KR102579538B1 - 배터리 충전 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 충전 제어 방법이 개시된다. 일 실시예는 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정하고, 상기 복수의 상태 정보 및 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 기초로 상기 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산하며, 상기 가중치를 기초로, 상기 배터리 유닛에 대한 충전 물리량 중 상기 배터리 유닛의 컨버터로 입력되는 물리량에 대응하는 제어 정보를 정의하는 단계를 포함한다.

Description

배터리 충전 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING BATTERY CHARGING}
아래 실시예들은 배터리 충전 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
배터리를 구성하는 복수의 셀에 충방전이 반복하여 수행되는 경우, 복수의셀 각각의 화학적 차이 또는 노화(aging) 차이 등이 발생할 수 있고, 화학적 차이 또는 노화 차이 등에 의해 복수의 셀 간에는 전압 편차 또는 용량 편차가 발생할 수 있다. 이에 따라, 특정 셀이 과충전되거나 과방전될 수 있다. 그 결과, 배터리의 용량이 감소될 수 있고, 배터리가 열화되어 배터리의 수명이 줄어들 수 있다.
일 측에 따른 배터리 충전 제어 방법은 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정하는 단계; 상기 복수의 상태 정보 및 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 기초로 상기 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산하는 단계; 및 상기 가중치를 기초로, 상기 배터리 유닛에 대한 충전 물리량 중 상기 배터리 유닛의 컨버터로 입력되는 물리량에 대응하는 제어 정보를 정의하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 상태 정보 각각 및 상기 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 통계 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계는, 상기 복수의 상태 정보 중 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 복수의 대응값 중에서 상기 제1 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계; 및 상기 복수의 상태 정보 중 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 대응값 중에서 상기 제2 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가중치를 연산하는 단계는, 미리 정해진 값에서 상기 제1 상태 정보를 차감한 값 및 상기 제1 상태 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계; 제2 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비율, 상기 제2 상태 정보의 대응값, 및 게인을 기초로 다른 연산을 수행하는 단계; 및 상기 연산의 결과 및 상기 다른 연산의 결과의 합을 상기 가중치로 정의하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제2 상태 차이 정보는, 상기 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타낼 수 있다.
상기 게인은, 상기 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타내는 제1 상태 차이 정보 및 상기 제2 상태 차이 정보를 기초로 미리 정해진 범위 내에서 결정될 수 있다.
상기 복수의 상태 정보는, 상기 배터리 유닛의 가용 용량 정보 및 상기 배터리 유닛의 충전 상태 정보를 포함할 수 있고, 상기 가중치를 연산하는 단계는, 상기 충전 상태 정보의 대응값, 상기 배터리 유닛과 다른 배터리 유닛에 대한 평균 충전 상태 정보, 상기 충전 상태 정보와 상기 평균 충전 상태 정보 사이의 차이 정보, 상기 가용 용량 정보, 및 상기 가용 용량 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계; 및 상기 연산의 결과를 상기 가중치로 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 정보를 정의하는 단계는, 상기 가중치 및 충전기(charger)의 출력 물리량에 대응하는 출력값을 기초로 연산을 수행하는 단계; 및 상기 연산의 결과를 상기 제어 정보로 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 정보를 정의하는 단계는, 상기 가중치 및 다른 배터리 유닛에 대응하는 다른 가중치의 합에서 상기 가중치가 차지하는 비율을 결정하는 단계; 상기 비율과 부하의 필요 물리량을 기초로 연산을 수행하는 단계; 및 상기 연산의 결과를 상기 제어 정보로 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
충전 이벤트가 발생하는 경우, 상기 필요 물리량을 기초로 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 충전기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 유닛은 상기 충전 물리량 중 상기 물리량을 제외한 물리량을 기초로 충전될 수 있고, 상기 컨버터는 상기 입력받은 물리량을 변환하고, 변환된 물리량을 부하로 출력할 수 있다.
상기 제어 정보를 상기 컨버터 또는 상기 컨버터를 제어하는 슬레이브 컨트롤러로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 일 측에 따른 배터리 충전 제어 방법은 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정하는 단계; 상기 복수의 상태 정보 및 상기 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 대응값을 기초로 상기 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산하는 단계; 상기 가중치 및 다른 배터리 유닛에 대응하는 다른 가중치의 합과 상기 가중치 사이의 비율을 결정하는 단계; 및 상기 비율 및 부하의 필요 물리량을 기초로, 상기 배터리 유닛에 대한 충전 물리량 중 상기 배터리 유닛의 컨버터로 입력되는 물리량에 대응하는 제어 정보를 정의하는 단계를 포함한다.
상기 제어 정보를 정의하는 단계는, 상기 비율 및 상기 필요 물리량을 기초로 연산을 수행하는 단계; 및 상기 연산의 결과를 상기 제어 정보로 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 상태 정보 각각 및 상기 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 통계 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계는, 상기 복수의 상태 정보 중 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 복수의 대응값 중에서 상기 제1 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계; 및 상기 복수의 상태 정보 중 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 대응값 중에서 상기 제2 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가중치를 연산하는 단계는, 미리 정해진 값에서 상기 제1 상태 정보를 차감한 값 및 상기 제1 상태 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계; 제2 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비율, 상기 제2 상태 정보의 대응값, 및 게인을 기초로 다른 연산을 수행하는 단계; 및 상기 연산의 결과 및 상기 다른 연산의 결과의 합을 상기 가중치로 정의하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제2 상태 차이 정보는, 상기 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타낼 수 있다.
상기 게인은, 상기 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타내는 제1 상태 차이 정보 및 상기 제2 상태 차이 정보를 기초로 미리 정해진 범위 내에서 결정될 수 있다.
상기 복수의 상태 정보는, 상기 배터리 유닛의 가용 용량 정보 및 상기 배터리 유닛의 충전 상태 정보를 포함할 수 있고, 상기 가중치를 연산하는 단계는, 상기 충전 상태 정보의 대응값, 상기 배터리 유닛과 다른 배터리 유닛에 대한 평균 충전 상태 정보, 상기 충전 상태 정보와 상기 평균 충전 상태 정보 사이의 차이 정보, 상기 가용 용량 정보, 및 상기 가용 용량 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계; 및 상기 연산의 결과를 상기 가중치로 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
충전 이벤트가 발생하는 경우, 상기 필요 물리량을 기초로 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 충전기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 유닛은 상기 충전 물리량 중 상기 물리량을 제외한 물리량을 기초로 충전될 수 있고, 상기 컨버터는 상기 입력받은 물리량을 변환하고, 변환된 물리량을 부하로 출력할 수 있다.
일 측에 따른 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정하고, 상기 복수의 상태 정보 및 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 기초로 상기 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산하며, 상기 가중치를 기초로, 상기 배터리 유닛에 대한 충전 물리량 중 상기 배터리 유닛의 컨버터로 입력되는 물리량에 대응하는 제어 정보를 정의하는 컨트롤러; 및 상기 제어 정보에 기초한 제어 신호를 전송하는 통신부를 포함한다.
상기 컨트롤러는, 상기 가중치 및 다른 배터리 유닛에 대응하는 다른 가중치의 합에서 상기 가중치가 차지하는 비율을 결정하고, 상기 비율과 부하의 필요 물리량을 기초로 연산을 수행하며, 상기 연산의 결과를 상기 제어 정보로 정의할 수 있다.
도 1a 내지 도 2c는 불균등한 상태 정보를 갖는 배터리 유닛을 포함하는 배터리 팩의 충전을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 방법의 일례를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a 내지 도 4b는 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 6은 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전기 자동차의 충전을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 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, 구성 요소, 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1a 내지 도 2c는 불균등한 상태 정보를 갖는 배터리 유닛을 포함하는 배터리 팩의 충전을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 복수의 배터리 유닛(110 내지 140) 각각의 상태 정보가 도시된다. 복수의 배터리 유닛(110 내지 140) 각각은 배터리 셀 또는 배터리 모듈을 나타낼 수 있다. 도 1a에 도시된 예의 경우, 복수의 배터리 유닛(110 내지 140) 각각의 충전 상태 정보(예를 들어, State of Charge, SOC)는 동일하다. 배터리 유닛(130)의 가용 용량 정보(예를 들어, State of Health, SOH)는 배터리 유닛(110, 120, 및 140)의 SOH와 다르다. 도 1a에 도시된 예의 경우, SOH가 불균등(un-equalization)하다. 불균등한 SOH를 갖는 배터리 유닛(130)을 포함하는 배터리 팩이 충전된다고 하자.
도 1b를 참조하면, 배터리 유닛(130)은 완전 충전되고, 배터리 유닛(110, 120, 및 140)은 완전 충전되지 못한다. 배터리 유닛(110, 120, 및 140)은 완전 충전되지 못하므로, 배터리 팩의 전체적인 효율이 감소할 수 있다. 도 1c를 참조하면, 배터리 유닛(130)은 과충전(over-charging)되고, 배터리 유닛(110, 120, 및 140)은 완전 충전된다. 이 경우, 배터리 유닛(130)의 열화 속도는 클 수 있다.
도 2a를 참조하면, 복수의 배터리 유닛(210 내지 240) 각각의 상태 정보가 표시된다. 복수의 배터리 유닛(210 내지 240) 각각의 SOH는 동일하다고 하자. 도 2a에 도시된 예의 경우, 배터리 유닛(230)의 SOC는 배터리 유닛(210, 220, 및 240)의 SOC와 다르다. 도 2a에 도시된 예의 경우, SOC가 불균등하다. 불균등한 SOC를 갖는 배터리 유닛(230)을 포함하는 배터리 팩이 충전된다고 하자.
도 2b를 참조하면, 배터리 유닛(230)은 완전 충전되지 못하고, 배터리 유닛(210, 220, 및 240)은 완전 충전된다. 배터리 유닛(230)이 완전 충전되지 못하므로, 배터리 팩의 전체적인 효율이 감소할 수 있다. 도 2c를 참조하면, 배터리 유닛(230)은 완전 충전되고, 배터리 유닛(210, 220, 및 240)은 과충전된다. 이 경우, 배터리 유닛(210, 220, 및 240)의 열화 속도는 클 수 있다.
불균등한 상태 정보를 갖는 배터리 유닛을 포함하는 배터리 팩의 충방전 사이클이 반복되는 경우, 수명 열화가 빠르게 진행될 수 있고, 에너지 이용률이 감소할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 방법의 일례를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3에 도시된 예는 배터리 충전 제어 장치에 의해 수행된다.
도 3을 참조하면, 배터리 충전 제어 장치는 복수의 배터리 유닛 각각의 복수의 상태 정보를 결정한다(310). 배터리 충전 제어 장치는 복수의 배터리 유닛 각각의 물리량 데이터를 이용하여 복수의 배터리 유닛 각각의 복수의 상태 정보를 결정할 수 있다. 물리량 데이터는, 예를 들어, 전압 데이터, 전류 데이터, 온도 데이터, 및 임피던스 데이터 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
배터리 유닛은 배터리 셀 또는 배터리 모듈을 나타낼 수 있다.
복수의 상태 정보는, 예를 들어, 배터리 유닛의 가용 용량(available capacity) 정보(예를 들어, SOH) 및 충전 상태 정보(예를 들어, SOC)를 포함할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 복수의 배터리 유닛에 대한 평균 상태 정보를 연산할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 제어 장치는 아래 수학식 1에 따라 복수의 배터리 유닛에 대한 평균 SOH 및 평균 SOC를 연산할 수 있다.
[수학식 1]
SOHaverage = (SOH1 + SOH2 + … + SOHN)/N
SOCaverage = (SOC1 + SOC2 + … + SOCN)/N
N=배터리 유닛의 개수
배터리 충전 제어 장치는 복수의 상태 차이 정보를 연산한다(320). 복수의 상태 차이 정보는, 예를 들어, 배터리 유닛의 SOH와 평균 SOH 사이의 차이를 나타내는 △SOH 및 배터리 유닛의 SCO와 평균 SOC 사이의 차이를 나타내는 △SOC를 포함할 수 있다. 배터리 충전 장치는 아래 수학식 2에 따라 복수의 배터리 유닛 각각의 △SOH 및 △SOC를 연산할 수 있다.
[수학식 2]
△SOHn = SOHn―SOHaverage, n=1,…,N
△SOCn = SOCn―SOCaverage, n=1,…,N
배터리 충전 제어 장치는 △SOH1, △SOH2, …, 및 △SOHN과 △SOC1, △SOC2, …, 및 △SOCN을 연산할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 게인(gain)(g)을 결정한다(330). 일 실시예에 있어서, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 복수의 상태 차이 정보 중 적어도 하나를 기초로 게인을 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 제어 장치는 △SOHn, △SOCn, ∑|△SOHn|, ∑|△SOCn|, 또는 ∑|△SOHn|+∑|△SOCn|이 속한 범위를 확인할 수 있고, 확인된 범위에 따라 게인을 결정할 수 있다. 여기서, ∑|△SOHn| = |△SOH1| + |△SOH2| + … + |△SOHN|이고, ∑|△SOCn| = |△SOC1| + |△SOC2| + … + |△SOCN|이다.
이하, ∑|△SOCn|+|△SOHn|을 기초로 게인을 결정하는 것을 설명한다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 게인은 △SOHn , △SOCn, ∑|△SOCn|, ∑|△SOHn|, 및 ∑|△SOHn|+∑|△SOCn| 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 기초로 결정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 아래 수학식 3과 같이, ∑|△SOCn|+|△SOHn|의 범위가 정의될 수 있다. 그러나, 아래 수학식 3은 일 실시예에 따른 예시적인 사항일 뿐, ∑|△SOCn|+|△SOHn|의 범위는 아래 수학식 3으로 제한되지 않는다.
[수학식 3]
0 <∑|△SOCn|+|△SOHn|≤1일 때, g는 0보다 크고 1이하인 수 중 임의의 수
1<∑|△SOCn|+|△SOHn|<9일 때, g는 1보다 크고 6이하인 수 중 임의의 수
9≤∑|△SOCn|+|△SOHn|일 때, g는 6보다 크고 10이하인 수 중 임의의 수
수학식 3에 따른 일례로, 배터리 충전 제어 장치는 ∑|△SOCn|+|△SOHn|이 첫 번째 범위에 속하면 0.1을 게인으로 결정할 수 있고, ∑|△SOCn|+|△SOHn|이 두 번째 범위에 속하면 3을 게인으로 결정할 수 있으며, ∑|△SOCn|+|△SOHn|이 세 번째 범위에 속하면 7을 게인으로 결정할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 복수의 상태 정보 각각을 기초로 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정한다(340). 일 실시예에 있어서, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 SOH와 SOHaverage 사이의 비교 결과를 이용하여 SOH의 대응값을 결정할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 SOC와 SOHaverage 사이의 비교 결과를 이용하여 SOC의 대응값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 SOH 및 SOC 각각의 대응값을 아래 수학식 4에 따라 결정할 수 있다.
[수학식 4]
△SOHn>0 이면, αn=-1, △SOHn<0 이면, αn=+1,
△SOCn>0 이면, βn=+1, △SOCn<0 이면, βn=-1,
수학식 4에서, αn은 SOHn의 대응값을 나타내고, βn은 SOCn의 대응값을 나타낸다.
배터리 충전 제어 장치는 SOHn이 SOHaverage보다 크면 대응값 αn을 -1로 정의할 수 있고, SOHn이 SOHaverage보다 작으면 대응값 αn를 +1로 정의할 수 있다. 배터리 충전 제어 장치는 SOCn이 SOCaverage보다 크면 βn을 +1로 정의할 수 있고, SOCn이 SOCaverage보다 작으면 βn을 -1로 정의할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는, △SOHn=0 이면 αn을 -1로 정의하거나 -1과 0 사이의 임의값으로 정의할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치는, △SOCn=0 이면 βn을 -1로 정의하거나 -1과 0 사이의 임의값으로 정의할 수 있다.
복수의 상태 정보 각각의 대응값에 대한 수치는 일 실시예에 따른 예시적인 사항일 뿐, 대응값에 대한 수치는 전술한 사항으로 제한되지 않는다.
배터리 충전 제어 장치는 복수의 배터리 유닛 각각에 대응하는 가중치(weight)를 연산한다(350). 일 실시예에 있어서, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 충전 상태 정보의 대응값, 평균 충전 상태 정보, 충전 상태 정보와 평균 충전 상태 정보 사이의 차이 정보, 가용 용량 정보, 및 가용 용량 정보의 대응값을 이용하여 가중치를 연산할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 제어 장치는 아래 수학식 5에 따라 가중치 εn을 연산할 수 있다.
[수학식 5]
εn=αn×(1-SOHn)+βn×g×ΔSOCn/SOCaverage
배터리 충전 제어 장치는 가중치를 기초로 컨버터의 출력값을 정의한다(360). 보다 구체적으로, 배터리 충전 제어 장치는 복수의 배터리 유닛 각각의 가중치를 기초로 복수의 배터리 유닛 각각의 컨버터의 출력값을 정의할 수 있다. 컨버터는, 예를 들어, LDC(Low voltage DC-DC Converter)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 배터리 충전 제어 장치는 아래 수학식 6에 따라 복수의 배터리 유닛 각각의 컨버터의 출력값을 정의할 수 있다.
[수학식 6]
Itarget _n=εn×Icharger
출력값 Itarget _n은 배터리 유닛_n의 컨버터의 출력 전류에 대응할 수 있다.
수학식 6에서, Icharger는 충전기의 출력 물리량을 나타낸다. 충전기는, 예를 들어, 온-보드 충전기(on-board charger) 또는 오프-보드 충전기(off-board charger)를 포함할 수 있다. 후술하겠지만, 구현에 따라, 배터리 충전 제어 장치는 εn×Icharger을 복수의 배터리 유닛 각각의 컨버터의 입력값으로 정의할 수 있다. 일 실시예에 대한 설명은 도 4a를 통해 후술한다.
다른 실시예에 있어서, 배터리 충전 제어 장치는 아래 수학식 7에 따라 출력값을 정의할 수 있다.
[수학식 7]
kn=εn/∑|εn|, ∑|εn|=|ε1| + |ε2| + … + |εN|
Itarget _n=kn×Itarget _total 또는 Ptarget _n=kn×Ptarget _total
Itarget _n은 배터리 유닛_n의 컨버터의 출력 전류에 대응할 수 있다. 또한, Ptarget_n은 배터리 유닛_n의 컨버터의 출력 전력에 대응할 수 있다.
수학식 7에서, Itarget _total 또는 Ptarget _total은 부하의 필요 물리량을 나타낸다. 부하는 저전압 부하를 포함할 수 있다. 저전압 부하는 컨버터의 출력 물리량을 전원으로 이용할 수 있는 부하로, 저전압(예를 들어, 12~14VDC)에서 동작하는 부하(예를 들어, 온도 제어 시스템 등) 및/또는 컨버터의 출력 물리량을 저장할 수 있는 보조 전력 저장부를 포함할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 복수의 배터리 유닛 각각의 가중치의 합에서 εn이 차지하는 비율 kn을 연산할 수 있다. 배터리 충전 제어 장치는 kn 및 저전압 부하의 필요 물리량을 이용하여 배터리 유닛_n의 컨버터의 출력값을 정의할 수 있다. 후술하겠지만, 배터리 충전 제어 장치는 kn×Itarget _total 또는 kn×Ptarget_total을 컨버터의 입력값으로 정의할 수 있다. 다른 실시예에 대한 설명은 도 4b를 통해 후술한다.
배터리 충전 제어 장치는 출력값에 대응하는 제어 신호를 생성하고, 전송한다(370). 예를 들어, 배터리 충전 제어 장치는 Itarget _n에 대응하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛_n의 컨버터 또는 배터리 유닛_n의 컨버터를 제어하는 컨트롤러에게 제어 신호를 전송할 수 있다.
컨버터는 제어 신호에 따라 동작한다. 이로 인해, 배터리 유닛_n을 위한 충전 물리량 중 일부가 컨버터로 입력된다. 예를 들어, 배터리 유닛_n을 위한 충전 물리량이 In이라 할 때, 컨버터가 Itarget _n를 저전압 부하로 출력할 수 있도록 In 중 일부가 컨버터로 입력될 수 있다. 배터리 유닛_n은 나머지 전류 In―Itarget_n로 충전될 수 있다.
배터리 충전 제어 장치의 동작에 기초하여, 복수의 배터리 유닛 각각의 충전 물리량 중 일부가 저전압 부하로 공급될 수 있다. 이로 인해, 복수의 배터리 유닛 각각의 상태가 서로 다른 경우에도 복수의 배터리 유닛은 균등하게 충전될 수 있다. 예를 들어, SOH가 상대적으로 좋지 않은 배터리 유닛(일례로, SOHaverage보다 낮은 SOH를 갖는 배터리 유닛)의 충전 속도는 SOH가 상대적으로 좋은 배터리 유닛(일례로, SOHaverage보다 높은 SOH를 갖는 배터리 유닛)의 충전 속도보다 작을 수 있다. 다시 말해, SOH가 상대적으로 좋지 않은 배터리 유닛은 SOH가 상대적으로 좋은 배터리 유닛에 비해 느리게 충전될 수 있다. 이로 인해, 복수의 배터리 유닛이 서로 다른 SOH를 가져도, 복수의 배터리 유닛은 균등하게 충전될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 충전기(420)에서 출력 물리량 Icharger이 출력된다. 이 경우, 배터리 충전 제어 장치(410)는 위의 수학식 5에 따라 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각에 대응하는 가중치를 연산할 수 있다. 이로 인해, ε1, ε2, ε3, 및 ε4가 연산될 수 있다.
배터리 충전 제어 장치(410)는 가중치를 기초로 복수의 DCH(Differential Charge Handler)(431, 441, 451, 및 461) 각각의 출력값을 정의할 수 있다. 여기서, 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각은 컨버터(예를 들어, DC-DC 컨버터)를 포함한다. 달리 표현하면, 배터리 충전 제어 장치(410)는 복수의 컨버터 각각의 출력값을 정의할 수 있다. 위의 수학식 6에 따라, 배터리 충전 제어 장치(410)는,
Itarget _1=ε1×Icharger,
Itarget _2=ε2×Icharger,
Itarget _3=ε3×Icharger, 및
Itarget _4=ε4×Icharger로 정의할 수 있다.
아래 표 1 및 표 2는 배터리 충전 제어 장치(410)가 Itarget _1 내지 Itarget _4를 정의하는데 필요한 정보들의 일례를 보여준다.
SOHn SOCn SOHaverage SOCaverage △SOHn △SOCn
배터리 유닛(430) 0.88 0.7 0.8575 0.67 0.0225 0.03
배터리 유닛(440) 0.85 0.65 -0.0075 -0.02
배터리 유닛(450) 0.85 0.63 -0.0075 -0.04
배터리 유닛(460) 0.85 0.7 -0.0075 0.03
αn βn 가중치(εn), g=0.1 출력값(Itarget_n), Icharger=30A
배터리 유닛(430) -1 1 -0.115 3.45=0.115×30
배터리 유닛(440) 1 -1 0.147 4.41=0.147×30
배터리 유닛(450) 1 -1 0.144 4.32=0.144×30
배터리 유닛(460) 1 1 0.154 4.62=0.154×30
배터리 충전 제어 장치(410)는 △SOC가 음수인 경우, △SOC에 절대값을 적용하여 가중치를 연산할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치(410)는 가중치가 음수인 경우, 절대값을 적용하여 출력값을 정의할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치(410)는 Itarget _1 내지 Itarget _4 각각을 기초로 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치(410)는 제어 신호(command1, com1)를 DCH(431) 또는 DCH(431)를 제어하는 컨트롤러로 전송할 수 있다. DCH(431)는 제어 신호(com1)에 따라 동작할 수 있다. 이로 인해, 배터리 유닛(430)을 위한 충전 전류 I1 중 IDCH _1이 DCH(431)로 입력되고, DCH(431)는 IDCH _1의 고전압(일례로, 220~500 VDC)을 저전압(일례로, 12~14 VDC)으로 스텝 다운하여 Itarget _1을 부하(470) 및/또는 보조 전력 저장부(480)로 출력할 수 있다.
I1 중 IDCH _1이 DCH(431)로 입력되므로, 배터리 유닛(430)과 직렬 연결된 배터리 유닛(440)을 위한 충전 전류 I2=I1―IDCH _ 1이다. 배터리 유닛(440)의 DCH(441)는 제어 신호(com2)에 따라 동작할 수 있다. 이로 인해, 배터리 유닛(440)을 위한 충전 전류 I2 중 IDCH _ 2이 DCH(441)로 입력된다. DCH(441)는 IDCH _2의 전압을 스텝 다운하여 Itarget _ 2을 부하(470) 및/또는 보조 전력 저장부(480)로 출력할 수 있다. 마찬가지로, 배터리 유닛(450)의 DCH(451)는 IDCH _3을 스텝 다운하여 Itarget _3을 부하(470) 및/또는 보조 전력 저장부(480)로 출력할 수 있고, 배터리 유닛(460)의 DCH(461)는 IDCH _4를 스텝 다운하여 Itarget _4를 부하(470) 및/또는 보조 전력 저장부(480)로 출력할 수 있다.
위에서, 배터리 충전 제어 장치는 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각의 출력값을 정의하는 것으로 설명하였다. 구현에 따라, 배터리 충전 제어 장치(410)는 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각의 입력값을 정의할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 제어 장치(410)는 IDCH _1=ε1×Icharger, IDCH _2=ε2×Icharger, IDCH _3=ε3×Icharger, 및 IDCH _4=ε4×Icharger로 정의할 수 있다. IDCH _n와 Itarget_n의 경우, 전압 크기가 서로 상이하고, 전류 크기는 서로 동일할 수 있으므로, 배터리 충전 제어 장치(410)는 IDCH _n=εn×Icharger에 따라 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각의 입력값을 정의할 수 있다. 제어 신호의 생성 및 전송, 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각의 동작은 위에서 설명한 것이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각의 상태가 다를 수 있다. 이 경우, 도 1a 내지 도 2c에서 설명한 것과 같이, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 중 일부는 완전 충전되지 못하거나 과충전될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각의 충전 전류는 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각의 상태 정보에 따라 제어될 수 있다. 위의 표 1을 참조하면, 동일 SCO를 갖는 배터리 유닛(430 및 460) 중 배터리 유닛(460)의 SOH가 낮으므로, DCH(461)의 출력 전류는 DCH(431)의 출력 전류보다 크게 제어된다. 또한, 위의 표 1을 참조하면, 배터리 유닛(460)의 SOC는 배터리 유닛(440 및 450)의 SOC보다 높으므로, DCH(461)의 출력 전류는 DCH(441 및 451)의 출력 전류보다 높게 제어된다.
배터리 충전 제어 장치(410)의 동작에 기초하여, 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각은 서로 다른 크기를 갖는 전류를 출력할 수 있다. 이로 인해, 배터리 유닛(460)은 배터리 유닛(430, 440, 및 450)에 비해 느리게 충전될 수 있어, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각은 동일 시점에 완전 충전될 수 있다. 달리 표현하면, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각의 SOC가 동일 시점에 최대 SOC에 가깝게 충전될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460)에는 균등 충전(equalization charging)이 수행될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460)을 포함하는 배터리 팩의 전체적인 효율 또는 에너지 이용률이 증가할 수 있다. 또한, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460)이 충전되는 동안 부하(470)로 전류가 공급되거나 보조 전력 저장부(480)가 충전될 수 있어, 배터리 시스템 또는 배터리 시스템을 포함하는 기기의 효율성이 증가할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 배터리 충전 제어 장치(410)는 도 4a에 도시된 예와 달리, 제어 신호(com_charger)를 생성하고, 제어 신호(com_charger)를 충전기(420)로 전송한다. 충전기(420)는 제어 신호(com_charger)에 따라 동작하여 출력 물리량 Icharger를 출력한다. 이하에서, 배터리 충전 제어 장치(410)가 제어 신호(com_charger)를 생성하는 것을 설명한다.
배터리 충전 제어 장치(410)는 저전압 부하의 필요 물리량을 추정할 수 있다. 배터리 충전 제어 장치(410)는 Icharger가 출력되기 전에 부하의 필요 물리량을 추정할 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 배터리 충전 제어 장치(410)는 Icharger가 출력된 후에도 부하의 필요 물리량을 추정할 수 있다.
복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 및/또는 보조 전력 저장부(480)는 부하(470)로 전기적 물리량(예를 들어, 전압, 전류, 전력 등)을 공급할 수 있다. 여기서, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각은 대응 DCH(431, 441, 451, 또는 461)을 통해 전기적 물리량의 전압을 스텝 다운하고, 부하(470)는 전압이 스텝 다운된 전기적 물리량을 공급받는다. 전압 센서 및 전류 센서는 부하(470)로 공급되는 전기적 물리량을 센싱할 수 있고, 배터리 충전 제어 장치(410)는 센싱된 전기적 물리량을 기초로 부하(470)의 필요 물리량을 추정할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치(410)는 보조 전력 저장부(480)의 충전 상태를 통해 보조 전력 저장부(480)의 필요 물리량을 추정할 수 있다. 예를 들어, 보조 전력 저장부(480)의 충전 상태가 낮으면, 보조 전력 저장부(480)의 필요 물리량은 높게 추정될 수 있다. 이 경우, 배터리 충전 제어 장치(410)는 보조 전력 저장부(480)의 현재 충전 상태와 최대 충전 상태 사이의 차이 정보를 기초로 보조 전력 저장부(480)의 필요 물리량을 추정할 수 있다.
저전압 부하의 필요 물리량을 추정하는 방법은 일 실시예에 따른 예시적인 사항일 뿐, 저전압 부하의 필요 물리량을 추정하는 방법은 전술한 사항으로 제한되지 않는다.
배터리 충전 제어 장치(410)는 저전압 부하의 필요 물리량에 대응하는 제어 신호(com_charger)를 생성하고, 충전기(420)로 전송할 수 있다.
충전기(420)는 저전압 부하의 필요 물리량을 기초로 Icharger의 세기를 결정하고, Icharger를 출력할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치(410)는 도 4a에서 설명한 것과 같이, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및 460) 각각에 대응하는 가중치를 연산할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치(410)는 위의 수학식 7에 따라 kn을 연산할 수 있고, kn 및 저전압 부하의 필요 물리량을 이용하여 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각의 출력값을 정의할 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 충전 제어 장치(410)는,
Itarget _1=k1×Itarget _total 또는 Ptarget _1=k1×Ptarget _total
Itarget _2=k2×Itarget _total 또는 Ptarget _2=k2×Ptarget _total
Itarget _3=k3×Itarget _total 또는 Ptarget _3=k3×Ptarget _total, 및
Itarget _4=k4×Itarget _total 또는 Ptarget _4=k4×Ptarget _total로 정의할 수 있다.
구현에 따라, 배터리 충전 제어 장치(410)는 kn 및 저전압 부하의 필요 물리량을 이용하여 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각의 입력값을 정의할 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 충전 제어 장치(410)는 IDCH _1=k1×Itarget _total, IDCH_2=k2×Itarget_total, IDCH _3=k3×Itarget _total, 및 IDCH _4= k4×Itarget _total로 정의할 수 있다.
아래 표 3은 배터리 충전 제어 장치(410)가 Itarget _1 내지 Itarget _4를 정의하는데 필요한 정보들의 일례를 보여준다. 아래 표 3은 IDCH _1 내지 IDCH _4를 정의하는데 적용될 수 있다. 아래 표 3에서, 가중치는 위의 표 2의 가중치이다.
가중치(εn), g=0.1 kn 출력값(Itarget _n), Itarget _total=20A
배터리 유닛(430) -0.115 0.205 4.1=0.205×20
배터리 유닛(440) 0.147 0.263 5.26=0.263×20
배터리 유닛(450) 0.144 0.257 5.14=0.257×20
배터리 유닛(460) 0.154 0.275 5.5=0.275×20
배터리 충전 제어 장치(410)는 Itarget _1 내지 Itarget _4 각각을 기초로 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 복수의 DCH(431, 441, 451, 및 461) 각각의 동작은 도 4a에서 설명하였으므로, 자세한 설명을 생략한다.
도 4b에 도시된 예의 경우, 저전압 부하의 필요 물리량을 기초로 Icharger가 결정될 수 있어, 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및460)을 효율적으로 충전할 수 있고, 저전압 부하로 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치(410)의 동작에 따라 복수의 배터리 유닛(430, 440, 450, 및460)은 균등하게 충전될 수 있다.
도 5 내지 도 6은 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 일례는 배터리 충전 제어 장치에 의해 수행된다.
도 5를 참조하면, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정한다(510).
배터리 충전 제어 장치는 복수의 상태 정보 각각 및 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 통계 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 충전 제어 장치는 제1 상태 정보(예를 들어, SOH)와 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보(예를 들어, SOHaverage) 사이의 비교 결과를 기초로, 복수의 대응값 중에서 제1 상태 정보의 대응값을 결정할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치는 제2 상태 정보(예를 들어, SOC)와 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보(예를 들어, SOCaverage) 사이의 비교 결과를 기초로, 복수의 대응값 중에서 제2 상태 정보의 대응값을 결정할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 복수의 상태 정보 및 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 기초로 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산한다(520). 일 실시예에 있어서, 배터리 충전 제어 장치는 미리 정해진 값(예를 들어, 1)에서 배터리 유닛의 제1 상태 정보를 차감한 값 및 제1 상태 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행할 수 있다. 또한, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 제2 상태 차이 정보(예를 들어, SOC)와 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비율, 제2 상태 정보의 대응값, 및 게인을 기초로 다른 연산을 수행할 수 있다. 여기서, 배터리 충전 제어 장치는 연산의 결과 및 다른 연산의 결과의 합을 가중치로 정의할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 가중치를 기초로, 배터리 유닛에 대한 충전 물리량 중 배터리 유닛의 컨버터로 입력되는 물리량에 대응하는 제어 정보를 정의한다(530). 제어 정보는 컨버터를 제어하기 위한 정보로, 위에서 설명한 컨버터(또는 DCH)의 입력값 또는 출력값을 나타낸다. 배터리 충전 제어 장치는, 예를 들어, 위의 수학식 6에 따라 제어 정보를 정의할 수 있다. 배터리 충전 제어 장치는 ε×Icharger를 제어 정보로 정의할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 제어 정보를 기초로 제어 신호를 생성할 수 있고, 제어 신호를 컨버터 또는 컨버터를 제어하는 컨트롤러에게 전송할 수 있다.
컨버터는 제어 신호에 따라 동작하고, 제어 정보에 대응하는 물리량이 컨버터로 입력된다. 위의 도 4a를 통해 설명한 것과 같이, IDHC _n이 컨버터로 입력될 수 있고, 컨버터는 Itarget_n을 출력할 수 있다.
도 1a 내지 도 4b를 통해 기술된 사항들은 도 5를 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 배터리 충전 제어 장치는 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정한다(610).
배터리 충전 제어 장치는 복수의 상태 정보 및 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 대응값을 기초로 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산한다(620).
배터리 충전 제어 장치는 가중치 및 다른 배터리 유닛에 대응하는 다른 가중치의 합과 가중치 사이의 비율을 결정한다(630). 예를 들어, 배터리 충전 제어 장치는 위의 수학식 7에 따라 배터리 유닛의 비율 k를 결정할 수 있다.
배터리 충전 제어 장치는 비율 및 저전압 부하의 필요 물리량을 기초로, 배터리 유닛에 대한 충전 물리량 중 상기 배터리 유닛의 컨버터로 입력되는 물리량에 대응하는 제어 정보를 정의한다(640). 여기서, 제어 정보는 위에서 설명한 컨버터의 입력값 또는 출력값을 나타낸다. 배터리 충전 제어 장치는, 예를 들어, 위의 수학식 7에 따라 제어 정보를 정의할 수 있다. 배터리 충전 제어 장치는 k×Itarget_total 또는 k×Ptarget_total를 제어 정보로 정의할 수 있다.
도 1a 내지 도 4b를 통해 기술된 사항들은 도 6을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 일 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 배터리 충전 제어 장치(700)는 컨트롤러(710) 및 통신부(720)를 포함한다.
컨트롤러(710)는 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정한다.
컨트롤러(710)는 복수의 상태 정보 및 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 기초로 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산한다.
컨트롤러(710)는 가중치를 기초로, 배터리 유닛에 대한 충전 물리량 중 배터리 유닛의 컨버터로 입력되는 물리량에 대응하는 제어 정보를 정의한다.
통신부(720)는 제어 정보에 기초한 제어 신호를 전송한다. 예를 들어, 통신부(720)는 배터리 유닛의 컨버터 또는 배터리 유닛의 컨버터를 제어하는 컨트롤러에게 제어 신호를 전송할 수 있다.
도 7에 도시되지 않았으나, 배터리 충전 제어 장치(700)는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 컨트롤러(710)의 동작과 관련된 명령어를 저장할 수 있다. 컨트롤러(710)는 명령어의 실행을 통해 위에서 설명한 배터리 충전 제어 방법을 수행할 수 있다.
도 1a 내지 도 6을 통해 기술된 사항들은 도 7을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 8은 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 배터리 시스템(800)은 마스터 BMS(Battery Management System)(810) 및 복수의 배터리 유닛(820, 830, 및 840)을 포함한다. 도 8에 도시된 복수의 배터리 유닛(820, 830, 및 840) 각각은 배터리 모듈을 나타낼 수 있다.
복수의 배터리 유닛(820, 830, 및 840) 각각은 대응 서브 BMS(822, 832, 또는 842) 및 대응 DCH(821, 831, 또는 841)를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 예의 경우, 복수의 서브 BMS(822, 832, 및 842) 각각은 대응 배터리 유닛(820, 830, 또는 840)에 포함된다. 이는, 일 실시예에 따른 예시적인 사항일 뿐, 복수의 서브 BMS(822, 832, 및 842) 각각은 대응 배터리 유닛(820, 830, 또는 840) 외부에 위치할 수 있다.
복수의 서브 BMS(822, 832, 및 842) 각각은 대응 배터리 유닛(820, 830, 또는 840)의 전압, 전류, 온도, 및 임피던스 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 센싱할 수 있다. 이로 인해, 복수의 배터리 유닛(820, 830, 및 840) 각각의 물리량 데이터가 획득될 수 있다. 복수의 서브 BMS(822, 832, 및 842) 각각은 대응 배터리 유닛(820, 830, 또는 840)의 물리량 데이터를 마스터 BMS(810)로 전송할 수 있다.
마스터 BMS(810)는 MCU(Micro Control Unit)(811)를 포함한다. MCU(811)는 복수의 배터리 유닛(820, 830, 및 840) 각각의 물리량 데이터를 수신한다. MCU(811)는 위에서 설명한 배터리 충전 제어 장치를 포함할 수 있다. 다시 말해, MCU(811)는 배터리 충전 제어 방법을 실행할 수 있다.
MCU(811)는 복수의 DCH(821, 831, 및 841) 각각의 출력값에 대응하는 제어 신호를 복수의 서브 BMS(822, 832, 및 842) 각각으로 전송할 수 있다. 복수의 서브 BMS(822, 832, 및 842) 각각은 대응 DCH(821, 831, 또는 841)를 제어할 수 있다. 이로 인해, 복수의 배터리 유닛(820, 830, 및 840)을 위한 충전 물리량 중 일부가 대응 DCH(821, 831, 또는 841)로 공급된다. 보다 구체적으로, 충전기(850)의 출력 물리량 Icharger가 배터리 팩의 배터리 유닛(820)으로 공급되면, DCH(821)는 Icharger로부터 IDCH _ 1를 추출(extract)할 수 있다. 배터리 유닛(820)은 I1―IDCH _ 1으로 충전될 수 있다. 또한, DCH(821)는 IDCH _1의 전압을 스텝 다운하고, 스텝 다운된 전류를 부하(860) 및/또는 보조 전력 저장부(880)로 출력할 수 있다. 충전 및 부하 전력 공급이 동시에 수행될 수 있다.
I2가 배터리 유닛(830)으로 공급되면, DCH(831)는 I2로부터 IDCH _2를 추출할 수 있다. 배터리 유닛(830)은 I2―IDCH _ 2으로 충전될 수 있다. 마찬가지로, DCH(841)는 In으로부터 IDCH _n을 추출할 수 있고, 배터리 유닛(840)은 In―IDCH _n으로 충전될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 유닛(820, 830, 및 840)은 균등하게 충전될 수 있다.
도 1a 내지 도 7을 통해 기술된 사항들은 도 8을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 9는 일 실시예에 따른 전기 자동차의 충전을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 전기 자동차(900)는 배터리 팩(910), BMS(920), 온-보드 충전기(930), 및 복수의 인렛(inlet)(941 및 951)을 포함한다.
BMS(920)는 위에서 설명한 배터리 충전 제어 장치를 포함한다.
전기 자동차(900)는 AC(Alternating Current) 충전 스탠드(940)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 충전을 위해 AC 충전 스탠드(940)의 케이블(942)의 커넥터(미도시)는 인렛(941)과 연결될 수 있다. 이 경우, 충전 이벤트가 발생할 수 있다. AC 충전 스탠드(940)는 케이블(942)을 통해 AC 전력을 온-보드 충전기(930)로 공급할 수 있다. 온-보드 충전기(930)는 AC 전력을 DC(Direct Current) 전력으로 변환하고, DC 전력을 배터리 팩(910)으로 공급할 수 있다. 도 4a를 통해 설명한 Icharger가 배터리 팩(910)으로 공급될 수 있다. 또한, 충전 이벤트가 발생하는 경우, BMS(920)는 저전압 부하의 필요 물리량을 기초로 제어 신호를 생성할 수 있고, 제어 신호를 온-보드 충전기(930)로 전송할 수 있다. 온-보드 충전기(930)는 제어 신호에 따라 도 4b에서 설명한 Icharger를 출력할 수 있다. BMS(920)는 위에서 설명한 배터리 충전 제어 방법을 실행할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 모듈은 균등하게 충전될 수 있다.
또한, 전기 자동차(900)는 DC 충전 스탠드(950)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이 경우, 전기 자동차(900)는 급속 충전될 수 있다. 충전을 위해 DC 충전 스탠드(950)의 케이블(952)의 커넥터(미도시)는 인렛(951)과 연결될 수 있다. 이 경우, 충전 이벤트가 발생할 수 있다. DC 충전 스탠드(950)는 케이블(952)을 통해 DC 전력을 배터리 팩(910)으로 공급할 수 있다. 이 경우, 도 4a에서 설명한 Icharger가 배터리 팩(910)으로 공급될 수 있다. 또한, BMS(920)는 저전압 부하의 필요 물리량을 기초로 제어 신호를 생성할 수 있고, 제어 신호를 DC 충전 스탠드(950)(또는 DC 충전 스탠드(950) 내의 오프-보드 충전기)로 전송할 수 있다. DC 충전 스탠드(950)는 제어 신호에 따라 도 4b에서 설명한 Icharger를 출력할 수 있다. BMS(920)는 위에서 설명한 배터리 충전 제어 방법을 실행할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 모듈은 균등하게 충전될 수 있다.
도 1a 내지 도 8을 통해 기술된 사항들은 도 9를 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 9를 통해 설명한 전기 자동차(900)의 충전은 다른 물리적 어플리케이션(예를 들어, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS))에도 적용될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (22)

  1. 배터리 충전 제어 장치에 의해 수행되는 배터리 충전 제어 방법에 있어서,
    배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정하는 단계;
    상기 복수의 상태 정보 및 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 기초로 상기 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산하는 단계; 및
    상기 가중치와 다른 배터리 유닛에 대응되는 다른 가중치의 합을 계산하고, 상기 계산된 합과 상기 가중치 사이의 비율을 계산하며, 상기 계산된 비율과 부하의 필요 전력량을 기초로 상기 배터리 유닛의 컨버터를 제어하기 위한 제어 정보를 정의하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 상태 정보 각각 및 상기 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 통계 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 상태 정보 중 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 복수의 대응값 중에서 상기 제1 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 상태 정보 중 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 대응값 중에서 상기 제2 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가중치를 연산하는 단계는,
    미리 정해진 값에서 상기 제1 상태 정보를 차감한 값 및 상기 제1 상태 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계;
    제2 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비율, 상기 제2 상태 정보의 대응값, 및 게인을 기초로 다른 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 연산의 결과 및 상기 다른 연산의 결과의 합을 상기 가중치로 정의하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 상태 차이 정보는, 상기 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타내는,
    배터리 충전 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 게인은,
    상기 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타내는 제1 상태 차이 정보 및 상기 제2 상태 차이 정보를 기초로 미리 정해진 범위 내에서 결정되는,
    배터리 충전 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 상태 정보는,
    상기 배터리 유닛의 가용 용량 정보 및 상기 배터리 유닛의 충전 상태 정보를 포함하고,
    상기 가중치를 연산하는 단계는,
    상기 충전 상태 정보의 대응값, 상기 배터리 유닛과 다른 배터리 유닛에 대한 평균 충전 상태 정보, 상기 충전 상태 정보와 상기 평균 충전 상태 정보 사이의 차이 정보, 상기 가용 용량 정보, 및 상기 가용 용량 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 연산의 결과를 상기 가중치로 정의하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    충전 이벤트가 발생하는 경우, 상기 필요 전력량을 기초로 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 충전기로 전송하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 제어 정보에 기초한 제어에 의해, 상기 배터리 유닛에 대한 충전 전력 중 일부를 입력받고, 상기 입력받은 전력을 변환하고, 상기 변환된 전력을 상기 부하로 출력하고, 상기 배터리 유닛은 상기 충전 전력 중 상기 컨버터로 입력되는 전력을 제외한 전력을 기초로 충전되는,
    배터리 충전 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어 정보를 상기 컨버터 또는 상기 컨버터를 제어하는 슬레이브 컨트롤러로 전송하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  12. 배터리 충전 제어 장치에 의해 수행되는 배터리 충전 제어 방법에 있어서,
    배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정하는 단계;
    상기 복수의 상태 정보 및 상기 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 대응값을 기초로 상기 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산하는 단계;
    상기 가중치 및 다른 배터리 유닛에 대응하는 다른 가중치의 합과 상기 가중치 사이의 비율을 결정하는 단계; 및
    상기 비율 및 부하의 필요 전력량을 기초로 상기 배터리 유닛의 컨버터를 제어하기 위한 제어 정보를 정의하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 상태 정보 각각 및 상기 복수의 상태 정보 각각에 대응하는 통계 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 상태 정보 중 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 복수의 대응값 중에서 상기 제1 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 상태 정보 중 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비교 결과를 기초로, 상기 복수의 대응값 중에서 상기 제2 상태 정보의 대응값을 결정하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가중치를 연산하는 단계는,
    미리 정해진 값에서 상기 제1 상태 정보를 차감한 값 및 상기 제1 상태 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계;
    제2 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 비율, 상기 제2 상태 정보의 대응값, 및 게인을 기초로 다른 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 연산의 결과 및 상기 다른 연산의 결과의 합을 상기 가중치로 정의하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 상태 차이 정보는, 상기 제2 상태 정보와 상기 제2 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타내는,
    배터리 충전 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 게인은,
    상기 제1 상태 정보와 상기 제1 상태 정보에 대응하는 평균 정보 사이의 차이를 나타내는 제1 상태 차이 정보 및 상기 제2 상태 차이 정보를 기초로 미리 정해진 범위 내에서 결정되는,
    배터리 충전 제어 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 상태 정보는,
    상기 배터리 유닛의 가용 용량 정보 및 상기 배터리 유닛의 충전 상태 정보를 포함하고,
    상기 가중치를 연산하는 단계는,
    상기 충전 상태 정보의 대응값, 상기 배터리 유닛과 다른 배터리 유닛에 대한 평균 충전 상태 정보, 상기 충전 상태 정보와 상기 평균 충전 상태 정보 사이의 차이 정보, 상기 가용 용량 정보, 및 상기 가용 용량 정보의 대응값을 기초로 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 연산의 결과를 상기 가중치로 정의하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    충전 이벤트가 발생하는 경우, 상기 필요 전력량을 기초로 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 충전기로 전송하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 충전 제어 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 제어 정보에 기초한 제어에 의해, 상기 배터리 유닛에 대한 충전 전력 중 일부를 입력받고, 상기 입력받은 전력을 변환하고, 상기 변환된 전력을 상기 부하로 출력하고, 상기 배터리 유닛은 상기 충전 전력 중 상기 컨버터로 입력되는 전력을 제외한 전력을 기초로 충전되는,
    배터리 충전 제어 방법.
  21. 배터리 유닛의 물리량 데이터를 이용하여 상기 배터리 유닛의 복수의 상태 정보를 결정하고, 상기 복수의 상태 정보 및 상기 복수의 상태 정보 각각의 대응값을 기초로 상기 배터리 유닛에 대응하는 가중치를 연산하며, 상기 가중치와 다른 배터리 유닛에 대응되는 다른 가중치의 합을 계산하고, 상기 계산된 합과 상기 가중치 사이의 비율을 계산하며, 상기 계산된 비율과 부하의 필요 전력량을 기초로 상기 배터리 유닛의 컨버터를 제어하기 위한 제어 정보를 정의하는 컨트롤러; 및
    상기 제어 정보에 기초한 제어 신호를 전송하는 통신부
    를 포함하는,
    배터리 충전 제어 장치.
  22. 삭제
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