KR20210051449A - 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 - Google Patents

배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 복수 개 포함하는 배터리 관리 시스템의 정보를 처리하는 방법에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀의 복수의 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대응하는 복수의 팩 평균전압을 산출하는 단계; 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하인지를 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 따라 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 전체 평균전압에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출하거나 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 팩 평균전압에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출하는 단계; 및 상기 산출 결과에 따라 상기 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장하거나 상기 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템{Information Processing Method of Battery Management System and Battery System}
본 발명은 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 복수 개 포함하는 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템에 관한 것이다.
가솔린 등 화석연료를 주 연료로 사용하는 자동차는 지구 온난화 및 대기오염의 문제를 가지고 있어 친환경을 위한 노력의 일환으로 최근 전기 에너지를 사용하는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기 에너지를 사용하는 자동차는 충전/방전이 가능한 다수의 이차전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주 동력원으로 이용한다. 따라서, 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 배터리를 모니터링 하고 최적 상태로 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)의 역할이 크다.
배터리 관리 시스템의 중요한 역할 중 하나는 배터리 셀 간의 전압을 균등하게 유지하는 배터리 셀 밸런싱 동작을 수행하는 것이다. 복수의 배터리 셀 간 구조적 차이에 기인하여 전압 편차는 필연적으로 발생하고, 이는 배터리 열화의 원인으로 작용하여 배터리 수명이 단축되는 문제로 지적된다. 이를 해결하기 위해, 배터리 관리 시스템은 배터리를 모니터링하고 배터리 셀 밸런싱 동작을 수행하여 배터리 수명을 연장한다.
한편, 배터리 셀 밸런싱은 배터리 셀 전압의 측정을 전제로 하는데, 전기 에너지를 사용하는 자동차의 배터리의 용량 및 출력이 커지면서 배터리 셀 개수가 지속적으로 증가하고 측정된 배터리 셀 전압을 저장할 메모리의 용량도 배터리 셀 개수에 비례해서 커지고 있다. 그러나, 현실적으로 배터리 관리 시스템 내에 MCU의 메모리 크기는 제한적이므로 이에 대한 해결 방안이 필요하다.
본 발명은 복수의 배터리 셀의 복수의 셀 전압과 평균 전압의 차이를 이용하여 복수의 셀 전압 저장 시 배터리 관리 시스템 내 저장 용량을 줄일 수 있는 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템에 관한 것이다.
발명의 한 특징에 따른 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 복수 개 포함하는 배터리 관리 시스템의 정보를 처리하는 방법에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀의 복수의 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대응하는 복수의 팩 평균전압을 산출하는 단계; 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하인지를 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 따라 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 전체 평균전압에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출하거나 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 팩 평균전압에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출하는 단계; 및 상기 산출 결과에 따라 상기 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장하거나 상기 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장하는 단계를 포함한다.
상기 산출하는 단계는, 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하이면 상기 복수의 제1 차이값을 산출할 수 있다.
상기 저장하는 단계는, 상기 산출된 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장할 수 있다.
상기 산출하는 단계는, 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하면 상기 복수의 제2 차이값을 산출할 수 있다.
상기 저장하는 단계는, 상기 산출된 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 복수 개 포함하는 배터리 시스템에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀을 포함하는 상기 배터리 팩을 복수 개 포함하고 상기 복수의 배터리 셀의 복수의 셀 전압을 측정하는 멀티 배터리 팩; 및 상기 멀티 배터리 팩으로부터 상기 측정된 복수의 셀 전압을 수신하고 상기 수신된 복수의 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대응하는 복수의 팩 평균전압을 산출하고 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하인지를 판단하여 상기 판단 결과에 따라 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 전체 평균전압에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출하거나 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 팩 평균전압에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출하고 상기 산출 결과에 따라 상기 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장하거나 상기 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장하는 메인 BMS를 포함한다.
상기 메인 BMS는, 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하이면 상기 복수의 제1 차이값을 산출할 수 있다.
상기 메인 BMS는, 상기 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장할 수 있다.
상기 메인 BMS는, 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하면 상기 복수의 제2 차이값을 산출할 수 있다.
상기 메인 BMS는, 상기 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장할 수 있다.
본 발명은 배터리 셀의 개수가 증가하더라도 측정된 배터리 셀의 셀 전압을 저장하는데 필요한 메모리 용량을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 구성을 자세하게 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따라 메인 BMS와 복수의 서브 BMS 간의 관계를 설명하는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따라 배터리 팩들 간의 팩 평균전압 차가 적은 경우 배터리 셀 전압과 전체 평균전압의 복수의 제1 차이값을 저장하여 메모리 용량을 줄이는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 배터리 팩들 간의 팩 평균전압 차가 큰 경우 배터리 셀 전압과 팩 평균전압의 제2 차이값을 저장하여 메모리 용량을 줄이는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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, "포함한다" 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.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 구성을 자세하게 설명하는 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따라 메인 BMS와 복수의 서브 BMS 간의 관계를 설명하는 블록도이고, 도 4는 일 실시예에 따라 배터리 팩들 간의 팩 평균전압 차가 적은 경우 배터리 셀 전압과 전체 평균전압의 제1 차이값을 저장하여 메모리 용량을 줄이는 방법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 일 실시예에 따라 배터리 팩들 간의 팩 평균전압 차가 큰 경우 배터리 셀 전압과 팩 평균전압의 제2 차이값을 저장하여 메모리 용량을 줄이는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(100)은 멀티 배터리 팩(10), 스위치(20), 전류 센서(30), 및 메인 BMS(40)를 포함한다.
멀티 배터리 팩(10)은 복수의 배터리 팩이 직렬/병렬 연결되어 필요한 전원을 공급할 수 있다. 도 1에서는, 멀티 배터리 팩(10)이 병렬 연결되어 있는 복수의 배터리 팩(Pack_1-Pack_k)을 포함하고, 배터리 시스템(100)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 연결되어 있으며, 배터리 시스템(100)의 양극과 출력단(OUT1) 사이에 스위치(20)가 연결되어 있고, 배터리 시스템(1)의 음극과 출력단(OUT2) 사이에 전류 센서(30)가 연결되어 있다.
도 2를 참고하면, 배터리 팩(Pack_i)은 배터리 모듈(i_1), 팩 스위치(i_2), 팩 전류 센서(i_3) 및 서브 BMS(i_4)를 포함할 수 있다. i는 1부터 k까지의 자연수 중 하나이다.
배터리 모듈(i_1)은 복수의 배터리 셀이 직렬/병렬 연결되어 필요한 전원을 공급할 수 있다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 배터리 모듈(i_1)이 직렬 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(Cell_i1-Cell_in)을 포함하고, 배터리 시스템(100)의 스위치(20) 및 전류 센서(30) 사이에 연결되어 있으며, 배터리 모듈(i_1)의 양극과 스위치(20) 사이에 팩 스위치(i_2)가 연결되어 있고, 배터리 모듈(i_1)의 음극과 전류 센서(30) 사이에 팩 전류 센서(i_3)가 연결되어 있다.
팩 스위치(i_2)는 배터리 팩(Pack_i)과 멀티 배터리 팩(10) 간의 전기적 연결을 제어한다. 팩 스위치(i_2)가 온 되면, 팩 스위치(i_2)와 멀티 배터리 팩(10)이 전기적으로 연결되어 배터리 팩(Pack_i)이 충전 또는 방전을 수행할 수 있는 상태가 된다. 팩 스위치(i_2)가 오프 되면, 팩 스위치(i_2)와 멀티 배터리 팩(10)이 전기적으로 분리되어, 배터리 시스템(100)의 스위치(20)가 온 되어도 배터리 팩(Pack_i)은 외부 장치와 전기적으로 연결되지 못한다. 예를 들어, 팩 스위치(i_2)가 오프 되면, 대응하는 배터리 팩(Pack_i)은 부하에 전력을 공급하지 못한다.
팩 전류 센서(i_3)는 배터리 모듈(i_1)에 흐르는 전류 즉, 배터리 모듈 (i_1)의 충전 전류 및 방전 전류(이하, 팩 전류, PI_i)를 측정하고, 측정한 팩 전류(PI_i)를 서브 BMS(i_4)에 전달할 수 있다.
서브 BMS(i_4)는, 복수의 배터리 셀(Cell_i1-Cell_in)에 전기적으로 연결되어 복수의 배터리 셀(Cell_i1-Cell_in) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)을 감지한다. 서브 BMS(i_4)는, 감지된 셀 전압(Vcell_im) 및 팩 전류 센서(i_3)로부터 수신한 팩 전류(PI_i)를 메인 BMS(40)에 전달한다. m은 1부터 n까지의 자연수 중 하나이다.
서브 BMS(i_4)는, 메인 BMS(40)로부터 스위칭 제어 신호(PSW[i])를 수신하고 수신된 스위칭 제어 신호(PSW[i])에 기초하여 팩 스위치(i_2)의 스위칭을 제어한다. 구체적으로, 서브 BMS(i_4)의 제어로 팩 스위치(i_2)가 온/오프 되면, 대응하는 배터리 팩(Pack_i)은 멀티 배터리 팩(10)에 결합/분리 된다. 멀티 배터리 팩(10)을 구성하는 배터리 팩(Pack_i)의 개수는 가변 될 수 있다.
스위치(20)는 배터리 시스템(100)과 외부 장치 간의 전기적 연결을 제어한다. 스위치(20)가 온 되면, 배터리 시스템(100)과 외부 장치가 전기적으로 연결되어 충전 또는 방전이 수행되고, 스위치(20)가 오프 되면, 배터리 시스템(100)과 외부 장치가 전기적으로 분리된다.
전류 센서(30)는 멀티 배터리 팩(10)과 외부 장치간 전류 경로에 직렬 연결되어 있다. 전류 센서(30)는 멀티 배터리 팩(10)에 흐르는 전류 즉, 충전 전류 및 방전 전류(멀티 팩 전류, Ito)를 측정하고, 측정 결과를 메인 BMS(40)에 전달할 수 있다. 멀티 팩 전류(Ito)는 멀티 배터리 팩(10)에 병렬 결합되는 배터리 팩(Pack_i)의 종류 및 개수에 따라 달라질 수 있고, 병렬 결합되는 복수의 배터리 팩(Pack_1-Pack_k)의 복수의 팩 전류(PI_1-PI_k)의 합산 값에 대응한다.
메인 BMS(40)는, 복수의 서브 BMS(1_4-k_4)에 배터리 팩 정보를 요청하여 수신한다. 도 3을 참고하면, 메인 BMS(40)는, 배터리 팩 정보에 기초하여 스위칭 제어 신호(PSW[i])를 생성하고, 생성한 스위칭 제어 신호(PSW[i])를 복수의 서브 BMS(1_4-k_4)에 전달하여 배터리 팩(Pack_i)을 멀티 배터리 팩(10)에 결합 또는 분리 시킬 수 있다. 배터리 팩 정보는 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im) 및 복수의 배터리 팩(Pack_1-Pack_k)에 대한 팩 전류(PI_i)를 포함할 수 있다. 도 3에서, 메인 BMS(40)는 복수의 서브 BMS(1_4-k_4)와 구별하여 도시하고 있으나 이에 한정되지 않고, 복수의 서브 BMS(1_4-k_4) 중 하나가 메인 BMS(40)의 기능을 수행할 수 있다.
메인 BMS(40)는, 복수의 서브 BMS(1_4-k_4)로부터 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)을 수신하고 수신된 복수의 셀 전압(Vcell_11- Vcell_kn)을 전체 평균전압 또는 복수의 팩 평균전압과의 차를 구하여 차이값을 저장한다. 그러면, 복수의 셀 전압(Vcell_11- Vcell_kn)을 그대로 저장하는 경우보다 저장에 필요한 메모리 용량을 줄일 수 있다. 저장 메모리 용량이 줄어드는 이유를 이하 도 4 및 도 5와 함께 상세하게 설명한다.
우선, 메인 BMS(40)는, 복수의 서브 BMS(1_4-k_4)로부터 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)을 수신한다. 메인 BMS(40)는, 수신한 복수의 셀 전압(Vcell_11- Vcell_kn)에 기초하여 전체 평균전압 및 복수의 팩 평균전압을 산출한다.
구체적으로, 메인 BMS(40)는, 멀티 배터리 팩(10)에 포함된 전체 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn)의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn)의 평균으로 전체 평균전압을 산출한다. 메인 BMS(40)는, 각 배터리 모듈(i_1)에 포함된 복수의 배터리 셀(Cell_i1-Cell_in)의 셀 전압(Vcell_im)의 평균으로 팩 평균전압을 산출한다.
도 4를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8)에 포함된 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압에 기초하여 전체 평균전압(Total avg)을 3.788V로 산출하고, 제1 내지 제8 팩 평균전압(avg)을 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V로 산출한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전체 96개의 배터리 셀의 셀 전압 중 전체 최대 셀 전압(Total max)은 3.789V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)은 3.787V이고, 전체 최대 셀 전압(Total max)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total max diff)은 0.001V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total min diff)은 -0.001V이다. 예를 들어, 제1 배터리 팩(Pack_1)에서 최대 셀 전압(max)은 3.789, 최소 셀 전압(min)은 3.787이고, 최대 셀 전압(max)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(max_diff)은 0.001V이고, 최소 셀 전압(min)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(min_diff)은 -0.001V이다.
도 5를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8)에 포함된 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압에 기초하여 전체 평균전압(Total avg)을 3.777625V로 산출하고, 제1 내지 제8 팩 평균전압(avg)을 3.7935V, 3.6625V, 3.8815V, 3.7285V, 3.5255V, 3.9825V, 4.0065V, 3.6405V로 산출한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전체 96개의 배터리 셀의 셀 전압 중 전체 최대 셀 전압(Total max)은 4.012V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)은 3.52V이고, 전체 최대 셀 전압(Total max)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total max diff)은 0.234375V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total min diff)은 -0.257625V이다. 예를 들어, 제1 배터리 팩(Pack_1)에서 최대 셀 전압(max)은 3.799V, 최소 셀 전압(min)은 3.788V이고, 최대 셀 전압(max)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(max_diff)은 0.0055V이고, 최소 셀 전압(min)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(min_diff)은 -0.0055V이다.
다음으로, 메인 BMS(40)는, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하인지 검토한다. 구체적으로 메인 BMS(40)는, 복수의 팩 평균전압 중 최대 팩 평균전압과 최소 팩 평균전압을 구하고, 이들의 팩 평균전압 차이값이 소정의 임계값 이하인지를 판단한다.
도 4를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 최대 팩 평균전압(3.788V)과 최소 팩 평균전압(3.788V)의 차이값(0V)을 산출하고 해당 차이값(0V)이 소정의 임계값(예를 들어, 0.05V) 이하에 해당함을 판단할 수 있다. 도 5를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 최대 팩 평균전압(4.0065V)과 최소 팩 평균전압(3.5255V)의 차이값(0.481V)을 산출하고 해당 차이값(0.481V)이 소정의 임계값(예를 들어, 0.05V)을 초과함을 판단할 수 있다.
다음으로, 메인 BMS(40)는, 판단 결과에 따라 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn) 및 전체 평균전압에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출하거나 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn) 및 복수의 팩 평균전압에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출한다.
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하이면 멀티 배터리 팩(10) 내 전체 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn)의 셀 전압(Vcell_im) 간의 차가 크지 않으므로, 메인 BMS(40)는, 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn)과 전체 평균전압의 차에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출한다.
도 4를 참고하면, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 마다 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12) 각각에 대한 셀 전압과 전체 평균전압(Total avg)의 제1 차이값을 산출한다. 예를 들어, 메인 BMS(40)는, 제1 배터리 팩(Pack_1)의 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압과 전체 평균전압(3.788)의 복수의 제1 차이값(3.787-3.788=-0.001V, 3.788-3.788=0V, 3.789-3.788=0.001V, 3.787-3.788=-0.001V, 3.788-3.788=0V, 3.789-3.788=0.001V, 3.787-3.788=-0.001V, 3.788-3.788=0V, 3.789-3.788=0.001V)을 산출한다. 구체적으로, 메인 BMS(40)는, 전체 평균전압(3.788V)에 기초하여 전체 96개의 배터리 셀에 대한 복수의 제1 차이값을 산출한다.
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하면 멀티 배터리 팩(10) 내 전체 배터리 셀(Cell_11-Cell_km)의 셀 전압(Vcell_im) 간의 차가 크므로, 메인 BMS(40)는, 배터리 팩(Pack_i) 별로 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn)과 해당 배터리 팩(Pack_i)의 팩 평균전압의 차에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출한다.
도 5를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 마다 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12) 각각에 대한 셀 전압과 해당 배터리 팩(Pack_i)의 팩 평균전압(avg)의 제2 차이값을 산출한다. 예를 들어, 메인 BMS(40)는, 제1 배터리 팩(Pack_1)의 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압과 제1 팩 평균전압(3.7935V)의 복수의 제2 차이값(3.788-3.7935=-0.0055V, 3.789-3.7935=-0.0045V, 3.79-3.7935=-0.0035V, 3.791-3.7935=-0.0025V, 3.792-3.7935=-0.0015V, 3.793-3.7935=-0.0005V, 3.794-3.7935=0.0005V, 3.795-3.7935=0.0015V, 3.796-3.7936=0.0025V, 3.797-3.7936=0.0035V, 3.798-3.7936=0.0045V, 3.799-3.7936=0.0055V)을 산출한다. 구체적으로, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 별로 제1 내지 제8 팩 평균전압에 기초하여 전체 96개의 배터리 셀에 대한 복수의 제2 차이값을 산출한다.
다음으로, 메인 BMS(40)는, 산출 결과에 따라 복수의 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장하거나 복수의 제2 차이값 및 복수의 팩 평균전압을 저장한다.
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하에 해당하여 복수의 제1 차이값이 산출된 경우, 메인 BMS(40)는, 산출된 복수의 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장한다. 이후, 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)이 필요한 경우, 메인 BMS(40)는, 저장된 제1 차이값(셀 전압―전체 평균전압)과 전체 평균전압을 합하여 셀 전압(Vcell_im)을 복원할 수 있다.
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하여 복수의 제2 차이값이 산출된 경우, 메인 BMS(40)는, 산출된 복수의 제2 차이값 및 복수의 팩 평균전압을 저장한다. 이후, 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)이 필요한 경우, 메인 BMS(40)는, 저장된 제2 차이값(셀 전압―팩 평균전압)과 팩 평균전압을 합하여 셀 전압(Vcell_im)을 복원할 수 있다.
이하, 셀 전압(Vcell_im)을 그대로 저장하는 경우(Case 1), 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장하는 경우(Case 2), 그리고 제2 차이값 및 팩 평균전압을 저장하는 경우(Case 3)에 저장에 필요한 메모리 용량의 차이를 도 4 및 도 5와 함께 설명한다.
도 4를 참고하면, Case 1에 따르면, 배터리 셀의 측정 가능한 전압 범위가 예를 들어, 0~4.999V인 경우, 셀 전압을 저장하는데 13bit(예를 들어, 3bit(정수)+10bit(소수)= 13bit)가 필요하다. 셀 전압을 그대로 저장하는 경우, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8)의 전체 셀 개수는 96개 이므로 저장에 필요한 총 데이터 용량은 1,248bit(96×13bit)이다.
Case 2에 따르면, 전체 배터리 셀 각각에 대한 제1 차이값은 최대 제1 차이값(Total max diff) 0.001과 최소 제1 차이값(Total max diff) -0.001의 사이에 속하므로, 제1 차이값을 저장하는데 각각 2bit(부호 1bit, 크기 1bit)가 필요하다. 따라서, 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장하는 경우, 총 96개의 배터리 셀의 제1 차이값을 저장하는 데에 192bit(96×2bit), 그리고 전체 평균전압(Total avg) 3.788를 저장하는 데에 13bit가 필요하므로, 저장에 필요한 총 데이터 용량은 205bit(192bit+13bit)이다.
Case 3에 따르면, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 별로 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12) 각각에 대한 제2 차이값은 최대 제2 차이값(max_diff) 0.001과 최소 제2 차이값(min_diff) -0.001의 사이에 속하므로, 제2 차이값을 저장하는데 각각 각각 2bit(부호 1bit, 크기 1bit)가 필요하다. 따라서, 제2 차이값 및 팩 평균전압을 저장하는 경우, 총 96개의 배터리 셀의 제2 차이값을 저장하는 데에192bit(96×2bit), 그리고 제1 내지 제8 팩 평균전압 8개에 대해 104bit(8×13bit)가 필요하므로, 저장에 필요한 총 데이터 용량은 296bit(192bit+104bit)이다.
앞서 검토한 바와 같이, 도 4는 배터리 팩들 간의 팩 평균전압 차가 적은 경우에 해당하므로, 도 4에서는 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장하는 Case 2의 경우가 저장에 필요한 총 데이터 용량이 가장 작음을 알 수 있다.
도 5를 참고하면, Case 1에 따르면, 도 4에서와 같이 셀 전압을 그대로 저장하는 경우, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8)의 전체 셀 개수는 96개 이므로 저장에 필요한 총 데이터 용량은 1,248bit(96×13bit)이다.
Case 2에 따르면, 전체 배터리 셀 각각에 대한 제1 차이값은 최대 제1 차이값(Total max diff) 0.257(소수 넷째 자리 이하 버림)과 최소 제1 차이값(Total max diff) -0.234(소수 넷째 자리 이하 버림)의 사이에 속하므로, 제1 차이값을 저장하는데 각각 10bit(부호 1bit, 크기 9bit)가 필요하다. 따라서, 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장하는 경우, 총 96개의 배터리 셀의 제1 차이값을 저장하는 데에 960bit(96×10bit), 그리고 전체 평균전압(Total avg) 3.777(소수 넷째 자리 이하 버림)을 저장하는 데에 13bit가 필요하므로, 저장에 필요한 총 데이터 용량은 973bit(960bit+13bit)이다.
Case 3에 따르면, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 별로 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12) 각각에 대한 제2 차이값은 최대 제2 차이값(max_diff) 0.005(소수 넷째 자리 버림)과, 최소 제2 차이값(min_diff) -0.005(소수 넷째 자리 버림)의 사이에 속하므로, 제2 차이값을 저장하는데 각각 4bit(부호 1bit, 크기 3bit)가 필요하다. 제2 차이값 및 팩 평균전압을 저장하는 경우, 총 96개의 배터리 셀의 제2 차이값을 저장하는 데에 384bit(96×4bit) 그리고 제1 내지 제8 팩 평균전압 8개에 대해 104bit(8×13bit)이므로, 저장에 필요한 총 데이터 용량은 488bit(384bit+104bit)이다.
앞서 검토한 바와 같이, 도 5는 배터리 팩들 간의 평균전압 차가 큰 경우에 해당하므로, 도 5에서는 제2 차이값 및 팩 평균전압을 저장하는 Case 3의 경우가 저장에 필요한 총 데이터 용량이 가장 작음을 알 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
우선, 메인 BMS(40)는, 복수의 서브 BMS(1_4-k_4)로부터 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)을 수신한다. 메인 BMS(40)는, 수신한 복수의 셀 전압(Vcell_11- Vcell_kn)에 기초하여 전체 평균전압 및 복수의 팩 평균전압을 산출한다(S10). 구체적으로, 메인 BMS(40)는, 멀티 배터리 팩(10)에 포함된 전체 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn)의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn)의 평균으로 전체 평균전압을 산출한다. 메인 BMS(40)는, 각 배터리 모듈(i_1)에 포함된 복수의 배터리 셀(Cell_i1-Cell_in)의 셀 전압(Vcell_im)의 평균으로 팩 평균전압을 산출한다.
도 4를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8)에 포함된 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압에 기초하여 전체 평균전압(Total avg)을 3.788V로 산출하고, 제1 내지 제8 팩 평균전압(avg)을 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V, 3.788V로 산출한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전체 96개의 배터리 셀의 셀 전압 중 전체 최대 셀 전압(Total max)은 3.789V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)은 3.787V이고, 전체 최대 셀 전압(Total max)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total max diff)은 0.001V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total min diff)은 -0.001V이다. 예를 들어, 제1 배터리 팩(Pack_1)에서 최대 셀 전압(max)은 3.789, 최소 셀 전압(min)은 3.787이고, 최대 셀 전압(max)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(max_diff)은 0.001V이고, 최소 셀 전압(min)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(min_diff)은 -0.001V이다.
도 5를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8)에 포함된 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압에 기초하여 전체 평균전압(Total avg)을 3.777625V로 산출하고, 제1 내지 제8 팩 평균전압(avg)을 3.7935V, 3.6625V, 3.8815V, 3.7285V, 3.5255V, 3.9825V, 4.0065V, 3.6405V로 산출한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전체 96개의 배터리 셀의 셀 전압 중 전체 최대 셀 전압(Total max)은 4.012V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)은 3.52V이고, 전체 최대 셀 전압(Total max)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total max diff)은 0.234375V이고, 전체 최소 셀 전압(Total min)과 전체 평균전압(Total avg)의 차이값(Total min diff)은 -0.257625V이다. 예를 들어, 제1 배터리 팩(Pack_1)에서 최대 셀 전압(max)은 3.799V, 최소 셀 전압(min)은 3.788V이고, 최대 셀 전압(max)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(max_diff)은 0.0055V이고, 최소 셀 전압(min)과 제1 팩 평균전압(avg)의 차이값(min_diff)은 -0.0055V이다.
다음으로, 메인 BMS(40)는, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하인지 검토한다. 구체적으로 메인 BMS(40)는, 복수의 팩 평균전압 중 최대 팩 평균전압과 최소 팩 평균전압을 구하고, 이들의 팩 평균전압 차이값이 소정의 임계값 이하인지를 판단한다(S20).
도 4를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 최대 팩 평균전압(3.788V)과 최소 팩 평균전압(3.788V)의 차이값(0V)을 산출하고 해당 차이값(0V)이 소정의 임계값(예를 들어, 0.05V) 이하에 해당함을 판단할 수 있다. 도 5를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 최대 팩 평균전압(4.0065V)과 최소 팩 평균전압(3.5255V)의 차이값(0.481V)을 산출하고 해당 차이값(0.481V)이 소정의 임계값(예를 들어, 0.05V)을 초과함을 판단할 수 있다.
다음으로, 메인 BMS(40)는, 판단 결과에 따라 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn) 및 전체 평균전압에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출하거나 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn) 및 복수의 팩 평균전압에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출한다(S30).
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하이면(S20, Yes), 멀티 배터리 팩(10) 내 전체 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn)의 셀 전압(Vcell_im) 간의 차가 크지 않으므로, 메인 BMS(40)는, 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn)과 전체 평균전압의 차에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출한다(S31).
도 4를 참고하면, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 마다 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12) 각각에 대한 셀 전압과 전체 평균전압(Total avg)의 제1 차이값을 산출한다. 예를 들어, 메인 BMS(40)는, 제1 배터리 팩(Pack_1)의 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압과 전체 평균전압(3.788)의 복수의 제1 차이값(3.787-3.788=-0.001V, 3.788-3.788=0V, 3.789-3.788=0.001V, 3.787-3.788=-0.001V, 3.788-3.788=0V, 3.789-3.788=0.001V, 3.787-3.788=-0.001V, 3.788-3.788=0V, 3.789-3.788=0.001V)을 산출한다. 구체적으로, 메인 BMS(40)는, 전체 평균전압(3.788V)에 기초하여 전체 96개의 배터리 셀에 대한 복수의 제1 차이값을 산출한다.
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하면(S20, No), 멀티 배터리 팩(10) 내 전체 배터리 셀(Cell_11-Cell_km)의 셀 전압(Vcell_im) 간의 차가 크므로, 메인 BMS(40)는, 배터리 팩(Pack_i) 별로 복수의 셀 전압(Vcell_11-Vcell_kn)과 해당 배터리 팩(Pack_i)의 팩 평균전압의 차에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출한다(S33).
도 5를 참고하면, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 마다 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12) 각각에 대한 셀 전압과 해당 배터리 팩(Pack_i)의 팩 평균전압(avg)의 제2 차이값을 산출한다. 예를 들어, 메인 BMS(40)는, 제1 배터리 팩(Pack_1)의 제1 내지 제12 배터리 셀(1-12)의 셀 전압과 제1 팩 평균전압(3.7935V)의 복수의 제2 차이값(3.788-3.7935=-0.0055V, 3.789-3.7935=-0.0045V, 3.79-3.7935=-0.0035V, 3.791-3.7935=-0.0025V, 3.792-3.7935=-0.0015V, 3.793-3.7935=-0.0005V, 3.794-3.7935=0.0005V, 3.795-3.7935=0.0015V, 3.796-3.7936=0.0025V, 3.797-3.7936=0.0035V, 3.798-3.7936=0.0045V, 3.799-3.7936=0.0055V)을 산출한다. 구체적으로, 메인 BMS(40)는, 제1 내지 제8 배터리 팩(Pack_1-Pack_8) 별로 제1 내지 제8 팩 평균전압에 기초하여 전체 96개의 배터리 셀에 대한 복수의 제2 차이값을 산출한다.
다음으로, 메인 BMS(40)는, 산출 결과에 따라 복수의 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장하거나 복수의 제2 차이값 및 복수의 팩 평균전압을 저장한다(S40).
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하에 해당하여 복수의 제1 차이값이 산출된 경우(S31), 메인 BMS(40)는, 산출된 복수의 제1 차이값 및 전체 평균전압을 저장한다(S41). 이후, 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)이 필요한 경우, 메인 BMS(40)는, 저장된 제1 차이값(셀 전압―전체 평균전압)과 전체 평균전압을 합하여 셀 전압(Vcell_im)을 복원할 수 있다.
예를 들어, 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하여 복수의 제2 차이값이 산출된 경우(S33), 메인 BMS(40)는, 산출된 복수의 제2 차이값 및 복수의 팩 평균전압을 저장한다(S43). 이후, 복수의 배터리 셀(Cell_11-Cell_kn) 각각에 대한 셀 전압(Vcell_im)이 필요한 경우, 메인 BMS(40)는, 저장된 제2 차이값(셀 전압―팩 평균전압)과 팩 평균전압을 합하여 셀 전압(Vcell_im)을 복원할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100: 배터리 시스템(100)
10: 멀티 배터리 팩
20: 스위치
30: 전류 센서
40: 메인 BMS
Pack_i: 배터리 팩
i_1: 배터리 셀 조립체
i_2: 팩 스위치
i_3: 팩 전류 센서
i_4: 서브 BMS

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 복수 개 포함하는 배터리 관리 시스템의 정보를 처리하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 복수의 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대응하는 복수의 팩 평균전압을 산출하는 단계;
    상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하인지를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과에 따라 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 전체 평균전압에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출하거나 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 팩 평균전압에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출 결과에 따라 상기 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장하거나 상기 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장하는 단계를 포함하는 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하이면 상기 복수의 제1 차이값을 산출하는 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저장하는 단계는,
    상기 산출된 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장하는 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하면 상기 복수의 제2 차이값을 산출하는 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저장하는 단계는,
    상기 산출된 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장하는 배터리 관리 시스템의 정보 처리 방법.
  6. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 복수 개 포함하는 배터리 시스템에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀을 포함하는 상기 배터리 팩을 복수 개 포함하고 상기 복수의 배터리 셀의 복수의 셀 전압을 측정하는 멀티 배터리 팩; 및
    상기 멀티 배터리 팩으로부터 상기 측정된 복수의 셀 전압을 수신하고 상기 수신된 복수의 셀 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩에 대응하는 복수의 팩 평균전압을 산출하고 상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하인지를 판단하여 상기 판단 결과에 따라 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 배터리 셀의 전체 평균전압에 기초하여 복수의 제1 차이값을 산출하거나 상기 복수의 셀 전압 및 상기 복수의 팩 평균전압에 기초하여 복수의 제2 차이값을 산출하고 상기 산출 결과에 따라 상기 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장하거나 상기 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장하는 메인 BMS를 포함하는 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메인 BMS는,
    상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값 이하이면 상기 복수의 제1 차이값을 산출하는 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 BMS는,
    상기 복수의 제1 차이값 및 상기 전체 평균전압을 저장하는 배터리 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 메인 BMS는,
    상기 복수의 팩 평균전압 간의 차이값이 소정의 임계값을 초과하면 상기 복수의 제2 차이값을 산출하는 배터리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 메인 BMS는,
    상기 복수의 제2 차이값 및 상기 복수의 팩 평균전압을 저장하는 배터리 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023176102A1 (ja) * 2022-03-17 2023-09-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池状態分析システム、電池状態分析方法、及び電池状態分析プログラム

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