(57)【要約】【課題】冬季の低温環境が続く場合にも、リチウムバッテリーが完全放電されることを防止することが可能な、低温環境でのリチウムバッテリー保護システムを提供する。【解決手段】低温環境でリチウムバッテリーの充放電を制御して保護するシステムであって、外部から供給される電源を介して充電され、充電された電源を放電させて外部に出力するリチウム系列のバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールを充電させ、前記バッテリーモジュールの放電時に前記バッテリーモジュールの電源を交流電源に変換して出力する充電及び放電機能を行うインバータと、前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御するＢＭＳと、前記ＢＭＳの制御信号に応じて前記インバータの動作を制御して前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御するコントローラと、を含む、リチウムバッテリー保護システム。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温環境でリチウムバッテリーの充放電を制御して保護するシステムであって、
外部から供給される電源を介して充電され、充電された電源を放電させて外部に出力するリチウム系列のバッテリーモジュールと、
外部から供給される交流電源を直流電源に変換して前記バッテリーモジュールを充電させ、前記バッテリーモジュールの放電時に前記バッテリーモジュールの電源を交流電源に変換して出力する充電及び放電機能を行うインバータと、
前記バッテリーモジュールの電圧、電流及び温度を測定して管理し、前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御するＢＭＳと、
前記ＢＭＳのバッテリーモジュール充電及び放電動作の制御環境を設定し、前記ＢＭＳの制御信号に応じて前記インバータの動作を制御して前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御し、前記ＢＭＳに動作電源を供給して、前記ＢＭＳが前記バッテリーモジュールの電源を消耗させずに前記バッテリーモジュールを管理できるようにするコントローラと、
を含む、リチウムバッテリー保護システム。
【請求項２】
前記ＢＭＳは、前記バッテリーモジュールの温度を測定し、測定された温度が正常な充電可能温度範囲内にある場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御する信号を前記コントローラに伝送し、
前記バッテリーモジュールの温度が充電不可能な温度以下に低下する場合、前記コントローラに充電停止信号を伝送して前記バッテリーモジュールの充電が停止するようにし、設定された放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの放電を制御する信号を前記コントローラに伝送する、請求項１に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項３】
前記ＢＭＳは、前記バッテリーモジュールの温度が、正常な充電が可能な下限温度と前記充電が不可能な温度との間に位置する場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御し、
前記バッテリーモジュールの充電は、パルス充電方式で低率充電を行うことによってバッテリーの損傷を防止する、請求項２に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項４】
前記バッテリーモジュールの正常な充電可能温度範囲は５℃〜４０℃に設定され、
前記充電が不可能な温度は−１０℃に設定される、請求項２又は３に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記バッテリーモジュールの放電時にバッテリーの過放電を保護するために、前記バッテリーモジュールの電圧が設定された放電終止電圧に到達すると、前記インバータの動作を停止させて、バッテリーの放電が行われないようにする、請求項１に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記コントローラ及び前記ＢＭＳの動作環境を設定する設定部と、
前記コントローラ及び前記ＢＭＳの動作環境を表示する表示部と、
前記ＢＭＳを介して測定される前記バッテリーモジュールの状態が正常でない場合、正常でないことを外部に警告する警報提供部と、
前記ＢＭＳのバッテリーモジュール制御信号に応じて前記インバータの動作を制御するインバータ動作制御部と、
外部から電源が供給されて前記コントローラ及び前記ＢＭＳに動作電源を供給する電源部と、を備える、請求項１に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項７】
前記電源部は、外部から電源が入力される電源入力モジュールと、
前記電源入力モジュールを介して入力される電源を前記コントローラ及び前記ＢＭＳで使用可能な電源に変換する動作電源変換モジュールと、
前記動作電源変換モジュールを介して変換された電源を前記ＢＭＳに動作電源として供給するＢＭＳ電源供給モジュールと、を備える、請求項６に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項８】
前記電源入力モジュールは、外部から入力されるＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源、負荷に電源を供給するＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源、及び前記インバータの整流電源のうちのいずれか１つを前記動作電源変換モジュールに供給して安定した電源供給が行われるようにする、請求項７に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項９】
前記電源入力モジュールは、外部から入力される電源が停電によって遮断される場合、前記バッテリーモジュールの電源またはＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源が供給されて無停電で前記ＢＭＳに電源を供給する、請求項７に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムバッテリー保護システムに関し、より詳細には、リチウムバッテリーの状態を管理するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）の電源をコントローラから供給して、バッテリーの充電が不可能な冬季の低温環境でリチウムバッテリーが完全放電されることを防止できるようにする冬季の低温環境でのリチウムバッテリー保護システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
主電源が喪失したときに、設備または負荷が持続的に動作できるように電源を供給する装置として、無停電電源供給装置（ＵＰＳ；Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）がある。また、電力を貯蔵しておき、電力消耗の多いピーク時間帯に貯蔵された電力を供給して使用できるようにする装置として、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ；Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）があり、このような無停電電源供給装置及びエネルギー貯蔵装置は、非常または遊休電力を用いて電力を安定に供給できるようにするという点で、最近注目されている装置の一つである。
【０００３】
このような無停電電源供給装置やエネルギー貯蔵装置は、一般に、インバータや切り替えスイッチなどの電力変換モジュール、変圧器、フィルター、コントローラ、および、蓄電池部などで構成される。従来は、電力を貯蔵する蓄電池として鉛蓄電池が主に用いられたが、最近は、寿命、重量、大きさなどで大きな利点があるリチウムイオンやリチウムポリマーなどのリチウム系列のバッテリーが主に用いられる。
【０００４】
リチウム系列のバッテリーは、通常、５℃〜４０℃の条件で充電が行われ、零下での充電は、電池内のリチウムイオンの化学反応性が著しく低下するため、バッテリーの老化をもたらすことになる。したがって、冬季や寒い地域では、氷点下の気温でバッテリーの充電が可能なように、バッテリーの温度を充電可能な温度に維持するためのヒーター装置をシステムに追加するようになり、このようなヒーティング装置の追加は、システムの構成を複雑にし、作製コストがかなりかかり、システムの信頼性が低下するという問題がある。
【０００５】
一方、リチウム系列のバッテリーは、複数のセルを直列に接続して電圧を高めて使用するようになり、この場合、セル間電圧、電流、温度などを管理するためにＢＭＳが使用される。
【０００６】
図１は、このような従来のＢＭＳが適用されたバッテリーシステムの構成図であって、外部から入力される交流電源（ＡＣ  ＩＮＰＵＴ）は、コントローラ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１０の制御によってインバータ（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）２０を介してバッテリー３０を充電させる。また、バッテリー３０の電源供給が必要な場合、バッテリー３０に充電されたＤＣ電源は、コントローラ１０の制御によってインバータ２０を介して交流に変換され、負荷に交流電源を供給（ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ）する。一方、ＢＭＳ４０は、コントローラ１０のＩＧＮＩＴＩＯＮ信号に応じて駆動され、バッテリー３０の充電可能な温度範囲を設定した後、当該温度範囲を外れた場合、ＣＨＡＲＧＥ  ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ  Ｂ／Ｄ２５に充電停止信号を伝送してバッテリーの充電が停止するように制御する。また、ＢＭＳ４０は、充電及び放電時に複数のセルで構成されたリチウムバッテリーのセル間電圧の偏差が最小化されるように制御し、このようにバッテリー３０のセル間電圧、電流、温度の管理及び充放電を管理するＢＭＳ４０は、バッテリー３０から電源が供給されて動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】大韓民国登録特許公報第１０−０５９５６３７号（２００６．０６．２３．登録）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、冬季の低温環境で長時間にわたってＢＭＳ４０の充電停止命令によりバッテリーが充電されない場合にも、ＣＨＡＲＧＥ  ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ  Ｂ／Ｄ２５の充電／放電リレーの駆動電力が継続して消耗される。このような充電／放電リレーの消耗電力とＢＭＳ４０の消耗電力によって、バッテリー３０は継続して放電するようになり、低温状態が長期間続くと、結局、バッテリー３０が過放電される現象が発生し、バッテリー電圧が動作停止電圧以下に放電されると、充電可能な条件になっても再起動が不可能であるため、バッテリーを交換したり、再生させなければならないという問題が発生する。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、冬季の低温環境が続く場合にも、リチウムバッテリーが完全放電されることを防止することができる、低温環境でのリチウムバッテリー保護システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的とするところは、冬季の低温環境でもバッテリーのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を維持することによって、バッテリーのライフサイクルを維持して寿命を延ばすことができる、低温環境でのリチウムバッテリー保護システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、低温環境でリチウムバッテリーの充放電を制御して保護するシステムであって、外部から供給される電源を介して充電され、充電された電源を放電させて外部に出力するリチウム系列のバッテリーモジュールと、外部から供給される交流電源を直流電源に変換して前記バッテリーモジュールを充電させ、前記バッテリーモジュールの放電時に前記バッテリーモジュールの電源を交流電源に変換して出力する充電及び放電機能を行うインバータと、前記バッテリーモジュールの電圧、電流及び温度を測定して管理し、前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御するＢＭＳと、前記ＢＭＳのバッテリーモジュール充電及び放電動作の制御環境を設定し、前記ＢＭＳの制御信号に応じて前記インバータの動作を制御して前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御し、前記ＢＭＳに動作電源を供給して、前記ＢＭＳが前記バッテリーモジュールの電源を消耗させずに前記バッテリーモジュールを管理できるようにするコントローラと、を含む、リチウムバッテリー保護システムが提供される。
【００１２】
前記ＢＭＳは、前記バッテリーモジュールの温度を測定し、測定された温度が正常な充電可能温度範囲内にある場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御する信号を前記コントローラに伝送し、前記バッテリーモジュールの温度が充電不可能な温度以下に低下する場合、前記コントローラに充電停止信号を伝送して前記バッテリーモジュールの充電が停止するようにし、設定された放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの放電を制御する信号を前記コントローラに伝送してもよい。
【００１３】
前記ＢＭＳは、前記バッテリーモジュールの温度が、正常な充電が可能な下限温度と前記充電が不可能な温度との間に位置する場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御し、前記バッテリーモジュールの充電は、パルス充電方式で低率充電を行うことによってバッテリーの損傷を防止してもよい。
【００１４】
前記バッテリーモジュールの正常な充電可能温度範囲は５℃〜４０℃に設定され、前記充電が不可能な温度は−１０℃に設定されてもよい。
【００１５】
前記コントローラは、前記バッテリーモジュールの放電時にバッテリーの過放電を保護するために、前記バッテリーモジュールの電圧が設定された放電終止電圧に到達すると、前記インバータの動作を停止させて、バッテリーの放電が行われないようにしてもよい。
【００１６】
前記コントローラは、前記コントローラ及び前記ＢＭＳの動作環境を設定する設定部と、前記コントローラ及び前記ＢＭＳの動作環境を表示する表示部と、前記ＢＭＳを介して測定される前記バッテリーモジュールの状態が正常でない場合、正常でないことを外部に警告する警報提供部と、前記ＢＭＳのバッテリーモジュール制御信号に応じて前記インバータの動作を制御するインバータ動作制御部と、外部から電源が供給されて前記コントローラ及び前記ＢＭＳに動作電源を供給する電源部と、を備えてもよい。
【００１７】
前記電源部は、外部から電源が入力される電源入力モジュールと、前記電源入力モジュールを介して入力される電源を前記コントローラ及び前記ＢＭＳで使用可能な電源に変換する動作電源変換モジュールと、前記動作電源変換モジュールを介して変換された電源を前記ＢＭＳに動作電源として供給するＢＭＳ電源供給モジュールと、を備えてもよい。
【００１８】
前記電源入力モジュールは、外部から入力されるＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源、負荷に電源を供給するＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源、及び前記インバータの整流電源のうちのいずれか１つを前記動作電源変換モジュールに供給して安定した電源供給が行われるようにしてもよい。
【００１９】
前記電源入力モジュールは、外部から入力される電源が停電によって遮断される場合、前記バッテリーモジュールの電源またはＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源が供給されて無停電で前記ＢＭＳに電源を供給してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るリチウムバッテリー保護システムは、設定された低温環境以下ではリチウムバッテリーの充電を停止し、低温環境以上では、パルス充電方式で低率充電して最小のリチウムイオンの移動で長時間充電することによって、高率充電によるバッテリーの損傷を防止して故障率を大幅に減少させることができ、従来の低温環境で必要としていたヒーター及び関連装置を必要としないことによって設置コストを低減し、電力費の低減及び信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明は、低温環境で従来のバッテリーから供給されるＢＭＳの供給電源をコントローラから供給するようにすることによって、バッテリーの過放電を防止して寿命の増大及び事後管理費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のＢＭＳが適用されたバッテリーシステムの構成図である。
【図２】本発明に係るリチウムバッテリー保護システムの構成図である。
【図３】本発明に係るコントローラのブロック構成図である。
【図４】本発明に係るＢＭＳにおいてバッテリーモジュールの充電動作を制御する基準となる温度の一例である。
【図５】本発明に係るリチウムバッテリー保護システムの動作過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明の実施例に係るリチウムバッテリー保護システムの構成図を示したものである。
【００２５】
図２に示したように、本発明に係るリチウムバッテリー保護システムは、電源を充放電するリチウム系列のバッテリーモジュール３００と、交流電源及び直流電源を変換するインバータ２００と、前記インバータ２００の動作を制御してバッテリーモジュール３００の充電及び放電動作を制御するコントローラ１００と、前記バッテリーモジュール３００の状態を監視及び管理するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）４００とを含んでなる。
【００２６】
前記バッテリーモジュール３００には、リチウムイオンまたはリチウムポリマーなどのリチウム系列のバッテリーが備えられ、このリチウム系列のバッテリーは、通常、５℃〜４０℃の気温環境で充電が行われ、５℃未満に低下すると、正常な充電が不可能になる。前記バッテリーモジュール３００は、通常時の正常運転モード（Ｎｏｒｍａｌ  Ｍｏｄｅ）では充電状態を維持し、交流電源に異常が発生する場合にインバータ運転モード（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ  Ｍｏｄｅ）で動作して、バッテリーモジュールの放電を通じてインバータ２００に電源を供給するようになる。すなわち、前記バッテリーモジュール３００には、正常運転モードの場合、定電圧（ＣＶ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）及び定電流（ＣＣ：ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔｓ）がインバータ２００を介して入力されて充電され、充電が完了すると、充電を停止し、待機状態を維持し、バッテリーモジュールの放電によってバッテリーモジュール３００の電圧が放電終止電圧まで放電されると、再びインバータ２００を介して定電圧及び定電流が供給されて再充電される。
【００２７】
前記インバータ２００は、コントローラ１００の制御に応じて、外部から供給される交流電源を直流電源に変換してバッテリーモジュール３００に供給することによってバッテリーモジュール３００を充電するか、またはバッテリーモジュール３００の放電によって流入する直流電源を交流電源に変換して外部に出力する両方向インバータ２００である。前記バッテリーモジュール３００から放電される電源は、インバータ２００を介して交流電源に変換された後、変圧器を経て交流電源を必要とする負荷に供給（ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ）される。また、前記インバータ２００は、コントローラ１００に駆動電源を供給する役割も果たす。
【００２８】
前記コントローラ１００は、ＢＭＳ４００に電源を供給し、ＢＭＳ４００のバッテリーモジュール充電及び放電の制御環境を設定し、ＢＭＳ４００の制御信号に応じてインバータ２００の動作を制御して、バッテリーモジュール３００の充電及び放電動作が行われるように制御するようになる。本発明の実施例において、前記コントローラ１００は、通常時には、ＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源、ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源及びインバータ２００から電源が供給され、停電時には、ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源及びバッテリーモジュール３００から電源が供給される。これは、ＢＭＳ４００に安定に電源を供給してインバータ２００を正常に制御できるようにするためには、停電やバッテリーの充電不能または放電などの非常事態にも安定した電源が入力されなければならないためである。
【００２９】
前記ＢＭＳ４００は、コントローラ１００から電源の供給を受けて駆動され、バッテリーモジュール３００の電圧、電流及び温度などを測定して管理し、バッテリーモジュール３００のセル間電圧及び電流バランスを行う装置である。このＢＭＳ４００は、測定されるバッテリーモジュール３００の状態に応じて、バッテリーモジュール３００の充電及び放電動作を制御する信号をコントローラ１００に伝送することによって、バッテリーモジュール３００の充放電動作を制御する。このように、本発明において前記ＢＭＳ４００は、従来のバッテリーモジュール３００から電源が供給される代わりに、コントローラ１００から電源が供給されて動作するので、従来のバッテリーモジュール３００の充電が不可能な場合に、バッテリーモジュール３００の電源を消耗させてバッテリーが完全に放電される問題を解決できるようにしている。このようなＢＭＳ４００は、コントローラ１００のＩＧＩＮＩＴＩＯＮ信号に応じて駆動される。
【００３０】
図３は、本発明の実施例に係るコントローラのブロック構成図を示したものである。
【００３１】
図３に示したように、本発明に係るコントローラ１００には、コントローラ１００及びＢＭＳ４００の動作環境を設定する設定部１２０と、コントローラ１００及びＢＭＳ４００の動作状態を表示する表示部１３０と、ＢＭＳ４００を介して測定されるバッテリーモジュール３００の状態が正常でない場合に、これを警告する警報提供部１４０と、ＢＭＳ４００の信号に応じてインバータ２００の動作を制御するインバータ動作制御部１５０と、コントローラ１００及びＢＭＳ４００に電源を供給する電源部１６０と、コントローラ１００を介して設定され、測定されるデータが格納されるメモリ部１９０と、前記各構成部の動作を制御する中央制御部１１０とが備えられる。
【００３２】
前記設定部１２０は、コントローラ１００の動作環境だけでなくＢＭＳ４００の動作制御環境も設定するようになり、この設定部１２０を介して設定されるＢＭＳ４００のバッテリーモジュール動作制御環境には、バッテリーモジュール３００の充電可能温度範囲、充電不可能な低温温度、及びバッテリーの過保護のための放電終止電圧／ＳＨＵＴＤＯＷＮ電圧／ＢＡＴＴＥＲＹ  ＬＯＷ  ＶＴＧ  ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ電圧などが設定される。前記設定部１２０を介して設定される制御環境に応じて、ＢＭＳ４００は、バッテリーモジュール３００の状態を監視してバッテリーモジュール３００の動作を制御する。前記表示部１３０は、設定部１２０を介して設定されるコントローラ１００及びＢＭＳ４００の動作制御環境情報、コントローラ１００及びＢＭＳ４００の動作状態情報、及びバッテリーモジュール３００の状態情報などが表示される。
【００３３】
前記警報提供部１４０は、ＢＭＳ４００を介して監視されるバッテリーモジュール３００の状態に誤りが発生する場合に、これを警告する装置であって、警報提供部１４０は、ＢＭＳ４００を介して把握されるバッテリーモジュール３００の温度が正常範囲にないか、またはバッテリーモジュールの電圧が正常範囲にない場合に、これをブザーやランプなどを介して警告するようになる。
【００３４】
前記インバータ動作制御部１５０は、バッテリーモジュール３００の状態を監視するＢＭＳ４００からバッテリーモジュール制御信号が伝送されてインバータ２００の動作を制御することによって、バッテリーモジュール３００の充放電動作を制御するようになる。本発明の実施例において、前記インバータ動作制御部１５０は、ソフトウェア及びハードウェアを介して、ＢＭＳ４００から伝送される制御信号に応じてインバータ２００の動作を制御するようになる。すなわち、前記インバータ動作制御部１５０は、ＢＭＳ４００からバッテリー故障またはＢＭＳ故障信号が入力されると、インバータの内部又はこれと関連するＤＣ  ＲＥＬＡＹ  Ｓ／Ｗを動作させ、バッテリーモジュール３００の充電又は放電運転を停止してシステムを保護し、警報提供部１４０を介して警告信号を発生させる。また、ＢＭＳ４００からバッテリーの充電可能温度以上の信号が入力されると、インバータ２００の充電動作（ＰＦＣ  ＰＷＭ充電モード）を停止してバッテリーモジュール３００を保護し、インバータ２００の内部に含まれた平滑回路部（ＤＣ  ＬＩＮＫ）でバッテリー電圧を検出して常時監視し、異常時に充電／放電運転を停止する。また、バッテリーモジュール３００の寿命を延ばすために、バッテリーモジュール３００の満充電時に充電動作を停止し、バッテリー電圧が設定電圧（９０〜９５％）まで放電されると、パルス充電方式で再び再充電を繰り返して行う。
【００３５】
前記電源部１６０は、コントローラ１００及びＢＭＳ４００に動作電源を供給する電源供給装置であって、この電源部１６０には、外部から電源が入力される電源入力モジュール１６１と、入力される電源をコントローラ１００及びＢＭＳ４００で使用可能な電源に変換する動作電源変換モジュール１７０と、ＢＭＳ４００に動作電源を供給するＢＭＳ電源供給モジュール１８０とが備えられる。
【００３６】
本発明の実施例において前記電源入力モジュール１６１は、通常時の正常運転モード（Ｎｏｒｍａｌ  Ｍｏｄｅ）の状態では、バッテリーモジュール３００の電源を消費せずに安定に電源の供給を受けるために、ＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源入力１６１ａ、ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源入力１６１ｂ及びインバータ電源入力１６１ｃが供給され、停電などの異常状況によるインバータ運転モード（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ  Ｍｏｄｅ）の状態では、ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源入力１６１ｂ及びバッテリーモジュール電源入力１６１ｄが供給される。このように供給された電源のうち、状態が良好な電源が動作電源変換モジュール１７０によってコントローラ１００及びＢＭＳ４００の動作電源に変換され、変換された電源は、ＢＭＳ電源供給モジュール１８０を介してＢＭＳ４００に電源を供給するようになる。このように、前記電源部１６０では、正常運転モードでＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源、ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源及びインバータ２００から電源が供給されるため、これらのいずれか１つの入力電源状態が良好でなくても、他の入力電源を介して安定に電源の供給を受けることができ、ＢＭＳ４００に安定に電源を供給できるようになる。また、停電などによってＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源が供給されない場合にも、ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源及びバッテリーモジュール３００から電源の供給を受けることができるため、無停電状態でＢＭＳ４００に安定した電源を供給できるようになる。
【００３７】
前記メモリ部１９０は、コントローラ１００を介して獲得されるデータが格納される記憶装置であって、このメモリ部１９０には、設定部１２０を介して設定されるコントローラ１００の動作環境と、ＢＭＳ４００のメモリモジュール動作制御環境、例えば、バッテリーモジュール３００の充電可能温度範囲、充電不可能な低温温度、及びバッテリーの過保護のための放電終止電圧／ＳＨＵＴＤＯＷＮ電圧／ＢＡＴＴＥＲＹ  ＬＯＷ  ＶＴＧ  ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ電圧などの情報と、ＢＭＳ４００を介して獲得されるバッテリーモジュール３００の状態情報及びインバータ２００の駆動情報などが格納される。
【００３８】
前記ＢＭＳ４００は、コントローラ１００の設定部１２０を介して設定されたバッテリー動作制御環境に応じて、バッテリーモジュール３００の充電及び放電動作を制御する信号をコントローラ１００に伝送する。本発明に適用されたリチウム系列のバッテリーは、低温環境で正常な充電を行うことができないため、ＢＭＳ４００では、バッテリーモジュール３００の温度に応じてバッテリーモジュール３００の充電動作を制御するようになり、図４は、ＢＭＳでバッテリーモジュールの充電動作を制御する基準となる温度の一例を示している。
【００３９】
図４に示したように、本発明の実施例においてＢＭＳ４００は、正常な高率充電可能温度である５℃〜４０℃の温度範囲では、充電条件によって正常なバッテリー高率充電が行われるように制御し、充電停止温度である低温温度−１０℃以下では、バッテリー充電が行われないように制御し、正常な高率充電が可能な下限温度と低温との間である５℃〜−１０℃の間では、パルス充電方式による低率充電（約２０時間率：０．０５Ｃ）でバッテリーモジュール３００の充電が行われ得るように制御する。一般的にリチウムバッテリーは、低温時に電解質内のイオンの移動度が低くなるため、電流の流れが悪くなると共に、バッテリーの出力が低下する。したがって、本発明では、５℃〜−１０℃の間の低温環境で、最適の効率及び寿命に適した０．０５Ｃの長時間低率充電方式で充電を行うことによって、高率充電によるバッテリーの損傷を防止しながら充電が行われ得るように制御するようになる。
【００４０】
一方、コントローラ１００は、バッテリーモジュール３００の放電時にバッテリーの過放電を保護するために、バッテリー電圧が放電終止電圧（バッテリーＣＥＬＬ  ３．２７Ｖ）に到達すると、インバータ２００を停止させ、その後、機器ＳＨＵＴＤＯＷＮ電圧（バッテリーＣＥＬＬ  ３．１９Ｖ）に到達時にはバッテリースイッチを“ＯＦＦ”させることで、これ以上バッテリーが放電されないように管理する。そして、ＢＭＳ４００では、バッテリー電圧がバッテリー過放電保護機能のうち、“Ｂａｔｔｅｒｙ  ｌｏｗ  ｖｔｇ．ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ”の設定値（バッテリーＣＥＬＬ  ３．１５Ｖ）に到達する場合、コントローラ１００に“Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｆａｕｌｔ”を伝送し、コントローラ１００は、バッテリースイッチを“ＯＦＦ”させて装置がＳＨＵＴＤＯＷＮされるようにして、バッテリーモジュール３００が二重に保護されるようにする。
【００４１】
このようなＢＭＳ４００とコントローラ１００の動作制御環境である充電可能温度範囲、低温温度、及び放電終止電圧／ＳＨＵＴＤＯＷＮ電圧／ＢＡＴＴＥＲＹ  ＬＯＷ  ＶＴＧ  ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ電圧などは、コントローラ１００の設定部１２０を介して設定され、このような設定値は、運転環境や条件に応じて適切に変更できることは当然である。
【００４２】
以下、前記の構成からなるリチウムバッテリー保護システムによってリチウムバッテリーモジュールの過放電が保護される過程について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施例に係るリチウムバッテリー保護システムの動作過程を示したフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ１００：システムがターンオンされると、コントローラ１００は、電源部１６０を介して入力される電源をＢＭＳ動作電源に変換して、ＢＭＳ４００にＩＧＮＩＴＩＯＮ信号で電源を供給するようになる。
【００４５】
ステップＳ１１０，Ｓ１２０：ＢＭＳ４００がＩＧＮＩＴＩＯＮ信号を正常に受信する場合（Ｓ１１０）、ＢＭＳ４００は、バッテリーモジュール３００の動作状態、すなわち、バッテリーモジュール３００の動作モード、電圧及び温度などの状態を測定して監視するようになる（Ｓ１２０）。
【００４６】
ステップＳ１３０，Ｓ１４０，Ｓ１５０：ＢＭＳ４００は、測定されるバッテリーモジュール３００の状態のうちバッテリーモジュール３００の温度を分析し、バッテリーモジュール３００の温度が正常な高率充電可能温度範囲（５℃〜４０℃）にある場合（Ｓ１３０）、バッテリーモジュール３００を高率充電待機及び放電待機状態に維持した後（Ｓ１４０）、予め設定された充電及び放電条件によってバッテリーモジュール３００の高率充電及び放電を制御する信号をコントローラ１００に伝送して、コントローラ１００がインバータ２００の動作を制御してバッテリーモジュール３００の充電及び放電を制御できるようにする（Ｓ１５０）。
【００４７】
ステップＳ１６０，Ｓ１７０，Ｓ１８０：一方、ＢＭＳ４００は、バッテリーモジュール３００の温度が充電不可能な低温温度（−１０℃）以下である場合（Ｓ１３０）、充電によるバッテリーモジュール３００の破損を防止するために、充電を遮断させる充電停止状態を維持し、放電は可能なように待機状態を維持して（Ｓ１７０）、設定された放電条件によってバッテリーの放電を制御する信号をコントローラ１００に伝送して、バッテリーモジュール３００の充電は遮断された状態で放電動作のみが行われるように制御するようにする（Ｓ１８０）。
【００４８】
ステップＳ１６１，Ｓ１６２：一方、バッテリーモジュール３００の温度が、正常な充電が可能な下限温度（５℃）と低温温度（−１０℃）との間に位置する場合、ＢＭＳ４００は、放電は待機状態を維持し、充電は一般的な充電ではなく低率充電が行われ得るように待機状態を維持し（Ｓ１６１）、設定された充電及び放電条件によってバッテリーモジュール３００の低率充電及び放電を制御する信号をコントローラ１００に伝送して、バッテリーモジュール３００の充電及び放電が行われ得るようにする（Ｓ１６２）。
【００４９】
このように、本発明では、バッテリーモジュール３００の温度が充電不可能な低温に低下すると、ＢＭＳ４００でバッテリーモジュール３００の充電を停止させることによって、バッテリーモジュール３００を保護できるようにし、この過程でＢＭＳ４００は、バッテリーモジュール３００ではなくコントローラ１００から電源が供給されて駆動することによって、低温時にバッテリーモジュール３００の電源が消耗されないため、バッテリーモジュール３００の完全放電を防止できるようになる。また、バッテリーモジュール３００の温度がバッテリー充電下限温度と低温温度との間に位置する場合、パルス充電方式で非常に微細な電流で低率充電して、バッテリーモジュール３００の損傷を防止しながらバッテリーモジュール３００の充電が行われ得るようにする。
【００５０】
このような本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって、本発明の技術思想及び以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１００    コントローラ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
１１０    中央制御部
１２０    設定部
１３０    表示部
１４０    警報提供部
１５０    インバータ動作制御部
１６０    電源部
１６１    電源入力モジュール
１６１ａ    ＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源入力
１６１ｂ    ＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源入力
１６１ｃ    インバータ電源入力
１６１ｄ    バッテリーモジュール電源入力
１７０    動作電源変換モジュール
１８０    ＢＭＳ電源供給モジュール
１９０    メモリ部
２００    インバータ（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）
３００    バッテリーモジュール
４００    ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）
【図１】
2017189089.tif 000003
【図２】
2017189089.tif 000004
【図３】
2017189089.tif 000005
【図４】
2017189089.tif 000006
【図５】
2017189089.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月23日(2017.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温環境でリチウムバッテリーの充放電を制御して保護するシステムであって、
外部から供給される電源を介して充電され、充電された電源を放電させて外部に出力するリチウム系列のバッテリーモジュールと、
外部から供給される交流電源を直流電源に変換して前記バッテリーモジュールを充電させ、前記バッテリーモジュールの放電時に前記バッテリーモジュールの電源を交流電源に変換して出力する充電及び放電機能を行うインバータと、
前記バッテリーモジュールの電圧、電流及び温度を測定して管理し、前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御するＢＭＳと、
前記ＢＭＳのバッテリーモジュール充電及び放電動作の制御環境を設定し、前記ＢＭＳの制御信号に応じて前記インバータの動作を制御して前記バッテリーモジュールの充電及び放電動作を制御し、前記ＢＭＳに動作電源を供給して、前記ＢＭＳが前記バッテリーモジュールの電源を消耗させずに前記バッテリーモジュールを管理できるようにするコントローラと、
を含み、
前記ＢＭＳは、前記バッテリーモジュールの温度を測定し、測定された温度が正常な充電可能温度範囲内にある場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御する信号を前記コントローラに伝送し、
前記バッテリーモジュールの温度が充電不可能な温度以下に低下する場合、前記コントローラに充電停止信号を伝送して前記バッテリーモジュールの充電が停止するようにし、設定された放電動作の制御環境に応じて、前記バッテリーモジュールの放電を制御する信号を前記コントローラに伝送し、
前記ＢＭＳは、前記バッテリーモジュールの温度が、正常な充電が可能な下限温度と前記充電が不可能な温度との間に位置する場合、設定された充電及び放電動作の制御環境に応じて前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御し、
前記バッテリーモジュールの充電は、パルス充電方式で低率充電を行うことによってバッテリーの損傷を防止する、リチウムバッテリー保護システム。
【請求項２】
前記バッテリーモジュールの正常な充電可能温度範囲は５℃〜４０℃に設定され、
前記充電が不可能な温度は−１０℃に設定される、請求項１に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記バッテリーモジュールの放電時にバッテリーの過放電を保護するために、前記バッテリーモジュールの電圧が設定された放電終止電圧に到達すると、前記インバータの動作を停止させて、バッテリーの放電が行われないようにする、請求項１に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記コントローラ及び前記ＢＭＳの動作環境を設定する設定部と、
前記コントローラ及び前記ＢＭＳの動作環境を表示する表示部と、
前記ＢＭＳを介して測定される前記バッテリーモジュールの状態が正常でない場合、正常でないことを外部に警告する警報提供部と、
前記ＢＭＳのバッテリーモジュール制御信号に応じて前記インバータの動作を制御するインバータ動作制御部と、
外部から電源が供給されて前記コントローラ及び前記ＢＭＳに動作電源を供給する電源部と、を備える、請求項１に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項５】
前記電源部は、外部から電源が入力される電源入力モジュールと、
前記電源入力モジュールを介して入力される電源を前記コントローラ及び前記ＢＭＳで使用可能な電源に変換する動作電源変換モジュールと、
前記動作電源変換モジュールを介して変換された電源を前記ＢＭＳに動作電源として供給するＢＭＳ電源供給モジュールと、を備える、請求項４に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項６】
前記電源入力モジュールは、外部から入力されるＡＣ  ＩＮＰＵＴ電源、負荷に電源を供給するＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源、及び前記インバータの整流電源のうちのいずれか１つを前記動作電源変換モジュールに供給して安定した電源供給が行われるようにする、請求項５に記載のリチウムバッテリー保護システム。
【請求項７】
前記電源入力モジュールは、外部から入力される電源が停電によって遮断される場合、前記バッテリーモジュールの電源またはＡＣ  ＯＵＴＰＵＴ電源が供給されて無停電で前記ＢＭＳに電源を供給する、請求項５に記載のリチウムバッテリー保護システム。