JP6192345B2 - バッテリーパック及びこれを備える電力供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーパック及びこれを備える電力供給装置に関する。
電力供給装置は、負荷に電力を供給する電源に異常状況が発生して停電などが発生する場合、負荷の損傷または負荷が処理するデータの保存のために一時的に電力を供給する装置である。
電力供給装置は、内部にバッテリーを備えて電気エネルギーを保存し、前述したように負荷に電力を供給する電源に異常状況が発生すれば、バッテリーに保存した電気エネルギーを負荷に供給する。また電力供給装置は、バッテリーを制御するバッテリー制御部を備え、バッテリーの状態を感知するか、またはバッテリーの充電及び放電動作を制御する。
本発明が解決しようとする技術的な課題は、電力供給装置の内部に備えられたバッテリーを複数のバッテリー群で構成し、停電時または特定時間帯に負荷に安定して電力を供給できるバッテリーパック及びこれを備える電力供給装置を提供するところにある。
本発明が解決しようとする技術的な課題を解決するための一実施形態による電力供給装置は、外部電力ソースから第1電力を受信し、バッテリー電力を受信し、前記第1電力または前記バッテリー電力のうち少なくとも一つを含む第2電力を外部負荷に出力する電力供給回路と、前記電力供給回路に連結され、第1バッテリー群及び第2バッテリー群を備える複数のバッテリー群に配列された複数のバッテリーを備え、前記バッテリー電力を供給するバッテリーパックと、を備え、前記バッテリーパックは、前記外部電力ソースの状態、前記外部負荷の状態、前記第1バッテリー群の状態または前記第2バッテリー群の状態のうち少なくともいずれか一つによって、前記電力供給回路に前記バッテリー電力として、前記第1バッテリー群の電力または前記第2バッテリー群の電力を選択的に供給することを特徴とする。
本発明において、前記外部電力ソースの状態、前記外部負荷の状態、前記第1バッテリー群の状態または前記第2バッテリー群の状態のうち少なくともいずれか一つによって、前記電力供給回路及び前記バッテリーパックを制御する制御部をさらに備え、前記バッテリーパックは、前記制御部からのバッテリー制御信号によって前記第1バッテリー群及び第2バッテリー群それぞれの充電及び放電を制御するバッテリー管理システムをさらに含むことを特徴とする。
本発明において、前記電力供給回路は、前記第1電力を受信する入力端子と、前記第2電力を出力する出力端子と、前記入力端子と第1ノードとの間に連結され、前記第1電力を前記バッテリーの充電に好適な電圧を持つように第1電力に変換し、前記変換された第1電力を前記第1ノードに出力する第1電力変換部と、前記第1ノードと前記出力端子との間に連結され、前記変換された第1電力または前記バッテリー電力を前記外部負荷で好適に使用可能な電圧を持つように第2電力に変換し、前記第2電力を前記出力端子に出力する第2電力変換部と、を備え、前記第1バッテリー群及び前記第2バッテリー群は、選択的に前記第1ノードに電気的に連結されたことを特徴とする。
本発明において、前記電力供給回路は、前記入力端子と前記出力端子との間に連結され、前記制御部からのバイパス制御信号に応答して前記第1電力を変換せずに前記出力端子に伝送するバイパス回路をさらに備えることを特徴とする。
本発明において、前記電力供給回路は、前記入力端子と前記第1電力変換部との間に介在され、前記制御部からの第1スィッチ制御信号に応答して、前記入力端子を前記第1電力変換部に電気的に連結する第1スィッチと、前記第2電力変換部と前記出力端子との間に介在され、前記制御部からの第2スィッチ制御信号に応答して、前記第2電力変換部を前記出力端子に電気的に連結する第2スィッチと、をさらに備えることを特徴とする。
本発明において、前記バッテリーパックは、前記第1ノードと前記第1バッテリー群との間に介在され、前記バッテリー管理システムからの第1バッテリー群スィッチ制御信号に応答して、前記第1バッテリー群を前記第1ノードに電気的に連結する第1バッテリー群スィッチと、前記第1ノードと前記第2バッテリー群との間に介在され、前記バッテリー管理システムからの第2バッテリー群スィッチ制御信号に応答して、前記第2バッテリー群を前記第1ノードに電気的に連結する第2バッテリー群スィッチと、をさらに備え、前記バッテリー管理システムは、前記バッテリー制御信号によって前記第1及び第2バッテリー群スィッチ制御信号を生成することを特徴とする。
本発明において、前記制御部は、第1緊急状況または第2緊急状況の発生を判断し、前記外部電力ソースの状態または前記外部負荷の状態のうち少なくともいずれか一つによって、前記第2緊急状況は第1緊急状況と異なって判断することを特徴とする。
本発明において、前記制御部は、前記第1緊急状況が発生したことを判断すれば、前記第1バッテリー群または前記第2バッテリー群を選択的に放電するように前記バッテリー制御信号を生成し、前記第2電力が前記第1バッテリー群または前記第2バッテリー群の電力を含むようにし、前記第1及び第2バッテリー群のうち選択されていないいずれか一つが待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、前記第1緊急状況の終了如何を判断し、前記第1緊急状況が終了した後、前記第1及び第2バッテリー群のうち選択されたいずれか一つの放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成し、放電のために前記第1及び第2バッテリー群から選択することを特徴とする。
本発明において、前記制御部は、放電のために前記第1及び第2バッテリー群から動的に選択することを特徴とする。
本発明において、前記電力供給回路は、前記第1電力及び前記第1バッテリー群または第2バッテリー群の電力を同時に供給させて、前記第2電力が前記第1バッテリー群または第2バッテリー群の電力及び前記第1電力を含むようにすることを特徴とする。
本発明において、前記制御部は、前記複数のバッテリー群のSOC(State Of Charge)値の状態を互いに比較し、前記複数のバッテリー群のうち一つのSOC値が、前記あらゆる複数のバッテリー群のSOC値のうち最も大きい場合、前記SOC値の最も大きいバッテリー群を放電するように前記バッテリー制御信号を生成して、前記第2電力が前記SOC値の最も大きいバッテリー群の電力を含むようにし、残りのバッテリー群は待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、前記第1緊急状況または前記第2緊急状況の終了如何を判断し、前記第1緊急状況または第2緊急状況が終了した後、前記SOC値の最も大きいバッテリー群の放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成することを特徴とする。
本発明において、前記制御部は、前記複数のバッテリー群の放電回数を互いに比較し、前記複数のバッテリー群のうち一つの放電回数が、前記あらゆる複数のバッテリー群の放電回数のうち最も少ない場合、前記放電回数の最も少ないバッテリー群を放電するように前記バッテリー制御信号を生成し、残りのバッテリー群は待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、前記第1緊急状況または前記第2緊急状況の終了如何を判断し、前記第1緊急状況または第2緊急状況が終了した後、前記放電回数の最も少ないバッテリー群の放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成することを特徴とする。
本発明において、前記制御部は、前記複数のバッテリー群の温度を互いに比較し、前記複数のバッテリー群のうち一つの温度が前記あらゆる複数のバッテリー群の温度のうち最も低い場合、前記温度の最も低いバッテリー群を放電するように前記バッテリー制御信号を生成して、前記第2電力が前記温度の最も低いバッテリー群の電力を含むようにし、残りのバッテリー群は待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、前記第1緊急状況または前記第2緊急状況の終了如何を判断し、前記第1緊急状況または第2緊急状況が終了した後、放電回数の最も少ないバッテリー群の放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成することを特徴とする。
本発明において、前記制御部は、前記外部電力ソースが停止すれば、前記第1緊急状況が発生したと判断し、前記外部負荷の要求電力が前記外部電力ソースの電力より大きければ、前記第2緊急状況が発生したと判断することを特徴とする。
本発明において、前記バッテリーパックは、前記第1バッテリー群の温度を感知し、前記感知された第1バッテリー群の温度を前記バッテリー管理システムに伝送する第1温度センサーと、前記第2バッテリー群の温度を感知し、前記感知された第2バッテリー群の温度を前記バッテリー管理システムに伝送する第2温度センサーと、をさらに備えることを特徴とする。
本発明が解決しようとする技術的な課題を解決するための一実施形態によるバッテリーパックは、外部デバイスに電力を供給するバッテリーパックであり、複数のバッテリー群に配列された複数のバッテリーと、前記バッテリー群それぞれのSOC、放電回数または温度状態をモニタリングし、前記外部デバイスの状態をモニタリングし、前記各バッテリー群の状態及び前記外部デバイスの状態によって、前記外部デバイスで電力を放電するように前記バッテリー群から少なくとも一つのバッテリー群を選択し、選択されずに残っているバッテリー群を待機モードで動作するように制御するバッテリー管理システムと、を備えることを特徴とする。
本発明において、複数のスィッチをさらに備え、各スィッチは、前記バッテリー群のうち一つ及び出力端子に連結され、前記バッテリー管理システムは、前記バッテリー群が前記出力端子に選択的に連結されるように前記スィッチを制御することを特徴とする。
本発明において、前記バッテリー管理システムは、前記複数のバッテリー群のSOC値の状態を互いに比較し、前記複数のバッテリー群のうち一つのSOC値が前記あらゆる複数のバッテリー群のSOC値のうち最も大きい場合、前記SOC値の最も大きいバッテリー群を選択してその電力を前記外部デバイスに放電させ、残りのバッテリー群は待機モードで動作させることを特徴とする。
本発明において、前記バッテリー管理システムは、前記複数のバッテリー群の温度を互いに比較し、前記複数のバッテリー群のうち一つの温度が、前記あらゆる複数のバッテリー群の温度のうち最も低い場合、前記温度の最も低いバッテリー群を選択してその電力を前記外部デバイスに放電させ、残りのバッテリー群は待機モードで動作させることを特徴とする。
本発明において、前記バッテリー管理システムは、前記複数のバッテリー群の放電回数を互いに比較し、前記複数のバッテリー群のうち一つの放電回数が、前記あらゆる複数のバッテリー群の放電回数のうち最も少ない場合、前記放電回数の最も少ないバッテリー群を選択してその電力を前記外部デバイスに放電させ、残りのバッテリー群は待機モードで動作させることを特徴とする。
本発明によれば、電力供給装置内部に備えられたバッテリーを複数のバッテリー群で構成し、緊急状況の種類によっていずれか一つのバッテリー群は電力供給モードで動作させ、他のバッテリー群は待機モードで動作させることで負荷に安定して電力を供給できる。
本発明の一実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。 電力変動による第1バッテリー群及び第2バッテリー群の動作状態図である。 本発明の他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による電力供給装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による電力供給装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態による電力供給装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。
本発明は多様な変換を加えることができ、かついろいろな実施形態を持つことができるところ、特定実施形態を図面に例示して詳細な説明に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物ないし代替物を含むと理解されねばならない。本発明を説明するに際して、それに関する公知技術についての具体的な説明が本発明の趣旨を不明にすると判断される場合、その詳細な説明を略する。
第1及び第2などの用語は、多様な構成要素を説明するときに使われるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区切る目的のみで使われる。
本出願で使った用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、“含む”または“持つ”などの用語は、明細書上に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在するということを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性を予め排除しないと理解されねばならない。
図1は、本発明の一実施形態による電力供給装置1を示すブロック図である。
図1を参照すれば、本実施形態による電力供給装置1は、電力供給回路10、バッテリーパック14、制御部17を備える。また電力供給装置1は、入力端子in及び出力端子outを備える。
外部電力ソース(例えば、グリッドまたはジェネレータ)からの電力が、負荷に供給されるように入力端子inに印加される。
出力端子outは負荷と連結され、外部電力を負荷に出力する。また出力端子outは、外部電源に異常が発生して停電が発生した場合、または特定時間帯の供給電力が最大供給電力を超えて過負荷が発生した場合、バッテリー15に保存された電気エネルギーを使って生成した第1交流電力を負荷に出力する。
電力供給回路10は、負荷及びバッテリー制御部(BMS:battery management system)16(以下、BMSという)の動作が必要な電力を供給する。このような電力供給回路10は、バイパス回路11、第1スイチング素子SW1−1、第2スイチング素子SW1−2、第1電力変換部12、第2電力変換部13を備える。
バイパス回路11は、入力端子inと出力端子outとの間に連結され、外部電力を変換せずに直接出力端子outに伝達する。
第1スイチング素子SW1−1は、入力端子inから印加された外部電力が第1電力変換部12に供給されるように制御する。第1スイチング素子SW1−1は、ON状態である時に外部電力を第1電力変換部12に供給する。そして第1スイチング素子SW1−1は、OFF状態である時に外部電力が第1電力変換部12に供給されることを遮断する。第1スイチング素子SW1−1は、制御部17によってON/OFF動作が制御される。
第1電力変換部12は、第1スイチング素子SW1−1と第1ノードn1との間に連結され、外部電力を供給されて第1直流電力に変換して第1ノードn1に出力する。すなわち、第1電力変換部12は、交流を直流に変換する整流器及びコンバータでありうる。第1電力変換部12は、第1直流電力への変換時、電圧をバッテリー15充電に使われる電圧とする。
第2電力変換部13は、第1ノードn1と第2スイチング素子SW1−2との間に連結される。第2電力変換部13は、第1電力変換部12で変換された直流電力またはバッテリー15に保存された電気エネルギーを第1交流電力に変換して出力する。すなわち、電力変換部13は、直流を交流に変換するインバータである。第2電力変換部13は第1交流電力に変換時、負荷で使われる電圧として第1交流電力を供給する。または第2電力変換部13は、出力する第1交流電力のサイズや位相などの特性を外部電力と実質的に同一にしてもよい。
第2スイチング素子SW1−2は、第2電力変換部13から出力された第1交流電力が出力端子outに供給されるように制御する。第2スイチング素子SW1−2は、ON状態である時に第1交流電力を出力端子outに供給する。そして第2スイチング素子SW1−2は、OFF状態である時に第1交流電力が出力端子outに供給されることを遮断する。第2スイチング素子SW1−2は、制御部17によってON/OFF動作が制御される。
バッテリーパック14は電気エネルギーを保存し、緊急状況発生時に電気エネルギーを負荷に供給する部分である。
本発明で緊急状況は、第1緊急状況及び第2緊急状況に大別できる。第1緊急状況は、外部電源に異常が発生して停電が発生するか、または過負荷によって停電が発生した場合である。第2緊急状況は、特定時間帯に急な負荷の変動で負荷電力が供給電力を超過する状況である。ここで特定時間帯は、例えば、夏には午後12時〜2時の間であり、冬には夜10時〜12時の間であり、または夏には7月〜8月の間であり、冬には12月〜2月の間である。このような特定時間帯は前記の例に限定されるものではない。また第2緊急状況は、外部負荷の要求する電力が外部電力ソースの電力より大きいか、または外部電力ソースの電力に近接した場合に発生する。
バッテリーパック14は、バッテリー15、BMS 16、第3スイチング素子SW2−1及び第4スイチング素子SW2−2を備える。
バッテリー15は、充電可能な2次電池である。バッテリー15は、複数のバッテリーセルを直列または/及び並列に連結して構成しても、あるいは複数のバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを直列または/並列に連結して構成してもよい。バッテリー15は、緊急状況が発生すれば、負荷に電気エネルギーを供給するので、バッテリーセルとして、大容量特性を持つバッテリーセルが使われる。バッテリー15は、少なくとも一つ以上のバッテリーセルを含む。バッテリー15は、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池(NiMH:nickel metal hydride battery)、リチウム−イオン電池、リチウムポリマー電池などの充電可能な二次電池である。
本発明においてバッテリー15は、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2に分離して使う。ここで、第1バッテリー群15−1は、少なくとも一つ以上のバッテリーを備え、第2バッテリー群15−2は、少なくとも一つ以上のバッテリーを備える。またN個のバッテリーが存在する場合、少なくとも一つ以上のバッテリーが第1バッテリー群15−1に選択され、残りのバッテリーが第2バッテリー群15−2に選択される。第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2は緊急状況の種類、バッテリーの温度、バッテリーの放電ヒストリー、バッテリーの充電状態などによってそれぞれ異なるモードで動作する。
また本発明で、第1ダイナミックバッテリー群及び第2ダイナミックバッテリー群を定義する。第1ダイナミックバッテリー群は、電力供給モードで動作するバッテリー群(例えば、第1バッテリー群15−1または第2ベトリスン15−2)と定義し、第2ダイナミックバッテリー群は、待機モードで動作するバッテリー群(例えば、第1バッテリー群15−1または第2ベトリスン15−2)と定義する。
前記のように第1ダイナミックバッテリー群及び第2ダイナミックバッテリー群への割り当ては、制御部17によって行われるが、制御部17は、緊急状況の種類、バッテリーのSOC(state of charge)、バッテリー群の電力供給モードで動作した回数(放電回数)、またはバッテリーの温度などによって流動的に割り当てられる。また制御部17は、電力供給装置1の動作中に第1ダイナミックバッテリー群及び第2ダイナミックバッテリー群の割り当てを変更してもよい。
第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられたバッテリー群に保存された電気エネルギーの供給量が負荷に供給されるのに不十分な場合(例えば、電流用量または電力用量が不十分な場合)、待機モードで動作中の第2ダイナミックバッテリー群に割り当てられたバッテリー群に保存された電気エネルギーが負荷に供給(例えば、選択的にまたは追加的に供給)される。
第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2に保存された電気エネルギーが負荷に供給されれば、第2ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第2バッテリー群15−2または第1バッテリー群15−1は充電される(または、待機モードで動作する)。
第1緊急状況が発生した場合、第1ダイナミックバッテリー群に第1バッテリー群15−1が割り当てられて第1バッテリー群15−1が電力供給モードで動作し、第2ダイナミックバッテリー群に第2バッテリー群15−2が割り当てられて第2バッテリー群15−2が待機モードで動作する。第1緊急状況で、第1バッテリー群15−1は保存した電気エネルギーを負荷に供給する。第1緊急状況が終了すれば、第1バッテリー群15−1は電気エネルギーが充電される。
また第2緊急状況が発生した場合、第1ダイナミックバッテリー群に第2バッテリー群15−2が割り当てられて、第2バッテリー群15−2が電力供給モードで動作し、第2ダイナミックバッテリー群に第1バッテリー群15−1が割り当てられて、第1バッテリー群15−1が待機モードで動作する。第2緊急状況で第2バッテリー群15−2は、保存した電気エネルギーを負荷に供給する。
他の例として、第2緊急状況下で入力端子inからの外部電力は、バイパス回路11を通じて出力端子outに伝送され、第2バッテリー群15−2に保存された電気エネルギーが同時に負荷に供給される。第2緊急状況が終了すれば、第2バッテリー群15−2は電気エネルギーで充電される。
他の例として、第1緊急状況及び第2緊急状況を第1周期と設定し、第1周期及び第2周期でのバッテリー群15の動作を説明すれば、次の通りである。
第1周期の第1緊急状況発生時に、第1ダイナミックバッテリー群に第1バッテリー群15−1が割り当てられ、第2ダイナミックバッテリー群に第2バッテリー群15−2が割り当てられる。第1周期の第2緊急状況発生時に、第1ダイナミックバッテリー群に第2バッテリー群15−2が割り当てられ、第2ダイナミックバッテリー群に第1バッテリー群15−1が割り当てられる。
第1周期の緊急状況終了後、電力供給装置1が正常に動作する途中で第2周期に当る第1緊急状況または第2緊急状況が発生する場合、第2周期の第1緊急状況発生時に第1ダイナミックバッテリー群に第2バッテリー群15−2が割り当てられ、第2ダイナミックバッテリー群に第1バッテリー群15−1が割り当てられる。第2周期の第2緊急状況発生時に、第1ダイナミックバッテリー群に第1バッテリー群15−1が割り当てられ、第2ダイナミックバッテリー群に第2バッテリー群15−2が割り当てられる。
図2(A)ないし図2(C)には、第1周期及び第2周期を含んで電力変動による電力供給装置1の動作状態島が図示されている。図2(A)には、供給電力及び負荷電力が図示されており、図2(B)には、緊急状況による第1バッテリー群15−1の動作状態が図示されており、図2(C)には、緊急状況による第2バッテリー群15−2の動作状態が図示されている。図2(A)ないし図2(C)では、一実施形態として第1周期及び第2周期で第1緊急状況が先ず発生し、第2緊急状況が後で発生すると説明しているが、これに限定されず、第2緊急状況が先ず発生し、第1緊急状況が後で発生してもよく、または同じ緊急状況が一周期内に複数回発生してもよい。先ず、第1周期の第1緊急状況または第2緊急状況発生時に第1バッテリー群15−1の動作及び第2バッテリー群15−2の動作を説明する。
第1周期で第1緊急状況が発生すれば、第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第1バッテリー群15−1は電力供給モードで動作し、第2ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第2バッテリー群15−2は待機モードで動作する。
図2(B)で、第1バッテリー群15−1の201区間は、停電が発生した時間から電力供給装置1が正常状態に戻る区間である。201区間は、201−1区間と201−2区間とに分けられる。201−1区間は、実質的に停電が発生した区間であり、201−2区間は、停電が終了して電力供給装置1が正常状態に戻る区間である。図2(B)で、第1バッテリー群15−1による電力供給は、201−1区間が終わる時、すぐ終了しないこともあり、第1バッテリー群15−1による電力供給は、電力供給装置1が201−2区間で正常状態に戻るか、または所定の設定時間中に正常状態を維持するまで段々低減する。
第1周期で第2緊急状況が発生すれば、第2バッテリー群15−2(現在第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられる)は電力供給モードで動作し、第1バッテリー群15−1(現在第2ダイナミックバッテリー群に割り当てられる)は待機モードで動作する。
図2(C)で、第2バッテリー群15−2の202区間は、第2緊急状況から負荷に必要な電力が供給される電力を超過して電力供給装置1が正常状態に動作する区間を示し、202区間はさらに、202−1区間と202−2区間とに分けられる。202−1区間は、特定時間帯に急な負荷の変動で負荷電力が供給電力を超過した時点から負荷に必要な電力が正常状態に復帰する地点までの区間である。ここで、202区間の時点、すなわち、第2緊急状況の発生時点は、図2(A)に示した供給電力と負荷電力とが一致する時点であるか、または供給電力と負荷電力とが一致する時点以前である。202−2区間は、負荷に必要な電力が正常状態に戻った後、電力供給装置1が正常状態に戻る区間である。図2(C)では、202−1区間の終了時点で直ちに第2バッテリー群15−2の電力供給を終了せず、202−2区間を置いて電力供給装置1が正常状態に戻るまで第2バッテリー群15−2の供給電力を徐々に低減させるか、または一定時間供給電力を維持する。
次いで、時間経過後、第2周期の第1緊急状況または第2緊急状況発生時に第1バッテリー群15−1の動作及び第2バッテリー群15−2の動作を説明する。
第1周期とは異なって、第2周期の第1緊急状況が発生すれば、第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第2バッテリー群15−2は電力供給モードで動作し、第2ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第1バッテリー群15−1は待機モードで動作する。また第2周期で第2緊急状況が発生すれば、第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第1バッテリー群15−1は電力供給モードで動作し、第2ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第2バッテリー群15−2は待機モードで動作する。
第1周期及び第2周期の緊急状況発生時に第1ダイナミックバッテリー群及び第2ダイナミックバッテリー群の割り当てを変更させる理由は、いずれか一つのバッテリー群の持続的な電力供給モード動作または待機モード動作によるバッテリー群の不均衡を解消するためである。
図2(A)ないし図2(C)について、次のような方式で第1ダイナミックバッテリー群及び第2ダイナミックバッテリー群への割り当てが定められる。
一実施形態で、第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2に保存されたSOCを比較して、さらに大きいSOCを持つ第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうちいずれか一つを第1ダイナミックバッテリー群に割り当て、さらに小さなSOCを持つ第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうちいずれか一つを第2ダイナミックバッテリー群に割り当てる。第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2のSOCが同じ場合、前記のように緊急状況の種類によって第1ダイナミックバッテリー群及び第2ダイナミックバッテリー群の割り当てを定める。第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2のSOC測定及び比較は、後述するBMS 16によって行われ、下記に説明する。または、バッテリー群のSOCは基準充電状態と比較され、第1及び第2ダイナミックバッテリー群への割り当ては、前記比較によって行われる。
また第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2が以前緊急状況時に第1ダイナミックバッテリー群として動作した回数を判断し、緊急状況時に第1ダイナミックバッテリー群でさらに少なく動作した第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうちいずれか一つを第1ダイナミックバッテリー群に割り当て、そうでない第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうち残りの一つを第2ダイナミックバッテリー群に割り当てる。またバッテリー群の放電回数は基準放電回数と比較され、第1及び第2ダイナミックバッテリー群への割り当ては前記比較によって行われる。
また第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2の現在温度と基準温度とを比較し、温度がさらに低い第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうちいずれか一つを第1ダイナミックバッテリー群に割り当て、そうでない第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうち残りの一つを第2ダイナミックバッテリー群に割り当てる。またバッテリー群の温度は基準温度と比較され、第1及び第2ダイナミックバッテリー群への割り当ては、前記比較によって行われる。
図3は、本発明の他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。図3に開示された電力供給装置3は、電力供給回路10、バッテリーパック34及び制御部17を備え、バッテリーパック34に、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2の温度を測定するために第1温度センサー18−1及び第2温度センサー18−2がさらに加えられた内容以外に、他の内容は図1に開示された電力供給装置1と同一である。ここで第1温度センサー18−1及び第2温度センサー18−2は、サーミスタであり、これに限定されるものではない。
再び図1に戻って、第3スイチング素子SW2−1は、第1ノードn1及び第1バッテリー群15−1に連結されて、第1バッテリー群15−1に電気エネルギーを保存するか、または第1バッテリー群15−1から電気エネルギーを出力する。第3スイチング素子SW2−1は、緊急状況発生時にON状態になり、第1バッテリー群15−1に保存された電気エネルギーを第2電力変換部13に供給する。そして第3スイチング素子SW2−1は、緊急状況が終了した後でOFF状態になる。第3スイチング素子SW2−1がON状態であり、緊急状況が発生しなければ、第1電力変換部12からの第1直流電力を第1バッテリー群15−1に充電する。第3スイチング素子SW2−1は、BMS 16によってON/OFF動作が制御される。
第4スイチング素子SW2−2は、第1ノードn1及び第2バッテリー群15−2に連結されて、第2バッテリー群15−2に電気エネルギーを保存するか、または第2バッテリー群15−2から電気エネルギーを放電する。第4スイチング素子SW2−2は、緊急状況発生時にON状態になり、第2バッテリー群15−2に保存された電気エネルギーを第2電力変換部13に供給する。そして第4スイチング素子SW2−2は、第2緊急状況が終了した後でON状態になり、第1電力変換部12からの第1直流電力を第2バッテリー群15−2に充電する。第4スイチング素子SW2−2は、BMS 16によってON/OFF動作が制御される。
BMS 16は、バッテリー15の充電及び放電を制御する。すなわち、BMS 16は、保護回路としての動作を行う。BMS 16は、バッテリー15の電圧、電流及び温度をセンシングするアナログフロントエンド(AFE)(図示せず)及びアナログフロントエンド(AFE)の動作を制御し、制御部17や外部モニタリング装置(図示せず)にデータを伝送するマイコン(micom)(図示せず)を備える。BMS 16は、バッテリー15が充電または放電動作を行う時だけではなく、普段にもセンシング動作及び通信動作を行う。またBMS 16は、緊急状況種類、バッテリー群の状態、またはこれらの組み合わせによって第3スイチング素子SW2−1または第4スイチング素子SW2−2をスイチングするスイチング制御信号を出力する。前記に図示したように、制御部17から第1緊急状況発生を受信すれば、第3スイチング素子SW2−1をターンオンする制御信号を出力し、制御部17から第2緊急状況発生を受信すれば、第4スイチング素子SW2−2をターンオンする制御信号を出力する。またBMS 16は、制御部17から第1または第2緊急状況終了を受信すれば、第3スイチング素子SW2−1または第4スイチング素子SW2−2をターンオンして第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2を充電させる。
さらに、本発明でBMS 16は、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2のSOC、放電回数温度の感知及び比較を行う。BMS 16は同時に第3スイチング素子SW2−1または第4スイチング素子SW2−2を同時にターンオンさせるか、またはターンオフさせ、いずれか一つのスイチング素子をターンオンする時に他のスイチング素子をターンオフさせてもよい。
制御部17は、電力供給装置1の各構成の動作を制御する。制御部17は、第1スイチング素子SW1−1及び第2スイチング素子SW1−2のON/OFF動作を制御する。具体的にバッテリー15のSOCが少ない場合には、第1スイチング素子SW1−1をONさせてバッテリー15に電力を供給してバッテリー15を充電し、緊急状況が発生した場合、第2スイチング素子SW1−2をONさせてバッテリー15に保存された電気エネルギーを負荷に供給させる。
制御部17は、外部電源の異常状態を感知して緊急状況が発生すれば、電力供給装置1を無停電電源供給装置とし、UPS(Uniterruptible Power Supply)動作を行わせる。すなわち、制御部17は、外部電源が負荷に電力を供給している正常状態で、外部電力を負荷に伝達し、外部電力を使ってBMS 16の動作電力を生成するように電力供給回路10を制御する。また停電が発生(例えば、停電は外部電力ソースの不良により発生)するか、またはオーバーロードが発生(例えば、所定時間供給された電力が最大供給電力を超過する場合)すれば、制御部17は、バッテリー15に保存された電気エネルギーを使って負荷に供給する電力及びBMS 16の動作電力を生成するように、電力供給回路10を制御する。
以下、本実施形態による電力供給装置1からBMS 16の動作電力を供給する方法について説明する。
図4は、本発明の一実施形態による電力供給装置1の制御方法を示すフローチャートである。
図4を参照すれば、制御部17は、複数のバッテリー(例えば、第1及び第2バッテリー群15−1、15−2のうち少なくとも一つ以上のバッテリーを第1ダイナミックバッテリー群と選択し、残りのバッテリーを第2ダイナミックバッテリー群と選択した後、電力供給モードで動作する第1ダイナミックバッテリー群及び待機モードで動作する第2ダイナミックバッテリー群を割り当てる(S401)。
第1ダイナミックバッテリー群及び第2ダイナミックバッテリー群の割り当てが完了すれば、制御部17は、外部電力ソースに異常が発生して停電が発生するか、または過負荷によって停電が発生する第1緊急状況が発生したかどうかを判断する(S403)。本実施形態で、制御部17は、緊急状況の種類が判断された後でダイナミックバッテリー群を割り当て、2つの動作を同時に行わせる。
第1緊急状況が発生した場合、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1をターンオフし、第2スイチング素子SW1−2をターンオンする(S405)。第1スイチング素子SW1−1がターンオフされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオンされれば、バッテリー15に保存された電気エネルギーが第2電力変換部13を経て出力端子outに出力される。これと共に、制御部17はBMS 16を制御してバッテリー15を電力供給モード及び待機モードで動作させる。
第1緊急状況が発生した場合、BMS 16は制御部17の第御下に、第3スイチング素子SW2−1及び第4スイチング素子SW2−2の動作を制御して、第1ダイナミックバッテリー群(例えば、第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2)が電力を供給するようにして、第2ダイナミックバッテリー群(例えば、第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2)を待機モードで動作させる(S407)。例えば、第1ダイナミックバッテリー群に第1バッテリー群15−1が割り当てられた場合、第2スイチング素子SW1−2をターンオンさせて第1バッテリー群15−1に保存した電気エネルギーを、第2電力変換部13を経て第1交流電力に変換させた後、出力端子outに出力させる。
次いで、制御部17は、第1緊急状況の終了如何を判断する(S409)。すなわち、制御部17は、外部電力ソースが正常状態であるかどうかを判断する。
第1緊急状況が終了した場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達させる(S411)。
次いで、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフする(S413)。第1スイチング素子SW1−1がターンオンされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオフされれば、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換させた後、第1ダイナミックバッテリー群に充電させる。この時、第3スイチング素子SW2−1及び/または第4スイチング素子SW2−2がターンオンされて、放電したバッテリー群(即ち、第1バッテリー群15−1及び/または第2バッテリー群15−2に第1 DC電力を供給させる。
本発明で、S411段階及びS413段階は同時に動作する。すなわち、第1緊急状況が終了すれば、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達させつつ、同時に電力供給装置1が正常状態に戻るが、この時、制御部17は第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフして、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換させた後、第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2に充電させる。
一方、外部電源が正常状態であり、外部電力が負荷に供給される状態で、制御部17は、特定時間帯に急な負荷の変動で負荷電力が供給電力を超過して停電が発生する直前の状況、または負荷電力が基準値を超過する状況として第2緊急状況が発生したかどうかを判断する(S415)。
第1緊急状況及び第2緊急状況が発生していない場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達させる(S417)。
しかし、第2緊急状況が発生した場合、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1をターンオフし、第2スイチング素子SW1−2をターンオンする(S419)。第1スイチング素子SW1−1がターンオフされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオンされれば、バッテリー15に保存された電気エネルギーが第2電力変換部13を経て出力端子outに出力される。これと共に、制御部17はBMS 16を制御して、バッテリー群を電力供給モード及び待機モードで動作させる。
第2緊急状況が発生した場合、BMS 16は、制御部17の第御下で、第3スイチング素子SW2−1及び第4スイチング素子SW2−2を制御して第1ダイナミックバッテリー群に電力を供給させ、第2ダイナミックバッテリー群を待機モードで動作させつつ、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達する(S421)。例えば、第1ダイナミックバッテリー群に第2バッテリー群15−2が割り当てられた場合、第4スイチング素子SW2−2がターンオンされて第2バッテリー群15−2に保存された電気エネルギーが、第2電力変換部13を経て第1交流電力に変換された後で出力端子outに出力されると同時に、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力が出力端子outに出力される。他の実施形態で、バイパス回路11がオープンされ、外部電力が第1電力変換部12によって変換されて出力端子outに出力される前に、第2電力変換部13によって第1交流電力に変換されるバッテリー電力に結合される。
次いで、制御部17は、第2緊急状況の終了如何を判断する(S423)。すなわち、制御部17は、外部電源が正常状態であり、外部電力を負荷に供給する状態に転換されたかどうかを判断する。
第2緊急状況が終了した場合、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1及び第2スイチング素子SW1−2をターンオフし、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達させ、次いで、制御部17は第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフして第2バッテリー群15−2を充電させるS411段階及びS413段階を行う。またS309段階及びS311段階は、同時に行われる。以後の説明は前述した通りなので、その詳細な説明は略する。
図5は、本発明の他の実施形態による電力供給装置1の制御方法を示すフローチャートである。
図5を参照すれば、制御部17は、第1緊急状況または第2緊急状況が発生したかどうかを判断する(S501)。
第1緊急状況または第2緊急状況が発生していない場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達させる(S503)。
第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1をターンオフし、第2スイチング素子SW1−2をターンオンする(S505)。第1スイチング素子SW1−1がターンオフされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオンされれば、バッテリー15に保存された電気エネルギーが第2電力変換部13を経て出力端子outに出力される。これと共に、制御部17は、BMS 16を制御してバッテリー群を電力供給モード及び待機モードで動作させる。第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、BMS 16は制御部17の第御下で、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2のSOCを比較する(S507)。
BMS 16から比較結果を受信した制御部17は、さらに大きいSOCを持つ第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2が第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられて電力を供給するようにし、さらに小さなSOCを持つ第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2は第2ダイナミックバッテリー群に割り当てられて待機モードで動作させる(S509)。この時、電力供給モードで動作させるバッテリー群によって、選択的にスイチング素子SW2−1またはSW2−2がターンオンされる。第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2に保存された電気エネルギーが、第2電力変換部13を経て第1交流電力に変換された後、出力端子outに出力される。ここで、比較結果、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2のSOCが同じ場合、図3に示したように、緊急状況の種類によって第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうちいずれか一つを第1ダイナミックバッテリー群に割り当てる。
次いで、制御部17は、第1緊急状況または第2緊急状況の終了如何を判断する(S511)。すなわち、制御部17は、外部電源が正常状態であり、外部電力を負荷に供給する状態に転換されたかどうかを判断する。
第1緊急状況または第2緊急状況が終了した場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達する(S513)。
バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達した後、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフする(S515)。第1スイチング素子SW1−1がターンオンされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオフされれば、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換した後、第1ダイナミックバッテリー群として動作した第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2に充電させる。
本発明で、S513段階及びS515段階は同時に動作する。すなわち、緊急状況が終了すれば、電力供給装置1が正常状態に戻るが、この時、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達すると同時に、第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフして、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換した後、電力供給モードで動作したバッテリー群に充電させる。
図6は、本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置1の制御方法を示すフローチャートである。
図6を参照すれば、制御部17は、第1緊急状況または第2緊急状況が発生したかどうかを判断する(S601)。
第1緊急状況または第2緊急状況が発生していない場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達させる(S603)。
しかし、第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1をターンオフし、第2スイチング素子SW1−2をターンオンする(S605)。第1スイチング素子SW1−1がターンオフされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオンされれば、バッテリー15に保存された電気エネルギーが第2電力変換部13を経て出力端子outに出力される。これと共に、制御部17は、BMS 16を制御してバッテリー群を電力供給モード及び待機モードで動作させる。
第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、BMS 16は、制御部17の第御下で、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2が以前緊急状況発生時に第1ダイナミックバッテリー群として動作した回数を比較する(例えば、各バッテリー群の放電回数を判断する)(S607)。
BMS 16から比較結果を受信した制御部17は、以前緊急状況発生時に第1ダイナミックバッテリー群として動作した回数がさらに少ない第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2を、第1ダイナミックバッテリー群に割り当てて電力を供給させ、第1ダイナミックバッテリー群として動作した回数がさらに多い第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2を、第2ダイナミックバッテリー群に割り当てて待機モードで動作させる(S609)。この時、第3スイチング素子SW2−1または第4スイチング素子SW2−2がターンオンされて、電力供給モードでバッテリー群を動作させる。ここで、比較結果、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2が以前緊急状況発生時に第1ダイナミックバッテリー群として動作した回数が同じ場合、緊急状況の種類によって、第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうちいずれか一つを第1ダイナミックバッテリー群に割り当てる。第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2に保存された電気エネルギーが、第2電力変換部13を経て第1交流電力に変換された後、出力端子outに出力される。
次いで、制御部17は、第1緊急状況または第2緊急状況の終了如何を判断する(S611)。すなわち、制御部17は、外部電源が正常状態であり、外部電力を負荷に供給する状態に転換されたかどうかを判断する。
第1緊急状況または第2緊急状況が終了した場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達する(S613)。
バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達した後、制御部17は、第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフする(S615)。第1スイチング素子SW1−1がターンオンされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオフされれば、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換した後、電力モードで動作したバッテリー群15−1に充電させる。
本発明で、S613段階及びS615段階は同時に動作することができる。すなわち、緊急状況が終了すれば、電力供給装置1が正常状態に戻るが、この時、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達すると同時に、第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフして、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換した後、電力供給モードで動作したバッテリー群に充電させる。
図7は、本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置1の制御方法を示すフローチャートである。
図7を参照すれば、制御部17は、第1緊急状況または第2緊急状況が発生したかどうかを判断する(S701)。
第1緊急状況または第2緊急状況が発生していない場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達させる(S703)。
しかし、第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、制御部17は第1スイチング素子SW1−1をターンオフし、第2スイチング素子SW1−2をターンオンする(S705)。第1スイチング素子SW1−1がターンオフされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオンされれば、バッテリー15に保存された電気エネルギーが第2電力変換部13を経て出力端子outに出力される。これと共に、制御部17は、BMS 16を制御してバッテリー群を電力供給モード及び待機モードで動作させる。
第1緊急状況または第2緊急状況が発生した場合、BMS 16は、制御部17の第御下で、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2の温度を比較する(S707)。
BMS 16から比較結果を受信した制御部17は、さらに低い温度を持つ第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2を第1ダイナミックバッテリー群に割り当てて電力を供給させ、さらに高い温度を持つ第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2を第2ダイナミックバッテリー群に割り当てて待機モードで動作させる(S709)。この時、第3スイチング素子SW2−1または第4スイチング素子SW2−2がターンオンドエオ電力供給モードでバッテリー群を動作させる。ここで、比較結果、第1バッテリー群15−1及び第2バッテリー群15−2の温度が同じ場合、緊急状況の種類によって第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2のうちいずれか一つを第1ダイナミックバッテリー群で割り当てできる。第1ダイナミックバッテリー群に割り当てられた第1バッテリー群15−1または第2バッテリー群15−2に保存された電気エネルギーが、第2電力変換部13を経て第1交流電力に変換された後、出力端子outに出力される。
次いで、制御部17は、第1緊急状況または第2緊急状況の終了如何を判断する(S711)。すなわち、制御部17は、外部電源が正常状態であり、外部電力を負荷に供給する状態に転換されたかどうかを判断する。
第1緊急状況または第2緊急状況が終了した場合、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達する(S713)。
バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達した後、制御部17は第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフする(S715)。第1スイチング素子SW1−1がターンオンされ、第2スイチング素子SW1−2がターンオフされれば、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換した後、電力モードで動作したバッテリー群15−1に充電させる。
本発明で、S713段階及びS715段階は同時に動作する。すなわち、緊急状況が終了すれば、電力供給装置1が正常状態に戻るが、この時、制御部17は、バイパス回路11を通じて入力端子inからの外部電力を出力端子outに伝達すると同時に、第1スイチング素子SW1−1をターンオンし、第2スイチング素子SW1−2をターンオフして、入力端子inからの外部電力を第1電力変換部12を経て第1直流電力に変換した後、電力供給モードで動作したバッテリー群に充電させる。図8は、本発明の他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。
図8を参照すれば、本実施形態による電力供給装置8は、電力供給回路80、バッテリーパック84、制御部87を備える。また電力供給装置8は、入力端子in及び出力端子outを備える。
本実施形態による電力供給回路80は、バイパス回路81、第1電力変換部82、第2電力変換部83を備える。すなわち、本実施形態による電力供給回路80は、図1による電力供給回路10で第1及び第2スイチング素子SW1−1、SW1−2が除去された。制御部87は、第1及び第2スイチング素子SW1−1、SW1−2のON/OFFを制御する代わりに、第1電力変換部82及び第2電力変換部83の動作を制御し、必要な場合に、第1電力変換部82及び第2電力変換部83の入力端に印加された電力が交流または直流に変換して出力端に出力されるように制御する。
バッテリー85の残存用量が少なくて充電の必要な場合ならば、制御部87は、第1電力変換部82が動作するように制御してバッテリー85に第1直流電力を供給させる。また制御部87は、緊急状況が発生すれば、第2電力変換部83が動作するように制御し、バッテリー85に保存された電気エネルギーを使って負荷に供給される電力及びBMS 86の動作電力を生成させる。また図示されていないが、バッテリーパック84は、バッテリー85の温度を測定できる温度センサーを備える。以後の説明は図1と同一であるので、その詳細な説明は略する。
図9は、本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。
図9を参照すれば、本実施形態による電力供給装置9は、電力供給回路90、バッテリーパック94、制御部97を備える。また電力供給装置9は、入力端子in及び出力端子outを備える。
本実施形態による電力供給回路90は、第1電力変換部92及び第2電力変換部93を備える。すなわち、本実施形態による電力供給回路90は、図1による電力供給回路10でバイパス回路11が除去された。制御部97は、スイチング素子のON/OFF並びに第1電力変換部92及び第2電力変換部93の動作を制御し、必要な場合に、第1電力変換部92及び第2電力変換部93の入力端に印加された電力が交流または直流に変換されて出力端に出力されるように制御する。
バッテリー95の残存用量が少なくて充電が必要な場合ならば、制御部97は、第1スイチング素子SW1−1をONさせ、第1電力変換部92が動作するように制御してバッテリー95に第1直流電力を供給させる。また制御部97は、緊急状況が発生すれば、第2スイチング素子SW1−2をONさせ、第2電力変換部93が動作するように制御し、バッテリー75に保存された電気エネルギーを使って負荷に供給される電力及びBMS 96の動作電力を生成させる。また制御部97は、普段は第1スイチング素子SW1−1及び第2スイチング素子SW1−2をいずれもONさせ、入力端子inからの外部電力を、第1電力変換部72及び第2電力変換部93を通じて出力端子outに伝達する。また図示されていないが、バッテリーパック94は、バッテリー95の温度を測定できる温度センサーを備える。以後の説明は図1と同一であるので、その詳細な説明は略する。
図10は、本発明のさらに他の実施形態による電力供給装置を示すブロック図である。
図10を参照すれば、本実施形態による電力供給装置11は、電力供給回路110、バッテリーパック114、制御部117を備える。また電力供給装置11は、入力端子in及び出力端子outを備える。
本実施形態による電力供給回路110は、第1電力変換部112及び第2電力変換部113を備える。すなわち、本実施形態による電力供給回路110は、図8による電力供給回路80でバイパス回路81が除去された。制御部117は、スイチング素子のON/OFFを制御する代わりに、第1電力変換部112及び第2電力変換部113の動作を制御し、必要な場合に、第1電力変換部112及び第2電力変換部113の入力端に印加された電力が交流または直流に変換されて出力端に出力されるように制御する。
バッテリー115の残存用量が少なくて充電が必要な場合ならば、制御部117は、第1電力変換部112が動作するように制御し、バッテリー115に第1直流電力を供給させる。また制御部117は、緊急状況が発生すれば、第2電力変換部113が動作するように制御し、バッテリー115に保存された電気エネルギーを使って負荷に供給される電力及びBMS 116の動作電力を生成させる。また制御部117は、普段は入力端子inからの外部電力を第1電力変換部112及び第2電力変換部113を通じて出力端子outに伝達する。また図示されていないが、バッテリーパック114は、バッテリー115の温度を測定できる温度センサーを備える。以後の説明は図1と同一であるので、その詳細な説明は略する。
以上で述べた実施形態及びその変形例による制御方法を電力供給装置1、8、9、10で行わせるためのプログラムは、記録媒体に保存される。ここで記録媒体とは、例えば、プロセッサーで読み取り可能な媒体として半導体記録媒体(例えば、Flash memory)を使う。前記媒体はプロセッサーによって判読でき、前記プロセッサーで行われる。
これまで本発明について望ましい実施形態を中心として説明した。当業者ならば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態に本発明を具現できるということを理解できるであろう。したがって、前記開示された実施形態は限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は前述した説明ではなく特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるすべての差は本発明に含まれていると解釈されねばならない。
本発明で引用する公開文献、特許出願、特許などを含むあらゆる文献は、各引用文献を個別的及び具体的に組み合わせて示すもの、または本発明で全体的に組み合わせて示すものと同様に発明に組み合わせられる。
本発明は、バッテリーパック及びこれを備える電力供給装置関連の技術分野に好適に用いられる。
1、8、9 電力供給装置
10、80、90、110 電力供給回路
11、81 バイパス回路
12、82、92、112 第1電力変換部
13、83、93、113 第2電力変換部
14、34、84、94、114 バッテリーパック
15、85、95、115 バッテリー
15−1、85−1、95−1、115−1 第1バッテリー群
15−2、85−2、95−2、115−2 第2バッテリー群
16、86、96、116 バッテリー制御部
17、87、97、117 制御部
18−1 第1温度センサー
18−2 第2温度センサー

Claims (20)

  1. 外部電力ソースから第1電力を受信し、バッテリー電力を受信し、前記第1電力または前記バッテリー電力のうち少なくとも一つを含む第2電力を外部負荷に出力する電力供給回路と、
    前記電力供給回路に連結され、第1バッテリー群及び第2バッテリー群を備える複数のバッテリー群に配列された複数のバッテリーを備え、前記バッテリー電力を供給するバッテリーパックと、を備え、
    前記バッテリーパックは、
    前記外部電力ソースの状態、前記外部負荷の状態、前記第1バッテリー群の状態または前記第2バッテリー群の状態のうち少なくともいずれか一つによって、前記電力供給回路に前記バッテリー電力として、前記第1バッテリー群の電力または前記第2バッテリー群の電力を第1周期及び第2周期の緊急状況の発生時に割り当てを変更させて選択的に供給し、前記緊急状況の終了後、電力供給装置が正常状態に戻るまで電力を低減して供給し続けることを特徴とする電力供給装置。
  2. 前記外部電力ソースの状態、前記外部負荷の状態、前記第1バッテリー群の状態または前記第2バッテリー群の状態のうち少なくともいずれか一つによって、前記電力供給回路及び前記バッテリーパックを制御する制御部をさらに備え、
    前記バッテリーパックは、前記制御部からのバッテリー制御信号によって前記第1バッテリー群及び第2バッテリー群それぞれの充電及び放電を制御するバッテリー管理システムをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。
  3. 前記電力供給回路は、
    前記第1電力を受信する入力端子と、
    前記第2電力を出力する出力端子と、
    前記入力端子と第1ノードとの間に連結され、前記第1電力を前記バッテリーの充電に好適な電圧を持つように第1電力に変換し、前記変換された第1電力を前記第1ノードに出力する第1電力変換部と、
    前記第1ノードと前記出力端子との間に連結され、前記変換された第1電力または前記バッテリー電力を前記外部負荷で好適に使用可能な電圧を持つように第2電力に変換し、前記第2電力を前記出力端子に出力する第2電力変換部と、を備え、
    前記第1バッテリー群及び前記第2バッテリー群は、選択的に前記第1ノードに電気的に連結されたことを特徴とする請求項2に記載の電力供給装置。
  4. 前記電力供給回路は、
    前記入力端子と前記出力端子との間に連結され、前記制御部からのバイパス制御信号に応答して前記第1電力を変換せずに前記出力端子に伝送するバイパス回路をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の電力供給装置。
  5. 前記電力供給回路は、
    前記入力端子と前記第1電力変換部との間に介在され、前記制御部からの第1スィッチ制御信号に応答して、前記入力端子を前記第1電力変換部に電気的に連結する第1スィッチと、
    前記第2電力変換部と前記出力端子との間に介在され、前記制御部からの第2スィッチ制御信号に応答して、前記第2電力変換部を前記出力端子に電気的に連結する第2スィッチと、をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の電力供給装置。
  6. 前記バッテリーパックは、
    前記第1ノードと前記第1バッテリー群との間に介在され、前記バッテリー管理システムからの第1バッテリー群スィッチ制御信号に応答して、前記第1バッテリー群を前記第1ノードに電気的に連結する第1バッテリー群スィッチと、
    前記第1ノードと前記第2バッテリー群との間に介在され、前記バッテリー管理システムからの第2バッテリー群スィッチ制御信号に応答して、前記第2バッテリー群を前記第1ノードに電気的に連結する第2バッテリー群スィッチと、をさらに備え、
    前記バッテリー管理システムは、前記バッテリー制御信号によって前記第1及び第2バッテリー群スィッチ制御信号を生成することを特徴とする請求項3に記載の電力供給装置。
  7. 前記制御部は、
    第1緊急状況または第2緊急状況の発生を判断し、前記外部電力ソースの状態または前記外部負荷の状態のうち少なくともいずれか一つによって、前記第2緊急状況は第1緊急状況と異なって判断することを特徴とする請求項2に記載の電力供給装置。
  8. 前記制御部は、
    前記第1緊急状況が発生したことを判断すれば、前記第1バッテリー群または前記第2バッテリー群を選択的に放電するように前記バッテリー制御信号を生成し、前記第2電力が前記第1バッテリー群または前記第2バッテリー群の電力を含むようにし、前記第1及び第2バッテリー群のうち選択されていないいずれか一つが待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、
    前記第1緊急状況の終了如何を判断し、
    前記第1緊急状況が終了した後、前記第1及び第2バッテリー群のうち選択されたいずれか一つの放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成し、
    放電のために前記第1及び第2バッテリー群から選択することを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  9. 前記制御部は、
    放電のために前記第1及び第2バッテリー群から動的に選択することを特徴とする請求項8に記載の電力供給装置。
  10. 前記電力供給回路は、
    前記第1電力及び前記第1バッテリー群または第2バッテリー群の電力を同時に供給させて、前記第2電力が前記第1バッテリー群または第2バッテリー群の電力及び前記第1電力を含むようにすることを特徴とする請求項8に記載の電力供給装置。
  11. 前記制御部は、
    前記複数のバッテリー群のSOC値の状態を互いに比較し、
    前記複数のバッテリー群のうち一つのSOC値が、前記あらゆる複数のバッテリー群のSOC値のうち最も大きい場合、前記SOC値の最も大きいバッテリー群を放電するように前記バッテリー制御信号を生成して、前記第2電力が前記SOC値の最も大きいバッテリー群の電力を含むようにし、残りのバッテリー群は待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、
    前記第1緊急状況または前記第2緊急状況の終了如何を判断し、
    前記第1緊急状況または第2緊急状況が終了した後、前記SOC値の最も大きいバッテリー群の放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成することを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  12. 前記制御部は、
    前記複数のバッテリー群の放電回数を互いに比較し、
    前記複数のバッテリー群のうち一つの放電回数が、前記あらゆる複数のバッテリー群の放電回数のうち最も少ない場合、前記放電回数の最も少ないバッテリー群を放電するように前記バッテリー制御信号を生成し、残りのバッテリー群は待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、
    前記第1緊急状況または前記第2緊急状況の終了如何を判断し、
    前記第1緊急状況または第2緊急状況が終了した後、前記放電回数の最も少ないバッテリー群の放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成することを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  13. 前記制御部は、
    前記複数のバッテリー群の温度を互いに比較し、
    前記複数のバッテリー群のうち一つの温度が前記あらゆる複数のバッテリー群の温度のうち最も低い場合、前記温度の最も低いバッテリー群を放電するように前記バッテリー制御信号を生成して、前記第2電力が前記温度の最も低いバッテリー群の電力を含むようにし、残りのバッテリー群は待機モードで動作するように前記バッテリー制御信号を生成し、
    前記第1緊急状況または前記第2緊急状況の終了如何を判断し、
    前記第1緊急状況または第2緊急状況が終了した後、放電回数の最も少ないバッテリー群の放電を中止させる前記バッテリー制御信号を生成することを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  14. 前記制御部は、
    前記外部電力ソースが停止すれば、前記第1緊急状況が発生したと判断し、
    前記外部負荷の要求電力が前記外部電力ソースの電力より大きければ、前記第2緊急状況が発生したと判断することを特徴とする請求項7に記載の電力供給装置。
  15. 前記バッテリーパックは、
    前記第1バッテリー群の温度を感知し、前記感知された第1バッテリー群の温度を前記バッテリー管理システムに伝送する第1温度センサーと、
    前記第2バッテリー群の温度を感知し、前記感知された第2バッテリー群の温度を前記バッテリー管理システムに伝送する第2温度センサーと、をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の電力供給装置。
  16. 外部デバイスに電力を供給するバッテリーパックであり、
    複数のバッテリー群に配列された複数のバッテリーと、
    前記バッテリー群それぞれのSOC、放電回数または温度状態をモニタリングし、前記外部デバイスの状態をモニタリングし、前記各バッテリー群の状態及び前記外部デバイスの状態によって、前記外部デバイスで電力を放電するように前記バッテリー群から少なくとも一つのバッテリー群を選択し、選択されずに残っているバッテリー群を待機モードで動作するように制御するバッテリー管理システムと、を備え、第1周期及び第2周期の緊急状況の発生時に前記バッテリー群の割り当てを変更させて電力を提供し、前記緊急状況の終了後、電力供給装置が正常状態に戻るまで前記電力を低減して供給し続けることを特徴とするバッテリーパック。
  17. 複数のスィッチをさらに備え、
    各スィッチは、前記バッテリー群のうち一つ及び出力端子に連結され、
    前記バッテリー管理システムは、前記バッテリー群が前記出力端子に選択的に連結されるように前記スィッチを制御することを特徴とする請求項16に記載のバッテリーパック。
  18. 前記バッテリー管理システムは、
    前記複数のバッテリー群のSOC値の状態を互いに比較し、
    前記複数のバッテリー群のうち一つのSOC値が前記あらゆる複数のバッテリー群のSOC値のうち最も大きい場合、前記SOC値の最も大きいバッテリー群を選択してその電力を前記外部デバイスに放電させ、残りのバッテリー群は待機モードで動作させることを特徴とする請求項17に記載のバッテリーパック。
  19. 前記バッテリー管理システムは、
    前記複数のバッテリー群の温度を互いに比較し、
    前記複数のバッテリー群のうち一つの温度が、前記あらゆる複数のバッテリー群の温度のうち最も低い場合、前記温度の最も低いバッテリー群を選択してその電力を前記外部デバイスに放電させ、残りのバッテリー群は待機モードで動作させることを特徴とする請求項17に記載のバッテリーパック。
  20. 前記バッテリー管理システムは、
    前記複数のバッテリー群の放電回数を互いに比較し、
    前記複数のバッテリー群のうち一つの放電回数が、前記あらゆる複数のバッテリー群の放電回数のうち最も少ない場合、前記放電回数の最も少ないバッテリー群を選択してその電力を前記外部デバイスに放電させ、残りのバッテリー群は待機モードで動作させることを特徴とする請求項17に記載のバッテリーパック。
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