KR102545273B1 - 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치는, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 전압 측정부에서 측정한 전압을 기초로 배터리 셀 간의 전압을 균등화하는 밸런싱 제어부; 상기 밸런싱 제어부의 제어에 따라 각 배터리 셀로 공급되는 전력을 온/오프하는 스위치부; 각 배터리 셀에 구비되어 무선으로 전력을 송신하는 전력 전달부; 및 상기 전력 전달부를 통해 무선으로 전력을 공급받아 각 배터리 셀로 전력을 전달하는 전력 제공부;를 포함한다. 이에 따라, 무선으로 배터리 셀에 전력을 제공하여 셀 벨런싱을 수행할 수 있다.

Description

열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치 및 방법{CELL BALANCING DEVICE AND METHOD BASED ON WIRELESS CHARGING FOR BATTERY PACK USING THERMOELECTRIC ELEMENT}
본 발명은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펠티어 소자(열전 소자)가 배터리 셀에 직접 접촉된 형태의 배터리 팩에서 셀 밸런싱의 필요 유무를 판단하고 무선으로 전력을 제공하는 기술에 관한 것이다.
배터리는 다양한 전자기기의 전력원으로 이용되고 있다. 전기 자동차나 기타 용도로 사용되는 배터리는 필요한 용량에 따라 수 십 개 또는 백 개 이상의 단위 셀(cell)이 집합된 배터리 팩으로 구성된다. 복수 개의 셀은 사용에 따른 시간이 경과함에 따라 쿨롱 효율 및 용량으로 기인하는 개별적인 동적 상태의 차이에 의해 전압의 불균형이 발생될 수 있다.
배터리의 사용 효율을 높이기 위해서는 배터리 셀들의 전압 레벨을 동일하게 유지하는 것이 필요하고, 이를 위해서 배터리 관리 시스템(battery management system: BMS)이 구비되어 배터리 팩의 각 배터리 셀들을 충전 또는 방전하면서 각 셀의 전압을 적정한 레벨로 유지시킨다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
KR 10-2014-0004818 A KR 10-2020-0098880 A
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치는, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 전압 측정부에서 측정한 전압을 기초로 배터리 셀 간의 전압을 균등화하는 밸런싱 제어부; 상기 밸런싱 제어부의 제어에 따라 각 배터리 셀로 공급되는 전력을 온/오프하는 스위치부; 각 배터리 셀에 구비되어 무선으로 전력을 송신하는 전력 전달부; 및 상기 전력 전달부를 통해 무선으로 전력을 공급받아 각 배터리 셀로 전력을 전달하는 전력 제공부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밸런싱 제어부는, 각 배터리 셀의 전압을 기준 전압 범위와 비교하여 셀 밸런싱이 필요한지 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전력 전달부는, 외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 전력송신수단; 및 상기 전력송신수단에서 송신 가능하도록 변환된 전력을 송출하는 전력송출수단;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전력송출수단은, 헬리컬 코일 또는 평면코일로 형성되고, 상기 전력송신수단은, 전압 증폭수단 및 송출 임피던스 정합수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전력 제공부는, 상기 전력 전달부에서 송신한 전력을 수신하는 전력수신수단; 및 상기 전력수신수단에서 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 전력변환수단;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전력수신수단은, 헬리컬 코일 또는 평면코일로 형성되고, 상기 전력변환수단은, 수신 임피던스 정합수단을 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법은, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 측정된 전압을 기초로 배터리 셀 간의 전압을 균등화하는 밸런싱 제어 단계; 밸런싱 제어에 따라 각 배터리 셀로 공급되는 전력을 온/오프하는 스위칭 단계; 각 배터리 셀에 구비되어 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 전달 단계; 및 무선으로 전력을 공급받아 각 배터리 셀로 전력을 전달하는 무선 전력 제공 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밸런싱 제어 단계는, 각 배터리 셀의 전압을 기준 전압 범위와 비교하여 셀 밸런싱이 필요한지 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 무선 전력 전달 단계는, 외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 단계; 및 변환된 전력을 송출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 무선 전력 제공 단계는, 송신한 전력을 수신하는 단계; 및 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 단계;을 포함할 수 있다.
이와 같은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치에 따르면, 복수 개의 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 배터리 셀들의 전압을 균등화하여 배터리 팩의 효율을 높일 수 있다. 또한, 셀 밸런싱의 필요 유무를 판단하고, 무선으로 전력을 제공하므로, 장치에 적용시 자유도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전 소자가 장착된 깡통형 슈퍼캐패시터의 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 열전 소자가 장착된 파우치형 슈퍼캐패시터의 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 전압 측정부가 포함하는 절연 전압센서에 대한 회로도의 예시를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1의 전력 전달부와 전력 제공부의 상세한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법의 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치의 블록도이다.
본 발명에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치(10, 이하 장치)는 열전 소자가 배터리 셀 외부에 직접 접촉된 형태의 배터리 팩에서 셀 밸런싱의 필요 유무를 판단하고 무선으로 전력을 제공하는 기술에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 전압 측정부(110), 밸런싱 제어부(130), 스위치부(150), 전력 전달부(170) 및 전력 제공부(190)를 포함한다. 도 1에는 설명을 위하여 복수개의 배터리 셀(11, 12, ... , 13)로 구성되는 배터리 팩을 함께 도시하였다.
본 발명에서 상기 전력 전달부(170, 171, ... , 173) 및 상기 전력 제공부(190, 191, ... , 193)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)에 구비되지만, 이하에서는 상기 전력 전달부(170) 및 상기 전력 제공부(190)를 대표적으로 설명한다.
본 발명에서 배터리 팩은 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 복수개의 배터리 셀(11, 12, ... , 13)로 구성된다. 열전 소자는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 외측에 형성되거나, 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 외측에 전체적으로 또는 부분적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 열전 소자는 배터리 셀의 외부에 직접 접촉되어 온도 조절에 유리하며, 상기 열전 소자는 펠티어 소자(Peltier element)일 수 있다.
일 실시예로서, 도 2를 참조하면, 배터리의 일례인 깡통형 슈퍼캐패시터(14)에서 열전 소자는 슈퍼캐패시터의 원통형 외부를 두르는 형태로 형성될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 3을 참조하면, 배터리의 일례인 파우치형 슈퍼캐패시터(15)에서 열전 소자는 슈퍼캐패시터의 외부 일면을 커버하는 형태로 형성될 수 있다.
그러나, 이러한 실시예들은 예시에 불과하며, 배터리 셀의 모양, 개수, 배열 등에 따라 배터리 셀의 외측에 접촉하는 형태로 열전 소자를 설치할 수 있다.
본 발명의 상기 장치(10)는 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 전압 측정부(110), 상기 밸런싱 제어부(130), 상기 스위치부(150), 상기 전력 전달부(170) 및 상기 전력 제공부(190)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱을 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
상기 장치(10)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 전압 측정부(110), 상기 밸런싱 제어부(130), 상기 스위치부(150), 상기 전력 전달부(170) 및 상기 전력 제공부(190)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.
상기 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(10)는 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
상기 장치(10)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부(110)는 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 전압을 측정한다.
상기 전압 측정부(110)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)과 연결되는 스위치(S1, S2, ... , S3)의 온/오프를 통해 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 전압 측정부(110)가 포함하는 전압측정 회로(111)의 예시로서, ADC 와 OP 엠프(Amp)로 구성되며, 고전압 특성상 절연 전압센서로 구성된다.
상기 밸런싱 제어부(130)는 상기 전압 측정부(110)에서 측정한 전압을 기초로 배터리 셀 간의 전압을 균등화한다.
상기 밸런싱 제어부(130)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 전압을 기준 전압 범위와 비교하여 셀 밸런싱이 필요한지 판단하여, 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀만을 제어할 수 있다. 상기 기준 전압 범위는 배터리 특성 및 스펙에 따라 설정될 수 있다.
상기 밸런싱 제어부(130)는 주기적으로 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 전압을 모니터링하여 셀 밸런싱의 필요 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 밸런싱 제어부(130)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 (S1, S2, ... , S3)의 온/오프를 통해 PWM(Pulse Width Modulation)를 이용하여 셀 밸런싱을 조절할 수 있다.
상기 스위치부(150)는 상기 밸런싱 제어부(130)의 제어에 따라 각 배터리 셀로 공급되는 전력을 온/오프한다.
상기 스위치부(150)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)에 각각 연결되는 스위치(S1, S2, ... , S3)를 포함하여, 상기 전압 측정부(110) 및 상기 밸런싱 제어부(130)가 각 스위치(S1, S2, ... , S3)의 온/오프를 통해 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 전압을 측정하고 제어할 수 있도록 한다.
스위치(S1, S2, ... , S3)는 동작 속도가 빠르고 전력 손실이 적은 반도체 스위치(예를 들어, 무접점 스위치, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 등)일 수 있으며 이에 국한하지 않고 제어 명령에 의해 온/오프될 수 있는 구성이면 사용 가능하다.
상기 전력 전달부(170)는 각 배터리 셀에 구비되어 무선으로 전력을 전달하여 셀 밸런싱을 수행한다. 도 1에서 상기 전력 전달부(170, 171, 173)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)에 각각 대응하여 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 전력 전달부(170)는 외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 전력송신수단(210) 및 상기 전력송신수단(210)에서 송신 가능하도록 변환된 전력을 송출하는 전력송출수단(230)을 포함한다.
상기 전력송출수단(230)은, 헬리컬 코일 또는 평면코일로 형성될 수 있고, 상기 전력송신수단(210)은, 전압 증폭수단 및 송출 임피던스 정합수단을 포함할 수 있다.
상기 전력 제공부(190)는 상기 전력 전달부(170)를 통해 무선으로 전력을 공급받아 각 배터리 셀로 전력을 전달한다. 도 1에서 상기 전력 제공부(190, 191, 193)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)에 각각 대응하여 형성된다.
상기 전력 제공부(190)는, 상기 전력 전달부(170)에서 송신한 전력을 수신하는 전력수신수단(250) 및 상기 전력수신수단(250)에서 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 전력변환수단(270)을 포함한다.
상기 전력수신수단(250)은, 헬리컬 코일 또는 평면코일로 형성되고, 상기 전력변환수단(270)은, 수신 임피던스 정합수단을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 무선 충전 방식으로 배터리 셀에 전력을 제공하여 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법의 흐름도이다.
본 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법은, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.
본 발명은 열전 소자가 배터리 셀 외부에 직접 접촉된 형태의 배터리 팩에서 셀 밸런싱의 필요 유무를 판단하고 무선으로 전력을 제공하여 셀 밸런싱을 수행한다.
본 발명에서 배터리 팩은 복수개의 배터리 셀로 구성되고, 열전 소자는 각 배터리 셀의 외측에 형성되거나, 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 외측에 전체적으로 또는 부분적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 열전 소자는 배터리 셀의 외부에 직접 접촉되어 온도 조절에 유리하며, 상기 열전 소자는 펠티어 소자(Peltier element)일 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법은, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 전압을 측정한다(단계 S10).
각 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계(단계 S10)는 각 배터리 셀과 연결되는 스위치의 온/오프를 통해 각 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다.
측정된 전압을 기초로 배터리 셀 간의 전압을 균등화하는 밸런싱 제어를 수행한다(단계 S20).
상기 밸런싱 제어 단계(단계 S20)는, 각 배터리 셀의 전압을 기준 전압 범위와 비교하여 셀 밸런싱이 필요한지 판단하여, 셀 밸런싱이 필요한 배터리 셀만을 제어할 수 있다. 상기 기준 전압 범위는 배터리 특성 및 스펙에 따라 설정될 수 있다.
밸런싱 제어에 따라 각 배터리 셀로 공급되는 전력을 온/오프하는 스위칭을 수행한다(단계 S30). 스위치는 동작 속도가 빠르고 전력 손실이 적은 반도체 스위치(예를 들어, 무접점 스위치, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 등)일 수 있으며 이에 국한하지 않고 제어 명령에 의해 온/오프될 수 있는 구성이면 사용 가능하다.
각 배터리 셀에 구비되어 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 전달하여 셀 밸런싱을 수행한다(단계 S40).
상기 무선 전력 전달 단계(단계 S40)는, 외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하고, 변환된 전력을 송출할 수 있다. 이를 위해, 헬리컬 코일 또는 평면코일, 전압 증폭수단 및 송출 임피던스 정합수단을 이용할 수 있다.
무선으로 전력을 공급받아 각 배터리 셀로 전력을 전달하는 무선 전력 제공을 수행한다(단계 S50).
상기 무선 전력 제공 단계(단계 S50)는, 송신한 전력을 수신하고, 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환할 수 있다. 이를 위해, 헬리컬 코일 또는 평면코일, 수신 임피던스 정합수단을 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 복수 개의 배터리 셀의 전압을 모니터링하여 배터리 셀들의 전압을 균등화하여 배터리 팩의 효율을 높일 수 있다. 또한, 셀 밸런싱의 필요 유무를 판단하고, 무선으로 전력을 제공하므로, 장치에 적용시 자유도를 높일 수 있다.
이와 같은, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 펠티어 소자(열전 소자)가 배터리 셀에 직접 접촉된 형태의 배터리 팩에서 셀 밸런싱의 필요 유무를 판단하고 무선으로 전력을 제공한다. 따라서, 배터리가 사용되는 모든 분야에 유용하게 적용 가능하다.
10: 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치
11, 12, 13: 배터리 셀
110: 전압 측정부
130: 밸런싱 제어부
150: 스위치부
170, 171, 173: 전력 전달부
190, 191, 193: 전력 제공부
210: 전력송신수단
230: 전력송출수단
250: 전력수신수단
270: 전력변환수단

Claims (10)

  1. 각각 열전 소자가 외부에 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 전압 측정부에서 측정한 전압을 기초로 배터리 셀 간의 전압을 균등화하는 밸런싱 제어부;
    상기 밸런싱 제어부의 제어에 따라 각 배터리 셀로 공급되는 전력을 온/오프하는 스위치부;
    각 배터리 셀에 구비되어 무선으로 전력을 송신하여 셀 밸런싱을 수행하는 전력 전달부; 및
    상기 전력 전달부를 통해 무선으로 전력을 공급받아 각 배터리 셀로 전력을 전달하도록 각 배터리 셀에 각각 대응하여 형성되는 전력 제공부;를 포함하고,
    상기 밸런싱 제어부는,
    각 배터리 셀의 전압을 기준 전압 범위와 비교하여 셀 밸런싱이 필요한지 판단하고, 상기 스위치부의 온/오프를 통해 PWM(Pulse Width Modulation)을 이용하여 셀 밸런싱을 조절하며,
    상기 전력 전달부는,
    외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 전력송신수단; 및
    상기 전력송신수단에서 송신 가능하도록 변환된 전력을 송출하는 전력송출수단;을 포함하고,
    상기 전력 전달부에서 송신한 전력을 수신하는 전력수신수단; 및
    상기 전력수신수단에서 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 전력변환수단;을 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력송출수단은, 헬리컬 코일 또는 평면코일로 형성되고,
    상기 전력송신수단은, 전압 증폭수단 및 송출 임피던스 정합수단을 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력수신수단은, 헬리컬 코일 또는 평면코일로 형성되고,
    상기 전력변환수단은, 수신 임피던스 정합수단을 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 장치.
  7. 각각 열전 소자가 외부에 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    측정된 전압을 기초로 배터리 셀 간의 전압을 균등화하는 밸런싱 제어 단계;
    밸런싱 제어에 따라 각 배터리 셀로 공급되는 전력을 온/오프하는 스위칭 단계;
    각 배터리 셀에 구비되어 무선으로 전력을 송신하여 셀 밸런싱을 수행하는 무선 전력 전달 단계; 및
    각 배터리 셀에 각각 대응하여 형성되는 전력제공부를 이용하여 무선으로 전력을 공급받아 각 배터리 셀로 전력을 전달하는 무선 전력 제공 단계;를 포함하고,
    상기 밸런싱 제어 단계는,
    각 배터리 셀의 전압을 기준 전압 범위와 비교하여 셀 밸런싱이 필요한지 판단하고, 상기 스위칭단계에서의 온/오프를 통해 PWM(Pulse Width Modulation)을 이용하여 셀 밸런싱을 조절하며,
    상기 무선 전력 전달 단계는,
    외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 단계; 및
    변환된 전력을 송출하는 단계;를 포함하고,
    상기 무선 전력 제공 단계는,
    송신한 전력을 수신하는 단계; 및
    수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 단계;을 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩에서 무선 충전을 기반으로 하는 셀 밸런싱 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015510229A (ja) * 2012-02-03 2015-04-02 ルノー エス．ア．エス． ペルチェ式セルを備えたバッテリーモジュール
KR101749586B1 (ko) * 2015-12-24 2017-06-21 재단법인대구경북과학기술원 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 및 이의 제어 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101522164B1 (ko) 2012-06-12 2015-05-22 주식회사 엘지화학 온도 조절을 위한 펠티어 소자를 포함하고 있는 전지팩
KR101508664B1 (ko) * 2012-08-24 2015-04-07 서울대학교산학협력단 배터리 팩, 이를 포함하는 배터리 장치 및 셀 밸런싱 방법
KR20200098880A (ko) 2019-02-13 2020-08-21 에스케이이노베이션 주식회사 열전소자를 이용한 배터리 셀 밸런싱 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015510229A (ja) * 2012-02-03 2015-04-02 ルノー エス．ア．エス． ペルチェ式セルを備えたバッテリーモジュール
KR101749586B1 (ko) * 2015-12-24 2017-06-21 재단법인대구경북과학기술원 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 및 이의 제어 방법

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