WO2013125850A1 - 멀티 bms에 대한 식별자 할당 시스템 및 방법 - Google Patents

멀티 bms에 대한 식별자 할당 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2013125850A1
WO2013125850A1 PCT/KR2013/001334 KR2013001334W WO2013125850A1 WO 2013125850 A1 WO2013125850 A1 WO 2013125850A1 KR 2013001334 W KR2013001334 W KR 2013001334W WO 2013125850 A1 WO2013125850 A1 WO 2013125850A1
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bms
master
slave
communication network
start signal
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이현철
박정민
강영주
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a system and method for allocating an identifier to each BMS of a battery pack having a multi-BMS structure, and more particularly, to a system and method for allocating an identifier to all slave BMSs even when a serial communication network fails. It is about.
  • the secondary battery which has high applicability according to the product range and has electrical characteristics such as high energy density, is not only a portable device but also an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV, hybrid vehicle), and power storage driven by an electric driving source. It is widely applied to devices (Energy Storage System). Such secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that the primary advantages of drastically reducing the use of fossil fuels are not only generated, but also no by-products are generated due to the use of energy.
  • the battery pack applied to the electric vehicle or the like has a structure in which a plurality of cell assemblies including a plurality of unit cells are connected in series to obtain a high output.
  • the unit cell may be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction between components, including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, an electrolyte, and the like.
  • the battery pack includes power supply control for driving loads such as a motor, measurement of electrical characteristics such as current and voltage, charge / discharge control, voltage equalization control, state of charge (SOC), and the like.
  • Algorithm for the estimation of is applied to include a battery management system (BMS) to monitor and control the state of the secondary battery is additionally configured.
  • BMS battery management system
  • the battery pack of the multi-module structure includes a plurality of batteries, it is limited to control the charge / discharge state of all the batteries using a single BMS. Therefore, in recent years, each battery module included in the battery pack has a BMS installed, one of the BMSs is designated as the master BMS, and the remaining BMSs are designated as the slave BMS. Control technology is used.
  • the slave BMS normally waits in a sleep state, starts a start by a start signal of the master BMS, and receives an identifier from the master BMS.
  • the start signal can be transmitted to various communication networks.
  • serial communication networks are mainly used.
  • the serial communication network has advantages in that it is easy to implement a communication structure, has excellent signal transmission characteristics, and can use an existing communication line.
  • the serial communication network has a connection method in which a receiver receiving a signal becomes a transmitter and relays the signal to another adjacent receiver connected thereto. Therefore, the serial communication network has a disadvantage in that signal transmission is not performed after a communication section in which a failure occurs when a failure or disconnection occurs in any one section.
  • the present invention has been made in view of the prior art as described above, and an object thereof is to provide a system and method for assigning an identifier to a multi-BMS even when a failure occurs in some communication sections of a serial communication network.
  • a multi-BMS identifier allocation system including a master BMS connected to a serial communication network and a parallel communication network, and N slave BMSs, where N is an integer of 2 or more.
  • N is an integer of 2 or more.
  • At least two first and second master communication channels forming a communication interface with a serial communication network and optionally outputting a forward or reverse start signal, and assigning a unique communication identifier to the slave BMS via the parallel communication network;
  • the first to Nth slave BMSs start up in response to a forward or reverse start signal received through the serial communication network, receive an identifier from the master BMS through the parallel communication network, and follow a transmission direction of the start signal.
  • a start signal is output to an adjacent slave BMS.
  • the master BMS and the N slave BMSs are connected in a ring structure through a serial communication network.
  • the master BMS outputs a forward start signal through the first master communication channel, and outputs a reverse start signal through the second master communication channel.
  • the master BMS may include a master control unit for controlling the output of the forward or reverse start signal.
  • said slave BMS comprises at least two slave communication channels forming a communication interface with said serial communication network.
  • the slave BMS detects the forward or reverse start signal received through the serial communication network to control the start of the BMS, and the slave control unit for controlling the output of the identifier assignment request signal to the master BMS side through the parallel communication network. It includes.
  • said slave control unit comprises masking setting logic for assigning a unique communication identifier from said master BMS and performing masking setting so that it is no longer assigned a unique communication identifier.
  • the slave control unit is assigned a unique communication identifier from the master BMS, the start signal for controlling the operation of transmitting the start signal to the adjacent slave BMS side through a serial communication network along the transmission direction of the forward or reverse start signal Contains the transfer logic.
  • the master control unit includes capacity check control logic for checking the number of slave BMS assigned the identifier and the charge / discharge capacity of the battery pack using data on the number of unique communication identifiers assigned to the slave BMS. .
  • the master control unit when the master control unit does not receive a start signal through the second master communication channel within a preset time after outputting a forward start signal through the first master communication channel, a failure occurs in the serial communication network. And determining fault determination control logic. When the master control unit determines that a failure has occurred in the serial communication network, the master control unit outputs a reverse start signal through the second master communication channel.
  • the parallel communication network is a CAN (Controller Area Network) communication network.
  • the serial communication network is a daisy chain.
  • the master BMS of the multi-BMS identifier assignment system may include a plurality of pairs of first and second master communication channels for outputting a start signal.
  • the first to Nth slave BMSs may be connected to each pair of the master communication channels in a ring structure through a serial communication network.
  • the multi BMS identifier allocation system according to the present invention may be included in a battery pack.
  • the multi-BMS identifier assignment system includes a battery pack; And a load supplied with power from the battery pack.
  • the load is an electric drive means or a portable device.
  • the multi-BMS identifier allocation system may be one component of a power storage system including a plurality of battery packs.
  • a method for assigning a multi-BMS identifier wherein the master BMS includes N first and second master communication channels for selectively outputting a forward or reverse start signal through a serial communication network. Is an integer of 2 or more), wherein the slave BMS is executed in a battery pack connected through a serial communication network and a parallel communication network, wherein (a) the master BMS is connected to the first master communication channel and the second master communication channel according to a normal mode and a failure mode.
  • the slave BMS initiates activation in response to a forward or reverse start signal, receives a unique communication identifier from the master BMS via the parallel communication network, and transmits the serial along the transmission direction of the forward or reverse start signal. And outputting a start signal to an adjacent slave BMS through a communication network.
  • a failure when a failure occurs in a section of the serial communication network, it can be detected automatically, and by multiplexing the transmission direction of the start signal, all slave BMSs can be activated and assigned identifiers. Therefore, the conventional problem of not being able to assign an identifier to a connected BMS after a failure period in a serial communication network can be solved.
  • the identifiers are sequentially assigned to the multi-BMS by using a parallel communication network and a serial communication network, there is no possibility of overlapping the identifiers. Therefore, even if some of the multi-BMS is newly replaced or a new BMS that is already assigned an identifier can be operated so that the identifiers do not overlap, thereby improving the adaptability to the expansion or installation of the BMS and improve the reliability of the battery pack.
  • the master BMS since there is no problem that the master BMS should be located at the front or the rear of the serial communication network, there is an advantage in that the arrangement of the master BMS and the slave BMS is free when implementing the battery pack.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a multi-BMS identifier allocation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a procedure in which a second slave BMS is assigned a unique communication identifier.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram schematically illustrating a case where a failure occurs in the serial communication network of the multi-BMS identifier allocation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram schematically illustrating a corresponding method of a master BMS when a failure occurs in a serial communication network of a multi-BMS identifier assignment system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a procedure in which an N-1 slave BMS is assigned a unique communication identifier.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a multi-BMS identifier allocation system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a flow of a multi-BMS identifier allocation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a multi-BMS identifier allocation method according to an embodiment of the present invention when a failure occurs in a serial communication network.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a multi-BMS identifier allocation system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-BMS identifier assignment system 100 includes a master BMS 110 and N slave BMSs 120 (N is an integer of 2 or more).
  • the master BMS 110 and the N slave BMSs 120 are connected through a serial communication network 130 and a parallel communication network 140.
  • the serial communication network 130 is used when any one of adjacent BMSs applies a start signal to the other in a relay manner.
  • the parallel communication network 140 is used to transmit and receive information for allocating a unique communication identifier between the master BMS 110 and the slave BMS 120.
  • the serial communication network 130 may be a daisy chain.
  • Daisy-chain refers to a bus connection that is connected continuously.
  • Daisy chains unlike simple bus connections, support a signal transmission scheme in which one device in a chain can relay signals to another device. All devices connected in a daisy chain can transmit the same signal, but the device receiving the signal can transmit the signal to another device without modulating the signal.
  • the parallel communication network 140 may be a controller area network (CAN) communication network. Since the CAN communication network is a communication network well known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • CAN controller area network
  • the master BMS 110 and the N slave BMSs 120 are connected in a ring structure through the serial communication network 130.
  • the ring network has a connection structure in which each terminal is connected to two terminals next to each other to form one continuous network as a ring.
  • the master BMS 110 includes at least two first master communication channels 111 and a second master communication channel 112 forming a communication interface with the serial communication network 130.
  • the communication channel located on the right side is set as the first master communication channel 111, but is not limited to the illustrated example.
  • the first master communication channel 111 does not mean having a priority over the second master communication channel 112. That is, the first master communication channel 111 and the second master communication channel 112 are merely named to distinguish the two master communication channels.
  • the master BMS 110 may include a parallel communication channel 141 forming a communication interface with the parallel communication network 140.
  • the parallel communication channel 141 is a communication channel used by the master BMS 110 to transmit and receive data for assigning a unique communication identifier to the slave BMS 120 through the parallel communication network 140.
  • the master BMS 110 outputs a forward start signal through the first master communication channel 111, and optionally outputs a reverse start signal through the second master communication channel 112.
  • a start signal output from the first master communication channel 111 and transmitted in a clockwise direction is set as a forward start signal.
  • this is a relative concept for distinguishing the start signal output from the first master communication channel 111 and the second master communication channel 112. Accordingly, the setting of the start signal output from the second master communication channel 112 as the forward start signal is not limited.
  • the master BMS 110 includes a master control unit 113 for controlling the output of the forward or reverse start signal.
  • the slave BMS 120 includes at least two slave communication channels 121 forming a communication interface with the serial communication network 130.
  • the slave BMS 120 includes a parallel communication channel 141 forming a communication interface with the parallel communication network 140.
  • the first slave BMS 120- # 1 which has received the forward start signal output from the master BMS 110, starts starting.
  • the start signal is a signal that awakes the slave BMS 120 in the sleep state.
  • the first slave BMS 120-# 1 is a slave BMS that first receives the forward start signal.
  • the first to Nth slave BMSs 120- # 1 to #N are merely named according to the connected positions to distinguish the plurality of slave BMSs. Accordingly, when the counterclockwise start signal is output through the second master communication channel 112, it is also possible to name the Nth slave BMS 120-#N as the first slave BMS.
  • the first slave BMS 120-# 1 which has started activation, transmits an identifier assignment request signal to the master BMS 110 through the parallel communication network 140.
  • the identifier assignment request signal is a signal indicating that the slave BMS 120 is ready to be assigned a unique communication identifier to the master BMS 110.
  • the master BMS 110 Upon receiving the identifier allocation request signal, the master BMS 110 transmits a unique communication identifier to the first slave BMS 120-# 1 through the parallel communication network 140. Then, the first slave BMS 120- # 1 completes the unique communication identifier setting by receiving and storing the unique communication identifier. Thereafter, when the first slave BMS 120-# 1 communicates with the master BMS 110 through the parallel communication network 140, the first slave BMS 120-# 1 transmits data using the set unique communication identifier.
  • the slave BMS 120 detects a forward or reverse activation signal received through the serial communication network 130 to control the activation of the BMS, and to the master BMS 110 through the parallel communication network 140. And a slave control unit 122 that controls the output of the identifier assignment request signal.
  • the slave control unit 122 is assigned a unique communication identifier from the master BMS 110, the activation to the adjacent slave BMS 120 through the serial communication network 140 along the transmission direction of the forward or reverse start signal Startup signal transmission logic that controls the transmission operation of the signal. Accordingly, the first slave BMS 120-# 1 outputs a start signal to the second slave BMS 120-# 2 through the serial communication network 140.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a procedure in which the second slave BMS 120-# 2 is assigned a unique communication identifier.
  • the second slave BMS 120-# 2 receives a start signal from the first slave BMS 120-# 1 through the serial communication network 130. Then, the second slave BMS (120- # 2) starts the start in response to the start signal, and outputs an identifier assignment request signal to the master BMS (110) through the parallel communication network (140).
  • the master BMS 110 receiving the identifier allocation request signal transmits a unique communication identifier to the second slave BMS 120-# 2 through the parallel communication network 140. Then, the second slave BMS 120- # 2 also completes setting of the unique communication identifier by receiving and storing the unique communication identifier.
  • the k-th slave BMS (k is an integer) communicates with the master BMS 110 in the same manner as the first slave BMS 120- # 1, receives and stores a unique communication identifier, and stores the adjacent k +.
  • a start signal is output to the first slave BMS.
  • the unique communication identifier allocation process for the slave BMS 120 is sequentially completed.
  • the master BMS 110 may assign a unique communication identifier to each slave BMS 120 so that the unique communication identifier does not overlap in various ways.
  • the unique communication identifier may be associated with the startup sequence of each slave BMS 120 so as not to overlap each other. That is, the master BMS 110 recognizes the startup sequence of each BMS based on the time point at which the unique communication identifier allocation request signal is received through the parallel communication network 140. Then, a unique communication identifier consisting of data sequentially increased or sequentially decreased according to the recognized startup sequence is transmitted to the slave BMS 120 through the parallel communication network 140. Then there is no possibility that the identifiers overlap between the slave BMSs 120.
  • Such identifier assignment control logic may be included in the master control unit 113.
  • the master BMS 110 is capable of various embodiments for preventing duplication of unique communication identifiers such as unique communication identifier assignment by a pre-stored database, and the present invention is not limited to the above examples.
  • the slave control unit 122 includes masking setting logic for assigning a unique communication identifier from the master BMS 110 and performing masking setting so that the unique communication identifier is no longer assigned.
  • the slave BMSs 120 connected to the parallel communication network 140 may receive all data signals related to the unique communication identifier assignment of the master BMS 110.
  • the slave BMS which has not yet received the start signal does not respond to the unique communication identifier assignment related data signal received through the parallel communication network 140.
  • the slave BMS that started the activation may also receive a data signal for the other slave BMS to be assigned a unique communication identifier from the master BMS.
  • the slave BMS that started the activation may make an error determination using its own communication identifier.
  • a problem may occur in which a slave BMS, which has already been assigned a unique communication identifier, is reassigned a unique communication identifier and two or more slave BMSs are allocated the same unique communication identifier.
  • the slave control unit 122 of the slave BMS assigned the unique communication identifier performs masking setting, and thus the unique communication transmitted and received through the parallel communication network 140 between the slave BMS and the master BMS 110 which has been started afterwards.
  • the identifier allocation related data signal By setting the identifier allocation related data signal so as not to be mistaken, it is possible to solve the problem of unique assignment of unique communication identifiers.
  • the N-th slave BMS 120- # N which receives the forward start signal lastly and is assigned a unique communication identifier, outputs a start signal to the master BMS 110. Then, the master BMS 110 receives a forward start signal through the second master communication channel 112, so that the serial communication network 130 is all connected without failure or disconnection, and all slave BMSs 120 start up. You can confirm that you have been assigned a unique communication identifier.
  • the master BMS 110 when the master BMS 110 outputs a reverse start signal through the second master communication channel 112, the master BMS 110 transmits a reverse start signal through the first master communication channel 111.
  • the serial communication network 130 is all connected without failure or disconnection and that all the slave BMSs 120 have started and are assigned a unique communication identifier.
  • the master control unit 113 uses the data for the number of unique communication identifiers assigned to the slave BMS 120 to determine the number of slave BMSs 120 assigned the identifier and the charge / discharge capacity of the battery pack. Includes capacity check control logic to verify.
  • the master control unit 113 outputs a forward start signal through the first master communication channel 111, and then receives a forward start signal through the second master communication channel 112 within a preset time. If not, the failure determination control logic for determining that a failure has occurred in the serial communication network 130 is included.
  • FIG 3 is a diagram schematically illustrating a case where a failure occurs in the serial communication network 130 of the multi-BMS identifier allocation system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 there is illustrated a situation where a failure occurs because the serial communication network 130 connecting the second slave BMS 120-# 2 and the third slave BMS 120-# 3 is disconnected. Therefore, only the first and second slave BMSs 120- # 1 and 120- # 2 of the N slave BMSs can start startup, and the remaining slave BMSs 120- # 3 through 120- # N start startup. A problem arises that prevents it from starting.
  • the master control unit 113 outputs a forward start signal through the first master communication channel 111, and then uses the failure determination control logic to set the second master communication channel ( Through 112, it is determined whether a start signal is received. However, since the serial communication network 130 connecting the second slave BMS 120-# 2 and the third slave BMS 120-# 3 is disconnected, the second master communication channel 112 within a preset time. No start signal is received via. Therefore, the master control unit 113 determines that a failure has occurred in the serial communication network 130.
  • the time for waiting for the master control unit 113 to receive the start signal can be variously set. For example, a time taken for a start signal to be transmitted between adjacent slave BMSs 120, a communication speed of the serial communication network 130 and a parallel communication network 140, a unique communication identifier allocation rate for each slave BMS 120, and the like. In consideration of this, it is possible to set the waiting time.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a corresponding method of the master BMS 110 when a failure occurs in the serial communication network 130 of the multi-BMS identifier assignment system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the master control unit 113 when it is determined that a failure occurs in the serial communication network 130, the master control unit 113 outputs a reverse start signal through the second master communication channel 112.
  • the N-th slave BMS 120- # N receiving the reverse start signal from the master BMS 110 starts the start and outputs an identifier allocation request signal to the master BMS 110 through the parallel communication network 140. do.
  • the master BMS 110 that receives the identifier allocation request signal sends the unique communication identifier to the N-th slave BMS 120-#N as the parallel communication network 140. Send it through. Then, the N-th slave BMS 120- # N also receives and stores the unique communication identifier to complete setting of the unique communication identifier.
  • the N-th slave BMS 120- # N outputs a start signal to an adjacent N-th slave BMS 120- # N-1 along the direction in which the reverse start signal is received.
  • only the signal transmission direction is different from the first slave BMS 120- # 1 outputting a start signal to an adjacent second slave BMS 120- # 2 according to a forward start signal. It can be seen that they are substantially the same.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a procedure in which an N-1th slave BMS 120-# N-1 is assigned a unique communication identifier.
  • the N-th slave BMS 120-# N-1 receives a start signal from the N-th slave BMS 120-#N through the serial communication network 130.
  • the procedure after receiving the start signal that is, the process of starting the N-1 slave BMS 120-# N-1 and assigning a unique communication identifier is the same as described above. If this process is repeated, each slave BMS installed along the transmission direction of the reverse start signal is sequentially started and assigned a unique communication identifier from the master BMS 110. Therefore, finally, the third slave BMS 120- # 3, which failed to receive the forward start signal due to the failure of the serial communication network 140, starts to start and is assigned a unique communication identifier.
  • the present invention solves the problem that some slave BMS 120 cannot be activated due to a failure in the serial communication network 140 and thus cannot be assigned a unique communication identifier, and the transmission direction (forward and The reverse direction can be overcome by using the multiplexed start signal.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a multi-BMS identifier allocation system 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the master BMS 110 of the multi-BMS identifier assignment system 100 includes only a single communication pair and a parallel communication channel 141. It is not limited to this.
  • the master BMS 110 outputs a forward start signal and a reverse start signal according to the charge / discharge capacity required for the battery pack, the connection distance of the communication network, the performance of the master control unit 113, and the like. It may include a pair of communication channels 114 and a plurality of parallel communication channels 141.
  • the first to Nth slave BMSs 120-# 1 to 120-#N may be connected in a ring structure to the pair 114 of each master communication channel through a serial communication network 130, and master control may be performed.
  • the unit 113 may generally control the startup and the unique communication identifier allocation process of the slave BMS 120 using the forward start signal and the reverse start signal for each group of the slave BMSs 120.
  • the slave BMS 120 is shown in a ring structure connected to the pair 114 of all master communication channels, the connection of the slave BMS 120 is connected to the pair 114 of some master communication channels as necessary. Obviously, it can be omitted.
  • each of the first to Nth slave BMSs 120-# 1 to 120-#N may control the charge / discharge operation of one or more battery cells in charge thereof.
  • each slave BMS 120 does not separately show a battery cell in charge of control.
  • the slave BMS 120 includes charge and discharge control, smoothing (equalization) control, switching, electrical characteristic value measurement and monitoring, error indication, on / off control, SOC (state of charge) estimation, etc. It is possible to execute various control logics applicable at the level of those skilled in the art.
  • the master control unit 113 and the slave control unit 122 are processors, application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits known in the art to execute the various control logics described above. , Registers, communication modems, data processing devices, and the like.
  • the master control unit 113 may be implemented as a set of program modules.
  • the program module may be stored in a memory and executed by a processor.
  • the memory may be inside or outside the processor and may be connected to the processor by various well-known means.
  • Memory is a general term for a device in which information is stored regardless of a device type, and does not refer to a specific memory device.
  • the multi-BMS identifier assignment system 100 may be a component of a battery pack including a plurality of battery cells. That is, the plurality of battery cells may be divided into N groups, and each cell group may be combined with the N slave BMSs 120 in a 1: 1 relationship. Obviously battery cells within each cell group can be connected in series and / or in parallel. It is also apparent that the concept of a battery pack may be extended not only to a collection of battery cells but also to a collection of various battery units grouped together.
  • the multi-BMS identifier allocation system 100 may be a component of a power storage system in which at least one battery pack is connected in series or in parallel.
  • the power storage system is electrically coupled to the grid grid to store the power generated by the surplus power generation or renewable energy, and to supply power to the power system to stabilize the frequency of the power system or to improve the economics of power use. Can be.
  • the multi-BMS identifier allocation system 100 may be a component of a battery driving system including a load powered from a battery pack.
  • Examples of the battery driving system include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), an electric bicycle (E-Bike), a power tool, a power storage device, an energy storage system, an uninterruptible power supply, a UPS, Portable computers, portable telephones, portable audio devices, portable video devices, and the like.
  • An example of the load may be a motor that provides rotational power by the power supplied by the battery or a power conversion circuit that converts the power supplied by the battery into power required by various circuit components.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a flow of a multi-BMS identifier allocation method according to an embodiment of the present invention.
  • step S210 the master BMS 110 outputs a forward start signal through the first master communication channel 111.
  • the master BMS 110 moves to step S211 to monitor whether the identifier allocation request signal is received through the parallel communication network.
  • step S213 the master BMS 110 moves to step S213 to monitor whether the forward start signal has been received through the second master communication channel 112.
  • the first slave BMS 120- # 1 in the sleep state monitors the reception of the forward or reverse start signal (step S220). After receiving the forward start signal from the master BMS 110, the first slave BMS 120- # 1 (YES in step S220) starts the start in response to the start signal (step S221). Next, in step S222, the first slave BMS 120-# 1 outputs an identifier assignment request signal to the master BMS 110 through a parallel communication network.
  • the master BMS 110 When the master BMS 110 receives the identifier assignment request signal through the parallel communication network (YES in step S211), it assigns a unique communication identifier through the parallel communication network (step S212).
  • the first slave BMS 120- # 1 (YES in step S223) that has received the unique communication identifier via the parallel communication network stores the unique communication identifier (step S224).
  • the first slave BMS 120- # 1 performs masking setup so that it is no longer assigned a unique communication identifier.
  • the first slave BMS 120- # 1 outputs a start signal to the adjacent second slave BMSs 120- # 2 along the transmission direction of the forward start signal.
  • the second slave BMS 120- # 2 which has received the start signal from the first slave BMS 120- # 1, performs steps S220 through S225 substantially the same.
  • the third slave BMS 120- # 3 to the N-th slave BMS 120- # N also receive a start signal from the slave BMS 120 which has started the start and start the start, and the above-mentioned through the parallel communication network.
  • a unique communication identifier is allocated from the master BMS 110.
  • the last N-th slave BMS 120- # N receives a unique communication identifier and then outputs a start signal to the master BMS 110.
  • the master BMS 110 receives a start signal from the N-th slave BMS 120 through the second master communication channel 112 (YES in S213).
  • the master BMS 110 receives the start signal through the second master communication channel 112, so that the serial communication network is all connected without failure or disconnection, and all slave BMSs 120 start the start and provide a unique communication identifier. You can check the assignment.
  • the master BMS 110 checks the number of slave BMSs 120 assigned the identifier and the charge / discharge capacity of the battery pack using data on the number of unique communication identifiers assigned to the slave BMS 120. It may be (step S214).
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a multi-BMS identifier allocation method according to an embodiment of the present invention when a failure occurs in a serial communication network.
  • the master BMS 110, the first slave BMS 120-# 1, and the second slave BMS 120-# 2 perform the same steps S210 to S225 described above. However, since the serial communication network between the second slave BMS 120- # 2 and the third slave BMS 120- # 3 is disconnected, the third slave BMS 120- # 3 sends a forward start signal to the second slave BMS. It does not receive from (120- # 2).
  • the master BMS 110 outputs a start signal through the first master communication channel 111 and monitors whether the start signal is received through the second master communication channel 112 (step S213).
  • the slave BMS 120 determines that all of the start-up has finished and terminates the processor (YES in step S213).
  • step S213 it is checked whether the preset waiting time has elapsed. If the waiting time has elapsed (YES in step S215), it is determined that a failure has occurred in the serial communication network (step S216).
  • the master BMS 110 outputs a reverse start signal to the Nth slave BMS 120- # N through the second master communication channel 112 (step S217).
  • the N-th slave BMS 120- # N starts the start in response to the reverse start signal, and receives a unique communication identifier from the master BMS 110 through the parallel communication network (steps S220 to S225).
  • Each of the slave BMSs 120- # N-1, ..., 120- # 3 installed along the transmission direction of the reverse start signal receives the start signal from the adjacent slave BMS in the reverse direction and starts the start and sets a unique communication identifier. It is assigned from the master BMS (110).
  • the fourth slave BMS 120-# 4 After receiving the unique communication identifier, the fourth slave BMS 120-# 4 outputs a start signal to the last third slave BMS 120-# 3. Therefore, it is possible to start up to the third slave BMS (120- # 3) that the start signal was not transmitted due to the disconnection of the communication network and can be assigned a unique communication identifier from the master BMS (110). As a result, all slave BMSs 120 start up and are assigned a unique communication identifier.
  • the present invention when a failure occurs in a part of the serial communication network, it can be detected automatically, and by multiplexing the transmission direction of the start signal, all the slave BMSs can be activated and assigned an identifier. Therefore, the conventional problem of not being able to assign an identifier to a connected BMS after a failure period in a serial communication network can be solved.
  • identifiers are sequentially assigned to multiple BMSs by using a parallel communication network and a serial communication network, there is no possibility of overlapping identifiers. Therefore, even if some of the multi-BMS is newly replaced or a new BMS that is already assigned an identifier can be operated so that the identifiers do not overlap, thereby improving the adaptability to the expansion or installation of the BMS and improve the reliability of the battery pack.
  • the master BMS since there is no problem that the master BMS should be located at the front or the rear of the serial communication network, there is an advantage in that the arrangement of the master BMS and the slave BMS is free when implementing the battery pack.
  • each component of the multi-BMS identifier allocation system 100 of the present invention illustrated in FIGS. 1 to 6 should be understood as logically divided components rather than physically divided components. do.
  • each configuration corresponds to a logical component in order to realize the technical idea of the present invention, so that even if each component is integrated or separated, if the function performed by the logical configuration of the present invention can be realized, it is within the scope of the present invention. It should be construed that the components that perform the same or similar functions are to be interpreted as being within the scope of the present invention regardless of whether they correspond in terms of their names.

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Abstract

본 발명은 멀티 BMS 식별자 할당 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템은, 직렬 통신망 및 병렬 통신망에 접속된 마스터 BMS와 N개(N은 2 이상의 정수)의 슬레이브 BMS를 포함하고, 상기 마스터 BMS는 상기 직렬 통신망과 통신 인터페이스를 형성하며 선택적으로 순방향 또는 역방향 기동 신호를 출력하는 적어도 두 개의 제1 및 제2마스터 통신 채널을 포함하고, 상기 슬레이브 BMS에게 상기 병렬 통신망을 통해 고유 통신 식별자를 할당하고; 상기 제1 내지 제N 슬레이브 BMS는 상기 직렬 통신망을 통해 수신된 순방향 또는 역방향 기동 신호에 응답하여 기동을 개시하고, 상기 마스터 BMS로부터 상기 병렬 통신망을 통해 식별자를 할당 받고, 기동 신호의 전송 방향을 따라 인접하는 슬레이브 BMS에게 기동 신호를 출력한다.

Description

멀티 BMS에 대한 식별자 할당 시스템 및 방법
본 발명은 멀티 BMS 구조를 가지는 배터리 팩의 각 BMS에 식별자를 할당하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 직렬 통신망에 고장이 발생하여도 모든 슬레이브 BMS에 식별자를 할당할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2012년 02월 20일자로 출원된 대한민국 특허출원 제 10-2012-0016829호에 기초한 우선권을 주장하며, 이들 출원의 명세서 및 도면에 기재된 모든 사항은 본 출원에 원용된다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
이러한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리 팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 알고리즘이 적용되어 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 배터리가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
이러한 멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 배터리를 포함하고 있으므로 하나의 BMS를 사용하여 모든 배터리의 충방전 상태를 제어하는 것은 한계가 있다. 따라서 최근에는 배터리 팩에 포함되어 있는 각각의 배터리 모듈마다 BMS를 장착하고 BMS들 중 어느 하나를 마스터 BMS로 지정하고 나머지 BMS들을 슬레이브 BMS로 지정한 후 마스터-슬레이브 방식에 의해 각 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 기술이 사용되고 있다.
이러한 슬레이브 BMS는 평상시에 슬립(sleep)상태에서 대기하다가, 마스터 BMS의 기동 신호에 의해 기동을 개시하고, 마스터 BMS로부터 식별자를 할당받는다.
기동 신호는 여러 가지 통신망으로 전송이 가능한데, 일반적으로는 직렬 통신망이 주로 사용된다. 직렬 통신망은 통신 구조를 구현하기가 쉽고, 신호의 전송 특성이 우수하고, 기존의 통신선로 등을 활용할 수 있어서 비용절감이 크다는 장점이 있다.
직렬 통신망은 신호를 수신한 리시버(receiver) 측이 트랜스미터(transmitter)가 되어 자신과 연결된 인접하는 다른 리시버에게 릴레이 방식으로 신호를 전달하는 연결 방식을 가진다. 따라서, 직렬 통신망은 어느 한 구간에 고장이나 단선이 발생될 경우, 고장이 발생한 통신 구간 이후로는 신호 전달이 이루어지지 않는 단점이 있다.
따라서, 복수의 슬레이브 BMS가 직렬 통신망을 통해 연결된 배터리 팩의 경우, 어느 한 구간의 통신망에서 고장이나 단선이 발생되면, 일부 슬레이브 BMS는 기동되지 않으며, 식별자를 할당할 수 없는 문제점이 발생한다. 특히, 고장이 발생한 통신망 구간이 마스터 BMS와 가까울수록 기동되지 않은 슬레이브 BMS의 개수는 증가한다. 이러한 경우, 마스터 BMS는 식별자를 할당 받지 않은 슬레이브 BMS와 통신을 할 수 없어 이에 포함된 배터리 셀 또는 배터리 모듈의 충방전 상태를 확인할 수 없다. 또한, 이로 인해 배터리 팩 전체의 용량이 감소하거나, 나아가 배터리 팩 전체의 사용을 중단하여야 하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안하여 창안된 것으로서, 직렬 통신망의 일부 통신 구간에서 고장이 발생된 상태에서도 멀티 BMS에 식별자를 할당할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템은, 직렬 통신망 및 병렬 통신망에 접속된 마스터 BMS와 N개(N은 2 이상의 정수)의 슬레이브 BMS를 포함하고, 상기 마스터 BMS는 상기 직렬 통신망과 통신 인터페이스를 형성하며 선택적으로 순방향 또는 역방향 기동 신호를 출력하는 적어도 두 개의 제1 및 제2마스터 통신 채널을 포함하고, 상기 슬레이브 BMS에게 상기 병렬 통신망을 통해 고유 통신 식별자를 할당하고; 상기 제1 내지 제N 슬레이브 BMS는 상기 직렬 통신망을 통해 수신된 순방향 또는 역방향 기동 신호에 응답하여 기동을 개시하고, 상기 마스터 BMS로부터 상기 병렬 통신망을 통해 식별자를 할당 받고, 기동 신호의 전송 방향을 따라 인접하는 슬레이브 BMS에게 기동 신호를 출력한다.
바람직하게, 상기 마스터 BMS 및 상기 N개의 슬레이브 BMS는 직렬 통신망을 통해 링 구조로 연결된다.
바람직하게, 상기 마스터 BMS는 상기 제1 마스터 통신 채널을 통해 순방향 기동 신호를 출력하고, 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 역방향 기동 신호를 출력한다. 이를 위해 상기 마스터 BMS는 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 출력을 제어하는 마스터 제어 유닛을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 슬레이브 BMS는 상기 직렬 통신망과 통신 인터페이스를 형성하는 적어도 두 개의 슬레이브 통신 채널을 포함한다.
바람직하게, 상기 슬레이브 BMS는 상기 직렬 통신망을 통해 수신되는 순방향 또는 역방향 기동 신호를 감지하여 BMS의 기동을 제어하고, 상기 병렬 통신망을 통해 상기 마스터 BMS측으로 식별자 할당 요청 신호의 출력을 제어하는 슬레이브 제어 유닛을 포함한다.
바람직하게, 상기 슬레이브 제어 유닛은 상기 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 더 이상 고유 통신 식별자를 할당받지 않도록 마스킹 설정을 수행하는 마스킹 설정 로직을 포함한다.
바람직하게, 상기 슬레이브 제어 유닛은 상기 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 직렬 통신망을 통해 인접하는 슬레이브 BMS측으로 상기 기동 신호의 전송 동작을 제어하는 기동 신호 전송 로직을 포함한다.
바람직하게, 상기 마스터 제어 유닛은 상기 슬레이브 BMS에게 할당한 고유 통신 식별자의 개수에 대한 데이터를 이용하여 식별자를 할당받은 슬레이브 BMS의 개수 및 배터리 팩의 충방전 용량을 확인하는 용량 체크 제어 로직을 포함한다.
바람직하게, 상기 마스터 제어 유닛은 상기 제1 마스터 통신 채널을 통해 순방향 기동 신호를 출력한 후 미리 설정된 시간 내에 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 기동 신호를 수신하지 못 하면 상기 직렬 통신망에 고장이 발생한 것으로 판단하는 고장 판단 제어 로직을 포함한다. 상기 마스터 제어 유닛이 상기 직렬 통신망에 고장이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 역방향 기동 신호를 출력한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 병렬 통신망은 CAN(Controller Area Network) 통신망이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 직렬 통신망은 데이지 체인(Daisy Chain)이다.
본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템의 상기 마스터 BMS는 기동 신호를 출력하는 제1 및 제2 마스터 통신 채널의 페어를 다수 포함할 수 있다. 이 때, 상기 각 마스터 통신 채널의 페어에 상기 제1 내지 제N 슬레이브 BMS가 직렬 통신망을 통해 링 구조로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템은 배터리 팩에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템은 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다. 바람직하게, 상기 부하는 전기구동 수단 또는 휴대용 기기이다.
또한, 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템은 다수의 배터리 팩을 포함하는 전력 저장 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 방법은, 직렬 통신망을 통해 선택적으로 순방향 또는 역방향 기동 신호를 출력하는 제1 및 제2 마스터 통신 채널을 포함하는 마스터 BMS와 N개(N은 2 이상의 정수)의 슬레이브 BMS가 직렬 통신망 및 병렬 통신망을 통해 연결된 배터리 팩에서 실행되는 방법으로서, (a) 상기 마스터 BMS가 정상 모드와 고장 모드 별로 상기 제1 마스터 통신 채널과 제2 마스터 통신 채널 중 어느 하나를 선택하고 선택된 통신 채널에 대응하는 방향으로 상기 직렬 통신망을 통해 기동 신호를 출력하는 단계; 및 (b) 상기 슬레이브 BMS가 순방향 또는 역방향 기동 신호에 응답하여 기동을 개시하고, 상기 병렬 통신망을 통해 상기 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 상기 직렬 통신망을 통해 인접하는 슬레이브 BMS에게 기동 신호를 출력하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 직렬 통신망의 일부 구간에 고장이 발생한 경우, 이를 자동적으로 검출할 수 있으며, 기동 신호의 전송 방향을 다중화함으로써 모든 슬레이브 BMS를 기동시키고 식별자를 할당할 수 있다. 따라서, 직렬 통신망 중 고장이 발생한 구간 이후에 연결된 BMS에게 식별자를 할당할 수 없는 종래의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 직렬 통신망의 일부 구간에 고장이 발생한 경우에도 고장이 발생한 구간의 통신망 및 슬레이브 BMS를 해체 또는 교체할 필요가 없으므로, 배터리 시스템의 유지 보수가 용이하고 유지 보수에 따른 비용 절감이 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 병렬 통신망과 직렬 통신망을 혼용하여 멀티 BMS에 대하여 순차적으로 식별자를 할당하므로 식별자의 중복 가능성이 없다. 따라서 멀티 BMS 중 일부가 신규로 교체되거나 식별자가 이미 부여된 BMS가 새롭게 장착되더라도 식별자가 중첩되지 않도록 운용할 수 있어 BMS의 확장 내지 설치에 대한 적응성을 높이고 배터리 팩의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 마스터 BMS가 직렬 통신망의 맨 앞 또는 맨 뒤에 위치해야 하는 문제가 없으므로, 배터리 팩을 구현할 때 마스터 BMS 및 슬레이브 BMS의 배치가 자유롭다는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2는 제2 슬레이브 BMS가 고유 통신 식별자를 할당 받는 절차를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템의 직렬 통신망에 고장이 발생한 경우를 모식적으로 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템의 직렬 통신망에 고장이 발생한 경우에 마스터 BMS의 대응 방법을 모식적으로 도시한 예시도이다.
도 5는 제N-1 슬레이브 BMS가 고유 통신 식별자를 할당 받는 절차를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 8은 직렬 통신망에 고장이 발생한 경우에 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)은 마스터 BMS(110) 및 N개(N은 2 이상의 정수)의 슬레이브 BMS(120)를 포함한다. 상기 마스터 BMS(110) 및 N개의 슬레이브 BMS(120)는 직렬 통신망(130) 및 병렬 통신망(140)을 통해서 연결되어 있다.
상기 직렬 통신망(130)은 인접하는 BMS들 중 어느 일방이 타방에게 기동 신호를 릴레이 방식으로 인가할 때 사용된다. 상기 병렬 통신망(140)은 상기 마스터 BMS(110)와 상기 슬레이브 BMS(120)사이에서 고유 통신 식별자를 할당하기 위한 정보를 송수신하는데 사용된다.
이때, 상기 직렬 통신망(130)은 데이지 체인(daisy chain)일 수 있다. 데이지 체인이란 연속적으로 연결되어 있는 버스(bus) 결선 방식을 의미한다. 데이지 체인은 단순한 버스 연결과는 다르게 체인 내에 속한 하나의 장치가 다른 장치에게 신호를 릴레이 방식으로 전달할 수 있는 신호 전송 방식을 지원한다. 데이지 체인으로 연결된 모든 장치들은 동일한 신호를 전달할 수 있지만, 신호를 수신한 장치는 다른 장치 측에 신호를 전달하지 않거나 신호를 변조하여 전달하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 병렬 통신망(140)은 CAN(Controller Area Network) 통신망일 수 있다. CAN 통신망은 당업자에게 널리 알려진 통신망이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
바람직하게, 상기 마스터 BMS(110) 및 N개의 슬레이브 BMS(120)는 상기 직렬 통신망(130)을 통해 링 구조로 연결된다. 링 구조의 통신망은 각각의 단말이 양 옆의 두 단말과 연결되어 전체적으로 고리와 같은 하나의 연속된 망을 형성하는 연결 구조를 가진다.
상기 마스터 BMS(110)는 상기 직렬 통신망(130)과 통신 인터페이스를 형성하는 적어도 두 개의 제1 마스터 통신 채널(111) 및 제2 마스터 통신 채널(112)을 포함한다. 도 1에는 오른 쪽에 위치하는 통신 채널을 제1 마스터 통신 채널(111)로 설정하였으나 도시된 예시에 한정되지 않는다. 그리고, 제1 마스터 통신 채널(111)이 제2 마스터 통신 채널(112)에 비해 우선 순위를 갖는 것을 의미하지 않는다. 즉, 제1 마스터 통신 채널(111)과 제2 마스터 통신 채널(112)은 두 개의 마스터 통신 채널을 구별하기 위해 명명한 것에 지나지 않는다.
그리고, 마스터 BMS(110)는 상기 병렬 통신망(140)과 통신 인터페이스를 형성하는 병렬 통신 채널(141)을 포함할 수 있다. 병렬 통신 채널(141)은 상기 마스터 BMS(110)가 슬레이브 BMS(120)에게 병렬 통신망(140)을 통해 고유 통신 식별자를 할당하기 위한 데이터를 송수신하는데 사용되는 통신 채널이다.
상기 마스터 BMS(110)는 제1 마스터 통신 채널(111)을 통해 순방향 기동 신호를 출력하고, 선택적으로 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 역방향 기동 신호를 출력한다. 도 1에 도시된 예시에는 제1 마스터 통신 채널(111)에서 출력되어 시계방향으로 전송되는 기동 신호를 순방향 기동 신호로 설정하였다. 그러나, 이는 제1 마스터 통신 채널(111)과 제2 마스터 통신 채널(112)에서 출력되는 기동 신호를 구별하기 위한 상대적인 개념이다. 따라서, 제2 마스터 통신 채널(112)에서 출력되는 기동 신호를 순방향 기동 신호로 설정하는 것도 제한하지 않는다.
바람직하게, 상기 마스터 BMS(110)는 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 출력을 제어하는 마스터 제어 유닛(113)을 포함한다.
상기 슬레이브 BMS(120)는 상기 직렬 통신망(130)과 통신 인터페이스를 형성하는 적어도 두 개의 슬레이브 통신 채널(121)을 포함한다. 그리고, 슬레이브 BMS(120)는 상기 병렬 통신망(140)과 통신 인터페이스를 형성하는 병렬 통신 채널(141)을 포함한다.
상기 마스터 BMS(110)로부터 출력된 순방향 기동 신호를 수신한 상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 기동을 개시한다. 기동 신호는 슬립(sleep) 상태의 슬레이브 BMS(120)를 어웨이크(awake) 시키는 신호이다.
도 1의 예시에서 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 순방향 기동 신호를 가장 먼저 수신한 슬레이브 BMS이다. 본 발명에 있어서, 제1 내지 제N 슬레이브 BMS(120-#1 ~ #N)는 복수의 슬레이브 BMS를 구분하기 위해 연결된 위치에 따라 명명한 것에 지나지 않는다. 따라서, 상기 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 시계 반대 방향의 기동 신호가 출력될 경우, 제N 슬레이브 BMS(120-#N)를 제1 슬레이브 BMS로 명명하는 것도 가능하다.
기동을 개시한 상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 상기 마스터 BMS(110)에게 상기 병렬 통신망(140)을 통해서 식별자 할당 요청 신호를 전송한다. 식별자 할당 요청 신호는 슬레이브 BMS(120)가 마스터 BMS(110)에게 고유 통신 식별자를 할당 받을 준비가 되었음을 알리는 신호이다.
상기 식별자 할당 요청 신호를 수신한 마스터 BMS(110)는 상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)에게 고유 통신 식별자를 상기 병렬 통신망(140)을 통해서 전송한다. 그러면, 상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 고유 통신 식별자를 수신하여 저장함으로써 고유 통신 식별자 설정을 완료한다. 이후 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 상기 병렬 통신망(140)을 통해서 상기 마스터 BMS(110)와 통신할 때, 설정된 고유 통신 식별자를 이용하여 데이터를 송수한다.
바람직하게, 상기 슬레이브 BMS(120)는 상기 직렬 통신망(130)을 통해 수신되는 순방향 또는 역방향 기동 신호를 감지하여 BMS의 기동을 제어하고, 상기 병렬 통신망(140)을 통해 상기 마스터 BMS(110) 측으로 식별자 할당 요청 신호의 출력을 제어하는 슬레이브 제어 유닛(122)을 포함한다.
상기 슬레이브 제어 유닛(122)은 상기 마스터 BMS(110)로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 직렬 통신망(140)을 통해 인접하는 슬레이브 BMS(120)에게 상기 기동 신호의 전송 동작을 제어하는 기동 신호 전송 로직을 포함한다. 따라서, 상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 제2 슬레이브 BMS(120-#2)에게 상기 직렬 통신망(140)을 통해서 기동 신호를 출력한다.
도 2는 제2 슬레이브 BMS(120-#2)가 고유 통신 식별자를 할당 받는 절차를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2를 참조하면, 상기 제2 슬레이브 BMS(120-#2)는 상기 직렬 통신망(130)을 통해 상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)로부터 기동 신호를 수신한다. 그러면, 제2 슬레이브 BMS(120-#2)는 기동 신호에 대응하여 기동을 개시하고, 상기 마스터 BMS(110)에게 상기 병렬 통신망(140)을 통해서 식별자 할당 요청 신호를 출력한다.
마찬가지로, 상기 식별자 할당 요청 신호를 수신한 마스터 BMS(110)는 상기 제2 슬레이브 BMS(120-#2)에게도 고유 통신 식별자를 상기 병렬 통신망(140)을 통해서 전송한다. 그러면 제2 슬레이브 BMS(120-#2) 역시 고유 통신 식별자를 수신하여 저장함으로써 고유 통신 식별자의 설정을 완료한다..
이와 같이, k번째 슬레이브 BMS(k는 정수)는 제1 슬레이브 BMS(120-#1)와 동일한 방식으로 상기 마스터 BMS(110)와 통신을 수행하여 고유 통신 식별자를 할당 받아 저장하고 인접하는 k+1번째 슬레이브 BMS에게 기동 신호를 출력한다. 이러한 기동 신호의 릴레이 전달에 의한 BMS 기동 및 고유 통신 식별자 할당 과정이 반복되면서 슬레이브 BMS(120)에 대한 고유 통신 식별자의 할당 프로세스가 순차적으로 진행되어 완료된다.
한편, 상기 마스터 BMS(110)는 다양한 방법으로 고유 통신 식별자가 중복되지 않게 각각의 슬레이브 BMS(120)에게 고유 통신 식별자를 할당할 수 있다. 일 예로, 상기 고유 통신 식별자를 각 슬레이브 BMS(120)의 기동 순서와 연계시켜 서로 중복되지 않게 할 수 있다. 즉, 상기 마스터 BMS(110)는 상기 병렬 통신망(140)을 통해 고유 통신 식별자 할당 요청 신호가 수신된 시점을 기준으로 각 BMS들의 기동 순서를 인식한다. 그런 다음, 인식된 기동 순서에 따라 순차적으로 증가시키거나 순차적으로 감소시킨 데이터로 이루어진 고유 통신 식별자를 할당하여 병렬 통신망(140)을 통해 슬레이브 BMS(120)에게 전송한다. 그러면 슬레이브 BMS(120)들 상호 간에 식별자가 중복될 가능성이 없다. 이러한 식별자 할당 제어 로직은 상기 마스터 제어 유닛(113)에 포함될 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS(110)는 미리 저장된 데이터 베이스에 의한 고유 통신 식별자 할당 등 고유 통신 식별자의 중복을 방지하기 위한 다양한 실시예가 가능하며, 본 발명은 상기 예시에 한정되지 않는다.
바람직하게, 상기 슬레이브 제어 유닛(122)은 상기 마스터 BMS(110)로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 더 이상 고유 통신 식별자를 할당받지 않도록 마스킹 설정을 수행하는 마스킹 설정 로직을 포함한다.
상기 병렬 통신망(140)의 특성상 병렬 통신망(140)에 접속된 슬레이브 BMS(120)들은 상기 마스터 BMS(110)의 고유 통신 식별자 할당과 관련된 데이터 신호를 모두 수신할 수 있다. 아직 기동 신호를 수신하지 않은 슬레이브 BMS는 상기 병렬 통신망(140)을 통해 수신되는 고유 통신 식별자 할당 관련 데이터 신호에 반응하지 않는다. 그러나, 먼저 기동을 개시한 슬레이브 BMS는 다른 슬레이브 BMS가 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받기 위한 데이터 신호를 함께 수신할 수 있다. 이때, 먼저 기동을 개시한 슬레이브 BMS는 자신의 고유 통신 식별자로 착오 판단을 할 수 있다. 이러한 경우, 이미 고유 통신 식별자를 할당 받은 슬레이브 BMS가 고유 통신 식별자를 다시 할당받아 2이상의 슬레이브 BMS가 동일한 고유 통신 식별자를 중복 할당받는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 고유 통신 식별자를 할당 받은 슬레이브 BMS의 슬레이브 제어 유닛(122)은 마스킹 설정을 수행하여, 이후 기동을 개시한 슬레이브 BMS와 마스터 BMS(110) 사이에서 병렬 통신망(140)을 통해 송수신되는 고유 통신 식별자 할당 관련 데이터 신호를 착오 판단하지 않도록 설정하여, 고유 통신 식별자가 중복 할당되는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 가장 마지막에 순방향 기동 신호를 수신하고 고유 통신 식별자를 할당 받은 제N 슬레이브 BMS(120-#N)는 기동 신호를 상기 마스터 BMS(110)에게 출력한다. 그러면 상기 마스터 BMS(110)는 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 순방향 기동 신호를 수신함으로써, 상기 직렬 통신망(130)이 고장이나 끊어짐 없이 모두 연결되어 있고 모든 슬레이브 BMS(120)가 기동을 개시하였으며 고유 통신 식별자를 할당 받은 것을 확인할 수 있다.
이와 유사하게, 상기 마스터 BMS(110)가 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 역방향 기동 신호를 출력한 경우, 상기 마스터 BMS(110)는 상기 제1 마스터 통신 채널(111)을 통해 역방향 기동 신호를 수신함으로써, 상기 직렬 통신망(130)이 고장이나 끊어짐 없이 모두 연결되어 있고 모든 슬레이브 BMS(120)가 기동을 개시하였으며 고유 통신 식별자를 할당 받은 것을 확인할 수 있다.
바람직하게, 상기 마스터 제어 유닛(113)은 상기 슬레이브 BMS(120)에게 할당한 고유 통신 식별자의 개수에 대한 데이터를 이용하여 식별자를 할당받은 슬레이브 BMS(120)의 개수 및 배터리 팩의 충방전 용량을 확인하는 용량 체크 제어 로직을 포함한다.
바람직하게, 상기 마스터 제어 유닛(113)은 상기 제1 마스터 통신 채널(111)을 통해 순방향 기동 신호를 출력한 후, 미리 설정된 시간 내에 상기 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 순방향 기동 신호를 수신하지 못 하면, 상기 직렬 통신망(130)에 고장이 발생한 것으로 판단하는 고장 판단 제어 로직을 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)의 직렬 통신망(130)에 고장이 발생한 경우를 모식적으로 도시한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 제2 슬레이브 BMS(120-#2)와 제3 슬레이브 BMS(120-#3)를 연결하는 직렬 통신망(130)이 단선되어 고장이 발생한 상황이 예시되어 있다. 따라서, N개의 슬레이브 BMS 중 제1 및 제2 슬레이브 BMS(120-#1, 120-#2)만 기동을 개시할 수 있고, 나머지 슬레이브 BMS(120-#3 ~ 120-#N)는 기동을 개시하지 못하게 되는 문제가 발생한다.
위와 같은 상황에서, 상기 마스터 제어 유닛(113)은 상기 제1 마스터 통신 채널(111)을 통해 순방향 기동 신호를 출력한 후, 고장 판단 제어 로직을 이용하여 미리 설정된 시간 내에 상기 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 기동 신호가 수신되는지 여부를 판단한다. 그러나, 상기 제2 슬레이브 BMS(120-#2)와 제3 슬레이브 BMS(120-#3)를 연결하는 직렬 통신망(130)이 단선되어 있으므로, 미리 설정된 시간 내에 상기 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 기동 신호가 수신되지 않는다. 따라서, 상기 마스터 제어 유닛(113)은 상기 직렬 통신망(130)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
여기서, 상기 마스터 제어 유닛(113)이 기동 신호의 수신을 대기하는 시간은 다양하게 설정이 가능하다. 일 예로, 인접하는 슬레이브 BMS(120)사이에 기동 신호가 전달되는데 걸리는 시간, 상기 직렬 통신망(130) 및 병렬 통신망(140)의 통신 속도, 각 슬레이브 BMS(120)에 대한 고유 통신 식별자 할당 속도 등을 고려하여 대기 시간의 설정이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)의 직렬 통신망(130)에 고장이 발생한 경우에 마스터 BMS(110)의 대응 방법을 모식적으로 도시한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 마스터 제어 유닛(113)은, 상기 직렬 통신망(130)에 고장이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 역방향 기동 신호를 출력한다.
상기 마스터 BMS(110)로부터 역방향 기동 신호를 수신한 제N 슬레이브 BMS(120-#N)는 기동을 개시하고, 상기 마스터 BMS(110) 측으로 상기 병렬 통신망(140)을 통해서 식별자 할당 요청 신호를 출력한다.
상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)와 마찬가지로, 상기 식별자 할당 요청 신호를 수신한 마스터 BMS(110)는 상기 제N 슬레이브 BMS(120-#N)에게도 고유 통신 식별자를 상기 병렬 통신망(140)을 통해서 전송한다. 그러면 제N 슬레이브 BMS(120-#N)도 고유 통신 식별자를 수신하여 저장함으로써 고유 통신 식별자의 설정을 완료한다.
그리고, 상기 제N 슬레이브 BMS(120-#N)는 역방향 기동 신호를 수신한 방향을 따라 인접하는 제N-1 슬레이브 BMS(120-#N-1)에게 기동신호를 출력한다. 이 점에서 상기 제1 슬레이브 BMS(120-#1)가 순방향 기동 신호에 따라 인접하는 제2 슬레이브 BMS(120-#2)에게 기동 신호를 출력하는 것과 비교하여 신호의 전송 방향만 다르고 다른 점은 실질적으로 동일하다는 것을 알 수 있다.
도 5는 제N-1 슬레이브 BMS(120-#N-1)가 고유 통신 식별자를 할당 받는 절차를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제N-1 슬레이브 BMS(120-#N-1)는 상기 직렬 통신망(130)을 통해 상기 제N 슬레이브 BMS(120-#N)로부터 기동 신호를 수신한다. 기동 신호를 수신한 이후의 절차, 즉 제N-1 슬레이브 BMS(120-#N-1)가 기동을 개시하고, 고유 통신 식별자를 할당 받는 과정은 앞서 설명한 바와 동일하다. 이러한 과정이 반복되면 역방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 설치된 각각의 슬레이브 BMS가 순차적으로 기동되면서 마스터 BMS(110)로부터 고유 통신 식별자를 할당 받게 된다. 따라서 최종적으로는 직렬 통신망(140)의 고장으로 인해 순방향 기동 신호를 수신하지 못했던 제3 슬레이브 BMS(120-#3)까지 기동을 개시하고 고유 통신 식별자를 할당 받게 된다.
위와 같이, 본 발명은 직렬 통신망(140)에 고장이 발생하여 일부 슬레이브 BMS(120)가 기동되지 못하여 고유 통신 식별자를 할당 받지 못하는 문제를, 링 구조의 직렬 통신망(130)과 전송 방향(순방향 및 역방향)이 다중화된 기동 신호를 이용하여 극복할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)의 마스터 BMS(110)는 싱글 페어(pair, 114)의 마스터 통신 채널과 하나의 병렬 통신 채널(141)만 포함하는 것에 한정되지 않는다.
즉, 마스터 BMS(110)는 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량, 통신망의 접속 거리, 마스터 제어 유닛(113)의 성능 등에 따라 순방향 기동 신호와 역방향 기동 신호를 출력하는 다수의 제1 및 제2 마스터 통신 채널의 페어(114) 및 다수의 병렬 통신 채널(141)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 각 마스터 통신 채널의 페어(114)에 상기 제1 내지 제N 슬레이브 BMS(120-#1 ~ 120-#N)가 직렬 통신망(130)을 통해 링 구조로 연결될 수 있으며, 마스터 제어 유닛(113)은 슬레이브 BMS(120)들의 그룹 별로 순방향 기동 신호와 역방향 기동 신호를 이용하여 슬레이브 BMS(120)의 기동 및 고유 통신 식별자 할당 과정을 전반적으로 제어할 수 있다. 도면에는, 모든 마스터 통신 채널의 페어(114)에 슬레이브 BMS(120)가 링 구조로 연결된 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라서 일부 마스터 통신 채널의 페어(114)에 대해서는 슬레이브 BMS(120)의 연결을 생략할 수도 있음은 자명하다.
상술한 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제N 슬레이브 BMS(120-#1 ~ 120-#N) 각각은 자신이 담당하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 충방전 동작을 제어할 수 있는데, 도 1 내지 도 6에는 각 슬레이브 BMS(120)가 제어를 담당하는 배터리 셀을 따로 도시하지 않았다. 또한, 상기 슬레이브 BMS(120)는 배터리 셀의 충방전 제어, 평활화(equalization) 제어, 스위칭, 전기적 특성값 측정 및 모니터링, 오류 표지, on/off 제어, SOC(State Of Charge) 추정 등을 포함하여 당업자의 수준에서 적용 가능한 다양한 제어 로직을 실행할 수 있다.
상기 마스터 제어 유닛(113)과 상기 슬레이브 제어 유닛(122)은 앞서 설명된 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 마스터 제어 유닛(113)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 여기서, 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)은 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다. 즉, 다수의 배터리 셀은 N 개의 그룹으로 구분될 수 있으며, 각 셀 그룹은 N 개의 슬레이브 BMS(120)와 1:1의 관계로 각각 결합될 수 있다. 각 셀 그룹 내에서 배터리 셀들은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있음은 자명하다. 또한 배터리 팩은 배터리 셀들의 집합체뿐만 아니라 그룹핑된 다양한 배터리 단위의 집합체로 그 개념이 확장될 수도 있음은 자명하다.
또한, 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 배터리 팩이 직렬 또는 병렬로 연결된 전력 저장 시스템의 일 구성이 될 수 있다. 여기서, 전력 저장 시스템은 전력망 그리드에 전기적으로 커플링되어 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지에 의해 발전된 전력을 저장할 수 있으며, 전력 계통의 주파수 안정화나 전력 사용의 경제성을 향상시키기 위해 전력 계통으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)은 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 배터리 구동 시스템의 일 예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있다. 상기 부하의 일 예로는 배터리가 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리가 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.
이하에서는 상술한 시스템의 동작 메커니즘에 해당하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법을 개시한다. 다만, 앞서 설명된 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)의 마스터 BMS(110), 슬레이브 BMS(120), 직렬 통신망(130), 병렬 통신망(140), 기동 신호, 식별자 할당 요청 신호 등에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 먼저, 단계 S210에서, 상기 마스터 BMS(110)가 제1 마스터 통신 채널(111)을 통해 순방향 기동 신호를 출력한다. 그리고, 마스터 BMS(110)는 단계 S211으로 이동하여 병렬 통신망을 통해 식별자 할당 요청 신호의 수신여부를 모니터링 한다. 동시에, 마스터 BMS(110)는 단계 S213으로 이동하여 상기 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 순방향 기동 신호의 수신여부를 모니터링 한다.
한편, 슬립 상태의 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 순방향 또는 역방향 기동 신호의 수신여부를 모니터링 한다(단계 S220). 그리고 상기 마스터 BMS(110)로부터 순방향 기동 신호를 수신한 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는(단계 S220의 YES), 기동 신호에 응답하여 기동을 개시한다(단계 S221). 그 다음, 단계 S222에서, 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 상기 마스터 BMS(110)에게 병렬 통신망을 통해 식별자 할당 요청 신호를 출력한다.
마스터 BMS(110)가 병렬 통신망을 통해 식별자 할당 요청 신호를 수신하면(단계 S211의 YES), 병렬 통신망을 통해서 고유 통신 식별자를 할당 한다(단계 S212).
병렬 통신망을 통해서 고유 통신 식별자를 수신한 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는(단계 S223의 YES), 고유 통신 식별자를 저장한다(단계 S224). 바람직하게, 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 더 이상 고유 통신 식별자를 할당받지 않도록 마스킹 설정을 수행한다.
그 다음 단계 S225에서, 제1 슬레이브 BMS(120-#1)는 순방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 인접하는 제2 슬레이브 BMS(120-#2)에게 기동 신호를 출력한다.
제1 슬레이브 BMS(120-#1)로부터 기동 신호를 수신한 제2 슬레이브 BMS(120-#2)는 단계 S220 내지 단계 S225을 실질적으로 동일하게 수행한다. 마찬가지로, 제3 슬레이브 BMS(120-#3) 내지 제N 슬레이브 BMS(120-#N) 역시 먼저 기동을 개시한 슬레이브 BMS(120)로부터 기동 신호를 수신하여 기동을 개시하고, 병렬 통신망을 통해서 상기 마스터 BMS(110)로부터 고유 통신 식별자를 할당 받는다. 그러면, 가장 마지막 제N 슬레이브 BMS(120-#N)는 고유 통신 식별자를 할당 받은 후, 상기 마스터 BMS(110)에게 기동 신호를 출력한다.
상기 마스터 BMS(110)는 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 상기 제N 슬레이브 BMS(120)로부터 기동 신호를 수신한다(S213의 YES). 상기 마스터 BMS(110)는 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 기동 신호를 수신함으로써, 상기 직렬 통신망이 고장이나 끊어짐 없이 모두 연결되어 있으며 모든 슬레이브 BMS(120)가 기동을 개시하고 고유 통신 식별자를 할당 받은 것을 확인할 수 있다.
바람직하게, 상기 마스터 BMS(110)는 상기 슬레이브 BMS(120)에게 할당한 고유 통신 식별자의 개수에 대한 데이터를 이용하여 식별자를 할당받은 슬레이브 BMS(120)의 개수 및 배터리 팩의 충방전 용량을 확인할 수 있다(단계 S214).
도 8은 직렬 통신망에 고장이 발생한 경우에 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 상기 마스터 BMS(110), 제1 슬레이브 BMS(120-#1) 및 제2 슬레이브 BMS(120-#2)는 앞서 설명한 단계 S210 내지 단계 S225을 동일하게 수행한다. 다만, 제2 슬레이브 BMS(120-#2)와 제3 슬레이브 BMS(120-#3) 사이의 직렬 통신망이 단선되어 있으므로 제3 슬레이브 BMS(120-#3)는 순방향 기동 신호를 제2 슬레이브 BMS(120-#2)로부터 수신하지 못 한다.
한편, 상기 마스터 BMS(110)는 제1 마스터 통신 채널(111)로 기동 신호를 출력 후, 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 기동 신호의 수신 여부를 모니터링 한다(단계 S213). 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 기동 신호가 수신되면 슬레이브 BMS(120)가 모두 기동한 것으로 판단하여 프로세서를 종료한다(단계 S213의 YES).
그러나, 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 기동 신호가 수신되지 않으면(단계 S213의 NO), 미리 설정한 대기 시간이 경과하였는지 확인한다(단계 S215). 대기 시간이 경과하였다면(단계 S215의 YES), 상기 직렬 통신망에 고장이 발생한 것으로 판단한다(단계 S216).
다음으로, 상기 마스터 BMS(110)는 제2 마스터 통신 채널(112)을 통해 역방향 기동 신호를 상기 제N 슬레이브 BMS(120-#N)에게 출력한다(단계 S217). 역방향 기동 신호를 수신한 제N 슬레이브 BMS(120-#N)는 역방향 기동 신호에 응답하여 기동을 개시하고, 병렬 통신망을 통해 상기 마스터 BMS(110)로부터 고유 통신 식별자를 할당 받는다(단계 S220 내지 S225). 역방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 설치된 각각 슬레이브 BMS(120-#N-1,……, 120-#3)들은 인접하는 슬레이브 BMS로부터 역방향으로 기동 신호를 수신한 후 기동을 개시하고 고유 통신 식별자를 마스터 BMS(110)로부터 할당 받게 된다. 그리고 제4 슬레이브 BMS(120-#4)는 고유 통신 식별자를 할당 받은 후 마지막의 제3 슬레이브 BMS(120-#3)에게 기동 신호를 출력한다. 따라서 통신망의 단절로 기동 신호가 전달되지 못했던 제3 슬레이브 BMS(120-#3)까지 기동을 개시하고 마스터 BMS(110)로부터 고유 통신 식별자를 할당 받을 수 있게 된다. 그 결과 모든 슬레이브 BMS(120)가 기동을 개시하고 고유 통신 식별자를 할당 받게 된다.
본 발명에 따르면, 직렬 통신망의 일부 구간에 고장이 발생한 경우, 이를 자동적으로 검출할 수 있으며, 기동 신호의 전송 방향을 다중화함으로써 모든 슬레이브 BMS를 기동시키고 식별자를 할당할 수 있다. 따라서, 직렬 통신망 중 고장이 발생한 구간 이후에 연결된 BMS에게 식별자를 할당할 수 없는 종래의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 직렬 통신망의 일부 구간에 고장이 발생한 경우에도 고장이 발생한 구간의 통신망 및 슬레이브 BMS를 해체 또는 교체할 필요가 없으므로, 배터리 시스템의 유지 보수가 용이하고 유지 보수에 따른 비용 절감이 가능하다. 게다가, 병렬 통신망과 직렬 통신망을 혼용하여 멀티 BMS에 대하여 순차적으로 식별자를 할당하므로 식별자의 중복 가능성이 없다. 따라서 멀티 BMS 중 일부가 신규로 교체되거나 식별자가 이미 부여된 BMS가 새롭게 장착되더라도 식별자가 중첩되지 않도록 운용할 수 있어 BMS의 확장 내지 설치에 대한 적응성을 높이고 배터리 팩의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 마스터 BMS가 직렬 통신망의 맨 앞 또는 맨 뒤에 위치해야 하는 문제가 없으므로, 배터리 팩을 구현할 때 마스터 BMS 및 슬레이브 BMS의 배치가 자유롭다는 장점이 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 멀티 BMS 식별자 할당 시스템(100)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (26)

  1. 직렬 통신망 및 병렬 통신망에 접속된 마스터 BMS와 N개(N은 2 이상의 정수)의 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 팩의 멀티 BMS에 대한 고유 통신 식별자 할당 시스템에 있어서,
    상기 직렬 통신망과 통신 인터페이스를 형성하며 선택적으로 순방향 또는 역방향 기동 신호를 출력하는 적어도 두 개의 제1 및 제2마스터 통신 채널을 포함하고, 상기 슬레이브 BMS에게 상기 병렬 통신망을 통해 고유 통신 식별자를 할당하는 마스터 BMS; 및
    상기 직렬 통신망을 통해 수신된 순방향 또는 역방향 기동 신호에 응답하여 기동을 개시하고, 상기 마스터 BMS로부터 상기 병렬 통신망을 통해 식별자를 할당 받고, 기동 신호의 전송 방향을 따라 인접하는 슬레이브 BMS에게 기동 신호를 출력하는 제1 내지 제N 슬레이브 BMS;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS 및 상기 N개의 슬레이브 BMS는, 직렬 통신망을 통해 링 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는, 상기 제1 마스터 통신 채널을 통해 순방향 기동 신호를 출력하고, 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 역방향 기동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는, 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 출력을 제어하는 마스터 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 BMS는, 상기 직렬 통신망과 통신 인터페이스를 형성하는 적어도 두 개의 슬레이브 통신 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 BMS는, 상기 직렬 통신망을 통해 수신되는 순방향 또는 역방향 기동 신호를 감지하여 BMS의 기동을 제어하고, 상기 병렬 통신망을 통해 상기 마스터 BMS측으로 식별자 할당 요청 신호의 출력을 제어하는 슬레이브 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬레이브 제어 유닛은, 상기 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 더 이상 고유 통신 식별자를 할당받지 않도록 마스킹 설정을 수행하는 마스킹 설정 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 슬레이브 제어 유닛은, 상기 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 직렬 통신망을 통해 인접하는 슬레이브 BMS에게 상기 기동 신호의 전송 동작을 제어하는 기동 신호 전송 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 마스터 제어 유닛은, 상기 슬레이브 BMS에게 할당한 고유 통신 식별자의 개수에 대한 데이터를 이용하여 식별자를 할당받은 슬레이브 BMS의 개수 및 배터리 팩의 충방전 용량을 확인하는 용량 체크 제어 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 마스터 제어 유닛은, 상기 제1 마스터 통신 채널을 통해 순방향 기동 신호를 출력한 후 미리 설정된 시간 내에 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 기동 신호를 수신하지 못 하면 상기 직렬 통신망에 고장이 발생한 것으로 판단하는 고장 판단 제어 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마스터 제어 유닛은, 상기 직렬 통신망에 고장이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 역방향 기동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 병렬 통신망은 CAN 통신망인 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 통신망은 데이지 체인인 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는, 기동 신호를 출력하는 제1 및 제2 마스터 통신 채널의 페어를 다수 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 각 마스터 통신 채널의 페어에 상기 제1 내지 제N 슬레이브 BMS가 직렬 통신망을 통해 링 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 멀티 BMS 식별자 할당 시스템을 포함하는 배터리 팩.
  17. 제16항에 따른 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 부하는 전기구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  19. 제16항에 따른 다수의 배터리 팩을 포함하는 전력 저장 시스템.
  20. 직렬 통신망을 통해 선택적으로 순방향 또는 역방향 기동 신호를 출력하는 제1 및 제2 마스터 통신 채널을 포함하는 마스터 BMS와 N개(N은 2 이상의 정수)의 슬레이브 BMS가 직렬 통신망 및 병렬 통신망을 통해 연결된 배터리 팩의 멀티 BMS에게 식별자를 할당하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 마스터 BMS가 정상 모드와 고장 모드 별로 상기 제1 마스터 통신 채널과 제2 마스터 통신 채널 중 어느 하나를 선택하고 선택된 통신 채널에 대응하는 방향으로 상기 직렬 통신망을 통해 기동 신호를 출력하는 단계; 및
    (b) 상기 슬레이브 BMS가 순방향 또는 역방향 기동 신호에 응답하여 기동을 개시하고, 상기 병렬 통신망을 통해 상기 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 상기 순방향 또는 역방향 기동 신호의 전송 방향을 따라 상기 직렬 통신망을 통해 인접하는 슬레이브 BMS에게 기동 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 마스터 BMS 및 상기 N개의 슬레이브 BMS는, 직렬 통신망을 통해 링 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 (b)단계에서,
    상기 슬레이브 BMS가 기동 신호에 응답하여 기동을 개시하고, 상기 마스터 BMS측으로 상기 병렬 통신망을 통해서 식별자 할당 요청 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 (b)단계에서,
    상기 슬레이브 BMS가 상기 마스터 BMS로부터 고유 통신 식별자를 할당받고, 더 이상 고유 통신 식별자를 할당받지 않도록 마스킹 설정을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 (a) 단계에서,
    상기 마스터 BMS가 상기 제1마스터 통신 채널을 통해 순방향 기동 신호를 출력한 후 미리 설정된 대기 시간 내에 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 기동 신호를 수신하지 못 하면, 상기 직렬 통신망에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 (a) 단계에서,
    상기 마스터 BMS가 상기 직렬 통신망에 고장이 발생한 것으로 판단한 경우,
    상기 마스터 BMS가 상기 제2 마스터 통신 채널을 통해 역방향 기동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 마스터 BMS가 상기 슬레이브 BMS에게 할당한 고유 통신 식별자의 개수에 대한 데이터를 이용하여 식별자를 할당받은 슬레이브 BMS의 개수 및 배터리 팩의 충방전 용량을 확인하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 BMS 식별자 할당 방법.
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