KR102110043B1

KR102110043B1 - 지능형 배터리 매니지먼트 시스템

Info

Publication number: KR102110043B1
Application number: KR1020180084471A
Authority: KR
Inventors: 송윤귀; 신기석
Original assignee: 보성파워텍 주식회사
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-05-12
Also published as: KR20200009725A

Abstract

각각의 배터리 셀의 상태에 따라 가변적이고 능동적으로 배터리 셀 모듈의 자체 전력과 외부 전력을 각각 별도로 사용하거나 동시에 사용하여 각각의 배터리 셀의 셀 밸런싱을 진행할 수 있는 하이브리드 타입의 지능형 배터리 매니지먼트 시스템이 개시된다. 상기 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 메인 충전기에 의해 배터리 셀이 목표 충전전압까지 충전되거나 적어도 어느 하나 배터리 셀이 완충될 때까지 1차 충전되며, 배터리 셀을 방전시킬 수 있는 저항과 배터리 셀 간 전력을 이동시킬 수 있는 전력변환기가 마련된 복수개의 배터리 셀 모듈과, 상기 배터리 셀 모듈 내 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀이 완충되면, 완충되지 않은 배터리 셀을 충전시킬 수 있는 밸런싱 충전기 및, 상기 1차 충전된 배터리 셀 모듈 내 각각의 배터리 셀의 충전량을 감지하여 방전이 필요한 배터리 셀에는 저항을 연결하여 배터리 셀을 방전시키고, 전력이동이 필요한 배터리 셀 간에는 상기 전력 변환기를 연결하여 전력을 이동시키며, 충전이 필요한 배터리 셀에는 밸런싱 충전기를 연결하여 배터리 셀을 2차 충전시켜 배터리 셀 모듈 내 각각의 배터리 셀의 셀 밸런싱을 진행시키는 메인 제어부를 포함할 수 있다.

Description

지능형 배터리 매니지먼트 시스템{INTELLIGENT BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}

본 발명은 지능형 배터리 매니지먼트 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템의 배터리 셀 밸런싱을 위한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 에너지 저장은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 에너지를 저장하는 것을 말하며, 더 넓은 범위의 시스템 전체를 에너지 저장 시스템(Energy Storage System : ESS)이라고 한다.

이와 같은 에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장 시스템과 화학적 에너지 저장 시스템으로 구분을 할 수 있는데, 이러한 에너지 저장 시스템에서 가장 널리 사용되고 있는 시스템은 리튬이온 배터리, 납축전지, NaS 전지 등을 사용하는 것으로 보다 세부적으로는 전기적 에너지 저장 시스템(EESS; Electric Energy Storage System) 혹은 배터리 에너지 저장 시스템(BESS, Battery Energy Storage System)이라고 한다. 하지만 통상적인 의미에서 이 모두를 일컬어 에너지 저장 시스템이라고 한다.

상술한 바와 같은 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템은 복수개의 배터리 셀을 충/방전할 시 각 셀 간의 특성차 등으로 인하여 셀 간의 불균형이 발생하게 된다. 하지만 에너지 저장 시스템의 효율적인 이용 및 긴 수명을 위해서는 셀 간의 차이를 없애는 셀 밸런싱 작업을 BMS(Battery Management System)에 의해 진행하게 된다.

이러한 셀 밸런싱 방법으로는 Passive BMS 방식과 Active BMS 방식이 있는데 상기 Passive BMS 방식에서는 높은 전압의 셀을 저항을 통해 방전하여 전압을 낮추며, 상기 Active BMS 방식에서는 전압이 높은 셀의 에너지를 전압이 낮은 셀로 이동시켜 셀 밸런싱을 하게 된다.

여기서, 상기 Passive BMS 방식은 셀 밸런싱 전압이 낮은 셀을 기준으로 높은 전압의 셀을 저항을 통해 방전하여 전압을 낮춰 셀 밸런싱이 이루어짐으로써 에너지 저장 시스템의 가용 용량이 낮아질 뿐만 아니라 셀 밸런싱에 많은 시간이 소요되어 셀 밸런싱에 한계가 있다는 문제점이 있다.

또한, 상기 Active BMS 방식은 전압이 높은 셀의 에너지를 전압이 낮은 셀로 이동시켜 셀 밸런싱이 이루어짐으로써 Passive BMS 방식과 달리 손실되는 에너지는 최소화 되었지만 중간 평준화되어 여전히 완충될 수 없는 문제가 있다.

이와 같이, 종래의 일반적인 BMS 기술들은 전압이 높은 셀을 방전하여 전압을 낮춘다는 공통점을 가지고 있으므로 배터리 셀 전체를 완충시키는데 기술적인 문제가 있으며, 이 경우 에너지 저장 시스템의 가용 용량이 시간이 경과함에 따라 그 만큼 감소하게 된다는 문제점이 있다.

그리하여, 최근에는 각 셀들에 충전기를 연결하여 완충되지 않은 셀만을 완충시켜 셀 밸런싱이 이루어지도록 하는 Active BMS 방식이 개발되어 사용되고 있는 실정이나, 이는 각 셀에 충전기를 연결하여야 함으로써 과도한 시스템 제작비용이 소요된다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0127056호(2013.11.22.)

따라서, 본 발명의 목적은 각각의 배터리 셀 모듈의 상태에 따라 가변적이고 능동적으로 배터리 셀 모듈의 자체 전력과 외부 전력을 각각 별도로 사용하거나 동시에 사용하여 각각의 배터리 셀 모듈의 셀 밸런싱을 진행할 수 있으므로 각각의 배터리 셀 모듈을 완충할 수 있는 하이브리드 형태의 지능형 배터리 매니지먼트 시스템을 제공하는 것이다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 메인 충전기에 의해 배터리 셀이 목표 충전전압까지 충전되거나 적어도 어느 하나 배터리 셀이 완충될 때까지 1차 충전되며, 배터리 셀을 방전시킬 수 있는 저항과 배터리 셀 간 전력을 이동시킬 수 있는 전력변환기가 마련된 복수개의 배터리 셀 모듈과, 상기 배터리 셀 모듈 내 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀이 완충되면, 완충되지 않은 배터리 셀을 충전시킬 수 있는 밸런싱 충전기 및, 상기 1차 충전된 배터리 셀 모듈 내 각각의 배터리 셀의 충전량을 감지하여 방전이 필요한 배터리 셀에는 저항을 연결하여 배터리 셀을 방전시키고, 전력이동이 필요한 배터리 셀 간에는 상기 전력 변환기를 연결하여 전력을 이동시키며, 충전이 필요한 배터리 셀에는 밸런싱 충전기를 연결하여 배터리 셀을 2차 충전시켜 배터리 셀 모듈 내 각각의 배터리 셀의 셀 밸런싱을 진행시키는 메인 제어부를 포함하는 지능형 배터리 매니지먼트 시스템이 개시된다.

일예를 들면, 상기 메인 제어부는 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀 모듈을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 및, 외부전원을 이용한 밸런싱 충전기를 통해 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 방전 시 소요되는 시간 및 소비전력이 가장 작아 방전모드가 최적의 모드라고 판단되면, 방전이 필요한 배터리 셀에 저항을 연결하여 배터리 셀을 방전시켜 셀 밸런싱을 유지시킬 수 있다.

다른 예를 들면, 상기 메인 제어부는 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀 모듈을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 배터리 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 및, 외부전원을 이용한 밸런싱 충전기를 통해 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 배터리 셀 간 전력을 이동시키는 시간 및 소비전력이 가장 작아 전력 이동모드가 최적의 모드라고 판단되면, 전력 이동이 필요한 배터리 셀에 전력 변환기를 연결하여 해당 배터리 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 수도 있다.

또 다른 예를 들면, 상기 메인 제어부는 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀 모듈을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 그리고 외부전원을 이용한 밸런싱 충전기를 통해 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 2차 충전 시 소요되는 시간 및 전력이 가장 작아 2차 충전 모드가 최적의 모드라고 판단되면, 2차 충전이 필요한 배터리 셀에 밸런싱 충전기를 연결하여 배터리 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 유지시킬 수도 있다.

또 다른 예를 들면, 상기 메인 제어부는 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 상대적으로 높은 충전상태의 배터리 셀 전력을 낮은 배터리 셀로 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 및, 배터리 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교 분석하여 최적의 모드가 방전모드와 전력 이동모드 및, 2차 충전모드가 혼재되어 있다고 판단되면, 방전이 필요한 배터리 셀은 저항을 연결하여 배터리 셀을 방전시키고, 배터리 셀 간 전력이동이 필요한 경우에는 전력 변환기를 연결하여 전력 이동을 시키고, 2차 충전이 필요한 배터리 셀 모듈에는 밸런싱 충전기를 연결하여 배터리 셀을 2차 충전시키는 방법을 혼용하여 셀 밸런싱을 진행할 수도 있다.

여기서, 상기 배터리 셀 모듈은 상기 메인 충전기에 의해 1차 충전되며 통신블록을 통해 상기 메인 제어부에 충전량을 전송함으로써 상기 메인 제어부에 의해 충전량이 감지되는 복수개의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀을 밸런싱 충전기에 연결 또는 해제시키는 충전기 제어 스위치와, 상기 배터리 셀 모듈의 배터리 셀 간 전력 이동을 위해 배터리 셀에 연결되는 전력 변환기와, 상기 각각의 배터리 셀 모듈의 전력 변환기를 선택된 배터리 셀과 서로 연결하는 전력 이동라인과, 상기 배터리 셀 간 전력 이동을 위한 전력 변환기를 배터리 셀에 연결 또는 해제시키는 전력 변환기 제어 스위치와, 상기 배터리 셀과 연결되는 저항과, 상기 배터리 셀과 저항 사이에 연결되어 상기 배터리 셀을 저항에 연결 또는 해제시키는 저항 제어 스위치 및, 상기 메인 제어부로부터 방전신호가 전송되면 상기 저항 제어 스위치를 작동시켜 상기 배터리 셀과 저항을 연결시켜 배터리 셀을 세팅된 양만큼 방전시키거나, 상기 메인 제어부로부터 배터리 셀 간 전력 이동 신호가 전송되면 상기 전력 변환기 제어 스위치를 작동시켜 상기 배터리 셀과 전력 변환기를 연결시켜 배터리 셀을 세팅된 양만큼 전력 이동시키거나, 상기 메인 제어부로부터 2차 충전신호가 전송되면 상기 충전기 제어 스위치를 작동시켜 상기 배터리 셀과 밸런싱 충전기를 연결시켜 배터리 셀을 세팅된 양만큼 2차 충전시켜 시킬 수 있도록 하는 모듈 제어부를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 각각의 배터리 셀 간에 불균형이 발생되더라도 각각의 배터리 셀 모듈에 마련되어 있는 저항을 통한 셀 밸런싱, 배터리 셀 자체의 전력을 이용하여 배터리 셀의 셀 밸런싱을 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 외부 전원을 이용해서도 배터리 셀의 셀 밸런싱을 진행할 수 있다. 특히, 외부 전원을 이용하는 경우 모든 배터리 셀을 완충하는 방향으로 셀 밸런싱을 진행할 수 있다.

즉, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 각각의 배터리 셀 모듈의 1차 충전 상태에 따라 가변적이고 능동적으로 자체 전력을 이용한 셀 밸런싱 모드와, 외부 전력을 이용한 셀 밸런싱 모드를 각각 별도로 진행하거나 동시에 진행하여 셀 밸런싱을 할 수 있도록 함으로써 셀 밸런싱 효율을 대폭 향상시켜 투입되는 에너지는 최소화시키면서 배터리 셀의 가용 용량은 최대한 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 배터리 셀 각각 또는 각각의 배터리 셀에 셀 충전기가 별도로 설치되는 것이 아니라, 한 대의 밸런싱 충전기를 통해 외부 전력을 이용하여 각각의 배터리 셀 모듈이 선택적이고 가변적으로 충전되어 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 함으로써 시스템 제작비용을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 변환 효율성까지도 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이에 더하여, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 각각의 배터리 셀 분포상태를 비교하여 방전 시 소요되는 시간 및 소비전력, 상대적으로 높은 상태 셀의 전력을 낮은 셀로 이동시키는데 소요되는 시간 및 소비전력 그리고 2차 충전 시 소요되는 시간 및 소비전력 중 어느 시간 및 소비전력이 작은지를 분석하여 이를 기반으로 시간 및 소비전력이 작게 소요되는 셀 밸런싱 모드를 선택하여 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 하여 효율적인 에너지 사용으로 유지비용을 더욱 절감할 수 있을 뿐만 아니라 매우 신속하게 셀 밸런싱을 진행할 수 있으므로 시스템의 가동률을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그러므로, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 대고객 만족도와 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템을 설명하기 위한 블록도
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템을 설명하기 위한 흐름도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 복수개의 배터리 셀 모듈(110), 밸런싱 충전기(120) 및, 메인 제어부(130)를 포함할 수 있다.

상기 복수개의 배터리 셀 모듈(110)은 메인 충전기(210)와 연결되어 상기 메인 충전기(210)에 의해 목표로 하는 충전전압으로 충전되거나 적어도 어느 하나의 배터리 셀이 완충될 때까지 1차 충전될 수 있다.

여기서, 상기 메인 충전기(210)와 복수개의 배터리 셀 모듈(110) 사이에는 후술되는 메인 제어부(130)에 의해 작동되는 스위치(220)가 연결될 수 있다.

따라서, 상기 메인 제어부(130)는 상기 복수개의 배터리 셀 모듈(110)의 배터리 셀(111)이 목표로 하는 충전전압으로 충전되었다고 판단되거나, 상기 복수개의 배터리 셀 모듈(110) 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀 모듈(110)의 배터리 셀(111)이 충전 종지 전압에 도달하여 완충되었다고 판단되면, 상기 스위치(220)를 오픈 시켜 상기 메인 충전기(210)에 의한 배터리 셀 모듈(110)의 1차 충전을 완료시키게 된다.

예를 들면, 상기 복수개의 배터리 셀 모듈(110)은 복수개의 배터리 셀(111), 충전기 제어 스위치(112), 전력 변환기(113), 전력 이동라인(114), 전력 변환기 제어 스위치(115), 저항(116), 저항 제어 스위치(117) 및, 모듈 제어부(118)를 포함할 수 있다.

상기 복수개의 배터리 셀(111)은 상기 메인 충전기(210)와 연결되어 상기 메인 충전기(210)에 의해 1차 충전될 수 있다. 한편, 상기 배터리 셀(110)의 충전량은 통신 블록을 통해 상기 메인 제어부(130)로 전송됨으로써 상기 메인 제어부(130)에 의해 감지될 수 있다.

상기 충전기 제어 스위치(112)는 상기 배터리 셀(111)을 밸런싱 충전기(120)에 연결 또는 분리시킬 수 있도록 상기 배터리 셀(111)과 밸런싱 충전기(120) 사이에 연결될 수 있다.

상기 전력 변환기(113)는 상기 배터리 셀 모듈(110)의 배터리 셀(111) 간 전력 이동을 위해 배터리 셀(111)에 연결될 수 있다.

상기 전력 이동라인(114)은 선택된 배터리 셀(111)에 연결되어 선택된 배터리 셀(111) 간에 전력을 이동시킬 수 있도록 한다.

상기 전력변환기 제어 스위치(115)는 상기 배터리 셀(111)을 전력변환기(113)에 연결 또는 분리시킬 수 있도록 상기 배터리 셀(111)과 전력변환기(113) 사이에 연결될 수 있다.

상기 저항(116)은 상기 배터리 셀(111)과 연결되어 상기 배터리 셀(111)을 방전시킬 수 있다.

상기 저항 제어 스위치(117)는 상기 배터리 셀(111)과 저항(116) 사이에 연결되어 상기 배터리 셀(111)을 저항(116)에 연결 또는 분리시킬 수 있다.

상기 모듈 제어부(118)는 상기 메인 제어부(130), 충전기 제어 스위치(112), 전력변환기 제어 스위치(115) 및 저항 제어 스위치(117)와 연결되어, 상기 메인 제어부(130)로부터 상기 배터리 셀(111)의 방전신호, 전력 이동 신호, 2차 충전신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 수신할 수 있다.

상기 모듈 제어부(118)는 상기 메인 제어부(130)로부터 배터리 셀(111)의 방전신호가 수신되면 상기 저항 제어 스위치(117)를 작동시켜 상기 배터리 셀(111)과 저항(116)을 연결시켜 상기 배터리 셀(111)을 세팅된 양만큼 방전시켜 셀 밸런싱을 진행시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 모듈 제어부(118)는 상기 메인 제어부(130)로부터 배터리 셀(111)의 전력 이동 신호가 수신되면 전력 이동이 필요한 배터리 셀(111)과 연결되어 있는 전력변환기 제어 스위치(115)를 작동시켜 상기 배터리 셀(111)과 전력 변환기(113)을 연결시켜 전력이 충분한 배터리 셀(111)로부터 전력이 부족한 배터리 셀(111)로 세팅된 양만큼 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행시킬 수 있도록 한다.

한편, 상기 모듈 제어부(118)는 상기 메인 제어부(130)로부터 상기 배터리 셀(111)의 2차 충전 신호가 수신되면, 상기 충전기 제어 스위치(112)를 작동시켜 상기 배터리 셀(111)과 밸런싱 충전기(120)를 연결시켜 상기 배터리 셀(111)을 세팅된 양만큼 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행시킬 수 있도록 한다.

상기 밸런싱 충전기(120)는 상기 복수개의 배터리 셀 모듈(110)의 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀(111)이 완충되면, 완충되지 않은 배터리 셀 모듈(110)을 충전시킬 수 있도록 상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)의 복수개의 배터리 셀(111)과 연결될 수 있다.

한편, 상기 밸런싱 충전기(120)는 내부에 고용량의 AC/DC 컨버터가 마련되어 AC 전력을 각각의 배터리 셀 모듈로 바로 공급하는 것이 아니라, 상기 AC/DC 컨버터를 통해 각각의 배터리 셀 모듈(110)에 외부로부터 공급되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환시켜 공급할 수 있도록 함으로써 에너지 변환 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 배터리 매니지먼트 시스템을 저비용으로 제작할 수 있도록 한다.

상기 메인 제어부(130)는 상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)과 연결되어 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 모듈(110)의 충전량을 감지할 수 있다.

이와 같은 메인 제어부(130)는 상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)로부터 감지한 배터리 셀(111)의 충전량을 기반으로 하여 방전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀 모듈(110)에는 방전신호를 전송하여 배터리 셀(111)을 방전시킬 수 있도록 하며, 전력의 이동이 필요하다고 판단되는 배터리 셀(111) 사이에는 전력을 이동시킬 수 있도록 하며, 2차 충전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀 모듈(110)에는 2차 충전신호를 전송하여 배터리 셀(111)을 2차 충전하여 각각의 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱을 진행시킬 수 있도록 한다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 메인 제어부(130)는 상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)로부터 전송받은 각각의 배터리 셀(111)들의 충전량 분포를 기반으로 방전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀 모듈(110)은 모듈 제어부(118)에 의해 저항 제어 스위치(117)가 연결되어 저항(116)에 의해 배터리 셀(111)이 방전되도록 상기 모듈 제어부(118)로 방전신호를 전송하게 된다.

따라서, 상기 메인 제어부(130)로부터 모듈 제어부(118)가 방전 신호를 전송받게 되면, 상기 모듈 제어부(118)는 방전이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 저항 제어 스위치(117)를 작동시켜 배터리 셀(111)을 저항(116)과 연결시킴으로써 배터리 셀(111)을 세팅된 양만큼 방전시켜 셀 밸런싱을 진행시키게 된다.

또한, 상기 메인 제어부(130)는 상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)로부터 전송받은 각각의 배터리 셀들(111)의 충전량 분포를 기반으로 전력 이동이 필요하다고 판단되는 배터리 셀 모듈(110)은 모듈 제어부(118)에 의해 전력 변환기 제어 스위치(115)가 연결되어 전력 변환기(113)에 의해 전력 이동이 필요한 배터리 셀(111) 간에 전력이 이동되도록 상기 모듈 제어부(118)로 전력 이동 신호를 전송하게 된다.

따라서, 상기 메인 제어부(130)로부터 모듈 제어부(118)가 전력 이동 신호를 전송 받게 되면, 상기 모듈 제어부(118)는 전력 이동이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 전력 변환기 제어 스위치(115)를 작동시켜 전력 이동이 필요한 배터리 셀(111)을 전력 변환기(113)와 연결시킴으로써 선택된 배터리 셀(111)의 전력을 설정된 양만큼 선택된 다른 배터리 셀(111)로 이동시켜 셀 밸런싱을 진행시키게 된다.

한편, 상기 메인 제어부(130)는 상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)로부터 전송받은 각각의 배터리 셀(111)들의 충전량 분포를 기반으로 2차 충전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀 모듈(110)은 모듈 제어부(118)에 의해 충전기 제어 스위치(112)가 연결되어 밸런싱 충전기(120)에 의해 2차 충전되도록 상기 모듈 제어부(118)로 2차 충전신호를 전송하게 된다.

따라서, 상기 메인 제어부(130)로부터 모듈 제어부(118)가 2차 충전신호를 전송 받게 되면, 상기 모듈 제어부(118)는 2차 충전이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 충전기 제어 스위치(112)를 작동시켜 2차 충전이 필요한 배터리 셀(111)을 밸런싱 충전기(120)와 연결시킴으로써 세팅된 양만큼 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행시키게 된다.

여기서, 상기 메인 제어부(130)는 각각의 배터리 셀 모듈(110)을 구성하고 있는 배터리 셀(111)들의 충전량 분포를 분석하여 최소로 충전된 배터리 셀(111)의 충전량 대비 나머지 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 상대적으로 높은 충전 상태에 있는 배터리 셀(111)의 전력을 낮은 배터리 셀(111)로 이동 시키는데 소요되는 시간과 소비전력, 그리고 가장 높게 충전된 배터리 셀(111)을 제외한 나머지 배터리 셀(111)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행시킬 시 소요되는 시간과 소비전력을 각각 비교 산출할 수 있다.

상기 메인 제어부(130)에 의해 분석 및 산출된 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 배터리 셀(111) 간 전력 이동을 통해 셀 밸런싱 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력, 그리고 배터리 셀(111)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 방전 시 소요되는 시간 및 전력이 가장 작아 방전모드가 최적의 모드라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 방전이 필요한 배터리 셀(111)에 저항(116)을 연결하여 해당 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행시키게 된다.

즉, 상기 메인 제어부(130)에 의해 분석 후 산출된 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 배터리 셀 간 전력이동을 통한 셀 밸런싱 시 소요되는 시간과 소비전력, 그리고 배터리 셀(111)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 셀 밸런싱 가능 시간 및 분포상태를 고려하여 Passive 방식(방전모드)이 최적이라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 모듈 제어부(118)로 방전이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 방전신호를 전송하여, 상기 모듈 제어부(118)에 의해 저항 제어 스위치(117)가 작동되어 해당 배터리 셀(111)이 저항(116)과 연결되도록 함으로써 상기 저항(116)을 통해 배터리 셀(111)이 세팅된 양만큼 방전되도록 하여 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 배터리 셀(111)이 세팅된 양만큼 방전되면 상기 모듈 제어부(118)는 상기 저항 제어 스위치(117)를 작동시켜 배터리 셀(111)과 저항(116)을 분리시켜 상기 해당 배터리 셀(111)이 더 이상 방전되지 않도록 한다.

또한, 상기 메인 제어부(130)에 의해 분석 후 산출된 결과가 특정 배터리 셀(111)간 전력을 이동하여 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력이 가장 작아 전력 이동모드가 최적이라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 전력 이동이 필요한 배터리 셀 모듈(110) 내 해당 배터리 셀(111)에 전력 변환기(113)를 연결하여 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 한다.

즉, 상기 메인 제어부(130)에 의해 분석 후 산출된 결과가 배터리 셀(111)간 전력 이동을 통한 셀 밸런싱 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력이 가장 작아 Active 방식(전력 이동 모드)이 최적이라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 모듈 제어부(118)로 전력 이동이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 전력 이동 신호를 전송하여, 상기 모듈 제어부(118)에 의해 전력변환기 제어 스위치(115)가 작동되어 해당 배터리 셀(111)이 전력 변환기(113)와 연결되도록 함으로써 상기 전력 변환기(113)를 통해 전력 이동이 필요한 배터리 셀(111) 간에 세팅된 양만큼 전력이 이동되도록 하여 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 배터리 셀(111)간에 세팅된 양만큼 전력이 이동되면 상기 모듈 제어부(118)는 상기 전력변환기 제어 스위치(115)를 작동시켜 해당 배터리 셀(111)과 전력변환기(113)를 분리시켜 해당 배터리 셀(111) 간에 더 이상 전력 이동이 되지 않도록 한다.

한편, 상기 메인 제어부(130)에 의해 분석 후 산출된 결과가 배터리 셀(111)을 2차 충전 시 소요되는 시간 및 소비전력이 작아 2차 충전 모드가 최적의 모드라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 2차 충전이 필요한 배터리 셀 모듈(110)에 밸런싱 충전기(120)를 연결하여 배터리 셀(111)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 한다.

즉, 상기 메인 제어부(130)에 의해 분석 후 산출된 배터리 셀(111)을 2차 충전하여 셀 밸런싱 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력이 작아 2차 충전모드가 최적의 모드라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 모듈 제어부(118)로 2차 충전이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 2차 충전 신호를 전송하여, 상기 모듈 제어부(118)에 의해 충전기 제어 스위치(112)가 작동되어 해당 배터리 셀(111)이 밸런싱 충전기(120)와 연결되도록 함으로써 상기 밸런싱 충전기(120)를 통해 배터리 셀(111)이 세팅된 양만큼 2차 충전되도록 하여 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 배터리 셀(111)이 세팅된 양만큼 2차 충전되면 상기 모듈 제어부(118)는 상기 충전기 제어 스위치(112)를 작동시켜 배터리 셀(111)과 밸런싱 충전기(120)를 분리시켜 상기 배터리 셀(111)이 더 이상 충전되지 않도록 한다.

또한, 상기 메인 제어부(130)는 상기 각각의 배터리 셀(111)들의 충전량 분포상태를 분석한 결과가 셀 밸런싱을 진행하는데 있어 Passive 방식(방전모드)과 셀 간 전력을 이동하는 Active 방식(전력 이동 모드) 및, 밸런싱 충전기(120)를 통한 2차 충전하는 Active 방식(2차 충전모드)이 혼재하여 각 방식을 동시 다발적으로 적용하는 것이 유리하다가 판단되면, 방전이 필요한 배터리 셀은 저항(116)을 연결하여 배터리 셀(111)을 방전시키고, 전력을 이동시킬 배터리 셀(111) 사이는 전력 변환기(113)를 통한 전력을 이동시킴과 동시에, 2차 충전이 필요한 배터리 셀(111)에는 밸런싱 충전기(120)를 연결하여 해당 배터리 셀(111)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 한다.

즉, 상기 메인 제어부(130)에 의해 분석한 결과 각각의 배터리 셀 모듈(110) 중 최소로 충전된 배터리 셀(111)의 충전량 대비 나머지 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력, 상대적으로 높게 충전된 배터리 셀(111)의 전력을 상대적으로 낮은 배터리 셀(111)로 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력, 그리고 높게 충전된 배터리 셀(111)을 제외한 나머지 배터리 셀(111)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력이 유사하여 하나의 방식으로만 셀 밸런싱을 진행하는 것 보다, 두 가지 이상의 방식을 혼용하여 셀 밸런싱을 진행하는 것이 좋다고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 방전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀(111)은 상기 모듈 제어부(118)에 의해 저항 제어 스위치(117)가 작동되어 해당 배터리 셀(111)과 저항(116)을 연결하여 상기 저항(116)을 통해 세팅된 양만큼 배터리 셀(111)을 방전시키며, 전력 이동이 필요하다고 판단되는 배터리 셀(111)은 상기 모듈 제어부(118)에 의해 전력변환기 제어 스위치(115)를 연결하여 전력이 이동하도록 함과 동시에, 2차 충전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀 모듈(110)은 상기 모듈 제어부(118)에 의해 충전기 제어 스위치(112)가 작동되어 해당 배터리 셀(111)과 밸런싱 충전기(120)를 연결하여 상기 밸런싱 충전기(120)를 통해 세팅된 양만큼 배터리 셀(111)을 2차 충전시킴으로써 매우 신속하게 최적화된 셀 밸런싱을 진행할 수 있다.

다시, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템의 작동과정과 작용 효과에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템을 이용하는 각각의 배터리 셀 모듈(110)은 메인 충전기(210)를 통해 각각의 배터리 셀 모듈(110)의 배터리 셀(111)을 1차 충전을 하게 된다(S110).

한편, 메인 제어부(130)는 상기 복수개의 배터리 셀 모듈(110) 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀 모듈(110)의 배터리 셀(111)이 완충되었는지 여부를 감지하여 충전 상태를 확인한다(S120).

상기 메인 제어부(130)에 의해 전체 배터리 시스템이 목표로 하는 충전량이 도달했거나 상기 복수개의 배터리 셀 모듈(110) 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀 모듈(110)의 배터리 셀(111)이 완충 되었거나 과 충전 되었다고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 스위치(220)를 작동시켜 메인 충전기(210)와 배터리 셀 모듈(110) 사이를 분리시켜 상기 배터리 셀 모듈(110)이 더 이상 충전되지 않게 된다(S130).

상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)의 배터리 셀(111)의 1차 충전이 완료되면 메인 제어부(130)는 상기 배터리 셀 모듈(110)의 각각의 배터리 셀(111)의 충전량을 감지하여 각각의 배터리 셀 모듈(110) 중 최소로 충전된 배터리 셀(111)의 충전량 대비 나머지 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 배터리 셀(111) 간 전력 이동을 통해 셀 밸런싱을 진행할 때와 완충된 배터리 셀 모듈(110)을 제외한 나머지 배터리 셀 모듈(110)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력을 비교한다(S140).

상기 메인 제어부(130)에 의해 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 모듈(110) 중 최소로 충전된 배터리 셀(111)의 충전량 대비 나머지 배터리 셀(11)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 배터리 셀(111) 간 전력 이동을 통해 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 그리고 완충된 배터리 셀(111)을 제외한 나머지 배터리 셀 모듈(110)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력이 비교되어 방전모드가 최적의 모드라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 모듈 제어부(118)로 방전 신호를 전송하여, 상기 모듈 제어부(118)에 의해 방전이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 저항 제어 스위치(117)가 작동되도록 하여 배터리 셀(111)과 저항(116)을 연결하여 해당 배터리 셀(111)을 방전시킴으로써 셀 밸런싱을 진행하게 된다(S151).

한편, 상기 메인 제어부(130)에 의해 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 모듈(110) 중 최소로 충전된 배터리 셀(111)의 충전량 대비 나머지 배터리 셀(11)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 배터리 셀(111) 간 전력 이동을 통해 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 그리고 완충된 배터리 셀(111)을 제외한 나머지 배터리 셀 모듈(110)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력이 비교되어 전력 이동 모드가 최적의 모드라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 모듈 제어부(118)로 전력 이동 모드 신호를 전송하여, 상기 모듈 제어부(118)에 의해 전력 이동이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 전력 변환기 제어 스위치(115)가 작동되도록 하여 배터리 셀(111)과 전력 변환기(113)을 연결하여 해당 배터리 셀(111) 간에 전력이 이동되도록 하여 셀 밸런싱을 진행하게 된다(S152).

또한, 상기 메인 제어부(130)에 의해 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 모듈(110) 중 최소로 충전된 배터리 셀(111)의 충전량 대비 나머지 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력과, 상대적으로 높게 충전된 배터리 셀(111)의 전력을 낮게 충전된 배터리 셀(111)로 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 그리고 높게 충전된 배터리 셀(111)을 제외한 나머지 배터리 셀(111)들을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력이 비교되어 2차 충전모드가 최적의 모드라고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 모듈 제어부(118)로 2차 충전 신호를 전송하여, 상기 모듈 제어부(118)에 의해 2차 충전이 필요한 배터리 셀 모듈(110)의 충전기 제어 스위치(112)가 작동되도록 하여 배터리 셀(111)과 밸런싱 충전기(120)를 연결하여 배터리 셀(111)을 2차 충전시킴으로써 셀 밸런싱을 하게 된다(S153).

이와는 다르게, 상기 메인 제어부(130)에 의해 상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 모듈(110) 중 최소로 충전된 배터리 셀(111)의 충전량 대비 나머지 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 상대적으로 높게 충전된 배터리 셀(111)의 전력을 낮은 배터리 셀(111)로 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간과 소비전력, 그리고 높은 충전 상태의 배터리 셀(111), 예를 들어 완충된 배터리 셀(111)을 제외한 나머지 배터리 셀(111)을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교 분석한 결과, 저항(116)을 통한 배터리 셀(111)을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행하는 Passive 방식, 배터리 셀(111) 간의 전력을 이동을 통하여 셀 밸런싱을 진행하는 Active 방식, 그리고 밸런싱 충전기(120)를 이용한 2차 충전방식 중 두 가지 이상을 방식을 혼용하여 셀 밸런싱을 진행하는 것이 좋다고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 방전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀(111)은 상기 모듈 제어부(118)에 의해 저항 제어 스위치(117)가 작동되어 해당 배터리 셀(111)과 저항(116)을 연결하여 상기 저항(116)을 통해 세팅된 양만큼 배터리 셀(111)을 방전시키며, 전력 이동이 필요하다고 판단되는 배터리 셀(111)은 상기 모듈 제어부(118)에 의해 전력변환기 제어 스위치(115)를 연결하여 전력이 이동하도록 함과 동시에, 2차 충전이 필요하다고 판단되는 배터리 셀 모듈(110)은 상기 모듈 제어부(118)에 의해 충전기 제어 스위치(112)가 작동되어 해당 배터리 셀(111)과 밸런싱 충전기(120)를 연결하여 상기 밸런싱 충전기(120)를 통해 세팅된 양만큼 배터리 셀(111)을 2차 충전시킴으로써 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 한다(S154).

이후, 상기 메인 제어부(130)는 상기 각각의 배터리 셀 모듈(110)로부터 방전, 이동 전력량 또는 2차 충전량 등 각 배터리 셀의 정보를 전송 받아 각각의 배터리 셀 모듈(110)의 셀 밸런싱이 완료되었는지 여부를 판단한다(S160).

상기 메인 제어부(130)에 의해 각각의 배터리 셀 모듈(110)의 셀 밸런싱이 완료되었다고 판단되면, 상기 메인 제어부(130)는 모듈 제어부(118)로 방전 중지 신호나 전력이동 중지 신호 또는 2차 충전 중지 신호를 전송하여 상기 모듈 제어부(118)에 의해 저항 제어 스위치(117)나 전력변환기 제어 스위치(113) 또는 충전기 제어 스위치(112)를 분리시켜 셀 밸런싱을 완료하게 된다(S170).

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 각각의 배터리 셀(111) 간에 충방전에 의한 불균형이 발생되더라도 각각의 배터리 셀 모듈(110)에 마련되어 있는 저항(116)을 통해 해당 배터리 셀(111) 자체의 방전을 통해 셀 밸런싱을 진행할 수 있고, 내부전력을 이용한 배터리 셀(111) 간 전력 이동을 통해 셀 밸런싱을 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 외부 전원을 이용해서도 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱을 진행할 수 있으며, 배터리 셀 모듈(110) 자체의 전력과 외부 전원 모두를 이용하여 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱을 진행할 수 있다.

즉, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 각각의 배터리 셀(111)의 상태에 따라 가변적이고 능동적으로 자체 전력을 이용한 셀 밸런싱 모드와, 외부 전력을 이용한 셀 밸런싱 모드를 각각 별도로 진행하거나 동시에 진행하여 셀 밸런싱을 할 수 있도록 함으로써 셀 밸런싱 효율을 대폭 향상시켜 투입되는 시간과 에너지는 최소화시키면서 배터리 셀(111)의 가용 용량은 최대한 확보할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 배터리 셀 모듈(110) 각각 또는 각각의 배터리 셀(111)에 셀 충전기가 별도로 설치되는 것이 아니라, 한 대의 밸런싱 충전기(120)를 통해 외부 전력을 이용하여 각각의 배터리 셀 모듈(110)이 선택적이고 가변적으로 충전되어 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 함으로써 시스템 제작비용을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 변환 효율성까지도 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이에 더하여, 본 발명의 일실시예에 의한 지능형 배터리 매니지먼트 시스템은 각각의 배터리 셀(111)의 충전량을 비교하여 방전 시 소요되는 시간과 소비전력과 셀 간의 전력 이동 시 소요되는 시간과 소비전력 및, 2차 충전 시 소요되는 시간과 소비전력을 분석하여 이를 기반으로 시간과 소비전력이 가장 작게 소모되는 셀 밸런싱 모드를 선택하여 셀 밸런싱을 진행할 수 있도록 함으로써 효율적인 에너지 사용으로 유지비용을 더욱 절감할 수 있을 뿐만 아니라 매우 신속하게 셀 밸런싱을 진행할 수 있으므로 시스템의 가동률을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

(110) : 배터리 셀 모듈 (111) : 배터리 셀
(112) : 충전기 제어 스위치 (113) : 전력 변환기
(114) : 전력 이동라인 (115) : 전력 변환기 제어 스위치
(116) : 저항 (117) :저항 제어 스위치
(118) : 모듈 제어부 (120) : 밸런싱 충전기
(130) : 메인 제어부

Claims

메인 충전기에 의해 배터리 셀이 목표 충전전압까지 충전되거나 적어도 어느 하나 배터리 셀이 완충될 때까지 1차 충전되며, 배터리 셀을 방전시킬 수 있는 저항과 배터리 셀 간 전력을 이동시킬 수 있는 전력변환기가 마련된 복수개의 배터리 셀 모듈;
상기 배터리 셀 모듈 내 복수개의 배터리 셀 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀이 완충되면, 완충되지 않은 배터리 셀을 충전시킬 수 있는 밸런싱 충전기; 및
상기 1차 충전된 배터리 셀 모듈 내 각각의 배터리 셀의 충전량을 감지하여 방전이 필요한 배터리 셀에는 저항을 연결하여 배터리 셀을 방전시키고, 전력이동이 필요한 배터리 셀 간에는 상기 전력 변환기를 연결하여 전력을 이동시키며, 충전이 필요한 배터리 셀에는 밸런싱 충전기를 연결하여 배터리 셀을 2차 충전시켜 배터리 셀 모듈 내 각각의 배터리 셀의 셀 밸런싱을 진행시키는 메인 제어부를 포함하하며,
상기 배터리 셀 모듈은,
상기 메인 충전기에 의해 1차 충전되며 통신블록을 통해 상기 메인 제어부에 충전량을 전송함으로써 상기 메인 제어부에 의해 충전량이 감지되는 복수개의 배터리 셀;
상기 배터리 셀을 밸런싱 충전기에 연결 또는 해제시키는 충전기 제어 스위치;
상기 배터리 셀 모듈의 배터리 셀 간 전력 이동을 위해 배터리 셀에 연결되는 전력 변환기;
상기 각각의 배터리 셀의 전력 변환기를 선택된 배터리 셀과 서로 연결하는 전력 이동라인;
상기 배터리 셀 간 전력 이동을 위한 전력 변환기를 배터리 셀에 연결 또는 해제시키는 전력 변환기 제어 스위치;
상기 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀을 방전시킬 수 있는 저항;
상기 배터리 셀과 저항 사이에 연결되어 상기 배터리 셀을 저항에 연결 또는 해제시키는 저항 제어 스위치; 및
상기 메인 제어부로부터 방전신호가 전송되면 상기 저항 제어 스위치를 작동시켜 상기 배터리 셀과 저항을 연결시켜 배터리 셀을 세팅된 양만큼 방전시키거나, 상기 메인 제어부로부터 배터리 셀 간 전력 이동 신호가 전송되면 상기 전력 변환기 제어 스위치를 작동시켜 상기 배터리 셀과 전력 변환기를 연결시켜 배터리 셀을 세팅된 양만큼 전력 이동시키거나, 상기 메인 제어부로부터 2차 충전신호가 전송되면 상기 충전기 제어 스위치를 작동시켜 상기 배터리 셀과 밸런싱 충전기를 연결시켜 배터리 셀을 세팅된 양만큼 2차 충전시켜 시킬 수 있도록 하는 모듈 제어부를 포함하며,
상기 메인 제어부는,
상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀 모듈을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 및, 외부전원을 이용한 밸런싱 충전기를 통해 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 방전 시 소요되는 시간 및 소비전력이 가장 작아 방전모드가 최적의 모드라고 판단되면, 방전이 필요한 배터리 셀에 저항을 연결하여 배터리 셀을 방전시켜 셀 밸런싱을 유지시키며,
상기 메인 제어부는,
상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀 모듈을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 배터리 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 및, 외부전원을 이용한 밸런싱 충전기를 통해 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 배터리 셀 간 전력을 이동시키는 시간 및 소비전력이 가장 작아 전력 이동모드가 최적의 모드라고 판단되면, 전력 이동이 필요한 배터리 셀에 전력 변환기를 연결하여 해당 배터리 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행하하며,
상기 메인 제어부는,
상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀 모듈을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 셀 간 전력을 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 그리고 외부전원을 이용한 밸런싱 충전기를 통해 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교하여, 2차 충전 시 소요되는 시간 및 전력이 가장 작아 2차 충전 모드가 최적의 모드라고 판단되면, 2차 충전이 필요한 배터리 셀에 밸런싱 충전기를 연결하여 배터리 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 유지시키며,
상기 메인 제어부는,
상기 1차 충전된 각각의 배터리 셀 중 최소로 충전된 배터리 셀의 충전량 대비 나머지 배터리 셀을 방전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력과, 상대적으로 높은 충전상태의 배터리 셀 전력을 낮은 배터리 셀로 이동시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력 및, 배터리 셀을 2차 충전시켜 셀 밸런싱을 진행할 때 소요되는 시간 및 소비전력을 비교 분석하여 최적의 모드가 방전모드와 전력 이동모드 및, 2차 충전모드가 혼재되어 있다고 판단되면, 방전이 필요한 배터리 셀은 저항을 연결하여 배터리 셀을 방전시키고, 배터리 셀 간 전력이동이 필요한 경우에는 전력 변환기를 연결하여 전력 이동을 시키고, 2차 충전이 필요한 배터리 셀 모듈에는 밸런싱 충전기를 연결하여 배터리 셀을 2차 충전시키는 방법을 혼용하여 셀 밸런싱을 진행하는 것을 특징으로 하는
지능형 배터리 매니지먼트 시스템.
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