KR102286008B1 - 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩, 상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 배터리 팩 선택부, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작하는 스위치부 및 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충전하거나 방전시키는 제어부를 포함하며, 상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함한다.

Description

배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법{BATTERY SYSTEM AND CHARGE AND DISCHARGE CONTROLLING METHOD FOR BATTERY PACKS}
본 발명은 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 전압 불균형을 해소하고 순환전류 등의 문제를 해결할 수 있는 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)와 같은 대형 에너지 저장 장치는 구동전압의 유지 및 효율적인 에너지 출력을 위해, 수십~수백 개의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 다수의 배터리 팩을 구성하고, 각 배터리 팩을 병렬로 연결하여 사용한다.
여기서, 어느 하나의 배터리 팩을 그리드(Grid)에서 제거 후 재연결하는 경우, 연결되어 있는 배터리 팩과 연결하려는 배터리 팩 사이에 전위차가 존재하면 배터리 팩 사이의 전위차를 줄이기 위해 돌입전류(Rush Current)가 발생하게 된다.
또한, 장시간 시스템을 운용하게 되면 배터리 팩 사이의 전압 차이로 인하여 원하지 않는 순환 전류가 발생하고, 이는 배터리 팩 손상의 원인이 될 수 있다.
본 발명은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 전압 불균형을 해소하고 순환전류 등의 문제를 해결할 수 있는 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩, 상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 배터리 팩 선택부, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작하는 스위치부 및 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충전하거나 방전시키는 제어부를 포함하며, 상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함한다.
또한, 상기 제어부는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전모드로 제어하고, 상기 초기 충전모드에서 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 충방전 제어 방법은, 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩의 충방전 제어 방법에 있어서, 상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하는 단계, 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 단계 및 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충방전 제어하는 단계를 포함하며, 상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함한다.
또한, 상기 충방전 제어 단계에서는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전 단계를 더 포함하고, 상기 초기 충전 단계에서는 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.
본 발명은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 전압 불균형을 해소하고 순환전류 등의 문제를 해결할 수 있는 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전모드 및 방전모드에서의 스위치부의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 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 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(100)은 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3), 배터리 팩 선택부(110), 스위치부(S1, S2, S3) 및 제어부(120)를 포함한다.
복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)은 각각 복수의 배터리 셀을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀은 서로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 서로 연결될 수 있다. 도 1은 3개의 배터리 팩을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(100)은 서로 병렬로 연결된 두 개 이상의 배터리 팩을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
도 1에 도시되어 있지는 않지만, 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)은 각각 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)을 포함할 수 있으며, 상기 BMS는 배터리의 안전성과 신뢰성을 보증하는 역할을 하며, 상기 복수의 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하여 배터리 팩을 최적의 상태로 유지 관리한다.
예컨대, 상기 BMS는 배터리의 충전 또는 방전시 과충전 및 과방전을 막아주며 배터리 셀 간의 전압을 균일하게 하여줌으로써 에너지 효율 및 배터리의 수명을 높여준다.
여러 개의 배터리 셀이 연결되어 하나의 배터리 모듈을 형성하는 경우, 그 중 한 개의 배터리 셀이라도 고장이 나거나 열화되면, 배터리 팩 전체가 영항을 받을 수 있으므로, 상기 BMS는 개개의 배터리 셀에 대한 과충전, 과방전, 과열을 방지하고 이들이 최적의 상태를 유지할 수 있도록 한다.
배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정한다. 배터리 시스템(100)은 전원(미도시)과 연결되어 전력을 공급받을 수 있으며, 상기 전원으로부터 공급되는 전력은 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)에 저장될 수 있다. 또한, 배터리 시스템(100)이 부하(미도시)에 연결되는 경우 상기 부하는 배터리 시스템(100)으로부터 전력을 공급받을 수 있으며, 이때에는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 방전 상태에 있게 된다.
따라서, 배터리 시스템(100)에 상기 전원이 연결되어 있는 경우 배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태를 충전모드로 결정하고, 배터리 시스템(100)에 상기 부하가 연결되어 있는 경우에는 배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태를 방전모드로 결정한다.
배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 중에서 특정한 배터리 팩을 선택할 수 있는데, 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 충전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 낮은 배터리 팩을 선택하고, 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 방전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 높은 배터리 팩을 선택한다.
배터리 팩 선택부(110)에 의하여 선택된 배터리 팩은 다른 배터리 팩들과 다른 크기의 방전 전류를 출력하거나, 다른 크기의 충전 전류를 입력 받을 수 있다.
스위치부(S1, S2, S3)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(S1)는 제1 배터리 팩(Pack 1)에 연결되고, 제2 스위치(S2)는 제2 배터리 팩(Pack 2)에 연결되며, 제3 스위치(S3)는 제3 배터리 팩(Pack 3)에 연결된다.
한편, 스위치부(S1, S2, S3)는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하며, 도 2를 참조로 하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
제어부(120)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태에 따라 스위치부(S1, S2, S3)를 제어하여 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 충전하거나 방전시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 배터리 팩 선택부(110)에 의하여 하나의 배터리 팩이 선택되면 제어부(120)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 충전모드인지 방전모드인지에 따라 선택된 상기 하나의 배터리 팩에 연결된 스위치부를 제어하여 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 간접적으로 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부는 제1 내지 제3 스위치(SW1, SW2, SW3) 및 저항(Rc)을 포함한다. 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)는 각각 배터리 셀에 직렬로 연결되며, Vbat는 상기 배터리 셀의 전압을 나타낸다. 그리고, Ri는 배터리 팩의 내부 저항을 의미한다.
도 2는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩과 스위치부를 포함하는 회로를 간단하게 등가적으로 나타낸 것으로, 상기 배터리 셀은 복수 개가 서로 직렬 또는 병렬로 연결되거나, 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀 그룹이 서로 병렬로 연결되어 있을 수 있다.
한편, 상기 제3 스위치(SW3)는 상기 저항(Rc)과 직렬로 연결되며, 상기 제3 스위치(SW3)와 상기 제1 스위치(SW1)는 서로 병렬로 연결된다. 또한, 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제3 스위치(SW3)는 상보적으로 스위칭 동작할 수 있는데, 예컨대 상기 제1 스위치(SW1)가 턴-온(Turn-On) 되면 상기 제3 스위치(SW3)는 턴-오프(Turn-Off) 되며, 마찬가지로 상기 제3 스위치(SW3)가 턴-온(Turn-On) 되면 상기 제1 스위치(SW1)는 턴-오프(Turn-Off) 된다.
상기 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I1이라 하고 상기 제3 스위치(SW3)가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I3라 하면, 상기 제3 스위치(SW3)에 연결된 상기 저항(Rc)의 영향으로 전류 I3의 크기가 더 작음은 통상의 기술자에게 자명하다.
도 1을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩 중에서 하나의 특정한 배터리 팩을 선택하고, 제어부(120)는 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부를 제어하여 선택되지 않은 배터리 팩 보다 더 큰 전류가 흐르도록 한다.
다시 말하면, 제어부(120)는 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킨다.
배터리 팩 선택부(110)에 의해 선택되는 배터리 팩은, 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 낮은 배터리 팩이 되고, 방전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 높은 배터리 팩이 된다.
따라서, 선택된 배터리 팩에 대한 제어부(120)의 제어 동작에 의하여 충전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 낮은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 충전 전류를 공급받음으로써 복수의 배터리 팩 사이에 존재하는 전압 불균형을 해소할 수 있다.
마찬가지로, 방전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 높은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 방전 전류를 출력함으로써 전압 불균형을 해소할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전모드 및 방전모드에서의 스위치부의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 배터리 팩 선택부(110)에 의해 제1 배터리 팩(Pack 1)이 선택된 경우를 예로써 나타내며, 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)에 대응하는 스위치부의 구성은 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 동일하다. 즉, 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)에 연결되는 스위치부는 모두 동일하게 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함한다.
도 3을 참조하면, 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 제2 스위치는 모두 턴-온 되어 있으며, 제1 배터리 팩(Pack 1)의 제1 스위치는 턴-온 되어 있으나 제2 및 제3 배터리 팩(Pack 2, Pack 3)의 제1 스위치는 턴-오프 되어 있는 것을 알 확인할 수 있다.
제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 포함하는 배터리 시스템이 전원과 연결되어 외부로부터 공급되는 충전전류에 의해 상기 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 충전되는 경우, 제2 및 제3 배터리 팩(Pack 2, Pack 3)에 입력되는 충전전류는 제3 스위치를 통해 흐르게 되고, 제1 배터리 팩(Pack 1)에 입력되는 충전전류는 제1 스위치를 통해 흐르게 된다.
따라서, 제1 배터리 팩(Pack 1)에 입력되는 충전전류의 크기가 나머지 배터리 팩에 입력되는 충전전류의 크기보다 크게 되며, 제1 배터리 팩(Pack 1)은 나머지 배터리 팩보다 더 빠른 속도로 충전될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 배터리 팩 선택부(110)는 충전모드에서 배터리 팩 전압이 가장 낮은 배터리 팩을 선택하게 되고, 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부는 제1 스위치와 제2 스위치는 턴-온 되고, 제3 스위치는 턴-오프 된다.
또한, 도 3은 배터리 팩 선택부(110)에 의해 제1 배터리 팩(Pack 1)이 선택된 경우를 나타내는 것이므로 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 중에서 제1 배터리 팩(Pack 1)의 전압이 가장 낮은 것으로 이해할 수 있다.
한편, 배터리 팩 선택부(110)는 방전모드에서 배터리 팩 전압이 가장 높은 배터리 팩을 선택하게 되고, 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부는 제1 스위치와 제2 스위치는 턴-온 되고, 제3 스위치는 턴-오프 된다.
도 3은 배터리 팩 선택부(110)에 의해 제1 배터리 팩(Pack 1)이 선택된 경우를 나타내는 것이므로 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 중에서 제1 배터리 팩(Pack 1)의 전압이 가장 높은 것으로 이해할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템에서 제어부는 상기 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 충전시키는 초기 충전모드로 상기 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 초기 충전모드에서 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.
이때, 상기 배터리 시스템은 전원에 연결되어 있는 것으로 이해할 수 있으며, 상기 초기 충전모드가 구동되는 시간은 상기 충전모드가 구동되는 시간보다 짧을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법은, 배터리 팩 상태 결정 단계(S110), 배터리 팩 선택 단계(S120) 및 충방전 제어 단계(S130)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법은, 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩에 대한 충방전 제어 방법으로서, 상기 배터리 팩 상태 결정 단계(S110)에서는 상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정한다.
복수의 배터리 팩은 각각 복수의 배터리 셀을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀은 서로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 서로 연결될 수 있다. 상기 복수의 배터리 팩은 각각 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)을 포함할 수 있으며, 상기 BMS는 배터리의 안정성과 신뢰성을 보증하는 역할을 하며, 상기 복수의 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하여 배터리 팩을 최적의 상태로 유지한다.
예컨대, 상기 BMS는 배터리의 충전 또는 방전시 과충전 및 과방전을 막아주며 배터리 셀 간의 전압을 균일하게 하여줌으로써 에너지 효율 및 배터리의 수명을 높여준다.
여러 개의 배터리 셀이 연결되어 하나의 배터리 모듈을 형성하는 경우, 그 중 한 개의 배터리 셀이라도 고장이 나거나 열화되면, 배터리 팩 전체가 영항을 받을 수 있으므로, 상기 BMS는 개개의 배터리 셀에 대한 과충전, 과방전, 과열을 방지하고 이들이 최적의 상태를 유지할 수 있도록 한다.
상기 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템은 전원과 연결되어 전력을 공급받을 수 있으며, 상기 전원으로부터 공급되는 전력은 상기 복수의 배터리 팩에 저장될 수 있다. 또한, 상기 배터리 시스템이 부하에 연결되는 경우 상기 부하는 상기 배터리 시스템으로부터 전력을 공급받을 수 있으며, 이때에는 상기 복수의 배터리 시스템이 방전 상태에 있게 된다.
배터리 팩 선택 단계(S120)에서는 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택한다.
상기 배터리 팩 선택 단계(S120)에서 선택된 배터리 팩은 다르 배터리 팩들과 다른 크기의 방전 전류를 출력하거나, 다른 크기의 충전 전류를 입력 받을 수 있다.
충방전 제어 단계(S130)에서는 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충방전 제어한다. 상기 스위치부는 상기 복수의 배터리 팩 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작한다.
한편, 상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하며, 상기 충방전 제어 단계(S130)에서는 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충전하거나 방전시킨다.
또한, 상기 충방전 제어 단계(S130)에서는 상기 배터리 팩 선택 단계(S120)에서 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킬 수 있다.
도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 상기 제1 스위치가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I1이라 하고 상기 제3 스위치가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I3라 하면, 상기 제3 스위치에 연결된 상기 저항의 영향으로 전류 I3의 크기가 더 작음은 통상의 기술자에게 자명하다.
따라서, 선택된 배터리 팩에 대한 상기 충방전 제어 단계(S130)에서의 제어 동작에 의하여 충전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 낮은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 충전 전류를 공급받음으로써 복수의 배터리 팩 사이에 존재하는 전압 불균형을 해소할 수 있다.
마찬가지로, 방전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 높은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 방전 전류를 출력함으로써 전압 불균형을 해소할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법은, 초기 충전 단계(S210), 배터리 팩 상태 결정 단계(S220), 배터리 팩 선택 단계(S230) 및 충방전 제어 단계(S240)를 포함한다. 상기 배터리 팩 상태 결정 단계(S220), 배터리 팩 선택 단계(S230) 및 충방전 제어 단계(S240)에서는 도 4를 참조로 하여 설명한 배터리 팩 상태 결정 단계(S110), 배터리 팩 선택 단계(S120) 및 충방전 제어 단계(S130)에서와 실질적으로 동일한 동작이 수행되므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 초기 충전 단계(S210)에서는 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키고, 상기 초기 충전 단계(S210)에서는 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.
이때, 상기 복수의 배터리 팩을 포함하는 상기 배터리 시스템은 전원에 연결되어 있는 것으로 이해할 수 있으며, 상기 초기 충전모드가 구동되는 시간은 상기 충전모드가 구동되는 시간보다 짧을 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배터리 시스템
110: 배터리 팩 선택부
120: 제어부

Claims (6)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩;
    상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 배터리 팩 선택부;
    상기 복수의 배터리 팩 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작하는 스위치부; 및
    상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충전하거나 방전시키는 제어부를 포함하며,
    상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전모드로 제어하고,
    상기 초기 충전모드에서, 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치는 턴-온 되고, 전력은 상기 제3 스위치에 기반하여 연결되는 경로를 통해 공급되는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시키는 배터리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초기 충전모드에서 충전이 수행되는 시간은 상기 충전모드에서 충전이 수행되는 시간보다 짧은 배터리 시스템.
  4. 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩의 충방전 제어 방법에 있어서,
    상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전 단계;
    상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하는 단계;
    상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩의 충방전을 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하고,
    상기 초기 충전 단계에서, 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치는 턴-온 되고, 전력은 상기 제3 스위치에 기반하여 연결되는 경로를 통해 공급되는 배터리 팩의 충방전 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 팩의 충방전을 제어하는 단계는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시키는 단계를 포함하는 배터리 팩의 충방전 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 초기 충전 단계에서 초기 충전이 수행되는 시간은 상기 충전모드에서 충전이 수행되는 시간보다 짧은 배터리 팩의 충방전 제어 방법.
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