KR102343790B1 - 셀프 에너지 밸런싱을 고려한 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 배터리 관리방법 - Google Patents

셀프 에너지 밸런싱을 고려한 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 배터리 관리방법 Download PDF

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Abstract

셀프 에너지 밸런싱을 고려한 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 배터리 관리방법에서, 상기 배터리 관리시스템은 전지부, 복수의 셀 밸런싱부들, 복수의 셀프 에너지 밸런싱부들, 및 모니터링 부를 포함한다. 상기 전지부는 각각은 서로 병렬 연결된 복수의 배터리 셀들을 포함하고, 복수개가 서로 병렬 연결된 모듈들을 포함한다. 상기 셀 밸런싱부들은 상기 모듈들 각각에 연결되며, 상기 모듈들 사이의 충전상태를 바탕으로 과충전된 모듈을 방전시킨다. 상기 셀프 에너지 밸런싱부들은 상기 배터리 셀들 각각에 연결되며, 연결된 배터리 셀에 기 설정된 전류 이상의 전류가 흐르는 경우, 상기 전류의 흐름을 차단한다. 상기 동작 제어부는 상기 배터리 셀들 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부, 상기 전지부의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 상태 측정부, 및 상기 전지부의 동작을 제어한다.

Description

셀프 에너지 밸런싱을 고려한 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 배터리 관리방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING BATTERY}
본 발명은 셀프 에너지 밸런싱을 고려한 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 배터리 관리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기저장장치의 화재를 유발할 수 있는 셀프 에너지 밸런싱 현상을 방지하기 위하여, 셀프 에너지 밸런싱 방지와 함께 셀 간 편차를 조절할 수 있는 셀프 에너지 밸런싱을 고려한 배터리 관리 시스템 및 이를 이용한 배터리 관리방법에 관한 것이다.
최근 정부의 신재생에너지 육성정책에 따라 신재생에너지 전원과 전기 저장장치의 보급이 활발하게 진행되고 있으며, 특히, 우리나라의 경우 수용가를 중심으로 한 전력 피크수요의 감축을 목표로 에너지 저장장치의 보급 확대의 필요성이 더욱 부각되고 있다.
그러나, 이러한 전기 저장장치에서 화재가 빈번하게 발생되고 있으며, 이러한 화재의 여러 원인 중, BMS(battery management system)의 결함 및 오류가 주된 원인으로 추정되고 있다.
즉, 다수의 셀들의 직렬 또는 병렬로 조합된 리튬이온전지는 동일하게 충전 또는 방전되며 운용되더라도, 각 셀의 물리적, 전기적, 화학적 차이에 의해 충전상태(state of charge, SOC)에 편차가 발생하게 된다. 이에 따라, 병렬로 연결된 전지들 사이에 타 전지들보다 열화된 전지가 있는 경우, 이러한 열화전지는 정상적인 전지들에 비하여 상대적으로 낮은 충전상태를 갖게 되며, 이 때 병렬로 연결된 정상전지에서 열화된 전지로의 에너지가 이동하는 셀프에너지 밸런싱 현상이 발생하게 된다.
이러한, 셀프 에너지 밸런싱 현상은 종래의 BMS를 통해서는 검출하여 회로를 보호할 수 없으므로, 리튬 이온전지의 열폭주를 발생시키는 화재의 원인이 되고 있다. 이에, BMS의 일반적인 계측 및 보호기능뿐 아니라, 셀프에너지 밸런싱을 방지할 수 있는 BMS가 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제2014-0130232호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 전기저장장치의 화재를 유발할 수 있는 셀프 에너지 밸런싱 현상을 방지하기 위하여, 셀프 에너지 밸런싱 방지와 함께 셀 간 편차를 조절할 수 있는 셀프 에너지 밸런싱을 고려한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 배터리 관리시스템을 이용한 배터리 관리방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 배터리 관리시스템은 전지부, 복수의 셀 밸런싱부들, 복수의 셀프 에너지 밸런싱부들, 및 모니터링 부를 포함한다. 상기 전지부는 각각은 서로 병렬 연결된 복수의 배터리 셀들을 포함하고, 복수개가 서로 병렬 연결된 모듈들을 포함한다. 상기 셀 밸런싱부들은 상기 모듈들 각각에 연결되며, 상기 모듈들 사이의 충전상태를 바탕으로 과충전된 모듈을 방전시킨다. 상기 셀프 에너지 밸런싱부들은 상기 배터리 셀들 각각에 연결되며, 연결된 배터리 셀에 기 설정된 전류 이상의 전류가 흐르는 경우, 상기 전류의 흐름을 차단한다. 상기 동작 제어부는 상기 배터리 셀들 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부, 상기 전지부의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 상태 측정부, 및 상기 전지부의 동작을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 셀 밸런싱부들은, 각 셀 밸런싱부가 연결되는 모듈의 충전상태를 비교하여, 가장 낮은 충전상태의 모듈의 충전량과 동일하도록, 과충전된 모듈을 방전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 셀프 에너지 밸런싱부들은, 상기 배터리 셀의 두 단자에 각각 연결되는 전자 접촉기를 포함하며, 기 설정된 전류 이상의 전류가 흐르는 경우, 상기 전자 접촉기를 동작시켜 상기 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 충전량 측정부는, 상기 배터리 셀들 각각의 단자 전압을 측정한 후, 상기 배터리 셀의 방전그래프를 바탕으로, 상기 배터리 셀들 각각에 충전된 충전량을 측정할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 상기 배터리 관리시스템을 이용한 배터리 관리방법은, 상기 배터리 셀들 각각의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계, 상기 배터리 셀들 각각의 상태가 정상인지 판단하는 단계, 상기 셀프에너지 밸런싱부를 통해, 상기 배터리 셀들 각각의 밸런싱 상태가 정상인지 판단하는 단계, 및 상기 셀 밸런싱부들을 통해, 상기 모듈들 사이의 충전상태가 정상인지 판단하여 셀 밸런싱을 수행할지의 여부를 판단하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 배터리 셀들 각각의 상태가 비정상이거나, 상기 배터리 셀들의 밸런싱 상태가 비정상이면, 상기 병렬로 서로 연결된 모듈들 사이의 회로를 분리한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 배터리 관리 시스템에서, 셀 밸런싱부를 통해 복수의 모듈들 사이에서의 충전상태를 고려하여 과충전된 모듈의 방전을 통해 특정모듈에의 과부하를 감소시키는 것은 물론, 셀프에너지 밸런싱부를 통해, 각 모듈 내의 복수의 배터리 셀들 각각에서 과전류가 흐르는지를 센싱하여 전류의 흐름을 차단함으로써, 동일한 충전상태의 모듈들 사이에서도 특정 배터리 셀에 과충전이 발생되어 열화됨으로써 화재 등의 문제가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 상기 각 셀의 충전량의 측정시, 종래 AH-Counting 법만으로 추정하지 않고, 단자전압을 측정하여 배터리 셀의 방전그래프를 동시에 적용함으로써, 보다 정확하고 안정적으로 각 배터리 셀의 충전량을 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 셀프에너지 밸런싱 현상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 관리 시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 배터리 관리 시스템을 상세히 도시한 회로도이다.
도 4는 도 2의 배터리 관리 시스템에서 충전량 측정부의 충전상태 평가 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 2의 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 종래의 셀프에너지 밸런싱 현상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에서의 전기저장장치(10)에서는, 셀프에너지 밸런싱 현상은 전력변환부(power conversion system, PCS)(20)에 의해 전력을 공급받는 복수의 모듈들(35, 45, 55)은 배터리 관리부들(battery management system, BMS)(30, 40, 50)에 의해 개별적으로 관리되기는 하지만, 상기 배터리 관리부들(30, 40, 50)은 전체 모듈에 대한 관리를 수행하는 것으로 한계가 있다.
즉, 각각의 모듈들 내부에는 복수의 배터리 셀들이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 것으로, 예를 들어 제1 모듈(35)의 내부에는 제1, 제2, ... 배터리 셀들(31, 32, ...)이 도시된 바와 같이 서로 연결되고 있다.
그러나, 상기 제1 모듈(35)을 관리하는 제1 배터리 관리부(30)는, 상기 제1 모듈(35) 전체의 충전 상태만을 관리하는 것으로, 상기 제1 모듈(35) 내부의 각각의 배터리 셀들(31, 32, ...)의 충전 상태를 개별적으로 관리하지 못한다.
이에 따라, 상기 배터리 셀들(31, 32, ...) 중 일부 배터리 셀(32)이 열화되어 고유의 용량이 감소하는 경우, 이에 대한 고려 없이, 충전량이 적은 것을 인지하여 인접 배터리 셀(31)로부터 해당 배터리 셀(32)로 충전이 수행되며, 해당 배터리 셀(32)은 고유의 용량이 감소하였음에도 추가적인 충전이 발생하여 과충전이 발생하고 이에 따라 화재 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 이러한 전기저장장치(10)의 안전성 문제를 해결하기 위해 본 실시예에서의 배터리 관리 시스템이 필요하며, 이하에서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 관리 시스템을 도시한 블록도이다. 도 3은 도 2의 배터리 관리 시스템을 상세히 도시한 회로도이다. 도 4는 도 2의 배터리 관리 시스템에서 충전량 측정부의 충전상태 평가 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 배터리 관리 시스템(100)은 전지부(200), 셀 밸런싱부(310) 및 셀프에너지 밸런싱부(400)를 포함하는 밸런싱부(300), 모니터링부(500) 및 전력변환장치(600)를 포함한다.
상기 전지부(200)는 복수의 모듈들(210, 220, 230)이 서로 병렬로 연결되며, 각각의 모듈들은 내부에 서로 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀들을 포함한다.
즉, 제1 모듈(210)은 내부에는 복수의 배터리 셀들(211, 212, 213, 214)이 서로 병렬로 연결되며, 마찬가지로 다른 모듈들(220, 230)의 내부에도 복수의 배터리 셀들이 서로 병렬로 연결된다.
이 경우, 상기 모듈의 개수나 배열, 상기 배터리 셀들의 개수나 배열은 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다.
상기 밸런싱부(300)는 상기 전지부의 모듈들 사이는 물론, 배터리 셀들 사이의 충전량을 밸런싱(balancing)하는 것으로, 상기 모듈들 사이의 충전량을 밸런싱하는 셀 밸린싱부(310), 및 상기 배터리 셀들 사이의 충전량을 밸런싱하는 셀프에너지 밸런싱부(400)로 구별된다.
우선, 상기 셀 밸런싱부(310)는 상기 모듈들 각각에 한 개씩 연결되는 것으로, 이에 따라 복수개가 구비된다.
즉, 제1 셀 밸런싱부(311)는 상기 제1 모듈(210)과 연결되는 전원라인의 양단에 병렬로 연결되며, 제2 셀 밸런싱부(312)는 상기 제2 모듈(220)과 연결되는 전원라인의 양단에 병렬로 연결되며, 제3 셀 밸런싱부(313)는 상기 제3 모듈(230)과 연결되는 전원라인의 양단에 병렬로 연결된다.
그리하여, 상기 셀 밸런싱부들(311, 312, 313)은, 해당 모듈의 충전상태를 인접 모듈의 충전상태와 비교하여, 과충전된 모듈에 대한 밸런싱을 수행한다.
즉, 상기 제1 내지 제3 모듈들(210, 220, 230) 중, 상기 제1 모듈(210)이 상기 제2 및 제3 모듈들(220, 230)의 충전상태보다 과 충전된 경우, 상기 제1 셀 밸런싱부(311)는 상기 제1 모듈(210)에 과충전된 충전량 만큼을 방전시켜 상기 제2 및 제3 모듈들(220, 230)의 충전상태와 동일하거나 유사한 범위로 밸런싱한다.
이 경우, 상기 과충전된 충전량을 방전시키기 위해, 상기 각각의 셀 밸런싱부들(311, 312, 313)은 내부 회로에 저항을 포함할 수 있다.
이상과 같이, 상기 셀 밸런싱부(310)는 모듈 단위에서 과충전된 모듈이 있는 경우 해당 모듈을 방전시키는 것을 특징으로 한다.
다만, 앞서 설명한 바와 같이, 모듈들 단위에서 과충전을 밸런싱한다 하더라도, 모듈들 내부에 포함되는 복수의 배터리 셀들 사이에서의 과충전이 밸런싱되는 것은 아니므로, 이에 대한 밸런싱을 상기 셀프에너지 밸런싱부(400)를 통해 수행한다.
상기 셀프에너지 밸런싱부(400)는 각각의 모듈내에 포함되는 복수의 배터리 셀들(211, 212, 213, 214) 각각에 병렬로 연결된다. 예를 들어, 상기 제1 모듈(210)의 내부에서, 제1 셀프에너지 밸런싱부(410)는 복수의 배터리 셀들(211, 212, 213, 214) 각각에 병렬로 연결되는 복수의 셀프에너지 밸런싱부들(411, 412, 413, 414)을 포함한다. 이는 여타의 모듈들에도 동일하게 적용된다.
그리하여, 상기 각각의 셀프에너지 밸런싱부들(411, 412, 413, 414)은, 각각의 배터리 셀들(211, 212, 213, 214)의 과충전의 문제를 해결한다.
즉, 상기 셀프에너지 밸런싱부들 각각(411)은 밸런싱 대상이 되는 해당 배터리 셀(211)의 양 단에 병렬로 연결되며, 상기 배터리 셀(211)에 인가되는 전류가 기 설정된 전류 이상으로 과전류가 흐르는 경우, 상기 배터리 셀(211)의 전류의 흐름을 차단한다.
이를 위해, 상기 셀프에너지 밸런싱부들 각각(411)은, 해당 배터리 셀(211)의 양단과의 사이에 연결되는 전자 접촉기(201)를 포함하며, 상기 과전류가 흐르는 경우, 상기 전자 접촉기(201)를 OFF하여 상기 해당 배터리 셀(211)에 인가되는 전류를 차단하고, 이를 통해 해당 배터리 셀(211)로 과충전되는 것을 미연에 방지한다.
이상과 같이, 각 모듈들에 포함되는 모든 배터리 셀들 각각에는, 전자 접촉기를 포함하는 셀프에너지 밸런싱부들이 병렬로 연결되어, 해당 배터리 셀들 각각에 인가되는 전류가 기 설정된 전류 이상으로 과전류가 흐르는 경우, 바로 전자 접촉기의 연결을 해제하여 해당 배터리 셀로의 전류의 흐름을 차단하고, 이를 통해, 해당 배터리 셀로의 과충전을 방지할 수 있다.
이에 따라, 도 1을 참조하여 설명하였던 바와 같이, 특정 배터리 셀이 열화되어 고유의 용량이 감소하는 경우, 이에 대한 고려 없이, 충전량이 적은 것을 인지하여 해당 배터리셀로 과충전이 발행하는 문제를 방지하여, 배터리 관리 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 모니터링부(500)는 충전량 측정부(510), 상태 측정부(520) 및 동작 제어부(530)를 포함하여, 전체적인 상기 배터리 관리 시스템(100)을 모니터링 한다.
상기 충전량 측정부(510)는 상기 모듈들(210, 220, 230) 전체의 충전량을 측정하는 것은 물론, 상기 각각의 모듈들의 내부에 포함되는 각각의 배터리 셀들(211, 212, 213, 214)의 개별적인 충전량도 측정한다.
그리하여, 상기 모듈들 각각의 충전량에 대한 정보를 상기 셀 밸런싱부(310)로 제공하여, 모듈들 사이의 충전상태에 대한 정보를 제공한다.
한편, 상기 충전량 측정부(510)에서는, 상기 배터리 셀들 각각의 충전량을 측정하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같은 배터리 셀의 방전그래프를 바탕으로 측정한다.
즉, 종래의 경우, 소위, 방전용량 카운팅(AH-Counting) 방법으로 배터리 셀의 충전량을 측정하였는데, 이 경우, 실제 배터리 셀의 초기 상태에서 80%가 충전된 경우, 초기상태인 80%가 아닌 다른 지점에서부터 충전량을 누적 계산할 수 있기 때문에, 충분한 방전을 수행하지 못하는 한계가 있다.
이에, 본 실시예에서는, 상기 충전량 측정부(510)는, 상기 배터리 셀들 각각의 충전량의 측정에 있어, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 배터리 셀의 초기 전압을 측정한 후, 방전그래프와 대조함으로써 초기값을 추정하고, 이 후, 초기값이 추정된 이후, 비로소 AH-Counting 방법을 이용하여 실시간으로 배터리 셀들 각각의 충전량을 측정한다.
그리하여, 보다 정확한 배터리 셀의 측정이 가능하여, 상기 밸런싱부(300)의 밸런싱을 보다 정확하게 수행할 수 있다.
상기 상태 측정부(520)는 상기 전지부(200)의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 것으로, 상기 전지부(200) 전체의 전류, 전압 및 온도를 측정하여, 기 설정된 전류, 전압 및 온도 범위를 초과하는 등의 문제가 발생하면 상기 동작 제어부(530)에 관련 정보를 제공한다.
예를 들어, 상기 상태 측정부(520)는 홀 센서(520)를 포함하여, 상기 전지부(200)의 전체의 전류를 측정할 수 있다.
그리하여, 상기 동작 제어부(530)는 상기 상태 측정부(520)로부터 제공받은 상기 전지부(200) 전체의 전류, 전압 및 온도를 바탕으로, 상기 전지부(200)의 동작을 제어한다.
예를 들어, 상기 동작 제어부(530)는 상기 홀 센서(520)에 인접하도록 배치된 스위치부(530)를 포함하여, 상기 홀 센서(520)에서 과전류가 측정되면 상기 스위치부(530)가 OFF되어 상기 전지부(200)의 동작을 차단할 수 있다.
상기 전력변환장치(600)는 상기 전지부(200) 및 상기 모니터링부(500)에 연결되어, 상기 시스템 전체로 전류를 제공하여 충전을 수행하거나, 방전을 수행할 수 있다.
도 5는 도 2의 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 배터리 관리 시스템을 이용한 배터리 관리 방법에서는, 우선, 상기 모니터링부(500)에서, 상기 전지부(200)의 모듈들 및 각 배터리 셀들의 전압, 전류 및 온도를 측정한다(단계 S10).
이 경우, 상기 충전량 측정부(510)에서도, 상기 모듈들 및 상기 배터리 셀들 각각의 충전량을 측정할 수 있으며, 이는 상기 배터리 관리 방법을 수행하는 동안 지속적으로 측정할 수 있다.
이 후, 시작 시간이 되면(t=1, 단계 S20), 상기 측정된 전압, 전류 및 온도와 상기 충전량의 정보를 바탕으로 각 배터리 셀들의 상태가 정상인지의 여부를 판단한다(단계 S30).
그리하여, 기 설정된 정상 범위에 상기 전압, 전류 및 온도와 충전량이 모두 포함된다면, 상기 전력변환장치(600)의 가동이 준비되었는지 점검한다(단계 S40).
이 때, 상기 전력변환장치(600)의 가동이 준비되지 않았다면, 해당 시간(term, t=1)에서의 동작은 중단되고, 다음 시간(term, t=t+1)으로 넘어간다(단계 S90). 그리하여, 다시 상기 단계 S30을 수행한다.
이와 달리, 상기 전력변환장치(600)의 가동이 준비되었다면, 상기 셀프 에너지 밸런싱부(400)에서, 상기 배터리 셀들 각각의 셀프에너지 밸런싱을 수행할 필요가 있는지 개별적으로 점검한다(단계 S50). 즉, 각각의 배터리 셀들을 흐르는 전류가 기 설정된 전류값인 기준치의 이내에 해당되는 지 개별적으로 점검한다.
한편, 상기 셀 상태가 정상이 아니라고 판단되는 경우(단계 S30), 또는 상기 셀프에너지 밸런싱의 수행결과 배터리 셀들의 전류가 기준치를 초과한다고 판단되는 경우(단계 S50)라면, 과충전 상태가 감지되는 것으로, 상기 모듈들 간의 병렬연결된 병렬회로를 분리하고(단계 S80), 상기 배터리 관리 시스템(100)에서는 해당 전지부(200)에 대한 동작이 수행될 수 없으므로 동작 차단 상태로 전환한다(단계 S100).
이와 달리, 상기 셀프 에너지 밸런싱부(400)에서 상기 셀프에너지 밸런싱을 수행할 필요가 없다고 판단되면(단계 S50), 상기 셀 밸런싱부(310)에서 셀 밸런싱이 필요한지를 판단한다(단계 S60).
즉, 각각의 모듈들 사이의 충전량의 편차가 기 설정된 기준값보다 작은지를 판단하여, 충전량의 편차가 기준값보다 작다면 별도의 셀 밸런싱을 수행할 필요는 없으며(단계 S60), 이에 따라 소정의 기 설정된 시간(term)에 대하여 전단의 점검 단계가 모두 끝났는지를 판단한다(단계 S70).
이와 달리, 상기 충전량의 편차가 기준값보다 크다면, 별도의 셀 밸런싱을 수행하고(단계 S61), 해당 시간(term)에서의 점검을 종료하고, 다음 시간(term)으로 넘겨(단계 S90), 상기 셀 상태가 정상인지의 여부부터 다시 점검한다.
한편, 이러한 셀 상태 점검(단계 S30), 전력변환장치(600)의 점검(단계 S40), 셀프에너지 밸런싱의 필요 여부 점검(단계 S50), 및 셀 밸런싱의 필요 여부 점검(단계 S60)이, 기 설정된 시간(term, t=tmax)에 대하여 모두 종료되면(단계 S70), 상기 배터리 관리 시스템(100)에서는 해당 전지부(200)에 대한 동작, 즉 전기저장의 수행이 가능한 상태로 전환한다(단계 S100).
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 배터리 관리 시스템에서, 셀 밸런싱부를 통해 복수의 모듈들 사이에서의 충전상태를 고려하여 과충전된 모듈의 방전을 통해 특정모듈에의 과부하를 감소시키는 것은 물론, 셀프에너지 밸런싱부를 통해, 각 모듈 내의 복수의 배터리 셀들 각각에서 과전류가 흐르는지를 센싱하여 전류의 흐름을 차단함으로써, 동일한 충전상태의 모듈들 사이에서도 특정 배터리 셀에 과충전이 발생되어 열화됨으로써 화재 등의 문제가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 상기 각 셀의 충전량의 측정시, 종래 AH-Counting 법만으로 추정하지 않고, 단자전압을 측정하여 배터리 셀의 방전그래프를 동시에 적용함으로써, 보다 정확하고 안정적으로 각 배터리 셀의 충전량을 측정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 배터리 관리 시스템 200 : 전지부
300 : 밸런싱부 310 : 셀 밸런싱부
400 : 셀프에너지 밸런싱부 500 : 모니터링 부
510 : 충전량 측정부 520 : 상태 측정부
530 : 동작 제어부 600 : 전력변환장치

Claims (5)

  1. 각각은 서로 병렬 연결된 복수의 배터리 셀들을 포함하고, 복수개가 서로 병렬 연결된 모듈들을 포함하는 전지부;
    상기 모듈들 각각에 연결되며, 상기 모듈들 사이의 충전상태를 바탕으로 과충전된 모듈을 방전시키는 복수의 셀 밸런싱부들;
    상기 배터리 셀들 각각에 연결되며, 연결된 배터리 셀에 기 설정된 전류 이상의 전류가 흐르는 경우, 상기 전류의 흐름을 차단하는 복수의 셀프 에너지 밸런싱부들; 및
    상기 배터리 셀들 각각의 충전량을 측정하는 충전량 측정부, 상기 전지부의 전류, 전압 및 온도를 측정하는 상태 측정부, 및 상기 전지부의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함하는 모니터링 부를 포함하고,
    상기 셀프 에너지 밸런싱부들은, 상기 배터리 셀의 두 단자에 각각 연결되는 전자 접촉기를 포함하며, 기 설정된 전류 이상의 전류가 흐르는 경우, 상기 전자 접촉기를 동작시켜 상기 전류의 흐름을 차단하여 해당 배터리 셀로의 과충전을 방지하고,
    상기 충전량 측정부는, 상기 배터리 셀의 각각의 초기 전압을 측정한 후, 상기 배터리 셀의 방전 그래프와 대조하여 초기값을 추정하고, 상기 초기값이 추정된 이후, 방전용량 카운팅방법을 이용하여 실시간으로 상기 배터리 셀들 각각의 충전량을 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀 밸런싱부들은,
    각 셀 밸런싱부가 연결되는 모듈의 충전상태를 비교하여, 가장 낮은 충전상태의 모듈의 충전량과 동일하도록, 과충전된 모듈을 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항의 배터리 관리시스템을 이용한 배터리 관리 방법에서,
    상기 배터리 셀들 각각의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 단계;
    상기 배터리 셀들 각각의 상태가 정상인지 판단하는 단계;
    상기 셀프에너지 밸런싱부를 통해, 상기 배터리 셀들 각각의 밸런싱 상태가 정상인지 판단하는 단계; 및
    상기 셀 밸런싱부들을 통해, 상기 모듈들 사이의 충전상태가 정상인지 판단하여 셀 밸런싱을 수행할지의 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 배터리 셀들 각각의 상태가 비정상이거나, 상기 배터리 셀들의 밸런싱 상태가 비정상이면, 상기 병렬로 서로 연결된 모듈들 사이의 회로를 분리하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
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