KR20210070111A - 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템은, 차량이 시동 온상태인 경우 동작하며, 배터리의 전압, 온도 및 절연저항 중 적어도 하나를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 진단하는 BMS(Battery management system), BMS 오프상태 및 배터리 충전상태인 경우 동작하며, 상기 배터리의 전압 및 온도를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 감지하고, 상기 배터리의 충전시간을 근거로 상기 BMS를 간헐적으로 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 상기 BMS에 전송하며, 상기 배터리의 이상이 감지된 경우 오프되는 배터리 모니터링 장치를 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING LIFE OF BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충전이 필요한 배터리를 사용하는 차량에서 BMS(Battery Management System)의 과도한 동작 시간을 보조하여, BMS의 수명을 보전할 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
충전이 필요한 전기 차량의 BMS(Battery Management System)는 차량 주행 중 상시 동작하고, 차량 비주행 중에는 충전(충전기 직접 충전, 솔라 시스템 등)을 위해 동작하게 된다.
BMS는 배터리 충/방전 시에 배터리의 발화 및 폭발로부터 보호하기 위해 상시 동작하는데, 배터리의 충전 시간이 늘어남에 따라 혹은, 상시 충전(솔라 시스템 등) 기술 등의 적용에 따라 동작시간이 크게 늘어 차량의 보증 수명을 맞추기 힘들어지고 있다. 즉, 배터리의 충/방전 시 배터리의 발화 및 폭발 위험 때문에 배터리 모니터링이 필요하고, 배터리의 발화 및 폭발 위험이 없더라도 배터리의 수명에 직접적인 영향을 줄 수 있어, 배터리는 충/방전 동작 중 상시 모니터링이 필요하다. 이에, BMS는 차량의 주행/비주행에 관계 없이 상시 동작하게 되어, BMS의 수명 보증에 문제가 발생하게 된다.
한편, 배터리를 주동력으로 사용하는 전기 차량의 주행거리를 늘리거나, 전기 차량의 차종을 더 큰 차종(버스, 트럭 등)으로 확대하면서, 배터리 용량이 늘어나는 추세이다. 배터리 용량이 큰 차량일수록 BMS는 배터리와 가까우면서 깊은 곳에 위치하므로, BMS의 수명에 문제가 발생하면 BMS의 수리 및 교체에 많은 시간과 비용을 소모하게 된다.
상술한 바와 같이 BMS는 차량의 주행/비주행에 관계 없이 상시 동작하므로, BMS의 수명에 문제가 발생하게 되고, BMS의 수명에 문제가 발생하면 BMS의 수리 및 교체에 많은 시간과 비용을 소모하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1364094호(배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 충전이 필요한 배터리를 사용하는 차량에서 BMS의 과도한 동작 시간을 보조하여, BMS의 수명을 보전할 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템은, 차량이 시동 온상태인 경우 동작하며, 배터리의 전압, 온도 및 절연저항 중 적어도 하나를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 진단하는 BMS(Battery management system), BMS 오프상태 및 배터리 충전상태인 경우 동작하며, 상기 배터리의 전압 및 온도를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 감지하고, 상기 배터리의 충전시간을 근거로 상기 BMS를 간헐적으로 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 상기 BMS에 전송하며, 상기 배터리의 이상이 감지된 경우 오프되는 배터리 모니터링 장치를 포함한다.
본 발명에서 상기 배터리 모니터링 장치는, 상기 BMS 오프상태 및 상기 배터리 충전상태인 경우 전원을 공급하는 전원부, 상기 배터리의 양단 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압을 디지털 신호로 변환하여 마이컴으로 전송하는 ADC, 상기 배터리의 충전 요구량 및 현재 배터리 잔량에 기초하여 상기 배터리의 충전시간을 예측하고, 상기 예측된 충전시간에 기초하여 상기 간헐 동작 신호의 동작 주기 및 동작 시간을 설정하며, 상기 동작 주기에 상기 동작 시간을 포함하는 간헐 동작 신호를 상기 BMS에 전송하는 마이컴을 포함하되, 상기 마이컴은 상기 배터리의 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도 및 상기 ADC로부터 전송된 전압에 기초하여 상기 배터리의 이상 여부를 감지하며, 상기 배터리의 이상이 감지된 경우 배터리 이상 감지 신호를 상기 BMS로 전송하여 상기 BMS를 온시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 마이컴은, 상기 현재 배터리 잔량을 고려하여 배터리 충전 요구량을 산출하고, 상기 배터리를 충전하는 배터리 충전 시스템의 출력전류를 구하며, 상기 배터리 충전 요구량을 상기 배터리 충전 시스템의 출력전류로 나누어 충전시간을 예측할 수 있다.
본 발명에서 상기 BMS는, 상기 배터리의 전압 및 온도를 측정하고, 상기 배터리의 셀 밸런싱을 수행하는 감지/밸런싱부, 상기 감지/밸런싱부에서 측정된 온도 및 전압에 기초하여 상기 배터리의 이상 여부를 진단하고, 그 진단 결과에 따라 상기 감지/밸런싱부 및 릴레이 제어부를 제어하는 마이컴, 상기 배터리의 이상이 진단된 경우, 상기 마이컴의 제어에 따라 상기 배터리의 릴레이 스위치를 오프시키는 릴레이 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 마이컴은, 상기 배터리 모니터링 장치로부터 간헐 동작 신호가 수신되면, 상기 간헐 동작 시간에 포함된 동작 시간 동안 동작하여 상기 배터리의 상태를 감시할 수 있다.
본 발명에서 상기 마이컴은, 상기 배터리 모니터링 장치로부터 배터리 이상 감지 신호가 수신되면, 상기 배터리의 상태를 감시하여 상기 배터리의 위험 상황에 대한 판단 및 위험 회피 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 관리 방법은, 배터리 모니터링 장치가 BMS 오프상태 및 배터리 충전상태를 감지하여 동작하는 단계, 상기 배터리 모니터링 장치가 상기 배터리의 전압 및 온도를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 감지하고, 상기 배터리의 충전시간을 근거로 BMS를 간헐적으로 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 상기 BMS로 전송하는 단계, 상기 배터리 모니터링 장치가 상기 배터리의 이상을 감지하면, 배터리 이상 감지 신호를 상기 BMS로 전송하고, 동작을 중지하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 간헐 동작 신호를 생성하여 상기 BMS에 전송하는 단계에서, 상기 배터리 모니터링 장치는, 상기 배터리의 충전 요구량 및 현재 배터리 잔량에 기초하여 상기 배터리의 충전시간을 예측하고, 상기 예측된 충전시간에 기초하여 상기 간헐 동작 신호의 동작 주기 및 동작 시간을 설정하며, 상기 동작 주기에 상기 동작 시간을 포함하는 간헐 동작 신호를 상기 BMS에 전송할 수 있다.
본 발명에서 상기 배터리의 충전시간은, 상기 현재 배터리 잔량을 고려하여 산출된 배터리 충전 요구량을 상기 배터리를 충전하는 배터리 충전 시스템의 출력전류로 나누어 예측된 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 간헐 동작 신호를 수신한 BMS는 상기 동작 시간 동안 동작하여, 상기 배터리의 상태를 감시할 수 있다.
본 발명은 상기 배터리 이상 감지 신호를 상기 BMS로 전송하고, 동작을 중지하는 단계 이후, 상기 BMS가 상기 배터리의 상태를 감시하여 상기 배터리의 위험 상황에 대한 판단 및 위험 회피 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 차량의 시동이 온된 경우, 상기 BMS가 동작하여 상기 배터리의 전압, 온도 및 절연저항을 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법은 차량의 시동 오프상태 및 배터리 충전상태인 경우 배터리의 상태를 감시하는 배터리 모니터링 장치를 구비함으로써, BMS의 과도한 동작 시간을 보조할 수 있고, 이로 인해 BMS의 수명을 보전할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 보조 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 보조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에서 "온(on)"은 "동작"과 동일한 의미일 수 있고, "오프(off)"는 "동작 종료(정지)"와 동일한 의미일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 보조 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 보조 시스템은 배터리(100)의 상태를 감시하는 BMS(Battery management system, 200), 배터리 모니터링 장치(이하 PVM(Pack Voltage Monitor)이라 칭함, 300) 및 제어장치(미도시)를 포함한다.
배터리(100)는 배터리(100)의 필요 용량에 따라 셀(Cell)을 직렬로 연결하여 하나의 팩(Pack)형태로 구성되는 배터리 팩일 수 있다. 즉, 배터리(100)는, 도시되지 않았지만, 직렬 연결된 복수의 배터리 셀들을 갖는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 배터리 셀들의 각각은 리튬 배터리 셀로 구현될 수 있다. 적어도 2개의 배터리 모듈들은 직렬 연결되거나 병렬 연결될 수도 있다.
BMS(200)는 배터리(100)의 배터리 셀들이 각각에 연결되고, 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링 하거나, 주행 가능 거리 예측을 위한 배터리 용량(SOC, state of charge)를 계산하거나, 배터리(100) 교체를 위한 노화 수명 예측(SOH, state of health estimation)하거나, 배터리 시스템의 안전 운영을 위한 경보 및 사전 안전 예방 조치(protection)을 수행하거나, 배터리 시스템 진단 기능(diagnosis)을 수행하거나, 냉각팬 제어를 통해 배터리(100) 최적 온도를 유지하도록 구현될 수 있다.
BMS(200)는 차량의 시동 온상태인 경우 동작하며, 배터리(100)의 전압, 온도 및 절연저항을 측정하여, 배터리(100)의 이상 여부를 진단한다. 즉, BMS(200)는 차량이 시동 온 상태인 경우 배터리(100)를 동력원으로 사용하는 차량의 배터리 셀들을 센싱 및 밸런싱하고, 절연 저항을 측정하며, 배터리(100)의 온도를 센싱할 수 있다.
또한, BMS(200)는 오프(off)상태에서 PVM(300)으로부터 간헐 동작 신호가 수신되면, 간헐 동작 신호에 포함된 동작 시간 동안 강제로 동작하여, 배터리(100)의 상태를 감시한다. 즉, BMS(200)는 차량의 시동 오프 상태에서 PVM(300)으로부터 간헐 동작 신호가 수신되면, 간헐 동작 모드로 동작하여 동작 시간 동안만 강제로 동작하여, 배터리(100)의 상태를 감시할 수 있다.
PVM(300)은 BMS(200)의 동작 및 수명을 보조하기 위한 장치로, 차량 시동 오프(IG OFF) 시에만 동작하며, BMS(200)와 연계하여 배터리(100)를 감시한다.
PVM(300)은 BMS 오프상태 및 배터리 충전상태인 경우 동작하며, 배터리(100)의 전압 및 온도를 측정하여 배터리(100)의 이상 여부를 감지하고, 배터리(100)의 충전시간을 근거로 BMS(200)를 간헐적으로 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 BMS(200)에 전송하며, 배터리(100)의 이상이 감지된 경우 오프 된다.
즉, PVM(300)은 차량 시동 오프(IG OFF) 상태이고, 배터리 충전 시스템이 연결된 상태가 함께 만족되면 동작할 수 있다. 또한, PVM(300)은 배터리(100)의 전압 및 온도 센싱 등 배터리 위험 상태에 대한 최소한의 기능만을 수행하며, 필요에 따라 성능, 진단 기능을 추가적으로 수행할 수 있다.
한편, 장시간 PVM(300)만 동작하게 되면, PVM(300)의 제한된 기능으로 인해 배터리(100)의 위험 상태를 정확하게 진단할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 이에, PVM(300)은 BMS(200)를 간헐적으로 동작시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 BMS(200)로 전송하고, 간헐 동작 신호를 수신한 BMS(200)는 간헐적으로 배터리(100)의 상태를 감시할 수 있다.
또한, PVM(300)는 배터리(100)의 이상이 감지되면, 그 이상 상황에 대한 정확한 판단을 위해 BMS(200)를 강제로 구동시키고, BMS(200)는 배터리(100)의 위험 상황에 대한 정확한 판단 및 위험 회피 동작을 수행할 수 있다. 이때, BMS(200)가 동작하게 되면, PVM(300)은 오프(OFF)상태일 수 있다. 즉, PVM(300)은 배터리(100)의 전압이나 온도 센싱 값에 이상이 감지되면, 자신은 동작을 중지하고, BMS(200)를 동작시켜 위험 상황에 대한 종합적인 판단 및 회피를 BMS(200)가 하게 할 수 있다.
상술한 PVM(300)의 주요 기능은 배터리(100)의 전압 및 온도 센싱이며, 주기적으로 BMS(200)를 동작시켜 배터리(100)의 상세 모니터링을 수행하게 함으로써, 부족한 안정성을 높일 수 있다. 이러한 PVM(300)은 BMS(200)의 내부 또는 외부에 구성되고, 차량 시동 오프 후 모니터링이 필요한 이벤트 발생시(예컨대, 배터리 충전) 동작하여, BMS(200)의 기능 및 수명을 보조하여, 차량의 보증 수명을 만족시킬 수 있다.
제어장치(미도시)는 차량의 시동 온상태 또는 오프상태를 감지하고, 그 감지결과에 따라 BMS(200) 또는 PVM(300)을 동작시킬 수 있다. 즉, 제어장치는 차량 시동 온상태인 경우 BMS(200)를 동작시키고, 차량 시동 오프상태이면서 배터리 충전상태인 경우 PVM(300)을 동작시킬 수 있다. 이러한 제어장치는 예컨대 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS(200)는 감지/밸런싱부(210), 마이컴(220) 및 릴레이 제어부(230)를 포함한다.
감지/밸런싱부(210)는 배터리(100)의 전압 및 온도를 측정하고, 배터리(100)의 셀 밸런싱을 수행한다. 즉, 감지/밸런싱부(210)는 배터리(100)를 구성하는 각 배터리 셀의 전압과 전류와 온도를 측정하여 배터리 셀의 셀 밸런싱(cell balancing)을 수행할 수 있다.
감지/밸런싱부(210)는 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하고, 그 모니터링 결과값을 마이컴(220)으로 전송하거나, 모니터링 결과값에 따라 릴레이 제어부(230) 혹은 그 외의 장치를 직접 제어하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 감지/밸런싱부(210)는 고전압 감지 시 릴레이 스위치(110)를 차단시키도록 릴레이 제어부(230)를 직접 제어하거나, 오픈 부하 감지 시 사용자에게 고장 정보를 실시간으로 디스플레이 하도록 구현될 수 있다. 감지/밸런싱부(210)는 고전압을 감지하기 위하여 배터리 셀의 전압이 과전압일 때 과전압이 진성인지 혹은 가성인지를 판별할 수 있다.
이러한 감지/밸런싱부(210)는 적어도 하나의 센싱 IC(integrated circuit)를 포함할 수 있고, 센싱 IC는 대응하는 배터리 셀들의 다양한 종류의 고장을 진단하도록 구현될 수 있다. 여기서 다양한 종류의 고장은 과전압(over voltage: OV), 저전압(under voltage; UV), 고온(over temperature; OT), 과전류(over current: OC), 저전류(under current: UC), 오픈 로드(open load: OL)을 포함할 수 있다. 센싱 IC는 주기적으로 대응하는 배터리 셀의 고장을 진단하고, 그 결과값을 마이컴(220)으로 전송할 수 있다.
감지/밸런싱부(210)는 배터리 셀(CELL)의 양단의 전압에 대응하는 아날로그 디지털 변환값을 발생하는 아날로그 디지털 변환기(analog digital convertor; ADC, 미도시)를 포함할 수 있다.
마이컴(220)은 BMS(200)의 전체적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있고, 마이크로콘트롤러(microcontroller, MCU)를 포함할 수 있다.
마이컴(220)은 감지/밸런싱부(210)에서 측정된 온도 및 전압에 기초하여 배터리(100)의 이상 여부를 진단하고, 그 진단 결과에 따라 감지/밸런싱부(210) 및 릴레이 제어부(230)를 제어한다. 즉, 마이컴(220)은 감지/밸런싱부(210)로부터 모니터링 결과값을 수신하고, 수신된 결과값, 주행 상태, 배터리 전체 전압, 모터 제어 유무 등을 이용하여 배터리(100) 이상(고장)을 종합적으로 진단하고, 그 진단 결과에 따라 감지/밸런싱부(210) 혹은 릴레이 제어부(230)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이컴(220)은 과전압(over voltage), 저전압(under voltage), 고온(over temperature), 과전류(over current), 저전류(under current), 오픈 로드(open load) 등을 알고리즘(소프트웨어/펌웨어)에 의거하여 판단할 수 있다.
마이컴(220)은 PVM(300)으로부터 간헐 동작 신호가 수신되면, 간헐 동작 신호에 포함된 동작 시간 동안 동작하여, 배터리(100)의 상태를 감시한다.
또한, 마이컴(220)은 PVM(300)으로부터 배터리 이상 감지 신호가 수신되면, 배터리(100)의 상태를 감시하여 배터리(100)의 위험 상황에 대한 판단 및 위험 회피 동작을 수행한다.
릴레이 제어부(230)는 배터리(100)의 이상이 진단된 경우, 마이컴(220)의 제어에 따라 릴레이 스위치(110)를 차단시킨다. 릴레이 스위치(110)는 릴레이 제어부(230)의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행함으로써 배터리(100)의 직류 전압을 인버터로 제공하거나 차단하도록 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치(300)는 전원부(310), ADC(320) 및 마이컴(330)을 포함한다.
전원부(310)는 BMS 오프상태 및 배터리 충전상태인 경우, ADC(320) 및 마이컴(330)에 전원을 공급한다.
ADC(320)는 배터리(100)의 양단 전압을 측정하고, 측정된 전압을 디지털 신호로 변환하여 마이컴(330)으로 전송한다. 즉, ADC(320)는 배터리 셀의 양단(양전압단과 음전압단 사이) 전압에 대하여 아날로그 디지털 변환 동작을 수행함으로써, 디지털 값의 출력 전압을 발생시킬 수 있다.
마이컴(330)는 배터리 모니터링 장치(300)의 전체적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다.
마이컴(330)은 전원부(310)를 통해 전원이 공급되면, 배터리(100)의 전압 및 온도를 측정하여 배터리(100)의 이상 여부를 감지하고, 배터리(100)의 충전시간을 근거로 BMS(200)를 간헐적으로 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 BMS(200)에 전송하며, 배터리(100)의 이상이 감지된 경우 전원부(310)의 전원 공급을 차단한다.
즉, 마이컴(330)은 배터리(100)의 충전 요구량 및 현재 배터리 잔량에 기초하여 배터리(100)의 충전시간을 예측하고, 예측된 충전시간에 기초하여 간헐 동작 신호의 동작 주기 및 동작 시간을 설정하며, 동작 주기에 동작 시간을 포함하는 간헐 동작 신호를 BMS(200)에 전송한다. 이때, 마이컴(330)은 현재 배터리 잔량을 고려하여 배터리 충전 요구량을 산출하고, 배터리(100)를 충전하는 배터리 충전 시스템의 출력전류를 구하며, 배터리 충전 요구량을 배터리 충전 시스템의 출력전류로 나누어 충전시간을 예측할 수 있다. 또한, 마이컴(330)은 배터리(100)를 탑재한 차량의 전장부하가 소모하는 전류량을 산출하고, 배터리 충전 시스템의 출력전류로부터 전장부하가 소모하는 전류량을 차감하여 배터리(100)를 충전하는 데에 사용되는 배터리 충전전류를 산출하며, 배터리 충전 요구량을 배터리 충전전류로 나누어 충전시간을 예측할 수도 있다.
마이컴(330)은 충전시간이 예측되면, 그 충전시간에 따라 간헐 동작 신호의 동작 주기를 설정하고, 동작 주기 동안 BMS(200)가 동작할 동작 시간을 설정할 수 있다. 예를 들어, 충전시간이 8시간인 경우, 마이컴(330)은 동작 주기를 1시간으로 설정할 수 있고, 동작 시간을 10분으로 설정할 수 있다.
또한, 마이컴(330)은 배터리(100)의 온도를 측정하고, 측정된 온도 및 ADC(320)로부터 전송된 전압에 기초하여 배터리(100)의 이상 여부를 감지하며, 배터리(100)의 이상이 감지된 경우 배터리 이상 감지 신호를 BMS(200)로 전송하여 BMS(200)를 동작시키고, 전원부(310)의 전원 공급을 차단시킨다. 즉, 마이컴(330)은 측정된 온도가 기 설정된 기준 온도 이상이거나, 전압이 기 설정된 기준 전압 이상인 경우, 배터리(100)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 배터리(100)에 이상이 발생한 것으로 판단되면, 마이컴(330)은 BMS(200)를 강제로 동작시키는 배터리 이상 감지 신호를 BMS(200)로 전송하고, 전원부(310)의 전원 공급을 차단시켜 배터리 모니터링 장치(300)를 오프상태로 할 수 있다. 배터리 이상 감지 신호를 수신한 BMS(200)는 동작 상태(온상태)로 전환되어, 배터리(100)의 전반적인 상태를 정확하게 진단할 수 있고, 그 진단결과 위험 상태가 아니라고 판단되면, 일정 시간 경과 후 오프상태로 전환될 수 있다. BMS(200)가 오프상태이고, 배터리 충전상태이면, 배터리 모니터링 장치(300)는 오프상태(동작 중지 상태)에서 온상태(동작 상태)로 전환될 수 있다.
상기와 같이 구성된 배터리 모니터링 장치(300)는 차량 시동 오프상태이면서 배터리 충전상태인 경우, 배터리 모니터링 기능을 수행하고, 상황에 따라 BMS(200)를 온(on)시킬 수 있다. 이러한 배터리 모니터링 장치(300)를 통해 차량의 주행 및 충전 중 상시로 동작하게 되는 BMS(200)의 수명을 보전할 수 있고, 전체적인 차량 보증 연한을 만족시킬 수 있다.
한편, 도 3에서는 하나의 ADC(320)를 도시하였으나, 배터리 모니터링 장치(300)는 각 배터리 셀들에 대응하는 복수의 ADC(320)들을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 보조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 차량의 시동이 온되면(S402), BMS(200)는 온(on)되어(S404), 배터리(100)의 전압 및 온도를 측정하고(S406), 측정된 전압 및 온도에 기초하여 배터리(100)의 이상 여부를 판단한다(S408). 이때, BMS(200)는 배터리 셀들의 전압 및 온도를 센싱 및 밸런싱하고, 절연 저항을 측정하며, 배터리(100)의 상태를 종합적으로 감시하여 배터리(100)의 위험상태 여부를 진단할 수 있다.
단계 S408의 판단결과 배터리(100)의 위험상태로 진단되면, BMS(200)는 배터리(100)의 릴레이 스위치(110)를 오프시키고(S410), 위험 상황을 알린다(S412). 즉, BMS(200)는 배터리 위험 상태로 진단되면, 릴레이 스위치(110)를 오프시켜 배터리(100)의 전압을 차단시킬 수 있고, 알람(alarm)을 발생시켜 위험 상황을 알릴 수 있다.
만약, 단계 S402의 판단결과 차량의 시동이 오프되면(S414), BMS(200)는 오프된다(S416). 즉, BMS(200)는 동작 중지 상태로 될 수 있다.
BMS(200)가 오프되면, 제어장치는 배터리 충전상태인지를 판단한다(S418).
단계 S418의 판단결과, 배터리 충전상태이면, 배터리 모니터링 장치(300)는 온된다(S420). 즉, 제어장치는 BMS 오프상태이면서 배터리 충전상태이면, 배터리 모니터링 장치(300)를 동작시킬 수 있다.
단계 S420이 수행되면, 배터리 모니터링 장치(300)는 배터리(100)의 충전시간을 근거로 BMS(200)를 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 BMS(200)로 전송한다(S422). 즉, 배터리 모니터링 장치(300)는 배터리(100)의 충전 요구량 및 현재 배터리 잔량에 기초하여 배터리(100)의 충전시간을 예측하고, 예측된 충전시간에 기초하여 간헐 동작 신호의 동작 주기 및 동작 시간을 설정하며, 동작 주기에 동작 시간을 포함하는 간헐 동작 신호를 BMS(200)에 전송할 수 있다.
단계 S422가 수행되면, 배터리 모니터링 장치(300)는 배터리(100)의 전압 및 온도를 센싱하여(S424), 배터리(100)의 위험 여부를 진단한다(S426). 즉, 배터리 모니터링 장치(300)는 측정된 온도가 기 설정된 기준 온도 이상이거나, 측정된 전압이 기 설정된 기준 전압 이상인 경우, 배터리(100)의 위험상태로 진단할 수 있다.
만약, S426의 판단결과, 배터리(100)의 위험상태로 진단되면, 배터리 모니터링 장치(300)는 BMS(200)를 온시키고, 자신은 오프시킨다(S428). 즉, 배터리 모니터링 장치(300)는 배터리 이상 감지 신호를 BMS(200)로 전송하여 BMS(200)를 강제로 동작시키고, 자신은 동작을 중지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템 및 방법은 차량의 시동 오프상태 및 배터리 충전상태인 경우 배터리(100)의 상태를 감시하는 배터리 모니터링 장치(300)를 구비함으로써, BMS(200)의 과도한 동작 시간을 보조할 수 있고, 이로 인해 BMS(200)의 수명을 보전할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 배터리
200 : BMS
210 : 감지/밸런싱부
220, 330 : 마이컴
230 : 릴레이 제어부
300 : 배터리 모니터링 장치
310 : 전원부
320 : ADC

Claims (12)

  1. 차량이 시동 온(on)상태인 경우 동작하며, 배터리의 전압, 온도 및 절연저항 중 적어도 하나를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 진단하는 BMS(Battery management system); 및
    BMS 오프상태 및 배터리 충전상태인 경우 동작하며, 상기 배터리의 전압 및 온도를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 감지하고, 상기 배터리의 충전시간을 근거로 상기 BMS를 간헐적으로 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 상기 BMS로 전송하며, 상기 배터리의 이상이 감지된 경우 오프(off)되는 배터리 모니터링 장치
    를 포함하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모니터링 장치는,
    상기 BMS 오프상태 및 상기 배터리 충전상태인 경우 전원을 공급하는 전원부;
    상기 배터리의 양단 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압을 디지털 신호로 변환하여 마이컴으로 전송하는 ADC(Analog Digital Convertor); 및
    상기 배터리의 충전 요구량 및 현재 배터리 잔량에 기초하여 상기 배터리의 충전시간을 예측하고, 상기 예측된 충전시간에 기초하여 상기 간헐 동작 신호의 동작 주기 및 동작 시간을 설정하며, 상기 동작 주기에 상기 동작 시간을 포함하는 간헐 동작 신호를 상기 BMS에 전송하는 마이컴을 포함하되,
    상기 마이컴은,
    상기 배터리의 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도 및 상기 ADC로부터 전송된 전압에 기초하여 상기 배터리의 이상 여부를 감지하며, 상기 배터리의 이상이 감지된 경우 배터리 이상 감지 신호를 상기 BMS로 전송하여 상기 BMS를 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 현재 배터리 잔량을 고려하여 배터리 충전 요구량을 산출하고, 상기 배터리를 충전하는 배터리 충전 시스템의 출력전류를 구하며, 상기 배터리 충전 요구량을 상기 배터리 충전 시스템의 출력전류로 나누어 충전시간을 예측하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 배터리의 전압 및 온도를 측정하고, 상기 배터리의 셀 밸런싱을 수행하는 감지/밸런싱부;
    상기 감지/밸런싱부에서 측정된 온도 및 전압에 기초하여 상기 배터리의 이상 여부를 진단하고, 그 진단 결과에 따라 상기 감지/밸런싱부 및 릴레이 제어부를 제어하는 마이컴; 및
    상기 배터리의 이상이 진단된 경우, 상기 마이컴의 제어에 따라 상기 배터리의 릴레이 스위치를 오프시키는 릴레이 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 배터리 모니터링 장치로부터 간헐 동작 신호가 수신되면, 상기 간헐 동작 시간에 포함된 동작 시간 동안 동작하여 상기 배터리의 상태를 감시하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 배터리 모니터링 장치로부터 배터리 이상 감지 신호가 수신되면, 상기 배터리의 상태를 감시하여 상기 배터리의 위험 상황에 대한 판단 및 위험 회피 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 시스템.
  7. 배터리 모니터링 장치가 BMS 오프상태 및 배터리 충전상태를 감지하여 동작하는 단계;
    상기 배터리 모니터링 장치가 상기 배터리의 전압 및 온도를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 감지하고, 상기 배터리의 충전시간을 근거로 BMS를 간헐적으로 강제 구동시키는 간헐 동작 신호를 생성하여 상기 BMS로 전송하는 단계; 및
    상기 배터리 모니터링 장치가 상기 배터리의 이상을 감지하면, 배터리 이상 감지 신호를 상기 BMS로 전송하고, 오프(off)되는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 간헐 동작 신호를 생성하여 상기 BMS에 전송하는 단계에서,
    상기 배터리 모니터링 장치는, 상기 배터리의 충전 요구량 및 현재 배터리 잔량에 기초하여 상기 배터리의 충전시간을 예측하고, 상기 예측된 충전시간에 기초하여 상기 간헐 동작 신호의 동작 주기 및 동작 시간을 설정하며, 상기 동작 주기에 상기 동작 시간을 포함하는 간헐 동작 신호를 상기 BMS에 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리의 충전시간은, 상기 현재 배터리 잔량을 고려하여 산출된 배터리 충전 요구량을 상기 배터리를 충전하는 배터리 충전 시스템의 출력전류로 나누어 예측된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 간헐 동작 신호를 수신한 BMS는 상기 동작 시간 동안 동작하여, 상기 배터리의 상태를 감시하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 이상 감지 신호를 상기 BMS로 전송하고, 동작을 정지하는 단계 이후,
    상기 BMS가 상기 배터리의 상태를 감시하여 상기 배터리의 위험 상황에 대한 판단 및 위험 회피 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    차량의 시동이 온된 경우, 상기 BMS가 동작하여 상기 배터리의 전압, 온도 및 절연저항 중 적어도 하나를 측정하여 상기 배터리의 이상 여부를 진단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 수명 관리 방법.
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