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KR102516355B1 - 배터리 제어 방법, 배터리 제어 장치, 및 배터리 팩 - Google Patents

배터리 제어 방법, 배터리 제어 장치, 및 배터리 팩 Download PDF

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KR102516355B1
KR102516355B1 KR1020150182752A KR20150182752A KR102516355B1 KR 102516355 B1 KR102516355 B1 KR 102516355B1 KR 1020150182752 A KR1020150182752 A KR 1020150182752A KR 20150182752 A KR20150182752 A KR 20150182752A KR 102516355 B1 KR102516355 B1 KR 102516355B1
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batteries
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Abstract

배터리 제어 장치가 개시된다. 일 실시예는 배터리 그룹에 포함된 배터리와 컨버터를 연결하기 위한 스위치 네트워크 및 상기 배터리에 대응되도록 설정된 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 배터리와 상기 컨버터의 연결을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

배터리 제어 방법, 배터리 제어 장치, 및 배터리 팩{METHOD AND APPARATUS OF CONTROLLING BATTERY, AND BATTERY PACK ENABLING THE METHOD}
아래 실시예들은 배터리 제어에 관한 것이다.
배터리를 구성하는 복수의 셀에 충방전이 반복하여 수행되는 경우, 복수의셀 각각의 화학적 차이 또는 노화(aging) 차이 등이 발생할 수 있고, 화학적 차이 또는 노화 차이 등에 의해 복수의 셀 간에는 전압 편차 또는 용량 편차가 발생할 수 있다. 이에 따라, 특정 셀이 과충전되거나 과방전될 수 있다. 그 결과, 배터리의 용량이 감소될 수 있고, 배터리가 열화되어 배터리의 수명이 줄어들 수 있다.
일 측에 따른 배터리 제어 장치는 배터리 그룹에 포함된 배터리와 컨버터를 연결하기 위한 스위치 네트워크; 및 상기 배터리에 대응되도록 설정된 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 배터리와 상기 컨버터의 연결을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 스위칭 타임 정보는, 상기 배터리의 제1 상태 차이 정보와 복수의 배터리 각각의 제1 상태 차이 정보를 기초로 연산된 제2 상태 차이 정보 사이의 비율에 따라 설정된다.
상기 스위칭 타임 정보는, 상기 배터리 그룹에 대응하는 시간 구간 및 상기 비율을 기초로 설정될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 물리량이 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력되도록 상기 컨버터를 제어할 수 있다.
상기 출력값은, 평균 출력 물리량 및 상기 비율을 이용하여 정의될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 스위칭 타임 정보를 기초로 생성된 스위칭 신호를 상기 스위치 네트워크로 전달하는 스위치 드라이버를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 배터리 그룹에 포함된 제2 배터리에 대응되게 설정된 제2 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제2 배터리와 상기 컨버터의 연결을 제어하고, 상기 스위치 네트워크는, 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 배터리 및 상기 제2 배터리를 선택적으로 상기 컨버터와 연결할 수 있다.
상기 배터리 및 상기 제2 배터리는 상기 컨버터와 동시에 연결되지 않을 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 물리량 및 제2 비율을 기초로 정의된 제2 출력값에 대응하는 물리량이 미리 정해진 순서에 따라 출력되도록 상기 컨버터를 제어하고, 상기 제2 비율은, 상기 제2 배터리의 제1 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 나타낼 수 있다.
일 측에 따른 배터리 팩은 배터리 그룹; 상기 배터리 그룹에 포함된 배터리의 제1 상태 차이 정보와 복수의 배터리 각각의 제1 상태 차이 정보를 기초로 연산된 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 결정하고, 상기 비율에 따라 상기 배터리의 스위칭 타임 정보를 설정하는 제1 배터리 제어 장치; 및 상기 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 배터리와 상기 컨버터 사이의 연결을 제어하는 제2 배터리 제어 장치를 포함한다.
상기 제1 배터리 제어 장치는, 상기 배터리 그룹에 대응하는 시간 구간 및 상기 비율을 기초로 상기 스위칭 타임 정보를 설정할 수 있다.
상기 제2 배터리 제어 장치는, 상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 물리량이 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력되도록 상기 컨버터를 제어할 수 있다.
상기 출력값은, 평균 출력 물리량 및 상기 비율을 이용하여 정의될 수 있다.
상기 제2 배터리 제어 장치는, 상기 배터리와 상기 컨버터의 연결을 위한 스위치를 포함하는 스위치 네트워크; 및 상기 스위칭 타임 정보를 기초로 생성된 스위칭 신호를 상기 스위치 네트워크로 전달하는 스위치 드라이버를 포함한다.
상기 제2 배터리 제어 장치는, 상기 배터리 그룹에 포함된 제2 배터리에 대응되게 설정된 제2 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제2 배터리와 상기 컨버터의 연결을 제어하고, 상기 스위치 네트워크는, 상기 제2 배터리 제어 장치의 제어에 따라 상기 배터리 및 상기 제2 배터리를 선택적으로 상기 컨버터와 연결할 수 있다.
상기 배터리 및 상기 제2 배터리는 상기 컨버터와 동시에 연결되지 않을 수 있다.
상기 제2 배터리 제어 장치는, 상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 물리량 및 제2 비율을 기초로 정의된 제2 출력값에 대응하는 물리량이 미리 정해진 순서에 따라 출력되도록 상기 컨버터를 제어하고, 상기 제2 비율은, 상기 제2 배터리의 제1 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 나타낼 수 있다.
일 측에 따른 배터리 제어 방법은 배터리 그룹에 포함된 배터리에 대응되게 설정된 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 배터리와 컨버터의 연결을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 스위칭 타임 정보는, 상기 배터리의 제1 상태 차이 정보와 복수의 배터리 각각의 제1 상태 차이 정보를 기초로 연산된 제2 상태 차이 정보 사이의 비율에 따라 설정된다.
상기 스위칭 타임 정보는, 상기 배터리 그룹에 대응하는 시간 구간 및 상기 비율을 기초로 설정될 수 있다.
상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 물리량이 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력되도록 상기 컨버터를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 그룹에 포함된 제2 배터리에 대응되게 설정된 제2 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제2 배터리와 상기 컨버터의 연결을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 배터리 및 상기 제2 배터리는, 상기 컨버터와 선택적으로 연결될 수 있다.
다른 일 측에 따른 배터리 제어 방법은 복수의 배터리 각각의 제1 상태 차이 정보 및 복수의 제1 상태 차이 정보를 기초로 연산된 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 결정하는 단계; 및 상기 각각의 비율에 따라 상기 복수의 배터리 각각에 대응하는 스위칭 타임 정보를 설정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 배터리 각각과 상기 복수의 배터리 각각에 대응하는 컨버터 사이의 연결은, 상기 각각의 스위칭 타임 정보를 기초로 제어된다.
도 1a 내지 1c는 복수의 배터리의 언밸런스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 3c는 일 실시예에 따른 DCH를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 5은 일 실시예에 따른 메인 컨트롤러 및 DCH의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 팩의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전력 공급을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 제1 배터리 제어 장치의 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제2 배터리 제어 장치의 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 배터리 상태 정보를 제공하기 위한 사용자 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
아래 설명하는 실시예들은 실시 형태를 한정하는 것이 아니며, 다양한 변경이 적용된 균등물 내지 대체물이 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1a 내지 1c는 복수의 배터리의 언밸런스를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 복수의 배터리의 상태 정보는 언밸런스(unbalance) 또는 불균등(un-equalization)할 수 있다. 배터리는 배터리 셀 또는 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 배터리의 상태 정보는, 예를 들어, 충전 상태(SOC, State of Charge), 용량(Capacity), 및/또는 수명 상태(State of Health, SOH) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 각각의 위치에 따라 복수의 배터리 각각의 온도가 서로 다를 수 있다. 이로 인해, 복수의 배터리의 상태 정보가 언밸런스 또는 불균등할 수 있다. 도 1a에 도시된 예에서, 배터리 1 및 2의 SOC는 배터리 3 내지 5의 SOC보다 높다.
복수의 배터리의 상태 정보가 언밸런스한 상태에서 복수의 배터리가 방전되면, 일부 배터리는 과방전될 수 있다. 도 1b에 도시된 예와 같이, 배터리 3 및 5는 과방전될 수 있다. 이 경우, 배터리 3 및 5는 열화될 수 있다.
복수의 배터리의 상태 정보가 언밸런스한 상태에서 복수의 배터리가 충전되는 경우, 일부 배터리는 완전 충전될 수 있고, 일부 배터리는 완전 충전되지 못할 수 있다. 도 1c에 도시된 예와 같이, 배터리 2 및 5는 완전 충전되고, 배터리 1, 3, 및 4는 완전 충전되지 못한다. 일부 배터리가 완전 충전되지 못하여 복수의 배터리의 에너지 이용률이 저하될 수 있다.
복수의 배터리의 상태 정보가 언밸런스한 상태에서 복수의 배터리의 충방전 사이클이 반복되는 경우, 수명 열화가 빠르게 진행될 수 있고, 에너지 이용률이 감소할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 배터리 팩은 메인 컨트롤러(210), 복수의 DCH(Differential Charge Handler)(220, 230, 및 240), 및 복수의 배터리 그룹(250, 260, 및 270)을 포함한다. 배터리 팩 내의 복수의 배터리는 복수의 배터리 그룹(250, 260, 및 270)으로 그룹핑될 수 있다.
복수의 배터리는 직렬로 연결될 수 있다. 복수의 배터리는 복수의 배터리 각각에 저장된 전력을 고전압 부하로 공급할 수 있다. 복수의 배터리 각각은 저장된 전력을 변환하지 않고, 고전압 부하로 전력을 공급할 수 있다. 후술하겠지만, 복수의 배터리 각각은 저장된 전력을 변환(예를 들어, 스텝 다운(step down))할 수 있고, 변환된 전력을 저전압 부하 및/또는 보조 전력 저장부로 공급할 수 있다.
메인 컨트롤러(210)는 마스터 BMS(Battery Management System)(211) 및 SOC/SOH 프로세서(212)를 포함할 수 있다. SOC/SOH 프로세서(212)는 복수의 배터리의 상태 정보를 결정할 수 있고, 마스터 BMS(211)는 SOC/SOH 프로세서(212)의 동작을 제외한 메인 컨트롤러(210)의 동작을 수행할 수 있다. SOC/SOH 프로세서(212)의 동작 및 마스터 BMS(211)의 동작은 예시적인 사항일 뿐, SOC/SOH 프로세서(212)의 동작 및 마스터 BMS(211)의 동작은 전술한 사항으로 제한되지 않는다.
SOC/SOH 프로세서(212)와 마스터 BMS(211)는 물리적으로 구별되는 장치일 수 있다. 또한, 구현에 따라 SOC/SOH 프로세서(212)와 마스터 BMS(211)는 하나의 물리적 장치 내에 논리적으로 구분될 수 있다. 이하, 메인 컨트롤러(210)의 동작에 대해서 설명한다.
메인 컨트롤러(210)는 서브 컨트롤러로부터 배터리의 물리량을 수신할 수 있다. 수신된 물리량은, 예를 들어, 전압, 전류, 온도, 및/또는 임피던스 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각의 물리량을 기초로 복수의 배터리 각각의 상태 정보를 결정할 수 있다. 또한, 메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각의 SOC 및 SOH를 곱한 값을 복수의 배터리 각각의 상태 정보로 결정할 수 있다. 예를 들어, 메인 컨트롤러(210)는 제1 배터리의 SOC 및 SOH를 곱한 값을 제1 배터리의 상태 정보로 결정할 수 있다. 마찬가지로, 메인 컨트롤러(210)는 제2 배터리의 SOC 및 SOH를 곱한 값을 제2 배터리의 상태 정보로 결정할 수 있다.
이하, 일례로 배터리의 상태 정보는 SOC인 경우를 설명한다. 그러나, 후술하는 설명이 배터리의 상태 정보가 SOC로 제한되는 것은 아니다. 상태 정보가 SOC 및 SOH를 곱한 값 또는 Capacity인 경우에도 후술하는 설명이 적용될 수 있다.
메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리의 평균 상태 정보를 연산할 수 있다(230). 메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각의 SOC를 이용하여 아래 수학식 1과 같이 SOCAverage를 연산할 수 있다.
[수학식 1]
SOCAverage = (SOC1 + SOC2 + ... + SOCN)/N
수학식 1에서, N은 복수의 배터리의 개수를 나타낸다.
메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각의 제1 상태 차이 정보를 연산한다. 제1 상태 차이 정보는 복수의 배터리 각각의 상태 정보와 평균 상태 정보 사이의 차이값을 나타낼 수 있다. 복수의 배터리 각각의 제1 상태 차이 정보는 아래 수학식 2로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
SOCn = SOCn - SOCAverage
메인 컨트롤러(210)는 복수의 제1 상태 차이 정보를 기초로 제2 상태 차이 정보를 연산한다. 제2 상태 차이 정보는 복수의 제1 상태 차이 정보 각각의 절대값의 합을 나타낼 수 있다. 제2 상태 차이 정보는 아래 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
∑|SOCn| = |SOC1| + |SOC2| + ... + |SOCN|
복수의 배터리의 상태 정보가 언밸런스 할수록 |SOCn|는 크고, 복수의 배터리의 상태 정보가 밸런스에 가까울수록 |SOCn|는 작다. 이에 따라, 제2 상태 차이 정보는 복수의 배터리의 밸런스 상태를 판단하는 기준이 될 수 있다.
메인 컨트롤러(210)는 제2 상태 차이 정보가 미리 정해진 기준을 만족하는지 확인한다. 제2 상태 차이 정보가 0이거나 0에 실질적으로 가까운 경우, 미리 정해진 기준이 만족될 수 있고, 제2 상태 차이 정보가 0보다 크거나 0에 실질적으로 가까운 값보다 큰 경우, 미리 정해진 기준은 만족되지 않을 수 있다. 미리 정해진 기준의 만족 여부에 대한 설명은 예시적인 사항일 뿐, 미리 정해진 기준의 만족 여부에 대한 설명은 전술한 사항으로 한정되지 않는다. 이하, 제2 상태 차이 정보가 미리 정해진 기준에 만족하는 경우에 대하여 설명한다.
제2 상태 차이 정보가 미리 정해진 기준에 만족하는 경우, 메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값(PTarget_n 또는 ITarget _n)을 평균 출력 물리량으로 정의할 수 있다. 예를 들어, PTarget _n = PAverage 또는 ITarget _n = IAverage일 수 있다.
평균 출력 물리량은 복수의 DCH가 Periodgroup 동안 저전압 부하 및/또는 보조 전력 저장부로 공급하는 물리량의 평균값을 나타낼 수 있다. Periodgroup에 대해선 후술한다. 평균 출력 물리량은 아래 수학식 4에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 4]
PAverage = PDCH/N 또는 IAverage = IDCH/N
PAverage = PLDC/N 또는 IAverage = ILDC/N
메인 컨트롤러(210)는 복수의 DCH(220, 230, 및 240)가 Periodgroup 동안 출력할 출력 물리량(PDCH 또는 IDCH)을 설정할 수 있고, 설정된 출력 물리량의 평균값을 평균 출력 물리량으로 결정할 수 있다. 또한, 메인 컨트롤러(210)는 저전압 부하의 필요전력(PLDC) 또는 필요전류(ILDC)에 대한 정보를 획득할 수 있고, PLDC 또는 ILDC의 평균값을 평균 출력 물리량으로 결정할 수 있다.
제2 상태 차이 정보가 미리 정해진 기준에 만족하면, 복수의 배터리부의 상태 정보가 밸런스하다는 것을 의미하므로, 복수의 배터리 각각의 출력값은 서로 다르게 정의되지 않을 수 있다. 이하, 제2 상태 차이 정보가 미리 정해진 기준에 만족하지 않는 경우에 대하여 설명한다.
제2 상태 차이 정보가 미리 정해진 기준에 만족하지 않는 경우, 메인 컨트롤러(210)는 복수의 제1 상태 차이 정보와 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 결정한다. 보다 구체적으로, 메인 컨트롤러(210)는 복수의 제1 상태 차이 정보 각각이 제2 상태 차이 정보에서 차지하는 비율을 결정할 수 있다. 메인 컨트롤러(210)는 아래 수학식 5에 따라 비율을 결정할 수 있다.
[수학식 5]
εn = SOCn /(∑|SOCn|)
SOCn이 SOCAverage보다 큰 경우, SOCn은 양수이고, εn 역시 양수이다. SOCn이 SOCAverage보다 작은 경우, SOCn은 음수이고, εn 역시 음수이다. εn은 양수 또는 음수가 될 수 있다. εn이 양수인 경우, 배터리가 보다 많은 전력 또는 전류를 부하에 공급한다는 것을 의미할 수 있고, εn이 음수인 경우, 배터리가 보다 적은 전력 또는 전류를 부하에 공급한다는 것을 의미할 수 있다.
메인 컨트롤러(210)는 각각의 비율을 기초로 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값을 정의한다. 일 실시예에 있어서, 메인 컨트롤러(210)는 각각의 비율 및 평균 출력 물리량을 이용하여 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값을 정의할 수 있다. 예를 들어, 메인 컨트롤러(210)는 수학식 6에 따라 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값을 정의할 수 있다.
[수학식 6]
PTarget _n = PAverage + PAverage ×εn= VDCH ×IAverage×(1+εn) 또는
ITarget _n = IAverage + IAverage ×εn
수학식 6에서 VDCH 는 DCH 양단의 전압을 나타낸다.
수학식 6과 같이, 메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값을 개별적으로 정의할 수 있다. 또한, 메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값을 서로 다르게 정의할 수 있다. 또한, 메인 컨트롤러(210)는 평균 출력 물리량을 특정값만큼 가산 또는 감산하여 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값을 정의할 수 있다. 여기서, 특정값은 비율이 적용된 값으로, 위의 수학식 6에서 PAverage ×εn 또는 IAverage ×εn을 나타낼 수 있다.
메인 컨트롤러(210)는 각각의 비율을 기초로 복수의 배터리 각각에 대응하는 스위칭 타임 정보를 설정한다. 도 2에 도시된 예에서, 메인 컨트롤러(210)는 배터리 그룹(250)에 대응하는 시간 구간 및 제1 배터리에 대응되도록 결정된 비율을 이용하여 제1 배터리의 스위칭 타임 정보를 설정할 수 있다. 마찬가지로, 메인 컨트롤러(210)는 배터리 그룹(250)에 대응하는 시간 구간 및 제2 배터리에 대응되도록 결정된 비율을 이용하여 제2 배터리의 스위칭 타임 정보를 설정할 수 있다. 메인 컨트롤러(210)는 아래 수학식 7에 따라 복수의 배터리 각각에 대응하는 스위칭 타임 정보를 설정할 수 있다.
[수학식 7]
Tn= Periodgroup/m + εn×Periodgroup/m - (m-1)×Tdead
수학식 7에서, Periodgroup은 배터리 그룹에 대응하는 시간 구간이다. 일 실시예에 있어서, 복수의 배터리 그룹(250, 260, 및 270) 각각에 대응하는 시간 구간은 서로 동일할 수 있다. 수학식 7에서, m은 복수의 DCH(220, 230, 및 240) 각각에 연결된 배터리의 개수를 나타낼 수 있다. 달리 표현하면, m은 배터리 그룹에 포함된 배터리의 개수를 나타낼 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, m=2이다. 수학식 7에서, Tdead는 배터리 그룹에 포함된 복수의 배터리가 컨버터에 동시에 연결되지 않도록 미리 정의된 시간을 나타낸다. Tdead는 스위치의 스위칭 특성에 따라 미리 설정된 값일 수 있다. 예를 들어, Tdead는 0보다 크고 20ms(millisecond) 이하일 수 있다.
위의 수학식 7과 같이, 메인 컨트롤러는 복수의 배터리 각각에 대응하는 스위칭 타이밍 정보를 개별적으로 설정할 수 있다. 또한, 메인 컨트롤러는 복수의 배터리 각각에 대응하는 스위칭 타이밍 정보를 서로 다르게 설정할 수 있다.
스위칭 타임 정보는 복수의 배터리 각각이 컨버터와 연결되는 시간을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 타임 정보는 Periodgroup 내에서 복수의 배터리 각각과 컨버터 사이의 연결 시간을 나타낼 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 제1 배터리와 대응 컨버터 사이의 연결 시간은 T1이고, 제2 배터리와 대응 컨버터 사이의 연결 시간은 T2이다. 스위칭 타임 정보 및 스위칭 타임 정보에 따른 배터리와 컨버터 사이의 연결은 도 3a를 통해 설명한다.
메인 컨트롤러(210)는 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값 및 스위칭 타임 정보를 복수의 배터리 각각에 대응하는 DCH로 전송할 수 있다. 예를 들어, 메인 컨트롤러(210)는 제1 배터리 및 제2 배터리 각각의 출력값 및 스위칭 타임 정보를 DCH(220)로 전송할 수 있다.
이하, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면서, DCH의 동작을 설명한다.
도 3a은 일 실시예에 따른 DCH를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a을 참조하면, 일 실시예에 따른 DCH(300)는 서브 컨트롤러(310), 스위치 네트워크(320), 및 컨버터(330)를 포함한다.
DCH(300)는 메인 컨트롤러로부터 배터리 그룹(340)에 포함된 배터리에 대응되도록 설정된 스위칭 타임 정보 및 배터리에 대응되도록 정의된 출력값을 수신한다. 예를 들어, DCH(300)는 메인 컨트롤러로부터 제1 배터리에 대응하는 T1 및 PTarget_1과 제2 배터리에 대응하는 T2 및 PTarget _2를 수신할 수 있다. 여기서, 제1 배터리의 SOC가 SOCaverage보다 높고, 제2 배터리의 SCO가 SOCaverage보다 낮다고 가정하자. 이 경우, T1 > T2이고, PTarget _1 > PTarget _ 2이다. 이하, T1 > T2이고, PTarget _1 > PTarget_2인 예로 설명한다.
서브 컨트롤러(310)는 스위칭 타임 정보를 기초로 배터리 그룹(340) 내의 배터리와 컨버터(330)의 연결을 제어한다. 서브 컨트롤러(310)는 T1을 기초로 제어 신호(예를 들어, 스위칭 신호)를 생성할 수 있고, 제어 신호를 스위치 네트워크(320)로 전달할 수 있다. 이로 인해, 스위치(321) 및 스위치(323)이 온(on)될 수 있고, 제1 배터리와 컨버터(330)가 T1 동안 연결될 수 있다. 스위치(322) 및 스위치(324)는 오프(off)되어 제2 배터리와 컨버터(330)는 T1 동안 연결되지 않을 수 있다.
서브 컨트롤러(310)는 제1 배터리와 컨버터(330)가 연결되는 동안 출력값에 대응하는 물리량이 출력되도록 컨버터(330)를 제어할 수 있다. 예를 들어, T1 동안 제1 배터리는 제1 전력을 스위치 네트워크(320)로 출력할 수 있고, 제1 전력은 스위치 네트워크(320)를 통해 컨버터(330)로 전달될 수 있다. 컨버터(330)는 제1 전력을 변환하되(convert), PTarget _1에 대응되도록 변환할 수 있다. DCH(300)는 T1 동안 PTarget_1을 저전압 부하 및/또는 보조 전력 저장부로 공급할 수 있다.
T1이 경과한 경우, 스위치(321) 및 스위치(323)이 off될 수 있고, 제1 배터리는 컨버터(330)와 연결되지 않을 수 있다. T1이 경과한 경우, Tdead가 시작될 수 있다. 위에서 설명한 것처럼, Tdead는 배터리 그룹(340)에 포함된 복수의 배터리가 컨버터(330)에 동시에 연결되지 않도록 할 수 있다. 이로 인해, 제1 배터리와 제2 배터리가 컨버터(330)에 동시에 연결되지 않을 수 있다.
Tdead가 경과한 경우, 서브 컨트롤러(310)는 T2를 기초로 제어 신호(예를 들어, 스위칭 신호)를 생성할 수 있고, 제어 신호를 스위치 네트워크(320)로 전달할 수 있다. 이로 인해, 스위치(322) 및 스위치(324)이 온(on)될 수 있고, 제2 배터리와 컨버터(330)가 T2 동안 연결될 수 있다. 스위치(321) 및 스위치(323)는 오프(off)되어 제1 배터리와 컨버터(330)는 T2 동안 연결되지 않을 수 있다. T1 > T2이라 가정하였으므로, 제2 배터리와 컨버터(330)가 연결되는 시간은 제1 배터리와 컨버터(330)가 연결되는 시간보다 짧다.
서브 컨트롤러(310)는 제2 배터리와 컨버터(330)가 연결되는 동안 출력값에 대응하는 물리량이 출력되도록 컨버터(330)를 제어할 수 있다. 컨버터(330)는 제2 배터리가 출력한 제2 전력을 변환하되, PTarget _2에 대응되도록 변환할 수 있다. DCH(300)는 T2 동안 PTarget _2를 저전압 부하 및/또는 보조 전력 저장부로 공급할 수 있다.
스위치 네트워크(320)는 서브 컨트롤러(310)의 제어를 기초로 제1 배터리 및 제2 배터리를 선택적으로 컨버터(330)와 연결할 수 있다. 선택적 연결에 기초하여, DCH(300)는 T1 및 T2 동안 PG1=PTarget _1 + PTarget _2를 저전압 부하 및/또는 보조 전력 저장부로 공급할 수 있다. T1 및 T2는 Periodgroup 내에서 설정되므로, DCH(300)는 Periodgroup동안 PG1을 저전압 부하 및/또는 보조 전력 저장부로 공급할 수 있다.
DCH(300)는 전력이 상대적으로 많이 저장된 제1 배터리를 컨버터(330)와 보다 오래 연결시킬 수 있다. 또한, DCH(300)는 컨버터(330)와 제1 배터리가 연결되는 동안 제1 배터리가 상대적으로 많은 물리량을 출력하도록 할 수 있다. DCH(300)는 전력이 상대적으로 적게 저장된 제2 배터리를 컨버터(330)와 보다 짧게 연결시킬 수 있다. 또한, DCH(300)는 컨버터(330)와 제2 배터리가 연결되는 동안 제2 배터리가 상대적으로 적은 물리량을 출력하도록 할 수 있다. 이로 인해, 제1 배터리의 SOC와 제2 배터리의 SOC는 밸런스에 가까워질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 서브 컨트롤러(310)의 일례가 도시된다.
서브 컨트롤러(310)는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit, MCU)(311) 및 스위치 드라이버(312)를 포함할 수 있다.
MCU(311)는 마스터 BMS와 통신할 수 있다. 예를 들어, MCU(311)는 마스터 BMS로 배터리의 물리량을 전송할 수 있다. 또한, MCU(311)는 마스터 BMS로부터 스위칭 타임 정보 및 출력값을 수신할 수 있다.
MCU(311)는 컨버터(330)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 도 3b에 도시된 예와 같이, MCU(311)는 컨버터(330)를 enable하는 신호를 생성하여 컨버터(330)로 전달할 수 있다. 또한, MCU(311)는 출력값을 기초로 출력 command를 생성하여 컨버터(330)로 전달할 수 있다.
MCU(311)는 스위칭 타임 정보를 스위치 드라이버(312)로 전달할 수 있다. 스위치 드라이버(312)는 스위칭 타임 정보를 기초로 스위칭 신호를 생성할 수 있고, 스위칭 신호를 스위칭 네트워크(320)로 전달할 수 있다. 이로 인해, 스위칭 네트워크(320)의 복수의 스위치(321 내지 324) 각각이 on 및/또는 off될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 스위치 네트워크(320)의 일례가 도시된다.
스위치 네트워크(320)는 파워 스위칭 소자(element)를 포함할 수 있다. 도 3c에 도시된 예와 같이, 스위치 네트워크(320)는 복수의 파워 릴레이(321 내지 324)를 포함할 수 있다. 또한, 도 3c에 도시된 예와 달리, 스위치 네트워크(320)는 복수의 트랜지스터(예를 들어, MOSFET)를 포함할 수 있다. 전술한 파워 스위칭 소자는 예시적인 사항일 뿐, 스위치 네트워크(320)에 포함되는 소자는 전술한 사항으로 한정되지 않는다.
스위치 네트워크(320)의 Q1-1 내지 Q1-4 각각은 서브 컨트롤러(310)로 스위칭 신호를 전달받을 수 있다. T1을 기초로 생성된 스위칭 신호는 Q1-1 및 Q1-3으로 전달될 수 있고, 파워 릴레이(321) 및 파워 릴레이(323)가 on될 수 있다. 이로 인해, 제1 배터리는 컨버터(330)와 연결될 수 있다. T2를 기초로 생성된 스위칭 신호는 Q1-2 및 Q1-4로 전달될 수 있고, 파워 릴레이(322) 및 파워 릴레이(324)가 on될 수 있다. 이로 인해, 제2 배터리는 컨버터(330)와 연결될 수 있다.
도 4 및 5은 일 실시예에 따른 메인 컨트롤러 및 DCH의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 위에 도시된 복수의 배터리(410)를 참조하면, 복수의 배터리(410)의 상태 정보는 언밸런스하다. 여기서, 제1 배터리의 SoC는 7, 제2 배터리의 SoC는 5, 제3 배터리의 SoC는 5, 및 제4 배터리의 SoC는 6이라 하자.
메인 컨트롤러는 SoCAverage를 연산할 수 있다. 도 4의 예에서, SoCAverage=(7 + + 5 + 5 + 6)/4=5.75이다.
메인 컨트롤러는 SOCn을 연산할 수 있다. 도 4의 예에서, SOC1=1.25, SOC2=-0.75, SOC3=-0.75 및 SOC4=0.25이다. 메인 컨트롤러는 ∑|SOCn|를 연산할 수 있다. 도 4의 예에서, ∑|SOCn|=2.5이다.
메인 컨트롤러는 SOCn와 ∑|SOCn| 사이의 비율을 결정할 수 있다. 도 4의 예에서, 메인 컨트롤러는 ε1=1.25/2.5=0.5, ε2=-0.75/2.5=-0.3, ε3=-0.75/2.5=-0.3, 및 ε4=0.25/2.5=0.1로 결정할 수 있다.
메인 컨트롤러는 복수의 배터리 각각에 대응하는 출력값을 정의할 수 있다. 도 4의 예에서, PDCH가 8W로 설정된 경우, PAverage는 2W이다. 메인 컨트롤러는,
PTarget _1 = 2 + 2 ×0.5=3W,
PTarget _2 = 2 + 2 ×(-0.3)=1.4W,
PTarget _3 = 2 + 2 ×(-0.3)=1.4W, 및
PTarget _4 = 2 + 2 ×0.1=2.2W로 정의할 수 있다.
여기서, PTarget _1 및 PTarget _4는 PAverage보다 크고, PTarget _2 및 PTarget _3은 PAverage 보다 작다. 메인 컨트롤러는 PAverage를 조정하여 제1 배터리 및 제4 배터리 각각에 대응하는 출력값을 정의하되, 비율을 기초로 PAverage보다 크게 정의할 수 있다. 또한, 메인 컨트롤러는 PAverage를 조정하여 제2 배터리 및 제3 배터리 각각에 대응하는 출력값을 정의하되, 비율을 기초로 PAverage보다 작게 정의할 수 있다.
아래 표 1은 메인 컨트롤러가 PTarget _1 내지 PTarget _4를 정의하는데 필요한 정보들의 일례를 보여준다.
SOC SOCAverage SOCn ∑|SOCn| εn PTarget_n
제1 배터리 7 5.75 1.25 2.5 0.5 3
제2 배터리 5 -0.75 -0.3 1.4
제3 배터리 5 -0.75 -0.3 1.4
제4 배터리 6 0.25 0.1 2.2
메인 컨트롤러는 복수의 배터리 각각에 대응하는 스위칭 타이밍 정보를 설정할 수 있다. 도 4의 예에서, 메인 컨트롤러는 T1 내지 T4 각각을 제1 배터리 내지 제4 배터리 각각에 대응되도록 설정할 수 있다. 도 4의 예에서, 복수의 배터리 그룹(411 및 412) 각각에 포함된 배터리의 개수는 2개이므로, m=2이다. 도 4의 예에서, 복수의 배터리 그룹(411 및 412) 각각에 대응하는 시간 구간이 100ms이고, Tdead=10ms인 경우, 메인 컨트롤러는,
T1= 100/2 + 0.5×100/2 - 10=65ms,
T2= 100/2 - 0.3×100/2 - 10=25ms,
T3= 100/2 - 0.3×100/2 - 10=25ms, 및
T4= 100/2 + 0.1×100/2 - 10=45ms로 설정할 수 있다.
도 4의 예에서, ε1이 ε2보다 크므로, Periodgroup1(511)내에서 T1은 T2보다 길게 설정될 수 있고, ε4가 ε3보다 크므로, Periodgroup2(521)내에서 T4는 T3보다 길게 설정될 수 있다.
메인 컨트롤러는 PTarget _1 내지 PTarget _4 및 T1 내지 T4를 복수의 배터리 그룹(411 및 412) 각각에 대응하는 DCH로 전송할 수 있다.
배터리 그룹(411)에 대응하는 제1 DCH는 PTarget _1 및 PTarget _2와 T1 및 T2를 기초로 배터리 그룹(411)을 제어할 수 있다. 배터리 그룹(412)에 대응하는 제2 DCH는 PTarget _3 및 PTarget _4와 T3 및 T4를 기초로 배터리 그룹(412)을 제어할 수 있다. 이하, 도 5를 참조하면서, DCH의 동작에 대해 설명한다.
도 5를 참조하면, 배터리 그룹(411)에 대응하는 복수의 스위칭 타임 정보(510)가 도시되고, 배터리 그룹(412)에 대응하는 복수의 스위칭 타임 정보(520)가 도시된다.
제1 DCH는 제1 배터리가 T1동안 출력한 전력을 PTarget _ 1으로 변환하여 출력할 수 있고, 제2 배터리가 T2동안 출력한 전력을 PTarget _ 2으로 변환하여 출력할 수 있다. 마찬가지로, 제2 DCH는 제3 배터리 및 제4 배터리 각각이 출력한 전력을 PTarget_3 및 PTarget_4 각각으로 변환하여 출력할 수 있다.
T1과 T2 사이에 Tdead가 있고, T3과 T4 사이에 Tdead가 있다. Tdead는 위에서 설명하였으므로, 자세한 설명을 생략한다.
T1 내지 T4는 Periodgroup 내에 있으므로, Periodgroup동안 제1 DCH가 출력한 PG1과 제2 DCH가 출력한 PG2의 합은 8W이다. PDCH가 8W로 설정되었으므로, 제1 DCH 및 제2 DCH 각각이 출력한 전력의 합은 PDCH와 동일하다. 메인 컨트롤러는 복수의 DCH 각각이 복수의 스위칭 타임 정보 각각에 대응하는 시간 동안 출력하는 출력값을 다르게 정의하되, 복수의 DCH 각각의 출력값의 합을 일정하게 유지할 수 있다. 보다 구체적으로, 메인 컨트롤러는 제1 DCH가 T1 동안 출력하는 PTarget _1, 제1 DCH가 T2 동안 출력하는 PTarget _2, 제2 DCH가 T3 동안 출력하는 PTarget _3, 및 제2 DCH가 T4 동안 출력하는 PTarget _4를 개별적으로 정의하되, PTarget _1 내지 PTarget _4의 합이 일정하도록 PTarget_1 내지 PTarget _4 각각을 정의할 수 있다. 이로 인해, 복수의 DCH로부터 일정한 전력 또는 전류가 저전압 부하 및/또는 보조 전력 저장부로 공급될 수 있다.
Periodgroup1(511)의 다음 시간 구간인 Periodgroup1(512) 내의 T1 및 T2가 설정될 수 있다. 복수의 배터리 각각에 대응되는 스위칭 타임 정보가 설정될 수 있다. T1 및 T2가 다시 설정되는 경우, 도 5에 도시된 예와 같이, 컨버터가 제2 배터리와 연결된 상태에서 Periodgroup1(512)이 시작될 수 있다. Periodgroup1(511)과 달리 Periodgroup1(512) 내에서 T2가 T1 보다 먼저 시작된다. Periodgroup1(512) 시작 시 제1 배터리가 제2 배터리보다 먼저 컨버터와 연결되는 것으로 설정되었다면, 제2 배터리에 대응되는 스위치가 off되고, 제1 배터리에 대응하는 스위치가 on되어야 한다. 이 경우, 스위칭에 따른 딜레이가 발생할 수 있다. 딜레이를 방지하고 전력 공급의 연속성을 위해 제2 배터리가 컨버터와 계속 연결될 수 있다. 배터리 그룹(411)에 대응하는 제1 DCH는 Periodgroup1(511)에서 PTarget _1을 먼저 출력하고, Periodgroup1(512)에서 PTarget _ 2을 먼저 출력할 수 있다. 제1 DCH는 미리 정해진 순서에 따라 PTarget _1 및 PTarget _2를 출력할 수 있다. 마찬가지로, 배터리 그룹(412)에 대응하는 제2 DCH는 미리 정해진 순서에 따라 PTarget _3 및 PTarget _ 4각각을 출력할 수 있다.
시간이 지날수록 T1 내지 T4 사이의 차이가 줄어든다. 이는, 복수의 배터리의 상태 정보가 밸런스에 가까워지는 것을 의미한다.
다시 도 4로 돌아와서, 복수의 배터리(420)를 참조하면, 복수의 배터리(420)의 상태 정보는 복수의 배터리(410)의 상태 정보 보다 밸런스에 가까울 수 있다. 이로 인해, 복수의 배터리의 에너지 이용률이 증가될 수 있고, 복수의 배터리가 효과적으로 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메인 컨트롤러가 아닌 DCH에 포함된 서브 컨트롤러가 대응 배터리 그룹에 포함된 배터리에 대응하는 출력값을 정의할 수 있고, 배터리에 대응하는 스위칭 타임 정보를 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 DCH에 포함된 서브 컨트롤러가 메인 컨트롤러로부터 위의 표 1의 정보들 중 적어도 하나를 수신할 수 있고, 수신한 정보를 이용하여 제1 배터리에 대응하는 출력값을 정의할 수 있고, 제1 배터리에 대응하는 스위칭 타임 정보를 설정할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 배터리 팩의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 4개의 배터리를 포함하는 배터리 그룹(610)이 하나의 DCH(620)에 연결될 수 있다. 배터리 팩이 N개의 배터리를 포함하고, 4개의 배터리가 하나의 배터리 그룹으로 그룹핑되는 경우, N개의 배터리는 N/4개의 배터리 그룹으로 그룹핑된다. 이 경우, N/4개의 DCH이 배터리 팩에 포함될 수 있다. 배터리 팩에 포함된 DCH의 개수는 배터리 그룹의 개수와 동일할 수 있다.
서브 컨트롤러는 스위칭 신호를 기초로 배터리 그룹(610)에 포함된 복수의 배터리 각각과 컨버터 사이의 연결을 제어할 수 있다. 배터리 그룹(610)에 포함된 복수의 배터리 각각은 미리 정해진 순서에 따라 컨버터와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리부터 컨버터와 연결될 수 있다.
스위치 네트워크는 배터리 그룹(610)에 포함된 복수의 배터리를 선택적으로 컨버터와 연결할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 통해 기술된 사항들은 도 6을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 7a 내지 도 7b는 일 실시예에 따른 배터리 팩의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a를 참조하면, 배터리 팩에 포함된 전체 배터리는 하나의 DCH(710)에 연결될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 제1 배터리는 T1 동안 컨버터와 연결된다. 나머지 배터리는 T1 동안 컨버터와 연결되지 않는다. T1 및 Tdead가 경과한 후, 제2 배터리와 컨버터가 T2 동안 연결될 수 있다. 마찬가지로, 나머지 배터리는 T2 동안 배터리와 연결되지 않는다. T2 및 Tdead가 경과한 후, 제3 배터리와 컨버터가 T3 동안 연결될 수 있다. 도 7a에 도시된 예의 경우, 복수의 배터리는 순차적으로 컨버터와 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 통해 기술된 사항들은 도 7a 내지 도 7b를 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 8은 일 실시예에 따른 전력 공급을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 시간에 따른 저전압 부하(Low Voltage Load)의 필요 전력 PLDC(810)과 복수의 DCH 각각의 출력값의 합(820)이 도시된다. PLDC(810)는 시간에 따라 변하고, 출력값의 합(820)은 일정하다.
저전압 부하는, 예를 들어, 전기 이동체의 온도 제어 시스템 또는 자세 제어 시스템 등 저전압(12V)에서 동작할 수 있는 시스템을 포함할 수 있다.
복수의 DCH는 PLDC(810)가 만족되도록 전력을 출력할 수 있다. 여기서, 전력은 Periodgroup 동안 복수의 DCH 각각이 출력한 전력의 합을 나타낼 수 있다.
PLDC(810)가 출력값의 합(820)을 초과하는 경우, 보조 전력 저장부(예를 들어, 12VDC 보조 배터리)가 복수의 DCH와 함께 저전압 부하에 전력을 공급할 수 있다. PLDC(810)가 출력값의 합(820)보다 작은 경우, 여분의 전력은 보조 전력 저장부를 충전할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 제1 배터리 제어 장치의 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
제1 배터리 제어 장치는 위에서 설명한 메인 컨트롤러에 대응할 수 있다.
제1 배터리 제어 장치는 복수의 배터리 각각의 제1 상태 차이 정보 및 복수의 제1 상태 차이 정보를 기초로 연산된 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 결정한다(910).
제1 배터리 제어 장치는 비율에 따라 복수의 배터리 각각에 대응하는 스위칭 타임 정보를 설정한다(920).
도 1 내지 도 8을 통해 기술된 사항들은 도 9를 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 10은 일 실시예에 따른 제2 배터리 제어 장치의 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
제2 배터리 제어 장치는 위에서 설명한 DCH에 대응할 수 있다.
제2 배터리 제어 장치는 배터리 그룹에 포함된 제1 배터리에 대응되게 설정된 제1 스위칭 타임 정보를 기초로 제1 배터리와 컨버터의 연결을 제어한다(1010).
제2 배터리 제어 장치는 제1 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 제1 배터리를 컨버터와 연결한다(1020).
제2 배터리 제어 장치는 배터리 그룹에 포함된 제2 배터리에 대응되게 설정된 제2 스위칭 타임 정보를 기초로 제2 배터리와 컨버터의 연결을 제어한다(1030).
제2 배터리 제어 장치는 제2 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 제2 배터리를 컨버터와 연결한다(1040).
도 1 내지 도 9를 통해 기술된 사항들은 도 10을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 11은 일 실시예에 따른 배터리 상태 정보를 제공하기 위한 사용자 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 전기 이동체(1110)와 같은 물리적 어플리케이션은 배터리 시스템(1120)을 포함한다. 전술한 물리적 어플리케이션은 예시적인 사항일 뿐, 물리적 어플리케이션은 전술한 예로 제한되지 않는다. 배터리 시스템은 전기 이동체뿐 아니라 배터리를 사용하는 모든 물리적 어플리케이션에 적용될 수 있다.
배터리 시스템(1120)은 복수의 배터리(1130) 및 배터리 제어 시스템(1140)을 포함한다. 배터리 제어 시스템(1140)은 위에서 설명한 메인 컨트롤러 및 하나 이상의 DCH를 포함할 수 있다.
배터리(1130)는 배터리 모듈 또는 배터리 셀을 포함할 수 있다.
복수의 배터리(1130) 간의 성능 편차(예를 들어, 전압 차이 및/또는 커패시티 차이 등)가 있는 배터리 팩의 충전/방전 사이클(cycle)이 반복되면 과충전(over-charging) 및 과방전(over-discharging)이 발생할 수 있고, 과충전 및 과방전에 따라 복수의 배터리(1130)가 열화(degradation)되어 복수의 배터리(1130)의 수명이 짧아질 수 있다.
배터리 제어 시스템(1140)은 복수의 배터리(1130)의 전압, 전류, 및/또는 온도 등의 정보를 기초로 복수의 배터리(1130)가 최적의 상태에서 동작하도록 할 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어 시스템(1140)은 복수의 배터리(1130)가 최적 온도에서 동작하도록 하거나 복수의 배터리(1130)의 상태 정보를 적절한 레벨로 유지하도록 할 수 있다. 또한, 배터리 제어 시스템(1140)은 위에서 설명한 복수의 배터리(1130) 각각에 대응하는 출력값 및 스위칭 타임 정보를 서로 다르게 정의하여 복수의 배터리(1130)의 상태 정보를 균등하게 할 수 있다.
또한, 배터리 제어 시스템(1140)는 배터리 시스템(1120)의 안전 운영을 위한 정보를 생성할 수 있고, 안전 운영을 위한 정보를 단말로 전송할 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어 시스템(1140)은 복수의 배터리(1130)의 수명 정보, 성능 정보, 및/또는 교체 시기 등을 단말(1150)로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 제어 시스템(1140)은 무선 인터페이스를 통하여 단말(1150)로부터 트리거 신호를 수신할 수 있고, 트리거 신호를 기초로 복수의 배터리(1130)의 상태 정보(예를 들어, 수명 정보)를 결정할 수 있다. 배터리 제어 시스템(1140)은 상태 정보를 무선 인터페이스를 이용하여 단말(1150)에 전송할 수 있다. 단말(1150)은 사용자 인터페이스(1160)를 이용하여 복수의 배터리(1130)의 상태 정보를 디스플레이할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (21)

  1. 복수의 배터리 중 제1 배터리를 컨버터에 연결하는 스위치 네트워크; 및
    상기 제1 배터리에 대응되도록 설정된 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제1 배터리와 상기 컨버터가 연결되도록 상기 스위치 네트워크를 제어하고, 상기 제1 배터리가 전력 또는 전류를 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 스위칭 타임 정보는 상기 제1 배터리의 제1 상태 차이 정보와 제2 상태 차이 정보 사이의 비율에 따라 설정되고,
    상기 제1 상태 차이 정보는 상기 제1 배터리의 상태 정보와 상기 복수의 배터리의 평균 상태 정보 사이의 차이를 나타내고, 상기 제2 상태 차이 정보는 상기 복수의 배터리 각각의 상태 정보와 상기 평균 상태 정보 사이의 차이의 절대값의 합을 나타내는,
    배터리 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 타임 정보는,
    상기 제1 배터리가 속한 배터리 그룹에 대응하는 시간 구간 및 상기 비율을 기초로 설정되는,
    배터리 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 상기 전력 또는 상기 전류가 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력되도록 상기 컨버터를 제어하는,
    배터리 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 스위칭 타임 정보를 기초로 생성된 스위칭 신호를 상기 스위치 네트워크로 전달하는 스위치 드라이버
    를 포함하는,
    배터리 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 배터리와 동일한 배터리 그룹에 포함된 제2 배터리에 대응되게 설정된 제2 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제2 배터리와 상기 컨버터가 연결되도록 상기 스위치 네트워크를 제어하고,
    상기 스위치 네트워크는,
    상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 선택적으로 상기 컨버터와 연결하는,
    배터리 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리는 상기 컨버터와 동시에 연결되지 않는,
    배터리 제어 장치.
  8. 삭제
  9. 복수의 배터리;
    상기 복수의 배터리 중 제1 배터리의 상태 정보와 상기 복수의 배터리의 평균 상태 정보 사이의 차이를 나타내는 제1 상태 차이 정보를 결정하고, 상기 복수의 배터리 각각의 상태 정보와 상기 평균 상태 정보 사이의 차이의 절대값의 합을 나타내는 제2 상태 차이 정보를 결정하며, 상기 제1 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 결정하고, 상기 비율에 따라 상기 제1 배터리의 스위칭 타임 정보를 설정하는 제1 배터리 제어 장치; 및
    상기 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제1 배터리와 상기 제1 배터리의 컨버터가 연결되도록 스위치 네트워크를 제어하고, 상기 제1 배터리가 전력 또는 전류를 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 제2 배터리 제어 장치
    를 포함하는,
    배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 배터리 제어 장치는,
    상기 제1 배터리가 속한 배터리 그룹에 대응하는 시간 구간 및 상기 비율을 기초로 상기 스위칭 타임 정보를 설정하는,
    배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 배터리 제어 장치는,
    상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 상기 전력 또는 상기 전류가 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력되도록 상기 컨버터를 제어하는,
    배터리 팩.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2 배터리 제어 장치는,
    상기 배터리와 상기 컨버터의 연결을 위한 스위치를 포함하는 상기 스위치 네트워크; 및
    상기 스위칭 타임 정보를 기초로 생성된 스위칭 신호를 상기 스위치 네트워크로 전달하는 스위치 드라이버
    를 포함하는,
    배터리 팩.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 배터리 제어 장치는,
    상기 제1 배터리와 동일한 배터리 그룹에 포함된 제2 배터리에 대응되게 설정된 제2 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제2 배터리와 상기 컨버터가 연결되도록 상기 스위치 네트워크를 제어하고,
    상기 스위치 네트워크는,
    상기 제2 배터리 제어 장치의 제어에 따라 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 선택적으로 상기 컨버터와 연결하는,
    배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리는 상기 컨버터와 동시에 연결되지 않는,
    배터리 팩.
  16. 삭제
  17. 배터리 제어 장치의 배터리 제어 방법에 있어서,
    복수의 배터리 중 제1 배터리에 대응되게 설정된 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제1 배터리와 컨버터가 연결되도록 스위치 네트워크를 제어하는 단계; 및
    상기 제1 배터리가 전력 또는 전류를 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 스위칭 타임 정보는 상기 제1 배터리의 제1 상태 차이 정보와 제2 상태 차이 정보 사이의 비율에 따라 설정되는,
    상기 제1 상태 차이 정보는 상기 제1 배터리의 상태 정보와 상기 복수의 배터리의 평균 상태 정보 사이의 차이를 나타내고, 상기 제2 상태 차이 정보는 상기 복수의 배터리 각각의 상태 정보와 상기 평균 상태 정보 사이의 차이의 절대값의 합을 나타내는,
    배터리 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 스위칭 타임 정보는,
    상기 제1 배터리가 속한 배터리 그룹에 대응하는 시간 구간 및 상기 비율을 기초로 설정되는,
    배터리 제어 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 컨버터를 제어하는 단계는,
    상기 비율을 기초로 정의된 출력값에 대응하는 상기 전력 또는 상기 전류가 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력되도록 상기 컨버터를 제어하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 제어 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 배터리와 동일한 배터리 그룹에 포함된 제2 배터리에 대응되게 설정된 제2 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제2 배터리와 상기 컨버터가 연결되도록 상기 스위치 네트워크를 제어하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리는 상기 컨버터와 선택적으로 연결되는,
    배터리 제어 방법.
  21. 배터리 팩의 배터리 제어 방법에 있어서,
    복수의 배터리 중 제1 배터리의 상태 정보와 상기 복수의 배터리의 평균 상태 정보 사이의 차이를 나타내는 제1 상태 차이 정보를 결정하는 단계;
    상기 복수의 배터리 각각의 상태 정보와 상기 평균 상태 정보 사이의 차이의 절대값의 합을 나타내는 제2 상태 차이 정보를 결정하는 단계;
    상기 제1 배터리의 제1 상태 차이 정보와 상기 제2 상태 차이 정보 사이의 비율을 결정하는 단계;
    상기 비율에 따라 상기 제1 배터리에 대응하는 스위칭 타임 정보를 설정하는 단계; 및
    상기 스위칭 타임 정보를 기초로 상기 제1 배터리와 상기 제1 배터리의 컨버터가 연결되도록 스위치 네트워크를 제어하고, 상기 제1 배터리가 전력 또는 전류를 상기 스위칭 타임 정보에 대응하는 시간 동안 출력하도록 상기 컨버터를 제어하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 제어 방법.
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