KR20230015680A

KR20230015680A - Bms가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기

Info

Publication number: KR20230015680A
Application number: KR1020210097116A
Authority: KR
Inventors: 전범수; 남상규; 홍세훈; 김태성
Original assignee: (주)아이비티
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2023-01-31
Also published as: KR102550097B1

Abstract

본 발명은 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기에 관한 것으로, BMS가 구비되지 않은 배터리로부터 배터리의 식별번호, 충전전류, 전압, 온도, 셀간 편차, 용량, 현재 충전량, 향후 배터리 사용 가능시간을 포함하는 배터리의 성능 값을 검출하고, 배터리 셀간 편차, 온도 및 충방전 횟수에 따라 충전전류를 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 복수 개의 충전 채널; 상기 배터리의 성능 값을 상기 배터리의 사용용도에 따라 설정하는 배터리 성능 설정부; 상기 복수 개의 충전 채널로부터 전송되는 배터리의 식별 번호에 따라 해당 배터리의 성능 값이 저장된 배터리 이력 저장부; 상기 배터리 성능 설정부에서 설정된 배터리 성능 설정 값과 상기 충전 채널로부터 전송되는 배터리 성능 값을 비교한 후 상기 배터리 성능 값이 상기 배터리 성능 설정 값 범위를 벗어날 경우 해당 배터리의 사용용도에 부적합함을 알리는 부적합 판정 신호를 생성하는 데이터 처리부; 및 상기 충전 채널로부터 전송되는 배터리 성능 값을 상기 배터리 식별번호에 따라 표시하고, 상기 데이터 처리부로부터 부적합 판정 신호가 전송될 때 해당 배터리의 부적합 상태를 표시하는 데이터 표시부를 포함한다.

Description

BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기{Charger for Battery System without BMS}

본 발명은 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기에 관한 것으로, 특히 BMS를 구비하지 않은 배터리의 충전이 가능하고, 배터리별 이력관리를 통해 배터리의 정확한 상태를 검출하여 적합 여부 판단 및 필요 수량을 예측하며, 배터리 팩의 가격을 낮춰 배터리 팩의 대량 생산이 가능한 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 드론, 로봇 등의 전자기기나 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다.

이러한, 이차 전지는 외부 환경의 물리적 충적으로부터 배터리를 보호하기 위해 여러 개의 배터리 셀을 하나로 합쳐서 묶은 팩 형태로 사용된다.

이때, 배터리 팩은 배터리 셀의 충방전을 제어하고 과충전이나 과방전을 방지하기 위해 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 설치된 상태로 사용되거나 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 배열한 상태로만 사용(즉, BMS가 구비되지 않은 상태로 사용)된다.

이러한, 배터리들은 충전기를 통해 충전이 이루어지는데, 배터리 팩에 BMS가 구비되어 있는 경우 BMS에서 충전에 대한 부분을 제어하여 충전하기 때문에 충전기의 가격이 저렴하고, 포터블로 충전기를 이용하여 사용하는 가능하며, 충전 채널을 추가하는 게 용이하나, BMS를 구비하지 않은 배터리 팩의 충전은 배터리의 화재 및 폭발에 대한 보호기능이 없어 위험한 상황이 발생하게 된다.

한편, BMS가 구비되지 않은 배터리는 가격이 낮고, 배터리 팩 구성이 간단한 장점이 있으나, 충전기와 같은 상위 시스템에서는 배터리의 현재 상태를 확인하는 것은 가능하나, 동일한 배터리가 아닌 배터리를 혼용해서 사용할 경우 배터리에 대한 데이터를 기록할 수 없어 배터리의 정확한 상태(예를 들면, 배터리의 셀 편차, SOC( State of Charge)나 SOH(State of Health) 등)를 확인하기 어려운 문제가 있다.

한국등록특허 제10-0450887호

따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, BMS를 구비하지 않은 배터리의 충전이 가능하고, 배터리별 이력관리를 통해 배터리의 정확한 상태를 검출하여 적합 여부 판단 및 필요 용량을 예측하며, 배터리 팩의 가격을 낮춰 배터리 팩의 대량 생산이 가능한 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 BMS가 구비되지 않은 배터리로부터 배터리의 식별번호, 충전전류, 전압, 온도, 셀간 편차, 용량, 현재 충전량, 향후 배터리 사용 가능시간을 포함하는 배터리의 성능 값을 검출하고, 배터리 셀간 편차, 온도 및 충방전 횟수에 따라 충전전류를 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 복수 개의 충전 채널; 상기 배터리의 성능 값을 상기 배터리의 사용용도에 따라 설정하는 배터리 성능 설정부; 상기 복수 개의 충전 채널로부터 전송되는 배터리의 식별 번호에 따라 해당 배터리의 성능 값이 저장된 배터리 이력 저장부; 상기 배터리 성능 설정부에서 설정된 배터리 성능 설정 값과 상기 충전 채널로부터 전송되는 배터리 성능 값을 비교한 후 상기 배터리 성능 값이 상기 배터리 성능 설정 값 범위를 벗어날 경우 해당 배터리의 사용용도에 부적합함을 알리는 부적합 판정 신호를 생성하는 데이터 처리부; 및 상기 충전 채널로부터 전송되는 배터리 성능 값을 상기 배터리 식별번호에 따라 표시하고, 상기 데이터 처리부로부터 부적합 판정 신호가 전송될 때 해당 배터리의 부적합 상태를 표시하는 데이터 표시부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 복수 개의 충전 채널 각각은, 상기 배터리가 장착되는 지그와 상기 지그에 장착된 배터리로부터 상기 배터리의 식별번호, 충전전류, 전압, 온도, 셀간 편차, 용량, 현재 충전량, 향후 배터리 사용 가능시간을 포함하는 배터리의 성능 값을 검출하는 BMS를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 배터리 성능 설정 값은 1회만 설정 가능한 것을 특징으로 하는 BMS를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 배터리 성능 설정 값은 상기 데이터 표시부를 통해 변경 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, BMS가 구비되지 않은 배터리 충전 시 충전기 내부에 설치된 BMS가 배터리의 상태를 파악하기 때문에 배터리 충전 시 발생 되는 위험성을 제거할 수 있어 BMS가 구비되지 않은 배터리의 폭발이나 화재 발생을 예방할 수 있고, 배터리의 상태를 확인할 수 있으므로 안전하게 충전하는 게 가능하며, 배터리의 식별번호에 따라 이력을 관리하기 때문에 배터리의 사용 가능 용량에 대한 추정이 가능할 뿐만 아니라 배터리별 충전 주기를 확인할 수 있으므로 배터리의 필요 수량을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기에 저장된 배터리 이력 정보를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 이외에 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기에 저장된 배터리 이력 정보를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기는 복수 개의 충전 채널(10), 배터리 성능 설정부(20), 배터리 이력 저장부(30), 데이터 처리부(40) 및 데이터 표시부(50)를 포함한다.

충전 채널(10)은 BMS가 구비되지 않은 배터리를 충전하기 위한 것으로, 배터리가 장착되는 지그(12) 및 지그(12)에 장착된 배터리의 식별번호(Serial Number), 배터리의 충전전류, 배터리의 전압, 배터리의 온도, 배터리 셀간 편차, 배터리의 용량, 배터리의 현재 충전량(SOC; State of Charge), 향후 배터리 사용 가능시간(SOH; State of Health) 등을 분석하고, 배터리 셀간 편차, 온도 및 충방전 횟수(또는 충전 횟수)에 따라 충전전류를 제어하여 배터리를 충전시키는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)(14)을 포함한다.

이때, 충전 채널(10)은 복수 개가 설치되고, 각각의 충전 채널(10)에는 배터리가 장착되는 지그(12)와 배터리의 성능을 검출 및 분석하는 BMS(14)가 각각 한 쌍으로 설치된다.

또한, 충전 채널(10)의 BMS(14)는 배터리의 성능 값을 분석한 후 배터리에 불량이 발생되는 경우 배터리 불량 신호를 생성한다.

배터리 성능 설정부(20)는 배터리의 사용 용도에 따라 배터리의 성능 값을 설정하는 것으로, 충방전 횟수, SOC, SOH 등의 배터리 성능 값을 배터리의 사용용도에 따라 필요한 값으로 설정한다.

다시 말해, 전기 자동차에서 사용될 배터리에 대해 배터리 성능 설정부(20)에서 충방전 횟수가 500회로 설정된다면, 드론 등과 같은 비행체에서 사용될 배터리에 대해 충방전 횟수가 300회로 설정되는 등 배터리의 사용용도에 따라 서로 다른 배터리의 성능 값이 설정될 수 있다.

이러한, 배터리 성능 설정부(20)를 통해 입력된 배터리 성능 설정 값은 충전기 제작 시 입력되거나 충전기가 제작된 이후 입력될 수 있고, 최초 1회만 설정하는 게 바람직하나 후술하는 데이터 표시부(50)를 통해 설정 값을 변경하는 구조로도 제작이 가능하다.

배터리 이력 저장부(30)는 충전 채널(10)로부터 전송되는 배터리 정보를 배터리 식별번호별로 충방전 횟수를 포함한 충방전 이력, 온도, 배터리의 용량, SOC, SOH 등의 배터리의 성능 및 상태 정보가 저장된다.

데이터 처리부(40)는 충전 채널(10)로부터 전송되는 배터리의 성능 값과 배터리 성능 설정부(20)에서 설정된 설정 값을 비교하여 배터리 성능 값이 설정 범위 이내일 경우에는 적합 판정 신호를 생성하고, 배터리 성능 값이 설정 범위를 벗어나면 부적합 판정 신호를 생성한다.

예를 들어, 배터리 성능 설정부(20)에서 SOC가 85% 이상, SOH가 70% 이상으로 배터리 성능 값이 설정되어 있을 때 데이터 처리부(40)는 충전 채널(10)로부터 전송되는 배터리의 SOC가 85% 이상, SOH가 70% 이상인 경우에만 적합 판정 신호를 생성하고, 나머지 경우(즉, SOC가 85% 미만이고 SOH가 70% 이상인 경우 또는 SOC가 85% 미만이고 SOH가 70% 미만인 경우 또는 SOC가 85% 이상이고 SOH가 70% 미만인 경우)에는 해당 용도로는 사용할 수 없는 배터리로 판단하여 부적합 판정 신호를 생성한다.

이때, 데이터 처리부(40)에서 생성되는 부적합 판정 신호는 충전 채널(10)에서 생성되는 배터리 불량 신호와 다른 신호이다. 즉, 부적합 판정 신호는 배터리 자체는 정상품이나 배터리의 사용용도에 부합되지 않아 다른 용도로는 사용할 수 있으나 해당 용도에서는 사용할 수 없을 때 생성되는 신호이고, 불량 신호는 배터리 자체에 불량이 있을 때 생성되는 신호이다.

이러한, 데이터 처리부(40)는 BMS(14)와 일체로 형성될 수도 있다.

데이터 표시부(50)는 문자 등을 표시하는 디스플레이 외에 소리를 생성하는 스피커나 불빛을 생성하는 LED 등이 추가로 구비되는 구성으로 이루어져 충전기에 장착된 배터리에 대한 상태 정보(즉, 배터리 식별 번호, 충방전 횟수, SOC, SOH 등)를 표시하고, 충전 채널(10)로부터 배터리 불량 신호가 전송되거나 데이터 처리부(40)로부터 부적합 판정 신호가 전송될 때에는 소리, 깜빡거림, 문자 등을 통해 해당 배터리가 불량 상태 또는 부적합한 상태임을 사용자에게 알린다.

즉, 데이터 표시부(50)는 지그(12)에 배터리가 장착되면, 해당 배터리에 대한 정보를 사용자가 볼 수 있도록 디스플레이를 통해 해당 배터리에 대한 정보를 표시하고, 해당 배터리의 성능이 설정 값 범위를 벗어나서 사용자가 사용하고자 하는 용도에 부적합할 경우 디스플레이에 표시된 내용을 깜빡거리거나 "1번 배터리는 부적합 판정되었습니다." 등과 같은 소리 등을 통해 해당 배터리의 부적합성을 사용자에게 알린다.

이와 같은 구성으로 이루어진 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

충전기에서 배터리를 충전하기 전 사용자는 배터리 성능 설정부(20)를 통해 배터리의 사용용도에 따른 배터리의 성능 값(즉, 배터리의 충방전 횟수, SOC, SOH 중 적어도 어느 하나)을 설정한다.

이때, 배터리 성능 값은 충전기 제작 시 특정 값으로 고정(즉, 설정 값 변경 불가) 설정되거나 충전기 제작이 완료된 후 충전되는 배터리의 사용용도에 따라 사용자가 직접 설정할 수도 있다.

이렇게, 배터리 성능 값이 설정된 후 충전 채널(10)의 지그(12)에 배터리가 장착되면, BMS(14)에서 배터리의 식별번호, 제조일, 전압, 온도, 충전전류 등을 검출하여 배터리의 과충전이나 과방전을 방지하고, 배터리의 셀간 편차, 충방전 횟수, 용량, SOC 및 SOH 등을 계산한다.

이때, BMS(14)에서 검출된 배터리의 식별번호에 따라 해당 배터리에 대한 제조년도, 충방전 횟수, 용량, SOC 및 SOH 등의 배터리 정보가 배터리 이력 저장부(30)에 저장된다.

이렇게 배터리 정보가 배터리 이력 저장부(30)에 저장될 때 지그(12)에 장착된 배터리 중 적어도 어느 하나가 불량으로 판별되는 경우 BMS(14)는 배터리 불량 신호를 생성하여 데이터 표시부(50)로 전송하고, 데이터 표시부(50)는 BMS(14)로부터 전송되는 배터리 불량 신호에 따라 깜빡거림, 소리 또는 불빛 등을 이용하여 불량이 발생 된 배터리(즉, 3번 배터리 불량)가 있음을 사용자에게 알린다.

예를 들어, 도 2와 같이 지그(12)에 4개의 배터리가 장착되어 있고, 그 중 3번 지그(12)에 장착된 배터리에 불량이 발생 되는 경우 데이터 표시부(50)는 배터리 식별번호에 따른 배터리 성능 값을 표시함과 아울러 깜빡거림, 소리 또는 불빛 등을 이용하여 3번 지그(12)에 장착된 배터리에 불량이 발생 되었음을 사용자에게 알린다.

한편, 배터리가 정상품으로 판별되면, 충전 채널(10)을 통해 배터리가 충전된다.

배터리가 충전될 때 데이터 처리부(40)는 충전 채널(10)에서 전송되는 배터리 성능 값과 배터리 성능 설정부(20)에서 설정된 설정 값을 비교하여 충전 채널(10)에서 전송된 배터리 성능 값이 설정 범위 이내일 경우에는 적합 판정 신호를 생성하고, 배터리 성능 값이 설정 범위를 벗어나면 부적합 판정 신호를 생성한다.

이렇게 데이터 처리부(40)에서 부적합 판정 신호가 데이터 표시부(50)로 전송되면, 데이터 표시부(50)는 깜빡거림, 소리 또는 불빛 등을 이용하여 해당 배터리가 사용용도에 부적합함을 사용자에게 제공한다.

이로 인해, 사용자는 사용용도에 부적합한 배터리를 확인할 수 있으므로 사용용도에 부적합한 배터리를 적합한 배터리로 교환하는 게 가능해지고, 배터리별로 이력이 관리되므로 배터리별 충전주기 확인이 가능해져 배터리의 필요 수량을 제공할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기는 BMS가 구비되지 않은 배터리 충전 시 충전기 내부에 설치된 BMS(14)가 배터리의 상태를 파악하기 때문에 배터리 충전 시 발생 되는 위험성을 제거할 수 있어 BMS가 구비되지 않은 배터리의 폭발이나 화재 발생을 예방할 수 있고, 배터리의 상태를 확인할 수 있으므로 안전하게 충전하는 게 가능해진다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기는 배터리의 식별번호에 따라 이력을 관리하기 때문에 배터리의 사용 가능 용량에 대한 추정이 가능하고, 배터리별 충전 주기를 확인할 수 있으므로 배터리의 필요 수량을 제공할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 모방이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져선 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 충전 채널 12: 지그
14: BMS 20: 배터리 성능 설정부
30: 배터리 이력 저장부 40: 데이터 처리부
50: 데이터 표시부

Claims

BMS가 구비되지 않은 배터리로부터 배터리의 식별번호, 충전전류, 전압, 온도, 셀간 편차, 용량, 현재 충전량, 향후 배터리 사용 가능시간을 포함하는 배터리의 성능 값을 검출하고, 배터리 셀간 편차, 온도 및 충방전 횟수에 따라 충전전류를 제어하여 상기 배터리를 충전시키는 복수 개의 충전 채널;
상기 배터리의 성능 값을 상기 배터리의 사용용도에 따라 설정하는 배터리 성능 설정부;
상기 복수 개의 충전 채널로부터 전송되는 배터리의 식별 번호에 따라 해당 배터리의 성능 값이 저장된 배터리 이력 저장부;
상기 배터리 성능 설정부에서 설정된 배터리 성능 설정 값과 상기 충전 채널로부터 전송되는 배터리 성능 값을 비교한 후 상기 배터리 성능 값이 상기 배터리 성능 설정 값 범위를 벗어날 경우 해당 배터리의 사용용도에 부적합함을 알리는 부적합 판정 신호를 생성하는 데이터 처리부; 및
상기 충전 채널로부터 전송되는 배터리 성능 값을 상기 배터리 식별번호에 따라 표시하고, 상기 데이터 처리부로부터 부적합 판정 신호가 전송될 때 해당 배터리의 부적합 상태를 표시하는 데이터 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기.
청구항 1에 있어서,
상기 복수 개의 충전 채널 각각은,
상기 배터리가 장착되는 지그와 상기 지그에 장착된 배터리로부터 상기 배터리의 식별번호, 충전전류, 전압, 온도, 셀간 편차, 용량, 현재 충전량, 향후 배터리 사용 가능시간을 포함하는 배터리의 성능 값을 검출하는 BMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 성능 설정 값은 1회만 설정 가능한 것을 특징으로 하는 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 성능 설정 값은 상기 데이터 표시부를 통해 변경 가능한 것을 특징으로 하는 BMS가 구비되지 않은 배터리 시스템용 충전기.