KR102539729B1 - 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템 - Google Patents

배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템에 관한 것으로, 이는 배터리 시스템에 구비되는 다수의 배터리 셀 각각의 출력 단자에 결합 부착되는 PCB(Printed Circuit Board) 보드 형태로 구현되어, 배터리 셀의 전력(전압, 전류), 배터리 셀 +/- 단자 온도, SOC(State of charge), SOH(State Of Health), 내부 저항을 측정하여 근거리 무선 통신방식으로 출력하는 다수의 BMS(Battery Management System; 상기 다수의 BMS 각각이 획득 및 전송하는 측정 데이터를 채널별 수신 및 저장함과 동시에, 채널별 측정 데이터로부터 배터리 셀 출력, 배터리 셀 전압, 충반전 전류, 충방전율, 충전 에너지, 최소 및 최대 온도, 최소 및 최대 전압, 시스템 전체 전압, 배터리 셀 내부 저항 평균, 최대 온도 배터리 셀 온도/위치, 통신 상태와 같은 부가 정보를 추가 추출한 후 채널별 측정 데이터와 함께 사용자 안내하는 RTU(Remote Terminel Unit); 및 상기 다수의 BMS가 상기 RTU(130)에 접속 및 통신할 수 있도록 하는 사설 네트워크를 형성 및 운영하는 공유기를 포함할 수 있다.

Description

배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템{System for integrated monitoring for battery systems}
본 발명은 배터리 시스템에 구비되는 다수의 배터리 셀 각각 상태를 보다 간단하고 효율적으로 모니터링할 수 있도록 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 2차 전지는 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 및 무정전 전원 공급 장치와 같은 고용량을 필요로 하는 환경에서는 단위 2차 전지 셀(Cell)을 다수 개 접합함으로써 하나의 배터리 모듈로 사용할 수 있으며, 경우에 따라 배터리 모듈을 다수개 접합하여 사용할 수 있다.
다수의 배터리 모듈을 함께 사용하는 경우, 과전류 및 과전압 등과 같은 이상 동작으로 인해 배터리 모듈이 과열되고, 이로 인해 배터리 모듈이 부풀어서 파손되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 보완하기 위해 다수 개의 접합되어 사용되는 경우 항상 각 개별 모듈의 전압, 전류 및 온도 등의 여러 상태 정보를 측정 및 모니터링하고 단위 셀의 과충전 또는 과방전되는 것을 방지하는 기술이 필요하다.
종래의 배터리 모니터링 시스템은, 이러한 문제를 해결하기 위하여 각 배터리마다 전류, 전압 및 온도와 같은 상태 정보를 획득하고, 획득한 상태 정보를 배터리 모니터링 시스템 외부에 위치하는 RTU(Remote Terminel Unit)에 송신하며, RTU(Remote Terminel Unit)에서는 수신한 배터리의 상태 정보를 기반으로 배터리의 이상 유무를 진단하였다.
다만, 종래에는 하나의 배터리 상태 모니터링 시스템을 통해 다수의 배터리의 상태를 통합 센싱해야 하는 한계가 있었다.
또한 배터리 각각에 한 개의 배터리 상태 모니터링 시스템을 배치하는 경우도 있으나, 이러한 경우 배터리 상태 모니터링 시스템과 RTU이 유선 통신함에 따라 신호라인 배선이 매우 복잡해지고 이의 유지 보수에도 많은 비용이 드는 부가적인 문제가 있었다.
국내공개특허 제10-2019-0012718호(공개일자 2019년02월11일)
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 배터리 시스템에 구비되는 다수의 배터리 셀 각각 상태를 보다 간단하고 효율적으로 모니터링할 수 있도록 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 다수의 배터리 셀 각각의 내부 저항을 추가적으로 측정 및 모니터링할 수 있도록 함으로써, 보다 다양하고 세밀한 배터리 상태 모니터링 동작이 수행될 수 있도록 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템을 제공하고자 한다.
그리고 본 발명은 다수의 배터리 아이콘을 이용하여 채널별 측정 데이터를 요약 정보와 상세 정보 상태로 다단 제공함으로써, 정보 제공의 시인성을 높이면서 정보 제공 수준 또한 극대화할 수 있도록 해준다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 배터리 시스템에 구비되는 다수의 배터리 셀 각각의 출력 단자에 결합 부착되는 PCB(Printed Circuit Board) 보드 형태로 구현되어, 배터리 셀의 전력(전압, 전류), 배터리 셀 +/- 단자 온도, SOC(State of charge), SOH(State Of Health), 내부 저항을 측정하여 근거리 무선 통신방식으로 출력하는 다수의 BMS(Battery Management System; 상기 다수의 BMS 각각이 획득 및 전송하는 측정 데이터를 채널별 수신 및 저장함과 동시에, 채널별 측정 데이터로부터 배터리 셀 출력, 배터리 셀 전압, 충반전 전류, 충방전율, 충전 에너지, 최소 및 최대 온도, 최소 및 최대 전압, 시스템 전체 전압, 배터리 셀 내부 저항 평균, 최대 온도 배터리 셀 온도/위치, 통신 상태와 같은 부가 정보를 추가 추출한 후 채널별 측정 데이터와 함께 사용자 안내하는 RTU(Remote Terminel Unit); 및 상기 다수의 BMS가 상기 RTU에 접속 및 통신할 수 있도록 하는 사설 네트워크를 형성 및 운영하는 공유기를 포함하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템을 제공한다.
상기 BMS는 배터리 셀의 출력 전압 및 전류를 측정 및 통보하는 전력 센서; 배터리 셀의 + 단자 온도와 - 단자 온도를 측정 및 통보하는 제1 및 제2 온도 센서; 배터리 셀의 SOC 및 SOH를 측정 및 통보하는 배터리 셀 노화 상태 측정부; 상기 RTU의 제어하에 셀 밸런싱 동작을 수행하는 셀 밸런싱부; 및 배터리 셀의 내부 저항을 측정 및 통보하는 내부 저항 측정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 밸런싱부는 배터리 셀의 + 단자와 - 단자에 사이에 직렬 연결된 캐패시터; 상기 캐패시터에 병렬 연결되는 저항; 배터리 셀의 + 단자와 캐패시터 일측 사이에 삽입되는 제1 트랜지스터; 및 배터리 셀의 - 단자와 캐패시터 타측 사이에 삽입되는 제2 트랜지스터;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 트랜지스터는 턴 온시에는 상기 배터리 셀의 출력을 상기 캐패시터에 충전하고, 턴 오프시에는 상기 캐패시터의 충전 전력이 상기 저항을 통해 방전되도록 하는 특징으로 한다.
상기 내부 저항 측정기는 "Rbat(MΩ)= (Voc-Vload) * R / Vload"의 식에 따라 내부 저항(Rbat)을 측정하며, 상기 R은 상기 셀 밸런싱부에 의한 부하저항을, 상기 Voc는 배터리 셀 출력 전압, 상기 Vload는 셀 밸런싱에 의한 전압 강하량인 것을 특징으로 한다.
상기 RTU는 누설 감시 센서, 절연 저항 계측기를 통해 DC 선로의 절연 저항, 누설 전류량을 추가 측정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 RTU는 모니터링 화면을 두 개의 화면으로 분할한 후, 제1 분할 화면을 통해서는 채널별 측정 데이터를 표시하고, 제2 분할 화면을 통해서는 배터리 셀 출력, 배터리 셀 전압, 충반전 전류, 충방전율, 충전 에너지, 최소 및 최대 온도, 최소 및 최대 전압, 시스템 전체 전압, 배터리 셀 내부 저항 평균, 최대 온도 배터리 셀 온도/위치, 통신 상태, DC 선로의 절연 저항, 누설 전류량 중 적어도 하나를 표시하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 RTU는 다수의 배터리 셀 각각에 대응되는 다수의 배터리 셀 아이콘을 생성하고, 상기 아이콘을 통해서는 관련 배터리 셀의 주요 측정 데이터를 우선 안내하되, 상기 다수의 배터리 셀 아이콘 중 어느 하나가 사용자 선택되면 관련 배터리 셀의 측정 데이터 모두를 상세 안내하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배터리 셀의 +/- 단자에 결합 부착되는 PCB(Printed Circuit Board)) 보드 형태로 구현되며, 근거리 무선 통신 기능을 가지는 BMS을 제안함으로써, 이를 통해 배터리 시스템에 구비되는 다수의 배터리 셀 각각 상태를 보다 상세하고 효율적으로 모니터링할 수 있도록 해준다.
또한 BMS에서 다수의 배터리 셀 각각의 내부 저항을 추가적으로 측정 및 모니터링할 수 있도록 함으로써, 보다 다양하고 세밀한 배터리 상태 모니터링 동작도 수행될 수 있도록 해준다.
그리고 채널별 측정 데이터와 시스템 단위의 데이터를 한 화면을 통해 함께 제공하되, 다수의 배터리 아이콘을 이용하여 채널별 측정 데이터를 요약 정보와 상세 정보 상태로 다단 제공할 수 있도록 한다. 즉, 정보 제공의 시인성을 높이면서 정보 제공 수준 또한 극대화할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 저항 측정기의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RTU에 제공되는 모니터링 화면의 일예를 도시한 도면이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 배터리 시스템에 구비되는 다수의 배터리 셀 각각에 결합 부착되는 다수의 BMS(Battery Management System, 110), 공유기(120), 및 RTU((Remote Terminel Unit, 130) 등을 포함하여, 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템의 전력 운용 상태를 통합 모니터링할 수 있도록 한다.
BMS(110) 각각은 배터리 셀의 전력(전압, 전류), 배터리 셀 +/- 단자 온도, 배터리 셀 노화 상태(SOC; State of charge, SOH; State Of Health), 내부 저항을 측정 및 통보하고, 또한 샐밸런싱 동작을 수행하도록 한다.
특히, 본 발명의 BMS(110)는 도 2 에서와 같이, 배터리 셀의 +/- 단자에 결합 부착되는 PCB(Printed Circuit Board)) 보드 형태로 구현되도록 함으로써, BMS로 인한 시스템 부피 증가가 최소화될 수 있도록 한다. 또한 무선 통신 방식으로 측정 데이터를 전송할 수 있도록 함으로써, 복잡한 신호라인 배선 추가도 전혀 필요 없도록 한다.
공유기(120)는 무선 통신망 연결(access)을 위한 거점(point) 역할을 하며, BMS(110) 각각에 가상 IP 주소 혹은 사설 IP 주소를 자동 할당한 후, 이를 기반으로 다수의 BMS(110)가 하나의 RTU(130)에 접속 및 통신할 수 있도록 하는 사설 네트워크를 형성 및 운영하도록 한다.
RTU(130)는 다수의 BMS(110) 각각이 획득 및 전송하는 측정 데이터를 채널별로 수신 및 저장함과 동시에, 채널별 측정 데이터로부터 배터리 셀 출력, 배터리 셀 전압, 충반전 전류, 충방전율, 충전 에너지, 최소 및 최대 온도, 최소 및 최대 전압, 시스템 전체 전압, 배터리 셀 내부 저항 평균, 최대 온도 배터리 셀 온도/위치, 통신 상태 등과 같은 부가 정보를 추가 추출하도록 한다.
또한 누설 감시 센서, 절연 저항 계측기 등을 구비하고, 이들을 통해 배터리 시스템의 절연 저항, 누설 전류량을 계측할 수도 있도록 한다.
RTU(130)는 키보드, 모니터 등과 같은 사용자 인터페이싱 수단을 구비하고, 이를 통해 사용자가 기 등록된 웹 페이지에 접속하거나 모니터링 프로그램을 실행하여 상기 채널별 측정 데이터, 부가 정보, 계측 정보를 검색 및 열람할 수 있도록 한다.
모니터 단말(140)은 노트북, 데스크 탑, 스마트 폰, 태블릿 PC 등을 구현되어, 이를 통해 사용자가 상기의 웹 페이지에 접속하거나 모니터링 프로그램을 실행하여 RTU(130)에 획득 및 업로드된 채널별 측정 데이터, 부가 정보, 계측 정보를 검색 및 열람할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 BMS(110)는 전력 센서(111), 제1 및 제2 온도 센서(112, 113), 배터리 셀 노화 상태 측정부(114), 셀 밸런싱부(115), 내부 저항 측정기(116) 및 BMS 제어부(117) 등을 포함한다.
그리고 본 발명의 BMS(110)는 상기 구성 요소를 실장하며 배터리 셀의 +/- 단자에 결합 부착되는 PCB 보드 형태로 구현되도록 함으로써, BMS(110)에 의해 시스템 부피가 증가되는 것이 최소화될 수 있도록 한다.
이때, PCB 보드의 신호 단자와 배터리 셀의 +/- 단자에 접하도록 하되, 배터리 셀의 +/- 단자간 거리보다 PCB 보드내 신호 단자간 거리가 약 0.5mm 만큼 더 크게 제작하도록 한다. 이는 PCB 보드가 배터리에 결합 부착되는 경우, PCB 보드가 조금 휘어지면서 PCB 보드내 신호 단자가 배터리 셀의 +/- 단자쪽으로 밀리는 인장력이 발생하고, 이로 인해 PCB 보드내 신호 단자와 배터리 셀의 +/- 단자간 쪼임 상태가 보다 오래 동안 보다 안정적으로 유지될 수 있도록 하기 위함이다.
이하, BMS의 각 구성 요소를 살펴보면 다음과 같다.
전력 센서(111)는 전력 센서 및 전류 센서를 통해 자신이 결합 부착된 배터리 셀의 전압 및 전류를 측정 및 통보한다.
제1 및 제2 온도 센서(112, 113)는 자신이 결합 부착된 배터리 셀의 + 단자와 - 단자에 인접되도록 PCB 보드 상에 배치되며, 이들을 통해 배터리 셀의 + 단자와 - 단자의 온도를 각각 측정 및 통보한다.
배터리 셀 노화 상태 측정부(114)는 SOC 및 SOH 측정 알고리즘을 구비하고, 이를 통해 배터리 셀의 SOC 및 SOH를 측정 및 통보하도록 한다.
셀 밸런싱부(115)는 RTU(130)의 제어하에 평균 전압 보다 높은 전압값을 출력하는 배터리 셀의 출력 전압을 강제 강하시켜, 모든 배터리 셀의 출력이 일정 값을 가질 수 있도록 한다.
내부 저항 측정기(116)는 배터리 셀의 내부 저항을 측정 및 통보하도록 한다.
BMS 제어부(117)는 와이파이 등과 같은 근거리 무선 통신을 지원하는 무선 통신 모듈을 구비하고, 상기 구성 요소들을 통해 획득된 데이터를 수집하여 근거리 무선 통신 방식으로 출력하거나, 근거리 무선 통신 방식으로 전송되는 제어 신호를 수신하여 관련 구성 요소에 전달하는 동작을 수행한다.
즉, 근거리 무선 통신을 이용하여 신호 송수신하도록 함으로써, 외부 장치와의 신호 송수신을 위한 신호 배선이 추가될 필요가 없도록 한다.
더하여, LED 인디케이터를 구비하고, 이를 통해 BMS의 동작 상태를 시각적으로 안내할 수 있도록 한다. 예를 들어, BMS의 정상 구동 상태, 수신 에러 상태, 셀 밸런싱 수행 상태, 고장 상태 등을 LED 발광 색을 통해 안내해줌으로써, 사용자가 BMS의 외관 체크를 통해 BMS의 동작 상태를 즉각적으로 파악할 수도 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 BMS는 시스템 부피 증가와 신호라인 추가 없이 배터리 셀의 전력(전압, 전류), 배터리 셀 +/- 단자 온도, 배터리 셀 노화 상태를 측정할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명의 BMS는 내부 저항이라는 새로운 정보를 추가적으로 획득 및 제공함으로써, 이를 통해 배터리 셀 노화 정도를 저항 값 기반으로 파악할 수 있도록 해준다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 샐 밸런싱부(115)는 배터리 셀의 + 단자와 - 단자에 사이에 직렬 연결된 캐패시터(C), 배터리 셀의 + 단자와 캐패시터 일측 사이에 삽입된 제1 트랜지스터(TR1), 배터리 셀의 - 단자와 캐패시터 타측 사이에 삽입된 제2 트랜지스터(TR2), 캐패시터(C)에 병렬 연결된 저항(R)을 포함하여 구성된다.
이러한 경우, 본 발명의 RTU(130)는 배터리 셀 각각의 출력 전압을 모두 수집 및 분석하여 배터리 셀 평균 전압(또는 배터리 셀 최소 전압)을 계산하고, 이를 기준으로 배터리 셀 각각의 전압 초과분을 산출하도록 한다.
그리고 RTU(130)를 PWM 기반으로 제어 신호를 생성 및 제공함으로써, 셀 밸린싱에 의한 발열을 최소화하면서, 배터리 셀 각각의 전압 초과분에 기반하여 제어 신호의 듀티 폭을 조정하고, 이에 따라 배터리 셀 전압 초과분에 비례하여 BMS(110) 각각의 셀 밸런싱 수행 구간을 증가시킬 수 있도록 한다. 그 결과, 배터리 셀 전압 초과분이 샐 밸런싱부(115)를 통해 보다 안전하게 모두 방전되어, 배터리 셀 모두의 최종 출력은 동일 전압 값을 가질 수 있도록 한다.
이에 RTU(130)가 샐 밸런싱을 위해 듀티 폭이 조정된 제어 신호를 생성 및 출력하면, 도 3의 (b)와 같이 샐 밸런싱부(115) 각각은 제어 신호에 따라 제1 및 제2 트랜지스터(TR1,2)를 일시 턴 온시키고, 턴 온된 제1 및 제2 트랜지스터(TR1,2)는 배터리 셀 전압 초과분이 캐패시터(C)에 인가되어 충전되도록 한다.
그리고 도 3의 (c)와 같이 제1 및 제2 트랜지스터(TR1,2)의 턴 오프 구간이 되면, 제1 및 제2 트랜지스터(TR1,2)는 배터리 셀과의 연결을 차단하고, 캐패시터(C)에 충전된 배터리 셀 전압 초과분이 저항(R)을 통해 모두 방전되도록 한다.
이와 같이 본 발명은 트랜지스터를 통해 배터리 셀 전압 초과분을 캐패시터에 충전하는 액티브 방식과, 저항을 통해 전압 초과분을 모두 방전시키는 패시브 방식이 결합된 새로운 샐 밸런싱 방식을 제안하도록 한다.
특히, 본 발명에서 제안한 샐 밸런싱 방식은 저항이 배터리 셀 전압 초과분을 방전시키는 동안에는 저항과 배터리 셀 신호라인과의 연결이 차단되도록 함으로써, 저항에 의해 누설 전류가 발생하고 절연 저항이 증가되는 현상의 발생을 사전 차단하도록 한다. 즉, 샐 밸런싱 회로의 부하 저항에 의해 누설 전류 및 절연 고장 오 검출 가능성을 사전 차단하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 저항 측정기의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 내부 저항 측정기는 샐 밸런싱부(115)에 의한 부하 저항을 R로 설정하고, 배터리 셀 출력 전압을 Voc로 설정한다.
그리고 샐 밸런싱에 따른 전압강하가 미세하게 발생하는 데, 이때의 전압 강하량을 Vload라고 설정한다.
그리고 배터리 셀 출력 전압에서 전압 강하량을 뺀 후 부하 저항 R을 곱하고, 이 값을 전압 강하량 Vload으로 나누어 배터리 셀의 내부 저항 Rbat를 산출한다.
[수학식 1]
Rbat(MΩ)= (Voc-Vload) * R / Vload
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RTU에 제공되는 모니터링 화면의 일예를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 모니터링 화면을 두 개의 화면으로 분할한다.
그리고 다수의 배터리 셀 각각에 대응되며, 관련 배터리 셀의 주요 측정 데이터를 우선 안내하는 다수의 배터리 셀 아이콘을 생성한 후, 이들을 제1 분할 화면을 통해 표시하도록 한다.
이때, 측정 데이터는 BMS가 측정 및 제공하는 배터리 셀의 전력(전압, 전류), 배터리 셀 +/- 단자 온도, 배터리 셀 노화 상태(SOC; State of charge, SOH; State Of Health), 내부 저항, 샐 밸런싱 수행 여부일 수 있으며, 사용자에 의해 측정 데이터 중 적어도 하나를 주요 측정 데이터로 선택 및 표시할 수 있도록 한다.
그리고 다수의 BMS(110) 각각이 획득 및 전송하는 측정 데이터를 수집 및 분석하여, 배터리 셀 출력, 배터리 셀 전압, 충반전 전류, 충방전율, 충전 에너지, 최소 및 최대 온도, 최소 및 최대 전압, 시스템 전체 전압, 배터리 셀 내부 저항 평균, 최대 온도 배터리 셀 온도/위치, 통신 상태 등과 같은 부가 정보를 추가 추출하고, 이를 제2 분할 화면을 통해 표시하도록 한다.
또한 필요시에는 누설 감시 센서, 절연 저항 계측기 등을 통해 추가 측정된 DC 선로의 절연 저항, 누설 전류량 등도 제2 분할 화면을 통해 함께 표시할 수 있도록 한다.
뿐 만 아니라, 온도, 출력, 통신 상태 등에 기반하여 배터리 이상 상태를 감지하고, 배터리 이상이 확인된 배터리의 아이콘 표시 색상을 달리 해줌으로써, 아이콘을 통해 특정 배터리에 이상 상태가 발생했음을 확인할 수도 있도록 한다.
더하여 이상 원인에 따라 아이콘 표시 색상을 다양화함으로써, 아이콘 표시 색상만으로도 어떤 배터리에 어떤 문제가 발생하였지까지도 안내할 수도 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 하나의 모니터링 화면을 통해 배터리 셀 각각의 상태를 개별 표시함과 동시에 시스템 단위의 모니터링 정보도 함께 획득 및 제공함으로써, 보다 다양한 정보를 보다 효율적으로 사용자에 제공할 수 있도록 한다.
또한 아이콘을 기반으로 배터리 셀 각각의 주요 측정 데이터만을 우선 안내하되, 사용자가 다수의 아이콘 중 어느 하나를 선택하는 경우에는 관련 배터리 셀의 측정 데이터 모두를 안내하는 페이지를 추가적으로 구성 및 제공할 수도 있도록 한다.
즉, 본 발명은 아이콘을 이용하여 요약 정보와 상세 정보를 다단 제공함으로써, 정보 제공의 시인성을 높이면서 정보 제공 수준 또한 극대화할 수 있도록 해준다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (7)

  1. 배터리 시스템에 구비되는 다수의 배터리 셀들의 상태를 통합 모니터링하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템에 있어서,
    PCB(Printed Circuit Board) 보드 형태로 구현되어 상기 배터리 셀의 양 출력 단자에 끼워지는 형태로 상기 배터리 셀에 1:1 결합 부착되며, 배터리 셀의 전력(전압, 전류), 배터리 셀 +/- 단자 온도, SOC(State of charge), SOH(State Of Health), 내부 저항을 측정하여 근거리 무선 통신방식으로 출력하는 다수의 BMS(Battery Management System);
    상기 다수의 BMS 각각이 획득 및 전송하는 측정 데이터를 채널별 수신 및 저장함과 동시에, 채널별 측정 데이터로부터 배터리 셀 출력, 배터리 셀 전압, 충반전 전류, 충방전율, 충전 에너지, 최소 및 최대 온도, 최소 및 최대 전압, 시스템 전체 전압, 배터리 셀 내부 저항 평균, 최대 온도 배터리 셀 온도/위치, 통신 상태와 같은 부가 정보를 추가 추출한 후 채널별 측정 데이터와 함께 사용자 안내하는 RTU(Remote Terminel Unit); 및
    상기 다수의 BMS가 상기 RTU에 접속 및 통신할 수 있도록 하는 사설 네트워크를 형성 및 운영하는 공유기를 포함하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 BMS는
    배터리 셀의 출력 전압 및 전류를 측정 및 통보하는 전력 센서;
    배터리 셀의 + 단자 온도와 - 단자 온도를 측정 및 통보하는 제1 및 제2 온도 센서;
    배터리 셀의 SOC 및 SOH를 측정 및 통보하는 배터리 셀 노화 상태 측정부;
    상기 RTU의 제어하에 셀 밸런싱 동작을 수행하는 셀 밸런싱부; 및
    배터리 셀의 내부 저항을 측정 및 통보하는 내부 저항 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 셀 밸런싱부는
    배터리 셀의 + 단자와 - 단자에 사이에 직렬 연결된 캐패시터;
    상기 캐패시터에 병렬 연결되는 저항;
    배터리 셀의 + 단자와 캐패시터 일측 사이에 삽입되는 제1 트랜지스터; 및
    배터리 셀의 - 단자와 캐패시터 타측 사이에 삽입되는 제2 트랜지스터;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 트랜지스터는 턴 온시에는 상기 배터리 셀의 출력을 상기 캐패시터에 충전하고, 턴 오프시에는 상기 캐패시터의 충전 전력이 상기 저항을 통해 방전되도록 하는 특징으로 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 내부 저항 측정기는
    "Rbat(MΩ)= (Voc-Vload) * R / Vload"의 식에 따라 내부 저항(Rbat)을 측정하며,
    상기 R은 상기 셀 밸런싱부에 의한 부하저항을, 상기 Voc는 배터리 셀 출력 전압, 상기 Vload는 셀 밸런싱에 의한 전압 강하량인 것을 특징으로 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 RTU는
    누설 감시 센서, 절연 저항 계측기를 통해 DC 선로의 절연 저항, 누설 전류량을 추가 측정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 RTU는
    모니터링 화면을 두 개의 화면으로 분할한 후, 제1 분할 화면을 통해서는 채널별 측정 데이터를 표시하고, 제2 분할 화면을 통해서는 배터리 셀 출력, 배터리 셀 전압, 충반전 전류, 충방전율, 충전 에너지, 최소 및 최대 온도, 최소 및 최대 전압, 시스템 전체 전압, 배터리 셀 내부 저항 평균, 최대 온도 배터리 셀 온도/위치, 통신 상태, DC 선로의 절연 저항, 누설 전류량 중 적어도 하나를 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 RTU는
    다수의 배터리 셀 각각에 대응되는 다수의 배터리 셀 아이콘을 생성하고, 상기 아이콘을 통해서는 관련 배터리 셀의 주요 측정 데이터를 우선 안내하되, 상기 다수의 배터리 셀 아이콘 중 어느 하나가 사용자 선택되면 관련 배터리 셀의 측정 데이터 모두를 상세 안내하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템용 통합 모니터링 시스템.
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