KR102484196B1 - 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템은, 충전 또는 방전하고자 하는 대상 배터리를 탈부착 가능한 구조로 장착하고, 일측면에 양극접속단자와 음극접속단자가 배터리와 BMS모듈과 전기적으로 연결되도록 장착된 배터리 팩; 상기 배터리 팩 내부에 탑재되고, 배터리 팩에 장착되는 각각의 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전압 또는 전류를 제어하고 통신 모듈을 포함하며, 배터리 팩에 장착되는 각각의 배터리의 상태를 검출하여 통신 모듈을 이용하여 단말에 전달하는 BMS모듈; 및 상기 배터리 팩 내부에 탑재되고, BMS모듈로부터 획득한 데이터를 바탕으로 배터리 팩에 장착된 각각의 배터리의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 생성된 제어 신호를 BMS모듈에 송신하여 배터리 팩의 충전과 방전 상태를 제어하고, 사고발생 위험이 감지될 경우 배터리 팩과 양극접속단자 및 음극접속단자와의 전기적 연결상태를 차단하고, 비상소화부를 작동시켜 배터리 팩 내부에 소화액제를 분산시키도록 제어하는 단말;을 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템{Low-Discharge Battery Charge-Discharge Current Amount Control System}
본 발명은 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필요에 따라 일반 저방전 배터리를 적용하여 충전시와 방전시 전류 크기를 가변하여 활용할 수 있는 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 관리시스템은 배터리를 최적으로 관리하여 에너지 효율을 높이고 수명을 연장해주는 역할을 한다.
즉, 배터리 관리시스템은 배터리의 전압, 전류와 온도를 실시간으로 모니터링하여 과도한 충전 또는 방전을 미연에 방지하고, 배터리의 안전성과 신뢰성을 높여서 에너지 효율을 높이고 배터리의 수명을 연장시키기 때문에 전동화자동차 등을 포함하는 다양한 분야에서 사용되고 있다.
BMS(Battery Management System)은 배터리를 실시간으로 모니터링하여 과도한 충전 또는 방전을 미연에 방지하고 배터리를 최적으로 관리하는 것으로서, 스마트폰, 가전제품, 전기자동차 등 각종 기기에서 널리 사용되고 있다.
BMS는 에너지 효율을 높이고 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다는 점에서 이용 범위가 매우 넓어, 다양한 분야에서 배터리에 BMS를 적용한 제품들이 꾸준히 증가하고 있다.
특히, 근래에는 대용량 배터리를 장착한 이동통신단말기의 수요가 지속적으로 확산되고 있고, BMS가 필수적으로 요구되는 초대용량 배터리가 탑재된 전기차가 상용화 단계에 진입하면서, 이들 기기에 탑재되는 배터리를 모니터링하는 BMS 기술 수요가 빠르게 팽창하고 있다. 이에, 배터리를 보다 정밀하게 모니터링하고 효과적으로 제어하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있다.
종래 기술에 따르면, 생산 및 제작 단계에서 대용량 또는 고방전 배터리로 제작된 배터리를 이용하여 해당 용량과 방전율에 따라 배터리를 운용하고 있다.
종래 기술에 따르면, 저용량 배터리를 활용하여 대용량 또는 고방전 배터리로 활용할 수 있는 기술이 부재한 실정이다. 저용량 배터리를 활용하여 대용량 또는 고방전 배터리로 활용하기 위해서는 충전 및 방전 시 안정성이 보장되어야 하나 종래 기술에 따른 배터리 관리시스템 및 BMS는 이러한 요구 조건을 해결함에 있어 한계가 존재한다.
따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-2305054호 (등록일자: 2021년09월16일)
본 발명의 목적은, 필요에 따라 일반 저방전 배터리를 적용하여 충전시와 방전시 전류 크기를 가변하여 활용할 수 있고, 배터리의 이상 상태를 정확하게 판별하고 배터리에 대한 안전한 제어를 수행할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템은, 충전 또는 방전하고자 하는 대상 배터리를 탈부착 가능한 구조로 장착하고, 일측면에 양극접속단자와 음극접속단자가 배터리와 BMS모듈과 전기적으로 연결되도록 장착된 배터리 팩; 상기 배터리 팩 내부에 탑재되고, 배터리 팩에 장착되는 각각의 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전압 또는 전류를 제어하고 통신 모듈을 포함하며, 배터리 팩에 장착되는 각각의 배터리의 상태를 검출하여 통신 모듈을 이용하여 단말에 전달하는 BMS모듈; 및 상기 배터리 팩 내부에 탑재되고, BMS모듈로부터 획득한 데이터를 바탕으로 배터리 팩에 장착된 각각의 배터리의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 생성된 제어 신호를 BMS모듈에 송신하여 배터리 팩의 충전과 방전 상태를 제어하고, 사고발생 위험이 감지될 경우 배터리 팩과 양극접속단자 및 음극접속단자와의 전기적 연결상태를 차단하고, 비상소화부를 작동시켜 배터리 팩 내부에 소화액제를 분산시키도록 제어하는 단말;을 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 팩은, 내부에 충전 또는 방전하고자 하는 저방전 배터리를 장착하는 저방전배터리 장착부; 저방전배터리 장착부와 소정 간격만큼 이격되어 형성되고, 내부에 충전 또는 방전하고자 하는 고방전 배터리를 장착하는 고방전배터리 장착부; 상기 고방전배터리 장착부의 양측면에 장착되고, 단말의 제어신호에 따라 작동하여 내부에 충진된 소화액제를 배터리 팩 내부에 분산시키는 비상소화부; 및 상기 고방전배터리 장착부의 내부 양측에 장착되고, 고방전 배터리의 양단부를 소정 크기의 가압력으로 가압함과 동시에 고정할 수 있도록, 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 구조이며, BMS모듈과 전기적으로 연결시키며, 내부에 비상소화부를 통해 전달되는 소화액제를 고방전 배터리의 양단부로 유동시켜 소화액제가 고방전 배터리의 외주면을 감싸는 형태로 분사되도록 유도하는 유동로가 형성된 구조의 완충단자부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단말은, 상기 모니터링 결과에 따라 배터리 팩에서 이상 상태가 발생하는 경우, 경고 발생 메시지의 출력 및 상기 배터리 팩의 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 수행하고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 릴리즈 전압 및 릴리즈 온도 중 적어도 하나가 기설정 조건을 충족하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
이 경우, 상기 단말은, 상기 경고 발생 메시지가 출력될 때, 상기 복수개의 배터리 셀 중 하나 이상에서 출력되는 전압과 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 복수개의 배터리 셀 중 하나 이상에서 출력되는 전압 간의 차이를 나타내는 릴리즈 전압을 기설정 값과 비교한 결과에 따라 충전 전류 또는 상기 방전 전류에 대한 제어의 해제 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단말은, 상기 복수개의 배터리 셀 중 출력하는 전압의 크기가 가장 작은 배터리 셀(이하, '최저 전압 배터리 셀'이라고 함)의 출력 전압이 제 1-1 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩에서 출력되는 상기 방전 전류를 감소시키고, 상기 경고 발생 메시지가 출력될 때 상기 최저 전압 배터리 셀에서 출력되는 출력 전압과 상기 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 상기 최저 전압 배터리 셀에서 출력되는 출력 전압 간의 차이를 나타내는 상기 릴리즈 전압이 제 1-2 전압보다 크거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 1 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
이 경우, 상기 단말은, 외부 온도에 따라서 상기 제 1-1 전압, 상기 제 1-2 전압 및 상기 제 1 릴리즈 타임을 업데이트함이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단말은, 상기 복수개의 배터리 셀이 출력하는 전압 합계의 크기가 제 2-1 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩에서 출력되는 상기 방전 전류를 감소시키고, 상기 경고 발생 메시지가 출력될 때 상기 복수개의 배터리 셀에서 출력되는 전압 합계의 크기와 상기 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 상기 복수개의 배터리 셀에서 출력되는 전압 합계의 크기 간의 차이를 나타내는 상기 릴리즈 전압이 제 2-2 전압보다 크거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 2 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단말은, 상기 배터리 팩이 방전중인 상태이고, 상기 방전 전류가 제 1 전류보다 크거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩에서 출력되는 상기 방전 전류를 감소시키고, 상기 경고 발생 메시지가 출력될 때 상기 배터리 팩에서 출력되는 전류와 상기 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 상기 배터리 팩에서 출력되는 전류 간의 차이를 나타내는 릴리즈 전류가 제 1-2 전류보다 작거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 3 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단말은, 상기 배터리 팩이 충전중인 상태이고, 상기 배터리 팩의 온도가 1-1 온도보다 크거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩으로 인가되는 상기 충전 전류를 감소시키고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 상기 배터리 팩의 온도의 하강 분인 상기 릴리즈 온도가 제 1-2 온도보다 작거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 4 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 팩이 방전중인 상태이고, 상기 배터리 팩의 온도가 2-1 온도보다 작거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩에서 출력되는 상기 방전 전류를 증가시키고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 상기 배터리 팩의 온도의 상승 분인 상기 릴리즈 온도가 제 2-2 온도보다 크거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 5 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템에 따르면, 특정 역할을 수행하는 배터리 팩, BMS모듈 및 단말을 구비함으로써, 필요에 따라 일반 저방전 배터리를 적용하여 충전시와 방전시 전류 크기를 가변하여 활용할 수 있고, 배터리의 이상 상태를 정확하게 판별하고 배터리에 대한 안전한 제어를 수행할 수 있으며, 전기사고 위험이 감지될 경우 소화액제를 고방전배터리와 저방전배터리를 감싸는 형태로 사전에 분산시킴으로써 전기사고 발생을 사전에 차단할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템에 따르면, 특정 역할을 수행하는 단말을 구비함으로써, 릴리즈 전압 또는 릴리즈 온도를 이용하여 배터리 팩의 이상 상태를 정확하게 판별하여 안전한 제어동작을 수행할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템에 따르면, 특정 역할을 수행하는 단말을 구비함으로써, 릴리즈 전압 또는 릴리즈 온도를 이용하여 배터리 팩에 대한 제어 이후의 상태를 빠르고 정확하게 판별함으로써 배터리 팩에 대한 제어 해제 여부를 효과적으로 판단할 수 있고, 사용자가 단말을 통해 배터리 팩을 제어하기 위한 설정들을 간편하게 조정할 수 있도록 지원하고 배터리 팩을 무선으로 관리하기 용이한 최적의 인터페이스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템의 단말의 구성의 일 예를 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 4는 도 2에 도시된 단말이 배터리 제어 과정에서 이용하는 릴리즈 전압 및 릴리즈 타임의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템이 배터리 제어를 수행하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 제어 흐름도이다.
도 6은 도 2에 있는 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템이 배터리 제어를 수행하는 방법의 다른 일 예를 설명하기 위한 제어 흐름도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템을 나타내는 구성도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템(100)은, 특정 역할을 수행하는 배터리 팩, BMS모듈 및 단말을 구비함으로써, 필요에 따라 일반 저방전 배터리를 적용하여 충전시와 방전시 전류 크기를 가변하여 활용할 수 있고, 배터리의 이상 상태를 정확하게 판별하고 배터리에 대한 안전한 제어를 수행할 수 있으며, 전기사고 위험이 감지될 경우 소화액제를 고방전배터리와 저방전배터리를 감싸는 형태로 사전에 분산시킴으로써 전기사고 발생을 사전에 차단할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 실시예에 따른 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템(100)을 구성하는 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(110)은, 충전 또는 방전하고자 하는 대상 배터리를 탈부착 가능한 구조로 장착하고, 일측면에 양극접속단자(115)와 음극접속단자(116)가 배터리와 BMS모듈(120)과 전기적으로 연결되도록 장착된 구조이다.
구체적으로, 배터리 팩(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 구조의 BMS장착부(111), 저방전배터리 장착부(112), 고방전배터리 장착부(113), 완충단자부(114), 양극접속단자(115) 및 음극접속단자(116)를 포함하는 구성일 수 있다. 저방전배터리 장착부(112)는, 내부에 충전 또는 방전하고자 하는 저방전 배터리를 장착하는 구조이다. 또한, 고방전배터리 장착부(113)는, 저방전배터리 장착부(112)와 소정 간격만큼 이격되어 형성되고, 내부에 충전 또는 방전하고자 하는 고방전 배터리를 장착하는 구조이다. 이때, 고방전배터리 장착부(113)의 양측면에 장착되는 비상소화부(117)는, 단말(130)의 제어신호에 따라 작동하여 내부에 충진된 소화액제를 배터리 팩(110) 내부에 분산시킬 수 있다. 또한, 고방전배터리 장착부(113)의 내부 양측에 장착되는 완충단자부(114)는, 고방전 배터리의 양단부를 소정 크기의 가압력으로 가압함과 동시에 고정할 수 있도록, 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 구조이다. 이때, 완충단자부(114)는 BMS모듈과 전기적으로 연결시키는 구성이다. 또한, 완충단자부(114)는, 내부에 비상소화부를 통해 전달되는 소화액제를 고방전 배터리의 양단부로 유동시켜 소화액제가 고방전 배터리의 외주면을 감싸는 형태로 분사되도록 유도하는 유동로가 형성된 구조임이 바람직하다.
한편, 본 실시예에 따른 BMS모듈(120)은, 배터리 팩(110) 내부에 탑재되는 구성으로서, 배터리 팩(110)에 장착되는 각각의 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전압 또는 전류를 제어하고 통신 모듈(121)을 포함하며, 배터리 팩(110)에 장착되는 각각의 배터리의 상태를 검출하여 통신 모듈(121)을 이용하여 단말(130)에 전달할 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(110)은 배터리 모듈(110) 및 BMS(Battery Management System) 모듈(120)을 포함 할 수 있고, 이들은 상호 연결될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(110)은 복수개의 배터리 셀(111)을 포함할 수 있고, 예를 들면, 직렬, 병렬 또는 혼합 방식으로 연결된 복수개의 배터리 셀(111)을 포함할 수 있으며, BMS 모듈(120)의 제어에 따라 복수개의 배터리 셀(111) 각각에 이용되거나 배터리 팩(110) 전반에 이용되는 구동 전압 또는 전류를 제어할 수 있다.
이때, 복수개의 배터리 셀(111)은 양극재, 전해액 및 음극재를 각각 포함하는 복수의 2차 전지 단위 셀을 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 예를 들면, 전고체 전지와 같은 차세대 전지로 구현될 수도 있다.
본 실시예에 따른 BMS 모듈(120)은 배터리 팩(110)의 배터리 제어와 연관된 동작 전반을 제어할 수 있다.
예를 들면, BMS 모듈(120)은 배터리 모듈(110)과 전기적으로 연결되도록 배터리 팩(110)에 부착되어 배터리 팩(110)에 통합 구현될 수 있고, 배터리 모듈(110)로부터 배터리 상태에 관한 정보(예: 전압, 전류, 온도 등)를 기설정 주기에 따라 획득할 수 있으며, 배터리 모듈(110)의 동작 모드(예: 충전, 방전 등)을 제어하거나 충전 또는 방전을 위해 복수개의 배터리 셀(111)에 인가되는 전압, 전류 등을 제어할 수 있다.
경우에 따라서, BMS 모듈(120)은 네트워크를 통해 다른 디바이스와 무선 통신을 하기 위한 통신 모듈(121)을 포함할 수 있다. 이때, 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 다양한 통신망을 통해 구성될 수 있고, 예를 들어, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 도시권 통신망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 통신 모듈(121)은 디바이스 간의 근거리 무선 통신을 위한 블루투스 통신 모듈을 포함할 수 있고, 예를 들어, 단말(130)과 블루투스를 통해 페어링되어 단말(130)에 연동될 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 통신 모듈(121)은 ZigBEE, IrDA (Infrared Data Association) 등을 통해 구현될 수 있다.
본 실시예에 따른 BMS 모듈(120)은 배터리 모듈(110)의 상태 정보를 획득하여 통신 모듈(121)을 통해 단말(130)에 전송할 수 있다. 배터리 모듈(110)의 상태 정보는 복수개의 배터리 셀(111)의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, BMS 모듈(120)은 통신 모듈(121)을 통해 단말(130)과 블루투스로 페어링되면, 기설정 주기에 따라 검출되는 배터리 모듈(110)의 상태 정보를 단말(130)에 실시간으로 송신할 수 있다. 또한, BMS 모듈(120)은 단말(130)에 칩셋에 관한 상태 정보를 제공할 수 있고, 예를 들면, 부착된 IC 칩셋에 대한 정상 또는 비정상 상태 데이터를 추출하여 단말(130)에 송신할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 단말(130)은, 배터리 팩(110) 내부에 탑재되는 구성으로서, BMS모듈(120)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 배터리 팩(110)에 장착된 각각의 배터리의 상태를 모니터링할 수 있다. 이때, 단말(130)은, 모니터링 결과에 따라 생성된 제어 신호를 BMS모듈(120)에 송신하여 배터리 팩(110)의 충전과 방전 상태를 제어할 수 있다. 더 나아가 단말(130)은, 사고발생 위험이 감지될 경우 배터리 팩(110)과 양극접속단자(115) 및 음극접속단자(116)와의 전기적 연결상태를 차단하고, 비상소화부(117)을 작동시켜 배터리 팩(110) 내부에 소화액제를 분산시키도록 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 단말(130)은 배터리 팩(110)과 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 배터리 팩(110)에 대한 제어를 수행할 수 있는 디바이스에 해당한다. 여기에서, 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 다양한 통신망을 통해 구성될 수 있고, 예를 들면, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 도시권 통신망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 단말(130)은 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등으로 구현되어 무선 통신망을 통해 BMS 모듈(120)과 연결될 수 있는 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있고, 데스크탑 PC, 태블릿 PC, 랩탑 PC 등으로 구현되어 네트워크를 통해 BMS 모듈(120)과 연결될 수 있는 통신 장치를 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따른 단말(130)은 배터리 팩(110)으로부터 배터리 팩(110)의 상태 정보를 수신하여 배터리 팩(110)의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 배터리 팩(110)을 제어할 수 있다. 이러한 내용은 이하에서 도 3을 참조하며 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 도 2에 있는 단말(130)의 구성의 일 예를 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 단말(130)은 통신부(131), 저장부(132), 디스플레이부(133) 및 제어부(134)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신부(131)는 배터리 팩(110)과 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있는 하나 이상의 무선 통신 모듈을 포함할 수 있고, 예를 들면, 블루투스 통신 모듈을 포함하여 근거리 무선 네트워크를 통해 BMS 모듈(120)과 연동할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신부(131)는 BMS 모듈(120)로부터 배터리 팩(110)의 상태 정보를 수신할 수 있고, 제어부(134)의 제어 신호를 BMS 모듈(120)에 송신하여 제어부(134)가 배터리 팩(110)을 모니터링하고 제어하도록 할 수 있다.
일 실시예에 따른 저장부(132)는 BMS 모듈(120)로부터 수신된 정보들을 저장할 수 있고, 단말(130)의 배터리 제어를 위해 요구되는 데이터들을 저장할 수 있다. 일 실시예에 따른 저장부(132)는 SSD(Solid State Disk) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 단말(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이부(133)는 단말(130)에서 획득된 출력을 디스플레이하는 디바이스를 포괄적으로 의미할 수 있고, 예를 들면, 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode) 등으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 BMS 모듈(120)로부터 수신되는 배터리 모듈(110)의 상태 정보를 모니터링 정보로 가공하여 디스플레이부(133)에 시각화 할 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링 정보는 복수개의 배터리 셀(111) 각각의 전압, 배터리 셀들 간의 밸런스 상태, 배터리 팩(110)의 전체 전압, 충전 퍼센트, 복수개의 배터리 셀(111)의 전압 중 최고 전압값, 최저 전압값 및 편차, 배터리 팩(110)의 충전 상태, 충전 전류, 방전 상태 및 방전 전류, 배터리팩(100)의 최고 전압값과 최저 전압값, 최고 충전 전류값과 최고 방전 전류값 및 배터리 팩(110)의 최고 출력값 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 기저장된 배터리 관리 알고리즘을 이용하여 배터리 팩(110)의 상태를 모니터링할 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 하나 이상의 배터리 관리 알고리즘이 포함된 배터리 관리 프로그램이 설치되면, BMS 모듈(120)로부터 수신되는 복수개의 배터리 셀(111)에 관한 상태 정보를 배터리 관리 프로그램을 통해 수집하여 저장부(132)에 저장할 수 있고, 수집된 배터리 팩(110)의 상태 정보를 배터리 관리 알고리즘에 적용하여 전술한 모니터링 정보들을 실시간으로 생성하고 업데이트할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 모니터링 정보를 기초로 배터리 팩(110)에서 이상 상태의 발생 여부를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 복수개의 배터리 셀(111) 각각에 대해 실시간 수집되는 전압, 전류 또는 온도에 관한 상태 정보를 분석하여 복수개의 배터리 셀(111)의 전압 중 최고 전압값, 최저 전압값 및 편차로 가공하고, 이들을 각각에 대해 설정된 기준값과 비교하여 배터리 팩(110)의 이상 상태의 발생 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 관리 알고리즘은 설계자에 의해 기정의된 복수개의 이상 상태에 관한 설정 정보를 포함할 수 있고, 복수개의 이상 상태(예: 단셀 저전압 오류, 전체 과전압 오류 등)에 관한 설정 정보 각각은 해당 이상 상태로 판별하기 위한 조건으로서 하나 이상의 파라미터(셀 전압, 셀 전류 등), 배터리 동작 상태(예: 충전 상태, 방전 상태, 대기 상태 등) 및 파라미터 기준값(또는 범위)의 조건들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 모니터링 결과에 따라 배터리 팩(110)에서 이상 상태가 발생하는 경우, 경고발생 메시지의 출력 및 배터리 팩(110)의 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 배터리 관리 프로그램을 통해 가공된 모니터링 정보들 중 적어도 일부가 복수개의 이상 상태 중 어느 하나(예: 단셀 저전압 오류)와 연관된 기설정 조건을 충족하면 해당 이상 상태(예: 단셀 저전압 오류)와 연관된 경고 발생 메시지를 디스플레이하고, 해당 이상 상태에 대응하기 위해 기설정된 충전 전류값 또는 방전 전류값을 통신부(131)를 통해 배터리 팩(110)에 송신함으로써 배터리 팩(110)의 충전 전류 또는 방전 전류를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)의 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어가 시작되면, 릴리즈 전압 및 릴리즈 온도 중 하나 이상을 이용하여 제어의 해제 여부를 결정할 수 있다. 이러한 내용은 도 3을 더 참조하여 설명하도록 한다.
도 4에는 도 2에 도시된 단말(130)이 배터리 제어 과정에서 이용하는 릴리즈 전압 및 릴리즈 타임의 개념을 설명 하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 릴리즈 타임(예: 2s)은 기준이 되는 특정 시점 이후로 경과된 시간을 나타내고, 예를 들면, 배터리 팩(110)에 대한 이상 상태 발생이 감지되어 경고 발생 메시지가 출력되는 시점을 기준으로 그 이후로 경과되는 시간을 의미한다.
또한, 릴리즈 전압(예: +50mv)은 기준이 되는 특정 시점에서 모니터링 대상인 배터리 팩(110)의 하나 이상의 배터리 셀이 출력하는 전압을 기준으로, 기설정된 특정 릴리즈 타임이 경과되었을 때 해당 배터리 셀이 출력하는 전압의 상승분을 나타낸다. 예를 들면, 배터리 팩(110)에 대한 이상 상태 발생이 감지되어 경고 발생 메시지가 출력되는 시점에서 모니터링 대상인 특정 배터리 셀이 출력하는 전압(또는, 복수개의 배터리 셀(111)이 출력하는 전압의 연산값(예: 합계, 평균 등)) V1과, 해당 경고 발생 매시지의 출력 이후로 릴리즈 타임이 경과된 시점에서 해당 배터리 셀이 출력하는 전압(또는, 복수개의 배터리 셀(111)이 출력하는 전압의 연산값(예: 합계, 평균 등)) V2과의 차이인 (V2 - V1)를 의미한다.
마찬가지로, 릴리즈 온도는 기준이 되는 특정 시점(예: 경고 발생 메시지 출력 시점)에서 배터리 팩(110)의 온도를 기준으로, 기설정된 특정 릴리즈 타임이 경과되었을 때 배터리 팩(110)의 온도의 상승분을 나타낸다.
또한, 릴리즈 전류는 기준이 되는 특정 시점(예: 경고 발생 메시지 출력 시점)에서 모니터링 대상인 배터리 팩(110)의 하나 이상의 배터리 셀이 출력하는 전류를 기준으로, 기설정된 특정 릴리즈 타임이 경과되었을 때 해당 배터리 셀이 출력하는 전류의 상승분을 나타낸다.
일 실시예에서, 제어부(134)는 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어가 수행되면, 해당 제어를 해제할지 여부를 결정하는 과정에서 릴리즈 타임, 릴리즈 전압, 릴리즈 온도 및 릴리즈 전류 중 하나 이상을 이용할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 릴리즈 전압 및 릴리즈 온도 중 적어도 하나가 기설정 조건을 충족하는 경우 경고 해제 메시지를 출력하고 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 감지된 특정 이상 상태(예: 단셀 저전압 오류)에 대응하기 위해 배터리 팩(110)에 대한 충전 전류 제어 또는 방전 전류 제어가 수행되는 경우, 경고 발생 메시지의 출력 이후로 릴리즈 전압과 릴리즈 온도를 모니터링하여 기설정 해제 조건(예: 릴리즈 타임 2s, 릴리즈 전압 +50mV, 릴리즈 온도 +2℃)을 충족하면 해당 제어를 해제하고 경고 해제 메시지를 디스플레이부(133)에 시각화 할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 복수개의 배터리 셀(111) 중 출력하는 전압의 크기가 가장 작은 배터리 셀의 출력 전압이 제 1-1 전압보다 작거나 같은 경우, 경고 발생 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 N개(N은 자연수)의 배터리 셀(111) 중에서 가장 낮은 크기의 전압을 출력하는 배터리 셀을 실시간으로 검출할 수 있고, 제 1 배터리 셀이 검출된 경우를 가정하였을 때, 제 1 배터리 셀이 출력하는 전압값이 단셀 저전압 오류 발생과 연관되어 기설정된 제 1-1 전압(예: 2.7V)보다 크기가 작거나 같으면, 단셀 저전압 오류 발생을 나타내는 제 1 경고 발생 메시지를 배터리 관리 프로그램을 통해 디스플레이부(133)에 시각화할 수 있고, 단셀 저전압 오류 제어와 연관되어 기설정된 전류값을 BMS 모듈(120)에 송신하여 배터리 팩(110)의 방전 전류를 감소시킬 수 있다. 여기에서, N은 자연수로, 예를 들면, 전체 배터리 셀 개수를 나타낼 수 있고, 다른 예를 들면, 구획을 통해 정의된 단위 영역의 배터리 셀 개수를 나타낼 수도 있다.
위의 실시예에서, 제어부(134)는 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 릴리즈 전압이 제 1-2 전압보다 크거나 같고, 릴리즈 타임이 제 1 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 상술한 제 1 경고 발생 메시지의 출력 시점을 기준으로 단셀 저전압 오류 해제와 연관되어 기설정된 제 1 릴리스 타임(예: 2s)이 지났을 때 제 1 배터리 셀에서 관측되는 릴리즈 전압(예: +60mv로)이 단셀 저전압 오류 해제와 연관되어 기설정된 제 1-2 전압(예: +50mV)보다 크거나 같으면, 단셀 저전압 오류 해제를 나타내는 제 1 경고 해제 메시지를 디스플레이부(133)에 시각화하고, 배터리 팩(110)의 방전 전류를 초기값, 단셀 저전압 해제 설정값 또는 제어 직전의 값으로 변경할 것을 BMS 모듈(120)에 요청하여 배터리 팩(110)의 방전 전류 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 복수개의 배터리 셀(111)이 출력하는 전압 합계의 크기가 제 2-1 전압보다 작거나 같은 경우, 경고 발생 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 감소시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)에서 출력되는 전압 합계의 상승 분인 릴리즈 전압이 제2-2 전압보다 크거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 2 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
예를 들면, 제어부(134)는 N개의 배터리 셀(111)이 출력하는 전압 합계가 전체 저전압 오류 발생과 연관되어 기 설정된 제 2-1 전압보다 크기가 작거나 같으면, 전체 저전압 오류 발생을 나타내는 제 2 경고 발생 메시지를 시각화하고, 배터리 팩(110)의 방전 전류를 전체 저전압 오류 제어와 연관되어 기설정된 전류값으로 감소시킬 수 있으며, 상술한 제 2 경고 발생 메시지의 출력 시점을 기준으로 전체 저전압 오류 해제와 연관되어 기설정된 제2 릴리스 타임(예: 2s)이 지났을 때 관측되는 N개의 배터리 셀(111)의 릴리즈 전압(예: +110mV)이 전체 저전압 오류 해제와 연관되어 기설정된 제 2-2 전압(예: +100mV)보다 크거나 같으면, 전체 저전압 오류 해제를 나타내는 제 2 경고 해제 메시지를 디스플레이부(133)에 시각화하고, BMS 모듈(120)과 연동하여 배터리 팩(110)의 방전 전류를 초기값, 전체 저전압 해제 설정값 또는 제어 직전의 값으로 변경하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 방전 상태이고, 방전 전류가 제 1 전류보다 크거나 같은 경우, 경고 발생 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 감소시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)에서 출력되는 전류의 상승 분인 릴리즈 전류가 제 1-2 전류보다 작거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 3 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
예를 들면, 제어부(134)는 배터리 팩(110)의 방전 전류가 방전 과전류 오류 발생과 연관되어 기설정된 제 1 전류보다 크기가 크거나 같으면, 방전 과전류 오류 발생을 나타내는 제 3 경고 발생 메시지를 시각화하고, 배터리 팩(110)의 방전 전류를 방전 과전류 오류 제어와 연관되어 기설정된 전류값으로 감소시킬 수 있으며, 상술한 제3 경고 발생 메시지의 출력 시점을 기준으로 방전 과전류 오류 해제와 연관되어 기설정된 제 3 릴리스 타임(예: 1s)이 지났을 때 관측되는 배터리 팩(110)의 릴리즈 전류(예: -60mA)가 방전 과전류 오류 해제와 연관되어 기설정된 제 1-2 전류(예: -50mA)보다 작거나 같으면, 방전 과전류 오류 해제를 나타내는 제 3 경고 해제 메시지를 디스플레이부(133)에 시각화하고, BMS 모듈(120)과 연동하여 배터리 팩(110)의 방전 전류를 초기값, 방전 과전류 해제 설정값 또는 제어 직전의 값으로 변경하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 충전 상태이고, 배터리 팩(110)의 온도가 1-1 온도보다 크거나 같은 경우, 경고 발생 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)으로 인가되는 충전 전류를 감소시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)의 온도의 하강 분인 릴리즈 온도가 제 1-2 온도보다 작거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 4 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
예를 들면, 제어부(134)는 배터리 팩(110)의 온도가 충전 과온 오류 발생과 연관되어 기설정된 제 1-1 온도보다 크기가 크거나 같으면, 충전 과온 오류 발생을 나타내는 제 4 경고 발생 메시지를 시각화하고, 배터리 팩(110)의 충전 전류를 충전 과온 오류 제어와 연관되어 기설정된 전류값으로 감소시켜 충전 시의 온도가 감소하도록 제어할 수 있으며, 상술한 제 4 경고 발생 메시지의 출력 시점을 기준으로 충전 과온 오류 해제와 연관되어 기설정된 제 4 릴리스 타임(예: 5s)이 지났을 때 관측되는 배터리 팩(110)의 릴리즈 온도(예: -4℃)가 충전 과온해제와 연관되어 기설정된 제 1-1 온도(예: -3℃)보다 작거나 같으면, 충전 과온 오류 해제를 나타내는 제 4 경고 해제 메시지를 디스플레이부(133)에 시각화하고, BMS 모듈(120)과 연동하여 배터리 팩(110)의 충전 전류를 초기값, 충전 과온 해제 설정값 또는 제어 직전의 값으로 변경하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 방전 상태이고, 배터리 팩(110)의 온도가 2-1 온도보다 작거나 같은 경우, 경고 발생 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 증가시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)의 온도의 상승 분인 릴리즈 온도가 제 2-2 온도보다 크거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 5 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
예를 들면, 제어부(134)는 배터리 팩(110)의 온도가 방전 저온 오류 발생과 연관되어 기설정된 제 2-1 온도보다 크기가 작거나 같으면, 방전 저온 오류 발생을 나타내는 제 5 경고 발생 메시지를 시각화하고, 배터리 팩(110)의 방전 전류를 방전 저온 오류 제어와 연관되어 기설정된 전류값으로 증가시켜 방전 시의 온도가 증가하도록 제어할 수 있으며, 상술한 제 5 경고 발생 메시지의 출력 시점을 기준으로 방전 저온 오류 해제와 연관되어 기설정된 제 5 릴리스 타임(예: 5s)이 지났을 때 관측되는 배터리 팩(110)의 릴리즈 온도(예: +5℃)가 방전 저온해제와 연관되어 기설정된 제 2-2 온도(예: +3℃)보다 크거나 같으면, 방전 저온 오류 해제를 나타내는 제 5 경고 해제 메시지를 디스플레이부(133)에 시각화하고, BMS 모듈(120)과 연동하여 배터리 팩(110)의 충전 전류를 초기값, 방전 저온 해제 설정값 또는 제어 직전의 값으로 변경하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 외부 온도에 따라서 제 1-1 전압, 제 1-2 전압 및 제 1 릴리즈 타임을 업데이트할 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 배터리 팩(110)에 내장되었거나 단말(130)에 내장된 온도 측정 모듈을 통해 외부 온도를 기설정 주기에 따라 측정할 수 있고, 측정된 외부 온도가 기설정된 저온 또는 고온 조건을 충족하면 제 1-1 전압, 제 1-2 전압 및 제 1 릴리즈 타임을 저온 또는 고온과 연관되어 기설정된 값으로 업데이트할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 외부 온도가 낮을수록 제 1-1 전압을 낮게, 제 1-2 전압을 낮게, 제 1 릴리즈 타임 작게 업데이트할 수 있다. 예를 들면, 제어부(134)는 외부 온도에 상대적으로 비례하도록, 외부 온도가 낮을 경우 외부 온도에 의한 효과로 출력 전압이 감소하는 효과를 고려하여 상기 제 1-1 전압을 낮게, 상기 제 1-2 전압을 낮게, 상기 제 1 릴리즈 타임 작게 업데이트할 수 있다. 일반적으로, 배터리 성능은 온도가 낮을수록 감소하기 때문에, 이처럼 외부 온도에 의한 배터리 성능 감소를 고려함으로써, 배터리 팩 자체의 문제인지 외부 기온에 의한 문제인지를 구별하여 대응할 수 있는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 하기 수학식 1을 기초로 제 1-1 전압을 낮게, 제 1-2 전압을 낮게, 제 1 릴리즈 타임을 기설정 주기에 따라 업데이트할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112022031387291-pat00001
(여기에서, V1-1은 제 1-1 전압을 나타내고, V1-1'은 업데이트되는 제 1-1 전압을 나타내고, V1-2은 제 1-2 전압을 나타내고, V1-2'은 업데이트되는 제 1-2 전압을 나타내고, t1은 제 1 릴리즈 타임을 나타내고, t1'은 업데이트되는 제 1 릴리즈 타임을 나타내고, a1, a2 및 a3 각각은 정수로서 설계자에 의해 설정될 수 있는 상수 설정값을 의미한다)
일 실시예에 따른 제어부(134)는 복수개의 배터리 셀(111) 중 출력하는 전압의 크기가 가장 큰 배터리 셀의 출력 전압이 제 3-1 전압보다 크거나 같은 경우, 경고 발생 메시지(예: 단셀 과전압 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 증가시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 릴리즈 전압이 제3-2 전압(예: -50mV)보다 크거나 같고, 릴리즈 타임이 제 3 릴리즈 타임(예: 2s)을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 복수개의 배터리 셀(111)이 출력하는 전압 합계의 크기가 제 4-1 전압보다 크거나 같은 경우, 경고 발생 메시지(예: 전체 과전압 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 증가시키고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)에서 출력되는 전압 합계의 상승 분인 릴리즈 전압이 제 4-2 전압(예: +100mV)보다 크거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 6 릴리즈 타임(예: 2s)을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 충전 상태이고, 충전 전류가 제 2-1 전류보다 크거나 같은 경우, 경고 발생 메시지(예: 충전 과전류 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 충전 전류를 감소시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)에서 출력되는 전류의 상승 분인 릴리즈 전류가 제 2-2 전류보다 작거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 7 릴리즈 타임(예: 1s)을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 충전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 충전 상태이고, 배터리 팩(110)의 온도가 제 3-1 온도보다 작거나 같은 경우, 경고 발생 메시지(예: 충전 저온 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 충전 전류를 증가시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)의 온도의 상승 분인 릴리즈 온도가 제 3-2 온도(예: +3℃)보다 크거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 8릴리즈 타임(예: 5s)을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 충전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 방전 상태이고, 배터리 팩(110)의 온도가 제 4-1 온도보다 크거나 같은 경우, 경고 발생 메시지(예: 방전 과온 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 감소시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)의 온도의 상승 분인 릴리즈 온도가 제 4-2 온도(예: -3℃)보다 작거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 9릴리즈 타임(예: 5s)을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 방전 상태이고, 배터리 팩(110)의 온도가 제 5-1 온도보다 작거나 같은 경우, 경고 발생 메시지(예: 방전 저온 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 증가시킬 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 배터리 팩(110)의 온도의 상승 분인 릴리즈 온도가 제 5-2 온도(예: +3℃)보다 크거나 같고, 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 10릴리즈 타임(예: 5s)을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 팩(110)이 단락으로 인해 기설정된 시간 구간 이내의 순간 과전류가 제 3-1 전류보다 크거나 같고 복수개의 배터리 셀(111) 중 적어도 일부가 출력하는 전압이 제 5-1 전압보다 작거나 같은 경우, 경고 발생 메시지(예: 단락 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)의 충방전을 기설정 시간만큼 지연시키거나 중단하는 등의 제어를 수행할 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후로 릴리즈 타임이 제 11 릴리즈 타임(예: 3s)을 경과하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고, 충방전에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 관리 프로그램을 통해 잠금 설정이 수신된 경우, 경고 발생 메시지(예: 소프트웨어 잠금 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)의 충방전을 기설정 시간만큼 지연시키거나 중단하는 등의 제어를 수행할 수 있고, 경고 발생 메시지의 출력 이후로 배터리 관리 프로그램을 통해 잠금 해제 설정이 수신되면 경고 해제 메시지를 출력하고 충방전에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 BMS 모듈(120)에서 측정된 배터리 팩(110)의 상태 정보와 배터리 관리 프로그램 상에서 관리되는 배터리 팩(110)의 상태 정보가 상이한 경우, 경고 발생 메시지(예: BMS 회로 IC칩 오류)를 출력하고, 배터리 팩(110)의 충방전을 기설정 시간만큼 지연시키거나 중단하는 등의 제어를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 외부 온도에 따라서 상술한 제 1-1 전압 내지 제 5-2 전압, 제 1 전류 내지 제 3-2 전류, 제 1-1 온도 내지 제 5-2 온도 및 제 1 릴리즈 타임 내지 제 11 릴리즈 타임 중 하나 이상을 업데이트 할 수 있고, 일 실시예에서, 외부 온도가 낮을수록 이들 중 적어도 일부의 값이 상대적으로 작아지도록 업데이트할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 관리 프로그램을 통해 사용자로부터 복수개의 이상 상태를 판별하기 위한 파라미터 설정값을 입력 받을 수 있다. 예를 들면, 사용자는 단말(130)에 설치된 배터리 관리 프로그램에서 전술한 방전 전류값, 충전 전류값, 배터리 팩(110)의 저전압값 및 과전압값, 배터리 셀의 저전압값 및 과전압값, 배터리 팩(110)의 고온값과 및 저온값 등에 관한 기준값(또는 범위)을 설정할 수 있고, 제어부(134)는 수신된 설정 정보를 BMS 모듈(120)에 송신하여 BMS 모듈(120)이 수신된 설정 정보를 적용하여 배터리 팩(110)을 제어하도록 BMS 모듈(120)을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 배터리 관리 프로그램을 통해 사용자에 의해 입력된 파라미터 설정값을 기록 및 관리할 수 있고, 사용자에 의해 파라미터 설정값의 변경이 요청될 때마다 BMS 모듈(120)가 변경 요청된 설정 정보를 적용하여 배터리 팩(110)을 제어하도록 할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 릴리즈 전압 및 릴리즈 온도 중 적어도 하나가 기설정 조건을 충족하지 못하는 경우, 2차 경고 발생 메시지를 출력할 수 있다. 이때, 제어부(134)는 해당 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 해당 기설정 조건에 포함된 특정 릴리즈 타임(예: 2s)보다 큰 값을 가지도록 설정된 2차 릴리즈 타임(예: 4s)을 경과하는 경우, 전술한 릴리즈 전압 및 릴리즈 온도 중 적어도 하나가 기설정 조건을 충족하면 2차 경고 해제 메시지를 출력하고, 연관된 배터리 팩(110)에 대한 제어를 해제할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(134)는 단말(130)의 동작 전반을 제어하는 프로세서로 구현될 수 있고, 통신부(131), 저장부(132) 및 디스플레이부(133) 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 단말(130)에 더 포함될 수 있음을 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 일 실시예에 따를 경우, 단말(130)은 사용자 입력을 수 신하거나 출력하기 위한 입출력 인터페이스 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에 따를 경우, 도 3에 도시된 구성요소들 중 일부는 생략될 수 있다.
도 5는 도 2에 있는 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템(100)이 배터리 제어를 수행하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 개시된 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템(100)의 구성 요소들이 동작하는 모든 실시예를 참조하여 이해될 수 있다.
단계 S110에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 배터리 팩(110)으로부터 배터리 팩(110)의 상태 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 단말(130)은 블루투스를 통해 배터리 팩(110)과 페어링될 수 있고, BMS 모듈(120)은 배터리 팩(110)의 전압, 전류 및 온도를 포함하는 상태 정보를 추출하여 설치된 배터리 관리 프로그램을 통해 단말(130)에 제공할 수 있다.
단계 S120에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 수신된 배터리 팩(110)의 상태 정보를 이용하여 모니터링을 수행 할 수 있다. 예를 들면, 단말(130)은 수신된 배터리 팩(110)의 상태 정보에 포함된 복수개의 배터리 셀(111)의
전압, 전류 및 온도값을 가공하여 모니터링 정보(예: 충전 퍼센트, 배터리 셀들의 전압 중 최고 전압값과 최저 전압값, 최고 충전 전류값과 최고 방전 전류값 등)를 생성하고, 배터리 관리 프로그램을 통해 디스플레이부(133)에 시각화 할 수 있다.
단계 S130에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 모니터링 결과에 따라 배터리 팩(110)에서 이상 상태가 발생하는 경우, 경고 발생 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)의 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 단말(130)은 복수개의 배터리 셀(111) 중 출력하는 전압의 크기가 가장 작은 배터리 셀의 출력 전압이 제 1-1 전압보다 작거나 같은 경우, 단셀 저전압 오류 발생을 나타내는 제 1 경고 발생 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)에서 출력되는 방전 전류를 기설정 전류값으로 감소시킬 수 있다.
단계 S140에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 릴리즈 전압 및 릴리즈 온도 중 적어도 하나가 기설정 조건을 충족하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다. 예를 들면, 단말(130)은 제 1 경고 발생 메시지의 출력 이후로 해당 배터리 셀에서 획득되는 릴리즈 전압(예: +60mV로 관측)이 제 1-2 전압(예: +50mV로 설정)보다 크거나 같고, 해당 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 1 릴리즈 타임(예: 2s)에 도달한 경우, 단셀 저전압 오류 해제를 나타내는 경고 해제 메시지를 출력하고, 배터리 팩(110)에 대한 방전 전류에 대한 제어를 해제할 수 있다.
도 6은 도 2에 있는 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템(100)이 배터리 제어를 수행하는 방법의 다른 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 개시된 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템(100)의 구성 요소들이 동작하는 모든 실시예를 참조하여 이해될 수 있다.
단계 S210에서 일 실시예에 따른 BMS 모듈(120)은 배터리 모듈(110)의 상태 정보를 획득할 수 있고, 단계 S220에서 통신 모듈(121)을 통해 단말(130)에 설치된 배터리 관리 프로그램에 송신할 수 있다.
단계 S230에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 수신되는 배터리 모듈(110)의 상태 정보가 상태 이상과 연관된 기설정 조건을 충족하는지 여부를 판별하여 모니터링할 수 있다.
단계 S240에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 모니터링 결과에 따라, 배터리 모듈(110)의 상태 정보가 상태 이상과 연관된 기설정 조건을 충족하면, 배터리 모듈(110)에 대한 제어를 수행하고, 예를 들면, 복수개의 배터리 셀(111) 중 적어도 하나의 구동 전류를 차단할 것을 BMS 모듈(120)에 요청할 수 있다.
단계 S250에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 모니터링 결과에 따라, 배터리 모듈(110)의 상태 정보가 상태 이상과 연관된 기설정 조건을 충족하지 않으면, 문제가 없는 것으로 판단하고, 실시간 감시를 유지하며, 다시 단계 S501을 수행할 수 있다.
단계 S260에서 일 실시예에 따른 단말(130)은 사용자 요청에 따라 배터리 관리 모듈을 통해 배터리 모듈(110)의 상태 이상을 판별하기 위한 상태 이상 별 파라미터 조건으로서 사용자 설정값을 사용자로부터 입력 받을 수 있다.
본 개시는 배터리 원격제어 및 관리시스템과 그 운용방법을 제공할 수 있으며, 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템(100)은 배터리 원격제어 및 관리시스템을 포함할 수 있다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템
110: 배터리 팩
BM: 배터리 모듈
BC: 복수의 배터리 셀
111: BMS장착부
112: 저방전배터리 장착부
113: 고방전배터리 장착부
114: 완충단자부
115: 양극접속단자
116: 음극접속단자
117: 비상소화부
120: BMS모듈
121: 통신 모듈
130: 단말
131: 통신부
132: 저장부
133: 디스플레이부
134: 제어부

Claims (6)

  1. 충전 또는 방전하고자 하는 대상 배터리를 탈부착 가능한 구조로 장착하고, 일측면에 양극접속단자(115)와 음극접속단자(116)가 배터리와 BMS모듈(120)과 전기적으로 연결되도록 장착된 배터리 팩(110);
    상기 배터리 팩(110) 내부에 탑재되고, 배터리 팩(110)에 장착되는 각각의 배터리의 충전 또는 방전을 위한 전압 또는 전류를 제어하고 통신 모듈(121)을 포함하며, 배터리 팩(110)에 장착되는 각각의 배터리의 상태를 검출하여 통신 모듈(121)을 이용하여 단말(130)에 전달하는 BMS모듈(120); 및
    상기 배터리 팩(110) 내부에 탑재되고, BMS모듈(120)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 배터리 팩(110)에 장착된 각각의 배터리의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 생성된 제어 신호를 BMS모듈(120)에 송신하여 배터리 팩(110)의 충전과 방전 상태를 제어하고, 사고발생 위험이 감지될 경우 배터리 팩(110)과 양극접속단자(115) 및 음극접속단자(116)와의 전기적 연결상태를 차단하고, 비상소화부(117)을 작동시켜 배터리 팩(110) 내부에 소화액제를 분산시키도록 제어하는 단말(130);
    를 포함하고,
    상기 배터리 팩(110)은,
    내부에 충전 또는 방전하고자 하는 저방전 배터리를 장착하는 저방전배터리 장착부(112);
    저방전배터리 장착부(112)와 소정 간격만큼 이격되어 형성되고, 내부에 충전 또는 방전하고자 하는 고방전 배터리를 장착하는 고방전배터리 장착부(113);
    상기 고방전배터리 장착부(113)의 양측면에 장착되고, 단말(130)의 제어신호에 따라 작동하여 내부에 충진된 소화액제를 배터리 팩(110) 내부에 분산시키는 비상소화부(117); 및
    상기 고방전배터리 장착부(113)의 내부 양측에 장착되고, 고방전 배터리의 양단부를 소정 크기의 가압력으로 가압함과 동시에 고정할 수 있도록, 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 구조이며, BMS모듈과 전기적으로 연결시키며, 내부에 비상소화부를 통해 전달되는 소화액제를 고방전 배터리의 양단부로 유동시켜 소화액제가 고방전 배터리의 외주면을 감싸는 형태로 분사되도록 유도하는 유동로가 형성된 구조의 완충단자부(114);
    를 포함하고,
    상기 단말(130)은,
    상기 모니터링 결과에 따라 배터리 팩(110)에서 이상 상태가 발생하는 경우, 경고 발생 메시지의 출력 및 상기 배터리 팩(110)의 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 수행하고,
    상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 릴리즈 전압 및 릴리즈 온도 중 적어도 하나가 기설정 조건을 충족하는 경우, 경고 해제 메시지를 출력하고 충전 전류 또는 방전 전류에 대한 제어를 해제하고,
    상기 경고 발생 메시지가 출력될 때, 상기 복수개의 배터리 셀 중 하나 이상에서 출력되는 전압과 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 복수개의 배터리 셀 중 하나 이상에서 출력되는 전압 간의 차이를 나타내는 릴리즈 전압을 기설정 값과 비교한 결과에 따라 충전 전류 또는 상기 방전 전류에 대한 제어의 해제 여부를 결정하고,
    상기 단말(130)은,
    상기 복수개의 배터리 셀 중 출력하는 전압의 크기가 가장 작은 배터리 셀(이하, '최저 전압 배터리 셀'이라고 함)의 출력 전압이 제 1-1 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩(110)에서 출력되는 상기 방전 전류를 감소시키고,
    상기 경고 발생 메시지가 출력될 때 상기 최저 전압 배터리 셀에서 출력되는 출력 전압과 상기 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 상기 최저 전압 배터리 셀에서 출력되는 출력 전압 간의 차이를 나타내는 상기 릴리즈 전압이 제 1-2 전압보다 크거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 1 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제하고,
    상기 단말(130)은, 외부 온도에 따라서 상기 제 1-1 전압, 상기 제 1-2 전압 및 상기 제 1 릴리즈 타임을 업데이트하고,
    상기 단말(130)은,
    상기 복수개의 배터리 셀이 출력하는 전압 합계의 크기가 제 2-1 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩(110)에서 출력되는 상기 방전 전류를 감소시키고,
    상기 경고 발생 메시지가 출력될 때 상기 복수개의 배터리 셀에서 출력되는 전압 합계의 크기와 상기 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 상기 복수개의 배터리 셀에서 출력되는 전압 합계의 크기 간의 차이를 나타내는 상기 릴리즈 전압이 제 2-2 전압보다 크거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 2 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제하고,
    상기 단말(130)은,
    상기 배터리 팩(110)이 방전중인 상태이고, 상기 방전 전류가 제 1 전류보다 크거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩(110)에서 출력되는 상기 방전 전류를 감소시키고,
    상기 경고 발생 메시지가 출력될 때 상기 배터리 팩(110)에서 출력되는 전류와 상기 경고 발생 메시지가 출력된 이후로 상기 배터리 팩(110)에서 출력되는 전류 간의 차이를 나타내는 릴리즈 전류가 제 1-2 전류보다 작거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 3 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제하며,
    상기 배터리 팩(110)이 충전중인 상태이고, 상기 배터리 팩(110)의 온도가 1-1 온도보다 크거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩(110)으로 인가되는 상기 충전 전류를 감소시키고,
    상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 상기 배터리 팩(110)의 온도의 하강 분인 상기 릴리즈 온도가 제 1-2 온도보다 작거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 4 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제하고,
    상기 배터리 팩(110)이 방전중인 상태이고, 상기 배터리 팩(110)의 온도가 2-1 온도보다 작거나 같은 경우, 상기 경고 발생 메시지를 출력하고, 상기 배터리 팩(110)에서 출력되는 상기 방전 전류를 증가시키고,
    상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 획득되는 상기 배터리 팩(110)의 온도의 상승 분인 상기 릴리즈 온도가 제 2-2 온도보다 크거나 같고, 상기 경고 발생 메시지의 출력 이후 경과된 시간인 릴리즈 타임이 제 5 릴리즈 타임을 경과하는 경우, 상기 경고 해제 메시지를 출력하고, 상기 방전 전류에 대한 제어를 해제하는 것을 특징으로 하는 저방전 배터리 충방전 전류량 제어 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150133028A (ko) * 2014-05-19 2015-11-27 경남과학기술대학교 산학협력단 소화장치를 구비한 콘센트
KR102107731B1 (ko) * 2019-11-06 2020-05-07 권빈 배터리 원격제어 및 관리시스템과 그 운용방법
KR102305054B1 (ko) 2020-01-30 2021-09-27 (주)미섬시스텍 배터리관리시스템(bms)의 전원공급 자동 제어 장치 및 방법

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