KR20140073838A - 차량용 배터리 시스템 및 이를 위한 충/방전 제어 방법 - Google Patents

차량용 배터리 시스템 및 이를 위한 충/방전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 시스템에 대한 것으로, 특히 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도 및 이것의 냉각, 충전, 방전 등을 제어하기 위한 방법 및 구성에 대한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 차량용 배터리 시스템은 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 하나 이상의 배터리 셀들, 상기 배터리 셀들에 과전류가 흐르면 온도가 상승하고, 저항이 증가하여 상기 배터리 셀로부터 흐르는 과전류를 차단하는 PTC(Positive Temperature Co-efficient) 특성의 써미스터, 상기 배터리 셀들의 전압을 측정하고, 상기 배터리 셀 및 센싱 와이어사이에 쇼트가 발생하는지의 여부, 상기 셀들간에 전압 편차가 발생하는지의 여부, 상기 배터리 셀의 온도를 모니터링하고, 이러한 정보들을 상기 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 배터리 관리 유닛(BMU)으로 전송하는 셀 관리 유닛(CMU)을 포함하여 구성되는 배터리 모듈, 상기 CAN 통신을 통해 전송받은 정보에 근거하여 배터리 시스템의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 상기 배터리 관리(BMU)을 포함하여 구성된다.

Description

차량용 배터리 시스템 및 이를 위한 충/방전 제어 방법{Battery system and method for discharging/charging for vehicle}
본 발명은 차량용 배터리 시스템에 대한 것으로, 특히 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도 및 이것의 냉각, 충전, 방전 등을 제어하기 위한 방법 및 구성에 대한 것이다.
일반적으로, 차량용 배터리 시스템은 안정적인 전력 생산 이외에도 사용자가 이를 탑재한 차량에 탑승하거나, 고속의 주행을 요하는 기기이므로, 사람이 차량에 탑승해 있거나 고속 주행시 충격이나 장애물 등에 최고의 안전성을 요하는 시스템이다.
그럼에도 불구하고, 종래에는 도 1에 도시된 바와 구조로 인하여 안전 및 배터리 모듈의 정확한 상태를 파악하기 위한 정확도에 열악한 구조를 갖는 것이 특징이다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 모듈을 구성하는 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, BMS(Battery Management System,1)는 HEV(Hybrid Electronic Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electronic Vehicle), EV(Electronic Vehicle)에 적용되는 배터리 시스템을 운용하는 회로로써, 배터리 모듈(2)의 상태를 파악하여 냉각, 충전, 방전 제어를 수행하고, 차량 ECU(Electronic Control Unit)와의 통신을 통해 차량 구동에 필요한 에너지를 제공한다.
BMU(Battery Management Unit, 3)는 배터리 시스템의 냉각, 충전, 방전 제어를 수행하는 유닛으로, 차량과의 통신을 통해 배터리 시스템의 상태를 공유한다.
CMU(Cell Management Unit, 4)는 셀 전류량을 계산하여 셀 전압을 산출한다. 이렇게 산출한 셀 접압을 상기 BMU(3)로 송신한다.
센싱 와이어(5)는 상기 배터리 모듈(2)과 상기 BMS(1)를 연결해 주소, 필요한 데이터가 교환될 수 있도록 한다.
상기 배터리 모듈(2)는 배터리 셀들(7-1, 7-2, 7-3, 7-4) 및 온도 센서를 포함한 모듈이다.
배터리 셀들(7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 이하 7)은 전기 에너지와 화학 에너지 간의 변환을 통해 에너지를 저장하거나, 에너지를 방출하는 부품이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리 모듈을 두 개 이상 포함하고, 이러한 배터리 모듈 내에서 CMU(4)와 온도 센서(6)간의 거리를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 CMU(4)와 상기 온도센서(6)는 와이어로 직접 연결되며, CMU(4)는 와이어를 통해 들어오는 전류량으로 배터리 모듈(2)의 온도를 계산한다. 이와 같이 CMU(4)에서 수집된 데이터는 SPI 통신을 통해 BMS(1)로 송출된다.
이와 같이 종래에는 배터리 모듈의 위치에 따라 CMU(4)의 위치에 따라 CMU(4)-온도센서(6)간 와이어 길이가 변동되므로, 그에 따른 와이어 저항치 변동이 발생하여 정확한 온도 센싱이 불가능하다.
또한, 배터리 모듈(2), 센싱 와이어(3), BMS(1)가 하나의 회로로 구성되어 3부분 중 한 부분에서만 쇼트가 발생해도 전체 시스템이 소손되며, 배터리 폭발이나 발화 위험성이 높다. 또한, 쇼트 발생 시 과전류 발생, 셀 폭발, 발화의 위험성이 있으나 과전류 차단 기능이 없다. 또한, 배터리 모듈(2)과 BMS(1)간 센싱 와이어 수가 많아 쇼트가 발생할 가능성이 높다.
본 발명은 배터리 모듈의 온도를 정확히 센싱하고, 이 센싱 결과에 따라 BMU가 정확하게 충전, 방전, 냉각 기능을 제어할 수 있도록 하고자 한다.
또한, 본 발명은 배터리 모듈의 어느 한 부분에서라도 쇼트가 발생해도 배터리 폭발이나, 외부 충격에 의한 발화 가능성, 과전류를 차단할 수 있는 기능을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 차량용 배터리 시스템은 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 하나 이상의 배터리 모듈들, 상기 배터리 모듈들 내에서 상기 배터리 모듈들 각각의 온도를 측정하기 위한 온도 센서들, 상기 배터리 모듈들 내에서 상기 배터리 모듈들 각각의 상기 온도 정보를 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 배터리 관리 유닛(BMU)으로 전송하는 셀 관리 유닛들(CMU), 상기 CAN 통신을 통해 전송받은 온도 정보에 근거하여 배터리 시스템의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 상기 배터리 관리 유닛(BMU)을 포함하여 구성된다. 상기 하나 이상의 배터리 모듈들에서 상기 셀 관리 유닛과 상기 온도 센서 간의 거리는 모두 동일한 것이 특징이다.
본 발명에 따른 방법 및 구성에 근거하여, 다수의 배터리 모듈들을 포함하는 차량용 배터리 시스템에서 배터리 모듈들의 온도를 정확히 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리 시스템 센싱부의 쇼트에 대비한 안전성 강화로, 배터리 시스템 폭발 발화 위험성 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 모듈을 구성하는 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리 모듈을 두 개 이상 포함하고, 이러한 배터리 모듈 내에서 CMU(4)와 온도 센서(6)간의 거리를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도 및 이를 제어하기 위한 배터리 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도 및 이를 제어하기 위한 배터리 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 두 개 이상 포함하고, 이러한 배터리 모듈 내에서 CMU(50)와 온도 센서(60)간의 거리를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 셀 센싱 회로가 정상적으로 동작할 때 및 비정상적으로 동작할 때 충/방전 제어 및 냉각 방법을 도시한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도 및 이를 제어하기 위한 배터리 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 배터리 시스템은 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 하나 이상의 배터리 셀들(80-1~ 80-4), 상기 배터리 셀들(80-1~ 80-4)의 전압을 측정하고, 상기 배터리 셀 및 센싱 와이어(40) 사이에 쇼트가 발생하는지의 여부, 상기 셀들간에 전압 편차가 발생하는지의 여부, 상기 배터리 셀의 온도를 모니터링하고, 이러한 정보들을 상기 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 배터리 관리 유닛(BMU, 10)으로 전송하는 셀 관리 유닛(CMU, 50)을 포함하여 구성되는 배터리 모듈(20), 상기 배터리 셀들(80-1~ 80-4)로부터 와이어를 통해 흘러 들어오는 전류로부터 상기 배터리 셀들(80-1~ 80-4)의 온도를 측정하는 온도 센서(60), 상기 CAN 통신을 통해 전송받은 정보에 근거하여 배터리 시스템의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 상기 배터리 관리(BMU, 10)을 포함하여 구성된다.
상기 CMU(50)는 [표 1]의 CAN 통신의 예시들에 근거하여 상기 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS, 10)에 관련 정보를 제공한다.
셀 전압
모듈 온도 상태		 CMU 신호 BMU 액션
0℃<모듈 온도<55℃ 배터리 모듈 온도가 정상이다 냉각시스템 제어 적정 온도 유지, 충방전 허용
모듈 온도>70℃ 배터리 모듈 온도가 너무 높다 냉각시스템 최대 가동. 충전/방전 차단, 경고 메세지 표시
모듈 온도>55℃ 배터리 모듈 온도가 높다 냉각 시스템 가동. 충전차단 방전허용, 출력제어, 경고 메세지 표시
모듈 온도<-10℃ 배터리 모듈 온도가 너무 낮다 승온제어, 충방전 허용, 출력제어, 경고 메세지 표시
모듈 온도<0℃ 배터리 모듈 온도가 낮다 승온제어, 충방전 허용, 출력제어, 경고 메세지 표시
배터리 모듈 온도 센서로로부터 신호 없음 배터리 모듈 온도가 센서 라인이 오픈 냉각 시스템 최대 가동, 경고 메세지 표시.
Battery System Voltage, 각 Cell Voltage에 따라 구동 하기 실시
-Battery System voltage is normal: 충전/방전 허용
-Battery System voltage is high : 충전 차단, 방전 허용
-Battery System voltage is too high : 충전/방전 차단
-Cell voltage is normal(All Cell) : 충전/방전 허용
-Cell voltage is high(1 cell or more) : 충전 차단, 방전 허용
-Cell voltage is too high(1 cell or more) : 충전/방전 차단
예를 들어, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 정상이다("배터리 모듈 온도가 정상이다", 배터리 모듈 온도가 0도와 55도 범위일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 모듈이 정상임을 인지하고, 배터리 시스템이 정상적으로 충/방전이 일어나도록 제어하고, 냉각 시스템을 제어하여 적정 온도를 유지하도록 제어한다.
그러나, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 너무 높다("배터리 모듈 온도가 너무 높다", 배터리 모듈 온도가 70도보다 클 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충/방전을 차단하도록 제어하고, 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 상기 배터리 모듈(20)을 위한 냉각 장치가 최대 성능을 발휘할 수 있도록 냉각 블로어와 같은 장치를 최대치로 동작하도록 제어한다. 이와 반대로, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 너무 낮다("배터리 모듈 온도가 너무 낮다", 배터리 모듈 온도가 -10도 이하일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충전 및 방전을 허용하도록 제어한다. 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 배터리 모듈의 온도를 높여 지나치게 배터리 모듈의 온도가 낮아지는 것을 방지하도록 제어하고, 이러한 배터리 시스템으로부터 출력되는 전력의 출력을 제어한다.
상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 높다("배터리 모듈 온도가 높다", 배터리 모듈 온도가 55도 이상일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충전을 차단하고, 방전을 허용하도록 제어하고, 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 상기 배터리 모듈(20)을 위한 냉각 장치가 구동되도록 냉각 블로어와 같은 장치를 동작하도록 제어한다. 또한, 배터리 시스템으로부터 출력되는 전력의 출력을 제어한다. 이와 반대로, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 낮다("배터리 모듈 온도가 낮다", 배터리 모듈 온도가 0도 이하일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충전 및 방전을 허용하도록 제어한다. 또한, 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 배터리 모듈의 온도를 높여 지나치게 배터리 모듈의 온도가 낮아지는 것을 방지하도록 제어하고, 이러한 배터리 시스템으로부터 출력되는 전력의 출력을 제어한다.
만일, 배터리 모듈 온도 센서로부터 온도 정보가 전송되지 않는 경우, CMU(50)는 배터리 모듈 온도 센서 라인이 오픈되었다고 BMU(30)에 보고한다. 이에 상기 BMU(30)는 배터리 모듈 온도 센서가 정상적이지 않다고 판단되어 냉각 시스템을 최대로 가동하고, 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 배터리 시스템 전압 및 각 셀 전압에 따라 동작 제어를 수행한다.
예를 들어, 배터리 시스템 전압이 정상일 경우에는 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 허용한다. 그러나, 배터리 시스템 전압이 높을 경우에는 충전을 차단하도록 제어하고, 방전을 허용하도록 제어한다. 배터리 시스템이 너무 높을 경우에는 충전 및 방전을 모두 차단하도록 제어한다.
또한, 각 셀 전압이 정상인 경우에는 충전 또는 방전을 허용하도록 제어한다. 그러나, 적어도 하나의 셀 전압이 높은 경우에는 충전을 차단하도록 제어하고, 방전을 허용하도록 제어한다. 또한, 적어도 하나의 셀 전압이 너무 높은 경우에는 충전 및 방전을 모두 차단하도록 제어한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 셀의 상태를 파악하기 위한 셀 전압 센싱 회로도 및 이를 제어하기 위한 배터리 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 배터리 시스템은 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 하나 이상의 배터리 셀들(80-1~ 80-4), 상기 배터리 셀들(80-1~ 80-4)에 과전류가 흐르면 온도가 상승하고, 저항이 증가하여 상기 배터리 셀로부터 흐르는 과전류를 차단하는 PTC(Positive Temperature Co-efficient) 특성의 써미스터(70), 상기 배터리 셀들(80-1~ 80-4)의 전압을 측정하고, 상기 배터리 셀 및 센싱 와이어(40) 사이에 쇼트가 발생하는지의 여부, 상기 셀들간에 전압 편차가 발생하는지의 여부, 상기 배터리 셀의 온도를 모니터링하고, 이러한 정보들을 상기 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 배터리 관리 유닛(BMU, 10)으로 전송하는 셀 관리 유닛(CMU, 50)을 포함하여 구성되는 배터리 모듈(20), 상기 배터리 셀들(80-1~ 80-4)로부터 와이어를 통해 흘러 들어오는 전류로부터 상기 배터리 셀들(80-1~ 80-4)의 온도를 측정하는 온도 센서(60), 상기 CAN 통신을 통해 전송받은 정보에 근거하여 배터리 시스템의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 상기 배터리 관리(BMU, 10)을 포함하여 구성된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 두 개 이상 포함하고, 이러한 배터리 모듈 내에서 CMU(50)와 온도 센서(60)간의 거리를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 하나 이상의 배터리 모듈들(20-1 ~ 20-3), 상기 배터리 모듈들 내(20-1 ~ 20-3)에서 상기 배터리 모듈들(20-1 ~ 20-3) 각각의 온도를 측정하기 위한 온도 센서들(40-1 ~ 40-3), 상기 배터리 모듈들(20-1 ~ 20-3) 내에서 상기 배터리 모듈들(20-1 ~ 20-3) 각각의 상기 온도 정보를 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 배터리 관리 유닛(BMU, 30)으로 전송하는 셀 관리 유닛들(CMU, 50-1 ~ 50-3), 상기 CAN 통신을 통해 전송받은 온도 정보에 근거하여 배터리 시스템의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 상기 배터리 관리 유닛(BMU, 30)을 포함하여 구성된다. 상기 하나 이상의 배터리 모듈들(20-1 ~ 20-3)에서 상기 셀 관리 유닛(50-1 ~ 50-3)과 상기 온도 센서(60-1 ~ 60-3) 간의 거리는 모두 동일한 것이 특징이다.
보다 상세하게는, 상기 CMU(50)은 배터리 모듈(20) 내에 포함됨으로써, 배터리 시스템을 구성하는 모든 배터리 모듈에서 CMU(40)-온도센서(60)의 거리는 같다. 즉, 배터리 시스템 내 배터리 모듈의 위치에 관계없이 동일 조건에서의 온도 센싱이 가능하다는 것이다. 이와 같이 동일 조건에서 측정된 온도 정보는 CAN 통신을 사용하여 CMU(50)에서 BMU(30)로 전송되어 각 온도에 따른 배터리 시스템 동작을 제어한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 셀 센싱 회로가 정상적으로 동작할 때 및 비정상적으로 동작할 때 충/방전 제어 및 냉각 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 모듈(20) 내에 온도 센서가 동작하는지를 판단한다. (S10) 만일, 배터리 모듈(20)의 온도 센서가 정상적으로 동작하게 되면, 배터리 모듈(20) 내에 있는 CMU(50)는 배터리 모듈의 온도를 계산하고, 이 계산한 결과를 CAN 신호를 통해 BMU(30)로 전송한다. (S20, S30).
상기 BMU(30)는 상기 배터리 모듈 온도 정보 이외에도 상기 CMU(50)로부터 배터리 시스템 전압, 쇼트 발생 여부, 셀들간의 전압 편차, 각 셀 전압을 수신할 수 있으며, 이러한 정보에 근거하여 배터리 시스템을 냉각시키고, 충/방전을 제어한다(S40).
이하에서, 상기 전압, 쇼트 발생 여부, 셀들간의 전압 편차 등이 모두 정상임을 가정한다. 예를 들어, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 정상이다("배터리 모듈 온도가 정상이다", 배터리 모듈 온도가 0도와 55도 범위일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 모듈이 정상임을 인지하고, 배터리 시스템이 정상적으로 충/방전이 일어나도록 제어하고, 냉각 시스템을 제어하여 적정 온도를 유지하도록 제어한다.
그러나, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 너무 높다("배터리 모듈 온도가 너무 높다", 배터리 모듈 온도가 70도보다 클 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충/방전을 차단하도록 제어하고, 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 상기 배터리 모듈(20)을 위한 냉각 장치가 최대 성능을 발휘할 수 있도록 냉각 블로어와 같은 장치를 최대치로 동작하도록 제어한다. 이와 반대로, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 너무 낮다("배터리 모듈 온도가 너무 낮다", 배터리 모듈 온도가 -10도 이하일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충전 및 방전을 허용하도록 제어한다. 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 배터리 모듈의 온도를 높여 지나치게 배터리 모듈의 온도가 낮아지는 것을 방지하도록 제어하고, 이러한 배터리 시스템으로부터 출력되는 전력의 출력을 제어한다.
상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 높다("배터리 모듈 온도가 높다", 배터리 모듈 온도가 55도 이상일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충전을 차단하고, 방전을 허용하도록 제어하고, 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 상기 배터리 모듈(20)을 위한 냉각 장치가 구동되도록 냉각 블로어와 같은 장치를 동작하도록 제어한다. 또한, 배터리 시스템으로부터 출력되는 전력의 출력을 제어한다. 이와 반대로, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도가 낮다("배터리 모듈 온도가 낮다", 배터리 모듈 온도가 0도 이하일 경우)라고 BMU(30)에게 보고하면, 상기 BMU(30)는 배터리 시스템의 충전 및 방전을 허용하도록 제어한다. 또한, 해당 배터리 모듈(20)을 탑재한 기기의 화면이나 LED와 같은 출력 수단을 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 경고 메시지를 출력하도록 제어한다. 또한, 배터리 모듈의 온도를 높여 지나치게 배터리 모듈의 온도가 낮아지는 것을 방지하도록 제어하고, 이러한 배터리 시스템으로부터 출력되는 전력의 출력을 제어한다.
그러나, 배터리 모듈(20)의 온도 센서가 정상적으로 동작하지 않으면, 상기 CMU(50)가 배터리 모듈 온도를 계산하는데 실패하게 되고, 배터리 모듈 온도에 대한 정보가 없음을 CAN 신호를 통해 BMU(30)로 전송한다. (S50, S60)
상기 BMU(30)는 상기 배터리 모듈 온도 정보 이외에도 상기 CMU(50)로부터 배터리 시스템 전압, 쇼트 발생 여부, 셀들간의 전압 편차, 각 셀 전압을 수신할 수 있으며, 이러한 정보에 근거하여 배터리 시스템을 냉각시키고, 충/방전을 제어한다(S50).
이하에서, 상기 전압, 쇼트 발생 여부, 셀들간의 전압 편차 등이 모두 정상임을 가정한다. 상기 BMU(30)는 상기 산출된 전압, 쇼트 발생 여부, 셀들간의 전압 편차, 각 셀 전압에 따라 배터리 모듈의 상태를 인식한다. 상기 인식 결과, 상기 셀 센싱 회로 및 상기 배터리 모듈이 정상적이라고 판단될 때 배터리 시스템을 냉각시키고, 충/방전을 제어한다(S40).
예를 들어, 배터리 시스템 전압이 정상일 경우에는 배터리 시스템의 충전 또는 방전을 허용한다. 그러나, 배터리 시스템 전압이 높을 경우에는 충전을 차단하도록 제어하고, 방전을 허용하도록 제어한다. 배터리 시스템이 너무 높을 경우에는 충전 및 방전을 모두 차단하도록 제어한다.
또한, 각 셀 전압이 정상인 경우에는 충전 또는 방전을 허용하도록 제어한다. 그러나, 적어도 하나의 셀 전압이 높은 경우에는 충전을 차단하도록 제어하고, 방전을 허용하도록 제어한다. 또한, 적어도 하나의 셀 전압이 너무 높은 경우에는 충전 및 방전을 모두 차단하도록 제어한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
BMS : 10
배터리 모듈 : 20
BMU : 30
센싱 와이어 : 40
CMU : 50
셀 : 80-1,80-2,80-3,80-4,80-5

Claims (3)

  1. 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 하나 이상의 배터리 모듈들, 상기 배터리 모듈들 내에서 상기 배터리 모듈들 각각의 온도를 측정하기 위한 온도 센서들, 상기 배터리 모듈들 내에서 상기 배터리 모듈들 각각의 상기 온도 정보를 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 배터리 관리 유닛(BMU)으로 전송하는 셀 관리 유닛들(CMU);
    상기 CAN 통신을 통해 전송받은 온도 정보에 근거하여 상기 배터리 모듈들의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 상기 배터리 관리 유닛(BMU)을 포함하여 구성되고,
    상기 하나 이상의 배터리 모듈들에서 상기 셀 관리 유닛과 상기 온도 센서 간의 거리는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 모듈들 각각은 상기 배터리 모듈에 과전류가 흐르면 이를 차단하기 위한 PTC 특성의 써미스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템.
  3. 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 하나 이상의 배터리 모듈들 내에서 온도 센서가 정상적으로 동작하는지를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 정상적으로 동작하는 경우 상기 온도 센서로부터의 온도 정보에 근거하여 배터리 시스템의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 단계;
    상기 판단 결과, 정상적으로 동작하지 않는 경우, 상기 배터리 모듈들의 배터리 시스템 전압, 각 셀 전압에 따라 배터리 시스템의 충전, 방전, 냉각을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 시스템의 충전/방전, 냉각을 제어하는 방법.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105259510A (zh) * 2015-10-20 2016-01-20 盐城工学院 锂离子电池温熵系数的测定方法
KR20160069397A (ko) 2014-12-08 2016-06-16 주식회사 엘지화학 배터리 관리 시스템 간의 통신 시스템 및 통신을 위한 연결 방법
KR20190112574A (ko) * 2018-03-26 2019-10-07 에이치엘그린파워 주식회사 전압측정을 위한 터미널의 저항 규제를 통한 전압 편차 발생 방지 구조 및 그 방법
CN113267352A (zh) * 2021-06-09 2021-08-17 北京海博思创科技股份有限公司 车辆测试***

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