KR20140020659A - 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기자동차는, 본 발명에 따른 전력선통신을 이용한 배터리관리 시스템에 포함되는 전기자동차는, 외부 충전장치로부터 전력을 공급받아 충전되는 배터리 및 상기 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 관리 모듈은, 제1 전력선 통신부를 포함하고, 상기 제1 전력선 통신부를 통해 외부 충전장치로 상기 배터리 관련 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력선 통신을 이용한 배터리 관리 시스템 및 그 방법{EV Battery Management System using power line communication and control method thereof}
본 발명은 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차의 충전시, 전력선 통신을 이용하여, 배터리 관련 정보를 수집하고, 이에 기초하여 배터리를 관리하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
전기자동차는 장래의 자동차 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 가장 가능성 높은 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
전기자동차(EV ; Electric vehicle)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 배터리전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류되며, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하며, 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.
또한, 하이브리드 전기자동차는 직렬 방식과 병렬 방식으로 분류될 수 있으며, 직렬 방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지는 발전기를 통하여 전기적 에너지로 바뀌고 이 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 자동차로 기존의 전기자동차에 주행거리의 증대를 위하여 엔진과 발전기를 추가시킨 개념이고, 병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만으로도 차량을 구동시키는 두 가지 동력원을 사용하고 주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 동시에 차량을 구동할 수도 있다.
또한, 최근 모터/제어기술도 점점 발달하여 고출력, 소형이면서 효율이 높은 시스템이 개발되고 있다. DC모터를 AC모터로 변환함에 따라 출력과 EV의 동력성능(가속성능, 최고속도)이 크게 향상되어 가솔린차에 비하여 손색없는 수준에 도달하였다. 고출력화를 추진하면서 고회전화 함에 따라 모터가 경량소형화되어 탑재 중량이나 용적도 크게 감소하였다.
이러한 전기자동차의 배터리는 전기자동차의 부품 중 가장 중요한 역할을 하는 부품으로, 성능과 내구성을 유지하기 위하여 유지 및 관리가 중요하다. 이에 따라, 배터리 관리 시스템(BMS)에서 배터리 진단 및 모니터링을 수행하고 있으나, 이는 진단을 위한 최소한의 기능만 수행하는 것으로, 보다 체계적이고 실시간으로 관리하기 위한 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 배터리 관리 시스템에 전력선 통신부를 추가하여전기자동차의 충전시, 배터리 관련정보를 네트워크를 통해 관리서버로 전송하고, 수집된 배터리 관련정보를 분석함으로써, 배터리를 관리하는 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전력선통신을 이용한 배터리관리 시스템에 포함되는 전기자동차는, 외부 충전장치로부터 전력을 공급받아 충전되는 배터리 및 상기 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 관리 모듈은, 제1 전력선 통신부를 포함하고, 상기 제1 전력선 통신부를 통해 외부 충전장치로 상기 배터리 관련 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전력선통신을 이용한 배터리 관리 시스템에 포함되는외부 충전장치는, 전기자동차의 배터리로 전력을 공급하는 전력공급부, 전력선 통신을 이용하여 상기 전기자동차의 배터리 관련 데이터를 전달받는 제2 전력선 통신부 및 네트워크 연결부를 포함하고, 상기 수신한 배터리 관련 데이터를 상기 네트워크 연결부를 통하여, 외부 네트워크로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전력선통신을 이용한 배터리 관리 방법은, 전기자동차와 외부 충전장치가 전력선을 통신을 수행하는 단계, 상기 전기자동차의 배터리 관련 데이터가 상기 외부 충전장치로 전송되는 단계, 상기 전송된 배터리 관련 데이터가 외부 네트워크로 재전송되는 단계 및 상기 배터리 관련 정보를 기초로 하여, 상기 배터리의 상태를 진단하여, 상기배터리를 관리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 시스템 및 그 방법은 배터리에 대한 체계적이고 정확한 관리를 통하여, 배터리 관련 사고를 예방할 수 있다.
또한, 배터리의 교체 시기를 사전에 통보하여 배터리 수명 저하에 따른 전기자동차의 성능 손실을 줄일 수 있다.
또한, 배터리의 이력을 모니터링하여, 비정상적인 사용을 파악할 수 있어, 배터리의 개조 및 임의 사용 또는 사용자 과실에 의한 사고 발생시, 불필요한 법적 분쟁 및 추가 비용 발생을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 포함되는 전기자동차의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 포함되는 충전장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의한 전기자동차의 배터리 관리 시스템 및 그 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 포함되는 전기자동차의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차(100)는 배터리(110), 배터리 관리 모듈(120), 차량제어부(VCM)(130) 및 인터페이스부(140)를 포함할 수 있다.
설명의 편의를 위하여 전력 공급 및 데이터 신호 전달을 위한 전력선(150)을 도 1에 함께 도시하였다.
차량제어부(Vehicle control module: VCM)(130) 는 차량 주행 및 동작에 따른 전반을 제어한다. 차량제어부(130)는 인터페이스부(140) 및 센서부(미도시)의 입력에 대응하여 설정된 동작이 수행되도록 소정의 명령을 생성하여 인가하여 제어하고, 데이터의 입출력을 제어한다.
전기자동차(100)는 상기와 같이 배터리(110)를 포함하여, 배터리(110)에 충전된 전원을 동작전원으로 이용하여 동작하며, 후술하는 외부 충전장치(200)에 의해 배터리(110)를 충전할 수 있다. 외부 충전장치(200)는 소정의 충전소 또는 차량 충전설비 또는 가정 내에 구비되는 충전장치일 수 있다.
배터리(110)는 복수의 배터리셀로 구성되어, 고전압의 전기에너지를 저장한다. 이 때, 전기자동차(100)는 배터리(110)의 충전을 제어하고 배터리(110)의 잔여용량, 충전 필요성을 판단하며, 배터리(110)의 성능평가, 이력관리, 수명 측정 등의 기능을 수행하는 배터리 관리 모듈(120)을 포함할 수 있다.
배터리 관리 모듈(120)은 배터리(110)에 저장된 충전전류를 전기자동차의 각 부로 공급하는데 따른 전반적인 관리를 수행할 수 있다. 또한, 배터리 관리 모듈(120)은 배터리(110)를 충전하고 사용할 때, 배터리 내의 셀 간의 전압차를 고르게 유지하여, 배터리(110)가 과충전되거나 과방전되지 않도록 제어함으로써 배터리(110)의 수명을 연장한다.
배터리 관리 모듈(120)은 현재 배터리(110)의 배터리 잔량 및 배터리 전압을 측정하여 차량제어부(130)에 출력하며, 제1 저장부(121)를 포함하여, 배터리의 성능, 구동이력, 노화상태, 수명 등 배터리(110)의 상태와 관련된 데이터를 저장할 수 있다.
배터리 관리 모듈(120)은 제1 전력선 통신부(125)를 포함한다. 이때, 제1 전력선 통신부(125)와 배터리(110)는 각각 데이터 신호 전달 및 전력 공급을 위해 전력선(150)에 연결된다.
전기자동차(100)와 외부 충전장치(200)가 전력선(150)을 통하여 연결되는 경우, 배터리(110)는 외부 충전장치(200)로부터 전원을 공급받고, 제1 전력선 통신부(125)는 전력선 통신을 이용하여 배터리 상태 관련 데이터를 외부 충전장치(200)로 전송한다. 이때, 배터리 상태 관련 데이터는 실시간으로 전송될 수 있다.
인터페이스부(140)는 운전자의 조작에 의해 소정의 신호를 입력하는 입력수단과, 전기 자동차의 현 상태 동작 중 정보를 외부로 출력하는 출력수단을 포함할 수 있다.
입력수단은 스티어링 휠, 액셀레이터, 브레이크와 같은 운전을 위한 조작수단을 포함하며, 차량 주행에 따름 방향지시등, 테일램프, 헤드램프, 브러시 등의 동작을 위한 복수의 스위치, 버튼 등을 포함할 수 있다.
출력수단은 정보를 표시하는 디스플레이부, 음악, 효과음 및 경고음을 출력하는 스피커 그리고 각종 상태등을 포함한다. 특히, 차량제어부(130)는 디스플레이부에 외부 충전장치(200)로부터 전송받은 배터리 진단 데이터를 소정의 방식으로 표시하여 사용자에게 이를 인지시킬 수 있고, 사용자는 배터리의 상태, 예를 들어, 배터리 교체시기, 배터리 고장 유무 등을 파악하고, 이에 따른 조치를 취할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 전기자동차(100)의 내부 구성은 본 발명의 일실시예를 위한 내부 구성이다. 도 1에 도시된 각 구성요소는 실제 구현되는 전기자동차(100)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다. 즉, 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 또한, 각 구성에서 수행하는 기능은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며, 그 구체적인 동작이나 장치는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에 포함되는 전기자동차의 충전장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 외부 충전장치(200)는 제어부(210), 제2 저장부(220), 제2전력선 통신부(230), 네트워크 연결부(240) 및 전력공급부(250)를 포함할 수 있다. 이 때, 전력공급부(250) 및 제2 전력선 통신부(230)는 전력선(150)에 연결될 수 있으며, 도 1과 마찬가지로 설명의 편의를 위하여 전력 공급 및 데이터 신호 전달을 위한 전력선(150)을 도 2에 함께 도시하였다.
도 1에서 설명한 바와 같이, 외부 충전장치(200)는 소정의 충전소 또는 차량 충전설비 또는 가정 내에 구비되는 충전장치일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 관리 방법은 급속 충전소에서 급속 충전을 수행하는 경우나 가정에서 가정용 일반 플러그를 이용하여, 완속 충전을 수행하는 경우 모두에 적용될 수 있다.
제어부(210)는 외부 충전장치(200)의 충전 및 전력선 통신에 따른 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 도 1에서 설명한 전기자동차(100)의 전력선(150)과 외부 충전장치(200)의 전력선(150)이 연결된 경우, 제어부(210)는 전력공급부(250)에서 전기자동차(100)의 배터리(110)로 전력을 공급하도록 제어하고, 제2 전력선 통신부(230)를 통하여, 외부 충전장치(200)가 전기자동차(100)와 전력선 통신을 수행하도록 제어할 수 있다.
제2 저장부(220)는 전력선 통신을 통하여, 전기자동차(100)로부터 수신한 전기자동차(100)의 배터리 관련 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 네트워크 연결부(240)를 통하여 배터리 관련 데이터를 외부 네트워크(300)로 전송하거나 외부 네트워크(300)로부터 배터리 진단 데이터를 수신할 수 있다.
제어부(210)는 수신한 배터리 진단 데이터가 전력선 통신을 통하여 전기자동차(100)로 전송될 수 있도록 제2 전력선 통신부(230)를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 시스템은 도 1 및 2에서 도시하고 설명한 전기자동차(100) 및 외부 충전장치(200)의 구성을 모두 포함할 수 있고, 전기자동차(100) 및 외부 충전장치(200) 중 어느 하나의 구성만을 포함할 수도 있으며, 외부 네트워크(300)를 포함한 구성일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 관리 모듈(120)은 배터리의 성능, 구동이력, 노화상태, 수명 등 배터리(110) 상태와 관련된 데이터를 제1 저장부(121)에 저장한다(S310).
전기자동차(100)의 전력선(150)이 외부 충전장치(200)의 전력선(150)에 연결되면, 예를 들어, 사용자가 전기자동차(100)의 배터리(110)를 충전시키기 위해 충전소나 가정에서 전력선(150)에 연결된 플러그를 외부 충전장치(200)에 접속시키는 경우, 외부 충전장치(200)의 전력공급부(250)로부터 배터리(110)로 전력을 공급하여, 배터리(110)의 충전을 수행한다.
이때, 전력선 통신 명령을 전달받은 제1 전력선 통신부(125)는 제2 전력선 통신부(230)와 전력선(150)을 이용하여 통신을 수행하고(S320), 전기자동차(100)의 배터리(110) 상태와 관련된 데이터를 외부 충전장치(200)로 전송한다(S330).
전송된 배터리 상태와 관련된 데이터는 제2 저장부(220)에 저장될 수 있으며, 네트워크 연결부(240)를 통하여 외부 네트워크(300)로 전송된다(S340).
이때, 외부 네트워크(300)는 배터리를 제조한 제조사 네트워크 또는 배터리 관리 업체의 네트워크 등일 수 있다. 외부 네트워크(300)로 전송된 배터리 관련 정보에 기초하여, 배터리(110)의 상태를 분석 및 진단하고, 배터리의 상태를 관리한다(S350). 이때, 외부 충전장치(200)는 외부 네트워크(300)로부터 배터리 진단 데이터 등을 다시 네트워크 연결부(240)를 통해서 전송받을 수 있다.
이에 따라 전송된 진단 데이터 등은 전력선 통신을 이용하여, 전기자동차(100)로 전송될 수 있으며, 차량제어부(130)는 상기 진단 데이터를 사용자가 이를 인지할 수 있도록 디스플레이, 알림음 등을 통하여 이를 표시한다. 예를 들어, 배터리의 수명이나 배터리의 고장여부, 수리필요여부 등을 디스플레이부에 표시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전력선 통신을 이용한 전기자동차의 배터리 관리 시스템 및 그 방법은 전기자동차 배터리에 대한 체계적이고 정확한 관리가 수행될 수 있어, 배터리 문제로 발생 가능한 사고를 예방하고, 고장 발생시 적시에 대응할 수 있도록 유도하여 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100 : 전기자동차 110 : 배터리
120 : 배터리 관리 모듈 125: 제1 전려선 통신부
150 : 전력선 200: 외부 충전장치
230 : 제2 전력선 통신부 240: 네트워크 연결부

Claims (10)

  1. 외부 충전장치로부터 전력을 공급받아 충전되는 배터리; 및
    상기 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 모듈을 포함하고,
    상기 배터리 관리 모듈은,
    제1 전력선 통신부를 포함하고, 상기 제1 전력선 통신부를 통해 외부 충전장치로 상기 배터리 관련 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈은,
    상기 배터리 관련 데이터를 저장하는 제1 저장부를 더 포함하는 전기자동차.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부 충전장치로부터 전송받은 상기 배터리의 진단 데이터를 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 전기자동차.
  4. 전기자동차의 배터리로 전력을 공급하는 전력공급부;
    전력선 통신을 이용하여 상기 전기자동차의 배터리 관련 데이터를 전달받는 제2 전력선 통신부; 및
    네트워크 연결부를 포함하고,
    상기 수신한 배터리 관련 데이터를 상기 네트워크 연결부를 통하여, 외부 네트워크로 전송하는 외부 충전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수신한 배터리 관련 데이터를 저장하는 제2 저장부를 더 포함하는 외부 충전장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 외부 네트워크는 상기 배터리의 제조사 네트워크인 외부 충전장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 외부 네트워크로부터 상기 배터리의 진단 데이터를 수신하여, 상기 제2 전력통신부를 통하여 상기 전기자동차로 전송하는 외부 충전장치.
  8. 전기자동차와 외부 충전장치가 전력선을 통신을 수행하는 단계;
    상기 전기자동차의 배터리 관련 데이터가 상기 외부 충전장치로 전송되는 단계;
    상기 전송된 배터리 관련 데이터가 외부 네트워크로 재전송되는 단계; 및
    상기 배터리 관련 정보를 기초로 하여, 상기 배터리의 상태를 진단하여, 상기배터리를 관리하는 단계를 포함하는 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리를 진단한 데이터를 상기 전기자동차로 전송하는 단계를 더 포함하는 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전송된 배터리 진단 데이터를 처리하여, 상기 배터리의 상태를 사용자에게 표시하는 단계를 더 포함하는 전력선 통신을 이용한 배터리 관리 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106597292A (zh) * 2016-11-01 2017-04-26 深圳市沃特玛电池有限公司 一种电动汽车剩余能量估算方法
US10363825B2 (en) 2017-01-26 2019-07-30 Borgward Trademark Holdings Gmbh Method, battery management system and vehicle for charging awakening
US10541548B2 (en) 2015-08-13 2020-01-21 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack and energy storage system including the battery pack
CN111741867A (zh) * 2018-02-12 2020-10-02 沃尔沃卡车集团 用于操作车辆的电池系统的方法和包括电池管理系统的车辆

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