KR20230131530A - 이중 배터리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 배터리 모듈을 사용하여 두 종류의 전압을 구현하여 원가, 중량, 부피 측면에서 이점을 가지는 이중 배터리 시스템에 관한 것으로, 제1단이 고전압 부하의 양극단에, 제2단이 저전압 부하의 양극단에, 제3단이 상기 고전압 부하의 음극단 및 상기 저전압 부하의 음극단에 연결된 이중 배터리 시스템에 있어서, 상기 제1단과 상기 제2단 사이에 구비되고, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 제1배터리 그룹, 상기 제2단과 상기 제3단 사이에 구비되고, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 제2배터리 그룹, 일측이 상기 제1 및 3단과 연결되고, 타측이 상기 제2 및 3단과 연결된 전압 컨버터 및 상기 제1 및 2배터리 모듈 중 적어도 하나의 상태에 따라 상기 전압 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 복수의 전압을 출력하는 이중 배터리 시스템에 관한 것이다.
차량 중에는 48V의 배터리가 적용되는 종류가 있다. 48V가 적용된 차량의 경우, 12V와 48V 두 가지 전원을 사용한다. 12V 전원은 주로 차량의 제어 유닛의 전원을 공급하거나, 낮은 규모의 부하(예를 들어 라디오, 와이퍼 등)에 전원을 공급하는데 사용되거나, 48V는 상대적으로 높은 전압을 필요로 하는 동력부(예를 들어 모터, 인버터), 펌프 등을 전동으로 대체하는데 사용되고 있다. 최근에는 저온 시동을 48V 배터리를 이용할 경우, 12V 배터리 용량을 낮추거나 리튬 배터리로 대체하여 수명을 늘리고 중량을 감소시키고 있다. 12V 배터리와 48V 배터리는 서로 독립적으로 운용되며, 경우에 따라 패키징을 함께 하지만 셀 구성이나 전기적 연결 관점에서는 분리되어 있다고 볼 수 있다.
이러한 12V 배터리와 48V 배터리를 각각 별개로 사용하는 배터리 시스템에 있어서, 최근 12V 배터리의 활용도가 현저히 줄어들었음에도 상대적으로 무거운 납축전지를 그대로 사용하거나, 별도의 리튬 배터리를 사용하고 있는 실정이다. 이러한 방식은 패키징, 경제성, 제어방식 등에서 효율적이지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 이중 배터리 시스템은, 하나의 배터리 모듈을 사용하여 두 종류의 전압을 구현하여 원가, 중량, 부피 측면에서 이점을 가지는 이중 배터리 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 이중 배터리 시스템은, 제1단이 고전압 부하의 양극단에, 제2단이 저전압 부하의 양극단에, 제3단이 상기 고전압 부하의 음극단 및 상기 저전압 부하의 음극단에 연결된 이중 배터리 시스템에 있어서, 상기 제1단과 상기 제2단 사이에 구비되고, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 제1배터리 그룹, 상기 제2단과 상기 제3단 사이에 구비되고, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 제2배터리 그룹, 일측이 상기 제1 및 3단과 연결되고, 타측이 상기 제2 및 3단과 연결된 전압 컨버터 및 상기 제1 및 2배터리 모듈 중 적어도 하나의 상태에 따라 상기 전압 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1단과 상기 전압 컨버터의 일측 사이에 구비되어 상기 제1배터리 그룹 및 상기 제2배터리 그룹을 포함하는 제3배터리 그룹의 SOC레벨을 센싱하는 제1센서 및 상기 제2단과 상기 전압 컨버터의 타측 사이에 구비되어 상기 제2배터리 그룹의 SOC레벨을 센싱하는 제2센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1센서 및 상기 제2센서의 센싱값에 따라 상기 전압 컨버터를 벅 모드 또는 부스트 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
또한, 상기 전압 컨버터의 타측과 상기 저전압 부하 사이에 구비되는 제1릴레이, 상기 전압 컨버터의 일측과 상기 고전압 부하 사이에 구비되는 제2릴레이, 상기 제2릴레이와 상기 고전압 부하 사이에 구비되어, 전류가 상기 제1배터리 그룹에서 상기 고전압 부하 측으로만 흐르도록 제한하는 제1다이오드, 상기 제2릴레이 및 상기 제1다이오드와 병렬로 연결되는 제3릴레이 및 상기 제3릴레이와 직렬로 연결되어, 전류가 상기 고전압 부하에서 상기 제1배터리 그룹 측으로만 흐르도록 제한하는 제2다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 이상이면, 상기 제어부는 상기 전압 컨버터를 벅 모드로 제어하여 상기 제3배터리 그룹의 출력전압을 강압해 상기 저전압 부하에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1릴레이와 상기 제2릴레이는 ON으로 제어하고, 상기 제3릴레이는 OFF로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이고, 상기 제2센서에서 센싱되는 제2배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 이상이면, 상기 제어부는 상기 전압 컨버터를 부스트 모드로 제어하여 상기 제2배터리 그룹의 출력을 승압하여 상기 제3배터리 그룹 측으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1릴레이 및 상기 제2릴레이를 OFF로 제어하고, 상기 제3릴레이는 ON으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이고, 상기 제2센서에서 센싱되는 상기 제1배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 이상이며, 상기 저전압 부하에 전원 공급이 필요하지 않으면, 상기 제어부는 상기 전압 컨버터를 미동작 제어하고, 상기 제1릴레이 및 상기 제3릴레이는 ON으로, 상기 제2릴레이는 OFF제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이고, 상기 제2센서에서 센싱되는 상기 제1배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이면, 상기 제어부는 상기 전압 컨버터를 벅 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1릴레이 및 상기 제3릴레이를 ON 제어하고, 상기 제2릴레이는 OFF제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 컨버터는, 상기 제1배터리 그룹과 상기 제2배터리 그룹에 병렬로 연결되는 입력 커패시터, 서로 직렬로 연결되는 제1제어 스위치 및 제2제어 스위치를 포함하고, 상기 입력 커패시터 양단에 병렬로 연결되는 스위치 레그, 일단이 상기 제1제어 스위치와 상기 제2제어 스위치 사이에 연결되고, 타단이 상기 제2단과 상기 저전압 부하를 연결하는 제1라인에 연결되는 인덕터 및 일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지되는 출력 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전압 컨버터를 벅 모드로 제어하면, 상기 제1제어 스위치를 소정 듀티비로 ON/OFF제어하고, 상기 제2제어 스위치는 OFF제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전압 컨버터를 부스트 모드로 제어하면, 상기 제1제어 스위치를 OFF제어하고, 상기 제2제어 스위치는 소정 듀티비로 ON/OFF제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2배터리 그룹에 포함되는 배터리 모듈은 단일개인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1배터리 그룹과 상기 제2배터리 그룹에 포함되는 배터리 모듈들은 서로 직렬로 연결되는 제1 내지 n배터리 모듈이고, 상기 제1 내지 n배터리 모듈 각각의 일단과 접지 사이에 위치하는 제1 내지 n스위치, 상기 제1 내지 n배터리 모듈 각각의 타단과 상기 저전압 부하 사이에 위치하는 제n+1 내지 2n스위치 및 상기 제1 내지 n배터리 모듈 중 서로 인접한 배터리 모듈 사이와, 상기 제1배터리 모듈 및 상기 제n배터리 모듈 사이에 위치하는 제2n+1 내지 3n스위치를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 내지 3n스위치를 제어하여, 상기 제2배터리 그룹에 포함되는 배터리 모듈을 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 이중 배터리 시스템에 의하면, 단일의 배터리 팩(제3배터리 그룹)을 이용해 두 가지의 전압을 출력할 수 있어, 비용, 사이즈 및 중량을 저감할 수 있어 보다 효율적으로 이중 배터리 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 제1스위치 ~ 제3n스위치를 통해 저전압 부하에 연결되는 배터리 모듈을 변경하여, 특정 배터리 모듈의 열화를 방지하고 셀 밸런싱 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 회로도이며,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 부분 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 회로도이며,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 부분 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 바람직한 실시예들에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템은, 제1단(A)은 고전압 부하(10)의 양극단에, 제2단(B)은 저전압 부하의 양극단에, 제3단(C)은 고전압 부하(10)의 음극단과 저전압 부하(20)의 음극단에 연결되며, 제1배터리 그룹(101), 제2배터리 그룹(102), 제1센서(210), 제2센서(220), 전압 컨버터(300) 및 제어부를 포함한다.
제1배터리 그룹(101)과 제2배터리 그룹(102)을 함께 제3배터리 그룹(103)이라고 한다. 제3배터리 그룹(103)은 단일의 배터리 팩일 수 있으며, 서로 직렬로 연결되는 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4)을 포함하며, 고전압 부하(10)에 연결된다.
제1배터리 그룹(101)은 제1단(A)과 제2단(B) 사이에 구비되며, 제2배터리 모듈(110-2) ~ 제4배터리 모듈(110-4)을 포함한다.
제2배터리 그룹(102)은 제2단(B)과 제3단(C) 사이에 구비되며, 제1배터리 모듈(110-1)을 포함한다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 제3배터리 그룹(103)에 포함되는 배터리 모듈의 개수는 총 4개이지만, 본 발명은 제3배터리 그룹(103)에 포함되는 배터리 모듈의 개수를 4개에 한정하지 않으며, 본 발명의 제3배터리 그룹(103)은 2개 이상의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 제1배터리 그룹(101)과 제2배터리 그룹(102) 각각은 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 제3배터리 그룹(103)에 포함되는 배터리 모듈들은 서로 직렬로 연결된다.
본 실시예에서 단일 배터리 모듈의 출력은 12V일 수 있다. 따라서 제3배터리 그룹(103)의 출력은 48V일 수 있으며, 제2배터리 그룹(102)의 출력은 12V일 수 있다.
제1센서(210)는 제3배터리 그룹(103)의 일단에 위치하여, 제3배터리 그룹(103)에서 고전압 부하(10)측으로 흐르는 전류, 즉 제3배터리 그룹(103)의 출력전류를 센싱하여, 제3배터리 그룹(103) 전체의 SOC레벨을 센싱한다.
제2센서(220)는 제2단(B)과 저전압 부하(20)를 연결하는 제1라인 상에 위치하여, 제2배터리 그룹(102)의 출력전류를 센싱하여 제2배터리 그룹(102)의 SOC레벨을 센싱한다. 본 발명에서는 제1배터리 모듈(110-1)이 저전압 부하(20)에 연결되어 있지만, 본 발명은 저전압 부하(20)에 연결되는 배터리 모듈을 제1배터리 모듈로 한정하는 것은 아니며, 저전압 부하(20)에 연결되는 배터리 모듈은 제3배터리 그룹(103)에 포함되는 제1 내지 n배터리 모듈 중 어느 하나가 될 수 있으며, 변경될 수 있다. 저전압 부하(20)에 연결되는 배터리 모듈이 변경되는 실시예에 관해서는 후술한다.
전압 컨버터(300)는 일측단이 제3배터리 그룹(103)의 양단에 연결되어, 필요에 따라 제3배터리 그룹(103)의 출력을 강압하여 저전압 부하(20)로 출력하거나, 제2배터리 그룹(102)의 출력을 승압하여 제3배터리 그룹(103)을 충전한다. 즉, 전압 컨버터(300)는 상황에 따라 벅 모드(buck mode)로 동작하거나, 부스트 모드(boost 모드)로 동작할 수 있다. 전압 컨버터(300)의 출력단은 제2단(B)과 저전압 부하(20)를 연결하는 라인 상에 연결될 수 있으며, 제2센서(220)는 제2단(B)과 전압 컨버터(300)의 출력단 사이에 위치할 수 있다.
제어부(미도시)는 제1센서(210)와 제2센서(220)에서 센싱되는 센싱값과 상황에 따라 전압 컨버터(300)를 벅 모드 또는 부스트 모드로 제어한다. 제어부는 전자부품으로 구현될 수 있으며, 제1센서(210) 및 제2센서(220)의 센싱값을 수신하도록 연결되고, 전압 컨버터(300)에 제어신호를 송신하도록 연결될 수 있다.
제1릴레이부(410)는 전압 컨버터(300)의 출력단과 저전압 부하(20) 사이에 위치하고, 제2릴레이부(420)는 전압 컨버터(300)의 입력단과 고전압 부하(10)사이에 위치한다. 제1릴레이부(410)와 제2릴레이부(420)는 제어부에서 전압 컨버터(300)의 동작 모드에 따라 다르게 제어해, 에너지 흐름을 제어한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템에서 전압 컨버터(300)는, 입력 커패시터(310), 스위치 레그(320), 인덕터(330) 및 출력 커패시터(340)를 포함한다.
입력 커패시터(310)는 제3배터리 그룹(103)에 병렬로 연결된다.
스위치 레그(320)는 서로 직렬로 연결되는 제1제어 스위치(321) 및 제2제어 스위치(322)를 포함하고, 입력 커패시터(310) 양단에 병렬로 연결된다.
인덕터(330)는 일단이 제1제어 스위치(321)와 제2제어 스위치(322) 사이에 연결되고, 타단이 제1배터리 모듈(110-1)과 저전압 부하(20)를 연결하는 제1라인에 연결된다.
출력 커패시터(340)는 일단이 인덕터(330)의 타단에 연결되고, 타단이 접지된다.
제1릴레이부(410)는 제1릴레이(411)를 포함할 수 있고, 제2릴레이부(420)는 제2릴레이(421), 제1다이오드(422), 제3릴레이(423) 및 제2다이오드(424)를 포함할 수 있다.
제1릴레이(411)는 전압 컨버터(300)의 출력단(타측단)과 저전압 부하(20) 사이에 위치해, 저전압 부하(20)측으로의 전원공급 여부를 결정한다.
제2릴레이(421)는 전압 컨버터(300)의 입력단(일측단)과 고전압 부하(10) 사이에 위치한다.
제1다이오드(422)는 제2릴레이(421)와 고전압 부하(10) 사이에 상기 제2릴레이(421)와 직렬로 연결되어, 전류가 제3배터리 그룹(103)에서 고전압 부하(10) 측으로만 흐르도록 제한한다.
제3릴레이(423)는 제2릴레이(421) 및 제1다이오드(422)와 병렬로 연결된다.
제2다이오드(424)는 제3릴레이(423)와 직렬로 연결되어, 전류가 고전압 부하(10)에서 제3배터리 그룹(103) 측으로만 흐르도록 제한한다.
제어부는 상기한 전압 컨버터(300)의 구성들 중, 제1제어 스위치(321) 및 제2제어 스위치(322)를 제어하여 전압 컨버터(300)를 벅 모드 또는 부스트 모드로 제어한다. 보다 구체적으로, 제어부가 전압 컨버터(300)를 벅 모드로 제어할 때에는 제1제어 스위치(321)를 소정 듀티비로 ON/OFF 제어하고, 제2제어 스위치(322)를 OFF제어하여 다이오드로 동작하게 한다. 이와 반대로, 제어부가 전압 컨버터(300)를 부스트 모드로 제어할 때에는 제1제어 스위치(321)를 OFF제어하여 다이오드로 동작하게 하고, 제2제어 스위치(322)를 소정 튜티비로 ON/OFF 제어한다.
이하 제어부가 제1센서(210) 및 제2센서(220) 각각의 센싱값, 즉 제3배터리 그룹(103) 전체의 SOC레벨과 제1배터리 모듈(110-1)을 포함하는 제1배터리 그룹(101)의 SOC레벨에 따라 전압 컨버터(300)와 제1릴레이(411) 내지 제3릴레이(423)를 제어하는 과정에 대해서 설명한다.
먼저, 제3배터리 그룹(103)과 제1배터리 그룹(101) 각각은 제1기준치와 제2기준치에 따라 SOC레벨은 저, 정상, 고 레벨으로 나눌 수 있다. 보다 구체적으로, 제3배터리 그룹(103)과 제1배터리 그룹(101)이 완충 되었을 때를 100이라고 할 때, 제1기준치는 33.3일 수 있고, 제2기준치는 66.6일 수 있다. 즉, 제1배터리 그룹(101) 및 제3배터리 그룹(103)은 SOC레벨이 0 이상 33.3 미만일 경우 저레벨, 33.3 이상 66.6 미만일 경우 정상 레벨, 66.6 이상 100 이하일 경우 고 레벨일 수 있다.
상기한 제1기준치와 제2기준치는 상황에 따라 변동될 수 있고, 제3배터리 그룹(103)과 제1배터리 그룹(101) 각각에 대해서 서로 다르게 적용될 수 있다. 예를 들어, 제3배터리 그룹(103)에서 제1기준치와 제2기준치 각각은 33.3, 66.6이라고 할 때, 제1배터리 그룹(101)의 제1기준치와 제2기준치는 40, 60으로 제3배터리 그룹(103)의 제1기준치 및 제2기준치와 다를 수 있다.
제어부는 제3배터리 그룹(103)과 제1배터리 그룹(101)의 SOC레벨이 정상 레벨일 때, 제1릴레이(411) ~ 제3릴레이(423) 모두를 ON으로 제어하면서, 전압 컨버터(300)를 벅 모드로 제어할 수 있다.
제어부는 제3배터리 그룹(103)의 SOC레벨이 고 레벨일 경우, 필요시 전압 컨버터(300)를 벅 모드로 제어하여, 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4)의 출력을 강압하여 저전압 부하(20)측으로 출력한다. 여기서 필요시란 저전압 부하(20)에서 전원이 필요한 경우를 의미할 수 있다. 저전압 부하(20)에서 전원이 필요한 경우, 제어부는 전압 컨버터(300)를 벅 모드로 제어하면서, 제1릴레이(411)를 ON으로 제어한다. 저전압 부하(20)에서 전원이 필요하지 않은 경우, 제어부는 제1릴레이(411)를 OFF제어할 수 있다.
제3배터리 그룹(103) 전체는 고전압 부하(10)측으로 연결되어 고전압 부하(10)측으로 전원을 공급하며, 이때 제어부는 제2릴레이(421)를 ON으로 제어하고, 제3릴레이(423)를 OFF로 제어한다.
제3배터리 그룹(103)의 SOC레벨이 저 레벨이고, 제1배터리 그룹(101)의 SOC레벨이 고 레벨일 경우, 제어부는 전압 컨버터(300)를 미동작하거나, 부스트 모드로 동작하여 제1배터리 그룹(101)의 출력을 승압하여 제3배터리 그룹(103)을 충전하여 셀 밸런싱을 수행한다. 또한, 제어부는 전압 컨버터(300)를 미동작할 경우에는 제1릴레이(411)와 제3릴레이(423)를 ON제어하고, 제2릴레이(421)를 OFF제어하여 제1배터리 모듈(110-1)에서 저전압 부하(20)측으로 전원이 공급되도록 하고, 고전압 부하(10)측에서 공급되는 전력을 이용해 제3배터리 그룹(103)을 충전할 수 있다.
또한 제어부는 전압 컨버터(300)를 부스트 모드로 제어할 때, 제1릴레이(411)와 제2릴레이(421)를 OFF제어하고, 제3릴레이(423)를 ON제어하여, 제1배터리 그룹(101)의 출력을 승압하여 제3배터리 그룹(103)을 충전하여, 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
제3배터리 그룹(103)의 SOC레벨이 저 레벨이고, 제1배터리 그룹(101)의 SOC레벨이 정상 또는 저 레벨일 경우, 전압 컨버터(300)를 벅 모드로 제어하며, 이 때에는 제1릴레이(411)와 제3릴레이(423)를 ON제어하고, 제2릴레이(421)를 OFF제어하여, 고전압 부하(10)측에서 제3배터리 그룹(103)을 충전하면서, 저전압 부하(20)측에 전원을 공급하도록 할 수 있다.
상기한 제3배터리 그룹(103)과 제1배터리 그룹(101)의 SOC레벨에 따른 전압 컨버터(300)와 제1릴레이(411) ~ 제3릴레이(423)의 동작은 아래 표와 같이 정리할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템은, 상기한 바와 같은 구성 및 동작을 통해 단일의 제3배터리 그룹(103)만을 이용하여 2가지 출력, 즉 48V와 12V를 출력할 수 있으므로 재료비, 사이즈 및 중량이 절감되어 보다 효율적으로 이중 배터리 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
[제2실시예]
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제2실시예에 의한 이중 배터리 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 이중 배터리 시스템의 부분 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 이중 배터리 시스템은, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 이중 배터리 시스템에 있어서, 제1스위치(S1) ~ 제12스위치(S12)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1스위치(S1) ~ 제4스위치(S4)는 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4) 각각의 일단과 접지 사이에 위치하고, 제5스위치(S5) ~ 제8스위치(S8)는 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4) 각각의 타단과 저전압 부하(20) 사이에 위치하며, 제9스위치(S9) ~ 제12스위치(S12)는 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4) 중 서로 인접한 배터리 모듈 사이와, 제1배터리 모듈(110-1)과 제4배터리 모듈(110-4) 사이에 위치한다.
단, 본 발명은 단일의 제3배터리 그룹(103)에 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4)을 포함하므로 상기한 바와 같은 실시예를 가지는 것으로, 본 발명에 의한 이중 배터리 시스템이 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제n배터리 모듈을 포함할 경우, 제1스위치(S1) ~ 제3n스위치가 적용될 수 있고, 이 중 제1스위치(S1) ~ 제n스위치는 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제n배터리 모듈 각각의 일단과 접지 사이에 위치하고, 제n+1스위치 ~ 제2n스위치는 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4) 각각의 타단과 저전압 부하(20) 사이에 위치하며, 제2n+1스위치 ~ 제3n스위치는 제1배터리 모듈(110-1) ~ 제4배터리 모듈(110-4) 중 서로 인접한 배터리 모듈 사이와, 제1배터리 모듈(110-1)과 제n배터리 모듈 사이에 위치할 수 있다.
제어부는 상기한 제1스위치(S1) ~ 제3n스위치를 제어하여, 저전압 부하(20)에 연결되는 단일의 배터리 모듈을 변경한다. 즉, 제어부는 제1스위치(S1) ~ 제3n스위치를 제어하여 제2배터리 그룹(102)에 포함되는 배터리 모듈을 변경한다. 이때 제어부는 저전압 부하(20)에 연결되는 제2배터리 그룹(102)에 포함되는 배터리 모듈을 주기적으로 변경하여 특정 배터리 모듈의 열화를 방지할 수 있으며, 이를 통해 셀 밸런싱 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서 제어부가 저전압 부하(20)에 연결하는 배터리 모듈을 선정할 때, 제1스위치(S1) ~ 제12스위치(S12) 각각의 제어 조건은 아래 표와 같다.
상기한 표에서 열의 가장 상측 행에 기재된 배터리 모듈은, 저전압 부하(20)에 연결되는 배터리 모듈을 기재한 것이며, 같은 열에 기재된 제1스위치(S1) ~ 제12스위치(S12)는, 해당 배터리 모듈이 저전압 부하(20)에 연결될 때의 ON/OFF 동작이다. 상기한 표를 예로 들면, 제1배터리 모듈(110-1)만이 저전압 부하(20)에 연결될 때에는, 제1배터리 모듈(110-1)이 가장 낮은 전위의 배터리 모듈로, 제2배터리 그룹(102)에 포함된다. 제2배터리 모듈(110-2)만이 저전압 부하(20)에 연결될 때에는, 스위치의 동작에 따라 제2배터리 모듈(110-2)이 가장 낮은 전위의 배터리 모듈로, 제2배터리 그룹(102)에 포함되며, 이는 제3배터리 모듈(110-3) 및 제4배터리 모듈(110-4)에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 상기한 표와 같이 동작할 경우, 직렬로 연결되는 배터리 모듈의 순서가 바뀌며, 이에 따라 제1배터리 그룹(101) 및 제2배터리 그룹(102)에 포함되는 배터리 모듈의 종류가 변경된다.
도 3에서 제5스위치(S5) ~ 제8스위치(S8)의 상단은 서로 병렬로 상기 전압 컨버터(300)의 출력단에 연결될 수 있다.
단, 상기한 본 실시예에서는 단일의 배터리 모듈만이 제2배터리 그룹(102)에 포함되는 것을 설명했는데, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 두 개 이상의 배터리 모듈이 제2배터리 그룹(102)에 포함되는 실시예가 있을 수 있으며, 이때에는 제1스위치(S1) ~ 제12스위치(S12)의 동작이 달라질 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 : 고전압 부하
20 : 저전압 부하
101 : 제1배터리 그룹
102 : 제2배터리 그룹
103 : 제3배터리 그룹
110-1 ~ 110-4 : 제1배터리 모듈 ~ 제4배터리 모듈
210 : 제1센서
220 : 제2센서
300 : 전압 컨버터
310 : 입력 커패시터
320 : 스위치 레그
321 : 제1제어 스위치
322 : 제2제어 스위치
330 : 인덕터
340 : 출력 커패시터
410 : 제1릴레이부
411 : 제1릴레이
420 : 제2릴레이부
421 : 제2릴레이
422 : 제1다이오드
423 : 제3릴레이
424 : 제2다이오드
A : 제1단
B : 제2단
C : 제3단
S1 ~ S12 : 제1스위치 ~ 제12스위치
20 : 저전압 부하
101 : 제1배터리 그룹
102 : 제2배터리 그룹
103 : 제3배터리 그룹
110-1 ~ 110-4 : 제1배터리 모듈 ~ 제4배터리 모듈
210 : 제1센서
220 : 제2센서
300 : 전압 컨버터
310 : 입력 커패시터
320 : 스위치 레그
321 : 제1제어 스위치
322 : 제2제어 스위치
330 : 인덕터
340 : 출력 커패시터
410 : 제1릴레이부
411 : 제1릴레이
420 : 제2릴레이부
421 : 제2릴레이
422 : 제1다이오드
423 : 제3릴레이
424 : 제2다이오드
A : 제1단
B : 제2단
C : 제3단
S1 ~ S12 : 제1스위치 ~ 제12스위치
Claims (15)
- 제1단이 고전압 부하의 양극단에, 제2단이 저전압 부하의 양극단에, 제3단이 상기 고전압 부하의 음극단 및 상기 저전압 부하의 음극단에 연결된 이중 배터리 시스템에 있어서,
상기 제1단과 상기 제2단 사이에 구비되고, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 제1배터리 그룹;
상기 제2단과 상기 제3단 사이에 구비되고, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 제2배터리 그룹;
일측이 상기 제1 및 3단과 연결되고, 타측이 상기 제2 및 3단과 연결된 전압 컨버터; 및
상기 제1 및 2배터리 모듈 중 적어도 하나의 상태에 따라 상기 전압 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것
을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제1단과 상기 전압 컨버터의 일측 사이에 구비되어 상기 제1배터리 그룹 및 상기 제2배터리 그룹을 포함하는 제3배터리 그룹의 SOC레벨을 센싱하는 제1센서; 및
상기 제2단과 상기 전압 컨버터의 타측 사이에 구비되어 상기 제2배터리 그룹의 SOC레벨을 센싱하는 제2센서;
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1센서 및 상기 제2센서의 센싱값에 따라 상기 전압 컨버터의 전력 흐름 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 전압 컨버터의 타측과 상기 저전압 부하 사이에 구비되는 제1릴레이;
상기 전압 컨버터의 일측과 상기 고전압 부하 사이에 구비되는 제2릴레이;
상기 제2릴레이와 상기 고전압 부하 사이에 구비되어, 전류가 상기 제1배터리 그룹에서 상기 고전압 부하 측으로만 흐르도록 제한하는 제1다이오드;
상기 제2릴레이 및 상기 제1다이오드와 병렬로 연결되는 제3릴레이; 및
상기 제3릴레이와 직렬로 연결되어, 전류가 상기 고전압 부하에서 상기 제1배터리 그룹 측으로만 흐르도록 제한하는 제2다이오드;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 이상이면, 상기 제3배터리 그룹의 출력전압을 강압해 상기 저전압 부하에 전원을 공급하도록 상기 전압 컨버터를 벅 모드로 제어하거나, 상기 전압 컨버터의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1릴레이와 상기 제2릴레이는 ON으로 제어하고, 상기 제3릴레이는 OFF로 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이고, 상기 제2센서에서 센싱되는 상기 제2배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 이상이면, 상기 제2배터리 그룹의 출력을 승압하여 상기 제3배터리 그룹 측으로 출력하도록 상기 전압 컨버터를 부스트 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1릴레이 및 상기 제2릴레이를 OFF로 제어하고, 상기 제3릴레이는 ON으로 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이고, 상기 제2센서에서 센싱되는 상기 제1배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 이상이며, 상기 저전압 부하에 전원 공급이 필요하지 않으면, 상기 제어부는 상기 전압 컨버터를 미동작 제어하고, 상기 제1릴레이 및 상기 제3릴레이는 ON으로, 상기 제2릴레이는 OFF제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이고, 상기 제2센서에서 센싱되는 상기 제1배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 미만이면, 상기 제1센서에서 센싱되는 상기 제3배터리 그룹의 SOC레벨이 기준치 이상이면, 상기 전압 컨버터를 벅 모드로 제어해 상기 제3배터리 그룹의 출력전압을 강압해 상기 저전압 부하에 전원을 공급하도록 상기 전압 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1릴레이 및 상기 제3릴레이를 ON 제어하고, 상기 제2릴레이는 OFF제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 컨버터는,
상기 제1배터리 그룹과 상기 제2배터리 그룹에 병렬로 연결되는 입력 커패시터;
서로 직렬로 연결되는 제1제어 스위치 및 제2제어 스위치를 포함하고, 상기 입력 커패시터 양단에 병렬로 연결되는 스위치 레그;
일단이 상기 제1제어 스위치와 상기 제2제어 스위치 사이에 연결되고, 타단이 상기 제2단과 상기 저전압 부하를 연결하는 제1라인에 연결되는 인덕터; 및
일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지되는 출력 커패시터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전압 컨버터를 벅 모드로 제어하면, 상기 제1제어 스위치를 소정 듀티비로 ON/OFF제어하고, 상기 제2제어 스위치는 OFF제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전압 컨버터를 부스트 모드로 제어하면, 상기 제1제어 스위치를 OFF제어하고, 상기 제2제어 스위치는 소정 듀티비로 ON/OFF제어하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제2배터리 그룹에 포함되는 배터리 모듈은 단일개인 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
- 제14항에 있어서,
상기 제1배터리 그룹과 상기 제2배터리 그룹에 포함되는 배터리 모듈들은 서로 직렬로 연결되는 제1 내지 n배터리 모듈이고,
상기 제1 내지 n배터리 모듈 각각의 일단과 접지 사이에 위치하는 제1 내지 n스위치;
상기 제1 내지 n배터리 모듈 각각의 타단과 상기 저전압 부하 사이에 위치하는 제n+1 내지 2n스위치; 및
상기 제1 내지 n배터리 모듈 중 서로 인접한 배터리 모듈 사이와, 상기 제1배터리 모듈 및 상기 제n배터리 모듈 사이에 위치하는 제2n+1 내지 3n스위치;
를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 내지 3n스위치를 제어하여, 상기 제2배터리 그룹에 포함되는 배터리 모듈을 변경하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220028521A KR20230131530A (ko) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | 이중 배터리 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220028521A KR20230131530A (ko) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | 이중 배터리 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230131530A true KR20230131530A (ko) | 2023-09-14 |
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ID=88014142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220028521A KR20230131530A (ko) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | 이중 배터리 시스템 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20230131530A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102348991B1 (ko) | 2021-04-22 | 2022-01-10 | 정진구 | 리듐인산철 시동배터리 방전시 차량의 인산철배터리 자체 전원복원장치 |
-
2022
- 2022-03-07 KR KR1020220028521A patent/KR20230131530A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102348991B1 (ko) | 2021-04-22 | 2022-01-10 | 정진구 | 리듐인산철 시동배터리 방전시 차량의 인산철배터리 자체 전원복원장치 |
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