수의 슬레이브 컨트롤러가 복수의 배터리 모듈에 연결된 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩(1000)에는 총 16개의 배터리 모듈(10)이 포함된다. 따라서, 이 경우, N=16이 되며, log2N은 log216으로 4이다. 따라서, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110) 각각에는, 총 4개 이상, 특히 4개의 아이디 할당 포트가 구비될 수 있다. 즉, 도 5의 구성에서, 각 슬레이브 컨트롤러(110)에는 4개의 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)가 포함될 수 있다. 이처럼, 4개의 아이디 할당 포트가 포함되면, 16개의 배터리 모듈 각각을 식별할 수 있다. 예를 들어, 제16 배터리 모듈(M16)의 순번 정보는 15일 수 있는데, 15를 이진수로 표현하기 위해서는 4개의 자릿수가 필요하다. 따라서 각 슬레이브 컨트롤러(110)에는 4개의 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)가 포함될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 아이디 할당 포트의 포함 개수를 최소로 하면서도 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)에 대한 식별이 가능할 수 있다. 슬레이브 컨트롤러(110)에는 연결된 배터리 모듈(10)의 순번 정보에 따라 표현되는 이진수의 자릿수에 대응되는 수의 아이디 할당 포트가 포함되기 때문에, 최소 개의 아이디 할당 포트를 이용하여 슬레이브 컨트롤러(110)에 연결된 배터리 모듈(10)의 순번 정보 즉, 배치 위치가 추정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들은 아이디 할당 포트가 배치된 순서에 기반하여 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 정보를 생성할 수 있다.
예컨대, 도 5를 참조하면, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들은 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)가 배치된 순서에 따라 각 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)에 전압이 인가되었는지를 판단하고, 인가된 전압에 대한 정보를 생성할 수 있다.
제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)에 포함된 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)는 모두 센싱 라인(SL1, SL2, SL3 및 SL4)과 연결되지 않았으므로, 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)는 인가된 전압에 대한 정보로 0000을 생성할 수 있다.
마찬가지로, 제13 슬레이브 컨트롤러(SC13)에 포함된 제3 아이디 할당 포트(IP3)는 제3 센싱 라인(SL3)으로부터 분기된 제3 분기 라인(DL3)과 연결되고, 제4 아이디 할당 포트(IP4)는 제4 센싱 라인(SL4)으로부터 분기된 제4 분기 라인(DL4)과 연결될 수 있다. 제13 슬레이브 컨트롤러(SC13)는 전압이 인가된 제3 아이디 할당 포트(IP3) 및 제4 아이디 할당 포트(IP4)를 1로 표현하고, 전압이 인가되지 않은 제1 아이디 할당 포트(IP1) 및 제2 아이디 할당 포트(IP2)를 0으로 표현할 수 있다. 따라서 제13 슬레이브 컨트롤러(SC13)는 제1 아이디 할당 포트(IP1)를 이진수의 가장 오른쪽에 표현하고, 제4 아이디 할당 포트(IP4)를 이진수의 가장 왼쪽에 표현하여, 인가된 전압에 대한 정보로 1100을 생성할 수 있다.
마찬가지로, 제16 슬레이브 컨트롤러(SC16)에 포함된 제1 내지 제4 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4)는 각각 제1 내지 제4 분기 라인(DL1, DL2, DL3 및 DL4)에 연결될 수 있다. 제1 내지 제4 아이디 할당 포트(IP1, IP2, IP3 및 IP4) 가 제1 내지 제4 분기 라인(DL1, DL2, DL3 및 DL4)로부터 각각 전압을 인가받으면, 제16 슬레이브 컨트롤러(SC16)는 인가된 전압에 대한 정보로 1111을 생성할 수 있다.
복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각은 생성한 전압 정보 및 미리 저장된 임시 아이디를 마스터 컨트롤러(120)에게 전송할 수 있다. 즉, 각 슬레이브 컨트롤러(110)는 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 전압 정보를 생성하고, 미리 저장된 임시 아이디와 생성한 전압 정보를 마스터 컨트롤러(120)에게 전송할 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 각 슬레이브 컨트롤러(110)와 마스터 컨트롤러(120)는 유선 또는 무선으로 연결되어 서로 통신할 수 있다. 각 슬레이브 컨트롤러(110)는 생성한 전압 정보를 미리 저장된 임시 아이디와 함께 마스터 컨트롤러(120)로 전송하여, 마스터 컨트롤러(120)가 전압 정보에 기반하여 정규 아이디를 생성할 수 있게 할 수 있다.
마스터 컨트롤러(120)는 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각으로부터, 전압 정보 및 임시 아이디를 수신하고, 기저장된 정규 아이디 할당 테이블에 기반하여 수신한 전압 정보에 대응되는 정규 아이디를 생성할 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 마스터 컨트롤러(120)는 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)로부터 0000이라는 전압 정보를 수신하고, 수신한 전압 정보를 기저장된 정규 아이디 할당 테이블에 대응시켜 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)에 대한 정규 아이디를 생성할 수 있다. 마찬가지로, 마스터 컨트롤러(120)는 제2 내지 제4 슬레이브 컨트롤러(SC2, SC3 및 SC4)로부터 전압 정보를 수신하고, 수신한 각 전압 정보에 기반하여 제2 내지 제4 슬레이브 컨트롤러(SC2, SC3 및 SC4) 각각에 대한 정규 아이디를 생성할 수 있다.
마스터 컨트롤러(120)는 각 슬레이브 컨트롤러(110)로부터 수신한 임시 아이디와 생성한 정규 아이디를 일대일로 대응시켜, 이들을 포함하는 데이터 쌍을 생성할 수 있다.
예컨대, 마스터 컨트롤러(120)는 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)로부터 수신한 제1 임시 아이디와 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)에 대한 제1 정규 아이디를 일대일로 대응시킨 제1 데이터 쌍을 생성할 수 있다. 마찬가지로 마스터 컨트롤러(120)는 제2 내지 제4 슬레이브 컨트롤러(SC2, SC3 및 SC4)에 대한 제2 내지 제4 데이터 쌍을 생성할 수 있다.
마스터 컨트롤러(120)는 생성한 데이터 쌍을 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 전부에게 전송할 수 있다. 특히, 무선 통신인 경우, 마스터 컨트롤러(120)는 특정 슬레이브 컨트롤러(110)를 선택하여 통신할 수 없고, 슬레이브 컨트롤러(110)들 전부에게 생성한 데이터 쌍을 모두 전송하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 마스터 컨트롤러(120)가 생성한 제1 내지 제4 데이터 쌍은 제1 내지 제4 슬레이브 컨트롤러(SC1, SC2, SC3 및 SC4) 전부에게 전송될 수 있다.
복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들은 마스터 컨트롤러(120)로부터 데이터 쌍을 수신하고, 수신한 데이터 쌍 중 자신에게 미리 저장된 임시 아이디를 포함하는 데이터 쌍을 선택할 수 있다. 즉, 마스터 컨트롤러(120)는 특정 슬레이브 컨트롤러(110)를 선택하여 통신할 수 없는 경우가 많은데, 이때에는 생성하는 데이터 쌍에 슬레이브 컨트롤러(110)로부터 수신한 임시 아이디를 식별자로 포함시킴으로써, 생성한 데이터 쌍에 대응되는 슬레이브 컨트롤러(110)를 특정할 수 있다. 따라서 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각은 마스터 컨트롤러(120)로부터 생성된 데이터 쌍을 모두 수신하지만, 자신에게 미리 저장된 임시 아이디를 포함하는 데이터 쌍만을 선택할 수 있다.
복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들은 미리 저장된 임시 아이디를 선택한 데이터 쌍에 포함된 정규 아이디로 갱신할 수 있다. 즉, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각이 미리 저장된 임시 아이디를 마스터 컨트롤러(120)로부터 수신한 데이터 쌍에 포함된 정규 아이디로 갱신함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)에 포함된 슬레이브 컨트롤러(110)의 정규 아이디 할당 동작이 종료될 수 있다.
정규 아이디 할당 동작이 종료된 이후, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들은 센싱 포트에 인가된 전압 정보를 생성하고, 생성한 전압 정보를 정규 아이디와 함께 마스터 컨트롤러(120)로 전송할 수 있다. 마스터 컨트롤러(120)는 수신한 정규 아이디를 확인함으로써 슬레이브 컨트롤러(110) 각각에 연결된 배터리 모듈(10)의 순번 정보를 추정하고, 추정한 순번 정보 및 수신한 전압 정보에 기반하여 배터리 모듈(10)의 상태를 진단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 슬레이브 컨트롤러의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 마스터 컨트롤러의 기능적 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 슬레이브 컨트롤러(110)는 슬레이브 포트부(111), 슬레이브 제어부(113), 슬레이브 저장부(115) 및 슬레이브 통신부(117)을 포함할 수 있다. 다음으로, 도 7을 참조하면, 마스터 컨트롤러(120)는 마스터 제어부(121), 마스터 저장부(123) 및 마스터 통신부(125)를 포함할 수 있다.
슬레이브 포트부(111)는 센싱 포트 및 아이디 할당 포트를 포함할 수 있다. 즉, 슬레이브 포트부(111)는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11)에 대응되는 개수의 센싱 포트와 배터리 팩(1000)에 포함된 배터리 모듈(10)의 총 수에 대응되는 개수의 아이디 할당 포트가 포함될 수 있다.
예컨대, 배터리 팩(1000)에 7개의 배터리 모듈(10)들이 포함되면, 슬레이브 포트부(111)에는 적어도 3개 이상의 아이디 할당 포트들이 포함될 수 있다. 다른 예로, 배터리 팩(1000)에 16개의 배터리 모듈(10)들이 포함되면, 슬레이브 포트부(111)에는 적어도 4개 이상이 아이디 할당 포트들이 포함될 수 있다.
아이디 할당 포트 중 분기 라인에 연결된 특정 아이디 할당 포트만이 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결되어, 배터리 모듈(10)로부터 전압을 인가받을 수 있다. 슬레이브 제어부(113)는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 슬레이브 저장부(115) 및 슬레이브 통신부(117)와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 슬레이브 제어부(113)는 슬레이브 포트부(111)에 포함된 아이디 할당 포트에 인가된 전압을 측정하여 인가된 전압 정보를 생성할 수 있다.
예컨대, 도 5의 구성에서 제13 배터리 모듈(M13)과 연결된 제13 슬레이브 컨트롤러(SC13)를 참조하면, 제3 아이디 할당 포트(IP3) 및 제4 아이디 할당 포트(IP4)에만 전압이 인가되고, 슬레이브 제어부(113)는 1100이라는 전압 정보를 생성할 수 있다.
전압 정보를 생성한 후, 슬레이브 제어부(113)는 생성한 전압 정보를 슬레이브 저장부(115)에 미리 저장된 임시 아이디와 함께 슬레이브 통신부(117)를 통해서 마스터 컨트롤러(120)에게 전송할 수 있다.
슬레이브 컨트롤러(110)와 마스터 컨트롤러(120)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 특히 바람직하게는, 슬레이브 컨트롤러(110)와 마스터 컨트롤러(120)가 무선으로 연결될 수 있다. 슬레이브 컨트롤러(110)와 마스터 컨트롤러(120)가 무선으로 연결된 예시는 도 8을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치에서, 무선으로 연결된 슬레이브 컨트롤러와 마스터 컨트롤러의 예시를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 슬레이브 컨트롤러(110)와 마스터 컨트롤러(120)가 무선으로 연결된 경우, 슬레이브 컨트롤러(110)는 슬레이브 통신부(117)에 연결된 슬레이브 안테나(119)를 더 포함하고, 마스터 컨트롤러(120)는 마스터 통신부(125)에 연결된 마스터 안테나(127)를 더 포함할 수 있다.
슬레이브 컨트롤러(110)와 마스터 컨트롤러(120)는 각각 슬레이브 안테나(119) 및 마스터 안테나(127)를 통해서 서로 통신할 수 있다. 즉, 슬레이브 제어부(113)는 슬레이브 통신부(117)에 연결된 슬레이브 안테나(119)를 통해 전압 정보 및 슬레이브 저장부(115)에 미리 저장된 임시 아이디를 마스터 컨트롤러(120)에게 전송할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 마스터 컨트롤러(120)와 슬레이브 컨트롤러(110)를 무선으로 연결하였기 때문에, 배터리 관리 장치(100)의 구조가 복잡하지 않고, 배터리 관리 장치(100) 내의 공간 활용도가 높아진다. 또한, 마스터 컨트롤러(120)와 슬레이브 컨트롤러(110)를 연결하는 라인의 단선 등의 문제가 발생하지 않으므로, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100) 및 배터리 팩(1000)의 관리가 용이하다.
마스터 제어부(121)는 마스터 통신부(125)를 통해서 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각으로부터 임시 아이디 및 전압 정보를 수신하고, 수신한 전압 정보에 기반하여 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각에 대한 정규 아이디를 생성할 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 마스터 제어부(121)는 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)로부터 미리 저장된 임시 아이디 및 전압 정보를 수신한 경우, 마스터 저장부(123)에 기저장된 정규 아이디 할당 테이블에 기반하여 수신한 전압 정보에 매칭되는 정규 아이디를 생성하고, 생성한 정규 아이디를 제1 슬레이브 컨트롤러(SC1)의 정규 아이디로 할당할 수 있다.
마스터 제어부(121)는 슬레이브 컨트롤러(110)에 대한 정규 아이디를 생성한 이후, 슬레이브 컨트롤러(110)로부터 수신한 임시 아이디와 직접 생성한 정규 아이디를 일대일로 포함하는 데이터 쌍을 생성할 수 있다.
그리고 마스터 제어부(121)는 생성한 데이터 쌍을 마스터 통신부(125)을 통해 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들에게 전송할 수 있다. 기본적으로 마스터 컨트롤러(120)와 슬레이브 컨트롤러(110)들이 무선 네트워크를 이용하여 연결된 경우, 각 슬레이브 컨트롤러(110)에 대해 독립적인 채널을 통해 연결되지 않고, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 전부에 대해 동일 채널을 통해 연결되기 때문에, 마스터 제어부(121)는 생성한 정규 아이디와 수신한 임시 아이디를 모두 포함하는 데이터 쌍을 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들에게 전송할 수 있다.
슬레이브 제어부(113)는 슬레이브 통신부(117)를 통해 마스터 컨트롤러(120)로부터 데이터 쌍을 수신하고, 수신한 데이터 쌍 중 슬레이브 저장부(115)에 이미 저장된 임시 아이디를 포함하는 데이터 쌍을 선택할 수 있다.
슬레이브 제어부(113)는 슬레이브 저장부(115)에 저장된 임시 아이디를 선택한 데이터 쌍에 포함된 정규 아이디로 변경 또는 갱신함으로써 정규 아이디를 할당받을 수 있다.
슬레이브 컨트롤러(110)는 정규 아이디를 할당받은 이후, 할당받은 정규 아이디를 이용하여 마스터 컨트롤러(120)와 통신하며 연결된 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(11)들의 충전, 방전 및 밸런싱을 제어할 수 있다. 마찬가지로, 마스터 컨트롤러(120)는 슬레이브 컨트롤러(110)에게 할당된 정규 아이디를 이용하여 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각을 식별하고, 복수의 슬레이브 컨트롤러(110)들 각각에 연결된 배터리 모듈(10)들을 각각 제어할 수 있다.
한편, 슬레이브 저장부(115) 및 마스터 저장부(123)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 슬레이브 저장부(115)는 슬레이브 제어부(113)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장하고, 마스터 저장부(123)은 마스터 제어부(121)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 배터리 관리 장치 이외에, 다수의 이차 전지가 구비된 배터리 셀, 전장품(BMS, 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 팩 케이스 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 배터리 관리 장치는, 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등과 같이 전기 에너지를 사용하는 다양한 장치에 탑재될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 전기 자동차에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 관리 장치는, 배터리 팩에 포함된 형태일 수 있으나, 배터리 팩과는 별도의 장치로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치의 적어도 일부는, 자동차의 ECU에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 이러한 배터리 관리 장치 이외에, 자동차에 통상적으로 구비되는 차체나 전자 장비 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 이외에도, 배터리 팩, 컨택터, 인버터, 모터, 하나 이상의 ECU 등을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 배터리 관리 장치 이외에 자동차의 다른 구성요소 등에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리 모듈
100: 배터리 관리 장치
110: 슬레이브 컨트롤러
120: 마스터 컨트롤러
1000: 배터리 팩

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 대응되는 배터리 모듈에 구비된 하나 이상의 배터리 셀과 센싱 라인을 통해 연결되어 상기 연결된 배터리 셀 각각의 전압을 센싱하는 하나 이상의 센싱 포트 및 상기 센싱 라인에 연결되면 상기 센싱 라인으로부터 전압을 인가받는 하나 이상의 아이디 할당 포트를 포함하고, 상기 대응되는 배터리 모듈과 연결되는 복수의 슬레이브 컨트롤러들; 및
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들과 각각 연결되고, 상기 슬레이브 컨트롤러로부터 상기 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 전압 정보를 수신하고, 상기 수신한 전압 정보에 기반하여 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각에게 정규 아이디를 할당하는 마스터 컨트롤러를 포함하고,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러는,
    각각에 포함된 하나 이상의 아이디 할당 포트 중 상기 연결된 배터리 모듈의 순번 정보에 대응되는 특정 아이디 할당 포트가 상기 센싱 라인에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아이디 할당 포트는,
    상기 센싱 라인로부터 분기된 라인과 선택적으로 연결되고,
    상기 선택적으로 연결된 분기된 라인을 통해서 상기 전압을 인가 받도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은,
    상기 센싱 라인에 전기적으로 연결된 특정 아이디 할당 포트에 관한 정보를 이진수 표현으로 상기 마스터 컨트롤러에 전송하도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 포트는,
    각 슬레이브 컨트롤러마다 복수 구비되어 복수의 센싱 라인에 연결되고,
    상기 특정 아이디 할당 포트는,
    상기 복수의 센싱 라인 중 특정 센싱 라인으로부터 분기된 라인과 연결되도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 특정 아이디 할당 포트는,
    특정 센싱 라인으로부터 분기된 라인과 일대일로 연결되도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은,
    적어도 log2N 이상의 최소 정수 개의 아이디 할당 포트를 포함하도록 구성되고,
    여기서 N은 상기 배터리 팩에 포함된 전체 배터리 모듈의 개수인,
    배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은,
    상기 아이디 할당 포트의 배치된 순서에 기반하여, 상기 아이디 할당 포트에 인가된 전압에 대한 전압 정보를 생성하고,
    상기 생성된 전압 정보 및 미리 저장된 임시 아이디를 상기 마스터 컨트롤러에게 전송하도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각으로부터,
    상기 생성된 전압 정보 및 임시 아이디를 수신하고,
    기저장된 정규 아이디 할당 테이블에 기반하여, 상기 수신한 전압 정보에 대응되는 정규 아이디를 생성하며,
    상기 수신한 임시 아이디와 생성된 정규 아이디를 일대일로 대응시켜 포함하는 데이터 쌍을 생성하도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 각각에 대해 생성된 데이터 쌍을 상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들 전부에게 전송하도록 구성되고,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은,
    상기 데이터 쌍을 수신하고, 수신한 데이터 쌍 중 상기 미리 저장된 임시 아이디를 포함하는 데이터 쌍을 선택하고,
    임시 아이디를 선택된 데이터 쌍에 포함된 정규 아이디로 갱신하도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 슬레이브 컨트롤러들은,
    상기 마스터 컨트롤러와 무선으로 연결되도록 구성된,
    배터리 관리 장치.
  12. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는,
    배터리 팩.
  13. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는,
    전기 자동차.
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