KR20160071196A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부하로 전류를 공급하는 배터리 팩에 있어서, 제1 배터리와, 상기 제1 배터리보다 용량은 작고 최대 방전전류는 높은 제2 배터리와, 상기 제1 배터리의 방전전류를 소정의 제한전류 값으로 제한하는 가변 저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 포함한다.

Description

배터리 팩{battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
이종 배터리 팩은 고용량 배터리와 고출력 배터리를 포함한다.
고용량 배터리는 장기적인 출력 기능을 수행하고, 고출력 배터리는 수시적인 출력 기능을 수행한다. 이러한 이종 배터리를 제어하기 위해서는 DC/DC 컨버터가 필요하다. 예를 들면, DC/DC 컨버터의 일종인 벅 컨버터(buck converter) 및 부스트 컨버터(boost converter)가 사용될 수 있다. 다만, 이러한 DC/DC 컨버터를 사용할 경우, 배터리 팩을 제어하기 위하여 대용량의 컨버터 설계가 부가되어야 하기 때문에 단가가 높아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 배터리 팩 내에 전류 제한기를 포함시킴으로써, 단가를 낮추면서 안정적인 전류를 발생시킬 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 부하로 전류를 공급하는 배터리 팩에 있어서, 제1 배터리와, 상기 제1 배터리보다 용량은 작고 최대 방전전류는 높은 제2 배터리와, 상기 제1 배터리의 방전전류를 소정의 제한전류 값으로 제한하는 가변 저항부를 포함한다.
상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 배터리들에 의해 상기 부하로 공급되는 총 전류가 증가할수록 상기 제2 배터리의 방전전류는 증가하고, 이때, 상기 제1 배터리의 방전전류는 상기 소정의 제한전류 값을 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 소정의 제한전류 값은 상기 제1 배터리의 최대 방전전류에 대응되는 것을 특징으로 한다.
상기 가변 저항부는 상기 제1 배터리와 상기 부하 사이에서 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 고용량 배터리와, 상기 고용량 배터리보다 용량은 낮고 출력이 높은 고출력 배터리와, 상기 고용량 배터리의 출력을 제한하도록 구성된 가변 저항부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가변 저항부는, 서로 동일하게 구성된 다수의 서브 제어부들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브 제어부들은, 서브전류에 응답하여 턴온 또는 턴오프 되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브전류는 상기 서브 제어부들에 흐르는 배터리 평균 전류에 응답하여 동작하는 스위칭 제어부들에 의해 출력되는 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭 제어부들은, 상기 배터리 평균 전류에 응답하여 비교전압을 출력하도록 구성된 제어부들과, 상기 비교전압에 응답하여 상기 서브전류를 출력하도록 구성된 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부들은, 파워 서플라이 전압과 상기 배터리 평균 전류를 비교하여 상기 비교전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 전송부들은, 교류전원과 상기 비교전압을 비교하여 상기 서브전류를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브 제어부들은, 상기 서브 제어부들에 흐르는 전류의 고주파 펄스를 제거하기 위한 필터들을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 전류 제한기를 사용함으로써, 고용량 배터리 및 고출력 배터리를 포함한 배터리 팩의 단가를 낮출 수 있으며, 안정적으로 전류의 고주파 성분을 제거할 수 있으므로, 배터리 팩의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 배터리 팩의 개략도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 배터리 팩의 가변저항 값을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 회로도이다.
도 3은 스위칭 제어부를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 스위칭 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 배터리 팩의 개략도이다.
도 1a를 참조하면, 배터리 팩(1000)은 고용량 배터리(100), 고출력 배터리(200), 가변 저항부(300_A) 및 부하(400)를 포함한다.
고용량 배터리(100)는 장기적인 출력 기능을 수행하는 배터리로써, 고용량을 위하여 다수의 배터리들로 구성될 수 있다. 고출력 배터리(200)는 수시적인 출력 기능을 수행하는 배터리로써, 단수의 배터리로 구성될 수 있다. 예를 들면, 고용량 배터리(100)는 고출력 보다는 고용량을 위하여, 다수의 배터리 셀들로 구성될 수 있다. 이러한 고용량 배터리(100)는 고출력이 발생하게 되면 그만큼 수명이 단축될 수 있기 때문에, 고출력이 발생할 때에는 고출력 배터리(200)가 고출력을 발생하게 된다. 가변 저항부(300_A)는 위상 천이 방식으로 동작할 수 있으며, 고용량 배터리(100)의 전류를 제한하도록 구성된다. 즉, 가변 저항부(300_A)는 고용량 배터리(100)의 최대 전류를 가변저항 방식으로 제한하며, 나머지 출력은 고출력 배터리(200)에서 수행하도록 한다. 이처럼, 가변 저항부(300_A)의 제류 제한으로 인해, 고용량 배터리(100)의 수명을 연장시킬 수 있다. 각각의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1b는 본 발명에 따른 배터리 팩의 가변저항 값을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b를 참조하면, 가변 저항부(300)의 가변저항의 최소 저항값(Rx)은 다음의 '수학식 1'에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00001
'수학식 1'을 참조하면, 가변저항의 최소 저항값(Rx)은 가변 저항(Rs)과 스위치들의 시비율(Duty)에 비례한다. '수학식 1'을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
Figure pat00002
'수학식 2'에서, 'I'는 부하(400)의 전류이고, 'Rb'는 고출력 배터리(200)의 내부저항이고, 'ILim'은 고용량 배터리(100)의 제한 전류이고, 'Ra'는 고용량 배터리(100)의 내부저항이고, 'V2'는 고출력 배터리(200)의 내부전압이고, 'V1'은 고용량 배터리(100)의 내부전압을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1000)의 가변 저항부(300)의 최소 저항값(Rx)은 상술한 '수학식 2'에 의해 산출될 수 있다. 배터리 팩(1000)의 보다 상세한 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(1000)의 고용량 배터리(100)는 다수의 배터리들(HB1~HB3)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 가변 저항부(300_A)도 다수의 서브 제어부들(CON1A~CON3A)로 구성될 수 있고, 부하(400)도 다수의 서브 부하들(LD1~LD5)로 구성될 수 있다.
고용량 배터리(100)는 위상 천이 방식으로 동작하기 위하여 병렬로 연결된 다수의 배터리들(HB1~HB3)로 구성될 수 있다. 도 2에는 설명의 편의를 위하여 세 개의 배터리들(HB1~HB3)이 도시되었으나, 배터리 팩(1000)에 따라 배터리들(HB1~HB3)의 개수는 조절될 수 있다. 세 개의 배터리들(HB1~HB3)을 예를 들어 설명하면, 세 개의 배터리들(HB1~HB3)은 각각 제1 배터리 셀(HB1), 제2 배터리 셀(HB2) 및 제3 배터리 셀(HB3)로 정의될 수 있다. 제1 내지 제3 배터리 셀들(HB1~HB3)은 서로 동일하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 배터리 셀(HB1)은 단수 또는 다수의 제1 캐패시터(C1)와 제1 저항(R1)으로 구현될 수 있으며, 제1 배터리 셀(HB1)의 전압은 제1 배터리 전압(Vbatt1)으로 정의될 수 있다. 제2 배터리 셀(HB2)은 단수 또는 다수의 제2 캐패시터(C2)와 제2 저항(R2)으로 구현될 수 있으며, 제2 배터리 셀(HB2)의 전압은 제2 배터리 전압(Vbatt2)으로 정의될 수 있다. 제3 배터리 셀(HB3)은 단수 또는 다수의 제3 캐패시터(C3)와 제3 저항(R3)으로 구현될 수 있으며, 제3 배터리 셀(HB3)의 전압은 제3 배터리 전압(Vbatt3)으로 정의될 수 있다. 제1 내지 제3 배터리 셀들(HB1~HB3)의 플러스극(+)은 서로 동일한 노드에 공통으로 연결되며, 제1 내지 제3 저항들(R1~R3)은 제1 내지 제3 배터리 셀들(HB1~HB3)의 플러스극(+)으로부터 타측, 즉 마이너스극(-)에 각각 연결될 수 있다.
가변 저항부(300_A)는 저항을 제어하여 고출력 배터리(100)의 출력을 제어하도록 구성된다. 이를 위해, 가변 저항부(300_A)는 제1 내지 제3 배터리들(HB1~HB3)에 연결된 제1 내지 제3 서브 제어부들(CON1A~CON3A)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 서브 제어부들(CON1A~CON3A)은 서로 동일하게 구성될 수 있다.
제1 서브 제어부(CON1A)는 제1 배터리 셀(HB1)의 전류를 전달하는 제5 저항(R5)과, 제1 서브전류(Q1)에 응답하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제1 스위치(S1)를 포함한다. 제1 스위치(S1)의 양단은 제5 저항(R5)의 양단에 각각 연결되며, 제1 스위치(S1)가 턴온되면 제1 배터리 셀(HB1)의 전류는 제5 저항(R5)을 통해 흐르지 않고 제1 스위치(S1)를 통해 흐른다. 제1 스위치(S1)가 턴오프되면 제1 배터리 셀(HB1)의 전류는 제1 스위치(S1)를 통해 흐르지 않고 제5 저항(R5)을 통해 흐른다. 제1 서브 제어부(CON1A)를 통해 흐르는 전류는 제1 배터리 전류(Ibatt1)로 정의될 수 있다. 제1 스위치(S1)를 동작시키기 위한 제1 서브전류(Q1)는 제1 스위칭 제어부에 의해 생성되는데, 제1 스위칭 제어부는 도 3에서 후술하도록 한다.
제2 서브 제어부(CON2A)는 제2 배터리 셀(HB2)의 전류를 전달하는 제6 저항(R6)과, 제2 서브전류(Q2)에 응답하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제2 스위치(S2)를 포함한다. 제2 스위치(S2)의 양단은 제6 저항(R6)의 양단에 각각 연결되며, 제2 스위치(S2)가 턴온되면 제2 배터리 셀(HB2)의 전류는 제6 저항(R6)을 통해 흐르지 않고 제2 스위치(S2)를 통해 흐른다. 제2 스위치(S2)가 턴오프되면 제2 배터리 셀(HB2)의 전류는 제2 스위치(S2)를 통해 흐르지 않고 제6 저항(R6)을 통해 흐른다. 제2 서브 제어부(CON2A)를 통해 흐르는 전류는 제2 배터리 전류(Ibatt2)로 정의될 수 있다. 제2 스위치(S2)를 동작시키기 위한 제2 서브전류(Q2)는 제2 스위칭 제어부에 의해 생성되는데, 제2 스위칭 제어부는 도 3에서 후술하도록 한다.
제3 서브 제어부(CON3A)는 제3 배터리 셀(HB3)의 전류를 전달하는 제7 저항(R7)과, 제3 서브전류(Q3)에 응답하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제3 스위치(S3)를 포함한다. 제3 스위치(S3)의 양단은 제7 저항(R7)의 양단에 각각 연결되며, 제3 스위치(S3)가 턴온되면 제3 배터리 셀(HB3)의 전류는 제7 저항(R7)을 통해 흐르지 않고 제3 스위치(S3)를 통해 흐른다. 제3 스위치(S3)가 턴오프되면 제3 배터리 셀(HB3)의 전류는 제3 스위치(S3)를 통해 흐르지 않고 제7 저항(R7)을 통해 흐른다. 제3 서브 제어부(CON3A)를 통해 흐르는 전류는 제3 배터리 전류(Ibatt3)로 정의될 수 있다. 제3 스위치(S3)를 동작시키기 위한 제3 서브전류(Q3)는 제3 스위칭 제어부에 의해 생성되는데, 제3 스위칭 제어부는 도 3에서 후술하도록 한다.
고출력 배터리(200)는 단수 또는 다수의 제4 캐패시터(C4)와 제4 저항(R4)으로 구현될 수 있으며, 제4 배터리 셀(HB4)의 전압은 고출력 배터리 전압(VbattB)으로 정의될 수 있다. 고출력 배터리(200)와 고용량 배터리(100)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
부하(400)는 고용량 배터리(100) 및 고출력 배터리(200)의 충전 또는 방전시 단자로 사용된다. 예를 들면, 부하(400)는 제1 내지 제5 서브 부하들(LD1~LD5)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 서브 부하들(LD1)은 가변 저항부(300_A)와 제5 서브 부하(LD5) 사이에 연결될 수 있고, 제5 서브 부하(LD5)는 제1 내지 제3 서브 부하들(LD1~LD3)과 접지단자 사이에 연결될 수 있으며, 제4 서브 부하(LD4)는 고출력 배터리(200)와 접지단자 사이에 연결될 수 있다. 제1 서브 부하(LD1)에 흐르는 전류는 제1 배터리 평균 전류(Ibatt1_avg)가 되고, 제2 서브 부하(LD2)에 흐르는 전류는 제2 배터리 평균 전류(Ibatt2_avg)가 되고, 제3 서브 부하(LD3)에 흐르는 전류는 제3 배터리 평균 전류(Ibatt3_avg)가 된다. 제1 내지 제3 서브 부하들(LD1~LD3)이 제5 서브 부하(LD5)에 병렬로 연결되므로, 제5 서브 부하(LD5)에 흐르는 전류는 고용량 배터리 평균 전류(IbattA_avg)가 된다. 제4 서브 부하(LD4)에 흐르는 전류는 고출력 배터리 평균 전류(IbattB_avg)가 된다.
도 3은 스위칭 제어부를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 제1 내지 제3 서브 제어부들(CON1A~CON3A)은 제1 내지 제3 스위칭 제어부들(SW1~SW3)에 응답하여 동작한다. 제1 내지 제3 스위칭 제어부들(SW1~SW3)은 서로 동일하게 구성될 수 있으나, 서로 다른 전류에 응답하여 동작한다.
제1 스위칭 제어부(SW1)는 제1 제어부(SW_CON1)와 제1 전송부(SW_TR1)를 포함할 수 있다. 제1 제어부(SW_CON1)는 제1 배터리 평균 전류(Ibatt1_avg)가 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결된 저항들(1×1), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제8 저항(R8), 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에 연결된 제6 캐패시터(C6), 제2 노드(N2)의 전위와 파워 서플라이(PS)의 출력 전위를 비교하여 제4 노드(N4)에 비교전압을 출력하기 위한 제1 비교기(AMP1), 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된 제9 저항(R9)을 포함할 수 있다. 제1 전송부(SW_TR1)는 제4 노드(N4)에 인가된 비교전압과 교류전원(AC)의 출력전압을 비교하여 제1 서브 전류(Q1)를 출력하기 위한 제2 비교기(AMP2)를 포함할 수 있다.
제2 및 제3 스위칭 제어부들(SW2 및 SW3)도 제1 스위칭 제어부(SW1)와 동일하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 제2 및 제3 스위칭 제어부들(SW2 및 SW3)은 제1 스위칭 제어부(SW1)의 제1 제어부(SW_CON1)에 대응되는 제2 및 제3 제어부들(SW_CON1 및 SW_CON3)을 포함하고, 제1 스위칭 제어부(SW1)의 제1 전송부(SW_TR1)에 대응되는 제2 및 제3 전송부들(SW_TR2 및 SW_TR3)을 포함할 수 있다. 제2 스위칭 제어부(SW_CON2)는 제2 배터리 평균 전류(Ibatt2_avg)에 응답하여 동작하고, 제2 전송부(SW_TR2)는 제2 스위칭 제어부(SW_CON2)에서 출력된 비교전압에 응답하여 제2 서브 전류(Q2)를 출력한다. 제3 스위칭 제어부(SW_CON3)도 제3 배터리 평군 전류(Ibatt3_avg)에 응답하여 동작하고, 제3 전송부(SW_TR3)는 제3 스위칭 제어부(SW_CON3)에서 출력된 비교전압에 응답하여 제3 서브 전류(Q3)를 출력한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 스위칭 파형을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 시간(s)을 나타내고 세로축은 전류(A)를 나타낸다. 제5 부하(도 2의 LD5)를 흐르는 고용량 배터리 평균 전류(IbattA_avg)는 일정한 제1 전류값을 가지며, 제4 부하(도 2의 LD4)를 흐르는 고출력 배터리 평균 전류(IbattB_avg)는 제1 전류값보다 낮은 일정한 제2 전류값을 가진다. 서로 병렬로 연결된 제1 내지 제3 서브 제어부들(도 2의 CON1A~CON3A)이 제1 내지 제3 서브 전류들(Q1~Q3)에 응답하여 각각 동작하므로, 제1 내지 제3 서브 제어부들(도 2의 CON1A~CON3A)을 흐르는 제1 내지 제3 배터리 전류들(Ibatt1, Ibatt2 및 Ibatt3)은 위상이 일정하게 천이되는 펄스를 가진다. 또한, 제1 내지 제3 서브 제어부들(도 2의 CON1A~CON3A)이 일정하게 위상이 천이되는 제1 내지 제3 배터리 전류들(Ibatt1, Ibatt2 및 Ibatt3)에 의해 동작하므로, 고용량 배터리(100)를 흐르는 고용량 배터리 전류(IbattA)는 각각 위상이 일정하게 천이되는 펄스를 가진다. 고출력 배터리(도 2의 200)는 일정한 고출력 배터리 평균 전류(IbattB_avg)에 응답하여 동작하므로, 고출력 배터리(200)를 흐르는 고출력 배터리 전류(IbattB)도 일정한 전류값을 갖는다. 다만, 고출력 배터리 평균 전류(IbattB_avg)가 고용량 배터리 평균 전류(IbattA_avg)보다 낮기 때문에, 고출력 배터리 전류(IbattB)도 고용량 배터리 전류(IbattA)보다 낮은 전류값을 갖는다.
도 5를 참조하면, 고용량 배터리(도 2의 100)의 임계치가 200mA인 경우의 대한 테스트 결과로써, 고용량 배터리 전류(IbattA)가 약 200mA로 제한되고 있음을 알 수 있다. 이러한 임계치는 가변 저항부(300_A)의 저항 개수 또는 저항값을 조절하여 변경될 수 있다. 전류제한 동작을 위하여, 제1 내지 제3 서브 제어부들(도 2의 CON1A~CON3A)이 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)를 반복하는데, 제1 배터리 전류(Ibatt1)가 일시적으로 고주파를 가지면서 고용량 배터리 전류(IbattaA)도 일시적으로 고주파 펄스(또는 리플(ripple)) 형태로 발생할 수 있다. 즉, 상술한 배터리 팩(도 2의 1000)은 고용량 배터리 전류(IbattA)를 임계치까지 제한할 수는 있으나, 일시적인 고주파 펄스 형태의 전류가 일시적으로 발생할 수 있기 때문에 배터리 팩(도 2의 1000)의 수명 연장에 한계가 있을 수 있다. 이러한 고주파 펄스 형태의 전류 발생을 억제하기 위하여, 배터리 팩에 필터를 포함시킬 수 있는데, 필터가 포함된 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 도시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(2000)은 도 2에서 상술한 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)과 유사한 구성을 갖는다. 다만, 다른 실시예에 따른 배터리 팩(2000)은 가변 저항부(300_B)에 필터를 더 포함한다. 다른 실시예에 따른 배터리 팩(2000)을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
배터리 팩(2000)은 고용량 배터리(100) 및 고출력 배터리(200)를 포함한다. 고용량 배터리(100)는 다수의 배터리들(HB1~HB3)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 가변 저항부(300_B)도 다수의 서브 제어부들(CON1A~CON3A)로 구성될 수 있고, 부하(400)도 다수의 서브 부하들(LD1~LD5)로 구성될 수 있다.
고용량 배터리(100)는 위상 천이 방식으로 동작하기 위하여 병렬로 연결된 다수의 배터리들(HB1~HB3)로 구성될 수 있다. 도 6에는 설명의 편의를 위하여 세 개의 배터리들(HB1~HB3)이 도시되었으나, 배터리 팩(2000)에 따라 배터리들(HB1~HB3)의 개수는 조절될 수 있다. 세 개의 배터리들(HB1~HB3)을 예를 들어 설명하면, 세 개의 배터리들(HB1~HB3)은 각각 제1 배터리 셀(HB1), 제2 배터리 셀(HB2) 및 제3 배터리 셀(HB3)로 정의될 수 있다. 제1 내지 제3 배터리 셀들(HB1~HB3)은 서로 동일하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 배터리 셀(HB1)은 단수 또는 다수의 제1 캐패시터(C1)와 제1 저항(R1)으로 구현될 수 있으며, 제1 배터리 셀(HB1)의 전압은 제1 배터리 전압(Vbatt1)으로 정의될 수 있다. 제2 배터리 셀(HB2)은 단수 또는 다수의 제2 캐패시터(C2)와 제2 저항(R2)으로 구현될 수 있으며, 제2 배터리 셀(HB2)의 전압은 제2 배터리 전압(Vbatt2)으로 정의될 수 있다. 제3 배터리 셀(HB3)은 단수 또는 다수의 제3 캐패시터(C3)와 제3 저항(R3)으로 구현될 수 있으며, 제3 배터리 셀(HB3)의 전압은 제3 배터리 전압(Vbatt3)으로 정의될 수 있다. 제1 내지 제3 배터리 셀들(HB1~HB3)의 플러스극(+)은 서로 동일한 노드에 공통으로 연결되며, 제1 내지 제3 저항들(R1~R3)은 제1 내지 제3 배터리 셀들(HB1~HB3)의 플러스극(+)으로부터 타측, 즉 마이너스극(-)에 각각 연결될 수 있다.
가변 저항부(300_B)는 저항을 제어하여 고출력 배터리(100)의 출력을 제어하도록 구성된다. 이를 위해, 가변 저항부(300_B)는 제1 내지 제3 배터리들(HB1~HB3)에 연결된 제1 내지 제3 서브 제어부들(CON1B~CON3B)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 서브 제어부들(CON1B~CON3B)은 서로 동일하게 구성될 수 있다.
제1 서브 제어부(CON1B)는 제1 서브전류(Q1)에 응답하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제1 스위치(S1)와, 제1 스위치(S1)의 양단 사이에 연결된 제5 저항(R5)과, 제1 서브전류(Q1)가 안정적으로 흐를 수 있도록 구성된 제1 필터(FT1)를 포함한다. 제1 필터(FT1)는 고주파 전류를 억제하기 위한 제1 임피던스(I1) 및 제7 캐패시터(C7)를 포함할 수 있다. 제7 캐패시터(C7)는 제1 배터리 셀(HB1)과 제1 부하(LD1) 사이에 연결되며, 제1 임피던스(I1)는 제1 배터리 셀(HB1)과 제1 부하(LD1) 사이의 노드와 제5 저항(R5)의 일단 사이에 연결될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(S1)가 턴온되거나 턴오프되더라도 제1 필터(FT1)에 의해 전류 제1 배터리 전류(Ibatt1)의 고주파 펄스가 제거될 수 있으므로, 고용량 배터리 전류(IbattA)가 안정적으로 발생할 수 있다.
제2 서브 제어부(CON2B)는 제2 서브전류(Q2)에 응답하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제2 스위치(S2)와, 제2 스위치(S2)의 양단 사이에 연결된 제6 저항(R6)과, 제2 서브전류(Q2)가 안정적으로 흐를 수 있도록 구성된 제2 필터(FT2)를 포함한다. 제2 필터(FT2)는 고주파 전류를 억제하기 위한 제2 임피던스(I2) 및 제8 캐패시터(C8)를 포함할 수 있다. 제8 캐패시터(C8)는 제2 배터리 셀(HB2)과 제2 부하(LD2) 사이에 연결되며, 제2 임피던스(I2)는 제2 배터리 셀(HB2)과 제2 부하(LD2) 사이의 노드와 제6 저항(R6)의 일단 사이에 연결될 수 있다. 따라서, 제2 스위치(S2)가 턴온되거나 턴오프되더라도 제2 필터(FT2)에 의해 제2 배터리 전류(Ibatt2)의 고주파 펄스가 제거될 수 있으므로, 고용량 배터리 전류(IbattA)가 안정적으로 발생될 수 있다.
제3 서브 제어부(CON3B)는 제3 서브전류(Q3)에 응답하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제3 스위치(S3)와, 제3 스위치(S3)의 양단 사이에 연결된 제7 저항(R7)과, 제3 서브전류(Q3)가 안정적으로 흐를 수 있도록 구성된 제3 필터(FT3)를 포함한다. 제3 필터(FT3)는 고주파 전류를 억제하기 위한 제3 임피던스(I3) 및 제9 캐패시터(C9)를 포함할 수 있다. 제9 캐패시터(C9)는 제3 배터리 셀(HB3)과 제3 부하(LD3) 사이에 연결되며, 제3 임피던스(I3)는 제3 배터리 셀(HB3)과 제3 부하(LD3) 사이의 노드와 제7 저항(R7)의 일단 사이에 연결될 수 있다. 따라서, 제3 스위치(S3)가 턴온되거나 턴오프되더라도 제3 필터(FT3)에 의해 제3 배터리 전류(Ibatt3)의 고주파 펄스가 제거될 수 있으므로, 고용량 배터리 전류(IbattA)가 안정적으로 발생될 수 있다.
고출력 배터리(200)는 단수 또는 다수의 제4 캐패시터(C4)와 제4 저항(R4)으로 구현될 수 있으며, 제4 배터리 셀(HB4)의 전압은 고출력 배터리 전압(VbattB)으로 정의될 수 있다. 고출력 배터리(200)와 고용량 배터리(100)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
부하(400)는 고용량 배터리(100) 및 고출력 배터리(200)의 충전 또는 방전시 단자로 사용된다. 예를 들면, 부하(400)는 제1 내지 제5 서브 부하들(LD1~LD5)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 서브 부하들(LD1)은 가변 저항부(300_A)와 제5 서브 부하(LD5) 사이에 연결될 수 있고, 제5 서브 부하(LD5)는 제1 내지 제3 서브 부하들(LD1~LD3)과 접지단자 사이에 연결될 수 있으며, 제4 서브 부하(LD4)는 고출력 배터리(200)와 접지단자 사이에 연결될 수 있다. 제1 서브 부하(LD1)에 흐르는 전류는 제1 배터리 평균 전류(Ibatt1_avg)가 되고, 제2 서브 부하(LD2)에 흐르는 전류는 제2 배터리 평균 전류(Ibatt2_avg)가 되고, 제3 서브 부하(LD3)에 흐르는 전류는 제3 배터리 평균 전류(Ibatt3_avg)가 된다. 제1 내지 제3 서브 부하들(LD1~LD3)이 제5 서브 부하(LD5)에 병렬로 연결되므로, 제5 서브 부하(LD5)에 흐르는 전류는 고용량 배터리 평균 전류(IbattA_avg)가 된다. 제4 서브 부하(LD4)에 흐르는 전류는 고출력 배터리 평균 전류(IbattB_avg)가 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 전류 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 6에서 상술한 배터리 팩(2000)에 포함된 제1 내지 제3 필터들(FT1, FT2 및 FT3)에 의해, 고용량 배터리 전류(IbattA)의 고주파 펄스 형태(리플)가 제거되었음을 알 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 또한, 각 실시예는 서로 조합되어 실시될 수 있음은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1000, 2000: 배터리 팩 100: 고용량 배터리
200: 고출력 배터리
300, 300_A, 300_B: 가변 저항부
400: 부하 HB1~HB3: 배터리 셀
CON1A~CON3A, CON1B~CON3B: 서브 제어부 LD1~LD5: 부하
SW1~SW3: 스위칭 제어부 SW_CON1~SW_CON3: 제어부
SW_TR1~SW_TR3: 전송부

Claims (13)

  1. 부하로 전류를 공급하는 배터리 팩에 있어서,
    제1 배터리;
    상기 제1 배터리보다 용량은 작고 최대 방전전류는 높은 제2 배터리; 및
    상기 제1 배터리의 방전전류를 소정의 제한전류 값으로 제한하는 가변 저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리들에 의해 상기 부하로 공급되는 총 전류가 증가할수록 상기 제2 배터리의 방전전류는 증가하고, 이때, 상기 제1 배터리의 방전전류는 상기 소정의 제한전류 값을 유지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소정의 제한전류 값은 상기 제1 배터리의 최대 방전전류에 대응되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항부는 상기 제1 배터리와 상기 부하 사이에서 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 고용량 배터리;
    상기 고용량 배터리보다 용량은 낮고 출력이 높은 고출력 배터리; 및
    상기 고용량 배터리의 출력을 제한하도록 구성된 가변 저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가변 저항부는,
    서로 동일하게 구성된 다수의 서브 제어부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서, 상기 서브 제어부들은,
    서브전류에 응답하여 턴온 또는 턴오프 되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 서브전류는 상기 서브 제어부들에 흐르는 배터리 평균 전류에 응답하여 동작하는 스위칭 제어부들에 의해 출력되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위칭 제어부들은,
    상기 배터리 평균 전류에 응답하여 비교전압을 출력하도록 구성된 제어부들; 및
    상기 비교전압에 응답하여 상기 서브전류를 출력하도록 구성된 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부들은,
    파워 서플라이 전압과 상기 배터리 평균 전류를 비교하여 상기 비교전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제10항에 있어서, 상기 전송부들은,
    교류전원과 상기 비교전압을 비교하여 상기 서브전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제7항에 있어서, 상기 서브 제어부들은,
    상기 서브 제어부들에 흐르는 전류의 고주파 펄스를 제거하기 위한 필터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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