KR20160095848A - 배터리 팩 및 그 구동 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 외부 배터리와 연결될 수 있는 배터리 팩으로, 내부 배터리, 상기 외부 배터리의 충전/방전 조건을 측정하는 측정부, 상기 내부 배터리와 전기적으로 연결되며, 상기 충전/방전 조건을 기반으로 상기 외부 배터리와 상기 내부 배터리의 출력 전류 레벨 및 입력 전류 레벨을 제어하는 전력 제어부 및 상기 전력 제어부와 전기적으로 연결된 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함하며, 상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 SOC 레벨을 포함하고, 상기 제1 연결부는 상기 전력 제어부와 상기 외부 배터리를 연결한다.

Description

배터리 팩 및 그 구동 방법{BATTERY PACK AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명의 일 실시예는 배터리 팩 및 그 구동방법에 관한 것이다.
종래에 운송 수단(자동차, 지게차 등)을 구동하던 엔진은 공해 및 소음 등의 문제가 있었다. 엔진 대신 모터를 사용하는 운송 수단이 개발 중이나, 모터에 에너지를 공급하는 재충전 가능한 배터리는 아직 해결이 필요한 문제가 남아있다.
현재 재충전 가능한 배터리의 예로는 납 축전지 및 리튬이온 전지 등이 있다. 납 축전지의 경우, 저렴한 가격으로 충분한 용량을 확보할 수 있으나, 출력 전류 레벨이 낮다. 따라서 부하가 순간적으로 높은 레벨의 전류를 요구하는 경우, 그에 대응하기 어렵다는 단점이 있다. 리튬이온 전지의 경우, 출력 전류 레벨이 높으나, 용량 대비 가격이 비싸다는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 출력 전류 레벨이 높고 충분한 용량을 확보하기 위한 가격이 저렴한 배터리 팩을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 외부 배터리와 연결될 수 있는 배터리 팩으로, 내부 배터리, 상기 외부 배터리의 충전/방전 조건을 측정하는 측정부, 상기 내부 배터리와 전기적으로 연결되며, 상기 충전/방전 조건을 기반으로 상기 외부 배터리와 상기 내부 배터리의 출력 전류 레벨 및 입력 전류 레벨을 제어하는 전력 제어부 및 상기 전력 제어부와 전기적으로 연결된 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함하며, 상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 SOC 레벨을 포함하고, 상기 제1 연결부는 상기 전력 제어부와 상기 외부 배터리를 연결할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 외부 배터리의 용량은 상기 내부 배터리의 용량보다 크고, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨의 최대값은 상기 내부 배터리의 출력 전류 레벨의 최대값보다 작을 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 연결부에 부하가 연결되며, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨 이하로 제어될 수 있고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨 이하인 경우, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨보다 낮은 제2 기설정된 레벨 이하로 제어될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 충전/방전 조건은 상기 부하에 의해 요구되는 전류 레벨을 더 포함하고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨보다 높은 경우, 상기 내부 배터리가 방전되고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨 이하인 경우, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨이 제3 기설정된 레벨일 수 있으며, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 낮고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제2 기설정된 레벨보다 높은 경우, 상기 내부 배터리가 방전되고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 낮고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제2 기설정된 레벨 이하인 경우, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨이 상기 제3 기설정된 레벨보다 높은 제4 기설정된 레벨일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 연결부에 충전기가 연결될 수 있으며, 상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 온도를 더 포함하고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우 또는 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 경우, 상기 내부 배터리가 충전되고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이며 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우, 상기 외부 배터리가 충전 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리 팩의 구동 방법이라는 다른 측면이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구동 방법은, 내부 배터리 및 상기 내부 배터리와 전기적으로 연결된 전력 제어부를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 단계, 상기 전력 제어부와 외부 배터리를 제1 연결부를 통해 전기적으로 연결시키는 단계, 충전/방전 조건을 측정하는 단계 및 상기 충전/방전 조건을 기반으로 상기 내부 배터리 및 상기 외부 배터리를 제어하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제어하는 단계에서, 상기 내부 배터리와 상기 외부 배터리의 방전 여부, 출력 전류 레벨, 충전 여부 및 입력 전류 레벨 중 적어도 하나가 제어될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 전기적으로 연결시키는 단계에서, 상기 전력 제어부와 부하가 제2 연결부를 통해 전기적으로 연결되고 상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 SOC 레벨 및 상기 부하에 의해 요구되는 전류 레벨을 포함할 수 있으며, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 부하에 의해 요구되는 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨보다 높은 경우, 제1 모드로 제어하는 단계가 수행될 수 있고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨 이하인 경우, 제2 모드로 제어하는 단계가 수행될 수 있으며, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨 이하이고 상기 요구되는 전류 레벨이 제2 기설정된 레벨보다 높은 경우, 제3 모드로 제어하는 단계가 수행될 수 있고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨 이하이고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제2 기설정된 레벨 이하인 경우, 제4 모드로 제어하는 단계가 수행될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 제1 기설정된 레벨로 제어되고, 상기 내부 배터리는 방전될 수 있으며, 상기 제2 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 요구되는 전류 레벨보다 높도록 제어되고, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨은 제3 기설정된 레벨로 제어될 수 있으며, 상기 제3 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 제2 기설정된 레벨로 제어되고, 상기 내부 배터리는 방전될 수 있으며, 상기 제4 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 요구되는 전류 레벨보다 높도록 제어되고, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨은 상기 제3 기설정된 레벨보다 높은 제4 기설정된 레벨로 제어될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 전기적으로 연결시키는 단계에서, 상기 전력 제어부와 충전기가 제2 연결부를 통해 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 SOC 레벨 및 상기 외부 배터리의 온도를 포함하며, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우 또는 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 경우 제5 모드로 제어하는 단계가 수행될 수 있고, 상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이며 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우 제6 모드로 제어하는 단계가 수행될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제5 모드로 제어하는 단계에서, 상기 내부 배터리가 충전될 수 있고, 상기 제6 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리가 충전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 출력 전류 레벨이 높고, 충분한 용량을 확보하기 위한 가격이 저렴할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 부하가 연결된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 충전기가 연결된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 팩의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 팩의 구동 방법 중 제어하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 내부 배터리 및 외부 배터리의 구동을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 부하가 연결된 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 배터리 팩(100)은 내부 배터리(110), 측정부(120), 전력 제어부(130), 제1 연결부(141) 및 제2 연결부(142)를 포함한다. 도 1을 참조하는 실시예에서, 제2 연결부(142)에 부하(300-1)가 전력 제어부(130)와 전기적으로 연결되었다. 부하(300-1)의 일 예로는 운송 수단(전기 자동차, 전기 지게차) 등이 있다.
내부 배터리(110)는 재충전이 가능하며, 측정부(120)는 충전/방전 조건을 측정한다. 충전/방전 조건은 제1 연결부(141)를 통해 전력 제어부(130)와 연결된 외부 배터리(200)의 SOC 레벨을 포함할 수 있다. SOC(State of charge, 충전 상태) 레벨은 표준상태에서 충전할 경우 총 충전량 대비 배터리에 남아있는 충전량의 비율을 의미하고, SOC 레벨이 100%인 경우 최대 SOC 레벨이고 0%인 경우 최대 방전 상태이다. 부하(300-1)가 제2 연결부(142)를 통해 전력 제어부(130)와 연결되었으므로, 충전/방전 조건은 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨을 더 포함할 수도 있다. 외부 배터리(200)의 용량은 내부 배터리(110)의 용량보다 클 수 있고, 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨의 최대값은 내부 배터리(110)의 출력 전류 레벨의 최대값보다 작을 수 있다. 외부 배터리(200)도 재충전이 가능하다. 도 1을 참조로 설명된 실시예에서는 측정부(120)가 외부 배터리(200)의 SOC 레벨을 직접 측정하였으나, 외부 배터리(200)에 별도의 전류 센서(미도시)를 연결시키고 별도의 전류 센서(미도시)가 측정부(120)로 SOC 레벨에 대응하는 신호를 송신할 수도 있다.
전력 제어부(130)는 내부 배터리(110)와 전기적으로 연결되며, 충전/방전 조건을 기반으로 내부 배터리(110) 및 외부 배터리(200)의 충전 여부 및 방전 여부를 제어한다. 전력 제어부(130)는 전압/전류 제어회로(131)를 포함한다. 전압/전류 제어회로(131)는 내부 배터리(110)가 방전되는 경우 내부 배터리(110)의 출력 전류 레벨, 내부 배터리(110)가 충전되는 경우 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨, 외부 배터리(200)가 방전되는 경우 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨 및 외부 배터리(200)가 충전되는 경우 외부 배터리(200)의 입력 전류 레벨을 제어한다. 전류 레벨이 제어되면서, 전압 레벨도 함께 제어될 수 있다.
제1 연결부(141) 및 제2 연결부(142)는 전력 제어부(130)와 연결되어 있다. 제1 연결부(141)는 제1 단자(141-1) 및 제2 단자(141-2)를 포함하고, 제2 연결부(142)는 제1 단자(142-1) 및 제2 단자(142-2)를 포함한다.
외부 배터리(200)의 양단(양극, 음극)이 각각 제1 단자(141-1) 및 제2 단자(141-2)에 연결되었고, 부하(300-1)의 양단(양극, 음극)이 각각 제1 단자(142-1) 및 제2 단자(142-2)에 연결되었다. 도 1을 참조한 실시예에서는 각각의 연결부가 2개의 단자를 포함하지만, 이는 실시예에 불과하다.
전력 제어부(130)가 제2 연결부(142)를 통해 부하(300-1)와 전기적으로 연결되는 경우, 외부 배터리(200)가 부하(300-1)로 인해 방전되고, 내부 배터리(110)는 충전되거나, 방전될 수 있다.
측정부(120)는 외부 배터리(200)의 SOC 레벨 및 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨을 측정할 수 있다. 전력 제어부(130)는 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨(예를 들어, 50%)보다 높은지 여부를 판단한다.
외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 외부 배터리(200) 내 용량이 충분하다고 판단될 수 있다. 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨의 최대값이 상대적으로 높게 설정되며, 내부 배터리(110)가 급격하게 방전될 가능성이 낮으므로 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 상대적으로 낮게 설정된다. 전압/전류 제어회로(131)는 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨(예를 들어, 300 A(암페어)) 이하가 되도록 제어한다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨보다 높은 경우, 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨에 대응하고, 내부 배터리(110)도 부하(300-1)로 인해 방전된다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨 이하인 경우, 전압/전류 제어회로(131)는 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 요구되는 전류 레벨 이상이 되도록 제어하며, 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 제3 기설정된 레벨(예를 들어, 10 A)이 되도록 제어한다.
외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하인 경우, 외부 배터리(200) 내 용량이 충분하지 않다고 판단될 수 있다. 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 상대적으로 낮게 설정되며, 내부 배터리(110)가 급격하게 방전될 가능성이 높으므로 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 상대적으로 높게 설정된다. 전압/전류 제어회로(131)는 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 제2 기설정된 레벨(예를 들어, 120 A) 이하가 되도록 제어한다. 제2 기설정된 레벨은 제1 기설정된 레벨보다 낮을 수 있다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 제2 기설정된 레벨보다 높은 경우, 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 제2 기설정된 레벨에 대응하고, 내부 배터리(110)도 부하(300-1)로 인해 방전된다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 제2 기설정된 레벨 이하인 경우, 전압/전류 제어회로(131)는 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 요구되는 전류 레벨 이상이 되도록 제어하며, 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 제3 기설정된 레벨보다 높은 제4 기설정된 레벨(예를 들어, 100 A)이 되도록 제어한다.
제1 기설정된 레벨 내지 제4 기설정된 레벨은 전력 제어부(130)의 설정에 따라 변경될 수 있다. 또한, SOC 레벨을 더욱 세부적으로 구분하여 출력 전류 레벨의 최대값 또는 입력 전류 레벨을 3단계 이상으로 제어할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 충전기가 연결된 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(100)은 내부 배터리(110), 측정부(120), 전력 제어부(130), 제1 연결부(141) 및 제2 연결부(142)를 포함한다. 도 2를 참조하는 실시예에서, 충전기(300-2)와 전력 제어부(130)가 전기적으로 연결되었다.
내부 배터리(110)는 재충전이 가능하며, 측정부(120)는 충전/방전 조건을 측정한다. 충전/방전 조건은 제1 연결부(141)를 통해 전력 제어부(130)와 연결된 외부 배터리(200)의 SOC 레벨을 포함할 수 있다. 충전기(300-2)가 제2 연결부(142)를 통해 전력 제어부(130)와 연결되었으므로, 충전/방전 조건은 내부 배터리(110) 및 외부 배터리(200)의 온도를 더 포함할 수도 있다. 도 2를 참조로 설명된 실시예에서는 측정부(120)가 외부 배터리(200)의 온도 및 SOC 레벨을 직접 측정하였으나, 외부 배터리(200)에 별도의 온도 센서(미도시) 및 전류 센서(미도시)를 연결시키고 별도의 온도 센서(미도시) 및 전류 센서(미도시)가 측정부(120)로 신호를 송신할 수도 있다.
전력 제어부(130)는 내부 배터리(110)와 전기적으로 연결되며, 충전/방전 조건을 기반으로 내부 배터리(110) 및 외부 배터리(200)의 충전 여부 및 방전 여부를 제어한다. 전력 제어부(130)는 전압/전류 제어회로(131)를 포함한다. 전압/전류 제어회로(131)는 내부 배터리(110)가 충전되는 경우 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨 및 외부 배터리(200)가 충전되는 경우 외부 배터리(200)의 입력 전류 레벨을 제어한다. 전류 레벨이 제어되면서, 전압 레벨도 함께 제어될 수 있다.
제1 연결부(141) 및 제2 연결부(142)는 전력 제어부(130)와 연결되어 있다. 제1 연결부(141)는 제1 단자(141-1) 및 제2 단자(141-2)를 포함하고, 제2 연결부(142)는 제1 단자(142-1) 및 제2 단자(142-2)를 포함한다.
외부 배터리(200)의 양단(양극, 음극)이 각각 제1 단자(141-1) 및 제2 단자(141-2)에 연결되었고, 충전기(300-2)에 포함된 2개의 단자가 각각 제1 단자(142-1) 및 제2 단자(142-2)에 연결되었다. 충전기(300-2)가 교류 전원을 출력할 수도 있다. 예를 들어, 충전기(300-2)는 전압 레벨이 220 V(볼트)이고 전류 레벨이 30 A인 교류 전원을 출력할 수 있다. 이 경우, 전압/전류 제어회로(131)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환할 수도 있다.
전력 제어부(130)가 제2 연결부(142)를 통해 충전기(300-2)와 전기적으로 연결되는 경우, 내부 배터리(110) 또는 외부 배터리(200)가 충전기(300-2)로 인해 충전될 수 있다.
측정부(120)는 내부 배터리(110)의 온도, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨 및 외부 배터리(200)의 온도를 측정할 수 있다. 전력 제어부(130)는 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이상인지 여부 및 외부 배터리(200)의 온도가 기설정된 온도 이하인지 여부를 판단한다.
외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높거나 외부 배터리(200)의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 경우, 외부 배터리(200)의 충전 특성이 열화되거나 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 먼저 내부 배터리(110)가 그 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이상이 될 때까지 충전되고, 그 이후 외부 배터리(200)가 충전될 수 있다. 그 SOC 레벨이 이미 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 내부 배터리(110) 또는 외부 배터리(200)는 충전되지 않을 수도 있다.
외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이며 외부 배터리(200)의 온도가 기설정된 온도보다 높은 경우, 외부 배터리(200)의 충전 특성이 열화되거나 효율이 저하되지 않는다. 따라서, 먼저 외부 배터리(200)가 그 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이상이 될 때까지 충전되고, 내부 배터리(110)가 그 이후 충전될 수 있다. 그 SOC 레벨이 이미 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 내부 배터리(110) 또는 외부 배터리(200)는 충전되지 않을 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 팩의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명될 것이다.
내부 배터리 및 상기 내부 배터리와 전기적으로 연결된 전력 제어부를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 단계(S100)에서, 내부 배터리(110), 측정부(120), 전력 제어부(130), 제1 연결부(141) 및 제2 연결부(142)를 포함하는 배터리 팩(100)이 제공된다.
외부 배터리와 상기 전력 제어부를 전기적으로 연결시키는 단계(S200)에서, 외부 배터리(200)가 제1 연결부(141)를 통해 전력 제어부(130)와 전기적으로 연결된다. 외부 배터리(200)의 양단(양극, 음극)이 각각 제1 단자(141-1) 및 제2 단자(141-2)에 연결된다. 또한, 제2 연결부(142)에는 부하(300-1) 또는 충전기(300-2)가 연결된다. 부하(300-1)가 전력 제어부(130)에 연결된 경우, 부하(300-1)의 양단(양극, 음극)이 각각 제1 단자(142-1) 및 제2 단자(142-2)에 연결된다. 충전기(300-2)가 전력 제어부(130)에 연결된 경우, 충전기(300-2)에 포함된 2개의 단자가 각각 제1 단자(142-1) 및 제2 단자(142-2)에 연결된다. 충전기(300-2)가 교류 전원을 출력하는 경우, 전압/전류 제어회로(131)는 충전기(300-2)로부터의 교류 전원을 직류 전원으로 변환시킬 수도 있다.
충전/방전 조건을 측정하는 단계(S300)에서, 측정부(120)가 충전/방전 조건을 측정한다. 부하(300-1)가 전력 제어부(130)에 전기적으로 연결된 경우, 충전/방전 조건은 외부 배터리(200)의 SOC 레벨 및 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨을 포함한다. 충전기(300-2)가 전력 제어부(130)에 전기적으로 연결된 경우, 충전/방전 조건은 외부 배터리(200)의 SOC 레벨 및 외부 배터리(200)의 온도를 포함한다.
내부 배터리 및 외부 배터리를 제어하는 단계(S400)에서, 전력 제어부(130)가 내부 배터리(110) 및 외부 배터리(200)를 제어한다. 구체적인 제어 과정은 이후에 도 4를 참조하여 설명될 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 팩의 구동 방법 중 제어하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
S410 단계에서, 전력 제어부(130)에 부하(300-1)가 연결되었는지 여부가 판단된다. 부하(300-1)인 경우, S420 단계가 수행되고, 충전기(300-2)인 경우 S450 단계가 수행된다.
S420 단계에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨과 기설정된 SOC 레벨(예를 들어, 50%)이 비교된다. 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우 S430 단계가 수행되고, 그렇지 않은 경우 S440 단계가 수행된다.
S430 단계에서, 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨과 제1 기설정된 레벨(예를 들어, 300 A)이 비교된다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨보다 높은 경우, 제1 모드로 제어하는 단계(S471)가 수행된다. 그렇지 않은 경우, 제2 모드로 제어하는 단계(S472)가 수행된다.
S440 단계에서, 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨과 제2 기설정된 레벨(예를 들어, 120 A)이 비교된다. 제2 기설정된 레벨은 제1 기설정된 레벨보다 낮을 수 있다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 제2 기설정된 레벨보다 높은 경우, 제3 모드로 제어하는 단계(S573)가 수행된다. 그렇지 않은 경우, 제4 모드로 제어하는 단계(S574)가 수행된다.
S450 단계에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨과 기설정된 SOC 레벨이 비교된다. 여기서, S450에서의 기설정된 SOC 레벨은 S420에서의 기설정된 레벨과 다를 수 있다. 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 제5 모드로 제어하는 단계(S475)가 수행된다. 그렇지 않은 경우, S460 단계가 수행된다.
S460 단계에서, 외부 배터리(200)의 온도와 기설정된 온도가 비교된다. 외부 배터리(200)의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 경우, 외부 배터리(200)의 충전 특성이 열화되거나 효율이 저하될 수 있다. 따라서 제5 모드로 제어하는 단계(S475)가 수행된다. 그렇지 않은 경우, 외부 배터리(200)의 충전 특성이 열화되거나 효율이 저하되지 않으므로 제6 모드로 제어하는 단계(S476)가 수행된다.
제1 모드로 제어하는 단계(S471)에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높으므로, 외부 배터리(200) 내 용량이 충분하다고 판단될 수 있다. 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 상대적으로 높게 설정된다. 내부 배터리(110)의 출력 전류 레벨은 제1 기설정된 레벨로 제어된다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨보다 높으므로, 내부 배터리(110)도 방전된다.
제2 모드로 제어하는 단계(S472)에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높으므로, 외부 배터리(200) 내 용량이 충분하다고 판단될 수 있다. 내부 배터리(110)가 급격하게 방전될 가능성이 낮으므로 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 상대적으로 낮게 설정된다. 전압/전류 제어회로(131)는 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 요구되는 전류 레벨보다 높도록 제어하며, 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 제3 기설정된 레벨(예를 들어, 10 A)이 되도록 제어한다. 제1 모드로 제어하는 단계(S471) 및 제2 모드로 제어하는 단계(S472)에서, 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨은 제1 기설정된 레벨 이하로 제어된다.
제3 모드로 제어하는 단계(S473)에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이므로, 외부 배터리(200) 내 용량이 충분하지 않다고 판단될 수 있다. 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 상대적으로 낮게 설정된다. 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨은 제1 기설정된 레벨보다 낮은 제2 기설정된 레벨로 제어되고, 내부 배터리(110)도 방전 된다.
제4 모드로 제어하는 단계(S474)에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이므로, 외부 배터리(200) 내 용량이 충분하지 않다고 판단될 수 있다. 내부 배터리(110)가 급격하게 방전될 가능성이 높으므로 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 상대적으로 높게 설정된다. 전압/전류 제어회로(131)는 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨이 요구되는 전류 레벨 이상이 되도록 제어하며, 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨이 제3 기설정된 레벨보다 높은 제4 기설정된 레벨(예를 들어, 100 A)이 되도록 제어한다. 제3 모드로 제어하는 단계(S473) 및 제4 모드로 제어하는 단계(S474)에서, 외부 배터리(200)의 출력 전류 레벨은 제2 기설정된 레벨 이하로 제어된다.
제5 모드로 제어하는 단계(S475)에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높거나 외부 배터리(200)의 온도가 기설정된 온도보다 낮으므로, 외부 배터리(200)의 충전 특성이 열화되거나 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 먼저 내부 배터리(110)가 그 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이상이 될 때까지 충전되고, 그 이후 외부 배터리(200)가 충전될 수 있다. 그 SOC 레벨이 이미 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 내부 배터리(110) 또는 외부 배터리(200)는 충전되지 않을 수도 있다.
제6 모드로 제어하는 단계(S476)에서, 외부 배터리(200)의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이고 외부 배터리(200)의 온도가 기설정된 온도 이상이므로, 외부 배터리(200)의 충전 특성이 열화되거나 효율이 저하되지 않는다. 따라서, 먼저 외부 배터리(200)가 그 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이상이 될 때까지 충전되고, 내부 배터리(110)가 그 이후 충전될 수 있다. 그 SOC 레벨이 이미 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 내부 배터리(110) 또는 외부 배터리(200)는 충전되지 않을 수도 있다.
제1 모드로 제어하는 단계(S471) 내지 제6 모드로 제어하는 단계(S476) 중 어느 하나가 수행된 이후, SOC 레벨, 전류 레벨 및 온도 정보가 업데이트되는 단계(S480)가 수행된다. SOC 레벨, 전류 레벨 및 온도 정보가 업데이트되는 단계(S480)에서 외부 배터리(200)의 SOC 레벨, 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨 및 외부 배터리(200)의 온도가 업데이트된다. 전력 제어부(130)가 부하(300-1)에 전기적으로 연결된 경우에는 외부 배터리(200)의 온도 정보의 업데이트가 생략될 수 있고, 전력 제어부(130)가 충전기(300-2)에 전기적으로 연결된 경우에는 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨의 업데이트가 생략될 수 있다. SOC 레벨, 전류 레벨 및 온도 정보가 업데이트되는 단계(S480)가 수행된 이후, 다시 S410 단계가 수행된다.
도 5는 도 1에 도시된 내부 배터리 및 외부 배터리의 구동을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5에서, X 축은 시간이고, Y축은 전류 레벨을 의미한다. 또한, 실선은 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨을 의미한다. 빗금으로 표시된 영역은 내부 배터리(110)로부터 부하(300-1)로의 출력 전류 레벨을 의미하고, 나머지 영역은 외부 배터리(200)로부터 부하(300-1)로의 출력 전류 레벨을 의미한다.
도 5를 참조하면, 외부 배터리(200)로부터 부하(300-1)로 출력되는 전류는 일정 레벨(예를 들어, 120 A) 이하로 제어되고, 내부 배터리(110)는 일부 기간에만 전류를 출력하는 것을 알 수 있다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 일정 레벨을 초과하는 경우, 외부 배터리(200)에서 일정 레벨만큼 출력하고 내부 배터리(110)에서 나머지를 출력하는 것을 알 수 있다.
부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 일정 레벨보다 높은 경우에는 내부 배터리(110) 및 외부 배터리(200)가 모두 전류를 출력한다. 부하(300-1)에 의해 요구되는 전류 레벨이 일정 레벨 이하인 경우에는 외부 배터리(200)만 전류를 출력한다. 외부 배터리(200)가 일정 레벨 이하의 전류만 출력하므로 외부 배터리(200)의 수명이 열화되지 않는다. 도 5에서, 내부 배터리(110)의 입력 전류 레벨은 표시되지 않았다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
배터리 팩: 100 내부 배터리: 110 측정부: 120
전력 제어부: 130 외부 배터리: 200
부하: 300-1 충전기: 300-2

Claims (10)

  1. 외부 배터리와 연결될 수 있는 배터리 팩으로,
    내부 배터리;
    상기 외부 배터리의 충전/방전 조건을 측정하는 측정부;
    상기 내부 배터리와 전기적으로 연결되며, 상기 충전/방전 조건을 기반으로 상기 외부 배터리와 상기 내부 배터리의 출력 전류 레벨 및 입력 전류 레벨을 제어하는 전력 제어부; 및
    상기 전력 제어부와 전기적으로 연결된 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함하며,
    상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 SOC 레벨을 포함하고, 상기 제1 연결부는 상기 전력 제어부와 상기 외부 배터리를 연결할 수 있는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 배터리의 용량은 상기 내부 배터리의 용량보다 크고,
    상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨의 최대값은 상기 내부 배터리의 출력 전류 레벨의 최대값보다 작은 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 연결부에 부하가 연결되며,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨 이하로 제어되고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨 이하인 경우, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨보다 낮은 제2 기설정된 레벨 이하로 제어되는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충전/방전 조건은 상기 부하에 의해 요구되는 전류 레벨을 더 포함하고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨보다 높은 경우, 상기 내부 배터리가 방전되고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨 이하인 경우, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨이 제3 기설정된 레벨이며,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 낮고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제2 기설정된 레벨보다 높은 경우, 상기 내부 배터리가 방전되고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 낮고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제2 기설정된 레벨 이하인 경우, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨이 상기 제3 기설정된 레벨보다 높은 제4 기설정된 레벨인 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 연결부에 충전기가 연결되며,
    상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 온도를 더 포함하고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우 또는 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 경우, 상기 내부 배터리가 충전되고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이며 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우, 상기 외부 배터리가 충전되는 배터리 팩.
  6. 내부 배터리 및 상기 내부 배터리와 전기적으로 연결된 전력 제어부를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 단계;
    상기 전력 제어부와 외부 배터리를 제1 연결부를 통해 전기적으로 연결시키는 단계;
    충전/방전 조건을 측정하는 단계; 및
    상기 충전/방전 조건을 기반으로 상기 내부 배터리 및 상기 외부 배터리를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제어하는 단계에서, 상기 내부 배터리와 상기 외부 배터리의 방전 여부, 출력 전류 레벨, 충전 여부 및 입력 전류 레벨 중 적어도 하나가 제어되는 배터리 팩의 구동 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기적으로 연결시키는 단계에서, 상기 전력 제어부와 부하가 제2 연결부를 통해 전기적으로 연결되고 상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 SOC 레벨 및 상기 부하에 의해 요구되는 전류 레벨을 포함하며,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 부하에 의해 요구되는 전류 레벨이 제1 기설정된 레벨보다 높은 경우, 제1 모드로 제어하는 단계가 수행되고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨보다 높고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제1 기설정된 레벨 이하인 경우, 제2 모드로 제어하는 단계가 수행되며,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨 이하이고 상기 요구되는 전류 레벨이 제2 기설정된 레벨보다 높은 경우, 제3 모드로 제어하는 단계가 수행되고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 상기 기설정된 SOC 레벨 이하이고 상기 요구되는 전류 레벨이 상기 제2 기설정된 레벨 이하인 경우, 제4 모드로 제어하는 단계가 수행되는 배터리 팩의 구동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 제1 기설정된 레벨로 제어되고, 상기 내부 배터리는 방전되며,
    상기 제2 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 요구되는 전류 레벨보다 높도록 제어되고, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨은 제3 기설정된 레벨로 제어되며,
    상기 제3 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 제2 기설정된 레벨로 제어되고, 상기 내부 배터리는 방전되며,
    상기 제4 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리의 출력 전류 레벨은 상기 요구되는 전류 레벨보다 높도록 제어되고, 상기 내부 배터리의 입력 전류 레벨은 상기 제3 기설정된 레벨보다 높은 제4 기설정된 레벨로 제어되는 배터리 팩의 구동 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전기적으로 연결시키는 단계에서, 상기 전력 제어부와 충전기가 제2 연결부를 통해 전기적으로 연결되고,
    상기 충전/방전 조건은 상기 외부 배터리의 SOC 레벨 및 상기 외부 배터리의 온도를 포함하며,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨보다 높은 경우 또는 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 경우 제5 모드로 제어하는 단계가 수행되고,
    상기 외부 배터리의 SOC 레벨이 기설정된 SOC 레벨 이하이며 상기 외부 배터리의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우 제6 모드로 제어하는 단계가 수행되는 배터리 팩의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제5 모드로 제어하는 단계에서, 상기 내부 배터리가 충전되고,
    상기 제6 모드로 제어하는 단계에서, 상기 외부 배터리가 충전되는 배터리 팩의 구동 방법.
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