KR101748644B1 - 배터리 모듈 시뮬레이션 장치 - Google Patents

배터리 모듈 시뮬레이션 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 관리 장치의 기능을 검증하기 위한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 장치는, BMS의 기능을 검증하기 위한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치로서, 실제의 배터리 모듈에 관한 정보가 데이터화된 배터리 모델부; 외부로부터 구동 조건 신호를 입력받는 입력 인터페이스부; 상기 배터리 모델부를 기반으로 상기 입력 인터페이스부가 입력받은 상기 구동 조건 신호에 대한 응답 신호를 생성하는 프로세싱부; 및 상기 프로세싱부가 생성한 응답 신호를 상기 BMS로 출력하는 출력 인터페이스부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈 시뮬레이션 장치{Apparatus for simulating battery module}
본 발명은, 배터리 모듈을 시뮬레이션하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 시뮬레이션을 통해서 배터리 모듈의 안전성 테스트 및 배터리 모듈의 상태 추정이 수행될 수 있도록 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.
최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
이러한 배터리는 단일의 배터리로 사용되기보다는 배터리 팩의 형태로 사용되는 것이 일반적이다. 상기 배터리 팩은 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어진 셀 집합체와 이러한 배터리 셀 내지 배터리 팩의 전반적인 상태를 관리하는 배터리 관리 장치를 포함하고 있다. 한편, 이러한 배터리 관리 장치는, BMS(Battery Management System), BMU(Battery Management Unit) 등으로 지칭되기도 한다.
상기 배터리 관리 장치는, 배터리 팩에 연결된 부하(load)에 대한 전력 공급 제어, 전류 또는 전압 등의 전기적 파라미터 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 추정, SOH(State Of Health) 추정 등 이차 전지의 상태를 전반적으로 모니터링하고 제어하는 역할을 한다.
한편, 이러한 배터리 관리 장치는, 배터리 팩을 전반적으로 제어하는 구성이므로 배터리 팩의 가장 중요한 구성요소 중 하나라고 할 수 있다. 그런데, 이러한 배터리 관리 장치가 배터리 팩 내에서 올바르게 작동하지 않을 경우, 이차 전지의 상태를 제대로 모니터링하지 못하게 되어 외부 장치로 적절한 전력 공급이 이루어지지 않게 될 수 있다. 뿐만 아니라, 배터리 관리 장치의 보호 기능이 제대로 수행되지 않으면, 안전 사고가 발생할 우려가 있다.
따라서, 배터리 관리 장치가 배터리 팩 내에서 올바르게 작동하고 있는지에 대한 기능 검증 및 배터리 팩이 작동 중에 어떠한 상태에 놓이는지에 대해 미리 파악할 필요가 있다. 그런데, 현재, 배터리 관리 장치가 배터리 팩 내에서 제대로 동작하고 있는지 여부를 검증하는 기술 및 배터리 팩이 작동 중의 상태 파악에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
한편, 배터리 관리 장치의 기능 검증은, 크게 안전성 검증과 상태 추정으로 구별될 수 있다. 여기서, 안전성 검증은, 배터리 팩을 고전압 상태, 과전류 상태, 고온 상태 등과 같은 위험 상태에 노출시킨 다음 배터리 관리 장치가 올바르게 보호 동작을 수행하는지 확인하는 형태로 수행된다. 즉, 배터리 팩의 안전성 검증은, 배터리 팩이 위험 상태에 노출된 상황에서, 배터리 관리 장치가 올바르게 보호 동작을 수행하는지를 검증하는 것이라고 할 수 있다. 그리고, 상태 추정은, 배터리 팩이 실제로 사용되는 조건과 유사한 조건으로 충방전을 수행하는 과정에서 배터리 관리 장치가 배터리 팩의 상태, 예를 들어, 전압, 전류, 전기 용량(SOC: State Of Charge), 용량 퇴화도(SOH: State Of Charge) 등을 추정하는 형태로 수행된다.
그런데, 안전성 검증은 위험성을 내재하고 있기 때문에, 종래에는 실제 배터리를 사용하는 대신 파워 서플라이를 사용하여 배터리 관리 장치로 소정 전압 신호를 출력하는 형태로 수행되어 왔다.
또한, 종래기술에 의하면, 상태 추정은, 실제의 배터리 팩을 다양한 패턴으로 구동시키면서, 배터리 관리 장치를 이용하여 배터리 팩의 전압, 전류, 전기 용량, 용량 퇴화도를 추정하는 형태로 수행되어 왔다. 그런데, 종래기술에 의하면, 실제의 배터리 팩을 사용하기 때문에 위험성이 내재하고 있다는 문제가 있으므로, 이러한 상태 추정은, 별도의 안전 챔버 내에서 이루어진다. 즉, 배터리 팩 상태 추정이 수행되는 과정에서 배터리 팩이 위험한 조건에 놓일 우려가 있으며, 종래 기술에 따른 상태 추정은, 시공간적으로 제약을 받는다는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 종래기술에 의하면, 배터리 팩의 안전성 검증과 배터리 팩의 상태 추정을 함께 수행할 수 없다는 문제가 있다. 즉, 종래 기술에 따른 배터리 관리 장치의 기능 검증은, 별개의 장비를 이용하여 안정성 검증과 상태 추정이 개별적으로 수행된다는 불편함이 있다.
본 출원인은, 상술한 종래기술의 문제점에 대한 인식을 통해, 배터리 관리 장치의 기능을 검증하기 위한 시뮬레이션 장치의 필요성을 인식하게 되었다. 또한, 본 출원인은, 상술한 종래기술의 문제점에 대한 인식을 통해, 실제 동작 상태에서 배터리 모듈이 어떠한 상태에 노출되는지를 파악하되, 위험성을 최소화할 수 있는 방안에 대한 필요성을 인식하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 관리 장치의 기능을 검증하기 위한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은, 배터리 관리 장치의 기능 검증 중 안전성 검증과 상태 추정이 모두 수행될 수 있는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 실제의 배터리를 이용하지 않음으로써, 안전성이 향상되고 시공간적인 제약을 받지 않는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 실제 배터리를 사용하지 않으면서도, 다양한 구동 패턴에 대한 응답을 반영할 수 있는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치를 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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 장치는, BMS의 기능을 검증하기 위한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치로서, 배터리 모듈에 관한 정보가 저장된 배터리 모델부; 구동 조건 신호를 입력받는 입력 인터페이스부; 상기 배터리 모델부를 기반으로 상기 입력 인터페이스부가 입력받은 상기 구동 조건 신호에 대한 응답 신호를 생성하는 프로세싱부; 및 상기 프로세싱부가 생성한 응답 신호를 상기 BMS로 출력하는 출력 인터페이스부;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모델부에는, 상기 배터리 모듈의 전기화학적 정보가 저장될 수 있다.
상기 구동 조건 신호는, 구동 전력 정보를 포함할 수 있고, 상기 구동 전력 정보는, 상기 배터리 모듈에 인가되는 전압값 및 상기 배터리 모듈로 유입되는 전류값을 포함할 수 있다.
상기 구동 조건 신호는, 주변 온도 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 응답 신호는, 상기 구동 조건 신호에 대응하여 생성된, 상기 배터리 모듈의 특성 정보에 관한 신호일 수 있고, 상기 특성 정보는, 전압 특성 정보, 전류 특성 정보 및 온도 특성 정보를 포함할 수 있다.
상기 프로세싱부는, 프로세서 및 상기 프로세서에 의해 실행될 수 있는 응답 생성 프로그램을 구비하되, 상기 배터리 모델부를 구성하는 데이터의 적어도 일부와 상기 입력 인터페이스부가 수신한 신호를 상기 응답 생성 프로그램에 입력하고, 상기 프로세서를 이용하여 상기 응답 생성 프로그램을 실행하여 상기 응답 신호를 생성할 수 있다.
상기 BMS는, 과충전, 과전류, 고온 감지시 보호동작에 대한 명령 신호를 출력하는 보호 모듈 및 배터리 셀의 전기 용량 또는 용량 퇴화도를 추정하는 상태 추정 모듈을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 시스템은, 상술한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치; 상기 배터리 모듈 시뮬레이션 장치의 입력 인터페이스부로 상기 구동 조건 신호를 전송하는 구동디바이스; 및 상기 배터리 모듈 시뮬레이션 장치의 출력 인터페이스부로부터 출력된 신호를 수신하는 BMS;를 포함할 수 있다.
상기 구동디바이스는, 기 설정된 패턴에 따라 변화하는 구동 조건 신호를 상기 입력 인터페이스부로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 실제의 배터리 모듈을 사용하지 않고도 BMS의 기능 검증이 이루어질 수 있다. 따라서, BMS의 기능 검증시 안전 사고가 발생할 우려가 없으며, BMS의 기능을 검증하는데 있어 시공간적 제약이 거의 없다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 모듈의 다이나믹한 구동 패턴에 대한 응답이 BMS에 반영될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 실제의 배터리 모듈이 구동되는 조건과 유사한 조건에서 가상의 배터리 모듈이 구동되고, 이때, BMS에 의해 상태 추정이 이루어질 뿐만 아니라, 이러한 구동 조건 하에서 배터리 모듈이 위험 상태에 노출되는지 여부를 판단하는 것이 가능하다.
또한, 배터리 모델부는, 데이터로 모듈화되므로, 배터리 모델부의 변경 내지 교체가 용이하게 이루어질 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
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, 실제의 배터리 모듈이 구동되는 모습을 개략적으로 나타낸 참고도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 시스템의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
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.
본 명세서에서, 배터리 팩은, 배터리 모듈과 Battery Management System(BMS)이라고 불리는 배터리 관리 장치(이하, BMS)를 포함하는 구성요소를 의미한다.
또한, 본 명세서에서, 배터리 모듈은, 배터리 팩을 구성하는 구성요소로서, 배터리 셀의 집합체를 의미하며, BMS가 포함되지 않은 것을 의미한다.
그리고, 본 명세서에서, 배터리 모듈은, (실제의) 배터리 모듈과 가상의 배터리 모듈로 구분될 수 있다. 배터리 모듈은, 물리적인 형태를 갖는 실존하는 배터리 모듈을 의미하고, 가상의 배터리 모듈은, 실제의 배터리 모듈이 가상화된 것을 의미한다.
한편, 실제의 배터리 모듈은, 주변의 온도, 습도 등과 같은 소정의 환경 조건에서 구동되고, 외부로부터 전력을 공급받아 구동될 수 있다. 또한, 실제의 배터리 모듈은, 이러한 구동 전력, 주변 온도 하에서 구동됨에 따라 다양한 특성 정보가 변화한다. 즉, 실제의 배터리 모듈은, 구동에 따라 실시간으로 전압 특성 정보, 전류 특성 정보, 온도 특성 정보 등이 변화한다. 그리고, 상기 특성 정보들은, 배터리 모듈을 구성하는 각각의 배터리 셀 마다 다를 수 있다.
도 1은, 실제의 배터리 모듈이 구동되는 모습을 개략적으로 나타낸 참고도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(P)을 구성하는 배터리 모듈(200)과 BMS(300)가 도시되어 있다. 상기 BMS(300)는 배터리 모듈(200)과 전기적으로 연결되어, 배터리 모듈(200)을 구성하는 배터리 셀들의 상태를 모니터링할 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 BMS(300)는 이와 같이 모니터링을 수행하면서, 모니터링 결과를 기초로 보호 동작, 상태 추정 동작 등을 수행할 수 있다. 한편, 상기 배터리 모듈(200)은, 소정의 환경 조건에서, 외부 장치(100)와 연결되어 구동된다. 외부 장치(100)는, 배터리 모듈(200)의 전극 터미널(t1, t2)과 연결되어 배터리 모듈을 구동시킬 수 있다. 외부 장치(100)는, 배터리 팩(P)으로부터 전원을 공급받는 부하 또는 배터리 팩에 전원을 공급하는 충전기 등이 될 수 있다. 배터리 팩(P)은, 실제로 구동되는 도중에 배터리 팩(P)에 구비된 BMS(300)를 통해 스스로 보호 동작을 수행하며, 배터리 팩(P)의 상태를 추정하는 동작 등을 수행할 수 있다.
다른 한편, 상기 가상의 배터리 모듈은, 실제의 배터리 모듈과 달리 가상의 조건 하에서 구동되고 가상의 조건에 따라 대응되는 특성 정보를 출력할 수 있다. 즉, 가상의 배터리 모듈은, 가상의 환경 조건 및 가상의 구동 조건 하에서 가상으로 구동되어, 다양한 특성 정보들을 출력할 수 있다. 이러한 가상의 배터리 모듈은, 본 명세서에서, 배터리 모듈 시뮬레이션 장치라고 명명된다. 가상의 배터리 모듈, 즉 배터리 모듈 시뮬레이션 장치는, 가상의 조건 하에서 구동되어 다양한 특성 정보를 BMS(300)가 인식할 수 있는 신호로 변환하여 BMS(300)로 출력할 수 있다. 이를 통해, 실제 배터리 모듈을 구동시키지 않고도 실제 배터리 모듈의 특성 정보를 예측할 수 있으며, 배터리 팩에 구비된 BMS(300)의 기능 검증이 이루어질 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 시스템의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 시스템은, 구동디바이스(500), 배터리 모듈 시뮬레이션 장치(400) 및 BMS(300)를 포함한다.
상기 배터리 모듈 시뮬레이션 장치(400)는, 상술한 바와 같이, 실제의 배터리 모듈이 가상화된 것이라고 할 수 있다. 상기 배터리 모듈 시뮬레이션 장치(400)는, 배터리 모델부(420), 입력 인터페이스부(410), 프로세싱부(430) 및 출력 인터페이스부(440)를 포함한다.
상기 배터리 모델부(420)는, 배터리 모듈, 즉 실제의 배터리 모듈에 관한 정보를 저장할 수 있다. 바람직하게는, 상기 배터리 모델부(420)에는, 실제의 배터리 모듈의 전기화학적 정보가 데이터화되어 저장될 수 있다. 또한, 상기 배터리 모델부(420)에는, 실제 배터리 모듈을 구성하는 하나 이상의 배터리 셀에 대한 전기화학적 정보가 구조화된 데이터 구조(data structure)가 저장될 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈이 복수개의 배터리 셀을 포함하고, 상기 복수개의 배터리 셀이 서로 전기적으로 연결되어 있다고 가정할 수 있다. 이때, 각각의 배터리 셀은, 전기 회로로 모델링 될 수 있다. 따라서, 복수의 배터리 셀로 구성된 배터리 모듈은, 복수의 전기 회로가 연결된 전기 회로 시스템으로 모델링 될 수 있다.
즉, 배터리 모델부(420)는, 이와 같이 모델링된 전기 회로 시스템을 이루는 회로 소자에 대한 정보, 이러한 회로 소자들의 결선 관계 등에 대한 정보를 저장할 수 있다. 일 예로, 상기 배터리 모델부(420)에는, 상술한 정보들이 이진수로 수치화되어 저장될 수 있으며, 상기 배터리 모델부(420)는, 메모리 등과 같이 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체로 구현될 수 있다. 또한, 상기 배터리 모델부(420)는, 후술할 프로세싱부(430)에 의해 액세스될 수 있다. 즉, 프로세싱부(430)는, 배터리 모델부(420)에 액세스하여 필요한 데이터를 추출할 수 있으며, 배터리 모델부(420)를 기반으로 데이터를 처리 내지 가공하여 응답 신호를 생성할 수 있다.
선택적으로, 상기 배터리 모델부(420)는, 필요에 따라 교체가 가능하다. 즉, 상기 배터리 모델부(420)는, 소정 배터리 모듈에 관한 정보를 저장하는 메모리 등으로 구현될 수 있으므로, 배터리 모듈이 변경되거나, 새로운 배터리 모듈이 제조되었을 때, 변경 또는 새로 제조된 배터리 모듈에 대한 배터리 모델부(420)로 교체될 수 있다. 이때, 배터리 모델부(420)의 변경은, 메모리 장치 자체의 교환 또는 메모리에 저장된 데이터를 교체하는 방식에 의해 수행될 수 있다.
상기 입력 인터페이스부(410)는, 외부로부터 구동 조건 신호를 입력받을 수 있다. 여기서, 구동 조건 신호는, 가상의 배터리 모듈을 가상으로 구동시키는 가상의 구동 조건에 대한 신호라고 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 구동 조건 신호는, 가상의 배터리 모듈을 구동시키는 구동 전력 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 구동 전력 정보는, 가상의 배터리 모듈에 인가되는 전압값 및 배터리 모듈로 유입되는 전류값을 포함할 수 있다. 즉, 상기 구동 전력 정보는, 실제의 배터리 모듈이 모델링된 전기 회로 시스템에 인가되는 전압 및 상기 전기 회로 시스템에 인가되는 전류에 각각 대응되는 전압값 및 전류값에 대한 정보일 수 있다.
선택적으로, 상기 구동 조건 신호는, 주변 온도 정보를 더 포함할 수 있다. 상기 주변 온도 정보는, 배터리 모듈, 즉 실제의 배터리 모듈의 주변 온도 정보에 대응되는 것으로서, 가상의 배터리 모듈이 구동되는 가상의 온도 조건에 관한 정보라고 할 수 있다. 종래기술에 따른 기능 검증은, 주변 온도의 변화를 주기 위해, 실제의 배터리 모듈을 감쌀 수 있는 챔버를 제작하고, 상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 방식을 통해 이루어졌다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주변 온도의 변화를 주기 위해 별도의 챔버를 제작할 필요가 없고, 주변 온도를 원하는 온도로 변화시킬 때까지 기다릴 필요가 없으므로, 시공간적인 제약이 제거될 수 있다.
상기 프로세싱부(430)는, 상기 배터리 모델부(420)를 기반으로 상기 입력 인터페이스부(410)가 입력받은 상기 구동 조건 신호에 대한 응답 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 상기 응답 신호는, 상기 입력 인터페이스부(410)가 수신하는 상기 구동 조건 신호에 대응하여 생성된 전압 특성 정보, 전류 특성 정보 및 온도 특성 정보를 포함할 수 있다. 즉, 상기 응답 신호는, 상기 배터리 모델부(420)를 기초로 생성된 구동 조건 신호에 대한 결과값 내지 출력값이라고 할 수 있다.
다시 말해, 상기 프로세싱부(430)는, 상기 배터리 모델부(420)에 액세스하여 상기 배터리 모델부(420)로부터 필요한 정보를 추출하고, 입력 인터페이스부(410)가 수신한 구동 조건 신호를 이용하여 연산 내지 데이터처리를 수행하여 응답 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 이와 같이 프로세싱부(430)가 생성한 응답 신호는, 가상의 구동 조건에서 구동된 가상의 배터리 모듈의 다양한 특성 정보에 관한 신호일 수 있다. 즉, 상기 특성 정보는, 가상의 배터리 모듈의 전압 특성 정보, 전류 특성 정보, 온도 특성 정보 등을 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 특성 정보는, 가상의 배터리 모듈을 구성하는 가상의 배터리 셀 별로 다를 수 있으며, 상기 프로세싱부(430)는, 상기 특성 정보를 각 배터리 셀 별로 생성할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 프로세싱부(430)는, 연산 등의 데이터 처리를 수행하는 프로세서, 상기 프로세서에 의해 실행될 수 있는 응답 생성 프로그램을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 응답 생성 프로그램은, 프로세싱부(430)의 내부 또는 외부에 구비된 메모리 장치에 저장될 수 있다. 이때, 상기 프로세싱부(430)는, 상기 배터리 모델부(420)를 구성하는 데이터의 적어도 일부와 상기 입력 인터페이스부(410)가 수신한 신호를 응답 생성 프로그램에 입력하고, 상기 응답 생성 프로그램을 실행하여 상기 응답 신호를 생성할 수 있다.
상기 출력 인터페이스부(440)는, 상기 프로세싱부(430)가 생성한 응답 신호를 BMS(300)로 출력할 수 있다. 바람직하게는, 상기 출력 인터페이스부(440)는, 상기 프로세싱부(430)가 생성한 응답 신호를 BMS(300)가 수신할 수 있는 신호로 변환할 수 있으며, 변환된 신호를 BMS(300)로 출력할 수 있다. 즉, 상기 출력 인터페이스부(440)는, 상기 프로세싱부(430)가 생성한 전압 특성 정보, 전류 특성 정보, 온도 특성 정보 등에 관한 신호를 BMS(300)가 인식할 수 있는 신호로 변환하여 BMS(300)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 출력 인터페이스부(440)는, BMS(300)가 인식할 수 있도록 응답 신호를 전압으로 변환하여 전압을 출력할 수 있다. 이 경우, BMS(300)는 전압의 크기 등을 통해 특성 정보 및 특성 정보의 값을 구별할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 출력 인터페이스부(440)는, 상기 프로세싱부(430)로부터 전압 특성 정보, 전류 특성 정보 및 온도 특성 정보를 입력받아 BMS(300)로 출력 전압을 인가하는 팩 시뮬레이터로 구현될 수 있다. 다시 말해, 상기 출력 인터페이스부(440)는, 안전성 검증에 사용되는 팩 시뮬레이터로 구현될 수 있다.
상기 구동디바이스(500)는, 상술한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치(400)로 구동 조건 신호를 전송할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 구동디바이스(500)는, 상술한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치(400)의 입력 인터페이스부(410)로 구동 조건 신호를 전송할 수 있다. 즉, 상술한 입력 인터페이스부(410)는, 상기 구동디바이스(500)로부터 구동 조건 신호를 입력받을 수 있다. 이때, 상기 구동디바이스(500)는, 구동 조건 신호를 시간의 흐름에 따라 달리하여 입력 인터페이스부(410)로 전송할 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동디바이스(500)는, 기 설정된 패턴에 따라 변화하는 구동 조건 신호를 상기 입력 인터페이스부(410)로 전송할 수 있다. 이를 위해, 상기 구동디바이스(500)는, 구동 조건 신호에 대한 패턴을 생성하거나, 외부로부터 입력받을 수 있으며, 패턴화된 구동 조건 신호를 저장하고 있을 수 있다. 즉, 상기 구동디바이스(500)는, 실제 배터리 모듈의 구동 조건과 유사한 구동 조건 신호를 입력 인터페이스부(410)로 출력할 수 있다. 이를 통해, 가상의 배터리 모듈은, 실제 구동 조건과 유사한 상태로 구동될 수 있으며, 실제 구동 조건에 따른 특성 정보를 생성할 수 있다. 그 결과, 후술할 BMS(300)는, 실제의 구동 패턴에서 배터리 모듈이 안전하게 동작하는지 검증할 수 있다. 뿐만 아니라, 후술할 BMS(300)는, 실제의 구동 패턴에서 배터리 모듈의 상태 변화를 추정할 수 있다.
선택적으로, 상기 구동디바이스(500)는, 배터리 모듈을 위험 상태에 빠뜨릴 수 있는 구동 조건 신호를 상기 입력 인터페이스부(410)로 전송할 수도 있다. 예를 들어, 상기 구동디바이스(500)는, 극고온에 해당하는 온도 조건을 주변 온도 조건으로 선택하거나, 과전압에 해당하는 전압을 배터리 모듈로 인가되는 전압으로 선택하거나, 과전류에 해당하는 전류를 배터리 모듈로 유입되는 전류로 선택할 수도 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 이와 같은 위험 상태에서 후술할 BMS(300)가 보호 동작을 올바르게 수행하는지 검증할 수 있다.
상기 BMS(300)는, 상술한 배터리 모듈 시뮬레이션 장치(400)로부터 출력된 신호를 수신할 수 있다. 즉, 상기 BMS(300)는 가상의 배터리 모듈이 생성한 응답 신호를 수신할 수 있다. 상기 BMS(300)는, 알려진 배터리 관리 시스템과 마찬가지로, 다양한 보호 기능 및 상태 추정을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 BMS(300)는, 보호 모듈 및 상태 추정 모듈을 포함할 수 있다.
상기 보호 모듈은, BMS(300)의 관리 대상이 되는 배터리 모듈의 과충전, 과전류, 고온 등이 감지될 경우, 배터리 팩으로 보호 동작에 대한 명령 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 보호 모듈은, 배터리 모듈에 구비된 배터리 셀 중 어느 하나의 과충전이 감지되면, 충방전 스위치를 차단시키도록 하는 명령 신호를 출력할 수 있다.
상기 상태 추정 모듈은, BMS(300)의 관리 대상이 되는 배터리 모듈의 상태를 추정할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 상태 추정 모듈은, 배터리 모듈의 특성 정보를 이용하여, 배터리 모듈에 구비된 배터리 셀의 전기 용량(State Of Charge: SOC) 또는 배터리 셀의 용량 퇴화도(State Of Health:SOH) 등을 추정할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 시스템은 선행기술에 비해 현저한 효과를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실제의 배터리 모듈을 사용하지 않고도 BMS(300)의 기능 검증이 이루어질 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 다이나믹한 구동 패턴에 대한 응답이 BMS(300)에 반영될 수 있다. 즉, 실제의 배터리 모듈이 구동되는 조건과 유사한 조건에서 가상의 배터리 모듈이 구동되고, 이때, BMS(300)에 의해 상태 추정이 이루어질 뿐만 아니라, 이러한 구동 조건 하에서 배터리 모듈이 위험 상태에 노출되는지 여부를 판단하는 것이 가능하다. 또한, 배터리 모델부(420)는, 데이터로 모듈화될 수 있으므로, 배터리 모델부(420)의 변경 내지 교체가 용이하게 이루어질 수 있다.
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.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
300: BMS
400: 배터리 모듈 시뮬레이션 장치
410: 입력 인터페이스부
420: 배터리 모델부
430: 프로세싱부
440: 출력 인터페이스부
500: 구동디바이스

Claims (11)

  1. 복수개의 배터리 셀을 포함하는 실제의 배터리 모듈에 관한 정보가 이진수로 수치화되어 저장된 배터리 모델부;
    구동 조건 신호를 입력받는 입력 인터페이스부;
    상기 배터리 모델부를 기반으로 상기 입력 인터페이스부가 입력받은 상기 구동 조건 신호에 대한 응답 신호를 생성하는 프로세싱부; 및
    상기 프로세싱부가 생성한 응답 신호를 BMS로 출력하는 출력 인터페이스부;를 포함하되,
    상기 실제의 배터리 모듈에 관한 정보는,
    상기 각각의 배터리 셀을 모델링하는 전기 회로의 회로 소자들에 대한 제1 정보; 및 상기 회로 소자들의 결선 관계에 대한 제2 정보;를 포함하고,
    상기 응답 신호는,
    상기 구동 조건 신호에 대응하여 생성된, 상기 실제의 배터리 모듈의 특성 정보에 관한 신호이며,
    상기 실제의 배터리 모듈의 특성 정보는,
    상기 각각의 배터리 셀별 특성 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 조건 신호는, 구동 전력 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 전력 정보는, 상기 배터리 모듈에 인가되는 전압값 및 상기 배터리 모듈로 유입되는 전류값을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 조건 신호는, 주변 온도 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실제의 배터리 모듈의 특성 정보는, 전압 특성 정보, 전류 특성 정보 및 온도 특성 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱부는, 프로세서 및 상기 프로세서에 의해 실행될 수 있는 응답 생성 프로그램을 구비하되, 상기 배터리 모델부를 구성하는 데이터의 적어도 일부와 상기 입력 인터페이스부가 수신한 신호를 상기 응답 생성 프로그램에 입력하고, 상기 프로세서를 이용하여 상기 응답 생성 프로그램을 실행하여 상기 응답 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 BMS는, 과충전, 과전류, 고온 감지시 보호동작에 대한 명령 신호를 출력하는 보호 모듈 및 배터리 셀의 전기 용량 또는 용량 퇴화도를 추정하는 상태 추정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 장치.
  10. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 및 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈 시뮬레이션 장치;
    상기 배터리 모듈 시뮬레이션 장치의 입력 인터페이스부로 상기 구동 조건 신호를 전송하는 구동디바이스; 및
    상기 배터리 모듈 시뮬레이션 장치의 출력 인터페이스부로부터 출력된 신호를 수신하는 BMS;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동디바이스는, 기 설정된 패턴에 따라 변화하는 구동 조건 신호를 상기 입력 인터페이스부로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 시뮬레이션 시스템.

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