KR101602877B1 - 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치는, 복수 개의 배터리모듈들이 적층되어 형성되는 배터리부와, 상기 배터리부 내의 개별 배터리모듈들에 접속되는 모듈선택스위치부와, 상기 배터리모듈들을 충전시키기 위한 충전모듈부와, 상기 배터리부로부터 출력되는 전력의 전압을 조절하기 위한 전압조절부와, 상기 전압조절부로부터의 전력을 외부의 장치로 전달하기 위한 출력포트부와, 상기 배터리모듈들에 접속되는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 배터리부에 포함되는 배터리모듈들 중 어느 하나의 배터리모듈로부터 택일적으로 전력을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 배터리부 내에 포함되는 배터리모듈의 갯수가 변경되는 경우에도 제어부 공급을 위한 전력의 변환소자들을 재구성할 필요가 없다.

Description

개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치{ENERGY STORAGE DEVICE CONSTRUCTED TO SUPPLY ELECTRIC POWER FROM INDIVIDUAL BATTERYCELL}

본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 저장장치 내에 포함되는 제어부의 구동 전력을 배터리팩에 포함되는 배터리모듈들 중 어느 하나의 배터리모듈로부터 택일적으로 공급되도록 구성되는 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치에 관한 발명이다.

에너지 저장장치로서의 배터리팩은 복수 개의 배터리모듈들을 직렬로 연결하여 구성되며, 휴대가능한 특성으로 인해 야외의 LED 조명, 휴대폰 충전, 노트북 충전 및 각종의 다양한 생활가전 장치들에 대한 전력 공급장치로써 이용된다.

상기 에너지 저장장치로서의 배터리팩에 포함되는 배터리로서는 최근 리튬 배터리가 주로 이용되는데, 상기 리튬 배터리는 액체 전해질을 이용하는 리튬 이온 배터리와 고체 폴리머를 이용하는 리튬 폴리머 배터리가 있다.

상기 배터리팩은 리튬이온 배터리를 복수 개 직렬로 연결하여 하나의 팩의 형태로 구성하여 이용된다.

각종 생활가전 장치들에 이용되는 에너지 저장장치는 복수 개의 출력포트부를 마련하여, 각 포트에 연결되는 장치들에 개별적으로 전원을 공급한다.

상기 에너지 저장장치에서는 배터리팩 내에 포함되는 배터리셀들의 상태가 소정의 시간 간격으로 감지되어 제어부로 전송되며, 예를 들어 셀 전압, 셀 온도 등의 상태 정보를 상기 제어부가 전달받아 이를 이용하여 각 배터리셀들의 충전 및 방전을 제어하도록 구성된다.

한편, 종래 에너지 저장장치에서는 상기 제어부의 구동을 위한 전력을 전체 배터리모듈로부터 공급하도록 구성되었다.

전체 배터리모듈로부터 제어부의 구동을 위해 전력을 공급하는 경우에는, 제어부 구동에 적합한 소정의 전압으로 변환해야 하는데, 이와 같은 전압 변환 소자들의 가격은 비교적 고가이다.

그런데, 만약 배터리팩 내에 포함되는 전체 배터리모듈의 갯수가 변경되는 경우에는, 전체 배터리모듈로부터 출력되는 전력의 크기도 변경이 되며, 이러한 경우 배터리모듈로부터의 전력을 제어부로 변환 공급하기 위한 각종 변환소자들 역시 변경되어야 한다.

상기와 같은 요인은 배터리팩의 설계 자유도를 제약하는 요인이 되며, 또한 전체 에너지 저장장치 제조 비용을 상승시키는 요인이 된다.
한편, 상기 에너지저장장치에 관련된 선행기술로서는 대한민국 공개특허공보 제 10-2013-0080283 호(발명의 명칭: 배터리 보호수단을 갖는 배터리팩) 등이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에너지 저장장치 제어부로 공급되는 전력을 전체 배터리모듈이 아닌 배터리팩 내에 포함되는 개별 배터리모듈로부터 택일적으로 공급되도록 구성함으로써, 배터리팩 내에 포함되는 배터리모듈의 갯수가 변경되는 경우에도 제어부 공급을 위한 전력의 변환소자들을 변경할 필요가 없도록 구성되는 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치는, 복수 개의 배터리모듈들이 적층되어 형성되는 배터리부와, 상기 배터리부 내의 개별 배터리모듈들에 접속되는 모듈선택스위치모듈과, 상기 배터리모듈들을 충전시키기 위한 충전모듈부와, 상기 배터리부로부터 출력되는 전력의 전압을 조절하기 위한 전압조절부와, 상기 전압조절부로부터의 전력을 외부의 장치로 전달하기 위한 출력포트부와, 상기 배터리모듈들에 접속되는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 배터리부에 포함되는 배터리모듈들 중 어느 하나의 배터리모듈로부터 택일적으로 전력을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는 상기 배터리모듈들의 전압을 감지하되, 상기 배터리모듈들에 대해 미리 설정된 전압 범위가 설정되며, 상기 배터리모듈의 전압 범위가 상기 미리 설정된 전압 범위를 벗어나는 경우 다른 배터리모듈로부터 상기 제어부로 전력이 공급되도록 구성된다.

여기서, 상기 배터리부 내에 포함되는 배터리모듈들 중에서 첫번째 배터리모듈로부터 순차적으로 상기 제어부로 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 의해, 배터리팩 내에 포함되는 배터리모듈의 갯수가 변경되는 경우에도 제어부 공급을 위한 전력의 변환소자들을 재구성할 필요가 없다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치의 구성도이며,
도 2 는 상기 에너지 저장장치에서 제어부로 전력이 공급되는 순서를 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치의 구성도이며, 도 2 는 상기 에너지 저장장치에서 제어부로 전력이 공급되는 순서를 나타낸 흐름도이다.

본 발명에 따른 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치는, 복수 개의 배터리모듈(C1, C2...Cn)들이 적층되어 형성되는 배터리부(10)와, 상기 배터리부(10) 내의 개별 배터리모듈들에 접속되는 모듈선택스위치부(20)와, 상기 배터리모듈들을 충전시키기 위한 충전모듈부(60)와, 배터리부(50)로부터 출력되는 전력의 전압을 조절하기 위한 전압조절부(70)와, 상기 전압조절부(70)로부터의 전력을 외부의 장치로 전달하기 위한 출력포트부(80)와, 상기 배터리모듈들(C1, C2...Cn)에 접속되는 제어부(30)를 포함하며, 상기 제어부(30)는 상기 배터리부(10)에 포함되는 배터리모듈들(C1, C2...Cn) 중 어느 하나의 배터리모듈로부터 택일적으로 전력을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 배터리모듈(C1, C2...Cn) 내에 포함되는 배터리셀은 음극시트와 양극시트로 구성되는 전극적층유닛이 금속케이싱 내부에 수용된 형태로 마련될 수 있다.

상기 배터리셀에는 양극단자인 상부판이 배치된 상태에서, 상기 상부판에는 셀 전해액 주입을 위한 전해액주입구와 내부의 압력이 과도하게 상승될 경우 압력을 배출시키기 위한 가스분출구 등이 마련될 수 있다.

상기 배터리셀은 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들면, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리 또는 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 배터리 셀은 다른 배터리와 비교시 크기에 대해 대용량 전압의 충전이 가능하고, 충전 후 전원공급이 장시간 동안 지속가능하며, 하나의 배터리로 구성되어 관리가 용이한 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.

상기 배터리모듈(C1, C2...Cn)들은 상기 배터리셀들을 복수 개 포함하여 구성되며, 배터리셀의 관리를 위한 BMS(Battery Management System) 회로부를 포함한다.

상기 배터리모듈(C1, C2...Cn)들은 마스터피시비모듈(25)에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 마스터피시비모듈(25)은 상기 배터리모듈(C1, C2...Cn)들의 단자부에 결합되어 직렬의 연결상태로 상기 배터리모듈(C1, C2...Cn)들을 연결함으로써, 전체 배터리부(10)에 의해 전력을 발생하도록 구성된다.

상기 마스터피시비모듈(25)은 모듈선택스위치부(20)와 제어부(30) 등을 포함하여 피시비 기판의 형태로 구성되며, 핀커넥터 등을 통해 배터리모듈(C1, C2...Cn)들과 전기적으로 연결된다.

상기 모듈선택스위치부(20)는 개별 배터리모듈(C1, C2...Cn)들을 상기 제어부(30)와 선택적으로 연결시키며, 이때 상기 제어부(30)에 포함되는 전압감지부, 전압조절부, 메모리부를 통해 개별 배터리모듈들(C1, C2...Cn)의 과충전, 과열 및 폭발을 방지하도록 구성된다.

상기 제어부(30)는 전체 배터리부(10)의 충전 및 방전을 제어하는 구성으로서, 개별 배터리모듈들(C1, C2...Cn)의 온도 및 전압 등을 감지하고 충방전 시의 전압을 조절한다.

상기 제어부(30)는 전체 배터리모듈들을 제어하기 위한 모듈제어부와, 제어알고리즘 및 배터리모듈들의 상태값을 저장하기 위한 메모리부와, 배터리모듈들(C1, C2...Cn)의 전압을 감지하기 위한 모듈전압감지부 및 상기 배터리모듈들(C1, C2...Cn)의 전압을 조절하기 위한 전압조절부를 포함한다.

이외에도 상기 제어부(30)는 개별 배터리모듈들의 온도 및 전류량 등을 감지하기 위한 온도감지부와 전류량감지부, 상기 배터리모듈들(C1, C2...Cn)에 과부하가 인가되는 것을 방지하기 위한 과부하방지부 및 전체 셀들 간의 단락을 방지하기 위한 단락방지부 등을 포함하여 구성된다.

상기 충전모듈부(60)는 외부의 전력원으로부터 상기 배터리부(10)를 충전시키는 전력을 입력받기 위한 구성으로서, 12V, 20V, 또는 24V 와 같은 서로 다른 두 가지 이상의 전압 전력을 입력받을 수 있는 입력부 1(61) 과 입력부 2(63) 를 포함하여 구성된다.

예를 들어, 상기 입력부 1(61)을 통해서는 차량의 시거잭을 통해 12V 또는 24V 의 전력을 입력받도록 하고, 상기 입력부 2(63)를 통해서는 일반 상용 전원을 통해 20V 전력을 입력받도록 구성할 수 있다.

상기 입력부 1(61) 또는 입력부 2(63)를 통해 전력이 공급될 경우, 공급되는 전력의 종류에 따라 스위치부(62)를 통해 선택적으로 전압조절부 1(66)로 공급된다.

상기 전압조절부 1(66)에서는 상기 입력부 1(61) 또는 입력부 2(63)를 통해 입력되는 전력을 상기 배터리모듈들의 충전에 적절한 소정의 전압으로 조절하여, 상기 배터리부(10)로 공급한다.

상기 출력조절부(70)는 복수 개의 전압조절부 2 들(1, 2, ...n)을 포함하여 구성되며, 상기 전압조절부 2 는 상기 출력포트부(80) 내의 출력포트들(1, 2,...n)과 각각 접속된다.

그리하여, 상기 전압조절부 2 에 의해 배터리부(50)로부터 공급되는 전력을 상기 출력포트를 통해 출력되는 소정의 전압으로 변환한다.

여기서, 상기 제어부(30)는 상기 배터리부(10)에 포함되는 배터리모듈들(C1, C2...Cn) 중 어느 하나의 배터리모듈로부터 택일적으로 전력을 공급받도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 배터리모듈들에 대해 예를 들어 총 전력량의 50% 내지 100% 와 같이 전압 범위가 설정되며, 상기 배터리모듈의 전압 범위가 미리 설정된 상기 전압 범위를 벗어나는 경우 다른 배터리모듈로부터 상기 제어부(30)로 전력이 공급되도록 구성된다.

예를 들어, 상기 배터리부(10) 내에 포함되는 배터리모듈들(C1, C2...Cn) 중에서 첫번째 배터리모듈로부터 순차적으로 상기 제어부(30)로 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.

즉, 최초 첫번째 배터리모듈(C1)로부터 상기 제어부(30)로 전력을 공급하되, 만약 첫번째 배터리모듈(C1)의 전압이 50% 미만으로 저하되는 경우에는, 두번째 배터리모듈(C2)로부터 상기 제어부(30)로 전력이 공급되도록 구성되며, 만약 두번째 배터리모듈(C2)의 전압이 50% 미만으로 저하되는 경우에는, 세번째 배터리모듈(C3)로부터 제어부(30)로 전력이 공급되는 방식으로 구성될 수 있다.

상기와 같이, 제어부(30)로 공급되는 전력을 전체 배터리부(10)가 아닌 배터리부(10) 내에 포함되는 개별 배터리모듈(C1, C2...Cn)로부터 택일적으로 공급되도록 구성됨으로써, 배터리부 내에 포함되는 배터리셀의 갯수가 변경되는 경우에도 제어부(30)로 공급되는 전력의 변환을 위한 변환소자들을 변경할 필요가 없다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

10: 배터리부
20: 모듈선택스위치부
25: 피시비모듈
30: 제어부
50: 배터리팩
60: 충전모듈부
70: 방전조절부
80: 출력포트부

Claims (3)

1. 복수 개의 배터리모듈들이 적층되어 포함되는 배터리부와;
   상기 배터리부 내에 포함되는 개별 배터리모듈들에 각각 접속되는 모듈선택스위치부와;
   상기 배터리부 내에 포함되는 배터리모듈들을 충전시키기 위한 충전모듈부와;
   상기 배터리모듈들을 포함하는 배터리부로부터 출력되는 전력의 전압을 조절하기 위한 전압조절부와;
   상기 전압조절부로부터의 전력을 외부의 장치로 전달하기 위한 출력포트부와;
   상기 배터리부 내의 개별 배터리모듈들에 각각 접속되는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 모듈선택스위치부를 통해 상기 배터리부에 포함되는 배터리모듈들 중 어느 하나의 배터리모듈로부터 택일적으로 전력을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 배터리모듈들의 전압을 감지하되, 상기 배터리모듈들에 대해 미리 설정된 전압 범위가 설정되며, 상기 배터리모듈의 전압 범위가 상기 미리 설정된 전압 범위를 벗어나는 경우 다른 배터리모듈로부터 상기 제어부로 전력이 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 배터리부 내에 포함되는 배터리모듈들 중에서 첫번째 배터리모듈로부터 순차적으로 상기 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 개별 배터리모듈로부터 제어부로 전력을 공급하도록 구성되는 에너지 저장장치.

Images