KR101254867B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
일례로, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 유닛; 상기 복수의 배터리 유닛을 병렬로 연결하여 충전 경로를 형성하는 충전 스위치 유닛; 상기 복수의 배터리 유닛을 직렬로 연결하여 방전 경로를 형성하는 방전 스위치 유닛; 및 대기 모드, 충전 모드 및 방전 모드에 따라 상기 충전 스위치 유닛과 상기 방전 스위치 유닛의 스위칭을 제어하되, 모드 전환 시 스위치들 간에 딜레이 타임을 두고 제어하는 배터리 관리 유닛을 포함하는 배터리 팩을 개시한다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 셀룰러 폰(Cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기뿐만 아니라 가정용 진공 청소기 등의 휴대 전원으로서 사용되고 있다. 일반적인 가정용 진공 청소기의 경우 가정 내 AC 전원을 이용하여 청소기의 모터를 구동시킨다. 그러나, AC 전원을 연결할 수 없는 공간 내에서 가정용 진공 청소기를 휴대하기 위해서는 별도의 전원이 반드시 필요하다. 이러한 휴대 전원으로서의 이차 전지는 사양에 따라 다르지만 약 100V 이상의 고출력이 필요하다.
본 발명은 고효율 충전 및 고출력 방전이 가능한 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 유닛; 상기 복수의 배터리 유닛을 병렬로 연결하여 충전 경로를 형성하는 충전 스위치 유닛; 상기 복수의 배터리 유닛을 직렬로 연결하여 방전 경로를 형성하는 방전 스위치 유닛; 및 대기 모드, 충전 모드 및 방전 모드에 따라 상기 충전 스위치 유닛과 상기 방전 스위치 유닛의 스위칭을 제어하되, 모드 전환 시 스위치들 간에 딜레이 타임을 두고 제어하는 배터리 관리 유닛을 포함한다.
또한, 상기 복수의 배터리 유닛은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 각각 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 스위치 유닛은, 상기 복수의 배터리 유닛의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이에 각각 연결된 복수의 제 1 충전 스위치; 및 상기 배터리 팩의 양극 충전 단자와 상기 복수의 배터리 유닛의 양극 단자 사이에 각각 연결된 복수의 제 2 충전 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방전 스위치 유닛은, 상기 복수의 배터리 유닛 중 서로 이웃하는 배터리 유닛의 양극 단자와 음극 단자 사이에 각각 연결된 복수의 제 1 방전 스위치; 및 상기 복수의 배터리 유닛의 직렬 연결 시, 직렬 연결된 배터리 유닛의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 양극 방전 단자 사이에 연결된 제 2 방전 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛은, 상기 복수의 배터리 유닛을 대기 모드에서 충전 모드로 전환할 경우, 상기 복수의 제 1 충전 스위치를 턴온시키는 제 1 스위칭과, 상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴온시키는 제 2 스위칭의 순서로 제어 동작하며, 상기 제 1 스위칭 동작과 상기 제 2 스위칭 동작 사이에 딜레이 타임이 설정될 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛은, 상기 복수의 배터리 유닛을 대기 모드에서 방전 모드로 전환할 경우, 상기 복수의 제 1 방전 스위치를 순차적으로 턴온시키는 제 1 스위칭과, 상기 제 2 방전 스위치를 턴온시키는 제 2 스위칭의 순서로 제어 동작하며, 상기 제 1 스위칭 동작과 상기 제 2 스위칭 동작 사이, 및 상기 제 1 스위칭 동작 사이 사이에 소정의 딜레이 타임이 설정될 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛은, 상기 복수의 배터리 유닛을 방전 모드에서 충전 모드로 전환할 경우, 상기 제 2 방전 스위치를 턴오프시키는 제 1 스위칭, 상기 복수의 제 1 방전 스위치를 순차적으로 턴오프시키는 제 2 스위칭, 상기 복수의 제 1 충전 스위치를 턴온시키는 제 3 스위칭과, 상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴온시키는 제 4 스위칭의 순서로 제어 동작하며, 상기 제 1 스위칭 동작 내지 상기 제 4 스위칭 동작 사이, 및 상기 제 2 스위칭 동작 사이 사이에 소정의 딜레이 타임이 설정될 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛은, 상기 복수의 배터리 유닛을 충전 모드에서 방전 모드로 전환할 경우, 상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴오프시키는 제 1 스위칭, 상기 복수의 제 1 충전 스위치를 턴오프시키는 제 2 스위칭, 상기 복수의 제 1 방전 스위치를 순차적으로 턴온시키는 제 3 스위칭과, 상기 제 2 방전 스위치를 턴온시키는 제 4 스위칭 동작의 순서로 제어 동작하며, 상기 제 1 스위칭 동작 내지 상기 제 4 스위칭 동작 사이, 및 상기 제 3 스위칭 동작 사이 사이에 소정의 딜레임 타임이 설정될 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛은, 상기 복수의 배터리 유닛의 과충전 발생 시, 상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴오프시킬 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛은, 상기 복수의 배터리 관리 유닛의 과방전 발생 시, 상기 제 2 방전 스위치를 턴오프시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 고효율 충전 및 고출력 방전이 가능한 배터리 팩을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛과 충전 스위치 유닛 및 방전 스위치 유닛의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 방전 모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 회로도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 유닛(110)과 충전 스위치 유닛(121, 122, 123, 124, 125) 및 방전 스위치 유닛(131, 132, 133)의 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 배터리 유닛(110)과 배터리 충방전 시스템(121, 122, 123, 124, 125, 131, 132, 133, 140)을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 양극 방전 단자 Pd+, 양극 충전 단자 Pc+ 및 음극 단자 P-를 구비한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 상기 양극 방전 단자 Pd+와 음극 단자 P-를 통하여 방전이 이루어지고, 상기 양극 충전 단자 Pc+와 음극 단자 P-를 통하여 충전이 이루어진다.
상기 배터리 유닛(110)들은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 각각 포함한다. 상기 배터리 셀은 통상의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나 이러한 종류로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 2에서는 3개의 배터리 유닛(110)을 도시하고 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 전력을 필요로 하는 장치의 사양에 따라 달라질 수 있다. 이하에서는 상기 배터리 유닛(110)은 제 1 배터리 유닛(111), 제 2 배터리 유닛(112) 및 제 3 배터리 유닛(113)으로 구성된 것을 일례로 하여 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 배터리 충방전 시스템(121, 122, 123, 124, 125, 131, 132, 133, 140)은 충전 스위치 유닛(121, 122, 123, 124, 125), 방전 스위치 유닛(131, 132, 133) 및 배터리 관리 유닛(140)을 포함한다.
상기 충전 스위치 유닛(121, 122, 123, 124, 125)은 제 1 충전 스위치(121, 122)와 제 2 충전 스위치(123, 124, 125)를 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)을 병렬로 연결하여 충전 경로를 형성하는 역할을 한다.
상기 제 1 충전 스위치(121, 122)는 제 1-1 충전 스위치(121) 및 제 1-2 충전 스위치를 포함하며, 상기 제 1 배터리 유닛(111), 제 2 배터리 유닛(112) 및 제 3 배터리 유닛(113)의 음극 단자 B-와 상기 배터리 팩(100)의 음극 단자 P- 사이에 각각 연결된다.
더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 제 1-1 충전 스위치(121)는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 1-1 충전 스위치(121)의 제 1 전극은 상기 제 2 배터리 유닛(112)의 음극 단자 B-에 연결된다. 상기 제 1-1 충전 스위치(121)의 제 2 전극은 상기 배터리 팩(100)의 음극 단자 P-에 연결된다. 상기 제 1-1 충전 스위치(121)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)에 연결되며, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가받는다.
상기 제 1-2 충전 스위치(122)는 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 1-2 충전 스위치(122)의 제 1 전극은 상기 제 3 배터리 유닛(113)의 음극 단자 B-에 연결된다. 상기 제 1-2 충전 스위치(122)의 제 2 전극은 상기 배터리 팩(100)의 음극 단자 P-에 연결된다. 상기 제 1-2 충전 스위치(122)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)에 연결되며, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가받는다.
도시하지 않았지만, 상기 제 1 배터리 유닛(111)과 상기 배터리 팩(100)의 음극 단자 P- 사이에도 충전 스위치가 구성될 수 있으나, 생략 가능하다.
상기 제 2 충전 스위치(123, 124, 125)는 제 2-1 충전 스위치(123), 제 2-2 충전 스위치(124) 및 제 2-3 충전 스위치(125)를 포함하며, 상기 배터리 팩(100)의 양극 충전 단자 Pc+와 상기 제 1 배터리 유닛(111), 제 2 배터리 유닛(112) 및 제 3 배터리 유닛(113)의 양극 단자 B+ 사이에 각각 연결된다.
더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 제 2-1 충전 스위치(123)는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 2-1 충전 스위치(123)의 제 1 전극은 상기 배터리 팩(100)의 양극 충전 단자 Pc+에 연결된다. 상기 제 2-1 충전 스위치(123)의 제 2 전극은 상기 제 1 배터리 유닛(111)의 양극 단자 B+에 연결된다. 상기 제 2-1 충전 스위치(123)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)에 연결되며, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가받는다.
상기 제 2-2 충전 스위치(124)는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 2-2 충전 스위치(124)의 제 1 전극은 상기 배터리 팩(100)의 양극 충전 단자 Pc+에 연결된다. 상기 제 2-2 충전 스위치(124)의 제 2 전극은 상기 제 2 배터리 유닛(112)의 양극 단자 B+에 연결된다. 상기 제 2-2 충전 스위치(124)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)에 연결되며, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가 받는다.
상기 제 2-3 충전 스위치(125) 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 2-3 충전 스위치(125)의 제 1 전극은 상기 배터리 팩(100)의 양극 충전 단자 Pc+에 연결된다. 상기 제 2-3 충전 스위치(125)의 제 2 전극은 상기 제 3 배터리 유닛(113)의 양극 단자 B+에 연결된다. 상기 제 2-3 충전 스위치(125)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)에 연결되며, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가받는다.
상기 방전 스위치 유닛(131, 132, 133)은 제 1 방전 스위치(131, 132)와 제 2 방전 스위치(133)를 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)을 직렬로 연결하여 방전 경로를 형성하는 역할을 한다.
상기 제 1 방전 스위치(131, 132)는 제 1-1 방전 스위치(131)와 제 1-2 방전 스위치(132)를 포함하며, 서로 이웃하는 배터리 유닛의 양극 단자 B+와 음극 단자 B- 사이에 각각 연결된다.
더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 제 1-1 방전 스위치(131)는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 1-1 방전 스위치(131)의 제 1 전극은 상기 제 1 배터리 유닛(111)의 양극 단자 B+와 연결된다. 상기 제 1-1 방전 스위치(131)의 제 2 전극은 상기 제 2 배터리 유닛(112)의 음극 단자 B-와 연결된다. 상기 제 1-1 방전 스위치(131)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)과 연결되고, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가받는다.
상기 제 1-2 방전 스위치(132)는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 1-2 방전 스위치(132)의 제 1 전극은 상기 제 2 배터리 유닛(112)의 양극 단자 B+와 연결된다. 상기 제 1-2 방전 스위치(132)의 제 2 전극은 상기 제 3 배터리 유닛(113)의 음극 단자 B-와 연결된다. 상기 제 1-2 방전 스위치(132)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)과 연결되고, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가받는다.
상기 제 2 방전 스위치(133)는, 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)이 상기 제 1 충전 스위치(121, 122)와 제 2 충전 스위치(123, 124, 125)에 의해 직렬 연결될 경우, 직렬 연결된 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)의 최고 전위를 갖는 양극 단자 B+와 상기 배터리 팩(100)의 양극 방전 단자 Pd+ 사이에 연결된다.
더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 제 2 방전 스위치(133)는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제어 전극을 구비한다. 상기 제 2 방전 스위치(133)의 제 1 전극은 상기 제 3 배터리 유닛(113)의 양극 단자 B+에 연결된다. 여기서 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)의 직렬 연결 시 상기 제 3 배터리 유닛(113)의 양극 단자 B+가 최고 전위의 단자로서 상기 배터리 유닛(110) 전체의 양극 단자 B+가 되므로, 상기 제 2 방전 스위치(133)의 제 1 전극이 상기 제 3 배터리 유닛(113)의 양극 단자 B+와 연결되는 것이 바람직하다. 상기 제 2 방전 스위치(133)의 제 2 전극은 상기 배터리 팩(100)의 양극 방전 단자 Pd+에 연결된다. 여기서 상기 제 2 방전 스위치(133)의 제 2 전극과 상기 배터리 팩(100)의 양극 방전 단자 Pd+ 사이에 과방전 방지부(150)가 구성될 수 있다. 상기 제 2 방전 스위치(133)의 제어 전극은 상기 배터리 관리 유닛(140)과 연결되며, 상기 배터리 관리 유닛(140)으로부터 제어 신호를 인가받는다.
상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 충전 스위치 유닛(121, 122, 123, 124, 125)과 상기 방전 스위치 유닛(131, 132, 133)에 구성된 스위치들의 제어 전극과 연결된다. 따라서, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 배터리 팩(100)의 대기 모드, 충전 모드 및 방전 모드에 따라 상기 충전 스위치 유닛(121, 122, 123, 124, 125)과 상기 방전 스위치 유닛(131, 132, 133)에 구성된 스위치들의 스위칭 동작을 제어하는 역할을 한다. 또한, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 모드의 전환 시 스위치들 간에 딜레이 타임(delay time)을 두고 제어한다.
더불어, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 배터리 유닛(110)의 전압을 측정하여 상기 배터리 팩(100)의 충방전에 대한 전반적인 관리를 수행하는 역할을 한다. 단, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 배터리 관리 유닛(140)의 다양한 역할 중 상기 충전 스위치 유닛(121, 122, 123, 124, 125)과 상기 방전 스위치 유닛(131, 132, 133)의 제어를 통한 상기 배터리 유닛(110)의 충방전 관리에 대해서 구체적으로 설명한다.
상기와 같은 구성과 더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 과방전 방지부(150), 전체 셀 전압 감지부(160) 및 전류 센서(170)를 포함할 수 있다.
상기 과방전 방지부(150)는 퓨즈(151), 가열 저항(152) 및 퓨즈 스위치(153)을 포함한다. 상기 퓨즈(151)는 상기 배터리 유닛(110)의 양극 단자 B+와 배터리 팩(100)의 양극 방전 단자 Pd+ 사이에 연결되어 있다. 또한, 상기 가열 저항(152)은 상기 퓨즈(151)에 연결되어 있다. 또한, 상기 퓨즈 스위치(153)는 상기 퓨즈 스위치(153)와 상기 배터리 유닛(110)의 음극 단자 B-에 연결되어 있다. 더불어, 상기 퓨즈 스위치(153)는 상기 배터리 관리 유닛(140)의 제어를 받는다. 이와 같이 하여, 상기 배터리 관리 유닛(140)이 제어 신호를 출력하면, 상기 퓨즈 스위치(153)는 턴온된다. 그러면, 상기 가열 저항(152)으로부터 열이 발생하고, 이러한 열에 의해 상기 퓨즈(151)는 컷오프된다. 이에 따라 상기 배터리 유닛(110)에 대한 과방전이 방지된다.
상기 전체 셀 전압 감지부(160) 제 1 저항(161) 및 제 2 저항(162)으로 구성되고 상기 배터리 유닛(110)의 전압을 감지한다. 일례로, 최저 전위를 갖는 상기 배터리 유닛(110)의 음극 단자 B-와 최고 전위를 갖는 상기 배터리 유닛(110)의 양극 단자 B+ 사이의 상호간 직렬 연결된 제 1 저항(161)과 제 2 저항(162)으로 이루어진다. 더불어, 상기 제 1 저항(161) 및 제 2 저항(162) 사이의 노드에는 분압 전압을 출력하는 분압 전압선(163)이 연결되어 있다. 상기 분압 전압선(163)은 상기 배터리 관리 유닛(140)에 연결되어 있다.
상기 전류 센서(170)는 상기 배터리 관리 유닛(140)에 연결되어 있으며, 상기 배터리 유닛(110)으로부터 흐르는 전류를 감지한다. 상기 전류 센서(170)의 동작은 당업자에게 잘 알려진 것이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 방전 모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
1) 대기 모드
우선, 상기 배터리 팩(100)의 대기 모드에서는 충전 또는 방전이 이루어지지 않으므로, 소비전력을 최소화하기 위해 상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 충전 스위치 유닛(121, 122, 123, 124, 125)과 방전 스위치 유닛(131, 132, 133) 모두를 오프시킨다.
2) 대기 모드에서 충전 모드로 전환
다음, 대기 모드에서 충전 모드로의 전환 과정에 대하여 설명한다.
우선, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 제 1-1 및 제 1-2 충전 스위치(121, 122)를 동시에 턴온시킨 후, 약 500ms 이하의 딜레이 타임을 두고 상기 제 2-1 내지 제 2-3 충전 스위치(123, 124, 125) 모두를 동시에 턴온시킨다.
이에 따라, 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)은 병렬 연결되고, 대기 모드에서 충전 모드로 전환되며, 충전이 시작된다.
3) 대기 모드에서 방전 모드로 전환
다음, 대기 모드에서 방전 모드로의 전환 과정에 대하여 설명한다.
우선, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 제 1-1 방전 스위치(131)를 턴온시킨 후, 약 10ms 이하의 딜레이 타임을 두고 상기 제 1-2 방전 스위치(132)를 턴온시킨다. 이후, 약 10ms 이하의 딜레임 타임을 두고 상기 제 2 방전 스위치(133)를 턴온시킨다.
이에 따라, 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)은 직렬 연결되고, 대기 모드에서 방전 모드로 전환되며, 방전이 시작된다.
4) 방전 모드에서 충전 모드로 전환
다음, 방전 모드에서 충전 모드로의 전환 과정에 대하여 설명한다.
우선, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 제 1-2 방전 스위치(132)를 턴오프시킨 후, 약 10ms 이하의 딜레이 타임을 두고 상기 제 1-1 방전 스위치(131)를 턴오프시킨다. 다음, 약 10ms 이하의 딜레이 타임 경과 후 제 2 방전 스위치(133)를 턴오프시킨다.
다음, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 약 10ms의 딜레이 타임 경과 후 상기 제 1-1 및 제 1-2 충전 스위치(121, 122)를 턴온시킨 후, 약 500ms 이하의 딜레이 타임을 두고 상기 제 2-1 내지 제 2-3 충전 스위치(123, 124, 125) 모두를 동시에 턴온시킨다.
이에 따라, 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)은 병렬 연결되고, 방전 모드에서 충전 모드로 전환되며, 충전이 시작된다.
5) 충전 모드에서 방전 모드로 전환
다음, 충전 모드에서 방전 모드로의 전환 과정에 대하여 설명한다.
우선, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 상기 제 2-1 내지 제 2-3 충전 스위치(123, 124, 125)를 동시에 턴오프시킨 후, 약 10ms 이하의 딜레이 타임을 두고 제 1-1 및 1-2 충전 스위치(121, 122) 모두를 동시에 턴오프시킨다.
다음, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 약 10ms의 딜레이 타임 경과 후, 상기 제 1-1 방전 스위치(131)를 턴온시킨 후, 약 10ms의 딜레이 타임을 두고 상기 제 1-2 방전 스위치(132)를 턴온시킨다. 다음, 약 10ms의 딜레이 타임을 두고 상기 제 2 방전 스위치(133)를 턴온시킨다.
이에 따라, 상기 제 1 내지 제 3 배터리 유닛(111, 112, 113)은 직렬 연결되고, 충전 모드에서 방전 모드로 전환되며, 방전이 시작된다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 충전 중에 과충전 또는 과충전 전류 발생 시, 상기 제 2-1 내지 2-3 충전 스위치(123, 124, 125)를 동시에 오프시킨다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛(140)은 방전 중에 과방전 또는 과방전 전류 발생 시, 상기 제 2 방전 스위치(133)를 오프시킨다. 또는, 제 1 방전 스위치(131, 132) 중 어느 하나를 오프시킬 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 배터리 유닛(111, 112, 113)을 병렬 연결하여 충전시킴으로써, 총 충전 시간을 줄일 수 있으며, 상기 배터리 유닛(111, 112, 113)을 직렬 연결하여 방전시킴으로써, 보다 높은 출력이 가능해진다.
더불어, 충방전 스위치들의 스위칭 제어 시 딜레이 타임을 줌으로써, 충방전 시 회로 소자들을 보다 안정적으로 구동시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 배터리 팩
110: 배터리 유닛
121, 122: 제1 충전 스위치
123, 124, 125: 제2 충전 스위치
131, 132: 제1 방전 스위치
133: 제2 방전 스위치
140: 배터리 관리 유닛
150: 과방전 방지부
151: 퓨즈
152: 가열 저항
153: 퓨즈 스위치
160: 전체 셀 전압 감지부
161: 제1 저항
162: 제2 저항
163: 분압 전압선
170: 전류 센서
Pc+: 양극 충전 단자
Pd+: 양극 방전 단자
P-: 음극 단자

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 유닛;
    상기 복수의 배터리 유닛을 병렬로 연결하여 충전 경로를 형성하는 충전 스위치 유닛;
    상기 복수의 배터리 유닛을 직렬로 연결하여 방전 경로를 형성하는 방전 스위치 유닛; 및
    대기 모드, 충전 모드 및 방전 모드에 따라 상기 충전 스위치 유닛과 상기 방전 스위치 유닛의 스위칭을 제어하되, 모드 전환 시 스위치들 간에 딜레이 타임을 두고 제어하는 배터리 관리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 유닛은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 스위치 유닛은,
    상기 복수의 배터리 유닛의 음극 단자와 상기 배터리 팩의 음극 단자 사이에 각각 연결된 복수의 제 1 충전 스위치; 및
    상기 배터리 팩의 양극 충전 단자와 상기 복수의 배터리 유닛의 양극 단자 사이에 각각 연결된 복수의 제 2 충전 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방전 스위치 유닛은,
    상기 복수의 배터리 유닛 중 서로 이웃하는 배터리 유닛의 양극 단자와 음극 단자 사이에 각각 연결된 복수의 제 1 방전 스위치; 및
    상기 복수의 배터리 유닛의 직렬 연결 시, 직렬 연결된 배터리 유닛의 양극 단자와 상기 배터리 팩의 양극 방전 단자 사이에 연결된 제 2 방전 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은,
    상기 복수의 배터리 유닛을 대기 모드에서 충전 모드로 전환할 경우,
    상기 복수의 제 1 충전 스위치를 턴온시키는 제 1 스위칭과,
    상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴온시키는 제 2 스위칭의 순서로 제어 동작하며,
    상기 제 1 스위칭 동작과 상기 제 2 스위칭 동작 사이에 딜레이 타임이 설정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은,
    상기 복수의 배터리 유닛을 대기 모드에서 방전 모드로 전환할 경우,
    상기 복수의 제 1 방전 스위치를 순차적으로 턴온시키는 제 1 스위칭과,
    상기 제 2 방전 스위치를 턴온시키는 제 2 스위칭의 순서로 제어 동작하며,
    상기 제 1 스위칭 동작과 상기 제 2 스위칭 동작 사이, 및 상기 제 1 스위칭 동작 사이 사이에 소정의 딜레이 타임이 설정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은,
    상기 복수의 배터리 유닛을 방전 모드에서 충전 모드로 전환할 경우,
    상기 제 2 방전 스위치를 턴오프시키는 제 1 스위칭,
    상기 복수의 제 1 방전 스위치를 순차적으로 턴오프시키는 제 2 스위칭,
    상기 복수의 제 1 충전 스위치를 턴온시키는 제 3 스위칭과,
    상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴온시키는 제 4 스위칭의 순서로 제어 동작하며,
    상기 제 1 스위칭 동작 내지 상기 제 4 스위칭 동작 사이, 및 상기 제 2 스위칭 동작 사이 사이에 소정의 딜레이 타임이 설정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은,
    상기 복수의 배터리 유닛을 충전 모드에서 방전 모드로 전환할 경우,
    상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴오프시키는 제 1 스위칭,
    상기 복수의 제 1 충전 스위치를 턴오프시키는 제 2 스위칭,
    상기 복수의 제 1 방전 스위치를 순차적으로 턴온시키는 제 3 스위칭과,
    상기 제 2 방전 스위치를 턴온시키는 제 4 스위칭 동작의 순서로 제어 동작하며,
    상기 제 1 스위칭 동작 내지 상기 제 4 스위칭 동작 사이, 및 상기 제 3 스위칭 동작 사이 사이에 소정의 딜레임 타임이 설정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은,
    상기 복수의 배터리 유닛의 과충전 발생 시,
    상기 복수의 제 2 충전 스위치를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은,
    상기 복수의 배터리 관리 유닛의 과방전 발생 시,
    상기 제 2 방전 스위치를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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