KR102584687B1 - 에너지 저장 시스템 충전기 웨이크업 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에서, 에너지 저장 시스템은 하나 이상의 저장 셀들, 충전/방전 회로, 및 충전기 웨이크업 회로를 포함한다. 저장 셀들이 에너지 레벨 임계치 미만으로 대폭 감소된 후에, 충전/방전 회로는 저장 시스템과 연관된 메인 회로로부터 저장 셀들을 접속해제한다. 충전기 웨이크업 회로는 단말들에서 저장 셀들로부터 전류 제한된 전압을 제공하기 위해 제한된 양의 전류가 충전/방전 회로를 우회하는 것을 허용한다. 외부 디바이스가 단자들에 걸쳐 접속될 때, 단자들에서 제공된 전압은 펄싱 온 및 오프된다. 단자들에 제공된 전압은 외부 디바이스에 의해 검출된다. 전압을 검출한 후에, 외부 디바이스는 조건을 검출하는 것에 응답하여 동작을 수행한다.
Description
본 발명은 에너지 저장 시스템 충전기 웨이크업(wake-up)에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템은 예를 들면, 전기 에너지와 같은 에너지를 저장하고 제공하기 위해 이용될 수 있다. 여기서, 에너지 저장 시스템은 예를 들면, 전기 에너지를 저장하고 제공하기 위해 이용될 수 있는 하나 이상의 저장 셀들을 포함할 수 있다. 저장 셀들은 저장 셀들 내에서 발생할 수 있는 화학 반응에 기초하여 전기 에너지로 변환될 수 있는 화학 에너지를 저장할 수 있다. 전기 에너지는 저장 셀들에 접속될 수 있는 단자들로 전달될 수 있다. 에너지 저장 시스템들에서 이용될 수 있는 저장 셀들의 예들은 납산(lead-acid), 니켈-카드뮴(NiCd), 니켈 금속 수소화물(NiMH), 및 리튬 이온(Li-ion) 저장 셀들을 포함한다.
디바이스는 하나 이상의 저장 셀들에 의해 공급된 에너지에 의해 작동될 수 있다. 예를 들면, 전기 모터는 일련의 저장 셀들에 의해 제공될 수 있는 전기 에너지에 의해 작동될 수 있다. 저장 셀들을 이용한 디바이스의 작동은 저장 셀들로부터 이용가능한 에너지가 대폭 감소되게 할 수 있다.
일부 저장 셀들은 그들의 저장된 에너지의 전부 또는 일부를 전달한 후에, 저장 셀들이 그들의 저장된 에너지 레벨의 전부 또는 일부를 복원하기 위해 재충전될 수 있도록 재충전가능하다. 저장 셀들은 예를 들면, 그들을 재충전하기 위해 에너지를 저장 셀들에 제공할 수 있는 디바이스를 이용하여 재충전될 수 있다. 충전기는 그들을 재충전하기 위해 전기 에너지를 저장 셀들에 제공할 수 있는 디바이스의 일례이다.
충전기는 충전기가 활성화된 직후에 그것의 출력부에서 전력을 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 충전기는 충전기가 파워 온(power on)되자마자 그것의 출력부에서 충전 전압 및 전류를 생성하도록 설계될 수 있다. 이러한 충전기에 의한 하나의 문제는 저장 셀들 중 하나 이상이 손상을 입게 되면, 그것이 손상을 입게 되거나 그것의 환경 또는 인근의 인원에 대한 손상을 야기할 수 있다는 것이다.
충전기들이 활성화된 직후에 그들의 출력부에서 전력을 제공하는 충전기들과 연관될 수 있는 문제들을 제거하기 위해, 충전기는 단지 특정의 미리 정의된 조건이 충전기에 의해 검출된 후에 그것의 출력부에서 전력을 제공하도록 설계될 수 있다. 이러한 충전기들은 종종 스마트 충전기들로서 언급된다.
예를 들면, 스마트 충전기는 스마트 충전기가 그것의 출력부에서 충전 전력을 제공하기 전에 조건이 충족되어야 함을 요구하도록 설계될 수 있다. 조건은 예를 들면, 특정 전압 레벨이 스마트 충전기에 접속된 저장 셀의 단자들에 걸쳐 존재해야하고/하거나 스마트 충전기에 의해 충전될 하나 이상의 저장 셀들이 손상되지 않아야 함(예로서, 단락되지 않음)을 포함할 수 있다.
회로를 이용하는 시스템들이 예를 들면, 스마트 충전기가 저장 셀들을 충전하기 시작할 조건을 충족시키기 위해 시스템에 포함된 저장 셀들을 보호하는 것이 어려울 수 있다.
예를 들면, 에너지 저장 시스템이 단자들, 저장 셀들, 및 직렬로 접속된 충전/방전 회로를 포함하여 전력을 단자들에 접속된 외부 부하로 함께 전달하는 메인 회로를 형성한다고 가정한다. 이제, 충전/방전 회로가, 저장 셀들이 특정의 미리 정의된 에너지 레벨까지 방전했음을 검출하고 단자들로부터 저장 셀들을 접속해제하며 그에 의해, 외부 부하에 대한 에너지의 흐름을 중단시킨다고 가정한다. 게다가, 저장 셀들이 충전/방전 회로에 의해 단자들로부터 접속해제된 후에, 어떠한 전압도 단자들에 걸쳐 존재하지 않는다고 가정한다.
이제, 충전기가 저장 셀들을 재충전하기 위해 단자들에 수동으로 또는 자동으로 접속된다고 가정한다. 게다가, 충전기가 저장 셀들을 재충전하기 위해 단자들에서 충전 전력을 제공하기 전에 전압이 단자들에 존재하도록 요구한다고 가정한다. 저장 셀들이 충전/방전 회로에 의해 메인 회로로부터 접속해제된 후에 어떠한 전압도 단자들에 걸쳐 존재하지 않기 때문에, 충전기는 단자들에 충전 전력을 제공하지 않을 수 있다. 따라서, 단자들에 충전기를 접속시키는 것은 저장 셀들이 재충전되게 하지 않을 수 있다.
본 명세서에서 설명된 기술들은 저장 셀들이 특정 에너지 레벨 임계치 미만으로 대폭 감소될 때, 회로가 예를 들면 단자들로부터 하나 이상의 저장 셀들을 접속해제하기 위해 이용될 때 발생할 수 있는 문제들을 제거할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 저장 시스템은 하나 이상의 저장 셀들, 단자들, 충전/방전 회로, 및 충전기 웨이크업 회로를 포함한다. 저장 셀들의 하나의 극은 단자들 중 하나에 접속된다. 저장 셀들의 다른 극은 충전/방전 회로를 통해 또 다른 단자에 접속된다. 저장 셀들이 에너지 레벨 임계치 미만으로 대폭 감소된 후에 충전/방전 회로는 저장 셀들을 접속해제한다.
충전기 웨이크업 회로는 저장 셀들과 단자들 사이를 전류 제한 전기 접속함으로써 전압을 단자들에 제공한다. 전류 제한 전기 접속은 적은 양의 전류가 충전/방전 회로를 우회(즉, 상기 충전/방전 회로를 통해 이동하지 않음)하는 것을 허용한다. 이 적은 전류는 에너지 저장 시스템의 단자들에서 전압을 제공한다. 예를 들면, 단자들에 부착된 스마트 충전기와 같은 충전기는 전압을 감지하고 저장 셀들을 충전하는 것을 시작할 수 있다. 게다가, 전압을 단자들에 제공하는 것은 진단 보조물(diagnostic aid)로서 이용되어 저장 셀에서의 에너지 레벨을 결정할 수 있다. 여기서, 예를 들면, 단자들에 걸쳐 접속된 전압계는 저장 셀의 전압을 측정할 수 있다.
게다가, 충전기 웨이크업 회로는 시간 기간 후에 전류 제한 접속을 종료시킨다. 이 실시예에서, 시간 기간은 단자들에 접속된 외부 디바이스가 에너지 저장 시스템으로부터 얻는 전류의 양에 반비례한다. 충전기 웨이크업 회로는 이후에, 지연 후에 전류 제한 접속을 재접속시킨다.
게다가, 외부 디바이스에 의해 생성된 전기 부하가 거의 제로이면(예로서, 외부 디바이스에 의해 얻어지는 전류가 거의 없도록 외부 디바이스의 저항이 높음), 충전기 웨이크업 회로는 저장 시스템의 단자들에 걸쳐 일정한 전압을 생성할 수 있다. 이 실시예에서, 웨이크업 회로에 의해 생성된 일정한 전압은 대략 저장 셀의 단자 전압과 같다. 외부 디바이스에 의해 생성된 전기 부하가 셀들을 방전시키기에 충분히 상당하면(예로서, 셀들을 빠른 레이트로 계속해서 방전시키기 위해 상당한 양의 전류를 부하에 의해 얻도록 외부 디바이스의 저항이 낮음), 충전기 웨이크업 회로는 저장 셀들의 단자들에 걸쳐 펄싱된 전압(pulsed voltage)을 생성할 수 있다. 여기서, 펄싱된 전압의 듀티 사이클(duty cycle) 및/또는 펄싱된 전압에서의 펄스의 폭은 외부 디바이스의 저항의 크기에 기초하여 정의될 수 있다. 이 예에서, 펄스의 폭은 외부 디바이스의 저항에 반비례한다.
또한, 본 명세서에서 설명된 기술들은 다수의 에너지 저장 시스템들이 직렬 스트링을 형성하기 위해 직렬로 연결되는 구성들에서 이용될 수 있다. 예를 들면, 각각의 에너지 저장 시스템의 충전기 웨이크업 회로는 에너지 저장 시스템들의 동기식 거동(synchronous behavior)을 직렬 스트링으로 조정하기 위해 이용될 수 있다.
예를 들면, 각각의 에너지 저장 시스템의 예를 들면, 충전기 웨이크업 회로는 전압 펄스들을 생성할 수 있다. 전압 펄스들은 에너지 저장 시스템에 의해 이용되어 직렬 스트링의 다른 에너지 저장 시스템들과의 그것의 전류 제한 접속을 동기화할 수 있다. 외부 디바이스는 직렬 스트링의 가장 음의 단자와 가장 양의 단자 사이에 접속될 수 있다. 전압 펄스들이 직렬 접속된 에너지 저장 시스템들 사이에서 동기화된 후에, 전압 펄스들은 외부 디바이스에 제공될 수 있다. 외부 디바이스는 전압 펄스들을 검출하고 전압 펄스들을 검출하는 것에 응답하여 동작을 수행할 수 있다. 동작은 예를 들면, 에너지 저장 시스템들에 포함된 하나 이상의 저장 셀들을 충전하는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에 통합되고 그것의 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 실시예들을 도시하고 설명과 함께, 상기 실시예들을 설명한다. 도면들의 구성요소들은 반드시 치수대로 도시되지 않고, 대신에 본 발명의 원리들을 도시하는 것이 강조된다.
도 1은 전기 에너지를 저장하기 위한 하나 이상의 저장 셀들을 포함하는 에너지 저장 시스템의 일례를 도시한 도면.
도 2는 에너지 저장 시스템에 포함될 수 있는 충전기 웨이크업 회로와 연관된 특징들을 구현하기 위해 이용될 수 있는 전자 회로의 일례를 도시한 도면.
도 3은 에너지 저장 시스템에 의해 수행되어 에너지 저장 시스템에 포함된 저장 셀들의 충전을 가능하게 할 수 있는 예시적인 동작들을 도시한 도면.
도 2는 에너지 저장 시스템에 포함될 수 있는 충전기 웨이크업 회로와 연관된 특징들을 구현하기 위해 이용될 수 있는 전자 회로의 일례를 도시한 도면.
도 3은 에너지 저장 시스템에 의해 수행되어 에너지 저장 시스템에 포함된 저장 셀들의 충전을 가능하게 할 수 있는 예시적인 동작들을 도시한 도면.
도 1은 전기 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 시스템(100)의 일례를 도시한다. 도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은 예를 들면, 제어 회로(120), 저장 셀들(130), 충전/방전 회로(140), 및 충전기 웨이크업 회로(170)와 같은 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다. 도 1이 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 기술들을 구현할 수 있는 에너지 저장 시스템의 일례임에 주의해야 한다. 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 기술들을 구현하는 다른 에너지 저장 시스템들은 도 1에 도시된 것보다 많은 구성요소들 또는 적은 구성요소들을 포함할 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)과 연관된 메인 회로는 단자(150), 저장 셀들(130), 방전 전계 효과 트랜지스터(DFET)(142), 단자(160), 및 단자들(150 및 160)에 걸쳐 접속되는 외부 디바이스를 포함할 수 있다. 메인 회로는 저장 셀들(130)과 외부 디바이스 사이에 전력을 전달하기 위해 이용될 수 있다.
외부 디바이스는 예를 들면, 충전 디바이스, 모니터링 디바이스(monitoring device), 측정 디바이스, 및/또는 일부 다른 디바이스일 수 있다. 충전 디바이스는 저장 셀들을 충전하기 위해 이용될 수 있는 디바이스를 포함할 수 있다. 충전 디바이스의 일례는 저장 셀들에 포함될 수 있는 배터리들을 충전하기 위해 이용될 수 있는 배터리 충전기이다. 모니터링 디바이스는 저장 셀들의 출력을 모니터링하기 위해 이용될 수 있는 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 디바이스들은 상기 동작들 중 하나 이상을 수행할 수 있는 하이브리드 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전압계는 저장 셀들에 의해 출력될 수 있는 전압을 모니터링하고 측정하기 위한 프로비전스(provisions)를 포함할 수 있다. 유사하게, 특정 충전기들은 저장 셀들을 모니터링하고, 측정하며, 충전하기 위한 프로비전스들을 포함할 수 있다. 모니터링, 측정, 및 충전이 외부 디바이스에 의해 수행될 수 있는 동작들의 예들이고 예를 들면, 에너지 저장 시스템(100)과 같은 에너지 저장 시스템과 연관된 외부 디바이스가 다른 동작들을 수행할 수 있음에 주의해야 한다.
제어 회로(120)는 에너지 저장 시스템(100)을 위해 다른 제어 특징들을 제공할 수 있는 로직을 포함할 수 있다. 제어 특징들은 예를 들면, 외부 시스템을 갖는 에너지 저장 시스템(100)을 위해 외부 인터페이스를 제공하고, 저장 셀들(130)의 다양한 특성들(예로서, 전압)을 모니터링하고/하거나, 충전/방전 회로(140)의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
제어 회로(120)는 프로세서(122), 측정 회로(124), 인터페이스 회로(126), 및/또는 구동 회로(128)를 포함할 수 있다. 프로세서(122)는 저장 셀들을 관리하기 위해 다양한 기능들을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능한 지시들을 실행할 수 있는 마이크로프로세서일 수 있다. 상기 기능들은 예를 들면, 저장 셀들(130) 내에 포함된 에너지 레벨을 결정하고 결정된 에너지 레벨에 기초하여 충전/방전 회로(140)의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
측정 회로(124)는 저장 셀들(130) 내에 포함된 에너지 레벨을 측정(예로서, 결정)할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 측정 회로(124)는 측정된 에너지 레벨을 프로세서(122)에 제공할 수 있다.
프로세서(122)는 측정된 에너지 레벨을 이용하여 (1) 저장 셀들(130)이 미리 정의된 에너지 레벨 임계치 미만으로 대폭 감소되었는지의 여부를 결정하고 (2) 결정에 기초하여 방전 회로의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(122)가 저장 셀들(130) 내에 포함된 측정된 에너지 레벨이 미리 정의된 에너지 레벨 임계치 이하라고 결정하면, 프로세서(122)는 충전/방전 회로(140)에 단자들로부터 저장 셀들(130)을 접속해제하도록 지시할 수 있다.
인터페이스 회로(126)는 제어 회로(120)를 외부 디바이스와 인터페이싱(interfacing)시킬 수 있다. 예를 들면, 인터페이스 회로(126)는 프로세서(122)를 제어기 영역 네트워크(CAN) 버스와 인터페이싱시키는 회로를 포함할 수 있다. 프로세서(122)는 CAN 버스를 통해 정보(예로서, 저장 셀들 내의 측정된 에너지 레벨, 및/또는 상태 정보)를 예를 들면, 외부 컴퓨터와 같은 외부 디바이스에 전달할 수 있다.
구동 회로(128)는 DFET(142) 및 충전 전계 효과 트랜지스터(CFET)(144)의 동작을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, DFET(142) 및 CFET(144)는 저장 셀들(130)을 단자(160)에 접속시키고 상기 단자로부터 상기 저장 셀들을 접속해제할 수 있는 스위치들의 역할을 할 수 있다. 구동 회로(128)는 프로세서(122)에 의해 생성될 수 있는 하나 이상의 신호들에 기초하여 DFET(142) 및 CFET(144)의 동작을 제어할 수 있는 회로를 포함할 수 있다.
저장 셀들(130)은 에너지를 저장할 수 있는 하나 이상의 저장 셀들(예로서, 배터리들)을 포함할 수 있다. 저장 셀들(130)에 포함된 저장 셀들은 예를 들면, 납산, NiCd, NiMH, 및 리튬 이온 저장 셀들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
저장 셀들(130)로부터의 전압은 단자들(150 및 160)에서 존재할 수 있다. 예를 들면, 저장 셀들(130)은 전압을 생성할 수 있다. 전압은 직접 접속을 통해 단자(150)에 그리고 DFET(142)를 통해 단자(160)에 제공될 수 있다. 단자(150)에 제공된 전압은 단자(160)에 대하여 양이거나 단자(160)에 대하여 음일 수 있다.
충전/방전 회로(140)는 저장 셀들(130)을 충전시키고/거나 방전시키는 것과 연관된 회로를 포함할 수 있다. 충전/방전 회로(140)는 DFET(142) 및 CFET(144)를 포함할 수 있다. DFET(142) 및 CFET(144)는 전력 전계 효과 트랜지스터들(FETs)일 수 있고, 그들은 각각, 저장 셀들(130)을 단자(160)에 접속시키고 상기 단자로부터 상기 저장 셀들을 접속해제하는 스위치들의 역할을 할 수 있다. DFET(142) 및 CFET(144)는 하기에 더 설명될 것이다.
DFET(142) 및 CFET(144)가 그들이 턴 오프(turn off)될 때, 역 전류가 DFET(142) 및 CFET(144)를 통해 이동하는 것을 허용할 수 있는 바디 다이오드(body diode)들을 포함할 수 있음에 주의한다. 바디 다이오드들에 의해 이동되는 전류는 그들이 턴 온될 때, DFET(142) 및 CFET(144)를 통해 이동할 수 있는 전류의 역일 수 있다. 예를 들면, 턴 온된 후에, DFET(142)는 전류가 단자(160)로부터 저장 셀들(130)로 이동하는 것을 허용할 수 있다. 턴 오프된 후에, DFET(142)는 이 전류를 차단할 수 있지만, DFET(142)와 연관된 바디 다이오드는 역 전류가 저장 셀들(130)로부터 단자(160)로 이동하는 것을 허용할 수 있다. 유사하게, 턴 온된 후에, CFET(144)는 전류가 저장 셀들(130)로부터 단자(160)로 이동하는 것을 허용할 수 있다. 턴 오프된 후에, CFET(144)는 이 전류를 차단할 수 있지만, CFET(144)와 연관된 바디 다이오드는 역 전류가 단자(160)로부터 저장 셀들(130)로 이동하는 것을 허용할 수 있다.
충전기 웨이크업 회로(170)는 시스템(100)에 접속될 수 있는 충전기를 "웨이크 업"하기 위해 이용될 수 있는 조건을 생성하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 충전기를 웨이크 업하는 것은 예를 들면, 충전기가 저장 셀들(130)을 충전하는 것을 시작하게 할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 기술들로 이용될 수 있는 충전기들이 다양한 소스들로부터 에너지를 얻는 충전기들을 포함할 수 있음에 주의해야 한다. 얻어진 에너지는 저장 셀들(130)을 충전하기 위해 충전기에 의해 이용될 수 있다.
예를 들면, 충전기는 전력 공급 회사에 의해 유지되는 전력망(power grid)에 의해 제공될 수 있는 전기 에너지를 얻을 수 있다. 충전기는 얻어진 전기 에너지를 이용하여 저장 셀들(130)을 충전할 수 있다.
충전기에 의해 얻어질 수 있는 다른 에너지원들은 예를 들면, 태양열, 바람, 비, 조수, 파도, 및/또는 열과 같은 에너지원들로부터 생성될 수 있는 전기 에너지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 충전기는 태양열 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 태양열 어레이로부터 전기 에너지를 얻을 수 있다. 얻어진 에너지는 저장 셀들(130)을 충전하기 위해 충전기에 의해 이용될 수 있다.
하기에 더 설명될 바와 같이, 충전기를 웨이크 업하는 것은 예를 들면, 충전기 웨이크업 회로(170)가 충전기에 의해 검출(예로서, 감지)될 수 있는 조건을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 생성된 조건은 예를 들면, 단자들(150 및 160) 상에 존재하는 하나 이상의 전압 펄스들 또는 일정한 전압 레벨을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전압 펄스들 또는 일정한 전압 레벨은 예를 들면, 시간 및 전압에 대하여 미리 결정된 패턴으로 충전기 웨이크업 회로(170)에 의해 생성될 수 있다. 조건을 검출하는 것에 응답하여, 충전기는 저장 셀들(130)을 충전하는 것을 시작할 수 있다.
도 2는 충전기 웨이크업 회로(170)에 포함될 수 있고 상기 충전기 웨이크업 회로에 의해 제공된 하나 이상의 특징들을 구현할 수 있는 전자 회로(200)의 일례를 도시한다. 도 2가 충전기 웨이크업 회로(170)에 포함될 수 있고 상기 충전기 웨이크업 회로에 의해 제공된 하나 이상의 특징들을 구현할 수 있는 전자 회로의 일례를 도시하며 충전기 웨이크업 회로(170)에 포함될 수 있고 상기 충전기 웨이크업 회로에 의해 제공된 하나 이상의 특징들을 구현할 수 있는 다른 회로들이 이용될 수 있음에 주의해야 한다.
도 2를 참조하면, 충전기 웨이크업 회로(170)는 단자(210a), 공급 단자들(210b-c), 리턴 단자들(212a-d), 저항기들(214a-i), 제너 다이오드(216), FET들(218a-b), 비교기(220), 및 커패시터들(222a-b)과 같은 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다. 충전기 웨이크업 회로(170)의 다른 실시예들이 도 2에 도시된 구성요소들보다 많은 구성요소들 또는 적은 구성요소들을 포함할 수 있음에 주의해야 한다. 게다가, 충전기 웨이크업 회로(170)의 다른 실시예들에 포함된 구성요소들은 도 2에 도시된 구성요소들과 상이할 수 있다.
전류는 단자(210a)에서 회로(200)에 진입할 수 있다. 전류는 단자들(150 및 160)에 걸쳐 접속된 부하에 의해 제공될 수 있다. 공급 단자들(210b-c)은 전자 회로(200)를 작동시키기 위해 이용될 수 있는 공급 전압에 접속될 수 있다. 공급 전압은 저장 셀들(130)에 의해 제공될 수 있고 일정한 전압을 제공하기 위해 전압 조절기에 의해 사후 조절될 수 있다.
리턴 단자들(212a-d)은 공급 단자들(210b-c)에 제공된 전기 에너지를 위한 리턴 경로에 접속될 수 있다. 리턴 경로는 저장 셀들(130)과 연관된 리턴 경로일 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 리턴 단자들(212a-d)은 저장 셀들(130)을 위한 리턴 경로로서 이용되는 접지에 접속된다.
저항기들(214a-i), 제너 다이오드(216), FET들(218a-b), 비교기(220), 및 커패시터들(222a-b)은 저장 셀들(130) 상에 존재하는 전압이 단자들(150 및 160)에 걸쳐 제공되는 것을 허용할 수 있다. 이 전압은 예를 들면, 시스템(100)에 접속될 수 있는 충전기에 의해 검출될 수 있다. 단자들(150 및 160)에 걸쳐 제공된 전압이 일정하게 또는 불연속적이지 않게 제공될 수 있음에 주의한다. 예를 들면, 일 실시예에서, 전압은 단자들(150 및 160)에 걸쳐 일정하게 제공되는 고정 전압이다. 또 다른 실시예에서, 단자들(150 및 160)에 걸쳐 제공된 전압은 어떠한 전압도 존재하지 않고 반복되는 기간에 의해 분리된, 유한한 시간 기간들 동안 제공된다.
예를 들면, 이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 제어 회로(120)가 저장 셀들(130)을 충전하도록 동작의 충전 모드에 진입하기 위해 구동 회로에 DFET(142)를 턴 오프하고 CFET(144)를 턴 온하기 위한 신호들을 생성하도록 지시한다. DFET(142)가 턴 오프되고 CFET(144)가 턴 온된 후에, 충전기 웨이크업 회로(170)는 시스템(100)에 접속된 충전기에 의해 검출될 수 있는 전압을 생성하는 것을 수반하는 동작의 순환 모드에 진입할 수 있다.
구체적으로, 한 사이클은 DFET(142)가 턴 오프되고 부하가 단자들(150 및 160)에 걸쳐 접속된 후에 시작할 수 있다. 접속된 부하로부터의 전류는 210a에서 회로(200)에 진입하고 FET(218b)(위에 있도록 사전 배치됨), 저항기들(214a-b)을 통해 이동하며 212c를 통해 저장 셀들(130)로 다시 이동한다. 전류가 저항기들(214a-b)을 통해 흐름에 따라, 전압은 저항기들(214a-b)에 걸쳐 발생하기 시작한다. 이 전압이 특정 미리 정의된 값에 도달한 후에, FET(218a)가 턴 온한다.
FET(218b)가 턴 온된 후에, 단자들(150 및 160)(도 1)에 걸쳐 접속된 외부 디바이스를 통해 흐르는 전류 중 일부는 FET(218a), 저항기(214g) 및 커패시터(222b)를 통해 흐르는데, 이는 그것이 212d를 통해 저장 셀들(130)로 회로를 되돌아오게 하는 것을 완료하기 때문이다. 이 전류는 커패시터(222b)가 충전하게 한다. 커패시터(222b)가 충전함에 따라, 그것의 전압은 상승하고 비교기(220)의 입력부(250)에서의 전압이 저항기(214fg)의 값들과 연관된 시간 상수, 외부 디바이스의 저항(부하 저항), 및 커패시터(222b)에 의해 결정된 레이트로 상승하게 한다.
입력부(250)에서의 전압이 비교기(220)의 입력부(252)에서의 전압을 초과한 후에, 비교기(220)의 출력부(254)에서의 전압은 FET(218b)가 턴 오프하게 한다. FET(218b)를 턴 오프하는 것은 FET(218a)가 턴 오프하게 하고, 이는 214g를 통한 부하로부터의 그리고 커패시터(222g)로의 전류의 흐름을 중단시킨다. 이 전류가 중단된 후에, 커패시터(222b)는 저항기(214f) 및 커패시터(222b)의 값들과 연관된 시간 상수에 의해 결정된 레이트로 방전한다. 커패시터(222b)가 비교기(220)의 입력부(252)에서의 전압 미만으로 방전한 후에, FET(218b)는 턴 온하고 사이클은 반복된다.
FET(218a)가 온인 동안, 제한된 전류는 외부 디바이스를 통해 흐르도록 허용된다. 전류는 저항기(214g, 214a)의 값들, 및 부하 저항에 의해 제한된다. 큰 부하 저항(예로서, 저항기들(214a-b)의 저항에 대한)은 FET(218a)가 턴 온하지 않게 할 수 있고 일정한 전압은 단자들(150 및 160)에서 외부 디바이스에 제공될 수 있다. 적은 부하 저항(예로서, 저항기들(214a-b)의 저항에 대한)은 상당한 양의 전류가 저장 셀들로부터 빠져나가는 것을 허용할 수 있다. 이것은 불연속 전압(예로서, 펄스들)이 단자들(150 및 160)에서 불연속으로 생성되고 제공되게 할 수 있다. 불연속 전압의 듀티 사이클 및/또는 펄스 폭은 부하 저항에 의존(예로서, 부하 저항의 크기에 의존)할 수 있다.
상기 설명된 회로(200)가, DFET(142)가 턴 오프된 후에 연속 또는 불연속 전압이 단자들(150 및 160)에 걸쳐 존재하는 것을 허용할 수 있음에 주의한다. 단자들(150 및 160)에 걸쳐 접속된 외부 디바이스는 이 전압을 검출할 수 있다. 전압을 검출한 후에, 외부 디바이스는 예를 들면, 저장 셀들(130)을 충전하기 위해 이용될 수 있는 충전 전력을 제공하는 것과 같은 동작을 수행하는 것을 제공할 수 있다. 충전 전력은 DFET(142)가 턴 오프될지라도 DFET(142)와 연관된 바디 다이오드를 통해 저장 셀들(130)에 제공될 수 있다. 게다가, DFET(142)가 저장 셀들(130)의 또 다른 방전을 방지하고 있는 동안 CFET(144)가 심지어 충전하는 것을 허용하도록 유지할 수 있음에 주의한다.
예를 들면, 다시 도 1을 참조하면, 저장 셀들(130)이 특정 미리 결정된 에너지 레벨 임계치까지 방전했고 스마트 충전기가 단자들(150 및 160)에 걸쳐 접속된다고 가정한다. 제어 회로(120)는 저장 셀들(130)의 전압 출력을 측정하고, 저장 셀들이 측정에 기초하여 미리 결정된 에너지 레벨 임계치로 대폭 감소된다고 결정하며, DFET(142)를 턴 오프하여 메인 회로를 통한 저장 셀들(130)의 또 다른 방전을 방지할 수 있다.
충전기 웨이크업 회로(170)는 단자들(150 및 160)에 걸쳐 일정한 전압을 제공할 수 있다. 이 일정한 전압은 스마트 충전기에 의해 검출될 수 있다. 일정한 전압은 예를 들면, 충전기 웨이크업 회로(170)에 의해 제한되고 주기적으로 차단된 전류여서 외부 디바이스가 전압을 검출하게 하는데 필요할 수 있는 것보다 많은 에너지를 저장 셀들(130)로부터 얻는 것을 제거할 수 있다. 일정한 전압을 검출한 후에, 스마트 충전기는 저장 셀들(130)을 충전하기 위해 이용될 수 있는 출력(예로서, 충전 전력)을 생성할 수 있다.
도 3은 예를 들면, 에너지 저장 시스템(100)과 같은 에너지 저장 시스템에 의해 수행되어 에너지 저장 시스템에 포함될 수 있는 예를 들면, 저장 셀들(130)과 같은 저장 셀들을 충전할 수 있는 예시적인 동작들을 도시한다.
도 3을 참조하면, 블록(310)에서, 저장 셀들은 저장 셀들의 에너지 레벨이 미리 정의된 에너지 레벨 임계치에 도달하는 지점까지 방전한다. 이러한 조건은 예를 들면, 저장 셀들의 전압을 미리 정의된 에너지 레벨 임계치를 표현하는 미리 정의된 전압과 비교함으로써 검출가능할 수 있다. 그러나, 다른 기술들이 이 조건을 검출하기 위해 이용될 수 있음에 주의한다. 미리 정의된 에너지 레벨 임계치는 다양한 기준들에 기초하여 정의될 수 있다. 예를 들면, 미리 정의된 에너지 레벨 임계치는 저장 셀들이 안전하게 방전할 수 있고/있거나 저장 셀들이 재충전될 준비가 되었다고 고려되기 전에 방전할 수 있는 에너지 레벨일 수 있다.
블록(320)에서, 에너지 저장 시스템은 저장 셀들이 에너지 임계 레벨에 도달하는 것에 응답하여 조치를 취한다. 조치는 예를 들면, 에너지 저장 시스템에 포함된 충전/방전 회로가 에너지 저장 시스템과 연관된 단자들로부터 저장 셀들을 접속해제하는 것을 포함할 수 있다. 단자들, 저장 셀들, 및 방전 회로는 직렬로 접속될 수 있다. 충전/방전 회로는 단자들로부터 저장 셀들을 접속해제하기 위해 이용될 수 있는 회로(예로서, DFET)를 포함할 수 있다.
블록(330)에서, 조건이 단자들에 제공된다. 예를 들면, 에너지 저장 시스템은 단자들에서 조건을 생성할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 조건은 단자들에 접속된 외부 디바이스를 웨이크 업할 수 있다. 조건은 예를 들면, 외부 디바이스에 의해 검출될 수 있는 일정한 전압 또는 전압 펄스들을 포함할 수 있다.
블록(340)에서, 외부 디바이스는 제공된 조건을 검출하고 검출된 조건에 응답하여 동작을 수행한다. 동작은 예를 들면: (1) 저장 셀들을 충전하기 위해 단자들에 제공될 수 있는 출력(예로서, 충전 전력)을 생성하고, (2) 저장 셀들의 출력을 측정하며, (3) 저장 셀들의 출력을 모니터링하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 동작들이 외부 디바이스에 의해 수행될 수 있음에 주의해야 한다.
다음의 예는 상기 내용을 이해하는데 도움이 될 수 있다. 이제 도 1 내지 도 3을 참조하면, 예를 들면, 저장 셀들(130)에 대한 에너지 레벨 임계치가 미리 정의된 전압 값이고 저장 셀들(130)이 그들의 전압이 미리 정의된 전압 값 또는 그 미만인 지점까지 방전했다고 가정한다. 또한, 외부 디바이스가 단자들(150 및 160)에 걸쳐 접속된다고 가정한다.
측정 회로(124)는 저장 셀들(130)의 전압을 측정하고 저장 셀들(130)이, 저장 셀들(130)이 에너지 레벨 임계치에 도달한 지점까지 방전했다고 결정할 수 있다. 이 결정에 응답하여, 프로세서(122)는 구동 회로(128)에 DFET(142)를 턴 오프하도록 지시하고, 그에 의해 단자(160)로부터 저장 셀들(130)을 접속해제한다. 프로세서(122)는 또한, 구동 회로(128)에 CFET(144)를 턴 온하도록 지시하여 CFET(144)를 통해 단자(160)로부터 저장 셀들(130)로 경로를 제공할 수 있다. 제공된 경로는 저장 셀들(130)을 충전하기 위해 이용될 수 있다.
게다가, 제어 회로(120)는 저장 셀들(130)의 에너지 레벨이 적어도 에너지 레벨 임계치까지 대폭 감소했다는 표시를 제공할 수 있다. 표시는 예를 들면, 인터페이스 회로(126)를 통해 프로세서(122) 또는 다른 전자 회로들에 의해 외부 디바이스(예로서, 컴퓨터, 디스플레이 디바이스)에 제공될 수 있다.
DFET(142)가 턴 오프되고 CFET(144)가 턴 온된 후에, 충전기 웨이크업 회로(170)는 외부 디바이스의 전기 저항에 기초하여 조건을 생성할 수 있다. 조건은 예를 들면, 단자들(150 및 160)에 걸쳐 하나 이상의 전압 펄스들 및/또는 일정한 전압을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 전압 펄스들 및/또는 일정한 전압은 시간에 대한 패턴으로 제공될 수 있다. 패턴은 외부 디바이스의 전기 저항에 의존할 수 있다. 게다가, 하나 이상의 전압 펄스들의 듀티 사이클 및/또는 펄스 폭은 외부 디바이스의 전기 저항에 의존할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 전압 펄스들의 듀티 사이클 및/또는 펄스 폭은 외부 디바이스의 저항의 크기에 의존하여 정의될 수 있다.
충전기는 충전기 웨이크업 회로(170)에 의해 생성된 조건을 검출할 수 있고 조건을 검출하는 것에 응답하여, 단자들(150 및 160)에서 충전 전력을 제공할 수 있다. 충전 전력은 저장 셀들(130)을 재충전하기 위해 이용될 수 있다.
실시예들의 상기 설명은 예시 및 설명을 제공하도록 의도되지만, 철저한 것이 되거나 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 수정들 및 변형들은 상기 교시들을 고려하여 가능하지만 본 발명의 실행으로부터 얻어질 수 있다. 예를 들면, 일련의 동작들이 도 3에 대하여 상기 설명되었을지라도, 동작들의 순서는 다른 구현들에서 수정될 수 있다. 게다가, 비 의존적 동작들이 동시에 수행될 수 있다.
본 명세서에서 이용된 어떠한 소자, 동작, 또는 지시도 이와 같이 명백하게 설명되지 않으면, 본 발명에 대해 중요하거나 필수적인 것으로서 해석되어서는 안된다. 또한, 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 관사들("a" 및 "an")은 하나 이상의 항목들을 포함하도록 의도된다. 단지 하나의 항목이 의도되는 경우에, 용어("하나") 또는 유사한 언어가 이용된다. 게다가, 구들("~에 기초함" 및 "~에 의해 결정됨")은 명백하게 다르게 언급되지 않으면, 각각 "~에 적어도 부분적으로 기초함" 및 "~에 의해 적어도 부분적으로 결정됨"을 의미하도록 의도된다.
본 발명이 상기 개시된 특정한 실시예들로 제한되지 않지만, 본 발명이 다음의 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 임의의 그리고 모든 특정한 실시예들 및 등가물들을 포함할 것이라고 의도된다.
100: 에너지 저장 시스템 120: 제어 회로
122: 프로세서 124: 측정 회로
126: 인터페이스 회로 128: 구동 회로
130: 저장 셀들 140: 충전/방전 회로
142: 방전 전계 효과 트랜지스터
144: 충전 전계 효과 트랜지스터 150, 160, 210a: 단자
170: 충전기 웨이크업 회로 200: 전자 회로
210b-c: 공급 단자들 212a-d: 리턴 단자들
214a-i: 저항기들 216: 제너 다이오드
218a-b: FET들 220: 비교기
222a-b: 커패시터들
122: 프로세서 124: 측정 회로
126: 인터페이스 회로 128: 구동 회로
130: 저장 셀들 140: 충전/방전 회로
142: 방전 전계 효과 트랜지스터
144: 충전 전계 효과 트랜지스터 150, 160, 210a: 단자
170: 충전기 웨이크업 회로 200: 전자 회로
210b-c: 공급 단자들 212a-d: 리턴 단자들
214a-i: 저항기들 216: 제너 다이오드
218a-b: FET들 220: 비교기
222a-b: 커패시터들
Claims (26)
- 적어도 하나의 저장 셀;
상기 적어도 하나의 저장 셀로부터 에너지를 출력하도록 동작가능한 다수의 단자들;
상기 적어도 하나의 저장 셀에 저장된 에너지의 레벨을 모니터링(monitoring)하기 위한 제어 회로;
상기 적어도 하나의 저장 셀과 상기 다수의 단자들 중 제 1 단자 사이의 회로 경로에 배치된 방전 스위치로서, 상기 제어 회로는 상기 에너지의 레벨이 임계값 미만임을 검출하는 것에 응답하여 상기 방전 스위치의 상태를 오프(OFF) 상태로 제어하도록 동작가능하고, 상기 방전 스위치의 오프 상태는 전류가 상기 방전 스위치를 통해 상기 적어도 하나의 저장 셀로부터 상기 제 1 단자로 흐르는 것을 방지하는, 상기 방전 스위치; 및
상기 방전 스위치가 상기 오프 상태로 제어되는 조건 동안 상기 적어도 하나의 저장 셀로부터 상기 제 1 단자로 흐르는 제한된 전류를 제공하도록 동작가능한 우회 회로를 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 우회 회로는 상기 제한된 전류를 상기 적어도 하나의 저장 셀로부터 상기 제 1 단자로 제공하여 충전 디바이스가 상기 적어도 하나의 저장 셀을 충전하게 하도록 동작가능한, 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제한된 전류는 상기 다수의 단자들에 걸쳐 나타나는 일정한 전압을 야기하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제한된 전류는 상기 다수의 단자들에 걸쳐 나타나는 전압 펄스들을 야기하는, 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 전압 펄스들의 듀티 사이클(duty cycle)은 상기 다수의 단자들에 결합된 충전기 디바이스의 저항의 크기에 기초하는, 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 전압 펄스들의 펄스 폭은 상기 다수의 단자들에 결합된 충전기 디바이스의 저항의 크기에 기초하는, 장치. - 적어도 하나의 저장 셀로부터 출력 단자들로의 에너지의 전달을 제어하는 방법에 있어서:
상기 적어도 하나의 저장 셀에 저장된 에너지의 레벨을 모니터링하는 단계;
상기 적어도 하나의 저장 셀에 저장된 에너지가 에너지 임계 레벨 미만으로 대폭 감소했음을 검출하는 단계;
상기 에너지의 레벨이 상기 에너지 임계 레벨 미만임을 검출하는 것에 응답하여 방전 스위치의 상태를 오프 상태로 제어하는 단계로서, 상기 방전 스위치의 오프 상태는 전류가 상기 방전 스위치를 통해 상기 적어도 하나의 저장 셀로부터 제 1 출력 단자로 흐르는 것을 방지하는, 상기 제어 단계; 및
상기 방전 스위치가 상기 오프 상태로 제어되는 조건 동안 상기 적어도 하나의 저장 셀로부터 상기 제 1 단자로 흐르는 제한된 전류를 제공하도록 우회 회로를 제어하는 단계를 포함하는, 에너지의 전달을 제어하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제한된 전류는 상기 출력 단자들에서 전압 펄스들의 제공을 야기하는, 에너지의 전달을 제어하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 전압 펄스들의 듀티 사이클은 상기 출력 단자들에 결합된 디바이스의 저항에 의존하는, 에너지의 전달을 제어하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전압 펄스들의 펄스 폭은 상기 출력 단자들에 결합된 디바이스의 저항에 의존하는, 에너지의 전달을 제어하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제한된 전류는 상기 출력 단자들에서 일정한 전압의 제공을 야기하는, 에너지의 전달을 제어하는 방법. - 삭제
- 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 시스템;
출력 전압으로서 상기 에너지 저장 시스템으로부터의 에너지를 외부 디바이스로 에너지를 전달하기 위한 출력 단자들;
상기 에너지 저장 시스템에 저장된 에너지의 레벨을 모니터링하기 위한 제어 회로;
상기 에너지 저장 시스템과 상기 출력 단자들 중 제 1 단자 사이의 회로 경로에 배치된 방전 스위치로서, 상기 제어 회로는 상기 에너지의 레벨이 임계값 미만임을 검출하는 것에 응답하여 상기 방전 스위치의 상태를 오프(OFF) 상태로 제어하도록 동작가능하고, 상기 방전 스위치의 오프 상태는 전류가 상기 방전 스위치를 통해 상기 에너지 저장 시스템으로부터 상기 제 1 단자로 흐르는 것을 방지하는, 상기 방전 스위치;
상기 에너지 저장 시스템에 저장된 상기 에너지의 레벨이 상기 임계값 미만인 조건 동안 상기 에너지 저장 시스템으로부터 상기 출력 단자들 중 상기 제 1 단자로 흐르는 제한된 전류를 제공하기 위한 우회 회로로서, 상기 제한된 전류는 상기 출력 단자들에서 상기 출력 전압의 제공을 야기하는, 상기 우회 회로; 및
상기 제어 회로에 의해 제어되는 충전 스위치로서, 상기 제 1 단자에서 수용된 전류를 상기 에너지 저장 시스템으로 전달하도록 동작가능한, 상기 충전 스위치를 포함하고,
상기 우회 회로는 상기 충전 스위치를 상기 방전 스위치에 결합하는 회로 노드에 접속되고,
상기 충전 스위치는 상기 방전 스위치와 직렬로 배치되는, 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 출력 단자들에서의 상기 전압은 전압 펄스들을 포함하는, 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 전압 펄스들의 듀티 사이클은 충전기의 저항의 크기에 의존하는, 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 전압 펄스들의 펄스 폭은 충전기의 저항의 크기에 의존하는, 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제한된 전류는 전압이 출력 단자들에서 나타나게 하고, 상기 전압은 출력 단자들에 결합된 충전기에 의해 감지하기 위해 출력 단자들에서 제공되며, 상기 충전기는 출력 단자들에서 상기 전압을 검출하는 것에 응답하여 상기 적어도 하나의 저장 셀을 충전하도록 동작가능한, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 우회 회로는 상기 방전 스위치와 병렬로 배치되는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로에 의해 제어된 충전 스위치를 더 포함하고, 상기 충전 스위치는 상기 제 1 단자에서 수용된 전류를 상기 적어도 하나의 저장 셀로 전달하도록 동작가능한, 장치. - 제 23 항에 있어서,
상기 충전 스위치는 상기 방전 스위치와 직렬로 배치되는, 장치. - 제 23 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 방전 스위치를 상기 오프 상태로 제어한 다음에 상기 충전 스위치를 온 상태로 제어하도록 동작가능한, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 우회 회로는 상기 제한된 전류를 생성하여 상기 적어도 하나의 저장 셀들을 충전하도록 충전기에 통보하는, 장치.
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