KR20160092430A - 배터리 팩, 이의 제어 방법 및 이를 구비한 전동 장치의 구동 시스템 - Google Patents

배터리 팩, 이의 제어 방법 및 이를 구비한 전동 장치의 구동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩, 이의 제어 방법 및 이를 구비한 전동 장치의 구동 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 재충전 가능한 복수의 배터리, 상기 복수의 배터리의 움직임 정보 - 상기 움직임 정보는 i) 상기 복수의 배터리가 이동 상태인지 정지 상태인지를 감지하여 획득한 정보 또는 ii) 상기 복수의 배터리가 이동 상태인 경우 각도 변화를 감지하여 획득한 상기 복수의 배터리의 기울어진 상태에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함함 - 를 획득하는 감지부 및 상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하되, 상기 감지부로부터 상기 복수의 배터리의 움직임 정보를 전달받아, 상기 움직임 정보에 대응되는 충전 모드 또는 방전 모드로 상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리부를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩, 이의 제어 방법 및 이를 구비한 전동 장치의 구동 시스템{BATTERY PACK, METHOD FOR CONTROLLING AND DRIVING SYSTEM OF ELECTRO-MECHANICAL APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 배터리 팩, 이의 제어 방법 및 이를 구비한 전동 장치의 구동 시스템에 관한 것이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 모바일 기기뿐만 아니라 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지 수요가 급격히 증가하고 있다.
이러한 이차전지는 방전 후에도 다시 재충전하여 계속 사용할 수 있으며, 이차전지의 충/방전을 제어하고, 과충전 및 과방전으로부터 배터리를 보호하기 위한 보호 회로와 결합되어 배터리 팩을 구성한다.
특히, 하이브리드 자동차, 전기자동차, 전기 자전거, 골프카 등 친환경 전동 장치의 경우, 모터는 이차전지로부터 구동 전원을 전달 받아 전동 장치를 구동 시키는 회전 구동원으로도 사용되지만, 엔진 또는 바퀴의 에너지를 흡수하여 회생 에너지를 생성하는 발전 구동원으로도 사용될 수 있는바, 이에 따라, 이차전지는 외부 전원으로부터 전기 에너지를 공급받아 재충전될 수 있으며, 회생 에너지를 공급받아 재충전될 수도 있다.
이때, 이차전지가 과충전 또는 과방전되지 않도록 이차전지의 충전 또는 방전을 제어하여 배터리 팩의 안정성을 확보하여야 하며, 이차전지로 유입되는 충전 전류의 특성이 서로 다름에도 불구하고 동일한 제어 방법에 따라 충전을 제어하는 경우 배터리 팩의 안정성이 악화되거나 회생에너지의 사용이 비효율적일 수 있다.
본 발명은 배터리 팩에 구비된 감지부를 통해 배터리 팩의 움직임 상태에 대한 정보를 획득하고, 획득한 배터리 팩의 움직임 상태에 따라 각각 서로 다른 충전 모드를 지원함으로써, 회생 에너지의 사용 효율을 높임과 동시에 배터리 팩의 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 재충전 가능한 복수의 배터리, 상기 복수의 배터리의 움직임 정보 - 상기 움직임 정보는 i) 상기 복수의 배터리가 이동 상태인지 정지 상태인지를 감지하여 획득한 정보 또는 ii) 상기 복수의 배터리가 이동 상태인 경우 각도 변화를 감지하여 획득한 상기 복수의 배터리의 기울어진 상태에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함함 - 를 획득하는 감지부 및 상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하되, 상기 감지부로부터 상기 복수의 배터리의 움직임 정보를 전달받아, 상기 움직임 정보에 대응되는 충전 모드 또는 방전 모드로 상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리부를 포함하는 배터리 팩을 제안한다.
상기 배터리 관리부는, 상기 복수의 배터리를 보호하기 위한 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하며, 상기 움직임 정보에 따라 다르게 적용되는 충전 모드 또는 방전 모드에는 각각 서로 다른 보호 레벨 데이터가 적용될 수 있다.
상기 보호 레벨 데이터는 과충전 기준 전류, 과충전 가준 전압, 과방전 기준 전류, 과방전 기준 전압 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함할 수 있다.
상기 복수의 배터리 유닛이 이동 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 제1 충전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어할 수 있다.
상기 복수의 배터리 유닛이 정지 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 제2 충전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어할 수 있다.
상기 제1 충전 모드 및 제2 충전 모드의 보호 레벨 데이터는 과충전 기준 전압 또는 과충전 기준 전류 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함하며, 상기 제1 충전 모드의 과충전 기준 전압 또는 전류 값은 상기 제2 충전 모드의 보호 레벨 데이터의 과충전 기준 전압 또는 전류 값보다 클 수 있다.
상기 복수의 배터리 유닛이 이동 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛으로 충전 전류가 유입되되, 상기 복수의 배터리 유닛의 기울기 값이 제1 구간에 포함되는 경우, 상기 배터리 관리부는 제3 충전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어할 수 있다.
상기 복수의 배터리 유닛이 이동 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛이 방전되는 경우, 상기 배터리 관리부는, 상기 복수의 배터리 유닛의 기울기 값이 포함되는 구간 별로 서로 다르게 설정된 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리 유닛의 방전을 제어할 수 있다.
상기 보호 레벨 테이터는 과방전 기준 전류 또는 과방전 기준 전압 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전동 장치를 구동시키는 모터, 상기 모터와 연결되어 상기 모터로 구동 전원을 공급하는 것으로서, 복수의 배터리 유닛, 상기 전동 장치의 움직임에 관한 정보를 획득하는 감지부 및 상기 복수의 배터리 유닛의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리부를 포함하는 배터리 팩 및 상기 모터와 상기 배터리 팩 사이에 연결되며 상기 모터의 발전에 의해 발생된 전류를 회생에너지로 전환하여 상기 회생에너지가 상기 배터리 팩에 제공되도록 하는 인버터를 포함하며, 상기 배터리 팩의 배터리 관리부는 상기 전동 장치의 움직임 정보에 대응하는 충전 모드 또는 방전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전 또는 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동 장치의 구동 시스템을 제안한다.
상기 전동 장치가 이동 상태일 때 상기 배터리 팩으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 상기 모터로부터 발생된 회생에너지에 의한 충전인 것으로 판단하며, 상기 회생에너지에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어할 수 있다.
상기 전동 장치가 정지 상태일 때 상기 배터리 팩으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 외부 전원에 의한 충전인 것으로 판단하며, 상기 외부 전원에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어할 수 있다.
상기 회생에너지에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터 및 상기 외부 전원에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터는 과충전 기준 전압 또는 과충전 기준 전류 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함하며, 상기 회생에너지에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터 값은 상기 외부 전원에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터의 값보다 클 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩에 구비된 감지부를 통해 배터리 팩의 움직임 상태에 대한 정보를 획득하고, 획득한 배터리 팩의 움직임 상태에 따라 각각 서로 다른 충전 모드를 지원함으로써, 회생 에너지의 사용 효율을 높임과 동시에 배터리 팩의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 구비한 전동 장치의 구동 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전제어방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충전제어방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 방전제어방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 구비한 전동 장치의 구동 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩을 구비한 전동 장치의 구동 시스템은 배터리 팩(1), 인버터(3), 모터(5) 및 제어부(7)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 전동 장치는 전기 자전거, 전기 자동차, 골프카 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 배터리 팩에 저장된 전원으로 모터를 구동시키고 모터의 구동력을 바퀴에 전달하여 주행이 이루어질 수 있도록 하며, 회생 에너지 발전이 가능한 것이면 본 발명의 전동 장치라 할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 모터(5)의 구동에 필요한 전원을 제공하고, 외부 전원(미도시)으로부터 공급되는 전기 에너지, 또는 모터(5)로부터 공급되는 회생 에너지를 공급받아 충전될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩의 구성과 기능에 관하여는 아래에서 더 자세하게 알아보기로 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 인버터(3)는 배터리 팩(1)으로부터 출력되는 전압을 모터(5)의 구동 전압에 적합한 전압으로 변환하여 모터(5)에 공급할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 모터(5)는 인버터(3)로부터 교류 전압을 공급받아 엔진(미도시)의 출력 토크를 지원하고, 엔진의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 제동 시 발전기로 동작하여 회생 에너지가 생성되도록 할 수 있다. 마지막으로, 본 발명에 따른 제어부(7)는 인버터(3)를 동작시키기 위한 신호를 제어 신호를 출력할 수 있으며, 인버터(3) 또는 모터(5)를 모니터링하여 이를 제어할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 복수의 배터리 유닛(10), 충방전 제어 스위치부(22), 배터리 관리부(20) 및 감지부(30)를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 복수의 배터리 유닛(10)은 재충전 가능한 것으로서, 배터리 팩(1)의 하우징 내에 수납될 수 있으며 배터리 유닛(10)의 전극 단자를 연결하는 연결 부재에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
배터리 유닛(10)은 전기에너지의 소모 또는 공급에 따라 충전과 방전이 가능한 이차 전지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battey), 리튬 이온 전지(lithium battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있으며, 여기서 이차 전지의 종류를 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명의 감지부(30)는 배터리 팩(1)에 구비되어 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로, 감지부(30)는 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보를 획득하여 이를 전기적 신호를 출력할 수 있으며, 감지부(30)가 획득하는 움직임 정보는 i) 복수의 배터리 유닛(10)이 이동 상태인지 정지 상태인지를 감지하여 획득한 정보 또는 ii) 복수의 배터리 유닛(10)이 이동 상태인 경우 각도 변화를 감지하여 획득한 복수의 배터리 유닛(10)의 기울어진 상태에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 감지부(30)는 복수의 배터리 유닛(10)이 이동 상태인지 정지 상태인지를 나타내는 전기적 신호 또는 복수의 배터리 유닛(10)의 기울기 정보를 나타내는 전기적 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 감지부(30)는 각속도를 검출하여 움직임 정보를 획득하는 자이로 센서 또는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하여 움직임 정보를 획득하는 가속도 센서 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 자이로 센서 및 가속도 센서의 기능을 모두 포함하는 모션 센서일 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 배터리 유닛(10)은 배터리 팩(1)의 하우징 내에 고정 수납되어 있으므로, 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임은 배터리 팩(1)의 움직임인 것으로 볼 수 있으며, 더 나아가 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임은 배터리 팩(1)이 구비된 전동 장치의 움직임인 것으로 볼 수 있다. 즉, 본 발명의 감지부(30)는 배터리 팩(1)에 구비되어 배터리 팩(1) 자체의 움직임 정보 및 상기 배터리 팩(1)이 구비된 전동 장치의 움직임 정보를 획득할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 배터리 관리부(20)는 충방전 제어 스위치(22)를 이용하여 복수의 배터리 유닛(10)의 충전 및 방전 동작을 제어하며, 보다 구체적으로 충전 동작 동안 충전 제어 스위치(22B)의 온/오프를 제어하기 위한 동작 신호를 출력하거나, 방전 동작 동안 방전 제어 스위치(22A)의 온/오프를 제어하기 위한 동작 신호를 출력할 수 있다. 또한, 배터리 관리부(20)는 복수의 배터리 유닛(10)의 충전 상태 또는 방전 상태, 온도, 배터리 팩(1) 내부의 전류 흐름 상태 등을 모니터링 할 수 있다. 배터리 관리부(20)는 모니터링 또는 측정 결과에 따라서 복수의 배터리 유닛(10)의 충전 및 방전을 제어한다. 한편, 도 2에서는 도시하지 않았으나 배터리 팩(1)은 배터리 관리부(20)가 중간 전압, 온도 등을 측정하거나, 충전 상태나 방전 상태 또는 전류의 흐름을 모니터링 할 수 있도록 측정 단자들을 더 구비할 수 있을 것이다.
한편, 배터리 관리부(20)는 충전 동작 동안 배터리 팩(1)에 이상이 있는 경우, 충전 제어 스위치(22B)를 오프하여 배터리 유닛(10)을 보호하며, 반대로 방전 동작 동안 배터리 팩(1)에 이상이 있는 경우, 방전 제어 스위치(22A)를 오프하여 배터리 유닛(10)을 보호할 수 있다. 이 때, 배터리 관리부(20)는 복수의 배터리 유닛(10)에 대한 보호 동작이 작동되도록 하는 기준인 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 충전 또는 방전 스위치(22)를 제어할 수 있다.
본 명세서에서 보호 레벨 데이터는 과충전 기준 전압, 과충전 기준 전류, 과방전 기준 전압, 과방전 기준 전류 등에 관한 데이터를 포함할 수 있으며, 보호 레벨 데이터는 복수의 배터리 유닛(10)이 충전 동작 중인지 방전 동작 중인지에 대한 정보, 및 i) 복수의 배터리 유닛(10)이 이동 상태인지 정지 상태인지를 나타내는 정보 또는 ii) 복수의 배터리 유닛(10)의 기울어진 정도에 대한 정보 중 적어도 어느 하나 이상을 참조로 하여 서로 다르게 적용되도록 설정될 수 있다. 즉, 배터리 관리부(20)는 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임에 따라 서로 다르게 적용된 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 복수의 배터리 유닛(10)의 충전 또는 방전을 제어하므로, 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임에 따라 서로 다른 충전 모드 또는 방전 모드가 적용되도록 할 수 있다.
한편, 도 2에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 배터리 팩(1)은 보호 레벨 데이터가 저장될 수 있는 롬(ROM), 이이피롬(EEPROM), 플래시 메모리(Flash Memory) 및 이의 등가 메모리 소자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충/방전 제어 방법에 대하여는 이하에서 도 3 내지 도 5를 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 복수의 배터리 유닛(10)의 전원을 외부 부하(예를 들어, 모터)로 공급하며, 외부 전원으로부터 전력을 공급받거나 모터로부터 회생 에너지를 공급받기 위한 외부 입력 단자를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 충전제어방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 배터리 관리부(20)는 배터리 팩(1) 내부의 전류 흐름 상태를 모니터링 하여 배터리 팩(1)으로 충전 전류가 유입되는 여부를 감지하고(S300), 감지부(30)로부터 출력된 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보에 관한 신호를 입력 받을 수 있다(S310).
배터리 팩(1)으로 충전 전류가 유입되고 배터리 관리부(20)가 획득한 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보가 복수의 배터리 유닛(10)이 이동 상태임을 나타내는 것일 때(S320), 제1 충전 모드로 복수의 배터리 유닛(10)의 충전을 제어할 수 있다(S330).
이와 반대로, 배터리 관리부(20)가 획득한 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보가 복수의 배터리 유닛(10)이 정지 상태임을 나타내는 것일 때(S320), 제2 충전 모드에 따라 복수의 배터리 유닛(10)의 충전을 제어할 수 있다(S340).
일반적으로 배터리 팩이 충전되는 경우에 있어서, 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 충전되는 경우에는 충전 전류 값이 일정하게 유입(정전류 충전)되거나, 충전 전압 값이 일정하도록 전류 값이 제어되어 유입(정전압 충전)된다. 이와 반대로, 회생 에너지를 공급받아 충전되는 경우에는 충전 전류 값 또는 충전 전압 값이 랜덤하게 유입될 뿐만 아니라, 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 충전되는 경우의 전류 값에 비하여 큰 전류 값이 유입될 수 있다.
이러한 경우에, 회생 에너지에 의해 충전될 때 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 충전되는 경우와 동일한 보호 레벨 데이터를 적용하여 과충전 방지를 위한 충전 차단을 제어하게 되면, 생성되는 회생 에너지에 비하여 복수의 배터리 유닛(10)으로 공급되는 에너지 값이 적을 수 있으며, 따라서 회생 에너지가 비효율적으로 사용될 우려가 있다.
즉, 회생 에너지에 의하여 충전되는 경우에는 과충전 방지 동작을 위한 보호 레벨 데이터의 범위는, 일반적인 외부 전력에 의하여 충전되는 경우에 적용되는 보호 레벨 데이터 보다 넓도록 설정할 필요가 있으며, 배터리 팩(1)으로 충전 전류가 유입될 때 일반적인 외부 전력에 의한 충전인지 회생 에너지에 의한 충전인지 판단하여 그에 알맞은 보호 레벨 데이터가 적용되도록 제어하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 팩(1)이 이동 중일 때 배터리 팩(1)에 충전 전류가 유입되면 회생 에너지에 의한 충전인 것으로 판단하여 제1 충전 모드(회생 에너지에 의한 충전일 때 적용되도록 설정된 보호 레벨 데이터를 참조로 한 충전 모드)로 충전을 제어하고, 이와 반대로 배터리 팩(1)이 정지 상태일 때 배터리 팩(1)에 충전 전류가 유입되면 일반적인 외부 전원에 의한 충전인 것으로 판단하여 제2 충전 모드(외부 전원에 의한 충전일 때 적용되도록 설정된 보호 레벨 데이터를 참조로 한 충전 모드)로 충전을 제어할 수 있다.
이 때, 상술한 바와 같이 제1 충전 모드에 설정된 보호 레벨 데이터(가령, 과충전 방지를 위한 과충전 기준 전압 또는 과충전 기준 전류 값)가 제2 충전 모드에 설정된 보호 레벨 데이터 보다 크도록 설정될 수 있다.
아래에서는 본 발명의 다른 실시예로서, 배터리 팩의 기울기 값으로부터 획득한 배터리 팩의 움직임 상태에 따라 각각 다르게 적용되는 충전 제어 방법에 관하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 충전제어방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 배터리 관리부(20)는 배터리 팩(1) 내부의 전류 흐름 상태를 모니터링 하여 배터리 팩(1)으로 충전 전류가 유입되는지 여부를 감지하고(S410), 감지부(30)로부터 출력된 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보에 관한 신호를 입력 받을 수 있다(S420).
배터리 팩(1)으로 충전 전류가 유입되고 배터리 관리부(20)가 획득한 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보가 복수의 배터리 유닛(10)이 정지 상태임을 나타내는 것일 때(S430), 제2 충전 모드로 복수의 배터리 유닛(10)의 충전을 제어할 수 있다(S450). 즉, 상술한 바와 같이 배터리 팩(1)이 정지 상태일 때 충전 전류가 유입되면 외부 전원에 의한 충전인 것으로 판단하고, 그에 적합한 제1 충전 모드로 복수의 배터리 유닛(10)의 충전을 제어할 수 있다.
이와 반대로, 배터리 관리부(20)가 획득한 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보가 배터리 유닛(10)이 이동 상태임을 나타내는 것일 때(S430), 복수의 배터리 유닛(10)이 기울어진 정도인 기울기 값 a가 소정 구간에 포함되어 있는지 여부에 따라 서로 다른 충전 모드가 적용되도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 복수의 배터리 유닛(10)의 기울기 값 a가 제1 구간에 포함되는 경우 제3 충전 모드로 복수의 배터리 유닛(10)의 충전을 제어하고(S470), a가 제1 구간에 포함되지 않는 경우에는 제2 충전 모드로 복수의 배터리 유닛(10)의 충전을 제어할 수 있다(S480).
일반적으로 회생 에너지 발전이 가능한 전동 장치에 있어서, 전동 장치가 주행중인 상태에서 브레이크를 작동하여 감속을 실행하게 되면 전동 장치에는 계속 주행하려는 관성력이 발생하고, 이때 모터는 관성력에 의해 역구동되어 발전기로 동작됨으로써, 전기를 발전시켜 배터리 팩을 충전시키는 회생제동을 실행한다.
이렇게 발전된 회생 에너지로 배터리 팩(1)을 충전함에 있어서, 전동 장치가 평지를 주행할 때 브레이크가 작동하여 발생되는 회생 에너지에 의해 충전되는 경우와 전동 장치가 내리막길을 주행할 때 발생되는 회생 에너지에 의해 충전되는 경우, 배터리 팩(1)으로 유입되는 평균 충전 전류 값, 최대 충전 전류 값 등이 서로 다를 수 있으며, 따라서 평지를 주행할 때 발생되는 회생 에너지에 의해 배터리 팩(1)이 충전되는 경우의 과충전 방지용 보호 레벨 데이터의 범위는, 내리막길을 주행할 때 발생되는 회생 에너지에 의해 충전되는 경우의 과충전 방지용 보호 레벨 데이터의 범위와 서로 다르게 설정되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이 배터리 팩(1)이 이동 중일 때 배터리 팩(1)에 충전 전류가 유입되면 회생 에너지에 의한 충전인 것으로 판단하되, 배터리 팩(1)이 기울어진 정도가 제1 구간을 벗어나는 경우, 가령, 평지를 주행 중인 전동 장치에 브레이크가 작동되면서 발생한 회생 에너지에 의한 충전 일 때는 제1 충전 모드로 배터리 팩(1)의 충전을 제어하고, 이와 다르게 배터리 팩(1)의 기울기 값 a가 제1 구간에 포함되는 경우 가령, 내리막길을 주행 중인 전동 장치에 잉여의 토크가 발생하여 회생 에너지가 발전되는 경우에는 제3 충전 모드로 배터리 팩(1)의 충전을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 경우, 배터리 팩(1)에 충전 전류가 유입되는 경우 배터리 팩(1)에 구비된 감지부(30)를 통해 배터리 팩(1)의 움직임 상태를 판단함으로써 어떤 방식에 의한 충전인지 쉽게 판단할 수 있으며, 더불어 충전 방식에 알맞은 충전 모드를 적용하여 배터리 팩(1)의 충전을 제어할 수 있다.
즉, 배터리 팩(1)에 충전 전류가 유입되되 배터리 팩(1)이 정지 상태인 경우에는 외부 전원에 의한 충전인 것으로 판단하여 이에 적합하도록 설정된 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 충전을 제어(제2 충전 모드)하며, 배터리 팩(1)에 충전 전류가 유입되되 기울기 값 a가 제1 구간에 포함되지 않는 이동 상태일 때에는 평지를 주행할 때 브레이크가 작동되어 발생한 회생 에너지에 의한 충전인 것으로 판단하여 이에 적합하도록 설정된 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 충전을 제어(제1 충전 모드)할 수 있다. 마지막으로, 배터리 팩(1)에 충전 전류가 유입되되 기울기 값 a가 제1 구간에 포함되는 이동 상태인 경우에는 내리막길을 주행함에 따라 발생한 잉여 토크를 발전 시켜 생성된 회생 에너지에 의한 충전인 것으로 판단하며, 이에 적합하도록 설정된 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 충전을 제어(제3 충전 모드)할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩의 발열 감소 등을 위한 과충전 보호 동작을 수행하여 배터리 팩의 안정성을 높이면서도, 회생 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.
다음으로, 아래에서는 본 발명의 다른 실시예로서, 배터리 팩(1)이 방전될 때 배터리 팩(1)이 이동 중인 경우, 배터리 팩(1)의 기울기 값으로부터 획득한 배터리 팩(1)의 움직임 상태에 따라 각각 다르게 적용되는 방전 제어 방법에 관하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 방전제어방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 배터리 관리부(20)는 배터리 팩(1) 내부의 전류 흐름 상태를 모니터링 하여 배터리 팩이 방전되는지 여부를 감지하고(S510), 감지부(30)로부터 출력된 복수의 배터리 유닛(10)의 움직임 정보에 관한 신호를 입력 받을 수 있다(S520).
다음으로, 배터리 관리부(20)는 배터리 팩(1)으로 방전 전류가 유입되고 복수의 배터리 유닛(10)이 이동 상태일 때, 복수의 배터리 유닛(10)이 기울어진 정도인 기울기 값 a가 제3 구간에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다(S530, S540).
판단 결과, 기울기 값 a가 제3 구간에 포함되면, 제1 방전 모드로 복수의 배터리 유닛(10)의 방전을 제어하고(S550), 이와 반대로 기울기 값 a가 제3 구간에 포함되지 않는 경우 제2 방전 모드로 복수의 배터리 유닛(10)의 방전을 제어할 수 있다(S560).
일반적으로 배터리 유닛(10)이 방전되는 경우 과방전을 방지하기 위하여 과방전 방지용 보호 레벨 데이터, 예를 들어 과방전 기준 전압, 과방전 기준 전류 값을 설정하며, 이를 참조로 방전 전류를 차단할 수 있다. 다만, 배터리 팩(1)을 구비한 전동 장치가 구동됨에 있어서, 평지를 주행하고 있을 때와 오르막을 주행할 때 필요한 동력에 차이가 있으며, 가령 전동 장치 구동을 위한 동력이 크게 필요하여 짧은 시간 동안 배터리 팩의 전압이 크게 떨어질 것으로 예상됨에도 불구하고 과방전 방지용 보호 레벨 데이터 값을 높게 설정하는 경우에는, 방전 전류가 쉽게 차단되어 전동 장치의 구동이 용이하지 않을 우려가 있다. 따라서, 복수의 배터리 유닛(10)의 기울기 값이 제3 구간에 포함되는 경우, 즉 배터리 팩이 구비된 전동 장치가 큰 동력이 필요한 오르막길을 주행하고 있는 경우에 적용되도록 설정된 과방전 방지용 보호 레벨 데이터 값은, 기울기 값이 제3 구간에 포함되지 않는 경우와 다를 수 있으며, 기울기 값이 제3 구간에 포함되지 않는 경우의 방전 상태일 때 적용되는 과방전 방지용 보호 레벨 데이터 값 보다 그 기준이 낮을 수 있다.
본 발명에 따르면, 과방전을 방지하기 위한 보호 레벨 데이터를 설정함에 있어서, 배터리 팩(1)의 움직임 정보, 즉 배터리 팩(1)이 구비된 전동 장치의 이동 상태에 따라 보호 레벨 데이터가 다르게 적용되도록 설정함으로써, 배터리 팩(1)의 안정성을 확보하면서도 배터리 팩이 구비된 전동 장치의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 명세서에서 배터리 팩의 기울기 값 a를 설명하기 위한 제1, 제2 및 제3 구간은 극좌표계를 기준으로 할 때, P(R, -90°)<제 1구간<P(R, -θ), P(R, -θ≤제2 구간≤P(R, θ), P(R, θ) < 제3 구간 < P(R, 90°)일 수 있으며, θ의 값은 배터리 팩이 구비된 전동 장치가 평지에 위치하고 있음을 나타낼 수 있을 정도의 범위 내에서 설계변경 가능하다. 즉, 제1 구간은 배터리 팩이 구비된 전동 장치가 내리막길에 위치함을, 제2 구간은 상기 전동 장치가 평지에 위치함을, 마지막으로 제3 구간은 상기 전동 장치가 오르막길에 위치함을 나타내는 것일 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 배터리 팩 3: 인버터
5: 모터 7: 제어부
10: 배터리 유닛 20: 배터리 관리부
22: 충방전 스위치 30: 감지부

Claims (13)

  1. 재충전 가능한 복수의 배터리;
    상기 복수의 배터리의 움직임 정보 - 상기 움직임 정보는 i) 상기 복수의 배터리가 이동 상태인지 정지 상태인지를 감지하여 획득한 정보 또는 ii) 상기 복수의 배터리가 이동 상태인 경우 각도 변화를 감지하여 획득한 상기 복수의 배터리의 기울어진 상태에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함함 - 를 획득하는 감지부; 및
    상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하되,
    상기 감지부로부터 상기 복수의 배터리의 움직임 정보를 전달받아, 상기 움직임 정보에 대응되는 충전 모드 또는 방전 모드로 상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리부;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리부는,
    상기 복수의 배터리를 보호하기 위한 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리의 충전 또는 방전을 제어하며, 상기 움직임 정보에 따라 다르게 적용되는 충전 모드 또는 방전 모드에는 각각 서로 다른 보호 레벨 데이터가 적용되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호 레벨 데이터는 과충전 기준 전류, 과충전 가준 전압, 과방전 기준 전류, 과방전 기준 전압, 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 유닛이 이동 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 제1 충전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 유닛이 정지 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 제2 충전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 충전 모드 및 제2 충전 모드의 보호 레벨 데이터는 과충전 기준 전압 또는 과충전 기준 전류 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함하며, 상기 제1 충전 모드의 과충전 기준 전압 또는 전류 값은 상기 제2 충전 모드의 보호 레벨 데이터의 과충전 기준 전압 또는 전류 값보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 유닛이 이동 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛으로 충전 전류가 유입되되, 상기 복수의 배터리 유닛의 기울기 값이 제1 구간에 포함되는 경우, 상기 배터리 관리부는 제3 충전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 유닛이 이동 상태일 때 상기 복수의 배터리 유닛이 방전되는 경우,
    상기 배터리 관리부는, 상기 복수의 배터리 유닛의 기울기 값이 포함되는 구간 별로 서로 다르게 설정된 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리 유닛의 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보호 레벨 테이터는 과방전 기준 전류 또는 과방전 기준 전압 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 전동 장치를 구동시키는 모터;
    상기 모터와 연결되어 상기 모터로 구동 전원을 공급하는 것으로서, 복수의 배터리 유닛, 상기 전동 장치의 움직임에 관한 정보를 획득하는 감지부 및 상기 복수의 배터리 유닛의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리부를 포함하는 배터리 팩; 및
    상기 모터와 상기 배터리 팩 사이에 연결되며 상기 모터의 발전에 의해 발생된 전류를 회생에너지로 전환하여 상기 회생에너지가 상기 배터리 팩에 제공되도록 하는 인버터;
    를 포함하며,
    상기 배터리 팩의 배터리 관리부는 상기 전동 장치의 움직임 정보에 대응하는 충전 모드 또는 방전 모드로 상기 복수의 배터리 유닛의 충전 또는 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동 장치의 구동 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전동 장치가 이동 상태일 때 상기 배터리 팩으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 상기 모터로부터 발생된 회생에너지에 의한 충전인 것으로 판단하며, 상기 회생에너지에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동 장치의 구동 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전동 장치가 정지 상태일 때 상기 배터리 팩으로 충전 전류가 유입되는 경우, 상기 배터리 관리부는 외부 전원에 의한 충전인 것으로 판단하며, 상기 외부 전원에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터를 참조로 하여 상기 복수의 배터리 유닛의 충전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동 장치의 구동 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회생에너지에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터 및 상기 외부 전원에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터는 과충전 기준 전압 또는 과충전 기준 전류 중 적어도 어느 하나에 관한 데이터를 포함하며, 상기 회생에너지에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터 값은 상기 외부 전원에 의한 충전에 대응되도록 설정된 과충전 방지용 보호 레벨 데이터의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 전동 장치의 구동 시스템.
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