BMS 구성

BMS(battery management system)는 배터리를 제어하고 관리하기 위 해 필요한 시스템이다. BMS는 상태 감시부, 보호 회로부, 명령 제어부, 알고리즘 연산부, 통신부로 나눌 수 있다. 배터리 셀 및 안정적인 시스 템 운영을 위해 셀의 전류, 전압, 온도 등을 측정하는 상태 감시부와 과전압과 과전류를 감시 및 차단하는 기능을 하는 보호 회로부가 있으 며, 셀 벨런싱이나 보호 기능을 위해 스위치를 동작하도록 제어 신호 를 송신하는 명령제어부가 있고, SOC, SOH와 셀 밸런싱 알고리즘을

연산하는 알고리즘 연산부, 이러한 기능들을 외부에서 마스터와 슬래 이브 간에 CAN통신, PLC, RS-232C 등을 통해 모니터링 및 제어 할 수 있도록 구성된 통신부가 있다.

배터리의 상태를 확인하기 위해 필요한 데이터를 수집하는 프로세스 로서 셀 전압, 팩 전압, 온도, 전류 등을 측정한다. 수집한 데이터는 연 산 또는 그 값을 비교하여 모니터링 및 관리할 수 있는 근거로 사용된 다.

1. 전압 : 각 배터리의 전압을 측정하는 것으로, 배터리의 상태에 따 라 과전압, 저전압 상태를 우선적으로 판단하는 기준으로 사용된다. 다 양한 마이크로프로세서를 통하여 A/D 컨버터로 전압을 측정하는 방법, 저항을 이용한 전압 분배 회로 구성을 통한 측정 방법이 사용된다. 전 압 측정 시 마이크로프로세서에 직접적인 전류가 흐르지 않도록 절연 하는 절연형 방식이 주로 사용된다.

2. 전류 : 전류 측정 방법에는 자기장 속의 도체에서 자기장의 직각방 향으로 전류가 흐르면, 자기장과 전류 모두에 직각방향으로 전기장이 나타나는 Hall effect를 이용한 전류센서를 이용하는 방법과 전류계의 최대 눈금 값을 넘는 전류를 측정하기 위해 피 측정 전류의 일정 비율 만을 전류계에 흘리기 위해 계기와 병렬로 사용하는 분로 저항을 이용 한 Shunt resistor를 이용하는 방법이 주로 사용된다.

3. 온도 : 배터리 온도를 측정하는 일반적인 방법은 열전대를 사용하 는 방법이다.

측정된 데이터들은 배터리를 관리 및 보호하기 위한 소스로 사용되는 데, 이 때 무엇보다 문제 발생 시 상황을 외부에서 모니터링 하거나 자체적으로 배터리를 차단할 수 있도록 함이 중요하다. 또한 배터리의

경우 화학적인 성분들의 조합으로 만들어지는 것으로 각각의 저항이 차이를 가질 수밖에 없다. 이로 인해 충․방전 시 전압이 균등하지 못해 충전 및 방전 편차가 발생하기도 하는데 이를 방지하기 위해 밸런싱 회로가 사용된다. 주로 저항을 통해 전압 밸런스를 맞추어 주는 Passive 밸런싱 회로와 트랜스로퍼나 커패시터를 이용하는 Active 밸런 싱 회로가 있다.

2차 전지가 사용되기 시작하면서 가장 중요한 부분은 과 충전과 과 방전으로부터 배터리를 보호하는 것이다. 대표적인 2차 전지인 리튬이 온 배터리의 경우 과 충전 시 폭발의 위험이 있고, 실제로 이로 인한 다양한 안전사고 및 화재 사고가 발생하였다. 본 논문에서는 리튬인산 철 배터리가 사용된 이유 중 하나도 과 충전이나 과전류에도 폭발하지 않기 위함이 있다. 이를 시스템적으로 보호하는 회로가 필요한데 이를 PCM(Protect circuit module)라 한다. 이 모듈 내부에는 과 충전 보호기 능, 과 방전 보호기능, 과전류 보호기능, 과전압 보호기능, 저전압 보호 기능, 과온 보호기능, 단락 보호기능이 포함되어 있다.