🔋 BMS란 무엇인가? BMS(Battery Management System) 모든 것: 역할, 구성 요소, 작동 원리, 주요 기능, 제조사 별 특징

배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)은 전기자동차 배터리의 성능을 최적화하고 안전하게 사용할 수 있도록 돕는 핵심 기술입니다. 이번 글에서는 BMS의 역할과 주요 기능, 대표적인 BMS 제조사, 그리고 배터리 및 자동차 제조사의 BMS 특징에 대해 알아보겠습니다.

🔍 BMS의 정의와 역할

배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)은 배터리의 안전성과 효율성을 보장하기 위해 다양한 기능을 수행합니다. 주요 역할은 다음과 같습니다:

1. 전압 모니터링: 각 배터리 셀의 전압을 실시간으로 측정하여 셀 간의 불균형을 감지하고 조절합니다.
2. 전류 모니터링: 배터리 팩의 전류 흐름을 모니터링하여 과충전 및 과방전 상황을 방지합니다.
3. 온도 모니터링: 배터리의 온도를 측정하여 과열 및 저온 상황에서 배터리의 손상을 방지합니다.
4. 셀 밸런싱: 각 셀 간의 전압 불균형을 조절하여 배터리 팩의 효율성과 수명을 향상시킵니다.
5. 안전 보호: 과충전, 과방전, 과열 등의 위험 상황을 감지하고 배터리를 보호합니다.
6. 에너지 관리: 배터리의 충전 및 방전 과정을 제어하여 에너지 효율을 최적화합니다.
7. 통신 기능: 차량의 메인 컨트롤러와 데이터를 주고받아 배터리 상태를 공유합니다.
8. 진단 및 보고: 배터리 상태 정보를 분석하여 이상 여부를 판단하고, 필요 시 경고를 발생시킵니다.

BMS 기능 요약

🛠️ BMS의 주요 구성 요소

BMS는 배터리의 안전성과 효율성을 보장하기 위해 여러 구성 요소로 이루어져 있습니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:

1. 배터리 모니터링 장치 (BMU): 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등을 실시간으로 측정하고 데이터를 수집합니다.
2. 셀 밸런싱 회로: 각 셀 간의 전압 불균형을 조절하여 배터리 팩의 효율성과 수명을 향상시킵니다.
3. 안전 보호 회로: 과충전, 과방전, 과열 등의 위험 상황을 감지하고 배터리를 보호합니다.
4. 통신 모듈: 차량의 메인 컨트롤러와 데이터를 주고받아 배터리 상태를 공유합니다.
5. 전력 관리 모듈: 배터리의 충전 및 방전 과정을 제어하여 에너지 효율을 최적화합니다.
6. 열 관리 시스템: 배터리의 온도를 적절하게 유지하여 성능과 안전성을 보장합니다.

 

⚙️ BMS의 작동 원리

BMS는 다음과 같은 단계로 작동합니다:

1. 데이터 수집: BMU를 통해 각 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등의 데이터를 실시간으로 수집합니다.
2. 데이터 분석: 수집된 데이터를 분석하여 배터리의 상태를 평가하고 이상 여부를 판단합니다.
3. 제어 명령 실행: 분석 결과에 따라 셀 밸런싱, 충전/방전 제어, 냉각 시스템 작동 등의 명령을 실행합니다.
4. 통신 및 보고: 배터리 상태 정보를 차량의 메인 컨트롤러에 전달하여 전체 시스템이 효율적으로 작동하도록 지원합니다.

 

⚙️ BMS 주요 기능

BMS의 핵심 기능은 배터리의 상태를 관리하고 안전하게 유지하는 것입니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:

BMS 주요기능

1. 모니터링 및 진단:
   • 전압 모니터링: 각 배터리 셀의 전압을 실시간으로 측정하여 셀 간의 불균형을 감지하고 조절합니다.
   • 전류 모니터링: 배터리 팩의 전류 흐름을 모니터링하여 과충전 및 과방전 상황을 방지합니다.
   • 온도 모니터링: 배터리의 온도를 측정하여 과열 및 저온 상황에서 배터리의 손상을 방지합니다.
   • 셀 상태 진단: 셀의 건강 상태를 진단하여 이상이 발생했을 때 경고를 발생시키고 필요한 조치를 취합니다.
2. 셀 밸런싱:
   • 패시브 밸런싱: 고전압 셀에서 에너지를 소모시켜 다른 셀과의 균형을 맞춥니다.
   • 액티브 밸런싱: 고전압 셀의 에너지를 저전압 셀로 이동시켜 전체 배터리 팩의 에너지 효율을 높입니다.
3. 안전 보호:
   • 과충전 보호: 배터리가 과도하게 충전되지 않도록 제어하여 셀의 손상을 방지합니다.
   • 과방전 보호: 배터리가 지나치게 방전되지 않도록 방지하여 셀의 수명을 보호합니다.
   • 과열 보호: 배터리의 온도가 일정 한도를 초과할 경우 냉각 시스템을 작동시켜 배터리를 보호합니다.
   • 단락 보호: 전기적 단락이 발생했을 때 전류를 차단하여 화재나 폭발을 방지합니다.
4. 에너지 관리:
   • 충전 상태 관리 (SOC, State of Charge): 배터리의 현재 충전 상태를 계산하고 최적의 충전 및 방전 경로를 설정합니다.
   • 건강 상태 관리 (SOH, State of Health): 배터리의 전반적인 건강 상태를 평가하여 사용 수명을 예측하고 유지보수를 계획합니다.
   • 전력 분배 최적화: 차량의 요구에 따라 에너지를 효율적으로 분배하여 배터리의 성능을 극대화합니다.
5. 열 관리:
   • 배터리의 온도 제어를 통해 최적의 작동 환경을 유지하고, 열 방출이나 냉각을 통해 배터리의 과열을 방지합니다.

🌟 대표적인 BMS 개발 배터리 제조사와 자동차 OEM

BMS는 주로 배터리 제조사 또는 자동차 OEM(Original Equipment Manufacturer, 완성차 제조사)에서 개발합니다. 대표적인 BMS 제조사와 자동차 OEM은 다음과 같습니다:

• LG에너지솔루션: LG에너지솔루션은 자체 BMS 기술을 통해 배터리의 안전성과 효율을 극대화하고 있습니다. LG의 BMS는 전기차뿐만 아니라 ESS(Energy Storage System)에도 사용되며, 뛰어난 셀 밸런싱 기능과 안전 관리 기능을 자랑합니다. 주요 협력사로는 현대자동차와 테슬라가 있습니다.
• 삼성SDI: 삼성SDI는 고온 및 저온 환경에서도 안정적인 성능을 보장하는 BMS 기술을 보유하고 있습니다. 삼성SDI의 BMS는 BMW와 협력하여 개발되었으며, 주로 고성능 전기차에 탑재됩니다. 이들은 특히 에너지 효율 관리와 안전 보호에 강점을 가지고 있습니다.
• CATL: 중국의 CATL은 BMS 기술을 통해 높은 에너지 밀도와 안정성을 제공합니다. CATL의 BMS는 테슬라, 폭스바겐, BMW와 같은 글로벌 자동차 제조사와 파트너십을 맺고 있으며, 다양한 전기차 모델에 최적화된 솔루션을 제공합니다. CATL은 특히 배터리의 높은 에너지 밀도와 고성능 밸런싱 기술로 유명합니다.
• 파나소닉: 파나소닉은 테슬라와의 협력을 통해 발전한 BMS 기술을 보유하고 있으며, 효율적인 에너지 사용 관리와 높은 안정성을 제공합니다. 파나소닉의 BMS는 주로 테슬라 모델 S, 3, X, Y에 탑재되어 있으며, 이들은 배터리의 긴 수명과 효율적인 에너지 관리를 목표로 하고 있습니다.
• BYD: 중국의 BYD는 자사 전기차를 위한 통합형 BMS를 설계하여 셀, 모듈, 팩 전반의 상태를 모니터링하고 제어합니다. BYD의 BMS는 주로 자사의 전기차 모델에 탑재되며, 비용 효율성을 중시하면서도 안전과 성능을 모두 만족시키는 것이 특징입니다. BYD는 자체적인 배터리와 BMS 기술을 통합하여 높은 호환성과 효율성을 제공하고 있습니다.
• 테슬라: 테슬라는 자체 BMS를 개발하여 배터리 성능을 최적화하고 있습니다. 테슬라의 BMS는 독보적인 에너지 관리 알고리즘을 통해 배터리 수명을 극대화하며, 고급 소프트웨어 기술을 사용하여 배터리 상태를 실시간으로 모니터링하고 최적화합니다. 또한, 테슬라는 OTA(Over-The-Air) 업데이트를 통해 BMS 기능을 지속적으로 개선하고 있습니다.

📝 주요 배터리 및 자동차 제조사의 BMS 특징

아래 표는 주요 배터리 제조사 및 자동차 OEM의 BMS 특징을 요약한 것입니다.

제조사	주요 특징	협력사 및 적용 사례
LG에너지솔루션	고성능 배터리 셀 밸런싱, 스마트 안전 관리, 다양한 전기차와 호환성 유지	현대자동차 테슬라
삼성SDI	고온 및 저온에서의 안정성 보장, BMW와 협력하여 최적화된 BMS 설계	BMW
CATL	높은 에너지 밀도, 글로벌 주요 자동차 제조사와의 파트너십, 안정성 중심의 BMS 설계	테슬라 폭스바겐 BMW
파나소닉	테슬라에 공급되는 배터리의 BMS 개발, 효율적인 에너지 사용 관리와 높은 안정성	테슬라 모델 S, 3, X, Y
BYD	자사 전기차를 위한 통합형 BMS 설계, 셀-모듈-팩 전반의 상태 모니터링 및 고급 제어 기능	BYD 자체 전기차 모델
테슬라	자체 개발한 BMS, 실시간 모니터링과 OTA 업데이트를 통한 지속적인 성능 향상	테슬라 모델 S, 3, X, Y

 

📈 결론

BMS는 전기차 배터리의 성능과 안전성을 유지하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 배터리 제조사와 자동차 OEM들은 지속적으로 BMS 기술을 개선하여 전기차의 효율을 극대화하고 있으며, 이는 전기차의 장기적인 신뢰성과 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 앞으로도 BMS 기술의 발전은 전기차 시장의 성장과 함께 중요한 요소로 작용할 것입니다.

 

▶ 참고사이트
-. https://bacancysystems.com/blog/components-of-battery-management-system

-. https://www.analogictips.com/what-is-an-analog-front-end-afe-in-a-battery-management-system-bms/