KR20130137975A - 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장시스템(ESS) 시장이 넓어지고 배터리관리시스템(BMS)이 탑재되면서 직렬 통신 방식 중 RS422 통신과 RS485 통신 기술이 사용되는 곳에서 RS485 통신을 이용하여 RS422 통신을 겸용하여 사용하도록 할 수 있는 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명 배터리관리시스템용 통신 제어 장치는 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치에 있어서, RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30); 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30) 사이에 구성되어 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)의 연결을 스위칭하는 릴레이(40); 및 배터리 관리 시스템의 통신방식에 따라 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30)를 제어하여 RS485 통신과 RS422 통신 중 하나의 통신방식으로 동작하기 위한 신호(GENERAL SIGANL)를 릴레이(40)의 스위칭을 통해 제어하는 제어부(10);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치 및 방법{Method and apparatus for controlling communication of Battery Management System}

본 발명은 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장시스템(ESS) 시장이 넓어지고 배터리관리시스템(BMS)이 탑재되면서 직렬 통신 방식 중 RS422 통신과 RS485 통신 기술이 사용되는 곳에서 RS485 통신을 이용하여 RS422 통신을 겸용하여 사용하도록 할 수 있는 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 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.

또한 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 이용하여 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.

또한, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

그 중, 하이브리드 자동차는 동력원으로서 충방전이 가능한 이차전지를 기반으로 하는 중대형 전지팩과 가솔린, 경유 등을 연소시키는 엔진을 함께 사용하여, 주행 조건 등에 따라 전지팩의 작동과 엔진의 작동을 조율(제어)하는 구조로 이루어져 있다. 즉, 작동의 효율성을 향상시키면서 연료의 사용을 최소화하기 위해, 차량의 운행 조건에 따라 엔진과 전지시스템의 작동 상태가 변하게 된다.

예를 들어, 차량이 정상 속도로 운행되거나 경사면을 내려오는 운행을 할 때에는, 엔진을 사용하지 않고 전지시스템이 작용하게 되며, 반대로 가속 운행을 행하거나 경사면을 올라가는 운행을 할 경우에는 연료를 사용하는 엔진이 주로 작동하고 그로 인한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전지를 충전하게 된다.

이러한 전력저장시스템의 저장장치는 배터리팩을 하나만 사용하는 것이 아니라 여러 개를 연결해서 사용하기 때문에, 여러 개의 배터리팩을 원활하게 운영할 수 있도록 각 배터리팩의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 모니터링하고 제어하기 위한 배터리관리시스템(Battery Management System ; 이하 'BMS'라 칭함)를 구비하고 있다.

BMS는 중대형 2차전지가 전기 함출과 출력 균형을 조절하도록 하여 폭발사고 등을 방지한다.

이와 같은 BMS를 이용하여 배터리에 충전된 전기 충전량에 관한 정보를 수집하는데 이를 통해 전력 시스템과 통신하는 방식으로는 무선의 경우에는 WIFI(근거리 무선 통신), 블루투스, 전력선통신(PLC), RFID(무선 정보 인식 기술)등이 있고, 유선의 경우 RS485, RS422 및 RS232 등이 유용하게 사용되고 있다.

참고로, 유선 통신 방식들 중 RS485, RS422 및 RS232 통신 방식은 직렬통신방식으로 널리 사용되고 있는 RS232C는 전송속도가 느리고 전송거리가 짧으며 잡음에 약한 문제점이 있다. 이를 보완하기 위하여 RS485나 RS422 등과 같은 직렬 통신 방식이 나타났으며, 전송 거리 등 여러 면에서 RS232C보다 뛰어난 장점을 갖는다.

한편 대한민국 공개특허 10-2011-0069999호(발명의 명칭 : 축전지에 전기를 충/방전하는 시스템 및 방법과 이를 위한 양방향 컨버터 장치)나, 대한민국 등록특허 10-1018028호(발명의 명칭 : 배터리 관리 시스템 및 방법)에서도 같이 유선의 경우에는 RS485, RS422 및 RS232 등을 사용할 수 있다라고 하고 있는데, RS422 통신은 전이중 방식으로 양방향 통신이지만, RS485 통신은 반이중 방식으로 단방향 통신으로 각각 독립적으로 사용되어 왔기 때문에 BMS에서 RS422 통신과 RS485 통신을 위한 각각의 구성을 필요로 하므로 각각의 설치에 따른 설치 및 배선의 불편함이 발생하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 에너지저장시스템(ESS) 시장이 넓어지고 배터리관리시스템(BMS)이 탑재되면서 직렬 통신 방식 중 RS422 통신과 RS485 통신 기술이 사용되는 곳에서 RS485 통신을 이용하여 RS422 통신을 겸용하여 사용하도록 할 수 있는 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 장치는, 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치에 있어서, RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 제1, 제2 RS485 IC부; 제1, 제2 RS485 IC부 사이에 구성되어 제1, 제2 RS485 IC부의 연결을 스위칭하는 릴레이; 및 배터리 관리 시스템의 통신방식에 따라 제1, 제2 RS 485 IC부를 제어하여 RS485 통신과 RS422 통신 중 하나의 통신방식으로 동작하기 위한 신호(GENERAL SIGANL)를 릴레이의 스위칭을 통해 제어하는 제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 제어부는 RS422 동작 모드 일 경우에는 제1, 제2 RS 485 IC부를 제어하여 하나의 RS485 IC부는 데이터 수신(수신 전용)을 하도록 제어하고, 다른 하나의 RS485 IC부는 데이터 송신(송신 전용)을 하도록 제어하여 RS422 방식에 따라 데이터 송수신이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 릴레이가 붙을 경우(turn on)에는 RS422 통신을 사용하고, 릴레이가 떨어져 있을 경우(turn off)에는 RS485 통신을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치는, 제1 RS485 IC부를 통해 통신하는 제1통신부와, 제2 RS485 IC부를 통해 통신하는 제2통신부를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리관리 시스템용 통신 제어 장치를 이용한 배터리 관리 시스템용 통신 제어 방법은 RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 제1, 제2 RS485 IC부를 구비한 배터리관리시스템(BMS)의 제어부에서 송수신 데이터에 따른 통신 방식을 결정하는 단계; 결정된 통신 방식이 RS422통신방식에 의한 통신인 경우 제1, 제2 RS485 IC부 모두를 이용하도록 제1, 제2 RS485 IC부가 연결되도록 릴레이 턴온을 위한 신호를 발생시키고, 결정된 통신 방식이 RS485통신방식에 의한 통신인 경우 제1, 제2 RS485 IC부가 연결되지 않도록 릴레이 턴오프를 신호를 발생시는 단계; 및 릴레이 턴 온 또는 턴 오프에 따라 RS422 또는 RS485 통신을 수행하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 결정된 통신 방식이 RS422통신방식에 의한 통신인 경우, 제어부는 제1, 제2 RS485 IC부 중 하나의 RS485 IC부는 데이터 수신(수신 전용)을 하도록 제어하고, 다른 하나의 RS485 IC부는 데이터 송신(송신 전용)을 하도록 제어하며, 결정된 통신 방식이 RS485통신방식에 의한 통신인 경우, 제어부는 제1, 제2 RS485 IC부 중 하나의 RS485 IC부가 데이터를 송수신하도록 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, BMS 통신 회로에 2개의 RS485 IC를 이용하여 RS485, RS422 통신을 하드웨어 변경 없이 RS422 통신과 RS485 통신을 모두 사용할 수 있다.

둘째, 직렬통신장비가 불특정 통신기기와 서로 다른 통신 방식을 이용하여 인터페이스할 때 필요로 하였던 설치 및 배선의 불편함을 해소할 수 있다.

셋째, RS422 통신과 RS485 통신을 위한 하드웨어적인 작업으로 인해 발생할 수 있는 인터페이스 오류를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 장치를 설명하기 위한 블록 구성도
도 2는 본 발명에 따른 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 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 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 배터리관리시스템(BMS)(100)용 통신 제어 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 제어부(MCU)(10)와, 제1 RS485 IC부(20), 제2 RS485 IC부(30), 릴레이(40), 제1통신부(50) 및 제2통신부(60)로 구성된다.

배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)(100)은 2차 전지의 전압, 전류, 온도를 검출하고 충전 상태(State of Charge, 이하 SOC) 및 수명(State of Health, 이하 SOH)을 모니터링함으로써, 2차전지의 과충전, 과방전, 과전류, 과열 등으로부터 2차 전지를 보호하고 셀 밸런싱을 통하여 2차 전지의 효율을 향상시킨다.

여기서, 제어부(10)는 RS485 또는 RS422 동작모드에 따라 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30)를 제어한다. 이때, RS485 동작 모드 일 경우에는 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30) 중 하나의 RS485 IC부를 사용하여 RS485 통신 방식의 통신을 한다.

그리고, RS422 동작 모드 일 경우에는 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30)를 제어하여 하나의 RS485 IC부는 데이터 수신(수신 전용)을 하도록 제어하고, 다른 하나의 RS485 IC부는 데이터 송신(송신 전용)을 하도록 제어하여 RS422 방식에 따라 데이터 송수신이 이루어지도록 한다.

이는 RS485 IC는 반이중 통신을 위한 것으로서 송신 또는 수신이 동시에 수행될 수 없으므로, RS422 인터페이스를 구성하기 위해서는 수신을 전담하는 수신전용 RS485 IC와 송신을 전담하는 송신전용 RS485 IC를 각각 구비해야 하기 때문이다.

다시 말하면 RS485 통신은 반이중 통신 방식이므로 통신 회선은 TX(A,B)(예로써, 제1 RS 485 IC부(20))에서 송신과 수신을 모두 수행하며, RS422 통신은 전이중 방식이므로 통신 회선은 RX(A,B)(예로써, 제2 RS 485 IC부(30)), TX(A,B)(예로써, 제1 RS 485 IC부(20))에서 송신과 수신을 각각 수행하여 제1통신부(50)와 제2통신부(60)를 통해 데이터를 송수신한다.

한편, 제어부(10)는 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30)를 제어하여 RS485 통신과 RS422 통신 중 하나의 통신방식으로 동작하기 위한 신호(GENERAL SIGANL)를 릴레이(40)의 스위칭을 통해 제어한다. 이때, 릴레이(40)가 붙을 경우(turn on)에는 RS422 통신을 사용하고, 릴레이(40)가 떨어져 있을 경우(turn off)에는 RS485 통신을 사용한다.

도 2는 본 발명에 따른 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

본 발명에 따른 배터리관리시스템(BMS)용 통신 제어 방법은 도 2에 나타낸 바와 같이, 배터리관리시스템(BMS)(100)의 제어부(10)에서는 송수신 데이터에 따른 통신 방식에 따라 신호(GENERAL SIGANL)를 발생(signal on)시킨다. 이때, 결정된 통신 방식이 RS422통신방식에 의한 통신인 경우 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30) 모두를 이용하여 통신하기 위하여 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)가 연결되도록 릴레이(40) 턴온을 위한 신호를 발생시킨다즉 송수신 데이터에 따른 통신 방식을 결정한다. 즉, RS422통신방식인 경우 시그널 온(SIGANL ON)신호를 발생시키고, RS485통신방식인 경우 시그널 온(SIGANL ON)신호를 발생시키지 않는다. 이러한 신호(SIGANL ON)가 발생되었는지 판단한다(S10).

판단결과(S10), 신호(SIGANL ON)가 발생되었다면 릴레이(40)를 턴온(TURN ON)한다(S20).

그리고 그에 따라 배터리관리시스템(BMS)에서는 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30)를 모두 이용한 RS422통신방식에 의한 통신을 수행한다(S30). 여기서, 제어부(10)는 결정된 통신 방식이 RS422통신방식에 의한 통신인 경우, 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)중 하나의 RS485 IC부는 데이터 수신(수신 전용)을 하도록 제어하고, 다른 하나의 RS485 IC부는 데이터 송신(송신 전용)을 하도록 제어한다.

그러나, 판단결과(S10), 신호(SIGANL ON)가 발생되지 않았다면 릴레이(40)를 턴오프(TURN OFF)한다(S40).

그에 따라 릴레이(40)는 턴 오프(TURN OFF)되고 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30) 중 설정된 하나의 RS 485 IC부에 의한 RS485통신방식에 의한 통신을 수행한다(S50). 여기서, 결정된 통신 방식이 RS485통신방식에 의한 통신인 경우, 제어부(10)는 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)중 하나의 RS485 IC부가 데이터를 송수신하도록 제어한다.

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 : 제어부(MCU) 20 : 제1 RS485 IC부
30 : 제2 RS485 IC부 40 : 릴레이
50 : 제1통신부 60 : 제2통신부
100 : 배터리 관리 시스템(BMS)

Claims (6)

1. 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치에 있어서,
   RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30);
   상기 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30) 사이에 구성되어 상기 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)의 연결을 스위칭하는 릴레이(40); 및
   상기 배터리 관리 시스템의 통신방식에 따라 상기 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30)를 제어하여 RS485 통신과 RS422 통신 중 하나의 통신방식으로 동작하기 위한 신호(GENERAL SIGANL)를 릴레이(40)의 스위칭을 통해 제어하는 제어부(10);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(10)는 RS422 동작 모드 일 경우에는 상기 제1, 제2 RS 485 IC부(20,30)를 제어하여 하나의 RS485 IC부는 데이터 수신(수신 전용)을 하도록 제어하고, 다른 하나의 RS485 IC부는 데이터 송신(송신 전용)을 하도록 제어하여 RS422 방식에 따라 데이터 송수신이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 릴레이(40)가 붙을 경우(turn on)에는 RS422 통신을 사용하고, 릴레이(40)가 떨어져 있을 경우(turn off)에는 RS485 통신을 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치는,
   상기 제1 RS485 IC부(20)를 통해 통신하는 제1통신부(50)와, 상기 제2 RS485 IC부(30)를 통해 통신하는 제2통신부(60)를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4의 배터리 관리 시스템용 통신 제어 장치를 이용한 배터리 관리 시스템용 통신 제어 방법에 있어서,
   RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)를 구비한 배터리관리시스템(BMS)(100)의 제어부(10)에서 송수신 데이터에 따른 통신 방식을 결정하는 단계(S10);
   상기 결정된 통신 방식이 RS422통신방식에 의한 통신인 경우 상기 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30) 모두를 이용하도록 상기 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)가 연결되도록 릴레이(40) 턴온을 위한 신호를 발생시키고, 상기 결정된 통신 방식이 RS485통신방식에 의한 통신인 경우 상기 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)가 연결되지 않도록 릴레이(40) 턴오프를 신호를 발생시는 단계(S20)(S40); 및
   상기 릴레이 턴 온 또는 턴 오프에 따라 상기 RS422 또는 RS485 통신을 수행하는 단계(S30)(S50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템용 통신 제어 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 결정된 통신 방식이 RS422통신방식에 의한 통신인 경우,
   상기 제어부(10)는 상기 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)중 하나의 RS485 IC부는 데이터 수신(수신 전용)을 하도록 제어하고, 다른 하나의 RS485 IC부는 데이터 송신(송신 전용)을 하도록 제어하며,
   상기 결정된 통신 방식이 RS485통신방식에 의한 통신인 경우,
   상기 제어부(10)는 상기 제1, 제2 RS485 IC부(20)(30)중 하나의 RS485 IC부가 데이터를 송수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템용 통신 제어 방법.
   

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