KR102549233B1 - 배터리 재사용을 위한 부스터 키트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아직 사용이 가능한 전압을 갖는 배터리 셀 또는 배터리 모듈에 있어서, 각각의 배터리 셀 또는 배터리 모듈에 전압을 관리할 수 있는 키트를 부착하고 키트끼리 연결함으로써, 전원 공급을 할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 하는 배터리 재사용을 위한 부스터 키트에 관한 것이다.

Description

배터리 재사용을 위한 부스터 키트{BOOSTER KIT FOR BATTERY REUSE}
본 발명은 배터리 재사용을 위한 부스터 키트에 관한 것으로서, 아직 사용이 가능한 전압을 갖는 배터리 셀 또는 배터리 모듈에 있어서, 각각의 배터리 셀 또는 배터리 모듈에 전압을 관리할 수 있는 키트를 부착하고 키트끼리 연결함으로써, 전원 공급을 할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 하는 배터리 재사용을 위한 부스터 키트에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
그러나, 이차전지를 사용하는 단계에서는 친환경적인 측면이 존재하는 반면 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 등 대용량의 이차전지를 적용하는 시스템의 사용량이 증가함에 따라서 사용이 끝난 이차전지에 대한 처리 단계에서 문제가 발생할 수 있다. 이차전지는 다양한 화학물질의 집합체로서, 처리하는 단계에서 환경에 유해한 영향을 줄 수 있고 비용도 많이 발생한다는 문제점이 있다.
따라서, 기존 고전압이 필요한 시스템에서 사용되었던 이차전지에 대해서, 전압 저하로 인한 폐기를 바로 시행하지 않고 상대적으로 저전압을 요구하는 시스템에 적용하여 최대한 오래 사용하는 등 재사용 환경을 조성하는 것이 필요하다고 할 수 있다.
한국공개특허 제2014-0028350호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 기존에 이차전지가 사용되었던 환경보다 상대적으로 작은 전압으로 구동되는 시스템에서 이차전지를 재사용 하기 위해 부스터를 포함하는 키트를 부착하고 키트끼리 연결하면, 각 키트에 연결된 이차전지의 전압 상태에 따라 각각의 이차전지에 목표 전압을 할당하고 부스터를 이용해 전압을 변경하는 방법으로 시스템을 구동하는데 필요한 전압을 유지할 수 있고, 재사용되는 이차전지의 에너지를 모두 활용할 수 있도록 하는 배터리 재사용을 위한 부스터 키트를 소개하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트는 배터리 모듈의 양(+)극 및 음(-)극에 연결되는 배터리 연결부, 상기 배터리 모듈의 전압을 변경하는 컨버터, 상기 배터리 모듈의 전류를 외부로 공급하기 위한 전류 단자 및 상기 컨버터에 대한 제어 신호를 수신하기 위한 통신 단자;를 포함하되, 상기 컨버터는 상기 제어 신호를 토대로 상기 배터리 모듈의 전압을 변경할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 모듈에 대한 전압값을 측정하여, 별도의 제2 제어부로 송신하고, 상기 제2 제어부에서 발생되는 상기 제어 신호를 수신하여, 상기 제어 신호를 토대로 상기 컨버터의 동작을 제어하는 제1 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 연결부, 컨버터, 전류 단자, 통신 단자 및 제1 제어부는 하나로 모듈화된 키트일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 단자는, 상기 키트가 부착된 배터리 모듈이 복수인 경우, 상기 키트가 부착된 복수의 배터리 모듈을 서로 연결하고, 서로 연결된 복수의 배터리 모듈의 전류를 외부로 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 제어부는, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 전체에 대하여 할당된 전압값을 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 제어부는, 상기 서로 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 전체에 대하여 할당된 전압값을 유지하기 위해, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 중 평균값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈이 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 전압을 승압시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 제어부는, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 전체에 대하여 할당된 전압값을 유지하기 위해, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 중 소정의 값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈이 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈에 대한 연결을 차단하고, 상기 해당 배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 전압을 승압시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트를 포함하는 배터리 관리 시스템은 하나 이상의 배터리 모듈에 있어서, 각각의 배터리 모듈의 양(+)극 및 음(-)극에 연결되는 배터리 연결부, 상기 각각의 배터리 모듈의 전압을 변경하는 컨버터, 상기 각각의 배터리 모듈의 전류를 외부로 공급하기 위한 전류 단자, 상기 컨버터를 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키는 제2 제어부 및 상기 제어 신호를 수신하기 위한 통신 단자;를 포함하되, 상기 컨버터는 상기 제어 신호를 토대로 상기 각각의 배터리 모듈의 전압을 변경할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 각각의 배터리 모듈에 대한 전압값을 측정하여, 상기 제2 제어부로 송신하고, 상기 제2 제어부로부터 상기 제어 신호를 수신하여 상기 컨버터의 동작을 제어하는 제1 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리 연결부, 컨버터, 전류 단자, 통신 단자 및 제1 제어부는 하나로 모듈화된 키트일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트는 기존에 이차전지가 사용되었던 환경보다 상대적으로 작은 전압으로 구동되는 시스템에서 이차전지를 재사용 하기 위해 부스터를 포함하는 키트를 부착하고 키트끼리 연결하면, 각 키트에 연결된 이차전지의 전압 상태에 따라 각각의 이차전지에 목표 전압을 할당하고 부스터를 이용해 전압을 변경하는 방법으로 시스템을 구동하는데 필요한 전압을 유지할 수 있고, 재사용되는 이차전지의 에너지를 모두 활용할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)의 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)의 다른 실시 형태를 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)의 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 2를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)는 배터리 연결부(101), 컨버터(102), 전류 단자(103) 및 통신 단자(104)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 추가적으로 일 실시예에서 제1 제어부(105)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시된 배터리 관리 시스템(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1 내지 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
앞서, 후술되는 배터리 연결부(101), 컨버터(102), 전류 단자(103), 통신 단자(104) 및 제1 제어부(105)는 하나로 모듈화된 키트일 수 있다.
배터리 연결부(101)는 배터리 모듈(11)의 양(+)극 및 음(-)극에 연결될 수 있다.
여기에서, 배터리 연결부(101)는 배터리 모듈(11)의 양극 및 음극에 부착됨을 의미할 수 있고, 배터리 연결부(101)의 부착되는 지점은 구리, 철과 같이 전도성을 띄는 물질로 구성될 수 있다.
또한, 배터리 연결부(101)는 배터리 모듈(11)의 양극 및 음극을 후술되는 컨버터(102)까지 연결되도록 할 수 있다.
다음으로, 컨버터(102)는 배터리 모듈(11)의 전압을 변경할 수 있다.
여기에서, 컨버터(102)는 후술되는 제어 신호를 토대로 배터리 모듈(11)의 전압을 변경할 수 있다.
다음으로, 전류 단자(103)는 배터리모듈의 전류를 외부로 공급할 수 있다.
또한, 전류 단자(103)는 키트가 부착된 배터리 모듈(11)이 복수인 경우, 키트가 부착된 복수의 배터리 모듈(11)을 서로 연결하고, 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11)의 전류를 외부로 공급할 수 있다.
여기에서, 외부라 함은, 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)로 구성된 시스템의 전류 단자(103)의 말단과 전기적으로 연결되어 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11)로부터 전류를 공급받는 장치를 의미할 수 있다.
다음으로, 통신 단자(104)는 컨버터(103)에 대한 제어 신호를 수신할 수 있다.
여기에서, 통신 단자(104)는 제2 제어부(10)로부터 발생되는 제어 신호를 수신하여 제1 제어부(105) 또는 컨버터(102)로 전달할 수 있다.
통신 단자(104)에 의해 제2 제어부(10)로부터 발생되는 제어 신호가 컨버터(102)로 바로 전달되는 경우는 도 3의 일 실시예에 따른 실시 형태를 참조하여 설명할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)의 다른 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 제2 제어부(10)는 키트에 의해 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11)의 전압을 변경할 수 있는 컨버터(102) 각각에 대해 제어 신호를 보낼 수 있다. 도 3의 실시 형태에서는 제2 제어부(10)는 후술되는 제1 제어부(105)를 통하지 않고 직접 배터리 모듈(10)에 대한 전압값을 측정하고, 측정한 전압값을 토대로 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11) 각각의 전압을 변경하는 컨버터(102)를 제어할 수 있다.
상술한 제2 제어부(10)로부터 발생되는 제어 신호가 컨버터(102)를 직접 제어하는 방법은 통신 단자(104)가 제2 제어부(10)로부터 발생되는 제어 신호를 수신하여 제1 제어부(105)로 전달하고, 제1 제어부(105)가 제어 신호를 토대로 컨버터(102)를 제어하는 과정에 사용되는 방법과 같을 수 있으며, 이는 후술하기로 한다.
추가적으로, 제1 제어부(105)는 배터리 모듈(11)에 대한 전압값을 측정하여, 별도의 제2 제어부(10)로 송신하고, 제2 제어부(10)에서 발생되는 제어 신호를 수신하여, 제어 신호를 토대로 컨버터(102)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제1 제어부(105)는 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11) 전체에 대하여 할당된 전압값을 유지할 수 있다.
여기에서, 할당된 전압값이라 함은, 도 2에 도시된 바와 같이 배터리 재사용을 위한 부스터 키트(100)로 구성되는 시스템에 연결되는 상술한 외부의 전류를 공급받는 장치를 구동시키기 위한 전압값을 의미할 수 있다.
또한, 제1 제어부(105)는 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11) 전체에 대하여 할당된 전압값을 유지하기 위해, 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11) 중 평균값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈(11)이 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈(11)을 제외한 배터리 모듈(11)의 전압을 승압시킬 수 있다.
여기에서, 평균값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈(11)이 갖는 전압값이 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11)의 전압 평균값에 비해 상대적으로 차이가 크다고 판단되는 경우, 상술한 평균값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈(11)은 전압 승압 대상에서 제외될 수 있고, 키트로 구성되는 시스템의 구동 전압을 충족시키기 위해 평균값 이상 또는 평균값에 근접해 있는 배터리 모듈(11)의 전압을 승압시킬 수 있다.
또한, 제1 제어부(105)는 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11) 전체에 대하여 할당된 전압값을 유지하기 위해, 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11) 중 소정의 값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈(11)이 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈(11)에 대한 연결을 차단하고, 상기 해당 배터리 모듈(11)을 제외한 배터리 모듈(11)의 전압을 승압시킬 수 있다.
여기에서, 소정의 값 이하의 전압값이라 함은, 키트로 구성된 시스템에서 서로 연결된 복수의 배터리 모듈(11)에 있어서, 완전히 방전되거나 완전 방전에 근접한 상태인 배터리 모듈(11) 또는 이상이 발생하여 전원으로서의 기능을 온전히 하지 못하는 배터리 모듈(11)이 갖는 전압값을 의미할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 제2 제어부
11: 배터리 모듈
100: 배터리 재사용을 위한 부스터 키트
101: 배터리 연결부
102: 컨버터
103: 전류 단자
104: 통신 단자
105: 제1 제어부

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 모듈에 있어서, 각각의 배터리 모듈의 양(+)극 및 음(-)극에 연결되는 배터리 연결부;
    상기 각각의 배터리 모듈의 전압을 변경하는 컨버터;
    상기 각각의 배터리 모듈의 전류를 외부로 공급하기 위한 전류 단자;
    상기 컨버터에 대한 제어 신호를 수신하기 위한 통신 단자; 및
    상기 배터리 모듈에 대한 전압값을 측정하여, 별도의 제2 제어부로 송신하고, 상기 제2 제어부에서 발생되는 상기 제어 신호를 수신하여, 상기 제어 신호를 토대로 상기 컨버터의 동작을 제어하는 제1 제어부;를 포함하되,
    상기 컨버터는 상기 제어 신호를 토대로 상기 배터리 모듈의 전압을 변경하고,
    상기 전류 단자는, 복수의 배터리 모듈을 서로 연결하고, 서로 연결된 복수의 배터리 모듈의 전류를 외부로 공급하고,
    상기 제1 제어부는, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈에 대한 총 전압값을 유지하기 위해, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 중 소정의 값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈이 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈에 대한 연결을 차단하고, 상기 해당 배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 전압을 승압시키는 것을 특징으로 하는,
    배터리가 사용된 고전압 시스템보다 작은 전압으로 구동되는 시스템에서 배터리를 재사용하기 위한 부스터 키트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 연결부, 컨버터, 전류 단자, 통신 단자 및 제1 제어부는 하나로 모듈화된 키트인 것을 특징으로 하는, 부스터 키트.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 전체에 대하여 할당된 전압값을 유지하는 것을 특징으로 하는, 부스터 키트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈에 대한 총 전압값을 유지하기 위해, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 중 평균값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈이 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 전압을 승압시키는 것을 특징으로 하는, 부스터 키트.
  7. 삭제
  8. 복수의 배터리 모듈에 있어서, 각각의 배터리 모듈의 양(+)극 및 음(-)극에 연결되는 배터리 연결부;
    상기 각각의 배터리 모듈의 전압을 변경하는 컨버터;
    상기 각각의 배터리 모듈의 전류를 외부로 공급하기 위한 전류 단자;
    상기 컨버터를 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키는 제2 제어부;
    상기 제어 신호를 수신하기 위한 통신 단자; 및
    상기 각각의 배터리 모듈에 대한 전압값을 측정하여, 상기 제2 제어부로 송신하고, 상기 제2 제어부로부터 상기 제어 신호를 수신하여 상기 컨버터의 동작을 제어하는 제1 제어부;를 포함하되,
    상기 컨버터는 상기 제어 신호를 토대로 상기 각각의 배터리 모듈의 전압을 변경하고,
    상기 전류단자는 복수의 배터리 모듈을 서로 연결하고, 서로 연결된 복수의 배터리 모듈의 전류를 외부로 공급하고,
    상기 제1 제어부는 서로 연결된 복수의 배터리 모듈에 대한 총 전압값을 유지하기 위해, 상기 서로 연결된 복수의 배터리 모듈 중 소정의 값 이하의 전압값을 갖는 배터리 모듈이 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈에 대한 연결을 차단하고, 상기 해당 배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 전압을 승압시키는 것을 특징으로 하는,
    배터리가 사용된 고전압 시스템보다 작은 전압으로 구동되는 시스템에서 배터리를 재사용하기 위한 부스터 키트를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 연결부, 컨버터, 전류 단자, 통신 단자 및 제1 제어부는 하나로 모듈화된 키트인 것을 특징으로 하는, 배터리 관리 시스템.
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