KR20150039397A - 시스템 bms 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템을 효율적으로 제어하여 신속하고 정확하게 데이터를 처리하기 위한 시스템 BMS 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 개시한다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 복수의 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 관리하는 복수의 슬레이브 BMS가 구비된 복수의 배터리 뱅크; 상기 배터리 뱅크에 구비된 복수의 슬레이브 BMS와 정보를 송수신하는 복수의 마스터 BMS; 및 상기 복수의 마스터 BMS와 연결되어 상기 마스터 BMS와 정보를 송수신하는 시스템 BMS;를 포함하되, 상기 시스템 BMS는, 상기 복수의 마스터 BMS와 통신 연결되도록 하는 제1통신모듈 및 상기 제1통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

시스템 BMS 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템{System BMS and Energy storage system including the same}
본 발명은 대용량 에너지 저장 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템 및 이를 관리하는 시스템 BMS(Battery Management System)에 관한 것이다.
현대 사회에 있어서, 배터리는 노트북, 카메라, 휴대폰, MP3 등과 같은 휴대용 전자제품에서부터 자동차, 로봇, 위성 등의 각종 장치에 광범위하게 이용되고 있다. 배터리는 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있는데, 이 중에서 이차 전지는 에너지의 저장이 가능하다는 측면뿐만 아니라, 반복적인 충방전이 가능하다는 측면에서 큰 장점을 가지므로 널리 이용되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있으며, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 이차 전지는 하나의 배터리 셀이 단독으로 이용될 수도 있지만, 하나의 배터리 시스템 내에서 다수의 배터리 셀이 서로 직렬 및/또는 병렬 연결된 상태로 이용됨으로써, 보다 높은 전력을 출력하거나 보다 큰 에너지를 저장할 수 있다. 특히, 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 이차 전지를 이용한 배터리 시스템이 대형 장비에 이용되는 경우가 많아지고 있다. 그리고, 이와 같이 대형 장비에 이용되는 배터리 시스템은 고출력 및/또는 대용량을 필요로 하기 때문에, 다수의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬 연결된 상태로 이용된다.
한편, 수개의 배터리 셀이 집합된 배터리 팩은 이러한 배터리 셀 뿐만 아니라 배터리 셀의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System)를 더 포함하고 있다. 이러한 BMS는 배터리 팩 내부의 전류, 전압, 온도 등을 측정하거나, 배터리 잔존 용량(State Of Charge: SOC) 또는 배터리 용량 퇴화도(State Of Health: SOH) 등을 추정하여 배터리의 상태를 모니터링하고, 이러한 측정값 또는 추정값을 이용하여 충방전을 제어하거나 전압의 평활화(equalization)를 제어하는 등의 기능을 수행한다.
이와 같이 단위 배터리 팩의 경우 하나의 BMS를 이용하여, 배터리의 상태를 모니터링하고 제어하는 것이 가능하나, 수십에서 수만개의 배터리 팩으로 구성된 에너지 저장 시스템의 경우에는 하나의 BMS로 에너지 저장 시스템 내부에 포함된 배터리의 상태를 파악하는 것이 곤란하다. 따라서, 에너지 저장 시스템은 복수의 BMS를 포함하고, 슬레이브 BMS와 마스터 BMS 등과 같은 계층적 구조를 이용하여 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리를 통합 관리한다.
도 1은 종래기술의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래기술의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 마스터 BMS(10) 및 슬레이브 BMS(21)를 포함하고 있으며, 에너지 저장 시스템에 포함된 마스터 BMS 중 하나(11)가 마스터 BMS의 역할과 전체 시스템 제어의 역할을 동시에 수행하고 있다.
그런데, 이러한 마스터 BMS(10)는 본래 배터리 팩의 슬레이브 BMS(21)와 연결되어 이들과 정보를 송수신하고 이들을 제어하도록 개발된 BMS이므로, 전체 시스템 제어의 역할을 수행하기에는 한계가 있다. 즉, 이러한 마스터 BMS(10)는 슬레이브 BMS(21)와 연결되어 배터리 셀의 정보, 예를 들어, 배터리 셀의 전류, 전압, 온도, 배터리 잔존 용량, 배터리 용량 퇴화도 등의 정보를 처리하면서, 추가적으로 외부 장치(30)와 정보를 송수신하고, 에너지 저장 시스템을 전반적으로 제어하기에는 적합하지 않을 수 있다. 다시 말해, 슬레이브 BMS(21)를 관리하기 위한 마스터 BMS(10)가 추가적인 기능을 더 수행하게 될 경우 데이터 처리 양이 많아져서, 이로 인한 오류가 자주 발생하게 되고, 데이터 처리 속도가 늦어지는 등의 문제가 있다.
또한, 복수의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 고전압을 갖는 배터리 뱅크(20)에 마스터 BMS(10)가 연결되는 경우, 고전압으로 인한 통신 오류의 가능성이 높아지고, 고전압에 의한 절연 파괴가 발생할 우려가 있다. 특히, 마스터 BMS(10) 중 시스템 제어의 역할을 하는 마스터 BMS(11)에 이러한 통신 오류 등이 발생하게 되면 에너지 저장 시스템 전체의 동작이 불가능해질 수 있어 문제가 더욱 심각해진다.
또한, 고전압으로부터 전기 장치를 보호하기 위해, 정격 절연전압이 높은 부품을 사용해야 하므로 비용이 증가한다는 문제가 있으며, 그 밖에 많은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 에너지 저장 시스템을 효율적으로 제어하여 신속하고 정확하게 데이터를 처리하기 위한 시스템 BMS 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 대용량 에너지 저장 시스템에 연결되어 사용되더라도 고전압으로 인한 통신 오류가 발생하지 않고, 고전압에 의한 절연 파괴가 일어나지 않도록 하는 시스템 BMS 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 에너지 저장 시스템은, 복수의 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 관리하는 복수의 슬레이브 BMS가 구비된 복수의 배터리 뱅크; 상기 배터리 뱅크에 구비된 복수의 슬레이브 BMS와 정보를 송수신하는 복수의 마스터 BMS; 및 상기 복수의 마스터 BMS와 연결되어 상기 마스터 BMS와 정보를 송수신하는 시스템 BMS;를 포함하되, 상기 시스템 BMS는, 상기 복수의 마스터 BMS와 통신 연결되도록 하는 제1통신모듈 및 상기 제1통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 시스템 BMS는, 상기 복수의 마스터 BMS와 물리적으로 분리되는 별도의 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1통신모듈과 상기 각각의 마스터 BMS 사이에 통신채널이 적어도 하나씩 형성되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1통신모듈과 상기 복수의 마스터 BMS 사이에 허브가 구비되어, 상기 제1통신모듈과 상기 복수의 마스터 BMS는 허브를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1통신모듈은, 무선통신으로 상기 각각의 마스터 BMS와 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 시스템 BMS는, 외부의 충전장치 또는 방전장치와 통신 연결되도록 하는 제2통신모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 제2통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 시스템 BMS는, 외부의 통신망과 통신 연결되도록 하는 외부통신모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 외부통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 시스템 BMS는, 시스템 BMS를 구동하는 구동 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 시스템 BMS는, 복수의 마스터 BMS와 연결되어 상기 마스터 BMS와 정보를 송수신하고, 상기 마스터 BMS와 통신 연결되도록 하는 제1통신모듈; 및 상기 제1통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수의 마스터 BMS와 물리적으로 분리되는 별도의 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 외부의 충전장치 또는 방전장치와 통신 연결되도록 하는 제2통신모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 제2통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 외부의 통신망과 통신 연결되도록 하는 외부통신모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 외부통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 시스템 BMS를 구동하는 구동 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 마스터 BMS와 별도의 시스템 BMS를 구비함으로써, 기존의 마스터 BMS가 시스템 BMS의 역할을 함께 수행하는 것에 비해, 데이터 처리가 용이하므로, 데이터 처리 과정에서 오류가 줄어들고, 데이터 처리 속도가 빨라질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 마스터 BMS로부터 시스템 BMS를 물리적으로 분리함으로써, 고전압으로 인한 통신 오류나 절연 파괴 등과 같은 문제가 발생하지 않을 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래기술의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 BMS의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 BMS의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 배터리 뱅크(300), 마스터 BMS(200) 및 시스템 BMS(100)를 포함한다.
상기 배터리 뱅크(300)는 복수의 배터리 팩(320)과 이러한 복수의 배터리 팩(320)을 관리하는 복수의 슬레이브 BMS(310)를 구비한다.
상기 슬레이브 BMS(310)는 배터리 팩(320)에 포함된 배터리 셀의 정보를 수집할 수 있다. 여기서, 배터리 셀의 정보는, 각 배터리 셀의 전기적 특성을 나타내는 정보뿐만 아니라 전기적 특성에 영향을 미칠 수 있는 다양한 정보 등을 포함한다. 구체적으로, 상기 슬레이브 BMS(310)는, 배터리 셀 양단의 전압, 충방전 전류, 배터리 잔존 용량, 배터리 용량 퇴화도, 배터리 셀의 온도 등을 포함하는 배터리 셀의 정보를 모니터링하고 이를 수집할 수 있다.
또한, 상기 슬레이브 BMS(310)는 수집된 배터리 셀의 정보를 이용하여 배터리 셀을 제어할 수 있다. 예를 들어, 슬레이브 BMS(310)는 배터리 잔존 용량을 측정하여 배터리의 충방전을 제어하거나, 배터리 셀들의 전압을 측정하여 전압 평활화(equalization)를 제어할 수 있으며, 이외의 다양한 제어 기능을 수행할 수 있다.
한편, 도 2에서 하나의 배터리 팩(320)마다 하나의 슬레이브 BMS(310)가 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서, 반드시 하나의 배터리 팩(320)마다 하나의 슬레이브 BMS(310)가 구비되어야 하는 것은 아니며, 수개의 배터리 팩(320)마다 하나의 슬레이브 BMS(310)가 구비되어 다수의 배터리 팩(320)을 하나의 슬레이브 BMS(310)가 관리할 수도 있음은 물론이다.
이러한 복수의 배터리 팩(320)과 복수의 슬레이브 BMS(310)는 하나의 배터리 뱅크(300)를 구성하고, 배터리 뱅크(300)는 마스터 BMS(200)에 의해 관리된다. 또한, 배터리 뱅크(300)를 관리하는 마스터 BMS(200)는 시스템 BMS(100)에 의해 관리되어, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 시스템 BMS(100), 마스터 BMS(200), 슬레이브 BMS(310)의 계층적 구조를 이룬다.
다만, 여기서 슬레이브 BMS(310), 마스터 BMS(200), 시스템 BMS(100)라는 용어는 계층적 구조를 나타내기 위해 정의된 용어로서, 이와 다른 용어로 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 이와 같이 반드시 3단의 계층으로 구성되어야 하는 것은 아니며 2단의 계층으로 구성될 수도 있고, 4단 또는 그 이상의 계층적 구조로 구성될 수도 있다.
상기 마스터 BMS(200)는 상술한 복수의 슬레이브 BMS(310)를 관리한다. 즉, 마스터 BMS(200)는 배터리 뱅크(300)에 구비된 복수의 슬레이브 BMS(310)와 정보를 송수신하고, 복수의 슬레이브 BMS(310)를 관리할 수 있다. 구체적으로, 마스터 BMS(200)는 슬레이브 BMS(310)로부터 배터리 팩(320)의 정보, 보다 구체적으로는 배터리 팩(320)에 포함된 배터리 셀의 정보를 수신하고, 이를 이용하여 슬레이브 BMS(310)에 제어 명령을 송신할 수 있다. 마스터 BMS(200)로부터 제어 명령을 수신한 슬레이브 BMS(310)는 제어 명령에 따라 배터리 팩(320)에 포함된 배터리 셀을 제어할 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS(200)는 슬레이브 BMS(310)로부터 배터리 팩(320)에 포함된 배터리 셀들의 전압값을 수신하고, 이를 분석하여, 슬레이브 BMS(310)에 전압 평활화를 수행하도록 제어 명령을 송신할 수 있고, 마스터 BMS(200)로부터 제어 명령을 수신한 슬레이브 BMS(310)는 제어 명령에 따라 배터리 셀들간의 전압 평활화를 수행할 수 있다.
한편, 도 2에서 하나의 배터리 뱅크(300)마다 하나의 마스터 BMS(200)가 구비된 것으로 도시되어 있고, 이러한 경우가 일반적이지만, 이는 일 예로서, 반드시 하나의 배터리 뱅크(300)마다 하나의 마스터 BMS(200)가 구비되어야 하는 것은 아니며, 수개의 배터리 뱅크(300)마다 하나의 마스터 BMS(200)가 구비되어 다수의 배터리 뱅크(300)를 하나의 마스터 BMS(200)가 관리할 수도 있음은 물론이다.
상기 시스템 BMS(100)는 복수의 마스터 BMS(200)를 관리한다. 즉, 시스템 BMS(100)는 복수의 마스터 BMS(200)와 연결되어 복수의 마스터 BMS(200)와 정보를 송수신하고, 복수의 마스터 BMS(200)를 관리할 수 있다. 구체적으로, 시스템 BMS(100)는 마스터 BMS(200)로부터 배터리 뱅크(300)의 정보, 보다 구체적으로는 배터리 뱅크(300)에 포함된 배터리 팩(320)의 정보, 더욱 구체적으로는 배터리 팩(320)에 포함된 배터리 셀의 정보를 수신하고 이를 이용하여 마스터 BMS(200)에 제어 명령을 송신할 수 있다.
이와 같이, 상기 시스템 BMS(100)는, 마스터 BMS(200)와 정보를 송수신하고, 마스터 BMS(200)를 관리하기 위해 제1통신모듈(120) 및 제어모듈(110)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 BMS의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 3을 참조하면, 상기 시스템 BMS(100)는 제1통신모듈(120) 및 제어모듈(110)을 포함한다.
상기 제1통신모듈(120)은, 시스템 BMS(100)와 복수의 마스터 BMS(200)가 통신 연결되도록 하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 제1통신모듈(120)은, 시스템 BMS(100)와 마스터 BMS(200) 사이의 통신이 가능하도록 마스터 BMS(200)와 동일한 통신 규약을 사용할 수 있다. 예를 들어, 시스템 BMS(100)와 마스터 BMS(200)가 RS-485 통신선으로 연결될 경우, 제1통신모듈(120)은 RS-485에 적합한 송수신 장치를 포함할 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 직렬통신방식으로 연결될 수도 있다. 다만, 이는 일 예로서, 제1통신모듈(120)은 이러한 예에 한정되지 않으며, 다양한 유무선 통신 장치가 채용될 수 있다.
상기 제어모듈(110)은, 제1통신모듈(120)에 의해 송수신되는 정보를 제어할 수 있다. 즉, 제어모듈(110)은, 제1통신모듈(120)에 의해 수신된 정보를 연산하거나 가공할 수 있으며, 제1통신모듈(120)에 의해 수신된 정보나 연산, 가공된 정보를 외부로 전송하도록 명령할 수 있다. 제어모듈(110)의 이러한 동작을 통해 시스템 BMS(100)는 시스템 BMS(100)에 연결된 복수의 마스터 BMS(200)를 관리할 수 있다.
예를 들어, 제어모듈(110)은, 송수신 신호를 시스템 BMS(100)와 마스터 BMS(200)간의 통신이 가능하도록 통신 규약에 적합한 신호로 변환할 수 있다. 또한, 제어모듈(110)은, 제1통신모듈(120)에 의해 수신된 충방전 전류 측정값을 외부로 전송하도록 명령할 수 있고, 이러한 충방전 전류 측정값을 기초로 하여 배터리 잔존 용량을 추정하는 등의 다양한 연산을 수행할 수 있으며, 추정된 배터리 잔존 용량을 이용하여 배터리의 충방전을 제어할 수도 있다. 이러한 연산 등을 수행하기 위해 제어모듈(110)은, 프로세서를 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 시스템 BMS(100)는 제2통신모듈(130)을 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 제2통신모듈(130)은 외부 장치(400)와 연결되어 시스템 BMS(100)와 외부 장치(400) 사이의 통신을 가능하게 한다. 이를 위해, 제2통신모듈(130)은 시스템 BMS(100)와 외부 장치(400)와의 통신이 가능하도록 외부 장치(400)와 동일한 통신 규약을 사용할 수 있다.
또한, 이 경우, 제어모듈(110)은, 제2통신모듈(130)에 의해 송수신되는 정보를 제어할 수 있다. 제어모듈(110)은 제2통신모듈(130)에 의해 수신된 정보를 연산하거나 가공할 수 있으며, 이러한 1차 정보 및 가공된 2차 정보를 전송하도록 명령할 수도 있다.
여기서, 외부 장치(400)는 에너지 저장 시스템으로부터 전원을 공급받는 방전장치, 예를 들어, 스마트 그리드에서 에너지를 소비하는 가정, 공장, 전기 자동차 등일 수 있다. 또한 외부 장치(400)는 에너지 저장 시스템에 전원을 공급하는 충전장치, 예를 들어, 발전소의 발전기 등일 수도 있다.
또한 바람직하게는, 상기 시스템 BMS(100)는 복수의 마스터 BMS(200)와 물리적으로 분리되는 별도의 장치로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 시스템 BMS(100)는 도 1에 도시된 종래기술과 비교할 때, 마스터 BMS(200)와 구별되는 별도의 시스템 BMS(100)로 구현되기 때문에, 기존의 마스터 BMS(200)가 시스템 BMS(100)의 역할을 함께 수행하는 것에 비해, 데이터 처리가 용이하다. 즉, 마스터 BMS(200)는 마스터 BMS(200)로서 슬레이브 BMS(310)를 관리하는 기능을 수행하고, 시스템 BMS(100)는 시스템 BMS(100)로서 마스터 BMS(200)를 관리하는 기능을 수행하면 되므로 데이터 처리가 용이하고, 이로 인해 데이터 처리 과정에서 오류가 발생할 우려가 줄어 들고, 데이터 처리 속도가 향상될 수 있다.
또한, 시스템 BMS(100)가 마스터 BMS(200)를 관리하고, 동시에 외부 장치(400)와 통신을 수행하는 경우, 병목현상이 발생하지 않게 되어 데이터 처리가 용이하다. 즉, 도 1에 도시된 종래기술에 의하면, 시스템 BMS의 역할을 하는 마스터 BMS(200)가 다른 마스터 BMS(200)를 관리하면서 동시에 외부 장치(400)와 통신을 수행하는 경우에는 충돌이 발생하게 되므로, 이를 순차적으로 수행해야 하므로 데이터 처리가 신속하게 이루어지지 않는다. 예를 들어, 시스템 BMS의 역할을 하는 마스터 BMS(200)는, 먼저 다른 마스터 BMS(200)와 정보를 송수신한 후 외부 장치(400)와 통신을 수행하거나, 외부 장치(400)와 먼저 통신을 수행한 후 다른 마스터 BMS(200)와 정보를 송수신해야 한다. 그러나, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의하면, 시스템 BMS(100)와 마스터 BMS(200) 사이의 통신 채널과 시스템 BMS(100)와 외부 장치(400) 사이의 통신 채널이 별도로 형성되어 있으므로, 시스템 BMS(100)가 마스터 BMS(200) 및 외부 장치(400)와 동시에 통신을 수행하는 경우에도 충돌이 발생하지 않으며, 병목현상이 발생하지 않아 데이터의 처리가 신속하게 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게는, 제1통신모듈(120)과 각각의 마스터 BMS(200) 사이에 통신채널이 적어도 하나씩 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1통신모듈(120)과 마스터 BMS(200) 사이에 통신채널이 하나씩 형성되어 있다. 이러한 실시예에 의하면, 제1통신모듈(120)과 복수의 마스터 BMS(200) 사이에 데이터의 병목현상이 발생하지 않아 데이터의 처리속도가 빨라지는 장점이 있다. 또한, 도 1에 도시된 종래기술에 의하면 복수의 마스터 BMS(200)와 외부 장치(400) 사이에 연결된 통신선 중 하나만 오작동이 되더라도 에너지 저장 시스템 전체에 오류가 발생할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 시스템 BMS(100)와 각각의 마스터 BMS(200) 마다 별도의 통신채널이 형성되어 있으므로, 이 중에서 하나의 통신 채널이 오작동하더라도 에너지 저장 시스템 전체에 오류가 발생할 확률이 줄어들고, 이로 인해 에너지 저장 시스템은 높은 안정성을 가진다.
이러한 통신채널, 즉 제1통신모듈(120)과 마스터 BMS(200) 사이에 형성된 통신채널은 도 2에 도시된 바와 같이, 유선 통신 선로로 형성될 수 있고, 이와 달리, 무선 통신 채널로 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 시스템 BMS(100)와 복수의 마스터 BMS(200) 사이에 허브(500)를 구비하고 있다. 이와 같이, 시스템 BMS(100)와 복수의 마스터 BMS(200) 사이에 허브(500)를 구비하여, 이러한 허브(500)를 통해 시스템 BMS의 제1통신모듈(120)과 복수의 마스터 BMS(200)가 연결될 수도 있다.
한편, 도 4에서는 허브(500)와 마스터 BMS(200) 사이가 유선통신으로 연결된 것으로 도시되었으나, 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 허브(500)와 마스터 BMS(200)가 무선통신으로 연결될 수도 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 통신망(600)과 연결된다.
상기 통신망(600)은 시스템 BMS(100) 및 외부의 단말기(700)와 연결될 수 있다. 상기 통신망(600)은 인터넷 통신망, 이동 통신망, 위성 통신망 등과 같은 다양한 종류의 유/무선 네트워크로 구현될 수 있다. 도 5에서는 무선 이동 통신망에 의해 시스템 BMS(100)와 외부 단말기(700)가 연결된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 통신망(600)과 시스템 BMS(100)를 통신 연결하기 위해, 시스템 BMS(100)는 외부통신모듈(140)을 더 포함할 수 있다. 이러한 외부통신모듈(140)은, 시스템 BMS(100)와 통신망(600) 사이의 통신이 가능하도록 통신망(600)과 동일한 통신규약을 사용할 수 있다.
또한, 이 경우, 제어모듈(110)은, 외부통신모듈(140)에 의해 송수신되는 정보를 제어할 수 있다. 제어모듈(110)은 시스템 BMS(100)와 통신망(600)과의 통신이 가능하도록 송수신 신호를 통신 규약에 적합한 신호로 변환하거나 통신망(600)으로부터 수신된 정보와 통신망(600)으로 송신할 정보를 제어할 수 있다.
상기 외부 단말기(700)는 통신망(600)과 연결되어 시스템 BMS(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 외부 단말기(700)는 PC, 스마트 장치 등일 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 외부 단말기(700)는 시스템 BMS(100)로부터 배터리 상태에 관한 정보를 수신하여 이를 디스플레이 장치에 출력할 수 있다. 또한, 외부 단말기(700)는 시스템 BMS(100)로부터 수신한 정보를 이용하여 에너지 저장 시스템의 상태를 모니터링하고, 시스템 BMS(100)를 제어하는 명령을 송신할 수도 있다.
이를 통해, 외부 단말기(700)는 원거리에서도 에너지 저장 시스템의 상태를 파악하고 에너지 저장 시스템을 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 실시예에서 스마트 폰에 설치된 에너지 저장 시스템 제어 어플리케이션을 통해 관리자는 원거리에서 에너지 저장 시스템, 이를테면 시스템 BMS(100)의 상태를 파악할 수 있으며, 필요에 따라서는 에너지 저장 시스템을 제어할 수 있게 된다.
또한, 이러한 외부 단말기(700)는 에너지 저장 시스템을 관리하는 용도로 사용될 수도 있고, 에너지 소비자의 측면에서 에너지 사용 정보를 송수신하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 가정에 설치된 홈 제어장치가 본 발명의 외부 단말기(700)로 사용될 경우, 홈 제어장치는 가정에서 소비되는 에너지 사용 정보를 에너지 저장 시스템에 전송할 수 있고, 에너지 저장 시스템은 가정에서 소비되는 에너지 사용 정보를 이용하여 가정에 필요한 만큼의 전력을 공급하도록 할 수 있다.
한편, 도 5의 실시예는 통신망(600)을 통하여 시스템 BMS(100)를 모니터링하고 관리하는 방법을 도시하고 있으나, 통신망(600)이 아닌 시스템 BMS(100)에 연결된 서버를 통해 시스템 BMS(100)를 관리할 수도 있으며, 시스템 BMS(100)에 설치된 입출력 장치를 통해 시스템 BMS(100)를 관리할 수도 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 BMS의 정면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템 BMS(100)에는 입출력 장치가 설치되어 있다. 즉, 시스템 BMS(100)는 시스템 BMS(100)에 연결된 구성요소들의 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 출력장치 및 시스템 BMS(100)를 제어할 수 있는 입력장치를 포함할 수 있다. 이러한 입출력 장치는 공지된 입출력 장치가 채용될 수 있다. 바람직하게는, 전문가가 아니라도 사용자가 에너지 저장 시스템을 쉽게 구동할 수 있도록 하기 위해, 사용이 편리한 GUI(Graphic User Interface) 방식의 출력 장치가 채용될 수 있으며, 입력 장치는 터치스크린 방식이 채용될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 시스템 BMS(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 일반적인 마이크로 컨트롤러가 아닌 프로세서를 포함하는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 이 경우, 컴퓨터는 상술한 제어모듈(110), 제1통신모듈(120), 제2통신모듈(130), 외부통신모듈(140), 입출력장치 등을 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 시스템 BMS(100)는 구동 전원(150)을 더 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 구동 전원(150)은 시스템 BMS(100)에 연결되어 시스템 BMS(100)에 전력을 공급하여, 시스템 BMS(100)를 구동할 수 있다.
시스템 BMS(100)는 배터리 뱅크(300)로부터 전원을 공급받을 수도 있으나, 배터리 뱅크(300)는 고전압을 가지므로, 고전압에 의한 오작동이나, 절연파괴 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 특히, 시스템 BMS(100)는 에너지 저장 시스템을 전반적으로 제어하는 중요한 기능을 수행하므로, 시스템 BMS(100)에 이러한 문제가 발생할 경우에는 에너지 저장 시스템의 작동이 불가능하게 될 수도 있다. 따라서, 이러한 실시예에 의하면, 시스템 BMS(100)가 배터리 뱅크(300)로부터 전원을 공급받는 것이 아니라 별도로 구비된 구동 전원(150)으로부터 전원을 공급받아 동작하도록 하여 에너지 저장 시스템의 안정성을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 제1통신모듈(120)과 마스터 BMS(200) 사이에 허브(500)를 구비하고 있고, 허브(500)와 마스터 BMS(200) 사이에 이더넷 투 시리얼 컨버터(ethernet to serial converter)(800)를 더 구비하고 있다. 또한, 마스터 BMS(200)와 배터리 뱅크(300)는 CAN 통신방식에 의해 연결되어 있다. 또한, 시스템 BMS(100)의 제어모듈(110)은 프로세서로 구현되고, 제1통신모듈(120)은 이더넷 포트를 포함하여 마스터 BMS(200)와 근거리통신(Local Area Network: LAN)로 연결되고, 제2통신모듈(130)과 외부 장치(400)는 RS-485 통신방식으로 연결되며, 외부통신모듈(140)과 통신망(600)은 근거리 인터넷통신망으로 연결된다.
이러한 실시예에 의하면, 마스터 BMS(200)와 배터리 뱅크(300)가 연결되는 지점에서 CAN 통신선이 절연되기 때문에 배터리 뱅크(300)의 고전압이 마스터 BMS(200)에 직접적으로 유기되는 것을 1차적으로 차단할 수 있다. 또한, 허브(500)와 마스터 BMS(200) 사이에는 이더넷 투 시리얼 컨버터(800)가 구비되어 있으므로 CAN 통신선에서 고전압을 완벽하게 차단하지 못하더라도 이더넷 투 시리얼 컨버터(800)가 2차적으로 고전압을 차단할 수 있다.
즉, CAN 통신선이 고전압을 완벽하게 차단하지 못한 경우에도, 이더넷 투 컨버터에 포함된 통신용 절연소자인 옵토커플러가 2차적으로 절연을 시키기 때문에 고전압이 시스템 BMS(100)에 유기되는 것을 차단할 수 있다. 이로 인해, 고전압에 의해 시스템 BMS(100)가 오작동하거나 절연파괴되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
100: 시스템 BMS 110: 제어모듈 120: 제1통신모듈
130: 제2통신모듈 140: 외부통신모듈 150: 구동 전원
200: 마스터 BMS
300: 배터리 뱅크 310: 슬레이브 BMS 320: 배터리 팩
400: 외부 장치
500: 허브
600: 통신망
700: 단말기
800: 이더넷 투 시리얼 컨버터

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 관리하는 복수의 슬레이브 BMS가 구비된 복수의 배터리 뱅크;
    상기 배터리 뱅크에 구비된 복수의 슬레이브 BMS와 정보를 송수신하는 복수의 마스터 BMS; 및
    상기 복수의 마스터 BMS와 연결되어 상기 마스터 BMS와 정보를 송수신하는 시스템 BMS;를 포함하되,
    상기 시스템 BMS는, 상기 복수의 마스터 BMS와 통신 연결되도록 하는 제1통신모듈 및 상기 제1통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템 BMS는, 상기 복수의 마스터 BMS와 물리적으로 분리되는 별도의 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1통신모듈과 상기 각각의 마스터 BMS 사이에 통신채널이 적어도 하나씩 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1통신모듈과 상기 복수의 마스터 BMS 사이에 허브가 구비되어, 상기 제1통신모듈과 상기 복수의 마스터 BMS는 허브를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1통신모듈은, 무선통신으로 상기 각각의 마스터 BMS와 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템 BMS는, 외부의 충전장치 또는 방전장치와 통신 연결되도록 하는 제2통신모듈을 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 제2통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템 BMS는, 외부의 통신망과 통신 연결되도록 하는 외부통신모듈을 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 외부통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템 BMS는, 시스템 BMS를 구동하는 구동 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 복수의 마스터 BMS와 연결되어 상기 마스터 BMS와 정보를 송수신하고,
    상기 마스터 BMS와 통신 연결되도록 하는 제1통신모듈; 및
    상기 제1통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 BMS.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 마스터 BMS와 물리적으로 분리되는 별도의 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템 BMS.
  11. 제 9 항에 있어서,
    외부의 충전장치 또는 방전장치와 통신 연결되도록 하는 제2통신모듈을 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 제2통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템 BMS.
  12. 제 9 항에 있어서,
    외부의 통신망과 통신 연결되도록 하는 외부통신모듈을 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 외부통신모듈에 의해 송수신되는 정보를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템 BMS.
  13. 제 9 항에 있어서,
    시스템 BMS를 구동하는 구동 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 BMS.
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