KR20180079769A

KR20180079769A - 배터리 시스템

Info

Publication number: KR20180079769A
Application number: KR1020170000356A
Authority: KR
Inventors: 이성환; 김대현; 임창진; 노영훈; 이준영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-01-02
Filing date: 2017-01-02
Publication date: 2018-07-11

Abstract

본 발명은 병렬 연결된 배터리 장치들의 충방전을 제어하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병렬로 연결된 배터리 장치들의 우선 순위를 기초로, 배터리 장치 중 일부에 에러가 발생하는 경우에도 정상 동작 할 수 있는 배터리 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 배터리 시스템은 제1 내지 제3 랙 BMS 중에서 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작하고, 이때, 마스터 BMS는 나머지 랙 BMS로부터 수신한 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(PCS)에 제공하되, 상기 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 그 다음 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작함으로써 배터리 시스템을 정상적으로 동작시킨다. 이를 통해, 배터리 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 사용자의 시스템에 대한 신뢰감을 높일 수 있다.

Description

배터리 시스템{BATTERY SYSTEM}

<1> 본 발명은 병렬 연결된 배터리 장치들의 충방전을 제어하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병렬로 연결된 배터리 장치들의 우선 순위를 기초로, 배터리 장치 중 일부에 에러가 발생하는 경우에도 정상 동작 할 수 있는 배터리 시스템에 관한 것이다.

<2> 환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 에너지 저장 시스템은 이러한 신재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.

<3> 에너지 저장 시스템에 있어서, 배터리의 효율적 관리가 중요한 요소 중 하나이다. 배터리는 충전, 방전, 셀 밸런싱 등 다양한 사항에 대하여 관리를 하여야 한다. 배터리를 효율적으로 관리하여 배터리의 수명을 늘릴 수 있으며, 부하에 안정적으로 전력을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 에너지 저장 시스템은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 'BMS'라 함)이 탑재될 수 있다. BMS는 전체 배터리 관리 시스템을 제어하기 위한 마스터 BMS와 각 배터리 셀의 상태를 제어하기 위한 슬레이브 BMS를 포함할 수 있다.

<4> 종래의 배터리 시스템은 병렬로 연결된 복수의 랙 BMS를 총괄하여 제어하는 시스템 BMS를 독립적으로 두어 병렬 연결된 랙 BMS를 제어하는 구조를 채택하였다. 이때, 각각의 랙 BMS는 배터리 랙(Battery Rack)을 제어한다. 다만, 이러한 구조의 경우, 시스템 BMS가 고장나는 경우, 배터리 시스템 전체의 동작이 멈추는 문제점이 있었다.

<5> 또한, 종래의 배터리 시스템은 랙 BMS를 추가로 확장하려는 경우, 여러 가지 제약 사항이 존재하여, 전력 용량을 추가로 늘리기 어려운 문제점이 있었다.

<6> 본 발명의 목적은 배터리 시스템의 마스터 BMS에 고장이나 이상이 발생하는 경우, 병렬 연결된 랙 BMS 중 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작 함으로써 페일 세이프(fail safe) 할 수 있는 배터리 시스템을 제공하는 것이다.

<7> 본 발명의 다른 목적은 배터리 시스템에 새로운 랙 BMS를 추가하여 용량을 확장하려는 경우, 새로 추가되는 랙 BMS에 후순위의 우선 순위를 부여한 뒤 슬레이브 BMS로서 동작하게 하는 방식을 이용함으로써, 랙 BMS의 확장성을 높인 배터리 시스템을 제공하는 것이다.

<8> 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 제1 내지 제3 랙 BMS 중에서 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작하고, 이때, 마스터 BMS는 나머지 랙 BMS로부터 수신한 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(PCS)에 제공한다. 만약, 상기 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 그 다음 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작함으로써 배터리 시스템을 정상적으로 동작시킨다.

<9> 본 발명에 따른 배터리 시스템은 새로 추가되는 랙 BMS에 기존에 존재하는 랙 BMS의 후순위에 해당하는 우선 순위를 순차적으로 부여함으로써, 별도의 제약 사항 없이 배터리 시스템의 용량을 확장시킬 수 있다.

<10> 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 전력 변환 시스템(PCS)과 신호를 주고 받는 마스터 BMS에 고장이나 이상이 발생하여 정상적으로 동작하지 않더라도, 다른 후순위인 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작하게 함으로써 배터리 시스템을 정상 동작 시킬 수 있다. 이를 통해, 배터리 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 사용자의 시스템에 대한 신뢰감을 높일 수 있다. 또한, 배터리 시스템의 유지 보수에 드는 비용을 절감할 수 있다.

<11> 또한, 본 발명에 따른 배터리 시스템은 새로 추가되는 랙 BMS에 후순위의 우선 순위를 부여한 뒤 슬레이브 BMS로서 동작 가능하게 하는 방식을 이용함으로써, 배터리 시스템에 새로운 랙 BMS를 추가하는 것이 용이해질 수 있다. 이를 통해, 추가적으로 용량을 확장시키는데 필요한 비용을 절감할 수 있으며, 시스템의 확장성이 향상될 수 있다. 또한, 새로운 랙 BMS의 설치가 용이해져 사용자의 편의성이 증가될 수 있다.

<12> 도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 나타내는 블럭도이다.
<13> 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
<14> 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
<15> 도 4 내지 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 시스템을 동작을 설명하기 위한 블럭도이다.

<16> 본 명세서 및 특허청구범위에 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 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 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.

<17> 이하, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

<18> 도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 나타내는 블럭도이다.

<19> 도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템(Energy Save System; 이하, ESS)(1)은 발전 시스템(2), 계통(3)과 연계하여 부하(4)에 전력을 공급한다.

<20> 발전 시스템(2)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(2)은 생산한 전력을 에너지 저장 시스템(1)에 공급한다. 발전 시스템(2)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 발전 시스템(2)은 상기 언급한 종류에 한정되는 것은 아니다. 태양열이나 지열 등, 신 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정이나 공장에 분산된 에너지 저장 시스템(1)에 적용하기에 적합하다. 발전 시스템(2)은 다수의 발전 모듈을 병렬로 구비하고 발전 모듈 별로 전력을 생산함으로써 대용량 전력 시스템을 구성할 수 있다.

<21> 계통(3)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(3)은 정상 상태인 경우, 에너지 저장 시스템(1)으로 전력을 공급하여 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(200)에 전력이 공급되도록 하고, 에너지 저장 시스템(1)으로부터 전력을 공급받는다. 계통(3)이 비정상 상태인 경우, 계통(3)으로부터 에너지 저장 시스템(1)으로의 전력 공급은 중단되고, 에너지 저장 시스템(1)으로부터 계통(3)으로의 전력 공급 또한 중단된다.

<22> 부하(4)는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력, 배터리 시스템(200)에 저장된 전력, 또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 소비한다. 가정이나 공장 등이 부하(4)의 일 예일 수 있다.

<23> 에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 배터리 시스템(200)에 저장하고, 생산한 전력을 계통(3)으로 공급할 수 있다. 에너지 저장 시스템(1)은 배터리 시스템(200)에 저장된 전력을 계통(3)으로 공급하거나, 계통(3)으로부터 공급된 전력을 배터리 시스템(200)에 저장할 수도 있다. 또한 에너지 저장 시스템(1)은 계통(3)이 비정상 상태일 경우, 예를 들면 정전이 발생한 경우에는 UPS(uninterruptible power supply) 동작을 수행하여 부하(4)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 에너지 저장 시스템(1)은 계통(3)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(2)이 생산한 전력이나 배터리 시스템(200)에 저장되어 있는 전력을 부하(4)로 공급할 수 있다.

<24> 에너지 저장 시스템(1)은 전력 변환을 제어하는 전력 변환 시스템(power conversion system, 이하 'PCS'라 함)(100), 배터리 시스템(200), 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40) 등을 포함한다.

<25> 전력 변환 시스템(PCS)(100)은 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(200)의 전력을 적절한 전력으로 변환하여 필요한 곳에 공급한다. 전력 변환 시스템(100)은 전력 변환부(11), DC 링크부(12), 인버터(13), 컨버터(14), 통합 제어기(15)를 포함한다.

<26> 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)과 DC 링크부(12) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 DC 링크부(12)로 전달하며, 이때 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환한다.

<27> 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)의 종류에 따라서 컨버터, 정류회로 등의 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 직류인 경우, 전력 변환부(11)는 직류를 직류로 변환하기 위한 컨버터일 수 있다. 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 교류인 경우, 전력 변환부(11)는 교류를 직류로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. 특히 발전 시스템(2)이 태양광 발전 시스템인 경우, 전력 변환부(11)는 일사량, 온도 등의 변화에 따라서 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(maximum power point tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 동작을 중지하여 컨버터 등에서 소비되는 전력을 최소화시킬 수도 있다.

<28> 직류 링크 전압은 발전 시스템(2) 또는 계통(3)에서의 순시 전압 강하, 부하(4)에서의 피크 부하 발생 등으로 인하여 그 크기가 불안정해 지는 경우가 있다. 그러나 직류 링크 전압은 컨버터(14) 및 인버터(13)의 정상 동작을 위하여 안정될 필요가 있다. DC 링크부(12)는 전력 변환부(11)와 인버터(13) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. DC 링크부(12)로서, 예를 들어 대용량 캐패시터 등을 사용할 수 있다.

<29> 인버터(13)는 DC 링크부(12)와 제1 스위치(30) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 인버터(13)는 방전 모드에서 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(200)으로부터 출력된 직류 링크 전압을 계통(3)의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(13)는 충전 모드에서 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(200)에 저장하기 위하여 계통(3)의 교류 전압을 정류하고 직류 링크 전압으로 변환하여 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 즉 인버터(13)는 입력 및 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터일 수 있다.

<30> 인버터(13)는 계통(3)으로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(13)는 무효 전력의 발생을 억제하기 위하여 인버터(13)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(3)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 인버터(13)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(13)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화 하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.

<31> 컨버터(14)는 DC 링크부(12)와 배터리 시스템(200) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 컨버터(14)는 방전 모드에서 배터리 시스템(200)에 저장된 전력을 인버터(13)에서 요구하는 전압 레벨 즉, 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력하는 컨버터를 포함한다. 또한 컨버터(14)는 충전 모드에서 전력 변환부(11)에서 출력되는 전력이나 인버터(13)에서 출력되는 전력의 전압을 배터리 시스템(200)에서 요구하는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환하는 컨버터를 포함한다. 즉, 컨버터(14)는 입력 및 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 컨버터일 수 있다. 컨버터(14)는 배터리 시스템(200)의 충전 또는 방전이 필요 없는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비를 최소화 할 수도 있다.

<32> 통합 제어기(15)는 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(200) 및 부하(4)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 결과에 따라서 전력 변환부(11), 인버터(13), 컨버터(14), 배터리 시스템(200), 제1 스위치(30), 제2 스위치(40)의 동작을 제어한다. 통합 제어기(15)는 계통(3)에 정전이 발생하였는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력을 생산하는 경우 그 생산량, 배터리 시스템(200)의 충전 상태, 부하(4)의 소비 전력량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다. 또한 통합 제어기(15)는 계통(3)에 정전이 발생하는 등, 부하(4)로 공급할 전력이 충분하지 않은 경우에는 부하(4) 내에 포함된 전력 사용 기기들에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 높은 전력 사용 기기로 전력을 공급하도록 부하(4)를 제어할 수도 있을 것이다.

<33> 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)는 인버터(13)와 계통(3) 사이에 직렬로 연결되며, 통합 제어기(15)의 제어에 따라서 on/off 동작을 수행하여 발전 시스템(2)과 계통(3) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 제1 스위치(30)와 제2 스위치(40)는 발전 시스템(2), 계통(3) 및 배터리 시스템(200)의 상태에 따라서 on/off가 결정될 수 있다.

<34> 구체적으로, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(200)의 전력을 부하(4)로 공급하는 경우 또는 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(200)에 공급하는 경우, 제1 스위치(30)를 on 상태로 한다. 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(200)의 전력을 계통(3)으로 공급하는 경우 또는 계통(3)의 전력을 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(200)에 공급하는 경우에는 제2 스위치(40)를 on 상태로 한다.

<35> 한편, 계통(3)에서 정전이 발생한 경우에는, 제2 스위치(40)를 off 상태로 하고 제1 스위치(30)를 on 상태로 한다. 즉, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(200)으로부터의 전력을 부하(4)에 공급하는 동시에, 부하(4)로 공급되는 전력이 계통(3) 측으로 흐르는 것을 방지한다. 이로 인하여 에너지 저장 시스템(1)의 단독 운전을 방지하여 계통(3)의 전력선 등에서 작업하는 인부가 에너지 저장 시스템(1)으로부터의 전력에 의하여 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.

<36> 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)로는 큰 전류에 견딜 수 있는 릴레이(relay) 등의 스위칭 장치가 사용될 수 있다.

<37> 배터리 시스템(200)은 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)의 전력을 공급받아 저장하고, 부하(4) 또는 계통(3)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리 시스템(200)은 전력을 저장하는 부분과 이를 제어하는 부분을 포함할 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 배터리 시스템(200)에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.

<38> 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.

<39> 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(200)은 복수의 랙 BMS(221, 223, 225)와 각각의 랙 BMS에 연결된 배터리 랙(231, 233, 235), 및 복수의 랙 BMS를 연결하는 버스(210)를 포함한다.

<40> 각각의 랙 BMS(221, 223, 225)는 배터리 랙(231, 233, 235)을 제어한다. 예를 들어, 제1 랙 BMS(221)는 제1 배터리 랙(231)을 제어하고, 제2 랙 BMS(223)는 제2 배터리 랙(233)을 제어하고, 제3 랙 BMS(225)는 제3 배터리 랙(235)을 제어할 수 있다.

<41> 각각의 배터리 랙(231, 233, 235)은 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀로는 충전 가능한 다양한 이차 전지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀에 사용되는 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery) 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등 일 수 있다.

<42> 이하에서는 복수의 랙 BMS(221, 223, 225) 중 제1 랙 BMS(221)를 예를 들어 설명하도록 한다.

<43> 제1 랙 BMS(221)는 제1 배터리 랙(231)에 연결되며, 제1 배터리 랙(231)의 충전 및 방전 동작을 제어한다. 또한, 제1 랙 BMS(221)는, 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해 제1 랙 BMS(221)는 제1 배터리 랙(231)으로 동기 신호를 전송하고, 제1 배터리 랙(231)으로부터 시간 간격을 두고 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등에 대한 모니터링 데이터를 수신할 수 있다.

<44> 제1 랙 BMS(221)는 수신한 모니터링 데이터를 전력 변환 시스템(100)에 전달할 수 있다. 또한, 제1 랙 BMS(221)는 전력 변환 시스템(100)으로부터 배터리 랙(110)의 제어에 관련된 명령을 수신할 수 있다.

<45> 버스(210)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다. 예를 들어, 버스(210)는 제1 랙 BMS(221), 제2 랙 BMS(223), 제3 랙 BMS(225), 및 전력 변환 시스템(100) 사이의 데이터를 상호간에 전달할 수 있다. 버스(210)는 CAN(Controller Area Network) 통신망을 이용하여 데이터를 전달할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 본 발명의 버스(210)로 다층 AHB(multi-layer Advanced High-performance Bus), 또는 다층 AXI(multi-layer Advanced eXtensible Interface)가 이용될 수 있다.

<46> 본 발명의 배터리 시스템(200)의 각각의 랙 BMS(221, 223, 225)는 우선 순위를 가질 수 있다. 우선 순위에 따라, 가장 높은 우선 순위를 갖는 랙 BMS는 마스터 BMS로써 동작하고, 나머지 랙 BMS는 슬레이브 BMS로써 동작한다.

<47> 마스터 BMS는 슬레이브 BMS에서 수집한 정보(예를 들어, 배터리 랙의 모니터링 데이터, 또는 제어 명령)를 수신한다. 이어서, 마스터 BMS는 수신한 정보와 자신이 제어하는 배터리 랙의 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(100)에 전달한다. 이때, 마스터 BMS는 수신된 모든 정보를 전달하지 않고, 수신된 정보 중에서 필요한 정보만 추출한 뒤, 통합하여 전력 변환 시스템(100)에 전달할 수 있다. 또한, 마스터 BMS는 각각의 슬레이브 BMS의 동작을 제어할 수 있고, 슬레이브 BMS에 대한 동작에 대해 전력 변환 시스템(100)와 통신할 수 있다.

<48> 이에 대한 본 발명의 구체적인 동작은 도 4 내지 도 6을 참조하여 자세히 후술하도록 한다.

<49> 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

<50> 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템(201)은, 복수의 랙 BMS(221, 223, 225)와 각각의 랙 BMS에 연결된 배터리 랙(231, 233, 235), 버스(210), 및 메모리(240)를 포함한다.

<51> 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템(201)은 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(200)과 실질적으로 동일한 구조와 동작을 수행한다.

<52> 다만, 추가적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템(201)은 메모리(240)를 더 포함하며, 메모리(240)는 복수의 랙 BMS(221, 223, 225)에 대한 우선 순위와 제어 신호에 대한 데이터를 저장한다.

<53> 예를 들어, 배터리 시스템(201)에 포함된 마스터 BMS는 전력 변환 시스템(100)과 메모리(240)에 동일한 데이터를 전송하고, 메모리(240)는 수신한 데이터를 저장한다. 이때, 상기 데이터는 각각의 배터리 랙(231, 233, 235)에 대한 모니터링 정보, 각각의 배터리 랙(231, 233, 235)에 대한 제어 신호 정보, 복수의 랙 BMS(221, 223, 225) 사이의 우선 순위에 대한 정보를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<54> 메모리(240)에 저장된 데이터는, 추후 마스터 BMS에 에러가 발생하는 경우 그 다음 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 슬레이브 BMS에서 마스터 BMS로 동작할 수 있도록, 차순위의 랙 BMS에 전달될 수 있다. 따라서, 차순위의 랙 BMS는 메모리(240)에 저장된 데이터를 기초로 전력 변환 시스템(100)에 제공할 데이터를 결정할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 4 내지 도 6을 참조하여 자세히 후술하도록 한다.

<55> 도 4 내지 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 시스템을 동작을 설명하기 위한 블럭도이다.

<56> 도 4를 참조하면, 도 4는 정상 상태에서의 배터리 시스템의 동작을 나타낸다.

<57> 구체적으로, 제1 랙 BMS(221)는 제1 우선 순위를 갖고, 제2 랙 BMS(223)는 제2 우선 순위를 갖고, 제3 랙 BMS(225)는 제3 우선 순위를 가질 수 있다. 이때, 제1 랙 BMS(221)가 가장 높은 우선 순위를 갖는 바, 제1 랙 BMS(221)는 마스터 BMS로써 동작할 수 있고, 나머지 제2 랙 BMS(223) 및 제3 랙 BMS(225)는 슬레이브 BMS로써 동작할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<58> 이때, 제2 랙 BMS(223)는 제2 배터리 랙(233)에 대한 정보를 마스터 BMS인 제1 랙 BMS(221)에 전달하고, 제3 랙 BMS(225)는 제3 배터리 랙(235)에 대한 정보를 마스터 BMS인 제1 랙 BMS(221)에 전달할 수 있다. 이때, 제2 랙 BMS(223)와 제3 랙 BMS(225)는 CAN 통신망을 이용하는 버스(210)를 통하여 정보를 전달할 수 있다.

<59> 제1 랙 BMS(221)는 버스(210)를 통해 다른 제2 및 제3 랙 BMS(231, 235)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 이어서, 제1 랙 BMS(221)는 수신한 제2 배터리 랙(233) 및 제3 배터리 랙(235)에 대한 정보와, 자신이 제어하는 제1 배터리 랙(231)에 대한 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(100) 및 메모리(240)에 전달할 수 있다.

<60> 메모리(240)는 수신한 정보를 저장할 수 있고, 제1 내지 제3 랙 BMS(221,223, 225) 사이의 우선 순위에 대한 정보를 저장할 수 있다. 이러한 메모리(240)는 비휘발성 메모리 일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<61> 도 5를 참조하면, 도 5는 새로운 랙 BMS(227)를 추가하는 경우에서의 배터리 시스템에 대한 동작을 나타낸다.

<62> 예를 들어, 제 4 배터리 랙(237)을 제어하는 제4 랙 BMS(227)을 추가하는 경우, 마스터 BMS로써 동작하는 제1 랙 BMS(221)는 제4 랙 BMS(227)에 제3 랙 BMS(225)보다 후순위의 우선 순위를 부여한다. 이러한 우선 순위에 대한 정보는 전력 변환 시스템(100) 및 메모리(240)에 전달될 수 있다.

<63> 제4 랙 BMS(227)는 슬레이브 BMS로써 동작하게 되며, 슬레이브 BMS 중에서는 3번째 우선 순위를 갖게 된다. 제4 랙 BMS(227)는 제 4 배터리 랙(237)에 대한 정보를 마스터 BMS인 제1 랙 BMS(221)에 전달한다.

<64> 제1 랙 BMS(221)는 마찬가지로, 제4 랙 BMS(227)에서 보내온 정보를 포함한 통합된 정보를 전력 변환 시스템(100)및 메모리(240)에 전달할 수 있다.

<65> 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 추가적으로 복수의 랙 BMS을 더 추가할 수 있고, 추가되는 순서에 따라 랙 BMS에 우선 순위가 부여되며 모두 슬레이브 BMS로써 동작할 수 있다. 모든 슬레이브 BMS는 마스터 BMS에 배터리 랙에 대한 정보를 전송하며, 마스터 BMS는 모든 슬레이브 BMS의 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(100) 또는 메모리(240)에 전송하고, 슬레이브 BMS들을 제어할 수 있다.

<66> 즉, 본 발명의 배터리 시스템은 새로 추가되는 랙 BMS에 후순위의 우선 순위를 부여하고 슬레이브 BMS로 동작하게 함으로써, 별도의 제약 사항 없이 자유롭게 랙 BMS를 확장할 수 있다. 이를 통해, 기존 배터리 시스템에 추가적으로 용량을 확장시키는데 필요한 비용을 절감할 수 있으며, 시스템의 확장성이 높아지는 효과가 발생할 수 있다. 또한, 새로운 랙 BMS의 설치가 쉬워 사용자의 편의성이 증가될 수 있다.

<67> 도 6을 참조하면, 도 6은 복수의 랙 BMS 중 어느 하나에 에러가 발생한 경우의 배터리 시스템에 대한 동작을 나타낸다.

<68> 예를 들어, 마스터 BMS인 제1 랙 BMS(221)에 에러가 발생하는 경우, 제1 랙 BMS(221)는 정상적으로 동작을 할 수 없다. 이때, 제1 랙 BMS(221)과 통신하는 전력 변환 시스템(100) 또는 다른 랙 BMS(예를 들어, 제2 내지 제4 랙 BMS(223, 225, 227))는 제1 랙 BMS(221)의 에러를 발견할 수 있다.

<69> 이 경우, 제1 랙 BMS(221)는 배터리 시스템(200)의 동작 주체에서 제외되고, 그 다음 우선 순위가 가장 높은 제2 랙 BMS(223)가 마스터 BMS로써 동작하게 된다. 또한, 제3 랙 BMS(225)의 제4 랙 BMS(227)의 우선 순위도 한단계씩 상승된다.

<70> 따라서, 제3 랙 BMS(225)는 제3 배터리 랙(235)에 대한 정보를 마스터 BMS인 제2 랙 BMS(223)에 전달하고, 제4 랙 BMS(227)는 제4 배터리 랙(237)에 대한 정보를 마스터 BMS인 제2 랙 BMS(223)에 전달할 수 있다. 이때, 제3 랙 BMS(225)와 제4 랙 BMS(227)는 CAN 통신망을 이용하는 버스(210)를 통하여 정보를 전달할 수 있다.

<71> 이어서, 제2 랙 BMS(223)는 수신한 제3 배터리 랙(235) 및 제4 배터리 랙(237)에 대한 정보와, 자신이 제어하는 제2 배터리 랙(233)에 대한 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(100) 및 메모리(240)에 전달할 수 있다. 즉, 정상 동작하는 랙 BMS 중에서 가장 우선 순위가 높은 제2 랙 BMS(223)는 마스터 BMS로써 동작하고, 나머지 랙 BMS인 제3 랙 BMS(225) 및 제4 랙 BMS(227)는 슬레이브 BMS로써 동작할 수 있다.

<72> 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 마스터 BMS 뿐만 아니라 슬레이브 BMS 중 어느 하나에 에러가 발생하더라도, 에러가 발생한 랙 BMS의 후순위에 있는 랙 BMS의 우선 순위에만 변경이 있을 뿐, 배터리 시스템의 동작에는 영향을 미치지 않는다.

<73> 따라서, 본 발명의 배터리 시스템은 마스터 BMS 또는 슬레이브 BMS 중 어느 하나에 에러가 발생하여 정상적으로 동작하지 않더라도, 다른 후순위인 랙 BMS가 에러가 난 랙 BMS를 대체하여 동작하게 함으로써, 배터리 시스템을 정상 동작 시킬 수 있다. 이를 통해, 배터리 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 사용자의 시스템에 대한 신뢰감을 높일 수 있다.

<74> 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 전력 변환 시스템 200: 배터리 시스템
210: 버스 221, 223, 225: 랙 BMS
231, 233, 235 : 배터리 랙 240: 메모리

Claims

제1 배터리 랙을 제어하고, 제1 우선 순위를 갖는 제1 랙 BMS(battery management system);
제2 배터리 랙을 제어하고, 제2 우선 순위를 갖는 제2 랙 BMS; 및
제3 배터리 랙을 제어하고, 제3 우선 순위를 갖는 제3 랙 BMS를 포함하되,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS 중에서 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS는, 나머지 랙 BMS로부터 각각의 배터리 랙에 대한 정보를 수신하고,
상기 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS는, 수신한 배터리 랙에 대한 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(PCS)에 제공하되,
상기 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 그 다음 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 나머지 랙 BMS로부터 수신한 정보를 통합하여 상기 전력 변환 시스템(PCS)에 제공하는 것을 포함하는
배터리 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 배터리 시스템에 제4 배터리 랙을 제어하는 제4 랙 BMS를 추가하는 경우, 상기 제4 랙 BMS는 가장 후순위의 우선 순위를 갖는
배터리 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS은 마스터 BMS로서 동작하고, 나머지 랙 BMS는 상기 마스터 BMS의 슬레이브 BMS로서 동작하되,
상기 마스터 BMS에 에러가 발생하는 경우, 그 다음 우선 순위가 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로서 동작하는
배터리 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS 중 어느 하나에 에러가 발생하는 경우, 에러가 발생한 랙 BMS보다 후순위인 랙 BMS의 우선 순위가 상승하는
배터리 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS의 우선 순위와 제어 신호에 대한 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
상기 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS는, 상기 전력 변환 시스템(PCS)와 상기 메모리에 동시에 통합된 정보를 전달하는
배터리 시스템.
제5 항에 있어서,
상 상기 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 그 다음 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS은 상기 메모리에 저장된 데이터를 기초로, 상기 전력 변환 시스템(PCS)에 제공할 데이터를 결정하는
배터리 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS는 CAN(controller area network) 프로토콜을 이용하여 데이터를 전송하는
배터리 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS 및 상기 전력 변환 시스템(PCS) 사이에서 발생된 데이터를 전달하는 버스를 더 포함하는
배터리 시스템.
제1 배터리 랙을 제어하고, 전력 변환 시스템(PCS)과 데이터를 교환하는 제1 랙 BMS;
제2 배터리 랙을 제어하고, 상기 제2 배터리 랙에 대한 정보를 상기 제1 랙 BMS에 제공하는 제2 랙 BMS; 및
제3 배터리 랙을 제어하고, 상기 제3 배터리 랙에 대한 정보를 상기 제1 랙 BMS에 제공하는 제3 랙 BMS를 포함하되,
상기 제1 랙 BMS은, 상기 제2 및 제3 랙 BMS로부터 수신한 정보와 상기 제1 배터리 랙에 대한 정보를 통합하여 상기 전력 변환 시스템(PCS)에 제공하고,
상기 제1 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 상기 제2 랙 BMS는 상기 제3 랙 BMS로부터 수신한 상기 제3 배터리 랙에 대한 정보와 상기 제2 배터리 랙에 대한 정보를 통합하여 상기 전력 변환 시스템(PCS)에 제공하는 것을 포함하는
배터리 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 배터리 시스템에 제4 배터리 랙을 제어하는 제4 랙 BMS를 추가하는 경우,
상기 제4 랙 BMS는 상기 제4 배터리 랙에 대한 정보를 상기 제1 랙 BMS에 제공하되,
상기 제1 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 상기 제4 랙 BMS는 상기 제4 배터리 랙에 대한 정보를 상기 제2 랙 BMS에 제공하는
배터리 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 제1 랙 BMS은 마스터 BMS로서 동작하고, 상기 제2 및 제3 BMS는 상기 마스터 BMS의 슬레이브 BMS로서 동작하되,
상기 마스터 BMS에 에러가 발생하는 경우, 상기 제2 랙 BMS는 상기 마스터 BMS로서 동작하는
배터리 시스템.
제11 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 랙 BMS에 모두 에러가 발생하는 경우, 상기 제3 랙 BMS는 상기 마스터 BMS로서 동작하는
배터리 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS의 우선 순위와 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
상기 제1 랙 BMS는, 상기 전력 변환 시스템(PCS)과 상기 메모리에 동시에 상기 제1 내지 제3 랙 BMS에 대한 통합된 정보를 전달하는
배터리 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS는 CAN(controller area network) 프로토콜을 이용하여 데이터를 전송하는
배터리 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 랙 BMS 및 상기 전력 변환 시스템(PCS) 사이에서 발생된 데이터를 전달하는 버스를 더 포함하는
배터리 시스템.