KR20140051881A - 배터리의 퇴화도를 이용한 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법 - Google Patents

배터리의 퇴화도를 이용한 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 퇴화도가 낮은 배터리를 선별하여 계통에 우선적으로 연결하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법을 개시한다. 본 발명에 따르는 배터리 관리 장치는, 배터리 집합 단위별로 연결되어 배터리 집합 단위를 계통에 전기적으로 연결하거나 단선시키는 스위치; 배터리 집합 단위별로 퇴화 상태를 측정하여 퇴화도를 산출하는 단위 배터리 관리부; 및 적어도 하나 이상의 단위 배터리 관리부로부터 퇴화도를 수신하여 각각의 퇴화도를 비교하고, 스위치의 연결에 의해 퇴화도가 낮은 순서의 배터리 집합 단위를 계통에 우선 연결시키는 마스터 배터리 관리부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 퇴화도가 낮은 배터리를 우선적으로 사용함으로써 유지 보수를 최소화하고 배터리의 이용 효율을 극대화한다.

Description

배터리의 퇴화도를 이용한 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법{Apparatus for battery management using battery's state of health and method thereof}
본 발명은 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 시스템에서 측정된 배터리 퇴화도의 순서에 따라 배터리를 우선적으로 계통에 연결하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다.
배터리 시스템은 유휴 전력을 공급받아 저장하는 전력 저장원이자 필요시 저장된 전력을 공급하는 전력 공급원이다. 스마트 그리드 또는 마이크로 그리드 등에 쓰이는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)에는 배터리 시스템이 설치되어 전력의 저장 및 공급을 제어한다.
배터리 시스템은 배터리 집합체 단위로 구성되며, 배터리 집합체는 전력 저장 및 공급의 최소 단위인 셀(cell), 복수개 셀의 집합체인 배터리 모듈(module), 복수개 모듈의 집합체인 배터리 팩(pack), 복수개 배터리 팩으로 구성된 배터리 시스템이 배터리 플랜트(plant)를 구성한다. 물론, 배터리 집합체 단위의 물리적 연결이 증가할수록 고용량, 고전압의 전력 저장 및 공급이 가능하게 된다.
보통, 배터리 시스템은 초기 설치 이후부터 기간이 경과할수록 배터리가 퇴화하기 시작한다. 퇴화도가 낮은 배터리는 상대적으로 전력의 저장 용량이 큰 반면 퇴화도가 상대적으로 높은 배터리는 전력의 저장 용량이 작다. 그리고 퇴화도가 임계치를 넘는 배터리는 성능의 저하로 더 이상 사용할 수 없으므로 교체가 요구된다.
한편, 배터리 시스템이 복수의 배터리 팩으로 이루어지는 경우, 시간이 경과할수록 각 배터리 팩의 퇴화도는 편차를 보인다. 동일한 규격을 갖는 배터리 팩이라고 하더라도 내부에서 일어나는 전기화학적 반응이 완전히 동일하지는 않기 때문이다. 따라서 배터리 시스템의 운용 시간이 장기화되면 전기화학적 반응의 편차가 누적되어 배터리 팩 간에 퇴화도 차이가 생긴다. 또한, 배터리 시스템을 운용함에 있어서 시스템을 구성하는 모든 배터리 팩이 동시에 사용되지 않고 일부 배터리 팩만 사용되는 경우도 배터리 팩 간의 퇴화도 편차를 가속시키는 하나의 원인이 된다.
배터리 시스템을 구성하는 다수의 배터리 팩 간에 퇴화도 편차가 발생되면 배터리 시스템의 전체 성능이 저하되고 수명이 줄어든다. 특히, 퇴화도가 높아진 배터리 팩일수록 성능의 저하가 더 빠르게 진행되므로 퇴화도가 높은 배터리 팩이 배터리 시스템의 전체 성능을 저하시킨다. 따라서, 배터리 시스템을 오랫동안 안전하게 사용하기 위해서는 배터리의 퇴화도를 고려한 배터리의 선별적 관리 방안이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 인식 하에 창출된 것으로서, 배터리 시스템에서 배터리의 퇴화도에 따라 선별적으로 배터리의 사용을 통제하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 개별 배터리 단위마다 스위치를 연결하고, 개별 배터리 단위마다 측정된 각각의 퇴화도를 비교하여 퇴화도가 낮은 배터리 단위의 스위치를 우선적으로 연결하도록 제어하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 퇴화도를 이용한 배터리 관리 장치는, 배터리 집합 단위의 퇴화도 순서에 따라서 우선적으로 계통 연결을 제어하는 배터리 관리 장치에 있어서, 배터리 집합 단위별로 연결되어 배터리 집합 단위를 계통에 전기적으로 연결하거나 단선시키는 스위치; 상기 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어부; 배터리 집합 단위별로 퇴화 상태를 측정하여 퇴화도를 산출하는 단위 배터리 관리부; 및 적어도 하나 이상의 단위 배터리 관리부로부터 퇴화도를 수신하여 각각의 퇴화도를 비교하고, 상기 스위치 제어부를 통제하여 스위치의 연결에 의해 퇴화도가 낮은 순서의 배터리 집합 단위를 계통에 우선 연결시키는 마스터 배터리 관리부를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 배터리 집합 단위는 복수의 배터리 엘리먼트를 포함한다.
여기서, 상기 배터리 엘리먼트는, 외부 전력을 공급받아 저장하고 저장된 전력을 외부로 공급하는 배터리 셀; 복수개 배터리 단위 셀의 집합체에 해당하는 배터리 모듈; 복수개 배터리 단위 모듈의 집합체에 해당하는 배터리 팩; 복수개 배터리 팩의 집합체에 해당하는 배터리 시스템; 및 복수개 배터리 시스템의 집합체에 해당하는 배터리 플랜트 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단위 배터리 관리부는, 배터리 집합 단위를 구성하는 각각의 배터리 엘리먼트에 대한 내부 저항, 온도, 출력 전압, 개방 전압, 충방전 전류 및 저장 용량 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리 집합 단위의 퇴화도를 산출한다.
여기서, 상기 단위 배터리 관리부는, 각각의 배터리 엘리먼트에 대한 퇴화도의 평균값을 배터리 집합 단위의 퇴화도로 산출한다.
더욱이, 상기 단위 배터리 관리부는, 상기 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어 기능을 보유하며, 상기 마스터 배터리 관리부로부터 출력되는 연결 제어 신호를 수신하여 스위치의 온 또는 오프 제어를 인가한다.
여기서, 상기 배터리 관리 장치는, 상기 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어부를 더 포함하여, 상기 스위치 제어부가 마스터 배터리 관리부로부터 출력되는 연결 제어 신호를 수신하여 스위치의 온 또는 오프 제어를 인가한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 퇴화도를 이용한 배터리 관리 방법은, 배터리 관리 장치가 배터리 집합 단위의 퇴화도 순서에 따라서 우선적으로 배터리의 계통 연결을 제어하는 배터리 관리 방법에 있어서, (a)단위 배터리 관리부가 각각에 대응하는 배터리 집합 단위의 퇴화 상태를 측정하여 퇴화도를 산출하는 단계; (b)마스터 배터리 관리부가 적어도 하나 이상의 단위 배터리 관리부로부터 퇴화도를 수신하는 단계; (c)상기 마스터 배터리 관리부가 수신된 각각의 퇴화도를 비교하여 배터리 집합 단위의 퇴화도가 낮은 순서를 정하는 단계; (d)상기 마스터 배터리 관리부가 정해진 순서에 따라 대응하는 배터리 집합 단위의 연결 제어 신호를 출력하는 단계; 및 (e)연결 제어 신호에 의해 대응하는 스위치의 물리적 연결이 접속으로 전환되어 해당 배터리 집합 단위를 계통에 우선적으로 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 각각의 배터리의 퇴화도를 비교한 후 퇴화도가 낮은 순서로 개별 배터리를 계통에 우선 연결함으로써 배터리 수명의 연장과 유지 보수를 최소화하여 배터리의 효율적 운용이 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치가 퇴화도가 낮은 배터리를 우선적으로 계통에 연결하는 기술 모델의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 집합 단위의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 개략적 회로 구조도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 개략적 내부 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 개략적 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<1. 시스템 구성>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)가 퇴화도가 낮은 배터리를 우선적으로 계통에 연결하는 기술 모델의 예시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)는 개별 배터리의 퇴화도를 측정한다. 여기서, 배터리의 단위를 셀 단위라 가정하고, 3개의 배터리 셀(101) 중에서 배터리 셀1이 퇴화도가 가장 낮고, 배터리 셀3 및 배터리 셀2 순으로 퇴화도가 낮다고 가정한다. 위 가정하에서, 배터리 관리 장치(1)는 3개의 배터리 셀(101)의 퇴화도를 측정한 후 배터리 셀1이 가장 좋은 배터리 성능을 가지며 배터리 셀2가 가장 나쁜 성능을 가지는 것으로 판단한다.
상기 배터리 관리 장치(1)는 충전 또는 방전에 요구되는 전력량에 따라서 배터리 셀(101)을 선택할 때 퇴화도가 낮은 배터리의 스위치(14)를 우선적으로 연결한다. 즉, 배터리 관리 장치(1)는 퇴화도 순서에 따라 배터리 셀1을 우선적으로 계통에 연결하고 필요되는 전력량에 따라서 배터리 셀3 및 배터리 셀2를 순차적으로 계통에 연결한다. 여기서, 계통에 연결한다는 것은 당해 배터리가 충전 또는 방전에 사용되도록 하는 것을 말한다.
따라서, 배터리 셀2는 전력량에 따라서 제일 마지막인 세 번째로 선택되기 때문에 사용 빈도가 줄어든다. 반면에, 퇴화도를 고려하지 않고 임의의 순서로 배터리를 사용하는 경우, 퇴화도가 높은 배터리 셀2가 첫 번째 또는 두 번째로 선택될 수 있으므로 사용 빈도가 상대적으로 많아질 수 있다. 배터리 셀2의 사용 빈도가 많아지면 그 만큼 퇴화 정도는 가속화되고 교체 시기도 빨라진다. 또한, 배터리 셀2는 퇴화도가 높은 만큼 전력 용량이 작기 때문에 우선적으로 선택될 경우, 요구되는 전력량을 맞추기 위해 보다 많은 배터리가 요구된다. 예를 들어, 필요 전력량이 4이고, 배터리 셀1의 전력 용량이 5, 배터리 셀2의 전력 용량이 3, 배터리 셀3의 전력량이 4일 경우, 배터리 셀1 또는 배터리 셀3이 첫 번째로 선택되면, 필요 전력량 4를 충족하여 1개의 배터리만 사용될 수 있다. 반면에, 배터리 셀2가 첫 번째로 선택되면, 필요 전력량 5를 충족하기 위하여 배터리 셀1 또는 배터리 셀3의 추가 연결에 따라 2개의 배터리가 요구된다.
하지만, 상기 배터리 관리 장치(1)는 퇴화도를 기초로 전력 용량이 큰 배터리 셀1을 우선 사용하고 그 다음으로 배터리 셀3 및 배터리 셀2의 순서로 배터리를 사용하므로 상대적으로 적은 수의 배터리를 이용하여 필요로 되는 전력량의 공급이 가능하다. 또한, 가급적으로 퇴화도가 높은 배터리 2의 사용을 배제하기 때문에 배터리 2의 교체 시기를 늦출 수 있다. 때문에, 배터리 교체를 위한 유지 보수에 필요한 인력, 비용을 절감하면서 현재 가용될 수 있는 배터리 자원을 최대한으로 이용할 수 있다.
한편, 배터리 관리 장치(1)가 측정하는 퇴화도는 배터리의 SOH(State of Health)로 정의할 수 있다. SOH는 시효(aging) 효과로 인한 배터리의 용량 특성 변화를 정량적으로 나타내주는 파라미터로서, 배터리의 용량이 어느 정도 퇴화되었는지를 알 수 있도록 해 준다. 따라서, 퇴화도가 낮은 배터리는 SOH값이 높아서 오래 쓸 수 있는 배터리이고, 퇴화도가 높은 배터리는 SOH값이 낮아서 수명이 닳은 배터리를 의미한다. 또한, SOH를 알면 적절한 시점에 배터리를 교체할 수 있고, 배터리의 사용 기간에 따라 배터리의 충방전 용량을 조절하여 배터리의 과충전과 과방전을 방지할 수 있다.
일 예로서, 배터리 용량 특성의 변화는 배터리의 내부 저항 변화에 반영되므로, SOH는 배터리의 내부 저항과 온도에 의해 추정이 가능하다. 즉, 충방전 실험을 통해 배터리의 내부 저항과 온도별로 배터리의 용량을 측정한다. 그런 다음 배터리의 초기 용량을 기준으로 상기 측정된 용량을 상대 수치화함으로써 SOH 맵핑을 위한 룩업 테이블을 얻는다. 그러고 나서, 실제 배터리 사용 환경에서 배터리의 내부 저항과 온도를 측정하고 상기 룩업 테이블로부터 내부 저항과 온도에 대응되는 SOH를 맵핑하면 배터리의 SOH를 추정할 수 있다.
그런데 상술한 SOH 추정 방법에서 가장 중요한 것은 얼마나 정확하게 배터리의 내부 저항을 구할 수 있는가이다. 하지만, 배터리의 충방전 과정에서 배터리의 내부 저항을 직접 측정하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 통상적으로는 배터리의 전압과 충방전 전류를 측정하여 오옴의 법칙에 의해 배터리 내부 저항을 간접적으로 계산한다.
SOH 추정 방법의 다른 예로서, 완전 방전 테스트, 화학적 테스트와 옴 테스트가 있다. 완전 방전 테스트는 완충된 배터리 셀을 끝까지 방전시켜 배터리 셀의 용량을 측정하여 SOH를 추정한다. 화학적 테스트는 납축전지의 기판부식과 전해액의 농도를 측정하여 SOH를 추정한다. 옴 테스트는 저항, 컨덕턴스와 임피던스를 측정하여 SOH를 추정한다.
SOH 추정 방법의 또 다른 예로서, 배터리의 잔존 용량을 나타내는 파라미터인 SOC(State Of Charge)를 이용하여 배터리의 SOH를 추정하는 방법이 있다. 이 방법은 배터리의 충방전 전류를 적산하여 배터리의 SOC(State Of Charge)를 추정하고 추정된 SOC를 사용하여 SOH를 추정한다.
또한, SOH 추정 방법의 또 다른 예로서, SOH 추정시 실제 퇴화 정도를 알고 있는 배터리의 전류 적산 실험으로부터 얻은 SOH별 적산 전류값을 이용하는 방법이 있다. 이 방법은 미리 정해진 충전 전압 구간에서 배터리의 전압과 전류를 측정한 후, 측정된 전압 측정값 및 전류 측정값과 실제 퇴화 정도를 알고 있는 배터리의 전류 적산 (Ampere counting) 실험으로부터 얻은 SOH별 적산 전류값을 미리 저장한다. 그러고 나서, 충전 전압 구간에서 기 저장된 전류 측정값을 적산하여 적산 전류값을 산출하고, 기 저장된 SOH(State Of Health)별 적산 전류값으로부터 상기 적산 전류값에 대응하는 SOH값을 맵핑하여 SOH값을 추정한다.
본 발명에서는 퇴화도를 계산하는 방식에 상기의 내부 저항 이용 방식, 테스트 이용 방식, SOC 이용 방식 및 적산 전류값 이용 방식 등 다양한 방식이 있을 수 있으며 특정한 방식으로 제한하지 않는다. 따라서, 상기한 배터리의 퇴화도를 측정하는 방식에는 여러 가지 변형 실시예가 가능할 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 집합 단위의 예시도이다.
본 발명에 따르면, 배터리는 그 내부를 구성하는 배터리 집합 단위(100)로 구분이 가능하다. 배터리 집합 단위(100)는 복수의 배터리 엘리먼트로 구성된다. 그리고 배터리 엘리먼트의 최소 단위는 배터리 셀(101)이다. 여기서, 배터리 셀은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 단위 셀로서 전력 저장 및 공급의 최소 단위이다. 복수개 배터리 셀(101)이 서로 연결되어 집합체를 이루면 배터리 모듈(102) 단위가 된다. 복수개 배터리 모듈(102)이 서로 연결되어 집합체를 이루면 배터리 팩(103)이 된다. 복수개 배터리 팩(103)이 서로 연결되어 집합체를 이루면 배터리 시스템(104)이 된다. 개별 배터리 집합 단위 및 이들의 임의 조합은 배터리 집합체를 구성한다.
배터리 시스템(104)은 본 발명이 적용되는 대형 배터리 시스템(104)에 해당되며 스마트 그리드(마이크로 그리드) 지역에 설치될 수 있는 최소 단위가 된다. 그리고 복수개 배터리 시스템(104)이 서로 연결되면 배터리 플랜트(plant)(105)가 된다. 물론, 배터리 플랜트(105)가 가장 큰 용량 및 전압을 보유하는 전력원이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(1)는, 배터리 집합 단위(100)의 배터리 엘리먼트에 해당하는 배터리 셀(101), 배터리 모듈(102), 배터리 팩(103), 배터리 시스템(104), 배터리 플랜트(105) 및 이들의 조합에 대하여 각각의 하부 배터리 단위별로 퇴화도를 비교하여 퇴화도가 낮은 배터리 단위를 계통과 우선 연결하여 배터리 사용의 효율을 높이고 유지 보수를 최소화한다.
설명의 편의상, 도 1에서는 배터리의 연결 단위를 배터리 셀(101)로 도시하였으나, 실제 연결 단위는 배터리 셀(101)은 물론이고 배터리 엘리먼트 단위에 해당하는 배터리 모듈(102), 배터리 팩(103), 배터리 시스템(104) 및 배터리 플랜트(105) 또는 임의 조합이 될 수 있음은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)의 개략적 회로 구조도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)는 복수개 배터리 셀(101)단위로 이루어진 배터리 집합 단위(100)의 퇴화도를 산출하는 단위 배터리 관리부(11), 단위 배터리 관리부(11)로부터 수신된 배터리 집합 단위(100)의 퇴화도를 비교하여 퇴화도가 낮은 배터리 집합 단위(100)를 우선적으로 계통에 연결하도록 제어하는 마스터 배터리 관리부(12) 및 마스터 배터리 관리부(12)로부터 우선 연결되는 배터리 집합 단위(100)의 연결 제어 신호에 의해 배터리 집합 단위(100)을 전기적으로 연결하는 스위치(14)를 포함하여 구성된다.
상기 단위 배터리 관리부(11)는 개별 배터리 집합 단위(100)마다 연결되어 당해 배터리 집합 단위(100)의 퇴화도를 측정한다. 그리고 단위 배터리 관리부(1)는 산정된 퇴화도를 마스터 배터리 관리부(12)로 전송한다.
여기서, 단위 배터리 관리부(11)는 각각의 배터리 집합 단위(100)를 구성하는 개별 배터리 엘리먼트마다 내부 저항, 온도, 출력 전압, 개방 전압, 충방전 전류 및 저장 용량 등의 측정 요소 중에서 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리의 퇴화도 상태를 SOH 값으로 산정한다. 더욱이, 단위 배터리 관리부(11)는 배터리 집합 단위(100)를 구성하는 복수개 배터리 엘리먼트로부터 각각 측정된 퇴화도의 평균값을 SOH 값으로 산출할 수 있다.
상기 마스터 배터리 관리부(12)는 n(n ≥ 1)개의 배터리 집합 단위(100)를 상대로 필요 전력량에 따라 충전 또는 방전 제어를 수행한다. 마스터 배터리 관리부(12)는 적어도 하나 이상의 단위 배터리 관리부(11)로부터 개별 배터리 집합 단위(100)의 퇴화도를 수신한다. 그리고 마스터 배터리 관리부(12)는 수신된 각각의 퇴화도를 비교하여 요구되는 전력량에 따라 퇴화도가 낮은 순서로 배터리 집합 단위(100)의 연결 제어 신호를 출력한다. 여기서, 연결 제어 신호는 스위치(14)의 연결(connect) 또는 단선(disconnect)시키는 제어 신호를 포함한다.
따라서, 마스터 배터리 관리부(12)는 퇴화도가 낮은 배터리 집합 단위(100)를 우선적으로 빈번히 사용한다. 즉, 퇴화도가 상대적으로 높은 배터리 집합 단위(100)일수록 사용 빈도가 줄어든다. 때문에 전체 배터리 집합 단위(100)의 퇴화 가속도가 현저히 낮아지며 당연히 배터리 수명이 연장된다.
상기 스위치(14)는 배터리 집합 단위(100)마다 설치되어, 출력된 상기 연결 제어 신호에 의해 배터리 집합 단위(100)의 연결 및 단선을 실시한다. 스위치(14)가 접속되면, 당해 배터리 집합 단위(100)는 계통에 연결되어 사용중인 상태가 된다.
여기서, 상기 스위치(14)는 단위 배터리 관리부(11)를 통하여 연결 제어 신호를 수신할 수 있다. 즉, 스위치(14)는 마스터 배터리 관리부(12)로부터 출력된 연결 제어 신호를 단위 배터리 관리부(11)를 통하여 온 또는 오프 신호로 인가받음으로써 해당 배터리 집합 단위(100)를 계통에 연결 또는 단선시킨다.
또한, 개별 스위치(14)는 반도체 스위치나 기계적 릴레이 스위치 등 배선의 전기적 연결을 제어할 수 있다고 알려진 공지의 스위치 수단이라면 어떠한 것이라도 사용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)의 개략적 내부 구조도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)는 도 3의 배터리 관리 장치(1)에 스위치 제어부(13)가 더 추가된다. 설명의 편의상 배터리 관리 장치(1)의 배터리 집합 단위(100)는 복수개 배터리 셀(101)이 연결된 배터리 트레이(tray)가 수용되는 배터리 랙(106)이라 가정한다.
단위 배터리 관리부(11)는 개별 배터리 랙(106)과 연결되고, 개별 배터리 랙(106)의 퇴화도를 산출한다. 그리고 단위 배터리 관리부(11)는 산출된 퇴화도를 마스터 배터리 관리부(12)로 전송한다. 그리고 마스터 배터리 관리부(12)는 각각의 단위 배터리 관리부(11)로부터 수집된 퇴화도를 비교하여 퇴화도가 낮은 순서로 배터리 랙(106)을 선별하고, 필요한 전력량에 따라 선별된 순서로 당해 배터리 랙(106)이 우선 사용되도록 대응하는 스위치(14)의 연결을 제어한다.
여기서, 상기 스위치 제어부(13)는 마스터 배터리 관리부(12)로부터 우선 연결되는 배터리 집합 단위(100)의 스위치 연결 제어 신호를 수신한다. 그리고 스위치 제어부(13)는 연결 제어 신호에 따라 스위치(14)를 제어하여 해당 배터리 랙(106)를 우선적으로 계통에 연결한다.
<2. 방법 구성>
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 퇴화도를 이용한 배터리 관리 방법은 전술한 배터리 관리 장치(1)의 구축을 통하여 바람직하게 실현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 개략적 순서도이다.
먼저, 단위 배터리 관리부(11)는 대응하는 배터리 집합 단위(100)의 퇴화도를 산출한다(S11). 퇴화도는 배터리의 SOH 값으로서 배터리 집합 단위(100)를 구성하는 배터리 엘리먼트의 내부 저항, 저장 용량 등이 이용되며 다양한 산출 방식이 적용될 수 있음은 이미 상술하였다.
퇴화도가 산출되면, 마스터 배터리 관리부(12)는 적어도 하나의 단위 배터리 관리부(11)로부터 개별 배터리 집합 단위(100)의 퇴화도를 수신하는 것으로 전체 제어 대상이 되는 배터리의 퇴화도를 수집한다(S12).
개별 퇴화도가 수집된 후, 마스터 배터리 관리부(12)는 각각의 퇴화도를 비교하여 퇴화도가 낮은 순서로 배터리 집합 단위(100)의 식별 정보를 정렬한다(S13). 그러면, 순서 정렬에 의하여 우선적으로 사용될 배터리 집합 단위(100)의 연결 순서가 결정된다.
퇴화도의 순서가 결정되면, 마스터 배터리 관리부(12)는 당해 순번의 배터리 집합 단위(100)가 우선 연결되는 스위치 제어 신호를 단위 배터리 관리부(11)로 출력한다(S14).
스위치 제어 신호가 출력되면, 단위 배터리 관리부(11)는 대응하는 스위치(14)를 접속하여 당해 배터리 집합 단위(100)를 우선적으로 계통에 연결한다(S15).
상술한 본 발명에 따르면, 배터리 집합 단위(100)별로 퇴화도를 비교한 후, 퇴화도가 낮은 순서로 배터리 집합 단위를 계통에 우선 연결함으로써 배터리 수명의 연장과 유지 보수를 최소화하여 배터리의 효율적 운용이 가능하다.
상술한 실시예에서, "~부"라는 용어는 배터리 관리 장치의 하드웨어적 구분을 의미하는 용어로 사용된 것이 아니다. 따라서 복수의 구성부가 하나의 구성부로 통합될 수도 있고, 하나의 구성부가 복수의 구성부로 분할될 수도 있다. 또한, 구성부는 하드웨어 구성부를 의미할 수도 있지만, 소프트웨어의 구성부를 의미할 수도 있다. 따라서 본 발명은 "~부"이라는 용어에 의해 특별히 한정되지 않음을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 배터리 관리 장치 11 : 단위 배터리 관리부
12 : 마스터 배터리 관리부 14 : 스위치
100 : 배터리 집합 단위

Claims (13)

  1. 배터리 집합 단위의 퇴화도 순서에 따라서 우선적으로 계통 연결을 제어하는 배터리 관리 장치에 있어서,
    배터리 집합 단위별로 연결되어 배터리 집합 단위를 계통에 전기적으로 연결하거나 단선시키는 스위치;
    배터리 집합 단위별로 퇴화 상태를 측정하여 퇴화도를 산출하는 단위 배터리 관리부; 및
    적어도 하나 이상의 단위 배터리 관리부로부터 퇴화도를 수신하여 각각의 퇴화도를 비교하고, 스위치의 연결에 의해 퇴화도가 낮은 순서의 배터리 집합 단위를 계통에 우선 연결시키는 마스터 배터리 관리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 집합 단위는 복수의 배터리 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배터리 엘리먼트는,
    외부 전력을 공급받아 저장하고 저장된 전력을 외부로 공급하는 배터리 셀;
    복수개 배터리 단위 셀의 집합체에 해당하는 배터리 모듈;
    복수개 배터리 단위 모듈의 집합체에 해당하는 배터리 팩;
    복수개 배터리 팩의 집합체에 해당하는 배터리 시스템; 및
    복수개 배터리 시스템의 집합체에 해당하는 배터리 플랜트
    중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 배터리 관리부는,
    배터리 집합 단위를 구성하는 각각의 배터리 엘리먼트에 대한 내부 저항, 온도, 출력 전압, 개방 전압, 충방전 전류 및 저장 용량 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리 집합 단위의 퇴화도를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 단위 배터리 관리부는,
    각각의 배터리 엘리먼트에 대한 퇴화도의 평균값을 배터리 집합 단위의 퇴화도로 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 단위 배터리 관리부는,
    상기 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어 기능을 보유하며, 상기 마스터 배터리 관리부로부터 출력되는 연결 제어 신호를 수신하여 스위치의 온 또는 오프 제어를 인가하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어부를 더 포함하여,
    상기 스위치 제어부가 마스터 배터리 관리부로부터 출력되는 연결 제어 신호를 수신하여 스위치의 온 또는 오프 제어를 인가하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 배터리 관리 장치가 배터리 집합 단위의 퇴화도 순서에 따라서 우선적으로 배터리의 계통 연결을 제어하는 배터리 관리 방법에 있어서,
    (a)단위 배터리 관리부가 각각에 대응하는 배터리 집합 단위의 퇴화 상태를 측정하여 퇴화도를 산출하는 단계;
    (b)마스터 배터리 관리부가 적어도 하나 이상의 단위 배터리 관리부로부터 퇴화도를 수신하는 단계;
    (c)상기 마스터 배터리 관리부가 수신된 각각의 퇴화도를 비교하여 배터리 집합 단위의 퇴화도가 낮은 순서를 정하는 단계;
    (d)상기 마스터 배터리 관리부가 정해진 순서에 따라 대응하는 배터리 집합 단위의 연결 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    (e)연결 제어 신호에 의해 대응하는 스위치의 물리적 연결이 접속으로 전환되어 해당 배터리 집합 단위를 계통에 우선적으로 연결하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 배터리 집합 단위는 복수의 배터리 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 배터리 엘리먼트는,
    외부 전력을 공급받아 저장하고 저장된 전력을 외부로 공급하는 배터리 셀;
    복수개 배터리 단위 셀의 집합체에 해당하는 배터리 모듈;
    복수개 배터리 단위 모듈의 집합체에 해당하는 배터리 팩;
    복수개 배터리 팩의 집합체에 해당하는 배터리 시스템; 및
    복수개 배터리 시스템의 집합체에 해당하는 배터리 플랜트
    중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    배터리 집합 단위를 구성하는 각각의 배터리 엘리먼트에 대한 내부 저항, 온도, 출력 전압, 개방 전압, 충방전 전류 및 저장 용량 중 적어도 하나 이상을 이용하여 배터리 집합 단위의 퇴화도를 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    각각의 배터리 엘리먼트에 대한 퇴화도의 평균값을 배터리 집합 단위의 퇴화도로 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  13. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 단계(e)는,
    상기 단위 배터리 관리부가 마스터 배터리 관리부로부터 출력되는 연결 제어 신호를 수신하여 스위치의 온 또는 오프의 제어를 인가하는 단계 및
    상기 스위치 제어부가 마스터 배터리 관리부로부터 출력되는 연결 제어 신호를 수신하여 스위치의 온 또는 오프 제어를 인가하는 단계 중에서 어느 하나의 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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