KR102330260B1 - 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법 - Google Patents

배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 배터리팩들의 밸런스를 유지하기 위한 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법에 관한 것이다.
본 발명은, 전기적으로 서로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들과; 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 다수의 상기 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 상기 모니터링부로부터 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 상기 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 제어부(20)를 포함하는 배터리시스템을 개시한다.

Description

배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법{Battery system and method for controlling battery system}
본 발명은 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 배터리팩들의 밸런스를 유지하기 위한 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지 시스템은 복수의 이차전지인 배터리 셀들로 구성된 집합체로, 기본 집합인 셀 블록, 이러한 셀 블록을 복수개 연결하여 구성하는 배터리모듈 및 기타 부가구성이 포함된 배터리팩 등을 일컫는다.
이러한 복수의 배터리셀 전부 또는 일부의 방전을 통해 부하에 전원을 공급할 수 있으며, 외부 전원과의 연결을 통해 배터리셀 각각을 충전할 수 있다.
한편, 종래에는 배터리를 제품과 일체 형태로 제공함에 따라, 사용 환경이 제한되고 충전하는데 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근 교체형 배터리셀 또는 배터리팩을 바탕으로 배터리를 제공함으로써, 경제적 여건, 제품 동작 조건, 사용 환경에 따라 유동적으로 배터리셀 또는 배터리팩을 교체할 수 있으나, 이들의의 교체에 따라 배터리 전체의 밸런스가 유지되지 못하고 깨지는 등의 문제점이 있다.
즉, 복수의 배터리팩들을 포함하는 배터리 내에서 각 팩들의 충전 및 방전 상태의 차이로 인해 팩 밸런스가 유지되지 못해, 특정 배터리팩에 과충방전이 일어나 배터리셀이 손상되거나, 전체적인 배터리팩의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배터리 내 다수의 배터리팩들의 밸런스 조절이 용이한 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 전기적으로 서로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들과; 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 다수의 상기 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 상기 모니터링부로부터 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 상기 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 제어부(20)를 포함하는 배터리시스템을 개시한다.
다수의 상기 배터리팩(10)들 각각에 구비되어, 상기 제어부(20)와의 전기적 연결 및 해제를 수행하는 다수의 스위치부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 스위치부는, 상기 배터리팩(10)과 상기 제어부(20) 사이에 전기적 연결 및 해제를 수행하는 스위치와, 상기 제어부(20)로부터 제어신호를 전달받아 상기 스위치를 작동하는 센서부를 포함할 수 있다.
상기 모니터링부는, 다수의 상기 배터리팩(10) 각각에 대한 충전상태를 파악하여 상기 제어부(20)에 전달하며, 상기 제어부(20)는, 다수의 상기 배터리팩(10)의 충전상태를 서로 비교하여, 다수의 상기 배터리팩(10)들과 선택적으로 연결되어 충전수행을 제어할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 다수의 상기 배터리팩(10) 중 전압이 가장 낮은 배터리팩(10)과 전기적으로 연결되어 충전을 수행하며, 충전되는 배터리팩(10)의 전압이 미리 설정된 목표전압에 도달하기 전까지 나머지 배터리팩(10)들에 대한 연결을 해제할 수 있다.
상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)의 충전으로 i번째 배터리팩(10)의 전압이 i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일해질 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전을 수행할 수 있다.
상기 제어부(20)는, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전이 수행될 때, i번째 이하의 배터리팩(10)들의 연결 및 충전은 유지될 수 있다.
상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여 전압이 가장 낮은 배터리팩(10)부터 전압이 높은 배터리팩(10) 순으로 단계적으로 충전을 진행할 수 있다.
상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)의 충전으로 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달할 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전을 수행할 수 있다.
상기 목표전압은, i+1번째 배터리팩(10)의 상기 제어부(20)와의 연결 시, i번째 배터리팩(10)의 전압과 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해지도록 하는 전압일 수 있다.
상기 목표전압은, i+1번째 배터리팩(10)의 전압보다 클 수 있다.
또한, 본 발명은, 전기적으로 서로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들과; 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 다수의 상기 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 상기 모니터링부로부터 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 상기 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 제어부(20)를 포함하는 배터리시스템의 배터리시스템 관리방법으로서, 상기 모니터링부를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 전압 및 전류 상태를 확인하는 배터리팩확인단계(S100)와; 상기 제어부(20)를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 단계적인 연결을 통해 충전 또는 방전이 수행되는 제어단계를 포함하는 배터리시스템 관리방법을 개시한다.
상기 제어단계는, 외부 전원과 연결되는 상기 제어부(20)와 다수의 배터리팩(10)들에 대한 순차적인 연결을 통해 충전이 수행되는 충전단계(S200)일 수 있다.
상기 충전단계(S200)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)을 충전하는 제1충전단계(S210)와; 상기 제1충전단계(S210)에 따라 i번째 배터리팩(10)의 전압에 대한 목표전압을 설정하는 목표전압설정단계(S220)와; 상기 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 상기 제어부(20)와의 연결 및 충전을 수행하는 제2충전단계(S230)를 포함할 수 있다.
상기 제1충전단계(S210), 목표전압설정단계(S220) 및 제2충전단계(S230)를 전압이 낮은 순서대로 1번째부터 N-1번째 배터리팩(10)까지 순차적으로 반복 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법은, 다수의 배터리셀들에 대하여 다양한 사용환경 및 조건 내에서 팩 밸런스를 안정적으로 유지하고 제어할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법은, 특정 배터리팩을 유동적으로 장착 및 교체함에 있어서, 팩 밸런스를 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리시스템 및 배터리시스템 관리방법은, 다수의 배터리팩 사이의 충전 및 방전 차이를 고려하여, 이들의 차이를 최소화하여 효율적인 에너지 사용 및 충방전이 가능한 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 배터리시스템의 개략적인 모습을 보여주는 블럭도이다.
도 2는, 도 1에 따른 배터리시스템의 배터리팩들의 전압상태를 예시적으로 보여주는 블럭도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 배터리시스템 관리방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는, 도 3에 따른 배터리시스템 관리방법 중 충전단계를 보여주는 순서도이다.
도 5는, 도 3에 따른 배터리시스템 관리방법 중 방전단계를 보여주는 순서도이다.
이하 본 발명에 따른 배터리시스템 및 배터리시스템의 관리방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 배터리시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기적으로 서로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들과; 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 다수의 상기 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 상기 모니터링부로부터 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 상기 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 제어부(20)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리팩(10)들 각각에 구비되어, 제어부(20)와의 전기적 연결 및 해제를 수행하는 다수의 스위치부를 추가로 포함할 수 있다.
다수의 배터리팩(10)들은, 부하(30)에 전력을 공급하기 위한 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
특히, 상기 배터리팩(10)은, 다수개가 일체로 제공되어, 부하(30)에 선택적으로 연결 또는 해제됨으로써 부하(30)에 최적화된 전력을 공급할 수 있다.
한편, 이 경우, 상기 배터리팩(10)은, 다수개로서 서로 병렬로 연결되어 전원을 공급할 수 있으며, 필요에 따라 특정 배터리팩(10)의 연결을 해제하여 전체 에너지 저장량을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 배터리팩(10)은, 다수의 배터리셀들이 결합되고 배터리셀들을 관리하는 BMS(battery management system)제어부가 설치되어 구성될 수 있으며, 기타 안전회로 등 다양한 부가구성이 추가로 구비될 수 있다.
즉, 상기 배터리팩(10)은, 다수의 배터리셀들과, 이들이 단위모듈을 형성하도록 고정하고 전기적으로 연결되도록 구비되는 홀더부를 포함하고, 다수의 배터리셀들에 대한 제어를 수행하는 회로부가 추가로 구비되어 하나의 단위 배터리팩을 구성할 수 있다.
한편, 상기 배터리팩(10)은 다수개로 구비될 수 있으며, 각각에 구비되는 BMS제어부를 통해 서로 통신할 수 있다.
상기 모니터링부는, 다수의 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링 하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 모니터링부는, 다수의 배터리팩(10)들 각각에 구비되어, 각 배터리팩(10)의 SOC(State of charge), 온도, 전압, 전류 등 배터리팩(10)의 상태를 확인할 수 있는 다양한 파라미터를 모니터링하여 후술하는 제어부(20)에 전달할 수 있다.
이를 위해, 상기 모니터링부는, 다수의 배터리팩(10)들에 각각 구비될 수 있다.
상기 스위치부는, 다수의 배터리팩(10)들 각각에 구비되어, 제어부(20)와의 전기적 연결 및 해제를 수행하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 스위치부는, 다수의 배터리팩(10)에 대응되어 각각 구비될 수 있으며, 배터리팩(10)과 제어부(20) 사이의 연결 및 해제를 수행할 수 있다.
즉, 상기 스위치부는, 배터리팩(10)과 제어부(20) 사이에 전기적 연결 및 해제를 수행하는 스위치와, 제어부(20)로부터 제어신호를 전달받아 스위치를 작동하는 센서부를 포함할 수 있다.
상기 스위치는, 배터리팩(10)과 제어부(20) 사이의 회로에 구비되어 이들 사이의 전기적 연결 및 해제를 수행하는 구성으로서, 종래 개시된 어떠한 형태의 스위치도 적용 가능하다.
상기 센서부는, 제어부(20)로부터 제어신호를 전달받아 스위치를 작동하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 센서부는, 제어부(20)로부터 제어신호를 전달받아 후술하는 충방전 시의 다수의 배터리팩(10)들 사이의 연결관계를 조절하도록 스위치를 작동할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 다수의 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 모니터링부로부터 다수의 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 제어부(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리팩(10)들과 스위치부를 통해 연결 또는 해제될 수 있으며, 이를 통해 다수의 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결 및 해제될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(20)는, 모니터링부를 통해 다수의 배터리팩(10) 각각에 대한 상태를 전달받을 수 있으며, 다수의 배터리팩(10)의 상태를 서로 비교하여 배터리팩(10)들과 선택적으로 연결되어 충전 또는 방전이 수행되도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 배터리시스템의 다수의 배터리팩(10) 충전에 대하여 설명한다.
상기 제어부(20)는, 다수의 배터리팩(10) 중 전압이 가장 낮은 배터리팩(10)과 전기적으로 연결되어 충전을 수행하며, 충전되는 배터리팩(10)의 전압이 미리 설정된 목표전압에 도달하기 전까지 나머지 배터리팩(10)들에 대한 연결을 해제할 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 외부전원과 연결되어 전기적으로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들에 대한 충전을 제어 및 수행할 수 있으며, 이 과정에서, 모니터링부를 통해 전달받은 다수의 배터리팩(10) 각각의 상태에 따라서 충전을 제어할 수 있다.
이때, 다수의 배터리팩(10) 각각의 상태는, 전압, 전류값, 충전상태 등을 고려할 수 있으며, 다른 예로서 온도 등이 추가로 고려될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)의 충전으로 i번째 배터리팩(10)의 전압이 i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일해질 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전을 수행할 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, N개의 서로 다른 전압을 가지는 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째 배터리팩(10)의 충전을 시작하고, i번째 배터리팩(10)의 전압이 i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일해질 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전을 수행할 수 있으며, 이 경우에도 i번째 이하의 배터리팩(10)들의 연결 및 충전은 유지될 수 있다.
결과적으로, 상기 제어부(20)는, 전압이 가장 낮은 배터리팩(10)에 대한 충전을 시작으로, 전압이 낮은 순서대로 배터리팩(10)들에 대한 연결을 추가하면서 충전을 진행할 수 있으며, 이 과정에서 먼저 충전이 수행된 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전은 유지됨으로써, 새롭게 연결된 배터리팩(10)과 동일한 전압을 유지하면서 충전되도록 유도할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여 전압이 가장 낮은 배터리팩(10)부터 전압이 높은 배터리팩(10) 순으로 단계적으로 충전을 진행할 수 있으며, 이 과정에서 제어신호를 전달하여 센서부를 통해 스위치를 작동할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)의 충전으로 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달할 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전을 수행할 수 있다.
이때의 목표전압은, 전술한 바와 같이 i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일한 전압으로서, i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일해졌을 때 i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전을 수행할 수 있다.
한편, 다른 예로서, 상기 목표전압은, i+1번째 배터리팩(10)의 제어부(20)와의 연결 시, i번째 배터리팩(10)의 전압과 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해지도록 하는 전압일 수 있다.
즉, i번째 배터리팩(10)의 충전과정에서 제어부(20)의 회로 계산을 통해 i+1번째 배터리팩(10)을 연결했을 경우, i번째 배터리팩(10)의 전압과 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해질 수 있는 현재의 i번째 배터리팩(10)의 전압을 목표전압으로 설정할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(20)는, i+1번째 배터리팩(10)을 연결했을 때 i번째 배터리팩(10)과 전압이 동일해지는 i번째 배터리팩(10)의 전압을 목표전압으로 설정하고, 충전에 따라 해당 전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)을 연결 및 충전할 수 있다.
이 경우, 상기 목표전압은 i+1번째 배터리팩(10)의 전압보다 큰 값을 가질 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명에 따른 배터리시스템의 다수의 배터리팩(10) 방전에 대하여 설명한다.
제어부(20)가 부하(30)에 연결된 상태에서, 제어부(20)와 배터리팩(10) 사이의 연결을 통해 부하(30)에 전력을 공급할 수 있으며, 이 과정에서 효율적인 배터리 사용을 위해 다수의 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결될 수 있다.
이 경우, 방전과정은 전술한 충전과정의 역순으로 진행될 수 있으며, 이하 보다 상세하게 설명한다.
상기 제어부(20)는, 다수의 배터리팩(10) 중 전압이 가장 높은 배터리팩(10)과 전기적으로 연결되어 방전을 수행하며, 방전되는 배터리팩(10)의 전압이 미리 설정된 목표전압에 도달하기 전까지 나머지 배터리팩(10)들에 대한 연결을 해제할 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, 부하(30)와 연결되어 전기적으로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들에 대한 방전을 제어 및 수행할 수 있으며, 이 과정에서, 모니터링부를 통해 전달받은 다수의 배터리팩(10) 각각의 상태에 따라서 방전을 제어할 수 있다.
이때, 다수의 배터리팩(10) 각각의 상태는, 전압, 전류값, 충전상태 등을 고려할 수 있으며, 다른 예로서 온도 등이 추가로 고려될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 높은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)의 방전으로 i번째 배터리팩(10)의 전압이 i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일해질 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 방전을 수행할 수 있다.
즉, 상기 제어부(20)는, N개의 서로 다른 전압을 가지는 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 높은 순서대로 i번째 배터리팩(10)의 방전을 시작하고, i번째 배터리팩(10)의 전압이 i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일해질 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 방전을 수행할 수 있으며, 이 경우에도 i번째 이하의 배터리팩(10)들의 연결 및 방전은 유지될 수 있다.
결과적으로, 상기 제어부(20)는, 전압이 가장 높은 배터리팩(10)에 대한 방전을 시작으로, 전압이 높은 순서대로 배터리팩(10)들에 대한 연결을 추가하면서 방전을 진행할 수 있으며, 이 과정에서 먼저 방전이 수행된 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전은 유지됨으로써, 새롭게 연결된 배터리팩(10)과 동일한 전압을 유지하면서 방전되도록 유도할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여 전압이 높은 낮은 배터리팩(10)부터 전압이 낮은 배터리팩(10) 순으로 단계적으로 방전을 진행할 수 있으며, 이 과정에서 제어신호를 전달하여 센서부를 통해 스위치를 작동할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 제어부(20)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 높은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)의 방전으로 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달할 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 방전을 수행할 수 있다.
이때의 목표전압은, 전술한 바와 같이 i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일한 전압으로서, i+1번째 배터리팩(10)의 전압과 동일해졌을 때 i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 방전을 수행할 수 있다.
한편, 다른 예로서, 상기 목표전압은, i+1번째 배터리팩(10)의 제어부(20)와의 연결 시, i번째 배터리팩(10)의 전압과 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해지도록 하는 전압일 수 있다.
즉, i번째 배터리팩(10)의 방전과정에서 제어부(20)의 회로 계산을 통해 i+1번째 배터리팩(10)을 연결했을 경우, i번째 배터리팩(10)의 전압과 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해질 수 있는 현재의 i번째 배터리팩(10)의 전압을 목표전압으로 설정할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(20)는, i+1번째 배터리팩(10)을 연결했을 때 i번째 배터리팩(10)과 전압이 동일해지는 i번째 배터리팩(10)의 전압을 목표전압으로 설정하고, 방전에 따라 해당 전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)을 연결 및 방전할 수 있다.
이 경우, 상기 목표전압은 i+1번째 배터리팩(10)의 전압보다 낮은 값을 가질 수 있다.
한편, 제어부(20)는, 전술한 바와 같이 충전모드, 방전모드가 수행될 수 있으며, 더 나아가 무부하모드로 운영될 수 있다.
이 과정에서 충전모드 및 방전모드로의 전환은 스위치 동작으로 인위적인 전환을 유도하므로, 배터리팩(10)의 데미지로 인한 수명 및 안전성이 결여되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리시스템은, 추가적으로 보호회로를 구비하여 배터리팩(10)의 손상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 배터리시스템 관리방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 배터리시스템 관리방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 전기적으로 서로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들과; 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 다수의 상기 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 상기 모니터링부로부터 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 상기 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 제어부(20)를 포함하는 배터리시스템의 배터리시스템 관리방법으로서, 상기 모니터링부를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 전압 및 전류 상태를 확인하는 배터리팩확인단계(S100)와; 상기 제어부(20)를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 단계적인 연결을 통해 충전 또는 방전이 수행되는 제어단계를 포함한다.
상기 배터리팩확인단계(S100)는, 다수의 배터리팩(10)들에 대하여 모니터링부를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 전압 및 전류 상태를 확인하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 배터리팩확인단계(S100)는, 다수의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압, 전류, 충전상태, 온도 등의 상태를 확인할 수 있으며, 전술한 바와 같이 제어부(20)를 통해 선택적, 단계적인 충방전이 가능하도록 전압을 파악할 수 있다.
상기 배터리팩확인단계(S100)는, 모니터링부를 통해 확인된 다수의 배터리팩(10)들에 대한 전압상태를 제어부(20)에 전달하여, 이들에 대한 상태를 확인할 수 있다.
상기 제어단계는, 제어부(20)를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 단계적인 연결을 통해 충전 또는 방전이 수행되는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 제어단계는, 외부 전원과 연결되는 제어부(20)와 다수의 배터리팩(10)들에 대한 순차적인 연결을 통해 충전이 수행되는 충전단계(S200)일 수 있다.
이때, 충전단계(S200)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)을 충전하는 제1충전단계(S210)와; 상기 제1충전단계(S210)에 따라 i번째 배터리팩(10)의 전압에 대한 목표전압을 설정하는 목표전압설정단계(S220)와; 상기 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 상기 제어부(20)와의 연결 및 충전을 수행하는 제2충전단계(S230)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 충전단계(S200)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여 전압이 낮은 순서대로 순차적, 단계적으로 배터리팩(10)들을 연결하면서 충전이 수행될 수 있으며, 이 과정을 제1충전단계(S210)와 목표전압설정단계(S220), 제2충전단계(S230)를 거쳐 수행될 수 있다.
또한, 제1충전단계(S210), 목표전압설정단계(S220) 및 제2충전단계(S230)는, 전압이 낮은 순서대로 1번째 부터 N-1번째 배터리팩(10)까지 순차적으로 반복 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1충전단계(S210)는, N개의 배터리팩(10)들 중 전압이 낮은 순서대로 i번째 배터리팩(10)을 충전하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
일예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 가장 낮은 전압인 72V의 전압을 가지는 배터리팩(10)에 대하여 연결을 통해 충전을 진행할 수 있다.
상기 목표전압설정단계(S220)는, 상기 제1충전단계(S210)에 따라 i번째 배터리팩(10)의 전압에 대한 목표전압을 설정하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 목표전압설정단계(S220)는, 72V의 배터리팩(10)의 충전 중 두번째 배터리팩(10)을 연결하여 충전하기 위한 목표전압을 설정할 수 있으며, 이때의 목표전압은 전술한 바와 같이, 두번째로 낮은 전압인 76V이거나, 두번째로 낮은 전압인 배터리팩(10)을 연결했을 때, 두 전압이 동일해지는 전압값일 수 있다.
상기 제2충전단계(S230)는, 상기 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 상기 제어부(20)와의 연결 및 충전을 수행하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2충전단계(S230)는, 목표전압설정단계(S220)에 따라 설정된 목표전압에 충전 중인 배터리팩(10)의 전압이 도달한 경우, 두번째로 낮은 배터리팩(10)을 연결하여 충전을 진행할 수 있으며, 이때 충전 중인 배터리팩(10)과의 연결 및 충전은 유지될 수 있고, 나머지 배터리팩(10)들은 연결이 해제되어 무부하상태에 유지될 수 있다.
한편, 이와 같은 방식으로 76V의 배터리팩(10), 80V의 배터리팩(10), 84V의 배터리팩(10)이 순차적으로 충전이 진행될 수 있다.###
한편 상기 제어단계는, 부하(30)와 연결되는 제어부(20)와 다수의 배터리팩(10)들에 대한 순차적인 연결을 통해 방전이 수행되는 방전단계(S300)일 수 있다.
이때, 방전단계(S300)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 높은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)을 방전하는 제1방전단계(S310)와; 상기 제1방전단계(S310)에 따라 i번째 배터리팩(10)의 전압에 대한 목표전압을 설정하는 목표전압설정단계(S320)와; 상기 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 상기 제어부(20)와의 연결 및 방전을 수행하는 제2방전단계(S330)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 방전단계(S300)는, N개의 배터리팩(10)들에 대하여 전압이 높은 순서대로 순차적, 단계적으로 배터리팩(10)들을 연결하면서 방전이 수행될 수 있으며, 이 과정을 제1방전단계(S310)와 목표전압설정단계(S320), 제2방전단계(S330)를 거쳐 수행될 수 있다.
또한, 제1방전단계(S310), 목표전압설정단계(S320) 및 제2방전단계(S330)는, 전압이 높은 순서대로 1번째 부터 N-1번째 배터리팩(10)까지 순차적으로 반복 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1방전단계(S310)는, N개의 배터리팩(10)들 중 전압이 높은 순서대로 i번째 배터리팩(10)을 방전하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
일예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 가장 높은 전압인 84V의 전압을 가지는 배터리팩(10)에 대하여 연결을 통해 방전을 진행할 수 있다.
상기 목표전압설정단계(S320)는, 상기 제1방전단계(S310)에 따라 i번째 배터리팩(10)의 전압에 대한 목표전압을 설정하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 목표전압설정단계(S320)는, 84V의 배터리팩(10)의 방전 중 두번째 배터리팩(10)을 연결하여 방전하기 위한 목표전압을 설정할 수 있으며, 이때의 목표전압은 전술한 바와 같이, 두번째로 높은 전압인 80V이거나, 두번째로 높은 전압인 배터리팩(10)을 연결했을 때, 두 전압이 동일해지는 전압값일 수 있다.
상기 제2방전단계(S330)는, 상기 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 상기 제어부(20)와의 연결 및 방전을 수행하는 단계로서, 다양한 방법에 의할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2방전단계(S330)는, 목표전압설정단계(S320)에 따라 설정된 목표전압에 방전 중인 배터리팩(10)의 전압이 도달한 경우, 두번째로 높은 배터리팩(10)을 연결하여 충전을 진행할 수 있으며, 이때 충전 중인 배터리팩(10)과의 연결 및 방전은 유지될 수 있고, 나머지 배터리팩(10)들은 연결이 해제되어 무부하상태에 유지될 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 배터리팩 20: 제어부
30: 부하

Claims (15)

  1. 전기적으로 서로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들과;
    다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링하는 모니터링부와;
    다수의 상기 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 상기 모니터링부로부터 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 상기 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 제어부(20)를 포함하며,
    상기 모니터링부는,
    다수의 상기 배터리팩(10) 각각에 대한 충전상태를 파악하여 상기 제어부(20)에 전달하며,
    상기 제어부(20)는,
    다수의 상기 배터리팩(10)의 충전상태를 서로 비교하여, 다수의 상기 배터리팩(10)들과 선택적으로 연결되어 충전수행을 제어하며,
    상기 제어부(20)는,
    N개의 배터리팩(10)들에 대하여 전압이 가장 낮은 배터리팩(10)부터 전압이 높은 배터리팩(10) 순으로 단계적으로 충전을 진행하며,
    상기 제어부(20)는,
    N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)의 충전으로 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달할 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전을 수행하며,
    상기 목표전압은,
    i+1번째 배터리팩(10)이 상기 제어부(20)와 연결됨에 따라 상기 i번째 배터리팩(10)과 연결될 때, i번째 배터리팩(10)의 전압과 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해지도록 하는 전압이며,
    상기 제어부(20)는,
    상기 i번째 배터리팩(10)의 충전과정에서 i+1번째 배터리팩(10)을 연결했을 경우, 상기 i번째 배터리팩(10)의 전압과 상기 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해지도록 하는 전압을 계산하여 상기 목표전압으로 설정하며,
    상기 목표전압은,
    i+1번째 배터리팩(10)의 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    다수의 상기 배터리팩(10)들 각각에 구비되어, 상기 제어부(20)와의 전기적 연결 및 해제를 수행하는 다수의 스위치부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 배터리팩(10)과 상기 제어부(20) 사이에 전기적 연결 및 해제를 수행하는 스위치와, 상기 제어부(20)로부터 제어신호를 전달받아 상기 스위치를 작동하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    i+1번째 배터리팩(10)에 대한 연결 및 충전이 수행될 때, i번째 이하의 배터리팩(10)들의 연결 및 충전은 유지되는 것을 특징으로 하는 배터리시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 전기적으로 서로 연결되는 다수의 배터리팩(10)들과; 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 다수의 상기 배터리팩(10)들에 선택적으로 연결되며, 상기 모니터링부로부터 다수의 상기 배터리팩(10)들의 충방전 상태를 전달받아 다수의 상기 배터리팩(10)들에 대한 밸런싱을 수행하는 제어부(20)를 포함하는 배터리시스템의 배터리시스템 관리방법으로서,
    상기 모니터링부를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 전압 및 전류 상태를 확인하는 배터리팩확인단계(S100)와;
    상기 제어부(20)를 통해 다수의 배터리팩(10)들 각각에 대한 단계적인 연결을 통해 충전 또는 방전이 수행되는 제어단계를 포함하며,
    상기 제어단계는,
    외부 전원과 연결되는 상기 제어부(20)와 다수의 배터리팩(10)들에 대한 순차적인 연결을 통해 충전이 수행되는 충전단계(S200)이며,
    상기 충전단계(S200)는,
    N개의 배터리팩(10)들에 대하여, 전압이 낮은 순서대로 i번째(i는 1부터 N-1 사이의 자연수) 배터리팩(10)을 충전하는 제1충전단계(S210)와;
    상기 제1충전단계(S210)에 따라 i번째 배터리팩(10)의 전압에 대한 목표전압을 설정하는 목표전압설정단계(S220)와;
    상기 i번째 배터리팩(10)의 전압이 목표전압에 도달했을 때, i+1번째 배터리팩(10)에 대한 상기 제어부(20)와의 연결 및 충전을 수행하는 제2충전단계(S230)를 포함하며,
    상기 목표전압은,
    i+1번째 배터리팩(10)이 상기 제어부(20)와 연결됨에 따라 상기 i번째 배터리팩(10)과 연결될 때, i번째 배터리팩(10)의 전압과 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해지도록 하는 전압이며,
    상기 목표전압설정단계(S220)는,
    상기 제어부(20)를 통해 상기 i번째 배터리팩(10)의 충전과정에서 i+1번째 배터리팩(10)을 연결했을 경우, 상기 i번째 배터리팩(10)의 전압과 상기 i+1번째 배터리팩(10)의 전압이 동일해지도록 하는 전압을 계산하여 상기 목표전압으로 설정하며,
    상기 목표전압은,
    i+1번째 배터리팩(10)의 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리시스템 관리방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 청구항 12에 있어서
    상기 제1충전단계(S210), 목표전압설정단계(S220) 및 제2충전단계(S230)를 전압이 낮은 순서대로 1번째부터 N-1번째 배터리팩(10)까지 순차적으로 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리시스템 관리방법.


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