KR20220095732A - 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬로 연결된 배터리 랙의 내부저항을 측정할 수 있어, 상대적으로 정확한 에너지 저장장치에 포함되는 배터리의 상태를 추정할 수 있는 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 서로 병렬 연결되는 복수개의 배터리 랙, 상기 배터리 랙의 양단에 각각 연결되어, 상기 배터리 랙의 충전 또는 방전시 ON되고, 그 외의 상황에서는 OFF되는 메인 스위치, 상기 배터리 랙의 양단에 상기 메인 스위치와 병렬로 연결되어, 상기 배터리 랙의 내부 저항 측정시 ON되고, 상기 배터리 랙의 충전 또는 방전시 OFF되는 서브 스위치, 상기 서브 스위치와 연결되어, 상기 배터리 랙 각각의 내부 저항을 측정하는 내부 저항 측정용 회로 및 상기 메인 스위치와 상기 서브 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장 장치{Energy storage device capable of estimating the state of battery}
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로써, 보다 상세히는 배터리의 상태를 추정할 수 있는 회로를 구비한 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다.
이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 에너지원으로 사용되는 에너지 저장장치에 포함되는 배터리(리튬전지)의 상태를 파악하는 각종 방법들이 소개되고 있다.
에너지 저장장치에 포함되는 배터리의 상태를 평가하기 위해서는 배터리의 내부저항과 용량감소 등을 에너지 저장장치의 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에서 측정할 수 있어야 한다.
배터리의 용량 감소는 매 사이클마다 배터리의 충방전량을 계산해보면 추이를 알 수 있으나, 에너지 저장장치에 포함되는 다수개의 배터리는 각각이 직렬 및 병렬로 연결되어 있기 때문에, 배터리의 내부저항의 변화를 알아낼 방법이 없는 문제점이 있었다.
한국 등록특허공보 제10-2194385호("정전 및 복전시 비상 발전기와 연계된 에너지 저장장치 시스템", 공고일 2020.12.23.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장 장치의 목적은 직렬로 연결된 배터리 랙의 내부저항을 측정할 수 있어, 상대적으로 정확한 에너지 저장장치에 포함되는 배터리의 상태를 추정할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장 장치는 서로 병렬 연결되는 복수개의 배터리 랙, 상기 배터리 랙의 양단에 각각 연결되어, 상기 배터리 랙의 충전 또는 방전시 ON되고, 그 외의 상황에서는 OFF되는 메인 스위치, 상기 배터리 랙의 양단에 상기 메인 스위치와 병렬로 연결되어, 상기 배터리 랙의 내부 저항 측정시 ON되고, 상기 배터리 랙의 충전 또는 방전시 OFF되는 서브 스위치, 상기 서브 스위치와 연결되어, 상기 배터리 랙 각각의 내부 저항을 측정하는 내부 저항 측정용 회로 및 상기 메인 스위치와 상기 서브 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장 장치에 의하면, 배터리 랙 각각이 서브 스위치를 통해 내부 저항 측정요 회로와 연결되어 배터리 랙 각각의 전압과 내부저항을 측정함으로, 에너지 저장 장치의 배터리 관리 시스템에서 보다 정확한 배터리 랙의 상태 정보를 추정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치의 회로 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치가 충전 또는 방전일 때의 회로 개략도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치가 배터리 랙의 내부 저항을 측정할 때의 회로 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치의 회로 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치는, 제1 내지 제3배터리 랙(110, 120, 130), 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231), 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232), 제1 내지 제3 플러스 서브 스위치(311, 321, 331), 제1 내지 제3 마이너스 서브 스위치(312, 322, 332), 내부 저항 측정용 회로(400) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3배터리 랙(110, 120, 130)은 서로 병렬로 연결된다. 단일의 배터리 랙은 직렬로 연결된 다수개의 배터리로 구성될 수 있으며, 각각의 배터리 랙의 내부 저항을 측정하는 것이 본 발명의 목표이다. 도 1에서는 제1 내지 제3배터리 랙(110, 120, 130), 총 세 개의 배터리 랙이 병렬로 연결되어 있으나, 본 발명은 서로 병렬로 연결되는 배터리 랙의 개수를 세 개로 한정하는 것은 아니며, 서로 병렬로 연결된 적어도 두 개 이상의 배터리 랙을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)는 각각 제1 내지 제3배터리 랙(110, 120, 130)의 양단에 연결된다. 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)는 배터리 랙의 충전 또는 방전시 ON이 되도록 제어되어 부하(10)와 연결될 수 있다. 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)는 배터리 랙이 충전 또는 방전되지 않을 경우, OFF될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 플러스 서브 스위치(311, 321, 331), 제1 내지 제3 마이너스 서브 스위치(312, 322, 332)는 배터리 랙의 양단에 메인 스위치와 병렬로 연결된다. 제1 내지 제3 플러스 서브 스위치(311, 321, 331), 제1 내지 제3 마이너스 서브 스위치(312, 322, 332)는 배터리 랙의 내부 저항 측정시 ON되고, 배터리 랙의 충전 또는 방전시 OFF되도록 제어된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내부 저항 측정용 회로(400)는 배터리 랙의 내부 저항 측정시 배터리 랙과 연결되어, 배터리 랙의 내부 저항을 측정하는데 사용된다.
제어부는 에너지 저장장치의 동작, 즉 충전 또는 방전 / 내부 저항 측정에 따라 메인 스위치와 서브 스위치를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치가 충전 또는 방전일 때의 회로 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장장치가 배터리 랙의 내부 저항을 측정할 때의 회로 개략도이다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장장치가 충전 또는 방전될 경우 제어부는 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)를 ON시키고, 제1 내지 제3 플러스 서브 스위치(311, 321, 331)와 제1 내지 제3 마이너스 서브 스위치(312, 322, 332)를 OFF시켜, 제1 내지 제3배터리 랙(110, 120, 130)을 부하(10)와 연결시킨다.
도 3을 참조하면, 에너지 저장장치가 충전 또는 방전되지 않을 때에는, 제어부는 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)를 OFF시키고, 제1 내지 제3 플러스 서브 스위치(311, 321, 331)와 제1 내지 제3 마이너스 서브 스위치(312, 322, 332)를 순차적으로 ON시킬 수 있다.
보다 구체적으로 제어부는, 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)를 OFF시킨 후 제1 플러스 서브 스위치(311)와 제1 마이너스 서브 스위치(312)를 ON시켜, 제1 배터리 랙(110)과 내부 저항 측정용 회로(400)를 연결시켜, 제1 배터리 랙(110)의 전압과 내부 저항을 측정할 수 있다. 이후, 제어부는 제1 플러스 서브 스위치(311)와 제1 마이너스 서브 스위치(312)를 OFF시키고, 제2 플러스 서브 스위치(321)와 제2 마이너스 서브 스위치(322)를 ON시켜, 제2 배터리 랙(120)과 내부 저항 측정용 회로(400)를 연결시켜, 제2 배터리 랙(120)의 전압과 내부 저항을 측정할 수 있다. 마지막으로. 제어부는 제2 플러스 서브 스위치(321)와 제2 마이너스 서브 스위치(322)를 OFF시키고, 제3 플러스 서브 스위치(331)와 제3 마이너스 서브 스위치(332)를 ON시켜, 제3 배터리 랙(130)과 내부 저항 측정용 회로(400)를 연결시켜, 제3 배터리 랙(120)의 전압과 내부 저항을 측정할 수 있다.
상술한 동작일예에서는 제1 배터리 랙(110)에서 제3 배터리 랙(130)까지 순차적으로 내부 저항 측정용 회로(400)에 연결하였지만, 본 발명은 배터리 랙과 내부 저항 측정용 회로(400)의 연결순서를 이에 한정하는 것은 아니다.
제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)를 OFF시킨 시점을 기준으로, 소정 시간 이내에는 배터리가 안정화되지 않은 상태일 수 있으며, 이때에 배터리 랙 각각의 내부저항을 측정한다면 정확하지 않은 수치가 측정될 수 있다. 따라서 본 실시예에서 제어부는 제1 내지 제3 플러스 메인 스위치(211, 221, 231)와 제1 내지 제3 마이너스 메인 스위치(212, 222, 232)를 OFF시킨 시점을 기준으로 배터리가 안정될 때 까지 소정 시간이 경과한 후, OFF되어 있는 제1 내지 제3 플러스 서브 스위치(311, 321, 331)와 제1 내지 제3 마이너스 서브 스위치(312, 322, 332) 중 어느 한 쌍을 ON시켜, 보다 정확한 배터리 랙의 내부 저항을 측정하도록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 부하
110 : 제1 배터리 랙
120 : 제2 배터리 랙
130 : 제3 배터리 랙
211 : 제1 플러스 메인 스위치
221 : 제2 플러스 메인 스위치
231 : 제3 플러스 메인 스위치
212 : 제1 마이너스 메인 스위치
222 : 제2 마이너스 메인 스위치
232 : 제3 마이너스 메인 스위치
311 : 제1 플러스 서브 스위치
321 : 제2 플러스 서브 스위치
331 : 제3 플러스 서브 스위치
312 : 제1 마이너스 서브 스위치
322 : 제2 마이너스 서브 스위치
332 : 제3 마이너스 서브 스위치
400 : 내부 저항 측정용 회로

Claims (1)

  1. 서로 병렬 연결되는 복수개의 배터리 랙;
    상기 배터리 랙의 양단에 각각 연결되어, 상기 배터리 랙의 충전 또는 방전시 ON되고, 그 외의 상황에서는 OFF되는 메인 스위치;
    상기 배터리 랙의 양단에 상기 메인 스위치와 병렬로 연결되어, 상기 배터리 랙의 내부 저항 측정시 ON되고, 상기 배터리 랙의 충전 또는 방전시 OFF되는 서브 스위치;
    상기 서브 스위치와 연결되어, 상기 배터리 랙 각각의 내부 저항을 측정하는 내부 저항 측정용 회로; 및
    상기 메인 스위치와 상기 서브 스 위치의 동작을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장 장치.
KR1020200187530A 2020-12-30 2020-12-30 배터리의 상태 추정이 가능한 에너지 저장 장치 KR20220095732A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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