KR102514195B1 - 선박용 리튬전지 모듈 관리장치 및 관리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박에 탑재된 리튬전지체계의 최소 모듈 단위인 리튬전지 모듈을 효율적으로 제어 및 관리함으로써, 보다 큰 단위의 전지체계 구축이 가능하도록 하는 선박용 리튬전지 모듈 관리장치 및 관리방법에 관한 것이다.

Description

선박용 리튬전지 모듈 관리장치 및 관리방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING LITHIUM BATTERY MODULE FOR SHIP}
본 발명은 선박용 리튬전지 모듈 관리장치 및 관리방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 선박에 탑재된 리튬전지체계의 최소 모듈 단위인 리튬전지 모듈을 효율적으로 제어 및 관리함으로써, 보다 큰 단위의 전지체계 구축이 가능하도록 하는 선박용 리튬전지 모듈 관리장치 및 관리방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전지 기술의 발달을 통해 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가함에 따라, 각종 소형 전자기기는 물론 전기 자동차에 이르기까지 이차전지를 적용하는 사례가 늘고 있는데, 이러한 전지 기술은 중대형 선박의 운항에 있어서도 내연기관을 대신할 동력체로써 부상하고 있다.
대부분의 선박은 운항에 있어서 내연기관에 의존하게 되는데, 최근 글로벌 환경규제에 따른 내연기관 사용 제한 등에 따라 중대형 선박에도 리튬이온전지와 같은 이차전지의 적용이 적극 요구되고 있는 실정이다.
한편, 이러한 리튬전지체계를 효율적으로 관리하기 위해서는 리튬전지체계의 최소 모듈 단위인 리튬전지 모듈을 개별 제어 및 감시하여야 하는데, 현재는 이러한 기술이 부재함에 따라 리튬전지 모듈을 개별 제어 및 감시하기 위한 기술이 필요한 실정이다.
이에 본 발명자는, 상술한 종래의 선박용 이차전지 적용 기술에 있어 초래되는 문제점 및 한계점을 해결하기 위하여, 선박에 탑재된 리튬전지체계의 최소 모듈 단위인 리튬전지 모듈을 효율적으로 제어 및 관리함으로써, 보다 큰 단위의 전지체계 구축이 가능하도록 하는 선박용 리튬전지 모듈 관리장치 및 관리방법을 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2013-0060801호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 선박에 탑재된 리튬전지체계의 최소 모듈 단위인 리튬전지 모듈을 효율적으로 제어 및 관리함으로써, 보다 큰 단위의 전지체계 구축이 가능하도록 하는 선박용 리튬전지 모듈 관리장치 및 관리방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 리튬전지 모듈 관리장치는 리튬전지 셀 트레이 관리부 및 리튬전지 스트링 관리부와 각각 연결되어 리튬전지 모듈에 대한 정보를 송수신하는 리튬전지 모듈 관리부 및 상기 리튬전지 모듈 관리부에 전류정보를 제공하며, 상기 리튬전지 모듈 관리부를 통해 도통되는 과전류를 차단하여 상기 리튬전지 모듈 관리부를 보호하는 전류정보 교환부를 포함하며, 상기 리튬전지 모듈 관리부는 리튬전지체계 중 다수 개의 리튬전지 모듈 각각을 모듈 단위로 관리 및 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 리튬전지 모듈 관리부는 하우징, 상기 하우징 내측에 수용되는 전자파 장해 필터(EMI filter), 상기 전자파 장해 필터가 실장되는 인쇄 회로 기판(PCB) 및 상기 인쇄 회로 기판에 실장되는 하나 이상의 커넥터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 상기 리튬전지 모듈의 SOC, SOH, 가용전류 및 가용전력을 토대로 상기 리튬전지 모듈의 상태를 판단하고, 상기 리튬전지 모듈의 전압값 및 전류값을 측정하며, 상기 리튬전지체계의 리튬전지 셀 전압 및 리튬전지 셀 트레이 온도를 체크하고, 상기 리튬전지 모듈의 동작상태 및 고장여부를 진단하며, 상기 리튬전지 스트링, 상기 리튬전지 모듈의 과전류를 차단하는 상기 전류정보 교환부, 전류센서 및 상기 리튬전지 셀 트레이 관리부와 상기 리튬전지 스트링 관리부 간의 통신 상태를 제어하고, 상기 전류정보 교환부의 온오프 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 리튬전지 셀 트레이 관리부와 유아트(UART) 통신 기능을 이용하여 리튬전지 셀 정보를 송수신하며, 리튬전지 스트링 관리부와 유아트 통신 기능을 이용하여 리튬전지 모듈 정보를 송수신할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 리튬전지 모듈 관리방법은 리튬전지 모듈 관리부를 통해 리튬전지 셀 트레이 관리부 및 리튬전지 스트링 관리부와 리튬전지 모듈에 대한 정보를 송수신하는 단계, 전류정보 교환부를 통해 상기 리튬전지 모듈 관리부와 전류정보를 제공하며, 상기 리튬전지 모듈 관리부를 통해 도통되는 과전류를 차단하여 상기 리튬전지 모듈 관리부를 보호하는 단계 및 리튬전지체계 중 다수 개의 리튬전지 모듈 각각을 모듈 단위로 관리 및 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 탑재된 리튬전지체계의 최소 모듈 단위인 리튬전지 모듈을 효율적으로 제어 및 관리함으로써, 보다 큰 단위의 전지체계 구축이 가능한 이점을 가진다.
또한, 보다 큰 단위 전지체계 구축이 가능함으로써 대용량 전력을 보급할 수 있는 이점을 가진다.
특히, 글로벌 환경규제에 따라 내연기관을 대처할 수 있으므로 친환경적인 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 리튬전지 모듈 관리부(110)의 기능을 기능 별로 도시한 기능 다이어그램이다.
도 3은 리튬전지 모듈 관리부(110)의 내부 인터페이스를 도시한 도면이다.
도 4는 리튬전지 모듈 관리부(110)의 외부 인터페이스를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)를 이용하여 리튬전지 모듈을 관리하는 과정을 일련의 순서대로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 리튬전지 모듈 관리부(110)의 기능을 기능 별로 도시한 기능 다이어그램이며, 도 3은 리튬전지 모듈 관리부(110)의 내부 인터페이스를 도시한 도면이고, 도 4는 리튬전지 모듈 관리부(110)의 외부 인터페이스를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)는 크게 리튬전지 모듈 관리부(110) 및 전류정보 교환부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
리튬전지 모듈 관리부(110)는 일 실시예에서 하우징(110a) 및 커버(미도시), 하우징(110a) 내측에 수용 및 탑재되는 전자파 장해 필터(EMI filter, 110b), 전자파 장해 필터(110b)가 실장되는 인쇄 회로 기판(PCB, 110d) 및 인쇄 회로 기판(110d)에 실장되는 하나 이상의 커넥터(110d)을 포함하는 외형을 가질 수 있고, 일 실시예에서 리튬전지 모듈 관리부(110)는 도 2와 같은 기능 다이어그램을 가지는 소프트웨어 형태로 구현될 수 있다.
도 2를 살펴보면, 리튬전지 모듈 관리부(110)는 리튬전지 모듈 각각을 모듈 단위로 관리 및 제어함에 있어서, I/O 설정하는 기능과, 리튬전지 모듈의 전압 및 전류를 측정하고 MSD를 체크하는 기능과, 리튬전지 셀의 최저전압, 최대전압 및 평균전압을 측정하는 기능과, 리튬전지 셀의 최저온도, 최대온도 및 평균온도를 측정하는 기능과, 리튬전지 셀의 커넥터 번호를 체크하는 기능과, 리튬전지 모듈의 저전압 여부, 과전류 여부를 진단하는 기능과, 리튬전지 셀 간 저전압 여부, 리튬전지 셀 간 저온도 여부, 리튬전지 셀 간 밸런싱의 불균형 여부, 리튬전지 모듈 간 밸런싱의 불균형 여부, 절연저항 및 전원전압의 이상 여부를 진단하는 기능과, 리튬전지 모듈의 SOC 및 SOH를 계산하는 기능과, 리튬전지 셀의 밸런싱을 진단하는 기능과, 리튬전지 모듈의 가용전류 및 가용전력을 산출하는 기능과, 리튬전지 모듈과 리튬전지 스트링 간의 통신이 가능하도록 하는 기능과, 전류정보 교환부(120)와 전류센서 간의 통신이 가능하도록 하는 기능과, 리튬전지 셀의 모니터링 기능 및 밸런싱 기능과, 외부메모리 리딩 기능과, 인터럽트 설정 기능과, FLASH 체크섬 확인 기능과, 외부메모리 체크섬 확인 기능 등을 포함할 수 있다.
한편, 도 3을 살펴보면 리튬전지 모듈 관리부(110)는 크게 알고리즘 인터페이스(3a), 모듈관리 인터페이스(3b), 고장진단 인터페이스(3c), 셀관리 인터페이스(3d), 통신 인터페이스(3e), 유지보수 인터페이스(3f) 및 초기화 인터페이스(3g)로 구성된 내부 인터페이스들을 포함하여 구성될 수 있다.
알고리즘 인터페이스(3a)는 알고리즘 연산 기능, 모듈 SOC 및 SOH 계산 기능, 셀 밸런싱 진단 기능 및 모듈 가용전류 및 가용전력 산출 기능에 대한 알고리즘을 제공하는 인터페이스에 해당하고,
모듈관리 인터페이스(3b)는 모듈 관리 기능, 모듈 전압 측정 기능, 모듈 전류 측정 기능 및 모듈 MSD 체크 기능을 제공하는 인터페이스에 해당하고,
고장진단 인터페이스(3c)는 고장 진단 기능 및 고장 여부를 외부메모리에 저장하는 기능을 제공하는 인터페이스에 해당하고,
셀관리 인터페이스(3d)는 셀 관리 기능, 셀 전압 측정 기능, 셀 온도 측정 기능 및 셀 커넥터 체크 기능을 제공하는 인터페이스에 해당하고,
통신 인터페이스(3e)는 CAN 통신 기능 및 SPI 통신 기능을 제공하는 인터페이스에 해당하고,
유지보수 인터페이스(3f)는 부트로터(Bootloader) 기능 및 외장메모리에 기록된 고장 정보를 읽어들이는 기능을 제공하는 인터페이스에 해당하고,
초기화 인터페이스(3g)는 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)의 내부 유닛을 초기화 하는 기능, I/O을 설정하는 기능, 인터럽트를 설정하는 기능, FLASH 체크섬 확인 기능, 외부메모리 체크섬 확인 기능 및 변수 초기화 기능을 제공하는 인터페이스에 해당한다.
도 4를 살펴보면, 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)는 리튬전지 셀 트레이 관리부(1) 및 리튬전지 스트링 관리부(2)와 각각 연결되어, 리튬전지 모듈에 대한 정보를 송수신할 수 있다.
보다 구체적으로, 리튬전지 셀 트레이 관리부(1)와 유아트(UART) 통신 기능을 이용하여 리튬전지 셀 정보를 송수신하거나 리튬전지 셀 트레이의 동작을 제어하기 위한 명령 신호를 전달할 수 있으며, 리튬전지 스트링 관리부(2)와 캔(CAN) 통신 기능을 이용하여 리튬전지 스트링 정보를 송수신하거나 리튬전지 스트링의 동작을 제어하기 위한 명령 신호를 전달할 수 있다.
이러한 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)는 리튬전지 모듈의 SOC, SOH, 가용전류 및 가용전력을 토대로 리튬전지 모듈의 상태를 판단할 수 있고, 또한 리튬전지 모듈의 전압값 및 전류값을 측정하며 MSC를 체크할 수 있다.
또한, 리튬전지 셀의 전압값 및 리튬전지 셀 트레이의 온도값을 체크하는 역할과, 리튬전지 모듈의 동작상태 및 고장여부를 진단하고, 리튬전지 스트링과 리튬전지 모듈의 과전류를 차단하는 전류정보 교환부(120), 전류센서 및 리튬전지 셀 트레이와 리튬전지 스트링 관리부(2) 간의 통신 상태를 제어할 수도 있고, 전류정보 교환부(120)의 온오프 동작을 제어할 수 있다.
전류정보 교환부(120)는 리튬전지 모듈 관리부(110)와 전류정보를 캔(CAN) 통신 기능을 이용하여 교환하며, 리튬전지 모듈 관리부(110)를 통해 도통되는 과전류를 차단하여 리튬전지 모듈 관리부(110)를 과전류로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
다음으로는 도 5를 통해 선박용 리튬전지 모듈을 관리하는 과정을 일련의 순서대로 살펴보기로 한다.
도 5는 도 1에 도시된 선박용 리튬전지 모듈 관리장치(100)를 이용하여 리튬전지 모듈을 관리하는 과정을 일련의 순서대로 도시한 도면이다.
도 5를 살펴보면, 리튬전지 셀 트레이 관리부 및 리튬전지 스트링 관리부로부터 리튬전지 모듈에 대한 정보 및 리튬전지 셀 트레이 관리부와 리튬전지 스트링 관리부의 동작을 제어하기 위한 명령 신호를 송수신하고(S501), 이를 통해 리튬전지체계 중 다수 개의 리튬전지 모듈 각각을 모듈 단위로 관리 및 제어하게 된다(S502). 이 과정에서 연결된 전류정보 교환부(120)를 통해 리튬전지 모듈 관리부(110)를 통해 도통되는 과전류를 차단함으로써 리튬전지 모듈 관리부(110)를 보호하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 리튬전지 셀 트레이 관리부
2: 리튬전지 스트링 관리부
100: 선박용 리튬전지 모듈 관리장치
110: 리튬전지 모듈 관리부
110a: 하우징
110b: 전자파 장해 필터
110c: 인쇄 회로 기판
110d: 커넥터
120: 전류정보 교환부

Claims (8)

  1. 리튬전지 셀 트레이 관리부 및 리튬전지 스트링 관리부와 각각 연결되어 리튬전지 모듈에 대한 정보를 송수신하는 리튬전지 모듈 관리부; 및
    상기 리튬전지 모듈 관리부에 전류정보를 제공하며, 상기 리튬전지 모듈 관리부를 통해 도통되는 과전류를 차단하여 상기 리튬전지 모듈 관리부를 보호하는 전류정보 교환부;를 포함하며,
    상기 리튬전지 모듈 관리부는 리튬전지체계 중 다수 개의 리튬전지 모듈 각각을 모듈 단위로 관리 및 제어하고,
    상기 리튬전지 모듈 관리부는 I/O 설정하는 기능과, 리튬전지 모듈의 전압 및 전류를 측정하고 MSD를 체크하는 기능과, 리튬전지 셀의 최저전압, 최대전압 및 평균전압을 측정하는 기능과, 리튬전지 셀의 최저온도, 최대온도 및 평균온도를 측정하는 기능과, 리튬전지 셀의 커넥터 번호를 체크하는 기능과, 리튬전지 모듈의 저전압 여부, 과전류 여부를 진단하는 기능과, 리튬전지 셀 간 저전압 여부, 리튬전지 셀 간 저온도 여부, 리튬전지 셀 간 밸런싱의 불균형 여부, 리튬전지 모듈 간 밸런싱의 불균형 여부, 절연저항 및 전원전압의 이상 여부를 진단하는 기능과, 리튬전지 모듈의 SOC 및 SOH를 계산하는 기능과, 리튬전지 셀의 밸런싱을 진단하는 기능과, 리튬전지 모듈의 가용전류 및 가용전력을 산출하는 기능과, 리튬전지 모듈과 리튬전지 스트링 간의 통신이 가능하도록 하는 기능과, 전류정보 교환부(120)와 전류센서 간의 통신이 가능하도록 하는 기능과, 리튬전지 셀의 모니터링 기능 및 밸런싱 기능과, 외부메모리 리딩 기능과, 인터럽트 설정 기능과, FLASH 체크섬 확인 기능과, 외부메모리 체크섬 확인 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박용 리튬전지 모듈 관리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리튬전지 모듈 관리부는,
    하우징;
    상기 하우징 내측에 수용되는 전자파 장해 필터(EMI filter);
    상기 전자파 장해 필터가 실장되는 인쇄 회로 기판(PCB); 및
    상기 인쇄 회로 기판에 실장되는 하나 이상의 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박용 리튬전지 모듈 관리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    리튬전지 셀 트레이 관리부와 유아트(UART) 통신 기능을 이용하여 리튬전지 셀 정보를 송수신하며,
    리튬전지 스트링 관리부와 캔(CAN) 통신 기능을 이용하여 리튬전지 모듈 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 선박용 리튬전지 모듈 관리장치.
  5. 리튬전지 모듈 관리부를 통해 리튬전지 셀 트레이 관리부 및 리튬전지 스트링 관리부와 리튬전지 모듈에 대한 정보를 송수신하는 단계;
    전류정보 교환부를 통해 상기 리튬전지 모듈 관리부와 전류정보를 제공하며, 상기 리튬전지 모듈 관리부를 통해 도통되는 과전류를 차단하여 상기 리튬전지 모듈 관리부를 보호하는 단계; 및
    리튬전지체계 중 다수 개의 리튬전지 모듈 각각을 모듈 단위로 관리 및 제어하는 단계;를 포함하며,
    상기 리튬전지 모듈 관리부는 I/O 설정하는 기능과, 리튬전지 모듈의 전압 및 전류를 측정하고 MSD를 체크하는 기능과, 리튬전지 셀의 최저전압, 최대전압 및 평균전압을 측정하는 기능과, 리튬전지 셀의 최저온도, 최대온도 및 평균온도를 측정하는 기능과, 리튬전지 셀의 커넥터 번호를 체크하는 기능과, 리튬전지 모듈의 저전압 여부, 과전류 여부를 진단하는 기능과, 리튬전지 셀 간 저전압 여부, 리튬전지 셀 간 저온도 여부, 리튬전지 셀 간 밸런싱의 불균형 여부, 리튬전지 모듈 간 밸런싱의 불균형 여부, 절연저항 및 전원전압의 이상 여부를 진단하는 기능과, 리튬전지 모듈의 SOC 및 SOH를 계산하는 기능과, 리튬전지 셀의 밸런싱을 진단하는 기능과, 리튬전지 모듈의 가용전류 및 가용전력을 산출하는 기능과, 리튬전지 모듈과 리튬전지 스트링 간의 통신이 가능하도록 하는 기능과, 전류정보 교환부(120)와 전류센서 간의 통신이 가능하도록 하는 기능과, 리튬전지 셀의 모니터링 기능 및 밸런싱 기능과, 외부메모리 리딩 기능과, 인터럽트 설정 기능과, FLASH 체크섬 확인 기능과, 외부메모리 체크섬 확인 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박용 리튬전지 모듈 관리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리튬전지 모듈 관리부는,
    하우징;
    상기 하우징 내측에 수용되는 전자파 장해 필터(EMI filter);
    상기 전자파 장해 필터가 실장되는 인쇄 회로 기판(PCB); 및
    상기 인쇄 회로 기판에 실장되는 하나 이상의 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박용 리튬전지 모듈 관리방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    리튬전지 셀 트레이 관리부와 유아트(UART) 통신 기능을 이용하여 리튬전지 셀 정보를 송수신하며, 리튬전지 스트링 관리부와 캔(CAN) 통신 기능을 이용하여 리튬전지 모듈 정보를 송수신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박용 리튬전지 모듈 관리방법.
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