WO2014054874A2 - 멀티 bms 기동 장치 - Google Patents

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WO2014054874A2
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battery
transistor
battery pack
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이현철
허진석
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for transmitting a signal for starting a BMS, and more particularly, to an apparatus for transmitting a start signal output from a master BMS of a battery pack having a multi-BMS structure to each slave BMS.
  • the secondary battery having high application characteristics and high electrical density such as high energy density according to the product range is not only portable devices but also electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HEVs), and electric power driven by electric driving sources. It is commonly applied to a storage device.
  • the secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels is generated, but also no by-products of energy use are generated.
  • Such a secondary battery may be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction between components, including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, an electrolyte, and the like.
  • a lithium polymer secondary battery widely used has an operating voltage of about 3.7V to 4.2V. Therefore, in order to obtain a high output battery pack applied to the electric vehicle or the like, a plurality of unit secondary battery cells are connected in series to form a battery pack.
  • the battery pack includes a power supply control for a driving load such as a motor, measurement of electrical characteristics such as current or voltage, charge / discharge control, voltage equalization control, and SOC (state of charge).
  • a power supply control for a driving load such as a motor
  • measurement of electrical characteristics such as current or voltage, charge / discharge control, voltage equalization control, and SOC (state of charge).
  • An algorithm for estimating is applied to further include a battery management system (BMS) for monitoring and controlling the state of the secondary battery.
  • BMS battery management system
  • the battery pack of the multi-module structure includes a plurality of secondary battery cells, it is limited to control the charge / discharge state of all secondary battery cells using one BMS. Therefore, in recent years, each battery module included in the battery pack is equipped with a BMS, and designated them as slave BMS, and then charge / discharge of each battery module by a master-slave method of additionally installing a master BMS for controlling the slave BMS. Control technology is used.
  • the slave BMS normally waits in a sleep state, and starts activation by a control signal of the master BMS.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a starter 13 for transmitting a start signal output from a master BMS 11 to a slave BMS 12 according to the prior art.
  • a plurality of battery modules 14 are connected in series to form a battery pack 15, and each battery module 14 is connected to a slave BMS 12. Then, it can be confirmed that the optocoupler is connected as the starting device 13 for transmitting the starting signal output from the master BMS 11 to each slave BMS 12.
  • An optocoupler is a switching element which consists of a light emitting source (input) and a photodetector (output).
  • a light emitting source input
  • a photodetector output
  • an infrared light emitting diode LED
  • a photodiode or a phototransistor which is turned on when light is used as a photodetector is used. Therefore, when a current flows to the input side, light is emitted from the light emitting source, and the photodiode or phototransistor, which is an output side element, is turned on. That is, the switching device is turned on or off by light, not electrical coupling.
  • the input side of the optocoupler 13 is connected to the master BMS 11 and the output side is connected to the slave BMS 12. Therefore, when the start signal is output from the master BMS 11, the start signal is transmitted to the slave BMS 12 through the optocoupler 13.
  • the master BMS 11 and the slave BMS 12 are connected by using the optocoupler 13
  • the master BMS 11 and the slave BMS 12 are electrically insulated. Therefore, while at the same time serving to transmit the start signal, it is possible to prevent the reverse current that the high voltage current of the battery pack 15 is input to the master BMS (11) side, and is generated during the charge and discharge process of the battery pack 15 Can be less affected by electromagnetic waves.
  • the number of the optocouplers 13 is increased by the number of slave BMSs 12. Is needed.
  • the optocoupler 13 is a semiconductor device and its price is not small. When the optocoupler 13 is used, the optocoupler 13 increases the overall price of the BMS or the battery pack. Therefore, there is a need for a starter apparatus capable of starting the slave BMS 12 while maintaining the insulation state of the master BMS 11 and the slave BMS 12.
  • the present invention has been made in view of the above-described prior art, and an object thereof is to provide a BMS starting device for transmitting a signal for starting a multi-BMS.
  • N slave BMS for managing each battery module in a battery pack including N (N is an integer of 2 or more).
  • An apparatus for transmitting a start signal output from a master BMS to the N slave BMS comprising: a serial line connected between a high potential terminal and a low potential terminal of the battery pack to transmit the start signal; An insulation element connected on the series line and turned on by a start signal output from the master BMS; The terminal is connected to a higher potential than the insulator on the series line, and two terminals other than the base terminal are connected to the series line, and the base terminal is a low potential of each of the N-1 battery modules of the N battery modules.
  • N-1 transistors connected to a terminal; And connected between the insulation device and the high potential terminal of the battery module or between each transistor and the high potential terminal of each battery module, and the N slave BMSs are turned on by the turn-on operation of each transistor or the insulation device. It includes; a switch unit for transmitting a start signal for starting.
  • the insulation element is an optocoupler
  • the input terminal is connected to the master BMS
  • the output terminal is connected to the series line side.
  • the transistor is of NPN type and an emitter terminal is connected to the low potential side in the series line.
  • the multi-BMS start device of the battery pack according to the present invention may further include a resistor connected between the base terminal and the emitter terminal of the transistor.
  • the multi-BMS starting device of the battery pack according to the present invention may further include an overcurrent protection resistor connected to the series line to protect the transistor or the insulating device from overcurrent.
  • the multi-BMS starting device of the battery pack according to the present invention may further include a diode connected forward on the series line to prevent reverse current.
  • the switch unit is connected to the source terminal and the gate terminal so that the voltage output from the high potential terminal of each battery module is applied, the drain terminal when the transistor or the insulating element is turned on the start signal It may include; and a MOSFET connected to deliver to the slave BMS.
  • the multi-BMS starting device of the battery pack according to the present invention may further include a resistance element connected between the source terminal and the gate terminal.
  • the multi-BMS starting device of the battery pack according to the present invention may be a component of the battery management system.
  • the multi-BMS starting device of the battery pack according to the present invention the battery management system; And a plurality of battery modules, which may be one component of a battery pack.
  • a small number of isolation elements may be used to transmit signals for activating a plurality of slave BMSs. Therefore, the price of the BMS or the battery pack can be lowered.
  • the master BMS since the master BMS does not need all the input and output terminals corresponding to the number of slave BMS, the size of the master BMS can be reduced and the production is simple.
  • the master BMS and the slave BMS are electrically insulated, it is possible to prevent the reverse current inflow phenomenon in which the high voltage current of the battery pack is input to the master BMS side, and is generated during the charge / discharge process of the battery pack. It can be less affected by electromagnetic waves.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a starting device for transmitting a start signal output from a master BMS to a slave BMS according to the prior art.
  • FIG. 2 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a multi-BMS starting device of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically illustrating a structure of a switch unit including a MOSFET.
  • FIG. 2 is a circuit diagram schematically illustrating a configuration of a multi-BMS starter (hereinafter, referred to as a 'BMS starter') of a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a 'BMS starter' a multi-BMS starter
  • the BMS starter 100 is connected between the master BMS 110 and the slave BMS 120.
  • the slave BMS 120 is connected to a battery pack 122 including N battery modules 121 (N is an integer of 2 or more).
  • the slave BMS 120 measures algorithms for measuring electrical characteristics such as charge / discharge current or voltage of the battery module 121, charge / discharge control, equalization control of voltage, and estimation of state of charge (SOC). This is applied to monitor and control the state of the secondary battery included in the battery module 121.
  • the master BMS 110 collects information on each battery module 121 from the slave BMS 120, and based on this, power supply control for a load connected to the battery pack 122 and a slave BMS ( Control of the output of the signal for starting 120;
  • a communication network may be connected between the master BMS 110 and the slave BMS 120 for data communication.
  • the communication network is not shown for simplicity of the drawings.
  • the functions and roles of the master BMS 110 and the slave BMS 120 are well known to those skilled in the art, and detailed descriptions thereof will be omitted.
  • Each of the battery modules 121 includes one or more secondary battery cells, and the type of the secondary battery cells is not particularly limited. Rechargeable lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc It can comprise with secondary batteries, such as a battery.
  • the battery pack 122 includes N battery modules 121 connected thereto. It is apparent that the number N of the battery modules 121 may vary according to the output voltage and the capacity required for the battery pack 122.
  • the battery pack 122 illustrated in FIG. 2 illustrates an embodiment in which N battery modules 121 are all connected in series, the battery pack 122 is limited in that the connection of the battery modules 121 is made in parallel or in parallel / parallel. I never do that.
  • a load supplied with power from the battery pack 122 may be connected to the battery pack 122, and the type of the load is not particularly limited.
  • the load may be configured by a portable electronic device such as a video camera, a mobile phone, a portable PC, a PMP, or an MP3 player, a motor of an electric vehicle or a hybrid vehicle, or a power converter such as a DC to DC converter.
  • the present invention is not limited according to the type of load.
  • the BMS starter 100 includes a series line 130, an insulation device 140, a transistor 150, and a switch unit 160.
  • the series line 130 is connected between the high potential terminal and the low potential terminal of the battery pack 122.
  • the series line 130 serves to transfer a start signal output from the master BMS 110, and the transistor 150, the insulation device 140, and the switch unit 160 are connected through the series line 130. Are connected to each other.
  • each switch unit 160 corresponding to each slave BMS 120 includes a first switch unit 160-1, a second switch unit 160-2, and a third switch unit 160-3.
  • the transistor 150 connected to each battery module 121 is referred to as the second transistor 150-2, the third transistor 150-3,. ... Will be referred to as an N-th transistor 150-N.
  • the insulating device 140 may be an opto-coupler.
  • the optocoupler is also referred to as a photo-coupler or photo MOS relay, and does not affect the function or configuration of the insulation element 140 according to its name. The configuration and operation principle of the optocoupler as described above in detail will be omitted.
  • the input side (light emitting diode) of the optocoupler is connected to the master BMS 110, and the output side (phototransistor) is connected to the series line 130 side.
  • the transistor 150 is provided with N-1 so as to correspond to each slave BMS 120.
  • a typical bipolar junction transistor is composed of three terminals: a collector, a base, and an emitter. Of these three terminals, the remaining two terminals except the base terminal B are connected on the series line 130, and the base terminal B is connected to each of the battery modules 121 corresponding to the transistor 150. It is connected to each low potential terminal.
  • the transistor 150 may be an NPN transistor.
  • the emitter terminal E is connected to the low potential side in the series line 130 (* grounding direction of the series line 130 in the drawing).
  • a resistor R1 may be connected between the base terminal B and the emitter terminal E of the transistor 150.
  • the resistance element R1 serves to generate a potential difference between the base terminal B and the emitter terminal E.
  • the switch unit 160 may be disposed between the insulation device 140 and the high potential terminal of the first battery module 121-1 or between the second to Nth transistors 150-2 to 150 -N and the second to N.
  • the high potential terminals of the Nth battery modules 121-2 to 121 -N are connected to each other. Therefore, when each of the transistors 150 or the insulating device 140 is turned on, a closed circuit is configured such that a current flows in the switch unit 160.
  • the closed circuit is configured so that the current output from each battery module 121 flows to the switch unit 160, the start signal for starting the N slave BMSs 120 is transmitted.
  • Each slave BMS 120 starts to be activated by the start signal transmitted from the switch unit 160.
  • the start signal may be input to a power management unit (not shown) or a central control unit (not shown) included in each slave BMS 120.
  • the power management unit or the central controller included in the slave BMS 120 is a component that changes and operates the slave BMS 120 from a sleep state to an awake state in response to the start signal.
  • the power management unit or the central control unit may be configured as a microprocessor capable of executing programmed code.
  • FIG. 2 detailed internal configurations of the master BMS 110 and the slave BMS 120 are not shown for simplicity of the drawings.
  • the BMS starter 100 may be included as part of the device in the master BMS 110 and / or slave BMS 120, or may be configured separately to the outside.
  • the BMS starting apparatus 100 is illustrated as being included in the slave BMS 120, but the present invention is not limited to the embodiment illustrated in the drawing.
  • the insulation element (optocoupler) 140 Since the insulation element (optocoupler) 140 is turned off before a current (signal) flows on the input side, no current flows on the output side. Therefore, only the voltage output from the first battery module 121-1 is applied to the first switch unit 160-1, and no current flows inside the first switch unit 160-1.
  • the master BMS 110 inputs a start signal to the input side of the insulation element 140 to activate the slave BMSs 120 in the sleep state.
  • the start signal turns on the insulation element 140, and thus, a closed circuit including the first battery module 121-1, the first switch unit 160-1, and the insulation element 140 is configured. Accordingly, current flows through the first switch unit 160-1, and the first switch unit 160-1 transmits a start signal to the first slave BMS 120.
  • the second transistor 150-2 a voltage output from the second battery module 121-2 is applied between the collector terminal C and the base terminal B of the second transistor 150-2. have. However, since the emitter terminal E is not connected to the low potential terminal of the series line 130 (the ground of the series line 130 in the drawing) before the insulation device 140 is turned on, the second transistor ( 150-2) is also turned off.
  • the emitter terminal E of the second transistor 150-2 is connected to the low potential terminal of the series line 130.
  • a closed circuit including the second battery module 121-2, the second switch unit 160-2, and the second transistor 150-2 is formed while the second transistor 150-2 is turned on. Accordingly, a current also flows in the second switch unit 160-2, and the second switch unit 160-2 transmits a start signal to the second slave BMS 120-2.
  • the emitter terminal E of the third transistor 150-3 is connected in series before the insulation device 140 and the second transistor 150-2 are turned on. Since it is not connected to the low potential terminal of the line 130 (the ground of the series line 130 in the drawing), the third transistor 150 is also turned off. Thereafter, as the insulating element 140 and the second transistor 150-2 are sequentially turned on, the emitter terminal E of the third transistor 150-3 is connected to the low potential terminal of the series line 130. Is connected to the ground of the serial line 130).
  • the closed circuit including the third battery module 121-3, the third switch unit 160-3, and the third transistor 150-3 is configured while the third transistor 150-3 is turned on. Accordingly, current flows through the third switch unit 160-3, and the third switch unit 160-3 transmits a start signal to the third slave BMS 120-3.
  • the transistor 150 is sequentially turned on while going toward the high potential terminal of the series line 130, and at the same time, current flows in each switch unit 160 corresponding to the transistor 150 turned on.
  • Each switch unit 160 transmits a start signal to each slave BMS 120.
  • the N-th transistor 150-N positioned at the most high potential side of the serial line 130 is turned on to activate the N-th slave BMS 120-N. 100) completes the operation.
  • the start signal may be maintained as a one-time signal in consideration of the time when all the transistors 150 are turned on and the time when all the switch units 160 shear the start signal to each slave BMS 120.
  • each slave BMS 120 may recognize it as a signal for returning to the sleep state.
  • the slave BMS 120 is a BMS that operates only while the input of the start signal is maintained, the insulating element 140 and the transistor 150 are turned on for continuous activation of the slave BMS 120.
  • the master BMS 110 may continuously output a start signal to maintain.
  • the operation of the slave BMS 120 according to the number of inputs of the start signal, the duration of the start signal, and the input timing of the start signal can be easily set by anyone having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Various design changes are possible.
  • the BMS starter 100 may further include an overcurrent protection resistor R2 connected on the series line 130 to protect the insulation element 140 or the transistor 150 from overcurrent.
  • the insulating element 140 and the transistor 150 may be selected in consideration of the breakdown voltage performance to withstand the voltage of each battery module 121. However, in the case of the large capacity battery pack 122, the output voltage of each battery module 121 may be quite high. In this case, in order to prevent the insulating device 140 or the transistor 150 from being damaged by the high output voltage, the overcurrent protection resistor R2 may be connected. It will be apparent to those skilled in the art that the resistance value and the number of the overcurrent protection resistors R2 may be appropriately set according to the output voltage of the battery module 121 and the breakdown voltage performance of the insulation device 140 or the transistor 150.
  • the BMS starter 100 is connected in a forward direction on the serial line 130 so that the current output from the battery module 121 flows in the reverse direction (high potential direction of the serial line 130). It may further include a diode 170 to prevent.
  • the switch unit 160 may be configured to include a MOSFET (MOSFET).
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • a MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor is a semiconductor device consisting of three terminals: a source, a gate, and a drain. The structure and specific operation principle of the MOSFET are well known to those skilled in the art, and detailed descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the structure of the switch unit 160 including the MOSFET 161.
  • the inside of the first switch unit 160-1 is illustrated as an example in the switch unit 160 illustrated in FIG. 2.
  • the source terminal S and the gate terminal G of the MOSFET 161 are connected such that a voltage output from the high potential terminal of the first battery module 121-1 is applied.
  • the drain terminal D is connected to transfer the start signal to the first slave BMS 120-1 when the insulation device 140 is turned on.
  • a resistor R3 capable of generating a voltage difference is connected between the source terminal S and the gate terminal G.
  • the MOSFET 161 Since the MOSFET 161 does not have a closed circuit including the first switch unit 160-1 until the insulation device 140 is turned on, the source terminal S and the gate terminal G of the MOSFET 161 are not formed. ), The voltage of the first battery module 121-1 is applied, and the applied voltage value is the same. Therefore, the MOSFET 161 maintains a turn off state.
  • a closed circuit including the first switch unit 160-1 is configured, so that current is applied to the source terminal S and the gate terminal G of the MOSFET 161. Will flow.
  • a voltage difference occurs between the source terminal S and the gate terminal G of the MOSFET 161, which causes the MOSFET 161 to be turned on.
  • current flows to the drain terminal D of the MOSFET 161.
  • the current flowing through the drain terminal D functions as a start signal for starting the first slave BMS 120-1.
  • the configuration shown in the first switch unit 160-1 may be equally applied to the remaining switch unit 160.
  • the configuration of the switch unit 160 is only one embodiment of the present invention, the scope of the present invention is not limited by the above examples.
  • the switch unit 160 includes all circuits for easily transmitting a start signal by turning on the insulation device 140 or the transistor 150 to those skilled in the art to which the present invention pertains. Should be understood.
  • the BMS starting device 100 the power supply control to the load of the battery pack 122, the measurement of electrical characteristics such as current or voltage, charge and discharge control, voltage equalization control, SOC
  • An algorithm for estimating a state of charge may be applied to be a component of a battery management system that monitors and controls the state of a secondary battery.
  • the BMS starting device 100 may be a component of a battery pack including the battery management system and a plurality of battery modules.
  • a small number of isolation elements can be used to carry signals for activating a plurality of slave BMSs. Therefore, the price of the BMS or the battery pack can be lowered.
  • the master BMS does not need all the input and output terminals corresponding to the number of slave BMS, the size of the master BMS can be reduced and the production is simple.
  • the master BMS and the slave BMS are electrically insulated, it is possible to prevent the reverse current inflow phenomenon that the high voltage current of the battery pack is input to the master BMS side, and to be less affected by the electromagnetic waves generated during the charge and discharge of the battery pack. Can be.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는 배터리 팩에서 각각의 배터리 모듈을 관리하는 N개의 슬레이브 BMS를 기동시키도록 마스터 BMS에서 출력된 기동신호를 상기 N개의 슬레이브 BMS에게 전달하는 장치로서, 기동신호를 전달하는 직렬 라인 상에 연결되어 마스터 BMS로부터 출력된 기동신호에 의해 턴온되는 절연소자각 상기 직렬 라인 상에 연결된 N-1개의 트랜지스터를 턴온시킨다. 본 발명에 따르면, 적은 수의 절연소자(옵토커플러)를 사용하여 다수의 슬레이브 BMS를 기동시키는 신호를 전달할 수 있다. 따라서, BMS 또는 배터리 팩의 가격을 낮출 수가 있다.

Description

멀티 BMS 기동 장치
본 발명은 BMS를 기동시키는 신호를 전달하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 멀티 BMS 구조를 가지는 배터리 팩의 마스터 BMS로부터 출력된 기동 신호를 각 슬레이브 BMS에게 전달하는 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2012년 10월 04일자로 출원된 대한민국 특허출원 제 10-2012-0110132호에 기초한 우선권을 주장하며, 이들 출원의 명세서 및 도면에 기재된 모든 사항은 본 출원에 원용된다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
이러한 이차 전지는 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다. 일 예로서 널리 사용되는 리튬 폴리머 이차 전지의 경우, 약 3.7V ~ 4.2V의 동작 전압을 가진다. 따라서, 상기 전기 차량 등에 적용되는 고출력 배터리 팩을 얻기 위해 복수의 단위 이차 전지 셀(cell)을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다.
이러한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리 팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류 또는 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 위한 알고리즘이 적용되어 이차 전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 복수의 이차 전지 셀을 포함하는 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
이러한 멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차 전지 셀을 포함하고 있으므로 하나의 BMS를 사용하여 모든 이차 전지 셀의 충방전 상태를 제어하는 것은 한계가 있다. 따라서 최근에는 배터리 팩에 포함되어 있는 각각의 배터리 모듈마다 BMS를 장착하고 이들을 슬레이브 BMS로 지정한 후, 슬레이브 BMS들을 제어하는 마스터 BMS를 추가로 장착하는 마스터-슬레이브 방식에 의해 각 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 기술이 사용되고 있다. 이러한 슬레이브 BMS는 평상시에 슬립(sleep) 상태에서 대기하다가, 마스터 BMS의 제어 신호에 의해 기동을 개시한다.
도 1은 종래 기술에 의해 마스터 BMS(11)에서 출력된 기동 신호를 슬레이브 BMS(12)에게 전달하는 기동장치(13)를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 1을 참고하면, 다수의 배터리 모듈(14)이 직렬 연결되어 배터리 팩(15)을 구성하고 있으며, 각 배터리 모듈(14)에는 슬레이브 BMS(12)가 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그리고, 마스터 BMS(11)에서 출력된 기동 신호를 각각의 슬레이브 BMS(12)에게 전달하는 기동 장치(13)로서 옵토커플러가 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.
옵토커플러(opto-coupler)란, 발광원(입력)과 광검출기(출력)로 이루어진 스위칭 소자이다. 일반적으로 발광원으로 적외선 발광 다이오드(LED)가 사용되며, 광검출기로서 빛을 받으면 턴온이 되는 포토다이오드나 포토트랜지스터가 사용된다. 따라서, 입력측에 전류를 흘려주면 발광원에서 빛을 발산하고, 출력측 소자인 포토다이오드나 포토트랜지스터가 턴온이 된다. 즉, 전기적 커플링이 아니라 빛에 의해서 턴온 또는 턴오프가 되는 스위칭 소자이다.
상기 옵토커플러(13)의 입력측은 마스터 BMS(11)와 연결되어 있으며, 출력측은 슬레이브 BMS(12)와 연결되어 있다. 따라서 마스터 BMS(11)에서 기동 신호를 출력하면, 상기 옵토커플러(13)를 통해서 슬레이브 BMS(12)에게 기동 신호가 전달된다.
상기 옵토커플러(13)를 사용하여 마스터 BMS(11)와 슬레이브 BMS(12)를 연결할 경우, 상기 마스터 BMS(11)와 슬레이브 BMS(12)가 전기적으로 절연된다는 장점이 있다. 따라서, 기동 신호를 전달하는 역할을 수행하면서 동시에, 배터리 팩(15)의 고전압 전류가 마스터 BMS(11)측으로 입력되는 역 전류를 방지할 수 있으며, 배터리 팩(15)의 충방전 과정에서 발생되는 전자파의 영향을 적게 받을 수 있다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 마스터 BMS(11)와 슬레이브 BMS(12) 사이의 절연 상태를 유지하면서도 슬레이브 BMS(12)를 기동시키기 위해서는, 슬레이브 BMS(12)의 개수만큼 옵토커플러(13)가 필요하다. 옵토커플러(13)는 반도체 소자로서 그 가격이 적지 않으며, 다수의 옵토커플러(13)가 사용될 경우 BMS 또는 배터리 팩 전체 가격이 상승하는 요인으로 작용한다. 따라서, 마스터 BMS(11)와 슬레이브 BMS(12)의 절연 상태를 유지하면서도, 슬레이브 BMS(12)를 기동시킬 수 있는 기동 장치에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 멀티 BMS를 기동시키는 신호를 전달하는 BMS 기동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는, N개(N은 2 이상의 정수)의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에서 각각의 배터리 모듈을 관리하는 N개의 슬레이브 BMS를 기동시키도록 마스터 BMS에서 출력된 기동신호를 상기 N개의 슬레이브 BMS에게 전달하는 장치로서, 상기 배터리 팩의 고전위 단자와 저전위 단자 사이에 연결되어 상기 기동신호를 전달하는 직렬 라인; 상기 직렬 라인 상에 연결되고, 상기 마스터 BMS로부터 출력된 기동신호에 의해 턴온되는 절연소자; 상기 직렬 라인 상에서 상기 절연소자보다 고전위에 연결되고, 베이스 단자를 제외한 나머지 두 개의 단자가 상기 직렬 라인 상에 연결되며, 상기 베이스 단자는 상기 N개의 배터리 모듈 중 N-1개 배터리 모듈의 각 저전위 단자에 연결되는 N-1개의 트랜지스터; 및 상기 절연소자와 상기 배터리 모듈의 고전위 단자 사이 또는 상기 각각의 트랜지스터와 각 배터리 모듈의 고전위 단자 사이에 연결되며, 상기 각각의 트랜지스터 또는 상기 절연소자의 턴온 동작에 의해 상기 N개의 슬레이브 BMS를 기동시키는 기동신호를 전달하는 스위치부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연소자는 옵토커플러이며, 입력측 단자는 마스터 BMS에, 출력측 단자는 상기 직렬 라인측에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 트랜지스터는 NPN형이고, 이미터 단자가 상기 직렬 라인에서 저전위 측에 연결된다. 이 경우, 본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는 상기 트랜지스터의 베이스 단자와 이미터 단자 사이에 연결된 저항 소자;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는, 상기 직렬 라인상에 연결되어 상기 트랜지스터 또는 상기 절연소자를 과전류로부터 보호하는 과전류 보호 저항 소자;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는, 상기 직렬 라인상에 순방향으로 연결되어 역전류를 방지하는 다이오드;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스위치부는 소스 단자 및 게이트 단자가 각 배터리 모듈의 고전위 단자에서 출력된 전압이 인가되도록 연결되고, 드레인 단자가 상기 트랜지스터 또는 절연소자가 턴온되었을 때 상기 기동신호를 상기 슬레이브 BMS에게 전달할 수 있도록 연결된 모스펫;을 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는 상기 소스 단자와 게이트 단자 사이에 연결된 저항 소자;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는, 배터리 관리 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치는, 배터리 관리 시스템; 및 다수의 배터리 모듈;을 포함하는 배터리 팩의 일 구성 요소가 될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적은 수의 절연 소자를 사용하여 다수의 슬레이브 BMS를 기동시키는 신호를 전달할 수 있다. 따라서, BMS 또는 배터리 팩의 가격을 낮출 수가 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 마스터 BMS는 슬레이브 BMS의 개수에 대응되는 입출력 단자가 모두 필요하지 않으므로, 마스터 BMS의 크기가 줄어들 수 있으며 제작이 간단하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 마스터 BMS와 슬레이브 BMS가 전기적으로 절연되어 있으므로, 배터리 팩의 고전압 전류가 마스터 BMS측으로 입력되는 역 전류 유입 현상을 방지할 수 있으며, 배터리 팩의 충방전 과정에서 발생되는 전자파의 영향을 적게 받을 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 의해 마스터 BMS에서 출력된 기동 신호를 슬레이브 BMS에게 전달하는 기동장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동장치의 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 3은 모스펫을 포함하는 스위치부의 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.
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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동장치(이하 'BMS 기동장치')의 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)는 마스터 BMS(110)와 슬레이브 BMS(120) 사이에 연결된다. 그리고, 상기 슬레이브 BMS(120)는 N개(N은 2 이상의 정수)의 배터리 모듈(121)을 포함하는 배터리 팩(122)에 연결되어 있다.
상기 슬레이브 BMS(120)는 상기 배터리 모듈(121)의 충방전 전류 또는 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 위한 알고리즘이 적용되어 배터리 모듈(121)에 포함된 이차 전지의 상태를 모니터링하고 제어한다. 그리고, 상기 마스터 BMS(110)는 상기 슬레이브 BMS(120)로부터 각 배터리 모듈(121)에 대한 정보를 수집하고, 이를 바탕으로 상기 배터리 팩(122)과 연결된 부하에 대한 전력 공급 제어, 슬레이브 BMS(120)를 기동시키는 신호의 출력 등을 제어한다. 이를 위해 상기 마스터 BMS(110)와 슬레이브 BMS(120) 사이에는 데이터 통신을 위해 공지의 통신 규약에 따른 통신망이 연결될 수 있다. 다만, 도면의 간소화를 위해 상기 통신망은 도시하지 않았다. 이외, 상기 마스터 BMS(110)와 슬레이브 BMS(120)의 기능 및 역할에 대해서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 각각의 배터리 모듈(121)은 하나 이상의 이차 전지 셀을 포함하는 것으로 이차 전지 셀의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등의 이차 전지로 구성할 수 있다. 그리고, 상기 배터리 팩(122)은 N개의 배터리 모듈(121)이 연결되어 구성되어 있다. 상기 배터리 모듈(121)의 개수(N)는 배터리 팩(122)에 요구되는 출력 전압 및 용량에 따라 다양할 수 있음은 자명하다. 또한, 도 2에 도시된 배터리 팩(122)은 N개의 배터리 모듈(121)이 모두 직렬로 연결된 실시예를 도시하고 있지만, 상기 배터리 모듈(121)의 연결이 병렬 또는 직/병렬로 이루어진 것을 제한하지 않는다.
한편, 상기 배터리 팩(122)에는 배터리 팩(122)으로부터 전력을 공급받는 부하가 연결될 수 있으며, 부하의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 일 예로, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC, PMP, MP3플레이어 등과 같은 휴대용 전자기기, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 모터, DC to DC 컨버터와 같은 전력 변환기 등으로 부하를 구성할 수 있다. 하지만, 부하의 종류에 따라 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)는 직렬 라인(130), 절연소자(140), 트랜지스터(150) 및 스위치부(160)를 포함한다.
상기 직렬 라인(130)은 상기 배터리 팩(122)의 고전위 단자와 저전위 단자 사이에 연결된다. 상기 직렬 라인(130)은 마스터 BMS(110)에서 출력된 기동신호를 전달하는 역할을 하며, 상기 직렬 라인(130)을 통해 상기 트랜지스터(150), 절연소자(140) 및 스위치부(160)가 서로 연결된다.
한편, 설명의 편의를 위해 본 명세서에서는 배터리 팩(122)내에서 저전위에 위치한 배터리 모듈(121)부터 순차적으로 제1 배터리 모듈(121-1), 제2 배터리 모듈(121-2), 제3 배터리 모듈(121-3), ……, 제N 배터리 모듈(121-N)이라고 명명하겠다. 그리고, 각각의 배터리 모듈(121)을 관리하는 슬레이브 BMS(120) 역시, 제1 슬레이브 BMS(120-1), 제2 슬레이브 BMS(120-2), 제3 슬레이브 BMS(120-3), ……, 제N 슬레이브 BMS(120-N)라고 명명하겠다. 또한, 본 명세서에는 각각의 슬레이브 BMS(120)에 각각 대응하는 스위치부(160)는 제1 스위치부(160-1), 제2 스위치부(160-2), 제3 스위치부(160-3), ……, 제N 스위치부(160-N)라고 명명하겠다. 또한, 본 명세서에는 각각의 배터리 모듈(121)과 연결된 트랜지스터(150)를 제2 트랜지스터(150-2), 제3 트랜지스터(150-3), ……, 제N 트랜지스터(150-N)라고 명명하겠다.
상기 절연소자(140)는 옵토커플러(opto-coupler)가 될 수 있다. 옵토커플러는 포토커플러(photo-coupler) 또는 포토모스릴레이(photo MOS relay)라고도 호칭되는데, 그 명칭에 따라 상기 절연소자(140)의 기능 또는 구성에 영향을 미치지 않는다. 옵토커플러에 대한 구성 및 작동 원리에 대해서는 앞서 상세히 설명한바 반복되는 설명은 생략하도록 한다. 상기 옵토커플러의 입력측(발광 다이오드)은 마스터 BMS(110)와 연결되어 있으며, 출력측(포토트랜지스터)은 상기 직렬 라인(130)측에 연결된다.
상기 트랜지스터(150)는 각 슬레이브 BMS(120)에 대응되도록 N-1개가 구비된다. 일반적인 양극 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)는 컬렉터(Collector), 베이스(base) 및 이미터(Emitter) 총 3개의 단자로 구성된다. 이 3개의 단자 중에서, 베이스 단자(B)를 제외한 나머지 두 개의 단자가 상기 직렬 라인(130) 상에 연결되며, 베이스 단자(B)는 상기 트랜지스터(150)에 각각 대응하는 배터리 모듈(121) 의 각 저전위 단자에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 트랜지스터(150)는 NPN형 트랜지스터가 될 수 있다. 이 경우 도 2에 도시된 것처럼, 이미터 단자(E)가 상기 직렬 라인(130)에서 저전위 측에 연결된다(※ 도면에서 직렬 라인(130)의 접지 방향).
또한, 상기 트랜지스터(150)의 베이스 단자(B)와 이미터 단자(E) 사이에 저항 소자(R1)가 연결될 수 있다. 상기 저항 소자(R1)은 베이스 단자(B)와 이미터 단자(E) 사이에 전위차를 발생시키는 역할을 한다.
상기 스위치부(160)는 상기 절연소자(140)와 상기 제1 배터리 모듈(121-1)의 고전위 단자 사이 또는 상기 제2 내지 제N 트랜지스터(150-2 ~ 150-N)와 제2 내지 제N 배터리 모듈(121-2 ~ 121-N)의 고전위 단자 사이에 연결된다. 따라서, 상기 각각의 트랜지스터(150) 또는 상기 절연소자(140)가 턴온(turn on)되면, 상기 스위치부(160)에 전류가 흐르도록 폐회로(closed circuit)가 구성된다. 폐회로가 구성되어 각 배터리 모듈(121)에서 출력된 전류가 상기 스위치부(160)에 흐르면, 상기 N개의 슬레이브 BMS(120)를 기동시키는 기동신호를 전달한다.
상기 스위치부(160)에서 전달된 기동신호에 의해 각 슬레이브 BMS(120)는 기동을 개시한다. 이때, 상기 기동신호는 각 슬레이브 BMS(120)내에 포함된 전원관리부(미도시) 또는 중앙제어부(미도시)에 입력될 수 있다. 슬레이브 BMS(120)내에 포함된 전원관리부 또는 중앙제어부는 상기 기동신호에 반응하여 슬레이브 BMS(120)를 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 변경 및 운영하는 구성 요소이다. 일 예로, 상기 전원관리부 또는 중앙제어부는 프로그램된 코드를 실행할 수 있는 마이크로프로세서로 구성할 수 있다. 다만, 도 2에는 마스터 BMS(110) 및 슬레이브 BMS(120)의 구체적인 내부 구성은 도면의 간소화를 위해 도시하지 않았다.
한편, 본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)는 마스터 BMS(110) 및/또는 슬레이브 BMS(120) 내부에 장치의 일부로서 포함될 수도 있고, 외부에 별도로 구성될 수 도 있다. 도 2에서는 상기 BMS 기동장치(100)의 대부분이 슬레이브 BMS(120) 내부에 포함된 것으로 도시하였으나, 본 발명이 상기 도면에 도시된 실시예에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)가 동작하는 과정을 살펴보도록 하겠다.
상기 절연소자(옵토커플러, 140)는 입력측에 전류(신호)가 흐르기 전에는 턴오프(turn off) 상태이므로, 출력측에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 제1 배터리 모듈(121-1)에서 출력된 전압이 상기 제1 스위치부(160-1)에 인가되어 있을 뿐, 상기 제1 스위치부(160-1)내부에는 전류가 흐르지 않는다.
이후, 마스터 BMS(110)가 슬립 상태에 있는 슬레이브 BMS(120)들을 기동시키기 위해 상기 절연소자(140)의 입력 측으로 기동신호를 입력한다. 기동신호는 상기 절연소자(140)를 턴온시키고, 이로 인해 제1 배터리 모듈(121-1), 제1 스위치부(160-1) 및 절연소자(140)로 이루진 폐회로가 구성된다. 따라서, 상기 제1 스위치부(160-1)에는 전류가 흐르게 되고, 제1 스위치부(160-1)는 제1 슬레이브 BMS(120)에게 기동신호를 전달한다.
한편 제2 트랜지스터(150-2)를 살펴보면, 제2 트랜지스터(150-2)의 컬렉터 단자(C)와 베이스 단자(B) 사이에는 제2 배터리 모듈(121-2)에서 출력된 전압이 인가되어 있다. 그러나, 상기 절연소자(140)가 턴온되기 전에는 이미터 단자(E)가 상기 직렬 라인(130)의 저전위 단자(도면에서 직렬 라인(130)의 접지)와 연결되어 있지 않으므로, 제2 트랜지스터(150-2) 역시 턴오프 상태이다.
이후 상기 절연소자(140)가 턴온되는 순간, 상기 제2 트랜지스터(150-2)의 이미터 단자(E)가 직렬 라인(130)의 저전위 단자와 연결된다. 이로 인해, 제2 트랜지스터(150-2)가 턴온되면서 제2 배터리 모듈(121-2), 제2 스위치부(160-2) 및 제2 트랜지스터(150-2)로 이루진 폐회로가 구성된다. 따라서, 상기 제2 스위치부(160-2)에도 전류가 흐르게 되고, 제2 스위치부(160-2)는 제2 슬레이브 BMS(120-2)에게 기동신호를 전달한다.
마찬가지로, 제3 트랜지스터(150-3)를 살펴보면, 상기 절연소자(140) 및 제2 트랜지스터(150-2)가 턴온되기 전에는 제3 트랜지스터(150-3)의 이미터 단자(E)가 상기 직렬 라인(130)의 저전위 단자(도면에서 직렬 라인(130)의 접지)와 연결되어 있지 않으므로, 제3 트랜지스터(150) 역시 턴오프 상태이다. 이후 상기 절연소자(140) 및 제2 트랜지스터(150-2)가 순차적으로 턴온되면서, 상기 제3 트랜지스터(150-3)의 이미터 단자(E)가 직렬 라인(130)의 저전위 단자(도면에서 직렬 라인(130)의 접지)와 연결된다. 이로 인해, 제3 트랜지스터(150-3)가 턴온되면서 제3 배터리 모듈(121-3), 제3 스위치부(160-3) 및 제3 트랜지스터(150-3)로 이루진 폐회로가 구성된다. 따라서, 상기 제3 스위치부(160-3)에는 전류가 흐르게 되고, 제3 스위치부(160-3)는 제3 슬레이브 BMS(120-3)에게 기동신호를 전달한다.
이후 동일하게, 상기 직렬 라인(130)의 고전위 단자쪽으로 가면서 순차적으로 상기 트랜지스터(150)가 턴온되고, 이와 동시에 턴온된 트랜지스터(150)에 대응하는 각 스위치부(160)에 전류가 흐르게 된다. 그리고 각 스위치부(160)는 각각의 슬레이브 BMS(120)에게 기동신호를 전달한다. 마지막에는, 상기 직렬 라인(130)에서 가장 고전위 측에 위치하는 제N 트랜지스터(150-N)가 턴온되어, 제N 슬레이브 BMS(120-N)가 기동되는 것으로 본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)가 동작을 완료한다.
상기 기동신호는 1회적 신호로서 모든 트랜지스터(150)가 턴온되는 시간 및 모든 스위치부(160)가 각 슬레이브 BMS(120)에게 기동신호를 전단하는 시간을 고려하여 유지될 수 있다. 그리고, 기동을 개시한 슬레이브 BMS(120)에게 다시 기동신호가 입력되는 경우, 각 슬레이브 BMS(120)는 다시 슬립상태로 돌아가기 위한 신호로 인식할 수 있다. 반면, 상기 슬레이브 BMS(120)가 기동신호의 입력이 유지되는 동안만 동작하는 BMS인 경우, 슬레이브 BMS(120)의 지속적인 기동을 위해, 상기 절연소자(140) 및 트랜지스터(150)가 턴온 상태를 유지하도록 상기 마스터 BMS(110)는 연속적으로 기동신호를 출력할 수도 있다. 즉, 기동신호의 입력 횟수, 기동신호의 지속시간, 기동신호의 입력 타이밍에 따른 슬레이브 BMS(120)의 동작 등은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 설정할 수 있는 것으로서, 다양한 설계 변경이 가능하다.
본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)는 상기 직렬 라인(130) 상에 연결되어 상기 절연소자(140) 또는 상기 트랜지스터(150)를 과전류로부터 보호하는 과전류 보호 저항 소자(R2)를 더 포함할 수 있다. 상기 절연소자(140) 및 트랜지스터(150)는 각 배터리 모듈(121)의 전압에 견딜 수 있도록 내압 성능을 고려하여 선택될 수 있다. 그러나, 대용량 배터리 팩(122)의 경우, 각 배터리 모듈(121)의 출력 전압이 상당히 높을 수 있다. 이 경우, 높은 출력 전압에 의해 상기 절연소자(140) 또는 트랜지스터(150)가 손상되는 것을 방지하기 위해, 과전류 보호 저항 소자(R2)를 연결할 수 있다. 상기 과전류 보호 저항 소자(R2)의 저항값 및 개수는 배터리 모듈(121)의 출력 전압과 상기 절연소자(140) 또는 트랜지스터(150)의 내압 성능에 따라 알맞게 설정할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)는 상기 직렬 라인(130) 상에 순방향으로 연결되어 상기 배터리 모듈(121)로부터 출력된 전류가 역방향(직렬 라인(130)의 고전위 방향)으로 흐르는 것을 방지하는 다이오드(170)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스위치부(160)는 모스펫(MOSFET)을 포함하여 구성될 수 있다. 모스펫(MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)은 소스(Source), 게이트(Gate) 및 드레인(Drain) 총 3개의 단자로 이루어진 반도체 소자이다. 모스펫의 구조 및 구체적인 동작원리에 대해서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는바, 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.
도 3은 모스펫(161)을 포함하는 스위치부(160)의 구조를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 스위치부(160)에서 제1 스위치부(160-1)의 내부만을 일 예로 도시하였다. 상기 모스펫(161)의 소스 단자(S) 및 게이트 단자(G)는 제1 배터리 모듈(121-1)의 고전위 단자에서 출력된 전압이 인가되도록 연결된다. 그리고, 드레인 단자(D)는 상기 절연소자(140)가 턴온되었을 때 상기 기동신호를 상기 제1 슬레이브 BMS(120-1)에게 전달할 수 있도록 연결되어 있다. 그리고, 상기 소스 단자(S)와 게이트 단자(G) 사이에 전압차를 발생시킬 수 있는 저항 소자(R3)가 연결되어 있다.
상기 모스펫(161)은 상기 절연소자(140)가 턴온되기 전에는 상기 제1 스위치부(160-1)를 포함한 폐회로가 구성되지 않으므로, 상기 모스펫(161)의 소스 단자(S) 및 게이트 단자(G)에는 제1 배터리 모듈(121-1)의 전압이 인가되며, 인가된 전압값은 동일하다. 따라서, 상기 모스펫(161)은 턴오프 상태를 유지한다.
이후 상기 절연소자(140)가 턴온되는 것과 동시에, 상기 제1 스위치부(160-1)를 포함한 폐회로가 구성되므로, 상기 모스펫(161)의 소스 단자(S) 및 게이트 단자(G)에는 전류가 흐르게 된다. 동시에, 상기 모스펫(161)의 소스 단자(S) 및 게이트 단자(G)에 전압 차이가 발생하게 되고, 이로 인해 상기 모스펫(161)이 턴온된다. 그 결과, 상기 모스펫(161)의 드레인 단자(D)로 전류가 흐르게 된다. 이때, 드레인 단자(D)에 흐르는 전류는 제1 슬레이브 BMS(120-1)를 기동시키는 기동신호로서 기능을 한다.
상기 제1 스위치부(160-1)에 도시된 구성이 나머지 스위치부(160)에도 동일하게 적용될 수 있다. 한편, 상기 스위치부(160)의 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 상기 예시에 의해서 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 스위치부(160)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게, 절연소자(140) 또는 트랜지스터(150)의 턴온에 의해서 기동신호를 전달하는 회로를 모두 포함하는 것으로 이해해야 한다.
한편, 본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)는, 배터리 팩(122)의 부하에 대한 전력 공급 제어, 전류 또는 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 위한 알고리즘이 적용되어 이차 전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)의 일 구성요소가 될 수 있다.
또 한편, 본 발명에 따른 BMS 기동장치(100)는 상기 배터리 관리 시스템 및 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 적은 수의 절연 소자를 사용하여 다수의 슬레이브 BMS를 기동시키는 신호를 전달할 수 있다. 따라서, BMS 또는 배터리 팩의 가격을 낮출 수가 있다. 또한, 마스터 BMS는 슬레이브 BMS의 개수에 대응되는 입출력 단자가 모두 필요하지 않으므로, 마스터 BMS의 크기가 줄어들 수 있으며 제작이 간단하다. 더욱이, 마스터 BMS와 슬레이브 BMS가 전기적으로 절연되어 있으므로, 배터리 팩의 고전압 전류가 마스터 BMS측으로 입력되는 역 전류 유입 현상을 방지할 수 있으며, 배터리 팩의 충방전 과정에서 발생되는 전자파의 영향을 적게 받을 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.

Claims (10)

  1. N개(N은 2 이상의 정수)의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에서 각각의 배터리 모듈을 관리하는 N개의 슬레이브 BMS를 기동시키도록 마스터 BMS에서 출력된 기동신호를 상기 N개의 슬레이브 BMS에게 전달하는 멀티 BMS 기동장치에 있어서,
    상기 배터리 팩의 고전위 단자와 저전위 단자 사이에 연결되어 상기 기동신호를 전달하는 직렬 라인;
    상기 직렬 라인 상에 연결되고, 상기 마스터 BMS로부터 출력된 기동신호에 의해 턴온되는 절연소자;
    상기 직렬 라인 상에서 상기 절연소자보다 고전위에 연결되고, 베이스 단자를 제외한 나머지 두 개의 단자가 상기 직렬 라인 상에 연결되며, 상기 베이스 단자는 상기 N개의 배터리 모듈 중 N-1개 배터리 모듈의 각 저전위 단자에 연결되는 N-1개의 트랜지스터; 및
    상기 절연소자와 상기 배터리 모듈의 고전위 단자 사이 또는 상기 각각의 트랜지스터와 각 배터리 모듈의 고전위 단자 사이에 연결되며, 상기 각각의 트랜지스터 또는 상기 절연소자의 턴온 동작에 의해 상기 N개의 슬레이브 BMS를 기동시키는 기동신호를 전달하는 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연소자는 옵토커플러이며, 입력측 단자는 마스터 BMS에, 출력측 단자는 상기 직렬 라인측에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 NPN형이고, 이미터 단자가 상기 직렬 라인에서 저전위 측에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 베이스 단자와 이미터 단자 사이에 연결된 저항 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 라인상에 연결되어 상기 트랜지스터 또는 상기 절연소자를 과전류로부터 보호하는 과전류 보호 저항 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 라인상에 순방향으로 연결되어 역전류를 방지하는 다이오드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는,
    소스 단자 및 게이트 단자는 각 배터리 모듈의 고전위 단자에서 출력된 전압이 인가되도록 연결되고, 드레인 단자는 상기 트랜지스터 또는 절연소자가 턴온되었을 때 상기 기동신호를 상기 슬레이브 BMS에게 전달할 수 있도록 연결된 모스펫;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소스 단자와 게이트 단자 사이에 연결된 저항 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩의 멀티 BMS 기동 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제9항에 따른 배터리 관리 시스템; 및
    다수의 배터리 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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