WO2020071734A1 - 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템 및 이의 구동방법 - Google Patents

스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템 및 이의 구동방법

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WO2020071734A1
WO2020071734A1 PCT/KR2019/012827 KR2019012827W WO2020071734A1 WO 2020071734 A1 WO2020071734 A1 WO 2020071734A1 KR 2019012827 W KR2019012827 W KR 2019012827W WO 2020071734 A1 WO2020071734 A1 WO 2020071734A1
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smart slave
slave bms
bms
smart
management system
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PCT/KR2019/012827
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문태현
황상진
배철민
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㈜티에스식스티즈
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Definitions

  • the present invention relates to a battery management system (Battery Management System: "BMS”), in particular, even in the event of a problem with the master BMS, it is possible to operate without stopping the system, thereby improving stability, improving smart slave battery management with improved precision and speed It's about the system.
  • BMS Battery Management System
  • the present invention relates to a method for driving the smart slave battery management system.
  • Secondary batteries that can be charged and discharged and have electrical characteristics such as high energy density, such as lithium ion batteries, are eco-friendly, compact, and lightweight, so they are suitable for application to mobile devices and devices such as electric vehicles.
  • the secondary battery is composed of a plurality of unit cells and electrically connected to each other in order to obtain a required high output.
  • a unit cell generally includes components such as a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, and an electrolyte, and it is possible to repeatedly charge and discharge by electrochemical reaction between them.
  • the assembly of the plurality of unit cells connected to each other forms one battery pack, and the battery packs are usually provided in plural and connected in series and parallel to each other to form a single battery pack system.
  • BMS Battery Management System
  • These BMSs are generally designed in a so-called master-slave BMS method, which is composed of a master BMS and a plurality of slave BMSs that are attached to a battery pack and mainly sense their state.
  • the sensing measurement function is performed by a plurality of slave BMS as described below, and the control and operation estimation function monitors the state of the battery based on the master BMS receiving the detected data from the slave BMS and based on this. Control.
  • FIG. 1 and 2 show a configuration diagram of a conventional battery pack system, and will be described in more detail with reference to these drawings.
  • each slave BMS 20A is electrically connected to a plurality of battery packs 30A composed of a plurality of batteries or unit cells 40A, respectively, and the state of the battery 40A (Eg voltage, current and temperature) are measured. Then, the slave BMS 20A transmits these state data to the master BMS 10A, and the master BMS 10A controls each battery 40A based on this.
  • An example of related prior art is Korean Patent Publication No. 10-2012-0037163.
  • the circuit board of the master BMS 10B and each of the plurality of slave BMSs 20B arranged in a chain shape are connected to each other through a so-called daisy chain 70B, which is a serial communication network.
  • daisy chain 70B which is a serial communication network.
  • each slave BMS 20B measures the battery state of each corresponding battery pack 30B, and inputs its data sequentially from the top slave BMS 20B to the bottom slave BMS 20B one by one through a daisy chain 70B. Finally, it is transmitted to the master BMS 10B by accumulating it, and the control signal from the master BMS 10B calculated based on the received data is also sequentially through the daisy chain 70B in the same manner as before. It is transmitted to each slave BMS (20B) from the top to the bottom.
  • Such a system shutdown causes serious problems such as battery deterioration by completely shutting off the power supply from the system or generating an abnormal voltage until the problem is solved.
  • the present invention can be operated without stopping the system even when a problem occurs in the master BMS, unlike the conventional battery management system. It is intended to provide a battery management system and a driving method thereof.
  • the present invention for solving the above problems relates to a battery management system for controlling a battery system configured by connecting a plurality of battery packs each electrically connected to each other.
  • each of the plurality of battery packs measures and calculates data on the electrical characteristic values of the battery packs it manages in real time, and communicates with each other to exchange their measured and calculated data in real time with each other.
  • It includes a plurality of Smart Slave BMSs that monitor each other's status in real time by storing and updating them inside each other.
  • each of the plurality of smart slave BMSs has a structure that is capable of performing both a master function and a slave function, but is switched to perform one of the master function and the slave function according to selection, so that the plurality of smart slaves One of the slave BMSs is switched to the master mode smart slave BMS to perform the master function, and the other smart slave BMS is switched to the slave mode smart slave BMS to perform the slave function.
  • the master mode smart slave BMS receives the measured and calculated data from each of the slave mode smart slave BMSs, collects and processes them, and controls the battery management system.
  • the smart slave BMS whose status is recognized as a fault can be removed and removed from the battery management system.
  • the master mode smart slave BMS whose status is recognized as fault can be separated and removed from the battery management system, and any other smart slave BMS can be switched to the master mode smart slave BMS.
  • the measured and calculated data may include one or more of an SOC estimate and an SOH estimate.
  • the measured and calculated data may further include one or more of current and voltage, temperature and ambient temperature of the battery cell or battery pack.
  • the master mode smart slave BMS may control power supply to a driving load externally connected to the battery management system, control charge / discharge of the battery cell, control voltage smoothing between the battery cells, and process the processed according to an external request. One or more of the calculation and output of the data may be performed.
  • the communication may be CAN communication.
  • a plurality of battery packs each configured with a plurality of battery cells electrically connected to each other are configured to be electrically connected to each other, and each of the plurality of battery packs has both a master function and a slave function.
  • Each of the plurality of Smart Slave BMSs communicate with each other to check the connection status of each other, and each measure and calculate the data on the electrical characteristic values of the battery packs they manage in real time, and measure and calculate their own data. Monitoring each other's status in real time by exchanging them with each other in real time and storing and updating each of them inside;
  • the master mode smart slave BMS controls the battery management system by collecting or processing the measured and calculated data from each of the slave mode smart slave BMS.
  • the method can further include the following steps:
  • the master mode smart slave BMS checks in real time one or more voltage levels of the slave mode smart BMS based on the measured and calculated data; When the voltage level is less than a predetermined reference range, the battery cell is initially charged until the range is reached; When the voltage level is within a predetermined reference range, an electrical connection to an externally connected driving load of the battery management system is initiated.
  • the step may include adding a new smart slave BMS to the battery management system and replacing the removed smart slave BMS with the new smart slave BMS.
  • the smart slave BMS in the fault state is removed and removed from the battery management system and replaced with any other smart slave BMS to clear the fault state.
  • the smart slave BMS in the fault state is the master mode smart slave BMS
  • the master mode smart slave BMS recognized as a fault is removed and removed from the battery management system, and any other smart slave BMS master It may include switching to a mode smart slave BMS.
  • a new smart slave BMS is further input to the battery management system, and the other one smart slave BMS is among the plurality of remaining smart slave BMSs including the new smart slave BMS.
  • One can be arbitrarily selected.
  • the smart slave BMS system according to the present invention is greatly improved in stability and very advantageous since it is replaced and operated by other BMS without stopping the system even when a problem occurs in the master BMS.
  • each smart slave BMS independently calculates not only the status data of each other, but also the estimated values of the state of charge (SOC) and health of the battery (SOH) in real time, and exchanges and stores them between each other
  • SOC state of charge
  • SOH health of the battery
  • 1 and 2 are views schematically showing the structure of a conventional battery pack system, respectively.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of a smart slave BMS according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a structure of a smart slave BMS system 100 according to an embodiment of the present invention in which a plurality of smart slave BMSs of FIG. 3 are connected.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the smart slave BMS system according to the present invention.
  • fault is used to mean not only a failure of a battery cell or a BMS, but also a disconnection or short circuit of these connection lines.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems, and provides a plurality of so-called smart slave BMSs, which are distributed structures in which a master BMS function is assigned to a slave BMS.
  • the smart slave BMS is configured such that each board can also perform a master function.
  • each of these smart slave BMSs is electrically connected to a corresponding battery pack, while communicating with each other, exchanging their state data and estimated data calculated based on the same in real time, and relying on itself and other smart slaves
  • the data of the BMS is stored and updated in each.
  • one of these smart slave BMSs is randomly selected to function as a master, and the smart slave BMS (hereinafter referred to as "master mode smart slave BMS") selected to function as a master function receives data from the remaining smart slave BMSs and collects them. Based on this, the entire system is collectively controlled.
  • a smart slave BMS when a smart slave BMS is in a fault state, it is possible to recognize it in real time and take immediate action.
  • other smart slave BMSs can recognize it in real time as described above.
  • it By selecting it as a BMS and continuously controlling and operating the system, it can be operated stably without interruption of the system. Therefore, when a problem occurs in the master BMS as in the prior art, the situation in which the entire system had to be stopped can be basically excluded, which is very advantageous.
  • each smart slave BMS is a state data of each other (for example, measurement of electrical characteristics of current and voltage, current and voltage of the battery pack, voltage and temperature of each battery cell and surroundings)
  • SOC state of charge
  • SOH state of health
  • FIG. 3 shows the components mounted on the smart slave BMS 110 board according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the smart slave BMS system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the smart slave BMS 110 is electrically connected to each battery pack 130 configured by stacking a plurality of battery cells 140 electrically connected to each other.
  • the plurality of smart slave BMSs 100 are connected to each other as well as illustrated in FIG. 4 to form the entire smart slave BMS system 100.
  • the smart slave BMS 110 is generally a sensing unit 112, a microcontroller unit (MCU) 111, a power unit 119, a storage unit 114, the communication unit It may include a 113 and the interface unit 118, the protection circuit unit 117 and the mode control unit 115.
  • MCU microcontroller unit
  • the sensing unit 112 transmits the sensing data obtained by measuring the current and voltage of the battery pack, the voltage and temperature of each battery cell, and the ambient temperature to the MCU 111.
  • the sensing unit 112 may include a conventional analog-to-digital converter (ADC) that converts the measured analog data into digital data.
  • ADC analog-to-digital converter
  • a sensor unit 170 including a current sensor that measures the output current amount of the battery pack and outputs it to the sensing unit 112 may be connected to the sensing unit 112.
  • a cooling fan for cooling the heat generated by the battery pack based on a control signal output from the MCU 111 may be separately connected to the interface unit 118 from the outside.
  • the MCU 111 performs an operation based on the sensing data transmitted from the sensing unit 112 to charge a state of a battery ("SOC”) and a state of health (“SOH”). ), Etc. are estimated and information indicating the state of the battery is generated and processed, and then provided to the outside. As described later, charging and discharging of the battery cell is controlled based on the collected SOC and SOH estimates.
  • SOC state of a battery
  • SOH state of health
  • each smart slave BMS 110 is electrically connected to each other to exchange and monitor sensing data and data including SOC and SOH estimates. That is, as described above, each smart slave BMS 110 prepares real-time sensing data related to its own state and calculates and extracts SOC and SOH estimates in real time from its MCU 111 based on this.
  • the communication unit 113 of each smart slave BMS 110 transmits all of its data to the other smart slave BMS 100 through the interface unit 118 and exchanges them by receiving all of the data.
  • the storage unit 140 of each smart slave BMS 110 stores and updates all data of the smart slave BMS 100 different from itself with the ID of the corresponding smart slave BMS 100.
  • the storage unit 140 may be a conventional volatile or nonvolatile memory.
  • one of the plurality of smart slave BMS 110 in the present invention is automatically selected through the mode control unit 115 to arbitrarily function as a master, and the selected master mode smart slave BMS 110 is the remaining smart slave BMSs.
  • the entire system is collectively controlled based on all data received from the 110.
  • a user may forcibly intervene through a switching element (eg, a dip switch) connected to the outside to manually select any master mode smart slave BMS 110.
  • the remaining smart slave BMSs 110 have sensing data (for example, electrical characteristic values of current and voltage, current and voltage of the battery pack, voltage and temperature of each battery cell, and ambient temperature, etc.) and SOC and SOH calculated based thereon. While data such as the estimated value is exchanged and stored updated with each other, it is transmitted to the selected master mode smart slave BMS 100 in real time.
  • sensing data for example, electrical characteristic values of current and voltage, current and voltage of the battery pack, voltage and temperature of each battery cell, and ambient temperature, etc.
  • each smart slave BMS 110 of the present invention may further include a cell balancing unit composed of a conventional electric circuit for the voltage smoothing operation.
  • the master mode smart slave BMS 100 arbitrarily processes data transmitted from the remaining smart slave BMSs 100 according to an external request, such data (for example, the current total system data)
  • data for example, the current total system data
  • the average value, standard deviation, maximum / minimum value, number, statistical value, etc. may be output to an externally connected upper controller (not shown) or displayed as a display device.
  • the communication unit 113 of the smart slave BMS 110 through the interface unit 118, communication with an external device, and communication between the smart slave BMS 110 (ie, smart slave BMS 110)-smart Slave BMS 110 communication, smart slave BMS 110-master mode smart slave BMS 110 communication).
  • each smart slave BMS 110 transmits and receives various data to and from other smart slave BMSs 110.
  • the communication unit 113 of the master mode smart slave BMS 110 selected as the master while receiving all data from the communication unit 113 of the remaining smart slave BMS 110, and from its own MCU 111 Commands, etc. issued to each remaining smart slave BMS 110 are transmitted to the remaining smart slave BMS 110.
  • the communication unit 113 is located between the battery and the driving load (for example, an electric motor driving device) through the interface unit 118, the main relay of the power relay assembly (Power Relay Assembly (PRA)) to control the electrical connection (shown) Can not be connected).
  • the communication unit 113 may use normal RS232 / RS485 communication and / or CAN (Controller Area Network) communication as an embodiment.
  • the protection circuit unit 117 prevents a failure or a breakdown of a battery cell due to this by breaking the circuit when an overcharge, overdischarge, overcurrent, or short circuit condition of the battery is detected.
  • the protection circuit unit 117 includes a normal over voltage protection (OVP), under voltage protection (UVP), over temperature protection (OTP), over current protection (OCP), and short circuit protection (SCP) depending on the voltage state of the battery. ).
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the smart slave BMS system 100 according to the present invention as described above.
  • each smart slave BMS 110 checks a connection state between the adjacent smart slave BMSs 110 and each other, and measures in real time as described above.
  • the SOC and SOH estimation values calculated based on the sensed data related to the own state are exchanged with other smart slave BMSs 100, and stored and updated (S510).
  • the master mode smart slave BMS 110 is not selected (S520)
  • one of the smart slave BMSs 110 is selected as the master mode smart slave BMS 110 (S530).
  • This selection may be programmed to be performed based on the ID sequence number of the smart slave BMS 110 in one embodiment or randomly, and in another embodiment, as described above, the user is forcibly intervened in any master mode smart slave
  • the BMS 110 can also be selected manually.
  • each smart slave BMS 110 detects a fault from any smart slave BMS 110 (S540)
  • the user (or ID or location information) of the faulted smart slave BMS 110 receives information from the user or the parent. Output or display to the controller so that immediate action can be taken (S545).
  • This action separates the faulty Smart Slave BMS 110 and Battery Pack 130 from the Smart Slave BMS system 100 in one embodiment of the present invention and separates the existing Smart Slave BMS 110 from the existing or new Smart Slave BMS 110 and It may include an electrical connection by replacing the battery pack 130, and if the faulty smart slave BMS 110 was a master mode smart slave BMS 110, other smarts may be used in the automatic or manual manner described above.
  • the master mode smart slave BMS 110 receives data including all of the state data and SOC and SOH estimates from the remaining smart slave BMS 110 and performs system control and calculation functions based on this, and processes the data to external It can be output or displayed as (S550).
  • the master mode smart slave BMS 110 checks the voltage level of the smart slave BMS 110 in real time from the received data prior to the electrical connection to the driving load (for example, the electric motor drive) (S570) (S560) ) If it is less than a predetermined reference voltage range, current congestion may be prevented by initial charging to the reference voltage range in a normal manner (S565). And, when all battery packs are within a predetermined reference voltage range (S560), the master mode smart slave BMS 110 electrically turns on the main relay to electrically connect the entire system to the driving load (S570).
  • the driving load for example, the electric motor drive
  • each of the smart slave BMSs checks the connection state with each other and exchanges data of itself and other smart slave BMSs with each other in real time by exchanging their state data and estimated data calculated based on the state data.
  • one of these smart slave BMSs is randomly selected as a master mode smart slave BMS to receive and collect data from the remaining smart slave BMSs, and control the entire system based on this.
  • a smart slave BMS when a smart slave BMS is in a fault state, it not only recognizes it in real time and can take immediate action, but also recognizes it in real time even when the master mode smart slave BMS is in a fault state, and uses another smart slave BMS. Since it can be replaced immediately, it can be operated stably without any system downtime. Therefore, it is very advantageous because, in the case of a problem with the master BMS as in the related art, the situation in which the entire system had to be stopped can be basically excluded.
  • each smart slave BMS independently calculates the state of charge of the battery (SOC) and the state of health (SOH) as well as each other's state data and exchanges them in real time. And by updating the storage, the master mode smart slave BMS only needs to collect and reconstruct these estimates in real time, greatly improving precision and speed compared to the conventional system.
  • SOC state of charge of the battery
  • SOH state of health

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Abstract

본 발명은 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에도 시스템의 정지없이 운영가능하여 안정성이 개선되고 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 증진된 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템 및 이의 구동방법을 제공한다. 본 발명의 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템은, 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀로 각각 구성되고 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 시스템에 있어서, 각각 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고, 자신의 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 복수의 스마트 슬레이브 BMS를 포함한다.

Description

스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템 및 이의 구동방법
본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System: "BMS")에 관한 것으로, 특히 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에도 시스템의 정지없이 운영가능하여 안정성이 개선되고 정밀도와 신속도가 증진된 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템의 구동방법에 관한 것이다.
리튬 이온전지 등과 같이 충방전이 가능하고 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 갖는 이차전지는 친환경이면서도 소형, 경량으로 제조가능하므로 전기 차량 등의 이동 기기 및 장치로의 적용에 적합하다.
특히, 전기 차량 등의 적용에 있어서는 요구되는 고출력을 얻기위하여 이차전지는 복수의 단위 셀로 구성되어 서로 전기적으로 연결된다. 이러한 단위 셀은 일반적으로 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등의 구성요소들을 포함하고 이들간의 전기 화학적 반응에 의해 반복적인 충방전이 가능하다. 그리고, 이렇게 상호 연결된 복수의 단위 셀의 어셈블리는 하나의 배터리 팩을 이루고 이러한 배터리 팩은 통상적으로 복수개로 구비되고 상호 직병렬 연결되어 전체적으로 하나의 배터리 팩 시스템을 이룬다.
그리고, 상기 배터리 팩 시스템에서 이들 셀 또는 배터리 팩의 물리적 상태는 각 배터리 팩에 부착된 센서들을 통해 그의 전압, 전류 및 온도를 센싱하며 이러한 데이터를 기반으로 하여 소위 배터리 관리 시스템(Battery Management System: "BMS")이 셀 또는 배터리 팩의 상태를 모니터링 및 제어한다. BMS는 예컨대 각 배터리 팩의 구동부하에 대한 전력공급 제어, 전류 및 전압의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 셀간의 전압 차이를 감소시키는 전압의 평활화(equalization) 제어, 충전상태(State Of Charge: "SOC")의 추정 등을 수행한다.
이러한 BMS는 일반적으로 마스터(master) BMS와, 배터리 팩에 부착되어 주로 이의 상태를 감지하는 복수의 슬레이브(slave) BMS로 별개로 구성되는 소위 마스터-슬레이브 BMS 방식으로 설계된다. 일반적으로 센싱 측정 기능은 아래에 설명하듯이 복수의 슬레이브 BMS에 의해 수행되고, 제어 및 연산 추정 기능은 상기 마스터 BMS가 상기 슬레이브 BMS들로부터 감지된 데이터를 전송받아 이를 기반으로 배터리의 상태를 모니터링 및 제어함으로써 수행된다.
도 1 및 도 2는 종래 배터리 팩 시스템의 구성도를 보이며, 이들 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.
먼저 도 1에 도시하는 종래 배터리 팩 시스템에서, 각각의 슬레이브 BMS(20A)는 복수의 배터리 또는 단위 셀(40A)로 구성된 복수의 배터리 팩(30A)에 각각 전기적으로 연결되어 배터리(40A)의 상태(예컨대, 전압, 전류 및 온도)를 측정한다. 그리고, 상기 슬레이브 BMS(20A)는 이들 상태 데이터를 마스터 BMS(10A)로 전송하며, 마스터 BMS(10A)는 이를 기반으로 각 배터리(40A)를 제어하게 된다. 관련된 종래기술의 일 예로는 국내특허공개 제10-2012-0037163호가 있다.
그러나, 이러한 시스템에서는 마스터 BMS(10A)와 복수의 슬레이브 BMS(20A)가 서로 개별적으로 독립된 회로보드상에 위치하고 서로 개별적으로 직접 연결되는 구조이므로, 시스템 용량이 커질수록 더 많은 슬레이브 보드와 더 많은 와이어 케이블이 요구된다. 따라서, 이는 생산성 저하, 제조비용의 증가뿐만 아니라 와이어의 물리적 훼손 및 전기적 연결불량 등에 기인한 유지보수의 어려움을 야기한다.
한편으로는, 도 2와 같이 마스터 BMS(10B)의 회로보드와 각각 체인 형상으로 배열된 복수의 슬레이브 BMS(20B)의 서로간을 직렬 통신망인 소위 데이지 체인(daisy chain)(70B)을 통해 연결하는 방식이 있다. 관련된 종래기술의 일 예로는 국내특허 제10-1540086호가 있다.
여기서, 각 슬레이브 BMS(20B)는 각각 해당 배터리 팩(30B)의 배터리 상태를 측정하고 이의 데이터를 데이지 체인(70B)을 통해 하나씩 순차적으로 최상위 슬레이브 BMS(20B)로부터 최하위 슬레이브 BMS(20B)까지 입력하여 누적해감으로써 최종으로는 마스터 BMS(10B)로 전송하게 되며, 이렇게 수신한 데이터를 기반으로 하여 연산된 마스터 BMS(10B)로부터의 제어신호 역시 앞서와 마찬가지 방식으로 데이지 체인(70B)을 통해 순차적으로 최상위부터 최하위로 각 슬레이브 BMS(20B)에 전송된다.
그러나, 이 경우, 제어 및 연산 기능을 하는 마스터 BMS(10B)가 고장 상태(예컨대, 전원이 아웃되거나 소프트웨어적인 버그 발생 등)로 되어 정상 동작을 수행하지 못하는 경우, 아예 전체 시스템이 정지되는 문제가 발생한다.
이러한 시스템 정지는 문제가 해결될 때까지 시스템으로부터의 전력 공급이 완전히 차단되거나 또는 이상 전압을 발생시켜 배터리 열화 등의 심각한 문제를 야기한다.
본 발명은 전술한 문제들을 해결하기 위하여 종래의 배터리 관리 시스템과는 달리 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에도 시스템의 정지없이 운영가능하여 안정성이 개선되고 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 증진된 스마트 슬레이브 배터리 관리 시스템 및 이의 구동방법을 제공하기 위한 것이다.
위 과제를 해결하기 위한 일 관점에 의한 본 발명은, 각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 배터리 시스템을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템에서, 상기 복수의 배터리 팩 각각은, 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고, 서로 통신하여 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 복수의 스마트 슬레이브 BMS를 포함한다. 또한, 상기 시스템에서, 상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 된 구조를 갖되, 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭됨으로써, 복수의 상기 스마트 슬레이브 BMS 중에서 하나는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 마스터 기능을 수행하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 슬레이브 기능을 수행한다. 그리고, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 제공받아 수집 및 가공하고 상기 배터리 관리 시스템을 제어한다.
또한, 선택적으로, 상기 상태가 fault로 인식된 상기 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 상태가 fault로 인식된 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거되고, 다른 임의의 한 스마트 슬레이브 BMS가 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 측정 및 연산한 데이터는 SOC 추정값 및 SOH 추정값 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 측정 및 연산한 데이터는 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 전류 및 전압, 온도 및 주변 온도 중의 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템에 외부 연결된 구동부하에 대한 전력공급 제어, 상기 배터리 셀의 충방전 제어, 상기 배터리 셀간 전압의 평활화 제어, 외부 요청에 따른 상기 가공된 상기 데이터의 연산 및 출력 중의 하나 이상을 수행할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 통신은 CAN 통신일 수 있다.
또한, 다른 일 관점에 의한 본 발명은, 각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성되고, 상기 복수의 배터리 팩 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 구성되되 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭되는 스마트 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 시스템을 제어하기 위한 구동방법에 관한 것으로, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
- 복수의 스마트 슬레이브 BMS 각각은 서로 통신하여 서로간의 연결상태를 확인하고, 각각 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고, 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 단계와;
- 상기 마스터 기능을 수행하는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 선정되어있는지를 확인하고 선정되어있지 않은 경우, 상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 슬레이브 기능을 수행하게 하는 단계와;
- 상기 상태가 fault로 인식되는지를 확인하고 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고 다른 임의의 스마트 슬레이브 BMS로 교체하여 상기 fault 상태를 해지시키는 단계와;
- 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 수집 또는 가공하여 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 단계.
또한, 선택적으로, 상기 방법은 하기의 단계를 더 포함할 수 있다:
- 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 측정 및 연산한 데이터에 기반하여 상기 슬레이브 모드 스마트 BMS 중의 하나 이상의 전압 수준을 실시간으로 확인하고; 상기 전압 수준이 소정 기준의 범위를 미달하는 경우, 해당 배터리 셀을 상기 범위로 될 때까지 초기 충전하고; 상기 전압 수준이 소정 기준의 범위인 경우, 상기 배터리 관리 시스템의 외부 연결된 구동부하에 대한 전기적 연결을 개시.
또한, 선택적으로, 상기 방법에서, 상기 상태가 fault로 인식되는지를 확인하고 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고 다른 임의의 스마트 슬레이브 BMS로 교체하여 상기 fault 상태를 해지시키는 단계는, 신규의 스마트 슬레이브 BMS를 상기 배터리 관리 시스템에 추가로 투입하고, 상기 제거된 스마트 슬레이브 BMS를 상기 신규의 스마트 슬레이브 BMS로 대체하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 방법에서, 상기 상태가 fault로 인식되는지를 확인하고 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고 다른 임의의 스마트 슬레이브 BMS로 교체하여 상기 fault 상태를 해지시키는 단계는, 상기 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS가 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS인 경우, fault로 인식된 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS를 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고, 다른 임의의 한 스마트 슬레이브 BMS가 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 방법에서, 신규의 스마트 슬레이브 BMS가 상기 배터리 관리 시스템에 추가로 투입되고, 상기 다른 임의의 한 스마트 슬레이브 BMS는 상기 신규의 스마트 슬레이브 BMS를 포함한 나머지 상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 중에서 하나가 임의로 선택될 수 있다.
본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템은 종래 시스템과는 달리 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에도 시스템의 정지없이 다른 BMS로 대체되어 운영되므로 안정성이 크게 개선되고 매우 유리하다. 또한, 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템은 각 스마트 슬레이브 BMS가 서로의 상태 데이터뿐만 아니라 배터리의 충전상태(SOC) 및 건강상태(SOH)의 추정값들을 독립적으로 실시간 연산하고 이를 서로간에 교환 및 저장 갱신하며 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 단지 이들 추정값들을 실시간 수집하고 재구성만하면 되므로, 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 크게 증진된다.
도 1 및 도 2는 각각 종래 배터리 팩 시스템의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 4는 도 3의 스마트 슬레이브 BMS가 복수로 연결되어 구성된 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템의 작동을 설명하는 흐름도이다.
먼저, 본 명세서에 사용되는 용어 "fault"는 배터리 셀 또는 BMS의 고장뿐만 아니라 이들 연결 선로의 단선, 단락 등을 망라하는 의미로 사용된다.
본 발명은 전술한 문제들을 해결하기 위한 것으로, 마스터 BMS 기능이 슬레이브 BMS에 부여되는 분산형 구조인 복수의 이른바 스마트 슬레이브 BMS를 제공한다. 이러한 스마트 슬레이브 BMS는 각각의 보드가 마스터 기능 또한 수행할 수 있도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 이러한 스마트 슬레이브 BMS들 각각은 해당 배터리 팩과 각각 전기적으로 연결되는 한편, 서로간에 통신하며 자신의 상태 데이터와 이를 기반으로 연산한 추정값 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 자신 및 다른 스마트 슬레이브 BMS의 상기 데이터를 각각에 저장 및 갱신한다. 그리고, 이들 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나가 임의로 마스터 기능을 하도록 선정되며, 이렇게 마스터 기능을 하도록 선정된 스마트 슬레이브 BMS(이하 "마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS")는 나머지 스마트 슬레이브 BMS들로부터 데이터를 전달받아 취합하고 이를 기반으로 하여 전체 시스템을 총괄 제어한다.
이로써, 본 발명에서는 어느 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되면, 이를 실시간으로 인지하고 즉각적인 조치가 가능하다. 특히, 현재 마스터 기능을 하고 있던 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되는 경우에도, 위와 같이 이를 다른 스마트 슬레이브 BMS들이 실시간으로 인지할 수 있으므로, 다른 스마트 슬레이브 BMS를 자동 또는 수동으로 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 선정하고 이것이 시스템을 계속 제어 운영함으로써, 시스템의 중단 없이 안정적으로 운영할 수 있다. 따라서, 종래처럼 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우에는 전체 시스템이 정지될 수 밖에 없었던 상황이 원천적으로 배제 가능하므로 매우 유리하다.
또한, 이러한 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS에 따르면, 각 스마트 슬레이브 BMS는 서로의 상태 데이터(예컨대, 전류 및 전압의 전기적 특성값 측정, 배터리 팩의 전류 및 전압, 각 배터리 셀의 전압 및 온도 그리고 주변온도 측정 등의 센싱 데이터)뿐만 아니라 배터리의 충전상태(State Of Charge: "SOC") 및 건강상태(State of Health: "SOH")의 추정값들을 독립적으로 실시간 연산하고 이를 서로간에 교환하여 각각에 저장한다. 따라서, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 단지 이들 추정값들을 실시간 수집하고 재구성만하면 되므로, 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 크게 증진된다.
위와 같은 본 발명을 이하 첨부된 도면을 참조하며 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS(110) 보드에 탑재된 구성들을 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)의 개략 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상호 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀(140)이 적층되어 구성된 각각의 배터리 팩(130)에 전기적으로 연결된다. 그리고, 이러한 복수의 스마트 슬레이브 BMS(100)는 도 4에 잘 도시하듯이 서로 연결되어 전체 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)을 구성한다.
도 3에 도시하듯이, 본 구현예에 따르면, 상기 스마트 슬레이브 BMS(110)는 일반적으로 센싱부(112), MCU(Micro Controller Unit: 111), 전원부(119), 저장부(114), 통신부(113) 및 인터페이스부(118), 보호회로부(117) 그리고 모드 제어부(115)를 포함할 수 있다.
상기 센싱부(112)는 배터리 팩의 전류 및 전압, 각 배터리 셀의 전압 및 온도 그리고 주변온도 등을 측정하여 얻은 이러한 센싱 데이터를 MCU(111)에 전달한다. 이를 위하여, 상기 센싱부(112)는 측정한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 통상의 아날로그 디지털 변환기(Analogue-Digital Converter: ADC)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 센싱부(112)에는 배터리팩의 출력전류량을 측정하여 상기 센싱부(112)로 출력하는 전류센서를 포함한 센서부(170)가 연결될 수 있다. 또한, 일 실시예로서, 도 3에는 도시되지 않았으나, MCU(111)에서 출력하는 제어신호에 기초하여 배터리팩의 발생한 열을 냉각하는 냉각팬이 별도로 외부에서 인터페이스부(118)에 연결될 수도 있다.
또한, 상기 MCU(111)는 센싱부(112)로부터 전달된 상기 센싱 데이터를 기반으로 연산을 수행하여 배터리의 충전상태(State Of Charge: "SOC") 및 건강상태(State of Health: "SOH") 등을 추정하고 배터리의 상태를 알려주는 정보를 생성 및 가공한 후 외부로 제공한다. 추후 설명하듯이, 이렇게 제공된 SOC 및 SOH 추정값들을 수집하여 이를 기초로 배터리 셀의 충방전이 제어된다.
또한, 도 4에 도시하듯이, 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상호간 전기적으로 연결되어 서로간의 센싱 데이터와 SOC 및 SOH 추정값 등을 포함한 제반 데이터를 교환하며 모니터링한다. 즉, 앞서 기술했듯이, 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)는 자신의 상태에 관한 센싱 데이터를 실시간 준비하고 이를 기초로 자신의 MCU(111)에서 SOC 및 SOH 추정값들을 실시간으로 연산하여 추출한다. 그리고, 각 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신부(113)는 인터페이스부(118)를 통하여 자신의 제반 데이터를 다른 스마트 슬레이브 BMS(100)에게 전송함과 동시에 이들의 제반 데이터 역시 수신함으로써 서로 교환하며, 각 스마트 슬레이브 BMS(110)의 저장부(140)는 자신과 다른 스마트 슬레이브 BMS(100)의 제반 데이터를 해당 스마트 슬레이브 BMS(100)의 ID와 함께 저장 및 갱신한다. 본 발명에서 이러한 저장부(140)는 통상의 휘발성 또는 비휘발성 메모리로 될 수 있다.
또한, 본 발명에서 복수의 스마트 슬레이브 BMS(110) 중에서 하나는 임의로 마스터 기능을 하도록 모드 제어부(115)를 통하여 자동으로 선정되며, 이렇게 선정된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(110)로부터 수신된 제반 데이터를 기반으로 전체 시스템을 총괄 제어한다. 또한, 본 발명의 일 실시예로서, 외부에 연결된 스위칭 소자(예컨대, 딥 스위치)를 통하여 사용자가 강제적으로 개입하여 임의의 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)를 수동 선택할 수도 있다.
이로써. 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(110)은 센싱 데이터(예컨대, 전류 및 전압의 전기적 특성값, 배터리 팩의 전류 및 전압, 각 배터리 셀의 전압 및 온도 그리고 주변온도 등)와 이를 기반으로 연산한 SOC 및 SOH 추정값 등의 제반 데이터를 서로간에 교환 및 저장 갱신하는 한편, 실시간으로 상기 선정된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(100)로 전송한다.
그리고, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 이렇게 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(110)로부터 전송된 데이터를 기반으로 하여 예컨대 각 배터리 팩의 구동부하에 대한 전력공급 제어, 충방전 제어, 셀간 전압의 평활화 제어 등 전체 시스템을 제어하는 기능을 수행한다. 도 3에서는 도시되지 않았으나, 일 실시예로서, 본 발명의 각 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상기 전압 평활화 작업을 위한 통상적인 전기회로로 구성된 셀 밸런싱부(cell balancing)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(100)는 외부 요청에 따라 임의로 나머지 스마트 슬레이브 BMS들(100)로부터 전송된 데이터를 가공하여 이들 데이터(예컨대, 현재 전체 시스템 데이터의 평균값, 표준편차, 최대값/최소값, 개수, 통계값 등)를 외부에 연결된 상위 제어기(도시되지 않음)에 출력하거나 또는 디스플레이 소자로 표시할 수도 있다.
또한, 스마트 슬레이브 BMS(110)의 상기 통신부(113)는 인터페이스부(118)를 통하여, 외부 기기와의 통신과, 스마트 슬레이브 BMS들(110) 간의 통신(즉, 스마트 슬레이브 BMS(110)-스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신, 스마트 슬레이브 BMS(110)-마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신)을 수행한다.
즉. 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)의 상기 통신부(113)는 다른 스마트 슬레이브 BMS들(110)과 서로의 제반 데이터를 송수신한다. 그리고, 마스터로 선정된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신부(113)의 경우, 나머지 스마트 슬레이브 BMS(110)의 통신부(113)로부터의 제반 데이터를 수신하는 한편, 자신의 MCU(111)로부터 나머지 각 스마트 슬레이브 BMS(110)에게 내리는 지령 등을 나머지 스마트 슬레이브 BMS(110)로 송신한다.
또한, 상기 통신부(113)는 인터페이스부(118)를 통하여 배터리와 구동부하(예컨대, 전기모터 구동장치) 간에 위치하여 전기적 연결을 단속하는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)의 메인 릴레이(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 통신부(113)는 일 실시예로서 통상의 RS232/RS485 통신 및/또는 CAN(Controller Area Network) 통신을 사용할 수 있다.
또한, 상기 보호회로부(117)는 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 또는 합선 상태 등이 검출되면 회로를 차단함으로써 이로 인한 배터리 셀의 고장 또는 단선(fault)을 미연에 방지한다. 예컨대, 상기 보호회로부(117)는 배터리의 전압상태에 따라 통상의 OVP(Over voltage protection), UVP(Under voltage protection), OTP(Over temperature protection), OCP(Over current protection), SCP(Short circuit protection) 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 위와 같은 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)의 작동을 설명하는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)이 부팅되면, 각각의 스마트 슬레이브 BMS(110)는 상호 인접한 스마트 슬레이브 BMS들(110)과 서로간의 연결상태를 확인하고, 앞서 기술했듯이 실시간 측정된 자신의 상태에 관한 센싱 데이터와 이를 기초로 연산한 SOC 및 SOH 추정값들을 다른 스마트 슬레이브 BMS들(100)과 상호 교환하고 저장 및 갱신한다(S510).
이때, 마스터 기능을 하도록 된 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)가 선정되어있는지의 여부와(S520), 임의의 스마트 슬레이브 BMS(110)로부터 배터리 셀 또는 BMS의 고장, 연결 선로의 단선 또는 단락 등으로 인한 fault가 인지되는지 여부(S540)를 각각 확인한다.
그리고, 만일 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)가 선정되지 않은 경우(S520), 스마트 슬레이브 BMS들(110) 중의 하나를 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)로서 선정한다(S530). 이러한 선정은 일 실시예에서 스마트 슬레이브 BMS(110)의 ID 순번을 기준으로 하거나 또는 랜덤으로 수행되도록 프로그래밍될 수 있고, 다른 일 실시예에서는 앞서 기술하였듯이 사용자가 강제적으로 개입하여 임의의 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)를 수동 선택할 수도 있다.
여기서 각 스마트 슬레이브 BMS들(110)은 임의의 스마트 슬레이브 BMS(110)로부터 fault가 인지된 경우(S540) 상기 fault된 스마트 슬레이브 BMS(110)의 정보(예컨대, ID 또는 위치정보)를 사용자 또는 상위 제어기 등에게 출력 또는 표시함으로써 즉각적인 조치가 취해질 수 있도록 한다(S545). 이러한 조치는 본 발명의 일 실시예에서 fault된 스마트 슬레이브 BMS(110) 및 배터리 팩(130)을 스마트 슬레이브 BMS 시스템(100)으로부터 분리하고 그 자리를 기존 또는 신규의 다른 스마트 슬레이브 BMS(110) 및 배터리 팩(130)으로 대체하여 전기적 연결하는 것을 포함할 수 있고, 만일 상기 fault된 스마트 슬레이브 BMS(110)가 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)였던 경우에는 앞서 기술한 자동 또는 수동의 방식으로 다른 스마트 슬레이브 BMS(110) 하나를 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)로 선정하여 이 새로운 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)가 마스터 기능을 수행하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 이러한 fault의 인지 및 해지는 일반의 스마트 슬레이브 BMS(110)뿐만 아니라 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)의 fault 발생에 모두 적용된다.
그리고, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 나머지 스마트 슬레이브 BMS(110)로부터 그의 제반 상태 데이터와 SOC 및 SOH 추정값들을 포함한 데이터를 수신하고 이를 기반으로 시스템 제어 및 연산기능을 수행하며 데이터를 가공하여 외부로 출력 또는 표시할 수 있다(S550).
또한, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 구동부하(예컨대, 전기모터 구동장치)로의 전기적 연결(S570)에 앞서, 수신된 상기 데이터로부터 스마트 슬레이브 BMS(110)의 전압 수준을 실시간 확인하고(S560) 소정의 기준 전압 범위에 미달된 경우, 통상의 방식으로 기준 전압 범위까지 초기 충전(precharge)함으로써 전류 폭주를 방지할 수 있다(S565). 그리고, 모든 배터리 팩이 소정의 기준 전압 범위인 경우에는(S560), 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS(110)는 메인 릴레이를 ON시켜 전체 시스템을 구동부하에 전기적으로 연결한다(S570).
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 스마트 슬레이브 BMS들 각각은 서로간의 연결상태를 확인하고 자신의 상태 데이터와 이를 기반으로 연산한 추정값 데이터를 실시간으로 서로 교환하여 자신 및 다른 스마트 슬레이브 BMS의 데이터를 각각 저장 및 갱신하고, 특히 이들 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나가 임의로 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 선정되어 나머지 스마트 슬레이브 BMS들로부터 데이터를 전달받아 취합하고 이를 기반으로 하여 전체 시스템을 총괄 제어하게 된다.
이리하여 본 발명에서는 어느 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되면, 이를 실시간으로 인지하고 즉각적인 조치가 가능할 뿐만 아니라, 특히 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 fault 상태로 되는 경우에도 이를 실시간으로 인지하고 다른 스마트 슬레이브 BMS로 즉각적으로 대체할 수 있으므로, 시스템의 중단이 전혀 없이 안정적으로 운영될 수 있다. 따라서, 종래처럼 마스터 BMS에 문제가 발생한 경우 전체 시스템이 정지될 수 밖에 없었던 상황이 원천적으로 배제 가능하므로 매우 유리하다.
뿐만 아니라, 이러한 본 발명에 의한 스마트 슬레이브 BMS에 따르면, 각 스마트 슬레이브 BMS는 서로의 상태 데이터뿐만 아니라 배터리의 충전상태(SOC) 및 건강상태(SOH)의 추정값들을 독립적으로 실시간 연산하고 이를 서로간에 교환 및 저장 갱신하므로, 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 단지 이들 추정값들을 실시간 수집하고 재구성만하면 되어 종래 시스템에 비해 정밀도와 신속도가 크게 증진된다.
전술한 본 발명의 내용은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (12)

  1. 각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 배터리 시스템을 제어하기 위한 배터리 관리 시스템에 있어서,
    상기 복수의 배터리 팩 각각은, 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고, 서로 통신하여 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 복수의 스마트 슬레이브 BMS를 포함하고,
    상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 된 구조를 갖되, 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭됨으로써, 복수의 상기 스마트 슬레이브 BMS 중에서 하나는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 마스터 기능을 수행하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되어 상기 슬레이브 기능을 수행하고, 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 제공받아 수집 및 가공하고 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상태가 fault로 인식된 상기 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상태가 fault로 인식된 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거되고, 다른 임의의 한 스마트 슬레이브 BMS가 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정 및 연산한 데이터는 SOC 추정값 및 SOH 추정값 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측정 및 연산한 데이터는 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 전류 및 전압, 온도 및 주변 온도 중의 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템에 외부 연결된 구동부하에 대한 전력공급 제어, 상기 배터리 셀의 충방전 제어, 상기 배터리 셀간 전압의 평활화 제어, 외부 요청에 따른 상기 가공된 상기 데이터의 연산 및 출력 중의 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신은 CAN 통신인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  8. 각각 복수의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 구성된 복수의 배터리 팩이 서로 전기적으로 연결되어 구성되고, 상기 복수의 배터리 팩 각각은 마스터 기능과 슬레이브 기능 둘 다를 수행가능하도록 구성되되 선정에 따라 상기 마스터 기능 및 슬레이브 기능 중의 하나를 수행하도록 스위칭되는 스마트 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 시스템을 제어하기 위한 구동방법에 있어서,
    복수의 스마트 슬레이브 BMS 각각은 서로 통신하여 서로간의 연결상태를 확인하고, 각각 자신이 관리하는 배터리 팩의 전기적 특성값에 대한 데이터를 실시간으로 측정 및 연산하고, 자신의 상기 측정 및 연산한 데이터를 실시간으로 서로 교환하고 각각의 내부에 저장 및 갱신함으로써 실시간으로 서로의 상태를 모니터링하는 단계와;
    상기 마스터 기능을 수행하는 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS가 선정되어있는지를 확인하고 선정되어있지 않은 경우, 상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 중의 하나를 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 마스터 기능을 수행하게 하고 나머지 다른 스마트 슬레이브 BMS는 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭하여 슬레이브 기능을 수행하게 하는 단계와;
    상기 상태가 fault로 인식되는지를 확인하고 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고 다른 임의의 스마트 슬레이브 BMS로 교체하여 상기 fault 상태를 해지시키는 단계와;
    상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는 상기 슬레이브 모드 스마트 슬레이브 BMS 각각으로부터 상기 측정 및 연산한 데이터를 수집 또는 가공하여 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS는
    상기 측정 및 연산한 데이터에 기반하여 상기 슬레이브 모드 스마트 BMS 중의 하나 이상의 전압 수준을 실시간으로 확인하고,
    상기 전압 수준이 소정 기준의 범위를 미달하는 경우, 해당 배터리 셀을 상기 범위로 될 때까지 초기 충전하고,
    상기 전압 수준이 소정 기준의 범위인 경우, 상기 배터리 관리 시스템의 외부 연결된 구동부하에 대한 전기적 연결을 개시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상태가 fault로 인식되는지를 확인하고 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고 다른 임의의 스마트 슬레이브 BMS로 교체하여 상기 fault 상태를 해지시키는 단계는
    신규의 스마트 슬레이브 BMS를 상기 배터리 관리 시스템에 추가로 투입하고,
    상기 제거된 스마트 슬레이브 BMS를 상기 신규의 스마트 슬레이브 BMS로 대체하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 상태가 fault로 인식되는지를 확인하고 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고 다른 임의의 스마트 슬레이브 BMS로 교체하여 상기 fault 상태를 해지시키는 단계는
    상기 fault 상태인 스마트 슬레이브 BMS가 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS인 경우, fault로 인식된 상기 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS를 상기 배터리 관리 시스템으로부터 분리 및 제거하고, 다른 임의의 한 스마트 슬레이브 BMS가 마스터 모드 스마트 슬레이브 BMS로 스위칭되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
  12. 제11항에 있어서,
    신규의 스마트 슬레이브 BMS가 상기 배터리 관리 시스템에 추가로 투입되고, 상기 다른 임의의 한 스마트 슬레이브 BMS는 상기 신규의 스마트 슬레이브 BMS를 포함한 나머지 상기 복수의 스마트 슬레이브 BMS 중에서 하나가 임의로 선택되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템의 구동방법.
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