WO2021256722A1 - 배터리 모듈의 에러를 진단하는 슬레이브 bms 및 상기 슬레이브 bms를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 모듈의 에러를 진단하는 슬레이브 bms 및 상기 슬레이브 bms를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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WO2021256722A1
WO2021256722A1 PCT/KR2021/006645 KR2021006645W WO2021256722A1 WO 2021256722 A1 WO2021256722 A1 WO 2021256722A1 KR 2021006645 W KR2021006645 W KR 2021006645W WO 2021256722 A1 WO2021256722 A1 WO 2021256722A1
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bms
slave
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slave bms
error
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PCT/KR2021/006645
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이예슬
조현기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack that changes an operation mode depending on whether an error occurring in a battery module is fatal.
  • the secondary battery is a battery capable of charging and discharging, and includes all of a conventional Ni/Cd battery, a Ni/MH battery, and a recent lithium ion battery.
  • lithium ion batteries have an advantage in that their energy density is much higher than that of conventional Ni/Cd batteries and Ni/MH batteries.
  • Lithium-ion batteries can be manufactured to be small and lightweight, so they are used as power sources for mobile devices.
  • a lithium ion battery can be used as a power source for an electric vehicle, and thus attracts attention as a next-generation energy storage medium.
  • a secondary battery is generally used as a battery module unit in which a plurality of battery cells are connected in series and/or in parallel.
  • the battery pack includes a plurality of slave BMSs (Battery Monitoring System) and a master BMS for managing the plurality of slave BMSs.
  • the slave BMS monitors the battery module and notifies the master BMS of information about an error occurring in the battery module.
  • Each of the slave BMSs may communicate with the master BMS at the allotted time.
  • the slave BMS cannot quickly transmit information about the error to the master BMS even in a situation where an error occurring in the battery module is fatal.
  • the present invention is to solve the above technical problem, and an object of the present invention is to provide a slave BMS that determines when to transmit information about an error to a master BMS according to the type of error occurring in a battery module. .
  • a battery pack may include a master BMS and a first slave BMS.
  • the first slave BMS may determine whether the error is fatal.
  • the first slave BMS communicates with the master BMS in the time interval corresponding to the ID (Identification) of the first slave BMS, changes the ID based on whether the error is fatal, and in the time interval corresponding to the changed ID Information can be output to the master BMS.
  • the first slave BMS communicating with the master BMS may include a communication unit and a control unit.
  • the communication unit may communicate with the master BMS in a time interval corresponding to an ID (Identification) of the first slave BMS.
  • the control unit determines whether the error is fatal, and when it is determined that the error is fatal, the control unit may change the ID from the first ID to the second ID.
  • the first time interval corresponding to the first ID may be a time interval after the second time interval corresponding to the second ID
  • the second time interval may be a time interval after the time when an error occurs.
  • the communication unit may output information about the error to the master BMS in the second time interval.
  • the slave BMS according to the present invention may change its ID according to the type of error occurring in the battery module. By changing its ID, the slave BMS can output information about an error in a time section earlier than the time section originally assigned to the ID. Accordingly, the master BMS can quickly receive information about a fatal error.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a battery pack including a slave BMS according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the slave BMS of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the slave BMS of FIG.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the operation of the slave BMS of FIG. 1 in a normal mode.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of operations of slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining operations of the slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode according to another embodiment.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining operations of the slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode according to another embodiment.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining operations of the slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode according to another embodiment.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of operations of slave BMSs of FIG. 1 in a general failure mode.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a hardware configuration of a BMS according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, first, or second used in various embodiments may modify various components regardless of order and/or importance, do not limit
  • a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be renamed as a first component.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a battery pack including a slave BMS according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 may include battery modules 150 , 250 , 350 , 450 , 550 , 650 , slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 , 600 , and a master BMS 10 . . In the following descriptions, it is assumed that the battery pack 1 includes 6 battery modules and 6 slave BMSs, but the present invention is not limited thereto.
  • Each of the battery modules 150 , 250 , 350 , 450 , 550 , and 650 may include battery cells connected in series and/or in parallel.
  • the battery modules 150 , 250 , 350 , 450 , 550 , and 650 may supply power to external circuits external to the battery pack 1 .
  • the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may monitor the battery modules 150 , 250 , 350 , 450 , 550 , and 650 , respectively.
  • the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may each have different identifications (IDs).
  • IDs of the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may be assigned by the master BMS 10 , but the present invention is not limited thereto.
  • the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may communicate with the master BMS 10 in a time interval corresponding to their respective IDs.
  • the slave BMSs 100, 200, 300, 400, 500, and 600 are sequentially It is assumed to communicate with the master BMS 10 . After communication between the slave BMS 600 and the master BMS 10 is completed, the slave BMS 100 may communicate with the master BMS 10 again.
  • the operation of the slave BMS 300 and the battery module 350 will be described in detail.
  • the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 provide substantially the same operation as the slave BMS 300 , and the remaining battery modules 150 , 250 , 450 , 550 , 650 are the battery module 350 . ) and provides substantially the same operation as
  • the slave BMS 300 may detect an error occurring in the battery module 350 .
  • the slave BMS 300 may output information about the detected error to the master BMS 10 .
  • the master BMS 10 may take an appropriate action to the battery module 350 based on information received from the slave BMS 300 . According to an embodiment of the present invention, when an error occurring in the battery module 350 is fatal, the master BMS 10 may take a quick action on the battery module 350 .
  • the slave BMS 300 may detect whether an error occurring in the battery module 350 is fatal.
  • "emergency error” means a fatal error.
  • "Emergency error” may mean over voltage, under voltage, over temperature, over current, and the like.
  • “general error” means a non-fatal error.
  • a “general error” may mean that the state of charge (SOC) of the battery module 350 is low or that some battery cells of the battery module 350 do not operate.
  • SOC state of charge
  • the above-described classification is exemplary and not limited thereto, and errors may be classified as “emergency errors” or “general errors” based on criteria different from those classified above.
  • the slave BMS 300 may change its ID in order to output information about the error more quickly.
  • the slave BMS 300 may change its ID to that of another slave BMS.
  • the time interval corresponding to the ID of the other slave BMS may be a time interval between the error occurrence time and the time interval corresponding to the initial ID of the slave BMS 300 .
  • the slave BMS 300 sets its ID to the ID of the slave BMS 100 or the slave BMS ( 200) can be changed.
  • the slave BMS 300 transmits its ID to the slave BMSs 500, 600, 100, 200) can be changed to one of the IDs.
  • the slave BMS 300 may change its ID to the ID of the slave BMS 100 communicating with the master BMS 10 at the time an error occurs. Accordingly, the slave BMS 300 may transmit information about the error to the master BMS 10 more quickly.
  • the slave BMS 300 may output a first notification signal indicating that its ID has been changed to the master BMS 10 in a time interval corresponding to the changed ID.
  • the master BMS 10 may output a second notification signal indicating that the ID of the slave BMS 300 has changed to the remaining slave BMSs 100, 200, 400, 500, and 600 based on the first notification signal.
  • the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 may change their IDs so that communication with the master BMS 10 is smoothly performed based on the second notification signal.
  • the method of changing the ID of the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 may follow a rule input to the battery pack 1 .
  • the rule is that when the slave BMS 300 changes its ID to the initial ID of the slave BMS 100 , the slave BMS 100 changes its ID to the initial ID of the slave BMS 300 .
  • the rule is that when the slave BMS 300 changes its ID to the initial ID of the slave BMS 100, the slave BMS 200 changes its ID to the initial ID of the slave BMS 300 and The slave BMS 100 may change its ID to the initial ID of the slave BMS 200 .
  • the present invention is not limited thereto, and various rules for adjusting the communication time intervals of the slave BMSs so that they do not overlap each other may be used.
  • the master BMS 10 may take appropriate measures for the battery modules 150 to 650 and the slave BMSs 100 to 600 .
  • the slave BMS 300 may temporarily change its ID to the ID of the slave BMS communicating with the master BMS 10 . After changing its ID, the slave BMS 300 may output a notification signal indicating that a general error has occurred to the master BMS 10 . The time it takes for the notification signal to be output may be shorter than the time it takes for the error information to be output. After outputting the notification signal, the slave BMS 300 may change its changed ID back to the initial ID. Accordingly, when a general error occurs, unlike the case where an emergency error occurs, the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 do not need to change their IDs. The slave BMS 300 may output information about the general error to the master BMS 10 in a time interval corresponding to its initial ID.
  • the master BMS 10 may recognize that a general error has occurred in the battery module 350 based on the notification signal. When information about a general error is received from the slave BMS 300 , the master BMS 10 may take appropriate measures for the battery modules 150 to 650 and the slave BMSs 100 to 600 . However, even before the general error information is received, the master BMS 10 may take appropriate measures for the battery modules 150 to 650 and the slave BMSs 100 to 600 if necessary.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the slave BMS 300 of FIG. 1 .
  • the remaining slave BMSs 100, 200, 400, 500, and 600 also have substantially the same configuration as the slave BMS 300, the remaining slave BMSs 100, 200, 400, 500, 600) A description is omitted.
  • the slave BMS 300 may include a sensing unit 310 , a micro controller unit (MCU) 320 , and a communication unit 330 .
  • MCU micro controller unit
  • the sensing unit 310 may obtain state data regarding the state of the battery module 350 from the battery module 350 .
  • the sensing unit 310 may measure voltage, current, temperature, etc. of the battery module 350 .
  • the MCU 320 may receive state data regarding the battery module 350 from the sensing unit 310 .
  • the MCU 320 may detect an error occurring in the battery module 350 based on the state data.
  • the MCU 320 may determine whether the error generated in the battery module 350 is an emergency error or a general error based on the state data.
  • the MCU 320 may determine when to change the ID of the slave BMS 300 according to the type of error occurring in the battery module 350 .
  • the MCU 320 may control the communication unit 330 so that the communication unit 330 may output information about an error in a time interval corresponding to the changed ID. A method for the MCU 320 to change the ID of the slave BMS 300 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 9 .
  • the communication unit 330 may output information about an error to the master BMS 10 of FIG. 1 in a time interval corresponding to the ID of the slave BMS 300 under the control of the MCU 320 .
  • the slave BMS 300 of the present invention may change its ID according to the type of error occurring in the battery module. By changing its ID, the slave BMS 300 may output information about an error in a time section prior to the time section allocated to the initial ID. Accordingly, the master BMS 10 can quickly receive information about an error occurring in the battery module 350 .
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the slave BMS 300 of FIG.
  • the slave BMS 300 may be initialized by a user or may be initialized under the control of the master BMS 10 .
  • the slave BMS 300 may operate in a normal mode.
  • the slave BMS 300 may monitor the battery module 350 in the normal mode.
  • the slave BMS 300 may acquire state data for the battery module 350 .
  • the operation of the slave BMS 300 in the normal mode will be described in detail with reference to FIG. 4 .
  • the slave BMS 300 may determine whether an error has occurred in the battery module 350 based on the state data.
  • operation S120 is performed again.
  • operation S140 is performed.
  • the slave BMS 300 may diagnose an error occurring in the battery module 350 .
  • the slave BMS 300 may determine whether an error occurring in the battery module 350 is fatal.
  • operation S160 is performed.
  • the slave BMS 300 may switch the operation mode from the normal mode to the emergency failure mode. The operation of the slave BMS 300 in the emergency failure mode will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 8 .
  • operation S170 is performed.
  • the slave BMS 300 may switch the operation mode from the normal mode to the general failure mode. The operation of the slave BMS 300 in the general failure mode will be described in detail with reference to FIG. 9 .
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the operation of the slave BMS of FIG. 1 in a normal mode.
  • the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may communicate with the master BMS 10 in a time interval corresponding to their respective IDs. If the initial IDs of the slave BMSs 100, 200, 300, 400, 500, and 600 are not changed, the slave BMSs 100, 200, 300, 400, 500, 600 are sequentially the master BMS (10). It is assumed to communicate with The slave BMS 300 may not change the ID in the normal mode. Accordingly, the slave BMS 300 may communicate with the master BMS 10 in the time period t4 to t5 allocated to the initial ID. After communication between the slave BMS 600 and the master BMS 10 is completed, the slave BMS 100 may communicate with the master BMS 10 again.
  • the slave BMS 100 may communicate with the master BMS 10 in a time interval t0 to t3.
  • the time period t0 to t3 may include a preparation period t0 to t1, an information transmission period t1 to t2, and a retransmission period t2 to t3.
  • the preparation period t0 to t1 may be a period in which the slave BMS 100 starts communication with the master BMS 10 in order to output status data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 .
  • the slave BMS 100 may transmit a preparation signal to the master BMS 10 .
  • the master BMS 10 may prepare to receive status data from the slave BMS 100 based on the ready signal.
  • the information transmission period t1 to t2 may be a period in which the slave BMS 100 outputs state data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 .
  • the state data regarding the battery module 150 may include data regarding an error occurring in the battery module 150 .
  • the retransmission period t2 to t3 may be a period in which the slave BMS 100 retransmits the state data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 .
  • the slave BMS 100 may retransmit the state data in the retransmission period t2 to t3 in order to more reliably transmit the state data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 .
  • the state data output in the retransmission period t2 to t3 may be data in which some information is omitted among the state data output in the information transmission period t1 to t2. That is, the retransmission period t2 to t3 may be shorter than the information transmission period t1 to t2.
  • Each of the remaining slave BMSs 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may communicate with the master BMS 10 in the same manner as the slave BMS 100 . That is, although omitted in FIG. 4 , each of the time sections corresponding to the remaining slave BMSs 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may also include a preparation section, an information transmission section, and a retransmission section.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of operations of slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode.
  • Time 't11' may correspond to time 't1' of FIG. 1 .
  • the slave BMSs 100, 200, 300, 400, 500, and 600 sequentially transfer the master BMS ( 10) is assumed to communicate with
  • the slave BMS 300 may output information about the emergency error to the master BMS 10 .
  • the slave BMS 300 may output information about the emergency error in the time period t11 to t14 before the time period t15 to t16 corresponding to the initial ID.
  • the slave BMS 300 may change its initial ID to the initial ID of the slave BMS 100 in order to output information about the emergency error in the time interval t11 to t14.
  • the slave BMS 100 may be a slave BMS communicating with the master BMS 10 at time 't11' when an emergency error occurs.
  • the time period t10 to t14 may be a time period corresponding to the initial ID of the slave BMS 100 , and may correspond to the time period t0 to t3 of FIG. 4 .
  • the slave BMS 300 may output information about the emergency error to the master BMS 10 in the information transmission period t12 to t13.
  • the slave BMS 300 may output a first notification signal indicating that its ID has been changed to the initial ID of the slave BMS 100 to the master BMS 10 in the information transmission period t12 to t13 .
  • the master BMS 10 transmits a second notification signal indicating that the ID of the slave BMS 300 has been changed to the initial ID of the slave BMS 100 based on the first notification signal to the remaining slave BMSs 100, 200, 400, 500, 600).
  • the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 may change their IDs according to a predetermined rule based on the second notification signal.
  • the slave BMS 100 fails to transmit the state data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 by the slave BMS 300 , the slave BMS 100 is the slave BMS 300 and the master BMS 10 . ) after the communication is completed, the state data regarding the battery module 150 may be output to the master BMS 10 again.
  • the slave BMS 100 may change its ID to the initial ID of the slave BMS 300 . Therefore, as shown in FIG. 5 , in the time period t15 to t16 allocated to the initial ID of the slave BMS 300 , the slave BMS 100 transmits state data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 . can be sent to In this case, the order in which the slave BMSs 100, 200, 300, 400, 500, and 600 communicate with the master BMS 10 may be 300->200->100->400->500->600. However, the present invention is not limited thereto, and the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 may change their IDs in various ways to reconfigure the communication order with the master BMS 10 . . Various embodiments are described with reference to FIGS. 6 and 7 .
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining operations of the slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode according to another embodiment. For convenience of description, reference is also made to FIG. 5 .
  • Times t10 to t19 shown in FIG. 6 correspond to times t10 to t19 shown in FIG. 5 .
  • a method of changing each ID of the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 is described in a different way from the method described with reference to FIG. 5 , and overlapping description is omitted. do.
  • the remaining slave BMSs 100, 200, 400, 500, and 600 are the original slave BMSs 100, 200, 400, 500, 600 and the master BMS ( 10) can change each ID so that the communication order does not change.
  • the order in which the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 communicate with the master BMS 10 may be 300->100->200->400->500->600.
  • the slave BMS 200 may change its ID to the initial ID of the slave BMS 300 .
  • the time interval to which the initial ID of the slave BMS 300 corresponds (t15 to t16 in FIG. 5) may be a time interval immediately after the time interval to which the initial ID of the slave BMS 200 corresponds (t14 to t15 in FIG. 5). .
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining operations of the slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode according to another embodiment. For convenience of description, reference is also made to FIG. 5 .
  • Times t10 to t19 shown in FIG. 7 correspond to times t10 to t19 shown in FIG. 5 .
  • a method of changing their IDs to initial IDs will be described.
  • the slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 may change their IDs in the same manner as described with reference to FIG. 5 in the cycle t10 to t18 in which the emergency error occurs.
  • the present invention is not limited thereto, and the slave BMSs 100, 200, 400, 500, and 600 perform the same method as described with reference to FIG. 6 in the cycle (t10 to t18) in which the emergency error occurs, You can also change each ID.
  • the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 may change their IDs to initial IDs when the cycle t10 to t18 in which the emergency error occurs is completed.
  • the order in which the slave BMSs 100 , 200 , 300 , 400 , 500 and 600 communicate with the master BMS 10 may be 100->200->300->400->500->600.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining operations of the slave BMSs of FIG. 1 in an emergency failure mode according to another embodiment.
  • Time 't22' may correspond to time 't2' of FIG. 1 .
  • the slave BMSs 100, 200, 300, 400, 500, and 600 sequentially transfer the master BMS ( 10) is assumed to communicate with FIG. 8 is mainly described with respect to the difference from the method described with reference to FIG. 5 .
  • the slave BMS 100 transmits state data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 . can be sent once. In this case, the slave BMS 100 may not retransmit the state data regarding the battery module 150 to the master BMS 10 after the information transmission of the slave BMS 300 is completed. That is, the slave BMS 100 may not change its ID to the initial ID of the slave BMS 300 .
  • FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of operations of slave BMSs of FIG. 1 in a general failure mode.
  • Time 't31' may correspond to time 't1' of FIG. 1 .
  • the slave BMSs 100, 200, 300, 400, 500, and 600 sequentially transfer the master BMS ( 10) is assumed to communicate with FIG. 8 is mainly explained with differences from the situation shown in FIG. 5 .
  • the slave BMS 300 may output a notification signal for informing the master BMS 10 that an error has occurred in the battery module 350 .
  • the slave BMS 300 transmits a notification signal after the state data regarding the battery module 150 is output once from the slave BMS 100 communicating with the master BMS 10, unlike in the emergency failure mode. can do.
  • the notification signal may be output in the time period t32 to t33, and the time period t32 to t33 may correspond to the time period t2 to t3 of FIG. 1 .
  • the time period t32 to t33 necessary for outputting the notification signal may be shorter than the time period t11 to t14 of FIG. 5 .
  • the time sections t11 to t14 may be time sections necessary for outputting error information.
  • the slave BMS 300 After the state data regarding the battery module 150 is output once from the slave BMS 100 (ie, after time 't32'), the slave BMS 300 sets its ID as the initial ID of the slave BMS 100 . can be changed After outputting the notification signal (ie, after time 't33'), the slave BMS 300 may change its changed ID back to the initial ID.
  • the slave BMS 300 may output information about the general error to the master BMS 10 in the time interval t34 to t35 corresponding to its initial ID.
  • the time sections t34 to t35 may correspond to the time sections t4 to t5 of FIG. 4 .
  • the remaining slave BMSs 100 , 200 , 400 , 500 and 600 may not change their IDs.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a hardware configuration of a BMS according to an embodiment of the present invention.
  • the BMS 1000 includes a microcontroller (MCU) 810 for controlling various processes and each configuration, an operating system program and various programs (eg, a battery diagnosis program, a voltage approximation formula calculation program, etc.)
  • An input/output interface 1030 that provides an input interface and an output interface between the recorded memory 1020, a battery cell module and/or a semiconductor switching element, and a communication interface 1040 capable of communicating with the outside through a wired/wireless communication network can be provided.
  • the computer program according to the present invention is recorded in the memory 1020 and processed by the microcontroller 1010 to be implemented as a module that performs, for example, each functional block illustrated in FIG. 2 .

Landscapes

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 에러를 진단하는 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 팩을 제공한다. 본 발명의 배터리 팩은 마스터 BMS 및 제 1 슬레이브 BMS를 포함한다. 제 1 슬레이브 BMS는 제 1 배터리 모듈에 에러가 발생한 경우, 에러가 치명적인지 여부를 판단한다. 제 1 슬레이브 BMS는 제 1 슬레이브 BMS의 ID(Identification)에 대응하는 시간 구간에서 마스터 BMS와 통신하고, 에러가 치명적인지 여부에 기초하여 ID를 변경하고, 변경된 ID에 대응하는 시간 구간에서 에러에 대한 정보를 마스터 BMS로 출력한다.

Description

배터리 모듈의 에러를 진단하는 슬레이브 BMS 및 상기 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 팩
관련출원과의 상호인용
본 발명은 2020.06.19.에 출원된 한국 특허 출원 제10-2020-0074768호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
기술분야
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 배터리 모듈에 발생한 에러가 치명적인지 여부에 따라 동작 모드를 변경하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리튬 이온 전지를 모두 포함한다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다. 리튬 이온 전지는 소형, 경량으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 특히, 리튬 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용될 수 있어, 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈 단위로 사용된다. 배터리 팩은 복수의 슬레이브 BMS(Battery Monitoring System)와 복수의 슬레이브 BMS를 관리하는 마스터 BMS를 포함한다. 슬레이브 BMS는 배터리 모듈을 모니터링하고, 배터리 모듈에 발생한 에러에 관한 정보를 마스터 BMS로 통지한다. 슬레이브 BMS들 각각은 할당된 시간에서 마스터 BMS와 통신할 수 있다. 다만, 이런 경우, 배터리 모듈에 발생한 에러가 치명적인 상황에서도, 슬레이브 BMS가 마스터 BMS로 에러에 대한 정보를 신속하게 전달할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상술된 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 배터리 모듈에 발생한 에러의 유형에 따라, 마스터 BMS로 에러에 대한 정보를 전달하는 시기를 결정하는 슬레이브 BMS를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 마스터 BMS 및 제 1 슬레이브 BMS를 포함할 수 있다. 제 1 슬레이브 BMS는 제 1 배터리 모듈에 에러가 발생한 경우, 에러가 치명적인지 여부를 판단할 수 있다. 제 1 슬레이브 BMS는 제 1 슬레이브 BMS의 ID(Identification)에 대응하는 시간 구간에서 마스터 BMS와 통신하고, 에러가 치명적인지 여부에 기초하여 ID를 변경하고, 변경된 ID에 대응하는 시간 구간에서 에러에 대한 정보를 마스터 BMS로 출력할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 마스터 BMS와 통신하는 제 1 슬레이브 BMS는 통신부 및 제어부를 포함할 수 있다. 통신부는 제 1 슬레이브 BMS의 ID(Identification)에 대응하는 시간 구간에서 마스터 BMS와 통신할 수 있다. 제어부는 배터리 모듈에 에러가 발생한 경우 에러가 치명적인지 여부를 판단하고, 에러가 치명적인 것으로 판단되는 경우 ID를 제 1 ID로부터 제 2 ID로 변경할 수 있다. 제 1 ID에 대응하는 제 1 시간 구간은 제 2 ID에 대응하는 제 2 시간 구간 이후의 시간 구간이고, 제 2 시간 구간은 에러가 발생한 시각 이후의 시간 구간일 수 있다. 통신부는 ID가 제 2 ID로 변경되는 경우, 제 2 시간 구간에서 마스터 BMS로 에러에 대한 정보를 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 슬레이브 BMS는 배터리 모듈에 발생한 에러의 유형에 따라, 자신의 ID를 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS는 자신의 ID를 변경함으로써, 본래 ID에 할당된 시간 구간 보다 이전의 시간 구간에서 에러에 대한 정보를 출력할 수 있다. 따라서, 마스터 BMS는 치명적인 에러에 대한 정보를 신속하게 전달받을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 팩을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 슬레이브 BMS의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 슬레이브 BMS의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 일반 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 일 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9은 일반 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 일 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BMS의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면 상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슬레이브 BMS를 포함하는 배터리 팩을 보여주는 블록도이다.
배터리 팩(1)은 배터리 모듈들(150, 250, 350, 450, 550, 650), 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600) 및 마스터 BMS(10)를 포함할 수 있다. 이하 설명들에서, 배터리 팩(1)은 6개의 배터리 모듈들 및 6개의 슬레이브 BMS들을 포함하는 것으로 가정되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
배터리 모듈들(150, 250, 350, 450, 550, 650) 각각은 직렬 및/또는 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 배터리 모듈들(150, 250, 350, 450, 550, 650)은 배터리 팩(1)의 외부에 있는 외부 회로들로 전원을 공급할 수 있다.
슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)은 각각 배터리 모듈들(150, 250, 350, 450, 550, 650)을 모니터링할 수 있다. 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)은 각각 상이한 ID(Identification)들을 가질 수 있다. 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 ID들은 마스터 BMS(10)에 의해 할당된 것일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)은 각자의 ID에 대응하는 시간 구간에서 마스터 BMS(10)와 통신할 수 있다. 이하 설명들에서, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 초기 ID들이 변경되지 않는 경우에는, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 순차적으로 마스터 BMS(10)와 통신하는 것으로 가정된다. 슬레이브 BMS(600)와 마스터 BMS(10) 간의 통신이 완료된 후에, 다시 슬레이브 BMS(100)부터 마스터 BMS(10)와 통신할 수 있다. 이하 설명들에서, 슬레이브 BMS(300) 및 배터리 모듈(350)의 동작이 자세하게 설명된다. 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 슬레이브 BMS(300)와 실질적으로 동일한 동작을 제공하며, 나머지 배터리 모듈들(150, 250, 450, 550, 650)은 배터리 모듈(350)과 실질적으로 동일한 동작을 제공한다.
슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈(350)에 발생한 에러를 감지할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 감지된 에러에 관한 정보를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다. 마스터 BMS(10)는 슬레이브 BMS(300)로부터 제공받는 정보에 기초하여, 배터리 모듈(350)에 적절한 조치를 취할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 모듈(350)에 발생한 에러가 치명적인 경우, 마스터 BMS(10)는 배터리 모듈(350)에 빠르게 조치를 취할 수 있다.
슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈(350)에 발생한 에러가 치명적인지 여부를 감지할 수 있다. 이하 설명들에서, "긴급 에러"는 치명적인 에러를 의미한다. "긴급 에러"는 과전압(over voltage), 저전압(under voltage), 과열(over temperature), 과전류(over current) 등을 의미할 수 있다. 이하 설명들에서, "일반 에러"는 치명적이지 않은 에러를 의미한다. "일반 에러"는 배터리 모듈(350)의 SOC(State Of Charge)가 낮거나, 배터리 모듈(350)의 일부 배터리 셀이 동작하지 않는 것을 의미할 수 있다. 다만, 상술한 분류는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니며, 위에서 분류한 것과 상이한 기준으로 에러들을 "긴급 에러" 또는 "일반 에러"로 분류할 수 있을 것이다.
배터리 모듈(350)에 긴급 에러가 발생한 것으로 판단되는 경우, 슬레이브 BMS(300)는 에러에 대한 정보를 보다 더 빨리 출력하기 위해, 자신의 ID를 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 자신의 ID를 다른 슬레이브 BMS의 ID로 변경할 수 있다. 이 경우, 다른 슬레이브 BMS의 ID에 대응하는 시간 구간은 에러가 발생한 시각과 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID에 대응하는 시간 구간 사이의 시간 구간일 수 있다. 예로서, 슬레이브 BMS(100)가 마스터 BMS(10)와 통신 중에 배터리 모듈(350)에서 긴급 에러가 발생한 경우, 슬레이브 BMS(300)는 자신의 ID를 슬레이브 BMS(100)의 ID 또는 슬레이브 BMS(200)의 ID로 변경할 수 있다. 다른 예로서, 슬레이브 BMS(500)가 마스터 BMS(10)와 통신 중에 배터리 모듈(350)에서 긴급 에러가 발생한 경우, 슬레이브 BMS(300)는 자신의 ID를 슬레이브 BMS들(500, 600, 100, 200) 중 하나의 ID로 변경할 수 있다.
특히, 슬레이브 BMS(300)는 자신의 ID를 에러가 발생한 당시에 마스터 BMS(10)와 통신 중인 슬레이브 BMS(100)의 ID로 변경할 수 있다. 따라서, 슬레이브 BMS(300)는 에러에 대한 정보를 마스터 BMS(10)로 보다 더 빨리 전송할 수 있다.
슬레이브 BMS(300)는 변경된 ID에 대응하는 시간 구간에서, 자신의 ID가 변경되었음을 나타내는 제 1 알림 신호를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다. 마스터 BMS(10)는 제 1 알림 신호에 기초하여, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)로 슬레이브 BMS(300)의 ID가 변경되었음을 나타내는 제 2 알림 신호를 출력할 수 있다. 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 제 2 알림 신호에 기초하여, 마스터 BMS(10)와의 통신이 원할하게 이루어지도록, 각자의 ID를 변경할 수 있다. 이 때, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)이 ID를 변경하는 방법은 배터리 팩(1)에 입력된 규칙을 따를 수 있다. 예로서, 규칙은 슬레이브 BMS(300)가 자신의 ID를 슬레이브 BMS(100)의 초기 ID로 변경한 경우, 슬레이브 BMS(100)가 자신의 ID를 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID로 변경하는 것일 수 있다. 다른 예로서, 규칙은 슬레이브 BMS(300)가 자신의 ID를 슬레이브 BMS(100)의 초기 ID로 변경한 경우, 슬레이브 BMS(200)가 자신의 ID를 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID로 변경하고 슬레이브 BMS(100)가 자신의 ID를 슬레이브 BMS(200)의 초기 ID로 변경하는 것일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 슬레이브 BMS들의 통신 시간 구간들이 서로 겹치지 않도록 조정하기 위한 다양한 규칙이 이용될 수 있다.
마스터 BMS(10)는 슬레이브 BMS(300)로부터 긴급 에러에 대한 정보가 수신되는 경우, 배터리 모듈들(150~650) 및 슬레이브 BMS들(100~600)에 적절한 조치를 취할 수 있다.
배터리 모듈(350)에 일반 에러가 발생한 것으로 판단되는 경우, 슬레이브 BMS(300)는 일시적으로 자신의 ID를 마스터 BMS(10)와 통신 중인 슬레이브 BMS의 ID로 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 자신의 ID를 변경한 후, 일반 에러가 발생하였음을 나타내는 알림 신호를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다. 알림 신호가 출력되는데 소요되는 시간은 에러에 대한 정보가 출력되는데 소요되는 시간보다 짧을 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 알림 신호를 출력한 후, 자신의 변경된 ID를 다시 초기 ID로 재변경할 수 있다. 따라서, 일반 에러가 발생한 경우에는, 긴급 에러가 발생한 경우와 달리 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 자신의 ID를 변경할 필요가 없다. 슬레이브 BMS(300)는 자신의 초기 ID에 대응하는 시간 구간에서, 일반 에러에 대한 정보를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다.
마스터 BMS(10)는 알림 신호에 기초하여, 배터리 모듈(350)에 일반 에러가 발생하였음을 인지할 수 있다. 마스터 BMS(10)는 슬레이브 BMS(300)로부터 일반 에러에 대한 정보가 수신되는 경우, 배터리 모듈들(150~650) 및 슬레이브 BMS들(100~600)에 적절한 조치를 취할 수 있다. 다만, 마스터 BMS(10)는 일반 에러에 대한 정보가 수신되기 전에도, 필요한 경우에는 배터리 모듈들(150~650) 및 슬레이브 BMS들(100~600)에 적절한 조치를 취할 수 있다.
도 2는 도 1의 슬레이브 BMS(300)의 구성을 보여주는 블록도이다.
위에서 언급된 것처럼, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)도 슬레이브 BMS(300)와 실질적으로 동일한 구성을 가지므로, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)에 대한 설명은 생략된다.
슬레이브 BMS(300)는 센싱부(310), MCU(Micro Controller Unit, 320) 및 통신부(330)를 포함할 수 있다.
센싱부(310)는 배터리 모듈(350)로부터 배터리 모듈(350)의 상태에 관한 상태 데이터를 획득할 수 있다. 예로서, 센싱부(310)는 배터리 모듈(350)의 전압, 전류, 온도 등을 측정할 수 있다.
MCU(320)는 센싱부(310)로부터 배터리 모듈(350)에 관한 상태 데이터를 수신할 수 있다. MCU(320)는 상태 데이터에 기초하여, 배터리 모듈(350)에 발생한 에러를 감지할 수 있다. MCU(320)는 상태 데이터에 기초하여, 배터리 모듈(350)에 발생한 에러가 긴급 에러인지, 일반 에러인지를 판단할 수 있다. MCU(320)는 배터리 모듈(350)에 발생한 에러의 유형에 따라, 슬레이브 BMS(300)의 ID를 변경하는 시기를 결정할 수 있다. MCU(320)는 변경된 ID에 대응하는 시간 구간에서 통신부(330)가 에러에 대한 정보를 출력할 수 있도록, 통신부(330)를 제어할 수 있다. MCU(320)가 슬레이브 BMS(300)의 ID를 변경하는 방법은 도 3 내지 도 9를 참조하여 자세하게 설명된다.
통신부(330)는 MCU(320)의 제어에 따라, 슬레이브 BMS(300)의 ID에 대응하는 시간 구간에서 도 1의 마스터 BMS(10)로 에러에 대한 정보를 출력할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것처럼, 본 발명의 슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈에 발생한 에러의 유형에 따라, 자신의 ID를 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 자신의 ID를 변경함으로써, 초기 ID에 할당된 시간 구간 보다 이전의 시간 구간에서 에러에 대한 정보를 출력할 수 있다. 따라서, 마스터 BMS(10)는 배터리 모듈(350)에 발생한 에러에 대한 정보를 신속하게 전달받을 수 있다.
도 3은 도 2의 슬레이브 BMS(300)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
S110 동작에서, 슬레이브 BMS(300)는 사용자에 의해 초기화되거나, 마스터 BMS(10)의 제어에 의해 초기화될 수 있다.
S120 동작에서, 초기화된 직후에, 슬레이브 BMS(300)는 일반 모드에서 동작할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 일반 모드에서 배터리 모듈(350)을 모니터링할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈(350)에 대한 상태 데이터를 획득할 수 있다. 일반 모드에서의 슬레이브 BMS(300)의 동작은 도 4를 참조하여 자세하게 설명된다.
S130 동작에서, 슬레이브 BMS(300)는 상태 데이터에 기초하여, 배터리 모듈(350)에 에러가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
에러가 발생하지 않은 경우, S120 동작이 다시 수행된다.
에러가 발생한 경우, S140 동작이 수행된다. S140 동작에서, 슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈(350)에 발생한 에러를 진단할 수 있다.
S150 동작에서, 슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈(350)에 발생한 에러가 치명적인지 여부를 판단할 수 있다.
에러가 치명적인 경우, S160 동작이 수행된다. S160 동작에서, 슬레이브 BMS(300)는 동작 모드를 일반 모드로부터 긴급 고장 모드로 전환할 수 있다. 긴급 고장 모드에서 슬레이브 BMS(300)의 동작은 도 5 내지 도 8을 참조하여 자세하게 설명된다.
에러가 치명적이지 않은 경우, S170 동작이 수행된다. S170 동작에서, 슬레이브 BMS(300)는 동작 모드를 일반 모드로부터 일반 고장 모드로 전환할 수 있다. 일반 고장 모드에서 슬레이브 BMS(300)의 동작은 도 9를 참조하여 자세하게 설명된다.
도 4는 일반 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하여 설명된 것처럼, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)은 각자의 ID에 대응하는 시간 구간에서, 마스터 BMS(10)와 통신할 수 있다. 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 초기 ID들이 변경되지 않는 경우에는, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 순차적으로 마스터 BMS(10)와 통신하는 것으로 가정된다. 슬레이브 BMS(300)는 일반 모드에서, ID를 변경하지 않을 수 있다. 따라서, 슬레이브 BMS(300)는 초기 ID에 할당된 시간 구간(t4~t5)에서 마스터 BMS(10)와 통신할 수 있다. 슬레이브 BMS(600)와 마스터 BMS(10) 간의 통신이 완료된 후에, 슬레이브 BMS(100)부터 다시 마스터 BMS(10)와 통신할 수 있다.
이하, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600) 각각이 마스터 BMS(10)와 통신하는 방법이 구체적으로 설명된다. 슬레이브 BMS(100)는 시간 구간(t0~t3)에서 마스터 BMS(10)와 통신할 수 있다. 시간 구간(t0~t3)은 준비 구간(t0~t1), 정보 송신 구간(t1~t2) 및 재송신 구간(t2~t3)을 포함할 수 있다.
준비 구간(t0~t1)은 슬레이브 BMS(100)가 마스터 BMS(10)로 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 출력하기 위해, 마스터 BMS(10)와 통신을 시작하는 구간일 수 있다. 준비 구간(t0~t1)에서, 슬레이브 BMS(100)는 마스터 BMS(10)로 준비 신호를 송신할 수 있다. 마스터 BMS(10)는 준비 신호에 기초하여, 슬레이브 BMS(100)로부터 상태 데이터를 수신하기 위해 준비할 수 있다.
정보 송신 구간(t1~t2)은 슬레이브 BMS(100)가 마스터 BMS(10)로 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 출력하는 구간일 수 있다. 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터는 배터리 모듈(150)에 발생한 에러에 관한 데이터를 포함할 수도 있다.
재송신 구간(t2~t3)은 슬레이브 BMS(100)가 마스터 BMS(10)로 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 재송신하는 구간일 수 있다. 슬레이브 BMS(100)는 마스터 BMS(10)로 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 보다 더 확실하게 전달하기 위해, 재송신 구간(t2~t3)에서 상태 데이터를 재전송할 수 있다. 다만, 재송신 구간(t2~t3)에서 출력되는 상태 데이터는 정보 송신 구간(t1~t2)에서 출력된 상태 데이터 중 일부 정보들이 생략된 데이터일 수 있다. 즉, 재송신 구간(t2~t3)은 정보 송신 구간(t1~t2) 보다 짧을 수 있다.
나머지 슬레이브 BMS들(200, 300, 400, 500, 600) 각각도 슬레이브 BMS(100)와 동일한 방법으로 마스터 BMS(10)와 통신할 수 있다. 즉, 도 4에서는 생략되었지만, 나머지 슬레이브 BMS들(200, 300, 400, 500, 600)에 대응하는 시간 구간들 각각도 준비 구간, 정보 송신 구간 및 재송신 구간을 포함할 수 있다.
도 5는 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 일 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하는 설명에서, 시각 't11'에서, 배터리 모듈(350)에 긴급 에러가 발생한 것으로 가정된다. 시각 't11'은 도 1의 시각 't1'에 대응할 수 있다. 또한, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 초기 ID들이 변경되지 않는 경우에는, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 순차적으로 마스터 BMS(10)와 통신하는 것으로 가정된다.
슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈(350)에 긴급 에러가 발생한 것으로 판단되는 경우, 마스터 BMS(10)로 긴급 에러에 대한 정보를 출력할 수 있다. 이 때, 슬레이브 BMS(300)는 초기 ID에 대응하는 시간 구간(t15~t16) 보다 이전의 시간 구간(t11~t14)에서 긴급 에러에 대한 정보를 출력할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 시간 구간(t11~t14)에서 긴급 에러에 대한 정보를 출력하기 위해, 자신의 초기 ID를 슬레이브 BMS(100)의 초기 ID로 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(100)는 긴급 에러가 발생한 시각 't11'에서 마스터 BMS(10)와 통신 중인 슬레이브 BMS일 수 있다. 시간 구간(t10~t14)은 슬레이브 BMS(100)의 초기 ID에 대응하는 시간 구간일 수 있으며, 도 4의 시간 구간(t0~t3)에 대응할 수 있다.
슬레이브 BMS(300)는 정보 송신 구간(t12~t13)에서, 긴급 에러에 대한 정보를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 정보 송신 구간(t12~t13)에서, 자신의 ID가 슬레이브 BMS(100)의 초기 ID로 변경되었음을 나타내는 제 1 알림 신호를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다.
마스터 BMS(10)는 제 1 알림 신호에 기초하여, 슬레이브 BMS(300)의 ID가 슬레이브 BMS(100)의 초기 ID로 변경되었음을 나타내는 제 2 알림 신호를 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)로 출력할 수 있다. 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 제 2 알림 신호에 기초하여, 정해진 규칙대로, 각자의 ID를 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)에 의해 슬레이브 BMS(100)가 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 마스터 BMS(10)로 전송하지 못한 경우, 슬레이브 BMS(100)는 슬레이브 BMS(300)와 마스터 BMS(10)간의 통신이 완료된 이후에, 다시 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다. 이 경우, 예로서, 슬레이브 BMS(100)는 자신의 ID를 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID로 변경할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 것과 같이, 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID에 할당된 시간 구간(t15~t16)에서 슬레이브 BMS(100)는 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 마스터 BMS(10)로 전송할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 마스터 BMS(10)와 통신하는 순서는 300->200->100->400->500->600일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 다양한 방법으로 자신의 ID를 변경하여, 마스터 BMS(10)와 통신하는 순서를 재구성할 수 있다. 다양한 실시 예가 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된다.
도 6은 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해 도 5가 함께 참조된다.
도 6에 표시된 시각들(t10~t19)은 도 5에 표시된 시각들(t10~t19)과 대응한다. 도 6을 참조하여서는 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)이 도 5를 참조하여 설명된 방법과 상이한 방법으로, 각각의 ID를 변경하는 방법이 설명되며, 중복되는 설명은 생략된다.
긴급 에러가 발생한 슬레이브 BMS(300)의 ID 변경에 따라, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 본래 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)과 마스터 BMS(10)가 통신하는 순서가 변경되지 않도록 각각의 ID를 변경할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 마스터 BMS(10)와 통신하는 순서는 300->100->200->400->500->600일 수 있다.
실시 예로서, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600) 중 슬레이브 BMS(200)가 ID를 변경하는 방법이 설명된다. 슬레이브 BMS(200)는 자신의 ID를 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID로 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID가 대응하는 시간 구간(도 5의 t15~t16)은 슬레이브 BMS(200)의 초기 ID가 대응하는 시간 구간(도 5의 t14~t15) 직후의 시간 구간일 수 있다.
도 7은 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해 도 5가 함께 참조된다.
도 7에 표시된 시각들(t10~t19)은 도 5에 표시된 시각들(t10~t19)과 대응한다. 도 7을 참조하여서는 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)이 한 사이클이 완료된 이후(즉, 시각 't18'이후), 자신의 ID를 초기 ID로 변경하는 방법이 설명된다.
이 경우, 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 긴급 에러가 발생한 사이클(t10~t18)에서는, 도 5를 참조하여 설명된 방법과 동일한 방법으로, 각각의 ID를 변경할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 긴급 에러가 발생한 사이클(t10~t18)에서, 도 6을 참조하여 설명된 방법과 동일한 방법으로, 각각의 ID를 변경할 수도 있다. 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)은 긴급 에러가 발생한 사이클(t10~t18)이 완료되면, 자신의 ID를 초기 ID로 변경할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 마스터 BMS(10)와 통신하는 순서는 100->200->300->400->500->600일 수 있다.
도 8은 긴급 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8을 참조하는 설명에서, 시각 't22'에, 배터리 모듈(350)에 긴급 에러가 발생한 것으로 가정된다. 시각 't22'는 도 1의 시각 't2'에 대응할 수 있다. 또한, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 초기 ID들이 변경되지 않는 경우에는, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 순차적으로 마스터 BMS(10)와 통신하는 것으로 가정된다. 도 8은 도 5를 참조하여 설명된 방법과의 차이점 위주로 설명된다.
도 5에서와 달리, 도 8에서는 슬레이브 BMS(300)에 의해 마스터 BMS(10)와의 통신이 중단되기 이전에, 슬레이브 BMS(100)가 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 마스터 BMS(10)로 1회 전송할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 BMS(100)는 슬레이브 BMS(300)의 정보 전송이 완료된 이후에 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터를 마스터 BMS(10)로 재전송하지 않을 수 있다. 즉, 슬레이브 BMS(100)는 자신의 ID를 슬레이브 BMS(300)의 초기 ID로 변경하지 않을 수 있다.
도 9은 일반 고장 모드에서 도 1의 슬레이브 BMS들의 동작들의 일 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9을 참조하는 설명에서, 시각 't31'에서, 배터리 모듈(350)에 일반 에러가 발생한 것으로 가정된다. 시각 't31'은 도 1의 시각 't1'에 대응할 수 있다. 또한, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 초기 ID들이 변경되지 않는 경우에는, 슬레이브 BMS들(100, 200, 300, 400, 500, 600)이 순차적으로 마스터 BMS(10)와 통신하는 것으로 가정된다. 도 8은 도 5에 도시된 상황과의 차이점 위주로 설명된다.
슬레이브 BMS(300)는 배터리 모듈(350)에 일반 에러가 발생한 것으로 판단되는 경우, 마스터 BMS(10)로 배터리 모듈(350)에 에러가 발생하였음을 알리기 위한 알림 신호를 출력할 수 있다. 다만, 슬레이브 BMS(300)는 긴급 고장 모드에서와 달리, 마스터 BMS(10)와 통신 중인 슬레이브 BMS(100)로부터 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터가 1회 출력된 이후에, 알림 신호를 송신할 수 있다. 알림 신호는 시간 구간(t32~t33)에서 출력될 수 있으며, 시간 구간(t32~t33)은 도 1의 시간 구간(t2~t3)에 대응할 수 있다. 알림 신호가 출력되기 위해 필요한 시간 구간(t32~t33)은 도 5의 시간 구간(t11~t14) 보다 짧을 수 있다. 시간 구간(t11~t14)은 에러에 대한 정보가 출력되기 위해 필요한 시간 구간일 수 있다.
슬레이브 BMS(300)는 슬레이브 BMS(100)로부터 배터리 모듈(150)에 관한 상태 데이터가 1회 출력된 이후(즉, 시각 't32'이후), 자신의 ID를 슬레이브 BMS(100)의 초기 ID로 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 알림 신호를 출력한 이후(즉, 시각 't33'이후), 자신의 변경된 ID를 다시 초기 ID로 변경할 수 있다. 슬레이브 BMS(300)는 자신의 초기 ID에 대응하는 시간 구간(t34~t35)에서, 일반 에러에 대한 정보를 마스터 BMS(10)로 출력할 수 있다. 시간 구간(t34~t35)은 도 4의 시간 구간(t4~t5)에 대응할 수 있다. 또한, 일반 고장 모드에서 슬레이브 BMS(300)는 자신의 ID를 일시적으로 변경하므로, 나머지 슬레이브 BMS들(100, 200, 400, 500, 600)은 자신의 ID를 변경하지 않을 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BMS의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, BMS(1000)는, 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 810)와, 운영체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리 진단 프로그램, 전압 근사식 산출 프로그램 등) 등이 기록되는 메모리(1020)와, 배터리 셀 모듈 및/또는 반도체 스위칭 소자와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(1030)와, 유무선 통신망을 통해 외부와 통신 가능한 통신 인터페이스(1040)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(1020)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(1010)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 마스터 BMS; 및
    제 1 배터리 모듈에 에러가 발생한 경우, 상기 에러가 치명적인지 여부를 판단하는 제 1 슬레이브 BMS를 포함하되,
    상기 제 1 슬레이브 BMS는 상기 제 1 슬레이브 BMS의 ID(Identification)에 대응하는 시간 구간에서 상기 마스터 BMS와 통신하고, 상기 에러가 치명적인지 여부에 기초하여 상기 ID를 변경하고, 상기 변경된 ID에 대응하는 시간 구간에서 상기 에러에 대한 정보를 상기 마스터 BMS로 출력하는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제 2 배터리 모듈을 모니터링하는 제 2 슬레이브 BMS를 더 포함하고,
    상기 제 1 슬레이브 BMS는 상기 에러가 치명적인 경우, 상기 ID를 제 1 ID로부터 상기 제 2 슬레이브 BMS의 제 2 ID로 변경하고,
    상기 제 1 ID에 대응하는 제 1 시간 구간은 상기 제 2 ID에 대응하는 제 2 시간 구간 이후의 시간 구간이고,
    상기 제 2 시간 구간은 상기 에러가 발생한 시각 이후의 시간 구간인 배터리 팩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 에러가 발생한 상기 시각에서, 상기 제 2 슬레이브 BMS는 상기 마스터 BMS와 통신 중인 슬레이브 BMS인 배터리 팩.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 마스터 BMS는 상기 제 1 슬레이브 BMS의 상기 ID가 변경된 경우, 상기 제 2 슬레이브 BMS로 알림 신호를 출력하고,
    상기 제 2 슬레이브 BMS는 상기 알림 신호에 기초하여, 상기 제 2 슬레이브 BMS의 ID를 변경하는 배터리 팩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 2 슬레이브 BMS는 상기 알림 신호에 기초하여, 상기 제 2 슬레이브 BMS의 상기 ID를 상기 제 2 ID로부터 상기 제 1 ID로 변경하는 배터리 팩.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 2 슬레이브 BMS는 상기 제 1 시간 구간에서 상기 마스터 BMS와 통신한 후, 상기 제 2 슬레이브 BMS의 상기 ID를 상기 제 1 ID로부터 상기 제 2 ID로 재변경하고,
    상기 제 1 슬레이브 BMS는 상기 제 1 시간 구간에서 상기 제 2 슬레이브 BMS와 상기 마스터 BMS 간의 통신이 완료된 이후, 상기 제 1 슬레이브 BMS의 상기 ID를 상기 제 2 ID로부터 상기 제 1 ID로 재변경하는 배터리 팩.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 2 슬레이브 BMS는 상기 제 1 시간 구간에서 상기 마스터 BMS와 통신한 후, 상기 제 2 슬레이브 BMS의 상기 ID를 상기 제 1 ID로 유지하고,
    상기 제 1 슬레이브 BMS는 상기 제 1 슬레이브 BMS의 상기 ID를 상기 제 2 ID로 유지하는 배터리 팩.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 2 슬레이브 BMS는
    상태 정보 송신 구간에서 상기 제 2 배터리 모듈에 관한 상태 정보를 상기 마스터 BMS로 전송하고, 상기 상태 정보 송신 구간 이후의 재전송 구간에서 상기 상태 정보를 상기 마스터 BMS로 재전송하고,
    상기 상태 정보 송신 구간에서 상기 제 1 슬레이브 BMS에 의해 상기 마스터 BMS와의 통신이 중단된 경우, 상기 에러에 대한 상기 정보가 상기 마스터 BMS로 전송된 이후에 상기 상태 정보를 상기 마스터 BMS로 전송하고,
    상기 재전송 구간에서 상기 제 1 슬레이브 BMS에 의해 상기 마스터 BMS와의 통신이 중단된 경우, 상기 에러에 대한 상기 정보가 상기 마스터 BMS로 전송된 이후에 상기 상태 정보를 상기 마스터 BMS로 전송하지 않는 배터리 팩.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 마스터 BMS는 상기 제 1 슬레이브 BMS의 상기 ID가 변경된 경우, 상기 에러가 발생된 상기 시각과 상기 제 1 시간 구간 사이에 있는 시간 구간들에 대응하는 ID들을 갖는 슬레이브 BMS들로 알림 신호를 출력하고,
    상기 슬레이브 BMS들은 상기 알림 신호에 기초하여, 상기 슬레이브 BMS들 각각의 ID를 변경하는 배터리 팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 슬레이브 BMS들 중 임의의 슬레이브 BMS는 상기 알림 신호에 기초하여 상기 임의의 슬레이브 BMS의 ID를 제 3 ID로부터 제 4 ID로 변경하고,
    상기 제 4 ID에 대응하는 시간 구간은 상기 제 3 ID에 대응하는 시간 구간 직후의 시간 구간인 배터리 팩.
  11. 청구항 1에 있어서,
    제 2 배터리 모듈을 모니터링하는 제 2 슬레이브 BMS를 더 포함하고,
    상기 제 1 슬레이브 BMS는 상기 에러가 치명적이지 않은 경우, 상기 마스터 BMS와 통신 중인 상기 제 2 슬레이브 BMS로부터 상기 제 2 배터리 모듈에 관한 상태 데이터가 출력된 이후에, 상기 제 1 슬레이브 BMS의 상기 ID를 제 1 ID로부터 상기 제 2 슬레이브 BMS의 제 2 ID로 변경하고,
    상기 제 1 ID에 대응하는 제 1 시간 구간은 상기 제 2 ID에 대응하는 제 2 시간 구간 이후의 시간 구간이고,
    상기 제 2 시간 구간은 상기 에러가 발생한 시각 이후의 시간 구간인 배터리 팩.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 슬레이브 BMS는 상기 제 2 슬레이브 BMS가 상기 제 2 배터리 모듈에 관한 상기 상태 데이터를 재전송하기 위한 재전송 구간에서, 상기 에러가 발생하였음을 나타내는 알림 신호를 출력하고, 상기 알림 신호를 출력한 후 상기 ID를 상기 제 2 ID로부터 상기 제 1 ID로 재변경하고, 상기 제 1 시간 구간에서 상기 에러에 대한 상기 정보를 출력하되,
    상기 재전송 구간은 상기 제 2 시간 구간 내의 시간 구간인 배터리 팩.
  13. 마스터 BMS와 통신하는 제 1 슬레이브 BMS에 있어서,
    상기 제 1 슬레이브 BMS의 ID(Identification)에 대응하는 시간 구간에서 상기 마스터 BMS와 통신하는 통신부; 및
    배터리 모듈에 에러가 발생한 경우 상기 에러가 치명적인지 여부를 판단하고, 상기 에러가 치명적인 것으로 판단되는 경우 상기 ID를 제 1 ID로부터 제 2 ID로 변경하는 제어부를 포함하되,
    상기 제 1 ID에 대응하2는 제 1 시간 구간은 상기 제 2 ID에 대응하는 제 2 시간 구간 이후의 시간 구간이고,
    상기 제 2 시간 구간은 상기 에러가 발생한 시각 이후의 시간 구간이고,
    상기 통신부는 상기 ID가 상기 제 2 ID로 변경되는 경우, 상기 제 2 시간 구간에서 상기 마스터 BMS로 상기 에러에 대한 정보를 출력하는 제 1 슬레이브 BMS.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 2 ID는 상기 에러가 발생한 상기 시각에서 상기 마스터 BMS와 통신 중인 제 2 슬레이브 BMS의 ID인 제 1 슬레이브 BMS.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 에러가 치명적이지 않는 것으로 판단되는 경우, 상기 ID를 상기 제 1 ID로부터 상기 제 2 ID로 변경하여 상기 제 2 시간 구간에서 상기 에러가 발생하였음을 나타내는 알림 신호를 출력하고, 상기 알림 신호를 출력한 후 상기 ID를 상기 제 2 ID로부터 상기 제 1 ID로 재변경하고, 상기 제 1 시간 구간에서 상기 에러에 대한 상기 정보를 출력하는 제 1 슬레이브 BMS.
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