전기자동차_BMS 이야기 1 / 대구 동구, 북구, 남구, 수성구, 경산

안녕하세요. 덱스크루 대구 동구점입니다.

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이번에는 BMS에 대해서 이야기 해보겠습니다.

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제가 BMS 관련 업무를 처음 했을때는

BMS의 기능이 배터리의 전압, 온도등을 측정하는 정도의 간단한 기능만을 했기 때문에

배터리 모니터링 시스템(Battery Monitoring System)의 약어였는데,

이후 BMS의 기능이 늘어나면서

배터리 관리 시스템(Battery Management System)의 약어로 변경이 되었습니다.

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BMS라는 말이 최근 몇년 사이에 전기자동차로 인하여 많이 언급이 되지만,

사실 많은 분들이 이전부터 많이 사용하고 계신 부품입니다.

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차박이나 캠핑 하시는 분들의 경우 리튬인산철로 된 파워팩에도 들어가지만,

노트북 배터리의 경우에도 18650(테슬라 자동차에 사용되는 배터리) 배터리를

사용하기 때문에 BMS와 비슷한 기능을 하는 모듈이 들어갑니다.

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BMS의 기본 기능은 전압, 전류, 온도를 측정 하는 것입니다.

측정된 정보를 가지고 그외 기능들을 하게 되는데,

SOC, SOH 추정과 셀 밸런싱이 있으며,

배터리를 보호하기 위한 기능이 있습니다.

BMS의 가장 기본이 되는 측정 기능에 대해서 이야기 하겠습니다.

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BMS에서 측정 기능에 문제가 있다면,

결국 다른 기능들도 정상 동작 할 수 없다고 볼 수 있습니다.

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아래 사진은 현대 G80 EV의 고전압 배터리 팩의 사진과 구성도입니다.

전기 자동차 배터리 팩을 기본으로 말씀드리면

배터리 팩은 배터리 몇개의 배터리 모듈을 직/병별로 연결하여 구성되며,

배터리 모듈은 또 몇개의 배터리 셀을 직/병렬로 연결하여 구성됩니다.

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BMS는 배터리 모듈당 1개씩 들어가는 CMU와

배터리 팩에 전체를 관리하는 BMU 1개로 구성이 됩니다.

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CMU와 BMU는 업체마다 부르는 용어가 다릅니다.

간단히 Master BMS와 Slave BMS라고 보시면 됩니다.

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BMS 기본 기능인 전압, 전류, 온도 3가지 측정의 경우

전압과 온도는 CMU에서하고, 전류는 BMU에서 하는게 보통 기본 구성입니다.

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CMU의 전압과 온도 측정의 경우 전용 IC가 나오기 전에는 AD 컨버터등을 이용하여 직접 회로를 구성하였지만,

BMS 전용 IC가 출시되어 셀 갯수에 따라 제품을 선택하여 사용을 하면됩니다.

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아래는 제가 사용했던 Linear사의 LTC6803이라는 제품으로

직렬 연결된 12개의 배터리 셀의 전압과 2개의 온도 센서가 측정이 가능하며,

패시브 밸런싱 기능도 가능한 제품입니다.

이러한 BMS IC를 사용하면 CMU(Slabe BMS)는 간단하게 구현이 가능합니다.

BMU(Master BMS)는 회사마다 사용하는 MCU를 이용하여 구성을 합니다.

BMU에서는 각 배터리 모듈의 CMU와 통신하여

전압과 온도등의 정보를 받고, 전류 센서를 이용하여 배터리의 충/방전 전류를 측정하게 되며,

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이렇게 측정된 전압, 전류, 온도 데이터를 이용하여 배터리 상태를 추정하여

상위 컨트롤러인 VCU등에 정보를 전달하게 됩니다.

<전 압 >

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각 셀의 전압의 비교하여 셀 밸런싱 제어를 하는데 사용

배터리 셀의 과전압, 저전압 보호 기능에 사용

셀 전압을 합산하여 배터리 팩 전체 전압 확인하여 배터리 팩의 충전,방전 보호 기능으로 사용

<온 도 >

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배터리 모듈 별로 온도를 측정하여 과온시 충전 또는 방전 전류를 제한하거나 중단한다.

배터리의 경우 온도가 낮으면 충/방전 효율이 떨어지기 때문에 겨울에 온도가 떨어진 상태이면 히팅하여 온도를 올려준다.

반대로 온도가 올라가면 심한 경우 배터리 손상이 될 수 있기 때문에 쿨링하여 배터리의 온도를 낮춰준다.

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<전 류 >

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전류는 배터리 팩의 최종 단자측에서 측정을 하며 충/방전 전류를 측정하여 SOC, SOH 등의 계산에 사용한다.

그리고 충/방전 전류를 측정하여 과방전 전류, 과충전 전류 경고 또는 제어를 한다.

참고로 쏘나타 DN8 하이브리드(아래 사진) 차량의 배터리와 같이

CMU 없이 BMU로만 BMS 시스템 구성도 가능합니다.

BMU에서 각 셀의 전압을 측정해야 하기 때문에, 배선이 BMU로 배선이 연결되어야 합니다.

배선은 셀 갯수 + 1개의 배선이 가야하면 DN8 하이브리드 기준으로 보면

모듈이 8셀로 구성이 되어있기 때문에 최소 9개의 배선이 연결이 되어야 합니다.

이상 덱스크루 대구 동구점이었습니다.

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다음에는 배터리 관리 시스템인 BMS 측정 항목에 대해서 이야기해 보았습니다.

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BMS 고장이 나면 가장 기본이 되는 전압을 측정하지 못하여

배터리 상태를 알수 없기 때문에 차량에서는 Fail Safe(안전 기능) 모드로 동작하여

출력을 저속으로 주행을 하도록 하거나,

심한 경우에는 출력을 차단하여 주행이 불가능하며,

또한 충전도 할 수 없게 됩니다.

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다음에 BMS의 기능에 대해서 좀더 적어보더록 하겠습니다.

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