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KR102204301B1 - 무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩 - Google Patents

무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩 Download PDF

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KR102204301B1
KR102204301B1 KR1020170092151A KR20170092151A KR102204301B1 KR 102204301 B1 KR102204301 B1 KR 102204301B1 KR 1020170092151 A KR1020170092151 A KR 1020170092151A KR 20170092151 A KR20170092151 A KR 20170092151A KR 102204301 B1 KR102204301 B1 KR 102204301B1
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battery
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Abstract

무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩이 개시된다. 상기 무선 배터리 관리 시스템은, 상태 검출 명령을 포함하는 제1 RF 신호를 제1 무선 채널을 통해 송신하도록 구성된 마스터 BMS; 및 복수의 배터리 모듈에 일대일로 설치되는 것으로서, 상기 제1 RF 신호에 응답하여, 자신이 설치된 배터리 모듈의 상태 정보를 검출하고, 상기 배터리 모듈의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호를 상기 제1 무선 채널을 통해 송신하도록 구성된 복수의 슬레이브 BMS;를 포함한다.

Description

무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩{WIRELESS BATTERY MANAMEMENT SYSTEM AND A BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 무선 배터리 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 배터리 모듈 사이의 잔존 용량의 차이를 저감하는 무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
전기 차량 등에 적용되는 배터리팩은 통상적으로 서로 직렬로 접속된 복수의 배터리 모듈 및 복수의 BMS를 포함한다. 각 BMS는 자신이 관리하는 배터리 모듈의 상태를 모니터링 및 제어한다. 최근에는 대용량이면서 고출력의 배터리팩이 요구됨에 따라, 배터리팩에 포함되는 배터리 모듈의 개수 또한 증가하고 있다. 이러한 배터리팩에 포함된 각 배터리 모듈의 상태를 효율적으로 관리하기 위해서, 싱글 마스터-멀티 슬레이브 구조가 개시되어 있다. 싱글 마스터-멀티 슬레이브 구조는, 각 배터리 모듈에 설치되는 복수의 슬레이브 BMS와 상기 복수의 슬레이브 BMS를 전반적으로 관제하는 마스터 BMS를 포함한다. 이때, 복수의 슬레이브 BMS와 마스터 BMS 사이의 통신이 무선 방식으로 이루어질 수 있다.
복수의 슬레이브 BMS 각각은, 자신이 설치된 배터리 모듈의 전기 에너지를 이용하여, 마스터 BMS에게 무선 신호를 송신하거나 마스터 BMS로부터의 무선 신호를 수신한다.
한편, 배터리팩의 동작 환경이나 개별 배터리 모듈의 자체적인 전기화학적인 특성으로 인하여, 복수의 배터리 모듈 사이에는 잔존 용량의 차이가 발생하기 마련이다. 복수의 배터리 모듈 사이에는 잔존 용량의 차이를 억제하기 위해서는, 밸런싱 제어가 필요하다.
그러나, 밸런싱과 관련된 종래 기술은, 복수의 슬레이브 BMS와 마스터 BMS가 케이블과 같은 유선 수단을 통해 통신하도록 설계된 시스템에 적용되기 위한 것이 대부분이다.
본 발명은, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 전기 에너지를 이용하여, 비통신용 무선 채널을 통해 RF 신호를 송신함으로써, 복수의 배터리 모듈 사이의 잔존 용량 차이를 감소시키기 위한 모듈 밸런싱을 수행할 수 있는 무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 무선 배터리 관리 시스템은, 상태 검출 명령을 포함하는 제1 RF 신호를 제1 무선 채널을 통해 송신하도록 구성된 마스터 BMS; 및 복수의 배터리 모듈에 일대일로 설치되는 것으로서, 상기 제1 RF 신호에 응답하여, 자신이 설치된 배터리 모듈의 상태 정보를 검출하고, 상기 배터리 모듈의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호를 상기 제1 무선 채널을 통해 송신하도록 구성된 복수의 슬레이브 BMS;를 포함한다. 상기 마스터 BMS는, 상기 제2 RF 신호를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정하고, 상기 무선 밸런싱 시간을 나타내는 모듈 밸런싱 명령을 포함하는 제3 RF 신호를 상기 제1 무선 채널을 통해 상기 복수의 슬레이브 BMS에게 송신한다. 상기 복수의 슬레이브 BMS 각각은, 상기 제3 RF 신호에 포함된 상기 모듈 밸런싱 명령에 따라, 상기 무선 밸런싱 시간 동안, 자신이 설치된 배터리 모듈의 전기 에너지를 이용하여, 제2 무선 채널을 통해 제4 RF 신호를 송신한다.
또한, 상기 제1 무선 채널은, 미리 정해진 제1 주파수 대역을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제2 무선 채널은, 상기 제1 주파수 대역과는 분리된 미리 정해진 제2 주파수 대역을 가질 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 제2 RF 신호를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 저장된 모듈 잔존 용량을 연산하고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 모듈 잔존 용량을 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 복수의 배터리 모듈 중 어느 하나의 모듈 잔존 용량을 제1 타겟 잔존 용량으로 설정하고, 상기 제1 타겟 잔존 용량과 나머지 모듈 잔존 용량 각각의 차이를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈의 상태 정보는, 상기 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 상태 정보를 포함할 수 있다. 상기 마스터 BMS는, 상기 제2 RF 신호를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 각 배터리 셀의 셀 잔존 용량을 연산하고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 각 배터리 셀의 셀 잔존 용량을 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 복수의 배터리 모듈에 포함된 모든 배터리 셀의 셀 잔존 용량 중에서 가장 작은 것을 제2 타겟 잔존 용량으로 결정하고, 상기 제2 타겟 잔존 용량과 나머지 각 배터리 모듈의 최소 셀 잔존 용량 각각의 차이를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 최소 셀 잔존 용량과 나머지 각 셀 잔존 용량 사이의 차이를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 각 배터리 셀에 대한 유선 밸런싱 시간을 결정할 수 있다. 이 경우, 상기 제3 RF 신호는, 상기 유선 밸런싱 시간을 나타내는 셀 밸런싱 명령을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬레이브 BMS 각각은, 자신이 설치된 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 양 단 사이에 전기적으로 접속된 유선 밸런싱부;를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3 RF 신호에 포함된 상기 셀 밸런싱 명령에 따라, 상기 유선 밸런싱 회로를 제어하여, 자신이 설치된 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 셀 잔존 용량을 밸런싱할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리팩은, 상기 무선 배터리 관리 시스템; 및 상기 복수의 배터리 모듈;을 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 전기 에너지를 이용하여, 비통신용 무선 채널을 통해 RF 신호를 송신함으로써, 복수의 배터리 모듈 사이의 잔존 용량 차이를 감소시키기 위한 모듈 밸런싱을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 각 배터리 모듈로부터 상태 정보를 검출하는 기간 동안에도 모듈 밸런싱을 진행함으로써, 모듈 밸런싱 및 셀 밸런싱이 모두 완료될 때까지의 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 각 배터리 모듈의 최소 셀 잔존 용량에 기초하여 모듈 밸런싱을 진행한 다음 셀 밸런싱을 진행함으로써, 셀 밸런싱에 사용 가능한 시간을 확보할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 배터리 관리 시스템 및 이를 포함하는 배터리팩의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 슬레이브 BMS의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유선 밸런싱부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 마스터 BMS의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 배터리 관리 시스템이 제1 밸런싱 룰에 따라 복수의 배터리 모듈을 밸런싱하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 배터리 관리 시스템이 제2 밸런싱 룰에 따라 복수의 배터리 모듈을 밸런싱하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 대해 설명하도록 한다. 본 발명에서 전반적으로 사용되는 용어인 "BMS"란, Battery Management System의 약어임을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 배터리 관리 시스템(30) 및 이를 포함하는 배터리팩(10)의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은 복수의 배터리 모듈(20) 및 무선 배터리 관리 시스템(30)을 포함한다. 각 배터리 모듈(20)은, 적어도 하나의 배터리 셀(도 2의 '21' 참조)을 포함할 수 있다. 무선 배터리 관리 시스템(30)은 복수의 슬레이브 BMS(100) 및 적어도 하나의 마스터 BMS(200)를 포함한다. 배터리팩(10)은, 전기 자동차에 탑재되어, 전기 자동차의 전기 모터의 구동에 요구되는 전력을 공급할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 배터리팩(10)이 서로 직렬 연결된 3개의 배터리 모듈(20)을 포함하고, 각 배터리 모듈(20)은 서로 직렬 연결된 3개의 배터리 셀(21)을 포함하며, 무선 배터리 관리 시스템(30)은 3개의 슬레이브 BMS(100) 및 단일의 마스터 BMS(200)를 포함하는 것으로 가정하겠다. 다만, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 배터리팩(10)은 2개의 배터리 모듈(20)만을 포함하거나 4개 이상의 배터리 모듈(20)을 포함할 수 있다. 물론, 무선 배터리 관리 시스템(30)은 2개의 슬레이브 BMS(100) 또는 4개 이상의 슬레이브 BMS(100)를 포함할 수 있고, 2개 이상의 마스터 BMS(200)가 포함될 수도 있다.
복수의 슬레이브 BMS(100)는, 배터리팩(10)에 포함된 복수의 배터리 모듈(20)에 일대일로 대응하도록 설치된다.
복수의 슬레이브 BMS(100) 각각은, 복수의 배터리 모듈(20) 중 자신이 설치된 어느 한 배터리 모듈(20)과 전기적으로 연결된다. 복수의 슬레이브 BMS(100) 각각은, 자신과 전기적으로 연결된 배터리 모듈(20)의 전반적인 상태(예컨대, 전압, 전류, 온도)를 검출하고, 배터리 모듈(20)의 상태를 조절하기 위한 각종 제어 기능(예, 충전, 방전, 밸런싱)을 실행한다. 이때, 각 제어 기능은, 슬레이브 BMS(100)가 배터리 모듈(20)의 상태를 기초로 직접 실행하는 것이거나, 또는 마스터 BMS(200)로부터의 명령에 따라 실행하는 것일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 슬레이브 BMS(100)의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유선 밸런싱부(140)의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 각 슬레이브 BMS(100)는, 슬레이브 메모리(110), 슬레이브 통신부(120), 슬레이브 센싱부(130), 슬레이브 전원 공급부(150) 및 슬레이브 제어부(160)를 포함할 수 있다. 각 슬레이브 BMS(100)는, 선택적으로, 유선 밸런싱부(140)를 더 포함할 수 있다.
슬레이브 메모리(110)에는 슬레이브 BMS에게 기 할당된 아이디가 저장되어 있다. 아이디는, 슬레이브 메모리(110)를 포함하는 슬레이브 BMS(100)의 제조 시에 기 할당된 것일 수 있다. 아이디는, 각 슬레이브 BMS(100)가 마스터 BMS(200)와의 무선 통신을 수행하는 데에 이용될 수 있다. 이때, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 중 어느 하나에 기 할당된 아이디는, 나머지 슬레이브 BMS 각각에게 기 할당된 아이디와는 상이할 수 있다.
각 아이디는, 마스터 BMS(200)가 각 슬레이브 BMS(100)를 나머지 슬레이브 BMS(100)로부터 구분하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 각 아이디는, 그것이 기 할당된 슬레이브 BMS(100)가 복수의 배터리 모듈(20)들 중 어느 것에 설치되었는지를 나타내는 것일 수 있다.
슬레이브 메모리(110)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 슬레이브 메모리(110)는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등일 수 있다. 슬레이브 메모리(110)는 슬레이브 제어부(160)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
한편, 슬레이브 메모리(110)는 슬레이브 제어부(160)와 물리적으로 분리되어 있을 수도 있고, 칩 등에 슬레이브 제어부(160)와 일체로 집적화되어 있을 수도 있다.
슬레이브 통신부(120)는, 슬레이브 안테나(121) 및 슬레이브 통신 회로(122)를 포함한다. 슬레이브 안테나(121) 및 슬레이브 통신 회로(122)는 서로 동작 가능하게 연결된다. 슬레이브 통신 회로(122)는, 슬레이브 안테나(121)에 의해 수신된 무선 신호를 복조한다. 슬레이브 통신 회로(122)는, 또한 슬레이브 제어부로부터 제공된 신호를 변조한 후 슬레이브 안테나(121)에게 제공할 수 있다. 슬레이브 안테나(121)는, 슬레이브 통신 회로(122)에 의해 변조된 신호에 대응하는 무선 신호를 다른 슬레이브 BMS 또는 마스터 BMS(200)에게 동시에 또는 선택적으로 송신할 수 있다.
슬레이브 센싱부(130)는, 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 검출하도록 구성된다. 예컨대, 슬레이브 센싱부(130)는, 배터리 모듈(20)의 전압을 검출하는 전압 측정 회로를 포함하고, 선택적으로 배터리 모듈(20)의 전류를 검출하는 전류 측정 회로, 또는 배터리 모듈(20)의 온도를 검출하는 온도 검출 회로를 더 포함할 수 있다. 슬레이브 제어부(160)는, 검출된 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 슬레이브 제어부(160)에게 제공한다. 슬레이브 센싱부(130)는, 전압 검출 회로 및 온도 검출 회로가 내장된 적어도 하나의 주문형 반도체(ASIC: application specific integrated circuit)를 포함할 수 있다.
유선 밸런싱부(140)는, 각 배터리 모듈(20)에 포함된 복수의 배터리 셀(21) 사이의 잔존 용량 차이를 억제하도록 구성된다. 유선 밸런싱부(140)는 셀 밸런싱을 수행한다.
예컨대, 유선 밸런싱부(140)는, 다른 배터리 셀(21)보다 상대적으로 높은 잔존 용량을 가지는 배터리 셀(21)을 방전시킴으로써, 복수의 배터리 셀(21) 간의 잔존 용량을 균일화한다.
도 3을 참조하면, 유선 밸런싱부(140)는, 복수의 밸런싱 저항(Rc) 및 복수의 밸런싱 스위치(SW)를 포함한다. 하나의 밸런싱 저항(Rc)과 하나의 밸런싱 스위치(SW)의 직렬 회로는, 각 배터리 셀(21)의 양 단 사이에 접속된다. 따라서, 배터리 모듈(20) 당 배터리 셀(21)의 개수는, 각 유선 밸런싱부(140)에 포함되는 밸런싱 저항(Rc)의 개수와 밸런싱 스위치(SW)의 개수와 동일할 수 있다.
어느 한 배터리 셀(21)의 전압 또는 잔존 용량이 나머지 배터리 셀(21)에 비하여 높은 경우, 상기 어느 한 배터리 셀(21)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)가 턴 온됨으로써, 상기 어느 한 배터리 셀(21)의 전기 에너지가 밸런싱 저항(Rc)에 의해 소비된다.
한편, 도 2에서, Ra는 진단 저항으로서, 유선 밸런싱부(140) 내의 고장을 검출하는 데에 이용된다. 유선 밸런싱부(140) 내의 고장이란, 예컨대, 단선이나 밸런싱 스위치(SW)의 오동작 등일 수 있다. 또한, 도 2에서, Rb와 C는 각각 보호 저항과 보호 커패시터로서, RC 필터로 동작한다. RC 필터는, 센싱부(130)에 유입되는 노이즈(예, 급격한 전류 변화)를 필터링하는 데에 이용된다.
슬레이브 전원 공급부(150)는, 배터리 모듈(20)로부터 공급되는 전력을 이용하여, 미리 정해진 적어도 하나의 레벨을 가지는 전원 전압을 생성한다. 슬레이브 전원 공급부(150)에 의해 생성된 전원 전압은, 슬레이브 메모리(110), 슬레이브 통신부(120), 슬레이브 센싱부(130) 및/또는 유선 밸런싱부(140)에게 개별적으로 제공될 수 있다. 또한, 슬레이브 전원 공급부(150)에 의해 생성된 전원 전압은, 슬레이브 제어부(160)에 포함된 각 프로세서에게 제공될 수 있다. 예컨대, 슬레이브 전원 공급부(150)에 의해 생성된 제1 전원 전압은 유선 밸런싱부(140) 및 슬레이브 제어부(160)에 포함된 각 프로세서의 동작 전원으로 이용되고, 슬레이브 전원 공급부(150)에 의해 생성된 제2 전원 전압은 슬레이브 메모리(110), 슬레이브 통신부(120) 및/또는 슬레이브 센싱부(130) 각각의 동작 전원으로 이용될 수 있다.
슬레이브 전원 공급부(150)는, 슬레이브 제어부(160)의 명령에 따라, 슬레이브 통신부(120)와 함께 배터리 모듈(20)의 모듈 밸런싱을 수행할 수 있다.
슬레이브 제어부(160)는, 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 슬레이브 메모리(110), 슬레이브 통신부(120) 및 슬레이브 전원 공급부(150)에 동작 가능하게 연결된다. 슬레이브 제어부(160)는, 자신을 포함하는 슬레이브 BMS(100)의 전반적인 동작을 관리하도록 구성된다.
슬레이브 제어부(160)는, 슬레이브 센싱부(140)에 의해 검출된 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 슬레이브 통신부(120)에게 제공한다. 이에 따라, 슬레이브 통신부(120)는 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 나타내는 무선 신호를 슬레이브 안테나(121)를 통해 마스터 BMS(200)에게 송신하게 된다.
슬레이브 제어부(160)에 포함된 각 프로세서는, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 슬레이브 제어부(160)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 마스터 BMS(200)의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4을 참조하면, 마스터 BMS(200)는 마스터 메모리(210), 마스터 통신부(220), 마스터 전원 공급부(230) 및 마스터 제어부(240)를 포함할 수 있다.
마스터 메모리(210)에는 아이디 테이블이 기 저장되어 있을 수 있다. 아이디 테이블은, 복수의 슬레이브 BMS에게 기 할당된 각각의 아이디를 포함한다.
마스터 메모리(210)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 마스터 메모리(210)는 DRAM, SDRAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등일 수 있다. 마스터 메모리(210)는 슬레이브 제어부(160)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
한편, 마스터 메모리(210)는 마스터 제어부(240)와 물리적으로 분리되어 있을 수도 있고, 칩 등에 마스터 제어부(240)와 일체로 집적화되어 있을 수도 있다.
마스터 통신부(220)는, 마스터 안테나(221) 및 마스터 통신 회로(222)를 포함한다. 마스터 안테나(221) 및 마스터 통신 회로(222)는 서로 동작 가능하게 연결된다. 마스터 통신 회로(222)는, 마스터 안테나(221)를 통해 수신된 무선 신호를 복조할 수 있다. 마스터 통신 회로(222)는, 또한 각 슬레이브 BMS(100)에게 송신하고자 하는 신호를 변조한 후, 변조된 신호를 마스터 안테나(222)를 통해 무선으로 송신할 수 있다. 마스터 안테나(221)는, 마스터 통신부(220)에 의해 변조된 신호에 대응하는 무선 신호를 복수의 슬레이브 BMS(100) 중 적어도 하나에게 선택적으로 송신할 수 있다.
마스터 전원 공급부(230)는, 적어도 하나의 배터리 모듈(20), 외부 전원 또는 자신에게 구비된 전원으로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여, 적어도 하나의 전원 전압을 생성한다. 마스터 전원 공급부(230)에 의해 생성된 전원 전압은, 마스터 메모리(210) 및 마스터 통신부(220)에게 제공될 수 있다. 또한, 마스터 전원 공급부(230)에 의해 생성된 전원 전압은, 마스터 제어부(240)에 포함된 각 프로세서에게 제공될 수 있다.
마스터 제어부(240)는, 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 마스터 메모리(210) 및 마스터 통신부(220)에 동작 가능하게 연결된다. 마스터 제어부(240)는, 마스터 BMS(200)의 전반적인 동작을 관리하도록 구성된다. 또한, 마스터 제어부(240)는, 마스터 안테나(221)를 통해 수신되는 무선 신호들 중, 복수의 슬레이브 BMS(100) 각각의 센싱 정보에 대응하는 무선 신호를 기초로, 복수의 슬레이브 BMS(100) 각각의 SOC(State Of Charge) 및/또는 SOH(State Of Health)를 연산할 수 있다. 또한, 마스터 제어부(240)는, 연산된 SOC 및/또는 SOH를 기초로, 복수의 슬레이브 BMS(100) 각각의 충전, 방전 및/또는 밸런싱을 제어하기 위한 정보를 생성한 후, 마스터 안테나(221)와 마스터 통신부(220)를 통해 복수의 슬레이브 BMS(100) 중 적어도 하나에게 선택적으로 송신할 수 있다.
마스터 제어부(240)에 포함된 각 프로세서는, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 마스터 제어부(240)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 코드 체계는 캐리어 신호로 변조되어 특정한 시점에 통신 캐리어에 포함될 수 있고, 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 마스터BMS(200)는 상태 검출 명령을 포함하는 무선 신호(이하, '제1 RF 신호'라고 함)를 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3)에게 송신한다.
각 슬레이브 BMS(100)는, 소정 주기마다 또는 제1 RF 신호에 응답하여, 자신이 설치된 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 검출한다. 이때, 배터리 모듈(20)의 상태 정보는, 배터리 모듈(20)의 전압, 전류 및/또는 온도를 나타낸다. 선택적으로, 배터리 모듈(20)의 상태 정보는, 배터리 모듈(20)에 포함된 각 배터리 셀(20)의 상태 정보를 더 포함할 수 있다. 배터리 셀(20)의 상태 정보는, 배터리 셀(20)의 전압, 전류 및/또는 온도를 나타낸다.
각 슬레이브 BMS(100)는, 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 나타내는 무선 신호(이하, '제2 RF 신호'라고 함)를 마스터 BMS(200)에게 송신하도록 구성된다.
마스터 BMS(200)는, 마스터 안테나(221)를 통해, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각으로부터 제2 RF 신호를 수신한다. 마스터 BMS(200)는, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각으로부터 수신된 제2 RF 신호를 기초로, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각의 모듈 잔존 용량을 연산한다. 모듈 잔존 용량은, 배터리 모듈(20)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 나타내는 것이다.
선택적으로, 마스터 BMS(200)는, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각으로부터 수신된 제2 RF 신호를 기초로, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 포함된 각 배터리 셀(21)의 셀 잔존 용량을 연산할 수 있다. 셀 잔존 용량은, 배터리 셀(21)의 충전 상태를 나타내는 것이다.
다음, 마스터 BMS(200)는, 제1 밸런싱 룰 및 제2 밸런싱 룰 중 어느 하나에 따라, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다. 제1 밸런싱 룰은, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각의 모듈 잔존 용량에 기초하여, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정하는 것일 수 있다. 제2 밸런싱 룰은, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 포함된 각 배터리 셀(20)의 셀 잔존 용량에 기초하여, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정하는 것일 수 있다.
마스터 BMS(200)는, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각에 대하여 결정된 무선 밸런싱 시간을 마스터 메모리(210)에 저장할 수 있다. 이와 함께 또는 별개로, 마스터 BMS(200)는, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각에 대하여 결정된 무선 밸런싱 시간을 나타내는 모듈 밸런싱 명령을 생성한다. 다음, 마스터 BMS(200)는, 모듈 밸런싱 명령을 포함하는 무선 신호(이하, '제3 RF 신호'라고 함)를 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3)에게 송신할 수 있다.
복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각은, 슬레이브 안테나(121)를 통해 제3 RF 신호를 수신한다. 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각은, 수신된 제3 RF 신호에 포함된 모듈 밸런싱 명령에 따라, 마스터 BMS(200)에 의해 자신에게 결정된 무선 밸런싱 시간을 슬레이브 메모리(110)에 저장한다. 또한, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각은, 마스터 BMS(200)에 의해 자신에게 결정된 무선 밸런싱 시간 동안, 자신이 설치된 배터리 모듈(20)의 전기 에너지를 이용하여, 무선 신호(이하, '제4 RF 신호'라고 함)를 송신한다. 이 경우, 제4 RF 신호는, 슬레이브 안테나(121)에 의해 미리 정해진 최대 전력으로 송신될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 RF 신호 각각은, 제1 무선 채널을 통해 송수신되는 무선 신호이다. 반면, 상기 제4 RF 신호는, 제2 무선 채널을 통해 각 슬레이브 BMS(100)가 송신하는 무선 신호이다. 이때, 제1 무선 채널은 통신용 채널로서, 미리 정해진 제1 주파수 대역을 가진다. 반면, 제2 무선 채널은 비통신용 채널로서, 제1 주파수 대역과는 분리된 미리 정해진 제2 주파수 대역을 가진다. 각 슬레이브 BMS(100)의 슬레이브 통신부(120)는 제1 및 제2 무선 채널에 선택적으로 접속 가능하게 설계된다. 반면, 마스터 BMS(200)의 마스터 통신부(120)는 제1 및 제2 무선 채널 중에서 제1 무선 채널에만 접속 가능하게 설계될 수 있다. 이에 따라, 제4 RF 신호는, 마스터 BMS(200)의 동작에 영향을 미치지 않을 수 있다.
이하에서는, 마스터 BMS(200)가 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3)를 제어하여, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 간의 모듈 잔존 용량의 차이 및 각 배터리 모듈(20)에 포함된 복수의 배터리 셀(20) 간의 셀 잔존 용량의 차이를 저감하는 실시예들 각각에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 각 실시예에서는, 모듈 밸런싱 및 셀 밸런싱 외의 동작에 의해 각 배터리 모듈(20)로부터 소모되는 전기 에너지는, 모듈 밸런싱 및 셀 밸런싱에 의해 각 배터리 모듈(20)로부터 소모되는 전기 에너지에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 배터리 관리 시스템(30)이 제1 밸런싱 룰에 따라 복수의 배터리 모듈을 밸런싱하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간이 결정되기 전의 상태를 예시한다.
도 5를 참조하면, 제1 배터리 모듈(20-1)에 포함된 3개의 배터리 셀(21-1~21-3) 각각의 셀 잔존 용량은 3.0kAh, 3.1kAh, 3.0kAh이고, 제2 배터리 모듈(20-2)에 포함된 3개의 배터리 셀(21-4~21-6) 각각의 셀 잔존 용량은 3.3kAh, 3.1kAh, 3.0kAh이며, 제3 배터리 모듈(20-3)에 포함된 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 각각의 셀 잔존 용량은 3.2kAh, 3.1kAh, 3.3kAh이다. 따라서, 제1 배터리 모듈(20-1)의 모듈 잔존 용량은 9.1kAh, 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 9.4kAh, 제3 배터리 모듈(20-3)의 모듈 잔존 용량은 9.7kAh이다. 여기서, kAh는, kilo ampere hour의 약자로서, 잔존 용량을 나타낼 수 있는 단위 중 하나이다.
마스터 BMS(200)는, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 중 어느 하나의 모듈 잔존 용량을 제1 타겟 잔존 용량으로 설정한다. 제1 밸런싱 룰에서, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)의 모듈 잔존 용량 9.1kAh, 9.4kAh, 9.7kAh중에서 가장 작은 9.1KAh을 제1 타겟 잔존 용량으로 설정할 수 있다.
마스터 BMS(200)는, 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh과 나머지 모듈 잔존 용량 9.4kAh, 9.7kAh 각각의 차이를 기초로, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다. 상세하게는, 마스터 BMS(200)는, 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh과 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량 9.4kAh 사이의 차이 0.3kAh를 기초로, 제2 배터리 모듈(20-2)에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다. 또한, 마스터 BMS(200)는, 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh과 제3 배터리 모듈(20-3)의 모듈 잔존 용량 9.7kAh 사이의 차이 0.6KAh를 기초로, 제3 배터리 모듈(20-3)에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다.
이때, 각 배터리 모듈(20)의 모듈 잔존 용량과 제1 타겟 잔존 용량 사이의 차이가 클수록, 각 배터리 모듈(20)에 대해 결정되는 무선 밸런싱 시간은 증가할 수 있다. 예컨대, 제3 배터리 모듈(20-3)에 대해 결정되는 무선 밸런싱 시간(도 6의 'D3')은, 제2 배터리 모듈(20-2)에 대해 결정되는 무선 밸런싱 시간(도 6의 'D2')보다 길다.
한편, 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh과 동일한 모듈 잔존 용량을 가지는 제1 배터리 모듈(20-1)에 대한 모듈 밸런싱은 필요치 않다. 따라서, 마스터 BMS(200)는, 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh과 동일한 모듈 잔존 용량을 가지는 제1 배터리 모듈(20-1)에 대한 무선 밸런싱 시간을 기준 시간(예, 0초)과 동일하게 결정할 수 있다.
도 6은, 무선 배터리 관리 시스템(30)이 도 5에 도시된 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)을 밸런싱하는 동작을 설명하기 위한 타이밍 챠트이다.
도 6을 참조하면, 시점 T1과 T2 사이에서, 마스터 BMS(200)는 제1 RF 신호(601)를 제1 무선 채널을 통해 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3)에게 송신한다. 이때, 시점 T1 전에, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)의 모듈 잔존 용량 중, 가장 작은 것과 두번째로 작은 것 사이의 차이가 제1 임계값 미만일 수 있다. 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)의 모듈 잔존 용량 중, 가장 작은 것과 두번째로 작은 것 사이의 차이가 제1 임계값 미만인 경우, 모듈 밸런싱은 중단될 수 있다.
시점 T2와 시점 T3 사이에서, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각은 제1 RF 신호(601)에 응답하여, 자신이 설치된 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 검출한다.
시점 T3과 시점 T4 사이에서, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각은 자신이 설치된 배터리 모듈(20-1, 20-3, 20-3)로부터 검출된 상태 정보(도 5 참조)를 나타내는 제2 RF 신호(611, 621, 631)를 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
시점 T4와 시점 T5 사이에서, 마스터 BMS(200)는 제2 RF 신호(611, 621, 631)를 기초로, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다.
시점 T5와 시점 T6 사이에서, 마스터 BMS(200)는 제1 RF 신호(602) 및 제3 RF 신호(603)를 제1 무선 채널을 통해 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3)에게 송신한다. 제3 RF 신호(603)는, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대하여 결정된 무선 밸런싱 시간을 나타내는 모듈 밸런싱 명령을 포함한다.
전술한바와 같이, 제1 배터리 모듈(20-1)에 대한 무선 밸런싱 시간은 0초일 수 있다. 따라서, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 제1 배터리 모듈(20-1)에 대한 모듈 밸런싱을 수행하지 않는다. 시점 T6과 시점 T7 사이에서, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 제1 RF 신호(602)에 응답하여, 제1 배터리 모듈(20-1)의 상태 정보를 검출한다. 이 경우, 시점 T7까지 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 9.1 kAh로 유지될 수 있다. 이후, 시점 T7과 시점 T9 사이에서, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 제1 배터리 모듈(20-1)의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호(612)를 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
시점 T6과 시점 T8 사이에서, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 제3 RF 신호(603)에 포함된 모듈 밸런싱 명령에 따라, 무선 밸런싱 시간(D2) 동안, 제2 배터리 모듈(20-2)의 전기 에너지를 이용하여, 제2 무선 채널을 통해 제4 RF 신호(622)를 송신한다. 이에 따라, 제4 RF 신호(622)의 송신 전보다 후에, 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 제1 타겟 잔존 용량 9.1 kAh에 가까워진다. 예컨대, 무선 밸런싱 시간(D2) 동안의 모듈 밸런싱에 의해, 3개의 배터리 셀(21-4~21-6) 각각의 셀 잔존 용량이 0.1kAh만큼씩 줄어든 3.2kAh, 3.0kAh, 2.9kAh가 되므로, 시점 T8에서의 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh과 동일해질 수 있다.
시점 T6과 시점 T8 사이 또는 시점 T8에서, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 제2 배터리 모듈(20-2)의 상태 정보를 검출할 수 있다. 시점 T6부터 시점 T8까지는 제2 배터리 모듈(20-2)에 포함된 배터리 셀(21-4~21-6)에 대한 셀 밸런싱이 진행되지 않는다. 즉, 시점 T6부터 시점 T8까지는 제2 슬레이브 BMS(100-2)의 유선 밸런싱부(140)의 모든 밸런싱 스위치(SW)가 턴 오프된다. 따라서, 제2 슬레이브 BMS(100-2)의 슬레이브 센싱부(130)는 제2 배터리 모듈(20-2)의 상태 정보를 검출할 수 있다.
시점 T8과 시점 T10 사이에서, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 제2 배터리 모듈(20-2)의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호(623)을 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
시점 T6과 시점 T11 사이에서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 제3 RF 신호(603)에 포함된 모듈 밸런싱 명령에 따라, 무선 밸런싱 시간(D3) 동안, 제3 배터리 모듈(20-3)의 전기 에너지를 이용하여, 제2 무선 채널을 통해 제4 RF 신호(632)를 송신한다. 이에 따라, 제4 RF 신호(632)의 송신 전보다 후에, 제3 배터리 모듈(20-3)의 모듈 잔존 용량은 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh에 가까워진다. 예컨대, 무선 밸런싱 시간(D3) 동안의 모듈 밸런싱에 의해, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 각각의 셀 잔존 용량이 도 5에서보다 0.2kAh만큼씩 줄어든 3.0kAh, 3.0kAh, 3.1kAh가 되므로, 시점 T11에서의 제3 배터리 모듈(20-3)의 모듈 잔존 용량은 제1 타겟 잔존 용량 9.1kAh과 동일해질 수 있다.
시점 T6과 시점 T11 사이 또는 시점 T11에서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 제3 배터리 모듈(20-3)의 상태 정보를 검출할 수 있다. 시점 T6부터 시점 T11까지는 제3 배터리 모듈(20-3)에 포함된 배터리 셀(21-7~21-9)에 대한 셀 밸런싱이 진행되지 않는다. 즉, 시점 T6부터 시점 T11까지는 제3 슬레이브 BMS(100-3)의 유선 밸런싱부(140)의 모든 밸런싱 스위치(SW)가 턴 오프된다. 따라서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)의 슬레이브 센싱부(130)는 제3 배터리 모듈(20-3)의 상태 정보를 검출할 수 있다.
시점 T11과 시점 T12 사이에서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 제3 배터리 모듈(20-3)의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호(633)을 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
한편, 제3 RF 신호(603)의 모듈 밸런싱 명령은, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)의 모듈 잔존 용량의 차이를 억제하기 위한 것이지만, 공통된 배터리 모듈(20)에 포함된 복수의 배터리 셀(21)의 셀 잔존 용량의 차이를 억제하기 위한 것은 아니다. 이는, 도 5 등과 같이, 같은 배터리 모듈(20) 내에서 서로 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(20) 중 어느 하나가 방전되면 나머지 각 배터리 셀도 동일한 정도로 방전되기 때문이다.
복수의 배터리 셀(21)의 셀 잔존 용량의 차이를 억제하기 위하여, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀(21)에 대한 유선 밸런싱 시간을 결정할 수 있다. 이때, 각 배터리 셀(21)에 대해 결정되는 유선 밸런싱 시간은, 각 배터리 셀(21)의 셀 잔존 용량과 각 배터리 셀(21)이 포함된 배터리 모듈(20)의 최초 셀 잔존 용량 사이의 차이에 기초하는 것일 수 있다.
예컨대, 배터리 셀(21-2)의 셀 잔존 용량 3.1kAh과 배터리 셀(21-2)이 포함된 제1 배터리 모듈(20-1)의 최소 셀 잔존 용량 3.0kAh의 차이 0.1kAh를 기초로, 배터리 셀(21-2)에 대한 유선 밸런싱 시간이 결정될 수 있다. 다른 예로, 배터리 셀(21-4)의 셀 잔존 용량 3.3kAh과 배터리 셀(21-4)이 포함된 제2 배터리 모듈(20-2)의 최소 셀 잔존 용량 3.0kAh의 차이 0.3kAh를 기초로, 배터리 셀(21-4)에 대한 유선 밸런싱 시간이 결정될 수 있다.
마스터 BMS(200)는 제3 RF 신호(603)에 셀 밸런싱 명령을 더 포함시킬 수 있다. 셀 밸런싱 명령은, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀(21)에 대한 유선 밸런싱 시간을 나타낼 수 있다.
제1 슬레이브 BMS(100-1)는, 제3 RF 신호(603)의 셀 밸런싱 명령에 따라, 유선 밸런싱부(140)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-1~21-3)에 대한 선택적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 시점 T9 이후부터, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 유선 밸런싱부(140)의 밸런싱 스위치(SW)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-1~21-3) 중 적어도 하나를 방전시킬 수 있다. 시점 T13은, 마스터 BMS(200)가 새로운 제2 RF 신호를 제1 무선 채널을 통해 송신하는 시점일 수 있다.
예컨대, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는, 배터리 셀(21-2)의 셀 잔존 용량이 0.1kAh만큼 낮아지도록, 배터리 셀(21-2)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키고, 나머지 배터리 셀(21-1, 21-3) 각각의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는 턴 오프시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀(21-2)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-2)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 이에 따라, 시점 T9 이후의 임의의 시점에서, 3개의 배터리 셀(21-1~21-3) 모두의 셀 잔존 용량이 3.0kAh로 동일해질 수 있다. 즉, 제1 배터리 모듈(20-1)의 모듈 잔존 용량은 9.0kAh이 될 수 있다.
제2 슬레이브 BMS(100-2)는, 제3 RF 신호(603)의 셀 밸런싱 명령에 따라, 유선 밸런싱부(140)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-4~21-6)에 대한 선택적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 시점 T10과 시점 T13 사이의 적어도 일부 시간 동안, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 유선 밸런싱부(140)의 밸런싱 스위치(SW)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-4~21-6) 중 적어도 하나를 방전시킬 수 있다. 예컨대, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는, 배터리 셀(21-4)의 셀 잔존 용량이 0.3kAh만큼 낮아지도록 배터리 셀(21-4)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키고, 배터리 셀(21-5)의 셀 잔존 용량이 0.1kAh만큼 낮아지도록 배터리 셀(21-5)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키며, 나머지 배터리 셀(21-6)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는 턴 오프시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀(21-4)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-4)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 또한, 배터리 셀(21-5)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-5)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 이에 따라, 시점 T10 이후의 임의의 시점에서, 3개의 배터리 셀(21-4~21-6) 모두의 셀 잔존 용량이 2.9kAh로 동일해질 수 있다. 즉, 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 8.7kAh이 될 수 있다.
제3 슬레이브 BMS(100-3)는, 제3 RF 신호(603)의 셀 밸런싱 명령에 따라, 유선 밸런싱부(140)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9)에 대한 선택적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 시점 T12와 시점 T13 사이의 적어도 일부 시간 동안, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 유선 밸런싱부(140)의 밸런싱 스위치(SW)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 중 적어도 하나를 방전시킬 수 있다. 예컨대, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는, 배터리 셀(21-8)의 셀 잔존 용량이 0.2kAh만큼 낮아지도록 배터리 셀(21-8)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키고, 배터리 셀(21-9)의 셀 잔존 용량이 0.3kAh만큼 낮아지도록 배터리 셀(21-9)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키며, 나머지 배터리 셀(21-7)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는 턴 오프시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀(21-8)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-8)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 또한, 배터리 셀(21-9)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-9)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 이에 따라, 시점 T12 이후의 임의의 시점에서는, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 모두의 셀 잔존 용량이 3.0kAh로 동일해질 수 있다. 즉, 제3 배터리 모듈(20-3)의 모듈 잔존 용량은 9.0kAh이 될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 시점 T13 후에는, 제1 및 제3 슬레이브 BMS(100-1, 100-3)가 마스터 BMS(200)로부터의 새로운 제3 RF 신호에 포함된 모듈 밸런싱 명령에 따라, 제1 및 제3 배터리 모듈(20-1, 20-3) 각각의 모듈 잔존 용량을 0.3kAh만큼 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 배터리 모듈(20-1~20-3) 모두의 모듈 잔존 용량이 8.7kAh로 동일하게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 배터리 관리 시스템(30)이 제2 밸런싱 룰에 따라 복수의 배터리 모듈을 밸런싱하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 7는, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간이 결정되기 전의 상태를 예시한다.
도 7를 참조하면, 도 6와는 달리, 제1 배터리 모듈(20-1)에 포함된 3개의 배터리 셀(21-1~21-3) 각각의 셀 잔존 용량은 3.0kAh, 3.1kAh, 3.0kAh이고, 제2 배터리 모듈(20-2)에 포함된 3개의 배터리 셀(21-4~21-6) 각각의 셀 잔존 용량은 3.2kAh, 3.0kAh, 2.9kAh이며, 제3 배터리 모듈(20-3)에 포함된 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 각각의 셀 잔존 용량은 3.1kAh, 3.2kAh, 3.1kAh이다. 따라서, 제1 배터리 모듈(20-1)의 모듈 잔존 용량은 9.1kAh, 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 9.1kAh, 제3 배터리 모듈(20-3)의 모듈 잔존 용량은 9.4kAh이다.
마스터 BMS(200)는, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)에 포함된 모든 배터리 셀(21-1~21-9) 중에서 어느 하나를 제2 타겟 잔존 용량으로 설정한다. 제2 밸런싱 룰에서, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)에 포함된 모든 배터리 셀(21-1~21-9) 중에서 가장 작은 것을 제2 타겟 잔존 용량으로 결정할 수 있다. 도 7에서는, 배터리 셀(21-6)의 셀 잔존 용량 2.9kAh가 제2 타겟 잔존 용량으로 설정된다.
또한, 마스터 BMS(200)는, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각의 최소 셀 잔존 용량을 결정한다. 도 6과 같은 상태에서는, 제1 배터리 모듈(20-1)의 최소 셀 잔존 용량은 배터리 셀(21-1) 또는 배터리 셀(21-3)의 셀 잔존 용량인 3.0kAh으로 결정되고, 제2 배터리 모듈(20-2)의 최소 셀 잔존 용량은 배터리 셀(21-6)의 셀 잔존 용량인 2.9kAh으로 결정되며, 제3 배터리 모듈(20-3)의 최소 셀 잔존 용량은 배터리 셀(21-7) 또는 배터리 셀(21-9)의 셀 잔존 용량인 3.1kAh으로 결정된다.
마스터 BMS(200)는, 제2 타겟 잔존 용량과 나머지 각 배터리 모듈(20)의 최소 셀 잔존 용량 각각의 차이를 기초로, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정할 수 있다.
상세하게는, 마스터 BMS(200)는, 제2 타겟 잔존 용량 2.9kAh과 제1 배터리 모듈(20-1)의 최소 셀 잔존 용량 3.0kAh 사이의 차이 0.1kAh를 기초로, 제1 배터리 모듈(20-1)에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다.
또한, 마스터 BMS(200)는, 제2 타겟 잔존 용량 2.9kAh과 제3 배터리 모듈(20-3)의 최소 셀 잔존 용량 3.1kAh 사이의 차이 0.2kAh를 기초로, 제3 배터리 모듈(20-3)에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다.
이때, 각 배터리 모듈(20)의 최소 셀 잔존 용량과 제2 타겟 잔존 용량 사이의 차이가 클수록, 각 배터리 모듈(20)에 대해 결정되는 무선 밸런싱 시간은 증가할 수 있다. 예컨대, 제1 배터리 모듈(20-1)에 대한 무선 밸런싱 시간은 차이 0.1kAh에 제1 배터리 모듈(20-1)에 포함된 배터리 셀(21)의 개수인 3을 곱한 0.3kAh에 대응하고, 제3 배터리 모듈(20-3)에 대한 무선 밸런싱 시간은, 차이 0.2kAh에 제3 배터리 모듈(20-3)에 포함된 배터리 셀(21)의 개수인 3을 곱한 0.6kAh에 대응할 수 있다.
따라서, 도 7과 같은 상태에서, 제3 배터리 모듈(20-3)에 대한 무선 밸런싱 시간(도 8의 'D13')은, 제1 배터리 모듈(20-1)에 대한 무선 밸런싱 시간(도 8의 'D11')보다 길다.
한편, 제2 타겟 잔존 용량 2.9kAh과 제2 배터리 모듈(20-1)의 최소 셀 잔존 용량 2.9kAh은 서로 동일하다. 이 경우, 마스터 BMS(200)는, 제2 배터리 모듈(20-1)에 대한 무선 밸런싱 시간을 기준 시간(예, 0초)과 동일하게 결정할 수 있다.
도 8은, 무선 배터리 관리 시스템(30)이 도 7에 도시된 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)을 밸런싱하는 동작을 설명하기 위한 타이밍 챠트이다.
도 8을 참조하면, 시점 T21과 T22 사이에서, 마스터 BMS(200)는 제1 RF 신호(701)를 제1 무선 채널을 통해 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3)에게 송신한다. 이때, 시점 T21 전에, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)의 최소 셀 잔존 용량 중, 가장 작은 것과 두번째로 작은 것 사이의 차이가 제2 임계값 미만일 수 있다. 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)의 최소 셀 잔존 용량 중, 가장 작은 것과 두번째로 작은 것 사이의 차이가 제2 임계값 미만인 경우, 모듈 밸런싱은 중단될 수 있다.
시점 T22와 시점 T23 사이에서, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각은 제1 RF 신호(701)에 응답하여, 자신이 설치된 배터리 모듈(20)의 상태 정보를 검출한다.
시점 T23과 시점 T24 사이에서, 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3) 각각은 자신이 설치된 배터리 모듈(20-1, 20-3, 20-3)로부터 검출된 상태 정보(도 7 참조)를 나타내는 제2 RF 신호(711, 721, 731)를 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
시점 T24와 시점 T25 사이에서, 마스터 BMS(200)는 제2 RF 신호(711, 721, 731)를 기초로, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정한다.
시점 T25와 시점 T26 사이에서, 마스터 BMS(200)는 제1 RF 신호(702) 및 제3 RF 신호(703)를 제1 무선 채널을 통해 복수의 슬레이브 BMS(100-1~100-3)에게 송신한다. 제3 RF 신호(703)는, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3) 각각에 대하여 결정된 무선 밸런싱 시간을 나타내는 모듈 밸런싱 명령을 포함한다.
시점 T26과 시점 T28 사이에서, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 제3 RF 신호(703)에 포함된 모듈 밸런싱 명령에 따라, 무선 밸런싱 시간(D11) 동안, 제1 배터리 모듈(20-1)의 전기 에너지를 이용하여, 제2 무선 채널을 통해 제4 RF 신호(712)를 송신한다. 이에 따라, 제4 RF 신호(712)의 송신 전보다 후에, 제1 배터리 모듈(20-1)의 최소 셀 잔존 용량은 제2 타겟 잔존 용량 2.9kAh에 가까워진다. 예컨대, 무선 밸런싱 시간(D11) 동안의 모듈 밸런싱에 의해, 3개의 배터리 셀(21-1~21-3) 각각의 셀 잔존 용량이 0.1kAh만큼씩 줄어든 2.9kAh, 3.0kAh, 2.9kAh가 되므로, 시점 T28에서의 제1 배터리 모듈(20-1)의 최소 셀 잔존 용량은 제2 타겟 잔존 용량 2.9kAh과 동일해질 수 있다.
시점 T26과 시점 T28 사이 또는 시점 T28에서, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 제1 배터리 모듈(20-1)의 상태 정보를 검출할 수 있다. 시점 T26부터 시점 T28까지는 제1 배터리 모듈(20-1)에 포함된 배터리 셀(21-1~21-3)에 대한 셀 밸런싱이 진행되지 않는다. 즉, 시점 T26부터 시점 T28까지는 제1 슬레이브 BMS(100-1)의 유선 밸런싱부(140)의 모든 밸런싱 스위치(SW)가 턴 오프된다. 따라서, 제1 슬레이브 BMS(100-1)의 슬레이브 센싱부(130)는 제1 배터리 모듈(20-1)의 상태 정보를 검출할 수 있다.
시점 T28과 시점 T30 사이에서, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 제1 배터리 모듈(20-1)의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호(713)을 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
전술한바와 같이, 제2 배터리 모듈(20-2)에 대한 무선 밸런싱 시간은 0초일 수 있다. 따라서, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 제2 배터리 모듈(20-2)에 대한 모듈 밸런싱을 수행하지 않는다. 시점 T26과 시점 T27 사이에서, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 제1 RF 신호(702)에 응답하여, 제2 배터리 모듈(20-2)의 상태 정보를 검출한다. 이 경우, 시점 T27까지 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 9.1kAh로 유지될 수 있다. 이후, 시점 T27과 시점 T29 사이에서, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 제2 배터리 모듈(20-2)의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호(722)를 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
시점 T26과 시점 T31 사이에서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 제3 RF 신호(703)에 포함된 모듈 밸런싱 명령에 따라, 무선 밸런싱 시간(D13) 동안, 제3 배터리 모듈(20-3)의 전기 에너지를 이용하여, 제2 무선 채널을 통해 제4 RF 신호(732)를 송신한다. 이에 따라, 제4 RF 신호(732)의 송신 전보다 후에, 제3 배터리 모듈(20-3)의 최소 셀 잔존 용량은 제2 타겟 잔존 용량 2.9kAh에 가까워진다. 예컨대, 무선 밸런싱 시간(D13) 동안의 모듈 밸런싱에 의해, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 각각의 셀 잔존 용량이 도 7에서보다 0.2kAh만큼씩 줄어든 2.9kAh, 3.0kAh, 2.9kAh가 되므로, 시점 T31에서의 제3 배터리 모듈(20-3)의 최소 셀 잔존 용량은 제2 타겟 잔존 용량 2.9kAh과 동일해질 수 있다.
시점 T26과 시점 T31 사이 또는 시점 T31에서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 제3 배터리 모듈(20-3)의 상태 정보를 검출할 수 있다. 시점 T26부터 시점 T31까지는 제3 배터리 모듈(20-3)에 포함된 배터리 셀(21-7~21-9)에 대한 셀 밸런싱이 진행되지 않는다. 즉, 시점 T26부터 시점 T31까지는 제3 슬레이브 BMS(100-3)의 유선 밸런싱부(140)의 모든 밸런싱 스위치(SW)가 턴 오프된다. 따라서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)의 슬레이브 센싱부(130)는 제3 배터리 모듈(20-3)의 상태 정보를 검출할 수 있다.
시점 T31과 시점 T32 사이에서, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 제3 배터리 모듈(20-3)의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호(733)을 제1 무선 채널을 통해 마스터 BMS(200)에게 송신한다.
한편, 제3 RF 신호(703)의 모듈 밸런싱 명령은, 복수의 배터리 모듈(20-1~20-3)의 최소 셀 잔존 용량을 서로 일치시키기 위한 것이지만, 공통된 배터리 모듈(20)에 포함된 복수의 배터리 셀(21)의 셀 잔존 용량의 차이를 억제하기 위한 것은 아니다. 이는, 도 7 등과 같이, 같은 배터리 모듈(20) 내에서 서로 직렬 연결된 복수의 배터리 셀(20) 중 어느 하나가 방전되면 나머지 각 배터리 셀도 동일한 정도로 방전되기 때문이다.
각 배터리 모듈(20)마다 그에 포함된 복수의 배터리 셀(21)의 셀 잔존 용량의 차이를 억제하기 위하여, 마스터 BMS(200)는 제3 RF 신호(703)에 셀 밸런싱 명령을 더 포함시킬 수 있다.
제1 슬레이브 BMS(100-1)는, 제3 RF 신호(703)의 셀 밸런싱 명령에 따라, 유선 밸런싱부(140)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-1~21-3)에 대한 선택적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 시점 T30과 시점 T33 사이의 적어도 일부 시간 동안, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는 유선 밸런싱부(140)의 밸런싱 스위치(SW)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-1~21-3) 중 적어도 하나를 방전시킬 수 있다. 시점 T33은, 마스터 BMS(200)가 새로운 제2 RF 신호를 제1 무선 채널을 통해 송신하는 시점일 수 있다.
예컨대, 제1 슬레이브 BMS(100-1)는, 배터리 셀(21-2)의 셀 잔존 용량이 0.1kAh만큼 낮아지도록, 배터리 셀(21-2)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키고, 나머지 배터리 셀(21-1, 21-3) 각각의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는 턴 오프시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀(21-2)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-2)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 이에 따라, 시점 T30 이후의 임의의 시점에서, 3개의 배터리 셀(21-1~21-3) 모두의 셀 잔존 용량이 2.9kAh로 동일해질 수 있다. 즉, 제1 배터리 모듈(20-1)의 모듈 잔존 용량은 8.7kAh이 될 수 있다.
제2 슬레이브 BMS(100-2)는, 제3 RF 신호(703)의 셀 밸런싱 명령에 따라, 유선 밸런싱부(140)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-4~21-6)에 대한 선택적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 시점 T29와 시점 T33 사이의 적어도 일부 시간 동안, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는 유선 밸런싱부(140)의 밸런싱 스위치(SW)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-4~21-6) 중 적어도 하나를 방전시킬 수 있다.
예컨대, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는, 배터리 셀(21-4)의 셀 잔존 용량이 0.3kAh만큼 낮아지도록 배터리 셀(21-4)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키고, 배터리 셀(21-5)의 셀 잔존 용량이 0.1kAh만큼 낮아지도록 배터리 셀(21-5)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키며, 나머지 배터리 셀(21-6)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는 턴 오프시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀(21-4)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-4)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 또한, 배터리 셀(21-5)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-5)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 이에 따라, 시점 T29 이후의 임의의 시점에서, 3개의 배터리 셀(21-4~21-6) 모두의 셀 잔존 용량이 2.9kAh로 동일해질 수 있다. 즉, 제2 배터리 모듈(20-2)의 모듈 잔존 용량은 8.7kAh이 될 수 있다.
제3 슬레이브 BMS(100-3)는, 제3 RF 신호(703)의 셀 밸런싱 명령에 따라, 유선 밸런싱부(140)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9)에 대한 선택적인 셀 밸런싱을 수행할 수 있다. 시점 T32와 시점 T33 사이의 적어도 일부 시간 동안, 제3 슬레이브 BMS(100-3)는 유선 밸런싱부(140)의 밸런싱 스위치(SW)를 제어하여, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 중 적어도 하나를 방전시킬 수 있다.
예컨대, 제2 슬레이브 BMS(100-2)는, 배터리 셀(21-8)의 셀 잔존 용량이 0.2kAh만큼 낮아지도록 배터리 셀(21-8)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)를 턴 온시키고, 나머지 배터리 셀(21-7, 21-9) 각각의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는 턴 오프시킬 수 있다. 이때, 배터리 셀(21-8)의 양 단 사이에 접속된 밸런싱 스위치(SW)는, 배터리 셀(21-8)에 대하여 결정된 유선 밸런싱 시간 동안 턴 온될 수 있다. 이에 따라, 시점 T32 이후의 임의의 시점에서는, 3개의 배터리 셀(21-7~21-9) 모두의 셀 잔존 용량이 2.9kAh로 동일해질 수 있다. 즉, 제3 배터리 모듈(20-3)의 모듈 잔존 용량은 8.7kAh이 될 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 8을 참조하여 셀 밸런싱 동작보다 모듈 밸런싱 동작을 먼저 진행하는 실시예들을 기준으로 설명하였으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 무선 배터리 관리 시스템(30)은, 셀 밸런싱 동작을 먼저 진행한 다음 모듈 밸런싱을 진행할 수 있다.
예를 들어, 도 7과 같은 상태에서, 셀 밸런싱 동작이 먼저 진행되면, 제1 배터리 모듈(20-1)의 모든 배터리 셀(21-1~21-3)의 잔존 용량은 3.0kAh가 되고, 제2 배터리 모듈(20-2)의 모든 배터리 셀(21-4~21-6)의 잔존 용량은 2.9kAh가 되며, 제3 배터리 모듈(20-3)의 모든 배터리 셀(21-7~21-9)의 잔존 용량은 3.1kAh가 된다. 셀 밸런싱 동작은, 각 배터리 모듈(20)의 최소 셀 잔존 용량으로 나머지 모든 배터리 셀(21)을 밸런싱하기 때문이다. 다음, 모듈 밸런싱 동작이 진행되면, 제1 배터리 모듈(20-1)의 모든 배터리 셀(21-1~21-3)의 잔존 용량이 0.1kAh씩 감소하고, 제3 배터리 모듈(20-3)의 모든 배터리 셀(21-7~21-9)의 잔존 용량이 0.2kAh씩 감소한다. 이에 따라, 모든 배터리 모듈(20-1~20-3) 사이의 모듈 잔존 용량의 차이는 물론 모든 배터리 셀(21-1~21-9) 사이의 셀 잔존 용량의 차이가 제거될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리팩
20: 배터리 모듈
30: 무선 배터리 관리 시스템
100: 슬레이브 BMS
110: 슬레이브 메모리
120: 슬레이브 통신부
130: 슬레이브 센싱부
140: 유선 밸런싱부
150: 슬레이브 전원 공급부
160: 슬레이브 제어부
200: 마스터 BMS
210: 마스터 메모리
220: 마스터 통신부
240: 마스터 제어부

Claims (9)

  1. 무선 배터리 관리 시스템에 있어서,
    상태 검출 명령을 포함하는 제1 RF 신호를 제1 무선 채널을 통해 송신하도록 구성된 마스터 BMS; 및
    복수의 배터리 모듈에 일대일로 설치되는 것으로서, 상기 제1 RF 신호에 응답하여, 자신이 설치된 배터리 모듈의 상태 정보를 검출하고, 상기 배터리 모듈의 상태 정보를 나타내는 제2 RF 신호를 상기 제1 무선 채널을 통해 송신하도록 구성된 복수의 슬레이브 BMS;를 포함하고,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제2 RF 신호를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 무선 밸런싱 시간을 결정하고,
    상기 무선 밸런싱 시간을 나타내는 모듈 밸런싱 명령을 포함하는 제3 RF 신호를 상기 제1 무선 채널을 통해 상기 복수의 슬레이브 BMS에게 송신하며,
    상기 복수의 슬레이브 BMS 각각은,
    상기 제3 RF 신호에 포함된 상기 모듈 밸런싱 명령에 따라, 상기 무선 밸런싱 시간 동안, 자신이 설치된 배터리 모듈의 잔존 용량을 감소시키기 위해, 자신이 설치된 배터리 모듈의 전기 에너지를 이용하여 생성되는 제4 RF 신호를 제2 무선 채널을 통해 송신하되,
    상기 제1 무선 채널은, 미리 정해진 제1 주파수 대역을 가지는 통신용 무선 채널이고,
    상기 제2 무선 채널은, 상기 제1 주파수 대역과는 분리된 미리 정해진 제2 주파수 대역을 가지는 비통신용 무선 채널인 무선 배터리 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제2 RF 신호를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 저장된 모듈 잔존 용량을 연산하고,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 모듈 잔존 용량을 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정하는 무선 배터리 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 어느 하나의 모듈 잔존 용량을 제1 타겟 잔존 용량으로 설정하고,
    상기 제1 타겟 잔존 용량과 나머지 모듈 잔존 용량 각각의 차이를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정하는 무선 배터리 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 상태 정보는,
    상기 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 상태 정보를 포함하고,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 제2 RF 신호를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 각 배터리 셀의 셀 잔존 용량을 연산하고,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 각 배터리 셀의 셀 잔존 용량을 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정하는 무선 배터리 관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 복수의 배터리 모듈에 포함된 모든 배터리 셀의 셀 잔존 용량 중에서 가장 작은 것을 제2 타겟 잔존 용량으로 결정하고,
    상기 제2 타겟 잔존 용량과 나머지 각 배터리 모듈의 최소 셀 잔존 용량 각각의 차이를 더 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 대한 상기 무선 밸런싱 시간을 결정하는 무선 배터리 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 최소 셀 잔존 용량과 나머지 각 셀 잔존 용량 사이의 차이를 기초로, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 포함된 각 배터리 셀에 대한 유선 밸런싱 시간을 결정하고,
    상기 제3 RF 신호는,
    상기 유선 밸런싱 시간을 나타내는 셀 밸런싱 명령을 더 포함하는 무선 배터리 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 슬레이브 BMS 각각은,
    자신이 설치된 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 양 단 사이에 전기적으로 접속된 유선 밸런싱부;를 포함하고,
    상기 제3 RF 신호에 포함된 상기 셀 밸런싱 명령에 따라, 상기 유선 밸런싱 회로를 제어하여, 자신이 설치된 배터리 모듈에 포함된 각 배터리 셀의 셀 잔존 용량을 밸런싱하는 무선 배터리 관리 시스템.
  9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 무선 배터리 관리 시스템; 및
    상기 복수의 배터리 모듈;을 포함하는 배터리팩.
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