KR20230083845A - 배터리 정보 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

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서유경
오승택
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템은, 배터리 랙을 제어하는 RBMS(Rack Battery Management System)로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 통신 장치; 상기 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되고, 상기 통신 장치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 스위치; 및 상기 스위치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 컨트롤러를 포함한다. 실시예에 따르면, 통신 속도나 데이터 용량에 구애 받지 않고 모든 배터리 셀들의 정보를 수집 및 관리할 수 있다. 따라서, 시스템에 이상이 생긴 경우 이상의 원인이 되는 배터리 셀을 용이하게 찾아낼 수 있고, 해당 배터리 셀/모듈만 교체하여 수리 및 유지 비용을 절감할 수 있다.

Description

배터리 정보 관리 시스템 및 방법{BATTERY INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD}
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 정보 관리 시스템 및 이를 이용한 배터리 정보 관리 방법에 관한 것이다.
전력 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 전기 에너지를 저장하였다가 필요할 때 사용할 수 있도록 관리하는 체계로서, 일반적으로 대규모 전력망을 구동하는 발전소 또는 전력 소모량이 큰 빌딩 등에 설치되는 전력 저장 시스템은 수백 내지 수천 개의 배터리 셀을 포함한다. 이러한 배터리 셀들을 체계적으로 관리하기 위해, 다수의 배터리 셀을 합쳐 배터리 모듈을 구성하고, 다수의 배터리 모듈을 합쳐 배터리 랙(Battery Rack)을 구성하게 된다. 전력 저장 시스템은 이러한 배터리 랙을 다수 포함하는데, 각각의 배터리 모듈 및 배터리 랙을 제어하고 상태를 모니터링하기 위해 MBMS(Module Battery Management System) 및 RBMS(Rack Battery Management System)가 설치되며, 최상위 계층에는 상기 MBMS, RBMS로부터 수신한 다수의 배터리 관련 정보를 통합 관리하고 배터리 시스템 전체를 제어하기 위한 BSC(Battery System Controller)가 설치된다.
BSC는 전력 저장 시스템의 원활한 작동을 위해 수백 내지 수천 개의 배터리 셀과 관련된 데이터를 수시로(통상적으로, 1초 주기로) 모니터링해야 하는데, 모든 데이터를 처리하기에는 통신 속도 및 데이터 용량에 한계가 있기 때문에 중요 데이터(예컨대, 최대/최소 셀 전압, 모듈 온도, 충전 상태(SOC) 등)만을 선택적으로 수신하여 처리하는 것이 일반적이다. 그러나 이 경우 모든 배터리 셀을 정밀하게 모니터링할 수 없기 때문에 전력 저장 시스템에 이상이 발생하였을 때 어느 배터리 셀에서 문제의 원인이 발생하였는지 발견하기가 어렵다는 문제가 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 일 목적은 전력 저장 시스템을 구성하는 모든 배터리 셀의 데이터를 수시로 모니터링할 수 있는 배터리 정보 관리 시스템 및 배터리 정보 관리 방법을 제공하는 것이다.
본 문서에 개시된 실시예들의 또 다른 목적은 모든 배터리 셀의 정보를 저장 장치에 저장함으로써, 시스템에 이상이 생긴 경우 이상의 원인이 되는 배터리 셀을 용이하게 찾아낼 수 있도록 하는 것이다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템은, 배터리 랙을 제어하는 RBMS(Rack Battery Management System)로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 통신 장치; 상기 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되고, 상기 통신 장치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 스위치; 및 상기 스위치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 컨트롤러를 포함한다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리 랙은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈 각각은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 랙에 관한 정보는 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템에 있어서, 상기 배터리 모듈 각각은 MBMS(Module Battery Management System)에 의해 제어되고, 상기 RBMS 및 상기 MBMS는 CAN(Controller Area Network) 통신을 수행하여 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 송수신할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템에 있어서, 상기 통신 장치는, 상기 RBMS 및 상기 MBMS 간 CAN 통신 데이터를 TCP/IP 패킷으로 변경하여 상기 스위치에 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템에 있어서, 상기 통신 장치는, DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 방식으로 IP를 할당 받아 상기 할당된 IP를 기초로 상기 스위치와 통신하고, 상기 스위치는 DHCP 방식에 따른 IP 할당이 가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장 장치에 저장하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러가 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 주기가 1초 이내일 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 저장 장치에 저장된 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보에 기초하여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템은, 적어도 하나의 배터리 랙; 상기 적어도 하나의 배터리 랙 각각을 제어하는 적어도 하나의 RBMS(Rack Battery Management System); 및 상기 적어도 하나의 배터리 랙에 관한 정보를 관리하는 배터리 정보 관리 시스템을 포함하되, 상기 배터리 정보 관리 시스템은, 상기 RBMS 각각으로부터, 각 RBMS가 제어하는 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 적어도 하나의 통신 장치; 상기 적어도 하나의 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되고, 상기 통신 장치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 스위치; 및 상기 스위치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 컨트롤러를 포함한다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 있어서, 상기 배터리 랙 각각은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈 각각은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 랙에 관한 정보는 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈 각각을 제어하는 적어도 하나의 MBMS(Module Battery Management System)를 더 포함하고, 상기 RBMS 및 상기 MBMS는 CAN(Controller Area Network) 통신을 수행하여 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 송수신할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 있어서, 상기 통신 장치는, 상기 RBMS 및 상기 MBMS 간 CAN 통신 데이터를 TCP/IP 패킷으로 변경하여 상기 스위치에 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 있어서, 상기 통신 장치는, DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 방식으로 IP를 할당 받아 상기 할당된 IP를 기초로 상기 스위치와 통신하고, 상기 스위치는 DHCP 방식에 따른 IP 할당이 가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템은, 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 저장 장치를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 상기 저장 장치에 저장하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러가 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 주기가 1초 이내일 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 전력 저장 시스템에 이상이 발생한 경우, 상기 저장 장치에 저장된 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보에 기초하여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 방법은, 통신 장치에서, 배터리 랙을 제어하는 RBMS(Rack Battery Management System)로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 단계; 상기 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되는 스위치에서, 상기 통신 장치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 단계; 및 컨트롤러에서, 상기 스위치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 방법에 있어서, 상기 배터리 랙은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈 각각은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 랙에 관한 정보는 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 방법은, 상기 컨트롤러가 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장 장치에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 방법은, 상기 컨트롤러가 상기 저장 장치에 저장된 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보에 기초하여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배터리 랙을 제어하는 RBMS와 각각 연결된 통신 장치, 및 상기 통신 장치로부터 근거리 통신망을 통해 배터리 셀 각각에 관한 정보를 수신하여 컨트롤러에 전달하는 스위치를 이용해, 모든 배터리 셀들의 정보를 통합 관리할 수 있는 배터리 정보 관리 시스템이 제공된다.
제안된 시스템에 따르면, 컨트롤러가 RBMS로부터 직접 배터리 관련 정보를 수집하는 종래의 시스템에 비해, 통신 속도나 데이터 용량에 구애 받지 않고 모든 배터리 셀들의 정보를 수집 및 관리할 수 있다. 따라서, 시스템에 이상이 생긴 경우 이상의 원인이 되는 배터리 셀을 용이하게 찾아낼 수 있고, 해당 배터리 셀/모듈만 교체하여 수리 및 유지 비용을 절감할 수 있다.
이 외에도 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예 또는 종래 기술의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 도면의 일부 구성요소들에 대한 표현이 과장되거나 생략될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템을 포함하는 전력 저장 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 종래기술에 따른 전력 저장 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 포함된 배터리 랙(battery rack)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 문서에 개시된 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 문서에 개시된 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 문서에 개시된 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 문서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 문서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 문서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템을 포함하는 전력 저장 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1)은 복수의 배터리 랙(101, 102, 103, 104), 상기 복수의 배터리 랙(101, 102, 103, 104)을 각각 제어하는 복수의 RBMS(Rack Battery System)(111, 112, 113, 114), 배터리에 관한 정보를 관리하는 배터리 정보 관리 시스템(10), 및 배터리에 관한 정보를 저장하는 저장 장치(150)를 포함한다.
일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 시스템(10)은, RBMS(111, 112, 113, 114)로부터 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 적어도 하나의 통신 장치(121, 122, 123, 124), 상기 통신 장치로부터 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 스위치(130), 및 상기 스위치(130)로부터 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 컨트롤러(140)를 포함한다.
도 1에는 4개의 배터리 랙(101, 102, 103, 104) 및 4개의 RBMS(111, 112, 113, 114), 4개의 통신 장치(121, 122, 123, 124)만이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 구성일 뿐 각 구성요소의 개수는 도시된 것에 한정되지 아니하며 더 많거나 더 적은 수의 구성요소가 존재할 수 있다.
도 2는 종래기술에 따른 전력 저장 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 전력 저장 시스템(2)은 복수의 배터리 랙(201, 202, 203, 204), 상기 복수의 배터리 랙(201, 202, 203, 204)을 각각 제어하는 복수의 RBMS(211, 212, 213, 214), 상기 RBMS로부터 배터리에 관한 정보를 수신하여 관리하는 컨트롤러(240), 및 배터리에 관한 정보를 저장하는 저장 장치(250)를 포함한다.
종래기술의 전력 저장 시스템(2)에 비해 실시예의 전력 저장 시스템(1)의 구조상 가장 큰 차이점은, 각각의 RBMS와 연결된 추가적인 통신 장치(121, 122, 123, 124) 및 상기 통신 장치들로부터 모든 배터리에 관한 정보를 수신하여 컨트롤러(140)에 전달하는 스위치(130)를 구비하는 것이다. 이들 구성요소는 종래 시스템과는 상이한 방식으로 통신을 수행하여 배터리 셀과 관련된 정보를 수집하고 관리할 수 있도록 한다.
배터리 랙(Battery Rack)은 복수의 배터리 모듈 집합을 적재하고 관리하기 위한 장치로서, 배터리 랙에 설치된 랙 배터리 관리 시스템(RBMS)에 의하여 제어된다. 도 1에 도시된 것처럼, 전력 저장 시스템(1)에는 하나 이상의 배터리 랙(101, 102, 103, 104)이 포함될 수 있으며, 각 배터리 랙에 설치된 RBMS(111, 112, 113, 114)는 배터리 랙을 제어하고 배터리 랙에 포함된 배터리 모듈, 배터리 셀에 관한 정보를 수집한다.
도 3은 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템에 포함된 배터리 랙의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 배터리 랙(101)은 적어도 하나의 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4, ...)을 포함할 수 있다. 각각의 배터리 모듈(M1)은 적어도 하나의 배터리 셀(C11, C12, C13, C14, C15, ...)을 포함할 수 있다.
배터리 셀(C11, C12, C13, C14, C15, ...)은 전기 에너지를 충전 및 방전하여 사용할 수 있도록 구성된 배터리의 기본 단위로서, 양극, 음극, 분리막, 전해액 등의 구성요소를 파우치, 원통형 또는 사각형 케이스에 넣어 제작된다. 실시예에 따르면, 배터리 셀은 리튬 이온(Li-ion) 전지, 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
배터리 모듈(M1, M2, M3, M4, ...)은 각각 복수의 배터리 셀(C11~C15, C21~C25, C31~C35, C41~C45, ...)을 포함하며, 배터리 셀들을 외부 충격과 열, 진동 등으로부터 보호하고 정보를 관리하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 조립체이다. 배터리 모듈(M1, M2, M3, M4, ...)은 각각 모듈 배터리 관리 시스템(MBMS)(S1, S2, S3, S4, ...)에 의하여 제어된다. 실시예에 따르면, MBMS(S1)은 배터리 모듈(M1)을 제어 및 관리하며, 배터리 모듈(M1)을 구성하는 배터리 셀(C11, C12, C13, C14, C15, ...)에 관한 정보, 예컨대 각 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, 저항, SOC(State of Charge), SOH(State of Health) 등의 정보를 수집하여 모듈 외부 장치에 전송한다.
도 3을 참조하면, MBMS(S1, S2, S3, S4, ...)는 각각이 제어하는 배터리 모듈의 상위 그룹인 배터리 랙(101)을 제어하는 RBMS(111)와 통신하며, 일정한 주기마다(예컨대, 1초마다) 수집한 배터리 셀들의 상태 정보를 RBMS(111)에 전송한다. 일 실시예에 따르면, MBMS(S1, S2, S3, S4, ...)와 RBMS(111)는 CAN(Controller Area Network) 통신 방식으로 데이터를 주고 받을 수 있다. CAN 통신은 시스템 내에서 호스트 컴퓨터 없이 컨트롤러나 장치들이 서로 통신하게 위해 설계된 통신 프로토콜 규격으로서, 전기적 노이즈에 매우 강하고 저렴한 가격으로 통신 시스템을 구성할 수 있다는 장점이 있다. CAN 통신은 일 예시일 뿐 RBMS와 MBMS 간 통신 방식은 이에 한정되지 아니한다.
다시 도 1을 참조하면, RBMS(111, 112, 113, 114)는 각각 연결된 배터리 랙(101, 102, 103, 14)으로부터 배터리 랙에 관한 정보를 수신한다. 보다 상세하게 살펴보면, 도 3과 같이 CAN 통신을 이용해 배터리 랙에 포함된 배터리 모듈을 제어하는 MBMS(S1, S2, S3, S4, ...)와 통신하며, MBMS로부터 배터리 모듈에 관한 정보, 배터리 셀에 관한 정보를 수신한다. 즉, 배터리 랙에 관한 정보는 배터리 랙에 포함된 배터리 셀 각각에 관한 정보를 포함한다.
배터리 정보 관리 시스템(10)을 구성하는 적어도 하나의 통신 장치(121, 122, 123, 124)는, 각각 RBMS(111, 112, 113, 114)로부터 배터리 셀들에 관한 정보를 포함하는 배터리 랙에 관한 정보를 수신한다. 이때, RBMS(111, 112, 113, 114)와 통신 장치(121, 122, 123, 124)는 각각 CAN 통신 방식으로 통신할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 통신 장치(121, 122, 123, 124)는 각각의 배터리 랙에 관한 정보를 근거리 통신망을 이용하여 스위치(130)로 전송한다.
일 실시예에 따르면, 통신 장치(121, 122, 123, 124)는 CAN-to-Ethernet 통신 장치로서, RBMS에서 수신한 배터리 정보를 포함하는 CAN 메시지를 TCP/IP 패킷으로 변경하여 이더넷(Ethernet) 통신망을 통해 스위치(130)에 전송할 수 있다. 이를 위해, 통신 장치와 스위치는 유선 또는 무선 LAN(Local Area Network)으로 연결될 수 있으며, CAN 통신에 비해 훨씬 먼 거리에서도 초당 수십 내지 수천 Mbit의 데이터를 송수신하는 것이 가능하다. 실시예에서는 통신 장치와 스위치가 이더넷 통신망과 TCP/IP 프로토콜을 이용해 데이터를 송수신하는 것으로 설명하였으나, 전술한 통신 방식으로 한정되는 것은 아니다.
스위치(130)는 근거리 통신망(예컨대, 이더넷)을 통해 통신 장치(121, 122, 123, 124)로부터 배터리 랙에 관한 정보(배터리 셀에 관한 정보를 포함)를 수신한다. 일 실시예에 따르면, 스위치(130)는 통신 장치들로부터 TCP/IP 패킷 형태의 배터리 관련 정보를 수신하여, 이더넷 통신망을 통해 상기 정보를 TCP/IP 패킷 형태로 컨트롤러(140)에 전송한다. 도 1에 도시된 것처럼, 스위치(130)는 다수의 포트를 통해 연결된 복수의 통신 장치(121, 122, 123, 124)로부터 정보를 수신하여, 선택적으로, 순차적으로, 또는 동시에 컨트롤러(140)에 전달하는 스위치 허브(Switch Hub) 역할을 한다.
일 실시예에 따르면, 통신 장치(121, 122, 123, 124)는 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 방식으로 IP를 할당 받아 상기 할당된 IP를 기초로 상기 스위치(130)와 통신하고, 상기 스위치(130)는 DHCP 방식에 따른 IP 할당이 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 스위치(130)는 IP를 필요로 하는 통신 장치에 자동으로 IP를 할당하고, 통신 장치가 IP를 사용하지 않으면 반환 받아 다른 장치가 사용할 수 있도록 한다.
컨트롤러(140)는 스위치(130)로부터 배터리 랙에 관한 정보(배터리 셀에 관한 정보를 포함)를 수신한다. 전술한 바와 같이, 이더넷 통신망을 통해 정보를 TCP/IP 패킷 형태로 수신할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 컨트롤러(140)는 하위 배터리 관리 시스템(MBMS, RBMS 등)으로부터 전달 받은 정보를 처리하기 위한 연산 유닛, 처리 결과를 바탕으로 하위 배터리 관리 시스템(MBMS, RBMS)을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하며, 일반적인 배터리 제어 시스템에 사용되는 BSC(Battery System Controller)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러(140)는 근거리 통신망(예컨대, 이더넷)을 통해 스위치(130)로부터 정보를 수신함(도 1의 스위치와 컨트롤러를 연결하는 점선 참조)과 동시에, 또는 선택적으로 RBMS(111, 112, 113, 114)로부터 직접 배터리 랙에 관한 정보를 수신할 수 있다(도 1의 RBMS와 컨트롤러를 연결하는 실선 참조). 이때 RBMS와의 직접 통신에는 이더넷이 아닌 CAN 통신 방식이 활용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1)은 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 저장 장치(150)를 더 포함하고, 상기 컨트롤러(140)는 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 상기 저장 장치(150)에 저장하도록 구성될 수 있다. 저장 장치(150)는 예컨대 RAM, ROM, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리, 자기 디스크, 광 디스크 등 각종 저장 매체일 수 있고, 상기 저장 매체와 함께 데이터의 처리, 전송, 표시 동작을 수행할 수 있는 부가 장치들을 포함하는 개념일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 저장 장치(150)는 전력 저장 시스템(1)의 외부에 위치하는 장치 또는 시스템(예컨대, 네트워크로 연결된 외부 단말기, 클라우드 서버 등)일 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 컨트롤러(140)는 시스템에 설치된 로깅 프로그램(예컨대, LGES에서 개발한 ModuleLogReceiver®)을 이용하여 CAN-to-Ethernet 전송 데이터를 매 주기마다 저장 장치(150)에 저장할 수 있다. 컨트롤러(140)가 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 주기는 바람직하게는 1초 이내로 설정될 수 있으나 한정되지 아니한다.
도 2에 도시된 것처럼, 종래기술의 전력 저장 시스템(2)에서는 컨트롤러(240)가 CAN 통신과 같은 직접 통신을 통해 RBMS(211, 212, 213, 214)로부터 정보를 수신하였다. 그러나 CAN 통신의 경우 통신 속도 및 데이터 용량의 한계로 인해 배터리의 중요 데이터(예컨대, 최대/최소 셀 전압, 모듈 온도, 충전 상태(SOC) 등)만을 선택적으로 수신할 수밖에 없었다. 이에 비해, 도 1의 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1)은 각각의 RBMS와 연결된 추가적인 통신 장치(121, 122, 123, 124) 및 스위치(130)를 이용해, 이더넷과 같은 근거리 통신망을 통해 정보를 컨트롤러(140)에 전달하므로 통신 속도와 데이터 용량의 한계를 극복하고 모든 배터리 셀 정보를 수집 및 관리할 수 있다.
이와 같이 모든 배터리 셀 데이터를 실시간으로 기록함으로써 전력 저장 시스템의 이상 발생 시 용이하게 대응할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(140)는 전력 저장 시스템(1)에 이상이 발생한 경우, 저장 장치(150)에 저장된 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 읽어 들여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성될 수 있다. 이 경우 전체 시스템의 이상과 배터리 셀의 이상 간의 연관성을 미리 정해진 기준에 따라 판단하거나, 관리자로부터의 입력에 기초하여 판정할 수도 있다. 배터리 셀의 이상으로 판정될 경우, 상기 배터리의 위치(특정 배터리 랙의 특정 배터리 모듈 내 위치) 및 상태 기록 정보를 관리자 단말기에 전송할 수 있다. 관리자는 특정된 이상 배터리 셀만을 교체함으로써 전력 저장 시스템의 보수 비용 및 시간을 크게 절감할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 정보 관리 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 먼저 통신 장치가 배터리 랙을 제어하는 RBMS로부터 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 단계(S100)가 수행된다. 전술한 바와 같이, 전력 저장 시스템은 적어도 하나의 배터리 랙을 포함하며, 각 배터리 랙은 적어도 하나의 RBMS에 의해 제어된다. 도 3을 참조하여 설명하였듯이, 각각의 배터리 랙은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하며, 각각의 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. RBMS가 수집하는 배터리 랙에 관한 정보에는 개별 배터리 셀들의 정보, 예컨대 각 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, 저항, SOC(State of Charge), SOH(State of Health) 등의 정보가 포함된다. 배터리 랙을 관리하는 RBMS와 배터리 모듈을 관리하는 MBMS는 CAN 통신 방식으로 데이터를 송수신할 수 있고, 각 통신 장치와 RBMS 또한 CAN 통신 방식으로 데이터를 송수신할 수 있다.
다음으로, 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되는 스위치가 통신 장치로부터 배터리 랙에 관한 정보(배터리 셀에 관한 정보를 포함)를 수신하는 단계(S200)가 수행된다. 일 실시예에 따르면, 통신 장치는 CAN-to-Ethernet 통신 장치로서, RBMS에서 수신한 배터리 정보를 포함하는 CAN 메시지를 TCP/IP 패킷으로 변경하여 이더넷(Ethernet) 통신망을 통해 스위치에 전송할 수 있다. 스위치는 다수의 포트를 통해 연결된 복수의 통신 장치로부터 정보를 수신하여, 선택적으로, 순차적으로, 또는 동시에 컨트롤러에 전달하는 스위치 허브 역할을 한다. 또한 스위치는 DHCP 기능을 지원하여 필요한 통신 장치에 IP 할당이 가능하도록 구성될 수 있다
다음으로, 컨트롤러가 스위치로부터 배터리 랙에 관한 정보(배터리 셀에 관한 정보를 포함)를 수신하는 단계(S300)가 수행된다. 일 실시예에 따르면, 스위치는 근거리 통신망(예컨대, 이더넷)을 통해 상기 정보를 TCP/IP 패킷 형태로 컨트롤러에 전송한다. 컨트롤러는 하위 배터리 관리 시스템(MBMS, RBMS 등)으로부터 전달 받은 정보를 처리하기 위한 연산 유닛, 처리 결과를 바탕으로 하위 배터리 관리 시스템(MBMS, RBMS)을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하며, 일반적인 배터리 제어 시스템에 사용되는 BSC(Battery System Controller)일 수 있다.
다음으로, 컨트롤러가 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장 장치에 저장하는 단계(S400)가 수행된다. 저장 장치는 예컨대 RAM, ROM, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리, 자기 디스크, 광 디스크 등 각종 저장 매체일 수 있고, 상기 저장 매체와 함께 데이터의 처리, 전송, 표시 동작을 수행할 수 있는 부가 장치들을 포함하는 개념일 수 있다. 컨트롤러는 정해진 주기(바람직하게는 1초 이내)마다 모든 배터리 셀에 관한 정보를 수신하여 저장 장치에 기록한다.
일 실시예에 따르면, 배터리 정보 관리 방법은 시스템에 이상이 발생한 경우, 컨트롤러가 저장 장치에 저장된 배터리 셀 각각에 관한 정보에 기초하여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. 이처럼 모든 배터리 셀 데이터를 저장 장치에 기록함으로써 전력 저장 시스템의 이상 발생 시 용이하게 대응할 수 있다. 배터리 셀의 이상으로 판정될 경우, 상기 배터리의 위치(특정 배터리 랙의 특정 배터리 모듈 내 위치) 및 상태 기록 정보를 관리자 단말기에 전송할 수 있고, 관리자는 특정된 이상 배터리 셀만을 교체함으로써 전력 저장 시스템의 보수 비용 및 시간을 크게 절감할 수 있다.
상기한 실시예에 따른 배터리 정보 관리 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
이상에서, 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었으나, 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 목적 범위 안에서라면 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술 사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 문서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 2: 전력 저장 시스템
10: 배터리 정보 관리 시스템
101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204: 배터리 랙
111, 112, 113, 114, 211, 212, 213, 214: RBMS
121, 122, 123, 124: 통신 장치
130: 스위치
140, 240: 컨트롤러
150, 250: 저장 장치
M1, M2, M3, M4: 배터리 모듈
S1, S2, S3, S4: MBMS
C11~C15, C21~C25, C31~C35, C41~C45: 배터리 셀

Claims (20)

  1. 배터리 랙을 제어하는 RBMS(Rack Battery Management System)로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 통신 장치;
    상기 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되고, 상기 통신 장치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 스위치; 및
    상기 스위치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 컨트롤러를 포함하는, 배터리 정보 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 랙은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고,
    상기 배터리 모듈 각각은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 배터리 랙에 관한 정보는 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 포함하는, 배터리 정보 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 모듈 각각은 MBMS(Module Battery Management System)에 의해 제어되고,
    상기 RBMS 및 상기 MBMS는 CAN(Controller Area Network) 통신을 수행하여 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 송수신하는, 배터리 정보 관리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통신 장치는, 상기 RBMS 및 상기 MBMS 간 CAN 통신 데이터를 TCP/IP 패킷으로 변경하여 상기 스위치에 전송하는, 배터리 정보 관리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 통신 장치는, DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 방식으로 IP를 할당 받아 상기 할당된 IP를 기초로 상기 스위치와 통신하고,
    상기 스위치는 DHCP 방식에 따른 IP 할당이 가능하도록 구성되는, 배터리 정보 관리 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장 장치에 저장하도록 구성되는, 배터리 정보 관리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 주기가 1초 이내인, 배터리 정보 관리 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 저장 장치에 저장된 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보에 기초하여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성되는, 배터리 정보 관리 시스템.
  9. 적어도 하나의 배터리 랙;
    상기 적어도 하나의 배터리 랙 각각을 제어하는 적어도 하나의 RBMS(Rack Battery Management System); 및
    상기 적어도 하나의 배터리 랙에 관한 정보를 관리하는 배터리 정보 관리 시스템을 포함하되,
    상기 배터리 정보 관리 시스템은,
    상기 RBMS 각각으로부터, 각 RBMS가 제어하는 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 적어도 하나의 통신 장치;
    상기 적어도 하나의 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되고, 상기 통신 장치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 스위치; 및
    상기 스위치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 컨트롤러를 포함하는, 전력 저장 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리 랙 각각은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고,
    상기 배터리 모듈 각각은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 배터리 랙에 관한 정보는 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 포함하는, 전력 저장 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈 각각을 제어하는 적어도 하나의 MBMS(Module Battery Management System)를 더 포함하고,
    상기 RBMS 및 상기 MBMS는 CAN(Controller Area Network) 통신을 수행하여 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 송수신하는, 전력 저장 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 통신 장치는, 상기 RBMS 및 상기 MBMS 간 CAN 통신 데이터를 TCP/IP 패킷으로 변경하여 상기 스위치에 전송하는, 전력 저장 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 통신 장치는, DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 방식으로 IP를 할당 받아 상기 할당된 IP를 기초로 상기 스위치와 통신하고,
    상기 스위치는 DHCP 방식에 따른 IP 할당이 가능하도록 구성되는, 전력 저장 시스템.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 저장 장치를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 상기 저장 장치에 저장하도록 구성되는, 전력 저장 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장하는 주기가 1초 이내인, 전력 저장 시스템.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 전력 저장 시스템에 이상이 발생한 경우, 상기 저장 장치에 저장된 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보에 기초하여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하도록 구성되는, 전력 저장 시스템.
  17. 통신 장치에서, 배터리 랙을 제어하는 RBMS(Rack Battery Management System)로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 단계;
    상기 통신 장치와 근거리 통신망에 의해 연결되는 스위치에서, 상기 통신 장치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
    컨트롤러에서, 상기 스위치로부터 상기 배터리 랙에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 배터리 정보 관리 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 배터리 랙은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고,
    상기 배터리 모듈 각각은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 배터리 랙에 관한 정보는 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 포함하는, 배터리 정보 관리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보를 저장 장치에 저장하는 단계를 더 포함하는, 배터리 정보 관리 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 저장 장치에 저장된 상기 배터리 셀 각각에 관한 정보에 기초하여 배터리 셀의 이상 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는, 배터리 정보 관리 방법.
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