KR102424982B1 - 통신 이중화 구조의 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 및 이를 구비한 전기 자동차 - Google Patents

통신 이중화 구조의 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 및 이를 구비한 전기 자동차 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 각각이 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 복수의 셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit); 및 상기 복수의 CMU와 통신하여, 상기 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 상기 배터리 셀을 관리하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)을 포함하고, 상기 CMU와 BMU는, 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과, 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식을 포함하여 이중화된 갈바닉 절연 통신방식을 포함한 통신방식으로 통신하되, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 적어도 하나는 광을 이용한 광 통신방식인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 이중화된 통신방식을 취하기 때문에 CMU와 BMU 간의 통신에 안정성을 높일 수 있게 된다.

Description

통신 이중화 구조의 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 및 이를 구비한 전기 자동차{Battery management system and battery pack with duplicated communication structure, and electric vehicle having the same}
본 발명은 배터리의 상태 정보를 모니터링하고, 그 모니터링한 배터리의 상태 정보를 배터리 모니터링 유닛으로 통신을 이중화하여 송수신하는 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 이를 구비한 전기 자동차에 관한 것이다.
전기 차량(EV, HEV, PHEV, BEV 등) 및 ESS(Energy Storage System)은 전기를 저장하여 에너지원으로 사용할 수 있도록 배터리가 탑재되어 있다. 또한, 전기 차량 및 ESS 내에는 배터리의 제어 및 배터리의 안정적인 사용을 위하여 배터리 관리 시스템 역시 탑재되어 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 배터리가 전기 차량에 탑재된 경우를 예시적으로 설명하기로 한다.
일반적으로 배터리 관리 시스템은 배터리의 전압, 배터리에 흐르는 전류, 배터리의 온도, 배터리의 SOC(State Of Charge) 또는 배터리의 SOH(State Of Health)와 같은 배터리의 상태 정보를 모니터링하는 셀 모니터링 회로부를 포함하는 복수의 셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit)을 구비하고 있다. 이러한 셀 모니터링 회로부에 의해 모니터링되는 배터리의 상태 정보는 CMU의 외부에 위치하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)으로 송신된다.
한편, BMU는 배터리와 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부로 송신한다. 여기서, 배터리와 관련된 제어 정보라 함은, 배터리의 상태 정보를 모니터링하라는 취지의 제어 정보, 또는 배터리를 구성하고 있는 배터리 셀들의 전압 밸런싱을 수행하라는 취지의 제어 정보와 같이, 배터리의 상태 모니터링 또는 배터리의 동작 제어와 관련된 제어가 포함되어 있는 정보를 의미한다. BMU가 셀 모니터링 회로부로 배터리와 관련된 제어 정보를 송신할 경우, 셀 모니터링 회로부는 상기 배터리와 관련된 제어 정보에 따라 배터리의 상태 정보를 모니터링하거나, 배터리 셀들의 전압 밸런싱을 수행하여 그 결과를 BMU로 전송한다.
도 1은 종래의 배터리 관리 시스템에 관한 일 예시도이다. 도 1에 나타낸 종래의 CMU(200)는 셀 모니터링 회로부(210), 제1 커넥터(260), 제2 커넥터(270) 및 아이솔레이터(280)를 포함한다.
배터리는 복수의 배터리 셀(10)이 복수의 배터리 셀 스택(100)으로 그룹화되어 구성될 수 있다. 배터리 셀 스택(100)에는 복수의 배터리 셀(10)이 포함될 수 있으며, 셀 모니터링 회로부(210)는 이러한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링한다. 셀 모니터링 회로부(210)는 모니터링한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 BMU(300)로 송신한다. 또한, 셀 모니터링 회로부(210)는 BMU(300)로부터 송신되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하고, 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보에 따라 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링하거나, 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행한다.
제1 커넥터(260)는 셀 모니터링 회로부(210)와 배터리 셀 스택(100)을 전기적 연결하며, 제2 커넥터(270)는 셀 모니터링 회로부(210)와 컨트롤러(310)를 전기적 연결 또는 통신 연결한다. 아이솔레이터(280)는 셀 모니터링 회로부(210)와 제2 커넥터(270) 간 전기적 절연을 위해 구비된다.
BMU(300)는 컨트롤러(310), 외부 커넥터(370) 및 외부 아이솔레이터(380)를 포함한다.
컨트롤러(310)는 셀 모니터링 회로부(210)로부터 송신되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신한다. 또한, 컨트롤러(310)는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 생성하고, 그 생성한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부(210)로 송신한다.
외부 커넥터(370)는 컨트롤러(310)와 셀 모니터링 회로부(210)를 전기적 연결 또는 통신 연결하며, 외부 아이솔레이터(380)는 컨트롤러(310)와 외부 커넥터(370) 간 전기적 절연을 위해 구비된다.
CMU(200)는 배터리 셀 스택(100)마다 마련될 수 있으며, 이에 따라 BMU(300)는 둘 이상의 CMU(200)와 통신 연결될 수 있다. 이때 둘 이상의 CMU(200) 사이에는 도 1에 나타낸 바와 같이 유선 아이솔레이티드 데이지 체인(wired isolated daisy chain) 방식에 의해 통신 연결될 수 있으며, BMU(300)와 둘 이상의 CMU(200) 사이에도 유선 아이솔레이티드 데이지 체인에 의해 통신 연결될 수 있다. 이와 같은 통신 연결을 통해, 어느 하나의 셀 모니터링 회로부(210)에서 모니터링되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보는 컨트롤러(310)로 송신될 수 있고, 컨트롤러(310)에서 생성되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보는 각각의 셀 모니터링 회로부(210)로 송신될 수 있게 된다.
다만, 도 1에 나타낸 통신 연결은 CMU(200)와 BMU(300) 간 클럭(clock)을 정교하게 매칭시키기 어렵다. 이에 따라, 도 1에 나타낸 CMU(200)는 BMU(300)와 통신을 수행함에 있어서, 그 통신 속도에 한계가 있다는 문제점이 있다(즉, 유선 아이솔레이티드 데이지 체인에 의한 통신 연결은 통신 거리가 멀 경우 1Mbps 이상의 속도를 얻을 수 없음).
도 2는 종래의 배터리 관리 시스템에 관한 다른 예시도이다. 도 2에 나타낸 종래의 CMU(400)는 셀 모니터링 회로부(410), RF(Radio Frequency) 통신부(430) 및 커넥터(460)를 포함한다.
배터리는 복수의 배터리 셀(10)이 복수의 배터리 셀 스택(100)으로 그룹화되어 구성될 수 있다. 배터리 셀 스택(100)에는 복수의 배터리 셀(10)이 포함될 수 있으며, 셀 모니터링 회로부(410)는 이러한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링한다. 셀 모니터링 회로부(410)는 모니터링한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 BMU(500)로 송신한다. 또한, 셀 모니터링 회로부(410)는 BMU(500)로부터 송신되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하고, 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보에 따라 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링하거나, 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행한다.
RF 통신부(430)는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를, 셀 모니터링 회로부(410)와 BMU(500)(보다 구체적으로는, 메인 RF 통신부(530)) 사이에 마련되는 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 BMU(500)(보다 구체적으로는, 컨트롤러(510))로 송신한다. 또한, RF 통신부(430)는 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 송신되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 BMU(500)(보다 구체적으로는, 메인 RF 통신부(530))로부터 수신하고, 그 수신한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부(410)로 송신한다.
커넥터(460)는 셀 모니터링 회로부(410)와 배터리 셀 스택(100)을 전기적 연결 또는 통신 연결한다.
BMU(500)는 컨트롤러(510) 및 메인 RF 통신부(530)를 포함한다.
컨트롤러(510)는 셀 모니터링 회로부(410)로부터 송신되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신한다. 또한, 컨트롤러(510)는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 기반으로 배터리 셀 스택(100)을 제어하기 위한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부(410)로 송신한다.
메인 RF 통신부(530)는 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 상기 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신하고, 그 수신한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 컨트롤러(510)로 송신한다. 또한, 메인 RF 통신부(530)는 컨트롤러(510)로부터 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하고, 그 수신한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 셀 모니터링 회로부(410)(보다 구체적으로는, RF 통신부(430))로 송신한다.
이와 같이 도 2에 나타낸 종래의 CMU(400)는, RF 통신을 통해 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 BMU(500)로 송신하고, BMU(500)로부터 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신한다. 다만, 도 2에 나타낸 종래의 CMU(400)는 BMU(500)와 RF 통신에만 의존하기 때문에, RF 통신에 장애가 발생할 경우, BMU(500)와 송수신하는 정보의 속도가 크게 떨어질 수 있다. 또는, CMU(400)와 BMU(500) 사이에 RF 통신 장애가 심할 경우, BMU(500)로 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 송신하는 것이 불가능해지고, BMU(500)로부터 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하는 것 역시 불가능해진다. 그리고 이와 같이 CMU(400)와 BMU(500) 사이에 정보의 송수신 속도가 떨어지거나, 정보의 송수신이 불가능해지게 되면, 배터리 셀 스택(100)의 배터리 셀(10) 상태를 모니터링하거나 제어하는 것이 어려워져 CMU(400)가 통제 불가능한 상태가 되므로 전기 차량 또는 ESS의 안전에 커다란 위험을 가져올 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 마련된 것으로서, 셀 모니터링 회로부와 BMU 사이에 이루어지는 통신에 안정성을 높일 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 BMU와의 통신 속도를 향상시킬 수 있는 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 이를 구비한 전기 자동차를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제만으로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 각각이 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 복수의 셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit); 및 상기 복수의 CMU와 통신하여, 상기 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 상기 배터리 셀을 관리하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)을 포함하고, 상기 CMU와 BMU는, 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과, 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식을 포함하여 이중화된 갈바닉 절연 통신방식을 포함한 통신방식으로 통신하되, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에 다른 하나의 통신방식을 이용하여 통신하고, 상기 제1 통신 경로 및 제2 통신 경로는, 각각 제1 광 통신 경로 및 제1 RF(Radio Frequency) 통신 경로이고, 상기 제1 통신방식 및 제2 통신방식은, 각각 제1 광 통신방식과 제1 RF 통신방식인 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 CMU에서 BMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 이루어지고, 상기 BMU에서 CMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 다른 하나의 통신방식으로 이루어질 수 있다.
상기 CMU와 BMU는, 제1 및 제2 통신방식의 기설정된 역할에 기반하여 통신하되, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에, 다른 하나의 통신방식으로 전환하여 통신하고, 상기 장애가 해소된 경우에는 상기 제1 및 제2 통신방식이 상기 기설정된 역할로 복귀하여 통신을 수행할 수 있다.
삭제
삭제
삭제
삭제
상기 BMU는, 상기 CMU와 광 통신방식으로 통신하는 복수의 광 통신수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 상기 CMU와 BMU 사이의 통신을 중계하는 서브 배터리 모니터링 유닛(서브 BMU, Sub-Battery Monitoring Unit)을 더 포함하고, 상기 CMU와 서브 BMU, 및 상기 서브 BMU와 BMU 중 적어도 하나의 사이에서 상기 이중화된 갈바닉 절연 통신방식으로 통신이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성된 복수의 배터리 셀 스택; 및 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템의 복수의 셀 모니터링 유닛 각각은, 상기 복수의 배터리 셀 스택 각각에 대응되어 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하도록 구성되고, 상기 CMU와 BMU는, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에, 다른 하나의 통신방식을 이용하여 통신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되어 상기 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit)을 포함하는 복수의 배터리 유닛; 상기 복수의 배터리 유닛과 통신하는 하나 이상의 서브 배터리 모니터링 유닛(서브 BMU, Sub-Battery Monitoring Unit); 및 상기 서브 BMU와 통신하여, 상기 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 상기 배터리 셀을 관리하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)을 포함하고, 상기 서브 BMU와 BMU는, 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과, 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식을 포함하여 이중화된 갈바닉 절연 통신방식으로 통신하되, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에 다른 하나의 통신방식을 이용하여 통신하고, 상기 제1 통신 경로 및 제2 통신 경로는, 각각 제1 광 통신 경로 및 제1 RF(Radio Frequency) 통신 경로이고, 상기 제1 통신방식 및 제2 통신방식은, 각각 제1 광 통신방식과 제1 RF 통신방식인 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
삭제
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상기 BMU는, 상기 서브 BMU와 광 통신방식으로 통신하는 복수의 광 통신수단을 포함할 수 있다.상기 서브 BMU에서 BMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 이루어지고, 상기 BMU에서 서브 BMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 다른 하나의 통신방식으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 전기 자동차는, 배터리 팩과, 모터와, 상기 배터리 팩으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 모터를 구동하도록 제어되는 인버터를 포함하는 전기 자동차에 있어서, 상기 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성된 복수의 배터리 셀 스택; 및 본 발명의 배터리 관리 시스템을 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템의 복수의 셀 모니터링 유닛 각각은, 상기 복수의 배터리 셀 스택 각각에 대응되어 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기 자동차는, 배터리 팩과, 모터와, 상기 배터리 팩으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 모터를 구동하도록 제어되는 인버터를 포함하는 전기 자동차에 있어서, 상기 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 팩인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 이를 구비한 전기 자동차는, 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식으로 이중화된 통신 구조를 구비하고 있기 때문에, 제1 통신방식과 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 의한 통신에 장애가 발생한 경우에는 다른 통신 경로와 통신방식을 통해서 CMU와 BMU 간 통신을 수행하면 된다. 이러한 본 발명에 의하면, CMU와 BMU 사이에 이루어지는 통신에 안정성을 높일 수 있으며, 나아가 배터리 관리 시스템이 탑재되는 전기 차량의 안전을 크게 도모할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 제1 통신방식과 제2 통신방식에 의한 통신을 동시에 수행할 수 있기 때문에, CMU와 BMU 간 이루어지는 통신의 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은, CMU와 BMU 간의 통신을 중계하는 서브 BMU가 BMU와 통신함에 있어서, 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식으로 이중화된 통신 구조를 취하고 있기 때문에, 서브 BMU와 BMU 사이에 이루어지는 통신에 안정성을 높일 수 있으며, 나아가 배터리 관리 시스템이 탑재되는 전기 차량의 안전을 크게 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 제1 통신방식과 제2 통신방식에 의한 통신을 동시에 수행할 수 있기 때문에, 서브 BMU와 BMU 간 이루어지는 통신의 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 배터리 관리 시스템에 관한 일 예시도이다.
도 2는 종래의 배터리 관리 시스템에 관한 다른 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 광 통신방식과 RF 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 CMU 및 BMU를 세부적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1 광 통신방식과 제2 광 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에서 광 통신방식과 RF 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에서 제1 광 통신방식과 제2 광 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.
본 발명과 관련한 용어를 다음과 같이 정의하기로 한다.
갈바닉 절연(Galvanic Isolation)은, 둘 이상의 전기 회로가 통신은 하되, 원치않는 DC 전류는 블로킹하는 회로 기법을 말한다. 구체적으로는, 자기 유도, 정전 용량, 광학 신호, 전자기파, 또는 음향 신호를 이용하여 구현될 수 있다. 이를 이용하여 기준 전위가 다른 시스템 간에 통신 경로를 형성하거나, 그라운드를 공유하는 시스템 간에 그라운드 루프에 의하여 원하지 않는 전류가 흐르는 것을 방지하는 효과가 있다.
멀티-셀 배터리 모니터링 회로(MCBMC, Multi-Cell Battery Monitoring Circuit)은, 복수의 배터리 셀들에 전기적으로 직접 연결되어 해당 셀들의 상태 측정/모니터/방전 기능, 및 외부유닛과의 통신 기능을 수행할 수 있는 회로이다. 이 구성의 적어도 일부는 멀티-셀 배터리 모니터링 IC(MCBMIC)로 구현될 수 있다.
멀티-셀 배터리 모니터링 IC(MCBMIC, Multi-Cell Battery Monitoring Integrated Circuit)는, 멀티-셀 배터리 모니터링 회로의 적어도 일부가 집적회로로 구현된 IC이다. 복수의 배터리 셀에 대하여 요구되는 기능에 필요한 IC 내부의 회로 블록을 공유할 수 있는 장점이 있으나, 고전압 공정을 사용해야 하는 단점이 있다.
싱글-셀 배터리 모니터링 회로(SCBMC, Single-Cell Battery Monitoring Circuit)는, 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀에 전기적으로 직접 연결되고, 해당 셀의 상태 측정/모니터/방전 기능, 및 외부유닛과의 통신 기능을 수행할 수 있는 회로이다. 이 구성의 적어도 일부는 싱글-셀 배터리 모니터링 IC(SCBMIC)로 구현될 수 있다.
싱글-셀 배터리 모니터링 IC(SCBMIC, Single-Cell Battery Monitoring Integrated Circuit)는, 싱글-셀 배터리 모니터링 회로의 적어도 일부가 집적회로로 구현된 IC이다. 복수의 배터리 셀에 대하여 요구되는 기능에 필요한 IC 내부의 회로 블록을 공유할 수 없는 단점이 있으나, 일반 공정을 사용할 수 있는 장점이 있다.
셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit)은, 배터리 셀과 직접 연결되어 셀의 상태를 측정/모니터하고 외부유닛과 통신하는 기능을 모두 포함한 구성요소이다. 멀티-셀에 대하여 멀티-셀 배터리 모니터링 회로를 구비하거나, 싱글-셀에 대하여 싱글-셀 배터리 모니터링 회로를 구비하여 구성될 수 있다. 통상적으로 EV 및 ESS에는 복수의 CMU가 존재한다.
배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)은, CMU와 통신하여 셀 데이터를 취합하고, 연결된 CMU에 필요한 제어 명령을 송신하는 기능을 하고, 배터리 팩 전체를 관리하는 회로의 집합으로서, 배터리 시스템의 구성에 따라 CMU와 분리되어 지칭되거나, CMU를 포함하여 지칭될 수 있다. EV에서는 통상 1개의 BMU가 존재하나, 대용량의 ESS에서는 다수의 BMU가 존재할 수 있다.
배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은, 배터리 팩 내부의 모든 셀 데이터에 대한 취합/분석을 통하여 배터리 셀 상태, SOH(State of Health), SOC(State of Charge) 등에 대한 판단과 셀 밸런싱 및 방전 등의 제어를 수행하는 기능, 회로, PCB 및 S/W 프로그램을 통칭한다.
배터리 유닛(Battery Unit)은, 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀 상태를 측정/모니터하고 해당 셀의 상태를 제어하고 외부유닛과 통신할 수 있는 회로를 포함한 구성요소이다. 구체적으로는 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀에 싱글-셀 배터리 모니터링 회로, 또는 싱글-셀 배터리 모니터링 회로를 구비한 셀 모니터링 유닛이 결합된 구조이다. 여기에서, 배터리 셀은 병렬 연결된 하나 이상의 단위 배터리 셀을 포함하는 개념이다.
배터리 모듈(Battery Module)은, 복수의 배터리 셀들을 측정/모니터 및 밸런싱을 수행할 수 있는 회로를 포함하여 구성된 물리적 단위로서, 복수의 배터리 셀과 이에 대응하는 셀 모니터링 유닛을 포함하되, 셀 모니터링 유닛은 멀티-셀 배터리 모니터링 회로를 포함하거나 싱글-셀 배터리 모니터링 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 셀 모니터링 유닛이 싱글-셀 배터리 모니터링 회로를 포함하여 구성되는 경우에 배터리 모듈은 복수의 배터리 유닛을 포함한 구성일 수 있다.
배터리 팩(Battery Pack)은, EV에서 주로 사용하는 용어이며, 배터리 셀과 전자 및 전기 장치와 필요한 모든 배선을 모두 포함한다. 복수의 배터리 모듈, BMS 및 각종 통신배선을 포함하는 구성이거나, 복수의 배터리 모듈 대신에 복수의 배터리 유닛을 포함하는 구성일 수 있다.
서브 BMU(Sub-BMU)는, CMU로서 SCBMC를 적용한 복수의 배터리 유닛이 포함된 배터리 팩에서 CMU와 BMU와의 통신 가교 역할을 하기위해 필요한 구성요소이다. 배터리 팩의 규모가 크지 않을 경우 CMU-to-BMU로 직접 통신 연결이 가능하나, 배터리 팩의 규모가 큰 경우 통신 중계를 위하여 구비될 수 있다. CMU에 MCBMIC를 적용한 종래의 배터리 팩에서는 통상적으로 서브 BMU가 요구되지 않는다.
IR-PHY(Infrared Physical layer)는, 적외선용 RX/TX 프론트엔드의 구동 및 수신과, 송수신 광신호의 전기적 변환을 함에 있어서 필요한 증폭, 구동 및 비교 기능 등을 포함한 구성요소로서, Data I/F의 적어도 일부 기능을 수행할 수 있다. 하나의 실시예로서 하나의 반도체 패키지로 형성될 수 있다.
셀 측정배선(WCM, Wire Harness for Cell Measurement)은, 배터리 셀의 전압 및 온도 등을 측정/모니터하기 위해 CMU와 배터리 셀 사이를 전기적으로 연결한 전도성 wire의 집합이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 각각이 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 복수의 셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit)과, 복수의 CMU와 통신하고, 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 배터리 셀을 관리하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성된 복수의 배터리 셀 스택과, 각각이 배터리 셀 스택 각각의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 CMU와, 복수의 CMU와 통신하고, 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 배터리 셀을 관리하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩에서 CMU와 BMU는, 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과, 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식을 포함하여 이중화된 갈바닉 절연 통신방식을 포함하는 통신방식으로 통신하는 것을 특징으로 한다. 즉, CMU와 BMU는 직접 통신할 수 있으나, 그 사이에 서브 배터리 모니터링 유닛(서브 BMU, Sub-Battery Monitoring Unit)이 개재되어 CMU와 BMU 사이의 통신을 중계하도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, CMU와 서브 BMU 및/또는 서브 BMU와 BMU는 이중화된 갈바닉 절연 통신방식으로 통신을 수행하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 갈바닉 절연 통신방식은, 자기 유도, 정전 용량, 광 신호, 또는 전자기파를 이용한 통신방식일 수 있다.
특히, CMU와 BMU는, 제1 및 제2 통신 경로 중 적어도 하나를 이용하여 통신하되, 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에는 다른 하나의 통신방식을 이용하여 통신하는 것을 특징으로 한다.더욱 상세하게는, CMU에서 BMU로의 송신은, 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 이루어지고, BMU에서 CMU로의 수신은 제1 및 제2 통신방식 중 다른 하나의 통신방식으로 이루어지고, 만약, 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에, 다른 하나의 통신방식으로 배터리 셀의 상태 정보와 제어 정보를 송수신할 수 있다.
또한 CMU와 BMU는, 제1 및 제2 통신방식의 기설정된 역할에 기반하여 통신하되, 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에, 다른 하나의 통신방식으로 전환하여 통신하고, 장애가 해소된 경우에는 제1 및 제2 통신방식의 기설정된 역할로 복귀하여 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제1 및 제2 통신방식이 각각 주 통신과 비상 통신방식으로 설정된 상태에서 초기에 CMU와 BMU는 제1 통신방식으로 데이터를 송수신하다가 만약 제1 통신방식에 장애가 발생한 상황에서는 비상 통신방식으로 설정되었던 제2 통신방식이 제1 통신방식을 대신하여 통신을 수행하고, 제1 통신방식의 장애가 해소되면 원래 설정상태로 복귀하여 다시 주 통신인 제1 통신방식으로 복귀하여 통신을 할 수 있다.
또 다른 예로서, 제1 및 제2 통신방식이 각각 주 통신과 보조 통신방식으로 설정된 상태에서 초기에 제1 및 제2 통신방식이 각자 설정된 역할로 데이터를 송수신하다가 만약 둘 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생하면 다른 하나의 통신방식이 장애가 발생한 통신방식의 몫까지 대신하여 통신을 수행하고, 통신 장애가 해소되면 제1 및 제2 통신방식 원래 설정상태로 복귀하여 주 통신 및 보조 통신으로서 통신을 수행할 수 있다.
제1 통신방식은, 제1 통신 경로로서 제1 광 통신 경로를 통하여 이루어지는 제1 광 통신방식이고, 제2 통신방식은, 제2 통신 경로로서 제1 RF 통신 경로를 통하여 이루어지는 제1 RF(Radio Frequency) 통신방식일 수 있다.
또한, 제1 통신방식은, 제1 통신 경로로서 제1 광 통신 경로를 통하여 이루어지는 제1 광 통신방식이고, 제2 통신방식은, 제2 통신 경로로서 제2 광 통신 경로를 통하여 이루어지는 제2 광 통신방식일 수 있다.
이 구성에서, 제1 및 제2 통신방식은 각각이 기설정된 역할에 따라 각각이 데이터의 송신 및 수신을 수행할 수 있으나, 필요에 따라 CMU에서 BMU로의 송신 신호는 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 송신되고, BMU에서 CMU로의 송신 신호는 제1 및 제2 통신방식 중 다른 하나의 광 통신방식으로 송신되도록 구성될 수 있다.
특히, 제1 및 제2 광 통신방식은 각각이 기설정된 역할에 따라 각각이 데이터의 송신 및 수신을 수행할 수 있으나, 필요에 따라 CMU에서 BMU로의 송신 신호는 제1 및 제2 광 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 송신되고, BMU에서 CMU로의 송신 신호는 제1 및 제2 광 통신방식 중 다른 하나의 광 통신방식으로 송신되도록 구성될 수도 있다.
이때, CMU에서 BMU로의 송신과 BMU에서 CMU로의 송신은, 시분할 다중화(TDM, Time Division Multiplexing) 방식, 코드분할 다중화(CDM, Code Division Multiplexing) 방식, FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식, 또는 그 방식을 조합하여 수행될 수 있다.
특히, 제1 및 제2 통신방식이 각각 제1 및 제2 광 통신방식일 때, CMU에서 BMU로의 송신과 BMU에서 CMU로의 송신은, CDM 방식, TDM 방식, 또는 그 방식을 조합하여 수행될 수 있다.
예를 들어, CMU과 BMU, 또는 서브 BMU와 BMU가 에어(air)를 전송매체로 하여 통신하거나, 전송매체로서 FOC 또는 광 가이드 부재의 일부를 공유하게 되는 것과 같이, 제1 및 제2 통신 경로가 동일한 통신 경로 구간을 포함하고 있을 때, CMU에서 BMU로의 송신은, 제1 및 제2 광 통신방식 중 어느 하나의 광 통신방식으로 수행되고, BMU에서 CMU로의 송신은, 제1 및 제2 광 통신방식 중 다른 광 통신방식으로 송신되되, TDM 다중화 방식으로 송신되거나, CDM 다중화 방식으로 동일한 통신 경로 구간를 통하여 동시간대에 송신될 수 있다.
BMU는, CMU 또는 서브 BMU와 이중화 통신을 하도록 구성되고 CMU 또는 서브 BMU와 광 통신하는 광 통신수단을 구비할 수 있다. 또한, BMU는 통신의 속도 및/또는 신뢰성을 더욱 증대시키기 위하여 CMU 또는 서브 BMU와 광 통신방식으로 통신하는 광 통신수단을 복수 개로 구성할 수 있다.
다시 말하면, BMU의 광 통신수단은, CMU 또는 서브 BMU와 통신을 이중화하거나, 복수의 CMU 또는 서브 BMU를 복수의 그룹으로 그룹화하여 통신하거나, CMU 또는 서브 BMU와의 통신에 장애가 발생하는 비상상황을 대비할 수 있도록 복수 개로 구성될 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 제1 통신방식은 제1 광 통신 경로를 통하여 이루어지는 광 통신방식이고, 제2 통신방식은, 제1 RF 통신 경로를 통하여 이루어지는 RF 통신방식인 경우를 예로 들어 설명하나, 주요 구성 및 동작은 제1 및 제2 통신방식이 각각 광 통신방식인 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 광 통신방식과 RF 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 나타낸 CMU 및 BMU를 세부적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CMU(1000)는 셀 모니터링 회로부(1210), 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리는 복수의 배터리 셀(10)이 복수의 배터리 셀 스택(100)으로 그룹화되어 구성될 수 있다.
셀 모니터링 회로부(1210)는 커넥터(1260)를 통해 배터리 셀 스택(100)의 배터리 셀(10)에 전기적 연결되어, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링한다. 여기서, 배터리 셀 스택(100)은 복수의 배터리 셀(10)을 포함할 수 있다. 배터리 셀 스택(100)이 둘 이상의 배터리 셀(10)을 포함하고 있을 경우, 그 둘 이상의 배터리 셀(10)은 서로 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 직병렬 혼합으로 연결될 수 있다.
셀 모니터링 회로부(1210)에 의해 모니터링되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보는, 배터리 셀(10)의 전압, 배터리 셀(10)에 흐르는 전류, 배터리 셀(10)의 온도, 배터리 셀(10)의 SOC 또는 배터리 셀(10)의 SOH와 같이 배터리 셀(10)의 상태를 나타내는 정보를 의미한다. 셀 모니터링 회로부(1210)는 각종 센서에 전기적 연결 또는 통신 연결됨에 따라, 배터리 셀(10)의 전압, 배터리 셀(10)에 흐르는 전류 또는 배터리 셀(10)의 온도를 모니터링할 수 있다. 또한, 셀 모니터링 회로부(1210)는 배터리 셀(10)의 전압, 배터리 셀(10)에 흐르는 전류 또는 배터리 셀(10)의 온도와 같은 정보를 이용하여, 배터리 셀(10)의 SOC 또는 배터리 셀(10)의 SOH를 모니터링할 수 있다.
셀 모니터링 회로부(1210)는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링하기 위하여, 멀티-셀을 측정하기 위하여 멀티 채널(Multi-channel)을 갖는 멀티-셀 배터리 모니터링 IC(Multi-Cell Battery Monitoring Integrated Circuit; MCBMIC)로 이루어지거나, 이를 포함해서 이루어질 수 있다.
셀 모니터링 회로부(1210)는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링한 뒤, 후술하는 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230) 중 적어도 하나를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 셀 모니터링 회로부(1210)와 BMU(2000) 사이에 마련되는 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 중 적어도 하나를 통해 BMU(2000)로 송신되도록 한다.
또한, 셀 모니터링 회로부(1210)는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 중 적어도 하나를 통해 BMU(2000)로부터 수신한다. 여기서, 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보라 함은, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링하라는 취지의 제어 정보, 또는 배터리 셀 스택(100)을 구성하고 있는 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행하라는 취지의 제어 정보와 같이, 배터리 셀 스택(100)의 상태 모니터링 또는 배터리 셀 스택(100)의 동작 제어와 관련된 제어가 포함되어 있는 정보를 의미한다.
BMU(2000)는 컨트롤러(2210), 제1 메인 광 통신부(2220) 및 제1 메인 RF 통신부(2230)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(2210)는 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 중 적어도 하나를 통해, 셀 모니터링 회로부(1210)로부터 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신한다.
또한, 컨트롤러(2210)는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 생성하고, 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보가 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 중 적어도 하나를 통해 셀 모니터링 회로부(1210)로 송신되도록 한다. 셀 모니터링 회로부(1210)가 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신할 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)는 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보에 따라 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 모니터링하거나, 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행한다.
제1 메인 광 통신부(2220)는, BMU가 CMU 또는 서브 BMU와 광 통신하기 위한 광 통신수단으로서, 제1 광 통신부(1220)와 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 광 통신을 수행하고, 제1 메인 RF 통신부(2230)는 제1 RF 통신부(1230)와 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 RF 통신을 수행한다.
상술한 바와 같이, 제1 메인 광 통신부(2220)는, CMU 또는 서브 BMU와 통신을 이중화하거나, 복수의 CMU 또는 서브 BMU를 복수의 그룹으로 그룹화하여 통신하거나, CMU 또는 서브 BMU와의 통신에 장애가 발생하는 비상상황을 대비할 수 있도록 복수 개로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 CMU(1000)는 셀 모니터링 회로부(1210)가 BMU(2000)(보다 구체적으로는, 컨트롤러(2210))와 서로 광 통신을 통해 정보를 송수신할 수 있도록 하기 위하여 제1 광 통신부(1220)를 포함할 수 있다.
제1 광 통신부(1220)는 CMU(1000) 내에 마련되는 광 통신부로서, 셀 모니터링 회로부(1210)에 의해 모니터링되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를, 셀 모니터링 회로부(1210)와 BMU(2000) 사이에 마련되는 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 BMU(2000)로 송신 가능하다. 또한, 제1 광 통신부(1220)는 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 송신되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 BMU(2000)(보다 구체적으로는, 제1 메인 광 통신부(2220)로부터 수신하고, 그 수신한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부(1210)로 송신 가능하다.
여기서, 제1 광 통신 경로(POP1)는 셀 모니터링 회로부(1210)와 BMU(2000) 사이에 광 통신을 위해 마련되는 경로로서, 에어(air), FOC(Fiber Optic Cable) 또는 광 가이드(light guide)로 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 제1 광 통신 경로(POP1)를 통한 제1 광 통신방식은 CDM 방식, TDM 방식, 또는 그 방식을 조합하여 수행될 수 있다.
제1 메인 광 통신부(2220)는 BMU(2000) 내에 마련되는 광 통신부로서, 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 송신되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신하고, 그 수신한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 컨트롤러(2210)로 송신 가능하다. 또한, 제1 메인 광 통신부(2220)는 컨트롤러(2210)에 의해 생성되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를, 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 셀 모니터링 회로부(1210)로 송신 가능하다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 광 통신부(1220)의 개수가 n개인 경우, 제1 메인 광 통신부(2220)의 개수는 1개일 수 있다. 다만, 반드시 이와 같은 실시예만으로 한정되는 것은 아니며, 제1 메인 광 통신부(2220)는 복수 개로 구비될 수 있다. 제1 광 통신부(1220)의 개수가 n개인 경우, 제1 메인 광 통신부(2220)의 개수는 n보다 작은 복수 개, 또는 n개일 수 있다. 제1 메인 광 통신부(2220)가 n개인 경우는 제1 광 통신부(1220)와 제1 메인 광 통신부(2220)는 서로 1:1로 대응되어 광 통신을 수행할 수도 있다.
나아가, 도면에 도시되지는 아니하였으나, 제1 메인 광 통신부(2220)가 복수 개인 경우에 제1 메인 광 통신부(2220)와 컨트롤러(2210) 사이에는 신호 다중화 수단, 즉 멀티플렉서(MUX; 미도시)가 구비될 수 있다. 이때 상기 멀티플렉서는 적어도 하나의 제1 메인 광 통신부(2220)로부터 신호(예를 들어, 배터리의 상태 정보가 포함되어 있는 신호)를 받아 이를 컨트롤러(2210)에 전달하거나, 컨트롤러(2210)로부터 송신되는 신호(예를 들어, 배터리와 관련된 제어 정보가 포함되어 있는 신호)를 받아 이를 적어도 하나의 제1 메인 광 통신부(2220)에 전달할 수 있다.
또한, 제1 메인 광 통신부(2220)의 개수가 복수 개인 경우에는 그 중에 일부가 주 광 통신수단으로 사용되고, 나머지는 주 광 통신수단에 장애가 발생하였을 때 이를 대체하여 광 통신을 수행하하는 보조 또는 비상용 광 통신수단으로 사용될 수 있다.
제1 광 통신부(1220)는 셀 모니터링 회로부(1210)와 디지털 통신을 수행하고, 제1 메인 광 통신부(2220)는 컨트롤러(2210)와 디지털 통신을 수행하며, 제1 광 통신부(1220)와 제1 메인 광 통신부(2220)는 서로 광 통신을 수행할 수 있다.
도 4를 참고하면, 제1 광 통신부(1220)는 제1 광 트랜시버(1221), 제1 광 방출 소자(1222) 및 제1 광 검출 소자(1223)를 포함할 수 있다. 예시적으로 제1 광 통신부(1220)는 제1 광 트랜시버(1221), 제1 광 방출 소자(1222) 및 제1 광 검출 소자(1223)를 포함하여 구성되는 IR-PHY(Infrared Physical layer) 소자일 수 있다.
셀 모니터링 회로부(1210)는 모니터링한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 제1 광 통신부(1220)에 디지털 신호(TXD1)로 전달할 수 있다. 이때 제1 광 통신부(1220)의 제1 광 트랜시버(1221)는 상기 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 포함된 전기 신호를 제1 광 방출 소자(1222)로 전달할 수 있다.
제1 광 방출 소자(1222)는 LED(Light Emitting Device)로 이루어지거나 이를 포함해서 이루어질 수 있다. 제1 광 방출 소자(1222)는 상기 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 광 신호로 변환하고, 그 변환된 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 BMU(2000)로 송신한다.
BMU(2000)의 제1 메인 광 통신부(2220)는 제1 메인 광 트랜시버, 제1 메인 광 검출 소자(2222) 및 제1 메인 광 방출 소자를 포함할 수 있다. 예시적으로 제1 메인 광 통신부(2220)는 제1 메인 광 트랜시버, 제1 메인 광 검출 소자(2222) 및 제1 메인 광 방출 소자를 포함하여 구성되는 IR-PHY 소자일 수 있다.
제1 메인 광 검출 소자(2222)는 LDD(Light Detecting Device)로 이루어지거나 이를 포함해서 이루어질 수 있고, LDD는 포토 디텍터일 수 있다. 제1 메인 광 검출 소자(2222)는 제1 광 방출 소자(1222)에서 송신하는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신하고, 상기 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 전기 신호로 변환해서 제1 메인 광 트랜시버로 전달할 수 있다. 이때 제1 메인 광 트랜시버는 상기 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 컨트롤러(2210)에 디지털 신호(RXD1)로 전달할 수 있다.
컨트롤러(2210)는 상기 RXD1으로부터 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 획득할 수 있다. 이때 컨트롤러(2210)는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 계속해서 모니터링하라는 취지의 제어 정보, 또는 배터리 셀 스택(100)을 구성하고 있는 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행하라는 취지의 제어 정보 등 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 생성해서 CMU(1000)의 셀 모니터링 회로부(1210)로 송신할 수 있다.
구체적으로, 컨트롤러(2210)는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 생성하고, 그 생성한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 제1 메인 광 통신부(2220)에 디지털 신호(TXD2)로 전달할 수 있다. 이때 제1 메인 광 통신부(2220)의 제1 메인 광 트랜시버는 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보가 포함된 전기 신호를 제1 메인 광 방출 소자로 전달할 수 있다.
제1 메인 광 방출 소자는 LED로 이루어지거나 이를 포함해서 이루어질 수 있다. 제1 메인 광 방출 소자는 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 광 신호로 변환하고, 그 변환된 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 CMU(1000)로 송신한다.
이 경우 CMU(1000)의 제1 광 통신부(1220), 보다 구체적으로 제1 광 검출 소자(1223)는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신할 수 있다. 제1 광 검출 소자(1223)는 LDD로 이루어지거나 이를 포함해서 이루어질 수 있다. 제1 광 검출 소자(1223)는 제1 메인 광 방출 소자에서 송신하는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하고, 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 전기 신호로 변환해서 제1 광 트랜시버(1221)로 전달할 수 있다.
이때 제1 광 트랜시버(1221)는 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부(1210)에 디지털 신호(RXD2)로 전달할 수 있으며, 셀 모니터링 회로부(1210)는 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보에 따라, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 계속해서 모니터링하거나, 배터리 셀 스택(100)을 구성하고 있는 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행한다.
본 발명에 따른 CMU(1000)는 셀 모니터링 회로부(1210)가 BMU(2000)(보다 구체적으로는, 컨트롤러(2210))와 서로 RF 통신을 통해 정보를 송수신할 수 있도록 하기 위하여 제1 RF 통신부(1230)를 포함할 수 있다.
제1 RF 통신부(1230)는 CMU(1000) 내에 마련되는 RF 통신부로서, 셀 모니터링 회로부(1210)에 의해 모니터링되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를, 셀 모니터링 회로부(1210)와 BMU(2000) 사이에 마련되는 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 BMU(2000)로 송신 가능하다. 또한, 제1 RF 통신부(1230)는 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 송신되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하고, 그 수신한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부(1210)로 송신 가능하다.
여기서, 제1 RF 통신 경로(PRF1)는 제1 광 통신부(1220)와 제1 메인 광 통신부(2220) 사이에 RF 통신을 위해 마련되는 경로로서, 에어(air)로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통한 제1 RF 통신방식은 TDM 방식, CDM 방식, FDM 방식, 또는 그 방식을 조합하여 수행될 수 있다.
제1 메인 RF 통신부(2230)는 BMU(2000) 내에 마련되는 RF 통신부로서, 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 송신되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신하고, 그 수신한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 컨트롤러(2210)로 송신 가능하다. 또한, 제1 메인 RF 통신부(2230)는 컨트롤러(2210)에 의해 생성되는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를, 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 셀 모니터링 회로부(1210)로 송신 가능하다.
제1 RF 통신부(1230)는 셀 모니터링 회로부(1210)와 디지털 통신을 수행하고, 제1 메인 RF 통신부(2230)는 컨트롤러(2210)와 디지털 통신을 수행하며, 제1 RF 통신부(1230)와 제1 메인 RF 통신부(2230)는 서로 RF 통신을 수행할 수 있다.
도 4를 참고하면, 제1 RF 통신부(1230)는 제1 RF 트랜시버(1231) 및 제1 RF 안테나(1232)를 포함할 수 있다.
셀 모니터링 회로부(1210)는 모니터링한 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 제1 RF 통신부(1230)에 디지털 신호로 전달할 수 있다. 이 경우 제1 RF 통신부(1230)의 제1 RF 트랜시버(1231)는 제1 RF 안테나(1232)를 통해 상기 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 BMU(2000)로 송신한다.
BMU(2000)의 제1 메인 RF 통신부(2230)는 제1 메인 RF 트랜시버(2231) 및 제1 메인 RF 안테나(2232)를 포함할 수 있다. 제1 메인 RF 안테나(2232)는 제1 RF 안테나(1232)를 통해 송신되는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 수신하며, 이 경우 제1 메인 RF 트랜시버(2231)는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 컨트롤러(2210)에 디지털 신호로 전달할 수 있다.
컨트롤러(2210)는 제1 메인 RF 트랜시버(2231)가 전달하는 디지털 신호로부터 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 획득할 수 있다. 이때 컨트롤러(2210)는 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 계속해서 모니터링하라는 취지의 제어 정보, 또는 배터리 셀 스택(100)을 구성하고 있는 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행하라는 취지의 제어 정보 등 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 생성하고, 그 생성한 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 CMU(1000)의 셀 모니터링 회로부(1210)로 송신할 수 있다.
구체적으로, 컨트롤러(2210)는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 생성해서, 이를 제1 메인 RF 통신부(2230)에 디지털 신호로 전달할 수 있다. 이 경우 제1 메인 RF 통신부(2230)의 제1 메인 RF 트랜시버(2231)는 제1 메인 RF 안테나(2232)를 통해 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 CMU(1000)로 송신한다.
이 경우 CMU(1000)의 제1 RF 통신부(1230), 보다 구체적으로 제1 RF 안테나(1232)는 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신할 수 있다. 제1 RF 안테나(1232)가 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신할 경우, 제1 RF 트랜시버(1231)는 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 셀 모니터링 회로부(1210)에 디지털 신호로 전달할 수 있다.
이때 셀 모니터링 회로부(1210)는 상기 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보에 따라, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 계속해서 모니터링하거나, 배터리 셀 스택(100)을 구성하고 있는 배터리 셀(10)들의 전압 밸런싱을 수행한다.
한편, 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230) 중 적어도 하나를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 중 적어도 하나를 통해 BMU(2000)로 송신되도록 할 수 있다. 즉, 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신부(1220)를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해서만 BMU(2000)로 송신되도록 하거나, 제1 RF 통신부(1230)를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해서만 BMU(2000)로 송신되도록 할 수 있다. 또는, 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)를 모두 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 모두를 통해 BMU(2000)로 송신되도록 할 수 있다.
여기서, 셀 모니터링 회로부(1210)에 의해 이루어지는 제어는, 셀 모니터링 회로부(1210)가 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230) 중 적어도 하나에 디지털 신호를 전달하는 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)는 셀 모니터링 회로부(1210)로부터 디지털 신호를 전달받는 경우에 한하여 동작이 이루어질 수 있다. 또는, 셀 모니터링 회로부(1210)에 의해 이루어지는 제어는, 셀 모니터링 회로부(1210)가 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230) 중 적어도 하나에 파워를 공급하는 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)는 셀 모니터링 회로부(1210)로부터 파워를 공급받는 경우에 한하여 동작이 이루어질 수 있다.
셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신부(1220)를 제어하여, 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 BMU(2000)로 송신할 수 있다. 이때 제1 광 통신부(1220)에 의한 통신에 장애가 발생하지 않았을 경우에는, 제1 광 통신부(1220)와 제1 메인 광 통신부(2220) 사이에 원활한 광 통신이 이루어지기 때문에, 셀 모니터링 회로부(1210)는 컨트롤러(2210)에서 송신하는 응답 신호를 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 수신할 수 있다.
하지만, 제1 광 통신부(1220)에 의한 통신에 장애가 발생하였을 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)는 컨트롤러(2210)로부터 응답 신호를 수신할 수 없거나, 상기 응답 신호를 예정보다 오랜 시간이 지난 뒤에야 비로소 수신하게 된다. 여기서, 제1 광 통신부(1220)에 의한 통신에 장애가 발생하였다는 것은, 셀 모니터링 회로부(1210)와 제1 광 통신부(1220) 사이의 통신에 장애가 발생한 경우, 제1 광 통신부(1220)와 제1 메인 광 통신부(2220) 사이의 통신에 장애가 발생한 경우, 또는 제1 메인 광 통신부(2220)와 컨트롤러(2210) 사이의 통신에 장애가 발생한 경우를 말한다.
셀 모니터링 회로부(1210)가 제1 광 통신부(1220)를 제어하여 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 송신하였음에도 불구하고, 컨트롤러(2210)로부터 응답 신호를 수신할 수 없거나, 상기 응답 신호를 예정보다 오랜 시간이 지난 뒤에야 비로소 수신한 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)는 광 통신 경로에 장애가 발생하였음을 인지할 수 있다.
이와 같이 셀 모니터링 회로부(1210)가 광 통신 경로에 장애가 발생하였음을 인지한 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신부(1220) 대신 제1 RF 통신부(1230)를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해서만 BMU(2000)로 송신되도록 할 수 있다.
CMU(1000)가 제1 광 통신부(1220)만을 포함하고 있을 경우에 제1 광 통신부(1220)에 의한 통신에 장애가 발생하게 되면, 셀 모니터링 회로부(1210)와 컨트롤러(2210) 간 정보의 송수신이 불가능해지거나 지연되어, CMU(1000)가 탑재되는 전기 차량에 커다란 위험을 가져오게 된다. 하지만, 본 발명에 따른 CMU(1000)는 제1 광 통신부(1220) 이외에 제1 RF 통신부(1230)를 구비하고 있기 때문에, 제1 광 통신부(1220)에 의한 통신에 장애가 발생한 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)와 컨트롤러(2210) 간 정보의 송수신을 제1 RF 통신부(1230)에서 수행하도록 하면 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, CMU(1000)가 탑재되는 전기 차량의 안전을 크게 도모할 수 있게 된다.
셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 RF 통신부(1230)를 제어하여, 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 BMU(2000)로 송신할 수 있다. 이때 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 장애가 발생하지 않았을 경우에는, 제1 RF 통신부(1230)와 제1 메인 RF 통신부(2230) 사이에 원활한 RF 통신이 이루어지기 때문에, 셀 모니터링 회로부(1210)는 컨트롤러(2210)에서 송신하는 응답 신호를 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 수신할 수 있다.
하지만, 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 장애가 발생하였을 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)는 컨트롤러(2210)로부터 응답 신호를 수신할 수 없거나, 상기 응답 신호를 예정보다 오랜 시간이 지난 뒤에야 비로소 수신하게 된다. 여기서, 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 장애가 발생하였다는 것은, 셀 모니터링 회로부(1210)와 제1 RF 통신부(1230) 사이의 통신에 장애가 발생한 경우, 제1 RF 통신부(1230)와 제1 메인 RF 통신부(2230) 사이의 통신에 장애가 발생한 경우, 또는 제1 메인 RF 통신부(2230)와 컨트롤러(2210) 사이의 통신에 장애가 발생한 경우를 말한다.
셀 모니터링 회로부(1210)가 제1 RF 통신부(1230)를 제어하여 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 송신하였음에도 불구하고, 컨트롤러(2210)로부터 응답 신호를 수신할 수 없거나, 상기 응답 신호를 예정보다 오랜 시간이 지난 뒤에야 비로소 수신한 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)는 RF 통신 경로에 장애가 발생하였음을 인지할 수 있다.
이와 같이 셀 모니터링 회로부(1210)가 RF 통신 경로에 장애가 발생하였음을 인지한 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 RF 통신부(1230) 대신 제1 광 통신부(1220)를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해서만 BMU(2000)로 송신되도록 할 수 있다.
CMU(1000)가 제1 RF 통신부(1230)만을 포함하고 있을 경우에 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 장애가 발생하게 되면, 셀 모니터링 회로부(1210)와 컨트롤러(2210) 간 정보의 송수신이 불가능해지거나 지연되어, CMU(1000)가 탑재되는 전기 차량에 커다란 위험을 가져오게 된다. 하지만, 본 발명에 따른 CMU(1000)는 제1 RF 통신부(1230) 이외에 제1 광 통신부(1220)를 구비하고 있기 때문에, 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 장애가 발생한 경우, 셀 모니터링 회로부(1210)와 컨트롤러(2210) 간 정보의 송수신을 제1 광 통신부(1220)에서 수행하도록 하면 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, CMU(1000)가 탑재되는 전기 차량의 안전을 크게 도모할 수 있게 된다.
한편, 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)를 모두 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 모두를 통해 BMU(2000)로 송신되도록 할 수 있다.
즉, 앞선 경우와 달리, 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 모두 장애가 발생하지 않은 경우에는, 제1 광 통신부(1220)와 제1 메인 광 통신부(2220) 사이에 원활한 광 통신이 이루어지고, 제1 RF 통신부(1230) 및 제1 메인 RF 통신부(2230) 사이에 원활한 RF 통신이 이루어질 수 있게 된다. 이때 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 모두를 통해 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 BMU(2000)로 송신되도록 함으로써, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 BMU(2000)로 송신되는 속도를 한층 더 향상시킬 수 있고, 나아가 셀 모니터링 회로부(1210)가 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하는 속도 역시 한층 더 향상시킬 수 있다.
이 경우라도, 제1 광 통신부(1220)와 제1 메인 광 통신부(2220) 사이, 또는, 제1 RF 통신부(1230)와 제1 메인 RF 통신부(2230) 사이 중에서 어느 하나의 통신 경로에 통신 장애가 발생할 경우에는 장애가 발생하지 않은 다른 하나의 통신 경로와 통신방식으로 통신을 수행할 수 있다.
이와 같이 셀 모니터링 회로부(1210)는 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 상호보완적으로 이용하거나 병렬적으로 이용하여 BMU(2000)와 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 셀 모니터링 회로부(1210)가 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 상호보완적으로 이용할 수 있다는 것은, 제1 광 통신부(1220)에 의한 통신에 장애가 발생하여 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 정보(즉, 배터리의 상태 정보 및 배터리와 관련된 제어 정보)를 송수신하는 것이 CMU(1000)가 탑재되는 전기 차량에 커다란 위험으로 작용할 경우에는, 이에 대한 보완책으로서 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 정보를 주고받을 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 셀 모니터링 회로부(1210)가 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 상호보완적으로 이용할 수 있다는 것은, 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 장애가 발생하여 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해 정보(즉, 배터리의 상태 정보 및 배터리와 관련된 제어 정보)를 송수신하는 것이 CMU(1000)가 탑재되는 전기 차량에 커다란 위험으로 작용할 경우에는, 이에 대한 보완책으로서 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해 정보를 주고받을 수 있다는 것을 의미한다.
셀 모니터링 회로부(1210)가 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 병렬적으로 이용할 수 있다는 것은, 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신에 모두 장애가 발생하지 않은 경우에, 셀 모니터링 회로부(1210)와 BMU(2000)(보다 구체적으로는, 컨트롤러(2210)) 사이에 정보(즉, 배터리의 상태 정보 및 배터리와 관련된 제어 정보)를 송수신하는 속도를 향상시키기 위하여, 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1) 모두를 이용하고, 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신 중 어느 하나에 장애가 발생한 경우에는 나머지 하나에 의한 통신 경로를 이용하여 정보를 주고받을 수 있다는 것을 의미한다.
이와 같은 상호보완적 또는 병렬적 이용은 각 통신의 특성과도 관련이 있다. 즉, 광 통신은 제1 광 통신 경로(POP1)에 유형의 장애물이 존재할 경우 통신 성능이 현저히 떨어지지만, 전자기파에 의한 간섭은 받지 않는다. 이에 반해, RF 통신은 제1 RF 통신 경로(PRF1)에 전자기파 간섭이 존재할 경우 통신 성능이 현저히 떨어지지만, 제1 RF 통신 경로(PRF1)에 유형의 장애물이 존재하더라도 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 완전히 차폐시키는 것만 아니라면 통신 성능에 큰 영향을 받지 않는다.
이에 본 발명은 제1 광 통신 경로(POP1) 및 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 상호보완적으로 이용하거나 병렬적으로 이용하기 위하여, 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)를 구비하고 있다. 이러한 본 발명에 의하면, 제1 광 통신부(1220)와 제1 RF 통신부(1230) 중 어느 하나의 통신부에 의한 통신에 장애가 발생한다 하더라도, 다른 통신부를 통해서 셀 모니터링 회로부(1210)와 BMU(2000) 간 통신을 수행하면 되기 때문에, CMU(1000)가 탑재되는 전기 차량의 안전을 크게 도모할 수 있게 된다. 게다가, 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)에 의한 통신이 동시에 이루어지도록 함으로써, 셀 모니터링 회로부(1210)와 BMU(2000) 간 이루어지는 통신의 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
앞에서는 제1 광 통신부(1220)가 BMU(2000)로 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 송신하고, 또한 제1 광 통신부(1220)가 BMU(2000)로부터 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이와 같은 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
즉, 셀 모니터링 회로부(1210)는 BMU(2000)로 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 송신할 경우에, 제1 광 통신부(1220)를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보가 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해서 BMU(2000)로 송신되도록 할 수 있다. 그리고 셀 모니터링 회로부(1210)가 BMU(2000)로부터 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신할 경우에는, 제1 RF 통신부(1230)를 제어하여, 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보가 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통해서 수신되도록 할 수 있다.
이 경우에는 제1 광 통신부(1220)에 제1 광 검출 소자(1223)를 구비시킬 필요가 없으며, 제1 광 트랜시버(1221)에서 수신 기능을 생략할 수 있고, 제1 RF 트랜시버(1231)에서 송신 기능을 생략할 수 있기 때문에, CMU(1000)의 구조 간소화 및 제작 비용 절감을 기대할 수 있다. 게다가, 제1 RF 트랜시버(1231)에서 송신 기능을 생략할 경우에는, 제1 RF 트랜시버(1231)에서 송신하는 RF 신호의 주파수를 셀 모니터링 회로부(1210)의 개수만큼 다르게 정할 필요도 없기 때문에, 주파수 간섭이나 제어의 복잡성이 훨씬 완화될 수 있다.
이와 반대로, 셀 모니터링 회로부(1210)가 BMU(2000)로 배터리 셀 스택(100)의 상태 정보를 송신할 경우에는 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 이용하여 BMU(2000)로 송신하고, BMU(2000)로부터 배터리 셀 스택(100)과 관련된 제어 정보를 수신할 경우에는, 제1 광 통신 경로(POP1)를 통해서 수신되도록 하는 것도 가능하다.
더 나아가, CMU(1000)에서 BMU(2000)로의 송신은, 상술한 광 통신방식과 RF 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 이루어지고, BMU(2000)에서 CMU(1000)로의 수신은, 광 통신방식과 RF 통신방식 중 다른 하나의 통신방식으로 이루어지되, 광 통신방식과 RF 통신방식 중에 장애가 발생하면, 장애가 발생하지 않은 통신방식에 의하여 송수신이 모두 이루어지게 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템에서, CMU(1000)와 BMU(2000)는, 광 통신방식과 RF 통신방식 중 어느 하나의 통신방식을 주 통신방식으로 선택하여 통신을 수행하고, 다른 통신방식은 비상 통신방식으로서 대기할 수 있다. 이때, 만약 주 통신방식으로 사용 중인 통신방식에 장애가 발생한 경우에는, 다른 하나의 통신방식인 비상 통신방식으로 전환하여 통신을 수행하도록 제어될 수 있다.
또한, CMU(1000)와 BMU(2000)는, 이와 같이 비상 통신방식으로 전환된 경우라도 주 통신방식의 통신 장애가 해소되게 되면 원래의 주 통신방식으로 다시 전환하여 통신을 수행하도록 제어될 수 있다.
또 다른 예로서, CMU(1000)와 BMU(2000)는, 제1 및 제2 통신방식을 각각 주 통신과 보조 통신방식으로 설정하여 각자 설정된 역할의 제1 및 제2 통신방식으로 통신을 수행하다가 만약 둘 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생하면 다른 하나의 통신방식이 장애가 발생한 통신방식의 몫까지 대신하여 통신을 수행하고, 통신 장애가 해소되면 제1 및 제2 통신방식 원래 설정상태로 복귀하여 각각 주 통신 및 보조 통신으로서 통신을 수행하도록 구성할 수 있다.
이상에서는, 제1 통신방식은 제1 광 통신 경로(POP1)를 통하여 이루어지는 제1 광 통신방식이고, 제2 통신방식은 제1 RF 통신 경로(PRF1)를 통하여 이루어지는 제1 RF 통신방식인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 제1 및 제2 통신방식이 광 통신방식으로 구성되는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1 광 통신방식과 제2 광 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 각각이 셀 측정배선(WCM)을 통하여 복수의 배터리에 전기적으로 연결되어 복수의 배터리 셀(즉, 배터리 셀 스택(100))의 상태를 측정 또는 모니터링하는 CMU(1000)를 포함하고, CMU(1000)와 BMU(2000) 사이에 이중화된 제1 및 제2 통신방식이 모두 광 통신방식으로만 이루어지고, CMU(1000)는 제1 광 통신방식과 제2 광 통신방식을 수행하기 위하여 제1 광 통신부(1220) 및 제2 광 통신부(1240)를 구비한다. 또한, BMU(2000)는, 제1 광 통신부(1220) 및 제2 광 통신부(1240)에 각각 대응하여 광 통신을 수행하는 제1 메인 광 통신부(2220) 및 제2 메인 광 통신부(2240)를 포함하여 구성된다.
이는, 도 5의 실시예는, 앞의 실시예에서 제1 RF 통신부(1230) 및 제1 메인 RF 통신부(2230)가 제2 광 통신부(1240) 및 제2 메인 광 통신부(2240)로 대체된 점에서 차이가 있을 뿐, 제1 및 제2 통신방식의 동작 및 제어 원리는 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도면에 도시하지는 아니하였으나, 도 3 내지 도 5를 통하여 설명한 본 발명의 일 실시예는 에너지 저장 시스템에 구비되는 배터리 팩, 배터리 랙 또는 배터리 뱅크를 포함하는 배터리 시스템에 적용될 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 아니하였으나, 상술한 본 발명의 일 실시예는 전기 자동차에 구비되는 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 배터리 팩과, 모터와, 배터리 팩으로부터 공급되는 전력을 변환하여 모터를 구동하도록 제어되는 인버터를 포함하는 전기 자동차이고, 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성된 복수의 배터리 셀 스택(100)과, 본 발명의 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예로서, CMU(1000)가 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하기 위하여 멀티-셀 배터리 모니터링 IC(또는 MCBMIC)를 구비한 구성에 있어서 CMU(1000)와 BMU(2000) 간의 통신 이중화 구조에 관하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정된 것이 아니며, CMU(1000)가 싱글 배터리 셀에 각각 대응되어, 해당 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하기 위한 구조에도 적용이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 광 통신방식과 RF 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예로서 제1 광 통신방식과 제2 광 통신방식에 의한 통신 이중화 구조를 갖는 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩은, 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀과, 배터리 셀의 일 측면에 장착되고 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 CMU(1000)를 포함하는 복수의 배터리 유닛을 포함하여 구성된 배터리 셀 스택(100)과, 복수의 배터리 유닛과 통신하는 하나 이상의 서브 BMU(3000) 및 서브 BMU(3000)와 통신하고, 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 배터리 셀을 관리하는 BMU(2000)를 포함하여 구성된다.
여기에서, 서브 BMU(3000)와 BMU(2000)는, 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과, 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식을 포함하여 이중화된 갈바닉 절연 통신방식으로 통신하되 제1 및 제2 통신방식은 각각 광 통신방식과 RF 통신방식이고, 광 통신방식과 RF 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에, 다른 하나의 통신방식을 이용하여 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여, 서브 BMU(3000)는, 광 통신 및 RF 통신을 위하여 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)를 구비하고, BMU(2000)는 제1 광 통신부(1220) 및 제1 RF 통신부(1230)에 대응하여 제1 메인 광 통신부(2220)와 제1 메인 RF 통신부(2230)를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 CMU(1000)는 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀에 장착되는 구성으로서, 배터리 셀에 전기적으로 직접 연결되어 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 싱글-셀 배터리 모니터링 회로(SCBMC) 또는 싱글-셀 배터리 모니터링 IC(SCBMIC)가 구비된 셀 모니터링 회로부를 포함하여 구성된다. 이때, CMU(1000)는 BMU(2000)와 직접 통신하도록 구성될 수도 있으나, BMU(2000)와의 통신 중계를 위하여 설치된 서브 BMU(3000)와 통신하는 구성도 가능하며, BMU(2000) 또는 서브 BMU(3000)와의 통신은 갈바닉 절연 방식, 특히 광 통신방식으로 수행될 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예는, 도 3 및 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 대비하여, CMU(1000)가 배터리 셀에 직접 장착되어 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀을 측정 또는 모니터한다는 점에서 차이가 있을 뿐, 서브 BMU(3000) 및 BMU(2000) 간의 제1 및 제2 통신방식은 도 3, 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에서 CMU(1000)와 BMU(2000) 간의 통신방식과 그 동작 및 제어 원리가 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 서브 BMU(3000)와 BMU(2000) 사이에 이중화된 제1 및 제2 통신방식은 각각이 광 통신방식과 RF 통신방식으로 구성된 도 6의 실시예와 달리 모두 광 통신방식으로만 구성되고, 서브 BMU(3000)는 제1 광 통신방식과 제2 광 통신방식을 수행하기 위하여 제1 광 통신부(1220) 및 제2 광 통신부(1240)를 구비할 수 있다. 또한, BMU(2000)는, 서브 BMU(3000)의 제1 광 통신부(1220) 및 제2 광 통신부(1240)에 각각 대응하여 광 통신을 수행하는 제1 메인 광 통신부(2220) 및 제2 메인 광 통신부(2240)를 포함하여 구성된다.
이는, 도 7의 실시예는, 도 6의 실시예에서 서브 BMU(3000)의 제1 RF 통신부(1230)와 BMU(2000)의 제1 메인 RF 통신부(2230)가 각각 제2 광 통신부(1240) 및 제2 메인 광 통신부(2240)로 대체된 점에서 차이가 있을 뿐, 제1 및 제2 통신방식의 동작 및 제어 원리는 본 발명의 일 실시예 및 도 6의 다른 실시예와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도면에 도시하지는 아니하였으나, 도 6 및 도 7을 통하여 설명한 본 발명의 다른 실시예는 에너지 저장 시스템에 구비되는 배터리 팩, 배터리 랙 또는 배터리 뱅크를 포함하는 배터리 시스템에 적용될 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 아니하였으나, 상술한 본 발명의 다른 실시예는 전기 자동차에 구비되는 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 배터리 팩과, 모터와, 배터리 팩으로부터 공급되는 전력을 변환하여 모터를 구동하도록 제어되는 인버터를 포함하는 전기 자동차이고, 배터리 팩은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩인 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주 안에 속한다고 할 것이다.
10: 배터리 셀 100: 배터리 셀 스택
1000: CMU
1210: 셀 모니터링 회로부 1220: 제1 광 통신부
1221: 제1 광 트랜시버 1222: 제1 광 방출 소자
1223: 제1 광 검출 소자 1230: 제1 RF 통신부
1231: 제1 RF 트랜시버 1232: 제1 RF 안테나
1240: 제2 광 통신부 2000: BMU
2210: 컨트롤러 2220: 제1 메인 광 통신부
2221: 제1 메인 광 트랜시버 2222: 제1 메인 광 검출 소자
2223: 제1 메인 광 방출 소자 2230: 제1 메인 RF 통신부
2231: 제1 메인 RF 트랜시버 2232: 제1 메인 RF 안테나
2240: 제2 메인 광 통신부
3000: 서브 BMU

Claims (20)

  1. 각각이 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 복수의 셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit); 및
    상기 복수의 CMU와 통신하여, 상기 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 상기 배터리 셀을 관리하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)을 포함하고,
    상기 복수의 CMU 각각과 BMU는, 상기 복수의 CMU 각각과 BMU 사이에 마련되는 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과, 상기 복수의 CMU 각각과 BMU 사이에 마련되는 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식을 포함하여 이중화된 갈바닉 절연 통신방식을 포함한 통신방식으로 통신하되, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에 다른 하나의 통신방식을 이용하여 통신하고,
    상기 제1 통신 경로 및 제2 통신 경로는, 각각 제1 광 통신 경로 및 제1 RF(Radio Frequency) 통신 경로이고,
    상기 제1 통신방식 및 제2 통신방식은, 각각 제1 광 통신방식과 제1 RF 통신방식인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CMU에서 BMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 이루어지고,
    상기 BMU에서 CMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 다른 하나의 통신방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 CMU와 BMU는,
    제1 및 제2 통신방식의 기설정된 역할에 기반하여 통신하되,
    상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에, 다른 하나의 통신방식으로 전환하여 통신하고,
    상기 장애가 해소된 경우에는 상기 제1 및 제2 통신방식이 상기 기설정된 역할로 복귀하여 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 BMU는, 상기 CMU와 광 통신방식으로 통신하는 복수의 광 통신수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 CMU와 BMU 사이의 통신을 중계하는 서브 배터리 모니터링 유닛(서브 BMU, Sub-Battery Monitoring Unit)을 더 포함하고,
    상기 CMU와 서브 BMU, 및 상기 서브 BMU와 BMU 중 적어도 하나의 사이에서 상기 이중화된 갈바닉 절연 통신방식으로 통신이 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  11. 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성된 복수의 배터리 셀 스택; 및
    제1항, 제3항, 제4항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 관리 시스템을 포함하고,
    상기 배터리 관리 시스템의 복수의 셀 모니터링 유닛 각각은, 상기 복수의 배터리 셀 스택 각각에 대응되어 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 병렬 연결된 하나 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되어 상기 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하는 셀 모니터링 유닛(CMU, Cell Monitoring Unit)을 포함하는 복수의 배터리 유닛;
    상기 복수의 배터리 유닛과 통신하는 하나 이상의 서브 배터리 모니터링 유닛(서브 BMU, Sub-Battery Monitoring Unit); 및
    상기 서브 BMU와 통신하여, 상기 배터리 셀의 상태 정보를 수신하거나, 배터리 셀과 관련된 제어 정보를 송신하여 상기 배터리 셀을 관리하는 배터리 모니터링 유닛(BMU, Battery Monitoring Unit)을 포함하고,
    상기 하나 이상의 서브 BMU 각각과 BMU는, 상기 하나 이상의 서브 BMU 각각과 BMU 사이에 마련되는 제1 통신 경로를 통한 제1 통신방식과, 상기 하나 이상의 서브 BMU 각각과 BMU 사이에 마련되는 제2 통신 경로를 통한 제2 통신방식을 포함하여 이중화된 갈바닉 절연 통신방식으로 통신하되, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식에 장애가 발생한 경우에 다른 하나의 통신방식을 이용하여 통신하고,
    상기 제1 통신 경로 및 제2 통신 경로는, 각각 제1 광 통신 경로 및 제1 RF(Radio Frequency) 통신 경로이고,
    상기 제1 통신방식 및 제2 통신방식은, 각각 제1 광 통신방식과 제1 RF 통신방식인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제12항에 있어서,
    상기 BMU는, 상기 서브 BMU와 광 통신방식으로 통신하는 복수의 광 통신수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 서브 BMU에서 BMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 어느 하나의 통신방식으로 이루어지고,
    상기 BMU에서 서브 BMU로의 송신은, 상기 제1 및 제2 통신방식 중 다른 하나의 통신방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 배터리 팩과, 모터와, 상기 배터리 팩으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 모터를 구동하도록 제어되는 인버터를 포함하는 전기 자동차에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    복수의 배터리 셀을 포함하여 구성된 복수의 배터리 셀 스택; 및
    제1항, 제3항, 제4항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 관리 시스템을 포함하고,
    상기 배터리 관리 시스템의 복수의 셀 모니터링 유닛 각각은, 상기 복수의 배터리 셀 스택 각각에 대응되어 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 측정 또는 모니터링하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
  20. 배터리 팩과, 모터와, 상기 배터리 팩으로부터 공급되는 전력을 변환하여 상기 모터를 구동하도록 제어되는 인버터를 포함하는 전기 자동차에 있어서,
    상기 배터리 팩은, 제12항, 제17항 및 제 18항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 팩인 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
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