KR101405001B1 - 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 배터리의 상태를 확인하여, 배터리의 상태가 안전 하한에서 상한 이내에 위치하는 안전상태가 맞는지 여부를 판단하는 배터리 안전상태 확인부; 배터리 상태가 안전상태인 경우, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한지 여부를 판단하는 컨버터 동작 확인부; 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 최종 노화도 측정 시점을 확인하고, 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위 내 노화도 측정 구간을 기준으로 배터리 상태를 통한 노화도 측정 가능 여부를 판단하며, 측정 가능한 경우 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 노화도 측정부; 현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태에 따라, 노화도 및 온도를 반영하여 배터리 충/방전 운용범위를 설정하는 운용범위 설정부; 및 설정된 운용범위에 따라 기본 충/방전 제어를 수행하되, 배터리의 안전상태 여부와, 배터리 상태가 설정된 운용범위 벗어나는지 여부를 판단하여, 배터리가 안전상태가 아닌 경우, 시청각적 경고를 발생시키고 프로세스를 종료시키며, 설정된 운용범위를 벗어난 경우, 배터리 상태가 설정된 운용범위로 진입하도록 충/방전 제어를 우선 수행하고, 충/방전 제어를 통해 설정된 운용범위내로 진입한 경우 기본 충/방전 제어를 수행하는 동작 수행부; 를 포함한다.

Description

배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법{The control system and method for Bi-directional converter with age estimation of Battery}
본 발명은 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지저장시스템 구성을 위한 배터리와 양방향 컨버터 연계동작에 있어서, 배터리의 노화도를 측정하고, 측정된 노화도와, 배터리 및 양방향 컨버터의 온도에 따른 운용범위 설정을 통해 배터리 노화를 방지하고 효율적인 시스템 운용이 가능토록 하는 기술에 관한 것이다.
배터리를 이용하여 에너지저장시스템을 구성하고, 이 에너지저장시스템에 양방향 컨버터를 연결하여 사용함으로써 전력계통에서 공급받은 전력을 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기에 공급하여 전체적인 전기에너지 사용 효율을 높이는 에너지저장시스템(ESS)이 있다. 전력계통의 잉여전력을 저장하여 과부하 조건에서 이를 사용하도록 함으로써 부하 평준화를 통한 전력운영 최적화가 가능토록하고, 상시 전력 예비력을 확보하여 전력피크나 정전사고에 효과적으로 대응할 수 있는 형태로 에너지저장시스템을 많이 활용하고 있다.
이러한 에너지저장시스템의 구성에는 양방향 컨버터가 반드시 요구되고 있으며, 사용자 요구나 시스템 요구에 따라 배터리를 충/방전하도록 제어되며, 가장 효율적인 운영이 가능토록 제어 알고리즘을 구성해야 한다.
또한, 에너지저장시스템의 운용성은 기본적으로 배터리의 충/방전 효율, 양방향 컨버터의 전력변환 효율 등에 따른 시스템 충/방전 효율과 더불어 시스템 유지관리에 소요되는 운용 비용의 수준에 따라 결정된다. 이 중 충/방전 효율 부분에 있어서는 양방향 컨버터의 전력변환 효율이 시간이 지나더라도 거의 일정한 반면, 배터리의 충/방전 효율은 사용에 따른 노화로 인하여 초기시점 대비 효율이 지속적으로 감소하게 된다.
따라서, 배터리의 충/방전 효율 저하를 최소화하도록 하는 것은 에너지저장시스템 운용성 개선에 주요한 사항이 된다. 또한, 노화로 인한 수명저하 혹은 수명한계 도달로 인해 배터리를 교체하는 경우, 가장 큰 비용을 소요하기 때문에 유지관리 측면에서도 배터리의 수명저하를 지속적으로 모니터링하고 가급적 작은 수명저하도를 유지하도록 제어하는 것이 필요하다.
한편, 양방향 컨버터를 이용하여 배터리를 제어하는 기술과 관련해서는, 한국공개특허 제10-2013-0016875호(이하, '선행문헌') 외에 다수 출원 및 공개되어 있다.
상기한 선행문헌은, 회전요소를 통해서 엔진과 연결되는 모터유닛; 상기 모터유닛을 구동하도록 전기적으로 연결되는 고전압배터리; 양방향컨버터를 통해서 상기 고전압배터리에 전기적으로 연결되는 저전압배터리; 및 상기 양방향컨버터를 통해서 상기 저전압 배터리의 전압을 승압시켜 상기 고전압배터리에 전력을 공급하는 제어부; 를 포함한다. 그러나, 선행문헌을 포함한 종래에는, 상술한 바와 같이 에너지저장시스템에서, 사용자 요구 또는 시스템 요구에 따라 배터리를 충/방전하도록 제어하며, 가장 효율적인 운영이 가능토록 제어 알고리즘이 구성되지 못함으로써, 노화로 인한 수명저하 또는 수명한계 도달로 인해 배터리를 교체로 인한 유지관리, 배터리의 수명저하에 대한 지속적인 모니터링 등이 원활히 수행되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 에너지저장시스템 구성을 위한 배터리와 양방향 컨버터 연계동작에 있어서, 배터리의 노화도를 측정하고, 측정된 노화도와, 배터리 및 양방향 컨버터의 온도에 따른 운용범위 설정을 통해 배터리 노화를 방지하고 효율적인 시스템 운용이 가능토록 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이에 따라, 배터리를 적용한 에너지저장시스템에서, 양방향 컨버터를 이용한 충전으로 배터리에 전력을 저장하고, 필요시 배터리를 방전시켜 전력을 공급받는 형태의 기본적인 동작과 더불어, 지정된 알고리즘에 따라 충/방전 제어를 수행함으로써 배터리의 노화도 측정이 가능하도록 하고, 이를 반영한 에너지저장시스템 운용 효율성을 개선할 수 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템에 관한 것으로서, 배터리의 상태를 확인하여, 배터리의 상태가 안전 하한에서 상한 이내에 위치하는 안전상태가 맞는지 여부를 판단하는 배터리 안전상태 확인부; 배터리 상태가 안전상태인 경우, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한지 여부를 판단하는 컨버터 동작 확인부; 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 최종 노화도 측정 시점을 확인하고, 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위 내 노화도 측정 구간을 기준으로 배터리 상태를 통한 노화도 측정 가능 여부를 판단하며, 측정 가능한 경우 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 노화도 측정부; 현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태에 따라, 노화도 및 온도를 반영하여 배터리 충/방전 운용범위를 설정하는 운용범위 설정부; 및 설정된 운용범위에 따라 기본 충/방전 제어를 수행하되, 배터리의 안전상태 여부와, 배터리 상태가 설정된 운용범위 벗어나는지 여부를 판단하여, 배터리가 안전상태가 아닌 경우, 시청각적 경고를 발생시키고 프로세스를 종료시키며, 설정된 운용범위를 벗어난 경우, 배터리 상태가 설정된 운용범위로 진입하도록 충/방전 제어를 우선 수행하고, 충/방전 제어를 통해 설정된 운용범위내로 진입한 경우 다시 기본 충/방전 제어를 수행하는 동작 수행부; 를 포함한다.
한편, 본 발명은 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, (a) 배터리 안전상태 확인부가 배터리의 상태를 확인하여, 배터리의 상태가 안전 하한에서 상한 이내에 위치하는 안전상태가 맞는지 여부를 판단하는 과정; (b) 상기 (a) 과정의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태인 경우, 컨버터 동작 확인부가 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한지 여부를 판단하는 과정; (c) 상기 (b) 과정의 판단결과, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 노화도 측정부가 최종 노화도 측정 시점을 확인하고, 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위 내 노화도 측정 구간을 기준으로 배터리 상태를 통한 노화도 측정 가능 여부를 판단하며, 측정 가능한 경우 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 과정; (d) 운용범위 설정부가 현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태를 확인하여, 기 설정된 온도 상태별 운용범위 제한 기준에 따른 온도 반영이 필요한지 여부를 판단하는 과정; (e) 상기 (d) 과정의 판단결과, 온도 반영이 필요한 경우, 상기 운용범위 설정부가 측정된 노화도와 온도를 함께 반영하여 운용범위를 재설정하는 과정; 및 (f) 동작 수행부가 재설정된 운용범위에 따라 기본 충/방전 제어를 수행하는 과정; 을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 에너지저장시스템을 구성하는 배터리의 노화도를 실시간을 측정 가능하며, 배터리의 수명 저하 특성을 최소화 할 수 있는 구간에서 충/방전이 이루어지도록 제어함으로써 전체적인 운용효율성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 기본 충/방전 제어 동작모드를 보이는 일예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 기본 충/방전 제어 동작모드에서의 운용범위 축소를 보이는 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 기본 충/방전 제어 동작모드에서의 운용범위 이동을 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 노화도 분석을 위한 충/방전 전류 패턴을 보이는 일예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템에 관한 전체 구성도.
도 6 은 본 발명에 따른 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법에 관한 전체 흐름도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템에 관하여 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 시스템은, 배터리와 연계되어 운용되는 양방향 컨버터의 제어 알고리즘에 대한 것으로, 기본적인 양방향 제어동작을 수행하는 기본 충/방전 제어 동작모드와 더불어 배터리 노화도 측정을 위한 노화도 측정모드로 동작할 수 있다.
기본 충/방전 제어 동작모드는, 도 1 에서와 같이 설정된 배터리 충/방전 운용범위에 따라 양방향 컨버터를 충전 또는 방전 동작시키게 된다.
양방향 컨버터의 충전동작은 전원계통에서 전력을 공급받아 배터리를 충전하는 것으로, 설정된 운용범위인 충전 상한 이상까지 충전을 수행하는 경우 배터리의 수명저하에 영향을 더 크게 미치게 되며, 과충전 상태인 경우 안전성에 문제를 발생시킬 수 있으므로 반드시 방지되어야 한다.
또한, 양방향 컨버터의 방전동작은 배터리 방전을 통해 공급받은 방전 전력을 전원계통에 공급하는 것으로, 설정된 운용범위인 방전 하한 이하까지 방전이 수행되는 경우 수명저하에 영향을 더 크게 미치게 되며 과방전 상태인 경우 역시 안전성에 문제를 발생시킬 수 있으므로 반드시 방지되어야 한다.
이와 같이, 기본 충/방전 제어 동작모드에서는 설정된 운용범위에 따라 충/방전 동작 범위를 제한함으로써 수명저하 및 안전성 저해가 발생하지 않도록 제어한다. 이때, 사용되는 운용범위는 실시간으로 측정된 배터리 노화도 측정 결과에 따라 도 2 와 같이 운용범위가 좁아지거나 도 3 과 같이 수평적으로 이동할 수 있다.
또한, 배터리의 냉각특성에 문제가 발생하여 온도가 상승하는 경우에도 도 2 와 같이 운용범위를 좁아질 수 있으며, 발열이 감소하는 경우 다시 도 1 에서와 같이 운용범위가 넓어지도록 설정될 수 있다.
이와 같이, 운용범위 설정을 변경시키기 위해, 본 발명에서는 배터리 노화도 측정을 위한 노화도 측정 모드를 갖는다.
노화도 측정 모드는 설정된 운용범위의 중간지점 근처에 배터리가 놓인 경우, 도 4 와 같은 기준 전류 패턴으로 충/방전 제어를 수행하고, 충/방전 순간 측정된 배터리 전압값을 충/방전 전류를 기준으로 도시하여 선형회귀분석법에 따른 저항을 산출하게 된다.
노화도 측정을 위한 충방전 전류 패턴은 배터리의 발열 유발로 인한 특성 변화가 균일하게 유지될 수 있도록, 최저 충/방전 전류값(C-rate)와 최고 충/방전 전류값(C-rate)의 순서를 혼합하여 구성하였다. 이때, 충/방전 전류값(C-rate)은 배터리 기준 용량을 1시간에 방전할 수 있는 전류 크기를 1 C-rate로 설정하였을때의 전류 크기 비율이다.
노화도 측정을 위한 충/방전 패턴 수행을 통해 측정된 저항값의 변화를 기준으로 노화도를 측정하며, 노화가 진행됨에 따라 설정 운용범위를 배터리 특성에 맞춰 도 2 에서와 같이 축소시키거나 도 3 과 같이 이동시킨다.
이하에서는 상술한 바와 같은 내용을 바탕으로 본 발명에 따른 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템의 기능 및 이의 방법에 관하여 더욱 명확하게 설명하도록 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템(S)에 관한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 배터리 안전상태 확인부(100), 컨버터 동작 확인부(200), 노화도 측정부(300), 운용범위 설정부(400) 및 동작 수행부(500)를 포함하여 이루어진다.
배터리 안전상태 확인부(100)는 배터리의 상태를 확인하여, 배터리의 상태가 안전 하한에서 상한 이내에 위치하는 안전상태가 맞는지 여부를 판단한다.
컨버터 동작 확인부(200)는 배터리 상태가 안전상태인 경우, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한지 여부를 판단한다. 이때, 컨버터 동작 확인부(200)는 전력계통의 전압값, 배터리의 온도, 양방향 컨버터 내부 온도 및 냉각부 상태 등을 확인한다.
노화도 측정부(300)는 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 최종 노화도 측정 시점을 확인하고, 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위 내 노화도 측정 구간을 기준으로 배터리 상태를 통한 노화도 측정 가능 여부를 판단하며, 측정 가능한 경우 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 5 에 도시된 바와 같이 측정시점 확인모듈(310), 측정가능 판단모듈(320) 및 노화도 측정모듈(330)을 포함한다.
구체적으로, 측정시점 확인모듈(310)은 컨버터 동작 확인부(200)를 통해 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 것으로 판단된 경우, 최종 노화도 측정 시점을 확인하여 노화도를 다시 측정할 필요가 있는지 여부 즉, 기 설정된 측정간격을 초과하였는지 여부를 판단한다.
측정가능 판단모듈(320)은 측정시점 확인모듈(310)의 판단결과, 기 설정된 측정간격을 초과한 경우, 노화도 측정이 가능하도록 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는지 여부를 판단한다.
노화도 측정모듈(330)은 측정가능 판단모듈(320)의 판단결과, 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는 경우, 지정된 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정한다.
이때, 노화도 측정모듈(330)은 노화도 측정을 위한 충/방전 패턴 수행을 통해 측정된 저항값의 변화를 기준으로 노화도를 측정한다.
그리고 노화도 측정 패턴은, 앞서 서술한 바와 같이 배터리의 발열 유발로 인한 특성 변화가 균일하게 유지될 수 있도록, 최저 충/방전 전류값(C-rate)와 최고 충/방전 전류값(C-rate)의 순서를 혼합하여 구성하였다. 이때, 충/방전 전류값(C-rate)은 배터리 기준 용량을 1시간에 방전할 수 있는 전류 크기를 1 C-rate로 설정하였을때의 전류 크기 비율이다.
한편, 측정시점 확인모듈(310)의 판단결과, 기 설정된 측정간격을 초과하지 않아 노화도 측정이 필요치 않은 경우, 그리고 측정가능 판단모듈(320)의 판단결과, 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하지 않는 경우, 측정가능 판단모듈(320)은 최종 시점에 측정된 노화도를 반영한다.
운용범위 설정부(400)는 현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태에 따라, 노화도 및 온도를 반영하여 배터리 충/방전 운용범위를 설정하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 5 에 도시된 바와 같이 온도 판단모듈(410) 및 운용범위 설정모듈(420)을 포함한다.
구체적으로, 온도 판단모듈(410)은 현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태를 확인하여, 기 설정된 온도 상태별 운용범위 제한 기준에 따른 온도 반영이 필요한지 여부를 판단한다.
높은 C-rate에 해당하는 전류로 충/방전하는 것은 온도상승을 지속시킬 수 있고, 온도 상승 상태에서 운용범위의 상한 또는 하한 근처에서 운용을 지속하는 것은 노화를 가속시킬 수 있기 때문에, 배터리의 온도가 높은 경우 기 설정된 배터리 온도 상태별 운용범위 제한 기준에 따라 운용범위를 제한 혹은 변동시키게 된다.
또한, 컨버터 자체의 온도가 높은 상태에서 대출력의 충전 또는 방전을 수행하는 것은 컨버터의 소손 및 시스템 운용 효율의 저하를 야기할 수 있기 때문에, 컨버터가 설정된 안정온도 범위에 위치할 때까지 운용범위를 제한할 필요가 있다.
따라서, 운용범위 설정모듈(420)은 온도 판단모듈(410)의 판단결과, 온도 반영이 필요한 경우, 측정된 노화도와 온도를 함께 반영하여 운용범위를 설정하고, 온도 반영이 불필요한 경우 측정된 노화도만을 반영하여 운용범위를 설정한다.
동작 수행부(500)는 설정된 운용범위에 따라 기본 충/방전 제어를 수행한다.
이때, 배터리 안전상태 확인부(100)를 통해 안전상태가 아닌 것으로 판단된 경우, 그리고, 컨버터 동작 확인부(200)를 통해 정상적인 충/방전 동작 수행이 불가한 것으로 판단된 경우, 동작 수행부(500)는 부저 및 LCD 패널 등의 사용자 인터페이스를 통해 시청각적 경고를 발생시키고, 프로세스를 종료한다.
또한, 동작 수행부(500)는 배터리 상태가 안전상태인 경우에도, 지속되는 충/방전으로 인한 배터리의 안전상태 여부와, 설정된 운용범위를 벗어나는지 여부를 판단한다.
판단결과, 배터리 상태가 안전상태가 아닌 경우, 시청각적 경고를 발생시키고 프로세스를 즉시 종료시키며, 설정된 운용범위를 벗어난 경우, 배터리 상태가 설정된 운용범위로 진입하도록 충/방전 제어를 우선 수행하고, 충/방전 제어를 통해 설정된 운용범위내로 진입한 경우 다시 기본 충/방전 제어를 수행한다.
도 6 은 본 발명에 따른 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 배터리 안전상태 확인부(100)는 배터리의 상태를 확인하여, 배터리의 상태가 안전 하한에서 상한 이내에 위치하는 안전상태가 맞는지 여부를 판단한다(S10).
제S10 단계의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태인 경우, 컨버터 동작 확인부(200)는 전력계통의 전압값, 배터리의 온도, 양방향 컨버터 내부 온도 및 냉각부 상태 등을 확인하여, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한지 여부를 판단한다(S20).
또한, 제S20 단계의 판단결과, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 노화도 측정부(300)의 측정시점 확인모듈(310)은 최종 노화도 측정 시점을 확인하여 노화도를 다시 측정할 필요가 있는지 여부 즉, 기 설정된 측정간격을 초과하였는지 여부를 판단한다(S30).
제S30 단계의 판단결과, 기 설정된 측정간격을 초과한 경우, 노화도 측정부(300)의 측정가능 판단모듈(320)은 노화도 측정이 가능하도록 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는지 여부를 판단한다(S40).
제S40 단계의 판단결과, 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는 경우, 노화도 측정부(300)의 노화도 측정모듈(330)은 지정된 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정한다(S50).
이후, 운용범위 설정부(400)의 온도 판단모듈(410)은 현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태를 확인하여, 기 설정된 온도 상태별 운용범위 제한 기준에 따른 온도 반영이 필요한지 여부를 판단한다(S60).
제S60 단계의 판단결과, 온도 반영이 필요한 경우, 운용범위 설정부(400)의 운용범위 설정모듈(420)은 측정된 노화도와 온도를 함께 반영하여 운용범위를 재설정하고(S70), 동작 수행부(500)는 재설정된 운용범위에 따라 기본 충/방전 제어를 수행한다(S80).
이후, 동작 수행부(500)는 배터리 안전상태 확인부(100)를 통해 배터리 상태가 안전상태가 맞는지 여부를 판단한다(S90).
제S90 단계의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태인 경우, 동작 수행부(500)는 배터리 상태가 재설정된 운용범위를 벗어나는지 여부를 판단한다(S100).
제S100 단계의 판단결과, 배터리 상태가 재설정된 운용범위를 벗어난 경우, 동작 수행부(500)는 재설정된 운용범위로 진입하도록 충/방전 제어를 우선 수행하고(S110), 재설정된 운용범위내로 진입한 경우 다시 기본 충/방전 제어를 수행하고(S120), 제S90 단계로 절차를 이행한다.
한편, 제S10 단계의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태가 아닌 경우, 동작 수행부(500)는 부저 및 LCD 패널 등의 사용자 인터페이스를 통해 시청각적 경고를 발생시키고(S130), 프로세스를 종료한다.
또한, 제S20 단계의 판단결과, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능하지 않은 경우, 동작 수행부(500)는 시청각적 경고를 발생 즉, 제S130 단계로 절차를 이행하고, 프로세스를 종료한다.
또한, 제S30 단계의 판단결과, 기 설정된 측정간격을 초과하지 않아 노화도 측정이 필요치 않은 경우, 그리고 제S40 단계의 판단결과, 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하지 않는 경우, 측정가능 판단모듈(320)은 최종 시점에 측정된 노화도를 반영하고(S140), 제S60 단계로 절차를 이행한다.
또한, 제S60 단계의 판단결과, 온도 반영이 불필요한 경우, 운용범위 설정모듈(420)은 측정된 노화도만을 반영하여 운용범위를 재설정하고(S150), 제S80단계로 절차를 이행한다.
또한, 제S90 단계의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태가 아닌 경우, 동작 수행부(500)는 시청각적 경고를 발생 즉, 제S130 단계로 절차를 이행하고, 프로세스를 종료한다.
그리고, 제S100 단계의 판단결과, 배터리 상태가 재설정된 운용범위를 벗어나지 않은 경우, 동작 수행부(500)는 제S20 단계로 절차를 이행한다.
지금까지 상술한 바와 같은 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템 및 그 방법은, 노화도 및 온도에 따른 설정 운용범위를 하나로 지정하지 않고, 배터리의 노화가 진행됨에 따라 운용범위를 배터리 특성에 맞추어 축소시키거나 이동시킬 수 있는 특징적인 장점이 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
S: 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템
100: 배터리 안전상태 확인부 200: 컨버터 동작 확인부
300: 노화도 측정부 400: 운용범위 설정부
500: 동작 수행부 310: 측정시점 확인모듈
320: 측정가능 판단모듈 330: 노화도 측정모듈
410: 온도 판단모듈 420: 운용범위 설정모듈

Claims (14)

  1. 배터리의 상태를 확인하여, 배터리의 상태가 안전 하한에서 상한 이내에 위치하는 안전상태가 맞는지 여부를 판단하는 배터리 안전상태 확인부(100);
    배터리 상태가 안전상태인 경우, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한지 여부를 판단하는 컨버터 동작 확인부(200);
    양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 최종 노화도 측정 시점을 확인하고, 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위 내 노화도 측정 구간을 기준으로 배터리 상태를 통한 노화도 측정 가능 여부를 판단하며, 측정 가능한 경우 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 노화도 측정부(300);
    현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태에 따라, 노화도 및 온도를 반영하여 배터리 충/방전 운용범위를 설정하는 운용범위 설정부(400); 및
    설정된 운용범위에 따라 기본 충/방전 제어를 수행하되, 배터리의 안전상태 여부와, 배터리 상태가 설정된 운용범위 벗어나는지 여부를 판단하여, 배터리가 안전상태가 아닌 경우, 시청각적 경고를 발생시키고 프로세스를 종료시키며, 설정된 운용범위를 벗어난 경우, 배터리 상태가 설정된 운용범위로 진입하도록 충/방전 제어를 우선 수행하고, 충/방전 제어를 통해 설정된 운용범위내로 진입한 경우 다시 기본 충/방전 제어를 수행하는 동작 수행부(500); 를 포함하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터 동작 확인부(200)는,
    전력계통의 전압값, 배터리의 온도, 양방향 컨버터 내부 온도 및 냉각부 상태 중, 적어도 어느 하나 이상을 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노화도 측정부(300)는,
    상기 컨버터 동작 확인부(200)를 통해 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 것으로 판단된 경우, 최종 노화도 측정 시점을 확인하여 기 설정된 측정간격을 초과하였는지 여부를 판단하는 측정시점 확인모듈(310);
    기 설정된 측정간격을 초과한 경우, 노화도 측정이 가능하도록 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는지 여부를 판단하는 측정가능 판단모듈(320); 및
    현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는 경우, 지정된 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 노화도 측정모듈(330); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노화도 측정모듈(330)은,
    노화도 측정을 위한 충/방전 패턴 수행을 통해 측정된 저항값의 변화를 기준으로 노화도를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 노화도 측정 패턴은,
    배터리의 발열 유발로 인한 특성 변화가 균일하게 유지될 수 있도록, 최저 충/방전 전류값(C-rate)와 최고 충/방전 전류값(C-rate)의 순서를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 운용범위 설정부(400)는,
    현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태를 확인하여, 기 설정된 온도 상태별 운용범위 제한 기준에 따른 온도 반영이 필요한지 여부를 판단하는 온도 판단모듈(410); 및
    온도 반영이 필요한 경우, 측정된 노화도와 온도를 함께 반영하여 운용범위를 설정하고, 온도 반영이 불필요한 경우 측정된 노화도만을 반영하여 운용범위를 설정하는 운용범위 설정모듈(420); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 시스템.
  7. (a) 배터리 안전상태 확인부(100)가 배터리의 상태를 확인하여, 배터리의 상태가 안전 하한에서 상한 이내에 위치하는 안전상태가 맞는지 여부를 판단하는 과정;
    (b) 상기 (a) 과정의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태인 경우, 컨버터 동작 확인부(200)가 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한지 여부를 판단하는 과정;
    (c) 상기 (b) 과정의 판단결과, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 노화도 측정부(300)가 최종 노화도 측정 시점을 확인하고, 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위 내 노화도 측정 구간을 기준으로 배터리 상태를 통한 노화도 측정 가능 여부를 판단하며, 측정 가능한 경우 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 과정;
    (d) 운용범위 설정부(400)가 현재 배터리의 온도 상태 및 양방향 컨버터의 온도 상태를 확인하여, 기 설정된 온도 상태별 운용범위 제한 기준에 따른 온도 반영이 필요한지 여부를 판단하는 과정;
    (e) 상기 (d) 과정의 판단결과, 온도 반영이 필요한 경우, 상기 운용범위 설정부(400)가 측정된 노화도와 온도를 함께 반영하여 운용범위를 재설정하는 과정; 및
    (f) 동작 수행부(500)가 재설정된 운용범위에 따라 기본 충/방전 제어를 수행하는 과정; 을 포함하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (c) 과정은,
    (c-1) 상기 (b) 과정의 판단결과, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능한 경우, 상기 노화도 측정부(300)가 최종 노화도 측정 시점을 확인하여 기 설정된 측정간격을 초과하였는지 여부를 판단하는 단계;
    (c-2) 상기 (c-1) 단계의 판단결과, 기 설정된 측정간격을 초과한 경우, 상기 노화도 측정부(300)가 노화도 측정이 가능하도록 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (c-3) 상기 (c-2) 단계의 판단결과, 현재 배터리 상태가 기 설정된 배터리 충/방전 운용범위에서의 노화도 측정 구간 내에 위치하는 경우, 상기 노화도 측정부(300)가 지정된 노화도 측정 패턴을 반영하여 충/방전 제어함으로써 노화도를 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 (f) 과정 이후에,
    (g) 상기 동작 수행부(500)가 배터리 안전상태 확인부(100)를 통해 배터리 상태가 안전상태가 맞는지 여부를 판단하는 과정;
    (h) 상기 (g) 과정의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태인 경우, 상기 동작 수행부(500)가 배터리 상태가 재설정된 운용범위를 벗어나는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (i) 상기 (h) 과정의 판단결과, 배터리 상태가 재설정된 운용범위를 벗어난 경우, 상기 동작 수행부(500)가 재설정된 운용범위로 진입하도록 충/방전 제어를 우선 수행하고, 재설정된 운용범위내로 진입한 경우 다시 기본 충/방전 제어를 수행하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    (j) 상기 (i) 과정 이후에,
    상기 (g) 과정으로 절차를 이행하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    (k) 상기 (d) 과정의 판단결과, 온도 반영이 불필요한 경우, 상기 운용범위 설정부(400)가 측정된 노화도만을 반영하여 운용범위를 재설정하고, 상기 (f) 과정으로 절차를 이행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 (a) 과정의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태가 아닌 경우, 상기 동작 수행부(500)가 시청각적 경고를 발생시키고, 프로세스를 종료하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 (b) 과정의 판단결과, 양방향 컨버터가 정상적인 충/방전 동작 수행이 가능하지 않은 경우, 상기 동작 수행부(500)가 시청각적 경고를 발생시키고, 프로세스를 종료하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 (g) 과정의 판단결과, 배터리 상태가 안전상태가 아닌 경우, 상기 동작 수행부(500)가 시청각적 경고를 발생시키고, 프로세스를 종료하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 배터리 노화도를 반영한 양방향 컨버터 제어 방법.
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