KR101835584B1 - 배터리 관리 장치 및 에너지 저장 시스템 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 에너지 저장 시스템 Download PDF

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Abstract

배터리 관리 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 배터리 셀들 또는 트레이들 각각의 파라미터 및 상기 배터리 셀들 또는 트레이들 각각의 사용 정도를 나타내는 인자에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 배터리 셀들 또는 트레이들을 밸런싱할 지의 여부를 결정하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 배터리 셀들 또는 트레이들을 밸런싱할 지의 여부에 따라 상기 배터리 셀들 또는 트레이들을 밸런싱한다.

Description

배터리 관리 장치 및 에너지 저장 시스템{Apparatus for managing battery, and energy storage system}
본 발명은 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
환경 파괴, 자원 고갈 등이 심각한 문제로 제기되면서, 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 시스템의 중요성이 높아지고 있다. 또한, 에너지를 생산하면서도 공해를 유발하지 않는 신재생 에너지원에 대한 관심도 높아지고 있다. 신재생 에너지 발전 시스템, 에너지를 저장하는 배터리 시스템, 및 기존의 계통을 포함하는 에너지 저장 시스템에서, 배터리를 효율적으로 관리하는 것이 중요하다. 배터리의 효율적인 관리로 인하여, 배터리의 수명이 늘어날 수 있고, 더욱 안정적인 전력 공급이 가능할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 배터리를 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.
일 발명적 측면은 배터리 관리 시스템이다. 상기 시스템은 제1 및 제2 배터리 셀들을 포함하는 배터리를 관리하도록 구성되고, 상기 배터리 셀들 각각의 파라미터를 결정하도록 구성되는 측정 회로, 및 적어도 부분적으로 상기 배터리 셀들 각각의 사용 정도를 나타내는 인자 및 상기 결정된 파라미터를 기초로 상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부를 결정하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부에 따라 상기 배터리 셀들을 밸런싱하도록 구성된다.
다른 발명적 측면은 배터리 관리 시스템이다. 상기 시스템은 제1 및 제2 배터리 트레이들을 포함하는 배터리를 관리하도록 구성되고, 상기 배터리 트레이들 각각의 파라미터를 결정하도록 구성되는 측정 회로, 및 적어도 부분적으로 상기 배터리 트레이들 각각의 사용 정도를 나타내는 인자 및 상기 결정된 파라미터를 기초로 상기 배터리 트레이들을 밸런싱할 지의 여부를 결정하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 배터리 트레이들을 밸런싱할 지의 여부에 따라 상기 배터리 트레이들을 밸런싱하도록 구성된다.
본 발명적 특징들에 따른 배터리 관리 시스템에 따르면, 배터리 셀들 또는 트레이들의 사용 정도가 다름에 따라 불필요하게 밸런싱이 수행되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 더욱 효율적으로 배터리를 관리할 수 있다.
아래에 첨부 도면들을 참조로 예시적인 실시예들을 더욱 자세하게 설명함으로써 다양한 특징들 및 장점들이 본 기술분야의 당업자들에게 명확해질 것이다.
도 1는 다양한 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 배터리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 특정 실시예들에 따른 BMS와 배터리를 나타내는 블록도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 랙의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 나타내는 흐름도이다.
장점들 및 특징들, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 아래에 첨부한 도면들과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 더욱 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들로 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하지 않는다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 되며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 목적으로만 사용된다.
이하, 발명적 측면들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 에너지 저장 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1를 참조하면, 본 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2) 및 계통(3)과 연계하여 부하(4)에 전력을 공급한다.
발전 시스템(2)은 에너지원으로부터 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(2)은 생산한 전력을 에너지 저장 시스템(1)에 공급할 수 있다. 발전 시스템(2)은, 예컨대, 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 및 조력 발전 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 오로지 예시적이며, 발전 시스템(2)은 상기 언급한 종류로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 태양열이나 지열과 같은 신재생 에너지원으로부터 전력을 생산하는 모든 발전 시스템들이 발전 시스템(2)에 포함될 수 있다. 특히, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양 전지는 가정이나 공장과 같은 다양한 장소에 용이하게 설치될 수 있기 때문에, 가정이나 공장의 에너지 저장 시스템(1)과 함께 사용될 수 있다. 발전 시스템(2)은 전력을 생산할 수 있는 다수의 발전 모듈들을 병렬로 배열함으로써 대용량 에너지 시스템을 구성할 수 있다.
계통(3)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 포함할 수 있다. 계통(3)이 정상 상태인 경우, 계통(3)은 에너지 저장 시스템(1), 예컨대, 부하(4) 및 배터리 시스템(20) 중 적어도 하나에 전력을 공급하거나, 에너지 저장 시스템(1), 특히, 배터리 시스템(20)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 계통(3)이 비정상 상태인 경우, 계통(3)과 에너지 저장 시스템(1) 간의 전력 전송은 중단된다.
부하(4)는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력, 배터리 시스템(20)에 저장된 전력, 또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 소비할 수 있다. 가정이나 공장의 전기 장치들이 부하(4)의 일 예들일 수 있다.
에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하거나, 계통(3)으로 공급할 수 있다. 에너지 저장 시스템(1)은 배터리 시스템(20)에 저장된 전력을 계통(3)으로 공급하거나, 계통(3)으로부터 공급된 전력을 배터리 시스템(20)에 저장할 수도 있다. 또한, 에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2)에서 생산된 전력이나 배터리 시스템(20)에 저장되어 있는 전력을 부하(4)에 공급할 수 있다. 또한, 에너지 저장 시스템(1)은 계통(3)이 비정상 상태일 경우, 예컨대, 정전이 발생한 경우에 UPS(Uninterruptible Power Supply) 기능을 수행하여 발전 시스템(2)에서 생산된 전력이나 배터리 시스템(20)에 저장되어 있는 전력을 부하(4)에 공급할 수 있다.
에너지 저장 시스템(1)은 전력을 변환하는 전력 변환 시스템(Power Conversion System, 이하 'PCS'라 함)(10), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30), 및 제2 스위치(40)를 포함할 수 있다.
PCS(10)는 발전 시스템(2), 계통(3), 및 배터리 시스템(20)으로부터 공급되는 전력을 변환하여, 배터리 시스템(20), 부하(4) 또는 계통(3)에 공급할 수 있다. PCS(10)는 전력 변환부(11), DC 링크부(12), 인버터(13), 컨버터(14), 통합 제어기(15)를 포함할 수 있다.
전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)과 DC 링크부(12) 사이에 연결되는 전력 변환 장치일 수 있다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 직류 링크 전압으로 변환하여 DC 링크부(12)로 전달할 수 있다.
전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)의 종류에 따라서 컨버터 회로, 정류 회로 등과 같은 전력 변환 회로를 포함할 수 있다. 발전 시스템(2)이 직류 전력을 생산하는 경우, 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)이 생산한 직류 전력을 DC 링크부(12)의 직류 전력으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 발전 시스템(2)이 교류 전력을 생산하는 경우, 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)이 생산한 교류 전력을 DC 링크부(12)의 직류 전력으로 변환하기 위한 정류 회로를 포함할 수 있다.
발전 시스템(2)이 태양광 발전 시스템인 경우, 전력 변환부(11)는 일사량, 온도 등의 변화에 따라서 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 또한, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되지 않는 경우에는, 전력 변환부(11)에 의해 소비되는 전력을 감소시키기 위해 전력 변환부(11)의 동작이 중지될 수 있다.
발전 시스템(2) 또는 계통(3)에서의 순시 전압 강하, 또는 부하(4)에서의 피크 부하 발생 등과 같은 문제로 인하여, 직류 링크 전압의 크기가 불안정해지는 경우가 있다. 그러나, 직류 링크 전압은 컨버터(14) 및 인버터(13)의 정상 동작을 위하여 안정화되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 따르면, DC 링크부(12)는 전력 변환부(11)와 인버터(13) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 또는 실질적으로 일정하게 유지한다. 일부 실시예들에 따르면, DC 링크부(12)는 대용량 커패시터를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 인버터(13)는 DC 링크부(12)와 제1 스위치(30) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 인버터(13)는 발전 시스템(2) 및 배터리 시스템(20) 중 적어도 하나로부터 출력되는 직류 링크 전압을 계통(3)의 교류 전압으로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(13)는 충전 모드에서 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하기 위하여, 계통(3)으로부터의 교류 전압을 직류 링크 전압으로 변환하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 인버터(13)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터일 수 있다.
인버터(13)는 계통(3)으로 출력되는 교류 전압의 고조파 성분들을 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(13)는 무효 전력의 발생을 억제 또는 제한하기 위하여 인버터(13)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(3)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(13)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상(transient phenomena) 보호 또는 감소 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.
컨버터(14)는 DC 링크부(12)와 배터리 시스템(20) 사이에 연결되는 전력 변환 장치일 수 있다. 컨버터(14)는 방전 모드에서 배터리 시스템(20)에 저장된 전력의 직류 전압의 레벨을 직류 링크 전압의 레벨로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 또한, 컨버터(14)는 충전 모드에서 전력 변환부(11)에서 출력되는 전력 또는 인버터(13)에서 출력되는 전력의 전압의 직류 전압 레벨을 배터리 시스템(20)을 충전하기에 적합한 전압 레벨의 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함한다. 컨버터(14)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 컨버터일 수 있다. 배터리 시스템(20)의 충전 또는 방전이 수행되지 않는 경우에는 컨버터(14)의 동작이 중단됨으로써, 전력 소비가 최소화 또는 감소될 수도 있다.
통합 제어기(15)는 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(20), 및 부하(4)의 상태를 모니터링 할 수 있다. 예컨대, 통합 제어기(15)는 계통(3)에 정전이 발생하였는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 여부, 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력량, 배터리 시스템(20)의 충전 상태, 부하(4)의 소비 전력량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다.
통합 제어기(15)는 모니터링 결과 및 미리 정해진 알고리즘에 따라서, 전력 변환부(11), 인버터(13), 컨버터(14), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30), 제2 스위치(40)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 계통(3)에 정전이 발생할 경우, 통합 제어기(15)는 배터리 시스템(20)에 저장된 전력 또는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력이 부하(4)에 공급되도록 제어할 수 있다. 또한, 통합 제어기(15)는 부하(4)에 충분한 전력이 공급될 수 없을 경우에, 부하(4)의 전기 장치들에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 가장 높은 전기 장치들에 전력을 공급하도록 부하(4)를 제어할 수도 있다. 또한, 통합 제어기(15)는 배터리 시스템(20)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)는 인버터(13)와 계통(3) 사이에 직렬로 연결되며, 통합 제어기(15)의 제어에 따라서 on 및 off 동작을 수행하여 발전 시스템(2)과 계통(3) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 발전 시스템(2), 계통(3), 및 배터리 시스템(20)의 상태에 따라서 제1 스위치(30)와 제2 스위치(40)의 on 및 off 상태가 결정될 수 있다.
예를 들면, 발전 시스템(2) 및 배터리 시스템(20) 중 적어도 하나로부터의 전력을 부하(4)에 공급하거나, 계통(3)으로부터의 전력을 배터리 시스템(20)에 공급하는 경우, 제1 스위치(30)는 on 상태가 된다. 발전 시스템(2) 및 배터리 시스템(20) 중 적어도 하나로부터의 전력을 계통(3)에 공급하거나 계통(3)으로부터의 전력을 부하(4)와 배터리 시스템(20) 중 적어도 하나에 공급하는 경우에는, 제2 스위치(40)는 on 상태가 된다.
계통(3)에서 정전이 발생한 경우에는, 제2 스위치(40)는 off 상태가 되고, 제1 스위치(30)는 on 상태가 된다. 즉, 발전 시스템(2)과 배터리 시스템(20) 중 적어도 하나로부터의 전력을 부하(4)에 공급하는 동시에, 부하(4)에 공급되는 전력이 계통(3)으로 흐르는 것을 방지한다. 이와 같이, 에너지 저장 시스템(1)을 단독 운전 시스템(stand alone system)으로 동작시킴으로써, 계통(3)의 전력선 등에서 작업하는 인부가 발전 시스템(2) 또는 배터리 시스템(20)으로부터의 전력에 의하여 감전되는 사고를 방지할 수 있게 한다.
제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)는 큰 전류에 견딜 수 있거나 큰 전류를 처리할 수 있는 릴레이(relay)와 같은 스위칭 장치를 포함할 수 있다.
배터리 시스템(20)은 발전 시스템(2)과 계통(3) 중 적어도 하나로부터 전력을 공급받아 저장하고, 저장하고 있는 전력을 부하(4)와 계통(3) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다. 배터리 시스템(20)은 전력을 저장하는 부분과 이를 제어 및 보호하는 부분을 포함할 수 있다. 배터리 시스템(20)의 충전 및 방전은 통합 제어기에 의해 제어될 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 배터리 시스템(20)에 대하여 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 배터리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 시스템(20)은 배터리 관리부(Battery Management System, 이하 'BMS'라 지칭함)(21), 및 배터리(22)를 포함할 수 있다.
BMS(21)는 배터리(22)와 연결되며, 통합 제어기(15)로부터의 제어 명령 또는 내부 알고리즘에 따라 배터리 시스템(20)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, BMS(21)는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다.
BMS(21)는 과충전, 과방전, 과전류, 과전압, 과열, 셀 밸런싱 등에 대한 관리 정보를 저장하고 있을 수 있다. 특히, 셀 밸런싱에 대한 관리 기준은 임밸런싱 마진 또는 셀 밸런싱 개시 전압차와 같은 임계(threshold)에 의해 정의될 수 있다. 또한, BMS(21)는 배터리(22)의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State of Charge, SOC) 등을 얻을 수 있다. 예컨대, BMS(21)는 센서들을 이용하여 배터리(22)의 전압, 전류 및 온도를 측정할 수 있으며, BMS(21)는 측정된 전압 및 전류를 기초로 배터리(22)의 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등을 산출할 수 있다. BMS(21)는 관리 정보, 측정 결과 및 산출 결과 등을 기초로 배터리(22)를 관리할 수 있다.
예를 들면, BMS(21)는 배터리(22)의 온도를 측정할 수 있고, 측정된 배터리(22)의 온도가 소정 임계 온도보다 높을 경우, 배터리(22)와 입출력 단자들(T+, T-) 사이를 개방시킬 수 있다. BMS(21)는 상기 소정 임계 온도를 관리 정보로서 저장할 수 있다.
BMS(21)는 배터리(22)의 배터리 셀들 중에서 어느 한 배터리 셀의 셀 전압이 다른 배터리 셀보다 소정의 임계 전압 이상으로 높을 경우, 상기 셀 전압이 높은 배터리 셀을 방전시키는 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 셀 밸런싱은 직렬로 연결된 배터리 셀들이 동일한 충전 상태를 갖도록 수행될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에 따르면, 어느 한 배터리 셀이 다른 배터리 셀들보다 먼저 완전히 방전될 경우, 상기 다른 배터리 셀들에 전기 에너지가 남아있더라도, 남아있는 전기 에너지가 사용될 수 없기 때문에 비효율이 발생한다. 이러한 비효율이 발생하는 것을 방지하기 위해 셀 밸런싱이 수행될 수 있다.
배터리(22) 내에 오래된 배터리 셀들과 새로운 배터리 셀들이 함께 포함될 경우, 새로운 배터리 셀들과 오래된 배터리 셀들이 동일한 충전 상태를 갖더라도, 새로운 배터리 셀들의 전압이 오래된 배터리 셀들의 전압보다 높을 수 있다. 셀 전압을 기준으로 셀 밸런싱을 수행할 경우, 새로운 배터리 셀들의 전압 레벨이 오래된 배터리 셀들의 전압 레벨 수준으로 낮아지도록 새로운 배터리 셀들은 방전될 수 있다. 이와 같은 새로운 배터리 셀들에 대한 방전은 충전 상태의 관점에서 새로운 배터리 셀들의 충전 상태가 오래된 배터리 셀들의 충전 상태보다 낮아지게 할 수 있다는 점에서 불필요한 동작일 수 있다. 또한, 일반적으로 새로운 배터리 셀들의 전압 레벨이 오래된 배터리 셀들의 전압 레벨보다 높기 때문에, 새로운 배터리 셀들로만 이루어진 경우나 오래된 배터리 셀들로만 이루어진 경우에 비해, 새로운 배터리 셀들과 오래된 배터리 셀들이 섞여 있는 경우에 셀 밸런싱 동작이 더 빈번하게 발생할 수 있다. 따라서, 사용 정도가 비슷한 배터리 셀들로만 이루어진 경우에 적용할 셀 밸런싱 임계와 사용 정도가 상이한 배터리 셀들을 포함하는 경우에 적용할 셀 밸런싱 임계는 서로 다르게 설정될 필요가 있다.
본 명세서에서 "배터리 셀이 오래된 것"이라거나 "배터리 셀이 새로운 것"이라는 의미는 반드시 배터리 셀의 나이(age)에 관련되는 것이 아니고, 배터리 셀의 많거나 적은 사용 싸이클, 길거나 짧은 사용 기간, 빠르거나 늦은 제조일자 또는 설치일자 등과 같은 사용 정도를 나타내는 인자들에 관련될 수 있다. 본 명세서에서, 예컨대, 배터리 셀의 사용 싸이클, 사용 기간, 제조일자, 설치일자와 같은 다양한 요소들의 조합에 의해, 상기 배터리 셀이 오래된 것인지 아니면 새로운 것인지, 또는 어느 정도로 오래된 것인지가 정해질 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "사용 정도"라는 용어는 "오래된 정도"와 실질적으로 동일한 의미를 가지며, 상술한 바와 같이 사용 싸이클, 사용 시간, 제조일자나 설치일자 등과 같은 인자들에 의해 결정될 수 있다. 배터리 셀의 사용 싸이클은 배터리 셀의 충방전 횟수를 의미한다.
예컨대, 오래된 배터리 셀과 새로운 배터리 셀이 섞여 있는 경우에는, 예컨대, 사용 싸이클이 다른 배터리 셀들이 사용되는 경우에는, 셀 밸런싱 임계가 크게 설정될 수 있다. 즉, 임밸런싱 마진(imbalancing margin)이 넓게 설정되거나, 셀 밸런싱 개시 전압차가 크게 설정될 수 있다.
예컨대, 일부의 열화된 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체한 경우, 새로운 배터리 셀의 완전 충전된 상태에서의 전압 레벨이 기존의 오래된 배터리 셀의 완전 충전된 상태에서의 전압 레벨과 비슷한 수준이 될 때까지는 셀 밸런싱 임계가 크게 설정될 수 있다.
셀 밸런싱 개시 전압차는 셀 밸런싱 기준 전압과 셀 밸런싱이 수행되어야 하는 전압의 차이를 의미한다. 예컨대, 어느 배터리 셀의 셀 전압에서 상기 셀 밸런싱 기준 전압을 뺀 전압차가 셀 밸런싱 개시 전압차보다 클 경우, 상기 배터리 셀은 셀 밸런싱이 수행되어야 한다고 결정될 수 있다. 셀 밸런싱 기준 전압은 예컨대 직렬로 연결된 배터리 셀들의 그룹에서 가장 낮은 셀 전압, 또는 상기 그룹의 평균 셀 전압으로 정의될 수 있다.
BMS(21)는 배터리(22) 내의 배터리 셀들에 대한 셀 밸런싱 관리 기준, 즉, 임밸런싱 마진에 관한 정보 또는 셀 밸런싱 개시 전압차에 관한 정보를 저장하고 있을 수 있다. 셀 밸런싱 관리 기준은 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 사용 정도의 차이에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 배터리(22) 내의 일부의 열화된 배터리 셀을 새로운 배터리 셀로 교체할 경우, 배터리(22)에는 오래된 배터리 셀과 새로운 배터리 셀이 함께 포함된다. 이 경우에 적용할 셀 밸런싱 관리 기준은 열화된 배터리 셀의 교체 전에 적용한 셀 밸런싱 관리 기준과 다를 수 있다.
예를 들면, BMS(21)가 예컨대 통합 제어기(15)로부터 배터리 셀들이 교체되었다는 정보를 수신할 경우, BMS(21)는 셀 밸런싱 관리 기준을 완화할 수 있다. 예컨대, BMS(21)는 셀 밸런싱 임계를 20mV에서 배터리 셀들이 교체된 후에는 40mV로 변경할 수 있다. BMS(21)는 배터리 셀들이 교체되고 소정 시간이 흐른 후에는 셀 밸런싱 임계를 20mV로 다시 복귀 시킬 수 있다. 상기 소정 시간은 교체한 배터리 셀의 완전 충전 시의 전압 레벨이 기존 배터리 셀의 완전 충전 시의 전압 레벨과 비슷한 수준으로 떨어질 때까지 걸리는 시간일 수 있다.
다른 예에 따르면, BMS(21)는 배터리 셀들이 교체된 후에는 셀 밸런싱 임계를 40mV로 변경하고, 배터리 셀들이 교체되고 제1 소정 시간이 흐른 후에 셀 밸런싱 임계를 30mV로 변경하고, 다시 제2 소정 시간이 흐른 후에 셀 밸런싱 임계를 20mV로 변경할 수 있다. 즉, BMS(21)는 배터리 셀들이 교체된 후에는 제1 임계에서 제2 임계로 변경한 후, 소정 시간이 흐름에 따라 제2 임계에서 제1 임계로 점진적으로 복귀시킬 수도 있다.
BMS(21)는 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 사용 정도를 판단하기 위한 정보를 저장할 수 있다. 예컨대, 배터리(22) 내의 배터리 셀들 각각에 대한 사용 싸이클, 총 사용 시간, 제조일자, 및 설치일자 중 적어도 하나가 BMS(21)에 저장될 수 있다. BMS(21)는 배터리 셀들 각각에 대한 상기 정보를 기초로 각 배터리 셀의 사용 정도를 판단할 수 있다. BMS(21)는 배터리(22) 내의 배터리 셀들 중에서 가장 새로운 배터리 셀의 사용 정도와 가장 오래된 배터리 셀의 사용 정도 간의 차이를 기초로, 예컨대 셀 밸런싱 임계와 같은 셀 밸런싱 관리 기준을 결정할 수 있다. 또한, BMS(21)는 배터리(22) 내의 배터리 셀들 중에서 가장 새로운 배터리 셀의 사용 정도와 가장 오래된 배터리 셀의 사용 정도 간의 차이뿐만 아니라, 배터리(22) 내의 배터리 셀들 중에서 가장 새로운 배터리 셀의 사용 정도를 기초로, 예컨대 셀 밸런싱 임계와 같은 셀 밸런싱 관리 기준을 결정할 수도 있다.
또한, 배터리(22) 내에 오래된 배터리 셀들과 새로운 배터리 셀들이 섞여 있을 경우, 오래된 배터리 셀과 새로운 배터리 셀은 서로 다른 셀 밸런싱 관리 기준으로 관리될 수 있다. 즉, 배터리 셀들은 사용 정도에 따라 각각 다른 셀 밸런싱 관리 기준에 의해 관리될 수 있다. 예컨대, 오래된 배터리 셀에 비해 새로운 배터리 셀에 대해서는 임밸런싱 마진(imbalancing margin)이 더 넓게 설정될 수 있다. 또한, 오래된 배터리 셀에 비해 새로운 배터리 셀에 대해서는 셀 밸런싱 개시 전압차를 크게 설정할 수 있다. 즉, 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 기준보다 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 기준은 더 완화된 것일 수 있다. 임밸런싱 마진 및 셀 밸런싱 개시 전압차는 셀 밸런싱 임계로 지칭될 수 있다.
BMS(21)는 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준과 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준을 저장할 수 있다. BMS(21)는 배터리 셀의 사용 싸이클, 총 사용 시간, 또는 제조일자 또는 이들의 조합들에 의해 결정될 수 있는 사용 정도에 따라, 다양한 셀 밸런싱 관리 기준들을 저장할 수 있다. 또한, 배터리 셀이 오래된 것인지 새로운 것인지를 판단하기 위해, BMS(21)는 배터리 셀의 설치일자 및 제조일자 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 다른 예에 따르면, BMS(21)는 배터리 셀들의 사용 싸이클 또는 총 사용 시간을 저장할 수 있다.
BMS(21)는 배터리 셀들 각각의 사용 싸이클, 배터리 셀들 각각의 총 사용 시간, 배터리 셀들 각각의 설치일자, 배터리 셀들 각각의 제조일자 또는 이들의 조합을 기초로 배터리 셀이 오래된 것인지 새로운 것인지를 판단하거나, 배터리 셀들의 사용 정도를 결정할 수 있다. BMS(21)는 배터리 셀들의 사용 정도에 따라 결정되는 서로 다른 셀 밸런싱 관리 기준들을 저장할 수 있다. BMS(21)는 배터리 셀들의 사용 정도에 따라 결정되는 서로 다른 임밸런싱 마진들을 셀 밸런싱 임계로서 저장할 수 있다. 또한, BMS(21)는 배터리 셀들의 사용 정도에 따라 결정되는 서로 다른 셀 밸런싱 개시 전압차들을 셀 밸런싱 임계로서 저장할 수 있다.
BMS(21)는 측정 결과 및 산출 결과를 통합 제어기(15)에 제공하고, 통합 제어기(15)로부터 배터리(22)의 제어에 관련된 명령을 수신할 수도 있다. BMS(21)는 통합 제어기(15)로부터 배터리(22)의 설치일자 및/또는 제조일자에 대한 정보를 수신할 수도 있다. 배터리 셀들 중 적어도 일부가 교체된 경우, BMS(21)는 통합 제어기(15)로부터 교체된 배터리 셀들에 대한 사용 싸이클 및/또는 총 사용 시간을 리셋시켜 0으로 갱신하라는 제어 명령을 수신할 수도 있다.
배터리(22)는 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되는 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 배터리(22)는 배터리 셀들의 셀 전압을 제공하기 위해, 배터리 셀들 사이의 노드들로부터 BMS(21)로 연결되는 배선들을 포함할 수 있다.
예컨대, 배터리(22)는 서로 직렬로 연결되는 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 포함할 수 있다. BMS(21)는 서로 다른 제1 배터리 셀을 위한 제1 셀 밸런싱 관리 기준과 제2 배터리 셀을 위한 제2 셀 밸런싱 관리 기준을 가질 수 있다. BMS(21)는 제1 셀 밸런싱 관리 기준에 따라 제1 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작을 수행하고, 제2 셀 밸런싱 관리 기준에 따라 제2 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 제1 셀 밸런싱 관리 기준은 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준이고, 제2 셀 밸런싱 관리 기준은 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준일 수 있다.
새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준은 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준보다 완화될 수 있다. 셀 밸런싱 관리 기준은 셀 밸런싱이 수행되는 규칙을 의미할 수 있다. 즉, 어느 배터리 셀의 전압이 셀 밸런싱 기준 전압과 셀 밸런싱 개시 전압차의 합보다 클 경우, 상기 배터리 셀에 대해 셀 밸런싱이 시작된다는 규칙일 수 있다.
또한, BMS(21)는 서로 다른 제1 임밸런싱 마진과 제2 임밸런싱 마진을 가질 수 있다. 제1 배터리 셀의 셀 전압이 제1 임밸런싱 마진 내에 있을 경우, 제1 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱은 수행되지 않을 수 있다. 또한, 제2 배터리 셀의 셀 전압이 제2 임밸런싱 마진 내에 있을 경우, 제2 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱은 수행되지 않을 수 있다. 제1 배터리 셀이 제2 배터리 셀보다 사용 사이클이 많거나, 사용 시간이 더 길거나, 설치일자나 제조일자가 더 빠를 경우, 제2 임밸런싱 마진은 제1 임밸런싱 마진보다 넓을 수 있다.
예컨대, 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준은 오래된 배터리 셀의 셀 전압이 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 최저 셀 전압보다 제1 임계 전압보다 클 경우 셀 밸런싱이 수행되도록 결정될 수 있다. 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준은 새로운 배터리 셀의 셀 전압이 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 최저 셀 전압보다 제2 임계 전압보다 클 경우에 셀 밸런싱이 수행되도록 결정될 수 있다. 제2 임계 전압은 제1 임계 전압보다 클 수 있다. 이 때, 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 최저 셀 전압은 셀 밸런싱 기준 전압으로 지칭될 수 있고, 제1 임계 전압과 제2 임계 전압은 셀 밸런싱 개시 전압차로 지칭될 수 있다.
다른 예에 따르면, 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준은 오래된 배터리 셀의 셀 전압이 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 평균 셀 전압보다 제3 임계 전압보다 클 경우 셀 밸런싱이 수행되도록 결정될 수 있다. 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준은 새로운 배터리 셀의 셀 전압이 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 평균 셀 전압보다 제4 임계 전압보다 클 경우에 셀 밸런싱이 수행되도록 결정될 수 있다. 제4 임계 전압은 제3 임계 전압보다 클 수 있다. 이 때, 배터리(22) 내의 배터리 셀들의 평균 셀 전압은 셀 밸런싱 기준 전압으로 지칭될 수 있고, 제3 임계 전압과 제4 임계 전압은 셀 밸런싱 개시 전압차로 지칭될 수 있다.
BMS(21)와 배터리(22)는 랙에 포함될 수 있다. 이 경우, BMS(21)는 랙 BMS로 지칭될 수 있고, 배터리(22)는 랙 배터리로 지칭될 수 있다.
도 2에서 배터리 시스템(20)은 BMS(21)과 배터리(22)를 포함하는 것으로 도시된다. 그러나, 이는 본 발명을 명확히 이해시키기 위해 제시된 것으로서, 배터리 시스템(20)은 더 복잡한 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 배터리 시스템(20)은 시스템 BMS, 및 BMS(21)과 배터리(22)를 각각 포함하는 복수의 랙들을 포함할 수 있다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 BMS와 배터리를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, BMS(21)는 제어부(110), 저장부(120), 측정 회로(130), 및 셀 밸런싱 회로(140)를 포함한다. 배터리(22)는 복수의 배터리 셀들(BC1~BC5)을 포함한다.
도 3에서 배터리(22)가 직렬 연결된 5개의 배터리 셀들(BC1~BC5)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며, 더 많거나 더 적은 개수의 배터리 셀들을 포함할 수 있고, 배터리 셀들은 병렬로 연결되거나 병렬과 직렬의 조합으로 연결될 수도 있다. 또한, 배터리(22)는 복수의 배터리 모듈들(미 도시)을 포함할 수도 있다. 배터리 모듈은 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되는 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 아래의 설명에서 용이한 이해를 위해, 배터리(22)가 5개의 배터리 셀들(BC1~BC5)을 포함하는 것으로 가정하여 설명한다.
배터리(22)는 제1 내지 제5 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)을 포함한다. 제1 내지 제5 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)은 충전가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제5 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)은 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1 내지 제5 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)은 직렬로 연결될 수 있다. 셀 밸런싱은 직렬로 연결된 배터리 셀들 간에 수행되는 것이 일반적이다. 따라서, 배터리(22) 내의 배터리 셀들이 직렬과 병렬의 조합으로 연결되어 있을 경우, 직렬로 연결된 배터리 셀들 간에만 셀 밸런싱이 수행될 수 있다.
배터리(22)는 제1 내지 제6 노드(N0 내지 N6)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 노드(N0)는 제1 배터리 셀(BC1)의 음극이고, 제6 노드(N5)는 제5 배터리 셀(BC5)의 양극이며, 제2 내지 제5 노드들(N1 내지 N5)은 각각 제1 내지 제5 배터리 셀들(BC1 내지 BC5) 사이의 접점이다. 도 3에서, 제1 내지 제6 노드(N0 내지 N6)의 전압은 각각 V0 내지 V5로 표시되고, 제1 내지 제5 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)의 셀 전압들은 각각 ?V1 내지 ?V5로 표시된다. 배터리(22)의 총 전압은 제1 노드(N0)와 전압(V0)과 제6 노드(N5)의 전압(V5)의 차이에 해당한다. 제1 노드(N0)가 0 전위를 가질 경우, 배터리(22)의 총 전압은 제6 노드(N5)의 전압(V5)로 표시될 수 있다.
BMS(21)가 배터리(22)의 셀 전압들 및 총 전압을 얻을 수 있도록, 제1 내지 제6 노드들(N0 내지 N5)로부터 BMS(21)의 측정 회로(130)를 향하여 배선들이 연결될 수 있다. 제어부(110)는 측정 회로(130)를 이용하여 제1 노드의 전압(V0)을 기준으로 제2 내지 제6 노드의 전압들(V1 내지 V5)을 측정한 후, 제1 내지 제5 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)의 셀 전압들(?V1 내지 ?V5)을 산출할 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(110)는 측정 회로(130)를 이용하여 셀 전압들(?V1 내지 ?V5)을 측정한 후, 상기 셀 전압들(?V1 내지 ?V5)을 누적함으로써 총 전압(V5)을 얻을 수도 있다.
제어부(110)는 저장부(120)에 저장된 셀 밸런싱 관리 기준에 따라 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 셀 밸런싱 기준은 셀 전압들(?V1 내지 ?V5) 중에서 가장 낮은 셀 전압 또는 셀 전압들(?V1 내지 ?V5)의 평균 전압보다 셀 밸런싱 개시 전압차를 초과하여 큰 셀 전압을 갖는 배터리 셀을 방전시키는 것일 수 있다.
예를 들면, 셀 전압들(?V1 내지 ?V5)이 각각 4.180V, 4.177V, 4.199V, 4.183V, 4.195V일 경우, 가장 낮은 셀 전압은 4.177V이다. 상기 셀 밸런싱 개시 전압차가 20mV일 경우, 4.199V의 셀 전압(?V3)을 갖는 배터리 셀(BC3)은 상기 셀 밸런싱 규칙에 따라 셀 밸런싱되어야 한다. 배터리 셀(BC3)에 대하여 방전이 이루어지고, 배터리 셀(BC3)은 4.197V미만이 되도록 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다.
제어부(110)는 셀 밸런싱 회로(140)를 이용하여 배터리 셀을 방전시킴으로써 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 셀 밸런싱 회로(140)는 제1 내지 제6 노드(N0 내지 N5) 사이에 각각 직렬로 연결되는 제1 내지 제5 저항들(R1 내지 R5) 및 제1 내지 제5 스위치들(SW1 내지 SW5)을 포함할 수 있다. 제어부(110)는 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀과 병렬로 연결되는 스위치를 단락시켜 저항을 포함하는 폐회로가 구성되게 함으로써, 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀을 방전시킬 수 있다. 예컨대, 상기 예에서, 제어부(110)는 제3 배터리 셀(BC3)에 대응하는 제3 스위치(SW3)을 단락시킴으로써, 제3 저항(R3)을 통해 제3 배터리 셀(BC3)을 방전시켜 제3 셀 전압(?V3)을 4.197V 미만으로 낮출 수 있다.
다른 예에 따르면, 제3 배터리 셀(BC3)에 대해 셀 밸런싱이 수행될 경우, 제3 배터리 셀(BC3)의 제3 셀 전압(?V3)은 소정 임계 전압 미만으로 낮춰질 수 있다. 상기 소정 임계 전압은 셀 밸런싱 기준 전압과 셀 밸런싱 종료 전압차의 합으로 정의될 수 있으며, 셀 밸런싱 종료 전압차도 배터리 셀의 사용 싸이클, 사용 기간, 제조일자, 설치일자 등에 의해 달라질 수 있다. 예컨대, 오래된 셀의 셀 밸런싱 종료 전압차는 10mV일 수 있다.
제1 내지 제5 스위치들(SW1 내지 SW5)은 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)으로 이루어질 수 있다.
도 3에서 셀 밸런싱 회로(140)는 밸런싱 저항(즉, 저항)을 통하여 충전 상태가 상대적으로 높은 배터리 셀의 전력을 방출하는 수동형 셀 밸런싱 방법(passive cell balancing method)을 사용하여 셀 밸런싱을 수행하는 것으로 제시되어 있지만, 본 발명은 이로 한정되지 않는다. 셀 밸런싱 회로(140)는 충전 상태가 상대적으로 높은 배터리 셀의 전력을 충전 상태가 상대적으로 낮은 배터리 셀로 공급하는 능동형 셀 밸런싱 방법(active cell balancing method)을 사용하여 셀 밸런싱을 수행할 수도 있다.
셀 밸런싱 회로(140)는 배터리 셀들(BC1 내지 BC5) 각각에 대하여 개별적으로 셀 밸런싱을 수행할 수도 있으며, 복수의 배터리 셀들을 그룹으로 묶어서 셀 밸런싱을 수행할 수도 있다.
상기 예에서 제3 배터리 셀(BC3)과 제5 배터리 셀(BC5)은 제1, 제2 및 제4 배터리 셀(BC1, BC2, BC4)보다 새 것일 수 있다. 이와 같이 오래된 배터리 셀과 새로운 배터리 셀이 섞여 있을 경우에는 셀 밸런싱 기준은 완화될 수 있다. 즉, 임밸런싱 마진이 넓게 설정되거나, 셀 밸런싱 개시 전압차가 크게 설정될 수 있다. 본 예에서, 임밸런싱 마진 또는 셀 밸런싱 개시 전압차는 10mV에서 30mV로 변경될 수 있다. 즉, 셀 전압들(?V1 내지 ?V5) 중에서 가장 낮은 셀 전압보다 상기 소정 전압 크기보다 더 큰 전압 크기, 예컨대, 30mV를 초과하여 큰 경우에, 셀 밸런싱이 수행되도록 셀 밸런싱 기준이 변경될 수 있다.
저장부(120)는 배터리 셀들에 대한 셀 밸런싱 규칙 및/또는 셀 밸런싱 기준을 저장할 수 있다. 상기 셀 밸런싱 규칙 및/또는 셀 밸런싱 기준은 배터리 셀들 중에서 가장 새로운 배터리 셀과 가장 오래된 배터리 셀의 사용 정도의 차이뿐만 아니라 가장 새로운 배터리 셀의 사용 정도를 기초로 결정될 수 있다.
또한, 상기 예에서 제3 배터리 셀(BC3)과 제5 배터리 셀(BC5)은 제1, 제2 및 제4 배터리 셀(BC1, BC2, BC4)에 비해 동일한 충전 상태에서 높은 출력 전압을 가질 수 있다. 위의 예에서 4.199V의 셀 전압(?V3)을 갖는 배터리 셀(BC3)이나 4.195V의 셀 전압(?V5)을 갖는 배터리 셀(BC5)의 충전 상태는 다른 배터리 셀들(BC1, BC2, BC4)의 충전 상태와 비슷할 수 있다. 이 경우에는 제3 배터리 셀(BC3)이나 제5 배터리 셀(BC5)에 대한 셀 밸런싱은 불필요할 수 있다. 따라서, 이와 같이 새로운 배터리 셀과 오래된 배터리 셀이 섞여 있을 경우, 배터리 셀의 사용 정도에 따라 다른 셀 밸런싱 관리 기준을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 전술한 바와 같은, 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차는 제1 셀 밸런싱 개시 전압차로 지칭될 수 있다.
본 예에서, 제3 배터리 셀(BC3)과 제5 배터리 셀(BC5)에 대해서는 셀 전압들(?V1 내지 ?V5) 중에서 가장 낮은 셀 전압보다, 제1 셀 밸런싱 개시 전압차보다 더 큰 제2 셀 밸런싱 개시 전압차, 예컨대, 30mV를 초과하여 큰 경우에, 셀 밸런싱이 수행되는 셀 밸런싱 관리 기준이 적용될 수 있다. 즉, 새로운 배터리 셀에 대해서는 오래된 배터리 셀에 비해 덜 엄격한 기준으로 셀 밸런싱의 필요 여부를 판단할 수 있다. 본 예에서, 제2 셀 밸런싱 개시 전압차는 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차를 의미한다.
저장부(120)는 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준과 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 관리 기준을 저장할 수 있다. 예컨대, 저장부(120)는 오래된 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차와 새로운 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차를 저장할 수 있다. 저장부(120)는 오래된 배터리 셀과 신규한 배터리 셀을 구분하기 위한 기준과 배터리 셀들의 데이터를 저장할 수 있다. 예컨대, 저장부(120)는 배터리 셀의 사용 싸이클, 사용 시간, 설치 날짜, 제조일자 또는 이들의 조합을 저장할 수 있다. 저장부(120)에는 제어부(110)의 내부 알고리즘이 저장될 수 있다. 저장부(120)는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 배터리 셀이 오래된 것인지 새로운 것인지를 구분하는 기준을 가질 수 있다. 예컨대, 관리자는 배터리 셀들 각각에 대하여 오래된 것인지 아니면 새로운 것인지를 표시할 수 있고, 제어부(110)는 관리자의 표시에 기초하여 배터리 셀이 오래된 것인지를 판단할 수 있다. 관리자는 통합 제어기(15)를 통해 배터리 셀들에 대해 표시할 수 있고, 통합 제어기(15)는 관리자의 표시 데이터를 제어부(110)에 전송할 수 있다. 대안적으로, 관리자는 제어부(110)를 통해 저장부(120)에 직접 배터리 셀들이 오래된 것인지 아니면 새로운 것인지를 표시할 수 있다.
다른 예에 따르면, 배터리 셀의 설치 날짜에 대한 데이터가 저장부(120)에 저장될 수 있다. 배터리 시스템(20)이 설치되거나, 배터리(22)가 추가되거나, 열화된 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체될 경우, 관리자는 배터리 셀마다 설치 날짜를 저장부(120)에 기록할 수 있다. 교체되거나 새로 설치되는 단위에 따라, 배터리 셀, 배터리 모듈, 배터리 트레이, 배터리 랙, 배터리 팩 단위로 설치 날짜가 기록될 수도 있다. 관리자는 통합 제어기(15)를 통해 설치 날짜를 입력하고, 통합 제어기(15)가 BMS(21)에 상기 데이터를 전송할 수 있다. 대안적으로, 관리자는 제어부(110)에 접속하여 저장부(120)에 직접 배터리 셀의 설치 날짜를 입력할 수도 있다. 배터리 셀의 제조 일자가 저장부(120)에 저장될 수도 있다.
제어부(110)는 현재 날짜와 설치 날짜의 차이를 기초로 배터리 셀이 오래된 것인지 또는 새로운 것인지를 판단할 수도 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(110)는 현재 날짜와 설치 날짜의 차이를 기초로 배터리 셀이 사용 정도를 판단할 수도 있다. 예컨대, 사용을 시작한지 30일 이내에는 사용 정도가 1단계라고 판단할 수 있다. 또한, 사용을 시작한지 100일 이내에는 사용 정도가 2단계라고 판단할 수 있다. 또한, 사용을 시작한지 1년 이내에는 사용 정도가 3단계라고 판단할 수 있다. 또한, 사용을 시작한지 3년 이내에는 사용 정도가 4단계라고 판단하고, 사용을 시작한지 3년이 지나면 사용 정도가 5단계라고 판단할 수 있다.
이 경우, 사용 정도의 단계에 따른 셀 밸런싱 관리 기준이 저장부(120)에 저장될 수 있다. 예컨대, 제5 단계의 배터리 셀들에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차는 10mV이고, 제4 단계의 배터리 셀들에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차는 15mV이고, 제3 단계의 배터리 셀들에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차는 20mV이고, 제2 단계의 배터리 셀들에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차는 25mV이고, 제1 단계의 배터리 셀들에 대한 셀 밸런싱 개시 전압차는 30mV일 수 있다.
다른 예에 따르면, 현재 날짜와 설치 날짜의 차이와 셀 밸런싱 개시 전압차 간에 관계식이 규정되고, 상기 관계식에 의해 정해지는 셀 밸런싱 개시 전압차가 사용될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 배터리 셀의 사용 싸이클에 대한 데이터가 저장부(120)에 저장될 수 있다. 배터리 시스템(20)이 설치되거나, 배터리(22)가 추가되거나, 열화된 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체될 경우, 관리자는 배터리 셀의 사용 싸이클을 0으로 리셋시킬 수 있다. 제어부(110)는 배터리 셀의 사용 싸이클을 저장부(120)에 기록할 수 있다.
제어부(110)는 배터리 셀의 사용 싸이클을 기초로 배터리 셀이 사용 정도를 판단할 수도 있다. 예컨대, 사용 싸이클이 100회 미만일 경우 새로운 배터리 셀이라고 판단될 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(110)는 배터리 셀의 사용 싸이클을 기초로 배터리 셀이 사용 정도를 판단할 수도 있다. 또한, 사용 정도에 따라 다른 셀 밸런싱 관리 기준이 저장부(120)에 저장될 수 있다. 또한, 배터리 셀의 사용 싸이클과 셀 밸런싱 개시 전압차 간에 관계식이 규정되고, 상기 관계식에 의해 정해지는 셀 밸런싱 개시 전압차가 사용될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 배터리 셀의 사용 시간에 대한 데이터가 저장부(120)에 저장될 수 있다. 배터리 시스템(20)이 설치되거나, 배터리(22)가 추가되거나, 열화된 배터리 셀이 새로운 배터리 셀로 교체될 경우, 관리자는 배터리 셀의 사용 시간을 0으로 리셋시킬 수 있다. 제어부(110)는 현재까지의 배터리 셀의 사용 시간을 저장부(120)에 기록할 수 있다. 만약 중고 배터리 셀로 교체할 경우, 관리자는 중고 배터리 셀의 사용 시간이 저장부(120)에 기록되도록 할 수 있다.
제어부(110)는 배터리 셀의 사용 시간을 기초로 배터리 셀이 사용 정도를 판단할 수도 있다. 예컨대, 사용 시간이 1000시간 미만일 경우 새로운 배터리 셀로 판단될 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(110)는 배터리 셀의 사용 시간을 기초로 배터리 셀이 사용 정도를 판단할 수도 있다. 또한, 사용 정도에 따라 다른 셀 밸런싱 관리 기준이 저장부(120)에 저장될 수 있다. 또한, 배터리 셀의 사용 시간과 셀 밸런싱 개시 전압차 간에 관계식이 규정되고, 상기 관계식에 의해 정해지는 셀 밸런싱 개시 전압차가 사용될 수 있다.
아래의 설명에서, 배터리 셀이 오래된 것인지 아니면 새로운 것인지를 판단하기 위한 기초 정보, 즉, 배터리 셀의 사용 싸이클, 사용 시간, 설치 날짜, 제조일자 등은 배터리 셀의 사용 정보로 지칭될 수 있다. 또한, 위의 예들에서 제시된 숫자들은 모두 예시적이며, 본 발명을 한정하지 않는다.
위의 설명에서 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)의 셀 밸런싱 수행 여부를 결정하기 위한 셀 밸런싱 규칙에 배터리 셀들의 사용 정보 및 배터리 셀들의 전압만이 고려되는 것처럼 설명되었지만, 이는 본 발명을 용이하게 이해시키기 위한 것이다. 셀 밸런싱 규칙은 더 복잡할 수 있다. 예컨대, 셀 밸런싱 규칙에는 배터리 셀들의 충전 상태(State of Charge)가 고려될 수 있다.
제어부(110)는 측정 회로(130)의 측정 결과로부터 배터리 셀들의 충전 상태(State of Charge)를 산출할 수 있다. 제어부(110)는 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)의 개방 회로 전압을 검출하고, 개방 회로 전압과 충전 상태의 관계를 나타내는 데이터로부터 각 배터리 셀(BC1 내지 BC5)의 충전 상태를 산출할 수 있다. 저장부(120)는 개방 회로 전압과 충전 상태의 관계를 나타내는 데이터 테이블을 저장할 수 있다. 그러나, 배터리 셀들(BC1 내지 BC5)의 충전 상태를 산출하는 방법은 개방 회로 전압으로부터 산출하는 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전류 적산 방식 등과 같은, 충전 상태를 산출하는 다양한 방법이 사용될 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 배터리 시스템(20)은 시스템 BMS(Battery Management System)(201), 복수의 랙들(200a~200m), 및 데이터 통신을 위한 제1 버스(203)를 포함할 수 있다. 랙들(200a~200m)은 랙 BMS들(210a~210m), 및 랙 배터리들(220a~220m)을 각각 포함할 수 있다. 아래의 설명에서, 복수의 형태로 기재된 랙들(200a~200m), 랙 BMS들(210a~210m), 및 랙 배터리들(220a~220m)은 설명의 편의를 위하여, 랙(200), 랙 BMS(210) 및 랙 배터리(220)로 각각 통칭할 수 있다.
도 4는 배터리 시스템(20)이 복수의 랙들(200a~200m)을 포함하는 경우를 도시하는 것이다. 랙(200)의 랙 BMS(210) 및 랙 배터리(220)는 도 3에 도시된 BMS(21)와 배터리(22)에 각각 대응할 수 있다.
시스템 BMS(201)는 배터리 시스템(20)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 시스템 BMS(201)는 통합 제어기(15)로부터의 제어 명령 또는 내부 알고리즘에 따라 랙들(200a~200m)을 제어하기 위한 명령을 해당 랙 BMS(230a~230m)로 전송할 수 있다. 예컨대, 시스템 BMS(201)는 랙들(200a~200m)의 온/오프를 제어하기 위한 명령을 해당 랙 BMS들(210a~210m)에게 전송할 수 있다. 또한, 시스템 BMS(201)는 랙 BMS들(210a~210m)에게 랙 배터리들(220a~220m)의 상태를 측정한 데이터를 전송할 것을 명령할 수 있다. 시스템 BMS(201)는 랙 BMS들(210a~210m)로부터 랙 배터리들(220a~220m)의 상태, 예컨대, 온도, 출력 전압, 출력 전류 등의 데이터를 수신하고, 수신한 데이터들을 통합 제어기(15)로 전송할 수 있다.
시스템 BMS(201)와 복수의 랙 BMS들(210a~210m)은 도 4에 도시된 바와 같이 마스터-슬레이브 시스템을 구성할 수 있다. 시스템 BMS(201)는 랙 BMS들(210a~210m)을 제어하고, 랙 BMS들(210a~210m)은 시스템 BMS(201)의 제어를 기초로 여러 가지 처리를 수행할 수 있다. 다른 예에 따르면, 시스템 BMS(201)가 생략되고, 시스템 BMS(201)의 기능을 수행하는 제1 랙 BMS(230a)가 배터리 시스템(20)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제1 랙 BMS(230a)가 나머지 랙 BMS들(230b~230m)을 제어하고, 나머지 랙 BMS들(230b~230m)은 제1 랙 BMS(230a)의 제어에 따라 여러 가지 처리를 수행할 수 있다. 이 경우, 제1 랙 BMS(230a)도 제1 랙 배터리(220a)에 대한 처리를 수행할 수 있다.
랙 배터리(220)는 발전 시스템(2)과 계통(3) 중 적어도 하나로부터 공급된 전력을 저장하고, 저장하고 있는 전력을 계통(3)과 부하(4) 중 적어도 하나로 공급할 수 있다. 랙 배터리(220)는 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬로 연결된 적어도 하나의 트레이를 포함할 수 있다. 도 4에서, 랙 배터리들(220a~220m)은 병렬로 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 배터리 시스템(20)의 요구에 따라, 랙 배터리들(220a~220m)은 직렬로 연결되거나, 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다.
랙 BMS(210)는 랙 배터리(220)의 상태, 예컨대, 온도, 전압, 전류 등을 모니터링하고 데이터를 측정할 수 있다. 랙 BMS(210)는 측정된 데이터 및 미리 정해진 알고리즘에 따라서 랙 배터리(220)에 포함된 배터리 셀들의 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있다. 랙 배터리들(220a~220m)이 직렬로 연결된 경우, 랙 배터리들(220a~220m)에 포함되는 전체 배터리 셀들에 대해 셀 밸런싱이 이루어질 필요가 있다. 이 경우, 시스템 BMS(201)이 전체 배터리 셀들에 대한 데이터를 수집하고, 셀 밸런싱 동작을 제어할 수 있으며, 랙 BMS들(210a~210m)은 시스템 BMS(201)의 제어 명령에 따라 수동적으로 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
랙 BMS(210)는 측정된 데이터를 제1 버스(203)를 통하여 시스템 BMS(201)로 전송할 수 있으며, 시스템 BMS(201)는 제1 버스(203)를 통하여 미리 정해진 또는 특정 동작을 수행하도록 하는 명령을 랙 BMS(210)로 송신할 수 있다.
제1 버스(203)는 시스템 BMS(201)와 랙 BMS들(210a~210m) 사이에 데이터 또는 명령을 전송하는 경로이다. 제1 버스(203)은 CAN(Controller Area Network) 버스일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 버스를 사용하여 데이터나 명령을 전송하는 적절한 통신 프로토콜이라면 모두 적용 가능할 것이다.
도 4에 도시된 배터리 시스템(20)의 구성은 예시적이다. 도 4에서는 시스템 BMS(201)와 랙 BMS들(210a~210m)이 제1 버스(203)를 사용하여 서로 통신하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 시스템 BMS(201)와 랙 BMS들(210a~210m)이 서로 직렬로 연결되어, 서로 인접한 시스템 BMS(201) 및 랙 BMS들(210a~210m) 사이에서 데이터나 명령이 전송되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 특정한 어느 한 랙 BMS, 예컨대, 랙 BMS(210a)만이 시스템 BMS(201)와 통신할 수 있다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 랙의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 랙(200)은 랙 BMS(210), 복수의 배터리 트레이들(223), 및 데이터 통신을 위한 제2 버스(213)를 포함할 수 있다.
복수의 배터리 트레이들(223)은 랙(200)의 하위 구성으로서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 계통(3)과 부하(4)로 공급할 수 있다. 배터리 트레이(223)는 트레이 BMS(221) 및 트레이 배터리(222)를 포함할 수 있다.
트레이 배터리(222)는 전력을 저장하며, 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되는 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 트레이 배터리(222)에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압에 따라서 결정될 수 있을 것이다.
트레이 배터리(222)는 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 상기 배터리 모듈은 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되는 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 배터리 모듈은 직렬로 연결된 배터리 셀들로 구성될 수 있으며, 관리의 편의를 위해 교체의 단위일 수 있다. 즉, 열화된 배터리 모듈은 새로운 배터리 모듈로 교체될 수 있다. 트레이 배터리(222)는 배터리 모듈로 지칭될 수도 있다.
트레이 BMS(221)의 제어에 의하여, 트레이 배터리(222) 내의 배터리 셀들에 대해 셀 밸런싱 동작이 수행될 수 있다.
트레이 BMS(221)은 트레이 배터리(222)의 상태, 예를 들어 온도나 전압, 전류 등을 모니터링하고, 측정된 데이터를 랙 BMS(210)로 전송할 수 있다. 또한, 랙 BMS(210)의 셀 밸런싱 제어 명령에 따라 트레이 배터리(222)의 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
도 3의 측정 회로(130) 및 셀 밸런싱 회로(140)는 트레이 BMS(221) 내에 포함될 수 있다. 또한, 도 3의 제어부(110) 및 저장부(120)는 랙 BMS(210) 내에 포함될 수 있다. 트레이 BMS(221)는 측정 회로(130)를 통해 배터리 셀들의 셀 전압을 측정 또는 산출할 수 있다. 트레이 BMS(221)는 측정한 또는 산출한 배터리 셀들의 셀 전압을 랙 BMS(210)로 전송할 수 있다. 랙 BMS(210)는 저장부(120)에 저장된 배터리 셀들에 대한 사용 정보, 배터리 셀들의 셀 전압, 및 셀 밸런싱 관리 기준을 기초로 셀 밸런싱이 수행될 필요가 있는 배터리 셀을 결정할 수 있다. 랙 BMS(210)는 셀 밸런싱이 수행될 필요가 있다고 결정한 배터리 셀에 대한 정보를 트레이 BMS(221)에 전송하고, 트레이 BMS(221)는 셀 밸런싱 회로(140)를 이용하여 상기 배터리 셀을 방전시킴으로써 셀 밸런싱 동작을 수행할 수 있다.
도 5에서, 트레이 배터리들(222)이 모두 직렬로 연결된 것으로 도시되어 있다. 복수의 트레이 배터리들(222) 내의 배터리 셀들이 모두 직렬로 연결된 경우에는, 트레이(223)의 상위 구성인 랙(200)에서 셀 밸런싱의 제어를 담당하는 것이 적절할 수 있다. 이 경우, 셀 밸런싱 제어는 랙 BMS(210)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 도 3의 제어부(110)는 랙 BMS(210)에 포함될 수 있다.
그러나, 셀 밸런싱 제어는 트레이 BMS(221)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 도 3의 제어부(110)가 트레이 BMS(221)에 포함될 수 있다. 예컨대, 트레이 배터리들(222)이 병렬로 연결되는 경우, 트레이 배터리(222) 내의 배터리 셀들에 대해서만 셀 밸런싱이 수행되면 된다. 따라서, 트레이 BMS(221)가 트레이 배터리(222) 내의 셀 밸런싱 제어를 담당하고, 셀 밸런싱이 수행될 배터리 셀을 결정할 수 있다. 이 경우, 트레이 BMS(221)에 대한 설명은 도 3의 BMS(21)에 대한 설명이 참조될 수 있다.
제2 버스(213)은 랙 BMS(210)와 트레이 BMS들(221) 사이에 데이터나 명령을 전송하는 경로이다. 랙 BMS(210)와 트레이 BMS들(221) 사이에는 CAN 통신이 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 버스를 사용하여 데이터나 명령을 전송하는 통신 프로토콜이라면 모두 적용 가능할 것이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3과 도 6을 함께 참조하여 설명한다. 상기 셀 밸런싱 방법에 따르면, 제어부(110)는 측정 회로(130)를 이용하여 배터리 셀들의 적어도 하나의 파라미터, 예컨대, 셀 전압을 측정한다(S10).
배터리 셀들의 셀 전압이 측정되면, 제어부(110)는 셀 밸런싱이 필요한 지의 여부를 판단한다(S20). 셀 밸런싱이 필요한 지의 여부는 저장부(120)에 저장되어 있는 셀 밸런싱 관리 기준에 의해 결정된다. 일 예에 따르면, 저장부(120)에는 적어도 2 종류의 셀 밸런싱 관리 기준들이 저장될 수 있다. 예컨대, 저장부(120)에는 오래된 배터리 셀과 새로운 배터리 셀이 섞여 있는 경우에 적용될 셀 밸런싱 관리 기준, 및 오래된 배터리 셀들 또는 새로운 배터리 셀들로만 이루어진 경우에 적용될 셀 밸런싱 관리 기준이 저장될 수 있다. 저장부(120)에는 배터리 셀의 사용 정도에 따라 서로 다른 복수의 셀 밸런싱 관리 기준들이 저장될 수 있다. 상기 복수의 셀 밸런싱 관리 기준들은 가장 오래된 배터리 셀의 사용 정도와 가장 새로운 배터리 셀의 사용 정도 간의 차이, 및 가장 새로운 배터리 셀의 사용 정도 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
셀 밸런싱 관리 기준은 셀 밸런싱 기준 전압과 셀 밸런싱 개시 전압차를 포함할 수 있다. 셀 밸런싱 기준 전압은 배터리 셀들의 그룹 내의 최저 셀 전압, 평균 전압, 중간 전압 등으로 정의될 수 있다. 셀 밸런싱 개시 전압차는 배터리 셀들의 사용 정도의 차이에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 오래된 배터리 셀과 새로운 배터리 셀이 혼합된 경우에 적용될 셀 밸런싱 개시 전압차는 사용 정도가 비슷한 배터리 셀들로 이루어진 경우에 적용될 셀 밸런싱 개시 전압차보다 클 수 있다. 배터리 셀의 사용 정도는 배터리 셀이 오래된 것인지, 새로운 것인지, 아니면 배터리 셀이 얼마나 오래된 것인지를 나타내는 용어로 사용된다. 셀 밸런싱 개시 전압차는 배터리 셀의 셀 전압과 셀 밸런싱 기준 전압의 차가 상기 셀 밸런싱 개시 전압차보다 클 경우에 셀 밸런싱이 수행된다는 점에서 셀 밸런싱 임계 또는 임계로 지칭될 수 있다.
셀 밸런싱 관리 기준은 셀 밸런싱 종료 전압차를 포함할 수도 있다. 셀 밸런싱 종료 전압차도 배터리 셀들의 사용 정도의 차이에 따라 달라질 수 있다.
다른 예에 따르면, 저장부(120)에는 적어도 2 종류의 셀 밸런싱 관리 기준들이 저장될 수 있다. 예컨대, 저장부(120)에는 오래된 배터리 셀에 적용할 셀 밸런싱 관리 기준과 새로운 배터리 셀에 적용할 셀 밸런싱 관리 기준이 저장될 수 있다. 다른 예에 따르면, 저장부(120)에는 배터리 셀의 사용 정도에 따라 서로 다른 복수의 셀 밸런싱 관리 기준들이 저장될 수 있다.
셀 밸런싱 개시 전압차는 배터리 셀의 사용 정도에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 오래된 배터리 셀에 적용할 셀 밸런싱 개시 전압차는 새로운 배터리 셀에 적용할 셀 밸런싱 개시 전압차보다 작을 수 있다. 셀 밸런싱 관리 기준은 셀 밸런싱 종료 전압차를 포함할 수도 있다. 셀 밸런싱 종료 전압차도 배터리 셀의 사용 정도에 따라 달라질 수 있다.
저장부(120)에는 배터리 셀의 사용 정도를 구분하기 위한 데이터들이 저장될 수 있다. 예컨대, 저장부(120)는 배터리 셀의 사용 싸이클, 사용 시간, 설치일자, 제조일자, 또는 이들의 조합들에 대한 정보를 저장할 수 있다. 제어부(110)는 배터리 셀의 사용 싸이클, 사용 시간, 설치일자, 및/또는 제조일자 등을 고려하여 배터리 셀의 사용 정도를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 상기 사용 정도에 대응하는 셀 밸런싱 관리 기준을 저장부(120)로부터 독출하고, 독출된 셀 밸런싱 관리 기준에 따라 상기 배터리 셀의 셀 밸런싱 필요 여부를 판단할 수 있다.
셀 밸런싱이 필요하지 않다고 판단된 경우, 제어부(110)는 측정 회로(130)를 이용하여 배터리 셀들의 셀 전압을 다시 측정한다.
셀 밸런싱이 필요하다고 판단된 경우, 제어부(110)는 셀 밸런싱 회로(140)를 이용하여 셀 밸런싱이 필요하다고 결정된 배터리 셀을 방전시킴으로써 셀 밸런싱을 수행한다(S30).
특정한 비제한적인 특징들 및 측면들이 도면들을 참조하여 설명되었다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것이며, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가적인 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 구현될 수 있다. 일부의 대안적인 실시예들에서 특정한 특징들 및 측면들은 생략될 수 있다.
명세서(특히, 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본원에 개시된 범위(range)는 상기 범위에 속하는 개별적인 값들을 포함한다. 도 6에서 설명된 방법을 수행하는 단계들에서, 상기 단계들은 구체적으로 기재하지 않은 순서에 따라 수행될 수 있다. 발명적 측면들 및 사상들 및 본 발명의 범위는 모든 예들 또는 예시적인 용어들에 의해 한정되지 않는다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 설명된 실시예로 한정되거나 정의되지 않는다.
1: 에너지 저장 시스템 20: 배터리 시스템
21: BMS 22: 배터리
110: 제어부 120: 저장부
130: 측정 회로 140: 셀 밸런싱 회로
200: 랙 201: BMS
203: 제1 버스 210: 랙 BMS
213: 제2 버스 220: 랙 배터리
221: 트레이 BMS 222: 트레이 배터리
223: 복수의 배터리 트레이들

Claims (20)

  1. 제1 및 제2 배터리 셀들을 포함하는 배터리를 관리하도록 구성되는 배터리 관리 시스템으로서,
    상기 배터리 셀들 각각의 파라미터를 결정하도록 구성되는 측정 회로; 및
    상기 배터리 셀들 각각의 사용 정도를 나타내는 인자 및 상기 결정된 파라미터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부를 결정하고, 상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부에 따라 상기 배터리 셀들을 밸런싱하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부는 상기 제1 배터리 셀에 대한 상기 파라미터의 값과 상기 제2 배터리 셀에 대한 상기 파라미터의 값 간의 제1 차이가 임계보다 큰 지의 여부에 적어도 부분적으로 기초하고,
    상기 임계의 크기는 상기 제1 배터리 셀의 사용 정도와 상기 제2 배터리 셀의 사용 정도 간의 제2 차이의 크기에 기초하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 파라미터는 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 파라미터는 충전 상태(state of charge, SOC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀들 각각의 사용 정도를 나타내는 인자는 상기 배터리 셀들 각각의 사용 사이클, 사용 시간, 설치일자, 또는 제조일자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 차이의 크기가 커질수록 상기 임계의 크기가 커지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 임계를 저장하도록 구성되는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  8. 제1 및 제2 배터리 셀들을 포함하는 배터리를 관리하도록 구성되는 배터리 관리 시스템으로서,
    상기 배터리 셀들 각각의 파라미터를 결정하도록 구성되는 측정 회로; 및
    상기 배터리 셀들 각각의 사용 정도를 나타내는 인자 및 상기 결정된 파라미터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부를 결정하고, 상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부에 따라 상기 배터리 셀들을 밸런싱하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부는 상기 제1 배터리 셀에 대한 상기 파라미터의 값과 상기 제2 배터리 셀에 대한 상기 파라미터의 값 간의 제1 차이가 임계보다 큰 지의 여부에 적어도 부분적으로 기초하고,
    상기 임계의 크기는 상기 제1 및 제2 배터리 셀들의 인자들이 사용 정도 임계보다 큰 지의 여부에 기초하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    규칙(rule)을 저장하도록 구성되는 저장부를 더 포함하고,
    상기 배터리 셀들을 밸런싱할 지의 여부는 상기 규칙에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 규칙은 상기 결정된 파라미터 및 사용 정도 인자에 기초하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  11. 삭제
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