KR20220099492A - 배터리 팩의 전기적 연결 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량(100)의 전기 에너지 저장 시스템(1)의 복수의 배터리 팩들(2)과 부하(4)의 전기적 연결을 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 복수의 배터리 팩들은 상기 부하에 선택적으로 병렬 연결되도록 구성되고,
상기 전기 에너지 저장 시스템의 현재 동작 조건에 관한 동작 데이터를 획득하는 단계, 상기 동작 데이터는 복수의 배터리 팩들 중 하나 각각의 적어도 하나의 전압을 포함하고;
상기 전기 에너지 저장 시스템의 적어도 하나의 동작 모드 및 상기 배터리 팩들 각각의 전압을 기초로 하고, 적어도 두 개의 배터리 팩을 부하에 동시 연결 가능하게 함으로써, 복수의 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 전기적으로 연결하기 위한 연결 시퀀스를 제안하는 단계; 및
제안된 상기 연결 시퀀스에 따라 상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하고,
상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 연결하기 전에, 상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트 내의 배터리 팩 각각의 내부 저항에 기초하여, 제안된 상기 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계;를 더 포함하고,
상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 전기적으로 연결하는 단계는 상기 연결 조건이 충족된 것으로 간주되는 경우에만 수행된다.

Description

배터리 팩의 전기적 연결 제어 방법{A method for controlling electrical connection of battery packs}

본 발명은 차량의 ESS와 같은 전기 에너지 저장 시스템, ESS의 복수의 배터리 팩의 전기적 연결을 제어하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 판독가능 매체, 제어 유닛, 전기 에너지 저장 시스템, 및 차량에 관한 것이다.

본 발명은 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV), 배터리 전기 자동차(BEV) 또는 연료 전지 전기 자동차(FCEV) 중 하나의 유형으로 전기 자동차에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 전기 버스와 관련하여 설명될 것이지만, 특정 차량에 제한되지 않고, 전기 트럭, 전기 건설 장비 및 전기 승용차와 같은 다른 하이브리드 또는 전기 차량에도 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 전동 건설 장비, 전기 작업 기계, 예를 들어 휠 로더, 굴절식 험지 트럭, 덤프 트럭, 굴착기 및 백호 로더 등과 같은 임의의 다른 유형의 전기 차량에 적용될 수 있다. 본 발명은 고정식 전기 에너지 저장 시스템에 추가로 적용할 수 있다.

배터리는 차량의 추진력을 제공하기 위한 보다 일반적인 동력원이 되고 있다. 이러한 배터리는 일반적으로 재충전이 가능하고 직렬 또는 병렬로 연결되어 차량용 완전한 배터리 팩을 형성할 수 있는 다수의 배터리 셀을 포함한다. 일반적으로 배터리 팩에는 여러 개의 배터리 셀이 포함된다.

전기로 작동되는 차량의 에너지 저장 용량 및 가용 전력을 증가시키기 위해, 하나 이상의 배터리 팩이 전기 에너지 저장 시스템에 설치될 수 있다. 따라서, 2개 이상의 배터리 팩이 차량의 전기 모터와 같은 부하에 동시에 연결될 수 있다. 여러 개의 배터리 팩을 병렬로 연결함으로써 차량의 추진에 필요한 전력과 에너지를 증가시킬 수 있다. 그러나 연결 시 배터리 팩의 불균형이 발생하면 배터리 팩 사이에 순환 전류가 발생하여 원치 않는 전류 스파이크가 발생할 수 있다. 또한 순환 전류는 차량 추진을 위한 전체 에너지 저장 시스템의 가용 전력을 감소시킬 수 있다. 따라서 이러한 순환 전류 및 스파이크를 피해야 한다.

순환 전류를 방지하는 방법 중 하나는 배터리 팩의 단자 전압을 측정하고 이에 따라 배터리 팩의 연결 여부를 결정하는 것이다. 단자 전압의 차이가 크다는 것은 연결 시 순환 전류가 발생할 수 있음을 나타내기 때문이다. 예를 들어, 배터리 팩은 단자 전압에 따라 하나씩 연결될 수 있다. 그러나 이는 차량의 주행성이나 가능한 한 큰 ESS의 전력 또는 전력 상태를 제공하기 위한 최적의 배터리 팩 연결 방식이 아닐 수 있다. 또한, 가용 전력 및/또는 에너지의 차이가 큰 배터리 팩을 병렬로 연결하면 가장 약한 배터리인 소위 "최약점 연결" 문제로 인해 ESS의 총 전력 및/또는 에너지가 크게 감소할 수 있다. 즉, 가장 약한 팩이 제한 요소가 되는 것이다.

US 2015/0194707은 부하에 선택적으로 병렬로 연결되도록 구성된 복수의 배터리를 포함하는 배터리 팩 내 배터리의 연결을 제어하는 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은 돌입 전류의 발생을 방지하기 위해 전압에 따라 충전 모드에서 오름차순으로, 방전 모드에서 내림차순으로 배터리를 연결하는 단계를 포함하고 있다.

본 출원의 맥락에서 사용되는 바와 같이, 전기 에너지 저장 시스템, ESS의 전력 능력 또는 전력 상태, SoP는 ESS가 지속적으로 유지될 수 있는 최대 정전류 크기 또는 전력 크기로 정의된다. 배터리 셀 수준 작동 제약 조건을 위반하지 않고 우려 기간 동안, 즉 예측 시간 범위 동안 충전 또는 방전된다. 충전 중 ESS의 SoP는 배터리 셀 수준의 작동 제약 조건을 위반하지 않고 예측 기간 동안 ESS를 지속적으로 충전할 수 있는 최대 정전류 크기 또는 전력 크기로 정의된다. 이에 따라, 방전 중 ESS의 SoP는 배터리 셀 수준의 작동 제약을 위반하지 않고 예측 기간 동안 ESS가 지속적으로 방전될 수 있는 최대 정전류 크기 또는 전력 크기로 정의된다. 에너지 저장 장치의 SoP는 전류 크기 및 전력 크기 중 하나 또는 둘 모두로 결정될 수 있다.

ESS의 SoP는 충전 및 방전 시나리오에 대해 병렬로 결정될 수 있으며, 이 경우 충전에 유효한 전류 및/또는 전력 값과 방전에 유효한 전류 및/또는 전력 값을 포함할 수 있다. ESS의 SoP는 충전 시나리오와 방전 시나리오 중 하나만 예측할 수도 있다. 전력 상태(state-of-power), SoP 및 전력 능력이라는 용어는 상호 교환적으로 사용되며 동일한 의미를 갖는다.

본 출원의 맥락에서 사용되는 바와 같이, 배터리 유닛의 에너지 상태(State-of-Energy, SoE)는 임의의 주어진 시간에 배터리 유닛의 총 에너지 용량에 대한 잔여 전기 에너지의 비율로 주어진다. 또한 현재 SoC(충전 상태) 수준에서 배터리 유닛의 빈 상태까지 주어진 작동 조건에서 부하에 전달할 수 있는 총 배터리 유닛 에너지의 일부로 이해될 수 있다.

본 발명의 제1 목적은 적어도 일부 측면에서 차량의 ESS와 같은 전기 에너지 저장 시스템, ESS의 복수의 배터리 팩의 전기적 연결을 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하고/하거나 적어도 일부 측면에서 차량용 ESS와 같은 개선된 전기 에너지 저장 시스템. 특히, 차량의 가용 에너지 및/또는 전력 능력을 향상시킬 수 있는 전기 자동차의 주행 중 복수의 배터리 팩의 전기적 연결을 제어하는 방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 다른 목적은 개선된 운전 경험이 달성될 수 있는 수단을 제공하는 것에 있다. 제1 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 적어도 부분적으로 달성된다.

제 1 측면에 따르면, 부하에 대한 전기 에너지 저장 시스템의 복수의 배터리 팩의 전기적 연결을 제어하는 방법이 제공되며, 복수의 배터리 팩은 부하에 병렬로 선택적으로 연결되도록 구성된다. 전기 에너지 저장 시스템은 차량의 ESS일 수 있으며, 이 방법은 차량의 작동 중에 부하에 대한 복수의 배터리 팩의 전기적 연결을 제어하기 위한 것이다. 이 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다.

-전기 에너지 저장 시스템의 현재 동작 조건에 관한 동작 데이터를 획득하는 단계;를 포함하고, 동작 데이터는 복수의 배터리 팩 각각의 적어도 하나의 전압을 포함할 수 있다.

-전기 에너지 저장 시스템의 적어도 하나의 동작 모드 및 배터리 팩 중 하나 각각의 적어도 하나의 전압을 기초로 하고, 적어도 두 개의 배터리 팩을 부하에 동시 연결 가능하게 함으로써, 복수의 배터리 팩의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 전기적으로 연결하기 위한 연결 시퀀스를 제안하는 단계;

-제안된 상기 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 전기적으로 연결하는 단계; 를 포함할 수 있고,

-배터리 팩의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 연결하기 전에, 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트 내의 배터리 팩 각각의 내부 저항에 기초하여, 제안된 연결 시퀀스가 미리 정해진 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 배터리 팩의 적어도 하나의 서브세트를 부하에 전기적으로 연결하는 단계는 연결 조건이 충족된 것으로 간주되는 경우에만 수행될 수 있다.

본 명세서에서 부하에 연결할 배터리 팩을 결정할 때 전압뿐만 아니라 배터리 팩의 내부 저항도 고려함으로써 배터리 팩 연결 시 전류 스파이크를 더 잘 피할 수 있다. 배터리 팩의 내부 저항은 연결 시 발생할 것으로 예상되는 순환 전류를 예측하는 데 사용될 수 있으며, 이러한 순환 전류가 발생하지 않도록 미리 정해진 연결 조건이 설정될 수 있다. 따라서 제안된 방법은 예를 들어 예측 순환 전류 관점에서 제안된 연결 시퀀스가 실제로 실현 가능한지, 즉 연결이 가능한지 여부를 결정할 수 있는 방법을 통해 타당성 검사를 가능하게 할 수 있다.

본 명세서에서 개시된 전압은 측정된 단자 전압 및/또는 추정되거나 유도된 개방 회로 전압(OCV)일 수 있다. 연결 순서를 제안하고/하거나 제안된 연결 순서가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하기 위해 OCV를 사용하는 것은 부하에 이미 연결된 배터리 팩에 있어서 유리할 수 있고 예를 들어 추정된 OCV는 배터리 팩의 내부 저항 손실을 고려하기 때문에 이완된 상태에 있지 않은 배터리 팩에 있어서 유리할 수 있다. 이러한 배터리 팩의 OCV는 배터리 팩의 단자 전압, 전류 및 온도와 관련된 측정 데이터를 기반으로 추정될 수 있다. 따라서, 연결 시퀀스를 제안하는 단계는 각각의 배터리 팩의 추정된 OCV에 기초할 수 있고, 여기서 OCV는 차례로 측정 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 이는 ESS가 이미 부하에 연결된 하나 이상의 배터리 팩을 포함할 때 및/또는 연결 해제된 배터리 팩이 이완된 상태가 아닐 때 유용하다. 이 때 연결된 및/또는 이완되지 않은 경우, 적어도 하나의 배터리 팩이 OCV와 상이할 수 있다. 이 경우에는 단자 전압은 추가 배터리 팩을 연결한 후에 발생할 것으로 예상되는 전류를 예측하기에 충분하지 않을 수 있다. 연결된 및/또는 이완되지 않은 배터리 팩의 경우 OCV 값에는 실제 OCV 값뿐만 아니라 느리게 변화하는 동적 분극이 모두 포함될 수 있다. 즉 느리게 변화하는 전압 손실과 실제 OCV 값이 함께 뭉쳐진 준 OCV 값을 얻을 수 있다. 이는 연결 제어를 위해 0차 다중 배터리 모델을 사용할 때 특히 관련이 있다. 분리되고 이완된 배터리 팩의 경우 OCV는 단자 전압과 같거나 본질적으로 같기 때문에 이러한 배터리 팩의 경우 단자 전압을 전압으로 사용하기에 충분하다.

본 명세서에서 개방 회로 전압(OCV)은 측정된 단자 전압 및 추정된 내부 전압 손실을 이용하여 추정될 수 있으며, 여기서 내부 전압 손실은 측정된 전류 및 추정된 내부 저항을 기반으로 추정된다. 등가 회로 모델(Thevenin 모델)과 같은 예측 모델이 추정에 사용될 수 있다. 동작 조건과 관련된 측정 데이터를 기반으로 OCV를 추정하는 여러 가지 다른 방법이 있다. 예를 들어, 비선형 추정기와 같은 추정기, 일부 유형의 칼만 필터 및 재귀적 비선형 관찰기의 변형이 사용될 수 있다. 또한, OCV는 최적화 기반 추정 방식, 예를 들어 이동 지평선 추정, 총 최소 제곱, 재귀 최소 제곱 등을 사용하여 추정될 수 있다.

본 명세서에서 부하는 공통 부하, 즉 스위치를 켤 때 모든 배터리 팩이 전기적으로 병렬로 연결된 노드 또는 노드집합 이어야 한다. 공통 부하는 차례로 전기 모터 및 차량의 보조 장치와 같은 여러 하위 부하를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 배터리 팩을 부하에 연결하면 부하에 연결된 배터리 팩도 서로 연결된다.

본 명세서에서 동시 연결은 "동일한 연결 순간"으로 이해되어야 한다. 즉, 배터리 팩을 켜는 것, 접촉기를 동시에 닫는 것과 같이 배터리 팩이 동일한 연결 순간 부하에 전기적으로 연결될 수 있다. 제안된 첫 번째 연결 시퀀스는 일반적으로 ESS의 배터리 팩 전체 또는 대부분의 동시 연결 또는 ESS의 배터리 팩 두 개 이상을 동시에 연결하는 것을 포함할 수 있다. 상황에 따라 방법이 시작될 때 하나 이상의 배터리 팩이 이미 부하에 연결되어 있을 수도 있다.

본 명세서에서 동작 모드는 충전 모드 또는 방전 모드일 수 있다. 배터리 팩은 충전 및 방전 시 각각의 단자 전압에 따라 연결되는 것으로 잘 알려져 있다. 방전 중에는 적어도 가장 높은 단자 전압을 갖는 배터리 팩이 서브세트에 포함되어 첫 번째 연결 순간 부하에 연결될 수 있고, 충전 중에는 적어도 가장 낮은 단자 전압을 갖는 배터리 팩이 서브세트에 포함되어 첫 번째 연결 순간 부하에 연결될 수 있다. 여기서, OCV는 전술한 바와 같이 단자 전압에 추가되거나 단자 전압 대신 사용될 수 있다.

본 명세서에서 복수의 배터리 팩은 각각의 배터리 팩의 전압, 즉 단자 전압 및/또는 OCV에 따라 분류될 수 있으며, 여기서 연결 시퀀스는 전기 에너지 저장 장치의 충전 모드에서 다음과 같이 결정될 수 있다. 시스템에서 가장 낮은 전압의 배터리 팩은 첫 번째 연결 순간에 연결되고 더 높은 전압의 배터리 팩은 첫 번째 연결 순간 이후 오름차순으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 방전 모드에서는 첫 번째 연결 순간에 가장 높은 전압의 배터리 팩이 연결되고, 첫 번째 연결 순간 이후에 더 낮은 전압의 배터리 팩이 내림차순으로 연결될 수 있다.

본 명세서에서 각 배터리 팩의 내부 저항은 전류, 전압 및 온도와 관련된 측정 데이터와 같은 ESS에서 획득한 동작 데이터에서 파생될 수 있다. 내부 저항 및 개방 회로 전압은 각 배터리 팩의 배터리 관리 장치 내부에서 추정되어 본 명세서에 개시된 방법의 동작 데이터로 입력되거나 수신된 측정 데이터에서 본 방법의 일부로 추정될 수 있다. 따라서, 동작 데이터는 측정 데이터 및/또는 내부 배터리 상태, 예를 들어 내부 저항 및 OCV와 같은 파생 데이터를 포함할 수 있다.

선택적으로, 연결 조건이 충족된 것으로 간주되지 않는 경우, 연결 조건이 충족된 것으로 간주될 때까지 적어도 연결 시퀀스를 제안하는 단계와 제안된 연결 순서가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계가 반복해서 수행된다. 또한, 이 시점에서 반드시 필요한 것은 아니지만 동작 데이터를 얻는 단계가 반복될 수도 있다. 연결 시퀀스를 반복적으로 제안하고 확인하는 작업은 동일한 입력 동작 데이터에 기반하여 수행될 수 있다. 따라서, 내부 가상 피드백에 기반한 내부 반복과 외부 실제 피드백에 기반한 외부 반복이 수행될 수 있다. 요컨대, 배터리 팩의 현재 동작 조건에 관한 주어진 외부 피드백 데이터 세트 각각에 대해 주어진 동작 조건에서 실행 가능한 제안된 연결 시퀀스를 찾을 때까지 여러 내부 반복이 수행될 수 있다. 다음 외부 반복에서 현재 동작 조건과 관련된 새로운 동작 데이터가 제공되며, 여러 내부 반복을 통해 식별된 다른 실행 가능한 연결 시퀀스를 결정하도록 할 수 있다.

선택적으로, 적어도 두 개의 배터리 팩의 동시 연결을 포함하는 제안된 연결 시퀀스에 대해 연결 조건이 충족되는 것으로 간주되지 않는 경우 다음의 방법을 포함할 수 있다.

-미리 정의 가능한 전력 제약 조건에 따라, 복수의 배터리 팩 중 단일 배터리 팩을 부하에 연결할 수 있다.

-선택적으로, 단일 배터리 팩 연결 후, 연결 시퀀스를 제안하는 단계와 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계가 반복되는 가장 빠른 시점을 결정할 수 있다.

본 명세서에서 전기 에너지 저장 시스템(1)은 ESS의 다중 배터리 모델을 사용하여 하나 이상의 배터리 팩 연결이 가능할 때까지의 시간을 예측할 수 있다. 이러한 예측을 바탕으로 가장 빠른 시점이 설정될 수 있다. 가장 빠른 시점은 특정 시간 또는 그 시간의 일부로 설정될 수 있다. 또한, 단일 배터리 팩이 차량을 추진하는 데 충분한 전력을 제공할 수 있도록 연결되도록 전력 제약을 설정할 수 있다. 이러한 방식으로 차량의 원치 않는 도로에서의 멈춤(정지)이 방지될 수 있다. 연결할 배터리 팩은 전압 또는 SoP(State-of-Power)를 기준으로 간단히 선택할 수 있다. 따라서, 방전 시, 가장 높은 전압 또는 최고 방전 가능한 SoP를 갖는 배터리 팩을 연결하여 차량을 추진하기에 충분한 전력이 제공되도록 할 수 있다. 이에 따라 충전 시, 가장 낮은 전압 또는 최고 충전 가능한 SoP의 배터리 팩을 연결하여 언덕길 주행 시 최소 재생 전력 요구 사항이 충족되도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이 배터리 팩을 두 개 이상 연결할 수 없고 단일 배터리 팩을 부하에 연결할 수 있는 경우, 소위 “연결 시간”이 예측 될 수 있다. 그 시간이 경과한 후 또는 그 시간의 미리 결정된 부분이 경과한 후에만 연결 시퀀스를 제안하는 단계와 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계가 반복 수행될 수 있다. 따라서, 컴퓨터에서의 소비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 도로에서의 멈춤(정지) 없이 보다 예측 가능한 운전 경험 제공에 기여할 수 있다.

선택적으로, 미리 결정된 연결 조건은 배터리 팩의 서브세트의 전기 연결 시 배터리 팩 사이에 흐를 것으로 예상되는 순환 전류와 관련된 미리 결정된 순환 전류 연결 조건 및 미리 결정된 전력 상태 연결 조건 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 선택적으로 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩의 서브세트 전기 연결 후 전기 에너지 저장 시스템의 총 전력 상태에 관련된 미리 결정된 전력 연결 조건 및/또는 선택적으로 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩의 서브세트 전기 연결 후 전기 에너지 저장 시스템의 총 에너지 상태에 관련된 미리 결정된 에너지 연결 조건을 포함할 수 있다.

순환 전류는 일반적으로 불균형 배터리 팩 사이에서만 흐를 것으로 예상된다. 이러한 순환 전류는 ESS 내부에 바람직하지 않은 전류 스파이크를 유발할 수 있다. 배터리 셀, 접촉기, 퓨즈 등과 같은 ESS의 구성요소는 일반적으로 특정 전류 흐름에 맞게 설계되며, 이러한 전류 스파이크에 의해 손상될 수 있다. 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩을 연결하기 위해 충족되어야 하는 순환 전류 연결 조건을 설정하여 이를 피할 수 있다.

선택적으로, 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계는 적어도 다음을 포함할 수 있다.

-적어도 내부 저항과 배터리 팩 각각의 개방 회로 전압에 기초하여 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩의 서브세트가 전기적으로 연결될 때 배터리 팩 사이에 흐를 것으로 예상되는 순환 전류의 크기를 예측하는 단계;

-예측된 순환전류의 크기가 미리 정해진 허용범위 내에 존재하는지의 여부를 결정하는 단계;

순환 전류의 크기를 예측함으로써 배터리 팩을 연결할 때 전기 에너지 저장 시스템의 배터리 셀, 접촉기, 퓨즈 등이 안전한지, 즉 과도한 전류 스파이크로 손상되지 않는지 여부를 결정할 수 있다. 따라서 ESS의 구성 요소가 처리할 수 있도록 설계되지 않은 순환 전류에 의한 손상을 방지할 수 있다. 순환 전류의 크기는 다중 배터리 예측 모델을 이용하여 예측할 수 있다. 이러한 다중 배터리 예측 모델(가급적 동적 다중 배터리 모델)은 배터리 팩 간 충전 상태(SoC) 수준, 건강 상태(SoH) 및 온도의 추정 차이에 따라 배터리 팩 간의 전류 분할과 관련된 정보를 예측할 수 있다. 따라서, 전기 에너지 저장 시스템은 병렬 다중 배터리 시스템의 동적 상태 공간 모델을 사용하여 총 전기 에너지 저장 시스템의 전류, 초기 SoC, SoH 및 각 배터리 팩의 온도 값을 입력 값으로 취하고 개별 배터리 팩 전류를 출력 값으로 제공 할 수 있다. 이러한 모델은 여러 배터리 팩에 대해 확장 가능하고 구성할 수 있으며 용량 페이드 및 임피던스 증가 측면에서 연결 저항 및 노화 정보를 고려할 수 있다. ESS에서 병렬 배터리 팩 간의 동적 전류 분포/분할에 대한 모델 기반 예측이 가능하도록 하여 각 개별 배터리 유닛/팩의 과도 및 정상 상태 응답에 대한 통찰력을 제공할 수 있다. 또한, 불균형 상태에서 배터리 팩 사이의 동적 상호 작용(즉, 순환 전류)과 다양한 내부 및 외부 요인이 배터리 팩 간의 전류/전력 분할에 미칠 수 있는 영향을 이해할 수 있다. 이 다중 배터리 모델 내에서 배터리 팩의 연결 또는 분리는 낮은 저항 값과 높은 저항 값 사이에서 즉시 전환하여 달성될 수 있다. 간단히 말해서, 분리된 배터리 팩, 즉 개방형 접촉기는 저항을 무한히 높이거나 연결된 다른 배터리 팩보다 훨씬 더 높게 설정하여 에뮬레이트 될 수 있다. 배터리 팩, 즉 폐쇄형 접촉기를 연결하려는 경우 저항이 실제 값으로 한 번에 낮아질 수 있다. 이렇게 하면 연결 인스턴스 직후의 과도 전류를 에뮬레이션하기 위해 동일한 상태 공간 모델을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 연결 후 오랜 시간 동안 정상 상태 작동 중에 배터리 팩 간의 전력 분할을 가능하게 할 수 있다.

미리 결정된 순환전류 연결 조건은 ESS의 최적의 동작을 위한 필요조건이지만 충분조건은 아닐 수 있다. 순환전류의 예측된 크기가 미리 정해진 허용범위 이내이면 미리 정해진 순환전류 연결조건을 충족한 것으로 간주하고, 다른 연결조건이 정의되지 않은 경우에 미리 정해진 연결조건을 충족한 것으로 간주한다. 그러나 ESS의 동작을 더욱 향상시키기 위해서는 ESS의 전체 SoP를 최대화하여야 하고 이에 따라 이미 연결된 배터리 팩에 추가 배터리 팩을 연결한 후 ESS의 총 SoP가 감소하는 것을 방지하기 위해 설정되는 미리 결정된 SoP 연결 조건도 충족하는 것이 바람직할 수 있다.

선택적으로, 미리 결정된 연결 조건은 미리 결정된 전력 상태 연결 조건을 포함하고, 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계는 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩의 서브세트의 전기 연결 시 ESS의 총 예상 전력 SoP를 예측하는 단계를 포함할 수 있다. 예측된 총 예상 SoP가 미리 결정된 총 SoP 임계값보다 높으면 미리 결정된 전력 상태 연결 조건이 충족되는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, ESS의 총 예상 SoP는 각 개별 배터리 팩의 SoP를 제약 조건으로 사용하여 계산한 다음 다중 배터리 모델을 사용하여 연결된 배터리 팩 중 적어도 하나를 통한 예측 전력 흐름이 SoP 제약조건에 도달하도록 최대 총 ESS 전류 및/또는 전력을 예측할 수 있다. 즉 연결된 배터리 팩 중 적어도 하나가 SoP 제한 범위에서 동작될 수 있다.

선택적으로, 미리 결정된 연결 조건은 미리 결정된 전력 상태 연결 조건을 포함하고, 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계는,

-배터리 팩의 서브세트 내의 배터리 팩 각각의 전력 상태(SoP)를 결정하는 단계;

-서브세트 내의 배터리 팩들 간의 전력 상태의 차이가 미리 결정된 전력 상태 차이 임계값 미만인지 여부를 결정하는 단계;

를 포함할 수 있다.

차이가 전력 상태 차이 임계값 미만인 경우 미리 결정된 전력 상태 연결 조건이 충족된 것으로 간주될 수 있다. 서브세트 내의 배터리 팩의 전력 상태 분포가 크면 예상 순환 전류가 낮더라도 연결하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제안된 연결 시퀀스에서 하나의 배터리 팩이 다른 배터리 팩보다 현저히 낮은 SoP를 갖는 경우, SoP의 불일치로 인해 제안된 연결 시퀀스를 적용할 수 없는 것으로 결정할 수 있다. 개별 배터리 팩의 이러한 SoP 불일치는 모든 배터리 팩 중 가장 약한, 즉 가장 낮은 SoP를 갖는 배터리 팩에 의해 제한되기 때문에 ESS의 총 SoP에 큰 영향을 미칠 수 있다.

미리 결정된 연결 조건은 또한 미리 결정된 에너지 상태(SoE) 연결 조건을 포함할 수도 있다. 이 경우, 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계는 제안된 연결 시퀀스에 따라 상기 배터리 팩의 서브세트의 전기적 연결 시 ESS의 총 예상 SoE를 예측하는 단계를 포함할 수 있다. ESS의 예상 총 SoE가 미리 결정된 총 SoE 임계값 이상인 경우 미리 결정된 SoE 연결 조건이 충족된 것으로 간주될 수 있다. ESS의 총 가용 에너지는 일부 상황에서 특히 중요할 수 있다. 예를 들어, 차량에 ESS를 사용하는 경우 사용자는 매우 느린 속도로 작업장에 가야 할 수 있다. 이 경우 ESS의 총 가용 에너지가 ESS 전력보다 더 중요할 수 있다.

상술한 연결 조건은 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩을 부하에 연결하기 위해 모든 조건 또는 일부 조건이 충족되어야 하는 것과 같이 서로 결합될 수 있다.

선택적으로, 연결 시퀀스를 제안하는 단계는,

-연결할 배터리 팩의 서브세트 식별

-서브세트 내의 각 배터리 팩이 서브세트 내의 다른 배터리들과 동시 또는 후속적으로 연결되어야 하는 시점을 제안하는 방법을 포함할 수 있다.

선택적으로,

-배터리 팩을 부하에 전기적으로 연결하기 위한 우선순위 전략을 설정하는 단계;

를 더 포함하고, 상기 연결 순서를 제안하는 단계에서 설정된 우선 순위 전략이 고려될 수 있다.

선택적으로, 우선순위 전략은 제1 우선순위 전략, 제2 우선순위 전략, 및 제3 우선순위 전략 중 하나이며,

-제 1 우선순위 전략을 이용하여 전기 에너지 저장 시스템의 전력 상태가 최대가 되도록 하는 연결 시퀀스를 제안

-제 2 우선순위 전략을 이용하여 배터리 팩 중 적어도 하나가 부하에 연결되는 연결 순간의 총 수가 최소가 되도록 하는 연결 시퀀스를 제안

-제 3 우선순위 전략을 이용하여 전기 에너지 저장 시스템의 에너지 상태가 최대가 되도록 하는 연결 시퀀스를 제안

하는 방법을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 다양한 전략들은 완전히 상호 배타적이지 않을 수 있다. 예를 들어, 다양한 우선 순위 전략은 제안된 연결 시퀀스 측면에서 전력 상태를 최대화하면 대부분의 경우에 연결 순간의 수를 최소화할 수 있고 그 반대도 마찬가지이기 때문에 항상 다른 결과로 이어지지 않을 수 있다. 그러나 실행 가능한 연결 시퀀스를 식별하기 전에 많은 반복이 필요한 경우 선택한 우선 순위 전략에 따라 실행 가능한 연결 시퀀스가 다를 수도 있다.

본 명세서에서 우선순위 전략은 미리 설정될 수 있다. 예를 들어 운전자 선호도 또는 차량의 운전 모드에 따라 설정될 수 있다. SoP를 최대화함으로써, 차량 가속력을 확보하고, 연결 횟수를 최소화하여 연결 시도마다 일시적으로 추진력을 낮추어 운전자는 운전을 보다 편안하게 할 수 있다.

선택적으로, 미리 결정된 연결 조건은 선택된 우선 순위 전략에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 우선순위 전략이 SoP 이상의 연결 순간의 수에 첫째로 우선순위를 부여하도록 선택된다면, 총 SoP의 임계값은 SoP를 최대화하도록 선택되는 우선 순위 전략의 경우보다 더 낮은 값으로 설정될 수 있다.

선택적으로,

-전기 에너지 저장 시스템의 모든 배터리 팩이 연결될 때까지 방법 단계를 반복

하는 방법을 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 내부 및 외부 반복을 통해 실행 가능한 연결 시퀀스를 제안하고 연결할 수 있다.

선택적으로,

-적어도 배터리 팩의 서브세트를 부하에 연결한 후, 배터리 팩의 서브세트 내에서 적어도 하나의 배터리 팩의 분리에 대해 미리 결정된 분리 조건이 충족되는지 여부를 결정하는 단계;

-미리 결정된 분리 조건이 충족되는 경우에만 부하에서 하나 이상의 배터리 팩을 분리하는 단계;

를 더 포함 할 수 있다.

예를 들어, 두 개의 배터리 팩이 이미 서로 연결되어 있고 부하에 연결되어 있지만 그 중 한 개의 배터리 팩이 다른 배터리 팩보다 SoP 또는 SoE가 훨씬 낮은 경우, 가장 약한 링크 문제를 해결하기 위해 이 제한 배터리 팩을 분리하기로 결정할 수 있다. 미리 결정된 분리 조건은 상술한 연결 조건에 대응하여 설정될 수 있다. 이에 따라, 부하에서 배터리 팩을 분리하기 위해 상술한 전략을 적용하여 ESS 전력 및/또는 에너지가 최대화되도록 배터리 팩의 서브세트를 분리하기 위한 분리 시퀀스가 제안될 수 있다.

본 실시 예에 따른 방법은 여러 가지 상이한 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 ESS가 구비된 차량의 전기 추진 시스템에 의한 전기 에너지 저장 시스템 사용 중에 제어 유닛에 의해 수행될 수 있다. 이 방법은 다른 제어 유닛에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 각 배터리 팩의 배터리 관리 유닛(BMU)은 측정 데이터를 수신하고 내부 저항(저항 상태, SoR)과 같은 각 배터리 팩의 내부 배터리 상태를 추정하며 추정된 내부 배터리 상태 중 적어도 하나를 다른 제어 유닛, 예를 들어 에너지 저장 시스템(ESS) 제어 유닛에 전송하여 통신하도록 구성될 수 있다. 배터리 팩들의 전기적 연결을 제어하는 단계는 BMU로부터 수신된 추정 배터리 상태에 관한 정보에 기초하여 ESS 제어부에 의해 수행될 수 있다. 일부 제어 구성에서 ESS 하나의 BMU는 개별 배터리 팩의 BMU와 ESS 마스터 제어 유닛 모두의 역할을 할 수 있으며, 이 경우 이 BMU를 사용하여 제 1측면에 따른 방법을 실행할 수도 있다.

제 2측면에 따르면, 적어도 제1 목적은 선택적으로 병렬로 전기적 연결되도록 구성된 적어도 두 개의 배터리 팩을 포함하는 전기 에너지 저장 시스템의 제어 유닛에 의해 달성되고, 제어 유닛은 제1 측면에 따른 방법의 단계를 실행하도록 구성된다. 본 발명의 제2 측면의 효과 및 특징은 제1 측면과 관련하여 상술한 것과 대체로 유사하다.

제 3측면에 따르면, 컴퓨터로 하여금 제 1측면의 실시 예 중 어느 하나에 따른 방법의 단계를 실행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다. 본 발명의 제 3측면의 효과 및 특징은 제 1측면과 관련하여 상술한 것과 대체로 유사하다.

제 4측면에 따르면, 제 3측면에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다. 본 발명의 제 4측면의 효과 및 특징은 제 1측면과 관련하여 상술한 것과 대체로 유사하다.

제 5측면에 따르면, 적어도 제1 목적은 병렬로 선택적으로 전기적으로 연결되도록 구성된 적어도 두 개의 배터리 팩 및 제 2측면에 따른 제어 유닛을 포함하는 전기 에너지 저장 시스템에 의해 달성된다.

제 6측면에 따르면, 제 5측면에 따른 전기 에너지 저장 시스템을 포함하는 차량이 제공된다.

본 발명의 추가 이점 및 유리한 특징은 다음 설명 및 종속항에 개시되어 있다.

첨부된 도면을 참조하여, 이하에서는 예시로서 인용된 본 발명의 실시 예들에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법이 구현될 수 있는 차량을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 에너지 저장 시스템의 개략적인 회로도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기적 연결을 제어하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 전기적 연결 제어 방법을 나타내는 블록도 이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연결 시퀀스를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 제안된 연결 시퀀스를 나타낸다.
도면들은 본 발명의 도식적이고 예시적인 실시 예를 보여주고 있으며, 따라서 반드시 축적에 맞게 그려진 것은 아니다.

본 상세한 설명에서, 본 발명에 따른 방법의 실시 예는 배터리 구동 전기 모터 형태의 추진 시스템을 포함하는 완전 전기 버스를 참조하여 주로 설명된다. 그러나, 설명된 본 발명의 다양한 실시 예는 광범위한 하이브리드 및 전기 자동차에 동일하게 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 버스의 추진을 위한 전기 추진 유닛(4)이 장착된 버스(100) 형태의 완전 전기 자동차의 단순화된 사시도를 나타낸다. 물론, 전기 추진 유닛(4)에 추가로 또는 그 대신에 다른 부하, 예를 들어 전력을 필요로 하는 보조 시스템, 및/또는 선상(on-board) 충전기, 및/또는 동력인출장치가 더 제공될 수 있다.

일 실시 예에서, 버스(100)는 복수의 병렬 연결된 배터리 팩(2)을 포함하는 전기 에너지 저장 시스템(ESS)(1)을 운반하며, 각각의 배터리 팩(2)은 복수의 배터리 셀(미도시)을 포함한다. 배터리 셀은 직렬로 연결되어 원하는 전압 수준의 출력 DC 전압을 제공할 수 있다. 적합하게는, 배터리 셀은 리튬 이온 유형이지만, 다른 유형이 사용될 수도 있다. 배터리 팩 당 배터리 셀의 수는 50 내지 500개의 셀 범위일 수 있고, 소형 셀의 경우 수천 셀까지일 수 있다. 각각의 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 차례로 배터리 셀 문자열 형태의 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

일 실시 예에서, 센서 유닛(미도시)은 ESS의 동작 조건과 관련된 측정 데이터, 즉 배터리 셀의 온도, 전압 및 전류 레벨을 측정하기 위해 배열될 수 있다. 각 센서 유닛의 측정 데이터는 버스(100)가 동작하는 동안 ESS(1)를 관리하도록 구성된 ESS 제어 유닛(3)으로 전송되며 이 경우 측정 데이터는 ESS(1)의 개별 배터리 팩(2)과 부하(4)의 연결을 제어하는 데 사용될 수 있다. 또한, ESS 제어 유닛(3)은 충전 상태(SoC), 건강 상태(SoH), 전력 상태(SoP), 용량 상태(SoQ), 저항 상태(SoR) 및 에너지 상태(SoE)와 같은 ESS(1)의 상태 또는 용량을 표시할 수 있고 이를 제어하는 매개변수를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 도면을 참조하면, ESS의 모든 레벨에서 완전한 제어 기능을 구현하도록 구성된 도메인 제어 유닛(DCU)과 같은 단일 제어 유닛(3)이 도시되어 있다. 그러나, ESS에 다수의 제어 유닛이 함께 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, ESS에는 ESS(1)의 배터리 팩(2) 및/또는 배터리 모듈과 같은 개별 배터리 유닛을 관리하기 위한 배터리 관리 유닛인 BMU(미도시)가 제공될 수 있다. 각 배터리 유닛의 BMU는 연결된 배터리 유닛에 해당하는 측정 데이터를 수신 및 처리하고 용량 상태 SoQ(i), SoR(i), SoH(i) 및 SoC(i)를 추정할 수 있다. 그런 다음 각 BMU는 이 데이터를 ESS 제어 유닛으로 전송할 수 있다. 전용 ESS 마스터 제어 유닛을 갖거나 BMU 중 하나를 선택하여 배터리 유닛 레벨 기능에 추가하여 ESS 마스터 제어 유닛의 기능을 하도록 할 수도 있다. 부하(4)에 대한 ESS(1)의 개별 배터리 팩(2)의 연결을 제어하기 위한 제어 유닛은 별도의 제어 유닛일 수 있다.

일 실시 예에서, ESS 제어 유닛(3)은 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 프로그램 가능한 디지털 신호 프로세서 또는 다른 프로그램 가능한 장치를 포함할 수 있다. 따라서, ESS 제어 유닛(3)은 ESS 제어 유닛(3)이 버스(100)의 다른 부분 또는 버스(100)의 다른 제어 유닛과 통신할 수 있는 전자 회로 및 연결부(미도시) 뿐만 아니라 처리 회로(미도시)를 포함할 수 있다. ESS 제어 유닛(3)은 하드웨어나 소프트웨어, 또는 부분적으로 하드웨어나 소프트웨어의 모듈을 포함할 수 있고, CAN 버스 및/또는 무선 통신 기능과 같은 알려진 전송 버스를 이용하여 통신할 수 있다. 처리 회로는 범용 프로세서 또는 특정 프로세서일 수 있다. ESS 제어 유닛(3)은 컴퓨터 프로그램 코드 및 데이터를 저장하기 위한 비일시적 메모리를 포함할 수 있다. 따라서, 통상의 기술자는 ESS 제어 유닛(3)이 다양한 상이한 구성에 의해 구현됨을 이해할 수 있을 것이다. 이는 ESS 1의 다른 제어 유닛에도 적용될 수 있다.

도 2는 4개의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)을 포함하는 예시적인 ESS(1)를 개략적으로 도시하는 회로도 이다.

일 실시 예에서, 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)은 견인(traction) 전압 버스를 통해 DC 링크 커패시터(5)를 포함하는 전기 모터 드라이브(EMD)와 병렬로 연결된다. 각 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)은 배터리 셀 스택(7)과 ESS 제어 유닛(3)의 제어 신호에 응답하여 견인(traction) 전압 버스에 배터리 셀 스택(7)을 선택적으로 연결 및 분리하기 위한 배터리 분리 유닛(BDU)(8)을 포함할 수 있다. 또한, BDU(8)는 배터리 팩의 주 양극 접촉기를 연결하기 이전에 사전 충전 저항기와 접촉기를 통해 사전 충전이 가능한 사전 충전 프로세스를 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, BDU(8)는 일반적으로 3개의 접촉기를 포함하며, 그 중 2개는 메인 양극 및 음극 접촉기이고 세 번째 접촉기는 사전 충전 저항기와 연결된 사전 충전 접촉기이다. DC 링크 커패시터(5)와 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 사이의 큰 전압 차이로 인해 발생할 수 있는 큰 전류 스파이크(돌입 전류)를 피하기 위해 사전 충전 프로세스가 필요하다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법을 예시하는 흐름도이다.

요컨대, 이 방법은 동작 데이터를 획득하는 단계 S1, 우선순위 전략을 선택하는 단계 S2(선택 사항), 배터리 팩을 부하에 연결하기 위한 연결 시퀀스를 제안하는 단계 S3, 제안된 연결 시퀀스의 가능성을 확인하는 단계 S4 및 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩을 부하에 연결하는 단계 S5를 포함할 수 있다. 단계 S1-S5는 이하에서 더 자세히 설명한다.

S1 단계에서는 전기 에너지 저장 시스템(1)의 현재 동작 조건과 관련된 동작 데이터 획득할 수 있고 동작 데이터는 측정된 단자 전압 및/또는 개방 회로 전압, OCV의 형태의 복수의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 중 적어도 하나의 전압을 포함할 수 있다. 동작 데이터는 현재 시점에서 각 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 측정된 단자 전류, 온도 형태의 측정 데이터 및/또는 충전 상태(SoC), 용량 상태(SoQ), 내부 저항(저항 상태, SoR), 전력 상태(SoP), 에너지 상태(SoE) 등과 같은 파생 동작 데이터를 더 포함할 수 있고, 각 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 파생 동작 데이터는 현 시점에서, 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 전류, 전압 및 온도에 관한 측정 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 파생된 작동 매개변수는 다른 곳에서 파생되어 ESS 제어 유닛(3)에 의해 수신되거나 ESS 제어 유닛(3)에 의해 계산/추정될 수 있다.

S2 단계에서는 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)을 부하(4)에 전기적으로 연결하기 위한 우선 순위 전략을 설정할 수 있다. 이 단계는 제1 단계(S1) 이전 또는 이후에 수행될 수 있고, 동일한 우선순위 전략이 항상 사용되도록 생략될 수도 있다. 예를 들어, 우선 순위 전략은 ESS(1)의 전력 상태를 최대화하기 위해 시도되는 방법이 제 1우선순위 전략으로 설정될 수 있고, 배터리 팩 중 적어도 하나가 부하에 연결되는 연결 순간의 총 수를 최소화하기 위해 시도되는 방법이 제 2우선순위 전략으로 설정될 수 있으며, ESS(1)의 에너지 상태를 최대화하기 위해 시도되는 방법이 제 3우선순위 전략으로 설정될 수 있다.

S3 단계에서는 적어도 전기 에너지 저장 시스템의 동작 모드 및 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 단자 전압 및/또는 OCV를 기반으로 하고, 적어도 두 개의 배터리 팩을 부하에 동시에 연결하도록 허용함으로써, 적어도 복수의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 서브세트를 부하(4)에 전기적으로 연결하기 위한 연결 시퀀스를 제안하는 단계를 포함할 수 있다. 우선순위 전략은 또한 연결 시퀀스를 제안할 때 고려될 수 있으며, 이는 예시를 통해 이하에 설명될 것이다.

일 실시 예에서, 연결 시퀀스를 제안하는 단계 S3은 연결할 배터리 팩의 서브세트를 식별하고 서브세트 내의 각 배터리 팩을 동시 또는 후속적으로 서브세트 내의 다른 배터리 팩과 연결되어야 하는 시점을 제안함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 제안된 연결 시퀀스는 하나의 연결 인스턴스에서 하나 이상의 배터리 팩의 연결을 포함할 수 있고, 오직 특정 시점에서, 또는 다른 연결 인스턴스에서 배터리 팩 조합의 연결을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩은 연결할 배터리 팩의 서브세트를 식별하기 위해 단자 전압, OCV, 및/또는 전력 상태 SoP에 기초하여 그룹화될 수 있다.

S4 단계에서는 적어도 배터리 팩의 서브세트 내의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 내부 저항에 기초하여 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정할 수 있다. 미리 결정된 연결 조건은 배터리 팩의 서브세트의 전기적 연결 시 배터리 팩 사이에 흐를 것으로 예상되는 순환 전류와 관련된 적어도 미리 결정된 순환 전류 연결 조건을 포함할 수 있으며, 또한, 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩의 서브세트의 전기적 연결 후 전기 에너지 저장 시스템의 총 전력 상태와 관련된 미리 결정된 전력 상태 연결 조건 및/또는 전기 에너지 저장 시스템의 총 에너지 상태와 관련된 미리 결정된 에너지 상태 연결 조건을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 연결 조건이 충족되었는지 판단하기 위해 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩의 서브세트가 전기적으로 연결될 때 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 사이에 흐를 것으로 예상되는 순환 전류의 크기는 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 적어도 내부 저항 및 개방 회로 전압에 기초하여 예측될 수 있다. 순환 전류의 크기를 예측하기 위해 동적 다중 배터리 예측 모델이 사용될 수 있다. 그 후에 예측된 순환 전류의 크기가 미리 정해진 허용 범위 내에 있는지 여부가 결정될 수 있고, 허용 범위 내에 있을 경우 미리 정해진 순환 전류 연결 조건이 충족된 것으로 간주될 수 있다. 즉, 제안된 연결 시퀀스가 실행 가능한지의 여부가 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 주로 단일 배터리 모델을 사용하고 병렬 연결 제약 조건을 이용하여 파생된 병렬 다중 배터리 팩 시스템의 동적 상태 공간 모델은 다중 배터리 예측 모델로 사용될 수 있다. 이 다중 배터리 모델 내에서 배터리 팩의 연결 또는 분리는 낮은 저항 값과 높은 저항 값 사이에서 즉시 전환하여 달성될 수 있다. 간단히 말해서, 분리된 배터리 팩, 즉 개방형 접촉기는 저항을 무한히 높이거나 연결된 다른 배터리 팩보다 훨씬 더 높게 설정하여 에뮬레이트 될 수 있다. 배터리 팩, 즉 폐쇄형 접촉기를 연결하려는 경우 저항이 실제 값으로 한 번에 낮아질 수 있다. 이렇게 하면 연결 인스턴스 직후의 과도 전류를 에뮬레이션하기 위해 동일한 상태 공간 모델을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 연결 후 오랜 시간 동안 정상 상태 작동 중에 배터리 팩 간의 전력 분할을 가능하게 할 수 있다.

다음과 같은 다중 배터리 상태 공간 모델을 사용할 수 있다.

[수식 1]

여기서, 완성된 ESS(1)의 전체 상태는

,로 나타내며, 여기서 ESS의 각 구성 배터리 팩 i의 상태는

,로 나타내고, 여기서 T는 벡터 전치를 나타낸다. 시스템 출력은

, 로 나타내고 Ii는 각 배터리 팩 i의 출력 전류를 의미한다. 상태 공간 모델의 제어 입력은

, 로 주어지고, IESS는 ESS의 총(예: 총 수요량) 입력 전류를 의미하고 Uh,I는 배터리 팩 i 내부에서 발생하는 총 열(heat)을 의미할 수 있다. 시스템 행렬 AI, 입력 행렬 BI, 출력 행렬 CI 및 피드스루(어떤 면의 양쪽에 있는 두 회로를 연결하는 도체) 행렬 DI는 시스템 매개변수 (

)와 시스템 전열 및 노화상태(

)의 비선형 함수이다. 단일 배터리 모델과 비교하여 병렬 다중 배터리 시스템에 대한 완전한 모델을 도출하기 위해 각 배터리 유닛의 개방 회로 전압이 추가 상태로 포함되었음을 유의해야 한다. 위의 상태 공간 모델은 시간 영역에서 벡터 값 선형 미분 방정식(시간 도함수 x 이용)이며 이러한 미분 방정식은 순방향/역방향 오일러 방법과 같은 표준 방법을 사용하여 풀 수 있다. 상술한 바와 같이 배터리 임피던스, 용량, 케이블 연결 저항, 온도 등을 포함한 다양한 시스템 매개변수가 위의 행렬을 통해 이 모델에 입력될 수 있다. 이를 통해 주어진 동작 조건에서 적절히 높은 정확도로 배터리 장치 간에 분할되는 부하(예: 전력 또는 전류) 예측이 가능할 수 있다. 상술한 상태 공간 다중 배터리 모델에 대한 전체 식은 본 명세서에 표시하기 매우 복잡하다. 그러나, 내부 모델 구조에 대한 이해를 돕기 위한 더 간단한 버전(0차 다중 배터리 모델)이 하기에 기재된다. 이는 내부의 저속 분극 상태(즉 V_1i= V_2i= 0 또는 그것들을 OCV와 병합)와 온도상태를 상기 모델에서 떨어뜨리고, 상술한 행렬 AI, BI, CI 및 DI의 각 요소가 관련되게 함으로써 도출된다. 내부의 저속 분극의 온도는 '0'으로 설정된다. 위의 예에 대해 상술한 행렬에 대한 이러한 접근방식을 사용하여 n=2와 같은 두 개의 배터리 팩을 가진 시스템에서 각 배터리 팩에 대한 전류에 대해 다음 방정식을 얻을 수 있다.

[수식 2]

상기로부터 명백한 바와 같이, 각 배터리 유닛에 전달되는 부하(예: 전류)는 전기 에너지 저장 시스템(1)의 각 배터리의 위치와 관련된 연결 저항뿐만 아니라 각 배터리 유닛에 대한 총 내부 옴 저항 값 R0i 와 개방 회로 전압 값 Voci를 이용하여 결정될 수 있다. (저속 분극이 '0'이 아니라 대신에 OCV와 병합된다고 가정하면, 이것을 내부 천천히 변화하는 전압이라고 부를 수 있다.) 위의 방정식에서는 일반적으로 배터리 팩의 데이지 체인 구성에 사용되는 배터리 유닛 간의 연결 저항 Rc12가 사용되었다. 그러나, 위의 방정식은 대신에, 각 배터리 유닛과 전기 에너지 저장 시스템(1)의 기준/연결 지점 사이의 연결 저항 Rc1, Rc2를 포함하거나, 포함하도록 쉽게 수정될 수 있다. 이때 연결저항은 일반적으로 배터리 팩의 소위 스타구성이라 불리는 구성에 사용된다. 완전성을 위해, 첫 번째 배터리 팩과 부하 사이에 연결 저항(Rc01)이 있을 수 있지만, 이러한 연결 저항(Rc01)은 위의 방정식에서 생략될 수 있다. 이는 연결 저항(Rc01)이 각 배터리 팩의 경로에서 공통 저항을 형성하여 배터리 팩 간의 부하 분포에 영향을 미치지 않을 수 있기 때문이다.또한, 위에 제시된 방정식은 내부 옴 저항 값 R0i, 개방 회로 전압(내부 천천히 변화하는 전압) 값 Voci 및 0(제로)인 연결 저항을 사용하여 n개의 배터리 팩에 대한 0차 다중 배터리 모델의 다음 두 등가 표현으로 쉽게 일반화될 수 있다.

[수식 3]

[수식 4]

수식 4를 참조하면,

예를 들어, 전류 순환 기준을 기반으로 하는 타당성은 다음 조건을 사용하여 확인할 수 있는데, 기본적으로 외부 부하에서 각 배터리 팩의 전류 분할/순환 크기는 연결 시간 직후 최대 SoP의 일정 비율 미만이어야 한다.

[수식 5]

[수식 6]

여기서,

는 ESS의 최대 피크(즉, 가능한 최대) 충전 부하이고,

는 ESS의 피크 방전 부하이고(

와

의 ESS SoPs는 동일할 필요 없음), δ∈[0,1]은 SoP 제한을 위반할 때까지의 마진을 결정하는 튜닝 파라미터이며, i는 개별 배터리 팩을 나타낸다. 합계,

와

는 모든 배터리 팩에서 동일하므로 각 조합에 대해 한 번만 계산하면 된다. 이전 합계 계산을 활용하여 저장할 수도 있다.또한, 제안된 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 서브세트의 전기 연결 시 ESS(1)의 총 예상 전력 상태(SoP)는 종래 알려진 방법에 따라 예측될 수 있으며, 예를 들어, 개별 배터리 팩의 SoP를 기반으로 하거나 ESS 수준의 다중 배터리 모델을 사용하여 개별 배터리 팩 간의 상호 작용 및 전류 분포를 고려할 수 있다. 예를 들어, 위의 0차 다중 배터리 모델[수식 3 및 수식4]를 ESS SoP를 계산하는 데 이용할 수 있다. 즉, 각 개별 배터리 팩 i의 주어진 충전 가능한 SoP, 방전 가능한 SoP, 옴 저항 및 OCV를 사용하여, 충전 가능 전류의 성능

및 방전 가능 전류의 성능

(즉, ESS SoP 충전 또는 방전 크기) 의 최대값에 대한 모델을 각각 아래와 같이 풀 수 있다.

[수식 7]

[수식 8]

수식 8에서, 마이너스 부호는

가 SoP의 크기이므로 방전 전류에 일반적으로 사용되는 부호화된 양이 아니라는 사실을 다루기 위해

와 함께 사용된다.

및

에 대한 위의 방정식은 0차 다중 배터리 모델을 사용하여 제한된 선형 프로그래밍 문제에 대한 솔루션으로 도출될 수도 있다. 완전 차수 다중 배터리 상태 공간 모델[수식 1 참조]도 사용할 수 있지만, 이후에 상대적으로 어려운 제한된 비선형 프로그래밍 문제를 해결해야 한다. 사용된 방법에 관계없이, 향후 ESS 구성의 선택된 후보(즉, 제안된 연결 시퀀스)에 대한 예측된 SoP 값이 알려지면, 미리 결정된 전력 상태 연결 조건은 예측된 총 예상 SoP가 미리 결정된 총 SoP 임계값보다 높으면 충족되는 것으로 간주될 수 있다.또한 ESS SoP를 극대화한 연결을 위한 최적의 배터리 조합도 찾아볼 수 있다. 이는 가능한 각 배터리 조합, 가능한 각 배터리 조합에 대한 ESS SoP, 즉 ESS 구성을 먼저 찾은 후, 모든 조합 중 ESS SoP 값이 최대가 되는 최상의 것이 선택되도록 하는 간단한 알고리즘을 고안하여 달성할 수 있다.

예를 들어, 알고리즘은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다.

1) 가능한 각 ESS 구성을 열거하고 테이블(표)에 저장한다.

2) 수식 7 및 식 8을 사용하여, 가능한 각 ESS 구성에 대한 ESS SoP(즉,

및

)을 찾는다.

3) 테이블(표)의 해당 ESS 구성에 각 ESS SoP 값을 할당하고 내림차순으로 정렬한다.

4) 마지막으로 상위 ESS SoP 값에 해당하는 ESS 구성을 선택한다.

수식 7 및 수식 8은 계산 부담이 매우 적기 때문에, 철저한 검색을 기반으로 제안된 최적화 방법은 많은 수의 배터리 팩에 대해 실시간으로 실현이 가능할 수 있다.

미리 결정된 전력 상태 연결 조건은 추가적으로 배터리 팩 2a, 2b, 2c, 2d 사이의 SoP 차이와 관련이 있을 수 있다. 이 경우, 배터리 팩의 서브세트 내의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 SoP를 결정하고, 서브세트 내의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 사이의 전력 상태 차이가 미리 결정된 전력 상태 차이 임계값 미만인지 여부를 확인하고, 미만일 경우 미리 결정된 전력 상태 연결 조건이 충족된 것으로 간주될 수 있다.

S5 단계에서는 제안된 연결 시퀀스에 따라 적어도 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 서브세트를 부하(4)에 전기적으로 연결할 수 있다. 이 단계는 연결 조건이 단계 S4에서 충족된 것으로 간주되는 경우에만 수행될 수 있다.

일 실시 예에서, 모든 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)이 부하(4)에 연결될 때까지 단계 S1-S5가 반복될 수 있다. 여기서, 이른바 내부 반복(즉, 내부 가상 피드백을 기반으로 한 반복)과 소위 외부 반복(즉, 외부 실제 피드백을 기반으로 한 반복)으로 구분될 수 있다. 즉, 배터리 팩의 현재 동작 조건에 관한 각각의 주어진 외부 피드백 데이터에 대해 주어진 동작 조건에서 실행 가능한 연결 시퀀스를 찾을 때까지 여러 내부 반복이 수행될 수 있다. 다음 외부 반복에서는, 새로운 동작 조건이 새로운 측정 데이터의 형태로 제공되어, 여러 내부 반복을 통해 다시 식별되는 실행 가능한 다른 연결 시퀀스를 허용할 수 있다.

또한, 이 단계는 부하(4)로부터 하나 이상의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리의 적어도 서브세트를 부하(4)에 연결한 후, 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 서브세트 내의 적어도 하나의 배터리 팩을 분리하기 위해 미리 결정된 분리 조건을 충족하는지 여부를 결정할 수 있다. 미리 결정된 분리 조건이 충족되는 경우에만 부하(4)에서 적어도 하나의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)이 분리된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 ESS(1)를 포함하는 차량 파워트레인에서 방법이 수행될 수 있는 방법을 나타내는 블록도 이고, 예를 들어 도 2에 도시된 ESS(1)은 4개의 배터리 팩 2a, 2b, 2c, 2d로 구성되어 있다.

일 실시 예에서, 차량 파워트레인은 부하(4) 및 ESS 제어 유닛(3)으로부터의 입력과 부하(4)로부터의 피드백에 기초하여 부하(4)를 제어하는 파워 트레인 컨트롤러(6)를 포함한다. ESS 제어 유닛(3)은 제안된 방법에 따라 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)을 부하(4)에 연결하기 위한 연결 시퀀스(CS)를 결정하고, 결정된 연결 시퀀스(CS)를 파워트레인 컨트롤러로 출력하며, 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩을 연결하도록 ESS(1)를 제어한다.

제1 블록(B1)은 ESS의 개별 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 배터리 상태 추정 및 예측, 예를 들어 OCV, SoH, SoR, SoC, SoE, SoQ, SoP 등을 추정 및/또는 예측하기 위해 제공된다. 이 블록은 개별 배터리 팩의 배터리 제어 장치(예: BMU)와 같은 다른 곳에 제공될 수도 있다.

제2 블록(B2)은 시퀀싱을 위해 제공된다. 즉, 시퀀싱은 복수의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)의 적어도 서브세트를 부하(4)에 전기적으로 연결하기 위한 연결 시퀀스를 제안하는 것이다. 이 블록은 선택한 우선 순위 전략과 제1 블록(B1)으로부터 수신한 입력에 따라 서로 다른 연결 시퀀스를 가상으로 테스트한다.

제3 블록(B3)은 다중 배터리 모델을 사용하여 ESS를 시뮬레이션하여 전력 공유 역학을 예측하기 위해 제공된다. 이 블록은 예를 들어 ESS 1의 예상 총 SoP 및 제2 블록(B2)에서 수신한 제안 연결 시퀀스를 연결한 결과로 예상되는 순환 전류를 예측한다. 제3 블록(B3)은 제1 블록(B1)과 제2 블록(B2)의 입력 데이터를 사용한다.

제4 블록(B4)은 타당성 검사, 즉 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 확인하기 위해 제공된다. 이 블록에서 예측된 전력 공유 역학의 분석이 수행된다. 이를 위해 내부 피드백 루프 IFL이 제공되어 제3 블록(B3)에서 수행된 시뮬레이션의 결과를 제4 블록(B4)으로 전송(공급)한다. 제안된 연결 시퀀스가 실행 가능하지 않은 경우, 제2 블록(B2)에 정보를 제공하고 반복적으로 다른 연결 시퀀스를 제안한다.

또한, 내부 피드백 루프(IFL)에 더하여, 적어도 제4 블록(B4) 및 제1 블록(B1)에 대한 입력으로써 ESS(1)로부터 실시간 측정 데이터 및/또는 파생된 동작 데이터를 공급하기 위한 외부 피드백 루프(EFL)이 제공된다. 이를 통해 연결 시퀀스를 결정하는데 사용되는 알고리즘이 시간이 지남에 따라 개선될 수 있도록 지속적인 업데이트 및 적응이 가능하다.

일 실시 예에 따르면, 2개의 상이한 우선순위 전략에 따라 4개의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)을 부하(4)에 연결하는 방법이 다음에서 설명될 것이다. ESS(1)의 동작 모드는 방전 모드이므로 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)은 각 배터리 팩 i∈{2a, 2b, 2c, 2d}의 개방 회로 전압 V_oci에 따라 오름차순으로 정렬된다. 개방 회로 전압은 배터리 팩이 분리되어 있고 상당히 이완되었을 때 단자 전압과 거의 같다고 가정할 수 있다. 단순화를 위해 배터리 팩 '2a'는 가장 높은 단자 전압 및 개방 회로 전압 V_(oc,2a)을 갖고 배터리 팩 '2d'는 가장 낮은 단자 전압 및 개방 회로 전압 V_(oc,2d)를 갖는 것으로 가정한다.

즉, V_(oc,2a)>V_(oc,2b)>V_(oc,2c)>V_(oc,2d)로 가정할 수 있다. 동작 모드는 방전 모드이기 때문에, 가장 높은 단자 전압을 갖는 배터리 팩(2a)은 두 가지 우선 순위 전략에 따라 첫 번째 연결 순간에 연결될 배터리 팩의 서브 세트에 포함되어야 한다.

도 5에 도시된 첫 번째 우선순위 전략에 따르면 1차적으로 ESS의 전력 능력(SoP)을 최대화하고, 2차적으로 연결 인스턴스의 수를 최소화하도록 한다. 따라서 전반적인 목표는 ESS의 전력 성능을 극대화하는 것이다. 따라서 한 번에 가능한 한 많은 배터리 팩을 부하에 연결하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 단계(S3)에서, 도면 6의 좌측 하단 코너에 도시된 바와 같이 4개의 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d) 모두의 동시 연결을 포함하는 연결 시퀀스가 제안된다. 그 후에, 단계(S4)는 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 확인하기 위해 수행된다. 그렇게 된다면, 4개의 배터리 팩이 모두 한번에 연결될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 단계(S3)를 반복하여 차선의 연결 시퀀스를 제안하고, 단계(S4)에서 그 가능성을 확인할 수 있다. 일 실시 예에서, 차선의 연결 시퀀스는 가장 높은 단자 전압 및/또는 개방 회로 전압을 갖는 3개의 배터리 팩(2a, 2b, 2c)의 동시 연결을 포함한다. 이 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 시퀀스를 충족하지 못한다면, 실행 가능한 연결 시퀀스가 제안될 때까지 단계 S3-S4를 반복 수행한다. 제안된 연결 시퀀스는 도면 5의 화살표를 따라 설명된다. 따라서 가장 바람직하지 않은(최소로 선택해야 하는) 연결 시퀀스는 가장 낮은 단자 전압 및/또는 개방 회로 전압 V_(oc,2d)를 갖는 단일 배터리 팩(2d)의 연결을 포함하는 것을 의미할 수 있다.

도면 6에 도시된 두 번째 우선순위 전략에 따르면 1차적으로 차량의 주행성을 향상시키기 위해 연결 인스턴스의 수를 최소화하고, 2차적으로 ESS의 전력 능력(SoP)을 최대화하도록 한다. 따라서 이 경우에도 한 번에 가능한 많은 배터리 팩, 즉 모든 배터리 팩(2a, 2b, 2c, 2d)을 부하에 연결하는 것이 바람직할 수 있다. 해당 연결 시퀀스가 실행 가능하지 않은 경우, 우선순위에 따라 다른 시퀀스들을 확인할 수 있다. 도면 6에 도시된 화살표를 따라가면 알 수 있듯이, 우선순위의 순서는 첫 번째 우선순위 전략과 약간 다름을 알 수 있다.

일 실시 예에서 충전 모드에도 동일한 연결 시퀀스를 사용할 수 있다. 유일한 차이점은 정렬이 오름차순이어야 한다는 것이다.

즉, V_(oc,2a)<V_(oc,2b)<V_(oc,2c)<V_(oc,2d) 일 수 있다.

본 발명은 위에서 설명되고 도면에 예시된 실시 예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 통상의 기술자는 첨부된 청구항의 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 방법은 연결을 제어하는 데 사용되는 것과 동일한 전략에 기초하여 부하로부터 배터리 팩의 연결 해제도 제어하도록 적용될 수 있다.

Claims (17)

1. 전기 에너지 저장 시스템(1)의 복수의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)과 부하(4)의 전기적 연결을 제어하는 방법에 있어서, 상기 복수의 배터리 팩들은 상기 부하에 선택적으로 병렬 연결되도록 구성되고,
   상기 전기 에너지 저장 시스템(1)의 현재 동작 조건에 관한 동작 데이터를 획득하는 단계(S1), 상기 동작 데이터는 복수의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 중 하나 각각의 적어도 하나의 전압을 포함하고;
   상기 전기 에너지 저장 시스템(1)의 적어도 하나의 동작 모드 및 상기 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 전압을 기초로 하고, 적어도 두 개의 배터리 팩을 부하(4)에 동시 연결 가능하게 함으로써, 복수의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)의 적어도 하나의 서브세트를 부하(4)에 전기적으로 연결하기 위한 연결 시퀀스를 제안하는 단계(S3); 및
   제안된 상기 연결 시퀀스에 따라 상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트를 부하(4)에 전기적으로 연결하는 단계(S5);를 포함하고,
   상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트를 부하(4)에 연결하기 전에, 상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트 내의 배터리 팩(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 내부 저항에 기초하여, 제안된 상기 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계(S4);를 더 포함하고,
   상기 배터리 팩들의 적어도 하나의 서브세트를 부하(4)에 전기적으로 연결하는 단계는 상기 연결 조건이 충족된 것으로 간주되는 경우에만 수행되는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연결 조건이 충족되지 않은 것으로 간주되는 경우,
   적어도 상기 연결 시퀀스를 제안하는 단계(S3) 및 상기 제안된 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계(S4)는, 상기 연결 조건이 충족된 것으로 간주될 때까지 반복 수행되는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   적어도 두 개의 배터리 팩의 동시 연결을 포함하는 임의의 제안된 연결 시퀀스에 대해 상기 연결 조건이 충족되지 않은 것으로 간주되는 경우,
   미리 정의 가능한 전력제약조건에 따라 상기 복수의 배터리 팩(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 중 단일 배터리 팩을 부하(4)에 연결하고,
   선택적으로, 상기 단일 배터리 팩의 연결 이후에, 상기 연결 시퀀스를 제안하는 단계 및 상기 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계가 반복될 가장 이른 시점을 결정하는 단계;를 포함하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   배터리 팩의 상기 서브세트의 전기적 연결 시,
   상기 연결 조건은 상기 복수의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 사이에 흐를 것으로 예상되는 순환 전류와 관련된 미리 결정된 순환 전류 연결 조건을 적어도 하나를 포함하고,
   상기 순환 전류 연결 조건은
   선택적으로 제안된 상기 연결 시퀀스에 따라 상기 서브세트의 전기적 연결 이후에, 상기 전기 에너지 저장 시스템(1)의 총 전력 상태에 관련된 미리 결정된 전력 상태 연결 조건 및 상기 전기 에너지 저장 시스템(1)의 총 에너지 상태에 관련된 미리 결정된 에너지 상태 연결 조건 중 적어도 하나를 포함하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   제안된 상기 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계는
   적어도 각 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)의 내부저항과 개방회로전압을 기초로 하여, 제안된 상기 연결 시퀀스에 따라 배터리 팩들의 상기 서브세트의 전기적 연결 시에 상기 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 사이에 흐를 것으로 예상되는 순환 전류의 크기를 예측하고,
   예측된 상기 순환 전류의 크기가 미리 결정된 허용 범위 내에 존재하는지 여부를 결정하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
6. 제 4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 연결 조건은 미리 결정된 상기 전력 상태 연결 조건을 포함하고, 제안된 상기 연결 시퀀스가 미리 결정된 연결 조건을 충족하는지 여부를 결정하는 단계는
   서브세트 내의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 전력 상태(SoP)를 결정하는 단계;
   상기 서브세트 내의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 간의 상기 전력 상태의 차이값이 미리 결정된 전력상태차이 임계값 미만인지 여부를 결정하는 단계;를 더 포함하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연결 시퀀스를 제안하는 단계는
   연결할 배터리 팩의 서브세트를 식별하고, 상기 서브세트 내의 각 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)이 상기 서브세트 내의 다른 배터리들과 동시 또는 후속적으로 연결되어야 하는 시점을 제안하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)을 부하에 전기적으로 연결하기 위한 우선순위 전략을 설정하는 단계(S2);를 포함하고
   상기 우선순위 전략을 설정하는 단계(S2)는 상기 연결 시퀀스를 제안하는 단계(S3)에서 고려되는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 우선순위 전략은 제 1 우선순위 전략, 제 2 우선순위 전략 및 제 3 우선순위 전략 중 적어도 하나를 포함하고,
   상기 제 1 우선순위 전략을 이용하여 상기 전기 에너지 저장 시스템(1)의 전력 상태가 최대가 되도록 하는 연결 시퀀스를 제안하고,
   상기 제 2 우선순위 전략을 이용하여 상기 배터리 팩(2, 2a, 2b, 2c, 2d) 중 적어도 하나가 상기 부하에 연결되는 연결 순간의 총 수가 최소가 되도록 하는 연결 시퀀스를 제안하고,
   상기 제 3 우선순위 전략을 이용하여 상기 전기 에너지 저장 시스템(1)의 에너지 상태가 최대가 되도록 하는 연결 시퀀스를 제안하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
   
10. 제 8항 또는 제9항에 있어서,
    미리 결정된 상기 연결 조건은 선택된 상기 우선순위 전략에 따라 결정되는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
    
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 시스템(1)은 모든 배터리 팩(2, 2a, 2b, 2c, 2d)이 연결될 때까지 상기 방법을 반복 수행하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
    
12. 제 1항 내지 제 11항에 있어서,
    적어도 배터리 팩의 서브세트를 상기 부하(4)에 연결한 후에, 상기 배터리 팩의 서브세트 내의 적어도 하나의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)의 분리를 위한 미리 결정된 분리조건에 충족되는지 여부를 결정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 분리조건에 충족된 경우에만 상기 부하(4)에서 적어도 하나 이상의 배터리 팩을 분리하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
    
13. 선택적으로 병렬로 전기적으로 연결되도록 구성된 적어도 두 개의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)을 포함하는 전기 에너지 저장 시스템(1)의 제어 유닛(3)으로써,
    상기 제어 유닛(3)은 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 방법을 실행하는, 전기적 연결을 제어하는 방법.
    
14. 제 1항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
    
15. 제 14항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 매체.
    
16. 선택적으로 병렬로 전기적으로 연결되도록 구성된 적어도 두 개의 배터리 팩들(2, 2a, 2b, 2c, 2d)과 제 13항에 따른 제어 유닛(3)을 포함하는 전기 에너지 저장 시스템(1).
    
17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 전기 에너지 저장 시스템(1)을 포함하는 차량(100).
    

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