KR20180080633A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 제1 전지, 제2 전지, 보정 소자부, 및 배터리 컨트롤러를 포함한다. 제1 전지는 제1 내부 저항을 포함하고 제1 전류를 제공한다. 제2 전지는 제1 전지와 병렬로 연결되고 제2 내부 저항을 포함하고 제2 전류를 제공한다. 보정 소자부는 제1 전지 또는 제2 전지와 연결된다. 보정 소자부는 가변 저항을 포함하거나 전류원을 포함한다. 배터리 컨트롤러는 제1 내부 저항 및 제2 내부 저항의 저항값 차이에 근거하여 제1 전류와 제2 전류가 동일하도록 보정 소자부를 제어한다. 본 발명의 배터리 모듈 및 전자 디바이스는 제1 전지 및 제2 전지의 성능 악화를 방지한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 디바이스{BATTERY MODULE AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 디바이스에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 2차 전지의 관리에 관한 것이다.
사물 인터넷(Internet of things, IoT)을 이용한 디바이스, 웨어러블 디바이스, ESS(Energy Storage System), HEV(Hybrid Electrical Vehicle)/EV(Electrical Vehicle)등은 배터리를 이용하여 원하는 기능을 수행할 수 있는 시스템이다. 이러한 배터리는 방전만이 가능한 전지를 이용할 수 있으나, 효율성 또는 편의성의 관점에서 충방전 모드 모두 가능한 2차 전지를 이용할 수 있다. 2차 전지는 싱글셀을 이용할 수 있으나, 직렬, 병렬 혹은 직병렬로 연결된 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈이 이용되는 경우가 많다.
최근, EV/HEV 및 ESS와 같은 고전압/고용량 에너지 저장원이 요구되는 전자 디바이스는 직병렬 매트릭스 형태의 전지 연결을 주로 이용한다. 고전압을 위한 직렬 연결의 전지의 경우, 직렬 연결 배터리간 전류는 일정하고 각 전지의 내부 저항 차이에 의한 전압이 달라지므로, 배터리의 수명 저하를 방지하기 위해 전지간 전압을 일정하게 유지하는 셀밸런싱이 요구된다. 고용량을 위한 병렬 연결의 전지의 경우, 셀밸런싱은 자동적으로 이루어질 수 있으나, 병렬 연결된 전지들 각각의 내부 저항이 서로 다르므로, 전지들 각각에 흐르는 전류값이 서로 다르게 된다. 따라서, 병렬 연결되는 2차 전지들을 포함하는 배터리 모듈에서의 각각의 전지들의 전류값을 보정하기 위한 요구가 제기되고 있다.
본 발명은 병렬로 연결된 전지들 각각의 내부 저항 차이에 의한 배터리의 성능 악화를 방지하는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 제1 전지, 제2 전지, 제1 가변 저항, 제2 가변 저항, 및 배터리 컨트롤러를 포함한다. 제1 전지는 제1 내부 저항을 포함하고, 제2 전지는 제2 내부 저항을 포함한다. 제1 전지 및 제2 전지는 병렬로 연결된다. 제1 가변 저항은 제1 전지와 직렬로 연결되고, 제2 가변 저항은 제2 전지와 직렬로 연결된다.
배터리 컨트롤러는 제1 내부 저항의 저항값 및 제1 가변 저항의 저항값의 합인 제1 직렬 저항값과 제2 내부 저항의 저항값 및 제2 가변 저항의 저항값의 합인 제2 직렬 저항값이 동일하도록 제어한다. 배터리 컨트롤러는 제1 가변 저항 및 제2 가변 저항 중 적어도 하나가 가변 범위의 최소 저항값을 갖도록 제어한다.
배터리 컨트롤러는 제1 직렬 저항값과 제2 직렬 저항값의 차이의 절대값인 보정값을 산출한다. 배터리 컨트롤러는 제1 직렬 저항값이 제2 직렬 저항값보다 큰 경우, 제1 가변 저항의 저항값과 보정값을 비교한다. 배터리 컨트롤러는 제1 가변 저항의 저항값이 보정값보다 작은 경우, 제2 가변 저항의 저항값을 보정값만큼 가산하도록 제어한다. 배터리 컨트롤러는 제1 가변 저항의 저항값이 보정값보다 큰 경우, 제1 가변 저항의 저항값을 보정값만큼 감산하도록 제어한다. 배터리 컨트롤러는 제1 직렬 저항값이 제2 직렬 저항값보다 작은 경우, 제2 가변 저항의 저항값과 보정값을 비교한다. 배터리 컨트롤러는 제2 가변 저항의 저항값이 보정값보다 작은 경우, 제1 가변 저항의 저항값을 보정값만큼 가산하도록 제어한다. 배터리 컨트롤러는 제2 가변 저항의 저항값이 보정값보다 큰 경우, 제2 가변 저항의 저항값을 보정값만큼 감산하도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 제1 전지, 제2 전지, 제1 전류원, 제2 전류원, 및 배터리 컨트롤러를 포함한다. 제1 전지는 제1 전류를 제공하고, 제1 전지와 병렬로 연결된 제2 전지는 제2 전류를 제공한다. 제1 전류원은 제1 전지에 연결되고 제3 전류를 제공한다. 제2 전류원은 제2 전지에 연결되고 제4 전류를 제공한다.
배터리 컨트롤러는 제1 전류와 제3 전류의 합인 제1 보정 전류와 제2 전류와 제4 전류의 합인 제2 보정 전류가 동일하도록 제1 전류원 및 제2 전류원을 제어한다. 배터리 컨트롤러는 제1 전류 및 제2 전류를 가산하여 부하 전류의 크기를 산출하고, 제1 내지 제4 전류의 합이 부하 전류의 크기와 동일하도록 제1 전류원 및 제2 전류원을 제어한다. 배터리 컨트롤러는 제1 보정 전류와 제2 보정 전류의 크기가 부하 전류의 크기의 절반값이 되도록 제1 전류원 및 상기 제2 전류원을 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스는 배터리 모듈 및 부하부를 포함한다. 배터리 모듈은 부하 전류를 생성하고, 부하부는 부하 전류를 수신한다.
배터리 모듈은 제1 전지, 제2 전지, 보정 소자부, 및 배터리 컨트롤러를 포함한다. 제1 전지는 제1 내부 저항을 포함하고 제1 전류를 제공한다. 제2 전지는 제2 내부 저항을 포함하고 제2 전류를 제공한다. 제1 전지와 제2 전지는 병렬로 연결된다. 보정 소자부는 제1 전지 및 제2 전지와 연결된다. 보정 소자부는 제1 가변 저항 및 제2 가변 저항을 포함할 수 있고, 제1 전류원 및 제2 전류원을 포함할 수 있다. 배터리 컨트롤러는 제1 내부 저항 및 제2 내부 저항의 저항값 차이에 근거하여 제1 전류와 제2 전류가 동일하도록 보정 소자부를 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 전자 디바이스는 병렬로 연결된 전지들 각각의 내부 저항 차이에 의한 전류값 차이를 보정하여 배터리 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 제1 내부 저항에 대한 제2 내부 저항의 비율 변화에 따른 배터리 모듈의 전류 흐름을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스의 블록도이다.
도 5는 도 4의 배터리 컨트롤러를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 블록도이다.
도 8은 도 7의 배터리 컨트롤러를 도시한 블록도이다.
도 9는 도 7의 배터리 모듈의 동작에 따른 전류 변화를 도시한 그래프이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전자 디바이스(100)는 배터리 모듈(10) 및 부하부(20)를 포함한다. 배터리 모듈(10)은 제1 전지(11_1), 제2 전지(11_2), 보정 소자부(12), 및 배터리 컨트롤러(13)를 포함한다.
배터리 모듈(10)은 부하부(20)에 부하 전류(Itot)를 제공한다. 부하 전류(Itot)가 양수인 경우, 배터리 모듈(10)은 방전 모드로 동작하는 것일 수 있다. 부하 전류(Itot)가 음수인 경우, 배터리 모듈(10)은 충전 모드로 동작하는 것일 수 있다.
제1 전지(11_1)와 제2 전지(11_2)는 병렬로 연결된다. 도 1은 두개의 전지들을 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 배터리 모듈(10)은 병렬로 연결되는 복수의 전지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고용량이 요구되는 전자 디바이스(100)는 병렬로 연결되는 전지들의 개수가 보다 많도록 구성될 수 있다. 설명의 편의상, 배터리 모듈(10)은 두개의 전지를 포함하는 것으로 가정한다. 제1 전지(11_1)의 캐소드 단자와 제2 전지(11_2)의 캐소드 단자는 서로 전기적으로 연결되고, 제1 전지(11_1)의 애노드 단자와 제2 전지(11_2)의 애노드 단자는 서로 전기적으로 연결된다. 제1 전지(11_1)는 제1 전류(I1)를 부하부(20)에 제공하고, 제2 전지(11_2)는 제2 전류(I2)를 부하부(20)에 제공한다. 이상적인 경우, 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)의 합은 부하 전류(Itot)와 같다.
제1 전지(11_1)는 제1 전원(E1) 및 제1 내부 저항(Ri1)을 포함한다. 제2 전지(11_2)는 제2 전원(E2) 및 제2 내부 저항(Ri2)을 포함한다. 제1 전원(E1)과 제2 전원(E2)은 동일한 전압을 공급하는 것이 바람직하다. 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)은 동일한 저항값을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 부하부(20)에 공급하는 전류는 제1 전지(11_1)와 제2 전지(11_2)가 동일하게 분담된다. 제1 전지(11_1)와 제2 전지(11_2)의 특성이 동일한 경우, 제1 전지(11_1)와 제2 전지(11_2)의 방전 효율 및 충전 효율이 동일하므로, 제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)의 충방전 불균일로 인한 배터리의 수명 저하가 방지된다.
제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)는 2차 전지일 수 있다. 즉, 제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)는 충전 모드 또는 방전 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)는 충방전이 가능한 리튬이온 배터리, 리튬폴리머 배터리, 또는 납축 전지일 수 있다. 일반적인 전자 디바이스(100)에서 제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)는 랜덤하게 충방전될 수 있다. 이 경우, 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)은 랜덤한 충방전 동작에 의하여 수시로 변하는 저항값을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)의 특성은 변하고, 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2) 사이의 차이가 발생할 수 있다. 특히, 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)이 동일하지 않은 경우, 충방전이 불균일하게 발생하여 과충전 또는 과방전이 발생할 수 있고, 배터리의 수명이 저하될 수 있다.
보정 소자부(12)는 제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)와 전기적으로 연결된다. 보정 소자부(12)는 제1 전지(11_1) 및 제2 전지(11_2)의 특성의 변화에 따라 발생한 전류 차이를 보정하도록 구성된다. 보정 소자부(12)는 제1 전지(11_1)와 전기적으로 연결된 제1 보정 소자 및 제2 전지(11_2)와 전기적으로 연결된 제2 보정 소자를 포함할 수 있다. 즉, 보정 소자부(12)에 포함된 보정 소자들의 개수는 전지들의 개수에 대응될 수 있다. 보정 소자부(12)는 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)가 동일한 전류값을 갖도록 구성될 수 있다. 또는, 보정 소자부(12)는 제1 전지(11_1)와 제2 전지(11_2)의 내부 저항 차이를 보정하도록 구성될 수 있다. 구체적인 내용은 후술된다.
배터리 컨트롤러(13)는 배터리 모듈(10)의 동작을 제어한다. 배터리 컨트롤러(13)는 배터리 모듈(10)이 부하부(20)에 적합한 정격전압 또는 정격전류를 제공하기 위한 논리 회로를 포함할 수 있다. 배터리 컨트롤러(13)는 보정 소자부(12)와 전기적으로 연결된다. 배터리 컨트롤러(13)는 보정 소자부(12)를 제어하여 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)가 실질적으로 동일한 값을 갖도록 제어할 수 있다. 배터리 컨트롤러(13)는 배터리 모듈(10)의 충전 모드 또는 방전 모드를 관리할 수 있다. 이 외에도, 배터리 컨트롤러(13)는 배터리 모듈(10)을 관리하기 위한 다양한 기능을 수행할 수 있다. 배터리 컨트롤러(13)는 MCU(Micro Controller Unit) 또는 FPGA(Field-programmable gate array)와 같이 논리 회로 동작을 수행할 수 있도록 구현될 수 있다. 구체적인 내용은 후술된다.
부하부(20)는 전자 디바이스(100)의 기능을 수행하기 위한 다양한 전자 회로 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(100)가 HEV/EV와 같은 전기 자동차인 경우, 부하부(20)는 전기 자동차를 구동하기 위한 구동 회로를 포함할 수 있다. 부하부(20)는 병렬로 연결된 복수의 전지들에 의한 배터리 모듈(10)을 이용하여 고용량의 에너지를 얻을 수 있다. 부하부(20)는 배터리 모듈(10)로부터 부하 전류(Itot) 또는 부하 전압을 수신할 수 있다. 부하부(20)는 회로 구동을 위한 정격 전압 또는 정격 전류를 가질 수 있고, 배터리 모듈(10)은 부하부(20)의 정격 전압 또는 정격 전류에 대응하도록 부하 전압 또는 부하 전류(Itot)를 출력할 수 있다.
도 2 및 도 3은 제1 내부 저항에 대한 제2 내부 저항의 비율 변화에 따른 배터리 모듈의 전류 흐름을 도시한 그래프이다. 도 2 및 도 3은 보정 소자부(12)가 구동하지 않는 경우의 배터리 모듈(10)의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 즉, 도 2 및 도 3은 제1 내부 저항(Ri1) 또는 제2 내부 저항(Ri2)의 변화에 따른 보정 소자부(12)의 보정이 없음을 가정한다.
도 2를 참조하면, 제1 내부 저항(Ri1)에 대한 제2 내부 저항(Ri2)의 비율 변화에 따른 제1 전류(I1), 제2 전류(I2), 및 부하 전류(Itot)의 충방전 전류가 도시된다. 도 2의 제1 전원(E1)과 제2 전원(E2)은 모두 3.7V를 갖는 것으로 가정한다. 부하 전류(Itot)는 방전시의 부하 전류(Itot_d)와 충전시의 부하 전류(Itot_c)로 나누어진다. 방전시의 부하 전류(Itot_d)는 0.1A를 나타내고, 충전시의 부하 전류(Itot_c)는 -0.1A를 나타낸다. 제1 전류(I1)는 방전시의 제1 전류(I1_d)와 충전시의 제1 전류(I1_c)로 나누어진다. 제2 전류(I2)는 방전시의 제2 전류(I2_d)와 충전시의 제2 전류(I2_c)로 나누어진다. 제1 내부 저항(Ri1)은 20mohm으로 고정되고, 제2 내부 저항(Ri2)는 2.5mohm에서 60mohm으로 변화하는 것으로 가정한다. 즉, 제1 내부 저항(Ri1)에 대한 제2 내부 저항(Ri2)의 비율은 1/8에서 3까지 변화한다.
방전 동작에서, 제1 내부 저항(Ri1)에 대한 제2 내부 저항(Ri2)의 비율 변화와 무관하게 제1 전류(I1_d)와 제2 전류(I2_d)의 합은 부하 전류(Itot_d)인 0.1A를 만족한다. 다만, 제2 내부 저항(Ri2)의 변화에 따라 제1 전류(I1_d)와 제2 전류(I2_d)의 비율이 변화한다. 제1 내부 저항(Ri1)과 제2 내부 저항(Ri2)이 동일한 경우, 제1 전류(I1_d)와 제2 전류(I2_d)는 0.05A로 동일한 전류값을 갖는다. 제1 내부 저항(Ri1)이 제2 내부 저항(Ri2)보다 큰 저항값을 갖는 경우, 제1 전류(I1_d)는 제2 전류(I2_d)보다 작은 전류값을 갖는다. 제1 내부 저항(Ri1)이 제2 내부 저항(Ri2)보다 작은 저항값을 갖는 경우, 제1 전류(I1_d)는 제2 전류(I2_d)보다 큰 전류값을 갖는다. 충전 동작에서도 마찬가지로, 제1 내부 저항(Ri1)에 대한 제2 내부 저항(Ri2)의 비율 변화와 무관하게 제1 전류(I1_c)와 제2 전류(I2_c)의 합은 부하 전류(Itot_c)인 -0.1A를 만족하고, 제2 내부 저항(Ri2)의 변화에 따라 제1 전류(I1_c)와 제2 전류(I2_c)의 비율이 변화한다.
하나의 전지를 포함하는 싱글 셀에서 전지의 특성은 내부 저항 및 전원에 의존하고, 싸이클 특성에 따라 내부 저항이 변화하더라도 부하부에서 요구되는 전류를 달성하기 위하여 일정한 부하 전류를 출력한다. 반면, 복수의 전지들을 병렬로 연결된 배터리 모듈(10)에서 제1 전지(11_1)의 특성이 변하지 않더라도, 제2 전지(11_2)의 특성 변화에 따라 제1 전지(11_1)가 출력하는 제1 전류(I1)의 크기가 달라지게 된다.
도 3을 참조하면, 내부 저항의 변화에 따른 제1 전류(I1), 제2 전류(I2), 및 부하 전류(Itot)가 도시된다. 제1 전지(11_1)의 제1 전원(E1)은 3.7V로 고정된다. 제2 전지(11_2)의 제2 전원(E2)은 제1 전원(E1)보다 1% 낮은 3.663V인 경우와 제1 전원(E1)보다 5% 낮은 3.515V인 경우로 나누어진다. 제1 내부 저항(Ri1)에 대한 제2 내부 저항(Ri2)의 비율은 도 2와 같이 1/8에서 3까지 변화한다.
제2 전원(E2)이 제1 전원(E1)보다 낮은 전압을 갖는 경우, 배터리 모듈(10)의 부하 전압은 제1 전원(E1)보다 낮은 전압 레벨을 갖게 된다. 즉, 제1 전원(E1)에 의한 전압 레벨이 제1 내부 저항(Ri1)에 의하여 전압 강하된다. 도 3과 같이 부하 전류(Itot)가 0으로 고정된 경우, 제1 전류(I1)과 제2 전류(I2)는 반대의 극성을 갖고, 서로 같은 크기를 가질 수 있다. 따라서, 제1 전지(11_1)는 방전되고, 제2 전지(11_2)는 충전되는 동작이 수행될 수 있다. 제1 전원(E1)과 제2 전원(E2) 사이의 전압 레벨 차이가 클수록, 부하부(20)가 연결되지 않은 상태에서의 충방전 동작은 활발하게 발생할 수 있고, 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)에 의한 전력 소모는 물론, 제1 내부 저항(Ri1) 또는 제2 내부 저항(Ri2)의 변화에 따라 배터리 모듈(10)의 수명이 감소하고, 충방전 효율이 감소한다.
도 2 및 도 3의 그래프를 참조하면, 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)의 차이 및 OCV(Open Circuit Voltage)상태의 배터리 모듈(10)에서의 제1 전원(E1)과 제2 전원(E2)의 차이는 배터리 모듈(10)의 성능에 영향을 준다. 제1 전원(E1) 및 제2 전원(E2) 사이의 전압 차이를 제조 과정에서 극복하지 못하더라도, 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)의 차이를 최소화하는 경우, 배터리 모듈(10)의 수명이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 디바이스의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전자 디바이스(1000)는 배터리 모듈(1100) 및 부하부(1200)를 포함한다. 배터리 모듈(1100)은 도 1의 배터리 모듈(10)에 대응되고, 부하부(1200)는 도 1의 부하부(20)에 대응된다. 배터리 모듈(1100)은 제1 전지(1111), 제2 전지(1112), 보정 소자부(1120), 및 배터리 컨트롤러(1130)를 포함한다. 제1 전지(1111)는 도 1의 제1 전지(11_1)에 대응되고, 제2 전지(1112)는 도 1의 제2 전지(11_2)에 대응된다. 보정 소자부(1120)는 도 1의 보정 소자부(12)에 대응되고, 배터리 컨트롤러(1130)는 도 1의 배터리 컨트롤러(13)에 대응된다.
보정 소자부(1120)는 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)을 포함한다. 제1 가변 저항(Rr1)은 제1 전지(1111)와 직렬로 연결된다. 제1 가변 저항(Rr1)은 제1 전지(1111)의 캐소드 단자 또는 애노드 단자에 연결된다. 제2 가변 저항(Rr2)은 제2 전지(1112)와 직렬로 연결된다. 제2 가변 저항(Rr2)은 제2 전지(1112)의 캐소드 단자 또는 애노드 단자에 연결된다. 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)은 다양한 방식으로 저항값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)은 다이얼 형태의 가변 저항일 수 있고, 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)은 MOSFET 소자와 같은 능동 소자를 포함하여 저항값을 변경할 수 있다.
제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)은 제1 내부 저항(Ri1)및 제2 내부 저항(Ri2)에 의한 저항값 차이에 의한 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)의 차이를 보정한다. 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)은 제1 가변 저항(Rr1)과 제1 내부 저항(Ri1)의 합이 제2 가변 저항(Rr2)과 제2 내부 저항(Ri2)의 합과 동일하도록 제어된다. 이 경우, 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)는 동일한 전류값을 갖게 된다. 따라서, 제1 전원(E1)과 제2 전원(E2)이 동일한 전압을 제공하는 경우, 제1 전지(1111)와 제2 전지(1112)가 소모하는 에너지가 동일하고, 제1 전지(1111) 또는 제2 전지(1112)가 과충전되거나 과방전될 가능성이 감소한다. 제1 전원(E1)과 제2 전원(E2)이 동일한 전압을 제공하지 않고, 작은 전압 차이를 갖더라도 제1 전지(1111)와 제2 전지(1112)가 소모하는 에너지 차이가 감소하므로 배터리 모듈(1100)의 수명이 증가할 수 있다.
배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 제어한다. 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 내부 저항(Ri1)과 제1 가변 저항(Rr1)의 합이 제2 내부 저항(Ri2)과 제2 가변 저항(Rr2)의 합과 동일하도록 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)을 제어한다. 배터리 컨트롤러(1130)의 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2) 제어 시간은 제한되지 않으며, 예를 들어 일정 시간마다 진행될 수 있고, 충방전이 종료되는 시점에 진행될 수 있다.
제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)의 제어를 위하여, 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값과 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값을 검출한다. 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값 정보를 포함하는 제1 내부 저항값 신호(Si1)를 수신하고, 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값 정보를 포함하는 제2 내부 저항값 신호(Si2)를 수신한다. 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 전지(1111)로부터 제1 내부 저항값 신호(Si1)를 수신하고, 제2 전지(1112)로부터 제2 내부 저항값 신호(Si2)를 수신할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 별도의 내부 저항 검출 센서로부터 제1 내부 저항값 신호(Si1) 및 제2 내부 저항값 신호(Si2)를 수신할 수 있다. 또한, 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값 및 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값을 검출하는 센서를 포함하여 각각의 저항값들을 검출할 수 있다. 충방전이 불규칙하게 발생하는 전자 디바이스(1000)에서 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)은 불규칙적으로 변할 수 있다. 따라서, 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)의 제어는 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)의 측정시에 곧바로 이루어지는 것이 바람직하다.
배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 및 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 검출한다. 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 정보를 포함하는 제1 가변 저항값 신호(Sr1)를 수신하고, 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값 정보를 포함하는 제2 가변 저항값 신호(Sr2)를 수신한다. 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 및 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값은 별도의 가변 저항 검출 센서를 이용하여 측정할 수 있고, 배터리 컨트롤러(1130)가 가변 저항 검출 센서를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 및 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 검출하지 않을 수 있다. 이 경우, 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값 및 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값을 검출하고, 제1 내부 저항(Ri1)과 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값 차이값에 근거하여, 곧바로 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 및 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 산출하여 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)을 제어할 수 있다.
배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1), 제2 가변 저항(Rr2), 제1 내부 저항(Ri1), 및 제2 내부 저항(Ri2) 각각의 검출된 저항값을 비교하여 제1 가변 저항(Rr1)을 제어하기 위한 제1 가변 신호(Cr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)을 제어하기 위한 제2 가변 신호(Cr2)를 생성한다. 제1 가변 신호(Cr1)는 제1 가변 저항(Rr1)에 제공되고, 제2 가변 신호(Cr2)는 제2 가변 저항(Rr2)에 제공된다. 예를 들어, 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)이 MOSFET 구조일 경우, 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 신호(Cr1)를 제1 가변 저항(Rr1)의 게이트 단자에 제공할 수 있고, 제2 가변 신호(Cr2)를 제2 가변 저항(Rr2)의 게이트 단자에 제공할 수 있다.
배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2) 중 적어도 하나가 가변 범위의 최소 저항값을 갖도록 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)을 제어한다. 예를 들어, 제1 내부 저항(Ri1)이 제2 내부 저항(Ri2)보다 10mohm 큰 저항값을 갖는 경우, 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1)을 20mohm으로 제어하고, 제2 가변 저항(Rr2)을 30mohm으로 제어할 수 있다. 다만, 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2) 자체가 제1 전지(1111) 및 제2 전지(1112)의 에너지를 소모할 수 있으므로, 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 및 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값은 가능한 작은 저항값을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값과 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 동일하게 20mohm씩 감산하여, 제1 가변 저항(Rr1)은 0이 되고, 제2 가변 저항(Rr2)은 10mohm을 갖도록 제어할 수 있다. 즉, 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)의 오프셋을 제거할 수 있다.
도 4의 배터리 모듈(1100)은 제1 전지(1111) 및 제2 전지(1112)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 복수의 전지가 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 전지들의 개수만큼 복수의 가변 저항이 배터리 모듈(1100)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(1100)은 제1 전지(1111) 및 제2 전지(1112)와 병렬로 연결된 제3 전지를 더 포함할 수 있고, 제3 전지의 캐소드 단자 또는 애노드 단자에 연결된 제3 가변 저항을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 컨트롤러(1130)는 제3 가변 저항의 저항값을 검출하고, 제3 전지에 포함된 제3 내부 저항의 저항값을 검출한다. 배터리 컨트롤러(1130)는 제3 가변 저항의 저항값과 제3 내부 저항의 저항값을 가산하여 제3 직렬 저항의 저항값을 산출한다. 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 내지 제3 직렬 저항의 저항값이 서로 동일하도록 제1 내지 제3 가변 저항의 저항값을 제어하되, 제1 내지 제3 가변 저항의 저항값 중 적어도 하나는 가변 범위 내의 최소 저항값을 갖도록 제어한다.
도 5는 도 4의 배터리 컨트롤러를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 배터리 컨트롤러(1130)는 가변 저항 감지부(1131), 내부 저항 감지부(1132), 비교 연산기(1133), 및 가변 저항 제어부(1134)를 포함한다.
가변 저항 감지부(1131)는 제1 가변 저항값 신호(Sr1) 및 제2 가변 저항값 신호(Sr2)를 수신한다. 가변 저항 감지부(1131)는 제1 가변 저항값 신호(Sr1) 및 제2 가변 저항값 신호(Sr2)에 근거하여 제1 가변 저항값 데이터 및 제2 가변 저항값 데이터를 생성할 수 있다. 제1 가변 저항값 데이터는 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있고, 제2 가변 저항값 데이터는 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있다. 제1 가변 저항값 신호(Sr1) 및 제2 가변 저항값 신호(Sr2)는 아날로그 신호일 수 있고, 가변 저항 감지부(1131)는 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다.
내부 저항 감지부(1132)는 제1 내부 저항값 신호(Si1) 및 제2 내부 저항값 신호(Si2)를 수신한다. 내부 저항 감지부(1132)는 제1 내부 저항값 신호(Si1) 및 제2 내부 저항값 신호(Si2)에 근거하여 제1 내부 저항값 데이터 및 제2 내부 저항값 데이터를 생성할 수 있다. 제1 내부 저항값 데이터는 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있고, 제2 내부 저항값 데이터는 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있다. 제1 내부 저항값 신호(Si1) 및 제2 내부 저항값 신호(Si2)는 아날로그 신호일 수 있고, 내부 저항 감지부(1132)는 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다.
가변 저항 감지부(1131) 및 내부 저항 감지부(1132)는 별도의 구성요소로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 가변 저항 및 내부 저항을 감지하는 하나의 구성요소가 제1 내부 저항값 신호(Si1), 제2 내부 저항값 신호(Si2), 제1 가변 저항값 신호(Sr1), 및 제2 가변 저항값 신호(Sr2)를 수신하여 디지털 변환을 수행할 수 있다.
비교 연산기(1133)는 가변 저항 감지부(1131)로부터 제1 가변 저항값 데이터 및 제2 가변 저항값 데이터를 수신한다. 비교 연산기(1133)는 내부 저항 감지부(1132)로부터 제2 가변 저항값 데이터 및 제2 가변 저항값 데이터를 수신한다. 비교 연산기(1133)는 제1 가변 저항값 데이터 및 제1 내부 저항값 데이터를 가산하여 제1 직렬 저항값 데이터를 생성한다. 비교 연산기(1133)는 제2 가변 저항값 데이터 및 제2 내부 저항값 데이터를 가산하여 제2 직렬 저항값 데이터를 생성한다. 비교 연산기(1133)는 제1 직렬 저항값 데이터 및 제2 직렬 저항값 데이터를 생성하기 위한 가산기를 포함할 수 있다.
비교 연산기(1133)는 제1 직렬 저항값 데이터와 제2 직렬 저항값 데이터를 비교하는 비교기를 포함할 수 있다. 비교 연산기(1133)는 제1 직렬 저항값 데이터 값이 제2 직렬 저항값 데이터 값보다 큰 경우, 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 증가시키도록 제2 가변 저항값 데이터 값을 증가시키거나 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값을 감소시키도록 제1 가변 저항값 데이터 값을 감소시킬 수 있다. 비교 연산기(1133)는 제1 직렬 저항값 데이터 값이 제2 직렬 저항값 데이터 값보다 작은 경우, 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값을 감소시키도록 제1 가변 저항값 데이터를 감소시키거나 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 증가시키도록 제2 가변 저항값 데이터를 증가시킬 수 있다.
비교 연산기(1133)는 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값 및 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값 중 적어도 하나가 가변 범위의 최소 저항값을 갖도록 오프셋을 제거하는 연산을 수행할 수 있다. 비교 연산기(1133)는 오프셋 제거 연산을 수행하도록 제1 가변 저항 데이터 및 제2 가변 저항 데이터에 동일한 데이터 값을 감산하기 위한 감산기를 포함할 수 있다. 비교 연산기(1133)는 제1 오프셋 제거를 수행하고, 보정된 제1 가변 저항값 데이터 및 보정된 제2 가변 저항값 데이터를 가변 저항 제어부(1134)에 제공할 수 있다.
가변 저항 제어부(1134)는 비교 연산기(1133)로부터 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)을 제어하기 위한 보정된 제1 가변 저항값 데이터 또는 보정된 제2 가변 저항값 데이터를 수신한다. 가변 저항 제어부(1134)는 비교 연산기(1133)로부터 수신한 데이터에 근거하여 제1 가변 신호(Cr1) 및 제2 가변 신호(Cr2)를 생성한다. 제1 가변 신호(Cr1)는 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값을 결정하기 위한 아날로그 신호일 수 있다. 제2 가변 신호(Cr2)는 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값을 결정하기 위한 아날로그 신호일 수 있다. 예를 들어, 제1 가변 신호(Cr1)는 MOSFET으로 구성된 제1 가변 저항(Rr1)의 게이트 전압에 대응될 수 있다. 제2 가변 신호(Cr2)는 MOSFET으로 구성된 제2 가변 저항(Rr2)의 게이트 전압에 대응될 수 있다. 가변 저항 제어부(1134)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 컨트롤러의 구동 방법(S1000)은 가변 저항 및 내부 저항을 측정하는 단계(S100), 직렬 저항을 산출하는 단계(S200), 저항값을 비교하는 단계(S300), 및 가변 저항을 제어하는 단계(S400)를 포함한다. 저항값을 비교하는 단계(S300)는 제1 직렬 저항과 제2 직렬 저항을 비교하는 단계(S310, S320), 제1 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S330), 및 제2 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S340)를 포함한다. 가변 저항을 제어하는 단계(S400)는 제1 가변 저항에 보정값을 감산하는 단계(S410), 제2 가변 저항에 보정값을 가산하는 단계(S420), 제1 가변 저항에 보정값을 가산하는 단계(S430), 제2 가변 저항에 보정값을 감산하는 단계(S440), 및 오프셋 제거 단계(S450)를 포함한다.
가변 저항 및 내부 저항을 측정하는 단계(S100)에서 제1 가변 저항(Rr1), 제2 가변 저항(Rr2), 제1 내부 저항(Ri1), 및 제2 내부 저항(Ri2)이 측정된다. 배터리 컨트롤러(1130)는 측정된 저항값을 비교 및 연산하기 위한 데이터로 변환할 수 있다.
직렬 저항을 산출하는 단계(S200)에서 배터리 컨트롤러(1130)는 제1 직렬 저항(Rt1) 및 제2 직렬 저항(Rt2)을 산출한다. 직렬 저항을 산출하는 단계(S200)는 도 5의 비교 연산기(1133)에서 수행될 수 있다. 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값은 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값과 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값의 합이다. 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값은 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값과 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값의 합이다.
제1 직렬 저항과 제2 직렬 저항을 비교하는 단계(S310, S320)에서 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값과 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값이 동일한 경우, 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)가 동일할 것이므로 가변 저항 제어를 종료할 수 있다. 도 6과 달리, 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값과 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값이 동일한 경우, 오프셋 제거 단계를 진행할 수 있다. 즉, 제1 가변 저항(Rr1)과 제2 가변 저항(Rr2) 중 적어도 하나는 가변 범위 내의 최소 저항값을 갖도록 감산될 수 있다. 예를 들어, 제1 가변 저항(Rr1)과 제2 가변 저항(Rr2) 중 적어도 하나는 0이 되도록 감산될 수 있다.
제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값이 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값보다 큰 경우, 제1 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S330)가 진행된다. 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값이 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값보다 작은 경우, 제2 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S340)가 진행된다. 보정값(Rd)은 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값과 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값의 차이의 절대값이다. 제1 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S330)에서 보정값(Rd)은 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값에서 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값을 감산한 결과값이다. 제2 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S340)에서 보정값(Rd)은 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값에서 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값을 감산한 결과값이다.
제1 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S330)에서 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값이 보정값(Rd)보다 큰 경우, 제1 가변 저항에 보정값을 감산하는 단계(S410)가 진행된다. 제1 가변 저항(Rr1)에 보정값(Rd)을 감산하는 경우, 제1 직렬 저항(Rt1)과 제2 직렬 저항(Rt2)이 동일한 저항값을 갖게 된다. 따라서, 제1 전원(E1)과 제2 전원(E2)이 동일한 전압 레벨을 갖는 경우, 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)는 동일한 크기를 갖는다.
제1 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S330)에서 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값이 보정값(Rd)보다 작은 경우, 제2 가변 저항에 보정값을 가산하는 단계(S420)가 진행된다. 제2 가변 저항(Rr2)에 보정값(Rd)을 가산하는 경우, 제1 직렬 저항(Rt1)과 제2 직렬 저항(Rt2)이 동일한 저항값을 갖게 된다.
제2 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S340)에서 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값이 보정값(Rd)보다 큰 경우, 제1 가변 저항에 보정값을 가산하는 단계(S430)가 진행된다. 제1 가변 저항(Rr1)에 보정값(Rd)을 가산하는 경우, 제1 직렬 저항(Rt1)과 제2 직렬 저항(Rt2)이 동일한 저항값을 갖게 된다.
제2 가변 저항과 보정값을 비교하는 단계(S340)에서 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값이 보정값(Rd)보다 작은 경우, 제2 가변 저항에 보정값을 감산하는 단계(S440)가 진행된다. 제2 가변 저항(Rr2)에 보정값(Rd)을 감산하는 경우, 제1 직렬 저항(Rt1)과 제2 직렬 저항(Rt2)이 동일한 저항값을 갖게 된다.
제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)이 0보다 큰 특정 저항값을 갖는 경우, 제1 가변 저항(Rr1) 및 제2 가변 저항(Rr2)에 의한 전력 소모가 발생한다. 이러한 전력 소모를 최소화하기 위하여 오프셋 제거 단계(S450)가 진행된다. 오프셋 제거 단계(S450)에서 제1 가변 저항(Rr1)과 제2 가변 저항(Rr2) 중 적어도 하나는 가변 범위 내의 최소 저항값을 갖도록 감산된다. 예를 들어, 제1 가변 저항(Rr1)과 제2 가변 저항(Rr2) 중 적어도 하나는 0이 되도록 감산될 수 있다.
도 6과 달리, 배터리 컨트롤러의 구동 방법(S1000)은 별도의 오프셋 제거 단계(S450)를 두지 않고 제1 가변 저항(Rr1) 또는 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값에 보정값(Rd)을 가산 또는 감산하는 단계(S410~S440)에서 오프셋 제거 연산을 동시에 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 가변 저항에 보정값을 가산하는 단계(S420)에서 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값을 0이 되도록 감산하여 제1 가변 저항(Rr1)의 저항값 감소만큼 보정값(Rd)의 크기가 감소하도록 연산한다. 제2 가변 저항(Rr2)의 저항값에 감소된 보정값(Rd)을 가산하는 경우, 제1 직렬 저항(Rt1)의 저항값과 제2 직렬 저항(Rt2)의 저항값은 제1 내부 저항(Ri1)의 저항값과 동일하다. 이 경우, 제1 가변 저항(Rr1)은 가변 범위의 최소값을 가지므로 별도의 오프셋 제거 단계가 요구되지 않는다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 전자 디바이스(2000)는 배터리 모듈(2100) 및 부하부(2200)를 포함한다. 배터리 모듈(2100)은 제1 전지(2111), 제2 전지(2112), 보정 소자부(2120), 및 배터리 컨트롤러(2130)를 포함한다. 제1 전지(2111), 제2 전지(2112), 및 부하부(2200)는 도 1의 제1 전지(11_1), 제2 전지(11_2), 및 부하부(20)와 실질적으로 동일한 기능을 수행하므로 구체적인 설명이 생략된다.
보정 소자부(2120)는 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)을 포함한다. 제1 전류원(Is1)은 제1 전지(2111)에 전기적으로 연결된다. 제2 전류원(Is2)은 제2 전지(2112)에 전기적으로 연결된다. 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)은 제1 전지(2111)와 제2 전지(2112) 중 높은 전압을 갖는 전지를 이용하거나 낮은 내부 저항을 갖는 전지를 이용하여 구동될 수 있다. 또는, 보정 소자부(2120)가 제1 전지(2111) 또는 제2 전지(2112)의 전압에 영향을 미쳐 내부 저항을 변화시키는 것을 방지하기 위하여, 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)은 별도의 외부 전원을 이용하여 구동될 수 있다.
제1 전류원(Is1)은 제3 전류(I3)를 생성하고, 제2 전류원(Is2)는 제4 전류(I4)를 생성한다. 제1 전류(I1) 및 제3 전류(I3)의 합은 제1 보정 전류와 같고, 제2 전류(I2) 및 제4 전류(I4)의 합은 제2 보정 전류와 같다. 제1 보정 전류와 제2 보정 전류의 합은 부하 전류(Itot)와 같다. 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)은 제1 전지(2111) 및 제2 전지(2112)의 과충전 및 과방전을 방지한다. 즉, 제1 전지(2111)와 제2 전지(2112)는 내부 저항의 차이에 의하여 충방전이 불균일하게 발생한다. 따라서, 제1 전지(2111)와 제2 전지(2112) 사이에 충방전 정도의 차이가 발생하고, 배터리 수명의 악화로 이어진다. 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)은 제1 보정 전류 및 제2 보정 전류가 동일한 크기를 갖도록 조정하여 병렬로 연결된 전지들 사이의 전류 차이를 보상하고, 배터리 모듈(2100)의 성능을 개선한다. 또한, 보정 소자부(2120)는 도 4와 달리 가변 저항이 없으므로, 저항에 의한 전력 손실을 최소화 할 수 있다.
배터리 컨트롤러(2130)는 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)의 전류값을 제어한다. 배터리 컨트롤러(2130)는 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)의 차이에 근거하여 제3 전류(I3) 및 제4 전류(I4)의 크기를 결정할 수 있다. 구체적으로, 배터리 컨트롤러(2130)는 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)를 검출한다. 배터리 모듈(2100)은 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)를 검출하기 위한 전류계를 더 포함할 수 있다. 또는, 배터리 컨트롤러(2130)가 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)의 크기를 검출할 수 있다. 배터리 컨트롤러(2130)는 제1 전류(I1)의 크기와 제2 전류(I2)의 크기를 가산하여 부하 전류(Itot)를 산출할 수 있다. 또는, 배터리 컨트롤러(2130)는 부하 전류(Itot)의 크기를 외부로부터 직접 검출할 수 있다. 배터리 컨트롤러(2130)는 부하 전류(Itot)의 크기를 병렬로 연결된 전지의 개수만큼 나누어 제1 보정 전류 및 제2 보정 전류의 크기를 산출할 수 있다. 도 7과 같인 두 개의 전지가 병렬로 연결된 경우, 배터리 컨트롤러(2130)는 부하 전류(Itot)의 절반 크기를 제1 보정 전류 및 제2 보정 전류로 결정할 수 있다.
배터리 컨트롤러(2130)는 결정된 제1 보정 전류 및 제2 보정 전류에 근거하여 제1 전류원 제어 신호(Ci1) 및 제2 전류원 제어 신호(Ci2)를 생성한다. 배터리 컨트롤러(2130)는 제1 전류원(Is1)에 제1 전류원 제어 신호(Ci1)를 제공하고, 제2 전류원(Is2)에 제2 전류원 제어 신호(Ci2)를 제공할 수 있다. 배터리 컨트롤러(2130)는 제1 전류(I1)와 제3 전류(I3)의 합이 제1 보정 전류와 같도록 제1 전류원(Is1)을 제어한다. 배터리 컨트롤러(2130)는 제2 전류(I2)와 제4 전류(I4)의 합이 제2 보정 전류와 같도록 제2 전류원(Is2)을 제어한다.
도 7의 배터리 모듈(2100)은 제1 전지(2111) 및 제2 전지(2112)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 복수의 전지가 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 전지들의 개수만큼 복수의 전류원이 배터리 모듈(2100)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(2100)은 제1 전지(2111) 및 제2 전지(2112)와 병렬로 연결된 제3 전지를 더 포함할 수 있고, 제3 전지에 연결된 제3 전류원을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 컨트롤러(2130)는 제3 전지에 의한 전류를 검출하고, 부하 전류(Itot)에 3을 나눈 값을 제3 보정 전류로 결정할 수 있다. 배터리 컨트롤러(2130)는 제3 전류원에 의한 전류 및 제3 전지에 의한 전류의 합이 제3 보정 전류와 같도록 제3 전류원을 제어한다.
도 7의 배터리 모듈(2100)은 제1 전지(2111)와 직렬로 연결된 제1 가변 저항 및 제2 전지(2112)와 직렬로 연결된 제2 가변 저항을 더 포함할 수 있다. 배터리 컨트롤러(2130)는 제1 내부 저항(Ri1) 및 제2 내부 저항(Ri2)의 저항값 차이를 보상하기 위하여 가변 저항과 전류원을 선택적으로 동작시킬 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(2100)은 가변 저항 동작의 간편성과 전류원 동작의 세밀한 조정을 고려하여 보정 소자를 선택할 수 있다.
도 8은 도 7의 배터리 컨트롤러를 도시한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 배터리 컨트롤러(2130)는 전류 감지부(2131), 비교 연산기(2132), 및 전류 제어부(2133)를 포함한다.
전류 감지부(2131)는 제1 전류(I1), 제2 전류(I2), 및 부하 전류(Itot)를 수신한다. 전류 감지부(2131)는 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)에 근거하여 제1 전류 데이터 및 제2 전류 데이터를 생성할 수 있다. 전류 감지부(2131)는 부하 전류(Itot)에 근거하여 부하 전류 데이터를 생성할 수 있다. 제1 전류 데이터는 제1 전류(I1)의 크기 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있고, 제2 전류 데이터는 제2 전류(I2)의 크기 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있다. 전류 감지부(2131)는 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)를 제1 전류 데이터 및 제2 전류 데이터로 변환하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다.
비교 연산기(2132)는 제1 전류 데이터 및 제2 전류 데이터를 수신한다. 비교 연산기(2132)는 부하 전류(Itot)의 크기 정보를 포함하는 부하 전류 데이터를 수신하거나, 제1 전류 데이터 및 제2 전류 데이터를 가산하여 부하 전류 데이터를 생성할 수 있다. 비교 연산기(2132)는 부하 전류 데이터 값을 2로 나눈 값을 보정 데이터로 결정할 수 있다. 보정 데이터는 제1 보정 전류 및 제2 보정 전류의 크기에 대응된다. 비교 연산기(2132)는 보정 데이터 및 제1 전류 데이터를 비교하고 그 차이에 근거하여 제3 전류 데이터를 생성한다. 비교 연산기(2132)는 보정 데이터 및 제2 전류 데이터를 비교하고 그 차이에 근거하여 제4 전류 데이터를 생성한다. 예를 들어, 비교 연산기(2132)는 보정 데이터에 제1 전류 데이터를 감산하여 제3 전류 데이터를 생성할 수 있다. 비교 연산기(2132)는 보정 데이터에 제2 전류 데이터를 감산하여 제4 전류 데이터를 생성할 수 있다. 비교 연산기(2132)는 보정 데이터와 제1 전류 데이터를 비교하거나 보정 데이터와 제2 전류 데이터를 비교하기 위한 비교기를 포함할 수 있다.
전류 제어부(2133)는 비교 연산기(2132)로부터 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)을 제어하기 위한 제3 전류 데이터 및 제4 전류 데이터를 수신한다. 전류 제어부(2133)는 제3 전류 데이터에 근거하여 제1 전류원 제어 신호(Ci1)를 생성하고, 제4 전류 데이터에 근거하여 제2 전류원 제어 신호(Ci2)를 생성한다. 제1 전류원 제어 신호(Ci1) 및 제2 전류원 제어 신호(Ci2)는 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)이 제공하는 전류의 크기를 결정하기 위한 아날로그 신호일 수 있다. 전류 제어부(2133)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터를 포함할 수 있다.
도 9는 도 7의 배터리 모듈의 동작에 따른 전류 변화를 도시한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 시간에 따른 제1 내지 제4 전류(I1~I4)의 크기, 부하 전류(Itot)의 크기 및 제1 및 제2 보정전류(I1sum, I2sum)의 크기를 도시한다. 제1 전원(E1) 및 제2 전원(E2)은 3.7V로 가정하고, 제1 내부 저항(Ri1)은 20mohm으로 고정된다. 제2 내부 저항(Ri2)은 시간의 흐름에 따라 변한다. 0에서 2초동안 제2 내부 저항(Ri2)은 22mohm이다. 2에서 4초동안 제2 내부 저항(Ri2)은 24mohm이다. 4에서 6초동안 제2 내부 저항(Ri2)은 26mohm이다. 6에서 8초동안 제2 내부 저항(Ri2)은 28mohm이다. 8에서 10초동안 제2 내부 저항(Ri2)은 30mohm이다.
보정 소자부(2120)가 전류 보정을 수행하지 않는 경우, 제2 내부 저항(Ri2)이 증가함에 따라, 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)의 크기는 달라진다. 제1 내부 저항(Ri1)과 제2 내부 저항(Ri2) 사이의 저항값 차이가 증가할수록, 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2) 사이의 크기 차이는 증가한다. 도 9와 같은 충전시에 제1 전지(2111)는 제2 전지(2112)보다 더 많은 전류가 흐르므로 제1 전지(2111)는 과충전될 수 있다. 또는, 전자 디바이스(2000)는 제1 전지(2111)에 편중되어 전류 공급하거나, 전류를 공급받게 되므로, 제1 전지(2111)의 수명이 감소한다.
보정 소자부(2120)에 의한 전류 보정이 수행되는 경우, 제1 전류원(Is1)은 제3 전류(I3)를 제공하고, 제2 전류원(Is2)은 제4 전류(I4)를 제공한다. 제1 전류(I1)와 제3 전류(I3)의 합은 제1 보정 전류(I1sum)와 같고, 제2 전류(I2)와 제4 전류(I4)의 합은 제2 보정 전류(I2sum)와 같다. 시간에 따라, 제2 내부 저항(Ri2)이 급격하게 변하는 경우에도, 배터리 컨트롤러(2130)는 제2 내부 저항(Ri2)에 의한 전류 변화를 즉시 감지하고, 제1 보정 전류(I1sum) 및 제2 보정 전류(I2sum)가 부하 전류(Itot)의 절반값인 0.05A를 갖도록 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)을 제어한다. 제1 전류원(Is1) 및 제2 전류원(Is2)은 변화된 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)를 안정적이고 신속하게 보상할 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
100, 1000, 2000: 전자 디바이스 10, 1100, 2100: 배터리 모듈
11_1, 1111, 2111: 제1 전지 11_2, 1112, 2112: 제2 전지
12, 1120, 2120: 보정 소자부 13, 1130, 2130: 배터리 컨트롤러
20, 1200, 2200: 부하부 Ri1: 제1 내부 저항
Ri2: 제2 내부 저항 Rr1: 제1 가변 저항
Rr2: 제2 가변 저항 Is1: 제1 전류원
Is2: 제2 전류원

Claims (20)

  1. 제1 내부 저항을 포함하는 제1 전지;
    상기 제1 전지와 병렬로 연결되고, 제2 내부 저항을 포함하는 제2 전지;
    상기 제1 전지와 직렬로 연결된 제1 가변 저항;
    상기 제2 전지와 직렬로 연결된 제2 가변 저항; 및
    상기 제1 내부 저항의 저항값 및 상기 제1 가변 저항의 저항값의 합인 제1 직렬 저항값과 상기 제2 내부 저항의 저항값 및 상기 제2 가변 저항의 저항값의 합인 제2 직렬 저항값이 동일하도록 제어하고, 상기 제1 가변 저항 및 상기 제2 가변 저항 중 적어도 하나는 가변 범위의 최소 저항값을 갖도록 제어하는 배터리 컨트롤러를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 내부 저항의 저항값 및 상기 제1 가변 저항의 저항값을 가산하여 상기 제1 직렬 저항값을 산출하고, 상기 제2 내부 저항의 저항값 및 상기 제2 가변 저항의 저항값을 가산하여 상기 제2 직렬 저항값을 산출하고, 상기 제1 직렬 저항값 및 상기 제2 직렬 저항값을 비교하여 상기 제1 가변 저항 또는 상기 제2 가변 저항을 제어하는 배터리 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 직렬 저항값과 상기 제2 직렬 저항값의 차이의 절대값인 보정값을 산출하고, 상기 보정값에 근거하여 상기 제1 가변 저항 또는 상기 제2 가변 저항을 제어하는 배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 직렬 저항값이 상기 제2 직렬 저항값보다 큰 경우, 상기 제1 가변 저항의 저항값과 상기 보정값을 비교하고,
    상기 제1 가변 저항의 저항값이 상기 보정값보다 작은 경우, 상기 제2 가변 저항의 저항값을 상기 보정값만큼 가산하도록 제어하고,
    상기 제1 가변 저항의 저항값이 상기 보정값보다 큰 경우, 상기 제1 가변 저항의 저항값을 상기 보정값만큼 감산하도록 제어하는 배터리 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 가변 저항의 저항값 및 상기 제2 가변 저항의 저항값을 동일한 값만큼 감산하여 상기 제1 가변 저항 및 상기 제2 가변 저항 중 적어도 하나의 저항값이 0이 되도록 제어하는 배터리 모듈.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 직렬 저항값이 상기 제2 직렬 저항값보다 작은 경우, 상기 제2 가변 저항의 저항값과 상기 보정값을 비교하고,
    상기 제2 가변 저항의 저항값이 상기 보정값보다 작은 경우, 상기 제1 가변 저항의 저항값을 상기 보정값만큼 가산하도록 제어하고,
    상기 제2 가변 저항의 저항값이 상기 보정값보다 큰 경우, 상기 제2 가변 저항의 저항값을 상기 보정값만큼 감산하도록 제어하는 배터리 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 가변 저항의 저항값 및 상기 제2 가변 저항의 저항값을 동일한 값만큼 감산하여 상기 제1 가변 저항 및 상기 제2 가변 저항 중 적어도 하나의 저항값이 0이 되도록 제어하는 배터리 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 내부 저항의 저항값 및 상기 제2 내부 저항의 저항값에 근거하여 상기 제1 가변 저항의 저항값을 제어하는 제1 가변 신호를 상기 제1 가변 저항에 제공하고 상기 제2 가변 저항의 저항값을 제어하는 제2 가변 신호를 상기 제2 가변 저항에 제공하는 배터리 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 가변 저항으로부터 제1 가변 저항값 신호를 수신하고, 상기 제2 가변 저항으로부터 제2 가변 저항값 신호를 수신하는 가변 저항 감지부;
    상기 제1 전지로부터 제1 내부 저항값 신호를 수신하고, 상기 제2 전지로부터 제2 내부 저항값 신호를 수신하는 내부 저항 감지부;
    상기 제1 가변 저항값 신호, 상기 제2 가변 저항값 신호, 상기 제1 내부 저항값 신호, 및 상기 제2 내부 저항값 신호에 근거하여 상기 제1 가변 저항 및 상기 제2 가변 저항의 저항값을 산출하는 비교 연산기; 및
    상기 비교 연산기로부터 산출된 상기 제1 가변 저항 및 상기 제2 가변 저항의 저항값에 근거하여 상기 제1 가변 신호 및 상기 제2 가변 신호를 생성하는 가변 저항 제어부를 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전지 및 상기 제2 전지와 병렬로 연결되고, 제3 내부 저항을 포함하는 제3 전지; 및
    상기 제3 전지와 직렬로 연결된 제3 가변 저항을 더 포함하고,
    상기 배터리 컨트롤러는 상기 제3 내부 저항의 저항값 및 상기 제3 가변 저항의 저항값의 합인 제3 직렬 저항값이 상기 제1 직렬 저항값 및 상기 제2 직렬 저항값과 동일하도록 제어하고, 상기 제1 내지 제3 가변 저항 중 적어도 하나가 가변 범위의 최소 저항값을 갖도록 제어하는 배터리 모듈.
  11. 제1 전류를 제공하는 제1 전지;
    상기 제1 전지와 병렬로 연결되고, 제2 전류를 제공하는 제2 전지;
    상기 제1 전지에 연결되고, 제3 전류를 제공하는 제1 전류원;
    상기 제2 전지에 연결되고, 제4 전류를 제공하는 제2 전류원; 및
    상기 제1 전류와 상기 제3 전류의 합인 제1 보정 전류와 상기 제2 전류와 상기 제4 전류의 합인 제2 보정 전류가 동일하도록 상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원을 제어하는 배터리 컨트롤러를 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 전류 및 상기 제2 전류를 가산하여 부하 전류의 크기를 산출하고, 상기 제1 내지 제4 전류의 합이 상기 부하 전류의 크기와 동일하도록 상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원을 제어하는 배터리 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 보정 전류와 상기 제2 보정 전류의 크기가 상기 부하 전류의 크기의 절반값이 되도록 상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원을 제어하는 배터리 모듈.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제3 전류 및 상기 제4 전류가 동일한 크기를 갖고, 서로 반대의 극성을 갖도록 상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원을 제어하는 배터리 모듈.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 전류원 및 상기 제2 전류원은 상기 제1 전지 및 상기 제2 전지 중 낮은 내부 저항값을 갖는 전지로부터 전압을 수신하는 배터리 모듈.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 제1 전류 및 상기 제2 전류를 검출하는 전류 감지부;
    상기 전류 감지부로부터 검출된 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류를 비교하고, 상기 제3 전류 및 상기 제4 전류를 산출하는 비교 연산기;
    상기 비교 연산기로부터 산출된 상기 제3 전류 및 상기 제4 전류에 근거하여 상기 제1 전류원에 제1 전류원 제어 신호를 제공하고, 상기 제2 전류원에 제2 전류원 제어 신호를 제공하는 배터리 모듈.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전지 및 상기 제2 전지와 병렬로 연결되고, 제5 전류를 제공하는 제3 전지; 및
    상기 제3 전지에 연결되고, 제6 전류를 제공하는 제3 전류원을 더 포함하고,
    상기 배터리 컨트롤러는 상기 제5 전류와 상기 제6 전류의 합인 제3 보정 전류는 상기 제1 보정 전류 및 상기 제2 보정 전류와 동일하도록 상기 제3 전류원을 제어하는 배터리 모듈.
  18. 부하 전류를 생성하는 배터리 모듈; 및
    상기 부하 전류를 수신하는 부하부를 포함하고,
    상기 배터리 모듈은,
    제1 내부 저항을 포함하고, 제1 전류를 제공하는 제1 전지;
    상기 제1 전지와 병렬로 연결되고, 제2 내부 저항을 포함하고, 제2 전류를 제공하는 제2 전지;
    상기 제1 전지 및 상기 제2 전지와 연결되는 보정 소자부; 및
    상기 제1 내부 저항 및 상기 제2 내부 저항의 저항값 차이에 근거하여 상기 제1 전류와 상기 제2 전류가 동일하도록 상기 보정 소자부를 제어하는 배터리 컨트롤러를 포함하는 전자 디바이스.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 보정 소자부는,
    상기 제1 전지와 직렬로 연결된 제1 가변 저항; 및
    상기 제2 전지와 직렬로 연결된 제2 가변 저항을 포함하고,
    상기 배터리 컨트롤러는 상기 제1 내부 저항 및 상기 제2 내부 저항의 저항값 차이를 상기 제1 가변 저항의 저항값에 가산하거나 상기 제2 가변 저항의 저항값에 가산하도록 상기 제1 가변 저항 또는 상기 제2 가변 저항을 제어하는 전자 디바이스.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 보정 소자부는,
    상기 제1 전지에 연결되는 제1 전류원; 및
    상기 제2 전지에 연결되는 제2 전류원을 포함하고,
    상기 배터리 컨트롤러는 상기 제1 전류 또는 상기 제2 전류의 변화를 감지하여 상기 제1 전류 또는 상기 제2 전류의 크기를 유지하도록 상기 제1 전류원 또는 상기 제2 전류원을 제어하는 전자 디바이스.
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