KR20210059217A - Improved charging efficiency and stability battery pack and charging method of the battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 충전 효율 및 안정성이 향상된 배터리 팩 및 배터리 팩의 충전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack with improved charging efficiency and stability and a charging method of the battery pack.
보다 구체적으로는, 충전시 발생하는 발열을 줄인 배터리 팩 및 고속으로 배터리 팩을 충전하면서도, 발열을 줄여 안정성이 향상된 배터리 팩 및 그 배터리 팩을 충전하는 방법에 관한 것이다.More specifically, it relates to a battery pack with reduced heat generated during charging and a battery pack with improved stability by reducing heat generation while charging the battery pack at high speed, and a method of charging the battery pack.
배터리는 전원으로서 휴대전화로 대표되는 모바일 단말기에 넓게 보급되어 있다. 최근, 환경보호의 고조와 함께 태양광 발전이나 풍력 발전과 같은 재생 가능 에너지가 주목되고 그 에너지를 축전하는 용도로서 배터리가 주목 받아 보급되고 있다. 자동차로도 배터리를 탑재한 하이브리드 자동차나 전기 자동차가 보급되고 있다. Batteries are widely used in mobile terminals represented by mobile phones as a power source. In recent years, with the rise of environmental protection, renewable energy such as solar power generation or wind power generation has been attracting attention, and batteries are being popularized as a use for storing the energy. As for automobiles, hybrid vehicles and electric vehicles equipped with batteries are being popularized.
이러한 배터리는, 배터리의 용량을 늘리기 위해 복수개의 배터리 셀들을 병렬로 연결하여 제작된다.Such a battery is manufactured by connecting a plurality of battery cells in parallel to increase the capacity of the battery.
한편, 배터리 셀들이 병렬로 연결된 배터리 팩을 충전시키는 경우, 충전 시간이 병렬 연결된 배터리 셀들의 배수만큼 증가하는 문제가 있었다.On the other hand, when the battery pack in which the battery cells are connected in parallel is charged, there is a problem that the charging time increases by a multiple of the battery cells connected in parallel.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 충전 전류를 높이는 방법이 있다. 그러나 충전 전류를 높이게 되면, 충전시 많은 열이 발생한다.As a method for solving this problem, there is a method of increasing the charging current. However, if the charging current is increased, a lot of heat is generated during charging.
충전시 발생하는 열을 줄이기 위해서 충전 회로의 패턴 사이즈를 키워야 되는데, 충전 회로의 패턴이 커질수록 배터리 팩의 크기가 커져 공간 효율성이 떨어진다.In order to reduce heat generated during charging, the pattern size of the charging circuit must be increased, and the larger the pattern of the charging circuit, the larger the size of the battery pack, resulting in a decrease in space efficiency.
따라서, 본 발명에서는 충전시 충전 전류를 높이지 않아 발명이 적으면서도, 고속으로 충전이 가능한 배터리 팩 및 충전시 발열이 적고, 고속으로 배터리 팩을 충전하는 방법을 제안한다.Accordingly, the present invention proposes a battery pack capable of recharging at a high speed, and a method for charging the battery pack at a high speed, while reducing the invention by not increasing the charging current during charging.
본 발명은 충전시 배터리 셀들의 연결 구조를 전환하여 저전류, 고전압 충전 방식으로 발열을 최소화 하여, 고속으로 충전이 가능한 배터리 팩 및 그 배터리 팩을 충전하는 방법을 제공한다.The present invention provides a battery pack capable of charging at high speed and a method of charging the battery pack by minimizing heat generation through a low current and high voltage charging method by switching the connection structure of battery cells during charging.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은, 제1 배터리 셀, 제2 배터리 셀, 일단은 상기 제1 배터리 셀의 (+)단과 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀의 (+)단 및 배터리 팩의 (+)출력단에 연결되는 제1 FET, 일단은 상기 제1 배터리 셀의 (+)단과 제1 FET의 일단에 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀의 (-)단에 연결되는 제2 FET, 일단은 상기 제1 배터리 셀의 (-)단 및 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀의 (-)단 및 상기 제2 FET의 타단에 연결되는 제3 FET, 배터리 팩의 충전 또는 방전 상태에 따라 상기 제1, 2, 3 FET를 제어하는 제어부 및 일단이 상기 제1 배터리 셀의 (-)단 및 제2 배터리 셀의 (-)단과 연결되고, 타단이 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되는 션트 저항을 포함하여 구성될 수 있다. In the battery pack according to an embodiment of the present invention, a first battery cell, a second battery cell, one end is connected to the (+) end of the first battery cell, and the other end is connected to the (+) end and a battery of the second battery cell. A first FET connected to the (+) output terminal of the pack, one end connected to the (+) terminal of the first battery cell and one end of the first FET, and the other terminal connected to the (-) terminal of the second battery cell. 2 FET, one end is connected to the (-) terminal of the first battery cell and the (-) output terminal of the battery pack, and the other end is connected to the (-) terminal of the second battery cell and the other terminal of the second FET. 3 FETs, a control unit for controlling the first, second, and third FETs according to the charging or discharging state of the battery pack, and one end are connected to the (-) terminal of the first battery cell and the (-) terminal of the second battery cell, The other end may be configured to include a shunt resistor connected to the negative output terminal of the battery pack.
상기 제어부는, 상기 션트 저항 양단의 전압을 측정하여 배터리 팩이 충전 상태인지 또는 방전 상태인지를 판단하는 충방전 판단부를 포함하여 구성되며, 상기 충방전 판단부는, 상기 션트 저항의 양단에서 측정된 전압이 양의 전압 값을 가지는 경우, 충전 상태로 판단하고, 상기 션트 저항의 양단에서 측정된 전압이 음의 전압 값을 가지는 경우, 방전 상태로 판단할 수 있다.The control unit includes a charge/discharge determination unit that measures a voltage across the shunt resistor to determine whether the battery pack is in a charged state or a discharge state, and the charge/discharge determination unit includes a voltage measured at both ends of the shunt resistor. In the case of having a positive voltage value, it may be determined as a charged state, and if the voltage measured at both ends of the shunt resistor has a negative voltage value, it may be determined as a discharged state.
상기 제어부는, 배터리 팩이 충전 상태인 경우, 상기 제1 FET 및 제3 FET는 오프 시키고, 제2 FET는 온 시켜 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 직렬 연결 상태로 설정하고, 배터리 팩이 방전 상태인 경우, 상기 제1 FET 및 제3 FET는 온 시키고, 제2 FET는 오프시켜 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 병렬 연결 상태로 설정할 수 있다.When the battery pack is in a charged state, the control unit turns off the first FET and the third FET and turns on the second FET to set the first battery cell and the second battery cell in a series connection state, and the battery pack is In the discharged state, the first FET and the third FET are turned on and the second FET is turned off to set the first battery cell and the second battery cell in a parallel connection state.
상기 제어부는, 상기 제1 FET 및 제3 FET를 온 또는 오프 시킬 때, 제3 FET를 먼저 온 또는 오프 시킨 후, 제1 FET를 온 또는 오프 시킬 수 있다.When turning on or off the first FET and the third FET, the controller may first turn on or off the third FET, and then turn on or off the first FET.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 다양한 디바이스에 탑재될 수 있다.Meanwhile, the battery pack according to an embodiment of the present invention may be mounted on various devices.
본 발명의 실시 예에 따른 둘 이상의 셀로 구성되는 배터리 팩의 충전 방법은, 배터리 팩이 충전 상태인지 또는 방전 상태인지를 확인하는 충방전 상태 확인 단계, 상기 충방전 상태 확인 단계에서 배터리 팩의 충전 또는 방전 상태에 따라 배터리 셀의 연결 상태를 제어하는 연결 상태 제어 단계를 포함하여 구성되며, 상기 연결 상태 제어 단계는, 상기 충방전 상태 확인 단계에서 충전으로 확인되는 경우, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 직렬 상태로 연결하고, 상기 충방전 상태 확인 단계에서 방전으로 확인되는 경우, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 병렬 상태로 연결할 수 있다.The charging method of a battery pack comprising two or more cells according to an embodiment of the present invention includes a charging/discharging state checking step of checking whether the battery pack is in a charged state or a discharging state, and charging of the battery pack in the charging/discharging state checking step. And a connection state control step of controlling a connection state of the battery cells according to the discharge state, and the connection state control step includes, when charging is confirmed in the charge/discharge state check step, the battery cells constituting the battery pack. When it is connected in a series state, and when discharge is confirmed in the charging/discharging state checking step, battery cells constituting the battery pack may be connected in a parallel state.
상기 충방전 상태 확인 단계는, 배터리 팩의 션트 저항 양단에서 측정된 전압이 양의 전압 값인 경우, 충전 상태로 판단하고, 상기 션트 저항의 양단에서 측정된 전압이음의 전압 값인 경우, 방전 상태로 판단할 수 있다.In the charging/discharging state check step, when the voltage measured at both ends of the shunt resistor of the battery pack is a positive voltage value, it is determined as a charged state, and when the voltage measured at both ends of the shunt resistor is a voltage value of a voltage joint, it is determined as a discharge state can do.
상기 연결 상태 제어 단계는, 충전 상태로 판단되는 경우, 제1 FET 및 제3 FET를 오프 시키고, 제2 FET는 온 시켜 배터리 팩을 구성하는 둘 이상의 배터리 셀 모두를 직렬로 연결하는 직렬 연결 단계를 수행하고, 방전 상태로 판단되는 경우, 제1 FET 및 제3 FET는 온 시키고, 제2 FET는 오프 시켜 배터리 팩을 구성하는 복수개의 배터리 셀들을 병렬로 연결하는 병렬 연결 단계를 수행할 수 있다.The connection state control step includes a series connection step of turning off the first FET and the third FET and turning on the second FET to connect all two or more battery cells constituting the battery pack in series when it is determined to be a charged state. When it is determined to be in a discharged state, the first FET and the third FET are turned on and the second FET is turned off to perform a parallel connection step of connecting a plurality of battery cells constituting the battery pack in parallel.
상기 직렬 연결 단계 및 병렬 연결 단계에서 제1 FET 및 제3 FET를 온 또는 오프시키는 경우, 상기 제3 FET를 먼저 온 또는 오프 시킨 후, 상기 제1 FET를 온 또는 오프 시킬 수 있다.When the first FET and the third FET are turned on or off in the series connection step and the parallel connection step, the third FET may be first turned on or off, and then the first FET may be turned on or off.
배터리 팩이 방전 상태로 판단되는 경우, 배터리 팩에서 요구되는 출력 전압을 검출하여, 배터리 셀들의 직/병렬 연결을 설정하는 배터리 셀 연결 설정 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.When it is determined that the battery pack is in the discharged state, the battery cell connection setting step of setting the serial/parallel connection of the battery cells by detecting an output voltage required from the battery pack may be further included.
본 발명은 발열을 줄이면서도 배터리 팩을 고속으로 충전할 수 있다.The present invention can reduce heat generation while charging the battery pack at high speed.
또한, 본 발명은, 충전회로의 패턴을 키우지 않고 배터리 팩을 저발열 고속 충전할 수 있으므로, 배터리 팩의 사이즈를 작게 제작할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the battery pack can be charged at low heat and high speed without increasing the pattern of the charging circuit, the size of the battery pack can be made small.
또한, 본 발명은 충전시에만 배터리 셀들이 직렬로 연결되고, 충전 중이 아닐 경우에는 배터리 셀들이 병렬로 연결되어 자연스럽게 배터리 셀들간의 밸런싱이 이루어질 수 있다.In addition, according to the present invention, battery cells are connected in series only when charging, and when not charging, battery cells are connected in parallel, so that balancing between battery cells can be naturally achieved.
또한, 본 발명은 션트 저항 양단의 전압을 측정함으로써, 충전여부를 판단하므로, 별도의 충전을 인식하기 위한 핀을 생략할 수 있다.In addition, since the present invention determines whether or not to charge by measuring the voltage across the shunt resistor, a pin for recognizing a separate charge can be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 배터리 팩 충전 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 충방전 판단부를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of charging a battery pack according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a charge/discharge determination unit according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only the case that it is “directly connected”, but also the case that it is “electrically connected” with another element in between. . In addition, when a part “includes” a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. As used throughout the specification of the present application, the term "step (to)" or "step of" does not mean "step for".
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. Terms used in the present invention have selected general terms that are currently widely used as possible while taking functions of the present invention into consideration, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩1. Battery pack according to an embodiment of the present invention
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은, 충전시에는 배터리 팩을 구성하는 복수개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 충전함으로써, 고속 저발열 충전이 가능하고, 방전시에는 배터리 셀들을 병렬로 연결함으로써, 방전 용량이 늘어날 수 있다.In the battery pack according to an embodiment of the present invention, when charging, by connecting and charging a plurality of battery cells constituting the battery pack in series, high-speed low-heat charging is possible, and when discharging, by connecting the battery cells in parallel, The discharge capacity can be increased.
다시 말해, 본 발명의 배터리 팩은, 충전시에는 배터리 셀들은 직렬로 연결함으로써, 충전시간을 줄이고, 충전시 발생하는 발열도 줄일 수 있으며, 방전시에는 배터리 셀을 병렬로 연결함으로써, 방전 용량이 늘어 날 수 있다.In other words, in the battery pack of the present invention, when the battery cells are connected in series during charging, the charging time can be reduced and the heat generated during charging can be reduced. When the battery cells are connected in parallel during discharge, the discharge capacity is reduced. It can be stretched.
또한, 본 발명의 배터리 팩은 배터리 팩에 탑재되어 있는 보호회로모듈(PCM)에 구비되는 션트저항(SR: Shunt resistor)을 사용하여 충전기 연결 여부를 확인하므로, 별도의 충전기 연결 여부를 확인하기 위한 단자가 필요 없다In addition, since the battery pack of the present invention uses a shunt resistor (SR) provided in a protection circuit module (PCM) mounted on the battery pack to check whether a charger is connected, No terminal required
또한, 본 발명은 충전시에는 배터리 셀들이 직렬로 연결되지만, 방전시에는 배터리 셀을 병렬로 연결함으로써, 별도의 밸런싱 과정을 수행하지 않더라도, 셀들의 불균형을 자연스럽게 해소할 수 있으므로, 종래에 셀 밸런싱 구성이 필요 없다.In addition, in the present invention, the battery cells are connected in series during charging, but by connecting the battery cells in parallel during discharging, the imbalance of cells can be naturally resolved without performing a separate balancing process. No configuration required.
이하에서는 2개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 셀을 예를 들어, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described by taking a battery cell composed of two battery cells as an example.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 배터리 팩을 설명한다Hereinafter, a battery pack according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은, 제1 배터리 셀(11), 제2 배터리 셀(12), 일단은 상기 제1 배터리 셀(11)의 (+)단과 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀(12)의 (+)단 및 배터리 팩의 (+)출력단에 연결되는 제1 FET(21), 일단은 상기 제1 배터리 셀(11)의 (+)단과 제1 FET(21)의 일단에 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀(21)의 (-)단에 연결되는 제2 FET(22), 일단은 상기 제1 배터리 셀(11)의 (-)단 및 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀(12)의 (-)단 및 상기 제2 FET(22)의 타단에 연결되는 제3 FET(23), 배터리 팩의 충전 또는 방전 상태에 따라 상기 제1, 2, 3 FET(21, 22, 23)를 제어하는 제어부(100) 및 일단이 상기 제1 배터리 셀(11)의 (-)단 및 제2 배터리 셀(12)의 (-)단과 연결되고, 타단이 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되는 션트 저항(SR: Shunt resistor)을 포함하여 구성될 수 있다.In the battery pack according to an embodiment of the present invention, a
구체적으로, 상기 제어부(100)는, 상기 션트 저항(SR) 양단의 전압을 측정하여 배터리 팩의 충방전 여부를 판단하는 충방전 판단부(110)를 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the
예를 들어, 상기 충방전 판단부(110)는, 도 3과 같이 비교기 회로로 구성될 수 있다.For example, the charge/
구체적으로, 상기 충방전 판단부(110)는, 션트 저항 양단의 전압을 비교하는 비교기 및 비교기의 출력단에 연결된 풀다운 저항을 포함하여 구성되어, 충전시에는 션트 저항의 '1' 단의 전압인 V1이 션트 저항의 '2'단의 전압인 V2보다 커서 양수의 전압이 측정되고, 방전시에는 션트 저항의 '1' 단의 전압인 V1이 션트 저항의 '2'단의 전압인 V2보다 작아서 음수의 전압이 측정될 수 있다.Specifically, the charge/
한편, 배터리 팩이 충전 또는 방전이 아닌 대기 상태일 때는, 상기 풀다운 저항에 의해 0V가 측정될 수 있다.Meanwhile, when the battery pack is in a standby state rather than charging or discharging, 0V may be measured by the pull-down resistor.
다시 말해, 비교기를 사용하여 션트 저항 양단의 전압 비교 결과 비교기에서 출력되는 전압이 양수의 전압 값인 경우에는 충전 상태로 판단하고, 음수의 전압 값인 경우에는 방전 상태로 판단할 수 있다.In other words, when a voltage output from the comparator is a positive voltage value as a result of comparing the voltage across the shunt resistor using a comparator, it may be determined as a charged state, and a negative voltage value may be determined as a discharged state.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 상기 충방전 판단부(110)를 제어부(100)의 일 구성으로 기술하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 배터리 팩의 충전 또는 방전을 판단하기 위한 충방전 판단부를 제어부와는 별도로 구비할 수도 있다.Meanwhile, in an embodiment of the present invention, the charge/
한편, 제어부에서는 배터리 팩의 충방전 상태에 따라 후술하는 것과 같이 상기 제1 내지 제3 FET를 제어하여 배터리 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결한다. 한편, 상기 제어부(100)는, 배터리 팩이 충전 상태인 경우, 상기 제1 FET(21) 및 제3 FET(23)는 오프 시키고, 제2 FET(22)는 온 시켜 제1 배터리 셀(11)과 제2 배터리 셀(12)을 직렬 연결 상태로 설정하고, 배터리 팩이 방전 상태인 경우, 상기 제1 FET(21) 및 제3 FET(23)는 온 시키고, 제2 FET(22)는 오프시켜 제1 배터리 셀(11)과 제2 배터리 셀(12)을 병렬 연결 상태로 설정할 수 있다.Meanwhile, the control unit controls the first to third FETs as described below according to the charging/discharging state of the battery pack to connect the battery cells in series or in parallel. Meanwhile, when the battery pack is in a charged state, the
즉, 상기 제어부(100)는 상기 제1 내지 제3 FET 제어를 통해 배터리 팩이 충전 상태인 경우, 배터리 셀들을 직렬로 연결되고, 배터리 팩이 방전 상태인 경우, 배터리 셀들을 병렬로 연결되도록 제어할 수 있다.That is, the
이와 같이 충전시 직렬로 연결하는 경우, 병렬로 연결하였을 때, 충전하는 것보다 절반의 전류만을 공급하여도 동일한 시간에 배터리 셀을 완충 시킬 수 있다.In the case of connecting in series during charging as described above, when connected in parallel, the battery cells can be fully charged at the same time even by supplying only half of the current compared to charging.
예를 들어, 용량이 각각 1000mA인 배터리 셀이 병렬 연결인 상태에서는 2A로 충전하게 되면, 소정의 시간 t후에 완충된다. 한편, 두 개의 배터리 셀을 직렬로 연결한 상태에서는 상기 소정의 t 시간 동안 1A의 전류만으로도 완충이 가능하다.For example, if the battery cells each having a capacity of 1000mA are connected in parallel and charged to 2A, they are fully charged after a predetermined time t. On the other hand, in a state in which two battery cells are connected in series, it is possible to fully charge the battery with only 1A of current for the predetermined time t.
다시 말해, 충전시 발생하는 발열에 영향을 주는 전류를 전반으로 줄일 수 있다. 한편, 발열량은 전류의 제곱에 비례하므로, 전류를 절반으로 줄이면, 발열량은 1/4로 줄일 수 있다.In other words, the current that affects heat generated during charging can be reduced overall. On the other hand, since the amount of heat generated is proportional to the square of the current, if the current is reduced by half, the amount of heat generated can be reduced to 1/4.
한편, 상기 제1 FET 및 제3 FET를 온 또는 오프 시킬 때, 제3 FET를 먼저 온 또는 오프 시킨 후, 제1 FET를 온 또는 오프 시킬 수 있다. 이는, 제3 FET가 온 되기 이전에 제1 FET가 먼저 온 되면, 쇼트가 발생하여 배터리 셀의 손상을 방지하기 위함이다.Meanwhile, when the first FET and the third FET are turned on or off, the third FET may be first turned on or off, and then the first FET may be turned on or off. This is to prevent damage to the battery cell due to a short circuit if the first FET is first turned on before the third FET is turned on.
한편, 상술한 것과 같이 배터리 팩을 완충 시킨 후에는, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들을 병렬로 연결시킴으로써, 배터리 셀들간의 전압 불균형이 자연스럽게 해소되어 별도의 배터리 셀 밸런싱을 수행하는 구성이 필요 없을 수 있다.On the other hand, after charging the battery pack as described above, by connecting the battery cells constituting the battery pack in parallel, the voltage imbalance between the battery cells is naturally resolved, so that a separate configuration for performing battery cell balancing may not be necessary. have.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 배터리 팩이 배터리 셀 2개를 가지는 것으로만 설명하였지만, 둘 이상의 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 적용되어 사용될 수 있다.Meanwhile, in the exemplary embodiment of the present invention, it has been described that the battery pack has only two battery cells, but may be applied to and used in a battery pack including two or more battery cells.
한편, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 다양한 디바이스에 탑재되어 디바이스에 전력을 공급할 수 있다.Meanwhile, the battery pack according to the embodiment of the present invention described above may be mounted on various devices to supply power to the devices.
2. 본 발명의 실시 예에 따른 고속 저발열 충전 방법.2. High-speed low-heat charging method according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충전 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of charging a battery pack according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충전 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of charging a battery pack according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 충전 방법은, 배터리 팩이 충전 상태인지 방전 상태인지를 확인하는 충방전 상태 확인 단계(S100), 상기 충방전 상태 확인 단계(S100)에서 배터리 팩의 충전 또는 방전 상태에 따라 배터리 셀의 연결 상태를 제어하는 연결 상태 제어 단계(S300. S400)를 포함하여 구성될 수 있다.A method of charging a battery pack according to an embodiment of the present invention includes charging or discharging the battery pack in the charging/discharging state checking step (S100) of checking whether the battery pack is in a charged state or a discharging state, and the charging/discharging state checking step (S100). It may be configured to include a connection state control step (S300, S400) of controlling the connection state of the battery cell according to the state.
구체적으로, 상기 충방전 상태 확인 단계(S100, S200)는, 배터리 팩의 션트 저항 양단에서 측정된 전압이 소정의 전압 값 이상이 되는 경우, 충전 상태로 판단하고, 상기 션트 저항의 양단에서 측정된 전압이 0V 또는 상기 소정의 전압 값 미만인 경우, 방전 상태로 판단한다.Specifically, in the charging/discharging state checking step (S100, S200), when the voltage measured at both ends of the shunt resistor of the battery pack becomes more than a predetermined voltage value, it is determined as a charged state, and measured at both ends of the shunt resistor. When the voltage is less than 0V or the predetermined voltage value, it is determined as a discharge state.
예를 들어, 상기 충방전 상태 확인 단계(S100, S200)는, 도 3과 같이 비교기 회로로를 사용하여 배터리 팩의 충전 상태 또는 방전 상태를 확인할 수 있다.For example, the charging/discharging status checking step (S100, S200) may check the charging status or the discharging status of the battery pack using a comparator circuit as shown in FIG. 3.
구체적으로, 충전시에는 션트 저항의 '1' 단의 전압인 V1이 션트 저항의 '2'단의 전압인 V2보다 커서 양수의 전압이 측정되고, 방전시에는 션트 저항의 '1' 단의 전압인 V1이 션트 저항의 '2'단의 전압인 V2보다 작아서 음수의 전압이 측정될 수 있다. 다시 말해, 비교기를 사용하여 션트 저항 양단의 전압을 측정하여 측정되는 전압이 양수의 전압 값인 경우에는 충전 상태로 판단하고, 음수의 전압 값인 경우에는 방전 상태로 판단할 수 있다.Specifically, when charging, a positive voltage is measured as V1, which is the voltage at the '1' end of the shunt resistor, is larger than V2, which is the voltage at the '2' end of the shunt resistor, and when discharging, the voltage at the '1' end of the shunt resistor Since V1 is smaller than V2, which is the voltage at the '2' end of the shunt resistor, a negative voltage can be measured. In other words, when the voltage measured by measuring the voltage across the shunt resistor using a comparator is a positive voltage value, it may be determined as a charged state, and a negative voltage value may be determined as a discharged state.
한편, 상기 연결 상태 제어 단계(S300, S400)는, 상기 충방전 상태 확인 단계(S100, S200))에서 충전으로 확인되는 경우, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 직렬 상태로 연결하는 직렬 연결 단계(S300)를 수행할 수 있다.Meanwhile, the connection state control step (S300, S400) is a series connection step of connecting the battery cells constituting the battery pack in a series state when it is confirmed as being charged in the charge/discharge state check step (S100, S200) ( S300) can be performed.
그리고 배터리 셀이 충전 상태가 아닌 경우, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 병렬 상태로 연결하는 병렬 연결 단계를 수행할 수 있다.In addition, when the battery cells are not in a charged state, a parallel connection step of connecting the battery cells constituting the battery pack in a parallel state may be performed.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩 충전 방법은, 충전시에는 직렬로 연결하여 충전하고, 배터리 백의 충전이 완료된 이후에, 방전시에는 배터리 셀들을 병렬로 연결함으로써, 배터리 셀들의 전압 불균형을 해소할 수 있는 밸런싱 과정을 수행할 수도 있다.On the other hand, in the battery pack charging method according to another embodiment of the present invention, the voltage imbalance of the battery cells is connected in parallel when charging by connecting in series when charging, and after charging of the battery bag is completed, and by connecting the battery cells in parallel when discharging. It is also possible to perform a balancing process that can resolve.
이러한 다른 실시 예에 따른 배터리 팩 충전 방법은, 별도의 밸런싱 회로를 구현하지 않으면서도 배터리 셀들간의 전압 불균형을 해소할 수 있다. The battery pack charging method according to the other exemplary embodiment may eliminate a voltage imbalance between battery cells without implementing a separate balancing circuit.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 배터리 팩이 완충된 후, 배터리 팩의 요구 출력 전압에 따라 배터리 셀의 연결을 설정하는 배터리 셀 연결 설정 단계를 더 수행할 수 있다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, after the battery pack is fully charged, a battery cell connection setting step of establishing connection of the battery cells according to the required output voltage of the battery pack may be further performed.
구체적으로, 배터리 셀 연결 설정 단계는, 배터리 팩이 완충된 후, 전자장치에서 배터리 팩에 요구되는 전압에 따라 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀의 직/병렬 연결을 설정하는 단계이다.Specifically, in the step of setting the battery cell connection, after the battery pack is fully charged, the electronic device establishes serial/parallel connection of the battery cells constituting the battery pack according to the voltage required for the battery pack.
예를 들어, 배터리 팩이 개당 3V를 출력할 수 있는 배터리 셀 12개로 구성되는 경우, 전자 장치에서 6V출력을 요구하는 경우에는 배터리 셀들을 2개씩 직렬 연결하여 배터리 셀 세트 6개를 형성하고, 2개씩 직렬 연결된 배터리 셀 세트 6개를 병렬로 연결함으로써, 6V를 출력하는 배터리 팩으로 구성할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치에서 12V출력을 요구하는 경우에는 배터리 셀들을 4개씩 직렬로 연결하여 배터리 셀 세트 3개를 형성하고, 4개씩 연결된 배터리 셀 세트 3개를 병렬로 연결함으로써, 12V를 출력하는 배터리 팩으로 구성할 수 있다.For example, when a battery pack is composed of 12 battery cells capable of outputting 3V per unit, and when an electronic device requires 6V output, 2 battery cells are connected in series to form 6 battery cell sets, and 2 By connecting six sets of battery cells connected in series one by one in parallel, it can be configured as a battery pack that outputs 6V. As another example, when an electronic device requires 12V output, a battery that outputs 12V by connecting 4 battery cells in series to form 3 battery cell sets, and connecting 3 battery cell sets connected by 4 in parallel It can be configured as a pack.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.On the other hand, although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of explanation and not for the limitation thereof. In addition, those skilled in the art in the technical field of the present invention will be able to understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
11 : 제1 배터리 셀
12 : 제2 배터리 셀
21 : 제1 FET
22 : 제2 FET
23 : 제3 FET
100 : 제어부
110 : 충방전 판단부11: first battery cell
12: second battery cell
21: first FET
22: second FET
23: 3rd FET
100: control unit
110: charge/discharge judgment unit
Claims (10)
제2 배터리 셀;
일단은 상기 제1 배터리 셀의 (+)단과 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀의 (+)단 및 배터리 팩의 (+)출력단에 연결되는 제1 FET;
일단은 상기 제1 배터리 셀의 (+)단과 제1 FET의 일단에 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀의 (-)단에 연결되는 제2 FET;
일단은 상기 제1 배터리 셀의 (-)단 및 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되고, 타단은 상기 제2 배터리 셀의 (-)단 및 상기 제2 FET의 타단에 연결되는 제3 FET;
배터리 팩의 충전 또는 방전 상태에 따라 상기 제1, 2, 3 FET를 제어하는 제어부; 및
일단이 상기 제1 배터리 셀의 (-)단 및 제2 배터리 셀의 (-)단과 연결되고, 타단이 배터리 팩의 (-)출력단에 연결되는 션트 저항;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
A first battery cell;
A second battery cell;
A first FET having one end connected to the (+) terminal of the first battery cell, and the other end connected to the (+) terminal of the second battery cell and the (+) output terminal of the battery pack;
A second FET having one end connected to the (+) terminal of the first battery cell and one end of the first FET, and the other end connected to the (-) terminal of the second battery cell;
A third FET having one end connected to the (-) terminal of the first battery cell and the (-) output terminal of the battery pack, and the other end connected to the (-) terminal of the second battery cell and the other terminal of the second FET;
A control unit controlling the first, second, and third FETs according to the charging or discharging state of the battery pack; And
A shunt resistor having one end connected to the (-) terminal of the first battery cell and the (-) terminal of the second battery cell, and the other end connected to the (-) output terminal of the battery pack;
Battery pack, characterized in that configured to include.
상기 제어부는,
상기 션트 저항 양단의 전압을 측정하여 배터리 팩이 충전 상태인지 또는 방전 상태인지를 판단하는 충방전 판단부를 포함하여 구성되며,
상기 충방전 판단부는,
상기 션트 저항의 양단에서 측정된 전압이 양수의 전압 값이 측정되는 경우, 충전 상태로 판단하고,
상기 션트 저항의 양단에서 측정된 전압이 음수의 전압 값이 측정되는 경우, 방전 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
The method according to claim 1,
The control unit,
And a charge/discharge determination unit that measures the voltage across the shunt resistor to determine whether the battery pack is in a charged state or a discharged state,
The charge/discharge determination unit,
When the voltage measured at both ends of the shunt resistor is a positive voltage value, it is determined as a charged state,
When the voltage measured at both ends of the shunt resistor has a negative voltage value, it is determined as a discharge state.
상기 제어부는,
배터리 팩이 충전 상태인 경우, 상기 제1 FET 및 제3 FET는 오프 시키고, 제2 FET는 온 시켜 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 직렬 연결 상태로 설정하고,
배터리 팩이 방전 상태인 경우, 상기 제1 FET 및 제3 FET는 온 시키고, 제2 FET는 오프시켜 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀을 병렬 연결 상태로 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
The method according to claim 2,
The control unit,
When the battery pack is in a charged state, the first FET and the third FET are turned off and the second FET is turned on to set the first battery cell and the second battery cell to a series connection state,
When the battery pack is in a discharged state, the first FET and the third FET are turned on and the second FET is turned off to set the first battery cell and the second battery cell in a parallel connection state.
상기 제어부는,
상기 제1 FET 및 제3 FET를 온 또는 오프 시킬 때,
제3 FET를 먼저 온 또는 오프 시킨 후, 제1 FET를 온 또는 오프 시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
The method of claim 3,
The control unit,
When turning on or off the first FET and the third FET,
A battery pack, characterized in that the third FET is turned on or off first, and then the first FET is turned on or off.
배터리 팩이 충전 상태인지 또는 방전 상태인지를 확인하는 충방전 상태 확인 단계;
상기 충방전 상태 확인 단계에서 배터리 팩의 충전 또는 방전 상태에 따라 배터리 셀의 연결 상태를 제어하는 연결 상태 제어 단계;
를 포함하여 구성되며,
상기 연결 상태 제어 단계는,
상기 충방전 상태 확인 단계에서 충전으로 확인되는 경우, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 직렬 상태로 연결하고,
상기 충방전 상태 확인 단계에서 방전으로 확인되는 경우, 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀을 병렬 상태로 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충전 방법.
In the charging method of a battery pack consisting of two or more cells,
A charging/discharging state checking step of checking whether the battery pack is in a charged state or a discharged state;
A connection state control step of controlling a connection state of the battery cells according to the charging or discharging state of the battery pack in the charging/discharging state checking step;
Consists of including,
The connection state control step,
When charging is confirmed in the charging/discharging status check step, battery cells constituting the battery pack are connected in series,
The battery pack charging method, comprising connecting the battery cells constituting the battery pack in a parallel state when it is confirmed that the discharge is discharged in the charging/discharging state checking step.
상기 충방전 상태 확인 단계는,
배터리 팩의 션트 저항 양단에서 측정된 전압이 양수의 전압 값 이 측정되는 경우, 충전 상태로 판단하고,
상기 션트 저항의 양단에서 측정된 전압이 음수의 전압 값이 측정되는 경우, 방전 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충전 방법.
The method of claim 5,
The charging and discharging state check step,
If the voltage measured across the shunt resistor of the battery pack is a positive voltage value, it is judged as a charged state,
When the voltage measured at both ends of the shunt resistor has a negative voltage value, it is determined as a discharge state.
상기 연결 상태 제어 단계는,
충전 상태로 판단되는 경우, 제1 FET 및 제3 FET를 오프 시키고, 제2 FET는 온 시켜 배터리 팩을 구성하는 둘 이상의 배터리 셀 모두를 직렬로 연결하는 직렬 연결 단계를 수행하고,
방전 상태로 판단되는 경우, 제1 FET 및 제3 FET는 온 시키고, 제2 FET는 오프 시켜 배터리 팩을 구성하는 복수개의 배터리 셀들을 병렬로 연결하는 병렬 연결 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충전 방법.
The method of claim 5,
The connection state control step,
When it is determined to be in a state of charge, the first FET and the third FET are turned off, and the second FET is turned on to perform a series connection step of connecting all two or more battery cells constituting the battery pack in series,
When it is determined to be in a discharged state, the first FET and the third FET are turned on and the second FET is turned off to perform a parallel connection step of connecting a plurality of battery cells constituting the battery pack in parallel. Charging method.
상기 직렬 연결 단계 및 병렬 연결 단계에서 제1 FET 및 제3 FET를 온 또는 오프시키는 경우, 상기 제3 FET를 먼저 온 또는 오프 시킨 후, 상기 제1 FET를 온 또는 오프 시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충전 방법.
The method of claim 7,
When turning on or off the first FET and the third FET in the series connection step and the parallel connection step, the third FET is first turned on or off, and then the first FET is turned on or off. Charging method.
배터리 팩이 방전 상태로 판단되는 경우,
배터리 팩에서 요구되는 출력 전압을 검출하여, 배터리 셀들의 직/병렬 연결을 설정하는 배터리 셀 연결 설정 단계;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 충전 방법.
The method of claim 5,
If the battery pack is judged to be in a discharged state,
A battery cell connection setting step of detecting an output voltage required from the battery pack and establishing a serial/parallel connection of the battery cells;
Battery pack charging method, characterized in that configured to further include.
A device in which the battery pack according to claim 1 is mounted.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190146381A KR20210059217A (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Improved charging efficiency and stability battery pack and charging method of the battery pack |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190146381A KR20210059217A (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Improved charging efficiency and stability battery pack and charging method of the battery pack |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210059217A true KR20210059217A (en) | 2021-05-25 |
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ID=76145652
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| KR1020190146381A KR20210059217A (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Improved charging efficiency and stability battery pack and charging method of the battery pack |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210059217A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190073151A (en) | 2017-12-18 | 2019-06-26 | 현대자동차주식회사 | Method and system for battery charge |
-
2019
- 2019-11-15 KR KR1020190146381A patent/KR20210059217A/en active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190073151A (en) | 2017-12-18 | 2019-06-26 | 현대자동차주식회사 | Method and system for battery charge |
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