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KR101416799B1 - Battery management system for integrating master unit and slave unit of - Google Patents

Battery management system for integrating master unit and slave unit of Download PDF

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KR101416799B1
KR101416799B1 KR1020120135408A KR20120135408A KR101416799B1 KR 101416799 B1 KR101416799 B1 KR 101416799B1 KR 1020120135408 A KR1020120135408 A KR 1020120135408A KR 20120135408 A KR20120135408 A KR 20120135408A KR 101416799 B1 KR101416799 B1 KR 101416799B1
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cell balancing
cell
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battery
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도완석
조한준
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에스케이씨앤씨 주식회사
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Abstract

마스터부와 슬레이브부를 단일 보드화한 배터리 관리 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 보드화한 배터리 관리 시스템은 배터리 셀 각각의 밸런싱을 수행하고, 일정 규칙성을 가지는 어레이 형태로 배치되는 셀 밸런싱 회로들을 포함하며, 상기 셀 밸런싱 회로 각각은 인접하는 적어도 하나 이상의 셀 밸런싱 회로와의 간격을 고려하여 운용되고, 상기 셀 밸런싱 회로 각각은 상기 인접하는 적어도 하나 이상의 셀 밸런싱 회로와의 셀 밸런싱 시점이 상이하게 운용되며, 일정 간격 이상 배치된 셀 밸런싱 회로와의 셀 밸런싱 시점이 동일하게 운용됨으로써, 마스터부와 슬레이브부를 단일 보드화시키고, 크기를 축소하여 원가를 절감하며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.A battery management system in which a master part and a slave part are mono-boarded is disclosed. A single boarded battery management system according to an embodiment of the present invention includes cell balancing circuits arranged in an array having a predetermined regularity to perform balancing of each battery cell, Wherein each of the cell balancing circuits is operated in consideration of a gap with one or more cell balancing circuits and each of the cell balancing circuits is operated at a different cell balancing timing with respect to the adjacent at least one cell balancing circuit, By using the same cell balancing timing, it is possible to make the master part and the slave part single board, reduce the size, reduce the cost, and improve the reliability.

Figure R1020120135408
Figure R1020120135408

Description

마스터부와 슬레이브부를 단일 보드화한 배터리 관리 시스템 {Battery management system for integrating master unit and slave unit of }[0001] The present invention relates to a battery management system for integrating a master unit and a slave unit,

본 발명은 단일 보드화한 배터리 관리 시스템(BMS) 에 대한 것으로, 상세하게는 배터리 셀 각각의 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱 회로들의 배치를 최적화시키고 이를 통해 배터리 관리 시스템에서 마스터 기능을 수행하는 마스터부와 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이부를 단일 보드화시킬 수 있는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a single boarded battery management system (BMS), and more particularly, to a system and method for optimizing the placement of cell balancing circuits that perform balancing of each battery cell, The present invention relates to a single-board battery management system capable of single-boarding a slave unit performing a function.

하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)는 내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용한다.A hybrid electric vehicle (HEV) uses a motor using an engine of an internal combustion engine and a battery as a power source.

최근 하이브리드 전기자동차용 배터리로는 리튬 배터리가 주로 사용되고 있는 실정인 바, 이 리튬 배터리는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온(Li-ion) 배터리와 고체 성분인 폴리머 전해질을 사용하는 리튬폴리머(Li-Polymer) 배터리가 있다.Recently, a lithium battery is mainly used as a hybrid electric vehicle battery. The lithium battery includes a lithium-ion battery using a liquid electrolyte and a lithium polymer using a solid polymer electrolyte (Li-Polymer ) There is a battery.

하이브리드 전기자동차에 있어서는 배터리의 필요 용량에 따라 셀(Cell)을 50~100개 정도를 직렬 연결하여 하나의 팩(Pack) 형태로 차량에 장착하게 된다.
In a hybrid electric vehicle, about 50 to 100 cells are connected in series according to the required capacity of the battery, and the hybrid vehicle is mounted on the vehicle in the form of a single pack.

일반적으로 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)은 마스터 가능을 수행하는 마스터부와 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이부로 구성되는데, 종래 배터리 관리 시스템의 마스터부와 슬레이브부는 부품 수 등으로 인하여 각각의 보드에 제작되었으며, 이론 인해 품질적, 원가적 그리고 크기적으로 제약이 많은 문제점이 있었다.
Generally, a battery management system (BMS) for managing a battery is composed of a master unit that performs a master function and a slice unit that performs a slave function. In the conventional master and slave units of the battery management system, It has been produced on each board, and there have been many problems in terms of quality, cost, and size.

따라서, 마스터부와 슬레이브부를 단일 보드에 통합할 수 있는 방법의 필요성이 대두된다.Therefore, a need arises for a method capable of integrating the master part and the slave part on a single board.

한국공개특허 제10-2009-0082717호 (공개일 2009.07.31)Korean Patent Publication No. 10-2009-0082717 (published on July 31, 2009)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 셀 밸런싱을 수행하는 복수의 셀 밸런싱 회로들을 일정 규칙성을 가지는 어레이 형태로 배치함으로써, 셀 밸런싱 회로들의 배치를 최적화시키고 이를 통해 마스터 기능을 수행하는 마스터부와 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이브부를 단일 보드화시킬 수 있는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a cell balancing apparatus and a cell balancing method in which a plurality of cell balancing circuits for performing cell balancing are arranged in an array having a predetermined regularity, And a slave unit that performs a slave function can be formed into a single board.

또한, 본 발명은 셀 밸런싱 회로들 각각의 인접 간격을 고려하여 셀 밸런싱 회로들 각각에서 셀 밸런싱을 수행함으로써, 셀 밸런싱 회로들의 최적화 배치를 통해 발생될 수 있는 간섭(interference)나 열에 의한 문제를 해결할 수 있는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention also solves the problem of interference or heat that can be generated through optimization placement of cell balancing circuits by performing cell balancing in each of the cell balancing circuits in consideration of the adjacent spacing of each of the cell balancing circuits The battery management system according to claim 1,

또한, 본 발명은 마스터부와 슬레이브부를 단일 보드화시킴으로써, 크기를 축소하고 원가를 절감하며 신뢰성을 향상시킬 수 있는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a single board-shaped battery management system capable of reducing the size, cost, and reliability by monoblocizing the master part and the slave part.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 보드화한 배터리 관리 시스템은 배터리 관리 시스템의 마스터 기능을 수행하는 마스터부와 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이브부가 단일화된 통합 보드 상에 배치되고, 상기 슬레이브부는 배터리 셀 각각의 밸런싱을 수행하고, 일정 규칙성을 가지는 어레이 형태로 배치되는 셀 밸런싱 회로들을 포함하며, 상기 셀 밸런싱 회로 각각은 인접하는 적어도 하나 이상의 셀 밸런싱 회로와의 간격을 고려하여 운용된다.In order to achieve the above object, a single boarded battery management system according to an embodiment of the present invention includes a master unit performing a master function of a battery management system and a slave unit performing a slave function, The slave unit includes cell balancing circuits arranged to perform balancing of each of the battery cells and arranged in an array having a predetermined regularity. Each of the cell balancing circuits considers an interval between adjacent cell balancing circuits .

상기 셀 밸런싱 회로를 구성하는 구성 요소들은 상기 구성 요소들의 형상을 고려하여 3차원적으로 배치될 수 있다.The components constituting the cell balancing circuit can be arranged three-dimensionally in consideration of the shape of the components.

상기 셀 밸런싱 회로들은 그리드 형태로 배치될 수 있다.The cell balancing circuits may be arranged in a grid form.

상기 셀 밸런싱 회로들은 상기 통합 보드의 제1 면과 제2 면에 교번하여 배치될 수 있다.The cell balancing circuits may be alternately disposed on the first and second surfaces of the integrated board.

상기 셀 밸런싱 회로들은 제1 방향으로 제1 개수가 제2 방향으로 반복적으로 배치되고, 상기 제2 방향의 홀수 번째와 짝수 번째에 위치한 상기 제1 개수의 셀 밸런싱 회로들이 상기 제1 면과 상기 제2 면에 교번하여 배치될 수 있다.Wherein the cell balancing circuits are arranged such that a first number in the first direction is repeatedly arranged in the second direction and the first number of cell balancing circuits located in the odd and even numbers in the second direction are arranged in the first direction and in the second direction, They can be alternately arranged on two sides.

나아가, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 셀의 데이터를 센싱하고, 상기 셀 밸런싱 회로들의 배치 구조에 대응되게 배치되는 셀 센싱부를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the battery management system according to the present invention may further include a cell sensing unit for sensing data of the battery cell and arranged corresponding to the arrangement structure of the cell balancing circuits.

상기 셀 밸런싱 회로 각각은 상기 인접하는 적어도 하나 이상의 셀 밸런싱 회로와의 셀 밸런싱 시점이 상이하게 운용될 수 있다.Each of the cell balancing circuits may be operated at a different cell balancing timing from the adjacent at least one cell balancing circuit.

상기 셀 밸런싱 회로 각각은 일정 간격 이상 이격되어 배치된 셀 밸런싱 회로와의 셀 밸런싱 시점이 동일하게 운용될 수 있다.Each of the cell balancing circuits may be operated at the same cell balancing time point as the cell balancing circuit disposed at a predetermined interval or more apart.

본 발명에 따르면, 셀 밸런싱을 수행하는 복수의 셀 밸런싱 회로들을 일정 규칙성을 가지는 어레이 형태로 배치하여 셀 밸런싱 회로들의 배치를 최적화시킴으로써, 마스터 기능을 수행하는 마스터부와 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이브부를 단일 보드화시킬 수 있으며, 이를 통해 크기를 축소하고 원가를 절감하며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a plurality of cell balancing circuits for performing cell balancing are arranged in an array having a predetermined regularity to optimize the arrangement of the cell balancing circuits, whereby a master unit performing a master function and a slave unit performing a slave function It can be single-boarded, which reduces size, reduces cost and improves reliability.

또한, 본 발명은 셀 밸런싱 회로들 각각의 인접 간격을 고려하여 셀 밸런싱 회로들 각각에서의 셀 밸런싱 시점을 상이하게 조절함으로써, 셀 밸런싱 회로들의 최적화 배치를 통해 발생될 수 있는 간섭(interference)나 열에 의한 문제를 해결할 수 있고, 이를 통해 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention also relates to a method and apparatus for adjusting the cell balancing timing in each of the cell balancing circuits in consideration of the adjacent intervals of each of the cell balancing circuits, Can be solved, thereby improving the reliability.

도 1은 종래 배터리 관리 시스템에서의 마스터 보드에 탑재된 구성과 슬레이브 보드에 탑재된 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터부와 슬레이브부를 단일 보드화한 배터리 관리 시스템을 나타낸 것이다.
도 3은 통합 보드 상에서 셀 센싱부와 셀 밸런싱부를 구성하는 회로들의 배치 구조에 대한 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 4는 통합 보드 상에서 셀 센싱부와 셀 밸런싱부를 구성하는 회로들의 배치 구조에 대한 다른 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 그리드 형태로 배치된 셀 밸런싱 회로들의 셀 밸런싱 운용 방법에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 그리드 형태로 배치된 셀 밸런싱 회로들의 셀 밸런싱 운용 방법에 대한 다른 일 예시도를 나타낸 것이다.1 shows a configuration mounted on a master board and a configuration mounted on a slave board in a conventional battery management system.
FIG. 2 illustrates a battery management system in which a master unit and a slave unit are mono-boarded according to an embodiment of the present invention.
3 shows an embodiment of a layout structure of circuits constituting a cell sensing unit and a cell balancing unit on an integrated board.
4 shows another embodiment of a layout structure of circuits constituting the cell sensing unit and the cell balancing unit on the integrated board.
FIG. 5 shows an example of a cell balancing operation method of cell balancing circuits arranged in a grid form.
FIG. 6 shows another example of a cell balancing operation method of cell balancing circuits arranged in a grid form.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprising" or " comprising " is intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, , But do not preclude the presence or addition of one or more other features, elements, components, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터부와 슬레이브부를 단일 보드화한 배터리 관리 시스템을 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a battery management system in which a master unit and a slave unit are mono-boarded according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.

도 1은 종래 배터리 관리 시스템에서의 마스터 보드에 탑재된 구성과 슬레이브 보드에 탑재된 구성을 나타낸 것이다.1 shows a configuration mounted on a master board and a configuration mounted on a slave board in a conventional battery management system.

도 1에 도시된 바와 같이, 마스터 보드(100)에 탑재되어 마스터 기능을 수행하는 마스터부는 마스터 기능과 관련된 데이터를 저장하는 저장부(110), 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC부(120), 배터리의 충방전 전류를 센싱하는 전류 센싱부(130), MCU를 포함하여 마스터부를 제어하는 마스터 제어부(140), 배터리 팩 전체 전압을 센싱하는 팩전압 센싱부(150), 절연 저항의 파괴여부를 검사하는 GFD(Ground Fault Detection)부(160), 팬(fan)을 제어하여 온도를 제어하고 과충전, 과방전, 과전류 방지 및 온도 보호를 위해 충전 또는 방전 시 릴레이(relay)를 제어하는 온도 및 릴레이 제어부(180), 마스터부를 구성하는 구성 요소에 전원을 제공하는 전원부(190), 및 산업용으로 주로 사용되는 RS-422/485 통신과 CAN(controller area network) 통신을 수행하는 CAN 통신부(170)를 포함한다.1, the master unit mounted on the master board 100 and performing a master function includes a storage unit 110 for storing data related to a master function, an ADC unit 120 for converting analog data into digital data, A current sensing unit 130 for sensing a charging / discharging current of the battery, a master control unit 140 for controlling the master unit including the MCU, a pack voltage sensing unit 150 for sensing the overall voltage of the battery pack, A GFD (Ground Fault Detection) unit 160 for controlling a temperature by controlling a fan and controlling a relay when charging or discharging for overcharging, over discharging, overcurrent prevention, and temperature protection; A power supply unit 190 for supplying power to the components constituting the master unit, and a CAN communication unit 170 for performing RS-422/485 communication and controller area network (CAN) communication, A foil The.

슬레이브 보드(200)에 탑재되어 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이브부는 슬레이브부를 구성하는 구성 요소에 전원을 제공하는 전원부(210), MCU를 포함하여 슬레이브부를 제어하는 슬레이브 제어부(220), 아날로그신호와 디지털 신호를 절연(isolation)하는 절연부(230), 배터리 셀 전압을 측정하는 셀 센싱부(250), 배터리 셀 각각에 대한 셀 간 전압차이를 줄이는 셀 밸런싱을 수행하는 셀 밸런싱부(260), 및 산업용으로 주로 사용되는 RS-422/485 통신과 CAN(controller area network) 통신을 수행하는 CAN 통신부(240)를 포함한다.A slave unit mounted on the slave board 200 and performing a slave function includes a power supply unit 210 for supplying power to the components constituting the slave unit, a slave control unit 220 for controlling the slave unit including the MCU, A cell balancing unit 260 for performing cell balancing to reduce the cell-to-cell voltage difference for each of the battery cells, and an industrial cell And a CAN communication unit 240 for performing RS-422/485 communication and controller area network (CAN) communication,

물론, 마스터부와 슬레이브부를 구성하는 구성 요소가 상기 구성들로 한정되는 것은 아니며, 마스터 기능과 슬레이브 기능을 수행하기 위한 모든 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 마스터부는 고전압이 연결되는 것을 감지하는 HVIL(High Voltage Interlock)부를 더 포함할 수 있다.
Of course, the components constituting the master part and the slave part are not limited to the above-described configurations, and may include all the components for performing the master function and the slave function. For example, the master unit may further include an HVIL (High Voltage Interlock) unit for detecting that a high voltage is connected.

이와 같이, 종래 배터리 관리 시스템에서의 마스터 기능과 슬레이브 기능은 마스터 보드와 슬레이브 보드의 각 보드에 제작되기 때문에 원가가 올라가는 문제와 크기가 커지는 문제가 있었다.
As described above, since the master function and the slave function in the conventional battery management system are manufactured on each board of the master board and the slave board, there is a problem that the cost increases and the size increases.

본 발명은 이런 문제들을 해결하기 위한 것으로, 마스터 기능과 슬레이브 기능을 하나의 단일화하기 위한 통합 보트 구조에 대한 것으로, 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
The present invention solves these problems and relates to an integrated boat structure for unifying a master function and a slave function, which will be described with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터부와 슬레이브부를 단일 보드화한 배터리 관리 시스템을 나타낸 것이다.FIG. 2 illustrates a battery management system in which a master unit and a slave unit are mono-boarded according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 통합 보드 구조(300)는 통합 보드의 좌측에 팩 전압 센싱, 전류 센싱 및 배터리 잔량 계산, 타 시스템과의 통신을 통한 데이터 전송 등의 마스터 기능을 수행하는 마스터부를 형성하고, 통합 보드의 우측에 배터리의 셀 전압 센싱, 온도 센싱 및 셀 밸런싱 등의 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이브부를 주로 형상한다.Referring to FIG. 2, the integrated board structure 300 according to the present invention includes a master (not shown) for performing master functions such as pack voltage sensing, current sensing, battery remaining amount calculation, data transmission through communication with other systems, And a slave unit that performs a slave function such as cell voltage sensing, temperature sensing, and cell balancing of the battery is formed on the right side of the integrated board.

여기서, 슬레이브부는 80 셀까지 직렬 연결된 배터리에 대한 데이터를 센싱할 수 있다.Here, the slave unit can sense data for a battery connected in series up to 80 cells.

이런 본 발명의 통합 보드 구조에 대해 상세히 설명하면, 통합 보드의 좌측에는 저장부(310), 제어부(320), ADC부(330), 팩전압 센싱부(340), GFD부(350), 전류 센싱부(360), CAN 통신부(370), 온도 및 릴레이 제어부(380), 전원부(390)가 형성되고, 통합 보드의 우측에는 절연부(410), 셀 센싱부(420), 셀 밸런싱부(430)가 형성된다.A controller 320, an ADC unit 330, a pack voltage sensing unit 340, a GFD unit 350, a current sensor 340, and a current sensor 340. The storage unit 310, the controller 320, A sensing unit 360, a CAN communication unit 370, a temperature and relay control unit 380 and a power supply unit 390. The right side of the integrated board includes an insulation unit 410, a cell sensing unit 420, a cell balancing unit 430 are formed.

통합 보드의 좌측에 형성된 구성들은 마스터 기능을 수행하는 마스터부의 기능이 주를 이루고, 제어부(320)와 전원부(390)만이 마스터 기능과 슬레이브 기능을 동시에 수행한다. 즉, 제어부(320)는 마스터 제어부(M-MCU)와 슬레이브 제어부(S-MCU)를 통합하여 형성하고, 전원부(390)는 마스터부를 구성하는 구성 요소들과 슬레이브부를 구성하는 구성 요소들에 전원을 함께 공급해주는 역할을 수행한다.The configurations formed on the left side of the integrated board are mainly composed of a master unit performing a master function, and only the controller 320 and the power unit 390 perform a master function and a slave function at the same time. That is, the control unit 320 integrates the master control unit (M-MCU) and the slave control unit (S-MCU), and the power supply unit 390 supplies power to the components constituting the master unit and the slave unit As well.

저장부(310)는 마스터 기능 및 슬레이브 기능 등의 배터리 관리와 관련된 모든 데이터를 저장하며, 메모리를 포함할 수 있다.The storage unit 310 stores all data related to battery management such as a master function and a slave function, and may include a memory.

제어부(320)는 마스터 기능을 제어하는 제1 제어부(M-MCU)와 슬레이브 기능을 제어하는 제2 제어부(S-MCU)를 포함하며, 각 제어부의 제어를 통해 마스터 기능과 슬레이브 기능을 제어한다.The control unit 320 includes a first control unit (M-MCU) for controlling the master function and a second control unit (S-MCU) for controlling the slave function, and controls the master function and the slave function through the control of each control unit .

ADC부(330)는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고, 팩전압 센싱부(340)는 배터리 팩 전체 전압을 센싱하며, GFD부(350)는 절연 저항의 파괴여부를 검사한다.The ADC unit 330 converts the analog data into digital data, the pack voltage sensing unit 340 senses the entire battery pack voltage, and the GFD unit 350 checks whether the insulation resistance is destroyed.

전류 센싱부(360)는 배터리의 충방전 전류를 센싱하고, CAN 통신부(370)는 마스터부와 슬레이브부 간의 통신, 외부 기기와의 통신을 수행하는 구성으로 산업용으로 주로 사용되는 RS-422/485 통신과 CAN(controller area network) 통신을 수행한다. 온도 및 릴레이 제어부(380)는 상술한 바와 같이, 팬(fan)을 제어하여 온도를 제어하고 과충전, 과방전, 과전류 방지 및 온도 보호를 위해 충전 또는 방전 시 릴레이(relay)를 제어한다.The current sensing unit 360 senses the charging / discharging current of the battery. The CAN communication unit 370 communicates with the master unit and the slave unit and communicates with external devices. The RS-422/485 Communication and controller area network (CAN) communication. The temperature and relay control unit 380 controls the temperature by controlling the fan and controls the relay during charging or discharging for overcharging, overdischarging, overcurrent prevention, and temperature protection, as described above.

본 발명의 특징은 통합 보드의 우측에 구성된 슬레이브부의 구성으로, 셀 센싱부(430)를 구성하는 회로들(셀 센싱 회로들)과 셀 밸런싱부(430)를 구성하는 복수의 회로들(셀 밸런싱 회로들)(431)이 일정 규칙성을 가지는 어레이 형태로 배치되며, 어레이 형태로 배치된 셀 밸런싱 회로들(431) 각각은 인접하는 셀 밸런싱 회로와의 간격 또는 거리를 고려하여 셀 밸런싱을 수행한다.A feature of the present invention resides in a configuration of a slave unit arranged on the right side of an integrated board and includes circuits (cell sensing circuits) constituting the cell sensing unit 430 and a plurality of circuits constituting the cell balancing unit 430 Circuits) 431 are arranged in an array having a predetermined regularity, and each of the cell balancing circuits 431 arranged in an array form performs cell balancing in consideration of an interval or a distance to an adjacent cell balancing circuit .

이 때, 셀 센싱부(420)의 셀 센싱 회로들은 한 줄의 어레이 형태로 배치될 수 있고, 셀 밸런싱부(430)의 셀 밸런싱 회로들(431)은 그리드 형태로 배치될 수 있다.In this case, the cell sensing circuits of the cell sensing unit 420 may be arranged in a row array, and the cell balancing circuits 431 of the cell balancing unit 430 may be arranged in a grid form.

그리드 형태로 배치된 셀 밸런싱 회로들(431) 각각은 셀 밸런싱 회로를 구성하는 구성 요소들의 형상을 고려하여 구성 요소들을 3차원적으로 배치할 수 있다. 예컨대, 저항, 커패시터, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드 등의 형상을 고려하여 배치 구조를 3차원적으로 적절하게 형성함으로써, 셀 밸런싱 회로에 대한 최적의 배치 구조를 획득할 수 있다.Each of the cell balancing circuits 431 arranged in a grid form can three-dimensionally arrange the components considering the shape of the components constituting the cell balancing circuit. For example, an optimum arrangement structure for a cell balancing circuit can be obtained by suitably forming the arrangement structure three-dimensionally in consideration of shapes of a resistor, a capacitor, an inductor, a transistor, a diode and the like.

이와 같이, 본 발명에 따른 통합 보드 구조는 슬레이브 기능을 수행하는 슬레이브부의 배터리 셀 제어 ASIC 및 주변 부품의 배치를 최적화함으로써, 주어진 배터리 관리 시스템(BMS) 케이스의 크기 예를 들어, 180*280*30mm 내에서 80셀까지 직렬 연결된 배터리에 대한 데이터 센싱 및 밸런싱 등의 BMS 기능을 구현하기 위해 필요한 모든 부품을 배치할 수 있으며, 이를 통해 크기를 축소하고 원가를 절감하며 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
As such, the integrated board structure according to the present invention optimizes the placement of the battery cell control ASIC and peripheral components of the slave unit performing the slave function, so that the size of a given battery management system (BMS) case, for example, 180 * 280 * All components needed to implement BMS functions, such as data sensing and balancing for cascaded cells up to 80 cells in a single cell, can be deployed to reduce size, reduce costs and improve reliability.

이런 셀 센싱부(420)와 셀 밸런싱부(430)를 구성하는 회로들은 상황에 따라 통합 보드의 전면과 후면에 적절하게 배치될 수 있다. 이 때, 셀 센싱 회로들과 셀 밸런싱 회로들이 통합 보드의 전면과 후면에 교번하여 배치될 수 있다.The circuits constituting the cell sensing unit 420 and the cell balancing unit 430 may be appropriately disposed on the front and back sides of the integrated board according to circumstances. At this time, cell sensing circuits and cell balancing circuits can be alternately arranged on the front and back sides of the integrated board.

일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 센싱부(420)를 구성하는 회로들(421) 중 홀수 번째에 해당하는 회로들(여기서, 회로들 각각은 IC와 주변 회로들을 포함할 수 있음)과 셀 밸런싱부(430)를 구성하는 그리드 형태의 회로들 중 홀수 번째 세로 라인(510)의 회로들을 통합 보드의 전면에 배치하고, 셀 센싱부(420)를 구성하는 회로들 중 짝수 번째에 해당하는 회로들과 셀 밸런싱부(430)를 구성하는 그리드 형태의 회로들 중 짝수 번째 세로 라인(520)의 회로들을 통합 보드의 후면에 배치할 수 있다. 이와 같은 배치를 통해 좌측과 우측 회로들 간의 간격을 어느 정도 확보할 수 있으며, 이를 통해 회로들 간의 간격이 좁아지면서 발생될 수 있는 문제들을 적절하게 해소할 수 있다.For example, as shown in FIG. 3, the odd-numbered circuits among the circuits 421 constituting the cell sensing unit 420 (each of the circuits may include an IC and peripheral circuits) Numbered vertical lines 510 among the grid-shaped circuits constituting the cell balancing unit 430 are disposed on the front surface of the integrated board and the even-numbered And the circuits of the even-numbered vertical line 520 among the grid-shaped circuits constituting the cell balancing unit 430 can be disposed on the rear side of the integrated board. With this arrangement, the gap between the left and right circuits can be secured to some extent, and the problems that may occur due to the narrowing of the intervals between the circuits can be appropriately solved.

다른 일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 셀 센싱부(420)를 구성하는 회로들과 셀 밸런싱부(430)를 구성하는 그리드 형태의 회로들 중 홀수 번째 가로 라인(610)의 회로들을 통합 보드의 전면에 배치하고, 센 밸런싱부(430)를 구성하는 그리드 형태의 회로들 중 짝수 번째 가로 라인(620)의 회로들을 통합 보드의 후면에 배치할 수도 있다. 이 또한, 셀 밸런싱부(430)를 구성하는 셀 밸런싱 회로들 간의 상측과 하측 간격을 일정 간격 이상 확보할 수 있도록 함으로써, 셀 밸런싱 회로들 간의 좁은 간격에 의해 발생될 수 있는 간섭(interference)과 열에 의한 영향을 줄일 수 있다.As another example, as shown in FIG. 4, the circuits constituting the cell sensing unit 420 and the circuits of the odd-numbered horizontal lines 610 among the grid-shaped circuits constituting the cell balancing unit 430 are integrated The circuits of the even-numbered horizontal lines 620 among the grid-shaped circuits constituting the senbal balancing unit 430 may be arranged on the rear surface of the integrated board. In addition, since the upper and lower intervals between the cell balancing circuits constituting the cell balancing unit 430 can be secured over a predetermined interval, interference and heat that can be generated by the narrow intervals between the cell balancing circuits Can be reduced.

셀 밸런싱부(430)를 구성하는 셀 밸런싱 회로들 각각은 배터리 셀 각각에 대한 패시브 밸런싱(passive balancing)을 수행하여 셀 간 전압차이를 줄이는 밸런싱을 수행한다.Each of the cell balancing circuits constituting the cell balancing unit 430 performs passive balancing for each of the battery cells to perform balancing to reduce a voltage difference between cells.

이 때, 셀 밸런싱 회로들 각각은 트랜지스터와 다이오드 등의 능동 소자와 커패시터, 저항, 인덕터 등의 수동 소자를 포함하고, 이렇게 구성된 소자들을 이용하여 패시브 밸런싱을 수행할 수 있다. 물론, 셀 밸런싱 회로들이 패시브 밸런싱을 수행하기 위해 상기 소자들을 구성하고 있지만, 이에 한정하지 않고 액티브 밸런싱을 수행할 수도 있으며, 이 경우 셀 밸린싱 회로들 각각은 액티브 밸런싱을 수행하기 위한 소자들 및/또는 IC를 포함할 수도 있다.In this case, each of the cell balancing circuits includes passive elements such as capacitors, resistors, and inductors, such as transistors and diodes, and can perform passive balancing using the thus configured elements. Of course, the cell balancing circuits may constitute the elements to perform passive balancing, but the present invention is not limited thereto and may perform active balancing. In this case, each of the cell balancing circuits includes elements for performing active balancing and / Or IC.

이런 셀 밸런싱 회로들 각각은 모든 셀에 대해 독립적으로 밸런싱을 수행할 수 있으나, 그리드 형태의 배치 구조를 통해 인접하는 셀 밸런싱 회로와의 간격이 좁아지고, 이로 인하여 셀 밸런싱 회로들 간의 간섭(interference)이나 열에 의해 서로 영향을 주어 셀 밸런싱을 수행하는데 문제가 발생될 수 있기 때문에 셀 밸런싱 회로들 간의 간격 또는 거리를 고려하여 셀 밸런싱의 운용 방법을 미리 결정하여 수행할 수 있다.Each of these cell balancing circuits can perform balancing independently for all of the cells, but the spacing between adjacent cell balancing circuits is reduced through the grid-like arrangement structure, thereby causing interference between the cell balancing circuits. The cell balancing operation can be performed in advance by considering the interval or the distance between the cell balancing circuits.

일 예로, 셀 밸런싱 회로 각각에 대하여 해당 셀 밸런싱 회로의 상하좌우에 위치한 셀 밸런싱 회로와 상이한 시점에 셀 밸런싱을 수행한다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 그리드 형태로 배치된 셀 밸런싱 회로들 중에서 첫 번째 셀 밸런싱 회로(531)를 기준으로 홀수 번째 세로 라인의 홀수 번째 셀 밸런싱 회로와 짝수 번째 세로 라인의 짝수 번째 셀 밸런싱 회로가 동일한 시점에 셀 밸런싱을 수행하고, 그 이후에 두 번째 셀 밸런싱 회로(541)를 기준으로 홀수 번째 세로 라인의 짝수 번째 셀 밸런싱 회로와 짝수 번째 세로 라인의 홀수 번째 셀 밸런싱 회로가 동일한 시점에 셀 밸런싱을 수행한다.For example, cell balancing is performed at a time different from the cell balancing circuit located at the upper, lower, right, and left sides of the corresponding cell balancing circuit with respect to each of the cell balancing circuits. For example, as shown in FIG. 5, an odd-numbered cell balancing circuit of an odd-numbered vertical line and an even-numbered cell of an even-numbered vertical line are connected with a first cell balancing circuit 531 among cell balancing circuits arranged in a grid- The balancing circuit performs cell balancing at the same time and thereafter the even-numbered cell balancing circuit of the odd-numbered vertical line and the odd-numbered cell balancing circuit of the even-numbered vertical line are at the same time Cell balancing is performed.

다른 일 예로, 셀 밸런싱 회로 각각에 대하여 해당 셀 밸런싱 회로에 인접한 셀 밸런싱 회로 즉, 상하좌우, 우측과 좌측 상하대각선에 배치된 셀 밸런싱 회로들과 상이한 시점에 셀 밸런싱을 수행한다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 그리드 형태로 배치된 셀 밸런싱 회로들 중에서 첫 번째 셀 밸런싱 회로(631)를 기준으로 홀수 번째 세로 라인의 홀수 번째 셀 밸런싱 회로가 동일한 시점에 셀 밸런싱을 수행하고, 그 이후에 두 번째 셀 밸런싱 회로(641)를 기준으로 홀수 번째 세로 라인의 짝수 번째 셀 밸런싱 회로가 동일한 시점에 셀 밸런싱을 수행하며, 그 이후에 두 번째 세로 라인의 첫 번째 셀 밸런싱 회로(651)를 기준으로 짝수 번째 세로 라인의 홀수 번째 셀 밸런싱 회로가 동일한 시점에 셀 밸런싱을 수행하고, 그 이후에 두 번째 세로 라인의 두 번째 셀 밸런싱 회로(661)를 기준으로 짝수 번째 세로 라인의 짝수 번째 셀 밸런싱 회로가 동일한 시점에 셀 밸런싱을 수행한다.In another example, cell balancing is performed at a different time from the cell balancing circuit adjacent to the cell balancing circuit for each cell balancing circuit, that is, the cell balancing circuits disposed on the right and left and up and down diagonal lines. For example, as shown in FIG. 6, an odd-numbered cell balancing circuit of an odd-numbered vertical line performs cell balancing at the same time point based on a first cell balancing circuit 631 among cell balancing circuits arranged in a grid form The even cell balancing circuit of the odd-numbered vertical line performs cell balancing at the same point of time, and thereafter the first cell balancing circuit 651 of the second vertical line ), The odd-numbered cell balancing circuit of the even-numbered vertical line performs cell balancing at the same point in time, and thereafter the even-numbered cell balancing circuit of the even-numbered vertical line with respect to the second cell balancing circuit 661 of the second vertical line Cell balancing circuit performs cell balancing at the same time.

즉, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 셀 밸런싱 회로들은 셀 밸런싱 회로 각각에 대하여 일정 간격 이상 배치된 셀 밸런싱 회로들과 동일한 시점에 셀 밸런싱을 수행하고, 일정 간격 내에 인접한 셀 밸런싱 회로들과는 상이한 시점에 셀 밸런싱을 수행한다. 그리고, 이런 셀 밸런싱 운용 방법이 모든 셀 밸런싱 회로들에 의해 셀 밸런싱이 수행될 수 있도록 한다.That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the cell balancing circuits in the present invention perform cell balancing at the same point in time as the cell balancing circuits disposed over a predetermined interval with respect to each of the cell balancing circuits, Cell balancing is performed at a time different from that of the cell balancing circuits. And, this method of cell balancing operation allows cell balancing to be performed by all the cell balancing circuits.

물론, 본 발명에서 셀 밸런싱 회로들의 셀 밸런싱을 운용하는 방법이 도 5와 도 6으로 한정되는 것은 아니며, 인접한 셀 밸런싱 회로들의 간격을 고려하여 다양한 방법이 적용될 수 있다.Of course, the method of operating the cell balancing circuits of the cell balancing circuits in the present invention is not limited to the method of FIGS. 5 and 6, and various methods can be applied in consideration of the intervals of adjacent cell balancing circuits.

나아가, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 회로들의 셀 밸런싱 운용 방법은 도 3과 도 4와 같이 통합 보드의 전면과 후면에 교번하여 배치된 셀 밸런싱 회로들에 대해서도 적용할 수 있으며, 이 경우에는 전면에 배치된 셀 밸런싱 회로들 간의 간격만을 고려하여 셀 밸런싱 운용 방법을 수행할 수도 있고, 양면에 배치된 셀 밸런싱 회로들 간의 간격 또한 고려하여 셀 밸런싱 운용 방법을 수행할 수도 있다.
In addition, the cell balancing operation method of the cell balancing circuits according to the present invention can be applied to the cell balancing circuits arranged alternately on the front and back sides of the integrated board as shown in FIGS. 3 and 4. In this case, The cell balancing operation method may be performed only considering the interval between the cell balancing circuits, or the cell balancing operation method may be performed considering the interval between the cell balancing circuits disposed on both sides.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (8)

배터리 셀 각각에 대한 패시브 밸런싱(passive balancing)을 수행하고, 일정 규칙성을 가지는 어레이 형태로 배치되는 셀 밸런싱 회로들;
상기 배터리 셀의 데이터를 센싱하고, 상기 셀 밸런싱 회로들의 배치 구조에 대응되게 셀 센싱 회로들이 한 줄의 어레이 형태로 배치되는 셀 센싱부; 및
상기 셀 밸런싱 회로들과 상기 셀 센싱부의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하며,
상기 제어부는
인접하는 적어도 하나 이상의 셀 밸런싱 회로와의 간격을 고려하여 상기 인접하는 적어도 하나 이상의 셀 밸런싱 회로와의 셀 밸런싱 시점이 상이하도록 상기 셀 밸런싱 회로들 각각을 제어하거나 일정 간격 이상 이격되어 배치된 셀 밸런싱 회로와의 셀 밸런싱 시점이 동일하도록 상기 셀 밸런싱 회로들 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템.Cell balancing circuits that perform passive balancing for each battery cell and are arranged in an array having a predetermined regularity;
A cell sensing unit for sensing data of the battery cell and arranged in a row of cell sensing circuits corresponding to an arrangement structure of the cell balancing circuits; And
And a control unit for controlling operations of the cell balancing circuits and the cell sensing unit
/ RTI >
The control unit
The cell balancing circuit may control each of the cell balancing circuits so that the cell balancing timing of the at least one cell balancing circuit is different from that of the adjacent at least one cell balancing circuit, And controls each of the cell balancing circuits so that the cell balancing timing of the cell balancing circuit is equal to the cell balancing timing of the cell balancing circuit. 제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 회로를 구성하는 구성 요소들은
상기 구성 요소들의 형상을 고려하여 3차원적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템.The method according to claim 1,
The components constituting the cell balancing circuit
Wherein the battery is three-dimensionally arranged in consideration of the shape of the components. 제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 회로들은
그리드 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템.The method according to claim 1,
The cell balancing circuits
Wherein the battery management system is arranged in a grid form. 제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 회로들은
상기 단일 보드의 제1 면과 제2 면에 교번하여 배치되는 것을 특징으로 하는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템.The method according to claim 1,
The cell balancing circuits
Wherein the first and second surfaces of the single board are alternately arranged on the first and second surfaces of the single board. 제4항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 회로들은
제1 방향으로 제1 개수가 제2 방향으로 반복적으로 배치되고, 상기 제2 방향의 홀수 번째와 짝수 번째에 위치한 상기 제1 개수의 셀 밸런싱 회로들이 상기 제1 면과 상기 제2 면에 교번하여 배치되는 것을 특징으로 하는 단일 보드화한 배터리 관리 시스템.5. The method of claim 4,
The cell balancing circuits
Wherein the first number of cell balancing circuits located at odd and even positions in the second direction are alternately arranged in the first direction and the second surface in a second direction, Wherein the battery management system comprises: 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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