KR20240011958A - 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치 및 그 관리방법 - Google Patents
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Abstract
전압 및 전류에 대한 감지오차 및 보정오류를 명확하게 확인하여, 중앙제어유닛, 배터리보호 IC, ADC, 릴레이 등과 같은 배터리 관리장치를 구성하는 구성소자의 오동작을 방지하도록 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치 및 그 관리방법을 제시한다. 그 장치 및 방법은 배터리팩에 병렬로 접속되는 제1 및 제2 AFE IC를 포함하고, 제1 AFE IC는 제1 경로를 통하여 배터리팩에 연결되며, 제2 AFE IC는 제2 경로를 통하여 배터리팩에 연결되고, 제1 AFE IC는 제1 경로를 이루는 제1 온도센서에 접속되고, 제2 AFE IC는 제2 경로를 이루는 제2 온도센서에 접속된다.
Description
본 발명은 배터리 관리장치 및 그 관리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합 모니터링을 활용하여 배터리의 기능의 안전성을 보완하기 위한 배터리 관리장치 및 관리방법에 관한 것이다.
배터리는 산업현장, 발전소, 전기차, 휴대전자기기 등에서 전력공급원으로 사용되고 있다. 배터리 시스템은 전력공급원의 핵심이므로, 각 셀(cell) 및 전체 셀의 전압, 온도 및 전류 등을 측정하여 각 셀의 충·방전을 효율적으로 관리할 필요가 있다. 이를 위해, 각 셀을 관측하여, 해당 셀을 안정적으로 제어하는 배터리관리시스템(Battery Management System, BMS)이 활용되고 있다. 그런데, 상기 BMS는 과열, ESD(Electrostatic Discharge),자기장 등과 같이 다양한 원인으로 인하여 오동작이 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 BMS의 중앙제어유닛(MCU), 배터리보호 IC(Analog Front End, AFE IC), 교류직류변환회로(Analog Digital Converter, ADC), 릴레이(Relay) 등과 같은 구성소자가 오동작을 일으킬 수 있다. 또한, 상기 BMS를 구성하는 회로기판의 배선에 전류가 유기되어, 제어신호가 잘못 해석되어 의도하지 않은 기능이 개시되거나 정상기능이 갑작스럽게 종료될 수 있다.
상기 BMS의 오동작을 방지하기 위하여, 국내공개특허 제2015-0023091호, 국내등록특허 제10-2375843호 등에서 다양한 방식이 제시되고 있다. 하지만, 종래의 BMS는 상기 셀의 전압, 온도 및 전류의 측정을 단일 센서 및 단일 ADC를 통하여 확인함으로써, AFE IC의 오류 및 오작동과, ADC 오류 등으로 인한 BMS 기능의 안전도 및 정밀도가 미흡하다. 또한, 배터리 시스템의 운용 중에 전압 및 전류에 대한 감지오차 및 보정오류를 확인하기 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전압 및 전류에 대한 감지오차 및 보정오류를 명확하게 확인하여, 중앙제어유닛, 배터리보호 IC, ADC, 릴레이 등과 같은 배터리 관리장치를 구성하는 구성소자의 오동작을 방지하도록 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치 및 그 관리방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치는 배터리팩에 병렬로 접속되는 제1 및 제2 AFE IC를 포함하고, 상기 제1 AFE IC는 제1 경로를 통하여 상기 배터리팩에 연결되고, 상기 제2 AFE IC는 제2 경로를 통하여 상기 배터리팩에 연결되며, 상기 제1 AFE IC는 상기 제1 경로를 이루는 제1 온도센서에 접속되고, 상기 제2 AFE IC는 상기 제2 경로를 이루는 제2 온도센서에 접속된다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 AFE IC 각각은 제1 및 제2 통신부에 의하여 마이크로프로세서에 연동되고, 상기 마이크로프로세서는 제1 및 제2 전류센서에 접속되며, 상기 제1 전류센서는 상기 제1 경로에 포함되고 상기 제2 전류센서는 상기 제2 경로에 포함된다. 상기 제1 및 제2 AFE IC와, 상기 마이크로프로세서의 데이터와 제어신호는 각각 제1 및 제2 절연스위치를 거쳐 상기 배터리팩에 전송되고, 상기 제1 절연스위치는 상기 제1 경로에 포함되고 상기 제2 절연스위치는 상기 제2 경로에 포함된다.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치의 관리방법은 먼저, 제1 AFE IC에 의해 배터리팩의 제1 전압 및 제1 온도를 측정한다. 그후, 제2 AFE IC에 의해 배터리팩의 제2 전압 및 제2 온도를 측정한다. 상기 제1 및 제2 전압과, 상기 제1 및 제2 온도의 측정편차를 비교한다. 상기 측정편차가 사전에 설정된 기준편차와 비교하여 경고 레벨에 해당하는 지를 판단한다. 이때, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하면, 사전에 저장된 보정데이터와 비교하고, 전압 단위 및 온도 단위로 상기 보정데이터를 비교하여, 상기 제1 및 제 2전압과, 상기 제1 및 제2 온도의 측정데이터, 상기 배터리팩의 셀 또는 관리장치 중의 적어도 어느 하나의 이상여부를 확인한다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 보정데이터는 단위 셀 또는 단위 온도센서마다 이득/오프셋 방식으로 보정될 수 있다. 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하지 않으면, 상기 측정편차를 상기 기준편차와 비교하여 오동작 레벨에 해당하는 지를 판단하고, 상기 오동작 레벨에 해당하지 않으면 상기 제1 AFE IC에 의해 상기 배터리팩의 제1 전압 및 제1 온도를 측정하고, 상기 오동작 레벨에 해당하면 상기 보정데이터와 비교하여 상기 제1 AFE IC 또는 제2 AFE IC 중의 어느 하나의 AFE IC를 사용한다.
본 발명의 바람직한 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 AFE IC 각각에 제1 및 제2 통신부로 연동된 마이크로프로세서에 접속된 제1 및 제2 전류센서 각각에 의해 제1 및 제2 전류를 측정하는 단계와, 상기 제1 및 제2 전류의 측정편차를 비교하는 단계와, 상기 측정편차가 상기 기준편차와 비교하여 경고 레벨에 해당하는 지를 판단하는 단계 및 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하면, 사전에 저장된 보정데이터와 비교하고, 전류 단위로 상기 보정데이터를 비교하여, 상기 제1 및 제2 전류의 측정데이터, 상기 배터리팩의 셀 또는 관리장치 중의 적어도 어느 하나의 이상여부를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하지 않으면, 상기 측정편차를 상기 기준편차와 비교하여 오동작 레벨에 해당하는 지를 판단하는 단계 및 상기 오동작 레벨에 해당하지 않으면 상기 마이크로프로세서에 의해 상기 배터리팩의 제1 전류를 측정하고, 상기 오동작 레벨에 해당하면 상기 보정데이터와 비교하여 상기 제1 전류센서 또는 제2 전류센서 중의 어느 하나의 전류센서를 사용할 수 있다.
본 발명의 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치 및 그 관리방법에 의하면, 복합 모니터링을 적용함으로써, 전압 및 전류에 대한 감지오차 및 보정오류를 명확하게 확인하여, 중앙제어유닛, 배터리보호 IC, ADC, 릴레이 등과 같이 관리장치를 구성하는 소자의 오동작을 방지한다.
도 1은 본 발명에 의한 배터리 관리장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 관리장치를 이용하여 전압 및 온도를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 의한 관리장치를 이용하여 전류를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 의한 관리장치를 이용하여 전압 및 온도를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 의한 관리장치를 이용하여 전류를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 과장되게 표현하였다. 한편, 방향 및 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다.
본 발명의 실시예는 복합 모니터링을 적용함으로써, 전압 및 전류에 대한 감지오차 및 보정오류를 명확하게 확인하여, 중앙제어유닛, 배터리보호 IC, ADC, 릴레이 등과 같이 관리장치를 구성하는 소자의 오동작을 방지하도록 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치 및 그 관리방법을 제시한다. 이를 위해, 복합 모니터링에 대하여 자세하게 알아보고, 상기 복합 모니터링을 활용하여 배터리를 관리하는 장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 의한 배터리 관리장치인 배터리 관리시스템(Battery management System, BMS)은 산업현장, 발전소, 전기차, 휴대전자기기 등의 전력공급원인 2차전지 배터리팩에서의 각 셀(cell) 및 전체 셀의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 셀의 충·방전을 효율적으로 관리한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 배터리 관리장치(100)를 설명하기 위한 블록도이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다.
도 1에 의하면, 관리장치(100)는 2차전지, 예컨대 리튬이온전지로 이루어진 배터리팩(Battery Pack, BP)에 접속되며, 배터리팩(BP)은 2 이상의 셀(cell)이 포장된 팩이다. 관리장치(100)는 2개 이상의 배터리보호 IC(Analog Front End, AFE IC), 2개 이상의 온도센서, 2개 이상의 전류센서 및 중앙제어유닛인 마이크로프로세서(20), 선택적으로 호스트 컨트롤러(30)를 포함한다. 여기서는, 2개의 제1 및 제2 AFE IC(10, 15), 2개의 제1 및 제2 온도센서(11, 16) 및 2개의 제1 및 제2 전류센서(21, 25)를 사례로 들었다. AFE IC(10, 15)는 배터리팩(BP)의 과전압, 저전압, 충전과전류, 방전과전류, 고온, 저온으로부터 보호하고, 배터리팩(BP)의 수명을 연장하기 위해서 각 셀(cell)의 전압을 일정하게 유지시키는 셀 밸런싱(Cell Balancing) 등의 기능을 한다.
제1 및 제2 AFE IC(10, 15) 각각에는 제1 온도센서(11) 및 제2 온도센서(16)에 접속되어, 배터리팩(BP)의 온도를 감지한다. 제1 및 제2 AFE IC(10, 15) 각각은 제1 및 제2 통신부(22, 26)에 의하여, 마이크로프로세서(20)와 정보를 주고받는다. 마이크로프로세서(20)는 호스트 컨트롤러(30)에 접속될 수 있으며, 제1 및 제2 전류센서(21, 25)와 연결되어 배터리팩(BP)에서의 전류를 감지한다. 제1 및 제2 통신부(22, 26)는 이에 구애받지 않으나, CAN(Controller Area Network) 통신 또는 직렬통신 중의 어느 하나가 바람직하다. 상기 CAN 통신은 메시지 기반 프로토콜로써, 마이크로프로세서(20)와, 제1 및 제2 AFE IC(10, 15)가 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신규격이다. 상기 직렬통신(Serial Bus, 시리얼 버스)은 연속적으로 통신채널이나 컴퓨터 버스를 거쳐 한 번에 하나의 비트 단위로 데이터를 전송한다.
제1 및 제2 AFE IC(10, 15)와, 마이크로프로세서(20)의 데이터와 제어신호는 제1 및 제2 절연스위치(40, 41)를 거쳐 배터리팩(BP)에 전송된다. 제1 및 제2 절연스위치(40, 41)는 절연처리를 하여, 관리장치(100)의 보드(Board)에서의 노이즈(Noise)를 저감시키고 정전기를 방지하는 역할을 한다. 도면에서는 상세하게 설명하지는 않았지만, 제1 및 제2 AFE IC(10, 15)와, 마이크로프로세서(20)와의 전원을 분리하고, 서로 다른 제어신호를 같은 레벨로 변환시키는 별도의 소자를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 AFE IC(10, 15)는 배터리팩(BP)에 대하여 병렬로 접속된다. 즉, 제1 AFE IC(10)는 제1 경로(A)를 통하여 배터리팩(BP)에 연결되고, 제2 AFE IC(15)는 제2 경로(B)를 통하여 배터리팩(BP)에 연결된다. 구체적으로, 제1 경로(A)는 제1 전류센서(21), 마이크로프로세서(20), 제1 통신부(22), 제1 AFE IC(10), 제1 온도센서(11) 및 제1 절연스위치(40)를 거친다. 제2 경로(B)는 제2 전류센서(25), 마이크로프로세서(20), 제2 통신부(26), 제2 AFE IC(15), 제2 온도센서(16) 및 제2 절연스위치(41)를 거친다. 제1 및 제2 경로(A, B)에는 배터리팩(BP)의 상태를 확인할 수 있는 전압, 온도 및 전류에 관련된 데이터 및 배터리팩(BP)을 제어하기 위한 제어신호가 전송된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 관리장치(100)를 이용하여 전압 및 온도를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 이때, 관리장치(100)는 도 1을 참조하기로 한다.
도 2에 의하면, 관리장치(100)에 의한 전압 및 온도를 제어하는 방법은 먼저, 제1 AFE IC(10)에 의하여, 배터리팩(BP)의 제1 전압 및 제1 온도를 측정한다(S10). 이때, 상기 제1 온도는 제1 온도센서(11)를 통해 제1 AFE IC(10)로 측정하고, 제1 전압은 제1 AFE IC(10)로 측정한다. 그후, 제2 AFE IC(15)에 의하여, 배터리팩(BP)의 제2 전압 및 제2 온도를 측정한다(S11). 이때, 상기 제2 온도는 제2 온도센서(16)를 통해 제1 AFE IC(10)로 측정하고, 제2 전압은 제2 AFE IC(15)로 측정한다. 제1 및 제2 AFE IC(10, 15)의 제1 및 제2 전압과, 제1 및 제2 온도의 측정편차를 비교한다(S12). 상기 측정편차가 사전에 설정된 기준편차와 비교하여 경고 레벨에 해당하는 지를 판단한다(S13).
만일, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하면, 사전에 저장된 보정데이터와 비교하고 상기 측정편차를 메모리에 저장한다(S14). 이어서, 관리장치(100)를 운영하는 중에, 전압 및 온도 단위, 예컨대 100mV, 3℃로 보정데이터를 비교한다(S15). 통상적인 리튬이온전지의 배터리팩(BP)의 셀 단위 사용전압은 2.7~4.2V이다. 100mV 단위로 나누어 배터리 운용 중에 100mV 구간마다 보정데이터와 비교하여 측정데이터 이상인지 셀의 이상인지 또는 BMS 이상인지를 감지한다. 온도의 경우, 통상적인 BMS의 온도정밀도는 ±3℃이다. 배터리 운용 중에 3℃ 구간마다 보정데이터와 비교하여 보정데이터가 이상인지 온도센서(11, 16)의 이상인지 또는 BMS의 이상인지를 감지한다. 상기 보정데이터의 비교가 완료된 후에, 배터리팩(BP)의 셀의 외부연결 이상 및/또는 관리장치(100) 이상을 감지한다(S16). 상기 전압 및 온도 단위는 본 발명의 범주 내에서 다양하게 변경되어 적용될 수 있으며, 여기서는 하나의 사례로 제시한 것에 불과하다.
여기서, 상기 측정편차는 제1 및 제2 AFE IC(10, 15)가 측정한 특정 셀 전압을 비교한 값으로써, 예를 들어 배터리팩(BP) 중 2번째 셀 전압에 대하여, 제1 AFE IC(10)는 4.100V로 측정되고 제2 AFE IC(15)는 4.160V으로 측정되면, 상기 측정편차는 60mV이다. 상기 경고 레벨은 셀마다 특성이 달라 특정하기 어려우나, 예컨대, 경고 레벨은 본 발명의 목적에 부합하도록 전압은 50mV 이상 및 온도는 2℃ 이상으로 특정할 수 있다. 구체적으로, 상기 전압의 측정편차가 50mV 이상 또는 상기 온도가 2℃ 이상이면, 상기 보정데이터의 비교 루틴(S15)을 진행한다. 상기 보정데이터는 단위 셀 또는 단위 온도센서마다 이득(Gain)/오프셋(Offet) 방식으로 보정한 데이터이다. 실제로, 측정된 셀 데이터 또는 온도 데이터가 보정된 선형데이터와 얼마나 일치하는지 또는 벗어났는지 비교한다.
배터리팩(BP)의 셀의 외부연결 이상 및/또는 관리장치(100) 이상을 감지를 수행하면서, 제1 AFE IC(10)에 의하여 배터리팩(BP)의 제1 전압 및 제1 온도를 측정하는 과정(S10)으로 회귀한다.
만일, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하지 않으면, 상기 측정편차를 사전에 설정된 기준편차와 비교하여 오동작 레벨에 해당하는 지를 판단한다(S17). 상기 오동작 레벨은 셀마다 특성이 달라 특정하기 어려우나, 상기 오동작 레벨은 본 발명의 목적에 부합하도록 전압은 150mV 이상 및 온도는 5℃ 이상으로 특정할 수 있다. 상기 오동작 레벨에 해당하지 않으면, 제1 AFE IC(10)에 의하여, 배터리팩(BP)의 제1 전압 및 제1 온도를 측정하는 과정(S10)으로 회귀한다.
상기 오동작 레벨에 해당하면, 상기 오동작 레벨을 사전에 저장된 보정데이터와 비교하여, 제1 및 제2 AFE IC(10, 15) 중의 어느 하나의 AFE IC를 사용한다(S18). 이때, 상기 보정데이터는 앞에서 설명한 단계(S14)에서의 보정데이터와 동일하다. 즉, 제1 및 제2 AFE IC(10, 15) 중에서 상기 오동작 레벨에 해당하지 않은 AFE IC를 적용한다. 다음에, 상기 측정편차를 호스트 컨트롤러(30)에 송신하고 배터리팩(BP)의 셀 및/또는 관리장치(100)의 점검을 요청한다(S19).
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 관리장치(100)를 이용하여 전류를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 이때, 관리장치(100)는 도 1을 참조하기로 한다.
도 3에 의하면, 관리장치(100)에 의한 전류를 제어하는 방법은 먼저, 제1 전류센서(21)로 배터리팩(BP)의 제1 전류를 측정한다(S30). 이때, 상기 제1 전류는 마이크로프로세서(20)에 전송하며, 제1 전류센서(21)는 홀(Hall Sensor), 고밀도 션트 저항 등이 채택될 수 있다. 그후, 제2 전류센서(16)에 의하여, 배터리팩(BP)의 제2 전류를 측정한다(S31). 이때, 상기 제2 전류는 마이크로프로세서(20)에 전송한다. 다음에, 마이크로프로세서(20)에 의하여 제1 및 제2 전류의 측정편차를 비교한다(S32). 상기 측정편차가 사전에 설정된 기준편차와 비교하여 경고 레벨에 해당하는 지를 판단한다(S33).
만일, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하면, 사전에 저장된 보정데이터에 비교하고 상기 측정편차를 메모리에 저장한다(S34). 이어서, 관리장치(100)를 운영하는 중에, 전류 단위, 예컨대 1A로 보정데이터를 비교한다(S35). 통상적인 리튬이온전지의 사용전류는 응용분야마다 다르지만, 본 발명의 실시예는 1A 단위로 나누어 배터리 운용 중에 1A 구간마다 상기 보정데이터와 비교하여 측정데이터의 이상인지 또는 셀의 이상인지 또는 BMS 이상인지를 감지한다. 상기 전류 단위는 본 발명의 범주 내에서 다양하게 변경되어 적용될 수 있으며, 여기서는 하나의 사례로 제시한 것에 불과하다. 상기 보정데이터는 단위 전류센서마다 이득(Gain)/오프셋(Offet) 방식으로 보정한 데이터이다. 실제로, 측정된 전류 데이터가 보정된 선형데이터와 얼마나 일치하는지 또는 벗어났는지 비교한다. 상기 보정데이터의 비교가 완료된 후에, 배터리팩(BP)의 전류 이상 및/또는 관리장치(100) 이상을 감지한다(S36). 배터리팩(BP)의 전류 이상 및/또는 관리장치(100) 이상을 감지를 수행하면서, 제1 전류센서(21)에 의하여, 배터리팩(BP)의 제1 전류를 측정하는 과정(S10)으로 회귀한다.
만일, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하지 않으면, 상기 측정편차가 사전에 설정된 기준편차와 비교하여 오동작 레벨에 해당하는 지를 판단한다(S37). 상기 오동작 레벨은 셀마다 특성이 달라 특정하기 어려우나, 상기 오동작 레벨은 본 발명의 목적에 부합하도록 전류를 3A 이상으로 특정할 수 있다. 상기 오동작 레벨에 해당하지 않으면, 제1 전류센서(21)에 의하여, 배터리팩(BP)의 제1 전류를 측정하는 단계(S30)로 회귀한다.
상기 오동작 레벨에 해당하면, 상기 오동작 레벨을 사전에 저장된 보정데이터와 비교하여, 제1 및 제2 전류센서(21, 25) 중의 어느 하나의 전류센서를 사용한다(S38). 이때, 상기 보정데이터는 앞에서 설명한 단계(S34)에서의 보정데이터와 동일하다. 즉, 제1 및 제2 전류센서(21, 25) 중에서 상기 오동작 레벨에 해당하지 않은 전류센서를 적용한다. 다음에, 상기 측정편차를 호스트 컨트롤러(30)에 송신하고 호스트 컨트롤러(30)에 배터리팩(BP)의 전류 및/또는 관리장치(100)의 점검을 요청한다(S39).
한편, 배터리 관리장치(100)에서 제어하는 전압, 온도 및 전류는 모두 오동작 레벨에 해당되지 않아야 한다. 다시 말해, 전압 및 온도가 정상적이라고 하여도 전류가 오동작 레벨에 속한다면, BMS의 운영이 중단된다. 전압, 온도 및 전류의 경고레벨 감지를 통해 BMS운영 중단전에 간단한 점검 절차를 진행 할 수 있다. 전압, 온도 및 전류가 모두 고려된 오동작 레벨은 마이크로프로세서(20)에서 확인하고 점검하는 절차를 거친다. 또한, 제1 및 제2 AFE IC(10, 15)은 배터리팩(BP)가 최종 불량에 도달하기 이전에 이중으로 점검하는 병렬 운영이 채택된다. 병렬 운영을 하면, (제1 전압, 제1 온도 및 제1 전류)와 (제2 전압, 제2 온도 및 제2 전류)를 상호 보완하여 보다 정밀한 측정값을 사용할 수 있다. 이렇게 되면, SOC(배터리 충전상태), SOH(배터리 수명상태)를 보다 정밀하게 확인할 수 있다.
통상적으로, 2차전지 배터리팩(BP)의 단가는 셀을 이루는 리튬이온전지가 대부분을 차지한다. 이에 비해, AFE IC(10, 15)의 단가는 대략 2~3만원 정도로 상대적으로 매우 작다. 구체적 비용 명시보다는 단가 비중으로 바꾸었으면 합니다. 통상 배터리 팩 단가 중에 리튬이온전지는 50%이상, AFE IC 단가는 1% 내외 정도로써, 제1 및 제2 AFE IC(10, 15)의 병렬 운영은 배터리팩(BP)의 대부분의 비용을 차지하고 있는 배터리 셀의 최종불량을 강화된 점검기능을 통해 사전에 예방한다. 실제로, 배터리팩(BP)에서 특정 셀이 불량으로 판단되면, 해당 배터리팩(BP)은 불량으로 처리되어 교체 및 수리가 어렵다. 심지어, 배터리팩(BP)에 존재하는 모든 셀이 사용이 불가능한 것으로 처리된다.
본 발명의 실시예에 의한 제1 및 제2 AFE IC(10, 15)의 병렬 운영인 복합 모니터링은 제1 AFE(10) 또는 제2 AFE IC(15)가 고장인 경우 배터리팩(BP)의 동작이 가능한 지를 판단하고, 만일, 배터리팩(BP)의 동작이 가능하면 제1 AFE(10) 또는 제2 AFE IC(15)중 사용가능한 AFE IC 로 대체(Back Up)하여 운영한다. 제1 AFE IC(10)의 전압, 온도 및 제1 전류센서의 전류 데이터와, 제2 AFE IC(15)의 전압, 온도 및 제2 전류센서의 전류 데이터는 서로 다른 교류직류변환회로(ADC, 도시되지 않음)에서 획득한 것이고, 본 발명은 이와 같은 데이터를 비교하기 때문에, AFE IC가 단독으로 동작하는 것에 비하여 상기 데이터에 대한 높은 신뢰도가 있다. 이에 따라, 상기 신뢰도를 기반으로 관리장치(100)의 운영 및 고장을 보다 명확하게 판단할 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10, 15; 제1 및 제2 AFE IC
11, 16; 제1 및 제2 온도센서
20; 마이크로프로세서
21, 25; 제1 및 제2 전류센서
22, 26; 제1 및 제2 통신부
30; 호스트 컨트롤러
40, 41; 제1 및 제2 절연스위치
BP; 배터리팩
100; 관리장치
11, 16; 제1 및 제2 온도센서
20; 마이크로프로세서
21, 25; 제1 및 제2 전류센서
22, 26; 제1 및 제2 통신부
30; 호스트 컨트롤러
40, 41; 제1 및 제2 절연스위치
BP; 배터리팩
100; 관리장치
Claims (9)
- 배터리팩에 병렬로 접속되는 제1 및 제2 AFE IC를 포함하고,
상기 제1 AFE IC는 제1 경로를 통하여 상기 배터리팩에 연결되고, 상기 제2 AFE IC는 제2 경로를 통하여 상기 배터리팩에 연결되며,
상기 제1 AFE IC는 상기 제1 경로를 이루는 제1 온도센서에 접속되고, 상기 제2 AFE IC는 상기 제2 경로를 이루는 제2 온도센서에 접속되는 것을 특징으로 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치. - 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 AFE IC 각각은 제1 및 제2 통신부에 의하여 마이크로프로세서에 연동되고, 상기 마이크로프로세서는 제1 및 제2 전류센서에 접속되며, 상기 제1 전류센서는 상기 제1 경로에 포함되고 상기 제2 전류센서는 상기 제2 경로에 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 AFE IC와, 상기 마이크로프로세서의 데이터와 제어신호는 각각 제1 및 제2 절연스위치를 거쳐 상기 배터리팩에 전송되고, 상기 제1 절연스위치는 상기 제1 경로에 포함되고 상기 제2 절연스위치는 상기 제2 경로에 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치.
- 제1 AFE IC에 의해 배터리팩의 제1 전압 및 제1 온도를 측정하는 단계;
제2 AFE IC에 의해 배터리팩의 제2 전압 및 제2 온도를 측정하는 단계;
상기 제1 및 제2 전압과, 상기 제1 및 제2 온도의 측정편차를 비교하는 단계;
상기 측정편차가 사전에 설정된 기준편차와 비교하여 경고 레벨에 해당하는 지를 판단하는 단계; 및
상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하면, 사전에 저장된 보정데이터와 비교하고, 전압 단위 및 온도 단위로 상기 보정데이터를 비교하여, 상기 제1 및 제 2전압과, 상기 제1 및 제2 온도의 측정데이터, 상기 배터리팩의 셀 또는 관리장치 중의 적어도 어느 하나의 이상여부를 확인하는 단계를 포함하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치의 관리방법. - 제4항에 있어서, 상기 보정데이터는 단위 셀 또는 단위 온도센서마다 이득/오프셋 방식으로 보정된 것을 특징으로 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치의 관리방법.
- 제4항에 있어서, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하지 않으면,
상기 측정편차를 상기 기준편차와 비교하여 오동작 레벨에 해당하는 지를 판단하는 단계;
상기 오동작 레벨에 해당하지 않으면 상기 제1 AFE IC에 의해 상기 배터리팩의 제1 전압 및 제1 온도를 측정하고, 상기 오동작 레벨에 해당하면 상기 보정데이터와 비교하여 상기 제1 AFE IC 또는 제2 AFE IC 중의 어느 하나의 AFE IC를 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치의 관리방법. - 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 AFE IC 각각에 제1 및 제2 통신부로 연동된 마이크로프로세서에 접속된 제1 및 제2 전류센서 각각에 의해 제1 및 제2 전류를 측정하는 단계;
상기 제1 및 제2 전류의 측정편차를 비교하는 단계;
상기 측정편차가 상기 기준편차와 비교하여 경고 레벨에 해당하는 지를 판단하는 단계; 및
상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하면, 사전에 저장된 보정데이터와 비교하고, 전류 단위로 상기 보정데이터를 비교하여, 상기 제1 및 제2 전류의 측정데이터, 상기 배터리팩의 셀 또는 관리장치 중의 적어도 어느 하나의 이상여부를 확인하는 단계를 포함하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치의 관리방법. - 제6항에 있어서, 상기 보정데이터는 단위 셀 또는 단위 전류센서마다 이득/오프셋 방식으로 보정된 것을 특징으로 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치의 관리방법.
- 제6항에 있어서, 상기 측정편차가 상기 경고 레벨에 해당하지 않으면,
상기 측정편차를 상기 기준편차와 비교하여 오동작 레벨에 해당하는 지를 판단하는 단계;
상기 오동작 레벨에 해당하지 않으면 상기 마이크로프로세서에 의해 상기 배터리팩의 제1 전류를 측정하고, 상기 오동작 레벨에 해당하면 상기 보정데이터와 비교하여 상기 제1 전류센서 또는 제2 전류센서 중의 어느 하나의 전류센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치의 관리방법.
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| KR1020220089272A KR20240011958A (ko) | 2022-07-20 | 2022-07-20 | 복합 모니터링을 활용한 배터리 관리장치 및 그 관리방법 |
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