KR20160073109A - 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차 - Google Patents

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Abstract

배터리 관리 시스템의 운용 중 고장 유무를 판단하고 고장을 복구하는 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차가 개시된다. 배터리 관리 시스템은, 배터리 모듈의 복수의 셀에 대한 셀 전압 또는 셀 온도를 각각 측정하는 복수의 슬레이브와, 배터리 모듈의 팩 전압 또는 팩 전류를 측정하고 셀 전압, 셀 온도, 팩 전압, 팩 전류 또는 이들의 조합에 따라 배터리 모듈의 출력 전력을 제어하는 마스터와, 마스터와 복수의 슬레이브를 연결하는 메인 통신망, 및 마스터와 복수의 슬레이브를 연결하는 서브 통신망을 포함하고, 여기서 복수의 슬레이브 중 어느 하나와 마스터에서 선택된 하나의 테스터는 나머지 하나인 타겟의 연산능력을 확인하기 위한 연산식을 생성하고 연산식을 포함한 연산 요청 신호를 타겟에 전송하고, 타겟으로부터 연산식에 대한 결과값과 연산 시간을 포함한 응답을 수신하고, 결과값과 연산 시간을 토대로 타겟의 정상, 비정상 또는 고장 상태를 판단할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND ELECTRIC VEHICLES EQUIPPED WITH THE SAME}
본 발명의 실시예들은 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 관리 시스템의 운용 중 고장 유무를 판단하고 고장을 복구할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차에 관한 것이다.
전기자동차용 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)은 전기자동차의 배터리를 관리하는 시스템이다. 배터리는 전기자동차를 운행하는데 요구되는 전력을 공급한다.
만약 배터리 관리 시스템이 오동작하면, 배터리 관리 시스템의 정상적이지 못한 동작에 의해 배터리의 관리가 적절하게 이루어지지 않고, 결국 전기자동차가 정상적인 운행을 할 수 없게 된다. 따라서, 배터리 관리 시스템의 고장 유무는 전기자동차에 있어서 매우 중요하다 할 수 있다.
기존의 배터리 관리 시스템 대부분은 상위 모듈과 배터리 관리 시스템 간의 통신을 통해 배터리 관리 시스템의 상태 메시지를 주기적으로 확인하는 방식을 이용하여 배터리 관리 시스템의 고장 유무를 확인하고 있다. 그러나, 이 방법은 배터리 관리 시스템이 자체 이상으로 인해 부정확한 연산을 할 경우, 단순히 메시지 주기값을 이용하여 배터리 관리 시스템을 고장 유무를 확인할 수 없고, 따라서 배터리 관리에 있어서 심각한 위험을 초래할 수 있다. 일례로, 배터리 관리 시스템의 데이터를 보고받아 활용하는 상위 제어모듈은 잘못된 정보를 바탕으로 전기자동차를 운행하게 되므로 예기치 못한 상황에 다다를 수 있는 문제가 있다.
더욱이, 기존의 전기자동차용 배터리 관리 시스템에서는 내부 통신망이 망부하 혹은 노이즈 등으로 정상적인 통신이 어려운 경우나 통신장치에 이상이 있는 경우, 상위 모듈에서는 운행 정지를 판단하거나 운행 정지에 대비할 수 있는 시간을 확보해야 하지만 그러한 판단을 적절하게 수행하지 못하여 운행을 멈추거나 운행을 계속하는 경우 교통사고로 이어질 수 있는 문제가 있다. 특히, 전기자동차의 특성상 배터리 관리 시스템이 정상적으로 운영되지 않는다면, 교통사고의 위험이 상승할 뿐 아니라 배터리의 폭발 혹은 화재의 위험이 크게 높아지는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예에서는 배터리 관리 시스템의 연산능력을 자체적으로 확인하여 배터리 관리 시스템의 고장 유무를 판단하고 이를 통해 전기자동차의 운행 중 안정성을 높일 수 있는 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 배터리 관리 시스템의 내부 모듈간 통신망의 이중화와 트래픽 감시를 통해 배터리 관리 시스템의 고장 유무를 판단하고 고장에 대처하여 전기자동차의 운행 중 안정성을 향상시킬 수 있는 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 모듈의 복수의 셀에 대한 셀 전압 또는 셀 온도를 각각 측정하는 복수의 슬레이브; 배터리 모듈의 팩 전압 또는 팩 전류를 측정하고 셀 전압, 셀 온도, 팩 전압, 팩 전류 또는 이들의 조합에 따라 배터리 모듈의 출력 전력을 제어하는 마스터; 마스터와 복수의 슬레이브를 연결하는 메인 통신망; 및 마스터와 복수의 슬레이브를 연결하는 서브 통신망을 포함하고, 여기서 복수의 슬레이브 중 어느 하나와 마스터에서 선택된 하나의 테스터는 나머지 하나인 타겟의 연산능력을 확인하기 위한 연산식을 생성하고 연산식을 포함한 연산 요청 신호를 타겟에 전송하고, 타겟으로부터 연산식에 대한 결과값과 연산 시간을 포함한 응답을 수신하고, 결과값과 연산 시간을 토대로 타겟의 정상, 비정상 또는 고장 상태를 판단할 수 있다.
일실시예에서, 테스터가 마스터일 때, 테스터는 연산 요청 신호의 전송 후 응답의 수신 시간에 대응하는 RTT(Round Trip Time)을 미리 설정된 시간과 비교하고, 비교 결과에 따라 RTT가 제1 특정 값 이상인 슬레이브는 서브 통신망을 사용하도록 제어하고 RTT가 제1 특정 값보다 작은 슬레이브는 메인 통신망을 사용하도록 제어할 수 있다.
일실시예에서, 테스터는 서브 통신망을 사용하는 1개 이상의 슬레이브의 RTT가 제1 특정 값보다 큰 제2 특정 값 이상일 때 해당 슬레이브를 고장으로 판단할 수 있다.
일실시예에서, 배터리 관리 시스템은, 마스터에서부터 복수의 슬레이브 각각을 미리 정해진 순서대로 단일 체인 형태로 연결하는 복수 쌍의 전원라인과 전원차단신호라인을 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 테스터는 고장 슬레이브의 입력단에 연결되는 전원라인을 차단하기 위한 전원차단신호라인에 전원차단 제어신호를 전송하고 상기 전원차단 제어신호에 의해 고장 슬레이브의 전원을 미리 정해진 시간 동안 차단하여 고장 슬레이브를 초기화할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 모듈의 복수의 셀에 대한 셀 전압 또는 셀 온도를 각각 측정하는 복수의 슬레이브; 배터리 모듈의 팩 전압 또는 팩 전류를 측정하고 셀 전압, 셀 온도, 팩 전압, 팩 전류 또는 이들의 조합에 따라 배터리 모듈의 출력 전력을 제어하는 마스터; 마스터와 복수의 슬레이브의 통신 능력과 통신 데이터를 확인하여 마스터 또는 복수의 슬레이브의 고장 여부를 판단하는 감시장치; 마스터와 복수의 슬레이브와 감시장치를 연결하는 내부 통신망; 마스터와 감시장치를 연결하고 복수의 슬레이브와 감시장치를 연결하는 복수의 추가 통신망; 및 마스터와 감시장치와 외부 모듈(상위장치)을 연결하는 외부 통신망을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 감시장치는 복수의 슬레이브 중 적어도 어느 하나 및 마스터에서 선택되는 1개 이상의 타겟에 미리 설정한 명령 정보를 포함하는 테스트 메시지를 전송하고, 타겟으로부터 응답 메시지를 수신하고, 명령 정보가 응답 메시지에 포함되었는지 또는 명령 정보에 따른 다른 통신망으로 응답 메시지가 수신되었는지를 판단하며, 판단 결과에 따라 1개 이상의 타겟을 고장으로 판단하기 위한 통신기능 감시부를 구비할 수 있다.
일실시예에서, 배터리 관리 시스템 또는 감시장치는, 감시장치나 통신기능 감시부에 타임스탬프를 제공하는 혼합도 감시부를 더 포함할 수 있다. 혼합도 감시부는 테스트 메시지에 포함되는 제1 타임스탬프와 응답 메시지에 의해 생성되는 제2 타임스탬프를 토대로 1개 이상의 타겟의 상태(정상, 비정상, 고장 등)를 추가로 판단할 수 있다.
일실시예에서, 배터리 관리 시스템은, 통신기능 감시부 또는 혼합도 감시부의 감시 결과에 따라 고장 상태의 타겟에 복구신호를 제공하여 고장 상태의 타겟의 전원을 미리 설정된 시간 동안 차단하는 복구신호 발생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기자동차는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 배터리 관리 시스템, 배터리 관리 시스템에 의해 제어되는 배터리 모듈, 및 배터리 모듈의 전원에 의해 작동하여 바퀴를 구동하는 모터를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 관리 시스템의 마스터나 슬레이브의 연산능력을 자체적으로 확인하여 배터리 관리 시스템의 고장 유무를 판단하고 이를 통해 전기자동차의 운행 중 안정성을 높일 수 있는 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리 관리 시스템의 내부 모듈간 통신망의 이중화와 트래픽 감시를 통해 배터리 관리 시스템의 고장 유무를 판단하고 고장에 대처하여 전기자동차의 운행 중 안정성을 향상시킬 수 있는 배터리 관리 시스템 및 이를 탑재한 전기자동차를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도
도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템의 내부통신망에 대한 개략적인 블록도
도 3은 도 1의 배터리 관리 시스템의 전원망에 대한 개략적인 블록도
도 4는 도 1의 배터리 관리 시스템에 채용가능한 마스터 구조에 대한 블록도
도 5는 도 1의 배터리 관리 시스템에 채용가능한 슬레이브에 대한 블록도
도 6은 도 1의 배터리 관리 시스템에 대한 고장 여부의 판단 원리를 설명하기 위한 예시도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도
도 8은 도 7의 배터리 관리 시스템의 감시장치에 대한 블록도
도 9는 도 7의 배터리 관리 시스템에 대한 고장 여부의 판단 원리를 설명하기 위한 신호 처리의 예시도
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기자동차의 개략적인 블록도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은, 마스터(Master, 10a), 슬레이브(Slave, 11), 측정부(20), 셀 밸런싱부(30) 및 감시장치(40)를 포함할 수 있다. 마스터(10a)와 슬레이브(11)는 배터리 관리 시스템(100)의 제어부(10)로서 적어도 일부 기능을 서로 분담하거나 중첩하여 담당할 수 있다. 그리고, 감시장치(40)는 제어부(10)에 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 적어도 그 일부가 배터리 관리 시스템(100) 내에 설치될 수 있다.
각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면, 마스터(10a)는 배터리 관리 시스템(100)의 메인 BMS로서 기능할 수 있다. 마스터(10a)는 슬레이브(11)로부터 수집한 셀 전압이나 셀 온도를 토대로 셀 또는 셀 모듈의 상태를 판단하고, 판단 결과에 따라 배터리 모듈(200)의 동작을 제어할 수 있다. 배터리 모듈(200)의 동작은 충전, 방전 또는 분리 등의 동작 모드를 포함할 수 있다. 이러한 마스터(10a)는 마이크로프로세서 또는 마이크로프로세서가 실장된 메인 BMS 보드로 구현될 수 있다.
슬레이브(11)는 배터리 모듈(200)에 포함된 적어도 하나의 셀 모듈 또는 셀 어셈블리에 연결되어 셀 모듈에 포함된 복수의 셀들에 대한 전압, 온도 등을 측정한다. 슬레이브(11)는 배터리 모듈(200) 내의 복수의 셀 모듈에 대응하는 개수의 독립적인 복수의 슬레이브들로 설치될 수 있다. 본 실시예에서 슬레이브(11)는 메인 통신망(C1) 및 서브 통신망(C2)을 포함하는 이중적인 내부 통신망을 통해 마스터(10a)와 이중 네트워크 구조로 연결된다.
측정부(20)는 배터리 모듈(200)의 전류와 전압을 측정한다. 측정부(20)는 전류 센싱 회로와 전압 센싱 회로를 구비할 수 있으며, 전류 센싱 회로와 전압 센싱 회로는 후술하는 스위칭박스(210)에 연결될 수 있다.
셀 밸런싱부(30)는 슬레이브(11)로부터 획득한 셀 전류와 전압을 토대로 배터리 모듈(200)의 출력단에 배치되는 복수의 스위치를 온-오프 제어하여 배터리 모듈(200) 내 복수의 셀 또는 셀 모듈의 출력 동작 상태를 조절한다. 셀 밸런싱부(30)는 스위치박스(210) 내의 복수의 스위치에 연결되는 복수의 릴레이와 릴레이 제어 회로를 포함할 수 있다.
감시장치(40)는 마스터(10a)나 슬레이브(11)의 연산능력을 자체적으로 확인하거나 배터리 관리 시스템의 내부 모듈들 간 통신망의 이중화와 트래픽 감시를 통해 배터리 관리 시스템의 적어도 일부의 고장 유무를 판단하기 위한 수단이나 구성부이다. 이러한 감시장치(40)에 대하여는 아래에서 상세히 설명될 것이다.
본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 모듈(200)과 함께 배터리 팩(400)의 케이스 내부에 장착될 수 있다. 물론, 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 팩(400) 외부에 배치될 수 있으며, 그 경우 배터리 모듈(200)을 포함하는 배터리 팩과 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 시스템으로 지칭될 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(200)은 복수의 셀 모듈 또는 셀 스택을 포함한다. 셀 모듈은 복수의 셀(단전지)와 복수의 셀들을 연결하는 1개 이상의 연결단자를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 모듈(200)의 출력단에 연결되어 배터리 모듈(200)의 출력 전력(PB)을 단속하며, 출력 전력(PB)의 전압 또는 전류에 대한 정보를 배터리 관리 시스템(100)에 제공하는 스위칭박스(210)에 연결될 수 있다.
여기서, 스위칭박스(210)는 셀 밸런싱부(30) 등에 의해 제어되는 복수의 스위치를 구비하고, 전류 또는 전압 센싱을 위한 연결포인트(접점)를 구비할 수 있다. 또한, 스위칭박스(210)는 배터리 모듈(200)의 출력단에 직렬 연결되는 퓨즈(fuse)를 구비할 수 있다.
도 2는 도 1의 배터리 관리 시스템의 제어부의 내부통신망에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 제어부(10)의 내부통신망으로서 메인 통신망(Main Communication Network)(C1)과 서브 통신망(Sub Communication Network)(C2)을 포함할 수 있다. 서브 통신망(C2)은 추가 통신망으로 불릴 수 있다.
배터리 관리 시스템은 마스터(Master)(10a)와 복수의 슬레이브(Slaves)(11, 12, 13)를 포함한다. 복수의 슬레이브(11, 12, 13)는 제1 슬레이브(Slave-1), 제2 슬레이브(Slave-2) 그리고 제N 슬레이브(Slave-N)를 포함할 수 있다. 여기서, N은 3 이상의 자연수이다.
여기서, 마스터(10a)와 복수의 슬레이브(11, 12, 13)는 테스트 제어부(도 1의 10 참조)에 대응하는 것으로서, 메인 BMS와 복수의 서브 BMS로 각각 불릴 수 있고, 차량의 서로 다른 위치에 설치될 수 있으며, 이하에서 설명하는 본 실시예의 차량 통신망에 의해 서로 연결될 수 있다.
메인 통신망(C1)은 마스터(10a)와 복수의 슬레이브(11, 12, 13)의 일측 단자들에 각각 연결되어 이들을 서로 병렬 연결할 수 있다. 서브 통신망(C2)은 마스터(10a)와 복수의 슬레이브(11, 12, 13)의 타측 단자들에 각각 연결되어 이들을 서로 병렬 연결할 수 있다. 여기서, 타측 단자들은 메인 통신망이 연결되는 일측 단자들과 동일한 단자들이거나 또는 적어도 일부가 서로 다른 단자들일 수 있다. 메인 통신망(C1)과 서브 통신망(C2)은 차량에 탑재된 CAN(Controller Area Network) 통신을 위한 네트워크를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 3은 도 1의 배터리 관리 시스템의 전원망에 대한 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 제어부(10)의 전원망으로서 마스터(10a)에서 시작하여 복수의 슬레이브(11, 12, 13)를 차례로 체인 형태로 연결하는 전원 라인(P1, P2, PN)을 포함한다. 즉, 배터리 관리 시스템은 마스터(10a)에서 제1 슬레이브(Slave-1)(11)로 전력을 공급하기 위한 제1 전원라인(P1), 제1 슬레이브(11)에서 제2 슬레이브(Slave-2)(12)로 전력을 공급하기 위한 제2 전원라인(P2) 그리고 제N-1 슬레이브에서 제N 슬레이브(Slave-N)(13)로 전력을 공급하기 위한 제N 전원라인(PN)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 3 이상의 임의의 자연수이다.
또한, 배터리 관리 시스템은 마스터(10a)와 제1 슬레이브(11)를 연결하는 제1 전원라인(P1)의 전력을 차단하기 위한 제1 전원차단 신호라인(L1), 제1 슬레이브(Slave-1)와 제2 슬레이브(Slave-2)를 연결하는 제2 전원라인(P2)의 전력을 차단하기 위한 제2 전원차단 신호라인(L2) 그리고 제N-1 슬레이브와 제N 슬레이브(Slave-N)를 연결하는 제N 전원라인(PN)의 전력을 차단하기 위한 제N 전원차단 신호라인(LN)을 포함한다.
제1 전원라인(P1)과 제1 전원차단 신호라인(L1)이 만나는 곳에는 제1 전원라인(P1)의 전력을 차단하기 위한 스위치나 릴레이가 설치될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전원라인(P2)과 제2 전원차단 신호라인(L2)이 만나는 곳 그리고 제N 전원라인(PN)과 제N 전원차단 신호라인(LN)이 만나는 곳에도 해당 전원라인의 전력을 차단하기 위한 스위치나 릴레이가 각각 설치될 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 제M-1 슬레이브와 연결되는 제M 슬레이브가 제M 전원라인을 통해 전력을 공급받을 때, 제M 전원차단 신호라인의 신호를 활성화하거나 활성화하지 않음으로써 제M 전원라인을 통한 제M 슬레이브와 그 후단의 슬레이브에 대한 전원 공급을 유지하거나 차단할 수 있다. 여기서, M은 1보다 크고 N 이하인 자연수이다.
도 4는 도 1의 배터리 관리 시스템에 채용가능한 마스터 구조에 대한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 마스터(10a)는, 측정부(20), 셀 밸런싱부(30), 통신부 및 마스터 제어부(10b)를 포함할 수 있다. 또한, 마스터(10a)는 공조부(50) 또는 절연 테스트 회로(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면, 측정부(20)는 스위칭박스로부터 소정의 신호(S1)를 받고, 셀 밸런싱부(30)는 스위칭박스 내의 1개 이상의 스위치를 제어하기 위한 신호(S2)를 출력하는 것을 제외하고, 도 1의 대응 구성요소와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예에서 측정부(20)와 셀 밸런싱부(30)는 배터리 관리 시스템의 마스터(10a)에 일체로 탑재되도록 구현되나, 이에 한정되지는 않고, 도 1에서 설명한 바와 같이 배터리 관리 시스템 내에 설치되거나 메인 BMS 보드에 설치될 수 있다.
통신부는 차량 통신망과 연결되어 복수의 슬레이브(11, 12, 13)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. 이때, 통신부는 메인 통신망(C1)을 통해 복수의 슬레이브(도 2의 11, 12, 13 참조)와 데이터 통신을 수행하는 제1 통신부(101), 및 서브 통신망(C2)을 통해 복수의 슬레이브와 데이터 통신을 수행하는 제2 통신부(102)를 구비할 수 있다.
여기서, 제1 통신부(101)는 제1 통신포트와 제1 통신모듈을 구비하고, 제2 통신부(102)는 제2 통신포트와 제2 통신모듈을 구비할 수 있다. 물론, 구현에 따라서, 제1 통신포트와 제2 통신포트는 동일한 통신포트이고, 제1 통신모듈과 제2 통신모듈은 동일한 통신모듈일 수 있다.
또한, 통신부는 차량 제어 장치나 상위 장치와의 데이터 통신을 위한 제3 통신부(미도시)를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 제3 통신부는 구현에 따라서 제1 통신부 또는 제2 통신부일 수 있다.
또한, 통신부는 전원망의 제어를 위한 전원차단 신호라인이 연결되고, 전원차단 신호라인으로 전원차단 제어신호(S5)를 전송하는 제4 통신부(104)를 더 포함할 수 있다. 제4 통신부(104)는 마스터 제어부(10b)의 특정 출력단자에 연결된 출력포트를 포함할 수 있다.
마스터 제어부(10b)는 마스터(10a)의 동작과 마스터(10a)의 각 구성요소를 제어한다. 마스터 제어부(10b)는 프로그램되거나 저장된 명령이나 신호에 따라 각 구성요소를 제어하여 마스터(10a)를 동작시킬 수 있다.
공조부(50)는 마스터(10a)에 연결되어 마스터(10a)를 냉각시키는 팬이나 소정의 냉각장치를 제어하기 위한 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함할 수 있다. 공조부(50)는 팬이나 냉각장치의 제어를 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 수행하도록 구현될 수 있다.
전술한 구성요소들을 포함하는 마스터(10a)는 마이크로프로세서나 집적회로(IC) 혹은 이들 중 하나가 실장되는 메인 BMS 보드로 구현될 수 있다. 이러한 구성의 마스터(10a)나 마스터 제어부(10b)는 구현에 따라 메모리나 아날로그 디지털 컨버터 등이 더 포함할 수 있다.
도 5는 도 1의 배터리 관리 시스템에 채용가능한 슬레이브의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 슬레이브(11)는 셀 전압측정부(21), 셀 온도측정부(22), 통신부 및 슬레이브 제어부(11b)를 구비할 수 있다. 슬레이브(11)는 배터리 모듈을 형성하는 복수의 셀 스택, 셀 어셈블리 또는 셀 스트링에 각각 설치되는 모듈 보드(Bodule Board) 형태로 구현될 수 있다.
본 실시예에서 슬레이브(11)에 대한 설명은 제1 슬레이브에 대한 것이나, 이에 한정되지 않고, 나머지 다른 슬레이브에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
셀 전압측정부(21)는 특정 셀 모듈에 연결되어 셀 모듈 내의 복수의 셀(단전지)에 대한 전압을 각각 측정하는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함한다. 특정 셀 모듈은 배터리 모듈에 구비되는 특정 셀 어셈블리나 셀 스트링의 복수의 셀 모듈들 중 어느 하나일 수 있다.
셀 온도측정부(22)는 상기의 특정 셀 모듈에 연결되어 셀 모듈 내의 복수의 셀에 대한 온도를 각각 측정하거나 셀 모듈의 온도를 측정하는 수단 혹은 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함한다.
통신부는 제1 통신부(111), 제2 통신부(112) 및 제3 통신부(114)를 포함한다. 제1 통신부(111), 제2 통신부(112) 및 제3 통신부(114)는 각각 슬레이브 통신부로 지칭될 수 있다. 제1 통신부(111)는 배터리 관리 시스템의 내부 통신망인 메인 통신망(C1)을 통해 마스터 또는 다른 슬레이브와 데이터 통신을 수행하며, 제2 통신부(112)는 배터리 관리 시스템의 내부 통신망인 서브 통신망(C2)을 통해 마스터 또는 다른 슬레이브와 데이터 통신을 수행한다. 그리고, 제3 통신부(114)는 특정 전원라인에 결합하는 특정 전원차단 신호라인(L2)에 소정의 신호(S6)를 출력하기 위한 수단이나 구성부를 포함한다. 소정의 신호(S6)는 스위치를 개방하거나 릴레이의 접점을 제어하기 위한 소정 레벨의 전압 또는 전류를 포함할 수 있다.
슬레이브 제어부(11b)는 특정 슬레이브(11)의 동작과 슬레이브(11)의 각 구성요소를 제어한다. 슬레이브 제어부(11b)는 마스터(10a)의 제어신호나 미리 저장된 프로그램의 명령이나 신호에 따라 각 구성요소를 제어하여 슬레이브(11)를 작동시킬 수 있다. 슬레이브 제어부(10b)는 집적회로(IC)나 플립플롭을 이용한 논리회로로 구현되어 셀 전압측정모듈과 셀 온도측정모듈을 제어하도록 구현될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 슬레이브는 도 1 및 도 4에서 언급한 셀 밸런싱부를 더 포함할 수 있다. 이러한 셀 밸런싱부는 마스터 또는 배터리 관리 시스템 내에 설치되는 셀 밸런싱부와 실질적으로 동일하므로 그에 대한 상세 설명은 생략한다.
도 6은 도 1의 배터리 관리 시스템에 대한 고장 여부의 판단 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 고장 여부의 자가 진단을 위해 배터리 관리 시스템의 연산 능력을 연산값 비교와 연산에 걸린 시간을 수치화하고, 이를 이용해 메시지 전송 및 수신 시의 메시지 왕복시간(Round Trip Time, 이하 RTT) 값을 계산하여 배터리 관리 시스템의 신뢰도 점수를 도출하고 이를 토대로 배터리 관리 시스템의 고장 여부를 판단한다.
즉, 배터리 관리 시스템의 연산 능력을 확인하는 방법은, 배터리 관리 시스템의 마스터(10a)가 연산자와 변수로 구성된 연산식을 생성하고 내부 통신망의 데이터 통신을 통해 특정 슬레이브(13)로 전송한다(S61). 그리고 슬레이브(13)의 슬레이브 제어부가 미리 설정된 절차(설정)에 따라 이를 계산하고(S62), 계산에 소요된 연산 시간을 측정한 후(S63), 결과값과 연산시간(T2)을 포함하는 연산 결과(R)를 마스터(10a)에 응답하도록 하는(S64) 기능을 부가함으로써 구현될 수 있다. 연산시간은 마이크로초(㎲)일 수 있다.
전술한 연산식(E)의 일례를 나타내면 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
또한, 전술한 연산 결과(R)의 일례를 나타내면 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
전술한 기능을 통해 획득한 연산 결과의 결과값이 미리 설정된 기준값과 다르거나 기준 오차 범위를 벗어날 때마다 점수를 차감하고, 차감 점수가 일정 점수이상 증가하여 미리 설정된 신뢰도 점수보다 낮을 때, 해당 슬레이브를 고장으로 판단할 수 있다(S65). 또한, 마스터(10a)는 신뢰도 점수의 계산을 통해 슬레이브(13)의 고장 여부를 판단하는데 있어서, 슬레이브(13)에서의 연산 시간이 증가할수록 점수를 가중하여 차감할 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 본 실시예에서는 RTT(Round Trip Time) 계산 결과를 활용하여 배터리 관리 시스템의 슬레이브나 마스터의 고장 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해, 마스터 제어부는 메시지 송수신 시의 RTT를 구할 수 있다. RTT는 마스터(10a)의 연산 시간(T1)에서 특정 슬레이브(13)의 연산 시간(T2)을 뺀 시간으로 계산될 수 있다.
계산된 RTT 값이 증가하면, 슬레이브(13)에 대한 점수를 미리 설정된 기준 점수로부터 차감시키고, 슬레이브(13)에 대한 메시지 전송 주기를 조절하여 다시 테스트할 수 있다. 또한, 계산된 RTT 값이 미리 설정된 특정 값 이상이면, 즉시 슬레이브(13)를 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 구현에 따라서 하나의 슬레이브(13)에 대한 고장 여부의 판단은 메인 통신망, 서브 통신망 또는 이 둘 모두를 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 마스터 제어부는 메인 통신망으로 연결된 특정 슬레이브에 소정의 연산식을 전송하고, 슬레이브의 응답에서 연산 결과에 포함된 RTT 값이 감소하는 경우, 서브 통신망을 사용하도록 해당 슬레이브를 제어할 수 있다. 또한 이와 유사하게, 서브 통신망을 사용하는 특정 슬레이브에서 RTT 값이 감소하는 경우, 마스터(10a)는 메인 통신망을 통해 메시지를 송수신하도록 해당 슬레이브를 제어할 수 있다. 한편, RTT 값이 감소하지 않거나 계속 증가할 경우, 마스터(10a)는 해당 슬레이브(13)를 고장으로 판단하고, 현재 사용중인 메인 통신망 대신에 서브 통신망을 사용하도록 해당 슬레이브를 제어할 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 슬레이브의 연산 결과값을 토대로 슬레이브를 고장으로 판단하거나 이 슬레이브에 해당하는 슬레이브 BMS를 고장으로 판단할 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 마스터(10a)에서 특정 슬레이브의 고장 여부를 판단하는 것을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 본 실시예의 다른 구현예에서는 위에서 설명한 절차에서 마스터와 특정 슬레이브의 역할을 바꾸는 것과 같은 실질적으로 동일한 절차를 통해 특정 슬레이브가 마스터의 고장 여부를 판단하도록 이루어질 수 있다. 이 경우, 고장 여부를 판단하는 측은 테스터(tester)가 되고, 고장 여부가 판단되는 대상은 타겟(target)이 될 수 있다.
또한 전술한 실시예에 있어서, 마스터는 고장으로 판단된 슬레이브에 대하여 전원을 공급하는 공급자로서, 해당 슬레이브의 전원을 차단하도록 전원차단 제어신호를 해당 슬레이브나 해당 슬레이브에 전원을 전달하는 다른 슬레이브에 전송할 수 있다. 즉, 마스터는 고장으로 판단한 슬레이브의 전원을 차단할 수 있는 전원차단신호나 이와 관련된 메시지를 특정 슬레이브에 전달하여 고장인 슬레이브의 전원을 특정 시간 동안 차단할 수 있다. 이를 통해 해당 슬레이브는 초기화 과정을 다시 진행하여, 이상 동작을 발생시킨 원인을 제거할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 마스터는 테스터로서 연산 요청 신호의 전송 후 응답의 수신 시간에 대응하는 RTT(Round Trip Time)을 미리 설정된 시간과 비교하고, 비교 결과에 따라 RTT가 제1 특정 값 이상인 슬레이브는 서브 통신망을 사용하도록 제어하고 RTT가 제1 특정 값보다 작은 슬레이브는 메인 통신망을 사용하도록 제어할 수 있다. 또한, 마스터는 서브 통신망을 사용하는 1개 이상의 슬레이브의 RTT가 제1 특정 값보다 큰 제2 특정 값 이상일 때 해당 슬레이브를 고장으로 판단할 수 있다. 또한, 마스터는 고장 슬레이브의 입력단에 연결되는 전원라인을 차단하기 위한 전원차단신호라인에 전원차단 제어신호를 전송하고 전원차단 제어신호에 의해 고장 슬레이브의 전원을 미리 정해진 시간 동안 차단하여 고장 슬레이브를 초기화할 수 있다. 전술한 구성에 의하면, 배터리 관리 시스템의 동작 신뢰도를 높여 전기자동차의 운용 중 안정성을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 마스터(10a), 복수의 슬레이브(11, 12, 13) 및 감시장치(40)를 포함한다. 마스터(10a)와 복수의 슬레이브(11, 12, 13)는 배터리 관리 시스템(100)의 제어부를 구성할 수 있다. 이 경우, 감시장치(40)는 제어부에 포함되지 않을 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일 모듈의 제어부에 포함되도록 설치될 수 있다. 또한, 구현에 따라서 제어부는 복수의 슬레이브(11, 12, 13)를 외부에 배치한 상태로 마스터(10a)와 감시장치(40)를 포함하도록 구현될 수 있다.
또한, 배터리 관리 시스템(100)은 마스터(10a)와 복수의 슬레이브(11, 12, 13)와 감시장치(40)를 연결하는 내부 통신망(C1, C3)과, 마스터(10a)와 감시장치(40)를 연결하는 추가 통신망(C4)과, 복수의 슬레이브(11, 12, 13)와 감시장치(40)를 연결하는 추가 통신망(C5)과, 마스터(10a)와 상위모듈(상위장치)을 연결하는 외부 통신망(C6)과, 이 외부 통신망(C6)과 감시장치(40)를 연결하는 외부 통신망(C7)을 포함한다.
배터리 관리 시스템(100)은 배터리 팩 내부에 삽입될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 배터리 팩 외부에 설치될 수 있다. 그 경우, 배터리 팩과 배터리 관리 시스템(100)은 배터리 시스템으로 불릴 수 있다.
도 8은 도 7의 배터리 관리 시스템의 감시장치에 대한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 감시장치(40)는 통신기능 감시부(41) 및 혼잡도 감시부(42)를 포함한다. 또한, 감시장치(40)는 구현에 따라서 복구신호 발생부(43)를 더 포함할 수 있다.
감시장치(40)는 배터리 관리 시스템에 연결되어 배터리 데이터를 기록하는 베터리 데이터 기록장치(BDR: Battery Data Recorder)와 데이터 통신을 수행할 수 있고, 배터리 관리 시스템(BMS)의 마스터 또는 복수의 슬레이브와 각각 데이터 통신을 수행할 수 있다.
통신기능 감시부(41)는 배터리 관리 시스템의 구성요소들 특히, 마스터(10a)또는 복수의 슬레이브(11, 12, 13)의 통신 기능을 확인하기 위한 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함한다. 통신기능 감시부(41)는 미리 정해진 메시지를 생성하는 메시지 생성부와, 생성된 메시지를 미리 설정된 대상으로 전송하는 메시지 전송부와, 메시지가 전송된 대상으로부터 응답을 수신하는 응답 수신부와, 전송된 메시지와 수신된 메시지를 비교하여 동일 여부를 판단하는 비교부(또는 제1 비교부)를 구비할 수 있다.
혼잡도 감시부(42)는 배터리 관리 시스템의 구성요소들 특히, 마스터(10a)또는 복수의 슬레이브(11, 12, 13)과의 통신만 혼잡도를 감시하기 위한 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함한다. 혼잡도 감시부(42)는 타임스탬프(제1 타임스탬프)를 생성하는 타임스탬프 생성부와, 통신기능 감시부(41)의 메시지 생성부에 타임스탬프를 제공하는 타임스탬프 공급부와, 통신기능 감시부(41)의 응답 수신부로부터 받은 타임스탬프(제2 타임스탬프)와 제1 타임스탬프를 비교하는 비교부(또는 제2 비교부)를 구비할 수 있다.
제2 비교부는 제2 타임스탬프의 제2 시간에서 제1 타임스탬프의 제1 시간을 뺀 경과시간이 미리 설정된 기준시간보다 작은지를 판단하도록 구현될 수 있다. 그리고, 제2 비교부의 비교결과, 제2 타임스탬프의 값이 증가하면 해당 구성요소에 대한 통신망의 혼잡도가 높아진 것으로 판단하고, 높아진 혼잡도의 크기에 따라 미리 설정된 동작을 수행할 수 있다. 미리 설정된 동작은 혼잡도 기록, 대상 구성요소의 초기화 등을 위한 신호 출력 등의 동작을 포함할 수 있다.
복구신호 발생부(43)는 통신기능 이상으로 판정되거나 혼잡도가 증가한 1개 이상의 슬레이브나 마스터를 초기화하기 위한 복수신호(Reset Signal)를 발생시킨다. 복수신호 발생부(43)는 복수신호를 직접 생성할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 슬레이브의 고장인 경우, 마스터에 해당 슬레이브에 사용할 복수신호의 생성과 전송을 요청하는 방식으로 작동하도록 구현될 수 있다.
도 9는 도 7의 배터리 관리 시스템에 대한 고장 여부의 판단 원리를 설명하기 위한 신호 흐름의 예시도이다.
본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 고장 여부의 판단 절차는 배터리 관리 시스템의 마스터에 대한 고장 여부를 판단하는 과정을 나타낸다. 이러한 고장 여부 판단 방법은 마스터 이외에 특정 슬레이브의 고장 여부를 판단하는데 이용할 수 있음은 당연하다.
도 9를 참조하여 본 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 마스터에 대한 고장 여부 판단 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 감시장치(40)는 미리 설정된 메시지를 내부 통신망(C3)을 통해 마스터(10a)에 전송한다(S91). 미리 설정된 메시지는 추가통신망으로 응답을 요청하는 내용 "추가통신망"을 포함하는 요청 메시지일 수 있다. 이 경우, 정상 상태에서 마스터(10a)는 특정 정보 예컨대, "추가통신망"을 포함하는 응답 메시지를 추가 통신망(C4)을 통해 감시장치(40)로 전송하게 된다. 하지만, 마스터(10a)가 고장이거나 비정상 상태이면, 마스터(10a)는 내부 통신망(C3)을 통해 응답 메시지를 회신하거나 응답 메시지를 회신하지 않을 수 있으며, 혹은 추가 통신망(C4)을 통해 특정 정보가 아닌 임의의 정보를 포함한 응답 메시지를 회신할 수 있다. 전술한 구성에 의하면, 감시장치(40)는 응답 메시지를 확인하여 마스터(10a)의 상태(정상, 비정상, 고장 등)을 판단할 수 있고, 구현에 따라 복구신호를 발생시켜 마스터(10a)를 초기화할 수 있다.
또한, 감시장치(40)는 미리 설정된 메시지를 외부 통신망(C7)을 통해 마스터(10a)에 전송할 수 있다(S93). 미리 설정된 메시지는 추가통신망으로 응답을 요청하는 내용 "추가통신망"을 포함하는 요청 메시지일 수 있다. 이 경우, 정상 상태에서 마스터(10a)는 특정 정보 예컨대, "추가통신망"을 포함하는 응답 메시지를 추가 통신망(C4)을 통해 감시장치(40)로 전송하게 된다. 하지만, 마스터(10a)가 고장이거나 비정상 상태이면, 마스터(10a)는 외부 통신망(C7)을 통해 응답 메시지를 회신하거나 응답 메시지를 회신하지 않을 수 있으며, 혹은 추가 통신망(C4)을 통해 특정 정보가 아닌 임의의 정보를 포함한 응답 메시지를 회신할 수 있다. 전술한 구성에 의하면, 감시장치(40)는 응답 메시지를 확인하여 마스터(10a)의 상태(정상, 비정상, 고장 등)을 판단할 수 있고, 구현에 따라 복구신호를 발생시켜 마스터(10a)를 초기화할 수 있다.
전술한 통신이상 감시 절차에 있어서, 감시장치(40)는 내부 통신망, 추가 통신망 및 외부 통신망 중 1개 이상의 통신망을 이용하여 한 쌍 이상의 요청 및 응답 메시지를 이용하여 배터리 관리 시스템의 전자장치들에 대한 고장 여부의 감시와 복구 기능을 수행할 수 있다.
또한, 메시지에 타임스탬프를 추가하는 방식으로, 배터리 관리 시스템 내의 전자장치들에 대한 통신기능 감시뿐 아니라 각 전자장치(마스터 또는 슬레이브 포함)의 통신망 혼잡도 혹은 부하 정도를 판단할 수 있고, 이를 통해 해당 전자장치의 상태를 판단할 수 있다. 특히, 혼잡도 혹은 부하 정도의 판단과 통신이상에 대한 감지를 조합하여 수행함으로써 더욱 효과적이고 정밀하게 전자장치의 고장 여부를 판단할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 감시장치(40)는 구현에 따라서 전술한 메시지와 함께 내부 통신망, 추가 통신망 또는 외부 통신망에 오가는 모든 메시지를 감시할 수 있다. 이때, 감시장치(40)는 각 메시지 마다 허용된 값을 벗어나는 값을 수신하는 경우에 해당 메시지를 보낸 마스터나 슬레이브의 메시지 에러카운트를 증가시킬 수 있다. 메시지 에러카운트가 제1 특정값 이상 증가하면, 해당 마스터나 슬레이브에 메시지 에러임을 알릴 수 있다. 그리고, 메시지 에러카운트가 제2 특정값 이상 증가한다면, 해당 마스터나 슬레이브를 고장으로 판단하고, 이를 전파할 수 있다. 여기서, 제2 특정값은 제1 특정값보다 크다.
본 실시예에서, 복수의 슬레이브 중 어느 하나 또는 마스터는 고장 여부가 판단되는 대상인 타겟이 되고, 감시장치(40)는 타겟의 고장 여부를 판단하는 테스터가 될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 배터리 관리 시스템은 감시장치를 이용하여 마스터 또는 슬레이브의 통신 기능의 이상 여부를 감시하고, 통신망의 혼잡도를 계산하며, 메시지의 에러를 감시함으로써, 고장 여부를 실시간 신뢰성 있게 판단할 수 있고, 그에 의해 배터리 관리 시스템이 탑재되는 전기자동차의 운행 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기자동차의 개략적인 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전기자동차(300)는, 배터리 관리 시스템(100), 배터리 모듈(200), 전자제어장치(310) 및 CAN(Controller Area Network) 통신망(320)을 포함한다. 또한, 전기자동차(300)는 인버터, 모터, T/M(Transmission), EPS(Electric Power Steering) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 인버터는 배터리 모듈(200)의 전력을 변환하고, 모터는 인버터의 변환 전력에 의해 구동되며, T/M은 모터에 의해 구동되어 바퀴를 회전시키며, EPS는 운전 시 바퀴의 방향을 제어하는 핸들의 움직임을 원활하게 해주어 역할을 담당한다.
배터리 관리 시스템(100)은 도 1 내지 도 9를 참조하여 앞서 설명한 실시예들 중 어느 하나의 배터리 관리 시스템일 수 있다.
배터리 모듈(200)은 복수의 셀 스택 또는 셀 어셈블리를 포함한다. 셀 어셈블리는 복수의 셀 중 1개 이상과 연결되는 연결단자를 포함할 수 있다. 배터리 모듈(200)은 복수의 셀 어셈블리를 직렬 또는 병렬 연결하여 미리 설정된 정력 출력 전압과 용량 특성을 구비할 수 있다.
전자제어장치(Electric Control Unit, ECU)(310)는 전기자동차(300)에 1개 이상 설치될 수 있다. 전자제어장치(310)는 가속 페달 계통으로부터의 신호(M1), 브레이크 계통으로부터의 신호(M2), 기타 차량에서 이용되는 계통으로부터의 신호(M3)에 따라 전기자동차(300)의 대응 구성요소를 제어할 수 있다.
본 실시예에서 전자제어장치(310)는 배터리 관리 시스템(100)과 데이터 통신을 수행하는 장치를 지칭한다. 이러한 전자제어장치(310)는 배터리 모듈(200)이나 배터리 모듈의 셀 어셈블리에 대한 데이터를 저장하는 배터리 데이터 기록장치로서 기능하거나 배터리 데이터 기록장치의 일부 구성부로서 메모리 등의 저장장치를 관리할 수 있다.
또한, 전자제어장치(310)는 배터리 관리 시스템(100)의 감시장치와 연동하여 배터리 관리 시스템(100)의 마스터와 슬레이브의 고장 여부를 감시하고, 필요 시 고장 상태인 마스터 또는 슬레이브를 초기화하도록 작동할 수 있다.
CAN 통신망(320)은 2개의 버스를 가지며, 통신선 상에 데이터를 띄어놓고 필요한 데이터를 가져다 사용하는 방식의 네트워크를 지칭한다. CAN 통신망(320)은 두 개의 버스가 꼬인 쌍(twist pair) 형태를 가지고 차동(differential) 통신을 수행하므로 전기적인 노이즈에 매우 강한 특징이 있다. 다만, 두 버스의 전압 차이로 데이터를 읽기 때문에 만약 두 개 중 하나라도 단선이 되는 경우 통신이 불가능하므로 이에 대한 적절한 보호 대책이 수반될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 고장 유무 등의 상태를 자가진단하고 복수할 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공할 수 있을 뿐 아니라 이러한 배터리 관리 시스템을 통해 안정적인 전력을 전기자동차에 공급할 수 있으므로 전기자동차의 운행 중 배터리 전력 이상에 의한 운행 정지 등을 방지하여 전기자동차 운행에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서와 같이 실시 예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제어부
10a: 마스터
11, 12, 13: 슬레이브
20: 측정부
30: 셀 밸런싱부
40: 감시장치
100: 배터리 관리 시스템
200: 배터리 모듈
210: 스위칭박스
400: 배터리 팩

Claims (10)

  1. 배터리 모듈의 복수의 셀에 대한 셀 전압 또는 셀 온도를 각각 측정하는 복수의 슬레이브;
    상기 배터리 모듈의 팩 전압 또는 팩 전류를 측정하고 상기 셀 전압, 셀 온도, 상기 팩 전압, 상기 팩 전류 또는 이들의 조합에 따라 상기 배터리 모듈의 출력 전력을 제어하는 마스터;
    상기 마스터와 상기 복수의 슬레이브를 연결하는 메인 통신망; 및
    상기 마스터와 상기 복수의 슬레이브를 연결하는 서브 통신망;
    을 포함하고,
    상기 복수의 슬레이브 중 어느 하나와 상기 마스터 중에서 선택되는 하나의 테스터는 나머지 하나인 타겟의 연산능력을 확인하기 위한 연산식을 생성하고, 상기 연산식을 포함한 연산 요청 신호를 상기 타겟에 전송하고, 상기 타겟으로부터 상기 연산식에 대한 결과값과 연산 시간을 포함한 응답을 수신하고, 상기 결과값과 연산 시간을 토대로 상기 타겟의 정상, 비정상 또는 고장 상태를 판단하는 배터리 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 테스터가 상기 마스터일 때, 상기 테스터는 상기 연산 요청 신호의 전송 후 상기 응답의 수신 시간에 대응하는 RTT(Round Trip Time)을 미리 설정된 시간과 비교하고, 상기 RTT가 제1 특정 값 이상인 슬레이브는 상기 서브 통신망을 사용하도록 제어하고 상기 RTT가 상기 제1 특정 값보다 작은 슬레이브는 상기 메인 통신망을 사용하도록 제어하는 배터리 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 테스터는 상기 서브 통신망을 사용하는 1개 이상의 슬레이브의 RTT가 상기 제1 특정 값보다 큰 제2 특정 값 이상일 때 해당 슬레이브를 고장으로 판단하는 배터리 관리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 마스터에서부터 상기 복수의 슬레이브 각각을 미리 정해진 순서대로 체인 형태로 연결하는 복수 쌍의 전원라인과 전원차단신호라인을 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 테스터는 고장 슬레이브의 입력단에 연결되는 전원라인의 차단을 위한 전원차단신호라인에 전원차단 제어신호를 전송하고 상기 전원차단 제어신호에 의해 상기 고장 슬레이브의 전원을 미리 정해진 시간 동안 차단하여 상기 고장 슬레이브를 초기화하는 배터리 관리 시스템.
  6. 배터리 모듈의 복수의 셀에 대한 셀 전압 또는 셀 온도를 각각 측정하는 복수의 슬레이브;
    상기 배터리 모듈의 팩 전압 또는 팩 전류를 측정하고 상기 셀 전압, 셀 온도, 상기 팩 전압, 상기 팩 전류 또는 이들의 조합에 따라 상기 배터리 모듈의 출력 전력을 제어하는 마스터;
    상기 마스터와 상기 복수의 슬레이브의 통신 능력과 통신 데이터를 확인하여 상기 마스터 또는 상기 복수의 슬레이브의 고장 여부를 판단하는 감시장치;
    상기 마스터와 상기 복수의 슬레이브와 상기 감시장치를 연결하는 내부 통신망;
    상기 마스터와 상기 감시장치를 연결하고, 상기 복수의 슬레이브와 상기 감시장치를 연결하는 복수의 추가 통신망; 및
    상기 마스터와 상기 감시장치와 외부 모듈을 연결하는 외부 통신망;
    을 포함하는 배터리 관리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 감시장치는 상기 복수의 슬레이브 중 적어도 어느 하나 및 상기 마스터에서 선택되는 1개 이상의 타겟에 미리 설정한 명령 정보를 포함하는 테스트 메시지를 전송하고, 상기 타겟으로부터 응답 메시지를 수신하고, 상기 명령 정보가 상기 응답 메시지에 포함되었는지 또는 상기 명령 정보에 따른 통신망으로 상기 응답 메시지가 수신되었는지를 판단하며, 판단 결과에 따라 상기 1개 이상의 타겟을 고장으로 판단하기 위한 통신기능 감시부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 감시장치에 타임스탬프를 제공하는 혼합도 감시부를 더 포함하고,
    상기 혼합도 감시부는 상기 테스트 메시지에 포함되는 제1 타임스탬프와 상기 응답 메시지에 의해 생성되는 제2 타임스탬프를 토대로 상기 1개 이상의 타겟의 상태를 추가로 판단하는 배터리 관리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 통신기능 감시부 또는 상기 혼합도 감시부의 감시 결과에 따라 고장 상태의 타겟에 복구신호를 제공하여 상기 고장 상태의 타겟의 전원을 미리 설정된 시간 동안 차단하는 복구신호 발생부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 배터리 관리 시스템;
    상기 배터리 관리 시스템에 의해 제어되는 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈의 전원에 의해 작동하여 바퀴를 구동하는 모터;
    를 포함하는 전기자동차.
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