KR20230134356A - 배터리 팩, 그 관리 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 팩, 그 관리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리; 상기 배터리의 초기 SOC를 외부 장치로 송신하고, 상기 외부 장치로부터 타겟 SOC를 수신하는 통신부; 상기 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부; 상기 타겟 SOC에 따라 배터리의 SOC를 조절하기 위한 SOC 조절 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 SOC 조절 신호에 따라 상기 배터리의 SOC를 조절하는 SOC 조절부를 포함하는 배터리 팩, 그 관리 장치 및 방법을 제시한다.

Description

배터리 팩, 그 관리 장치 및 방법{Battery pack, its management apparatus and method}
본 발명은 배터리 팩 및 그 관리 장치에 관한 것으로, 특히 무선통신이 가능한 배터리 팩과 무선 통신을 이용하여 배터리 팩을 원격 관리하는 배터리 팩 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지, 즉 배터리(battery)는 스마트폰 등의 모바일 기기의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. 뿐만 아니라, 배터리는 화석 연료를 사용하는 가솔린 차량, 디젤 차량 등에 의한 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 친환경 자동차의 에너지원으로도 사용되고 있다. 배터리를 이용하는 애플리케이션의 종류는 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 배터리가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 배터리는 단일의 배터리 셀로 사용되기보다는 배터리 팩의 형태로 사용되는 것이 일반적이다. 배터리 팩은 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하며, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀로 이루어질 수 있다. 또한, 배터리는 배터리 셀, 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 전반적인 상태를 관리하는 배터리 관리 장치(Battery Management System; BMS)를 포함하고 있다.
한편, 배터리 팩은 장기간 사용하지 않는 경우 배터리 팩이 처한 상황에 맞게 배터리 팩을 관리할 필요가 있다. 즉, 배터리 팩을 장기보관, 운송 또는 폐기하는 경우 해당 상황에 맞게 배터리 팩의 SOC(State Of Charge)를 낮춰 관리할 필요가 있다. 예를 들어, 배터리 팩이 출하된 후 만충전(full charge) 조건에서 장기 보관될 경우 배터리 팩이 손상되는 등의 문제가 발생될 수 있으므로 SOC를 낮춰 관리하는 것이 바람직하다. 즉, 배터리 팩이 만충전 상태로 장기 보관되거나, 고온에서 보관되면 배터리 팩의 전해액이 누설되어 폭발 가능성이 있는 등 많은 문제가 발생할 수 있다. 또한, 실내가 아닌 다양한 외부 환경에서 사용되는 애플리케이션의 경우 장기 보관 시의 리스크가 항상 존재한다. 따라서, 배터리의 수명이 짧아지고, 이러한 문제가 발생되기 이전에 배터리를 교체하게 된다. 결국, 배터리의 교체 주기가 짧아지고, 그에 따라 유지 비용이 많이 소요되는 문제가 발생한다.
그런데, 기존의 배터리 팩은 SOC를 관리하기 위해 사용자가 개별 배터리 팩 각각에 대해 일일이 측정 장비를 접속하여 전압을 측정하고 배터리 팩에 맞는 SOC로 변환하는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 기존의 방식은 배터리 팩 각각의 SOC를 확인하기 매우 번거로우며, 목적에 따라 SOC를 낮추려 해도 각각의 배터리 팩을 시스템에 연결하여 방전해야 하므로 시간이 매우 오래 걸리는 문제점이 있다.
한국특허등록 제10-1749730호
본 발명은 무선 통신 가능하여 특정 상황에서 외부로부터 제어되는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명은 특정 상황에서 배터리 팩을 무선 제어할 수 있는 배터리 팩 관리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 배터리 팩의 운송, 보관 또는 폐기 시 해당 장소에 배터리 팩이 위치하면 해당 환경에서 제공되는 무선 제어 신호를 통해 배터리 팩이 적합한 상태로 자동 제어되도록 하는 배터리 팩 관리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따른 배터리 팩은 충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리; 상기 배터리의 초기 SOC를 외부 장치로 송신하고, 상기 외부 장치로부터 타겟 SOC를 수신하는 통신부; 상기 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부; 상기 타겟 SOC에 따라 배터리의 SOC를 조절하기 위한 SOC 조절 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 SOC 조절 신호에 따라 상기 배터리의 SOC를 조절하는 SOC 조절부를 포함한다.
상기 배터리 팩은 특정 상황에 따라 특정 장소에 유입되어 상기 외부 장치로부터의 웨이크업 신호에 따라 웨이크업된다.
상기 웨이크업 신호는 소정 주기로 입력된다.
상기 배터리 팩의 장기보관, 운송 또는 폐기에 따라 상기 타겟 SOC가 다르게 입력된다.
상기 제어부는 상기 SOC 추정부에 의해 추정된 배터리의 SOC와 타겟 SOC를 비교하여 상기 SOC 조절 신호를 출력한다.
상기 SOC 조절부는 상기 배터리와 연결된 스위치와, 상기 스위치와 연결된 방전 저항을 포함하고, 상기 스위치가 상기 SOC 조절 신호에 따라 구동되어 상기 방전 저항을 통해 상기 배터리를 방전시킨다.
상기 방전 저항은 가변 저항을 포함하고, 상기 배터리의 SOC가 상기 타겟 SOC보다 낮아지도록 상기 배터리가 방전되도록 한다.
본 발명의 다른 형태에 따른 배터리 팩 관리 장치는 외부와의 통신이 가능한 적어도 하나의 배터리 팩; 상기 적어도 하나의 배터리 팩과 이격되며 통신을 이용하여 상기 적어도 하나의 배터리 팩을 관리하기 위한 원격 관리기를 포함하고, 상기 원격 관리기는 타겟 SOC를 상기 배터리 팩에 송신하고, 상기 배터리 팩은 상기 타겟 SOC에 따라 팩 SOC를 조절한다.
상기 배터리 팩은 특정 상황에 따라 특정 장소에 유입되어 상기 원격 관리기로부터의 웨이크업 신호에 따라 웨이크업된다.
상기 배터리 팩의 장기보관, 운송 또는 폐기에 따라 상기 타겟 SOC가 다르다.
상기 배터리 팩은, 충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리; 상기 배터리의 초기 SOC를 상기 원격 관리기로 송신하고, 상기 원격 관리기로부터 상기 타겟 SOC를 수신하는 제 1 통신부; 상기 배터리 팩의 SOC를 추정하는 SOC 추정부; 상기 타겟 SOC와 팩 SOC의 비교 결과에 따라 배터리의 SOC를 조절하기 위한 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 배터리의 SOC를 조절하는 SOC 조절부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 팩 SOC가 타겟 SOC보다 클 때 팩 SOC를 조절하기 위한 제어 신호를 출력한다.
상기 SOC 조절부는 상기 배터리와 연결된 스위치와, 상기 스위치와 연결된 방전 저항을 포함하고, 상기 스위치가 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되어 상기 방전 저항을 통해 상기 배터리를 방전시킨다.
상기 방전 저항은 가변 저항을 포함하고, 상기 팩 SOC가 상기 타겟 SOC보다 낮아지도록 상기 배터리가 방전되도록 한다.
상기 원격 관리기는, 상기 배터리 팩으로 웨이크업 신호 및 타겟 SOC를 송신하고, 상기 배터리 팩으로부터 초기 SOC를 수신하는 제 2 통신부; 상기 웨이크업 신호 및 타겟 SOC를 생성하여 상기 제 2 통신부를 통해 상기 배터리 팩을 관리하기 위한 관리부를 포함한다.
상기 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하고, 무선 통신 또는 유선 통신을 통하여 배터리 팩과 통신하는 배터리 랙을 더 포함한다.
상기 원격 관리기는 상기 배터리 랙을 통해 상기 배터리 랙에 수용된 상기 적어도 하나의 배터리 팩을 관리한다.
본 발명의 또다른 형태에 따른 배터리 팩 관리 방법은 특정 상황에 따라 적어도 하나의 배터리 팩이 특정 장소에 유입되는 과정과, 상기 배터리 팩이 웨이크업 신호를 입력하여 웨이크업되는 과정과, 상기 배터리 팩의 팩 SOC를 추정하는 과정과, 원격 관리기로부터 타겟 SOC를 수신하는 과정과, 상기 팩 SOC와 타겟 SOC를 비교하는 과정과, 비교 결과 팩 SOC가 타겟 SOC보다 낮은 경우 배터리 팩이 방전 완료되었음을 원격 관리기로 전달하는 과정과, 비교 결과 팩 SOC가 타겟 SOC보다 높을 경우 팩 SOC를 조절하는 과정을 포함한다.
상기 팩 SOC를 조절하는 동안 방전 전류를 측정하여 기준 전류와 비교하는 과정과, 상기 방전 전류가 기준 전류보다 높으면 방전 저항의 저항값을 증가시켜 SOC를 조절하는 과정을 더 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 통신부를 구비하여 외부의 원격 관리기로부터의 제어 신호에 따라 배터리 팩의 SOC를 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 적어도 하나의 배터리 팩은 통신 가능하며 운송, 보관 또는 폐기 등의 특정 상황에 따라 특정 장소에 위치하게 되고, 원격 관리기로부터의 제어 신호에 따라 배터리 팩의 SOC를 특정 상황에 맞게 조절하게 된다. 따라서, 본 발명은 배터리 팩의 운송, 보관 또는 폐기 시 해당 장소에 배터리 팩을 위치시키는 것만으로도 해당 환경에서 제공되는 무선 제어 신호를 통해 배터리 팩이 적합한 상태로 자동 제어되도록 할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 팩 각각의 SOC를 확인하기 위해 각각의 배터리 팩을 시스템에 각각 연결하여 방전하지 않고 복수의 배터리 팩을 한꺼번에 방전할 수 있으므로 배터리 팩의 SOC를 제어하는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 구성하는 배터리 팩 및 원격 관리기를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 이용한 배터리 팩 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 설명하기 위한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 구성하는 배터리 팩 및 원격 관리기를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치는 적어도 하나의 배터리 팩(1000a 내지 1000n; 1000)과, 적어도 하나의 배터리 팩(1000)과 이격되며 무선 통신을 이용하여 적어도 하나의 배터리 팩(1000)을 관리하기 위한 원격 관리기(2000)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(1000)은 적어도 하나, 바람직하게는 둘 이상의 복수로 이루어질 수 있고, 원격 관리기(2000)는 적어도 하나, 예를 들어 특정 장소의 소정 범위에 각각 하나씩 마련될 수 있다. 이하에서는 복수의 배터리 팩(1000)과 하나의 원격 관리기(2000)로 설명한다. 즉, 복수의 배터리 팩(1000)은 장기보관, 운송, 폐기 등 특정 상황에 따라 특정 장소에 유입되어 위치하게 된다. 예를 들어, 장기보관을 위해 소정의 장소(예컨데 보관 창고)에 복수의 배터리 팩(1000)이 위치할 수도 있고, 운송을 위해 소정의 공간(예컨데 컨테이너)에 복수의 배터리 팩(1000)이 위치할 수도 있으며, 폐기를 위해 소정의 공간(예컨데 야적장 또는 창고)에 복수의 배터리 팩(1000)이 위치할 수도 있다. 이때, 복수의 배터리 팩(1000) 각각은 무선 통신 가능할 수 있다. 그리고, 원격 관리기(2000)는 특정 장소에 특정 상황에 따라 구비되어 해당 상황 또는 장소에 위치하는 복수의 배터리 팩(1000)을 제어할 수 있다. 이때, 원격 관리기(2000)는 무선 통신 가능하여 복수의 배터리 팩(1000)을 원격 제어할 수 있다. 즉, 원격 관리기(2000)는 장기보관을 위해 보관 창고에 위치하거나, 운송을 위해 컨테이너에 수용되거나, 폐기를 위해 야적장에 보관되는 복수의 배터리 팩(1000)을 무선 제어할 수도 있다. 이때, 원격 관리기(2000)는 원격, 즉 복수의 배터리 팩(1000)과 소정 거리 이격되어 무선 통신을 이용하여 배터리 팩(1000)이 특정 상황 등에 맞도록 SOC가 조절되도록 제어할 수 있다. 즉, 배터리 팩(1000)은 장기보관, 운송, 폐기 등의 특정 상황에서 소정 레벨 이하의 충전량, 즉 SOC를 가져야 하며, 본 발명은 이를 위해 원격 관리기(2000)가 해당 상황에 맞는 SOC를 갖도록 배터리 팩(1000)을 원격에서 제어한다. 이러한 적어도 하나의 배터리 팩(1000)과 적어도 하나의 원격 관리기(2000)를 구비하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 각 구성별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
1. 배터리 팩
배터리 팩(1000)은 충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리(110)와, 원격 관리기(2000)와의 통신을 위한 통신부(120)와, 배터리(110)의 상태를 측정하기 위한 측정부(130)와, 측정부(130)를 통한 측정 데이터를 이용하여 배터리(110)의 SOC를 추정하기 위한 SOC 추정부(140)와, SOC 추정부(140)의 추정 결과와 외부의 원격 관리기(2000)의 환경 설정값에 따른 제어 신호에 따라 배터리(110)의 SOC를 제어하기 위한 제어부(150)와, 제어부(150)의 제어 신호에 따라 배터리(110)의 SOC를 조절하기 위한 SOC 조절부(160)를 포함할 수 있다. 한편, 배터리 팩(1000)은 일반적인 동작 시 소정의 전기전자 장치에 장착되어 전기전자 장치의 구동에 필요한 전기 에너지를 제공한다. 즉, 배터리 팩(1000)은 충방전 가능하여 일반적인 동작 시 전기전자 장치에 전기 에너지를 제공하고, 장기보관, 운송 또는 폐기 시의 특정 상황에서 원격 관리기(2000)의 제어에 따라 SOC를 조절하기 위해 방전된다. 배터리 팩(1000)의 일반적인 동작을 위해 제어부(150)에 의해 제어되는 충방전 스위치(미도시)가 구비될 수 있다. 다만, 본 발명은 장기보관, 운송 또는 폐기 시의 배터리 팩(1000)에 대해서 기술하므로 일반적인 동작 시의 구성에 대해서는 언급하지 않는다.
상기 통신부(120), 측정부(130), SOC 추정부(140), 제어부(150)는 배터리 팩 관리장치(Pack BMS)를 구성하는 각 구성으로서 통합되어 구성될 수 있다.
1.1. 배터리
배터리(110)는 충전 및 방전 가능하여 전기전자 장치의 구동에 필요한 에너지를 제공할 수 있다. 즉, 배터리(110)는 충전되어 소정 용량의 전기 에너지를 저장하고 방전되어 전기전자 장치의 동작을 위한 전기 에너지를 제공할 수 있다. 이러한 배터리(110)는 적어도 하나의 배터리 팩을 포함할 수 있고, 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 모듈은 충방전 가능한 복수의 배터리 셀 포함할 수 있다. 즉, 배터리(110)는 복수의 배터리 셀을 포함하고, 복수의 배터리 셀을 소정 단위로 묶어 배터리 모듈을 이룰 수도 있으며, 복수의 배터리 모듈이 하나의 배터리 팩을 이룰 수 있다. 한편, 복수의 배터리 셀은 전기전자 장치의 스펙(specification)에 부합되도록 다양한 방법으로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 물론, 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈 또는 배터리 팩 또한 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등으로 구성할 수 있다.
1.2. 통신부
통신부(120)는 배터리 팩(1000)과 원격 관리기(2000) 사이의 통신을 위해 마련될 수 있다. 이러한 통신부(120)는 원격 관리기(2000)로부터 소정의 신호를 공급받아 제어부(150)로 전달한다. 이때, 통신부(120)를 통해 원격 관리기(2000)로부터 공급되는 신호는 환경 설정값을 포함할 수 있는데, 환경 설정값은 특정 상황, 특정 장소에 따라 배터리 팩의 SOC를 관리하기 위한 타겟(target) SOC를 포함할 수 있다. 즉, 배터리 팩(1000)의 장기보관, 운송 또는 폐기에 따라 타겟 SOC가 다를 수 있고 해당 상황에 따른 타겟 SOC 신호를 원격 관리기(2000)로부터 통신부(120)가 수신할 수 있다. 이러한 특정 상황 및 장소에 따른 타겟 SOC를 포함한 환경 설정값은 소정의 신호로서 통신부(120)를 통해 제어부(150)에 공급될 수 있다. 또한, 통신부(120)를 통해 원격 관리기(2000)로부터 웨이크업(wakeup) 신호를 입력할 수도 있다. 통신부(120)를 통해 입력된 웨이크업 신호에 따라 아이들(IDLE) 상태의 제어부(150)가 웨이크업되고 이어서 통신부(120)를 통해 SOC 설정 신호를 공급받아 제어부(150)가 특정 상황, 특정 장소에 맞도록 배터리 팩(1000)의 SOC를 조절할 수 있다. 이때, 웨이크업 신호는 소정의 주기로 원격 관리부(2000)로부터 통신부(120)를 통해 수신될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(1000)은 소정 주기로 웨이크업될 수 있다. 또한, 통신부(120)는 배터리 팩(1000)의 SOC 추정값을 원격 관리기(2000)로 송신할 수도 있다. 즉, 통신부(120)는 배터리 팩(1000)이 웨이크업된 후 추정된 초기 SOC를 원격 관리기(2000)로 송신할 수 있다. 이러한 통신부(120)는 다양한 방식의 통신 모듈이 가능하며, 예를 들어 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등의 무선 통신 모듈을 이용할 수 있다.
1.3. 측정부
측정부(130)는 배터리(110)의 상태를 측정하기 위해 마련될 수 있다. 측정부(130)는 배터리(110)의 전압, 전류 및 온도 등의 상태를 측정한다. 이를 위해 측정부(130)는 전압을 측정하는 전압 센서, 전류를 측정하는 전류 센서, 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 이때, 측정부(130)는 배터리 모듈 및 배터리 셀의 전류 및 전압 등의 상태를 측정할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀 각각의 상태를 측정할 수도 있고, 복수의 배터리 셀이 묶인 배터리 모듈의 상태를 측정할 수도 있다. 이를 위해 측정부(130)는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 전압 센서, 적어도 하나의 전류 센서 및 적어도 하나의 온도 센서를 포함할 수 있다. 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서는 배터리(110)의 전압, 전류 및 온도를 주기적으로 측정하고 측정 결과를 SOC 추정부(140)로 제공한다. 측정 결과는 아날로그 신호 또는 디지털 신호로서 SOC 추정부(140)에 제공될 수 있다. 전압 센서는 배터리(110)의 양극과 음극 사이에 인가되는 전압을 측정하여 SOC 추정부(140)로 제공한다. 전압 센서는 일 예시로서 배터리(110)의 양극 및 음극 단자 사이의 전압 차이에 상응하는 전압 신호를 출력하는 차동 증폭 회로를 포함할 수 있다. 여기서, 전압 센서는 교류 전압을 측정할 수 있다. 또한, 전류 센서는 센스 저항 또는 홀 센서로서 충전 전류의 크기에 상응하는 신호를 생성하여 SOC 추정부(140)로 제공한다. 전류 센서는 충전 전류 뿐만 아니라 방전 전류의 크기도 측정할 수 있다. 여기서, 전류 센서는 교류 전류를 측정할 수 있다. 그리고, 온도 센서는 온도 측정에 사용되는 일 예로 써머 커플러일 수 있다. 온도 센서는 배터리(110)의 온도에 상응하는 신호를 생성하여 SOC 추정부(140)로 제공한다.
1.4. SOC 추정부
SOC 추정부(140)는 배터리(110)의 SOC를 추정한다. SOC를 추정하기 위해 다양한 방식이 있을 수 있다. 첫번째 방법으로, SOH 추정부(미도시)로부터 추정된 배터리(110)의 용량과 측정부(130)로부터 측정되어 평균값이 산출된 배터리(110)의 전류를 이용하여 배터리(110)의 SOC를 추정할 수 있다. 즉, SOC 추정부(140)는 산출된 평균 전류값을 소정 시간 동안의 적산하고, 이를 SOH 추정부로부터 추정된 배터리 용량(Capacity)으로 나눠 배터리(110)의 SOC를 추정할 수 있다. 두번째 방법으로, SOC 추정부(140)는 배터리(110)의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 SOC를 추정할 수 있다. 즉, 측정부(130)에서 측정된 OCV를 초기 OCV 테이블을 참고하여 그에 매칭된 SOC를 추출함으로써 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들어, 측정부(130)로부터 측정된 OCV가 3560mV라면 OCV 테이블을 참고하여 SOC가 40%임을 추정할 수 있다. 이때, OCV로 추정한 초기 SOC를 추정하고 방전 전류를 측정하여 SOC를 추정할 수도 있다. 세번째 방법으로, SOC 추정부(140)는 배터리(110)의 임피던스를 측정하여 SOC를 추정할 수 있다. 네번째 방법으로, SOC 추정부(140)는 배터리(110)의 충전 및 방전 후의 측정 데이터를 이용하여 각각 배터리의 SOC를 추정한다. 예를 들어, SOC 추정부(140)는 배터리 방전이 발생하는 경우, 방전 후에 제 1 SOC를 산출하고, 방전 후 충전이 이어지는 경우, 충전 후에 제 2 SOC를 산출한다. 또한, 충전 후 재방전이 이어지는 경우, 재방전 후에 제 3 SOC를 산출한다. 그리고, 이러한 동작들을 반복하여 수행한다. 이 경우, SOC 추정부(140)는 칼만 필터(Kalman Filter) 또는 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter)를 기반으로 전압, 전류 및 온도 측정값 정보를 이용하여 배터리의 SOC를 추정할 수 있다. 즉, SOC 추정부(140)는 배터리의 OCV, 내부 저항, 및 저항-커패시터 병렬 회로가 직렬 연결된 등가 회로로 모델링하고, 이러한 등가 회로 모델의 인자들을 변수로 하는 선형 또는 비선형 함수와 전류 적산 방법을 이용하여 SOC를 추정하고, 측정부(130)에 의해 실시간으로 생성되는 센싱 데이터와 산출된 평균 전압 및 전류를 이용하여 추정된 SOC를 보정함으로써, 배터리에 대한 SOC를 추정할 수 있다.
1.5. 제어부
제어부(150)는 SOC 추정부(140)에 따른 배터리(110)의 상태 추정 결과에 따라 배터리(110)의 관리 및 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 통신부(120)를 통해 외부의 원격 관리기(2000)로부터 공급되는 타겟 SOC에 따라 배터리(110)를 관리한다. 즉, 제어부(150)는 SOC 추정부(140)로부터 배터리(110)의 SOC 추정값, 즉 팩 SOC을 공급받고, 통신부(120)를 통해 원격 관리기(2000)로부터 타겟 SOC를 공급받아 팩 SOC와 타겟 SOC를 비교하게 된다. 비교 결과 타겟 SOC가 팩 SOC보다 높으면(즉 팩 SOC가 타겟 SOC보다 낮으면) 특정 상황에서의 배터리 팩의 충전 상태, 즉 SOC가 낮은 것으로 판단하게 된다. 반대로, 비교 결과 타겟 SOC가 팩 SOC보다 낮으면(즉 팩 SOC가 타겟 SOC보다 높으면) 특정 상황에서의 배터리 팩의 충전 상태, 즉 SOC가 높은 것으로 판단한다. 타겟 SOC가 팩 SOC보다 낮으면 타겟 SOC 이하로 팩 SOC를 줄여야 한다. 이를 위해 제어부(150)는 소정의 제어 신호(즉 SOC 제어 신호)를 생성하여 SOC 조절부(160)에 공급하고, SOC 조절부(160)를 통해 배터리(110)가 방전되어 팩 SOC를 줄이도록 한다. 또한, 제어부(150)는 팩 SOC가 타겟 SOC보다 낮아질 때까지 배터리(110)의 방전을 계속하게 된다. 한편, 제어부(150)는 SOC 제어 신호를 인가하여 SOC 조절부(160)를 통해 배터리(110)를 방전시켜 팩 SOC를 조절하는 동안 SOC 조절부(160)의 방전 저항(162)을 통해 흐르는 전류를 측정한다. 방전 저항(162)은 가변 저항으로 이루어질 수 있으며, 제어부(150)는 방전 저항(162)을 흐르는 전류, 즉 방전 전류(Ivar)와 기준 전류(Ith)를 비교하여 방전 전류(Ivar)가 기준 전류(Ith)보다 높을 때까지 방전 저항(162)의 저항값을 증가시킬 수 있다. 여기서, 기준 전류(Ith)는 배터리 팩 제조사의 지정값으로 방전 시 배터리 팩 온도가 너무 높아지지 않도록 설정될 수 있다. 또한 방전 저항의 저항값은 팩 SOC와 타겟 SOC의 차이를 기준으로 하여, 단계적으로 조절될 수 있다. 즉, 보다 빠른 시간에 SOC를 조절하기 위하여 방전 저항을 낮게 설정할 수 있다.
1.6. SOC 조절부
SOC 조절부(160)는 배터리(110)의 충전된 전하를 방전시켜 배터리(110)의 SOC를 줄이기 위해 마련될 수 있다. 이를 위해 SOC 조절부(160)는 배터리(110) 및 제어부(150)와 연결되어 제어부(150)의 제어 신호에 따라 배터리(110)의 전하를 방전시키고, 그에 따라 배터리(110)의 SOC를 낮출 수 있다. 이러한 SOC 조절부(160)는 배터리(110)와 연결된 스위치(161)와, 스위치(161)와 연결된 방전 저항(162)을 포함할 수 있다. 이때, 스위치(161)와 방전 저항(162)는 직렬 연결될 수 있다. 스위치(161)는 제어부(150)로부터의 제어 신호에 따라 온/오프 제어될 수 있다. 예를 들어, 스위치(161)는 소정의 하이 레벨의 제어 신호에 응답하여 턴온될 수 있다. 반면, 스위치(161)는 로우 레벨의 제어 신호에 응답하여 턴오프될 수 있다. 스위치(161)가 턴온되는 동안 배터리(110)의 전기 에너지가 방전 저항(162)에 의해 소모됨으로써 배터리 팩의 SOC가 점차적으로 낮아질 수 있다. 한편, 방전 저항(162)은 가변 저항일 수 있다. 여기서, 방전 저항(162)은 SOC를 조절하는 동안 저항이 가변될 수 있다. 즉, 방전 저항(162)을 통해 흐르는 전류, 즉 방전 전류(Ivar)를 측정하여 방전 전류(Ivar)가 소정의 기준 전류(Ith)보다 높으면 방전 저항(162)의 저항값을 증가시켜 배터리(110)를 방전시킬 수 있다. 이때, 방전 전류(Ivar)가 기준 전류(Ith)보다 낮아질 때까지 방전 저항(162)의 저항값을 증가시키면서 배터리(110)을 방전시키게 된다.
또한, SOC 조절의 속도를 높이고자 하는 경우에는 방전 전류(Ivar) 값을 높게 설정하기 위하여 방전 저항 값을 낮게 조절하여야 하는데, 상술한 것과 같이, 배터리의 안전을 위하여 방전전류(Ivar)가 기준 전류(Ith)보다 낮은 범위 내에서 조절한다.
2. 원격 관리기
원격 관리기(2000)는 적어도 하나, 예를 들어 특정 장소의 소정 범위에 각각 하나씩 마련될 수 있다. 즉, 원격 관리기(2000)는 통신 가능한 범위에 마련될 수 있는데, 원격 관리기(2000)와 배터리 팩(1000) 사이의 통신 감도 및 복수의 배터리 팩(1000)이 위치하는 장소의 넓이 등에 따라 적어도 하나 마련될 수 있다. 예를 들어, 원격 관리기(2000)는 소정 장소에 하나 마련될 수도 있고, 소정 장소에 소정의 간격으로 복수 마련될 수도 있다. 이러한 원격 관리기(2000)는 복수의 배터리 팩(1000)과의 통신을 위한 통신부(210)와, 배터리 팩(1000)의 SOC를 원격 관리하기 위한 관리부(220)를 포함할 수 있다.
2.1. 통신부
통신부(210)는 배터리 팩(1000)과 원격 관리기(2000) 사이의 통신을 위해 마련될 수 있다. 즉, 원격 관리기(2000)의 통신부(210)는 배터리 팩(1000)의 통신부(120)와 무선 통신한다. 이러한 통신부(210)는 관리부(220)로부터의 환경 설정값에 따른 제어 신호, 즉 타겟 SOC 신호를 복수의 배터리 팩(1000)에 송신할 수 있다. 이러한 통신부(210)는 다양한 방식의 통신 모듈이 가능하며, 예를 들어 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등의 무선 통신 모듈을 이용할 수 있다.
2.2. 관리부
관리부(220)는 특정 상황에 따라 특정 장소에 위치하는 복수의 배터리 팩(1000)을 관리하기 위해 마련될 수 있다. 즉, 관리부(220)는 배터리 팩(1000)의 장기보관, 운송 또는 폐기를 위해 특정 장소에 위치하는 복수의 배터리 팩(1000)을 특정 상황에 맞는 SOC를 갖도록 제어할 수 있다. 이때, 관리부(220)는 특정 상황에 따른 환경 설정값의 제어 신호를 생성할 수 있다. 환경 설정값은 특정 상황, 특정 지역에 따라 배터리 팩(1000)의 SOC를 관리하기 위한 타겟 SOC 신호를 포함할 수 있다. 즉, 배터리 팩(1000)의 장기보관, 운송 또는 폐기에 따라 타겟 SOC가 다를 수 있고 해당 상황에 따른 타겟 SOC 신호를 관리부(220)가 생성할 수 있다. 예를 들어, 장기 보관 및 운송의 경우 타겟 SOC를 20% 내지 30%로 설정할 수 있고, 폐기의 경우 타겟 SOC를 0%로 설정할 수 있다. 이러한 특정 상황에 따른 타겟 SOC는 소정의 메모리부(미도시)에 저장될 수 있고, 관리부(220)는 메모리부에 저장된 정보 데이터를 읽어와 통신부(210)를 통해 배터리 팩(1000)으로 전송할 수 있다. 또한, 타겟 SOC는 관리자가 특정 상황에 따라 조절하여 메모리부에 저장할 수 있다. 한편, 관리부(220)는 특정 장소에 위치하는 복수의 배터리 팩(1000)을 웨이크업시키기 위한 웨이크업 신호를 생성하여 통신부(210)를 통해 복수의 배터리 팩(1000)으로 전송할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 통신부(120)를 구비하여 외부 장치, 즉 원격 관리기(2000)로부터의 제어 신호에 따라 배터리 팩(1000)의 SOC를 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 배터리 팩 관리 장치는 적어도 하나의 배터리 팩(1000)이 특정 상황에 따라 특정 장소에 위치하게 되고, 원격 관리기(2000)로부터의 제어 신호에 따라 배터리 팩(1000)의 SOC를 특정 상황에 맞게 조절하게 된다. 이를 위해 배터리 팩(1000)은 통신부(120)가 원격 관리기(2000)로부터 제어 신호를 입력하여 제어부(150)로 전달하고, 제어부(150)는 측정부(130)를 통해 측정된 배터리(110)의 상태에 따라 SOC 추정부(140)에서 추정된 배터리 팩의 SOC를 원격 관리기(2000)로부터 입력된 타겟 SOC와 비교하여 SOC 조절부(160)를 이용하여 배터리 팩의 SOC를 조절하게 된다. 이때, 제어부(150)는 원격 관리기(2000)로부터의 타겟 SOC가 SOC 추정부(140)를 통한 팩 SOC를 비교하여 팩 SOC가 타겟 SOC보다 높으면 SOC 조절부(160)를 이용하여 배터리(110)를 방전시켜 팩 SOC를 낮춰주게 된다. 결국, 본 발명은 복수의 배터리 팩(1000)이 특정 상황에 따라 특정 장소에 위치하게 되면 원격 관리기(2000)의 제어에 따라 배터리 팩이 특정 상황에 맞는 SOC를 갖도록 배터리 팩(1000)을 무선 제어하게 된다. 따라서, 본 발명은 배터리 팩의 운송, 보관 또는 폐기 시 해당 장소에 배터리 팩을 위치시키는 것만으로도 해당 환경에서 제공되는 무선 제어 신호를 통해 배터리 팩이 적합한 상태로 자동 제어되도록 할 수 있다. 즉, 복수의 배터리 팩 각각의 SOC를 확인하기 위해 각각의 배터리 팩을 시스템에 각각 연결하여 방전하지 않고 복수의 배터리 팩을 한꺼번에 방전할 수 있으므로 배터리 팩의 SOC를 제어하는 시간을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명은 복수의 배터리 팩(1000)이 소정의 용기에 수용되어 특정 장소에 위치할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 배터리 팩(1000)이 배터리 랙(3000)에 수용되어 특정 장소에 수용될 수 있다. 물론, 특정 장소에 배터리 랙(3000)이 마련되고 복수의 배터리 팩(1000)이 배터리 랙(3000)에 수납됨으로써 복수의 배터리 팩(1000)이 특정 장소에 위치할 수도 있다. 이때, 배터리 랙(3000)은 복수의 배터리 팩(1000)과 통신 가능할 수 있다. 즉, 배터리 랙(3000)이 복수의 배터리 팩(1000) 각각과 유선 또는 무선 연결될 수 있다. 이를 위해 배터리 랙(3000)에 유선 통신 단자 또는 무선 통신 단자가 마련될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 팩(1000)과 통신 연결된 배터리 랙(3000)는 무선 관리기(2000)와 무선 연결될 수 있다. 따라서, 무선 관리기(2000)의 환경 설정값에 따른 타겟 SOC 신호가 배터리 랙(3000)을 통해 복수의 배터리 팩(1000)에 각각 공급될 수 있다.
한편 본 발명의 원격 관리기는 배터리 팩들이 장착되는 배터리 랙(미도시)을 포함할 수 있으며, 배터리 랙에 장착되는 배터리 팩들은 원격 관리기와 유선 통신연결될 수 있도록 배터리 랙에는 배터리 팩 통신접속부가 구비될 수 있다. 이 경우, 상술한 배터리 팩은 유선 통신접속부를 구비하도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 장치를 이용한 배터리 팩 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 방법은 특정 상황에 따라 복수의 배터리 팩(1000)이 특정 장소에 유입되는 과정(S110)과, 복수의 배터리 팩(1000)이 웨이크업 신호를 입력하여 웨이크업되는 과정(S120)과, 복수의 배터리 팩(1000) 각각이 각각의 팩 SOC를 추정하는 과정(S130)과, 특정 장소에 위치하는 원격 관리기(2000)로부터 타겟 SOC 신호를 수신하는 과정(S140)과, 복수의 배터리 팩(1000) 각각이 각각의 팩 SOC와 타겟 SOC를 비교하는 과정(S150)과, 비교 결과 팩 SOC가 타겟 SOC보다 낮은 경우 배터리 팩(1000)이 방전 완료되었음을 원격 관리기(2000)로 전달하는 과정(S160)과, 비교 결과 팩 SOC가 타겟 SOC보다 높을 경우 배터리 팩(1000)의 배터리(110)를 방전시켜 SOC를 조절하는 과정(S170)과, 배터리의 SOC를 조절하는 동안 방전 전류(Ivar)를 측정하여 기준 전류(Ith)와 비교하는 과정(S180)과, 방전 전류(Ivar)가 기준 전류(Ith)보다 높으면 방전 저항의 저항값을 증가시켜 방전 전류(Ivar) 값을 낮추는 가변저항 조절 과정(S190)을 포함할 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 관리 방법을 각 과정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
S110 : 복수의 배터리 팩(1000)은 장기보관, 운송, 폐기 등 특정 상황에 따라 특정 장소에 유입되어 위치하게 된다. 예를 들어, 장기보관을 위해 소정의 장소(예컨데 보관 창고)에 복수의 배터리 팩(1000)이 위치할 수도 있고, 운송을 위해 소정의 공간(예컨데 컨테이너)에 복수의 배터리 팩(1000)이 위치할 수도 있으며, 폐기를 위해 소정의 공간(예컨데 야적장 또는 창고)에 복수의 배터리 팩(1000)이 위치할 수도 있다. 이때, 복수의 배터리 팩(1000) 각각은 무선 통신 가능할 수 있다. 그리고, 원격 관리기(2000)는 특정 장소에 특정 상황에 따라 구비되어 해당 상황 또는 장소에 위치하는 복수의 배터리 팩(1000)을 제어할 수 있다. 이때, 원격 관리기(2000)는 무선 통신 가능하여 복수의 배터리 팩(1000)을 원격 제어할 수 있다. 즉, 원격 관리기(2000)는 장기보관을 위해 보관 창고에 위치하거나, 운송을 위해 컨테이너에 수용되거나, 폐기를 위해 야적장에 보관되는 복수의 배터리 팩(1000)을 무선 제어할 수도 있다. 한편, 배터리 팩(1000)은 일반적인 동작 시 전기전자 장치에 장착되어 전기전자 장치에 전기 에너지를 제공한다. 따라서, 본 발명은 배터리 팩(1000)이 전기전자 장치에 장착되기 이전 또는 장착된 후라도 전기전자 장치로부터 분리하여 특정 상황에서 특정 장소에 유입된다.
S120 : 복수의 배터리 팩(1000)이 원격 관리기(2000)가 설치된 특정 장소에 유입되면 원격 관리기(2000)의 관리부(220)는 웨이크업 신호를 생성하여 통신부(210)를 통해 복수의 배터리 팩(1000)에 전송한다. 복수의 배터리 팩(1000)은 원격 관리기(2000)로부터 웨이크업 신호를 입력하여 웨이크업된다. 즉, 복수의 배터리 팩(1000) 각각의 통신부(120)는 원격 관리기(2000)의 통신부(210)로부터 웨이크업 신호를 입력하여 제어부(150)로 전달하고, 제어부(150)를 웨이크업 신호를 입력하여 배터리 팩(1000)을 웨이크업시킨다. 웨이크업 신호에 따라 제어부(150)가 배터리(110)를 구동시키거나 배터리 팩(1000) 내부에 마련된 소정의 전원 공급부(미도시)를 구동시켜 배터리 팩(1000)을 웨이크업시킨다, 배터리(110) 또는 소정의 전원 공급부로부터 배터리 팩(1000)을 이루는 구성 요소, 즉 측정부(130), SOC 추정부(140), 제어부(150)에 전원이 공급됨으로써 배터리 팩(1000)이 웨이크업된다. 물론, 웨이크업 신호는 제어부(150)를 거치지 않고 배터리(110) 또는 소정의 전원 공급부에 인가될 수 있고, 그에 따라 배터리(110) 또는 소정의 전원 공급부로부터 배터리 팩(1000)의 구성 요소에 전원이 공급됨으로써 배터리 팩(1000)이 웨이크업될 수도 있다. 한편, 웨이크업 신호는 소정의 주기로 입력될 수 있다. 즉, 원격 관리기(2000)로부터 소정 주기로 웨이크업 신호가 입력되어 배터리 팩(1000)이 소정 주기로 웨이크업될 수 있다.
S130 : 배터리 팩(1000)이 웨이크업된 후 배터리 팩(1000)의 SOC, 즉 팩 SOC를 추정하고 추정된 초기 SOC를 통신부(120)를 통해 원격 관리기(2000)로 송신한다. SOC를 추정하기 위해 다양한 방식이 있을 수 있다. 첫번째 방법으로, SOH 추정부(미도시)로부터 추정된 배터리(110)의 용량과 측정부(130)로부터 측정되어 평균값이 산출된 배터리(110)의 전류를 이용하여 배터리(110)의 SOC를 추정할 수 있다. 즉, SOC 추정부(140)는 산출된 평균 전류값을 소정 시간 동안의 적산하고, 이를 SOH 추정부로부터 추정된 배터리 용량(Capacity)으로 나눠 배터리(110)의 SOC를 추정할 수 있다. 두번째 방법으로, SOC 추정부(140)는 배터리(110)의 OCV(Open Circuit Voltage)를 이용하여 SOC를 추정할 수 있다. 즉, 측정부(130)에서 측정된 OCV를 초기 OCV 테이블을 참고하여 그에 매칭된 SOC를 추출함으로써 SOC를 추정할 수 있다. 이때, OCV로 추정한 초기 SOC를 추정하고 방전 전류를 측정하여 SOC를 추정할 수도 있다. 이외의 다양한 방법을 팩 SOC를 추정할 수 있다.
S140 : 배터리 팩(1000)의 초기 SOC를 송신한 후 배터리 팩(1000)은 원격 관리부(2000)로부터 타겟 SOC 신호를 수신할 수 있다. 즉, 원격 관리부(2000)의 관리부(220)로부터 생성된 타겟 SOC 신호를 통신부(210)를 통해 배터리 팩(1000)의 통신부(120)로 전송하고, 통신부(120)를 이를 수신하여 제어부(150)로 전달할 수 있다. 여기서, 원격 관리부(2000)의 관리부(220)는 배터리 팩(1000)의 장기보관, 운송 또는 폐기를 위해 특정 장소에 위치하는 복수의 배터리 팩(1000)의 SOC를 관리하기 위한 타겟 SOC 신호를 생성할 수 있다. 즉, 배터리 팩(1000)의 장기보관, 운송 또는 폐기에 따라 타겟 SOC가 다를 수 있고 해당 상황에 따른 타겟 SOC 신호를 관리부(220)가 생성할 수 있다. 예를 들어, 장기 보관 및 운송의 경우 타겟 SOC를 20% 내지 30%로 설정할 수 있고, 폐기의 경우 타겟 SOC를 0%로 설정할 수 있다.
원격 관리부(2000)의 관리부(220)는 수신한 배터리 팩(1000)의 초기 SOC와 타겟 SOC와의 차이를 비교하여 외부 방전신호를 배터리로 전송할 수 있다. 이 때 외부 방전신호와 함께 또는 단독으로 상기 초기 SOC와 타겟 SOC와의 차이에 따라 방전속도를 지정하는 제1 방전속도 지정신호를 배터리로 전송할 수 있다.
S150 : 복수의 배터리 팩(1000)이 팩 SOC와 타겟 SOC를 비교한다. 즉, 제어부(150)는 SOC 추정부(140)로부터 추정된 팩 SOC와 원격 관리부(2000)로부터 통신부(120)를 통해 타겟 SOC를 수신하고 이들을 비교한다. 예를 들어, 제어부(150)는 팩 SOC가 타겟 SOC보다 큰지를 비교하여 판단한다.
S160 : 팩 SOC와 타겟 SOC를 비교하여 팩 SOC가 타겟 SOC보다 작으면 배터리 팩(1000)이 특정 상황에 맞는 SOC를 가지고 있음을 원격 관리기(2000)로 송신한다. 즉, 팩 SOC가 타겟 SOC보다 작으면 배터리(110)가 소정 레벨 이하로 방전된 상태임을 원격 관리기(2000)에 소정의 신호로서 송신한다.
S170 : 그러나, 팩 SOC가 타겟 SOC보다 크면 제어부(150)는 SOC 제어 신호를 생성하여 SOC 조절부(160)로 인가한다. SOC 조절부(160)는 SOC 제어 신호를 입력하여 배터리(110)를 방전시키게 된다. 즉, SOC 조절부(160)는 스위치(161) 및 방전 저항(162)을 포함하는 스위치(161)가 제어부(150)로부터의 SOC 제어 신호에 따라 턴온되어 배터리(110)에 충전된 전하를 방전 저항(162)을 통해 방전시키게 된다. SOC 조절부(160)를 이용하여 배터리(110)를 방전시킴으로써 팩 SOC를 조절하게 된다. 이러한 팩 SOC의 조절은 팩 SOC가 타겟 SOC보다 낮아질 때까지 실시하게 된다.
이때, 제어부(150)는 상기 제1 방전속도 지정신호를 수신하여 SOC 조절부(160)로 전달하거나, 팩 SOC와 타겟 SOC를 비교하여 그 차이에 기반한 제2 방전속도 지정신호를 생성하여 SOC 조절부(160)로 전달할 수 있다.
제1 또는 제2 방전속도 지정신호가 있는 경우, 후술하는 방전 저항(162) 값을 지정된 방전속도에 맞추어 조절할 수 있다. 방전 속도를 높이고자 하는 경우 방전 저항의 저항값을 낮추어 방전전류를 높일 수 있다. 그러나, 방전속도 증가를 위해 방전저항(162)의 저항값을 낮추는 경우라도, 아래 S190 단계에서 설명하는 것처럼 방전 전류(Ivar)가 기준 전류(Ith)보다 높으면, 방전저항의 저항값을 증가시킨다.
S180 : 제어부(150)는 SOC 제어 신호를 인가하여 SOC 조절부(160)를 통해 배터리(110)를 방전시켜 팩 SOC를 조절하는 동안 SOC 조절부(160)의 방전 저항(162)을 통해 흐르는 전류를 측정한다. 방전 저항(162)은 가변 저항으로 이루어질 수 있으며, 제어부(150)는 방전 저항(162)을 흐르는 전류, 즉 방전 전류(Ivar)와 기준 전류(Ith)를 비교한다.
S190 : 방전저항을 통하여 흐르는 방전 전류(Ivar)와 소정의 기준 전류(Ith)를 비교하여 방전 전류(Ivar)가 기준 전류(Ith)보다 높으면, 방전 저항(162)의 저항값을 증가시킬 수 있다. 여기서, 기준 전류(Ith)는 배터리 팩 제조사의 지정 값으로 방전 시 배터리 팩 온도가 너무 높아지지 않도록 설정되는 안전 전류 값일 수 있으며, 배터리 방전 안전 전류 값이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1000 : 배터리 팩 2000 : 원격 관리기
3000 : 배터리 랙 110 : 배터리
120 : 통신부 130 : 측정부
140 ; SOC 추정부 150 : 제어부
160 : SOC 조절부 210 : 통신부
220 : 관리부

Claims (19)

  1. 충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    상기 배터리의 초기 SOC를 외부 장치로 송신하고, 상기 외부 장치로부터 타겟 SOC를 입력받는 통신부;
    상기 배터리의 SOC를 추정하는 SOC 추정부;
    상기 타겟 SOC에 따라 배터리의 SOC를 조절하기 위한 SOC 조절 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 SOC 조절 신호에 따라 상기 배터리의 SOC를 조절하는 SOC 조절부를 포함하는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 팩은 특정 상황에 따라 특정 장소에 유입되어 상기 외부 장치로부터의 웨이크업 신호에 따라 웨이크업되는 배터리 팩.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 웨이크업 신호는 소정 주기로 입력되는 배터리 팩.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 배터리 팩의 장기보관, 운송 또는 폐기 등의 배터리 팩 운용상태에 따라 상기 타겟 SOC가 다르게 입력되는 배터리 팩.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어부는 상기 SOC 추정부에 의해 추정된 배터리의 SOC와 타겟 SOC를 비교하여 상기 SOC 조절 신호를 출력하는 배터리 팩.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 SOC 조절부는 상기 배터리와 연결된 스위치와, 상기 스위치와 연결된 방전 저항을 포함하고,
    상기 스위치가 상기 SOC 조절 신호에 따라 구동되어 상기 방전 저항을 통해 상기 배터리를 방전시켜 상기 배터리의 SOC가 상기 타겟 SOC보다 낮아지도록 하는 배터리 팩.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 방전 저항은 가변 저항을 포함하고, 상기 제어부는 상기 방전 저항의 저항을 가변시켜 상기 배터리 팩의 온도를 제어하는 배터리 팩.
  8. 외부와의 통신이 가능한 적어도 하나의 배터리 팩;
    상기 적어도 하나의 배터리 팩과 이격되며 통신을 이용하여 상기 적어도 하나의 배터리 팩을 관리하기 위한 원격 관리기를 포함하고,
    상기 원격 관리기는 타겟 SOC를 설정하여 상기 배터리 팩에 송신하고, 상기 배터리 팩은 상기 타겟 SOC에 따라 팩 SOC를 조절하는 배터리 팩 관리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 배터리 팩은 특정 상황에 따라 특정 장소에 유입되어 상기 원격 관리기로부터의 웨이크업 신호에 따라 웨이크업되는 배터리 팩 관리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 배터리 팩의 장기보관, 운송 또는 폐기에 따라 상기 타겟 SOC가 다른 배터리 팩 관리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 배터리 팩은,
    충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    상기 배터리의 초기 SOC를 상기 원격 관리기로 송신하고, 상기 원격 관리기로부터 상기 타겟 SOC를 수신하는 제 1 통신부;
    상기 배터리 팩의 SOC를 추정하는 SOC 추정부;
    상기 타겟 SOC와 팩 SOC의 비교 결과에 따라 배터리의 SOC를 조절하기 위한 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 배터리의 SOC를 조절하는 SOC 조절부를 포함하는 배터리 팩 관리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제어부는 상기 팩 SOC가 타겟 SOC보다 클 때 팩 SOC를 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 배터리 팩 관리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 SOC 조절부는 상기 배터리와 연결된 스위치와, 상기 스위치와 연결된 방전 저항을 포함하고,
    상기 스위치가 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되어 상기 방전 저항을 통해 상기 배터리를 방전시키는 배터리 팩 관리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 방전 저항은 가변 저항을 포함하고, 방전 저항을 흐르는 방전전류가 소정의 기준전류보다 낮아지도록 상기 방전 저항의 저항을 가변시켜 상기 배터리가 방전되도록 하는 배터리 팩 관리 장치.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 원격 관리기는,
    상기 배터리 팩으로 웨이크업 신호 및 타겟 SOC를 송신하고, 상기 배터리 팩으로부터 초기 SOC를 수신하는 제 2 통신부;
    상기 웨이크업 신호 및 타겟 SOC를 생성하여 상기 제 2 통신부를 통해 상기 배터리 팩을 관리하기 위한 관리부를 포함하는 배터리 팩 관리 장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하고, 무선 통신 또는 유선 통신을 통하여 배터리 팩과 통신하는 배터리 랙을 더 포함하는 배터리 팩 관리 장치.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 원격 관리부는 상기 배터리 랙을 통해 상기 배터리 랙에 수용된 상기 적어도 하나의 배터리 팩을 관리하는 배터리 팩 관리 장치.
  18. 특정 상황에 따라 적어도 하나의 배터리 팩이 특정 장소에 유입되는 과정과,
    상기 배터리 팩이 웨이크업 신호를 입력하여 웨이크업되는 과정과,
    상기 배터리 팩의 팩 SOC를 추정하는 과정과,
    원격 관리기로부터 타겟 SOC를 수신하는 과정과,
    상기 팩 SOC와 타겟 SOC를 비교하는 과정과,
    비교 결과 팩 SOC가 타겟 SOC보다 낮은 경우 배터리 팩이 방전 완료되었음을 원격 관리기로 전달하는 과정과,
    비교 결과 팩 SOC가 타겟 SOC보다 높을 경우 팩 SOC를 조절하는 과정을 포함하는 배터리 팩 관리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 팩 SOC를 조절하는 동안 방전 전류를 측정하여 기준 전류와 비교하는 과정과,
    상기 방전 전류가 기준 전류보다 높으면 방전 저항의 저항값을 증가시켜 SOC를 조절하는 과정을 더 포함하는 배터리 팩 관리 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117811169B (zh) * 2024-02-29 2024-05-10 威海凯瑞电气股份有限公司 电池主动均衡管理系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101749730B1 (ko) 2014-12-29 2017-06-21 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱 장치 및 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101441761B1 (ko) * 2012-12-28 2014-09-17 주식회사 포스코아이씨티 배터리 에너지 저장 시스템
US10162010B2 (en) * 2014-11-28 2018-12-25 Robert Bosch Gmbh Wireless network based battery management system
KR20190067992A (ko) * 2017-12-08 2019-06-18 현대자동차주식회사 차량 및 차량의 제어방법
KR20210104211A (ko) * 2020-02-14 2021-08-25 ㈜브레이크 더 룰스 Hppc를 이용한 배터리팩용 관리 시스템
JP6869580B1 (ja) * 2020-04-10 2021-05-12 東洋システム株式会社 中古バッテリーユニット保管庫

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101749730B1 (ko) 2014-12-29 2017-06-21 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱 장치 및 방법

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