WO2017090978A1 - 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치 - Google Patents

배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치 Download PDF

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bmic
main mcu
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윤호병
이상훈
박재동
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack state parallel monitoring apparatus, and in particular, communication for monitoring the transmission and reception data between the communication unit and the main MCU through a parallel line and a parallel line connected in parallel with the communication line connecting the communication unit and the main MCU with the state of the battery pack
  • the present invention relates to a battery pack condition parallel monitoring device that can achieve a high level of safety mechanism with a simple parallel configuration consisting of monitoring units.
  • the secondary battery is a battery that can be charged and discharged, and is meant to include both a conventional Ni / Cd battery, a Ni / MH battery, and a recent lithium ion battery.
  • the secondary batteries lithium ion batteries have an advantage of having a much higher energy density than conventional Ni / Cd batteries, Ni / MH batteries, etc.
  • lithium ion batteries can be manufactured in a small size and tend to be used as a power source for mobile devices. .
  • the lithium ion battery has attracted attention as a next-generation energy storage medium because the range of use as an electric vehicle power source is extended.
  • the battery pack condition monitoring system used in a vehicle requires a high level of safety mechanism so that an error-free monitoring of a situation that may be harmful to a vehicle or a driver is possible.
  • a cell monitoring unit such as an analog front end (AFE) stage is controlled to measure status information such as voltage, current, and temperature for a battery pack.
  • the diagnostic signal is generated from the measured state information and transmitted to the main MCU and the auxiliary MCU through the communication in the vehicle.
  • the main and secondary MCUs receive diagnostic signals from the BMIC and monitor the battery pack status. Since the monitoring of the battery pack's condition itself is directly related to the driver's safety, the components that monitor the battery pack's condition must be designed to meet safety requirements.
  • the conventional battery pack monitoring system is designed with the addition of BMIC and circuitry to perform the battery pack measurement and diagnostics and the main MCU of the existing battery pack monitoring system to meet the high safety requirements
  • the technology to perform battery pack measurement and diagnostics was replaced by a high-performance main MCU with a high performance specification.
  • the design techniques of the conventional battery pack monitoring system to meet the high safety requirements has the problem that the cost increases in production.
  • the design techniques of the conventional battery pack monitoring system has a problem that the size of the final mass-produced product is increased by increasing the volume of the BMS due to the additionally designed BMIC and circuitry.
  • battery pack status parallel monitoring devices can achieve safety mechanisms that meet high safety requirements without additional design of BMIC and circuit boards in the battery monitoring system or replacement of the main MCU in use with a high performance main MCU. Development is required.
  • the present invention provides a battery pack condition parallel monitoring device that can meet the high safety requirements without further increasing the production cost compared to a conventional battery pack monitoring system using BMIC and circuit stages or using high performance BMIC. .
  • the present invention provides a battery pack condition parallel monitoring apparatus that can meet the high safety requirements without increasing the volume compared to a battery pack monitoring system that further designs conventional BMIC and circuitry.
  • a battery pack state parallel monitoring apparatus includes a battery pack including a plurality of battery cells, a cell monitoring unit measuring a state of the plurality of battery battery cells, and a state of the battery pack through the cell monitoring unit.
  • a battery status parallel monitoring apparatus comprising a BMIC for generating a diagnostic signal, a main MCU receiving the diagnostic signal, and an auxiliary MCU receiving the diagnostic signal and transmitting and receiving the main MCU data, wherein the BMIC and the main MCU are connected to each other.
  • Data lines connected to each other; A parallel line connected in parallel with the data line;
  • a communication monitoring unit connected to the parallel line to monitor data transmitted and received between the BMIC and the main MCU and transferring the monitored data to the auxiliary MCU.
  • the monitoring unit may deliver the monitored data to the secondary MCU regardless of whether the main MCU normally receives data from the BMIC through the communication unit.
  • the apparatus may further include a controller configured to control an operation state of the communication monitoring unit.
  • the control unit may further include determining whether the main MCU performs the operation within the time indicated by the operation execution time information when the main MCU receives the diagnostic signal from the BMIC. If the main MCU does not perform the operation within the time indicated by the operation execution time information, generates an operation execution command signal instructing the secondary MCU to immediately perform an operation corresponding to the received diagnostic signal, and generated
  • the execution command signal may be transmitted to the auxiliary MCU through the communication monitoring unit to control to perform the operation.
  • the communication monitoring unit may be configured of a 3 stste buffer.
  • the auxiliary MCU may perform a high level of safety mechanism through a communication monitoring unit that monitors data transmitted and received between the BMIC and the main MCU. They can meet high safety requirements without further designing or increasing production costs compared to battery pack monitoring systems using high performance BMIC.
  • the additional design which adds a communication monitoring unit and a control unit to the battery pack monitoring system, can satisfy the high safety requirements without increasing the volume of the BMS compared to the conventional design of the BMIC and the circuit stage.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional battery pack monitoring system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a conventional battery pack monitoring system further designed BMIC and circuitry.
  • FIG. 3 is a block diagram of a conventional battery pack monitoring system in which the main MCU is replaced with a high performance MCU.
  • FIG. 4 is a block diagram of a battery pack state parallel monitoring system including a battery pack state parallel monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a control unit of a battery pack state parallel monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention may store electrical energy and provide stored electrical energy.
  • a battery pack may include a plurality of battery cells that can be charged and discharged.
  • the battery pack may be formed of a battery module composed of a predetermined number of battery cells. That is, the battery pack may include at least one battery module, and thus may include a plurality of battery cells.
  • each battery module may be electrically connected to each other through various methods in a series and / or parallel manner so as to meet specifications of a battery or a load.
  • each battery cell may be electrically connected to each other through various methods in a series and / or parallel manner.
  • the type of battery cell is not particularly limited.
  • the type of battery cell may include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • FIGS. 1 to 3 a design technique of a conventional battery pack monitoring system will be described with reference to FIGS. 1 to 3 to assist in understanding a battery pack monitoring system including a battery pack state parallel monitoring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional battery pack monitoring system.
  • a conventional battery pack monitoring system 100 includes a battery pack 110, a battery cell monitoring unit 120, a BMIC 130, a communication unit 140, a main MCU 150, and a secondary MCU 160. ).
  • the battery pack 110 includes a plurality of battery cells 111 (111a, 111b, 111n).
  • the battery cell monitoring unit 120 controls a voltage value, a current value, a temperature value, etc. of the plurality of battery cells 111: 111a, 111b, and 111n included in the battery pack 110 under the control of the BMIC 130.
  • the measurement generates a status signal indicating the state of the battery pack.
  • the battery cell monitoring unit 120 transmits the generated state signal to the BMIC 130.
  • the BMIC 130 receives the state signal generated by the battery cell monitoring unit 120 and generates a diagnosis signal indicating a diagnosis according to the state of the battery pack 110 from the received state signal.
  • the BMIC 130 transmits the generated diagnostic signal to the main MCU 150 and the secondary MCU 160 according to a predetermined communication method through the communication unit 140.
  • the communicator 140 may communicate with the BMIC 130 according to a predetermined communication scheme.
  • the main MCU 150 may receive a diagnostic signal from the BMIC 130 through the communication unit 140 and perform an operation corresponding to the received diagnostic signal.
  • the operation refers to the operation related to the safety mechanism.
  • the auxiliary MCU 160 may receive a diagnostic signal from the BMIC 130 through the communication unit 140, and may transmit and receive data with the main MCU 150.
  • the auxiliary MCU 160 determines whether to perform the operation in support of the operation related to the safety mechanism according to whether the main MCU 150 performs the corresponding operation according to the received diagnostic signal. If it is necessary to perform the auxiliary operation related to the safety mechanism can be performed.
  • FIG. 2 is a block diagram of a conventional battery pack monitoring system in which a BMIC and a circuit stage are further designed.
  • a conventional battery pack monitoring system 200 in which a BMIC and a circuit stage are additionally designed may include a battery pack 210, a battery cell monitoring unit 220, a BMIC 230, a communication unit 240, and a main MCU. 250, auxiliary MCU 260 and additional circuitry 270.
  • the battery pack 210, the battery cell monitoring unit 220, the BMIC 230, the communication unit 240, the main MCU 250, and the auxiliary MCU of the conventional battery pack monitoring system 200 having additionally designed a BMIC and a circuit stage.
  • Detailed description of the 260 is a battery pack 110, battery cell monitoring unit 120, BMIC 130, communication unit 140, main included in the conventional battery pack monitoring system 100 shown in FIG. Since it is the same as the description of the MCU 150 and the auxiliary MCU 160, it will be omitted.
  • the additional circuit stage 270 includes an additional battery cell monitoring unit 271, an additional BMIC 272, and an additional communication unit 273.
  • the additional battery cell monitoring unit 271 may operate on the plurality of battery cells 211: 211a, 211b, and 211n included in the battery pack 210 under the control of the additional BMIC 272. And the like to generate a status signal indicating the state of the battery pack.
  • the additional battery cell monitoring unit 271 transfers the generated status signal to the additional BMIC 272.
  • the additional BMIC 272 receives the status signal generated by the additional battery cell monitoring unit 271, and generates a diagnostic signal indicating a diagnosis according to the state of the battery pack 210 from the received status signal.
  • the additional BMIC 272 transmits the generated diagnostic signal to the auxiliary MCU 260 through the additional communication unit 273 according to a predetermined communication scheme.
  • the additional communication unit 273 transmits and receives data between the additional BMIC 272 and the auxiliary MCU 260 according to a predetermined communication scheme.
  • the secondary MCU 260 may receive a diagnostic signal from the BMIC 230 through the communication unit 240.
  • auxiliary MCU 260 may receive a diagnostic signal from the additional BMIC 272 through the additional communication unit 273 of the additional circuit 270.
  • the secondary MCU 260 may exchange data with the main MCU 250.
  • the auxiliary MCU 260 determines whether to perform an operation in support of an operation related to a safety mechanism according to whether the main MCU 250 performs a corresponding operation according to the received diagnostic signal. If it is necessary to perform the auxiliary operation related to the safety mechanism can be performed.
  • the conventional battery pack monitoring system 200 further designed with the BMIC and circuit stage described with reference to FIG. 2 performs a higher safety mechanism than the conventional battery pack monitoring system 100 described with reference to FIG. It is possible to increase the production cost of BMS and increase the volume of BMS.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional battery pack monitoring system in which a main MCU is replaced with a high performance MCU.
  • the conventional battery pack monitoring system 300 in which the main MCU is replaced with a high performance MCU includes a battery pack 310, a battery cell monitoring unit 320, a BMIC 330, a communication unit 340, a high performance MCU 350, and a secondary MCU. 360.
  • the description is a description of the battery pack 110, the battery cell monitoring unit 120, the BMIC 130, the communication unit 140, and the auxiliary MCU 160 included in the conventional battery pack monitoring system 100 shown in FIG. 1. It is same as, so it is omitted
  • the high performance MCU 350 is an MCU that meets specifications that satisfy high safety requirements.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a battery pack monitoring system including a battery pack state parallel monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack monitoring system 400 including a battery pack state parallel monitoring apparatus includes a battery pack 410, a battery cell monitoring unit 420, a BMIC 430, and a communication unit.
  • the main MCU 450, the auxiliary MCU 460, and the battery pack state parallel monitoring device 470 may be included.
  • a detailed description of the 450 and the auxiliary MCU 460 includes the battery pack 110, the battery cell monitoring unit 120, the BMIC 130, and the battery pack 110 included in the conventional battery pack monitoring system 100 shown in FIG. 1. Since it is the same as the description of the communication unit 140, the main MCU 150 and the auxiliary MCU 160, it will be omitted.
  • the battery pack state parallel monitoring apparatus 470 may include a communication monitoring unit 471, a storage unit 472, and a control unit 473.
  • the communication monitoring unit 471 may monitor data transmitted and received between the communication unit 440 and the main MCU 450 under the control of the controller 473.
  • the communication monitoring unit 471 may transmit and receive data transmitted and received between the communication unit 440 and the main MCU 450 through parallel lines connected in parallel with the data line connecting the communication unit 440 and the main MCU 450 to each other. Can be monitored.
  • the communication monitoring unit 471 monitors whether there is data transmitted / received through the data line connecting the communication unit 440 and the main MCU 450 to each other. It may be delivered to the secondary MCU (460).
  • the communication monitoring unit 471 may be configured as a 3 stste buffer, and an operating state may be determined according to a control signal of the controller 473.
  • the communication monitoring unit 471 may transmit the monitored data to the auxiliary MCU 460 regardless of whether the main MCU 450 receives the data from the BMIC 430 through the communication unit 440.
  • the BMIC 430 generates a diagnostic signal and transmits the diagnostic signal to the main MCU 450 through the communication unit 440, the normal reception is not completed in the main MCU 450, and thus an operation corresponding to the diagnostic signal is not performed. If not, the communication monitoring unit 471 transfers the monitored data to the auxiliary MCU 460 regardless of whether the main MCU 450 has received the data from the BMIC 430 through the communication unit 440, and thereby the auxiliary MCU (460). The 460 may perform an operation corresponding to the diagnostic signal to achieve a high safety mechanism.
  • the storage unit 472 may store in advance operation execution time information indicating a time that may be consumed by the main MCU 450 receiving the diagnostic signal from the BMIC 430 to start performing an operation corresponding to the received diagnostic signal. have.
  • the controller 473 may control operations of the communication monitoring unit 471 and the storage unit 472.
  • controller 473 may further include components as illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 5 is a block diagram of a control unit of a battery pack state parallel monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the controller 473 of the battery pack state parallel monitoring apparatus 470 may determine whether to perform a main MCU operation 473-1 and an operation execution command signal generator 473. It may further include 2).
  • the main MCU 450 determines whether the main MCU 450 performs the operation execution time information previously stored in the storage 472. It may be determined whether to perform an operation corresponding to the diagnostic signal within the indicated time.
  • the main MCU 450 does not perform an operation corresponding to the diagnostic signal within the time indicated by the operation execution time information previously stored in the storage unit 472, the auxiliary operation of the auxiliary MCU 460 is required. You can judge.
  • the operation execution command signal generator 473-2 determines that the auxiliary MCU 460 needs to be operated by the main MCU operation determination unit 473-1, the operation received by the auxiliary MCU 460 is diagnosed.
  • An operation execution command signal may be generated that instructs the user to immediately perform an operation corresponding to the signal.
  • the operation execution command signal generator 473-2 may transmit the generated execution command signal to the auxiliary MCU 460 through the communication monitoring unit 471 to control an operation corresponding to the diagnostic signal to be performed. have.
  • the battery pack monitoring system 400 including the battery pack state parallel monitoring apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 4 to 5 is compared with the conventional battery pack monitoring systems 100, 200, and 300.
  • a simple circuit configuration can carry out a high safety mechanism.
  • the controller 473 of the battery pack state parallel monitoring apparatus 470 determines whether the auxiliary operation is required, the load of the auxiliary MCU 460 may be reduced.
  • the battery pack monitoring system 400 including the battery pack state parallel monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention, if the auxiliary operation for the safety mechanism of the auxiliary MCU 460, the conventional battery pack monitoring systems ( Compared with 100, 200 and 300, it is possible to quickly operate the auxiliary operation for the safety mechanism.

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Abstract

본 발명은 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 배터리 팩, 상기 복수 개의 배터리 배터리 셀들의 상태를 측정하는 셀 모니터링부, 상기 셀 모니터링부를 통해 상기 배터리 팩의 상태를 나타내는 진단신호를 생성하는 BMIC, 상기 진단신호를 수신 받는 메인 MCU 및 상기 진단신호를 수신 받으며 상기 메인 MCU 데이터를 송수신하는 보조 MCU를 포함하는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치에 있어서, 상기 BMIC와 상기 메인 MCU를 서로 연결하는 데이터 라인; 상기 데이터 라인과 병렬 연결된 병렬 라인; 및 상기 병렬 라인과 연결되어 상기 BMIC와 상기 메인 MCU 간의 송수신 되는 데이터들을 모니터링하고, 모니터링된 상기 데이터들을 상기 보조 MCU로 전달 하는 통신 모니터링부; 를 포함하는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 제시된다.

Description

배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치
본 발명은 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치에 관한 것으로, 특히배터리 팩의 상태를 통신부와 메인 MCU를 서로 연결하는 통신 라인과 병렬 연결된 병렬 라인과 병렬 라인을 통해 통신부와 메인 MCU간의 송수신 데이터를 모니터링 하는 통신 모니터링부로 구성된 간단한 병렬 구성으로 높은 수준의 안전 메커니즘을 달성할 수 있는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치에 관한 것이다.
최근 이차 전지에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 이차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등과 최근의 리듐 이온 전지를 모두 포함하는 의미이다. 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 종래의 Ni/Cd 전지, Ni/MH 전지 등에 비하여 에너지 밀도가 훨씬 높다는 장점이 있다, 또한, 리튬 이온 전지는 소형, 경향으로 제작할 수 있어서, 이동 기기의 전원으로 사용된다. 또한, 리듐 이온 전지는 전기 자동차의 전원으로 사용 범위가 확장되어 차세대 에너지 저장 매체로 주목을 받고 있다.
한편, 차량에 사용되는 배터리 팩 상태 모니터링 시스템은 차량이나 운전자에 유해할 수 있는 상황에 대해서 오류 없이 모니터링 할 수 있도록 높은 수준의 안전메커니즘을 요구하고 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 BMS(Battery Management System)의 BMIC의 경우, AFE(Analog Front End)단과 같은 셀 모니터링부의 동작을 제어하여 배터리 팩을 대상으로 전압, 전류 및 온도 등의 상태 정보를 측정하고, 측정된 상태 정보로부터 진단신호를 생성하여 메인 MCU 및 보조 MCU로 차량 내의 통신을 통해 전달한다. 메인 MCU 및 보조 MCU는 BMIC로부터 진단신호를 수신 받아 배터리 팩의 상태를 모니터링 한다. 여기서 배터리 팩의 상태를 모니터링 하는 행위 자체가 운전자의 안전과 직결되기 때문에 배터리 팩의 상태를 모니터링하는 구성부들은 안전 요구 사항에 맞도록 설계되어야 한다.
높은 안전 요구 사항을 만족하기 위해 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템은 BMIC 및 회로단을 추가로 설계하여 배터리 팩의 측정 및 진단을 수행하는 기술과 기존 배터리 팩 모니터링 시스템의 메인 MCU를 높은 안전 요구 사항을 만족하는 사양을 갖는 고성능의 메인 MCU로 대체하여 배터리 팩의 측정 및 진단을 수행하는 기술들이 사용되었다.
하지만, 높은 안전 요구사항을 만족하기 위한 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 설계 기술들은 생산시 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 설계 기술들은 추가적으로 설계된 BMIC 및 회로단으로 인해 BMS의 부피가 증가하여 최종 양산된 제품의 크기가 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 배터리 모니터링 시스템에 BMIC 및 회로단을 추가로 설계하거나 사용중인 메인 MCU를 고성능의 메인 MCU로 대체 설계하지 않아도 높은 안전 요구 사항에 만족할 수 있는 안전메커니즘을 달성할 수 있는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 종래의 BMIC 및 회로단을 추가로 설계하거나 고성능의 BMIC를 사용하는 배터리 팩 모니터링 시스템에 비해 생산 비용을 증가시키지 않고 높은 안전 요구 사항을 만족시킬 수 있는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 종래의 BMIC 및 회로단을 추가로 설계하는 배터리 팩 모니터링 시스템에 비해 부피를 증가시키지 않고 높은 안전 요구 사항을 만족시킬 수 있는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치는, 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 배터리 팩, 상기 복수 개의배터리 배터리 셀들의 상태를 측정하는 셀 모니터링부, 상기 셀 모니터링부를 통해 상기 배터리 팩의 상태를 나타내는 진단신호를 생성하는 BMIC, 상기 진단신호를 수신 받는 메인 MCU 및 상기 진단신호를 수신 받으며 상기 메인 MCU 데이터를 송수신하는 보조 MCU를 포함하는 배터리 상태 병렬 모니터링 장치에 있어서, 상기 BMIC와 상기 메인 MCU를 서로 연결하는 데이터 라인; 상기 데이터 라인과 병렬 연결된 병렬 라인; 및 상기 병렬 라인과 연결되어 상기 BMIC와 상기 메인 MCU 간의 송수신되는 데이터를 모니터링하고, 모니터링된 상기 데이터들을 상기 보조 MCU로 전달하는 통신 모니터링부를 포함할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 메인 MCU가 상기 BMIC로부터 상기 통신부를 통해 데이터를 정상 수신하였는지 여부와 상관없이 상기 모니터링된 상기 데이터들을 상기 보조 MCU로 전달할 수 있다.
상기 통신 모니터링부의 동작 상태를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 BMIC로부터 상기 진단신호를 수신 받은 상기 메인 MCU가 수신 받은 상기 진단신호에 대응되는 동작의 수행을 시작하는데 소모할 수 있는 시간을 나타내는 동작 수행 시간 정보가 미리 저장된 저장부; 를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 메인 MCU가 상기 진단신호를 상기 BMIC로부터 수신 받은 경우, 상기 메인 MCU가 상기 동작 수행 시간 정보가 나타내는 시간 내에 상기 동작을 수행하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 메인 MCU가 상기 동작 수행 시간 정보가 나타내는 시간 내에 상기 동작을 수행하지 않는 경우, 상기 보조 MCU가 수신 받은 상기 진단신호에 대응되는 동작을 즉시 수행하도록 명령하는 동작 수행 명령 신호를 생성하며, 생성된 상기 수행 명령 신호를 상기 통신 모니터링부를 통해 상기 보조 MCU로 전달하여 상기 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
상기 통신 모니터링부는, 3 스테이트 버퍼(3 stste buffer)로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치는, BMIC와 메인 MCU 간의 송수신되는 데이터를 모니터링 하는 통신 모니터링부를 통해 보조 MCU가 높은 수준의 안전 메커니즘을 수행할 수 있으므로, 종래의 BMIC 및 회로단을 추가로 설계하거나 고성능의 BMIC를 사용하는 배터리 팩 모니터링 시스템에 비해 생산 비용을 증가시키지 않고 높은 안전 요구 사항을 만족시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장
치는, 배터리 팩 모니터링 시스템에 통신 모니터링부 및 제어부를 추가하는 추가 설계를 통해 종래의 BMIC 및 회로단을 추가로 설계하는 기술에 비해 BMS의 부피를 증가시키지 않고 높은 안전 요구 사항을 만족시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 구성도.
도 2는 BMIC 및 회로단이 추가로 설계된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 구성도.
도 3은 메인 MCU가 고성능 MCU로 대체된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 시스템의 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치의 제어부의 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 전기 에너지를 저장하고, 저장된 전기 에너지를 제공할 수 있다. 이러한 배터리 팩은 충전 및 방전 가능한 복수 개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
또한, 배터리 팩은 소정의 개수의 배터리 셀들로 구성된 배터리 모듈로 이루어질 수 있다. 즉, 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함할 수 있으므로, 복수 개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 배터리 모듈들이 배터리 팩을 구성하는 경우, 각각의 배터리 모듈은 배터리나 부하 등의 스펙(specification)에 부합되도록 직렬 및/또는 병렬 방식의 다양한 방법을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 복수 개의 배터리 셀들이 배터리 모듈을 구성하는 경우, 각각의 배터리 셀은 직렬 및/또는 병렬 방식의 다양한 방법을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀의 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 배터리 셀의 종류로는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등을 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 모니터링 시스템의 이해를 돕기 위해 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 설계 기술에 대하여 설명한다.
1. 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 일 예
도 1은 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(100)은 배터리 팩(110), 배터리 셀 모니터링부(120), BMIC(130), 통신부(140), 메인 MCU(150) 및 보조 MCU(160)를 포함한다.
배터리 팩(110)은 복수 개의 배터리 셀(111: 111a, 111b, 111n)들을 포함하여 구성된다.
배터리 셀 모니터링부(120)는 BMIC(130)의 제어에 따라 배터리 팩(110)에 포함된 복수 개의 배터리 셀(111: 111a, 111b, 111n)들을 대상으로 전압 값, 전류 값 및 온도 값 등을 측정하여 배터리 팩의 상태를 나타내는 상태신호를 생성한다.
그 후, 배터리 셀 모니터링부(120)는 생성된 상태신호를 BMIC(130)로 전달한다.
BMIC(130)는 배터리 셀 모니터링부(120)에서 생성된 상태신호를 전달받고, 전달받은 상태신호로부터 배터리 팩(110)의 상태에 따른 진단을 나타내는 진단신호를 생성한다.
그 후, BMIC(130)는 생성된 진단신호를 통신부(140)를 통해 미리 정해진 통신 방식에 따라 메인 MCU(150) 및 보조 MCU(160)로 전달한다.
통신부(140)는 미리 정해진 통신 방식에 따라 BMIC(130)와 메인
MCU(150) 간의 데이터를 송수신하거나 BMIC(130)와 보조 MCU(160) 간의 데이터를 송수신한다.
메인 MCU(150)는 통신부(140)를 통해 BMIC(130)로부터 진단신호를 수신 받고, 수신 받은 진단신호에 대응하는 동작을 수행할 수 있다. 여기서 동작은 안전메커니즘과 관련된 동작을 의미한다.
보조 MCU(160)는 통신부(140)를 통해 BMIC(130)로부터 진단신호를 수신 받을 수 있으며, 메인 MCU(150)와 데이터를 송수신할 수 있다.
또한, 보조 MCU(160)는 메인 MCU(150)가 수신 받은 진단신호에 따라 대응되는 동작을 수행하는지 여부에 따라 안전메커니즘과 관련된 동작의 보조로 동작을 수행할 것인지 판단하고, 판단 결과, 보조 동작의 수행이 필요한 경우 안전메커니즘과 관련된 보조 동작을 수행할 수 있다.
2. BMIC 및 회로단이 추가로 설계된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 일 예.
도 2는 BMIC 및 회로단이 추가로 설계된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, BMIC 및 회로단이 추가로 설계된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(200)은 배터리 팩(210), 배터리 셀 모니터링부(220), BMIC(230), 통신부 (240), 메인 MCU(250), 보조 MCU(260) 및 추가 회로단(270)을 포함한다.
BMIC 및 회로단이 추가로 설계된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(200)의 배터리 팩(210), 배터리 셀 모니터링부(220), BMIC(230), 통신부(240), 메인 MCU(250) 및 보조 MCU(260)에 대한 상세한 설명은 도 1에 도시된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(100)에 포함된 배터리 팩(110), 배터리 셀 모니터링부(120), BMIC(130), 통신부(140), 메인 MCU(150) 및 보조 MCU(160)의 설명과 동일하므로 생략한다.
추가 회로단(270)은 추가 배터리 셀 모니터링부(271), 추가 BMIC(272) 및 추가 통신부(273)를 포함한다.
추가 배터리 셀 모니터링부(271)는 추가 BMIC(272)의 제어에 따라배터리 팩(210)에 포함된 복수 개의 배터리 셀(211: 211a, 211b, 211n)들을 대상으로 전압 값, 전류 값 및 온도 값 등을 측정하여 배터리 팩의 상태를 나타내는 상태 신호를 생성한다.
그 후, 추가 배터리 셀 모니터링부(271)는 생성된 상태신호를 추가 BMIC (272)로 전달한다.
추가 BMIC(272)는 추가 배터리 셀 모니터링부(271)에서 생성된 상태 신호를 전달받고, 전달받은 상태신호로부터 배터리 팩(210)의 상태에 따른 진단을 나타내는 진단신호를 생성한다.
그 후, 추가 BMIC(272)는 생성된 진단신호를 추가 통신부(273)를 통해 미리 정해진 통신 방식에 따라 보조 MCU(260)로 전달한다.
추가 통신부(273)는 미리 정해진 통신 방식에 따라 추가 BMIC(272)와 보조 MCU(260) 간의 데이터를 송수신한다.
보조 MCU(260)는 통신부(240)를 통해 BMIC(230)로부터 진단신호를 수신 받을 수 있다.
또한, 보조 MCU(260)는 추가 회로단(270)의 추가 통신부(273)를 통해 추가 BMIC(272) 로부터 진단신호를 수신 받을 수 있다.
또한, 보조 MCU(260)는 메인 MCU(250)와 데이터를 송수신할 수 있다.
또한, 보조 MCU(260)는 메인 MCU(250)가 수신 받은 진단신호에 따라 대응되는 동작을 수행하는지 여부에 따라 안전메커니즘과 관련된 동작의 보조로 동작을 수행할 것인지 판단하고, 판단 결과, 보조 동작의 수행이 필요한 경우 안전메커니즘과 관련된 보조 동작을 수행할 수 있다.
상기 도 2를 참조하여 기술된 BMIC 및 회로단이 추가로 설계된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(200)은 상기 도 1을 참조하여 기술된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(100)보다 더 높은 안전메커니즘을 수행할 수 있지만 BMS의 생산 비용을 증가시키고, 최종 생산되는 BMS의 부피를 증가시키는 단점들을 가진 기술 이다.
3. 메인 MCU가 고성능 MCU로 대체된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 일 예.
도 3은 메인 MCU가 고성능 MCU로 대체된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템의 구성도이다.
메인 MCU가 고성능 MCU로 대체된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(300)은 배터리 팩(310), 배터리 셀 모니터링부(320), BMIC(330), 통신부(340), 고성능 MCU(350) 및 보조 MCU(360)를 포함한다.
메인 MCU가 고성능 MCU로 대체된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(300)의 배터리 팩(310), 배터리 셀 모니터링부(320), BMIC(330), 통신부(340) 및 보조 MCU(260)에 대한 상세한 설명은 도 1에 도시된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(100)에 포함된 배터리 팩(110), 배터리 셀 모니터링부(120), BMIC(130), 통신부(140) 및 보조 MCU(160)의 설명과 동일하므로 생략한다.
고성능 MCU(350)는 높은 안전 사항에 만족하는 스펙에 부합되는 MCU이다.
상기 도 3을 참조하여 기술된 메인 MCU가 고성능 MCU로 대체된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(300)은 상기 도 1을 참조하여 기술된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(100)보다 더 높은 안전메커니즘을 수행할 수 있지만 BMS의 생산 비용을 증가시키는 단점들을 가진 기술이다.
4. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 시스템의 일 예.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 모니터링 시스템(400)은 배터리 팩(410), 배터리 셀 모니터링부(420), BMIC(430), 통신부(440), 메인 MCU(450), 보조 MCU(460) 및 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치(470)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 모니터링 시스템(400)의 배터리 팩(410), 배터리 셀 모니터링부(420), BMIC(430), 통신부(440), 메인 MCU(450) 및 보조 MCU(460)에 대한 상세한 설명은 도 1에 도시된 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템(100)에 포함된 배터리 팩(110), 배터리 셀 모니터링부(120), BMIC(130), 통신부(140), 메인 MCU(150) 및 보조 MCU(160)의 설명과 동일하므로 생략한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치(470)는 통신 모니터링부(471), 저장부(472) 및 제어부(473)를 포함할 수 있다.
통신 모니터링부(471)는 제어부(473)의 제어에 따라 통신부(440)와 메인 MCU(450) 간의 송수신되는 데이터를 모니터링 할 수 있다.
더욱 상세하게는, 통신 모니터링부(471)는 통신부(440)와 메인 MCU(450)를 서로 연결하는 데이터 라인과 병렬 연결된 병렬 라인을 통해 통신부(440)와 메인 MCU(450) 간의 송수신되는 데이터를 모니터링 할 수 있다.
또한, 통신 모니터링부(471)는 통신부(440)와 메인 MCU(450)를 서로 연결하는 데이터 라인을 통해 송수신되는 데이터가 존재하지 여부를 모니터링하고, 송수신되는 데이터가 존재하는 경우, 이를 수신 받아 다시 보조 MCU(460)로 전달할 수 있다.
또한, 통신 모니터링부(471)는 3 스테이트 버퍼(3 stste buffer)로 구성될 수 있으며, 제어부(473)의 제어 신호에 따라 동작 상태가 결정될 수 있다.
또한, 통신 모니터링부(471)는 메인 MCU(450)가 BMIC(430)로부터 통신부(440)를 통해 데이터를 수신하였는지 여부와 상관 없이 모니터링된 데이터를 보조 MCU(460)로 전달할 수 있다.
더욱 상세하게는, BMIC(430)가 진단신호를 생성하여 통신부(440)를 통해 메인 MCU(450)로 전달했음에도 메인 MCU(450)에서 정상적인 수신이 완료되지 않아 진단신호에 대응하는 동작이 수행되지 않는 경우, 통신 모니터링부(471)는 메인 MCU (450)가 BMIC(430)로부터 통신부(440)를 통해 데이터를 수신하였는지 여부와 상관없이 모니터링된 데이터를 보조 MCU(460)로 전달하여 보조 MCU(460)가 진단신호에 대응되는 동작을 수행되도록 하여 높은 안전메커니즘을 달성할 수 있다.
저장부(472)는 BMIC(430)로부터 진단신호를 수신 받은 메인 MCU(450)가 수신 받은 진단신호에 대응되는 동작의 수행을 시작하는데 소모할 수 있는 시간을 나타내는 동작 수행 시간 정보를 미리 저장할 수 있다.
제어부(473)는 통신 모니터링부(471) 및 저장부(472)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(473)는 도 5에 도시된 바와 같은 구성부들을 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치의 제어부의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치(470)의 제어부(473)는 메인 MCU 동작 수행 여부 판단부(473-1) 및 동작 수행 명령 신호 생성부(473-2)를 더 포함할 수 있다.
메인 MCU 동작 수행 여부 판단부(473-1)는 메인 MCU(450)가 진단신호를 BMIC(430)로부터 수신 받은 경우, 메인 MCU(450)가 저장부(472)에 미리 저장된 동작 수행 시간 정보가 나타내는 시간 내에 진단신호에 대응되는 동작을 수행하는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 판단 결과, 메인 MCU(450)가 저장부(472)에 미리 저장된 동작 수행 시간 정보가 나타내는 시간 내에 진단신호에 대응되는 동작을 수행하지 않는 경우, 보조 MCU(460)의 보조 동작이 필요한 상황이라고 판단할 수 있다.
동작 수행 명령 신호 생성부(473-2)는 메인 MCU 동작 수행 여부 판단부(473-1)에서 보조 MCU(460)의 보조 동작이 필요한 상황이라고 판단된 경우, 보조 MCU(460)가 수신 받은 진단신호에 대응되는 동작을 즉시 수행하도록 명령하는 동작 수행 명령 신호를 생성할 수 있다.
그 후, 동작 수행 명령 신호 생성부(473-2)는 생성된 즉시 수행 명령 신호를 통신 모니터링부(471)를 통해 보조 MCU(460)로 전달하여 진단신호에 대응되는 동작이 수행되도록 제어할 수 있다.
상기 도 4 내지 5를 참조하여 설명된 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 모니터링 시스템(400)은 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템들(100, 200 및 300)에 비하여 간단한 회로 구성으로 높은 안전 메커니즘을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치(470)의 제어부(473)가 보조 동작이 필요한 상황 여부를 판단하므로 보조 MCU(460)의 부하를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치가 포함된 배터리 팩 모니터링 시스템(400)은 보조 MCU(460)의 안전메커니즘을 위한 보조 동작이 필요한 경우, 종래의 배터리 팩 모니터링 시스템들(100, 200 및 300)에 비해 안전메커니즘을 위한 보조 동작을 빠르게 동작시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 배터리 팩, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상태를 측정하는 셀 모니터링부, 상기 셀 모니터링부를 통해 상기 배터리 팩의 상태를 나타내는 진단신호를 생성하는 BMIC, 상기 진단신호를 수신 받는 메인 MCU 및 상기 진단신호를 수신 받으며 상기 메인 MCU 데이터를 송수신하는 보조 MCU를 포함하는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치에 있어서,
    상기 BMIC와 상기 메인 MCU를 서로 연결하는 데이터 라인;
    상기 데이터 라인과 병렬 연결된 병렬 라인; 및
    상기 병렬 라인과 연결되어 상기 BMIC와 상기 메인 MCU 간의 송수신되는 데이터들을 모니터링하고, 모니터링된 상기 데이터들을 상기 보조 MCU로 전달하는 통신 모니터링부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 모니터링부는,
    상기 메인 MCU가 상기 BMIC로부터 상기 통신부를 통해 데이터를 정상 수신하였는지 여부와 상관없이 상기 모니터링된 상기 데이터들을 상기 보조 MCU로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신 모니터링부의 동작 상태를 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 BMIC로부터 상기 진단신호를 수신 받은 상기 메인 MCU가 수신 받은 상기 진단신호에 대응되는 동작의 수행을 시작하는데 소모할 수 있는 시간을 나타내는 동작 수행 시간 정보가 미리 저장된 저장부; 를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 메인 MCU가 상기 진단신호를 상기 BMIC로부터 수신 받은 경우, 상기 메인 MCU가 상기 동작 수행 시간 정보가 나타내는 시간 내에 상기 동작을 수행하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 메인 MCU가 상기 동작 수행 시간 정보가 나타내는 시간 내에 상기 동작을 수행하지 않는 경우, 상기 보조 MCU가 수신 받은 상기 진단신호에 대응되는 동작을 즉시 수행하도록 명령하는 동작 수행 명령 신호를 생성하며, 생성된 상기 수행 명령 신호를 상기 통신 모니터링부를 통해 상기 보조 MCU로 전달하여 상기 동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로
    하는 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 통신 모니터링부는,
    3 스테이트 버퍼(3 stste buffer)로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩상태 병렬 모니터링 장치.
PCT/KR2016/013546 2015-11-27 2016-11-23 배터리 팩 상태 병렬 모니터링 장치 WO2017090978A1 (ko)

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