KR101201811B1 - 충방전 장치 - Google Patents

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Abstract

충방전 장치를 제공한다. 충방전 장치는 상기 복수의 전지 셀 중 하나의 셀의 제1 전극에 연결되어 있는 제1 전압 라인 및 제1 전류 라인, 상기 셀의 제2 전극에 연결되어 있는 제2 전압 라인 및 제2 전류 라인, 상기 제1 전압 라인의 제1 접점과 상기 제1 전류 라인의 제2 접점 사이에 연결되어 있는 제1 릴레이 및 적어도 하나의 제1 저항, 상기 제2 전압 라인의 제3 접점과 상기 제2 전류 라인의 제4 접점 사이에 연결되어 있는 제2 릴레이 및 적어도 하나의 제2 저항, 및 상기 제1 전압 라인의 상기 제1 전극부터 상기 제1 접점 사이 부분이 개방되거나, 상기 제2 전압 라인의 상기 제2 전극부터 상기 제3 접점 사이 부분이 개방되는 경우, 상기 제1 전류 라인 또는 상기 제2 전류 라인을 통해 전달되는 전압을 이용하여 상기 셀의 전압을 센싱하는 제어부를 포함한다.

Description

충방전 장치{CHARGING AND DISCHARGING APPARATUS}
본 발명은 충방전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충방전이 가능한 전지에 대한 충방전 구동 시 전지의 과충전 및 과방전을 회로적으로 보호하는 충방전 장치에 관한 것이다.
최근 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 넷북(Netbook), 노트북 등의 휴대형 기기의 사용이 증가되고 있고 에너지 자원 고갈 또는 부족 현상에 따라 에너지 공급장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 휴대형 기기 또는 에너지 공급장치에서는 사용 특성상 충방전이 가능한 2차 전지를 이용하여 전력을 공급받고 에너지를 저장한다.
휴대형 기기 또는 에너지 공급장치에 사용되는 2차 전지는 소형화, 저중량화와 함께 충전용량이 증대되어야 하고, 아울러 수명과 에너지 효율을 위해 일정한 충전상태가 유지되도록 과충전 또는 과방전을 제어하는 기술이 요구된다.
특히, 과충전 및 과방전 방지를 위해, 2차 전지의 충방전 과정에서 2차 전지의 충방전 전류량을 얼마나 정확하게 센싱하고 제어할 수 있는지가 중요하다.
2차 전지의 충전 상태는 2차 전지의 전압을 실시간으로 센싱함으로써 구할 수 있는데, 전압 센싱이 단선 또는 접촉 불량으로 정상적으로 이루어지지 않을 경우 종래에는 연산과정에서 이를 보상하는 방식으로 보완하여 왔다.
그러나 이러한 종래 방식은 정확하게 2차 전지의 실제 전압을 측정하지 못하고 불량 원인 발생시 즉각적으로 충방전을 제어할 수 없으므로 안정적이지 못하다. 또한 친환경 에너지 분야에서 요구되는 대용량 2차 전지의 역할이 커지고 있는 현 추세에서 대용량 전지에 대한 종래의 연산처리의 보상 방식은 즉각적이고 충분한 제어를 수행할 수 없으므로 어려움이 있다.
따라서, 종래의 연산처리의 보상 방식 이외에 회로적, 구성적으로 충방전 장치의 과충전 및 과방전을 제어하는 데에 연구 및 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 2차 전지의 충방전 수행 시 전압 센싱 불량으로 인한 과충전 및 과방전을 방지할 수 있는 충방전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 충방전 장치는 상기 복수의 전지 셀 중 하나의 셀의 제1 전극에 연결되어 있는 제1 전압 라인 및 제1 전류 라인,상기 셀의 제2 전극에 연결되어 있는 제2 전압 라인 및 제2 전류 라인,상기 제1 전압 라인의 제1 접점과 상기 제1 전류 라인의 제2 접점 사이에 연결되어 있는 제1 릴레이 및 적어도 하나의 제1 저항, 상기 제2 전압 라인의 제3 접점과 상기 제2 전류 라인의 제4 접점 사이에 연결되어 있는 제2 릴레이 및 적어도 하나의 제2 저항, 및 상기 제1 전압 라인의 상기 제1 전극부터 상기 제1 접점 사이 부분이 개방되거나, 상기 제2 전압 라인의 상기 제2 전극부터 상기 제3 접점 사이 부분이 개방되는 경우, 상기 제1 전류 라인 또는 상기 제2 전류 라인을 통해 전달되는 전압을 이용하여 상기 셀의 전압을 센싱하는 제어부를 포함한다.
상기 충방전 장치는 상기 제1 전압 라인 및 제1 전류 라인, 및 상기 제2 전압 라인 및 제2 전류 라인에 연결되고, 상기 제어부의 제어를 받아 상기 복수의 전자 셀로 구성된 배터리부의 충방전을 위한 충방전 전류를 변환하여 상기 배터리부에 전달하는 충방전 구동부를 더 포함한다.
이때 상기 충방전 구동부는, 특별히 제한되지 않으나 상기 복수의 전지 셀에 대응하여 전지 셀의 개수만큼 형성되는 적어도 하나의 구동부를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 구동부 각각은 상기 복수의 전지 셀 각각에 연결된 상기 제1 및 제2 전류 라인과 제1 및 제2 전압 라인에 연결된다.
또한 상기 충방전 구동부는, 상기 적어도 하나의 구동부에 연결되어 전압을 변환하는 AC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 AC/DC 컨버터는 전지 셀로부터 전달된 방전 전류를 상기 복수의 구동부 각각이 직류 전압으로 변환하여 전달하면 이를 다시 교류 전압으로 전달하여 외부 부하에 전달하여 방전 구동을 수행할 수 있다.
또한 상기 적어도 하나의 구동부 각각은 입력되는 직류 전압과 출력되는 직류 전압 간의 전압을 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터일 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 장치는 충전 구동을 수행하는 전원공급부를 더 포함하여 상기 전원공급부가 방전 구동에 필요한 전압 변환을 수행할 수 있도록 구성할 수 있다.
이때 상기 전원공급부는 상기 충방전 구동부에 연결되고, 외부에서 공급받은 교류 전압을 상기 충방전 구동부에서 상기 충방전 전류를 변환하는데 필요한 직류 전압으로 정류할 수 있다.
상기 제1 전압 라인 또는 상기 제2 전압 라인이 개방된 경우, 상기 제어부는 상기 제1 전극에 연결되어 있는 제1 전류 라인과 상기 제1 릴레이 및 제1 저항, 및 상기 제1 접점에 연결된 제1 전압 라인에 이르는 경로, 또는 상기 제2 전극에 연결되어 있는 제2 전류 라인과 상기 제2 릴레이 및 제2 저항, 및 상기 제3 접점에 연결된 제2 전압 라인에 이르는 경로를 통하여 상기 셀의 전압을 센싱한다.
상기 제어부는 기 설정된 전지 셀의 정상 전압 범위를 기준으로 센싱된 전지 셀 전압이 상기 정상 전압 범위를 벗어나는 경우 상기 제1 전류 라인 또는 상기 제2 전류 라인을 통해 전달되는 셀의 전압을 센싱할 수 있다.
상기 제1 전압 라인 또는 제2 전압 라인이 개방되지 않아 정상인 경우, 상기 제1 릴레이 또는 제2 릴레이는 충방전 구동하는 기간 동안 온 상태이고 상기 전지 셀 전압을 측정하는 기간 동안 오프 상태일 수 있다.
또한 상기 제1 전압 라인 또는 제2 전압 라인이 개방된 경우, 상기 제1 릴레이 또는 제2 릴레이는 충방전 구동하는 기간 및 상기 전지 셀 전압을 측정하는 기간 동안 온 상태일 수 있다.
상기 제어부는 상기 센싱된 전지 셀 전압을 이용하여 상기 배터리부의 충전률을 산출할 수 있다.
그래서 상기 제어부는 상기 배터리부의 충전률이 소정의 범위로 유지되도록 충방전 구동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제어부에 전달되는 상기 전지 셀 전압 정보를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부, 상기 충방전 전류량의 설정치, 상기 전지 셀 전압 정보, 및 상기 배터리부의 충전률을 저장하는 메모리, 및 상기 디지털 신호로부터 상기 배터리부의 충전률을 산출하고, 상기 충전률에 근거하여 상기 배터리부의 충방전을 위한 충방전 전류량을 조절하는 충방전 제어신호를 생성하여 상기 충방전 구동부에 전달하는 연산 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 전지의 실제 전압을 센싱하여 충방전을 제어하는 충방전 장치에서 전압 센싱 라인의 불량으로 인해 과충전 또는 과방전의 위험이 생길 때 실시간 정확하게 전지의 전압을 센싱하여 과충전 또는 과방전을 예방할 수 있는 충방전 회로를 제공함으로써 충방전 장치의 안전성을 확보할 수 있다.
또한 비교적 간단한 장치를 이용하여 충방전 장치의 과방전 또는 과충전을 방지하므로 대용량 전지의 충방전 시스템에도 경제적으로 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 충방전 장치의 회로 구성을 확대하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 복수의 전지 셀로 구성된 배터리부(20)에 반복적으로 전류를 충전 또는 방전하는 충방전 장치(10)가 연결되어 있다. 배터리부(20)는 특별히 제한되지 않지만 충전과 방전이 가능한 전지 셀로 이루어진다.
충방전 장치(10)는 전원 공급부(110), 충방전 구동부(120), 제어부(130)를 포함하고 있으며 외부의 부하(40)에 연결되어 있다.
충방전 장치(10)는 배터리부(20)의 전지 셀 각각에 연결되는 접합 회로(30)에 연결되고, 상기 접합 회로(30)를 통해 충방전 전류가 전달된다.
전원공급부(110)는 충방전 구동부(120)에 연결되어 배터리부(20)의 충전 시, 외부 상용전원에서 공급되는 교류 전압을 인가 받아 직류 전압으로 정류하여 충방전 구동부(120)에 전달한다. 그러면 충방전 구동부(120)에서 배터리부(20)의 충전에 필요한 전류를 생성하는 데 필요한 소정의 전압으로 변환하여 출력한다.
충방전 구동부(120)는 배터리부(20)를 구성하는 각각의 전지 셀의 전압 라인 연결단자(도면 미도시) 및 전류 라인 연결단자(도면 미도시)에 연결된 전압 라인과 전류 라인과 연결된 복수의 구동부(121, 122, 123 등)로 구성된다.
상기 복수의 구동부 각각은 전원공급부(110)로부터 인가 받은 직류 전압을 각각 소정의 충전 전류로 생성하기 위하여 필요한 소정의 직류 전압으로 변환한다. 예를 들어, 상용전원의 교류 전압은 AD 220V일 수 있고, 전원공급부(110)에서 AD 220V를 충방전 구동부(120)에서 배터리부(20)의 충전에 필요한 전류를 생성하는데 필요한 소정 직류 전압 DC 380V로 변환할 수 있다. 충방전 구동부(120)의 각각의 구동부는 상기 인가받은 소정의 직류 전압 DC 380V를 배터리부(20)의 각 셀에 충전되는 충전 전류를 생성하는데 필요한 소정의 전압, 예를 들면 3V 내지 4.5V의 직류 전압으로 변환한다.
한편, 충방전 구동부(120)는 배터리부(20)를 방전 구동할 때 배터리부(20)로부터 인가 받은 소정의 직류 전압을 외부 부하(40)로 회생시켜 소모시킬 수 있다. 이를 위하여 충방전 구동부(120)는 소정의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 AC/DC 컨버터(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 실시 예로서 전원공급부(110)가 AC/DC 컨버터를 포함하므로 전원공급부(110)에 상기 소정의 직류 전압을 전달하여 교류 전압으로 변환하도록 구성할 수도 있다.
상술한 구체적인 일례에 따르면 충방전 구동부(120)의 각 구동부는 배터리부(20)의 각 전지 셀로부터 소정의 방전 전류에 따른 소정의 직류 전압(예를 들면 3V 내지 4.5V)을 인가 받아 이를 교류 전압으로 변환할 수 있는데, 이때 충방전 구동부(120)에서 방전 구동으로 인해 전체 전지 셀로부터 인가 받은 직류 전압은 380V 일 수 있다.
일 실시 예에 따르면 충방전 구동부(120)의 각 구동부(121,122,123 등)는 소정의 직류 전압과 배터리부(20)의 전지 셀의 충방전을 위한 충방전 전류를 생성하는 직류 전압 간의 전압을 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터일 수 있다.
한편, 제어부(130)는 충방전 구동부(120)에 연결되어 배터리부(20)의 충전률이 소정의 범위 내에서 유지되도록 배터리부(20)의 각 전지 셀의 충방전 구동을 제어한다.
제어부(130)는 충방전이 진행되는 기간 동안 또는 충방전이 수행되기 전에 배터리부(20)의 각 전지 셀의 전압을 센싱하여 전체 배터리부(20)의 전지 충전률을 실시간 산출하고 이를 저장할 수 있다.
전지의 충전률(State of charge, SOC)은 배터리부(20)의 전지 셀의 충전 상태를 판단할 수 있는 지표로서, 전지의 충전률(SOC)은 전원 공급 및 충방전 장치의 현재 충전량이 만충전량과 대비하였을 때 얼마나 남아있는가를 백분율로 나타낸 지표이다. 통상 충전률이 100%라 함은 그 전지가 만충전 상태에 있다는 뜻이며, 충전률이 0%라 함은 그 전지가 만방전 상태에 있다는 뜻이다.
제어부(130)는 배터리부(20)의 충전률이 소정의 범위 내에서 벗어나는 경우 상기 충전률 범위가 유지될 수 있도록 충방전 구동부(120)의 각 구동부에 충방전 제어 신호를 생성하여 전달할 수 있고, 상기 충방전 제어 신호에 따라 상기 각 구동부는 충방전 직류 전압의 설정을 제어함으로써 충방전되는 전류량을 제어할 수 있다.
제어부(130)는 특별히 제한되지 않지만, 신호 변환부, 메모리, 및 연산 프로세서(도면 미도시)를 포함할 수 있다.
신호 변환부는 제어부(130)에 전달되는 실시간 전지 셀의 센싱 전압 정보를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
메모리는 상기 전지 셀 전압 정보, 상기 전지 셀 전압을 이용하여 산출한 배터리부(20)의 충전률, 및 충전률의 소정의 범위 내 유지를 위해 설정한 충방전 전류량 등을 저장할 수 있다. 메모리에 저장되는 정보는 상술한 정보에 제한되지 않음은 물론이다.
연산 프로세서는 디지털 신호로 변환된 센싱 전압 정보로부터 배터리부(20)의 충전률을 산출하고, 상기 충전률에 근거하여 상기 배터리부(20)의 충방전을 위한 충방전 전류량을 조절하는 충방전 제어신호를 생성하여 충방전 구동부(120)에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 제어부(130)는 충방전 구동부(120)의 각 구동부에 연결되는 접합 회로(30)를 통해 배터리부(20)의 전지 셀 전압을 센싱할 수 있다. 도 1을 참조하면 각 구동부(121,122,123 등)는 배터리부(20)의 각 전지 셀의 제1 및 제2 전압 라인 연결단자(도면 미도시) 및 제1 및 제2 전류 라인 연결단자, 즉 모두 4 단자에 연결되는 배선으로 구성되는 접합 회로(30)에 연결되어 있다. 자세한 접합 회로(30)의 구성은 도 2에서 후술하도록 한다.
따라서, 제어부(130)는 상기 4 단자에 연결된 배선을 통해 구동부에 전달되는 각 전지 셀 전압을 이용하여 배터리부(20)의 현재의 충전률을 구할 수 있다. 제어부(130)는 충방전이 수행되는 기간 전 또는 충방전이 진행되는 기간 동안에 수시로 또는 정기적으로 접합 회로(30)를 통해 각 전지 셀 전압을 센싱할 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시한 접합 회로(30), 및 제어부(130)와 첫 번째 구동부(121)만을 대표하여 나타낸 충방전 장치(10)를 도시한 도면이다.
충방전 구동부의 첫 번째 구동부(121)는 배터리부의 첫 번째 전지 셀(cell1)의 접합 회로(30)에 연결되어 있다. 접합 회로(30)는 배터리부의 첫 번째 전지 셀(cell1)의 전압 라인 연결단자 및 전류 라인 연결단자에 각각 연결된 4개의 라인을 포함한다. 첫 번째 전지 셀의 제1 전극에 전압 라인과 전류 라인을 접속하기 위한 전압 라인 연결단자 및 전류 라인 연결단자가 연결되고, 전지 셀의 제2 전극에 전압 라인과 전류 라인을 접속하기 위한 전압 라인 연결단자 및 전류 라인 연결단자가 연결된다. 즉, 접합 회로(30)는 첫 번째 전지 셀의 제1 전극에 접속된 제1 전류 라인(301)과 제1 전압 라인(302), 및 제2 전극에 접속된 제2 전압 라인(303), 및 제2 전류 라인(304)을 포함한다. 일례로서, 제1 전류 라인(301), 제1 전압 라인(302), 제2 전압 라인(303), 및 제2 전류 라인(304)은 각각 양의 전류 라인(301), 양의 전압 라인(302), 음의 전압 라인(303), 및 음의 전류 라인(304)을 가리킬 수 있다.
첫 번째 구동부(121)를 통하여 제어부(130)는 첫 번째 전지 셀(cell1)에 연결된 접합 회로(30)의 상기 4개의 라인을 통하여 충전 또는 방전을 제어하고 첫 번째 전지 셀(cell1)의 전압을 센싱할 수 있다.
구체적으로 접합 회로(30)는 전압 라인과 전류 라인 간을 연결하는 도선을 포함하고, 상기 도선에는 릴레이와 저항이 직렬 연결되어 있다. 즉, 첫 번째 전지 셀(cell1)에 연결된 제1 전류 라인(301)과 제1 전압 라인(302) 사이에 제1 도선이 연결되고, 제2 전압 라인(303)과 제2 전류 라인(304) 사이에 제2 도선이 연결된다. 상기 제1 도선은 제1 릴레이(310-1)와 제1 저항(320-1)이 직렬로 연결되고, 상기 제2 도선은 제2 릴레이(310-2)와 제2 저항(320-2)이 직렬로 연결되어 있다. 이때 제1 저항(320-1)과 제2 저항(320-2)의 직렬 연결 개수는 복수일 수 있다.
제어부(130)는 기 설정된 배터리부(20)의 충전률 정상 범위를 미달하거나 초과하는 경우 각각 배터리부(20)를 충전하거나 방전할 수 있도록 충방전 제어 신호를 생성하여 충방전 구동부에 전달한다. 충방전 제어 신호에 따라 설정된 각 구동부의 충방전 전류는 주로 전류 라인을 통해 대응하는 배터리부의 전지 셀에 전달된다.
도 2를 참조하면 전압 센싱이 정상적인 경우 충방전이 진행되는 기간 동안 제1 릴레이(310-1) 및 제2 릴레이(310-2)가 온 상태를 유지한다. 릴레이가 온 상태여서 상기 제1 도선 및 제2 도선에 의해 전기적으로 전압 라인과 전류 라인이 연결되더라도 제1 저항(320-1)과 제2 저항(320-2)으로 인해 전압 라인보다는 전류 라인(301,304)으로 대부분의 충방전 전류가 흐르게 된다.
충방전이 진행되는 경우라도 배터리부의 각 전지 셀 전압이 실시간으로 센싱될 수 있고, 충방전이 수행되지 않는 때에 각 전지 셀 전압이 센싱될 수도 있다. 배터리부의 전지 셀 전압이 센싱되는 동안 제1 릴레이(310-1) 및 제2 릴레이(310-2)는 오프 상태이다. 그러면 상기 제1 도선과 제2 도선으로 인한 전압 라인과 전류 라인의 연결이 개방된다. 따라서, 충방전 전류는 전류 라인(301,304)을 통해 흐르게 되고, 전지 셀(cell1) 전압은 제1 전압 라인(302)과 제2 전압 라인(303)을 이용하여 센싱된다.
전지 셀 전압이 센싱되는 전압 라인은 다양한 원인에 의하여 불량이 발생할 수 있다. 충방전 장치에서 이물에 의한 접촉저항, 프로그램 버그(bug), 하드웨어 상의 오류 등의 원인일 수 있다.
특히 전지 셀 전압을 센싱하는 전압 라인의 개방되는 경우는 상기 제1 도선과 제1 전압 라인(302)의 제1 접점(N1)과 제1 전압 라인(302)의 전압 라인 연결단자 사이에 해당하는 제1 전압 라인이 끊어지는 경우이다. 상기 제2 도선과 제2 전압 라인(303)의 제1 접점(N10)과 제2 전압 라인(303)의 전압 라인 연결단자 사이에 해당하는 제2 전압 라인이 끊어지는 경우도 마찬가지이다. 또한 상기 전압 라인 연결단자의 접촉 불량인 경우에도 불량이 발생된다.
종래의 충방전 장치에서는 과충전 또는 과방전을 방지하여 전지의 일정한 충전률을 유지하기 위하여 제어부(130) 등의 연산 프로세서에서 프로그램을 이용하여 제어하였다. 그러나 이러한 소프트웨어 프로그램에 의한 전지의 충전률 제어만으로는 상기 원인과 같은 전압 라인 비정상으로 인한 과충전 또는 과방전을 제어하기 어렵다.
특히 배터리부의 전지 셀 전압을 측정하는 전압 라인(302,303)이 불량일 경우 또는 상기 전압 라인 연결단자의 접촉 불량인 경우에 제어부(130)는 이를 인지하지 못하고 실제 전지 셀의 전압보다 낮거나 높은 전압으로 인식하게 되어 계속 충전 또는 방전함에 따라 과충전 또는 과방전으로 인한 폭발 가능성 등의 문제가 생길 염려가 있다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 장치의 제어부(130)는 충전 또는 방전 구동 중에 센싱된 배터리부(20)의 각 전지 셀 전압이 소정의 기 설정된 정상 전압 범위를 미달하거나 초과하는 경우 상기와 같이 전압 라인의 불량으로 판단한다. 그리고 제어부(130)는 접합 회로(30)의 릴레이(310)를 온 상태로 계속 유지하면서 전류 라인과 도선, 및 전압 라인을 통해 각 전지 셀 전압을 센싱한다.
즉, 도 2를 참조하면 제어부(130)는 전압 라인이 불량인 경우로 판단하고, a 경로와 b 경로를 통해 전지 셀(cell1) 전압을 센싱한다. a 경로는 제1 도선과 제1 전류 라인(301)의 제2 접점(N2) 및 전지 셀(cell1)의 제1 전류 라인(301) 연결단자(도면 미도시) 사이에 해당하는 제1 전류 라인, 제1 도선, 및 제1 도선과 제1 전압 라인(302)의 제1 접점(N1)과 구동부(121) 사이에 해당하는 제1 전압 라인에 대응하는 경로이다. b 경로는 제2 도선과 제2 전류 라인(304)의 제2 접점(N20) 및 전지 셀(cell1)의 제2 전류 라인(304) 연결단자(도면 미도시) 사이에 해당하는 제2 전류 라인, 제2 도선, 및 제2 도선과 제2 전압 라인(303)의 제1 접점(N10)과 구동부(121) 사이에 해당하는 제2 전압 라인에 대응하는 경로이다.
본 발명의 충방전 장치의 제어부는 전압 라인만을 통하여 현재의 전압을 감지하여 충전률을 산출하는 것이 아니라, 릴레이와 저항이 연결된 도선을 통해 전압 라인과 전지 셀의 전류 라인 연결단자에 연결된 전류 라인으로 형성된 경로를 이용하여 전압 라인의 불량 시에도 피드백되는 전지 셀의 전압을 센싱해낼 수 있다.
제어부(130)는 이러한 방식으로 전압 라인이 정상이거나 비정상인 경우에 구애받지 않고 과충전이나 과방전을 방지하면서 안전하게 배터리부(20)의 각 전지 셀마다 전압을 측정하여 전체 배터리부(20)의 정확한 충전률을 구할 수 있다. 이를 바탕으로 충방전 구동을 신뢰성 있고 안전하게 제어할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 충방전 장치 20: 배터리부
30: 접합 회로 40: 외부 부하
110: 전원공급부 120: 충방전 구동부
121,122,123: 구동부 130: 제어부
301,304: 전류 라인 302,303: 전압 라인
310-1, 310-2: 릴레이 320-1, 320-2: 저항

Claims (12)

  1. 복수의 전지 셀을 포함하는 배터리부를 충방전하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 전지 셀 각각은, 상기 셀의 제1 전극에 연결되어 있는 제1 전압 라인 및 제1 전류 라인, 및 상기 셀의 제2 전극에 연결되어 있는 제2 전압 라인 및 제2 전류 라인을 통해 상기 충방전 장치의 복수의 구동부 각각에 연결되고,
    상기 제1 전압 라인의 제1 접점과 상기 제1 전류 라인의 제2 접점 사이에 제1 릴레이 및 적어도 하나의 제1 저항이 구비되고,
    상기 제2 전압 라인의 제3 접점과 상기 제2 전류 라인의 제4 접점 사이에 제2 릴레이 및 적어도 하나의 제2 저항이 구비되며,
    상기 충방전 장치는,
    상기 복수의 구동부로 구성되는 충방전 구동부, 및
    상기 제1 전압 라인의 상기 제1 전극부터 상기 제1 접점 사이 부분이 개방되거나, 상기 제2 전압 라인의 상기 제2 전극부터 상기 제3 접점 사이 부분이 개방되는 경우, 상기 제1 전류 라인 또는 상기 제2 전류 라인을 통해 상기 복수의 구동부 각각에 전달되는 각 전지 셀 전압을 이용하여 산출한 상기 배터리부의 충전률에 근거하여 상기 배터리부의 충방전 전류량을 조절하는 제어부를 포함하는 충방전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 충전률이 기 설정된 상기 배터리부의 충전률 정상 범위를 벗어나는 경우 상기 복수의 전자 셀로 구성된 배터리부의 충방전을 제어하는 충방전 제어 신호를 생성하여 상기 충방전 구동부에 전달하고,
    상기 충방전 구동부는 상기 충방전 제어 신호에 따라 상기 복수의 전자 셀로 구성된 배터리부의 충방전을 위한 충방전 전류를 변환하여 상기 배터리부에 전달하는 충방전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 구동부는,
    상기 복수의 구동부에 연결되어 전압을 변환하는 AC/DC 컨버터를 더 포함하는 충방전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 구동부 각각은 입력되는 직류 전압과 출력되는 직류 전압 간의 전압을 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전 구동부에 연결되고, 외부에서 공급받은 교류 전압을 상기 충방전 구동부에서 상기 충방전 전류를 변환하는데 필요한 직류 전압으로 정류하는 전원공급부를 더 포함하는 충방전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압 라인 또는 상기 제2 전압 라인이 개방된 경우, 상기 제어부는 상기 제1 전극에 연결되어 있는 제1 전류 라인과 상기 제1 릴레이 및 제1 저항, 및 상기 제1 접점에 연결된 제1 전압 라인에 이르는 경로, 또는 상기 제2 전극에 연결되어 있는 제2 전류 라인과 상기 제2 릴레이 및 제2 저항, 및 상기 제3 접점에 연결된 제2 전압 라인에 이르는 경로를 통하여 상기 복수의 구동부 각각에 전달되는 상기 각 전지 셀 전압을 이용하여 상기 배터리부의 충전률을 산출하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압 라인 또는 제2 전압 라인이 개방되지 않은 정상인 경우, 상기 제1 릴레이 또는 제2 릴레이는 충방전이 진행되는 기간 동안 온 상태이고, 상기 배터리부의 충전률을 산출하는 기간 동안 오프 상태인 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압 라인 또는 제2 전압 라인이 개방된 경우, 상기 제1 릴레이 또는 제2 릴레이는 충방전이 진행되는 기간 및 상기 배터리부의 충전률을 산출하기 위하여 상기 전지 셀 전압을 측정하는 기간 동안 온 상태인 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 구동부 각각에 전달되는 각 전지 셀 전압을 이용하여 상기 배터리부의 충전률을 산출하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리부의 충전률이 소정의 범위로 유지되도록 충방전 구동을 제어하는 충방전 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 충방전 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각 전지 셀 전압에 대한 전압 정보를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부;
    상기 충방전 전류량의 설정치, 상기 전지 셀 전압 정보, 및 상기 배터리부의 충전률을 저장하는 메모리; 및
    상기 디지털 신호로부터 상기 배터리부의 충전률을 산출하고, 상기 충전률에 근거하여 상기 배터리부의 충방전을 위한 충방전 전류량을 조절하는 충방전 제어신호를 생성하여 상기 충방전 구동부에 전달하는 연산 프로세서를 포함하는 충방전 장치.
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