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KR-102961140-B1 - BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND METHOD

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Abstract

본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 팩의 오프 그리드(off-grid) 상태를 판정하는 판정부 및 상기 배터리 팩의 오프 그리드 상태에서 상기 배터리 팩의 최대 전력보다 큰 피크 전력으로 방전 전력을 제어하는 전력 제어부를 포함할 수 있다.

Inventors

  • 이낙춘
  • 인나혜
  • 백승원
  • 이승민
  • 안세원

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210722

Claims (13)

  1. 프로그램을 저장하도록 구성되는 메모리; 및 상기 프로그램을 실행하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 배터리 관리 장치에 있어서, 상기 프로세서는, 배터리 팩이 오프 그리드(off-grid) 상태인지 여부를 판정하고, 상기 배터리 팩이 상기 오프 그리드 상태인 경우, 상기 배터리 팩의 방전 전력의 현재값이 상기 배터리 팩의 최대 전력 이상인지 여부를 판정하고, 상기 방전 전력의 현재값이 상기 최대 전력 미만인 경우, 상기 배터리 팩의 가용 전력이 상기 최대 전력인지 여부, 상기 배터리 팩이 상기 최대 전력 이하의 방전 전력으로 방전된 제2 시간이 임계 시간 미만인지 여부 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC)가 임계 SOC 이상인지 여부를 판정하고, 상기 가용 전력이 상기 최대 전력이고, 상기 제2 시간이 상기 임계 시간 미만이고, 상기 배터리 팩의 SOC가 임계 SOC 이상인 경우, 상기 배터리 팩의 방전 전력을 상기 최대 전력보다 큰 피크 전력으로 설정하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 기설정된 시간 동안 상기 배터리 팩의 방전 전력을 상기 피크 전력으로 설정하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 배터리 팩이 기설정된 시간 동안 상기 피크 전력으로 방전되는 경우, 상기 배터리 팩이 일정 시간 동안 상기 피크 전력으로 방전하지 못하도록 제어하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는, 외부로부터 수신되는 입력 신호에 기반하여 상기 배터리 팩이 상기 오프 그리드 상태인지 여부를 판정하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 입력 신호가 하이(high) 상태인 경우 상기 배터리 팩을 상기 오프 그리드 상태로 판정하도록 구성되는, 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 최대 전력 및 상기 피크 전력은 상기 배터리 팩의 온도 및 SOC에 기반하여 산출되는, 배터리 관리 장치.
  7. 배터리 팩이 오프 그리드(off-grid) 상태인지 여부를 판정하는 단계; 상기 배터리 팩이 상기 오프 그리드 상태인 경우, 상기 배터리 팩의 방전 전력의 현재값이 상기 배터리 팩의 최대 전력 이상인지 여부를 판정하는 단계; 상기 방전 전력의 현재값이 상기 최대 전력 미만인 경우, 상기 배터리 팩의 가용 전력이 상기 최대 전력인지 여부, 상기 배터리 팩이 상기 최대 전력 이하의 방전 전력으로 방전된 제2 시간이 임계 시간 미만인지 여부 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC)가 임계 SOC 이상인지 여부를 판정하는 단계; 및 상기 가용 전력이 상기 최대 전력이고, 상기 제2 시간이 상기 임계 시간 미만이고, 상기 배터리 팩의 SOC가 임계 SOC 이상인 경우, 상기 배터리 팩의 방전 전력을 상기 최대 전력보다 큰 피크 전력으로 설정하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 피크 전력으로 설정하는 단계는, 기설정된 시간 동안 상기 배터리 팩의 방전 전력을 상기 피크 전력으로 설정하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 배터리 팩이 기설정된 시간 동안 상기 피크 전력으로 방전되는 경우, 상기 배터리 팩이 일정 시간 동안 상기 피크 전력으로 방전하지 못하도록 제어하는 단계를 더 포함하는, 배터리 관리 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 오프 그리드 상태인지 여부를 판정하는 단계는, 외부로부터 수신되는 입력 신호에 기반하여 상기 배터리 팩이 상기 오프 그리드 상태인지 여부를 판정하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오프 그리드 상태인지 여부를 판정하는 단계는, 상기 입력 신호가 하이(high) 상태인 경우 상기 배터리 팩을 상기 오프 그리드 상태로 판정하는 단계를 포함하는, 배터리 관리 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 최대 전력 및 상기 피크 전력은 상기 배터리 팩의 온도 및 SOC에 기반하여 산출되는, 배터리 관리 방법.
  13. 삭제

Description

배터리 관리 장치 및 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND METHOD} 본 문서에 개시된 실시예들은 배터리 관리 장치 및 방법에 관한 것이다. 이차 전지는 일반적으로 복수 개의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩으로 이용된다. 그리고 배터리 팩은 배터리 관리 시스템에 의하여 상태 및 동작이 관리 및 제어된다. 이러한 배터리 팩은 최대 전력의 범위 내에서 충방전 전력을 제어하고, 통상적으로는 설정된 최대 전력의 범위를 벗어나지 않는다. 그러나, 배터리 팩을 전력 계통과 분리하는 오프 그리드(off-grid)의 경우, 순간적인 부하 대응을 위해 최대 전력을 초과하는 전력으로 방전하는 것이 필요하다. 다만, 배터리 팩의 수명과 사용자의 안전을 보장하기 위해서는 최대 전력을 초과하는 전력(이하, 피크 전력)을 일정 시간 동안만 허용해야 할 필요가 있다. 도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법을 구현하는 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 본 문서에 개시되어 있는 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 다양한 실시 예에서 사용된 “제1”, “제2”, “첫째”, 또는 “둘째” 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 문서에 개시된 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다. 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 문서에 개시된 실시예들의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서에 개시된 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다. 도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 배터리 제어 시스템(1)은 배터리 팩(10)과 상위 제어기(20)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(12), 센서(14), 스위칭부(16) 및 배터리 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 이 때, 배터리 팩(10)에는 배터리 모듈(12), 센서(14), 스위칭부(16) 및 배터리 관리 장치(100)가 복수 개 구비될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)은 직렬 또는 병렬로 연결되어, 외부에 마련된 상위 제어기(20)와 통신할 수 있다. 배터리 모듈(12)은 충방전 가능한 하나 이상의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 이 때, 배터리 모듈(12)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 센서(14)는 배터리 팩(10)의 전압이나 배터리 팩(10)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 이 때, 전류의 검출 신호는 배터리 관리 장치(100)로 전달될 수 있다. 스위칭부(16)는 배터리 모듈(12)의 (+) 단자 측과 (-) 단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(12)의 충방전 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들면, 스위칭부(16)는 배터리 팩(10)의 사양에 따라서 적어도 하나의 스위치, 릴레이, 마그네틱 접촉기 등이 이용될 수 있다. 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(10)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 및 관리할 수 있으며, 예를 들면, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(10)의 배터리 관리 시스템(BMS)일 수 있다. 배터리 관리 장치(100)는 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(100)는, 스위칭부(16), 예를 들어, 스위치, 릴레이 또는 접촉기 등의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 복수의 배터리 모듈(12)에 연결되어 배터리 셀들의 상태를 감시할 수 있다. 한편, 본 문서에 개시된 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(10)의 전압에 따라 배터리 팩(10)의 충방전 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩의 최대 전력과 피크 전력을 산출할 수 있다. 또한, 배터리 관리 장치(100)는 산출된 최대 전력과 피크 전력에 따라 배터리 팩(10)의 방전 전력을 제어할 수 있다. 이러한 배터리 관리 장치(100)의 구성에 관해서는 도 2에서 상세하게 후술한다. 상위 제어기(20)는 배터리 관리 장치(100)로 배터리 모듈(12)에 대한 각종 제어 신호를 전송할 수 있다. 예를 들면, 상위 제어기(20)는 인버터 시스템일 수 있다. 이에 따라, 배터리 관리 장치(100)는 상위 제어기(20)로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있다. 또한, 상위 제어기(20)는 배터리 팩(10)의 DC/DC 포트를 통해 배터리 관리 장치(100)와 연결될 수 있다. 한편, 본 개시의 배터리 셀은 전기 자동차에 이용되는 배터리 모듈(12)에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 도 1의 배터리 팩(10)은 이러한 용도에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 도 1의 배터리 팩(10) 대신 에너지 저장 시스템(ESS)의 배터리 랙이 포함될 수 있다. 도 2는 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 판정부(110)와 전력 제어부(120)를 포함할 수 있다. 판정부(110)는 배터리 팩(10)의 오프 그리드(off-grid) 상태를 판정할 수 있다. 이 경우, 판정부(110)는 외부로부터 수신되는 입력 신호에 기반하여 배터리 팩(10)의 오프 그리드 상태를 판정할 수 있다. 예를 들면, 판정부(110)는 입력 신호가 하이(high) 상태인 경우(예: 입력 전압이 임계치 이상인 경우)에 배터리 팩(10)이 오프 그리드 상태인 것으로 판정할 수 있다. 예를 들어, 판정부(110)는 도 1에서 설명한 배터리 팩(10)의 DC/DC 포트를 통해 상위 제어기(예를 들면, 인버터 시스템)로부터 입력되는 전압 신호에 기반하여 배터리 팩(10)의 오프 그리드 상태를 판정할 수 있다. 이 때, 입력 신호는 배터리 팩(10)의 블랙스타트(blackstart) 기능을 구동하는 신호일 수 있다. 전력 제어부(120)는 배터리 팩(10)의 오프 그리드 상태에서 배터리 팩(10)의 충방전을 위한 최대 전력보다 큰 피크 전력으로 방전 전력을 제어할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(10)의 최대 전력과 피크 전력은 배터리 팩(10)의 온도와 SOC에 기반하여 산출된 값일 수 있다. 구체적으로, 전력 제어부(120)는 설정된 동작 조건을 만족하는 경우, 기설정된 시간(예를 들면, 3초) 동안 피크 전력으로 배터리 팩(10)의 방전 전력을 제어할 수 있다. 이 경우, 전력 제어부(120)는 배터리 팩(10)이 최대 전력 이하로 방전한 시간이 일정 시간 이상(예를 들면, 180초)인 경우에 피크 전력으로 방전 전력을 제어할 수 있다. 또한, 전력 제어부(120)는 배터리 팩(10)이 기설정된 시간 동안 피크 전력으로 방전한 경우, 배터리 팩(10)의 수명 확보와 사용자의 안전을 위해 이후 일정 시간 동안에는 피크 전력으로 방전하지 못하도록 제어할 수 있다. 또한, 전력 제어부(120)는 배터리 팩(10)의 SOC가 기준치 이상인 경우에 피크 전력으로 방전 전력을 제어할 수 있다. 예를 들면, 전력 제어부(120)는 배터리 팩(10)의 SOC가 최소 30% 이상일 경우에만 피크 전력으로 방전을 수행할 수 있다. 그러나, 전력 제어부(120)의 피크 전력 제어 조건이 이에 제한되는 것은 아니며, SOC 외에도 전압, 온도, 용량, SOH 등 다양한 인자들이 제어 조건에 포함될 수 있다. 이와 같이, 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 배터리 팩(10)의 오프 그리드 상태에서 일정 시간 동안 피크 파워로 방전 전력을 제어함으로써, 오프 그리드 시 효과적으로 대응할 수 있고, 전력을 효율적으로 사용할 수 있다. 도 3은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 가로 축은 시간(초)을 나타내고, 세로 축은 배터리 팩(10)의 방전 전력(kW)을 나타낸다. 또한, 도 3에 도시한 각 그래프는 배터리 팩(10)의 최대 전력(current powe