KR101540425B1 - 배터리 관리 장치 어셈블리 및 이에 적용되는 배터리 관리 장치 - Google Patents

배터리 관리 장치 어셈블리 및 이에 적용되는 배터리 관리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리는, 충전 및 방전이 가능한 보조 배터리; 및 관리대상 배터리 및 상기 보조 배터리를 포함하는 전력 공급 수단과 연결되어 상기 관리대상 배터리 및 보조 배터리 중 어느 하나로부터 전력을 공급 받아 상기 관리대상 배터리에 대한 관리 동작을 수행하되, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제1 기준 용량을 비교하여 전력 공급 수단을 선택하며, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제2 기준 용량을 비교하여 상기 관리대상 배터리에 대한 상기 보조 배터리의 용량 지원 여부를 결정하는 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 관리 장치가 관리 동작을 수행하기 위해 필요로 하는 전력을 안정적으로 공급 받을 수 있고, 배터리 관리 장치에 의해 관리되는 배터리의 SOC가 허용 범위 미만으로 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 스마트 그리드의 전력 요금에 따라 스마트 그리드로부터의 전력 수급 여부 및 스마트 그리드에 의한 보조 배터리의 충전 여부를 결정함으로써 전력 사용에 따른 요금을 절약할 수 있고, 비상 시에 보조 배터리에 저장된 전력을 이용함으로써 관리대상 배터리의 용량 부족 문제를 해결할 수 있다.

Description

배터리 관리 장치 어셈블리 및 이에 적용되는 배터리 관리 장치{Battery management apparatus assembly and Battery management apparatus applied for the same}
본 발명은 배터리 관리 장치 어셈블리 및 이에 적용되는 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 배터리 관리 동작을 수행하기 위해 필요로 하는 전력을 안정적으로 공급 받을 수 있도록 구성된 배터리 관리 장치 어셈블리 및 이에 적용되는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 노트북이나 휴대폰과 같은 모바일 장치, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같은 각종 동력 이동수단, 정전 시 전원을 공급하기 위한 전력 백업 장치, 대용량의 전력을 저장하여 두었다가 다른 장치에 전력을 공급하는 대용량 전력 저장 장치 등에 이차전지가 폭 넓게 사용되고 있다.
다양한 종류의 이차전지 중에서 리튬을 이용한 이차전지는 다른 종류의 이차전지에 비해 에너지 밀도 및 작동 전압이 높고 수명이 길다는 장점을 가지고 있어 가장 많이 사용되고 있다.
이차전지는 BMS(Battery Management System)라고 불리는 배터리 관리 장치와 결합되어 사용된다. 이러한 배터리 관리 장치는 이차전지의 충전과 방전을 적정한 수준으로 제어하고 과방전, 과충전, 과열 등의 이상 상황이 발생되면 이차전지의 충전이나 방전을 중단시켜 이차전지의 폭발이나 성능의 저하를 방지하는 동작을 수행한다.
배터리 관리 장치는 위와 같은 동작을 수행하기 위해 관리 대상인 이차전지 또는 무정전 전원 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)나 상용 전원과 같은 별도의 전원 장치로부터 전력을 공급 받아 동작한다. 이러한 배터리 관리 장치는 관리 대상인 이차전지의 사용이 중단된 상태에서도 이차전지의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 하면서 지속적으로 이차전지에 대한 관리 동작을 유지한다.
배터리 관리 장치가 관리 동작에 필요한 전력을 관리 대상인 이차전지로부터 공급 받는 경우에 있어서, 이차전지가 장시간 미사용 된다면 배터리 관리 장치에 의한 전력 소모로 인해 이차전지의 SOC(State Of Charge)가 허용 범위 이하로 떨어짐으로써 배터리 관리 장치가 배터리 관리를 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 배터리 관리 장치가 상용 전원으로부터 전력을 공급 받는 경우에 있어서도, 정전 사고 등에 의해 동일하게 발생될 수 있다.
또한, 무정전 전원 장치를 이용하여 비상 시에 배터리 관리 장치에 전력을 공급하고자 하는 경우에 있어서는, 이러한 무정전 전원 장치의 설치를 위한 별도의 공간이 따로 요구된다. 예를 들어, 전력 저장 장치를 구성하는 개개의 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 장치마다 별도로 이러한 무정전 전원 장치를 설치하고자 하는 경우 필요한 무정전 전원 장치의 개수만큼 설치 공간이 확보되어야 하는 어려움이 있다.
따라서, 배터리 관리 장치의 관리 동작을 위해 안정적이면서도 효율적으로 전력을 공급할 수 있는 전력 공급 수단이 구비된 배터리 관리 장치가 절실히 요구되는 실정이다.
KR 2012-0083850A
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 관리 동작을 수행하기 위해 필요로 하는 전력을 안정적으로 공급 받을 수 있도록 구성된 배터리 관리 장치 어셈블리 및 이에 적용되는 배터리 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리는, 충전 및 방전이 가능한 보조 배터리; 및 관리대상 배터리 및 상기 보조 배터리를 포함하는 전력 공급 수단과 연결되어 상기 관리대상 배터리 및 보조 배터리 중 어느 하나로부터 전력을 공급 받아 상기 관리대상 배터리에 대한 관리 동작을 수행하되, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제1 기준 용량을 비교하여 전력 공급 수단을 선택하며, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제2 기준 용량을 비교하여 상기 관리대상 배터리에 대한 상기 보조 배터리의 용량 지원 여부를 결정하는 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
상기 관리 동작은, 상기 관리대상 배터리의 충전 및 방전에 대한 조절 동작을 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 용량 이상인 경우에는 상기 관리대상 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 용량 미만인 경우에는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받으며, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제2 기준 용량 미만인 경우에는 상기 보조 배터리가 상기 관리대상 배터리의 부족한 용량을 지원할 수 있도록 상기 관리대상 배터리와 상기 보조 배터리 사이를 연결시킬 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 SOC를 참조하여 스위칭 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력되는 상기 스위칭 신호에 따라 상기 배터리 관리 장치에 대한 전력 공급 수단이 선택되고, 상기 관리대상 배터리에 대한 용량 지원 여부가 결정되도록 스위칭 동작을 수행하는 선택적 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 선택적 스위치부는, 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 상태 정보를 센싱하는 센싱부를 포함할 수 있다.
상기 상태 정보는, 상기 관리대상 배터리의 출력 전압 값 또는 전류 값에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 센싱부로부터 출력된 상기 관리대상 배터리의 상태 정보를 수집하여 상기 관리대상 배터리의 SOC를 추정할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리는, 다음과 같은 형태로 구현될 수도 있다. 즉, 상기 배터리 관리 장치 어셈블리는, 충전 및 방전이 가능한 보조 배터리; 및 관리대상 배터리, 스마트 그리드 및 상기 보조 배터리를 포함하는 전력 공급 수단과 연결되어 상기 관리대상 배터리 및 보조 배터리 중 어느 하나로부터 전력을 공급 받아 상기 관리대상 배터리에 대한 관리 동작을 수행하되, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제1 기준 용량을 비교한 결과, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부 및 상기 스마트 그리드의 전력 요금 을 참조하여 상기 전력 공급 수단을 선택하며, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제2 기준 용량을 비교하여 상기 관리대상 배터리에 대한 상기 보조 배터리의 용량 지원 여부를 결정하는 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 용량 이상인 경우 상기 관리대상 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제2 기준 용량 미만인 경우 상기 보조 배터리가 상기 관리대상 배터리의 부족한 용량을 지원할 수 있도록 상기 관리대상 배터리와 상기 보조 배터리 사이를 연결시킬 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부, 상기 스마트 그리드의 전력 요금 및 상기 보조 배터리의 SOC를 참조하여 상기 스마트 그리드에 의한 상기 보조 배터리의 충전 여부를 결정할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 유지되고, 상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 미만이며, 상기 보조 배터리의 SOC가 제3 기준 용량 미만인 경우 상기 스마트 그리드에 의해 상기 보조 배터리가 충전되도록 할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 제1 기준 용량 미만인 경우 상기 스마트 그리드 또는 보조 배터리로부터 전력을 공급 받을 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 차단된 경우에는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 유지되는 경우에는 상기 스마트 그리드의 전력 요금을 참조하여 상기 스마트 그리드 또는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받을 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 유지되는 경우에 있어서, 상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 이상인 경우에는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 미만인 경우에는 상기 스마트 그리드로부터 전력을 공급 받을 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 미만인 경우에는 상기 보조 배터리의 SOC를 참조하여 상기 스마트 그리드에 의해 상기 보조 배터리가 충전되도록 할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 보조 배터리의 SOC가 제1 기준 용량 미만인 경우 상기 스마트 그리드에 의해 상기 보조 배터리가 충전되도록 할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 SOC, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부, 상기 스마트 그리드의 전력 요금 및 상기 보조 배터리의 SOC를 참조하여 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력되는 스위칭 신호에 따라 배터리 관리 장치에 대한 전력 공급 수단이 선택되고, 상기 보조 배터리에 대한 충전 여부가 결정되며, 상기 관리대상 배터리에 대한 용량 지원 여부가 결정되도록 스위칭 동작을 수행하는 선택적 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 상태 정보를 센싱하는 제1 센싱부; 상기 보조 배터리의 상태 정보를 센싱하는 제2 센싱부; 및 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부를 센싱하는 제3 센싱부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 관리대상 배터리와 연결되어 상기 관리대상 배터리에 대한 관리 동작을 수행하는 것으로서, 상기 관리대상 배터리 및 상기 관리대상 배터리와는 별도로 연결된 보조 배터리를 포함하는 전력 공급 수단 중 어느 하나로부터 관리 동작에 필요한 전력을 공급 받아 상기 관리 동작을 수행하되, 상기 관리대상 배터리의 SOC를 참조하여 상기 전력 공급 수단을 선택하고, 상기 관리대상 배터리에 대한 상기 보조 배터리의 용량 지원 여부를 결정할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 다음과 같은 형태로도 구현될 수 있다. 즉, 상기 배터리 관리 장치는, 관리대상 배터리와 연결되어 상기 관리대상 배터리에 대한 관리 동작을 수행하는 것으로서, 상기 관리대상 배터리, 상기 관리대상 배터리와는 별도로 연결된 스마트 그리드 및 상기 보조 배터리를 포함하는 전력 공급 수단 중 어느 하나로부터 관리 동작에 필요한 전력을 공급 받아 상기 관리 동작을 수행하되, 상기 관리대상 배터리의 SOC, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부 및 상기 스마트 그리드의 전력 요금을 참조하여 상기 전력 공급 수단을 선택하고, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부, 상기 스마트 그리드의 전력 요금 및 상기 보조 배터리의 SOC를 참조하여 상기 스마트 그리드에 의한 상기 보조 배터리의 충전 여부를 결정하며, 상기 관리대상 배터리의 SOC를 참조하여 상기 관리대상 배터리에 대한 상기 보조 배터리의 용량 지원 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 관리 장치가 관리 동작을 수행하기 위해 필요로 하는 전력을 안정적으로 공급 받을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 관리 장치에 의해 관리되는 배터리의 SOC가 허용 범위 미만으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 관리 장치에 전력을 공급하기 위한 별도의 무정전 전원 장치(UPS)가 생략될 수 있어 설치에 필요한 공간 및 비용이 절약될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 스마트 그리드의 전력 요금에 따라 스마트 그리드로부터의 전력 수급 여부 및 스마트 그리드에 의한 보조 배터리의 충전 여부를 결정함으로써 전력 사용에 따른 요금을 절약할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비상 시에 보조 배터리에 저장된 전력을 이용함으로써 관리대상 배터리의 용량 부족 문제를 해결할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리와 연결된 모습을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리와 연결된 상태를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 관리 장치 어셈블리에 적용되는 보조 배터리를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 관리 장치 어셈블리를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리 및 스마트 그리드와 연결된 모습을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리 및 스마트 그리드와 연결된 상태를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(100)를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리와 연결된 모습을 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리와 연결된 상태를 나타내는 블록도이다. 또한, 도 3은 도 1에 도시된 배터리 관리 장치 어셈블리에 적용되는 보조 배터리를 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 배터리 관리 장치 어셈블리를 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(100)는 관리대상 배터리(B)와 연결되는 배터리 관리 장치(10) 및 배터리 관리 장치(10)에 연결되는 보조 배터리(20)를 포함한다. 여기서, 상기 관리대상 배터리(B)는 충/방전이 가능한 이차전지의 집합체로서 다수의 배터리 셀이 연결된 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈이 다수개 연결된 배터리 팩 또는 전력 저장 장치 등 다양한 형태의 이차전지로 구현될 수 있다.
상기 배터리 관리 장치(10)는 관리대상 배터리(B)에 대한 관리 동작을 수행하는 것으로서, 제1 센싱부(11), 제어부(14) 및 선택적 스위치부(15)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 관리 동작이란, 관리대상 배터리(B)가 갖는 적정 SOC(State of charge) 범위 내에서 충전 및 방전이 이루어지도록 조절하는 동작을 포하하는 개념이다. 상기 관리 동작은, 그 밖에도 관리대상 배터리(B)를 이루는 복수개의 단위 셀들 또는 배터리 모듈들 각각의 SOC가 균일해지도록 조절하는 밸런싱 동작을 비롯한 다양한 배터리 관리 동작을 포함할 수 있음은 물론이다.
상기 제1 센싱부(11)는 관리대상 배터리(B)의 출력 전압 값이나 전류 값 등에 관한 정보 중 적어도 일부를 포함하는 상태 정보를 센싱하여 출력한다. 즉, 상기 제1 센싱부(11)는 관리대상 배터리(B)의 전압이나 전류를 측정하는 전압 측정기 및/또는 전류 측정기 등을 포함하는 개념일 수 있다.
상기 제어부(14)는 제1 센싱부(11)로부터 출력된 상태 정보를 수집하고 이를 이용하여 관리대상 배터리(B)의 SOC를 추정한다. 이러한 관리대상 배터리(B)의 SOC는, 예를 들어 제1 센싱부(11)로부터 출력되는 관리대상 배터리(B)의 전압 값의 변화를 이용하여 계산될 수 있다.
상기 제어부(14)는, 추정된 SOC가 설정된 제1 기준 용량 이상인 경우 그에 대응되는 스위칭 신호(제1 스위칭 신호)를 출력하여 관리대상 배터리(B)와 제어부(14) 사이의 전류의 흐름이 연결되도록 하되 다른 전력 공급 수단, 즉 보조 배터리(20)로부터의 전류는 차단되도록 한다. 따라서, 이 경우 배터리 관리 장치(10)를 구동시키는 전력 공급 수단은 관리대상 배터리(B)가 된다.
반면, 상기 제어부(14)는, 추정된 SOC가 설정된 제1 기준 용량 미만인 경우 그에 대응되는 스위칭 신호(제2 스위칭 신호)를 출력하여 관리대상 배터리(B)와 제어부(14) 사이의 전류의 흐름은 차단되도록 하고, 보조 배터리(20)와 제어부(14) 사이의 전류의 흐름이 연결되도록 한다. 따라서, 이 경우 배터리 관리 장치(10)를 구동시키는 전력 공급 수단은 보조 배터리(20)가 된다.
또한, 상기 제어부(14)는, 추정된 SOC가 설정된 제2 기준 용량 미만인 경우 그에 대응되는 스위칭 신호(제3 스위칭 신호)를 출력하여 관리대상 배터리(B)와 보조 배터리(20)를 연결함으로써 보조 배터리(20)가 관리대상 배터리(B)의 부족한 용량을 지원하도록 설정될 수 있다. 즉, 상기 제어부(14)는, 관리대상 배터리(B)가 외부 부하(미도시)와 연결되어 전력을 공급하는 경우에 있어서, 관리대상 배터리(B)의 용량이 부족한 경우 보조 배터리(20)가 관리대상 배터리(B)와 연결되도록 함으로써 외부 부하의 구동에 필요한 전력의 부족 현상을 해결 할 수 있다.
여기서, 상기 제1 기준 용량 및 제2 기준 용량은 배터리 관리 장치(10)에 의해 관리되는 관리대상 배터리(B)의 종류나 용량 등에 의해 달라질 수 있는 것으로서, 관리대상 배터리(B)가 동작 가능한 SOC 허용 범위의 하한 값보다는 큰 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 외부 부하란, 관리대상 배터리(B)로부터 전력을 공급 받아 동작하는 다양한 형태의 전자 기기를 의미하는 것임을 밝혀둔다.
상기 선택적 스위치부(15)는 적어도 하나의 스위칭 소자(미도시)를 포함하는 것으로서, 제어부(14)에서 출력되는 스위칭 신호(제1,제2 스위칭 신호)에 따라 배터리 관리 장치(10)가 관리대상 배터리(B) 및 보조 배터리(20) 중 어느 하나와 연결되어 전력을 공급 받도록 스위칭 동작을 수행한다.
뿐만 아니라, 상기 선택적 스위치부(15)는 제어부(14)에서 출력되는 스위칭 신호(제3 스위칭 신호)에 따라 보조 배터리(20)가 관리대상 배터리(B)와 연결되어 외부 부하의 동작을 위한 전력 공급을 지원하도록 하는 스위칭 동작을 수행한다.
한편, 도 3을 참조하면, 상기 보조 배터리(20)는 전극 조립체(21), 전극 조립체(21)에 구비된 전극 탭(21a)과 연결되는 전극 리드(22) 및 전극 리드(22)가 외부로 인출되도록 수용부(S) 내에 전극 조립체(21)를 수용하는 셀 케이스(23)를 포함하는 하나의 배터리 셀의 형태로 구현될 수 있다.
아울러, 본 발명의 도면에서는 상기 보조 배터리(20)가 하나의 배터리 셀 형태로 구현된 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 보조 배터리(20)는 배터리 관리 장치(10)의 관리 동작에 요구되는 전력의 양 등을 고려하여 이러한 배터리 셀이 복수개 연결된 형태로 구현될 수도 있음은 물론이다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 상기 보조 배터리(20)는 전극 리드(22)가 접속 포트(P)와 결합됨으로써 배터리 관리 장치(10)와 전기적으로 연결되며, 이로써 비상 시에 배터리 관리 장치(10)에 전원을 공급할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(100)는 관리대상 배터리(B)의 SOC에 따라 배터리 관리 장치(10)에 대한 전력 공급 수단을 선택할 수 있도록 구성됨으로써 안정적인 관리 동작을 수행할 수 있고, 관리대상 배터리(B)의 부족한 용량을 보충할 수 있도록 구성됨으로써 외부 부하에 대해 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 배터리 관리 장치 어셈블리(100)는 배터리 관리 장치(10)에서 소모되는 전력으로 인해 관리대상 배터리(B)의 SOC가 허용 범위 미만으로 떨어지는 것을 방지함으로써 관리대상 배터리(B)가 사용 불능 상태가 되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
다음은, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(200)를 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리 및 스마트 그리드와 연결된 모습을 나타내는 개념도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리가 관리대상 배터리 및 스마트 그리드와 연결된 상태를 나타내는 블록도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(200)는 배터리 관리 장치(30)에 대한 전력 공급 수단으로서 관리대상 배터리(B) 및 보조 배터리(20) 이외에 스마트 그리드(G)를 추가적으로 이용할 수 있도록 구성된다. 이로 인해, 상기 배터리 관리 장치 어셈블리(200)는 앞선 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(100)와 비교할 때, 제어부(14a) 및 선택적 스위치부(15a)의 기능에 있어서 일부 차이가 있다. 또한, 상기 배터리 관리 장치 어셈블리(200)는 보조 배터리(20)의 상태 정보를 센싱하는 제2 센싱부(12), 스마트 그리드(G)로부터의 전력 공급 유지 여부를 센싱하는 제3 센싱부(13)를 더 구비한다.
그러나, 그 밖의 다른 구성요소들은 앞선 실시예의 경우와 실질적으로 동일하므로 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(200)를 설명함에 있어서는 이러한 차이점에 대해서 중점적으로 설명하고 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 스마트 그리드란 기존의 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망을 의미하는 개념이다. 즉, 상기 스마트 그리드는 '발전-송전/배전-판매'의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 지능형 전력망을 가리킨다. 전력 공급자는 이를 활용하여 전력 사용 현황을 실시간으로 파악함으로써 공급량을 탄력적으로 조절할 수 있다. 또한, 전력 소비자는 전력 사용 현황을 실시간으로 파악함으로써 이에 맞게 요금이 비싼 시간대를 피하여 사용 시간과 사용량을 조절할 수 있으며, 전력 저장 장치 등에 저장된 잉여 전력을 전력 공급자 측에 판매할 수도 있게 된다.
상기 제2 센싱부(12)는 보조 배터리(20)의 출력 전압 값이나 전류 값 등에 관한 정보 중 적어도 일부를 포함하는 상태 정보를 센싱하여 출력한다. 즉, 상기 제2 센싱부(12)는 보조 배터리(20)의 전압이나 전류를 측정하는 전압 측정기 및/또는 전류 측정기 등을 포함하는 개념일 수 있다.
상기 제3 센싱부(13)는 스마트 그리드(G)로부터 배터리 관리 장치(30)로 공급되는 전력이 유지되고 있는지 여부에 관한 정보, 즉 정전 등의 발생에 의해 전력 공급이 차단되었는지 여부에 관한 정보를 센싱하여 출력한다.
상기 제어부(14a)는 제1 센싱부(11)로부터 출력된 상태 정보를 수집하고 이를 이용하여 관리대상 배터리(B)의 SOC를 추정할 뿐만 아니라, 제2 센싱부(12)로부터 출력된 상태 정보 역시 수집하고 이를 이용하여 보조 배터리(20)의 SOC를 추정한다. 이러한 관리대상 배터리(B) 및 보조 배터리(20)의 SOC는, 예를 들어 센싱부(11,12)로부터 출력되는 전압 값의 변화를 이용하여 계산될 수 있다.
상기 제어부(14a)는, 추정된 관리대상 배터리(B)의 SOC가 제1 기준 용량 이상인 경우 그에 대응되는 스위칭 신호(제1 스위칭 신호)를 출력하여 관리대상 배터리(B)와 제어부(14a) 사이의 전류의 흐름이 연결되도록 하되 다른 전력 공급 수단들로부터의 전류는 차단되도록 한다. 따라서, 이 경우 배터리 관리 장치(30)를 구동시키는 전력 공급 수단은 관리대상 배터리(B)가 된다.
한편, 상기 제어부(14a)는 배터리 관리 장치(30)에 대한 전력 공급 수단이 관리대상 배터리(B)로 결정된 경우에 있어서, 스마트 그리드(G)로부터의 전력 공급 유지 여부, 스마트 그리드(G)의 전력 요금 및 보조 배터리(20)의 SOC를 참조하여 스마트 그리드(G)에 의한 보조 배터리(20)의 충전 여부 또한 결정하도록 설정될 수 있다.
즉, 상기 제어부(14a)는 스마트 그리드(G)로부터의 전력 공급이 유지되고 있고, 스마트 그리드(G)의 전력 요금이 설정된 기준 요금 미만이며, 보조 배터리(20)의 SOC가 설정된 제3 기준 용량 미만인 경우 보조 배터리(20)가 충전되도록 하는 스위칭 신호(제2 스위칭 신호)를 출력하도록 설정될 수 있다.
여기서, 전력 요금에 관한 정보는 스마트 그리드(G)와의 직접 또는 간접적 유/무선 통신에 의해 얻어질 수 있고, 보조 배터리(20)의 SOC는 제2 센싱부(12)로부터 출력된 상태 정보를 이용하여 추정될 수 있으며, 스마트 그리드(G)의 전력 공급 유지 여부는 제3 센싱부(13)로부터 출력된 정보를 통해 얻어질 수 있다.
반면, 상기 제어부(14)는, 추정된 SOC가 설정된 제1 기준 용량 미만인 경우 관리대상 배터리(B)와 제어부(14a) 사이의 전류의 흐름은 차단되도록 하고, 스마트 그리드(G) 또는 보조 배터리(20)와 제어부(14) 사이의 전류의 흐름이 연결되도록 한다. 따라서, 이 경우 배터리 관리 장치(30)를 구동시키는 전력 공급 수단은 스마트 그리드(G) 또는 보조 배터리(20)가 된다.
여기서, 상기 전력 공급 수단은 스마트 그리드(G)로부터의 전력 공급 유지 여부, 스마트 그리드(G)의 전력 요금에 따라 결정된다. 즉, 상기 제어부(14a)는 스마트 그리드(G)로부터의 전력 공급이 차단되거나 스마트 그리드(G)의 전력 요금이 설정된 기준 요금 이상인 경우에는 보조 배터리(20)가 전력 공급 수단이 되도록 스위칭 신호(제3 스위칭 신호)를 출력하도록 설정될 수 있다. 반면, 상기 제어부(14a)는 스마트 그리드(G)로부터의 전력 공급이 유지되고, 스마트 그리드(G)의 전력 요금이 기준 요금 미만인 경우 스마트 그리드(G)가 전력 공급 수단이 되도록 하는 스위칭 신호(제4 스위칭 신호)를 출력하도록 설정될 수 있다.
한편, 상기 제어부(14a)는 관리대상 배터리(B)의 SOC가 설정된 제1 기준 용량 미만이고 스마트 그리드(G)의 전력 요금이 기준 요금 미만인 경우에 있어서, 보조 배터리(20)의 SOC를 참조하여 스마트 그리드(G)에 위한 보조 배터리(20)의 충전 여부 또한 결정하도록 설정될 수 있다. 즉, 상기 제어부(14a)는 관리대상 배터리(B)의 SOC가 설정된 제1 기준 용량 미만이고, 스마트 그리드(G)의 전력 요금이 기준 요금 미만이며, 보조 배터리(20)의 SOC가 설정된 제3 기준 용량 미만인 경우 스마트 그리드(G)에 의해 보조 배터리(20)가 충전되도록 하는 스위칭 신호(제2 스위칭 신호)를 출력하도록 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제어부(14a)는 전력 공급 수단의 선택을 위한 스위칭 신호(제1,제3,제4 스위칭 신호) 및 보조 배터리(20)의 충전을 위한 스위칭 신호(제2 스위칭 신호) 이외에 관리대상 배터리(B)의 부족한 용량 지원을 위한 스위칭 신호(제5 스위칭 신호) 역시 출력하도록 설정될 수 있다.
상기 선택적 스위치부(15a)는 제어부(14a)에서 출력되는 스위칭 신호(제1,제3,제4 스위칭 신호)에 따라 배터리 관리 장치(30)가 관리대상 배터리(B), 스마트 그리드(G) 및 보조 배터리(20) 중 어느 하나와 연결되어 전력을 공급 받도록 스위칭 동작을 수행한다.
뿐만 아니라, 상기 선택적 스위치부(15a)는 제어부(14a)에서 출력되는 스위칭 신호(제2,제5 스위칭 신호)에 따라 보조 배터리(20)가 스마트 그리드(G)와 연결되어 충전 전류를 공급 받도록 하는 스위칭 동작 및 보조 배터리(20)가 관리대상 배터리(B)와 연결되어 부족한 용량을 지원하도록 하는 스위칭 동작을 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(200)는 관리대상 배터리(B)의 SOC, 스마트 그리드(G)로부터의 전력 공급 유지 여부에 따라 배터리 관리 장치(30)에 대한 전력 공급 수단을 선택할 수 있도록 구성됨으로써 안정적인 관리 동작을 수행할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 배터리 관리 장치 어셈블리(200)는 관리대상 배터리(B)의 SOC에 따라 관리대상 배터리(B)의 부족한 용량을 보충할 수 있도록 구성됨으로써 외부 부하에 대해 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 관리 장치 어셈블리(100,200)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기 보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명의 각각의 구성요소들은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성에 따른 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 한다. 뿐만 아니라, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭의 일치 여부와 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100,200: 배터리 관리 장치 어셈블리
10: 배터리 관리 장치 11: 제1 센싱부
12: 제2 센싱부 13: 제3 센싱부
14,14a: 제어부 15,15a: 선택적 스위치부
P: 접속 포트 B: 관리대상 배터리
G: 스마트 그리드 20: 보조 배터리
21: 전극 조립체 21a: 전극 탭
22: 전극 리드 23: 셀 케이스
S: 수용부

Claims (21)

  1. 충전 및 방전이 가능한 보조 배터리; 및
    관리대상 배터리 및 상기 보조 배터리를 포함하는 전력 공급 수단과 연결되어 상기 관리대상 배터리 및 보조 배터리 중 어느 하나로부터 전력을 공급 받아 상기 관리대상 배터리에 대한 관리 동작을 수행하되, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제1 기준 용량을 비교하여 전력 공급 수단을 선택하며, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제2 기준 용량을 비교하여 상기 관리대상 배터리에 대한 상기 보조 배터리의 용량 지원 여부를 결정하는 배터리 관리 장치;를 포함하며,
    상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 용량 이상인 경우에는 상기 관리대상 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 용량 미만인 경우에는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받으며, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제2 기준 용량 미만인 경우에는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받되 상기 보조 배터리가 상기 관리대상 배터리의 부족한 용량을 지원할 수 있도록 상기 관리대상 배터리와 상기 보조 배터리 사이를 연결시키고,
    상기 제1 기준 용량 및 제2 기준 용량은 상기 관리대상 배터리가 동작 가능한 SOC 허용 범위의 하한 값보다는 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관리 동작은,
    상기 관리대상 배터리의 충전 및 방전에 대한 조절 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 관리대상 배터리의 SOC를 참조하여 스위칭 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 상기 스위칭 신호에 따라 상기 배터리 관리 장치에 대한 전력 공급 수단이 선택되고, 상기 관리대상 배터리에 대한 용량 지원 여부가 결정되도록 스위칭 동작을 수행하는 선택적 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선택적 스위치부는,
    적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 관리대상 배터리의 상태 정보를 센싱하는 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상태 정보는,
    상기 관리대상 배터리의 출력 전압 값 또는 전류 값에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센싱부로부터 출력된 상기 관리대상 배터리의 상태 정보를 수집하여 상기 관리대상 배터리의 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  9. 충전 및 방전이 가능한 보조 배터리; 및
    관리대상 배터리, 스마트 그리드 및 상기 보조 배터리를 포함하는 전력 공급 수단과 연결되어 상기 관리대상 배터리 및 보조 배터리 중 어느 하나로부터 전력을 공급 받아 상기 관리대상 배터리에 대한 관리 동작을 수행하되, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제1 기준 용량을 비교한 결과, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부 및 상기 스마트 그리드의 전력 요금을 참조하여 상기 전력 공급 수단을 선택하며, 상기 관리대상 배터리의 SOC와 제2 기준 용량을 비교하여 상기 관리대상 배터리에 대한 상기 보조 배터리의 용량 지원 여부를 결정하는 배터리 관리 장치를 포함하며,
    상기 배터리 관리 장치는, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제1 기준 용량 이상인 경우 상기 관리대상 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 제1 기준 용량 미만인 경우 상기 스마트 그리드 또는 보조 배터리로부터 전력을 공급 받으며, 상기 관리대상 배터리의 SOC가 상기 제2 기준 용량 미만인 경우 상기 스마트 그리드 또는 보조 배터리로부터 전력을 공급 받되 상기 보조 배터리가 상기 관리대상 배터리의 부족한 용량을 지원할 수 있도록 상기 관리대상 배터리와 상기 보조 배터리 사이를 연결시키고,
    상기 제1 기준 용량 및 제2 기준 용량은 상기 관리대상 배터리가 동작 가능한 SOC 허용 범위의 하한 값보다는 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부, 상기 스마트 그리드의 전력 요금 및 상기 보조 배터리의 SOC를 참조하여 상기 스마트 그리드에 의한 상기 보조 배터리의 충전 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 유지되고, 상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 미만이며, 상기 보조 배터리의 SOC가 제3 기준 용량 미만인 경우 상기 스마트 그리드에 의해 상기 보조 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 차단된 경우에는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 유지되는 경우에는 상기 스마트 그리드의 전력 요금을 참조하여 상기 스마트 그리드 또는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급이 유지되는 경우에 있어서, 상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 이상인 경우에는 상기 보조 배터리로부터 전력을 공급 받고, 상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 미만인 경우에는 상기 스마트 그리드로부터 전력을 공급 받는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 스마트 그리드의 전력 요금이 기준 요금 미만인 경우에는 상기 보조 배터리의 SOC를 참조하여 상기 스마트 그리드에 의해 상기 보조 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 보조 배터리의 SOC가 제1 기준 용량 미만인 경우 상기 스마트 그리드에 의해 상기 보조 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 관리대상 배터리의 SOC, 상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부, 상기 스마트 그리드의 전력 요금 및 상기 보조 배터리의 SOC를 참조하여 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 스위칭 신호에 따라 배터리 관리 장치에 대한 전력 공급 수단이 선택되고, 상기 보조 배터리에 대한 충전 여부가 결정되며, 상기 관리대상 배터리에 대한 용량 지원 여부가 결정되도록 스위칭 동작을 수행하는 선택적 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 관리대상 배터리의 상태 정보를 센싱하는 제1 센싱부;
    상기 보조 배터리의 상태 정보를 센싱하는 제2 센싱부; 및
    상기 스마트 그리드로부터의 전력 공급 유지 여부를 센싱하는 제3 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치 어셈블리.
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