KR20150111419A - Communication system for hybrid energy storage device - Google Patents

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KR20150111419A
KR20150111419A KR1020140033435A KR20140033435A KR20150111419A KR 20150111419 A KR20150111419 A KR 20150111419A KR 1020140033435 A KR1020140033435 A KR 1020140033435A KR 20140033435 A KR20140033435 A KR 20140033435A KR 20150111419 A KR20150111419 A KR 20150111419A
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강상욱
한상진
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비나텍주식회사
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Abstract

The present invention relates to a communications system for a hybrid energy storing device to link a capacitor management system (CMS) and a battery management system (BMS), which comprises: a first communications channel for setting communications to link an upper controller which is to control the CMS and the hybrid energy storing device; a second communications channel for setting the communications to link the BMS and the upper controller; and a third communications channel for setting the communications to link the upper controller and other external controller.

Description

하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템{COMMUNICATION SYSTEM FOR HYBRID ENERGY STORAGE DEVICE}[0001] COMMUNICATION SYSTEM FOR HYBRID ENERGY STORAGE DEVICE [0002]

본 발명은 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 적용되는 울트라커패시터 팩과 배터리 팩이 통합 관리되는 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a communication system for a hybrid energy storage device, and more particularly, to a communication system for a hybrid energy storage device in which an ultracapacitor pack and a battery pack to be applied to a vehicle are integrally managed.

현재 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 및 전기차(EV)는 상대적으로 에너지 밀도와 출력 밀도가 큰 Li-ion 배터리를 단독으로 장착하고 있으나, 하이브리드 차량 및 전기자동차에서 출발, 순간 등판 및 가속 능력과 회생 제동 효율을 높이기 위해, 신규의 배터리 개발이 되기 전까지 출력 밀도가 높은 울트라커패시터와 복합형으로 개발을 진행하고 있다.Hybrid electric vehicles (EVs) and electric vehicles (EVs) are currently equipped with Li-ion batteries with relatively high energy density and high output density. However, hybrid vehicles and electric vehicles require starting, In order to increase the regenerative braking efficiency, we are developing a hybrid type with ultra-high-capacity capacitors until the development of new batteries.

일반적으로, 하이브리드 차량(HEV)이나 전기차(EV)등에서 사용되는 하이브리드 에너지저장장치는 슈퍼커패시터 또는 울트라커패시터와 같은 전기화학 콘덴서와 납산전지 혹은 Ni-MH, Li-ion, Li-PB등의 배터리를 병렬로 연결하여 사용하는 구조를 갖는다.Generally, a hybrid energy storage device used in a hybrid vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV) includes an electrochemical capacitor such as a supercapacitor or an ultracapacitor, a lead acid battery, or a battery such as Ni-MH, Li- They are connected in parallel.

버스 및 트럭과 같은 중형 상용차에 하이브리드 에너지저장장치를 적용하기 위해서는, 울트라커패시터 팩을 모니터링 및 제어하기 위한 커패시터관리장치(CMS)와 배터리 팩을 모니터링 및 제어하기 위한 배터리관리장치(BMS)와 이들 관리장치와 연동하여 통합적인 제어를 수행하는 상위 제어기 사이의 통신을 원활하게 수행함으로써 중형 상용차에 적합한 전력을 효율적으로 공급하기 위한 노력이 필요한 실정이다.In order to apply hybrid energy storage devices to mid-sized commercial vehicles such as buses and trucks, a capacitor management device (CMS) for monitoring and controlling the ultracapacitor pack, a battery management device (BMS) for monitoring and controlling the battery pack, It is necessary to make efforts to efficiently supply power suitable for a medium sized commercial vehicle by smoothly performing communication between the host controller that performs integrated control in cooperation with the apparatus.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0900280호(2009.05.25.등록, 복합형 에너지저장장치 및 그 제어방법)에 개시되어 있다.
BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Registered Patent No. 10-0900280 (registered on May 25, 2009, Hybrid Energy Storage Apparatus and Control Method therefor).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 하이브리드 에너지저장장치의 제어를 담당하는 커패시터관리장치(CMS)와 배터리관리장치(BMS)와 상위 제어기 사이의 통신을 개선함으로써 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 중형 상용차에 적용 가능한 전력 효율을 나타낼 수 있는 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to improve communication between a CMS, a BMS, and a host controller for controlling a hybrid energy storage device, And it is an object of the present invention to provide a communication system for a hybrid energy storage device capable of exhibiting power efficiency applicable to the same hybrid medium-sized commercial vehicle.

본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템은, 커패시터관리장치(CMS)와 배터리관리장치(BMS)를 연동시키기 위한 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 있어서, 상기 커패시터관리장치(CMS)와 상기 하이브리드 에너지저장장치를 제어하기 위한 상위 제어기가 연동되도록 통신을 설정하는 제1 통신채널; 상기 배터리관리장치(BMS)와 상기 상위 제어기가 연동되도록 통신을 설정하는 제2 통신채널; 및 상기 상위 제어기와 외부의 다른 제어기가 연동되도록 통신을 설정하는 제3 통신채널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A communication system for a hybrid energy storage device for interlocking a CMS and a BMS, the communication system for a hybrid energy storage device comprising: a capacitor management device (CMS) A first communication channel for establishing communication so that an upper controller for controlling the hybrid energy storage device is interlocked; A second communication channel for establishing communication such that the BMS and the host controller are interlocked; And a third communication channel for establishing communication so that the host controller and the external controller are interlocked with each other.

본 발명에 있어서, 상기 제1 통신채널, 제2 통신채널 및 제3 통신채널은, 각기 250 kb/s로 전송되고 샘플링포인트가 75%인 CAN(Controller Area Network) 프로토콜로 구축되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the first communication channel, the second communication channel, and the third communication channel are each constructed by a CAN (Controller Area Network) protocol, which is transmitted at 250 kb / s and the sampling point is 75% .

본 발명에 있어서, 상기 제1 통신채널, 제2 통신채널 및 제3 통신채널의 각 버스에는 공통모드필터(Common Mode Filter)가 장착되고, 또한 상기 제1 통신채널 및 제2 통신채널의 각 버스에는 종단저항이 장착되며, 상기 종단저항은 상기 커패시터관리장치 및 상기 배터리관리장치에 각각 장착되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, each bus of the first communication channel, the second communication channel, and the third communication channel is equipped with a common mode filter, and each bus of the first communication channel and the second communication channel, And a terminating resistor is mounted on the capacitor management device and the battery management device, respectively.

본 발명에 있어서, 상기 커패시터관리장치에 의해 관리되는 울트라커패시터 팩은, 적어도 하나 이상의 단위 울트라커패시터 셀이 직렬로 연결되고, 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2인 240~340V에 해당하는 전압 대역으로 설정되고, 상기 배터리관리장치에 의해 관리되는 배터리 팩은, 상기 울트라커패시터 팩과 병렬로 연결되고, 적어도 하나 이상의 단위 배터리 셀이 직렬로 연결되며, 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2인 240~340V에 해당하는 전압 대역으로 설정되며, 상기 상위 제어기는, 상기 제1 통신채널 및 제2 통신채널에 의해 상기 커패시터관리장치(CMS) 및 배터리관리장치(BMS)와 각각 연동하여 상기 울트라커패시터 팩과 배터리 팩의 상태를 모니터링하고, 상기 모니터링되는 상기 울트라커패시터 팩과 배터리 팩의 상태를 상기 제3 통신채널에 의해 연동되는 상기 외부 제어기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, at least one unit ultracapacitor cell is connected in series and the output voltage corresponds to 240 to 340 V, which is half the usable voltage of the hybrid commercial vehicle, in the ultracapacitor pack managed by the capacitor management device A battery pack managed by the battery management device is connected in parallel with the ultracapacitor pack, at least one unit battery cell is connected in series, and the output voltage is set to 1 / 2, and the host controller sets a voltage band corresponding to 240 to 340 V, and the host controller interlocks with the capacitor management device (CMS) and the battery management device (BMS) by the first communication channel and the second communication channel Monitoring the state of the ultracapacitor pack and the battery pack, and monitoring the state of the ultracapacitor pack and the battery pack being monitored To the external controller interlocked by the third communication channel.

본 발명은 하이브리드 에너지저장장치의 제어를 담당하는 커패시터관리장치(CMS)와 배터리관리장치(BMS) 및 상위 제어기 사이의 통신을 250 kb/s로 전송되고 샘플링포인트가 75%인 CAN(Controller Area Network) 프로토콜로 구축함으로써 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 중형 상용차에 적용 가능한 전력 효율을 가질 수 있도록 한다.
The present invention relates to a communication between a capacitor management device (CMS) for controlling a hybrid energy storage device, a battery management device (BMS), and an upper level controller via a CAN (Controller Area Network) ) Protocol so that it can have power efficiency applicable to hybrid mid-size commercial vehicles such as buses and trucks.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 의해 구현되는 하이브리드 에너지저장장치의 관리시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 적용되는 CAN(Controller Area Network) 프로토콜의 메시지를 나타내는 표.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 의해 구현되는 또 다른 형태의 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 울트라커패시터 팩의 사양을 나타내는 표.
도 4는 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 CMS의 사양을 나타내는 표.
도 5는 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 배터리 팩의 사양을 나타내는 표.
도 6은 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 BMS의 사양을 나타내는 표.
도 7은 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 상위 제어기의 사양을 나타내는 표.1 is a block diagram of a management system of a hybrid energy storage device implemented by a communication system for a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention.
2 is a table showing a message of a CAN (Controller Area Network) protocol applied to a communication system for a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention.
3 is a table showing specifications of an ultracapacitor pack in a configuration of a management system for another type of hybrid energy storage device implemented by a communication system for a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention.
4 is a table showing the specifications of the CMS in the configuration of the management system for a hybrid energy storage device according to FIG.
5 is a table showing specifications of battery packs in the configuration of the management system for a hybrid energy storage device according to FIG.
FIG. 6 is a table showing specifications of a BMS among the configurations of the management system for a hybrid energy storage device according to FIG. 3;
7 is a table showing specifications of an upper controller among the configurations of the management system for a hybrid energy storage device according to FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템의 일 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a communication system for a hybrid energy storage device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 의해 구현되는 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 적용되는 CAN(Controller Area Network) 프로토콜의 메시지를 나타내는 표이다.FIG. 1 is a block diagram of a management system for a hybrid energy storage device implemented by a communication system for a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a hybrid energy storage device for a hybrid energy storage device according to an exemplary embodiment of the present invention. (CAN) protocol message applied to a communication system.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 의해 구현되는 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템(1)은 울트라커패시터 팩(10), 커패시터관리장치(CMS)(20), 배터리 팩(30), 배터리관리장치(BMS)(40), 릴레이부(50) 및 상위 제어기(60)를 포함한다.1, a management system 1 for a hybrid energy storage device implemented by a communication system for a hybrid energy storage device according to the present embodiment includes an ultracapacitor pack 10, a capacitor management device (CMS) 20, A battery pack 30, a battery management unit (BMS) 40, a relay unit 50, and an upper controller 60. [

본 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템은 제1 통신채널(CAN1), 제2 통신채널(CAN2) 및 제3 통신채널(CAN3)을 포함할 수 있다.The communication system for the hybrid energy storage device according to the present embodiment may include a first communication channel (CAN1), a second communication channel (CAN2), and a third communication channel (CAN3).

제1 통신채널(CAN1)은 커패시터관리장치(CMS)(20)와 하이브리드 에너지저장장치를 제어하기 위한 상위 제어기(60)가 연동되도록 통신을 설정할 수 있다.The first communication channel CAN1 can establish communication so that the capacitor management device (CMS) 20 and the host controller 60 for controlling the hybrid energy storage device are interlocked.

제1 통신채널(CAN1)은 250 kb/s로 전송되고 샘플링포인트가 75%인 CAN(Controller Area Network) 프로토콜로 구축될 수 있다.The first communication channel CAN1 can be constructed with a CAN (Controller Area Network) protocol, which is transmitted at 250 kb / s and the sampling point is 75%.

제2 통신채널(CAN2)은 배터리관리장치(BMS)(40)와 상위 제어기(60)가 연동되도록 통신을 설정할 수 있다.The second communication channel CAN2 can establish communication so that the battery management unit (BMS) 40 and the host controller 60 are interlocked.

제2 통신채널(CAN2)은 제1 통신채널(CAN1)과 동일하게 250 kb/s로 전송되고 샘플링포인트가 75%인 CAN(Controller Area Network) 프로토콜로 구축될 수 있다.The second communication channel CAN2 may be constructed with a CAN (Controller Area Network) protocol, which is transmitted at 250 kb / s and the sampling point is 75%, as in the first communication channel (CAN1).

전술한 제1 통신채널(CAN1) 및 제2 통신채널(CAN2)의 각 버스의 종단저항은, 커패시터관리장치(20) 및 배터리관리장치(40)에 각각 장착될 수 있다.The termination resistors of the respective buses of the first communication channel CAN1 and the second communication channel CAN2 described above can be mounted to the capacitor management device 20 and the battery management device 40, respectively.

제3 통신채널(CAN3)은 상위 제어기(60)와 외부의 다른 제어기가 연동되도록 통신을 설정할 수 있다.The third communication channel (CAN3) can establish communication so that the host controller 60 and another external controller are interlocked.

제3 통신채널(CAN3)은 250 kb/s로 전송되고 샘플링포인트가 75%인 CAN(Controller Area Network) 프로토콜로 구축될 수 있다.The third communication channel (CAN3) can be constructed with CAN (Controller Area Network) protocol, which is transmitted at 250 kb / s and the sampling point is 75%.

제1 통신채널(CAN1), 제2 통신채널(CAN2) 및 제3 통신채널(CAN3)의 각 버스에는 공통모드필터(Common Mode Filter)가 장착될 수 있다.A common mode filter may be mounted on each bus of the first communication channel (CAN1), the second communication channel (CAN2), and the third communication channel (CAN3).

제1 통신채널(CAN1), 제2 통신채널(CAN2) 및 제3 통신채널(CAN3)에 적용되는 CAN(Controller Area Network) 프로토콜은 도 2에 도시된 바와 같은 메시지 포맷을 가질 수 있다.The CAN (Controller Area Network) protocol applied to the first communication channel (CAN1), the second communication channel (CAN2), and the third communication channel (CAN3) may have a message format as shown in FIG.

울트라커패시터 팩(10)은 적어도 하나 이상의 단위 울트라커패시터 셀이 직렬로 연결되고, 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압(예를 들면, 500~750V)에 해당하는 전압 대역으로 설정될 수 있다.The ultracapacitor pack 10 may be set to a voltage band in which at least one unit ultracapacitor cell is connected in series and the output voltage corresponds to a usable voltage of the hybrid commercial vehicle (for example, 500 to 750 V).

커패시터관리장치(CMS)(20)는 울트라커패시터 팩(10)을 모니터링 및 제어하기 위한 장치이다. CMS(20)는 단위 셀 및 팩의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하고 내부 연산에 의해 셀 밸런싱 등을 수행할 수 있다.The capacitor management device (CMS) 20 is an apparatus for monitoring and controlling the ultracapacitor pack 10. The CMS 20 monitors the voltage, current, temperature, etc. of the unit cell and the pack, and performs cell balancing or the like by internal calculation.

CMS(20)는 울트라커패시터 팩(10) 전체의 전압과 전류와 온도를 모니터링하고 온도 상승 시 울트라커패시터 팩(10)을 냉각하기 위한 팬을 구동시키고, 그 데이터를 상위 제어기(60)로 전송할 수 있다.The CMS 20 monitors the voltage, current and temperature of the entirety of the ultracapacitor pack 10, drives the fan to cool the ultracapacitor pack 10 at a rising temperature, and transmits the data to the host controller 60 have.

배터리 팩(30)은 울트라커패시터 팩(10)과 병렬로 연결되고, 적어도 하나 이상의 단위 배터리 셀이 직렬로 연결되며, 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압인(예를 들면, 500~750V)에 해당하는 전압 대역으로 설정될 수 있다. 여기서 단위 배터리 셀은 리튬 이온 배터리를 사용할 수 있다.The battery pack 30 is connected in parallel with the ultracapacitor pack 10, at least one unit battery cell is connected in series, and the output voltage corresponds to a voltage used by the hybrid commercial vehicle (for example, 500 to 750 V) As shown in FIG. Here, the unit battery cell can use a lithium ion battery.

배터리관리장치(BMS)(40)는 배터리 팩(30)을 모니터링 및 제어하기 위한 장치이다. BMS(40)는 단위 셀 및 팩의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하고 내부 연산에 의해 셀 밸런싱 등을 수행할 수 있다.The battery management device (BMS) 40 is a device for monitoring and controlling the battery pack 30. [ The BMS 40 monitors the voltage, current, temperature, etc. of the unit cell and the pack, and performs cell balancing or the like by internal calculation.

BMS(40)는 배터리 팩(30) 전체의 전압과 전류와 온도를 모니터링하고 온도상승 시 배터리 팩(30)을 냉각하기 위한 팬을 구동시키고, 그 모니터링되는 데이터를 상위 제어기(60)로 전송할 수 있다.The BMS 40 monitors the voltage, current and temperature of the entire battery pack 30, drives a fan for cooling the battery pack 30 when the temperature rises, and transmits the monitored data to the host controller 60 have.

릴레이부(50)는 울트라커패시터 팩(10)과 배터리 팩(30)으로부터 공급되는 전력을 외부 부하로 선택적으로 연결할 수 있다. 릴레이부(50)는 울트라커패시터 팩(10)과 외부 부하 사이에 연결되어 상위 제어기(60)에 의해 제어되는 제1 릴레이(52)와, 배터리 팩(30)과 외부 부하 사이에 연결되어 상위 제어기(60)에 의해 제어되는 제2 릴레이(54)로 이루어질 수 있다.The relay unit 50 can selectively connect the power supplied from the ultracapacitor pack 10 and the battery pack 30 to an external load. The relay unit 50 includes a first relay 52 connected between the ultracapacitor pack 10 and the external load and controlled by the host controller 60 and a second relay 52 connected between the battery pack 30 and the external load, And a second relay 54 controlled by the second relay 60.

상위 제어기(60)는 CMS(20)와 BMS(40)에 연동하여 울트라커패시터 팩(10)과 배터리 팩(30)의 상태를 모니터링하고, 모니터링되는 울트라커패시터 팩(10)과 배터리 팩(30)의 상태를 기초로 릴레이부(50)를 제어하여, 병렬 연결된 울트라커패시터 팩(10) 및 배터리 팩(30)의 전력량이 15~25kWh 범위 내인 20kWh가 되도록 릴레이부(50)를 제어할 수 있다.The host controller 60 monitors the states of the ultracapacitor pack 10 and the battery pack 30 in conjunction with the CMS 20 and the BMS 40 and monitors the states of the ultracapacitor pack 10 and the battery pack 30, The relay unit 50 can be controlled such that the power of the parallel packaged ultracapacitor pack 10 and the battery pack 30 is 20 kWh within the range of 15 to 25 kWh.

상위 제어기(60)는 모니터링되는 울트라커패시터 팩(10)과 배터리 팩(30)의 상태를 외부의 다른 제어기로 전송할 수 있다. 외부의 다른 제어기는 본 실시예에따른 하이브리드 에너지저장장치의 관리시스템(1)이 장착되는 차량의 내부에 설치된 제어기일 수 있다.The host controller 60 can transmit the status of the monitored ultracapacitor pack 10 and the battery pack 30 to another external controller. The other external controller may be a controller installed inside the vehicle in which the management system 1 of the hybrid energy storage device according to the present embodiment is mounted.

또한 상위 제어기(60)는 제1 통신채널(CAN1) 및 제2 통신채널(CAN2)에 의해 커패시터관리장치(CMS)(20) 및 배터리관리장치(BMS)(40)와 각각 연동하여 울트라커패시터 팩(10)과 배터리 팩(30)의 상태를 모니터링하고, 모니터링되는 울트라커패시터 팩(10)과 배터리 팩(30)의 상태를 제3 통신채널(CAN3)에 의해 연동되는 외부 제어기로 전송할 수 있다.The host controller 60 is also connected to the capacitor management device (CMS) 20 and the battery management device (BMS) 40 via the first communication channel CAN1 and the second communication channel CAN2, The state of the battery pack 10 and the battery pack 30 can be monitored and the state of the battery pack 30 and the ultracapacitor pack 10 monitored can be transmitted to the external controller linked by the third communication channel CAN3.

이와 같이 본 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 의해 구현되는 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템(1)은 울트라커패시터 팩(10) 및 배터리 팩(30)의 상태를 모니터링하고 이에 의해 외부 부하로 공급되는 전력을 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 상용차에 적합한 사용 전력 범위 내에서 관리함으로써 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 상용차에 적합한 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있도록 한다.The management system 1 for a hybrid energy storage device implemented by the communication system for a hybrid energy storage device according to the present embodiment monitors the states of the ultracapacitor pack 10 and the battery pack 30, The power supplied to the hybrid vehicle is controlled within a power range suitable for a hybrid commercial vehicle such as a bus and a truck, thereby enabling a stable and efficient supply of power suitable for a hybrid commercial vehicle such as a bus or a truck.

이하에서는 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 의해 구현되는 다른 형태에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템에 대하여, 구체적 사양을 제시하는 것에 의해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3 to FIG. 7, a specific specification of a management system for a hybrid energy storage device according to another embodiment, which is implemented by the communication system for a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention, Will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 의해 구현되는 또 다른 형태의 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 울트라커패시터 팩의 사양을 나타내는 표이고, 도 4는 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 CMS의 사양을 나타내는 표이며, 도 5는 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 배터리 팩의 사양을 나타내는 표이고, 도 6은 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 BMS의 사양을 나타내는 표이며, 도 7은 도 3에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템의 구성 중 상위 제어기의 사양을 나타내는 표이다.FIG. 3 is a table showing specifications of an ultracapacitor pack in a configuration of a management system for a hybrid energy storage device, which is implemented by a communication system for a hybrid energy storage device according to an embodiment of the present invention. 5 is a table showing the specifications of the battery pack in the configuration of the management system for a hybrid energy storage device according to FIG. 3, and FIG. 6 is a table showing the specifications of the CMS in the management system for a hybrid energy storage device according to FIG. FIG. 7 is a table showing the specifications of the host controller in the configuration of the management system for a hybrid energy storage device according to FIG. 3. FIG. 7 is a table showing the specifications of the BMS in the configuration of the management system for a hybrid energy storage device according to FIG.

변형된 형태에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템은 상술한 형태와 달리 전체 출력 전력량이 8~12 kWh의 범위 내인 10 kWh로 설정될 수 있고, 울트라커패시터 팩의 사이즈 및 전압 대역을 고려하여, 출력 전압을 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2에 해당하는 대략 240~340V로 설정될 수 있다.The management system for the hybrid energy storage device according to the modified form can be set to 10 kWh, which is a total output power amount within a range of 8 to 12 kWh, unlike the above-described embodiment. In consideration of the size and voltage band of the ultracapacitor pack, The voltage may be set to approximately 240 to 340 V corresponding to 1/2 of the operating voltage of the hybrid commercial vehicle.

변형된 형태에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템은 상술한 형태와 동일하게, 울트라커패시터 팩(10), 커패시터관리장치(CMS)(20), 배터리 팩(30), 배터리관리장치(BMS)(40), 릴레이부(50) 및 상위 제어기(60)를 포함할 수 있다.The management system for the hybrid energy storage device according to the modified form includes an ultracapacitor pack 10, a capacitor management device (CMS) 20, a battery pack 30, a battery management device (BMS) 40, a relay unit 50, and an upper controller 60.

울트라커패시터 팩(10)은 단위 울트라커패시터 셀들이 직렬로 연결되고, 배터리 팩(30)과 병렬로 사용하기 위해, 배터리 팩의 운용 전압 범위와 같게 설계될 수 있다.The ultracapacitor pack 10 may be designed to have the same operating voltage range as the battery pack 30, for use in parallel with the battery pack 30, in which the unit ultracapacitor cells are connected in series.

도 3에 도시된 바와 같이, 울트라커패시터 팩(10)의 운용 전압은 240~340V로 정해질 수 있고, 2.7V의 단위 울트라커패시터 126개 직렬 연결되는 것에 의해 구현될 수 있다.As shown in FIG. 3, the operating voltage of the ultracapacitor pack 10 can be set to 240 to 340 V and can be implemented by connecting 126 unit capacitors of 2.7 V in series.

단위 울트라커패시터의 용량은 하이브리드 자동차에 사용되는 60kW 모터를 시동 4회(시동 1회시 2초 소요로 가정) 가능한 에너지로 계산하고, 손실 마진(20 ~ 30%)을 감안하여 산정된 것으로, 단위 셀에 대한 실제 계산된 용량 값은 2,500F ~ 2,750F이다.The capacity of the unit ultracapacitor is calculated by taking into consideration the loss margin (20 ~ 30%) and calculating the energy of the 60kW motor used in the hybrid vehicle four times (assuming that it takes two seconds for one start) Lt; RTI ID = 0.0 > 2,500F < / RTI >

이 계산된 용량 값을 고려하여 본 실시예에 따른 단위 울트라커패시터의 용량은 2500~3500F의 범위 내에서 구현될 수 있다. 여기서는 3000F으로 설정되었다.The capacity of the unit ultracapacitor according to the present embodiment can be realized within a range of 2500 to 3500 F in consideration of the calculated capacity value. It was set to 3000F here.

커패시터관리장치(CMS)(20)는 도 4에 도시된 바와 같은 세부 제원에 의해 구현되고, 단위 울트라커패시터 셀에 대한 모니터링을 수행하여 셀 밸런싱을 수행한다. 즉 CMS(20)는 셀 및 팩 전압, 팩 전류, 셀 온도 등을 측정하며, 내부 연산에 의해 셀 밸런싱을 수행하며, 계산된 값은 제1 통신채널(CAN1)을 통해 상위 제어기(60)로 전송 한다.The capacitor management unit (CMS) 20 is implemented by detailed specifications as shown in FIG. 4, and performs cell balancing by performing monitoring on a unit ultracapacitor cell. That is, the CMS 20 measures the cell and pack voltage, the pack current, the cell temperature, etc., performs cell balancing by internal calculation, and the calculated value is transmitted to the host controller 60 via the first communication channel (CAN1) send.

배터리 팩(30)은 2개의 패키지를 하나로 구성한 형태로, 총 80개(2P-80S)를 사용할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 팩을 구성하는 단위 배터리 셀은 리튬 이온 배터리를 적용할 수 있고, 용량은 20Ah 단셀 2개를 병렬로 연결한 총 40Ah이며, 사용전압은 3.0 ~ 4.2V로 구현될 수 있다. 배터리 팩(30) 전체의 운용 전압은 240~340V로 정해질 수 있다.The battery pack 30 includes two packages, and a total of 80 pieces (2P-80S) can be used. As shown in FIG. 5, the unit battery cells constituting the battery pack can be applied to a lithium ion battery. The capacity of the unit battery is 20Ah, in which two single cells are connected in parallel to form a total of 40 Ah. . The operating voltage of the entire battery pack 30 can be set to 240 to 340 V. [

배터리관리장치(BMS)(40)는 도 6에 도시된 바와 같은 세부 제원에 의해 구현되고, 단위 배터리 셀에 대한 모니터링을 수행하여 셀 밸런싱을 수행한다.The battery management apparatus (BMS) 40 is implemented by detailed specifications as shown in FIG. 6, and performs cell balancing by monitoring the unit battery cells.

즉 BMS(40)는 셀 및 팩 전압, 팩 전류, 셀 온도 등을 측정하며, 내부 연산에 의해 셀 밸런싱을 수행하며, 계산된 값은 제2 통신채널(CAN2)을 통해 상위 제어기(60)로 전송 한다.That is, the BMS 40 measures the cell and the pack voltage, the pack current, the cell temperature, etc., performs cell balancing by internal calculation, and the calculated value is transmitted to the host controller 60 via the second communication channel CAN2 send.

상위 제어기(60)는 자체적으로 전압, 전류, 온도 측정 기능이 있는 것이 아니라, 도 7에 도시된 바와 같이 BMS(40) 및 CMS(20) 간 통신을 통해 배터리 팩(30) 및 울트라커패시터 팩(10)의 상태를 수신하고, 릴레이부(50)를 제어하여 배터리팩(30) 및 울트라커패시터 팩(10)으로부터 외부 부하로 공급되는 전력을 관리할 수 있다.The host controller 60 does not have its own voltage, current, and temperature measurement functions, but instead controls the battery pack 30 and the ultracapacitor pack (not shown) via communication between the BMS 40 and the CMS 20, 10 and controls the relay unit 50 to manage the power supplied from the battery pack 30 and the ultracapacitor pack 10 to the external load.

이와 같이 본 실시예에 따른 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템은 하이브리드 에너지저장장치의 제어를 담당하는 커패시터관리장치(CMS)와 배터리관리장치(BMS)와 상위 제어기 사이의 통신을 250 kb/s로 전송되고 샘플링포인트가 75%인 CAN(Controller Area Network) 프로토콜로 구축함으로써 버스 및 트럭과 같은 하이브리드 중형 상용차에 적용 가능한 전력 효율을 가질 수 있도록 한다.As described above, the communication system for the hybrid energy storage device according to the present embodiment transmits communication between the CMS, the BMS, and the host controller for controlling the hybrid energy storage device at 250 kb / s And a CAN (Controller Area Network) protocol with a sampling point of 75%, enabling power efficiency to be applied to hybrid mid-sized commercial vehicles such as buses and trucks.

상기와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. I will understand that. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

1: 하이브리드 에너지저장장치용 관리시스템
10: 울트라커패시터 팩
20: 커패시터관리장치(CMS)
30: 배터리 팩
40: 배터리관리장치(BMS)
50: 릴레이부
52: 제1 릴레이
54: 제2 릴레이
60: 상위 제어기
CAN1: 제1 통신채널
CAN2: 제2 통신채널
CAN3: 제3 통신채널1: Management system for hybrid energy storage devices
10: Ultra Capacitor Pack
20: Capacitor management device (CMS)
30: Battery pack
40: Battery management device (BMS)
50: relay part
52: first relay
54: second relay
60:
CAN1: first communication channel
CAN2: Second communication channel
CAN3: Third communication channel

Claims (4)

커패시터관리장치(CMS)와 배터리관리장치(BMS)를 연동시키기 위한 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템에 있어서,
상기 커패시터관리장치(CMS)와 상기 하이브리드 에너지저장장치를 제어하기 위한 상위 제어기가 연동되도록 통신을 설정하는 제1 통신채널;
상기 배터리관리장치(BMS)와 상기 상위 제어기가 연동되도록 통신을 설정하는 제2 통신채널; 및
상기 상위 제어기와 외부의 다른 제어기가 연동되도록 통신을 설정하는 제3 통신채널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템.
A communication system for a hybrid energy storage device for interlocking a capacitor management device (CMS) and a battery management device (BMS)
A first communication channel for setting communication so that the CMS and the host controller for controlling the hybrid energy storage device are interlocked;
A second communication channel for establishing communication such that the BMS and the host controller are interlocked; And
And a third communication channel for establishing communication so that the host controller and the external controller are interlocked with each other.
제 1항에 있어서,
상기 제1 통신채널, 제2 통신채널 및 제3 통신채널은,
각기 250 kb/s로 전송되고 샘플링포인트가 75%인 CAN(Controller Area Network) 프로토콜로 구축되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first communication channel, the second communication channel,
(CAN) protocol, each of which is transmitted at 250 kb / s and the sampling point is 75%.
제 1항에 있어서,
상기 제1 통신채널, 제2 통신채널 및 제3 통신채널의 각 버스에는 공통모드필터(Common Mode Filter)가 장착되고, 또한
상기 제1 통신채널 및 제2 통신채널의 각 버스에는 종단저항이 장착되며,
상기 종단저항은 상기 커패시터관리장치 및 상기 배터리관리장치에 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템.
The method according to claim 1,
A common mode filter is mounted on each bus of the first communication channel, the second communication channel, and the third communication channel,
Each bus of the first communication channel and the second communication channel is equipped with a terminating resistor,
And the terminating resistor is mounted to the capacitor management device and the battery management device, respectively.
제 1항에 있어서,
상기 커패시터관리장치에 의해 관리되는 울트라커패시터 팩은, 적어도 하나 이상의 단위 울트라커패시터 셀이 직렬로 연결되고, 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2인 240~340V에 해당하는 전압 대역으로 설정되고,
상기 배터리관리장치에 의해 관리되는 배터리 팩은, 상기 울트라커패시터 팩과 병렬로 연결되고, 적어도 하나 이상의 단위 배터리 셀이 직렬로 연결되며, 출력전압이 하이브리드 상용차의 사용전압의 1/2인 240~340V에 해당하는 전압 대역으로 설정되며,
상기 상위 제어기는, 상기 제1 통신채널 및 제2 통신채널에 의해 상기 커패시터관리장치(CMS) 및 배터리관리장치(BMS)와 각각 연동하여 상기 울트라커패시터 팩과 배터리 팩의 상태를 모니터링하고, 상기 모니터링되는 상기 울트라커패시터 팩과 배터리 팩의 상태를 상기 제3 통신채널에 의해 연동되는 상기 외부 제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지저장장치용 통신시스템.The method according to claim 1,
The ultracapacitor pack managed by the capacitor management apparatus is set to a voltage band in which at least one unit ultracapacitor cell is connected in series and the output voltage is 240 to 340 V that is half the usable voltage of the hybrid commercial vehicle ,
A battery pack managed by the battery management device is connected in parallel with the ultracapacitor pack, at least one unit battery cell is connected in series, and the output voltage is 240 to 340 V, which is half the usable voltage of the hybrid commercial vehicle Is set to a voltage band corresponding to < RTI ID = 0.0 >
Wherein the host controller monitors the status of the ultracapacitor pack and the battery pack in cooperation with the CMS and the BMS by the first communication channel and the second communication channel, And transmits the state of the ultracapacitor pack and the battery pack to the external controller interlocked by the third communication channel.
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KR20230105762A (en) * 2022-01-04 2023-07-12 황재정 Smart battery system for two-wheeled vehicles
KR102657814B1 (en) * 2022-10-21 2024-04-17 (주)미섬시스텍 Hybrid Electric Vehicle Battery Pack Monitoring System and Method therefor

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