KR200189819Y1 - Battery pack capable of balanced charging cell - Google Patents
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Abstract
본 고안은 셀의 균형 충전이 가능한 배터리 팩에 관한 것으로, 종래 기술에 있어서의 배터리 팩은 단순히 소정 단위 전압을 가지는 복수개의 배터리 셀을 직렬 연결하여 원하는 목적 전압을 출력하는 배터리 팩을 만들었을 뿐 각 셀이 균형있게 충전되도록 하는 방법은 고려되지 않았기 때문에 각 셀의 충전 불균형으로 인해 과충전 또는 미충전이 발생하여 배터리의 사용시간 및 수명이 감소하게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 고안은 배터리 팩이 충전기에 삽입되었는지를 검출하는 배터리 삽입 검출부와; 각 배터리 셀 사이에 구비되어 각 셀을 직렬 또는 병렬 연결되도록 하는 복수개의 스위치와; 배터리 삽입이 검출되면 상기 각 스위치를 절환하는 각 셀이 병렬 연결되도록 제어하는 스위치 제어부를 포함하여 구성하여 충전시 각 배터리의 셀전압을 균일하게 충전하게 하여 셀간의 용량, 전압 균형을 이루게 함으로써 배터리 셀의 미충전을 방지하여 최대 용량 충전으로 사용시간을 연장하고, 셀의 과충전 과방전을 방지함으로서 배터리의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a battery pack capable of balanced charging of cells, and the battery pack in the prior art simply makes a battery pack that outputs a desired target voltage by simply connecting a plurality of battery cells having a predetermined unit voltage in series. Since a method of charging cells in a balanced manner has not been considered, overcharging or undercharging occurs due to unbalanced charging of each cell, thereby reducing the usage time and lifespan of the battery. Therefore, the present invention provides a battery insertion detection unit for detecting whether a battery pack is inserted into a charger; A plurality of switches provided between each battery cell to connect each cell in series or in parallel; It includes a switch control unit for controlling each cell for switching the switch to be connected in parallel when the battery insertion is detected to ensure that the cell voltage of each battery is uniformly charged during charging to achieve a capacity and voltage balance between the cells By preventing the uncharged, it is possible to extend the use time by the maximum capacity charge, and to prevent the overcharge and over-discharge of the cell to extend the life of the battery.
Description
본 고안은 배터리 팩에 관한 것으로, 특히 배터리 팩(Battery Pack)을 구성하는 각 셀을 동일한 전압 및 용량으로 충전될 수 있도록 함으로써 셀간 충전 전압 불균형에 의한 셀의 과충전 혹은 과방전을 방지할 수 있도록 하는 셀의 균형 충전이 가능한 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack, and in particular, it is possible to prevent each cell constituting the battery pack (Battery Pack) to the same voltage and capacity to prevent the overcharge or over-discharge of the cell by the unbalanced charging voltage between cells The present invention relates to a battery pack capable of balanced charging of cells.
일반적으로 배터리 팩은 소정 단위의 충전 용량을 가지는 복수개의 배터리 셀을 한 꾸러미로 만든 것으로 각 셀을 직렬 연결하여 원하는 전압을 출력할 수 있게 한 것이다.In general, a battery pack is a package of a plurality of battery cells having a predetermined unit of charge capacity, and each cell is connected in series to output a desired voltage.
따라서, 종래에 상기와 같은 배터리 팩을 충전하기 위해서는 다음 도1과 같은 장치를 구성하여 전압 검출부(2) 및 전류 검출부(3)에 의해 단순히 배터리 팩(1)으로 입력되는 팩 전체의 전압과 전류만을 감지하고, 충전 제어부(3)에서는 이를 입력받아 정전압/정전류 제어부(4)를 제어하여 충전 하였다.Therefore, in order to charge the battery pack as described above, the voltage and current of the entire pack simply input to the battery pack 1 by the voltage detector 2 and the current detector 3 by configuring the device as shown in FIG. Only the charge was detected, and the charging control unit 3 receives the input and controls the constant voltage / constant current control unit 4 to charge it.
이와 같이 충전시 배터리 팩 전체의 전압만을 검출하여 충전 함으로써, 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀간의 임피던스, 또는 용량 전압 등의 차이로 인해 충전시 과충전된 셀 및 미충전된 셀이 발생한다.In this way, by detecting and charging only the voltage of the entire battery pack during charging, an overcharged cell and an uncharged cell are generated during charging due to a difference in impedance or capacity voltage between the battery cells constituting the battery pack.
이에 따라 배터리 셀이 미충전되거나 과충전될 경우에는 사용시간 및 배터리의 수명의 감소를 가져오게 된다.As a result, when the battery cells are not charged or overcharged, the use time and the life of the battery are reduced.
예를 들어 최대 충전 전압이 4.25V인 리튬이온 배터리 셀 4개를 직렬 연결하여 하나의 배터리 팩을 만들 경우 상기 도1과 같은 장치로 이 배터리 팩 전체의 전압을 17V로 검출하여 충전시키게 된다.For example, when four lithium-ion battery cells having a maximum charging voltage of 4.25V are connected in series to make a battery pack, the device of FIG. 1 detects and charges the voltage of the entire battery pack as 17V.
그러나, 실제로 각 배터리 셀은 동일하게 4.25V로 충전되지 않고, 주변온도 및 임피던스등의 차이에 의해 각 셀간의 충전 용량에 차이가 발생하게 되고, 어느 한 셀이 과충전 되면 그만큼 다른 한 셀은 미충전이 되고, 배터리 방전시에도 충전의 경우와 마찬가지로 셀 전압 차이에 의해 과방전 셀이 발생하게 된다.In practice, however, each battery cell is not charged to 4.25V in the same way, and a difference in charge capacity occurs between cells due to differences in ambient temperature and impedance, and when one cell is overcharged, the other cell is not charged as much. This results in overdischarge cells due to the difference in cell voltages as in the case of charging.
이와 같이, 상기 종래 기술에 있어서의 배터리 팩은 단순히 소정 단위 전압을 가지는 복수개의 배터리 셀을 직렬 연결하여 원하는 목적 전압을 출력하는 배터리 팩을 만들었을 뿐 각 셀이 균형있게 충전되도록 하는 방법은 고려되지 않았기 때문에 각 셀의 충전 불균형으로 인해 과충전 또는 미충전이 발생하여 배터리의 사용시간 및 수명이 감소하게 되는 문제점이 있었다.As described above, the battery pack in the related art simply connects a plurality of battery cells having a predetermined unit voltage in series to make a battery pack that outputs a desired target voltage, but a method of allowing each cell to be charged in a balanced manner is not considered. Since the charging imbalance of each cell is not generated due to overcharge or undercharge has a problem that the use time and life of the battery is reduced.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 충전시 각 배터리 셀의 용량 및 전압을 균형있게 충전시킴으로써 배터리 셀의 미충전 또는 과충전을 방지하여 사용시간과 배터리의 수명을 연장할 수 있는 셀의 균형 충전이 가능한 배터리 팩을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was created in order to solve the conventional problems as described above, by charging the capacity and voltage of each battery cell at the time of charging in a balanced manner to prevent the uncharged or overcharge of the battery cell to improve the use time and battery life It is an object of the present invention to provide a battery pack capable of balanced charging of an extendable cell.
도1은 종래의 배터리 팩 및 일반적인 충전기의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional battery pack and a typical charger.
도2는 본 고안에 의한 배터리 팩의 제1 실시예의 구성을 보인 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a battery pack according to the present invention.
도3과 도4는 상기 도2에서 배터리 삽입 검출부의 구성을 보인 예시도.3 and 4 are exemplary views showing the configuration of the battery insertion detector in FIG.
도5는 본 고안에 의한 배터리 팩의 제2 실시예의 구성을 보인 블록도.Figure 5 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of a battery pack according to the present invention.
도6은 본 고안에 의한 배터리 팩의 제3 실시예의 구성을 보인 블록도.Figure 6 is a block diagram showing the configuration of a third embodiment of a battery pack according to the present invention.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
10 : 배터리 삽입 검출부 20,40,60 : 스위치 제어부10: battery insertion detection unit 20, 40, 60: switch control unit
30 : 셀전압 검출부 50 : 충전전압 검출부30: cell voltage detector 50: charge voltage detector
70 : 충/방전 모드 제어부 R1∼R4 : 저항70: charge / discharge mode control unit R1 to R4: resistance
SW1∼SW2 : 스위치SW1 to SW2: switch
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 배터리 팩이 충전기에 삽입되었는지를 검출하는 배터리 삽입 검출부와; 각 배터리 셀 사이에 구비되어 각 셀을 직렬 또는 병렬 연결되도록 하는 복수개의 스위치와; 배터리 삽입이 검출되면 상기 각 스위치를 절환하는 각 셀이 병렬 연결되도록 제어하는 스위치 제어부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the battery insertion detection unit for detecting whether the battery pack is inserted into the charger; A plurality of switches provided between each battery cell to connect each cell in series or in parallel; When the battery insertion is detected, it characterized in that it comprises a switch control unit for controlling each cell for switching each switch to be connected in parallel.
이하, 본 고안에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment according to the present invention in detail as follows.
도2는 본 고안에 의한 배터리 팩의 제1 실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 배터리 팩이 충전을 위해 충전기에 삽입되었는지를 검출하는 배터리 삽입 검출부(10)와; 배터리가 삽입되면 각 셀이 균형있게 충전될 수 있도록 각 셀 사이에 구비된 스위치를 절환하는 스위치 제어부(20)와; 상기 스위치 제어부(20)의 제어에 의해 각 배터리 셀 사이에 구비되어 각 셀을 직렬 또는 병렬 연결되도록 하는 스위치(SW1∼SW4)로 구성된 것으로, 이하 상기와 같이 구성된 배터리 팩의 충전 과정을 설명하면 다음과 같다.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the battery pack according to the present invention, as shown in the battery insertion detection unit 10 for detecting whether the battery pack is inserted into the charger for charging; A switch control unit 20 for switching a switch provided between each cell so that each cell can be charged in a balanced manner when the battery is inserted; A switch SW1 to SW4 provided between the battery cells under the control of the switch control unit 20 to connect each cell in series or in parallel. Hereinafter, the charging process of the battery pack configured as described above will be described. Same as
일단, 배터리 삽입 검출부(10)는 도3 또는 도4에 도시된 예와 같이 충전기와 접촉되는 배터리 팩의 하단부에 부착되어 배터리 팩이 충전기에 삽입되는지를 검출하게 된다.First, the battery insertion detection unit 10 is attached to the lower end of the battery pack in contact with the charger as in the example shown in FIG. 3 or 4 to detect whether the battery pack is inserted into the charger.
이때 상기 도3의 예에서는 기구적인 스위치에 의해 삽입을 검출하는 것으로, 충전기에 배터리 팩이 삽입되면 충전기의 돌출부에 의해 스위치가 눌려지고, 이에 따라 배터리 팩이 삽입된 것을 검출할 수 있게 되고, 도4의 예에서는 전기적인 스위치에 의해 삽입을 검출하는 것으로, 충전기에는 충전 단자 이외에 충전 신호 단자를 구비하고 배터리 팩에는 상기 신호의 입력 단자를 구비하여 충전 신호가 입력되는지를 검출하는 것에 의해 배터리 팩의 삽입을 검출하게 된다.In the example of FIG. 3, the insertion is detected by a mechanical switch. When the battery pack is inserted into the charger, the switch is pressed by the protrusion of the charger, thereby detecting that the battery pack is inserted. In the example of 4, the insertion is detected by an electrical switch. The charger includes a charging signal terminal in addition to the charging terminal, and the battery pack includes an input terminal of the signal to detect whether a charging signal is input. The insertion will be detected.
다음, 스위치 제어부(20)는 상기 배터리 삽입 검출부(10)를 통해 충전기에 배터리 팩이 삽입된 것이 검출되면 각 스위치(SW1∼SW3)에 절환 신호를 출력한다.Next, the switch controller 20 outputs a switching signal to each of the switches SW1 to SW3 when it is detected that the battery pack is inserted into the charger through the battery insertion detector 10.
이때 상기 스위치(SW1∼SW4)는 평상시에는 각 셀이 직렬 연결될 수 있도록 스위칭되어 있다가 스위치 제어부(20)에서 절환신호가 입력되면 절환되어 각 셀이 병렬 연결되도록 스위칭된다.At this time, the switches SW1 to SW4 are normally switched so that each cell can be connected in series, and when the switching signal is input from the switch control unit 20, the switches SW1 to SW4 are switched so that each cell is connected in parallel.
따라서, 상기와 같이 구성된 배터리 팩은 평상시에는 각 셀이 직렬 연결되어 목적 전압을 출력하게 되고, 충전시에는 병렬 연결되어 동일한 전압원에 의해 각 셀간 용량 차이가 없이 균일하게 충전되므로 풀충전이 됨으로써 사용시간 및 수명을 연장할 수 있게 된다.Therefore, the battery pack configured as described above is normally used in each cell is connected in series to output the target voltage, when charging is connected in parallel, the same voltage source is uniformly charged without difference in capacity between the cells, so full charge time And life can be extended.
다음, 도5는 본 고안에 의한 배터리 팩의 제2 실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 배터리 팩을 구성하는 각 셀에 병렬 연결된 스위치(SW1∼SW4)를 서로 직렬 접속하고; 상기 각 셀의 풀충전 여부를 검출하는 셀전압 검출부(30)와; 상기 셀전압 검출부(30)를 통해 풀충전이 검출된 셀과 병렬 연결된 스위치를 온시켜 해당 셀의 충전을 차단하는 스위치 제어부(40)로 구성된 것으로, 이하 상기와 같이 구성된 배터리 팩의 충전 과정을 설명하면 다음과 같다.Next, Fig. 5 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the battery pack according to the present invention, in which switches SW1 to SW4 connected in parallel to each cell constituting the battery pack are connected in series; A cell voltage detector 30 which detects whether the cells are fully charged; It consists of a switch control unit 40 for blocking the charging of the cell by turning on a switch connected in parallel with the cell is detected full charge through the cell voltage detection unit 30, the charging process of the battery pack configured as described above Is as follows.
먼저, 셀전압 검출부(30)에서는 배터리 팩이 충전기에 삽입되어 충전을 시작하면 각 배터리 셀의 충전 전압을 감지하여 각 배터리 셀이 풀충전(리튬이온의 경우 4.25V)이 되면 스위치 제어부(40)로 해당 셀에 대한 충전 완료신호를 출력한다.First, when the battery pack is inserted into the charger and starts charging, the cell voltage detector 30 senses the charging voltage of each battery cell and when the battery cells are fully charged (4.25V in the case of lithium ions), the switch controller 40 Outputs a charge completion signal for the corresponding cell.
이에 따라 상기 충전 완료신호를 입력받은 스위치 제어부(40)는 해당 셀과 병렬로 연결되어 있는 스위치를 온시킨다.Accordingly, the switch controller 40 receiving the charging completion signal turns on the switch connected in parallel with the corresponding cell.
이에 따라 풀충전이 완료된 셀에는 그와 병렬 연결된 스위치를 통해 전류가 흐르게 되므로 더 이상 충전이 이루어지지 않게 되어, 팩을 구성하는 모든 셀은 균일한 전압으로 풀충전이 이루어지게 된다.Accordingly, since the current is flowed through the cell connected in parallel with the full charge, the battery is no longer charged, and all the cells constituting the pack are fully charged with a uniform voltage.
도6은 본 고안에 의한 배터리 팩의 제3 실시예의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 배터리 팩을 구성하는 각 셀에 병렬 연결된 스위치(SW1∼SW4)를 서로 직렬 접속하고; 상기 각 스위치(SW1∼SW4) 사이에 직렬 연결된 방전 저항(R1∼R4)과; 배터리 팩을 충전하기 위해 입력되는 전원을 온/오프 시키는 충전 온/오프 스위치(SW5)와; 상기 각 셀의 충전 전압을 검출하는 충전전압 검출부(50)와; 상기 충전전압 검출부(50)에서 검출된 전압에 의해 미방전 또는 풀충전된 셀과 병렬 연결된 스위치를 제어하는 스위치 제어부(60)와; 상기 스위치 제어부(60)의 모드를 제어하여 각 배터리 셀을 방전시키거나 풀충전 시키기 위한 충/방전 모드 제어부(70)로 구성된 것으로, 이하 상기와 같이 구성된 배터리 팩의 충전 과정을 설명하면 다음과 같다.Fig. 6 is a block diagram showing the construction of a third embodiment of a battery pack according to the present invention, in which switches SW1 to SW4 connected in parallel to each cell constituting the battery pack are connected in series; Discharge resistors R1 to R4 connected in series between the switches SW1 to SW4; A charge on / off switch (SW5) for turning on / off power input for charging the battery pack; A charge voltage detector (50) for detecting charge voltages of the cells; A switch controller (60) for controlling a switch connected in parallel with a cell that has not been discharged or fully charged by the voltage detected by the charging voltage detector (50); It is composed of a charge / discharge mode control unit 70 for controlling the mode of the switch control unit 60 to discharge or full charge of each battery cell, the following describes the charging process of the battery pack configured as described above. .
일단, 상기 충/방전 모드 제어부(70)는 배터리 팩이 충전기에 삽입되어 충전을 시작하게 되면 스위치 제어부(60)를 방전 모드로 설정하여 모든 셀을 균일한 전압으로 방전시키고, 방전이 완료되면 충전 모드로 설정하여 각 셀이 풀충전이 될 수 있도록 제어하는 역할을 한다.Once the battery pack is inserted into the charger to start charging, the charge / discharge mode controller 70 sets the switch controller 60 to the discharge mode to discharge all cells to a uniform voltage, and when the discharge is completed, the charge / discharge mode controller 70 Set to mode to control each cell to be full charge.
다음, 상기 스위치 제어부(60)는 상기 충/방전 모드 제어부(70)의 모드 설정에 따라 방전 모드로 설정되면 충전 온/오프 스위치(SW5)를 오프시켜 배터리 팩으로 전원이 입력되지 않도록 하고, 충전전압 검출부(50)를 통해 가장 낮은 전압을 갖는 셀을 제외한 다른 모든 셀과 병렬 연결된 스위치를 온시키게 된다.Next, when the switch controller 60 is set to the discharge mode according to the mode setting of the charge / discharge mode controller 70, the switch on / off switch SW5 is turned off so that power is not input to the battery pack. The voltage detector 50 turns on the switch connected in parallel with all other cells except the cell having the lowest voltage.
이에 따라 상기 각 스위치와 직렬 연결된 방전 저항(R1∼R4)을 통해 스위치가 온된 셀은 상기 최소 전압으로 방전된 셀과 같은 전압이 될 때까지 방전을 시켜 균일한 전압에서 충전을 시작할 수 있는 여건을 만들게 된다.Accordingly, the cells switched on through the discharge resistors R1 to R4 connected in series with each of the switches discharge until the same voltage as the cells discharged to the minimum voltage discharges the battery to start charging at a uniform voltage. Will be made.
다시, 스위치 제어부(60)는 충/방전 모드 제어부(70)의 모드 설정에 따라 충전 모드로 설정되면 충전 온/오프 스위치(SW5)를 온시켜 배터리 팩에 전원을 공급하여 충전을 시작하고, 충전전압 검출부(50)를 통해 풀충전이 완료된 셀과 병렬 연결된 해당 스위치를 온시켜 모든 셀이 균일한 전압으로 풀충전 될 수 있도록 각 스위치(SW1∼SW4)를 제어하는 역할을 한다.When the switch controller 60 is set to the charging mode according to the mode setting of the charge / discharge mode controller 70, the switch controller 60 turns on the charge on / off switch SW5 to supply power to the battery pack to start charging. Through the voltage detection unit 50 serves to control each switch (SW1 to SW4) to turn on the corresponding switch connected in parallel with the cell that is fully charged, so that all cells can be fully charged with a uniform voltage.
다시 말해, 상기 제1 실시예는 각 배터리 셀 사이에 연결된 스위치를 제어하여 충전시에는 각 셀이 병렬 연결되도록 하여 충전하고, 평상시에는 직렬 연결되도록 하여 목적하는 전압을 출력할 수 있도록 하고, 제2 실시예는 셀전압 검출부에 의해 각 배터리 셀이 풀충전 되었는지를 검출하여 풀충전된 셀에는 전류가 흐르지 않게 하여 더 이상 과충전이 되는 것을 방지할 수 있도록 하고, 제3 실시예는 각 배터리 셀을 충전하기에 앞서 일단, 균일한 전압으로 방전을 시킨 후에 상기 제2 실시예와 같이 풀충전된 셀을 검출하여 전류가 흐르지 않게 함으로써 과충전을 방지하게 된다.In other words, the first embodiment controls the switches connected between the battery cells so that each cell is connected in parallel when charging, and is normally connected in series so as to output a desired voltage. The embodiment detects whether each battery cell is fully charged by the cell voltage detector so that no current flows to the fully charged cell, thereby preventing overcharging anymore, and the third embodiment charges each battery cell. Prior to the following, after the discharge at a uniform voltage, the overcharged cell is prevented by detecting the full charged cell as in the second embodiment so that no current flows.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안 셀의 균형 충전이 가능한 배터리 팩은 충전시 각 배터리의 셀전압을 균일하게 충전하게 하여 셀간의 용량, 전압 균형을 이루게 함으로써 배터리 셀의 미충전을 방지하여 최대 용량 충전으로 사용시간을 연장하고, 셀의 과충전 과방전을 방지함으로서 배터리의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.As described above, a battery pack capable of balanced charging of the present invention cells achieves a capacity and voltage balance between cells by uniformly charging the cell voltage of each battery during charging, thereby preventing uncharged battery cells, thereby achieving maximum capacity charging. By prolonging the use time and preventing overcharging and overdischarging of the cell, there is an effect of extending the life of the battery.
Claims (8)
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| KR2019990022002U KR200189819Y1 (en) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | Battery pack capable of balanced charging cell |
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