KR100748311B1 - 배터리 팩 및 전력 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 발전 장치가 생성한 전력으로 충전되며, 상기 외부 발전 장치와 병렬 방식으로 방전 전력을 외부 부하로 공급하는 배터리팩 또는 휴대용 전자 기기의 전력 입력 장치에 관한 것이다.
본 발명의 배터리 팩은, 충전된 전하량에 따른 전력을 방전하기 위한 배터리 셀; 외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단; 외부의 부하에 전력을 공급하기 위한 전력 출력단; 및 상기 외부 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력단으로 전달하기 위한 전력 변환 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전자 기기 내부에 장착되며 상기 전자 기기의 내부 회로의 구동에 필요한 전력을 외부에서 입력받는 본 발명의 전력 입력 장치는, 외부의 배터리로부터의 방전 전력을 공급받기 위한 외부 배터리 입력단; 외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단; 상기 전자 기기의 내부 회로에 전력을 공급하기 위한 전력 출력 라인; 및 상기 외부 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력 라인으로 전달하기 위한 전력 변환 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
배터리 팩, 전력 입력 장치, 충전, 전압 변환

Description

배터리 팩 및 전력 입력 장치{Battery Pack and Power Receiving Device}
도 1은 종래 기술에 의한 외부 발전 장치에 의한 휴대용 전자 기기로의 전력 공급하는 것을 도시한 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 외부 발전 장치에 의한 충전기로의 충전 전력을 공급하는 것을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩을 사용하여 휴대용 전자 기기로 전력 공급하는 것을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 팩의 구조를 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구조를 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구조를 도시한 블록도.
도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 입력 장치의 구조를 도시한 블록도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 입력 장치의 구조를 도시한 블록도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 입력 장치의 구조를 도시한 블록도.
도 10은 2개의 구동 모드로 동작하는 연료 전지를 사용하여 본 발명을 구현하는 경우의 충전 방법을 도시한 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 연료 전지
102, 103, 104 : 배터리 팩
105, 106, 107 : 전력 입력 장치
210, 310, 410 : 배터리 셀
220, 320, 420, 520, 620, 720 : 제어부
230, 330, 430, 530, 630, 730 : 전압 변환 회로
252, 352, 452, 552, 652, 752 : 외부 전력 입력단
254, 354, 454 : 전력 출력단
553, 653, 753 : 외부 배터리 충전단
본 발명은 외부 발전 장치가 생성한 전력으로 충전되며, 상기 외부 발전 장치와 병렬 방식으로 방전 전력을 외부 부하로 공급하는 배터리팩에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 휴대용 전자 기기 내부에 장착되는 전원 입력 장치로서, 외부 발전 장치가 생성한 전력으로 외부 배터리를 충전하며, 상기 외부 발전장치의 생성 전력과 상기 외부 배터리의 방전 전력을 병렬 방식으로 공급받아 전자 기기에 공급하기 위한 전력 입력 장치에 관한 것이다.
디지털 정보 처리를 위한 기기의 발달의 결과 현대인은 휴대폰이나 PDA같은 다양한 휴대용 전자 기기를 사용하고 있다. 이와 같은 휴대용 전자 기기를 위한 전원으로 최초에는 1차 전지를 사용하다가, 최근에는 충전가능한 2차 전지를 사용하고 있다. 그러나, 노트북, DMB 수신기, 무선휴대인터넷 단말기와 같이 사용시간이 길고 전력 소모가 많은 휴대용 기기에 2차 전지로 전력을 공급하기에는 현재의 2차 전지의 용량이 부족하다. 또한, 방전된 2차 전지는 다시 충전하는데 상당한 시간이 소요된다는 단점도 있다.
이와 같은 이유로 전력 소모가 많은 휴대용 기기에는 별도의 발전 장치를 사용하여 발전하는 것이 보다 적합한 바, 지금까지 제안된 많은 발전 장치 중 소형화에 적합한 연료 전지가 휴대용 전자 기기를 위한 발전 장치로서 연구되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따라 연료 전지의 생성 전력을 노트북에 전달하는 구조를 도시하고 있다. 도 1에서는 별도의 외부 전력 입력 단자로 배터리 전력은 사용하지 않은 상태로 연료 전지의 생성 전력만을 노트북으로 전달하고 있으며, 도 2에서는 연료 전지의 생성 전력으로 배터리를 충전하고 있다. 도 1의 경우 배터리를 사용하지 못하는 문제점 및 기존 노트북의 외부 전력 입력 장치를 변경해야 하는 문제점이 있으며, 도 2의 경우 사용자 편의성이 떨어지는 문제점이 있다.
연료 전지를 휴대용 전자 기기의 전력 공급용으로 적용한다고 하여도, 이를 위해 기존의 휴대용 전자 기기의 구조의 변경이 요청된다면, 연료 전지의 적용에 실질적인 경제적 장애로 작용하지 않을 수 없다.
예컨대, 현재 노트북의 경우 전력 공급을 위한 배터리팩이 존재하며 노트북 내부에는 상기 배터리팩의 방전 전력을 변환/안정화하여 입력받기 위한 전력 입력 장치가 존재하며, 내부 회로 연결 구조 뿐만 아니라 노트북의 외부 케이스 형태도 상기 배터리팩을 위한 형태를 가진다.
그런데, 연료 전지를 적용하기 위해서, 연료 전지를 장착할 공간을 별도로 구비하도록 노트북의 외부 케이스를 변경하고, 그에 따라 내부 기판을 변경하고, 내부 전력 입력 장치의 회로를 변경하는 것은, 노트북 제조업자에게 지나친 제조 비용 증대를 가져올 것임은 자명하다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 휴대용 전자 기기의 변경없이 외부 발전 장치를 적용할 수 있는 배터리팩 또는 전력 입력 수단을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은, 충전된 전하량에 따른 전력을 방전하기 위한 배터리 셀; 외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단; 외부의 부하에 전력을 공급하기 위한 전력 출력단; 및 상기 외부 전력 입력단으로 입력받은 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력단으로 전달 하기 위한 전력 변환 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 기기 내부에 장착되며 상기 전자 기기의 내부 회로의 구동에 필요한 전력을 외부에서 입력받는 전력 입력 장치는, 외부의 배터리로부터의 방전 전력을 공급받기 위한 외부 배터리 입력단; 외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단; 상기 전자 기기의 내부 회로에 전력을 공급하기 위한 전력 출력 라인; 및 상기 외부 전력 입력단으로 입력받은 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력 라인으로 전달하기 위한 전력 변환 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 배터리 팩 및 전력 입력 장치는 종래 기술의 휴대용 전자 기기의 구조의 변경이 없이 또는 최소한의 변경으로 연료 전지 등 외부 발전 장치의 전력과 배터리의 전력을 동시에 사용할 수 있도록 하는 개선점이 있다. 그러나, 사용자가 보다 편리하게 사용하는 개선된 목적을 달성하기 위해서는 외부 발전 장치의 생성 전력으로 배터리를 충전하는 구성이 필요하다.
상기 개선된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은, 충전된 전하량에 따른 전력을 방전하기 위한 배터리 셀; 외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단; 외부의 부하에 전력을 공급하기 위한 전력 출력단; 상기 외부 전력 입력단으로 입력받은 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력단으로 전달하기 위한 전력 변환 회로; 상기 외부 전력 입력단으로 입력받은 전력으로 상기 배터리 셀을 충전시키기 위한 충전 회로; 및 상기 부하로의 전력 공급 동작 및 상기 배터리 셀의 충전 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한 다.
상기 개선된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 기기 내부에 장착되며 상기 전자 기기의 내부 회로의 구동에 필요한 전력을 외부에서 입력받는 전력 입력 장치는, 외부의 배터리로부터의 방전 전력을 공급받기 위한 외부 배터리 입력단; 외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단; 상기 전자 기기의 내부 회로에 전력을 공급하기 위한 전력 출력 라인; 상기 외부 전력 입력단으로 입력받은 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력 라인으로 전달하기 위한 전력 변환 회로; 상기 외부 배터리로 충전 전력을 공급하기 위한 배터리 충전단; 상기 외부 배터리를 충전시키기 위해 상기 외부 전력 입력단의 전력을 충전에 적합한 전압으로 변환하여 상기 배터리 충전단으로 전달하기 위한 충전 회로; 및 상기 부하로의 전력 공급 동작 및 상기 외부 배터리에 대한 충전 동작을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
하기 실시예에서는, 현재 본 발명의 적용이 가장 유리한 분야인 종래의 노트북에 본 발명의 사상에 따른 배터리 팩을 장착하는 경우 및 외부 발전 장치로서 현재 가장 유력한 연료 전지를 채용하는 경우로 구체화하여 설명하겠다.
(실시예 1)
본 실시예는 가장 간단한 구조로 종래 기술에 의한 노트북 등 휴대용 전자 기기의 구조를 변경하지 않고 연료 전지 등 외부 발전 장치의 생성 전력과 배터리 셀의 방전 전력을 동시에 휴대용 전자 기기에 전달할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같은 본 실시예의 배터리 팩(102)은, 충전된 전하량에 따른 전력을 방전하기 위한 배터리 셀(210); 외부 연료 전지(10)에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단(252); 외부의 노트북(1000)에 전력을 공급하기 위한 전력 출력단(254); 및 상기 외부 전력 입력단(252)으로 인가되는 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력단(254)으로 전달하기 위한 전압 변환 회로(230)를 포함한다.
상기 배터리 셀(210)은 2차 전지로서 종래 노트북에서 널리 사용되는 리튬이온 또는 리튬폴리머 계열의 2차 전지로 구현할 수 있으며, 노트북의 전력 공급용으로 연료 전지가 병용되므로, 종래의 경우보다 배터리 셀의 용량을 줄여도 무방하다.
상기 외부 전력 입력단(252)은 외부의 연료 전지가 생성하는 전력을 인가받기 위한 단자로 구현할 수 있다. 상기 단자는 전원 입력에 널리 사용되는 여러 규격의 단자들 중 하나일 수 있다.
상기 전력 출력단(254)은 단순히 외부 부하인 휴대용 전자기기의 전력 입력 단과 연결되기 위한 접촉 단자 등으로 구현할 수 있으며, 예컨대, 종래 기술에 의한 노트북 배터리팩의 전력 공급용 연결 단자와 동일한 형상으로 구현할 수 있다.
상기 전압 변환 회로(230)는 연료 전지(10)로부터 입력받은 전력의 전압을 배터리 셀(210)의 방전 전압과 맞추어주는 역할을 수행한다. 이와 같이 본 실시예에서는 배터리 셀(210)의 전압을 기준으로 외부 연료 전지(10)의 출력 전압을 맞추어 노트북로 공급하는데, 이는 종래기술에 따른 노트북에 내장되는 전력 입력 장치가 배터리 전압에 따라 전력 입력을 수행하도록 설계되었기 때문이다.
상기 전압 변환 회로(230)는 외부의 제어 신호에 따라 연속적으로 또는 단계적으로 승압비를 변화시킬 수 있는 일반적인 승압 회로로 구현할 수 있다. 또한, 상기 전압 변환 회로(230)는 상기 승압비를 결정하기 위해 별도의 전압계로 배터리 셀(210)의 출력 전압을 모니터링하도록 구현할 수 있다.
구현에 따라 상기 전압 변환 회로(230)는 상기 배터리 셀(210)이 상기 전력 출력단(254)과 차단된 경우, 고정된 출력 전압으로 승합하도록 구현할 수 있다.
비록 도면에서는 제어부(220) 및 2개의 경로 스위치(246, 248)를 포함하는 구현으로 도시하였지만, 가장 단순하고 저렴한 구현의 경우에는 이 구성요소들은 생략할 수 있다. 이는 본 실시예의 외부 전력 입력단(252)에 연료 전지(10)가 물리적으로 연결되지 않으면, 별도의 스위치의 off동작이 없어도 전압 변환 회로(230)는 구동을 정지하며, 배터리 셀(210)의 방전 전력만이 노트북(1000)으로 공급되어, 큰 무리없는 동작을 보장하기 때문이다.
그러나, 연료 전지(10)의 초기화시에는 제어부(220)의 제어에 의해 노트북 부하와의 연결을 차단하기 하기 위해, 상기 외부 전력 입력단(252)과 상기 전력 변환 회로의 연결을 단속하는 외부 전력 경로 스위치(246)를 더 포함할 수 있다.
또한, 배터리 셀(210)이 충분히 방전된 경우에도 배터리 셀(210)을 차단하고 연료 전지의 생성 전력만 노트북으로 전달하기 위해, 상기 배터리와 상기 전력 출력단의 연결을 단속하는 배터리 경로 스위치(248)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 외부 전력 경로 스위치(246) 및/또는 배터리 경로 스위치(248)의 스위치 동작을 제어하기 위한 제어부(220)를 더 포함할 수 있는데, 상기 제어부(220)는 Z80 등과 같은 제어용 마이컴으로 구현할 수 있다.
상기 제어부(220)는 단순히 외부 사용자의 지시 신호의 입력에 따라 상기 스위치들(246, 248)을 스위칭하는 수동적 제어 구조로도 구현할 수 있다.
상기 제어부(220)가 능동적인 제어 구조를 가지기 위해서는 판단의 기준이 되는 데이터를 입력받아야 한다. 배터리 셀(210)의 SOC값, 연료 전지(10)나 노트북(1000) 부하의 온도 등 여러 파라미터들을 입력받도록 구현할 수도 있으나, 외부 전력 입력단, 배터리 셀 및 전력 출력단의 전압값들의 전부 또는 일부를 판단 기준 데이터로 삼는 구조의 구현이 무난하다.
이중, 사용자 편의성을 위해, 상기 제어부(220)는 외부 전력 입력단(252) 쪽의 전압 등을 모니터링하여 연료 전지(10)의 연결 여부 및/또는 연료 전지(10)가 안정화된 구동 상태인 가의 여부를 판단하여, 그 판단 결과에 적합하게 스위치들(246, 248)을 스위칭하도록 구현할 수 있다.
상기 제어부(220)는 구현에 따라서는 상기 전압 변환 회로(230)의 전압 변환비를 조절하는 기능을 겸할 수 있다. 또한, 구현에 따라서는 도시한 바와 같이 외부 전력 입력단(252)을 차단하는 기능도 수행할 수 있는데, 이는 연료 전지의 구동 초기에 연료 전지가 안정화될 때까지 연료 전지의 부하 연결을 방지함으로써 연료 전지의 내구성을 증대시키는 효과를 가져온다.
상기 배터리 팩(102)은, 상기 전력 출력단(254)으로부터 상기 배터리 셀(210)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자(242)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전력 출력단(254)으로부터 상기 외부 전력 입력단(252)을 통해 연료 전지(10)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자(244)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 역전류 차단 소자(242) 및 제2 역전류 차단 소자(244)는 도시한 바와 같이 다이오드 소자로 구현할 수 있다.
도 3은 본 실시예의 배터리 팩(102)이 사용되는 모습을 도시하고 있다. 비록 배터리 팩이 노트북에서 분리되어 묘사되어 있지만, 이해의 편의를 위한 것이며 실제 사용시에는 노트북에 내장된 상태로 동작한다.
본 실시예의 배터리 팩(102)의 케이스는 도 3에 도시한 바와 같이 종래 노트북에 사용되는 배터리 팩의 케이스와 거의 동일한 형상을 가진다. 다만, 상기 외부 전력 입력단(252)의 단자가 외부에 구비되는 것에 차이가 있다.
다음, 외부 연료 전지로부터 입력받은 전력과 배터리 셀에 의한 방전 전력을 병렬 연결 방식으로 외부의 노트북에 전달하는 방법 및 원리에 대하여 살펴보겠다.
상기 전압 변환 회로(230)는 연료 전지(10) 및 배터리 셀(210) 상호간의 전류의 흐름을 방지하기 위해 서로 연결되는 지점에서의 전압이 서로 동일하도록 맞춰주는 역할을 수행한다. 따라서, 배터리 셀(210)이 방전됨에 따라 전압이 낮아져도, 상당 기간 연료 전지(10)와 함께 병렬 연결 방식으로 노트북에 전력을 공급할 수 있게 된다.
본 실시예 따른 구조에 따라, 노트북(1000)이 연결되는 전력 출력단(254)에서 보았을때 연료 전지(10)와 배터리 셀(210)은 병렬 연결된 전원으로 보이며, 따라서 연료 전지(10)와 배터리 셀(210)은 일정한 전류 비율로 전력을 동시에 방출하여 노트북(1000)으로 전달한다. 상기 방출 전류 비율은 배터리 셀(210)이 방전됨에 따라 연료 전지(10)의 전류 비율이 큰 방향으로 점차적으로 변화된다.
노트북에서 소요 전력이 순간적으로 증가하는 경우, 연료 전지(10)는 급격히 그 출력 전류를 증대시키기가 곤란하나, 배터리 셀(210)은 노트북의 소요 전력 증대에 맞추어 방출 전류를 신속히 증대시킬 수 있다. 따라서, 연료 전지(10)에 대한 효과를 살펴보면, 노트북(1000) 부하의 필요 전력이 순간적으로 증대되어도 안정적으로 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 연료 전지(10)의 구동 상태를 급격히 변동시킬 필요가 없어, 연료 전지(10)의 안정적이고 효율적인 구동을 보장할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예의 배터리 팩은 상기 제1 실시예와 같은 내부 배터리 셀의 방전 전 력과 연료 전지 등과 같은 외부 발전 장치의 생성 전력을 병렬 연결 방식으로 노트북 등과 같은 외부 부하로 전달하기 위한 구성요소들과 더불어 외부 발전 장치의 생성 전력으로 내부 배터리 셀을 충전하기 위한 구성요소들을 포함한다.
도 5에 도시한 바와 같은 본 실시예의 배터리 팩(103)은, 충전된 전하량에 따른 전력을 방전하기 위한 배터리 셀(310); 외부 연료 전지(10)에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단(352); 외부 노트북(1000)에 전력을 공급하기 위한 전력 출력단(354); 상기 외부 전력 입력단(352)으로 입력되는 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력단(354)으로 전달하기 위한 전력 변환 회로(330); 상기 외부 전력 입력단(352)으로 입력되는 전력으로 상기 배터리 셀(310)을 충전시키기 위한 충전 회로(360); 및 상기 노트북(1000)으로의 전력 공급 동작 및 상기 배터리 셀(310)의 충전 동작을 제어하기 위한 제어부(320)를 포함한다.
또한, 도시한 배터리 팩(103)은 연료 전지(10)의 초기화시에 제어부(320)의 제어에 의해 부하와의 연결을 차단하기 하기 위해, 상기 외부 전력 입력단과 상기 전력 변환 회로의 연결을 단속하는 외부 전력 경로 스위치(346)를 더 포함할 수 있다.
또한, 배터리 셀(310)이 충분히 방전된 경우에도 배터리 셀(310)을 차단하고 연료 전지의 생성 전력만 노트북으로 전달하기 위해, 상기 배터리와 상기 전력 출력단의 연결을 단속하는 배터리 경로 스위치(348)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 외부 전력 경로 스위치(346) 및/또는 배터리 경로 스위치(348)의 스위치 동작을 제어하기 위한 제어부(320)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 출력단(354)으로부터 상기 배터리 셀(310)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자(342)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전력 출력단(354)으로부터 상기 외부 전력 입력단(352)을 통해 연료 전지(10)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자(344)를 더 포함할 수 있다.
상기 도 5의 구성요소들 중 배터리 셀(310)을 충전하기 위한 구성요소를 제외한 구성요소들은 상기 제1 실시예의 경우와 거의 동일하므로, 대응되는 구성요소들에 대한 상세한 설명 및 중복되는 설명은 생략하겠다. 다음, 배터리 셀(310)을 충전하기 위한 구성요소들을 설명하겠다.
도시한 충전 회로(360)는 외부 연료 전지(10)로부터 입력받은 전력의 전부 또는 일부를 상기 배터리 셀(310)의 충전 전압으로 변환하여 상기 배터리 셀(310)의 충전 노드에 전달한다. 외부 연료 전지(10)로부터 입력받은 전력 중 노트북(1000)으로 전달하는 전력과 배터리 셀(310)을 충전하는 전력의 비를 일정하게 하기 위해, 상기 노트북(1000)의 입력 임피던스에 대하여 상기 전력 비에 대응하는 소정의 비율을 가지도록, 상기 충전 회로(360)의 입력 임피던스가 결정되는 것이 바람직하다. 도시한 충전 스위치(372)는 외부 전력 입력단(352)부터의 전력 입력 경로와 상기 충전 회로(360)의 연결을 단속한다.
상기 제어부(320)는 Z80 등과 같은 제어용 마이컴으로 구현할 수 있으며, 도 시한 바와 같이 충전 회로(360)와 연료 전지(10)쪽 전력 공급 라인과의 연결을 단속하기 위한 충전 스위치(372) 및 배터리 셀(310)의 출력 라인을 단속하기 위한 배터리 경로 스위치(348)의 개폐를 제어한다.
상기 제어부(320)는 배터리 셀(310)의 충전/방전 모드를 결정하는 기능을 수행하며, 구현에 따라서는 상기 전압 변환 회로(330)의 전압 변환비를 조절하는 기능을 겸할 수 있다. 또한 구현에 따라서는 도시한 바와 같이 외부 전력 입력단(352)을 차단하도록 외부 전력 경로 스위치(346)를 제어하는 기능도 수행할 수 있는데, 이는 연료 전지의 구동 초기에 연료 전지가 안정화될 때까지 연료 전지의 부하 연결을 방지함으로써 연료 전지의 내구성을 증대시키는 효과를 가져온다.
상기 제어부(320)도 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 수동적인 제어 구조로 구현될 수도 있고, 능동적인 제어 구조로 구현될 수도 있다.
상기 제어부(320)가 능동적인 제어 구조를 가지기 위해서는 판단의 기준이 되는 데이터를 입력받아야 한다. 배터리 셀(310)의 SOC값, 연료 전지(10)나 노트북(1000) 부하의 온도 등 여러 파라미터들을 입력받도록 구현할 수도 있으나, 외부 전력 입력단(352), 배터리 셀(310) 및 전력 출력단(354)의 전압값들의 전부 또는 일부를 판단 기준 데이터로 삼는 구조의 구현이 무난하다.
이중, 상기 배터리 셀(310)의 전압값을 입력받아 배터리 셀(310)의 충전을 제어하는 동작에 대하여 설명하자면, 상기 제어부(320)는 배터리 셀(344) 출력단의 전압이 소정의 충전 개시 기준값 이하로 떨어지면, 배터리 경로 스위치(348)를 off시키고, 충전 스위치(372)를 on시켜 배터리 셀(310)의 충전을 개시하게 된다. 충전 개시 후 배터리 셀(344) 출력단의 전압이 소정의 충전 종료 기준값 이상으로 높아지면, 상기 제어부(320)는 배터리 경로 스위치(348)를 on시키고, 충전 스위치(372)를 off시켜 배터리 셀(310)의 충전을 종료하고 방전을 개시한다.
(실시예 3)
상기 제2 실시예의 경우에 있어, 배터리 셀을 충전할 때와 배터리 셀이 방전될 때 연료 전지에 대해서는 별다른 조치 사항이 없다. 물론 외부 연료 전지 자체에 부하의 용량을 판단하여 적합한 발전량으로 구동시키는 기능을 포함하는 경우에는 큰 무리가 없지만, 이와 같은 기능을 구현하는 연료 전지는 비용이 고가이며, 반대로 단일의 고정된 발전량으로만 구동하는 연료 전지를 사용하는 경우, 노트북에 대한 전력 공급의 안정성 및 외부 연료 전지의 내구성 면에서 다소 무리가 있다.
따라서, 외부 연료 전지는 배터리 셀의 충전시에는 보다 발전용량이 높은 모드로 구동하고, 배터리 셀의 방전시에는 보다 발전용량이 낮은 모드로 구동하도록, 발전용량이 다른 2개의 구동 모드를 가진 것을 사용하는 것이 유리하다.
본 실시예의 배터리 팩은 상기와 같은 발전용량이 다른 2개의 구동 모드를 가진 외부 연료 전지와 함께 사용되기 위한 구조를 가지며, 이를 위해 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제2 실시예의 각 구성요소에 대응되는 구성요소들과 더불어, 제어부(420)가 생성하는 연료 전지(10) 등 외부 발전 장치로 모드 신호 등 구동 제어 신호를 전달하기 위한 발전 제어 신호 출력단(458)을 더 포함한다.
도 6의 구성요소들 중 제어부(420) 및 발전 제어 신호 출력단(458)를 제외한 구성요소들은 상기 제2 실시예의 경우와 거의 동일하므로, 대응되는 구성요소들에 대한 상세한 설명 및 상기 제1/제2 실시예와 중복되는 설명은 생략하겠다.
도 10은 본 실시예의 제어부(420)가 수행하며, 배터리 셀(410)의 충전량을 측정 결과에 따라 연료 전지(10)에서 생성된 전력으로 배터리 셀(410)을 충전시키는 방법을 도시한다. 도시한 충전 방법은, 상기 측정 결과 충전량이 소정의 제1 기준값보다 낮으면, 연료 전지를 최대 출력 모드로 구동시켜 생성된 전력을 노트북으로 공급함과 동시에 배터리 셀을 충전시키는 단계(S120); 상기 측정 결과 충전량이 소정의 제2 기준값보다 높으면, 연료 전지를 안정 출력 모드로 구동시켜 생성된 전력을 배터리 셀의 방전 전력과 함께 노트북으로 공급하는 단계(S140); 및 상기 측정 결과 충전량이 상기 제1 기준값보다 높고 상기 제2 기준값보다 낮으면, 연료 전지의 이전 구동 상태를 유지시키는 단계(S160)를 포함한다.
도시한 충전 방법은, 연료 전지의 구동 모드를 정상 출력의 경우 30W로 최대 출력의 경우 40W로 구체화하였고, 2차 전지 출력단 전압값으로써 제1 기준값을 6.5V로 제2 기준값으로 8.4V로 구체화하였지만, 실제 구현되는 경우에 따라 다른 값으로 설정될 수도 있으며, 2차 전지의 충전량을 알기 위한 매개변수로 2차 전지 출력단 전압외에 SOC 값을 사용할 수도 있다.
도시한 바와 같이 본 실시예의 구동 제어 방법에 따라, 연료 전지는 다음 2가지 구동 상태 중 하나의 상태로 동작한다. 제1 상태(A1)에서 연료 전지는 보다 적은 전력을 생성하는 안정 출력 모드로 구동하며, 배터리 셀 및 연료 전지의 출력 라인들은 서로 병렬 연결 방식으로 부하에 전력을 공급하게 된다. 제2 상태(A2)에서 연료 전지는 보다 높은 전력을 생성하는 최대 출력 모드로 구동하며, 연료 전지의 생성 전력의 일부는 부하로 전달되며 나머지 일부는 배터리 셀을 충전시키게 된다.
논리적으로는 2가지 중 하나를 선택하는데에는 하나의 기준값으로도 충분하지만, 본 실시예의 구동 방법은 상기 2가지 구동 상태 중 하나를 선택하기 위해 2개의 기준값을 사용하는데, 그 이유는 다음과 같다.
연료 전지 시스템에 있어서 각 구동 상태에 따라 스위치의 스위칭 상태가 변경되며 연료 공급량 등에 차이가 있어, 구동 상태의 변경이 너무 빈번히 발생하면 연료 전지 시스템의 내구성에 나쁜 영향을 준다. 따라서, 본 실시예에서는 2개의 기준값을 사용하여 외부 연료 전지의 구동 상태를 변경하므로, 한번 변경된 구동 상태가 일정 시간 유지도록 한다.
(실시예 4)
본 실시예는 가장 간단한 구조로 종래 기술에 의한 노트북 등 휴대용 전자장치의 구조의 변경을 최소화하며 내장될 수 있으며, 연료 전지 등 외부 발전 장치의 생성 전력과 외부 배터리의 방전 전력을 동시에 사용할 수 있는 외부 전력 입력 장치에 관한 것이다.
도 7에 도시한 바와 같은 본 실시예의 외부 전력 입력 장치(105)는, 외부의 배터리로부터의 방전 전력을 공급받기 위한 외부 배터리 입력단(553); 외부의 연료 전지(10)에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단(552); 노트북(1001)의 내부 회로(1100)에 전력을 공급하기 위한 전력 출력 라인(554); 및 상기 외부 전력 입력단(552)로 입력되는 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력 라인(554)으로 전달하기 위한 전력 변환 회로(530)를 포함한다.
상기 외부 배터리 입력단(553)은 종래 노트북에서 널리 사용되는 리튬이온 또는 리튬폴리머 계열의 2차 전지로부터 전력을 입력받기 위해, 배터리 팩의 방전단자에 접속될 수 있는 단자로 구현할 수 있다.
상기 외부 전력 입력단(552)은 외부의 연료 전지가 생성하는 전력을 인가받기 위한 단자로 구현할 수 있다. 상기 단자는 전원 입력에 널리 사용되는 여러 규격의 단자들 중 하나일 수 있다.
상기 전압 변환 회로(530)는 연료 전지(10)로부터 입력받은 전력의 전압을 외부 배터리(110)의 방전 전압과 맞추어주는 역할을 수행한다. 이와 같이 본 실시예에서는 외부 배터리(110)의 전압을 기준으로 외부 연료 전지(10)의 출력 전압을 맞추어 노트북로 공급하는데, 이는 종래기술에 따른 노트북에 내장되는 전력 입력 장치가 배터리 전압에 따라 전력 입력을 수행하도록 설계되었기 때문이다.
상기 전압 변환 회로(530)는 외부의 제어 신호에 따라 연속적으로 또는 단계적으로 승압비를 변화시킬 수 있는 일반적인 승압 회로로 구현할 수 있다. 또한, 상기 전압 변환 회로(530)는 상기 승압비를 결정하기 위해 별도의 전압계로 상기 외부 배터리 입력단(553)의 전압을 모니터링하도록 구현할 수 있다.
구현에 따라 상기 전압 변환 회로(530)는 상기 배터리 셀(110)이 상기 전력 출력 라인(554)과 차단된 경우, 고정된 출력 전압으로 승압하도록 구현할 수 있다.
상기 전력 입력 장치(105)는, 상기 노트북 내부 회로(1100)로부터 상기 배터리(110)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자(542)를 더 포함할 수 있으며, 상기 노트북 내부 회로(1100)로부터 상기 외부 전력 입력단(552)을 통해 연료 전지(10)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자(544)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 역전류 차단 소자(542) 및 제2 역전류 차단 소자(544)는 도시한 바와 같이 다이오드 소자로 구현할 수 있다.
비록 도면에서는 제어부(520) 및 2개의 경로 스위치(546, 548)를 포함하는 구현으로 도시하였지만, 가장 단순하고 저렴한 구현의 경우에는 이 구성요소들은 생략할 수 있다. 이는 본 실시예의 외부 전력 입력단(552)에 연료 전지(10)가 물리적으로 연결되지 않으면, 별도의 스위치의 off동작이 없어도 전압 변환 회로(530)는 구동을 정지하며, 외부 배터리(110)의 방전 전력만이 노트북(1000)으로 공급되어, 큰 무리없는 동작을 보장하기 때문이다.
그러나, 연료 전지(10)의 초기화시에는 제어부(520)의 제어에 의해 부하와의 연결을 차단하기 하기 위해, 상기 외부 전력 입력단(552)과 상기 전력 변환 회로(530)의 연결을 단속하는 외부 전력 경로 스위치(546)를 더 포함할 수 있다.
또한, 외부 배터리(110)가 충분히 방전된 경우 외부 배터리(110)를 차단하고 연료 전지(10)의 생성 전력만 노트북 내부 회로(1100)로 전달하기 위해, 상기 배터 리(110)와 상기 전력 출력 라인(554)의 연결을 단속하는 배터리 경로 스위치(548)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 외부 전력 경로 스위치(546) 및/또는 배터리 경로 스위치(548)의 스위치 동작을 제어하기 위한 제어부(520)는 Z80 등과 같은 제어용 마이컴으로 구현할 수 있다. 상기 제어부(520)는 단순히 외부 사용자의 지시 신호의 입력에 따라 상기 스위치들(546, 548)을 스위칭하는 수동적 제어 구조로도 구현할 수 있다.
상기 제어부(520)가 능동적인 제어 구조를 가지기 위해서는 판단의 기준이 되는 데이터를 입력받아야 한다. 연료 전지(10)나 노트북(1000) 부하의 전압 또는 온도 등 여러 파라미터들을 입력받도록 구현할 수도 있으나, 외부 전력 입력단, 외부 배터리 입력단 및 전력 출력 라인의 전압값들의 전부 또는 일부를 판단 기준 데이터로 삼는 구조의 구현이 무난하다.
이중, 사용자 편의성을 위해, 상기 제어부(520)는 외부 전력 입력단(552) 쪽의 전압 등을 모니터링하여 연료 전지(10)의 연결 여부 및/또는 연료 전지(10)가 안정화된 구동 상태인 가의 여부를 판단하여, 그 판단 결과에 적합하게 스위치들(546, 548)을 스위칭하도록 구현할 수 있다.
상기 제어부(520)는 구현에 따라서는 상기 전압 변환 회로(530)의 전압 변환비를 조절하는 기능을 겸할 수 있다. 또한, 구현에 따라서는 도시한 바와 같이 외부 전력 입력단(552)을 차단하는 기능도 수행할 수 있는데, 이는 연료 전지의 구동 초기에 연료 전지가 안정화될 때까지 연료 전지(10)의 부하 연결을 방지함으로써 연료 전지의 내구성을 증대시키는 효과를 가져온다.
다음, 외부 연료 전지로부터 입력받은 전력과 외부 배터리 셀에 의한 방전 전력을 병렬 연결 방식으로 노트북 내부 회로에 전달하는 방법 및 원리에 대하여 살펴보겠다.
상기 전압 변환 회로(530)는 연료 전지(10) 및 배터리(110) 상호간의 전류의 흐름을 방지하기 위해 서로 연결되는 지점에서의 전압이 서로 동일하도록 맞춰주는 역할을 수행한다. 따라서, 배터리(110)이 방전됨에 따라 전압이 낮아져도, 상당 기간 연료 전지(10)와 함께 병렬 연결 방식으로 노트북에 전력을 공급할 수 있게 된다.
본 실시예 따른 구조에 따라, 노트북 내부 회로(1100)이 연결되는 전력 출력 라인(554)에서 보았을때 연료 전지(10)와 배터리(110)는 병렬 연결된 전원으로 보이며, 따라서 연료 전지(10)와 배터리(110)는 일정한 전류 비율로 전력을 동시에 방출하여 노트북 내부 회로(1100)로 전달한다. 상기 방출 전류 비율은 배터리(110)가 방전됨에 따라 연료 전지(10)의 전류 비율이 큰 방향으로 점차적으로 변화된다.
노트북 내부 회로(1100)에서 소요 전력이 순간적으로 증가는 경우, 연료 전지(10)는 급격히 그 출력 전류를 증대시키기가 곤란하나, 배터리 셀(210)은 노트북 내부 회로(1100)의 소요 전력 증대에 맞추어 방출 전류를 신속히 증대시킬 수 있다. 따라서, 연료 전지(10)에 대한 효과를 살펴보면, 노트북 내부 회로(1100)의 필요 전력이 순간적으로 증대되어도 안정적으로 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 연료 전지(10)의 구동 상태를 급격히 변동시킬 필요가 없어, 연료 전지(10)의 안정적이고 효율적인 구동을 보장할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예의 전력 입력 장치는 외부 배터리의 방전 전력과 연료 전지 등과 같은 외부 발전 장치의 생성 전력을 병렬 연결 방식으로 노트북 등과 같은 외부 부하로 전달하기 위한 상기 제4 실시예의 경우와 같은 구성요소들과 더불어, 외부 발전 장치의 생성 전력으로 외부 배터리를 충전하기 위한 구성요소들을 포함한다.
도 8에 도시한 바와 같은, 노트북 내부에 장착되며 노트북 내부 회로의 구동에 필요한 전력을 외부에서 입력받는 본 실시예의 전력 입력 장치(106)는, 외부의 배터리(120)로부터의 방전 전력을 공급받기 위한 외부 배터리 입력단(653); 외부의 연료 전지(10)에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단(652); 노트북 내부 회로(1100)에 전력을 공급하기 위한 전력 출력 라인(654); 상기 외부 전력 입력단(652)으로 입력되는 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력 라인(654)으로 전달하기 위한 전압 변환 회로(630); 상기 외부 배터리(120)로 충전 전력을 공급하기 위한 배터리 충전단(655); 상기 외부 배터리(120)를 충전시키기 위해 상기 외부 전력 입력단(652)의 전력을 충전에 적합한 전압으로 변환하여 상기 배터리 충전단(655)으로 전달하기 위한 충전 회로(660); 및 상기 노트북 내부 회로(1100)로의 전력 공급 동작 및 상기 외부 배터리(120)에 대한 충전 동작을 제어하기 위한 제어부(620)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도시한 전력 입력 장치(106)는 연료 전지(10)의 초기화시에 제어부(620)의 제어에 의해 부하와의 연결을 차단하기 하기 위해, 상기 외부 전력 입력단(652)과 상기 전력 변환 회로(630)의 연결을 단속하는 외부 전력 경로 스위치(646)를 더 포함할 수 있다.
또한, 배터리(120)가 충분히 방전된 경우 배터리(120)를 차단하고 연료 전지(10)의 생성 전력만 노트북으로 전달하기 위해, 상기 배터리와 상기 전력 출력단의 연결을 단속하는 배터리 경로 스위치(648)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 외부 전력 경로 스위치(646) 및/또는 배터리 경로 스위치(648)의 스위치 동작을 제어하기 위한 제어부(620)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 노트북 내부 회로(1100)로부터 상기 배터리(110)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자(642)를 더 포함할 수 있으며, 상기 노트북 내부 회로(1100)로부터 상기 외부 전력 입력단(652)을 통해 연료 전지(10)로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자(644)를 더 포함할 수 있다.
상기 도 8의 구성요소들 중 배터리(120)를 충전하기 위한 구성요소를 제외한 구성요소들은 상기 제4 실시예의 경우와 거의 동일하므로, 대응되는 구성요소들에 대한 상세한 설명 및 중복되는 설명은 생략하겠다. 이하, 배터리(120)를 충전하기 위한 구성요소들을 설명하겠다.
도시한 충전 회로(660)는 외부 연료 전지(10)로부터 입력받은 전력의 전부 또는 일부를 상기 배터리(120)의 충전 전압으로 변환하여 상기 배터리(120)의 충전 단자에 전달한다. 외부 연료 전지(10)로부터 입력받은 전력 중 노트북 내부 회로(1100)으로 전달하는 전력과 배터리(120)를 충전하는 전력의 비를 일정하게 하기 위해, 상기 노트북 내부 회로(1100)의 입력 임피던스에 대하여 상기 전력 비에 대응하는 소정의 비율을 가지도록, 상기 충전 회로(660)의 입력 임피던스가 결정되는 것이 바람직하다. 도시한 충전 스위치(672)는 외부 전력 입력단(652)부터의 전력 입력 경로와 상기 충전 회로(660)의 연결을 단속한다.
상기 제어부(620)는 Z80 등과 같은 제어용 마이컴으로 구현할 수 있으며, 도시한 바와 같이 충전 회로(660)와 연료 전지(10)쪽 전력 공급 라인과의 연결을 단속하기 위한 충전 스위치(672) 및 외부 배터리(120)의 출력 라인을 단속하기 위한 배터리 경로 스위치(648)의 개폐를 제어한다.
상기 제어부(620)는 배터리(120)의 충전/방전 모드를 결정하는 기능을 수행하며, 구현에 따라서는 상기 전압 변환 회로(630)의 전압 변환비를 조절하는 기능을 겸할 수 있다. 또한 구현에 따라서는 도시한 바와 같이 외부 전력 입력단(652)을 차단하도록 외부 전력 경로 스위치(646)를 제어하는 기능도 수행할 수 있는데, 이는 연료 전지의 구동 초기에 연료 전지가 안정화될 때까지 연료 전지의 부하 연결을 방지함으로써 연료 전지의 내구성을 증대시키는 효과를 가져온다.
상기 제어부(620)도 제4 실시예의 경우와 마찬가지로 수동적인 제어 구조로 구현될 수도 있고, 능동적인 제어 구조로 구현될 수도 있다.
상기 제어부(620)가 능동적인 제어 구조를 가지기 위해서는 판단의 기준이 되는 데이터를 입력받아야 한다. 배터리 셀(120)의 SOC값, 연료 전지(10)나 노트북 내부 회로(1100) 부하의 온도나 전압 등 여러 파라미터들을 입력받도록 구현할 수도 있으나, 외부 전력 입력단(652), 외부 배터리 입력단(653) 및 전력 출력 라인(654)의 전압값들의 전부 또는 일부를 판단 기준 데이터로 삼는 구조의 구현이 무난하다.
이중, 상기 외부 배터리 입력단(653)의 전압값을 입력받아 배터리(120)의 충전을 제어하는 동작에 대하여 설명하자면, 상기 제어부(620)는 외부 배터리 입력단(653)의 전압이 소정의 충전 개시 기준값 이하로 떨어지면, 배터리 경로 스위치(648)를 off시키고, 충전 스위치(672)를 on시켜 배터리(120)의 충전을 개시하게 된다. 충전 개시 후 외부 배터리 입력단(653)의 전압이 소정의 충전 종료 기준값 이상으로 높아지면, 상기 제어부(620)는 배터리 경로 스위치(648)를 on시키고, 충전 스위치(672)를 off시켜 배터리(120)의 충전을 종료하고 방전을 개시한다.
(실시예 6)
상기 제5 실시예의 경우에 있어, 배터리를 충전할 때와 배터리가 방전될 때 연료 전지에 대해서는 별다른 조치 사항이 없다. 물론 외부 연료 전지 자체에 부하의 용량을 판단하여 적합한 발전량으로 구동시키는 기능을 포함하는 경우에는 큰 무리가 없지만, 이와 같은 기능을 구현하는 연료 전지는 비용이 고가이며, 반대로 단일의 고정된 발전량으로만 구동하는 연료 전지를 사용하는 경우, 노트북에 대한 전력 공급의 안정성 및 외부 연료 전지의 내구성 면에서 다소 무리가 있다.
따라서, 외부 연료 전지는 배터리의 충전시에는 보다 발전용량이 높은 모드로 구동하고, 배터리의 방전시에는 보다 발전용량이 낮은 모드로 구동하도록, 발전용량이 다른 2개의 구동 모드를 가진 것을 사용하는 것이 유리하다.
본 실시예의 전력 입력 장치는 상기와 같은 발전용량이 다른 2개의 구동 모드를 가진 외부 연료 전지와 함께 사용되기 위한 구조를 가지며, 이를 위해 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 제5 실시예의 각 구성요소에 대응되는 구성요소들과 더불어, 제어부(720)가 생성하는 연료 전지(10) 등 외부 발전 장치로 모드 신호 등 구동 제어 신호를 전달하기 위한 발전 제어 신호 출력단(758)을 더 포함한다.
도 6의 구성요소들 중 제어부(720) 및 발전 제어 신호 출력단(758)을 제외한 구성요소들은 상기 제2 실시예의 경우와 거의 동일하므로, 대응되는 구성요소들에 대한 상세한 설명 및 상기 제1/제2 실시예와 중복되는 설명은 생략하겠다.
본 실시예의 제어부(720)도 상기 제3 실시예의 경우와 동일하게 도 10에 도시한 바와 같은 충전 방법을 수행한다. 도 10의 충전 방법은 상기 제3 실시예에 기술하였으므로 그 설명을 생략하겠다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
예컨대, 도시한 충전 회로는 그 입력단이 전압 변환 회로의 출력단에 연결되도록 구현하여 전압 변환 회로에 의해 안정화된 전력을 입력받는 장점이 있으나, 구현에 따라서는 충전 회로의 입력단을 전압 변환 회로의 입력단 또는 그 이전단에 연결할 수도 있고, 이 경우 안정화 정도는 떨어지나 평균 전압값이 변하지 않는 전력을 입력받는 장점이 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩을 실시함에 따라 기존의 휴대용 전자 기기의 구조 변경없이 연료 전지 등 외부 발전 장치를 적용할 수 있는 효과가 있으며, 본 발명에 따른 전력 입력 장치를 실시함에 따라 기존의 휴대용 전자 기기의 구조 변경을 최소화하여 연료 전지 등 외부 발전 장치를 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 및 전력 입력 장치는, 저비용으로 안정적으로 전자 기기에 전력을 공급할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 및 전력 입력 장치는, 연료 전지를 외부 발전 장치로 사용하는 경우, 전자 기기의 부하 용량의 급격한 변동에도 안정적으로 전력을 공급하며, 연료 전지의 손상을 방지할 수 있는 효과도 있다

Claims (22)

  1. 충전된 전하량에 따른 전력을 방전하기 위한 배터리 셀;
    외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단;
    외부의 부하에 전력을 공급하기 위한 전력 출력단; 및
    상기 외부 전력 전력 입력단으로 입력되는 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력단으로 전달하기 위한 전력 변환 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전력 입력단과 상기 전력 변환 회로의 연결을 단속하기 위한 외부 전력 경로 스위치; 및
    상기 외부 전력 경로 스위치의 개폐를 제어하기 위한 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 전력 출력단의 연결을 단속하기 위한 배터리 경로 스위치; 및
    상기 배터리 경로 스위치의 개폐를 제어하기 위한 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 출력단으로부터 상기 배터리 셀로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 출력단으로부터 상기 외부 전력 입력단으로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전력 입력단으로 입력받은 전력으로 상기 배터리 셀을 충전시키기 위한 충전 회로; 및
    상기 부하로의 전력 공급 동작 및 상기 배터리 셀의 충전 동작을 제어하기 위한 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외부 전력 입력단과 상기 전력 변환 회로의 연결을 단속하기 위한 외부 전력 경로 스위치; 및
    상기 전력 출력단과 상기 충전 회로의 연결을 단속하기 위한 충전 스위치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 전력 출력단의 연결을 단속하기 위한 배터리 경로 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전력 출력단으로부터 상기 배터리 셀로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전력 출력단으로부터 상기 외부 전력 입력단으로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 외부 발전 장치로 구동 제어 신호를 전달하기 위한 발전 제어 신호 출력단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 전자 기기 내부에 장착되며 상기 전자 기기의 내부 회로의 구동에 필요한 전력을 외부에서 입력받는 전력 입력 장치에 있어서,
    외부의 배터리로부터의 방전 전력을 공급받기 위한 외부 배터리 입력단;
    외부의 발전 장치에서 전력을 공급받기 위한 외부 전력 입력단;
    상기 전자 기기의 내부 회로에 전력을 공급하기 위한 전력 출력 라인; 및
    상기 외부 전력 입력단으로 입력되는 전력의 전압을 변환하여 상기 전력 출력 라인으로 전달하기 위한 전력 변환 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 외부 전력 입력단과 상기 전력 변환 회로의 연결을 단속하기 위한 외부 전력 경로 스위치; 및
    상기 외부 전력 경로 스위치의 개폐를 제어하기 위한 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 입력단과 상기 전력 출력단의 연결을 단속하기 위한 배터리 경로 스위치; 및
    상기 배터리 경로 스위치의 개폐를 제어하기 위한 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 회로로부터 상기 배터리 입력단으로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 회로로부터 상기 외부 전력 입력단으로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 외부 배터리로 충전 전력을 공급하기 위한 배터리 충전단;
    상기 외부 배터리를 충전시키기 위해 상기 외부 전력 입력단의 전력을 충전에 적합한 전압으로 변환하여 상기 배터리 충전단으로 전달하기 위한 충전 회로
    상기 부하로의 전력 공급 동작 및 상기 외부 배터리에 대한 충전 동작을 제어하기 위한 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 외부 전력 입력단과 상기 전력 변환 회로의 연결을 단속하기 위한 외부 전력 경로 스위치; 및
    상기 전력 출력단과 상기 충전 회로의 연결을 단속하기 위한 충전 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 전력 출력단의 연결을 단속하기 위한 배터리 경로 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 회로로부터 상기 배터리 입력단으로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제1 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부 회로로부터 상기 외부 전력 입력단으로 역방향 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 제2 역전류 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 외부 발전 장치로 구동 제어 신호를 전달하기 위한 발전 제어 신호 출력단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 입력 장치.
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