KR20240064520A - 에너지 저장 시스템 및 그 통신 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 BMS로부터의 전체 배터리 셀의 전압 정보를 포함한 배터리 셀 정보를 상위 제어기에 송신하는 과정; 상기 BMS가 관리하는 복수의 배터리 셀 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 전압 정보를 저장하는 과정; 저장한 N개 배터리 셀의 개수를 상기 상위 제어기에 송신하는 과정; 상기 상위 제어기가 전압 정보가 저장된 N개 배터리 셀 개수값을 이용하여 인증키 정보를 생성하는 과정; 상기 배터리 셀 정보와 상기 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하는 과정; 상기 제 1 인증키와 상기 인증키 정보를 상기 BMS에 송신하는 과정; 상기 BMS는 전압 정보가 저장된 N개의 배터리 셀 개수와 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성하는 과정; 및 상기 제 1 인증키와 상기 제 2 인증키를 비교하여 상기 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 과정을 포함하는 에너지 저장 시스템 및 그 통신 방법을 제시한다.
Description
본 발명은 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)에 관한 것으로, 특히 보안 통신이 가능한 에너지 저장 시스템 및 그 통신 방법에 관한 것이다.
환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 이러한 신재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다. 즉, ESS는 생산된 전기를 배터리와 같은 저장 장치에 저장했다가 전력이 필요할 때 공급하여 전력 사용 효율을 향상시키는 장치이다. 따라서, ESS는 전기를 저장하는 배터리와, 배터리를 효율적으로 관리 및 제어하는 장비들을 구비한다.
ESS는 전력을 저장하기 위해 복수의 배터리를 포함할 수 있는데, ESS는 적어도 하나의 배터리 뱅크(Battery bank)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 뱅크 각각은 복수의 배터리 랙(Battery rack)을 포함할 수 있고, 복수의 배터리 랙 각각은 복수의 배터리 모듈(Battery module)을 포함할 수 있다. 그리고, 배터리 모듈 각각은 복수의 배터리 셀을 포함한다. 즉, 복수의 배터리 셀이 묶여 하나의 배터리 모듈을 구성하고, 복수의 배터리 모듈이 묶여 하나의 배터리 랙을 구성하며, 복수의 배터리 랙이 묶여 하나의 배터리 뱅크를 구성하고, 적어도 하나의 배터리 뱅크로 ESS가 구성될 수 있다.
이러한 ESS는 배터리의 충전, 방전, 셀 밸런싱 등 다양한 사항에 대하여 효율적 관리가 중요하다. 배터리를 효율적으로 관리함으로써 배터리의 수명을 늘릴 수 있으며, 부하에 안정적으로 전력을 제공할 수 있다. 이를 위하여, ESS는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)가 탑재될 수 있다. BMS는 배터리의 전압, 전류 및 온도 등이 상태를 모니터링하여 배터리를 최적의 상태로 유지 관리한다. 또한, BMS는 배터리 교체 시기의 예측 및 배터리 문제를 사전에 발견하는 등 배터리 및 그 주변 장치를 포함하는 배터리 시스템을 관리한다. 이러한 BMS는 배터리 뱅크, 배터리 랙, 배터리 모듈 각각에 구비될 수 있다. 즉, 배터리 뱅크, 배터리 랙, 배터리 모듈 각각은 뱅크 BMS(Bank BMS; BBMS), 랙 BMS(Rack BMS; RBMS), 모듈 BMS(Module BMS; MBMS)를 포함한다. 또한, ESS는 ESS 전체를 제어하는 최상위 제어기인 배터리 시스템 제어기(Battery System Controller; BSC)를 포함한다. 따라서, ESS는 BSC-BBMS-RBMS-MBMS로 이어지는 계층적인 배터리 관리 시스템을 이루게 된다. 예를 들어, BSC로부터의 제어 명령이 BBMS, RBMS, MBMS로 전달되어 배터리를 관리하게 된다.
한편, 각종 연구 및 개발을 위해 BMS가 수집한 각종 데이터를 원격지의 중앙 서버 등에 저장할 수도 있다. 즉, ESS는 원격 제어 및 원격 모니터링 등을 위하여 배터리 제어를 위한 제어기, 예컨데 BSC가 공개 인터넷 망에 노출되는 경우가 늘어나고 있다. 그런데, 제어기가 노출되는 경우 멀웨어 감염, 해커로부터의 공격 등에 노출되는 보안적인 취약점을 갖게 된다. 또한, 거대한 전기 에너지를 다루는 ESS의 특성 상 해커로부터의 협박 또는 임의 제어로 인하여 물리적으로 큰 피해를 초래할 수도 있다. 이러한 문제는 제어기와 하위 BMS 사이의 통신에 암호화 기법을 적용하여 방지할 수도 있다. 그러나, 통신 전체를 암호화하는 것은 많은 컴퓨팅 연산을 필요로 하며, 이는 상대적으로 PC에 비해 낮은 연산력을 사용하는 BMIC(Battery Monitoring IC)에는 부담이 크다.
이와 관련하여 특허문헌 1에서는 무선통신모듈을 탑재한 배터리 팩을 제시하고 있으며, 배터리 팩의 인증번호를 생성하여 연결되는 외부 전자장치와 배터리 팩을 인증하는 기술을 개시하고 있으며, 특허문헌 2에서는 마스터 BMS와 슬레이브 BMS 사이에에서 인증키를 사용하여 상호 인증하는 배터리 시스템을 개시한다.
또한, 특허문헌 3에서는, 외부 장치로 데이터 패킷 전송시, 인증코드를 생성하여 인증코드와 함께 배터리 측정 데이터를 전송하는 배터리 관리 시스템을 개시하며, 특허문헌 4에서는, 배터리에서 측정된 전압을 이용하여 1차 비밀키를 생성하여 외부기기로 전송하고, 외부기기에서 1차 비밀키를 이용하여 생성한 2차 비밀키를 수신하며, 1차 비밀키와 2차 비밀키를 이용한 연산을 통해 최종 비밀키를 생성하는 비밀키 생성 방법을 개시한다.
그런데, 상기 종래 특허문헌들에서는, 배터리 관리장치와 상위 제어기 사이의 제어 명령 등의 전송에 대하여 인증키를 확인하여 제어명령의 진위를 확인하는 방법을 제시하지 못하며, 인증키를 생성하고 데이터를 암호화함에 있어서, 전체 데이터를 암호화하게 되므로, 컴퓨팅 연산자원을 효율적으로 사용하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 제어기와 하위 BMS 사이의 보안 통신이 가능한 에너지 저장 시스템 및 그 통신 방법을 제공한다.
본 발명은 제어기 및 하위 BMS에서 제 1 및 제 2 인증키를 각각 생성하고 이를 비교함으로써 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 에너지 저장 시스템 및 그 통신 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 연산자원을 효율적으로 사용하여 인증키를 생성하고, 이를 이용하는 BMS와 제어기 사이의 통신 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 복수의 배터리 셀을 각각 관리하는 복수의 BMS; 및 상기 복수의 BMS에 소정의 제어 명령을 송신하는 상위 제어기를 포함하고, 상기 상위 제어기는 상기 BMS로부터 제공된 배터리 셀 정보를 이용하여 인증키 정보 및 제 1 인증키를 생성하며, 상기 BMS는 상기 상위 제어기로부터의 상기 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한 후 상기 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단한다.
상기 BMS는 상기 배터리 셀 정보와 함께 상기 BMS가 관리하는 전체 배터리 셀들 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 배터리 셀 전압 정보를 상위 제어기에 제공하고, 상기 상위 제어기는 정보 저장 배터리 셀 개수값(N)을 이용하여 상기 인증키 정보를 생성한 후 상기 배터리 셀 정보와 상기 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하며, 상기 BMS는 정보 저장 배터리 셀 개수값(N) 및 수신한 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한다.
상기 상위 제어기는, 상기 복수의 BMS 중 적어도 하나의 BMS가 제어하는 전체 배터리 셀들의 전압 정보를 포함하는 배터리 셀 정보 및 임의의 N개 배터리 셀의 전압 정보를 수신하며, 인증키 정보 및 제 1 인증키를 BMS에 송신하는 통신부; 상기 전압 정보가 저장된 배터리 셀 개수값(N)와 상기 수신한 배터리 셀 정보로부터 인증키 정보를 생성하는 인증키 정보 생성부; 및 상기 배터리 셀 정보와 상기 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하는 제 1 인증키 생성부를 포함한다.
상기 인증키 정보 생성부는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수 P와, 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수 I를 포함하는 상기 인증키 정보를 생성한다.
상기 제 1 인증키 생성부는 상기 인증키 정보를 이용하여 전체 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 1 배터리 셀 전압 합산값을 생성하고, 상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, crc16 hash 연산을 수행하여 제 1 인증키를 생성한다.
상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성한다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 정보 저장된 배터리 셀의 개수값이다.
상기 BMS는, 상기 BMS가 관리하는 전체 배터리 셀들 중 임의의 N개 배터리 셀의 전압 정보를 저장하는 메모리부; 상기 BMS가 관리하는 전체 배터리 셀의 전압 정보를 포함하는 배터리 셀 정보와 상기 전압 정보가 저장된 배터리 셀 개수값(N)를 상기 상위 제어기로 송신하고 상기 상위 제어기로부터 인증키 정보 및 제 1 인증키를 수신하는 통신부; 상기 인증키 정보와 상기 전압 정보가 저장된 임의의 배터리 셀 개수값(N)으로부터 제 2 인증키를 생성하는 제 2 인증키 생성부; 상기 제 1 및 제 2 인증키를 비교하는 인증키 비교부; 및 상기 인증키 비교부의 비교 결과에 따라 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 제 2 인증키 생성부는 상기 인증키 정보를 이용하여 임의의 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 2 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 2 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, crc16 hash 연산을 수행하여 제 2 인증키를 생성한다.
상기 제 2 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성한다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 정보 저장된 배터리 셀의 개수값이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 통신 방법은 상위 제어기가 BMS로부터 배터리 셀 정보 및 임의의 배터리 셀 전압 정보를 제공받는 과정; 상기 상위 제어기가 상기 배터리 셀 정보 및 임의의 배터리 셀 전압 정보를 이용하여 인증키 정보 및 제 1 인증키를 생성하는 과정; 상기 BMS가 상기 상위 제어기로부터 인증키 정보를 제공받아 제 2 인증키를 생성하고 제 1 인증키와 비교하는 과정; 및 상기 BMS가 상기 제 1 및 제 2 인증키의 비교 결과에 따라 상기 상위 제어기로부터의 제어 명령을 수행하는 과정을 포함한다.
상기 인증키 정보는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수 P와, 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수 I를 포함한다.
상기 제 1 인증키는 상기 인증키 정보를 이용하여 전체 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 1 배터리 셀 전압 합산값을 생성하고, 상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, crc16 hash 연산을 수행하여 생성한다.
상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성한다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 정보 저장된 배터리 셀의 개수값이다.
상기 제 2 인증키는 인증키 정보를 이용하여 임의의 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 2 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 2 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, crc16 hash 연산을 수행하여 생성한다
상기 제 2 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성한다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 정보 저장된 배터리 셀의 개수값이다.
본 발명의 또다른 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 통신 방법은 BMS로부터의 전체 배터리 셀의 전압 정보를 포함한 배터리 셀 정보를 상위 제어기에 송신하는 과정; 상기 BMS가 관리하는 복수의 배터리 셀 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 전압 정보를 저장하는 과정; 저장한 N개 배터리 셀의 개수를 상기 상위 제어기에 송신하는 과정; 상기 상위 제어기가 전압 정보가 저장된 N개 배터리 셀 개수값을 이용하여 인증키 정보를 생성하는 과정; 상기 배터리 셀 정보와 상기 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하는 과정; 상기 제 1 인증키와 상기 인증키 정보를 상기 BMS에 송신하는 과정; 상기 BMS는 전압 정보가 저장된 N개의 배터리 셀 개수와 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성하는 과정; 및 상기 제 1 인증키와 상기 제 2 인증키를 비교하여 상기 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 과정을 포함한다.
본 발명은 BMS로부터 제공된 배터리 셀 정보를 이용하여 상위 제어기가 인증키 정보 및 제 1 인증키를 생성하고, 인증키 정보 및 제 1 인증키를 BMS에 제공하면 BMS는 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한 후 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단한다. 이때, BMS는 배터리 셀 정보를 상위 제어기에 제공할 때 BMS가 관리하는 전체 배터리 셀들 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 배터리 셀 전압 정보를 메모리부에 저장하고 이를 상위 제어기에 제공하며, 상위 제어기는 정보 저장 배터리 셀 개수값을 이용하여 소정의 인증키 정보를 생성한다. 또한, 상위 제어기는 배터리 셀 정보와 소정의 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하며, BMS는 정보 저장 배터리 셀 개수값 및 수신한 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한다.
상기한 바와 같이 상위 제어기 및 하위 BMS에서 각각 생성한 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단함으로써 BMS와 제어기 사이의 보안 통신이 가능하다. 또한, 적은 연산으로 보안 통신이 가능하므로 BMIC(Battery Monitoring IC)를 이용해서도 연산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 BMS의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 상위 제어기의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 BMS의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 상위 제어기의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
1. 본 발명에 따른 인증키 통신을 수행하는 에너지 저장 시스템
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 설명하기 위한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 BMS의 구성을 설명하기 위한 블럭도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 상위 제어기의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 배터리(10)를 관리하기 위한 복수의 BMS(100a, 100b, ??, 100n; 100)와, 복수의 BMS(100)를 통해 배터리(10)를 제어하기 위한 상위 제어기(200)를 포함할 수 있다. 상위 제어기(200)는 네트워크를 통해 서버 등과 연결될 수 있는데, 네트워크는 클라우드 서비스 등 공개 인터넷망일 수 있다. 이러한 에너지 저장 시스템은 BMS(100)가 상위 제어기(200)에 배터리(10)의 정보를 제공하고 상위 제어기(200)로부터 배터리(10)를 제어하기 위한 제어 명령을 제공받는다.
또한, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 상위 제어기(200)가 BMS(100)로부터 제공받는 배터리 셀 정보를 이용하여 제 1 인증키 및 인증키 정보를 생성하여 BMS(100)에 제공하고, BMS(100)는 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한 후 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령의 진위를 판별한다. 이때, 제 1 및 제 2 인증키가 동일한 경우 제어 명령이 상위 제어기(200)로부터 송신된 것으로 판단하고, 제 1 및 제 2 인증키가 동일하지 않은 경우 제어 명령이 허위인 것으로 판단한다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 각 구성별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
(1) 배터리
배터리(10)는 전력을 공급받아 충전될 수 있고, 충전된 전기 에너지를 방전시켜 전력 소모 장치에 공급할 수 있다. 즉, 배터리(10)는 충방전 가능하고, 전력 소모 장치의 에너지원으로 이용될 수 있다. 여기서, 배터리(10)는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 물론, 배터리(10)는 배터리 모듈일 수도 있고, 배터리 랙일 수도 있으며, 배터리 뱅크일 수도 있다. 즉, 본 발명의 BMS(100)가 모듈 BMS일 경우 배터리(10)는 배터리 모듈일 수 있고, BMS(100)가 랙 BMS일 경우 배터리(10)는 배터리 랙일 수 있으며, BMS(100)가 뱅크 BMS일 경우 배터리(10)는 배터리 뱅크일 수 있다. 따라서, 배터리(10)는 복수의 배터리 셀이 묶인 배터리 모듈이거나, 복수의 배터리 모듈이 묶인 배터리 랙이거나, 복수의 배터리 랙이 묶인 배터리 뱅크일 수 있다. 한편, 배터리(10)를 구성하는 기본인 복수의 배터리 셀은 다양한 방법으로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 물론, 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈 또한 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀은 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다. 그러나, 배터리 셀은 리튬 이온 배터리 뿐만 아니라 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등으로 구성할 수도 있다.
(2) BMS(Battery Management System)
BMS(100)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)을 관리한다. 예컨대, BMS(100)는 배터리(10)의 전압, 전류 및 온도 등의 상태를 측정하고, 상태 정보를 이용하여 State of Charge(SOC), State of Health(SOH), State of Power(SOP)를 추정한다. SOC는 배터리의 잔여 용량을 나타내며, SOC의 정확한 예측은 앞으로의 주행 거리를 예측할 수 있게 해준다. SOH는 배터리의 용량을 나타내는데, 이는 배터리의 노화 상태를 의미하며 배터리의 충전 및 방전 횟수에 영향을 미친다. SOP는 배터리가 지원할 수 있는 최대한의 전력을 의미한다. 최대 전력에 대한 예측은 배터리의 과충전이나 열 손실 등을 방지하는데 도움을 준다. 이러한 상태 정보를 이용하여 BMS(100)는 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어한다. 이를 위해 BMS(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 배터리(10)의 상태를 센싱하는 센싱부(110)와, 센싱부(110)로부터 측정된 배터리(10)의 상태에 따라 배터리(10)의 충방전을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부(120)와, 제어부(120)의 제어 신호에 따라 배터리(10)와 외부 전원 또는 전력 소모 장치 사이의 연결을 스위칭하여 충방전을 실시하도록 하는 스위칭부(130)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 BMS(100)는 상위 제어기(200)에 배터리 셀 정보를 전송하고, 임의로 선택된 적어도 한개, 즉 N개의 배터리 셀에 대한 정보를 저장한다. 그리고, BMS(100)는 상위 제어기(200)로부터 제 1 인증키 및 인증키 정보를 수신하고, 저장하고 있는 배터리 셀 정보와 수신받는 인증키 정보를 조합하여 인증키를 생성한다. 또한, BMS(100)는 생성한 제 2 인증키와 수신받은 제 1 인증키를 비교하여 동일할 경우 상위 제어기(200)로부터 받은 명령을 수행하고 동일하지 않을 경우 상위 제어기(200)로부터 받은 명령을 무시한다. 이를 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 BMS(100)는 상위 제어기(200)와의 통신을 위한 통신부(140)와, 배터리(10)의 정보를 저장하기 위한 메모리부(150)와, 제 2 인증키를 생성하기 위한 제 2 인증키 생성부(160)와, 제 1 및 제 2 인증키를 비교하는 인증키 비교부(170)를 포함할 수 있다. 이때, 인증키 비교부(170)의 비교 결과에 따라 제어부(120)가 제어 명령의 진위를 판단한다. 즉, 인증키 비교부(170)의 비교 결과 제 1 및 제 2 인증키가 동일한 경우 제어부(120)는 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령을 수행하고 동일하지 않은 경우 제어부(120)는 제어 명령이 허위임을 판단하여 제어 명령을 무시한다. 또한, 제어부(120)는 배터리(10)의 충방전을 위한 스위칭부(130)를 제어할 뿐만 아니라 BMS(100)의 각 구성을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 상위 제어기(200)에 제공하기 위한 배터리 셀 정보를 제공하기 위해 통신부(140)를 제어할 수 있고, 배터리 셀 정보를 메모리부(150)에 저장할 수도 있으며, 인증키 비교부(170)의 비교 결과에 따라 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령을 수행할 수 있다. 상기한 바와 같이 센싱부(110), 제어부(120) 및 스위칭부(130)는 배터리(10)의 충방전을 제어하며, 통신부(140), 메모리부(150), 제 2 인증키 생성부(160) 및 인증키 비교부(170)는 인증키 생성 및 비교를 위해 마련된다. 결국, 본 발명의 보안 통신을 위한 ESS(Energy Storage System: 에너지 저장 시스템)는 BMS(100)가 제어부(120), 통신부(140), 메모리부(150), 제 2 인증키 생성부(160) 및 인증키 비교부(170)를 포함할 수 있다.
한편, BMS(100)는 소정 개수의 복수의 배터리 모듈을 각각 관리하기 위한 복수의 모듈 BMS(MBMS)일 수도 있고, 소정 개수의 복수의 모듈 BMS(MBMS)를 각각 관리하기 위한 복수의 랙 BMS(RBMS)일 수도 있으며, 소정 개수의 복수의 랙 BMS(RBMS)를 각각 관리하기 위한 적어도 하나의 뱅크 MBS(BBMS)일 수도 있다. 즉, 본 발명은 모듈 BMS, 랙 BMS, 뱅크 BMS 중 적어도 어느 하나가 상위 제어기(200)와의 통신을 통해 인증키를 생성하고 비교하여 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령의 진위를 판단할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 BMS(100)를 각 구성별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
(2)-1. 센싱부
센싱부(110)는 배터리(10)의 상태를 센싱하기 위해 마련될 수 있다. 예를 들어, 센싱부(110)는 배터리(10)의 전류, 전압, 온도 등을 센싱할 수 있다. 또한, 센싱부(100)는 배터리 모듈 및 배터리 셀의 전류 및 전압 등의 상태를 센싱할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀 각각의 상태를 센싱할 수도 있고, 복수의 배터리 셀이 묶인 배터리 모듈의 상태를 센싱할 수도 있다. 이를 위해 센싱부(110)는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 전류 센서, 적어도 하나의 전압 센서 및 적어도 하나의 온도 센서를 포함할 수 있다. 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서는 제어부(120)의 제어에 따라 배터리(10)의 전압, 전류 및 온도를 주기적으로 측정하고 측정 결과를 제어부(120)로 제공한다. 여기서, 전압 센서는 배터리(10)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압에 상응하는 신호를 생성하여 제어부(120)로 제공한다. 또한, 전류 센서는 센스 저항 또는 홀 센서로서 충전 전류의 크기에 상응하는 신호를 생성하여 제어부(120)로 제공한다. 전류 센서는 충전 전류 뿐만 아니라 방전 전류의 크기도 측정할 수 있다. 온도 센서는 온도 측정에 사용되는 일 예로 써머 커플러일 수 있다. 온도 센서는 배터리(10)의 온도에 상응하는 신호를 생성하여 제어부(120)로 제공한다.
(2)-2. 제어부
제어부(120)는 센싱부(110)로부터 측정된 배터리(10)의 상태에 따라 배터리(10)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(120)는 배터리(10)의 수명 관리, 배터리(10)의 용량 제어, 배터리 밸런싱 등의 각종 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 센싱부(110)로부터 측정된 전압에 따라 제어 신호를 생성하여 배터리(10)와 외부 전원 사이의 스위칭부(130)를 제어함으로써 배터리(10)의 충방전을 제어하고, 그에 따라 배터리 셀의 과충전 또는 과방전을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 충전 동작을 정지시키기 위한 제 1 설정 전압 및 충전 동작을 실시하기 위한 제 2 설정 전압과 센싱부(110)에서 측정된 배터리(10)의 전압을 비교하여 측정 전압이 제 1 설정 전압보다 높거나 같을 경우 배터리(10)의 충전 동작을 정지하기 위한 제어 신호를 생성하고, 측정 전압이 제 2 설정 전압보다 낮거나 같을 경우 배터리(10)의 충전 동작을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 상위 제어기(200)에 제공하기 위한 배터리 셀 정보를 제공하고, 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령에 따른 동작을 수행하며, 이를 위해 통신부(140)를 제어할 수 있다, 즉, 제어부(120)는 배터리 셀 정보를 통신부(140)를 통해 상위 제어기(200)로 전송할 수 있고, 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령을 통신부(140)를 통해 수신할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 전체 배터리 셀 정보 중 적어도 하나의 배터리 셀 정보, 즉 N개 배터리 셀 정보를 선택하여 메모리부(150)에 저장하며, 배터리 셀 정보를 저장한 배터리 셀의 개수정보(N)을 상위 제어기(200)로 전송한다. 이때, 배터리 셀 정보는 배터리 셀의 전압을 포함할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 상위 제어기(200)로부터의 제 1 인증키와 제 2 인증키 생성부(160)로부터의 제 2 인증키를 비교한 인증키 비교부(170)의 비교 결과에 따라 제어 명령의 진위를 판단하여 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령을 수행할 수 있다.
(2)-3. 스위칭부
스위칭부(130)는 배터리(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위해 마련될 수 있다. 즉, 스위칭부(130)는 충전 및 방전 경로 상에 마련되어 충전 및 방전 경로를 설정할 수 있다. 이때, 스위칭부(130)는 제어부(120)의 제어 신호에 따라 충전 또는 방전을 수행할 수 있다. 이러한 스위칭부(130)는 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 배터리(10)의 사양에 따라 적어도 하나의 FET, 릴레이 등이 이용될 수 있다. 구체적인 예로서, 스위칭부(130)는 제어부(120)의 제어 신호에 따라 각각 구동되는 충전 스위치 및 방전 스위치로 이루어질 수 있다. 이때, 충전 및 방전 스위치는 각각 FET로 이루어질 수 있다.
(2)-4. 통신부
통신부(140)는 BMS(100)와 상위 제어기(200)의 통신을 위해 마련될 수 있다. 즉, 통신부(140)는 BMS(100)로부터의 배터리 셀 정보 등을 상위 제어기(200)로 송신하고 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령 등을 수신하기 위해 마련될 수 있다. 또한, 통신부(140)는 상위 제어기(200)로부터의 제 1 인증키 및 인증키 정보를 수신할 수 있다. 통신부(140)를 통해 수신되는 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령은 제어부(120)로 전달될 수 있고, 상위 제어기(200)로부터의 인증키 정보는 인증키 생성부(160)로 전달될 수 있으며, 상위 제어기(200)로부터의 제 1 인증키는 인증키 비교부(170)로 전달될 수 있다. 여기서, 통신부(140)는 유선 또는 무선으로 상위 제어기(200)와 통신할 수 있는데, 예를 들어 통신부(140)는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network) 방식으로 상위 제어기(200)와 통신할 수 있다.
(2)-5. 메모리부
메모리부(150)는 상위 제어기(200)로 배터리 셀 정보를 전송할 때 임의의 N개 배터리 셀에 대한 전압 정보를 저장한다. 즉, 메모리부(150)는 제어부(120)에 의해 선택된 임의의 배터리 셀 정보를 제어부(120)를 통해 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(150)는 해당 BMS(100)의 고유 아이디 등의 정보를 저장할 수 있으며, 배터리(10)의 충방전 동작 등을 위한 배터리(10)의 고유 특성 정보 등을 저장할 수 있다. 이러한 메모리부(150)는 RAM(Random Access Memory), SRAM(Static RAM), FRAM(Ferro-electric RAM), PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), ROM(Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM) 등의 저장 매체를 포함할 수 있다.
(2)-6. 제 2 인증키 생성부
제 2 인증키 생성부(160)는 메모리부(150)에 저장된 임의의 배터리 셀 정보와 상위 제어기(200)로부터 통신부(140)를 통해 수신된 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한다. 이때, 인증키 생성부(160)는 수신받은 인증키 정보, 소정 개수의 배터리 셀 전압, BMS의 ID 등을 이용하여 제 2 인증키를 생성할 수 있다. 예를 들어, 인증키 생성부(160)는 수신받은 인증키 정보를 이용하여 임의의 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 2 배터리 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 2 배터리 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한후, crc16 hash 연산을 수행하여 제 2 인증키를 생성할 수 있다. 이때, 제 2 배터리 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성할 수 있다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 정보 저장된 배터리 셀의 수이다.
(2)-7. 인증키 비교부
인증키 비교부(170)는 제 2 인증키 생성부(160)에서 생성한 제 2 인증키와 상위 제어기(200)로부터 생성된 제 1 인증키를 비교한다. 즉, 인증키 비교부(170)는 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 동일한지를 판단한다. 인증키 비교부(170)의 비교 결과는 제어부(120)로 송신되고 제어부(120)는 인증키 비교부(170)의 비교 결과에 따라 제 1 및 제 2 인증키가 동일한 경우 상위 제어기(200)로부터 수신된 제어 명령을 수행하고, 동일하지 않은 경우 상위 제어기(200)로부터 수신된 제어 명령을 무시한다. 이때, 인증키 비교부(170)는 제 1 및 제 2 인증키의 비교 결과에 따라 서로 다른 신호를 제어부(120)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 인증키가 동일할 경우 로직 하이의 신호를 제어부(120)에 전달하고, 동일하지 않을 경우 로직 로우의 신호를 제어부(120)에 전달할 수 있다.
(3) 상위 제어기
상위 제어기(200)는 ESS를 제어하기 위한 마련될 수 있다. 즉, 상위 제어기(200)는 복수의 BMS(100)를 제어하기 위해 마련될 수 있다. 상위 제어기(200)는 BMS(100)로 복수의 배터리(10)를 제어하기 위한 제어 명령을 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(100)는 상위 제어기(200)로부터 수신되는 제어 명령에 기초하여 동작이 제어되며, 그에 따라 배터리(10)의 충방전 등 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 상위 제어기(200)는 ESS를 제어하기 위한 BSC(Battery System Controller)일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상위 제어기(200)는 BMS(100)와의 보안 통신을 위해 인증키 정보를 생성하고 이로부터 제 1 인증키를 생성할 수 있다. 이를 위해 상위 제어기(200)는 복수의 BMS(100)로부터 전체 배터리 셀 정보를 주기적으로 전달받고 현재 각각의 BMS(100)에 저장중인 배터리 셀 정보 개수를 수신한다. 그리고, 상위 제어기(200)는 정보 저장 배터리 셀 개수값(즉 N값)을 이용하여 소정의 인증키 정보를 생성하고, 배터리 셀 정보와 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성한다. 또한, 상위 제어기(200)는 제 1 인증키와 인증키 정보를 BMS(100)로 전송한다.
(3)-1. 통신부
통신부(210)는 상위 제어기(200)와 BMS(100)의 통신을 위해 마련될 수 있다. 또한, 통신부(210)는 상위 제어기(200)와 네트워크를 통한 서버와의 통신을 위해 마련될 수 있다. 즉, 통신부(210)는 BMS(100)로부터 배터리 셀 정보 등을 수신받고, 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령 등을 BMS(100)로 송신하기 위해 마련될 수 있다. 또한, 통신부(210)는 상위 제어기(200)로부터의 제 1 인증키 및 인증키 정보를 BMS(100)로 송신할 수 있다. 이러한 통신부(210)는 유선 또는 무선으로 BMS(100)와 통신할 수 있는데, 예를 들어 통신부(210)는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network) 방식으로 BMS(100)와 통신할 수 있다. 한편, 통신부(210)는 네트워크를 통해 서버(미도시)와 통신할 수도 있는데, 네트워크를 이용한 통신은 무선 통신을 이용할 수 있다. 즉, 통신부(210)는 BMS(100)와는 무선 또는 유선으로 통신하고 서버(미도시)와는 네트워크를 통해 무선으로 통신할 수 있다. 따라서, 상위 제어기(200)의 통신부(210)는 유선 통신부와 무선 통신부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 네트워크를 이용한 무선 통신은 다양한 방식을 이용할 수 있는데, 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시 광 통신(VLC: Visible Light Communication) 등을 포함할 수 있다.
(3)-2. 제어부
제어부(220)는 복수의 BMS(100)를 제어하기 위한 제어 명령을 생성한다. 즉, 제어부(220)는 복수의 BMS(100)가 관리하는 배터리(10)의 충방전, 셀 밸런싱 등의 동작을 제어하기 위한 제어 명령을 생성한다. 이때, 제어부(220)는 복수의 BMS(100)로부터 수신한 배터리(10)의 정보, 즉 배터리 셀 각각의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 최적의 상태로 제어하기 위한 제어 명령을 생성한다. 제어부(220)로부터의 제어 명령은 통신부(210)를 통해 복수의 BMS(100)로 전달된다. 또한, 제어부(220)는 복수의 BMS(100)가 각각 수집한 각종 정보를 네트워크를 통해 서버에 저장할 수 있다. 즉, 제어부(220)는 BMS가 수집한 각종 데이터를 각종 연구 및 개발을 위해 통신부(210)와 네트워크를 통해 원격지의 서버 등에 저장할 수도 있다. 이때, 복수의 BMS(100)가 수집한 각종 정보를 미도시된 메모리부에 저장될 수 있다. 한편, 본 발명의 제어부(220)는 통신부(210)를 통해 BMS(100)로부터 수신된 배터리 셀 정보와 정보 저장 배터리 셀 개수를 인증키 정보 생성 및 제 1 인증키 생성을 위해 인증키 정보 생성부(230) 및 제 1 인증키 생성부(240)로 전달할 수 있다. 즉, 제어부(220)는 인증키 정보 생성을 위해 정보 저장 배터리 셀 개수를 인증키 정보 생성부(230)로 전달하고 제 1 인증키 생성을 위해 배터리 셀 정보를 제 1 인증키 생성부(240)로 전달할 수 있다.
(3)-3. 인증키 정보 생성부
인증키 정보 생성부(230)는 BMS(100)로부터 수신받는 정보 저장 배터리 셀 개수값(N값)을 이용하여 소정의 인증키 정보를 생성한다. 즉, 인증키 정보 생성부(230)는 통신부(210)를 통해 수신한 정보 저장 배터리 셀 개수값(N값)을 제어부(220)를 통해 전달받아 소정의 인증키 정보를 생성한다. 이때, 인증키 정보는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수 P와, 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수 I를 포함한다, N은 정보 저장된 배터리 셀의 수이다.
(3)-4. 제 1 인증키 생성부
제 1 인증키 생성부(240)는 BMS(100)로부터 수신한 전체 배터리 셀 정보와 인증키 정보 생성부(230)로부터 전달받은 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성한다. 이때, 제 1 인증키 생성부(240)는 수신받은 인증키 정보, 전체 배터리 셀 전압, BMS의 ID 등을 이용하여 제 1 인증키를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 인증키 생성부(240)는 전달받은 인증키 정보를 이용하여 전체 배터리 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 1 배터리 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 1 배터리 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한후, crc16 hash 연산을 수행하여 제 1 인증키를 생성할 수 있다. 이때, 제 1 배터리 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성할 수 있다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 ESS는 BMS(100)로부터 제공된 배터리 셀 정보를 이용하여 상위 제어기(200)가 인증키 정보 및 제 1 인증키를 생성하고, 인증키 정보 및 제 1 인증키를 BMS(100)에 제공하면 BMS(100)는 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한 후 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령의 진위를 판단한다. 이때, BMS(100)는 배터리 셀 정보를 상위 제어기(200)에 제공할 때 BMS(100)가 관리하는 전체 배터리 셀들 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 배터리 셀 전압 정보를 메모리부에 저장하고 이를 상위 제어기(200)에 제공하며, 상위 제어기(200)는 정보 저장 배터리 셀 개수값을 이용하여 소정의 인증키 정보를 생성한다. 또한, 상위 제어기(200)는 배터리 셀 정보와 소정의 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하며, BMS(100)는 정보 저장 셀 개수값 및 수신한 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한다. 이렇게 상위 제어기(200) 및 BMS(100)에서 각각 생성한 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령의 진위를 판단함으로써 BMS(100)와 상위 제어기(200) 사이의 보안 통신이 가능하다. 또한, 적은 연산으로 보안 통신이 가능하므로 BMIC(Battery Monitoring IC)를 이용해서도 연산이 가능하다.
2. 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 통신 방법
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 방법은 BMS(100)로부터의 전체 배터리 셀의 전압 정보를 포함하는 배터리 셀 정보를 상위 제어기(200)에 송신하는 과정(S110)과, BMS(100)가 관리하는 복수의 배터리 셀 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 전압 정보를 저장하는 과정(S120)과, 저장한 N개 배터리 셀의 개수를 상위 제어기(200)에 송신하는 과정(S130)과, 상위 제어기(200)가 정보 저장된 N개 배터리 셀 개수값을 이용하여 인증키 정보를 생성하는 과정(S140)과, 배터리 셀 정보와 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하는 과정(S150)과, 제 1 인증키와 인증키 정보를 BMS(100)에 전달하는 과정(S160)과, BMS(100)는 정보 저장된 N개의 배터리 셀 개수와 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성하는 과정(S170)과, 제 1 인증키와 제 2 인증키를 비교하여 제 1 및 제 2 인증키가 일치하는지를 판단하는 과정(S180)과, 제 1 및 제 2 인증키의 비교 결과에 따라 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 과정(S190)을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 일련의 과정들(S110 내지 S190)을 소정 주기로 반복할 수 있다. 즉, 배터리 셀 정보 송신 과정(S110), 배터리 셀 전압 정보 저장 과정(S120), 정보 저장 배터리 셀 개수 송신 과정(S130), 인증키 정보 생성 과정(S140), 제 1 인증키 생성 과정(S150), 인증키 정보 및 제 1 인증키 송신 과정(S160), 제 2 인증키 생성 과정(S170), 제 및 제 2 인증키 비교 과정(S180) 및 제어 명령 진위 판단 과정(S190)을 소정의 주기로 실시할 수 있다. 또한, 상위 제어기(200)가 관리하는 복수의 BMS(100)에 대해 하나씩 순차적으로 상기 과정을 실시할 수 있고, 적어도 둘 이상의 BMS(100)에 대해 상기 과정을 실시할 수도 있으며, 복수의 BMS(100) 전체에 대해 상기 과정을 실시할 수도 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 BMS(100)와 상위 제어기(200) 사이의 ESS의 보안 통신 방법을 각 과정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
S110 : 복수의 BMS(100) 중 적어도 하나의 BMS(100)로부터 해당 BMS(100)가 관리하는 배터리(10)의 정보를 상위 제어기(200)로 송신한다. 이때, 배터리(10)의 정보는 해당 BMS(100)가 관리하는 복수의 배터리 셀의 정보를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 셀 정보는 배터리(10)를 센싱하는 센싱부(210)로부터 센싱된 배터리 셀 전압을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 BMS(100) 중 적어도 하나의 BMS(100)는 전체 배터리 셀의 전압 정보를 포함하는 배터리 셀 정보를 상위 제어기(200)로 송신한다. 이때, 센싱부(210)로부터 센싱된 배터리 셀 정보는 제어부(120)를 통해 통신부(140)로 전달될 수 있으며, 통신부(140)를 통해 상위 제어기(200)로 송신될 수 있다.
BMS(100)는 복수의 배터리 셀 중 셀 전압 정보를 전송할 셀의 개수 N을 결정하고, N개의 배터리 셀에 대한 전압 정보를 상위 제어기(200)로 전송할 수 있다.
상기 배터리 셀 정보의 전송은 소정의 주기로 상위 제어기(200)로 전송될 수 있으며, 상위 제어기(200)는 셀 정보를 전송받는 소정의 주기에 따라 인증키를 갱신할 수 있다.
S120 : BMS(100)는 배터리 셀 정보를 상위 제어기(200)로 송신한 후 BMS(100)가 관리하는 복수의 배터리 셀 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 전압 정보를 저장한다. 즉, BMS(100)는 복수의 배터리 셀 중 임의의 개수(즉 N개)의 배터리 셀에 대한 전압 정보를 메모리부(150)에 저장한다. 이는 후술하는 2차 인증키 생성에 사용하기 위함이다. 이때, 임의의 배터리 셀 개수는 전체 배터리 셀 개수보다 적을 수 있다. 물론, 임의의 배터리 셀 개수는 전체 배터리 셀의 개수와 같을 수도 있다.
이 때, 정보를 저장하는 배터리 셀의 개수인 N값은 BMS가 임의로 결정할 수 있는데, 이는 BMS가 보유하는 메모리 장치의 용량에 맞는 데이터 크기만큼 선택적으로 배터리 셀 정보를 저장할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 본 발명은 BMS가 정보를 저장하는 배터리 셀의 갯수를 BMS의 연산량을 고려하여 결정할 수 있다.
또한 본 발명에서는, 배터리 셀 정보로서 셀 전압을 사용하는데, 셀 전압은 모든 BMS에서 사용하는 데이터로서 범용성이 있고, 높은 분해능을 가져(통상, 0.0001V 단위) 데이터 중복확률이 적다.
S130 : 메모리부(150)에 저장된 N개 배터리 셀의 개수를 상위 제어기(200)에 송신한다. 즉, 메모리부(150)에 전압 정보가 저장된 임의의 N개 배터리 셀의 개수를 상위 제어기(200)에 송신한다. 이를 위해 제어부(120)는 메모리부(150)에 저장된 배터리 셀 개수 N을 송신부(140)를 통해 상위 제어기(200)로 송신할 수 있다.
S140 : 상위 제어기(200)는 BMS(100)로부터 수신한, 셀 전압 정보가 저장된 N개 배터리 셀 개수 값을 이용하여 인증키 정보를 생성한다. 즉, 상위 제어기(200)의 통신부(210)는 BMS(100)의 통신부(140)와 통신하여 BMS(100)에 셀 정보가 저장된 배터리 셀의 개수값 N 을 수신하고 이를 제어부(220)가 인증키 정보 생성부(230)에 전달한다. 인증키 정보 생성부(230)는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수 P와, 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수 I를 포함하는 인증키 정보를 생성한다.
S150 : 배터리 셀 정보와 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성한다. 즉, 제 1 인증키 생성부(240)는 BMS(100)로부터 수신한 전체 배터리 셀 정보와 인증키 정보 생성부(230)로부터 전달받은 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성한다. 이때, 제 1 인증키 생성부(240)는 수신받은 인증키 정보, 전체 배터리 셀 전압, BMS의 ID 등을 이용하여 제 1 인증키를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 인증키 생성부(240)는 전달받은 인증키 정보를 이용하여 전체 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 1 배터리 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 1 배터리 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한후, crc16 hash 연산을 수행하여 제 1 인증키를 생성할 수 있다. 이때, 제 1 배터리 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성할 수 있다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이다.
한편, 제1 인증키는 BMS(100)가 상위 제어기(200)에 전송하는 배터리 셀 정보의 전송 주기에 맞추어 매 주기마다 재생성되거나 갱신된다.
S160 : 상위 제어기(200)는 제 1 인증키와 인증키 정보를 BMS(100)에 전달한다. 즉, 제어부(220)는 인증키 정보 생성부(230)로부터 인증키 정보를 전달받고 제 1 인증키 생성부(240)로부터 제 1 인증키를 전달받아 통신부(210)를 통해 BMS(100)로 송신한다.
S170 : BMS(100)는 배터리 셀 정보가 저장된 배터리 셀의 개수(N)와 상기 수신한 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한다. 즉, 제 2 인증키 생성부(160)는 메모리부(150)에 저장된 임의의 배터리 셀 정보와 상위 제어기(200)로부터 통신부(140)를 통해 수신된 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한다. 이때, 인증키 생성부(160)는 수신받은 인증키 정보, 소정 개수의 배터리 셀 전압, BMS 자신의 ID 등을 이용하여 제 2 인증키를 생성할 수 있다. 예를 들어, 인증키 생성부(160)는 수신받은 인증키 정보를 이용하여 임의의 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 2 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 2 셀 전압 합산값에 BMS 자신의 ID를 더한후, crc16 hash 연산을 수행하여 제 2 인증키를 생성할 수 있다. 이때, 제 2 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성할 수 있다. 여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 정보 저장된 배터리 셀의 수이다.
이와 같이 본 발명의 인증키는 단순히 셀 전압값을 이용하여 인증키를 생성하는 것이 아니라, 셀 전압들의 합산값을 이용하고, 여기에 BMS의 ID를 포함하므로, 제어명령을 수신한 BMS는 자신을 수신자로 하는 제어명령을 정확히 구분할 수 있게 되어, 통상적인 데이터인 셀 전압값을 그대로 인증키 생성에 활용하는 것보다 보안성이 향상된다. 또한, 이후 BMS에서 제어명령 확인시, 전체 데이터를 복호화할 필요가 없이 P+1번의 덧셈과 1번의 해시연산만 수행하면 되므로, 종래의 암호화/복호화 방식에 비하여 연산량이 줄어든다.
S180 : 제 1 인증키와 제 2 인증키를 비교하여 제 1 및 제 2 인증키가 일치하는지를 판단한다. 즉, 인증키 비교부(170)는 제 2 인증키 생성부(160)에서 생성한 제 2 인증키와 상위 제어기(200)로부터 생성된 제 1 인증키를 비교하여 동일한지를 판단한다. 이때, 인증키 비교부(170)는 제 1 및 제 2 인증키의 비교 결과에 따라 서로 다른 신호를 제어부(120)에 전달할 수 있다. 예를 들어 제 1 및 제 2 인증키가 동일할 경우 로직 하이의 신호를 제어부(120)에 전달하고, 동일하지 않을 경우 로직 로우의 신호를 제어부(120)에 전달할 수 있다.
S190 : 제 1 및 제 2 인증키의 비교 결과에 따라 상위 제어기(200)로부터의 제어 명령의 진위를 판단한다. 인증키 비교부(170)의 판단 결과는 제어부(120)로 송신되고 제어부(120)는 인증키 비교부(170)의 판단 결과에 따라 제 1 및 제 2 인증키가 동일한 경우 상위 제어기(200)로부터 수신된 제어 명령을 수행하고, 동일하지 않은 경우 상위 제어기(200)로부터 수신된 제어 명령을 무시한다.
<실시예>
ID 가 3인 BMS에 연결된 셀의 수가 5개이고, 셀 전압이 각각 다음과 같을 때, 본 발명에서 인증키 생성의 실시예를 설명한다.
각 셀의 전압값 (단위 0.0001V):
Cell 1: 31234
Cell 2: 32345
Cell 3: 33456
Cell 4: 35678
Cell 5: 37890
BMS는 소정의 N 값을 결정한다. 본 실시예에서는 N=4인 경우이며, 이에 따라 BMS는 셀 1 내지 셀 4의 데이터를 BMS 메모리에 저장하고, 전체 셀 데이터를 상위 제어기에 전송한다.
상위 제어기는 소정의 P, I 값을 결정하고(본 실시예에서는 P: 2, I:3), 수신받은 데이터로부터 제1 셀 전압 합산값(Cell 2 + Cell 3 + Cell 4) 에 BMS ID 를 더한 값을 계산한다(101479 + 3=101482)
이후, 상위 제어기는 상기 제1 셀 전압 합산값에 BMS ID를 더한 값에 대하여 해시연산을 수행하여 획득한 값을 제1 인증키로 생성하고, BMS에서도 이와 같이 제2 인증키를 생성하여, 수신하는 제1 인증키와 생성하는 제2 인증키를 비교하여 상위 제어기로부터의 제어명령의 진위를 판단한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10 ; 배터리
100 : BMS
200 : 상위 제어기 110 : 센싱부
120 : 제어부 130 : 스위칭부
140 : 통신부 150 : 메모리부
160 : 제 2 인증키 생성부 170 : 인증키 비교부
210 : 통신부 220 : 제어부
230 : 인증키 정보 생성부 240 : 제 1 인증키 생성부
200 : 상위 제어기 110 : 센싱부
120 : 제어부 130 : 스위칭부
140 : 통신부 150 : 메모리부
160 : 제 2 인증키 생성부 170 : 인증키 비교부
210 : 통신부 220 : 제어부
230 : 인증키 정보 생성부 240 : 제 1 인증키 생성부
Claims (16)
- 복수의 배터리 셀을 각각 관리하는 복수의 BMS; 및
상기 복수의 BMS에 소정의 제어 명령을 송신하는 상위 제어기를 포함하고,
상기 상위 제어기는 상기 BMS로부터 제공된 배터리 셀 정보를 이용하여 인증키 정보 및 제 1 인증키를 생성하며,
상기 BMS는 상기 상위 제어기로부터 상기 인증키 정보와 제1 인증키를 수신하고, 상기 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성한 후 상기 제 1 및 제 2 인증키를 비교하여 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 에너지 저장 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 BMS는 상기 배터리 셀 정보와 함께 상기 BMS가 관리하는 전체 배터리 셀들 중 배터리 셀 정보를 전송할 배터리 셀의 개수 N을 결정하여, N개 배터리 셀에 대한 배터리 셀 전압 정보를 상위 제어기에 제공하고,
상기 상위 제어기는 상기 배터리 셀 개수값(N)을 이용하여 상기 인증키 정보를 생성한 후 상기 배터리 셀 정보와 상기 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하며,
상기 BMS는 상기 배터리 셀 개수값(N) 및 수신한 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성하는 에너지 저장 시스템.
- 청구항 2에 있어서, 상기 상위 제어기는,
상기 복수의 BMS 중 적어도 하나의 BMS가 제어하는 상기 N개의 배터리 셀의 전압 정보를 수신하며, 생성하는 인증키 정보 및 제 1 인증키를 BMS에 송신하는 통신부;
상기 배터리 셀 개수 값 N과 상기 수신한 배터리 셀 정보로부터 인증키 정보를 생성하는 인증키 정보 생성부; 및
상기 배터리 셀 정보와 상기 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하는 제 1 인증키 생성부를 포함하는 에너지 저장 시스템.
- 청구항 3에 있어서, 상기 인증키 정보 생성부는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수 P와, 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수 I를 포함하는 상기 인증키 정보를 생성하는 에너지 저장 시스템.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 1 인증키 생성부는 상기 인증키 정보를 이용하여 전체 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 1 배터리 셀 전압 합산값을 생성하고, 상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, 해시 연산을 수행하여 제 1 인증키를 생성하는 에너지 저장 시스템.
- 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성하는 에너지 저장 시스템.
(여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 셀 정보가 저장된 배터리 셀의 개수값)
- 청구항 2에 있어서, 상기 BMS는,
상기 BMS가 관리하는 전체 배터리 셀들 중 임의의 N개 배터리 셀의 전압 정보를 저장하는 메모리부;
상기 BMS가 관리하는 전체 배터리 셀의 전압 정보를 포함하는 배터리 셀 정보가 저장된 배터리 셀 개수값(N)을 상기 상위 제어기로 송신하고 상기 상위 제어기로부터 인증키 정보 및 제 1 인증키를 수신하는 통신부;
상기 인증키 정보와 상기 전압 정보가 저장된 임의의 배터리 셀 개수값(N)을 이용하여 제 2 인증키를 생성하는 제 2 인증키 생성부;
상기 제 1 및 제 2 인증키를 비교하는 인증키 비교부; 및
상기 인증키 비교부의 비교 결과에 따라 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 제어부를 포함하는 에너지 저장 시스템.
- 청구항 7에 있어서, 상기 제 2 인증키 생성부는 상기 인증키 정보를 이용하여 임의의 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 2 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 2 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, 해시 연산을 수행하여 제 2 인증키를 생성하는 에너지 저장 시스템.
- 청구항 8에 있어서, 상기 제 2 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성하는 에너지 저장 시스템.
(여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 셀 정보가 저장된 배터리 셀의 개수값)
- 상위 제어기가 BMS로부터 배터리 셀 전압 정보를 포함하는 배터리 셀 정보를 제공받는 과정;
상기 상위 제어기가 상기 배터리 셀 정보를 이용하여 인증키 정보 및 제 1 인증키를 생성하는 과정;
상기 BMS가 상기 상위 제어기로부터 인증키 정보를 제공받아 제 2 인증키를 생성하고 제 1 인증키와 비교하는 과정; 및
상기 BMS가 상기 제 1 및 제 2 인증키의 비교 결과에 따라 상기 상위 제어기로부터의 제어 명령을 수행하는 과정을 포함하는 에너지 저장 시스템의 통신 방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 인증키 정보는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수 P와, 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수 I를 포함하는 에너지 저장 시스템의 통신 방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 제 1 인증키는 상기 인증키 정보를 이용하여 전체 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 1 배터리 셀 전압 합산값을 생성하고, 상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, 해시 연산을 수행하여 생성하는 에너지 저장 시스템의 통신 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 제 1 배터리 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성하는 에너지 저장 시스템의 통신 방법.
(여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 셀 정보가 저장된 배터리 셀의 개수값)
- 청구항 10에 있어서, 상기 제 2 인증키는 상기 인증키 정보를 이용하여 임의의 배터리 셀 정보로부터 선택된 소정 개수의 배터리 셀의 전압을 합산하여 제 2 셀 전압 합산값을 생성하고, 제 2 셀 전압 합산값에 BMS의 ID를 더한 후, 해시 연산을 수행하여 생성하는 에너지 저장 시스템의 통신 방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 제 2 셀 전압 합산값은 배터리 셀 정보로부터 P+0 번째 배터리 셀부터 P+I 번째 배터리 셀까지의 전압을 합산하여 생성하는 에너지 저장 시스템의 통신 방법.
(여기서, P는 0<P≤_N을 만족하는 임의의 정수이고, I는 0<P+(I+1)≤_N을 만족하는 임의의 정수이며, N은 셀 정보가 저장된 배터리 셀의 개수값)
- BMS로부터의 전체 배터리 셀의 전압 정보를 포함한 배터리 셀 정보를 상위 제어기에 송신하는 과정;
상기 BMS가 관리하는 복수의 배터리 셀 중 임의의 N개 배터리 셀에 대한 전압 정보를 저장하는 과정;
저장한 N개 배터리 셀의 개수를 상기 상위 제어기에 송신하는 과정;
상기 상위 제어기가 전압 정보가 저장된 N개 배터리 셀 개수값을 이용하여 인증키 정보를 생성하는 과정;
상기 배터리 셀 정보와 상기 인증키 정보를 이용하여 제 1 인증키를 생성하는 과정;
상기 제 1 인증키와 상기 인증키 정보를 상기 BMS에 송신하는 과정;
상기 BMS는 전압 정보가 저장된 N개의 배터리 셀 개수와 인증키 정보를 이용하여 제 2 인증키를 생성하는 과정; 및
상기 제 1 인증키와 상기 제 2 인증키를 비교하여 상기 상위 제어기로부터의 제어 명령의 진위를 판단하는 과정을 포함하는 에너지 저장 시스템의 통신 방법.
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| KR (1) | KR20240064520A (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140019629A (ko) | 2012-08-06 | 2014-02-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩의 전압 측정 방법 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 |
| KR20180056460A (ko) | 2016-11-18 | 2018-05-29 | 주식회사 엘지화학 | 무선 통신 모듈이 탑재된 배터리 팩 |
| KR20210051462A (ko) | 2019-10-30 | 2021-05-10 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 관리 시스템 및 그 통신 방법 |
-
2023
- 2023-09-25 KR KR1020230127944A patent/KR20240064520A/ko unknown
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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