KR20240006204A - 배터리의 순차적 충전을 위한 배터리 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

배터리의 순차적 충전을 위한 배터리 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 팩; 및 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하고, 상기 수집된 전압 값을 기초로 상기 복수의 배터리 팩의 충전을 제어하는 배터리 제어 장치;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하고, 상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어할 수 있다. 여기서, 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 상기 배터리 제어 장치는, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신할 수 있다.

Description

배터리의 순차적 충전을 위한 배터리 시스템 및 이의 제어 방법{BATTERY SYSTEM FOR SEQUENTIALLY CHARGING BATTERIES AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전압이 상이한 배터리들을 순차적으로 충전하기 위한 배터리 시스템, 배터리 제어 장치 및 배터리 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 방전 이후에도 충전을 통해 재사용이 가능한 전지로, 휴대용 전화기, 태블릿 PC, 청소기 등 소형 디바이스의 에너지원으로 활용될 수 있으며, 자동차, 스마트 그리드용 ESS(Energy Storage System) 등 중대형 디바이스의 에너지원으로서도 활용되고 있다.
이차 전지는 시스템의 요구 조건에 따라 다수의 배터리 셀들이 직병렬로 연결된 배터리 모듈, 또는 배터리 모듈들이 직병렬로 연결된 배터리 팩 등의 어셈블리 형태로 시스템에 적용된다. 전기자동차 등 중대형 디바이스의 경우, 해당 디바이스의 요구 용량을 만족시키기 위하여, 다수의 배터리 팩이 병렬로 연결된 고용량의 배터리 시스템이 적용될 수 있다.
이와 같이 다수의 배터리 팩이 구성된 고용량의 배터리 시스템에서, 용량 확장을 위해 새로운 배터리 팩이 추가 설치되거나, 또는 일부 배터리 팩에 이상이 발생한 경우, 배터리 팩들간 높은 전압차가 나타날 수 있다. 이 때, 일반적인 충전 방법을 이용해 배터리 팩들을 충전하는 경우, 충전 효율이 낮아지며, 배터리 수명이 저하되고, 배터리 시스템의 일부 부품이 손상될 수 있다.
이에, 높은 전압 차를 나타내는 배터리 팩들을 충전하기 위한 적절한 제어 기술이 필요하다.
한국 등록특허 10-1610927 호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배터리의 순차적 충전을 위한 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 이러한 배터리 시스템의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 배터리 시스템의 동작을 제어하는 배터리 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 팩; 및 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하고, 상기 수집된 전압 값을 기초로 상기 복수의 배터리 팩의 충전을 제어하는 배터리 제어 장치;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하고, 상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어할 수 있다. 여기서, 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 상기 배터리 제어 장치는, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정하고, 상기 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별하여, 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 충전 그룹이 목표 전압까지 충전되면, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별하고, 상기 선별된 제3 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하여, 상기 충전 그룹을 갱신할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별하고, 상기 선별된 제4 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가할 수 있다.
상기 제3 임계값은, 배터리 팩의 전압 값을 계측하는 전압 계측 장치의 계측 오차 범위 및 상기 배터리 제어 장치의 데이터 처리 속도 중 적어도 하나에 기초하여 정의될 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어 방법은, 복수의 배터리 팩; 및 배터리 제어 장치를 포함하는 배터리 시스템의 제어 방법으로서, 상기 배터리 제어 장치가, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하는 단계; 상기 배터리 제어 장치가, 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하는 단계; 상기 배터리 제어 장치가, 상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어하는 단계; 및 상기 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 상기 배터리 제어 장치가, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 결정하는 단계는, 상기 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정하는 단계; 상기 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 갱신하는 단계는, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별하는 단계; 및 상기 선별된 제3 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 갱신하는 단계는, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별하는 단계; 및 상기 선별된 제4 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치는, 복수의 배터리 팩을 포함한 배터리 시스템 내에 위치하는 배터리 제어 장치로서, 적어도 하나의 프로세서; 상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하는 명령; 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하는 명령; 상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어하는 명령; 및 상기 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 결정하는 명령은, 상기 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정하는 명령; 상기 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별하는 명령; 및 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 갱신하는 명령은, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별하는 명령; 및 상기 선별된 제3 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 갱신하는 명령은, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별하는 명령; 및 상기 선별된 제4 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 일정 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩들을 그룹화하여 순차적으로 충전함으로써, 높은 전압 차를 나타내는 배터리 팩들을 효과적으로 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.
도 3은 전압 차를 나타내는 배터리 팩들의 예시이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도 3에 도시된 배터리 팩들의 충전을 제어하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 도 3에 도시된 배터리 팩들의 충전 그룹을 갱신하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
배터리 셀은 전력을 저장하는 역할을 수행하는 최소 단위이며, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들이 전기적으로 연결된 집합체를 의미한다.
배터리 팩 또는 배터리 랙은, 배터리 제조사에서 설정한 모듈 단위를 전기적으로 연결하여 BMS를 통해 모니터링과 제어가 가능한 최소 단일 구조의 시스템을 의미하며, 여러 개의 배터리 모듈과 1개의 BPU 또는 보호장치를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 뱅크(Bank)는, 복수의 배터리 랙들을 병렬 연결하여 구성되는 큰 규모의 배터리 랙 시스템의 집합 군을 의미할 수 있다. 배터리 뱅크 단위의 BMS를 통해 배터리 랙 단위의 랙 BMS(RBMS)에 대한 모니터링과 제어를 수행할 수 있다.
배터리 어셈블리는, 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성되며, 특정 시스템 또는 장치에 적용되어 전력 공급원으로 기능하는 집합체를 의미한다. 여기서, 배터리 어셈블리는 배터리 모듈, 배터리 팩, 배터리 랙 또는 배터리 뱅크 등을 의미할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다.
SOC(State of Charge; 충전율)는 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 잔존율)은 배터리의 현재 잔존 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.
정격 용량(Nominal Capacity; Nominal Capa.)는 배터리 제조사에서 개발 시 설정한 배터리의 설정 용량[Ah]을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템은 복수의 배터리 팩(100)들을 포함하여 구성되는 배터리 어셈블리와, 배터리 제어 장치(200)를 포함한다.
복수의 배터리 팩(100)들은 상호 병렬로 연결되어 배터리 어셈블리에 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템은, 전기 자동차에 포함되어 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 개체에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 팩이 구비된 디바이스에 적용되어, 이하에서 설명하는 제어 동작을 통해 전압차를 나타내는 배터리 팩들의 충전을 제어할 수 있다.
배터리 제어 장치(200)는, 배터리 시스템 내부에 위치한 BMS에 포함되어 구현될 수 있다.
배터리 제어 장치(200)는, 복수의 배터리 팩(100) 각각에 대한 전압 값을 수집하고, 수집된 전압 값을 기초로 복수의 배터리 팩의 충전을 제어할 수 있다. 여기서, 배터리 제어 장치(200)는, 복수의 배터리 팩(100) 각각과 연결된 충전 회로를 제어(예를 들어, 릴레이 회로의 ON/OFF 제어)하는 방식으로 배터리 팩 각각의 충전을 제어할 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 5를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리 시스템 및 배터리 제어 장치(200)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.
배터리 제어 장치(200)는, 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집한다. 여기서, 배터리 제어 장치(200)는, 기설정된 단위 시간(예를 들어, 1초) 또는 기정의된 시점(예를 들어, 충전 그룹의 결정 또는 갱신 시점)마다 배터리 팩의 전압 값을 수집할 수 있다.
배터리 제어 장치(200)는, 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 기초로 복수의 배터리 팩들 중 일부를 포함하는 충전 그룹을 결정한다(S210).
여기서, 배터리 제어 장치(200)는, 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하고, 선별된 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정할 수 있다. 한편, 선별된 배터리 팩이 비정상 상태로 판정된 배터리 팩인 경우, 비정상 상태의 배터리 팩은 충전 그룹에서 배제될 수 있다.
이후, 배터리 제어 장치(200)는, S210에서 결정된 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어한다(S220). 여기에서, 목표 전압은 충전 그룹에 포함되지 않은 배터리 팩 각각의 전압값 중 가장 낮은 값으로 정의될 수 있다.
충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 목표 전압까지 충전되면, 배터리 제어 장치(200)는, 모든 배터리 팩의 충전이 완료되었는지 체크한다(S230).
모든 배터리 팩의 충전이 완료된 상태가 아니라면(S230의 YES), 배터리 제어 장치(200)는, S220에서 결정된 충전 그룹 및 목표 전압을 갱신한다(S240).
여기서, 배터리 제어 장치(200)는, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩(즉, 충전 그룹에 포함되지 않은 배터리 팩) 중, 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하고, 선별된 배터리 팩을 충전 그룹에 포함시킴으로써 충전 그룹을 갱신할 수 있다. 한편, 선별된 배터리 팩이 비정상 상태로 판정된 배터리 팩인 경우, 비정상 상태의 배터리 팩은 충전 그룹에서 배제될 수 있다. 또한, 배터리 제어 장치(200)는, 현재 설정된 목표 전압을, 갱신된 충전 그룹에 포함되지 않은 배터리 팩 각각의 전압값 중 가장 낮은 값으로 갱신할 수 있다.
이후, 배터리 제어 장치(200)는, 갱신된 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 갱신된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어한다(S220).
도 2에 도시된 바와 같이, 충전 그룹을 순차적으로 갱신하여 충전하는 프로세스는, 모든 배터리 팩의 충전이 완료(S230의 YES)될 때까지 반복 수행될 수 있다.
도 3은 전압 차를 나타내는 배터리 팩들의 예시이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도 3에 도시된 배터리 팩들의 충전을 제어하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 이하에서는, 도 3에 도시된 배터리 팩들을 예시로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3에 도시된 배터리 시스템에 포함된 배터리 팩들 각각은 상이한 전압 값을 갖는 상태이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 #1 내지 #6은 각각 300, 305, 320, 328, 350 및 355 V의 전압 값을 갖는 상태이다.
배터리 제어 장치(200)는, 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정한다. 또한, 배터리 제어 장치(200)는, 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별한다. 이후, 배터리 제어 장치(200)는, 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정한다.
예를 들어, 도 4(A)를 참조하면, 배터리 제어 장치(200)는, 팩 #1 내지 #6중에서, 가장 낮은 전압값(300V)을 나타내는 팩 #1을 제1 배터리 팩으로 결정한다. 제1 임계값이 10V로 정의된 경우, 배터리 제어 장치(200)는, 310V 이하의 전압 값을 나타내는 팩 #2를 제2 배터리 팩으로 결정하고, 팩 #1과 팩 #2를 충전 그룹으로 결정한다.
배터리 제어 장치(200)는, 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어한다. 여기서, 목표 전압은 충전 그룹에 포함되지 않은 배터리 팩 각각의 전압값 중 가장 낮은 값으로 정의될 수 있다.
예를 들어, 도 4(A)를 참조하면, 목표 전압은, 충전 그룹에 포함되지 않은 팩 #3 내지 #6의 전압 값 중에서 가장 낮은 값인 320V으로 정의될 수 있다. 배터리 제어 장치(200)는, 충전 그룹(팩 #1, #2)이 목표 전압인 320V까지 충전되도록 제어한다.
한편, 배터리 팩이 설정된 목표 전압까지 충전되더라도, 목표 전압은 배터리 팩에 포함된 배터리 셀의 최대 전압이기 때문에, 배터리 팩의 전압은 목표 전압에 도달하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 목표 전압인 320V까지 팩 #1 및 #2의 충전이 완료된 경우, 팩 #1 및 #2 은 목표 전압320V 이하인 318V의 전압 값을 갖는 상태일 수 있다.
충전 그룹이 목표 전압까지 충전되면, 배터리 제어 장치(200)는, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별한다. 이후, 배터리 제어 장치(200)는, 선별된 제3 배터리 팩을 충전 그룹에 추가하여, 충전 그룹을 갱신한다. 또한, 배터리 제어 장치(200)는, 현재 설정된 목표 전압을, 갱신된 충전 그룹에 포함되지 않은 배터리 팩 각각의 전압값 중 가장 낮은 값으로 갱신한다.
예를 들어, 제2 임계값이 10V로 정의된 경우, 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 배터리 제어 장치(200)는, 팩 #3 내지 #6 중에서 318V 이상 328V 이하의 전압값을 나타내는 팩 #3 및 #4를 제3 배터리 팩으로 결정하고, 팩 #3 및 #4를 충전 그룹에 포함시켜 충전 그룹을 갱신(팩 #1 내지 #4)한다. 또한, 배터리 제어 장치(200)는, 현재 설정된 목표 전압(320V)을, 갱신된 충전 그룹에 포함되지 않은 팩 #5 및 #6의 전압값 중에서 가장 낮은 값인 350V으로 갱신한다.
배터리 제어 장치(200)는, 갱신된 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 갱신된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어한다.
예를 들어, 도 4(C)를 참조하면, 배터리 제어 장치(200)는, 충전 그룹(팩 #1 내지 #4)이 목표 전압인 350V까지 충전되도록 제어한다. 여기서, 목표 전압(350V)까지 팩 #1 내지 #4의 충전이 완료된 경우, 팩 #1 내지 #4는 목표 전압(350V) 이하인 348V의 전압 값을 갖는 상태일 수 있다.
목표 전압까지의 충전 완료 이후, 배터리 제어 장치(200)는, 팩 #5 및 #6 중에서 348V 이상 358V 이하의 전압값을 나타내는 팩 #5 및 #6을 제3 배터리 팩으로 결정하고, 팩 #5 및 #6를 충전 그룹에 포함시켜 충전 그룹을 갱신(팩 #1 내지 #6)한다.
갱신된 충전 그룹에 포함되지 않은 배터리 팩이 없는 경우, 배터리 제어 장치(200)는, 현재 설정된 목표 전압을, 갱신된 충전 그룹에 포함된 배터리 팩 각각의 전압값 중 가장 높은 값으로 갱신할 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어 장치(200)는, 현재 설정된 목표 전압(350V)을, 갱신된 충전 그룹에 포함된 팩 #1 내지 #6의 전압값 중에서 가장 높은 값인 355V으로 갱신할 수 있다
갱신된 목표 전압(355V)까지의 충전이 완료되면, 모든 배터리 팩의 충전이 완료이 되어, 충전 프로세스는 종료된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 도 3에 도시된 배터리 팩들의 충전 그룹을 갱신하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(200)는, 배터리 팩의 계측 전압 값에 기초하여 충전 그룹을 결정하거나 갱신한다. 여기에서, 전압 계측 장치의 계측 정확도가 낮은 경우, 또는 시스템의 데이터 처리 속도가 느린 경우, 충전 그룹에 포함되어야 할 배터리 팩 일부가 누락되는 문제가 발생될 수 있다.
예를 들어, 도 5(B)에서, 충전 그룹(팩 #1, #2)의 충전이 완료되면, 배터리 제어 장치(200)는, 충전 그룹의 갱신을 위해, 팩 #3 내지 #6 중에서, 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 충전 그룹과의 전압 값 차이가 10V(제2 임계값) 이하인 제3 배터리 팩을 선별한다.
여기서, 전압 계측 장치가 일정 계측 오차 범위(예를 들어, -4V 내지 +4V)를 갖는 경우, 팩 #1 및 #2의 실제 전압 값은 318V이지만, 팩 #1 및 #2의 전압 값이 321V로 계측될 수 있다. 이 경우, 배터리 제어 장치(200)는, 팩 #3 내지 #6 중에서 321V 이상 331V 이하의 전압값을 나타내는 팩 #4를 충전 그룹에 추가하고, 충전 그룹에 포함되어야 할 팩 #3은 누락될 수 있다.
또한, 배터리 시스템이 저성능 시스템으로 구현되는 경우, 팩 #1 및 #2의 충전 완료 이후, 충전 그룹의 갱신 프로세스가 지연될 수 있다. 이 경우, 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안, 팩 #1 및 #2는 미소 충전 전류에 의해 전압이 319V로 상승될 수 있다. 이 경우, 배터리 제어 장치(200)는, 팩 #3 내지 #6 중에서 319V 이상 329V 이하의 전압값을 나타내는 팩 #4를 충전 그룹에 추가하고, 충전 그룹에 포함되어야 할 팩 #3은 누락될 수 있다.
배터리 제어 장치(200)는, 충전 그룹 갱신시, 전압 계측 장치의 계측 성능 및 배터리 시스템의 데이터 처리 속도에 의해, 충전 그룹에 포함되어야 할 배터리 팩이 누락되지 않도록, 아래 실시예에 따른 동작을 수행할 수 있다.
배터리 제어 장치(200)는, 충전 그룹이 목표 전압까지 충전되면, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별한다. 이후, 배터리 제어 장치(200)는, 선별된 제4 배터리 팩을 충전 그룹에 추가한다.
예를 들어, 도 5(B)에서, 팩 #1 및 #2의 충전 완료 후, 팩 #1 및 #2의 전압이 321V로 측정된 경우, 배터리 제어 장치(200)는, 팩 #3 내지 #6 중에서 321V 이상 331V 이하의 전압 값을 나타내는 팩 #4를 충전 그룹에 추가한다. 또한, 제3 임계값이 5V로 정의된 경우, 배터리 제어 장치(200)는, 316V 이상 321V 미만의 전압 값을 나타내는 팩 #3를 충전 그룹에 추가한다. 본 실시예에 따르면, 팩 #3 및 #4 모두 갱신되는 충전 그룹에 포함될 수 있다.
제3 임계값은, 전압 계측 장치의 계측 오차 범위 및 배터리 제어 장치의 데이터 처리 속도 중 적어도 하나에 기초하여 정의될 수 있다.
실시예에서, 제3 임계값은, 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제2 임계값이 10V이고, 전압 계측 장치의 계측 오차 범위가 -4V 내지 +4V인 경우, 제3 임계값은 4 이상 10 이하의 값으로 정의될 수 있다.
다른 실시예에서, 제3 임계값은, 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다. 여기에서, 상기 상승 전압 최대값은, 충전 그룹 갱신 프로세스에 대한 사전 테스트를 통해 정의될 수 있다. 예를 들어, 제2 임계값이 10V이고, 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값이 1V인 경우, 제3 임계값은 1 이상 10 이하의 값으로 정의될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치(600)는, 복수의 배터리 팩을 포함한 배터리 시스템 내에 위치하며, 적어도 하나의 프로세서(610), 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리(620) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(630)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하는 명령; 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하는 명령; 상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어하는 명령; 및 상기 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 결정하는 명령은, 상기 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정하는 명령; 상기 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별하는 명령; 및 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 갱신하는 명령은, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별하는 명령; 및 상기 선별된 제3 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 충전 그룹을 갱신하는 명령은, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별하는 명령; 및 상기 선별된 제4 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 명령;을 포함할 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
상기 제3 임계값은, 상기 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의될 수 있다.
배터리 제어 장치(600)는 또한, 입력 인터페이스 장치(640), 출력 인터페이스 장치(650), 저장 장치(660) 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 제어 장치(600)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(670)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 프로세서(610)는 중앙처리장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(또는 저장 장치)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 배터리 팩
200: 배터리 제어 장치
600: 배터리 제어 장치

Claims (19)

  1. 복수의 배터리 팩; 및
    상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하고, 상기 수집된 전압 값을 기초로 상기 복수의 배터리 팩의 충전을 제어하는 배터리 제어 장치;를 포함하며,
    상기 배터리 제어 장치는,
    기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하고, 상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어하고, 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신하는, 배터리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정하고, 상기 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별하여, 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정하는, 배터리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 충전 그룹이 목표 전압까지 충전되면, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별하고, 상기 선별된 제3 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하여, 상기 충전 그룹을 갱신하는, 배터리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별하고, 상기 선별된 제4 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는, 배터리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3 임계값은,
    배터리 팩의 전압 값을 계측하는 전압 계측 장치의 계측 오차 범위 및 상기 배터리 제어 장치의 데이터 처리 속도 중 적어도 하나에 기초하여 정의되는, 배터리 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 임계값은,
    상기 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의되는, 배터리 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 임계값은,
    상기 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의되는, 배터리 시스템.
  8. 복수의 배터리 팩; 및 배터리 제어 장치를 포함하는 배터리 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 배터리 제어 장치가, 상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하는 단계;
    상기 배터리 제어 장치가, 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하는 단계;
    상기 배터리 제어 장치가, 상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어하는 단계; 및
    상기 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 상기 배터리 제어 장치가, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신하는 단계;를 포함하는, 배터리 시스템의 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 충전 그룹을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정하는 단계;
    상기 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정하는 단계;를 포함하는, 배터리 시스템의 제어 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 충전 그룹을 갱신하는 단계는,
    충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별하는 단계; 및
    상기 선별된 제3 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 단계;를 포함하는, 배터리 시스템의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 충전 그룹을 갱신하는 단계는,
    충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별하는 단계; 및
    상기 선별된 제4 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 단계;를 포함하는, 배터리 시스템의 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 임계값은,
    상기 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의되는, 배터리 시스템의 제어 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 임계값은,
    상기 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의되는, 배터리 시스템의 제어 방법.
  14. 복수의 배터리 팩을 포함한 배터리 시스템 내에 위치하는 배터리 제어 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서;
    상기 적어도 하나의 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 복수의 배터리 팩 각각에 대한 전압 값을 수집하는 명령;
    기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 선별하여 충전 그룹을 결정하는 명령;
    상기 충전 그룹에 포함된 배터리 팩이 기정의된 목표 전압까지 함께 충전되도록 제어하는 명령; 및
    상기 목표 전압까지의 충전이 완료되면, 충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값과 기정의된 임계 범위 내의 전압 값을 갖는 배터리 팩을 선별하여, 상기 충전 그룹을 갱신하는 명령;을 포함하는, 배터리 제어 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 충전 그룹을 결정하는 명령은,
    상기 복수의 배터리 팩 중에서, 가장 낮은 전압 값을 갖는 제1 배터리 팩을 결정하는 명령;
    상기 제1 배터리 팩과의 전압 값 차이가 기설정된 제1 임계값 이하인 제2 배터리 팩을 선별하는 명령; 및
    상기 제1 및 제2 배터리 팩을 충전 그룹으로 결정하는 명령;을 포함하는, 배터리 제어 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 충전 그룹을 갱신하는 명령은,
    충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 이상이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제2 임계값 이하인 제3 배터리 팩을 선별하는 명령; 및
    상기 선별된 제3 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 명령;을 포함하는, 배터리 제어 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 충전 그룹을 갱신하는 명령은,
    충전이 진행되지 않은 배터리 팩 중, 상기 충전 그룹의 전압 값 미만이며, 상기 충전 그룹과의 전압 값 차이가 기설정된 제3 임계값 이하인 제4 배터리 팩을 선별하는 명령; 및
    상기 선별된 제4 배터리 팩을 상기 충전 그룹에 추가하는 명령;을 포함하는, 배터리 제어 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제3 임계값은,
    상기 전압 계측 장치의 최대 계측 오차값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의되는, 배터리 제어 장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제3 임계값은,
    상기 충전 그룹의 갱신을 위한 데이터 처리 시간 동안의 상승 전압 최대값 이상이며, 상기 제2 임계값 이하의 값으로 정의되는, 배터리 제어 장치.
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