KR20190005407A - 배터리 팩 관리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 간 무선 통신 방식을 이용하여 데이터를 송수신하면서도 전력 소모를 줄일 수 있는 배터리 팩 관리 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 복수의 이차 전지가 구비된 배터리 모듈을 하나 이상 포함하며 차량에 탑재되는 배터리 팩을 관리하는 장치로서, 상기 배터리 팩의 외부 장치와 신호를 송수신하는 외부 통신 유닛, 상기 배터리 팩의 내부에 구비된 하나 이상의 슬레이브 BMS와 무선 통신 신호를 송수신하는 내부 통신 유닛, 및 상기 외부 통신 유닛과 상기 내부 통신 유닛을 통해 수신된 데이터를 처리하는 제어 유닛을 구비하는 마스터 BMS; 및 상기 배터리 모듈로부터 전원을 공급받아 전달하는 전원 모듈, 상기 배터리 모듈의 전압 및 온도 중 적어도 하나 이상의 상태 정보를 측정하는 상태 측정 모듈, 상기 마스터 BMS와 무선 통신 신호를 송수신하는 무선 통신 모듈, 및 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어하는 제어 모듈을 구비하는 슬레이브 BMS를 포함한다.

Description

배터리 팩 관리 장치{Apparatus for managing battery pack}
본 발명은 배터리 관리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 탑재되는 차량용 배터리 팩으로서 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 간 무선 통신을 수행하는 배터리 팩을 관리하는 기술에 관한 것이다.
배터리는 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드 등의 모바일 디바이스뿐만 아니라 전기로 구동되는 자동차(EV, HEV, PHEV)나 대용량 전력 저장 장치(ESS) 등의 분야로까지 그 용도가 급속도로 확산되고 있다. 그리고, 이러한 배터리는, 배터리의 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)과 결합될 수 있다.
배터리 팩, 특히, 자동차나 ESS 등에 사용되는 중대형 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 모듈이 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 다수의 배터리 모듈은 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 멀티 모듈 구조를 가짐으로써, 배터리 팩의 용량 및/또는 출력을 증대시킬 수 있다.
이러한 멀티 구조의 배터리 팩은 회로 로직이나 PCB 구성 등에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 이 경우 배터리 관리 시스템은, 모니터링과 제어의 효율성 등을 향상시키기 위하여, 멀티 슬레이브 구조가 주로 이용된다. 멀티 슬레이브 구조는, 배터리 팩을 구성하는 복수 개의 배터리 모듈을 각각 복수 개의 슬레이브 BMS가 담당하도록 하고, 마스터 BMS가 이러한 복수 개의 슬레이브 BMS를 통합 제어하도록 구성된다.
종래 배터리 팩에서, 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 간 데이터 송수신은 주로 유선 방식으로 이루어진다. 즉, 케이블의 양단에 구비된 커넥터가 각각 마스터 BMS와 슬레이브 BMS에 접속되고, 이러한 케이블을 통해 마스터 BMS와 슬레이브 BMS는 서로 데이터를 주고 받는다.
하지만, 이처럼 유선 방식으로 마스터 BMS와 슬레이브 BMS가 통신하는 경우, 커넥터의 접촉 불량이나 케이블의 단선 등으로 인해 회로 불량이 발생하는 문제가 있다. 또한, 이처럼 유선 방식으로 통신 시, 커넥터와 케이블 등이 설치되기 위한 공간이 필요하고, 이러한 커넥터와 케이블 등으로 인한 배터리 팩의 조립이 까다로우며, 절연소자나 커넥터, 케이블 등을 제조하는데 비용이 추가되는 등의 문제가 있다.
최근, 이러한 유선 통신 방식의 문제를 해소하고자, 배터리 팩의 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 간 무선 통신 방식을 채용하는 시도가 행해지고 있다. 하지만, 이러한 무선 통신 방식을 이용할 경우 여러 가지 해결해야 할 문제가 많이 남아 있어, 아직까지 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 간 무선 통신 방식이 배터리 팩에 쉽게 채용되지 못하고 있다.
특히, 이러한 무선 통신 방식의 문제점 중 대표적인 사항 하나가, 대기 전력 소모 문제이다. 즉, 배터리 팩 내에서 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 간 무선으로 통신이 이루어지기 위해서는, 수신부, 특히 마스터 BMS로부터 명령을 수신하는 슬레이브 BMS의 수신부가 턴온되어 있어야 한다. 예를 들어, 슬레이브 BMS는 마스터 BMS로부터 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하기 위해 증폭기가 항상 켜지도록 설정될 수 있다.
그리고, 이처럼 슬레이브 BMS의 무선 수신부가 턴온 상태를 유지하기 위해서, 이를테면 증폭기가 턴온 상태를 유지하기 위해서, 전력이 필요하다. 그런데, 이러한 슬레이브 BMS는 주로 배터리 모듈로부터 전력을 공급받기 때문에, 슬레이브 BMS의 무선 수신부는 턴온을 위해 배터리 모듈로부터 지속적으로 전력을 공급받을 필요가 있다. 그러나, 이 경우, 배터리 모듈의 전력이 불필요하게 소모되는 문제가 있다. 더욱이, 차량용 배터리 팩의 경우, 차량이 운행하지 않고 주차 중에 배터리 모듈의 전력이 소모되면, 차량의 운행이 필요할 때 시동이 걸리지 않거나 운행 거리가 단축되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 간 무선 통신 방식을 이용하여 데이터를 송수신하면서도 전력 소모를 줄일 수 있는 배터리 팩 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 복수의 이차 전지가 구비된 배터리 모듈을 하나 이상 포함하며 차량에 탑재되는 배터리 팩을 관리하는 장치로서, 상기 배터리 팩의 외부 장치와 신호를 송수신하는 외부 통신 유닛, 상기 배터리 팩의 내부에 구비된 하나 이상의 슬레이브 BMS와 무선 통신 신호를 송수신하는 내부 통신 유닛, 및 상기 외부 통신 유닛과 상기 내부 통신 유닛을 통해 수신된 데이터를 처리하는 제어 유닛을 구비하는 마스터 BMS; 및 상기 배터리 모듈로부터 전원을 공급받아 전달하는 전원 모듈, 상기 배터리 모듈의 전압 및 온도 중 적어도 하나 이상의 상태 정보를 측정하는 상태 측정 모듈, 상기 마스터 BMS와 무선 통신 신호를 송수신하는 무선 통신 모듈, 및 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어하는 제어 모듈을 구비하는 슬레이브 BMS를 포함한다.
여기서, 상기 무선 통신 모듈은, 정해진 주기마다 턴온되거나 턴오프될 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주차 시간에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주차 시간이 증가함에 따라 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 상태 측정 모듈에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 전압에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 측정된 배터리 모듈의 전압이 낮아짐에 따라, 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 상태 측정 모듈에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 온도에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 측정된 배터리 모듈의 온도가 낮아짐에 따라, 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주행 시간 패턴에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주행 시작 빈도수가 가장 많은 시간대를 설정하여, 상기 설정된 시간대에서 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 감소시킬 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 사이에 무선 방식으로 통신이 이루어짐으로써, 종래 유선 통신 방식에 따른 문제점, 이를테면, 커넥터의 접촉 불량이나 케이블 단선으로 인한 회로 불량, 배터리 팩의 부피 증가 및 구조 복잡화, 조립성 저하, 비용 증대 등의 문제를 해소하거나 감소시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 무선 신호를 수신하기 위해 전력이 불필요하게 소모되는 문제가 해소되거나 최소화될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 슬레이브 BMS가 마스터 BMS로부터 신호를 수신하기 위해 증폭기를 계속 켜놓음으로써 대기 전력이 과도하게 소모되는 문제가 해소될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩이 사용되어야 할 상황, 특히 차량이 운행되어야 하는 상황에, 배터리 팩의 전력 부족으로 인해 차량의 시동이 걸리지 않거나 운행 거리가 단축되는 등의 문제를 해소할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 BMS의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 모듈의 세부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 측정 모듈의 세부 구성을 개략적으로 나타내는 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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치(1000)가 적용되는 배터리 팩(P)에는 배터리 모듈(10)이 하나 이상 포함될 수 있다. 특히, 배터리 팩(P)에는, 다수의 배터리 모듈(10)이 구비되며, 각 배터리 모듈(10)은, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(P)은, 이러한 배터리 모듈(10)의 전기적 연결에 의해 출력 및/또는 용량이 증대될 수 있다.
여기서, 각 배터리 모듈(10)에는, 복수의 이차 전지가 구비될 수 있다. 그리고, 배터리 모듈(10)에 구비된 복수의 이차 전지는, 상호 전기적으로 연결되어, 배터리 모듈(10)의 출력 및/또는 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치(1000)가 적용되는 배터리 팩은, 차량에 탑재될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치가 채용되는 배터리 팩은 차량용 배터리 팩일 수 있다. 여기서, 차량은, 배터리 팩에 의해 운행을 위한 구동 전원이 공급되거나 오디오나 에어컨 등의 전장품을 작동시키기 위한 작동 전원이 공급되는 자동차일 수 있다. 특히, 차량은, 배터리 팩으로부터 구동 전원이 공급되는 자동차, 이를테면 EV 등으로 표시되는 전기 자동차나 HEV, PHEV 등으로 표시되는 하이브리드 자동차일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치(1000)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 마스터 BMS(100) 및 슬레이브 BMS(200)를 포함할 수 있다.
상기 마스터 BMS(100)는, 배터리 팩 내에 구비되어 배터리 팩(P)의 외부 장치(O)와 데이터를 주고받을 수 있다. 여기서, 배터리 팩의 외부 장치(O)란, 배터리 팩의 외부에 위치한 장치로서, 차량에 탑재된 다른 장치, 이를테면 ECU(Electronic Control Unit)와 같은 제어 장치일 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS(100)는, 배터리 팩(P) 내에 구비된 하나 이상의 슬레이브 BMS(200)를 통합 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 마스터 BMS(100)는, 각각의 슬레이브 BMS(200)와 통신을 통하여 필요한 정보를 전송하고 수신할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치의 마스터 BMS(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 슬레이브 BMS(200)와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS(100)의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 마스터 BMS(100)는, 외부 통신 유닛(110), 내부 통신 유닛(120) 및 제어 유닛(130)을 포함할 수 있다.
상기 외부 통신 유닛(110)은, 차량의 ECU와 같은 배터리 팩의 외부 장치(O)와 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 외부 통신 유닛(110)은, 외부 장치(O)와 유선으로 연결될 수 있다. 이를테면, 상기 외부 통신 유닛(110)은, 차량 내에서 케이블을 이용하여 외부 장치(O)와 연결될 수 있다. 그리고, 외부 통신 유닛(110)은, 이러한 케이블을 통해 외부 장치(O)로부터 명령이나 정보를 수신하거나 외부 장치(O)로 명령이나 정보를 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 통신 유닛(110)은, 배터리 팩의 상태에 대한 정보를 외부 장치(O)로 전달할 수 있다.
이처럼 외부 통신 유닛(110)은, 유선 방식으로 외부 장치(O)와 통신한다는 측면에서, 유선 통신 유닛이라 할 수도 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 실시 구성으로 한정되는 것은 아니며, 상기 외부 통신 유닛(110)은 외부 장치(O)와 무선 방식으로 연결될 수도 있다.
상기 내부 통신 유닛(120)은, 해당 배터리 팩 내에 구비된 슬레이브 BMS(200)와 무선 방식으로 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 통신 유닛(120)은, 슬레이브 BMS(200)로부터 각 배터리 모듈(10)의 전압이나 온도에 대한 정보를, 무선 신호로서 수신할 수 있다. 이를 위해, 상기 내부 통신 유닛(120)은, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)를 구비할 수 있다.
특히, 마스터 BMS(100)는, 일반적으로 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU; MicroController Unit)을 구비할 수 있는데, 상기와 같은 RFIC는, MCU에서 오는 신호를 무선 통신 신호로 바꾸어 슬레이브 BMS(200)로 전달할 수 있다. 또한, 이 경우, RFIC는, 슬레이브 BMS(200)로부터 오는 무선 통신 신호를 유선 통신 신호로 바꾸어 MCU에 전달할 수 있다.
마스터 BMS(100)에는, 이러한 RFIC가 다수 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 통신 유닛(120)은, 배터리 팩 내에 포함된 슬레이브 BMS(200)의 개수만큼 RFIC를 구비하고, 각 슬레이브 BMS(200)마다 별개의 RFIC가 담당하도록 할 수 있다.
상기 제어 유닛(130)은, 외부 통신 유닛(110) 및 내부 통신 유닛(120)으로부터 수신된 데이터를 처리하는 동작을 수행할 수 있다.
즉, 외부 통신 유닛(110)이 외부 장치(O)로부터 명령 내지 정보를 수신하면, 수신된 정보는 제어 유닛(130)에 전달되며, 상기 제어 유닛(130)은 수신된 정보를 바탕으로 필요한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(130)은, 외부 장치(O)로부터 웨이크업(wake up) 신호를 수신하여 마스터 BMS(100)를 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환할 수 있다.
또한, 내부 통신 유닛(120)이 슬레이브 BMS(200)로부터 배터리 모듈(10)의 상태 정보를 수신하면, 상기 제어 유닛(130)은 수신된 정보를 바탕으로 필요한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(130)은, 모든 슬레이브 BMS(200)로부터 각 배터리 모듈(10)의 전압 정보나 온도 정보를 수신할 수 있으며, 수신된 정보에 따라 특정 배터리 모듈(10)의 충방전 동작 내지 전체 배터리 팩의 충방전 동작 등을 제어할 수 있다. 특히, 상기 제어 유닛(130)은, 내부 통신 유닛(120)을 통해 주고 받은 정보를 바탕으로 적절한 처리 동작을 수행하여, 슬레이브 BMS(200)를 관리할 수 있다.
상기 제어 유닛(130)은, 마스터 BMS(100)에 구비되는 MCU에 의해 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
상기 마스터 BMS(100)는, 배터리 팩이 아닌 배터리 팩 외부로부터 구동에 필요한 전원을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 상기 마스터 BMS(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전원 유닛(140)을 더 구비할 수 있다.
상기 전원 유닛(140)은, 배터리 팩 외부 장치(O)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 그리고, 상기 전원 유닛(140)은, 외부 장치(O)로부터 공급된 전원을 마스터 BMS(100)의 여러 구성요소로 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원 유닛(140)은, 외부 장치(O)로부터 공급된 전원을 이용하여, 외부 통신 유닛(110), 내부 통신 유닛(120) 및 제어 유닛(130) 각각으로 필요한 전원을 공급할 수 있다.
이때, 마스터 BMS(100)의 각 구성요소에 공급되는 전압의 크기와 외부 장치(O)로부터 공급된 전압의 크기는 다를 수 있으므로, 상기 전원 유닛(140)은, 외부 장치(O)로부터 공급된 전압의 크기를 마스터 BMS(100)의 각 구성요소에 적합한 전압 크기로 변압할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원 유닛(140)은, 외부 장치(O)로부터 공급된 전원에 대하여 3.3V로 변환하여 각 구성요소에 공급할 수 있다.
한편, 배터리 팩에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 대전류 경로, 즉 충방전 경로(C) 상에 릴레이(20)를 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 릴레이(20)에 의해, 배터리 팩의 충방전 경로(C)가 차단될 수 있다. 상기 마스터 BMS(100)는, 이러한 릴레이(20)를 제어함으로써, 배터리 팩의 대전류 경로를 온오프할 수 있다. 이를 위해, 상기 마스터 BMS(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 릴레이 구동 유닛(150)을 더 구비할 수 있다.
상기 릴레이 구동 유닛(150)은, 배터리 팩의 충방전 경로(C) 상에 구비된 릴레이(20)를 턴온시키거나 턴오프시킬 수 있다. 이때, 상기 릴레이 구동 유닛(150)은, 이러한 릴레이(20)의 온오프 동작에 대해, 제어 유닛(130)으로부터 명령을 수신할 수 있다. 즉, 제어 유닛(130)이 릴레이(20)의 턴오프를 명령하면, 상기 릴레이 구동 유닛(150)은, 이러한 명령에 따라, 릴레이(20)를 턴오프시킬 수 있다.
상기 슬레이브 BMS(200)는, 배터리 팩 내부에 구비될 수 있다. 특히, 배터리 팩 내에 다수의 배터리 모듈(10)이 포함된 경우, 상기 슬레이브 BMS(200) 역시 배터리 팩 내에 다수 포함될 수 있다. 이 경우, 각각의 배터리 모듈(10)마다 담당 슬레이브 BMS(200)가 별도로 구비될 수 있다.
상기 슬레이브 BMS(200)는, 배터리 모듈(10)에 연결되어, 해당 배터리 모듈(10)을 제어할 수 있다. 이러한 슬레이브 BMS(200)의 제어 기능에는, 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀, 즉 이차 전지의 충방전 제어, 평활화 제어, 스위칭, 전기적 특성값 측정 및 모니터링, 오류 표지, 온오프 제어 등과 같은 것들이 포함될 수 있다. 또한, 상기 슬레이브 BMS(200)는, 이 밖에도 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전기 전자적 제어 기능을 수행할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬레이브 BMS(200)의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 슬레이브 BMS(200)는, 전원 모듈(210), 상태 측정 모듈(220), 무선 통신 모듈(230) 및 제어 모듈(240)을 구비할 수 있다.
상기 전원 모듈(210)은, 배터리 모듈(10)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 즉, 상기 전원 모듈(210)은, 해당 슬레이브 BMS(200)가 장착되어 담당하고 있는 배터리 모듈(10)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 그리고, 전원 모듈(210)은, 이와 같이 배터리 모듈(10)로부터 공급된 전력을 슬레이브 BMS(200)의 각 구성요소, 이를테면 제어 모듈(240) 및 무선 통신 모듈(230) 등으로 전달할 수 있다. 따라서, 제어 모듈(240) 및 무선 통신 모듈(230)은, 이처럼 전원 모듈(210)로부터 전달된 전력을 이용하여 구동될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 모듈(210)의 세부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 전원 모듈(210)은, 전원부(211) 및 스위칭부(212)를 구비할 수 있다.
상기 전원부(211)는, 배터리 모듈(10)로부터 전원을 공급받으며, 공급된 전원을 적절한 전압으로 변환할 수 있다. 특히, 배터리 모듈(10)로부터 공급된 전력은 전압의 크기가 크기 때문에, 슬레이브 BMS(200)의 각 구성요소, 이를테면 무선 통신 모듈(230)이나 제어 모듈(240)에 적절한 전압 크기로 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원부(211)는, 배터리 모듈(10)로부터 공급된 전력에 대하여 3.3V로 출력하여 무선 통신 모듈(230) 및 제어 모듈(240)로 공급할 수 있다.
상기 스위칭부(212)는, 전원부(211)와 제어 모듈(240) 사이에 개재되어, 전원부(211)에 의해 공급된 전압을 제어 모듈(240)로 공급하는 경로를 온오프할 수 있다. 특히, 상기 스위칭부(212)는, 도면에 도시된 바와 같이, 무선 통신 모듈(230)의 온오프 제어 신호에 따라 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 모듈(230)로부터 턴온 신호가 전송되면, 상기 스위칭부(212)가 턴온되어 전원부(211)로부터 제어 모듈(240)로 3.3V 구동 전원이 공급될 수 있다. 그리고, 이로 인해 제어 모듈(240)은 정상적으로 동작될 수 있다.
상기 상태 측정 모듈(220)은, 배터리 모듈(10)의 상태 정보, 특히 배터리 모듈(10)의 전압 및 온도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상태의 정보를 측정할 수 있다. 그리고, 상태 측정 모듈(220)은, 그러한 측정 결과를 제어 모듈(240)로 전송하거나, 그러한 측정 결과를 바탕으로 적절한 처리 동작을 수행할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 측정 모듈(220)의 세부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 상태 측정 모듈(220)은, 전압 측정부(221), 균등화부(222) 및 온도 측정부(223)를 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부(221)는, 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다. 특히, 상기 전압 측정부(221)는, 배터리 모듈(10)의 전체 전압을 측정할 수도 있고, 배터리 모듈(10)에 구비된 각 배터리 셀, 다시 말해 각 이차 전지의 양단 전압을 측정할 수도 있다.
상기 전압 측정부(221)는, 측정한 전압을 디지털 값으로 변환할 수 있다. 그리고, 전압 측정부(221)는, 이와 같이 디지털로 변환된 전압값을, 제어 모듈(240)로 전송할 수 있다.
상기 균등화부(222)는, 배터리 모듈(10)에 구비된 각 이차 전지의 전압에 차이가 있는 경우, 이러한 이차 전지의 전압을 균등화하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 균등화부(222)는, 각 이차 전지의 양단에 전류 경로가 형성되고, 이러한 전류 경로에 스위칭 소자를 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 균등화부(222)는, 이러한 스위칭 소자를 제어함으로써 각 이차 전지의 전압을 낮추거나 높임으로써, 여러 이차 전지의 전압 밸런싱을 수행할 수 있다.
또한, 상기 균등화부(222)는, 저항 소자를 구비할 수 있다. 이 경우, 균등화부(222)는, 특정 이차 전지와 이러한 저항 소자를 연결함으로써, 저항 소자에 의해 특정 이차 전지의 전력이 소모되어, 해당 이차 전지의 전압을 낮추는 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 또는, 상기 균등화부(222)는, 스위칭부(212)의 제어를 통해 특정 이차 전지의 전력이 다른 이차 전지로 공급되도록 하거나, 배터리 모듈(10) 전체로 전력이 공급되도록 할 수 있다.
상기 온도 측정부(223)는, 배터리 모듈(10)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 측정부(223)는, 배터리 모듈(10)의 외부 온도 및/또는 내부 온도를 측정할 수 있다. 또한, 상기 온도 측정부(223)는, 배터리 모듈(10)의 내부에서도 여러 지점의 온도를 측정함으로써, 배터리 모듈(10)의 온도를 부분별로 보다 상세하게 파악할 수 있다. 한편, 상기 온도 측정부(223)는, 이와 같이 측정된 배터리 모듈(10)의 온도 정보를, 제어 모듈(240)로 전송할 수 있다.
상기 무선 통신 모듈(230)은, 배터리 팩 내에 구비된 마스터 BMS(100)와 통신할 수 있다. 특히, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 마스터 BMS(100)와 무선으로 신호를 주고받을 수 있다. 이를 위해, 상기 무선 통신 모듈(230)은, RFSoC(RF System On Chip)를 구비할 수 있다. 이 경우, RFSoc는, 내부 무선 링크를 통해 마스터 BMS(100), 이를테면 마스터 BMS(100)의 RFIC와 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 안테나 및 증폭기를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 마스터 BMS(100)의 RFIC로부터 무선 전송된 신호를 안테나 및 증폭기를 통해 수신할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 제어 모듈(240)로부터 전송된 정보를 안테나 및 증폭기를 통해 마스터 BMS(100)의 RFIC로 송신할 수 있다.
한편, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 전원 모듈(210)의 전원부(211)로부터 구동에 필요한 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 전원 모듈(210)의 스위칭부(212)에 대하여 온오프를 제어함으로써, 전원부(211)에서 제어 모듈(240)로 공급되는 전원을 온오프할 수 있다.
상기 제어 모듈(240)은, 슬레이브 BMS(200)에 구비된 여러 구성요소로부터 각종 정보를 수신하고, 이를 처리하여 각 구성요소에 필요한 명령을 전송할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 상태 측정 모듈(220)의 전압 측정부(221)로부터 각 이차 전지의 전압 상태 정보를 수신하여, 이차 전지 간 전압차가 어느 정도인지 확인할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(240)은, 소정 이차 전지의 전압이 다른 이차 전지들과 차이가 있다고 판단하는 경우, 상태 측정 모듈(220)의 균등화부(222)로 균등화 동작을 수행하라는 명령을 전송할 수 있다. 그러면, 균등화부(222)는, 이러한 제어 모듈(240)의 명령을 수신하여, 배터리 모듈(10)의 균등화 동작, 다시 말해 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
다른 예로, 상기 제어 모듈(240)은, 상태 측정 모듈(220)의 온도 측정부(223)로부터 배터리 모듈(10)의 온도 정보를 수신하여, 비정상적인 상황인지를 판단할 수 있다. 그리고, 온도가 과도하게 높다고 판단되면, 상기 제어 모듈(240)은, 이러한 정보를 무선 통신 모듈(230)을 통해 마스터 BMS(100)로 전송함으로써, 마스터 BMS(100)가 적절한 제어 동작, 이를테면 릴레이(20)의 턴오프 동작을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(240)은, 무선 통신 모듈(230)을 통해 마스터 BMS(100)로부터 배터리 모듈(10)에 대한 제어 명령을 수신하고, 이러한 제어 명령에 따라 적절한 처리 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 마스터 BMS(100)의 명령에 따라, 상태 측정 모듈(220)로 하여금 해당 배터리 모듈(10)의 전압 정보나 온도 정보를 파악하도록 할 수 있다.
슬레이브 BMS(200)에도 일반적으로 MCU가 구비될 수 있는데, 상기 제어 모듈(240)은, 이러한 슬레이브 BMS(200)의 MCU에 의해 그 기능이 수행되도록 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 있어서 제어 모듈(240)은, 종래 슬레이브 BMS(200)의 MCU가 아닌, 슬레이브 BMS(200)에 별도로 장착된 장치에 의해 구현될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치에 있어서, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 턴온 및 턴오프가 반복적으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 적어도 일부 상황 내지 일부 시간에서는, 항상 턴온되어 있지 않고, 턴온 구간과 턴오프 구간으로 구분하여 유지될 수 있다.
예를 들어, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 제1 시간 구간 동안은 턴온되고, 제2 시간 구간 동안은 턴오프 상태로 유지될 수 있다. 그리고, 제2 시간 구간이 완료되면, 무선 통신 모듈(230)은 다시 제1 시간 구간에 진입하여 턴온될 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 제어 모듈(240)은, 무선 통신 모듈(230)의 온오프 시간을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 무선 통신 모듈(230)이 언제 턴온되거나 언제 턴오프되어야 하는지 등에 대하여, 무선 통신 모듈(230)을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어 모듈(240)은, 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간이나 턴오프 시간이 어느 정도의 시간만큼 유지되어야 하는지 무선 통신 모듈(230)을 제어할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 무선 통신 모듈(230)이 항상 턴온되어 있지 않고, 소정 시간 동안 턴오프되도록 함으로써, 무선 통신 모듈(230)에 의한 전력 소모를 줄일 수 있다. 상기 무선 통신 모듈(230)은, 전원 모듈(210)로부터 구동 전원을 공급받는데, 이러한 구동 전원은 결국 배터리 모듈(10)로부터 공급된 것이므로, 상기 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 전력 소모를 줄인다고 할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)의 전력 소모에 의해 차량의 시동이 걸리지 않거나 차량의 운행 거리가 단축되는 것을 최소화할 수 있다.
특히, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 차량의 시동이 꺼진 상태에서 턴온 상태 및 턴오프 상태가 교대로 반복되도록 할 수 있다. 예를 들어, 차량의 시동이 켜져 있을 때에는, 상기 무선 통신 모듈(230)은 턴온 상태가 지속적으로 유지될 수 있다. 하지만, 차량의 시동이 꺼지게 되면, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 턴온 상태와 턴오프 상태가 교대로 반복되도록 할 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 차량이 운행 중인 때에는 무선 통신 모듈(230)이 항상 턴온되어 있어, 슬레이브 BMS(200)의 신호 수신이 신속하게 이루어질 수 있다. 그리고, 차량의 시동이 꺼져 있는 동안에는 무선 통신 모듈(230)의 턴 온 상태 유지를 위한 전력 소모가 줄어들 수 있도록 함으로써, 배터리 모듈(10)이 방전되는 문제를 예방할 수 있다.
바람직하게는, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 정해진 주기마다 턴온되거나 턴오프될 수 있다. 즉, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 주기적으로 턴온 및 턴오프될 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 110ms마다 턴온되거나 턴오프될 수 있다.
여기서, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 소정 시간 동안 턴온 및 턴오프 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 턴온된 경우, 10ms의 시간 동안 턴온 상태를 유지하다가, 10ms의 시간이 경과하면 턴오프될 수 있다. 그리고, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 이러한 턴오프 상태를 100ms의 시간 동안 유지하다가, 턴오프된지 100ms의 시간이 경과하면 다시 턴온될 수 있다. 이 경우, 상기 무선 통신 모듈(230)은, 10ms의 시간 동안 턴온 상태로 유지되고, 100ms의 시간 동안 턴오프 상태로 유지되며, 턴온 및 턴오프 주기는 110ms라 할 수 있다.
그리고, 이와 같은 무선 통신 모듈(230)의 턴온 및 턴오프 주기는, 제어 모듈(240)에 의해 제어 및 변경될 수 있다.
특히, 상기 제어 모듈(240)은, 차량이 운행 중이지 않을 때, 무선 통신 모듈(230)의 턴온 및 턴오프 주기를 변경할 수 있다. 차량이 운행 중일 때, 다시 말해 차량의 시동이 켜져 있을 때에는, 슬레이브 BMS(200)의 무선 통신 모듈(230)이 계속적으로 턴온되어 있어, 마스터 BMS(100)와 데이터를 신속하게 주고받는 것이 좋다. 하지만, 차량이 운행 중이지 않을 때, 다시 말해 차량의 시동이 꺼져 있을 때에는, 슬레이브 BMS(200)의 무선 통신 모듈(230)이 일부 시간 동안 턴오프되도록 하여, 무선 통신 모듈(230)의 대기에 의한 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 모듈(240)은, 차량 주차 상태와 관련하여 무선 통신 모듈(230)의 온오프를 제어할 수 있다.
특히, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간에 따라 무선 통신 모듈(230)의 온오프 시간을 제어할 수 있다. 여기서, 주차란, 차량의 시동이 꺼진 상태를 의미한다고 할 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 시동이 꺼진 상태에서 어느 정도의 시간이 경과했는지에 따라 무선 통신 모듈(230)의 온오프 시간을 제어할 수 있다.
이때, 차량의 주차 시간은, 제어 모듈(240)이 직접 측정할 수도 있고, 배터리 팩 외부의 다른 장치, 이를테면 ECU 등으로부터 주차 시간에 대한 정보를 제어 모듈(240)이 수신할 수도 있다. 제어 모듈(240)이 차량의 주차 시간을 측정하는 경우에도, 제어 모듈(240)은 ECU와 같은 외부 장치(O)로부터 차량의 시동이 꺼졌다는 등의 정보를 수신하여, 이를 기초로 차량의 주차 시간을 측정할 수도 있다.
상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간을 2개 이상의 구간으로 나누고, 각 구간에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴 오프 시간을 달리할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간을 24시간 미만과 24시간 이상의 구간으로 나누어 무선 통신 모듈(230)의 턴 오프 유지 시간을 다르게 설정할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간이 길어질수록 무선 통신 모듈(230)의 오프 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은 주차 시간이 소정의 기준 시간을 넘어가게 되면, 무선 통신 모듈(230)의 오프 시간을 늘리도록 무선 통신 모듈(230)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간이 24시간 미만일 때에는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 100ms로 할 수 있다. 이 경우, 무선 통신 모듈(230)은, 한 번 턴오프되면, 100ms의 시간 동안 턴오프 상태가 유지된다. 반면, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간이 24시간을 넘어가게 되면, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 300ms로 변경할 수 있다. 이 경우, 무선 통신 모듈(230)은, 한 번 턴오프되면, 300ms의 시간 동안 턴오프 상태가 유지된다. 이러한 구성에서는, 주차 시간이 증가함에 따라, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 구간 길이가 증대된다고 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 차량의 주차 시간에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 구간을 적응적으로 변화시킬 수 있다. 즉, 주차 시간이 짧을 때에는 대기전력으로 인해 배터리 모듈(10)의 이차 전지가 방전될 가능성이 낮으므로, 턴오프 구간을 짧게 할 여유가 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)의 사용자, 이를테면 차량의 운전자는, 배터리 모듈(10)이 신속하게 웨이크업되는 것을 느낄 수 있다. 하지만, 주차 시간이 길어질수록 누적된 대기전력으로 인해 배터리가 방전될 가능성이 높아지는데, 상기 실시예와 같이 주차 시간의 증가에 따라 턴오프 구간을 증가시키면, 대기 전력이 감소될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 운전자가 출장이나 여행 등으로 인해 차량을 장시간 사용하지 않더라도, 대기전력이 과도하게 소비되는 것을 방지하여, 배터리의 방전 등을 예방할 수 있다. 또한, 차량을 장시간 사용하지 않은 경우는 가끔 있을 수 있는 일이고, 이 경우에는 차량을 자주 사용하는 경우에 비해 배터리의 웨이크업이 다소 늦더라도, 운전자가 이해할 가능성이 많다고 할 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 1개의 기준 시간을 기초로 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 변경되는 상황을 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 주차 시간과 관련하여 2개 이상의 기준 시간을 기초로, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 단계적으로 변경할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 모듈(240)은, 주차 시간을 3개 이상의 시간 구간으로 구분하여, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 각각 별도로 설정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간과 관련하여, 제1 기준 시간으로서 10시간, 그리고 제2 기준 시간으로서 20시간을 설정할 수 있다. 그리고, 상기 제어 모듈(240)은, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 제1 오프 시간으로서 100ms, 제2 오프 시간으로서 200ms, 제3 오프 시간으로서 300ms로 구분 설정할 수 있다. 이 경우, 차량의 주차 시간이 10시간 미만(제1 시간 구간)일 때에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 100ms로 설정될 수 있다. 그리고, 차량의 주차 시간이 10시간 이상 20시간 미만(제2 시간 구간)일 때에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 200ms로 설정될 수 있다. 다음으로, 차량의 주차 시간이 20시간 이상(제3 시간 구간)일 때에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 300ms로 설정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 모듈(10)의 전압에 따라 무선 통신 모듈(230)의 온오프 시간을 제어할 수 있다.
즉, 슬레이브 BMS(200)의 상태 측정 모듈(220)은 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 전압 정보는 동일한 슬레이브 BMS(200)에 구비된 제어 모듈(240)로 전송될 수 있다. 그러면, 제어 모듈(240)은, 이와 같이 전송된 배터리 모듈(10)의 전압 측정 결과에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간 및/또는 턴오프 시간을 설정할 수 있다.
더욱이, 제어 모듈(240)은, 차량의 시동이 꺼진 상태에서, 배터리 모듈(10)의 전압 측정 정보에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간 및/또는 턴오프 시간을 제어할 수 있다. 슬레이브 BMS(200)는 배터리 모듈(10)이 슬립 모드인 경우에도 주기적으로 웨이크업될 수 있으며, 이처럼 웨이크업된 상태에서 상태 측정 모듈(220)은 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다.
특히, 상기 제어 모듈(240)은, 측정된 배터리 모듈(10)의 전압이 낮아질수록 무선 통신 모듈(230)의 오프 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 모듈(10) 전압이 소정의 기준 전압보다 낮아지게 되면, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 늘리도록 무선 통신 모듈(230)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 측정된 배터리 모듈(10)의 전압이 20V 이상일 때에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 100ms로 할 수 있다. 반면, 상기 제어 모듈(240)은, 측정된 배터리 모듈(10)의 전압이 20V 미만일 때에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 200ms로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 전압에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 구간을 적응적으로 변화시킬 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10)의 전압이 일정 수준 이하인 경우에는. 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 증가시킴으로써, 무선 통신 모듈(230)에 의한 배터리 모듈(10)의 전력 소모를 줄일 수 있다. 특히, 이러한 구성의 경우, 무선 통신 모듈(230)에 의해 배터리 모듈(10)이 방전되어 배터리 팩의 사용이 불가능해지는 것을 예방할 수 있다.
더욱이, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 모듈(10)의 전압을 3단계 이상의 전압 구간으로 구분하고, 구분된 전압 구간에 따라 턴오프 유지 시간을 다르게 설정할 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 모듈(10)의 전압에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 3단계 이상으로 구분할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 제1 기준 전압을 20V, 제2 기준 전압을 15V로 설정할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)의 전압 구간은 제1 전압 구간으로서 20V 이상, 제2 전압 구간으로서 15V 이상 20V 미만, 및 제3 전압 구간으로서 15V 미만의 3개의 구간으로 구분될 수 있다. 그리고, 상기 제어 모듈(240)은, 제1 전압 구간에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 100ms로 유지할 수 있다. 다음으로, 상기 제어 모듈(240)은, 제2 전압 구간에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 200ms로 유지할 수 있다. 그리고, 상기 제어 모듈(240)은, 제3 전압 구간에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 300ms로 유지할 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 전체 전압 구간에서, 제3 전압 구간의 경우, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 상대적으로 최대가 되도록 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 전압에 따라 보다 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 보다 세밀하게 조정되어, 배터리 모듈(10)의 웨이크업 시간과 대기전력 소모 문제가 적응적으로 대처될 수 있다. 특히, 배터리 모듈(10)의 전압이 방전 한계점 근처로 떨어지게 되면, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 극대화시켜 배터리 모듈(10)의 셀이 완전 방전되는 것을 방지할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 모듈(10)의 온도에 따라 무선 통신 모듈(230)의 온오프 시간을 제어할 수 있다.
즉, 슬레이브 BMS(200)의 상태 측정 모듈(220)은 배터리 모듈(10)의 온도를 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 온도 정보는 제어 모듈(240)로 전송될 수 있다. 그러면, 제어 모듈(240)은, 이와 같이 전송된 배터리 모듈(10)의 온도 정보에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간 및/또는 턴오프 시간을 설정할 수 있다.
특히, 상기 제어 모듈(240)은, 측정된 배터리 모듈(10)의 온도가 낮아질수록, 상기 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 모듈(10)의 온도가 소정의 기준 온도보다 낮아지게 되면, 무선 통신 모듈(230)의 오프 시간을 늘리도록 무선 통신 모듈(230)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 측정된 배터리 모듈(10)의 온도가 0℃ 이상일 때에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 100ms로 할 수 있다. 하지만, 측정된 배터리 모듈(10)의 온도가 0℃ 미만일 때에는, 상기 제어 모듈(240)은, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 200ms로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 온도가 낮은 상황에서 배터리 모듈(10)이 빠르게 방전되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10)의 온도가 낮을 때에는, 배터리 모듈(10)에 구비된 각 이차 전지의 성능이 제대로 발휘되지 못해, 출력 전압이 낮아지거나 보다 빠르게 방전될 수 있다. 하지만, 상기 실시예에 의하면, 낮은 온도에서 배터리 모듈(10)의 대기 전력 소모를 줄임으로써, 겨울철 등과 같이 저온 상황에서 배터리 모듈(10)의 저전력으로 인해 차량의 시동이 걸리지 않거나 운행 거리가 저하되는 등의 문제를 줄일 수 있다.
또한, 이처럼 배터리 모듈(10)의 온도에 따라 무선 통신 모듈(230)의 오프 시간을 변경하는 실시예에 있어서도, 턴오프 시간을 3단계 이상으로 설정 가능하다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 모듈(10)의 온도를 3단계 이상의 온도 구간으로 구분하고, 그에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간도 3단계 이상의 구간이 되도록 설정할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)의 온도에 따른 보다 세밀한 무선 통신 모듈(230)의 오프 시간 조절이 가능해질 수 있다.
한편, 상기 제어 모듈(240)은, 측정된 배터리 모듈(10)의 온도가 기준 온도 이상인 경우, 무선 통신 모듈(230)의 오프 시간을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 측정된 배터리 모듈(10)의 온도가 0℃에서 70℃까지의 온도 구간에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 100ms로 유지하다가, 배터리 모듈(10)의 온도가 70℃ 이상일 때에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 100ms에서 50ms로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)의 비상 상황을 보다 신속하게 감지할 수 있다. 이를테면, 배터리 모듈(10)이나 차량의 이상으로 배터리 모듈(10) 또는 차량에서 발열이나 화재 발생 시, 배터리 모듈(10)의 온도가 증가할 수 있는데, 이 경우 무선 통신 모듈(230)은 턴오프 시간이 줄어들기 때문에, 슬레이브 BMS(200)의 보다 신속한 웨이크업 내지 기능 수행, 정보 전달 등이 가능하도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주행 시간 패턴에 따라 무선 통신 모듈(230)의 온오프 시간을 제어할 수 있다. 여기서, 차량의 주행 시간 패턴이란, 차량이 주행되는 시간대를 패턴화한 정보라 할 수 있다. 더욱이, 차량의 주행 시간 패턴은, 해당 차량이 어느 시간대에 주로 운행이 시작되는지에 대한 패턴 정보일 수 있다.
특히, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주행 시간 패턴을 분석할 수 있다. 더욱이, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주행 시작 빈도수가 가장 많은(높은) 시간대(주행 시작 시간대)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 배터리 팩 외부 장치(O)로부터 차량의 시동이 걸렸다는 정보를 수신할 수 있다. 그러면, 상기 제어 모듈(240)은, 이와 같은 정보가 수신된 시각을 바탕으로, 차량의 주행 시작이 언제 이루어졌는지에 대한 시간 정보를 메모리 등에 저장할 수 있다. 그리고, 상기 제어 모듈(240)은, 이러한 차량의 주행 시작 시간을 데이터베이스화할 수 있다. 그리고, 상기 제어 모듈(240)은, 차량 주행 시작이 가장 많이 이루어진 시간대를 분석하여, 이를 주행 시작 빈도수가 가장 많은 시간대(주행 시작 시간대)로 설정할 수 있다. 또한, 상기 제어 모듈(240)은, 이와 같이 설정된 시간대에 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 감소시킬 수 있다.
이때, 상기 제어 모듈(240)은, 하루(24시간)를 기준으로 하여 시간대를 구분할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어 모듈(240)은, 0시에서 24시까지의 시간을 다수의 시간 구간으로 구분하고, 해당 차량이 구분된 다수의 시간 구간 중 어느 시간대에 주로 시동이 걸리는지 파악할 수 있다. 그리고, 상기 제어 모듈(240)은, 가장 많은 시동이 걸리는 시간으로 파악된 시간대의 어느 한 지점, 이를테면 해당 시간대의 시작점에서 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 하루의 시간을 2시간씩 12개의 시간 구간으로 나눌 수 있다. 그리고, 만일 해당 차량에 대하여 주로 운행이 시작되는 시점, 다시 말해 주로 시동이 걸리는 시간대가 오전 5시 내지 오전 7시 사이의 시간대로 파악된다면, 상기 제어 모듈(240)은, 이러한 시간대로 진입하는 시간, 즉 오전 5시에 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 줄어들도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 운행이 종료된 시점부터 오전 5시 이전까지는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 300ms가 되도록 하다가, 오전 5시부터는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 100ms가 되도록 변경할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 차량의 운행 패턴에 따라 무선 통신 모듈(230)의 온오프 주기가 결정되므로, 차량 운전자의 운전 패턴 내지 생활 패턴에 최적화된 무선 통신 모듈(230)의 온오프 제어가 이루어질 수 있다. 즉, 운전자가 통상적으로 운전하지 않을 것이라고 예측되는 시점에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 늘려 배터리 모듈(10)의 대기 전력 소모를 최소화하고, 운전자가 운전을 시작할 것이라고 예측되는 시점에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 줄여, 주차 중인 차량의 배터리 모듈(10)이 신속하게 웨이크업되도록 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 차량의 주행 시간 패턴에 따라 턴오프 시간을 제어하는 구성에서도, 상기 제어 모듈(240)은, 턴오프 시간을 3개 이상의 단계로 차등적으로 구분하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 오전 3시 이전까지는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 200ms로 유지하다가, 오전 4시부터 오전 5시까지의 시간 구간에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 150ms로 감소시킬 수 있다. 더욱이, 상기 제어 모듈(240)은, 오전 5시부터 오전 6시까지의 시간 구간에서는 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 유지 시간을 100ms로 더 감소시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 차량의 주행 시작 시간을 보다 정밀하게 고려하여, 배터리 모듈(10)의 대기 전력 소모 및 웨이크업의 신속화가 보다 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 상기와 같은 구성에 있어서, 차량의 주행 시간 패턴을 고려하여 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 감소시킨 상태에서 일정 시간이 경과한 후에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 다시 증가하도록 할 수 있다. 즉, 차량 시동이 가장 많이 걸리는 시간대를 지났음에도 차량의 시동이 걸리지 않은 때에는, 제어 모듈(240)은, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 다시 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 시간이 오전 5시 내지 7시 구간에 진입하였음에도 시동이 걸리지 않은 것으로 파악된 경우, 해당 시간대의 종료 시점, 다시 말해 오전 7시가 되는 시점에 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 100ms에서 다시 300ms가 되도록 변경할 수 있다. 이 경우, 소정 시간이 경과한 후에는, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 다시 원상태로 복귀된다고 할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 차량이 날마다 운행되지 않는 상황을 고려할 수 있다.
또한, 이와 같은 구성에서, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간은 한 번에 원상태로 복귀되지 않고 순차적으로 복귀될 수 있다. 즉, 차량의 시동이 가장 많이 걸리는 시간대에 진입하였음에도 차량의 시동이 걸리지 않은 경우, 상기 제어 모듈(240)은, 제1 시간 경과 후 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 1차적으로 증가시키고, 제1 시간보다 긴 제2 시간 경과 후 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 2차적으로 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 오전 5시에 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 300ms에서 100ms로 줄였으나 차량의 시동이 걸리지 않은 것으로 파악된 경우, 오전 6시에 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 100ms에서 200ms로 증가시킬 수 있다. 그리고 나서도 계속해서 차량의 시동이 걸리지 않은 것으로 파악된 경우, 상기 제어 모듈(240)은, 오전 7시에 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 200ms에서 300ms로 증가시킬 수 있다.
한편, 상기 여러 실시예에 있어서는, 상기 제어 모듈(240)이 각 상황에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 증가시키거나 감소시키는 것을 중심으로 설명되어 있으나, 상기 제어 모듈(240)은 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간 대신에 턴온 시간을 변경시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 운행 시작 빈도가 가장 높은 시간 구간에서, 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간을 증가시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 차량의 운행이 주로 오전 5시에서 오전 6시 사이에 이루어지는 것으로 분석된 경우, 상기 제어 모듈(240)은, 오전 5시 이전에는 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간을 10ms로 유지하다가, 오전 5시가 된 시점부터는 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간을 20ms로 증가시킬 수 있다. 이 경우, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 아닌 턴온 시간만 증가함으로써, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간이 상대적으로 감소한다고 할 수도 있다.
또한, 상기 제어 모듈(240)은, 상기와 같은 여러 상황에서, 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간과 턴오프 시간을 함께 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간이 증가함에 따라 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 증가시키고, 그와 함께 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간을 감소시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어 모듈(240)은, 차량의 주차 시간이 기준 시간을 넘어가는 경우, 무선 통신 모듈(230)의 턴오프 시간을 100ms에서 200ms로 늘리는 한편, 무선 통신 모듈(230)의 턴온 시간을 10ms에서 5ms로 줄일 수 있다.
한편, 상기 슬레이브 BMS(200)의 제어 모듈(240)은, 마스터 BMS(100)로 데이터를 전송할 때, CRC(Cyclic Redundancy Check) 코드를 데이터 프레임에 추가하여 패킷을 구성할 수 있다. 이 경우, 마스터 BMS(100)의 제어 유닛(130)은, 제어 모듈(240)로부터 전송받은 패킷의 데이터 CRC를 검사함으로써, 슬레이브 BMS(200)의 무선 통신 모듈(230)이나 마스터 BMS(100)의 내부 통신 유닛(120)에서 데이터 오류가 발생했는지 등을 검증할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(240)은, 해당 슬레이브 BMS(200)의 무선 통신 모듈(230)로 특정 신호를 전송할 수 있다. 이 경우, 무선 통신 모듈(230)은, 제어 모듈(240)로부터 지정된 시간 내에 신호가 오지 않을 경우, 제어 모듈(240)의 동작에 이상이 생긴 것으로 판단할 수 있다. 그러면, 무선 통신 모듈(230)은, 전원 모듈(210)의 스위칭부(212)를 토글(toggle)함으로써 제어 모듈(240)을 리셋하여 제어 모듈(240)의 정상 복귀를 시도할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 슬레이브 BMS(200)나 마스터 BMS(100)에서, MCU와 같은 제어 부품이나 RFID와 같은 통신 부품의 상태를 보다 효과적으로 진단하여, 배터리 팩 관리 장치의 기능 안전성이 보다 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 팩 자체에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 자동차에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 팩 내부에 구비되거나, 또는 배터리 팩 외부, 즉 자동차 자체에 구비될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 자동차가 운행 중이지 않을 때 배터리 모듈(10)의 대기 전력 소모가 감소됨으로써, 자동차가 운행되어야 하는 상황에서 시동이 걸리지 않거나 운행 거리가 줄어드는 등의 문제를 최소화할 수 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서 '전원 모듈', '상태 측정 모듈', '무선 통신 모듈', '제어 모듈' 등과 같이 '모듈'이라는 용어가 사용되었고, '외부 통신 유닛', '내부 통신 유닛', '제어 유닛' 등과 같이 '유닛'이라는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 모듈
20: 릴레이
100: 마스터 BMS
110: 외부 통신 유닛, 120: 내부 통신 유닛, 130: 제어 유닛, 140: 전원 유닛, 150: 릴레이 구동 유닛
200: 슬레이브 BMS
210: 전원 모듈, 211: 전원부, 212: 스위칭부
220: 상태 측정 모듈,
221: 전압 측정부, 222: 균등화부, 223: 온도 측정부
230: 무선 통신 모듈, 240: 제어 모듈
1000: 배터리 팩 관리 장치
P: 배터리 팩
C: 충방전 경로
O: 외부 장치

Claims (12)

  1. 복수의 이차 전지가 구비된 배터리 모듈을 하나 이상 포함하며 차량에 탑재되는 배터리 팩을 관리하는 장치에 있어서,
    상기 배터리 팩의 외부 장치와 신호를 송수신하는 외부 통신 유닛, 상기 배터리 팩의 내부에 구비된 하나 이상의 슬레이브 BMS와 무선 통신 신호를 송수신하는 내부 통신 유닛, 및 상기 외부 통신 유닛과 상기 내부 통신 유닛을 통해 수신된 데이터를 처리하는 제어 유닛을 구비하는 마스터 BMS; 및
    상기 배터리 모듈로부터 전원을 공급받아 전달하는 전원 모듈, 상기 배터리 모듈의 전압 및 온도 중 적어도 하나 이상의 상태 정보를 측정하는 상태 측정 모듈, 상기 마스터 BMS와 무선 통신 신호를 송수신하는 무선 통신 모듈, 및 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어하는 제어 모듈을 구비하는 슬레이브 BMS
    를 포함하는 배터리 팩 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 모듈은, 정해진 주기마다 턴온되거나 턴오프되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주차 시간에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주차 시간이 증가함에 따라 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 상태 측정 모듈에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 전압에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 측정된 배터리 모듈의 전압이 낮아짐에 따라, 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 상태 측정 모듈에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 온도에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 측정된 배터리 모듈의 온도가 낮아짐에 따라, 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주행 시간 패턴에 따라 상기 무선 통신 모듈의 온오프 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 차량의 주행 시작 빈도수가 가장 많은 시간대를 설정하여, 상기 설정된 시간대에서 상기 무선 통신 모듈의 턴오프 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 자동차.
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