KR101752038B1 - 배터리 충방전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 충방전 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 충방전 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어 장치는, 병렬 연결된 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제1 배터리의 용량보다 적은 용량을 갖는 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 비교하는 전압 비교부; 및 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 비교 결과에 따라 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 충방전 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling charge and discharge of battery}
본 발명은 배터리 충방전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 병렬 연결된 서로 상이한 용량을 갖는 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하고 이를 비교하여, 전압 비교 결과에 따라 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어함으로써, 서로 상이한 용량을 갖는 배터리들을 혼용하여 운용하더라도 안전하게 배터리를 운용할 수 있고, 다양한 부하에 맞게 배터리를 조합하여 운용하여 설비투자비를 절감할 수 있으며, 고객이 필요로 하는 용량의 배터리를 조합 및 제공하여 고객의 니즈에 적극적인 대응이 가능하고, 소비자의 입장에서 낱개의 에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS)를 구입하여 언제든지 소비자가 원하는 용량의 배터리를 구성할 수 있으며, 기존 개발 제품의 지속적인 판매가 가능한 배터리 충방전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
2차 전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.
이와 같은 배터리, 특히 다수의 2차 전지가 충전과 방전을 번갈아 가면서 수행하는 경우에는 이들의 충방전을 효율적으로 제어하여 배터리가 적정한 동작 상태 및 성능을 유지하도록 관리할 필요성이 있다.
이를 위해, 배터리의 상태 및 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 구비된다. BMS은 배터리의 전류, 전압 및 온도 등을 검출하여 이를 바탕으로 SOC(State of Charge)산출과 셀 전압 균등화 및 고전압 릴레이 제어 등의 기능을 수행하고, 복수 개가 연결된 배터리의 충방전을 제어한다.
복수 개의 배터리를 연결할 때, 서로 다른 용량의 배터리를 병렬 연결하여 운용할 경우, 배터리 간의 전압차가 발생한 상황에서 방전을 시작하면 전류 방전이 한쪽으로 쏠리면서 부하가 집중되는 현상이 발생한다. 이때 용량이 작은 배터리로 부하가 집중되면 배터리 셀이 버티지 못하는 상황이 발생하게 된다.
따라서 종래에는 서로 다른 용량의 배터리를 조합하여 운용한 이력이 없으며, 같은 용량의 배터리를 조합하여 필요 용량을 만족시키고 있다. 그러나 이와 같이 같은 용량의 배터리를 조합하여 이용하게 되면, 고객이 원하는 용량으로 변경하기 위해서는 새로운 개발 단계가 필요하여 설비투자비가 들게 되고, 배터리의 호환성이 떨어져 고객의 니즈에 적극적인 대응이 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0133306호
본 발명의 목적은, 병렬 연결된 서로 상이한 용량을 갖는 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하고 이를 비교하여, 전압 비교 결과에 따라 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어함으로써, 서로 상이한 용량을 갖는 배터리들을 혼용하여 운용하더라도 안전하게 배터리를 운용할 수 있고, 다양한 부하에 맞게 배터리를 조합하여 운용하여 설비투자비를 절감할 수 있으며, 고객이 필요로 하는 용량의 배터리를 조합 및 제공하여 고객의 니즈에 적극적인 대응이 가능하고, 소비자의 입장에서 낱개의 에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS)를 구입하여 언제든지 소비자가 원하는 용량의 배터리를 구성할 수 있으며, 기존 개발 제품의 지속적인 판매가 가능한 배터리 충방전 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치는, 병렬 연결된 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제1 배터리의 용량보다 적은 용량을 갖는 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 비교하는 전압 비교부; 및 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 비교 결과에 따라 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 배터리 충방전 제어 장치는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 용량을 포함하는 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 구성을 확인하는 구성 확인부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전이 시작되면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해 지도록 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해지면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리를 동시에 방전할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 크지 않은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리만 방전할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작한 후, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 지속적으로 측정하여, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 계속하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크지 않으면, 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 중단하고 상기 하나 이상의 제1 배터리의 충전만 계속할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압이 만충 전압보다 크면 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 종료할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압에 제2 설정값을 더한 값이 될 때까지 상기 하나 이상의 제1 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법은, 병렬 연결된 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제1 배터리의 용량보다 적은 용량을 갖는 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하는 단계; 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 비교하는 단계; 및 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 비교 결과에 따라 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 배터리 충방전 제어 방법은, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 용량을 포함하는 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 구성을 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전이 시작되면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해 지도록 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해지면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리를 동시에 방전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 크지 않은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리만 방전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작하는 것을 단계를 포함할 수 있다.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작한 후, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 지속적으로 측정하여, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 계속하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크지 않으면, 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 중단하고 상기 하나 이상의 제1 배터리의 충전만 계속하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압이 만충 전압보다 크면 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전을 제어하는 단계는, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압에 제2 설정값을 더한 값이 될 때까지 상기 하나 이상의 제1 배터리를 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 병렬 연결된 서로 상이한 용량을 갖는 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하고 이를 비교하여, 전압 비교 결과에 따라 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어함으로써, 서로 상이한 용량을 갖는 배터리들을 혼용하여 운용하더라도 안전하게 배터리를 운용할 수 있고, 다양한 부하에 맞게 배터리를 조합하여 운용하여 설비투자비를 절감할 수 있으며, 고객이 필요로 하는 용량의 배터리를 조합 및 제공하여 고객의 니즈에 적극적인 대응이 가능하고, 소비자의 입장에서 낱개의 에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS)를 구입하여 언제든지 소비자가 원하는 용량의 배터리를 구성할 수 있으며, 기존 개발 제품의 지속적인 판매가 가능한 배터리 충방전 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 방전 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 충전 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치가 전기 자동차(1)에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치는 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 전지 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 BMS(20)는 후술하는 배터리 충방전 제어 장치(도 2의 100)를 포함하거나 배터리 충방전 제어 장치(도 2의 100)에 연결되어 동작할 수 있다. 이 때, BMS(20)는 병렬 연결된 서로 상이한 용량을 갖는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 전압을 측정하고 이를 비교하여, 전압 비교 결과에 따라 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 충방전을 제어할 수 있다.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치 및 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)는 병렬 연결된 서로 상이한 용량을 갖는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)와 연결되어, 전압을 측정하고 이를 비교하여, 전압 비교 결과에 따라 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 충방전을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 제2 배터리(12)는 하나 이상의 제1 배터리(11)의 용량보다 적은 용량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)는 구성 확인부(110), 전압 측정부(120), 전압 비교부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 배터리 충방전 제어 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
구성 확인부(110)는 병렬 연결된 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 용량을 포함하는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 제2 배터리의 구성을 확인한다. 예를 들어, 처음 복수 개의 배터리가 장착되어 이를 이용하고자 하는 경우, 배터리의 용량 등이 어떻게 구성되어있는지 알 수 없으므로, 구성 확인부(110)를 통해 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 구성을 확인할 수 있다.
전압 측정부(120)는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 전압을 측정한다. 일 실시예에서, 전압 측정부(120)는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12) 각각의 양단에 연결되어 전압을 측정하는 전압 측정 센서일 수 있다.
전압 비교부(130)는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 전압을 비교한다. 그리고 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 전압을 비교한 결과를 제어부(140)로 전달한다.
제어부(140)는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 전압 비교 결과에 따라 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 충방전을 제어한다. 제어부(140)는 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 전압 비교 결과에 따라 다양한 방식으로 하나 이상의 제1 배터리(11) 및 하나 이상의 제2 배터리(12)의 충방전을 제어할 수 있으며, 제어부(140)의 제어를 통해 이루어 질 수 있는 충방전 과정을 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 방전 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 방전 과정은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치에 의해 수행될 수 있으며, 특히 단계(S205) 내지 단계(S209)의 과정은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)의 제어부(140)에 의해 수행될 수 있는 과정이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법이 시작되면 먼저 배터리가 장착되면(S201), 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 용량을 포함하는 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 구성을 확인한다(S202).
그리고 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하여(S203), 비교한다(S204).
단계(S204)에서 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작한다(S205).
상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전이 시작되면(S205), 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해 지도록 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 제어하고(S206), 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해지면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리를 동시에 방전한다(S207).
그리고 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리가 방전 종지 전압 이하로 떨어지게 되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 방전 과정을 종료한다.
단계(S204)에서 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않은 경우, 상기 하나 이상의 제2 배터리의 최대 전류량과 방전 전류량을 비교한다(S208). 여기서 상기 하나 이상의 제2 배터리의 최대 전류량은 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이다.
예를 들어, 상기 하나 이상의 제2 배터리가 4개로 구성되고, 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압이 하기 표 1과 같이 측정된 경우, 제2 배터리-1와 제2 배터리-3가 가장 높은 전압을 가지므로 제2 배터리-1와 제2 배터리-3가 초기 방전 가능한 제2 배터리의 최대 전류량을 구성할 수 있다.
제2 배터리-n 전압
제2 배터리-1 4.1V
제2 배터리-2 3.9V
제2 배터리-3 4.1V
제2 배터리-4 3.8V
단계(S208)에서 상기 하나 이상의 제2 배터리의 최대 전류량이 방전 전류량보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작한다(S205).
상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전이 시작되면(S205), 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해 지도록 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 제어하고(S206), 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해지면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리를 동시에 방전한다(S207).
그리고 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리가 방전 종지 전압 이하로 떨어지게 되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 방전 과정을 종료한다.
단계(S208)에서 상기 하나 이상의 제2 배터리의 최대 전류량이 방전 전류량보다 크지 않은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리만 방전한다(S209). 그리고 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리가 방전 종지 전압 이하로 떨어지게 되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 방전 과정을 종료한다.
이와 같이 방전 과정에서, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않은 경우에는 제1 배터리만 방전하도록 함으로써, 용량이 작은 제2 배터리에서만 과도한 전류가 방전되어 제2 배터리가 손상되는 것을 방지하여 배터리의 안정적인 사용에 기여할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 충전 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법의 충전 과정은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치에 의해 수행될 수 있으며, 특히 단계(S305) 내지 단계(S310)의 과정은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 장치(100)의 제어부(140)에 의해 수행될 수 있는 과정이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법이 시작되면 먼저 배터리가 장착되면(S301), 하나 이상의 제1 배터리 및 하나 이상의 제2 배터리의 용량을 포함하는 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 구성을 확인한다(S302).
그리고 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하여(S303), 비교한다(S304).
단계(S304)에서 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작하고(S306), 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압에 제2 설정값을 더한 값이 될 때까지 상기 하나 이상의 제1 배터리를 충전한다(S305). 여기서, 제2 설정값은 배터리의 충전을 시작하기 전에 제1 배터리의 전압이 제2 배터리의 전압보다 높은 값을 유지할 수 있도록 초기 값으로 설정되거나 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다.
상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전이 시작되면(S306), 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 지속적으로 측정하여, 이를 비교한다(S307).
단계(S307)에서 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 계속하고(S308), 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크지 않으면, 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 중단하고 상기 하나 이상의 제1 배터리의 충전만 계속한다(S309). 여기서, 제1 설정값은 배터리의 충전 과정에서 제1 배터리의 전압이 제2 배터리의 전압보다 높은 값을 유지할 수 있도록 초기 값으로 설정되거나 사용자에 의해 설정될 수 있는 값이다.
단계(S306) 내지 단계(S309)의 과정을 거치고 나서, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압과 만충 전압을 비교하여(S310), 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압이 만충 전압보다 크면 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 과정을 종료한다.
이와 같이 충전 과정에서, 급작스런 방전 시에는 용량이 큰 제1 배터리가 먼저 방전되는 것이 안전하므로, 항상 제1 배터리의 전압이 높도록 충전을 유도함으로써, 배터리의 안정적인 사용에 기여할 수 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
100: 배터리 충방전 제어 장치
110: 구성 확인부
120: 전압 측정부
130: 전압 비교부
140: 제어부

Claims (20)

  1. 병렬 연결된 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제1 배터리의 용량보다 적은 용량을 갖는 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 비교하는 전압 비교부; 및
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 비교 결과에 따라 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 크지 않은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리만 방전하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 용량을 포함하는 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 구성을 확인하는 구성 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전이 시작되면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해 지도록 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해지면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리를 동시에 방전하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작한 후, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 지속적으로 측정하여, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 계속하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크지 않으면, 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 중단하고 상기 하나 이상의 제1 배터리의 충전만 계속하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압이 만충 전압보다 크면 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 종료하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압에 제2 설정값을 더한 값이 될 때까지 상기 하나 이상의 제1 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 장치.
  11. 병렬 연결된 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제1 배터리의 용량보다 적은 용량을 갖는 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 측정하는 단계;
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 비교하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 비교 결과에 따라 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충방전을 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 크지 않은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리만 방전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 용량을 포함하는 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 구성을 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 크지 않고, 상기 하나 이상의 제2 배터리 중 가장 높은 전압을 갖는 제2 배터리들이 제어할 수 있는 전류의 양이 방전 전류량보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 시작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전이 시작되면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해 지도록 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 방전을 제어하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 레벨이 동일해지면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리를 동시에 방전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리 또는 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작하는 것을 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 시작한 후, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압을 지속적으로 측정하여, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크면, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 계속하고, 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압 차이가 제1 설정값보다 크지 않으면, 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 중단하고 상기 하나 이상의 제1 배터리의 충전만 계속하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압이 만충 전압보다 크면 상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전을 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 충방전을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 제1 배터리 및 상기 하나 이상의 제2 배터리의 충전 시, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 하나 이상의 제1 배터리의 전압이 상기 하나 이상의 제2 배터리의 전압에 제2 설정값을 더한 값이 될 때까지 상기 하나 이상의 제1 배터리를 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 제어 방법.
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