KR102068313B1 - 보조회로를 포함한 ldc를 이용한 배터리 수명연장장치 - Google Patents

보조회로를 포함한 ldc를 이용한 배터리 수명연장장치 Download PDF

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신민호
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, 전력선에 직렬로 연결된 복수의 메인배터리 모듈, 상기 복수의 메인배터리 모듈마다 연결된 복수의 LDC, 상기 LDC로부터 전력을 공급받도록 연결되는 서브배터리 모듈, 상기 메인배터리 모듈의 상태를 센싱하는 측정부, 상기 측정부로부터 수신하는 상기 복수의 메인배터리 모듈의 상태에 기초하여 방전을 수행할 메인배터리 모듈을 선택하고, 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 상기 서브배터리 모듈로 공급하도록 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 제1 밸런싱제어를 수행하는 제어부를 포함하는, 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치를 제공하여, 메인배터리 모듈의 셀 밸런싱을 수행할 수 있고, 메인배터리 모듈의 온도 저하시 온도제어를 수행하여 메인배터리 모듈의 온도를 상승시켜 배터리의 수명을 연장할 수 있다.

Description

보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치{Apparatus for battery life extension using LDC including auxiliary circuit}
본 발명은 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치에 관한 것이다.
전기자동차 등에 사용되는 이차전지 배터리팩은 직병렬로 연결된 복수의 배터리모듈을 포함하며 리튬이온, 리튬폴리머 등의 배터리셀을 이용한다. 리튬이온 배터리는 충전과 방전을 반복함에 따라서 배터리의 열화가 진행되어 내부 임피던스 및 성분들의 변화가 나타나고, 배터리 모듈에서 배터리 셀의 물리적 위치나 배터리 셀의 제조공정 상의 미세오차 등에 따라 동일한 전류나 시간동안 충전하더라도 전압의 차이가 나타나게 된다.
배터리 셀 또는 배터리 모듈의 충전 상태 또는 전압의 차이는 배터리의 이용률에 차이를 가져오고 장기적으로 배터리 셀 또는 배터리 모듈의 수명에 차이를 가져오게 되며, 배터리 충전량의 차이는 과충전 또는 과방전의 원인이 될 수 있다. 또한, 이차전지 배터리의 온도저하는 배터리 성능을 저하시키고 배터리의 수명을 단축시키는 원인이 될 수 있다. 따라서 배터리의 온도를 적정 온도 이상으로 유지할 필요가 존재한다.
KR 10-1810655 B1
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 복수의 메인배터리 모듈의 충전량 차이가 제1 밸런싱 기준값보다 큰 경우 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 서브배터리 모듈로 방전시켜 밸런싱을 수행하거나, 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 보조회로를 이용하여 다른 메인배터리 모듈로 제공하여 밸런싱을 수행하는 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 메인배터리 모듈의 온도가 기준온도보다 낮은 경우 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 보조회로를 이용하여 다른 메인배터리 모듈로 제공하여 전체 메인배터리 모듈의 온도를 상승시키는 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치는, 전력선에 직렬로 연결된 복수의 메인배터리 모듈, 상기 복수의 메인배터리 모듈마다 연결된 복수의 LDC, 상기 LDC로부터 전력을 공급받도록 연결되는 서브배터리 모듈, 상기 메인배터리 모듈의 상태를 센싱하는 측정부, 및 상기 측정부로부터 수신하는 상기 복수의 메인배터리 모듈의 상태에 기초하여 방전을 수행할 메인배터리 모듈을 선택하고, 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 상기 서브배터리 모듈로 공급하도록 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 제1 밸런싱제어를 수행하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 LDC는 상기 메인배터리 모듈의 출력단에 연결되는 1차측회로부, 및 상기 1차측회로부로 공급되는 전력을 변환하여 출력하는 2차측회로부를 포함하며, 상기 1차측회로부와 2차측회로부는 전기적으로 절연되고 자기적으로 연결되어 에너지를 교환하고, 상기 2차측회로부는 상기 1차측회로부로 공급되는 전력을 변환하여 상기 서브배터리 모듈로 공급하도록 연결되는 주회로부; 및 상기 1차측회로부로 공급되는 전력을 변환하여 상기 메인배터리 모듈의 전력선으로 공급하는 보조회로부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 상기 메인배터리 모듈의 전력선으로 공급하도록 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 제2 밸런싱제어를 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 측정부로부터 수신한 상기 메인배터리 모듈의 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 상기 메인배터리 모듈의 전력선으로 공급하도록 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 온도제어를 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 메인배터리 모듈 중에서, 최대 충전인 메인배터리 모듈과 최저 충전인 메인배터리 모듈의 충전량 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하는 경우 상기 제1 밸런싱제어를 수행하고, 상기 제1 밸런싱제어를 수행가능한 상태에서 상기 서브배터리 모듈의 충전량이 최대인 경우 상기 제2 밸런싱제어를 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 메인배터리 모듈 중에서, 최대 충전인 메인배터리 모듈과 최저 충전인 메인배터리 모듈의 충전량 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하고, 상기 메인배터리 모듈의 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 상기 제1 밸런싱제어 또는 제2 밸런싱제어보다 우선하여 상기 온도제어를 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 온도제어 과정에서, 방전을 수행하는 메인배터리 모듈의 충전량과 다른 메인배터리 모듈의 충전량의 차이가 상기 제1 밸런싱 기준값보다 커지는 경우, 방전을 수행할 메인배터리 모듈을 다시 선택하고 상기 온도제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 메인배터리 모듈의 충전량 차이가 제1 밸런싱 기준값보다 큰 경우 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 서브배터리 모듈로 방전시켜 밸런싱을 수행하거나, 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 보조회로를 이용하여 다른 메인배터리 모듈로 제공하여 밸런싱을 수행하므로, 메인배터리 모듈의 전압을 균일화하여 전체적인 배터리 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 메인배터리 모듈의 온도가 기준온도보다 낮은 경우 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 보조회로를 이용하여 다른 메인배터리 모듈로 제공하여 전체 메인배터리 모듈의 온도를 상승시켜, 배터리의 성능 저하를 방지하고 수명을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치가 제1 밸런싱제어를 수행하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치의 LDC를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치가 제2 밸런싱제어 또는 온도제어를 수행하는 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치(100)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치(100)는, 전력선(20)에 직렬로 연결된 복수의 메인배터리 모듈(110), 복수의 메인배터리 모듈(110)마다 연결된 복수의 LDC(140), LDC(140)로부터 전력을 공급받도록 연결되는 서브배터리 모듈(120), 메인배터리 모듈(110)의 상태를 센싱하는 측정부(130), 측정부(130)로부터 수신하는 복수의 메인배터리 모듈(110)의 상태에 기초하여 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)을 선택하고, 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)의 전력을 서브배터리 모듈(120)로 공급하도록 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)에 연결된 LDC(140)를 제어하는 제1 밸런싱제어를 수행하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
메인배터리 모듈(110)은 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결된 복수의 이차전지 배터리를 포함한다. 복수의 메인배터리 모듈(110)은 배터리팩을 구성하여 전기자동차용 배터리팩이나 에너지 저장시스템(Energy Storage System, ESS)용 배터리팩 등에 사용될 수 있다. 메인배터리 모듈(110)은 리튬이온 또는 리튬폴리머 등 재충전가능한 이차전지이다. 예를 들어, 메인배터리 모듈(110)은 복수의 리튬이온 배터리가 직렬로 연결되어 30V의 출력전압을 갖는 고전압 배터리(High Voltage Battery) 모듈일 수 있다.
외부전원(10)은 산업용이나 가정용 교류(AC)전원일 수 있고, 교류인 외부전원(10)에 연결된 PCS(30)(30)는 교류를 직류로 변환하여 메인배터리 모듈(110)로 전력을 공급할 수 있다. 외부전원(10)은 전기자동차의 모터일 수도 있다. 메인배터리 모듈(110)은 전력선(20)에 직렬로 복수개가 연결된 상태로 충전 또는 방전될 수 있다. 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 3개의 메인배터리 모듈(110)이 전력선(20)에 직렬로 연결되어 PCS(30)를 통해 외부전원(10)으로부터 전력을 공급받아 충전되거나 방전될 수 있다. PCS(Power Conversion System, 30)는 외부전원(10)과 메인배터리 모듈(110) 사이에서 AC/DC의 변환, 전력의 단속, 전압 변환을 수행할 수 있다.
측정부(130)는 메인배터리 모듈(110)의 상태(St)를 센싱하여 제어부(150)로 제공할 수 있다. 메인배터리 모듈(110)의 상태(St)는 메인배터리 모듈(110)의 전압, 전류, 온도, SOC, SOH 등을 포함할 수 있다. 측정부(130)는 온도센서, 전압센서, 전류센서 등을 포함할 수 있고, SOC, 또는 SOH 를 계산에 의해 추정할 수 있는 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 측정부(130)는 메인배터리 모듈(110)마다 하나씩 구비될 수 있다. 예를 들어, 측정부(130)는 배터리 관리 시스템(BMS) 으로 구현될 수 있다.
LDC(140)는 전기에너지를 동력으로 이용하는 다양한 방식의 전기자동차(xEV)에 탑재되는 저전압 DC/DC 컨버터(Low voltage DC/DC Converter)일 수 있다. LDC(140)는 메인배터리 모듈(110)마다 하나씩 연결될 수 있다. LDC(140)는 제어부(150)의 제어신호(ⓐ, ⓑ, ⓒ)에 따라 메인배터리 모듈(110)을 방전시킬 수 있다. LDC(140)의 방전은 메인배터리 모듈(110)의 충전과 동시에 수행될 수 있다. LDC(140)는 서브배터리 모듈(120)로 연결되는 제1 출력라인(①, ②)을 포함할 수 있다. LDC(140)는 메인배터리 모듈(110)이 연결된 전력선(20)으로 연결되는 제2 출력라인(③, ④)를 더 포함할 수 있다.
서브배터리 모듈(120)은 LDC(140)로부터 전력을 공급받도록 연결될 수 있다. 서브배터리 모듈(120)은 충방전이 가능한 이차전지일 수 있고, 예를 들어 정격전압이 12V 인 납축전지일 수 있다. LDC(140)는 제1 밸런싱제어시에 메인배터리 모듈(110)의 출력전압(예를 들어 30V)을 서브배터리 모듈(120)의 입력전압(예를 들어 12V)으로 변환하여 제1 출력라인(①, ②)으로 출력할 수 있다. LDC(140)는 제2 밸런싱제어 또는 온도제어시에 메인배터리 모듈(110)의 출력전압을 전력선(20)의 정격전압으로 변환하여 제2 출력라인(③, ④)으로 출력할 수 있다.
제어부(150)는 측정부(130)로부터 수신하는 메인배터리 모듈(110)의 상태에 기초하여 LDC(140)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 복수의 메인배터리 모듈(110) 각각에 연결된 LDC(140)를 개별적으로 제어할 수 있다. 제어부(150)는 측정부(130)로부터 수신하는 상기 복수의 메인배터리 모듈(110)의 상태에 기초하여 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)을 선택할 수 있다. 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)은 복수의 메인배터리 모듈(110) 중에서 가장 전압이 높거나 충전량이 많은 배터리를 선택할 수 있다.
제어부(150)는 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)의 전력을 서브배터리 모듈(120)로 공급하도록 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)에 연결된 LDC(140)를 제어하는 제1 밸런싱제어를 수행할 수 있다. 제1 밸런싱제어는 복수의 메인배터리 모듈(110) 중에서, 충전량이 가장 많거나 전압이 가장 높은 메인배터리 모듈(110)과 충전량이 가장 적거나 전압이 가장 낮은 메인배터리 모듈(110)의 충전량 또는 전압 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하는 경우에 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치(100)가 제1 밸런싱제어를 수행하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 메인배터리 모듈(110a), 제2 메인배터리 모듈(110b), 제3 메인배터리 모듈(110c) 중에서 제2 메인배터리 모듈(110b)의 충전량이 가장 많거나 전압이 가장 높고 제3 메인배터리 모듈(110c)의 충전량이 가장 적거나 전압이 가장 낮은 경우, 제2 메인배터리 모듈(110b)과 제3 메인배터리 모듈(110b)의 충전량 또는 전압 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하면 제어부(150)는 제1 밸런싱제어를 수행한다. 이때, 제어부(150)는 가장 충전량이 많거나 전압이 높은 제2 메인배터리 모듈(110b)을 방전을 수행할 배터리 모듈로 선정하고, 제2 메인배터리 모듈(110b)에 연결된 제2 LDC(140b)에 제1 밸런싱제어신호를 출력(ⓑ)할 수 있다. 제2 LDC(140b)는 제1 밸런싱제어신호에 기초하여, 제2 메인배터리 모듈(110b)의 전력을 서브배터리 모듈(120)로 전달(화살표)하여 제2 메인배터리 모듈(110b)의 충전량을 낮춤에 따라 제2 메인배터리 모듈(110b)과 제3 메인배터리 모듈(110c)의 전압차가 줄어들어 밸런싱이 수행될 수 있다.
종래, 충전량이 많거나 전압이 높은 배터리 모듈의 전력을 저항으로 출력하여 저항에서 열로 소모함으로써 배터리 모듈을 밸런싱하는 방법이 존재한다. 이는 배터리 모듈에 저장된 에너지를 소모해버리게 되므로 효율이 나쁜 문제가 있다. 이에 비하여, 본 발명의 일실시에에 따른 제1 밸런싱제어는 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)의 전력을 서브배터리 모듈(120)에 충전하게 되므로, 밸런싱 과정에서 전력이 소모되는 것이 아니라 이동하는 것이므로 전체적인 에너지 효율이 향상된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치(100)의 LDC(140)를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, LDC(140)는 메인배터리 모듈(110)의 출력단에 연결되는 1차측회로부(141), 및 1차측회로부(141)로 공급되는 전력을 변환하여 출력하는 2차측회로부(142)를 포함하며, 상기 1차측회로부(141)와 2차측회로부(142)는 전기적으로 절연되고 자기적으로 연결되어 에너지를 교환할 수 있다. 2차측회로부(142)는 1차측회로부(141)로 공급되는 전력을 변환하여 서브배터리 모듈(120)로 공급하도록 연결되는 주회로부(142-M), 및 1차측회로부(141)로 공급되는 전력을 변환하여 메인배터리 모듈(110)의 전력선(20)으로 공급하는 보조회로부(142-S)를 포함할 수 있다. 주회로부(142-M)는 LDC(140)의 제1 출력라인(①②)으로 전력을 출력하고, 보조회로부(142-S)는 LDC(140)의 제2 출력라인(③④)으로 전력을 출력한다.
LDC(140)의 1차측회로부(141)와 2차측회로부(142)의 주회로부(142-M)는 메인배터리 모듈(110)의 전력을 서브배터리 모듈(120)로 제공하는 제1 밸런싱제어를 수행하는 경우 동작한다. 제어부(150)는 1차측회로부(141)의 스위치와 2차측회로부(142)의 주회로부(142-M)의 스위치를 온(On)시키는 제어신호를 출력할 수 있다.
LDC(140)의 2차측회로부(142)는 보조회로부(142-S)를 포함하며, 보조회로부(142-S)의 출력라인은 메인배터리 모듈(110)의 전력선(20)으로 연결될 수 있다. LDC(140)의 1차측회로부(141)와 2차측회로부(142)의 보조회로부(142-S)는 메인배터리 모듈(110)의 전력을 전력선(20)으로 공급하는 제2 밸런싱제어를 수행할 때 동작할 수 있다. 제어부(150)는 1차측회로부(141)의 스위치와 2차측회로부(142)의 보조회로부(142-S)의 스위치를 온(On)시키는 제어신호를 출력할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 1차측회로부(141)는 메인배터리 모듈(110)의 출력라인에 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)가 병렬로 연결되고, 제1 인덕터(L1)에 직렬로 제1 다이오드(D1)가 연결되며, 제2 인덕터(L2)에 직렬로 제1 스위치(SW1)가 연결될 수 있다. 2차측회로부(142)의 주회로부(142-M)는 LDC(140)의 제1 출력라인(①②)에 제1 캐패시터(C1)가 연결되고 제4 인덕터(L4)가 제 1캐패시터(C1)의 일단에 연결되며, 제3 다이오드(D3)가 제4 인덕터(L4)와 제1 캐패시터(C1)를 연결하며, 제3 다이오드(D1)에 병렬로 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)와 자기적으로 결합된 제3 인덕터(L3), 제2 스위치(SW2), 제2 다이오드(D2)가 연결된다. 2차측회로부(142)의 보조회로부(142-S)는 제2 출력라인(③④)에 제4 다이오드(L4)와 제2 캐패시터(C2)가 직렬연결되고, 제2 캐패시터(C2)에 병렬로 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)에 자기적으로 결합된 제5 인덕터(L5) 및 제3 스위치(SW3)가 연결된다. 도 3에 본 발명의 일실시예에 따른 LDC(140)의 회로를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 LDC(140)의 구체적인 회로구성은 변경가능하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치(100)가 제2 밸런싱제어 또는 온도제어를 수행하는 상태를 나타낸 도면이다.
제어부(150)는 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)의 전력을 메인배터리 모듈(110)의 전력선(20)으로 공급하도록 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)에 연결된 상기 LDC(140)를 제어하는 제2 밸런싱제어를 수행할 수 있다. 제어부(150)는 제1 밸런싱제어를 수행가능한 상태에서 서브배터리 모듈(120)의 충전량이 최대인 경우 제2 밸런싱제어를 수행할 수 있다. 메인배터리 모듈(110)들의 충전량 또는 전압 차이가 제1 밸런싱 기준값보다 큰 경우 제1 밸런싱제어를 수행할 수 있는데, 서브배터리 모듈(120)의 충전량이 최대인 경우에 제1 밸런싱제어를 계속하여 수행하는 경우 서브배터리 모듈(120)의 과충전 문제가 발생할 수 있다. 따라서 제1 밸런싱제어가 가능한 환경에서, 서브배터리 모듈(120)의 충전량이 최대인 경우에는 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)의 전력을 보조회로부(142-S)를 통해 전력선(20)으로 공급하여, 다른 메인배터리 모듈(110)에 충전함으로써 밸런싱을 수행할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 메인배터리 모듈(110a), 제2 메인배터리 모듈(110b), 제3 메인배터리 모듈(110c) 중에서 제3 메인배터리 모듈(110c)의 충전량이 가장 많거나 전압이 가장 높고 제1 메인배터리 모듈(110a)의 충전량이 가장 적거나 전압이 가장 낮은 경우, 제3 메인배터리 모듈(110c)과 제1 메인배터리 모듈(110a)의 충전량 또는 전압 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하고, 서브배터리 모듈(120)의 충전량이 최대인 경우 제어부(150)는 제2 밸런싱제어를 수행한다. 이때, 제어부(150)는 가장 충전량이 많거나 전압이 높은 제3 메인배터리 모듈(110c)을 방전을 수행할 배터리 모듈로 선정하고, 제3 메인배터리 모듈(110c)에 연결된 제3 LDC(140c)에 제2 밸런싱제어신호를 출력(ⓒ)할 수 있다. 제3 LDC(140c)는 제2 밸런싱제어신호에 기초하여, 제3 메인배터리 모듈(110c)의 전력을 다른 메인배터리 모듈(110a, 110b)이 직렬로 연결된 전력선(20)으로 전달(화살표)하여 제3 메인배터리 모듈(110c)의 충전량을 낮추고 다른 메인배터리 모듈(110a, 110b)을 충전함에 따라 제3 메인배터리 모듈(110c)과 제1 메인배터리 모듈(110a)의 전압차가 줄어들어 밸런싱이 수행될 수 있다.
제어부(150)는 측정부(130)로부터 수신한 메인배터리 모듈(110)의 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)의 전력을 메인배터리 모듈(110)의 전력선(20)으로 공급하도록, 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)에 연결된 LDC(140)를 제어하는 온도제어를 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 메인배터리 모듈(110)의 온도가 기준온도보다 낮은 것으로 판단되는 경우, 제어부(150)는 가장 충전량이 많은 제3 메인배터리 모듈(110)을 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)로 선택하고, 제3 LDC(140)에 1차측회로부(141)와 2차측회로부(142)의 보조회로부(142-S)를 온(On) 시키는 제어신호를 출력하여, 제3 메인배터리 모듈(110)의 전력을 다른 메인배터리 모듈(110)로 충전시킴으로써 충전 및 방전 과정에서 생성되는 열로 메인배터리 모듈(110)의 온도를 상승시킬 수 있다.
온도제어는 제2 밸런싱제어와 비교할 때, 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)을 선택하고 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)에 연결된 LDC(140)에, 1차측회로부(141)와 2차측회로부(142)의 보조회로부(142-S)를 온(On) 시키는 제어신호를 출력하는 점에서 동일하다. 그러나, 온도제어는 제2 밸런싱제어와 비교할 때, 제어를 수행하기 위한 기준이 상이하다. 온도제어는, 복수의 메인배터리 모듈(110)의 충전량 또는 전압 차이에 무관하게, 메인배터리 모듈(110)의 온도가 기준온도보다 낮으면 수행된다. 즉, 메인배터리 모듈(110)들의 전압이 균등한 범위에 있더라도 배터리의 온도 상승을 위하여 온도제어가 수행될 수 있다.
다시 말하면, 제어부(150)는 복수의 메인배터리 모듈(110) 중에서, 최대 충전인 메인배터리 모듈(110)과 최저 충전인 메인배터리 모듈(110)의 충전량 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하고, 메인배터리 모듈(110)의 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 제1 밸런싱제어 또는 제2 밸런싱제어보다 우선하여 상기 온도제어를 수행할 수 있다. 온도제어를 수행하는 경우 충전량이 많은 메인배터리 모듈(110)의 전력을 다른 메인배터리 모듈(110)로 전달하게 되므로 전압 밸런싱이 자연스럽게 수행되므로, 온도제어를 밸런싱보다 우선하여 수행하는 것이 유리하다. 이는 온도제어와 제2 밸런싱제어가 동일한 동작을 수행하기 때문에 달성할 수 있는 효과이다.
온도제어는 정해진 온도 이상으로 메인배터리 모듈(110)의 온도가 상승한 경우 정지될 수 있다. 제어부(150)는 온도제어 과정에서, 방전을 수행하는 메인배터리 모듈(110)의 충전량과 다른 메인배터리 모듈(110)의 충전량의 차이가 제1 밸런싱 기준값보다 커지는 경우, 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)을 다시 선택하고 온도제어를 수행할 수 있다. 즉, 온도제어시 하나의 메인배터리 모듈(110)만 방전시키지 않고, 복수의 메인배터리 모듈(110)을 균등하게 방전시킬 수 있다.
예를 들어, 제3 메인배터리 모듈(110)이 가장 충전량이 많아서 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)로 선택되어 온도제어에 따라 방전되고, 제3 메인배터리 모듈(110)과 다른 메인배터리 모듈(110)의 충전량 또는 전압 차이가 제1 밸런싱 기준값보다 커지는 경우, 제어부(150)는 제3 메인배터리 모듈(110)을 제외한 나머지 메인배터리 모듈(110) 중에서 가장 충전량이 많은 메인배터리 모듈(110)을 방전을 수행할 메인배터리 모듈(110)로 선택하여 온도제어를 수행할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 외부전원
20: 전력선
30: PCS
100: 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치
110: 메인배터리 모듈
120: 서브배터리 모듈
130: 측정부
140: LDC
141: 1차측회로부
142: 2차측회로부
142-M: 주회로부
142-S: 보조회로부
150: 제어부

Claims (6)

  1. 전력선에 직렬로 연결된 복수의 메인배터리 모듈;
    상기 복수의 메인배터리 모듈마다 연결된 복수의 LDC;
    상기 LDC로부터 전력을 공급받도록 연결되는 서브배터리 모듈;
    상기 메인배터리 모듈의 상태를 센싱하는 측정부; 및
    상기 측정부로부터 수신하는 상기 복수의 메인배터리 모듈의 상태에 기초하여 방전을 수행할 메인배터리 모듈을 선택하고, 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 LDC는
    상기 메인배터리 모듈의 출력단에 연결되는 1차측회로부; 및
    상기 1차측회로부로 공급되는 전력을 변환하여 출력하는 2차측회로부를 포함하며, 상기 1차측회로부와 2차측회로부는 전기적으로 절연되고 자기적으로 연결되어 에너지를 교환하고,
    상기 2차측회로부는
    상기 1차측회로부로 공급되는 전력을 변환하여 상기 서브배터리 모듈로 공급하도록 연결되는 주회로부; 및
    상기 1차측회로부로 공급되는 전력을 변환하여 상기 메인배터리 모듈의 전력선으로 공급하는 보조회로부를 포함하며,
    상기 제어부는
    상기 복수의 메인배터리 모듈 중에서, 충전량이 가장 많거나 전압이 가장 높은 메인배터리 모듈과 충전량이 가장 적거나 전압이 가장 낮은 메인배터리 모듈의 충전량 또는 전압 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하는 경우, 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 상기 서브배터리 모듈로 공급하도록 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 제1 밸런싱제어를 수행하고,
    상기 제1 밸런싱제어를 수행가능한 상태에서 상기 서브배터리 모듈의 충전량이 최대인 경우, 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 상기 메인배터리 모듈의 전력선으로 공급하도록 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 제2 밸런싱제어를 수행하며,
    상기 복수의 메인배터리 모듈의 충전량 또는 전압 차이에 무관하게 상기 측정부로부터 수신한 상기 메인배터리 모듈의 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈의 전력을 상기 메인배터리 모듈의 전력선으로 공급하도록 상기 방전을 수행할 메인배터리 모듈에 연결된 상기 LDC를 제어하는 온도제어를 수행하는, 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 메인배터리 모듈 중에서, 최대 충전인 메인배터리 모듈과 최저 충전인 메인배터리 모듈의 충전량 차이가 제1 밸런싱 기준값을 초과하고, 상기 메인배터리 모듈의 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 상기 제1 밸런싱제어 또는 제2 밸런싱제어보다 우선하여 상기 온도제어를 수행하는, 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 온도제어 과정에서, 방전을 수행하는 메인배터리 모듈의 충전량과 다른 메인배터리 모듈의 충전량의 차이가 상기 제1 밸런싱 기준값보다 커지는 경우, 방전을 수행할 메인배터리 모듈을 다시 선택하고 상기 온도제어를 수행하는, 보조회로를 포함한 LDC를 이용한 배터리 수명연장장치.
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KR101810655B1 (ko) 2014-07-09 2017-12-19 주식회사 엘지화학 전지팩의 과충전 방지를 위한 전원 시스템 및 이를 포함하는 디바이스

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