Movatterモバイル変換


[0]ホーム

URL:


KR102598680B1 - Uninterruptible power supply using recycled lithium ion battery - Google Patents

Uninterruptible power supply using recycled lithium ion battery
Download PDF

Info

Publication number
KR102598680B1
KR102598680B1KR1020210033203AKR20210033203AKR102598680B1KR 102598680 B1KR102598680 B1KR 102598680B1KR 1020210033203 AKR1020210033203 AKR 1020210033203AKR 20210033203 AKR20210033203 AKR 20210033203AKR 102598680 B1KR102598680 B1KR 102598680B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion battery
lithium
reusable
charge
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020210033203A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220128727A (en
Inventor
김귀환
신희순
김대훈
이현우
예정희
박재홍
김광섭
신한수
Original Assignee
(주)포스코이앤씨
주식회사 피엠그로우
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)포스코이앤씨, 주식회사 피엠그로우filedCritical(주)포스코이앤씨
Priority to KR1020210033203ApriorityCriticalpatent/KR102598680B1/en
Publication of KR20220128727ApublicationCriticalpatent/KR20220128727A/en
Application grantedgrantedCritical
Publication of KR102598680B1publicationCriticalpatent/KR102598680B1/en
Activelegal-statusCriticalCurrent
Anticipated expirationlegal-statusCritical

Links

Classifications

Landscapes

Abstract

Translated fromKorean

재사용 리튬이온 배터리 모듈을 이용한 무정전 전원 공급 장치가 제공된다. 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 이용한 무정전 전원 공급 장치는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 배터리 팩과, 소스 전원 또는 배터리 팩으로부터 전원을 입력받아 부하에 제공하는 전력 변환 모듈과, 배터리 팩과 전력 변환 모듈 사이에 구비된 충방전 라인을 포함하며, 충방전 라인은 배터리 팩의 충전을 위해 전력 변환 모듈에 인가된 소스 전원을 배터리 팩에 제공하기 위한 충전 라인과, 배터리 팩의 방전을 위해 배터리 팩에 저장된 전원을 전력 변환 모듈에 제공하기 위한 방전 라인을 포함할 수 있다.An uninterruptible power supply using a reusable lithium-ion battery module is provided. An uninterruptible power supply using a reusable lithium-ion battery module includes a battery pack with a reusable lithium-ion battery module, a power conversion module that receives power from the source power or the battery pack and provides it to the load, and a battery pack and a power conversion module. It includes a charging and discharging line provided in between, where the charging and discharging line is a charging line for providing the battery pack with source power applied to the power conversion module for charging the battery pack, and a charging line stored in the battery pack for discharging the battery pack. It may include a discharge line for providing power to the power conversion module.

Description

Translated fromKorean
재사용 리튬이온 배터리 모듈을 이용한 무정전 전원 공급 장치{UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY USING RECYCLED LITHIUM ION BATTERY}Uninterruptible power supply using reusable lithium ion battery module {UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY USING RECYCLED LITHIUM ION BATTERY}

본 출원은, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 이용한 무정전 전원 공급 장치에 관한 것이다.This application relates to an uninterruptible power supply device using a reusable lithium-ion battery module.

무정전 전원 공급 장치(uninterruptible power supply, UPS)는 컴퓨터 시스템 등의 안전한 사용을 위해 전원을 안정적으로 공급해주는 장치로서, 갑작스러운 정전으로부터 시스템을 보호하기 위하여 사용되며, 이러한 무정전 전원 공급 장치에는 납축 배터리나, 니켈-카드뮴 배터리가 사용되는 것이 일반적이다.An uninterruptible power supply (UPS) is a device that stably supplies power for the safe use of computer systems, etc., and is used to protect the system from sudden power outages. This uninterruptible power supply device includes lead acid batteries or , Nickel-cadmium batteries are commonly used.

그러나 기존의 무정전 전원 공급 장치에 사용되는 납축 배터리나, 니켈-카드뮴 배터리는 충전 상태에 따른 과충전에는 견딜 수 있으나, 배터리 자체의 데이터 모니터링 기능을 제공하지 않아 실시간 잔여 용량 확인이 곤란하여 비상 상황 발생시 사용할 수 없는 문제가 있다.However, lead acid batteries and nickel-cadmium batteries used in existing uninterruptible power supplies can withstand overcharging depending on the charging state, but do not provide a data monitoring function of the battery itself, making it difficult to check remaining capacity in real time, making it difficult to use in emergency situations. There is a problem that cannot be solved.

또한, 기존의 무정전 전원 공급 장치는 설정된 전압보다 일정 수준 이하로 측정될 경우 납축전지의 전력이 방전되었다고 판단하여 설정된 일정 수준의 전압 이상이 될 때까지 지속 충전을 진행하게 되므로, 단순히 전기 자동차에 사용되는 리튬이온 배터리 모듈을 기존의 납축 배터리나, 니켈-카드뮴 배터리로 대체할 경우 과충전의 위험이 있어 이를 해소할 수 있는 전용 BMS(Battery Management System) 기술이 필요하다.In addition, the existing uninterruptible power supply device determines that the lead acid battery's power has been discharged when the voltage is measured below a certain level and continues charging until the voltage exceeds the set certain level, so it is simply used in electric vehicles. If the lithium-ion battery module is replaced with an existing lead-acid battery or nickel-cadmium battery, there is a risk of overcharging, so a dedicated BMS (Battery Management System) technology is needed to solve this problem.

한국공개특허 제10-2015-0032076호('무정전 전원장치용 배터리 충방전 장치 및 방법', 공개일: 2015년03월25일)Korean Patent Publication No. 10-2015-0032076 ('Battery charging and discharging device and method for uninterruptible power supply', published date: March 25, 2015)

본 출원은, 과충전의 위험을 해소할 수 있으며, 기존 납축 배터리나, 니켈-카드뮴 배터리의 폐기 과정에서 발생되는 카드뮴, 수은, 전해액, 알칼리 침출수 등에 의한 환경 오염을 방지할 수 있는 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 이용한 무정전 전원 공급 장치를 제공한다.This application is a reusable lithium-ion battery module that can eliminate the risk of overcharging and prevent environmental pollution by cadmium, mercury, electrolyte, and alkaline leachate generated during the disposal of existing lead acid batteries or nickel-cadmium batteries. Provides an uninterruptible power supply using .

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 소스 전원으로부터 입력된 전원을 부하에 제공하는 전력 변환 모듈에 연결되어 비상시 상기 부하에 전원을 공급하는 무정전 전원 공급 장치에 있어서, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩과 상기 전력 변환 모듈 사이에 구비된 충방전 라인;을 포함하며, 상기 충방전 라인은, 상기 배터리 팩의 충전을 위해, 상기 전력 변환 모듈에 인가된 소스 전원을 상기 배터리 팩에 제공하기 위한 충전 라인과, 상기 배터리 팩의 방전을 위해, 상기 배터리 팩에 저장된 전원을 상기 전력 변환 모듈에 제공하기 위한 방전 라인이 별개로 분리된, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, an uninterruptible power supply device that is connected to a power conversion module that provides power input from a source power source to a load and supplies power to the load in an emergency, includes a plurality of reusable lithium-ion battery modules. One battery pack; and a charge/discharge line provided between the battery pack and the power conversion module, wherein the charge/discharge line provides source power applied to the power conversion module to the battery pack for charging the battery pack. An uninterruptible power supply device equipped with a reusable lithium-ion battery module, which has a separate charging line for discharging the battery pack and a discharging line for providing power stored in the battery pack to the power conversion module. provided.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 충전 라인은, 충전용 스위치를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the charging line may include a charging switch.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 충전용 스위치는, 상기 배터리 팩의 충전 상태(State of Charge, SoC)가 기 설정된 과충전 상태 이상이면 턴오프될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the charging switch may be turned off when the state of charge (SoC) of the battery pack is greater than or equal to a preset overcharge state.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 전력 변환 모듈은, 상기 소스 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 전력 변환 모듈과, 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 부하에 제공하는 제2 전력 변환 모듈;을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the power conversion module includes a first power conversion module that converts the source power into direct current power, and a second power conversion module that converts the direct current power into alternating current power and provides it to the load. May include ;.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 충방전 라인은, 상기 제1 전력 변환 모듈과 상기 제2 전력 변환 모듈 사이의 연결부와 상기 배터리 팩 사이에 구비될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the charge/discharge line may be provided between the connection between the first power conversion module and the second power conversion module and the battery pack.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 배터리 팩은, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각에 구비되어, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 배터리 정보를 측정하고, 측정한 배터리 정보 - 상기 배터리 정보는, 적어도 각 셀의 셀 전압 및 전류를 포함함 - 를 전달하는 복수의 슬레이브 BMS(Battery Management System); 및 상기 복수의 슬레이브 BMS로부터 전달받은 상기 배터리 정보에 기초하여 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 연산하고, 연산된 충전 상태에 기초하여 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 마스터 BMS(Battery Management System);를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the battery pack is provided in each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules, measures battery information of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules, and measures battery information - the battery The information includes at least the cell voltage and current of each cell - a plurality of slave BMS (Battery Management System) delivering; And a master that calculates the state of charge (SOC) based on the battery information received from the plurality of slave BMSs and controls charging and discharging of the plurality of reusable lithium-ion battery modules based on the calculated state of charge. It may further include a BMS (Battery Management System).

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 마스터 BMS는, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각에 대하여, 상기 배터리 정보에 기초한 각 셀 전압의 표준 편차의 시간에 따른 증가율 및 셀 전압의 최대치와 최소치간의 편차가 기 설정된 편차를 초과하는 시간에 따른 발생 빈도수 중 적어도 하나에 기초하여 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 성능 이상을 판단할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the master BMS, for each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules, determines the increase rate over time of the standard deviation of each cell voltage based on the battery information and the maximum and minimum value of the cell voltage. Performance abnormalities of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules may be determined based on at least one of the frequency of occurrence over time in which the deviation exceeds a preset deviation.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 마스터 BMS는, 상기 각 셀 전압의 표준 편차의 시간에 따른 증가율이 기 설정된 증가율 이상인 경우 및 상기 시간에 따른 발생 빈도수가 기 설정된 발생 빈도수 이상인 경우 중 적어도 하나인 경우 해당 재사용 리튬이온 배터리 모듈은 이상으로 판정할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the master BMS is at least one of the case where the increase rate over time of the standard deviation of each cell voltage is more than a preset increase rate and the case where the frequency of occurrence over time is more than the preset frequency of occurrence. In this case, the reused lithium-ion battery module can be judged to be abnormal.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 각 셀 전압의 표준 편차는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈에 구비된 모든 셀에 대하여 구하거나, 또는 재사용 리튬이온 배터리 모듈에 구비된 모든 셀 중 최저 성능의 셀 전압 - 상기 최저 성능이란 충전시에는 최고치의 셀전압, 방전시는 최저치인 셀전압을 의미함 - 을 기준으로 소정의 퍼센트 이내의 셀 전압을 가지는 일부 셀에 대하여 구한 값일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the standard deviation of each cell voltage is obtained for all cells provided in a reusable lithium-ion battery module, or the lowest performance cell voltage among all cells provided in a reusable lithium-ion battery module. - The minimum performance refers to the highest cell voltage during charging and the lowest cell voltage during discharging. - It may be a value obtained for some cells with cell voltages within a certain percentage based on this.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 목표 충전 상태는 상이하며, 상기 마스터 BMS는, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC)가 대응하는 목표 충전 상태인 대기 상태에서는 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 정전압(CV) 모드로 충전하여 목표 전압을 유지함으로써, 자가 방전에 의한 전압 강하를 방지하며, 비상 상태에서는, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 정전류(CC) 모드로 방전시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the target state of charge of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules is different, and the master BMS has a target state of charge (SOC) of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules corresponding to the target state of charge. In the charging standby state, the plurality of reusable lithium ion battery modules are charged in constant voltage (CV) mode to maintain the target voltage, thereby preventing voltage drop due to self-discharge, and in the emergency state, the plurality of reusable lithium ion battery modules are charged in constant voltage (CV) mode. The module can be discharged in constant current (CC) mode.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 마스터 BMS는, SOC 상태 및 온도 모드에 따라 재사용 배터리 모듈의 충전을 제어하되, 상기 SOC 상태에서, 상기 마스터 BMS는 충전 상태(SOC)의 구간 별 기 설정된 충전 전류값 중 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC) 중 최소값이 속하는 구간의 기 설정된 충전 전류값에 따라 정전류(CC) 모드로 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 충전하되, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각이 대응하는 목표 충전 상태에 도달하면 상기 대기 모드로 전환하며, 상기 온도 모드에서는, 상기 마스터 BMS는 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 중 어느 하나의 온도가 기 설정된 상한 온도 이상이거나 또는 기 설정된 하한 온도 미만이면 기 설정된 상기 충전 전류값을 감소시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the master BMS controls charging of the reusable battery module according to the SOC state and temperature mode, and in the SOC state, the master BMS performs preset charging for each section of the state of charge (SOC). Charge the plurality of reusable lithium ion battery modules in constant current (CC) mode according to the preset charging current value of the section in which the minimum value among the state of charge (SOC) of each of the plurality of reusable lithium ion battery modules among the current values belongs, Switches to the standby mode when each of the reusable lithium-ion battery modules reaches the corresponding target state of charge, and in the temperature mode, the master BMS is configured to set the temperature of any one of the plurality of reusable lithium-ion battery modules to a preset upper limit. If the temperature is above or below the preset lower limit temperature, the preset charging current value may be reduced.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 마스터 BMS는, SOC 상태 및 온도 모드에 따라 재사용 배터리 모듈의 방전을 제어하되, 상기 SOC 상태에서, 상기 마스터 BMS는 충전 상태(SOC)의 구간 별 기 설정된 충전 전류값 중 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC) 중 최대값이 속하는 구간의 기 설정된 충전 전류값에 따라 정전류(CC) 모드로 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 방전시키며, 상기 온도 모드에서는, 상기 마스터 BMS는 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 중 어느 하나의 온도가 기 설정된 상한 온도 이상이거나 또는 기 설정된 하한 온도 미만이면 기 설정된 상기 충전 전류값을 감소시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the master BMS controls discharge of the reusable battery module according to the SOC state and temperature mode, and in the SOC state, the master BMS performs preset charging for each section of the state of charge (SOC). Discharging the plurality of reusable lithium ion battery modules in constant current (CC) mode according to a preset charging current value in the section in which the maximum value among the state of charge (SOC) of each of the plurality of reusable lithium ion battery modules among the current values belongs, In the temperature mode, the master BMS may reduce the preset charging current value when the temperature of any one of the plurality of reusable lithium-ion battery modules is higher than a preset upper limit temperature or less than a preset lower limit temperature.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 배터리 팩과 전력 변환 모듈 사이에 구비된 충방전 라인을 배터리 팩의 충전을 위한 충전 라인과, 배터리 팩의 방전을 위한 방전 라인으로 별개로 구성함으로써, 과충전의 위험을 해소할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the charging and discharging line provided between the battery pack and the power conversion module is separately configured as a charging line for charging the battery pack and a discharging line for discharging the battery pack, thereby reducing the risk of overcharging. can be resolved.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 하드웨어적인 방법 외에 소프트웨어적인 충방전 알고리즘을 통해 과충전의 위험을 해소할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the risk of overcharging can be resolved through a software charging/discharging algorithm in addition to the hardware method described above.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 배터리 모듈은 기존의 납축 배터리를 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차에서 이미 사용된 리튬이온 배터리모듈로 대체하여 사용함으로써 기존 납축 배터리의 폐기 과정에서 발생되는 카드뮴, 수은, 전해액, 알칼리 침출수 등에 의한 환경 오염을 방지할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the above-described battery module replaces the existing lead-acid battery with a lithium-ion battery module already used in an electric vehicle or hybrid electric vehicle, thereby reducing the cadmium generated during the disposal of the existing lead-acid battery. , can prevent environmental pollution caused by mercury, electrolyte, alkaline leachate, etc.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무정전 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마스터 BMS의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬레이브 BMS의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 표준 편차에 기초하여 성능 이상의 판정을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a configuration diagram of an uninterruptible power supply device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram of a master BMS according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a block diagram of a slave BMS according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating determination of performance abnormality based on standard deviation according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 더욱 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation, and elements indicated by the same symbol in the drawings are the same element.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무정전 전원 공급 장치의 구성도이다. 한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마스터 BMS의 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬레이브 BMS의 블록도이다. 마지막으로, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 표준 편차에 기초하여 성능 이상의 판정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a configuration diagram of an uninterruptible power supply device according to an embodiment of the present invention. Meanwhile, FIG. 2 is a block diagram of a master BMS according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a slave BMS according to an embodiment of the present invention. Lastly, Figure 4 is a diagram for explaining determination of performance abnormality based on standard deviation according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무정전 전원 공급 장치(100)는 전력 변환 모듈(120)에 연결된 배터리 팩(110)을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the uninterruptible power supply device 100 according to an embodiment of the present invention may be configured to include a battery pack 110 connected to the power conversion module 120.

도 1을 참조하면, 전력 변환 모듈(120)은 소스 전원 또는 후술하는 배터리 팩(110)으로부터 전원을 입력받아 부하에 제공하는 모듈로, 소스 전원(AC)을 직류 전원(DC)으로 변환하는 제1 전력 변환 모듈(121)과, 직류 전원(DC)을 교류 전원(AC)으로 변환하여 부하에 제공하는 제2 전력 변환 모듈(122)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the power conversion module 120 is a module that receives power from a source power source or a battery pack 110 to be described later and provides it to the load, and is a module that converts source power (AC) into direct current power (DC). It may be configured to include one power conversion module 121 and a second power conversion module 122 that converts direct current power (DC) into alternating current power (AC) and provides it to the load.

여기서, 소스 전원은 계통 전원일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 태양광이나 풍력 등을 이용하여 얻은 전원을 포함할 수 있음은 물론이다.Here, the source power may be grid power, but is not necessarily limited thereto, and may of course include power obtained using solar energy or wind power.

한편, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 배터리 팩(110)과 전력 변환 모듈(120) 사이에는 충방전 라인(L1, L2)이 구비될 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, charging and discharging lines L1 and L2 may be provided between the battery pack 110 and the power conversion module 120.

구체적으로, 충방전 라인(L1, L2)은 제1 전력 변환 모듈(121)과 제2 전력 변환 모듈(122) 사이의 연결부와 배터리 팩(110) 사이에 구비되며, 배터리 팩(110)의 충전을 위해 전력 변환 모듈(120)에 인가된 소스 전원을 배터리 팩(110)에 제공하기 위한 충전 라인(L1)과, 배터리 팩(110)의 방전을 위해 배터리 팩(110)에 저장된 전원을 전력 변환 모듈(120)에 제공하기 위한 방전 라인(L2)을 포함할 수 있다. 특히, 충방전 라인(L1, L2)은 후술하는 충방전 제어 모듈(212)을 통해 배터리 팩(110)에 연결될 수 있다.Specifically, the charge/discharge lines (L1, L2) are provided between the connection between the first power conversion module 121 and the second power conversion module 122 and the battery pack 110, and charge the battery pack 110. For this purpose, the charging line L1 is used to provide the source power applied to the power conversion module 120 to the battery pack 110, and the power stored in the battery pack 110 is converted to power for discharging the battery pack 110. It may include a discharge line (L2) for providing to the module 120. In particular, the charge/discharge lines (L1, L2) may be connected to the battery pack 110 through the charge/discharge control module 212, which will be described later.

상술한 충전 라인(L1)과 방전 라인(L2)은, 별개의 라인으로 분리될 수 있으며, 충전 라인(L1)은 충전 신호(CS1)에 의해 개폐되는 충전용 스위치(SW1)를 포함하며, 방전 라인(L2)은, 방전 신호(CS2)에 의해 개폐되는 방전용 스위치(SW2)를 포함할 수 있다.The above-described charging line (L1) and discharging line (L2) can be separated into separate lines, and the charging line (L1) includes a charging switch (SW1) that is opened and closed by the charging signal (CS1), and the discharging line (L1) can be separated into separate lines. The line L2 may include a discharge switch SW2 that is opened and closed by the discharge signal CS2.

한편, 배터리 팩(110)은 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)과, 복수의 슬레이브 BMS(Slave Battery Management System, SBMS)(111a 내지 116a)와, 마스터 BMS(Master Battery Management System, MBMS)(117)을 포함하여 구성될 수 있다.Meanwhile, the battery pack 110 includes a plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116, a plurality of slave BMS (Slave Battery Management System, SBMS) 111a to 116a, and a master BMS (Master Battery Management System, MBMS). ) can be configured to include (117).

구체적으로, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)은 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차에서 적어도 1회 사용된 이력이 있는 재사용 배터리일 수 있다.Specifically, the plurality of reusable lithium ion battery modules 111 to 116 may be reusable batteries that have been used at least once in an electric vehicle or hybrid electric vehicle.

즉, 본 발명에서는 리튬이온 배터리의 전체 수명의 20% 내지 30%를 전기 자동차 등에서 사용하고, 이후 남은 수명을 무정전 전원 공급 장치에서 재사용함으로써 배터리 전체 수명의 활용이 가능하며, 기존 납축 배터리나, 니켈-카드뮴 배터리의 폐기 과정에서 발생되는 카드뮴, 수은, 전해액, 알칼리 침출수 등에 의한 환경 오염을 방지할 수 있다.That is, in the present invention, 20% to 30% of the total lifespan of a lithium-ion battery is used in electric vehicles, etc., and the remaining lifespan is then reused in an uninterruptible power supply, making it possible to utilize the entire lifespan of the battery, and using existing lead-acid batteries or nickel batteries. -Environmental pollution caused by cadmium, mercury, electrolyte, and alkaline leachate generated during the disposal of cadmium batteries can be prevented.

한편, 복수의 슬레이브 BMS(111a 내지 116a)은 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각에 구비되어, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 배터리 정보를 측정하고, 측정한 배터리 정보를 마스터 BMS(117)로 전달할 수 있다. 여기서, 배터리 정보는, 예를 들면 배터리에 포함된 각 셀의 전압, 전류, 온도 등일 수 있다.Meanwhile, a plurality of slave BMSs 111a to 116a are provided in each of the plurality of reusable lithium ion battery modules 111 to 116, and measure battery information of each of the plurality of reusable lithium ion battery modules 111 to 116. One battery information can be transmitted to the master BMS (117). Here, the battery information may be, for example, the voltage, current, temperature, etc. of each cell included in the battery.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬레이브 BMS(111a)의 블록도로, 센서 모듈(311), 밸런싱 모듈(312) 및 통신 모듈(313)을 포함하여 구성될 수 있다.Figure 3 is a block diagram of a slave BMS (111a) according to an embodiment of the present invention, and may be configured to include a sensor module 311, a balancing module 312, and a communication module 313.

도 3에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(311)은 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111)의 배터리 정보, 예를 들면 각 셀의 전압, 전류, 온도 등을 측정하는 센서이다. 이러한 센서 모듈(311)에서 측정된 배터리 정보는 통신 모듈(313)을 통해 상술한 마스터 BMS(117)로 전달될 수 있다.As shown in FIG. 3, the sensor module 311 is a sensor that measures battery information of the reusable lithium-ion battery module 111, such as voltage, current, and temperature of each cell. The battery information measured by the sensor module 311 may be transmitted to the master BMS 117 described above through the communication module 313.

한편, 밸런싱 모듈(312)은 마스터 BMS(117)의 제어 신호에 따라 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 내의 각 셀들에 대한 패시브 셀 밸런싱(passive celll balancing) 기능을 수행할 수도 있다.Meanwhile, the balancing module 312 may perform a passive cell balancing function for each cell in the lithium-ion battery modules 111 to 116 according to a control signal from the master BMS 117.

마지막으로, 통신 모듈(313)은 마스터 BMS(117)와 통신을 위한 모듈로, 링(ring) 통신, CAN(Control Area Network) 통신, 시리얼 통신, 이더넷 통신 등 다양한 통신 방식이 사용될 수 있다.Lastly, the communication module 313 is a module for communication with the master BMS 117, and various communication methods such as ring communication, CAN (Control Area Network) communication, serial communication, and Ethernet communication can be used.

비록, 도 3에서는 발명의 간명화를 위해 하나의 슬레이브 BMS(111a)의 내부 블록을 도시하고 있으나, 이러한 구성은 다른 슬레이브 BMS(112a 내지 116a)에도 동일하게 적용될 수 있다.Although FIG. 3 shows the internal blocks of one slave BMS (111a) for the sake of simplification of the invention, this configuration can be equally applied to other slave BMSs (112a to 116a).

한편, 마스터 BMS(117)는 방전용 스위치(SW2)를 상시 턴온 상태로 제어할 수 있으며, 충전 신호(CS1)에 따라 충전용 스위치(SW1)를 턴온시키되, 충전중인 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈의 충전 상태(SOC)가 기 설정된 과충전 상태 이상이면 과충전을 방지하기 위해 충전용 스위치(SW1)를 턴오프시킬 수 있다('하드웨어적 방법'이라 함).Meanwhile, the master BMS 117 can control the discharging switch (SW2) to be always turned on, and turn on the charging switch (SW1) according to the charging signal (CS1), while multiple reusable lithium-ion battery modules being charged If the state of charge (SOC) is higher than the preset overcharge state, the charging switch (SW1) can be turned off to prevent overcharge (referred to as a 'hardware method').

본 발명에서 사용되는 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)은 적어도 1회 이상 사용된 재사용 배터리이므로 최대 충전시 충전 상태(SOC)가 각각 다를 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)별로 대응하는 목표 충전 상태 및 과충전 상태가 다르게 설정될 수 있으며, 이는 후술하는 메모리(214)에 미리 저장될 수 있다.Since the plurality of reusable lithium ion battery modules 111 to 116 used in the present invention are reusable batteries that have been used at least once, their state of charge (SOC) at maximum charge may be different. Therefore, according to one embodiment of the present invention, the corresponding target charge state and overcharge state may be set differently for each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116, and this may be stored in advance in the memory 214, which will be described later. there is.

한편, 과충전 상태는 후술하는 목표 충전 상태보다는 높은 것, 예를 들면 목표 충전 상태보다 10% 정도 높은 값일 수 있다. 상술한 구체적인 수치는 발명의 이해를 돕기 위한 것에 불과하며, 이러한 구체적인 수치에 한정되는 것은 아님에 유의하여야 한다.Meanwhile, the overcharge state may be higher than the target charge state described later, for example, about 10% higher than the target charge state. It should be noted that the above-mentioned specific numbers are only for aiding understanding of the invention, and are not limited to these specific numbers.

즉, 마스터 BMS(117)는 방전용 스위치(SW2)의 제어를 통해 무정전 전원 공급 장치(110)는 언제라도 방전 가능한 상태로 유지하여 비상시 부하에 전원을 공급할 수 있으며, 상술한 바와 같은 충전용 스위치(SW1)의 제어를 통해 하드웨어적인 방법으로 배터리 팩(110)의 과충전을 방지할 수 있다.That is, the master BMS 117 maintains the uninterruptible power supply 110 in a dischargeable state at any time through control of the discharging switch (SW2) to supply power to the load in an emergency, and the charging switch as described above. Overcharging of the battery pack 110 can be prevented using a hardware method through control of (SW1).

또한, 마스터 BMS(117)는 복수의 슬레이브 BMS(111a 내지 116a)로부터 전달받은 배터리 정보에 기초하여 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 연산하고, 연산된 충전 상태에 기초하여 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)의 충방전을 제어할 수 있다('소프트웨어적인 방법'이라 함).In addition, the master BMS 117 calculates a state of charge (SOC) based on battery information received from a plurality of slave BMSs 111a to 116a, and generates a plurality of reused lithium ions based on the calculated state of charge. Charging and discharging of the battery modules 111 to 116 can be controlled (referred to as a 'software method').

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마스터 BMS의 블록도로, SOC 연산 모듈(211), 충방전 제어 모듈(212), 스위치 제어 모듈(213), 메모리(214), UI(User Interface) 모듈, 통신 모듈(216)을 포함하여 구성될 수 있다.Figure 2 is a block diagram of a master BMS according to an embodiment of the present invention, SOC operation module 211, charge/discharge control module 212, switch control module 213, memory 214, and UI (User Interface) module. , may be configured to include a communication module 216.

도 2에 도시된 바와 같이, SOC 연산 모듈(211)은 복수의 슬레이브 BMS(111a 내지 116a)로부터 전달받은 배터리 정보에 기초하여 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 연산할 수 있다. 연산된 충전 상태(SOC)는 충방전 제어 모듈(212) 및 스위치 제어 모듈(213)으로 전달될 수 있다.As shown in FIG. 2, the SOC calculation module 211 calculates the state of charge of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 based on the battery information received from the plurality of slave BMSs 111a to 116a. Of Charge, SOC) can be calculated. The calculated state of charge (SOC) may be transmitted to the charge/discharge control module 212 and the switch control module 213.

충방전 제어 모듈(212)은 연산된 충전 상태(SOC)에 기초하여 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)을 충방전시킬 수 있다. 상술한 충방전 제어 모듈(212)은 상술한 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)을 충전하기 위한 하드웨어를 포함하는 개념일 수 있다.The charge/discharge control module 212 may charge/discharge the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 based on the calculated state of charge (SOC). The above-described charge/discharge control module 212 may be a concept that includes hardware for charging the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 described above.

구체적으로, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 목표 충전 상태는 상이할 수 있으며, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 충전 상태(SOC)가 대응하는 목표 충전 상태인 대기 상태에서 충방전 제어 모듈(212)은 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 정전압(CV) 모드로 충전하여 목표 전압을 유지함으로써, 자가 방전에 의한 전압 강하를 방지할 수 있다. 그리고, 비상 상태에서 충방전 제어 모듈(212)은 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)을 정전류(CC) 모드로 방전시킬 수 있다.Specifically, the target state of charge of each of the plurality of reusable lithium ion battery modules 111 to 116 may be different, and the state of charge (SOC) of each of the plurality of reusable lithium ion battery modules 111 to 116 may have a corresponding target state of charge. In the standby state, the charge/discharge control module 212 charges a plurality of reusable lithium-ion battery modules in constant voltage (CV) mode to maintain the target voltage, thereby preventing a voltage drop due to self-discharge. And, in an emergency state, the charge/discharge control module 212 may discharge a plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 in constant current (CC) mode.

또한, 충방전 제어 모듈(212)은 SOC 상태 및 온도 모드에 따라 재사용 배터리 모듈(111 내지 116)의 충전을 제어할 수 있다.Additionally, the charge/discharge control module 212 may control charging of the reusable battery modules 111 to 116 according to SOC status and temperature mode.

구체적으로, SOC 상태에서는, 충방전 제어 모듈(212)은 충전 상태(SOC)의 구간 별 기 설정된 충전 전류값 중 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 충전 상태(SOC) 중 최소값이 속하는 구간의 기 설정된 충전 전류값에 따라 정전류(CC) 모드로 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)을 충전하되, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각이 대응하는 목표 충전 상태에 도달하면 전술한 대기 모드로 전환할 수 있다.Specifically, in the SOC state, the charge/discharge control module 212 sets the minimum value among the state of charge (SOC) of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 among the preset charging current values for each section of the state of charge (SOC). The plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 are charged in constant current (CC) mode according to the preset charging current value of this section, and when each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules reaches the corresponding target charging state. You can switch to the aforementioned standby mode.

한편, 온도 상태에서, 충방전 제어 모듈(212)은 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 중 어느 하나의 온도가 기 설정된 상한 온도 이상이거나 또는 기 설정된 하한 온도 미만이면 전술한 기 설정된 충전 전류값을 감소시킬 수 있다. 온도 상태에 따른 충전 제어는 온도가 지나치게 높거나 낮은 경우의 배터리의 수명 저하를 방지하기 위한 것이다.Meanwhile, in the temperature state, the charge/discharge control module 212 performs the above-mentioned preset charge when the temperature of any one of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 is higher than the preset upper limit temperature or less than the preset lower limit temperature. The current value can be reduced. Charging control according to temperature status is intended to prevent battery life from being reduced when the temperature is too high or too low.

또한, 충방전 제어 모듈(212)은 SOC 상태 및 온도 상태에 따라 재사용 배터리 모듈의 방전을 제어할 수 있다.Additionally, the charge/discharge control module 212 may control discharge of the reusable battery module according to the SOC state and temperature state.

구체적으로, SOC 상태에서, 충방전 제어 모듈(212)은 충전 상태(SOC)의 구간 별 기 설정된 충전 전류값 중 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 충전 상태(SOC) 중 최대값이 속하는 구간의 기 설정된 충전 전류값에 따라 정전류(CC) 모드로 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116)을 방전시킬 수 있다.Specifically, in the SOC state, the charge/discharge control module 212 sets the maximum charge current value among the charge states (SOC) of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 among the preset charging current values for each section of the charge state (SOC). A plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 may be discharged in constant current (CC) mode according to the preset charging current value of the section to which the value belongs.

한편, 온도 상태에서는, 충방전 제어 모듈(212)은 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 중 어느 하나의 온도가 기 설정된 상한 온도 이상이거나 또는 기 설정된 하한 온도 미만이면 기 설정된 충전 전류값을 감소시킬 수 있다. 온도 상태에 따른 방전 제어는 온도가 지나치게 높거나 낮은 경우의 배터리의 수명 저하를 방지하기 위한 것이다.Meanwhile, in the temperature state, the charge/discharge control module 212 sets the preset charging current value when the temperature of any one of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 is higher than the preset upper limit temperature or less than the preset lower limit temperature. can be reduced. Discharge control according to temperature conditions is intended to prevent battery life from being reduced when the temperature is too high or too low.

상술한 소프트웨어적인 충방전 제어는 하기 표 1에 정리하여 도시하였다.The software charge/discharge control described above is summarized and shown in Table 1 below.

충방전 제어 모듈(212)은 사울한 소프트웨어적인 충방전 제어 외에도 하기와 같은 방식으로 배터리의 성능 이상을 더 판단할 수 있다.In addition to simple software charge/discharge control, the charge/discharge control module 212 can further determine battery performance abnormalities in the following manner.

즉, 충방전 제어 모듈(212)은 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각에 대하여, 배터리 정보에 기초한 각 셀 전압의 표준 편차의 시간에 따른 증가율 및 셀 전압의 최대치와 최소치간의 편차가 기 설정된 편차를 초과하는 시간에 따른 발생 빈도수 중 적어도 하나에 기초하여 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 성능 이상을 판단할 수 있다. 여기서, 기 설정된 편차는 당업자의 필요에 따라 적절히 설정될 수 있는바, 여기서는 구체적인 수치로 한정하지는 않음에 유의하여야 한다.That is, the charge/discharge control module 212 controls, for each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116, the increase rate over time of the standard deviation of each cell voltage based on battery information and the deviation between the maximum and minimum values of the cell voltage. Performance abnormalities of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116 may be determined based on at least one of the frequency of occurrence over time that exceeds the preset deviation. Here, the preset deviation can be appropriately set according to the needs of those skilled in the art, and it should be noted that it is not limited to specific values here.

구체적으로, 충방전 제어 모듈(212)은 각 셀 전압의 표준 편차의 시간에 따른 증가율이 기 설정된 증가율 이상인 경우 및 시간에 따른 발생 빈도수가 기 설정된 발생 빈도수 이상인 경우 중 적어도 하나인 경우 해당 재사용 리튬이온 배터리 모듈은 이상으로 판정할 수 있다. 판정 결과는 별도의 외부 배터리 관리 서버(도시하지 않음)로 전송되어 교체될 수 있다. 여기서, 기 설정된 증가율 및 기 설정된 발생 빈도수는 당업자의 필요에 따라 적절히 설정될 수 있는바, 여기서는 구체적인 수치로 한정하지는 않음에 유의하여야 한다.Specifically, the charge/discharge control module 212 selects the reused lithium ions if at least one of the following occurs: the increase rate over time of the standard deviation of each cell voltage is greater than a preset increase rate and the occurrence frequency over time is greater than the preset occurrence frequency. The battery module can be judged to be abnormal. The determination result may be transmitted to a separate external battery management server (not shown) and replaced. Here, it should be noted that the preset increase rate and the preset occurrence frequency can be appropriately set according to the needs of those skilled in the art, and are not limited to specific values here.

이때, 각 셀 전압의 표준 편차는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈에 구비된 모든 셀에 대하여 구하거나, 또는 재사용 리튬이온 배터리 모듈에 구비된 모든 셀 중 최저 성능의 셀 전압(상기 최저 성능이란 충전시에는 최고치의 셀전압, 방전시는 최저치인 셀전압을 의미함)을 기준으로 소정의 퍼센트 이내의 셀 전압을 가지는 일부 셀에 대하여 구한 값일 수 있다. 후자의 경우, 즉 재사용 리튬이온 배터리 모듈에 구비된 모든 셀 중 최저 성능의 셀 전압(상기 최저 성능이란 충전시에는 최고치의 셀전압, 방전시는 최저치인 셀전압을 의미함)을 기준으로 소정의 퍼센트 이내의 셀 전압을 가지는 일부 셀에 대하여 표준 편차를 구하는 이유는 연산량을 줄이기 위함이다. 여기서, 소정의 퍼센트는 당업자의 필요에 따라 적절히 설정될 수 있는바, 여기서는 구체적인 수치로 한정하지는 않음에 유의하여야 한다.At this time, the standard deviation of each cell voltage is obtained for all cells provided in the reused lithium-ion battery module, or the cell voltage with the lowest performance among all cells provided in the reused lithium-ion battery module (the lowest performance refers to the cell voltage when charging). It may be a value obtained for some cells with cell voltages within a certain percentage based on the highest cell voltage (meaning the lowest cell voltage during discharge). In the latter case, that is, a predetermined value is determined based on the lowest performance cell voltage among all cells provided in the reusable lithium-ion battery module (the lowest performance refers to the highest cell voltage during charging and the lowest cell voltage during discharging). The reason for calculating the standard deviation for some cells with cell voltages within a percent is to reduce the amount of computation. Here, the predetermined percentage can be appropriately set according to the needs of those skilled in the art, and it should be noted that it is not limited to a specific value here.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 표준 편차에 기초하여 성능 이상의 판정을 설명하기 위한 도면으로, 충전 상태(SOC)의 구간별(SOC_Range 1, SOC_Range 2, SOC_Range 3)로 시간에 따른 표준 편차의 증가율을 도시하고 있다. 도 4에서 X축은 시간을, Y축 좌측은 구한 표준 편차를, Y축 우측은 런-타임(run-time)일 수 있다. 런-타임은 전력 공급이 중단되었을 때(비상시) 무정전 전원 공급 장치(UPS)가 부하에 전력을 공급할 수 있는 시간을 의미한다.Figure 4 is a diagram for explaining the determination of performance abnormality based on standard deviation according to an embodiment of the present invention, and shows the standard deviation over time for each section (SOC_Range 1, SOC_Range 2, SOC_Range 3) of the state of charge (SOC). It shows the rate of increase. In FIG. 4, the X-axis may represent time, the left side of the Y-axis may represent the obtained standard deviation, and the right side of the Y-axis may represent run-time. Run-time refers to the time an uninterruptible power supply (UPS) can supply power to the load when the power supply is interrupted (in case of an emergency).

도 4에서 도시된 바와 같이, 특정 시점(401)에서 표준 편차의 증가율이 기 설정된 증가율 이상인 경우 해당 재사용 리튬이온 배터리 모듈은 성능 이상으로 판정될 수 있다.As shown in FIG. 4, if the standard deviation increase rate at a specific point in time 401 is greater than a preset increase rate, the reused lithium ion battery module may be determined to have abnormal performance.

한편, 스위치 제어 모듈(213)은 방전용 스위치(SW2)를 상시 턴온 상태로 제어하며, 충전 신호(CS1)에 따라 충전용 스위치(SW1)를 턴온시키되, 충전중인 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 중 어느 하나의 충전 상태(SOC)가 과충전 상태 이상이면 과충전을 방지하기 위해 충전용 스위치(SW1)를 턴오프시킬 수 있다.Meanwhile, the switch control module 213 controls the discharging switch (SW2) to be always turned on, and turns on the charging switch (SW1) according to the charging signal (CS1), and a plurality of reusable lithium-ion battery modules ( If the state of charge (SOC) of any one of 111 to 116) is greater than or equal to the overcharge state, the charging switch (SW1) may be turned off to prevent overcharge.

한편, 메모리(214)는 상술한 배터리 정보, 복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈(111 내지 116) 각각의 목표 충전 상태, 과충전 상태 등을 저장할 수 있다.Meanwhile, the memory 214 may store the above-described battery information, target charge state, overcharge state, etc. of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules 111 to 116.

UI(User Interface) 모듈(215)은 상술한 배터리 정보, 목표 충전 상태, 충전 상태 등을 사용자에게 제공하기 위한 인터페이스 모듈로, 디버그 용으로도 사용될 수 있다.The UI (User Interface) module 215 is an interface module for providing the above-described battery information, target charging state, charging status, etc. to the user, and can also be used for debugging.

마지막으로, 통신 모듈(216)은 복수의 슬레이브 BMS(111a 내지 116a)와 통신을 위한 모듈로, 링(ring) 통신, CAN(Control Area Network) 통신, 시리얼 통신, 이더넷 통신 등 다양한 통신 방식이 사용될 수 있다.Lastly, the communication module 216 is a module for communication with a plurality of slave BMSs 111a to 116a, and various communication methods such as ring communication, CAN (Control Area Network) communication, serial communication, and Ethernet communication can be used. You can.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 배터리 팩과 전력 변환 모듈 사이에 구비된 충방전 라인을 배터리 팩의 충전을 위한 충전 라인과, 배터리 팩의 방전을 위한 방전 라인으로 별개로 구성함으로써, 과충전의 위험을 해소할 수 있다.As described above, according to one embodiment of the present invention, the charge/discharge line provided between the battery pack and the power conversion module is separately composed of a charge line for charging the battery pack and a discharge line for discharging the battery pack. By doing so, the risk of overcharging can be eliminated.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 하드웨어적인 방법 외에 소프트웨어적인 충방전 알고리즘을 통해 과충전의 위험을 해소할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the risk of overcharging can be resolved through a software charging/discharging algorithm in addition to the hardware method described above.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상술한 배터리 팩은 기존의 납축 배터리나 니켈-카드뮴 배터리를 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차에서 이미 사용된 리튬이온 배터리 모듈로 대체하여 사용함으로써 기존 납축 배터리나 니켈-카드뮴 배터리의 폐기 과정에서 발생되는 카드뮴, 수은, 전해액, 알칼리 침출수 등에 의한 환경 오염을 방지할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the above-described battery pack replaces the existing lead-acid battery or nickel-cadmium battery with a lithium-ion battery module already used in an electric vehicle or hybrid electric vehicle, thereby replacing the existing lead-acid battery or nickel-cadmium battery with a lithium-ion battery module already used in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. -Environmental pollution caused by cadmium, mercury, electrolyte, and alkaline leachate generated during the disposal of cadmium batteries can be prevented.

본 출원은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present application is not limited by the above-described embodiments and attached drawings. It is intended to limit the scope of rights by the attached claims, and it is understood by those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and change can be made without departing from the technical spirit of the present application as described in the claims. It will be self-explanatory.

100: 무정전 전원 공급 장치
110: 배터리 팩
111 내지 116: 재사용 리튬이온 배터리 모듈
111a 내지 116a: 슬레이브 BMS
117: 마스터 BMS
120: 전력 변환 모듈
121: 제1 전력 변환 모듈
122: 제2 전력 변환 모듈
211: SOC 연산 모듈
212: 충방전 제어 모듈
213: 스위치 제어 모듈
214: 메모리
215: UI 모듈
216: 통신 모듈
311: 센서 모듈
312: 밸런싱 모듈
313: 통신 모듈
L1, L2: 충방전 라인
SW1: 충전용 스위치
SW2: 방전용 스위치
100: Uninterruptible power supply
110: battery pack
111 to 116: Reusable lithium-ion battery module
111a to 116a: slave BMS
117: Master BMS
120: Power conversion module
121: first power conversion module
122: second power conversion module
211: SOC operation module
212: Charge/discharge control module
213: switch control module
214: memory
215: UI module
216: communication module
311: sensor module
312: balancing module
313: communication module
L1, L2: Charge/discharge line
SW1: Switch for charging
SW2: Discharge switch

Claims (12)

Translated fromKorean
소스 전원으로부터 입력된 전원을 부하에 제공하는 전력 변환 모듈에 연결되어 비상시 상기 부하에 전원을 공급하는 무정전 전원 공급 장치에 있어서,
복수의 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 배터리 팩; 및
상기 배터리 팩과 상기 전력 변환 모듈 사이에 구비된 충방전 라인;을 포함하며,
상기 충방전 라인은,
상기 배터리 팩의 충전을 위해, 상기 전력 변환 모듈에 인가된 소스 전원을 상기 배터리 팩에 제공하기 위한 충전 라인과, 상기 배터리 팩의 방전을 위해, 상기 배터리 팩에 저장된 전원을 상기 전력 변환 모듈에 제공하기 위한 방전 라인이 별개로 분리되며,
상기 배터리 팩은,
복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각에 구비되어, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 배터리 정보를 측정하고, 측정한 배터리 정보 - 상기 배터리 정보는, 적어도 각 셀의 셀 전압 및 전류를 포함함 - 를 전달하는 복수의 슬레이브 BMS(Battery Management System); 및 상기 복수의 슬레이브 BMS로부터 전달받은 상기 배터리 정보에 기초하여 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 연산하고, 연산된 충전 상태에 기초하여 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈의 충방전을 제어하는 마스터 BMS(Battery Management System)를 포함하고,
상기 마스터 BMS는,
복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각에 대하여, 상기 배터리 정보에 기초한 각 셀 전압의 표준 편차의 시간에 따른 증가율 및 셀 전압의 최대치와 최소치간의 편차가 기 설정된 편차를 초과하는 시간에 따른 발생 빈도수 중 적어도 하나에 기초하여 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 성능 이상을 판단하는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
In the uninterruptible power supply device that is connected to a power conversion module that provides power input from a source power source to a load and supplies power to the load in an emergency,
A battery pack comprising a plurality of reusable lithium-ion battery modules; and
It includes a charge/discharge line provided between the battery pack and the power conversion module,
The charge/discharge line is,
A charging line for providing source power applied to the power conversion module to the battery pack for charging the battery pack, and providing power stored in the battery pack to the power conversion module for discharging the battery pack. The discharge line for
The battery pack is,
It is provided in each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules, and measures battery information of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules, and the measured battery information - the battery information includes at least the cell voltage and current of each cell. - A plurality of slave BMS (Battery Management System) delivering; And a master that calculates the state of charge (SOC) based on the battery information received from the plurality of slave BMSs and controls charging and discharging of the plurality of reusable lithium-ion battery modules based on the calculated state of charge. Includes BMS (Battery Management System),
The master BMS is,
For each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules, the rate of increase over time of the standard deviation of each cell voltage based on the battery information and the frequency of occurrence over time where the deviation between the maximum and minimum values of the cell voltage exceeds a preset deviation are: An uninterruptible power supply device equipped with a reusable lithium-ion battery module, which determines a performance abnormality of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules based on at least one.
제1항에 있어서,
상기 충전 라인은, 충전용 스위치를 포함하는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to paragraph 1,
The charging line is an uninterruptible power supply device equipped with a reusable lithium-ion battery module, including a switch for charging.
제2항에 있어서,
상기 충전용 스위치는,
상기 배터리 팩의 충전 상태(State of Charge, SoC)가 기 설정된 과충전 상태 이상이면 턴오프되는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to paragraph 2,
The charging switch is,
An uninterruptible power supply device with a reusable lithium-ion battery module that is turned off when the state of charge (SoC) of the battery pack is above a preset overcharge state.
제1항에 있어서,
상기 전력 변환 모듈은,
상기 소스 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 전력 변환 모듈과,
상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 부하에 제공하는 제2 전력 변환 모듈;
을 포함하는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to paragraph 1,
The power conversion module is,
A first power conversion module that converts the source power into direct current power,
a second power conversion module that converts the direct current power into alternating current power and provides it to the load;
An uninterruptible power supply device including a reusable lithium-ion battery module.
제4항에 있어서,
상기 충방전 라인은,
상기 제1 전력 변환 모듈과 상기 제2 전력 변환 모듈 사이의 연결부와 상기 배터리 팩 사이에 구비되는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to paragraph 4,
The charge/discharge line is,
An uninterruptible power supply device including a reusable lithium-ion battery module, provided between the connection between the first power conversion module and the second power conversion module and the battery pack.
삭제delete삭제delete제1항에 있어서,
상기 마스터 BMS는,
상기 각 셀 전압의 표준 편차의 시간에 따른 증가율이 기 설정된 증가율 이상인 경우 및 상기 시간에 따른 발생 빈도수가 기 설정된 발생 빈도수 이상인 경우 중 적어도 하나인 경우 해당 재사용 리튬이온 배터리 모듈은 이상으로 판정하는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to paragraph 1,
The master BMS is,
If the rate of increase over time of the standard deviation of each cell voltage is greater than or equal to a preset increase rate and the frequency of occurrence over time is greater than or equal to the preset frequency of occurrence, the reused lithium ion battery module is determined to be abnormal and reused. Uninterruptible power supply with lithium-ion battery module.
제1항에 있어서,
상기 각 셀 전압의 표준 편차는,
재사용 리튬이온 배터리 모듈에 구비된 모든 셀에 대하여 구하거나, 또는
재사용 리튬이온 배터리 모듈에 구비된 모든 셀 중 최저 성능의 셀 전압 - 상기 최저 성능이란 충전시에는 최고치의 셀전압, 방전시는 최저치인 셀전압을 의미함 - 을 기준으로 소정의 퍼센트 이내의 셀 전압을 가지는 일부 셀에 대하여 구한 값인, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to paragraph 1,
The standard deviation of each cell voltage is,
Obtain all cells included in a reusable lithium-ion battery module, or
Cell voltage within a certain percentage based on the lowest performance cell voltage among all cells included in a reusable lithium-ion battery module - the lowest performance refers to the highest cell voltage during charging and the lowest cell voltage during discharging. An uninterruptible power supply device with a reusable lithium-ion battery module, the value obtained for some cells having .
제1항에 있어서,
복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 목표 충전 상태는 상이하며,
상기 마스터 BMS는,
복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC)가 대응하는 목표 충전 상태인 대기 상태에서는 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 정전압(CV) 모드로 충전하여 목표 전압을 유지함으로써, 자가 방전에 의한 전압 강하를 방지하며,
비상 상태에서는, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 정전류(CC) 모드로 방전시키는 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to paragraph 1,
The target state of charge of each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules is different,
The master BMS is,
In a standby state where the state of charge (SOC) of each of the plurality of reusable lithium ion battery modules is the corresponding target charge state, the plurality of reusable lithium ion battery modules are charged in constant voltage (CV) mode to maintain the target voltage, thereby self-discharging. Prevents voltage drop caused by
An uninterruptible power supply device with reusable lithium-ion battery modules that, in an emergency state, discharges the plurality of reusable lithium-ion battery modules in constant current (CC) mode.
제10항에 있어서,
상기 마스터 BMS는,
SOC 상태 및 온도 모드에 따라 재사용 배터리 모듈의 충전을 제어하되,
상기 SOC 상태에서, 상기 마스터 BMS는 충전 상태(SOC)의 구간 별 기 설정된 충전 전류값 중 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC) 중 최소값이 속하는 구간의 기 설정된 충전 전류값에 따라 정전류(CC) 모드로 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 충전하되, 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각이 대응하는 목표 충전 상태에 도달하면 대기 모드로 전환하며,
상기 온도 모드에서는, 상기 마스터 BMS는 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 중 어느 하나의 온도가 기 설정된 상한 온도 이상이거나 또는 기 설정된 하한 온도 미만이면 기 설정된 상기 충전 전류값을 감소시키는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to clause 10,
The master BMS is,
Control the charging of reusable battery modules according to SOC status and temperature mode,
In the SOC state, the master BMS applies the preset charging current value of the section to which the minimum value among the state of charge (SOC) of each of the plurality of reused lithium-ion battery modules belongs among the preset charging current values for each section of the state of charge (SOC). Accordingly, charging the plurality of reusable lithium-ion battery modules in constant current (CC) mode, and switching to standby mode when each of the plurality of reusable lithium-ion battery modules reaches a corresponding target state of charge,
In the temperature mode, the master BMS reduces the preset charging current value when the temperature of any one of the plurality of reusable lithium ion battery modules is higher than the preset upper limit temperature or less than the preset lower limit temperature. Uninterruptible power supply with module.
제10항에 있어서,
상기 마스터 BMS는,
SOC 상태 및 온도 모드에 따라 재사용 배터리 모듈의 방전을 제어하되,
상기 SOC 상태에서, 상기 마스터 BMS는 충전 상태(SOC)의 구간 별 기 설정된 충전 전류값 중 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 각각의 충전 상태(SOC) 중 최대값이 속하는 구간의 기 설정된 충전 전류값에 따라 정전류(CC) 모드로 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 방전시키며,
상기 온도 모드에서는, 상기 마스터 BMS는 복수의 상기 재사용 리튬이온 배터리 모듈 중 어느 하나의 온도가 기 설정된 상한 온도 이상이거나 또는 기 설정된 하한 온도 미만이면 기 설정된 상기 충전 전류값을 감소시키는, 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 구비한 무정전 전원 공급 장치.
According to clause 10,
The master BMS is,
Control the discharge of reusable battery modules according to SOC status and temperature mode,
In the SOC state, the master BMS sets the preset charging current value of the section to which the maximum value among the state of charge (SOC) of each of the plurality of reused lithium-ion battery modules belongs among the preset charging current values for each section of the state of charge (SOC). Accordingly, discharging the plurality of reusable lithium-ion battery modules in constant current (CC) mode,
In the temperature mode, the master BMS reduces the preset charging current value when the temperature of any one of the plurality of reusable lithium ion battery modules is higher than the preset upper limit temperature or less than the preset lower limit temperature. Uninterruptible power supply with module.
KR1020210033203A2021-03-152021-03-15Uninterruptible power supply using recycled lithium ion batteryActiveKR102598680B1 (en)

Priority Applications (1)

Application NumberPriority DateFiling DateTitle
KR1020210033203AKR102598680B1 (en)2021-03-152021-03-15Uninterruptible power supply using recycled lithium ion battery

Applications Claiming Priority (1)

Application NumberPriority DateFiling DateTitle
KR1020210033203AKR102598680B1 (en)2021-03-152021-03-15Uninterruptible power supply using recycled lithium ion battery

Publications (2)

Publication NumberPublication Date
KR20220128727A KR20220128727A (en)2022-09-22
KR102598680B1true KR102598680B1 (en)2023-11-07

Family

ID=83445744

Family Applications (1)

Application NumberTitlePriority DateFiling Date
KR1020210033203AActiveKR102598680B1 (en)2021-03-152021-03-15Uninterruptible power supply using recycled lithium ion battery

Country Status (1)

CountryLink
KR (1)KR102598680B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication numberPriority datePublication dateAssigneeTitle
JP2013222530A (en)*2012-04-132013-10-28Idemitsu Kosan Co LtdAll solid state battery and method for charging/discharging all solid state battery

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication numberPriority datePublication dateAssigneeTitle
KR101156535B1 (en)*2010-01-182012-06-21삼성에스디아이 주식회사Apparatus for energy storage, operation method thereof and energy storage system
KR102002343B1 (en)2013-09-172019-07-22에스케이이노베이션 주식회사Apparatus and method for charging and discharging battery for uninterruptible power supply
KR102679256B1 (en)*2018-05-032024-06-26주식회사 엘지에너지솔루션Apparatus for balancing battery module and battery pack including the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication numberPriority datePublication dateAssigneeTitle
JP2013222530A (en)*2012-04-132013-10-28Idemitsu Kosan Co LtdAll solid state battery and method for charging/discharging all solid state battery

Also Published As

Publication numberPublication date
KR20220128727A (en)2022-09-22

Similar Documents

PublicationPublication DateTitle
WO2021243550A1 (en)Large-format battery management system
EP3678272B1 (en)Apparatus, battery system and method for controlling main battery and sub battery
US10044211B2 (en)Battery pack and method of controlling the same
KR102415122B1 (en)Battery system
CN109120051B (en)Multi-channel mixed battery manager, control method of lithium battery power supply unit and base station
US10291037B2 (en)Electrical energy storage device including individually controlled energy cell slots
CN102856612B (en)Mixed power source system
US20130187466A1 (en)Power management system
EP4287454A1 (en)Energy storage system, and power supply method for battery management system
JP7496134B2 (en) Energy Storage System
CN105556782B (en)Battery system
JP2013192389A (en)Discharge control system and discharge control method for battery pack
TWI857977B (en) Power storage system
KR20150142673A (en)Accumulator battery management system
JP2013162597A (en)Assembled battery discharge control system and assembled battery discharge control method
KR102717608B1 (en)Battery management system and controlling method thereof, and battery pack including same
Kale et al.IoT based battery monitoring system
EP3043441B1 (en)Battery management unit for preventing performance of erroneous control algorithm from communication error
KR20180017899A (en)battery pack
CN110165310A (en)A kind of battery pack intelligence managing and control system
CN109586395A (en)Uninterrupted power supply intelligently switches and monitoring method
CN117220384B (en)Current distribution method for parallel operation of batteries and battery parallel system
KR102598680B1 (en)Uninterruptible power supply using recycled lithium ion battery
CN112477694B (en)Vehicle charging control method, device and circuit, vehicle and computer equipment
CN110556848B (en)BMS (battery management system) based on string regulation and control of storage battery and operation control method of energy storage system

Legal Events

DateCodeTitleDescription
PA0109Patent application

Patent event code:PA01091R01D

Comment text:Patent Application

Patent event date:20210315

PA0201Request for examination
PG1501Laying open of application
E902Notification of reason for refusal
PE0902Notice of grounds for rejection

Comment text:Notification of reason for refusal

Patent event date:20230407

Patent event code:PE09021S01D

E701Decision to grant or registration of patent right
PE0701Decision of registration

Patent event code:PE07011S01D

Comment text:Decision to Grant Registration

Patent event date:20231013

GRNTWritten decision to grant
PR0701Registration of establishment

Comment text:Registration of Establishment

Patent event date:20231101

Patent event code:PR07011E01D

PR1002Payment of registration fee

Payment date:20231102

End annual number:3

Start annual number:1

PG1601Publication of registration

[8]ページ先頭

©2009-2025 Movatter.jp