KR20220129735A - Modular battery management system - Google Patents

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KR20220129735A
KR20220129735A KR1020210034381A KR20210034381A KR20220129735A KR 20220129735 A KR20220129735 A KR 20220129735A KR 1020210034381 A KR1020210034381 A KR 1020210034381A KR 20210034381 A KR20210034381 A KR 20210034381A KR 20220129735 A KR20220129735 A KR 20220129735A
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Abstract

. Disclosed is a modular battery management system. According to one aspect of the present invention, the modular battery management system includes: a battery pack consisting of a plurality of battery modules to which a plurality of battery cells are connected; a plurality of local management units connected to each of the plurality of battery modules and monitoring a voltage and temperature of each battery module; and a central management unit electrically connected to the plurality of local management units and monitoring a voltage and temperature of the battery pack by using the voltage and temperature of the battery module transmitted from each local management unit.

Description

모듈식 배터리 관리 시스템{MODULAR BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}MODULAR BATTERY MANAGEMENT SYSTEM

본 발명은 모듈식 배터리 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 배터리 모듈로 구성된 배터리 팩에서 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 정확하게 측정하고, 셀 밸런싱을 수행할 수 있도록 하는 모듈식 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a modular battery management system, and more particularly, a modular battery management for accurately measuring the cell voltage of each of a plurality of battery cells in a battery pack composed of a plurality of battery modules and performing cell balancing. It's about the system.

일반적으로, 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system), 전기 자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 및 전기 오토바이(E-Scooter) 등을 구동하기 위하여 대용량의 전력을 발생할 수 있는 대용량의 배터리(배터리 모듈)가 사용될 수 있다.In general, a large-capacity battery (battery module) capable of generating large-capacity power to drive an energy storage system (ESS), an electric vehicle, a hybrid vehicle, and an electric motorcycle (E-Scooter) can be used.

특히, 신재생 에너지의 보급과 함께 스마트 그리드(smart grid)의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화시킬 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system)에 대한 관심도 증가하고 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 다수의 배터리 셀들(Battery Cells)을 가지는 대용량의 배터리 모듈(Battery Module)을 포함할 수 있고, 남는 전력(남는 에너지)을 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전력계통(grid)에 저장하는 기술로서 전력의 품질과 효율성을 최적화할 수 있는 시스템을 말한다.In particular, with the spread of new and renewable energy, interest in energy storage systems (ESS) that can maximize the efficiency of energy use and storage and quality of electricity as the core of the smart grid is also increasing. . An energy storage system (ESS) may include a large-capacity battery module having a plurality of battery cells (Battery Cells), and a power grid (grid) to supply excess power (surplus energy) when and where it is needed. ), it refers to a system that can optimize the quality and efficiency of power as a storage technology.

배터리 모듈을 보다 효율적이고 안정적으로 관리하는 장치가 배터리 관리 시스템이다. 배터리 관리 시스템은 다수개의 배터리 셀들에 연결되어 각 배터리 셀의 전압 값을 A/D 컨버터(analog to digital converter)를 통해 읽어 들인 후 배터리 셀의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.A device for more efficiently and stably managing a battery module is a battery management system. The battery management system may be connected to a plurality of battery cells, read a voltage value of each battery cell through an analog to digital converter (A/D), and then control charging or discharging of the battery cells.

다수개의 배터리 셀(battery cell)들을 연결하여 하나의 배터리 모듈로 사용할 경우, 배터리 모듈을 이루는 배터리 셀들의 지닌 화학적 차이, 물성적 차이, 또는 사용기간의 차이 등으로 인해 각 배터리 셀 간에 전압차가 발생될 수 있다. 배터리 셀 간의 전압차로 인해 배터리 모듈의 수명이 단축될 수 있으므로, 최종적으로는 단셀(단일 배터리 셀) 1개의 전압강하와 같은 성능저하 때문에 패키지화된 배터리 모듈 전체가 새로운 배터리 모듈로 교체되어야 하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 에너지 저장 시스템(ESS) 및 전기 자동차 등에 사용되는 대용량 배터리의 충전 또는 방전 시, 각 배터리 셀의 전압을 동일하게 유지할 수 있도록 하는 배터리 관리 시스템에 의한 셀 밸런싱(cell balancing) 과정이 필요할 수 있다. When a plurality of battery cells are connected and used as a single battery module, a voltage difference may occur between each battery cell due to chemical difference, physical property difference, or usage period difference of the battery cells constituting the battery module. can Since the lifespan of the battery module may be shortened due to the voltage difference between the battery cells, ultimately, due to performance degradation such as a voltage drop of one single cell (single battery cell), the entire packaged battery module must be replaced with a new battery module. can Therefore, when charging or discharging a large-capacity battery used in an energy storage system (ESS) and an electric vehicle, a cell balancing process by a battery management system to maintain the same voltage of each battery cell may be required.

또한, 종래의 배터리 관리 시스템은 호환성 제공이 약하여 배터리의 셀 구조가 변경되면 배터리 관리 시스템(BMS)을 페기하고 새로 제작해야 하는 문제가 있었다. In addition, the conventional battery management system has a problem in that it is necessary to discard the battery management system (BMS) and manufacture a new one when the cell structure of the battery is changed due to poor compatibility.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1571954호(배터리 랙의 에러 발생 시 비상 운전이 가능한 배터리 에너지 저장 시스템 및 배터리 에너지 저장 시스템의 비상 운전 방법)에 개시되어 있다. The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1571954 (a battery energy storage system capable of emergency operation when an error occurs in a battery rack and an emergency operation method of the battery energy storage system).

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 배터리의 셀 구조가 변경되어도 배터리 관리 시스템을 새로 제작하지 않아도 되는 모듈식 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a modular battery management system that does not require a new battery management system even if the cell structure of a battery is changed.

본 발명의 다른 측면에 따른 목적은 복수의 배터리 모듈로 구성된 배터리 팩에서 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 정확하게 측정하고, 셀 밸런싱을 수행할 수 있도록 하는 모듈식 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a modular battery management system capable of accurately measuring a cell voltage of each of a plurality of battery cells in a battery pack including a plurality of battery modules and performing cell balancing.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템은, 복수의 배터리 셀이 연결된 복수의 배터리 모듈로 구성된 배터리 팩, 상기 복수의 배터리 모듈과 각각 연결되고, 각 배터리 모듈의 전압 및 온도를 모니터링하는 복수의 로컬 관리 유닛, 및 상기 복수의 로컬 관리 유닛에 전기적으로 연결되어, 각 로컬 관리 유닛으로부터 전송된 배터리 모듈의 전압 및 온도를 이용하여 상기 배터리 팩의 전압 및 온도를 모니터링하는 중앙 관리 유닛을 포함한다. A modular battery management system according to an aspect of the present invention includes a battery pack consisting of a plurality of battery modules to which a plurality of battery cells are connected, a plurality of each connected to the plurality of battery modules, and monitoring the voltage and temperature of each battery module. and a central management unit electrically connected to the plurality of local management units to monitor the voltage and temperature of the battery pack by using the voltage and temperature of the battery module transmitted from each local management unit. .

본 발명에서 상기 로컬 관리 유닛은, 상기 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 아날로그 셀 전압을 측정하는 전압 모니터링부, 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 모니터링부, 상기 전압 모니터링부 및 상기 온도 모니터링부로부터 아날로그 셀 전압 및 배터리 모듈 온도를 수신하고, 상기 수신한 아날로그 셀 전압 및 배터리 모듈 온도를 디지털 셀 전압 및 배터리 모듈 온도로 변환하는 배터리 모니터링부, 및 상기 배터리 모듈에 포함된 모든 배터리 셀의 디지털 셀 전압을 합하여 배터리 모듈 전압을 산출하고, 상기 배터리 모듈 전압 및 배터리 모듈 온도를 상기 중앙 관리 유닛으로 전송하는 로컬 MCU를 포함할 수 있다. In the present invention, the local management unit includes a voltage monitoring unit measuring an analog cell voltage of each battery cell included in the battery module, a temperature monitoring unit measuring the temperature of the battery module, the voltage monitoring unit, and the temperature monitoring unit A battery monitoring unit that receives an analog cell voltage and a battery module temperature from the, and converts the received analog cell voltage and battery module temperature into a digital cell voltage and a battery module temperature, and digital cells of all battery cells included in the battery module and a local MCU that calculates a battery module voltage by summing voltages and transmits the battery module voltage and battery module temperature to the central management unit.

본 발명에서 상기 전압 모니터링부는, 각 배터리 셀의 아날로그 셀 전압을 측정하고, 상기 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행하는 방전 스위치부, 상기 방전 스위치부의 스위칭 소자 동작 시 발생하는 과도 전압을 필터링하는 필터링부를 포함할 수 있다. In the present invention, the voltage monitoring unit includes a discharge switch unit that measures the analog cell voltage of each battery cell and performs voltage balancing of the battery cells, and a filtering unit that filters an excessive voltage generated when a switching element of the discharge switch unit operates can do.

본 발명에서 상기 방전 스위치부는, 상기 배터리 모니터링부로터의 밸런싱 제어 신호에 따라 온(on) 또는 오프(off)되는 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자 및 해당 배터리 셀과 연결되는 방전 저항을 포함하되, 상기 스위칭 소자가 온되는 경우, 상기 방전 저항이 상기 배터리 셀에 병렬로 연결되어 상기 배터리 셀을 방전시킴으로써 전압 밸런싱을 수행하고, 상기 스위칭 소자가 오프되는 경우, 상기 방전 저항이 상기 배터리 셀에 연결되지 않아 상기 배터리 셀이 정상 동작할 수 있다. In the present invention, the discharging switch unit includes a switching element that is turned on or off according to a balancing control signal from the battery monitoring unit, a discharge resistor connected to the switching element and the corresponding battery cell, When the device is turned on, the discharge resistor is connected in parallel to the battery cell to discharge the battery cell to perform voltage balancing, and when the switching device is turned off, the discharge resistor is not connected to the battery cell The battery cell may operate normally.

본 발명에서 상기 온도 모니터링부는, 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 서미스터, 상기 서미스터의 출력 신호를 유지하거나, 상기 서미스터의 출력 신호를 증폭하는 제1 버퍼를 포함할 수 있다. In the present invention, the temperature monitoring unit may include a thermistor that measures the temperature of the battery module, and a first buffer that maintains an output signal of the thermistor or amplifies an output signal of the thermistor.

본 발명에서 상기 배터리 모니터링부는, 인접한 두 배터리 셀 간의 전압 차이를 측정하여 기 설정된 임계값과 비교하고, 그 비교결과 과전압 또는 저전압이 발생한 경우 해당 배터리 셀의 전압 밸런싱 동작을 수행하도록 하는 밸런싱 제어 신호를 상기 전압 모니터링부의 방전 스위치부로 전송할 수 있다. In the present invention, the battery monitoring unit measures a voltage difference between two adjacent battery cells, compares them with a preset threshold, and when an overvoltage or undervoltage occurs as a result of the comparison, a balancing control signal for performing a voltage balancing operation of the corresponding battery cells. The voltage may be transmitted to the discharge switch unit of the voltage monitoring unit.

본 발명에서 상기 중앙 관리 유닛은, 상기 로컬 관리 유닛과의 통신을 위한 통신부, 상기 배터리 팩과 부하 사이에 연결되어, 상기 배터리 팩에 충전 또는 방전되는 아날로그 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 전류 측정부에서 측정된 아날로그 전류를 디지털 전류로 변환하고, 상기 통신부를 통해 복수의 로컬 관리 유닛으로부터 각각 수신한 배터리 모듈의 전압을 합연산하여 배터리 팩의 전압을 산출하는 중앙 MCU를 포함할 수 있다. In the present invention, the central management unit includes a communication unit for communication with the local management unit, a current measurement unit connected between the battery pack and a load to measure an analog current charged or discharged in the battery pack, and the current measurement unit. It may include a central MCU that converts the analog current measured by the unit into a digital current and calculates the voltage of the battery pack by summing the voltages of the battery modules respectively received from the plurality of local management units through the communication unit.

본 발명에서 상기 통신부는, SCI(Serial Communication Interface) 신호선, 상기 로컬 관리 유닛과 상기 중앙 관리 유닛 간의 전압 레벨을 맞추는 레벨 시프터를 포함할 수 있다. In the present invention, the communication unit may include a Serial Communication Interface (SCI) signal line and a level shifter for matching a voltage level between the local management unit and the central management unit.

본 발명에서 상기 전류 측정부는, 상기 배터리 팩과 상기 부하 사이에 연결되는 션트 저항, 상기 션트 저항 양단을 통해 측정된 전압을 증폭하는 연산 증폭기를 포함할 수 있다. In the present invention, the current measuring unit may include a shunt resistor connected between the battery pack and the load, and an operational amplifier for amplifying a voltage measured through both ends of the shunt resistor.

본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템은, 로컬 관리 유닛과 중앙 관리 유닛을 구분하고, 로컬 관리 유닛을 모듈화함으로써, 높은 호환성을 제공할 수 있고, 이로 인해 배터리의 셀 구조가 변경되어도 BMS를 새로 제작하지 않아도 되는 효과가 있다.The modular battery management system according to an embodiment of the present invention distinguishes the local management unit from the central management unit and modularizes the local management unit, thereby providing high compatibility, even if the cell structure of the battery is changed. There is an effect that it is not necessary to create a new BMS.

본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템은, 복수의 배터리 모듈로 구성된 배터리 팩에서 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 정확하게 측정하고, 셀 밸런싱을 수행함으로써, 배터리 모듈의 수명을 증가시킬 수 있다.The modular battery management system according to an embodiment of the present invention can increase the lifespan of a battery module by accurately measuring the cell voltage of each of a plurality of battery cells in a battery pack composed of a plurality of battery modules and performing cell balancing. can

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within the range apparent to those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 관리 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 방전 스위치부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 필터링부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 인터페이스부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 관리 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 통신부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 전류 측정부를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a modular battery management system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a local management unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining the discharge switch unit shown in FIG. 2 .
FIG. 4 is a view for explaining the filtering unit shown in FIG. 2 .
FIG. 5 is a view for explaining the interface unit shown in FIG. 2 .
6 is a view for explaining a central management unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view for explaining the communication unit shown in FIG. 6 .
FIG. 8 is a view for explaining the current measuring unit shown in FIG. 6 .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, a modular battery management system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Further, implementations described herein may be implemented as, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, discussed only as a method), implementations of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, as an apparatus or program). The apparatus may be implemented in suitable hardware, software and firmware, and the like. A method may be implemented in an apparatus such as, for example, a processor, which generally refers to a computer, a microprocessor, a processing device, including an integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants ("PDA") and other devices that facilitate communication of information between end-users.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a modular battery management system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템은 배터리 팩(100), 배터리 팩(100)과 연결되는 로컬 관리 유닛(200a, 200b,..,200n, 이하 200이라 칭함) 및 중앙 관리 유닛(300)을 포함할 수 있다. Referring to Figure 1, the modular battery management system according to an embodiment of the present invention is a battery pack 100, local management units (200a, 200b, ..., 200n, hereinafter referred to as 200) connected to the battery pack 100. referred to) and a central management unit 300 .

배터리 팩(100)은 다수의 배터리 모듈(Battery Module)(110a, 110b,...110n, 이하 110이라 칭함)의 직병렬 연결을 통해 구성될 수 있다. 즉, 배터리 셀의 직병렬 연결을 통해 배터리 모듈(110)이 구성되고, 배터리 모듈(110)의 직렬연결로 배터리 팩(100)이 구성될 수 있다. 배터리 팩(100)에 포함된 배터리 모듈(110)의 개수는 적용 환경에 따라, 하나의 배터리 팩(100)에 다른 개수의 배터리 모듈(110)들이 포함될 수 있다. 이러한 배터리 셀은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 및 그 등가물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나일 수 있으며, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. The battery pack 100 may be configured through serial-parallel connection of a plurality of battery modules 110a, 110b, ... 110n, hereinafter referred to as 110 . That is, the battery module 110 may be configured through serial/parallel connection of the battery cells, and the battery pack 100 may be configured through the serial connection of the battery modules 110 . A different number of battery modules 110 may be included in one battery pack 100 depending on the application environment as to the number of battery modules 110 included in the battery pack 100 . The battery cell may be one selected from the group consisting of a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and the like, but the present invention is not limited thereto.

배터리 팩(100)은 전력을 공급받아 충전되거나 배터리 팩(100)에 충전된 전기에너지를 부하에 공급함으로써 방전될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 모듈(110)은 대응되는 로컬 관리 유닛(200) 또는 중앙 관리 유닛(300)의 충전명령에 따라 복수의 배터리 모듈(110)에 전력을 저장하고, 방전명령에 따라 복수의 배터리 모듈(110)에 저장되어 있는 전력을 방전할 수 있다.The battery pack 100 may be charged by receiving power or may be discharged by supplying electric energy charged in the battery pack 100 to a load. That is, the plurality of battery modules 110 stores power in the plurality of battery modules 110 according to a charge command of the corresponding local management unit 200 or the central management unit 300 , and stores power in the plurality of batteries according to a discharge command. Power stored in the module 110 may be discharged.

다수의 로컬 관리 유닛(200) 각각은 대응하는 배터리 모듈(110)에 전기적으로 연결되어, 배터리 셀의 전압 및 온도를 센싱하고, 배터리 셀의 충전, 방전 및 셀 밸런싱 등을 관리할 수 있다. 물론, 하나의 로컬 관리 유닛(200)은 하나의 배터리 모듈(110)을 관리할 수 있다. Each of the plurality of local management units 200 may be electrically connected to a corresponding battery module 110 to sense a voltage and temperature of a battery cell, and manage charging, discharging, and cell balancing of the battery cell. Of course, one local management unit 200 may manage one battery module 110 .

복수의 로컬 관리 유닛(200)은 배터리 팩(100)에 포함된 복수의 배터리 모듈(110)과 각각 연결되어 복수의 배터리 모듈(110) 각각의 충방전을 제어할 수 있다.The plurality of local management units 200 may be respectively connected to the plurality of battery modules 110 included in the battery pack 100 to control charging and discharging of each of the plurality of battery modules 110 .

로컬 관리 유닛(200)은 배터리 모듈(110)에 연결되어, 해당 배터리 모듈(110)을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 로컬 관리 유닛(200)의 제어 기능에는, 배터리 모듈(110)에 포함된 배터리 셀의 충방전 제어, 밸런싱 제어, 스위칭, 전기적 특성값 측정 및 모니터링, 오류 표지, 온오프 제어 등과 같은 것들이 포함될 수 있으며, 그 밖에 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전기 전자적 제어 기능이 로컬 관리 유닛(200)의 제어 기능에 포함될 수 있다.The local management unit 200 may be connected to the battery module 110 and perform a function of controlling the corresponding battery module 110 . The control function of the local management unit 200 may include charge/discharge control, balancing control, switching, electrical characteristic value measurement and monitoring, error indication, on/off control, etc. of the battery cells included in the battery module 110 . In addition, various electrical and electronic control functions known at the time of filing of the present invention may be included in the control function of the local management unit 200 .

로컬 관리 유닛(200)에는 배터리 셀 전압 측정, 배터리 모듈(110) 온도 측정, 배터리 셀 밸런싱을 위한 알고리즘이 탑재될 수 있다.Algorithms for battery cell voltage measurement, battery module 110 temperature measurement, and battery cell balancing may be loaded in the local management unit 200 .

중앙 관리 유닛(300)은 복수의 로컬 관리 유닛(200)에 전기적으로 연결되어, 각 로컬 관리 유닛(200)으로부터 전송된 배터리 모듈(110)의 전압 및 온도를 이용하여 배터리 팩(100)의 전체적인 충전, 방전 및/또는 팩 밸런싱 등을 관리할 수 있다. The central management unit 300 is electrically connected to the plurality of local management units 200 , and uses the voltage and temperature of the battery module 110 transmitted from each local management unit 200 to control the entire battery pack 100 . It can manage charging, discharging and/or balancing packs, etc.

중앙 관리 유닛(300)은 각 로컬 관리 유닛(200)에서 전송한 배터리 모듈 전압 데이터를 수신하여 배터리 모듈 전압과 온도를 모니터링할 수 있다. The central management unit 300 may receive the battery module voltage data transmitted from each local management unit 200 to monitor the battery module voltage and temperature.

중앙 관리 유닛(300)에는 배터리 팩 전압 모니터링, 배터리 팩 전류 측정을 위한 알고리즘이 탑재될 수 있다. The central management unit 300 may be equipped with an algorithm for monitoring battery pack voltage and measuring battery pack current.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 관리 유닛을 설명하기 위한 도면, 도 3은 도 2에 도시된 방전 스위치부를 설명하기 위한 도면, 도 4는 도 2에 도시된 필터링부를 설명하기 위한 도면, 도 5는 도 2에 도시된 인터페이스부를 설명하기 위한 도면이다. Figure 2 is a view for explaining the local management unit according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view for explaining the discharge switch unit shown in Figure 2, Figure 4 is a view for explaining the filtering unit shown in Figure 2 , FIG. 5 is a view for explaining the interface unit shown in FIG. 2 .

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로컬 관리 유닛(200)은 전압 모니터링부(210), 온도 모니터링부(220), 배터리 모니터링부(230), 인터페이스부(240) 및 로컬 MCU(250)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the local management unit 200 according to an embodiment of the present invention includes a voltage monitoring unit 210 , a temperature monitoring unit 220 , a battery monitoring unit 230 , an interface unit 240 , and a local MCU. 250 may be included.

전압 모니터링부(210)는 배터리 모듈(110)의 각 배터리 셀의 아날로그 셀 전압을 측정할 수 있다. The voltage monitoring unit 210 may measure an analog cell voltage of each battery cell of the battery module 110 .

이러한 전압 모니터링부(210)는 각 배터리 셀과 연결되는 방전 스위치부(212) 및 필터링부(216)를 포함할 수 있다.The voltage monitoring unit 210 may include a discharge switch unit 212 and a filtering unit 216 connected to each battery cell.

방전 스위치부(212)는 배터리 셀과 연결되어, 각 배터리 셀의 아날로그 셀 전압을 측정하고, 측정된 아날로그 셀 전압을 필터링부(216)를 통해 배터리 모니터링부(230)로 전송할 수 있다. The discharge switch unit 212 may be connected to the battery cells, measure an analog cell voltage of each battery cell, and transmit the measured analog cell voltage to the battery monitoring unit 230 through the filtering unit 216 .

또한, 방전 스위치부(212)는 배터리 셀의 방전을 수행할 수 있다. 즉, 방전 스위치부(212)는, 특정 배터리 셀 전압이 다른 배터리 셀보다 높으면 전압이 높은 배터리 셀의 전압을 낮추기 위해 사용할 수 있다.Also, the discharge switch unit 212 may discharge the battery cells. That is, when a specific battery cell voltage is higher than that of another battery cell, the discharge switch unit 212 may be used to lower the voltage of a battery cell having a high voltage.

이러한 방전 스위치부(212)는 도 3에 도시된 바와 같이 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET와 방전 저항(R)으로 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 3 , the discharge switch unit 212 may include a field effect transistor (FET) and a discharge resistor (R).

전계 효과 트랜지스터(FET)는 배터리 셀로부터의 전류 흐름을 제한하도록 접속될 수 있다. 여기서, 전계 효과 트랜지스터는 스위칭 소자이며, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 다른 종류의 스위칭 기능을 수행하는 전기소자가 사용될 수 있다. FET는 예컨대, MOSFET로 구현될 수 있다. A field effect transistor (FET) may be connected to limit the flow of current from the battery cell. Here, the field effect transistor is a switching element, and the technical scope of the present invention is not limited thereto, and an electric element performing other types of switching functions may be used. The FET may be implemented as, for example, a MOSFET.

방전 스위치부(212)는 배터리 모듈(110)에 구비된 각 배터리 셀의 전압에 차이가 있는 경우, 이러한 배터리 셀의 전압 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 방전 스위치부(212)는, 각 배터리 셀의 양단에 전류 경로가 형성되고, 이러한 전류 경로에 FET를 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 배터리 모니터링부(230)는 FET를 제어함으로써 각 배터리 셀의 전압을 낮추거나 높일 수 있고, 이를 통해 여러 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행할 수 있다. 즉, 배터리 모니터링부(230)는 각 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 배터리 셀의 전압에 차이가 있는 경우, 해당 배터리 셀의 전압 밸런싱 동작을 수행하도록 하는 밸런싱 제어 신호를 방전 스위치부(212)로 전송할 수 있다. 밸런싱 제어 신호를 수신한 방전 스위치부(212)는 FET를 온(on) 시킴으로써, 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행할 수 있다. When there is a difference in voltage of each battery cell included in the battery module 110 , the discharge switch unit 212 may perform a voltage balancing operation of the battery cell. To this end, the discharge switch unit 212 may be configured in such a way that a current path is formed at both ends of each battery cell, and an FET is provided in the current path. In this case, the battery monitoring unit 230 may lower or increase the voltage of each battery cell by controlling the FET, thereby balancing the voltage of several battery cells. That is, the battery monitoring unit 230 monitors the voltages of each battery cell and, when there is a difference in the voltages of the battery cells, transmits a balancing control signal for performing a voltage balancing operation of the corresponding battery cells to the discharge switch unit 212 . can The discharge switch unit 212 receiving the balancing control signal may turn on the FET to perform voltage balancing of the battery cells.

예를 들어, n번째 배터리 셀 전압(C(n))과 (n+1)번째 배터리 셀 전압(C(n+1)) 간의 차이를 기 설정된 임계값과 비교하고, 그 비교결과 과전압 또는 저전압이 발생한 경우, 배터리 모니터링부(230)는 n번째 배터리 셀 전압(C(n))과 (n+1)번째 배터리 셀 전압(C(n+1)) 간의 밸런싱 동작을 수행하도록 하는 밸런싱 제어 신호(S(n))을 방전 스위치부(212)로 전송할 수 있다. 밸런싱 제어 신호를 수신한 방전 스위치부(212)의 FET는 온되어 두 배터리 셀 간의 전압 밸런싱을 수행할 수 있다. For example, the difference between the n-th battery cell voltage C(n) and the (n+1)-th battery cell voltage C(n+1) is compared with a preset threshold value, and as a result of the comparison, the overvoltage or undervoltage In this case, the battery monitoring unit 230 performs a balancing control signal to perform a balancing operation between the nth battery cell voltage C(n) and the (n+1)th battery cell voltage C(n+1). (S(n)) may be transmitted to the discharge switch unit 212 . The FET of the discharge switch unit 212 receiving the balancing control signal may be turned on to perform voltage balancing between the two battery cells.

또한, 방전 스위치부(212)는 방전 저항(R)을 구비할 수 있다. 이 경우, 방전 스위치부(212)는, 특정 배터리 셀과 방전 저항(R)을 연결함으로써, 방전 저항(R)에 의해 특정 배터리 셀의 전력이 소모되어, 해당 배터리 셀의 전압을 낮추는 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. In addition, the discharge switch unit 212 may include a discharge resistor (R). In this case, the discharging switch unit 212 connects a specific battery cell to the discharging resistor R, so that power of the specific battery cell is consumed by the discharging resistor R, thereby performing a balancing operation to lower the voltage of the corresponding battery cell. can be done

FET은 방전 저항(R)을 각 배터리 셀에 연결 및 분리하는 스위치 역할을 할 수 있다. FET이 ON 상태이면 방전 저항이 해당 배터리 셀에 병렬로 연결되어 병렬로 연결된 방전 저항(R)에 전원을 공급하여 해당 셀을 방전시킬 수 있다. 반면에 FET이 OFF 상태이면, 방전 저항(R)은 해당 배터리 셀에 연결되지 않기 때문에 해당 배터리 셀은 정상적으로 작동할 수 있다.The FET can serve as a switch that connects and disconnects the discharge resistor (R) to each battery cell. When the FET is in the ON state, a discharge resistor is connected in parallel to the corresponding battery cell to supply power to the discharge resistor (R) connected in parallel to discharge the corresponding cell. On the other hand, when the FET is in the OFF state, the discharge resistor R is not connected to the corresponding battery cell, and thus the corresponding battery cell may operate normally.

또한, 방전 스위치부(212)는 제너 다이오드를 구비할 수 있다. 제너 다이오드는 FET의 온/오프 동작시 발생하는 노이즈 제거하고, FET 동작에 필요한 소스-게이트간 전압을 유지하는 역할을 할 수 있다.Also, the discharge switch unit 212 may include a Zener diode. The Zener diode may serve to remove noise generated during the on/off operation of the FET and maintain a source-gate voltage required for the FET operation.

한편, FET가 켜지거나 꺼질 때 작은 과도 전압이 발생하며, 이 과도 전압은 전기 회로에서 아날로그-디지털(ADC) 변환의 정확도를 감소시킬 수 있다. 이에, 방전 스위치에 필터링부(216)를 연결하여 과도 전압을 필터링하고 ADC 변환 시 오류를 줄일 수 있도록 할 수 있다. On the other hand, small transient voltages occur when the FET is turned on or off, which can reduce the accuracy of analog-to-digital (ADC) conversions in electrical circuits. Accordingly, by connecting the filtering unit 216 to the discharge switch, it is possible to filter the transient voltage and reduce an error during ADC conversion.

필터링부(216)는 방전 스위치부(212)의 FET 동작 시 발생하는 과도 전압을 필터링할 수 있다. 이러한 필터링부(216)는 도 4에 도시된 바와 같은 RC 필터링 회로로 구현될 수 있다. 즉, 필터링부(216)는 직렬 저항과 션트 커패시터로 구성될 수 있다. The filtering unit 216 may filter the transient voltage generated during the FET operation of the discharge switch unit 212 . The filtering unit 216 may be implemented as an RC filtering circuit as shown in FIG. 4 . That is, the filtering unit 216 may include a series resistor and a shunt capacitor.

필터링부(216)는 과도 전압이 필터링된 배터리 셀 전압을 배터리 모니터링부(230)로 전송할 수 있다. The filtering unit 216 may transmit the battery cell voltage from which the transient voltage is filtered to the battery monitoring unit 230 .

온도 모니터링부(220)는 배터리 모듈(110)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 온도 모니터링부(220)는, 배터리 모듈(110)의 외부 온도 및/또는 내부 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도 모니터링부(220)는, 배터리 모듈(110)의 내부에서도 여러 지점의 온도를 측정함으로써, 배터리 모듈(110)의 온도를 부분별로 보다 상세하게 파악할 수 있다. 한편, 온도 모니터링부(220)는 측정된 배터리 모듈(110)의 온도 정보를 배터리 모니터링부(230)로 전송할 수 있다.The temperature monitoring unit 220 may measure the temperature of the battery module 110 . For example, the temperature monitoring unit 220 may measure an external temperature and/or an internal temperature of the battery module 110 . In addition, the temperature monitoring unit 220 may measure the temperature of various points inside the battery module 110 to determine the temperature of the battery module 110 in more detail for each part. Meanwhile, the temperature monitoring unit 220 may transmit the measured temperature information of the battery module 110 to the battery monitoring unit 230 .

이러한 온도 모니터링부(220)는 서미스터(222) 및 제1 버퍼(226)를 포함할 수 있다. The temperature monitoring unit 220 may include a thermistor 222 and a first buffer 226 .

서미스터(222)는 배터리 모듈(110)의 온도를 측정할 수 있다. 이때, 서미스터(222)는 예컨대, 음의 온도 계수(NTC) 서미스터(Negative Temperature Coefficient-thermic)로 구현될 수 있다. The thermistor 222 may measure the temperature of the battery module 110 . In this case, the thermistor 222 may be implemented as, for example, a negative temperature coefficient (NTC) thermistor (Negative Temperature Coefficient-thermic).

NTC 서미스터(222)는 배터리 모듈(110)의 온도가 올라가면 저항이 감소하도록 동작하고 서미스터 전압은 온도에 비례하므로 배터리 모듈(110)의 온도는 서미스터(222)의 전압으로 계산할 수 있다. NTC 서미스터(222)에 기 설정된 일정 전압(예컨대, 3.065V)을 공급하기 위해 제1 버퍼(226)를 사용할 수 있다. The NTC thermistor 222 operates to decrease resistance when the temperature of the battery module 110 rises, and the thermistor voltage is proportional to the temperature, so the temperature of the battery module 110 can be calculated as the voltage of the thermistor 222 . The first buffer 226 may be used to supply a preset constant voltage (eg, 3.065V) to the NTC thermistor 222 .

제1 버퍼(226)는 서미스터(222)의 출력 신호를 유지하거나, 서미스터(222)의 출력 신호를 증폭하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 서미스터(222)의 출력 신호는 손실(분실)될 수 있다. 이에, 제1 버퍼(226)는 서미스터(222)의 출력 신호를 저장함으로써, 서미스터(222)의 출력 신호의 손실(분실)을 방지할 수 있고, 이로 인해 서미스터(222)의 출력 신호를 유지할 수 있다. 또한, 서미스터(222)의 출력 신호를 전압을 온도로 바꾸는 것이기 때문에 서미스터(222)의 출력 신호는 약할 수 있다. 이에, 제1 버퍼(226)는 서미스터(222)의 출력 신호를 증폭시킬 수 있다. The first buffer 226 may serve to maintain the output signal of the thermistor 222 or amplify the output signal of the thermistor 222 . That is, the output signal of the thermistor 222 may be lost (lost). Accordingly, by storing the output signal of the thermistor 222, the first buffer 226 can prevent loss (loss) of the output signal of the thermistor 222, thereby maintaining the output signal of the thermistor 222. have. In addition, since the output signal of the thermistor 222 is to change the voltage into temperature, the output signal of the thermistor 222 may be weak. Accordingly, the first buffer 226 may amplify the output signal of the thermistor 222 .

배터리 모니터링부(230)는 전압 모니터링부(210) 및 온도 모니터링부(220)로부터 아날로그 셀 전압 및 배터리 모듈 온도를 수신하고, 수신한 아날로그 셀 전압 및 배터리 모듈 온도를 디지털 셀 전압과 배터리 모듈 온도로 변환할 수 있다.The battery monitoring unit 230 receives the analog cell voltage and the battery module temperature from the voltage monitoring unit 210 and the temperature monitoring unit 220 , and converts the received analog cell voltage and the battery module temperature into the digital cell voltage and the battery module temperature. can be converted

또한, 배터리 모니터링부(230)는 방전 스위치부(212)를 제어하여 배터리의 보호 동작을 수행할 수 있다. 만약 배터리 모듈(110) 내에 과방전, 과충전, 쇼트 및 과전류와 같은 이상 상태가 발생되면, 배터리 모니터링부(230)는 방전 스위치부(212)를 제어하여 이상 상태로부터 BMS 회로 및 배터리를 보호할 수 있다.Also, the battery monitoring unit 230 may control the discharge switch unit 212 to perform a battery protection operation. If abnormal conditions such as overdischarge, overcharge, short circuit and overcurrent occur in the battery module 110, the battery monitoring unit 230 controls the discharge switch unit 212 to protect the BMS circuit and the battery from the abnormal condition. have.

즉, 배터리 모니터링부(230)는 각 배터리 셀의 전압을 모니터링하고, 두 배터리 셀 간의 전압 차이를 기 설정된 임계값과 비교하고, 그 비교결과 과전압 또는 저전압이 발생한 경우 해당 배터리 셀의 전압 밸런싱 동작을 수행하도록 하는 밸런싱 제어 신호를 방전 스위치부(212)로 전송할 수 있다. 여기서, 임계값은 과전압 여부를 판단하기 위한 과전압 임계값 및 저전압 여부를 판단하기 위한 저전압 임계값을 포함할 수 있다. That is, the battery monitoring unit 230 monitors the voltage of each battery cell, compares the voltage difference between the two battery cells with a preset threshold, and when an overvoltage or undervoltage occurs as a result of the comparison, the voltage balancing operation of the corresponding battery cell is performed. A balancing control signal to be performed may be transmitted to the discharge switch unit 212 . Here, the threshold value may include an overvoltage threshold value for determining whether the overvoltage is present and a low voltage threshold value for determining whether the voltage is undervoltage.

예를 들어, n번째 배터리 셀과 (n+1)번째 배터리 셀 간의 전압 차이가 과전압 임계값(예컨대, 35mV) 이상이면, 배터리 모니터링부(230)는 n+1번째 배터리 셀이 n번째 배터리 셀보다 높은 전압을 가진다고 판단하여 n+1번째 배터리 셀의 FET를 온시킬 수 있다. 또한, n번째 배터리 셀과 (n+1)번째 배터리 셀 간의 전압 차이가 저전압 임계값(예컨대, -35mV) 미만이면, 배터리 모니터링부(230)는 n번째 배터리 셀이 n+1번째 배터리 셀보다 높은 전압을 가진다고 판단하여 n번째 배터리 셀의 FET를 온시킬 수 있다. For example, if the voltage difference between the nth battery cell and the (n+1)th battery cell is equal to or greater than an overvoltage threshold (eg, 35mV), the battery monitoring unit 230 determines that the n+1th battery cell is the nth battery cell. The FET of the n+1th battery cell may be turned on by determining that it has a higher voltage. In addition, if the voltage difference between the n-th battery cell and the (n+1)-th battery cell is less than the low voltage threshold (eg, -35 mV), the battery monitoring unit 230 determines that the n-th battery cell is higher than the n+1-th battery cell. The FET of the nth battery cell may be turned on by determining that it has a high voltage.

배터리 모니터링부(230)는 인터페이스부(240)를 통해 디지털 셀 전압과 배터리 모듈 온도를 로컬 MCU(250)로 전송할 수 있다. The battery monitoring unit 230 may transmit the digital cell voltage and the battery module temperature to the local MCU 250 through the interface unit 240 .

인터페이스부(240)는 SPI 신호선(242)과 제2 버퍼(buffer circuit 2, 246)로 구성될 수 있다. 즉, 배터리 모니터링부(230)와 로컬 MCU(250)는 SPI로 통신하며, SPI는 클럭(SCLK), 칩 선택(CS), 마스터 출력 슬레이브 입력(MOSI), 및 마스터 입력 슬레이브 출력(MISO)로 구성될 수 있다. SPI 신호선(242)이 통신할 때 주변으로부터 영향을 방지하기 위해 제2 버퍼(246)를 사용할 수 있다. The interface unit 240 may include an SPI signal line 242 and a second buffer (buffer circuits 2 and 246 ). That is, the battery monitoring unit 230 and the local MCU 250 communicate through SPI, and the SPI is a clock (SCLK), chip select (CS), master output slave input (MOSI), and master input slave output (MISO). can be configured. When the SPI signal line 242 communicates, the second buffer 246 may be used to prevent influence from the surroundings.

제2 버퍼(246)는 SPI 신호선(242)으로부터의 신호의 분실을 방지하기 위해 사용할 수 있다. 이러한 제2 버퍼(246)는 예컨대, LT1719와 NC7WZ로 구성될 수 있고, LT1719는 MISO 신호에 대한 버퍼 역할을 하고, NC7WZ는 SCLK, CS 및 MOSI 신호에 대한 버퍼 역할을 할 수 있다. The second buffer 246 may be used to prevent loss of a signal from the SPI signal line 242 . The second buffer 246 may include, for example, LT1719 and NC7WZ, LT1719 may serve as a buffer for MISO signals, and NC7WZ may serve as buffers for SCLK, CS, and MOSI signals.

로컬 MCU(250)는 배터리 셀 전압을 모니터링하고 모든 배터리 셀 전압의 합으로 배터리 모듈 전압을 계산한 후, 시리얼 통신을 통해 배터리 모듈 전압과 온도를 중앙 관리 유닛(300)으로 전송할 수 있다. The local MCU 250 may monitor the battery cell voltage, calculate the battery module voltage as the sum of all battery cell voltages, and then transmit the battery module voltage and temperature to the central management unit 300 through serial communication.

로컬 MCU(250)는 배터리 모니터링부(230)의 모니터링 모드, 모니터링 속도, 배터리 모듈 당 모니터링할 셀 수, 방전 저항 연결 구성, 과전압/저전압 임계 값 등을 설정 및 제어할 수 있다. The local MCU 250 may set and control a monitoring mode, a monitoring speed, the number of cells to be monitored per battery module, a discharge resistor connection configuration, an overvoltage/undervoltage threshold, and the like of the battery monitoring unit 230 .

로컬 MCU(250)은 배터리 셀 전압, 배터리 모듈 온도, 특정 배터리 셀 방전 정도 등 다양한 명령을 배터리 모니터링부(230)에 전송하고, 해당 정보를 획득할 수 있다. The local MCU 250 may transmit various commands, such as a battery cell voltage, a battery module temperature, and a specific battery cell discharge degree, to the battery monitoring unit 230 and obtain corresponding information.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 관리 유닛을 설명하기 위한 도면, 도 7은 도 6에 도시된 통신부를 설명하기 위한 도면, 도 8은 도 6에 도시된 전류 측정부를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a central management unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a view for explaining the communication unit shown in FIG. 6, FIG. 8 is a view for explaining the current measuring unit shown in FIG. to be.

도 6을 참조하면, 중앙 관리 유닛(300)은 통신부(310), 중앙 MCU(320) 및 전류 측정부(330)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the central management unit 300 may include a communication unit 310 , a central MCU 320 , and a current measurement unit 330 .

통신부(310)는 로컬 관리 유닛(200)과 중앙 관리 유닛(300) 간을 연결하기 위한 구성으로, 도 7에 도시된 바와 같이 SCI 신호선(312) 및 레벨 시프터(314)를 포함할 수 있다. The communication unit 310 is a configuration for connecting the local management unit 200 and the central management unit 300 , and may include an SCI signal line 312 and a level shifter 314 as shown in FIG. 7 .

SCI(Serial Communication Interface)는 SPI와 달리 로컬 관리 유닛(200)에서 중앙 관리 유닛(300)의 (RX)로의 라인과 중앙 관리 유닛(300)에서 로컬 관리 유닛(200)의 (TX)로의 라인만 있다. 두 라인은 중앙 MCU(320)의 SCI RX 및 TX 포트에 직접 연결될 수 있다. Unlike SPI, SCI (Serial Communication Interface) only has a line from the local management unit 200 to (RX) of the central management unit 300 and a line from the central management unit 300 to (TX) of the local management unit 200 only. have. The two lines may be directly connected to the SCI RX and TX ports of the central MCU 320 .

한편, 로컬 MCU(250)와 중앙 MCU(320)는 전압 레벨이 서로 다르다. 이에, 전압 레벨이 서로 다른 두 MCU 간의 안정적인 통신을 보장하기 위해 레벨 시프터(314)를 사용할 수 있다. Meanwhile, the local MCU 250 and the central MCU 320 have different voltage levels. Accordingly, the level shifter 314 may be used to ensure stable communication between two MCUs having different voltage levels.

레벨 시프터(314)는 전압 레벨이 다른 중앙 관리 유닛(300)(3.3V) 및 로컬 관리 유닛(200)(5V)의 통신을 가능하게 할 수 있다. 레벨 시프터(314)는 5V 신호를 3.3V로 낮추고, 3.3V 신호를 5V로 높이는 N 채널 로직 레벨 향상 모드 전계 효과 트랜지스터를 사용할 수 있다. 레벨 시프터(314)는 중앙 관리 유닛(300)과 로컬 관리 유닛(200) 간 3.3V 및 5V 시리얼 통신 인터페이스 신호를 변환하고, SCI는 중앙 관리 유닛(300)과 로컬 관리 유닛(200) 간의 데이터 교환을 가능하게 하는 통신 인터페이스를 제공할 수 있다. The level shifter 314 may enable communication between the central management unit 300 (3.3V) and the local management unit 200 (5V) having different voltage levels. The level shifter 314 may use an N-channel logic level enhancement mode field effect transistor that lowers the 5V signal to 3.3V and raises the 3.3V signal to 5V. The level shifter 314 converts 3.3V and 5V serial communication interface signals between the central management unit 300 and the local management unit 200 , and the SCI exchanges data between the central management unit 300 and the local management unit 200 . It is possible to provide a communication interface that enables

전류 측정부(330)는 배터리 팩(100)과 충전기/부하 사이에 연결되고, 아날로그 충전 / 방전 전류를 측정하여 디지털 전압으로 변환할 수 있다. The current measuring unit 330 may be connected between the battery pack 100 and the charger/load, measure analog charge/discharge current, and convert it into a digital voltage.

전류 측정부(330)는 배터리 팩(100)과 부하(충전기)의 사이에 전기적으로 연결되어, 배터리 팩(100)에 입력(충전)되는 전류 및/또는 출력(방전)되는 전류를 감지할 수 있다. 전류 측정부(330)는 홀 센서, 션트 저항 및 그 등가물로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.The current measuring unit 330 is electrically connected between the battery pack 100 and the load (charger) to detect a current input (charged) and/or an output (discharge) current to the battery pack 100 . have. The current measuring unit 330 may be any one selected from the group consisting of a Hall sensor, a shunt resistor, and the like, but the present invention is not limited thereto.

전류 측정부(330)를 통해 측정된 아날로그 전압은 중앙 MCU(320)의 ADC 핀으로 전송될 수 있다.The analog voltage measured by the current measuring unit 330 may be transmitted to the ADC pin of the central MCU 320 .

전류 측정부(330)는 도 8에 도시된 바와 같이 션트 저항(332) 및 연산 증폭기(336)로 구성될 수 있다. The current measuring unit 330 may include a shunt resistor 332 and an operational amplifier 336 as shown in FIG. 8 .

션트 저항(332)의 저항 값은 2mΩ로 매우 낮으므로 션트 저항(332)을 통과하는 충방전 전류는 전류에 비례하는 전압을 유도할 수 있다. 따라서 충전/방전 전류는 션트 저항(332) 양단의 전압을 측정하여 측정할 수 있다.Since the resistance value of the shunt resistor 332 is very low as 2 mΩ, the charge/discharge current passing through the shunt resistor 332 may induce a voltage proportional to the current. Accordingly, the charge/discharge current may be measured by measuring the voltage across the shunt resistor 332 .

그러나 전압 판독 값이 작으면 전류 측정의 정확도가 떨어지므로, 이 문제를 해결하기 위해 연산 증폭기(336)가 션트 저항(332)을 통해 연결될 수 있다. 연산 증폭기(336)는 100mV/A의 이득으로 션트 저항(332)의 전압을 증폭할 수 있다. However, a small voltage reading reduces the accuracy of the current measurement, so an operational amplifier 336 can be connected through a shunt resistor 332 to solve this problem. The operational amplifier 336 may amplify the voltage of the shunt resistor 332 with a gain of 100 mV/A.

중앙 MCU(320)는 전류 측정부(330)에서 측정된 아날로그 전류를 디지털 전류로 변환하고, 배터리 팩 전압, 전류 및 온도를 모니터링할 수 있다.The central MCU 320 may convert the analog current measured by the current measurement unit 330 into a digital current and monitor the battery pack voltage, current, and temperature.

중앙 MCU(320)는 배터리 팩 전류와 전압을 모두 모니터링할 수 있다. 이때 전류는 배터리 전류 측정부(330)를 통해 수집될 수 있고, 배터리 팩 전압은 모든 배터리 모듈 전압을 합산하여 획득할 수 있다. 배터리 모듈 전압은 시리얼 통신을 통해 로컬 MCU(250)에서 중앙 MCU(320)로 전송되나, 로컬 MCU(250)와 중앙 MCU(320)는 전압 레벨이 다르다. 따라서 전압 레벨이 서로 다른 두 MCU 간의 안정적인 통신을 보장하기 위해 레벨 시프터(314)를 사용할 수 있다. The central MCU 320 may monitor both the battery pack current and voltage. In this case, the current may be collected through the battery current measuring unit 330 , and the battery pack voltage may be obtained by summing all battery module voltages. The battery module voltage is transmitted from the local MCU 250 to the central MCU 320 through serial communication, but the voltage levels of the local MCU 250 and the central MCU 320 are different. Therefore, the level shifter 314 may be used to ensure stable communication between two MCUs having different voltage levels.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템은, 로컬 관리 유닛과 중앙 관리 유닛을 구분하고, 로컬 관리 유닛을 모듈화함으로써, 높은 호환성을 제공할 수 있고, 이로 인해 배터리의 셀 구조가 변경되어도 BMS를 새로 제작하지 않아도 되는 효과가 있다.As described above, the modular battery management system according to an embodiment of the present invention distinguishes the local management unit from the central management unit, and by modularizing the local management unit, it is possible to provide high compatibility, and thereby the cell of the battery. Even if the structure is changed, there is an effect that it is not necessary to create a new BMS.

본 발명의 일 실시예에 따른 모듈식 배터리 관리 시스템은, 복수의 배터리 모듈로 구성된 배터리 팩에서 복수의 배터리 셀 각각의 셀 전압을 정확하게 측정하고, 셀 밸런싱을 수행함으로써, 배터리 모듈의 수명을 증가시킬 수 있다.The modular battery management system according to an embodiment of the present invention can increase the lifespan of a battery module by accurately measuring the cell voltage of each of a plurality of battery cells in a battery pack composed of a plurality of battery modules and performing cell balancing. can

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art to which various modifications and equivalent other embodiments are possible. will understand

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

100 : 배터리 랙
110 : 배터리 모듈
200 : 로컬 관리 유닛
210 : 전압 모니터링부
220 : 온도 모니터링부
230 : 배터리 모니터링부
240 : 인터페이스부
250 : 로컬 MCU
300 : 중앙 관리 유닛
310 : 통신부
320 : 중앙 MCU
330 : 전류 측정부100: battery rack
110: battery module
200: local management unit
210: voltage monitoring unit
220: temperature monitoring unit
230: battery monitoring unit
240: interface unit
250: local MCU
300: central management unit
310: communication department
320: central MCU
330: current measuring unit

Claims (9)

복수의 배터리 셀이 연결된 복수의 배터리 모듈로 구성된 배터리 팩;
상기 복수의 배터리 모듈과 각각 연결되고, 각 배터리 모듈의 전압 및 온도를 모니터링하는 복수의 로컬 관리 유닛; 및
상기 복수의 로컬 관리 유닛에 전기적으로 연결되어, 각 로컬 관리 유닛으로부터 전송된 배터리 모듈의 전압 및 온도를 이용하여 상기 배터리 팩의 전압 및 온도를 모니터링하는 중앙 관리 유닛
을 포함하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
a battery pack comprising a plurality of battery modules to which a plurality of battery cells are connected;
a plurality of local management units respectively connected to the plurality of battery modules and monitoring voltages and temperatures of each battery module; and
A central management unit electrically connected to the plurality of local management units to monitor the voltage and temperature of the battery pack by using the voltage and temperature of the battery module transmitted from each local management unit
A modular battery management system comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 로컬 관리 유닛은,
상기 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 아날로그 셀 전압을 측정하는 전압 모니터링부;
상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 온도 모니터링부;
상기 전압 모니터링부 및 상기 온도 모니터링부로부터 아날로그 셀 전압 및 배터리 모듈 온도를 수신하고, 상기 수신한 아날로그 셀 전압 및 배터리 모듈 온도를 디지털 셀 전압 및 배터리 모듈 온도로 변환하는 배터리 모니터링부; 및
상기 배터리 모듈에 포함된 모든 배터리 셀의 디지털 셀 전압을 합하여 배터리 모듈 전압을 산출하고, 상기 배터리 모듈 전압 및 배터리 모듈 온도를 상기 중앙 관리 유닛으로 전송하는 로컬 MCU(main control unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
According to claim 1,
The local management unit,
a voltage monitoring unit measuring an analog cell voltage of each battery cell included in the battery module;
a temperature monitoring unit for measuring the temperature of the battery module;
a battery monitoring unit receiving an analog cell voltage and a battery module temperature from the voltage monitoring unit and the temperature monitoring unit, and converting the received analog cell voltage and battery module temperature into a digital cell voltage and a battery module temperature; and
and a local MCU (main control unit) for calculating a battery module voltage by summing digital cell voltages of all battery cells included in the battery module, and transmitting the battery module voltage and battery module temperature to the central management unit A modular battery management system with
 제2항에 있어서,
상기 전압 모니터링부는,
각 배터리 셀의 아날로그 셀 전압을 측정하고, 상기 배터리 셀의 전압 밸런싱을 수행하는 방전 스위치부; 및
상기 방전 스위치부의 스위칭 소자 동작 시 발생하는 과도 전압을 필터링하는 필터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
3. The method of claim 2,
The voltage monitoring unit,
a discharge switch unit for measuring an analog cell voltage of each battery cell and balancing the voltage of the battery cell; and
The modular battery management system, characterized in that it comprises a filtering unit for filtering the transient voltage generated during the operation of the switching element of the discharge switch unit.
 제3항에 있어서,
상기 방전 스위치부는,
상기 배터리 모니터링부로터의 밸런싱 제어 신호에 따라 온(on) 또는 오프(off)되는 스위칭 소자; 및
상기 스위칭 소자 및 해당 배터리 셀과 연결되는 방전 저항을 포함하되,
상기 스위칭 소자가 온되는 경우, 상기 방전 저항이 상기 배터리 셀에 병렬로 연결되어 상기 배터리 셀을 방전시킴으로써 전압 밸런싱을 수행하고,
상기 스위칭 소자가 오프되는 경우, 상기 방전 저항이 상기 배터리 셀에 연결되지 않아 상기 배터리 셀이 정상 동작하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
4. The method of claim 3,
The discharge switch unit,
a switching element turned on or off according to a balancing control signal from the battery monitoring unit; and
A discharging resistor connected to the switching element and the corresponding battery cell,
When the switching element is turned on, the discharge resistor is connected in parallel to the battery cell to discharge the battery cell to perform voltage balancing,
When the switching element is turned off, the battery cell is not connected to the discharge resistor is a modular battery management system, characterized in that the normal operation of the battery cell.
 제2항에 있어서,
상기 온도 모니터링부는,
상기 배터리 모듈의 온도를 측정하는 서미스터; 및
상기 서미스터의 출력 신호를 유지하거나, 상기 서미스터의 출력 신호를 증폭하는 제1 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
3. The method of claim 2,
The temperature monitoring unit,
a thermistor for measuring the temperature of the battery module; and
A modular battery management system comprising a first buffer for maintaining the output signal of the thermistor or amplifying the output signal of the thermistor.
 제2항에 있어서,
상기 배터리 모니터링부는,
인접한 두 배터리 셀 간의 전압 차이를 측정하여 기 설정된 임계값과 비교하고, 그 비교결과 과전압 또는 저전압이 발생한 경우 해당 배터리 셀의 전압 밸런싱 동작을 수행하도록 하는 밸런싱 제어 신호를 상기 전압 모니터링부의 방전 스위치부로 전송하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
3. The method of claim 2,
The battery monitoring unit,
The voltage difference between two adjacent battery cells is measured and compared with a preset threshold, and when an overvoltage or undervoltage occurs as a result of the comparison, a balancing control signal for performing a voltage balancing operation of the corresponding battery cell is transmitted to the discharge switch unit of the voltage monitoring unit A modular battery management system, characterized in that.
 제1항에 있어서,
상기 중앙 관리 유닛은,
상기 로컬 관리 유닛과의 통신을 위한 통신부;
상기 배터리 팩과 부하 사이에 연결되어, 상기 배터리 팩에 충전 또는 방전되는 아날로그 전류를 측정하는 전류 측정부; 및
상기 전류 측정부에서 측정된 아날로그 전류를 디지털 전류로 변환하고, 상기 통신부를 통해 복수의 로컬 관리 유닛으로부터 각각 수신한 배터리 모듈의 전압을 합연산하여 배터리 팩의 전압을 산출하는 중앙 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
The method of claim 1,
The central management unit,
a communication unit for communication with the local management unit;
a current measuring unit connected between the battery pack and a load to measure an analog current charged or discharged in the battery pack; and
A central MCU that converts the analog current measured by the current measurement unit into a digital current and calculates the voltage of the battery pack by summing the voltages of the battery modules received from a plurality of local management units through the communication unit. Featuring a modular battery management system.
 제7항에 있어서,
상기 통신부는,
SCI(Serial Communication Interface) 신호선; 및
상기 로컬 관리 유닛과 상기 중앙 관리 유닛 간의 전압 레벨을 맞추는 레벨 시프터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.
8. The method of claim 7,
The communication unit,
SCI (Serial Communication Interface) signal line; and
and a level shifter for matching the voltage level between the local management unit and the central management unit.
 제7항에 있어서,
상기 전류 측정부는,
상기 배터리 팩과 상기 부하 사이에 연결되는 션트 저항; 및
상기 션트 저항 양단을 통해 측정된 전압을 증폭하는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈식 배터리 관리 시스템.

8. The method of claim 7,
The current measuring unit,
a shunt resistor coupled between the battery pack and the load; and
and an operational amplifier for amplifying the voltage measured through both ends of the shunt resistor.
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