WO2019212128A1 - 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 상기 배터리 관리 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 상기 배터리 관리 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템 Download PDF

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박미소
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery management device for a plurality of battery packs, a battery management method and an energy storage system including the battery management device.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, and thus are free of charge and discharge, and have a very high self discharge rate. Its low and high energy density has attracted much attention.
  • the battery management device may include a single battery pack, but a new battery pack may be added for the purpose of expanding the charge / discharge capacity.
  • the battery management apparatus includes a plurality of battery packs
  • the plurality of battery packs may be installed to be connected in parallel with each other.
  • an inrush current may flow due to a voltage difference between the plurality of battery packs. Inrush currents not only degrade the life of the battery pack, but can also cause serious physical damage to the battery pack and peripheral circuits.
  • the battery management device may include a circuit breaker (circuit breaker).
  • the circuit breaker is a component that electrically separates each battery pack from an electrical load in order to protect each battery pack in a specific situation (eg, power failure, long term nonuse, overcurrent) in the battery management apparatus.
  • a specific situation eg, power failure, long term nonuse, overcurrent
  • the lever of the breaker is tripped to the OFF position, there is an inconvenience in that the operator must manually push the lever to the ON position.
  • the present invention has been made to solve the above problems, a battery management device, battery management that can protect a plurality of battery packs and peripheral circuits due to inrush current from physical damage when a plurality of battery packs are connected in parallel, It is an object of the present invention to provide an energy storage system including a device and the battery management device.
  • a battery management device when a specific situation (eg, power failure, long-term unused, overcurrent) occurs, a battery management device, a battery management device and the battery management device that can safely and electrically separate each battery pack from an electrical load without using a circuit breaker. It is another object to provide an energy storage system comprising a.
  • the battery management apparatus may be connected to a power conversion system through a first terminal and a second terminal.
  • the battery management apparatus may include a first battery pack; A second battery pack; A first switch connected in series with the first battery pack between the first terminal and the second terminal; A second switch connected in series with the second battery pack between the first terminal and the second terminal; And a control unit operatively coupled to the first switch and the second switch.
  • the controller is configured to execute balancing steps for parallel connection between the first battery pack and the second battery pack.
  • the control unit in response to the first notification signal from the power conversion system while any one of the balancing steps, is executed, the pack current of the first battery pack and the pack current of the second battery pack in a shutdown preparation mode. Is configured to determine whether is within a predetermined current range.
  • the control unit is configured to turn off the first switch and the second switch when it is determined that the pack current of the first battery pack and the pack current of the second battery pack are within the current range.
  • the control unit is configured to execute the shutdown preparation mode at a time point when a predetermined preparation period elapses from the time point at which the first notification signal is received.
  • the preparation period may be equal to or greater than a tracking period of the power conversion system.
  • the tracking period may represent a minimum time required for the power conversion system to reduce the power being supplied between the first terminal and the second terminal to 0W.
  • the controller is a time point at which the first notification signal was received during the balancing steps. It can be configured to restart any balancing step that was running at.
  • the controller may determine that at least one of the pack current of the first battery pack and the pack current of the second battery pack is out of the current range when the shutdown preparation mode is executed. And a current diagnostic mode for monitoring indefinitely each of the pack current and the pack current of the second battery pack.
  • the controller may turn off the first switch and the second switch when the pack current of the first battery pack and the pack current of the second battery pack are within the current range while the current diagnosis mode is executed. It can be configured to.
  • the control unit receives a second notification signal from the power conversion system while the current diagnosis mode is executed.
  • the first switch and the second switch may be configured to be kept turned on.
  • the first notification signal may indicate that power supply from an electric system electrically connected to the power conversion system is cut off.
  • the second notification signal may indicate that power supply from the electric system is resumed.
  • Energy storage system according to another aspect of the present invention, the battery management device; And the power conversion system connected to the battery management device through the first terminal and the second terminal.
  • the battery management method may include: in response to a first notification signal from the power conversion system during any one of balancing steps for parallel connection between the first battery pack and the second battery pack, the shutdown preparation mode. Executing; Determining whether the pack current of the first battery pack and the pack current of the second battery pack are within a predetermined current range in the shutdown preparation mode; And when it is determined that the pack current of the first battery pack and the pack current of the second battery pack are within the current range, turning off the first switch and the second switch.
  • the plurality of battery packs and peripheral circuits due to the inrush current may be protected from physical damage.
  • each battery pack when a specific situation (eg power failure, long-term unused, overcurrent) occurs, each battery pack can be safely and electrically isolated from the electrical load without using a circuit breaker. .
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of an energy storage system according to an embodiment of the present invention by way of example.
  • FIG. 2 to 4 are views referred to for describing operations that may be performed to connect the first battery pack and the second battery pack of FIG. 1 in parallel.
  • 5 and 6 are flowcharts illustrating a method for connecting the first battery pack and the second battery pack in parallel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for protecting a battery management device according to another embodiment of the present invention.
  • control unit> means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of an energy storage system 30 according to an embodiment of the present invention by way of example.
  • the energy storage system 10 includes a battery management apparatus 20 and a power conversion system 30.
  • the battery management apparatus 20 may be electrically connected to the power conversion system 30 through the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • the battery management apparatus 20 includes a first battery pack 110, a second battery pack 120, a first switch SW1, a second switch SW2, and a controller 200.
  • the first battery pack 110 includes at least one battery cell.
  • the second battery pack 120 includes at least one battery cell.
  • Each battery cell included in the first battery pack 110 and the second battery pack 120 may be a rechargeable battery such as a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery or a nickel zinc battery. have.
  • the first battery pack 110 and the second battery pack 120 may be manufactured to have the same rated voltage, rated current, and design capacity. However, the first battery pack 110 and the second battery pack 120 may have different states of health (SOH) or the like depending on the number of charge / discharge cycles.
  • SOH states of health
  • the first switch SW1 is connected in series with the first battery pack 110 between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • one end of the first switch SW1 is connected to the positive terminal of the first battery pack 110, and the other end of the first switch SW1 is connected to the first terminal P +.
  • the negative terminal of the first battery pack 110 is connected to the second terminal P-.
  • the first switch SW1 is turned on, the first battery pack 110 is electrically connected between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ through the first switch SW1.
  • the first switch SW1 When the first switch SW1 is turned off, the first battery pack 110 is electrically disconnected from at least one of the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • the second switch SW2 is connected in series with the second battery pack 120 between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • one end of the second switch SW2 is connected to the positive terminal of the second battery pack 120, and the other end of the second switch SW2 is connected to the first terminal P +.
  • the negative terminal of the second battery pack 120 is connected to the second terminal P-.
  • the second switch SW2 is turned on, the second battery pack 120 is electrically connected between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ through the second switch SW2.
  • the second switch SW2 When the second switch SW2 is turned off, the second battery pack 120 is electrically disconnected from at least one of the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • Each of the first switch SW1 and the second switch SW2 may be implemented by combining any one or two or more of known switching elements such as, for example, a relay or a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • the controller 200 is configured to individually monitor the states of the first battery pack 110 and the second battery pack 120.
  • the control unit 200 is configured to individually control the first switch SW1 and the second switch SW2.
  • the controller 200 may include a first slave controller 310, a second slave controller 320, and a master controller 400.
  • the first slave controller 310 is configured to periodically monitor the operating state of the first battery pack 110, and includes a voltage sensor, a current sensor, and a processor.
  • the voltage sensor of the first slave controller 310 is configured to measure the voltage of the first battery pack 110.
  • the current sensor of the first slave controller 310 is configured to measure the pack current flowing through the first battery pack 110.
  • the first slave controller 310 is configured to calculate a state of charge (SOC) of the first battery pack 110 based on at least one of a voltage and a current of the first battery pack 110.
  • the first slave controller 310 is configured to periodically transmit first data indicating at least one of the voltage and the SOC of the first battery pack 110 to the master controller 400.
  • the first slave controller 310 and the master controller 400 are connected to each other through a communication interface to transmit the first data.
  • the second slave controller 320 is configured to periodically monitor an operating state of the second battery pack 120 and includes a voltage sensor, a current sensor, and a processor.
  • the voltage sensor of the second slave controller 320 is configured to measure the voltage of the second battery pack 120.
  • the current sensor of the second slave controller 320 is configured to measure the pack current flowing through the second battery pack 120.
  • the second slave controller 320 is configured to calculate the SOC of the second battery pack 120 based on at least one of the voltage and the current of the second battery pack 120.
  • the second slave controller 320 is configured to periodically transmit second data indicating at least one of the voltage and the SOC of the second battery pack 120 to the master controller 400.
  • the second slave controller 320 and the master controller 400 are connected to each other through a communication interface to transmit the second data.
  • the SOC may be calculated based on the voltage and the pack current of each battery pack by using ampere counting, an equivalent circuit model, or a Kalman filter.
  • the master controller 400 is operatively coupled to the first slave controller 310, the second slave controller 320, the first switch SW1, the second switch SW2, and the power conversion system 30.
  • the master controller 400 is configured to calculate a voltage difference and an SOC difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120.
  • the master controller 400 executes software that is pre-stored in the memory device for parallel connection between the first battery pack 110 and the second battery pack 120, so that the first switch SW1 and the second switch ( SW2) can be turned on or off individually.
  • the master controller 400 may include a first terminal between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ to charge at least one of the first battery pack 110 and the second battery pack 120.
  • the power conversion system 30 may be instructed to supply or stop supplying either the constant power or the second constant power.
  • Each of the first slave controller 310, the second slave controller 320, and the master controller 400 may be configured in hardware by application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), It may be implemented to include at least one of programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors microprocessors
  • At least one processor of the first slave controller 310, the second slave controller 320, and the master controller 400 may include a memory device.
  • Examples of the memory device may include a RAM, a ROM, a register, a hard disk, and an optical. Recording media or magnetic recording media can be used.
  • the memory device is generated when a program including various control logic executed by at least one of the first slave controller 310, the second slave controller 320, and the master controller 400, and / or the control logic is executed. To be stored, updated and / or erased.
  • the power conversion system 30 is operatively coupled to the control unit 200 via a communication interface.
  • the communication interface may be implemented using a known communication interface such as LAN, CANN, short-range wired or wireless communication network.
  • the power conversion system 30 may be electrically connected to at least one of the grid and the electrical load.
  • the power conversion system 30 may convert the electric power supplied from the grid or the battery management device 20 and then supply the electric load.
  • the power conversion system 30 In response to the command from the controller 200, the power conversion system 30 generates constant power having a magnitude corresponding to the command by using the input power from the system, and converts the generated constant power into the first terminal P +. ) And the second terminal P-.
  • the power conversion system 30 may selectively transmit the first notification signal and the second notification signal to the controller 200 while monitoring the system status (for example, power failure and power recovery).
  • FIG. 2 to 4 are views referred to for describing operations that may be performed to connect the first battery pack 110 and the second battery pack 120 in FIG. 1 in parallel.
  • active operations performed by the controller 200 for example, SOC calculation and comparison, SOH calculation, voltage data acquisition and comparison, current data acquisition and comparison, transmission or reception of various commands, switch control, etc. Unless otherwise mentioned, it is noted that it is performed by the master controller 400.
  • the controller 200 When the controller 200 performs a calculation using a voltage or a current, the corresponding voltage or current data is data periodically transmitted from the first and second slave controllers 310 and 320 to the master controller 400.
  • Control logic performed by the controller 200 may be stored as a program in a memory device included in the master controller 400 and executed by a processor.
  • FIG. 2 shows a state in which both the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned off.
  • the first switch SW1 when the first switch SW1 is turned off, the first battery pack 110 is electrically separated from at least one of the first terminal P + and the second terminal P ⁇ , and the second switch When SW2 is turned off, the second battery pack 120 is also electrically disconnected from at least one of the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • the controller 200 measures the voltage of the first battery pack 110 and the voltage of the second battery pack 120 using the first and second slave controllers 310 and 320, respectively, and measures the first battery pack ( The voltage difference between 110 and the second battery pack 120 is calculated.
  • the controller 200 compares the voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 with the first threshold voltage.
  • the first threshold voltage may be predetermined, for example 2.5V.
  • the controller 200 may calculate the first threshold voltage based on the SOH of the first battery pack 110 and the SOH of the second battery pack 120. That is, the first threshold voltage may be changed depending on the SOH of the first battery pack 110 and the SOH of the second battery pack 120, rather than being predetermined.
  • a look-up table capable of looking up the first threshold voltage according to at least one of the SOH of the first battery pack 110 and the SOH of the second battery pack 120 is stored in a memory device of the master controller 400 to store the master controller ( 400).
  • the SOH is the full charge capacity of the middle of life (MOL) state and the starting of BOL calculated by integrating the amount of current while the first and second battery packs 110 and 120 are charged from the discharge lower limit voltage to the charge upper limit voltage. It may be a relative comparison value of the full charge capacity of the Life) state.
  • the controller 200 may determine the first and second voltages of the first and second battery packs 110 and 120 measured by the first and second slave controllers 310 and 320 from the discharge lower limit voltage to the charge upper limit voltage.
  • the full charge capacity of the MOL state may be calculated using current data of the first and second battery packs 110 and 120 measured by the second slave controllers 310 and 320.
  • the controller 200 may determine the full charge capacity of the BOL state with reference to data previously stored in the memory device.
  • the controller 200 may store the calculated SOH data in the memory device of the master controller 400.
  • FIG. 3 shows a state in which both the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on.
  • the controller 200 determines that the voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 is a first threshold when the first switch SW1 and the second switch SW2 are both turned off. If it is less than the voltage, both the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on. The reason is that the voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 that is less than the first threshold voltage does not generate an inrush current having a size that may cause physical damage to the battery management apparatus 20. Because it does not.
  • the controller 200 may have a voltage greater than that of the first battery pack 110 when the voltage of the second battery pack 120 is turned on when both the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned off.
  • the threshold voltage is higher than the threshold voltage
  • the first switch SW1 connected in series to the first battery pack 110 is turned on while the second switch SW2 connected in series with the second battery pack 120 is turned off. Accordingly, the first battery pack 110 is electrically connected to the first terminal P + and the second terminal P ⁇ through the turned on first switch SW1 and supplied by the power conversion system 30. It becomes possible to charge by the constant electric power which becomes.
  • the controller 200 has a difference in SOC between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 when the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off. If above the threshold SOC, the first command is sent to the power conversion system 30. On the other hand, the control unit 200, the SOC of the first battery pack 110 and the second battery pack 120 when the first switch (SW1) is turned on and the second switch (SW2) is turned off. If the difference is less than the threshold SOC, send a second command to the power conversion system 30. The first command is for requesting the power conversion system 30 to supply the first constant power between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • the power conversion system 30 may supply the first constant power between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ in response to the first command.
  • the second command is for requesting the power conversion system 30 to supply a second constant power smaller than the first constant power between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ . That is, the power conversion system 30 may supply the second constant power between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ in response to the second command. For example, when the SOC of the first battery pack 110 is smaller than the SOC of the second battery pack 120 by more than a threshold SOC, the first battery pack 110 is charged with the first constant power, and then the first battery pack 110.
  • the first battery pack 110 is charged with the second constant power from the time when the sum of the SOC and the threshold SOC is equal to the SOC of the second battery pack 120.
  • the critical SOC may be predetermined.
  • the controller 200 may calculate the threshold SOC based on the SOH of the first battery pack 110 and the SOH of the second battery pack 120. That is, the threshold SOC may vary depending on the SOH of the first battery pack 110 and the SOH of the second battery pack 120, rather than being predetermined.
  • a look-up table capable of looking up the threshold SOC by the SOHs of the first and second battery packs 110 and 120 may include a master controller ( Stored in a memory device of 400 and may be referenced by the master controller 400.
  • the controller 200 may periodically calculate a voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 while the first battery pack 110 is charging with the second electrostatic power. If the voltage of the first battery pack 110 is less than the voltage of the second battery pack 120 while the first battery pack 110 is charged with the second electrostatic power, the controller 200 may switch the first switch SW1. ) May be turned on and the second switch SW2 may be turned off.
  • the controller 200 may turn on the second switch SW2 as shown in FIG. 3.
  • the voltage of the first battery pack 110 is greater than or equal to the voltage of the second battery pack 120 while the first battery pack 110 is charged with the second electrostatic power and the first battery pack 110 and the second battery pack.
  • the controller 200 may turn on the second switch SW2 as shown in FIG. 3.
  • the second threshold voltage corresponds to a voltage drop caused by the internal resistance and the charging current of each battery pack.
  • the second threshold voltage may be predetermined, equal to, higher or lower than the first threshold voltage.
  • the controller 400 may determine the second threshold voltage based on the SOH of the battery pack 110 or 120 being charged with the second electrostatic power. As the SOH of any one battery pack being charged with the second electrostatic power is lower, the second threshold voltage determined by the controller 400 may be higher. For example, when the SOH of any one battery pack being charged with the second constant power is 98%, the second threshold voltage may be determined as 3.0V, and when the SOH is 96%, the second threshold voltage may be determined as 3.3V.
  • a lookup table capable of looking up the second threshold voltage according to the SOH of one battery pack being charged with the second electrostatic power may be stored in the memory device of the master controller 400 and referred to by the master controller 400.
  • the controller 200 may transmit the third command to the power conversion system 30 or the transmission of the second command may be stopped. That is, the third command may include a voltage between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 while one of the first battery pack 110 and the second battery pack 120 is charged with the second electrostatic power. If the difference is greater than or equal to the second threshold voltage, the controller 400 may output the control unit 400.
  • the power conversion system 30 may be configured to stop the supply of the second constant power when the third command is transmitted from the control unit 200 or the transmission of the second command is stopped while the second constant power is supplied. .
  • the controller 200 may determine a voltage between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 when a predetermined stabilization period elapses from when the power conversion system 30 stops supplying the second electrostatic power. It may be determined whether the difference is less than the first threshold voltage.
  • the stabilization period is a period for removing polarization generated while each battery pack is charged with the second electrostatic power. If the voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 when the stabilization period elapses is less than the first threshold voltage, the controller 200 also turns on the second switch SW2. Let's do it. Accordingly, the first battery pack 110 and the second battery pack 120 are connected in parallel with each other between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • the controller 200 turns off to the first switch SW1. Let's do it. Accordingly, both the first battery pack 110 and the second battery pack 120 are electrically separated from at least one of the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • FIGS. 5 and 6 are flowcharts illustrating a method for connecting the first battery pack 110 and the second battery pack 120 in parallel according to another embodiment of the present invention.
  • Each step of FIGS. 5 and 6 may be referred to as a balancing step.
  • the balancing steps to be described later include the first battery pack 110 and the second battery pack 120 so that the inrush current does not flow when the first battery pack 110 and the second battery pack 120 are connected to each other in parallel.
  • the first switch SW1 and the second switch SW2 are sequentially turned on while charging any one of them.
  • the method shown in FIG. 5 is started when both the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned off. For convenience of description, it is assumed that the voltage of the first battery pack 110 is lower than the voltage of the second battery pack 120 at the time when the method shown in FIG. 5 is started.
  • step S500 the controller 200 determines whether a voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 is less than a first threshold voltage. For example, when the voltage of the first battery pack 110 is 200V, the voltage of the second battery pack 120 is 202V, and the first threshold voltage is 2.5V, the value of step S500 is “Yes”. As another example, when the voltage of the first battery pack 110 is 200V, the voltage of the second battery pack 120 is 205V, and the first threshold voltage is 2.5V, the value of step S500 becomes “No”. If the value of step S500 is "Yes”, step S510 is reached. If the value of step S500 is "No", step S520 is reached.
  • step S510 the controller 200 turns on both the first switch SW1 and the second switch SW2. This is to electrically connect the first battery pack 110 and the second battery pack 120 to each other in parallel.
  • step S520 the controller 200 turns on the first switch SW1. That is, when the voltage of the second battery pack 120 is higher than the voltage of the first battery pack 110 by more than a threshold voltage, the first switch SW1 is turned on. At this time, the second switch SW2 is kept turned off. Accordingly, the first battery pack 110 is in a state capable of being charged with power supplied between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ .
  • the controller 200 determines whether an SOC difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 is less than a threshold SOC. For example, when the SOC of the first battery pack 110 is 66%, the SOC of the second battery pack 120 is 75%, and the threshold SOC is 8%, the SOC difference is 9%. Becomes "No". As another example, when the SOC of the first battery pack 110 is 70%, the SOC of the second battery pack 120 is 75%, and the threshold SOC is 8%, the SOC difference is 5%. "Yes”. If the value of step S530 is "No", step S540 proceeds. If the value of step 530 is "Yes", step S550 proceeds.
  • the controller 200 transmits a first command to the power conversion system 30.
  • the power conversion system 30 supplies the first constant power between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ in response to the first command.
  • the first battery pack 110 may be charged with the first electrostatic power.
  • the first constant power may correspond to a first ratio of a predetermined maximum power. The first ratio may be greater than zero and less than one. For example, when the maximum power is 1000W and the first ratio is 0.5, the first constant power is 500W.
  • the voltage of the first battery pack 110 is 300V at a time point when 500W of the first constant power is supplied, the first battery pack as the charging current of 5 / 3A flows into the first battery pack 110. 110 may be charged.
  • the controller 200 transmits a second command to the power conversion system 30.
  • the power conversion system 30 supplies the second constant power between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ in response to the second command. Accordingly, the first battery pack 110 may be charged with the second electrostatic power.
  • the second constant power may correspond to a second ratio of the predetermined maximum power.
  • the second ratio may be greater than zero and less than one.
  • the second ratio may be smaller than the first ratio. For example, when the maximum power is 1000W and the second ratio is 0.1 smaller than the first ratio, the second constant power is 100W.
  • the first battery pack 110 When the voltage of the first battery pack 110 is 300V at a time when 100W of the second electrostatic power is supplied, the first battery pack as 1 / 3A of charging current flows into the first battery pack 110. 110 may be charged. Accordingly, those skilled in the art can easily understand that when the second electrostatic power is supplied, the first battery pack 110 will be charged relatively slower than when the first electrostatic power is supplied, and the voltage drop due to the charging current is reduced. There will be.
  • step S560 the controller 200 determines whether the voltage of the first battery pack 110 is lower than the voltage of the second battery pack 120. If the value of step S560 is "Yes”, step S550 proceeds. If the value of step S560 is "No”, step S570 proceeds.
  • step S570 the controller 200 determines whether a voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 is greater than the second threshold voltage. If the value of step S570 is "No", step S580 proceeds. If the value of step S570 is "Yes”, step S600 proceeds.
  • the controller 200 turns on the second switch SW2. Since the first switch SW1 is already turned on from the step S520, the first battery pack 110 and the second battery pack 120 may be the first from the time when the first switch SW1 is turned on to the second switch SW2 by the step S580. It is connected in parallel with each other between the terminal (P +) and the second terminal (P-).
  • the controller 200 transmits a third command to the power conversion system 30.
  • the power conversion system stops supplying the second constant power in response to the third command.
  • step S570 the voltage of the first battery pack 110 is excessively high compared to the period during which the second electrostatic power is supplied. This is a situation where the voltage of the first battery pack 110 is actually rapidly increased or the voltage of the first battery pack 110 is incorrectly measured. Therefore, the controller 200 may transmit a third command to temporarily stop charging of the first battery pack 110.
  • step S610 the controller 200 determines whether the stabilization period has elapsed from the time when the third command is transmitted. During the stabilization period, the voltage of the first battery pack 110 is gradually lowered toward the open voltage corresponding to the SOC of the first battery pack 110. If the value of step S610 is "Yes", step S620 is reached.
  • step S620 the controller 200 determines whether a voltage difference between the first battery pack 110 and the second battery pack 120 is less than the first threshold voltage. If the value of step S620 is "Yes”, step S580 proceeds. If the value of step S620 is "No”, step S630 proceeds.
  • step S500 may be automatically re-executed.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for protecting the battery management apparatus 20 according to another embodiment of the present invention. The method of FIG. 7 may begin while any one of the balancing steps of FIGS. 5 and 6 is being executed.
  • step S700 the control unit 200 determines whether the first notification signal is received from the power conversion system 30. That is, the controller 200 may periodically monitor whether the first notification signal is received.
  • the first notification signal may indicate that power supply from an electric system electrically connected to the power conversion system 30 is interrupted due to a power failure or the like.
  • the power conversion system 30 may transmit the first notification signal to the controller 200 and then start the operation of reducing the power being supplied between the first terminal and the second terminal to 0W (watt). have. If the value of step S700 is "Yes", step S710 proceeds.
  • step S710 the control unit 200 stops the balancing steps in response to the first notification signal. For example, any one (eg, S530, S560, S580, or S610) that is being executed at the time when the first notification signal is received among steps S500 to S630 of FIGS. 5 and 6 is stopped.
  • the controller 200 may store data for identifying one of the interrupted balancing steps in its memory device.
  • step S720 the control unit 200 determines whether a predetermined preparation period has elapsed from the time when the first notification signal is received.
  • the preparation period is longer than the tracking period of the power conversion system 30.
  • the preparation period may be twice the tracking period.
  • the tracking period represents the maximum time required for the power conversion system 30 to reduce the power being supplied between the first terminal P + and the second terminal P ⁇ to 0W. If the value of step S720 is "Yes”, step S730 is reached. If the value of step S720 is "No", step S760 proceeds.
  • the controller 200 executes the shutdown preparation mode, and uses the first and second slave controllers 310 and 320 in the shutdown preparation mode to pack the current and the second battery of the first battery pack 110.
  • Each pack current of the pack 120 is measured. That is, the shutdown preparation mode is a mode for measuring the pack current of the first battery pack 110 and the pack current of the second battery pack 120 and confirming whether each pack current is within a predetermined current range. It may be executed when a predetermined preparation period has elapsed from the time point at which the signal is received.
  • the controller 200 determines whether the pack current of the first battery pack 110 and the pack current of the second battery pack 120 are within a predetermined current range.
  • the current range can be, for example, -1.5 to +1.5 A.
  • the power control system operates normally (ie, the supply power decreases to 0W within the standby period) that the pack current of the first battery pack 110 is within the current range, the first switch SW1 is turned off. In this case, the first switch SW1 is not damaged.
  • the second switch SW2 is not damaged even when the second switch SW2 is turned off. Indicates.
  • step S740 A value of “No” in step S740 indicates that at least one of the pack current of the first battery pack 110 and the pack current of the second battery pack 120 is out of the current range. If the value of step S740 is "Yes”, step S750 proceeds. If the value of step S740 is "No”, the control unit 200 executes the current diagnostic mode, and returns to step S730. That is, in the current diagnosis mode, the pack current of the first battery pack 110 and the second battery until the pack current of the first battery pack 110 and the pack current of the second battery pack 120 are within a current range. The mode for monitoring the pack current of the pack 120 indefinitely.
  • step S750 the controller 200 turns off the first switch SW1 and the second switch SW2. If either one of the first switch SW1 and the second switch SW2 is already turned off, the controller 200 may turn off only the other one.
  • step S760 the control unit 200 determines whether a second notification signal has been received from the power conversion system 30.
  • the second notification signal may be received, for example, during step S710 or S720.
  • the second notification signal may indicate that power supply from the electric system has been restarted by power recovery or the like. If the value of step S760 is "Yes”, step S770 proceeds. If the value of step S760 is "No", the flow returns to step S720.
  • the control unit 200 may start from the power conversion system 30 while the current diagnosis mode is executed.
  • the first switch SW1 and the second switch SW2 may be turned on.
  • step S770 the control unit 200 restarts any balancing step interrupted in step S710.
  • the second notification signal may indicate that power supply from the electric system has been restarted by power recovery or the like.
  • the control unit 200 confirms that step S530 is stopped based on the data stored in the memory device, and then in step S770 the balancing step S530. Can be restarted.

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Abstract

배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 제1 배터리팩; 제2 배터리팩; 제1 단자와 제2 단자 사이에서 상기 제1 배터리팩과 직렬 연결되는 제1 스위치; 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에서 상기 제2 배터리팩과 직렬 연결되는 제2 스위치; 및 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 모두 턴 오프되어 있는 시점에서의 상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 간의 전압 차이가 임계 전압 미만이면, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 모두 턴 온시키도록 구성된다.

Description

배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 상기 배터리 관리 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템
본 발명은 복수의 배터리팩을 위한 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 상기 배터리 관리 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 5월 3일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0051134호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리 관리 장치는, 단일의 배터리팩을 포함하기도 하지만, 충방전 용량을 확장하기 위한 목적으로 새로운 배터리팩이 추가되기도 한다. 배터리 관리 장치에 복수의 배터리팩이 포함되는 경우, 복수의 배터리팩은 서로 병렬 연결 가능하게 설치될 수 있다. 그런데, 배터리 관리 장치에 포함된 복수의 배터리팩을 병렬 연결 시, 복수의 배터리팩 간의 전압 차이로 인하여 돌입 전류가 흐를 수 있다. 돌입 전류는, 배터리팩의 수명을 저하시킬 뿐만 아니라, 배터리팩 및 주변 회로에 심각한 물리적 손상을 야기할 수 있다.
한편, 배터리 관리 장치는, 차단기(circuit breaker)를 포함하기도 한다. 차단기는, 배터리 관리 장치 내에 특정 상황(예, 정전, 장기 미사용, 과전류)이 발생한 경우에 각 배터리팩을 보호하기 위해 각 배터리팩을 전기 부하로부터 전기적으로 분리시켜 주는 부품이다. 그런데, 차단기의 레버가 일단 OFF 위치로 트립된 다음에는 작업자가 수작업으로 레버를 ON 위치로 밀어주어야만 하는 불편함이 있다.
또한, 각 배터리팩에 전류가 흐르는 중에 각 배터리팩에 연결된 스위치를 갑작기 오프시키는 경우, 스위치의 접점에 아크가 발생하여 스위치가 융착될 위험이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 배터리팩을 병렬 연결 시에 돌입 전류로 인한 복수의 배터리팩 및 주변 회로를 물리적 손상으로부터 보호할 수 있는 배터리 관리 장치, 배터리 관리 장치 및 상기 배터리 관리 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 특정 상황(예, 정전, 장기 미사용, 과전류)이 발생한 경우, 차단기를 이용하지 않고도, 각 배터리팩을 전기 부하로부터 안전하게 전기적으로 분리시킬 수 있는 배터리 관리 장치, 배터리 관리 장치 및 상기 배터리 관리 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 제1 단자와 제2 단자를 통해 전력 변환 시스템에 연결 가능하다. 상기 배터리 관리 장치는, 제1 배터리팩; 제2 배터리팩; 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에서 상기 제1 배터리팩과 직렬 연결되는 제1 스위치; 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에서 상기 제2 배터리팩과 직렬 연결되는 제2 스위치; 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 동작 가능하게 결합된 제어부 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 간의 병렬 연결을 위한 밸런싱 단계들을 실행하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 밸런싱 단계들 중 어느 하나가 실행되는 중에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제1 통지 신호에 응답하여, 셧다운 준비 모드에서 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 미리 정해진 전류 범위 내인지 여부를 판정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 상기 전류 범위 내인 것으로 판정된 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 오프시키도록 구성된다.
상기 제어부는, 상기 제1 통지 신호가 수신된 시점으로부터 미리 정해진 준비 기간이 경과된 시점에 상기 셧다운 준비 모드를 실행하도록 구성된다.
상기 준비 기간은, 상기 전력 변환 시스템의 트래킹 기간 이상일 수 있다. 상기 트래킹 기간은, 상기 전력 변환 시스템이 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 공급 중인 전력을 0W까지 감소시키는 데에 요구되는 최소 시간을 나타낼 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 통지 신호가 수신된 시점으로부터 상기 준비 기간이 경과되기 전에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제2 통지 신호가 수신되는 경우, 상기 밸런싱 단계들 중 상기 제1 통지 신호가 수신되었던 시점에서 실행 중이었던 어느 한 밸런싱 단계를 재시작하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 셧다운 준비 모드가 실행된 시점에서의 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류 중 적어도 하나가 상기 전류 범위를 벗어나는 것으로 판정된 경우, 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류 각각을 무기한 감시하기 위한 전류 진단 모드를 실행하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전류 진단 모드가 실행되는 중에 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 상기 전류 범위 내가 되는 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 오프시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 통지 신호가 수신되었던 시점에서 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴 온되어 있었다면, 상기 전류 진단 모드가 실행되는 중에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제2 통지 신호가 수신되는 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 온 상태로 유지하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 통지 신호는, 상기 전력 변환 시스템에 전기적으로 연결된 전기 계통으로부터의 전력 공급이 차단되었음을 나타낼 수 있다.
상기 제2 통지 신호는, 상기 전기 계통으로부터의 전력 공급이 재개되었음을 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 에너지 저장 시스템은, 상기 배터리 관리 장치; 및 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 통해 상기 배터리 관리 장치에 연결되는 상기 전력 변환 시스템을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 관리 방법은, 상기 배터리 관리 장치를 보호하기 위한 것이다. 상기 배터리 관리 방법은, 상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 간의 병렬 연결을 위한 밸런싱 단계들 중 어느 하나가 실행되는 중에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제1 통지 신호에 응답하여, 상기 셧다운 준비 모드를 실행하는 단계; 상기 셧다운 준비 모드에서 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 미리 정해진 전류 범위 내인지 여부를 판정하는 단계; 및 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 상기 전류 범위 내인 것으로 판정된 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 오프시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 배터리팩을 병렬 연결 시에 돌입 전류로 인한 복수의 배터리팩 및 주변 회로를 물리적 손상으로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 특정 상황(예, 정전, 장기 미사용, 과전류)이 발생한 경우, 차단기를 이용하지 않고도, 각 배터리팩을 전기 부하로부터 안전하게 전기적으로 분리시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 제1 배터리팩과 제2 배터리팩을 병렬 연결하기 위하여 실행될 수 있는 동작들을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제1 배터리팩과 제2 배터리팩을 병렬 연결하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 관리 장치를 보호하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(30)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(10)은, 배터리 관리 장치(20) 및 전력 변환 시스템(30)을 포함한다. 배터리 관리 장치(20)는, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-)를 통해 전력 변환 시스템(30)에 전기적으로 연결 가능하다. 배터리 관리 장치(20)는, 제1 배터리팩(110), 제2 배터리팩(120), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제어부(200)을 포함한다.
제1 배터리팩(110)은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 제2 배터리팩(120)은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)에 포함된 각 배터리 셀은, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 또는 니켈 아연 전지와 같이 재충전 가능한 배터리일 수 있다. 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)은, 서로 동일한 정격 전압, 정격 전류 및 설계 용량을 가지도록 제조된 것일 수 있다. 단, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)은 각각의 충방전 횟수 등에 따라 SOH(State Of Health) 등이 서로 달라질 수 있다.
제1 스위치(SW1)는, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에서 제1 배터리팩(110)과 직렬 연결된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)의 일단은 제1 배터리팩(110)의 양극 단자에 연결되고 제1 스위치(SW1)의 타단은 제1 단자(P+)에 연결되며, 제1 배터리팩(110)의 음극 단자는 제2 단자(P-)에 연결된다. 제1 스위치(SW1)가 턴 온되면, 제1 배터리팩(110)은 제1 스위치(SW1)를 통해 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 전기적으로 연결된다. 제1 스위치(SW1)가 턴 오프되면, 제1 배터리팩(110)은 제1 단자(P+) 및 제2 단자(P-) 중 적어도 하나로부터 전기적으로 분리된다.
제2 스위치(SW2)는, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에서 제2 배터리팩(120)과 직렬 연결된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 스위치(SW2)의 일단은 제2 배터리팩(120)의 양극 단자에 연결되고 제2 스위치(SW2)의 타단은 제1 단자(P+)에 연결되며, 제2 배터리팩(120)의 음극 단자는 제2 단자(P-)에 연결된다. 제2 스위치(SW2)가 턴 온되면, 제2 배터리팩(120)은 제2 스위치(SW2)를 통해 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 전기적으로 연결된다. 제2 스위치(SW2)가 턴 오프되면, 제2 배터리팩(120)은 제1 단자(P+) 및 제2 단자(P-) 중 적어도 하나로부터 전기적으로 분리된다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2) 각각은, 예컨대 릴레이나 전계효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 등과 같은 공지의 스위칭 소자들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합함으로써 구현될 수 있다.
제어부(200)는, 제1 배터리팩(110) 및 제2 배터리팩(120)의 상태를 개별적으로 모니터링하도록 구성된다. 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 개별적으로 제어하도록 구성된다. 제어부(200)는, 제1 슬레이브 컨트롤러(310), 제2 슬레이브 컨트롤러(320) 및 마스터 컨트롤러(400)를 포함할 수 있다.
제1 슬레이브 컨트롤러(310)는, 제1 배터리팩(110)의 동작 상태를 주기적으로 모니터링하도록 구성된 것으로서, 전압 센서, 전류 센서 및 프로세서를 포함한다. 제1 슬레이브 컨트롤러(310)의 전압 센서는, 제1 배터리팩(110)의 전압을 측정하도록 구성된다. 제1 슬레이브 컨트롤러(310)의 전류 센서는, 제1 배터리팩(110)을 통해 흐르는 팩 전류를 측정하도록 구성된다. 제1 슬레이브 컨트롤러(310)는, 제1 배터리팩(110)의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 기초로, 제1 배터리팩(110)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 산출하도록 구성된다. 제1 슬레이브 컨트롤러(310)는, 제1 배터리팩(110)의 전압 및 SOC 중 적어도 하나를 나타내는 제1 데이터를 주기적으로 마스터 컨트롤러(400)에게 전송하도록 구성된다. 제1 데이터의 전송을 위해 제1 슬레이브 컨트톨러(310)와 마스터 컨트롤러(400)는 통신 인터페이스를 통해 서로 연결된다.
제2 슬레이브 컨트롤러(320)는, 제2 배터리팩(120)의 동작 상태를 주기적으로 모니터링하도록 구성된 것으로서, 전압 센서, 전류 센서 및 프로세서를 포함한다. 제2 슬레이브 컨트롤러(320)의 전압 센서는, 제2 배터리팩(120)의 전압을 측정하도록 구성된다. 제2 슬레이브 컨트롤러(320)의 전류 센서는, 제2 배터리팩(120)을 통해 흐르는 팩 전류를 측정하도록 구성된다. 제2 슬레이브 컨트롤러(320)는, 제2 배터리팩(120)의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 기초로, 제2 배터리팩(120)의 SOC를 산출하도록 구성된다. 제2 슬레이브 컨트롤러(320)는, 제2 배터리팩(120)의 전압 및 SOC 중 적어도 하나를 나타내는 제2 데이터를 주기적으로 마스터 컨트롤러(400)에게 전송하도록 구성된다. 제2 데이터의 전송을 위해 제2 슬레이브 컨트톨러(320)와 마스터 컨트롤러(400)는 통신 인터페이스를 통해 서로 연결된다.
제1 및 제2 슬레이브 컨틀롤러(310, 320)가 SOC를 산출하는 데에는 공지의 다양한 알고리즘이 활용될 수 있다. 예컨대, 전류 적산법(ampere counting), 등가 회로 모델(equivalent circuit model) 또는 칼만 필터 등을 활용하여, 각 배터리팩의 전압 및 팩 전류를 기초로 SOC가 산출될 수 있다.
마스터 컨트롤러(400)는, 제1 슬레이브 컨트롤러(310), 제2 슬레이브 컨트롤러(320), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 전력 변환 시스템(30)에 동작 가능하게 결합된다. 마스터 컨트롤러(400)는, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이 및 SOC 차이를 산출하도록 구성된다. 또한, 마스터 컨트롤러(400)는, 제1 배터리팩(110) 및 제2 배터리팩(120) 간의 병렬 연결을 위하여 메모리 디바이스에 미리 저장된 소프트웨어를 실행하여, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 개별적으로 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있다. 또한, 마스터 컨트롤러(400)는, 제1 배터리팩(110) 및 제2 배터리팩(120) 중 적어도 하나를 충전하기 위해, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 제1 정전력 및 제2 정전력 중 어느 하나를 공급하거나 공급을 중단할 것을 전력 변환 시스템(30)에게 명령할 수 있다.
제1 슬레이브 컨트롤러(310), 제2 슬레이브 컨트롤러(320) 및 마스터 컨트롤러(400) 각각은, 하드웨어적으로 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 포함하도록 구현될 수 있다.
제1 슬레이브 컨트롤러(310), 제2 슬레이브 컨트롤러(320) 및 마스터 컨트롤러(400) 중 적어도 하나의 프로세서에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 제1 슬레이브 컨트롤러(310), 제2 슬레이브 컨트롤러(320) 및 마스터 컨트롤러(400) 중 적어도 하나에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.
전력 변환 시스템(30)은, 통신 인터페이스를 통해 제어부(200)에 동작 가능하게 결합된다. 통신 인터페이스는 LAN, CANN, 근거리 유선 또는 무선 통신망 등 공지의 통신 인터페이스를 이용하여 구현될 수 있다. 전력 변환 시스템(30)은, 계통 및 전기 부하 중 적어도 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 변환 시스템(30)은, 계통 또는 배터리 관리 장치(20)로부터 공급되는 전력을 변환한 다음 전기 부하에게 공급할 수 있다. 전력 변환 시스템(30)은, 제어부(200)로부터의 명령에 응답하여, 계통으로부터의 입력 전력을 이용하여 상기 명령에 대응하는 크기의 정전력을 생성하고, 생성된 정전력을 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 선택적으로 공급하도록 구성된다. 전력 변환 시스템(30)은, 계통의 상황(예, 정전, 복전)을 모니터링하면서, 제1 통지 신호 및 제2 통지 신호를 제어부(200)에게 선택적으로 전송할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)을 병렬 연결하기 위하여 실행될 수 있는 동작들을 설명하는 데에 참조되는 도면들이다.
이하의 설명에 있어서, 제어부(200)가 수행하는 능동적인 동작, 예컨대 SOC 산출 및 비교, SOH 산출, 전압 데이터 획득 및 비교, 전류 데이터 획득 및 비교, 각종 명령의 송신 또는 수신, 스위치 제어 등은 별도의 언급이 없는 한 마스터 컨트롤러(400)에 의해 수행되는 것임을 미리 밝혀둔다.
제어부(200)가 전압 또는 전류를 이용하여 연산을 수행할 때 해당 전압 또는 전류 데이터는 제1 및 제2슬레이브 컨트롤러(310, 320)가 마스터 컨틀롤러(400) 측으로 주기적으로 전송한 데이터이다. 제어부(200)가 수행하는 제어 로직은 마스터 컨트롤러(400)에 구비된 메모리 디바이스에 프로그램으로 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
먼저, 도 2는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 모두 턴 오프되어 있는 시점에서의 모습을 보여준다. 도 2를 참조하면, 제1 스위치(SW1)가 턴 오프 시 제1 배터리팩(110)은 제1 단자(P+) 및 제2 단자(P-) 중 적어도 하나로부터 전기적으로 분리되고, 제2 스위치(SW2)가 턴 오프 시 제2 배터리팩(120) 역시 제1 단자(P+) 및 제2 단자(P-) 중 적어도 하나로부터 전기적으로 분리된다. 제어부(200)는, 제1 및 제2 슬레이브 컨트롤러(310, 320)를 이용하여 제1 배터리팩(110)의 전압과 제2 배터리팩(120)의 전압을 각각 측정하고, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이를 산출한다. 그 다음, 제어부(200)는, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이를 제1 임계 전압과 비교한다. 제1 임계 전압은, 예컨대 2.5V와 같이 미리 정해진 것일 수 있다.
또는, 제어부(200)는, 제1 배터리팩(110)의 SOH 및 제2 배터리팩(120)의 SOH를 기초로, 제1 임계 전압을 산출할 수도 있다. 즉, 제1 임계 전압은, 미리 정해진 것이라기 보다는 제1 배터리팩(110)의 SOH 및 제2 배터리팩(120)의 SOH에 의존하여 변화하는 것일 수 있다. 제1 배터리팩(110)의 SOH 및 제2 배터리팩(120)의 SOH 중 적어도 하나에 따라 제1 임계 전압을 룩업할 수 있는 룩업 테이블이 마스터 컨트롤러(400)의 메모리 디바이스에 저장되어 마스터 컨트롤러(400)에 의해 참조될 수 있다.
SOH는 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)이 방전 하한 전압부터 충전 상한 전압까지 충전되는 동안의 전류 량을 적산하여 산출한 MOL(Middle Of Life) 상태의 만충전 용량과 BOL(Beginning Of Life) 상태의 만충전 용량의 상대적 비교 값일 수 있다. 제어부(200)는 제1 및 제2 슬레이브 컨트롤러(310, 320)를 통해 측정한 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 전압이 방전 하한 전압부터 충전 상한 전압까지 변화하는 동안 제1 및 제2슬레이브 컨트롤러(310, 320)를 통해 측정한 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 전류 데이터를 이용하여 MOL 상태의 만충전 용량을 산출할 수 있다. 제어부(200)는 상기 BOL 상태의 만충전 용량을 메모리 디바이스에 미리 저장된 데이터를 참조하여 결정할 수 있다. 제어부(200)는 산출된 SOH 데이터를 마스터 컨트롤러(400)의 메모리 디바이스에 저장할 수 있다.
도 3은 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 모두 턴 온되어 있는 시점에서의 모습을 보여준다. 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 모두 턴 오프되어 있는 시점에서의 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제1 임계 전압 미만이면, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 모두 턴 온시킨다. 그 이유는, 제1 임계 전압 미만인 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이는, 배터리 관리 장치(20)에게 물리적인 손상을 끼칠만한 크기를 가지는 돌입 전류를 발생시키지 않기 때문이다.
도 4는 제1 스위치(SW1)는 턴 온되어 있고 제2 스위치(SW2)는 턴 오프되어 있는 시점에서의 모습을 보여준다. 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 모두 턴 오프되어 있는 시점에서의 제2 배터리팩(120)의 전압이 제1 배터리팩(110)의 전압보다 제1 임계 전압 이상 높으면, 제2 배터리팩(120)에 직렬 연결되는 제2 스위치(SW2)를 턴 오프시킨 채로 제1 배터리팩(110)에 직렬 연결되는 제1 스위치(SW1)는 턴 온시킨다. 이에 따라, 제1 배터리팩(110)은 턴 온된 제1 스위치(SW1)를 통해 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-)에 전기적으로 연결되고, 전력 변환 시스템(30)에 의해 공급되는 정전력으로 충전 가능하게 된다. 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1)는 턴 온되어 있고 제2 스위치(SW2)는 턴 오프되어 있는 시점에서의 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)의 SOC 차이가 임계 SOC 이상인 경우, 제1 명령을 전력 변환 시스템(30)에게 전송한다. 반면, 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1)는 턴 온되어 있고 제2 스위치(SW2)는 턴 오프되어 있는 시점에서의 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)의 SOC 차이가 임계 SOC 미만인 경우, 제2 명령을 전력 변환 시스템(30)에게 전송한다. 제1 명령은, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 제1 정전력을 공급할 것을 전력 변환 시스템(30)에게 요청하기 위한 것이다. 즉, 전력 변환 시스템(30)은, 제1 명령에 응답하여, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 제1 정전력을 공급할 수 있다. 제2 명령은, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 제1 정전력보다 작은 제2 정전력을 공급할 것을 전력 변환 시스템(30)에게 요청하기 위한 것이다. 즉, 전력 변환 시스템(30)은, 제2 명령에 응답하여, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 제2 정전력을 공급할 수 있다. 예컨대, 제1 배터리팩(110)의 SOC가 제2 배터리팩(120)의 SOC보다 임계 SOC 이상 작으면 제1 배터리팩(110)은 제1 정전력으로 충전되다가, 제1 배터리팩(110)의 SOC와 임계 SOC의 합이 제2 배터리팩(120)의 SOC와 동일해지는 시점부터 제1 배터리팩(110)은 제2 정전력으로 충전된다. 임계 SOC는, 미리 정해진 것일 수 있다. 또는, 제어부(200)는, 제1 배터리팩(110)의 SOH 및 제2 배터리팩(120)의 SOH를 기초로, 임계 SOC를 산출할 수도 있다. 즉, 임계 SOC는, 미리 정해진 것이라기 보다는 제1 배터리팩(110)의 SOH 및 제2 배터리팩(120)의 SOH에 의존하여 변화하는 것일 수 있다. 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOH로부터 임계 SOC를 결정하기 위해 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOH에 의해 임계 SOC를 룩업할 수 있는 룩업 테이블이 마스터 컨트롤러(400)의 메모리 디바이스에 저장되어 마스터 컨트롤러(400)에 의해 참조될 수 있다. 제어부(200)는, 제1 배터리팩(110)이 제2 정전력으로 충전 중, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)의 전압 차이를 주기적으로 산출할 수 있다. 만약, 제1 배터리팩(110)이 제2 정전력으로 충전 중에 제1 배터리팩(110)의 전압이 제2 배터리팩(120)의 전압보다 작으면, 제어부(200)는 제1 스위치(SW1)를 계속 턴 온시키고 제2 스위치(SW2)는 계속 턴 오프시킬 수 있다.
만약, 제1 배터리팩(110)이 제2 정전력으로 충전 중에 제1 배터리팩(110)의 전압이 제2 배터리팩(120)의 전압 이상이고 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제2 임계 전압보다 작아지면, 제어부(200)는 도 3에 도시된 것처럼 제2 스위치(SW2)를 턴 온시킬 수 있다. 또는, 제1 배터리팩(110)이 제2 정전력으로 충전 중에 제1 배터리팩(110)의 전압이 제2 배터리팩(120)의 전압 이상이고 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제2 임계 전압과 동일해지면, 제어부(200)는 도 3에 도시된 것처럼 제2 스위치(SW2)를 턴 온시킬 수도 있다. 제2 임계 전압은, 각 배터리팩의 내부 저항 및 충전 전류에 의한 전압 강하(voltage drop)에 대응한다. 제2 임계 전압은, 제1 임계 전압과 같거나 높게 또는 낮게 미리 정해진 것일 수 있다. 또는, 제어부(400)는, 제2 정전력으로 충전 중인 어느 한 배터리팩(110 또는 120)의 SOH를 기초로, 제2 임계 전압을 결정할 수도 있다. 제2 정전력으로 충전 중인 어느 한 배터리팩의 SOH가 낮을수록 제어부(400)에 의해 결정되는 제2 임계 전압은 높을 수 있다. 예컨대, 제2 정전력으로 충전 중인 어느 한 배터리팩의 SOH가 98%이면 제2 임계 전압은 3.0V로 결정되고, SOH가 96%이면 제2 임계 전압은 3.3V로 결정될 수 있다. 제2 정전력으로 충전 중인 어느 한 배터리팩의 SOH에 따라 제2 임계 전압을 룩업할 수 있는 룩업 테이블이 마스터 컨트롤러(400)의 메모리 디바이스에 저장되어 마스터 컨트롤러(400)에 의해 참조될 수 있다.
만약, 제1 배터리팩(110)이 제2 정전력으로 충전 중에 제1 배터리팩(110)의 전압이 제2 배터리팩(120)의 전압보다 제2 임계 전압 이상 높아지면, 제어부(200)는 전력 변환 시스템(30)에게 제3 명령을 전송하거나 제2 명령의 전송을 중단할 수 있다. 즉, 제3 명령은, 제1 배터리팩(110) 및 제2 배터리팩(120) 중 어느 하나가 제2 정전력으로 충전 중에 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제2 임계 전압과 같거나 더 커지는 경우에 제어부(400)로부터 출력될 수 있다. 전력 변환 시스템(30)은, 제2 정전력을 공급하는 중에 제어부(200)로부터 제3 명령이 전송되거나 제2 명령의 전송이 중단되는 경우, 제2 정전력의 공급을 중단하도록 구성될 수 있다.
제어부(200)는, 전력 변환 시스템(30)이 제2 정전력의 공급을 중단한 시점으로부터 미리 정해진 안정화 기간이 경과된 시점에 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제1 임계 전압 미만인지 여부를 판정할 수 있다. 안정화 기간은, 각 배터리팩이 제2 정전력으로 충전되는 중에 발생하게 되는 분극(Polarization)을 제거하기 위한 기간이다. 만약, 안정화 기간이 경과된 시점에서의 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제1 임계 전압 미만이면, 제어부(200)는 제2 스위치(SW2)도 턴 온시킨다. 이에 따라, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)이 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에서 서로 병렬 연결된다. 반면, 안정화 기간이 경과된 시점에서의 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제1 임계 전압 이상이면, 제어부(200)는 제1 스위치(SW1)까지 턴 오프시킨다. 이에 따라, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)은 모두 제1 단자(P+) 및 제2 단자(P-) 중 적어도 하나로부터 전기적으로 분리된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)을 병렬 연결하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다. 도 5 및 도 6의 각 단계를 '밸런싱 단계'라고 칭할 수 있다. 후술할 밸런싱 단계들은, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)이 서로 병렬 연결되는 때에 돌입 전류가 흐르지 않도록 하기 위해, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 중 어느 하나를 충전시키면서 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 순차적으로 턴 온시키기 위한 것이다. 도 5에 도시된 방법은, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 턴 오프되어 있을 때에 개시된다. 설명의 편의를 위해, 도 5에 도시된 방법이 개시되는 시점에서 제1 배터리팩(110)의 전압이 제2 배터리팩(120)의 전압보다 낮은 것으로 가정한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 단계 S500에서, 제어부(200)는 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제1 임계 전압 미만인지 여부를 판정한다. 일 예로, 제1 배터리팩(110)의 전압이 200V이고, 제2 배터리팩(120)의 전압이 202V이며, 제1 임계 전압이 2.5V인 경우, 단계 S500의 값은 "Yes"가 된다. 다른 예로, 제1 배터리팩(110)의 전압이 200V이고, 제2 배터리팩(120)의 전압이 205V이며, 제1 임계 전압이 2.5V인 경우, 단계 S500의 값은 "No"가 된다. 단계 S500의 값이 "Yes"이면 단계 S510이 진행된다. 단계 S500의 값이 "No"이면 단계 S520이 진행된다.
단계 S510에서, 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 모두 턴 온시킨다. 이는, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)을 서로 전기적으로 병렬 연결하기 위함이다.
단계 S520에서, 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1)를 턴 온시킨다. 즉, 제2 배터리팩(120)의 전압이 제1 배터리팩(110)의 전압보다 임계 전압 이상 높으면, 제1 스위치(SW1)가 턴 온된다. 이때, 제2 스위치(SW2)는 턴 오프된 채로 유지된다. 이에 따라, 제1 배터리팩(110)은 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 공급되는 전력으로 충전 가능한 상태가 된다.
단계 S530에서, 제어부(200)는, 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 SOC 차이가 임계 SOC 미만인지 여부를 판정한다. 일 예로, 제1 배터리팩(110)의 SOC는 66%이고, 제2 배터리팩(120)의 SOC는 75%이며, 임계 SOC는 8%인 경우, SOC 차이는 9%이므로, 단계 S530의 값은 "No"가 된다. 다른 예로, 제1 배터리팩(110)의 SOC는 70%이고, 제2 배터리팩(120)의 SOC는 75%이며, 임계 SOC는 8%인 경우, SOC 차이는 5%이므로 단계 S530의 값은 "Yes"가 된다. 단계 S530의 값이 "No"이면 단계 S540이 진행된다. 단계 530의 값이 "Yes"이면 단계 S550이 진행된다.
단계 S540에서, 제어부(200)는, 전력 변환 시스템(30)에게 제1 명령을 전송한다. 전력 변환 시스템(30)은, 제1 명령에 응답하여, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 제1 정전력을 공급한다. 이에 따라, 제1 배터리팩(110)은 제1 정전력으로 충전될 수 있다. 제1 정전력은, 미리 정해진 최대 전력의 제1 비율에 대응할 수 있다. 제1 비율은, 0보다 크고 1보다 작을 수 있다. 예컨대, 최대 전력은 1000W이고 제1 비율이 0.5인 경우, 제1 정전력은 500W이다. 500W의 제1 정전력이 공급되는 어느 시점에서의 제1 배터리팩(110)의 전압이 300V인 경우, 5/3A의 충전 전류가 제1 배터리팩(110)으로 흘러들어감에 따라 제1 배터리팩(110)이 충전될 수 있다.
단계 S550에서, 제어부(200)는, 전력 변환 시스템(30)에게 제2 명령을 전송한다. 전력 변환 시스템(30)은, 제2 명령에 응답하여, 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에 제2 정전력을 공급한다. 이에 따라, 제1 배터리팩(110)은 제2 정전력으로 충전될 수 있다. 제2 정전력은, 미리 정해진 최대 전력의 제2 비율에 대응할 수 있다. 제2 비율은, 0보다 크고 1보다 작을 수 있다. 또한, 제2 비율은, 제1 비율보다 작을 수 있다. 예컨대, 최대 전력은 1000W이고 제2 비율이 제1 비율보다 작은 0.1인 경우, 제2 정전력은 100W이다. 100W의 제2 정전력이 공급되는 어느 시점에서의 제1 배터리팩(110)의 전압이 300V인 경우, 1/3A의 충전 전류가 제1 배터리팩(110)으로 흘러들어감에 따라 제1 배터리팩(110)이 충전될 수 있다. 따라서, 당업자라면 제2 정전력이 공급되는 경우, 제1 정전력이 공급되는 경우보다 제1 배터리팩(110)이 상대적으로 느리게 충전될 것이며, 충전 전류에 의한 전압 강하는 줄어들게 된다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
단계 S560에서, 제어부(200)는 제1 배터리팩(110)의 전압이 제2 배터리팩(120)의 전압보다 낮은지 여부를 판정한다. 단계 S560의 값이 "Yes"이면 단계 S550이 진행된다. 단계 S560의 값이 "No"이면 단계 S570이 진행된다.
단계 S570에서, 제어부(200)는 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)의 전압 차이가 제2 임계 전압보다 큰지 여부를 판정한다. 단계 S570의 값이 "No"이면 단계 S580이 진행된다. 단계 S570의 값이 "Yes"이면 단계 S600이 진행된다.
단계 S580에서, 제어부(200)는 제2 스위치(SW2)를 턴 온시킨다. 제1 스위치(SW1)는 단계 S520에서부터 이미 턴 온되어 있으므로, 단계 S580에 의해 제2 스위치(SW2)까지 턴 온되는 시점부터 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120)은 제1 단자(P+)와 제2 단자(P-) 사이에서 서로 병렬 연결된다.
단계 S600에서, 제어부(200)는 전력 변환 시스템(30)에게 제3 명령을 전송한다. 전력 변환 시스템은, 제3 명령에 응답하여, 제2 정전력의 공급을 중단한다. 단계 S570의 값이 "Yes"이라는 것은, 제2 정전력이 공급된 기간에 비하여 제1 배터리팩(110)의 전압이 과도하게 빠르게 높아졌음을 나타낸다. 이는, 제1 배터리팩(110)의 전압이 실제로 급격히 높아졌거나 제1 배터리팩(110)의 전압이 잘못 측정되었을 가능성이 높은 상황이다. 따라서, 제어부(200)는, 제1 배터리팩(110)의 충전을 일시적으로 중단시키기 위해 제3 명령을 전송할 수 있다.
단계 S610에서, 제어부(200)는 제3 명령이 전송된 시점으로부터 안정화 기간이 경과되었는지 여부를 판정한다. 안정화 기간 동안, 제1 배터리팩(110)의 전압은 제1 배터리팩(110)의 SOC에 대응하는 개방 전압을 향하여 점차적으로 낮아지게 된다. 단계 S610의 값이 "Yes"이면 단계 S620이 진행된다.
단계 S620에서, 제어부(200)는 제1 배터리팩(110)과 제2 배터리팩(120) 간의 전압 차이가 제1 임계 전압 미만인지 여부를 판정한다. 단계 S620의 값이 "Yes"이면 단계 S580이 진행된다. 단계 S620의 값이 "No"이면 단계 S630이 진행된다.
단계 S630에서, 제어부(200)는 제1 스위치(SW1)를 턴 오프시킨다. 이에 따라, 제1 배터리팩(110) 역시 제1 단자(P+) 및 제2 단자(P-) 중 적어도 하나로부터 전기적으로 분리된다. 단계 S630이 실행된 시점 후에 단계 S500이 자동 재실행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배터리 관리 장치(20)를 보호하기 위한 방법을 보여주는 순서도이다. 도 7의 방법은, 도 5 및 도 6의 밸런싱 단계들 중 어느 하나가 실행되는 중에 시작될 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 단계 S700에서, 제어부(200)는, 전력 변환 시스템(30)으로부터 제1 통지 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 즉, 제어부(200)는, 제1 통지 신호의 수신 여부를 주기적으로 모니터링할 수 있다. 제1 통지 신호는, 정전 등으로 인하여 전력 변환 시스템(30)에 전기적으로 연결된 전기 계통으로부터의 전력 공급이 차단되었음을 나타낼 수 있다. 참고적으로, 전력 변환 시스템(30)은, 제어부(200)에게 제1 통지 신호를 전송한 다음, 제1 단자와 제2 단자 사이에 공급 중인 전력을 0W(watt)으로 감소시키는 동작을 시작할 수 있다. 단계 S700의 값이 "Yes"이면 단계 S710이 진행된다.
단계 S710에서, 제어부(200)는, 제1 통지 신호에 응답하여, 밸런싱 단계들을 중단한다. 예컨대, 도 5 및 도 6의 단계들 S500~S630 중에서 제1 통지 신호가 수신된 시점에 실행 중인 어느 하나(예, S530, S560, S580 또는 S610)를 중단한다. 제어부(200)는, 자신의 메모리 디바이스 내에, 상기 중단된 어느 한 밸런싱 단계를 식별할 수 있는 데이터를 저장할 수 있다.
단계 S720에서, 제어부(200)는, 제1 통지 신호가 수신된 시점으로부터 미리 정해진 준비 기간이 경과하였는지 여부를 판정한다. 준비 기간은, 상기 전력 변환 시스템(30)의 트래킹 기간 이상이다. 예컨대, 준비 기간은, 트래킹 기간의 2배일 수 있다. 트래킹 기간은, 전력 변환 시스템(30)이 제1 단자(P+) 및 제2 단자(P-) 사이에 공급 중인 전력을 0W까지으로 감소시키는 데에 요구되는 최대 시간을 나타낸다. 단계 S720의 값이 "Yes"이면 단계 S730이 진행된다. 단계 S720의 값이 "No"이면 단계 S760이 진행된다.
단계 S730에서, 제어부(200)는, 셧다운 준비 모드를 실행하여, 셧다운 준비 모드에서 제1 및 제2 슬레이브 컨트롤러(310, 320)를 이용하여 제1 배터리팩(110)의 팩 전류 및 제2 배터리팩(120)의 팩 전류를 각각 측정한다. 즉, 셧다운 준비 모드는, 제1 배터리팩(110)의 팩 전류 및 제2 배터리팩(120)의 팩 전류를 측정하고 각 팩 전류가 미리 정해진 전류 범위 내인지 확인하기 위한 모드로서, 제1 통지 신호가 수신된 시점으로부터 미리 정해진 준비 기간이 경과된 시점에 실행될 수 있다.
단계 S740에서, 제어부(200)는, 제1 배터리팩(110)의 팩 전류 및 제2 배터리팩(120)의 팩 전류가 미리 정해진 전류 범위 내인지 여부를 판정한다. 전류 범위는, 예컨대 -1.5~+1.5A일 수 있다. 제1 배터리팩(110)의 팩 전류가 전류 범위 내라는 것인, 전력 제어 시스템이 정상적으로 동작함(즉, 공급 전력이 대기 기간 내에 0W로 감소)에 따라, 제1 스위치(SW1)를 턴 오프시키더라도 제1 스위치(SW1)가 손상되지 않는 상태임을 나타낸다. 제2 배터리팩(120)의 팩 전류가 전류 범위 내라는 것인, 전력 제어 시스템이 정상적으로 동작함에 따라, 제2 스위치(SW2)를 턴 오프시키더라도 제2 스위치(SW2)가 손상되지 않는 상태임을 나타낸다. 단계 S740의 값이 "No"라는 것은, 제1 배터리팩(110)의 팩 전류 및 제2 배터리팩(120)의 팩 전류 중 적어도 하나가 전류 범위를 벗어났음을 나타낸다. 단계 S740의 값이 "Yes"이면, 단계 S750이 진행된다. 단계 S740의 값이 "No"이면, 제어부(200)가 전류 진단 모드를 실행함으로써, 단계 S730으로 돌아간다. 즉, 전류 진단 모드는, 제1 배터리팩(110)의 팩 전류 및 제2 배터리팩(120)의 팩 전류가 전류 범위 내가 될 때까지, 제1 배터리팩(110)의 팩 전류 및 제2 배터리팩(120)의 팩 전류를 무기한 감시하기 위한 모드이다.
단계 S750에서, 제어부(200)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 턴 오프시킨다. 만약, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2) 중 어느 하나가 이미 턴 오프되어 있다면, 제어부(200)는 다른 하나만을 턴 오프시킬 수 있다.
단계 S760에서, 제어부(200)는, 전력 변환 시스템(30)으로부터 제2 통지 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 제2 통지 신호는, 예컨대 단계 S710 또는 S720이 실행되는 중에 수신될 수 있다. 제2 통지 신호는, 복전 등에 의해 전기 계통으로부터의 전력 공급이 재시작되었음을 나타낼 수 있다. 단계 S760의 값이 "Yes"이면, 단계 S770이 진행된다. 단계 S760의 값이 "No"이면, 단계 S720으로 돌아간다.
한편, 제1 통지 신호가 수신되었던 시점에서 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 이미 턴 온되어 있었다면, 제어부(200)는 전류 진단 모드가 실행되는 중에 전력 변환 시스템(30)으로부터의 제2 통지 신호가 수신되는 경우, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 턴 온 상태로 유지할 수 있다.
단계 S770에서, 제어부(200)는, 단계 S710에서 중단된 어느 한 밸런싱 단계를 재시작한다. 제2 통지 신호는, 복전 등에 의해 전기 계통으로부터의 전력 공급이 재시작되었음을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 단계 S700에서 제1 통지 신호에 의해 밸런싱 단계 S530이 중단된 경우, 제어부(200)는 메모리 디바이스에 저장된 데이터를 기초로 단계 S530이 중단된 상태임을 확인한 다음, 단계 S770에서 밸런싱 단계 S530을 재시작할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
<부호의 설명>
10: 에너지 저장 시스템
20: 배터리 관리 장치
30: 전력 변환 시스템
110: 제1 배터리팩
120: 제2 배터리팩
SW1: 제1 스위치
SW2: 제2 스위치
200: 제어부
310: 제1 슬레이브 컨트롤러
320: 제2 슬레이브 컨트롤러
400: 마스터 컨트롤러

Claims (11)

  1. 제1 단자와 제2 단자를 통해 전력 변환 시스템에 연결되는 배터리 관리 장치에 있어서,
    제1 배터리팩;
    제2 배터리팩;
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에서 상기 제1 배터리팩과 직렬 연결되는 제1 스위치;
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에서 상기 제2 배터리팩과 직렬 연결되는 제2 스위치; 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 간의 병렬 연결을 위한 밸런싱 단계들 중 어느 하나가 실행되는 중에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제1 통지 신호에 응답하여, 셧다운 준비 모드에서 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 미리 정해진 전류 범위 내인지 여부를 판정하고,
    상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 상기 전류 범위 내인 것으로 판정된 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 오프시키도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 통지 신호가 수신된 시점으로부터 미리 정해진 준비 기간이 경과된 시점에 상기 셧다운 준비 모드를 실행하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 준비 기간은, 상기 전력 변환 시스템의 트래킹 기간 이상이고,
    상기 트래킹 기간은, 상기 전력 변환 시스템이 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 공급 중인 전력을 0W까지 감소시키는 데에 요구되는 최소 시간을 나타내는, 배터리 관리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 통지 신호가 수신된 시점으로부터 상기 준비 기간이 경과되기 전에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제2 통지 신호가 수신되는 경우, 상기 밸런싱 단계들 중 상기 제1 통지 신호가 수신되었던 시점에서 실행 중이었던 어느 한 밸런싱 단계를 재시작하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 셧다운 준비 모드가 실행된 시점에서의 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류 중 적어도 하나가 상기 전류 범위를 벗어나는 것으로 판정된 경우, 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류 각각을 무기한 감시하기 위한 전류 진단 모드를 실행하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 진단 모드가 실행되는 중에 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 상기 전류 범위 내가 되는 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 오프시키도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 통지 신호가 수신되었던 시점에서 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴 온되어 있었다면, 상기 전류 진단 모드가 실행되는 중에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제2 통지 신호가 수신되는 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 온 상태로 유지하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통지 신호는,
    상기 전력 변환 시스템에 전기적으로 연결된 전기 계통으로부터의 전력 공급이 차단되었음을 나타내는, 배터리 관리 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 통지 신호는,
    상기 전기 계통으로부터의 전력 공급이 재개되었음을 나타내는, 배터리 관리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 관리 장치; 및
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 통해 상기 배터리 관리 장치에 연결되는 상기 전력 변환 시스템을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  11. 제1항에 따른 상기 배터리 관리 장치를 보호하기 위한 배터리 관리 방법에 있어서,
    상기 제1 배터리팩과 상기 제2 배터리팩 간의 병렬 연결을 위한 밸런싱 단계들 중 어느 하나가 실행되는 중에 상기 전력 변환 시스템으로부터의 제1 통지 신호에 응답하여, 상기 셧다운 준비 모드를 실행하는 단계;
    상기 셧다운 준비 모드에서 상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 미리 정해진 전류 범위 내인지 여부를 판정하는 단계; 및
    상기 제1 배터리팩의 팩 전류 및 상기 제2 배터리팩의 팩 전류가 상기 전류 범위 내인 것으로 판정된 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 오프시키는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
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