KR20230064424A - 배터리 랙 관리 장치 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

배터리 랙 관리 장치 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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함석형
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Abstract

본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치는, 복수의 배터리 랙 각각과 연결되는 복수의 전원 스위치; 및 상기 복수의 전원 스위치 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on)시키고, 상기 복수의 배터리 랙에 기초한 출력 값을 이용하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 랙 관리 장치 및 그것의 동작 방법{BATTERY RACK MANAGEMENT APPARATUS AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 랙 관리 장치 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
지구온난화에 따른 기후 변화와 각종 화석 연료의 고갈로 인해 신재생 에너지의 중요성은 더욱 커지고 있다. 하지만, 신재생 에너지의 대부분은 자연 에너지에 기반하고 있기 때문에 출력의 변동이 심하고 발전량 조절이 쉽지 않다는 단점이 있다. 실제로 태양광이나 풍력을 이용한 신재생 에너지는 간헐적으로 에너지를 획득할 수 있어서 획득된 에너지를 소비 패턴과 일치시키는데 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서, 신재생 에너지가 광범위하게 활용되기 위해서는 간헐적으로 발생되는 에너지를 저장해 두었다가 안정적으로 에너지를 공급하기 위한 수단인 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이 필요하다.
에너지 저장 시스템은 발전 전력을 저장해서 수요 패턴에 맞게 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 시스템으로서, 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장 장치를 말한다. 에너지 저장 시스템은 에너지를 저장하여 필요할 때 쓸 수 있을 뿐만 아니라, 전력이 부족한 공간에 저장된 에너지를 보내거나 전력 회사에 판매할 수도 있다. 에너지 저장 시스템은 직렬, 병렬 또는 직렬-병렬로 연결된 복수의 배터리 랙을 포함한다.
에너지 저장 시스템의 배터리 랙들이 병렬로 연결되어 부하에 연결될 경우, 지속적인 충전 또는 방전에 의해 연결된 복수의 배터리 랙들의 사용상태(예: 전압 값, 충전량, 또는 수명 등)에 차이가 발생할 수 있고, 이에 따라 배터리 랙에서 출력되는 전류에 불균형이 발생할 수 있다. 출력 전류의 불균형은 특정 배터리 랙에 전류를 집중시켜 배터리의 수명을 단축시키거나 에너지 저장 시스템의 용량을 감소시키며 시스템을 불안정하게 하는 원인이 될 수 있다.
배터리 랙의 출력 불균형을 해결하기 위하여 일반적으로 배터리 랙의 출력을 개별 조정하기 위한 컨버터를 각 배터리 랙마다 연결하여 사용하였다. 다만, 복수의 배터리 랙마다 개별적으로 컨버터를 사용하여야 하기 때문에 부피 및 비용이 증가하는 문제점이 있었고, 복수의 컨버터 각각을 제어하는데 어려움이 있다는 문제점이 있었다.
상기 발명의 배경 기술 및 상기 해결하고자 하는 과제에서 종래기술로서 설명된 사항은 본 발명에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치는, 복수의 배터리 랙 각각과 연결되는 복수의 전원 스위치; 및 상기 복수의 전원 스위치 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on)시키고, 상기 복수의 배터리 랙에 기초한 출력 값을 이용하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 상기 복수의 배터리 랙과 상기 복수의 전원 스위치를 연결하는 복수의 스위칭 라인에 흐르는 전류값을 감지하는 제1 감지부를 더 포함하고, 상기 제1 감지부에서 감지한 전류값에 기초하여 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 상기 복수의 스위칭 라인에 흐르는 전류값이 설정값에 대응되도록 상기 복수의 전원 스위치 각각의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 상기 설정값을 상기 제1 감지부에서 감지한 상기 전류값의 평균값으로 할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 상기 복수의 스위칭 라인 중 전류값이 상기 설정값 미만인 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 증가시키고, 상기 복수의 스위칭 라인 중 전류값이 상기 설정값을 초과하는 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 상기 복수의 전원 스위치와 제1 노드에서 연결되는 인덕터; 및 일단이 상기 인덕터와 제2 노드에서 연결되고, 타단이 제3 노드와 연결되는 제어 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 일단이 상기 제1 노드와 연결되고, 타단이 상기 제3 노드와 연결되는 제1 다이오드; 일단이 상기 제2 노드와 연결되고, 타단이 제4 노드와 연결되는 제2 다이오드; 및 일단이 상기 제4 노드와 연결되고, 타단이 상기 제3 노드와 연결되고, 부하와 연결되는 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 상기 캐패시터에 인가되는 전압값을 감지하는 제2 감지부를 더 포함하고, 상기 전압값에 기초하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치는, 상기 캐패시터에 인가되는 전압값이 기준값 미만인 경우, 상기 복수의 전원 스위치의 턴온 타임을 증가시킬 수 있다.
본 문서에 개시되는 일 실시예에 따라 복수의 배터리 랙 각각과 연결되는 복수의 전원 스위치 및 상기 전원 스위치와 연결된 제어부를 포함하는 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법은, 상기 제어부가 상기 복수의 전원 스위치 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on)시키는 단계; 및 상기 제어부가 상기 복수의 배터리 랙에 기초한 출력 값을 이용하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법은, 제1 감지부가 상기 복수의 배터리 랙과 상기 복수의 전원 스위치를 연결하는 복수의 스위칭 라인에 흐르는 전류값을 감지하는 단계; 및 상기 전류값이 상기 복수의 전원 스위치 각각의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법은, 상기 설정값을 상기 제1 감지부에서 감지한 상기 전류값의 평균값으로 할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 복수의 전원 스위치와 연결되는 인덕터, 상기 인덕터와 연결되는 제어 스위치, 상기 인덕터와 연결되는 캐패시터 및 상기 캐패시터에 연결되는 제2 감지부를 더 포함하는 상기 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법은, 상기 제2 감지부가 상기 캐패시터에 인가되는 전압값을 감지하는 단계; 및 상기 전압값에 기초하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 턴온 타임을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 배터리 랙 관리 장치는 전류 불균형으로 인한 배터리 수명 단축, 에너지 저장 시스템 용량 감소, 또는 에너지 저장 시스템의 불안정성의 문제점을 해결할 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 배터리 랙 관리 장치는 단일 장치로서 복수의 배터리 랙에 공통으로 연결될 수 있으므로, 에너지 저장 시스템에 추가되는 장치의 부피를 최소화할 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 배터리 랙 관리 장치는 복수의 배터리 랙에 공통으로 연결될 수 있으므로, 복수의 배터리 랙마다 장치를 추가 구비하기 위해 필요한 비용을 최소화할 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 배터리 랙 관리 장치는 복수의 배터리 랙에 공통으로 연결되어 복수의 배터리 랙 각각을 독립적으로 제어할 수 있으므로, 에너지 저장 시스템 제어를 위한 설계를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치, 복수의 배터리 랙 및 부하를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치를 보여주는 회로도이다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 제1 감지부가 감지한 전류값에 기초한 배터리 랙 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따라 제2 감지부가 감지한 전압값에 기초한 배터리 랙 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법을 더욱 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째", "둘째", "A", "B", "(a)" 또는 "(b)"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
본 문서에서, 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 언급되거나 "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치, 복수의 배터리 랙 및 부하를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 랙(10)은 서로 병렬 연결되는 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)을 포함할 수 있다. 배터리 랙(10)은 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00001
,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
)를 통해 배터리 랙 관리 장치(100)와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 배터리 랙(1)은 제1 스위칭 라인(
Figure pat00005
)을 통해, 제2 배터리 랙(2)은 제2 스위칭 라인(
Figure pat00006
)을 통해, 제3 배터리 랙(3)은 제3 스위칭 라인(
Figure pat00007
)을 통해, 제4 배터리 랙(4)은 제4 스위칭 라인(
Figure pat00008
)을 통해 각각 배터리 랙 관리 장치(100)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서는 배터리 랙 관리 장치(100)에 연결 가능한 복수의 배터리 랙(10)의 수가 4개인 것으로 도시 하였으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 배터리 랙 관리 장치(100)는 n개(n은 2이상의 자연수)의 배터리 랙과 연결 가능하도록 구성될 수 있다. 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)은 동시에 또는 이시(異時)에 배터리 랙 관리 장치(100)와 연결될 수 있다. 배터리 랙(10)은 배터리 랙 관리 장치(100)에 전원을 공급할 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 부하(20)와 연결될 수 있다. 배터리 랙 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)으로부터 전달되는 전원을, 부하(20)에 전달할 수 있다. 실시예에 따르면, 배터리 랙 관리 장치(100)는 컨버터로서 동작할 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4) 각각과 연결되는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
)에 흐르는 전류의 전류값을 감지할 수 있다. 배터리 랙 관리 장치(100)는 감지되는 전류값에 기반하여 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)의 출력의 균형이 유지되는지 여부를 판단할 수 있다. 배터리 랙 관리 장치(100)는 감지되는 전류에 기반하여 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)의 출력을 조절할 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 부하(20)에 전달되는 전압값을 감지할 수 있다. 배터리 랙 관리 장치(100)는 부하(20)에 전달되는 전압값이 기 설정된 기준값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 배터리 랙 관리 장치(100)는 감지되는 전압값에 기반하여 복수의 배터리 랙(1,2, 3, 4)의 출력을 조절할 수 있다. 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치(100)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 이하 도 2 내지 도 7c의 설명을 참조할 수 있다.
도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치를 보여주는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 랙 관리 장치(100)는 전원 스위치(110), 인덕터(120), 제어 스위치(130), 제1 다이오드(140), 제2 다이오드(150), 캐패시터(160), 제1 감지부(170), 제2 감지부(180) 및/또는 제어부(190)를 포함할 수 있다.
전원 스위치(110)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)를 포함할 수 있다. 전원 스위치(110)는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
)을 통해 배터리 랙(10)과 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 전원 스위치(111)는 제1 스위칭 라인(
Figure pat00017
)을 통해 제1 배터리 랙(1)과 연결되고, 제2 전원 스위치(112)는 제2 스위칭 라인(
Figure pat00018
)을 통해 제2 배터리 랙(2)과 연결되고, 제3 전원 스위치(113)는 제3 스위칭 라인(
Figure pat00019
)을 통해 제3 배터리 랙(3)과 연결되고, 제4 전원 스위치(114)는 제4 스위칭 라인(
Figure pat00020
)을 통해 제4 배터리 랙(4)과 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 전원 스위치(110)는 모스펫(MOSFET; Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자로 구성될 수 있다.
인덕터(120)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)와 제1 노드(
Figure pat00021
)에서 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 인덕터(120)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 드레인 단자와 제1 노드(
Figure pat00022
)에서 연결될 수 있다.
제어 스위치(130)는 일단이 인덕터(120)와 제2 노드(
Figure pat00023
)에서 연결되고 타단이 제3 노드(
Figure pat00024
)와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 제어 스위치(130)는 모스펫(MOSFET) 소자로 구성될 수 있다.
제1 다이오드(140)는 일단이 제1 노드(
Figure pat00025
)와 연결되고 타단이 제3 노드(
Figure pat00026
)와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 다이오드(140)는 캐소드(cathode) 단이 제1 노드(
Figure pat00027
)와 연결되고, 애노드(anode) 단이 제3 노드(
Figure pat00028
)와 연결될 수 있다.
제2 다이오드(150)는 일단이 제2 노드(
Figure pat00029
)와 연결되고 타단이 제4 노드(
Figure pat00030
)와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 제2 다이오드(150)는 애노드(anode) 단이 제2 노드(
Figure pat00031
)와 연결되고, 캐소드(cathode) 단이 제4 노드(
Figure pat00032
)와 연결될 수 있다.
캐패시터(160)는 일단이 제3 노드(
Figure pat00033
)와 연결되고 타단이 제4 노드(
Figure pat00034
)와 연결될 수 있다. 캐패시터(160)는 부하(20)와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 캐패시터(160)는 부하(20)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1 감지부(170)는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
) 각각과 연결될 수 있다.
제2 감지부(180)는 캐패시터(160)에 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 제2 감지부(180)는 캐패시터(160)와 병렬로 연결될 수 있다.
제어부(190)는 전원 스위치(110), 제1 감지부(170) 및/또는 제2 감지부(180)와 연결될 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)는 프로세서(processor)나 CPU(central processing unit)와 같은 하드웨어 장치이거나, 또는 하드웨어 장치에 의하여 구현되는 프로그램일 수 있다. 예를 들어, 제어부(190)에 포함된 구성들은 각각 개별적인 장치(또는 프로그램)로 구현되거나 하나의 통합된 모듈로써 구현될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제어부(190)는 제1 감지부(170) 및/또는 제2 감지부(180)를 구성으로 포함할 수 있다.
이하에서는 배터리 랙 관리 장치(100)에 포함된 구성들의 동작을 중심으로 설명한다.
제1 감지부(170)는 스위칭 라인(
Figure pat00039
,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
)의 전류값(
Figure pat00043
)을 감지할 수 있다. 제1 감지부(170)는 스위칭 라인(
Figure pat00044
,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
)에서 감지한 전류값을 제어부(190)에 전달할 수 있다.
제2 감지부(180)는 캐패시터(160)에 인가되는 전압값을 감지할 수 있다. 실시예에 따르면, 제2 감지부(180)가 캐패시터(160)에서 감지한 전압값은 부하(20)에 전달되는 전압값과 동일할 수 있다. 제2 감지부는 캐패시터(160)에서 감지한 전압값을 제어부(190)에 전달할 수 있다.
제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)시킬 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 제어 스위치(130)를 함께 턴온 또는 턴오프시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 적어도 하나의 전원 스위치 및 제어 스위치(130)를 턴온시킨 경우, 턴온 된 전원 스위치와 연결된 배터리 랙(예: 1, 2, 3, 및/또는 4), 턴온 된 전원 스위치(예: 111, 112, 113, 및/또는 114), 인덕터(120) 및 제어 스위치(130)는 폐회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제어부(190)가 제1 전원 스위치(111) 및 제어 스위치(130)를 턴온시킨 경우, 제1 배터리 랙(1), 제1 전원 스위치(111), 인덕터(120) 및 제어 스위치(130)는 폐회로를 형성할 수 있다. 이 때, 제1 다이오드(140) 및/또는 제2 다이오드(150)는 역방향 바이어스(reverse bias) 될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)를 턴오프(turn off)시킨 경우, 인덕터(120), 제1 다이오드(140), 제2 다이오드(150) 및 캐패시터(160)는 폐회로를 형성할 수 있다.
제어부(190)는 제1 감지부(170)로부터 전달되는 전류값에 기반하여 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)의 출력을 조절할 수 있다. 제어부(190)는 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)의 출력을 조절하기 위하여, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 및/또는 턴오프 동작을 제어하거나 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 각각의 스위칭 듀티를 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 제어 스위치(130)의 턴온 및/또는 턴오프 동작을 함께 제어하거나 스위칭 듀티를 함께 제어할 수 있다.
제어부(190)는 제1 감지부(170)로부터 전달받은 전류값이 기 설정된 설정값에 대응되는지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(190)는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00048
,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
,
Figure pat00051
)에 흐르는 각 전류의 전류값이 설정값에 대응되도록, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각 및/또는 제어 스위치(130)의 턴온 타임, 턴오프 타임 및/또는 스위칭 듀티를 제어할 수 있다. 제어부(190)는 설정값을 설정할 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00052
,
Figure pat00053
,
Figure pat00054
,
Figure pat00055
)의 각 전류값(
Figure pat00056
,
Figure pat00057
,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
)의 평균값으로 설정될 수 있다. 제어부(190)가 제1 감지부(170)로부터 전달받은 전류값(
Figure pat00060
)에 기반하여, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및/또는 제어 스위치(130)를 제어하는 구체적인 동작에 관해서는 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 후술한다.
제어부(190)는 제2 감지부(180)로부터 전달받은 전압값에 기반하여 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)의 출력을 조절할 수 있다. 제어부(190)는 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)의 출력을 조절하기 위하여, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 및/또는 턴오프 동작을 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 제어 스위치(130)의 턴온 및/또는 턴오프 동작을 함께 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 스위칭 듀티를 동일하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 동작 및 턴오프 동작을 제어할 때, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 조절하되, 조절 전후의 턴온 타임 및 턴오프 타임의 비율을 동일하게 유지할 수 있다.
제어부(190)는 제2 감지부(180)로부터 전달받은 전압값이 기 설정된 기준값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(190)는 캐패시터(160)에 인가되는 전압값이 기준값 이상이 되도록, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및/또는 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및/또는 턴오프 타임을 제어할 수 있다. 실시예에 따르면, 복수의 배터리 랙(10)이 출력하는 전압값이
Figure pat00061
으로 동일하고, 복수의 전원 스위치(110)의 스위칭 듀티가 D로 동일하다면, 기준값은 <수학식 1>과 같이 설정될 수 있다.
<수학식 1>
Figure pat00062
제어부(190)가 제2 감지부(180)에서 전달받은 전압값에 기반하여, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및/또는 제어 스위치(130)를 제어하는 구체적인 동작에 관해서는 도 5에서 후술한다.
도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 랙 관리 장치(100)의 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(110) 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on)시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)는 제1 전원 스위치(111), 제2 전원 스위치(112), 제3 전원 스위치(113), 및 제4 전원 스위치(114)를 순차로 턴온시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(110) 중 어느 하나의 전원 스위치를 턴온시킨 동안에, 제어 스위치(130)를 함께 턴온시킬 수 있다.
제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 전체의 스위칭 주기를 T로 설정하여, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온/턴오프 동작을 반복하도록 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 0~
Figure pat00063
의 시간 동안에 제1 전원 스위치(111) 및 제어 스위치(130)를 턴온시키고,
Figure pat00064
~
Figure pat00065
의 시간 동안에 제2 전원 스위치(112) 및 제어 스위치(130)를 턴온시키고,
Figure pat00066
~
Figure pat00067
의 시간 동안에 제3 전원 스위치(114) 및 제어 스위치(130)를 턴온시키고,
Figure pat00068
~
Figure pat00069
의 시간 동안에 제4 전원 스위치(114) 및 제어 스위치(130)를 턴온시키고,
Figure pat00070
~
Figure pat00071
,
Figure pat00072
~
Figure pat00073
,
Figure pat00074
~
Figure pat00075
,
Figure pat00076
~T의 시간 동안에 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)를 턴오프시킬 수 있다.
제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 어느 하나의 전원 스위치 및 제어 스위치(130)를 턴온시킨 동안에, 턴온 된 전원 스위치와 연결된 스위칭 라인에 흐르는 전류값(
Figure pat00077
)은 배터리 랙 관리 장치(100)의 인덕터(120)에 흐르는 전류값(
Figure pat00078
)과 동일하게 증가할 수 있다. 예를 들어, 제어부(190)가 0부터
Figure pat00079
까지 제1 전원 스위치(111) 및 제어 스위치(130)를 턴온시킨 경우, 0~
Figure pat00080
의 시간 동안에 제1 스위칭 라인(
Figure pat00081
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00082
)은 인덕터(120)에 흐르는 전류값(
Figure pat00083
)과 동일하게 증가할 수 있다.
제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)를 턴오프시킨 동안에, 제1 다이오드(140) 또는 제2 다이오드(150)에 흐르는 전류값(
Figure pat00084
)은 배터리 랙 관리 장치(100)의 인덕터(120)에 흐르는 전류값(
Figure pat00085
)과 동일하게 감소할 수 있다. 예를 들어, 제어부(190)가
Figure pat00086
의 시간 동안에, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)를 모두 턴오프시킨 경우, 제1 다이오드(140) 또는 제2 다이오드(150)에 흐르는 전류값(
Figure pat00087
)은 인덕터(120)에 흐르는 전류값(
Figure pat00088
)과 동일하게 감소할 수 있다.
제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각을 턴온시킨 때, 각 스위칭 라인(
Figure pat00089
,
Figure pat00090
,
Figure pat00091
,
Figure pat00092
)에서 감지되는 전류값(
Figure pat00093
,
Figure pat00094
,
Figure pat00095
,
Figure pat00096
)은 상호간 균형을 이루는 상태일 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)가 제1 전원 스위치(111), 제2 전원 스위치(112), 제3 전원 스위치(113), 또는 제4 전원 스위치(114)를 각각 제어 스위치(130)와 함께 턴온시킨 때, 제1 스위칭 라인(
Figure pat00097
), 제2 스위칭 라인(
Figure pat00098
), 제3 스위칭 라인(
Figure pat00099
), 및/또는 제4 스위칭 라인(
Figure pat00100
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00101
,
Figure pat00102
,
Figure pat00103
,
Figure pat00104
)의 각 평균값이 동일할 수 있다. 예를 들어, 0~
Figure pat00105
의 시간에 제1 스위칭 라인(
Figure pat00106
)에 흐른 전류값(
Figure pat00107
)의 평균값은
Figure pat00108
~
Figure pat00109
의 시간에 제2 스위칭 라인(
Figure pat00110
)에 흐른 전류값(
Figure pat00111
)의 평균값,
Figure pat00112
~
Figure pat00113
의 시간에 제3 스위칭 라인(
Figure pat00114
)에 흐른 전류값(
Figure pat00115
)의 평균값, 및/또는
Figure pat00116
~
Figure pat00117
의 시간에 제4 스위칭 라인(
Figure pat00118
)에 흐른 전류값(
Figure pat00119
)의 평균값과 동일할 수 있다. 다른 예로서, 제어부(190)가 제1 전원 스위치(111), 제2 전원 스위치(112), 제3 전원 스위치(113), 또는 제4 전원 스위치(114)를 각각 제어 스위치(130)와 함께 턴온시킨 때, 제1 스위칭 라인(
Figure pat00120
), 제2 스위칭 라인(
Figure pat00121
), 제3 스위칭 라인(
Figure pat00122
), 및/또는 제4 스위칭 라인(
Figure pat00123
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00124
,
Figure pat00125
,
Figure pat00126
,
Figure pat00127
)의 피크(peak)값이 동일하거나, 특정 시간이 경과한 때의 전류값이 동일할 수 있다.
제어부(190)는 제1 감지부(170)로부터 각 스위칭 라인(
Figure pat00128
,
Figure pat00129
,
Figure pat00130
,
Figure pat00131
)의 전류값(
Figure pat00132
,
Figure pat00133
,
Figure pat00134
,
Figure pat00135
)을 전달받을 수 있다. 각 스위칭 라인(
Figure pat00136
,
Figure pat00137
,
Figure pat00138
,
Figure pat00139
)의 전류값(
Figure pat00140
,
Figure pat00141
,
Figure pat00142
,
Figure pat00143
)이 균형을 이루지 않는 경우, 제어부(190)는 각 전류값(
Figure pat00144
,
Figure pat00145
,
Figure pat00146
,
Figure pat00147
)이 균형의 상태에 도달하도록 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각 및/또는 제어 스위치(130)의 턴온 타임을 증가시키거나 감소시키거나 유지시키도록 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(190)가 턴온 타임을 제어함에 따라, 복수의 전원 스위치(110) 각각 및/또는 제어 스위치(130)의 스위칭 듀티가 증가, 감소 또는 유지될 수 있다. 제어부(190)가 제1 감지부(170)로부터 전달받은 전류값(
Figure pat00148
,
Figure pat00149
,
Figure pat00150
,
Figure pat00151
)에 기초하여 복수의 전원 스위치(110) 및/또는 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및/또는 스위칭 듀티를 증가, 감소 또는 유지시키는 구체적인 방법에 대해서는 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 후술한다.
제어부(190)는 제2 감지부(180)로부터 캐패시터(160)에 인가되는 전압값을 전달받을 수 있다. 제어부(190)는 제2 감지부(180)로부터 전달받은 전압값이 기준값 미만인 경우, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)의 턴온 타임을 증가 시킬 수 있다. 제어부(190)는 각 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)의 턴온 타임을 증가시킨 비율과 동일한 비율로 턴오프 타임을 증가시킴으로써 스위칭 듀티를 유지할 수 있다. 제어부(190)가 제2 감지부(180)로부터 전달받은 전압값에 기초하여 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및/또는 제어 스위치(130)의 턴온 타임을 증가시키는 구체적인 방법에 대해서는 도 5에서 후술한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 제1 감지부가 감지한 전류값에 기초한 배터리 랙 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 제어부(190)는 설정값을 제1 값 및 제2 값의 평균값으로 설정할 수 있다. 제어부(190)는 각 스위칭 라인(
Figure pat00152
,
Figure pat00153
,
Figure pat00154
,
Figure pat00155
)에서 감지되는 전류값(
Figure pat00156
,
Figure pat00157
,
Figure pat00158
,
Figure pat00159
) 각각의 평균값이 설정값에 대응되도록 전원 스위치(110)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(190)가 제1 전원 스위치(111)를 턴온시킨 동안(0~
Figure pat00160
)에 제1 스위칭 라인(
Figure pat00161
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00162
)의 평균값은 설정값과 같을 수 있다. 제어부(190)가 제2 전원 스위치(112)를 턴온시킨 동안(
Figure pat00163
~
Figure pat00164
)에 제2 스위칭 라인(
Figure pat00165
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00166
)의 평균값과 제어부(190)가 제4 전원 스위치(114)를 턴온시킨 동안(
Figure pat00167
~
Figure pat00168
)에 제4 스위칭 라인(
Figure pat00169
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00170
)의 평균값은 설정값 미만일 수 있다. 제어부(190)가 제3 전원 스위치(113)를 턴온시킨 동안(
Figure pat00171
~
Figure pat00172
)에 제3 스위칭 라인(
Figure pat00173
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00174
)의 평균값은 설정값을 초과할 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00175
,
Figure pat00176
,
Figure pat00177
,
Figure pat00178
)에 흐르는 전류값의 균형이 유지되도록, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 턴온 타임 및/또는 턴오프 타임을 조절할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제어부(190)는 제1 스위칭 라인(
Figure pat00179
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00180
)의 평균값이 설정값과 같다고 판단하고, 제1 스위칭 라인(
Figure pat00181
)에 연결된 제1 전원 스위치(111)의 턴온 타임을 유지할 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 제1 전원 스위치(111)의 턴오프 타임도 함께 유지함으로써, 제1 전원 스위치(111)의 스위칭 듀티를 유지할 수 있다.
제어부(190)는 제2 스위칭 라인(
Figure pat00182
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00183
)의 평균값이 설정값 미만이라고 판단하고, 제2 스위칭 라인(
Figure pat00184
)에 연결된 제2 전원 스위치(112)의 턴온 타임을
Figure pat00185
~
Figure pat00186
로 증가시킬 수 있다.
제어부(190)는 제3 스위칭 라인(
Figure pat00187
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00188
)의 평균값이 설정값을 초과한다고 판단하고, 제3 스위칭 라인(
Figure pat00189
)에 연결된 제3 전원 스위치(113)의 턴온 타임을
Figure pat00190
~
Figure pat00191
로 감소시킬 수 있다.
제어부(190)는 제4 스위칭 라인(
Figure pat00192
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00193
)의 평균값이 설정값 미만이라고 판단하고, 제4 스위칭 라인(
Figure pat00194
)에 연결된 제4 전원 스위치(114)의 턴온 타임을
Figure pat00195
~
Figure pat00196
로 증가시킬 수 있다.
제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 턴온 타임을 증가, 감소 또는 유지시키는 경우, 턴오프 타임은 유지함으로써 각 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 스위칭 듀티를 증가, 감소 또는 유지시킬 수 있다. 즉, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 턴오프 타임을 아래와 같이 동일하게 제어할 수 있다.
Figure pat00197
제어부(190)는 복수의 전원 스위치 각각의 턴온 타임을 증가, 감소 또는 유지시킴에 따라, 복수의 전원 스위치(110) 전체의 온/오프 동작을 반복하는 전체 스위칭 주기를
Figure pat00198
으로 조정할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제어부(190)는 도 4b에서
Figure pat00199
으로 조정된 전체 스위칭 주기를 기존의 스위칭 주기(T)로 재조정하기 위해, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 동일한 비율로 축소할 수 있다. 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 동일한 비율로 축소함으로써, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 스위칭 듀티를 축소 전과 동일하게 유지시킬 수 있다. 이 때, 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00200
,
Figure pat00201
,
Figure pat00202
,
Figure pat00203
)에 흐르는 전류값은 상호간의 균형을 유지할 수 있다.
도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 제2 감지부가 감지한 전압값에 기초한 배터리 랙 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 랙 관리 장치(100)에 포함된 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)가 도 3과 같이 동작하는 경우, 제2 감지부(180)에서 감지한 캐패시터(160)의 전압값은 기 설정된 기준값 미만일 수 있다.
제어부(190)는 배터리 랙 관리 장치(100)가 부하(20)에 전달하는 전압값이 기준값 이상이 되도록, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임을 증가시킬 수 있다. 제어부(190)는 전체 스위칭 주기를 T에서
Figure pat00204
로 증가시키기 위해, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임을
Figure pat00205
의 비율로 증가시킬 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 모두의 턴온 타임을 증가시킬 수 있다.
제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 일부만의 턴온 타임을 증가시키는 것은 복수의 배터리 랙(10)의 출력의 불균형을 야기할 수 있다. 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임을 증가시킨 비율과 동일한 비율로 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴오프 타임을 증가시킬 수 있다. 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 턴온 타임 및 턴오프 타임 증가 전후의 스위칭 듀티를 동일하게 유지시킬 수 있다.
도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 랙 관리 장치(100)의 동작 방법은 배터리 랙 관리 장치(100)에 포함된 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 어느 하나를 턴온하는 단계(S100) 및 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)에 기초한 출력 값을 이용하여 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 동작을 제어하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.
S100 단계에서, 배터리 랙 관리 장치(100)에 포함된 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)가 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)과 각각 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00206
,
Figure pat00207
,
Figure pat00208
,
Figure pat00209
)을 통해 연결될 수 있도록, 배터리 랙 관리 장치(100)에 포함된 제어부(190)가 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 어느 하나를 턴온시킬 수 있다. S100 단계에서 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 어느 하나를 턴온시키는 경우, 배터리 랙 관리 장치(100)에 포함된 제어 스위치(130)를 함께 턴온시킬 수 있다.
S110 단계에서, 배터리 랙 관리 장치(100)가 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)에 기초한 출력을 이용하여 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)하도록 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 동작을 제어할 수 있다. 이 때, 배터리 랙 관리 장치(100)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각 및 제어 스위치(130)의 온/오프 동작을 함께 제어할 수 있다. 실시예에 따르면, 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)에 기초한 출력이란, 본 문서의 개시에 따른 배터리 랙 관리 장치(100)에서 감지한 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00210
,
Figure pat00211
,
Figure pat00212
,
Figure pat00213
)의 전류에 해당하거나, 부하(20) 및/또는 캐패시터(160)에 전달되는 출력 전압값에 해당할 수 있다. 제1 감지부(170)는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00214
,
Figure pat00215
,
Figure pat00216
,
Figure pat00217
)에 흐르는 전류값을 감지할 수 있다. 제2 감지부(180)는 캐패시터(160)에 전달되는 전압값을 감지할 수 있다. 제2 감지부(180)에서 감지한 캐패시터(160)의 전압값은 부하(20)에 전달되는 전압값과 동일할 수 있다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법을 더욱 구체적으로 보여주는 흐름도이다. 도 7a, 도 7b 및 도 7c에 도시된 동작들은 도 6에 도시된 S110 단계의 예시일 수 있다.
도 7a를 참조하면, 배터리 랙 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙(10) 각각의 출력 전류에 기초하여 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 스위칭 듀티를 조절할 수 있다. 배터리 랙 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)에서 출력되는 각 전류값(
Figure pat00218
,
Figure pat00219
,
Figure pat00220
,
Figure pat00221
)을 감지하기 위하여, 복수의 배터리 랙(1, 2, 3, 4)과 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)가 연결된 각 스위칭 라인(
Figure pat00222
,
Figure pat00223
,
Figure pat00224
,
Figure pat00225
)의 전류값을 감지할 수 있다(S111). 이 때, 배터리 랙 관리 장치(100)에 포함된 제1 감지부(170)는 감지된 전류값(
Figure pat00226
,
Figure pat00227
,
Figure pat00228
,
Figure pat00229
)을 제어부(190)에 전달할 수 있다. S111 단계에서 제1 감지부(170)가 감지한 전류값에 기초하여, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 턴온 타임 및/또는 스위칭 듀티를 조절할 수 있으며, 이 때, 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및/또는 스위칭 듀티도 함께 조절할 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 복수의 스위칭 라인(
Figure pat00230
,
Figure pat00231
,
Figure pat00232
,
Figure pat00233
) 각각에 기 설정된 설정값 미만의 전류값(
Figure pat00234
,
Figure pat00235
,
Figure pat00236
,
Figure pat00237
)이 감지되는지 여부를 확인할 수 있다(S112). 제어부(190)는 설정값 미만의 전류값이 감지되는 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임을 증가시킬 수 있다(S113). 제어부(190)는 턴온 타임이 증가된 전원 스위치의 턴오프 타임을 유지시킬 수 있다. 이 때, 턴온 타임이 증가된 전원 스위치의 스위칭 듀티는 증가될 수 있다. 제어부(190)는, 전원 스위치의 턴온 타임을 증가시킨 동안, 제어 스위치(130)의 턴온 타임을 함께 증가시킬 수 있다.
제어부(190)는, S112 단계에서 설정값 이상의 전류값이 감지된 스위칭 라인(
Figure pat00238
,
Figure pat00239
,
Figure pat00240
,
Figure pat00241
)의 전류값이 설정값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S114). 제어부(190)는 설정값 초과의 전류값이 감지되는 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임을 감소시킬 수 있다(S115). 제어부(190)는 턴온 타임이 감소된 전원 스위치의 턴오프 타임을 유지시킬 수 잇다. 이 때, 턴온 타임이 감소된 전원 스위치의 스위칭 듀티는 감소될 수 있다. 제어부(190)는, 전원 스위치의 턴온 타임을 감소시킨 동안, 제어 스위치(130)의 턴온 타임을 함께 감소시킬 수 있다.
제어부(190)는, S112 및 S114 단계를 통해 설정값과 동일한 전류값이 감지된다고 판단한 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 유지시킬 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 함께 유지시킬 수 있다.
도 7b를 참조하면, 배터리 랙 관리 장치(100)는 부하(20)에 전달되는 전압값에 기초하여 전원 스위치(110)의 스위칭 듀티를 조절할 수 있다. 제2 감지부(180)는 캐패시터(160)에 인가되는 전압값을 감지할 수 있다(S116). 부하(20)에 전달되는 전압값은 캐패시터(160)에 인가되는 전압값과 동일할 수 있다. 제2 감지부(180)는 캐패시터(160)에 인가되는 전압값을 감지하여 제어부(190)에 전달할 수 있다. 제어부(190)는 제2 감지부(180)로부터 전달받은 캐패시터(160)의 전압값에 기반하여, 전원 스위치(110) 각각의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 조절할 수 있다. 이 때, 제어부(190)는 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및 턴오프 타임도 함께 조절할 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각 및/또는 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 동일한 비율로 조절함으로써, 조절 전후의 스위칭 듀티를 유지시킬 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 부하(20)에 전달되는 전압값이 기준값 미만인지 여부를 확인할 수 있다(S117). 제어부(190)는 부하(20)에 전달되는 전압값이 기준값 미만이라고 판단한 경우, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 증가시킬 수 있다(S118). 이 때, 제어부(190)는 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 함께 증가시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 동일한 비율로 증가시킴으로써, 턴온 타임 및 턴오프 타임의 증가 전후의 스위칭 듀티를 유지시킬 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 S117단계에서 부하(20)에 전달되는 전압값이 기준값 이상이라고 판단한 경우, 제어부(190)는 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 및 제어 스위치(130)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 유지시킬 수 있다.
도 7c를 참조하면, 배터리 랙 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙(10) 각각의 출력 전류값 및 부하(20)에 전달되는 출력 전압값에 기초하여 복수의 전원 스위치의 스위칭 듀티를 조절할 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 제1 감지부(17)에서 복수의 배터리 랙(10)과 복수의 전원 스위치(110)가 연결된 각 스위칭 라인(
Figure pat00242
,
Figure pat00243
,
Figure pat00244
,
Figure pat00245
)에 흐르는 전류값(
Figure pat00246
,
Figure pat00247
,
Figure pat00248
,
Figure pat00249
)을 감지할 수 있다(S200). S200 단계는 도 7a의 S111 단계와 실질적으로 동일할 수 있다. 배터리 랙 관리 장치(100)는 S200 단계에서 감지한 전류값이 기 설정된 설정값 미만인지 여부를 판단할 수 있다(S210). S210 단계는 도 7a의 S112 단계와 실질적으로 동일할 수 있다. 제어부(190)는 S210 단계에서 설정값 미만의 전류값이 감지되는 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임 및/또는 스위칭 듀티를 증가시킬 수 있다(S211). S211 단계는 도 7a의 S113 단계와 실질적으로 동일할 수 있다. 제어부(190)는 S210 단계에서 설정값 이상의 전류값이 감지되는 스위칭 라인의 전류값이 설정값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S212). S212 단계는 도 7a의 S114 단계와 실질적으로 동일할 수 있다. 제어부(190)는 S212 단계에서 설정값을 초과하는 전류값이 감지되는 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임 및/또는 스위칭 듀티를 감소시킬 수 있다(S213). S213 단계는 도 7a의 S115 단계와 실질적으로 동일할 수 있다. 제어부(190)는 S210 단계 및 S212 단계를 통해 설정값과 동일한 전류값이 감지된다고 판단한 스위칭 라인의 전원 스위치의 턴온 타임 및/또는 스위칭 듀티를 유지시킬 수 있다. 제어부(190)는 S200, S210, S211, S212 및/또는 S213 단계를 통해 배터리 랙(10)의 출력이 균형하도록 유지할 수 있다.
배터리 랙 관리 장치(100)는 배터리 랙(10)의 출력이 균형하도록 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114)의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 증가(S211), 감소(S213) 또는 유지시킨 후, 캐패시터(160)에 인가되는 전압값을 감지할 수 있다(S220). S220 단계는 도 7b의 S116 단계와 실질적으로 동일할 수 있다. 캐패시터(160)에 인가되는 전압값은 배터리 랙 관리 장치(100)가 부하(20)에 전달하는 전압값과 동일할 수 있다. 제어부(190)는 제2 감지부(180)가 감지한 캐패시터(160)의 전압값에 기반하여 복수의 전원 스위치(110)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 조절할 수 있다. 제어부(190)는 배터리 랙(10)에서 출력되는 전류값을 균형하게 유지하고, 부하(20)에 전달되는 전압값이 기준값 이상이 되도록 전원 스위치(110)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 증가시킬 수 있다(S222). S222 단계는 도 7b의 S118 단계와 실질적으로 동일할 수 있다. S222 단계에서 제어부(190)는, 전원 스위치(110)의 턴온 타임 및 턴오프 타임을 동일한 비율로 증가시킴으로써, 복수의 전원 스위치(111, 112, 113, 114) 각각의 스위칭 듀티는 동일하게 유지시킬 수 있다.
이상에서, 본 문서에 개시된 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 문서에 개시된 실시예들이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 문서에 개시된 실시예들의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소를 내재할 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 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 문서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 문서의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 랙 각각과 연결되는 복수의 전원 스위치; 및
    상기 복수의 전원 스위치 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on)시키고, 상기 복수의 배터리 랙에 기초한 출력 값을 이용하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 랙 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 배터리 랙과 상기 복수의 전원 스위치를 연결하는 복수의 스위칭 라인에 흐르는 전류값을 감지하는 제1 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 복수의 스위칭 라인에 흐르는 전류값에 기초하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어하는 배터리 랙 관리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전류값이 설정값에 대응되도록 상기 복수의 전원 스위치 각각의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 제어하는 배터리 랙 관리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 설정값은 상기 제1 감지부에서 감지한 상기 전류값의 평균값인 배터리 랙 관리 장치.
  5. 청구항 3 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 스위칭 라인 중 전류값이 상기 설정값 미만인 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 증가시키고,
    상기 복수의 스위칭 라인 중 전류값이 상기 설정값을 초과하는 스위칭 라인에 연결된 전원 스위치의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 감소시키는 배터리 랙 관리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전원 스위치와 제1 노드에서 연결되는 인덕터; 및
    일단이 상기 인덕터와 제2 노드에서 연결되고, 타단이 제3 노드와 연결되는 제어 스위치를 더 포함하는 배터리 랙 관리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    일단이 상기 제1 노드와 연결되고, 타단이 상기 제3 노드와 연결되는 제1 다이오드;
    일단이 상기 제2 노드와 연결되고, 타단이 제4 노드와 연결되는 제2 다이오드; 및
    일단이 상기 제4 노드와 연결되고, 타단이 상기 제3 노드와 연결되고, 부하와 연결되는 캐패시터를 더 포함하는 배터리 랙 관리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 캐패시터에 인가되는 전압값을 감지하는 제2 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전압값에 기초하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어하는 배터리 랙 관리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 캐패시터에 인가되는 전압값이 기준값 미만인 경우, 상기 복수의 전원 스위치의 턴온 타임을 증가시키는 배터리 랙 관리 장치.
  10. 복수의 배터리 랙 각각과 연결되는 복수의 전원 스위치 및 상기 전원 스위치와 연결된 제어부를 포함하는 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 제어부가 상기 복수의 전원 스위치 중 적어도 어느 하나를 턴온(turn on)시키는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 복수의 배터리 랙에 기초한 출력 값을 이용하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 랙 관리 장치는 복수의 배터리 랙과 상기 복수의 전원 스위치를 연결하는 복수의 스위칭 라인에 연결되는 제1 감지부를 더 포함하고,
    상기 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법은
    상기 제1 감지부가 상기 복수의 스위칭 라인에 흐르는 전류값을 감지하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 전류값이 설정값에 대응되도록 상기 복수의 전원 스위치 각각의 턴온 타임 또는 스위칭 듀티를 제어하는 단계를 더 포함하는 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 설정값은 상기 제1 감지부에서 감지한 상기 전류값의 평균값인 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 랙 관리 장치는 상기 복수의 전원 스위치와 연결되는 인덕터, 상기 인덕터와 연결되는 제어 스위치, 상기 인덕터와 연결되는 캐패시터 및 상기 캐패시터에 연결되는 제2 감지부를 더 포함하고,
    상기 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법은,
    상기 제2 감지부가 상기 캐패시터에 인가되는 전압값을 감지하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 전압값에 기초하여 상기 복수의 전원 스위치 각각의 턴온 타임을 제어하는 단계를 더 포함하는 배터리 랙 관리 장치의 동작 방법.
KR1020210150004A 2021-11-03 2021-11-03 배터리 랙 관리 장치 및 그것의 동작 방법 KR20230064424A (ko)

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