KR101844992B1 - 배터리 셀모듈 장치, 그리고 이를 포함하는 배터리 에너지 저장장치 - Google Patents

배터리 셀모듈 장치, 그리고 이를 포함하는 배터리 에너지 저장장치 Download PDF

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Abstract

배터리 관리 장치의 제어 신호를 기초로 셀 밸런싱을 수행하는 셀모듈 장치로서, 에너지가 저장되는 셀, 상기 셀과 충방전 전원 단자 사이에 위치하여 상기 셀과 상기 충방전 전원 단자 사이의 에너지를 전달하는 충방전 회로부, 그리고 상기 배터리 관리 장치로부터 제어 신호를 입력받고, 상기 제어 신호를 기초로 상기 충방전 전원 단자로 입력된 에너지가 상기 셀로 전달되도록 상기 충방전 회로부를 제어하거나, 상기 셀에 저장된 에너지가 상기 충방전 전원 단자로 전달되도록 상기 충방전 회로부를 제어하는 충방전 제어부를 포함한다.

Description

배터리 셀모듈 장치, 그리고 이를 포함하는 배터리 에너지 저장장치{BATTERY CELL MODULE APPARATUS, AND BATTERY ENERGY STORAGE APPARATUS}
본 발명은 배터리 에너지 저장장치에 관한 것이다.
노트북과 휴대폰 등의 전자 기기와 자동차는 배터리를 통해 필요한 에너지를 공급받는다. 이러한 배터리는 배터리 셀(cell)과 각종 회로를 포함하는 배터리팩(battery pack)으로 제작될 수 있다. 배터리팩은 외부 충전기를 통해 배터리 셀을 충전하고 전자 기기나 자동차와 같은 외부 부하에 전압 및 전류를 공급하는 방전을 반복한다.
지금까지의 배터리팩은 배터리 셀들을 직렬로 연결한 후, 하나의 외부 충전기로 전체 셀을 급속 충전을 한다. 이때 셀이 균등하게 충전되거나 방전되지 못하여 충전 편차 또는 방전 편차가 발생할 수 있다. 배터리팩은 이러한 편차를 바로 잡기 위해 셀밸런싱(cell balancing)을 하는데, 이 셀밸런싱에 많은 시간이 소요된다. 특히, 지금까지의 배터리 관리 장치는 수백 개 또는 수천 개 이상의 셀로 구성된 대규모 에너지 저장장치의 셀밸런싱을 수행하는데 문제가 있다.
지금까지의 배터리 스택은 급속 충전하면 특정 셀의 전압이 다른 셀들의 전압보다 먼저 만충전 전압에 도달할 수 있다. 그런데, 아직 만충전 되지 않은 다른 셀을 충전하기 위해 계속 급속 충전을 하면, 만충전된 셀은 과충전이 되어 위험하다. 특히 방전으로 인해 셀의 밸런스가 무너져 있는 경우에는 급속 충전을 하면 이러한 현상이 더욱 심하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 배터리 관리 장치의 제어에 의해 충전 및 방전하는 배터리 셀 모듈 장치, 그리고 이를 포함하는 배터리 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 제어 신호를 기초로 셀 밸런싱을 수행하는 셀모듈 장치로서, 에너지가 저장되는 셀, 상기 셀과 충방전 전원 단자 사이에 위치하여 상기 셀과 상기 충방전 전원 단자 사이의 에너지를 전달하는 충방전 회로부, 그리고 상기 배터리 관리 장치로부터 제어 신호를 입력받고, 상기 제어 신호를 기초로 상기 충방전 전원 단자로 입력된 에너지가 상기 셀로 전달되도록 상기 충방전 회로부를 제어하거나, 상기 셀에 저장된 에너지가 상기 충방전 전원 단자로 전달되도록 상기 충방전 회로부를 제어하는 충방전 제어부를 포함한다.
상기 충방전 회로부는 양방향 DC/DC 변환기를 포함하며, 상기 양방향 DC/DC 변환기의 일측은 상기 셀로 연결되고, 상기 DC/DC 변환기의 다른 일측은 상기 충방전 전원 단자에 연결될 수 있다.
상기 충방전 회로부는 양방향 DC/DC 변환기, 양방향 DC/AC 변환기, 그리고 변압기를 포함하며, 상기 양방향 DC/DC 변환기의 일측은 상기 셀로 연결되고, 상기 양방향 DC/DC 변환기의 다른 일측은 상기 양방향 DC/AC 변환기의 일측에 연결되며, 상기 양방향 DC/AC 변환기의 다른 일측은 상기 변압기의 일측에 연결되고, 상기 변압기의 다른 일측은 상기 충방전 전원 단자에 연결될 수 있다.
상기 충방전 회로부는 상기 변압기와 상기 충방전 전원 단자 사이에 양방향 AC/DC 변환기와 양방향 DC/DC 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전 제어부는 상기 셀의 상태 정보를 수집하고, 수집한 상태 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송할 수 있다.
상기 셀모듈 장치는 상기 셀의 온도 정보를 감지하는 온도 감지기를 더 포함하고, 상기 충방전 제어부는 상기 온도 감지기로부터 수집한 온도 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송할 수 있다.
상기 충방전 회로부는 상기 셀과 상기 충방전 전원 단자 사이를 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지기를 더 포함하고, 상기 충방전 제어부는 상기 전류 감지기로부터 수집한 전류 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송할 수 있다.
상기 충방전 제어부는 상기 충방전 회로부로부터 수집한 전압 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송할 수 있다.
상기 충방전 회로부는 상기 충방전 제어부의 제어에 따라 상기 셀과 충방전 전원 단자 사이의 에너지 이동을 차단하는 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 셀은 복수의 원통형 셀로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지를 충전하고 방전하는 배터리 에너지 저장장치로서, 복수 셀모듈 장치가 연결된 배터리 스택, 그리고 각 셀모듈 장치로부터 각 셀의 상태 정보를 수신하고, 수신한 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 생성한 적어도 하나의 제어 신호를 대응하는 셀모듈 장치로 전송하는 배터리 관리 장치를 포함하며, 각 셀모듈 장치는 적어도 하나의 양방향 전압 변환기를 포함한다.
상기 배터리 에너지 저장장치는 상기 배터리 스택의 양극과 상기 배터리 에너지 저장장치 양극 단자 사이에 위치하고, 상기 배터리 관리 장치에 의해 제어되는 제1 스위치, 그리고 각 셀모듈 장치의 개별 충전 및 방전을 위한 전원 단자와 각 셀모듈 장치 사이에 위치하고, 상기 배터리 관리 장치에 의해 제어되는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는 상기 배터리 에너지 저장장치 양극 단자와 배터리 에너지 저장장치 음극 단자에 연결된 외부 충전기를 이용해 상기 복수 셀모듈 장치를 충전하는 경우, 상기 제1 스위치를 닫을 수 있다.
상기 배터리 관리 장치는 각 셀모듈 장치의 상태 정보를 기초로 셀 밸런싱을 수행하는 경우, 상기 제2 스위치를 닫을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 양방향 전압 변환기를 이용하여 배터리 셀 모듈 장치별로 CC/CV 방식으로 충전하거나 방전할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 종래에 비해 적은 전력을 사용하여 셀 밸런싱할 수 있고, 셀 밸런싱 시간을 현저히 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 회로도이다.
도 8과 도 9 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈 장치를 나타내는 도면이다.
도 10부터 도 12 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 스택을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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 있는 것을 의미한다.
이제 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀 모듈 장치, 그리고 이를 포함하는 배터리 에너지 저장장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 블록도이다.
도 1을 참고하면, 배터리 에너지 저장장치(10)는 배터리 스택(100), 그리고 이를 제어하는 배터리 관리 장치(Battery Management System, BMS)(300)를 포함한다. 배터리 관리 장치(300)와 배터리 스택(100)은 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
배터리 스택(100)은 직렬, 병렬, 그리고 직렬과 병렬의 혼합 형태 중 어느 하나의 형태로 연결된 복수의 셀모듈 장치(200)를 포함한다. 셀모듈 장치(200)는 셀의 상태 정보를 배터리 관리 장치(300)로 전달하고, 배터리 관리 장치(300)로부터 제어 신호를 수신하여 각 셀의 충방전을 제어한다. 여기서 셀의 상태 정보는 셀의 전압, 전류 그리고 온도 등을 포함한다.
배터리 관리 장치(300)는 각 셀모듈 장치(200)의 전압, 전류 그리고 온도 정보를 모니터링한다. 배터리 관리 장치(300)는 각 셀의 상태 정보를 기초로 각 셀모듈 장치의 충방전을 제어한다. 배터리 관리 장치(300)는 배터리 스택(100)의 급속 충전, 각 셀모듈 장치의 셀밸런싱(cell balancing) 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
특히, 배터리 스택(100)은 복수의 셀모듈 장치로 구성되므로, 충전 및 방전할 때 셀간 용량 차이에서 비롯되는 불균형 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해, 배터리 관리 장치(300)는 셀모듈 장치(200) 각각의 셀밸런싱을 제어한다. 여기서 셀밸런싱이란 셀을 CC/CV(Constant Current/ Constant Voltage) 방식으로 만충전 하는 것을 말한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 블록도이다.
도 2를 참고하면, 셀모듈 장치(200)는 셀(210), 그리고 회로부(230)를 포함한다. 회로부(230)는 충방전 회로부(231) 그리고 충방전 제어부(233)를 포함한다. 셀모듈 장치(200)는 셀(210)의 온도를 측정하는 온도 감지기(290)를 더 포함할 수 있다.
셀(210)은 양극 단자(271)와 음극 단자(272)에 연결되어 급속 충전 및 방전된다. 양극 단자(271)와 음극 단자(272)가 외부 충전기(미도시)에 연결된 경우, 셀(210)은 충전된다. 양극 단자(271)와 음극 단자(272)가 부하(미도시)에 연결된 경우, 셀(210)은 방전된다. 여기서 셀(210)은 하나의 셀로 표시했으나, 복수의 셀이 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다.
충방전 회로부(231)는 충방전 전원 단자(273)와 셀(210) 사이에 위치한다. 충방전 회로부(231)는 충방전 전원 단자(273)로 입력된 에너지를 셀(210)로 전달하거나, 셀(210)에 저장된 에너지를 충방전 전원 단자(273)로 전달하는 양방향 회로로 구성된다.
충방전 제어부(233)는 셀(210)의 상태 정보를 수집한다. 충방전 제어부(233)는 셀(210)의 상태 정보를 배터리 관리 장치(300)로 전송한다. 충방전 제어부(233)는 온도 감지기(290)로부터 셀(210)의 온도 정보를 수집하고, 충방전 회로부(231)로부터 셀(210)에 관계된 전류 및 전압을 수집한다. 충방전 제어부(233)는 통신 단자(274)를 통해 배터리 관리 장치(300)와 통신한다.
충방전 제어부(233)는 배터리 관리 장치(300)의 제어 신호를 기초로 충방전 회로부(231)를 제어한다. 충방전 제어부(233)는 충방전 회로부(231)를 제어하여 셀(210)을 개별적으로 충전하거나 방전한다. 즉, 충방전 제어부(233)는 셀(210)의 셀 밸런싱을 제어한다. 이때, 배터리 관리 장치(300)는 셀(210)의 상태 정보를 기초로 제어 신호를 생성한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 3을 참고하면, 셀모듈 장치(200)의 충방전 회로부(231)는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 충방전 회로부(231a)는 스위치(400), 전류 감지기(420), 그리고 양방향 DC/DC 변환기(500)를 포함한다.
DC/DC 변환기(500)의 일측은 충방전 전원 단자(273)에 연결되고, 다른 일측은 셀(210)로 연결된다.
스위치(400)는 셀(210)과 DC/DC 변환기(500) 사이에 위치할 수 있다.
충방전 제어부(233)는 충방전 전원 단자(273)에 연결되어 전원을 공급받는다.
충방전 제어부(233)는 배터리 관리 장치(300)의 제어 신호를 기초로 DC/DC 변환기(500)와 스위치(400)를 제어할 수 있다.
충방전 제어부(233)는 DC/DC 변환기(500)를 제어하여 셀(210)을 개별 충전하거나 방전한다. DC/DC 변환기(500)는 CC/CV 충전기로 동작할 수 있다.
충방전 제어부(233)는 스위치(400)를 제어하여 전력 소비를 차단할 수 있다. 즉, 충방전 제어부(233)는 스위치(400)를 열어서 셀모듈 장치(200)이 불필요한 전력 소비를 하지 않도록 한다. 또한, 충방전 제어부(233)는 충방전 전원 단자(273)를 통해 전원 공급이 없는 경우, 스위치(400)를 열어서 불필요한 전력 소비를 하지 않도록 한다.
충방전 제어부(233)는 전류 감지기(420)를 통해 셀(210)의 충전 전류를 감지한다.
충방전 제어부(233)는 온도 감지기(290)를 통해 셀(210)의 온도를 감지한다.
충방전 제어부(233)는 전류 감지기(420)와 온도 감지기(290) 등으로부터 수집한 셀(210)의 상태 정보를 통신 단자(274)를 통해 배터리 관리 장치(300)로 전달한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 4를 참고하면, 충방전 회로부(231b)는 교류 절연형 회로로 구성된다.
충방전 회로부(231b)는 스위치(400), 전류 감지기(420), 양방향 DC/DC 변환기(510), 양방향 DC/AC 변환기(520), 그리고 변압기(600)를 포함한다.
변압기(600)는 양방향 DC/AC 변환기(520)와 충방전 전원 단자(273) 사이에 위치하여 전원과 셀을 절연한다.
양방향 DC/AC 변환기(520)의 일측은 변압기(600)에 연결되고, 다른 일측은 양방향 DC/DC 변환기(510)에 연결된다.
스위치(400)는 셀(210)과 양방향 DC/AC 변환기(520) 사이에 위치할 수 있다.
충방전 제어부(233)는 스위치(400), 양방향 DC/DC 변환기(510), 양방향 DC/AC 변환기(520)를 제어하여 셀(210)을 충전 및 방전시킨다. 이때, 충방전 제어부(233)는 배터리 관리 장치(300)의 제어 신호를 기초로 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀모듈의 회로도이다.
도 5를 참고하면, 충방전 회로부(231c)는 직류 절연형 회로로 구성된다.
충방전 회로부(231c)는 스위치(400), 전류 감지기(420), 셀 측 변환기(510, 520), 전원 측 변환기(530, 540), 그리고 변압기(600)를 포함한다. 셀 측 변환기(510, 520)는 양방향 DC/DC 변환기(510)와 양방향 DC/AC 변환기(520)로 구성된다. 전원 측 변환기(530, 540)는 양방향 AC/DC 변환기(530)와 양방향 DC/DC 변환기(540)로 구성된다.
변압기(600)는 셀 측 변환기(510, 520)와 전원 측 변환기(530, 540) 사이에 위치하여 전원과 셀을 절연한다.
전원 측 변환기(530, 540)의 일측은 충방전 전원 단자(273)에 연결되고, 다른일측은 변압기(600)에 연결된다.
셀 측 변환기(510, 520)의 일측은 변압기(600)에 연결되고, 다른 일측은 셀(210)로 연결된다.
스위치(400)는 셀(210)과 양방향 DC/DC 변환기(510) 사이에 위치할 수 있다.
충방전 제어부(233)는 스위치(400), 셀 측 변환기(510, 520), 전원 측 변환기(530, 540)를 제어하여 셀(210)을 충전 및 방전시킨다. 충방전 제어부(233)는 배터리 관리 장치(300)의 제어 신호를 기초로 제어할 수 있다.
도 6과 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 에너지 저장장치의 회로도이다.
도 6과 도 7을 참고하면, 배터리 에너지 저장장치(10a, 10b)은 복수의 셀모듈 장치(200), 그리고 배터리 에너지 관리 장치(300)를 포함한다. 배터리 에너지 저장장치(10a, 10b)는 스위치(750, 760)를 더 포함한다.
복수의 셀모듈 장치(200)은 직렬로 연결되어 배터리 스택을 형성한다. 배터리 스택의 양극은 배터리 에너지 저장장치 양극 단자(710)에 연결되고, 배터리 스택의 음극은 배터리 에너지 저장장치 음극 단자(720)에 연결된다.
복수의 셀모듈 장치(200)은 병렬로 개별 충전을 위한 충방전 전원 단자에 연결된다. 이때, 도 6과 같이, 각 셀모듈 장치(200)은 충방전 전원 단자가 배터리 에너지 저장장치 양극 단자(710)와 배터리 에너지 저장장치 음극 단자(720)에 연결될 수 있다. 또는 도 7과 같이, 각 셀모듈 장치(200)은 별도의 충방전 전원 단자(730, 740)에 연결될 수 있다.
스위치(750)는 배터리 스택과 배터리 에너지 저장장치 양극 단자(710)/배터리 에너지 저장장치 음극 단자(720)를 연결하거나 차단한다.
스위치(760)는 셀모듈과 충방전 전원 단자(730, 740)를 연결하거나 차단한다.
배터리 관리 장치(300)는 각 셀모듈 장치(200)에 연결된다. 배터리 관리 장치(300)는 각 셀모듈 장치(200)로부터 셀의 상태 정보를 수집한다. 배터리 관리 장치(300)는 각 셀의 상태 정보를 기초로 스위치(750, 760)를 제어한다. 배터리 관리 장치(300)는 외부 통신단자(770)를 통해 외부 장비와 통신할 수 있다.
예를 들어, 배터리 관리 장치(300)가 외부 충전기로 충전하는 경우, 셀모듈 장치(200)들의 전압이 기준 전압에 도달하는지 모니터링한다. 기준 전압에 도달하면, 배터리 관리 장치(300)는 스위치(750)를 열어, 외부 충전기에 의한 급속 충전을 차단한다. 그리고 배터리 관리 장치(300)는 스위치(760)를 닫아 각 셀모듈 장치(200)의 충방전 회로부(231)를 이용해 개별적으로 CC/CV 방식의 만충전을 수행한다. 여기서 기준 전압은 사용하는 셀에 따라 다르나, 리튬 폴리머 전지의 경우 4.1V 정도일 수 있다. 이때 배터리 관리 장치(300)는 셀 용량의 90% 내지 95% 정도를 급속 충전하고, 나머지 용량을 각 셀모듈의 충방전 회로부(231)를 통해 개별적으로 CC/CV 충전할 수 있다.
도 8과 도 9 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 셀모듈 장치를 나타내는 도면이다.
도 8을 참고하면, 셀모듈 장치(200a)는 서랍식으로 끼울 수 있는 평평한 트레이(250), 트레이(250)에 배치된 셀(210a), 온도감지기(290), 회로부(230), 양극 단자(271), 음극 단자(272), 충방전 전원 단자(273), 그리고 통신 단자(274)를 포함한다.
도 9를 참고하면, 셀모듈 장치(200b)는 복수의 셀(210b)을 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 셀(210b)은 복수의 원통형 셀일 수 있다.
회로부(230), 그리고 각종 연결 단자(271-274)는 트레이(250)에서 다양하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 회로부(230)는 트레이(250) 전면에 배치되고, 연결 단자(271-274)도 트레이(250) 전면에 배치되어 연결을 쉽게 할 수 있다.
트레이(250)는 양 옆에 각각 부착되는 트레이 가이드 홈을 더 포함할 수 있다. 트레이 가이드 홈은 배터리 스택(100)에 트레이(250)가 쉽게 끼워지도록 한다.
도 10부터 도 12 각각은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 스택을 나타내는 도면이다.
도 10과 도 11을 참고하면, 배터리 스택(100a, 100b) 각각은 복수의 셀모듈 장치(200a, 200b)를 서랍장 형식으로 적층한다.
도 12를 참고하면, 배터리 스택(100)은 셀모듈 장치(200)를 밀어 넣을 수 있는 서랍장 형태의 프레임으로 구현된다. 복수의 셀모듈 장치(200)가 프레임안에 설치된다.
지금까지는 배터리팩을 만들 때 배터리 셀들을 먼저 한 덩어리로 조립 한 후 여기에 각종 회로를 연결하기 때문에 불량 배터리 셀의 교체가 어려웠다. 그러나 이와 같이 셀모듈 장치(200)를 이용한 배터리 스택(100)은 불량 셀을 쉽게 교체할 수 있어 오래 사용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 양방향 전압 변환기를 이용하여 배터리 셀 모듈 장치별로 CC/CV 방식으로 충전하거나 방전할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 종래에 비해 적은 전력을 사용하여 셀 밸런싱할 수 있고, 셀 밸런싱 시간을 현저히 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 배터리 관리 장치의 제어 신호를 기초로 셀 밸런싱을 수행하는 셀모듈 장치로서,
    에너지가 저장되는 셀,
    상기 셀과 충방전 전원 단자 사이에 위치하여 상기 셀과 상기 충방전 전원 단자 사이의 에너지를 전달하는 충방전 회로부, 및
    상기 배터리 관리 장치로부터 제어 신호를 입력받고, 상기 제어 신호를 기초로 상기 충방전 전원 단자로 입력된 에너지가 상기 셀로 전달되도록 상기 충방전 회로부를 제어하거나, 상기 셀에 저장된 에너지가 상기 충방전 전원 단자로 전달되도록 상기 충방전 회로부를 제어하는 충방전 제어부를 포함하며,
    상기 충방전 회로부는
    상기 셀의 일측에 연결된 스위치, 상기 스위치의 일측과 상기 셀의 타측에 연결된 셀 측 변환기, 상기 충방전 전원 단자에 연결된 전원측 변환기, 상기 셀 측 변환기과 상기 전원측 변환기 사이에 위치하는 변압기를 구비하고,
    상기 충방전 제어부는 상기 제어 신호를 기초로 상기 스위치, 상기 셀 측 변환기, 및 상기 전원 측 변환기를 통합 제어하여 상기 셀을 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 하는 셀모듈 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 충방전 제어부는
    상기 셀의 상태 정보를 수집하고, 수집한 상태 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송하는 셀모듈 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 셀모듈 장치는
    상기 셀의 온도 정보를 감지하는 온도 감지기를 더 포함하고,
    상기 충방전 제어부는 상기 온도 감지기로부터 수집한 온도 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송하는 셀모듈 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 충방전 회로부는
    상기 셀과 상기 충방전 전원 단자 사이를 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지기를 더 포함하고,
    상기 충방전 제어부는 상기 전류 감지기로부터 수집한 전류 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송하는 셀모듈 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 충방전 제어부는 상기 충방전 회로부로부터 수집한 전압 정보를 상기 배터리 관리 장치로 전송하는 셀모듈 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 충방전 회로부는
    상기 충방전 제어부의 제어에 따라 상기 셀과 충방전 전원 단자 사이의 에너지 이동을 차단하는 스위치를 더 포함하는 셀모듈 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 셀은 복수의 원통형 셀로 구성되는 셀모듈 장치.
  11. 에너지를 충전하고 방전하는 배터리 에너지 저장장치로서,
    복수 셀모듈 장치가 연결된 배터리 스택, 그리고
    각 셀모듈 장치로부터 각 셀의 상태 정보를 수신하고, 수신한 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 제어 신호를 생성하고, 생성한 적어도 하나의 제어 신호를 대응하는 셀모듈 장치로 전송하는 배터리 관리 장치를 포함하며,
    상기 각 셀모듈 장치는
    셀, 상기 셀의 일측에 연결된 스위치, 상기 스위치의 일측과 상기 셀의 타측에 연결된 셀 측 변환기, 충방전 전원 단자에 연결된 전원측 양방향 변환기, 상기 셀 측 변환기과 상기 전원측 변환기 사이에 위치하는 양방향 변압기를 구비하고,
    상기 제어 신호를 기초로 상기 스위치, 상기 셀 측 양방향 변환기, 및 상기 전원 측 양방향 변환기를 통합 제어하여 상기 셀을 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007336668A (ja) 2006-06-14 2007-12-27 Ntt Facilities Inc 電池管理装置及び電池管理方法
JP2011200095A (ja) 2010-02-26 2011-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 電池システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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