KR102439179B1 - 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102439179B1
KR102439179B1 KR1020180026989A KR20180026989A KR102439179B1 KR 102439179 B1 KR102439179 B1 KR 102439179B1 KR 1020180026989 A KR1020180026989 A KR 1020180026989A KR 20180026989 A KR20180026989 A KR 20180026989A KR 102439179 B1 KR102439179 B1 KR 102439179B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
state
battery rack
racks
rack
Prior art date
Application number
KR1020180026989A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190106061A (ko
Inventor
조영창
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020180026989A priority Critical patent/KR102439179B1/ko
Publication of KR20190106061A publication Critical patent/KR20190106061A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102439179B1 publication Critical patent/KR102439179B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 복수의 배터리 랙의 상태를 추정하는 과정에서 각 배터리 랙의 상태를 정확하게 추정할 수 있는 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 복수의 이차 전지를 구비하고, 서로 병렬 연결되며, 전력망인 그리드의 양단과 전기적으로 연결되는 복수의 배터리 랙의 상태를 추정하는 장치로서, 상기 복수의 배터리 랙에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 그리드와 접속하여 상기 복수의 배터리 랙으로 충전 전력을 공급하거나 상기 복수의 배터리 랙으로부터 방전 전력을 공급받도록 구성된 전력 변환부; 상기 전력 변환부와 각 배터리 랙 사이에 구비되어, 상기 전력 변환부와 각 배터리 랙 사이의 메인 충방전 회로를 개폐하도록 구성된 메인 스위칭부; 상기 복수의 배터리 랙의 SOC 값을 추정하도록 구성된 SOC 추정부; 및 상기 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 순차적으로 선택하며, 선택된 하나의 배터리 랙과 연결된 상기 메인 스위칭부로 턴온 및 턴오프 명령을 시간차를 두고 순차적으로 전달하고, 상기 SOC 추정부로부터 각 배터리 랙의 SOC 값을 수신하여, 수신된 SOC 값을 기초로 각 배터리 랙의 상태를 순차적으로 추정하도록 구성된 마스터 BMS를 포함한다.

Description

배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating state of health of battery rack}
본 발명은 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 배터리 랙의 상태를 추정하는 과정에서 각 배터리 랙의 상태를 정확하게 추정할 수 있는 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)은 발전 전력을 저장해서 수요 패턴에 맞게 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 시스템으로서, 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장 장치를 말한다. 이러한 에너지 저장 시스템은 발전소에서 생산한 전력을 가정이나 공장 등에 바로 전달하지 않고 대형 2차 배터리와 같은 에너지 저장 수단에 에너지를 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기와 장소에 전력을 생성한 후 전송하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.
에너지 저장 시스템은 복수의 배터리 랙과 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)을 포함하는 배터리 시스템, 전력 변환 시스템(PCS: Power Conversion System) 및 에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)을 포함한다. 복수의 배터리 랙은 에너지를 충전하여 저장하고 필요시 에너지를 방전하여 출력하기 위한 것이고, 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 랙을 관리하기 위한 것이며, 전력 변환 시스템은 전력망인 그리드와 접속하여 직류를 교류로 변환하거나 교류를 직류로 변환하고 배터리의 충방전을 제어하기 위한 것이며, 에너지 관리 시스템은 부하, 배터리 상태 등을 고려하여 배터리 관리 시스템 및 전력 변환 시스템을 제어하기 위한 것이다.
에너지 저장 시스템에 포함된 복수의 배터리 랙 각각은 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 이때 각각의 배터리 모듈은 복수의 이차 전지를 포함할 수 있다. 이러한 이차 전지의 경우, 사용 기간이 증가함에 따라 초기보다 성능이 퇴화된다. 그리고, 이러한 이차 전지의 성능 퇴화의 정도를 추정하는 것을 이차 전지의 SOH(State Of Health)를 추정한다고 하며, 이차 전지의 SOH는 이차 전지의 교체 시기를 결정하는데 있어서 중요한 요소이다.
또한, 이차 전지는, 이차 전지의 제작 환경이나 사용 환경 등에 따라 각 이차 전지 별로 퇴화 정도가 다르게 나타날 수 있다. 그리고, 다수의 배터리 랙이 구비된 ESS의 경우, 이러한 각 배터리 랙의 퇴화 정도에 따른 수명을 정확하게 예측할 필요성이 요구되고 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 배터리 랙이 퇴화되어 가는 과정에서 효과적으로 배터리 랙의 수명이나 열화 상태 등을 추정할 수 있는 개선된 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 복수의 이차 전지를 구비하고, 서로 병렬 연결되며, 전력망인 그리드의 양단과 전기적으로 연결되는 복수의 배터리 랙의 상태를 추정하는 장치로서, 상기 복수의 배터리 랙에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 그리드와 접속하여 상기 복수의 배터리 랙으로 충전 전력을 공급하거나 상기 복수의 배터리 랙으로부터 방전 전력을 공급받도록 구성된 전력 변환부; 상기 전력 변환부와 각 배터리 랙 사이에 구비되어, 상기 전력 변환부와 각 배터리 랙 사이의 메인 충방전 회로를 개폐하도록 구성된 메인 스위칭부; 상기 복수의 배터리 랙의 SOC 값을 추정하도록 구성된 SOC 추정부; 및 상기 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 순차적으로 선택하며, 선택된 하나의 배터리 랙과 연결된 상기 메인 스위칭부로 턴온 및 턴오프 명령을 시간차를 두고 순차적으로 전달하고, 상기 SOC 추정부로부터 각 배터리 랙의 SOC 값을 수신하여, 수신된 SOC 값을 기초로 각 배터리 랙의 상태를 순차적으로 추정하도록 구성된 마스터 BMS를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 상기 마스터 BMS 및 상기 전력 변환부와 통신하며, 상기 전력 변환부로 충전 또는 방전 명령을 전달하도록 구성된 에너지 관리부를 더 포함하고, 상기 마스터 BMS는, 상기 에너지 관리부로부터 소정의 시간 동안 배터리 랙에 대한 충방전 제어 권한을 획득하여 상기 전력 변환부 및 상기 메인 스위칭부를 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS는,
(a) 상기 전력 변환부로 충전 명령을 전달하고, 상기 메인 스위칭부를 모두 턴온 시켜 상기 복수의 배터리 랙을 충전 시키고,
(b) 상기 복수의 배터리 랙이 모두 만충전 상태에 도달되면 상기 메인 스위칭부를 모두 턴오프시키고,
(c) 상기 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정하고, 상기 하나의 배터리 랙과 연결된 상기 메인 스위칭부를 턴온 시키며, 상기 하나의 배터리 랙이 만방전 상태에 도달되면 상기 메인 스위칭부를 턴오프 시키고,
(d) 상기 하나의 배터리 랙에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 상기 하나의 배터리 랙의 상태를 추정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 복수의 배터리 랙에 대한 상태 추정이 모두 종료될 때까지 상기 (c) 및 (d)의 제어 로직을 반복하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 상기 복수의 배터리 랙에 대한 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부, 상기 복수의 배터리 랙에 대한 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 측정하도록 구성된 전류 측정부, 및 상기 복수의 배터리 랙의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함하고, 상기 SOC 추정부는, 각 배터리 랙에 대한 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 이용하여 각 배터리 랙의 충전 상태를 계산하여 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 마스터 BMS는, 상기 온도 측정부로부터 상기 복수의 배터리 랙의 온도값을 수신하고, 각 배터리 랙의 온도 변화율을 기초로 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 상기 복수의 배터리 랙의 양단과 전기적으로 연결되고 상기 메인 충방전 회로와 전기적으로 병렬로 연결되며, 각 배터리 랙과 연결되어 각 배터리 랙과 연결된 회로를 개폐하도록 구성된 서브 스위칭부를 구비하고, 상기 복수의 배터리 랙으로 충전 전력을 공급하거나 상기 복수의 배터리 랙으로부터 방전 전력을 공급받도록 구성된 서브 충방전 회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 서브 충방전 회로는, 상기 복수의 배터리 랙으로부터 공급받은 방전 전력을 방전 시키도록 구성된 방전부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 서브 충방전 회로는, 상기 복수의 배터리 랙으로부터 공급받은 방전 전력을 저장하도록 구성된 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는, 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 방법은, 복수의 이차 전지를 구비하고, 서로 병렬 연결되는 복수의 배터리 랙의 상태를 추정하는 방법으로서, 상기 복수의 배터리 랙에 충전 전원을 인가하여 상기 복수의 배터리 랙을 충전시키는 제1 단계; 상기 복수의 배터리 랙이 모두 만충전 상태에 도달되면 상기 충전 전원의 인가를 중지하는 제2 단계; 상기 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정하고, 상기 하나의 배터리 랙을 만방전 시키는 제3 단계; 상기 하나의 배터리 랙에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 상기 하나의 배터리 랙의 상태를 추정하는 제4 단계; 및 상기 복수의 배터리 랙에 대한 상태 추정이 모두 종료될 때까지 상기 제3 단계 및 제4 단계를 반복하는 제5 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 각 배터리 랙의 상태를 개별적으로 추정할 수 있다. 그리고, 배터리 랙의 상태에 기초하여 복수의 배터리 랙의 상태를 순차적으로 추정할 수 있다. 따라서, 병렬 구성된 복수의 배터리 랙의 상태를 동시에 추정하는 경우에 비해 각 배터리 랙의 상태와 각 배터리 랙 간의 상태 차이를 정확하게 추정하고 분석할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 그리드와 ESS 사이에서 충방전 전력을 주고 받는 동시에 각 배터리 랙의 상태를 추정할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본래의 ESS의 역할을 수행하면서 동시에 각 배터리 랙의 상태를 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 이차 전지는, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 이차 전지로 간주될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 배터리 랙의 상태를 추정 하는 장치이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 배터리 랙의 SOH(State Of Health)를 추정할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 전력망인 그리드의 양단과 전기적으로 연결되는 복수의 배터리 랙의 상태를 추정할 수 있다. 여기서, 복수의 배터리 랙은, 복수의 이차 전지를 구비하며 서로 병렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 복수의 배터리 모듈을 구비할 수 있다. 여기서, 배터리 모듈은, 직렬 및/또는 병렬 연결된 복수의 이차 전지를 구비할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 전력 변환부(200), 메인 스위칭부(300), SOC 추정부(400) 및 마스터 BMS(500)를 포함한다.
상기 전력 변환부(200)는, 복수의 배터리 랙(100)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 전력 변환부(200)는, 병렬 연결된 복수의 배터리 랙(100)의 양단에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(200)는, 각 배터리 랙(100)의 양단과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 전력 변환부(200)는, 그리드(G)와 접속될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(200)는, 전력망인 그리드(G)와 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 전력 변환부(200)는, 복수의 배터리 랙(100)과 그리드(G) 사이에 위치할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 전력 변환부(200)는, 복수의 배터리 랙(100)으로 충전 전력을 공급할 수 있다. 또한, 전력 변환부(200)는, 복수의 배터리 랙(100)으로부터 방전 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 전력 변환부(200)는, 그리드(G)로부터 전력을 공급받아 복수의 배터리 랙(100)으로 충전 전력을 전달할 수 있다. 또한, 전력 변환부(200)는, 복수의 배터리 랙(100)으로부터 방전 전력을 공급받아 그리드(G)로 전력을 전달할 수 있다. 전력 변환부(200)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 전력 변환 시스템(PCS: Power Conversion System) 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 메인 스위칭부(300)는, 전력 변환부(200)와 각 배터리 랙(100) 사이에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 메인 스위칭부(300)는, 각 배터리 랙(100)과 전력 변환부(200) 사이에 복수의 단위 스위치를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에 도시된 바와 같이, 메인 스위칭부(300)에 구비된 각 단위 스위치는, 각 배터리 랙(100)의 일단과 각각 연결될 수 있다.
또한, 메인 스위칭부(300)는, 메인 충방전 회로에 구비될 수 있다. 여기서, 메인 충방전 회로는, 복수의 배터리 랙(100)과 전력 변환부(200) 사이에 위치하여 충방전 전력을 전달하는 회로일 수 있다.
또한, 메인 스위칭부(300)는, 전력 변환부(200)와 각 배터리 랙(100) 사이의 메인 충방전 회로를 개폐하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 메인 스위칭부(300)는, 메인 충방전 회로에 구비된 복수의 단위 스위치를 이용하여 메인 충방전 회로를 개폐할 수 있다.
상기 SOC 추정부(400)는, 복수의 배터리 랙(100)의 SOC(State Of Charge) 값을 추정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, SOC 추정부(400)는, 복수의 배터리 랙(100)의 전압, 전류 및 온도 등의 정보를 기초로 복수의 배터리 랙(100)의 SOC 값을 추정할 수 있다.
상기 마스터 BMS(500)는, 전력 변환부(200), 메인 스위칭부(300) 및 SOC 추정부(400)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. 또한, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100)의 상태를 추정할 수 있다. 여기서, 배터리 랙(100)의 상태는, 배터리 랙(100)의 SOC 및 SOH 등을 포함할 수 있다.
마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100) 중 각 배터리 랙(100)의 상태를 순차적으로 추정할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100) 중 하나의 배터리 랙(100)을 순차적으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100) 중 각 배터리 랙(100)의 전류, 전압 및 온도를 기초로 하나의 배터리 랙(100)을 순차적으로 선택할 수 있다.
또한, 마스터 BMS(500)는, 선택된 하나의 배터리 랙(100)을 충방전 시킬 수 있다. 즉, 마스터 BMS(500)는, 선택된 하나의 배터리 랙(100)과 연결된 메인 스위칭부(300)로 턴온 및 턴오프 명령을 전달할 수 있다. 특히, 마스터 BMS(500)는, 선택된 하나의 배터리 랙(100)과 연결된 메인 스위칭부(300)로 턴온 및 턴오프 명령을 시간차를 두고 순차적으로 전달할 수 있다.
또한, 마스터 BMS(500)는, SOC 추정부(400)로부터 각 배터리 랙(100)의 SOC 값을 수신하여, 수신된 SOC 값을 기초로 각 배터리 랙(100)의 상태를 순차적으로 추정할 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS(500)는, 수신된 SOC 값을 기초로 만충전 상태와 만방전 상태를 결정하고, 이를 기초로 각 배터리 랙(100)의 SOH를 추정할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS(500)는, 각 배터리 랙(100)의 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산값을 기초로 각 배터리 랙(100)의 SOH를 추정할 수 있다.
한편, 마스터 BMS(500)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀 및/또는 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 에너지 관리부(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 관리부(600)는, 마스터 BMS(500) 및 전력 변환부(200)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. 즉, 에너지 관리부(600)는, 마스터 BMS(500) 및 전력 변환부(200)와 통신할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 에너지 관리부(600)는, 전력 변환부(200)로 충전 또는 방전 명령을 전달할 수 있다. 에너지 관리부(600)는, 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위해, 당업계에 알려진 에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System) 등을 선택적으로 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS(500)는, 전력 변환부(200)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 마스터 BMS(500)는, 메인 스위칭부(300)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS(500)는, 전력 변환부(200)로 충방전 명령을 전달할 수 있다. 또한, 마스터 BMS(500)는, 메인 스위칭부(300)로 턴 온 및 턴 오프 명령을 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS(500)는, 에너지 관리부(600)로부터 배터리 랙(100)에 대한 충방전 제어 권한을 획득하여 전력 변환부(200) 및 메인 스위칭부(300)를 제어할 수 있다. 일반적으로 ESS는 에너지 관리부(600)에 의해 충방전이 제어된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS(500)는, 에너지 관리부(600)로부터 충방전 제어 권한을 획득하여 ESS의 충방전을 제어할 수 있다. 특히, 마스터 BMS(500)는, 에너지 관리부(600)로부터 소정의 시간 동안 배터리 랙(100)에 대한 충방전 제어 권한을 획득하여 전력 변환부(200) 및 메인 스위칭부(300)를 제어할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS(500)는, 전력 변환부(200)로 충전 명령을 전달하고, 메인 스위칭부(300)를 모두 턴온 시켜 복수의 배터리 랙(100)을 충전 시킬 수 있다. 여기서, 마스터 BMS(500)는, 모든 배터리 랙(100)이 모두 만충전 상태에 도달할 때까지 전력 변환부(200)로 충전 명령을 전달할 수 있다.
이어서, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100)이 모두 만충전 상태에 도달되면 메인 스위칭부(300)를 모두 턴오프시킬 수 있다. 즉, 마스터 BMS(500)는, 모든 배터리 랙(100)이 모두 만충전 상태에 도달되면 충전을 중지시킬 수 있다.
이어서, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100) 중 하나의 배터리 랙(100)을 상태 추정 대상으로 결정하고, 하나의 배터리 랙(100)과 연결된 메인 스위칭부(300)를 턴온 시킬 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS(500)는, 각 배터리 랙(100)의 온도 변화량을 기초로 온도 변화량이 가장 큰 순서대로 순차적으로 하나의 배터리 랙(100)을 상태 추정 대상으로 결정할 수 있다. 그리고, 마스터 BMS(500)는, 상태 추정 대상으로 결정된 배터리 랙(100)을 방전 시킬 수 있다. 그리고, 마스터 BMS(500)는, 하나의 배터리 랙(100)이 만방전 상태에 도달되면 메인 스위칭부(300)를 턴오프 시킬 수 있다.
이어서, 마스터 BMS(500)는, 하나의 배터리 랙(100)에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 하나의 배터리 랙(100)의 상태를 추정할 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS(500)는, 하기 수학식 1을 이용하여 배터리 랙(100)의 SOH를 추정할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100)에 대한 상태 추정이 모두 종료될 때까지 상기 제어 로직을 반복 실행할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100) 중 하나의 배터리 랙(100)을 상태 추정 대상으로 결정하고, 하나의 배터리 랙(100)과 연결된 메인 스위칭부(300)를 턴온 시키며, 하나의 배터리 랙(100)이 만방전 상태에 도달되면 메인 스위칭부(300)를 턴오프 시키고, 하나의 배터리 랙(100)에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 하나의 배터리 랙(100)의 상태를 추정하는 제어 로직을 반복 실행할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112018023063625-pat00001
여기서, SOH는, 배터리 랙(100)의 SOH(State Of Health) 이고,
Figure 112018023063625-pat00002
는, 배터리 랙(100)의 SOC가 100%로부터 0%에 도달할 때까지 전류 적산값 즉, 배터리 랙(100)의 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산값이고, CI는, 배터리의 초기 용량(Initial Capacity) 즉, 출하 용량을 나타낸다.
예를 들어, 배터리 랙(100)의 초기 용량이 1000Ah이고, 배터리 랙(100)의 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산값이 800Ah로 측정되는 경우, 배터리 랙(100)의 SOH는 80%로 연산될 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120) 및 온도 측정부(130)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈(10)을 구비할 수 있다. 또한, 도 2의 구성에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(10)은, 직렬 연결된 복수의 이차 전지를 구비할 수 있다.
상기 전압 측정부(110)는, 복수의 배터리 랙에 대한 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전압 측정부(110)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 마스터 BMS와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 전압 측정부(110)는, 마스터 BMS의 통제 하에, 시간 간격을 두고 각 배터리 모듈(10)의 양단 전압을 측정하고 측정된 전압의 크기를 나타내는 신호를 마스터 BMS로 출력할 수 있다. 이때, 마스터 BMS는, 전압 측정부(110)로부터 출력되는 신호로부터 각 배터리 모듈(10)의 전압을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전압 측정부(110)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 전압 측정 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 각 배터리 모듈(10)의 전압을 측정하기 위한 전압 측정부(110)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 전류 측정부(120)는, 복수의 배터리 랙에 대한 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전류 측정부(120)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 마스터 BMS와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 전류 측정부(120)는, 마스터 BMS의 통제하에 시간 간격을 두고 각 배터리 모듈(10)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 반복 측정하고 측정된 전류의 크기를 나타내는 신호를 마스터 BMS로 출력할 수 있다. 이때, 마스터 BMS는 전류 측정부(120)로부터 출력되는 신호로부터 전류의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정부(120)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 홀 센서 또는 센스 저항을 이용하여 구현될 수 있다. 홀 센서 또는 센스 저항은 전류가 흐르는 선로에 설치될 수 있다. 각 배터리 모듈(10)의 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 측정하기 위한 전류 측정부(120)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 온도 측정부(130)는, 복수의 배터리 랙의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 온도 측정부(130)는, 전기적 신호를 주고 받을 수 있도록 마스터 BMS와 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 온도 측정부(130)는, 시간 간격을 두고 각 배터리 모듈(10)의 온도를 반복 측정하고 측정된 온도의 크기를 나타내는 신호를 마스터 BMS로 출력할 수 있다. 이때, 마스터 BMS는 온도 측정부(130)로부터 출력되는 신호로부터 각 배터리 모듈(10)의 온도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(130)는, 당업계에서 일반적으로 사용되는 열전대(thermocouple)를 이용하여 구현될 수 있다. 각 배터리 모듈(10)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(130)의 회로 구성은 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS는, 온도 측정부(130)로부터 복수의 배터리 랙의 온도값을 수신하고, 각 배터리 랙의 온도 변화율을 기초로 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS는, 온도 변화율이 가장 큰 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 각 배터리 랙에 슬레이브 BMS(140)를 더 구비할 수 있다.
상기 슬레이브 BMS(140)는, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120) 및 온도 측정부(130)와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. 또한, 슬레이브 BMS(140)는, 마스터 BMS와 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 주고 받을 수 있다. 보다 구체적으로, 슬레이브 BMS(140)는, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120) 및 온도 측정부(130)로부터 전압값, 전류값 및 온도값을 수신하고, 이를 마스터 BMS로 전달할 수 있다.
마스터 BMS는, 슬레이브 BMS(140)로부터 수신한 각 배터리 랙에 대한 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 이용하여 각 배터리 랙의 충전 상태를 계산하여 모니터링할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, SOC 추정부는, 각 배터리 랙의 충전 전류 및 방전 전류를 적산하여 각 배터리 랙의 충전 상태를 추정할 수 있다. 여기서, 각 배터리 랙의 충전 또는 방전이 시작될 때 충전 상태의 초기값은 충전 또는 방전이 시작되기 전에 측정한 각 배터리 랙의 개방 전압(OCV)을 이용하여 결정할 수 있다. 이를 위해, SOC 추정부는, 개방 전압 별로 충전 상태를 정의한 개방 전압-충전 상태 룩업 테이블을 포함하고, 룩업 테이블로부터 각 배터리 랙의 개방 전압에 대응되는 충전 상태를 맵핑할 수 있다.
다른 측면에서, SOC 추정부는, 확장 칼만 필터를 이용하여 각 배터리 랙의 충전 상태를 산출할 수 있다. 확장 칼만 필터는 이차 전지의 전압, 전류 및 온도를 이용하여 이차 전지의 충전 상태를 적응적으로 추정하는 수학적 알고리즘을 말한다. 여기서, 확장 칼만 필터를 이용한 충전 상태의 추정은, 일 예로서 그레고리 엘 플레트(Gregory L. Plett)의 논문 "Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Parts 1, 2 and 3" (Journal of Power Source 134, 2004, p. 252-261)을 참조할 수 있다.
각 배터리 랙의 충전 상태는 전술한 전류 적산법 또는 확장 칼만 필터 이외에도 각 배터리 랙의 전압, 전류 및 온도를 선택적으로 활용하여 충전 상태를 추정할 수 있는 다른 공지의 방법에 의해서도 결정할 수 있다.
마스터 BMS는, 각 배터리 랙의 만충전 용량을 결정할 수 있다. 만충전 용량은 충전 상태의 계산에 사용된다. 만충전 용량은 배터리 랙이 완전 방전 상태에서 만충전 상태까지 충전되는 과정에서 마스터 BMS에 의해 계산될 수 있다. 만충전 용량은 본 발명이 속한 기술 분야에서 공지된 다른 방법으로도 결정될 수 있다. 또한, 마스터 BMS는, 각 배터리 랙의 초기 용량(Initial Capacity)을 저장할 수 있다. 즉, 각 배터리 랙의 초기 용량은 마스터 BMS에 구비된 메모리 장치에 저장될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 서브 충방전 회로(L2)를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 충방전 회로(L2)는, 복수의 배터리 랙(100)의 양단과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 서브 충방전 회로(L2)는, 메인 충방전 회로(L1)와 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에 도시된 바와 같이, 서브 충방전 회로(L2)는, 복수의 배터리 랙(100)의 양단과 전기적으로 연결되어, 복수의 배터리 랙(100)이 병렬 연결되도록 구성될 수 있다. 그리고, 서브 충방전 회로(L2)는, 메인 충방전 회로(L1)와 전기적으로 병렬로 구성될 수 있다. 즉, 서브 충방전 회로(L2)는, 메인 충방전 회로(L1)와는 다른 경로로 배터리 랙(100)과 연결될 수 있다. 여기서, 메인 충방전 회로(L1)는, 복수의 배터리 랙(100)과 전력 변환부(200) 사이에 위치하는 충방전 경로일 수 있다.
또한, 서브 충방전 회로(L2)는, 서브 스위칭부(350)를 구비할 수 있다. 상기 서브 스위칭부(350)는, 각 배터리 랙(100)과 연결되어 각 배터리 랙(100)과 연결된 회로를 개폐하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 서브 스위칭부(350)는, 각 배터리 랙(100)의 일단과 각각 연결된 단위 스위치를 구비할 수 있다.
또한, 서브 충방전 회로(L2)는, 복수의 배터리 랙(100)으로 충전 전력을 공급하거나 복수의 배터리 랙(100)으로부터 방전 전력을 공급받도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 서브 충방전 회로(L2)는, 전력 공급원으로부터 복수의 배터리 랙(100)으로 충전 전력을 전달하거나, 복수의 배터리 랙(100)으로부터 방전 소자 또는 충전 소자로 방전 전력을 전달할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 충방전 회로(L2)는, 방전부(370)를 구비할 수 있다. 상기 방전부(370)는, 복수의 배터리 랙(100)으로부터 공급받은 방전 전력을 방전 시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방전부(370)는, 저항으로 구현될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 충방전 회로(L2)는, 저장부(390)를 구비할 수 있다. 상기 저장부(390)는, 복수의 배터리 랙(100)으로부터 공급받은 방전 전력을 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 저장부(390)는, 커패시터로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 BMS(500)는, 메인 스위칭부(300) 및 서브 스위칭부(350)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100)으로부터 배터리 랙(100)의 상태 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 배터리 랙(100)의 상태 정보는 전압, 전류 및 온도 등을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 마스터 BMS(500)는, 메인 스위칭부(300)에 구비된 단위 스위치의 동작을 제어하여 배터리 랙(100)을 충전시킬 수 있다. 이어서, 마스터 BMS(500)는, 복수의 배터리 랙(100)으로부터 배터리 랙(100)의 상태 정보를 수신하고, 배터리 랙(100)의 상태 정보를 기초로 상태 추정 대상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상태 추정 대상은, 배터리 랙(100)의 전압, 전류 또는 온도 변화량을 기초로 결정될 수 있다. 이어서, 마스터 BMS(500)는, 서브 스위칭부(350)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 마스터 BMS(500)는, 상태 추정 대상으로 결정된 배터리 랙(100)과 연결된 단위 스위치의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 마스터 BMS(500)는, 서브 스위칭부(350)의 동작을 제어하여 배터리 랙(100)으로부터 방전부(370)로 방전 전력을 전달할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 마스터 BMS(500)는, 서브 스위칭부(350)의 동작을 제어하여 배터리 랙(100)으로부터 저장부(390)로 방전 전력을 전달할 수 있다. 또한, 마스터 BMS(500)는, 서브 스위칭부(350)의 동작을 제어하여 저장부(390)로부터 배터리 랙(100)으로 충전 전력을 전달할 수 있다.
본 발명의 이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, 그리드(G)와 ESS 사이에서 충방전 전력을 주고 받는 동시에 각 배터리 랙(100)의 상태를 추정할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본래의 ESS의 역할을 수행하면서 동시에 각 배터리 랙(100)의 상태를 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치는, ESS(Energy Storage System)에 자체적으로 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 ESS는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 ESS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치의 전력 변환부(200)는, ESS에 구비된 PCS(Power Conversion System)에 의해 구현될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 상태 추정 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 4에서, 각 단계의 수행 주체는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치의 각 구성요소라 할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마스터 BMS는, 단계 S100에서, 복수의 배터리 랙에 충전 전원을 인가하여 복수의 배터리 랙을 충전 시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS는, 에너지 관리부로부터 충방전 제어 권한을 획득하고, 메인 스위칭부를 턴온 시켜 복수의 배터리 랙을 모두 충전 시킬 수 있다. 이때, 복수의 배터리 랙은, 전력 변환부를 통해 그리드로부터 충전 전원을 제공받을 수 있다.
이어서, 마스터 BMS는, 단계 S110에서, 복수의 배터리 랙이 만충전 상태에 도달되면 충전 전원의 인가를 중지하여 충전을 중지시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS는, 복수의 배터리 랙이 모두 만충전 상태에 도달되면 소정의 시간 동안 휴지 기간을 둘 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS는, 복수의 배터리 랙이 모두 만충전 상태에 도달되면 1시간 동안 만충전 상태를 유지시킬 수 있다. 그리고, 마스터 BMS는, 복수의 배터리 랙과 연결된 메인 스위칭부를 턴 오프 시켜 충전을 중지시킬 수 있다.
이어서, 마스터 BMS는, 단계 S120에서, 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정하고, 상태 추정 대상으로 결정된 하나의 배터리 랙을 만방전 시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS는, 각 배터리 랙의 상태 정보를 기초로 상태 추정 대상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS는, 배터리 랙의 온도 변화율이 가장 큰 배터리 랙부터 작은 배터리 랙 순으로 순차적으로 상태 추정 대상을 결정할 수 있다. 또한, 마스터 BMS는, 상태 추정 대상으로 결정된 배터리 랙과 연결된 스위치를 턴 온 시켜 배터리 랙을 방전 시킬 수 있다. 예를 들어, 마스터 BMS는, 메인 스위칭부를 턴 온 시켜 배터리 랙을 방전 시킬 수 있다. 또한, 마스터 BMS는, 서브 스위칭부를 턴 온 시켜 배터리 랙을 방전 시킬 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 배터리 랙 상태 추정 방법은, ESS 및 그리드의 동작 상태에 따라 적합한 배터리 랙 방전 방법을 결정하여, 효율적으로 배터리 랙 상태 추정을 수행할 수 있다.
이어서, 마스터 BMS는, 단계 S130에서, 하나의 배터리 랙에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 하나의 배터리 랙의 상태를 추정할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스터 BMS는, 상태 추정 대상으로 결정된 하나의 배터리 랙을 만방전 시킬 수 있다. 그리고, 마스터 BMS는, SOC 100%로부터 SOC 0%까지의 전류 적산 값을 기초로 하나의 배터리 랙의 SOH를 추정할 수 있다. 또한, 마스터 BMS는, 복수의 배터리 랙에 대한 상태 추정이 모두 종료될 때까지 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정하고, 하나의 배터리 랙을 만방전 시키고, 하나의 배터리 랙에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 하나의 배터리 랙의 상태를 추정하는 과정을 반복할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 마스터 BMS는, 제어부 및 메모리부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리 장치에 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 또한, 메모리부는, 정보를 기록하고 소거할 수 있는 저장 매체라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 메모리부는, RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체일 수 있다. 또한, 메모리부는, 제어부의 구성요소에 의해 접근이 가능하도록 예컨대 데이터 버스 등을 통해 제어부의 구성요소와 전기적으로 연결될 수 있다. 메모리부는 또한 제어부에서 수행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장 및/또는 갱신 및/또는 소거 및/또는 전송할 수 있다. 메모리부는 논리적으로 2개 이상으로 분할 가능하다.
또한, 제어부의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록 매체는, ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 '메모리부' 및 '제어부' 등과 같이 '부'라는 용어가 사용되었으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있거나 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 모듈
100: 배터리 랙
110: 전압 측정부
120: 전류 측정부
130: 온도 측정부
140: 슬레이브 BMS
200: 전력 변환부
300: 메인 스위칭부
350: 서브 스위칭부
370: 방전부
390: 저장부
400: SOC 추정부
500: 마스터 BMS
600: 에너지 관리부
G: 그리드
L1: 메인 충방전 회로
L2: 서브 충방전 회로

Claims (11)

  1. 복수의 이차 전지를 구비하고, 서로 병렬 연결되며, 전력망인 그리드의 양단과 전기적으로 연결되는 복수의 배터리 랙의 상태를 추정하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 랙에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 그리드와 접속하여 상기 복수의 배터리 랙으로 충전 전력을 공급하거나 상기 복수의 배터리 랙으로부터 방전 전력을 공급받도록 구성된 전력 변환부;
    상기 전력 변환부와 각 배터리 랙 사이에 구비되어, 상기 전력 변환부와 각 배터리 랙 사이의 메인 충방전 회로를 개폐하도록 구성된 메인 스위칭부;
    상기 복수의 배터리 랙의 SOC 값을 추정하도록 구성된 SOC 추정부; 및
    상기 복수의 배터리 랙의 온도 변화율을 기초로 상기 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 순차적으로 선택하며, 선택된 하나의 배터리 랙과 연결된 상기 메인 스위칭부로 턴온 및 턴오프 명령을 시간차를 두고 순차적으로 전달하고, 상기 SOC 추정부로부터 각 배터리 랙의 SOC 값을 수신하여, 수신된 SOC 값을 기초로 각 배터리 랙의 상태를 순차적으로 추정하도록 구성된 마스터 BMS를 포함하고,
    상기 마스터 BMS는,
    상기 복수의 배터리 랙 중에서 상기 상태 추정 대상을 상기 온도 변화율이 큰 순서대로 하나씩 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS 및 상기 전력 변환부와 통신하며, 상기 전력 변환부로 충전 또는 방전 명령을 전달하도록 구성된 에너지 관리부를 더 포함하고,
    상기 마스터 BMS는, 상기 에너지 관리부로부터 소정의 시간 동안 배터리 랙에 대한 충방전 제어 권한을 획득하여 상기 전력 변환부 및 상기 메인 스위칭부를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는,
    (a) 상기 전력 변환부로 충전 명령을 전달하고, 상기 메인 스위칭부를 모두 턴온 시켜 상기 복수의 배터리 랙을 충전 시키고,
    (b) 상기 복수의 배터리 랙이 모두 만충전 상태에 도달되면 상기 메인 스위칭부를 모두 턴오프시키고,
    (c) 상기 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정하고, 상기 하나의 배터리 랙과 연결된 상기 메인 스위칭부를 턴온 시키며, 상기 하나의 배터리 랙이 만방전 상태에 도달되면 상기 메인 스위칭부를 턴오프 시키고,
    (d) 상기 하나의 배터리 랙에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 상기 하나의 배터리 랙의 상태를 추정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는, 상기 복수의 배터리 랙에 대한 상태 추정이 모두 종료될 때까지 상기 (c) 및 (d)의 제어 로직을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 랙에 대한 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부, 상기 복수의 배터리 랙에 대한 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 측정하도록 구성된 전류 측정부, 및 상기 복수의 배터리 랙의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함하고,
    상기 SOC 추정부는, 각 배터리 랙에 대한 전압 측정값, 전류 측정값 및 온도 측정값을 이용하여 각 배터리 랙의 충전 상태를 계산하여 모니터링하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 랙의 양단과 전기적으로 연결되고 상기 메인 충방전 회로와 전기적으로 병렬로 연결되며, 각 배터리 랙과 연결되어 각 배터리 랙과 연결된 회로를 개폐하도록 구성된 서브 스위칭부를 구비하고, 상기 복수의 배터리 랙으로 충전 전력을 공급하거나 상기 복수의 배터리 랙으로부터 방전 전력을 공급받도록 구성된 서브 충방전 회로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서브 충방전 회로는, 상기 복수의 배터리 랙으로부터 공급받은 방전 전력을 방전 시키도록 구성된 방전부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 서브 충방전 회로는, 상기 복수의 배터리 랙으로부터 공급받은 방전 전력을 저장하도록 구성된 저장부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 장치.
  10. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 랙 상태 추정 장치를 포함하는 ESS.
  11. 복수의 이차 전지를 구비하고, 서로 병렬 연결되는 복수의 배터리 랙의 상태를 추정하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 배터리 랙에 충전 전원을 인가하여 상기 복수의 배터리 랙을 충전시키는 제1 단계;
    상기 복수의 배터리 랙이 모두 만충전 상태에 도달되면 상기 충전 전원의 인가를 중지하는 제2 단계;
    상기 복수의 배터리 랙의 온도 변화율을 기초로 상기 복수의 배터리 랙 중 하나의 배터리 랙을 상태 추정 대상으로 결정하고, 상기 하나의 배터리 랙을 만방전 시키는 제3 단계;
    상기 하나의 배터리 랙에 대한 만충전 상태로부터 만방전 상태까지의 전류 적산 값을 기초로 상기 하나의 배터리 랙의 상태를 추정하는 제4 단계; 및
    상기 복수의 배터리 랙에 대한 상태 추정이 모두 종료될 때까지 상기 제3 단계 및 제4 단계를 반복하는 제5 단계를 포함하고,
    상기 제3 단계는,
    상기 복수의 배터리 랙 중에서 상기 상태 추정 대상을 상기 온도 변화율이 큰 순서대로 순차적으로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙 상태 추정 방법.
KR1020180026989A 2018-03-07 2018-03-07 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법 KR102439179B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180026989A KR102439179B1 (ko) 2018-03-07 2018-03-07 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180026989A KR102439179B1 (ko) 2018-03-07 2018-03-07 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190106061A KR20190106061A (ko) 2019-09-18
KR102439179B1 true KR102439179B1 (ko) 2022-08-31

Family

ID=68071333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180026989A KR102439179B1 (ko) 2018-03-07 2018-03-07 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102439179B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110620392A (zh) * 2019-10-26 2019-12-27 闽江学院 一种基于soc状态估计的多铅酸电池并联系统模糊协调控制方法
KR102417299B1 (ko) 2020-06-01 2022-07-05 동의대학교 산학협력단 배터리의 충전을 보조하는 장치 및 충전 방법
KR102480923B1 (ko) * 2021-03-15 2022-12-23 비나텍주식회사 슈퍼캐패시터 팩의 실시간 등가 직렬 저항 측정을 이용한 배터리의 수명 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
KR102528574B1 (ko) * 2021-03-26 2023-05-04 비나텍주식회사 센서를 이용한 슈퍼캐패시터 팩의 수명 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
KR102523290B1 (ko) * 2021-03-26 2023-04-18 인하대학교 산학협력단 충전부 및 이를 포함하는 전력 시스템
KR102545282B1 (ko) * 2021-04-08 2023-06-20 비나텍주식회사 내부 저항에 기초한 슈퍼캐패시터 팩의 수명 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014115127A (ja) * 2012-12-07 2014-06-26 Toyota Industries Corp 満充電容量推定装置及び方法
JP2014147201A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Toyota Industries Corp 電池システム及び電池の状態判定の設定変更方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100085791A (ko) * 2009-01-21 2010-07-29 주식회사 파워트론 축전지팩의 제어 관리 장치 및 그 방법
KR20140051881A (ko) * 2014-04-04 2014-05-02 주식회사 엘지화학 배터리의 퇴화도를 이용한 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법
KR102571525B1 (ko) * 2015-11-25 2023-08-29 한국전력공사 에너지 저장 장치의 상태 진단 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014115127A (ja) * 2012-12-07 2014-06-26 Toyota Industries Corp 満充電容量推定装置及び方法
JP2014147201A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Toyota Industries Corp 電池システム及び電池の状態判定の設定変更方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190106061A (ko) 2019-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102439179B1 (ko) 배터리 랙 상태 추정 장치 및 방법
JP6823162B2 (ja) バッテリーの充電状態をキャリブレーションするためのバッテリー管理装置及び方法
KR102200550B1 (ko) 이차 전지의 충전 상태를 추정하기 위한 장치
US9653759B2 (en) Method and apparatus for optimized battery life cycle management
US8330421B2 (en) Battery pack manager
US20110080138A1 (en) Battery pack manager
JP7048002B2 (ja) バッテリー状態推定装置
JP2022503496A (ja) バッテリー管理装置
JPWO2012169062A1 (ja) 電池制御装置、電池システム
JP7463008B2 (ja) 電池セル診断装置および方法
KR102374744B1 (ko) 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 방법
JP2020524264A (ja) バッテリーのための等価回路モデルのパラメータ推定方法及びバッテリー管理システム
KR20200020486A (ko) 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 방법
CN211018294U (zh) 充电控制装置，电池管理系统和电池组
KR102442632B1 (ko) 이차 전지 상태 추정 장치 및 방법
JP5851514B2 (ja) 電池制御装置、二次電池システム
KR102364237B1 (ko) 프리차지 장치 및 방법
EP4053966A1 (en) Electric storage system and management method
KR20200025495A (ko) 이차 전지의 충전 시간 추정 장치 및 방법
KR102427331B1 (ko) 전류 센서 진단 장치 및 방법
EP3657593B1 (en) Battery pack
US20220003822A1 (en) Battery control device
EP3974850A1 (en) Parallel battery relay diagnosis device and method
KR102408066B1 (ko) 팩 전류 측정부 진단 장치
KR102679256B1 (ko) 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant