KR101387733B1 - 배터리 팩, 배터리 팩 장치 및 전기장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 팩은 연결된 장치의 고유 저항을 제3 단자를 통해 측정하여 해당 장치의 운용 전압을 인식하고, 해당 장치의 운용 전압에 적합하게 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결시킨다. 배터리 팩은 다양한 전기장치의 파워로서 소비자에게 판매될 수 있다. 또한, 배터리 팩은 전기장치의 섀시에 일체화될 수 있으며, 다양한 전기장치 생산자에게 판매될 수 있다.

Description

배터리 팩, 배터리 팩 장치 및 전기장치{BATTERY PACK, BATTERY PACK ARRANGEMENT AND ELECTRIC APPARATUS}
본 발명은 배터리 팩, 배터리 팩 장치 및 전기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연결되는 장치에 따라 충방전 전압 레벨을 변경할 수 있는 배터리 팩, 배터리 팩 장치 및 전기장치에 관한 것이다.
최근 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 넷북(Netbook), 노트북 등의 휴대형 장치의 사용이 증가되고 있다. 휴대형 장치는 사용 특성상 충방전이 가능한 2차 전지를 포함하는 배터리 팩을 이용하여 전원을 공급받는다.
현재, 2차 전지로는 니켈-카드늄 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬-이온 전지 등이 상용화되어 있다. 리튬-이온 전지는 메모리 효과가 발생하지 않고 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높아 소형화, 경량화에 유리한 이점이 있어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 휴대형 장치의 배터리 팩은 사용되는 장치의 형태 및 운용 전압에 따라 기기별로 서로 다른 형태 및 배터리 구성으로 제작되고 있다. 따라서, 특정 장치의 배터리 팩은 다른 장치에 사용되지 못 한다. 이러한 배터리 팩의 호환성 문제는 사용 가능한 배터리 팩을 다른 장치에 사용하지 못하여 폐기시켜야 하는 자원의 낭비를 초래한다.
서로 다른 장치에 적응적으로 사용될 수 있는 배터리 팩의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 연결되는 장치에 따라 충방전 전압 레벨을 변경할 수 있는 배터리 팩, 배터리 팩 장치 및 전기장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 장치는 배터리 팩, 및 양의 출력단, 음의 출력단 및 고유 저항단을 통해 상기 배터리 팩에 연결되고 상기 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 전기기구를 포함하고, 상기 배터리 팩은, 상기 양의 출력단 및 상기 음의 출력단을 통해 상기 전기기구에 공급되는 출력 전압을 변경하는 복수의 스위치 및 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 파트, 및 상기 배터리 파트 및 상기 전기기구에 연결되고, 상기 고유 저항단의 고유 저항 전압을 기반으로 상기 전기기구에 사용되는 출력전압을 결정하고, 상기 고유 저항 전압을 기반으로 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결시키는 제어 파트를 포함한다.
상기 복수의 스위치 각각은 트랜지스터이고, 상기 제어 파트는 상기 트랜지스터 각각에 제어신호를 전달하여 상기 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결시킬 수 있다.
상기 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터이고, 상기 제어신호는 상기 트랜지스터 각각의 게이트로 전달될 수 있다.
상기 배터리 파트는 2개의 배터리 셀과 3개의 스위치로 구성될 수 있다.
상기 2개의 배터리 셀은 적어도 하나의 커패시터에 의해 서로 전기적으로 분리되어 있을 수 있다.
상기 제어 파트는 상기 3개의 스위치 각각에 연결되어 상기 3개의 스위치 각각을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 제1 배터리 셀의 양 전극과 제2 배터리 셀의 음 전극 사이에 연결될 수 있다.
상기 제어 파트는 상기 배터리 파트가 과충전 또는 과방전되는지 여부를 기반으로 상기 배터리 파트를 상기 음의 출력단에 선택적으로 연결시키는 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 전기기구는 상기 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 충전장치 및 전기장치 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제어 파트는 방전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 방전 기준전압보다 낮거나 또는 충전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 충전 기준전압보다 높으면 상기 배터리 파트로부터 상기 음의 출력단을 분리하는 스위치부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 외부로 노출된 양의 출력단, 음의 출력단 및 고유 저항단, 복수의 배터리 셀 및 복수의 스위치를 포함하는 배터리 파트, 및 상기 고유 저항단에서 측정된 고유 저항 전압을 기반으로 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결시키는 제어 파트를 포함한다.
상기 복수의 스위치는, 제1 배터리 셀의 양 전극과 제2 배터리 셀의 양 전극 사이에 연결된 제1 트랜지스터, 상기 제1 배터리 셀의 음 전극과 상기 제2 배터리 셀의 양 전극 사이에 연결된 제2 트랜지스터, 및 상기 제1 배터리 셀의 음 전극과 상기 제2 배터리 셀의 음 전극 사이에 연결된 제3 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 복수의 스위치 중 어느 하나와 병렬로 연결되고, 상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 음 전극과 다른 하나의 배터리 셀의 양 전극 사이에 연결되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀 중 어느 하나의 양 전극과 다른 하나의 배터리 셀의 음 전극 사이에 연결되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 파트와 상기 음의 출력단 사이에 연결되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기장치는 섀시, 상기 섀시에 마련된 전기기구, 및 상기 섀시에 마련된 배터리 팩을 포함하고, 상기 전기기구는 상기 배터리 팩에 마련된 양의 출력단, 음의 출력단 및 고유 저항단을 통해 상기 배터리 팩에 연결되고, 상기 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀 및 복수의 스위치를 포함하는 배터리 파트, 및 상기 고유 저항단에서 측정된 고유 저항 전압을 기반으로 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결시키는 제어 파트를 포함한다.
상기 전기기구는 상기 배터리 팩으로부터 전원을 공급받을 수 있다.
상기 복수의 배터리는 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하고, 상기 복수의 스위치는 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함할 수 있다.
상기 복수의 스위치는, 제1 배터리 셀의 양 전극과 제2 배터리 셀의 양 전극 사이에 연결된 제1 트랜지스터, 상기 제1 배터리 셀의 음 전극과 상기 제2 배터리 셀의 양 전극 사이에 연결된 제2 트랜지스터, 및 상기 제1 배터리 셀의 음 전극과 상기 제2 배터리 셀의 음 전극 사이에 연결된 제3 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 제어 파트는 방전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 방전 기준전압보다 낮거나 또는 충전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 충전 기준전압보다 높으면 상기 배터리 파트로부터 상기 음의 출력단을 분리하는 스위치부를 포함할 수 있다.
서로 다른 레벨의 전압을 사용하는 다양한 장치에 사용될 수 있는 범용 배터리 팩을 제공할 수 있다. 범용 배터리 팩의 호환성을 확보하여 자원 낭비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 회로도에서 복수의 배터리 셀이 직렬로 연결되는 경우를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 회로도에서 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결되는 경우를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀이 직렬 및 병렬로 연결되는 경우의 스위치 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기장치를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 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 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
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 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 회로도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 회로도에서 복수의 배터리 셀이 직렬로 연결되는 경우를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 회로도에서 복수의 배터리 셀이 병렬로 연결되는 경우를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀이 직렬 및 병렬로 연결되는 경우의 스위치 상태를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기장치를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩은 배터리 파트(10) 및 제어 파트(20)를 포함한다.
배터리 파트(10)는 복수의 2차 전지를 포함한다. 2차 전지(이하, 배터리 셀(battery cell)이라 한다)는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함한다.
배터리 파트(10)는 제어 파트(20)의 제어에 따라 복수의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결시킨다. 이에 따라, 배터리 파트(10)에서 출력되는 전압의 레벨은 다양하게 변경될 수 있다.
여기서는 배터리 파트(10)에 2개의 배터리 셀(Cell1, Cell2)이 포함되고, 2개의 배터리 셀(Cell1, Cell2)이 직렬 또는 병렬로 연결되는 구성에 대하여 설명한다. 그러나, 배터리 파트(10)에는 둘 이상의 배터리 셀이 포함될 수 있고, 둘 이상의 배터리 셀은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
배터리 파트(10)는 제1 배터리 셀(Cell1), 제2 배터리 셀(Cell2), 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 제3 트랜지스터(T3) 및 제1 커패시터(C1)를 포함한다.
제1 배터리 셀(Cell1)의 양 전극(+)은 양의 출력단(P+)에 연결된다. 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)은 스위치부(23)를 통해 음의 출력단(P-)에 연결된다. 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)은 양의 출력단(P+) 및 음의 출력단(P-)을 통해 외부 장치와 연결되어 충전 또는 방전된다. 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)은 동일한 종류 및 전압 레벨의 2차 전지일 수도 있고, 서로 다른 종류 및 전압 레벨의 2차 전지일 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 제1 게이트 신호(G1)가 인가되는 게이트 단, 제1 배터리 셀(Cell1)의 양 전극(+)에 연결되는 일단 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 양 전극(+)에 연결되는 타단을 포함한다. 제1 트랜지스터(T1)는 게이트 온 전압의 제1 게이트 신호(G1)가 인가되면 제1 배터리 셀(Cell1)의 양 전극(+) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 양 전극(+)을 연결시킨다.
제2 트랜지스터(T2)는 제2 게이트 신호(G2)가 인가되는 게이트 단, 제1 배터리 셀(Cell1)의 음 전극(-)에 연결되는 일단 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 양 전극(+)에 연결되는 타단을 포함한다. 제2 트랜지스터(T2)는 게이트 온 전압의 제2 게이트 신호(G2)가 인가되면 제1 배터리 셀(Cell1)의 음 전극(-) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 양 전극(+)을 연결시킨다.
제3 트랜지스터(T3)는 제3 게이트 신호(G3)가 인가되는 게이트 단, 제1 배터리 셀(Cell1)의 음 전극(-)에 연결되는 일단 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)에 연결되는 타단을 포함한다. 제3 트랜지스터(T3)는 게이트 온 전압의 제3 게이트 신호(G3)가 인가되면 제1 배터리 셀(Cell1)의 음 전극(-) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)을 연결시킨다.
제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)는 p-채널 전계 효과 트랜지스터 또는 n-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. p-채널 전계 효과 트랜지스터를 턴-온시키는 게이트 온 전압은 논리 로우 레벨의 전압이고 턴-오프 시키는 게이트 오프 전압은 논리 하이 레벨 전압이다. n-채널 전계 효과 트랜지스터를 턴-온시키는 게이트 온 전압은 논리 하이 레벨 전압이고 턴-오프시키는 게이트 오프 전압은 논리 로우 레벨 전압이다.
제1 커패시터(C1)는 제1 배터리 셀(Cell1)의 음 전극(-)에 연결되는 일단 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 양 전극(+)에 연결되는 타단을 포함한다. 제1 커패시터(C1)는 제1 배터리 셀(Cell1)과 제2 배터리 셀(Cell2)이 병렬로 연결될 때, 제1 배터리 셀(Cell1)과 제2 배터리 셀(Cell2)을 플로팅(floating)시킨다. 제1 커패시터(C1)는 외부 장치로부터의 역전압이나 정전기 등으로부터 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 제1 커패시터(C1)는 제2 트랜지스터(T2)가 턴 온됨에 따라 우회될 수 있다.
제어 파트(20)는 제2 커패시터(C2), 제3 커패시터(C3), 제어부(21), 인증부(22) 및 스위치부(23)를 포함한다.
제2 커패시터(C2)는 제1 배터리 셀(Cell1)의 양 전극(+)에 연결되는 일단 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)에 연결되는 타단을 포함한다. 제2 커패시터(C2)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 충전 전압 또는 방전 전압으로 충전된다. 제2 커패시터(C2)는 외부 장치로부터의 역전압이나 정전기 등으로부터 제어부(21)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
제3 커패시터(C3)는 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)에 연결되는 일단 및 음의 출력단(P-)에 연결되는 타단을 포함한다. 제3 커패시터(C3)는 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)과 음의 출력단(P-)을 플로팅시킨다. 제3 커패시터(C3)는 스위치부(23)에 의해 선택적으로 우회될 수 있다.
제어 파트(20)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 과충전 및 과방전을 방지하는 PCM(Protection Circuit Module) 기능 및 연결되는 장치의 운용 전압에 적응적으로 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)을 직렬 및/또는 병렬로 연결시키는 배터리 전압 전환 기능을 수행한다.
먼저, 제어부(21)의 PCM 기능을 수행하기 위한 구성에 대하여 설명한다.
제어부(21)는 제2 커패시터(C2)의 양단에 연결된다. 제어부(21)는 제2 커패시터(C2)의 양단 전압을 측정하여 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 충전 전압 또는 방전 전압을 측정한다. 제어부(21)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 충전 전압 또는 방전 전압으로부터 이상이 검출되면 스위치부(23)에 스위치 제어신호를 전달한다.
스위치부(23)는 제3 커패시터(C3)의 일단 및 타단에 연결된다. 스위치부(23)는 제어부(21)로부터 전달되는 스위치 제어신호에 따라 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)과 음의 출력단(P-)을 연결 또는 차단시킨다.
보다 상세하게, 제어부(21)는 측정된 충전 전압을 충전 기준전압과 비교하여 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 과충전되는지 여부를 검출한다. 예를 들어, 제어부(21)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 충전 전압이 충전 기준전압보다 높아지면, 배터리 파트(10)와 출력 단자(P+, P-)가 연결되는 전류 경로가 차단되도록 스위치부(23)에 스위치 제어신호를 전달한다.
충전 기준전압은 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 직렬 연결시 사용되는 제1 충전 기준전압 및 병렬 연결시 사용되는 제2 충전 기준전압을 포함한다. 즉, 제어부(21)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 직렬로 연결될 때, 측정된 제1 배터리 셀(Cell1)과 제2 배터리 셀(Ce112)의 충전 전압을 제1 충전 기준전압과 비교하여 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 과충전되는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 제어부(21)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 병렬로 연결될 때, 측정된 충전 전압을 제2 충전 기준전압과 비교하여 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 과충전되는지 여부를 검출할 수 있다. 제1 충전 기준전압은 제2 충전 기준전압보다 높은 레벨의 전압이다.
제어부(21)는 측정된 방전 전압을 방전 기준전압과 비교하여 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 과방전되지 여부를 검출한다. 예를 들어, 제어부(21)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 방전 전압이 방전 기준전압보다 낮아지면, 배터리 파트(10)와 출력 단자(P+, P-)가 연결되는 전류 경로가 차단되도록 스위치부(23)에 스위치 제어신호를 전달한다.
방전 기준전압은 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 직렬 연결시 사용되는 제1 방전 기준전압 및 병렬 연결시 사용되는 제2 방전 기준전압을 포함한다. 즉, 제어부(21)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 직렬로 연결될 때, 측정된 방전 전압을 제1 방전 기준전압과 비교하여 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 과방전되는지 여부를 검출할 수 있다. 그리고 제어부(21)는 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 병렬로 연결될 때, 측정된 방전 전압을 제2 방전 기준전압과 비교하여 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 과방전되는지 여부를 검출할 수 있다. 제1 방전 기준전압은 제2 방전 기준전압보다 높은 레벨의 전압이다.
스위치부(23)는 제어부(21)로부터 전달되는 스위치 제어신호에 따라 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)과 음의 출력단(P-)을 연결 또는 차단시키는 전계효과 트랜지스터로 구성될 수 있다. 스위치부(23)는 충전시 충전전류를 도통 또는 차단시키는 제1 전계효과 트랜지스터 및 방전시 방전전류를 도통 또는 차단시키는 제2 전계효과 트랜지스터를 포함할 수 있다.
또는, 스위치부(23)는 제어부(21)로부터 전달되는 스위치 제어신호에 따라 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)과 음의 출력단(P-) 사이의 충방전 전류를 도통 또는 차단시키는 서미스터로 구성될 수 있다. 서미스터는 부온도 특성(negative temperature coefficient) 서미스터 및 정온도 특성(positive temperature coefficient) 서미스터 중 어느 하나일 수 있다.
다음으로, 제어부(21)의 배터리 전압 전환 기능을 수행하기 위한 구성에 대하여 설명한다.
인증부(22)는 고유 저항단(TH)에 연결된 장치의 고유 저항을 측정한다. 연결된 장치의 고유 저항은 해당 장치의 운용 전압을 지시하도록 한다. 인증부(22)는 측정된 고유 저항을 이용하여 연결된 장치의 운용 전압을 인식할 수 있다. 인증부(22)는 연결된 장치의 운용 전압을 지시하는 전압 신호를 제어부(21)에 전달한다.
제어부(21)는 인증부(22)에서 전달되는 전압 신호에 따라 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 직렬 또는 병렬로 연결되도록 제1 게이트 신호(G1), 제2 게이트 신호(G2) 및 제3 게이트 신호(G3)를 생성한다. 제1 게이트 신호(G1)는 제1 트랜지스터(T1)의 게이트 단에 전달된다. 제2 게이트 신호(G2)는 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 단에 전달된다. 제3 게이트 신호(G3)는 제3 트랜지스터(T3)의 게이트 단에 전달된다.
제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 직렬로 연결되는 경우는 도 2에 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 직렬 연결시, 제어부(21)는 제2 게이트 신호(G2)를 게이트 온 전압으로 생성하고, 제1 게이트 신호(G1) 및 제3 게이트 신호(G3)를 게이트 오프 전압으로 생성한다. 이에 따라, 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되고, 제1 트랜지스터(T1) 및 제3 트랜지스터(T3)는 턴-오프된다. 제2 트랜지스터(T2)가 턴-온되고 제1 커패시터(C1)가 우회됨에 따라 제1 배터리 셀(Cell1)의 음 전극(-)과 제2 배터리 셀(Cell2)의 양 전극(+)이 연결되어 제1 배터리 셀(Cell1)과 제2 배터리 셀(Cell2)이 직렬로 연결된다.
제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)이 병렬로 연결되는 경우는 도 3에 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 제1 배터리 셀(Cell1) 및 제2 배터리 셀(Cell2)의 병렬 연결시, 제어부(21)는 제1 게이트 신호(G1) 및 제3 게이트 신호(G3)를 게이트 온 전압으로 생성하고, 제2 게이트 신호(G2)를 게이트 오프 전압으로 생성한다. 이에 따라, 제1 트랜지스터(T1) 및 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온되고, 제2 트랜지스터(T2)는 턴-오프된다. 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온됨에 따라 제1 배터리 셀(Cell1)의 양 전극(+)과 제2 배터리 셀(Cell2)의 양 전극(+)이 연결된다. 제3 트랜지스터(T3)가 턴-온됨에 따라 제1 배터리 셀(Cell1)의 음 전극(-)과 제2 배터리 셀(Cell2)의 음 전극(-)이 연결된다. 즉, 제1 배터리 셀(Cell1)과 제2 배터리 셀(Cell2)이 병렬로 연결된다.
도 4를 참조하면, 제1 배터리 셀(Cell1)과 제2 배터리 셀(Cell2)이 직렬 및 병렬로 연결될 때, 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2) 및 제3 트랜지스터(T3)의 상태를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 제안하는 배터리 팩은 연결되는 장치의 고유 저항을 배터리 팩의 고유 저항단(TH)을 통해 측정하여 해당 장치의 운용 전압을 인식하고, 해당 장치의 운용 전압에 적응적으로 방전 전압을 변경할 수 있다. 이에 따라, 제안하는 배터리 팩은 서로 다른 레벨의 전압을 사용하는 다양한 장치에 사용될 수 있다. 배터리 팩은 소비자 및 OEM(original equipment manufacturer)에게 별도로 판매될 수 있고, 다양한 전기기구의 전원을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 소비자는 3-단(3-terminal) 배터리 팩을 3-단 전기기구에 연결하여 배터리 팩 장치를 만들 수 있다.
도 5를 참조하면, 제안하는 배터리 팩은 전기장치의 섀시(40)에 마련되어 섀시(40)에 마련된 전기기구(30)에 전원을 공급할 수 있다. 도 5와 같이, 다양한 전압을 요구하는 전기기구를 하나의 배터리 팩으로 운영할 수 있는 전기장치가 서로 다른 다수의 OEM에 의해 생산될 수 있을 것이다. 이와 같은, 배터리 팩은 다양한 전기장치를 생산하는 다수의 OEM에게 판매될 수 있고, 배터리 팩은 대량으로 생산되어 다양한 전기장치에 사용하기 위한 다수의 OEM에게 판매될 수 있을 것이다.
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 : 배터리 파트
20 : 제어 파트
21 : 제어부
22 : 인증부
23 : 스위치부

Claims (20)

  1. 배터리 팩; 및
    양의 출력단, 음의 출력단 및 고유 저항단을 통해 상기 배터리 팩에 연결되고 상기 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 전기기구를 포함하고,
    상기 배터리 팩은,
    상기 양의 출력단 및 상기 음의 출력단을 통해 상기 전기기구에 공급되는 출력 전압을 변경하는 복수의 스위치 및 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 파트; 및
    상기 배터리 파트 및 상기 전기기구에 연결되고, 상기 고유 저항단에 연결된 상기 전기기구에 구비된 고유 저항을 측정하여 상기 전기기구의 운용 전압을 인식하고, 상기 전기기구의 운용 전압을 기반으로 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결시키는 제어 파트를 포함하고,
    상기 배터리 파트는,
    상기 양의 출력단에 연결되어 있는 양 전극을 포함하는 제1 배터리 셀;
    상기 음의 출력단에 연결되어 있는 음 전극을 포함하는 제2 배터리 셀;
    상기 제1 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제1 커패시터;
    제1 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제1 트랜지스터;
    제2 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터; 및
    제3 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제3 트랜지스터를 포함하는 배터리 팩 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 파트는 상기 제1 게이트 신호, 상기 제2 게이트 신호 및 상기 제3 게이트 신호를 생성하여 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결시키는 배터리 팩 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제어 파트는 상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 각각에 연결되어 상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터 및 상기 제3 트랜지스터 각각을 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 팩 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 배터리 셀의 양 전극과 상기 제2 배터리 셀의 음 전극 사이에 연결되는 배터리 팩 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 파트는 상기 배터리 파트가 과충전 또는 과방전되는지 여부를 기반으로 상기 배터리 파트를 상기 음의 출력단에 선택적으로 연결시키는 스위치부를 포함하는 배터리 팩 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전기기구는 상기 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 충전장치 및 전기장치 중 어느 하나인 배터리 팩 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 파트는 방전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 방전 기준전압보다 낮거나 또는 충전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 충전 기준전압보다 높으면 상기 배터리 파트로부터 상기 음의 출력단을 분리하는 스위치부를 포함하는 배터리 팩 장치.
  11. 외부로 노출된 양의 출력단, 음의 출력단 및 고유 저항단;
    복수의 배터리 셀 및 복수의 스위치를 포함하는 배터리 파트; 및
    상기 고유 저항단에 연결된 전기기구에 구비된 고유 저항을 측정하여 상기 전기기구의 운용 전압을 인식하고, 상기 전기기구의 운용 전압을 기반으로 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결시키는 제어 파트를 포함하고,
    상기 배터리 파트는,
    상기 양의 출력단에 연결되어 있는 양 전극을 포함하는 제1 배터리 셀;
    상기 음의 출력단에 연결되어 있는 음 전극을 포함하는 제2 배터리 셀;
    상기 제1 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제1 커패시터;
    제1 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제1 트랜지스터;
    제2 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터; 및
    제3 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제3 트랜지스터를 포함하는 배터리 팩.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 배터리 파트와 상기 음의 출력단 사이에 연결되는 제2 커패시터를 더 포함하는 배터리 팩.
  16. 섀시;
    상기 섀시에 마련된 전기기구; 및
    상기 섀시에 마련된 배터리 팩을 포함하고,
    상기 전기기구는 상기 배터리 팩에 마련된 양의 출력단, 음의 출력단 및 고유 저항단을 통해 상기 배터리 팩에 연결되고,
    상기 배터리 팩은,
    복수의 배터리 셀 및 복수의 스위치를 포함하는 배터리 파트; 및
    상기 고유 저항단에 연결된 상기 전기기구에 구비된 고유 저항을 측정하여 상기 전기기구의 운용 전압을 인식하고, 상기 전기기구의 운용 전압을 기반으로 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결시키는 제어 파트를 포함하고,
    상기 배터리 파트는,
    상기 양의 출력단에 연결되어 있는 양 전극을 포함하는 제1 배터리 셀;
    상기 음의 출력단에 연결되어 있는 음 전극을 포함하는 제2 배터리 셀;
    상기 제1 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제1 커패시터;
    제1 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제1 트랜지스터;
    제2 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 양 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제2 트랜지스터; 및
    제3 게이트 신호가 인가되는 게이트 단, 상기 제1배터리 셀의 음 전극에 연결되는 일단 및 상기 제2 배터리 셀의 음 전극에 연결되는 타단을 포함하는 제3 트랜지스터를 포함하는 전기장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 전기기구는 상기 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 전기장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제어 파트는 방전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 방전 기준전압보다 낮거나 또는 충전 과정 동안 상기 배터리 파트의 출력 전압이 충전 기준전압보다 높으면 상기 배터리 파트로부터 상기 음의 출력단을 분리하는 스위치부를 포함하는 전기장치.
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