KR20160063730A - 무선 통신망을 이용하는 bms 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 BMS 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선 통신망을 통해 제어되어 조작에 편리성이 향상된 BMS 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 BMS시뮬레이터는 프로세서부와 컨트롤 유닛을 무선 통신망으로 연결함으로써, 설정값 입력에 편리성을 제공한다.

Description

무선 통신망을 이용하는 BMS 시뮬레이션 시스템{BMS Simulation System using Wireless Network}

본 발명의 실시예는 BMS 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선 통신망을 통해 제어되어 조작에 편리성이 향상된 BMS 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로, 전기 자동차(EV:Electrical Vehicles), 하이브리드 자동차(HEV:Hybrid Electrical Vehicles) 등은 전력을 통해 구동되는 장비를 동작시키기 위하여 배터리를 사용하고 있다. 이러한 배터리는 충전이 가능한 2차 전지를 주로 사용하고 있는데, 일반적으로 2차 전지는 충방전을 반복함에 따라 불가피하게 성능이 저하되는 문제가 발생하므로 배터리의 관리가 제대로 실시되지 않을 경우, 배터리의 불완전한 성능으로 인해 사고를 초래하기도 한다.

이에, 2차 전지를 최적의 상태로 유지하여 배터리의 수명을 높이기 위해서는 기본적으로 배터리의 전압을 체크하고, 시기 적절하게 충전하여 전압을 유지하여야 하며, 충전 또는 방전되는 과정에서 발생하는 배터리의 과열을 해소시켜 안전한 배터리 상태로 유지하는 것이 필요하다. 이를 위해 각종 연료 전지 등의 배터리 셀을 갖는 배터리 모듈을 보다 효율적이고 안정적으로 관리하기 위해 배터리 관리 시스템(Battery Management System 이하 'BMS'라 함)이 개발되었다.

BMS는 다수의 배터리 셀에 연결되어 각 배터리 셀의 전압값을 읽어 들인 후, 자기방전량만큼 충전보상하여 적정충전상태를 유지하고 각각의 배터리 셀의 충방전을 실시하도록 제어한다.

또한, BMS는 배터리 충전 시, 과다충전에 따라 배터리가 과열되거나, 배터리 충전에 이용하기 위해 인가되는 전압이 과전압과 같은 기준에 맞지 않는 충전조건일 경우, 배터리의 보호와 사고예방을 위해 충전을 중단하는 등 배터리의 상태를 최적으로 관리하도록 BMS의 충방전 구동부를 제어한다.

한편, 국내외에서 전기자동차, 하이브리드 등에 대한 관심이 높아지고 BMS가 개발되고 있지만, BMS 시뮬레이터에 대한 연구 및 개발은 미흡한 상태에 있다.

예컨대, BMS 시뮬레이터에 설정값을 입력하는 방식이 검사자에게 불편하고, BMS와 BMS 시뮬레이터를 병렬로 연결하여 테스트를 진행하는 방식 등은 입력된 설정값과 대응하는 테스트 전압 또는 테스트 전류를 인가하는 것이 어려워 BMS의 제어 성능 테스트의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.

이에 본 발명에 따른 일 실시예는, 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 검사자가 편리하게 설정값을 입력할 수 있는 BMS시뮬레이터의 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 BMS에 테스트 전압 또는 테스트 전류를 인가함에 있어서 충분한 전력을 공급받아 입력된 설정값 그대로 인가되는 BMS시뮬레이터를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 BMS 시뮬레이션 시스템은 기 설정된 설정값에 따라서 다양한 제어신호를 생성하여 테스트 대상인 BMS(Battery Management System)의 성능을 테스트하는 컨트롤 유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤 유닛에 제어를 받아, 상기 제어신호에 대응하는 레벨 또는/및 파형의 전압 및 전류를 각각 생성하여 인가하는 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 설정값을 설정 또는 편집할 수 있고, 상기 컨트롤 유닛과 이격하여 배치되며, 상기 컨트롤 유닛과 무선 통신망으로 연결되어, 상기 컨트롤 유닛으로 상기 설정 또는 편집된 설정값을 전송하고, 상기 BMS에서 기인한 배터리관리 신호를 수신하여 상기 BMS의 성능을 모니터링하는 프로세서부를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부를 구동시키는 파워 서플라이;를 포함할 수 있다.

실시예에 따라서, 상기 무선 통신망은 지그비, NFC, 불루투스 및 와이파이 중 하나를 포함할 수 있다.

상기 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부는 복수 개로 구성될 수 있다.

상기 파워 서플라이는 상기 복수 개의 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부 각각에 대응하도록 복수 개로 구성될 수 있다.

상기 파워 서플라이는 상기 복수 개의 전압시뮬레이터와 전류시뮬레이터 각각에 독립적으로 전원을 공급할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 BMS시뮬레이터는 프로세서부와 컨트롤 유닛을 무선 통신망으로 연결함으로써, 설정값 입력에 편리성을 제공한다.

또한, 복수 개의 전압 및 전류시뮬레이션부 각각에 파워 서플라이를 병렬 연결하여 테스트 전압 또는 테스트 전류의 제어성이 향상되는 효과를 제공한다.

이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 범용성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 시스템을 나타낸다.
도 2는 프로세서부와 BMS 시뮬레이터가 무선 통신망을 통하여 연결된 모습을 나타낸다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 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.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 본 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS 시뮬레이션 시스템(100)은 기 설정된 설정값에 따라서 다양한 제어신호를 생성하여 테스트 대상인 BMS(400, Battery Management System)의 성능을 테스트하는 컨트롤 유닛(310);

상기 컨트롤 유닛(310)에 제어를 받아, 상기 제어신호에 대응하는 레벨 또는/및 파형의 전압 및 전류를 각각 생성하여 인가하는 전압시뮬레이션부(320)와 전류시뮬레이션부(320);

상기 설정값을 설정 또는 편집할 수 있고, 상기 컨트롤 유닛(310)과 이격하여 배치되며, 상기 컨트롤 유닛(310)과 무선 통신망으로 연결되어, 상기 컨트롤 유닛(310)으로 상기 설정 또는 편집된 설정값을 전송하고, 상기 BMS(400)에서 기인한 배터리관리 신호를 수신하여 상기 BMS(400)의 성능을 모니터링하는 프로세서부(200); 및

상기 전압시뮬레이션부(320)와 전류시뮬레이션부(320)를 구동시키는 파워 서플라이(330);를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 컨트롤 유닛(310)은 예컨대 PCB로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라서 이러한 컨트롤 유닛(310)에 전압시뮬레이션부(320) 또는/및 전류시뮬레이션부(320)가 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라서 컨트롤 유닛(310)에 전압시뮬레이션부(320) 또는/및 전류시뮬레이션부(320)가 장착되는 형태로 연결될 수도 있다.

컨트롤 유닛(310)은 이들 전압시뮬레이션부(320), 전류시뮬레이션부(320)가 구동하도록 이들에게로 설정값에 따른 제어신호를 전달할 수 있다.

전압시뮬레이션부(320)와 전류시뮬레이션부(320)는 예컨대 복수 개의 셀(341)을 가지는 가상의 배터리(340)와 연결될 수 있다. BMS(400)는 이러한 가상 배터리(340)에 연결되어 가상 배터리(340)를 관리한다.

여기서 가상 배터리(340)는 예시일 뿐이며, 전압시뮬레이션부(320)와 전류시뮬레이션부(320)는 가상 배터리(340) 대신에 무정전 전원공급장치에 연동할 수 있는 공지된 2차 전지와 연결될 수도 있다.

배터리의 상태를 판단하여 최적의 상태로 유지하기 위한 제어를 실시하는 BMS(400)의 제어 성능을 확인하기 위해서는 BMS(400)에 연결된 가상 배터리(340)를 불안정 상태 즉, 비표준 상태로 변화시켜 BMS(400)가 가상 배터리(340)를 최적화시키도록 유도하여야 하는데 본 발명에서 컨트롤 유닛(310)이 이를 담당한다.

배터리를 최적의 상태로 유지하여 배터리의 수명을 높이고, 배터리가 효율적인 충방전을 수행하도록 하기 위해서는 기본적으로 적절한 전압을 유지하도록 하며, 충전시 발생할 수 있는 과전류의 인가와 이에 따른 배터리의 과온도를 제어하는 것이 중요하다. 이를 검사하기 위해 컨트롤 유닛(310)은 BMS(400)에 연결된 가상 배터리(340)에 전압, 전류 및 온도를 불안정한 상태로 변환시키는 기능을 할 수 있다.

불안정 상태는 테스트를 실시하는 검사자가 입력한, 프로세서부(200)가 생성하는 설정값에 상응하게 조절된다.

여기서 설정값은 가상 배터리(340)에 인가되는 전압에 대응하는 전압 설정값을 포함할 수 있다. 여기서 설정값은 가상 배터리(340)에 인가되는 전류에 대응하는 전류 설정값을 포함할 수 있다.

컨트롤 유닛(310)에는 전압시뮬레이션부(320)가 복수 개 장착될 수 있다. 이 복수 개의 전압시뮬레이션부(320) 각각은 가상 배터리(340)의 복수 개의 셀(341) 각각에 병렬 연결될 수 있다. 이 복수 개의 전압시뮬레이션부(320) 각각은 컨트롤 유닛(310)의 제어에 따라서 전압을 생성하여 가상 배터리(340)의 복수 개의 셀(341) 각각에 인가할 수 있다.

이 복수 개의 전압시뮬레이션부(320) 각각은 서로 다른 레벨 또는 서로 다른 파형의 전압을 생성하여 인가할 수 있다. 따라서 가상 배터리(340)의 복수의 셀(341) 각각에는 서로 다른 레벨 또는 파형의 전압이 인가될 수 있다.

예컨대 4개의 셀(341) 각각에 4개의 전압시뮬레이션부(320)가 연결되었다고 가정하면, 제1셀 내지 제3셀에 5V가 인가되고 제4셀에 1V가 인가되었다면, 제4셀에 인가된 1V로 인하여 제1셀 내지 제3셀이 제4셀의 수준으로 전압 강하될 수 있다. 이 경우 BMS(400)는 제4셀의 전압을 차단하여 모든 셀의 전압 강하를 방지함으로써 불안정 상태를 막을 수 있다.

컨트롤 유닛(310)에는 전압시뮬레이션부(320)과 마찬가지로 전류시뮬레이션부(320)가 복수 개 장착될 수 있으며, 그 작동관계도 전압시뮬레이션부(320)의 경우와 유사하게 설명될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

실시예에 따라서 컨트롤 유닛(310)에는 전압시뮬레이션부(320)와 전류시뮬레이션부(320)와 마찬가지로 온도시뮬레이션부가 연결될 수 있고, 이 경우 컨트롤 유닛(310)은 가상 배터리(340)를 가열하여 가상 배터리(340)의 온도가 불안정 상태가 되도록 온도시뮬레이션부를 제어할 수 있다. 온도시뮬레이션부는 서미스터인 가변 저항, 릴레이 등으로 구비될 수 있으며, 이는 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 프로세서부와 BMS 시뮬레이터가 무선 통신망을 통하여 연결된 모습을 나타낸다. 도 2를 참조하여 설명하면, 우선, BMS 시뮬레이션 시스템(100)은 프로세서부(200)와 BMS 시뮬레이터(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 BMS 시뮬레이터(300)는 전술한 컨트롤 유닛(310), 시뮬레이션부(320), 파워 서플라이(330) 및 가상 배터리(340)를 포함할 수 있다.

프로세서부(200)는 예컨대, 컴퓨터 단말기, 휴대폰 단말기 등일 수 있다. 프로세서부(200)는 검사자가 설정값을 입력할 수 있도록 마우스 및 키보드와 같은 입력부를 포함할 수 있으며, 검사자는 입력부를 통하여 BMS 시뮬레이터(300)로 각종 설정값 예컨대 전압값, 전류값 또는 온도값 등을 입력할 수 있다. 검사자는 입력부를 통하여 BMS 시뮬레이터(300)가 요구되는 레벨의 전압 또는 요구되는 파형의 전압 등을 인가할 수 있도록 설정값을 설정하거나 편집할 수 있다.

BMS 시뮬레이터(300)는 디폴트로 설정된 설정값에 따라서 전압값, 전류값 및 온도값을 생성하여 BMS(400)를 테스트할 수도 있으나, 경우에 따라서는 검사자가 입력하는 설정값에 따라 BMS(400)에 대한 테스트를 수행할 수도 있다. 이 경우 BMS 시뮬레이터(300)는 입력부로부터 설정값을 전달받을 수 있도록 구성된다.

또한, 프로세서부(200)는 BMS(400)가 불안정 상태의 배터리(340)를 표준 상태로 전환시키는 제어 성능을 계측하여 BMS(400)의 성능이 양호성을 판단할 수 있다. 실시예에 따라서는 프로세서부(200)는 BMS(400)가 배터리(340)를 관리하기 위하여 전송하는 제어신호(즉, 배터리관리 신호)를 수신하여 검사자가 확인할 수 있도록 디스플레이할 수 있다. 실시예에 따라서는 프로세서부(200)는 BMS 시뮬레이터(300)를 통하여 BMS 시뮬레이션 결과(즉, 배터리관리 신호)를 수신하여 검사자에게 디스플레이할 수 있다.

프로세서부(200)와 BMS 시뮬레이터(300)는 무선 통신망(W)을 통하여 연결될 수 있다. 여기서 무선 통신망(W)은 원거리 무선 통신망 또는 근거리 무선 통신망을 포함할 수 있다. 무선 통신망(W)은 예컨대, 지그비, NFC, 불루투스 및 와이파이 중 하나를 포함할 수 있다.

이렇게 무선 통신망(W)을 통하여 설정값을 BMS 시뮬레이터(300)에 전달하는 것에 의하여 검사자는 사무실 또는 집에서 원격으로 BMS 시뮬레이터(300)의 설정값을 설정 또는 편집할 수 있다.

한편, 파워 서플라이(330)는 전술한 복수 개의 전압시뮬레이션부(320)와 전류시뮬레이션부(320) 각각에 대응하도록 복수 개로 구성될 수 있다. 복수 개의 파워 서플라이(330)는 복수 개의 전압시뮬레이션부(320)와 전류시뮬레이션부(320) 각각에 독립적으로 전원을 공급할 수 있다.

이러한 구조를 통하여 복수 개의 전압시뮬레이션부(320) 또는 전류시뮬레이션부(320)가 각별로 설정된 설정값에 대응하는 전압 또는 전류를 충분하게 생성하고, 인가하도록 하여 시뮬레이션의 정확도를 향상시킬 수 있다.

실시예에 따라서 복수 개의 파워 서플라이(330) 각각은 BMS 시뮬레이터(300)의 메인보드에 탈착 가능하게 설치될 수 있으며, 이러한 구조를 통하여 검사자는 시중에서 구입할 수 있는 파워 서플라이를 간편하게 구입하여 추가 장착하거나 제거할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 할 것이다.

100: BMS 시뮬레이션 시스템
200: 프로세서부
300: BMS 시뮬레이터
310: 컨트롤 유닛
320: 시뮬레이션부
330: 파워 서플라이
340: 배터리
341: 셀
400: BMS

Claims (4)

1. 기 설정된 설정값에 따라서 다양한 제어신호를 생성하여 테스트 대상인 BMS(Battery Management System)의 성능을 테스트하는 컨트롤 유닛;
   상기 컨트롤 유닛에 제어를 받아, 상기 제어신호에 대응하는 레벨 또는/및 파형의 전압 및 전류를 각각 생성하여 인가하는 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부;
   상기 설정값을 설정 또는 편집할 수 있고, 상기 컨트롤 유닛과 이격하여 배치되며, 상기 컨트롤 유닛과 무선 통신망으로 연결되어, 상기 컨트롤 유닛으로 상기 설정 또는 편집된 설정값을 전송하고, 상기 BMS에서 기인한 배터리관리 신호를 수신하여 상기 BMS의 성능을 모니터링하는 프로세서부; 및
   상기 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부를 구동시키는 파워 서플라이;
   를 포함하는 전기 자동차용 BMS 시뮬레이션 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 무선 통신망은 지그비, NFC, 불루투스 및 와이파이 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 BMS 시뮬레이션 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부는 복수 개로 구성되고,
   상기 파워 서플라이는 상기 복수 개의 전압시뮬레이션부와 전류시뮬레이션부 각각에 대응하도록 복수 개로 구성되어, 상기 복수 개의 전압시뮬레이터와 전류시뮬레이터 각각에 독립적으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 BMS 시뮬레이션 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수 개의 파워 서플라이 각각은 탈착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 BMS 시뮬레이션 시스템.

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