WO2023214710A1 - 배터리 모듈 내부 상태를 제어할 수 있는 배터리 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

배터리 모듈 내부 상태를 제어할 수 있는 배터리 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2023214710A1
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cell
current
state
battery
electrical information
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PCT/KR2023/005006
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오기용
정진호
곽은지
김준형
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한양대학교 산학협력단
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    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling

Definitions

  • the present invention relates to a battery system, and more specifically, to a battery system and a control method capable of controlling the internal state of a battery module that varies depending on charging and/or discharging.
  • Secondary batteries that can be charged and discharged are essential for smartphones, electric vehicles, and ESS (Energy Storage Systems). Accordingly, research on the performance and lifespan of secondary batteries is continuously being conducted.
  • the state of the secondary battery may change in various ways due to charging and discharging, which may cause the performance of the secondary battery to deteriorate.
  • the usable temperature for lithium-ion batteries among secondary batteries is 0 to 60 degrees Celsius, but for optimal performance, operation between 15 and 40 degrees Celsius is recommended. This is because the more frequently a lithium-ion battery is exposed to high temperatures, the faster its performance deteriorates.
  • a swelling phenomenon in which the volume changes depending on charging and discharging may occur in secondary batteries. Due to the movement and diffusion of ions (for example, lithium ions) within the secondary battery, subtle changes in molecular structure occur, which causes macroscopic changes in the volume of the secondary battery. Changes in the volume of the secondary battery may cause mechanical fatigue in the secondary battery module, which may result in performance degradation such as capacity loss or failure of the secondary battery module. Multiple secondary batteries are stacked in a secondary battery module. As the volume of secondary batteries increases, the pressure inside the secondary battery module increases, which causes structural changes in the secondary battery module anode material, formation of SEI (Solid Electrolyte Interphase), and lithium plating. This can be.
  • SEI Solid Electrolyte Interphase
  • the present invention seeks to provide a battery system in which the internal state of a secondary battery module can be controlled.
  • a battery system includes a battery module including at least one first cell and at least one second cell; and a battery management module that changes the state of the second cell to correspond to a preset standard in response to a change in the state of the first cell due to charging and discharging.
  • the battery module further includes a sensor that detects a change in the state of the first cell, and the battery management module may detect a change in the state of the first cell through information generated by the sensor. .
  • the battery management module determines the charging current or discharging current of the second cell using the information generated by the sensor and the standard, wherein the state of the second cell changes by charging and discharging. You can.
  • the senor generates a current value by sensing the force applied by a change in the state of the first cell, and the battery management module uses the difference between the current value and the reference to determine the charging current or the The discharge current can be determined.
  • the battery management module may determine the charging current or the discharging current using the difference and a pre-stored first look-up table.
  • the battery management module determines first electrical information about the current that can be supplied to the second cell, and uses the first electrical information, the difference, and the first look-up table to determine the charging current or The discharge current can be determined.
  • the battery management module generates second electrical information using information about the power charged in the second cell, and uses the second electrical information and a preset second look-up table to generate the first electrical information. Electrical information can be judged.
  • the first look-up table may correspond to the correlation between the first electrical information, the second electrical information, and the force.
  • the battery management module may include a bidirectional power supply that supplies the charging current to the second cell or receives the discharging current from the second cell according to a control signal; and a controller that generates the control signal corresponding to the decision.
  • a method for controlling the internal state of a battery module in a battery system including a battery management module and a battery module comprising: detecting a state of the first cell that changes according to charging and discharging; and changing the state of the second cell to correspond to a preset standard in response to the state of the first cell.
  • the step of detecting the state of the first cell may include detecting a change in the state of the first cell through information generated by a sensor formed in the battery module.
  • the step of changing the state of the second cell includes determining the charging current or discharging current of the second cell using the information generated by the sensor and the standard. 2
  • the state of the cell may change due to charging and discharging.
  • the step of determining the charging current or discharging current of the second cell includes determining the charging current or discharging current using a difference between a current value and the reference, wherein the current value may be generated by the sensor sensing a force applied by a change in the state of the first cell.
  • the step of determining the charging current or the discharging current may include determining the charging current or the discharging current using the difference and a pre-stored first look-up table.
  • determining the charging current or the discharging current may include determining first electrical information about a current that can be supplied to the second cell; and determining the charging current or the discharging current using the first electrical information, the difference, and the first look-up table.
  • determining the first electrical information may include generating second electrical information using information about power charged in the second cell; and determining the first electrical information using the second electrical information and a preset second look-up table.
  • a memory storing information about preset standards; A controller that determines a charging current or discharging current to change the state of the second cell to correspond to the standard in response to the state of the first cell that changes depending on charging and discharging; and a bidirectional power supply that supplies the charging current to the second cell or receives the discharging current from the second cell according to the decision, wherein the first cell and the second cell are formed in a battery module.
  • a battery management module is disclosed.
  • a first look-up table is further stored in the memory, and the controller determines a difference between the current value for the state of the first cell and the reference, and uses the difference and the first look-up table.
  • the charging current or the discharging current can be determined.
  • the controller determines first electrical information about a current that can be supplied to the second cell, and uses the first electrical information, the difference, and the first look-up table to determine the charging current or the The discharge current can be determined.
  • a second look-up table is further stored in the memory, the controller generates second electrical information using information about the power charged in the second cell, and the second electrical information and the first 2
  • the first electrical information is determined using a look-up table, and the first look-up table may correspond to the correlation between the first electrical information, the second electrical information, and the force.
  • a battery system in which the state inside the battery module can be controlled by the user's intention can be provided.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a battery management module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are diagrams of the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 5 and 6 are diagrams for explaining a case in which the internal state of a battery module is controlled according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram illustrating a lookup table for reading first electrical information according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram illustrating a lookup table for reading second electrical information according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a flowchart of a method for controlling force inside a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a component when referred to as “connected” or “connected” to another component, the component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular, the contrary It should be understood that unless a base material exists, it may be connected or connected through another component in the middle.
  • units that processes at least one function or operation
  • a processor such as a processor, microprocessor, Micro Controller, CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), APU (Accelerate Processor Unit), DSP (Digital Signal Processor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array) It may be implemented through hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • each component is responsible for. That is, two or more components, which will be described below, may be combined into one component, or one component may be divided into two or more components for more detailed functions.
  • each of the components described below may additionally perform some or all of the functions handled by other components, and some of the main functions handled by each component may be performed by other components. Of course, it can also be carried out exclusively by .
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the battery system 100 can be used in devices and/or systems that require charging and discharging, such as electric vehicles and energy storage systems (ESS).
  • the battery system 100 may include a battery module 110 and a battery management module 120.
  • the battery module 110 may be an assembly including one or more secondary battery cells and a frame. In the battery module 110, one or more secondary battery cells may be placed in a frame to be protected from external forces such as external shock, heat, vibration, etc.
  • the battery system 100 is illustrated as including a single battery module 110 , but the battery system 100 may also include a plurality of battery modules 110 .
  • the battery management module 120 may transfer electrical energy from a connected external charger to the battery module 110 to charge the battery module 110 with electrical energy. Additionally, the battery management module 120 can adjust the voltage through voltage balancing of each secondary battery cell in the battery module 110 and manage the battery module 110 to prevent overload.
  • the battery management module 120 can control the internal state of the battery module 110.
  • the internal state of the battery module 110 may change depending on charging and discharging. This is because the temperature and/or volume of each secondary battery cell within the battery module 110 may change depending on charging and discharging.
  • the battery management module 120 may detect changes in the state inside the battery module 110 and control the inside of the battery module 110 to be in a preset state.
  • FIG. 2 is a block diagram of a battery management module according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 3 and 4 are diagrams of the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration and connection structure of the battery module 110 and the battery management module 120 will be described with reference to these drawings.
  • the battery management module 120 includes a bidirectional power supply (BIDIRECTIONAL POWER SUPPLY) 210, a controller (CONTROLLER) 220, and a memory (MEMORY) 230. may include.
  • the battery module 110 includes n first cells (The First Cell) (310-1 to 310-n) (where n is a natural number) and a second cell (The Second Cell) ( 320) and frames 330-1 and 330-2.
  • the frames 330-1 and 330-2 are configured to protect the first cells 310-1 to 310-n (hereinafter collectively referred to as '310') and the second cell 320 from external force, As long as it surrounds the first cell 310 and the second cell 320, it can be formed regardless of the number. In other words, the number of frames is unrelated to the scope of the present invention.
  • the battery module 110 may further include a sensor 410 .
  • the sensor 410 is a component that detects a change in the state inside the battery module 110, and is shown as being formed on one side of the frame 330-1, but is located between the first cells 310-1 to 310-n or the first cell 310-n. It may be formed between the first cell 310 and the second cell 320. Therefore, the location of the sensor 410 is also unrelated to the scope of the present invention. Additionally, the sensor 410 may be connected to the controller 220. Information generated by the sensor 410 may be input to the controller 220.
  • the second cell 320 may be connected to the bidirectional power supply 210.
  • the second cell 320 is shown as being formed between the first cell 310 and the frame 330-2, but may also be formed between the first cells 310-1 to 310-n. Accordingly, the location of the second cell 320 is also irrelevant to the scope of the present invention.
  • the bidirectional power supply 210 may be configured to supply current to the second cell 320 or to receive current from the second cell 320. That is, the bidirectional power supply 210 can supply current to the second cell 320 or receive current from the second cell 320 according to a control signal from the controller 220.
  • the bidirectional power supply 210 is capable of inputting and outputting current, so any device that can perform both charging and discharging of the second cell 320 can be applied regardless of its type.
  • the controller 220 is a component for controlling the operation of the battery management module 120. In particular, it can generate a control signal using information input from the sensor 410 and information stored in the memory 230. The control signal generated by the controller 220 may be output to the bidirectional power supply 210.
  • the memory 230 is a data storage space such as a magnetic field-type storage medium (HDD) or a semiconductor-type storage medium (SSD), and may be formed inside or outside the battery management module 120 and connected to the controller 220.
  • the memory 230 may store various types of information necessary for the operation of the battery management module 120.
  • One or more first cells 310 may be secondary battery cells that are charged by current input from an external charging device and discharged by transferring the charged electricity to a load.
  • One or more first cells 310 may be electrically connected in series and/or parallel and stacked within the frame 330 .
  • the state of the first cell 310 may change during charging and discharging, such as an increase in temperature or increase or decrease in volume.
  • the state of the second cell 320 may change in response to a change in the state of the first cell 310.
  • the second cell 320 is a secondary battery cell and can be charged or discharged by the bidirectional power supply 210.
  • the controller 220 may generate a control signal to decrease the volume of the second cell 320 when the volume of the first cell 310 increases, and conversely, when the volume of the first cell 310 decreases, the volume of the second cell 320 decreases.
  • a control signal can be generated to increase the volume of (320).
  • the force (eg, pressure) inside the battery module 110 can be maintained constant. Detailed operations for this will be described later.
  • the frames 330-1 and 330-2 are components that can contain the first cell 310, the second cell 320, and the sensor 410 inside, and these are It may be made of a material that can protect against (e.g., steel, plastic, etc.).
  • the sensor 410 may be configured to detect a change in the state of the first cell 310 and generate information about it.
  • sensor 410 may be a pressure sensor. When the first cell 310, the second cell 320, and the sensor 410 are closely stacked between the frame 330, when the volume of the first cell 310 changes, the pressure applied to the sensor 410 also changes. You can. The sensor can detect pressure that changes according to the change in volume of the first cell 310 and generate corresponding information.
  • sensor 410 may be a temperature sensor. In this case, the sensor 410 may detect a change in temperature of the first cell 310 and generate corresponding information. Information generated by the sensor 410 may be output to the controller 220.
  • the force (eg, pressure) inside the battery module 110 may be maintained or changed as preset under the control of the battery management module 120.
  • specific operations of each component of the battery module 110 and the battery management module 120 will be described.
  • Figures 5 and 6 are diagrams for explaining a case in which the internal state of a battery module is controlled according to an embodiment of the present invention.
  • the shape of the frame 330 may not change in state (eg, volume, shape, etc.) due to charging and discharging of the first cell 310, etc. This is because the frame 330 must protect the first cell 310 formed inside from the outside. Therefore, as illustrated in FIGS. 5 and 6, the force (pressure) applied to the frame 330 will also change according to the volume change (swelling in FIG. 6) due to charging and discharging of the first cell 310. Since changes in force applied to the frame 330 also affect the first cell 310, deterioration of the first cell 310 may be accelerated through inappropriate pressure. This is because battery cells have pressure-dependent characteristics.
  • the controller 220 of the battery management module 120 recognizes a change in the state of the first cell 310 through the information generated by the sensor 410, and determines the state of the second cell 320 through the recognition result. It can be changed to correspond to preset standards.
  • the sensor 410 is a pressure sensor.
  • the sensor 410 may sense applied pressure and generate corresponding information (hereinafter referred to as 'pressure information'). Since the change in state due to charging and discharging of the first cell 310 may change the force applied to the sensor 410, the pressure information may be information that reflects the change in state of the first cell 310.
  • the sensor 410 may periodically generate pressure information according to a preset period. Alternatively, the sensor 410 may continue to generate pressure information in an active state. Alternatively, the sensor 410 may generate pressure information whenever the pressure changes.
  • the generated pressure information can be input to the controller 220.
  • the controller 220 can control state changes of the second cell 320 using pressure information and one or more lookup tables stored in the memory 230.
  • the controller 220 may generate information about the difference between the most recently input pressure information (hereinafter referred to as 'current value') and a preset 'standard' (hereinafter referred to as 'difference value').
  • the 'standard' may be information previously stored in the memory 230.
  • the controller 220 may use one or more lookup tables stored in the memory 230 to control changes in the state of the second cell 320.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a lookup table for reading first electrical information according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a lookup table for reading second electrical information according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.
  • the second cell 320 is a battery cell whose state changes depending on charging and discharging.
  • the first electrical information may mean information about the current that can be supplied depending on the charge amount of the second cell 320.
  • the second electrical information may be information corresponding to the charge amount of the second cell 320. Accordingly, the first electrical information may be information that can be determined based on the second electrical information.
  • the lookup table in FIG. 8 is referred to as a first lookup table
  • the lookup table in FIG. 7 is referred to as a second lookup table.
  • the controller 220 may determine the charge amount (i.e., second electrical information) of the second cell 320. Since the method by which the controller 220 determines the second electrical information of the second cell 320, which is a battery cell, is self-evident, detailed descriptions may be omitted. The controller 220 may determine the first electrical information using the determined second electrical information and the second look-up table.
  • the second lookup table may relate to the correlation between information about the second electrical information and the first electrical information.
  • the first electrical information may be ⁇ 52[A].
  • the second electrical information ('Electrical Information' in FIG. 7) may be one of the charging current [A], charging voltage [V], or charging charge amount [C] of the second cell 320.
  • the second electrical information may be between a and b, the first electrical information may be ⁇ 39[A].
  • the second electrical information is greater than g, the first electrical information may be ⁇ 1.3[A].
  • the second look-up table may include information about the current range that can most efficiently change the state of the second cell 320 according to the second electrical information of the second cell 320.
  • Information included in the second lookup table may vary depending on the capacity, type, etc. of the second cell 320.
  • the controller 220 can read information corresponding to the pressure change in the second cell 320 when the current included in the first electrical information is input to the second cell 320 through the first lookup table.
  • the first lookup table stores first electrical information, second electrical information, and a change in the state of the second cell 320 (i.e., the sensor 410 according to a change in the state of the second cell 320). It can be a table about the relationship between (change in force applied to) . For example, the X-axis of the first lookup table illustrated in FIG.
  • the controller 220 responds to the state change of the second cell 320 when a current corresponding to the first electrical information is input to the second cell 320 corresponding to the second electrical information. Accordingly, it will be possible to recognize temporal changes in the force (pressure) applied to the sensor 410.
  • the first look-up table in FIG. 8 may be for a case where the second cell 320 needs to be charged (that is, when the volume of the first cell 310 is reduced).
  • the first lookup table for when the second cell 320 needs to be discharged (i.e., when the volume of the first cell 310 increases) is not shown, but can be stored in the memory 230 separately from the case of charging. there is.
  • the controller 220 may determine information corresponding to the “difference value” among the information read through the first lookup table. Since the first electrical information may be information about the current 'range' suitable for the second cell 320, the controller 220 determines that when the current included in the first electrical information range is input to the second cell 320, You can select the current that can most accurately cancel out the 'difference value'.
  • the controller 220 may generate a control signal for supplying the selected current to the second cell 320 and output it to the bidirectional power supply 210.
  • the bidirectional power supply 210 may supply a current corresponding to the control signal to the second cell 320.
  • the bidirectional power supply 210 can receive a current corresponding to the control signal from the second cell 320.
  • the states of the first cell 310 and the second cell 320 may be changed in a complementary manner. If the standard is set so that the internal pressure of the battery module 110 is always constant, the volume of the second cell 320 decreases as the volume of the first cell 310 increases, so the internal pressure of the battery module 110 always remains constant. It could be. As a result, the state inside the battery module 110 can be controlled by the user's intention, and it is possible to prevent accelerated deterioration of the battery module 110 due to use due to inappropriate internal pressure.
  • the above-described operation may be repeatedly performed at a preset period (T). Alternatively, the above-described operation may be performed repeatedly whenever the force applied to the sensor 410 changes by a preset amount.
  • Figure 9 is a flowchart of a method for controlling force inside a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management module 120 may recognize a change in the internal state of the battery module 110 using information generated by the sensor 410 of the battery module 110. For example, when the state of the first cell 310 changes due to charging of the battery module 110, and the internal pressure increases due to this, the sensor 410 generates information about this change and the battery management module 120 ) can be output. Accordingly, the battery management module 120 may generate a 'difference value' by comparing the information (i.e., current value) input from the sensor 410 with a preset 'standard' stored in the memory 230.
  • the battery management module 120 may generate information about the electricity charged in the second cell 320 inside the battery module 110 (that is, information about the amount of charge, second electrical information).
  • the second electrical information may be information about the current charged in the second cell 320, information about voltage, or information about the amount of electric charge.
  • the battery management module 120 may generate first electrical information using the second electrical information and the second look-up table.
  • the second lookup table is a table for the correlation between the first and second electrical information and may be pre-stored in the memory 230. Accordingly, the battery management module 120 can read the first electrical information corresponding to the second electrical information through the second look-up table.
  • the battery management module 120 may determine a charging current or discharging current to offset the difference value using the first electrical information and the first look-up table.
  • the first lookup table is a table for the correlation between the first electrical information, the second electrical information, and the pressure change of the sensor 410 due to the second cell 320, and may be pre-stored in the memory 230. Accordingly, the battery management module 120 can recognize a change in the force applied to the sensor 410 over time when a current corresponding to the first electrical information is input to the second cell 320. Additionally, the battery management module 120 may determine the current that can most accurately offset the 'difference value' as the charging current or the discharging current.
  • step S950 the battery management module 120 may generate a control signal to discharge or charge the second cell 320 according to the decision.
  • steps S960 to S970 when a preset cycle is reached or a preset event occurs (for example, when the force applied to the sensor 410 changes significantly), the battery management module 120 performs the above-described steps S910 to S970. Step S950 may be performed repeatedly.
  • Computer-readable recording media include all types of recording media storing data that can be deciphered by a computer system. For example, there may be Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage device, etc. Additionally, the computer-readable recording medium can be distributed to computer systems connected through a computer communication network, and stored and executed as code that can be read in a distributed manner.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • magnetic tape magnetic tape
  • magnetic disk magnetic disk
  • flash memory optical data storage device
  • optical data storage device etc.
  • the computer-readable recording medium can be distributed to computer systems connected through a computer communication network, and stored and executed as code that can be read in a distributed manner.

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Abstract

본 발명은 배터리 시스템에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 충전 및/또는 방전에 따라 달라지는 배터리 모듈 내부의 상태를 제어할 수 있는 배터리 시스템 및 그 제어 방법에 대한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템은, 적어도 하나 이상의 제1 셀 및 적어도 하나 이상의 제2 셀을 포함하는 배터리 모듈 및 충방전에 따른 상기 제1 셀의 상태 변화에 대응하여 상기 제2 셀의 상태를 미리 설정된 기준에 상응하도록 변화시키는 배터리 관리 모듈을 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈 내부 상태를 제어할 수 있는 배터리 시스템 및 그 제어 방법
본 발명은 배터리 시스템에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 충전 및/또는 방전에 따라 달라지는 배터리 모듈 내부의 상태를 제어할 수 있는 배터리 시스템 및 그 제어 방법에 대한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는 스마트폰, 전기자동차, ESS(Energy Storage System) 등에 필수적으로 사용되고 있다. 이에 따라 이차전지의 성능 및 수명에 대한 연구도 지속적으로 진행되고 있다.
이차전지의 상태는 충전 및 방전에 의해 다양하게 변화될 수 있고, 이는 이차전지의 성능 열화의 원인이 될 수 있다. 예를 들어, 이차전지 중 리튬 이온 배터리(Li-ion Battery)의 사용 가능 온도는 0~60도(섭씨)이지만, 최적의 성능을 위해서는 15~40도(섭씨) 사이에서의 가동이 권장된다. 리튬 이온 배터리의 고온 노출 빈도가 잦을수록 성능 열화가 빠르게 진행되기 때문이다.
또한, 이차전지에는 충전과 방전에 따라 부피가 변화하는 스웰링(swelling) 현상이 발생될 수 있다. 이차전지 내 이온(예를 들어, 리튬 이온)의 이동 및 확산으로 인해 미세한 분자 구조 변화가 발생되고, 이로 인해 이차전지 부피의 거시적 변화가 발생되는 것이다. 이차전지의 부피 변화는 이차전지 모듈에 기계적 피로를 유발할 수 있고, 이는 이차전지 모듈의 용량 손실, 고장과 같은 성능 저하를 초래할 수 있다. 이차전지 모듈에는 복수의 이차전지가 적층되는데, 이차전지들의 부피가 커지면 이차전지 모듈 내부의 압력이 상승하고, 이는 이차전지 모듈 음극재의 구조적 변화, SEI(Solid Electrolyte Interphase) 형성, 리튬 도금 등의 원인이 될 수 있다.
따라서, 이차전지 모듈 내부의 상태 변화를 제어할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
본 발명은 이차전지 모듈 내부의 상태가 제어될 수 있는 배터리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템은, 적어도 하나 이상의 제1 셀 및 적어도 하나 이상의 제2 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및 충방전에 따른 상기 제1 셀의 상태 변화에 대응하여 상기 제2 셀의 상태를 미리 설정된 기준에 상응하도록 변화시키는 배터리 관리 모듈;을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리 모듈은 상기 제1 셀의 상태 변화를 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 센서에서 생성된 정보를 통해 상기 제1 셀의 상태 변화를 감지할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 센서에서 생성된 정보와 상기 기준을 이용하여 상기 제2 셀의 충전 전류 또는 방전 전류를 결정하되, 상기 제2 셀은 충방전에 의해 상태가 변화되는 것일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센서는 상기 제1 셀의 상태 변화에 의해 가해지는 힘을 센싱하여 현재값을 생성하며, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 현재값과 상기 기준의 차이를 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 차이와 미리 저장된 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 제2 셀에 공급할 수 있는 전류에 대한 제1 전기정보를 판단하고, 상기 제1 전기정보, 상기 차이 및 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리 관리 모듈은 상기 제2 셀에 충전된 전력에 대한 정보를 이용하여 제2 전기정보를 생성하고, 상기 제2 전기정보와 미리 설정된 제2 룩업테이블을 이용하여 상기 제1 전기정보를 판단할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 룩업테이블은 상기 제1 전기정보, 상기 제2 전기정보 및 상기 힘의 상관 관계에 상응할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 배터리 관리 모듈은, 제어신호에 따라 상기 제2 셀에 상기 충전전류를 공급하거나 상기 제2 셀로부터 상기 방전전류를 공급받는 양방향 파워 서플라이; 및 상기 결정에 상응하는 상기 제어신호를 생성하는 콘트롤러;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리 관리 모듈과 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템에서 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법에 있어서, 충방전에 따라 변화하는 상기 제1 셀의 상태를 감지하는 단계; 및 상기 제1 셀의 상태에 대응하여 상기 제2 셀의 상태를 미리 설정된 기준에 상응하도록 변화시키는 단계;를 포함하는, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법이 개시된다.
실시예에 따라, 상기 제1 셀의 상태를 감지하는 단계는, 상기 배터리 모듈에 형성된 센서에서 생성된 정보를 통해 상기 제1 셀의 상태 변화를 감지하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 셀의 상태를 변화시키는 단계는, 상기 센서에서 생성된 정보와 상기 기준을 이용하여 상기 제2 셀의 충전 전류 또는 방전 전류를 결정하는 단계;를 포함하되, 상기 제2 셀은 충방전에 의해 상태가 변화되는 것일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 셀의 충전 전류 또는 방전 전류를 결정하는 단계는, 현재값과 상기 기준의 차이를 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계;를 포함하되, 상기 현재값은 상기 센서가 상기 제1 셀의 상태 변화에 의해 가해지는 힘을 센싱하여 생성하는 것일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계는, 상기 차이와 미리 저장된 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계는, 상기 제2 셀에 공급할 수 있는 전류에 대한 제1 전기정보를 판단하는 단계; 및 상기 제1 전기정보, 상기 차이 및 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 전기정보를 판단하는 단계는, 상기 제2 셀에 충전된 전력에 대한 정보를 이용하여 제2 전기정보를 생성하는 단계; 및 상기 제2 전기정보와 미리 설정된 제2 룩업테이블을 이용하여 상기 제1 전기정보를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 미리 설정된 기준에 대한 정보가 저장된 메모리; 충방전에 따라 변화하는 제1 셀의 상태에 대응하여, 제2 셀의 상태를 상기 기준에 상응하도록 변화시키기 위한 충전전류 또는 방전전류를 결정하는 콘트롤러; 및 상기 결정에 따라 상기 제2 셀에 상기 충전전류를 공급하거나 상기 제2 셀로부터 상기 방전전류를 공급받는 양방향 파워 서플라이;를 포함하되, 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀은 배터리 모듈에 형성된 것인, 배터리 관리 모듈이 개시된다.
실시예에 따라, 상기 메모리에는 제1 룩업테이블이 더 저장되고, 상기 콘트롤러는, 상기 제1 셀의 상태에 대한 현재값과 상기 기준의 차이를 결정하고, 상기 차이와 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 콘트롤러는, 상기 제2 셀에 공급할 수 있는 전류에 대한 제1 전기정보를 판단하고, 상기 제1 전기정보, 상기 차이 및 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 메모리에는 제2 룩업테이블이 더 저장되고, 상기 콘트롤러는 상기 제2 셀에 충전된 전력에 대한 정보를 이용하여 제2 전기정보를 생성하고, 상기 제2 전기정보와 상기 제2 룩업테이블을 이용하여 상기 제1 전기정보를 판단하되, 상기 제1 룩업테이블은, 상기 제1 전기정보, 상기 제2 전기정보 및 상기 힘의 상관 관계에 상응하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈 내부의 상태가 사용자의 의도에 의해 제어될 수 있는 배터리 시스템이 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 배터리 모듈이 부적절한 내부 상태에서 사용되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에 대한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 모듈에 대한 블록 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성에 대한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 내부의 상태가 제어되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전기정보를 독출하기 위한 룩업테이블을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전기정보를 독출하기 위한 룩업테이블을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 내부의 힘 제어 방법에 대한 순서도이다.
본 개시의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 개시의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본원의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별 기호에 불과하다.
또한, 본원에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본원에 기재된 "~부", "~기", "~자" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 프로세서(Processor), 마이크로 프로세서(Micro Processer), 마이크로 콘트롤러(Micro Controller), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), APU(Accelerate Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 하드웨어나, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
그리고 본원에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 개시의 기술적 사상에 따른 다양한 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템에 대한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(100)은 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 등 충방전이 필요한 장치 및/또는 시스템에 사용될 수 있다. 배터리 시스템(100)은 배터리 모듈(Battery Module)(110) 및 배터리 관리 모듈(Battery Management Module)(120)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(110)은 하나 이상의 이차전지 셀(Cell)과 프레임(Frame)을 포함하는 조립체(Assembly)일 수 있다. 배터리 모듈(110)에서, 하나 이상의 이차전지 셀은 프레임에 넣어져서 외부 충격, 열, 진동 등과 같은 외력으로부터 보호될 수 있다. 도 1에서는 배터리 시스템(100)이 단일의 배터리 모듈(110)을 포함하는 것으로 예시되었으나, 배터리 시스템(100)은 복수의 배터리 모듈(110)을 포함할 수도 있다.
배터리 관리 모듈(120)은 연결된 외부 충전기로부터 전달되는 전기 에너지를 배터리 모듈(110)로 전달하여 배터리 모듈(110)에 전기에너지가 충전되도록 할 수 있다. 또한, 배터리 관리 모듈(120)은 배터리 모듈(110) 내의 각 이차전지 셀의 전압 밸런싱(Balancing)을 통해 전압을 조절하고, 배터리 모듈(110)에 과부하가 걸리지 않도록 관리할 수 있다.
또한, 배터리 관리 모듈(120)은 배터리 모듈(110) 내부의 상태를 제어할 수 있다. 배터리 모듈(110)은 충방전에 따라 내부 상태가 변할 수 있다. 배터리 모듈(110) 내의 각 이차전지 셀은 충방전에 따라 온도 및/또는 부피가 변할 수 있기 때문이다. 배터리 관리 모듈(120)은 배터리 모듈(110) 내부의 상태 변화를 감지하고, 배터리 모듈(110) 내부가 미리 설정된 상태가 되도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 모듈에 대한 블록 구성도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성에 대한 도면이다. 이들 도면을 참조하여 배터리 모듈(110)과 배터리 관리 모듈(120)의 구성 및 연결 구조에 대해 설명하다.
먼저, 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 모듈(120)은 양방향 파워 서플라이(BIDIRECTIONAL POWER SUPPLY)(210), 콘트롤러(CONTROLLER)(220) 및 메모리(MEMORY)(230)를 포함할 수 있다.
또한 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(110)은 n개의 제1 셀(The First Cell)(310-1 내지 310-n)(단, n은 자연수임), 제2 셀(The Second Cell)(320) 및 프레임(Frame)(330-1, 330-2)을 포함할 수 있다. 여기서, 프레임(330-1, 330-2)은 제1 셀(310-1 내지 310-n)(이하, '310'으로 통칭함) 및 제2 셀(320)을 외력으로부터 보호하는 구성으로, 제1 셀(310) 및 제2 셀(320)을 감싸는 것이라면 그 개수와 무관하게 형성될 수 있다. 즉, 프레임의 개수는 본 발명의 권리범위와 무관하다.
또한, 도 4를 참조하면, 배터리 모듈(110)은 센서(410)를 더 포함할 수 있다. 센서(410)는 배터리 모듈(110) 내부의 상태 변화를 감지하는 구성으로, 프레임(330-1)의 일 면에 형성된 것으로 도시되었으나, 제1 셀들(310-1 내지 310-n) 사이 또는 제1 셀(310)과 제2 셀(320) 사이에 형성될 수도 있다. 따라서 센서(410)의 위치도 본 발명의 권리범위와 무관하다. 또한, 센서(410)는 콘트롤러(220)와 연결될 수 있다. 센서(410)에서 생성된 정보는 콘트롤러(220)에 입력될 수 있다.
또한, 제2 셀(320)은 양방향 파워 서플라이(210)와 연결될 수 있다. 제2 셀(320)은 제1 셀(310)과 프레임(330-2) 사이에 형성된 것으로 도시되었으나, 제1 셀들(310-1 내지 310-n) 사이에 형성될 수도 있다. 따라서, 제2 셀(320)의 위치도 본 발명의 권리범위와 무관하다.
한편, 양방향 파워 서플라이(210)는 제2 셀(320)에 전류를 공급하거나 제2 셀(320)로부터 전류를 공급받기 위한 구성일 수 있다. 즉, 양방향 파워 서플라이(210)는 콘트롤러(220)의 제어신호에 의해 제2 셀(320)로 전류를 공급하거나, 제2 셀(320)로부터 전류를 공급받을 수 있다. 양방향 파워 서플라이(210)는 전류 입력과 출력이 가능하여, 제2 셀(320)의 충방전을 모두 수행할 수 있는 장치라면 그 종류와 무관하게 적용될 수 있다.
콘트롤러(220)는 배터리 관리 모듈(120)의 동작을 제어하기 위한 구성으로서, 특히 센서(410)에서 입력되는 정보와 메모리(230)에 저장된 정보를 이용하여 제어신호를 생성할 수 있다. 콘트롤러(220)에서 생성된 제어신호는 양방향 파워 서플라이(210)로 출력될 수 있다.
메모리(230)는 자기장 방식의 저장매체(HDD), 반도체 방식의 저장매체(SSD) 등과 같은 데이터 저장 공간으로서, 배터리 관리 모듈(120) 내부 또는 외부에 형성되어 콘트롤러(220)와 연결될 수 있다. 메모리(230)에는 배터리 관리 모듈(120)의 동작에 필요한 각종 정보들이 저장될 수 있다.
하나 이상의 제1 셀(310)은 외부 충전장치로부터 입력되는 전류에 의해 충전되고, 충전된 전기를 부하로 전달하여 방전되는 이차전지 셀일 수 있다. 하나 이상의 제1 셀(310)들은 전기적으로 직렬 및/또는 병렬 연결되어 프레임(330) 내에 적층될 수 있다. 제1 셀(310)는 충방전시 온도가 올라가거나 부피가 증감하는 등 그 상태가 변화할 수 있다.
제2 셀(320)의 상태는 제1 셀(310)의 상태 변화에 대응하여 변화될 수 있다. 예를 들어, 제2 셀(320)은 이차전지 셀로서, 양방향 파워 서플라이(210)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 이 경우, 제2 셀(320)는 양방향 파워 서플라이(210)에 의해 충전되면 온도가 올라가고 부피가 늘어날 수 있으며, 양방향 파워 서플라이(210)에 의해 방전되면 온도가 올라가고 부피가 줄어들 수 있다. 콘트롤러(220)는 제1 셀(310)의 부피가 늘어나면 제2 셀(320)의 부피가 줄어들도록 제어신호를 생성할 수 있고, 반대로 제1 셀(310)의 부피가 줄어들면 제2 셀(320)의 부피가 늘어나도록 제어신호를 생성할 수 있다. 이에 의해 배터리 모듈(110) 내부의 힘(예를 들어, 압력)은 일정하게 유지될 수 있다. 이에 대한 자세한 동작은 후술한다.
프레임(330-1, 330-2)(이하, '330'으로 통칭함)은 제1 셀(310), 제2 셀(320) 및 센서(410)를 내부에 담을 수 있는 구성으로서, 이들을 외력으로부터 보호할 수 있는 재질(예를 들어, 강철, 플라스틱 등)로 형성될 수 있다.
센서(410)는 제1 셀(310)의 상태 변화를 감지하여 이에 대한 정보를 생성하는 구성일 수 있다. 예를 들어, 센서(410)는 압력센서일 수 있다. 프레임(330) 사이에 제1 셀(310), 제2 셀(320) 및 센서(410)가 밀착 적층된 경우, 제1 셀(310)의 부피가 변하면 센서(410)에 가해지는 압력도 변할 수 있다. 센서는 제1 셀(310)의 부피 변화에 따라 변하는 압력을 감지하여 이에 상응하는 정보를 생성할 수 있다. 다른 예를 들어, 센서(410)는 온도센서일 수 있다. 이 경우 센서(410)는 제1 셀(310)의 온도 변화를 감지하여 이에 상응하는 정보를 생성할 수 있다. 센서(410)에서 생성된 정보는 콘트롤러(220)로 출력될 수 있다.
상술한 구성에 의하여, 배터리 모듈(110) 내부의 힘(예를 들어, 압력)은 배터리 관리 모듈(120)의 제어에 따라 미리 설정된 유지 또는 변경될 수 있다. 이하, 배터리 모듈(110) 및 배터리 관리 모듈(120)의 각 구성의 구체적인 동작에 대해 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 내부의 상태가 제어되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
프레임(330)의 형상은 제1 셀(310) 등의 충방전에 의해 상태(예를 들어, 부피, 형상 등)가 변형되지 않을 수 있다. 프레임(330)은 내부에 형성된 제1 셀(310) 등을 외부로부터 보호해야 하기 때문이다. 따라서, 도 5 및 도 6에 예시된 바와 같이, 제1 셀(310)의 충방전에 따른 부피 변화(도 6의 swelling)에 따라 프레임(330)에 가해지는 힘(압력)도 변화할 것이다. 프레임(330)에 가해지는 힘의 변화는 제1 셀(310)에도 영향을 미치는 것이므로, 제1 셀(310)의 열화는 부적절한 압력을 통해 가속될 수 있다. 배터리 셀(Battery cell)은 압력 의존적 특성을 가지기 때문이다. 따라서, 배터리 관리 모듈(120)의 콘트롤러(220)는 센서(410)에서 생성된 정보를 통해 제1 셀(310)의 상태 변화를 인지하고, 인지 결과를 통해 제2 셀(320)의 상태를 미리 설정된 기준에 상응하도록 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 센서(410)가 압력센서인 경우를 가정한다. 센서(410)는 가해지는 압력을 센싱하여 상응하는 정보(이하, '압력정보'라 칭함)를 생성할 수 있다. 제1 셀(310)의 충방전에 따른 상태 변화는 센서(410)에 가해지는 힘을 변화시킬 수 있으므로, 압력정보는 제1 셀(310)의 상태 변화를 반영하는 정보일 수 있다. 센서(410)는 미리 설정된 주기에 따라 주기적으로 압력정보를 생성할 수 있다. 또는 센서(410)는 액티브(active) 상태에서 계속해서 압력정보를 생성할 수도 있다. 또는 센서(410)는 압력이 달라질 때마다 압력정보를 생성할 수도 있을 것이다. 생성된 압력정보는 콘트롤러(220)로 입력될 수 있다.
콘트롤러(220)는 압력정보와 메모리(230)에 저장된 하나 이상의 룩업테이블 등을 이용하여 제2 셀(320)의 상태 변화를 제어할 수 있다. 먼저, 콘트롤러(220)는 가장 최근 입력된 압력정보(이하, '현재값'이라 칭함)와 미리 설정된 '기준'의 차이에 대한 정보(이하, '차이값'라 칭함)를 생성할 수 있다. '기준'은 메모리(230)에 미리 저장된 정보일 수 있다.
콘트롤러(220)는 제2 셀(320)의 상태 변화를 제어하기 위하여 메모리(230)에 저장된 하나 이상의 룩업테이블을 이용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전기정보를 독출하기 위한 룩업테이블을 예시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전기정보를 독출하기 위한 룩업테이블을 예시한 도면이다.
여기서, 제2 셀(320)은 충방전에 따라 상태가 변화하는 배터리 셀인 경우를 가정한다. 또한, 제1 전기정보는 제2 셀(320)의 충전량에 따라 공급 가능한 전류에 대한 정보를 의미할 수 있다. 또한, 제2 전기정보는 제2 셀(320)의 충전량에 상응하는 정보일 수 있다. 따라서, 제1 전기정보는 제2 전기정보에 기인하여 결정될 수 있는 정보일 수 있다. 또한, 이해와 설명의 편의를 위하여 도 8의 룩업테이블은 제1 룩업테이블이라고 칭하고, 도 7의 룩업테이블을 제2 룩업테이블이라 칭한다.
콘트롤러(220)는 제2 셀(320)의 충전량(즉, 제2 전기정보)을 판단할 수 있다. 콘트롤러(220)가 배터리 셀인 제2 셀(320)의 제2 전기정보를 판단하는 방법은 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략될 수 있다. 콘트롤러(220)는 판단된 제2 전기정보와 제2 룩업테이블을 이용하여 제1 전기정보를 판단할 수 있다.
제2 룩업테이블은 제2 전기정보에 대한 정보와 제1 전기정보의 상관 관계에 대한 것일 수 있다. 도 7에 예시된 제2 룩업테이블을 참조하면, 제2 전기정보가 0 내지 a 사이이면 제1 전기정보는 ±52[A]일 수 있다. 여기서 제2 전기정보(도 7의 'Electrical Information')는 제2 셀(320)에 충전 전류[A], 충전 전압[V] 또는 충전 전하량[C] 중 하나일 수 있다. 또한, 제2 전기정보가 a 내지 b 사이이면 제1 전기정보는 ±39[A]일 수 있다. 마찬가지로 제2 전기정보가 g 이상이면 제1 전기정보는 ±1.3[A]일 수 있다. 한편, 제2 룩업테이블은 제2 셀(320)의 제2 전기정보에 따라 가장 효율적으로 제2 셀(320)의 상태를 변경시킬 수 있는 전류 범위에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제2 셀(320)의 용량, 종류 등에 따라 제2 룩업테이블에 포함된 정보는 달라질 수도 있다.
콘트롤러(220)는 제1 룩업테이블을 통해, 제1 전기정보 내에 포함된 전류가 제2 셀(320)에 입력되었을 때, 제2 셀(320)의 압력 변화에 상응하는 정보를 독출할 수 있다. 도 8에 예시된 바와 같이, 제1 룩업테이블은 제1 전기정보, 제2 전기정보 및 제2 셀(320)의 상태 변화(즉, 제2 셀(320)의 상태 변화에 따라 센서(410)에 가해지는 힘의 변화)의 관계에 대한 테이블일 수 있다. 예를 들어, 도 8에 예시된 제1 룩업테이블의 X축은 "제1 전기정보"에 상응할 수 있고, Y축은 "제2 전기정보"에 상응할 수 있다. 또한, 제1 룩업테이블에서, Z축의 값에 상응하는 값은 '압력 기울기'에 대한 값일 수 있다. 따라서, 제1 룩업테이블을 통해, 콘트롤러(220)는 제1 전기정보에 상응하는 전류가 제2 전기정보에 상응하는 제2 셀(320)에 입력될 경우 제2 셀(320)의 상태 변화에 따라 센서(410)에 가해지는 힘(압력)의 시간적 변화를 인지할 수 있을 것이다.
한편, 도 8의 제1 룩업테이블은 제2 셀(320)이 충전되어야 할 경우(즉, 제1 셀(310)의 부피가 줄어든 경우)에 대한 것일 수 있다. 제2 셀(320)이 방전되어야 할 경우(즉, 제1 셀(310)의 부피가 늘어난 경우)에 대한 제1 룩업테이블은 도시되지 않았지만, 충전의 경우와 별도로 메모리(230)에 저장될 수 있다.
또한, 콘트롤러(220)는 제1 룩업테이블을 통해 독출된 정보 중 "차이값"에 상응하는 정보를 결정할 수 있다. 제1 전기정보는 제2 셀(320)에 적합한 전류 '범위'에 대한 정보일 수 있으므로, 콘트롤러(220)는 제1 전기정보 범위에 포함되는 전류 중 제2 셀(320)에 입력될 경우, 가장 정확히 '차이값'이 상쇄될 수 있는 전류를 선택할 수 있다.
또한, 콘트롤러(220)는 선택된 전류를 제2 셀(320)에 공급하기 위한 제어신호를 생성하여 양방향 파워 서플라이(210)로 출력할 수 있다. 선택된 전류가 충전전류인 경우(전류값이 양수인 경우), 양방향 파워 서플라이(210)는 제어신호에 상응하는 전류를 제2 셀(320)에 공급할 수 있다. 선택된 전류가 방전전류인 경우(전류값이 음수인 경우), 양방향 파워 서플라이(210)는 제어신호에 상응하는 전류를 제2 셀(320)로부터 공급받을 수 있다.
상술한 동작에 의해 제1 셀(310)과 제2 셀(320)은 상보적으로 상태가 변화될 수 있다. 만일 배터리 모듈(110) 내부 압력이 항상 일정하도록 기준이 설정된 경우, 제1 셀(310)의 부피가 늘어난 만큼 제2 셀(320)의 부피가 줄어들어 배터리 모듈(110) 내부 압력은 항상 일정하게 유지될 수 있을 것이다. 이에 의해, 배터리 모듈(110) 내부의 상태는 사용자의 의도에 의해 제어될 수 있고, 배터리 모듈(110)이 부적절한 내부 압력에 의해 사용되어 열화가 가속되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 동작은 미리 설정된 주기(T)로 반복 수행될 수 있을 것이다. 또는 상술한 동작은 센서(410)에 가해지는 힘이 미리 설정된 크기만큼 변화될 때마다 반복적으로 수행될 수 있을 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 내부의 힘 제어 방법에 대한 순서도이다.
이하 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 내부의 힘 제어 방법에 대해 설명한다. 이하에서 설명될 각 단계들은 상술한 배터리 관리 모듈(120)의 각 구성에서 수행되는 단계들일 수 있으나, 이해와 설명의 편의를 위해 배터리 관리 모듈(120)에서 수행되는 것으로 통칭하여 설명한다.
단계 S910에서, 배터리 관리 모듈(120)은 배터리 모듈(110)의 센서(410)에서 생성된 정보를 이용하여 배터리 모듈(110)의 내부 상태 변화를 인지할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(110)의 충전에 의해 제1 셀(310)의 상태가 변화하고, 이로 인해 내부 압력이 증가하면 센서(410)가 이 변화에 대한 정보를 생성하여 배터리 관리 모듈(120)로 출력할 수 있다. 따라서 배터리 관리 모듈(120)는 센서(410)에서 입력된 정보(즉, 현재값)과 구비된 메모리(230)에 저장된 기설정 '기준'을 비교하여 '차이값'을 생성할 수 있다.
단계 S920에서, 배터리 관리 모듈(120)은 배터리 모듈(110) 내부 제2 셀(320)에 충전되어 있는 전기에 대한 정보(즉, 충전량에 대한 정보, 제2 전기정보)를 생성할 수 있다. 제2 전기정보는 제2 셀(320)에 충전된 전류에 대한 정보이거나 전압에 대한 정보이거나 전하량에 대한 정보일 수 있다.
단계 S930에서, 배터리 관리 모듈(120)은 제2 전기정보와 제2 룩업테이블을 이용하여 제1 전기정보를 생성할 수 있다. 제2 룩업테이블은 제1 전기정보와 제2 전기정보의 상관관계에 대한 테이블로서, 메모리(230)에 미리 저장된 것일 수 있다. 따라서, 배터리 관리 모듈(120)은 제2 전기정보에 상응하는 제1 전기정보를 제2 룩업테이블을 통해 독출할 수 있다.
단계 S940에서, 배터리 관리 모듈(120)은 제1 전기정보와 제1 룩업테이블을 이용하여 차이값을 상쇄시킬 충전 전류 또는 방전 전류를 결정할 수 있다. 제1 룩업테이블은 제1 전기정보와 제2 전기정보 및 제2 셀(320)에 의한 센서(410) 압력 변화의 상관관계에 대한 테이블로서, 메모리(230)에 기저장된 것일 수 있다. 따라서, 배터리 관리 모듈(120)은 제1 전기정보에 상응하는 전류가 제2 셀(320)에 입력될 경우 센서(410)에 가해지는 힘의 시간에 따른 변화를 인지할 수 있다. 또한, 배터리 관리 모듈(120)은 가장 정확히 '차이값'을 상쇄시킬 수 있는 전류를 충전 전류 또는 방전 전류로 결정할 수 있다.
단계 S950에서, 배터리 관리 모듈(120)은 결정에 따라 제어신호를 생성하여 제2 셀(320)을 방전시키거나 충전시킬 수 있다.
단계 S960 내지 단계 S970에서, 배터리 관리 모듈(120)은 미리 설정된 주기가 도달하거나 미리 설정된 이벤트가 발생되면(예를 들어, 센서(410)에 가해지는 힘이 유의미하게 변하면), 상술한 단계 S910 내지 단계 S950을 반복적으로 수행할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈 내부의 힘 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나 이상의 제1 셀 및 적어도 하나 이상의 제2 셀을 포함하는 배터리 모듈; 및
    충방전에 따른 상기 제1 셀의 상태 변화에 대응하여 상기 제2 셀의 상태를 미리 설정된 기준에 상응하도록 변화시키는 배터리 관리 모듈;
    을 포함하는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 제1 셀의 상태 변화를 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 센서에서 생성된 정보를 통해 상기 제1 셀의 상태 변화를 감지하는, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 센서에서 생성된 정보와 상기 기준을 이용하여 상기 제2 셀의 충전 전류 또는 방전 전류를 결정하되,
    상기 제2 셀은 충방전에 의해 상태가 변화되는 것인, 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서는 상기 제1 셀의 상태 변화에 의해 가해지는 힘을 센싱하여 현재값을 생성하며,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 현재값과 상기 기준의 차이를 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는, 배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 차이와 미리 저장된 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는, 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 제2 셀에 공급할 수 있는 전류에 대한 제1 전기정보를 판단하고, 상기 제1 전기정보, 상기 차이 및 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는, 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 제2 셀에 충전된 전력에 대한 정보를 이용하여 제2 전기정보를 생성하고, 상기 제2 전기정보와 미리 설정된 제2 룩업테이블을 이용하여 상기 제1 전기정보를 판단하는, 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 룩업테이블은 상기 제1 전기정보, 상기 제2 전기정보 및 상기 힘의 상관 관계에 상응하는, 배터리 시스템
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈은,
    제어신호에 따라 상기 제2 셀에 상기 충전전류를 공급하거나 상기 제2 셀로부터 상기 방전전류를 공급받는 양방향 파워 서플라이; 및
    상기 결정에 상응하는 상기 제어신호를 생성하는 콘트롤러;
    를 포함하는, 배터리 시스템.
  10. 배터리 관리 모듈과 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템에서 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법에 있어서,
    충방전에 따라 변화하는 상기 제1 셀의 상태를 감지하는 단계; 및
    상기 제1 셀의 상태에 대응하여 상기 제2 셀의 상태를 미리 설정된 기준에 상응하도록 변화시키는 단계;
    를 포함하는, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 셀의 상태를 감지하는 단계는,
    상기 배터리 모듈에 형성된 센서에서 생성된 정보를 통해 상기 제1 셀의 상태 변화를 감지하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 셀의 상태를 변화시키는 단계는,
    상기 센서에서 생성된 정보와 상기 기준을 이용하여 상기 제2 셀의 충전 전류 또는 방전 전류를 결정하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 제2 셀은 충방전에 의해 상태가 변화되는 것인, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 셀의 충전 전류 또는 방전 전류를 결정하는 단계는,
    현재값과 상기 기준의 차이를 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 현재값은 상기 센서가 상기 제1 셀의 상태 변화에 의해 가해지는 힘을 센싱하여 생성하는, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계는,
    상기 차이와 미리 저장된 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계는,
    상기 제2 셀에 공급할 수 있는 전류에 대한 제1 전기정보를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 전기정보, 상기 차이 및 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전기정보를 판단하는 단계는,
    상기 제2 셀에 충전된 전력에 대한 정보를 이용하여 제2 전기정보를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 전기정보와 미리 설정된 제2 룩업테이블을 이용하여 상기 제1 전기정보를 판단하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 모듈 내부의 상태를 제어하는 방법.
  17. 미리 설정된 기준에 대한 정보가 저장된 메모리;
    충방전에 따라 변화하는 제1 셀의 상태에 대응하여, 제2 셀의 상태를 상기 기준에 상응하도록 변화시키기 위한 충전전류 또는 방전전류를 결정하는 콘트롤러; 및
    상기 결정에 따라 상기 제2 셀에 상기 충전전류를 공급하거나 상기 제2 셀로부터 상기 방전전류를 공급받는 양방향 파워 서플라이;
    를 포함하되,
    상기 제1 셀 및 상기 제2 셀은 배터리 모듈에 형성된 것인, 배터리 관리 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 메모리에는 제1 룩업테이블이 더 저장되고,
    상기 콘트롤러는,
    상기 제1 셀의 상태에 대한 현재값과 상기 기준의 차이를 결정하고, 상기 차이와 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는, 배터리 관리 모듈.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 콘트롤러는,
    상기 제2 셀에 공급할 수 있는 전류에 대한 제1 전기정보를 판단하고, 상기 제1 전기정보, 상기 차이 및 상기 제1 룩업테이블을 이용하여 상기 충전전류 또는 상기 방전전류를 결정하는, 배터리 관리 모듈.
  20. 제19에 있어서,
    상기 메모리에는 제2 룩업테이블이 더 저장되고,
    상기 콘트롤러는 상기 제2 셀에 충전된 전력에 대한 정보를 이용하여 제2 전기정보를 생성하고, 상기 제2 전기정보와 상기 제2 룩업테이블을 이용하여 상기 제1 전기정보를 판단하되,
    상기 제1 룩업테이블은,
    상기 제1 전기정보, 상기 제2 전기정보 및 상기 힘의 상관 관계에 상응하는, 배터리 관리 모듈.
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