KR20130066283A - 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치 - Google Patents

배터리 시스템의 시뮬레이션 장치 Download PDF

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황의정
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Abstract

본 발명은 시뮬레이션 데이터를 이용하여 배터리 시스템을 테스트함으로써 안정적인 시스템 운용이 가능한 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치에 관한 것이다. 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치는 배터리 시스템에 포함되는 배터리를 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 배터리를 제어하는 배터리 관리부로 출력하는 전압 시뮬레이터 및 배터리 관리부로부터 시뮬레이션 전압에 의한 배터리 제어 결과를 수신하여 검증하는 시뮬레이션 검증부를 포함한다.

Description

배터리 시스템의 시뮬레이션 장치{Apparatus for simulating battery system}
본 발명은 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.
환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않는 신 재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 전력 저장 시스템은 이러한 신 재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어 지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 시뮬레이션 데이터를 이용하여 배터리 시스템을 테스트함으로써 안정적인 시스템 운용이 가능하도록 하는 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치는 배터리 시스템에 포함되는 배터리를 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 상기 배터리를 제어하는 배터리 관리부로 출력하는 전압 시뮬레이터; 및 상기 배터리 관리부로부터 상기 시뮬레이션 전압에 의한 상기 배터리 제어 결과를 수신하여 검증하는 시뮬레이션 검증부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 배터리를 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 저장하고 있는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 저장부는 가상의 시뮬레이션 전압을 상기 배터리로 이루어진 셀 및 랙 별로 저장하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 가상의 시뮬레이션 전압은 상기 셀 및 랙에 대한 충방전 상태, SOC/SOP/SOH 상태, 과전압/저전압/과온도/저온도/과전류/저전류 보호 상태 중 적어도 어느 하나를 나타내는 전압인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 배터리 시스템은 복수의 배터리 셀로 구성된 복수의 배터리 트레이를 제어하는 복수의 트레이 관리부; 및 상기 복수의 트레이 관리부들을 제어하는 복수의 랙 관리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는 상기 트레이 관리부로 상기 셀을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는 상기 랙 관리부로 상기 랙을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 랙 관리부를 제어하는 시스템 관리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 시뮬레이션 검증부는 상기 시스템 관리부로부터 상기 배터리 제어 결과를 수신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는 노말 모드 또는 사용자 모드에 따라 각각 다른 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는 정형화된 충방전 방식에서 온도에 따라 변하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 노말 모드로 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는 자유로운 충방전 방식에서 온도에 따라 변하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 사용자 모드로 동작하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 시뮬레이션 데이터를 이용하여 배터리 시스템을 테스트함으로써 안정적인 시스템 운용이 가능하다.
특히, 펌웨어 자동 검증 시스템 구축에 따른 BMS 펌웨어 검증력을 강화할 수 있고, PCS와의 모사 테스트를 통해 통신 및 충방전 매칭성을 사전에 확보할 수 있다. 또한 제품별 다양한 충방전 패턴 테스트를 통해 실증 테스트 문제를 사전에 검출할 수 있고, 전압, 전류 온도 등 다중 조건 동작 펌웨어 평가를 통해 잔량 용량(fuel gauge) 정확도 및 보호 기능을 검증할 수 있으며, 범용 검증 시스템으로서 BMS 및 셀, 고객 사양 변경 시 대응 가능하여 추가 투자비를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 저장 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1 중 배터리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 시뮬레이션 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 포함하는 전력 저장 시스템의 시뮬레이션 장치 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 전력 저장 시스템(100)은 발전 시스템(200), 계통(300)과 연계하여 부하(400)에 전력을 공급한다.
발전 시스템(200)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(200)은 생산한 전력을 전력 저장 시스템(100)에 공급한다. 발전 시스템(200)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 발전 시스템(200)은 상기 언급한 종류에 한정되는 것은 아니다. 태양열이나 지열 등, 신 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정이나 공장에 분산된 전력 저장 시스템(100)에 적용하기에 적합하다. 발전 시스템(200)은 다수의 발전 모듈을 병렬로 구비하고 발전 모듈 별로 전력을 생산함으로써 대용량 전력 시스템을 구성할 수 있다.
계통(300)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(300)은 정상 상태인 경우, 전력 저장 시스템(100)으로 전력을 공급하여 부하(400) 및/또는 배터리 시스템(20)에 전력이 공급되도록 하고, 전력 저장 시스템(100)으로부터 전력을 공급받는다. 계통(300)이 비정상 상태인 경우, 계통(300)으로부터 전력 저장 시스템(100)으로의 전력 공급은 중단되고, 전력 저장 시스템(100)으로부터 계통(300)으로의 전력 공급 또한 중단된다.
부하(400)는 발전 시스템(200)에서 생산된 전력, 배터리 시스템(20)에 저장된 전력, 또는 계통(300)으로부터 공급된 전력을 소비한다. 가정이나 공장 등이 부하(400)의 일 예일 수 있다.
전력 저장 시스템(100)은 발전 시스템(200)에서 생산한 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하고, 생산한 전력을 계통(300)으로 공급할 수 있다. 전력 저장 시스템(100)은 배터리 시스템(20)에 저장된 전력을 계통(300)으로 공급하거나, 계통(300)으로부터 공급된 전력을 배터리 시스템(20)에 저장할 수도 있다. 또한 전력 저장 시스템(100)은 계통(300)이 비정상 상태일 경우, 예를 들면 정전이 발생한 경우에는 UPS(uninterruptible power supply) 동작을 수행하여 부하(400)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 전력 저장 시스템(100)은 계통(300)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(200)이 생산한 전력이나 배터리 시스템(20)에 저장되어 있는 전력을 부하(400)로 공급할 수 있다.
전력 저장 시스템(100)은 전력 변환을 제어하는 전력 변환 시스템(power conversion system, 이하 PCS라 함)(10), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(30) 등을 포함한다.
PCS(10)는 발전 시스템(200), 계통(300), 배터리 시스템(20)의 전력을 적절한 전력으로 변환하여 필요한 곳에 공급한다. PCS(10)는 전력 변환부(11), DC 링크부(12), 인버터(13), 컨버터(14), 통합 제어기(15)를 포함한다.
전력 변환부(11)는 발전 시스템(200)과 DC 링크부(12) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(200)에서 생산한 전력을 DC 링크부(12)로 전달하며, 이때 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환한다.
전력 변환부(11)는 발전 시스템(200)의 종류에 따라서 컨버터, 정류회로 등의 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 발전 시스템(200)이 생산하는 전력이 직류인 경우, 전력 변환부(11)는 직류를 직류로 변환하기 위한 컨버터일 수 있다. 발전 시스템(200)이 생산하는 전력이 교류인 경우, 전력 변환부(11)는 교류를 직류로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. 특히 발전 시스템(200)이 태양광 발전 시스템인 경우, 전력 변환부(11)는 일사량, 온도 등의 변화에 따라서 발전 시스템(200)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(maximum power point tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(200)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 동작을 중지하여 컨버터 등에서 소비되는 전력을 최소화시킬 수도 있다.
직류 링크 전압은 발전 시스템(200) 또는 계통(300)에서의 순시 전압 강하, 부하(400)에서의 피크 부하 발생 등으로 인하여 그 크기가 불안정해 지는 경우가 있다. 그러나 직류 링크 전압은 컨버터(14) 및 인버터(13)의 정상 동작을 위하여 안정될 필요가 있다. DC 링크부(12)는 전력 변환부(11)와 인버터(13) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. DC 링크부(12)로서, 예를 들어 대용량 캐패시터 등을 사용할 수 있다.
인버터(13)는 DC 링크부(12)와 제1 스위치(30) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 인버터(13)는 방전 모드에서 발전 시스템(200) 및/또는 배터리 시스템(20)으로부터 출력된 직류 링크 전압을 계통(300)의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(13)는 충전 모드에서 계통(300)의 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하기 위하여 계통(300)의 교류 전압을 정류하고 직류 링크 전압으로 변환하여 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 즉 인버터(13)는 입력 및 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터일 수 있다.
인버터(13)는 계통(300)으로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(13)는 무효 전력의 발생을 억제하기 위하여 인버터(13)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(300)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 인버터(13)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(13)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화 하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.
컨버터(14)는 DC 링크부(12)와 배터리 시스템(20) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 컨버터(14)는 방전 모드에서 배터리 시스템(20)에 저장된 전력을 인버터(13)에서 요구하는 전압 레벨 즉, 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력하는 컨버터를 포함한다. 또한 컨버터(14)는 충전 모드에서 전력 변환부(11)에서 출력되는 전력이나 인버터(13)에서 출력되는 전력의 전압을 배터리 시스템(20)에서 요구하는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환하는 컨버터를 포함한다. 즉, 컨버터(14)는 입력 및 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 컨버터일 수 있다. 컨버터(14)는 배터리 시스템(20)의 충전 또는 방전이 필요 없는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비를 최소화 할 수도 있다.
통합 제어기(15)는 발전 시스템(200), 계통(300), 배터리 시스템(20) 및 부하(400)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 결과에 따라서 전력 변환부(11), 인버터(13), 컨버터(14), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30), 제2 스위치(40)의 동작을 제어한다. 통합 제어기(15)는 계통(300)에 정전이 발생하였는지 여부, 발전 시스템(200)에서 전력이 생산되는지 여부, 발전 시스템(200)에서 전력을 생산하는 경우 그 생산량, 배터리 시스템(20)의 충전 상태, 부하(400)의 소비 전력량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다. 또한 통합 제어기(15)는 계통(300)에 정전이 발생하는 등, 부하(400)로 공급할 전력이 충분하지 않은 경우에는 부하(400) 내에 포함된 전력 사용 기기들에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 높은 전력 사용 기기로 전력을 공급하도록 부하(400)를 제어할 수도 있을 것이다.
제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)는 인버터(13)와 계통(300) 사이에 직렬로 연결되며, 통합 제어기(15)의 제어에 따라서 on/off 동작을 수행하여 발전 시스템(200)과 계통(300) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 제1 스위치(30)와 제2 스위치(40)는 발전 시스템(200), 계통(300) 및 배터리 시스템(20)의 상태에 따라서 on/off가 결정될 수 있다.
구체적으로, 발전 시스템(200) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 부하(400)로 공급하는 경우 또는 계통(300)의 전력을 배터리 시스템(20)에 공급하는 경우, 제1 스위치(30)를 on 상태로 한다. 발전 시스템(200) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 계통(300)으로 공급하는 경우 또는 계통(300)의 전력을 부하(400) 및/또는 배터리 시스템(20)에 공급하는 경우에는 제2 스위치(40)를 on 상태로 한다.
한편, 계통(300)에서 정전이 발생한 경우에는, 제2 스위치(40)를 off 상태로 하고 제1 스위치(30)를 on 상태로 한다. 즉, 발전 시스템(200) 및/또는 배터리 시스템(20)으로부터의 전력을 부하(400)에 공급하는 동시에, 부하(400)로 공급되는 전력이 계통(300) 측으로 흐르는 것을 방지한다. 이로 인하여 전력 저장 시스템(100)의 단독 운전을 방지하여 계통(300)의 전력선 등에서 작업하는 인부가 전력 저장 시스템(100)으로부터의 전력에 의하여 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.
제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)로는 큰 전류에 견딜 수 있는 릴레이(relay) 등의 스위칭 장치가 사용될 수 있다.
배터리 시스템(20)은 발전 시스템(200) 및/또는 계통(300)의 전력을 공급받아 저장하고, 부하(400) 또는 계통(300)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리 시스템(20)은 전력을 저장하는 부분과 이를 제어하는 부분을 포함할 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 배터리 시스템(20)에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
시뮬레이션 장치(500)는 배터리 시스템(20)의 셀 및 랙을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 배터리 시스템(20)으로 출력하고, 배터리 시스템(20)으로부터 시뮬레이션 전압에 의한 셀 및 랙 제어 결과를 수신하여 검증한다. 이하, 도 3을 참조하여 시뮬레이션 장치(500)에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(20)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 시스템(20)은 적어도 하나 이상의 배터리 랙(23-1,...23-m)과 배터리 랙(23-1,...23-m) 각각을 제어하는 랙 BMS(24-1,...24-m)들을 포함할 수 있다. 배터리 랙(23-1,...23-m)은 다시 복수의 배터리 트레이(21-1,...21-m)와 복수의 배터리 트레이(21-1,...21-m) 각각을 제어하는 트레이 BMS(22-1,...22-m)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 랙 BMS(24-1,...24-m)들을 제어하는 시스템 BMS(25)를 포함하도록 구성될 수 있다.
배터리 트레이(21-1,...21-m)는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등일 수 있다. 배터리 트레이(21-1,...21-m)에 포함된 배터리 셀들은 서로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼용된 형태로 연결될 수 있다. 또한 적어도 하나의 배터리 트레이(21-1,...21-m)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 적어도 하나의 배터리 트레이(21-1,...21-m)가 서로 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼용된 형태로 연결될 수 있다.
트레이 BMS(22-1,...22-m)는 배터리 트레이(21-1,...21-m)에 포함된 배터리 셀들의 전압, 전류, 온도, 잔존용량 등을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라서 배터리 트레이(21-1,...21-m)의 충전 및 방전을 제어한다. 또한 트레이 BMS(22-1,...22-m)는 배터리 트레이(21-1,...21-m)를 보호하기 위하여, 상기 모니터링 결과에 따라서 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 트레이 BMS(22-1,...22-m)는 모니터링 결과를 랙 BMS(24-1,...24-m)에 전송할 수 있으며, 랙 BMS(24-1,...24-m)로부터 제어신호를 수신하여 배터리 트레이(21-1,...21-m)를 제어할 수도 있다.
랙 BMS(24-1,...24-m)는 배터리 랙(23-1,...23-m)의 전압, 전류, 온도, 잔존 용량 등을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라서 배터리 랙(23-1,...23-m)의 충전 및 방전을 제어한다. 또한 랙 BMS(24-1,...24-m)는 배터리 랙(23-1,...23-m)을 보호하기 위하여, 상기 모니터링 결과에 따라서 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 랙 BMS(24-1,...24-m)는 모니터링 결과를 시스템 BMS(25)에 전송할 수 있으며, 시스템 BMS(25)로부터 제어신호를 수신하여 배터리 랙(23-1,...23-m)을 제어할 수도 있다.
적어도 하나의 배터리 랙(23-1,...23-m)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이며, 적어도 하나의 배터리 랙(23-1,...23-m)들이 서로 직렬 또는 직렬과 병렬이 혼용된 구성으로 연결될 수도 있을 것이다.
한편, 적어도 하나의 배터리 랙(23-1,...23-m)에서는 랙 BMS(24-1,...24-m)의 제어에 따라서 부하(400)나 계통(300)으로 공급하기 위한 전력이 출력된다. 또한 적어도 하나의 배터리 랙(23-1,...23-m)은 시스템 BMS(25)에 동작 전원으로서의 외부 전력이 공급되지 않는 경우에 시스템 BMS(25)의 동작을 위한 전력을 출력한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 시뮬레이션 장치(500)는 시뮬레이션 데이터 출력부(510), 시뮬레이션 데이터 검증부(520) 및 저장부(530)를 포함한다. 그리고 시뮬레이션 장치(500)는 배터리 시스템(20)의 시스템 BMS(25)와 데이터를 송수신한다.
시뮬레이션 데이터 출력부(510)는 셀 및 랙을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 배터리 시스템(20)으로 출력한다. 구체적으로, 시뮬레이션 데이터 출력부(510)는 셀을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 트레이 BMS(22)로 출력한다. 시뮬레이션 데이터 출력부(510)는 a 채널, 예를 들어 16 채널을 이용하여 셀 전압을, b 채널, 예를 들어 3 채널을 이용하여 온도를 트레이 BMS(22)로 출력한다. 또한 시뮬레이션 데이터 출력부(510)는 랙을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 랙 BMS(24)로 출력한다. 시뮬레이션 데이터 출력부(510)는 c 채널, 예를 들어 1 채널을 이용하여 랙 전압, 전류를 랙 BMS(24)로 출력한다.
여기서, 저장부(530)에는 셀 및 랙을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 저장하고 있다. 구체적으로 저장부(530)에는 셀 및 랙에 대한 충방전 상태, SOC/SOP/SOH 상태, 과전압/저전압/과온도/저온도/과전류/저전류 보호 상태를 나타내는 전압이 저장되어 있다.
배터리 시스템(20)은 시뮬레이션 데이터 출력부(510)로부터 셀 및 랙을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 수신하고, 이를 이용하여 트레이 BMS(22) 및 랙 BMS(24)에 의한 제어 결과를 생성한다.
구체적으로, 트레이 BMS(22)는 시뮬레이션 데이터 출력부(510)로부터 셀에 대한 충방전 상태, SOC/SOP/SOH 상태, 과전압/저전압/과온도/저온도/과전류/저전류 보호 상태를 나타내는 전압을 수신하고, 이 전압에 따라 가상의 셀 제어 결과 데이터를 생성한다. 예를 들어 온도에 따라 셀을 충 방전시킬 때의 전압을 수신한 트레이 BMS(22)는 해당 온도에서 셀을 충 방전시키는 제어 결과를 생성한다. 또한 트레이 BMS(22)는 임의의 전압에서 SOC/SOP/SOC 제어 결과를 생성한다. 더 나아가 트레이 BMS(22)는 임의의 전압 및 임의의 온도에서 보호 상태 제어 결과를 생성한다. 트레이 BMS(22)에서 생성된 제어 결과를 랙 BMS(24)를 통하여 시스템 BMS(25)로 전송된다.
이와 동일하게 랙 BMS(24)는 시뮬레이션 데이터 출력부(510)로부터 랙에 대한 충방전 상태, SOC/SOP/SOH 상태, 과전압/저전압/과온도/저온도/과전류/저전류 보호 상태를 나타내는 전압을 수신하고, 이 전압에 따라 가상의 랙 제어 결과 데이터를 생성한다. 랙 BMS(22)에서 생성된 제어 결과는 시스템 BMS(25)로 전송된다.
시스템 BMS(25)는 트레이 BMS(22) 및 랙 BMS(24)로부터 제어 결과 데이터를 수신하고, 이를 시뮬레이션 검증부(520)로 전송한다. 시스템 BMS(25) 및 시뮬레이션 검증부(520)는 다양한 통신 방법에 의해 데이터를 송수신 하는데, 구체적으로, CAN, MODBUS, TCP/IP, RS485, RS422 등의 통신 방법을 이용할 수 있다.
시뮬레이션 검증부(520)는 시스템 BMS(25)로부터 시뮬레이션 전압에 의해 트레이 BMS(22) 및 랙 BMS(24)에서 생성한 제어 결과 데이터를 수신하여 검증한다. 시뮬레이션 검증부(520)는 이와 같은 제어 결과 데이터를 수신하여 펌웨어 자동 검증 시스템 구축에 따른 BMS 펌웨어 검증력을 검증할 수 있고, 배터리 시스템(20)과의 통신 및 충방전 매칭성을 검증할 수 있고, 또한 제품별 다양한 충방전 패턴 테스트를 통해 실증 테스트 문제를 사전에 검출할 수 있고, 전압, 전류 온도 등 다중 조건 동작 펌웨어 평가를 통해 잔량 용량(fuel gauge) 정확도 및 보호 기능을 검증할 수 있다.
본 발명에서 시뮬레이션 장치(500)는 크게 두 가지 모드로 동작한다. 하나는 노말 모드이고, 다른 하나는 사용자 모드이다. 노말 모드는 정전류-정전압(CC-CV) 충전/정전류(CC) 방전 또는 정전력(CP) 추방전과 같은 정형화된 충방전 방식에서 온도/전류/전압을 변경한 가상의 데이터를 배터리 시스템(20)으로 출력하고, 배터리 시스템(20)으로부터 충방전 사이클, SOC/SOP/SOH 정확도 및 보호 상태 데이터를 수신하여 배터리 시스템(20)을 검증할 수 있다.
사용자 모드는 자유로운 충방전 방식에서 온도/전류/전압을 자유롭게 변경한 가상의 데이터를 배터리 시스템(20)으로 출력하고, 즉, 트레이 BMS(22) 및 랙 BMS(24)의 프로파일을 자유롭게 변경하여, 배터리 시스템(20)으로부터 충방전 사이클, SOC/SOP/SOH 정확도 및 보호 상태 데이터를 수신하여 배터리 시스템(20)을 검증할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 시뮬레이션 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 4를 참조하면 시뮬레이션 장치(500)는 동작 모드를 결정한다(S10). 시뮬레이션 장치(500)는 정형화된 충방전 방식에서 온도/전류/전압을 변경한 가상의 데이터를 배터리 시스템(20)으로 출력하는 노말 모드 및 자유로운 충방전 방식에서 온도/전류/전압을 자유롭게 변경한 가상의 데이터를 배터리 시스템(20)으로 출력하는 사용자 모드로 구분되며, 둘 중 어느 한 방식으로 동작한다.
동작 모드가 결정되면, 시뮬레이션 장치(500)는 결정된 동작 모드에 따라 가상의 시뮬레이션 전압을 생성하여 배터리 시스템(20)으로 전송한다(S20). 시뮬레이션 장치(500)는 셀 및 랙에 대한 충방전 상태, SOC/SOP/SOH 상태, 과전압/저전압/과온도/저온도/과전류/저전류 보호 상태를 검증하기 위한 시뮬레이션 전압을 배터리 시스템(20)으로 전송한다.
각 채널을 통하여 가상 시뮬레이션 전압을 수신한 배터리 시스템(20)은 트레이 BMS 및 랙 BMS의 제어 결과를 생성한다(S30). 상기 시뮬레이션 전압에 따라 트레이 BMS 및 랙 BMS의 제어 결과를 생성하며, 이는 시스템 BMS가 취합한다.
배터리 시스템(20)은 트레이 BMS 및 랙 BMS의 제어 결과를 시뮬레이션 장치(500)로 전송한다(S40).
시뮬레이션 장치(500)는 배터리 시스템(20)으로부터 트레이 BMS 및 랙 BMS의 제어 결과를 수신하여 배터리 시스템(20)을 검증한다(S50). 시뮬레이션 장치(500)는 트레이 BMS 및 랙 BMS의 제어 결과 데이터를 수신하여 펌웨어 자동 검증 시스템 구축에 따른 BMS 펌웨어 검증력을 검증할 수 있고, 배터리 시스템(20)과의 통신 및 충방전 매칭성을 검증할 수 있고, 또한 제품별 다양한 충방전 패턴 테스트를 통해 실증 테스트 문제를 사전에 검출할 수 있고, 전압, 전류 온도 등 다중 조건 동작 펌웨어 평가를 통해 잔량 용량(fuel gauge) 정확도 및 보호 기능을 검증할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
20: 배터리 시스템 22: 트레이 BMS
24: 랙 BMS 25: 시스템 BMS
500: 시뮬레이션 장치 510: 시뮬레이션 데이터 출력부
520: 시뮬레이션 검증부 530: 저장부

Claims (12)

  1. 배터리 시스템에 포함되는 배터리를 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 상기 배터리를 제어하는 배터리 관리부로 출력하는 전압 시뮬레이터; 및
    상기 배터리 관리부로부터 상기 시뮬레이션 전압에 의한 상기 배터리 제어 결과를 수신하여 검증하는 시뮬레이션 검증부를 포함하는 시뮬레이션 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배터리를 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 저장하고 있는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 저장부는
    가상의 시뮬레이션 전압을 상기 배터리로 이루어진 셀 및 랙 별로 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 가상의 시뮬레이션 전압은
    상기 셀 및 랙에 대한 충방전 상태, SOC/SOP/SOH 상태, 과전압/저전압/과온도/저온도/과전류/저전류 보호 상태 중 적어도 어느 하나를 나타내는 전압인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 시스템은
    복수의 배터리 셀로 구성된 복수의 배터리 트레이를 제어하는 복수의 트레이 관리부; 및
    상기 복수의 트레이 관리부들을 제어하는 복수의 랙 관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는
    상기 트레이 관리부로 상기 셀을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는
    상기 랙 관리부로 상기 랙을 대신하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 복수의 랙 관리부를 제어하는 시스템 관리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 시뮬레이션 검증부는
    상기 시스템 관리부로부터 상기 배터리 제어 결과를 수신하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는
    노말 모드 또는 사용자 모드에 따라 각각 다른 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는
    정형화된 충방전 방식에서 온도에 따라 변하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 노말 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 전압 시뮬레이터는
    자유로운 충방전 방식에서 온도에 따라 변하는 가상의 시뮬레이션 전압을 출력하는 사용자 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 장치.
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