KR20240087221A

KR20240087221A - 전력 공급 장치를 포함한 배터리 시스템 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR20240087221A
Application number: KR1020220172693A
Authority: KR
Inventors: 김재환; 박미소; 황진우
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-06-19

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 배터리; 상기 배터리를 관리 및 제어하는 배터리 관리 시스템; 상기 배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여, 상기 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는, 전력 공급 장치; 및 배터리 시스템의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전할 수 있도록 구성되는, 방전 회로;를 포함할 수 있다.

Description

전력 공급 장치를 포함한 배터리 시스템 및 이의 제어 방법{BATTERY SYSTEM COMPRISING POWER SUPPLY AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 배터리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리 관리 시스템의 전력 공급을 위한 전력 공급 장치를 포함하는 배터리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것에 관한 것이다.

에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 신재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템이다. 최근 지능형 전력망(smart grid)과 신재생 에너지의 보급이 확대되고 전력 계통의 효율화와 안전성이 강조됨에 따라, 전력 공급 및 수요조절, 및 전력 품질 향상을 위해 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 사용 목적에 따라 에너지 저장 시스템은 출력과 용량이 달라질 수 있으며. 대용량 에너지 저장 시스템을 구성하기 위하여 복수의 배터리 시스템들이 서로 연결될 수 있다.

예를 들어, 태양광 발전 시스템(Photo Voltaic; PV)에 적용되는 에너지 저장 시스템은 다수의 배터리로 구성된 배터리 섹션(Battery Section), 배터리 관리를 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS), 전력 변환 시스템(Power Conversion System; PCS), 에너지 관리 시스템(Energy Management System; EMS), DC-DC 컨버터 등을 포함할 수 있다.

그 중에서도 배터리 관리 시스템은 배터리를 관리하는 핵심 구성으로, 배터리 시스템에 포함되는 배터리들의 상태 정보를 수집하고, 상태 정보에 기초하여 고장 여부를 진단하며, 상위 제어기와의 연동을 통해 배터리의 동작 상태를 제어할 수 있다.

배터리 관리 시스템은, 배터리 시스템에 포함된 배터리로부터 전력을 공급받아 구동될 수 있다. 이 경우, 배터리 시스템은, 배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는, 전력 공급 장치(Power Supply)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 전력이 차단되나, 전력 공급 장치에 포함되는 입출력 캐패시터에 저장된 전력으로 인해, 일정 기간 동안 배터리 관리 시스템에 전력이 공급될 수 있다. 해당 기간 동안, 배터리 관리 시스템은, 제어 동작은 수행하지 않으나 전원 공급이 유지되는, 고착(stuck) 상태에 놓이게 된다. 이 경우, 배터리 관리 시스템은, 외부 신호(예를 들어, 웨이크업 신호)에 의한 시스템 오류 등의 예상치 못한 문제가 발생될 수 있다.

한국 공개특허 10-2021-0069451호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배터리 시스템의 동작 상태에 따라, 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전할 수 있는, 배터리 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 이러한 배터리 시스템에 구비되는 전력 공급 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 배터리 시스템의 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 배터리; 상기 배터리를 관리 및 제어하는 배터리 관리 시스템; 상기 배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여, 상기 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는, 전력 공급 장치; 및 배터리 시스템의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전할 수 있도록 구성되는, 방전 회로;를 포함할 수 있다.

상기 방전 회로는, 상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 배터리 관리 장치로 공급되지 않도록, 상기 캐패시터의 저장 전력을 방전하도록 구성될 수 있다.

상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하고, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 회로에 포함된 방전 저항을 통해 소비되도록, 방전 경로를 활성화할 수 있다.

상기 방전 회로는, 상기 전력 공급 장치의 출력단에 연결되어 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 방전 회로는, 상기 배터리 관리 시스템과 병렬로 연결되어 구성될 수 있다.

상기 방전 회로는, 기설정된 저항 값을 갖는 방전 저항; 및 상기 방전 저항과 상기 전력 공급 장치를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하고, 상기 스위치를 온(ON) 상태로 제어하여 방전 경로를 활성화함으로써, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 저항을 통해 소비되도록 할 수 있다.

상기 배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하는 경우, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 스위치를 오프(OFF) 상태로 제어하여 방전 경로를 비활성화함으로써, 상기 방전 저항과 상기 전력 공급 장치의 전기적 연결을 차단할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급 시스템은, 배터리 시스템 내에 위치하는 전력 공급 시스템으로서, 배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여, 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는, 전력 공급 장치; 및 배터리 시스템의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전할 수 있도록 구성되는, 방전 회로;를 포함할 수 있다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어 방법은, 배터리, 배터리 관리 시스템, 및 배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는 전력 공급 장치를 포함하는, 배터리 시스템의 제어 방법으로서, 상기 배터리 관리 시스템이, 상기 배터리 시스템의 동작 상태를 확인하는 단계; 및 상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 상기 배터리 관리 시스템이, 상기 전력 공급 장치의 출력단에 연결된 방전 회로를 제어하여, 상기 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전시키기 위한 방전 경로를 활성화시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 방전 경로를 활성화시키는 단계는, 상기 배터리 관리 시스템이, 상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 방전 경로를 활성화시키는 단계는, 상기 스위치를 온(ON) 상태로 제어하여, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 저항을 통해 소비되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방전 경로가 활성화된 이후 기정의된 시간이 경과되거나, 또는 상기 배터리 시스템이 충방전 모드로 전환되는 경우, 상기 배터리 관리 시스템이, 상기 스위치를 오프(OFF) 상태로 제어하여 방전 경로를 비활성화시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우 발생될 수 있는, 배터리 관리 시스템의 고착(stuck) 상태의 유지 기간을 최소화하여, 배터리 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 시스템을 나타내는 블록 구성도이다.
도 2는 종래의 배터리 시스템의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방전 회로를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방전 회로의 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.

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.

도 1은 종래의 배터리 시스템을 나타내는 블록 구성도이고, 도 2는 종래의 배터리 시스템의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 배터리 시스템은, 배터리(10), 전력 공급 장치(20) 및 배터리 관리 시스템(30)을 포함하여 구성될 수 있다.

배터리 관리 시스템(30)은, 배터리 시스템에 포함되는 배터리(10)의 상태 정보를 수집하고, 상태 정보에 기초하여 고장 여부를 진단하며, 상위 제어기와의 연동을 통해 배터리의 동작 상태를 제어할 수 있다. 여기에서, 배터리 관리 시스템(30)은, PBMS 또는 RBMS일 수 있다.

전력 공급 장치(20)는, 배터리(10)로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성된다. 예를 들어, 전력 공급 장치(20)는, 스위칭 장치를 포함하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)에 해당할 수 있다.

전력 공급 장치(20)는, 출력의 안정성을 위해 하나 이상의 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 장치(20)는, 배터리(10)로부터 전력을 공급받는 입력 측에 구비되는 입력 캐패시터, 및 배터리 관리 장치(30)로 전력을 출력하는 출력 측에 구비되는 출력 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

배터리 시스템이 충방전 모드에서 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 배터리 관리 시스템(30)의 동작이 정지되어야 한다. 이를 위해, 배터리 관리 시스템(30)은, 전력 공급 장치(20)로 공급되는 배터리(10)의 전력이 차단되도록 배터리(10)의 출력을 제어할 수 있다. 그러나, 배터리(10)의 출력 전력이 차단되더라도, 전력 공급 장치(20)의 입출력 캐패시터에 저장된 전력으로 인해, 일정 기간 동안 배터리 관리 시스템에 전력이 공급될 수 있다.

도 2에서, A는, 전력 공급 장치(20)의 입력 전압을 나타내고, B는, 전력 공급 장치(20)의 출력 전압을 나타내며, C는, 배터리 시스템의 동작 상태에 따른 제어 신호를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 배터리 시스템은 t0 시점에 충방전 모드에서 종료 모드(또는 슬립 모드)로 전환된다. 여기에서, 배터리 관리 시스템(30)은, 도2의 C에 도시된 바와 같이, t0 시점에 배터리(10)의 전력 차단 신호(low 신호)를 출력할 수 있다. 이러한 전력 차단 신호에 의해 전력 공급 장치(20)로 공급되는 배터리(10)의 전력은 차단되나, 전력 공급 장치(20)의 입력 전압(도 2의 A) 및 출력 전압(도 2의 B)은, 각각 입력 캐패시터 및 출력 캐패시터에 의해 일정 기간(t0 ~ t1) 동안 잔존하게 된다.

배터리 관리 시스템은, 해당 기간 동안 제어 동작은 수행하지 않으나 전원 공급이 유지되는, 고착(stuck) 상태에 놓이게 된다. 이 경우, 배터리 관리 시스템은, 외부 신호(예를 들어, 웨이크업 신호)에 의한 시스템 오류 등의 예상치 못한 문제가 발생될 수 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배터리 시스템의 모드 전환에 의해 발생될 수 있는, 배터리 관리 시스템의 고착(stuck) 상태의 유지 기간을 최소화하여, 배터리 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

이하, 도 3 내지 7을 참조하여 본 발명에 따른 다양한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 배터리 시스템은, 배터리(100), 배터리 관리 시스템(300) 및 배터리 관리 시스템(300)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급 시스템을 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 전력 공급 시스템은, 전력 공급 장치(200) 및 방전 회로(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

배터리(100)는, 배터리 셀 단위를 지칭할 수 있으며, 또는 배터리 어셈블리(모듈, 팩, 랙 또는 뱅크) 단위를 지칭할 수도 있다.

배터리 관리 시스템(300)은, 배터리(100)를 관리 및 제어하는 장치로, 배터리(100)의 상태 정보를 수집하고, 상태 정보에 기초하여 고장 여부를 진단하며, 상위 제어기와의 연동을 통해 배터리의 동작 상태를 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(30)은, PBMS 또는 RBMS일 수 있다.

전력 공급 장치(200)는, 배터리(100)와 배터리 관리 시스템(300)의 사이에 배치되고, 배터리(100)로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여 배터리 관리 시스템(300)에 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 장치(200)는, 스위칭 장치를 포함하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)일 수 있다. 다만, 본 발명의 범위는 이러한 객체에 한정되지 않는다.

전력 공급 장치(200)는, 출력의 안정성을 위해 하나 이상의 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 장치(200)는, 배터리(100)로부터 전력을 공급받는 입력 측에 구비되는 입력 캐패시터, 및 배터리 관리 시스템(300)으로 전력을 출력하는 출력 측에 구비되는 출력 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다.

방전 회로(400)는, 도 3에 도시된 바와같이, 전력 공급 장치(200)의 출력단에 연결되어 구성될 수 있다. 또한, 방전 회로(400)는, 배터리 관리 시스템(300)과 병렬로 연결되어 구성될 수 있다.

방전 회로(400)는, 배터리 시스템의 동작 상태에 따라, 전력 공급 장치(200)에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전할 수 있도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 방전 회로(400)는, 배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하는 경우, 전력 공급 장치(200)의 출력 전압에 영향을 미치지지 않도록, 전력 공급 장치(200)와 전기적으로 차단되도록 구성될 수 있다.

또한, 방전 회로(400)는, 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 동작하는 경우, 전력 공급 장치(200)에 구비되는 캐패시터의 저장 전력이 배터리 관리 장치(300)로 공급되지 않도록, 캐패시터의 저장 전력을 방전하도록 구성될 수 있다.

방전 회로(400)는, 전력 공급 장치(200)에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전시키기 위한 방전 저항, 및 방전 저항과 전력 공급 장치(200)를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하는 경우, 방전 회로(400)에 구비된 스위치가 오프(OFF) 상태로 동작하여 방전 경로가 비활성화되고, 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 방전 회로(400)에 구비된 스위치가 온(ON) 상태로 전환되어 방전 경로가 활성화되도록 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방전 회로를 설명하기 위한 참고도이다.

도 4를 참조하면, 방전 회로(400)는, 기설정된 저항 값을 갖는 방전 저항(Rdch) 및 스위치(SW)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서, 스위치(SW)와 방전 저항(Rdch)은 직렬 연결되어 구성되고, 스위치(SW)의 일측은 전력 공급 장치(200)의 출력단에 연결되며, 방전 저항(Rdch)의 타측은 접지될 수 있다.

방전 회로(400)에 구비되는 스위치(SW)는, 배터리 시스템의 동작 상태에 따라 제어될 수 있다. 여기에서, 스위치(SW)는 배터리 관리 시스템(300)에 의해 제어될 수 있다.

배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하는 경우, 배터리 관리 시스템(300)은, 방전 회로(400)에 구비된 스위치(SW)를 오프(OFF) 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 전력 공급 장치(200)의 출력단과 방전 저항(Rdch) 간의 연결이 차단되어, 방전 경로가 비활성화될 수 있다.

배터리 시스템이 충방전 모드에서 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 배터리 관리 시스템(300)은, 전력 공급 장치(200)로 공급되는 배터리(100)의 전력이 차단되도록 배터리(100)의 출력을 제어할 수 있다. 이 때, 배터리 관리 시스템(300)은, 배터리(100)의 출력 차단 제어와 동시에, 방전 회로(400)에 구비된 스위치(SW)를 온(ON) 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 전력 공급 장치(200)의 출력단과 방전 저항(Rdch)이 전기적으로 연결되어 방전 경로가 활성화되고, 전력 공급 장치(200)에 구비된 캐패시터의 저장 전력이 방전 저항(Rdch)을 통해 소비될 수 있다.

방전 경로가 활성화된 이후, 기정의된 시간이 경과되거나, 또는 배터리 시스템이 충방전 모드로 전환되는 경우, 배터리 관리 시스템(300)은, 방전 회로(400)에 구비된 스위치(SW)를 오프(OFF) 상태로 제어하여 방전 경로를 비활성화시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방전 회로의 구현 예를 나타내는 회로도이다.

도 5를 참조하면, 방전 회로(400)는, 방전 저항(Rdch), 및 방전 저항과 전력 공급 장치(200) 간의 연결을 제어하는 제1 스위치(SW1)를 포함하여 구성될 수 있다.

실시예에서, 방전 저항(Rdch)은, 가변 저항으로 구성되며, 전력 공급 장치(200)의 출력 전압 및 캐패시터의 용량 중 어느 하나에 기초하여 가변 제어되도록 구성될 수 있다.

제1 스위치(SW1)는 방전 저항(Rdch)과 직렬 연결되어 구성되고, 제1 스위치(SW1)의 일측은 전력 공급 장치(200)의 출력단(To)에 연결되며, 방전 저항(Rdch)의 타측은 접지될 수 있다.

방전 회로(400)에 구비되는 제1 스위치(SW1)는 배터리 관리 시스템(300)에 의해 제어될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 방전 회로(400)는, 배터리 관리 시스템(300)에서 입력되는 제어 신호에 따라 온오프되는 제2 스위치(SW2)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 제2 스위치(SW2)의 베이스는 배터리 관리 시스템(300)의 제어 신호 출력단(Tc)과 연결되어 구성될 수 있다. 이 때, 제2 스위치(SW2)는, 배터리 관리 시스템(300)으로부터 제1 신호(예를 들어, high 신호)가 입력되면 온(ON) 상태로 동작하고, 제2 신호(예를 들어, low 신호)가 입력되면 오프(0FF) 상태로 동작하도록 구성될 수 있다.

배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하는 경우, 배터리 관리 시스템(300)은, 제어 신호 출력단(Tc)을 통해 제2 신호를 출력하여 제2 스위치를 오프(OFF) 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 스위치(SW1)가 오프(OFF) 상태로 동작하게 되어, 방전 경로가 비활성화될 수 있다.

배터리 시스템이 충방전 모드에서 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 배터리 관리 시스템(300)은, 전력 공급 장치(200)로 공급되는 배터리(100)의 전력이 차단되도록 배터리(100)의 출력을 제어할 수 있다. 이 때, 배터리 관리 시스템(300)은, 배터리(100)의 출력 차단 제어와 동시에, 제어 신호 출력단(Tc)을 통해 제1 신호를 출력하여 제2 스위치를 온(ON) 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 스위치(SW1)에 게이트-소스 전압이 인가되어 제1 스위치(SW1)가 온(ON) 상태로 동작하게 되며, 전력 공급 장치(200)의 출력단(To)과 방전 저항(Rdch)이 전기적으로 연결되어 방전 경로가 활성화될 수 있다.

방전 경로가 활성화된 이후, 기정의된 시간이 경과되거나, 또는 배터리 시스템이 충방전 모드로 전환되는 경우, 배터리 관리 시스템(300)은, 제어 신호 출력단(Tc)을 통해 제2 신호를 출력하여 제2 스위치를 오프(OFF) 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 스위치(SW1)가 오프(OFF) 상태로 동작하게 되어, 방전 경로가 비활성화될 수 있다.

실시예에서, 배터리 관리 시스템(300)은, 방전 회로(400)의 정상 동작 여부를 진단할 수 있다.

보다 구체적으로, 방전 회로(400)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 방전 저항(Rdch)과 병렬 연결되는 진단 회로(R4, R5, C2)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 방전 경로가 활성화되는 경우, 전력 공급 장치(200)의 출력단(To)을 통해 입력되는 전류가 방전 저항 및 진단 회로 측으로 분기될 수 있다. 여기에서, 진단 회로에 포함된 복수의 저항들 중 어느 하나(R5)의 양단에 인가되는 전압이, 배터리 관리 시스템(300)의 진단 신호 입력단(Ti)으로 출력되도록 구성될 수 있다.

배터리 관리 시스템(300)이 방전 경로의 활성화를 위해 제2 스위치를 온(ON) 상태로 제어한 후, 진단 신호 입력단(Ti)에 소정의 전압이 감지되지 않는 경우, 배터리 관리 시스템(300)은, 방전 회로를 비정상 상태(예를 들어, SW1의 고장 상태)로 진단할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 방전 회로의 세부 구조는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시로, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.

도 6에서, A는, 전력 공급 장치(200)의 입력 전압을 나타내고, B는, 전력 공급 장치(200)의 출력 전압을 나타내며, C는, 배터리 시스템의 동작 상태에 따른 제어 신호를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 배터리 시스템은 t0 시점에 충방전 모드에서 종료 모드(또는 슬립 모드)로 전환된다.

배터리 관리 시스템(300)은, 도6의 C에 도시된 바와 같이, t0 시점에 배터리(100)의 전력 차단 신호(low 신호)를 출력하여 전력 공급 장치(200)로 공급되는 배터리(100)의 전력을 차단시킬 수 있다.

이 때, 배터리 관리 시스템(300)은, 배터리(100)의 출력 차단 제어와 동시에, 방전 회로(400)에 구비된 스위치(SW)를 온(ON) 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 전력 공급 장치(200)의 출력단과 방전 저항(Rdch)이 전기적으로 연결되어 방전 경로가 활성화되고, 전력 공급 장치(200)에 구비된 캐패시터의 저장 전력이 방전 저항(Rdch)을 통해 소비될 수 있다.

이에 따라, 전력 공급 장치(200)의 입력 전압(도 6의 A) 및 출력 전압(도 6의 B)이 빠르게 감소되어, 배터리 관리 시스템이 고착(stuck) 상태에 놓이게 되는 기간(t0 ~ t2)이 최소화될 수 있다. 도 1 및 2에 도시된 종래의 배터리 시스템의 경우, 배터리의 출력이 차단된 이후 전력 공급 장치의 출력 전압이 소멸되는데 약 6.31초의 시간이 소요되나, 본 발명에 따른 전력 공급 시스템을 포함하는 배터리 시스템의 경우, 약 0.5초의 시간이 소요되어, 배터리 시스템의 안정성을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템의 제어 방법의 동작 순서도이다.

배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하고 있는 상태에서, 배터리 관리 시스템(300)은, 배터리 시스템의 동작 상태를 확인할 수 있다(S710).

배터리 관리 시스템(300)은, 배터리 시스템의 동작 상태가 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는지 여부를 확인할 수 있다(S720).

배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우(S720의 Y), 배터리 관리 시스템(300)은, 전력 공급 장치(200)로 공급되는 배터리(100)의 전력이 차단되도록 배터리(100)의 출력을 제어하고, 동시에, 전력 공급 장치(200)의 출력단에 연결된 방전 회로(400)를 제어하여, 전력 공급 장치(200)에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전시키기 위한 방전 경로를 활성화시키킬 수 있다(S730)

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
200: 전력 공급 장치
300: 배터리 관리 시스템
400: 방전 회로

Claims

배터리;
상기 배터리를 관리 및 제어하는 배터리 관리 시스템;
상기 배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여, 상기 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는, 전력 공급 장치; 및
배터리 시스템의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전할 수 있도록 구성되는, 방전 회로;
를 포함하는 배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 방전 회로는,
상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 배터리 관리 장치로 공급되지 않도록, 상기 캐패시터의 저장 전력을 방전하도록 구성되는,
배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하고,
상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 회로에 포함된 방전 저항을 통해 소비되도록, 방전 경로를 활성화하는,
배터리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 방전 회로는,
상기 전력 공급 장치의 출력단에 연결되어 구성되는,
배터리 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 방전 회로는,
상기 배터리 관리 시스템과 병렬로 연결되어 구성되는,
배터리 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 방전 회로는,
기설정된 저항 값을 갖는 방전 저항; 및
상기 방전 저항과 상기 전력 공급 장치를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치;를 포함하여 구성되는,
배터리 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하고,
상기 스위치를 온(ON) 상태로 제어하여 방전 경로를 활성화함으로써, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 저항을 통해 소비되도록 하는,
배터리 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하는 경우,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 스위치를 오프(OFF) 상태로 제어하여 방전 경로를 비활성화함으로써, 상기 방전 저항과 상기 전력 공급 장치의 전기적 연결을 차단하는,
배터리 시스템.
배터리 시스템 내에 위치하는, 전력 공급 시스템으로서,
배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여, 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는, 전력 공급 장치; 및
배터리 시스템의 동작 상태에 따라, 상기 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전할 수 있도록 구성되는, 방전 회로;
를 포함하는 전력 공급 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 방전 회로는,
상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 배터리 관리 장치로 공급되지 않도록, 상기 캐패시터의 저장 전력을 방전하도록 구성되는,
전력 공급 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하고,
상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 회로에 포함된 방전 저항을 통해 소비되도록, 방전 경로를 활성화하는,
전력 공급 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 방전 회로는,
상기 전력 공급 장치의 출력단에 연결되어 구성되는,
전력 공급 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 방전 회로는,
상기 배터리 관리 시스템과 병렬로 연결되어 구성되는,
전력 공급 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 방전 회로는,
기설정된 저항 값을 갖는 방전 저항; 및
상기 방전 저항과 상기 전력 공급 장치를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치;를 포함하여 구성되는,
전력 공급 시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하고,
상기 스위치를 온(ON) 상태로 제어하여 방전 경로를 활성화함으로써, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 저항을 통해 소비되도록 하는,
전력 공급 시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 배터리 시스템이 충방전 모드로 동작하는 경우,
상기 배터리 관리 시스템은,
상기 스위치를 오프(OFF) 상태로 제어하여 방전 경로를 비활성화함으로써, 상기 방전 저항과 상기 전력 공급 장치의 전기적 연결을 차단하는,
전력 공급 시스템.
배터리, 배터리 관리 시스템, 및 배터리로부터 입력되는 전압을 기설정된 전압으로 변환하여 배터리 관리 시스템에 출력하도록 구성되는 전력 공급 장치를 포함하는, 배터리 시스템의 제어 방법으로서,
상기 배터리 관리 시스템이, 상기 배터리 시스템의 동작 상태를 확인하는 단계; 및
상기 배터리 시스템이 종료 모드 또는 슬립 모드로 전환되는 경우, 상기 배터리 관리 시스템이, 상기 전력 공급 장치의 출력단에 연결된 방전 회로를 제어하여, 상기 전력 공급 장치에 구비되는 캐패시터의 저장 전력을 방전시키기 위한 방전 경로를 활성화시키는 단계;를 포함하는,
배터리 시스템의 제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 방전 경로를 활성화시키는 단계는,
상기 배터리 관리 시스템이, 상기 전력 공급 장치로 공급되는 배터리의 출력 전력을 차단하는 단계;를 더 포함하는,
배터리 시스템의 제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 방전 회로는,
기설정된 저항 값을 갖는 방전 저항; 및
상기 방전 저항과 상기 전력 공급 장치를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치;를 포함하여 구성되는,
배터리 시스템의 제어 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 방전 경로를 활성화시키는 단계는,
상기 스위치를 온(ON) 상태로 제어하여, 상기 캐패시터의 저장 전력이 상기 방전 저항을 통해 소비되도록 하는 단계를 포함하는,
배터리 시스템의 제어 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 방전 경로가 활성화된 이후 기정의된 시간이 경과되거나, 또는 상기 배터리 시스템이 충방전 모드로 전환되는 경우, 상기 배터리 관리 시스템이, 상기 스위치를 오프(OFF) 상태로 제어하여 방전 경로를 비활성화시키는 단계;를 더 포함하는,
배터리 시스템의 제어 방법.