KR20170012021A - 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템 - Google Patents

배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 배터리 팩은 기존의 배터리 팩과는 달리 배터리 팩에 BMS (Battery Management System, 배터리 관리장치) 가 없다. 본 발명의 배터리 팩은 부피와 무게를 줄이고 가격을 낮추기 위해 배터리 팩에 BMS 를 내장 하지 않는다. 따라서 본 발명의 배터리는 그 부피와 무게를 최소화 할 수 있어 드론 (drone), 로봇 (robot), 전기 자전거, 전기 차량 등 배터리로 구동하는 장치의 배터리 팩으로 적합하다. 또한, 배터리를 안전하게 충전하기 위해 본 발명의 충전기에는 BMS 기능을 갖춘 CC/CV (Constant Current/Constant Voltage, 정전류/정전압) 셀 충전기를 내장하고 있으며 필요에 따라 별도의 BMS 를 내장 할 수도 있다.

Description

배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템{Battery pack, battery charger and battery charger system}
본 발명은 배터리 팩 및 배터리 충전기에 관한 것으로, 배터리 팩의 무게와 부피를 줄이고 단가를 낮추며 배터리의 수명을 연장할 수 있고 배터리의 가용 용량을 최대한으로 사용하는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지구온난화, 화석연료의 고갈 등의 문제로 대체 에너지의 발굴에 많은 관심이 모아지고 있는 가운데 신재생 에너지의 활용도를 높일 수 있는 에너지 저장 용 배터리 개발에 많은 투자가 이루어지고 있다.
미래 대체 에너지원으로 떠오르고 있는 신재생 에너지의 보급을 확대하기 위해서는 이 신재생 에너지를 저장 할 수 있는 배터리의 성능 개선 및 가격 인하가 필요하다.
태양광 발전전력이나 풍력 발전 전력을 저장 하였다가 필요할 때 사용을 할 수 있는 배터리를 구성하는데 있어 필수적인 기술이 셀 밸런싱 기술이다. 셀 밸런싱 기술이 우수하면 배터리의 성능이 개선되고 수명이 연장되며 또한 배터리의 제조원가가 절감된다.
그 이유는 셀 밸런싱 기능이 우수하면 배터리를 만 충전 할 수 있어 에너지 저장의 가용 용량이 증가하고, 셀 밸런싱을 잘 할 수 있으면 배터리를 구성하는 셀 (Cell, 전지) 들의 편차를 관리할 수 있어 셀들을 과전압 충전으로부터 보호를 할 수 있어 셀의 수명이 연장되며, 또한 셀 편차를 수용할 수 있는 셀 밸런싱 기술을 적용하면 셀의 제조 공정에서 셀 선별 공정을 단순화 할 수 있어 셀의 제조 원가가 절감된다.
종래의 배터리 팩은 이러한 이유로 BMS (Battery Management System, 배터리 관리장치) 가 제공된다. 따라서 이러한 기존의 배터리 팩은 부피와 무게가 증가하여 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 팩의 무게와 부피를 줄이고 단가를 낮추며 배터리의 수명을 연장할 수 있고 배터리의 가용 용량을 최대한으로 사용하는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리의 부피와 무게를 최소화 할 수 있어 드론 (drone), 로봇 (robot), 전기 자전거, 전기 차량 등 배터리로 구동하는 장치에 적합한 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충전기에 BMS 기능을 갖춘 CC/CV (Constant Current/Constant Voltage, 정전류/정전압) 셀 충전기를 내장하고 필요에 따라 별도의 BMS 를 내장 할 수도 있어 배터리를 안전하게 충전하는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 충전기는 배터리 팩 전체를 한 개의 CC/CV 충전기로 충전하는 것에 비해 본 발명의 충전기는 배터리를 구성하는 모든 단 전지 각각에 개별적으로 CC/CV 셀 충전기를 부가하여 단 전지를 개별적으로 CC/CV 방식으로 충전함으로써 배터리를 구성하는 각 각의 셀의 충전 전압 및 전류를 관리 할 수 있어 배터리를 안전 하게 충전 할 수 있을 뿐만 아니라 배터리를 구성하는 셀들을 과전압 충전으로 부터 보호 할 수 있어 배터리의 수명을 연장 할 수 있고 또한 배터리를 만 충전 할 수 있어 배터리의 가용 용량을 최대한으로 사용 할 수 있는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리를 사용하면서 발생하는 셀들의 편차를 배터리 충전 시 CC/CV 셀 충전기로 해소 함으로 기존의 BMS 가 셀 밸런싱을 위해 전압이 높은 셀을 방전 하는 방식과 비교해 셀 밸런싱 시간이 단축되고 또한 배터리를 충전할 때 셀 편차로 인해 셀들이 지정된 충전 전압 보다 높은 전압에서 CC (Constant Current, 정전류) 방식으로 충전되어 전극이 파괴되는 것을 방지 할 수 있어 배터리의 수명이 연장되는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 배터리 팩은,
배터리 충전기에 의해 충전가능한 배터리 팩으로서;
N개의 단전지가 직렬로 연결되어 내장된 단전지 팩;
상기 N개의 단전지 양측에 형성되고, 상기 배터리 충전기에 의해 상기 N개의 단전지 각각을 충전하기 위한 복수의 팩 커넥터;
첫 번째 단전지의 양극에 연결된 양극단자;
N번째 단전지의 음극에 연결된 음극단자를 포함한다.
상기 단전지팩 내부에서 온도를 감지하는 온도센서;
상기 온도센서에 연결되어 온도센서 터미널을 더 포함한다.
상기 N번째 단전지의 음극단자에 배터리팩 보호소자가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 배터리 충전기는,
배터리 팩을 충전하기 위한 배터리 충전기로서,
CC/CV 충전기 전원 공급 단자를 통해 공급되는 전원을 사용해 배터리 팩의 셀을 CC/CV 방식으로 충전하는 절연 형 CC/CV 충전기;
상기 절연 형 CC/CV 충전기를 제어하여 상기 배터리 팩을 구성하는 단 전지를 충전하도록 제어하는 CC/CV 충전 제어기;
상기 CC/CV 충전 제어기와 외부의 BMS 간의 통신을 하도록 하는 통신 모듈을 포함한다.
상기 CC/CV 충전 제어기는 배터리 팩의 단 전지에 공급하는 충전 전력의 전압과 전류를 감지하여 단 전지의 충전을 제어하는데 사용하고 이들 전압, 전류 정보를 상기 BMS에 송신하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신모듈에 연결되는 디스플레이 장치;
상기 CC/CV 충전기 전원 공급 단자에 전원을 공급하는 전원공급장치를 더 포함한다.
상기 절연 형 CC/CV 충전기는, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 배터리 충전기 커넥터를 더 포함하고,
상기 CC/CV 충전 제어기는, 상기 배터리팩의 온도 정보를 수신하기 위한 온도 센서 터미널을 더 포함한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 배터리 충전기 시스템은,
배터리 팩을 충전하기 위한 복수개의 배터리 충전기;
상기 배터리 충전기와 연결되는 배터리 관리 시스템;
상기 배터리 관리 시스템에 연결되는 디스플레이 장치를 포함하고,
상기 배터리 충전기는,
CC/CV 충전기 전원 공급 단자를 통해 공급되는 전원을 사용해 배터리 팩의 셀을 CC/CV 방식으로 충전하는 절연 형 CC/CV 충전기;
상기 절연 형 CC/CV 충전기를 제어하여 상기 배터리 팩을 구성하는 단 전지를 충전하도록 제어하는 CC/CV 충전 제어기;
상기 CC/CV 충전 제어기와 외부의 BMS 간의 통신을 하도록 하는 통신 모듈을 포함한다.
상기 CC/CV 충전 제어기는 배터리 팩의 단 전지에 공급하는 충전 전력의 전압과 전류를 감지하여 단 전지의 충전을 제어하는데 사용하고 이들 전압, 전류 정보를 상기 BMS에 송신하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에서는 배터리 팩의 무게와 부피를 줄이고 단가를 낮추며 배터리의 수명을 연장할 수 있고 배터리의 가용 용량을 최대한으로 사용하는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 배터리의 부피와 무게를 최소화 할 수 있어 드론 (drone), 로봇 (robot), 전기 자전거, 전기 차량 등 배터리로 구동하는 장치에 적합한 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 충전기에 BMS 기능을 갖춘 CC/CV (Constant Current/Constant Voltage, 정전류/정전압) 셀 충전기를 내장하고 필요에 따라 별도의 BMS 를 내장 할 수도 있어 배터리를 안전하게 충전하는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 기존의 충전기는 배터리 팩 전체를 한 개의 CC/CV 충전기로 충전하는 것에 비해 본 발명의 충전기는 배터리를 구성하는 모든 단 전지 각각에 개별적으로 CC/CV 셀 충전기를 부가하여 단 전지를 개별적으로 CC/CV 방식으로 충전함으로써 배터리를 구성하는 각 각의 셀의 충전 전압 및 전류를 관리 할 수 있어 배터리를 안전 하게 충전 할 수 있을 뿐만 아니라 배터리를 구성하는 셀들을 과전압 충전으로 부터 보호 할 수 있어 배터리의 수명을 연장 할 수 있고 또한 배터리를 만 충전 할 수 있어 배터리의 가용 용량을 최대한으로 사용 할 수 있는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공할 수 있이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 배터리를 사용하면서 발생하는 셀들의 편차를 배터리 충전 시 CC/CV 셀 충전기로 해소 함으로 기존의 BMS 가 셀 밸런싱을 위해 전압이 높은 셀을 방전 하는 방식과 비교해 셀 밸런싱 시간이 단축되고 또한 배터리를 충전할 때 셀 편차로 인해 셀들이 지정된 충전 전압 보다 높은 전압에서 CC (Constant Current, 정전류) 방식으로 충전되어 전극이 파괴되는 것을 방지 할 수 있어 배터리의 수명이 연장되는 배터리 팩, 배터리 충전기 및 배터리 충전기 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 팩 회로도의 예시이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서를 포함하는 배터리 팩 회로도의 예시이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 팩 보호소자를 포함하는 배터리 팩 회로도의 예시이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서와 배터리 팩 보호소자를 포함하는 배터리 팩 회로도의 예시이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 CC/CV 셀 충전기 회로도의 예시이다.
도 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 충전기 회로도의 예시이다.
도 7은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서 단자를 포함하는 배터리 충전기 회로도의 예시이다.
도 8은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서 단자와 BMS를 포함하는 배터리 충전기 회로도의 예시이다.
도 9는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 팩과 배터리 충전기를 커넥터로 체결하여 배터리를 충전하는 회로도의 예시이다.
도 10은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 CC/CV 셀 충전기 회로도의 다른 예시이다.
도 11은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 충전기 회로도의 다른 예시이다.
도 12는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서 단자를 포함하는 배터리 충전기 회로도의 다른 예시이다.
도 13은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서 단자와 BMS를 포함하는 배터리 충전기 회로도의 다른 예시이다.
도 14는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 팩과 배터리 충전기를 커넥터로 체결하여 배터리를 충전하는 회로도의 다른 예시이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.
본 발명은 크게 두 부분으로 나누어 질 수 있다. 하나는 배터리 팩(100)이고 또 하나는 배터리 충전기(200)이다. 본 발명의 배터리 팩(100)은 배터리 팩(100)에 필요한 최소한의 부품만으로 구성되어 있어 배터리 팩(100)의 부피와 크기를 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 배터리 팩 회로도의 예시이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(100)은 배터리를 구성하는 단 전지들, 배터리 팩(100)의 양극단자(110), 음극 단자(120), 배터리 팩 커넥터(130) 등 최소의 부품으로 구성되어 있어 배터리 팩(100)의 부피와 크기를 최소화한다. 배터리 팩(100)의 양극 단자(110)와 음극 단자(120)는 배터리 출력을 위한 단자이고 배터리 팩 커넥터(130)는 배터리 팩(100)을 배터리 충전기에 연결하여 배터리를 충전할 때 사용한다.
배터리 팩(100)에 사용되는 단 전지의 숫자에는 제한이 없으며 여기에 사용되는 단 전지는 필요에 따라 단 전지의 용량을 키우기 위해 한 개의 셀 또는 여러 개의 셀을 병렬로 연결하여 사용 할 수 있다.
배터리 팩 커넥터(130)는 복수개의 커넥터(131~136)를 포함하며, 이러한 커넥터의 개수는 단전지의 개수보다 하나 더 많다.
도 2는 도 1에 온도 센서를 추가 한 것이다.
도 2를 참조하면, 온도 센서(140)는 배터리를 충전 할 경우 배터리의 온도를 감지하여 온도센서 터미널(137)을 통해 출력하고, 배터리 충전기(200)가 온도 센서(140)의 출력을 수신하여 배터리 충전을 제어하는데 사용한다.
다시 말해 배터리의 온도가 지정된 온도 보다 높거나 낮으면 배터리의 충전을 중단하거나 충전 전류의 양을 조절 하여 배터리 팩(100)을 보호한다.
온도 센서(140)는 필요에 따라 한 개 또는 여러 개를 사용 할 수 있다.
도 3은 도 1에 배터리 팩 보호 소자를 추가 한 것이다.
도 3을 참조하면, 배터리 팩 보호 소자(150)는 배터리 팩(100)의 단락 또는 이상 현상으로 부터 배터리를 보호하는 기능을 한다. 여기서 배터리 팩 보호 소자(150)는 휴즈, 온도 스위치, PCT 등이 사용될 수 있으며 필요에 따라 외부 회로의 지원을 받는 FET, MC 또는 Relay 등이 사용 될 수도 있다.
도 4는 도 1에 온도 센서와 배터리 보호소자를 모두 포함 시킨 것으로 더욱 더 충전에 안전을 기할 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예는 다양하게 변형할 수 있다.
도 5는 배터리 팩 충전기를 구성하는 CC/CV 셀 충전기의 회로도이다.
도 5를 참조하면, CC/CV 셀 충전기(200)는 절연 형 CC/CV 충전기(210), CC/CV 충전 제어기(220), 통신 모듈(230)로 구성되며, CC/CV 셀 충전기와 외부를 연결하는 CC/CV 셀 충전기 양극 출력 단자(241), CC/CV 셀 충전기 음극 출력단자(242), CC/CV 충전기 전원 공급단자(243), 통신단자 (244) 및 CC/CV 충전 제어기 전원 공급단자(245)로 구성된다.
절연 형 CC/CV 충전기(210)는 CC/CV 충전기 전원 공급 단자(243)를 통해 공급되는 전원을 사용해 배터리 팩(100)의 셀을 CC/CV 방식으로 충전하는데 필요한 전원을 만든다.
CC/CV 충전 제어기(220)는 마이크로 프로세서 기반의 CPU(Central Processing Unit)로서 절연 형 CC/CV 충전기(210)를 제어하여 배터리 팩(100)을 구성하는 단 전지를 충전한다.
통신 모듈(230)은 CC/CV셀 충전기(200)와 BMS 또는 CC/CV 셀 충전기(200)와 CC/CV 셀 충전기(200)간의 통신을 수행하게 하는 역할을 한다. 통신 방법은 CAN RR485 등 유선 통신 또는 Bluetooth, ZigBee 등 의 무선통신을 사용할 수 있다.
도 5에서 CC/CV 충전 제어기(220)는 CC/CV 충전 제어기(220)가 배터리 팩(100)의 단 전지에 공급하는 충전 전력의 전압과 전류를 감지하여 단 전지의 충전을 제어하는데 사용하고 이들 전압, 전류 정보를 BMS 에 보내준다.
BMS 는 CC/CV 셀 충전기에서 보내온 정보를 사용하여 배터리 충전기를 운영하며 또한 배터리 충전기 동작상태를 디스플레이 장치에 보내어 정보를 표시할 수 있다.
도 6은 도 5의 CC/CV 셀 충전기를 여러 개 직렬로 조합하여 구성한 배터리 충전기 시스템의 예시이다.
도 6을 참조하면, 배터리 충전기 시스템(1000)은 여러 개의 CC/CV 셀 충전기(200)와 전원 공급장치(1300)와 디스플레이 장치(1200)로 구성되며 배터리 충전기 시스템(1000)과 외부를 연결 해 주는 배터리 충전기 커넥터 (1100)와 배터리 충전기 전원 공급단자(1301)가 구비되어 있다.
전원 공급장치(1300)는 외부의 전원을 전원공급단자(1301)로 입력받아 변환하여 CC/CV 셀 충전기(200)의 CC/CV 충전기 전원 공급단자(243)에 공급하는 전원과 CC/CV 셀 충전기의 CC/CV 충전 제어기 전원 공급단자(245)에 공급하는 전원을 만든다.
배터리 충전기 시스템 전원 공급단자(1301)로 공급되는 전원은 AC 전원이 될 수도 있고 DC 전원이 될 수도 있다.
디스플레이 장치(1200)는 배터리 충전기 시스템(1000)의 동작 상태를 외부에서 볼 수 있도록 해 주는 장치로 단순히 보여주는 기능만을 가질 수도 있고, 또는 터치 스크린 기능을 갖추어 화면을 터치하여 배터리 충전 장치를 제어 또는 프로그램 할 수 있게 할 수도 있다.
도 6에서 CC/CV 셀 충전기(200)들은 서로 통신 모듈로 연결되어 있고 또한 디스플레이 장치(1200)와도 연결이 되어 있다.
도 6에서는 CC/CV 셀 충전기(200)중의 한 개가 BMS 역할을 하여 다른 CC/CV 셀 충전기들이 보내준 정보를 관리하고 디스플레이 장치(1200)로 보내 주기도 한다.
도 7은 도 6에 온도 센서 터미널(1107)을 추가 한 것으로 온도 센서 터미널(1107)을 통해 받은 배터리 팩(100)의 온도 정보를 배터리 충전기시스템(1000)에서 BMS 역할을 하는 CC/CV 셀 충전기(200) 중의 한 개의 CC/CV 충전 제어기가 받아 배터리 충전기의 운영정보로 사용한다.
예를 들어 배터리 팩(100)에서 받은 온도가 설정 값 이하 또는 이상이면 BMS 또는 BMS 의 역할을 하는 CC/CV 셀 충전기(200) 중의 하나가 모든 CC/CV 셀 충전기에 명령을 보내 배터리 팩(100)을 구성하는 단 전지에 공급하는 전력을 차단 또는 조절한다. 따라서 안정적으로 배터리 팩(100)을 충전할 수 있게 된다.
도 8은 도 7에 별도의 BMS(1400)를 추가 한 것으로 도 7에서는 CC/CV 셀 충전기중 한 개가 BMS 기능을 수행하는 것에 비해 도 8에서는 별도의 BMS(1400) 가 있어 모든 CC/CV 셀 충전기(200)로 부터 보내온 정보, 배터리 팩(100)에서 받은 온도 정보를 수집 처리하여 배터리 충전기 시스템(1000)을 운영한다.
또한 배터리의 운영 상태 정보를 디스플레이 장치(1200)에 보내 표시를 해주고 필요할 경우에는 디스플레이 장치(1200)에 터치 스크린 기능을 부가하여 터치 스크린을 통해 외부 입력을 받아 배터리 충전기 시스템(1000)를 제어 하거나 프로그램 할 수 있도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 배터리 팩과 본 발명의 배터리 충전기 시스템을 커넥터로 연결하여 배터리 팩(100)을 충전하는 것을 예시한다.
도 9의 경우는 배터리 팩(100)이 온도 센서(140)와 배터리 팩 보호 소자(150)를 구비하고 배터리 충전기 시스템(1000)은 BMS(1400)를 구비한 경우의 예이다.
도 10은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 CC/CV 셀 충전기 회로도의 다른 예시이고,
도 11은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 충전기 회로도의 다른 예시이고,
도 12는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서 단자를 포함하는 배터리 충전기 회로도의 다른 예시이고,
도 13은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 온도 센서 단자와 BMS를 포함하는 배터리 충전기 회로도의 다른 예시이고,
도 14는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 배터리 팩과 배터리 충전기를 커넥터로 체결하여 배터리를 충전하는 회로도의 다른 예시이다.
도 10을 참조하면, CC/CV 셀 충전기(200)는 절연 형 CC/CV 충전기(210), CC/CV 충전 제어기(220), 통신 모듈(230)로 구성되며, CC/CV 셀 충전기와 외부를 연결하는 CC/CV 셀 충전기 양극 출력 단자(241), CC/CV 셀 충전기 음극 출력단자(242), CC/CV 충전기 전원 공급단자(243), 통신단자 (244)로 구성된다.
도 5 내지 도 9가 전원을 CC/CV 충전기 전원 공급단자(243)와 CC/CV 충전 제어기 전원 공급단자(245) 두 개로 받는 것과 달리 도 10 내지 도 14의 실시예에서는 전원을 CC/CV 충전기 전원 공급단자(243) 한곳으로만 받는다.
이 외에도 본 발명의 실시예는 다양하게 변형이 가능하다.
이상의 본 발명의 실시예의 배터리 팩은 기존의 배터리 팩과는 달리 배터리 팩에 BMS (Battery Management System, 배터리 관리장치)가 없고, 부피와 무게를 줄이고 가격을 낮추기 위해 배터리 팩에 BMS 를 내장 하지 않는다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 그 부피와 무게를 최소화 할 수 있어 드론 (drone), 로봇 (robot), 전기 자전거, 전기 차량 등 배터리로 구동하는 장치의 배터리 팩으로 적합하다.
그리고 배터리를 안전하게 충전하기 위해 본 발명의 충전기에는 BMS 기능을 갖춘 CC/CV (Constant Current/Constant Voltage, 정전류/정전압) 셀 충전기를 내장하고 있으며 필요에 따라 별도의 BMS 를 내장 할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전기는 배터리를 구성하는 단 전지 (single cell)를 개별적으로 충전 하는 CC/CV 셀 충전기의 조합으로 구성되어 있다. 여기서 단전지란 셀 한 개 또는 여러 개의 셀을 병렬로 연결한 셀 조합을 말한다.
기존의 충전기는 배터리 팩 전체를 한 개의 CC/CV 충전기로 충전하는 것에 비해 본 발명의 실시예에 따른 충전기는 배터리를 구성하는 모든 단 전지 각각에 개별적으로 CC/CV 셀 충전기를 부가하여 단 전지를 개별적으로 CC/CV 방식으로 충전한다. 이렇게 하면 배터리를 구성하는 각 각의 셀의 충전 전압 및 전류를 관리 할 수 있어 배터리를 안전 하게 충전 할 수 있을 뿐만 아니라 배터리를 구성하는 셀들을 과전압 충전으로 부터 보호 할 수 있어 배터리의 수명을 연장 할 수 있고 또한 배터리를 만 충전 할 수 있어 배터리의 가용 용량을 최대한으로 사용 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 충전기를 사용하면 배터리를 사용하면서 발생하는 셀들의 편차를 배터리 충전 시 CC/CV 셀 충전기로 해소하므로 기존의 BMS 가 셀 밸런싱을 위해 전압이 높은 셀을 방전 하는 방식과 비교해 셀 밸런싱 시간이 단축되고 또한 배터리를 충전할 때 셀 편차로 인해 셀들이 지정된 충전 전압 보다 높은 전압에서 CC (Constant Current, 정전류) 방식으로 충전되어 전극이 파괴되는 것을 방지 할 수 있어 배터리의 수명이 연장된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (9)

  1. 배터리 충전기에 의해 충전가능한 배터리 팩으로서;
    N개의 단전지가 직렬로 연결되어 내장된 단전지 팩;
    상기 N개의 단전지 양측에 형성되고, 상기 배터리 충전기에 의해 상기 N개의 단전지 각각을 충전하기 위한 복수의 팩 커넥터;
    첫 번째 단전지의 양극에 연결된 양극단자;
    N번째 단전지의 음극에 연결된 음극단자를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단전지팩 내부에서 온도를 감지하는 온도센서;
    상기 온도센서에 연결되어 온도센서 터미널을 더 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 N번째 단전지의 음극단자에 배터리팩 보호소자가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 배터리 팩을 충전하기 위한 배터리 충전기로서,
    CC/CV 충전기 전원 공급 단자를 통해 공급되는 전원을 사용해 배터리 팩의 셀을 CC/CV 방식으로 충전하는 절연 형 CC/CV 충전기;
    상기 절연 형 CC/CV 충전기를 제어하여 상기 배터리 팩을 구성하는 단 전지를 충전하도록 제어하는 CC/CV 충전 제어기;
    상기 CC/CV 충전 제어기와 외부의 BMS 간의 통신을 하도록 하는 통신 모듈을 포함하는 배터리 충전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 CC/CV 충전 제어기는 배터리 팩의 단 전지에 공급하는 충전 전력의 전압과 전류를 감지하여 단 전지의 충전을 제어하는데 사용하고 이들 전압, 전류 정보를 상기 BMS에 송신하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 통신모듈에 연결되는 디스플레이 장치;
    상기 CC/CV 충전기 전원 공급 단자에 전원을 공급하는 전원공급장치를 더 포함하는 배터리 충전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연 형 CC/CV 충전기는, 상기 배터리팩을 충전하기 위한 배터리 충전기 커넥터를 더 포함하고,
    상기 CC/CV 충전 제어기는, 상기 배터리팩의 온도 정보를 수신하기 위한 온도 센서 터미널을 더 포함하는 배터리 충전기.
  8. 배터리 팩을 충전하기 위한 복수개의 배터리 충전기;
    상기 배터리 충전기와 연결되는 배터리 관리 시스템;
    상기 배터리 관리 시스템에 연결되는 디스플레이 장치를 포함하고,
    상기 배터리 충전기는,
    CC/CV 충전기 전원 공급 단자를 통해 공급되는 전원을 사용해 배터리 팩의 셀을 CC/CV 방식으로 충전하는 절연 형 CC/CV 충전기;
    상기 절연 형 CC/CV 충전기를 제어하여 상기 배터리 팩을 구성하는 단 전지를 충전하도록 제어하는 CC/CV 충전 제어기;
    상기 CC/CV 충전 제어기와 외부의 BMS 간의 통신을 하도록 하는 통신 모듈을 포함하는 배터리 충전기 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CC/CV 충전 제어기는 배터리 팩의 단 전지에 공급하는 충전 전력의 전압과 전류를 감지하여 단 전지의 충전을 제어하는데 사용하고 이들 전압, 전류 정보를 상기 BMS에 송신하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전기 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180128683A (ko) * 2017-05-24 2018-12-04 호남대학교 산학협력단 농업용 드론을 위한 고효율 배터리장치
KR20210057528A (ko) * 2019-11-12 2021-05-21 주식회사 라온텍 배터리 충전 장치
KR20210064477A (ko) * 2019-11-25 2021-06-03 계양전기 주식회사 전동공구용 배터리팩 충전장치

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