KR20150081696A

KR20150081696A - 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법

Info

Publication number: KR20150081696A
Application number: KR1020140001441A
Authority: KR
Inventors: 감재우; 히로아키 타케치; 한원철
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2015-07-15
Also published as: EP2892125A3; US20150194823A1; EP2892125A2

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 장치는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 연결되고, 배터리 모듈을 충전하는 충전부 및 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈의 개로 전압(OCV, open circuit voltage) 값이 소정 전압 구간 내로 판단되는 측정 횟수 정보를 수신하고, 측정 횟수가 소정 횟수를 초과하면, 배터리 모듈이 방전되도록 배터리 관리 시스템으로 방전 개시 신호를 전송하는 충전 제어부를 포함한다.

Description

배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법{BATTERY CHARGING DEVICE AND BATTERY CHARGING METHOD}

본 발명은 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리를 효과적으로 충전하는 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법에 관한 것이다.

환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다.

전력 저장 시스템은 신재생 에너지의 발전 전력을 배터리에 저장하거나, 상용 계통과 연계하여 상용 계통의 전력을 배터리에 저장할 수 있다. 전력 저장 시스템은 배터리에 저장된 전력을 상용 계통 또는 부하에 공급할 수 있다.

전력 저장 시스템에는 전력을 저장하기 위해 충전 및 방전이 가능한 이차 전지(secondary battery)가 상용될 수 있다. 통상적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차전지는 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.

이때, 배터리 시스템을 제어하여 효과적으로 충전 및 방전 동작을 수행하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.

본 발명은 전술한 필요성을 충족하기 위해 제안되는 것으로서 배터리를 충전할 때, 플랫 구간에서의 배터리 충전을 방지할 수 있는 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 장치는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 연결되고, 배터리 모듈을 충전하는 충전부 및 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈의 개로 전압(OCV, open circuit voltage) 값이 소정 전압 구간 내로 판단되는 측정 횟수 정보를 수신하고, 측정 횟수가 소정 횟수를 초과하면, 배터리 모듈이 방전되도록 배터리 관리 시스템으로 방전 개시 신호를 전송하는 충전 제어부를 포함한다.

충전 제어부는 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈의 개로 전압 정보를 더 수신하고, 개로 전압이 소정 전압 구간 내인 경우, 배터리 관리 시스템으로 방전 개시 신호를 전송할 수 있다.

충전 제어부는 개로 전압이 소정 전압 구간을 벗어나면, 배터리 모듈이 충전되도록 배터리 관리 시스템으로 충전 개시 신호를 전송할 수 있다.

충전부는 배터리 모듈과 연결되는 충전 단자 및 충전 단자를 이용하여 배터리 모듈의 개로 전압을 측정하는 쿨롱 카운터(coulomb counter)를 포함하고, 충전 제어부는 쿨롱 카운터에 의해 측정된 개로 전압 값이 소정 전압 구간 내인 경우, 배터리 관리 시스템으로 방전 개시 신호를 전송할 수 있다.

충전 제어부는 측정 횟수가 소정 횟수 이하면, 배터리 모듈이 충전되도록 배터리 관리 시스템으로 충전 개시 신호를 전송하는 배터리 충전 시스템.

측정 횟수는 배터리 관리 시스템에 의해 개로 전압이 주기적으로 측정될 때, 소정 전압 구간 내의 개로 전압이 측정되는 횟수를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 충전 장치는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 연결되고, 배터리 모듈을 충전하는 충전부 및 배터리 모듈의 개로 전압을 측정하고, 개로 전압 값이 소정 전압 구간 내인 경우, 배터리 모듈이 방전되도록 충전부를 제어하는 충전 제어부를 포함한다.

충전 제어부는 개로 전압이 소정 전압 구간을 벗어나면, 배터리 모듈이 충전되도록 충전부를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 방법은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈의 개로 전압 값이 소정 전압 구간 내로 판단되는 측정 횟수 정보를 수신하는 단계 및 측정 횟수가 소정 횟수를 초과하는 것으로 판단되면, 배터리 관리 시스템으로 배터리 모듈을 방전하는 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

배터리 관리 시스템으로부터 배터리 모듈의 개로 전압 정보를 수신하는 단계 및 개로 전압이 소정 전압 구간 내이면 배터리 모듈을 방전하는 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

개로 전압 정보로부터 개로 전압이 소정 전압 구간을 벗어나는 것으로 판단되면, 배터리 모듈을 충전하는 신호를 배터리 관리 시스템으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

측정 횟수가 소정 횟수 이하인 것으로 판단되면, 배터리 모듈을 충전하는 신호를 배터리 관리 시스템으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 충전 방법은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 연결되면, 배터리 모듈의 개로 전압을 측정하는 단계, 개로 전압이 소정 전압 구간 내인 경우, 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로 배터리 모듈을 방전시키는 신호를 전송하는 단계 및 배터리 모듈의 방전에 따라 개로 전압이 소정 전압 구간을 벗어나면, 배터리 관리 시스템으로 배터리 모듈을 충전시키는 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리를 충전할 때, 플랫 구간에서의 배터리 충전을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 시스템을 나타내는 블록 구성도(block diagram)이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충전 방법으로 충전하는 배터리의 OCV를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충전 방법으로 충전하는 배터리의 OCV를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 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 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 실시 예를 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.

이하 본 발명의 실시 예에 따른 전력 저장 시스템 및 그 구동 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 시스템을 나타내는 블록 구성도(block diagram)이다. 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)은 충전 유닛(20)과 연결될 수 있다.

배터리 팩(10)은 배터리 모듈(12), 배터리 관리 시스템(14, battery management system, 이하 ‘BMS’라 함), 메모리(16), 릴레이부(17) 및 방전 부하(18)를 포함한다.

먼저, 배터리 모듈(12)은 직렬 또는 병렬로 결합되고, 충전이 가능한 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 여기서 셀은 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로서, 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(nickel metal hydride battery), 리듐-이온 전지(lithium ion battery), 리듐 폴리머 전지(lithium polymer battery) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 상기 배터리 셀의 종류를 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 배터리 셀은 원통형 전지, 각형 전지 파우치 전지 및 그 등가물 중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 배터리 셀의 형태를 한정하는 것도 아니다. 이러한 배터리 셀은 복수개가 하나의 배터리 모듈(12)을 형성하여 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 동력원으로 사용될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)에는 팩 단자(a)가 형성되어 있으며, 팩 단자(a)에 충전 유닛(20)의 충전부(22)가 연결되어 배터리 모듈(12)을 충전시킬 수 있다.

그리고, 배터리 모듈(12)의 충전 및 방전 동작을 효율적으로 관리하기 위해 BMS(14)가 탑재되어 있다. BMS(14)는 배터리 모듈(12)의 충전 및 방전을 관리하고, 각 배터리 셀의 개로 전압(open circuit voltage, 이하 OCV라 함), 전류 및 온도 등을 측정할 수 있다. 여기서, OCV는 무부하 상태의 전압을 측정하는 것이므로, 배터리 셀의 OCV를 측정할 때 방전 부하(18)는 작동하지 않는다.

BMS(14)는 각 배터리 셀의 OCV, 전류 및 온도 등을 측정하여, 배터리 모듈 전체의 OCV, 각 셀의 충전상태(state of charge, 이하 SOC라 함) 및 성능상태(state of health, 이하 SOH라 함)를 추정할 수 있으며, 각 배터리 셀의 OCV, 전류 및 온도 등과 함께 추정된 배터리 모듈 전체의 OCV, 각 배터리 셀의 SOC 및 SOH를 메모리(16)에 저장하거나, 유선 또는 무선으로 연결되는 충전 유닛(20)으로 전달할 수 있다.

이때, BMS(14)는 각 배터리 셀의 전하, 온도, 개로 전압, 부하 주기 또는 시간 등을 측정하는 쿨롱 카운터(coulomb counter)를 포함할 수 있다.

그리고, BMS(14)는 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간 내에서 변동되는지 판단할 수 있다. 예를 들어, BMS(14)는 주기적으로 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정할 수 있다.

그리고, BMS(14)는 OCV가 플랫 구간 내로 측정되는 횟수를 누적할 수 있다. 플랫 구간은 SOC-OCV 관계 곡선에서 SOC의 변화 대비 OCV의 변화량이 소정 임계치 이하인 구간일 수 있다. 이때, SOC 대신 충전 전류, 방전 전류, 충전 경과 시간, 방전 경과 시간 등 다른 인자가 사용될 수 있다.

즉, 배터리 모듈(12)의 전력이 사용되는 동안, 주기적으로 측정된 OCV가 플랫 구간 내인 경우, BMS(14)는 OCV의 플랫 구간 내로 측정된 횟수를 누적하여 메모리(16)에 저장할 수 있다.

그리고, 릴레이부(17)는 BMS(14)의 제어에 따라, 배터리 모듈(12)과 팩 단자(a)를 연결하거나, 배터리 모듈(12)과 방전 부하(18)를 전기적으로 연결하는 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

다음으로, 방전 부하(18)는 배터리 모듈(12)에 저장된 전력을 소비하는 부하로, 릴레이부(17)의 스위칭 동작에 의해 배터리 모듈(12)과 연결되어 배터리 모듈(12)을 방전시킬 수 있다.

다음으로, 충전 유닛(20)은 충전부(22) 및 충전 제어부(24)를 포함한다. 충전 유닛(20)은 배터리 팩(10)을 충전시킬 수 있다.

충전부(22)는 배터리 팩(10)을 충전시키며, 충전 단자(b)를 포함한다. 충전부(22)는 충전 단자(b)가 배터리 팩(10)의 팩 단자(a)에 연결되면, 배터리 팩(10)을 충전시킨다. 이때, 충전부(22)의 플러스 단자가 배터리 팩(10)의 플러스 단자에 연결되고, 충전부(22)의 마이너스 단자가 배터리 팩(10)의 마이너스 단자에 연결될 수 있다.

그러면, 충전부(22)는 외부 전원과 연결되는 외부 단자(c)로 공급되는 전력을 배터리 모듈(12)로 공급하여, 배터리 팩(10)을 충전시킬 수 있다.

충전 제어부(24)는 충전 단자(b)가 배터리 팩(10)의 팩 단자(a)에 연결되면 충전부(22)를 통해 배터리 모듈(12)을 충전시키거나 방전시킬 수 있다. 그리고, 충전 제어부(24)는 배터리 팩(10)의 BMS(14)로부터 각 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, 배터리 모듈(12)의 OCV, SOH, SOC 또는 배터리 모듈(12)의 OCV 변동에 대한 정보를 전달받을 수 있다.

상기의 BMS(14) 및 충전 제어부(24)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이하에서는 도 2를 참조하여, 배터리 모듈(12)의 OCV가 변동된 횟수에 따라 배터리 모듈(12)을 충전하는 방법에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충전 방법을 나타내는 순서도이다. 배터리 팩(10)은 부하에 연결되어, 배터리 팩(10)에 저장된 전력을 부하로 공급할 수 있다. 부하는 전력을 소비하는 각종 전기 기기를 말하며, 가정의 가전 기기나 공장의 생산 설비 등을 의미한다.

먼저, BMS(14)는 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정(S10)한다. 이때, BMS(14)는 도 1에서 설명한 바와 같이, 주기적으로 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정할 수 있다.

그러면, BMS(14)는 부하에 의해 전력이 소비되어 감소한 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN) 내인지 판단(S12)한다. 플랫 구간(IN) 내의 사용에 대해서는 도 3을 함께 참조하여 이하에서 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충전 방법으로 충전하는 배터리의 OCV를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, BMS(14)는 소정 시간(tIN) 간격으로 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정할 수 있다.

BMS(14)는 최초로 배터리 모듈(12)의 OCV를 t10시점에서 측정하고, t10시점으로부터 소정 시간(tIN) 경과된 t11시점에서 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정할 수 있다. 그리고, BMS(14)는 t11시점으로부터 소정 시간(tIN) 경과된 t12시점, t12시점으로부터 소정 시간(tIN) 경과된 t13시점 및 t13시점으로부터 소정 시간(tIN) 경과된 t14시점에서, 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정할 수 있다.

먼저, t10시점에서 배터리 모듈(12)의 OCV는 V1으로 측정될 수 있다.

그리고, t10시점에서, 부하에 배터리 팩(10)이 연결되고 배터리 모듈(12)에 저장된 전력이 사용되면, 배터리 팩(10)의 OCV가 감소할 수 있다. 즉, 전력 사용에 의해, t11시점의 배터리 모듈(12)의 OCV는 V2로 감소한다.

V1에서 V2로 감소하였으므로, BMS(14)는 t10시점으로부터 t11시점까지의 전력 사용이 플랫 구간(IN, V=H 내지 V=L 사이) 내의 사용인 것으로 판단할 수 있다.

이후, t11시점으로부터 t12시점까지 배터리 모듈(12)의 OCV가 V2에서 V3로 감소하였으므로, BMS(14)는 t11시점으로부터 t12시점까지의 전력 사용이 플랫 구간(IN) 내의 사용인 것으로 판단할 수 있다.

t12시점으로부터 t13시점까지 배터리 모듈(12)의 OCV가 V3에서 V4로 감소하였으므로, BMS(14)는 t12시점으로부터 t13시점까지의 전력 사용이 플랫 구간(IN) 내의 사용인 것으로 판단할 수 있다.

t13시점으로부터 t14시점까지 배터리 모듈(12)의 OCV가 V4에서 V5로 감소하였으므로, BMS(14)는 t13시점으로부터 t14시점까지의 전력 사용이 플랫 구간(IN) 내의 사용인 것으로 판단할 수 있다.

그러면, BMS(14)는 t10시점부터 t14시점까지 측정된 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN) 내이므로, 총 4회로 플랫 구간(IN) 내 사용 횟수를 카운트(S14)하고, 메모리(16)에 사용 회수를 저장(S16)한다.

다음으로, BMS(14)는 배터리 팩(10)에 충전 유닛(20)이 연결되는지 판단(S18)한다. 예를 들어, 팩 단자(a)에 충전 단자(b)가 연결되는지를 감지하는 센서(미도시)를 통해 충전 유닛(20)의 연결 여부를 판단할 수 있다. 또는, 배터리 팩(10)과 충전 유닛(20)이 무선으로 연결되는 경우, BMS(14)는 무선 전력 충전을 위한 최초 연결 개시 신호가 수신될 때, 충전 유닛(20)의 연결 여부를 판단할 수 있다.

그리고, BMS(14)는 충전 유닛(20)으로 메모리(16)에 저장된 사용 횟수를 전송(S20)한다. BMS(14)와 충전 유닛(20)은 팩 단자(a)와 충전 단자(b)간 연결 외에도, 별도의 단자를 구비하여 연결되거나, 무선 통신 네트워크를 통해 연결될 수도 있다.

한편, BMS(14)는 t15 시점에서의 배터리 모듈(12)의 OCV 정보(V6)를 충전 제어부(24)로 함께 전달할 수 있다. 그러나, 충전 유닛(20)의 충전 단자(b)로 배터리 모듈(12)의 OCV의 측정이 가능한 경우 배터리 모듈(12)의 OCV 정보(V6) 전달은 생략될 수 있다.

그러면, 충전 제어부(24)는 사용 횟수가 소정 횟수를 초과하는지 판단(S22)한다. 예를 들어, 소정 횟수는 3회로 설정될 수 있다.

사용 횟수가 소정 횟수를 초과하는 경우, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 방전을 개시하는 신호를 전송(S24)한다. 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 방전을 개시하는 신호를 BMS(14)로 전송하여 배터리 모듈(12)을 방전시킬 수 있다. 또한, 충전 제어부(24)는 충전부(22)를 적절히 제어하여 배터리 모듈(12)을 방전시킨다.

이때, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 OCV를 더 고려하여, 배터리 모듈(12)을 방전시킬 수 있다.

예를 들어, 충전 제어부(24)는 BMS(14)로부터 배터리 모듈(12)의 현재 OCV에 대한 정보를 수신하거나, 충전 단자(b)를 통해 배터리 모듈(12)의 현재 OCV가 측정되는 경우, 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간의 하한 값(L) 이하면, 사용 횟수를 판단하지 않고, 배터리 모듈(12)의 충전을 개시하는 신호를 BMS(14)로 전달(S32)할 수 있다.

그리고, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간의 하한 값(L)을 초과하면, 사용 횟수가 소정 횟수를 초과하는지 판단하고, 사용 횟수가 소정 횟수를 초과하는 경우, 충전 제어부(24)는 방전 개시 신호를 BMS(14)로 전송하여, 배터리 모듈(12)을 방전시킬 수 있다.

충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 방전을 개시하는 신호를 BMS(14)로 전송하는 경우, BMS(14)는 배터리 모듈(12)이 방전 부하(18)에 연결되도록, 릴레이부(17)의 스위칭 동작을 제어하여 배터리 모듈(12)을 방전(S26)한다.

도 3의 t15시점에서 충전 유닛(20)과 배터리 팩(10)이 연결되면, S20 단계 내지 S23 단계가 수행되고, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)에 저장된 전력을 방전시키는 신호를 BMS(14)로 전달할 수 있다.

또한, 충전 제어부(24)는 사용 횟수가 소정 횟수 이하인 경우, 배터리 모듈(12)의 충전을 개시하는 신호를 BMS(14)로 전달(S32)할 수 있다.

방전이 개시된 후, BMS(14)는 충전 제어부(24)로 배터리 모듈(12)의 OCV에 대한 정보를 전송(S28)한다. 만약, 충전 유닛(20)의 충전 단자(b)로 배터리 모듈(12)의 OCV의 측정이 가능한 경우, S28 단계는 생략될 수 있다.

그러면, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN)를 벗어나는지 여부를 판단(S30)한다. 일례로, 배터리 모듈(12)에 저장되는 전력이 방전되었으므로, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 OCV가 임계 값(CP) 이하인지 판단할 수 있다.

배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN)의 임계 값(CP) 이하로 판단된 경우, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 충전을 개시(S30)한다. 도 3의 t16시점에서, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 충전을 개시하는 신호를 BMS(14)로 전달하고, 충전부(22)를 통해 배터리 모듈(12)로 전력을 공급할 수 있다.

그러면, BMS(14)는 배터리 모듈(12)이 팩 단자(a)에 연결되도록, 릴레이부(17)의 스위칭 동작을 제어하여 배터리 모듈(12)을 충전(S34)한다.

다음으로, 도 4를 참조하여 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정하고, 배터리 모듈(12)을 충전하는 충전 유닛(20)에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충전 방법을 나타내는 순서도이다. 도시된 바와 같이, 충전 유닛(20)은 배터리 팩(10)에 연결(S40)된다.

충전 유닛(20)의 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정(S42)한다. 예를 들어, 충전 제어부(24)는 충전 단자(b)로 배터리 모듈(12)의 OCV의 측정할 수 있다. 이때, 충전 제어부는 배터리 모듈(12)의 전하, 온도, 개로 전압, 부하 주기 또는 시간 등을 측정하는 쿨롱 카운터를 포함할 수 있다.

그러면, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN) 내인지 판단할 수 있다. 플랫 구간(IN)의 배터리 모듈(12)의 OCV에 대해서는 도 4를 함께 참조하여 이하에서 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충전 방법으로 충전하는 배터리의 OCV를 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, t21 시점의 배터리 모듈(12)의 OCV는 V7이다. 전압 값 V7는 플랫 구간(IN, V=H 내지 V=L 사이) 내의 값으로 판단될 수 있다.

예를 들어, 충전 제어부(24)는 복수의 비교기를 이용하여 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN) 내인지 판단할 수 있다. 충전 제어부(24)는 비교기의 제1 입력 단자의 기준 전압을 상한 값(H) 및 하한 값(L)으로 설정하고, 배터리 모듈(12)의 OCV를 비교기의 제2 입력 단자로 인가할 수 있다. 그러면, 충전 제어부(24)는 비교기의 출력을 이용하여 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN) 내인지 판단할 수 있다.

다음으로, 배터리 모듈(12)의 OCV가 플랫 구간(IN) 내인 경우, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 방전을 개시하는 신호를 전송(S46)한다.

이후, 배터리 모듈(12)의 OCV가 방전에 따라 플랫 구간(IN)을 벗어난 것으로 판단되는 경우, 충전 제어부(24)는 배터리 모듈(12)의 충전을 개시하는 신호를 전송(S48)한다.

예를 들어, 충전 제어부(24)는 t22시점에서 배터리 모듈(12)의 OCV를 측정하고, 측정된 OCV가 임계 값(CP) 이하인 경우, 배터리 모듈(12)을 충전하는 신호를 배터리 관리 시스템으로 전송할 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 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

10: 배터리 팩 12: 배터리 모듈
14: BMS 16: 메모리
17: 릴레이부 18: 방전 부하
20: 충전 유닛 22: 충전부
24: 충전 제어부

Claims

적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 연결되고, 상기 배터리 모듈을 충전하는 충전부; 및
상기 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리 모듈의 개로 전압(OCV, open circuit voltage) 값이 소정 전압 구간 내로 판단되는 측정 횟수 정보를 수신하고, 상기 측정 횟수가 소정 횟수를 초과하면, 상기 배터리 모듈이 방전되도록 상기 배터리 관리 시스템으로 방전 개시 신호를 전송하는 충전 제어부;
를 포함하는 배터리 충전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 충전 제어부는 상기 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리 모듈의 개로 전압 정보를 더 수신하고, 상기 개로 전압이 상기 소정 전압 구간 내인 경우, 상기 배터리 관리 시스템으로 상기 방전 개시 신호를 전송하는 배터리 충전 장치.
제2 항에 있어서,
상기 충전 제어부는 상기 개로 전압이 상기 소정 전압 구간을 벗어나면, 상기 배터리 모듈이 충전되도록 상기 배터리 관리 시스템으로 충전 개시 신호를 전송하는 배터리 충전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 충전부는 상기 배터리 모듈과 연결되는 충전 단자 및 상기 충전 단자를 이용하여 상기 배터리 모듈의 개로 전압을 측정하는 쿨롱 카운터(coulomb counter)를 포함하고,
상기 충전 제어부는 상기 쿨롱 카운터에 의해 측정된 개로 전압 값이 상기 소정 전압 구간 내인 경우, 상기 배터리 관리 시스템으로 상기 방전 개시 신호를 전송하는 배터리 충전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 충전 제어부는 상기 측정 횟수가 상기 소정 횟수 이하면, 상기 배터리 모듈이 충전되도록 상기 배터리 관리 시스템으로 충전 개시 신호를 전송하는 배터리 충전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 측정 횟수는 상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 개로 전압이 주기적으로 측정될 때, 상기 소정 전압 구간 내의 상기 개로 전압이 측정되는 횟수를 포함하는 배터리 충전 장치.
적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 연결되고, 상기 배터리 모듈을 충전하는 충전부; 및
상기 상기 배터리 모듈의 개로 전압을 측정하고, 상기 개로 전압 값이 소정 전압 구간 내인 경우, 상기 배터리 모듈이 방전되도록 상기 충전부를 제어하는 충전 제어부;
를 포함하는 배터리 충전 장치.
제8 항에 있어서,
상기 충전 제어부는 상기 개로 전압이 상기 소정 전압 구간을 벗어나면, 상기 배터리 모듈이 충전되도록 상기 충전부를 제어하는 배터리 충전 장치.
적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리 모듈의 개로 전압 값이 소정 전압 구간 내로 판단되는 측정 횟수 정보를 수신하는 단계; 및
상기 측정 횟수가 소정 횟수를 초과하는 것으로 판단되면, 상기 배터리 관리 시스템으로 상기 배터리 모듈을 방전하는 신호를 전송하는 단계;
를 포함하는 배터리 충전 방법.
제9 항에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리 모듈의 개로 전압 정보를 수신하는 단계; 및
상기 개로 전압이 상기 소정 전압 구간 내이면 상기 배터리 모듈을 방전하는 신호를 생성하는 단계;
를 더 포함하는 배터리 충전 방법.
제10 항에 있어서,
상기 개로 전압 정보로부터 상기 개로 전압이 상기 소정 전압 구간을 벗어나는 것으로 판단되면, 상기 배터리 모듈을 충전하는 신호를 상기 배터리 관리 시스템으로 전송하는 단계;
를 더 포함하는 배터리 충전 방법.
제9 항에 있어서,
상기 측정 횟수가 상기 소정 횟수 이하인 것으로 판단되면, 상기 배터리 모듈을 충전하는 신호를 상기 배터리 관리 시스템으로 전송하는 단계;
를 더 포함하는 배터리 충전 방법.
제9 항에 있어서,
상기 측정 횟수는 상기 배터리 관리 시스템에 의해 상기 개로 전압이 주기적으로 측정될 때, 상기 소정 전압 구간 내의 상기 개로 전압이 측정되는 횟수를 포함하는 배터리 충전 방법.
적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈과 연결되면, 상기 배터리 모듈의 개로 전압을 측정하는 단계;
상기 개로 전압이 소정 전압 구간 내인 경우, 상기 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로 상기 배터리 모듈을 방전시키는 신호를 전송하는 단계; 및
상기 배터리 모듈의 방전에 따라 상기 개로 전압이 상기 소정 전압 구간을 벗어나면, 상기 배터리 관리 시스템으로 상기 배터리 모듈을 충전시키는 신호를 전송하는 단계;
를 포함하는 배터리 충전 방법.