KR20130128153A - 에너지 저장장치 및 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치 및 그 동작방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치는, 적어도 하나의 배터리팩이 탈착 또는 부착되는 접속부와, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하는 전력 변환부와, 충전 모드인 경우, 전력 변환부에서 변환된 직류 전원이 접속부에 부착되는 제1 배터리팩에 충전되도록 스위칭하는 스위칭부와, 제1 배터리팩이 부착된 상태에서, 접속부에 제2 배터리팩이 부착되는 경우, 제1 배터리팩 및 제2 배터리팩과의 전기적 연결을 오프시키도록 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함한다. 배터리팩의 탈착 또는 부착시의 돌입 전류를 저감할 수 있게 된다.

Description

에너지 저장장치 및 그 동작방법{Energy storage device and method for controlling the same}
본 발명은 에너지 저장장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배터리팩의 탈착 또는 부착시의 돌입 전류를 저감할 수 있는 에너지 저장장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 태양광, 풍력,소수력 등을 이용한 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
신재생 에너지를 이용하여, 에너지를 공급하거나 에너지를 저장할 필요가 있으며, 이에 따라, 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 장치가 사용되게 된다.
본 발명의 목적은, 배터리팩의 탈착 또는 부착시의 돌입 전류를 저감할 수 있는 에너지 저장장치 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치는, 적어도 하나의 배터리팩이 탈착 또는 부착되는 접속부와, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하는 전력 변환부와, 충전 모드인 경우, 전력 변환부에서 변환된 직류 전원이 접속부에 부착되는 제1 배터리팩에 충전되도록 스위칭하는 스위칭부와, 제1 배터리팩이 부착된 상태에서, 접속부에 제2 배터리팩이 부착되는 경우, 제1 배터리팩 및 제2 배터리팩과의 전기적 연결을 오프시키도록 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법은, 적어도 하나의 배터리팩이 탈착 또는 부착 가능한 에너지 저장장치의 동작방법으로서, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하는 단계와, 변환된 직류 전원을 에너지 저장장치에 부착된 제1 배터리팩에 충전하는 단계와, 에너지 저장장치에 제2 배터리팩이 부착되는 경우, 에너지 저장장치와, 제1 배터리팩 및 제2 배터리팩의 전기적 연결을 오프시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법은, 적어도 하나의 배터리팩이 탈착 또는 부착 가능한 에너지 저장장치의 동작방법으로서, 에너지 저장장치에 부착된 제1 배터리팩으로부터 직류 전원을 공급받는 단계와, 제1 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 변환하여 외부로 출력하는 단계와, 에너지 저장장치에 제2 배터리팩이 부착되는 경우, 에너지 저장장치와, 제1 배터리팩 및 제2 배터리팩의 전기적 연결을 오프시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장장치에 배터리팩이 탈착되거나 부착되는 경우, 에너지 저장장치의 동작모드에 관계 없이, 일단, 에너지 저장장치에 부착되는 모든 배터리팩과의 전기적 연결을 오프시킴으로써, 에너지 저장장치로 또는 배터리팩으로의 돌입 전류를 저감할 수 있게 된다. 이에 따라, 에너지 저장장치 내의 회로 소자의 안정성이 향상되게 된다.
한편, 스위칭부의 오프 기간이, 부착된 배터리팩의 개수가 많을수록, 더 길어지도록 설정함으로써, 에너지 저장장치 내의 회로 소자의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 에너지 저장장치에 배터리팩 부착시의 제1 오프 기간과, 탈착시의 제2 오프 기간을 달리 설정함으로써, 에너지 저장장치의 동작을 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
한편, 부착되는 배터리팩의 직류 전원 레벨에 따라 전원 밸런싱을 수행하므로써, 에너지 저장장치의 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 공급 시스템 구성도의 일예이다.
도 2는 도 1의 에너지 저장장치의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 에너지 저장장치에 배터리팩의 부착을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 1의 에너지 저장장치의 다른 예를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4의 에너지 저장장치에 배터리팩의 부착을 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 1의 에너지 저장장치의 블록도이다.
도 7은 도 6의 에너지 저장장치의 회로도를 간략히 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 배터리팩의 내부 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 10a 내지 도 11은 도 9의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 13a 내지 도 14는 도 12의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 공급 시스템 구성도의 일예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 공급 시스템(10)은, 태양광 기반의 에너지 공급 시스템일 수 있다. 이에 따라, 에너지 공급 시스템은, 태양광 모듈(photovaltic module)(20), dc/dc 컨버터(30), 양방향 dc/ac 컨버터(40), 및 에너지 저장장치(Energy storage device)(100)을 포함할 수 있다.
태양광 모듈(20)은, 태양광을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 이를 위해, 태양광 모듈(20)은, 태양전지 모듈(미도시), 태양전지 모듈의 일면에 위치하는 정션 박스(미도시)를 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지 모듈은, 복수의 태양 전지(미도시)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(미도시)와 제2 밀봉재(미도시), 제1 밀봉재의 하면에 위치하는 후면 기판(미도시) 및 제2 밀봉재의 상면에 위치하는 전면 기판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다.
그리고, 각 태양전지는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
dc/dc 컨버터(30)는, 태양광 모듈(20)에서 출력되는 직류 전원의 레벨을 변환하여 출력한다.
이를 위해, dc/dc 컨버터(30)는, 스위칭 소자, 및 에너지 저장 소자(예를 들어, 인덕터, 커패시터 등)을 구비하고, 스위칭 동작에 의해, 출력되는 직류 전원의 레벨을 변환하여 출력할 수 있다.
예를 들어, dc/dc 컨버터(30)는, 벅 컨버터(buck converter), 플라이백 컨버터(flyback converter), 부스트 컨버터(boost converter), 포워드 컨버터(forward converter) 등이 가능하며, 이들의 조합(예를 들어, Cascaded Buck-Boost Converter 등)도 가능하다.
한편, dc/dc 컨버터(30)는, 태양광 모듈(20)로부터 최대 전력이 출력되도록, 최대 전력 검출 알고리즘에 따라, 동작할 수 있다. 예를 들어, 태양광 모듈(20) 개방 전압(Voc)을 최대전압(V1)에서부터 감소시키면서, 각 전압 별, 전력을 연산하고, 연산된 전이 최대 전력이 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
양방향 dc/ac 컨버터(40)는, dc/dc 컨버터(30)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 계통(50)에 공급하거나, 계통(grid)(50)으로부터의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 dc 단(a-b) 또는 dc/dc 컨버터(30)로 공급할 수 있다.
이를 위해, 양방향 dc/ac 컨버터(40)는, 복수의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
예를 들어, 양방향 dc/ac 컨버터(40)가 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)로 구현되는 경우, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자 및 하암 스위칭 소자가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 각 스위칭 소자에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
양방향 dc/ac 컨버터(40)는, 계통(grid)(50)으로 교류 전원을 공급하기 위해, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz), 및 위상을 가지도록 제어하는 것이 바람직하다.
에너지 저장장치(100)는, 계통(grid)(50)으로부터의 교류 전원, 또는 dc/dc 컨버터(30)의 출력 직류 전원 또는 dc 단(a-b) 직류 전원을 입력받아, 저장할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치(100)는, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여, dc 단(a-b)에 공급하거나, 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 계통(grid)(50)으로 공급할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(100)는, 다양한 레벨의 직류 전원의 저장 등을 위해, 복수의 배터리팩이 탈착 또는 부착가능한 것이 바람직하다.
이를 위해, 에너지 저장장치(100)는, 전력 변환부, 제어부, 배터리팩 등을 구비할 수 있다.
전력 변환부는, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하거나, 입력되는 직류 전원의 레벨을 변환할 수 있다. 이에 따라, 변환된 직류 전원은, 배터리팩으로 전달된다.
한편, 전력 변환부는, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 레벨 변환하거나, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
제어부는, 에너지 저장장치의 전반적인 동작을 제어한다.
다음, 배터리팩은, 복수의 배터리셀을 포함하며, 에너지 저장장치(100)의 부착 또는 탈착될 수 있다.
에너지 저장장치(100)에 대해서는, 도 6 등을 참조하여 후술하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 에너지 저장장치(100)는, 태양광 기반의 에너지 공급 시스템 외에, 다양한 분야에서 사용되는 것이 가능하다. 예를 들어, 풍력, 소수력 등을 이용한 신재생 에너지 공급 시스템에서 사용되는 것이 가능하다. 다른 예로, 하이브리드 전기 자동차(HEV), 또는 전기 자동차(EV) 등, 직류 전원이 사용되는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치(100)가 에너지 저장을 위해, 사용되는 것도 가능하다.
도 2는 도 1의 에너지 저장장치의 일 예를 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 에너지 저장장치에 배터리팩의 부착을 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장장치(100)는, 육면체 형상으로서 일면에 개구된 케이스(110)와, 각 배터리팩의 접속 단자와, 결합하는, 접속부(130)를 구비할 수 있다.
케이스(110)는, ㄷ자 일체형 구조로서, 개구가 에너지 저장장치(100)의 우측면(105)에, 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리팩들(400a,...,400e)은, 에너지 저장장치(100)의 우측면(105)에, 결합될 수 있게 된다.
접속부(130)는, 각 배터리팩들(400a,...,400e)의 접속 단자들과 결합하도록, 힌지 구조로 형성될 수 있다.
도 3에서는, 제2 배터리팩(400b)의 정극성 전원 단자(431a), 부극성 전원 단자(431b), 및 제어신호 단자(431c) 등과 결합하도록, 제2 정극성 전원 접속부(131a), 부극성 전원 접속부(131b), 및 제어신호 접속부(131c)가, 힌지 구조로 형성되는 것을 예시한다.
한편, 각 배터리팩들(400a,...,400e)을 에너지 저장장치(100)와 용이하게 탈착 또는 부착시키기 위해, 각 배터리팩들(400a,...,400e)의 전면에, 손잡이가 형성되는 것이 바람직하다. 도 3에서는, 제2 배터리팩(400b)에 손잡이(415a,415b)가 형성되는 것을 예시한다.
한편, 도 3은, 제1 배터리팩(400a)이 에너지 저장장치(100)의 우측면(105)의 최하단에 부착된 상태에서, 제2 배터리팩(400b)이 제1 배터리팩(400a) 상에, 부착되는 것을 예시한다.
사용자가 제2 배터리팩(400b)의 손잡이(415a,415b)를 잡고, 에너지 저장장치(100)의 우측면(105)으로, 제2 배터리팩(400b)을 밀어 넣는 경우, 제2 배터리팩(400b)의 정극성 전원 단자(431a), 부극성 전원 단자(431b), 및 제어신호 단자(431c)는, 에너지 저장장치(100)의 정극성 전원 접속부(131b), 부극성 전원 접속부(131b), 및 제어신호 접속부(131b)에 결합된다.
한편, 도 2에서는, 에너지 저장장치(100)의 우측면에, 5개의 배터리팩(400a,...,400e)이 에너지 저장장치(100)에 결합가능한 것을 예시하나, 이와 달리 다양한 개수의 설정이 가능하다.
한편, 에너지 저장장치(100) 내부에는 도 6 또는 도 7의 내부 회로들이 배치되므로, 에너지 저장장치(100)의 폭(W2)이 배터리팩의 폭(W1) 보다 더 큰 것이 바람직하다.
한편, 도 3에서는, 제1 배터리팩(400a)의 바로 위에, 제2 배터리팩(400b)이 부착되는 것을 예시하나, 이와 달리, 제1 배터리팩(400a)이 에너지 저장장치(100)의 측면 중 최하단에 결합된 상태에서, 제2 배터리팩(400b)이 제1 배터리팩(400a)와 이격되어, 결합되는 것도 가능하다.
이에 따라, 제2 배터리팩(400b)이 제1 배터리팩(400a) 사이에는, 빈 공간이 형성되므로, 에너지 저장장치(100)의 측면에, 빈 공간을 지지하기 위한, 지지부재(미도시)가 결합되는 것도 가능하다. 이러한 지지부재는, 배터리팩과 동일한 크기 및 형상을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 손잡이 형상, 각 접속 단장에 대응하는 돌출부를 구비할 수 있다. 이러한 지지부재는, 에너지 저장장치(100)의 측면에, 결합되지 않은 배터리팩 대신에, 결합되는 것도 가능하다.
도 4는 도 1의 에너지 저장장치의 다른 예를 보여주는 사시도이고, 도 5는 도 4의 에너지 저장장치에 배터리팩의 부착을 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하면, 도 4의 에너지 저장장치의 외관은, 도 2의 에너지 저장장치의 외관과 유사하나, 도 4의 에너지 저장장치의 케이스(110) 내에, 배터리팩을 구획하는 격벽들(120a,120b,120c,120d)이 배치되는 것에 그 차이가 있다.
이러한 격벽들(120a,120b,120c,120d)은, 각 배터리팩들(400a,...,400e)이 에너지 저장 장치의 우측면에 부착되도록, 가이드하는 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 이러한 격벽들(120a,120b,120c,120d)은, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 각 배터리팩들(400a,...,400e)을 보호할 수 있게 된다.
도 6은 도 1의 에너지 저장장치의 블록도이고, 도 7은 도 6의 에너지 저장장치의 회로도를 간략히 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 에너지 저장장치(100)는, 전력 변환부(310), 제어부(320), 스위칭부(330), 탈부착 감지부(340), 제1 접속부(130), 제2 접속부(305), 탈부착 가능한 배터리팩(400)을 포함할 수 있다.
제2 접속부(305)는, 교류 전원 단자(305a)와 직류 전원 단자(305b)를 구비할 수 있다.
교류 전원 단자(305a)는, 도 1의 에너지 공급 시스템 하에서의, 계통(grid)(50)으로부터의 교류 전원을 입력받거나, 계통으로 에너지 저장장치(100)에서 변환된 교류 전원을 출력할 수 있다.
직류 전원 단자(305b)는, dc/dc 컨버터(30)의 출력 직류 전원 또는 dc 단(a-b) 직류 전원을 입력받거나, dc 단(a-b)으로 에너지 저장장치(100)에서 변환된 직류 전원을 출력할 수 있다.
전력 변환부(310)는, 제2 접속부(305)를 통해 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하거나, 입력되는 직류 전원의 레벨을 변환할 수 있다. 그리고, 변환된 직류 전원은, 스위칭부(330)와 제1 접속부(130)를 거쳐, 배터리팩(400)으로 전달될 수 있다.
한편, 전력 변환부(310)는, 입력되는 직류 전원의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터, 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환 양방향 dc/ac 컨버터를 구비할 수 있다.
한편, 전력 변환부(310)는, 배터리팩(400)에 저장된 직류 전원을 레벨 변환하거나, 교류 전원으로 변환할 수 있다. 그리고, 변환된 직류 전원 또는 교류 전원은, 제2 접속부(3050)를 거쳐, 상술한 dc단 또는 계통으로 전달될 수 있다.
스위칭부(330)는, 전력 변환부(310)와 제1 접속부(130) 사이에 배치되어, 스위칭 동작을 수행한다. 이에 따라, 스위칭부(330)는, 전력 변환부(310)로부터의 직류 전원을 제1 접속부(130)로 공급하거나, 제1 접속부(130)로부터의 직류 전원을 전력 변환부(310)로 공급할 수 있다.
한편, 스위칭부(330)는, 착탈 가능한 배터리팩(400)의 개수에 대응하여, 스위칭 소자를 구비할 수 있다.
도면에서는, 제1 배터리팩(400a)에 대응하는 제1 스위칭 소자(330a)와, 제2 배터리팩(400b)에 대응하는 제1 스위칭 소자(330b)를 예시하나, 그 외, 제3 내지 제5 배터리팩(400c,400d,400e)에 대응하는 제3 내지 제5 스위칭 소자(330c,330d,330e)를 더 구비할 수 있다.
탈부착 감지부(340)는, 배터리팩(400)의 탈착 또는 부착을 감지한다. 탈부착 감지부(340)는, 착탈 가능한 배터리팩(400)의 개수에 대응하여, 탈부착 감지수단(340a,340b,...)을 구비할 수 있다.
탈부착 감지수단(340a,340b,...)은, 각각의 정극성 전원 접속부(132a,132b,...)와 부극성 전원 접속부(134a,134b,...) 사이의 전원을 감지할 수 있다. 한편, 전원 검출을 위해, 저항 소자 등이 사용될 수 있다.
구체적으로, 각 배터리팩(400a,400b,...)이 부착되는 경우, 정극성 전원 접속부(132a,132b,...)와 부극성 전원 접속부(134a,134b,...) 사이의 전위차는, 각 배터리팩(400a,400b,...)이 저장하고 있는 직류 전원에 대응하게 된다. 탈부착 감지수단(340a,340b,...)은, 이 전위차를 감지하여, 각 배터리팩(400a,400b,...)의 탈착 또는 부착 여부를 감지한다.
예를 들어, 제1 배터리팩(400a)이 부착되는 경우, 제1 정극성 전원 접속부(132a)와 제1 부극성 전원 접속부(134a) 사이의 전위차는, 제1 배터리팩(400a)에 저장되 직류 전원에 대응한다. 제1 탈부착 감지수단(340a)은 이를 감지하고, 직류 전원 레벨이 소정 레벨 이상인 경우, 부착으로 감지할 수 있다.
다른 예로, 제1 배터리팩(400a)이 탈착되는 경우, 제1 정극성 전원 접속부(132a)와 제1 부극성 전원 접속부(134a) 사이의 전위차는, 0V에 대응할 수 있다. 제1 탈부착 감지수단(340a)은 이를 감지하고, 직류 전원 레벨이 소정 레벨 미만 경우, 탈착으로 감지할 수 있다.
한편, 탈부착 감지수단(340a,340b,...)은, 각각의 정극성 전원 접속부(132a,132b,...)와 부극성 전원 접속부(134a,134b,...) 사이에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 한편, 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
예를 들어, 제1 배터리팩(400a)이 부착되는 경우, 제1 정극성 전원 접속부(132a)와 제1 부극성 전원 접속부(134a) 사이에 페루프(closed loop)가 형성되어 전류가 흐를 수 있다. 제1 탈부착 감지수단(340a)은 이를 감지하고, 직류 전류 레벨이 소정 레벨 이상인 경우, 부착으로 감지할 수 있다.
다른 예로, 제1 배터리팩(400a)이 탈착되는 경우, 제1 정극성 전원 접속부(132a)와 제1 부극성 전원 접속부(134a) 사이에 개루프(opeen loop)가 형성되어 전류가 흐르지 않게 된다. 즉, 해당 전류는 0A에 대응할 수 있다. 제1 탈부착 감지수단(340a)은 이를 감지하고, 직류 전류 레벨이 소정 레벨 미만 경우, 탈착으로 감지할 수 있다.
한편, 탈부착 감지수단(340a,340b,...)에서 각각 감지된 전원 또는 전류는 제어부(320)에 전달될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 제2 접속부(305)에서 공급되는 교류 전원을 감지하는 교류 전원 감지부(미도시)와, 제2 접속부(305)에서 공급되는 직류 전원을 감지하는 직류 전원 감지부(미도시)를 더 구비할 수 있다.
예를 들어, 교류 전원 감지부(미도시)는, 제2 접속부(305)의 교류 단자(305a) 사이의 전원 또는 전류를 감지할 수 있다. 다른 예로, 직류 전원 감지부(미도시)는, 제2 접속부(305)의 직류 전원 단자(305b) 사이의 전원 또는 전류를 감지할 수 있다. 한편, 감지된 전원 또는 전류는 제어부(320)에 전달될 수 있다.
제어부(320)는, 에너지 저장장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
구체적으로, 제어부(320)는, 외부로부터 입력되는 직류 전원 또는 교류 전원을 배터리팩(400)으로 저장하도록 제어하거나, 배터리팩(400)에 저장된 직류 전원을 외부로 출력하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(320)는, 배터리팩(400)을 충전 모드 또는 방전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 제어부(320)는, 제2 접속부(305) 또는 전력 변환부(310)의 출력단에서 감지된 교류 전원 레벨 또는 직류 전원 레벨을 입력받을 수 있다. 또한, 탈부착 감지부(340)에서 감지된 배터리팩(400)의 탈착 또는 부착 여부 신호를 입력받을 수 있다. 또한, 배터리팩(400)이 탈착되는 경우, 해당 배터리팩(400)에 저장된 직류 전원 레벨을 입력받을 수 있다.
그리고, 제어부(320)는, 제2 접속부(305) 또는 전력 변환부(310)의 출력단에서 감지된 전원 레벨 보다, 배터리팩(400)에 저장된 직류 전원 레벨이 더 큰 경우, 배터리팩(400)의 직류 전원을 외부로 출력하도록, 즉, 에너지 저장장치(100)가 방전 모드로 동작하도록, 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자를 턴 온시킬 수 있다.
한편, 제어부(320)는, 제2 접속부(305) 또는 전력 변환부(310)의 출력단에서 감지된 전원 레벨 보다, 배터리팩(400)에 저장된 직류 전원 레벨이 작은 큰 경우, 배터리팩(400)으로 외부로부터의 전원이 공급되도록, 즉, 에너지 저장장치(100)가 충전 모드로 동작하도록, 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부(320)는, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자를 턴 온시킬 수 있다.
한편, 제어부(320)는, 복수의 배터리팩이 에너지 저장장치(100)에 부착된 경우, 각 배터리팩에 저장된 직류 전원 레벨을 입력받아, 각 배터리팩 사이에, 전원 밸런싱이 수행되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(320)는, 제1 배터리팩(400a)과 제2 배터리팩(400b)이, 각각 에너지 저장장치(100)에 부착된 경우, 제1 배터리팩(400a)과 제2 배터리팩(400b)의 각각 감지된 직류 전원 레벨을 입력받을 수 있다. 그리고, 각 감지된 직류 전원 레벨을 비교하여, 전원 밸런싱이 되도록, 제1 배터리팩(400a)과 제2 배터리팩(400b) 중 어느 하나는 충전 모드로 동작하고, 다른 하나는 방전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(320)는, 제1 배터리팩(400a)의 직류 전원 레벨이, 제2 배터리팩(400b)의 직류 전원 레벨 보다 큰 경우, 제1 배터리팩(400a)을 방전 모드로 동작시키고, 제2 배터리팩(400b)을 충전 모드로 동작시켜, 각 배터리팩(400a,400b)에 동일한 직류 전원이 저장되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(320)는, 스위칭부(330) 내의 제1 및 제2 스위칭 소자의 결선 관계를 변경할 수 있다.
한편, 제어부(320)는, 탈부착 감지부(340)에서 감지된 배터리팩(400)의 탈착 또는 부착 여부 신호를 입력받을 수 있다. 그리고, 배터리팩(400)이 부착되는 경우, 바로 스위칭부(330)의 동작을 제어하여, 해당 스위칭 소자가 턴 오프되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 배터리팩(400)이 에너지 저장장치(100)에 부착되는 경우, 에너지 저장장치(100) 내부에, 갑작스럽게 돌입 전류(inrush curremt)가 발생하여, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자들을 소손시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명의 실시예에서는, 배터리팩(400)이 에너지 저장장치(100)에 부착되는 경우, 제어부(320)는, 제1 오프 기간 동안, 스위칭부(330)의 동작을 제어하여, 해당 스위칭 소자가 턴 오프되도록 제어할 수 있다.
한편, 이러한 제1 오프 기간은, 부착된 배터리팩의 개수가 많을수록, 더 길어질 수 있다. 즉, 부착된 배터리팩의 개수가 많을수록, 돌입 전류의 피크치는 더 커질수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 스위칭부(330) 내의 해당 스위칭 소자의 턴 오프 기간이 커지도록 제어하는 것이 바람직하다.
다음, 제1 오프 기간 이후에, 배터리팩(400)은, 제어부(920)의 제어 동작에 따라, 충전 모드 또는 동작 모드로 동작될 수 있다. 즉, 스위칭부(330) 내의 해당 스위칭 소자가 턴 온될 수 있다.
다른 예를 들어, 배터리팩(400)이 에너지 저장장치(100)에서 탈착되는 경우, 에너지 저장장치(100) 내부에, 갑작스럽게 돌입 전류(inrush curremt)가 발생하여, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자들을 소손시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명의 실시예에서는, 배터리팩(400)이 에너지 저장장치(100)에서 탈착되는 경우, 제어부(320)는, 제2 오프 기간 동안, 스위칭부(330)의 동작을 제어하여, 해당 스위칭 소자가 턴 오프되도록 제어할 수 있다.
한편, 이러한 제2 오프 기간은, 부착된 배터리팩의 개수가 많을수록, 더 길어질 수 있다. 즉, 부착된 배터리팩의 개수가 많을수록, 돌입 전류의 피크치는 더 커질수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 스위칭부(330) 내의 해당 스위칭 소자의 턴 오프 기간이 커지도록 제어하는 것이 바람직하다.
다음, 제2 오프 기간 이후에, 배터리팩(400)은, 제어부(920)의 제어 동작에 따라, 충전 모드 또는 동작 모드로 동작될 수 있다. 즉, 스위칭부(330) 내의 해당 스위칭 소자가 턴 온될 수 있다.
한편, 부착시의 제1 오프 기간과, 탈착시의 제2 오프 기간을 비교하면, 부착시의 제1 오프 기간이 더 긴 것이 바람직하다.
한편, 제어부(320)는, 전력 변환부(310) 내의, dc/dc 컨버터 내의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하거나, 양방향 dc/ac 컨버터 내의 스위칭 소자의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(320)는, 제1 배터리팩(400a)에 대해 충전 모드로 동작하는 상황에서, 제2 배터리팩(400b)이 부착되는 경우, 제1 오프 기간 동안, 스위칭부(330)의 각 스위칭 소자(330a,330b)를 모두 턴 오프시키다가, 제1 배터리팩(400a)이 아닌 제2 배터리팩(400b)에 대해 충전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 제1 오프 기간 이후에, 제1 스위칭 소자(330a)는 턴 오프 유지하고, 제2 스위칭 소자(330b)는 턴 온될 수 있다. 이에 따라, 각 배터리팩에 대해, 골고루 충전이 수행되도록 제어할 수 있다.
도 8은 도 6의 배터리팩의 내부 블록도이다.
도면을 참조하면, 배터리팩(400)은, 배터리팩 케이스(410) 내에, 접속부(430), 배터리 제어부(460), 배터리셀부(480), 온도 조절부(470)를 포함한다.
접속부(430)는, 에너지 저장장치(100)의 접속부(130)에 부착되도록, 돌출 구조의 접속 단자를 구비할 수 있다. 구체적으로, 정극성 전원 단자(431a), 부극성 전원 단자(431b), 및 제어신호 단자(431c) 등의 접속 단자를 구비할 수 있다.
이러한 단자들(432,434,436)은, 배터리팩 부착시, 힌지 구조의 에너지 저장장치(100)의 접속 단자들과 결합하게 된다.
배터리셀부(480)는, 복수의 배터리셀들을 구비한다. 이러한 배터리셀들은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합으로 연결될 수 있다. 그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 배터리셀부(480)는, 정극성 전원 단자(431a)와, 부극성 전원 단자(431b)에 전기적으로 연결될 수 있다.
온도 조절부(470)는, 배터리셀부(480)의 온도를 조절한다. 이를 위해, 온도 조절부(470)는, 온도 감지 수단(미도시)을 구비하여, 배터리셀부(480)의 온도를 감지할 수 있다. 한편, 온도 조절부(470)는, 팬 구동 수단(미도시)을 더 구비할 수 있으며, 감지된 온도에 기초하여, 배터리셀부(480)의 온도를 낮추기 위해, 팬을 구동할 수 있다. 팬 구동 수단은, 온도 조절의 효율 향상을 위해, 모든 배터리셀이 배치되는 영역에 대응하는 영역에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 배터리 제어부(460)는, 배터리팩(400)의 전반적인 제어를 수행한다. 예를 들어, 배터리셀부(480)의 온도가 소정 온도 이상 올라간 경우, 온도 조절부(470)를 제어하여, 온도를 낮추도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 배터리 제어부(460)는, 배터리셀부(480) 내의 각 배터리셀에 저장되는 직류 전원의 밸런싱을 조절할 수 있다. 배터리셀에 저장되는 직류 전원을 감지하고, 이를 기반으로, 직류 전원의 밸런싱을 조절할 수 있다.
한편, 배터리 제어부(460)는, 배터리팩(400)이 에너지 저장장치(100)의 접속부(130)에 부착되는 경우, 배터리팩(400)의 상태 정보(온도, 저장된 전원 레벨 등)를 제어신호 단자(431c)를 통해, 에너지 저장장치(100)에 전달되도록 제어할 수 있다. 이러한 상태 정보는, 에너지 저장장치(100)의 제어부(320)에 입력될 수 있다.
또한, 배터리 제어부(360)는, 제어신호 단자(431c)를 통해, 에너지 저장장치(100)의 상태 정보(필요 전원 레벨 등)를 수신할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법을 도시한 순서도이고, 도 10a 내지 도 11은 도 9의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 도 9의 에너지 저장장치의 동작방법은, 에너지 저장장치가 충전 모드로 동작하는 것을 기술한다.
먼저, 에너지 저장장치(100)는, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환한다(S905). 그리고, 변환된 직류 전원을 제1 배터리팩에 충전한다(S910).
제어부(320)는, 제2 접속부(305) 또는 전력 변환부(310)의 출력단에서 감지된 전원 레벨을 입력받으며, 부착된 제1 배터리팩(400a)의 직류 전원 레벨을 입력받을 수 있다.
그리고, 제어부(320)는, 제2 접속부(305) 또는 전력 변환부(310)의 출력단에서 감지된 전원 레벨 보다, 배터리팩(400)에 저장된 직류 전원 레벨이 더 작은 경우, 외부로 부터 입력되는 전원을 변환하여, 배터리팩으로 출력하도록, 즉, 에너지 저장장치(100)가 충전 모드로 동작하도록, 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자(330a)를 턴 온시킬 수 있다.
도 10a는, 제1 스위칭 소자(330a)가 턴 온되어, 전력 변환부(310)와 제1 배터리팩(400a)을 전기적으로 온(on)되는 것을 예시한다. 이에 의해, 외부로부터 공급되는 교류 전원 또는 직류 전원이, 전력 변환부(310)에서 변환되어, 제1 스위칭 소자(330a)를 거쳐, 제1 배터리팩(400a)에 충전되게 된다. 즉, 제1 전류(I1)가 전력 변환부(310)에서 제1 배터리팩(400a)으로 흐르게 된다.
다음, 에너지 저장장치(100)의 제어부(320)는, 제2 배터리팩 부착되는 지 여부를 판단하고(S915), 해당하는 경우, 에너지 저장장치와, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다(S920).
제어부(320)는, 탈부착 감지부(340)로부터 탈부착 감지 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리팩(400b)에 대응하는 제2 탈부착 감지수단(340b)은 이를 감지할 수 있다. 제어부(320)는, 제2 탈부착 감지수단(340b)에서 감지된 직류 전원 레벨이 소정 레벨 이상인 경우, 부착으로 감지할 수 있다.
제어부(320)는, 제2 배터리팩 부착되는 것으로 판단되는 경우, 에너지 저장장치(100) 내로의 돌입 전류(inrush current)를 방지하기 위해, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다. 즉, 이에 따라, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자(330a,330b)를 포함하여, 모든 스위칭 소자를 턴 오프(off)시킬 수 있다.
도 10b는, 제1 스위칭 소자(330a) 및 제2 스위칭 소자(330b)가 턴 오프되어, 전력 변환부(310)와, 제1 배터리팩(400a) 및 제2 배터리팩(400b)이 전기적으로 오프(off)되는 것을 예시한다. 이에 의해, 외부로부터 공급되는 교류 전원 또는 직류 전원이, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 모든 배터리팩으로 공급되지 않게 된다. 따라서, 에너지 저장장치(100) 장치 내에, 돌입 전류가 발생하지 않게 되어, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
다음, 제1 오프 기간이 경과하는 지 여부를 판단하고(S925), 해당하는 경우, 변환된 직류 전원을 제1 및 제2 배터리팩 중 어느 하나에 충전한다(S930).
제어부(320)는, 제1 오프 기간이 경과하면, 다시 충전 모드에 따라, 배터리팩으로, 전력 변환부(310)에서 변환된 직류 전원이 충전되도록 제어할 수 있다.
제어부(320)는, 부착된 제1 배터리팩(400a)의 직류 전원 레벨과, 제2 배터리팩(400b)의 직류 전원 레벨을 입력받아, 더 낮은 직류 전원 레벨을 가지는 배터리팩이 충전되도록 제어할 수 있다.
또는, 이와 달리, 제 910 단계(S910)에서, 제1 배터리팩(400a)에 직류 전원이 충전되었으므로, 제어부(320)는, 충전 밸런싱을 위해, 제2 배터리팩(400b)에 직류 전원이 충전되도록 제어할 수 있다.
도 10c는, 제2 스위칭 소자(330b)가 턴 온되어, 전력 변환부(310)와 제2 배터리팩(400b)을 전기적으로 온(on)되는 것을 예시한다. 이에 의해, 외부로부터 공급되는 교류 전원 또는 직류 전원이, 전력 변환부(310)에서 변환되어, 제2 스위칭 소자(330b)를 거쳐, 제2 배터리팩(400b)에 충전되게 된다. 즉, 제2 전류(I2)가 전력 변환부(310)에서제2 배터리팩(400b)으로 흐르게 된다.
한편, 스위칭부(330) 내의 모든 스위칭 소자를 오프시키는 제1 오프 기간은, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 배터리팩의 개수에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 배터리팩의 개수가 많을수록, 상기 오프 기간이 더 길어지도록 설정할 수 있다. 이는, 충전 모드에서 배터리팩의 개수가 증가할수록, 배터리팩으로 흐르는 전류의 크기가 커지므로, 이를 고려하여, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자를 보호하기 위함이다.
도 11의 (a)는 에너지 저장장치(100)에 1개의 배터리팩이 부착된 상태에서, 추가로 1개의 배터리팩이 부착되는 경우, 각 스위칭 소자에 인가되는 파형(S1)을 예시한다. 제1 기간(T1) 동안, 모든 스위칭 소자가 턴 오프되게 된다.
다음, 도 11의 (b)는, 에너지 저장장치(100)에 2개의 배터리팩이 부착된 상태에서, 추가로 1개의 배터리팩이 부착되는 경우, 각 스위칭 소자에 인가되는 파형(S2)을 예시한다. 도 11의(a)의 제1 기간(T1) 보다 더 긴, 제2 기간(T1) 동안, 모든 스위칭 소자가 턴 오프되게 된다.
다음, 제2 배터리팩이 탈착되는 지 여부를 판단하고(S935), 해당하는 경우, 에너지 저장장치와, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다(S940).
제어부(320)는, 탈부착 감지부(340)로부터 탈부착 감지 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리팩(400b)에 대응하는 제2 탈부착 감지수단(340b)은 이를 감지할 수 있다. 제어부(320)는, 제2 탈부착 감지수단(340b)에서 감지된 직류 전원 레벨이 소정 레벨 미만, 예를 들어, 0V 인 경우, 탈착으로 감지할 수 있다.
제어부(320)는, 제2 배터리팩이 탈착되는 것으로 판단되는 경우, 에너지 저장장치(100) 내로의 돌입 전류(inrush current)를 방지하기 위해, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다. 즉, 이에 따라, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자(330a,330b)를 포함하여, 모든 스위칭 소자를 턴 오프(off)시킬 수 있다.
도 10d는, 제1 스위칭 소자(330a) 및 제2 스위칭 소자(330b)가 턴 오프되어, 전력 변환부(310)와, 제1 배터리팩(400a) 및 제2 배터리팩(400b)이 전기적으로 오프(off)되는 것을 예시한다. 이에 의해, 외부로부터 공급되는 교류 전원 또는 직류 전원이, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 모든 배터리팩으로 공급되지 않게 된다. 따라서, 에너지 저장장치(100) 장치 내에, 돌입 전류가 발생하지 않게 되어, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
다음, 제2 오프 기간 경과하는 지 여부를 판단하고(S945), 해당하는 경우, 변환된 직류 전원을 제1 배터리팩에 충전한다(S950).
제어부(320)는, 제2 오프 기간이 경과하면, 다시 충전 모드에 따라, 배터리팩으로, 전력 변환부(310)에서 변환된 직류 전원이 충전되도록 제어할 수 있다.
즉, 도 10a와 같이, 제1 스위칭 소자(330a)가 턴 온되어, 전력 변환부(310)로부터의 직류 전원이 제1 배터리팩(400a)에 충전될 수 있다.
한편, 배터리팩 부착시의 오프 기간인 제1 오프 기간이, 배터리팩 탈착시의 오프 기간인 제2 오프 기간 보다 더 긴 것이 바람직하다. 이는, 탈착시에 비해, 부착시 배터리팩에 의한 직류 전원 레벨이 순간적으로 높아지므로, 이를 고려하여, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자를 보호하기 위함이다.
도 11의 (c)는, 에너지 저장장치(100)에 2개의 배터리팩이 부착된 상태에서, 1개의 배터리팩이 착탈되는 경우, 각 스위칭 소자에 인가되는 파형(S3)을 예시한다. 도 11의(a)의 제1 기간(T1) 보다 더 짧은, 제3 기간(T3) 동안, 모든 스위칭 소자가 턴 오프되게 된다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법을 도시한 순서도이고, 도 13a 내지 도 14는 도 12의 동작방법의 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 도 12의 에너지 저장장치의 동작방법은, 에너지 저장장치가 방전 모드로 동작하는 것을 기술한다.
먼저, 에너지 저장장치(100)는, 제1 배터리팩으로부터의 직류 전원을 수신한다(S1205). 그리고, 수신된 직류 전원을 변환하여 외부로 출력한다(S1210).
제어부(320)는, 제2 접속부(305) 또는 전력 변환부(310)의 출력단에서 감지된 전원 레벨 보다, 배터리팩(400)에 저장된 직류 전원 레벨이 더 큰 경우, 배터리팩(400)의 직류 전원을 외부로 출력하도록, 즉, 에너지 저장장치(100)가 방전 모드로 동작하도록, 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자(330a)를 턴 온시킬 수 있다.
도 13a는, 제1 스위칭 소자(330a)가 턴 온되어, 전력 변환부(310)와 제1 배터리팩(400a)을 전기적으로 온(on)되는 것을 예시한다. 이에 의해, 제1 배터리팩(400a)으로부터 공급되는 직류 전원이, 제1 스위칭 소자(330a)를 거쳐, 전력 변환부(310)에서 변환되어, 변환된 교류 전원 또는 직류 전원이, 외부로 출력되게 된다. 즉, 제1 전류(Ia)가 제1 배터리팩(400a)에서 전력 변환부(310)로 흐르게 된다.
다음, 에너지 저장장치(100)의 제어부(320)는, 제2 배터리팩 부착되는 지 여부를 판단하고(S1215), 해당하는 경우, 에너지 저장장치와, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다(S1220).
제어부(320)는, 탈부착 감지부(340)로부터 탈부착 감지 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리팩(400b)에 대응하는 제2 탈부착 감지수단(340b)은 이를 감지할 수 있다. 제어부(320)는, 제2 탈부착 감지수단(340b)에서 감지된 직류 전원 레벨이 소정 레벨 이상인 경우, 부착으로 감지할 수 있다.
제어부(320)는, 제2 배터리팩 부착되는 것으로 판단되는 경우, 에너지 저장장치(100) 내로의 돌입 전류(inrush current)를 방지하기 위해, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다. 즉, 이에 따라, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자(330a,330b)를 포함하여, 모든 스위칭 소자를 턴 오프(off)시킬 수 있다.
도 13b는, 제1 스위칭 소자(330a) 및 제2 스위칭 소자(330b)가 턴 오프되어, 전력 변환부(310)와, 제1 배터리팩(400a) 및 제2 배터리팩(400b)이 전기적으로 오프(off)되는 것을 예시한다.
다음, 제1 오프 기간이 경과하는 지 여부를 판단하고(S1225), 해당하는 경우, 제1 및 제2 배터리팩 중 어느 하나로부터 직류 전원을 수신한다(S1230).
제어부(320)는, 제1 오프 기간이 경과하면, 다시 방전 모드에 따라, 제1 및 제2 배터리팩 중 어느 하나로부터의 직류 전원을 공급받아, 전력 변환부(310)에서 변환된 전원을 외부로 출력하도록 제어할 수 있다.
제어부(320)는, 부착된 제1 배터리팩(400a)의 직류 전원 레벨과, 제2 배터리팩(400b)의 직류 전원 레벨을 입력받아, 더 높은 직류 전원 레벨을 가지는 배터리팩으로부터 직류 전원을 공급받도록 제어할 수 있다.
또는, 이와 달리, 제 1210 단계(S1210)에서, 제1 배터리팩(400a)으로부터 직류 전원을 공급받았으므로, 제어부(320)는, 방전 밸런싱을 위해, 제2 배터리팩(400b)으로부터 직류 전원을 공급받도록 제어할 수 있다.
도 13c는, 제2 스위칭 소자(330b)가 턴 온되어, 전력 변환부(310)와 제2 배터리팩(400b)을 전기적으로 온(on)되는 것을 예시한다. 이에 의해, 제2 배터리팩(400b)으로부터 공급되는 직류 전원이 제2 스위칭 소자(330b)를 거쳐, 전력 변환부(310)에서 변환되어, 외부로 출력되게 된다. 즉, 제2 전류(Ib)가 제2 배터리팩(400b)에서 전력 변환부(310)로 흐르게 된다.
한편, 스위칭부(330) 내의 모든 스위칭 소자를 오프시키는 제1 오프 기간은, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 배터리팩의 개수에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 배터리팩의 개수가 많을수록, 상기 오프 기간이 더 길어지도록 설정할 수 있다.
도 14의 (a)는 에너지 저장장치(100)에 1개의 배터리팩이 부착된 상태에서, 추가로 1개의 배터리팩이 부착되는 경우, 각 스위칭 소자에 인가되는 파형(Sa)을 예시한다. 제1 기간(Ta) 동안, 모든 스위칭 소자가 턴 오프되게 된다.
다음, 도 14의 (b)는, 에너지 저장장치(100)에 2개의 배터리팩이 부착된 상태에서, 추가로 1개의 배터리팩이 부착되는 경우, 각 스위칭 소자에 인가되는 파형(Sb)을 예시한다. 도 14의(a)의 제1 기간(Ta) 보다 더 긴, 제2 기간(Tb) 동안, 모든 스위칭 소자가 턴 오프되게 된다.
다음, 제2 배터리팩이 탈착되는 지 여부를 판단하고(S1235), 해당하는 경우, 에너지 저장장치와, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다(S1240).
제어부(320)는, 탈부착 감지부(340)로부터 탈부착 감지 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리팩(400b)에 대응하는 제2 탈부착 감지수단(340b)은 이를 감지할 수 있다.
제어부(320)는, 제2 배터리팩이 탈착되는 것으로 판단되는 경우, 에너지 저장장치(100) 내로의 돌입 전류(inrush current)를 방지하기 위해, 제1 및 제2 배터리팩 의 전기적 연결을 오프시키도록 제어한다. 즉, 이에 따라, 스위칭부(330)의 해당 스위칭 소자(330a,330b)를 포함하여, 모든 스위칭 소자를 턴 오프(off)시킬 수 있다.
도 13d는, 제1 스위칭 소자(330a) 및 제2 스위칭 소자(330b)가 턴 오프되어, 전력 변환부(310)와, 제1 배터리팩(400a) 및 제2 배터리팩(400b)이 전기적으로 오프(off)되는 것을 예시한다. 이에 의해, 외부로부터 공급되는 교류 전원 또는 직류 전원이, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 모든 배터리팩으로 공급되지 않게 된다. 따라서, 에너지 저장장치(100) 장치 내에, 돌입 전류가 발생하지 않게 되어, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자를 보호할 수 있게 된다.
한편, 배터리팩 사이의 전원 밸런싱을 수행하는 것도 가능하다. 제어부(320)는, 에너지 저장장치(100)에 부착되는 배터리팩의 직류 전원 레벨을 수신하고, 그 레벨 차이가 소정치 이상인 경우, 전원 밸런싱을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 13e는, 제1 스위칭 소자(330a) 및 제2 스위칭 소자(330b)가 모두 턴 온되어, 전력 변환부(310)와, 제1 배터리팩(400a) 및 제2 배터리팩(400b)이 전기적으로 오프(off)되며, 대신에, 제1 배터리팩(400a)과 제2 배터리팩(400b)이 전기적으로 온되는 것을 예시한다. 도면과 같이, 제2 배터리팩(400b)에 저장된 직류 전원 레벨이 더 큰 경우, 제2 배터리팩(400b)으로부터 공급되는 직류 전원이 제2 스위칭 소자(330b), 및 제1 스위칭 소자(330a)를 거쳐, 제1 배터리팩(400a)으로 출력되게 된다. 즉, 제3 전류(Ic)가 제2 배터리팩(400b)에서 제1 배터리팩(400a)으로 흐르게 된다.
다음, 제2 오프 기간 경과하는 지 여부를 판단하고(S1245), 해당하는 경우, 제1 배터리팩으로부터 직류 전원을 수신한다(S1250).
제어부(320)는, 제2 오프 기간이 경과하면, 다시 방전 모드에 따라, 제1 배터리팩으로부터 직류 전원을 공급받아, 전력 변환부(310)에서 전원 변환을 거쳐, 외부로 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 배터리팩 부착시의 오프 기간인 제1 오프 기간이, 배터리팩 탈착시의 오프 기간인 제2 오프 기간 보다 더 긴 것이 바람직하다. 이는, 탈착시에 비해, 부착시 배터리팩에 의한 직류 전원 레벨이 순간적으로 높아지므로, 이를 고려하여, 에너지 저장장치(100) 내의 회로 소자를 보호하기 위함이다.
도 14의 (c)는, 에너지 저장장치(100)에 2개의 배터리팩이 부착된 상태에서, 1개의 배터리팩이 착탈되는 경우, 각 스위칭 소자에 인가되는 파형(Sc)을 예시한다. 도 14의(a)의 제1 기간(Ta) 보다 더 짧은, 제3 기간(Tc) 동안, 모든 스위칭 소자가 턴 오프되게 된다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 에너지 저장장치의 동작방법은 에너지 저장장치에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 배터리팩이 탈착 또는 부착되는 접속부;
    충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 충전 모드인 경우, 상기 전력 변환부에서 변환된 직류 전원이 상기 접속부에 부착되는 제1 배터리팩에 충전되도록 스위칭하는 스위칭부; 및
    상기 제1 배터리팩이 부착된 상태에서, 상기 접속부에 제2 배터리팩이 부착되는 경우, 상기 제1 배터리팩 및 상기 제2 배터리팩과의 전기적 연결을 오프시키도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 모드인 경우, 상기 전기적 오프 이후, 소정 시간 경과 후, 상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 중 더 낮은 레벨의 직류 전원이 저장된 배터리팩에, 상기 변환된 직류 전원이 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 배터리팩이 탈착되는 경우, 상기 제1 배터리팩 및 상기 제2 배터리팩과의 전기적 연결을 오프시키도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 에너지 저장장치에 부착되는 배터리팩의 개수가 많을수록, 상기 오프 기간이 더 길어지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 에너지 저장장치에 제2 배터리팩이 부착되는 경우의 오프 기간이, 상기 에너지 저장장치에 상기 제2 배터리팩이 탈착되는 경우의 오프 기간, 보다 더 길도록 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수의 배터리팩이 상기 접속부에 부착된 경우, 각 배터리팩에 저장된 직류 전원 레벨에 기초하여, 각 배터리팩 사이에, 전원 밸런싱이 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환부는,
    방전 모드인 경우, 상기 접속부에 부착되는 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 변환하여 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방전 모드인 경우, 상기 전기적 오프 이후, 소정 시간 경과 후, 상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 중 더 높은 레벨의 직류 전원이 저장된 배터리팩으로부터, 공급되는 직류 전원이 상기 전력 변환부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  9. 적어도 하나의 배터리팩이 탈착 또는 부착 가능한 에너지 저장장치의 동작방법에 있어서,
    입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하는 단계;
    상기 변환된 직류 전원을 상기 에너지 저장장치에 부착된 제1 배터리팩에 충전하는 단계; 및
    상기 에너지 저장장치에 제2 배터리팩이 부착되는 경우, 상기 에너지 저장장치와, 상기 제1 배터리팩 및 상기 제2 배터리팩의 전기적 연결을 오프시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오프 단계 이후,
    상기 변환된 직류 전원을 상기 제2 배터리팩에 충전하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 오프 단계 이후,
    상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 중 더 낮은 레벨의 직류 전원이 저장된 배터리팩에, 상기 변환된 직류 전원을 충전하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치에 상기 제2 배터리팩이 탈착되는 경우, 상기 에너지 저장장치와, 상기 제1 배터리팩 및 상기 제2 배터리팩의 전기적 연결을 오프시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 오프 기간은,
    상기 에너지 저장장치에 부착되는 배터리팩의 개수가 많을수록 더 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치에 제2 배터리팩이 부착되는 경우의 오프 기간은, 상기 에너지 저장장치에 상기 제2 배터리팩이 탈착되는 경우의 오프 기간, 보다 더 긴 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  15. 적어도 하나의 배터리팩이 탈착 또는 부착 가능한 에너지 저장장치의 동작방법에 있어서,
    상기 에너지 저장장치에 부착된 제1 배터리팩으로부터 직류 전원을 공급받는 단계;
    상기 제1 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 변환하여 외부로 출력하는 단계; 및
    상기 에너지 저장장치에 제2 배터리팩이 부착되는 경우, 상기 에너지 저장장치와, 상기 제1 배터리팩 및 상기 제2 배터리팩의 전기적 연결을 오프시키는 단계; 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 오프 단계 이후,
    상기 제2 배터리팩으로부터 직류 전원을 공급받는 단계; 및
    상기 제2 배터리팩으로부터 공급되는 직류 전원을 변환하여 외부로 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 오프 단계 이후,
    상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 중 더 높은 레벨의 직류 전원이 저장된 배터리팩으로부터, 직류 전원을 공급받는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치에 상기 제2 배터리팩이 탈착되는 경우, 상기 에너지 저장장치와, 상기 제1 배터리팩 및 상기 제2 배터리팩의 전기적 연결을 오프시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 오프 기간은,
    상기 에너지 저장장치에 부착되는 배터리팩의 개수가 많을수록 더 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치에 제2 배터리팩이 부착되는 경우의 오프 기간은, 상기 에너지 저장장치에 상기 제2 배터리팩이 탈착되는 경우의 오프 기간, 보다 더 긴 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 동작방법.

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