KR20130125137A - 배터리 관리 시스템(ｂｍｓ)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치 - Google Patents

배터리 관리 시스템(ｂｍｓ)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 배터리를 관리하기 위한 BMS의 배터리 셀을 측정하기 위해 사용되어 지고 있는 배터리 모니터링 IC 전원을 배터리로부터 완전히 분리하여 배터리의 소비전류를 감소시켜 고전압 배터리의 셀 편차를 막아 고전압 배터리를 안정된 상태로 유지시킬 수 있는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치 및 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 고전압 배터리 셀들이 연결되어 구성된 배터리 팩(10); 배터리 팩(10)의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템(40); 배터리 팩(10)으로부터 전원을 공급받아 동작하며, 배터리 팩(10)을 구성하는 배터리 셀 각각의 전압을 모니터링하는 배터리 모니터링부(20); 및 배터리 관리 시스템(40)의 시스템 전원을 인가받아 동작하면서 배터리 모니터링부(20)가 동작할 수 있도록 배터리 팩(10)의 전원을 배터리 모니터링부(20)로 공급하며, 배터리 관리 시스템(40)의 전원 오프 시 배터리 모니터링부(20)로 공급되는 전원공급을 오프시키는 포토 릴레이(30);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치를 제공한다.

Description

배터리 관리 시스템(ＢＭＳ)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치 및 방법{Method and system for automatic shutdown battery monitoring IC of Battery Management System}
본 발명은 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 배터리를 관리하기 위한 BMS의 배터리 셀을 측정하기 위해 사용되어 지고 있는 배터리 모니터링 IC 전원을 배터리로부터 완전히 분리하여 배터리의 소비전류를 감소시켜 고전압 배터리의 셀 편차를 막아 고전압 배터리를 안정된 상태로 유지시킬 수 있는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치 및 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)은 에너지를 배터리처럼 저장해서 언제든 꺼내 쓸 수 있는 저장장치를 의미하는 것으로, 지금까지의 전기에너지는 생산과 저장의 차이가 있으므로 전기에너지를 사용하는데 있어서 생산이 함께 움직여줘야 하는데, ESS는 에너지를 효과적으로 저장해 사용하기 위한 시스템으로 에너지 생산에 대한 여유를 가질 수 있게 해준다.
그래서 ESS가 활성화되면 비교적 에너지 소비량이 적은 새벽에 생산되는 에너지를 저장하여 에너지 공급이 몰릴 때 효과적으로 사용할 수 있고 에너지 생산 가동률을 높일 수 있다.
그리고 미미하게 모이는 신재생에너지를 축적하여 에너지를 나눠 쓸 수 있기 때문에 지금의 전력난을 많이 해소시킬 수 있는 중요한 에너지 시스템으로 인식되고 있다.
그 중 제주도에서 펼쳐지는 ESS 실증 사업은 한 개의 변전소와 맞먹는 규모의 8메가 와트급으로 진행되고 있어 전력난을 해소해 줄 수 있는 것으로 기대가 되고 있다.
근래 국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 신재생 에너지 보급 확대 정책으로 풍력, 태양광 등의 에너지 생산 설비가 급속히 증가하는 추세이다.
이러한, 신재생 에너지는 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진국을 비롯하여 각 국가에서 연구가 활발히 진행 중이다.
특히 신재생 에너지 중 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광 발전 시스템은 공해가 없고, 설치 및 유지보수가 용이하다는 장점 등으로 인해 최근 각광을 받고 있다.
이와 같은 태양광 발전 시스템에는 태양광 발전시스템 단독으로만 운전하는 독립형 발전 시스템과, 태양광 발전 시스템과 상용전력 계통과 연계하여 운전하는 계통연계형 발전 시스템 두 종류가 있다.
태양광 발전 시스템을 구성하는 컨버터와 인버터는 시스템 설계시 설정된 정격전압이나 정격전류에 따라 내부 회로 소자가 결정된다.
이 경우 용량이 고정되어 있기 때문에 용량 확장이 요청되는 경우 별도의 시스템을 구축해야 하므로 공간적, 소비전력 면에서 어려운 점이 있다.
그 중에서 대한민국 등록특허 10-1084214호(계통 연계형 전력 저장 시스템 및 전력 저장 시스템 제어 방법)에서는 공간 및 소비전력을 개선하면서 용량을 확장할 수 있는 전력저장 시스템에 대하여 게시하고 있다.
그러나 종래의 기술에서는 대부분의 경우 소비전력을 개선하면서 용량을 확장하는데 초점을 맞추고 있을 뿐, BMS가 시스템 다운이 되어도 배터리 모니터링 IC는 다운 되지 않는 경우가 빈번히 발생한다.
이 경우 배터리 모니터링 IC는 BMS의 MCU(Micro Control Unit)와 통신으로 Command를 주고 받으면서 MCU에 의해 제어가 된다.
이때, BMS가 정상적으로 꺼지면 배터리 모니터링 IC에 Power Down Command를 보내어 정상 종료를 시킨다.
하지만, BMS가 정전이나 시스템의 오류에 의해 정상적으로 종료되지 않으면 통신으로 제어되는 배터리 모니터링 IC는 비정상적으로 동작을 한다.
고전압 배터리를 전원으로 사용하는 배터리 모니터링 IC는 고전압 배터리의 에너지를 소비하게 된다.
특히 전기자동차, 하이브리드 자동차, ESS에 탑재된 고전압 배터리 팩은 직렬로 배터리 셀이 연결되어 있는데, 배터리 모니터링 IC가 오동작하게 되면 배터리 셀간의 편차가 발생하는 문제가 발생하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 고전압 배터리를 관리하기 위한 BMS의 배터리 셀을 측정하기 위해 사용되어 지고 있는 배터리 모니터링 IC 전원을 배터리로부터 자동적으로 완전히 분리하여 배터리의 소비전류를 감소시켜 고전압 배터리의 셀 편차를 막아 고전압 배터리를 안정된 상태로 유지시킬 수 있는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치는, 고전압 배터리 셀들이 연결되어 구성된 배터리 팩; 배터리 팩의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템; 배터리 팩으로부터 전원을 공급받아 동작하며, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀 각각의 전압을 모니터링하는 배터리 모니터링부; 및 배터리 관리 시스템의 시스템 전원을 인가받아 동작하면서 배터리 모니터링부가 동작할 수 있도록 배터리 팩의 전원을 배터리 모니터링부로 공급하며, 배터리 관리 시스템의 전원 오프 시 배터리 모니터링부로 공급되는 전원공급을 오프시키는 포토 릴레이;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 방법은, 배터리 관리 시스템이 오프되었는지를 판단하여, 배터리 관리 시스템이 오프되지 않았다면 배터리 관리 시스템 전원은 온 상태를 유지하는 단계와, 시스템 전원을 받아 공급하는 포토 릴레이의 온상태를 유지하는 단계와, 포토 릴레이에서는 배터리 팩의 배터리 셀 중 배터리 모니터링부와 연결된 배터리 셀로부터 배터리 모니터링부의 구동에 필요한 전원을 공급하는 단계; 판단결과에 따라 배터리 관리 시스템이 정상 또는 비정상적으로 다운되었다면 배터리 관리 시스템의 시스템 전원이 오프되는 단계; 시스템 전원을 받아 구동하는 포토 릴레이가 오프되는 단계; 및 포토 릴레이를 통해 배터리 모니터링부에 공급되는 배터리 팩의 전원 공급이 오프되어 배터리 모니터링부가 오프되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 전기자동차, 하이브리드 자동차, ESS의 BMS가 정전이나 시스템의 오류에 의해 비정상적으로 종료하더라도 포토 릴레이를 이용해 배터리 팩과 배터리 모니터링 IC의 전원단을 자동으로 완전히 분리시켜 배터리 팩의 소비전류를 차단함으로써 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀간의 편차가 발생하는 문제를 방지하여 배터리 팩을 안정적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.
또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 배터리 팩(10), 배터리 모니터링부(20), 포토 릴레이(30) 및 배터리 관리 시스템(40)으로 구성된다.
여기서 배터리 팩(10)은 전기자동차, 하이브리드자동차, ESS(Energy Storage System)에 탑재되어 있는 고전압 배터리 셀들이 직렬로 연결되어 구성된다.
배터리 모니터링부(20)는 배터리 팩(10)으로부터 전원을 공급받아 동작하며, 배터리 팩(10)을 구성하는 배터리 셀 각각의 전압을 모니터링하고, 배터리 관리 시스템(40)의 통신에 의해 프로그램적으로 온/오프되거나, 포토 릴레이(30)에서의 전원공급에 따라 하드웨어적으로 온/오프된다.
이러한 배터리 모니터링부(20)는 배터리 모니터링 IC로 구성할 수 있다.
포토 릴레이(30)는 배터리 관리 시스템(40)의 시스템 전원을 인가받아 동작하면서 배터리 모니터링부(20)가 동작할 수 있도록 배터리 팩(10)의 전원을 배터리 모니터링부(20)로 공급하며, 배터리 관리 시스템(40) 전원 오프 시 배터리 모니터링부(20)로 공급되는 전원공급을 오프시킨다.
이러한 포토 릴레이(30)는 포토모스 릴레이, 포토 커플러 중 하나로 구성할 수 있다.
여기서 포토모스 릴레이는 무극성이므로 교류, 직류 모두 제어가 가능하고, 일반 기계식 릴레이보다 응답속도가 빠르며, 고감도이고, 수명이 길다는 장점이 있다.
한편, 포토 커플러의 경우 포토모스 릴레이에 비하여 상대적으로 가격이 저렴하다는 장점이 있다.
배터리 관리 시스템(40)은 배터리 팩(10)의 충방전을 관리한다.
이와 같은 구성에 따라 전기자동차, 하이브리드자동차, ESS(Energy Storage System)에 탑재되어 있는 고전압 배터리를 관리하기 위한 BMS(40)에서 배터리 팩(10)의 배터리 셀 전압을 측정하기 위해 사용되어 지고 있는 배터리 모니터링 IC로 구성되는 배터리 모니터링부(20)의 전원을 배터리 팩(10)으로부터 완전히 분리하여 배터리 팩(10)의 소비전류를 감소시켜 배터리 팩(10)을 구성하는 고전압 배터리의 셀간 편차를 막아 고전압 배터리를 안정된 상태로 유지시킨다.
따라서, 종래의 경우 BMS(40)가 시스템 다운이 되어도 배터리 모니터링 IC는 다운 되지 않는 경우가 빈번히 발생하였는데, 배터리 모니터링 IC는 BMS(40)의 MCU(Micro Control Unit)와 통신으로 Command를 주고 받으면서 MCU에 의해 제어가 된다.
이때, BMS(40)가 정상적으로 꺼지게 되면 배터리 모니터링 IC에 Power Down Command를 보내어 정상 종료를 시킨다.
하지만, BMS(40)가 정전이나 시스템의 오류에 의해 정상적으로 종료되지 않으면 통신으로 제어되는 배터리 모니터링 IC는 비정상적으로 동작을 한다.
따라서 고전압 배터리를 전원으로 사용하는 배터리 모니터링 IC는 고전압 배터리의 에너지를 소비하게 된다.
특히 전기자동차, 하이브리드 자동차, ESS에 탑재된 고전압 배터리 팩은 직렬로 배터리 셀이 연결되어 있는데, 배터리 모니터링 IC가 오동작하게 되면 배터리 모니터링 IC에 전원을 공급하는 배터리 셀만 계속해서 배터리 모니터링 IC에 전원을 공급하므로 배터리 셀간의 편차가 발생하는 문제가 발생한다.
본 발명은 포토 릴레이(30)가 BMS(40)의 시스템 전원을 받아 동작하도록 함으로써 BMS(40)가 정상종료되지 않더라도 배터리 모니터링 IC를 구성하는 배터리 모니터링부(20)에 전원을 공급하는 포토 릴레이(30)가 오프되도록 함으로써 배터리 모니터링부(20)가 자동으로 고전압 배터리로부터의 전원공급이 차단되도록 하여 배터리 모니터링부(20)에 전원을 공급하는 배터리 셀과 다른 배터리 셀간의 편차가 없도록 하였다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 방법은 도 2에 나타낸 바와 같이, 배터리 관리 시스템(40)이 오프되었는지를 판단한다(S10).
판단결과(S10) 배터리 관리 시스템(40)이 오프되지 않았다면 배터리 관리 시스템(40) 전원은 온 상태를 유지한다(S20).
그에 따라 포토 릴레이(30) 역시 온상태를 유지한다(S30).
그리고 그에 따라서 포토 릴레이(30)에서는 배터리 팩(10)의 배터리 셀 중 배터리 모니터링부(20)와 연결된 배터리 셀로부터 배터리 모니터링부(20) 구동에 필요한 전원을 공급한다.
한편, 판단결과(S10) 배터리 관리 시스템(40)이 정상 또는 비정상(정전 또는 시스템 오류 등에 의해)적으로 다운되었다면 배터리 관리 시스템(40)의 시스템 전원(5v)이 오프된다(S50).
그에 따라 시스템 전원을 받아 구동하는 포토 릴레이(30) 역시 오프된다(S60).
그리고 그에 따라서 포토 릴레이(30)를 통해 배터리 모니터링부(20)에 공급되는 배터리 팩(10)의 전원 역시 공급이 오프되므로 배터리 모니터링부(20)가 오프된다.
다시 말하면, 배터리 관리 시스템(40)이 정상적으로 다운되는 경우에는 배터리 모니터링부(20)가 BMS(40)의 MCU(Micro Control Unit)와 통신으로 Command를 주고 받으면서 제어되어 배터리 모니터링 IC에 Power Down Command를 보내어 정상 종료를 시키고, BMS(40)가 정상종료되지 않더라도 배터리 모니터링부(20) 전원단에 포토 릴레이(30)를 통해 공급되던 전원이 차단되도록 함으로써 자동으로 고전압 배터리와 분리되는 것이다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 배터리 팩 20 : 배터리 모니터링부
30 : 포토 릴레이 40 : 배터리 관리 시스템

Claims (6)

  1. 고전압 배터리 셀들이 연결되어 구성된 배터리 팩(10);
    상기 배터리 팩(10)의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템(40);
    상기 배터리 팩(10)으로부터 전원을 공급받아 동작하며, 상기 배터리 팩(10)을 구성하는 상기 배터리 셀 각각의 전압을 모니터링하는 배터리 모니터링부(20); 및
    상기 배터리 관리 시스템(40)의 시스템 전원을 인가받아 동작하면서 상기 배터리 모니터링부(20)가 동작할 수 있도록 상기 배터리 팩(10)의 전원을 상기 배터리 모니터링부(20)로 공급하며, 상기 배터리 관리 시스템(40) 전원 오프 시 배터리 모니터링부(20)로 공급되는 전원공급을 오프시키는 포토 릴레이(30);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토 릴레이(30)는 포토모스 릴레이, 포토 커플러 중 하나로 구성됨을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모니터링부(20)는 상기 배터리 관리 시스템(40)의 통신에 의해 프로그램적으로 온/오프되거나, 상기 포토 릴레이(30)에서의 전원공급에 따라 하드웨어적으로 온/오프되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모니터링부(20)는 배터리 모니터링 IC로 구성됨을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 장치.
  5. 배터리 관리 시스템(40)이 오프되었는지를 판단하여(S10), 상기 배터리 관리 시스템(40)이 오프되지 않았다면 상기 배터리 관리 시스템(40) 시스템 전원은 온 상태를 유지하는 단계(S20)와, 상기 시스템 전원을 받아 공급하는 포토 릴레이(30)의 온상태를 유지하는 단계(S30)와, 상기 포토 릴레이(30)에서는 배터리 팩(10)의 배터리 셀 중 배터리 모니터링부(20)와 연결된 배터리 셀로부터 배터리 모니터링부(20) 구동에 필요한 전원을 공급하는 단계(S40);
    상기 판단결과(S10) 상기 배터리 관리 시스템(40)이 정상 또는 비정상적으로 다운되었다면 상기 배터리 관리 시스템(40)의 시스템 전원(5v)이 오프되는 단계(S50);
    상기 시스템 전원을 받아 구동하는 상기 포토 릴레이(30)가 오프되는 단계(S60); 및
    상기 포토 릴레이(30)를 통해 상기 배터리 모니터링부(20)에 공급되는 상기 배터리 팩(10)의 전원 공급이 오프되어 상기 배터리 모니터링부(20)가 오프되는 단계(S70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템이 비정상적으로 다운되는 경우는 정전 또는 시스템 오류 중 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템(BMS)의 배터리 모니터링 회로 자동 셧다운 방법.
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