KR20130101457A - Battery energy storage apparatus using wireless controlling method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 제어 방식의 배터리 에너지 저장장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery energy storage device of a wireless control method.
노트북과 휴대폰 등의 전자 기기와 자동차는 배터리를 통해 필요한 에너지를 공급받는다. 이러한 배터리는 배터리 셀(cell)과 각종 회로를 포함하는 배터리팩(battery pack)으로 제작될 수 있다. 배터리팩은 외부 충전기를 통해 배터리 셀을 충전하고 전자 기기나 자동차와 같은 외부 부하에 전압 및 전류를 공급하는 방전을 반복한다.Electronic devices such as laptops and mobile phones and automobiles are supplied with the necessary energy from batteries. Such a battery may be manufactured as a battery pack including a battery cell and various circuits. The battery pack charges the battery cells through an external charger and repeatedly discharges voltage and current to an external load such as an electronic device or a car.
지금까지의 배터리팩은 배터리 셀들을 직렬로 연결한 후, 하나의 외부 충전기로 전체 셀을 급속 충전을 한다. 이때 셀이 균등하게 충전되거나 방전되지 못하여 충전 편차 또는 방전 편차가 발생할 수 있다. 배터리팩은 이러한 편차를 바로 잡기 위해 셀밸런싱(cell balancing)을 하는데, 이 셀밸런싱에 많은 시간이 소요된다. 특히, 지금까지의 배터리 관리 장치는 수백개 또는 수천개 이상의 셀로 구성된 대규모 에너지 저장장치의 셀밸런싱을 수행하는데 문제가 있다.Previous battery packs connect battery cells in series, and then use a single external charger to quickly charge an entire cell. At this time, the cell may not be evenly charged or discharged, and a charge deviation or a discharge deviation may occur. The battery pack performs cell balancing to correct this deviation, which takes a lot of time. In particular, battery management apparatuses up to now have problems in performing cell balancing of large-scale energy storage devices composed of hundreds or thousands of cells.
지금까지의 배터리팩은 급속 충전하면 특정 셀의 전압이 다른 셀들의 전압보다 먼저 만충전 전압에 도달할 수 있다. 그런데, 아직 만충전 되지 않은 다른 셀을 충전하기 위해 계속 급속 충전을 하면, 만충전된 셀은 과충전이 되어 위험하다. 특히 방전으로 인해 셀의 밸런스가 무너져 있는 경우에는 급속 충전을 하면 이러한 현상이 더욱 심하다.Until now, when the battery pack is rapidly charged, the voltage of one cell may reach the full charge voltage before the voltage of other cells. However, if the rapid charging continues to charge another cell not yet fully charged, the fully charged cell is overcharged and dangerous. In particular, when the cell balance is broken due to discharge, this phenomenon is more severe with rapid charging.
또한 지금까지의 배터리팩은 유선으로 배터리 관리 장치(Battery Management System, BMS)와 연결된다. 이 경우, 배선이 복잡하고 배터리팩과 배터리 관리 장치는 항상 유선으로 연결될 수 있는 범위 내에 있어야 하는 한계가 있다.In addition, battery packs so far are connected to a battery management system (BMS) by wire. In this case, the wiring is complicated, and the battery pack and the battery management device have a limit that must always be within a range that can be wired.
본 발명이 해결하려는 과제는 무선 제어 방식의 배터리 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a battery energy storage device of a wireless control method.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선 제어 방식으로 충전 및 방전을 제어하는 배터리 에너지 저장장치로서, 무선 전송된 제1 제어 신호를 수신하고, 상기 제1 제어 신호를 기초로 셀을 개별 충전하거나 방전하는 셀모듈, 그리고 상기 셀모듈로부터 무선 전송된 상기 셀의 상태 정보를 수신하고, 수신한 상태 정보를 기초로 상기 제1 제어 신호를 생성하고, 생성한 제1 제어 신호를 상기 셀모듈로 무선 전송하는 배터리 관리 장치를 포함한다.A battery energy storage device for controlling charging and discharging by a wireless control method according to an embodiment of the present invention, comprising: receiving a wirelessly transmitted first control signal and individually charging or discharging a cell based on the first control signal; Receiving state information of a cell module and the cell wirelessly transmitted from the cell module, generating the first control signal based on the received state information, and wirelessly transmitting the generated first control signal to the cell module. It includes a battery management device.
상기 셀모듈은 에너지가 저장되는 상기 셀, 상기 배터리 관리 장치와 무선 통신하여 상기 제1 제어 신호를 수신하는 무선 통신 모듈, 제2 제어 신호를 기초로 충방전 전원 단자로 입력된 에너지를 상기 셀로 전달하고, 제3 제어 신호를 기초로 상기 셀에 저장된 에너지를 상기 충방전 전원 단자로 전달하는 충방전 회로부, 그리고 상기 무선 통신 모듈로부터 상기 제1 제어 신호를 입력받고, 상기 제1 제어 신호를 기초로 상기 제2 제어 신호와 상기 제3 제어 신호 중 어느 하나를 생성하여 상기 충방전 회로부를 제어하는 충방전 제어부를 포함할 수 있다.The cell module wirelessly communicates with the cell in which energy is stored, the wireless communication module receiving the first control signal by wirelessly communicating with the battery management device, and transfers energy input to a charge / discharge power terminal to the cell based on a second control signal. And a charge / discharge circuit unit configured to transfer energy stored in the cell to the charge / discharge power terminal based on a third control signal, and receive the first control signal from the wireless communication module, based on the first control signal. It may include a charge and discharge control unit for generating any one of the second control signal and the third control signal to control the charge and discharge circuit.
상기 충방전 제어부는 상기 셀의 상태 정보를 수집하고, 수집한 상태 정보를 상기 무선 통신 모듈을 통해 상기 배터리 관리 장치로 전송할 수 있다.The charge / discharge control unit may collect state information of the cell and transmit the collected state information to the battery management apparatus through the wireless communication module.
상기 충방전 회로부는 DC/DC 변환기를 포함하며, 상기 DC/DC 변환기의 일측은 상기 셀로 연결되고, 상기 DC/DC 변환기의 다른 일측은 상기 충방전 전원 단자에 연결될 수 있다.The charge / discharge circuit unit may include a DC / DC converter, one side of the DC / DC converter may be connected to the cell, and the other side of the DC / DC converter may be connected to the charge / discharge power supply terminal.
상기 충방전 회로부는 양방향 DC/DC 변환기, 양방향 DC/AC 변환기, 그리고 변압기를 포함하며, 상기 양방향 DC/DC 변환기의 일측은 상기 셀로 연결되고, 상기 양방향 DC/DC 변환기의 다른 일측은 상기 양방향 DC/AC 변환기의 일측에 연결되며, 상기 양방향 DC/AC 변환기의 다른 일측은 상기 변압기의 일측에 연결되고, 상기 변압기의 다른 일측은 상기 충방전 전원 단자에 연결될 수 있다.The charge / discharge circuit unit includes a bidirectional DC / DC converter, a bidirectional DC / AC converter, and a transformer, one side of the bidirectional DC / DC converter is connected to the cell, and the other side of the bidirectional DC / DC converter is the bidirectional DC. It is connected to one side of the / AC converter, the other side of the bi-directional DC / AC converter may be connected to one side of the transformer, the other side of the transformer may be connected to the charging and discharging power terminal.
상기 충방전 회로부는 상기 변압기와 상기 충방전 전원 단자 사이에 양방향 AC/DC 변환기와 양방향 DC/DC 변환기를 더 포함할 수 있다.The charging and discharging circuit unit may further include a bidirectional AC / DC converter and a bidirectional DC / DC converter between the transformer and the charge / discharge power supply terminal.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 제어 방식으로 충전 및 방전을 제어하는 배터리 에너지 저장장치로서, 무선 전송된 적어도 하나의 제어 신호를 기초로 복수 셀모듈의 셀을 충전하거나 방전하는 배터리팩, 그리고 각 셀모듈로부터 무선 전송된 각 셀의 상태 정보를 수신하고, 수신한 상태 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 생성한 적어도 하나의 제어 신호를 상기 배터리팩으로 무선 전송하는 배터리 관리 장치를 포함하며, 상기 배터리팩은 복수 셀모듈의 셀이 직렬로 연결된 셀모듈스택, 상기 셀모듈스택의 양극과 상기 배터리팩 양극 단자 사이에 위치하는 제1 스위치, 각 셀모듈의 개별 충전 및 방전을 위한 전원 단자와 각 셀모듈 사이에 위치하는 제2 스위치, 그리고 상기 배터리 관리 장치가 무선 전송한 제어 신호 중 제1 제어 신호를 기초로 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 제어하는 무선 스위치 제어장치를 포함한다.A battery energy storage device for controlling charging and discharging by a wireless control method according to another embodiment of the present invention, comprising: a battery pack for charging or discharging cells of a plurality of cell modules based on at least one control signal transmitted wirelessly; A battery management apparatus for receiving state information of each cell wirelessly transmitted from a cell module, generating the at least one control signal based on the received state information, and wirelessly transmitting the generated at least one control signal to the battery pack. The battery pack includes a cell module stack in which cells of a plurality of cell modules are connected in series, a first switch positioned between a positive electrode of the cell module stack and a positive terminal of the battery pack, and individually charging and discharging each cell module. A second switch located between the power supply terminal for each cell module and a control signal wirelessly transmitted by the battery management device; Based on the control signal comprises a wireless switch controller for controlling the second switch and the first switch.
상기 배터리 관리 장치는 상기 배터리팩 양극 단자와 배터리팩 음극 단자에 연결된 외부 충전기를 이용해 충전하는 경우, 상기 제1 스위치를 닫아 복수 셀모듈을 급속 충전하고, 각 셀모듈로부터 무선 전송된 각 셀의 상태 정보를 기초로 복수 셀모듈의 전압이 기준 전압에 도달하는 지 모니터링하며, 기준 전압에 도달하면, 각 셀모듈을 개별적으로 충전하도록 하는 상기 제1 제어 신호를 생성하여 상기 무선 스위치 제어장치로 전송할 수 있다.When the battery management device is charged using an external charger connected to the battery pack positive terminal and the battery pack negative terminal, the first switch closes the first switch to rapidly charge a plurality of cell modules, and a state of each cell wirelessly transmitted from each cell module. Based on the information, the voltage of the plurality of cell modules reaches a reference voltage, and when the reference voltage is reached, the first control signal for individually charging each cell module may be generated and transmitted to the wireless switch controller. have.
상기 제1 제어 신호는 상기 제1 스위치를 열고, 상기 제2 스위치를 닫도록 명령하는 신호일 수 있다.The first control signal may be a signal that instructs to open the first switch and close the second switch.
각 셀모듈은 에너지가 저장되는 셀, 상기 배터리 관리 장치와 무선 통신하여 상기 배터리 관리 장치가 무선 전송한 제어 신호 중 제2 제어 신호를 수신하는 무선 통신 모듈, 제3 제어 신호를 기초로 충방전 전원 단자로 입력된 에너지를 셀로 전달하고, 제4 제어 신호를 기초로 셀에 저장된 에너지를 상기 충방전 전원 단자로 전달하는 충방전 회로부, 그리고 상기 무선 통신 모듈로부터 상기 제2 제어 신호를 입력받고, 상기 제2 제어 신호를 기초로 상기 제3 제어 신호와 상기 제4 제어 신호 중 어느 하나를 생성하여 상기 충방전 회로부를 제어하는 충방전 제어부를 포함할 수 있다.Each cell module is a cell in which energy is stored, a wireless communication module configured to wirelessly communicate with the battery management device to receive a second control signal among control signals wirelessly transmitted by the battery management device, and a charge / discharge power source based on a third control signal. A charge / discharge circuit unit configured to transfer energy input to a terminal to a cell, and to transfer energy stored in the cell to the charge / discharge power terminal based on a fourth control signal, and receive the second control signal from the wireless communication module, The charging and discharging control unit may generate one of the third control signal and the fourth control signal based on a second control signal to control the charge and discharge circuit.
본 발명의 실시예에 따르면 무선으로 배터리 관리 장치와 배터리팩, 그리고 각 셀모듈이 통신하므로, 복잡한 배선을 줄일 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 배터리팩을 쉽게 조립할 수 있고, 셀모듈을 쉽게 교환할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, since the battery management apparatus, the battery pack, and each cell module communicate wirelessly, complicated wiring can be reduced. In addition, according to the embodiment of the present invention, the battery pack can be easily assembled and the cell module can be easily replaced.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리팩의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 조립도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리팩의 조립도이다.1 is a block diagram of a battery energy storage device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a cell module according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram of a cell module according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a cell module according to another embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram of a cell module according to another embodiment of the present invention.
6 and 7 are circuit diagrams of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a battery energy storage device according to another embodiment of the present invention.
9 is an assembly view of a cell module according to an embodiment of the present invention.
10 is an assembly view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
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 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
이제 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 제어 방식의 배터리 에너지 저장장치에 대하여 상세하게 설명한다.A battery energy storage device of a wireless control method according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a battery energy storage device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 배터리 에너지 저장장치(10)는 배터리팩(100), 그리고 이를 제어하는 무선 배터리 관리 장치(Battery Management System, BMS)(300)를 포함한다. 무선 배터리 관리 장치(300)는 배터리 관리부(310), 그리고 무선 통신 모듈(330)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the battery
배터리팩(100)는 직렬, 병렬, 그리고 직렬과 병렬의 혼합 형태 중 어느 하나의 형태로 연결된 복수의 셀모듈(200)을 포함한다. 각 셀모듈(200)은 무선 배터리 관리 장치(300)와 무선 통신하는 무선 통신 모듈을 포함한다. 셀모듈(200)은 셀의 상태 정보를 무선 배터리 관리 장치(300)로 전달하고, 무선 배터리 관리 장치(300)으로부터 제어 신호를 수신하여 각 셀의 충방전을 제어한다. 여기서 셀의 상태 정보는 셀의 전압, 전류 그리고 온도 등을 포함한다.The
무선 배터리 관리 장치(300)는 무선 통신 모듈(330)을 통해 배터리팩(100)의 스위치를 제어한다. 이를 통해, 무선 배터리 관리 장치(300)는 셀모듈(200)의 급속 충전, 셀밸런싱(cell balancing) 충전, 그리고 방전을 제어한다. 여기서 셀밸런싱이란 셀을 CC/CV(Constant Current/ Constant Voltage) 방식으로 만충전 하는 것을 말한다.The wireless
특히, 배터리팩(100)은 복수의 셀모듈로 구성되므로, 충전 및 방전할 때 셀간의 용량 차이에서 비롯되는 불균형 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해, 무선 배터리 관리 장치(300)는 무선 통신 모듈(330)을 통해 셀모듈(200) 각각의 셀밸런싱(cell balancing) 충전 및 방전을 제어한다. Particularly, since the
무선 배터리 관리 장치(300)는 무선 통신 모듈(330)을 통해 각 셀모듈(200)의 전압, 전류 그리고 온도 정보를 모니터링한다. 무선 배터리 관리 장치(300)는 모니터링 정보를 기초로 배터리팩(100)을 제어한다. The wireless
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 블록도이다.2 is a block diagram of a cell module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 셀모듈(200)은 셀(210), 그리고 회로부(230)를 포함한다. 회로부(230)는 충방전 회로부(231), 충방전 제어부(233), 그리고 무선 통신 모듈(235)을 포함한다. 무선 통신 모듈(235)은 안테나(250)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
셀(210)은 양극 단자(271)와 음극 단자(272)에 연결되어 급속 충전 및 방전된다. 양극 단자(271)와 음극 단자(272)가 외부 충전기(미도시)에 연결된 경우, 셀(210)은 충전된다. 양극 단자(271)와 음극 단자(272)가 부하(미도시)에 연결된 경우, 셀(210)은 방전된다.The
충방전 회로부(231)는 충방전 전원 단자(273, 274)와 셀(210) 사이에 위치한다. 충방전 회로부(231)는 충방전 전원 단자(273, 274)로 입력된 에너지를 셀(210)로 전달하거나, 셀(210)에 저장된 에너지를 충방전 전원 단자(273, 274)로 전달하는 회로로 구성된다.The charge /
충방전 제어부(233)는 충방전 회로부(231)를 제어하여 셀(210)을 개별적으로 충전하거나 방전한다. 즉, 충방전 제어부(233)는 셀(210)의 셀 밸런싱을 수행한다. 이때, 충방전 제어부(233)는 무선 통신 모듈(235)로부터 수신한 제어 신호를 기초로 충방전 회로부(231)를 제어한다. The charge /
충방전 제어부(233)는 무선 통신 모듈(235)로 셀(210)의 상태 정보를 전달한다.The charge /
무선 통신 모듈(235)은 무선 배터리 관리 장치(300)로부터 수신한 제어 신호를 충방전 제어부(233)로 전달한다. 그리고, 무선 통신 모듈(235)는 충방전 제어부(233)로부터 받은 셀(210)의 상태 정보를 무선 배터리 관리 장치(300)로 전송한다. The
무선 통신 모듈(235)은 다양한 방식의 통신 모듈이 가능하며, 예를 들면 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등 일 수 있다The
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a cell module according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 셀모듈(200)의 충방전 회로부(231)는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 충방전 회로부(231a)는 스위치(400), 전류 감지기(420), 그리고 DC/DC 변환기(500)를 포함한다. 여기서, DC/DC 변환기(500)는 양방향 DC/DC 변환기이거나, 단방향 DC/DC 변환기일 수 있다.Referring to FIG. 3, the charge /
DC/DC 변환기(500)의 일측은 충방전 전원 단자(273, 274)에 연결되고, 다른 일측은 셀(210)로 연결된다.One side of the DC /
스위치(400)는 셀(210)과 DC/DC 변환기(500) 사이에 위치할 수 있다.The
충방전 제어부(233)는 충방전 전원 단자(273, 274)에 연결되어 전원을 공급받는다.The charge /
충방전 제어부(233)는 무선 통신 모듈(235)로부터 전달된 제어 신호를 기초로 DC/DC 변환기(500)와 스위치(400)를 제어할 수 있다. 이때, 무선 통신 모듈(235)은 무선 배터리 관리 장치(300)로부터 제어 신호를 수신한다.The charge /
충방전 제어부(233)는 DC/DC 변환기(500)를 제어하여 셀(210)을 개별 충전하거나 방전한다. DC/DC 변환기(500)는 CC/CV 충전기로 동작할 수 있다.The charge /
충방전 제어부(233)는 스위치(400)를 제어하여 전력 소비를 차단할 수 있다. 즉, 충방전 제어부(233)는 스위치(400)를 열어서 셀모듈(200)이 불필요한 전력 소비를 하지 않도록 한다. 또한, 충방전 제어부(233)는 충방전 전원 단자(273, 274)를 통해 전원 공급이 없는 경우, 스위치(400)를 열어서 불필요한 전력 소비를 하지 않도록 한다.The charge /
충방전 제어부(233)는 전류 감지기(420)를 통해 셀(210)의 충전 전류를 감지한다.The charge /
충방전 제어부(233)는 온도 감지기(290)를 통해 셀(210)의 온도를 감지한다.The charge /
충방전 제어부(233)는 전류 감지기(420)와 온도 감지기(290) 등으로부터 수집한 셀(210)의 상태 정보를 무선 통신 모듈(235)로 전달한다. 무선 통신 모듈(235)은 셀(210)의 상태 정보를 무선 배터리 관리 장치(300)로 전송한다.The charge /
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a cell module according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참고하면, 충방전 회로부(231b)는 교류 절연형 회로로 구성된다.Referring to FIG. 4, the charge /
충방전 회로부(231b)는 스위치(400), 전류 감지기(420), 양방향 DC/DC 변환기(510), 양방향 DC/AC 변환기(520), 그리고 변압기(600)를 포함한다. The charge /
변압기(600)는 양방향 DC/AC 변환기(520)와 충방전 전원 단자(273, 274) 사이에 위치하여 전원과 셀을 절연한다.The
양방향 DC/AC 변환기(520)의 일측은 변압기(600)에 연결되고, 다른 일측은 양방향 DC/DC 변환기(510)에 연결된다.One side of the bidirectional DC /
스위치(400)는 셀(210)과 양방향 DC/AC 변환기(520) 사이에 위치할 수 있다.The
충방전 제어부(233)는 스위치(400), 양방향 DC/DC 변환기(510), 양방향 DC/AC 변환기(520)를 제어하여 셀(210)을 충전 및 방전시킨다. 이때, 충방전 제어부(233)는 무선 통신 모듈(235)로부터 전달된 제어 신호를 기초로 제어할 수 있다. 무선 통신 모듈(235)은 무선 배터리 관리 장치(300)로부터 제어 신호를 수신한다.The charge /
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.5 is a circuit diagram of a cell module according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 충방전 회로부(231c)는 직류 절연형 회로로 구성된다.Referring to FIG. 5, the charge / discharge circuit unit 231c is configured as a DC insulated circuit.
충방전 회로부(231c)는 스위치(400), 전류 감지기(420), 셀 측 변환기(510, 520), 전원 측 변환기(530, 540), 그리고 변압기(600)를 포함한다. 셀 측 변환기(510, 520)는 양방향 DC/DC 변환기(510)와 양방향 DC/AC 변환기(520)로 구성된다. 전원 측 변환기(530, 540)는 양방향 AC/DC 변환기(530)와 양방향 DC/DC 변환기(540)로 구성된다. The charge / discharge circuit unit 231c includes a
변압기(600)는 셀 측 변환기(510, 520)와 전원 측 변환기(530, 540) 사이에 위치하여 전원과 셀을 절연한다.The
전원 측 변환기(530, 540)의 일측은 충방전 전원 단자(273, 274)에 연결되고, 다른 일측은 변압기(600)에 연결된다.One side of the
셀 측 변환기(510, 520)의 일측은 변압기(600)에 연결되고, 다른 일측은 셀(210)로 연결된다.One side of the
스위치(400)는 셀(210)과 양방향 DC/DC 변환기(510) 사이에 위치할 수 있다.The
충방전 제어부(233)는 스위치(400), 셀 측 변환기(510, 520), 전원 측 변환기(530, 540)를 제어하여 셀(210)을 충전 및 방전시킨다. 충방전 제어부(233)는 무선 통신 모듈(235)로부터 전달된 제어 신호를 기초로 제어할 수 있다. 이때, 무선 통신 모듈(235)은 무선 배터리 관리 장치(300)로부터 제어 신호를 수신한다.The charge /
도 6과 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리팩의 회로도이다.6 and 7 are circuit diagrams of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 6과 도 7을 참고하면, 배터리팩(100a, 100b)은 복수의 셀모듈(200)을 포함한다. 배터리팩(100a, 100b)은 스위치(750, 760), 무선 스위치 제어장치(770), 그리고 파워 서플라이(power supply)(780)를 더 포함한다. 6 and 7, the battery packs 100a and 100b include a plurality of
복수의 셀모듈(200)은 직렬로 연결되어 셀모듈스택을 형성한다. 셀모듈스택의 양극은 배터리팩 양극 단자(710)에 연결되고, 셀모듈스택의 음극은 배터리팩 음극 단자(720)에 연결된다. The plurality of
복수의 셀모듈(200)은 병렬로 개별 충전을 위한 충방전 전원 단자에 연결된다. 이때, 도 6과 같이, 각 셀모듈(200)은 충방전 전원 단자가 배터리팩 양극 단자(710)와 배터리팩 음극 단자(720)에 연결될 수 있다. 또는 도 7과 같이, 각 셀모듈(200)은 별도의 충방전 전원 단자(730, 740)에 연결될 수 있다.The plurality of
스위치(750)는 셀모듈스택과 배터리팩 양극 단자(710)/배터리팩 음극 단자(720)를 연결하거나 차단한다. The
스위치(760)는 셀모듈과 충방전 전원 단자(730, 740)를 연결하거나 차단한다.The
무선 스위치 제어장치(770)는 무선 배터리 관리 장치(300)와 무선 통신한다. 무선 스위치 제어장치(770)는 무선 배터리 관리 장치(300)의 제어 신호에 따라 스위치(750, 760)의 온오프를 제어한다. 무선 배터리 관리 장치(300)는 각 셀모듈(200)로부터 셀의 상태 정보를 수집한다. 무선 배터리 관리 장치(300)는 각 셀의 상태 정보를 기초로 스위치(750, 760)를 제어한다. The
예를 들어, 무선 배터리 관리 장치(300)가 외부 충전기로 충전하는 경우, 무선 스위치 제어장치(770)는 셀모듈(200)들의 전압이 기준 전압에 도달하는지 모니터링한다. 기준 전압에 도달하면, 무선 배터리 관리 장치(300)는 스위치(750)를 열어, 외부 충전기에 의한 급속 충전을 차단한다. 그리고 무선 배터리 관리 장치(300)는 스위치(760)를 닫아 각 셀모듈(200)의 충방전 회로부(231)를 이용해 개별적으로 CC/CV 방식의 만충전을 수행한다. 여기서 기준 전압은 사용하는 셀에 따라 다르나, 리튬 폴리머 전지의 경우 4.1V 정도일 수 있다. 이때 무선 배터리 관리 장치(300)는 셀 용량의 90% 내지 95% 정도를 급속 충전하고, 나머지 용량을 각 셀모듈의 충방전 회로부(231)를 통해 개별적으로 CC/CV 충전할 수 있다.For example, when the wireless
배터리팩(100a, 100b)은 파워 서플라이(780)로의 전원을 연결하거나 차단하는 시스템 스위치(790)를 더 포함할 수 있다. 시스템 스위치(790)가 닫히면 파워 서플라이(780)로 전원이 공급되어 무선 스위치 제어장치(770)가 동작한다. 그리고 시스템 스위치(790)가 열리면 파워 서플라이(780)로 전원을 차단하여 배터리팩(100)에서의 소비 전력을 줄일 수 있다.The battery packs 100a and 100b may further include a
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 블록도이다.8 is a block diagram of a battery energy storage device according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 배터리 에너지 저장장치(1000)는 복수의 배터리팩 (1100-1, 1100-2, ..., 1100-M), 복수의 배터리팩(1100-1, 1100-2, ..., 1100-M)의 충전 및 방전을 제어하는 복수의 슬레이브(slave) 무선 배터리 관리 장치(1200-1, 1200-2, ..., 1200-M), 그리고 마스터 무선 배터리 관리 장치(1300)를 포함한다. Referring to FIG. 8, the battery
마스터 무선 배터리 관리 장치(1300)는 슬레이브 무선 배터리 관리 장치(1200-1, 1200-2, ..., 1200-M)로 제어 신호를 전송하거나 각종 상태 정보를 수신한다. 이때, 마스터 무선 배터리 관리 장치(1300)와 슬레이브 무선 배터리 관리 장치(1200-1, 1200-2, ..., 1200-M)는 무선 통신한다. 각 슬레이브 무선 배터리 관리 장치는 고유의 식별 정보를 가지고 있어서, 마스터 무선 배터리 관리 장치(1300)는 식별 정보를 기초로 복수의 슬레이브 무선 배터리 관리 장치를 구분할 수 있다.The master wireless
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 조립도이다.9 is an assembly view of a cell module according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 셀모듈(200)은 다양한 형태로 제작될 수 있다.Referring to FIG. 9, the
예를 들면, 셀모듈(200)은 셀(210)이 들어있는 부분과 회로부(230)가 들어 있는 케이스로 구성될 수 있다.For example, the
회로부(230)의 외부에는 외부 연결을 위한 단자(271, 272, 273, 274)가 노출되어 있다. 그리고, 회로부(230)의 외부에는 무선 통신 모듈(235)의 안테나(250)가 노출되어 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리팩의 조립도이다.10 is an assembly view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참고하면, 배터리팩(100)은 복수의 셀모듈(200)이 적층되어 조립된다. Referring to FIG. 10, the
복수의 셀모듈(200)은 직렬로 양극 단자(271)와 음극 단자(272)에 연결된다. 복수의 셀모듈(200)은 병렬로 충방전 전원 단자(273, 274)에 연결된다.The plurality of
이때, 양극 단자(271)와 음극 단자(272)로의 직렬 연결을 쉽게 하기 위해, 위아래로 적층되는 셀모듈(200)의 음극과 양극의 위치를 반대로 하여 쌓을 수 있다. 또는 음극과 양극의 위치가 반대인 제1종류의 셀모듈(200)과 제2종류의 셀모듈(200)을 제작할 수 있다.In this case, in order to facilitate the series connection between the
이상에서, 충전 및 방전을 예로 들어 설명했으나, 무선 배터리 관리 장치는 셀모듈이나 배터리팩과 무선 통신하면서 셀포메이션(cell formation)할 수 있다.In the above, the charging and discharging has been described as an example, but the wireless battery management apparatus may perform cell formation while wirelessly communicating with the cell module or the battery pack.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 무선으로 배터리 관리 장치와 배터리팩이 통신하므로, 복잡한 배선을 줄일 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 배터리팩을 쉽게 조립할 수 있고, 단전지모듈을 쉽게 교환할 수 있다. As such, according to the embodiment of the present invention, since the battery management apparatus and the battery pack communicate wirelessly, complicated wiring can be reduced. In addition, according to the embodiment of the present invention, the battery pack can be easily assembled, and the unit cell module can be easily replaced.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
Claims (10)
무선 전송된 제1 제어 신호를 수신하고, 상기 제1 제어 신호를 기초로 셀을 개별 충전하거나 방전하는 셀모듈, 그리고
상기 셀모듈로부터 무선 전송된 상기 셀의 상태 정보를 수신하고, 수신한 상태 정보를 기초로 상기 제1 제어 신호를 생성하고, 생성한 제1 제어 신호를 상기 셀모듈로 무선 전송하는 배터리 관리 장치
를 포함하는 배터리 에너지 저장장치.A battery energy storage device that controls charging and discharging by a wireless control method.
A cell module configured to receive a first control signal transmitted wirelessly and individually charge or discharge a cell based on the first control signal; and
A battery management apparatus for receiving state information of the cell wirelessly transmitted from the cell module, generating the first control signal based on the received state information, and wirelessly transmitting the generated first control signal to the cell module.
Battery energy storage device comprising a.
상기 셀모듈은
에너지가 저장되는 상기 셀,
상기 배터리 관리 장치와 무선 통신하여 상기 제1 제어 신호를 수신하는 무선 통신 모듈,
제2 제어 신호를 기초로 충방전 전원 단자로 입력된 에너지를 상기 셀로 전달하고, 제3 제어 신호를 기초로 상기 셀에 저장된 에너지를 상기 충방전 전원 단자로 전달하는 충방전 회로부, 그리고
상기 무선 통신 모듈로부터 상기 제1 제어 신호를 입력받고, 상기 제1 제어 신호를 기초로 상기 제2 제어 신호와 상기 제3 제어 신호 중 어느 하나를 생성하여 상기 충방전 회로부를 제어하는 충방전 제어부
를 포함하는 배터리 에너지 저장장치.In claim 1,
The cell module
The cell in which energy is stored,
A wireless communication module which wirelessly communicates with the battery management device to receive the first control signal;
A charge / discharge circuit unit configured to transfer energy input to a charge / discharge power supply terminal to the cell based on a second control signal, and to transfer energy stored in the cell to the charge / discharge power supply terminal based on a third control signal;
A charge / discharge controller configured to receive the first control signal from the wireless communication module and generate one of the second control signal and the third control signal based on the first control signal to control the charge / discharge circuit unit;
Battery energy storage device comprising a.
상기 충방전 제어부는
상기 셀의 상태 정보를 수집하고, 수집한 상태 정보를 상기 무선 통신 모듈을 통해 상기 배터리 관리 장치로 전송하는 배터리 에너지 저장장치.3. The method of claim 2,
The charge and discharge control unit
Collecting state information of the cell, and transmits the collected state information to the battery management device through the wireless communication module.
상기 충방전 회로부는 DC/DC 변환기를 포함하며,
상기 DC/DC 변환기의 일측은 상기 셀로 연결되고, 상기 DC/DC 변환기의 다른 일측은 상기 충방전 전원 단자에 연결되는 배터리 에너지 저장장치.3. The method of claim 2,
The charge and discharge circuit portion includes a DC / DC converter,
One side of the DC / DC converter is connected to the cell, and the other side of the DC / DC converter is connected to the charge / discharge power terminal.
상기 충방전 회로부는 양방향 DC/DC 변환기, 양방향 DC/AC 변환기, 그리고 변압기를 포함하며,
상기 양방향 DC/DC 변환기의 일측은 상기 셀로 연결되고, 상기 양방향 DC/DC 변환기의 다른 일측은 상기 양방향 DC/AC 변환기의 일측에 연결되며,
상기 양방향 DC/AC 변환기의 다른 일측은 상기 변압기의 일측에 연결되고, 상기 변압기의 다른 일측은 상기 충방전 전원 단자에 연결되는 배터리 에너지 저장장치.3. The method of claim 2,
The charging and discharging circuit unit includes a bidirectional DC / DC converter, a bidirectional DC / AC converter, and a transformer,
One side of the bidirectional DC / DC converter is connected to the cell, the other side of the bidirectional DC / DC converter is connected to one side of the bidirectional DC / AC converter,
And the other side of the bidirectional DC / AC converter is connected to one side of the transformer, and the other side of the transformer is connected to the charge / discharge power terminal.
상기 충방전 회로부는 상기 변압기와 상기 충방전 전원 단자 사이에 양방향 AC/DC 변환기와 양방향 DC/DC 변환기를 더 포함하는 배터리 에너지 저장장치.The method of claim 5,
The charge / discharge circuit unit further includes a bidirectional AC / DC converter and a bidirectional DC / DC converter between the transformer and the charge / discharge power supply terminal.
무선 전송된 적어도 하나의 제어 신호를 기초로 복수 셀모듈의 셀을 충전하거나 방전하는 배터리팩, 그리고
각 셀모듈로부터 무선 전송된 각 셀의 상태 정보를 수신하고, 수신한 상태 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 생성한 적어도 하나의 제어 신호를 상기 배터리팩으로 무선 전송하는 배터리 관리 장치를 포함하며,
상기 배터리팩은
복수 셀모듈의 셀이 직렬로 연결된 셀모듈스택,
상기 셀모듈스택의 양극과 상기 배터리팩 양극 단자 사이에 위치하는 제1 스위치,
각 셀모듈의 개별 충전 및 방전을 위한 전원 단자와 각 셀모듈 사이에 위치하는 제2 스위치, 그리고
상기 배터리 관리 장치가 무선 전송한 제어 신호 중 제1 제어 신호를 기초로 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 제어하는 무선 스위치 제어장치를 포함하는 배터리 에너지 저장장치.A battery energy storage device that controls charging and discharging by a wireless control method.
A battery pack for charging or discharging cells of a plurality of cell modules based on at least one control signal transmitted wirelessly;
Battery management for receiving the state information of each cell wirelessly transmitted from each cell module, generating the at least one control signal based on the received state information, and wirelessly transmitting the generated at least one control signal to the battery pack. Device,
The battery pack
A cell module stack in which cells of a plurality of cell modules are connected in series;
A first switch located between the positive electrode of the cell module stack and the positive electrode terminal of the battery pack;
A power switch for individual charging and discharging of each cell module and a second switch located between each cell module, and
And a wireless switch controller configured to control the first switch and the second switch based on a first control signal among control signals wirelessly transmitted by the battery management device.
상기 배터리 관리 장치는
상기 배터리팩 양극 단자와 배터리팩 음극 단자에 연결된 외부 충전기를 이용해 충전하는 경우, 상기 제1 스위치를 닫아 복수 셀모듈을 급속 충전하고, 각 셀모듈로부터 무선 전송된 각 셀의 상태 정보를 기초로 복수 셀모듈의 전압이 기준 전압에 도달하는 지 모니터링하며, 기준 전압에 도달하면, 각 셀모듈을 개별적으로 충전하도록 하는 상기 제1 제어 신호를 생성하여 상기 무선 스위치 제어장치로 전송하는 배터리 에너지 저장장치.In claim 7,
The battery management device
When charging using an external charger connected to the battery pack positive terminal and the negative terminal of the battery pack, the first switch is closed to rapidly charge the plurality of cell modules, and the plurality of cells are based on the state information of each cell wirelessly transmitted from each cell module. And monitoring whether the voltage of the cell module reaches a reference voltage, and when the reference voltage is reached, generates the first control signal for charging each cell module individually and transmits the first control signal to the wireless switch controller.
상기 제1 제어 신호는 상기 제1 스위치를 열고, 상기 제2 스위치를 닫도록 명령하는 신호인 배터리 에너지 저장장치.9. The method of claim 8,
And the first control signal is a signal instructing to open the first switch and close the second switch.
각 셀모듈은
에너지가 저장되는 셀,
상기 배터리 관리 장치와 무선 통신하여 상기 배터리 관리 장치가 무선 전송한 제어 신호 중 제2 제어 신호를 수신하는 무선 통신 모듈,
제3 제어 신호를 기초로 충방전 전원 단자로 입력된 에너지를 셀로 전달하고, 제4 제어 신호를 기초로 셀에 저장된 에너지를 상기 충방전 전원 단자로 전달하는 충방전 회로부, 그리고
상기 무선 통신 모듈로부터 상기 제2 제어 신호를 입력받고, 상기 제2 제어 신호를 기초로 상기 제3 제어 신호와 상기 제4 제어 신호 중 어느 하나를 생성하여 상기 충방전 회로부를 제어하는 충방전 제어부
를 포함하는 배터리 에너지 저장장치.In claim 7,
Each cell module
Cells where energy is stored,
A wireless communication module configured to wirelessly communicate with the battery management device to receive a second control signal among control signals wirelessly transmitted by the battery management device;
A charge / discharge circuit unit configured to transfer energy input to the charge / discharge power supply terminal to the cell based on a third control signal, and to transfer energy stored in the cell to the charge / discharge power supply terminal based on the fourth control signal;
A charge / discharge control unit configured to receive the second control signal from the wireless communication module and generate one of the third control signal and the fourth control signal based on the second control signal to control the charge / discharge circuit unit;
Battery energy storage device comprising a.
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