KR101640887B1 - 병렬 연결된 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치 및 방법 - Google Patents

병렬 연결된 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 병렬 연결된 배터리 유닛의 개수를 자동으로 산출할 수 있는 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛; 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드에 연결되어 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정하는 전류 측정부; 상기 복수의 배터리 유닛과 상기 공통 노드 사이에 각각 연결된 복수의 스위치; 및 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로를 구성하고 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기인 제1 전류와, 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 상기 제1 회로와 다른 제2 회로를 구성하고 상기 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기인 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

병렬 연결된 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치 및 방법{Apparatus and method for calculating the number of parallel connected battery units}
본 발명은 배터리 관리 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병렬 연결된 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 많은 각광을 받고 있다.
특히, 최근에는 이차 전지를 이용한 배터리 시스템이 하이브리드 자동차, 전기 자동차 또는 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply: UPS) 등 대형 장비에 이용되는 경우가 많아지고 있다. 이와 같이, 대형 장비에 적용되는 배터리 팩 내지 배터리 시스템은 고출력 및 고용량을 필요로 하기 때문에, 다수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 상태로 사용된다. 다시 말해, 상기 배터리 팩 내지 배터리 시스템은, 고출력을 내기 위해 직렬 연결된 배터리 셀을 구비할 수 있고, 에너지 용량을 증가시키기 위해 병렬 연결된 배터리 셀을 구비할 수도 있다.
도 1은, 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛을 포함하는 배터리 팩에 부하가 연결된 모습을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은 복수의 배터리 유닛(11)을 포함하고 있으며, 상기 배터리 유닛(11)은 병렬로 연결되어 있다. 그리고, 상기 배터리 팩(10)의 충방전 단자에 부하(20)가 연결되어 있다.
여기서, 상기 배터리 유닛(11)은, 단위 배터리 셀일 수도 있고, 직렬로 연결된 배터리 셀의 집합체일 수도 있으며, 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 셀의 집합체일 수도 있다.
도 1에서 배터리 팩(10)은 복수의 배터리 유닛(11)이 병렬 연결된 구성을 포함하고 있다. 이러한 병렬 연결의 수(배터리 유닛의 개수와 동일)는 SOC(State Of Charge) 계산 등에 이용되는 파라미터로서, 배터리 관리 측면에서 중요한 파라미터 중 하나이다. 즉, 병렬 연결된 배터리 유닛(11)의 개수를 파악하는 것은 배터리 관리에 있어서 매우 중요하다고 할 수 있다.
그런데, 이러한 배터리 유닛(11)의 병렬 구성은 에너지 운영 전략에 따라 변경될 수 있다. 즉, 병렬 연결의 수 내지 배터리 유닛(11)의 개수는 에너지 운영 전략에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 전력량이 부족한 경우에는 배터리 유닛(11)이 추가될 수 있고(즉, 병렬 연결의 수가 증가됨), 전력량이 남거나 배터리 유닛(11)의 유지 보수(maintenance)가 필요한 경우 일부 배터리 유닛(11)이 제거될 수도 있다(즉, 병렬 연결의 수가 감소됨).
그런데, 만약 배터리 유닛(11)의 개수를 자동으로 산출할 수 없는 경우, 병렬 구성의 변경에 따라 배터리 유닛(11)의 개수를 사용자가 직접 업데이트를 해야하는 불편이 있다. 뿐만 아니라, 배터리 유닛(11)의 개수가 많아질수록 배터리 유닛(11)의 개수를 산출하는데 많은 시간과 비용이 소요되며, 배터리 유닛(11)의 개수를 산출하더라도 산출된 배터리 유닛(11)의 개수가 정확하지 않을 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 병렬 연결된 배터리 유닛의 개수를 자동으로 산출할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛; 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드에 연결되어 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정하는 전류 측정부; 상기 복수의 배터리 유닛과 상기 공통 노드 사이에 각각 연결된 복수의 스위치; 및 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로를 구성하고 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기인 제1 전류와, 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 상기 제1 회로와 다른 제2 회로를 구성하고 상기 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기인 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 상기 제1 회로를 구성하고, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성하고, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00001
상기 제어부는, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성하고, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00002
상기 배터리 유닛은, 단위 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성된 셀 어셈블리일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치는, 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛, 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드에 연결되어 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정하는 전류 측정부 및 상기 복수의 배터리 유닛과 상기 공통 노드 사이에 각각 연결된 복수의 스위치를 포함하는 배터리 팩의 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치로서, 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로 또는 상기 제1 회로와 다른 제2 회로를 구성하는 스위치 제어 모듈; 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기를 판독하는 전류 판독 모듈; 및 상기 스위치 제어 모듈의 제어에 따라 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 판독 모듈이 판독한 전류의 크기인 제1 전류와, 상기 스위치 제어 모듈의 제어에 따라 상기 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 판독 모듈이 판독한 전류의 크기인 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출하는 산출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치 제어 모듈은, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 상기 제1 회로를 구성하고, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성할 수 있다.
상기 스위치 제어 모듈은, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고, 상기 산출 모듈은, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00003
상기 스위치 제어 모듈은, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고, 상기 산출 모듈은, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00004
상기 배터리 유닛은, 단위 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성된 셀 어셈블리일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법은, 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛 및 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드와 상기 복수의 배터리 유닛 사이에 각각 연결된 복수의 스위치를 포함하는 배터리 팩의 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법으로서, 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로를 구성하는 단계; 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기인 제1 전류를 측정하는 단계; 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 상기 제1 회로와 다른 제2 회로를 구성하는 단계; 상기 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기인 제2 전류를 측정하는 단계; 및 상기 제1 전류와 상기 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 상기 제1 회로를 구성하고, 상기 제2 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성할 수 있다.
상기 제2 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고, 상기 산출하는 단계는, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00005
상기 제2 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고, 상기 산출하는 단계는, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00006
상기 배터리 유닛은, 단위 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성된 셀 어셈블리일 수 있다.
본 발명에 의하면, 병렬 연결된 배터리 유닛의 개수, 즉 병렬 연결의 수를 자동으로 산출할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 간단한 스위칭 조작 및 간단한 수학식의 풀이를 통해 병렬 연결된 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과 및 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛을 포함하는 배터리 팩에 부하가 연결된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩에 대해 설명하도록 한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 배터리 유닛(110), 복수의 스위치(120), 전류 측정부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
상기 배터리 유닛(110)은, 하나 이상의 배터리 셀을 포함한다. 즉, 상기 배터리 유닛(110)은 단위 배터리 셀일 수도 있고, 직렬로 연결된 배터리 셀의 집합체일 수도 있으며, 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 셀의 집합체일 수도 있다. 다시 말해, 본 발명에서 배터리 유닛(110)은 단위 배터리 셀 또는 배터리 셀의 집합체를 일컫는 용어로 사용되는 것으로서, 배터리 모듈, 배터리 어셈블리, 셀 모듈, 셀 어셈블리 등과 같은 용어로 대체될 수도 있으며, 특정 명칭에 한정되지 않는다.
상기 배터리 유닛(110)은, 복수 개가 구비되며, 병렬로 연결될 수 있다. 이와 같이 상기 배터리 유닛(110)은 병렬로 연결되어 공통 노드(C)를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 배터리 유닛(110)은 병렬 선로(L)를 통해 공통 노드(C)와 연결될 수 있다. 따라서, 복수의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류는 각각의 병렬 선로(L)를 통해 상기 공통 노드(C)로 유입된 다음 충방전 선로(P)를 통해 외부로 유출된다. 바꾸어 말하면, 충방전 선로(P)를 통해 유입된 전류는 상기 공통 노드(C)로 유입된 다음 병렬 선로(L)를 통해 복수의 배터리 유닛(110)으로 유입된다고 할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 편의상 3개의 배터리 유닛(110a, 110b, 110c)만 도시되어 있고 나머지 배터리 유닛은 생략되어 있다. 여기서, 3개의 배터리 유닛(110a, 110b, 110c) 중 좌측에 도시된 배터리 유닛(110a)은 제1 배터리 유닛이라고 명명되고, 가운데 도시된 배터리 유닛(110b)은 제2 배터리 유닛이라고 명명되며, 우측에 도시된 배터리 유닛(110c)은 제3 배터리 유닛이라고 명명될 수 있다. 제1 배터리 유닛(110a), 제2 배터리 유닛(110b) 및 제3 배터리 유닛(110c)은 병렬로 연결되어 공통 노드(C)를 형성하며, 도시되지 않은 나머지 배터리 유닛들도 이와 마찬가지로 병렬로 연결되어 공통 노드(C)를 형성할 수 있다.
상기 스위치(120)는, 상기 배터리 유닛(110)과 상기 공통 노드(C) 사이에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 스위치(120)는 복수 개가 구비되어 상기 복수의 배터리 유닛(110)과 상기 공통 노드(C) 사이에 각각 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 스위치(120)는 상기 병렬 선로(L) 상에 각각 구비될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 유닛(110a)과 공통 노드(C) 사이에 스위치(120a)가 연결될 수 있고, 제2 배터리 유닛(110b)과 공통 노드(C) 사이에 스위치(120b)가 연결될 수 있으며, 제3 배터리 유닛(110c)과 공통 노드(C) 사이에 스위치(120c)가 연결될 수 있다. 여기서, 제1 배터리 유닛(110a)과 공통 노드(C) 사이에 연결된 스위치(120a)는 제1 스위치라고 명명되고, 제2 배터리 유닛(110b)과 공통 노드(C) 사이에 연결된 스위치(120b)는 제2 스위치라고 명명되며, 제3 배터리 유닛(110c)과 공통 노드(C) 사이에 연결된 스위치(120c)는 제3 스위치라고 명명될 수 있다.
상기 스위치(120)는, 배터리 유닛(110)과 공통 노드(C)와의 전기적 연결을 형성하거나 해제할 수 있다. 상기 스위치(120)는, 배터리 유닛(110)과 공통 노드(C)와의 전기적 연결을 형성하거나 해제하는 기능을 수행할 수 있는 다양한 스위치가 채용될 수 있으며, 구체적인 구성이나 명칭에 한정되지 않는다.
상기 전류 측정부(130)는, 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 이를 위해, 상기 전류 측정부(130)는 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛(110)의 공통 노드(C)에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 전류 측정부(130)는, 배터리 팩(100)의 충방전 선로(P)상에 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 전류 측정부(130)는 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 상기 전류 측정부(130)는 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛(110)으로 유입되는 전류의 크기를 측정할 수 있다고도 할 수 있다. 전류의 방향에 차이가 있을 뿐이므로 유출되는 전류를 측정하는 구성과 유입되는 전류를 측정하는 구성은 실질적으로 동일한 구성이라고 볼 수 있다.
상기 전류 측정부(130)는 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류를 주기적으로 측정할 수도 있고, 비주기적으로 측정할 수도 있다. 또한, 상기 전류 측정부(130)는 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류를 계속하여 측정할 수도 있고, 일정 시간 동안만 측정할 수도 있다.
이와 같은 전류 측정부(130)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(130)는 충방전 선로(P) 상에 설치된 센스 저항에 인가된 전압을 감지하여 전류를 측정하는 방식으로 구현될 수 있다. 이외의 공지된 다양한 전류 측정 장치가 본 발명의 전류 측정부(130)로 채용될 수 있다.
상기 제어부(140)는, 상기 복수의 스위치(120)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어부(140)는, 상기 복수의 스위치(120)의 스위칭 동작을 제어하여 적어도 2가지의 회로를 구성할 수 있다. 이때, 구성된 회로 중 하나를 제1 회로라고 명명할 수 있으며, 상기 제1 회로와 다른 회로를 제2 회로라고 명명할 수 있다. 한편, 상기 제어부(140)는, 상기 복수의 스위치(120)의 스위칭 동작을 제어함에 있어, 제1 회로와 제2 회로가 서로 다른 회로 구성이 되도록 제어할 필요가 있다.
일 예로, 상기 제어부(140)는, 복수의 스위치(120)를 모두 턴 온시키도록 제어하여 제1 회로를 구성할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(140)는, 복수의 스위치(120) 중 적어도 하나는 턴 오프되도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다.
또한 상기 제어부(140)는, 전류 측정부(130)가 측정한 전류의 크기를 이용하여 배터리 유닛(110)의 개수를 산출할 수 있다. 바꾸어 말해, 상기 제어부(140)는 전류 측정부(130)가 측정한 전류의 크기를 이용하여 병렬 연결의 수를 산출할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 제어부(140)는, 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부(130)가 측정한 전류의 크기인 제1 전류와, 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부(130)가 측정한 전류의 크기인 제2 전류를 이용하여 배터리 유닛(110)의 개수를 산출할 수 있다.
이하에서는, 제어부(140)의 스위치(120) 제어 및 측정된 전류를 이용하여 배터리 유닛(110)의 개수를 산출하는 구체적인 방법에 대해 설명하도록 한다.
바람직하게는, 상기 제어부(140)는, 복수의 스위치(120)를 모두 턴 온시키도록 제어하여 제1 회로를 구성하고, 복수의 스위치(120) 중 적어도 하나의 스위치(120)를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하는 것이 좋다. 이와 같이 제1 회로 및 제2 회로를 구성하는 것으로 인한 장점 내지 효과는 하기의 설명을 통해 이해될 수 있을 것이다.
<복수의 스위치가 모두 턴 온된 제1 회로 및 X개의 스위치가 턴 오프된 제2 회로>
제어부(140)는, 복수의 스위치(120)의 스위칭 동작을 제어하되, 복수의 스위치(120)를 모두 턴 온시키도록 제어하여 제1 회로를 구성하고, 복수의 스위치(120) 중 X개의 스위치(120)를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다.
제1 회로 구성은 복수의 스위치(120)가 모두 턴 온된 상태이기 때문에, 제어부(140)가 제1 회로를 구성한 상태에서 전류 측정부(130)가 측정한 전류의 크기인 제1 전류(I1)는 복수의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류(Ito)의 크기와 같다. 배터리 팩(100)에 포함된 배터리 유닛(110)의 개수를 N이라고 할 경우, 상기 전류(Ito)는, 하나의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류(I)를 N배 한 것이라고 할 수 있다(즉, Ito = N * I). 따라서, 제1 전류(I1)는 N * I이다.
제어부(140)가 제2 회로를 구성한 상태에서, 전류 측정부(130)가 측정한 전류의 크기인 제2 전류(I2)는 턴 온된 스위치(120)에 연결된 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류의 크기의 합과 같다. 배터리 팩(100)에 포함된 배터리 유닛(110)의 개수가 N개인 경우, 턴 오프된 스위치(120)가 X개이면, 턴 온된 스위치(120)는 N - X이므로, 턴 온된 스위치(120)에 연결된 배터리 유닛(110)의 수도 N - X이다. 그러므로, 제2 전류는, 하나의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류(I)를 N - X배 한 것과 같다. 따라서, 제2 전류(I2)는 (N - X) * I이다.
한편, 본 발명에서 산출하고자 하는 것은 미지의 값인 배터리 유닛(110)의 개수 내지 병렬 연결의 수이다. 즉, N을 산출하고자 하는 것이다. 제어부(140)는, 제1 전류 및 제2 전류를 적절하게 이용하여 미지의 N을 산출할 수 있다. 구체적으로 이하의 수학식을 이용할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00007
여기서, 제1 전류는 N * I 이고, 제2 전류는 (N - X) * I이므로, 상기 수학식에 제1 전류 및 제2 전류를 대입하면,
Figure 112014061586836-pat00008
와 같으며, 이를 계산하면 N이 산출된다. 한편, 여기서, X는 0을 초과하고 N이하인 자연수이다(즉, 0 < X ≤ N, X는 자연수). X가 0이면, 제2 회로는 제1 회로와 동일한 회로가 되기 때문이다.
<복수의 스위치가 모두 턴 온된 제1 회로 및 오직 하나의 스위치가 턴 오프된 제2 회로>
상술한 방법과 유사하게, 제어부(140)는, 복수의 스위치(120)의 스위칭 동작을 제어하되, 복수의 스위치(120)를 모두 턴 온시키도록 제어하여 제1 회로를 구성하고, 복수의 스위치(120) 중 오직 1개의 스위치(120)를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다.
상기 제1 회로는 상술한 예와 동일하므로, 제1 전류(I1)는 복수의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류(Ito)의 크기와 같으므로 N * I이다.
또한, 상기 제2 회로에서, 오직 1개의 스위치(120)만 턴 오프되므로, 전류 측정부(130)가 측정한 전류의 크기인 제2 전류(I2)는 (N - 1) * I이다.
제어부(140)는, 제1 전류 및 제2 전류를 아래의 수학식에 대입하여 배터리 유닛(110)의 개수를 산출할 수 있다.
Figure 112014061586836-pat00009
여기서, 제1 전류는 N * I 이고, 제2 전류는 (N - 1) * I이므로, 상기 수학식에 제1 전류 및 제2 전류를 대입하면,
Figure 112014061586836-pat00010
와 같으며, 이를 계산하면 N이 산출된다.
상술한 바와 같은 방법을 이용하면, 간단하게 배터리 유닛(110)의 개수 내지 병렬 연결의 수를 산출할 수 있다. 또한, 상술한 방법을 이용하면, 새로운 배터리 유닛(110)이 추가되거나 기존의 배터리 유닛(110) 제거되어 전체 배터리 유닛(110)의 개수가 변경되더라도 변경된 이후의 배터리 유닛(110)의 개수를 용이하게 산출할 수 있다.
바람직하게는, 배터리 유닛(110)과 공통 노드(C) 사이에 우회 선로가 더 구비될 수 있으며, 이러한 우회 선로 상에는 저항 소자가 구비될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 배터리 유닛(110)과 공통 노드(C) 사이에는 병렬 선로(L)와는 별도로 상기 병렬 선로(L)와 병렬로 연결된 우회 선로(LD)가 더 구비되어 있다. 그리고, 상기 우회 선로(LD) 상에는 저항 소자(RD: RDa, RDb, RDc)가 구비되어 있다. 또한, 배터리 유닛(110)과 공통 노드(C) 사이의 전기적 연결 형성하거나 해제하는 스위치(120)는, 병렬 선로와 연결(1')되거나 우회 선로(LD)와 연결(2')되거나 턴 오프(3')될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 실시예에서 나머지 구성은 도 2에 도시된 실시예와 차이가 없으므로, 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
도 3의 실시예에서, 상기 스위치(120)는 통상적인 충방전 시에는 병렬 선로(L)와 연결(1')되도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 상기 스위치(120)는, 배터리 유닛(110)의 개수를 측정하는 상황에서는 우회 선로(LD)와 연결(2')되거나, 턴 오프(3')되도록 구성될 수 있다.
이와 같이 저항 소자(RD)가 구비된 우회 선로(LD)를 구비하는 이유는, 산출되는 배터리 유닛(110)의 개수의 정확성을 향상시키기 위함이다. 각각의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류의 크기는, 서로 동일하거나 유사하지만, 배터리 유닛(110)에 포함된 배터리 셀의 노화 정도에 따라 달라질 수도 있다. 다시 말해, 배터리 셀의 노화되면, 배터리 셀의 내부 저항(Rin: Rina, Rinb, Rinc)이 증가하게 되고 이로 인해, 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류의 크기가 달라질 우려가 있다. 따라서, 배터리 유닛(110)의 내부 저항(Rin)보다 충분히 큰 저항값을 가지는 저항 소자(RD)를 우회 선로(LD)에 설치함으로써 배터리 유닛(110)과 공통 노드 사이의 전체 저항의 크기가 저항 소자에 지배(dominate)되도록 할 수 있다(즉, RD ≫ Rin, RD + Rin ≒ RD). 이러한 방법을 통해 각각의 배터리 유닛(110)으로부터 유출되는 전류의 크기의 차이를 최소화할 수 있다. 그 결과 제어부(140)는, 보다 신뢰성 있는 배터리 유닛(110)의 개수를 산출할 수 있다.
한편, 상기 스위치(120)는, 배터리 유닛(110)의 개수를 산출할 필요가 없는 상황, 즉 통상적인 충방전 시에는 병렬 선로(L)와 연결(1')되도록 구성됨으로써, 상기 저항 소자(RD)에 의해 소모될 수 있는 불필요한 전력 낭비를 최소화할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부(140)는 배터리 유닛(110)의 개수를 여러 번 산출하고, 산출된 배터리 유닛(110)의 개수를 산술 평균할 수 있다.
배터리 유닛(110)의 개수 산출시, 제1 회로 및 제2 회로의 구성을 동일하게 한 상태로 반복적으로 배터리 유닛(110)의 개수를 산출할 수도 있으며, 이와 달리 제1 회로 및/또는 제2 회로의 구성을 달리하여 배터리 유닛(110)의 개수를 산출할 수도 있다. 바람직하게는, 배터리 유닛(110)의 개수를 산출함에 있어서, 산출시 마다 제2 회로의 구성은 다르게 구성되는 것이 좋다.
이하, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 산출하는 장치에 대해서는 상술한 배터리 팩에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있으므로 반복적인 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치는, 복수의 배터리 유닛, 전류 측정부 및 복수의 스위치를 포함하는 배터리 팩에 포함된 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치이다. 여기서, 상기 복수의 배터리 유닛은, 병렬로 연결되고, 상기 전류 측정부는, 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드에 연결되어 상기 병렬 연결된 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정하며, 상기 복수의 스위치는, 상기 복수의 배터리 유닛과 상기 공통 노드 사이에 각각 연결될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치(400)는, 스위치 제어 모듈(410), 전류 판독 모듈(420) 및 산출 모듈(430)을 포함한다.
상기 스위치 제어 모듈(410)은, 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로 또는 제2 회로를 구성할 수 있다. 여기서, 제2 회로는 제1 회로와는 다른 회로로서, 제1 회로 및 제2 회로에 대한 설명은 상술한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
상기 전류 판독 모듈(420)은, 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기를 판독할 수 있다. 이를 위해, 상기 전류 판독 모듈(420)은, 상기 전류 측정부와 통신 연결되어 전류 측정부가 측정한 전류의 크기를 전류 측정부로부터 읽어올 수 있다.
상기 산출 모듈(430)은, 제1 전류와 제2 전류를 이용하여 배터리 팩에 포함된 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다. 여기서, 제1 전류는, 상기 스위치 제어 모듈(410)의 제어에 따라 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 판독 모듈(420)이 판독한 전류의 크기이고, 제2 전류는, 상기 스위치 제어 모듈(410)의 제어에 따라 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 판독 모듈(420)이 판독한 전류의 크기이다.
바람직하게는, 상기 스위치 제어 모듈(410)은, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 제1 회로를 구성하고, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다.
일 예로, 상기 스위치 제어 모듈(410)은, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다. 이때, 상기 산출 모듈(430)은, 수학식1을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다. 수학식1은 다음과 같다.
Figure 112014061586836-pat00011
다른 예로, 상기 스위치 제어 모듈(410)은, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다. 이때, 상기 산출 모듈(430)은, 수학식2를 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다. 수학식2는 다음과 같다.
Figure 112014061586836-pat00012

이하, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 산출하는 방법에 대해서는 상술한 배터리 팩에 대한 설명 등이 그대로 적용될 수 있으므로 반복적인 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법은, 복수의 배터리 유닛 및 복수의 스위치를 포함하는 배터리 팩에 포함된 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법이다. 여기서, 상기 복수의 배터리 유닛은, 병렬로 연결되고, 상기 복수의 스위치는, 상기 복수의 배터리 유닛과 상기 공통 노드 사이에 각각 연결될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법은, 먼저, 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로를 구성한다(S510). 이어서, 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 병열 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기인 제1 전류를 측정한다(S520). 다음으로, 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제2 회로를 구성한다(S530). 그 다음으로, 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기인 제2 전류를 측정한다(S540). 그 다음으로, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출한다(S550).
바람직하게는, 상기 제1 회로를 구성하는 단계(S510)는, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 제1 회로를 구성할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제2 회로를 구성하는 단계(S530)는, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다.
일 예로, 상기 제2 회로를 구성하는 단계(S530)는, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다. 이때, 상기 산출하는 단계(S550)는, 수학식1을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다. 수학식1은 다음과 같다.
Figure 112014061586836-pat00013
다른 예로, 상기 제2 회로를 구성하는 단계(S530)는, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성할 수 있다. 이때, 상기 산출하는 단계(S550)는, 수학식2를 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출할 수 있다. 수학식2는 다음과 같다.
Figure 112014061586836-pat00014

본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 자명하다.
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: 배터리 팩
110, 110a, 110b, 110c: 배터리 유닛
120, 120a, 120b, 120c: 스위치
130: 전류 측정부
140: 제어부
400: 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치
410: 스위치 제어 모듈
420: 전류 판독 모듈
430: 산출 모듈

Claims (15)

  1. 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛;
    상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드에 연결되어 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정하는 전류 측정부;
    상기 복수의 배터리 유닛과 상기 공통 노드 사이에 각각 연결된 복수의 스위치; 및
    상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로를 구성하고 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기인 제1 전류와, 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 상기 제1 회로와 다른 제2 회로를 구성하고 상기 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기인 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 상기 제1 회로를 구성하고, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성하고, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
    Figure 112014061586836-pat00015

  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성하고, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
    Figure 112014061586836-pat00016

  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 유닛은, 단위 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성된 셀 어셈블리인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛, 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드에 연결되어 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기를 측정하는 전류 측정부 및 상기 복수의 배터리 유닛과 상기 공통 노드 사이에 각각 연결된 복수의 스위치를 포함하는 배터리 팩의 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로 또는 상기 제1 회로와 다른 제2 회로를 구성하는 스위치 제어 모듈;
    상기 전류 측정부가 측정한 전류의 크기를 판독하는 전류 판독 모듈; 및
    상기 스위치 제어 모듈의 제어에 따라 상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 판독 모듈이 판독한 전류의 크기인 제1 전류와, 상기 스위치 제어 모듈의 제어에 따라 상기 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 전류 판독 모듈이 판독한 전류의 크기인 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출하는 산출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 모듈은, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 상기 제1 회로를 구성하고, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 모듈은, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고,
    상기 산출 모듈은, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치.
    Figure 112014061586836-pat00017

  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 모듈은, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고,
    상기 산출 모듈은, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 장치.
    Figure 112014061586836-pat00018

  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 유닛은, 단위 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성된 셀 어셈블리인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛 및 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛의 공통 노드와 상기 복수의 배터리 유닛 사이에 각각 연결된 복수의 스위치를 포함하는 배터리 팩의 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 제1 회로를 구성하는 단계;
    상기 제1 회로가 구성된 상태에서 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기인 제1 전류를 측정하는 단계;
    상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 상기 제1 회로와 다른 제2 회로를 구성하는 단계;
    상기 제2 회로가 구성된 상태에서 상기 병렬 연결된 복수의 배터리 유닛으로부터 유출되는 전류의 크기인 제2 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 전류와 상기 제2 전류를 이용하여 상기 배터리 유닛의 개수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치를 모두 턴 온시키도록 제어하여 상기 제1 회로를 구성하고,
    상기 제2 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 상기 제2 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치 중 X개의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고,
    상기 산출하는 단계는, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법.
    Figure 112014061586836-pat00019

  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 회로를 구성하는 단계는, 상기 복수의 스위치 중 오직 하나의 스위치를 턴 오프시키도록 제어하여 제2 회로를 구성하고,
    상기 산출하는 단계는, 다음과 같은 수학식을 이용하여 배터리 유닛의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법.
    Figure 112014061586836-pat00020

  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 배터리 유닛은, 단위 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 셀로 구성된 셀 어셈블리인 것을 특징으로 하는 배터리 유닛의 개수를 산출하는 방법.
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