KR101264427B1 - 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 펄스 충전 구간에서 하나의 배터리 팩에 대한 충전 펄스가 오프 상태일 경우 다른 배터리 팩을 충전함으로써, 전체 충전 시간을 단축하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩은 충전 가능한 제1배터리 팩과, 제1배터리 팩에 병렬로 연결된 충전 가능한 제2배터리 팩과, 제1배터리 팩을 설정 전압까지 정전류 충전하고, 이어서 그 제1배터리 팩을 펄스 충전할 때, 펄스 오프 시간동안 다른 제2배터리 팩을 충전하는 제어부로 이루어진 하이브리드 배터리 팩 및 그 충전 방법이 개시된다.
이와 같이 제1배터리 팩의 충전 펄스 오프 기간동안 제2배터리 팩을 충전함으로써, 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩의 전체 충전 시간을 단축하게 된다.
하이브리드 배터리 팩, 펄스 충전, 충전 스위치, 펄스 온 시간, 펄스 오프 시간

Description

하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방법{HYBRID BATTERY PACK AND CHARGING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 배터리 팩의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 하이브리드 배터리 팩중 예비충전/충전/방전 스위치와 주 보호회로 사이의 관계를 도시한 회로도이고, 도 2b는 보조 보호회로와 퓨즈 사이의 관계를 도시한 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩의 충전 방법을 도시한 플로우 챠트 및 타이밍 챠트이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1000; 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩
1100; 제1배터리 팩 1110; 제1배터리 셀
1120; 제1주 보호회로 1122; FET 제어 회로
1130; 제1예비충전/충전/방전 스위치 1131; 제1급속 충전 스위치
1132; 제1예비 충전 스위치 1133; 제1방전 스위치
1140; 제1보조 보호회로 1142; 제1스위치
1150; 제1퓨즈 1151; 제1온도 퓨즈
1152; 제1가열 저항 1160; 제1온도 센서
1200; 제2배터리 팩 1210; 제2배터리 셀
1220; 제2주 보호회로 1230; 제2예비충전/충전/방전 스위치
1240; 제2보조 보호회로 1250; 제2퓨즈
1260; 제2온도 센서 1300; 센스 레지스터
1400; 제어부 1500; 외부 시스템
1510; 부하 1520; 충전 회로
본 발명은 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 펄스 충전 구간에서 하나의 배터리 팩에 대한 충전 펄스가 오프 상태일 경우 다른 배터리 팩을 충전함으로써, 전체 충전 시간을 단축할 수 있는 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대용 전자기기는 충전 가능한 배터리 팩에 의해 전력을 공급받으며, 그 배터리 팩에 의한 전원 공급 가능 시간에 따라 그 휴대용 전자기기의 사용 가능 시간도 결정된다. 따라서, 상기 휴대용 전자기기의 사용 가능 시간을 연장시키기 위해서는, 상기 배터리 팩을 수시로 충전하여야 한다.
상기 휴대용 전자기기의 사용 가능 시간을 극대화하기 위해, 두개의 배터리 팩을 하나의 휴대용 전자기기에 장착하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 같은 크기 및 같은 화학적 성질을 갖는 두개의 배터리 팩을 구비하고, 이를 하나의 휴대용 전자기기에 장착하는 것이다.
그러나, 이러한 종래의 배터리 팩은 제어 회로가 각각의 배터리 팩에 별도로 설치되어야 할 뿐만 아니라, 각 배터리 팩의 용량 계산을 위한 퓨엘 게이지 회로 또는 마이크로 컴퓨터가 각각 구비됨으로써, 배터리 팩의 가격이 비싸지는 문제가 있다.
또한, 종래에는 같은 형상, 화학적 성질, 용량, 충전 전압 또는 충전 전류를 갖는 두개의 배터리 팩을 하나의 장치에 모아 놓은 것으로서, 요구되는 장치의 크기가 커질 뿐만 아니라 부피당 에너지 효율이 저하되는 문제가 있다.
더욱이, 이러한 종래의 배터리 팩은 어느 하나의 배터리 팩을 예비 충전(pre-charging), 급속 충전(fast-charging) 및 만충전(full charging)을 순차적으로 행하고, 이어서 다른 배터리 팩을 위와 같은 순서로 충전함으로써, 전체 배터리 팩에 대한 충전 시간이 너무 오래 걸리는 문제가 있다. 일례로, 어느 하나의 배터리 팩을 충전하는데 있어, 예비 충전 시간은 대략 30분~1시간, 급속 충전 시간은 대략 1시간, 만충전 시간이 대략 1시간 정도 소요됨으로써, 두 개의 배터리 팩을 모두 만충전하는데 걸리는 시간이 대략 5시간에서 6시간 정도가 소요된다. 그런데, 실제로 배터리 팩의 급속 충전이 완료된 후, 전체 용량의 대략 80%까지 충전됨을 감안한다면, 위와 같이 하나의 배터리 팩에 대해 예비 충전, 급속 충전 및 만충전을 모두 수행한 후 다른 배터리 팩에 대하여 충전을 수행하는 방법은 매우 비효율적이라 하겠다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 펄스 충전 구간에서 하나의 배터리 팩에 대한 충전 펄스가 오프 상태일 경우 다른 배터리 팩을 충전함으로써, 전체 충전 시간을 단축할 수 있는 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩은 충전 가능한 제1배터리 팩과, 상기 제1배터리 팩에 병렬로 연결된 충전 가능한 제2배터리 팩과, 상기 제1배터리 팩을 설정 전압까지 정전류 충전한 후, 상기 제1배터리 팩을 펄스 충전하되, 상기 제1배터리 팩의 펄스 충전중 펄스 오프 시간동안은 상기 제2배터리 팩을 충전하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1배터리 팩의 펄스 충전시 만충전 완료 시점까지 펄스 온 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1배터리 팩에 대한 펄스 오프 시간동안 상기 제2배터리 팩을 예비 충전, 급속 충전 또는 만충전 중 어느 하나의 상태로 충전할 수 있다.
또한, 상기 제1배터리 팩은 충전 경로에 제1충전 스위치가 설치되고, 상기 제2배터리 팩은 충전 경로에 제2충전 스위치가 설치되며, 상기 제어부는 상기 제1배터리 팩의 충전시 상기 제1충전 스위치를 턴온시키고, 제2충전 스위치를 턴오프시키며, 상기 제2배터리 팩의 충전시 상기 제1충전 스위치를 턴오프시키고, 상기 제2충전 스위치를 턴온시킬 수 있다.
또한, 상기 제1충전 스위치와 상기 제어부 사이에는 상기 제어부의 제어 명령에 따라 상기 제1충전 스위치를 턴온 또는 턴오프시키는 제1주 보호회로가 설치되고, 상기 제2충전 스위치와 상기 제어부 사이에는 상기 제어부의 제어 명령에 따라 상기 제2충전 스위치를 턴온 또는 턴오프시키는 제2주 보호회로가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩은 원통형 리튬 이온 배터리 셀, 각형 리튬 이온 배터리 셀, 파우치형 리튬 폴리머 배터리 셀, 파우치형 리튬 이온 배터리 셀중 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩은 형상, 화학적 성질, 용량 또는 충방전 전압중 적어도 어느 하나가 서로 다른 배터리 셀을 포함할 수 있다.
더불어, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 충전 가능한 제1배터리 팩과, 이것에 병렬로 연결되어 충전 가능한 제2배터리 팩으로 이루어진 하이브리드 배터리 팩을 충전하는 방법에 있어서, 상기 제1배터리 팩을 설정 전압까지 정전류 충전한 후, 상기 제1배터리 팩을 펄스 충전하되, 상기 제1배터리 팩에 대한 펄스 오프 시간동안 상기 제2배터리 팩을 충전함을 주요 특징으로 한다.
또한, 상기 제1배터리 팩의 펄스 충전시 만충전 시점까지 펄스 온 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제1배터리 팩에 대한 펄스 오프 시간동안 상기 제2배터리 팩을 예비 충전, 급속 충전 또는 만충전 중 어느 하나의 상태로 충전할 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방 법은 제1배터리 팩을 소정 설정 전압까지 정전류 충전한 다음 그것을 펄스 충전함에 있어서, 상기 펄스 충전시 펄스 오프 시간동안은 제1배터리 팩이 아닌 제2배터리 팩을 충전함으로써, 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩의 전체 충전 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
물론, 본 발명은 상기 방법과는 반대로 소정 설정 전압까지 제2배터리 팩을 정전류 충전한 다음 펄스 충전함에 있어서, 상기 펄스 충전시 펄스 오프 시간동안 제2배터리 팩이 아닌 제1배터리 팩을 충전할 수도 있다.
또한, 본 발명은 하나의 제어부가 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩에 대한 충전을 통합적으로 제어함으로써, 회로 구성이 간단해질 뿐만 아니라 제조 가격도 낮아진다.
더불어, 본 발명은 형상, 화학적 성질, 용량, 충전 전압 또는 충전 전류가 각기 다른 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩을 채용함으로써 공간을 더욱 더 줄일 수 있고, 또한 부피당 에너지 효율도 더 높일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 배터리 팩(1000)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 배터리 팩(1000)은 제1 배터리 팩(1100)과, 제2배터리 팩(1200)과, 센스 레지스터(1300)와, 제어부(1400)를 포함할 수 있다.
상기 제1배터리 팩(1100)은 다시 제1배터리 셀(1110), 제1주 보호회로(1120), 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130), 제1보조 보호회로(1140), 제1퓨즈(1150) 및 제1온도 센서(1160)를 포함할 수 있다. 상기 제1배터리 셀(1110)은 충전 및 방전이 가능한 적어도 하나의 2차 전지가 직렬 또는/및 병렬로 연결된 형태일 수 있다. 또한, 이러한 2차 전지는 원통형 리튬 이온 전지, 각형 리튬 이온 전지, 파우치형 리튬 폴리머 전지, 파우치형 리튬 이온 전지 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 제1주 보호회로(1120)는 상기 제1배터리 셀(1110)의 충전 전압 또는 방전 전압을 감지하고, 그 값을 제어부(1400)에 전달하는 역할을 한다. 또한, 상기 제1주 보호회로(1120)는 제어부(1400)의 제어 신호(즉, 예비 충전 개시 신호, 예비 충전 정지 신호, 급속 충전(또는 만 충전) 개시 신호, 급속 충전(또는 만 충전) 정지 신호, 방전 개시 신호 및 방전 정지 신호)에 의해 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)를 턴온 또는 턴오프시키는 역할을 한다. 더욱이, 이러한 제1주 보호회로(1120)는 센스 레지스터(1300)로부터 전류 신호를 감지하여, 그 감지 결과값이 과전류로 판단되면 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)를 턴오프시키는 역할도 할 수 있다. 여기서, 상기 제1주 보호회로(1120) 및 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)의 유기적 결합 관계는 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
상기 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)는 제1배터리 셀(1110)의 양극 단 자(B+)와 팩 양극 단자(P+) 사이의 충방전 경로에 직렬로 연결된 3개의 스위치일 수 있다. 이러한 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)는 상기 제1주 보호회로(1120)에 의한 제어 신호에 의해 턴온 또는 턴오프된다. 더불어, 경우에 따라 상기 제1예비충전 스위치는 생략될 수도 있다.
상기 제1보조 보호회로(1140)는 예를 들어 상기 제1주 보호회로(1120) 또는 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)가 정상적으로 동작하지 않을 경우 제1퓨즈(1150)를 끊음으로써, 충방전 경로를 차단하는 역할을 한다.
상기 제1퓨즈(1150)는 상기 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)와 팩 양극 단자(P+)의 충방전 경로에 직렬로 연결되어 있다. 상술한 바와 같이 상기 제1퓨즈(1150)는 상기 제1보조 보호회로(1140)의 제어 신호에 의해 끊어지며, 한번 끊어지면 다시 회복되지 않는 특성을 갖고 있다. 여기서, 상기 제1보조 보호회로(1140) 및 제1퓨즈(1150)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
상기 제1온도 센서(1160)는 상기 제1배터리 셀(1110)의 온도를 감지하고, 이를 제어부(1400)에 출력한다. 상기 제어부(1400)는 상기 제1온도 센서(1160)로부터 얻은 온도가 허용 온도 이상일 경우, 상기 제1주 보호회로(1120)에 충전 또는 방전 정지 신호를 출력함으로써, 그 제1주 보호회로(1120)가 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)중 적어도 어느 하나를 턴오프시켜 충방전 경로가 차단되도록 한다. 이와 같이 상기 제1배터리 셀(1110)의 과열이 방지된다. 물론, 상기 제어부(1400)는 상기 제1온도 센서(1160)로부터 감지된 온도를 이용하여 배터리 팩의 용량 보정 용도로 사용하기도 한다. 이러한 온도에 따라 배터리 팩의 용량을 보정하는 방법은 이미 당업자에게 주지된 사항이므로 여기서 그 방법에 대하여 설명하지는 않겠다. 더불어, 이러한 제1온도 센서(1160)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
상기 제2배터리 팩(1200)은 마찬가지로 제2배터리 셀(1210), 제2주 보호회로(1220), 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230), 제2보조 보호회로(1240), 제2퓨즈(1250) 및 제2온도 센서(1260)를 포함할 수 있다. 상기 제2배터리 셀(1210)은 충전 및 방전이 가능한 적어도 하나의 2차 전지로서, 직렬 또는/ 및 병렬로 연결된 형태일 수 있다. 일례로, 이러한 2차 전지는 원통형 리튬 이온 전지, 각형 리튬 이온 전지, 파우치형 리튬 폴리머 전지, 파우치형 리튬 이온 전지 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
여기서, 상기 제1배터리 팩(1100)의 제1배터리 셀(1110)과 제2배터리 팩(1200)의 제2배터리 셀(1210)은 형상, 화학적 성질, 용량, 충전 전압 또는 충전 전류 등이 서로 상이할 수 있다. 또한, 상기 제1배터리 셀(1110)이 원통형 리튬 이온 전지라면, 상기 제2배터리 셀(1210)은 각형 리튬 이온 전지, 파우치형 리튬 폴리머 전지, 파우치형 리튬 이온 전지 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 제1배터리 팩(1100)이 리튬계 배터리 셀이라면, 상기 제2배터리 팩(1200)은 니켈-카드뮴 배터리 셀, 니켈-수소 배터리 셀 또는 그 등가물중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 제1배터리 팩(1100)의 용량과 제2배터리 팩(1200)의 용량은 서로 다를 수 있다. 더욱이, 상기 제1배터리 팩(1100)의 충전 전압, 충전 전류와 제2배터리 팩(1200)의 충전 전압, 충전 전류도 서로 다를 수 있다.
상기 제2주 보호회로(1220)는 상기 제2배터리 셀(1210)의 충전 전압 또는 방 전 전압을 감지하고, 그 결과를 제어부(1400)에 전달한다. 또한, 상기 제2주 보호회로(1220)는 제어부(1400)의 제어 신호(즉, 충전 시작 신호, 충전 정지 신호, 방전 시작 신호 및 방전 정지 신호)에 의해 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)를 턴온 또는 턴오프시키는 역할을 한다. 더욱이, 이러한 제2주 보호회로(1220)는 센스 레지스터(1300)로부터 전류 신호를 감지하며, 그 감지 결과가 과전류로 판단되면 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)를 턴오프시키는 역할도 할 수 있다.
상기 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)는 제2배터리 셀(1210)의 양극 단자(B+)와 팩 양극 단자(P+) 사이의 충방전 경로에 직렬로 연결된 3개의 스위치일 수 있다. 이러한 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)는 상기 제2주 보호회로(1220)에 의한 제어 신호에 의해 턴온 및 턴오프된다. 물론, 상기 제2예비충전 스위치는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
상기 제2보조 보호회로(1240)는 예를 들어 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)가 정상적으로 동작하지 않을 경우 제2퓨즈(1250)를 끊는 역할을 한다.
상기 제2퓨즈(1250)는 상기 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)와 팩 양극 단자(P+)의 충방전 경로에 직렬로 연결되어 있다. 상술한 바와 같이 상기 제2퓨즈(1250)는 상기 제2보조 보호회로(1240)의 제어 신호에 의해 끊어지며, 한번 끊어지면 다시 회복되지 않는 특성을 갖는다. 여기서, 상기 제2보조 보호회로(1240) 및 제2퓨즈(1250)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
상기 제2온도 센서(1260)는 상기 제2배터리 셀(1210)의 온도를 감지하고, 이를 제어부(1400)에 출력한다. 상기 제어부(1400)는 상기 제2온도 센서(1260)로부터 얻은 온도가 허용 온도 이상일 경우, 상기 제2주 보호회로(1220)에 충전 또는 방전 정지 신호를 출력함으로써, 그 제2주 보호회로(1220)가 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)중 적어도 어느 하나를 턴오프시켜 충방전 경로가 차단되도록 한다. 이와 같이 하여 상기 제2배터리 셀(1210)의 과열이 방지된다. 더불어, 상술한 바와 같이 상기 제어부(1400)는 상기 제2온도 센서(1260)로부터 얻은 온도를 이용하여 용량 보정을 수행하기도 한다. 경우에 따라 이러한 제2온도 센서(1260)는 생략될 수도 있다.
여기서, 상기 제2퓨즈(1250)(또는 제1퓨즈(1150)) 및 제2보조 보호회로(1240)(제1보조 보호회로(1140))는 본 발명의 구성 요소로 채택되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 제1퓨즈(1150)(또는 제2퓨즈(1250))를 노드 N1과 팩 양극 단자(P+) 사이에 설치하고, 제1보조 보호회로(1140)(또는 제2보조 보호회로(1240))가 제1주 보호회로(1120) 또는 제2주 보호회로(1220) 등이 정상적으로 동작하지 않을 경우 동작되도록 프로그램을 셋팅해 놓는다면 상기 제2퓨즈(1250)(또는 제1퓨즈(1150)) 및 제2보조 보호회로(1240)(제1보조 보호회로(1140)를 생략할 수도 있다.
상기 센스 레지스터(1300)는 노드 N2와 팩 음극 단자(P-) 사이의 충방전 경로에 직렬로 설치될 수 있다. 이러한 센스 레지스터(1300)는 그것에 인가되는 전압을 전류로 환산하여 제어부(1400), 제1주 보호회로(1120) 및 제2주 보호회로(1220)에 각각 전달하는 역할을 한다. 상술한 바와 같이 상기 센스 레지스터(1300)는 과전류 여부를 제1주 보호회로(1120) 및 제2주 보호회로(1220)에 알려주는 역할을 하는 동시에, 상기 제어부(1400)에는 전류량을 적산할 수 있도록 하는 역할을 한다.
더욱이, 도 1에서는 1개의 센스 레지스터(1300)가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 이는 총 3개가 설치될 수도 있다. 예를 들여, 센스 레지스터(1300)는 제1배터리 셀(1110)의 음극 단자(B-)와 노드 N2 사이, 제2배터리 셀(1210)의 음극 단자(B-)와 노드 N2 사이, 노드 N2와 팩 음극 단자(P-) 사이에 각각 설치될 수 있다. 이와 같이 3개의 센스 레지스터(1300)를 설치하면, 제1배터리 셀(1110) 및 제2배터리 셀(1210)에 각각 흐르는 과전류 및 전류 누적량을 더욱 정확하게 감지할 수 있고, 또한 제1배터리 셀(1110)과 제2배터리 셀(1210) 전체에 흐르는 과전류 및 전류 누적량도 더욱 정확하게 감지할 수 있게 된다.
상기 제어부(1400)는 내부에 중앙처리장치(CPU), 램(RAM) 또는 롬(ROM)과 같은 메모리(1410) 및 각종 입출력 포트를 갖는 퓨엘 게이지 IC 또는 마이크로 컴퓨터일 수 있다. 이러한 제어부(1400)는 상술한 바와 같이 제1배터리 팩(1100)의 제1주 보호회로(1120)로부터 제1배터리 셀(1110)의 전압 정보를 얻고, 제2배터리 팩(1200)의 제2주 보호회로(1220)로부터 제2배터리 셀(1210)의 전압 정보를 얻으며, 또한 상기 센스 레지스터(1300)로부터 전류 정보(전류 누적량)를 얻는다. 더욱이, 상기 제어부(1400)는 제1배터리 팩(1100)의 제1온도 센서(1160)로부터 제1배터리 셀(1110)의 온도 정보를 얻고, 제2배터리 팩(1200)의 제2온도 센서(1260)로부터 제2배터리 셀(1210)의 온도 정보를 얻는다.
상기 제어부(1400)는 기본적으로 상기 센스 레지스터(1300)로부터 얻은 전류 누적량을 기초로 하여 쿨롱 카운트(전류 적산)를 수행함으로써 제1배터리 팩(1100) 및 제2배터리 팩(1200)의 전체 용량 및 잔존 용량을 계산한다. 이러한 배터리 팩의 전체 용량 및 잔존 용량 계산은 매우 다양한 방법으로 가능하며 당업자에게는 이미 주지된 사항이므로 여기서 그 전체 용량 및 잔존 용량 계산 방법을 상세하게 설명하지는 않는다. 단, 상기 제어부(1400)는 제1배터리 팩(1100) 및 제2배터리 팩(1200)의 잔존 용량을 각각 계산하며, 두 배터리 팩의 잔존 용량을 합하여 외부 시스템(1500)(부하(1510))에 SMBus와 같은 통신 라인을 통하여 전송한다. 따라서, 외부 시스템(1500) 즉, 부하(1510)를 통해서는 마치 하나의 배터리 팩이 연결된 것처럼 느껴지며, 전체 용량을 쉽게 확인할 수 있게 된다.
한편, 상기 제어부(1400)는 제1배터리 팩(1100)의 제1주 보호회로(1120)로부터 충전 전압 정보 및 방전 전압 정보를 얻는데, 충전 전압이 과충전 전압으로 인식될 경우 충전 정지 신호를 제1주 보호회로(1120)에 출력하고, 방전 전압이 과방전 전압으로 인식될 경우 방전 정지 신호를 제1주 보호회로(1120)에 출력한다. 물론, 상기 제1주 보호회로(1120)는 충전 정지 신호가 입력될 경우 제1충전 스위치를 턴오프시키고, 방전 정지 신호가 입력될 경우 제1방전 스위치를 턴오프시킨다.
더불어, 상기 제어부(1400)는 제2배터리 팩(1200)의 제2주 보호회로(1220)로부터 충전 전압 정보 및 방전 전압 정보를 얻는데, 충전 전압이 과충전 전압으로 인식될 경우 충전 정지 신호를 제2주 보호회로(1220)에 출력하고, 방전 전압이 과방전 전압으로 인식될 경우 방전 정지 신호를 제2주 보호회로(1220)에 출력한다. 물론, 상기 제2주 보호회로(1220)는 충전 정지 신호가 입력될 경우 제2충전 스위치를 턴오프시키고, 방전 정지 신호가 입력될 경우 제2방전 스위치를 턴오프시킨다.
더욱이, 상기 제어부(1400)는 제1배터리 팩(1100) 또는 제2배터리 팩(1200) 중 어느 하나로부터만 전력이 외부 시스템(1500)에 공급되도록 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 제어부(1400)는 제1배터리 팩(1100)으로부터만 전력이 부하(1510)에 공급되도록 하였다면, 상기 제2배터리 팩(1200)에 충전 정지 신호 및 방전 정지 신호를 출력함으로써, 상기 제2배터리 팩(1200)이 제1배터리 팩(1100)에 의해 충전되지 않도록 한다. 물론, 이와 같이 하여 제2배터리 팩(1200)의 방전도 차단된다. 또한, 상기 제어부(1400)는 제2배터리 팩(1200)으로부터만 전력이 부하(1510)에 공급되도록 하였다면, 상기 제1배터리 팩(1100)에 충전 정지 신호 및 방전 정지 신호를 출력함으로써, 상기 제1배터리 팩(1100)이 제2배터리 팩(1200)에 의해 충전되지 않도록 한다. 이와 같이 하여 제1배터리 팩(1100)의 방전도 차단된다. 여기서, 한가지 전제 사항은 이러한 동작이 팩 양극 단자(P+) 및 팩 음극 단자(P-)에 부하(1510)가 연결된 경우에 한하여 이러한 동작이 이루어진다는 것이다. 즉, 팩 양극 단자(P+) 및 팩 음극 단자(P-)에 충전 회로(1520)가 연결되는 경우에는 약간 다른 메커니즘을 가질 수 있다. 다른 말로, 충전 회로(1520)가 연결된 경우에는 상기 제어부(1400)가 제1배터리 팩(1100)과 제2배터리 팩(1200)이 순차적으로 충전되도록 하거나 또는 동시에 충전되도록 제어할 수 있다. 이에 대한 설명은 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
또한, 상기 제어부(1400)는 제1배터리 팩(1100)의 제1온도 센서(1160)로부터 얻은 온도 정보가 허용 온도보다 높다고 판단될 경우에는 제1주 보호회로(1120)에 충전 정지 신호 또는 방전 정지 신호를 출력함으로써, 제1주 보호회로(1120)가 충방전 경로를 차단하도록 한다. 즉, 제1주 보호회로(1120)가 제1충전 스위치 또는 제2방전 스위치를 턴오프시킴으로써, 제1배터리 셀(1110)의 과열을 방지한다.
또한, 상기 제어부(1400)는 제2배터리 팩(1200)의 제2온도 센서(1260)로부터 얻은 온도 정보가 허용 온도보다 높다고 판단될 경우에는 제2주 보호회로(1220)에 충전 정지 신호 또는 방전 정지 신호를 출력함으로써, 제2주 보호회로(1220)가 충방전 경로를 차단하도록 한다. 즉, 제2주 보호회로(1220)가 제1충전 스위치 또는 제2방전 스위치를 턴오프시킴으로써, 제2배터리 셀(1210)의 과열을 방지한다.
도 2a는 본 발명에 따른 하이브리드 배터리 팩(1000)중 제1주 보호회로(1120) 및 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)의 관계를 도시한 회로도이고, 도 2b는 제1보조 보호회로(1140)와 퓨즈(1150) 사이의 관계를 도시한 회로도이다.
도 2a에 도시된 구성은 제1배터리 팩(1100)의 제1주 보호회로(1120)와 제1예비충전/충전/방전 스위치(1130)의 구성이지만, 이러한 구성은 제2배터리 팩(1200)에 그대로 적용 가능하다. 따라서, 제2배터리 팩(1200)에 설치된 제2주 보호회로(1220) 및 제2예비충전/충전/방전 스위치(1230)의 상세한 구성 및 작용 설명은 생략하도록 한다.
먼저 제1배터리 셀(1110)의 양극 단자(B+)와 팩 양극 단자(P+)의 충방전 경로에 제1충전 스위치(1131), 제1예비 충전 스위치(1132) 및 제1방전 스위치(1133)가 순차적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1충전 스위치(1131) 및 제1방전 스위치(1133)는 충방전 경로에 직렬로 연결되어 있고, 상기 예비 충전 스위치(1132)는 충방전 경로에 병렬로 연결될 수 있다. 상기 모든 스위치(131,132,133)는 예를 들 면 드레인(drain)에서 소스(source)쪽으로 순방향의 기생 다이오드(parasite diode)를 갖는 P채널 전계효과트랜지스터(P channel Field Effect Transistor)일 수 있으나, 이러한 반도체 소자로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기 제1충전 스위치(1131)의 소스와 제1방전 스위치(1133)의 소스는 상호 연결되어 있다. 또한, 상기 제1충전 스위치(1131)의 드레인은 제1배터리 셀(1110)의 양극 단자(B+)에 연결되고, 상기 제1방전 스위치(1133)의 드레인은 팩 양극 단자(P+)에 연결되어 있다. 더불어, 상기 제1예비 충전 스위치(1132)는 소스가 상기 제1충전 스위치(1131)와 제1방전 스위치(1133)의 소스에 각각 연결되어 있고, 드레인은 상기 제1충전 스위치(1131)의 드레인에 저항 R을 경유하여 연결되어 있다. 참고로, 여기서 상기 제1예비 충전 스위치(1132)는 생략될 수도 있다. 즉, 최근에는 상기 제1충전 스위치(1131)를 펄스 제어함으로써 배터리 셀(1110)을 예비 충전할 수도 있는 기술이 개발되었기 때문이다.
계속해서, 상기 제1충전 스위치(1131), 제1예비 충전 스위치(1132) 및 제1방전 스위치(1133)의 각 게이트는 제1주 보호회로(1120)에 의해 제어되도록 되어 있다. 예를 들어 제1주 보호회로(1120)가 CFET 단자를 통하여 로우(low) 신호를 인가하면 제1충전 스위치(1131)가 턴온되고, PCFET 단자를 통하여 로우 신호를 인가하면 제1예비 충전 스위치(1132)가 턴온되며, DFET 단자를 통하여 로우 신호를 인가하면 제1방전 스위치(1133)가 턴온된다. 물론, 반대로 제1주 보호회로(1120)가 CFET 단자를 통하여 하이(high) 신호를 인가하면 제1충전 스위치(1131)가 턴오프되고, PCFET 단자를 통하여 하이 신호를 인가하면 제1예비 충전 스위치(1132)가 턴오 프되며, DFET 단자를 통하여 하이 신호를 인가하면 제1방전 스위치(1133)가 턴오프된다. 물론, 이러한 각 스위치(1131,1132,1133)의 게이트 전압 제어를 위해 제1주 보호회로(1120)에는 FET 제어 회로(1122)가 내장될 수 있다.
이러한 구성에 의해 상기 제1주 보호회로(1120)가 제1충전 스위치(1131)를 턴오프시키게 되면 제1배터리 셀(1110)의 충전이 정지되고(기생 다이오드에 의해 방전은 가능함), 제1방전 스위치(1133)를 턴오프시키게 되면 제1배터리 셀(1110)의 방전이 정지(기생 다이오드에 의해 충전은 가능함)된다. 물론, 주지된 바와 같이 상기 제1예비 충전 스위치(1132)는 예를 들면 제1배터리 셀(1110)의 전압이 과방전 전압 이하로 떨어진 경우 충전 전류를 낮추어 배터리 셀에 소정 시간동안 제공함으로써, 상기 제1배터리 셀(1110)이 급속(fast) 충전할 수 있을 만큼의 전압이 되도록 한다. 이러한 제1충전 스위치(1131), 제1예비 충전 스위치(1132) 및 제1방전 스위치(1133)의 동작은 당업자에게 주지된 사항이므로, 더 이상의 설명은 생략하도록 한다.
도 2b에 도시된 구성은 제1배터리 팩(1100)의 제1보조 보호회로(1140)와 제1퓨즈(1150)이지만, 이러한 구성은 제2배터리 팩(1200)에 그대로 적용 가능하다. 따라서, 제2배터리 팩(1200)의 제2보조 보호회로(1240)와 제2퓨즈(1250)에 대한 구성 및 작용 설명은 생략하도록 한다.
도시된 바와 같이 제1배터리 셀(1110)의 양극 단자(B+)와 팩 양극 단자(P+) 사이의 충방전 경로에 제1퓨즈(1150)가 설치되어 있다. 또한, 제1배터리 셀(1110)의 음극 단자(B-)와 팩 음극 단자(P-) 사이의 충방전 경로에는 상기 제1퓨즈(1150) 를 동작시키기 위한 제1스위치(1142)가 연결되어 있다. 더불어, 상기 제1스위치(1142)는 제1보조 보호회로(1140)의 CO 단자에 연결되어 있다.
여기서, 상기 제1퓨즈(1150)는 적어도 하나의 온도 퓨즈(1151)와, 상기 온도 퓨즈(1151)를 용융하여 끊는 적어도 하나의 가열 저항(1152)으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1스위치(1142)는 통상의 N채널 전계효과트랜지스터일 수 있으나, 이러한 소자 종류로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서, 상기 제1보조 보호회로(1140)가 CO 단자를 통하여 소정 신호(예를 들면, 하이 신호)를 인가하면, 상기 제1스위치(1142)가 턴온되고, 이에 따라 충전 전류 또는 방전 전류가 양극 단자(B+ 또는 P+), 온도 퓨즈(1151), 가열 저항(1152) 및 스위치(1142)를 통하여 음극 단자(B- 또는 P-)로 흐르게 된다. 따라서, 상기 가열 저항(1152)이 발열하게 되고 이에 따라 온도 퓨즈(1151)가 끊어짐으로써, 충방전 경로가 영구적으로 차단된다. 여기서, 상기 제1보조 보호회로(1140)는 제1주 보호회로(1120) 또는 제1예비 충전/충전/방전 스위치(1130)가 정상적으로 동작되지 않을 경우 동작한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩(1000)의 충전 방법을 도시한 플로우 챠트 및 타이밍 챠트이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩(1000)의 충전 방법은 제1배터리 팩(1100)을 정전류 충전하는 단계(S1)와, 상기 제1배터리 팩(1100)이 설정 전압까지 상승했는지 판단하는 단계(S2)와, 상기 제1배터리 팩(1100)이 설정 전압까지 상승했으면 상기 제1배터리 팩(1100)을 펄스 충전하는 단계(S3)와, 상기 제1배터리 팩(1100)의 펄스 신호가 턴 오프되었는지 판단하는 단계(S4)와, 상기 펄스 신호가 턴 오프되었으면 제2배터리 팩(1200)을 충전하는 단계(S5)와, 상기 제1배터리 팩(1100)의 펄스 신호가 턴 온되었는지 판단하는 단계(S6)와, 상기 펄스 신호가 턴 온 되었으면 상기 제2배터리 팩(1200)의 충전을 정지하는 단계(S7)를 포함한다.
더불어, 본 발명은 상기 제2배터리 팩(1200)의 충전 정지 단계(S7)후 제1배터리 팩(1100)이 만충전 상태인지 판단하는 단계(S8)와, 상기 제1배터리 팩(1100)이 만충전 상태이면 제1배터리 팩(1100)의 충전을 정지하고 제2배터리 팩(1200)을 충전하는 단계(S9)와, 상기 제2배터리 팩(1200)이 만충전 상태인지 판단하는 단계(S10)와, 상기 제2배터리 팩(1200)이 만충전 상태이면 제2배터리 팩(1200)의 충전을 정지하는 단계(S11)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성 및 방법을 갖는 본 발명에 의한 하이브리드 배터리 팩(1000)의 충전 방법을 첨부된 모든 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명은 제1배터리 팩(1100) 및 제2배터리 팩(1200)이 모두 일정량씩 방전된 동시에, 팩 양극 단(P+)자 및 팩 음극 단자(P-)가 외부 시스템(1500)중 충전 회로(1520)에 연결되었을 경우를 기본 전제로 한다. 또한, 여기서는 제1배터리 팩(1100)을 일정 전압까지 정전류 충전한 후, 펄스 충전 기간동안 제2배터리 팩(1200)을 충전하는 예로 설명하나, 이와는 반대로 제2배터리 팩(1200)을 일정 전압까지 정전류 충전한 후, 펄스 충전 기간동안 제1배터리 팩(1100)을 충전하는 방 식도 가능함을 유의하여야 한다.
상기 제1배터리 팩(1100)을 정전류 충전하는 단계(S1)에서는, 제어부(1400)가 상기 제1배터리 팩(1100)만을 일정 전압까지 정전류 충전한다. 이를 위해, 상기 제어부(1400)는 제1주 보호회로(1120)에 충전 신호를 출력한다. 그러면, 상기 제1주 보호회로(1120)는 제1충전 스위치(1131)를 턴온시킴으로써, 외부 시스템(1500)중 충전 회로(1520)에 의한 전류가 팩 양극 단자(P+), 제1퓨즈(1150), 제1충전 스위치(1131)(물론, 제1방전 스위치(1133)도 포함한다), 제1배터리 셀(1110)의 양극 단자(B+), 제1배터리 셀(1110)의 음극 단자(B-), 센스 레지스터(1300) 및 팩 음극 단자(P-)를 통하여 흐르게 된다. 물론, 이때 상기 제어부(1400)는 제2주 보호회로(1220)에 충전 정지 신호를 출력함으로써, 상기 제2주 보호회로(1220)가 제2충전 스위치를 턴오프시키도록 한다. 이러한 제2충전 스위치의 턴오프에 의해 상기 외부 시스템(1500)중 충전 회로(1520)에 의한 전류는 제2배터리 팩(1200) 즉, 제2배터리 셀(1210)에는 공급되지 않는다.
이어서, 상기 제1배터리 팩(1100)이 설정 전압까지 상승했는지 판단하는 단계(S2)에서는, 상기 제어부(1400)가 상기 제1배터리 팩(1100)이 소정 충전 전압에 도달했는지 판단한다. 이를 위해, 상기 제1주 보호회로(1120)는 상술한 바와 같이 상기 제1배터리 셀(1110)의 전압을 소정 시간 간격으로 측정한 후, 이를 디지털 데이터로 바꿔 상기 제어부(1400)에 전송한다. 따라서, 상기 제어부(1400)는 상기 제1주 보호회로(1120)로부터 전송되는 데이터를 이용하여, 상기 제1배터리 팩(1100) 즉, 제1배터리 셀(1110)의 충전 전압이 설정 전압까지 상승했는지의 여부를 실시간 으로 확인 및 판단할 수 있게 된다. 여기서, 상기 설정 전압은 배터리 셀의 종류, 화학적 성질, 배터리 셀의 직병렬 개수 및 용량 등에 따라 변경될 수 있는 값으로서, 본 발명의 이해를 위한 일례일 뿐임을 유의하여야 한다. 즉, 이러한 설정 전압은 다양하게 변경 가능하다.
이어서, 상기 제1배터리 팩(1100)이 설정 전압까지 상승했으면 상기 제1배터리 팩(1100)을 펄스 충전하는 단계(S3)에서는, 상기 제어부(1400)가 제1주 보호회로(1120)에 펄스 충전 신호를 출력한다. 그러면, 상기 제1주 보호회로(1120)는 상기 제1충전 스위치(1131)를 소정 펄스 폭으로 턴온 및 턴오프 함으로써, 상기 제1배터리 셀(1110)이 펄스 충전되도록 한다. 여기서, 상기 제어부(1400)는 상기 펄스 신호의 턴온 시간이 제1배터리 셀(1110)이 만충전됨에 따라 작아지도록 제어한다. 물론, 상기 제어부(1400)는 제1배터리 셀(1110)이 완전 만충전되면, 펄스 충전도 정지되도록 한다. 이와 같은 펄스 충전을 중지하기 위해서 상기 제어부(1400)는 제1배터리 셀(1110)의 만충전 시점을 정확히 판단하여야 하는데 이러한 만충전 시점의 판단 방법은 주지된 바와 같이 여러 가지가 존재한다. 예를 들면, 상기 제1배터리 셀(1110)의 펄스 충전 오프 시간동안 제1배터리 셀(1110)의 전압이 일정한 값 이상을 유지하거나, 또는 제1배터리 셀(1110)의 전압 감소 기울기가 일정한 값을 가질 경우, 상기 제1배터리 셀(1110)이 만충전된 것으로 판단한다. 이러한 제1배터리 셀(1110)의 만충전 확인 방법은 이미 당업자에게 주지된 사항이므로, 더 이상의 설명은 생략하도록 한다.
이어서, 상기 제1배터리 팩(1100)의 펄스 신호가 턴 오프되었는지 판단하는 단계(S4)에서는, 상기 제어부(1400)가 펄스 신호의 턴온 및 턴오프 상태를 결정하기 때문에, 특별한 센싱 수단없이 바로 판단할 수 있게 된다. 즉, 상기 제어부(1400)가 제1주 보호회로(1120)에 충전 펄스 신호 뿐만 아니라 그것의 턴온 시간 및 턴오프 시간 정보를 출력하기 때문에, 현재 펄스 신호가 턴온 상태인지 턴오프 상태인지 바로 판단할 수 있게 된다.
이어서, 상기 펄스 신호가 턴 오프되었으면 제2배터리 팩(1200)을 충전하는 단계(S5)에서는, 상기 제어부(1400)가 제2주 보호회로(1220)에 충전 신호를 출력함으로써, 상기 제1배터리 팩(1100)이 아닌 제2배터리 팩(1200)이 충전되도록 한다. 물론, 이를 위해 상기 제2주 보호회로(1220)는 충전 경로에 설치된 제2충전 스위치를 턴온한다. 이에 따라서, 외부 시스템(1500)중 충전 회로(1520)로부터의 충전 전류는 팩 양극 단자(P+), 제2퓨즈(1250), 제2충전 스위치(제2방전 스위치도 포함한다), 제2배터리 셀(1210)의 양극 단자(B+), 제2배터리 셀(1210)의 음극 단자(B-), 센스 레지스터(1300)) 및 팩 음극 단자(P-)를 통하여 흐르게 된다. 더불어, 이때 상기 제1배터리 팩(1100)중 제1주 보호회로(1120)에는 충전 펄스 오프 신호가 입력되고 있는 상태이기 때문에, 상기 제1충전 스위치(1131)는 턴오프되어 있는 상태이고, 따라서 상기 제1배터리 팩(1100) 즉, 제1배터리 셀(1110)은 충전되지 않고 있는 상태가 된다.
여기서 상기 제2배터리 팩(1200)은 예비 충전 상태, 급속 충전 상태 또는 만충전 상태중 어느 상태라도 관계가 없다. 물론, 이러한 제2배터리 팩(1200)의 예비 충전, 급속 충전 또는 만충전은 상기 제어부(1400)에 의한 펄스 신호의 턴오프 시 간 동안만 진행되며, 그 제2배터리 팩(1200)에 대한 충전 펄스 신호가 너무 길다고 하면 이는 상기 제어부(1400)에 의해 다시 적절히 조절될 수 있다. 즉, 본 발명은 제1배터리 팩(1100)에 대한 펄스 신호의 오프 시간동안, 소정 펄스 폭으로 상기 제2배터리 팩(1200)이 예비 충전 상태, 급속 충전 상태 또는 만충전 상태에 따라 적절히 조절될 수 있다.
이어서, 상기 제1배터리 팩(1100)의 펄스 신호가 턴 온되었는지 판단하는 단계(S6)에서는, 상기 제어부(1400)가 펄스 신호의 턴온 및 턴오프 상태를 결정하기 때문에, 특별한 센싱 수단없이 바로 판단할 수 있게 된다. 즉, 상기 제어부(1400)가 제1주 보호회로(1120)에 충전 펄스 신호 뿐만 아니라 그것의 턴온 시간 및 턴오프 시간 정보를 출력하기 때문에, 현재 펄스 신호가 턴온 상태인지 턴오프 상태인지 바로 판단할 수 있게 된다.
이어서, 상기 펄스 신호가 턴 온되었으면 상기 제2배터리 팩(1200)의 충전을 정지하는 단계(S7)에서는, 상기 제어부(1400)가 제2주 보호회로(1220)에 충전 정지 신호를 출력함으로써 제2배터리 팩(1200)이 충전되지 않도록 한다. 즉, 제2주 보호회로(1220)는 상기 제어부(1400)에 의해 충전 정지 신호가 입력되면, 상기 제2충전 스위치를 턴오프시킴으로써, 더 이상 상기 제2배터리 팩(1200) 쪽으로 충전 전류가 공급되지 않도록 한다. 물론, 이러한 동작과 동시에, 제1주 보호회로(1120)가 제1충전 스위치(1131)에 턴온 신호를 출력함으로써, 상기 외부 시스템(1500)중 충전 회로(1520)에 의한 충전 전류는 제2배터리 팩(1200)이 아닌 제1배터리 팩(1100)에만 공급된다.
지금까지 설명한 제1배터리 팩(1100)과 제2배터리 팩(1200) 사이의 충전 관계가 도 3b에 도시되어 있다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1배터리 팩이 충전(펄스 온)중일 경우에는 제2배터리 팩이 충전 정지(펄스 오프)되고, 제1배터리 팩이 충전 정지(펄스 오프)중일 경우에는 제2배터리 팩이 충전(펄스 온)된다. 물론, 제1배터리 팩은 충전 시간이 흐름에 따라 만충전에 가까워지기 때문에 그 펄스 온 시간(충전 시간)이 짧아지게 되고, 이에 따라 제2배터리 팩에 대한 펄스 온 시간(충전 시간)은 길어진다.
다음으로, 상기 제1배터리 팩(1100)이 만충전 상태인지 판단하는 단계(1100)에서는 상기 제어부(1400)가 상기 제1배터리 팩(1100)이 만충전 상태인지 아닌지 판단하게 된다. 즉, 상기 제어부(1400)가 예를 들면, 제1배터리 셀(1110)의 펄스 충전 오프 시간동안 제1배터리 셀(1110)의 전압이 일정한 값 이상을 유지하거나, 또는 제1배터리 셀(1110)의 전압 감소 기울기가 일정한 값을 가질 경우, 상기 제1배터리 셀(1110)이 만충전된 것으로 판단한다.
이어서, 상기 제1배터리 팩(1100)이 만충전 상태이면 제1배터리 팩(1100)의 충전을 정지하고 제2배터리 팩(1200)을 충전하는 단계(S9)에서는, 상기 제어부(1400)가 제1주 보호회로(1120)에는 충전 정지 신호를 출력하고, 제2주 보호회로(1220)에는 충전 개시 신호를 출력함으로써, 제2배터리 팩(1200)중 제2배터리 셀(1210)이 예비 충전, 급속 충전 또는 만충전중 어느 하나의 단계로 충전이 수행되도록 한다. 여기서, 상기 제1배터리 팩(1100)이 만충전 상태가 아닌 것으로 판단되면, 상기 제1배터리 팩(1100)의 펄스 충전 단계(S3)로 복귀하여 상기 단계들(S3, S4, S5, S6, S7 및 S8)이 반복되도록 한다.
이어서, 상기 제2배터리 팩(1200)이 만충전 상태인지 판단하는 단계(S10)에서는, 마찬가지로 상기 제어부(1400)가 예를 들면, 제2배터리 셀(1210)의 펄스 충전 오프 시간동안 제1배터리 셀(1210)의 전압이 일정한 값 이상을 유지하거나, 또는 제1배터리 셀(1210)의 전압 감소 기울기가 일정한 값을 가질 경우, 상기 제2배터리 셀(1210)이 만충전된 것으로 판단한다.
마지막으로, 상기 제2배터리 팩(1200)이 만충전 상태이면 제2배터리 팩(1200)의 충전을 정지하는 단계(S11)에서는, 상기 제어부(1400)가 제2주 보호회로(1220)에 충전 정지 신호를 출력함으로써 제2배터리 팩(1200) 즉, 제2배터리 셀(1210)의 충전이 정지되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 충전 방법은 제1배터리 팩을 소정 설정 전압까지 정전류 충전한 다음 그것을 펄스 충전함에 있어서, 상기 펄스 충전시 펄스 오프 시간동안은 제1배터리 팩이 아닌 제2배터리 팩을 충전함으로써, 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩의 전체 충전 시간을 상당히 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하나의 제어부가 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩에 대한 충전을 통합적으로 제어함으로써, 회로 구성이 간단해질 뿐만 아니라 제조 가격도 낮아지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 형상, 화학적 성질, 용량, 충전 전압 또는 충전 전류가 각 기 다른 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩을 채용함으로써 공간을 더욱 더 줄일 수 있고, 또한 부피당 에너지 효율도 더 높일 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하이브리드 배터리 팩 및 그 충전 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 충전 가능한 제1배터리 팩과,
    상기 제1배터리 팩에 병렬로 연결된 충전 가능한 제2배터리 팩과,
    상기 제1배터리 팩을 설정 전압까지 정전류 충전한 후, 상기 제1배터리 팩을 펄스 충전하되, 상기 제1배터리 팩의 펄스 충전중 펄스 오프 시간동안은 상기 제2배터리 팩을 충전하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1배터리 팩의 펄스 충전시 만충전 완료 시점까지 펄스 온 시간을 감소시킴을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1배터리 팩에 대한 펄스 오프 시간동안 상기 제2배터리 팩을 예비 충전, 급속 충전 또는 만충전 중 어느 하나의 상태로 충전함을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1배터리 팩은 충전 경로에 제1충전 스위치가 설치되고, 상기 제2배터리 팩은 충전 경로에 제2충전 스위치가 설치되며, 상기 제어부는 상기 제1배터리 팩의 충전시 상기 제1충전 스위치를 턴온시키고, 제2충전 스위치를 턴오프시키며, 상기 제2배터리 팩의 충전시 상기 제1충전 스위치를 턴오프시 키고, 상기 제2충전 스위치를 턴온시킴을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1충전 스위치와 상기 제어부 사이에는 상기 제어부의 제어 명령에 따라 상기 제1충전 스위치를 턴온 또는 턴오프시키는 제1주 보호회로가 설치되고, 상기 제2충전 스위치와 상기 제어부 사이에는 상기 제어부의 제어 명령에 따라 상기 제2충전 스위치를 턴온 또는 턴오프시키는 제2주 보호회로가 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩은 원통형 리튬 이온 배터리 셀, 각형 리튬 이온 배터리 셀, 파우치형 리튬 폴리머 배터리 셀, 파우치형 리튬 이온 배터리 셀중 선택된 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1배터리 팩 및 제2배터리 팩은 형상, 화학적 성질, 용량 또는 충방전 전압중 적어도 어느 하나가 서로 다른 배터리 셀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩.
  8. 충전 가능한 제1배터리 팩과, 이것에 병렬로 연결되어 충전 가능한 제2배터리 팩으로 이루어진 하이브리드 배터리 팩을 충전하는 방법에 있어서,
    상기 제1배터리 팩을 설정 전압까지 정전류 충전한 후, 상기 제1배터리 팩을 펄스 충전하되, 상기 제1배터리 팩에 대한 펄스 오프 시간동안 상기 제2배터리 팩을 충전하고,
    상기 제1배터리 팩의 펄스 충전시 만충전 시점까지 펄스 온 시간을 감소시킴을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩의 충전 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제1배터리 팩에 대한 펄스 오프 시간동안 상기 제2배터리 팩을 예비 충전, 급속 충전 또는 만충전 중 어느 하나의 상태로 충전함을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 팩의 충전 방법.
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