KR20220025509A - 배터리 상태에 따라 적응제어를 수행하는 충방전장치 및 그 제어방법 - Google Patents

배터리 상태에 따라 적응제어를 수행하는 충방전장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예는, 배터리의 헬스에 따라 계산된 파라미터를 수신하는 통신회로; 및 파워스위치를 포함하는 전력단에서 출력전류에 대응되는 전류를 센싱하고, 출력전압에 대응되는 전압을 센싱하며, 센싱전류 및 센싱전압을 이용하여 투루프제어를 수행하고, 상기 파라미터에 따라 상기 투루프제어의 피드백게인을 조절하는 제어회로를 포함하는 충방전장치를 제공한다.

Description

배터리 상태에 따라 적응제어를 수행하는 충방전장치 및 그 제어방법{CHARGING/DISCHARGING DEVICE THAT PERFORMS ADAPTIVE CONTROL ACCORDING TO BATTERY STATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 실시예는 배터리의 충방전장치에 관한 것이다.
배터리의 충방전장치는 CC(Constant Current)제어와 CV(Constant Voltage)제어를 수행할 수 있다.
배터리 충전에 있어서, 배터리전압이 만충전압의 근사값에 도달하지 못한 상태에서 배터리를 CV제어하게 되면, 배터리로 과전류가 흘러가면서 배터리가 파괴될 수 있기 때문에 일반적인 충방전 장치는 이러한 상태에서 배터리를 CC제어하게 된다. CC제어에서 배터리의 충방전장치는 배터리로 공급되는 전류를 일정한 수준으로 유지시키면서 배터리로 과전류가 공급되는 것을 방지할 수 있다.
배터리전압이 만충전압에 도달한 상태에서 계속해서 일정한 수준의 전류를 공급하게 되면 배터리의 전압은 과전압 상태가 되고 이러한 과전압에 의해 배터리가 파괴되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 일반적인 충방전 장치는 배터리전압이 만충전압의 근사값에 도달하는 경우 배터리를 CV제어하게 된다. CV제어에서 배터리의 충방전장치는 배터리의 전압이 일정한 수준으로 유지되게 함으로써 배터리의 과전압을 방지할 수 있다.
이렇게 배터리 충방전장치는 CC제어와 CV제어를 모두 수행하게 되고, 일정한 시점에서 CC제어를 CV제어로 전환하게 된다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 배터리의 상태에 따라 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점을 다르게 제어하는 기술을 제공하는 것이다. 구체적으로는, 배터리의 헬스 상태-예를 들어, SOH(state-of-health)-에 따라 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점을 다르게 제어하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 배터리의 헬스에 따라 계산된 파라미터를 수신하는 통신회로; 및 파워스위치를 포함하는 전력단에서 출력전류에 대응되는 전류를 센싱하고, 출력전압에 대응되는 전압을 센싱하며, 센싱전류 및 센싱전압을 이용하여 투루프제어를 수행하고, 상기 파라미터에 따라 상기 투루프제어의 피드백게인을 조절하는 제어회로를 포함하는 충방전장치를 제공한다.
상기 제어회로는, 상기 투루프제어를 위해, 전류제어기 및 전압제어기를 포함하고, 상기 파라미터에 따라 상기 전압제어기의 피드백게인을 조절할 수 있다.
상기 제어회로는, 상기 파라미터에 따라 상기 전압제어기의 P게인(비례게인 : Proposional Gain)을 조절할 수 있다.
상기 배터리의 헬스가 악화될 수록 상기 P게인의 절대값이 감소되도록 상기 파라미터가 결정될 수 있다.
상기 제어회로는, 충전을 위한 제1전압제어기 및 방전을 위한 제2전압제어기를 별도로 구비하고, 상기 제1전압제어기에는 PID(Proposional Integral Differential)제어기 혹은 PI(Proposional Integral)제어기가 포함되고, 상기 제2전압제어기에는 P(Proposional)제어기가 포함될 수 있다.
상기 제어회로는, CC(Constant Current)제어와 CV(Constant Voltage)제어를 수행하며, 상기 파라미터에 따라 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점이 달라질 수 있다.
상기 배터리의 헬스가 악화될 수록 상기 파라미터에 따라 상기 CC제어에서 상기 CV제어로 전환되는 시점이 빨라질 수 있다.
상기 제어회로는, 상기 투루프제어를 위해, 전류제어기, 제1전압제어기 및 제2전압제어기를 포함하고, 충전에서는 상기 제1전압제어기의 출력과 전류지령치 중 적은 값을 상기 전류제어기로 전달하고, 방전에서는 상기 제2전압제어기의 출력과 상기 전류지령치 중 큰 값을 상기 전류제어기로 전달할 수 있다.
다른 실시예는, 파워스위치를 포함하는 전력단에서 출력전류에 대응되는 전류를 센싱하고, 출력전압에 대응되는 전압을 센싱하며, 센싱전류 및 센싱전압을 이용하여 투루프제어를 수행하는 단계; 상기 전력단에 연결되는 배터리의 헬스를 측정하고 상기 헬스에 따라 파라미터를 계산하는 단계; 및 상기 파라미터에 따라 상기 투루프제어의 피드백게인을 조절하는 단계를 포함하는 충방전장치 제어방법을 제공한다.
상기 제어방법은, 상기 파라미터를 계산하는 단계에서, 상기 배터리의 헬스가 악화될 수록 상기 피드백게인의 P게인 절대값이 감소되도록 상기 파라미터를 계산할 수 있다.
이러한 본 실시예에 의하면, 배터리가 노화될 수록 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점을 앞당김으로써 배터리의 노화속도를 완화시키고 배터리의 안전성을 강화시킬 수 있게 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력단의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어장치의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제어회로의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제어로직회로의 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리상태추정장치의 구성도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 제어방법의 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 시뮬레이션 모델의 전류지령치를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 시뮬레이션 모델의 출력전압을 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 시뮬레이션 모델의 기준전류를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템은 배터리(10) 및 충방전 시스템(100)을 포함할 수 있다. 그리고, 충방전 시스템(100)은 충방전장치(110) 및 배터리상태추정장치(120)를 포함할 수 있다. 그리고, 충방전장치(110)는 전력단(112) 및 제어장치(114)를 포함할 수 있다.
배터리상태추정장치(120)는 배터리(10)의 상태를 추정할 수 있다. 배터리상태추정장치(120)는 배터리(10)로부터 배터리정보(INFb)를 수신하거나 배터리(10)를 직접 센싱하여 배터리정보(INFb)를 생성할 수 있다.
배터리정보(INFb)는 예를 들어, 배터리로 입출력되는 배터리전류(ib), 배터리의 출력단자에 형성되는 배터리전압(vb), 배터리의 온도 등의 센싱값을 포함할 수 있다.
배터리상태추정장치(120)는 배터리정보(INFb)를 이용하여 배터리(10)의 상태를 추정할 수 있다. 배터리 상태는 예를 들어, 배터리의 충전상태를 나타내는 SOC(state-of-charge)일 수 있고, 배터리의 헬스를 나타내는 SOH(state-of-health)일 수 있다. 이외에 배터리 상태는 배터리의 충전용량을 나타내는 값일 수 있고, 배터리의 온도를 나타내는 온도상태일 수 있다.
충방전장치(110)는 배터리의 상태에 따라 배터리의 충방전 파라미터를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 충방전장치(110)는 배터리의 헬스에 따라 배터리의 충방전 다이나믹에 영향을 미치는 파라미터를 다르게 설정할 수 있다. 특히, 충방전장치(110)는 배터리의 헬스에 따라 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점이 조절되도록 특정 파라미터의 설정을 다르게 할 수 있다.
충방전장치(110)는 파워스위치를 포함하는 전력단(112)과 전력단을 제어하는 제어장치(114)를 포함할 수 있다.
전력단(112)은 전력을 처리하는 장치로서, 전력원(Source)으로 공급되는 전력을 처리하여 배터리(10)로 공급하거나 배터리(10)의 전력을 처리하여 부하(load)로 공급할 수 있다.
전력단(112)은 파워스위치의 온오프를 이용하여 인덕터 전류를 챠핑하는 방식으로 전력을 처리할 수 있는데, 이러한 파워스위치의 온오프는 제어장치(114)에서 출력되는 스위치제어신호(Ssw)에 의해 제어될 수 있다.
제어장치(114)는 전력단(112)의 출력전류에 대응되는 전류를 센싱하고, 출력전압에 대응되는 전압을 센싱할 수 있다. 여기서, 출력전류에 대응되는 전류는 전력단(112)의 인덕터에 흐르는 전류일 수도 있고, 출력단자로 흘러나가는 전류일 수도 있고, 파워스위치로 흐르는 전류일 수도 있다. 그리고, 출력전압에 대응되는 전압은 전력단(112)의 출력캐패시터에 형성되는 전압일 수도 있고, 출력캐패시터에 연결되는 저항네트워크의 일 전압일 수도 있다.
제어장치(114)는 이러한 센싱전류 및 센싱전압을 이용하여 투루프제어를 수행할 수 있는데, 이러한 투루프제어에 의해 스위치제어신호(Ssw)가 생성될 수 있다.
투루프제어는 전류제어루프와 전압제어루프를 포함할 수 있다. 일반적으로 전류제어루프가 내측에 배치되고 전류제어루프를 둘러싸도록 전압제어루프가 배치될 수 있다.
제어장치(114)는 내부에 전압제어기와 전류제어기를 포함할 수 있는데, 외부 장치로부터 수신되는 전류지령치(CTRi)에 따라 전류제어기를 구동시키면 제어장치(114)가 CC제어를 수행할 수 있다. 이러한 CC제어모드에서 전압제어기는 실질적으로 제어에 관여하지 않을 수 있다.
제어장치(114)가 CC제어모드로 구동되다가 배터리전압(vb)이 설정전압에 근접하게 되면 전압제어기가 제어에 관여하게 되는데, 이때부터를 실질적으로 CV제어모드로 볼 수 있다.
제어장치(114)는 전압제어기 혹은 전류제어기에 포함되는 파라미터를 조절하여 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점을 조절할 수 있다. 이러한 파라미터는 배터리(10)의 헬스에 따라 조절될 수 있는데, 배터리상태추정장치(120)는 배터리(10)의 헬스에 따라 파라미터를 계산하고 계산된 파라미터(CTRg)를 제어장치(114)로 전달할 수 있다.
여기서, 파라미터는 투루프제어의 피드백게인일 수 있다. 피드백게인은 여러 파라미터로 존재할 수 있는데, 예를 들어, 전류제어기의 P(Proposional)게인, I(Integral)게인, D(Differential)게인으로 존재할 수 있고, 전압제어기의 P게인, I게인, D게인으로 존재할 수 있으며, 센싱네트워크의 센싱게인에도 존재할 수 있다. 제어장치(114)는 이러한 피드백게인 중에 적어도 하나의 파라미터를 조절하여 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점을 조절할 수 있다.
이러한 전환시점의 조절은 제어 다이나믹의 변화와 관련성이 높다. 예를 들어, 제어 다이나믹이 빠른 경우, 전환시점이 느려지고, CC제어가 좀더 길게 이어질 수 있고, 제어 다이나믹이 느린 경우, 전환시점이 빨라지고, CV제어가 좀더 빨리 수행될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력단의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전력단(112)은 파워스위치(PS), 파워다이오드(PD), 인덕터(L), 출력캐패시터(Co) 등을 포함할 수 있다. 각 구성들의 연결 관계는 도 2에 도시된 그림으로 대체한다.
파워스위치(PS)는 제어장치(114)로부터 수신되는 스위치제어신호(Ssw)에 따라 온오프가 제어될 수 있다. 스위치제어신호(Ssw)는 PWM(Pulse Width Modulation)신호일 수 있고, PWM신호의 하이레벨구간에서 파워스위치(PS)가 턴온되고 로우레벨구간에서 파워스위치(PS)가 턴오프될 수 있다.
인덕터(L)로 흐르는 전류는 전류센서에 의해 센싱된 후에 제어장치(113)는 전달될 수 있다. 제어장치(114)는 센싱전류(Sib)와 기준전류를 비교하여 스위치제어신호(Ssw)를 생성할 수 있다.
출력캐패시터(Co)에 형성되는 출력전압은 저항네트워크(Ro1, Ro2) 등의 센싱회로에 따라 센싱되고, 센싱전압(Svb)은 제어장치(114)로 전달될 수 있다.
제어장치(114)는 센싱전압(Svb)과 기준전압을 비교하여 제어값을 생성하고 그 제어값을 전류제어루프로 전달할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제어장치(114)는 통신회로(310), 저장회로(320) 및 제어회로(330) 등을 포함할 수 있다.
통신회로(310)는 외부로부터 전류지령치(CTRi)와 파라미터설정값(CTRg)을 수신할 수 있다. 그리고, 통신회로(310)는 전류지령치(CTRi) 및 파라미터설정값(CTRg)에 따른 변수값을 저장회로(320)에 저장할 수 있다.
그리고, 제어회로(330)는 저장회로(320)에 저장된 변수값(Par)을 읽어들이고, 센싱전류(Sib), 센싱전압(Svb)을 읽어들인 후 투루프제어를 수행하여 스위치제어신호(Ssw)를 생성할 수 있다. 저장회로(320)는 레지스터와 같은 일시적인 변수 저장 소자를 모두 포함하는 개념으로 볼 수 있으며, 실시예에 따라서는 저장회로(320)를 거치지 않고 전류지령치(CTRi)와 파라미터설정값(CTRg)에 대응되는 신호가 제어회로(330)로 바로 전달될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 제어회로의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 제어회로(330)는 제1전압제어기(410), 제2전압제어기(420), 제어로직회로(430), 전류제어기(440) 및 PWM신호생성기(450) 등을 포함할 수 있다. 각 구성의 연결 관계는 도 4의 그림을 참조하면 된다.
제1전압제어기(410)는 배터리의 충전에 관여하는 제어기일 수 있고, 제2전압제어기(420)는 배터리의 방전에 관여하는 제어기일 수 있다. 제어회로(330)는 배터리전류에 대응되는 센싱전류(Sib)의 값 혹은 전류지령치에 따라 충전과 방전을 판단할 수 있는데, 전류지령치가 0이상이면 충전으로 판단하여 제1전압제어기(410)를 제어에 관여시키고 0보다 작으면 방전으로 판단하여 제2전압제어기(420)를 제어에 관여시킬 수 있다.
제1전압제어기에는 PID(Proposional Integral Differential)제어기 혹은 PI(Proposional Integral)제어기가 포함되고, 제2전압제어기에는 P(Proposional)제어기가 포함될 수 있다.
실질적으로 배터리는 CV제어를 통해 만충시킬 수 있으나, 배터리의 만방은 특정 전류에서 특정 전압(하한 전압)에 도달한 상태로 정의되기 때문에 충전과 방전에 서로 다른 제어기를 포함시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 일 실시예에서는 제2전압제어기에 I(Integral)제어를 포함시키지 않고 있다.
제어회로(330)는 비교기를 이용하여 충전기준전압(Vrc)과 센싱전압(Svb)을 비교하고 그 차이를 제1전압제어기(410)로 입력시킬 수 있다. 방전과정에서는 방전기준전압(Vrd)과 센싱전압(Svb)이 비교되고 그 차이가 제2전압제어기(420)로 입력될 수 있다.
제1전압제어기(410)는 충전기준전압(Vrc)과 센싱전압(Svb)의 차이를 PID제어기 등에 입력하여 제1제어값(irc)을 생성하고, 제1제어값(irc)을 제어로직회로(430)로 전달할 수 있다. 방전과정에서는 제2전압제어기(420)가 방전기준전압(Vrd)과 센싱전압(Svb)의 차이를 P제어기 등에 입력하여 제2제어값(ird)을 생성할 수 있다. 그리고, 제2전압제어기(420)는 제2제어값(ird)을 제어로직회로(430)로 전달할 수 있다.
제어로직회로(430)는 제1제어값(irc), 제2제어값(ird), 전류지령치(CTRi) 및 파라미터설정값(CTRg)에 대한 변수값을 수신할 수 있다. 그리고, 제어로직회로(430)는 모드를 판단하고, 모드에 따라 기준전류(ir)를 생성하여 출력할 수 있다.
여기서, 모드는 4가지로 구분될 수 있다. 모드는 충전CC모드, 충전CV모드, 방전CC모드 및 방전CV모드로 구분될 수 있다.
제어로직회로(430)는 먼저, 전류지령치의 크기에 따라 충전인지 방전인지 판단하는데, 예를 들어, 전류지령치의 크기가 0이상이면 충전CC모드 혹은 충전CV모드 중 하나를 선택할 수 있다. 그리고, 제어로직회로(430)는 충전모드에서 제1제어값(irc)과 전류지령치(CTRi)를 비교하고 제1제어값(irc)이 전류지령치(CTRi)보다 크면 모드를 충전CC모드로 결정하고 그 반대이면 모드를 충전CV모드로 결정할 수 있다. 그리고, 제어로직회로(430)는 충전CC모드에서 전류지령치(CTRi)에 대응되는 변수값을 기준전류(ir)로 출력할 수 있고, 충전CV모드에서 제1제어값(irc)을 기준전류(ir)로 출력할 수 있다.
유사한 방식으로 제어로직회로(430)는 방전모드에서 제2제어값(ird)과 전류지령치(CTRi)를 비교하고 제2제어값(ird)이 전류지령치(CTRi)보다 작으면 모드를 방전CC모드로 결정하고 그 반대이면 모드를 방전CV모드로 결정할 수 있다. 그리고, 제어로직회로(430)는 방전CC모드에서 전류지령치(CTRi)에 대응되는 변수값을 기준전류(ir)로 출력할 수 있고, 방전CV모드에서 제2제어값(ird)을 기준전류(ir)로 출력할 수 있다.
다른 관점에서 보면, 제어로직회로(430)는 충전에서는 제1전압제어기(410)의 출력과 전류지령치 중 적은 값을 출력하고, 방전에서는 제2전압제어기(420)의 출력과 전류지령치 중 큰 값을 출력할 수 있다.
기준전류(ir)는 센싱전류(Sib)와 비교될 수 있다. 그리고, 기준전류(ir)는 센싱전류(Sib)의 차이가 전류제어기(440)로 입력될 수 있다.
전류제어기(440)는 기준전류(ir)는 센싱전류(Sib)의 차이를 PID제어기 등에 입력시켜 제어값을 생성하고 그 제어값을 PWM신호생성기(450)로 전달할 수 있다.
그리고, PWM신호생성기(450)는 PWM신호 형태의 스위치제어신호(Ssw)를 생성하여 출력할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 제어로직회로의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 제어로직회로(430)는 충방전모드판단부(510), 제1기준전류생성부(520), 제2기준전류생성부(530) 및 기준전류선택부(540) 등을 포함할 수 있다.
충방전모드판단부(510)는 전류지령치(CTRi)에 대응되는 변수값(Par)이 0이상이면 충전을 나타내는 신호-예를 들어, 하이레벨전압-를 출력하고 그 반대이면 방전을 나타내는 신호-예를 들어, 로우레벨전압-를 출력할 수 있다.
제1기준전류생성부(520)는 제1전압제어기에서 출력된 제1제어값(irc)과 전류지령치(CTRi)에 대응되는 변수값(Par)을 비교하고 그 중 적은 값을 출력할 수 있다.
제2기준전류생성부(530)는 제2전압제어기에서 출력된 제2제어값(ird)과 전류지령치(CTRi)에 대응되는 변수값(Par)을 비교하고 그 중 큰 값을 출력할 수 있다.
기준전류선택부(540)는 제1기준전류생성부(520)와 제2기준전류생성부(530)의 출력을 전달받고, 충방전모드판단부(510)의 출력에 따라 둘 중 하나를 선택하여 기준전류(ir)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 기준전류선택부(540)는 전류지령치(CTRi)가 0이상인 경우, 제1기준전류생성부(520)의 출력을 기준전류(ir)로 출력하고, 전류지령치(CTRi)가 0보다 작은 경우, 제2기준전류생성부(520)의 출력을 기준전류(ir)로 출력할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리상태추정장치의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 배터리상태추정장치(120)는 통신회로(610), 상태판단부(620), 파라미터업데이트부(630) 및 전류지령부(640) 등을 포함할 수 있다.
통신회로(610)는 배터리와 통신하여 배터리정보를 수신할 수 있고, 외부로부터 전류지령치를 입력받을 수 있다. 전류지령치는 전류지령부(640)로 전달되고 전류지령부(640)는 그 값을 제어장치로 전달할 수 있다.
상태판단부(620)는 배터리정보를 바탕으로 배터리의 상태를 계산할 수 있다. 상태판단부(620)는 배터리의 상태를 수치적으로 계산할 수 있는데, 예를 들어, 상태판단부(620)는 SOH를 0~1 사이의 숫자로 계산하거나 0~100 사이의 숫자로 계산할 수 있다. 그리고, 상태판단부(620)는 계산된 배터리의 상태값을 파라미터업데이트부(630)로 전달할 수 있다.
파라미터업데이트부(630)는 배터리의 상태값에 따라 제어장치의 파라미터를 계산할 수 있다. 예를 들어, 파라미터업데이트부(630)는 SOH가 낮아질 수록 제어회로의 P게인의 절대값이 감소하도록 P게인과 관련된 파라미터를 계산할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 제어방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 충방전 시스템은 파워스위치를 포함하는 전력단에서 출력전류에 대응되는 전류를 센싱하고, 출력전압에 대응되는 전압을 센싱하며, 센싱전류 및 센싱전압을 이용하여 투루프제어를 수행할 수 있다(S700).
그리고, 충방전 시스템은 전력단에 연결되는 배터리의 헬스를 측정하고 헬스에 따라 파라미터를 계산할 수 있다(S702).
그리고, 충방전 시스템은 이러한 파라미터에 따라 투루프제어의 피드백게인을 조절할 수 있다(S704).
그리고, S70 단계에서, 충방전 시스템은 배터리의 헬스가 악화될 수록 피드백게인의 P게인 절대값이 감소되도록 파라미터를 계산할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 시뮬레이션 모델의 전류지령치를 나타내는 도면이고, 도 9는 일 실시예에 따른 시뮬레이션 모델의 출력전압을 나타내는 도면이고, 도 10은 일 실시예에 따른 시뮬레이션 모델의 기준전류를 나타내는 도면이다.
도 8, 도 9 및 도 10의 (a)는 투루프제어에서 기본 게인이 적용된 것이고, 도 8, 도 9 및 도 10의 (b)는 투루프제어에서 기본 게인의 1/2배의 P게인이 적용된 것이다.
도 8을 참조하면, 시뮬레이션에서 두 경우-기본 게인을 적용한 경우와 1/2 게인이 적용된 경우-에서 모두 전류지령치는 동일하게 적용되었다는 것을 확인할 수 있다.
도 9를 참조하면, 점선으로 표시된 부분에서, 기본 게인이 적용된 경우에 전압이 더 빨리 상승하는 것을 확인할 수 있으며, 기본 게인의 1/2배의 P게인이 적용된 경우에 전압의 상승이 상대적으로 느린 것을 확인할 수 있다.
도 10을 참조하면, 기본 게인의 1/2배의 P게인이 적용된 경우가 기본 게인이 적용된 경우보다 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시간이 일정(ΔT)만큼 빠르다는 것을 알 수 있다.
이와 같이 일 실시예는 투제어루프의 게인을 조정하여 제어 다이나믹을 변경하고 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점을 조절할 수 있다.
이러한 본 실시예에 의하면, 배터리가 노화될 수록 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점을 앞당김으로써 배터리의 노화속도를 완화시키고 배터리의 안전성을 강화시킬 수 있게 된다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 배터리의 헬스에 따라 계산된 파라미터를 수신하는 통신회로; 및
    파워스위치를 포함하는 전력단에서 출력전류에 대응되는 전류를 센싱하고, 출력전압에 대응되는 전압을 센싱하며, 센싱전류 및 센싱전압을 이용하여 투루프제어를 수행하고, 상기 파라미터에 따라 상기 투루프제어의 피드백게인을 조절하는 제어회로
    를 포함하는 충방전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    상기 투루프제어를 위해, 전류제어기 및 전압제어기를 포함하고, 상기 파라미터에 따라 상기 전압제어기의 피드백게인을 조절하는 충방전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    상기 파라미터에 따라 상기 전압제어기의 P게인(비례게인 : Proposional Gain)을 조절하는 충방전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리의 헬스가 악화될 수록 상기 P게인의 절대값이 감소되도록 상기 파라미터가 결정되는 충방전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    충전을 위한 제1전압제어기 및 방전을 위한 제2전압제어기를 별도로 구비하고,
    상기 제1전압제어기에는 PID(Proposional Integral Differential)제어기 혹은 PI(Proposional Integral)제어기가 포함되고, 상기 제2전압제어기에는 P(Proposional)제어기가 포함되는 충방전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    CC(Constant Current)제어와 CV(Constant Voltage)제어를 수행하며,
    상기 파라미터에 따라 CC제어에서 CV제어로 전환되는 시점이 달라지는 충방전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리의 헬스가 악화될 수록 상기 파라미터에 따라 상기 CC제어에서 상기 CV제어로 전환되는 시점이 빨라지는 충방전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어회로는,
    상기 투루프제어를 위해, 전류제어기, 제1전압제어기 및 제2전압제어기를 포함하고, 충전에서는 상기 제1전압제어기의 출력과 전류지령치 중 적은 값을 상기 전류제어기로 전달하고, 방전에서는 상기 제2전압제어기의 출력과 상기 전류지령치 중 큰 값을 상기 전류제어기로 전달하는 충방전장치.
  9. 파워스위치를 포함하는 전력단에서 출력전류에 대응되는 전류를 센싱하고, 출력전압에 대응되는 전압을 센싱하며, 센싱전류 및 센싱전압을 이용하여 투루프제어를 수행하는 단계;
    상기 전력단에 연결되는 배터리의 헬스를 측정하고 상기 헬스에 따라 파라미터를 계산하는 단계; 및
    상기 파라미터에 따라 상기 투루프제어의 피드백게인을 조절하는 단계
    를 포함하는 충방전장치 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파라미터를 계산하는 단계에서,
    상기 배터리의 헬스가 악화될 수록 상기 피드백게인의 P게인 절대값이 감소되도록 상기 파라미터를 계산하는 충방전장치 제어방법.
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