WO2018030704A1 - 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치 및 방법 Download PDF

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조수호
문치호
석경훈
주홍석
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for optimally managing the temperature of a battery pack for use in an electric vehicle.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, and thus are free of charge and discharge. It is very low and has high energy density.
  • the minimum unit of the battery may be referred to as a battery cell, and a plurality of battery cells connected in series may constitute a battery module.
  • a plurality of battery modules may be connected in series or in parallel to configure a battery pack.
  • a battery pack mounted on an electric vehicle or the like generally includes a plurality of battery modules connected in series or in parallel with each other.
  • the state of each battery module and battery cells included in the battery pack is generally monitored by at least one battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the BMS waits for a driving command from the outside (for example, an ECU of a vehicle) while consuming low power, and performs a monitoring operation, a balancing operation, a cooling operation, a charging operation, a discharge operation, and the like in the wakeup mode.
  • the battery pack must be properly cooled to ensure stable operation of the battery pack.
  • the BMS needs to repeatedly check the temperature of the battery pack or the battery module included therein over time.
  • the BMS as well as the motor of the electric vehicle operates by receiving electric energy from the battery pack, so that the BMS is unnecessarily switched to the wake-up mode even when the battery pack is in an appropriate temperature range to perform temperature monitoring of the battery pack. Problems such as overdischarge may occur due to a decrease in the charge amount of the battery pack.
  • the present invention has been made to solve the above problems, according to the temperature of the plurality of battery modules included in the battery pack, a plurality of BMS that manages the state of the battery pack is switched from the sleep mode to the wake-up mode It is an object of the present invention to provide a temperature monitoring apparatus and method for a battery pack, which individually specifies the time.
  • an apparatus for monitoring temperature includes a plurality of slave BMSs including a first slave BMS and a second slave BMS; And a master BMS connected to communicate with the plurality of slave BMSs.
  • Each slave BMS switches from a sleep mode to a wake-up mode when a wake-up time preset by the master BMS arrives, and then switches back to the sleep mode from a time when the slave BMS is most recently switched to the wake-up mode.
  • the temperature of any one of the plurality of battery modules included in the battery pack is measured for the battery module assigned to itself, and the master temperature data indicating the temperature measured during the wake-up period Send to BMS.
  • the master BMS sets a next wake-up time of the second slave BMS based on first temperature data indicating a temperature of a first battery module among the plurality of battery modules as transmitted from the first slave BMS. .
  • the master BMS receives the driving data indicating the driving state of the electric vehicle from the electric vehicle equipped with the battery pack, and determines whether a predetermined event is in progress based on the driving data, Only during a predetermined event, the next wake-up time of the second slave BMS is set based on the first temperature data transmitted from the first slave BMS.
  • the master BMS sets a wake-up time different from the wake-up time set in any one of the plurality of slave BMSs in at least one of the remaining slave BMSs.
  • the master BMS sets a time equal to the sum of the current time and the first set time as the next wake-up time of the second slave BMS.
  • the second slave BMS transmits second temperature data indicating the temperature of the second battery module among the plurality of battery modules to the master BMS.
  • the master BMS wakes up a time equal to the sum of the current time and the second set time next to the second slave BMS. Set to the up time. In this case, the second set time is shorter than the first set time.
  • the plurality of slave BMSs may further include a third slave BMS configured to transmit third temperature data indicating a temperature of a third battery module among the plurality of battery modules to the master BMS.
  • the master BMS calculates a difference value obtained by subtracting the temperature of the second battery module from the temperature of the first battery module, and based on the second temperature data and the difference value, the master BMS calculates a difference value of the third slave BMS. Sets the next wake up time.
  • the master BMS sets a time equal to the sum of the current time and the third set time as a next wake-up time of the second slave BMS, and when the difference value is positive, present A time equal to the sum of the time and the fourth set time is set as the next wake up time of the second slave BMS. In this case, the fourth set time is longer than the third set time.
  • the first temperature data may include a plurality of temperature values measured from the first battery module at a plurality of different time points within the wake-up period of the first slave BMS.
  • the master BMS based on the plurality of temperature values included in the first temperature data, analyzes a change pattern of the temperature of the first battery module displayed during the wake up period, and further based on the change pattern, A next wakeup time of the second slave BMS is set.
  • the temperature monitoring device includes.
  • An electric vehicle includes the battery pack.
  • a method for monitoring a temperature for a battery pack comprising: switching, from a sleep mode to a wake-up mode, when a first wake-up time arrives for the first slave BMS; The first battery module of the plurality of battery modules included in the battery pack during the wake-up period defined from the time when the first slave BMS is most recently switched to the wake-up mode to the time to switch back to the sleep mode Measuring the temperature of the; Sending, by the first slave BMS, first temperature data indicating a temperature of the first battery module measured during the wakeup period to a master BMS; Setting, by the master BMS, a next wake up time of a second slave BMS based on the first temperature data; Switching, by the second slave BMS, from a sleep mode to a wake-up mode when a wake-up time set by the second slave BMS arrives; And a temperature of a second battery module of the plurality of battery modules during the wake-up period defined by a time
  • the setting of the next wake-up time of the second slave BMS may include: when the temperature of the first battery module is less than a first set temperature, a time equal to a sum of a current time and a first set time; Set to the next wakeup time of the BMS.
  • the setting of the next wake-up time of the second slave BMS may include a sum of a current time and a second set time when the temperature of the first battery module is greater than or equal to the first set temperature and less than a second set temperature. The same time is set as the next wake up time of the second slave BMS. In this case, the second set time is shorter than the first set time.
  • the individual temperatures of the plurality of battery modules included in the battery pack it is possible to individually set the time for the plurality of BMS to manage the state of the battery pack transition from the sleep mode to the wake-up mode have. As a result, power consumption due to the BMS unnecessarily entering the wake-up mode can be reduced.
  • the timing at which each BMS is switched from the sleep mode to the wake-up mode is adaptively adjusted according to the temperature of the battery pack, thereby enabling more efficient cooling of the battery pack.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view referred to for explaining the operation of the temperature monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are views referred to for explaining the operation of the temperature monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 and 6 are views referred to for explaining the operation of the temperature monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 7 and 8 are views referred to for explaining the operation of the temperature monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of monitoring a temperature of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • control unit> means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an electric vehicle 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the electric vehicle 1 may include a motor 10, a battery pack 100, a temperature monitoring device 200, a controller 300, and a cooling device 400.
  • the motor 10 is configured to convert electrical energy supplied from the battery pack 100 into rotational energy.
  • the rotational energy from the motor 10 is transmitted to the wheels of the electric vehicle 1, and so the movement of the electric vehicle 1 can be made.
  • the battery pack 100 may include n battery modules 110-1 to 110-n.
  • the battery modules 110-1 to 110-n may be connected in series and / or in parallel with each other in the battery pack 100.
  • Each battery module 110 may include at least one battery cell.
  • the battery cell may refer to a minimum unit capable of repeatedly charging and discharging through an electrochemical reaction.
  • the temperature monitoring apparatus 200 includes a plurality of slave BMSs 210-1 to 210-n and a master BMS 220.
  • Each slave BMS (hereinafter referred to as 'S-BMS') 210 may be coupled to at least one battery module 110.
  • 'S-BMS' Each slave BMS (hereinafter referred to as 'S-BMS') 210 may be coupled to at least one battery module 110. 1 illustrates that one battery module 110 and one S-BMS 210 are connected one-to-one, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • Each S-BMS 210 may operate in a sleep mode and a wake up mode. In the sleep mode, the S-BMS 210 waits for a control signal from the master BMS 220 while consuming low power. In the wakeup mode, each S-BMS 210 monitors the state of any one battery module 110 associated with it and generates monitoring data informing the state of each battery module 110 based on the result of the monitoring. Is configured to.
  • the monitoring data indicates an individual operating state of the battery module 110, and basically includes information about the temperature of the battery module 110, and additionally includes voltage, current, internal resistance, SOC, and state of health (SOH). It may further include information associated with at least one or more.
  • data representing the temperature of the battery module 110 may be referred to as 'temperature data'.
  • Each S-BMS 210 generates a temperature data indicating a temperature value measured from the battery module 110 managed by itself by a control command of the master BMS 220 to be described later or according to a predetermined cycle, and then the communication network. It can be provided to the master BMS 220 connected through.
  • the communication network may be a wired communication network such as a controller area network (CAN) or a wireless communication network such as Bluetooth.
  • the temperature data may include identifiers of each of the plurality of S-BMSs 210-1 to 210-n. In this case, each identifier may be individually associated with temperature values monitored from the battery modules 110-1 to 110-n.
  • the master BMS 220 (hereinafter referred to as 'M-BMS') may receive temperature data provided from the plurality of S-BMSs 210-1 to 200-n.
  • M-BMS 220 is based on the identifier of the S-BMS (210-1 ⁇ 200-n) included in the temperature data, each temperature value included in the temperature data is S-BMS (210-1 ⁇ ) 200-n) from which can be monitored.
  • the M-BMS 220 is configured to generate setting data that individually specifies wake-up times of the plurality of S-BMSs 210-1 to 210-n based on the temperature data.
  • the configuration data may be transmitted to at least one of the S-BMSs 210-1 to 210-n through the communication network.
  • the wakeup time may be a time for starting each S-BMS 210.
  • the S-BMS 210 switches from the sleep mode to the wakeup mode at the wakeup time specified by the setting data.
  • Each S-BMS 210 may automatically switch to the sleep mode after a predetermined time has elapsed from entering the wakeup mode at the wakeup time assigned thereto.
  • the S-BMSs 210-1 to 210-n and the M-BMS 220 may have a real-time clock.
  • Wake-up time assigned to each of the S-BMS (210-1 ⁇ 210-n) may be the same or different, of course.
  • the M-BMS 220 may collect data indicating the state of the battery pack transmitted from the S-BMSs 210-1 to 210-n, and transmit the collected data to the controller 300.
  • the controller 300 is configured to generate driving data informing the driving state of the electric vehicle 1.
  • the driving data may include information indicating a driving speed, a geographic position, an external temperature, a rotational speed of the motor 10, an accelerator pedal position, a brake pedal position, the presence or absence of a passenger, and the like of the electric vehicle 1.
  • the M-BMS 220 may receive the driving data from the controller 300 through a communication network.
  • the M-BMS 220 may determine whether a predetermined event is in progress based on the driving data.
  • the event is suitable to enter the wake-up mode of the S-BMS 210 is predetermined through a preliminary experiment or the like.
  • one of the events may be a state in which the rotation of the motor 10 is completely stopped or the starting of the electric vehicle 1 is turned off.
  • the M-BMS 220 may check whether the start of the electric vehicle 1 is turned off based on the driving data.
  • the M-BMS 220 may generate the configuration data only while a predetermined event is in progress.
  • the controller 300 is configured to generate a control signal for driving the cooling device 400 based on the data provided from the M-BMS 220. For example, when data provided from the M-BMS 220 notifies overheating of the battery pack 100, the controller 300 may output a control signal for supplying electrical energy to the cooling device 400. .
  • the controller 300 may be implemented in hardware such as application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microcontrollers. It may be implemented using at least one of a controller (micro-controllers), microprocessors (microprocessors), electrical units for performing other functions.
  • the controller 300 may be implemented in the form of a programmable logic controller (PLC).
  • the controller 300 may be provided with a memory 310.
  • the memory 310 may store various data and instructions required for the overall operation of the electric vehicle 1.
  • the memory 310 may be a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SSD type, a silicon disk drive type, or a multimedia card micro type.
  • RAM random access memory
  • SRAM static random access memory
  • ROM read-only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • PROM programmable read-only memory It may include one type of storage medium.
  • the memory 310 may temporarily or permanently store information processed by other components that are directly or indirectly connected to the controller 300 or data related thereto.
  • the cooling device 400 is configured to perform an operation for cooling the battery pack 100 in response to a control signal provided from the controller 300.
  • the cooling device 400 drives the cooling fan 410 so that heat generated from the battery pack 100 is discharged to the outside by a predetermined cooling medium (eg, air or cooling water).
  • a predetermined cooling medium eg, air or cooling water.
  • the controller 300 is provided in the cooling device 400 based on a difference value between the temperature value of the battery pack 100 and the threshold value.
  • the rotation speed of the cooling fan 410 may be adjusted.
  • the temperature value of the battery pack 100 may be determined by the M-BMS 220 based on a temperature value of at least one of the battery modules 110-1 to 110-n included in the sensing data. .
  • the maximum temperature value among the temperature values included in the sensing data may be determined as the temperature value of the battery pack 100.
  • two or more average temperature values among temperature values included in the sensing data may be determined as temperature values of the battery pack 100.
  • FIG. 1 illustrates that the battery pack 100 includes only a plurality of battery modules 110-1 to 110-n
  • the battery pack 100 may include a management device 200 and / or a cooling device 400. It may be implemented in a form including up to.
  • the cooling device 400 may be configured to be integrally coupled to the case of the battery pack 100.
  • each of them includes a first battery module 110-1, a second battery module 110-2, and It will be referred to as a third battery module 110-3.
  • the temperatures of each of the first battery module 110-1, the second battery module 110-2, and the third battery module 110-3 may be measured by the first S-BMS 210-1 and the second S. May be repeatedly monitored by the BMS 210-2 and the third S-BMS 210-3.
  • FIG 2 is a view referred to for explaining the operation of the temperature monitoring device 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the temperature monitoring apparatus 200 may individually monitor temperatures of the battery modules 110-1 to 110-3 in a predetermined order. Specifically, the temperature monitoring device 200 may be configured to monitor only the temperature of only one of the battery modules at any particular time.
  • the temperatures of the battery modules can be monitored sequentially.
  • the temperature deviation between the battery modules at the same time is Will be very small.
  • the temperature measured by any one of the battery modules may be representative of the temperature of the remaining battery modules. Therefore, in order to monitor the temperature of the battery pack 100, it is very important that all of the S-BMSs 210-1 to 210-3 managing the state of the battery pack 100 are simultaneously switched from the sleep mode to the wake-up mode. It would be inefficient.
  • the M-BMS 220 of the temperature monitoring device 200 has a wakeup time different from the wakeup time set in any one of the S-BMSs 210-1 to 210-3. It can be configured to set at least one. For example, when the wake-up time of the first S-BMS 210-1 is preset to 1 pm on May 10, 2016, the M-BMS 220 may be different from 1 pm on May 10, 2016. Another time may be set as a next wake-up time of at least one of the second S-BMS 210-2 and the third S-BMS 210-3.
  • the next wake-up time of any one of the S-BMSs 210-1 to 210-3 210-1 is preset, while the remaining S If the next wake up time of the BMSs 210-2 and 210-3 is not yet set, the M-BMS 220 is based on the first temperature data transmitted from the first S-BMS 210-1. The next wake-up time of at least one of the S-BMSs 210-2 and 210-3 may be determined.
  • the first set temperature T S1 may be a predetermined lower limit value through a preliminary experiment for determining whether there is a fear of overheating of the battery pack 100.
  • the second set temperature T S2 may be a predetermined upper limit value through a preliminary experiment for determining whether the battery pack 100 has already been overheated. That is, the fact that the temperature of the battery pack 100 is lower than the first set temperature T S1 means that the battery pack 100 is not overheated at all.
  • the temperature of the battery pack 100 is greater than or equal to the second set temperature T S2 , it means that the battery pack 100 is already overheated.
  • the temperature of the battery pack 100 is greater than or equal to the first set temperature T S1 and less than the second set temperature T S2 , it means that the battery pack 100 is in a state of showing signs of overheating soon.
  • 3 and 4 are views referred to for explaining the operation of the temperature monitoring apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the first S-BMS 210-1 switches to the wake-up mode at the wake-up time t 1A last reported by the M-BMS 220. That is, the first S-BMS 210-1 remains in the sleep mode until the wake-up time t 1A arrives from the time when the first S-BMS 210-1 is last switched to the sleep mode, and then the wake-up time t preset for itself is maintained.
  • 1A arrives, the first S-BMS 210-1 remains in the wakeup mode for a predetermined holding time ⁇ t p .
  • the first S-BMS 210-1 switches to the sleep mode again when the holding time ⁇ t p elapses from the wakeup time t 1A .
  • the wake-up period may be referred to from the most recent wake-up time t 1A to the time t 1B transitioning back to the sleep mode.
  • the holding time ⁇ t p means the length of each wake-up period.
  • the first battery module 110-1 is in a state where there is no fear of overheating. From this, it will be understood by those skilled in the art that the remaining battery modules 110-2 and 110-3 may also be in a state of no overheating or very slight. Therefore, the wake-up time of the second S-BMS 210-2 for measuring the temperature of the second battery module 110-2 is equal to the temperature T 1A of the first battery module 110-1. It is preferable to delay than the wakeup time in the case of 1 set temperature TS1 or more.
  • the M-BMS 220 may determine the current time t c1 and the first set time ⁇ t S1 .
  • a time equal to the sum may be set as a next wakeup time t 2A of the second S-BMS 210-2. That is, the next wakeup time t 2A of the second S-BMS 210-2 is a time after which the first set time ⁇ t S1 elapses from the current time t c1 .
  • the current time t c1 is equal to or later than the time t 1B .
  • the second S-BMS 210-2 and the third S-BMS 210-3 may be in a sleep mode from at least time t 1A to time t 2A .
  • the temperature T 1B of the first battery module 110-1 measured in the wake-up period by the first S-BMS 210-1 is the first set temperature T S1 . or more, yet it illustrates a second set when the temperature (T S2) below. That is, the temperature T 1B of the first battery module 110-1 is higher than the temperature T 1A in FIG. 3.
  • the M-BMS 220 sets a time equal to the sum of the current time t c1 and the second set time ⁇ t S2 to the next wake-up time t 2A ′ of the second S-BMS 210-2. ) Can be set. That is, the next wakeup time t 2A ′ of the second S-BMS 210-2 is the time when the second set time ⁇ t S2 elapses from the current time t c1 .
  • the second set time ⁇ t S2 is shorter than the first set time ⁇ t S1 . Accordingly, the second S-BMS 210-2 wakes up faster by ⁇ t S1 - ⁇ t S2 than when the temperature T 1A of the first battery module 110-1 is less than the first set temperature T S1 . Can be switched to mode.
  • the second S-BMS 210-2 and the third S-BMS 210-3 may be in a sleep mode from at least time t 1A to time t 2A ′.
  • FIG 5 and 6 are views referred to for explaining the operation of the temperature monitoring apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 illustrate a case where the second S-BMS 210-2 is switched to the wakeup mode at the wakeup time t 2A set by the M-BMS 220 as shown in FIG. 3.
  • the second S-BMS 210-2 may switch back to the sleep mode at a time t 2B at which the holding time ⁇ t p elapses from the wake-up time t 2A . That is, the second S-BMS 210-2 operates in the wakeup mode for the holding time ⁇ t p from the wakeup time t 2A .
  • the second S-BMS 210-2 measures the temperature T 2A of the second battery module 110-2 and measures the measured second
  • the second temperature data indicating the temperature of the battery module 110-2 is transmitted to the M-BMS 220.
  • the second temperature (T 2A) of the battery module 110-2 may be less than the first predetermined temperature (T S1) or more while the second set temperature (T S2).
  • the M-BMS 220 sets a time equal to the sum of the current time t C2 and the first set time ⁇ t s1 in the same manner as described above with reference to FIG. 3. It can be set to the next wakeup time of -3).
  • the M-BMS 220 may set the next wake-up time of the third S-BMS 210-3 through another calculation process.
  • the M-BMS 220 is further based on a result of comparing the temperature T 1A of the first battery module 110-1 with the temperature T 2A of the second battery module 110-2.
  • the next wake-up time of the third S-BMS 210-3 may be set.
  • the M-BMS 220 may display the second battery module 110-at the temperature T 1A of the first battery module 110-1 most recently measured by the first S-BMS 210-1.
  • the difference value minus the temperature (T 2A ) of 2 ), that is, T 1A -T 2A can be calculated.
  • the positive difference means that the temperature T 2A of the second battery module 110-2 is lower than the temperature T 1A of the first battery module 110-1.
  • the negative difference means that the temperature T 2A of the second battery module 110-2 is higher than the temperature T 1A of the first battery module 110-1.
  • the difference values T 1A -T 2A are negative.
  • the temperature T 2A of the second battery module 110-2 measured later than the temperature T 1A of the first battery module 110-1 is the temperature T 1A of the first battery module 110-1. Higher than) implies that the temperature of the battery pack 100 is being increased.
  • the third S-BMS 210-3 wakes up faster than the time obtained by adding the first set time ⁇ t S1 to the current time t C2 . It is desirable to allow the conversion to.
  • the M-BMS 220 may set the sum of the current time t C2 and the third set time ⁇ t S1 as the next wake-up time of the third S-BMS 210-3.
  • the third setting time ⁇ t S1 may be a time obtained by subtracting the compensation time ⁇ t K1 from the first setting time ⁇ t S1 .
  • the compensation time ⁇ t K1 may have a length corresponding to the difference values T 1A -T 2A .
  • the M-BMS 220 may determine a compensation time ⁇ t K1 corresponding to the difference values T 1A -T 2A by using a predetermined algorithm or the like.
  • the first S-BMS 210-1 and the third S-BMS 210-3 may be in a sleep mode from at least time t 2A to time t 3A .
  • the temperature T 2B of the second battery module 110-2 measured at is less than the first set temperature T S1 , and the temperature T 1A of the first battery module 110-1 measured previously. It can be seen that lower.
  • the M-BMS 220 may display the second battery module 110-at the temperature T 1A of the first battery module 110-1 most recently measured by the first S-BMS 210-1.
  • the difference value minus the temperature (T 2B ) of 2) can be calculated, that is, T 1A -T 2B .
  • the difference values T 1A -T 2B may be positive.
  • a positive number of the difference values T 1A -T 2B implies that the cooling of the battery pack 100 is progressing smoothly. In other words, the possibility of overheating of the battery pack 100 is relatively low.
  • the time t 3A s of the current time t C2 plus the fourth set time ⁇ t S4 is next to the third S-BMS 210-3. Can be set to wake up time.
  • the fourth set time ⁇ t S4 may be longer than the third set time ⁇ t S3 .
  • the fourth set time ⁇ t S4 may be a sum of the compensation time ⁇ t K2 from the first set time ⁇ t S1 .
  • the compensation time ⁇ t K2 may have a length corresponding to the difference values T 1A -T 2B .
  • the M-BMS 220 may determine a compensation time ⁇ t K2 corresponding to the difference values T 1A -T 2B by using a predetermined algorithm or the like.
  • the first S-BMS 210-1 and the third S-BMS 210-3 may be in a sleep mode from at least time t 2A to time t 3A ′.
  • FIG 7 and 8 are views referred to to explain the operation of the temperature monitoring apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows the temperature of the first battery module 110-1 during the time t 1A to time t 1B when the first S-BMS 210-1 is a single wake-up period, as compared to FIG. 3. It is different in that it measures several times. Specifically, the first S-BMS 210-1 is maintained in the wake-up mode for the predetermined holding time ⁇ t p from the wake-up time t 1A last reported by the M-BMS 220. It is the same as FIG. 3 in that it is switched back to the sleep mode. However, the temperature of the first battery module 110-1 is measured at a plurality of different time points within a single wake-up period. The first S-BMS 210-1 receives the first temperature data including the plurality of temperature values measured from the first battery module 110-1 at a plurality of different points in time within the single wake-up period. And transmit to 220.
  • the M-BMS 220 may analyze the change pattern of the temperature of the first battery module 110-1 that is displayed during the wake-up period based on the first temperature data transmitted from the first S-BMS 210-1. Can be. For example, the M-BMS 220 may determine whether the temperature of the first battery module 110-1 increases or decreases over time.
  • the M-BMS 220 may set a next wake-up time of the second slave BMS based on the temperature of the first battery module 110-1 and the change pattern.
  • the temperature of the first battery module 110-1 may gradually increase during a single wake up period.
  • the temperature gradient of the first battery module 110-1 may have a positive value.
  • the three temperature values measured from the first battery module 110-1 during the single wake-up period increase with a constant slope, thereby reducing the relationship of T 1C ⁇ T 1D ⁇ T 1E ⁇ T S1 . Can be satisfied.
  • the M-BMS 220 takes a time t 2A ′′ equal to the sum of the current time t c1 and the fifth set time ⁇ t S5 to wake up next to the second S-BMS 210-2. It can be set up time.
  • the compensation time ⁇ t K3 may have a length corresponding to the temperature gradient of the first battery module 110-1 having a positive value.
  • FIG. 8 illustrates an operation of the temperature monitoring apparatus 200 when the temperature of the first battery module 110-1 gradually decreases during a single wake-up period.
  • the temperature gradient of the first battery module 110-1 may have a negative value.
  • three temperature values measured from the first battery module 110-1 during the single wake-up period decrease with a constant slope, such that T 1H ⁇ T 1G ⁇ T 1F ⁇ T S1 . Can satisfy the relationship.
  • the M-BMS 220 sets a time t 2A '''equal to the sum of the current time t c1 and the sixth set time ⁇ t S6 next to the second S-BMS 210-2. Can be set to wake up time.
  • the compensation time ⁇ t K4 may have a length corresponding to a temperature gradient of the first battery module 110-1 having a negative value.
  • the M-BMS 220 of the temperature monitoring apparatus 200 performs the next wake of the second S-BMS 210-2 according to the change pattern of the temperature of the first battery module 110-1.
  • the M-BMS 220 may set a next wake-up time of the third S-BMS 210-3 according to a change pattern of the temperature of the second battery module 110-2.
  • the M-BMS 220 may set the next wake-up time of the first S-BMS 210-1 according to the change pattern of the temperature of the third battery module 110-3.
  • the first battery module (110-1), the first predetermined temperature (T S1) is less than, but illustrates only the case, the module is a similar manner, even when more than a first predetermined temperature (T S1) can be applied It should be understood that there is.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a temperature monitoring method of a battery pack 100 according to an embodiment of the present invention.
  • step S910 the first S-BMS 210-1 switches from the sleep mode to the wake-up mode when the wake-up time preset by the M-BMS 220 arrives.
  • the flow proceeds to step S920 after step S910.
  • the first S-BMS 210-1 measures at least one temperature of the first battery module 110-1 of the plurality of battery modules included in the battery pack during the wakeup period.
  • the wakeup period may be defined as a time from the most recent switch to the wakeup mode until the switchover to the sleep mode. The flow proceeds to step S930 after step S920.
  • the first S-BMS 210-1 transmits first temperature data indicating the temperature of the first battery module 110-1 measured during the wakeup period to the M-BMS 220. . After step S930, the flow proceeds to step S940.
  • step S940 the M-BMS 220 wakes up the next wake-up of the second S-BMS 210-2 based on the first temperature data transmitted from the first S-BMS 210-1 through step S930.
  • Set the time For example, when the temperature of the first battery module 110-1 corresponding to the first temperature data is less than the first set temperature, the M-BMS 220 may set a time equal to the sum of the current time and the first set time. The next wake-up time of the second S-BMS 210-2 may be set.
  • the M-BMS 220 sets a second time equal to the sum of the current time and the second set time. It may be set to the next wakeup time of the S-BMS 210-2. In this case, the second setting time may be shorter than the first setting time.
  • step S950 the second S-BMS 210-2 switches from the sleep mode to the wakeup mode when the wakeup time set by the M-BMS 220 arrives through step S940.
  • step S960 the flow advances to step S960.
  • the second S-BMS 210-2 may perform a wake-up period, which is defined as a time from the most recently switched to the wake-up mode to the time of re-switching to the sleep mode.
  • the temperature of the second battery module 110-2 is measured.
  • the second S-BMS 210-2 transmits second temperature data indicating the temperature of the twenty-first battery module 110-2 measured during the wake-up period to the M-BMS 220.
  • the M-BMS 220 based on the second temperature data transmitted from the second S-BMS 210-2 through step S970, the second S-BMS 210-2. It is also possible to set the next wake-up time of other S-BMS.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 온도 모니터링 장치는, 제1 슬레이브 BMS 및 제2 슬레이브 BMS를 포함하는 복수의 슬레이브 BMS들; 및 상기 복수의 슬레이브 BMS들과 통신 가능하도록 연결되는 마스터 BMS;를 포함한다. 상기 마스터 BMS는, 상기 제1 슬레이브 BMS로부터 전송된 것으로서 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제1 온도 데이터를 기초로, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정한다.

Description

배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치 및 방법
본 발명은 전기 자동차 등에 사용되는 배터리 팩의 온도를 최적으로 관리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 8월 12일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2016-0102925호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리의 최소 단위를 배터리 셀이라고 칭할 수 있으며, 다수개가 직렬 연결된 배터리 셀은 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 또한, 다수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬로 연결됨으로써 배터리 팩을 구성할 수 있다.
전기 자동차 등에 탑재되는 배터리 팩은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 것이 일반적이다. 이러한 배터리 팩에 포함된 각각의 배터리 모듈과 그에 포함된 배터리 셀들의 상태는 적어도 하나의 BMS(Battery Management System)에 의해 모니터링되는 것이 일반적이다. BMS는 슬립 모드에서는 저전력을 소모하면서 외부(예, 차량의 ECU)로부터의 구동 명령을 대기하다가, 웨이크업 모드에서 모니터링 동작, 밸런싱 동작, 냉각 동작, 충전 동작, 방전 동작 등을 수행한다.
특히, 배터리 팩을 적절히 냉각시켜 줘야만 배터리 팩의 안정적인 운영을 보장할 수 있다. 이를 위해, BMS가 배터리 팩 또는 이에 포함된 배터리 모듈의 온도를 시간의 경과에 따라 반복적으로 체크해야 한다. 그런데, 전기 자동차의 모터뿐만 아니라 BMS 역시 배터리 팩으로부터 전기 에너지를 공급받아 작동하는 것이므로, 배터리 팩이 적정 온도 범위 내에 있음에도 BMS가 불필요하게 웨이크업 모드로 전환되어 배터리 팩에 대한 온도 모니터링을 수행하는 경우 배터리 팩의 충전량 저하로 인한 과방전 등의 문제가 야기될 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈들의 온도에 따라, 배터리 팩의 상태를 관리하는 복수의 BMS들이 슬립모드로부터 웨이크업 모드로 전환되는 시간을 개별적으로 지정하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 온도 모니터링 장치는, 제1 슬레이브 BMS 및 제2 슬레이브 BMS를 포함하는 복수의 슬레이브 BMS들; 및 상기 복수의 슬레이브 BMS들과 통신 가능하도록 연결되는 마스터 BMS;를 포함한다. 상기 각 슬레이브 BMS는, 상기 마스터 BMS에 의해 자신에게 기 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환하고, 가장 최근에 상기 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 상기 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의되는 웨이크업 기간 동안, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈들 중 자신에게 지정된 어느 한 배터리 모듈의 온도를 측정하며, 상기 웨이크업 기간 동안에 측정된 온도를 나타내는 온도 데이터를 상기 마스터 BMS에게 전송한다. 상기 마스터 BMS는, 상기 제1 슬레이브 BMS로부터 전송된 것으로서 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제1 온도 데이터를 기초로, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정한다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 배터리 팩이 장착된 전기 자동차로부터 상기 전기 자동차의 주행 상태를 알리는 주행 데이터를 수신하고, 상기 주행 데이터를 기초로, 미리 정해진 이벤트가 진행 중인지 여부를 판정하며, 상기 미리 정해진 이벤트가 진행되는 동안에 한하여, 상기 제1 슬레이브 BMS로부터 전송된 제1 온도 데이터를 기초로, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정한다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 복수의 슬레이브 BMS들 중 어느 하나에 설정한 웨이크업 시간과는 상이한 웨이크업 시간을 나머지 슬레이브 BMS들 중 적어도 하나에 설정한다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 제1 배터리 모듈의 온도가 제1 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제1 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정한다. 이 경우, 상기 제2 슬레이브 BMS는, 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제2 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제2 온도 데이터를 상기 마스터 BMS에게 전송한다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 제1 배터리 모듈의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상이면서 제2 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제2 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정한다. 이 경우, 상기 제2 설정 시간은 상기 제1 설정 시간보다 짧다.
또한, 상기 복수의 슬레이브 BMS들은, 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제3 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제3 온도 데이터를 상기 마스터 BMS에게 전송하는 제3 슬레이브 BMS;를 더 포함한다. 이 경우, 상기 마스터 BMS는, 상기 제1 배터리 모듈의 온도에서 상기 제2 배터리 모듈의 온도를 뺀 차이값을 연산하고, 상기 제2 온도 데이터 및 상기 차이값을 기초로, 상기 제3 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정한다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 차이값이 음수인 경우, 현재 시간 및 제3 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정하고, 상기 차이값이 양수인 경우, 현재 시간 및 제4 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정한다. 이 경우, 상기 제4 설정 시간은 상기 제3 설정 시간보다 길다.
또한, 상기 제1 온도 데이터는, 상기 제1 슬레이브 BMS의 상기 웨이크업 기간 내의 서로 다른 복수의 시점에 상기 제1 배터리 모듈로부터 측정된 복수의 온도값들을 포함한다. 상기 마스터 BMS는, 상기 제1 온도 데이터에 포함된 상기 복수의 온도값들을 기초로, 상기 웨이크업 기간 동안에 나타난 상기 제1 배터리 모듈의 온도의 변화 패턴을 분석하고, 상기 변화 패턴을 더 기초로, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 온도 모니터링 장치;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 자동차는, 상기 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 방법은, 제1 슬레이브 BMS가 자신에게 기 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환하는 단계; 상기 제1 슬레이브 BMS가 가장 최근에 상기 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 상기 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의되는 웨이크업 기간 동안, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈의 온도를 측정하는 단계; 상기 제1 슬레이브 BMS가 상기 웨이크업 기간 동안에 측정된 상기 제1 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제1 온도 데이터를 마스터 BMS에게 전송하는 단계; 상기 마스터 BMS가 상기 제1 온도 데이터를 기초로 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는 단계; 상기 제2 슬레이브 BMS가 상기 마스터 BMS에 의해 자신에게 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환하는 단계; 및 상기 제2 슬레이브 BMS가 가장 최근에 상기 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 상기 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의되는 웨이크업 기간 동안, 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제2 배터리 모듈의 온도를 측정하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는 단계는, 상기 제1 배터리 모듈의 온도가 제1 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제1 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정한다.
또한, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는 단계는, 상기 제1 배터리 모듈의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상이면서 제2 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제2 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정한다. 이때, 상기 제2 설정 시간은 상기 제1 설정 시간보다 짧다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈들의 개별적인 온도에 따라, 배터리 팩의 상태를 관리하는 복수의 BMS들이 슬립모드로부터 웨이크업 모드로 전환되는 시간을 개별적으로 설정할 수 있다. 이로써, BMS가 불필요하게 웨이크업 모드에 진입함으로 인한 전력 소모를 저감할 수 있다.
아울러, 배터리 팩의 온도에 따라, 각 BMS가 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환되는 시점이 배터리 팩에 온도에 따라 적응적으로 조절됨으로써, 배터리 팩에 대한 보다 효율적인 냉각을 수행할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 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 전기 자동차의 기능적 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 모니터링 장치의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 모니터링 장치의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 모니터링 장치의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 모니터링 장치의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 온도 모니터링 방법을 보여주는 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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 전기 자동차, 배터리 팩 및 온도 모니터링 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차(1)의 기능적 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차(1)는 모터(10), 배터리 팩(100), 온도 모니터링 장치(200), 제어기(300) 및 냉각 장치(400)를 포함할 수 있다.
모터(10)는 배터리 팩(100)으로부터 공급되는 전기 에너지를 회전 에너지로 변환하도록 구성된다. 모터(10)로부터의 회전 에너지는 전기 자동차(1)의 바퀴 등으로 전달됨으로써, 전기 자동차(1)의 이동이 이루어질 수 있다.
배터리 팩(100)은 n개의 배터리 모듈들(110-1~110-n)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈들(110-1~110-n)은 배터리 팩(100) 내에서 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 각각의 배터리 모듈(110)은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 이때, 배터리 셀은 전기화학적 반응을 통해 반복적인 충전과 방전이 가능한 최소 단위체를 지칭하는 것일 수 있다.
온도 모니터링 장치(200)는 복수개의 슬레이브 BMS들(210-1~210-n) 및 마스터 BMS(220)를 포함한다.
각각의 슬레이브 BMS(이하, 'S-BMS'라고 칭함)(210)는 적어도 하나의 배터리 모듈(110)에 결합될 수 있다. 도 1에는 하나의 배터리 모듈(110)과 하나의 S-BMS(210)가 일대일로 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
각각의 S-BMS(210)는 슬립 모드와 웨이크업 모드로 동작할 수 있다. 슬립 모드에서, S-BMS(210)는 저전력을 소모하면서 마스터 BMS(220)로부터의 제어 신호를 대기한다. 웨이크업 모드에서, 각 S-BMS(210)는 자신과 결합된 어느 한 배터리 모듈(110)의 상태를 모니터링하고, 모니터링의 결과를 기초로 각 배터리 모듈(110)의 상태를 알리는 감시 데이터를 생성하도록 구성된다.
감시 데이터란, 배터리 모듈(110)의 개별적인 동작 상태를 나타내는 것으로서, 기본적으로 배터리 모듈(110)의 온도에 관한 정보를 포함하고, 추가적으로 전압, 전류, 내부 저항, SOC 및 SOH(State Of Health) 중 적어도 어느 하나 이상과 관련된 정보를 더 포함할 수 있다. 감시 데이터에 포함된 데이터 중, 배터리 모듈(110)의 온도를 나타내는 데이터를 '온도 데이터'라고 칭할 수 있다.
각각의 S-BMS(210)는 후술할 마스터 BMS(220)의 제어 명령에 의해서 또는 미리 정해진 주기에 따라 자신이 관리하는 배터리 모듈(110)로부터 측정한 온도값을 나타내는 온도 데이터를 생성한 후 통신망을 통해 연결된 마스터 BMS(220)에게 제공할 수 있다. 예컨대, 통신망은 CAN(Controller Area Network)과 같은 유선 통신망이거나, 블루투스와 같은 무선 통신망일 수 있다. 온도 데이터는, 복수의 S-BMS(210-1~210-n) 각각의 식별자를 포함할 수 있다. 이때, 각 식별자는, 배터리 모듈들(110-1~110-n)로부터 모니터링된 온도값들과 개별적으로 연관되어 있을 수 있다.
마스터 BMS(220)(이하, 'M-BMS'라고 칭함)는 복수개의 S-BMS들(210-1~200-n)로부터 제공되는 온도 데이터를 수신할 수 있다.
M-BMS(220)는 온도 데이터에 포함된 S-BMS들(210-1~200-n)의 식별자를 기초로, 온도 데이터에 포함된 각각의 온도값이 S-BMS들(210-1~200-n) 중 어느 것으로부터 모니터링된 것인지 확인할 수 있다.
M-BMS(220)는 온도 데이터를 기초로, 복수의 S-BMS들(210-1~210-n)의 웨이크업 시간을 개별적으로 지정하는 설정 데이터를 생성하도록 구성된다. 설정 데이터는 상기 통신망을 통해 S-BMS들(210-1~210-n) 중 적어도 하나에게 전송될 수 있다.
여기서, 웨이크업 시간은, 각 S-BMS(210)을 기동시키고자 하는 시간일 수 있다. 다시 말해, S-BMS(210)는 설정 데이터에 의해 지정된 웨이크업 시간에 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로부터 전환된다. 각 S-BMS(210)는 자신에게 지정된 웨이크업 시간에 웨이크업 모드에 진입한 때부터 소정 시간이 경과한 후 자동으로 슬립 모드로 전환될 수 있다. 이를 위해, S-BMS들(210-1~210-n)과 M-BMS(220)에는 실시간 클록이 내장될 수도 있다. S-BMS들(210-1~210-n) 각각에 지정되는 웨이크업 시간은 서로 같거나 다를 수 있음은 물론이다.
M-BMS(220)는 S-BMS들(210-1~210-n)로부터 전송되는 배터리 팩의 상태를 알리는 데이터를 취합하고, 취합된 데이터를 제어기(300)에게 전송할 수 있다.
제어기(300)는 전기 자동차(1)의 주행 상태를 알리는 주행 데이터를 생성하도록 구성된다. 예컨대, 상기 주행 데이터는, 전기 자동차(1)의 주행 속도, 지리적 위치, 외부 온도, 모터(10)의 회전 속도, 액셀 페달 위치, 브레이크 페달 위치, 탑승자 유무 등을 나타내는 정보를 포함할 수 있다. M-BMS(220)는 통신망을 통해 제어부(300)로부터 상기 주행 데이터를 수신할 수 있다.
M-BMS(220)는 상기 주행 데이터를 기초로, 미리 정해진 이벤트가 진행 중인지 여부를 판정할 수 있다. 상기 이벤트는, S-BMS(210)를 웨이크업 모드에 진입시키는 것이 적절한 것으로 사전 실험 등을 통해 미리 정해진 것이다. 예컨대, 모터(10)의 회전이 완전히 정지하거나 전기 자동차(1)의 시동이 오프된 상태가 상기 이벤트 중의 하나일 수 있다. M-BMS(220)는 상기 주행 데이터를 기초로, 전기 자동차(1)의 시동이 오프된 상태인지 확인할 수 있다. M-BMS(220)는 미리 정해진 이벤트가 진행되는 동안에 한하여, 상기 설정 데이터를 생성할 수 있다.
또한, 제어기(300)는 M-BMS(220)로부터 제공되는 데이터를 기초로, 냉각 장치(400)를 구동하기 위한 제어신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, M-BMS(220)로부터 제공되는 데이터가 배터리 팩(100)의 과열을 알리는 경우, 제어기(300)는 냉각 장치(400)에 전기 에너지가 공급되도록 하는 제어신호를 출력할 수 있다.
전술한 제어기(300)는 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기(300)는 PLC(Progammable Logic Controller)의 형태로 구현되는 것일 수 있다.
제어기(300)에는 메모리(310)가 구비될 수 있다. 메모리(310)는 전기 자동차(1)와 관련된 전반적인 동작에 요구되는 각종 데이터들 및 명령어를 저장할 수 있다. 메모리(310)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
메모리(310)에는 제어기(300)와 직접 또는 간접적으로 연결되는 다른 구성요소에 의해 처리되는 정보 또는 이들과 관련된 데이터가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수도 있다.
냉각 장치(400)는 제어기(300)로부터 제공되는 제어신호에 응답하여, 배터리 팩(100)을 냉각시키기 위한 동작을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 냉각 장치(400)는 소정의 냉각 매체(예, 공기, 냉각수)에 의해 배터리 팩(100)으로부터 발생되는 열이 외부로 배출되도록 냉각 팬(410)을 구동한다. 제어기(300)는 배터리 팩(100)의 온도값이 미리 정해진 임계값을 초과하는 경우, 배터리 팩(100)의 온도값과 상기 임계값 간의 차이값을 기초로, 냉각 장치(400)에 구비된 냉각 팬(410)의 회전 속도를 조절할 수 있다.
배터리 팩(100)의 온도값은, 상기 감지 데이터에 포함된 배터리 모듈들(110-1~110-n) 중 적어도 하나의 온도값을 기초로 M-BMS(220)에 의해 결정되는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 감지 데이터에 포함된 온도값들 중 최대 온도값이 배터리 팩(100)의 온도값으로 결정될 수 있다. 다른 예로, 상기 감지 데이터에 포함된 온도값들 중 둘 이상의 평균 온도값이 배터리 팩(100)의 온도값으로 결정될 수 있다.
도 1에는 배터리 팩(100)이 복수의 배터리 모듈들(110-1~110-n)만을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 배터리 팩(100)은 관리 장치(200) 및/또는 냉각 장치(400)까지 포함하는 형태로 구현될 수도 있다. 예컨대, 냉각 장치(400)는 배터리 팩(100)의 케이스에 일체로 결합 가능하도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해, 배터리 팩(100)에 포함되는 배터리 모듈(110)은 3개이며, 이들 각각을 제1 배터리 모듈(110-1), 제2 배터리 모듈(110-2) 및 제3 배터리 모듈(110-3)이라고 칭하기로 한다. 또한, 제1 배터리 모듈(110-1), 제2 배터리 모듈(110-2) 및 제3 배터리 모듈(110-3) 각각의 온도는, 제1 S-BMS(210-1), 제2 S-BMS(210-2) 및 제3 S-BMS(210-3)에 의해 반복적으로 모니터링될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 모니터링 장치(200)의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2를 참조하면, 온도 모니터링 장치(200)는 미리 정해진 순서에 따라 배터리 모듈들(110-1~110-3)의 온도를 개별적으로 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 온도 모니터링 장치(200)는, 어느 특정 시점에 배터리 모듈들 중 하나만의 온도만을 모니터링하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2의 화살표가 지시하는 바와 같이, 제1 배터리 모듈(110-1) → 제2 배터리 모듈(110-2) → 제3 배터리 모듈(110-3) → 제1 배터리 모듈(110-1)의 순서로, 배터리 모듈들의 온도가 순차적으로 모니터링될 수 있다.
일반적으로, 배터리 모듈들(110-1~110-3)은 배터리 팩(100)의 케이스 내에 공통적으로 수용되므로, 특수한 상황(예, 고장)을 제외한다면, 동일한 시점에 배터리 모듈들 간의 온도 편차는 매우 작을 것이다. 다시 말해, 배터리 모듈들 중 어느 하나에 의해 측정된 온도는 나머지 배터리 모듈의 온도까지 대변하는 것일 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100)의 온도를 모니터링하기 위해 배터리 팩(100)의 상태를 관리하는 모든 S-BMS들(210-1~210-3)이 동시에 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환되는 것은 매우 비효율적인 방식일 것이다.
대신, 온도 모니터링 장치(200)의 M-BMS(220)는 S-BMS들(210-1~210-3) 중 어느 하나에 설정한 웨이크업 시간과는 상이한 웨이크업 시간을 나머지 슬레이브 BMS들 중 적어도 하나에 설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 S-BMS(210-1)의 웨이크업 시간이 2016년 5월 10일 오후 1시로 기 설정된 경우, M-BMS(220)는 2016년 5월 10일 오후 1시와는 다른 시간을 제2 S-BMS(210-2) 및 제3 S-BMS(210-3) 중 적어도 하나의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다.
한편, 상기 미리 정해진 이벤트가 진행되는 동안의 특정 시점에, S-BMS들(210-1~210-3) 중 어느 하나(210-1)의 다음 웨이크업 시간은 기 설정되어있는 반면, 나머지 S-BMS들(210-2, 210-3)의 다음 웨이크업 시간은 아직 설정되지 않은 경우, M-BMS(220)는 제1 S-BMS(210-1)로부터 전송되는 제1 온도 데이터를 기초로 S-BMS들(210-2, 210-3) 중 적어도 하나의 다음 웨이크업 시간을 결정할 수 있다.
이에 대해, 도 3 내지 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 8에 있어서, 제1 설정 온도(TS1)는 배터리 팩(100)의 과열 우려가 있는지 여부를 판정하기 위한 사전 실험을 통해 미리 정해진 하한값일 수 있다. 아울러, 제2 설정 온도(TS2)는 배터리 팩(100)이 이미 과열되었는지 여부를 판정하기 위한 사전 실험을 통해 미리 정해진 상한값일 수 있다. 즉, 배터리 팩(100)의 온도가 제1 설정 온도(TS1) 미만이라는 것은, 배터리 팩(100)의 과열 우려가 전혀 없는 상태임을 의미한다. 또한, 배터리 팩(100)의 온도가 제2 설정 온도(TS2) 이상이라는 것은, 배터리 팩(100)이 이미 과열된 상태임을 의미한다. 또한, 배터리 팩(100)의 온도가 제1 설정 온도(TS1) 이상이면서 제2 설정 온도(TS2) 미만이라는 것은, 배터리 팩(100)이 곧 과열될 징후를 보이는 상태임을 의미한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 모니터링 장치(200)의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 제1 S-BMS(210-1)에 의해 측정된 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)가 제1 설정 온도(TS1) 미만인 경우를 예시한다. 구체적으로, 제1 S-BMS(210-1)는 M-BMS(220)에 의해 가장 마지막으로 통지된 웨이크업 시간(t1A)에 웨이크업 모드로 전환한다. 즉, 제1 S-BMS(210-1)는 가장 마지막으로 슬립 모드로 전환되었던 시간부터 웨이크업 시간(t1A)이 도래할 때까지 슬립 모드로 유지되다가, 자신에게 기 설정된 웨이크업 시간(t1A)이 도래한 경우, 제1 S-BMS(210-1)는 미리 정해진 유지 시간(Δtp) 동안 웨이크업 모드로 유지된다. 즉, 제1 S-BMS(210-1)는 웨이크업 시간(t1A)부터 유지 시간(Δtp)이 경과하면 다시 슬립 모드로 전환된다. 가장 최근의 웨이크업 시간(t1A)부터 다시 슬립 모드로 전환되는 시간(t1B)까지를 웨이크업 기간이라고 칭할 수 있다. 즉, 유지 시간(Δtp)이 각 웨이크업 기간의 길이를 의미한다.
전술한 바와 같이, 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)가 제1 설정 온도(TS1) 미만이므로, 제1 배터리 모듈(110-1)은 과열 우려가 전혀 없는 상태이며, 이로부터 나머지 배터리 모듈들(110-2, 110-3) 역시 과열 우려가 없거나 매우 미미한 상태일 것임은 당업자라면 어렵지 않게 이해할 수 있다. 따라서, 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도를 측정하기 위한 제2 S-BMS(210-2)의 웨이크업 시간은, 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)가 제1 설정 온도(TS1) 이상인 경우의 웨이크업 시간보다 딜레이되는 것이 바람직하다.
제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)가 제1 설정 온도(TS1) 미만인 경우, M-BMS(220)는 현재 시간(tc1)과 제1 설정 시간(ΔtS1)의 합과 동일한 시간을 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간(t2A)으로 설정할 수 있다. 즉, 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간(t2A)은, 현재 시간(tc1)으로부터 제1 설정 시간(ΔtS1)이 경과한 시간이다. 이때, 현재 시간(tc1)은 시간(t1B)과 같거나 그 이후의 시간이다. 도 3에서, 제2 S-BMS(210-2) 및 제3 S-BMS(210-3)은 적어도 시간(t1A)부터 시간(t2A)까지는 슬립 모드에 있을 수 있다.
도 4는 도 3과 달리, 제1 S-BMS(210-1)에 의해 웨이크업 기간에 측정된 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1B)가 제1 설정 온도(TS1) 이상이면서 제2 설정 온도(TS2) 미만인 경우를 예시한다. 즉, 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1B)가 도 3에서의 온도(T1A)보다 높다.
제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1B)가 제1 설정 온도(TS1) 이상이면서 제2 설정 온도(TS2) 미만이라는 것은 제1 배터리 모듈(110-1)의 과열 우려가 상당히 높은 상태임을 의미하므로, 배터리 팩(100)의 온도를 상대적으로 빠른 주기로 모니터링하는 것이 요구된다. 이를 위해, M-BMS(220)는 현재 시간(tc1)과 제2 설정 시간(ΔtS2)의 합과 동일한 시간을 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간(t2A')으로 설정할 수 있다. 즉, 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간(t2A')은, 현재 시간(tc1)으로부터 제2 설정 시간(ΔtS2)이 경과한 시간이다.
여기서, 제2 설정 시간(ΔtS2)은 제1 설정 시간(ΔtS1)보다 짧은 시간이다. 이에, 제2 S-BMS(210-2)는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)가 제1 설정 온도(TS1) 미만인 경우보다 ΔtS1 - ΔtS2만큼 더 빨리 웨이크업 모드로 전환될 수 있다. 도 4에서, 제2 S-BMS(210-2) 및 제3 S-BMS(210-3)은 적어도 시간(t1A)부터 시간(t2A')까지는 슬립 모드에 있을 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 모니터링 장치(200)의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5 및 도 6은, 도 3과 같이 제2 S-BMS(210-2)가 M-BMS(220)에 의해 설정된 웨이크업 시간(t2A)에 웨이크업 모드로 전환된 경우를 예시한다.
먼저 도 5를 참조하면, 제2 S-BMS(210-2)는 웨이크업 시간(t2A)부터 유지 시간(Δtp)이 경과한 시간(t2B)에 다시 슬립 모드로 전환될 수 있다. 즉, 제2 S-BMS(210-2)는 웨이크업 시간(t2A)부터 유지 시간(Δtp) 동안 웨이크업 모드에서 동작한다. 제2 S-BMS(210-2)의 웨이크업 기간 동안, 제2 S-BMS(210-2)는 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)를 측정하고, 측정된 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도를 나타내는 제2 온도 데이터를 M-BMS(220)에게 전송한다. 도시된 바와 같이, 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)는 제1 설정 온도(TS1) 이상이면서 제2 설정 온도(TS2) 미만일 수 있다.
이 경우, M-BMS(220)는 도 3을 참조하여 전술한 방식과 동일하게, 현재 시간(tC2) 및 제1 설정 시간(Δts1)의 합과 동일한 시간을 제3 S-BMS(210-3)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다.
대신, M-BMS(220)는 다른 연산 과정을 통해, 제3 S-BMS(210-3)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다. 바람직하게는, M-BMS(220)는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)와 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)를 비교한 결과를 더 기초로, 제3 S-BMS(210-3)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다.
구체적으로, M-BMS(220)는 제1 S-BMS(210-1)에 의해 가장 최근에 측정된 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)에서 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)를 뺀 차이값 즉, T1A - T2A을 연산할 수 있다. 상기 차이값이 양수라는 것은, 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)가 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)보다 낮다는 것을 의미한다. 반대로, 상기 차이값이 음수라는 것은, 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)가 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)보다 높다는 것을 의미한다.
도 5에는, 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)가 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)보다 높으므로, 상기 차이값 T1A - T2A은 음수일 것이다. 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)보다 더 늦게 측정된 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2A)가 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)보다 높다는 것은, 배터리 팩(100)의 온도가 높아지는 중인 상태라는 것을 암시하는 것이다.
따라서, 상기 차이값 T1A - T2A이 음수인 경우, 현재 시간(tC2)에 제1 설정 시간(ΔtS1)을 합한 시간보다 더 빨리 제3 S-BMS(210-3)가 웨이크업 모드로 전환되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, M-BMS(220)는 현재 시간(tC2)과 제3 설정 시간(ΔtS1)을 합한 시간을 제3 S-BMS(210-3)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다. 제3 설정 시간(ΔtS1)은 제1 설정 시간(ΔtS1)에서 보상 시간(ΔtK1)을 뺀 시간일 수 있다. 보상 시간(ΔtK1)은 상기 차이값 T1A - T2A에 대응하는 길이를 가질 수 있다. 즉, t3A = tC2 +ΔtS3 = (tC2 +ΔtS1) - ΔtK1이다. 이때, M-BMS(220)는 미리 정해진 알고리즘 등을 이용하여 상기 차이값 T1A - T2A에 대응하는 보상 시간(ΔtK1)을 결정할 수 있다. 도 5에서, 제1 S-BMS(210-1) 및 제3 S-BMS(210-3)은 적어도 시간(t2A)부터 시간(t3A)까지는 슬립 모드에 있을 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 도 5와는 반대로, 제2 S-BMS(210-2)가 웨이크업 시간(t2A)부터 슬립 모드로 재전환되는 시간(t2B)까지의 웨이크업 기간 내에서 측정한 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2B)가 제1 설정 온도(TS1) 미만임과 아울러, 앞서 측정된 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)보다 낮은 것을 확인할 수 있다. 이 경우, M-BMS(220)는 제1 S-BMS(210-1)에 의해 가장 최근에 측정된 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)에서 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2B)를 뺀 차이값 즉, T1A - T2B을 연산할 수 있다. 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도(T2B)가 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도(T1A)보다 낮으므로, 상기 차이값 T1A - T2B은 양수일 것이다. 상기 차이값 T1A - T2B이 양수라는 것은, 배터리 팩(100)에 대한 냉각이 원활히 진행되는 중이라는 것을 암시하는 것이다. 다시 말해, 배터리 팩(100)의 과열 우려가 상대적으로 낮아졌을 가능성이 높다.
따라서, 상기 차이값 T1A - T2B이 양수인 경우, 현재 시간(tC2)에 제4 설정 시간(ΔtS4)을 합한 시간(t3A')을 제3 S-BMS(210-3)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다. 제4 설정 시간(ΔtS4)은 제3 설정 시간(ΔtS3)보다 길 수 있다. 예컨대, 제4 설정 시간(ΔtS4)은 제1 설정 시간(ΔtS1)에서 보상 시간(ΔtK2)을 합한 시간일 수 있다. 보상 시간(ΔtK2)은 상기 차이값 T1A - T2B에 대응하는 길이를 가질 수 있다. 즉, t3A' = tC2 +ΔtS4 = (tC2 +ΔtS1) + ΔtK2이다. 이때, M-BMS(220)는 미리 정해진 알고리즘 등을 이용하여 상기 차이값 T1A - T2B에 대응하는 보상 시간(ΔtK2)을 결정할 수 있다. 도 6에서, 제1 S-BMS(210-1) 및 제3 S-BMS(210-3)은 적어도 시간(t2A)부터 시간(t3A')까지는 슬립 모드에 있을 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 모니터링 장치(200)의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 7은 도 3과 비교할 때, 제1 S-BMS(210-1)가 단일의 웨이크업 기간인 시간(t1A)부터 시간(t1B)까지 동안 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도를 다수번 측정한다는 점에서 상이하다. 구체적으로, 제1 S-BMS(210-1)는 M-BMS(220)에 의해 가장 마지막으로 통지된 웨이크업 시간(t1A)부터 미리 정해진 유지 시간(Δtp) 동안 웨이크업 모드로 유지된 후 슬립 모드로 재전환된다는 점에서는 도 3과 동일하다. 다만, 단일의 웨이크업 기간 내의 서로 다른 복수의 시점마다 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도를 측정한다는 점에서 상이하다. 제1 S-BMS(210-1)는 단일의 웨이크업 기간 내의 서로 다른 복수의 시점에 제1 배터리 모듈(110-1)로부터 측정된 복수의 온도값들을 포함하는 제1 온도 데이터를 M-BMS(220)에게 전송할 수 있다.
M-BMS(220)는 제1 S-BMS(210-1)로부터 전송된 제1 온도 데이터를 기초로, 웨이크업 기간 동안에 나타난 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도의 변화 패턴을 분석할 수 있다. 예컨대, M-BMS(220)는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도가 시간의 경과에 따라 증가하는지 아니면 감소하는지 판정할 수 있다.
또한, M-BMS(220)는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도 및 상기 변화 패턴을 기초로, 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정할 수 있다.
가령, 단일의 웨이크업 기간 동안 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도는 점차적으로 증가할 수 있다. 다시 말해, 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도 기울기가 양의 값을 가질 수 있다. 예컨대, 도 7과 같이, 단일의 웨이크업 기간 동안 제1 배터리 모듈(110-1)로부터 측정된 3개의 온도값들이 일정한 기울기로 증가하여, T1C < T1D < T1E < TS1의 관계를 만족할 수 있다.
이 경우, M-BMS(220)는 현재 시간(tc1)과 제5 설정 시간(ΔtS5)의 합과 동일한 시간(t2A'')을 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다. 여기서, 제5 설정 시간(ΔtS5)은, 제1 설정 시간(ΔtS1)에서 보상 시간(ΔtK3)을 뺀 시간과 동일할 수 있다. 즉, t2A'' = (tC1 +ΔtS1) - ΔtK3 = tC1 + ΔtS5이다. 보상 시간(ΔtK3)은 양의 값을 가지는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도 기울기에 대응하는 길이를 가질 수 있다.
도 8은 단일의 웨이크업 기간 동안 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도가 점차적으로 감소하는 경우의 온도 모니터링 장치(200)의 동작을 예시한다. 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도 기울기가 음의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이, 단일의 웨이크업 기간 동안 제1 배터리 모듈(110-1)로부터 측정된 3개의 온도값들이 일정한 기울기로 감소하여, T1H < T1G < T1F < TS1의 관계를 만족할 수 있다.
이 경우, M-BMS(220)는 현재 시간(tc1)과 제6 설정 시간(ΔtS6)의 합과 동일한 시간(t2A''')을 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다. 여기서, 제6 설정 시간(ΔtS6)은, 제1 설정 시간(ΔtS1)에 보상 시간(ΔtK4)을 더한 시간과 동일할 수 있다. 즉, t2A'''= (tC1 +ΔtS1) + ΔtK4 = tC1 + ΔtS6이다. 보상 시간(ΔtK4)은, 음의 값을 가지는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도 기울기에 대응하는 길이를 가질 수 있다.
도 7 및 도 8에는 온도 모니터링 장치(200)의 M-BMS(220)가 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도의 변화 패턴에 따라, 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간을 설정하는 방식을 중심으로 설명하였으나, 다른 배터리 모듈에 대하여도 동알한 방식으로 동작할 수 있다. 예컨대, M-BMS(220)는 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도의 변화 패턴에 따라, 제3 S-BMS(210-3)의 다음 웨이크업 시간을 설정할 수도 있다. 다른 예로, M-BMS(220)는 제3 배터리 모듈(110-3)의 온도의 변화 패턴에 따라, 제1 S-BMS(210-1)의 다음 웨이크업 시간을 설정할 수도 있다.
또한, 도 7 및 도 8에는 제1 배터리 모듈(110-1)이 제1 설정 온도(TS1) 미만인 경우만을 예시하였으나, 모듈이 제1 설정 온도(TS1) 이상인 경우에도 유사한 방식이 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 온도 모니터링 방법을 보여주는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 단계 S910에서, 제1 S-BMS(210-1)는 M-BMS(220)에 의해 자신에게 기 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환한다. 단계 S910 후에 단계 S920으로 진행한다.
단계 S920에서, 제1 S-BMS(210-1)는 웨이크업 기간 동안, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도를 적어도 한번 이상 측정한다. 웨이크업 기간은, 가장 최근에 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의될 수 있다. 단계 S920 후에 단계 S930으로 진행한다.
단계 S930에서, 제1 S-BMS(210-1)는 상기 웨이크업 기간 동안에 측정된 상기 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도를 나타내는 제1 온도 데이터를 M-BMS(220)에게 전송한다. 단계 S930 후에 단계 S940으로 진행한다.
단계 S940에서, M-BMS(220)는 단계 S930을 통해 제1 S-BMS(210-1)로부터 전송된 제1 온도 데이터를 기초로, 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간을 설정한다. 예를 들어, M-BMS(220)는 제1 온도 데이터에 대응하는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도가 제1 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제1 설정 시간의 합과 동일한 시간을 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다. 다른 예로, M-BMS(220)는 제1 배터리 모듈(110-1)의 온도가 제1 설정 온도 이상이면서 제2 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제2 설정 시간의 합과 동일한 시간을 제2 S-BMS(210-2)의 다음 웨이크업 시간으로 설정할 수 있다. 이때, 제2 설정 시간은 제1 설정 시간보다 짧을 수 있다. 단계 S940 후에 단계 S950으로 진행한다.
단계 S950에서, 제2 S-BMS(210-2)는 단계 S940를 통해 M-BMS(220)에 의해 자신에게 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환한다. 단계 S950 후에 단계 S960으로 진행한다.
단계 S960에서, 제2 S-BMS(210-2)는 가장 최근에 상기 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의되는 웨이크업 기간 동안, 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제2 배터리 모듈(110-2)의 온도를 측정한다. 단계 S960 후에 단계 S970으로 진행한다.
단계 S970에서, 제2 S-BMS(210-2)는 웨이크업 기간 동안에 측정된 제21 배터리 모듈(110-2)의 온도를 나타내는 제2 온도 데이터를 M-BMS(220)에게 전송한다.
도시하지는 않았으나, 단계 S970 후, M-BMS(220)는 단계 S970를 통해 제2 S-BMS(210-2)로부터 전송된 제2 온도 데이터를 기초로, 제2 S-BMS(210-2) 외의 다른 S-BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (13)

  1. 제1 슬레이브 BMS 및 제2 슬레이브 BMS를 포함하는 복수의 슬레이브 BMS들; 및
    상기 복수의 슬레이브 BMS들과 통신 가능하도록 연결되는 마스터 BMS;를 포함하되,
    상기 각 슬레이브 BMS는,
    상기 마스터 BMS에 의해 자신에게 기 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환하고,
    가장 최근에 상기 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 상기 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의되는 웨이크업 기간 동안, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈들 중 자신에게 지정된 어느 한 배터리 모듈의 온도를 측정하며, 상기 웨이크업 기간 동안에 측정된 온도를 나타내는 온도 데이터를 상기 마스터 BMS에게 전송하고,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제1 슬레이브 BMS로부터 전송된 것으로서 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제1 온도 데이터를 기초로, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 배터리 팩이 장착된 전기 자동차로부터 상기 전기 자동차의 주행 상태를 알리는 주행 데이터를 수신하고,
    상기 주행 데이터를 기초로, 미리 정해진 이벤트가 진행 중인지 여부를 판정하며,
    상기 미리 정해진 이벤트가 진행되는 동안에 한하여, 상기 제1 슬레이브 BMS로부터 전송된 제1 온도 데이터를 기초로, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 복수의 슬레이브 BMS들 중 어느 하나에 설정한 웨이크업 시간과는 상이한 웨이크업 시간을 나머지 슬레이브 BMS들 중 적어도 하나에 설정하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제1 배터리 모듈의 온도가 제1 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제1 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정하되,
    상기 제2 슬레이브 BMS는,
    상기 복수의 배터리 모듈들 중 제2 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제2 온도 데이터를 상기 마스터 BMS에게 전송하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제1 배터리 모듈의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상이면서 제2 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제2 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정하되,
    상기 제2 설정 시간은 상기 제1 설정 시간보다 짧은, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 슬레이브 BMS들은,
    상기 복수의 배터리 모듈들 중 제3 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제3 온도 데이터를 상기 마스터 BMS에게 전송하는 제3 슬레이브 BMS;를 더 포함하고,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제1 배터리 모듈의 온도에서 상기 제2 배터리 모듈의 온도를 뺀 차이값을 연산하고,
    상기 제2 온도 데이터 및 상기 차이값을 기초로, 상기 제3 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 차이값이 음수인 경우, 현재 시간 및 제3 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정하고,
    상기 차이값이 양수인 경우, 현재 시간 및 제4 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정하되,
    상기 제4 설정 시간은 상기 제3 설정 시간보다 긴, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 데이터는,
    상기 제1 슬레이브 BMS의 상기 웨이크업 기간 내의 서로 다른 복수의 시점에 상기 제1 배터리 모듈로부터 측정된 복수의 온도값들을 포함하고,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제1 온도 데이터에 포함된 상기 복수의 온도값들을 기초로, 상기 웨이크업 기간 동안에 나타난 상기 제1 배터리 모듈의 온도의 변화 패턴을 분석하고,
    상기 변화 패턴을 더 기초로, 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 장치;
    를 포함하는, 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 배터리 팩;
    을 포함하는, 전기 자동차.
  11. 제1 슬레이브 BMS가 자신에게 기 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환하는 단계;
    상기 제1 슬레이브 BMS가 가장 최근에 상기 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 상기 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의되는 웨이크업 기간 동안, 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈의 온도를 측정하는 단계;
    상기 제1 슬레이브 BMS가 상기 웨이크업 기간 동안에 측정된 상기 제1 배터리 모듈의 온도를 나타내는 제1 온도 데이터를 마스터 BMS에게 전송하는 단계;
    상기 마스터 BMS가 상기 제1 온도 데이터를 기초로 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는 단계;
    상기 제2 슬레이브 BMS가 상기 마스터 BMS에 의해 자신에게 설정된 웨이크업 시간이 도래한 경우 슬립 모드로부터 웨이크업 모드로 전환하는 단계; 및
    상기 제2 슬레이브 BMS가 가장 최근에 상기 웨이크업 모드로 전환된 시점부터 상기 슬립 모드로 재전환되는 시점까지로 정의되는 웨이크업 기간 동안, 상기 복수의 배터리 모듈들 중 제2 배터리 모듈의 온도를 측정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는 단계는,
    상기 제1 배터리 모듈의 온도가 제1 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제1 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정하는, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간을 설정하는 단계는,
    상기 제1 배터리 모듈의 온도가 상기 제1 설정 온도 이상이면서 제2 설정 온도 미만인 경우, 현재 시간 및 제2 설정 시간의 합과 동일한 시간을 상기 제2 슬레이브 BMS의 다음 웨이크업 시간으로 설정하되,
    상기 제2 설정 시간은 상기 제1 설정 시간보다 짧은, 배터리 팩을 위한 온도 모니터링 방법.
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