KR102028923B1 - 배터리 밸런싱 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 파워릴레이어셈블리를 제어하여 병렬로 연결된 배터리들 간의 밸런싱을 하기위한 배터리 밸런싱 장치 및 방법을 제공한다.

Description

배터리 밸런싱 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR BATTERY BALANCING}
본 발명은 배터리 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 파워릴레이어셈블리를 제어하여 병렬로 연결된 배터리들 간의 밸런싱을 하기위한 배터리 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장 장치 및 전기 자동차 등은 충전 가능한 전기 저장장치를 필요로 하며 이러한 전기 저장장치는 복수개의 배터리를 포함한다. 각각의 배터리는 제조 공정 등의 여러 가지 이유로 인해 용량 편차가 존재한다.
배터리는 최소단위의 배터리 단위 셀, 복수개의 배터리 단위셀이 연결되어 하나의 모듈 형태로 제작되는 배터리 모듈, 복수개의 배터리 모듈이 연결되어 트레이 형태로 제작되는 배터리 트레이, 복수개의 배터리 트레이가 연결되어 더욱 크게 제작되는 배터리 뱅크 등 더욱 더 큰 형태의 배터리를 필요에 따라 구성하여 사용 할 수 있고 명칭도 다양하게 부여할 수 있지만 전기를 저장할 수 있다는 기본적인 기능은 동일하다. 또한, 이들 상호간의 연결은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합구조로 연결될 수 있다.
일반적으로, 배터리간의 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합구조로 연결되는 전기 저장장치는 이를 구성하는 각 배터리간의 상이한 전기화학적 특성으로 인해 전압 불균형이 존재한다.
따라서 배터리는 충방전 사이클 중에 각 배터리의 충방전 전압에 편차가 발생한다. 이에 따라 배터리는 충전 중에 특정 배터리가 과충전 될 수 있고, 또한 방전 중에 특정 배터리가 과방전 될 수 있다. 이와 같이 배터리 중에서 특정 배터리의 과충전이나 과방전은 배터리의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 배터리를 열화시키고 수명을 단축시키는 원인이 된다.
따라서, 배터리에서 복수의 셀의 전압 각각의 차이가 허용범위 내에 있거나 같아지도록 조절하는 배터리 밸런싱이 중요하며, 이러한 전압불균형을 없애기 위해 전압과 충전상태(SOC: State of Charge)를 이용한 밸런싱 회로가 폭넓게 연구되고 있다.
미국공개특허 [US-2011-0025258]에서는 배터리 충전 및 방전을 스케쥴링하는 시스템이 개시되어 있다.
미국공개특허 [US-2011-0025258]
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구체적으로는 병렬로 연결된 배터리들 간의 전압 불균형 발생 시 파워릴레이어셈블리를 제어하여 배터리 밸런싱을 하기위한 배터리 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치에 있어서, 양극단자와 음극단자를 포함한 복수개의 배터리, 상기 배터리의 아크 방전을 방지하는 프리차지 저항, 복수개의 릴레이, 입력단 및 출력단을 포함하고, 상기 입력단과 출력단을 전기적으로 연결 또는 차단하며, 상기 입력단이 상기 배터리의 양극단자와 음극단자에 연결되는 복수개의 파워릴레이어셈블리 및 상기 배터리 및 상기 파워릴레이어셈블리와 각각 연결되며, 각각의 상기 배터리의 상태를 모니터링하고, 전압 불균형이 감지된 배터리 발생 시 밸런싱 모드를 결정하여 상기 파워릴레이어셈블리를 제어하는 관리부를 포함하며, 상기 프리차지 저항은 가변저항으로, 상기 관리부에 의해 저항값이 조절되는 것을 특징으로 하고, 상기 파워릴레이어셈블리의 출력단이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파워릴레이어셈블리는 상기 배터리의 양극단자와 연결되는 양극입력단 및 상기 배터리의 음극단자와 연결되는 음극입력단을 포함하는 입력단; 외부와 연결되는 양극출력단 및 외부와 연결되는 음극출력단을 포함하는 출력단; 배터리의 양극단자에 직렬로 연결되고, 상기 배터리로부터 인가되는 전류를 차단할 수 있는 제 1메인 릴레이; 배터리의 음극단자에 직렬로 연결되고, 상기 배터리로부터 인가되는 전류를 차단할 수 있는 제 2메인 릴레이; 및 상기 제 1메인 릴레이 또는 제 2 메인 릴레이와 병렬로 연결되며, 프리차지 저항과 프리차지 릴레이를 포함하고, 상기 프리차지 저항과 프리차지 릴레이가 직렬로 연결된 프리차지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 관리부는 상기 배터리의 전압이 균형판단범위에 속하지 않을 경우 전압 불균형이 발생된 배터리로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 관리부의 밸런싱 모드는 전압 불균형이 감지된 배터리 중 일부를 포함한 밸런싱 대상 배터리를 결정하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 관리부의 밸런싱 모드는 상기 프리차지 저항의 저항값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법에 있어서, 배터리, 상기 배터리의 아크방전을 방지하는 프리차지 저항, 복수개의 릴레이, 입력단 및 출력단을 포함하는 파워릴레이어셈블리 및 관리부를 포함하는 배터리 밸런싱 장치를 이용한 배터리 밸런싱 방법으로서, 상기 관리부가 각각의 상기 배터리 전압을 실시간으로 모니터링 하는 모니터링 단계, 상기 관리부가 상기 모니터링 단계에서 모니터링한 각각의 배터리 전압의 불균형을 판단하는 불균형 판단 단계, 상기 관리부가 상기 불균형 판단 단계에서 전압 불균형으로 판단된 배터리 발생 시 밸런싱 모드를 결정하는 밸런싱 모드 결정 단계 및 상기 관리부가 상기 밸런싱 모드 결정 단계에서 결정된 밸런싱 모드에 따라 상기 파워릴레이어셈블리를 제어하는 밸런싱 제어 단계를 포함하고, 상기 밸런싱 모드 결정 단계는 미리 결정된 기준을 비교하여 효율이 가장 좋은 쪽으로, 상기 프리차지 저항의 저항값을 결정하는 저항값 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 불균형 판단 단계는 상기 관리부가 병렬 연결된 상기 배터리의 전압이 균형판단범위에 속하지 않을 경우 전압 불균형이 발생된 배터리로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 밸런싱 모드 결정 단계는 미리 결정된 기준을 비교하여 효율이 가장 좋은 쪽으로, 충전할 배터리와 방전할 배터리를 결정하는 밸런싱 대상 결정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 밸런싱 모드 결정 단계의 미리 결정된 기준은 배터리 수명, 출력량 및 배터리 밸런싱에 필요한 시간 중 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸런싱 제어 단계는 상기 밸런싱 대상 결정 단계에서 결정된 충전할 배터리와 방전할 배터리에 연결된 파워릴레이어셈블리의 프리차지 릴레이 및 상기 프리차지릴레이와 대응되는 제 1메인릴레이 또는 제 2메인릴레이의 접점을 연결하는 릴레이 연결 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 밸런싱 제어 단계는 상기 저항값 결정 단계(S32)에서 결정된 저항값으로 상기 프리차지 저항(251)의 저항값을 조정하는 저항값 조정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치 및 방법에 의하면, 병렬로 연결된 배터리들 간의 전압 불균형 발생 시 파워릴레이어셈블리를 제어하여 배터리 밸런싱을 함으로써, 배터리의 열화를 방지하여 안정성을 높일 수 있고, 배터리의 수명을 연장할 수 있으며, 배터리의 유지관리 비용을 감축할 수 있는 효과가 더욱 뛰어나다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸선싱 장치의 파워릴레이어셈블리의 예시도.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법의 순서도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치 및 관리방법은 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸선싱 장치의 파워릴레이어셈블리의 예시도이며, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법의 순서도이다.
스마트 그리드(Smart Grid)는 첨단 ICT(Information Communication Technology; 정보통신 기술)를 활용하여 전력 공급자와 소비자가 쌍방향으로 실시간 정보를 교환해 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망을 말한다. 즉, 전력 네트워크와 첨단 ICT(양방향 통신, 센서, 컴퓨팅, S/W)를 활용한 에너지의 생성, 공급, 사용체계의 혁신을 통해 전력망의 효율성, 신뢰성, 안정성을 높이고 분산자원을 효율적으로 관리하는 것이다.
스마트 그리드는 전력산업에 통신, 인터넷, 전기전자, 자동차, 소프트웨어 등의 이종산업이 융합된 매우 광범위하고 포괄적인 개념이다. 또한, 해당국가는 물론 세계적으로 표준화가 전무한 상황이다. 따라서 전력망 및 다양한 연관분야에서의 혁신이 요구되고 대규모 투자가 필요한 스마트 그리드에 대해 세계 각국은 전력사업자와 정부 주도로 장기적인 관점에서 정책을 시행하고 있다.
태양광, 풍력 등 신재생발전원의 간헐적 출력특성을 단기적으로 안정화시키고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위해서는 에너지 저장 장치(ESS ; Energy Storage System)의 적용이 필수적이라고 할 수 있다. 배터리 밸런싱은 이러한 에너지 저장 장치의 효율을 높이기 위해 중요한 요인 중 하나이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 복수개의 배터리(100), 복수개의 파워릴레이어셈블리(200) 및 관리부(300)를 포함하며, 상기 파워릴레이어셈블리(200)간의 연결은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다. 다시 말해, 상기 배터리(100) 하나 당 파워릴레이어셈블리(200) 하나가 직렬로 연결되며, 상기 배터리(100) 간의 연결은 상기 파워릴레이어셈블리(200) 간의 병렬 연결로 이루어진다.
배터리(100)는 양극단자(110)와 음극단자(120)를 포함하며, 복수개로 구성된다. 이때, 상기 배터리(100)는 외부로부터 전력을 공급받아 충전하거나, 충전된 전력을 부하로 보내줄 수 있다. 이때, 외부로부터 공급받는 전력은 화력, 수력, 원자력, 태양광, 태양열, 풍력, 조력, 등의 발전설비로부터 생산되는 전원, 가정용 전원(220V) 및 산업용 전원(380V) 등이 될 수 있다.
상기 배터리(100)는 배터리 단위 셀, 배터리 모듈, 배터리 트레이 및 배터리 뱅크 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
배터리 모듈은 양극단자와 음극단자를 포함하는 배터리 단위 셀 복수 개를 포함할 수 있다. 이때, 배터리 단위 셀 간의 연결은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합구조로 연결될 수 있다.
또한, 배터리 트레이는 배터리 모듈 복수 개를 포함할 수 있다. 이때, 배터리 모듈 간의 연결은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합구조로 연결될 수 있다.
아울러, 배터리 뱅크는 배터리 트레이 복수 개를 포함할 수 있다. 이때, 배터리 트레이 간의 연결은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합구조로 연결될 수 있다.
예를 들어, 배터리 트레이 복수 개가 병렬로 연결되며, 배터리 트레이 간의 밸런싱을 하고자 한다면, 배터리 트레이는 배터리(100)가 되는 것이다. 이때, 배터리 트레이를 구성하는 배터리 모듈간의 연결은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합구조 중 어느 것 이여도 무방하다.
파워릴레이어셈블리(200)는 프리차지 저항(251), 복수개의 릴레이(230, 240, 252), 입력단(210) 및 출력단(220)을 포함하고, 상기 입력단(210)과 출력단(220)을 전기적으로 연결 또는 차단하며, 상기 입력단(210)이 상기 배터리(100)의 양극단자(110)와 음극단자(120)에 연결되며, 복수개로 구성된다. 이때, 상기 프리차지 저항(251)은 가변저항을 사용할 수 있다. 또한, 상기 프리차지 저항(251)은 상기 관리부(300)에 의해 저항값이 조절되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 대량의 전류가 흐르는 것(아크 방전)을 방지할 수 있다.
여기서, 릴레이는 유접점 릴레이, 무접점 릴레이, PTC(Positive Temperature Coefficient) 스위칭 소자 및 FET(Field Effect Transistor)등 배터리(100)와 밸런싱 출력단(10)의 전기적 연결을 제어할 수 있다면 어느 것이어도 무방하다.
다시 말해, 파워릴레이어셈블리(200)는 배터리(100)와 직렬로 연결되며, 배터리(100)와 대응되게 구비된다. 예를 들어, 배터리(100)가 8개로 병렬로 연결되면, 각각의 배터리(100)의 배터리 밸런싱 제어를 하기위해 파워릴레이어셈블리(200)도 8개가 필요하다. 또한, 배터리(100)와 직렬로 연결된 파워릴레이어셈블리(200)의 작동에 의해 병렬로 연결된 밸런싱 제어 대상 배터리(100)중 전압이 높은 배터리의 전류가 전압이 낮은 배터리로 흘러, 전압이 높은 배터리의 전압은 낮아지고 전압이 낮은 배터리의 전압은 높아져 전압이 평형을 이루게 됨으로써 배터리의 밸런싱이 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파워릴레이어셈블리(200)는 입력단(210), 출력단(220), 제 1메인 릴레이(230), 제 2메인 릴레이(240) 및 프리차지부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
입력단(210)은 상기 배터리(100)의 양극단자(110)와 연결되는 양극입력단(211) 및 상기 배터리(100)의 음극단자(120)와 연결되는 음극입력단(212)을 포함한다.
출력단(220)은 외부와 연결되는 양극출력단(221) 및 외부와 연결되는 음극출력단(222)을 포함한다.
제 1메인 릴레이(230)는 배터리(100)의 양극단자(110)에 직렬로 연결되고, 상기 배터리(100)로부터 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
제 2메인 릴레이(240)는 배터리(100)의 음극단자(120)에 직렬로 연결되고, 상기 배터리(100)로부터 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
프리차지부(250)는 상기 제 1메인 릴레이(230) 또는 제 2 메인 릴레이(240)와 병렬로 연결되며, 프리차지 저항(251)과 프리차지 릴레이(252)를 포함하고, 상기 프리차지 저항(251)과 프리차지 릴레이(252)가 직렬로 연결된다.
관리부(300)는 상기 배터리(100) 및 상기 파워릴레이어셈블리(200)와 각각 연결되며, 각각의 상기 배터리(100)의 상태를 모니터링하고, 전압 불균형이 감지된 배터리 발생 시 밸런싱 모드를 결정하여 상기 파워릴레이어셈블리(200)를 제어한다.
다시 말해, 프리차지부(250)는 제1메인 릴레이(230) 또는 제 2메인릴레이(240)가 접속되어 고전압 배터리(100)에서 출력되는 전류가 흐르기기 전에 프리차지(Pre-Charge) 되도록 하는 것이다. 이를 통해, 제 1메인릴레이(230) 또는 제 2메인릴레이(240)에 바로 접속 시 발생할 수 있는 아크 방전(Arc Discharge)을 방지하여 회로의 안정성을 확보하기 위함이다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 프리차지부(250)가 제 1메인릴레이와 병렬로 연결될 경우, 관리부(300)의 제어에 의해 제 2메인릴레이를 연결시키고, 프리차지 릴레이(252)를 연결시켜 프리차지 시킨다. 이후, 일정 시간이 경과하여 아크 방전의 위험이 사라지면 관리부(300)의 제어에 의해 제 1메인릴레이를 연결시키고, 프리차지 릴레이(252)를 차단시켜 정상적인 연결을 한다.
도 2에서는 프리차지부(250)가 제 1메인릴레이(230)와 병렬로 연결되었지만 경우에 따라 프리차지부(250)가 제 2메인릴레이(240)와 병렬로 연결될 수 있다.
일반적으로 관리부(300)는 배터리(100)와 연결어 배터리(100)의 각종 상태를 센싱하는 센서와 연결되고, 센서로부터 감지된 정보를 바탕으로 배터리(100)의 전압이 일정전압(방전종지전압)이하로 떨어지지 않게 유지해주고 일정전압 이상 충전을 막아주는 역할을 담당하며, 배터리(100)의 충전상태(SOC : State Of Charge), 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 및 제어하는 등 배터리(100)를 전반적으로 관리한다. 일반적으로 이러한 기능을 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 담당하며, 이때, 배터리 관리 시스템이 관리부(300)가 된다.
각 배터리의 특성이 동일하지 않기 때문에, 지속적인 충전 및 방전에 의해 병렬 연결된 배터리 간에 전압의 차이가 발생할 수 있다. 배터리 밸런싱은 배터리 수명에 있어 아주 중요하다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리가 과충전될 경우, 리튬 이온 배터리의 활성 물질이 대부분 다른 물질 및 전해질과 반응할 것이며, 이는 잠재적으로 배터리 자체에 손상을 입히거나 심지어 폭발을 일으킬 수도 있다. 또한, 배터리가 완전 방전(deep-discharge)될 때, 또는 계속 방전될 때, 차단전압(cutoff voltage)이라고 불리는 특정한 임계값(threshold) 아래의 단자전압(terminal voltage)에도 불구하고, 배터리가 단락될 수도 있으며 이로 인해 배터리를 불가역적 상태(irreversible condition)로 변화시킬 위험이 있다.
이때, 상기 관리부(300)는 상기 배터리(100)의 전압이 균형판단범위에 속하지 않을 경우 전압 불균형이 발생된 배터리로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 각각의 배터리 전압 또는 충전상태 등의 평균 또는 편차(Deviation)를 판단기준값으로 하여, 판단기준값에서 미리 결정된 오차허용값 만큼 가감한 사이의 값을 균형판단범위로 하여, 균형판단범위를 벗어난 배터리를 전압 불균형이 발생된 배터리(100)로 판단할 수 있다.
또한, 상기 관리부(300)의 밸런싱 모드는 전압 불균형이 감지된 배터리 중 일부를 포함한 밸런싱 대상 배터리를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 전압 불균형이 감지된 배터리 모두를 밸런싱 대상으로 하는 것이 아니며, 전압 불균형이 감지된 배터리(100)가 있을 경우, 밸런싱 대상 배터리를 결정한다. 이때, 상기 밸런싱 대상 배터리는 충전할 배터리와 방전할 배터리로 구분될 수 있다. 예를 들어, 각각의 배터리 전압의 평균값을 판단기준값으로 할 경우, 5개의 배터리가 병렬로 연결되고, 각각의 배터리 전압이 210V, 220V, 220V, 225V, 225V이며, 미리 결정된 오차허용값이 6V이면, 균형판단범위는 214~226V가 되며, 균형판단범위에 속하지 않는 배터리는 210V 한 개가 된다. 이때, 210V 배터리 하나와 225V 배터리 두 개를 병렬로 연결하고, 저항에 의해 소모되는 전류가 없다고 가정할 경우, 모든 배터리가 220V가 되어, 모든 배터리가 균형판단범위 내에 포함되게 된다. 여기서, 충전할 배터리는 210V의 배터리가 되고, 방전할 배터리 225V의 배터리가 된다.
아울러, 상기 관리부(300)의 밸런싱 모드는 상기 프리차지 저항(251)의 저항값을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 프리차지 저항(251)의 저항값을 조정함으로써 배터리 밸런싱 시 과도한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 배터리 밸런싱에 필요한 시간을 조절할 수 있다. 다시 말해, 배터리 밸런싱 시 과도한 전류가 흐를 것으로 예상되면 상기 프리차지 저항의 저항값을 높여 배터리 밸런싱 시 흐르는 전류값을 낮출 수 있고, 배터리 밸런싱에 필요한 시간을 단축시키기 위해 상기 프리차지 저항의 저항값을 낮출 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법은 배터리, 파워릴레이어셈블리 및 관리부를 포함하는 배터리 밸런싱 장치를 이용한 배터리 밸런싱 방법으로서, 모니터링 단계(S10), 불균형 판단 단계(S20), 밸런싱 모드 결정 단계(S30) 및 밸런싱 제어 단계(S40)를 포함한다.
모니터링 단계(S10)는 상기 관리부가 각각의 상기 배터리 전압을 실시간으로 모니터링 한다.
불균형 판단 단계(S20)는 상기 관리부가 상기 모니터링 단계에서 모니터링한 각각의 배터리 전압의 불균형을 판단한다. 이때, 상기 불균형 판단 단계(S20)는 상기 관리부가 병렬 연결된 상기 배터리의 전압이 균형판단범위에 속하지 않을 경우 전압 불균형이 발생된 배터리로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
다시 말해, 각각의 배터리 전압 또는 충전상태 등의 평균 또는 편차(Deviation)등을 판단기준값으로 하여, 판단기준값에서 미리 결정된 오차허용값 만큼 가감한 사이의 값을 벗어난 배터리를 전압 불균형이 발생된 배터리(100)로 판단한다. 여기서, 판단기준값은 각각의 배터리(100)를 실시간으로 모니터링 하여 계산할 수 있고, 오차허용값은 미리 결정하여 이용할 수 있다.
예를 들어, 각각의 배터리 전압의 평균값을 판단기준값으로 할 경우, 각각의 배터리 전압의 평균값이 220V이고, 미리 결정된 오차허용값이 3V이면, 균형판단범위는 217~223V가 되는 것이다. 여기서, 편차(Deviation)는 데이터의 오차 정도 또는 분포의 확대 정도를 나타내는 척도로 편차 제곱의 합, 표준편차, 평균편차, 4분위편차 등을 사용 할 수 있다.
밸런싱 모드 결정 단계(S30)는 상기 관리부가 상기 불균형 판단 단계에서 전압 불균형으로 판단된 배터리 발생 시 밸런싱 모드를 결정한다. 이때, 상기 밸런싱 모드 결정 단계(S30)는 미리 결정된 기준을 비교하여 효율이 가장 좋은 쪽으로, 충전할 배터리와 방전할 배터리를 결정하는 밸런싱 대상 결정 단계(S31) 포함할 수 있다. 또한, 상기 밸런싱 모드 결정 단계(S30)는 미리 결정된 기준을 비교하여 효율이 가장 좋은 쪽으로, 상기 프리차지 저항(251)의 저항값을 결정하는 저항값 결정 단계(S32)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 밸런싱 모드 결정 단계(S30)의 미리 결정된 기준은 배터리 수명, 출력량 및 시간 중 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
병렬로 연결된 배터리의 경우, 배터리 밸런싱을 위해 충전상태가 낮은 배터리를 충전하거나, 충전상태가 높은 배터리를 방전하는 등 다양한 방법을 사용 할 수 있다. 예를 들면, 60% 충전상태의 배터리 A 및 50% 충전상태의 배터리 B가 있을 때, 배터리 B를 충전하여 배터리 A와 동일한 60% 충전상태의 배터리로 만든다. 또는, 60% 충전상태의 배터리 A 및 50% 충전상태의 배터리 B가 있을 때, 배터리 A를 방전하여 배터리 B와 동일한 50% 충전상태의 배터리로 만든다. 방전하는 방법은 에너지 효율 관점에서 바람직하지 않더라도, 실시가 간단하기 때문에 경우에 따라 효율적으로 사용될 수 있다. 하지만, 파워릴레이어셈블리를 제어하여 60% 충전상태의 배터리 A와 50% 충전상태의 배터리 B를 병렬로 연결하게 된다면, 저항에 의해 손실되는 전력이 없다고 가정할 때, 배터리 A와 배터리 B는 둘 다 55% 충전상태의 배터리가 되어 보다 효율적이다.
밸런싱 제어 단계(S40)는 상기 관리부가 상기 밸런싱 모드 결정 단계에서 결정된 밸런싱 모드에 따라 상기 파워릴레이어셈블리를 제어한다.
이때, 상기 밸런싱 제어 단계(S40)는 상기 밸런싱 대상 결정 단계(S31)에서 결정된 충전할 배터리와 방전할 배터리에 연결된 파워릴레이어셈블리의 프리차지 릴레이 및 상기 프리차지릴레이와 대응되는 제 1메인릴레이 또는 제 2메인릴레이의 접점을 연결하는 릴레이 연결 단계(S41)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리차지부가 제 1메인릴레이와 병렬로 연결될 경우, 제 2메인릴레이와 프리차지 릴레이를 연결하여 배터리 밸런싱을 할 수 있다. 또는, 프리차지부가 제 2메인릴레이와 병렬로 연결될 경우, 제 1메인릴레이와 프리차지 릴레이를 연결하여 배터리 밸런싱을 할 수 있다.
또한, 상기 밸런싱 제어 단계(S40)는 상기 저항값 결정 단계(S32)에서 결정된 저항값으로 상기 프리차지 저항(251)의 저항값을 조정하는 저항값 조정 단계(S42)를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 배터리 110: 양극단자
120: 음극단자 200: 파워릴레이어셈블리
210: 입력단 211: 양극입력단
212: 음극입력단 220: 출력단
221: 양극출력단 222: 음극출력단
230: 제 1메인 릴레이 240: 제 2메인 릴레이
250: 프리차지부 251: 프리차지 저항
252: 프리차지 릴레이 300: 관리부
S10: 모니터링 단계 S20: 불균형 판단 단계
S30: 밸런싱 모드 결정 단계 S31: 밸런싱 대상 결정 단계
S32: 저항값 결정 단계 S40: 밸런싱 제어 단계
S41: 릴레이 연결 단계 S42: 저항값 조정 단계

Claims (13)

  1. 양극단자와 음극단자를 포함한 복수개의 배터리;
    상기 배터리의 아크 방전을 방지하는 프리차지 저항, 복수개의 릴레이, 입력단 및 출력단을 포함하고, 상기 입력단과 출력단을 전기적으로 연결 또는 차단하며, 상기 입력단이 상기 배터리의 양극단자와 음극단자에 연결되는 복수개의 파워릴레이어셈블리; 및
    상기 배터리 및 상기 파워릴레이어셈블리와 각각 연결되며, 각각의 상기 배터리의 상태를 모니터링하고, 전압 불균형이 감지된 배터리 발생 시 밸런싱 모드를 결정하여 상기 파워릴레이어셈블리를 제어하는 관리부; 를 포함하며,
    상기 프리차지 저항은 가변저항으로, 상기 관리부에 의해 저항값이 조절되는 것을 특징으로 하고,
    상기 파워릴레이어셈블리의 출력단이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파워릴레이어셈블리는
    상기 배터리의 양극단자와 연결되는 양극입력단 및 상기 배터리의 음극단자와 연결되는 음극입력단을 포함하는 입력단;
    외부와 연결되는 양극출력단 및 외부와 연결되는 음극출력단을 포함하는 출력단;
    배터리의 양극단자에 직렬로 연결되고, 상기 배터리로부터 인가되는 전류를 차단할 수 있는 제 1메인 릴레이;
    배터리의 음극단자에 직렬로 연결되고, 상기 배터리로부터 인가되는 전류를 차단할 수 있는 제 2메인 릴레이; 및
    상기 제 1메인 릴레이 또는 제 2 메인 릴레이와 병렬로 연결되며, 프리차지 저항과 프리차지 릴레이를 포함하고, 상기 프리차지 저항과 프리차지 릴레이가 직렬로 연결된 프리차지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 관리부는
    상기 배터리의 전압이 균형판단범위에 속하지 않을 경우 전압 불균형이 발생된 배터리로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 관리부의 밸런싱 모드는
    전압 불균형이 감지된 배터리 중 일부를 포함한 밸런싱 대상 배터리를 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 관리부의 밸런싱 모드는
    상기 프리차지 저항의 저항값을 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 장치.
  7. 배터리, 상기 배터리의 아크방전을 방지하는 프리차지 저항, 복수개의 릴레이, 입력단 및 출력단을 포함하는 파워릴레이어셈블리 및 관리부를 포함하는 배터리 밸런싱 장치를 이용한 배터리 밸런싱 방법으로서,
    상기 관리부가 각각의 상기 배터리 전압을 실시간으로 모니터링 하는 모니터링 단계;
    상기 관리부가 상기 모니터링 단계에서 모니터링한 각각의 배터리 전압의 불균형을 판단하는 불균형 판단 단계;
    상기 관리부가 상기 불균형 판단 단계에서 전압 불균형으로 판단된 배터리 발생 시 밸런싱 모드를 결정하는 밸런싱 모드 결정 단계; 및
    상기 관리부가 상기 밸런싱 모드 결정 단계에서 결정된 밸런싱 모드에 따라 상기 파워릴레이어셈블리를 제어하는 밸런싱 제어 단계;를 포함하고,
    상기 밸런싱 모드 결정 단계는,
    미리 결정된 기준을 비교하여 효율이 가장 좋은 쪽으로, 상기 프리차지 저항의 저항값을 결정하는 저항값 결정 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 불균형 판단 단계는
    상기 관리부가 병렬 연결된 상기 배터리의 전압이 균형판단범위에 속하지 않을 경우 전압 불균형이 발생된 배터리로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 밸런싱 모드 결정 단계는
    미리 결정된 기준을 비교하여 효율이 가장 좋은 쪽으로, 충전할 배터리와 방전할 배터리를 결정하는 밸런싱 대상 결정 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸런싱 모드 결정 단계의 미리 결정된 기준은
    배터리 수명, 출력량 및 배터리 밸런싱에 필요한 시간 중 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 단계는
    상기 밸런싱 대상 결정 단계에서 결정된 충전할 배터리와 방전할 배터리에 연결된 파워릴레이어셈블리의 프리차지 릴레이 및 상기 프리차지릴레이와 대응되는 제 1메인릴레이 또는 제 2메인릴레이의 접점을 연결하는 릴레이 연결 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 밸런싱 제어 단계는
    상기 저항값 결정 단계(S32)에서 결정된 저항값으로 상기 프리차지 저항(251)의 저항값을 조정하는 저항값 조정 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 밸런싱 방법.
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