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KR101909104B1 - 배터리팩 밸런싱이 가능한 에너지 저장 장치 - Google Patents

배터리팩 밸런싱이 가능한 에너지 저장 장치 Download PDF

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KR101909104B1
KR101909104B1 KR1020170136067A KR20170136067A KR101909104B1 KR 101909104 B1 KR101909104 B1 KR 101909104B1 KR 1020170136067 A KR1020170136067 A KR 1020170136067A KR 20170136067 A KR20170136067 A KR 20170136067A KR 101909104 B1 KR101909104 B1 KR 101909104B1
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KR
South Korea
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battery pack
master
slave
battery
balancing
Prior art date
Application number
KR1020170136067A
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김정현
임정환
임완수
신일연
박호봉
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주식회사 피플웍스
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Abstract

본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다수의 배터리팩이 서로 병렬로 접속되는 에너지 저장 장치에서 각 배터리팩이 마스터/슬레이브 중 어느 하나로 자신의 디바이스 종류를 인식하여 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 제어할 수 있으며, 선택 스위치를 통해 다수의 배터리팩 중 마스터로 동작하는 배터리팩과 슬레이브로 동작하는 배터리팩을 용이하고 정확하게 선택하며, 선택된 디바이스 종류에 따라 다수의 배터리팩 사이에서 밸런싱을 수행할 수 있는 에너지 저장 장치에 관한 것이다.

Description

배터리팩 밸런싱이 가능한 에너지 저장 장치{Energy storage apparatus balancing conditon of battery pack}
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다수의 배터리팩이 서로 병렬로 접속되는 에너지 저장 장치에서 각 배터리팩이 마스터/슬레이브 중 어느 하나로 자신의 디바이스 종류를 인식하여 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 제어할 수 있으며, 선택 스위치를 통해 다수의 배터리팩 중 마스터로 동작하는 배터리팩과 슬레이브로 동작하는 배터리팩을 용이하고 정확하게 선택하며, 선택된 디바이스 종류에 따라 다수의 배터리팩 사이에서 밸런싱을 수행할 수 있는 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
배터리 팩은 통상적으로 직렬 및/또는 병렬 구조로 연결되는 복수 개의 배터리셀로 구성되는데, 배터리 셀은 양극 집전체, 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해질 등을 포함하며, 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
그리고 배터리 팩은 일반적으로 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 추정, SOH(State Of Health) 추정 등을 수행하는 BMS(Battery Management System)를 포함하여 구성된다.
배터리 팩에 포함된 각 이차전지 셀의 충전전압을 균일하게 밸런싱하는 방법에는, 전압이 상대적으로 낮은 이차전지 셀에 충전전류를 공급하여 전압을 상승시키는 방법, 전압이 상대적으로 높은 이차전지 셀을 방전시켜 전압을 하강시키는 방법, 각 이차전지 셀의 전압으로부터 밸런싱 목표 전압을 정하고 목표 전압보다 전압이 높은 이차전지 셀은 방전시키고 목표 전압보다 전압이 낮은 이차전지 셀은 충전시키는 방법 등의 여러 가지 방법이 사용되고 있다.
다수의 배터리 팩들이 연결된 경우에도 배터리 팩 상호간의 팩 밸런싱(Balancing)이 매우 중요하다. 즉, 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 셀에 충전되는 개별적인 전압이 일정한 레벨을 기준으로 허용된 범위 내에서 유지되도록 제어하는 것을 의미한다. 이러한 팩 밸런싱은 배터리의 수명 및 출력 전력과 매우 밀접한 관련이 있으며, 팩 밸런싱이 제대로 이루어지지 않은 경우에는 배터리 팩이 열화되어 배터리 팩의 수명이 단축될 뿐만 아니라, 출력 전력이 감소될 수 있다는 문제점이 있다.
배터리 팩을 밸런싱하는 기존의 기술은 전압이 높은 배터리 팩을 방전시켜 전압이 낮은 배터리 팩의 전위에 맞추는 패시브(Passive) 방식과, 인덕터 및 커패시터와 같이 에너지를 저장할 수 있는 소자를 이용하여 전압이 높은 배터리 팩의 전기 에너지를 전압이 낮은 배터리 팩으로 이동시켜 모두 동일한 기준 전위로 맞추는 액티브(Active) 방식이 있다. 하지만 패시브 방식은 밸런싱에 필요한 시간이 비교적 짧은 반면, 배터리 팩의 전압이 낮아지는 방향으로만 밸런싱 되어 시간이 지남에 따라 배터리 팩의 출력이 지속적으로 감소하여 재충전 사이클(Cycle)이 짧다는 문제점이 있다.
다수의 배터리 팩이 병렬로 연결된 에너지 저장 장치에서 액티브 방식으로 밸런싱하기 위하여, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 에너지 저장 장치(1)는 별도의 밸런싱 장비(20)를 구비하고 각 배터리 팩(10-1, 10-2,..., 10-n)과 밸런싱 장비(20)를 서로 접속시킨 후, 밸런싱 장비(20)는 각 배터리 팩(10-1, 10-2,..., 10-n)의 BMS(Battery Management System)로부터 주기적으로 수신한 배터리 팩의 상태 정보에 기초하여 각 배터리 팩(10-1, 10-2,..., 10-n)의 전위를 균등하게 제어하도록 구성된다.
따라서 별도의 밸런싱 장비(20)를 사용하는 종래 에너지 저장 장치(1)에서 밸런싱 장치(20)가 고장난 경우 비록 배터리 팩(10-1, 10-2,..., 10-n)이 정상으로 동작하는 경우에도 에너지 저장 장치(1)를 사용하기 곤란하며, 밸런싱 장치(20)와 다수의 배터리 팩(10-1, 10-2,..., 10-n)을 서로 접속하고 다수의 배터리 팩을 밸런싱하기 위해 복잡한 제어 회로가 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 위에서 언급한 종래 에너지 저장 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 다수의 배터리팩이 서로 병렬로 접속되는 에너지 저장 장치에서 병렬로 연결된 배터리팩 사이에서 각 배터리팩이 마스터/슬레이브 중 어느 하나로 자신의 디바이스 종류를 인식하여 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 제어할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 선택 스위치를 통해 다수의 배터리팩 중 마스터로 동작하는 마스터 배터리팩과 슬레이브로 동작하는 슬레이브 배터리팩을 용이하고 정확하게 선택하며, 선택된 디바이스 종류에 따라 다수의 배터리팩 사이에서 밸런싱을 수행할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 다수의 배터리팩이 서로 병렬로 연결되어 있으며,
각 배터리팩은 마스터 또는 슬레이브 중 선택된 디바이스 종류를 판단하며, 판단한 디바이스 종류에 따라 슬레이브 디바이스는 마스터 디바이스로 배터리팩 상태 정보를 송신하며, 마스터 디바이스는 슬레이브 디바이스로부터 수신한 배터리팩 상태 정보에 따라 다수의 배터리팩 사이에서 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 각 배터리팩은 마스터와 슬레이브 중 하나의 디바이스 종류를 선택하기 위한 선택 스위치부와, 병렬로 연결되어 있는 인접 배터리팩과 데이터를 송수신하기 위한 통신부와, 배터리팩의 전압, 전류, 온도 등의 상태를 측정하여 배터리팩의 상태를 판단하는 상태 판단부와, 마스터 또는 슬레이브 중 선택된 디바이스 종류를 판단하며 판단한 디바이스 종류에 따라 배터리팩의 밸런싱 동작을 수행하는 밸런싱 관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 선택 스위치는 배터리팩의 전원을 온/오프하는 전원 스위치인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 다른 밸런싱 관리부는 전원이 온으로 인가시 병렬로 연결되어 있는 인접 배터리팩으로 활성화 메시지를 송신하는 활성화 관리부와, 활성화 메시지에 응답하여 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하였는지 여부에 기초하여 디바이스 종류를 판단하는 종류 판단부와, 마스터 디바이스로 판단되는 경우 인접 배터리팩으로부터 상태 정보를 수신하여 다수 배터리팩의 충전/방전 밸런싱 동작을 제어하는 마스터 관리부와, 슬레이브 디바이스로 판단되는 경우 응답 메시지로부터 식별한 마스터 디바이스로 배터리의 상태 정보를 주기적으로 제공하는 슬레이브 관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 관리부는 슬레이브 디바이스로 판단된 인접 배터리팩으로부터 수신한 인접 배터리팩의 상태 정보와 마스터 디바이스의 상태 판단부에서 측정한 배터리팩의 상태 정보에 기초하여 높은 전위를 가지는 배터리팩과 낮은 전위를 가지는 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 제어하는 충방전 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 충방전 제어부는 높은 전위를 가지는 배터리팩과 낮은 전위를 가지는 배터리팩 사이에서 벅(Buck)-부스터(Boost) 동작을 수행하여 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 충방전하는 양방향 하브 브리지(Half Bridge)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다수의 배터리팩을 구비하는 에너지 저장 장치는 병렬로 연결된 배터리팩 사이에서 각 배터리팩이 마스터/슬레이브 중 어느 하나로 선택함으로써, 마스터 배터리팩을 통해 다수 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다수의 배터리팩을 구비하는 에너지 저장 장치에서 각 배터리팩에 선택 스위치를 배치하고 선택 스위치를 통해 다수의 배터리팩 중 마스터로 동작하는 배터리팩과 슬레이브로 동작하는 배터리팩을 선택함으로써, 간단한 제어 회로를 통해 용이하고 정확하게 다수의 배터리팩 사이에서 밸런싱을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다수의 배터리팩을 구비하는 에너지 저장 장치에서 고장난 배터리팩만을 정상 배터리팩으로 교체 후 각 배터리팩의 전원 스위치를 선택적으로 온/오프하는 동작만을 통해 마스터와 슬레이브로 동작하는 배터리팩을 선택하여 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 제어함으로써, 다수의 배터리팩을 구비하는 에너지 저장 장치를 용이하게 관리할 수 있다.
도 1은 별도의 밸런싱 장비(20)를 구비하는 에너지 저장 장치(1)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 장치에서 마스터 디바이스로 동작하는 배터리팩과 슬레이브 디바이스로 동작하는 배터리팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 관리부를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 6은 에너지 저장 장치를 구성하는 다수의 배터리팩 사이에서 송수신되는 메시지를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 2를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 에너지 저장 장치(100)는 다수의 배터리팩(100-1, 100-2,...., 100-n)를 구비하는데, 다수의 배터리팩(100-1, 100-2,...., 100-n)는 서로 병렬로 접속되어 에너지 저장 장치(100)에 접속되어 있는 부하(30)로 구동 전원을 제공한다.
다수의 배터리팩(100-1, 100-2,...., 100-n)을 구성하는 각 배터리팩은 배터리팩을 구성하는 셀들의 셀 전압, 배터리팩의 전압, 충전량, 온도 등의 배터리팩의 상태 정보를 측정한다. 다수의 배터리팩(100-1, 100-2,...., 100-n)의 전위는 서로 균등하게 유지되며 부하(30)로부터 요청시 부하(30)로 구동전원을 제공한다. 다수의 배터리팩(100-1, 100-2,...., 100-n) 중 어느 하나의 배터리팩은 전체 배터리팩(100-1, 100-2,...., 100-n)의 전위를 균등하게 제어하는 마스터 디바이스로 동작하며, 나머지 배터리팩들은 슬레이브 디바이스로 동작한다. 슬레이브 디바이스로 동작하는 배터리팩은 측정한 배터리팩의 상태 정보를 주기적으로 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 제공하며, 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로부터 수신되는 제어 신호에 따라 전원을 충방전하여 다수 배터리팩(100-1, 100-2,...., 100-n) 사이의 전위를 균등하게 유지한다.
여기서 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩은 각 배터리팩으로부터 수신한 상태 정보에 기초하여 높은 전위를 가지는 배터리팩의 전원을 낮은 전위를 가지는 배터리팩으로 제공하여 높은 전위를 가지는 배터리팩은 방전 제어하고 낮은 전위를 가지는 배터리팩은 충전 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 장치에서 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩과 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 에너지 저장 장치가 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3)을 구비하며 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3)은 서로 병렬로 접속되어 있다. 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3) 중 1개의 배터리팩은 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 설정되어야 하며, 나머지 2개의 배터리팩은 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 설정되어야 한다.
도 3(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3) 중 제1 배터리팩(100-1)은 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 설정되며, 나머지 제2 배터리팩(100-2)와 제3 배터리팩(100-3)은 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 설정된다고 가정한다. 여기서 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3)에는 각각 마스터 디바이스 또는 슬레이브 디바이스 중 디바디스 종류를 선택하기 위한 선택 스위치가 배치되어 있어, 디바이스의 종류는 선택 스위치를 통해 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3) 중 1개는 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 설정되며 나머지 2개의 배터리팩은 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 설정된다.
바람직하게, 선택 스위치는 배터리팩의 전원을 온/오프 제어하는 전원 스위치로서, 병렬로 접속되어 있는 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3) 중 가장 먼저 전원 온되는 배터리팩이 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 그리고 순차적으로 전원 온되는 배터리팩은 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 자동 설정될 수 있다.
슬레이브 배터리팩(100-2, 100-3)은 주기적으로 배터리팩의 상태 정보를 각각 측정하여 측정한 패터리팩의 상태 정보를 마스터 배터리팩(100-1)로 제공하며, 마스터 배터리팩(100-1)은 마스터 배터리팩(100-1)과 슬레이브 배터리팩(100-2, 100-3)의 배터리팩 상태 정보에 기초하여 서로 병렬로 접속된 3개의 배터리팩(100-1, 100-2, 100-3)의 전위를 균등하게 유지하기 위한 제어 신호를 각각 슬레이브 배터리백(100-1)과 슬레이브 배터리팩(100-3)으로 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩을 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 4를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 에너지 저장 장치에는 다수의 배터리팩이 병렬로 접속되어 있는데 각 배터리팩은 선택 스위치부(110), 밸런싱 관리부(130), 통신부(150) 및 상태 판단부(170)를 구비하고 있다.
먼저, 선택 스위치부(110)를 통해 다수 병렬로 접속되어 있는 배터리팩들 중 해당 배터리팩을 마스터 디바이스 또는 슬레이브 디바이스 중 어느 하나로 디바이스 종류를 선택한다. 여기서 선택 스위치부(110)는 배터리팩의 전원을 온/오프 제어하는 전원 스위치가 사용될 수 있는데, 배터리팩의 전원이 온되는 경우 밸런싱 관리부(130)는 활성화 메시지를 생성하고 통신부(150)를 통해 활성화 메시지를 인접하고 있는 인접 배터리팩으로 송신한다.
밸런싱 관리부(130)는 통신부(150)를 통해 활성화 메시지에 응답하여 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하였는지 판단하며, 응답 메시지의 수신 여부에 기초하여 해당 배터리팩을 마스터 디바이스 또는 슬레이브 디바이스 중 어느 하나로 설정할 것인지 디바이스 종류를 판단한다. 밸런싱 관리부(130)는 활성화 메시지에 응답하여 인접 배터리팩 중 어느 하나로부터 응답 메시지를 수신한 경우 해당 배터리팩을 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 설정한다. 그러나 밸런싱 관리부(130)는 활성화 메시지에 응답하여 인접 배터리팩 중 어느 하나로부터도 응답 메시지를 수신하지 못하는 경우 해당 배터리팩을 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 설정한다.
상태 판단부(170)는 배터리팩을 구성하는 배터리셀의 셀 전압, 배터리팩의 전체 전압, 배터리팩의 온도, 배터리팩의 잔존 충전량 등의 배터리팩 상태 정보를 측정하며, 측정한 배터리팩의 상태 정보를 밸런싱 관리부(130)로 제공한다.
밸런싱 관리부(130)는 설정된 해당 배터리팩의 디바이스 종류에 기초하여 해당 배터리팩이 마스터 배터리팩으로 설정된 경우, 슬레이브 배터리팩으로부터 수신된 슬레이브 배터리팩의 상태 정보와 마스터 배터리팩의 상태 정보에 기초하여 병렬 접속된 모든 배터리팩이 균등한 전위를 가지도록 제어 신호를 생성하며, 생성한 제어 신호를 통신부(150)를 통해 각 슬레이브 배터리팩으로 송신한다.
한편, 밸런싱 관리부(130)는 설정된 해당 배터리팩의 디바이스 종류에 기초하여 해당 배터리팩이 슬레이브 배터리팩으로 설정된 경우, 측정한 슬레이브 배터리팩의 상태 정보를 주기적으로 통신부(150)를 통해 마스터 배터리팩으로 송신 제어하며, 마스터 배터리팩으로부터 균등한 전위를 가지도록 제어 신호를 수신하는 경우 제어 신호에 따라 슬레이브 배터리팩을 충방전 제어한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 관리부를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 5를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 활성화 관리부(131)는 전원이 온으로 인가시 활성화 메시지를 생성하고, 생성한 활성화 메시지를 통신부를 통해 병렬로 연결되어 있는 인접 배터리팩으로 활성화 메시지를 송신한다. 종류 판단부(133)는 통신부를 통해 활성화 메시지에 응답하여 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하였는지 여부에 기초하여 디바이스 종류를 판단하고 해당 배터리팩을 마스터 디바이스 또는 슬레이브 디바이스 중 어느 하나로 디바이스 종류를 설정한다. 즉, 종류 판단부(133)는 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하는 경우 해당 배터리팩을 슬레이브 디바이스로 판단하여 슬레이브 배터리팩으로 설정한다. 그러나 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하지 못한 경우 해당 배터리팩을 마스터 디바이스로 판단하여 마스터 배터리팩으로 설정한다.
마스터 관리부(135)는 해당 배터리팩이 마스터 디바이스로 판단되는 경우, 주기적으로 인접 슬레이브 배터리팩으로부터 배터리팩의 상태 정보를 수신하고 수신한 슬레이브 배터리팩의 상태 정보와 마스터 배터리팩의 상태 정보에 기초하여 전체 배터리팩의 전위가 균등하게 유지되도록 충전/방전 밸런싱 동작을 제어한다.
한편, 슬레이브 관리부(137)는 해당 배터리팩이 슬레이브 디바이스로 판단되는 경우, 응답 메시지로부터 식별한 마스터 배터리팩으로 슬레이브 배터리팩의 상태 정보를 주기적으로 제공한다.
바람직하게, 마스터 관리부(135)는 해당 배터리팩을 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 설정하는 경우, 이후 인접 배터리팩으로부터 활성화 메시지를 수신하는 경우 응답 메시지를 인접 배터리팩으로 송신 제어하여 인접 배터리팩이 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 설정되도록 한다. 바람직하게, 응답 메시지에는 마스터 배터리팩의 식별자가 구비되어 있어, 슬레이브 배터리팩은 슬레이브 배터리팩의 상태 정보를 측정 후 마스터 배터리팩의 식별자에 기초하여 주기적으로 마스터 배터리팩으로 상태 정보를 송신할 수 있다.
한편, 슬레이브 관리부(137)는 해당 배터리팩을 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 설정하는 경우, 이후 인접 배터리팩으로부터 활성화 메시지를 수신하더라도 응답 메시지를 인접 배터리팩으로 송신하지 않도록 제어한다.
충방전 제어부(139)는 마스터 배터리팩의 제어 신호에 따라 배터리팩1, 배터리팩2 및 배터리팩3 사이의 전위를 균등하게 충방정한다.
도 6은 에너지 저장 장치를 구성하는 다수의 배터리팩 사이에서 송수신되는 메시지를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 배터리팩1의 전원스위치가 온되는 경우(S10), 배터리팩1은 활성화 메시지를 생성하고 활성화 메시지를 접속되어 있는 인접 배터리팩2, 3으로 송신한다(S20).
활성화 메시지에 응답하여 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하는지 판단하여(S30), 응답 메시지를 수신한 경우 해당 배터리팩을 마스터 디바이스로 동작하는 마스터 배터리팩으로 판단 설정한다(S40). 여기서 활성화 메시지에 응답하여 인접 배터리팩 중 어느 하나의 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하는 경우 해당 배터리팩을 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 판단 설정한다.
한편, 배터리팩2와 배터리팩3의 전원스위치가 순차적으로 온되는 경우(S50, S60) 배터리팩2와 배터리팩3은 각각 활성화 메시지를 생성하고 생성한 활성화 메시지를 접속되어 있는 인접 배터리팩으로 송신한다(S55, S65).
배터리팩2와 배터리팩3이 각각 마스터 배터리팩1로부터 응답 메시지를 수신하는 경우(S70), 배터리팩2은 해당 배터리팩을 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 판단 설정하며 배터리팩3은 해당 배터리팩을 슬레이브 디바이스로 동작하는 슬레이브 배터리팩으로 판단 설정한다(S80).
슬레이브 디바이스로 설정된 슬레이브 배터리팩2와 슬레이브 배터리팩3은 각각 주기적으로 측정한 배터리팩의 상태 정보를 마스터 배터리팩1로 송신하며(S85), 마스터 배터리팩1은 마스터 배터리팩1의 상태 정보와 슬레이브 배터리팩2, 3의 상태 정보에 기초하여 배터리팩1, 배터리팩2 및 배터리팩3의 전위를 균등하게 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 생성한 제어 신호를 슬레이브 배터리팩2 또는 슬레이브 배터리팩3으로 송신한다.
도 7은 본 발명에 따른 충방전 제어부의 일 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 입력단①과 출력단②에는 각각 배터리팩이 접속되어 있는데 입력단의 전압(Vin)은 39V에서 54V의 전위를 가지며 출력단의 전압(Vout)은 39V에서 54V를 가질 수 있다고 가정한다.
Vin의 크기가 Vout의 크기보다 큰 경우 충방전 제어부는 벅(Buck)회로로 동작하는데, FET 트랜지스터(F1)만이 온(on)으로 동작하고 나머지 FET 트랜지스터(F2, F3, F4)는 오프(off)로 동작한다. 이러한 경우 PWM 제어부는 출력 전압 및 전류치의 상승 또는 하강 폭을 감지하여 FET 트랜지스터(F1)의 스위치를 온/오프 제어하여 펄스폭(PWM)을 제어한다.
한편, Vin의 크기가 Vout의 크기보다 작은 경우 충방전 제어부는 부스트(Boost)회로로 동작하는데, FET 트랜지스터(F1, F2)는 온(on)으로 동작하고 나머지 FET 트랜지스터(F3, F4)는 오프(off)로 동작한다. 이러한 경우 PWM 제어부는 FET 트랜지스터(F2)의 스위치를 온/오프 제어하여 펄스폭(PWM)을 제어함으로써 on 상태에서 오프 상태로 전환시 인덕터에 충전되었던 전류가 방전되어 입력전압보다 더 큰 전압이 생성되도록 제어한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 에너지 저장 장치
100-1, 100-2,..., 100-n: 배터리팩
110: 선택 스위치부 130: 밸런싱 관리부
150: 통신부 170: 상태 판단부
131: 활성화 관리부 133: 종류 판단부
135: 마스터 관리부 137: 슬레이브 관리부
139: 충방전 관리부

Claims (6)

  1. 2개의 배터리팩을 구비하는 에너지 저장 장치에 있어서,
    상기 2개의 배터리팩은 서로 병렬로 연결되어 있으며,
    각 배터리팩은
    마스터 또는 슬레이브 중 선택된 디바이스 종류를 판단하며,
    판단한 디바이스 종류에 따라 슬레이브 디바이스는 마스터 디바이스로 배터리팩 상태 정보를 송신하며,
    상기 마스터 디바이스는 상기 슬레이브 디바이스로부터 수신한 배터리팩 상태 정보에 따라 상기 2개의 배터리팩 사이에서 밸런싱을 수행하는데,
    상기 배터리팩은
    마스터와 슬레이브 중 하나의 디바이스 종류를 선택하기 위한 선택 스위치부;
    병렬로 연결되어 있는 인접 배터리팩과 데이터를 송수신하기 위한 통신부;
    배터리팩의 전압, 전류, 온도 등의 상태를 측정하여 배터리팩의 상태를 판단하는 상태 판단부; 및
    마스터 또는 슬레이브 중 선택된 디바이스 종류를 판단하며, 판단한 디바이스 종류에 따라 배터리팩의 밸런싱 동작을 수행하는 밸런싱 관리부를 포함하며,
    상기 선택 스위치는 배터리팩의 전원을 온/오프하는 전원 스위치인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 밸런싱 관리부는
    전원이 온으로 인가시 상기 통신부를 통해 병렬로 연결되어 있는 인접 배터리팩으로 활성화 메시지를 송신하는 활성화 관리부;
    상기 통신부를 통해 상기 활성화 메시지에 응답하여 상기 인접 배터리팩으로부터 응답 메시지를 수신하였는지 여부에 기초하여 디바이스 종류를 판단하는 종류 판단부;
    마스터 디바이스로 판단되는 경우 인접 배터리팩으로부터 상태 정보를 수신하여 배터리팩의 충전/방전 밸런싱 동작을 제어하는 마스터 관리부; 및
    슬레이브 디바이스로 판단되는 경우 상기 응답 메시지로부터 식별한 마스터 디바이스로 배터리의 상태 정보를 주기적으로 제공하는 슬레이브 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 마스터 관리부는
    슬레이브 디바이스로 판단된 인접 배터리팩으로부터 수신한 인접 배터리팩의 상태 정보와 마스터 디바이스의 상태 판단부에서 측정한 배터리팩의 상태 정보에 기초하여 높은 전위를 가지는 배터리팩과 낮은 전위를 가지는 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 제어하는 충방전 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 충방전 제어부는
    상기 높은 전위를 가지는 배터리팩과 상기 낮은 전위를 가지는 배터리팩 사이에서 벅(Buck)-부스터(Boost) 동작을 수행하여 배터리팩 사이의 전위를 균등하게 충방전하는 양방향 하프 브리지(Half Bridge)인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
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