KR102348505B1 - 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지 배터리 팩의 안전한 사용 및 보관을 위해 충전량을 제어할 수 있는 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩에 관한 것으로, 1개 이상의 충전이 가능한 배터리 셀; 사용자가 상기 배터리 셀의 충전량을 설정하기 위한 사용자 입력부; 충전량에 관한 정보를 표시하는 표시부; 및 충전량 데이터에 대한 충전 수행 전, 충전량 데이터에 대한 참조정보를 상기 표시부에 표시하고, 상기 사용자 입력부를 통해 입력되는 사용자의 입력에 따라 충전량 데이터에 해당하는 충전을 수행하도록 충전부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩{A rechargeable battery pack with a set amount of charge}
본 발명은 이차전지 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지 배터리 팩의 안전한 사용 및 보관을 위해 충전량을 제어할 수 있는 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩에 관한 것이다.
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 이차전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로, 이차전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차전지는 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.
한편, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차가 주행하기 위해서는 고출력을 요구하는 전동 모터를 구동시켜야 한다. 또한, 건물이나 일정 지역에 전력을 공급하는 전력 저장 장치의 경우 전력 수요를 충족시킬 수 있을 만큼 많은 전력을 공급해야 한다. 이처럼 고출력 또는 대용량 전력을 제공하기 위해 단위 이차전지 셀을 직렬 또는 병렬로 다수 연결된 배터리 팩을 사용하여 원하는 출력 또는 전력량을 공급하고 있다.
이러한 배터리 팩의 경우에는 이들의 충방전을 효율적으로 제어하여 배터리 팩이 적정한 동작 상태 및 성능을 유지하도록 관리할 필요성이 있다.
이를 위해, 배터리의 상태 및 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 구비된다. BMS은 배터리의 전류, 전압 및 온도 등을 검출하여 이를 바탕으로 SOC(State of Charge)산출과 셀 전압 균등화 및 고전압 릴레이 제어 등의 기능을 수행하고, 복수 개가 연결된 단위 이차전지 셀의 충방전을 제어한다.
그러나, 일반적인 배터리 팩은 BMS 기능을 포함하지 않으며, BMS 기능을 포함한 배터리 팩은 고가라는 단점이 있다.
또한, 배터리 팩이 만충전량으로 유지된 상태로 사용하는 경우, 배터리 팩의 수명 특성의 저하가 초래되며 안전한 사용 및 보관이 어렵다는 문제점이 있었다.
KR 10-2011-0077194 A1 KR 10-1752038 B1
따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서, 이차전지 배터리 팩의 안전한 사용 및 보관을 위해 충전량을 제어할 수 있는 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩을 제공함을 하나의 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩은, 1개 이상의 충전이 가능한 배터리 셀; 사용자가 상기 배터리 셀의 충전량을 설정하기 위한 사용자 입력부; 충전량에 관한 정보를 표시하는 표시부; 및 충전량 데이터에 대한 충전 수행 전, 충전량 데이터에 대한 참조정보를 상기 표시부에 표시하고, 상기 사용자 입력부를 통해 입력되는 사용자의 입력에 따라 충전량 데이터에 해당하는 충전을 수행하도록 충전부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 사용자 입력부에서, 상기 배터리 셀의 충전량은 상기 배터리 셀의 만충전량을 기준으로 68~100% 지점을 포함하도록 설정가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리 팩을 관리하기 위해 사용자 단말과 무선통신 되는 블루투스 모듈을 더 포함하고, 상기 사용자 단말에는 배터리 팩의 관리 서비스를 위한 앱이 탑재되고, 상기 제어부는 상기 배터리 팩의 충전량 데이터를 상기 배터리 팩으로부터 상기 사용자 단말로 송신하며, 상기 사용자 단말에서는 상기 충전량 데이터를 이용하여, 상기 배터리 팩의 예측 잔량이나 충전 완료까지의 예측 시간을 산출하여 해당 정보를 사용자 단말의 표시부에 표시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리 팩의 온도를 감지하는 온도센서; 및 내부 공간에 소화제를 보유하고, 상기 배터리 팩의 내부에 배치되어 화재 발생시 상기 소화제를 상기 배터리 팩의 내부로 유출시키도록 구성된 화재진압패드를 더 포함하고, 상기 온도센서의 측정값이 화재발생으로 설정된 기준값을 초과한다고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 화재진압패드의 소화제가 상기 배터리 팩의 내부로 주입되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화재진압패드는 소화재를 폭발시켜 화재를 진압하기 위한 폭약부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리 팩의 외부에 가해지는 충격량을 감지하는 충격센서; 및 배터리 팩의 충전 또는 방전을 차단하는 차단회로부를 더 포함하고, 상기 충격센서에서 측정된 충격횟수 및 충격량이 미리 설정된 기준값을 초과한다고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 차단회로부로 하여금 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전을 차단하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩에 의하면, 이차전지 배터리 팩의 충전량을 사용자의 의사에 따라 특정 수치로 제어할 수 있어 배터리 팩의 수명 특성을 향상시키며 안전한 사용 및 보관이 가능해지는 효과가 있다.
그리고, 온도센서를 구비하여 배터리 팩의 과열 여부를 확인하고, 화재 발생시 화재진압패드가 소화물질을 방출하면서 화재를 예방하는 부수적인 효과가 있다.
그리고, 충격센서가 배터리 팩을 감시하면서 일정 횟수 이상 또는 일정 크기 이상의 충격(또는 진동)이 발생하면 배터리 팩의 사용이나 충전을 중단하도록 하여 안전한 사용 및 보관이 가능해지는 부수적인 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩의 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 화재진압패드의 구성을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩의 사시도이며,
도 4는 본 발명에 따른 사용자 단말을 나타낸 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 화재진압패드의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩의 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 사용자 단말을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩(100)은 배터리 셀(110), 사용자 입력부(120), 충전부(121), 표시부(130), 제어부(140), 블루투스 모듈(150), 온도센서(160), 화재진압패드(170), 충격센서(180), 차단회로부(190), 및 경보부(192)를 포함하여 구성된다.
상기 배터리 셀(110)은 1개 이상의 충전이 가능한 배터리 셀로서, 모듈 케이스(도시안됨)에 의해 수납 적층될 수 있다.
상기 사용자 입력부(120)는 사용자가 상기 배터리 셀(110)의 충전량을 설정하기 위한 기능을 수행한다.
상기 표시부(130)는 충전량에 관한 정보를 표시한다.
상기 제어부(140)는 충전량 데이터에 대한 충전 수행 전, 충전량 데이터에 대한 참조정보를 상기 표시부(130)에 표시하고, 상기 사용자 입력부(120)를 통해 입력되는 사용자의 입력에 따라 충전량 데이터에 해당하는 충전을 수행하도록 충전부(121)를 제어하는 기능을 수행한다.
상기 사용자 입력부(120)에서는, 상기 배터리 셀(110)의 만충전량(100%)을 기준으로 68~100% 지점을 포함하도록 설정가능할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 이차전지 배터리 팩의 보다 안전한 사용 및 보관을 위해서 만충전(100%) 뿐만 아니라 만충전 이하, 바람직하게는 68~100%, 가장 바람직하게는 68~90%로 충전량 설정 기능을 제공하고 있다.
다시 말해서, 일반적으로 이차전지 배터리 팩은 100% 충전하여 사용하는 것이 보통이나, 배터리 팩의 안전한 사용을 위해 충전량을 68~100%로 설정하여 충전함으로써 과충전을 방지하고, 적정 충전량으로 충전하여 사용 및 보관시에 안전성을 높일 수 있게 된다.
일례로, 충전량을 사용자의 의사에 따라 특정 수치로 제어할 수 있는데, 예를 들어 이차전지 배터리 팩의 충전량이 68%가 되도록 설정하면, 배터리 팩의 충전량을 측정하면서 이 수치가 되면 충전이 중단되도록 하고, 일정 이하로 수치가 떨어지면 다시 68%가 되도록 충전을 하도록 할 수 있다.
상기 블루투스 모듈(150)은 배터리 팩(100)을 관리하기 위해 사용자 단말(200)과 무선통신 되고, 상기 사용자 단말(200)에는 배터리 팩(100)의 관리 서비스를 위한 앱이 탑재되어 있다.
상기 블루투스 모듈(150)은 사용자 단말(200)과 데이터를 수신받기 위해 무선 통신되는 역할을 한다. 이와 같은 블루투스 모듈(150)은 종래기술에 따른 블루투스 모듈과 동일한 것으로 하고 무선통신에 의해 데이터가 송수신 되는 방법 또한 응용프로그램이나 앱을 활용하는 것을 포함한 종래기술에 따른 방법과 동일한 것으로, 더 이상의 상세한 설명은 간략화를 위해서 생략하기로 한다.
일실시예에서, 상기 제어부(140)는 상기 배터리 팩(100)의 충전량 데이터를 상기 배터리 팩(100)으로부터 상기 사용자 단말(200)로 송신할 수 있다.
다음에, 상기 사용자 단말(200)에서는 상기 충전량 데이터를 이용하여, 상기 배터리 팩(100)의 예측 잔량이나 충전 완료까지의 예측 시간을 산출하여 해당 정보(211)를 사용자 단말(200)의 표시부(210)에 표시할 수 있다(도 4 참조).
또한, 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩(100)은 온도센서(160) 및 화재진압패드(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도센서(160)는 상기 배터리 팩(100)의 온도를 감지하는 기능을 수행한다.
상기 화재진압패드(170)는 내부 공간에 소화제를 보유하고, 상기 배터리 팩(100)의 내부에 배치되어 화재 발생시 상기 소화제를 상기 배터리 팩(100)의 내부로 유출시키도록 구성될 수 있다.
상기 온도센서(160)의 측정값이 화재발생으로 설정된 기준값을 초과한다고 판단될 경우, 상기 제어부(140)는 상기 화재진압패드(170)의 소화제가 상기 배터리 팩(100)의 내부로 주입되도록 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 화재진압패드(170)는 소화재를 폭발시켜 화재를 진압하기 위한 폭약부(172)를 더 포함하고 있다.
여기서, 소화재는 소화 작용, 즉 바람직하게는 화재 억제 작용을 하고 및/또는 화재 발생을 저지하거나 또는 어렵게 하는 물질 또는 혼합 물질이다. 소화 작용이란 본 발명과 관련해서 바람직하게, 화재를 저지하는 작용, 즉 화재의 연속 또는 발생을 억제하거나 또는 약화시킬 수 있는 작용을 의미한다. 소화재의 바람직한 함유 물질의 주요 예는 화재를 지속시킬 수 있는 화학 반응 물질을 화점(fire source)에서 제거하거나, 또는 발화점 이하로 냉각하거나, 또는 발화 또는 화재의 지속에 필요한 화학 반응을 억제하는 물질이다. 예를 들어, 열분해에 의해 생기는 이산화 탄소의 질식 작용으로 산소 공급원을 차단하여 산소 농도를 16% 정도까지로 낮추어 연소를 차단하는 외에 부촉매 작용에 의해 소화하는 물질일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩(100)은 충격센서(180) 및 차단회로부(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 충격센서(180)는 상기 배터리 팩(100)의 외부에 가해지는 충격량을 감지하는 기능을 수행한다.
상기 차단회로부(190)는 상기 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 차단하는 기능을 수행한다.
상기 충격센서(180)에서 측정된 충격횟수 및 충격량이 미리 설정된 기준값을 초과한다고 판단될 경우, 상기 제어부(140)는 상기 차단회로부(190)로 하여금 상기 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 차단하도록 제어할 수 있다.
상기 경보부(192)는 이상발생 시 알람기능을 수행한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩(100)은 모듈 케이스(101) 내에 복수의 배터리 셀(110)을 포함하고 있다.
상기 모듈 케이스(101)에는 사용자 입력부(120), 표시부(130), 입력포트(102), 출력포트(103) 등이 구비되어 있다.
상기 사용자 입력부(120)는 예를 들면 충전량 설정을 위해 두개의 화살표 형태를 가진 방향버튼과 동그라미 형태를 가진 선택버튼을 포함할 수 있다.
상기 표시부(130)는 상기 제어부(140)로부터 출력된 충전량 데이터를 시각적으로 표시한다. 예를 들면, 상기 표시부(130)는 상기 충전량 데이터를 이용하여, 상기 배터리 팩(100)의 예측 잔량이나 충전 완료까지의 예측 시간을 산출하여 해당 정보를 표시할 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은 상기 입력포트(102)로 인가되는 전력에 의해 충전될 수 있으며, 또한 상기 출력포트(103)를 통해 고전압을 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 이차전지 배터리 팩(100)의 외면에는 전자파 발생을 억제하는 단층형 전자파 흡수체 재료의 차폐부재(도시안됨)가 설치될 수 있다.
상기 차폐부재를 형성하는 단층형 전자파 흡수체 재료는 페라이트 소결체일 수 있다. 참고로, 전자파 차폐재료에서 반사 보다는 흡수 성능을 이용한 재료를 전자파 흡수체라고 부른다.
바람직하게, 상기 페라이트 소결체는 NiZn 페라이트 소결체일 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 배터리 셀 120 : 사용자 입력부
130 : 표시부 140 : 제어부
150 : 블루투스 모듈 160 : 온도센서
170 : 화재진압패드 180 : 충격센서
190 : 차단회로부 192 : 경보부

Claims (5)

1개 이상의 충전이 가능한 배터리 셀;
사용자가 상기 배터리 셀의 충전량을 설정하기 위한 사용자 입력부;
충전량에 관한 정보를 표시하는 표시부;
상기 배터리 셀을 충전하는 충전부; 및
충전량 데이터에 대한 충전 수행 전, 충전량 데이터에 대한 참조정보를 상기 표시부에 표시하고, 상기 사용자 입력부를 통해 입력되는 사용자의 입력에 따라 충전량 데이터에 해당하는 충전을 수행하도록 상기 충전부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 사용자 입력부에서, 상기 배터리 셀의 충전량은 상기 배터리 셀의 만충전량을 기준으로 68~90% 지점을 포함하도록 설정가능하고,
배터리 팩을 관리하기 위해 사용자 단말과 무선통신 되는 블루투스 모듈을 더 포함하되,
상기 사용자 단말에는 배터리 팩의 관리 서비스를 위한 앱이 탑재되고,
상기 제어부는 상기 배터리 팩의 충전량 데이터를 상기 배터리 팩으로부터 상기 사용자 단말로 송신하며,
상기 사용자 단말에서는 상기 충전량 데이터를 이용하여, 상기 배터리 팩의 예측 잔량이나 충전 완료까지의 예측 시간을 산출하여 해당 정보를 사용자 단말의 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩.
삭제
제1항에 있어서,
배터리 팩의 온도를 감지하는 온도센서; 및
내부 공간에 소화제를 보유하고, 상기 배터리 팩의 내부에 배치되어 화재 발생시 상기 소화제를 상기 배터리 팩의 내부로 유출시키도록 구성된 화재진압패드를 더 포함하고,
상기 온도센서의 측정값이 화재발생으로 설정된 기준값을 초과한다고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 화재진압패드의 소화제가 상기 배터리 팩의 내부로 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩.
제3항에 있어서,
상기 화재진압패드는 소화재를 폭발시켜 화재를 진압하기 위한 폭약부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩.
제1항에 있어서,
배터리 팩의 외부에 가해지는 충격량을 감지하는 충격센서; 및
배터리 팩의 충전 또는 방전을 차단하는 차단회로부를 더 포함하고,
상기 충격센서에서 측정된 충격횟수 및 충격량이 미리 설정된 기준값을 초과한다고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 차단회로부로 하여금 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전을 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 충전량 설정가능한 이차전지 배터리 팩.
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