JP6445828B2 - バッテリーパック、バッテリーパックを備えるエネルギー保存システム、バッテリーパックの充電方法 - Google Patents

バッテリーパック、バッテリーパックを備えるエネルギー保存システム、バッテリーパックの充電方法 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーパック、バッテリーパックを備えるエネルギー保存システム、バッテリーパックの充電方法に関する。
二次バッテリーは、充電の不可能な一次バッテリーとは異なり、充電の可能なバッテリーである。定電流の充電及び/または定電圧の充電のような二次バッテリーの充電方法が公知されている。
韓国特許第1042786号公報 韓国公開特許第2001−0006107号公報 韓国公開特許第2001−0019941号公報
しかし、二次バッテリーの状態を考慮せずに二次バッテリーを充電する場合、例えば、二次バッテリーの容量が急激に劣化するという問題が発生する。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、二次バッテリーの状態を考慮して充電されることが可能な、新規かつ改良されたバッテリーパック、バッテリーパックを備えるエネルギー保存システム、バッテリーパックの充電方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、バッテリーパックであって、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリーと、前記バッテリーの温度を感知するように構成される少なくとも一つの温度センサーと、前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を測定し、少なくとも一つのセル電圧値を含むセル電圧データを生成するように構成されるセル電圧測定部と、前記少なくとも一つの温度センサーに接続され、前記少なくとも一つの温度センサーによって感知された前記バッテリーの温度に対応する少なくとも一つの温度値を含む温度データを生成するように構成される温度測定部と、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて前記バッテリーを充電するための充電電流の第1最大充電電流値を定めるように構成される制御部と、を備え、前記制御部は、前記第1最大充電電流値を、前記バッテリーパックに前記充電電流を供給するように構成される充電装置に送信するように構成され、前記充電装置は、前記バッテリーパックに供給される前記充電電流が前記第1最大充電電流値より小さな値を持つように、前記充電電流を制御するように構成されることを特徴とする、バッテリーパックが提供される。
前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定め、前記第2最大充電電流値に基づいて前記第1最大充電電流値を定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値から最小セル電圧値を定め、セル電圧値と最大充電電流値との関係を定義する第1関係データに基づいて、前記最小セル電圧値に対応する最大充電電流値を前記第2最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記最小セル電圧値が第1セル電圧しきい値より小さな場合、第1値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が、前記第1セル電圧しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2セル電圧しきい値より大きい場合、前記第1値より大きい第2値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が前記第1セル電圧しきい値より大きく、かつ前記第2セル電圧しきい値より小さな場合、前記最小セル電圧値の上昇または下降によって、前記第1値または前記第2値を前記第2最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記最小セル電圧値が第1セル電圧しきい値より小さくなるように既定の時区間の間に維持される場合、第1値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が前記第1セル電圧しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2セル電圧しきい値より大きくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記第1値より大きい第2値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が前記第1セル電圧しきい値より大きく、かつ前記第2セル電圧しきい値より小さくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記最小セル電圧値の上昇または下降によって前記第1値または前記第2値を前記第2最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記少なくとも一つの温度値に基づいて第3最大充電電流値を定め、前記第3最大充電電流値に基づいて前記第1最大充電電流値を定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記少なくとも一つの温度値から最小温度値を定め、温度値と最大充電電流値との関係を定義する第2関係データに基づいて、前記最小温度値に対応する最大充電電流値を前記第3最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記最小温度値が第1温度しきい値より小さな場合、第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2温度しきい値より大きい場合、前記第1値より大きい第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値より大きく、かつ前記第2温度しきい値より小さな場合、前記温度値の上昇または下降によって前記第1値または前記第2値を前記第3最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記最小温度値が第1温度しきい値より小さくなるように既定の時区間の間に維持される場合、第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2温度しきい値より大きくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記第1値より大きい第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値より大きく、かつ前記第2温度しきい値より小さくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記温度値の上昇または下降によって前記第1値または前記第2値を前記第3最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定め、前記少なくとも一つの温度値に基づいて第3最大充電電流値を定め、前記第2最大充電電流値と前記第3最大充電電流値のうち小さな値で前記第1最大充電電流値を定めるように構成されてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー、及び前記バッテリーの充電及び放電を制御するように構成されるバッテリー管理部を備えるバッテリーシステムと、発電システム、系統、負荷及び前記バッテリーシステムの間で電力を変換するように構成される電力変換装置、及び前記電力変換装置を制御するように構成される統合制御器を備える電力変換システムと、を備え、前記バッテリー管理部は、前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を測定し、少なくとも一つのセル電圧値を含むセル電圧データを生成するように構成されるセル電圧測定部と、前記バッテリー内の少なくとも一つの温度センサーによって感知される前記バッテリーの温度に対応する、少なくとも一つの温度値を含む温度データを生成するように構成される温度測定部と、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて前記バッテリーを充電するための充電電流の第1最大充電電流値を定め、前記第1最大充電電流値を前記統合制御器に伝送するように構成される制御部と、を備え、前記統合制御器は、前記バッテリー管理部から前記第1最大充電電流値を受信し、前記電力変換装置が前記第1最大充電電流値より小さな値の前記充電電流を前記バッテリーシステムに供給するように、前記電力変換装置を制御するように構成されることを特徴とする、エネルギー保存システムが提供される。
前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定め、前記少なくとも一つの温度値に基づいて第3最大充電電流値を定め、前記第2最大充電電流値と前記第3最大充電電流値のうち小さな値で前記第1最大充電電流値を定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値から最小セル電圧値を定め、セル電圧値と最大充電電流値との関係を定義する第1関係データに基づいて、前記最小セル電圧値に対応する最大充電電流値を前記第2最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
前記制御部は、前記少なくとも一つの温度値から最小温度値を定め、温度値と最大充電電流値との関係を定義する第2関係データに基づいて、前記最小温度値に対応する最大充電電流値を前記第3最大充電電流値と定めるように構成されてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリーを備えるバッテリーパックを充電する方法であって、前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を測定する段階と、前記セル電圧に対応する少なくとも一つのセル電圧値を含むセル電圧データを生成する段階と、少なくとも一つの温度センサーによって測定される前記バッテリーの温度に対応する少なくとも一つの温度値を含む温度データを生成する段階と、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて、前記バッテリーを充電するための充電電流の第1最大充電電流値を定める段階と、前記第1最大充電電流値を前記バッテリーパックに接続された充電装置に伝送する段階と、前記充電装置から、前記第1最大充電電流値より小さな値を持つ前記充電電流を供給される段階と、を含む、バッテリーパックの充電方法が提供される。
前記第1最大充電電流値を定める段階は、前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定める段階と、前記少なくとも一つの温度値に基づいて第3最大充電電流値を定める段階と、前記第2最大充電電流値と前記第3最大充電電流値のうち小さな値で前記第1最大充電電流値を定める段階と、を含んでもよい。
以上説明したように本発明によれば、二次バッテリーの状態を考慮して充電されることが可能な、新規かつ改良されたバッテリーパック、バッテリーパックを備えるエネルギー保存システム、バッテリーパックの充電方法が提供される。
本発明の多様な実施形態によれば、セル電圧及び/またはセル温度を考慮して最大充電電流値を定め、前記最大充電電流値より小さな値を持つ充電電流で充電が行われるため、バッテリーは最適の状態に充電される。また、セル電圧及び/またはセル温度の区間境界にヒステリシスマージンを適用することで、区間境界での最大充電電流値の揺れが防止される。よって、バッテリーはさらに安定して充電される。バッテリーの急激な容量劣化が防止され、バッテリーの寿命がさらに延長する。
一実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。 他の実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。 一実施形態による、セル電圧に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。 一実施形態による、温度に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。 他の実施形態による、セル電圧に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。 他の実施形態による、温度に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。 図4A及び図4Bに示されたグラフによって、セル電圧及び温度に対する最大充電電流値を示す例示的な表を示す図面である。 図4A及び図4Bに示されたグラフによって、セル電圧及び温度に対する最大充電電流値を示す例示的な表を示す図面である。 図4A及び図4Bに示されたグラフによって、セル電圧及び温度に対する最大充電電流値を示す例示的な表を示す図面である。 一実施形態によるエネルギー保存システム及び周辺構成を概略的に示す図面である。 一実施形態によるエネルギー保存システムの概略的な構成を示すブロック図である。 他の実施形態によるバッテリーシステムの概略的な構成を示すブロック図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付する図面と共に詳細に説明される実施形態を参照すれば、明確になる。しかし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、多様な形態で具現され、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変換、均等物または代替物を含むと理解されねばならない。下記の実施形態は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。本発明を説明するに際して、かかる公知技術に関する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、その詳細な説明を省略する。
本明細書で使われた用語は、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使われたものではない。単数の表現は、特に断らない限り複数の表現を含む。本明細書で、“備える”または“持つ”などの用語は、挙げられた特徴の存在を特定するものであり、一つ以上の他の特徴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。本明細書で、用語“及び/または”は、挙げられた特徴のうちいずれか一つ及び一つ以上のすべての組み合わせを含むために使われる。本明細書で、“第1”、“第2”などの用語は、多様な特徴を説明するために一つの特徴を他の特徴から区別するための意図のみで使われ、このような特徴は、これら用語によって限定されるものではない。以下の説明で一つの要素が他の要素“上に”位置すると記載される場合、これは、一つの要素が他の要素の真上に位置する場合だけではなく、一つの要素と他の要素との間にさらに他の要素が介在される場合をいずれも含む。
以下、本発明による実施形態を、添付する図面を参照して詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに際して、同一または対応する構成要素には同じ図面番号を付し、これについての重なる説明は省略する。
図1は、一実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。
図1を参照すれば、バッテリーパック100は、バッテリー110、温度センサー112、セル電圧測定部120、温度測定部130、及び制御部140を備える。バッテリー110は、少なくとも一つのバッテリーセル111を備える。バッテリーパック100は、バッテリー110の温度を感知する少なくとも一つの温度センサー112を備える。セル電圧測定部120は、少なくとも一つのバッテリーセル111のセル電圧を測定し、少なくとも一つのセル電圧値を含むセル電圧データVDを生成する。温度測定部130は、少なくとも一つの温度センサー112から、バッテリー110の温度に対応する少なくとも一つの温度値を含む温度データTDを生成する。制御部140は、セル電圧データVD及び温度データTDに基づいてバッテリー110に流れ込む電流の最大充電電流値を定めるように構成される。
バッテリー110は、エネルギーを保存する部分であり、少なくとも一つのバッテリーセル111を備える。図1には、バッテリー110内に一つのバッテリーセル111が示されるが、バッテリー110には、複数のバッテリーセル111が備えられる。
以下の説明で複数のバッテリーセル111を備えるバッテリー110を中心として説明する。複数のバッテリーセル111は、直列または並列に連結されるか、または直列と並列との組み合わせで連結される。バッテリー110に備えられるバッテリーセル111の数は、要求される出力電圧または電力によって定められる。
バッテリー110は、端子101、102を通じて充電装置150に連結される。バッテリーパック100の端子101、102は、充電装置150の端子151、152にそれぞれ連結される。充電時にバッテリー110は、端子101、102を通じて充電装置150から供給される電気エネルギーを保存する。バッテリー110の充電時に、バッテリー110には充電装置150から充電電流が流れ込む。バッテリー110が過放電状態であるか、またはバッテリー110が低温環境に露出された場合に、バッテリー110に高い充電電流が流れ込まれれば、バッテリー110は損傷する。例えば、バッテリー110が急速に劣化する。
バッテリー110は、端子101、102を通じて負荷に連結され、放電時にバッテリー110は、端子101、102を通じて前記負荷に電気エネルギーを供給する。
バッテリーセル111は、充電可能な二次電池を含む。例えば、バッテリーセル111は、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、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を含む。
図1で、バッテリーパック100内に一つのバッテリー110が図示されるが、バッテリーパック100は、複数のバッテリー110を備える。この場合、バッテリー110は、直列、並列または直列と並列との組み合わせで連結される。また、バッテリーパック100は、マスタ・スレーブ構造を持ち、バッテリー110をそれぞれ制御する複数のスレーブ制御部、及びバッテリー110をまとめて制御するマスタ制御部を備える。前記スレーブ制御部は、対応するバッテリー110のセル電圧データ及び温度データをそれぞれ生成し、前記マスタ制御部に伝送する。前記マスタ制御部は、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいてバッテリーパック100の最大充電電流値を定める。
セル電圧測定部120は、バッテリーセル111のセル電圧を測定し、複数のセル電圧値を含むセル電圧データVDを生成(または決定)するように構成される。セル電圧測定部120は、バッテリーセル111間のノードに連結され、前記ノード間の電圧をデジタルセル電圧値に変換するためのアナログ−デジタルコンバータ(analog−digital converter、以下、ADC)を備える。前記セル電圧値は、バッテリーセル111にそれぞれ対応し、集合的にセル電圧データVDと称する。セル電圧測定部120は、アナログフロントエンド(analog front end、以下‘AFE’と称する)で具現される。
温度センサー112は、バッテリー110の温度を感知するためにバッテリー110内に配置される。図1には、バッテリーパック100内に一つの温度センサー112が図示されるが、バッテリー110には複数の温度センサー112が備えられ、下記の説明で複数の温度センサー112を備えるバッテリーパック100を中心として説明する。
温度センサー112は、バッテリーセル111の温度を感知するためにバッテリー110内のバッテリーセル111に隣接して配置される。例えば、温度センサー112は、バッテリーセル111を連結するバスバー上に設けられる。温度センサー112の数は、バッテリーセル111の数と同一である。温度センサー112の数は、バッテリーセル111の数より少ないか、または多い。
温度測定部130は、温度センサー112に電気的に連結され、温度センサー112からバッテリーセル111の温度を感知し、バッテリーセル111の温度にそれぞれ対応する複数の温度値を含む温度データTDを生成するように構成される。
温度センサー112は、周辺温度によって変わる抵抗値を持つサーミスタを備える。温度測定部130は、温度センサー112の抵抗値に基づいて前記温度値を生成する。温度測定部130は、温度センサー112の抵抗値を測定するための回路を備える。温度測定部130は、測定されたアナログ値をデジタル値に変換するためのADCを備える。前記温度値は、温度センサー112にそれぞれ対応して、集合的に温度データTDと称する。
一例によれば、温度センサー112は、周辺温度が上がるほど抵抗値が低くなるネガティブ温度係数を持つサーミスタを備える。他の例によれば、温度センサー112は、周辺温度が上がるほど抵抗値が高くなるポジティブ温度係数を持つサーミスタを備える。
制御部140は、セル電圧測定部120からセル電圧データVDを受信し、温度測定部130から温度データTDを受信する。制御部140は、セル電圧データVD及び温度データTDに基づいてバッテリー110を充電するために、バッテリー110に供給される電流の最大充電電流値MCCVを定める。制御部140は、最大充電電流値MCCVを充電装置150に送信でき、充電装置150は、制御部140から最大充電電流値MCCVを受信し、バッテリーパック100に供給される電流のサイズが最大充電電流値MCCV以下になるように制御する。バッテリー110には、充電装置150から最大充電電流値MCCV以下の電流が供給されるので、バッテリー110の状態に適していない過電流が流れ込むことで発生するバッテリー110の劣化問題は、解消または最小化される。
一例によれば、制御部140は、セル電圧データVDに基づいて第1最大充電電流値を定め、温度データTDに基づいて第2最大充電電流値を定める。制御部140は、前記第1最大充電電流値と前記第2最大充電電流値のうち小さな値を、最大充電電流値MCCVと定める。
制御部140は、マイクロコントローラユニット(以下‘MCU’と称する)で具現される。
図2は、他の実施形態によるバッテリーパックの概略的なブロック図である。
図2を参照すれば、バッテリーパック100aは、バッテリー110、温度センサー112、セル電圧測定部120、温度測定部130、制御部140、及び電流制限部145を備える。バッテリー110、温度センサー112、セル電圧測定部120、温度測定部130、及び制御部140は、図1を参照して前述したので、繰り返して説明しない。
電流制限部145は、バッテリーパック100aに連結される充電装置から供給される充電電流を制限する。制御部140は、セル電圧データVD及び温度データTDに基づいてバッテリー110に流れ込む電流の最大充電電流値MCCVを定め、最大充電電流値MCCVに基づいて電流制限部145を制御する。前記充電装置がバッテリーパック100aに最大充電電流値MCCVより大きい電流をバッテリーパック100aに供給しようとしても、電流制限部145は、制御部140の制御によって電流が最大充電電流値MCCV以下の値を持つように制限するため、バッテリーパック100aは適宜な充電電流で充電される。
図3Aは、一実施形態によるセル電圧に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。
図3Aを参照すれば、制御部140は、セル電圧データVDに基づいて第1最大充電電流値MCCV1を定める。セル電圧データVDは、複数のセル電圧値を含み、制御部140は、セル電圧値のうち最も小さな最小セル電圧値minCVを定め、前記最小セル電圧値minCVに基づいて第1最大充電電流値MCCV1を定める。
制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より小さな場合、第1最大充電電流値MCCV1を0Aと定める。この場合、制御部140は、バッテリー110の充電を遮断する。制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より大きく、かつ第2セル電圧しきい値CV2より小さな場合、第1最大充電電流値MCCV1を第1値MCCV1aと定める。制御部140は、最小セル電圧値minCVが第2セル電圧しきい値CV2より大きい場合、第1最大充電電流値MCCV1を第2値MCCV1bと定める。本例で、第2値MCCV1bは、バッテリーパック100を充電できる最大充電電流値である。
制御部140は、図3Aに提示されたセル電圧に対する最大充電電流値を定義する第1関係データを含み、前記第1関係データに基づいて最小セル電圧値minCVに対応する最大充電電流値を、第1最大充電電流値MCCV1と定める。
一例によれば、第1セル電圧しきい値CV1は1Vであり、第2セル電圧しきい値CV2は2Vである。しかし、本発明は前記数値に限定されず、バッテリーセル111の特性によって変わる。一例によれば、第1値MCCV1aは5Aであり、第2値MCCV1bは20Aである。しかし、前記数値は本発明を限定せず、バッテリー110に備えられるバッテリーセル111の数及び連結状態によって変わる。
最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1または第2セル電圧しきい値CV2の近くで揺れる場合、第1最大充電電流値MCCV1が0Aと第1値MCCV1aとの間で、または第1値MCCV1aと第2値MCCV1bとの間で揺れないように、制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1または第2セル電圧しきい値CV2より小さくなるか、または大きくなった状態を既定の時区間の間に維持する場合に、第1最大充電電流値MCCV1を定める。前記既定の時区間は、例示的に1秒である。
例えば、第1セル電圧しきい値CV1と第2セル電圧しきい値CV2との間にあった最小セル電圧値minCVが第2セル電圧しきい値CV2より大きくなっても、制御部140は、最小セル電圧値minCVが第2セル電圧しきい値CV2より大きくなる時点に、第1最大充電電流値MCCV1を第2値MCCV1bと定めなくてもよい。制御部140は、最小セル電圧値minCVが第2セル電圧しきい値CV2より大きくなった状態で前記既定の時区間の間に維持されれば、第1最大充電電流値MCCV1を第2値MCCV1bと定める。
図3Aに提示されたグラフは、理解を助けるために例示的に提示されたものである。図3Aのグラフでは、最小セル電圧値minCVの範囲がただ3個の区間に区分されるが、最小セル電圧値minCVの範囲はさらに多い区間に区分されてもよい。
図3Aのグラフで、最小セル電圧値minCVが第2セル電圧しきい値CV2より大きい場合、第1最大充電電流値MCCV1が第2値MCCV1bと定められると示されたが、最小セル電圧値minCVが、第2セル電圧しきい値CV2より大きい第3セル電圧しきい値より大きい場合、第1最大充電電流値MCCV1は、第2値MCCV1bより小さな第3値と定められてもよい。
図3Bは、一実施形態による、温度に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。
図3Bを参照すれば、制御部140は、温度データTDに基づいて第2最大充電電流値MCCV2を定める。温度データTDは、複数の温度値を含み、制御部140は、温度値のうち最も小さな最小温度値minTを定め、前記最小温度値minTに基づいて第2最大充電電流値MCCV2を定める。
制御部140は、最小温度値minTが第1温度しきい値T1より小さな場合、第2最大充電電流値MCCV2を0Aと定める。この場合、制御部140は、バッテリー110の充電を遮断する。制御部140は、最小温度値minTが第1温度しきい値T1より大きく、かつ第2温度しきい値T2より小さな場合、第2最大充電電流値MCCV2を第1値MCCV2aと定める。制御部140は、最小温度値minTが第2温度しきい値T2より大きく、かつ第3温度しきい値T3より小さな場合、第2最大充電電流値MCCV2を第2値MCCV2bと定める。制御部140は、最小温度値minTが第3温度しきい値T3より大きく、第4温度しきい値T4より小さな場合、第2最大充電電流値MCCV2を第3値MCCV2cと定める。制御部140は、最小温度値minTが第4温度しきい値T4より大きい場合、第2最大充電電流値MCCV2を第4値MCCV2dと定める。本例で、第4値MCCV2dは、バッテリーパック100を充電できる最大充電電流値であり、図3Aの第2値MCCV1bと同一である。
制御部140は、図3Bに提示された温度に対する最大充電電流値を定義する第2関係データを含み、前記第2関係データに基づいて最小温度値minTに対応する最大充電電流値を、第2最大充電電流値MCCV2と定める。
一例によれば、第1温度しきい値T1は−20℃であり、第2温度しきい値T2は−10℃であり、第3温度しきい値T3は0℃であり、第4温度しきい値T4は10℃である。しかし、本発明は前記数値に限定されず、バッテリーセル111の特性によって変わる。一例によれば、第1値MCCV2aは5Aであり、第2値MCCV2bは10Aであり、第3値MCCV2cは15Aであり、第4値MCCV2dは20Aである。しかし、本発明は前記数値に限定されず、バッテリー110に備えられるバッテリーセル111の数及び連結状態によって変わる。
最小温度値minTが第1〜第4温度しきい値T1〜T4の近くで揺れる場合、第2最大充電電流値MCCV2が共に揺れないように、制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1〜第4温度しきい値T1〜T4の間の温度区間内で既定の時区間の間に維持される場合に、第2最大充電電流値MCCV2を定める。前記既定の時区間は、例示的に1秒である。
例えば、第2温度しきい値T2と第3温度しきい値T3との間にあった最小温度値minTが第3温度しきい値T3より大きくなる場合、制御部140は、最小温度値minTが第3温度しきい値T3より大きくなった状態で前記既定の時区間の間に維持されれば、第2最大充電電流値MCCV2を第3値MCCV1cと定める。
図3Bに提示されたグラフは、理解を助けるために例示的に提示されたものである。図3Bのグラフでは、最小温度値minTの範囲がただ5個の区間に区分されるが、最小温度値minTの範囲はさらに多い、またはさらに少ない区間に区分されてもよい。また、図3Bのグラフで最小温度値minTが第4温度しきい値T4より大きい場合、第2最大充電電流値MCCV2が第4値MCCV2dと定められると示されたが、最小温度値minTが、第4温度しきい値T4より大きい第5温度しきい値より大きい場合、第2最大充電電流値MCCV2は、第4値MCCV2dより小さな第5値と定められてもよい。
制御部140は、前記第1関係データを用いて、セル電圧データVDによる第1最大充電電流値を定め、前記第2関係データを用いて、温度データTDに基づいて第2最大充電電流値を定める。制御部140は、前記第1最大充電電流値と前記第2最大充電電流値のうち小さな値を最大充電電流値MCCVと定める。
制御部140は、前記第1関係データ及び前記第2関係データを用いて次のように(例えば、以下で提示されたアルゴリズム1に示されたように)プログラミングされる。最小セル電圧値minCVによる第1値MCCV1aと、最小温度値minTによる第2値MCCV1bとは互いに同一であり、最小セル電圧値minCVによる第2値MCCV1bと最小温度値minTによる第4値MCCV1dとは互いに同一であると仮定する。
アルゴリズム1:
If(minCV<CV1 or minT<T1) then MCCV=0
else if(minCV<CV2 or minT<T2) then MCCV=MCCV1a
else if(minT<T3) then MCCV=MCCV2b
else if(minT<T4) then MCCV=MCCV2c
else MCCV=MCCV2d
図4Aは、他の実施形態による、セル電圧に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。
図4Aを参照すれば、図4Aのグラフは、ヒステリシス区間が含まれるという点を除いては、図3Aのグラフと類似している。制御部140は、図3Aを参照して説明されたところと類似した方式で動作するように構成される。以下では、差がある部分のみについて説明する。最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1近くにある場合について説明する。
制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より小さな場合、第1最大充電電流値MCCV1を0Aと定める。制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より大きくなっても、第1最大充電電流値MCCV1を0Aに維持する。制御部140は、最小セル電圧値minCVが、第1セル電圧しきい値CV1より既定のヒステリシスマージンΔCVほどさらに大きい第3セル電圧しきい値CV1’より大きくなる場合に、第1最大充電電流値MCCV1を第1値MCCV1aと定める。制御部140は、最小セル電圧値minCVが第3セル電圧しきい値CV1’より小さくなっても、第1最大充電電流値MCCV1を第1値MCCV1aに維持する。制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より小さくなる場合に、第1最大充電電流値MCCV1を0Aと定める。すなわち、制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より大きく、かつ第3セル電圧しきい値CV1’より小さな場合、最小セル電圧値minCVの上昇または下降によって0Aまたは第1値MCCV1aを第1最大充電電流値MCCV1と定めるように構成される。ヒステリシスマージンΔCVは、例えば、0.1Vである。
他の例によれば、制御部140は、最小セル電圧値minCVが既定の時区間の間に維持される場合に第1最大充電電流値MCCV1を変更する。すなわち、制御部140は、最小セル電圧値minCVが第3セル電圧しきい値CV1’より大きく前記既定の時区間の間に維持される場合に、第1最大充電電流値MCCV1を第1値MCCV1aと定める。制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より小さく前記既定の時区間の間に維持される場合に、第1最大充電電流値MCCV1を0Aと定める。すなわち、制御部140は、最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1より大きく、かつ第3セル電圧しきい値CV1’より小さく前記既定の時区間の間に維持される場合に、最小セル電圧値minCVの上昇または下降によって0Aまたは第1値MCCV1aを第1最大充電電流値MCCV1と定めるように構成される。
最小セル電圧値minCVが第1セル電圧しきい値CV1の近くで揺れることで、第1最大充電電流値MCCV1が共に揺れることが防止される。
最小セル電圧値minCVが第2セル電圧しきい値CV2の近くにある場合も前記と同様である。第4セル電圧しきい値CV2’は、第2セル電圧しきい値CV2よりヒステリシスマージンΔCVほどさらに大きい値と予め定められる。
図4Bは、他の実施形態による、温度に対する最大充電電流値を示す例示的なグラフである。
図4Bを参照すれば、図4Bのグラフは、ヒステリシス区間が含まれるという点を除いては、図3Bのグラフと類似している。制御部140は、図3Bを参照して説明されたところと類似した方式で動作するように構成される。以下では、差がある部分のみについて説明する。最小温度値minTが第4温度しきい値T4の近くにある場合について説明する。
制御部140は、最小温度値minTが第4温度しきい値T4より小さな場合、第2最大充電電流値MCCV2を第3値MCCV2cと定める。制御部140は、最小温度値minTが第4温度しきい値T4より大きくなっても、第2最大充電電流値MCCV2を第3値MCCV2cに維持する。制御部140は、最小温度値minTが、第4温度しきい値T4より既定のヒステリシスマージンΔTほどさらに大きい第8温度しきい値T4’より大きくなる場合に、第2最大充電電流値MCCV2を第4値MCCV2dと定める。制御部140は、最小温度値minTが第8温度しきい値T4’より小さくなっても、第2最大充電電流値MCCV2を第4値MCCV2dに維持する。制御部140は、最小温度値minTが第4温度しきい値T4より小さくなる場合に、第2最大充電電流値MCCV2を第3値MCCV2cと定める。すなわち、制御部140は、最小温度値minTが第4温度しきい値T4より大きく、かつ第8温度しきい値T4’より小さな場合に、最小温度値minTの上昇または下降によって第3値MCCV2cまたは第4値MCCV2dを第2最大充電電流値MCCV2と定めるように構成される。ヒステリシスマージンΔTは、例えば、0.1Vである。
他の例によれば、制御部140は、最小温度値minTが既定の時区間の間に維持される場合に第2最大充電電流値MCCV2を変更する。すなわち、制御部140は、最小温度値minTが第8温度しきい値T4’より大きく前記既定の時区間の間に維持される場合に、第2最大充電電流値MCCV2を第4値MCCV2dと定める。制御部140は、最小温度値minTが第4温度しきい値T4より小さく前記既定の時区間の間に維持される場合に、第2最大充電電流値MCCV2を第3値MCCV3cと定める。すなわち、制御部140は、最小温度値minTが第4温度しきい値T4より大きく、かつ第8温度しきい値T4’より小さく前記既定の時区間の間に維持される場合に、最小温度値minTの上昇または下降によって第3値MCCV2cまたは第4値MCCV2dを第2最大充電電流値MCCV2と定めるように構成される。
最小温度値minTが第4温度しきい値T4の近くで揺れても、第2最大充電電流値MCCV2が共に揺れることが防止される。
最小温度値minTが第1温度しきい値T1の近くにある場合、第2温度しきい値T2の近くにある場合、及びこの第3温度しきい値T3の近くにある場合も前記と同様である。第5温度しきい値T1’は、第1温度しきい値T1よりヒステリシスマージンΔTほどさらに大きい値と予め定められる。第6温度しきい値T2’は、第2温度しきい値T2よりヒステリシスマージンΔTほどさらに大きい値と予め定められる。第7温度しきい値T3’は、第3温度しきい値T3よりヒステリシスマージンΔTほどさらに大きい値と予め定められる。
制御部140は、図4Aに示されたグラフによって提示される最小セル電圧値minCV及び第1最大充電電流値MCCV1に関する第1関係データを用いて、セル電圧データVDによる第1最大充電電流値を定め、図4Bに示されたグラフによって提示される最小温度値minT及び第2最大充電電流値MCCV2に関する第2関係データを用いて、温度データTDに基づいて第2最大充電電流値を定める。制御部140は、前記第1最大充電電流値と前記第2最大充電電流値のうち小さな値を最大充電電流値MCCVと定める。
図5A〜図5Cは、図4A及び図4Bに示されたグラフによってセル電圧及び温度に対する最大充電電流値を示す例示的な表を示す。図5Aは、初期セル電圧及び初期温度に対する最大充電電流値を示し、図5Bは、一例によって、セル電圧及び温度に対する最大充電電流値を示し、図5Cは、他の例によって、セル電圧及び温度に対する最大充電電流値を示す。図5A〜図5Cで、最小セル電圧値minCVによる第1値MCCV1aと、最小温度値minTによる第2値MCCV1bとは互いに同一であり、最小セル電圧値minCVによる第2値MCCV1bと、最小温度値minTによる第4値MCCV1dとは互いに同一であると仮定する。
図5Aを参照すれば、制御部140がセル電圧データVD及び温度データTDを初めて受信した場合、制御部140は、セル電圧データVDのセル電圧値から最小セル電圧値minCVを定め、温度データTDの温度値から最小温度値minTを定める。制御部140は、図5Aの表に基づいて最小セル電圧値minCV及び最小温度値minTに該当する最大充電電流値MCCVを定める。
図5Bを参照すれば、最小セル電圧値minCV及び最小温度値minTの上昇または下降によって異なる条件が提示される。制御部140は、最小セル電圧値minCV及び最小温度値minTの上昇または下降如何を定める。制御部140は、図5Bの表に基づいて、最小セル電圧値minCV及び最小温度値minTに該当する最大充電電流値MCCVを定める。
図5Cを参照すれば、図5Cの表は、図5Bの表で既定の時区間tpの間に維持される場合に最大充電電流値MCCVが変わるという条件を加えたものである。最小セル電圧値minCVまたは最小温度値minTが含まれる区間が変更され、前記既定の時区間tpの間に前記変更された区間を維持する場合に、制御部140は、前記変更された区間に該当する最大充電電流値MCCVを定める。
図6は、一実施形態によるエネルギー保存システム及び周辺の構成を概略的に示す。
図6を参照すれば、本実施形態によるエネルギー保存システム1は、発電システム2、系統3と連係して負荷4に電力を供給する。エネルギー保存システム1は、電力を保存するバッテリーシステム20及び電力変換システム(Power Conversion System、以下‘PCS’と称する)10を備える。PCS10は、発電システム2、系統3、及び/またはバッテリーシステム20から提供される電力を好適な形態の電力に変換し、負荷4、バッテリーシステム20及び/または系統3に供給する。
発電システム2は、エネルギー源から電力を生産するシステムである。発電システム2は、発電された電力をエネルギー保存システム1に供給する。発電システム2は、例えば、太陽光発電システム、風力発電システム、及び潮力発電システムのうち少なくとも一つを含む。例えば、発電システム2は、太陽熱や地熱などの新再生エネルギーを用いて電力を生産するすべての発電システムが発電システム2に含まれる。発電システム2は、電力を生産できる複数の発電モジュールを並列に配列することで大容量エネルギーシステムを構成する。
系統3は、発電所、変電所、送電線などを含む。系統3が正常状態である場合、系統3は、負荷4及び/またはバッテリーシステム20に電力を供給するか、またはバッテリーシステム20及び/または発電システム2から電力を供給される。系統3が非正常状態である場合、系統3とエネルギー保存システム1との間の電力伝達は中断する。
負荷4は、発電システム2で生産された電力、バッテリーシステム20に保存された電力、及び/または系統3から供給された電力を消費する。エネルギー保存システム1が設けられた家庭や工場の電気装置が、負荷4の一例である。
エネルギー保存システム1は、発電システム2で生産した電力をバッテリーシステム20に保存するか、または系統3に供給する。エネルギー保存システム1は、バッテリーシステム20に保存された電力を系統3に供給するか、または、系統3から供給された電力をバッテリーシステム20に保存する。また、エネルギー保存システム1は、系統3が非正常状態である場合、例えば、停電が発生した場合にUPS(Uninterruptible Power Supply)機能を行って、発電システム2で生産された電力やバッテリーシステム20に保存されている電力を負荷4に供給する。
図7は、一実施形態によるエネルギー保存システムの概略的な構成を示すブロック図である。
図7を参照すれば、エネルギー保存システム1は、電力を変換するPCS10、バッテリーシステム20、第1スイッチ30、及び第2スイッチ40を備える。バッテリーシステム20は、バッテリー21及びバッテリー管理部22を備える。
PCS10は、発電システム2、系統3、及び/またはバッテリーシステム20から提供される電力を適宜な形態の電力に変換して負荷4、バッテリーシステム20及び/または系統3に供給する。PCS10は、電力変換部11、DCリンク部12、インバータ13、コンバータ14、及び統合制御器15を備える。
電力変換部11は、発電システム2とDCリンク部12との間に連結される電力変換装置である。電力変換部11は、発電システム2で生産した電力を直流リンク電圧に変換してDCリンク部12に伝達する。電力変換部11は、発電システム2の種類によってコンバータ回路、整流回路などのような電力変換回路を含む。発電システム2が直流電力を生産する場合、電力変換部11は、発電システム2が生産した直流電力を他の直流電力に変換するためのDC−DCコンバータ回路を含む。発電システム2が交流電力を生産する場合、電力変換部11は、交流電力を直流電力で変換するための整流回路を含む。
発電システム2が太陽光発電システムである場合、電力変換部11は、日射量、温度などの変化によって発電システム2で生産する電力を最大に得られるように、最大電力ポイント追跡制御を行うMPPT(Maximum Power Point Tracking)コンバータを備える。また、発電システム2で生産される電力がない時には電力変換部521の動作が中止することで、コンバータや整流回路のような電力変換装置で消費される電力が最小化または減少する。
発電システム2または系統3での瞬時電圧降下、または負荷4でのピーク負荷発生などのような問題によって、直流リンク電圧のサイズが不安定になる場合がある。しかし、直流リンク電圧は、コンバータ14及びインバータ13の正常動作のために安定化する必要がある。DCリンク部12は、電力変換部11とインバータ13との間に連結されて直流リンク電圧を一定に、または実質的に一定に維持させる。DCリンク部12は、例えば、大容量キャパシタを含む。
インバータ13は、DCリンク部12と第1スイッチ30との間に連結される電力変換装置である。インバータ13は、発電システム2及びバッテリーシステム20のうち少なくとも一つから出力される直流リンク電圧を系統3の交流電圧に変換して出力するインバータを備える。また、インバータ13は、充電モードで系統3の電力をバッテリーシステム20に保存するために、系統3からの交流電圧を直流電圧に変換して直流リンク電圧を出力する整流回路を備える。インバータ13は、入力及び出力の方向が変わりうる双方向インバータである。
インバータ13は、系統3に出力される交流電圧から高調波をとり除くためのフィルタを備える。また、インバータ13は、無効電力の発生を抑制または制限するためにインバータ13から出力される交流電圧の位相と、系統3の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ(PLL)回路を備える。また、インバータ13は、電圧変動範囲の制限、力率改善、直流成分の除去、過渡現象の保護または減少などの機能を行える。
コンバータ14は、DCリンク部12とバッテリーシステム20との間に連結される電力変換装置である。コンバータ14は、放電モードでバッテリーシステム20に保存された電力を、好適な電圧レベルの直流リンク電圧にDC−DC変換してインバータ13に出力するDC−DCコンバータを備える。また、コンバータ14は、充電モードで電力変換部11から出力される電力やインバータ13から出力される電力の電圧を、好適な電圧レベル、すなわち、バッテリーシステム20で要求する充電電圧レベルにDC−DC変換してバッテリーシステム20に出力するDC−DCコンバータを備える。コンバータ14は、入力及び出力の方向が変わり得る双方向コンバータである。バッテリーシステム20の充電または放電が行われない場合には、コンバータ14の動作が中断することで電力消費が最小化または減少する。
統合制御器15は、発電システム2、系統3、バッテリーシステム20、及び負荷4の状態をモニタリングする。例えば、統合制御器15は、系統3での停電発生有無、発電システム2での電力生産如何、発電システム2で電力が生産される場合に生産される電力量、バッテリーシステム20の充電状態、負荷4の消費電力量、時間などをモニタリングする。
統合制御器15は、モニタリング結果及び既定のアルゴリズムによって、電力変換部11、インバータ13、コンバータ14、バッテリーシステム20、第1スイッチ30、第2スイッチ40の動作を制御する。例えば、系統3に停電が発生する場合、統合制御器15は、バッテリーシステム20に保存された電力または発電システム2で生産された電力が負荷4に供給されるように制御する。また、統合制御器15は、負荷4に十分な電力が供給されない場合に、負荷4の電気装置について優先順位を定め、優先順位の高い電気装置に優先的に電力を供給するように負荷4を制御してもよい。また、統合制御器15は、バッテリーシステム20の充電及び放電を制御する。
第1スイッチ30及び第2スイッチ40は、インバータ13と系統3との間に直列に連結され、統合制御器15の制御によってオン/オフ動作を行って、発電システム2と系統3との間の電流のフローを制御する。発電システム2、系統3、及びバッテリーシステム20の状態によって、第1スイッチ30及び第2スイッチ40のオン/オフが定められる。具体的に、発電システム2及びバッテリーシステム20のうち少なくとも一つからの電力を負荷4に供給するか、または系統3からの電力をバッテリーシステム20に供給する場合、第1スイッチ30はオン状態になる。発電システム2及びバッテリーシステム20のうち少なくとも一つからの電力を系統3に供給するか、または系統3からの電力を負荷4とバッテリーシステム20のうち少なくとも一つに供給する場合には、第2スイッチ40はオン状態になる。
系統3で停電が発生した場合には、第2スイッチ40をオフ状態にし、第1スイッチ30をオン状態にする。すなわち、発電システム2とバッテリーシステム20のうち少なくとも一つからの電力を負荷4に供給すると同時に、負荷4に供給される電力が系統3側へ流れることを防止する。このように、エネルギー保存システム1を単独運転システムで動作させることで、系統3の電力線などで作業する作業者が発電システム2またはバッテリーシステム20からの電力によって感電する事故を防止できる。
第1スイッチ30及び第2スイッチ40は、大きい電流に耐えられるか、または大きい電流を処理できるリレーのようなスイッチング装置を備える。
バッテリーシステム20は、発電システム2と系統3のうち少なくとも一つから電力を供給されて保存し、保存している電力を負荷4と系統3のうち少なくとも一つに供給する。バッテリーシステム20は、図1及び図2を参照して前述されたバッテリーパック100、100aに対応する。バッテリーシステム20は、バッテリーパック100、100aを備える。
バッテリーシステム20は、電力を保存するために少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー21、及びバッテリー21を制御及び保護するバッテリー管理部22を備える。バッテリー管理部22は、バッテリー21と連結され、統合制御器15からの制御命令または内部アルゴリズムによってバッテリーシステム20の全般的な動作を制御する。例えば、バッテリー管理部22は、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング機能などを行う。
バッテリー管理部22は、バッテリー21の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、充電状態(State of Charge、以下、SOC)などを得る。例えば、バッテリー管理部22は、センサーを用いてバッテリー21のセル電圧、電流及び温度を測定する。バッテリー21の温度を感知するための少なくても一つの温度センサーがバッテリー21内に配置される。バッテリー管理部22は、測定されたセル電圧、電流及び温度に基づいてバッテリー21の残余電力量、寿命、SOCなどを算出する。バッテリー管理部22は、測定結果及び算出結果などに基づいてバッテリー21を管理し、前記測定結果及び算出結果などを統合制御器15に伝送する。バッテリー管理部22は、統合制御器15から受信した充電及び放電制御命令によってバッテリー21の充電及び放電動作を制御する。
バッテリー管理部22は、バッテリー21のセル電圧を測定して、セル電圧値を含むセル電圧データを生成するセル電圧測定部、バッテリー21内に配置される温度センサーから、バッテリー21の温度に対応する温度値を含む温度データを生成する温度測定部、及び前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいてバッテリー21に流れ込む電流の最大充電電流値を定めるように構成される制御部を備える。バッテリー管理部22は、前記最大充電電流値を統合制御器15に送信する。統合制御器15は、前記最大充電電流値を受信し、コンバータ14が前記最大充電電流値以下の電流をバッテリー21に供給するように制御する。
他の例によれば、バッテリー管理部22は、前記セル電圧測定部からセル電圧データを受信し、前記温度測定部から温度データを受信する。バッテリー管理部は、前記セル電圧データ及び前記温度データを統合制御器15に送信する。統合制御器15は、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいてバッテリー21に供給する電流の最大充電電流値を定める。統合制御器15は、コンバータ14が前記最大充電電流値以下の電流をバッテリー21に供給するように制御する。
図8は、他の実施形態によるバッテリーシステムの概略的な構成を示すブロック図である。
図8を参照すれば、バッテリーシステム20は、下位構成要素としてバッテリーラック201を備え、バッテリーラックは、下位構成要素としてトレイ210を備える。
バッテリーシステム20は、ラック管理部(Rack Battery Management System、以下‘ラックBMS’という)200、複数のトレイ210、バスライン220、ラック保護回路230を備える。
複数のトレイ210は、バッテリーラックの下位構成であり、電力を保存し、保存している電力を系統3、及び/または負荷4に供給する。トレイ210は、バッテリーモジュール211、及びトレイBMS212をそれぞれ備える。
バッテリーモジュール211は、電力を保存する部分であり、少なくとも一つのバッテリーセルを備える。バッテリーモジュール211に備えられるバッテリーセルの温度を感知するために、少なくとも一つの温度センサーがバッテリーモジュール211内に配置される。バッテリーモジュール211は、トレイBMS212によって充電及び放電動作が制御される。バッテリーモジュール211は、互いに直列に連結されてバッテリーシステム20で要する出力電圧を生成する。バッテリーモジュール211は、ラック保護回路230を通じてコンバータ14から電力を供給されるか、またはコンバータ14に電力を供給する。
トレイBMS212は、バッテリーモジュール211の充電及び放電動作を制御する。トレイBMS212は、バッテリーモジュール211の状態、例えば、温度やセル電圧、充電及び放電電流などをモニタリングする。トレイBMS212は、バッテリーモジュール211に備えられるバッテリーセルのセル電圧を測定して、セル電圧値を含むセル電圧データを生成するセル電圧測定部、及びバッテリーモジュール211内に配置される温度センサーからバッテリー21の温度に対応する温度値を含む温度データを生成する温度測定部を備える。トレイBMS212は、モニタリング結果をラックBMS200に伝送する。トレイBMS212は、前記セル電圧データ及び前記温度データをラックBMS200に伝送する。トレイBMS212は、ラックBMS200から制御信号を受信し、制御信号による動作を行う。
バスライン220は、ラックBMS200とトレイBMS212との間にデータや命令を伝送する経路である。ラックBMS200とトレイBMS212との間の通信プロトコルとしては、CAN通信が使われる。しかし、これに限定されるものではなく、バスラインを使ってデータや命令を伝送する通信プロトコルならば、いずれも適用できる。本実施形態では、バスライン220を用いてラックBMS200とトレイBMS212とが通信すると説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ラックBMS200がそれぞれのトレイBMS212と1対1に通信することもできる。他の例として、トレイBMS212の間に直列通信が行われる。すなわち、ラックBMS200とトレイBMS212との間にデータ及び命令が互いに伝達されるいかなる通信プロトコルも使用できる。
ラックBMS200は、ラック保護回路230を制御することでバッテリーシステム20の充電及び放電動作を制御する。ラックBMS200は、トレイBMS212から収集されたバッテリーモジュール211の状態、例えば、温度やセル電圧、充電及び放電電流などに関する測定されたデータを統合制御器15に伝送する。ラックBMS200は、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて最大充電電流値を定め、前記最大充電電流値を統合制御器15に伝送する。統合制御器15は、前記最大充電電流値を受信し、コンバータ14が前記最大充電電流値以下の電流をバッテリー21に供給するように制御する。
他の例によれば、ラックBMS200は、前記セル電圧データ及び前記温度データを統合制御器15に送信する。統合制御器15は、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいてバッテリー21に供給する電流の最大充電電流値を定める。統合制御器15は、コンバータ14が前記最大充電電流値以下の電流をバッテリー21に供給するように制御する。
ラックBMS200は、トレイBMS12から、トレイBMS212がバッテリーモジュール211をモニタリングして測定したデータを受信し、これを分析する。ラックBMS200は、分析結果に基づいて再びトレイBMS212に制御信号を伝送する。ラックBMS200は、トレイBMS212から受信したデータまたはそれから獲得した分析結果を統合制御器15に伝送し、統合制御器15から受信した制御信号をトレイBMS212に伝送する。
ラック保護回路230は、ラックBMS200からの制御によって電力供給を遮断する。ラック保護回路230は、バッテリーシステム20の電圧及び電流などを測定して測定結果を統合制御器15に伝送する。例えば、ラック保護回路230は、電流を遮断するためのリレーやヒューズなどを備える。ラック保護回路230は、電圧及び電流などを測定するためのセンサーを備える。
一例によれば、ラック保護回路230は、コンバータ14から供給される充電電流のサイズを制限する電流制限部を備える。ラックBMS200は、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて最大充電電流値を定め、ラック保護回路230が、前記最大充電電流値以下の電流のみ通過するようにラック保護回路230を制御する。
本実施形態では、バッテリーシステム20が一つのバッテリーラック201で形成された場合について説明した。しかし、これは例示的なものであり、需要者によって要求される電圧や容量によって、複数のバッテリーラック201を直列/並列に連結して一つのバッテリーシステムを構成してもよい。バッテリーシステム20が複数のバッテリーラック201を備える場合、バッテリーシステム20は、複数のバッテリーラック201を制御するためのシステムBMSをさらに備える。システムBMSは、前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて最大充電電流値を定め、前記最大充電電流値を統合制御器15に伝送する。
本発明の多様な実施形態は、いかなる方法でも本発明の範囲を限定しない。明細書を簡潔にするために、従来の電子的な構成、制御システム、ソフトウェア、前記システムの他の機能的な側面の記載は省略される。また、図面に示された構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的な連結及び/または物理的または回路的な連結を例示的に示すものであり、実際の装置では代替または追加できる多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路連結で具現される。また、“必須な”、“重要に”などの具体的な言及がなければ、本発明の実施のために必ずしも必要な構成要素ではない。
本発明の明細書(特に、特許請求の範囲で)で“前記”の用語及びこれと類似した指示用語の使用は単数及び複数いずれも該当する。また、本発明で範囲(range)を記載した場合、前記範囲に属する個別的な値を適用した発明を含むものであり(これに反する記載がなければ)、発明の詳細な説明に前記範囲を構成する各個別的な値を記載したものと同様である。最後に、本発明による方法を構成する段階において、断りのない限り、前記段階は適当な順序で行われる。必ずしも前記段階の記載順序によって本発明が限定されるものではない。本発明における全ての例または例示的な用語(例えば、など)の使用は、単純に本発明を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲によって限定されない限り、前記例または例示的な用語によって本発明の範囲が限定されるものではない。また、当業者は、多様な修正、組み合わせ及び変更が加えられた特許請求の範囲またはその均等物の範ちゅう内で設計条件及びファクターによって構成されるということが分かる。
したがって、本発明の思想は、前記の実施形態に限って定められねばならず、特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なまたはこれより等価的に変更されたすべての範囲は、本発明の思想の範ちゅうに属するといえる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1:エネルギー保存システム
2:発電システム
3:系統
4:負荷
10:PCS
11:電力変換部
12:DCリンク部
13:インバータ
14:コンバータ
15:統合制御器
20:バッテリーシステム
21:バッテリー
22:バッテリー管理部
30:第1スイッチ
40:第2スイッチ
100、100a:バッテリーパック
110:バッテリー
111:バッテリーセル
112:温度センサー
120:セル電圧測定部
130:温度測定部
140:制御部
145:電流制限部
150:充電装置
200:BMS
201:バッテリーラック
210:トレイ
211:バッテリーモジュール
212:トレイBMS
220:バスライン
230:ラック保護回路

Claims (13)

  1. バッテリーパックであって、
    少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリーと、
    前記バッテリーの温度を感知する少なくとも一つの温度センサーと、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を測定し、少なくとも一つのセル電圧値を含むセル電圧データを生成するセル電圧測定部と、
    前記少なくとも一つの温度センサーに接続され、前記少なくとも一つの温度センサーによって感知された前記バッテリーの温度に対応する少なくとも一つの温度値を含む温度データを生成する温度測定部と、
    前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて前記バッテリーを充電するための充電電流の第1最大充電電流値を定める制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記第1最大充電電流値を、前記バッテリーパックに前記充電電流を供給する充電装置に送信するように構成され、少なくとも二つの温度値から最小温度値を定め、温度値と最大充電電流値との関係を定義する第2関係データに基づいて、前記最小温度値に対応する最大充電電流値を第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が第1温度しきい値より小さな場合、第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2温度しきい値より大きい場合、前記第1値より大きい第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値より大きく、かつ前記第2温度しきい値より小さな場合、前記温度値の上昇によって前記第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記温度値の下降によって前記第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記第3最大充電電流値に基づいて前記第1最大充電電流値を定め、
    前記充電装置は、前記バッテリーパックに供給される前記充電電流が前記第1最大充電電流値より小さな値を持つように、前記充電電流を制御することを特徴とする、バッテリーパック。
  2. 前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定め、前記第2最大充電電流値に基づいて前記第1最大充電電流値を定めることを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーパック。
  3. 前記制御部は、前記少なくともつのセル電圧値から最小セル電圧値を定め、セル電圧値と最大充電電流値との関係を定義する第1関係データに基づいて、前記最小セル電圧値に対応する最大充電電流値を前記第2最大充電電流値と定めることを特徴とする、請求項2に記載のバッテリーパック。
  4. 前記制御部は、前記最小セル電圧値が第1セル電圧しきい値より小さな場合、第1値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が、前記第1セル電圧しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2セル電圧しきい値より大きい場合、前記第1値より大きい第2値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が前記第1セル電圧しきい値より大きく、かつ前記第2セル電圧しきい値より小さな場合、前記最小セル電圧値の上昇または下降によって、前記第1値または前記第2値を前記第2最大充電電流値と定めることを特徴とする、請求項3に記載のバッテリーパック。
  5. 前記制御部は、前記最小セル電圧値が第1セル電圧しきい値より小さくなるように既定の時区間の間に維持される場合、第1値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が前記第1セル電圧しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2セル電圧しきい値より大きくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記第1値より大きい第2値を前記第2最大充電電流値と定め、前記最小セル電圧値が前記第1セル電圧しきい値より大きく、かつ前記第2セル電圧しきい値より小さくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記最小セル電圧値の上昇または下降によって前記第1値または前記第2値を前記第2最大充電電流値と定めることを特徴とする、請求項3に記載のバッテリーパック。
  6. 前記制御部は、前記最小温度値が第1温度しきい値より小さくなるように既定の時区間の間に維持される場合、第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2温度しきい値より大きくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記第1値より大きい第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値より大きく、かつ前記第2温度しきい値より小さくなるように前記既定の時区間の間に維持される場合、前記温度値の上昇または下降によって前記第1値または前記第2値を前記第3最大充電電流値と定めることを特徴とする、請求項に記載のバッテリーパック。
  7. 前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定め、前記少なくともつの温度値に基づいて前記第3最大充電電流値を定め、前記第2最大充電電流値と前記第3最大充電電流値のうち小さな値で前記第1最大充電電流値を定めることを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーパック。
  8. 少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリー、及び前記バッテリーの充電及び放電を制御するバッテリー管理部を備えるバッテリーシステムと、
    発電システム、系統、負荷及び前記バッテリーシステムの間で電力を変換する電力変換装置、及び前記電力変換装置を制御する統合制御器を備える電力変換システムと、
    を備え、
    前記バッテリー管理部は、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を測定し、少なくとも一つのセル電圧値を含むセル電圧データを生成するセル電圧測定部と、
    前記バッテリー内の少なくとも一つの温度センサーによって感知される前記バッテリーの温度に対応する、少なくとも一つの温度値を含む温度データを生成する温度測定部と、
    前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて前記バッテリーを充電するための充電電流の第1最大充電電流値を定め、前記第1最大充電電流値を前記統合制御器に伝送する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、少なくとも二つの温度値から最小温度値を定め、温度値と最大充電電流値との関係を定義する第2関係データに基づいて、前記最小温度値に対応する最大充電電流値を第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が第1温度しきい値より小さな場合、第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2温度しきい値より大きい場合、前記第1値より大きい第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値より大きく、かつ前記第2温度しきい値より小さな場合、前記温度値の上昇によって前記第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記温度値の下降によって前記第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記第3最大充電電流値に基づいて前記第1最大充電電流値を定め、
    前記統合制御器は、前記バッテリー管理部から前記第1最大充電電流値を受信し、前記電力変換装置が前記第1最大充電電流値より小さな値の前記充電電流を前記バッテリーシステムに供給するように、前記電力変換装置を制御することを特徴とする、エネルギー保存システム。
  9. 前記制御部は、前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定め、前記第2最大充電電流値と前記第3最大充電電流値のうち小さな値で前記第1最大充電電流値を定めることを特徴とする、請求項に記載のエネルギー保存システム。
  10. 前記制御部は、前記少なくともつのセル電圧値から最小セル電圧値を定め、セル電圧値と最大充電電流値との関係を定義する第1関係データに基づいて、前記最小セル電圧値に対応する最大充電電流値を前記第2最大充電電流値と定めることを特徴とする、請求項に記載のエネルギー保存システム。
  11. 前記制御部は、前記少なくともつの温度値から最小温度値を定め、温度値と最大充電電流値との関係を定義する第2関係データに基づいて、前記最小温度値に対応する最大充電電流値を前記第3最大充電電流値と定めることを特徴とする、請求項に記載のエネルギー保存システム。
  12. 少なくとも一つのバッテリーセルを備えるバッテリーを備えるバッテリーパックを充電する方法であって、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルのセル電圧を測定する段階と、
    前記セル電圧に対応する少なくとも一つのセル電圧値を含むセル電圧データを生成する段階と、
    少なくとも一つの温度センサーによって測定される前記バッテリーの温度に対応する少なくとも一つの温度値を含む温度データを生成する段階と、
    前記セル電圧データ及び前記温度データに基づいて、前記バッテリーを充電するための充電電流の第1最大充電電流値を定める段階と、
    前記第1最大充電電流値を前記バッテリーパックに接続された充電装置に伝送する段階と、
    少なくとも二つの温度値から最小温度値を定め、温度値と最大充電電流値との関係を定義する第2関係データに基づいて、前記最小温度値に対応する最大充電電流値を第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が第1温度しきい値より小さな場合、第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値よりヒステリシスマージンほど大きい第2温度しきい値より大きい場合、前記第1値より大きい第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記最小温度値が前記第1温度しきい値より大きく、かつ前記第2温度しきい値より小さな場合、前記温度値の上昇によって前記第2値を前記第3最大充電電流値と定め、前記温度値の下降によって前記第1値を前記第3最大充電電流値と定め、前記第3最大充電電流値に基づいて前記第1最大充電電流値を定める段階と、
    前記充電装置から、前記第1最大充電電流値より小さな値を持つ前記充電電流を供給される段階と、
    を含む、バッテリーパックの充電方法。
  13. 前記第1最大充電電流値を定める段階は、
    前記少なくとも一つのセル電圧値に基づいて第2最大充電電流値を定める段階と
    前記第2最大充電電流値と前記第3最大充電電流値のうち小さな値で前記第1最大充電電流値を定める段階と、
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーパックの充電方法。
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