KR101473324B1 - 배터리 관리 장치, 배터리 셀 밸런싱 방법, 및 전력 저장 시스템 - Google Patents
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Abstract
셀 전압을 밸런싱하는 전력 저장 시스템 및 셀 전압을 밸런싱하는 방법이 개시된다. 상기 시스템 및 방법은 상기 배터리 셀들을 밸런싱하도록 상기 밸런싱 저항들이 배터리 셀들에 선택적으로 연결되는 시간을 결정하기 위해, 밸런싱 저항들의 온도를 이용한다.
Description
본 발명의 실시예들은 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법, 및 전력 저장 시스템에 관한 것이다.
배터리 시스템의 이용 분야가 넓어지면서, 대용량 배터리에 대한 관심이 높아지고 있다. 대용량 배터리는 출력 전류의 크기 및 출력 전압 레벨이 높아짐으로 인해, 높은 장치 신뢰성이 요구되고, 고전류로 인한 발열을 방지하는 것이 요구된다. 또한 높은 전력 저장 용량을 제공하기 위해, 다수의 배터리 셀들이 이용되기 때문에, 고성능의 셀 밸런싱이 요구된다.
한편, 환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않는 신 재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 전력 저장 시스템은 이러한 신 재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명의 실시예들은, 셀 밸런싱 저항들의 파괴를 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 전력 저장 시스템에 있어서,
상기 전력 저장 시스템은 발전 시스템, 계통, 및 로드 중 적어도 하나에 연결되도록 구성되고, 상기 전력 저장 시스템은,
상기 계통 및 상기 발전 시스템 중 적어도 하나로부터 수신된 전력을 저장하고, 상기 계통 및 상기 로드 중 적어도 하나로 전력을 제공하도록 구성된 배터리 시스템을 포함하고,
상기 배터리 시스템은,
복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나에 선택적으로 연결되도록 각각 구성된 복수의 셀 밸런싱 저항들; 및
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도에 따라 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들이 상기 복수의 배터리 셀들에 연결되는 시간을 결정하도록 구성된 셀 밸런싱 제어부를 포함하는, 전력 저장 시스템이 제공된다.
상기 배터리 시스템은 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 셀 밸런싱 제어부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 제1 기준 온도보다 작은 경우, 제1 시간 구간동안 상기 복수의 배터리 셀들에 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 연결하고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 상기 제1 기준 온도보다 큰 경우, 제2 시간 구간동안 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들에 연결하도록 구성되고, 상기 제1 시간 구간은 상기 제2 구간보다 클 수 있다.
상기 셀 밸런싱 제어부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도가 제2 기준 온도보다 큰 경우, 상기 복수의 배터리 셀들로부터 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 분리할 수 있다.
상기 셀 밸런싱 제어부는, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도가 제1 기준값보다 크거나 같고, 제2 기준값보다 작거나 같은 경우, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 함수에 의해 결정되는 듀티비동안 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들에 연결하도록 구성되고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도가 상기 제1 기준값보다 작거나 같은 경우, 상기 듀티비는 제1값을 갖고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도가 상기 제2 기준값보다 크거나 같은 경우 상기 듀티비는 제2값을 갖고, 상기 제2값은 상기 제1값보다 작을 수 있다.
상기 함수는 선형 함수일 수 있다.
상기 온도 측정부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하도록 구성되고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 평균일 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 온도 측정부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하도록 구성되고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도들의 최대값일 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 온도 측정부는, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 각각의 온도를 측정하도록 구성되고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 셀 밸런싱 저항들의 온도의 최대값 또는 평균일 수 있다.
상기 배터리 시스템은, 상기 발전 시스템 및 상기 계통 중 적어도 하나로부터의 전력을 상기 배터리 시스템을 위해 변환하고, 상기 배터리 시스템으로부터의 전력을 상기 계통 또는 상기 로드를 위해 변환하도록 구성된 전력 변환 시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀들에 복수의 셀 밸런싱 저항들을 선택적으로 연결하는 단계; 및 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도에 따라 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들이 상기 복수의 배터리 셀들에 연결되는 시간을 조절하는 단계를 포함하는, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법이 제공된다.
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 제1 온도 기준값보다 작은 경우, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들이 상기 복수의 배터리 셀들에 연결되는 시간은 제1값을 갖도록 결정되고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 제2 기준 온도보다 큰 경우, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들이 상기 복수의 배터리 셀들에 연결되는 시간은 제2값을 갖도록 결정되고, 상기 제2값은 상기 제1값보다 작을 수 있다.
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들은, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 상기 제2 기준 온도보다 큰 경우, 상기 복수의 배터리 셀들로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들이 상기 복수의 배터리 셀들에 연결되는 시간은 듀티비에 의해 결정되고, 상기 듀티비는, 상기 적어도 하나의 셀 밸런싱 저항의 온도가 제1 기준값보다 크거나 같고 제2 기준값보다 작거나 같은 경우, 상기 적어도 하나의 셀 밸런싱 저항의 온도의 함수에 의해 결정되는 값을 갖도록 결정될 수 있다.
상기 함수는 선형 함수일 수 있다.
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하는 단계는, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 평균일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하는 단계는, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는, 상기 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도들의 최대값일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항의 온도를 측정하는 단계는, 각각의 복수의 셀 저항들의 온도를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 최대값 또는 평균일 수 있다.
상기 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법은, 상기 발전 시스템 및 상기 계통 중 적어도 하나로부터의 전력을 상기 배터리 시스템을 위해 변환하는 단계; 및 상기 배터리 시스템으로부터의 전력을 상기 계통 또는 상기 로드를 위해 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 셀 밸런싱 저항들의 파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(20)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(battery rack, 100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제k 배터리 트레이(110-k) 및 제k 트레이 BMS(120-k)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제k 배터리 트레이(110-k) 및 제k 트레이 BMS(120-k)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 제어신호(BCON)의 파형을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도에 따른 셀 밸런싱 펄스의 듀티비를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀밸런싱 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(20)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(battery rack, 100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제k 배터리 트레이(110-k) 및 제k 트레이 BMS(120-k)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제k 배터리 트레이(110-k) 및 제k 트레이 BMS(120-k)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 제어신호(BCON)의 파형을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도에 따른 셀 밸런싱 펄스의 듀티비를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀밸런싱 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명의 실시예들은 셀 밸런싱 전류로 인해 셀 밸런싱 저항이 파괴되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 실시예들은 배터리 시스템이 높은 충전 전류 및 전압에서도 안정적인 셀 밸런싱을 수행하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법은 다양한 배터리 시스템에서 이용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법은 전력 저장 시스템, 전기 자동차 등 과 같이 고전압, 고출력을 제공하는 다양한 시스템에 이용될 수 있다. 본 명세서에서는 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법이 전력 저장 시스템(1)에 이용되는 실시예를 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2), 계통(3)과 연계하여 부하(4)에 전력을 공급한다.
발전 시스템(2)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(2)은 생산한 전력을 전력 저장 시스템(1)에 공급한다. 발전 시스템(2)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 발전 시스템(2)은 상기 언급한 종류에 한정되는 것은 아니다. 태양열이나 지열 등, 신 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 예를 들면, 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정이나 공장에 분산된 전력 저장 시스템(1)에 적용될 수 있다. 발전 시스템(2)은 다수의 발전 모듈을 병렬로 구비하고 발전 모듈 별로 전력을 생산함으로써 대용량 전력 시스템을 구성할 수 있다.
계통(3)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(3)은 정상 상태인 경우, 전력 저장 시스템(1)으로 전력을 공급하여 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(20)에 전력이 공급되도록 하고, 전력 저장 시스템(1)으로부터 전력을 공급받는다. 계통(3)이 비정상 상태인 경우, 계통(3)으로부터 전력 저장 시스템(1)으로의 전력 공급은 중단되고, 전력 저장 시스템(1)으로부터 계통(3)으로의 전력 공급 또한 중단된다.
부하(4)는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력, 배터리 시스템(20)에 저장된 전력, 또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 소비한다. 가정이나 공장 등이 부하(4)의 일 예일 수 있다.
전력 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하고, 생산한 전력을 계통(3)으로 공급할 수 있다. 전력 저장 시스템(1)은 배터리 시스템(20)에 저장된 전력을 계통(3)으로 공급하거나, 계통(3)으로부터 공급된 전력을 배터리 시스템(20)에 저장할 수도 있다. 또한 전력 저장 시스템(1)은 계통(3)이 비정상 상태일 경우, 예를 들면 정전이 발생한 경우에는 UPS(uninterruptible power supply) 동작을 수행하여 부하(4)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 전력 저장 시스템(1)은 계통(3)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(2)이 생산한 전력이나 배터리 시스템(20)에 저장되어 있는 전력을 부하(4)로 공급할 수 있다.
전력 저장 시스템(1)은 전력 변환을 제어하는 전력 변환 시스템(power conversion system)(10), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40) 등을 포함한다.
전력 변환 시스템(10)는 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(20)의 전력을 요구되는 스펙으로 변환하여 필요한 곳에 공급한다. 전력 변환 시스템(10)는 전력 변환부(11), DC 링크부(12), 인버터(13), 컨버터(14), 통합 제어기(15)를 포함한다.
전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)과 DC 링크부(12) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 DC 링크부(12)로 전달하며, 이때 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환한다.
전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)의 종류에 따라서 컨버터, 정류회로 등의 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 직류인 경우, 전력 변환부(11)는 DC/DC 컨버터일 수 있다. 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 교류인 경우, 전력 변환부(11)는 교류를 직류로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. 특히 발전 시스템(2)이 태양광 발전 시스템인 경우, 전력 변환부(11)는 일사량, 온도 등의 변화에 따라서 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(maximum power point tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 동작을 중지하여 컨버터 등에서 소비되는 전력을 최소화시킬 수도 있다.
직류 링크 전압은 발전 시스템(2) 또는 계통(3)에서의 순시 전압 강하, 부하(4)에서의 피크 부하 발생 등으로 인하여 그 크기가 불안정해 지는 경우가 있다. 그러나 직류 링크 전압은 컨버터(14) 및 인버터(13)의 정상 동작을 위하여 안정될 필요가 있다. DC 링크부(12)는 전력 변환부(11)와 인버터(13) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. DC 링크부(12)로서, 예를 들어 대용량 커패시터 등을 사용할 수 있다.
인버터(13)는 DC 링크부(12)와 제1 스위치(30) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 인버터(13)는 방전 모드에서 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)으로부터 출력된 직류 링크 전압을 계통(3)의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(13)는 충전 모드에서 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하기 위하여 계통(3)의 교류 전압을 정류하고 직류 링크 전압으로 변환하여 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 즉 인버터(13)는 입력 및 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터일 수 있다.
인버터(13)는 계통(3)으로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(13)는 무효 전력의 발생을 억제하기 위하여 인버터(13)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(3)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 인버터(13)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(13)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화 하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.
컨버터(14)는 DC 링크부(12)와 배터리 시스템(20) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 컨버터(14)는 방전 모드에서 배터리 시스템(20)에 저장된 전력을 인버터(13)에서 요구하는 전압 레벨 즉, 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력하는 컨버터를 포함한다. 또한 컨버터(14)는 충전 모드에서 전력 변환부(11)에서 출력되는 전력이나 인버터(13)에서 출력되는 전력의 전압을 배터리 시스템(20)에서 요구하는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환하는 컨버터를 포함한다. 즉, 컨버터(14)는 입력 및 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 컨버터일 수 있다. 컨버터(14)는 배터리 시스템(20)의 충전 또는 방전이 필요 없는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비를 최소화 할 수도 있다.
통합 제어기(15)는 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(20) 및 부하(4)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 결과에 따라서 전력 변환부(11), 인버터(13), 컨버터(14), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30), 제2 스위치(40)의 동작을 제어한다. 통합 제어기(15)는 계통(3)에 정전이 발생하였는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력을 생산하는 경우 그 생산량, 배터리 시스템(20)의 충전 상태, 부하(4)의 소비 전력량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다. 또한 통합 제어기(15)는 계통(3)에 정전이 발생하는 등, 부하(4)로 공급할 전력이 충분하지 않은 경우에는 부하(4) 내에 포함된 전력 사용 기기들에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 높은 전력 사용 기기로 전력을 공급하도록 부하(4)를 제어할 수도 있을 것이다.
제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)는 인버터(13)와 계통(3) 사이에 직렬로 연결되며, 통합 제어기(15)의 제어에 따라서 on/off 동작을 수행하여 발전 시스템(2)과 계통(3) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 제1 스위치(30)와 제2 스위치(40)는 발전 시스템(2), 계통(3) 및 배터리 시스템(20)의 상태에 따라서 on/off가 결정될 수 있다.
구체적으로, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 부하(4)로 공급하는 경우 또는 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(20)에 공급하는 경우, 제1 스위치(30)를 on 상태로 한다. 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 계통(3)으로 공급하는 경우 또는 계통(3)의 전력을 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(20)에 공급하는 경우에는 제2 스위치(40)를 on 상태로 한다.
한편, 계통(3)에서 정전이 발생한 경우에는, 제2 스위치(40)를 off 상태로 하고 제1 스위치(30)를 on 상태로 한다. 즉, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)으로부터의 전력을 부하(4)에 공급하는 동시에, 부하(4)로 공급되는 전력이 계통(3) 측으로 흐르는 것을 방지한다. 이로 인하여 전력 저장 시스템(1)의 단독 운전을 방지하여 계통(3)의 전력선 등에서 작업하는 인부가 전력 저장 시스템(1)으로부터의 전력에 의하여 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.
제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)로는 큰 전류에 견딜 수 있는 릴레이(relay) 등의 스위칭 장치가 사용될 수 있다.
배터리 시스템(20)은 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)의 전력을 공급받아 저장하고, 부하(4) 또는 계통(3)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리 시스템(20)은 전력을 저장하는 부분과 이를 제어하는 부분을 포함할 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 배터리 시스템(20)에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(20)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 시스템(20)은 배터리 랙(rack, 100) 및 랙 BMS(battery management system)(200)를 포함한다.
배터리 랙(100)은 외부, 즉 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 저장하고, 저장하고 있는 전력을 부하(4) 및/또는 계통(3)으로 공급한다. 배터리 랙(100)은 복수의 배터리 트레이를 포함할 수 있으며, 도 3을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
랙 BMS(200)는 배터리 랙(100)에 연결되며, 배터리 랙(100)의 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있다. 또한 랙 BMS(200)는 과 충전 보호 기능, 과 방전 보호 기능, 과 전류 보호 기능, 과 전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 제어 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해 랙 BMS(200)는 배터리 랙(100)으로 동기 신호(Ss)를 전송하고, 배터리 랙(100) 내에 있는 적어도 하나의 트레이 BMS(120-1 내지 120-n)로부터 배터리 셀의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등에 대한 모니터링 데이터(Dm)를 수신한다. 또한 랙 BMS(200)는 수신한 모니터링 데이터(Dm)를 통합 제어기(15)에 인가할 수 있으며, 통합 제어기(15)로부터 배터리 랙(110)의 제어에 관련된 명령을 수신할 수도 있다.
또한 랙 BMS(200)는 통합 제어기(15)의 제어에 따라 배터리 랙(100)에 전력을 충전하거나, 배터리 랙(100)에 저장된 전력을 방전할 수 있다. 나아가 랙 BMS(200)는 통합 제어기(15)의 제어에 따라 배터리 랙(100)의 충방전 전류를 조절할 수 있다. 충방전 전류는 컨버터(14)를 통해 배터리 랙(100)으로부터 출력되거나, 배터리 랙(100)으로 입력될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면 배터리 랙(100)은 서브 유닛으로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 적어도 하나의 배터리 트레이, 즉 제1 배터리 트레이 내지 제n 배터리 트레이(110-1 내지 110-n)를 포함할 수 있다. 또한 각각의 배터리 트레이는 그 서브 유닛으로서 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀로는 충전 가능한 다양한 이차 전지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀에 사용되는 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery) 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등 일 수 있다.
배터리 랙(100)은 랙 BMS(200)의 제어에 따라 제1 배터리 트레이(110-1) 내지 제n 배터리 트레이(110-n)의 출력을 조절하고, 양극 출력 단자(R+) 및 음극 출력 단자(R-)를 통하여 전력을 출력한다.
또한 배터리 랙(100)은 제1 배터리 트레이(110-1) 내지 제n 배터리 트레이(110-n) 각각에 대응하는 제1 트레이 BMS(120-1) 내지 제n 트레이 BMS(120-n)를 포함할 수 있다. 제1 트레이 BMS(120-1) 내지 제n 트레이 BMS(120-n) 각각은 랙 BMS(200)로부터 동기 신호(Ss)를 수신하고, 대응하는 배터리 트레이(110-1 내지 110-n)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 한다. 제1 트레이 BMS(120-1) 내지 제n 트레이 BMS(120-n)의 모니터링 결과는 랙 BMS(200)로 전송될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제k 배터리 트레이(110-k) 및 제k 트레이 BMS(120-k)의 구조를 나타낸 도면이다. 여기서 k는 0보다 크고 n보다 작거나 같은 정수이다. 제k 배터리 트레이(110-k)는 제1 배터리 트레이(110-1) 내지 제n 배터리 트레이(110-n)의 구조를 나타내고, 제k 트레이 BMS(120-k)는 제1 트레이 BMS(120-1) 내지 제n 트레이 BMS(120-n)의 구조를 나타낸다.
제k 배터리 트레이(110-k)는 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 적어도 하나의 배터리 셀들을 포함한다. 적어도 하나의 배터리 셀은 앞서 설명한 바와 같이 충전 가능한 다양한 이차 전지를 이용하여 구현될 수 있다.
제k 트레이 BMS(120-k)는 셀 밸런싱부(410), 온도 측정부(420), 아날로그 프론트 엔드(AFE, Analog front end, 430), 셀 밸런싱 제어부(440), 및 MCU(Micro Controller Unit)(450)를 포함한다.
셀 밸런싱부(410)는 제k 배터리 트레이(110-k)에 포함된 배터리 셀들 사이의 전압차를 제거하는 셀 밸런싱 동작을 수행한다. 이를 위해 셀 밸런싱부(410)는 셀 밸런싱 저항을 구비하여, 각각의 셀 양단의 전압을 조절할 수 있다.
온도 측정부(420)는 셀 밸런싱부(410)에 구비된 셀 밸런싱 저항의 온도를 측정한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 온도 측정부(420)는 셀 밸런싱 저항 중 일부의 온도만 측정할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 온도 측정부(420)는 모든 셀 밸런싱 저항의 온도를 각각 측정할 수 있다.
온도 측정부(420)는 셀 밸런싱 저항의 온도를 측정할 수 있는 써미스터(Thermistor) 등을 이용하여 구현될 수 있다.
AFE(430)는 제k 배터리 트레이(110-k)의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등을 모니터링 한다. 또한, AFE(430)는 측정된 데이터를 아날로그-디지털 변환하여 MCU(450)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 AFE(430)는 온도 측정부(420)에서 측정된 셀 밸런싱 저항의 온도를 모니터링하고, 측정된 온도를 아날로그-디지털 변환하여 MCU(450) 및 셀 밸런싱 제어부(440)로 온도 데이터(TEMP)를 전달할 수 있다.
셀 밸런싱 제어부(440)는 제k 배터리 트레이(110-k)에 속한 배터리 셀들 사이의 전압차 및 셀 밸런싱부(410)의 셀 밸런싱 저항의 온도에 따라 셀 밸런싱 동작을 제어한다. 예를 들면, 셀 밸런싱 제어부(440)는 온도 데이터(TEMP)에 따라 상기 셀 밸런싱 저항들이 상기 배터리 셀들에 연결되는 시간을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱 제어부(440)는 셀 밸런싱 수행 여부 및 셀 밸런싱의 듀티비를 조절한다. 일 실시예로서, 셀 밸런싱 제어부(440)는 셀 밸런싱 저항의 온도가 제1 기준 온도(T1) 이상인 경우, 셀 밸런싱 사이클의 듀티비를 조절하여, 밸런싱 전류를 감소시킬 수 있다. 예를 들면 셀 밸런싱 저항 온도가 60도씨(°C) 이상이면 셀 밸런싱 사이클의 듀티비 조절을 시작하고, 이 때 온도 1도 상승 시 듀티비를 5%씩 감소시킬 수 있다.
셀 밸런싱 전류의 크기가 커짐에 따라, 셀 밸런싱 저항에서의 발열량이 증가하여 셀 밸런싱 저항의 온도가 증가한다. 그런데 셀 밸런싱 저항의 온도가 증가하면 셀 밸런싱 저항의 저항 특성이 달라져 셀 밸런싱 제어의 정확성이 떨어지고, 셀 밸런싱 저항이 파괴될 위험이 높아진다. 본 발명의 일 실시예는, 셀 밸런싱 저항의 온도가 높을수록 셀 밸런싱 사이클의 듀티비를 감소시켜, 발열로 인한 셀 밸런싱 저항의 저항 특성 변화를 방지하고 셀 밸런싱 저항의 파괴를 방지하여, 배터리 시스템(20)의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 셀 밸런싱 제어부(440)는 셀 밸런싱 저항의 온도가 제2 기준 온도(T2) 이상인 경우, 셀 밸런싱을 중단시킬 수 있다. 제2 기준 온도(T2)는 제1 기준 온도(T1)보다 높은 온도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 셀 밸런싱 저항의 온도가 제2 기준 온도(T2) 이상으로 올라가면, 셀 밸런싱을 중단시켜 셀 밸런싱 저항의 파괴를 방지할 수 있다. 예를 들면 셀 밸런싱 저항의 온도가 70 도씨(°C) 이상이면 셀 밸런싱 사이클의 듀티비를 0%로 하여 셀 밸런싱을 중단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 밸런싱 제어부(440)는 제k 배터리 트레이(110-k)의 배터리 셀들 간의 전압 차가 기준 전압 이상인 경우에만 셀 밸런싱을 수행하고, 배터리 셀들 간의 전압 차가 기준 전압 미만이면 셀 밸런싱을 수행하지 않을 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 불필요한 셀 밸런싱을 방지하여 셀 밸런싱으로 인한 발열을 방지하고, 셀 밸런싱 저항의 열화를 방지할 수 있다. 이때 배터리 셀들 간의 전압 차가 기준 전압 이상인지 여부는, 제k 배터리 트레이(110-k)가 만 충전 상태인 경우에 판단될 수 있다.
셀 밸런싱 제어부(440)는 충방전 전류가 기준 전류 이상인 경우 셀 밸런싱을 종료할 수 있으며, 또한 배터리 셀들 간의 전압 차가 기준 전압 미만인 경우에 셀 밸런싱을 종료할 수 있다.
또한 셀 밸런싱 제어부(440)는 MCU(450)로부터의 제어신호에 따라 동작할 수 있다.
MCU(450)는 제k 배터리 트레이(110-k) 및 제k 트레이 BMS(120-k)의 동작을 제어한다. MCU(450)는 AFE(430)의 동작을 제어하고, AFE(430)로부터 모니터링 데이터를 수집한다. 또한 MCU(450)는 동기 신호(Ss)에 따라 다른 배터리 트레이들 및 랙 BMS(200)와 동기화되어 동작하고, 랙 BMS(200)에게 모니터링 데이터(Dmk)를 제공하며, 랙 BMS(200)로부터 제어 신호를 수신한다.
도 4에서는 셀 밸런싱 제어부(440)를 MCU(450)와 별도의 블록으로 도시하였지만, 다른 예로서 셀 밸런싱 제어부(440)가 MCU(450) 또는 AFE(430)의 일부로 구성되어 일체로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 도면에서는 트레이 BMS(120-k) 내에 MCU(450) 등이 내장되어 제어동작을 수행하지만, 별개의 실시예로 트레이 BMS(120-k) 내에 MCU(450) 등을 구비하지 않고 랙 BMS(200)나 통합 제어기(15)로부터 직접 제어를 받는 실시예도 가능하다. 랙 BMS(200)로부터 직접 제어를 받아 셀 밸런싱을 수행할 경우 복수의 배터리 트레이(110-k) 별로 셀 밸런싱 제어가 가능하며, 통합 제어기(15)로부터 직접 제어를 받아 셀 밸런싱을 수행할 경우 복수의 배터리 랙(100)별로 셀 밸런싱 제어가 가능한 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제k 배터리 트레이(110-k) 및 제k 트레이 BMS(120-k)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱부(410)는 셀 밸런싱 저항(R)과 스위칭 소자(SW)는 서로 직렬로 연결되고, 서로 직렬 연결된 셀 밸런싱 저항(R)과 스위칭 소자(SW)의 쌍은 각 배터리 셀에 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있다. 각 스위칭 소자(SW)가 스위치 온 되었을 때, 셀 밸런싱 저항(R)을 통해 밸런싱 전류가 흐르고, 배터리 셀들 사이의 전압차를 감소시키는 셀 밸런싱 동작이 수행된다.
각 스위칭 소자(SW)는 셀 밸런싱 제어부(440)로부터 제공되는 밸런싱 제어신호(BCON)에 따라 스위치 온 되거나 스위치 오프 될 수 있다. 밸런싱 제어신호(BCON)는 스위칭 소자(SW)를 스위치 온 시키는 셀 밸런싱 펄스를 가질 수 있고, 셀 밸런싱 펄스는 제k 트레이 BMS(120-k)의 동작 사이클 중 셀 밸런싱 구간에 공급될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 제어신호(BCON)의 파형을 나타낸 도면이다. 도 6은 셀 밸런싱 저항의 온도(TEMP)가 30도씨(°C)인 경우, 65도씨(°C)인 경우, 75도씨(°C)인 경우의 밸런싱 제어신호(BCON)의 파형을 나타낸다. 또한 도 6은 제1 기준 온도(T1)는 60 도씨(°C)이고 제2 기준 온도(T2)는 70도씨(°C)인 경우를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제k 트레이 BMS(120-k)의 한 동작 사이클(1 CYCLE)은 전압 측정 구간, 온도 측정 구간, 및 셀 밸런싱 구간을 가질 수 있다.
밸런싱 제어 신호(BCON)는 도 6에 도시된 바와 같이 셀 밸런싱 저항(R)의 온도(TEMP)가 제1 기준 온도(T1)보다 낮은 경우, 즉 30도씨(°C)인 경우에는 셀 밸런싱 구간 동안 100% 듀티비의 셀 밸런싱 펄스를 갖는다.
셀 밸런싱 저항(R)의 온도(TEMP)가 제1 기준 온도(T1)보다 높고 제2 기준 온도(T2)보다 낮으면, 셀 밸런싱 구간에서의 셀 밸런싱 펄스의 듀티비는 온도에 따라 조절된다. 일 예로서, 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 65 도씨(°C)인 경우, 셀 밸런싱 구간에서 셀 밸런싱 펄스는 50%의 듀티비를 갖는다.
셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 제2 기준 온도(T2)보다 높은 경우, 셀 밸런싱 펄스는 0%의 듀티비를 갖고, 해당 사이클 동안에는 셀 밸런싱이 수행되지 않는다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도에 따른 셀 밸런싱 펄스의 듀티비를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 기준 온도(T1) 이하에서는 셀 밸런싱 펄스가 셀 밸런싱 구간 동안 일정한 듀티비, 예를 들면 100%의 듀티비를 갖고, 제1 기준 온도(T1)와 제2 기준 온도(T2) 사이에서는 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 높아질수록 낮은 듀티비를 가지며, 제2 기준 온도(T2) 이상에서는 0%의 듀티비를 가져 셀 밸런싱을 중단할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 듀티비는 상기 제1 기준 온도(T1)와 제2 기준 온도(T2) 사이에서 온도 데이터(TEMP)에 대한 선형함수 일 수 있다.
다시 도 5로 참조하면, 온도 측정부(420)는 각 셀 밸런싱 저항(R)의 온도를 측정하는 써모미터(TH)들을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 써모미터(TH)는 모든 셀 밸런싱 저항(R)의 온도를 측정하도록, 셀 밸런싱 저항(R)의 수만큼 구비될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 써모미터(TH)는 셀 밸런싱 저항(R) 중 일부의 온도만을 측정하도록, 셀 밸런싱 저항(R)의 개수보다 작게 구비될 수 있다.
AFE(430)는 써모미터(TH)들로부터 온도 검출 신호를 전달받아 온도 데이터(TEMP)를 생성하고, 온도 데이터(TEMP)를 셀 밸런싱 제어부 및/또는 MCU(450)로 전달한다. 온도 데이터(TEMP)는 예를 들면, 복수의 써모미터들(TH)에서 검출된 온도의 평균값일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 온도 데이터(TEMP)는 복수의 써모미터들(TH)에 의해 검출된 온도의 최소값일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 온도 데이터(TEMP)는 상기 복수의 써모미터들(TH)에 의해 검출된 온도들의 최대값일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 온도 데이터(TEMP)는 상기 복수의 써모미터들(TH)에 의해 검출된 온도들에 기초해, 중간값 또는 평균에서 표준 편차들을 플러스 또는 마이더스한 값과 같은 다른 통계값일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 밸런싱 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법은, 우선 해당 배터리 트레이(110-k)의 배터리 셀들의 전압을 측정한다(S802).
배터리 셀들의 전압이 측정되면, 셀 밸런싱이 필요한지 여부가 판단된다(S804). 셀 밸런싱이 필요한지 여부는, 배터리 셀들 사이의 전압 차이에 따라 결정된다. 배터리 셀들 사이의 전압 차이가 기준 전압보다 크면 셀 밸런싱이 필요하다고 판단되고, 배터리 셀들 사이의 전압 차이가 기준 전압보다 작으면 셀 밸런싱이 불필요하다고 판단된다.
셀 밸런싱이 불필요하다고 판단된 경우, 해당 사이클에는 셀 밸런싱 동작이 수행되지 않는다.
셀 밸런싱이 필요하다고 판단된 경우, 해당 배터리 BMS(120-k)의 적어도 하나의 셀 밸런싱 저항(R)의 온도를 측정한다(S806). 이 때, 해당 배터리 BMS(120-k)의 모든 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 측정될 수 있고, 다른 예로서 해당 배터리 BMS(120-k)의 일부 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 측정될 수 있다.
셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 측정되면, 셀 밸런싱 저항(R)이 상기 배터리셀들을 가로질러 연결되는 시간이 온도에 따라 결정된다(S808). 예를 들면, 상기 셀 밸런싱 저항들이 상기 배터리 셀들을 가로질러 연결되는 시간을 결정하기 위해, 셀 밸런싱의 듀티비가 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 제1 기준 온도(T1)보다 낮으면 셀 밸런싱 펄스의 듀티비 제어가 수행되지 않고, 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 제1 기준 온도(T1) 이상이면 셀 밸런싱 펄스의 듀티비를 셀 밸런싱 저항(R)의 온도에 따라 조절한다. 이 때 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 높을수록 셀 밸런싱 펄스의 듀티비가 낮아진다. 셀 밸런싱 저항(R)의 온도가 제2 기준 온도(T2) 이상이면, 셀 밸런싱 펄스의 듀티비를 0%로 설정하여 셀 밸런싱을 수행하지 않을 수 있다.
셀 밸런싱 펄스의 듀티비가 결정되면, 결정된 듀티비에 따라 셀 밸런싱을 수행한다(S810).
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 예를 들면, 본 명세서는 배터리 시스템(20)이 전력 저장 시스템(1)에서 이용되는 경우를 중심으로 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않고, 배터리 시스템(20)이 다양한 장치들에 적용되는 다양한 실시예들을 포함한다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 전력 저장 시스템 2 발전 시스템
3 계통 4 부하
10 전력 변환 시스템 11 전력 변환부
12 DC 링크부 13 인버터
14 컨버터 15 통합 제어기
20 배터리 시스템 30 제1 스위치
40 제2 스위치 100 배터리 랙
200 랙 BMS Ss 동기 신호
Dm 모니터링 데이터
110-1 내지 110-n 제1 내지 제n 배터리 트레이
120-1 내지 120-n 제1 내지 제n 트레이 BMS
410 셀 밸런싱부 420 온도 측정부
430 AFE 440 셀 밸런싱 제어부
450 MCU BCON 밸런싱 제어신호
TEMP 온도 데이터 R 셀 밸런싱 저항
SW 스위칭 소자 TH 써모미터
3 계통 4 부하
10 전력 변환 시스템 11 전력 변환부
12 DC 링크부 13 인버터
14 컨버터 15 통합 제어기
20 배터리 시스템 30 제1 스위치
40 제2 스위치 100 배터리 랙
200 랙 BMS Ss 동기 신호
Dm 모니터링 데이터
110-1 내지 110-n 제1 내지 제n 배터리 트레이
120-1 내지 120-n 제1 내지 제n 트레이 BMS
410 셀 밸런싱부 420 온도 측정부
430 AFE 440 셀 밸런싱 제어부
450 MCU BCON 밸런싱 제어신호
TEMP 온도 데이터 R 셀 밸런싱 저항
SW 스위칭 소자 TH 써모미터
Claims (20)
- 전력 저장 시스템에 있어서,
상기 전력 저장 시스템은 발전 시스템, 계통, 및 로드 중 적어도 하나에 연결되도록 구성되고,
상기 전력 저장 시스템은 상기 계통 및 상기 발전 시스템 중 적어도 하나로부터 수신된 전력을 저장하고, 상기 계통 및 상기 로드 중 적어도 하나로 전력을 제공하도록 구성된 배터리 시스템을 포함하며,
상기 배터리 시스템은,
복수의 배터리 셀들 중 적어도 하나에 선택적으로 연결되도록 각각 구성된 복수의 셀 밸런싱 저항들; 및
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도에 따라, 셀 밸런싱 사이클에서 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들이 상기 복수의 배터리 셀들에 연결되는 시간의 비율인 듀티비를 결정하고, 상기 듀티비로 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들에 연결하도록 구성되는 셀 밸런싱 제어부를 포함하고,
상기 셀 밸런싱 제어부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도가 제1 기준값보다 크거나 같고 제2 기준값보다 작거나 같은 경우, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 함수에 의해 결정되는 상기 듀티비로 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들에 연결하도록 구성되는, 전력 저장 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 배터리 시스템은 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하도록 구성된 온도 측정부를 더 포함하는, 전력 저장 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 제어부는,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 제1 기준 온도보다 작은 경우, 제1 듀티비로 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들에 연결하고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 상기 제1 기준 온도보다 큰 경우, 상기 제1 듀티비보다 작은 제2 듀티비로 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들에 연결하도록 구성되는, 전력 저장 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 셀 밸런싱 제어부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도가 제2 기준 온도보다 큰 경우, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들로부터 분리하는, 전력 저장 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 함수는 선형 함수인, 전력 저장 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 온도 측정부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하도록 구성되고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 평균인, 전력 저장 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 온도 측정부는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하도록 구성되고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도들의 최대값인, 전력 저장 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 온도 측정부는, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 각각의 온도를 측정하도록 구성되고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 셀 밸런싱 저항들의 온도의 최대값 또는 평균인, 전력 저장 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 배터리 시스템은,
상기 발전 시스템 및 상기 계통 중 적어도 하나로부터의 전력을 상기 배터리 시스템을 위해 변환하고, 상기 배터리 시스템으로부터의 전력을 상기 계통 또는 상기 로드를 위해 변환하도록 구성된 전력 변환 시스템을 더 포함하는, 전력 저장 시스템. - 복수의 배터리 셀들에 복수의 셀 밸런싱 저항들을 선택적으로 연결하는 단계;
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도에 따라, 셀 밸런싱 사이클에서 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들이 상기 복수의 배터리 셀들에 연결되는 시간의 비율인 듀티비를 조절하는 단계; 및
상기 듀티비로 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들을 상기 복수의 배터리 셀들에 연결하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 제1 기준값보다 크거나 같고 제2 기준값보다 작거나 같은 경우, 상기 듀티비는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도의 함수에 의해 결정되는 값으로 결정되는, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 제1 기준 온도보다 작은 경우, 상기 듀티비는 제1 값으로 결정되고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 상기 제1 기준 온도보다 큰 경우, 상기 듀티비는 상기 제1 값보다 작은 제2 값으로 결정되는, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 하나의 온도가 상기 제2 기준 온도보다 큰 경우, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들은 상기 복수의 배터리 셀들로부터 분리되는, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 함수는 선형 함수인, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하는 단계는, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 평균인, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도를 측정하는 단계는, 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들 중 적어도 두개 각각의 온도를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는, 상기 적어도 두개의 셀 밸런싱 저항들의 온도들의 최대값인, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항의 온도를 측정하는 단계는, 각각의 복수의 셀 저항들의 온도를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 측정된 온도는 상기 복수의 셀 밸런싱 저항들의 온도의 최대값 또는 평균인, 배터리 셀 전압을 밸런싱하는 방법. - 삭제
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| JP2011120456A (ja) | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Samsung Sdi Co Ltd | 系統連系型電力保存システム及び電力保存システムの制御方法 |
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