KR20090126097A - 배터리 팩 및 그 충전 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 그 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 및 그 충전 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 충전기에서 공급되는 충전 전류를 자체적으로 조절하여 안전성이 확보된 배터리 팩 및 그 충전 방법은 제공하는 데 있다.
이를 위해 양극과 음극을 가지는 재충전 가능한 배터리; 배터리의 대전류 경로와 전기적으로 연결되는 충전 스위칭 소자와 방전 스위칭 소자를 포함하는 충/방전 스위칭소자부; 및 충전 스위칭 소자와 전기적으로 연결되며, 충전 스위칭 소자가 흘릴 수 있는 충전 전류 한계값을 설정하고, 충전 전류 한계값 이내의 범위내에서 충전 스위칭 소자의 충전 전류량을 조절하는 배터리 관리 유닛(BMU; Battery Management Unit)으로 이루어진 배터리 팩을 개시한다.
온도, 충전 전류, FET, PWM, 듀티비, 히스테리시스

Description

배터리 팩 및 그 충전 방법{BATTERY PACK AND METHOD OF CHARGE THEREOF}
본 발명은 배터리 팩 및 그 충전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충전기에서 공급되는 충전 전류를 자체적으로 조절하여 안전성이 확보된 배터리 팩 및 그 충전 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지를 이용한 배터리 팩은 전극조립체와 전해액을 케이스로 밀봉한 배터리와 보호회로를 전기적으로 연결시켜 사용하게 된다. 여기서, 배터리는 화학반응에 의하여 전기를 충방전하고, 상기 보호회로는 배터리의 충방전을 제어하면서 과충전 및 과방전 등을 방지하여 배터리를 보호하게 된다.
이러한 배터리 팩은 충전기에 접속되어 충전을 시행하는 경우, 충전 전류의 크기가 충전기에 의해서 결정되어 충전된다. 따라서, 배터리 팩은 겨울과 같이 주변 온도가 매우 낮은 저온의 상태와, 여름과 같이 주변 온도가 매우 높은 고온의 상태에서도 항상 같은 전류도 충전되어 진다.
그런데, 겨울과 같이 주변 온도가 매우 낮거나 여름과 같이 주변 온도가 매우 높은 경우, 충전기의 충전 전류에 의해 충전되는 배터리 팩은 온도 변화에 따라 내부 저항이 변화된 상태이므로, 충전 특성이 변화하게 된다.
특히, 여름철의 차량 내부에서와 같이, 고온의 상태에서 배터리 팩을 충전시, 배터리 팩은 내부 발열이 더욱 증가한 상태로 존재하게 되고, 배터리 팩은 충전기로부터 충전 전류를 계속적으로 유입되는 경우 내부 발열로 인하여 배터리 팩의 회로 소자가 손상되는 문제가 발생하기도 한다.
또한, 겨울철과 같이, 저온의 상태에서 배터리 팩을 충전시키기 위하여 충전기를 배터리 팩과 접속하는 경우, 배터리 팩에 순간적으로 임펄스 성분을 지닌 전류가 흘러들어 배터리 팩의 회로 소자를 손상시키기도 한다.
본 발명의 기술적 과제는 충전기에서 공급되는 충전 전류를 자체적으로 조절하여 안전성이 확보된 배터리 팩 및 그 충전 방법은 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩은 양극과 음극을 가지는 재충전 가능한 배터리; 상기 배터리의 대전류 경로와 전기적으로 연결되는 충전 스위칭 소자와 방전 스위칭 소자를 포함하는 충/방전 스위칭소자부; 및 상기 충전 스위칭 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 충전 스위칭 소자가 흘릴 수 있는 충전 전류 한계값을 설정하고, 상기 충전 전류 한계값 이내의 범위내에서 상기 충전 스위칭 소자의 충전 전류량을 조절하는 배터리 관리 유닛(BMU; Battery Management Unit)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충전 전류 한계값은 상기 배터리의 온도 변화에 따라 변화하여 설정되며, 상기 배터리 관리 유닛은 상기 온도 변화에 따라 변화되어 설정되는 충전 전류 한계값을 넘지 않도록 상기 배터리를 충전시킬 수 있다.
또한, 상기 충전 전류 한계값은 상기 배터리의 온도가 상온인 18도 내지 30도 범위 가운데 어느 특정 온도에서 상기 배터리의 충전율이 100% 유지되다가 상기 특정 온도 이외의 온도에서는 상기 배터리의 충전율이 100% 보다 낮게 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리 팩은 상기 배터리 관리 유닛과 상기 배터리의 대전류 경로와 전기적으로 연결되는 온도 센서와, 상기 충전 스위칭 소자와 상기 배터리 관리 유닛 및 상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되는 전압 평활 회로부를 더 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 관리 유닛은 PWM 신호를 상기 전압 평활 회로부에 인가하고, 상기 온도 센서가 측정한 온도에 따라 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio)를 가변시켜 상기 충전 스위칭 소자의 충전 전류를 조절할 수 있다.
이 경우, 상기 온도 센서는 써미스터로 형성되고, 상기 배터리 관리 유닛은 상기 써미스터의 저항 변화율을 검출하여 상기 배터리의 온도값을 검출할 수 있다.
또한, 상기 전압 평활회로부는 상기 PWM 신호를 직류 전압으로 변경하고, 상기 배터리 관리 유닛은 상기 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 상기 직류 전압값을 조절할 수 있다.
또한, 상기 충전 스위칭 소자는 소오스와 드레인 및 게이트를 구비하는 FET 로 형성되며, 상기 소오스와 상기 드레인은 상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되고, 상기 게이트는 상기 배터리 관리 유닛과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 전압 평활회로부에서 출력되는 직류 전압은 상기 게이트와 상기 소오스에 인가될 수 있다.
또한, 상기 전압 평활 회로부는 상기 게이트와 상기 배터리 관리 유닛에 전기적으로 연결되는 레지스터 및, 상기 게이트와 상기 소오스 사이에 전기적으로 연결되는 캐패시터를 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 전압 평활 회로부는 상기 캐패시터와 전기적으로 병렬 연결되는 버퍼 레지스터를 더 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리 팩은 상기 배터리의 대전류 경로에 설치되는 전류 검출 소자를 더 포함하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 관리 유닛은 상기 전류 검출 소자와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 대전류 경로에 흐르는 전류값을 계산할 수 있다.
또한, 상기 전류 검출 소자는 센스 레지스터로 형성되며, 상기 배터리 관리 유닛은 상기 센스 레지스터의 양단 기준 전압값을 알고 있는 상태이고, 상기 센스 레지스터의 양단 전압차의 변화값을 검출하여 상기 배터리의 대전류 경로에 흐르는 전류값을 검출할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 유닛은 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 개로전압을 검출하고, 상기 전압 평활 회로부와 전기적으로 연결되어 상기 충전 스위칭 소자와 상기 방전 스위칭 소자를 턴 온 또는 턴 오프시키는 아날로그 프론트 엔드; 및 상기 아날로그 프론트 엔드와 전기적으로 연결되고, 상기 아날로그 프론트 엔드에 PWM 신호를 인가하여 상기 충전 스위칭소자의 전류량을 제어하는 마이크로 프로세서 유닛을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 아날로그 프론트 엔드는 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 개로 전압을 검출하여 상기 배터리의 개로전압에 따라 과방전 모드, 만방전 모드, 만충전 모드 및 과충전 모드를 가지는 전압검출부; 및 상기 충전 스위칭 소자와 상기 방전 스위칭 소자를 턴 온 또는 턴 오프시키기 위한 전력 구동 회로를 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전력 구동 회로는 상기 마이크로 프로세서 유닛에서 발생되는 PWM신호를 인가받아 상기 PWM 신호를 증폭시키고, 상기 스위칭 소자에 증폭된 전력을 공급할 수 있다.
또한, 상기 아날로그 프론트 엔드는 주문형 반도체(ASIC)일 수 있다.
한편, 상기 충전 스위칭 소자의 최대 정격 전력은 충전기의 충전 전압과, 상기 배터리의 개로 전압(OCV) 및, 상기 충전 전류 한계값을 고려하여 설정되며, 상기 충전 전압에서 상기 개로 전압을 차감한 차감 전압값과, 상기 차감 전압값과 상기 배터리의 대전류 경로에 흐르는 충전 전류를 곱하여 환산된 전력량의 80% 내지 120%에서 설정될 수 있다.
다른 한편, 상기 배터리 관리 유닛은 상기 배터리의 초기 충전시 일정 시간 동안 상기 충전 스위칭 소자의 초기 전류량을 낮게 흐르게 한 후, 상기 일정 시간이 지나면 상기 배터리의 충전 용량에 맞게 충전 전류를 높혀 상기 배터리를 프리 차아지할 수 있다.
또 다른 한편, 상기 충전 스위칭 소자는 상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되는 충전 FET와, 상기 충전 FET에 전기적으로 병렬 연결되며 상기 배터리의 양극에서 음극으로 향하는 전류 방향에 대하여 역방향으로 연결되는 충전 FET용 기생다이오드를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 방전 스위칭 소자는 상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되는 방전 FET와, 상기 방전 FET에 전기적으로 병렬 연결되며 상기 배터리의 양극에서 음극으로 향하는 전류 방향에 대하여 순방향으로 연결되는 방전 FET용 기생다이오드를 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩의 충전 방법은 배터리의 온도와 전류를 검출하는 온도 및 전류 검출단계; 상기 배터리의 온도 변화에 따라 상기 배터리의 충전 전류 한계값이 변화하여 설정된 온도 대비 전류 테이블과 상기 온도 및 전류 검출단계에서 검출된 온도 및 전류를 비교하는 온도 및 전류 비교단계; 및 상기 배터리를 상기 온도 대비 전류 테이블값을 넘지 않도록 충전 전류를 조절하는 충전전류 조절단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충전전류 조절단계는 히스테리시스 판별 단계와 충전전류 감소 단계를 더 포함하여 형성되며, 상기 히스테리시스 판별 단계는 상기 배터리의 온도 및 전류가 상기 온도 대비 전류 테이블의 양과 음의 편차를 가지는 히스테리시스 영역 이상에 있는지를 판별하고, 상기 충전전류 감소단계는 상기 배터리의 온도 및 전류가 상기 히스테리시스 영역 이상에 있는 경우, 상기 충전 전류를 상기 히스테리시스 영역 미만의 값으로 낮추어 조절할 수 있다.
또한, 상기 충전전류 조절단계는 스위칭 소자 소비전력 계산단계와 충전전류 감소단계를 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 스위칭소자 소비전력 계산단계는 충전 스위칭 소자가 소비하는 소비 전력을 계산하여 상기 충전 스위칭 소자의 소비 전력이 한계전력 설정값을 넘는 지를 판단하고, 상기 충전전류 감소단계는 상기 충전 스위칭 소자의 소비 전력이 한계전력 설정값을 넘는 경우, 상기 충전 스위칭 소자의 충전 전류를 특정 임계값 혹은 특정 임계값 미만으로 낮추어 조절할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자 소비전력 계산단계에서의 상기 충전 스위칭 소자의 소비 전력은 충전기의 충전 전압과, 상기 배터리의 개로 전압(OCV) 및, 상기 충전 전류를 고려하여 설정될 수 있다. 이 경우, 상기 충전 스위칭 소자의 소비 전력은 상기 충전 전압에서 상기 개로 전압을 차감한 차감 전압값과, 상기 차감 전압값과 상기 충전 전류를 곱하여 계산될 수 있다.
본 발명의 배터리 팩 및 그 충전 방법은 충전기에서 공급되는 충전 전류를 자체적으로 조절하여 안전성이 확보되는 효과가 있다.
이상의 효과는 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 간결하게 작성하였으며, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다. 또한, 동일 또는 유사한 구성요소의 중복되는 설명은 가능한 하지 않기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리(110), 충/방전 스위칭 소자부(120) 및, 배터리 관리 유닛(130)을 포함하여 형성된다. 또한, 배터리 팩(100)은 전압 평활 회로부(140)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 배터리 팩(100)은 온도 센서(150)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 전류 검출 소자(160)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 충전기 또는 외부 부하와 전기적으로 연결되는 양극 단자(171) 및 음극 단자(172)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 외부와 통신을 하기 위해 마이크로 프로세서 유닛(132)과 전기적으로 연결되는 제 1 보조단자(181)와 제 2 보조단자(182)를 더 포함하여 형성된다.
상기 배터리(110)는 양극(111)과 음극(112)을 가지는 재충전 가능한 전지이다. 본 실시예의 경우, 배터리(110)는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지로서, 전극조립체와 전해액을 케이스에 밀폐시킨 형태의 전지이다. 또한, 본 실시예의 경우, 배터리(110)는 한 개로 도시되었으나, 복수개로 구성될 수 있다.
상기 충/방전 스위칭 소자부(120)는 충전 스위칭 소자(121)와 방전 스위칭 소자(122)를 포함하여 형성된다.
상기 충전 스위칭 소자(121)는 충전 FET(121a) 및 충전 FET용 기생다이오드(121b)를 포함하여 형성된다.
상기 충전 FET(121a)는 드레인(121D)과 소오스(121S)가 배터리(110)의 대전류 경로(10)상에 설치된다. 또한, 충전 FET(121a)는 게이트(121G)가 아날로그 프론트 엔드(131)와 전기적으로 연결되고, 아날로그 프론트 엔드(131)에서 입력되는 제어 신호에 의해 턴 온 또는 턴 오프된다. 충전 FET(121a)는 양극 단자(171) 및 음극 단자(172)와 접속되는 경우, 턴 온 되어 충전기(미도시)에서 배터리(110)로 충전 전류를 인가시키는 역할을 한다.
상기 충전 FET용 기생다이오드(121b)는 충전 FET(121a)에 전기적으로 병렬 연결된다. 충전 FET용 기생다이오드(121b)는 배터리(110)의 양극(111)에서 음극(112)으로 향하는 전류 방향에 대하여 역방향으로 연결된다. 이 경우, 충전 FET용 기생 다이오드(121b)는 배터리(110)의 충전시 방전 전류 경로를 차단한다. 따라서, 충전 FET용 기생 다이오드(121b)는 배터리(110)의 충전시 충전 전류만을 통과시키게 되므로, 배터리(110)가 충전과 방전을 동시에 진행되는 현상을 방지하게 되어 배터리(110)의 안전성을 향상시키게 된다.
상기 방전 스위칭 소자(122)는 방전 FET(122a) 및 방전 FET용 기생다이오드(122b)를 포함하여 형성된다.
상기 방전 FET(122a)는 드레인(122D)과 소오스(122S)가 배터리(110)의 대전류 경로(10)상에 설치된다. 또한, 방전 FET(122a)는 게이트(122G)가 아날로그 프론 트 엔드(131)와 전기적으로 연결되고, 아날로그 프론트 엔드(131)에서 입력되는 제어 신호에 의해 턴 온 또는 턴 오프된다. 방전 FET(122a)는 턴 온 되어 양극 단자(171) 및 음극 단자(172)와 접속되는 외부 부하에 배터리(110)의 방전 전류를 인가시키는 역할을 한다.
상기 방전 FET용 기생다이오드(122b)는 방전 FET(122a)에 전기적으로 병렬 연결된다. 방전 FET용 기생다이오드(122b)는 배터리(110)의 양극(111)에서 음극(112)으로 향하는 전류 방향에 대하여 순방향으로 연결된다. 이 경우, 방전 FET용 기생 다이오드(122b)는 배터리(110)의 방전시 충전 전류 경로를 차단한다. 따라서, 방전 FET용 기생 다이오드(122b)는 배터리(110)의 방전시 방전 전류만을 통과시키게 되므로, 배터리(110)가 충전과 방전을 동시에 진행되는 현상을 방지하게 되어 배터리(110)의 안전성을 향상시키게 된다.
상기 배터리 관리 유닛(BMU; Battery Management Unit, 130)은 아날로그 프론트 엔드(131)와 마이크로 프로세서 유닛(132)을 포함하여 형성된다.
상기 아날로그 프론트 엔드(131)는 전압 검출부(131a)와 전력 구동 회로(131b)를 포함하여 형성된다.
상기 전압 검출부(131a)는 배터리(110)의 양극(111)과 음극(112)에 각각 전기적으로 연결된다. 전압 검출부(131a)는 전압 비교기와 같은 전압 검출 회로이다. 이 경우, 전압 검출부(131a)는 배터리(110)의 양극(111)과 음극(112)의 전압차를 검출하여 배터리(110)의 전압 상태에 따라 과방전, 만방전, 만충전 및, 과충전 모드를 판단한다. 또한, 전압 검출부(131a)는 배터리(110)의 과방전, 만방전, 만충전 및, 과충전 모드에 따라 전력 구동 회로(131b)에 하이 레벨 제어 신호를 출력하여 충/방전 스위칭 소자부(120)를 턴 온 시키고, 로우 레벨 제어 신호를 출력하여 충/방전 스위칭 소자부(120)를 턴 오프시킨다.
상기 전력 구동 회로(131b)는 충전용 전력 구동 회로(131b1)와, 방전용 전력 구동 회로(131b2)를 포함하여 형성된다.
상기 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 충전 FET(121a)의 게이트(121G)에 전기적으로 연결되어 충전 FET(121a)를 턴 온 또는 턴 오프시킨다. 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 전압 검출부(131a)와 전기적으로 연결된다. 이 경우, 상기 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 전압 검출부(131a)의 과방전 모드, 만방전 모드, 만충전 모드 및, 과충전 모드에 따라 출력되는 신호에 따라 충전 스위칭 소자(121)를 턴 온 또는 턴 오프시킨다. 또한, 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 마이크로 프로세서 유닛과 전기적으로 연결되고, 마이크로 프로세서 유닛에서 출력되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 입력받아 PWM 신호를 증폭시킨다. 이 경우, 상기 충전용 전력 구동 회로(131b1)에서 출력되는 증폭 PWM 신호는 전압 평활 회로부(140)에 인가된다. 즉, 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 전압 검출부(131a)에서 출력되는 하이레벨의 제어 신호를 증폭하여 충전 스위칭 소자(121)를 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있도록 한다. 또한, 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 마이크로 프로세서 유닛에서 출력되는 PWM 신호를 증폭하여, 충전 스위칭 소자(121)의 충전 전류가 조절되도록 한다. 상기 충전용 전력 구동회로(131b1)는 C-MOS FET와 같은 스위칭 회로로 형성될 수 있다.
상기 방전용 전력 구동 회로(131b2)는 방전 FET(122a)의 게이트(122G)에 전기적으로 연결되어 방전 FET(122a)를 턴 온 또는 턴 오프시킨다. 방전용 전력 구동 회로(131b2)는 전압 검출부(131a)와 전기적으로 연결된다. 이 경우, 상기 방전용 전력 구동 회로(131b2)는 전압 검출부(131a)의 과방전, 만방전, 만충전 및, 과충전 모드에 따라 출력되는 신호에 따라 방전 스위칭 소자(122)를 턴 온 또는 턴 오프시킨다. 상기 방전용 전력 구동회로(131b2)는 C-MOS FET와 같은 스위칭 회로로 형성될 수 있다.
상기한 아날로그 프론트 엔드(131)는 배터리(110)의 전압을 즉각적으로 검출하고 충/방전 스위칭 소자부(120)를 구동시키기 위한 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit; ASIC)이다. 따라서, 아날로그 프론트 엔드(131)는 각각의 모드에 따라 매우 빠른 응답속도로 동작하므로, 충/방전 스위칭 소자부(120)를 즉각적으로 턴 온 또는 턴 오프시켜 배터리(110)를 1차적으로 보호하는 역할을 한다.
한편, 상기 아날로그 프론트 엔드(131)의 충전용 전력 구동 회로(131b1)에 의해 스위칭 구동을 하는 상기 충전 스위칭 소자(121)의 최대 정격 전력은 클수록 많은 전류를 흘릴 수 있다. 그런데, 충전 스위칭 소자(121)는 최대 정격 전력이 커질수록 충전 스위칭 소자(121)를 턴 온 또는 턴 오프시키는 아날로그 프론트 엔드(131)와 같은 전력 구동형 회로 소자의 소비 전력도 커져야 한다. 하지만, 배터리 팩(100)에 실장되는 아날로그 프론트 엔드(131)와 같은 전력 구동형 주문형 반도체는 충전 스위칭 소자(121)를 턴온 또는 턴 오프시킬 수 있는 한계 전력값이 정 해진 상태로 출시되기 때문에 충전 스위칭 소자(121)의 최대 정격 전력을 적절한 값으로 선정해야 한다.
따라서, 상기 충전 스위칭 소자(121)의 최대 정격 전력은 양극 단자(171)와 음극 단자(172)에 충전기가 접속되어 인가되는 충전 전압과, 배터리의 양극(111)과 음극(112) 사이를 측정한 개로 전압 및, 배터리(110)의 대전류 경로(10)에 흐르는 충전 전류를 고려하여 설정한다. 여기서, 상기 충전 전압에서 상기 개로 전압을 차감한 차감 전압값과, 상기 차감 전압값과 상기 충전 전류 한계값을 곱하여 환산된 전력량은 충전 스위칭 소자(121)의 소비 전력이 된다. 따라서, 상기 충전 스위칭 소자(121)의 최대 정격 전력은 상기 충전 전압과, 개로 전압 및, 충전 전류를 고려하여 계산된 소비 전력의 80% 내지 120%에서 설정한다. 이 경우, 충전 스위칭 소자(121)의 최대 정격 전력은 상기 충전 전압과, 개로 전압 및, 충전 전류를 고려하여 계산된 80%의 전력보다 크게하여 충분한 충/방전 전류가 흐를 수 있도록 한다. 또한, 충전 스위칭 소자(121)의 최대 정격 전력은 상기 충전 전압과, 개로 전압 및, 충전 전류를 고려하여 계산된 120%의 전력보다 작게하여 아날로그 프론트 엔드(131)의 스위칭 동작에 무리가 가지 않도록 한다.
상기 마이크로 프로세서 유닛은 마이크로 프로세서(미도시)와, 마이크로 프로세서와 전기적으로 연결되는 수동소자(미도시), 능동소자(미도시) 및 메모리(미도시)를 포함하여 형성된다. 마이크로 프로세서 유닛(132)은 아날로그 프론트 엔드(131)와 전기적으로 연결되어 배터리(110)의 전압 정보를 입력 받고, 배터리(110)의 전압을 검출한다.
또한, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 배터리(110)의 충/방전시 흐르는 전류를 계산한다. 이 경우, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 전류 검출 소자(160)의 양 단과 전기적으로 연결되어 전류 검출 소자(160)의 양 단 전압차의 변화정도를 측정하여 전류를 계산하게 된다.
또한, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 상기 충전 스위칭 소자(121)가 흘릴 수 있는 충전 전류 한계값을 설정한다. 마이크로 프로세서 유닛(132)은 상기 충전 전류 한계값의 범위내에서 상기 충전 스위칭 소자(121)의 충전 전류량을 조절하기 위하여 PWM 신호를 충전용 전력 구동 회로(131b1)에 발생시킨다. 이 경우, 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 PWM 신호를 증폭시켜 전압 평활회로부(140)에 인가하게 된다. 여기서, 충전 전류 한계값은 배터리 팩(100)이 저온 또는 고온에 방치되는 경우, 배터리(110)를 낮은 전류로 충전시켜 안정성을 확보하기 위한 값이다.
또한, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 온도 센서(150)와 전기적으로 연결되어 배터리(110)의 온도를 검출하게 된다. 이 경우, 충전 전류 한계값은 배터리의 온도에 따라 변화될 수 있다. 여기서, 도 2을 보면, 마이크로 프로세서 유닛(132)에 내장되는 룩업 테이블이 도시되어 있으며, 도 3을 보면, 도 2의 룩업 테이블이 그래프로 도시되어 있다. 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 충전 전류 한계값(133a)은 배터리(110)의 온도가 0도에서 40도의 변화에 따라 대응하게 변화되는 것을 볼 수 있다. 여기서, 충전율은 배터리(110)의 전력 용량 분에 현재 충전된 용량을 백분율로 환산한 값이다. 이 경우, 충전 전류는 상온에 해당하는 20도 부근에서 배터리의 충전율이 100%에 해당하는 4A의 전류가 흐르는 것을 볼 수 있다. 또 한, 충전 전류는 저온에 해당하는 0도 부근에서 배터리의 충전율이 90%에 해당하는 3.6A의 전류가 흐르는 것을 볼 수 있다. 또한, 충전 전류는 고온에 해당하는 40도 부근에서 배터리(110)의 충전율이 80%에 해당하는 3.2A가 흐르는 것을 볼 수 있다. 즉, 배터리(110)는 상온에서 충전율이 100% 유지되도록 하는 충전 전류를 공급받고, 저온 및 고온에서는 충전율이 100% 미만으로 값으로 유지되도록 충전 전류를 공급받게 된다. 본 실시예의 경우, 상온은 20도로 예시하였으나, 상온은 18도 내지 30도 사이의 범위내에서 설정될 수 있다. 또한, 본 실시예의 경우, 배터리(110)의 온도가 0도에서 40까지 변화되는 경우에 대하여 예시하였으나, 배터리(110)의 온도가 영하 20도에서 영상 120도까지 적용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 배터리(110)의 충전율이 80%에서 100%까지 예시되었으나 배터리(110)의 온도 변화에 따라 50%에서 100%까지 변화될 수 있다.
이러한 룩업 테이블을 내장한 마이크로 프로세서 유닛(132)은 아날로그 프론트 엔드(131)에 인가되는 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio)를 가변시켜 충전 스위칭 소자(121)에 흐르는 전류가 룩업 테이블의 충전 전류 한계값(133a)을 넘지 않도록 충전 전류를 조절하게 된다. 따라서, 배터리 팩(100)은 배터리(110)가 저온 또는 고온의 환경에서도 낮은 전류로 충전 되도록 하여 안정성이 확보된다. 여기서, 듀티비는 펄스 파형인 PWM 신호의 1주기의 시간동안 하이레벨 상태를 유지하는 시간의 비율이다.
한편, 상기 마이크로 프로세서 유닛(132)은 배터리(110)의 초기 충전시 일정 시간 동안 충전 스위칭 소자(121)의 초기 전류량을 낮게 흐르게 하는 프리차아지 동작을 한다. 보다 상세하게 설명하면, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 양극 단자(171)와 음극 단자(172)에 충전기가 접속되는 경우, 내부에 설정된 충전 전류 한계값에도 불구하고 과도한 충전 전류를 배터리(110)에 보내게 되는 경우가 있다. 이 경우, 배터리(110)는 매우 짧은 시간에 매우 큰 전류를 입력 받게 되어 내부 열화가 발생하게 되고, 내부 열화가 발생된 배터리(110)는 수명이 단축되게 된다. 이를 방지하기 위하여 마이크로 프로세서 유닛(132)은 배터리(110)의 초기 충전시 일정시간 동안 충전 스위칭 소자(121)의 초기 전류량을 낮게 흐르게 하는 한다. 이 경우, 초기 전류량은 상기 충전 전류 한계값보다 낮은 값으로 설정되어 배터리(110)에 보다 안정적인 충전 전류가 공급되게 한다. 마이크로 프로세서 유닛(132)은 배터리(110)의 프리 차아지 이후에 도 2 및 도 3에 도시된 충전 전류 한계값을 설정하여 안정성을 확보하게 된다.
상기 온도 센서(150)는 마이크로 프로세서 유닛(132)과 배터리(110)의 대전류 경로(10)와 전기적으로 연결된다. 본 실시예의 경우, 온도 센서(150)는 써미스터로 형성된다. 여기서, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 써미스터의 저항 변화율을 검출하여 배터리(110)의 온도값을 검출한다.
상기 전압 평활 회로부(140)는 레지스터(141) 및 캐패시터(142)를 포함하여 형성된다. 또한, 전압 평활 회로부(140)는 버퍼 레지스터(143)를 더 포함하여 형성된다.
상기 레지스터(141)는 충전 FET(121a)의 게이트(121G)와 배터리 관리 유닛(130)에 전기적으로 연결된다.
상기 캐패시터(142)는 충전 FET(121a) 게이트(121G)와 충전 FET(121a)의 소오스(121S) 사이에 전기적으로 연결된다.
여기서, 상기 레지스터(141)와 캐패시터(142)를 포함하는 전압 평활회로부(140)는 충전용 증폭 구동 회로(131b1)에서 증폭되어 출력되는 PWM 신호를 직류전압으로 변경시키는 역할을 한다. 따라서, 충전 FET(121a)의 게이트(121G)와 소오스(121S) 사이에는 직류전압이 인가된다. 이 경우, 게이트(121G)와 소오스(121S) 사이에는 음의 전압차 형성된 상태이다. 여기서, 게이트(121G)와 소오스(121S)에 인가되는 직류 전압의 크기는 마이크로 프로세서가 PWM 신호의 듀티비를 증가시킬 때 증가된다. 이로 인해, 게이트(121G)와 소오스(121S) 간의 음의 전압차는 작아지게 되어 소오스(121S)에서 드레인(121D)으로 흐르는 전류량은 높아지게 된다. 반대로, 게이트(121G)와 소오스(121S)에 인가되는 직류 전압의 크기는 마이크로 프로세서가 PWM 신호의 듀티비를 감소시킬 때 감소된다. 이 경우, 게이트(121G)와 소오스(121S) 간의 음의 전압차는 더욱 커지게 되어 소오스(121S)에서 드레인(121D)으로 흐르는 전류량은 작아지게 된다.
상기 버퍼 레지스터(143)는 상기 캐패시터(142)와 전기적으로 병렬 연결된다. 버퍼 레지스터(143)는 충전용 전력 구동 회로(131b1)에서 증폭된 PWM 신호의 임펄스(impulse) 성분을 흡수하는 역할은 하여 충전 FET(121a)를 보호하는 역할을 한다. 또한, 버퍼 레지스터(143)는 충전 FET(121a)의 게이트(121G)와 소오스(121S) 간의 음의 전압차를 형성하여 소오스(121S)에서 드레인(121D)으로 흐르는 초기 전류량을 조절하는 역할을 한다.
상기 전류 검출 소자(160)는 상기 배터리(110)의 대전류 경로(10)에 설치된다. 본 실시예의 경우, 상기 전류 검출 소자(160)는 센스 레지스터로 형성된다. 배터리 관리 유닛(130)은 상기 센스 레지스터의 양단 기준 전압값을 알고 있는 상태이고, 상기 센스 레지스터의 양단 전압차의 변화값을 검출하여 상기 배터리(110)의 대전류 경로(10)에 흐르는 전류값을 검출한다.
이하에서는 상기한 배터리 팩(100)의 충전시의 구동에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 배터리(110)의 전압이 0.9V일 때를 가정하면, 아날로그 프론트 엔드(131)는 과방전 모드로 존재하게 되어, 아날로그 프론트 엔드(131)와 마이크로 프로세서 유닛(132)은 전원이 차단되어 소비 전력이 줄어든 상태로 있게 된다.
한편, 배터리 팩(100)은 양극 단자(171)와 음극 단자(172)에 충전기가 접속되어 충전 전류를 공급하게 되면, 아날로그 프론트 엔드(131)는 과방전 모드에서 만방전 모드로 바뀌게 되고, 충전 스위칭 소자(121)는 아날로그 프론트 엔드(131)에 의해 턴 온된다. 이 경우, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 충전기가 접속되는 시점부터 아날로그 프론트 엔드(131)의 충전용 전력 구동 회로(131b1)에 PWM 신호를 인가시키게 된다. 이 후, 상기 PWM 신호를 인가 받은 충전용 전력 구동 회로(131b1)는 증폭된 PWM 신호를 전압 평활회로부(140)에 인가시키게 된다. 전압 평활회로부(140)는 PWM 신호를 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압은 충전 FET(121a)의 게이트(121G)와 소오스(121S)에 인가된다. 이 경우, 마이크로 프로세 서 유닛(132)은 충전기가 접속되는 시점부터 일정 시간동안 PWM 신호의 듀티비를 90% 정도로 출력시키는 동작을 하여 충전 스위칭 소자(121)의 충전 전류를 낮게 프리 차아지한다. 이 후, 일정시간이 지나면, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 PWM 신호의 듀티비를 50%정도로 낮추어 충전 스위칭 소자(121)의 충전 전류를 정상적으로 흐르게 한다. 이와 같은 프리 차아지에 의해 배터리(110)는 열화가 방지된다.
다음으로, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 온도 센서(150)로부터 배터리(110)의 온도값을 검출하고, 전류 검출소자(160)로부터 배터리(110)의 대전류 경로(10)에 흐르는 충전 전류를 검출하게 된다. 마이크로 프로세서 유닛(132)은 상기 온도값과 충전 전류값을 계속적으로 계산하는 상태에서 충전 전류 한계값이 도시된 도 2의 온도-전류 테이블과 비교하는 동작을 하게 된다. 여기서, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 배터리(110)의 온도와 배터리(110)의 충전 전류 값이 온도-전류 테이블에 존재하는 충전 전류 한계값(133a)을 초과하는 경우, PWM 신호의 듀티비를 증가시키게 된다. 따라서, 충전 FET(121a)의 게이트(121G)와 소오스(121S) 간의 인가되는 음의 직류 전압은 더욱 커지게 되고, 소오스(121S)에서 드레인(121D)으로 흐르는 전류는 감소하게 된다. 이 때의 충전 전류는 온도-전류 테이블의 충전 전류 한계값(133a)보다 낮은 값으로 감소하게 되어 배터리 팩(100)의 안정성을 확보하게 된다.
이후, 배터리(110)의 충전 전압이 4.3V로 증가하는 경우, 아날로그 프론트 엔드(131)는 만충전 모드로 전환되고, 충전 스위칭 소자(121)를 턴 오프시키게 된다. 따라서, 배터리(110)는 충전이 중단되고, 방전 스위칭 소자(122)만이 턴 온 된 상태가 존재하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 충전 전류 한계값이 설정되어 배터리(110)를 보다 안정적으로 충전될 수 있다. 또한, 배터리 팩(100)은 충전 전류 한계값이 온도에 따라 변화하여 설정되므로, 배터리(110)의 충전 효율을 유지한 상태로 배터리 팩(100)을 충전할 수 있어, 안정성이 확보된다. 또한, 배터리 팩(100)은 충전기의 초기 접속시 초기 충전 전류를 낮게 흐르게 하는 프리 차아지 충전을 하게 되므로, 배터리(110)의 열화를 방지하여 안정성이 더욱 확보된다. 또한, 배터리 팩(100)은 전압 검출부(131a)와 전력 구동 회로(131b)가 내장된 아날로그 프론트 엔드(131)에 의해 과방전, 만방전, 만충전 및, 과방전 상태에 따라 배터리(110)를 충/방전하여 안정성을 더욱 확보하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법의 순서도이다. 도 5은 도 4에 도시된 순서도를 더욱 상세하게 나타낸 플로우 챠트이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은 온도 및 전류 검출단계(S10), 온도 및 전류 비교단계(S20) 및, 충전전류 조절단계(S30)를 포함하여 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은 히스테리시스 판별 단계(S25)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은 스위칭 소자 소비전력 계산단계(S25)를 더 포함하여 형성된다. 이하의 설명에서는 도 1의 배터리 팩(100)과, 도 2 및, 도3를 더 참조하여 설명하기로 하며, 배터리 팩(100)의 구성, 기능, 작용 및, 효과의 중복되는 설명은 하지 않기로 한다.
상기 온도 및 전류 검출단계(S10)에서는 마이크로 프로세서 유닛(132)이 배터리(110)의 온도와 전류를 검출한다.
상기 온도 및 전류 비교단계(S20)에서는 마이크로 프로세서 유닛(132)이 온도 대비 전류 테이블의 온도 및 전류와 온도 및 전류 검출단계(S10)에서 검출된 온도 및 전류를 비교한다. 온도 대비 전류 테이블은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 프로세서 유닛(132)에 내장된 상태로 존재하며, 상기 배터리(110)의 온도 변화에 따라 상기 배터리(110)의 충전 전류 한계값(133a)이 변화하여 설정된 값이다.
상기 충전전류 조절단계(S30)에서는 마이크로 프로세서 유닛(132)이 측정한 온도 및 전류가 온도-전류 테이블의 충전 전류 한계값(133a)을 넘는 경우, 충전 FET(121a)의 충전 전류가 온도 대비 전류 테이블의 충전 전류 한계값(133a)을 넘지 않도록 충전 전류를 낮추게 된다. 이 경우, 충전 FET(121a)의 충전 전류 조절은 전술한 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 이루어 진다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은 온도 및 전류 검출단계(S10)와, 온도 및 전류 비교단계(S20) 및, 충전전류 조절단계(S30)를 거쳐 배터리 팩(100)의 충전 전류가 온도에 따라 충전 전류 한계값을 넘지않도록 하여 배터리 팩(100)의 안정성을 향상시킨다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은 히스테리시스 판별 단계(S25)와 충전전류 감소단계(S27)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 히스테리시스 판별 단계(S25)는 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(110)의 온도 및 전류가 온도 대비 전류 테이블의 양과 음의 편차를 가지는 히스테리시스 영역(Hysterisis Region, 133b) 이상에 있는지를 판별한다. 히스테리시스 영역(133b)은 마이크로 프로세서 유닛(132)이 온도 센서(150)와 전류 검출 소자(160)를 통해 배터리(110)의 온도와 충/방전 전류를 계산할 때 발생하는 측정 오차를 보정하기 위한 영역이다. 따라서, 히스테리시스 영역(133b)은 충전전류 한계값(133a)을 기준으로 양과 음의 편차를 가지는 영역으로 형성된다. 여기서, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 배터리(110)의 온도 및 전류를 검출할 때, 히스테리시스 영역의 미만에 배터리(110)의 온도 및 전류가 존재하게 되면, 충전 전류를 그대로 유지하게 된다.
반면, 충전전류 감소단계(S27)에서는 배터리(110)의 온도 및 전류가 히스테리시스 영역(133b)에 존재하거나 그 이상인 경우, 충전 전류를 히스테리시스 영역(133b)의 미만으로 낮추어 배터리 팩(100)의 안정성을 향상시키게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은 스위칭 소자 소비전력 계산단계(S26)와 충전전류 감소단계(S27)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 스위칭소자 소비전력 계산단계(S26)는 충전 스위칭 소자(121)가 소비하는 소비 전력을 계산하여 충전 스위칭 소자(121)의 소비 전력이 한계전력 설정값을 넘는 지를 판단한다. 여기서, 충전 스위칭 소자(121)의 소비 전력은 충전기의 충전 전압과, 배터리(110)의 개로 전압(OCV) 및, 충전 전류를 고려하여 설정된다. 구체적으로, 충전 스위칭 소자(121)의 소비 전력은 충전 전압에서 개로 전압을 차감한 차감 전압값과, 상기 차감 전압값과 상기 충전 전류를 곱하여 계산될 수 있다. 여기서, 충전전류 조절단계(S30)는 충전 스위칭 소자(121)의 소비 전력이 한계전력 설정값을 넘는 경우, 충전 스위칭 소자(121)의 충전 전류를 낮추어 조절한다. 예들 들어, 마이크로 프로세서 유닛(132)은 내부에 한계전력 설정값을 500W으로 한 경우, 충전기의 충전전압과 배터리(110)의 개로 전압 및 충전 전류를 변수로 하여 현재 충전 스위칭 소자(121)가 소비하는 소비전력을 계산하게 된다. 충전 스위칭 소자(121)가 소비하고 있는 소비전력이 한계전력 설정값인 500W을 초과하는 경우, 충전전류 감소단계(S27)에서는 충전 스위칭 소자(121)에 흐르는 충전 전류를 특정임계값 또는 특정임계값미만으로 낮추어 배터리 팩(100)의 안정성을 확보한다.
여기서, 상기 히스테리시스 판별 단계(S25)와 상기 스위칭소자 소비전력 계산단계(S26)는 각각의 단계에 대해 우선 순위를 선정하여 순차적으로 이루어질 수 있다. 또한, 히스테리시스 판별 단계(S25)와 스위칭소자 소비전력 계산 단계(S26)는 어느 하나의 단계만이 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로세서 유닛에 내장되는 룩업 테이블의 예시도.
도 3은 도 2의 룩업 테이블을 그래프로 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법의 순서도.
도 5는 도 4에 도시된 순서도를 더욱 상세하게 나타낸 플로우 챠트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 ; 배터리 120 ; 충/방전 스위칭 소자부
121 ; 충전 스위칭 소자 121a ; 충전 FET
121b ; 충전 FET용 기생다이오드 122 ; 방전 스위칭 소자
122a ; 방전 FET 122b ; 방전 FET용 기생다이오드
130 ; 배터리 관리 유닛 131 ; 아날로그 프론트 엔드
132 ; 마이크로 프로세서 유닛 140 ; 전압 평활회로부
150 ; 온도 센서 160 ; 전류 검출 소자

Claims (23)

  1. 양극과 음극을 가지는 재충전 가능한 배터리;
    상기 배터리의 대전류 경로와 전기적으로 연결되는 충전 스위칭 소자와 방전 스위칭 소자를 포함하는 충/방전 스위칭소자부; 및
    상기 충전 스위칭 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 충전 스위칭 소자가 흘릴 수 있는 충전 전류 한계값을 설정하고, 상기 충전 전류 한계값 이내의 범위내에서 상기 충전 스위칭 소자의 충전 전류량을 조절하는 배터리 관리 유닛(BMU; Battery Management Unit)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 전류 한계값은 상기 배터리의 온도 변화에 따라 변화하여 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전 전류 한계값은 상기 배터리의 온도가 상온인 18도 내지 30도 범위 가운데 어느 특정 온도에서 상기 배터리의 충전율이 100% 유지되다가 상기 특정 온도 이외의 온도에서는 상기 배터리의 충전율이 100% 보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛과 상기 배터리의 대전류 경로와 전기적으로 연결되는 온도 센서와, 상기 충전 스위칭 소자와 상기 배터리 관리 유닛 및 상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되는 전압 평활 회로부를 더 포함하여 형성되며,
    상기 배터리 관리 유닛은 PWM 신호를 상기 전압 평활 회로부에 인가하고, 상기 온도 센서가 측정한 온도에 따라 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio)를 가변시켜 상기 충전 스위칭 소자의 충전 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 써미스터로 형성되고,
    상기 배터리 관리 유닛은 상기 써미스터의 저항 변화율을 검출하여 상기 배터리의 온도값을 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전압 평활회로부는 상기 PWM 신호를 직류 전압으로 변경하고,
    상기 배터리 관리 유닛은 상기 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 상기 직류 전압값을 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 충전 스위칭 소자는 소오스와 드레인 및 게이트를 구비하는 FET로 형성 되며,
    상기 소오스와 상기 드레인은 상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되고, 상기 게이트는 상기 배터리 관리 유닛과 전기적으로 연결되며,
    상기 전압 평활회로부에서 출력되는 직류 전압은 상기 게이트와 소오스에 인가되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전압 평활 회로부는
    상기 게이트와 상기 배터리 관리 유닛에 전기적으로 연결되는 레지스터; 및,
    상기 게이트와 상기 소오스 사이에 전기적으로 연결되는 캐패시터를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압 평활 회로부는 상기 캐패시터와 전기적으로 병렬 연결되는 버퍼 레지스터를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리의 대전류 경로에 설치되는 전류 검출 소자를 더 포함하여 형성되며,
    상기 배터리 관리 유닛은 상기 전류 검출 소자와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 대전류 경로에 흐르는 전류값을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전류 검출 소자는 센스 레지스터로 형성되며,
    상기 배터리 관리 유닛은 상기 센스 레지스터의 양단 기준 전압값을 알고 있는 상태이고, 상기 센스 레지스터의 양단 전압차의 변화값을 검출하여 상기 배터리의 대전류 경로에 흐르는 전류값을 검출하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은
    상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 개로전압을 검출하고, 상기 전압 평활 회로부와 전기적으로 연결되어 상기 충전 스위칭 소자와 상기 방전 스위칭 소자를 턴 온 또는 턴 오프시키는 아날로그 프론트 엔드; 및
    상기 아날로그 프론트 엔드와 전기적으로 연결되고, 상기 아날로그 프론트 엔드에 PWM 신호를 인가하여 상기 충전 스위칭소자의 전류량을 제어하는 마이크로 프로세서 유닛을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 아날로그 프론트 엔드는
    상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 배터리의 개로 전압을 검출하여 상 기 배터리의 개로전압에 따라 과방전 모드, 만방전 모드, 만충전 모드 및 과충전 모드를 가지는 전압검출부; 및
    상기 충전 스위칭 소자와 상기 방전 스위칭 소자를 턴 온 또는 턴 오프시키기 위한 전력 구동 회로를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전력 구동 회로는 상기 마이크로 프로세서 유닛에서 발생되는 PWM신호를 인가받아 상기 PWM 신호를 증폭시키고, 상기 스위칭 소자에 증폭된 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 아날로그 프론트 엔드는 주문형 반도체(ASIC)인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 스위칭 소자의 최대 정격 전력은
    충전기의 충전 전압과, 상기 배터리의 개로 전압(OCV) 및, 상기 충전 전류 한계값을 고려하여 설정되며,
    상기 충전 전압에서 상기 개로 전압을 차감한 차감 전압값과, 상기 차감 전압값과 상기 배터리의 대전류 경로에 흐르는 충전 전류를 곱하여 환산된 전력량의 80% 내지 120%에서 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛은 상기 배터리의 초기 충전시 일정 시간 동안 상기 충전 스위칭 소자의 초기 전류량을 낮게 흐르게 한 후, 상기 일정 시간이 지나면 상기 배터리의 충전 용량에 맞게 충전 전류를 높혀 상기 배터리를 프리 차아지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 스위칭 소자는
    상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되는 충전 FET; 및
    상기 충전 FET에 전기적으로 병렬 연결되며 상기 배터리의 양극에서 음극으로 향하는 전류 방향에 대하여 역방향으로 연결되는 충전 FET용 기생다이오드를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 스위칭 소자는
    상기 배터리의 대전류 경로에 전기적으로 연결되는 방전 FET; 및
    상기 방전 FET에 전기적으로 병렬 연결되며 상기 배터리의 양극에서 음극으로 향하는 전류 방향에 대하여 순방향으로 연결되는 방전 FET용 기생다이오드를 포 함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 배터리의 온도와 전류를 검출하는 온도 및 전류 검출단계;
    상기 배터리의 온도 변화에 따라 상기 배터리의 충전 전류 한계값이 변화하여 설정된 온도 대비 전류 테이블과 상기 온도 및 전류 검출단계에서 검출된 온도 및 전류를 비교하는 온도 및 전류 비교단계; 및
    상기 배터리를 상기 온도 대비 전류 테이블값을 넘지 않도록 충전 전류를 조절하는 충전전류 조절단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 충전전류 조절단계는
    히스테리시스 판별 단계와 충전전류 감소 단계를 더 포함하여 형성되며,
    상기 히스테리시스 판별 단계는 상기 배터리의 온도 및 전류가 상기 온도 대비 전류 테이블의 양과 음의 편차를 가지는 히스테리시스 영역 이상에 있는지를 판별하고,
    상기 충전전류 감소단계는 상기 배터리의 온도 및 전류가 상기 히스테리시스 영역 이상에 있는 경우, 상기 충전 전류를 상기 히스테리시스 영역 미만으로 낮추어 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 충전전류 조절단계는
    스위칭 소자 소비전력 계산단계와 충전전류 감소단계를 더 포함하여 형성되며,
    상기 스위칭소자 소비전력 계산단계는 충전 스위칭 소자가 소비하는 소비 전력을 계산하여 상기 충전 스위칭 소자의 소비 전력이 한계전력 설정값을 넘는 지를 판단하고,
    상기 충전전류 감소단계는 상기 충전 스위칭 소자의 소비 전력이 한계전력 설정값을 넘는 경우, 상기 충전 스위칭 소자의 충전 전류를 특정 임계값으로 낮추어 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 충전 스위칭 소자의 소비 전력은
    충전기의 충전 전압과, 상기 배터리의 개로 전압(OCV) 및, 상기 충전 전류를 고려하여 설정되며,
    상기 충전 전압에서 상기 개로 전압을 차감한 차감 전압값과, 상기 차감 전압값과 상기 충전 전류를 곱하여 계산되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.
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