KR20180044750A - Battery system and charge and discharge controlling method for battery packs - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 전압 불균형을 해소하고 순환전류 등의 문제를 해결할 수 있는 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery system and a charge / discharge control method for a battery pack, and more particularly, to a battery system capable of eliminating a voltage unbalance among a plurality of battery packs connected in parallel, Discharge control method.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)와 같은 대형 에너지 저장 장치는 구동전압의 유지 및 효율적인 에너지 출력을 위해, 수십~수백 개의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 다수의 배터리 팩을 구성하고, 각 배터리 팩을 병렬로 연결하여 사용한다.A large energy storage device such as an energy storage system (ESS) can constitute a plurality of battery packs by connecting several tens to several hundreds of battery cells in series or in parallel for maintenance of a driving voltage and efficient energy output, Connect the battery pack in parallel.
여기서, 어느 하나의 배터리 팩을 그리드(Grid)에서 제거 후 재연결하는 경우, 연결되어 있는 배터리 팩과 연결하려는 배터리 팩 사이에 전위차가 존재하면 배터리 팩 사이의 전위차를 줄이기 위해 돌입전류(Rush Current)가 발생하게 된다.If any one of the battery packs is removed from the grid and reconnected, if there is a potential difference between the connected battery pack and the connected battery pack, a rush current is generated to reduce the potential difference between the battery packs. .
또한, 장시간 시스템을 운용하게 되면 배터리 팩 사이의 전압 차이로 인하여 원하지 않는 순환 전류가 발생하고, 이는 배터리 팩 손상의 원인이 될 수 있다.Also, when the system is operated for a long time, undesired circulation current is generated due to the voltage difference between the battery packs, which may cause damage to the battery pack.
본 발명은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 전압 불균형을 해소하고 순환전류 등의 문제를 해결할 수 있는 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery system and a charge / discharge control method for a battery pack that can solve the voltage unbalance of a plurality of battery packs connected in parallel and solve the problem of circulation current and the like.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩, 상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 배터리 팩 선택부, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작하는 스위치부 및 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충전하거나 방전시키는 제어부를 포함하며, 상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함한다.A battery system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of battery packs including a plurality of battery cells and connected in parallel to each other, a state of the plurality of battery packs being determined as one of a charge mode and a discharge mode, A battery pack selector for selecting a battery pack having the lowest voltage when the plurality of battery packs are in the charge mode and selecting a battery pack having the highest voltage when the plurality of battery packs are in the discharge mode, A switch unit connected to each of the plurality of battery packs to supply power to the load or to supply power to the load, and a control unit controlling the switch unit according to the state of the plurality of battery packs to charge or discharge the plurality of battery packs Wherein the switch unit includes a first switch connected in series to the battery cell, A third switch connected in parallel with the first switch, and a resistor connected in series with the third switch.
또한, 상기 제어부는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킬 수 있다.In addition, the controller may turn on the first and second switches of the switch unit connected to the selected battery pack, and turn off the third switch.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전모드로 제어하고, 상기 초기 충전모드에서 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.In addition, the controller controls the initial charge mode in which the plurality of battery packs are charged when the plurality of battery packs are connected in parallel, the first switch is turned off in the initial charge mode, 3 switch can be turned on.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 충방전 제어 방법은, 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩의 충방전 제어 방법에 있어서, 상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하는 단계, 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 단계 및 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충방전 제어하는 단계를 포함하며, 상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함한다.Meanwhile, a charge / discharge control method for a battery pack according to an embodiment of the present invention is a charge / discharge control method for a plurality of battery packs including a plurality of battery cells and connected in parallel to each other, The method comprising the steps of: determining whether the plurality of battery packs are in the charge mode or the discharge mode, selecting a battery pack having the lowest voltage when the plurality of battery packs are in the charge mode, And controlling charging and discharging of the plurality of battery packs by controlling the switch unit according to the state of the plurality of battery packs, wherein the switch unit is connected to the battery cell, 1 switch, a second switch, a third switch connected in parallel with the first switch, and a resistor connected in series with the third switch The.
또한, 상기 충방전 제어 단계에서는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킬 수 있다.Also, in the charge / discharge control step, the first and second switches of the switch unit connected to the selected battery pack may be turned on and the third switch may be turned off .
또한, 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전 단계를 더 포함하고, 상기 초기 충전 단계에서는 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.The method may further include an initial charging step of charging the plurality of battery packs when the plurality of battery packs are connected in parallel, wherein in the initial charging step, the first switch is turned off and the second and third switches Can be turned on.
본 발명은 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 전압 불균형을 해소하고 순환전류 등의 문제를 해결할 수 있는 배터리 시스템 및 배터리 팩의 충방전 제어 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a battery system and a charge / discharge control method of a battery pack that can solve the voltage unbalance of a plurality of battery packs connected in parallel and solve the problem of circulation current and the like.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전모드 및 방전모드에서의 스위치부의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.1 is a view schematically showing a configuration of a battery system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a configuration of a switch unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an exemplary operation of the switch unit in a charge mode and a discharge mode according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart schematically showing a flow of a charge / discharge control method for a battery pack according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart schematically showing the flow of a charge / discharge control method for a battery pack according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, the same reference numerals are used for constituent elements having substantially the same configuration, and redundant description is omitted.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of a battery system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(100)은 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3), 배터리 팩 선택부(110), 스위치부(S1, S2, S3) 및 제어부(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a
복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)은 각각 복수의 배터리 셀을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀은 서로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 서로 연결될 수 있다. 도 1은 3개의 배터리 팩을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(100)은 서로 병렬로 연결된 두 개 이상의 배터리 팩을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.Each of the plurality of battery packs (Pack 1, Pack 2, and Pack 3) includes a plurality of battery cells, and the plurality of battery cells may be connected to each other in series, parallel, or a combination of series and parallel. Although FIG. 1 illustrates three battery packs, this is merely exemplary. It is understood that the
도 1에 도시되어 있지는 않지만, 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)은 각각 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)을 포함할 수 있으며, 상기 BMS는 배터리의 안전성과 신뢰성을 보증하는 역할을 하며, 상기 복수의 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하여 배터리 팩을 최적의 상태로 유지 관리한다.Although not shown in FIG. 1, the plurality of battery packs (Pack 1, Pack 2, and Pack 3) may each include a battery management system (BMS) And monitors the voltage, current, and temperature of the plurality of battery cells to maintain the battery pack in an optimal state.
예컨대, 상기 BMS는 배터리의 충전 또는 방전시 과충전 및 과방전을 막아주며 배터리 셀 간의 전압을 균일하게 하여줌으로써 에너지 효율 및 배터리의 수명을 높여준다.For example, the BMS prevents overcharging and overdischarge during charging or discharging of a battery and uniformizes voltage between battery cells, thereby improving energy efficiency and the life of the battery.
여러 개의 배터리 셀이 연결되어 하나의 배터리 모듈을 형성하는 경우, 그 중 한 개의 배터리 셀이라도 고장이 나거나 열화되면, 배터리 팩 전체가 영항을 받을 수 있으므로, 상기 BMS는 개개의 배터리 셀에 대한 과충전, 과방전, 과열을 방지하고 이들이 최적의 상태를 유지할 수 있도록 한다.When a plurality of battery cells are connected to form one battery module, even if one of the battery cells fails or deteriorates, the whole battery pack may be affected, and therefore, the BMS may overcharge, Overdischarge Prevents overheating and allows them to maintain optimal conditions.
배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정한다. 배터리 시스템(100)은 전원(미도시)과 연결되어 전력을 공급받을 수 있으며, 상기 전원으로부터 공급되는 전력은 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)에 저장될 수 있다. 또한, 배터리 시스템(100)이 부하(미도시)에 연결되는 경우 상기 부하는 배터리 시스템(100)으로부터 전력을 공급받을 수 있으며, 이때에는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 방전 상태에 있게 된다.The battery
따라서, 배터리 시스템(100)에 상기 전원이 연결되어 있는 경우 배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태를 충전모드로 결정하고, 배터리 시스템(100)에 상기 부하가 연결되어 있는 경우에는 배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태를 방전모드로 결정한다.Therefore, when the power is connected to the
배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 중에서 특정한 배터리 팩을 선택할 수 있는데, 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 충전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 낮은 배터리 팩을 선택하고, 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 방전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 높은 배터리 팩을 선택한다.The battery
배터리 팩 선택부(110)에 의하여 선택된 배터리 팩은 다른 배터리 팩들과 다른 크기의 방전 전류를 출력하거나, 다른 크기의 충전 전류를 입력 받을 수 있다.The battery pack selected by the battery
스위치부(S1, S2, S3)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(S1)는 제1 배터리 팩(Pack 1)에 연결되고, 제2 스위치(S2)는 제2 배터리 팩(Pack 2)에 연결되며, 제3 스위치(S3)는 제3 배터리 팩(Pack 3)에 연결된다.The switch units S1, S2, and S3 are connected to the battery packs Pack1, Pack2, and Pack3, respectively, and receive power from the power source or perform switching operation to supply power to the load. 1, the first switch S1 is connected to the first battery pack Pack1, the second switch S2 is connected to the second battery pack Pack2, and the third switch S2 S3 are connected to the third battery pack (Pack 3).
한편, 스위치부(S1, S2, S3)는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하며, 도 2를 참조로 하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.The switch unit S1, S2, S3 may include a first switch connected in series to the battery cell, a second switch, a third switch connected in parallel with the first switch, and a third switch connected in series with the third switch Resistance, and will be described in more detail with reference to FIG.
제어부(120)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 상태에 따라 스위치부(S1, S2, S3)를 제어하여 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 충전하거나 방전시킨다.The
앞서 설명한 바와 같이, 배터리 팩 선택부(110)에 의하여 하나의 배터리 팩이 선택되면 제어부(120)는 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 충전모드인지 방전모드인지에 따라 선택된 상기 하나의 배터리 팩에 연결된 스위치부를 제어하여 충전 전류 또는 방전 전류의 크기를 간접적으로 제어할 수 있다.As described above, when one battery pack is selected by the battery
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.2 is a view schematically showing a configuration of a switch unit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치부는 제1 내지 제3 스위치(SW1, SW2, SW3) 및 저항(Rc)을 포함한다. 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제2 스위치(SW2)는 각각 배터리 셀에 직렬로 연결되며, Vbat는 상기 배터리 셀의 전압을 나타낸다. 그리고, Ri는 배터리 팩의 내부 저항을 의미한다.Referring to FIG. 2, the switch unit according to an embodiment of the present invention includes first through third switches SW1, SW2, and SW3 and a resistor Rc. The first switch SW1 and the second switch SW2 are connected in series to a battery cell, and Vbat represents a voltage of the battery cell. And Ri denotes an internal resistance of the battery pack.
도 2는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩과 스위치부를 포함하는 회로를 간단하게 등가적으로 나타낸 것으로, 상기 배터리 셀은 복수 개가 서로 직렬 또는 병렬로 연결되거나, 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀 그룹이 서로 병렬로 연결되어 있을 수 있다.FIG. 2 is a simplified equivalent circuit diagram of a battery pack including a plurality of battery cells and a switch unit, wherein a plurality of battery cells are connected in series or in parallel, or a plurality of battery cell groups They may be connected in parallel with each other.
한편, 상기 제3 스위치(SW3)는 상기 저항(Rc)과 직렬로 연결되며, 상기 제3 스위치(SW3)와 상기 제1 스위치(SW1)는 서로 병렬로 연결된다. 또한, 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제3 스위치(SW3)는 상보적으로 스위칭 동작할 수 있는데, 예컨대 상기 제1 스위치(SW1)가 턴-온(Turn-On) 되면 상기 제3 스위치(SW3)는 턴-오프(Turn-Off) 되며, 마찬가지로 상기 제3 스위치(SW3)가 턴-온(Turn-On) 되면 상기 제1 스위치(SW1)는 턴-오프(Turn-Off) 된다.Meanwhile, the third switch SW3 is connected in series with the resistor Rc, and the third switch SW3 and the first switch SW1 are connected in parallel with each other. When the first switch SW1 is turned on, the first switch SW1 and the third switch SW3 can be operated in a complementary manner. For example, when the first switch SW1 is turned on, The third switch SW3 is turned off and the first switch SW1 is turned off when the third switch SW3 is turned on.
상기 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I1이라 하고 상기 제3 스위치(SW3)가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I3라 하면, 상기 제3 스위치(SW3)에 연결된 상기 저항(Rc)의 영향으로 전류 I3의 크기가 더 작음은 통상의 기술자에게 자명하다.If the magnitude of the current flowing when the first switch SW1 is turned on is denoted by I1 and the magnitude of the current flowing when the third switch SW3 is turned on is denoted by I3, It is obvious to a person skilled in the art that the magnitude of the current I3 is smaller due to the influence of the resistor Rc connected to the resistor Rc.
도 1을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 배터리 팩 선택부(110)는 복수의 배터리 팩 중에서 하나의 특정한 배터리 팩을 선택하고, 제어부(120)는 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부를 제어하여 선택되지 않은 배터리 팩 보다 더 큰 전류가 흐르도록 한다.1, the battery
다시 말하면, 제어부(120)는 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킨다.In other words, the
배터리 팩 선택부(110)에 의해 선택되는 배터리 팩은, 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 낮은 배터리 팩이 되고, 방전모드인 경우에는 배터리 팩 전압이 가장 높은 배터리 팩이 된다.The battery pack selected by the battery
따라서, 선택된 배터리 팩에 대한 제어부(120)의 제어 동작에 의하여 충전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 낮은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 충전 전류를 공급받음으로써 복수의 배터리 팩 사이에 존재하는 전압 불균형을 해소할 수 있다.Accordingly, by controlling the
마찬가지로, 방전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 높은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 방전 전류를 출력함으로써 전압 불균형을 해소할 수 있다.Likewise, the battery pack having the highest voltage among the plurality of battery packs in the discharge mode can discharge the discharge current of a higher magnitude than the other battery packs, thereby eliminating the voltage imbalance.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전모드 및 방전모드에서의 스위치부의 동작을 예시적으로 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an exemplary operation of the switch unit in a charge mode and a discharge mode according to an embodiment of the present invention.
도 3은 배터리 팩 선택부(110)에 의해 제1 배터리 팩(Pack 1)이 선택된 경우를 예로써 나타내며, 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)에 대응하는 스위치부의 구성은 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 동일하다. 즉, 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)에 연결되는 스위치부는 모두 동일하게 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함한다.3 shows an example in which the first battery pack Pack 1 is selected by the battery
도 3을 참조하면, 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)의 제2 스위치는 모두 턴-온 되어 있으며, 제1 배터리 팩(Pack 1)의 제1 스위치는 턴-온 되어 있으나 제2 및 제3 배터리 팩(Pack 2, Pack 3)의 제1 스위치는 턴-오프 되어 있는 것을 알 확인할 수 있다.3, the second switches of the first to third battery packs Pack 1, Pack 2 and Pack 3 are all turned on, and the first switch of the first battery pack Pack 1 is turned- But the first switches of the second and third battery packs Pack 2 and Pack 3 are turned off.
제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 포함하는 배터리 시스템이 전원과 연결되어 외부로부터 공급되는 충전전류에 의해 상기 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 충전되는 경우, 제2 및 제3 배터리 팩(Pack 2, Pack 3)에 입력되는 충전전류는 제3 스위치를 통해 흐르게 되고, 제1 배터리 팩(Pack 1)에 입력되는 충전전류는 제1 스위치를 통해 흐르게 된다.The battery system including the first to third battery packs (Pack 1, Pack 2, and Pack 3) is connected to the power source, and the first to third battery packs (Pack 1, Pack 2, The charge current inputted to the second and third battery packs Pack 2 and Pack 3 flows through the third switch and the charge current input to the first battery pack Pack 1 is And flows through the first switch.
따라서, 제1 배터리 팩(Pack 1)에 입력되는 충전전류의 크기가 나머지 배터리 팩에 입력되는 충전전류의 크기보다 크게 되며, 제1 배터리 팩(Pack 1)은 나머지 배터리 팩보다 더 빠른 속도로 충전될 수 있다.Therefore, the size of the charging current inputted to the first battery pack (Pack 1) becomes larger than the size of the charging current inputted to the remaining battery pack, and the first battery pack (Pack 1) .
도 1 및 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 배터리 팩 선택부(110)는 충전모드에서 배터리 팩 전압이 가장 낮은 배터리 팩을 선택하게 되고, 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부는 제1 스위치와 제2 스위치는 턴-온 되고, 제3 스위치는 턴-오프 된다.As described with reference to FIGS. 1 and 2, the battery
또한, 도 3은 배터리 팩 선택부(110)에 의해 제1 배터리 팩(Pack 1)이 선택된 경우를 나타내는 것이므로 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 중에서 제1 배터리 팩(Pack 1)의 전압이 가장 낮은 것으로 이해할 수 있다.3 shows a case where the first battery pack Pack 1 is selected by the battery
한편, 배터리 팩 선택부(110)는 방전모드에서 배터리 팩 전압이 가장 높은 배터리 팩을 선택하게 되고, 선택된 배터리 팩에 연결된 스위치부는 제1 스위치와 제2 스위치는 턴-온 되고, 제3 스위치는 턴-오프 된다.On the other hand, the battery
도 3은 배터리 팩 선택부(110)에 의해 제1 배터리 팩(Pack 1)이 선택된 경우를 나타내는 것이므로 제1 내지 제3 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3) 중에서 제1 배터리 팩(Pack 1)의 전압이 가장 높은 것으로 이해할 수 있다.3 shows a case where the first battery pack Pack 1 is selected by the battery
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템에서 제어부는 상기 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 충전시키는 초기 충전모드로 상기 복수의 배터리 팩(Pack 1, Pack 2, Pack 3)을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 초기 충전모드에서 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.In the battery system according to another embodiment of the present invention, when the plurality of battery packs (Pack 1, Pack 2, and Pack 3) are connected in parallel, the control unit controls the plurality of battery packs (Pack 1, (Pack 1, Pack 2, Pack 3) in an initial charging mode for charging the battery pack. In the initial charge mode, the first switch may be turned off, and the second and third switches may be turned on.
이때, 상기 배터리 시스템은 전원에 연결되어 있는 것으로 이해할 수 있으며, 상기 초기 충전모드가 구동되는 시간은 상기 충전모드가 구동되는 시간보다 짧을 수 있다.At this time, it can be understood that the battery system is connected to a power source, and the time for which the initial charge mode is driven may be shorter than the time for which the charge mode is driven.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart schematically showing a flow of a charge / discharge control method for a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법은, 배터리 팩 상태 결정 단계(S110), 배터리 팩 선택 단계(S120) 및 충방전 제어 단계(S130)를 포함한다.4, the charge / discharge control method for a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery pack state determination step S110, a battery pack selection step S120, and a charge / discharge control step S130 .
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법은, 복수의 배터리 셀을 포함하며, 서로 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩에 대한 충방전 제어 방법으로서, 상기 배터리 팩 상태 결정 단계(S110)에서는 상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정한다.A charge / discharge control method for a battery pack according to an embodiment of the present invention is a charge / discharge control method for a plurality of battery packs including a plurality of battery cells connected in parallel to each other, Determines the state of the plurality of battery packs as one of a charge mode and a discharge mode.
복수의 배터리 팩은 각각 복수의 배터리 셀을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀은 서로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 서로 연결될 수 있다. 상기 복수의 배터리 팩은 각각 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)을 포함할 수 있으며, 상기 BMS는 배터리의 안정성과 신뢰성을 보증하는 역할을 하며, 상기 복수의 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하여 배터리 팩을 최적의 상태로 유지한다.The plurality of battery packs each include a plurality of battery cells, and the plurality of battery cells may be connected to each other in series, parallel, or a combination of series and parallel. Each of the plurality of battery packs may include a battery management system (BMS). The BMS functions to ensure stability and reliability of the battery, and the voltage, current, and temperature of the plurality of battery cells To keep the battery pack in an optimal condition.
예컨대, 상기 BMS는 배터리의 충전 또는 방전시 과충전 및 과방전을 막아주며 배터리 셀 간의 전압을 균일하게 하여줌으로써 에너지 효율 및 배터리의 수명을 높여준다.For example, the BMS prevents overcharging and overdischarge during charging or discharging of a battery and uniformizes voltage between battery cells, thereby improving energy efficiency and the life of the battery.
여러 개의 배터리 셀이 연결되어 하나의 배터리 모듈을 형성하는 경우, 그 중 한 개의 배터리 셀이라도 고장이 나거나 열화되면, 배터리 팩 전체가 영항을 받을 수 있으므로, 상기 BMS는 개개의 배터리 셀에 대한 과충전, 과방전, 과열을 방지하고 이들이 최적의 상태를 유지할 수 있도록 한다.When a plurality of battery cells are connected to form one battery module, even if one of the battery cells fails or deteriorates, the whole battery pack may be affected, and therefore, the BMS may overcharge, Overdischarge Prevents overheating and allows them to maintain optimal conditions.
상기 복수의 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템은 전원과 연결되어 전력을 공급받을 수 있으며, 상기 전원으로부터 공급되는 전력은 상기 복수의 배터리 팩에 저장될 수 있다. 또한, 상기 배터리 시스템이 부하에 연결되는 경우 상기 부하는 상기 배터리 시스템으로부터 전력을 공급받을 수 있으며, 이때에는 상기 복수의 배터리 시스템이 방전 상태에 있게 된다.The battery system including the plurality of battery packs may be connected to a power source to receive power, and power supplied from the power source may be stored in the plurality of battery packs. In addition, when the battery system is connected to a load, the load can be supplied with power from the battery system, wherein the plurality of battery systems are in a discharged state.
배터리 팩 선택 단계(S120)에서는 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택한다.In the battery pack selecting step (S120), when the plurality of battery packs are in the charge mode, the battery packs having the lowest voltage are selected, and when the plurality of battery packs are in the discharge mode, .
상기 배터리 팩 선택 단계(S120)에서 선택된 배터리 팩은 다르 배터리 팩들과 다른 크기의 방전 전류를 출력하거나, 다른 크기의 충전 전류를 입력 받을 수 있다.The battery pack selected in the battery pack selection step (S120) may output a discharge current of a different magnitude from the different battery packs or may receive a charge current of a different magnitude.
충방전 제어 단계(S130)에서는 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충방전 제어한다. 상기 스위치부는 상기 복수의 배터리 팩 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작한다.In the charging and discharging control step (S130), the switch unit is controlled according to the states of the plurality of battery packs to charge and discharge the plurality of battery packs. The switch unit is connected to each of the plurality of battery packs and receives power from the power source or performs switching operation to supply power to the load.
한편, 상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하며, 상기 충방전 제어 단계(S130)에서는 상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충전하거나 방전시킨다.The switch unit may include a first switch connected in series to the battery cell, a second switch, a third switch connected in parallel to the first switch, and a resistor connected in series with the third switch, In the discharge control step (S130), the switch unit is controlled according to the state of the plurality of battery packs to charge or discharge the plurality of battery packs.
또한, 상기 충방전 제어 단계(S130)에서는 상기 배터리 팩 선택 단계(S120)에서 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시킬 수 있다.In the charging / discharging control step (S130), the first and second switches of the switch unit connected to the battery pack selected in the battery pack selecting step (S120) are turned on, Can be turned off.
도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 상기 제1 스위치가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I1이라 하고 상기 제3 스위치가 턴-온 되었을 때 흐르는 전류의 크기를 I3라 하면, 상기 제3 스위치에 연결된 상기 저항의 영향으로 전류 I3의 크기가 더 작음은 통상의 기술자에게 자명하다.As described with reference to FIG. 2, when the magnitude of the current flowing when the first switch is turned on is denoted by I1 and the magnitude of the current flowing when the third switch is turned on is denoted by I3, It is apparent to those of ordinary skill in the art that the magnitude of current I3 is smaller due to the effect of the resistor connected to the switch.
따라서, 선택된 배터리 팩에 대한 상기 충방전 제어 단계(S130)에서의 제어 동작에 의하여 충전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 낮은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 충전 전류를 공급받음으로써 복수의 배터리 팩 사이에 존재하는 전압 불균형을 해소할 수 있다.Accordingly, the battery pack having the lowest voltage among the plurality of battery packs in the charge mode by the control operation in the charge / discharge control step (S130) for the selected battery pack is supplied with the charge current of a higher magnitude than the other battery pack The voltage imbalance existing between the plurality of battery packs can be solved.
마찬가지로, 방전모드에 있는 복수의 배터리 팩 중 전압이 가장 높은 배터리 팩은 다른 배터리 팩 보다 높은 크기의 방전 전류를 출력함으로써 전압 불균형을 해소할 수 있다.Likewise, the battery pack having the highest voltage among the plurality of battery packs in the discharge mode can discharge the discharge current of a higher magnitude than the other battery packs, thereby eliminating the voltage imbalance.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법의 흐름을 개략적으로 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart schematically showing the flow of a charge / discharge control method for a battery pack according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 충방전 제어 방법은, 초기 충전 단계(S210), 배터리 팩 상태 결정 단계(S220), 배터리 팩 선택 단계(S230) 및 충방전 제어 단계(S240)를 포함한다. 상기 배터리 팩 상태 결정 단계(S220), 배터리 팩 선택 단계(S230) 및 충방전 제어 단계(S240)에서는 도 4를 참조로 하여 설명한 배터리 팩 상태 결정 단계(S110), 배터리 팩 선택 단계(S120) 및 충방전 제어 단계(S130)에서와 실질적으로 동일한 동작이 수행되므로 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Referring to FIG. 5, the charge / discharge control method for a battery pack according to another embodiment of the present invention includes an initial charge step S210, a battery pack state determination step S220, a battery pack selection step S230, Step S240. In the battery pack state determination step S220, the battery pack selection step S230 and the charge / discharge control step S240, the battery pack state determination step S110, the battery pack selection step S120, The operation substantially identical to that in the charge / discharge control step (S130) is performed, so that a detailed description will be omitted for the redundant contents.
상기 초기 충전 단계(S210)에서는 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키고, 상기 초기 충전 단계(S210)에서는 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 될 수 있다.In the initial charging step S210, when the plurality of battery packs are connected in parallel, the plurality of battery packs are charged. In the initial charging step S210, the first switch is turned off, 3 switch can be turned on.
이때, 상기 복수의 배터리 팩을 포함하는 상기 배터리 시스템은 전원에 연결되어 있는 것으로 이해할 수 있으며, 상기 초기 충전모드가 구동되는 시간은 상기 충전모드가 구동되는 시간보다 짧을 수 있다.At this time, it can be understood that the battery system including the plurality of battery packs is connected to a power source, and the time for which the initial charge mode is driven may be shorter than the time for which the charge mode is driven.
지금까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
100: 배터리 시스템
110: 배터리 팩 선택부
120: 제어부100: Battery system
110: Battery pack selection unit
120:
Claims (6)
상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하고, 상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 배터리 팩 선택부;
상기 복수의 배터리 팩 각각에 연결되어 전원으로부터 전력을 공급받거나 부하에 전력을 공급하도록 스위칭 동작하는 스위치부; 및
상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충전하거나 방전시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하는 배터리 시스템.A plurality of battery packs including a plurality of battery cells and connected in parallel to each other;
Wherein the control unit determines the state of the plurality of battery packs as one of a charging mode and a discharging mode and selects a battery pack having a lowest voltage when the plurality of battery packs is a charging mode, A battery pack selector for selecting a battery pack having a voltage of the highest magnitude;
A switch unit connected to each of the plurality of battery packs to receive power from the power source or to switch the power to supply power to the load; And
A control unit for controlling the switch unit according to a state of the plurality of battery packs to charge or discharge the plurality of battery packs;
/ RTI >
The switch unit includes a first switch connected in series to the battery cell, a second switch, a third switch connected in parallel with the first switch, and a resistor connected in series with the third switch.
상기 제어부는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시키는 배터리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit turns on the first and second switches of the switch unit connected to the selected battery pack and turns off the third switch.
상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전모드로 제어하고,
상기 초기 충전모드에서 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 되는 배터리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls the initial charge mode in which the plurality of battery packs are connected in parallel when the plurality of battery packs are connected in parallel,
Wherein the first switch is turned off and the second and third switches are turned on in the initial charge mode.
상기 복수의 배터리 팩의 상태를 충전모드와 방전모드 중 어느 하나로 결정하는 단계;
상기 복수의 배터리 팩이 충전모드인 경우 가장 낮은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하고, 상기 복수의 배터리 팩이 방전모드인 경우 가장 높은 크기의 전압을 갖는 배터리 팩을 선택하는 단계; 및
상기 복수의 배터리 팩의 상태에 따라 스위치부를 제어하여 상기 복수의 배터리 팩을 충방전 제어하는 단계;
를 포함하며,
상기 스위치부는 상기 배터리 셀에 직렬로 연결되는 제1 스위치, 제2 스위치, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 제3 스위치 및 상기 제3 스위치와 직렬로 연결되는 저항을 포함하는 배터리 팩의 충방전 제어 방법.A charge / discharge control method for a plurality of battery packs including a plurality of battery cells and connected in parallel to each other,
Determining a state of the plurality of battery packs as one of a charging mode and a discharging mode;
Selecting a battery pack having the lowest voltage when the plurality of battery packs is in the charging mode and selecting the battery pack having the highest voltage when the plurality of battery packs are in the discharging mode; And
Controlling charge / discharge of the plurality of battery packs by controlling the switch unit according to the states of the plurality of battery packs;
/ RTI >
Wherein the switch unit includes a first switch connected in series to the battery cell, a second switch, a third switch connected in parallel with the first switch, and a resistor connected in series with the third switch, Control method.
상기 충방전 제어 단계에서는 선택된 배터리 팩에 연결된 상기 스위치부의 상기 제1 및 제2 스위치를 턴-온(Turn-On) 시키고, 상기 제3 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 시키는 배터리 팩의 충방전 제어 방법.5. The method of claim 4,
In the charge / discharge control step, the first and second switches of the switch unit connected to the selected battery pack are turned on, and the third switch is turned off. Discharge control method.
상기 복수의 배터리 팩이 병렬로 연결되면 상기 복수의 배터리 팩을 충전시키는 초기 충전 단계를 더 포함하고,
상기 초기 충전 단계에서는 상기 제1 스위치는 턴-오프 되고, 상기 제2 및 제3 스위치는 턴-온 되는 배터리 팩의 충방전 제어 방법.5. The method of claim 4,
Further comprising an initial charging step of charging the plurality of battery packs when the plurality of battery packs are connected in parallel,
Wherein the first switch is turned off and the second and third switches are turned on in the initial charging step.
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