KR102607997B1 - 배터리 팩 관리 시스템, 배터리 팩, 차량 및 관리 방법 - Google Patents

배터리 팩 관리 시스템, 배터리 팩, 차량 및 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 관리 시스템, 배터리 팩, 차량 및 관리 방법을 제공한다. 복수 개의 배터리 팩의 동태 병렬 관리 방법에 있어서, 상기 방법은 제1 배터리 팩에 적용되고, 상기 제1 배터리 팩은 셀 및 BMS를 포함하며, 상기 방법에 있어서, 상기 BMS가 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태를 감시하고, 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태는 연결 해제 상태 및 연결 상태를 포함하며, 상기 BMS가 상기 제1 배터리 팩의 용량과 연결 상태의 기타 배터리 팩의 용량 의 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있는지를 판단하고, 상기 판단에 의해, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환하도록 제어하며, 상기 제1 배터리 팩과 상기 기타 배터리 팩이 병렬로 연결되고, 그중, 상기 연결 상태는 충전 상태 및 방전 상태를 포함하고, 상기 제1 배터리 팩은 상기 충전 상태일 때 충전하고 상기 방전 상태일 때 방전하는 스텝을 포함한다.

Description

배터리 팩 관리 시스템, 배터리 팩, 차량 및 관리 방법
본 발명은 배터리 기술 분야에 관한 것이고, 특히 배터리 팩 관리 시스템, 배터리 팩, 차량 및 관리 방법에 관한 것이다.
현재 배터리로 구동되는 차량의 경우, 차량의 주행 거리를 개선하고 배터리의 효과적인 활용을 위해서는 차량 내의 복수 개의 배터리 팩에 대한 효과적인 충방전 관리가 필요하다. 차량이 주행 시 단일 배터리 팩을 사용하여 동작하거나 복수 개의 배터리 팩을 병렬로 연결시켜 함께 동작할 수도 있다. 장기간 충전 및 방전을 사용한 후, 초기 상태가 동일하던 배터리 팩은 점차적으로 용량이 불일정해지고 복수 개의 배터리 팩을 동시에 연속적으로 충전 및 방전 할 수 없다.
예를 들어, 일반적인 차량 설계에서 충전 포트와 방전 포트는 같은 포트, 즉 동일한 포트 모드를 사용한다. 용량 차이가 비교적 큰 복수 개의 배터리 팩을 병렬로 충전하면 순환() 전류 충전(즉, 배터리 용량이 높은 배터리 팩이 용량이 낮은 배터리 팩을 충전함)의 위험이 있으며, 순환 전류 충전은 충전 효율을 떨어 뜨릴 뿐만 아니라 셀에 돌이킬 수 없는 손상을 줄 수 있다.
예를 들어, 차량에 복수 개의 배터리 팩을 가지고 있지만 단일 배터리 팩을 하나씩 사용하는 경우 단일 배터리 팩이 부하에 공급하는 공률(功率) 요구가 변하지 않거나 증가할 때, 단일 배터리 팩이 출력 부하가 커지고 이로 인해 복수 개의 배터리 팩의 공률 출력을 제한 할 뿐만 아니라 복수 개의 배터리 팩의 공률 사용률이 낮아질 수 있다.
또한 복수 개의 배터리 팩을 동시에 사용하는 경우 호스트 제어 모듈을 추가로 설치해야 하므로 비용이 증가한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 본 발명은 복수 개의 배터리 팩의 동태（） 병렬 관리 방법을 제공하고, 상기 방법은 제1 배터리 팩에 적용되고, 상기 방법에 있어서, 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태를 감시하고, 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태는 연결 해제 상태 및 연결 상태를 포함하며, BMS(Battery Management System, 배터리 관리 시스템)가 상기 제1 배터리 팩의 용량과 연결 상태의 기타 배터리 팩의 용량 의 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있는지를 판단하고, 상기 판단에 의해, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환하도록 제어하며, 상기 제1 배터리 팩과 상기 기타 배터리 팩이 병렬로 연결되고, 그중, 상기 연결 상태는 충전 상태 및 방전 상태를 포함하고, 상기 제1 배터리 팩은 상기 충전 상태일 때 충전하고 상기 방전 상태일 때 방전하는 스텝을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 BMS가 방전 신호를 감지하고 상기 기타 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태에 있음을 감지하며 또한 상기 제1 배터리 팩의 용량이 상기 복수 개의 배터리 팩 중의 최고일 때, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 방전 상태로 전환하도록 제어한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 충전 신호가 감지되고 상기 기타 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태에 있음을 감지하며 상기 제1 배터리 팩의 용량이 상기 복수 개의 배터리 팩 중 최저일 때, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 충전 상태로 전환하도록 제어한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 제1 배터리 팩이 상기 방전 상태로부터 상기 충전 상태로 전환하는 스텝은 상기 방전 상태로부터 상기 연결 해제 상태로 전환되고, 그 후 다시 상기 연결 해제 상태로부터 상기 충전 상태로 전환하는 스텝을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 제1 배터리 팩이 상기 충전 상태로부터 상기 방전 상태로 전환하는 스텝은 상기 충전 상태로부터 상기 연결 해제 상태로 전환되고, 그 후 다시 상기 연결 해제 상태로부터 상기 방전 상태로 전환되는 스텝을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 제1 배터리 팩이 연결 상태이고 고장이 발생할 때, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 상태로부터 상기 연결 해제 상태로 전환하도록 제어한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 복수 개의 배터리 팩을 포함하는 관리 시스템을 제공하고, 상기 복수 개의 배터리 팩은 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩을 포함하고, 그중 상기 제1 배터리 팩은 셀 및 BMS를 포함하며, 상기 관리 시스템은 통신선, 메인 제어 모듈, 상기 BMS가 포함하는 충전 제어 모듈, 방전 제어 모듈을 포함하고, 상기 제1 배터리 팩 및 상기 기타 배터리 팩은 상기 통신선에 연결되며, 상기 메인 제어 모듈의 설치에 의해
제1 배터리 팩를 감시하고, 제1 배터리 팩의 상태를 상기 통신선에 보고하며, 상기 통신선로부터 기타 배터리 팩의 상태를 획득하고, 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태는 연결 해제 상태 및 연결 상태를 포함하며,
또한 상기 BMS가 상기 제1 배터리 팩의 용량과 연결 상태의 기타 배터리 팩의 용량 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있다고 판단할 때, 상기 판단에 의해, 상기 BMS가 상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈 및 상기 사전 방전 제어 모듈을 제어하여 상기 제1 배터리 팩을 상기 기타 배터리 팩에 통합시켜 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환하고,
그중, 상기 연결 상태는 충전 상태 및 방전 상태를 포함하고, 상기 제1 배터리 팩 및 상기 기타 배터리 팩은 상기 충전 상태일 때 충전하고 상기 방전 상태일 때 방전한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 그중, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 방전 제어 모듈은 직렬로 연결된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 그중, 상기 사전 방전 제어 모듈과 직렬로 연결된 상기 충전 제어 모듈은 상기 방전 제어 모듈과 병렬로 연결된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 그중, 상기 제1 배터리 팩은 상기 충전 제어 모듈 및 상기 방전 제어 모듈이 모두 온일 때, 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서,
그중, 상기 메인 제어 모듈의 설치로 인해 추가로
충전 신호가 감지되고 상기 기타 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태임을 감지되며 또한 상기 제1 배터리 팩의 용량이 상기 복수 개의 배터리 팩 중 최저일 때, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 방전 제어 모듈을 온이 되도록 제어하여 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 충전 상태로 전환시킨다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서,
그중, 상기 메인 제어 모듈의 설치로 인해 추가로
방전신호가 감지되고 상기 기타 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태임을 감지되며 또한 상기 제1 배터리 팩의 용량이 상기 복수 개의 배터리 팩 중 최고일 때, 상기 방전 제어 모듈 및 상기 충전 제어 모듈을 온이 되도록 제어하여 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 방전 상태로 전환시킨다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서,
그중, 상기 메인 제어 모듈의 설치로 인해 추가로
상기 방전 제어 모듈, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 사전 방전 제어 모듈을 제어하여 상기 제1 배터리 팩이 상기 충전 상태와 상기 방전 상태 사이에서 전환할때, 상기 방전 제어 모듈, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 사전 방전 제어 모듈을 모두 오프한 후 다시 온이 되도록 제어한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서,
그중, 상기 메인 제어 모듈의 설치로 인해 추가로
부하 전류가 변화하여 설정값을 초과함을 감지하면 상기 방전 제어 모듈이 온이 되도록 제어한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서,
그중, 상기 방전 제어 스위치, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 사전 방전 제어 모듈은 스위치 및 환류 다이오드를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 배터리 팩은 배터리 팩 관리 시스템을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 차량은 배터리 팩 시스템을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 차량은 추가로 복수 개의 배터리 장착부를 포함하고, 상기 복수 개의 배터리 팩은 상기 배터리 장착부 내부에 설치된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 복수 개의 배터리 팩의 동태（） 병렬 관리 방법은 상기 방법은 제1 배터리 팩에 적용되고, 상기 방법에 있어서, 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태를 감시하고, 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태는 연결 해제 상태 및 연결 상태를 포함하며, 상기 복수 개의 배터리 팩이 모두 연결 해제 상태에 있고 또한 상기 제1 배터리 팩의 용량과 기타 배터리 팩의 용량의 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있을때, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환하도록 제어하고,
또한 상기 제1 배터리 팩이 상기 기타 배터리 팩과 독립되어 상기 연결 상태와 상기 연결 해제 상태 사이에서 전환되도록 제어하며, 그중, 상기 연결 상태는 충전 상태 및 방전 상태를 포함하고, 상기 제1 배터리 팩 및 상기 기타 배터리 팩이 상기 충전 상태일 때 충전하고 상기 방전 상태일 때 방전하는 스텝을 포함한다.
본 출원 또는 선행 기술의 실시예를 도해하기 위해 요구되는 첨부된 도면은 이후부터 간략하게 기재하여 본 출원의 실시예를 도시한다. 명백히, 다음 설명의 도면은 본 출원의 실시예의 일부일 뿐이다. 당업자에게 창의적인 동작 없이도 이들 도면에 예시된 구조에 기초하여 다른 실시예의 도면을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 팩시스템을 포함하는 차량의 부분적인 전기적 연결 구조의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 팩과 차량 부하 사이의 전기적 연결의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS의 메인 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 대기 처리를 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 대기 동작을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS에 의한 방전 처리를 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 방전 개시 상태의 진입을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 방전 운행 상태의 진입을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 방전 종료 상태의 진입을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 충전 처리를 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 충전 시동개시 상태의 진입을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 충전 운행 상태의 진입을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 충전 종료 상태의 진입을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 방전 동작을 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 방전시동개시를 실행하는 방법의 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS가 충전 동작을 실행하는 방법의 흐름도이다.
본 출원의 실시예는 하기에 상세히 기재된다. 본 출원 명세서의 전문에서, 동일하거나 유사한 기능을 갖는 동일하거나 유사한 구성 요소 및 구성 요소는 유사한 참조 번호로 표시된다. 첨부된 도면과 관련하여 본원에 기재된 실시예는 도시적으로 및 그래프로 나타내고 본 출원의 기본 이해를 제공하기 위해 사용된다. 본 출원의 실시예는 본 출원에 대한 제한으로서 해석되지 말아야 한다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩 시스템을 포함하는 차량의 부분적인 전기적 연결 구조의 개략도이다. 상기 배터리 팩 시스템은 복수 개의 배터리 팩을 포함하고, 복수 개의 배터리 팩은 PACK1, PACK2, ..., PACKN이며, 여기서 N은 1보다 큰 자연수이다. 매개 배터리 팩은 각각 BMS 및 셀을 포함한다. 도 1에서 볼 수 있듯이 PACK1은 BMS1을 포함하고, PACK2는 BMS2를 포함하며, PACKN는 BMSN을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 차량은 차량 CAN(controller area network, 제어기통신망) 통신 버스를 포함하고, 상기 차량 CAN 통신 버스에는 BMS와의 연결을 위한 복수 개의 노드()를 구비하며, 매개 배터리 팩의 BMS는 하나의 BMS노드로서 사용되어, 차량 CAN 통신 버스로부터 다른 배터리 팩의 상태를 감시하거나 획득할 수 있다.
매개 배터리 팩중의 BMS가 다른 배터리 팩의 상태를 획득하는 방법은 위에서 언급한 차량 CAN 통신 버스에 국한되지 않으며 다른 유선 또는 무선 방법을 통해 획득할 수도 있다. 4G(The 4th Generation Mobile Communication Technology, 4세대 이동 통신 기술), 5G(The 5th Generation Mobile Communication Technology, 5 세대 이동 통신 기술), Wi-Fi 통신 방식을 통해 획득할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 복수 개의 배터리 팩은 동력 버스 P+ 및 P-를 통해 전체 차량 부하()에 전력을 공급하거나 혹은 동력을 공급하며, 여기서 P+는 동력 버스의 양극이고 P-는 동력 버스의 음극이다. 그중 차량의 부하는 계기(), 모터 및 차량 제어기 등을 포함한다. 계기판 및 차량 제어기 ECU는 대응하는 CAN 버스를 통해 차량 CAN 통신 버스에 연결할 수도 있다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 차량 혹은 배터리 팩 시스템은 동력 버스를 통해 외부의 오프 보드(非車載) 충전기에 연결될 수 있고, 배터리 팩은 외부의 오프 보드(非車載) 충전기 및 동력 버스를 통해 충전될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 차량은 복수 개의 배터리 장착부()를 더 포함하고, 복수 개의 배터리 팩은 각각 복수 개의 배터리 장착부에 배치된다. 배터리 팩을 배터리 장착부에 설치한 후 차량 CAN 통신 버스와 통신하여 배터리 팩의 상태를 감시하도록 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예의 배터리 팩이 차량 부하와 전기적으로 연결되는 구조의 개략도이다. 배터리 팩은 셀 및 BMS를 구비하고, 셀은 BMS와 전기적으로 연결되며, BMS는 충전 제어 모듈, 방전 제어 모듈, 사전() 제어 모듈 및 BMS 제어 모듈(즉 메인 제어 모듈)을 포함한다. 상기 BMS(예컨데, BMS1)는 충전 제어 모듈, 방전 제어 모듈 및 사전 방전 제어 모듈을 통하여 제1 배터리 팩(예컨데, PACK1) 중의 셀이 동력 버스와 연결되거나 동력 버스로부터 오프 할 수 있다. 그중 동력 버스와 연결된다는 것은 동력 버스를 통해 전체 차량 부하에 전원을 공급하거나 오프 보드 충전기로 충전하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 충전 제어 모듈 및 방전 제어 모듈은 직렬로 연결된다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 사전 방전 제어 모듈은 직렬 연결된 충전 제어 모듈 및 방전 제어 모듈과 병렬로 연결된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 방전 제어 모듈, 충전 제어 모듈 및 사전 방전 제어 모듈은 MOS(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터) 스위치 장치 혹은 릴레이 장치 모듈일 수도 있고, 스위치 모듈에는 환류 다이오드가 설치되어 있다. 그중 환류 다이오드는 스위치 장치가 단로 혹은 오프(OFF) 상태일 때 단기간 전류를 전도시키는 효과를 얻을 수 있다. 다음 설명에서 사전 방전 스위치는 PDSG로 표시되고, 방전 스위치는 DSG로 표시되며, 충전 스위치는 CHG로 표시된다. 본 발명 중의 동일한 포트 모드(同口模式)는 배터리 팩이 방전 상태 혹은 충전 상태에 있을 때 방전 제어 모듈과 충전 제어 모듈을 동시에 온(ON)함을 의미한다.
도 1로 돌아가면, 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 복수 개의 배터리 팩 PACK1, PACK2......PACKN 중 임의의 하나의 BMS는 즉 BMS1, BMS2......BMSN 중 임의의 하나이다. BMS(예컨데: BMS1)는 PACK1 및 기타 배터리 팩(PACK2 내지 PACKN 중의 하나 혹은 복수 개)의 상태를 감시하도록 구성된다. PACK1 및 기타 배터리 팩의 상태는 연결 해제 상태 및 연결 상태를 포함한다. 그중 배터리 팩이 연결 해제 상태인 경우 배터리 팩의 셀이 동력 버스에서 오프된 것이고, 즉 동력 버스에서 오프된 배터리 팩이 방전하거나 충전할 수도 없다. 배터리 팩이 연결상태인 경우 배터리 팩 중의 셀이 동력 버스에 연결되고, 동력 버스를 통해 전력을 차량 부하로 전송하거나 혹은 오프 보드 충전기로 충전될 수 있다. 그중 배터리 팩의 상태는 차량의 시스템 상태에 해당한다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 차량의 시스템 상태는 대기 상태, 충전 상태 및 방전 상태를 포함한다. 그중 대기 상태에서는 보호 신호, 무 PACK_ID 신호, 전체 차량 개시 ACC, ON 신호, 통신 신호, 충전기에 연결된 CHG_IN 신호가 있고, 배터리 팩이 연결 해제 상태에 있다. 대기 상태에서는 충전 스위치와 방전 스위치가 모두 오프된다. 충전 상태에서는 충전 신호가 있고 충전이 허용된다. 방전 상태에서는 방전 신호가 있고 방전이 허용된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 차량의 시스템 상태는 도난 방지 잠금상태를 포함하고, 이는 차량이 꺼진 후 차량 잠금을 설정하기 위해 키()를 사용하는 것을 의미하며, 차량 진동이나 차바퀴 회전이 감지되면 경보를 개시시켜 모터 제어기가 차바퀴 잠금시킨다. 잠금 기간에는 계기가 배터리 시스템과 통신하지 않으며 배터리 팩이 경보기 및 잠금 제어 모듈에 의해 수요를 출력해야하고, 통신이 없는 상태에서 작동되어 메인 회로를 열어 잠금 전류를 제공한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 방전 상태에 있을 때 BMS1은 PACK1 및 다른 배터리 팩 PACK2 내지 PACKN의 상태를 연결 해제 상태로 감시하거나 감독하여 제어하고, 배터리 팩 PACK1주의 셀의 용량이 가장 높을 때, 배터리 팩 PACK1 중의 셀은 동력 버스에 연결되어 동력 버스를 통해 전력을 출력한다. PACK1의 방전 과정에서 BMS2 내지 BMSN이 각각 배터리 팩의 용량과 PACK1의 용량을 지속적으로 감시하고, BMS2가 PACK2의 용량이 방전된 PACK1의 현재 용량과 관련된 사전 설정 한계치 범위 내에 있음을 감지되면 PACK2를 제어하여 PACK1과 병렬로 방전되도록 전력 버스에 연결된다. 그중 PACK1, PACK2, PACKN의 용량은 동일거나 혹은 부동할 수 있으므로, 차량에 전원을 공급할 때 혹은 차량이 주행 상태에 있을 때 임의의 배터리 팩 중의 BMS가 각자 용량이 현재 방전되는 배터리 팩의 용량과 관련된 사전 설정 한계치 범위 내에 있음을 감지되면 현재 방전되는 배터리 팩에 통합()시켜 동력 버스를 통해 전원을 함께 제공 할 수 있다. 예컨데, PACK1 중의 BMS1이 PACK1 중의 셀의 용량과 현재 방전된 기타 배터리 팩 PACK2 내지 PACKN의 용량 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있다고 판단되면 PACK1은 연결 해제 상태에서 연결 상태로 전환하도록 제어되고, PACK1은 기타 배터리 팩과 병렬로 연결하며, 즉 PACK1을 제어하여 현재 방전되는 배터리 팩에 통합()시켜 동력 버스를 통해 전원을 함께 제공 할 수 있다. 여기서, 상술한 사전 설정 한계치 범위는 현재 방전되는 배터리 팩의 용량에 의해 결정된다. 더 낮은 용량을 가진 기타 배터리 팩은 위의 방법에 따라 현재 방전 중인 배터리 팩에 연속적으로 통합되어 동력 버스를 통해 함께 출력을 제공할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 배터리 팩이 방전된 상태에 있을 때, 가장 높은 용량을 갖는 배터리 팩은 PACK2 내지 PACKN 중 임의의 하나 혹은 복수 개일 수 있고, 상술한 내용에 한정되지 않는다. 용량이 가장 높은 배터리 팩이 복수 개인 경우 매개 배터리 팩의 용량이 실제로 동일하지 않을 수 있고, 복수 개 배터리 팩의 용량은 미리 설정된 용량 범위 내에 있으며, 즉 이는 복수 개 배터리 팩의 용량이 실질적으로 동일함을 의미하며, 동시에 가장 높은 용량을 가진 배터리 팩으로 사용할 수 있고, 동시에 동력 버스에 통합되어 전력 출력을 제공할 수 있다. 예컨데, 배터리 팩의 실제 용량이 E1인 경우, 사전 설정 한계치 범위 E1-E2 내지 E1+E3 내의 용량을 가진 배터리 팩은 용량이 E1 인 배터리 팩과 실질적으로 동일한 용량을 갖는다. 그중 E1, E2, E3는 전체 배터리 팩의 용량의 백분율일 수 있고, E2와 E3는 동일거나 부동할 수 있으며, 예컨데 E1은 95%, E2는 0.8%, E3은 0.8% 혹은 1%이다. 사전 설정 한계치 범위 E1-E2 내지 E1+E3 내에 있지 않은 배터리 팩은 동일한 용량을 가지지 않는다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, PACK1이 미리 설정된 용량 범위 EQ2까지 방전될 때 PACK1이 연결 해제 상태로 전환되어 PACK1의 방전을 중단시킨다. 그리고, 방전전의 PACK1과 동일한 용량을 구비하는 PACK2 내지 PACKN 중 하나 혹은 복수 개를 방전시켜 EQ1까지 방전될 경우, PACK1은 자주(自主)적으로 선택하여 PACK2 내지 PACKN 중 하나 혹은 복수 개에 통합되어 함께 동시에 추가 방전을 수행할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 충전 상태에 있을 때, BMS1은 제1 배터리 팩(예컨데, PACK1) 및 다른 배터리 팩 (예컨데, PACK2 내지 PACKN 중 하나 혹은 복수 개) 상태가 연결 해제 상태인지를 감시하거나 감독하여 제어하며, 배터리 팩 PACK1의 셀 용량이 가장 낮을 때 배터리 팩 PACK1의 셀은 동력 버스를 통해 충전되도록 동력 버스에 연결된다. PACK1의 충전 과정에서 BMS2 내지 BMSN은 지속적으로 각자의 용량과 PACK1의 용량을 감시하고, BMS2가 PACK2의 용량이 충전 중인 PACK1의 현재 용량과 관련된 사전 설정 한계치 범위 내에 있음을 감지하면, PACK2를 제어하여 동력 버스에 연결되며 PACK1과 병렬로 충전한다. 그중 PACK1, PACK2, PACKN의 용량은 동일거나 부동할 수 있으므로, 충전 시 임의의 배터리 팩의 BMS는 현재 충전 중인 배터리 팩의 용량과 관련된 사전 설정 한계치 범위 내에 있음을 감지하면 현재 충전중인 배터리 팩에 통합시키고 동시에 동력 버스를 통해 충전 될 수 있다. 예컨데, PACK1의 BMS1이 PACK1의 셀의 용량과 현재 충전 중인 다른 배터리 팩 PACK2 내지 PACKN의 용량 간의 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있다고 판단하면 PACK1을 제어하여 연결 해제 상태 상태에서 연결 상태로 전환시키고, PACK1은 다른 배터리 팩과 병렬로 연결되며, 즉, PACK1를 제어하여 현재 충전 중인 배터리 팩에 통합되어 동력 버스를 통해 함께 충전된다. 여기서, 상술된 사전 설정 한계치 범위는 현재 충전 중인 배터리 팩의 용량에 의해 결정된다. 더 높은 용량을 가진 기타 배터리 팩은 위의 방법에 따라 현재 충전 중인 배터리 팩에 연속적으로 통합되어 동력 버스를 통해 함께 충전될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 최저 용량을 갖는 배터리 팩은 PACK2 내지 PACKN 중 임의의 하나 혹은 복수 개일 수 있고, 상술한 내용에 한정되지 않는다. 최저 용량을 갖는 배터리 팩이 복수 개인 경우 매개 배터리 팩의 용량이 실제상 완전히 동일할 수 없다. 복수 개의 배터리 팩의 용량은 미리 설정된 용량 범위 내에 있으며, 이는 복수 개의 배터리 팩의 용량이 실질적으로 동일함을 의미하고, 동시에 최저 용량을 갖는 배터리 팩으로서 동력 버스에 통합되어 동시에 충전할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 배터리 팩이 방전 상태에서 충전 상태로 전환될 때, 사전 방전 스위치가 먼저 온되고, 그 다음 충전 스위치가 온되며, 마지막으로 방전 스위치가 온된다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 배터리 팩이 충전 상태에서 방전 상태로 전환될 때, 사전 방전 스위치가 먼저 온되고, 그 다음 방전 스위치가 온되며, 마지막으로 충전 스위치가 온된다. 제공된 스위치의 수량과 종류에 따라 충전 상태와 방전 상태 사이를 전환할 때 온 순서는 위에 제한되지 않고 구체적인 조건에 따라 선택될 수 있다.
PACK1 내지 PACKN 중의 임의의 배터리 팩은 자체 상태 및 기타 배터리의 상태에 의해 기타 배터리 팩과 독립되어 충전 상태, 방전 상태 및 대기 상태(즉, 연결 해제 상태) 사이에서 전환될 수 있기에 추가적으로 호스트 제어 모듈을 설정할 필요 없이 배터리 팩의 동태（） 통합적인 관리를 실현할 수 있고, 차량 부하 고출력 및 용량 확장의 요구를 실시간으로 충족시킬 수 있고, 보편성이 강하고 비용이 저렴하다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 제1 배터리 팩의 BMS가 제1 배터리 팩의 고장을 감지하면, 제1 배터리 팩은 충전 상태 혹은 방전 상태에서 연결 해제 상태로 전환되도록 제어된다. 또한 기타 배터리 팩의 BMS가 연결 상태의 배터리 팩에 고장이 발생했음을 감지하고 연결 해제 상태로 전환되면 이에 대응하여 기타 배터리 팩이 선택되어 동력 버스에 통합되어 계속하여 출력을 제공한다. 예컨데, 기타 배터리 팩 중에서 두번째로 높은 용량을 가진 배터리 팩은 동력 버스에 통합하는 것을 적극적으로 선택하여 출력을 제공한다.
도 3 내지 도 16은 본 발명의 일부 실시의 복수 개의 배터리 팩에 대한 병렬(幷機) 관리 방법의 흐름도를 도시하고, 도 3 내지 도 16은 매개 배터리 팩의 BMS제어 관리 방법을 도시한다. 여기서, BMS는 BMS1, BMS2 또는 BMSN일 수 있으며, 즉, 상술한 방법은 BMS1 내지 BMSN 중 임의의 하나에 의해 실행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예의 BMS의 메인 제어 방법의 흐름도이다. 도 3에서, 임의의 배터리 팩의 BMS(예컨데, PACK1의 BMS1)는 충방전 보호 판단을 실행한다. 충방전 보호 동작을 수행한 후 휴면 기상 처리를 실행한다. 그중 휴면 기상 처리의 실행은 다음과 같은 스텝을 포함하고, BMS 제어 모듈은 PDSG(즉, 사전 방전 스위치)를 온하도록 제어하고 관련 매개 변수를 초기화하여 대기 상태로 진입할지 여부를 결정한다. 대기 상태(도면의 "Y"는 "예"이고, "N"은 "아니오"를 나타냄)에 진입했다고 판단되면 대기 처리 및 대기 동작을 실행한다. 대기 상태에 진입하지 않았다고 판단되면 방전 상태에 진입하였는지 여부를 판단한다. 방전 상태에 진입하면 방전 처리 및 방전 동작을 실행하고, 방전 상태로 진입하지 않으면 충전 상태에 진입하였는지 여부를 판단한다. 충전 상태로 진입한 것으로 판단되면 충전 처리와 충전 동작을 실행한다. 충전 상태에 진입하지 않았다고 판단되면 프로세스가 종료된다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예의 BMS(예컨데, BMS1)가 대기 처리를 실행하는 방법의 흐름도이다. 도 4에서 대기 상태에 들어간 후 BMS 제어 모듈이 t1을 지연시킨 후에 충전 신호가 감지되는지 여부를 판단한다. 그중 t1은 0.6s일 수 있다. 충전 신호가 감지 혹은 수신되면 충전 허가 신호 또는 충전 작동 명령이 감지 혹은 수신되는지 여부를 추가로 판단하고, 충전 신호 혹은 충전 허가 동작 명령이 감지 혹은 수신되면 충전 상태에 진입한다. 충전 신호 혹은 허가 충전 동작 명령이 감지 혹은 수신되지 않으면 프로세스가 종료된다. 충전 신호가 감지 혹은 수신되지 않으면 방전 허가 신호 혹은 방전 허가 동작 명령이 감지 혹은 수신되는지 여부를 추가로 판단하고, 방전 허가 신호 혹은 방전 허가 동작 명령이 감지 혹은 수신되면 방전 상태에 진입하고 감지 혹은 수신되지 않으면 프로세스가 종료된다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, BMS(예컨데, BMS1)가 충전 신호를 감지하고 기타 배터리 팩이 연결 해제 상태이며 PACK1의 용량이 복수 개의 배터리 팩 중 가장 높은 것을 감지 하였을때 방전 스위치(혹은 DSG) 및 충전 스위치(CHG)가 온되도록 제어하여 PACK1을 연결 해제 상태에서 방전 상태로 전환시킨다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, BMS1이 기타 배터리 팩 중 하나 혹은 복수 개의 배터리 팩이 방전 상태있고 PACK1의 용량이 사전 설정 한계치 범위에 충족함을 감지하면 충전 스위치 (혹은 CHG)와 방전 스위치 (DSG)가 온되도록 제어하여 PACK1을 연결 해제 상태에서 방전 상태로 전환시킨다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 BMS(예컨데 BMS1)가 대기 동작을 실행하는 방법의 흐름도이다. 도 5에서 대기 처리 단계를 실행한 후 BMS제어 모듈은 PACK1이 동력 버스에서 인출 또는 연결 해제되었는지 여부를 판단하고, PACK1이 동력 버스에서 인출 또는 연결 해제되었다고 판단되면 모든 스위치 즉, 방전 스위치, 충전 스위치 및 사전 방전 스위치를 오프하며, PACK1이 동력 버스에서 추출 혹은 연결 해제되지 않았다고 판단되면 휴면 조건을 만족하는지 여부를 추가로 판단한다. 휴면 조건을 만족하면 오로지 사전 방전 스위치만을 온하고, 휴면 조건을 만족하지 않으면 t2를 지연시킨 후 모든 스위치를 오프시킨다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS에 의한 방전 처리를 실행하는 방법의 흐름도이다. 도 6에서 BMS(예컨데 BMS1)는 방전 허가 신호 혹은 방전 허가 동작 명령을 감지 혹은 수신하는지 여부를 판단하고, 감지 혹은 수신되면 방전 개시 상태인지를 여부를 판단하며, 감지 혹은 수신되지 않으면 방전 종료 상태에 진입한다. 방전 개시 상태가 아닌 것으로 판단되면 방전 운행 상태인지 여부를 더 판단한다. 방전 개시 상태인 것으로 판단되면 BMS가 방전 개시 함수를 실행한 후 방전 운행 상태에 진입한다. 방전 개시 상태가 아닌 것으로 판단되면 방전 운행 상태인지 여부를 더 판단한다. 방전 운행 상태인 것으로 판단되면 방전 운행 함수를 실행하고, 방전 운행 상태가 아닌 것으로 판단되면 방전 종료 상태인지 여부를 더 판단한다. 방전 종료 상태인 것으로 판단되면 방전 종료 함수를 실행한 후 대기상태에 진입하고, 방전 종료 상태가 아닌 것으로 판단되면 방전 처리 프로세스를 종료한다. 그중 방전 개시 상태는 DSG 혹은 방전 스위치가 오프와 온 사이의 과정에 해당하는 상태이다. 방전 운행 상태는 DSG 혹은 방전 MOS 스위치가 온되거나 대전류 방전 상태가 허용되는 상태이다. 방전 종료 상태는 DSG 혹은 방전 스위치가 오프와 온 사이의 과정에 해당하는 상태이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS가 방전 개시 상태로 진입하는 방법의 흐름도이다. 도 7에서 BMS(예컨데 BMS1)는 방전 개시 상태에 진입 한 후 패킷화 통신()이 있는지 감시하고, 패킷화 통신이 감지하면 기타 배터리 팩의 방전 스위치 혹은 DSG가 온 상태(즉, DSG=ON)이며, 패킷화 통신이 감지되지 않으면 방전 개시 동작을 실행한다. 기타 배터리 팩의 방전 스위치가 온 상태이거나 혹은 DSG=ON임을 감지하면, 패킷화 명령을 발신한 후, 방전 패킷화 동작을 실행한다. 기타 배터리 팩의 방전스 위치가 온 상태이거나 혹은 DSG=ON임을 감지되지 않으면, 방전 개시 동작을 실행한다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS가 방전 운행 상태로 진입하는 방법의 흐름도이다. 도 8에서 BMS(예컨데 BMS1)는 방전 운행 상태에 진입한 후 패킷화 명령()이 접수되였는지를 판단한다. 패킷화 명령이 접수되면 방전 패킷화 동작을 실행하고, 패킷화 명령이 접수되지 않으면 충전 스위치 혹은 CHG가 오프인지를 판단한다. 충전 스위치 혹은 CHG가 오프(CHG=OFF)이면, 방전 전류가 검측되였는지를 추가로 판단한다. 방전 전류가 검측되면 지연을 진행한 후 CHG를 온시키고, CHG가 온 이거나 혹은 CHG=ON이면 충전 보호가 있는지를 추가로 판단하며, 충전 보호가 없으면 프로세스가 종료되고, 충전 보호가 있으면 충전 전류가 있는지를 추가로 판단한다. 충전 전류가 있으면 CHG가 오프하고, 충전 전류가 없으면 방전 운행 상태를 종료한다. 방전 운행 상태일때, 상기 패킷화 명령은 감지된 기타 배터리 팩의 패킷화 명령을 의미한다. CHG가 오프인 상태하에 방전 전류에 의해 CHG를 온시키는 동작을 실행할지를 판단할 때, PACK전압에 의해 결정된다. 일부 실시예에 있어서, 방전 전류가 있을 때, PACK전압은 배터리 전압보다 0.7V 낮으나, 이에 한정되지 않는다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS가 방전 종료 상태로 진입하는 방법의 흐름도이다. 도 9에서 BMS(예컨데 BMS1)는 방전 종료 상태에 있을 때, 방전 종료 동작을 실행하고, 방전 종료 동작을 실행한 후 방전 상태를 종료시킨다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS가 충전 처리 방법의 흐름도이다. 도 10에서 BMS(예컨데 BMS1)는 충전 허가 신호 혹은 충전 허가 동작 명령이 감지 혹은 수신되였는지를 판단하며, 충전 허가 신호 혹은 충전 허가 동작 명령이 감지 혹은 수신되면 충전 개시 상태인지를 판단하고, 충전 허가 신호 혹은 충전 허가 동작 명령이 감지 혹은 수신되지 않으면 충전 종료 상태에 진입한다. 충전 개시 상태임을 판단하면, BMS(예컨데 BMS1)는 충전 개시 함수를 실행한 후 충전 운행 상태에 진입한다. 충전 개시 상태가 아님을 판단하면, 충전 운행 상태인지를 추가로 판단한다. 충전 운행 상태임을 판단하면, 충전 운행 함수를 실행하고, 충전 운행 상태가 아님을 판단하면, 충전 종료 상태인지를 추가로 판단한다. 충전 종료 상태임을 판단하면, 충전 종료 함수를 실행한 후 대기상태에 진입한다. 충전 종료 상태가 아님을 판단하면, 충전 처리의 프로세스가 종료한다. 그중, 충전 개시 상태는 CHG 혹은 충전 스위치가 오프와 온 사이의 과정에 해당하는 상태이다. 충전 운행 상태는 CHG 혹은 충전 스위치가 온이거나 혹은 허가 충전 상태이다. 충전 종료 상태는 CHG 혹은 충전 스위치가 온과 오프 사이의 과정에 해당하는 상태이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, BMS(예컨데, BMS1)가 충전 신호가 감지되거나 또한 기타 배터리 팩이 연결 해제 상태에 있음을 감지되고 또한 PACK1의 용량이 복수 개의 배터리 팩 중 최저일 때, 충전 스위치(혹은 CHG) 및 방전스 위치(DSG)가 온 되도록 제어하여 PACK1을 연결 해제 상태로부터 충전 상태로 전환시킨다. 본 발명의 일부 실시예에 있어서, BMS1가 기타 배터리 팩 중 하나 혹은 복수 개의 배터리 팩이 충전 상태에 있음을 감지하고 또한 PACK1의 용량이 사전 설정 한계치 범위를 만족할 때, 충전 스위치(혹은 CHG) 및 방전 스위치(DSG)가 온 되도록 제어하여 PACK1을 연결 해제 상태로부터 충전 상태로 전환시킨다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS(예컨데 BMS2)가 충전 개시 상태에 진입하는 방법의 흐름도이다. 도 11에서 BMS1은 충전 개시 상태에 진입한 후 패킷화 통신이 있는지를 감시하고, 패킷화 통신이 있으면 기타 배터리 팩의 충전 스위치 혹은 CHG가 온 상태(즉, CHG=ON)에 있는지를 추가로 판단하며, 패킷화 통신이 없으면 충전 개시 동작을 실행한다. 기타 배터리 팩의 충전 스위치가 온 상태 혹은 CHG=ON이 감지되면, 패킷화 명령을 발신한 후, 충전 패킷화 동작을 실행하고, 기타 배터리 팩의 충전 스위치가 온 상태 혹은 CHG=ON이 감지되지 않으면 충전 개시 동작을 실행한다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS(예컨데 BMS1)가 충전 운행 상태에 진입하는 방법의 흐름도이다. 도 12에서 BMS는 충전 운행 상태에 진입한 후 패킷화 명령을 수신하였는지를 판단하고, 패킷화 명령을 수신하면 충전 패킷화 동작을 실행하며, 패킷화 명령을 수신하지 않으면 방전 스위치 혹은 DSG가 오프(즉, DSG=OFF)인지를 추가로 판단한다. 방전 스위치 오프이거나 혹은 DSG=OFF이면, 충전 전류가 검측되였는지를 추가로 판단하고, 충전 전류가 검측되면 지연을 진행한 후 DSG를 온시키며, 충전 전류가 검측되지 않으면 충전 운행 상태를 종료시킨다. 방전 스위치가 온이거나 혹은 DSG=ON이면, 충전 운행 상태를 종료시킨다. 충전 운행 상태일때, 상기 패킷화 명령은 감시된 기타 배터리 팩의 패킷화 명령이다. DSG가 오프인 상태하에 충전 전류에 의해 DSG를 온시키는 동작을 실행할지를 판단할 때, PACK전압에 의해 결정된다. 일부 실시예에 있어서, 충전 전류가 있을때, PACK전압은 배터리 전압보다 0.7V 낮으나, 이에 한정되지 않는다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS(예컨데 BMS1)가 충전 종료 상태로 진입하는 방법의 흐름도이다. 도 13에서 BMS는 충전 종료 상태에 있을 때, 충전 종료 동작을 실행하고, 충전 종료 동작을 실행한 후 충전 상태를 종료시킨다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS(예컨데 BMS1)가 방전 동작 방법의 흐름도이다. 도 14에서 BMS는 방전 처리의 실행을 끝낸 후 방전이 종료되였는지를 판단하고, 방전이 종료되였으면, 충전 스위치를 오프시켜 CHG=OFF한 후, 방전 스위치 및 사전 방전 스위치를 오프시켜 DSG=OFF 및 PDSG=OFF하여 방전 동작을 종료시키며, 방전이 종료되지 않았다면, 방전 개시 동작을 실행하는지를 판단한다. 방전 개시 동작을 실행하면, 방전 개시 함수를 실행하고, 방전 개시 동작을 실행하지 않으면, 방전 패킷화를 실행하였는지를 추가로 판단한다. 방전 패킷화 동작을 실행하면, 충전 스위치를 오프하여 CHG=OFF시켜고, 또한 t3을 지연한 후 기타 배터리 팩의 충전 스위치가 오프인지를 추가로 판단하며, 오프이면 방전 모듈 및 사전 방전 모듈을 온하여 DSG=ON 및 PDSG=ON시켜, 방전 패킷화 동작을 종료시키며, 오프가 아니면, 패킷화가 실패하고, 방전 패킷화 동작을 종료시킨다. 그중, t3는 1s이지만, 이에 한정되지 않는다. 방전 패킷화 동작을 실행하지 않으면, 충전 스위치(즉, CHG=ON시킴)가 온 인지를 추가로 판단한다. 방전 패킷화 동작을 실행하면, 내부 총 압력과 외부 총 압력의 차이가 Vd1보다 작은지를 추가로 판단하고, Vd1보다 작으면, 충전 스위치를 온하여 CHG=ON시켜 동작을 종료시키며, Vd1보다 작지 않으면, CHG를 온시키는데 실패하여 동작을 종료시킨다. 그중, Vd1은 0.7V이지만, 이에 한정되지 않는다. CHG가 온되지 않으면, CHG가 오프인지를 추가로 판단한다. CHG가 오프이면 CHG=OFF이고, 동작을 종료시키고, CHG가 오프아니면, 방전 동작을 종료시킨다.
도 2로 돌아가서 배터리 팩 중 셀의 양단() B+와 B- 사이의 전압은 PACK의 내부 총 압력이고, 그중 B+는 셀의 양극을 표시하며, B-는 셀의 음극을 표시하며, 그중, PACK내부 총 압력은 BMS를 통과하지 못한 전압이다. 차량 부하 전면의 양단 P +와 P- 사이의 전압은 PACK의 외부 총 압력이고, 그중, P+는 동력 버스의 양극이며, P-는 동력 버스의 음극이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS(예컨데 BMS1)가 방전 개시 방법의 흐름도이다. 도 15에서 BMS는 방전 개시를 실행한 후, 개시 시간이 임계값을 초과하였는지를 판단하고, 임계값을 초과하면 방전 개시가 실패하였음을 판정하여 동작을 종료하며, 임계값을 초과하지 않으면 스텝1(즉, STEP1)이 실행되였는지를 추가로 판단한다. STEP1이 실행되였다고 판정되면 사전 방전 스위치 혹은 PDSG를 온한 후, 미리 설정된 시간 t4보다 큰지를 추가로 판단하고, t4보다 크면 스텝2(즉, STEP2)에 진입하고, t4보다 크지 않으면 미리 설정된 시간 t5보다 큰지를 추가로 판단한다. 그중, t4는 1.5s이고, t5는 1s이지만, 이에 한정되지 않는다. t5보다 크면 외부 총 압력이 너무 낮은지를 추가로 판단하고, 외부 총 압력이 너무 낮을 때 방전 개시가 실패하고 동작을 종료시키며, t5보다 크지 않으면 외부 총 압력이 총 압력과 Vd2의 차이보다 큰지를 판단하고, 상기 차이보다 크면 방전 스위치 혹은 DSG를 온한 후 동작을 종료시키며, 상기 차이보다 크지 않으면 동작을 종료시킨다. 그중, Vd2는 1.2V이지만, 이에 한정되지 않는다. STEP1이 실행되지 않았다고 판정되면 STEP2가 실행하였는지를 추가로 판단한다. STEP2이 실행되였다고 판정되면 사전 방전 스위치를 오프하거나 혹은 PDSG=OFF시켜 외부 총 압력의 하락폭이 Vd3을 초과하는지를 추가로 판단하며, Vd3을 초과하면 STEP3에 진입하고, Vd3을 초과하지 않으면 동작을 종료시킨다. 그중, Vd3은 4V이지만 이에 한정되지 않는다. STEP2이 실행되지 않았다고 판정되면 STEP3가 실행하였는지를 판단한다. STEP3이 실행되면 사전 방전 스위치를 온하여 PDSG=ON시킨 후 외부 총 압력이 사전 설정 한계치보다 큰지를 추가로 판단하며, 외부 총 압력이 사전 설정 한계치보다 크면 방전 스위치를 온하여 DSG=ON시킨 후 동작을 종료시키고, 외부 총 압력이 사전 설정 한계치보다 크지 않으면 동작을 종료시킨다.
구체적으로 STEP1에서 PDSG를 온한 후 다음와 같은 두 가지 상황이 있다. 첫 번째로 외부 총 압력이 낮으면, 차량 부하가 한계값을 초과하여 방전 개시가 실패되였음을 설명한다. 두 번째로 외부 총 압력이 내부 총 압력에 가깝고, DSG를 온하여 방전 개시가 성공하였음을 설명한다. 세 번째로 일정한 시간을 초과하면 STEP2에 진입한다. STEP2에서 PDSG가 오프한 후, 외부 총 압력의 하락이 일정한 값()을 초가하면 외부에 통신이 비정상적인 배터리 팩이 없다고 판단한다. STEP3에서 STEP2가 외부에 통신이 비정상적인 배터리 팩이 없다고 판단한 기초하에 사전 방전 전압이 임계값보다 높으면 DSG를 온하여 방전 개시가 성공한다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따라 BMS가 충전 동작 방법의 흐름도이다. 도 16에서 BMS는 충전 처리의 실행을 끝낸 후 충전이 종료되었는지를 판단하고, 충전이 종료되었으면, 충전 스위치를 온하여 CHG=ON시킨 후 방전 스위치 및 사전 방전 스위치를 온하여 DSG=ON 및 PDSG=ON시켜 충전 동작을 종료시키며, 충전이 종료되지 않았다면, 충전 개시 동작을 실행하는지를 판단한다. 충전 개시 동작이 실행되면 외부 총 압력이 내부 총 압력보다 작은지를 추가로 판단하고, 외부 총 압력이 내부 총 압력보다 작으면 PDSG=ON하고 t6을 지연한 후 CHG=ON시키며, 외부 총 압력이 내부 총 압력보다 작지 않으면 충전 개시가 실패한다. 그중, t6은 1s이지만, 이에 한정되지 않는다. 충전 개시 동작이 실행되지 않으면 DSG가 온인지를 추가로 판단하고, DSG가 온이면 외부 총 압력이 내부 총 압력과 VD4의 합계와 같은지를 추가로 판단하며, 또한 DSG가 온이면 DSG=ON 및 PDSG=ON시키고, DSG가 온되지 않으면 DSG의 온이 실패한다. DSG가 온되지 않으면 충전 패킷화를 실행하였는지를 추가로 판단하고, 충전 패킷화가 실행되면 DSG=OFF시킨 후 t7를 지연하여 기타 배터리 팩의 DSG가 오프인지를 추가로 판단하며, DSG가 오프이면 CHG=ON한 후 동작을 종료시키고, DSG가 오프되지 않으면 충전 패킷화가 실패한다. 충전 패킷화가 실행되지 않으면 동작을 종료시킨다. 그중, t7은 1s이지만 이에 한정되지 않는다.
도 3 내지 도 16에 표시된 배터리 팩 시스템 중의 단일 배터리 팩 (예컨게 BMS1)에 대한 제어 방법의 실시예에 있어서,
PACK1 내지 PACKN 중의 임의의 배터리 팩은 자체 상태 및 기타 배터리의 상태에 의해 기타 배터리 팩과 독립되어 충전 상태, 방전 상태 및 대기 상태(즉, 연결 해제 상태) 사이에서 전환될 수 있기에 추가적으로 호스트 제어 모듈을 설정할 필요 없이 배터리 팩의 동태（） 통합적인 관리를 실현할 수 있고, 차량 부하 고출력 및 용량 확장의 요구를 실시간으로 충족시킬 수 있고, 보편성이 강하고 비용이 저렴하다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 또한 상술한 배터리 팩을 이용하여 상술한 병렬 관리 방법을 실시하는 BMS를 제공한다. BMS1, BMS2......BMSN 중 임의의 하나와 동일한 기능을 구비한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상술한 BMS및 셀을 구비하는 배터리 팩을 제공하고, BMS1, BMS2......BMSN 중 임의의 하나와 동일한 기능을 구비한다.
전체 명세서에서 "일부 실시예", "실시예의 일부", "하나의 실시예", "또 다른 예", "예", "특정 예" 또는 "예의 일부"에 대한 언급은 명세서의 적어도 하나의 실시예 또는 예가 실시예 또는 예에서 특정 특성, 구조, 물질 또는 특징을 포함함을 의미한다. 따라서, 기재는 명세서 전반에 걸쳐 나타나고, 예를 들어, "일부 실시예에서", "하나의 실시예에서", "하나의 실시예에서", "또 다른 실시예에서", "하나의 예에서", "특정 예에서" 또는 "하나의 예"는 필수적으로 본 출원에서 동일한 실시예 또는 예를 언급하지 않는다. 추가로, 기재에서 특정 특성, 구조, 물질 또는 특징은 하나의 실시예 또는 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
예시적 실시예를 나타내고 기재하였지만, 당업자는 상기 실시예가 본 출원에 대한 제한으로서 해석될 수 없고 실시예는 본 출원의 취지, 원리 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 변화될 수 있고, 치환될 수 있고 변형될 수 있는 것으로 이해되어야만 한다.

Claims (19)

  1. 복수 개의 배터리 팩의 동태 병렬 관리 방법에 있어서,
    상기 방법은 제1 배터리 팩에 적용되고, 상기 제1 배터리 팩은 셀 및 BMS를 포함하며,
    상기 방법에 있어서,
    상기 BMS는 상기 셀과 전기적으로 연결되고,
    상기 BMS가 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태를 감시하고, 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태는 연결 해제 상태 및 연결 상태를 포함하며,
    상기 BMS가 상기 제1 배터리 팩의 용량과 연결 상태의 기타 배터리 팩의 용량의 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있는지를 판단하고,
    상기 판단에 의해, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환하도록 제어하며, 상기 제1 배터리 팩과 상기 기타 배터리 팩이 병렬로 연결되고,
    그중, 상기 연결 상태는 충전 상태 및 방전 상태를 포함하고, 상기 제1 배터리 팩은 상기 충전 상태일 때 충전하고 상기 방전 상태일 때 방전하는 스텝을 포함하며,
    상기 BMS는 충전 제어 모듈, 방전 제어 모듈, 사전 스위치 및 메인 제어 모듈을 포함하고,
    상기 메인 제어 모듈은 상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치와 연결되고,
    상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈, 상기 사전 스위치는 상기 동력 버스와 전기적으로 연결되며,
    상기 충전 제어 모듈과 상기 방전 제어 모듈은 직렬로 접속한 후 상기 사전 스위치와 병렬로 접속하며,
    상기 BMS는 상기 메인 제어 모듈을 통하여 상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치를 제어하여 상기 제1 배터리 팩 중의 상기 셀이 상기 동력 버스와 연결되거나 상기 동력 버스로부터 오프 할 수 있는 것을 특징으로 하는 복수 개의 배터리 팩의 동태 병렬 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BMS가 방전 신호를 감지하고 상기 기타 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태에 있음을 감지하며 또한 상기 제1 배터리 팩의 용량이 상기 복수 개의 배터리 팩 중의 최고일 때, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 방전 상태로 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    충전 신호가 감지되고 상기 기타 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태에 있음을 감지하며 상기 제1 배터리 팩의 용량이 상기 복수 개의 배터리 팩 중 최저일 때, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 해제 상태로부터 상기 충전 상태로 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리 팩이 상기 방전 상태로부터 상기 충전 상태로 전환하는 스텝은 상기 방전 상태로부터 상기 연결 해제 상태로 전환되고, 그 후 다시 상기 연결 해제 상태로부터 상기 충전 상태로 전환하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리 팩이 상기 충전 상태로부터 상기 방전 상태로 전환하는 스텝은 상기 충전 상태로부터 상기 연결 해제 상태로 전환되고, 그 후 다시 상기 연결 해제 상태로부터 상기 방전 상태로 전환되는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리 팩이 연결 상태이고 고장이 발생할 때, 상기 제1 배터리 팩이 상기 연결 상태로부터 상기 연결 해제 상태로 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 복수 개의 배터리 팩을 포함하는 관리 시스템에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 팩은 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩을 포함하고, 그중 상기 제1 배터리 팩은 셀 및 BMS를 포함하며,
    상기 BMS는 상기 셀과 전기적으로 연결되고,
    상기 관리 시스템은 통신선, 메인 제어 모듈, 상기 BMS가 포함하는 충전 제어 모듈, 방전 제어 모듈 및 사전 스위치를 포함하고,
    상기 제1 배터리 팩 및 상기 기타 배터리 팩은 상기 통신선에 연결되며,
    상기 메인 제어 모듈의 설치에 의해
    제1 배터리 팩을 감시하고, 제1 배터리 팩의 상태를 상기 통신선에 보고하며, 상기 통신선로부터 기타 배터리 팩의 상태를 획득하고, 상기 제1 배터리 팩 및 기타 배터리 팩의 상태는 연결 해제 상태 및 연결 상태를 포함하며,
    또한 상기 BMS가 상기 제1 배터리 팩의 용량과 연결 상태의 기타 배터리 팩의 용량 차이가 사전 설정 한계치 범위 내에 있다고 판단할 때,
    상기 판단에 의해, 상기 BMS가 상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치를 제어하여 상기 제1 배터리 팩을 상기 기타 배터리 팩에 통합시켜 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환하고,
    그중, 상기 연결 상태는 충전 상태 및 방전 상태를 포함하고, 상기 제1 배터리 팩 및 상기 기타 배터리 팩은 상기 충전 상태일 때 충전하고 상기 방전 상태일 때 방전하고,
    상기 메인 제어 모듈은 상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치와 연결되고,
    상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈, 상기 사전 스위치는 상기 동력 버스와 전기적으로 연결되며,
    상기 충전 제어 모듈과 상기 방전 제어 모듈은 직렬로 접속한 후 상기 사전 스위치와 병렬로 접속하며,
    상기 BMS는 상기 메인 제어 모듈을 통하여 상기 충전 제어 모듈, 상기 방전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치를 제어하여 상기 제1 배터리 팩 중의 상기 셀이 상기 동력 버스와 연결되거나 상기 동력 버스로부터 오프 할 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    그중, 상기 사전 스위치는 상기 충전 제어 모듈과 상기 방전 제어 모듈의 직렬연결에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    그중, 상기 제1 배터리 팩은 상기 충전 제어 모듈 및 상기 방전 제어 모듈이 모두 온일 때, 상기 연결 해제 상태로부터 상기 연결 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    그중, 상기 메인 제어 모듈의 설치로 인해 추가로
    상기 방전 제어 모듈, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치를 제어하여 상기 제1 배터리 팩이 상기 충전 상태와 상기 방전 상태 사이에서 전환할 때, 상기 방전 제어 모듈, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치를 모두 오프한 후 다시 온이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 시스템.
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    그중, 상기 방전 제어 스위치, 상기 충전 제어 모듈 및 상기 사전 스위치는 스위치 및 환류 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 시스템.
  14. 제7항에 있어서,
    그중, 상기 메인 제어 모듈의 설치로 인해 추가로
    부하 전류가 변화하여 설정값을 초과함을 감지하면 상기 방전 제어 모듈이 온이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 시스템.
  15. 삭제
  16. 배터리 팩에 있어서,
    상기 청구항 7, 청구항 9 내지 청구항 11, 청구항 13 내지 청구항 14의 임의의 하나의 청구항에 기재된 배터리 팩 관리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 차량에 있어서,
    상기 청구항 16에 기재된 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  18. 제17항에 있어서,
    그중, 상기 차량은 추가로 복수 개의 배터리 장착부를 포함하고, 상기 복수 개의 배터리 팩은 상기 배터리 장착부 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량.
  19. 삭제
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