KR102247394B1 - 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치 및 배터리 구동 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치 및 배터리 구동 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치 및 배터리 구동 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 외부 장치가 연결되는 단자부, 상기 배터리를 제어하고, 셧 다운(shut down) 모드에서 비활성화되며, 상기 단자부에 전압이 인가되면 상기 셧 다운 모드에서 웨이크 업(wake up) 되는 제어부 및 상기 배터리와 상기 단자부 사이에 연결되는 웨이크 업 스위치를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치 및 배터리 구동 방법{Battery Pack and Battery Driving Apparatus and Method Using Thereof}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치 및 배터리 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 구입 후 별도의 충전 없이 사용할 수 있는 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치 및 배터리 구동 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 수요의 형태 역시 다양해지고 있다. 따라서, 다양한 요구에 부응할 수 있게 이차 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 분류된다. 리튬 계열 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool, E-bike 등의 소형 제품에 주로 적용되며, 니켈 수소 계열 전지는 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품에 적용되어 사용되고 있다.
하나 이상의 배터리 셀로 이루어진 배터리를 포함하는 배터리 팩(Battery Pack)은 보통 Active, Sleep, Shut-down 모드로 나누어지며, 배터리 팩이 생산되어 출고되는 시점에서는 일반적으로 Shut-down 모드 상태에 있게 된다. 따라서, 사용자가 배터리 팩을 사용하기 위해서는 Shut-down 모드에서 웨이크 업 시켜주는 과정이 필요하게 되며, 이러한 과정은 별도의 충전기를 통해 이루어진다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치는, 셧 다운(shut down) 상태의 배터리 팩을 별도의 충전 과정 없이 웨이크 업(wake up) 시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 외부 장치가 연결되는 단자부, 상기 배터리를 제어하고, 셧 다운(shut down) 모드에서 비활성화되며, 상기 단자부에 전압이 인가되면 상기 셧 다운 모드에서 웨이크 업(wake up) 되는 제어부 및 상기 배터리와 상기 단자부 사이에 연결되는 웨이크 업 스위치를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 단자부에 연결되는 웨이크 업 단자를 포함할 수 있고, 상기 배터리 팩은 상기 외부 신호를 검출하고 상기 외부 신호에 응답하여 상기 웨이크 업 스위치를 온(on) 시키는 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서는 자기 센서, 광 센서 또는 압력 센서 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 배터리 팩은 상기 제어부가 셧 다운 모드가 아닌 경우에는 상기 웨이크 업 스위치를 오프(off) 시키는 마이크로 컴퓨터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 배터리와 상기 단자부 사이에 서로 직렬로 연결되는 충전 스위치와 방전 스위치를 더 포함할 수 있으며, 상기 웨이크 업 스위치는 트랜지스터 또는 릴레이 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 배터리 및 제어부를 보호하는 하우징을 더 포함할 수 있으며, 상기 웨이크 업 스위치는 상기 하우징 외부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 장치는, 웨이크 업 신호를 방출하는 신호 방출부를 포함하는 본체, 상기 본체에 장착되는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 전력에 의해 구동되는 전기 장치를 포함하며, 상기 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 상기 전기 장치가 연결되는 단자부, 상기 배터리를 제어하고 셧 다운(shut down) 모드에서 비활성화되며, 상기 단자부에 전압이 인가되면 상기 셧 다운 모드에서 웨이크 업(wake up) 되는 제어부 및 상기 배터리와 상기 단자부 사이에 연결되는 웨이크 업 스위치를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 단자부에 연결되는 웨이크 업 단자를 포함할 수 있고, 상기 배터리 팩은 상기 웨이크 업 신호를 검출하고 상기 웨이크 업 신호에 응답하여 상기 웨이크 업 스위치를 온(on) 시키는 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서는 자기 센서, 광 센서 또는 압력 센서 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 배터리 팩은 상기 제어부가 셧 다운 모드가 아닌 경우에는 상기 웨이크 업 스위치를 오프(off) 시키는 마이크로 컴퓨터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 배터리와 상기 단자부 사이에 서로 직렬로 연결되는 충전 스위치와 방전 스위치를 더 포함할 수 있으며, 상기 웨이크 업 스위치는 트랜지스터 또는 릴레이 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩은 상기 배터리 및 상기 제어부를 보호하는 하우징을 더 포함하며, 상기 웨이크 업 스위치는 상기 하우징 외부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 방법은, 웨이크 업 신호를 방출하는 신호 방출부를 포함하는 본체, 상기 본체에 장착되며, 배터리, 단자부, 제어부, 센서 및 웨이크 업 스위치를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 전력에 의해 구동되는 전기 장치를 포함하는 배터리 구동 장치의 구동 방법으로서, 상기 배터리 팩이 상기 본체에 장착되는 배터리 팩 장착 단계, 상기 웨이크 업 신호에 응답하여 상기 제어부가 셧 다운 모드에서 웨이크 업 되는 웨이크 업 단계 및 상기 배터리 팩으로부터 상기 전기 장치에 전력을 공급하는 전력 공급 단계를 포함한다.
또한, 상기 웨이크 업 단계에서는, 상기 웨이크 업 신호를 검출하는 상기 센서의 출력 신호를 이용하여 상기 웨이크 업 스위치를 온(on) 시킬 수 있으며, 상기 웨이크 업 단계에서 사용되는 상기 센서는 자기 센서, 광 센서 또는 압력 센서 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 웨이크 업 단계에서 사용되는 상기 웨이크 업 스위치는 트랜지스터 또는 릴레이 중 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치는, 셧 다운(shut down) 상태의 배터리 팩을 별도의 충전 과정 없이 웨이크 업(wake up) 시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서와 웨이크 업 스위치와의 동작 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 컴퓨터를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전 스위치와 방전 스위치를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 웨이크 업 스위치로 사용할 수 있는 트랜지스터 및 릴레이를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하우징을 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 신호 방출부, 센서 및 웨이크 업 스위치와의 동작 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 본체, 하우징, 배터리 및 제어부의 장착 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 헝태로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을을 참조로 하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동장치에 대해서 설명하도록 한다. 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 의미한다. "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징 또는 구성 요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성 요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100a)은, 배터리(110), 단자부(120), 제어부(130) 및 웨이크 업 스위치(140)을 포함한다.
상기 배터리(110)는 하나 이상의 배터리 셀(111)을 포함하며, 상기 단자부(120)는 배터리 팩(100a)과 외부 장치(미도시)를 연결한다. 또한, 상기 제어부(130)는 상기 배터리(110)를 제어하고, 셧 다운(shut down) 모드에서 비활성화되며, 상기 단자부(120)에 전압이 인가되면 상기 셧 다운 모드에서 웨이크 업 된다.
배터리 팩은 보통 활성 모드(active mode), 슬립 모드(sleep mode), 셧 다운 모드(shut down mode)로 나누어지며, 소비 전류를 최소화하기 위해 활성 모드(2mA) → 슬립 모드(1mA) → 셧 다운 모드(0.1mA) 순으로 천이 된다.
예를 들어, 슬립 모드에서 한 시간당 1mA를 소비한다면, 약 6개월 뒤에는 4,320mA가 방전되는데, 배터리 팩의 출하 충전량은 보통 50% 수준으로, 배터리 팩의 용량이 8,640mAh인 경우에는 6개월 뒤에는 만방전되게 된다.
만방전(0%)에서 방전이 지속되면 배터리 셀(111) 열화가 지속되어 신뢰성, 안정성 등의 문제가 발생하게 되며, 이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 배터리 팩의 출하시에는 약 0.1mA 수준의 셧 다운 모드로 천이시켜 출하하게 된다.
일단 셧 다운 모드에 있는 배터리 팩을 사용하기 위해서는 웨이크 업(wake up) 과정을 거쳐야 한다. 셧 다운 모드에 있는 배터리 팩을 웨이크 업 시키기 위하여, 예컨대, 별도의 충전기를 배터리 팩에 연결하여 배터리 팩의 단자부(120)에 충전 전압이 인가될 수 있다. 그러나, 별도의 충전기가 없는 경우 웨이크 업 과정을 수행할 수 없어 셧 다운 모드에 있는 배터리 팩을 사용할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 별도의 충전기 없이 배터리 팩을 웨이크 업 시킬 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
상기 웨이크 업 스위치(140)는 상기 배터리(110)와 상기 단자부(120) 사이에 연결되어, 스위치 온(on) 되는 경우, 상기 배터리(110)의 양극(+)과 상기 단자부(120)의 양극(+)을 연결하는 역할을 한다.
상기 웨이크 업 스위치(140)가 스위치 온(on) 되어 상기 배터리(110)의 양극(+) 단자 전압이 상기 단자부(120)의 양극(+) 단자에 인가되면, 상기 제어부(130)는 셧 다운(shut donw) 모드에서 웨이크 업(wake up) 된다.
상기 제어부(130)는 웨이크 업 단자(131)를 포함할 수 있으며, 웨이크 업 단자(131)에 전압이 인가되면 상기 제어부(130)는 셧 다운 모드에서 웨이크 업 될 수 있다. 상기 웨이크 업 단자(131)는 상기 단자부(120)의 양극(+) 단자에 연결되며, 단자부(120)의 양극(+) 단자에 전압이 인가되면 웨이크 업 단자(131)에도 동일한 전압이 인가되며, 제어부(130)는 셧 다운 모드에서 웨이크 업 될 수 있다.
상기 배터리(110)는 상기 배터리 팩(100a)에 연결되는 외부 장치(미도시)에 전력을 공급한다. 또한, 충전기(미도시)가 상기 배터리 팩(100a)에 연결되는 경우 배터리(110)는 외부 전력에 의하여 충전될 수 있다.
상기 배터리(110)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀(111)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 셀(111)은 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등의 충전 및/또는 방전 가능한 이차 전지일 수 있다.
상기 제어부(130)는 배터리(110)의 충전 및 방전 제어, 배터리(110)에 포함된 배터리 셀(111)의 셀 밸런싱 제어와 같은 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 제어부(130)는 배터리 팩(110)의 제어를 위하여 배터리 셀(111)의 전압을 측정하는 적어도 하나의 전압 측정 단자(미도시)를 구비할 수도 있을 것이다.
상기와 같이 구성된 배터리 팩(100a)은 상기 단자부(120)를 통해 외부 시스템 또는 외부 장치(미도시)와 연결되어 충전 또는 방전이 이루어진다. 한편, 상기 단자부(120)와 상기 배터리(110) 사이의 경로를 대전류 경로(High Current Path, 이하 'HCP'라 한다)라 하며, 상기 대전류 경로(HCP)는 충방전 경로로 사용되며, 상기 대전류 경로(HCP)를 통해 큰 전류가 흐르게 된다.
여기서, 상기 단자부(120)를 통해 연결되는 외부 시스템 또는 외부 장치는 전기 시스템 또는 전기 장치일 수 있으며, 상기 외부 시스템 또는 외부 장치는 별도로 전원을 공급하는 어댑터(미도시)에 연결될 수 있다.
이때, 상기 외부 시스템이 어댑터와 연결되면, 외부 시스템은 어댑터에 의해 동작할 수 있으며, 상기 어댑터는 상기 단자부(120)를 통해 대전류 경로(HCP)를 거쳐 상기 배터리(110)로 전원을 공급하여 상기 배터리(110)를 충전시킬 수 있다. 그리고 외부 시스템이 어댑터로부터 분리되면, 상기 배터리(110)로부터 상기 단자부(120)를 통해 상기 외부 시스템의 부하로 방전이 이루어질 수 있다.
즉, 상기 단자부(120)에 어댑터가 연결된 외부 시스템이 연결되면, 충전 동작이 일어나며, 이때의 충전 경로는 어댑터로부터 상기 단자부(120)를 거쳐 상기 배터리(110)로 이어진다.
외부 시스템으로부터 어댑터가 분리되면, 배터리(110)의 전력이 상기 단자부(120)에 연결된 외부 시스템의 부하로 방전되는 방전 동작이 일어나며, 이때의 방전 경로는 상기 배터리(110)로부터 상기 단자부(120)를 거쳐 외부 시스템의 부하로 이어진다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100b)은 센서(150)를 더 포함할 수 있는데, 상기 센서(150)는 외부 신호를 검출하고 상기 외부 신호에 응답하여 상기 웨이크 업 스위치(140)를 온(on) 시킨다.
상기 외부 신호는 상기 센서(150)에 의해 검출되는 신호이며, 상기 센서(150)는 상기 외부 신호에 응답하여 센싱 신호를 출력하고, 상기 웨이크 업 스위치(140)는 상기 센서(150)로부터 출력된 센싱 신호에 의하여 스위치 온(on) 된다.
상기 웨이크 업 스위치(140)가 스위치 온(on) 되어 상기 배터리(110)의 양극(+) 단자 전압이 상기 단자부(120)의 양극(+) 단자에 인가되면, 상기 제어부(130)는 셧 다운(shut donw) 모드에서 웨이크 업(wake up) 된다.
따라서, 외부 신호가 검출되지 않는 한 상기 웨이크 업 스위치(140)는 오프(off) 상태를 유지하며, 상기 제어부(130) 또한, 상기 외부 신호가 검출되기 전까지는 셧 다운 모드를 유지하게 된다.
상기 센서(150)는 자기 센서, 광 센서 또는 압력 센서 중 어느 하나일 수 있으나, 상기 세 가지 센서에 한정되는 것은 아니며, 상기 외부 신호의 종류에 따라 적합한 센서가 선택되어 적용될 수 있다.
따라서, 외부 신호가 자기장인 경우에는 자기 센서가 센서(150)로 사용될 수 있으며, 외부 신호가 빛인 경우에는 광 센서가 센서(150)로 사용될 수 있다. 마찬가지로 외부 신호가 압력인 때에는 압력 센서가 센서(150)로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서와 웨이크 업 스위치와의 동작 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 센서(150)는 자기 센서(150a)일 수 있다. 상기 자기 센서(150a)가 외부의 자기장 신호를 검출하면 센싱 신호를 출력하고, 상기 웨이크 업 스위치(140)는 상기 센싱 신호에 의하여 스위치 온(on) 된다.
도 3에서 상기 웨이크 업 스위치(140)는 예시적으로 일반적인 스위치(141)로 표시되며, 상기 센싱 신호에 의하여 상기 스위치(141)가 닫히는 동작에 의하여 배터리(110)의 양극(B+) 전압이 상기 단자부(120)의 양극(P+)에 인가된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 컴퓨터를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 마이크로 컴퓨터(160)를 더 포함할 수 있는데, 상기 마이크로 컴퓨터(160)는 상기 제어부(130)가 셧 다운 모드가 아닌 경우에는 상기 웨이크 업 스위치(140)를 오프(off) 시킨다.
도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 같이, 상기 웨이크 업 스위치(140)는 외부 신호를 검출하여 센싱 신호를 출력하는 센서(150)에 의하여 스위치 온(on) 되어, 상기 제어부(130)를 웨이크 업 시키는데, 일단 상기 웨이크 업 스위치(140)의 스위칭 동작에 의하여 상기 제어부(130)가 웨이크 업 되면, 상기 웨이크 업 스위치(140)는 배터리 팩(100c)의 보호를 위하여 스위치 오프(off) 되어야 한다.
상기 마이크로 컴퓨터(160)는 상기 제어부(130)가 셧 다운 모드에서 웨이크 업 되어 더 이상 셧 다운 모드에 있지 않은 경우에는, 상기 웨이크 업 스위치(140)에 제어 신호를 출력하여 상기 웨이크 업 스위치(140)를 오프시키는 역할을 한다.
한편, 상기 마이크로 컴퓨터(160)를 포함하지 않는 배터리 팩(예를 들어, 도 1 또는 도 2의 배터리 팩)에서는 웨이크 업 된 제어부(130)가 직접 제어 신호를 출력하여 상기 웨이크 업 스위치(140)를 스위치 오프(off) 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전 스위치와 방전 스위치를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100d)은 충전 스위치(170)와 방전 스위치(180)를 포함할 수 있으며, 상기 충전 스위치(170)와 상기 방전 스위치(180)는 상기 배터리(110)와 상기 단자부(120) 사이에 서로 직렬로 연결된다. 또한, 서로 직렬로 연결되는 상기 충전 스위치(170)와 상기 방전 스위치(180)는 상기 웨이크 업 스위치(140)와는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 충전 스위치(170)와 상기 방전 스위치(180)는 상기 배터리(110)와 상기 단자부(120) 사이의 대전류 경로(HCP) 상에 직렬로 연결되어 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 수행한다. 상기 충전 스위치(170)와 상기 방전 스위치(180) 각각은 전계 효과 트랜지스터 및 기생 다이오드로 구성된다.
제어부(130)는 충전 스위치(170) 및 방전 스위치(180)를 제어한다. 예컨대, 배터리(110)가 과전압 상태인 경우, 제어부(130)는 충전 스위치(170)를 오프 상태로 제어함으로써 더 이상 배터리(110)가 충전되지 않도록 한다. 배터리(110)가 저전압 상태인 경우, 제어부(130)는 방전 스위치(180)를 오프 상태로 제어함으로써 더 이상 배터리(110)가 방전되지 않도록 한다. 배터리(110)가 고온 상태인 경우, 제어부(130)는 충전 스위치(170)와 방전 스위치(180)를 모두 오프 상태로 제어함으로써 배터리(110)를 비활성화시킬 수 있다.
셧 다운 모드에서 제어부(130)는 비활성화되어 제어부(130)에 의해 소모되는 전류를 최소화할 수 있으며, 충전 스위치(170)와 방전 스위치(180)는 모두 오프 상태로 설정될 수 있다. 셧 다운 모드에서, 웨이크 업 되기 전까지는 배터리(110)는 충전되거나 방전되지 않을 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조로 하여 설명한 배터리 팩(100a-100d)은 추가로 포함되는 구성 요소(예를 들어, 센서, 충/방전 스위치, 마이크로 컴퓨터)를 하나씩만 추가로 포함할 수 있는 것은 아니며, 상기 배터리 팩(100)은 상기 센서(150), 충전 스위치(170)와 방전 스위치(180) 및 상기 마이크로 컴퓨터(160)를 모두 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 웨이크 업 스위치로 사용할 수 있는 트랜지스터 및 릴레이를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 상기 웨이크 업 스위치(140a)는 트랜지스터일 수 있으며, 상기 트랜지스터는 상기 센서(150)로부터 출력되는 센싱 신호에 의하여 턴-온 되어, 상기 배터리(110)의 양극(B+) 전압을 상기 단자부(120)의 양극(P+)에 인가할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 제어부(130)의 웨이크 업 단자(131)는 상기 단자부(120)에 연결되므로, 웨이크 업 단자(131)에도 배터리(110)의 양극(B+) 전압이 인가되며, 제어부(130)는 셧 다운 모드에서 웨이크 업 된다.
도 6b를 참조하면, 상기 웨이크 업 스위치(140b)는 릴레이일 수 있으며, 상기 릴레이는 상기 센서(150)로부터 출력되는 센싱 신호에 의하여 턴-온 되어, 상기 배터리(110)의 양극(B+) 전압을 상기 단자부(120)의 양극(P+)에 인가할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 제어부(130)의 웨이크 업 단자(131)는 상기 단자부(120)에 연결되므로, 웨이크 업 단자(131)에도 배터리(110)의 양극(B+) 전압이 인가되며, 제어부(130)는 셧 다운 모드에서 웨이크 업 된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하우징을 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100e)은 상기 배터리(110) 및 상기 제어부(120)를 보호하는 하우징(200)을 더 포함하며, 상기 웨이크 업 스위치(140)는 상기 하우징(200) 외부에 위치한다.
그 외, 도 7에는 도시되지 않았으나 상기 배터리 팩(100e)은 외부 장치가 연결되는 단자부를 포함하며, 도 1 내지 도 6을 참조로 하여 설명한 마이크로 컴퓨터 또는 충전 스위치와 방전 스위치를 포함할 수 있다.
이때, 상기 단자부, 상기 마이크로 컴퓨터, 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치는 상기 하우징(200) 내부에 위치할 수 있다.
한편, 상기 하우징(200) 외부에 위치하는 웨이크 업 스위치(140)는 앞서 설명한 바와 같이, 외부 신호에 응답하여 센싱 신호를 출력하는 센서(미도시)에 의하여 스위칭 동작할 수 있으며, 또는 토글 스위치(toggle switch)로 구성되어 사용자가 직접 스위치 온 또는 스위치 오프 함으로써 작동할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 장치(400)는, 본체(300), 배터리 팩(100a) 및 전기 장치(500)를 포함하며, 상기 배터리 팩(100a)은, 하나 이상의 배터리 셀(111)을 포함하는 배터리(110), 상기 전기 장치(500)가 연결되는 단자부(120), 상기 배터리(110)를 제어하고 셧 다운 모드에서 비활성화되며, 상기 단자부(120)에 전압이 인가되면 상기 셧 다운 모드에서 웨이크 업 되는 제어부(130) 및 상기 배터리(110)와 상기 단자부(120) 사이에 연결되는 웨이크 업 스위치(140)를 포함한다.
상기 본체(300)는 웨이크 업 신호를 방출하는 신호 방출부(310)를 포함하며, 상기 배터리 팩(100a)은 상기 본체에 장착된다. 또한, 상기 전기 장치(500)는 상기 배터리 팩(100a)의 전력에 의해 구동된다.
상기 전기 장치(500)는 상기 배터리 팩(100a)에 의하여 전력을 공급받아 구동하는 것도 가능하며, 별도의 어댑터(미도시)에 의하여 공급되는 전력에 의해 구동하는 것도 가능하다.
상기 전기 장치(500)에 어댑터가 연결되는 경우에는 상기 어댑터로부터 상기 전기 장치(500), 상기 단자부(120)를 거쳐 상기 배터리(110)에 충전 전류가 공급되어 상기 배터리(110)를 충전시킬 수 있다.
또한, 상기 전기 장치(500)에 어댑터가 연결되지 않는 경우에는, 상기 배터리(110)로부터 상기 단자부(120)를 거쳐 상기 전기 장치(500)에 방전 전류가 공급되어 상기 전기 장치(500)가 구동될 수 있다.
상기 제어부(130)는 상기 단자부(120)에 연결되는 웨이크 업 단자(310)를 포함할 수 있으며, 상기 웨이크 업 스위치(140)가 스위치 온(on) 되면, 상기 배터리(110)의 양극(B+) 전압이 상기 단자부(120)의 양극(P+) 단자에 인가되므로, 상기 제어부(130)는 셧 다운 모드에서 웨이크 업 된다.
또한, 상기 배터리 팩(100a)은, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 외부 신호를 검출하여 센싱 신호를 출력하는 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 외부 신호는 상기 신호 방출부(310)에서 방출되는 웨이크 업 신호일 수 있으며, 상기 센서는 상기 웨이크 업 신호를 검출하고 상기 웨이크 업 신호에 응답하여 상기 웨이크 업 스위치(140)를 온(on) 시킬 수 있다.
상기 센서는 자기 센서, 광 센서 또는 압력 센서 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 신호 방출부(310)가 방출하는 웨이크 업 신호는, 자기장, 빛 또는 압력 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 배터리 팩(100a)은, 도 3 내지 도 7을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 마이크로 컴퓨터, 충전 스위치와 방전 스위치 또는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩(100a)이 마이크로 컴퓨터를 더 포함하는 경우에는, 상기 웨이크 업 스위치(140)의 스위칭 동작에 의하여 상기 제어부(130)가 웨이크 업 된 후에, 상기 마이크로 컴퓨터로부터 출력되는 제어 신호에 의하여 상기 웨이크 업 스위치는 스위치 오프 된다.
상기 배터리 팩(100a)이 충전 스위치와 방전 스위치를 더 포함하는 경우에는, 상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치는 상기 배터리(110)와 상기 단자부(120) 사이에 서로 직렬로 연결되며, 상기 웨이크 업 스위치(140)와는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 웨이크 업 스위치(140)의 스위칭 동작에 의하여 상기 제어부(130)가 웨이크 업 된 후에, 상기 충전 스위치 및 상기 방전 스위치는 상기 배터리 구동 장치(400) 외부에 연결되는 전기 장치(500) 및 상기 전기 장치(500)에 연결될 수 있는 어댑터(미도시) 등의 연결 여부에 따라, 상기 배터리 팩(100a)의 충전 및 방전을 제어한다.
또한, 상기 웨이크 업 스위치(140)가 사용자가 직접 스위치 온 또는 스위치 오프 할 수 있는 토글 스위치인 경우에는, 상기 신호 방출부(310)는 상기 본체(300)에 포함되지 않을 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 배터리 구동 장치에서 배터리 팩이 센서를 포함하는 경우, 신호 방출부(310), 센서(150) 및 웨이크 업 스위치(140) 간의 동작 관계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 신호 방출부(310)는 발광 소자(311)일 수 있으며, 상기 센서는 광 센서(151)일 수 있다. 상기 발광 소자(311)가 빛을 방출하면 상기 광 센서(151)는 상기 빛을 검출하고, 이에 응답하여 센싱 신호를 출력하며, 상기 웨이크 업 스위치(140)는 상기 센서로부터의 센싱 신호에 응답하여 스위치 온(on) 된다.
위와 같이, 상기 발광 소자(311) 및 광 센서(151)에 의하여 상기 웨이크 업 스위치(140)가 스위치 온 되면, 상기 배터리(110)의 양극(B+) 전압이 상기 단자부(120)의 양극(P+) 단자에 인가되고, 이에 따라 상기 제어부(130)의 웨이크 업 단자(131)에도 배터리(110)의 양극(B+) 전압이 인가되며, 제어부(130)는 셧 다운 모드에서 웨이크 업 된다.
여기서, 상기 발광 소자(311) 및 상기 광 센서(151)는 이해를 돕기 위한 예시적인 실시예에 불과하며, 상기 신호 방출부(310)와 센서가 발광 소자와 광 센서로 제한되는 것은 아니다.
따라서, 상기 신호 방출부(310)가 자석인 경우에는 상기 센서는 자석으로부터 방출되는 자기장을 검출하여 센싱 신호를 출력할 수 있는 자기 센서로 구성될 수 있다.
또한, 상기 신호 방출부(310)가 그 외부로 압력을 가하는 물체인 경우에는 상기 센서는 압력을 검출하여 센싱 신호를 출력하는 압력 센서로 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 방법은, 웨이크 업 신호를 방출하는 신호 방출부를 포함하는 본체, 상기 본체에 장착되며, 배터리, 단자부, 제어부, 센서 및 웨이크 업 스위치를 포함하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 전력에 의해 구동되는 전기 장치를 포함하는 배터리 구동 장치의 구동 방법으로서, 상기 배터리 팩이 상기 본체에 장착되는 배터리 팩 장착 단계(S110), 상기 웨이크 업 신호에 응답하여 상기 제어부가 셧 다운 모드에서 웨이크 업 되는 웨이크 업 단계(S120) 및 상기 배터리 팩으로부터 상기 전기 장치에 전력을 공급하는 전력 공급 단계(S130)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 구동 방법은, 도 1 내지 도 9를 참조로 하여 설명한 배터리 팩 및 배터리 구동 장치를 이용하는 배터리 구동 방법으로서, 구체적인 배터리 구동 방법은, 앞서 설명한 배터리 팩 및 배터리 구동 장치의 구동 과정을 참조한다.
한편, 상기 배터리 팩은, 도 3 내지 도 7을 참조로 하여 설명한 바와 같이, 마이크로 컴퓨터, 충전 스위치와 방전 스위치 또는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 마이크로 컴퓨터, 충전 스위치와 방전 스위치 및 하우징은, 도 3 내지 도 7을 참조로 하여 설명한 것과 같은 역할을 수행하며, 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략한다.
상기 배터리 팩 장착 단계(S110)에서는, 상기 배터리 팩이 상기 본체에 장착되며, 상기 배터리 팩에 포함되는 상기 센서는 상기 본체에 포함되는 신호 방출부에서 방출되는 웨이크 업 신호를 검출한다.
상기 웨이크 업 단계(S120)에서 상기 센서는, 상기 웨이크 업 신호에 응답하여 센싱 신호를 출력하고, 상기 웨이크 업 스위치는 상기 센싱 신호에 의하여 스위치 온(on) 된다.
상기 웨이크 업 스위치가 스위치 온(on) 되면, 상기 배터리의 전압이 상기 단자부에 인가되고, 상기 단자부에 연결되는 상기 제어부는 셧 다운 모드에서 웨이크 업 된다.
상기 전력 공급 단계(S130)에서는, 상기 전기 장치에 별도로 전력을 공급하는 어댑터와 같은 외부 장치가 연결되지 않는 이상, 상기 배터리로부터 상기 전기 장치에 전력이 공급된다.
한편, 상기 신호 방출부는 자기장, 빛 또는 압력을 방출할 수 있으며, 상기 센서는 이에 따라 각각 자기 센서, 광 센서 또는 압력 센서 중 어느 하나일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 본체, 하우징, 배터리 및 제어부의 장착 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 본체(300)는 웨이크 업 신호를 방출하는 신호 방출부(310)를 포함하며, 상기 하우징(200)은 상기 본체(300)에 장착될 수 있다. 상기 하우징(200) 내부 또는 외부에는 웨이크 업 스위치(140)가 위치할 수 있다. 또한, 상기 배터리(110)와 상기 제어부(130)는 상기 하우징(200) 내부에 장착될 수 있으며, 상기 배터리(110), 제어부(120), 웨이크 업 스위치(140) 및 하우징(200)은 배터리 팩을 구성한다.
또한, 도 11에 도시되지는 않았으나, 상기 배터리 팩은 상기 신호 방출부(310)로부터 방출되는 웨이크 업 신호를 검출하여 센싱 신호를 출력하는 센서를 포함할 수 있으며, 이때, 상기 센서의 위치는 상기 본체(300)에 구비되는 신호 방출부(310)의 위치에 대응한다.
따라서, 상기 배터리 팩이 상기 본체(300)에 장착되면서, 상기 센서는 상기 신호 방출부(310)에서 방출되는 웨이크 업 신호를 검출하여 상기 웨이크 업 스위치(140)로 센싱 신호를 방출하고, 상기 웨이크 업 스위치(140)는 상기 센싱 신호에 응답하여 스위치 온(on) 된다.
상기 배터리 팩은 외부 전기 장치(미도시)와 연결되는 단자부를 포함하며, 상기 하우징(200) 및 상기 본체(300)는 각각 상기 외부 전기 장치와 연결되는 하나 이상의 외부 단자(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 웨이크 업 스위치(140)가 사용자가 직접 스위치 온 또는 스위치 오프 할 수 있는 토글 스위치인 경우에는, 상기 신호 방출부(310)는 상기 본체(300)에 포함되지 않을 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한, 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 배터리 팩 110: 배터리
111: 배터리 셀 120: 단자부
130: 제어부 131: 웨이크 업 단자
140: 웨이크 업 스위치 141: 스위치
150: 센서 160: 마이크로 컴퓨터
170: 충전 스위치 180: 방전 스위치
200: 하우징 300: 본체
310: 신호 방출부 400: 배터리 구동 장치
500: 전기 장치

Claims (13)

  1. 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    외부 장치가 연결되는 단자부;
    상기 배터리와 상기 단자부 사이에 서로 직렬로 연결되는 충전 스위치와 방전 스위치;
    상기 배터리를 제어하고, 셧 다운(shut down) 모드에서 비활성화되며, 상기 단자부에 상기 배터리의 전압이 인가되면 상기 셧 다운 모드에서 웨이크 업(wake up) 되는 제어부; 및
    상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 상태와 무관하게 상기 배터리와 상기 단자부 사이를 연결하는 웨이크 업 스위치를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단자부에 연결되는 웨이크 업 단자를 포함하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    외부 신호를 검출하고 상기 외부 신호에 응답하여 상기 웨이크 업 스위치를 온(on) 시키는 센서를 더 포함하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부가 셧 다운 모드가 아닌 경우에는 상기 웨이크 업 스위치를 오프(off) 시키는 마이크로 컴퓨터를 더 포함하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 단자부 사이에 서로 직렬로 연결되는 충전 스위치와 방전 스위치를 더 포함하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 및 제어부를 보호하는 하우징을 더 포함하며,
    상기 웨이크 업 스위치는 상기 하우징의 외부에 위치하는 배터리 팩.
  7. 웨이크 업 신호를 방출하는 신호 방출부를 포함하는 본체;
    상기 본체에 장착되는 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩의 전력에 의해 구동되는 전기 장치;
    를 포함하며,
    상기 배터리 팩은,
    하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리;
    상기 전기 장치가 연결되는 단자부;
    상기 배터리와 상기 단자부 사이에 서로 직렬로 연결되는 충전 스위치와 방전 스위치;
    상기 배터리를 제어하고, 셧 다운(shut down) 모드에서 비활성화되며, 상기 단자부에 상기 배터리의 전압이 인가되면 상기 셧 다운 모드에서 웨이크 업(wake up) 되는 제어부; 및
    상기 충전 스위치와 상기 방전 스위치의 상태와 무관하게 상기 배터리와 상기 단자부 사이를 연결하는 웨이크 업 스위치를 포함하는 배터리 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단자부에 연결되는 웨이크 업 단자를 포함하는 배터리 구동 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 웨이크 업 신호를 검출하고 상기 웨이크 업 신호에 응답하여 상기 웨이크 업 스위치를 온(on) 시키는 센서를 더 포함하는 배터리 구동 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 제어부가 셧 다운 모드가 아닌 경우에는 상기 웨이크 업 스위치를 오프(off) 시키는 마이크로 컴퓨터를 더 포함하는 배터리 구동 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 배터리와 상기 단자부 사이에 서로 직렬로 연결되는 충전 스위치와 방전 스위치를 더 포함하는 배터리 구동 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 웨이크 업 스위치는 트랜지스터 또는 릴레이 중 하나인 배터리 구동 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 배터리 및 상기 제어부를 보호하는 하우징을 더 포함하며,
    상기 웨이크 업 스위치는 상기 하우징의 외부에 위치하는 배터리 구동 장치.
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