KR20140007600A

KR20140007600A - 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20140007600A
Application number: KR1020120074689A
Authority: KR
Inventors: 장시영; 이민아
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-20
Also published as: KR101926196B1

Abstract

본 발명은 병렬 팩 배터리 시스템에 관한 것으로, 특히 병렬 팩 배터리 시스템의 릴레이 마스터 배터리 관리 모듈 고장이나 배터리 셀의 불능 등의 장애를 진단하고 처리할 수 있도록 한 장애 관리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 일정 주기로 턴온 제어 신호를 전송하며, 오동작시에 턴온 제어 신호의 전송을 중지하는 마스터 배터리 관리 모듈; 및 제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩 각각에 설치되어 상기 마스터 배터리 관리 모듈로부터 전송된 턴온 제어 신호에 따라 릴레이를 턴온시키며, 일정 주기안에 턴온 제어 신호가 재차 수신되지 않아도 턴온 상태를 유지하는 슬레이브 배터리 관리 모듈을 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치 및 그 방법이 제공된다.

Description

병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치 및 그 방법{Fault management apparatus of the parallel battery system and method thereof}

본 발명은 병렬 팩 배터리 시스템에 관한 것으로, 특히 병렬 팩 배터리 시스템의 마스터 배터리 관리 모듈 고장 그리고 배터리 셀의 고장 등의 장애를 진단하고 처리할 수 있도록 한 장애 관리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 전기 차량을 구동하기 위한 에너지는 전기 차량 하부에 있는 배터리팩의 직류(DC) 전압을 가지고 인버터 시스템을 동작시켜 3상 교류(AC)를 만든 후 전기 차량 안에 있는 유도전동모터를 구동하여 전기 차량을 구동시키는 방식으로 되어있다.

전기 차량의 충전시에는 전기 차량 내부의 충전 포트를 사용하여 충전을 한다.

전기 차량을 충전하는데 소요되는 시간은 배터리팩에 잔존하는 에너지 양에 따라 다르며 일반적으로 배터리팩이 방전에서 만충전에 도달하는데는 약 8시간이 소요된다.

최근에 이와 같은 배터리팩을 다수개 병렬로 연결하여 배터리 시스템을 구성하는 병렬 팩 배터리 시스템들이 개발되고 있다.

이러한 병렬 팩 배터리 시스템을 구현하는데 있어서 장애를 진단하고 처리하는데 있어서는 종래 직렬 팩 배터리 시스템과 다른 방식의 개발이 요구된다.

일예로, 병렬 팩 배터리 시스템에서 각각의 팩을 관리하는 제어기를 슬레이브 배터리 관리 모듈, 이들을 관리하는 제어기를 마스터 배터리 관리 모듈이라 하는데, 마스터 배터리 관리 모듈의 오동작으로 인하여 생기는 순간적인 릴레이의 차단과 재단락 시에 릴레이에 쌓이는 피로누적 또는 융착 등에 문제를 병렬 팩 배터리 시스템 관점에서 고려해야 한다.

또한, 병렬 팩 배터리 시스템에 있어서 다수의 병렬 팩 중 일부 팩이 동작불능일 경우 전체적인 전압이 변동이 없기 때문에 직렬 팩 배터리 시스템과 달리 임시로 주행이 가능하도록 하는 방법에 대한 개발이 필요하다.

일본특개 2007-159326호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 병렬 팩 배터리 시스템에 있어서 마스터 배터리 관리 모듈 고장 그리고 배터리 셀의 고장 등의 장애를 진단하고 처리할 수 있도록 한 장애 관리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 일정 주기로 턴온 제어 신호를 전송하며, 오동작시에 턴온 제어 신호의 전송을 중지하는 마스터 배터리 관리 모듈; 및 제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩 각각에 설치되어 상기 마스터 배터리 관리 모듈로부터 전송된 턴온 제어 신호에 따라 릴레이를 턴온시키며, 일정 주기안에 턴온 제어 신호가 재차 수신되지 않아도 턴온 상태를 유지하는 슬레이브 배터리 관리 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 리셋되면 재차 일정 주기로 제어 신호를 전송하며, 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지한 상태에서 주기적인 제어 신호가 수신되면 수신된 제어 신호에 따른 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈은 구비된 배터리 셀이 불능 상태에 있으며 이를 감지하여 상기 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하며, 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 배터리 셀의 불능 상태 정보를 수신하면 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈로 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하고, 나머지 슬레이브 배터리 관리 모듈은 턴 온 상태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 마스터 배터리 관리 모듈은, 상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 마스터 송신부; 상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 마스터 수신부; 및 일정 주기로 턴온 제어 신호를 전송하는 마스터 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은, 상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 슬레이브 송신부; 상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 슬레이브 수신부; 및 상기 마스터 배터리 관리 모듈로부터 전송된 턴온 제어 신호에 따라 릴레이를 턴온시키며, 일정 주기안에 턴온 제어 신호가 수신되지 않아도 턴온 상태를 유지하는 슬레이브 제어부를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 장치는 제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩 각각에 설치되어 상기 각 배터리 팩에 구비된 배터리 셀의 불능 상태 정보를 전송하는 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈; 및 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신된 불능 상태 정보에 따라 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀을 포함하는 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하고, 나머지 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지하도록 하는 마스터 배터리 관리 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 마스터 배터리 관리 모듈은, 상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 마스터 송신부; 상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 마스터 수신부; 및 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신된 불능 상태 정보에 따라 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀을 포함하는 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하고, 나머지 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지하도록 하는 마스터 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 장치의 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은, 상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 슬레이브 송신부; 상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 슬레이브 수신부; 배터리 셀 상태를 감지하는 셀 상태 감지부; 및 상기 셀 상태 감지부에서 배터리 셀의 불능 상태가 감지되면 감지된 불능 상태 정보를 상기 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하고, 상기 마스터 배터리 관리 모듈로부터 전송된 턴오프 제어 신호에 따라 릴레이를 턴오프시키는 슬레이브 제어부를 포함한다.

한편, 본 발명의 방법은 (A) 마스터 배터리 관리 모듈이 일정 주기로 턴온 제어 신호를 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송하는 단계; (B) 슬레이브 배터리 관리 모듈은 수신된 턴온 제어 신호에 따라 릴레이를 턴온시키는 단계; (C) 마스터 배터리 관리 모듈이 고장으로 턴온 제어 신호의 전송을 중지하는 단계; 및 (D) 슬레이브 배터리 관리 모듈은 일정 주기안에 턴온 제어 신호가 재차 수신되지 않아도 턴온 상태를 유지하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 방법의 (E) 상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈은 배터리 셀의 불능 상태를 감지하여 상기 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하는 단계; (F) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 배터리 셀의 불능 상태가 수신되면 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량과 비교하는 단계; (G) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 비교결과, 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하는 단계; 및 (H) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈 이외의 슬레이브 배터리 관리 모듈이 턴온 상태를 유지하도록 하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 방법은 (I) 상기 (F) 단계의 판단 결과 구동 가능 출력량 보다 작으면 모든 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 방법은 (J) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 리셋되면 재차 일정 주기로 제어 신호를 전송하는 단계; 및 (K) 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지한 상태에서 주기적인 제어 신호가 수신되면 수신된 제어 신호에 따른 동작을 수행하는 단계를 더 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 방법은 (A) 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈은 배터리 셀의 불능 상태를 감지하여 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하는 단계; (B) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 배터리 셀의 불능 상태가 수신되면 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량과 비교하는 단계; (C) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 비교결과, 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하는 단계; 및 (D) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈 이외의 슬레이브 배터리 관리 모듈이 턴온 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 마스터 배터리 관리 모듈의 오동작으로 인하여 생기는 순간적인 릴레이의 차단과 재단락 시에 릴레이에 쌓이는 피로누적 또는 융착 등을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 병렬 팩 배터리 시스템에 있어서 다수의 병렬 팩 중 일부 팩이 동작불능일 경우에도 임시로 주행이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 마스터 배터리 관리 모듈의 상세 구성도이다.
도 3은 도 1의 슬레이브 배터리 관리 모듈의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 마스터 배터리 관리 모듈의 장애 감지 및 처리 과정의 흐름도이다.
도 6은 도 4의 배터리 셀의 가용 여부 확인 및 조치 과정의 흐름도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치는, 하나 이상의 슬레이브 배터리 관리 모듈(101, 102, 103), 마스터 배터리 관리 모듈(100) 및 릴레이 박스(104)를 포함한다.

여기에서, 상기 하나 이상의 슬레이브 배터리 관리 모듈(101, 102, 103)은 하나 이상의 배터리 팩에 각각 일체형으로 설치될 수 있다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101)은 제1 배터리 팩(110)에 일체형으로 설치될 수 있고, 제2 슬레이브 배터리 관리 모듈(102)은 제2 배터리 팩(120)에 일체형으로 설치될 수 있으며, 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 제N 배터리 팩(130)에 일체형으로 설치될 수

있다.

각 배터리 팩은 각각 하나 이상의 배터리 셀과 릴레이를 포함한다. 예를 들어, 제1 배터리 팩(110)은 제1-1 배터리 셀(111) 내지 제1-a 배터리 셀(114)과 릴레이(110-1)를 포함할 수 있고, 제2 배터리 팩(120)은 제2-1 배터리 셀(121) 내지 제2-b 배터리 셀(124)과 릴레이(120-1)를 포함할 수 있으며, 제N 배터리 팩(130)은 제N-1 배터리 셀(131) 내지 제N-n 배터리 셀(134)과 제N 릴레이(130-1)를 포함할 수 있다.

즉, 제1 배터리 팩(110)은 a개의 배터리 셀과 하나의 릴레이를 포함하도록 구성될 수 있고, 제2 배터리 팩(120)은 b개의 배터리 셀과 하나의 릴레이를 포함하도록 구성될 수 있으며, 제N 배터리 팩(130)은 n개의 배터리 셀과 하나의 릴레이를 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 a개, 상기 b개, 및 상기 n개는 동일한 개수로 구현될 수도 있고, 각각 다른 개수로 구현될 수도 있다. 즉, 각각의 배터리 팩은 동일한 개수의 배터리 셀을 포함하도록 구성될 수도 있고, 서로 다른 개수의 배터리 셀을 포함하도록 구성될 수도 있다.

이와 같이 구성되는 각 배터리 팩(110~130)은 고전압 전력선에 릴레이(110-1~130-1)를 통하여 공통의 고전압 전력선에 접속되어 병렬로 연결되어 플러스 단자와 마이너스 단자를 통하여 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 인버터(미도시)와 전기적으로 접속될 수 있으며, 인버터는 모터(105)와 전기적으로 접속될 수 있다.

그리고, 이러한 각 배터리 팩(110~130)의 병렬 접속을 제공하는 고전압 전력선은 마스터 배터리 관리 모듈(100)에 의해 제어되는 릴레이 박스(104)를 통하여 모터(105)와 접속된다.

한편, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 통신선을 통해 마스터 배터리 관리 모듈(100)과 연결된다.

이처럼 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 통신선을 통해 직접 마스터 배터리 관리 모듈(100)과 연결되면, 각 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)은 각각의 릴레이(110-1~130-1)의 턴온 제어 신호와 턴오프 제어신호를 마스터 배터리 관리 모듈(110)로부터 전송받아 릴레이(110-1~130-1)의 턴온 또는 턴 오프를 제어한다.

또한, 각 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)은 각각의 배터리 셀의 전압, 온도, 가용 가능 여부 등의 배터리 팩 정보를 생성하여 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 전송한다.

다음으로, 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)로 릴레이(110-1~130-1)의 일정한 주기로 턴온 제어 신호 또는 턴오프 제어 신호를 전송한다.

이제, 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)로 턴온 제어 신호를 전송한 이후에는 일정한 주기로(일예로 100ms) 릴레이 턴온 제어 신호를 계속해서 전송한다.

이에 따라 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)는 릴레이 턴온 상태를 유지한다.

이때, 마스터 배터리 관리 모듈(100)이 오동작으로 인하여 리셋이 되면 주기적으로 전송하던 릴레이 턴온 제어 신호를 전송하지 못할 수 있다.

이 경우에 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 일정 주기로 마스터 배터리 관리 모듈(100)로부터 릴레이 턴온 제어 신호를 수신하지 못해도 릴레이 턴온 상태를 유지한다.

이와 같이 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)이 동작하면 해당 시간에 마스터 배터리 관리 모듈(100)로부터 릴레이 턴온 제어 신호를 수신하지 못하여 릴레이를 턴오프하게 되어 갑작스럽게 모터(104) 등이 동작을 정지하여 사고가 발생하게 되는 문제점을 해결할 수 있다.

한편, 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)은 이와 같은 상황에서 주기성을 가진 제어 신호가 수신되는지를 확인한다.

여기에서, 주기성을 가진 제어 신호란 적어도 일정 주기로 동일한 신호가 연속적으로 수신되는 경우를 말한다.

이처럼 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)은 주기성을 가진 제어 신호가 수신되면 수신된 제어 신호가 턴오프 제어 신호인지 턴 온 제어 신호인지 확인하여, 턴오프 제어 신호이면 릴레이를 턴오프시키고, 턴 온 제어 신호이면 턴 온 상태를 유지한다.

한편, 이와 같은 동작중에 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 구비된 배터리 셀들의 전압이나 온도 등을 검출하여 검출된 배터리 셀 정보를 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 전송한다.

또한, 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)은 구비된 배터리 셀들의 가용 가능 여부를 수시로 확인하여 불능인 배터리 셀의 상태가 확인되면 해당하는 배터리 셀 식별 정보를 마스터 배터리 관리 모듈(100)로 전송한다.

이처럼 상기 마스터 배터리 관리 모듈(100)이 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 괸리 모듈(103)로부터 불능인 배터리 셀 식별 정보를 수신하면 가용 가능한 상태에 있는 배터리 팩(즉, 가용 불능 상태에 있는 배터리 셀을 포함한 배터리 팩을 제외한)의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량과 비교한다. 여기에서, 구동 가능 출력량이랑 모터 등을 원하는 속도로 유지할 수있는 출력량을 의미한다.

상기 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 비교 결과, 가용 가능한 배터리 팩의 출력량의 합산이 구동 가능 출력량보다 크면, 불능인 배터리 셀을 포함한 배터리 팩의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 릴레이 턴 오프 제어 신호를 전송하여 출력을 차단하도록 하고, 가용 가능한 배터리 팩들에서만 모터 등의 해당하는 부하로 전력이 공급되도록 한다.

여기에서, 배터리 팩 단위로 턴 온 또는 턴 오프를 제어하도록 구현하였으나, 배터리 셀 단위로 턴 온 또는 턴 오프를 수행하도록 제어할 수도 있다.

한편, 상기 마스터 배터리 관리 모듈(100)은 비교 결과, 가용 가능한 배터리 팩의 출력량의 합산이 구동 가능 출력량보다 작으면, 모터 등의 해당하는 부하로 원활한 전력 공급이 어렵다고 판단하여 모든 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)로 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 전력 공급을 중단하도록 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 마스터 배터리 관리 모듈의 오동작으로 인하여 생기는 순간적인 릴레이의 차단과 재단락 시에 릴레이에 쌓이는 피로누적 또는 융착 등을 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 병렬 팩 배터리 시스템에 있어서 다수의 병렬 팩 중 일부 팩이 동작불능일 경우에도 임시로 주행이 가능하도록 한다.

도 2는 도 1의 마스터 배터리 관리 모듈의 상세 구성도이다.

도 2를 참조하면, 도 1의 마스터 배터리 관리 모듈은 마스터 송신부(10)와, 마스터 수신부(12), 마스터 제어부(14), 메모리(16) 및 경보부(18)를 포함하고 있다.

상기 마스터 송신부(10)는 마스터 제어부(14)로부터 전송되는 릴레이 턴온 제어 신호나 턴 오프 제어 신호를 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송한다.

다음으로, 수신부(12)는 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 배터리 셀의 상태 정보를 전송받아 마스터 제어부(14)로 전송한다.

상기 마스터 제어부(14)는 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈로 턴온 제어 신호나 턴 오프 제어 신호를 일정한 주기로 전송한다.

이제, 상기와 같은 본 발명의 마스터 배터리 관리 모듈의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 마스터 제어부(14)는 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로 턴온 제어 신호를 전송한 이후에는 일정한 주기로(일예로 100ms) 릴레이 턴온 제어 신호를 전송한다.

이때, 마스터 제어부(14)는 오동작으로 인하여 리셋이 되면 주기적으로 전송하던 릴레이 턴온 제어 신호를 전송하지 못할 수 있지만, 복구후에는 다시 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로 일정한 주기로(일예로 100ms) 릴레이 턴온 제어 신호를 전송한다.

한편, 이와 같은 동작중에 마스터 제어부(14)는 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈(103)로부터 구비된 배터리 셀들의 전압이나 온도 그리고 가용 가능 여부(불능 상태 정보를 포함)를 마스터 수신부(12)를 통해 전송받는다.

이처럼 상기 마스터 제어부(14)가 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈(101) 내지 제N 슬레이브 배터리 괸리 모듈(103)로부터 불능인 배터리 셀 식별 정보를 수신하면 가용 가능한 상태에 있는 배터리 팩(즉, 가용 불능 상태에 있는 배터리 셀을 포함한 배터리 팩을 제외한)의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량과 비교한다. 여기에서, 구동 가능 출력량이랑 모터 등을 원하는 속도로 유지할 수있는 출력량을 의미한다.

상기 마스터 제어부(14)는 비교 결과, 가용 가능한 배터리 팩의 출력량의 합산이 구동 가능 출력량보다 크면, 불능인 배터리 셀을 포함한 배터리 팩의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 릴레이 턴 오프 제어 신호를 전송하여 출력을 차단하도록 하고, 가용 가능한 배터리 팩들에서만 모터 등의 해당하는 부하로 전력이 공급되도록 한다.

한편, 상기 마스터 제어부(14)는 비교 결과, 가용 가능한 배터리 팩의 출력량의 합산이 구동 가능 출력량보다 작으면, 모터 등의 해당하는 부하로 원활한 전력 공급이 어렵다고 판단하여 모든 슬레이브 배터리 관리 모듈(101~103)로 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 전력 공급을 중단하도록 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 마스터 제어부의 오동작으로 인하여 생기는 순간적인 릴레이의 차단과 재단락 시에 릴레이에 쌓이는 피로누적 또는 융착 등을 해결할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 병렬 팩 배터리 시스템에 있어서 다수의 병렬 팩 중 일부 팩이 동작불능일 경우에도 임시로 주행이 가능하도록 한다.

도 3은 도 1의 슬레이브 배터리 관리 모듈의 상세 구성도이다.

도 3을 참조하면, 도 1의 슬레이브 배터리 관리 모듈은 셀 상태 감지부(20), 슬레이브 제어부(22), 슬레이브 송신부(26) 및 슬레이브 수신부(28)를 포함한다.

상기 셀 상태 감지부(20)는 배터리 셀의 전압이나 온도, 가용 여부 등의 상태를 감지하여 감지 결과를 슬레이브 제어부(22)로 전송한다.

상기 슬레이브 제어부(22)는 배터리 셀의 상태를 셀 상태 감지부(20)로부터 전송받아 배터리 셀의 상태 정보를 형성하여 마스터 배터리 관리 모듈로 전송한다.

또한, 슬레이브 제어부(22)는 마스터 배터리 관리 모듈로부터 턴온 제어 신호 또는 턴 오프 제어 신호를 수신하여 릴레이를 턴온 또는 턴 오프시킨다.

이때, 슬레이브 제어부(22)는 일정 주기로 턴 온 제어 신호가 수신되지 않으면 턴 온상태를 유지한 후에 주기성이 확보된 제어 신호가 수신되면 그에 따라 릴레이 상태를 조정한다.

상기 슬레이브 송신부(26)와 슬레이브 수신부(28)는 마스터 배터리 관리 모듈과 데이터의 송수신을 수행한다.

이제, 상기와 같은 슬레이브 배터리 관리 모듈의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 슬레이브 제어부(22)는 마스터 배터리 관리 모듈이 일정한 주기로(일예로 100ms) 릴레이 턴온 제어 신호를 전송함에 따라 릴레이 턴온 상태를 유지한다.

이때, 마스터 배터리 관리 모듈이 오동작으로 인하여 리셋이 되면 주기적으로 전송하던 릴레이 턴온 유지 제어 신호를 전송하지 못할 수 있으며, 이를 위하여 슬레이브 제어부(22)는 일정 주기에 해당하는 일정 시간안에 턴온 제어 신호가 수신되는지를 확인한다.

상기 슬레이브 제어부(22)는 일정 시간안에 턴온 제어 신호가 수신되면 턴 온 상태를 유지하고, 일정 시간안에 턴온 제어 신호가 수신되지 않으면 턴온상태를 유지한 후에 주기성을 가진 제어 신호가 수신되는지를 확인한다.

이처럼 슬레이브 제어부(22)는 주기성을 가진 제어 신호가 수신되면 수신된 제어 신호가 턴오프 제어 신호인지 턴온 제어 신호인지 확인하여, 턴오프 제어 신호이면 릴레이를 턴오프시키고, 턴온 제어 신호이면 턴 온 상태를 유지한다.

한편, 이와 같은 동작중에 슬레이브 제어부(22)는 구비된 배터리 셀들의 전압이나 온도 그리고 가용 가능 여부등을 셀 상태 감지부(20)를 이용하여 수시로 검출하여 검출된 상태 정보를 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하여 일부 배터리 셀이 동작 불능인 경우에 임시 주행이 가능하도록 한다.

도 4는 본 발 발명의 일실시예에 따른 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법의 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법은 마스터 배터리 관리 모듈의 장애 감지 및 처리 단계(S100) 그리고 배터리 셀의 가용 여부 확인 및 조치 과정(S200)으로 이루어져 있다.

상기 마스터 배터리 관리 모듈 장애 감지 및 처리 과정(S100)은 도 5를 참조하면 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈로 턴온 제어 신호를 전송한 이후에는 일정한 주기로(일예로 100ms) 릴레이 턴온 제어 신호를 전송한다(S110).

이에 따라 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈는 릴레이 턴온 상태를 유지한다.

이때, 마스터 배터리 관리 모듈이 오동작으로 인하여 리셋이 되면 주기적으로 전송하던 릴레이 턴온 유지 제어 신호를 전송하지 못할 수 있으며, 이를 위하여 슬레이브 배터리 관리 모듈은 일정 주기에 해당하는 일정 시간안에 턴온 제어 신호가 수신되는지를 확인한다(S120).

상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은 일정 시간안에 턴온 제어 신호가 수신되면 턴온 상태를 유지하고(S160), 일정 시간안에 턴온 제어 신호가 수신되지 않으면 턴온 상태를 유지한 후에 주기성을 가진 제어 신호가 수신되는지를 확인한다(S130).

이처럼 슬레이브 배터리 관리 모듈은 주기성을 가진 제어 신호가 수신되면 수신된 제어 신호가 턴오프 제어 신호인지 턴온 제어 신호인지 확인하여(S140), 턴오프 제어 신호이면 릴레이를 턴오프시키고(S150), 턴온 제어 신호이면 턴온 상태를 유지한다(S160).

한편, 배터리 셀의 가용 여부 확인 및 조치 과정은 도 6을 참조하면 다음과 같다.

상기와 같은 동작중에 슬레이브 배터리 관리 모듈들은 구비된 배터리 셀들의 전압이나 온도 그리고 가용 가능 여부 등을 수시로 검출하여 검출된 상태 정보를 마스터 배터리 관리 모듈로 전송한다(S210).

그러면, 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 괸리 모듈로부터 검출된 상태 정보를 수신하여 동작 불능인 배터리 팩이 있는 경우에(S220), 정상 상태에 있는 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량과 비교하여 임시 주행이 가능한지 판단한다(S230).

판단 결과, 임시 주행이 가능하지 않으면 모든 슬레이브 배터리 관리 모듈로 릴레이 오프 제어 신호를 전송한다(S240).

이와 달리, 임시 주행이 가능하면, 배터리 셀의 불능으로 정상으로 동작하기 어렵다고 판단되는 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈로 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 한다(S250). 이후에, 마스터 배터리 관리 모듈은 경보 신호를 사용자에게 제공한다(S260).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10 : 마스터 송신부 12 : 마스터 수신부
14 : 마스터 제어부 16 : 메모리
18 : 경보부 20 : 셀 상태 감지부
22 : 슬레이브 제어부 26 : 슬레이브 송신부
28 : 슬레이브 수신부 100: 마스터 배터리 관리 모듈
101: 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈
102: 제2 슬레이브 배터리 관리 모듈
103: 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈
110: 제1 배터리 팩
111: 제1-1 배터리 셀 112: 제1-2 배터리 셀
113: 제1-3 배터리 셀 114: 제1-a 배터리 셀
120: 제2 배터리 팩 121: 제2-1 배터리 셀
122: 제2-2 배터리 셀 123: 제2-3 배터리 셀
124: 제2-b 배터리 셀 130: 제N 배터리 팩
131: 제N-1 배터리 셀 132: 제N-2 배터리 셀
133: 제N-3 배터리 셀 134: 제N-n 배터리 셀
104 : 릴레이 박스 105 : 모터

Claims

일정 주기로 턴온 제어 신호를 전송하며, 오동작시에 턴온 제어 신호의 전송을 중지하는 마스터 배터리 관리 모듈; 및
제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩 각각에 설치되어 상기 마스터 배터리 관리 모듈로부터 전송된 턴온 제어 신호에 따라 릴레이를 턴온시키며, 일정 주기안에 턴온 제어 신호가 재차 수신되지 않아도 턴온 상태를 유지하는 슬레이브 배터리 관리 모듈을 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
청구항 1에 있어서
상기 마스터 배터리 관리 모듈은 리셋되면 재차 일정 주기로 제어 신호를 전송하며,
상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지한 상태에서 주기적인 제어 신호가 수신되면 수신된 제어 신호에 따른 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
청구항 1에 있어서
상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈은 구비된 배터리 셀이 불능 상태에 있으며 이를 감지하여 상기 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하며,
상기 마스터 배터리 관리 모듈은 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 배터리 셀의 불능 상태 정보를 수신하면 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈로 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하고, 나머지 슬레이브 배터리 관리 모듈은 턴 온 상태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
청구항 1항에 있어서
상기 마스터 배터리 관리 모듈은,
상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 마스터 송신부;
상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 마스터 수신부; 및
일정 주기로 턴온 제어 신호를 전송하는 마스터 제어부를 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
청구항 1항에 있어서
상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은,
상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 슬레이브 송신부;
상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 슬레이브 수신부; 및
상기 마스터 배터리 관리 모듈로부터 전송된 턴온 제어 신호에 따라 릴레이를 턴온시키며, 일정 주기안에 턴온 제어 신호가 수신되지 않아도 턴온 상태를 유지하는 슬레이브 제어부를 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
제1 배터리 팩 내지 제N 배터리 팩 각각에 설치되어 상기 각 배터리 팩에 구비된 배터리 셀의 불능 상태 정보를 전송하는 제1 슬레이브 배터리 관리 모듈 내지 제N 슬레이브 배터리 관리 모듈; 및
상기 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신된 불능 상태 정보에 따라 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀을 포함하는 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하고, 나머지 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지하도록 하는 마스터 배터리 관리 모듈을 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
청구항 6항에 있어서
상기 마스터 배터리 관리 모듈은,
상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 마스터 송신부;
상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 마스터 수신부; 및
상기 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 수신된 불능 상태 정보에 따라 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀을 포함하는 해당 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하고, 나머지 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지하도록 하는 마스터 제어부를 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
청구항 6항에 있어서
상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은,
상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈로 신호를 전송하는 슬레이브 송신부;
상기 다수의 마스터 배터리 관리 모듈에서 신호를 수신하는 슬레이브 수신부;
배터리 셀 상태를 감지하는 셀 상태 감지부; 및
상기 셀 상태 감지부에서 배터리 셀의 불능 상태가 감지되면 감지된 불능 상태 정보를 상기 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하고, 상기 마스터 배터리 관리 모듈로부터 전송된 턴오프 제어 신호에 따라 릴레이를 턴오프시키는 슬레이브 제어부를 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 장치.
(A) 마스터 배터리 관리 모듈이 일정 주기로 턴온 제어 신호를 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈로 전송하는 단계;
(B) 슬레이브 배터리 관리 모듈은 수신된 턴온 제어 신호에 따라 릴레이를 턴온시키는 단계;
(C) 마스터 배터리 관리 모듈이 고장으로 턴온 제어 신호의 전송을 중지하는 단계; 및
(D) 슬레이브 배터리 관리 모듈은 일정 주기안에 턴온 제어 신호가 재차 수신되지 않아도 턴온 상태를 유지하는 단계를 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법.
청구항 9항에 있어서
(E) 상기 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈은 배터리 셀의 불능 상태를 감지하여 상기 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하는 단계;
(F) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 배터리 셀의 불능 상태가 수신되면 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량과 비교하는 단계;
(G) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 비교결과, 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하는 단계; 및
(H) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈 이외의 슬레이브 배터리 관리 모듈이 턴온 상태를 유지하도록 하는 단계를 더 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법.
청구항 10항에 있어서,
(I) 상기 (F) 단계의 판단 결과 구동 가능 출력량 보다 작으면 모든 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하는 단계를 더 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법.
청구항 9항에 있어서
(J) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 리셋되면 재차 일정 주기로 제어 신호를 전송하는 단계; 및
(K) 상기 슬레이브 배터리 관리 모듈은 턴온 상태를 유지한 상태에서 주기적인 제어 신호가 수신되면 수신된 제어 신호에 따른 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법.
(A) 다수의 슬레이브 배터리 관리 모듈은 배터리 셀의 불능 상태를 감지하여 마스터 배터리 관리 모듈로 전송하는 단계;
(B) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 슬레이브 배터리 관리 모듈로부터 배터리 셀의 불능 상태가 수신되면 정상 상태의 배터리 팩의 출력량을 합산하여 구동 가능 출력량과 비교하는 단계;
(C) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 비교결과, 구동 가능 출력량 보다 크면 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈에 릴레이 턴오프 제어 신호를 전송하여 릴레이를 턴오프시키도록 하는 단계; 및
(D) 상기 마스터 배터리 관리 모듈은 불능 상태의 배터리 셀에 해당하는 슬레이브 배터리 관리 모듈 이외의 슬레이브 배터리 관리 모듈이 턴온 상태를 유지하도록 하는 단계를 포함하는 병렬 팩 배터리 시스템의 장애 관리 방법.