KR102654847B1 - 배터리 밸런싱 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 적어도 둘 이상의 배터리팩의 용량을 재분배하는 밸런싱 회로부 및 상기 밸런싱 회로부의 제1 입,출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출하고, 임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값를 가변한 후, 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 상기 밸런싱 회로부의 제2 입,출력 전류를 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출하며, 상기 가변 전력 변환 효율 및 상기 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정하는 제어부를 포함하여, 밸런싱 회로가 에너지를 회수하거나 전달하는 배터리팩의 전기적 특성(전압, 충방전 전류, 용량)과 관련없이 항상 최대 전력 변환 효율의 밸런싱 동작을 수행하도록 할 수 있으며, 이에 따라 별도의 능동 밸런싱 기능이 탑재된 BMS가 불필요하다.

Description

배터리 밸런싱 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BALANCING BATTERY}
본 발명은 배터리 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)는 그 내부에 전기에너지를 충전하였다가 전자 장치에 전원을 공급하는 기능을 수행하며, 이러한 전기 에너지 저장 장치는 복수의 병렬연결된 배터리렉으로 구성되며, 배터리렉은 복수의 직렬연결된 배터리셀, 모듈, 팩으로 구성된다. 배터리렉은 복수의 직렬된 배터리 셀, 모듈, 팩들은 용량, 저항의 편차로 인해, 충전 시 최대의 에너지를 갖는 배터리 셀, 모듈, 팩에 의해, 방전시 최소의 에너지를 갖는 배터리 셀, 모듈, 팩에 의해 전체 에너지 용량이 결정된다. 따라서, 직렬연결된 배터리셀, 모듈, 팩들의 에너지를 균등하게 해주는 배터리 셀, 모듈, 팩 간 밸런싱이 수행되어야 한다.
본 발명의 일 목적은 능동적으로 배터리 밸런싱을 수행할 수 있는 배터리 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치는 적어도 둘 이상의 배터리팩의 용량을 재분배하는 밸런싱 회로부 및 상기 밸런싱 회로부의 제1 입,출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출하고, 임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값를 가변한 후, 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 상기 밸런싱 회로부의 제2 입,출력 전류를 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출하며, 상기 가변 전력 변환 효율 및 상기 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
적어도 둘 이상의 배터리팩에 포함된 복수의 셀의 SOX 정보를 획득하는 BMS를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 SOX 정보를 기반으로 입력 전류 지령임계값 및 출력 전류 지령임계값을 설정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 가변 범위 내에서 상기 출력 전류 지령값을 가변하되, 가변된 출력 전류 지령값이 상기 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않도록 가변할 수 있다.
상기 제어부는 가변된 출력 전류 지령값에 기초하여 입력 전류 지령값을 산출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나는지 여부를 판단하고, 벗어나는 경우 상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않을때까지 상기 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않으면, 상기 입력 전류 지령값에 상응하는 제2 입력 전류 및 상기 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 상기 제2 출력 전류에 기초하여 상기 가변 전력 변환 효율을 산출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 유지할 수 있다.
상기 제어부는 상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하지 않는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 변경할 수 있다.
상기 제어부는 상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율과 상기 전력 변환 효율의 차이에 따라 상기 가변 크기를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법은 밸런싱 회로부의 제1 입, 출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출하는 단계와, 임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값를 가변한 후, 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 상기 밸런싱 회로부의 제2 입, 출력 전류를 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출하는 단계 및 상기 가변 전력 변환 효율 및 상기 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정할 수 있다.
적어도 둘 이상의 배터리팩에 포함된 복수의 셀의 SOX 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 SOX 정보를 기반으로 입력 전류 지령임계값 및 출력 전류 지령임계값을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가변 범위 내에서 상기 출력 전류 지령값을 가변하되, 가변된 출력 전류 지령값이 상기 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않도록 가변할 수 있다.
가변된 출력 전류 지령값에 기초하여 입력 전류 지령값을 산출하는 단계를 더 포함한다.
상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나는지 여부를 판단하고, 벗어나는 경우 상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않을 때까지 상기 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가변 전력 변환 효율을 산출하는 단계는 상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않으면, 상기 입력 전류 지령값에 상응하는 제2 입력 전류 및 상기 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 상기 제2 출력 전류에 기초하여 상기 가변 전력 변환 효율을 산출할 수 있다.
상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 유지할 수 있다.
상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하지 않는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 변경할 수 있다.
상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율과 상기 전력 변환 효율의 차이에 따라 상기 가변 크기를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치 및 방법은 폐배터리팩을 직렬 연결하여 구성한 에너지 저장장치의 배터리랙에 활용할 수 있다. 또한, 본 발명의 배터리 밸런싱 장치 및 방법은 전력 효율이 중요시 되는 완속 충전기, ESS의 PCS(Power Control System)에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치 및 방법은 에너지 편차가 존재하는 폐배터리팩들 간의 에너지 불균형을 해소할 수 있으며, 이로써 전체 배터리 랙의 사용 사이클을 최대화할 수 있다. 또한, 폐배터리팩의 과충전방지를 통한 배터리랙의 손상을 최소화하고, 에너지 저장장치의 용량을 최대화할 수 있다. 이는 기존 대비 원가를 절감할 수 있으며, 폐배터리의 처리 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치 및 방법은 밸런싱 회로가 에너지를 회수하거나 전달하는 배터리팩의 전기적 특성(전압, 충방전 전류, 용량)과 관련없이 항상 최대 전력 변환 효율의 밸런싱 동작을 수행하도록 할 수 있으며, 이에 따라 별도의 능동 밸런싱 기능이 탑재된 BMS가 불필요하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 배터리 밸런싱 회로의 출력 전류 지령값에 따른 전력 변환 효율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가변 방향성을 유지하는 경우를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 가변 방향성을 변경하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조건에서 전력 변환 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치(100)는 BMS(110), 밸런싱 회로부(120), 저장부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
BMS(110)는 적어도 둘 이상의 배터리팩의 상태 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 상태 정보는 배터리팩의 전압, 전류, 온도, SOX 정보를 포함할 수 있다. SOX는 배터리 팩의 노화정도(SOH), 저장된 에너지 용량(SOC), 잔여 수명(SOL)을 포함할 수 있다.
밸런싱 회로부(120)는 둘 이상의 배터리팩의 용량을 재분배할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 밸런싱 회로(120)는 액티브 밸런싱 회로를 포함할 수 있다.
저장부(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 동작을 위해 각종 명령의 연산이나 실행을 수행하는 적어도 하나 이상의 알고리즘을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disc), 메모리 카드, 롬(ROM: Read-Only Memory), 램(RAM: Random Access Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광 디스크 중 적어도 하나의 저장 매체를 포함할 수 있다.
제어부(140)는 각종 명령의 연산이나 실행을 수행 가능한 반도체 칩 등을 내장한 마이크로 프로세서(microprocessor) 등의 다양한 처리 장치에 의해 구현될 수 있으며, 저장부(130)에 저장된 적어도 하나의 알고리즘을 기반으로 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(140)는 밸런싱 회로부(120)의 제1 입, 출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출하고, 임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값를 가변한 후, 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 밸런싱 회로부(120)의 제2 입,출력 전류를 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출하며, 가변 전력 변환 효율 및 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정하여, 최적의 변환 효율을 찾을 수 있다.
제어부(140)는 SOX 정보를 기반으로 입력 전류 지령임계값 및 출력 전류 지령임계값을 설정할 수 있다. 참고로, 출력 전류 지령임계값(Iout,limit)과, 입력 전류 지령임계값(Iin,limit)을 설정하는 것은 밸런싱 회로부(120)의 입력과 출력에는 각각 다른 배터리팩이 연결되어 있으므로 별도의 제한조건을 설정하기 위함이다.
제어부(140)는 밸런싱 회로부(120)로 입력되는 제1 입력 전류와 입력 전압의 곱으로 입력 전력을 산출하고, 밸런싱 회로부(120)로부터 출력되는 제1 출력 전류와 출력 전압의 곱으로 출력 전력을 산출하며, 입력 전력 및 출력 전력을 기반으로 전력 변환 효율을 산출할 수 있다. 입력 전력, 출력 전력 및 전력 변환 효율은 아래의 계산식 1, 2, 3 으로 나타낼 수 있다. 여기서, 제1 입력 전류는 현재의 입력 전류 지령값(Iin,ref)에 상응하는 입력 전류를 의미할 수 있으며, 제1 출력 전류는 현재의 출력 전류 지령값(Iout,ref)에 상응하는 출력 전류를 의미할 수 있다.
<계산식 1>
Pin,p = Vin,p * Iin,p
<계산식 2>
Pout,p = Vout,p * Iout,p
<계산식 3>
ηp = Pout,p / Pin,p
제어부(140)는 임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값을 가변할 수 있다. 가변된 출력 전류 지령값은 계산식 4로 나타낼 수 있다.
<계산식 4>
Iout,ref' = Iout,ref + dev
여기서, 제어부(140)는 가변 범위(dev)는 임의로 설정되지만, 배터리 팩의 온도가 상승할 경우, 가변 범위를 좁게 설정할 수 있으며, SOC 구간별로 가변 범위를 조절할 수 있다. 일 예로, 제어부(140)는 SOC가 0 내지 10%(최하단), 90 내지 100%(최상단)의 범위인 경우, 가변 범위를 좁게 설정할 수 있으며, SOC가 20 내지 80% 구간에서는 범위를 확장하여 밸런싱 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제어부(140)는 SOH가 감소하여 노화를 방지하기 위하여 SOH가 90%인 경우, 밸런싱 전류를 0.1C로 제한하고, SOH가 80%인 경우, 밸런싱 전류를 0.09C로 제한하며, SOH가 10%인 경우 밸런싱 전류를 0.02C로 제한할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예의 배터리 밸런싱 회로의 출력 전류 지령값에 따른 전력 변환 효율을 나타낸 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 출력 전류 지령값의 가변 범위를 넓게 설정하는 경우, 최적 효율을 추정하는 속도가 감소하지만, 추적 과정에서 알고리즘의 민감도가 향상될 수 있다. 또한, 제어부(140)는 출력 전류 지령값의 가변 범위를 좁게 설정하는 경우는 알고리즘의 민감도가 감소하지만, 최적 효율 추정 속도가 증가시킬 수 있다. 제어부(140)는 전련 변환 효율을 나타낸 그래프를 추종하여 가변 범위를 설정하는 경우, d(ηdev-ηp)/d(dev)가 클수록 전력 변환 효율 곡선 기울기가 큰 상태이므로, dev의 step 크기를 크게 설정하여, 알고리즘 추정 속도를 우선으로 하여 알고리즘을 구동하고, 점차 d(ηdev-ηp)/d(dev)가 작을수록 전력 변환 효율 곡선 기울기가 감소하는 상태이므로, dev의 step 크기를 감소시켜 알고리즘 민감도를 우선으로 하여 알고리즘을 구동할 수 있다.
제어부(140)는 가변된 출력 전류 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않도록 가변할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(140)는 가변된 출력 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나는지(Iout,ref' > Iout,limit 또는 Iout,ref' < Iout,limit) 여부를 판단할 수 있다.
제어부(140)는 가변된 출력 전류 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나는 것으로 판단하면, 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하도록 할 수 있다. 한편, 제어부(140)는 가변된 출력 전류 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않는 것으로 판단하면, 가변된 출력 전류 지령값에 기초하여 입력 전류 지령값(Iin,ref')을 산출할 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(140)는 계산식 5를 이용하여 입력 전류 지령값을 산출할 수 있다.
<계산식 5>
Iin,ref'=Iout,ref'*[Vout,p / (ηpVin,p)]
제어부(140)는 입력 전류 지령값이 입력 전류 지령임계값을 벗어나는지(Iin,ref' > Iin,limit 또는 Iin,ref' < Iin,limit) 여부를 판단할 수 있다.
제어부(140)는 입력 전류 지령값이 입력 전류 지령임계값을 벗어나는 것으로 판단하면, 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하도록 할 수 있다. 여기서, 제어부(140)가 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하는 것은 밸런싱 회로부(120)가 출력 전류 지령값을 증가 또는 감소시키는 경우, 입력 전류 지령값도 함께 증가 또는 감소시키게 되므로, 알고리즘의 제어 통일성을 위하여 출력 전류 지령값을 기준으로 감소시킨다.
제어부(140)는 입력 전류 지령값이 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않는 것으로 판단하면, 입력 전류 지령값에 상응하는 제2 입력 전류 및 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 제2 출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출한다. 제어부(140)는 밸런싱 회로부(120)로 입력되는 제2 입력 전류와 입력 전압의 곱으로 가변 입력 전력을 산출하고, 밸런싱 회로부(120)로부터 출력되는 제2 출력 전류와 출력 전압의 곱으로 가변 출력 전력을 산출하며, 가변 입력 전력 및 가변 출력 전력을 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출할 수 있다. 가변 입력 전력, 가변 출력 전력 및 가변 전력 변환 효율은 아래의 계산식 6,7,8로 나타낼 수 있다.
<계산식 6>
Pin, dev = Vin, dev * Iin, dev
<계산식 7>
Pout, dev = Vout, dev * Iout, dev
<계산식 8>
η dev = Pout, dev / Pin, dev
제어부(140)는 가변 전력 변환 효율 및 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정할 수 있다. 보다 자세한 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가변 방향성을 유지하는 경우를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 가변 방향성을 변경하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율이 현재 상태의 전력 변환 효율을 초과하는 경우, 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 유지할 수 있다. 한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율이 현재 상태의 전력 변환 효율을 초과하지 않은 경우, 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향을 변경하도록 제어할 수 있다.
아울러, 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율과 현재 상태의 전력 변환 효율의 차이에 따라 가변 크기를 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(140)는 차이가 크면, 가변 크기를 크게 조정할 수 있으며, 차이가 작으면 가변 크기를 작게 조정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조건에서 전력 변환 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리팩의 밸런싱 동작에서 다양한 전압, 전류, 온도, SOX 조건에 따라 많은 전력 변환 효율 곡선이 존재할 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율과 현재 상태의 전력 변환 효율을 비교함으로써 가변 방향을 결정하도록 하여, 상술한 다양한 조건과 무관하게 최적의 전력 변환 효율을 찾도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 밸런싱 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 BMS(110)로부터 SOX 정보를 획득할 수 있다. SOX는 배터리 팩의 노화정도(SOH), 저장된 에너지 용량(SOC), 잔여 수명(SOL)을 포함할 수 있다.
제어부(140)는 SOX 정보를 기반으로 입력 전류 지령임계값 및 출력 전류 지령임계값을 설정할 수 있다(S120). 참고로, 출력 전류 지령임계값(Iout,limit)과, 입력 전류 지령임계값(Iin,limit)을 설정하는 것은 밸런싱 회로부(120)의 입력과 출력에는 각각 다른 배터리팩이 연결되어 있으므로 별도의 제한조건을 설정하기 위함이다.
제어부(140)는 밸런싱 회로부(120)로 입력되는 제1 입력 전류와 입력 전압의 곱으로 입력 전력을 산출하고, 밸런싱 회로부(120)로부터 출력되는 제1 출력 전류와 출력 전압의 곱으로 출력 전력을 산출하며, 입력 전력 및 출력 전력을 기반으로 전력 변환 효율을 산출할 수 있다(S130). 입력 전력, 출력 전력 및 전력 변환 효율의 산출 방식은 계산식 1, 2, 3을 참조한다. 여기서, 제1 입력 전류는 현재의 입력 전류 지령값(Iin,ref)에 상응하는 입력 전류를 의미할 수 있으며, 제1 출력 전류는 현재의 출력 전류 지령값(Iout,ref)에 상응하는 출력 전류를 의미할 수 있다.
제어부(140)는 임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값(Iout,ref)을 가변할 수 있다(S140). 가변된 출력 전류 지령값은 계산식 4를 참조한다.
제어부(140)는 가변된 출력 전류 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않도록 가변할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(140)는 가변된 출력 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나는지(Iout,ref' > Iout,limit 또는 Iout,ref' < Iout,limit) 여부를 판단할 수 있다(S150).
S150에서 제어부(140)는 가변된 출력 전류 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나는 것으로 판단하면(Y), 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하도록 할 수 있다(S160). 한편, S150에서 제어부(140)는 가변된 출력 전류 지령값이 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않는 것으로 판단하면(N), 가변된 출력 전류 지령값에 기초하여 입력 전류 지령값(Iin,ref')을 산출할 수 있다(S170). 입력 전류 지령값(Iin,ref')의 산출 방식은 계산식 5를 참조한다.
제어부(140)는 입력 전류 지령값이 입력 전류 지령임계값을 벗어나는지(Iin,ref' > Iin,limit 또는 Iin,ref' < Iin,limit) 여부를 판단할 수 있다(S180).
S180에서 제어부(140)는 입력 전류 지령값이 입력 전류 지령임계값을 벗어나는 것으로 판단하면(Y), 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하도록 할 수 있다(S190). 여기서, 제어부(140)가 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하는 것은 밸런싱 회로부(120)가 출력 전류 지령값을 증가 또는 감소시키는 경우, 입력 전류 지령값도 함께 증가 또는 감소시키게 되므로, 알고리즘의 제어 통일성을 위하여 출럭 전류 지령값을 기준으로 감소시킨다.
S180에서 제어부(140)는 입력 전류 지령값이 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않는 것으로 판단하면(N), 가변된 출력 전류 지령값을 출력 전류 지령값으로 유지하고(S200), 입력 전류 지령값에 상응하는 제2 입력 전류 및 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 제2 출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출한다(S210).
S210에서 제어부(140)는 밸런싱 회로부(120)로 입력되는 제2 입력 전류와 입력 전압의 곱으로 가변 입력 전력을 산출하고, 밸런싱 회로부(120)로부터 출력되는 제2 출력 전류와 출력 전압의 곱으로 가변 출력 전력을 산출하며, 가변 입력 전력 및 가변 출력 전력을 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출할 수 있다. 가변 입력 전력, 가변 출력 전력 및 가변 전력 변환 효율의 산출 방식은 계산식 6,7,8을 참조한다.
제어부(140)는 가변 전력 변환 효율 및 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정할 수 있다. 이를 위하여 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율이 현재 상태의 전력 변환 효율을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S220).
S220에서 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율이 현재 상태의 전력 변환 효율을 초과하는 것으로 판단하면, 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 유지할 수 있다(S230). 아울러, S230에서 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율이 현재 상태의 전력 변환 효율을 초과하는 정도에 따라 가변 크기를 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(140)는 초과하는 정도가 크면 가변 크기를 크게 변경할 수 있으며, 초과하는 정도가 작으면 가변 크기를 작게 변경할 수 있다. 한편, S220에서 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율이 현재 상태의 전력 변환 효율을 초과하지 않은 경우, 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향을 변경하도록 제어할 수 있다(S240). 아울러, S240에서 제어부(140)는 가변 전력 변환 효율이 현재 상태의 전력 변환 효율을 초과하지 않는 정도에 따라 가변 크기를 조정할 수 있다. 일 예로, 제어부(140)는 초과하지 않는 정도가 크면 가변 크기를 크게 변경할 수 있으며, 초과하지 않는 정도가 작으면 가변 크기를 작게 변경할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
배터리 밸런싱 장치 100
BMS 110
밸런싱 회로부 120
저장부 130
제어부 140

Claims (20)

  1. 적어도 둘 이상의 배터리팩의 용량을 재분배하는 밸런싱 회로부; 및
    상기 밸런싱 회로부의 제1 입력 전류 및 제1 출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출하고, 임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값를 가변한 후, 가변된 출력 전류 지령값을 기반으로 산출된 상기 밸런싱 회로부의 제2 입력 전류 및 상기 가변된 출력 지령값에 상응하는 제2 출력 전류를 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출하며, 상기 가변 전력 변환 효율 및 상기 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정하는 제어부를 포함하는 배터리 밸런싱 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    적어도 둘 이상의 배터리팩에 포함된 복수의 셀의 SOX 정보를 획득하는 BMS를 더 포함하는 배터리 밸런싱 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 SOX 정보를 기반으로 입력 전류 지령임계값 및 출력 전류 지령임계값을 설정하는 배터리 밸런싱 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 가변 범위 내에서 상기 출력 전류 지령값을 가변하되, 가변된 출력 전류 지령값이 상기 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않도록 가변하는 배터리 밸런싱 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는
    가변된 출력 전류 지령값에 기초하여 입력 전류 지령값을 산출하는 배터리 밸런싱 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나는지 여부를 판단하고, 벗어나는 경우 상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않을때까지 상기 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하는 배터리 밸런싱 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않으면, 상기 입력 전류 지령값에 상응하는 상기 제2 입력 전류 및 상기 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 상기 제2 출력 전류에 기초하여 상기 가변 전력 변환 효율을 산출하는 배터리 밸런싱 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 유지하는 배터리 밸런싱 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하지 않는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 변경하는 배터리 밸런싱 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율과 상기 전력 변환 효율의 차이에 따라 상기 가변 크기를 조정하는 배터리 밸런싱 장치.
  11. 밸런싱 회로부의 제1 입력 전류 및 제2 출력 전류를 기반으로 전력 변환 효율을 산출하는 단계;
    임의로 설정된 가변 범위 내에서 출력 전류 지령값를 가변한 후, 가변된 출력 전류 지령값을 기반으로 산출된 상기 밸런싱 회로부의 제2 입력 전류 및 상기 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 제2 출력 전류를 기반으로 가변 전력 변환 효율을 산출하는 단계; 및
    상기 가변 전력 변환 효율 및 상기 전력 변환 효율을 비교한 결과를 기반으로 가변 방향을 결정하는 단계를 포함하는 배터리 밸런싱 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    적어도 둘 이상의 배터리팩에 포함된 복수의 셀의 SOX 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는 배터리 밸런싱 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 SOX 정보를 기반으로 입력 전류 지령임계값 및 출력 전류 지령임계값을 설정하는 단계를 더 포함하는 배터리 밸런싱 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가변 범위 내에서 상기 출력 전류 지령값을 가변하되, 가변된 출력 전류 지령값이 상기 출력 전류 지령임계값을 벗어나지 않도록 가변하는 배터리 밸런싱 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    가변된 출력 전류 지령값에 기초하여 입력 전류 지령값을 산출하는 단계를 더 포함하는 배터리 밸런싱 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나는지 여부를 판단하고, 벗어나는 경우 상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않을 때까지 상기 출력 전류 지령값을 상향 또는 하향 조정하는 단계를 더 포함하는 배터리 밸런싱 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 가변 전력 변환 효율을 산출하는 단계는
    상기 입력 전류 지령값이 상기 입력 전류 지령임계값을 벗어나지 않으면, 상기 입력 전류 지령값에 상응하는 상기 제2 입력 전류 및 상기 가변된 출력 전류 지령값에 상응하는 상기 제2 출력 전류에 기초하여 상기 가변 전력 변환 효율을 산출하는 배터리 밸런싱 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 유지하는 배터리 밸런싱 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율이 상기 전력 변환 효율을 초과하지 않는 경우, 상기 가변 범위 내에서 가변된 가변 방향성을 변경하는 배터리 밸런싱 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 비교한 결과, 상기 가변 전력 변환 효율과 상기 전력 변환 효율의 차이에 따라 상기 가변 크기를 조정하는 배터리 밸런싱 방법.
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