KR101499325B1 - 에너지 효율 향상을 위한 배터리 충/방전 장치 및 그 방법 - Google Patents

에너지 효율 향상을 위한 배터리 충/방전 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 충/방전 장치는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 컨버터; 상기 AC/DC 컨버터로부터 파워 라인을 통하여 상기 직류 전력을 공급받는 복수의 충/방전기들; 상기 복수의 충/방전기들에 대응되는 복수의 트레이들 각각에 포함되는 복수의 배터리 셀들; 상기 파워 라인을 통하여 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 메인 컨트롤러; 및 상기 메인 컨트롤러의 제어에 응답하여, 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 에너지 저장 장치를 포함한다.

Description

에너지 효율 향상을 위한 배터리 충/방전 장치 및 그 방법{METHOD AND APPARATUS OF CHARGING AND DISCHARGING BATTERY FOR INCREASING ENERGY EFFICIENCY}
본 발명은 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, DC 마이크로 그리드를 이용하여 복수의 배터리 셀들을 충전함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 기술에 관한 것이다.
기존의 배터리 충/방전 시스템은 AC/DC 컨버터를 각각 포함하는 복수의 충/방전기들을 포함한다. 여기서, 복수의 충/방전기들 각각은 AC/DC 컨버터를 이용하여 교류 전력을 원하는 직류 전력으로 변환한다. 이 때, 기존의 배터리 충/방전 시스템은 복수의 충/방전기로 일정하지 않은 교류 전력을 공급하고, 복수의 충/방전기들로부터 발생하는 여분의 전력 또는 방전 전력을 활용하지 않기 때문에, 충/방전기를 충전하는 에너지 효율이 적다.
또한, 기존의 배터리 충/방전 시스템은 충/방전기 내의 복수의 배터리 셀들을 충/방전하기 위한 전원 장치는 트레이 내에 포함된 복수의 배터리 셀들의 개수에 비례하여 요구된다. 이러한, 충/방전 방식은 그 회로 구성이 복잡하고 개별적 충전량 제어가 어렵다.
본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기들을 이용하여 DC 마이크로 그리드를 구성함으로써, 복수의 충/방전기들에 공급되는 전력의 에너지 효율을 높인다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기에 공급되는 전력의 에너지 효율을 높이는 과정에서, 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압의 제어에 응답하여, 에너지 저장 장치를 이용함으로써 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 하는 과정에서, 복수의 충/방전기들로부터 발생하는 여분의 전력 또는 방전 전력을 이용하는 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 에너지 저장 장치를 이용하여 여분 전력 또는 방전 전력을 공급하거나 저장함으로써, 에너지 효율을 높일 뿐만 아니라 충/방전의 안정도를 향상시킨다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기에 공급되는 전력의 에너지 효율을 높이는 과정에서, 복수의 배터리 셀들에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 배터리 셀들에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어함으로써, 복수의 배터리 셀에 공급되는 충전량 및 충/방전 시간을 보다 효율적으로 조절하는 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충/방전 장치는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 컨버터; 상기 AC/DC 컨버터로부터 파워 라인을 통하여 상기 직류 전력을 공급받는 복수의 충/방전기들; 상기 복수의 충/방전기들에 대응되는 복수의 트레이들 각각에 포함되는 복수의 배터리 셀들; 상기 파워 라인을 통하여 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 메인 컨트롤러; 및 상기 메인 컨트롤러의 제어에 응답하여, 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 에너지 저장 장치를 포함한다.
상기 에너지 저장 장치는 상기 AC/DC 컨버터로부터 상기 파워 라인을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 상기 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 저장하고, 상기 여분의 직류 전력 또는 상기 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급할 수 있다.
상기 에너지 저장 장치는 상기 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 상기 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 AC/DC 컨버터를 통하여 외부의 전력망으로 제공할 수 있다.
상기 AC/DC 컨버터는 상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환할 수 있다.
상기 복수의 충/방전기들 각각은 상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 충/방전기 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 충/방전기 컨트롤러는 상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 상기 직류 전력의 전압 제어를 통해, 상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시킬 수 있다.
상기 충/방전기 컨트롤러는 상기 복수의 배터리 셀들을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 복수의 배터리 셀들의 충/방전 시간을 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 충/방전 시스템은 복수의 배터리 셀들을 포함하는 복수의 트레이들; 상기 복수의 트레이들에 포함된 복수의 배터리 셀들의 충/방전을 위해 미리 설정된 경로를 따라 상기 복수의 트레이들을 이동시키는 무빙 장치; 파워 라인을 통하여 상기 복수의 트레이들에 포함된 상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 제어하는 충/방전기 컨트롤러를 포함하는 복수의 충/방전기들; 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 제어하는 메인 컨트롤러; 상기 메인 컨트롤러의 제어에 응답하여, 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 에너지 저장 장치; 및 충/방전을 위하여 이동시킨 상기 복수의 트레이들을 상기 복수의 충/방전기들로 수용시키는 기계 구조물을 포함한다.
상기 에너지 저장 장치는 AC/DC 컨버터로부터 상기 파워 라인을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 상기 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 저장하고, 상기 여분의 직류 전력 또는 상기 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급할 수 있다.
상기 에너지 저장 장치는 상기 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 상기 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 AC/DC 컨버터를 통하여 외부의 전력망으로 제공할 수 있다.
상기 충/방전기 컨트롤러는 상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 상기 직류 전력의 전압 제어를 통해, 상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시킬 수 있다.
상기 충/방전기 컨트롤러는 상기 복수의 배터리 셀들을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 복수의 배터리 셀들의 충/방전 시간을 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충/방전 방법은 복수의 충/방전기들에 대응되는 복수의 트레이들 각각에 복수의 배터리 셀들을 연결하는 단계; 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 단계; 상기 변환된 직류 전력을 파워 라인을 통하여 상기 복수의 충/방전기들로 공급하는 단계; 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 제어하는 단계; 상기 제어에 응답하여, 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 단계; 상기 파워 라인을 통하여 상기 복수의 배터리 셀들로 상기 직류 전력을 공급하는 단계; 및 상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하여 충/방전하는 단계를 포함한다.
상기 직류 전력의 전압을 상기 미리 설정된 전압으로 유지하는 단계는 상기 파워 라인을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 상기 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 일부를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 충/방전 방법은 상기 여분의 직류 전력 또는 상기 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 충/방전 방법은 상기 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 상기 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 외부의 전력망으로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 직류 전력의 전압을 제어하여 충/방전하는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 상기 직류 전력의 전압 제어를 통해, 상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시키는 단계는 상기 복수의 배터리 셀들을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 복수의 배터리 셀들의 충/방전 시간을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기들을 이용하여 DC 마이크로 그리드를 구성함으로써, 복수의 충/방전기들에 공급되는 전력의 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기에 공급되는 전력의 에너지 효율을 높이는 과정에서, 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 방법, 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압의 제어에 응답하여, 에너지 저장 장치를 이용함으로써 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 방법, 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 하는 과정에서, 복수의 충/방전기들로부터 발생하는 여분의 전력 또는 방전 전력을 이용하는 방법, 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 에너지 저장 장치를 이용하여 여분 전력 또는 방전 전력을 공급하거나 저장함으로써, 에너지 효율을 높일 뿐만 아니라 충/방전의 안정도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 충/방전기에 공급되는 전력의 에너지 효율을 높이는 과정에서, 복수의 배터리 셀들에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 방법, 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 배터리 셀들에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어함으로써, 복수의 배터리 셀에 공급되는 충전량 및 충/방전 시간을 보다 효율적으로 조절하는 방법, 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적으로 배터리 셀을 충/방전하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치의 구성 및 충/방전 방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 충/방전 컨트롤러(223)을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치에서 충/방전하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치의 동작을 나타낸 플로우 차트이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일반적으로 배터리 셀을 충/방전하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 충/방전기들(130)은 셀(Cell) 충/방전기 1(110), …, 셀 충/방전기 N(120)과 같이 여러 개의 배터리 셀 충/방전기를 포함할 수 있다. 이때, 하나의 셀 충/방전기(예를 들어, 셀 충/방전기 1(110)) 내에 수용된 트레이(111) 내에 포함된 2~3개의 배터리 셀(112)마다 각각의 전원 장치(113)가 구비된 것을 볼 수 있다. 즉, 일반적으로 배터리 셀을 충/방전하는 방식에 따르면, 트레이(111)에 담겨있는 배터리 셀(112)들의 수에 비례하여 전원 장치(113)가 필요하고, 이에 따라 충/방전 제어가 복잡해진다. 이 때, 전원 장치(113)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 충/방전 방식에 따르면, 배터리 셀(112)들의 개수가 50개인 경우, 전원 장치(113) 또한 50개가 소요된다. 이 때, 셀 충/방전기 1(110) 및 셀 충/방전기 2(120) 각각에는 일정하지 않은 교류 전력이 공급되므로, 에너지 효율을 향상시키는데 한계가 있다.
또한, 일반적으로 배터리 셀(112)을 충/방전하는 방식은 배터리 셀(112)들을 병렬로 연결하여 충/방전하며, 이 경우 제어용 스위치는 리니어(linear) 방식으로 연결되어 그 회로 구성이 복잡하며, 충전량 제어가 어렵기 때문에 전력이 개별로 제어되지 않아, 낭비되는 전력이 발생할 수 있어 에너지 효율이 떨어진다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치의 구성 및 충/방전 방식을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치는 AC/DC 컨버터(210), 트레이(221)에 대응되는 충/방전기 1(220), 트레이(221)에 포함되는 복수의 배터리 셀들(222), 메인 컨트롤러(230) 및 에너지 저장 장치(240)를 포함한다. 여기서, 충/방전기 1(220)은 복수의 배터리 셀들(222)로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 충/방전기 컨트롤러(223)을 포함한다. 이 때, 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치는 AC/DC 컨버터(210), 충/방전기 컨트롤러를 각각 포함하는 복수의 충/방전기, 메인 컨트롤러(230), 에너지 저장 장치(240) 및 복수의 충/방전기 각각에 대응하는 복수의 트레이들에 포함되는 복수의 배터리 셀들과 AC/DC 컨버터(210)를 연결하는 파워 라인(221)을 포함하는 DC 마이크로 그리드를 의미할 수 있다.
여기서, AC/DC 컨버터(210)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있고, 메인 컨트롤러(230)는 파워 라인(221)을 통하여 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어할 수 있다.
따라서, 충/방전기 1(220)은 메인 컨트롤러(230)에 의해 제어되는 직류 전력을 AC/DC 컨버터(210)로부터 파워 라인(221)을 통하여 공급받을 수 있다. 이 때, AC/DC 컨버터(210)는 배터리 셀 단위 각각으로 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 공급하는 것이 아니라, 충/방전기들에 공통으로 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 공급할 수 있다. 이 때, AC/DC 컨버터(210)가 충/방전기들에 공통으로 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 공급한다고 함은, 단일의 AC/DC 컨버터(210)의 동작이 충/방전기들에 포함되는 복수의 배터리 셀들 혹은 하나의 트레이 포함되는 복수의 배터리 셀들(222)에 공통적으로 영향을 미친다는 것을 의미할 수 있다.
충/방전기 1(220)은 트레이(221)에 포함된 복수의 배터리 셀들(222)로 파워 라인(221)을 통하여 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 충/방전기 컨트롤러(223)를 포함한다. 여기서, 충/방전기 컨트롤러(223)는 복수의 배터리 셀들(222)로 공급되는 직류 전력의 전압 제어를 통해, 복수의 배터리 셀들(222)에 인가되는 전류를 증감시킬 수 있다. 또한, 충/방전기 컨트롤러(223)는 복수의 배터리 셀들(222)을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써, 복수의 배터리 셀들(222)의 충/방전 시간을 조절할 수 있다. 이 때, 충/방전기 1(220)은 파워 라인(211)을 통하여 공급받는 직류 전력을 특정한 레벨의 직류 전력으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함하거나, 포함하지 않을 수도 있다.
또한, 충/방전기 1(220)에 대응되는 트레이(221)는 복수의 배터리 셀들(222)을 포함할 수 있고, 복수의 배터리 셀들(222) 모두는 충/방전기 컨트롤러(223)와 연결된다.
에너지 저장 장치(240)는 메인 컨트롤러(230)의 제어에 응답하여, AC/DC 컨버터(210)로부터 파워 라인(211)을 통하여 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치(240)는 파워 라인(221)을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 저장할 수 있고, 이를 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급함으로써, 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하여 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치(240)는 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 상기 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 AC/DC 컨버터(210)를 통하여 외부의 전력망으로 제공할 수 있다. 이 때, AC/DC 컨버터(210)는 에너지 저장 장치(240)로부터 공급받는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 배터리 셀들(222)의 충/방전 공정에서, 충/방전기 컨트롤러(223) 및 에너지 저장 장치(240)를 이용하여, 트레이(221) 내에 포함된 배터리 셀들(222)에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하고, 트레이(221)에 대응하는 충/방전기 1(220)로 공급되는 직류 전력의 전압 제어에 응답하여, 충/방전기 1(220)에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지함으로써, 에너지 효율을 향상 시킬 수 있다.
이를 위한 각 구성 요소들의 동작은 다음과 같다.
메인 컨트롤러(230)는 AC/DC 컨버터(210)로부터 파워 라인(211)을 통하여 공급되는 직류 전력의 전압을 제어한다. 이에 응답하여, 에너지 저장 장치(240)는 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지되도록 저장된 전하를 충전하거나 방전한다. 여기서, AC/DC 컨버터(210)로부터 파워 라인(211)을 통하여 공급되는 여분의 직류 전력 또는 충/방전기들에서 발생하는 잉여 전력은 에너지 저장 장치(240)로 저장되며, 충/방전기들에 의해 추가적으로 요구되는 전력은 에너지 저장 장치(240)로부터 공급된다. 이러한 에너지 저장 장치(240)로 인하여 충/방전 시스템의 에너지 효율은 증가할 수 있다. 예를 들어, 충/방전기 1(220)이 충전을 수행하기 위하여 100[W]의 전력을 요구하는 경우에, 충/방전기 1(220)은 방전을 수행하고 있는 충/방전기 N으로부터 10[W]를 공급받을 수 있으며, 외부의 DC 전력으로부터 80[W]를 공급받을 수 있으며, 에너지 저장 장치(240)로부터 10[W]를 공급받을 수 있다. 더 구체적인 예를 들어, 에너지 저장 장치(240)의 미리 설정된 저장 전력이 100[W]라고 가정한다면, 에너지 저장 장치(240)로 충/방전기 1(220)에서 발생하는 잉여 전력 100[W]가 저장되고, 충전이 필요한 충/방전기가 없는 경우, 에너지 저장 장치(240)는 저장된 직류 전력이 100[W]로 미리 설정된 저장 전력인 100[W]를 초과하였으므로, 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 AC/DC 컨버터(210)를 통하여 외부의 전력망으로 제공할 수 있다.
또한, 충/방전기 컨트롤러(230)는 파워 라인(211)을 통하여, 복수의 배터리 셀들(222)로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어한다. 또한, 충/방전기 컨트롤러(230)는 복수의 배터리 셀들(222)에게 공급되는 직류 전력의 전압 제어를 통해, 복수의 배터리 셀들(222)에 인가되는 전류를 증감시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 충/방전기 컨트롤러(230)는 배터리 셀들(222)의 충/방전 시간을 줄이기 위하여 복수의 배터리 셀들(222)에 공급되는 전압을 높임으로써 복수의 배터리 셀들(222)을 통하여 흐르는 전류량을 증가시킬 수 있다. 또한, 충/방전기 컨트롤러(230)는 배터리 셀들(222)의 충/방전 시간을 줄이기 위하여 복수의 배터리 셀들(222)에 공급되는 전압을 낮춤으로써 복수의 배터리 셀들(222)을 통하여 흐르는 전류량을 감소시킬 수 있다. 이 밖에도, 충/방전기 컨트롤러(230)는 복수의 배터리 셀들(222)을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써 배터리 셀들의 충/방전 시간을 조절할 수 있다.
예를 들어, 충/방전기 컨트롤러(230)가 3개의 트레이에 포함된 세 개의 셀들에 대하여 충전(혹은 방전)을 수행하고, 세 개의 셀들 각각의 충전을 위해서는 5V가 필요하다고 하자. 그러면, 세 개의 셀들 전부를 충전하기 위해서 충/방전기 컨트롤러(230)는 15V의 전압을 공급하게 된다. 이때, 첫 번째 셀에 대한 충전이 완료했다면, 나머지 두 개의 셀들에 대한 충전을 수행하기 위해서는 10V만이 필요하게 된다. 이 경우, 충/방전기 컨트롤러(230)는 첫 번째 배터리 셀의 충전 완료에 따라 나머지 두 개의 배터리 셀들에 인가되는 전압을 10V로 제어할 수 있다. 또한, 첫 번째 셀의 충전이 완료되어 방전되는 상태라면, 에너지 저장 장치(240)는 그 방전되는 방전 직류 전력을 저장하여, 이를 나머지 두 개의 셀들로 공급함으로써, 세 개의 셀들의 충/방전 시간을 조절할 수 있다.
또한, 충/방전기 컨트롤러(230)는 생성된 전류를 측정함으로써 트레이 내에 포함된 복수의 배터리 셀들(222)의 충전 완료 시간을 예측할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 충/방전기 컨트롤러(223)의 기능을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 충/방전기 컨트롤러의 기능은 입/출력 제어 기능(310), 셀 센싱 기능(320), 셀 그리핑(gripping) 제어 기능(330), 셀 밸런싱 제어 기능(340), 셀 바이패스(bypass) 제어 기능(350), DC 전력 센싱 기능(360), DC 전력 제어 기능(370) 및 DC 전력 변환 기능(380)을 포함한다.
입/출력 제어 기능(310)은 입력 및 출력 제어 신호를 제어하는 기능일 수 있고, 셀 센싱 기능(320)은 배터리 셀들의 온도 및 전압을 측정하는 기능일 수 있다.
또한, 셀 그리핑 제어 기능(330)은 배터리 셀들에 전원을 인가하기 위한 그리퍼(gripper)를 제어하고, 비정상적인 상황에서의 안전 기능을 수행할 수 있다.
셀 밸런싱 제어 기능(340)은 배터리 셀들 간의 용량 편차에 따라 적절한 전원을 공급하는 기능으로써, 인가되는 전류는 미세하게 조정하여 배터리 셀들 사이의 전압을 조절하는 기능일 수 있다.
또한, 셀 바이패스 기능(350)은 배터리 셀들이 불량일 경우, 해당 배터리 셀에 전원을 인가하지 않고, 바이패스될 수 있도록 릴레이를 제어하는 기능일 수 있다.
DC 전력 센싱 기능(360)은 배터리 셀들로 인가되는 전압을 측정하는 기능일 수 있고, DC 전력 제어 기능(370)은 미리 설정된 전압값을 유지할 수 있도록 전류를 제어하는 기능일 수 있다.
또한, DC 전력 변환 기능(380)은 DC/DC 컨버터를 제어하는 기능일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치에서 충/방전하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 장치에서는 트레이 내에 포함되는 배터리 셀들을 연결한다. 이때, 배터리 셀 조합의 양 단자에는 B+, B- 전압이 공급된다. 이후, 충/방전기 컨트롤러에서 제어된 전류(IP)가 첫 번째 배터리 셀(Cell 1)로 공급되면, 해당 전류(IP)는 첫 번째 배터리 셀(Cell 1)을 거쳐 마지막 배터리 셀(Cell N)까지 짧은 순간에 흐르게 된다. 이때, 충/방전기 컨트롤러에서 제어된 전류(IP)와 첫 번째 배터리 셀(Cell 1)을 거쳐 마지막 배터리 셀(Cell N)로 흐르는 전류(IB)는 서로 동일하다.
그러므로, 트레이 내에 포함되는 배터리 셀들에 대한 충전 시간이 거의 동일하게 되고, 이에 따라 트레이 내에 포함된 모든 배터리 셀들의 충전 완료 시간을 예측할 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 충/방전기 컨트롤러에서 제어된 전류를 측정함으로써 트레이 내에 포함된 복수의 배터리 셀들의 충전 완료 시간을 예측할 수 있다. 또한, 상술한 원리에 의해, 방전의 경우도 마찬가지로 방전 완료 시간을 예측할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 트레이 내에 포함된 모든 배터리 셀들에 대한 충/방전 시간은 충/방전기 컨트롤러에 의해 제공되는 전류(량)를 조절함으로써 보다 용이하게 제어될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 배터리 셀들을 충/방전하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 충/방전 시스템은 무빙 장치 및 기계 구조물을 이용하여 복수의 충/방전기들에 대응되는 복수의 트레이들 각각에 복수의 배터리 셀들을 연결한다(510). 이때, 복수의 트레이들은 충/방전을 위하여 충/방전기들로 수용되거나, 충/방전기들로부터 분리될 수 있다.
또한, 충/방전 시스템은 AC/DC 컨버터를 이용하여 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다(520).
이후, 충/방전 시스템은 변환된 직류 전력을 파워 라인을 통하여 복수의 충/방전기들로 공급한다(530).
또한, 충/방전 시스템은 메인 컨트롤러를 통하여 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어한다(540). 이 때, 충/방전 시스템은 메인 컨트롤러의 직류 전력에 대한 전압 제어에 응답하여, 에너지 저장 장치를 이용함으로써, 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지할 수 있다.
구체적으로, 충/방전 시스템은 복수의 충/방전기들 각각에 대해 전압 상승 여부를 판단하여, 판단 결과, 특정 충/방전기의 전압이 상승하는 경우, 전압이 상승된 특정 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전류 또는 여분의 직류 전력 중 적어도 일부를 에너지 저장 장치에 저장한다(560).
또한, 충/방전 시스템은 에너지 저장 장치로부터 여분의 직류 전력 또는 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급한다(570).
또한, 충/방전 시스템은 복수의 충/방전기들 각각에 대해 전압 상승 여부를 판단하여, 판단 결과, 특정 충/방전기의 전압이 상승하지 않는 경우, 파워 라인을 통하여 복수의 배터리 셀들로 직류 전력을 공급한다(580).
이 때, 충/방전 시스템은 복수의 충/방전기들 각각에 포함되는 충/방전기 컨트롤러를 이용하여 복수의 배터리 셀들로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하여, 충/방전을 수행한다(590).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치의 동작을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 충전 장치는 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과하는지 여부를 판단한다(610).
또한, 에너지 충전 장치는 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 외부의 전력망으로 제공한다(620). 이 때, 저장된 직류 전력 중 적어도 일부는 AC/DC 컨버터를 통하여 직류 전력에서 교류 전력으로 변환되어 외부의 전력망으로 제공될 수 있다.
또한, 에너지 충전 장치는 파워 라인을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 일부를 저장한다(630).
또한, 에너지 충전 장치는 여분의 직류 전력 또는 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급한다(640).
상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가지 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 컨버터;
    상기 AC/DC 컨버터로부터 파워 라인을 통하여 상기 직류 전력을 공급받는 복수의 충/방전기들;
    상기 복수의 충/방전기들에 대응되는 복수의 트레이들 각각에 포함되는 복수의 배터리 셀들;
    상기 파워 라인을 통하여 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 메인 컨트롤러; 및
    상기 메인 컨트롤러의 제어에 응답하여, 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 에너지 저장 장치
    를 포함하고,
    상기 에너지 저장 장치는
    상기 AC/DC 컨버터로부터 상기 파워 라인을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 상기 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 저장하는,
    배터리 충/방전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는
    상기 여분의 직류 전력 또는 상기 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급하는 배터리 충/방전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는
    상기 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 상기 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 AC/DC 컨버터를 통하여 외부의 전력망으로 제공하는 배터리 충/방전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 AC/DC 컨버터는
    상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환하는 배터리 충/방전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 충/방전기들 각각은
    상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 충/방전기 컨트롤러
    를 더 포함하는 배터리 충/방전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충/방전기 컨트롤러는
    상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 상기 직류 전력의 전압 제어를 통해, 상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시키는 배터리 충/방전 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 충/방전기 컨트롤러는
    상기 복수의 배터리 셀들을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 복수의 배터리 셀들의 충/방전 시간을 조절하는 배터리 충/방전 장치.
  8. 복수의 배터리 셀들을 포함하는 복수의 트레이들;
    상기 복수의 트레이들에 포함된 복수의 배터리 셀들의 충/방전을 위해 미리 설정된 경로를 따라 상기 복수의 트레이들을 이동시키는 무빙 장치;
    파워 라인을 통하여 상기 복수의 트레이들에 포함된 상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 충/방전기 컨트롤러를 포함하는 복수의 충/방전기들;
    상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하는 메인 컨트롤러;
    상기 메인 컨트롤러의 제어에 응답하여, 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 에너지 저장 장치; 및
    충/방전을 위하여 이동시킨 상기 복수의 트레이들을 상기 복수의 충/방전기들로 수용시키는 기계 구조물
    을 포함하고,
    상기 에너지 저장 장치는
    AC/DC 컨버터로부터 상기 파워 라인을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 상기 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 저장하는,
    충/방전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는
    상기 여분의 직류 전력 또는 상기 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급하는 배터리 충/방전 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는
    상기 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 상기 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 AC/DC 컨버터를 통하여 외부의 전력망으로 제공하는 배터리 충/방전 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 충/방전기 컨트롤러는
    상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 상기 직류 전력의 전압 제어를 통해, 상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시키는 충/방전 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 충/방전기 컨트롤러는
    상기 복수의 배터리 셀들을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 복수의 배터리 셀들의 충/방전 시간을 조절하는 충/방전 시스템.
  13. 복수의 충/방전기들에 대응되는 복수의 트레이들 각각에 복수의 배터리 셀들을 연결하는 단계;
    교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 단계;
    상기 변환된 직류 전력을 파워 라인을 통하여 상기 복수의 충/방전기들로 공급하는 단계;
    상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 제어하는 단계;
    상기 제어에 응답하여, 상기 복수의 충/방전기들 각각에 공급되는 상기 직류 전력의 전압을 미리 설정된 전압으로 유지하는 단계;
    상기 파워 라인을 통하여 상기 복수의 배터리 셀들로 상기 직류 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 직류 전력의 전압을 제어하여 충/방전하는 단계
    를 포함하고,
    상기 직류 전력의 전압을 상기 미리 설정된 전압으로 유지하는 단계는
    상기 파워 라인을 통하여 공급받는 여분의 직류 전력 또는 상기 복수의 충/방전기들 중 방전되는 충/방전기로부터 발생되는 방전 직류 전력 중 일부를 저장하는 단계를 포함하는,
    배터리 충/방전 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 여분의 직류 전력 또는 상기 방전 직류 전력 중 적어도 일부를 상기 복수의 충/방전기들 중 충전이 필요한 충/방전기로 공급하는 단계
    를 더 포함하는 배터리 충/방전 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 저장된 직류 전력이 미리 설정된 저장 전력을 초과할 경우, 상기 저장된 직류 전력 중 적어도 일부를 외부의 전력망으로 제공하는 단계
    를 더 포함하는 배터리 충/방전 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 직류 전력의 전압을 제어하여 충/방전하는 단계는
    상기 복수의 배터리 셀들로 공급되는 상기 직류 전력의 전압 제어를 통해, 상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시키는 단계
    를 포함하는 배터리 충/방전 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들에 인가되는 전류를 증감시키는 단계는
    상기 복수의 배터리 셀들을 통하여 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 복수의 배터리 셀들의 충/방전 시간을 조절하는 단계
    를 포함하는 배터리 충/방전 방법.
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