KR20120091707A - 배터리 관리 시스템, 배터리 분극 전압 제거 방법 및 배터리 충전 상태 추정 방법 - Google Patents

배터리 관리 시스템, 배터리 분극 전압 제거 방법 및 배터리 충전 상태 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 배터리의 충전 전류 및 방전 전류를 샘플링하는 전류 측정부, 상기 샘플링된 충전 전류 및 상기 샘플링된 방전 전류의 차이에 대응하는 충방전량을 산출하는 충방전량 산출부, 상기 배터리의 충방전량 및 온도에 대응하는 분극 전압을 산출하는 분극 전압 산출부, 및 상기 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 상기 배터리에 인가하는 펄스 생성부를 포함한다. 배터리의 충방전에 따라 발생하는 분극 전압을 빠르게 제거할 수 있고, 배터리의 SOC를 정확하게 추정할 수 있다.

Description

배터리 관리 시스템, 배터리 분극 전압 제거 방법 및 배터리 충전 상태 추정 방법{Battery management system, method of removing polarization voltage of battery and estimating state of charge of battery}
본 발명은 배터리 관리 시스템, 배터리 분극 전압 제거 방법 및 배터리 충전 상태 추정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 충방전에 따라 발생하는 분극 전압을 빠르게 제거하여 배터리의 충전 상태를 정확하게 추정할 수 있는 배터리 관리 시스템, 배터리 분극 전압 제거 방법 및 배터리 충전 상태 추정 방법에 관한 것이다.
최근 유럽 연합에서는 전체 발전원 중 신재생 에너지의 비중을 2020년까지 20%, 2050년까지 50%로 늘려가는 계획을 확정하였다. 미국도 신재생 에너지 의무할당제(Renewable Portfolio Standards, RPS)를 시행할 예정이다. 이와 같이, 신재생 에너지가 전체 발전원의 5%도 되지 않는 현재 상황에서 향후 30~40%까지 증가하는 상황에서 전력 시스템은 새로운 변화를 준비하여야 한다.
신재생 에너지는 발전량을 조절하는 것이 쉽지 않다. 신재생 에너지의 발전량은 태양광, 풍력, 파력 등의 자연 조건에 따라 달라지기 때문이다. 이러한 신재생 에너지의 변동성에 의해 발생될 수 있는 전력 시스템의 전력 품질 저하, 생산과 소비 시점의 불일치 등을 극복할 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다. 전력 품질은 전압과 주파수로 평가되는데, 신재생 에너지의 수급량이 실시간으로 일치하지 않게 되면 전압과 주파수에 이상이 발생하여 전체 전력 시스템의 전력 품질을 저하시킬 수 있기 때문이다.
신재생 에너지의 변동성을 관리할 수 있는 대안으로 전력 저장 시스템이 주목받고 있다. 전력 저장 시스템은 신재생 에너지의 발전량이 많을 때 전기를 충전하고, 소비량이 많을 때 전기를 방전함으로써 수요와 공급을 효율적으로 조절할 수 있기 때문이다.
전력 저장 기술에는 양수 발전, CAES(Compressed Air Energy Storage), 플라이휠(Flywheel), 초전도 전력 저장(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES), 2차 전지 등이 있다. 양수 발전은 댐을 만들어 전기가 남을 때 물을 퍼 올리고, 전기가 모자라면 물을 방류하여 터빈을 돌림으로써 전기를 생산하는 방식이다. CAES는 지하나 바다 속에 공기를 압축해두었다가 필요할 때 공기를 방출시켜 전기를 생산하는 방식이다. 플라이휠은 전기가 남을 때 팽이를 회전시키고, 전기가 모자라면 돌고 있는 팽이로 발전기를 돌려 전기를 생산하는 방식이다. 초전도 전력 저장은 저항이 0인 초전도 코일에 전류를 저장하는 원리를 이용하는 방식이다. 2차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 정전시 임시로 전기를 공급하는 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply, UPS)로 사용되어 왔으나, 최근에는 신재생 에너지의 보조전원으로 주목받고 있다.
전력 저장 시스템은 신재생 에너지의 발전 전력을 다수의 2차 전지가 연결된 대용량 2차 전지에 저장하여 사용할 뿐만 아니라, 상용 계통과 연계하여 상용 계통의 전력을 대용량 2차 전지(이하, 배터리라 함)에 저장하여 사용할 수 있으며, 배터리에 저장된 전력을 상용 계통에 공급할 수 있다. 이와 같이, 전력 저장 시스템에서 배터리는 전력의 충전 및 방전을 반복하면서 전력 저장 시스템의 주요 특성인 생산과 소비 시점의 불일치를 극복하는데 필수적인 역할을 수행한다.
전력의 충전 및 방전이 반복되는 배터리의 효율을 향상시키기 위해서는 배터리의 충전 상태(state of charge, 이하 SOC)가 정확하게 추정되어야 한다. 배터리의 SOC는 전압 측정에 의해 추정될 수 있으나, 배터리의 충방전 과정에서 발생하는 분극 전압에 의해 배터리의 전압이 정확히 측정되지 않는다. 배터리의 SOC는 전류 측정에 의해 추정될 수도 있으나, 전류 측정을 이용한 SOC 추정을 위해서는 배터리의 초기 SOC를 알고 있어야 하는 제약이 있다.
배터리의 충방전에 따라 발생하는 분극 전압을 빠르게 제거하여 배터리의 SOC를 정확하게 추정할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 충방전에 따라 발생하는 분극 전압을 빠르게 제거하여 배터리의 SOC를 정확하게 추정할 수 있는 배터리 관리 시스템, 배터리 분극 전압 제거 방법 및 배터리 충전 상태 추정 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 배터리의 충전 전류 및 방전 전류를 샘플링하는 전류 측정부, 상기 샘플링된 충전 전류 및 상기 샘플링된 방전 전류의 차이에 대응하는 충방전량을 산출하는 충방전량 산출부, 상기 배터리의 충방전량 및 온도에 대응하는 분극 전압을 산출하는 분극 전압 산출부, 및 상기 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 상기 배터리에 인가하는 펄스 생성부를 포함한다.
상기 충방전량 산출부는 상기 배터리의 충전 또는 방전이 수행되는 충방전 구동 구간 동안 상기 충방전량을 산출하고, 펄스 생성부는 상기 충방전 구동 구간 이후의 분극 전압 리셋 구간 동안 상기 분극 전압 리셋 펄스를 생성할 수 있다.
상기 분극 전압 리셋 구간 이후에 상기 배터리의 개방전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리의 개방전압 및 온도에 따른 충전 상태를 추정하는 SOC(state of charge) 추정부를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리의 온도를 측정하여 상기 분극 전압 산출부 및 상기 SOC 추정부에 전달하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전 구동 구간 동안 상기 배터리와 외부 장치를 연결시키고, 상기 분극 전압 리셋 구간 동안 상기 배터리와 상기 외부 장치의 연결을 차단하는 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리의 충전 전력 및 방전 전력을 소정의 전력으로 변환하는 전력 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 분극 전압 제거 방법은 배터리에 흐르는 전류를 측정하는 단계, 상기 배터리에 흐르는 충전 전류 및 방전 전류의 차이에 대응하는 상기 배터리의 충방전량을 산출하는 단계, 상기 배터리의 충방전량 및 온도에 대응하는 분극 전압을 산출하는 단계, 및 상기 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 상기 배터리에 인가하는 단계를 포함한다.
상기 배터리에 흐르는 전류는 상기 배터리에 충전 또는 방전이 수행되는 충방전 구동 구간 동안 측정될 수 있다.
상기 배터리의 충방전량은 상기 충방전 구동 구간의 종료 시점에 산출될 수되는 배있다.
상기 분극 전압을 산출하는 단계는, 상기 배터리의 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분극 전압 리셋 펄스는 상기 분극 전압이 양의 분극 전압일 때 음의 분극 전압 리셋 펄스로 인가되고, 상기 분극 전압이 음의 분극 전압일 때 양의 분극 전압 리셋 펄스로 인가될 수 있다.
상기 분극 전압 리셋 펄스는 복수개의 펄스로 인가될 수 있다.
상기 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 복수의 펄스폭, 복수의 펄스 크기 및 복수의 펄스 주기 중 적어도 어느 하나의 방법으로 생성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 충전 상태 추정 방법은 배터리에 충전 또는 방전이 수행되는 충방전 구동 구간 동안 배터리의 충방전량을 산출하여 상기 배터리에 생성된 분극 전압을 산출하는 단계, 상기 충방전 구동 구간 이후의 분극 전압 리셋 구간 동안 상기 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 상기 배터리에 인가하는 단계, 및 상기 분극 전압 리셋 구간 이후의 비활성화 구간 동안 상기 배터리의 개방전압을 측정하여 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계를 포함한다.
상기 분극 전압 리셋 펄스는 상기 분극 전압이 양의 분극 전압일 때 음의 분극 전압 리셋 펄스로 인가되고, 상기 분극 전압이 음의 분극 전압일 때 양의 분극 전압 리셋 펄스로 인가될 수 있다.
상기 분극 전압 리셋 펄스는 복수개의 펄스로 인가될 수 있다.
상기 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 복수의 펄스폭, 복수의 펄스 크기 및 복수의 펄스 주기 중 적어도 어느 하나의 방법으로 생성될 수 있다.
배터리의 충방전에 따라 발생하는 분극 전압을 빠르게 제거할 수 있고, 배터리의 SOC를 정확하게 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 전력 저장 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 상태 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 분극 전압 제거 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 구동 구간 동안 배터리의 충전 및 방전이 수행된 경우에 배터리의 분극 전압을 제거하는 분극 전압 리셋 펄스의 유형을 나타내는 파형도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 분극 전압 제거 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7a 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 구동 구간 동안 배터리의 방전이 수행된 경우에 배터리의 분극 전압을 제거하는 분극 전압 리셋 펄스의 유형을 나타내는 파형도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 분극 전압 제거 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 9a 내지 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 구동 구간 동안 배터리의 충전이 수행된 경우에 배터리의 분극 전압을 제거하는 분극 전압 리셋 펄스의 유형을 나타내는 파형도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 전력 저장 시스템을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)은 전력 관리 시스템(110) 및 전력 저장장치(120)를 포함한다.
계통 연계형 전력 저장 시스템(100)은 발전 시스템(130), 상용 계통(140) 및 부하(150)와 연결된다.
발전 시스템(130)은 태양광, 풍력, 파력, 조력, 지열 등의 신재생 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 시스템을 포함한다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템은 태양광을 전기 에너지로 변환하는 복수의 태양 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 태양전지 모듈을 포함한다.
상용 계통(140)은 화력, 수력, 원자력 발전 등을 통해 전력을 생산하는 발전소, 생산된 전력을 송전선로나 배전선로를 통하여 보내기 위해 전압이나 전류의 성질을 바꾸는 변전소나 송전소 등을 포함한다.
부하(150)는 전력을 소비하는 각종 전기 구동 장치 등을 의미한다. 예를 들어, 가정의 가전기기나 공장의 생산설비 등을 의미한다.
전력 관리 시스템(110)은 발전 시스템(130)의 전력, 상용 계통(140)의 전력, 전력 저장장치(120)의 전력 등의 전력 계통을 연계하는 시스템이다. 전력 관리 시스템(110)은 전력 저장장치(120)를 이용하여 전력 계통의 생산 및 소비의 시간적 불일치를 관리할 수 있다.
전력 저장장치(120)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지를 포함한다. 2차 전지로는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등이 있다. 전력 저장장치(120)는 복수의 2차 전지가 병렬 또는 직렬로 연결된 복수의 배터리 팩(pack)을 포함할 수 있다. 이하, 다수의 2차 전지가 연결된 대용량 2차 전지를 배터리라 한다.
한편, 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 전력 저장장치(120) 또는 전력 관리 시스템(110)에 포함될 수 있다. 배터리 관리 시스템은 배터리 팩에 포함된 각 셀의 전압, 전류, 온도를 검출하고 각 셀의 충전 상태(SOC) 및 수명(State of Health, 이하 SOH)을 모니터링함으로써, 각 셀의 과충전, 과방전, 과전류, 과열 등으로부터 셀을 보호한다.
배터리 관리 시스템은 배터리의 충전 및 방전에 따라 배터리에 생성되는 분극 전압을 제거하고 배터리의 SOC를 추정한다. 이를 위해, 배터리 관리 시스템은 배터리의 전류를 측정하여 배터리의 충방전량을 산출한다. 배터리 관리 시스템은 산출된 충방전량을 이용하여 배터리의 분극 전압을 산출하고, 배터리에 생성된 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 배터리에 인가한다. 배터리 관리 시스템은 분극 전압 리셋 펄스에 의해 배터리의 분극 전압이 제거된 후 배터리의 개방전압을 산출하고, 산출된 개방전압을 이용하여 배터리의 SOC를 추정한다.
전력 관리 시스템(110)은 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112), 제3 전력 변환부(113), 제1 스위치(116), 제2 스위치(117), DC 링크부(118) 및 제어부(119)를 포함한다.
제1 전력 변환부(111)는 발전 시스템(130)에 연결되며, 발전 시스템(130)에서 생산되는 제1 전력을 제2 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 발전 시스템(130)에서 생산되는 제1 전력은 직류 전력 또는 교류 전력일 수 있고, 제1 노드(N1)의 제2 전력은 직류 전력이다. 즉, 제1 전력 변환부(111)는 직류의 제1 전력을 다른 크기의 직류의 제2 전력으로 변환하는 컨버터의 기능을 수행하거나, 교류의 제1 전력을 직류의 제2 전력으로 변환하는 인버터의 기능을 수행할 수 있다. 제1 전력 변환부(111)는 발전 시스템(130)에서 생산되는 전력을 최대화하기 위한 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, 이하 MPPT) 제어를 수행한다. 즉, 제1 전력 변환부(111)는 최대 전력점 추종 기능을 갖는 MPPT 컨버터일 수 있다.
DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)에 연결되며, 제1 노드(N1)의 전압 레벨을 일정한 DC 링크 전압 레벨로 유지시킨다. DC 링크부(118)는 발전 시스템(130)의 출력 전압의 변동, 상용 계통(140)의 순간적 전압 강하, 부하(150)의 최대 부하 발생 등으로 인하여 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 불안정해지는 것을 방지함으로써, 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)가 정상 동작하도록 한다. DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)와 제2 전력 변환부(112) 사이에 병렬로 연결되는 DC 링크용 커패시터일 수 있다. DC 링크용 커패시터로는 알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitor), 고압용 필름 커패시터(Polymer Capacitor), 고압 대전류용 적층 칩 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor) 등이 사용될 수 있다.
제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 제2 노드(N2)에는 상용 계통(140) 및 부하(150)가 연결된다. 제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제2 노드(N2)에 전달한다. 그리고 제2 전력 변환부(112)는 제2 노드(N2)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)로 전달한다. 즉, 제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)의 직류 전력과 제2 노드(N2)의 교류 전력 간의 전력을 양방향으로 변환하는 양방향 인버터의 기능을 수행할 수 있다. 제2 노드(N2)에는 상용 계통(140) 및 부하(150)로 공급하기 위한 교류 전력 또는 상용 계통(140)으로부터 공급되는 교류 전력이 형성된다.
제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)와 전력 저장장치(120) 사이에 연결된다. 제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)의 직류의 제2 전력을 전력 저장장치(120)에 저장하기 위한 직류의 제3 전력으로 변환하여 전력 저장장치(120)에 전달한다. 그리고 제3 전력 변환부(113)는 전력 저장장치(120)의 직류의 제3 전력을 직류의 제2 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 즉, 제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)의 직류 전력과 전력 저장장치(120)의 직류 전력을 양방향으로 변환하는 양방향 컨버터의 기능을 수행할 수 있다.
제1 스위치(116)는 제2 전력 변환부(112)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 제2 전력 변환부(112)와 제2 노드(N2) 사이의 전력 흐름을 차단한다. 제2 스위치(117)는 제2 노드(N2)와 상용 계통(140) 사이에 연결되며, 제2 노드(N2)와 상용 계통(140) 사이의 전력 흐름을 차단한다. 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)로는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET), 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT) 등이 사용될 수 있다.
특히, 제2 스위치(117)는 상용 계통(140)의 이상 상황 발생시, 상용 계통(140)으로의 전력 공급을 차단하고 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)의 단독 운전을 구현한다. 제2 스위치(117)가 오프되면, 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)은 상용 계통(140)과 분리되어 발전 시스템(130) 및 전력 저장장치(120)의 전력으로 단독 운전을 수행할 수 있으며, 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)에서 출력되는 전력에 의해 상용 계통(140)이 비정상 상태에서 동작하는 것을 방지할 수 있다.
제어부(119)는 전력 관리 시스템(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(119)는 제1 전력 변환부(111)로부터 발전 시스템(130)에서 생산되는 전력 정보(전압, 전류, 온도의 센싱 신호)를 전달받고, 전력 저장장치(120)(또는 BMS)로부터 SOC, SOH 등을 포함하는 전력 저장 정보를 전달받으며, 상용 계통(140)으로부터 계통의 전압, 전류, 온도 등을 포함하는 계통 정보를 전달받는다. 제어부(119)는 발전 시스템(130)에서 생산되는 전력 정보, 전력 저장장치(120)의 전력 저장 정보, 상용 계통(140)의 계통 정보를 기반으로 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드를 제어한다. 제어부(119)는 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)로부터 전압, 전류, 온도의 센싱 신호를 전달받고, 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드에 따라 각 전력 변환부(111, 112, 113)의 전력 변환 효율을 제어한다. 제어부(119)는 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드에 따라 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)의 온-오프를 제어한다.
전력 관리 시스템(110)의 운전 모드는 전력 저장장치(120), 발전 시스템(130), 상용 계통(140) 및 부하(150) 중에서 2 이상 간의 전력 공급 방식에 따라 분류될 수 있다. 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드는 (1) 발전 시스템(130)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급, (2) 발전 시스템(130)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급, (3) 발전 시스템(130)에서 부하(150)로의 전력 공급, (4) 전력 저장장치(120)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급, (5) 전력 저장장치(120)에서 부하(150)로의 전력 공급, (6) 상용 계통(140)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급, (7) 상용 계통(140)에서 부하(150)로의 전력 공급을 포함한다.
(1) 발전 시스템(130)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116)로 오프 신호를 전송하여 제1 노드(N1)에서 제2 노드(N2)로의 전력 흐름을 차단한다. 발전 시스템(130)에서 생산된 제1 전력은 제1 전력 변환부(111)에서 직류의 제2 전력으로 변환되고, 제2 전력의 전압은 DC 링크부(118)에 의해 DC 링크 전압 레벨로 안정화된다. DC 링크 전압 레벨로 안정화된 제2 전력은 제3 전력 변환부(113)에서 직류의 제3 전력으로 변환되어 전력 저장장치(120)에 공급되어 배터리를 충전시킨다. 전력 저장장치(120)는 배터리가 충전된 후 분극 전압 펄스를 배터리에 인가하여 배터리의 충전 과정에서 배터리에 생성된 분극 전압을 제거하고 배터리의 정확한 SOC를 추정할 수 있다.
(2) 발전 시스템(130)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제3 전력 변환부(113)로 오프 신호를 전송하여 제1 노드(N1)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 흐름을 차단한다. 제어부(119)는 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)에는 온 신호를 전송한다. 발전 시스템(130)에서 생산된 제1 전력은 제1 전력 변환부(111)에서 직류의 제2 전력으로 변환되고, 제2 전력의 전압은 DC 링크부(118)에 의해 DC 링크 전압 레벨로 안정화된다. DC 링크 전압 레벨로 안정화된 제2 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 상용 계통(140)으로 공급된다. 이때, 제2 전력 변환부(112)는 상용 계통(140)의 전압 및 전류의 전 고조파 왜형율(Total Harmonic Distortion, THD), 역률(power factor) 등의 전력 품질 기준에 부합하는 교류 전력을 출력한다.
(3) 발전 시스템(130)에서 부하(150)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제3 전력 변환부(113) 및 제2 스위치(117)로 오프 신호를 전송하여 제1 노드(N1)에서 전력 저장장치(120) 및 상용 계통(140)으로의 전력 흐름을 차단한다. 제어부(119)는 제1 스위치(116)에 온 신호를 전송한다. 발전 시스템(130)에서 생산된 제1 전력은 제1 전력 변환부(111)에서 직류의 제2 전력으로 변환되고, 제2 전력의 전압은 DC 링크부(118)에 의해 DC 링크 전압 레벨로 안정화된다. 제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨로 안정화된 제2 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 부하(150)로 공급된다. 부하(150)는 상용 계통(140)의 교류 전력을 이용할 수 있으며, 제2 전력 변환부(112)는 부하(150)에서 이용하는 상용 계통(140)의 전력 품질 기준에 부합하는 교류 전력을 출력한다.
(4) 전력 저장장치(120)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)에 온 신호를 전달한다. 전력 저장장치(120)의 출력 전압 레벨의 직류 전력은 제3 전력 변환부(113)에서 DC 링크 전압 레벨의 직류 전력으로 변환되고, DC 링크부(118)에 의해 안정화된다. 제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨로 안정화된 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 상용 계통(140)으로 공급된다. 전력 저장장치(120)는 배터리가 방전된 후 분극 전압 펄스를 배터리에 인가하여 배터리의 방전 과정에서 배터리에 생성된 분극 전압을 제거하고 배터리의 정확한 SOC를 추정할 수 있다.
(5) 전력 저장장치(120)에서 부하(150)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116)에 온 신호를 전달하고, 제2 스위치(117)에 오프 신호를 전달한다. 전력 저장장치(120)의 출력 전압 레벨의 직류 전력은 제3 전력 변환부(113)에서 DC 링크 전압 레벨의 직류 전력으로 변환되고, DC 링크부(118)에 의해 안정화된다. 제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨로 안정화된 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 교류 전력으로 변환되어 부하(150)로 공급된다. 전력 저장장치(120)는 배터리가 방전된 후 분극 전압 펄스를 배터리에 인가하여 배터리의 방전 과정에서 배터리에 생성된 분극 전압을 제거하고 배터리의 정확한 SOC를 추정할 수 있다.
(6) 상용 계통(140)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)에 온 신호를 전달한다. 상용 계통(140)의 교류 전력은 제2 전력 변환부(112)에서 정류되어 DC 링크 전압 레벨의 직류 전력으로 변환된다. 제1 노드(N1)의 DC 링크 전압 레벨의 직류 전력은 제3 전력 변환부(113)에서 전력 저장을 위한 전압 레벨의 직류 전력으로 변환되어 전력 저장장치(120)로 공급된다. 전력 저장장치(120)는 배터리가 충전된 후 분극 전압 펄스를 배터리에 인가하여 배터리의 충전 과정에서 배터리에 생성된 분극 전압을 제거하고 배터리의 정확한 SOC를 추정할 수 있다.
(7) 상용 계통(140)에서 부하(150)로의 전력 공급시, 제어부(119)는 제1 스위치(116)에 오프 신호를 전달하고, 제2 스위치(117)에 온 신호를 전달한다. 상용 계통(140)의 교류 전력은 부하(150)로 공급된다.
이상에서, 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드가 전력 저장 시스템(120), 발전 시스템(130), 상용 계통(140) 및 부하(150) 간에 전력 공급 방식에 따라 분류되는 것에 대하여 설명하였으나, 상술한 전력 공급 방식은 복합적으로 수행될 수 있으며, 이에 따라 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드는 더욱 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 발전 시스템(130)에서 전력 저장장치(120) 및 부하(150)로 전력을 공급하거나, 발전 시스템(130) 및 전력 저장장치(120)에서 부하(150)로 전력을 공급할 수 있다. 또는 발전 시스템(130) 및 전력 저장장치(120)에서 상용 계통(140) 및 부하(150)로 전력을 공급할 수도 있다.
이제, 배터리의 충방전에 따라 배터리에 생성되는 분극 전압을 빠르게 제거하고 배터리의 SOC를 정확하게 추정할 수 있는 배터리 관리 시스템에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 관리 시스템(220)은 배터리(210)에 연결되어 배터리(210)의 충방전 전류 및 전압, 온도를 측정하고 배터리(210)의 SOC를 추정한다.
배터리(210)는 복수의 2차 전지를 포함한다. 여기서는 복수의 2차 전지가 직렬로 연결되는 것으로 나타내었으나, 복수의 2차 전지는 병렬로 연결될 수 있다. 배터리(210)의 양(positive) 단자 및 음(negative) 단자는 스위치부(230)를 통해 전력 변환부(240)에 연결된다.
전력 변환부(240)는 외부 장치로부터 인가되는 전력을 배터리(210)를 충전하기 위한 소정의 전력으로 변환하고, 배터리(210)에서 방전되는 전력을 외부 장치에서 요구하는 소정의 전력으로 변환한다. 외부 장치로부터 인가되는 전력은 교류 전력 또는 직류 전력일 수 있다. 배터리(210)에서 방전되는 전력은 직류 전력이다. 전력 변환부(240)는 도 1의 전력 관리 시스템(110)에 포함된 제3 전력 변환부(113)의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 전력 변환부(240)는 전력 관리 시스템(110)의 제1 노드(N1)의 직류 전력과 배터리(210)의 직류 전력을 양방향으로 변환하는 양방향 컨버터의 기능을 수행할 수 있다.
스위치부(230)는 배터리(210)의 충전 또는 방전이 수행되는 충방전 구동 구간 동안 닫힌 상태가 되어 배터리(210)와 외부 장치를 연결시킨다. 스위치부(230)는 배터리(210)의 충전 및 방전이 수행되지 않는 비활성화 구간 동안 열린 상태가 되어 배터리(210)와 외부 장치의 연결을 차단한다. 배터리(210)의 비활성화 구간에 배터리(210)의 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 구간이 포함된다.
배터리 관리 시스템(220)은 전류 측정부(221), 전압 측정부(222), 온도 측정부(223), 펄스 생성부(224), 충방전량 산출부(225), 분극 전압 산출부(226) 및 SOC 추정부(227)를 포함한다.
전류 측정부(221)는 전류 센서(211)에서 측정되는 배터리(210)의 충전 전류 및 방전 전류를 샘플링한다. 전류 센서(211)는 배터리(210)의 양 단자 및 음 단자 중 어느 하나에 연결되고, 배터리(210)의 충방전 전류를 측정한다. 전류 측정부(221)는 충방전 구동 구간 동안 배터리(210)에 흐르는 충전 전류 및 방전 전류를 구분하여 샘플링할 수 있고, 샘플링한 충전 전류 및 방전 전류를 충방전량 산출부(225)에 전달한다.
전압 측정부(222)는 전압 센서(212)에서 측정되는 배터리(210)의 단자 전압을 샘플링한다. 전압 센서(212)는 배터리(210)의 양 단자 및 음 단자에 연결되고, 배터리(210)의 단자 전압을 측정한다. 전압 측정부(222)는 스위치부(230)가 열린 상태일 때 배터리(210)의 단자 전압을 측정할 수 있고, 이때의 단자 전압이 배터리(210)의 개방전압(open circuit voltage, OCV)이다. 전압 측정부(222)는 배터리(210)의 개방전압을 SOC 추정부(227)에 전달한다.
온도 측정부(223)는 배터리(210)에 장착된 온도 센서(미도시)를 이용하여 배터리(210)의 온도를 측정한다. 온도 측정부(223)는 분극 전압 산출을 위한 배터리(210)의 온도를 분극 전압 산출부(226) 및 SOC 추정부(227)에 전달한다.
펄스 생성부(224)는 배터리(210)의 충방전 구동 구간 동안 생성되는 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 생성하여 배터리(210)에 인가한다. 펄스 생성부(224)는 충방전 구동 구간 이후 스위치부(230)가 열린 상태의 분극 전압 리셋 구간 동안 분극 전압 리셋 펄스를 생성한다. 펄스 생성부(224)는 분극 전압 산출부(226)에서 전달되는 분극 전압의 레벨에 대응하여 양의 펄스 또는 음의 펄스를 생성할 수 있다. 분극 전압 리셋 펄스는 펄스폭, 펄스의 크기, 펄스의 주기 등에 따라 다양한 유형으로 생성될 수 있다.
충방전량 산출부(225)는 충방전 구동 구간 동안 배터리(210)의 충방전량을 산출한다. 배터리(210)의 충방전량은 충전 전류와 방전 전류의 차이에 대응하는 전하량으로 산출될 수 있다. 충방전량 산출부(225)는 배터리(210)의 충방전량을 분극 전압 산출부(226)에 전달한다.
분극 전압 산출부(226)는 배터리(210)의 충방전량 및 온도에 따른 분극 전압 특성 곡선을 저장한다. 분극 전압 특성 곡선은 배터리(210)의 충방전량 및 온도에 따라 배터리(210)에 생성되는 분극 전압의 크기를 나타낸다. 분극 전압 산출부(226)는 충방전량 산출부(225)에서 전달되는 충방전량 및 온도 측정부(223)에서 전달되는 배터리(210)의 온도에 대응하는 분극 전압을 분극 전압 특성 곡선을 이용하여 산출할 수 있다. 분극 전압은 배터리(210)의 충전량에 따라 증가하고, 배터리(210)의 방전량에 따라 감소한다. 분극 전압 산출부(226)는 산출된 배터리(210)의 분극 전압을 펄스 생성부(224)에 전달한다.
SOC 추정부(227)는 배터리(210)의 개방전압 및 온도에 따른 SOC 특성 곡선을 저장한다. SOC 추정부(227)는 전압 측정부(222)에서 전달되는 배터리(210)의 개방전압 및 온도 측정부(223)에서 전달되는 배터리(210)의 온도에 대응하는 SOC를 SOC 특성 곡선을 이용하여 추정할 수 있다.
전압 측정부(222)는 분극 전압 리셋 펄스가 배터리(210)에 인가되는 분극 전압 리셋 구간 이후에 개방전압을 측정하여 SOC 추정부(227)에 전달할 수 있다. 분극 전압 리셋 펄스에 의해 배터리(210)에 생성된 분극 전압이 제거된 상태에서 배터리(210)의 개방전압이 측정되므로, 전압 측정부(222)로부터 SOC 추정부(227)에 전달되는 개방전압은 분극 전압에 영향을 받지 않는 순수한 개방전압이다. 따라서, SOC 추정부(227)는 분극 전압에 영향을 받지 않는 정확한 배터리(210)의 SOC를 추정할 수 있다.
여기서는 스위치부(230) 및 전력 변환부(240)가 배터리 관리 시스템(220)에 포함되지 않는 것으로 나타내었으나, 스위치부(230) 및 전력 변환부(240) 중 적어도 어느 하나는 배터리 관리 시스템(220)에 포함될 수 있다.
이하, 배터리 관리 시스템(220)에서 배터리의 충방전에 따라 배터리(210)에 생성되는 분극 전압을 제거하는 방법 및 배터리(210)의 SOC를 추정하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 상태 추정 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 분극 전압 제거 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 2 내지 4를 참조하면, 배터리 관리 시스템(220)은 충방전 구동 구간 및 분극 전압 리셋 구간에 따라 분극 전압 제거, SOC 추정 등을 수행할 수 있다. 충방전 구동 구간은 스위치부(230)가 닫힌 상태에서 배터리(210)에 충전 또는 방전이 수행되는 활성화 구간이다. 분극 전압 리셋 구간은 충방전 구동 구간 및 스위치부(230)가 열린 상태에서 배터리(210)의 충전 및 방전이 수행되지 않는 비활성화 구간이다.
충방전 구동 구간에 전류 측정부(221)는 배터리(210)에 흐르는 전류를 측정한다(S110). 배터리(210)에 흐르는 전류량은 일정하지 않고 도 4에 도시한 바와 같이 증감할 수 있다. 전류 측정부(221)는 배터리(210)에 흐르는 충전 전류를 양의 값으로 샘플링하고 방전 전류를 음의 값으로 샘플링할 수 있다. 전류 측정부(221)는 샘플링한 충전 전류 및 방전 전류를 충방전량 산출부(225)에 전달한다.
충방전량 산출부(225)는 배터리(210)의 충방전량을 산출한다(S120). 충방전량 산출부(225)는 충방전 구동 구간 동안 배터리(210)에 흐르는 충전 전류와 방전 전류의 차이를 구하여 배터리(210)에 충전 또는 방전된 전하량을 산출할 수 있다. 충방전량 산출부(225)는 주기적으로 산출된 충방전량을 분극 전압 산출부(226)에 전달할 수 있다. 또는 충방전량 산출부(225)는 충방전 구동 구간이 종료되는 시점, 즉 분극 전압 리셋 구간으로 전환되는 시점에, 충방전 구동 구간 동안 산출된 충방전량을 분극 전압 산출부(226)에 전달할 수 있다.
분극 전압 산출부(226)는 배터리(210)의 분극 전압을 산출한다(S130). 이때, 온도 측정부(223)는 배터리(210)의 온도를 측정하여 분극 전압 산출부(226)에 전달한다. 분극 전압 산출부(226)는 전달받은 배터리(210)의 충방전량 및 온도에 대응하는 분극 전압을 분극 전압 특성 곡선을 이용하여 산출할 수 있다.
분극 전압은 충방전 구동 구간 동안의 충전량과 방전량의 차이에 비례하여 배터리(210)에 생성된다. 도 4에 예시한 바와 같이, 충방전 구동 구간 동안 배터리(210)가 충전될 때는 분극 전압이 양의 값으로 증가하고, 배터리(210)가 방전될 때는 분극 전압이 음의 값으로 증가한다. 배터리(210)의 충방전에 따라 분극 전압이 변동되다가, 충방전 구동 구간이 종료될 때 분극 전압이 잔존하게 된다.
분극 전압 산출부(226)는 충방전 구동 구간의 종료 시점 또는 분극 전압 리셋 구간 시작 시점에 분극 전압을 산출하고, 산출된 분극 전압을 펄스 생성부(224)에 전달한다.
펄스 생성부(224)는 분극 전압 산출부(226)에서 전달되는 분극 전압에 대응하는 분극 전압 리셋 펄스를 생성하여 배터리(210)에 인가한다(S140). 펄스 생성부(224)는 양의 분극 전압에 대해 음의 분극 전압 리셋 펄스를 인가하고 음의 분극 전압에 대해 양의 분극 전압 리셋 펄스를 인가하여 배터리(210)에 생성된 분극 전압을 제거한다. 펄스 생성부(224)는 복수의 분극 전압 리셋 펄스를 생성하여 분극 전압을 제거할 수 있다. 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 양의 분극 전압 리셋 펄스 및 음의 분극 전압 리셋 펄스의 조합으로 생성될 수 있다. 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 복수의 펄스폭으로 생성될 수 있다. 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 복수의 펄스 크기로 생성될 수 있다. 복수의 분극 전압 리셋 펄스 각각은 2 이상의 펄스 크기로 생성될 수 있다. 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 복수의 펄스 주기로 생성될 수 있다.
분극 전압 리셋 펄스에 의해 배터리(210)의 분극 전압이 제거된 후, 즉 분극 전압 리셋 구간 이후에 전압 측정부(222)는 배터리(210)의 개방전압을 측정한다(S150). 분극 전압 리셋 구간에서 스위치부(230)는 열린 상태이므로, 전압 측정부(222)는 배터리(210)의 개방전압을 측정할 수 있다. 분극 전압이 제거된 후에 배터리(210)의 개방전압이 측정되므로, 전압 측정부(222)에서 측정되는 개방전압은 분극 전압에 영향을 받지 않는 순수한 개방전압이다. 전압 측정부(222)는 배터리(210)의 개방전압을 SOC 추정부(227)에 전달한다.
SOC 추정부(227)는 배터리(210)의 SOC를 추정한다(S160). 이때, 온도 측정부(223)는 배터리(210)의 온도를 측정하여 SOC 추정부(227)에 전달한다. SOC 추정부(227)는 전달받은 배터리(210)의 개방전압 및 온도에 대응하는 SOC를 SOC 특성 곡선을 이용하여 추정할 수 있다. SOC 추정부(227)는 분극 전압이 제거된 개방전압을 이용하므로 정확한 SOC를 추정할 수 있다.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 구동 구간 동안 배터리의 충전 및 방전이 수행된 경우에 배터리의 분극 전압을 제거하는 분극 전압 리셋 펄스의 유형을 나타내는 파형도이다.
도 5a 내지 5e를 참조하면, 분극 전압 리셋 구간 동안 양의 분극 전압 리셋 펄스와 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다. 이때, 양의 분극 전압 리셋 펄스 및 음의 분극 전압 리셋 펄스는 펄스폭, 펄스 크기, 펄스 주기 등에 따라 다양한 유형으로 인가될 수 있다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 일정 펄스폭 및 일정 크기를 갖는 양의 분극 전압 리셋 펄스 및 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 다양한 펄스폭을 갖는 양의 분극 전압 리셋 펄스 및 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 다양한 펄스 크기를 갖는 양의 분극 전압 리셋 펄스 및 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 5d에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 복수의 분극 전압 리셋 펄스 각각은 2 이상의 펄스 크기로 생성되어 배터리에 인가될 수 있다.
도 5e에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 하나의 분극 전압 리셋 펄스가 인가된 후 다음의 분극 전압 리셋 펄스가 인가되는 펄스 주기가 다양하게 정해질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 분극 전압 제거 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6을 참조하면, 충방전 구동 구간 동안 배터리 방전만이 수행될 수 있다. 이에 따라, 충방전 구동 구간 동안 배터리의 분극 전압은 음의 값으로 증가한다. 분극 전압 리셋 구간에서는 음의 분극 전압을 제거하기 위한 양의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가된다.
도 7a 내지 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 구동 구간 동안 배터리의 방전이 수행된 경우에 배터리의 분극 전압을 제거하는 분극 전압 리셋 펄스의 유형을 나타내는 파형도이다.
도 7a 내지 7e를 참조하면, 분극 전압 리셋 구간 동안 양의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다. 이때, 양의 분극 전압 리셋 펄스는 펄스폭, 펄스 크기, 펄스 주기 등에 따라 다양한 유형으로 인가될 수 있다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 일정 펄스폭 및 일정 크기를 갖는 적어도 하나의 양의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 7b에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 다양한 펄스폭을 갖는 적어도 하나의 양의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 7c에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 다양한 펄스 크기를 갖는 적어도 하나의 양의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 7d에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 적어도 하나의 양의 분극 전압 리셋 펄스는 2 이상의 펄스 크기로 생성되어 배터리에 인가될 수 있다.
도 7e에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 하나의 양의 분극 전압 리셋 펄스가 인가된 후 다음의 양의 분극 전압 리셋 펄스가 인가되는 펄스 주기가 다양하게 정해질 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 분극 전압 제거 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8을 참조하면, 충방전 구동 구간 동안 배터리 충전만이 수행될 수 있다. 이에 따라, 충방전 구동 구간 동안 배터리의 분극 전압은 양의 값으로 증가한다. 분극 전압 리셋 구간에서는 양의 분극 전압을 제거하기 위한 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가된다.
도 9a 내지 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 구동 구간 동안 배터리의 충전이 수행된 경우에 배터리의 분극 전압을 제거하는 분극 전압 리셋 펄스의 유형을 나타내는 파형도이다.
도 9a 내지 9e를 참조하면, 분극 전압 리셋 구간 동안 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다. 이때, 음의 분극 전압 리셋 펄스는 펄스폭, 펄스 크기, 펄스 주기 등에 따라 다양한 유형으로 인가될 수 있다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 일정 펄스폭 및 일정 크기를 갖는 적어도 하나의 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 다양한 펄스폭을 갖는 적어도 하나의 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 9c에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 다양한 펄스 크기를 갖는 적어도 하나의 음의 분극 전압 리셋 펄스가 배터리에 인가될 수 있다.
도 9d에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 적어도 하나의 음의 분극 전압 리셋 펄스는 2 이상의 펄스 크기로 생성되어 배터리에 인가될 수 있다.
도 9e에 도시한 바와 같이, 분극 전압 리셋 구간 동안 하나의 음의 분극 전압 리셋 펄스가 인가된 후 다음의 음의 분극 전압 리셋 펄스가 인가되는 펄스 주기가 다양하게 정해질 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
210 : 배터리
220 : 배터리 관리 시스템
230 : 스위치부
240 : 전력 변환부
221 : 전류 측정부
222 : 전압 측정부
223 : 온도 측정부
224 : 펄스 생성부
225 : 충방전량 산출부
226 : 분극 전압 산출부
227 : SOC 추정부

Claims (18)

  1. 배터리의 충전 전류 및 방전 전류를 샘플링하는 전류 측정부;
    상기 샘플링된 충전 전류 및 상기 샘플링된 방전 전류의 차이에 대응하는 충방전량을 산출하는 충방전량 산출부;
    상기 배터리의 충방전량 및 온도에 대응하는 분극 전압을 산출하는 분극 전압 산출부; 및
    상기 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 상기 배터리에 인가하는 펄스 생성부를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 충방전량 산출부는 상기 배터리의 충전 또는 방전이 수행되는 충방전 구동 구간 동안 상기 충방전량을 산출하고, 펄스 생성부는 상기 충방전 구동 구간 이후의 분극 전압 리셋 구간 동안 상기 분극 전압 리셋 펄스를 생성하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 분극 전압 리셋 구간 이후에 상기 배터리의 개방전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 배터리의 개방전압 및 온도에 따른 충전 상태를 추정하는 SOC(state of charge) 추정부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 배터리의 온도를 측정하여 상기 분극 전압 산출부 및 상기 SOC 추정부에 전달하는 온도 측정부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 충방전 구동 구간 동안 상기 배터리와 외부 장치를 연결시키고, 상기 분극 전압 리셋 구간 동안 상기 배터리와 상기 외부 장치의 연결을 차단하는 스위치부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 전력 및 방전 전력을 소정의 전력으로 변환하는 전력 변환부를 더 포함하는 배터리 관리 시스템.
  8. 배터리에 흐르는 전류를 측정하는 단계;
    상기 배터리에 흐르는 충전 전류 및 방전 전류의 차이에 대응하는 상기 배터리의 충방전량을 산출하는 단계;
    상기 배터리의 충방전량 및 온도에 대응하는 분극 전압을 산출하는 단계; 및
    상기 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 상기 배터리에 인가하는 단계를 포함하는 배터리 분극 전압 제거 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 배터리에 흐르는 전류는 상기 배터리에 충전 또는 방전이 수행되는 충방전 구동 구간 동안 측정되는 배터리 분극 전압 제거 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 배터리의 충방전량은 상기 충방전 구동 구간의 종료 시점에 산출되는 배터리 분극 전압 제거 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 분극 전압을 산출하는 단계는,
    상기 배터리의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 배터리 분극 전압 제거 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 분극 전압 리셋 펄스는 상기 분극 전압이 양의 분극 전압일 때 음의 분극 전압 리셋 펄스로 인가되고, 상기 분극 전압이 음의 분극 전압일 때 양의 분극 전압 리셋 펄스로 인가되는 배터리 분극 전압 제거 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 분극 전압 리셋 펄스는 복수개의 펄스로 인가되는 배터리 분극 전압 제거 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 복수의 펄스폭, 복수의 펄스 크기 및 복수의 펄스 주기 중 적어도 어느 하나의 방법으로 생성되는 배터리 분극 전압 제거 방법.
  15. 배터리에 충전 또는 방전이 수행되는 충방전 구동 구간 동안 배터리의 충방전량을 산출하여 상기 배터리에 생성된 분극 전압을 산출하는 단계;
    상기 충방전 구동 구간 이후의 분극 전압 리셋 구간 동안 상기 분극 전압을 제거하기 위한 분극 전압 리셋 펄스를 상기 배터리에 인가하는 단계; 및
    상기 분극 전압 리셋 구간 이후의 비활성화 구간 동안 상기 배터리의 개방전압을 측정하여 상기 배터리의 충전 상태를 추정하는 단계를 포함하는 배터리 충전 상태 추정 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 분극 전압 리셋 펄스는 상기 분극 전압이 양의 분극 전압일 때 음의 분극 전압 리셋 펄스로 인가되고, 상기 분극 전압이 음의 분극 전압일 때 양의 분극 전압 리셋 펄스로 인가되는 배터리 충전 상태 추정 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 분극 전압 리셋 펄스는 복수개의 펄스로 인가되는 배터리 충전 상태 추정 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 복수의 분극 전압 리셋 펄스는 복수의 펄스폭, 복수의 펄스 크기 및 복수의 펄스 주기 중 적어도 어느 하나의 방법으로 생성되는 배터리 충전 상태 추정 방법.
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