KR20210070786A - 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 전류 경로를 포함함으로써, 넓은 전압 범위에 대해서도 부하의 동작 사양을 충족하는 전류를 출력할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 입력 전압 범위에 대응되는 전류 경로가 자동적으로 선택되기 때문에, 넓은 전압 범위의 입력에 대해서 호환될 수 있는 배터리 팩이 제공될 수 있는 장점이 있다.

Description

복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩 {BATTERY PACK INCLUDING MULTIPLE CURRENT PATHS}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 이러한 배터리는 배터리 팩에 포함되어 여러 장치들에 구비되고 있다. 이 경우, 배터리 팩이 상시 동작하게 되면 무의미하게 전류가 소비될 수 있다. 따라서, 웨이크업 신호가 입력될 때만 배터리 팩이 웨이크업 모드로 동작될 수 있도록 배터리 팩을 설계하는 경향이 확대되고 있다.
일반적으로, 입력되는 웨이크업 신호가 작으면, 외부 전원이나 배터리 전압을 회귀하여 웨이크업 신호를 입력받을 수 있다. 이 경우, 만약, 배터리 팩에 단일 전류 경로가 포함되어 있다면, 입력되는 신호의 전압 범위가 넓어짐에 따라 배터리 팩에 구비된 부하의 동작 사양을 만족하기 어려운 문제가 발생될 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 전류 경로를 포함함으로써, 넓은 전압 범위에 대해서도 부하의 동작 사양을 충족하는 전류를 출력할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은 하나 이상의 배터리 셀이 구비되도록 구성된 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 양극 방향을 정방향으로 배치되어, 상기 배터리 모듈과 병렬로 연결되도록 구성된 다이오드; 게이트 단자, 드레인 단자 및 소스 단자를 포함하고, 상기 드레인 단자 및 상기 소스 단자를 통해 상기 다이오드와 병렬로 연결되고, 상기 게이트 단자를 통해 상기 다이오드의 타단과 연결되며, 상기 다이오드를 통해서 상기 배터리 모듈로부터 동작 전압을 인가받도록 구성된 FET; 제1 베이스 단자, 제1 에미터 단자 및 제1 컬렉터 단자를 포함하고, 제1 베이스 단자가 상기 드레인 단자에 연결되고, 상기 제1 에미터 단자 및 상기 제1 컬렉터 단자가 상기 배터리 모듈의 양극 단자 측에 연결되도록 제1 트랜지스터; 및 제2 베이스 단자, 제2 에미터 단자 및 제2 컬렉터 단자를 포함하고, 상기 제2 베이스 단자가 상기 드레인 단자와 상기 제1 베이스 단자 사이에 연결되며, 상기 제1 에미터 단자 및 상기 제1 컬렉터 단자 사이에 배치되도록 상기 제2 컬렉터 단자가 상기 제1 에미터 단자와 연결되고, 상기 제2 에미터 단자가 상기 제1 컬렉터 단자와 연결되도록 구성된 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 제1 트랜지스터는, 상기 제1 에미터 단자가 상기 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제2 트랜지스터의 상기 제2 컬렉터 단자 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 다이오드는, 상기 배터리 모듈로부터 기준 전압 이상의 전압이 인가되면 통전되도록 구성될 수 있다.
상기 FET는, 상기 다이오드에 기준 전압 이상의 전압이 인가되는 경우에 한하여, 동작 상태가 턴-온 상태로 전환되도록 구성될 수 있다.
상기 제2 트랜지스터는, 상기 배터리 모듈의 전압이 상기 기준 전압 미만일 경우에만 상기 제2 에미터 단자와 상기 제2 컬렉터 단자가 통전되도록 구성될 수 있다.
본 발명이 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 다이오드와 상기 배터리 모듈의 음극 단자 사이에 배치된 제1 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 FET는, 상기 게이트 단자가 상기 제1 저항과 상기 다이오드 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 다이오드와 상기 FET의 드레인 단자 사이에 배치된 제2 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 트랜지스터는, 상기 제2 컬렉터 단자가 상기 다이오드와 상기 제2 저항 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 제2 저항과 상기 제1 트랜지스터의 상기 제1 베이스 단자 사이에 배치된 제3 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 FET는, 상기 드레인 단자가 상기 제2 저항과 상기 제3 저항 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 제2 트랜지스터는, 상기 제2 베이스 단자가 상기 드레인 단자와 상기 제3 저항 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 제1 트랜지스터의 제1 컬랙터 단자와 상기 배터리 팩의 양극 단자 사이에 배치된 제4 저항; 및 상기 제4 저항의 저항값보다 작은 저항값을 갖고, 상기 제2 트랜지스터의 제2 에미터 단자와 상기 배터리 팩의 양극 단자 사이에 배치된 제5 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 모듈의 일단에 직렬로 연결되도록 구성된 메인 릴레이; 상기 배터리 모듈의 전압을 측정하고, 상기 다이오드와 상기 FET 사이에 흐르는 전류를 측정하며, 측정한 전압값 및 전류값을 출력하도록 구성된 측정부; 및 상기 측정부에서 측정된 전압값 및 전류값을 수신하고, 수신한 전압값 및 전류값에 기반하여 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하도록 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신한 전압값 및 전류값에 기반하여 상기 다이오드의 소비 전력을 산출하고, 산출된 소비 전력이 상기 다이오드의 최대 허용 전력 이상인 경우, 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 상기 배터리 팩과 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결을 차단시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩은 복수의 전류 경로를 포함함으로써, 배터리 모듈의 전압에 대응되는 경로를 통해 전류가 흐를 수 있게 할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 배터리 팩은 배터리 모듈의 전압 범위가 달라지더라도 배터리 팩 내부 소자의 파손을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 팩은 복수의 전류 경로를 통해서 부하에 일정한 전압 및 전류를 인가할 수 있으므로, 과전압 및 과전류 인가에 의한 부하의 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 입력 전압 범위에 대응되는 전류 경로가 자동적으로 선택되기 때문에, 넓은 전압 범위의 입력에 대해서 호환될 수 있는 배터리 팩이 제공될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(110), 다이오드(120), FET(Field effect transistor, 130), 제1 트랜지스터(first transistor, 140) 및 제2 트랜지스터(second transistor, 150)를 포함할 수 있다.
여기서, 배터리 모듈(110)에는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구비될 수 있다. 그리고, 배터리 셀은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 셀을 의미한다. 일 예로, 파우치형 리튬 폴리머 셀 하나가 배터리 셀로 간주될 수 있다.
배터리 모듈(110)은 포함된 복수의 배터리 셀의 연결 관계에 따라 넓은 범위의 전압을 출력할 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀의 직렬 및/또는 병렬 연결 관계에 따라서, 배터리 모듈(110)의 출력 전압의 크기가 상이할 수 있다.
다이오드(120)는 상기 배터리 모듈(110)의 양극 방향을 정방향으로 배치되도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 다이오드(120)의 일단이 배터리 모듈(110)의 양극측 단자이고, 다이오드(120)의 타단이 배터리 모듈(110)의 음극측 단자인 것으로 설명한다.
여기서, 다이오드(120)의 정방향은 다이오드(120)의 타단에서 일단을 향하는 방향으로서, 배터리 모듈(110)의 양극을 향하는 방향일 수 있다. 즉, 다이오드(120)는 배터리 모듈(110)의 양극 단자에서 출력되는 전류를 차단하도록 구성될 수 있다.
다이오드(120)는 상기 배터리 모듈(110)과 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 다이오드(120)의 일단은 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 연결되고, 다이오드(120)의 타단은 배터리 모듈(110)의 음극 단자와 연결될 수 있다. 그리고, 다이오드(120)의 정방향은 다이오드(120)의 타단에서 일단을 향하는 방향일 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 다이오드(120)는 배터리 모듈(110)과 병렬로 연결될 수 있다. 다이오드(120)의 일단은 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 사이에 연결될 수 있다. 그리고, 다이오드(120)의 타단은 배터리 모듈(110)의 음극 단자와 배터리 팩(100)의 음극 단자(P-) 사이에 연결될 수 있다. 따라서, 다이오드(120)는 배터리 모듈(110)과 병렬로 연결될 수 있다.
FET(130)는 게이트 단자(G), 드레인 단자(D) 및 소스 단자(S)를 포함하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, FET(130)는 MOSFET(Metal-oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있다. 보다 바람직하게, FET(130)는 N채널 MOSFET(N-channel MOSFET)일 수 있다. N채널 MOSFET은 게이트 단자(G)에 인가되는 전압이 소스 단자(S)에 인가되는 전압보다 클 때, 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 통전될 수 있다. 이 때, 드레인 단자(D)에서 소스 단자(S)로 전류가 흐를 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, FET(130)는 N채널 MOSFET이다.
FET(130)는 상기 드레인 단자(D) 및 상기 소스 단자(S)를 통해 상기 다이오드(120)와 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
FET(130)의 드레인 단자(D) 및 소스 단자(S) 중 어느 하나가 다이오드(120)의 일단 및 타단 중 어느 하나에 각각 연결될 수 있다. 즉, FET(130)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 다이오드(120)와 병렬적으로 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, FET(130)의 드레인 단자(D)는 다이오드(120)의 일단에 연결될 수 있다. 구체적으로, FET(130)의 드레인 단자(D)는 다이오드(120)의 일단과 배터리 모듈(110)의 양극 단자 사이에 연결될 수 있다. 그리고, FET(130)의 소스 단자(S)는 다이오드(120)의 타단에 연결될 수 있다. 구체적으로, FET(130)의 소스 단자(S)는 다이오드(120)의 타단과 배터리 모듈(110)의 음극 단자 사이에 연결될 수 있다.
다르게 설명하면, 다이오드(120)의 일단은 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 FET(130)의 드레인 단자(D) 사이에 연결되었다고 볼 수 있다. 또한, 다이오드(120)의 타단은 배터리 모듈(110)의 음극 단자와 FET(130)의 소스 단자(S) 사이에 연결되었다고 볼 수 있다.
또한, FET(130)는 상기 게이트 단자(G)를 통해 상기 다이오드(120)의 타단과 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, FET(130)의 게이트 단자(G)는 다이오드(120)의 타단과 배터리 모듈(110)의 음극 단자 사이에 연결될 수 있다. 즉, FET(130)의 게이트 단자(G)는 다이오드(120)의 역방향 측에 연결될 수 있다.
FET(130)는 상기 다이오드(120)를 통해서 상기 배터리 모듈(110)로부터 동작 전압을 인가받도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 다이오드(120)는 상기 배터리 모듈(110)로부터 기준 전압 이상의 전압이 인가되면 통전되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 다이오드(120)는 제너 다이오드가 적용될 수 있다. 여기서, 제너 다이오드란, 정방향으로는 전류가 통과될 수 있지만, 역방향으로는 기준 전압 이상의 전압이 인가될 경우에만 전류가 통과될 수 있는 다이오드(120)이다. 이때, 기준 전압은 제너 다이오드의 항복 전압(Breakdown voltage)일 수 있다. 즉, 제너 다이오드의 역방향으로 기준 전압 이상의 전압이 인가되면, 제너 다이오드의 역방향으로 전류가 흐를 수 있다.
제1 트랜지스터(140)는 제1 베이스 단자(B1), 제1 에미터 단자(E1) 및 제1 컬렉터 단자(C1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제1 베이스 단자(B1)는 제1 트랜지스터(140)의 베이스(Base)에 연결된 단자이고, 제1 에미터 단자(E1)는 제1 트랜지스터(140)의 에미터(Emitter)에 연결된 단자이며, 제1 컬렉터 단자(C1)는 제1 트랜지스터(140)의 컬렉터(Collector)에 연결된 단자일 수 있다.
바람직하게, 제1 트랜지스터(140)는 양극 접합 트랜지스터(Bipolar junction transistor)일 수 있다. 보다 바람직하게, 제1 트랜지스터(140)는 PNP BJT일 수 있다. 여기서, PNP BJT는 에미터 및 컬렉터가 P형으로 구성되고, 베이스가 N형으로 구성된 트랜지스터일 수 있다. 따라서, 제1 베이스 단자(B1) 및 제1 에미터 단자(E1)에 전류가 인가되면, 제1 에미터 단자(E1)에서 제1 컬렉터 단자(C1) 측으로 전류가 흐를 수 있다.
제1 트랜지스터(140)는 제1 베이스 단자(B1)가 상기 드레인 단자(D)에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 트랜지스터(140)의 제1 베이스 단자(B1)는 FET(130)의 드레인 단자(D)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 베이스 단자(B1)는 FET(130)의 드레인 단자(D)와 다이오드(120)의 일단 사이에 연결될 수 있다.
또한, 제1 트랜지스터(140)는 상기 제1 에미터 단자(E1) 및 상기 제1 컬렉터 단자(C1)가 상기 배터리 모듈(110)의 양극 단자 측에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 에미터 단자(E1) 및 제1 컬렉터 단자(C1)는 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 사이에 연결될 수 있다. 바람직하게, 제1 에미터 단자(E1)와 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 사이에 제1 컬렉터 단자(C1)가 연결되고, 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 제1 컬렉터 단자(C1) 사이에 제1 에미터 단자(E1)가 연결될 수 있다.
제2 트랜지스터(150)는 제2 베이스 단자(B2), 제2 에미터 단자(E2) 및 제2 컬렉터 단자(C2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제2 베이스 단자(B2)는 제2 트랜지스터(150)의 베이스(Base)에 연결된 단자이고, 제2 에미터 단자(E2)는 제2 트랜지스터(150)의 에미터(Emitter)에 연결된 단자이며, 제2 컬렉터 단자(C2)는 제2 트랜지스터(150)의 컬렉터(Collector)에 연결된 단자일 수 있다.
바람직하게, 제2 트랜지스터(150)는 양극 접합 트랜지스터(Bipolar junction transistor)일 수 있다. 보다 바람직하게, 제2 트랜지스터(150)는 NPN BJT일 수 있다. 여기서, NPN BJT는 에미터 및 컬렉터가 N형으로 구성되고, 베이스가 P형으로 구성된 트랜지스터일 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(140)와 제2 트랜지스터(150)는 서로 극성이 다른 트랜지스터일 수 있다. 따라서, 제2 베이스 단자(B2) 및 제2 컬렉터 단자(C2)에 전류가 인가되면, 제1 에미터 단자(E1)에서 제1 컬렉터 단자(C1) 측으로 전류가 흐를 수 있다.
제2 트랜지스터(150)는 상기 제2 베이스 단자(B2)가 상기 드레인 단자(D)와 상기 제1 베이스 단자(B1) 사이에 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제2 트랜지스터(150)의 제2 베이스 단자(B2)는 FET(130)의 드레인 단자(D)와 제1 트랜지스터(140)의 제1 베이스 단자(B1) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제2 트랜지스터(150)는 상기 제1 에미터 단자(E1) 및 상기 제1 컬렉터 단자(C1) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제2 트랜지스터(150)의 제2 베이스 단자(B2)는 FET(130)의 드레인 단자(D) 및 제1 트랜지스터(140)의 제1 베이스 단자(B1) 사이에 연결되어 있기 때문에, 제2 에미터 단자(E2) 및 제2 컬렉터 단자(C2)가 상기 제1 에미터 단자(E1) 및 제1 컬렉터 단자(C1) 사이에 연결될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제2 컬렉터 단자(C2)가 상기 제1 에미터 단자(E1)와 연결되도록 구성되고, 상기 제2 에미터 단자(E2)가 상기 제1 컬렉터 단자(C1)와 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 에미터 단자(E1)와 제2 컬렉터 단자(C2)가 서로 전기적으로 연결되고, 제1 컬렉터 단자(C1)와 제2 에미터 단자(E2)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(140)의 에미터와 제2 트랜지스터(150)의 컬렉터가 연결되고, 제1 트랜지스터(140)의 컬렉터와 제2 트랜지스터(150)의 에미터가 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 트랜지스터(140)는, 상기 제1 에미터 단자(E1)가 상기 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 상기 제2 트랜지스터(150)의 상기 제2 컬렉터 단자(C2) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예를 참조하면, 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 제2 트랜지스터(150)의 제2 컬렉터 단자(C2) 사이에 제1 에미터 단자(E1)가 연결되고, 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+)와 제2 트랜지스터(150)의 제2 에미터 단자(E2) 사이에 제1 컬렉터 단자(C1)가 연결될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제1 트랜지스터(140)의 제1 컬렉터 단자(C1)와 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 사이의 라인이 제1 전류 경로(P1)이고, 제2 트랜지스터(150)의 제2 에미터 단자(E2)와 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 사이의 라인이 제2 전류 경로(P2)이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 전류 경로를 포함하고 있으며, 이러한 복수의 전류 경로에는 제1 전류 경로(P1) 및 제2 전류 경로(P2)가 포함될 수 있다. 배터리 팩(100)에 부하가 연결된 경우, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류는 배터리 모듈(110)의 전압에 따라 제1 전류 경로(P1) 및 제2 전류 경로(P2) 중 적어도 하나를 통해 흐를 수 있다. 보다 구체적으로는, 다이오드(120)에 인가되는 전압의 크기에 따라서, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 제1 전류 경로(P1) 및 제2 전류 경로(P2) 중 적어도 하나를 통해 흐를 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 전류 경로를 포함함으로써, 배터리 모듈(110)의 전압에 대응되는 경로를 통해 전류가 흐를 수 있게 할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(110)의 전압 범위가 달라지더라도 배터리 팩(100) 내부 소자의 파손을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 배터리 팩(100)은 복수의 전류 경로를 통해서 부하에 일정한 전압 및 전류를 인가할 수 있으므로, 과전압 및 과전류 인가에 의한 부하의 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
먼저, 다이오드(120)에 인가되는 전압과 FET(130)의 동작 상태에 대해 설명한다. 구체적으로, FET(130)의 동작 상태에 따라 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 흐를 수 있는 전류 경로가 달라질 수 있다. 따라서, 다이오드(120)에 인가되는 전압과 FET(130)의 동작 상태에 대해 먼저 설명한 후, 전류 경로에 대해 설명한다. 또한, 이하에서는 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 및 배터리 팩(100)의 음극 단자(P-)에 부하가 연결되었고, 배터리 모듈(110)에 의해 부하가 충전되는 것으로 가정한다.
상기 FET(130)는, 상기 다이오드(120)에 기준 전압 이상의 전압이 인가되는 경우에 한하여, 동작 상태가 턴-온 상태로 전환되도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, FET(130)는 N채널 MOSFET일 수 있다. 따라서, FET(130)는 게이트 단자(G)에 인가되는 전압이 소스 단자(S)에 인가되는 전압보다 소정의 전압 크기 이상인 경우에 한하여, 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
보다 구체적으로, FET(130)는 게이트 전압(게이트 단자(G)에 인가되는 전압과 소스 단자(S)에 인가되는 전압 간의 차이)이 소정의 전압 크기 이상일 경우에 한하여, 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 수 있다. 예컨대, FET(130)의 소스 단자(S)가 배터리 모듈(110)의 음극측 접지(Ground)에 연결되어 있다고 가정하면, FET(130)의 게이트 단자(G)에는 상기 소정의 전압 크기 이상인 전압이 인가되면, FET(130)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
도 2를 참조하면, FET(130)의 게이트 단자(G)는 다이오드(120)의 타단에 연결되기 때문에, 다이오드(120)의 역방향으로 전류가 흐르는 경우에 한하여 게이트 단자(G)에 전압이 인가될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 이상일 경우에만, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 다이오드(120)의 역방향으로 흐를 수 있다. 따라서, FET(130)의 게이트 단자(G)는 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압(다이오드(120)의 항복 전압)이상일 경우에 한하여 전압을 인가받을 수 있으므로, 이러한 경우에만 FET(130)의 동작 상태는 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, FET(130)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환되면, FET(130)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 통전될 수 있다. 그리고, FET(130)의 드레인 단자(D)에서 소스 단자(S)로 전류가 흐를 수 있다.
정리하면, FET(130)의 동작상태는 다이오드(120)에 인가되는 전압(배터리 모듈(110)의 전압)이 상기 기준 전압 미만이면 턴-오프 상태이고, 다이오드(120)에 인가되는 전압이 상기 기준 전압 이상이면 턴-온 상태일 수 있다.
이하에서는, 다이오드(120)에 인가되는 전압에 따라 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 흐르는 전류 경로가 선택되는 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 다이오드(120)에 인가되는 전압이 상기 기준 전압 미만인 경우에 대해 설명한다.
다이오드(120)에 인가되는 전압, 즉, 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 미만인 경우, 다이오드(120)의 역방향으로는 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이러한 경우에, FET(130)의 동작 상태는 턴-오프 상태일 수 있다.
그리고, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류는 제1 베이스 단자(B1), 제1 에미터 단자(E1), 제2 컬렉터 단자(C2) 및 제2 베이스 단자(B2)에 인가될 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(140) 및 제2 트랜지스터(150)의 에미터 및 컬렉터가 통전될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 트랜지스터(140)에서는 제1 에미터 단자(E1)에서 제1 컬렉터 단자(C1) 측으로 전류가 흐르고, 제2 트랜지스터(150)에서는 제2 컬렉터 단자(C2)에서 제2 에미터 단자(E2) 측으로 전류가 흐를 수 있다.
즉, 다이오드(120)에 인가되는 전압이 기준 전압 미만인 경우에는, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 제1 전류 경로(P1) 및 제2 전류 경로(P2)를 통해서 흐를 수 있다.
다음으로, 다이오드(120)에 인가되는 전압이 상기 기준 전압 이상인 경우에 대해 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 다이오드(120)에 인가되는 전압이 기준 전압 이상인 경우에는 FET(130)의 동작 상태가 턴-온 상태일 수 있다. 즉, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 FET(130)의 드레인 단자(D)에서 소스 단자(S) 측으로 흐를 수 있다.
이 경우, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류는 제1 트랜지스터(140)의 제1 베이스 단자(B1) 및 제1 에미터 단자(E1)에 인가될 수 있다.
그리고, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 제2 베이스 단자(B2)에 인가되지 않을 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(140)의 에미터와 컬렉터는 통전되지만, 제2 트랜지스터(150)의 에미터와 컬렉터는 통전되지 않을 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 이상인 경우, 다이오드(120)의 역방향으로 전류가 흐르기 때문에, FET(130)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
즉, 상기 제2 트랜지스터(150)는, 상기 배터리 모듈(110)의 전압이 상기 기준 전압 미만일 경우에만 상기 제2 에미터 단자(E2)와 상기 제2 컬렉터 단자(C2)가 통전되도록 구성될 수 있다.
따라서, 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 이상인 경우에는 제1 트랜지스터(140)와 연결된 제1 전류 경로(P1)를 통해서만 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 흐를 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 전류 경로를 포함함으로써, 배터리 모듈(110)의 전압에 대응되는 전류 경로를 통해서 배터리 모듈(110)의 전류가 흐를 수 있게 할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100)에 따르면 입력 전압 범위에 대응되는 전류 경로가 자동적으로 선택되기 때문에, 넓은 전압 범위의 입력에 대해서 호환될 수 있는 배터리 팩(100)이 제공될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 상기 다이오드(120)와 상기 배터리 모듈(110)의 음극 단자 사이에 배치된 제1 저항(R1)을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 FET(130)는, 상기 게이트 단자(G)가 상기 제1 저항(R1)과 상기 다이오드(120) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 저항(R1)의 일단은 다이오드(120)의 타단과 연결되고, 제1 저항(R1)의 타단은 배터리 모듈(110)의 음극 단자와 배터리 팩(100)의 음극 단자(P-) 사이에 연결될 수 있다. 그리고, FET(130)의 게이트 단자(G)는 다이오드(120)의 타단과 제1 저항(R1)의 일단 사이에 연결될 수 있다.
즉, 제1 저항(R1)은 배터리 모듈(110)의 전압이 상기 기준 전압 이상일 경우, 다이오드(120)의 역방향으로 흐르는 전류가 배터리 모듈(110)의 음극 단자 측으로 흐르는 것을 방지하기 위해 배터리 팩(100)에 배치될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 이상일 경우, FET(130)의 게이트 단자(G)에 배터리 모듈(110)의 전압이 인가되어, FET(130)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 상기 다이오드(120)와 상기 FET(130)의 드레인 단자(D) 사이에 배치된 제2 저항(R2)을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 트랜지스터(150)는, 상기 제2 컬렉터 단자(C2)가 상기 다이오드(120)와 상기 제2 저항(R2) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제2 저항(R2)의 일단은 다이오드(120)의 일단에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 저항(R2)의 일단은 다이오드(120)의 일단과 제2 컬렉터 단자(C2) 사이에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 저항(R2)의 타단은 FET(130)의 드레인 단자(D)에 연결될 수 있다. 그리고, 제1 트랜지스터(140)의 제1 베이스 단자(B1)는 제2 저항(R2)의 타단과 FET(130)의 드레인 단자(D) 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 상기 제2 저항(R2)과 상기 제1 트랜지스터(140)의 상기 제1 베이스 단자(B1) 사이에 배치된 제3 저항(R3)을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 FET(130)는, 상기 드레인 단자(D)가 상기 제2 저항(R2)과 상기 제3 저항(R3) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 트랜지스터(150)는, 상기 제2 베이스 단자(B2)가 상기 드레인 단자(D)와 상기 제3 저항(R3) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제3 저항(R3)의 일단은 제2 저항(R2)의 타단에 연결되고, 제3 저항(R3)의 타단은 제1 트랜지스터(140)의 제1 베이스 단자(B1)에 연결될 수 있다. 그리고, FET(130)의 드레인 단자(D)는 제2 저항(R2)의 타단과 제3 저항(R3)의 일단 사이에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 트랜지스터(150)의 제2 베이스 단자(B2)는 FET(130)의 드레인 단자(D)와 제3 저항(R3)의 일단 사이에 연결될 수 있다. 또한, 제2 베이스 단자(B2)는 제2 저항(R2)의 타단과 제3 저항(R3)의 일단 사이에 연결될 수 있다.
바람직하게, 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)의 저항값은 동일하게 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 예시적 구성을 도시한 도면이다. 이하에서는, 앞서서 설명한 배터리 팩(100)의 구성에 대해서는 생략하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)에서 추가된 구성 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 상기 제1 트랜지스터(140)의 제1 컬랙터 단자와 상기 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 사이에 배치된 제4 저항(R4)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제4 저항(R4)은 제1 트랜지스터(140)를 통해 배터리 팩(100)에 연결된 부하에 인가되는 전압을 강하하기 위한 저항일 수 있다.
즉, 제1 전류 경로(P1)는 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 미만일 경우뿐만 아닐, 기준 전압 이상일 경우에도 전류가 흐를 수 있는 경로이다. 따라서, 배터리 팩(100)은 제1 트랜지스터(140)의 제1 컬렉터 단자(C1) 측에 제4 저항(R4)을 구비함으로써, 부하에 과전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 팩(100)은 상기 제4 저항(R4)의 저항값(Resistance)보다 작은 저항값을 갖고, 상기 제2 트랜지스터(150)의 제2 에미터 단자(E2)와 상기 배터리 팩(100)의 양극 단자(P+) 사이에 배치된 제5 저항(R5)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제5 저항(R5)은 제2 트랜지스터(150)를 통해 배터리 팩(100)에 연결된 부하에 인가되는 전압을 강하하기 위한 저항일 수 있다.
다만, 제2 전류 경로(P2)는 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 미만을 경우에만 전류가 흐를 수 있는 경로이다. 따라서, 제5 저항(R5)의 저항값은 제4 저항(R4)의 저항값 보다 작을 수 있다.
즉, 배터리 팩(100)은 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 흐를 수 있는 복수의 전류 경로를 포함하고, 각각의 전류 경로에 인가되는 전압에 대응되는 저항을 구비함으로써, 부하에 일정한 크기 범위의 전압이 인가될 수 있도록 할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 부하에 필요 이상의 과전압 또는 저전압이 인가되는 것이 방지될 수 있다.
예컨대, 배터리 팩(100)에 옵토 커플러(Opto-coupler)가 연결된 경우, 옵토 커플러가 소정의 전류 범위에 대응되는 전류가 인가될 때, 동작될 수 있다. 즉, 배터리 팩(100)은 복수의 전류 경로를 포함함으로써, 연결되는 부하가 요구한 전류 범위에 대응되는 전류를 공급할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 예시적 구성을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 배터리 팩(100)은 측정부(160), 제어부(170) 및 메인 릴레이(180)를 더 포함할 수 있다.
메인 릴레이(180)는 상기 배터리 모듈(110)의 일단에 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 메인 릴레이(180)는 배터리 팩(100)의 메인 충방전 경로에 배치될 수 있다. 여기서, 메인 충방전 경로란 배터리 모듈(110)로부터 출력된 전류 또는 배터리 모듈(110)에 인가되는 전류가 흐르는 대전류 경로일 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 메인 릴레이(180)는 배터리 모듈(110)의 음극 단자와 배터리 팩(100)의 음극 단자(P-) 사이에 배치될 수 있다.
측정부(160)는 상기 배터리 모듈(110)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 측정부(160)는 배터리 모듈(110)의 양단 전압을 측정하고, 측정한 양단 전압의 차이를 산출함으로써 배터리 모듈(110)의 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 측정부(160)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 배터리 모듈(110)의 양극 단자와 연결될 수 있다. 그리고, 측정부(160)는 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 배터리 모듈(110)의 음극 단자와 연결될 수 있다. 측정부(160)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해 측정한 배터리 모듈(110)의 양극 전압과 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 측정한 배터리 모듈(110)의 음극 전압 간의 차이를 산출하여, 배터리 모듈(110)의 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(160)는 상기 다이오드(120)와 상기 FET(130) 사이에 흐르는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 다이오드(120)의 타단에는 전류계가 더 구비될 수 있다. 측정부(160)는 전류계를 통해서 다이오드(120)의 타단에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 다이오드(120)의 타단과 제1 저항(R1)의 일단 사이에는 전류계가 더 구비될 수 있다. 이 경우, FET(130)의 게이트 단자(G)는 전류계와 제1 저항(R1) 사이에 연결될 수 있다.
측정부(160)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해 전류계와 연결되고, 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 다이오드(120)의 타단에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
또한, 측정부(160)는 측정한 전압값 및 전류값을 출력하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4를 참조하면, 측정부(160)는 제어부(170)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 측정한 전압값과 전류값을 디지털 신호로 변환하여, 변환한 디지털 신호를 제어부(170)에게 출력할 수 있다.
제어부(170)는 배터리 모듈(110)과 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀의 연결 관계를 제어함으로써, 배터리 모듈(110)의 출력 전압을 조절할 수 있다. 즉, 제어부(170)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결시킴으로써, 배터리 모듈(110)의 출력 전압을 조절할 수 있다.
예컨대, 배터리 모듈(110)에 4.5[V] 배터리 셀이 14개 포함되어 있다고 가정한다. 제어부(170)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀을 모두 병렬로 연결하여, 배터리 모듈(110)의 출력 전압을 4.5[V]로 조절할 수 있다. 다른 예로, 제어부(170)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀을 모두 직렬로 연결하여, 배터리 모듈(110)의 출력 전압을 63[V]로 조절할 수도 있다. 이 외에도 제어부(170)는 배터리 모듈(110)에 포함된 복수의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여, 배터리 모듈(110)의 출력 전압의 크기를 조절할 수 있다.
제어부(170)는 상기 측정부(160)에서 측정된 전압값 및 전류값을 수신하도록 구성될 수 있다.
제어부(170)는 측정부(160)로부터 수신한 디지털 신호를 판독하여, 측정부(160)에 의해 측정된 배터리 모듈(110)의 전압값 및 다이오드(120)의 타단에 흐르는 전류값을 획득할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는 수신한 전압값 및 전류값에 기반하여 상기 메인 릴레이(180)의 동작 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는 메인 릴레이(180)와 연결되고, 메인 릴레이(180)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 전환시킬 수 있는 동작 상태 제어 명령을 출력할 수 있다.
예컨대, 제어부(170)가 턴-온 상태 제어 명령을 출력하면, 메인 릴레이(180)의 동작 상태는 턴-온 상태로 전환되거나, 턴-온 상태를 유지할 수 있다. 반대로, 제어부(170)가 턴-오프 상태 제어 명령을 출력하면, 메인 릴레이(180)의 동작 상태는 턴-오프 상태로 전환되거나 턴-오프 상태를 유지할 수 있다.
도 4의 실시예에서, 제어부(170)는 제어 라인(CL)을 통해 메인 릴레이(180)와 연결될 수 있다. 그리고, 제어부(170)는 제어 라인(CL)을 통해 턴-온 상태 제어 명령을 출력함으로써, 메인 릴레이(180)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
이 때, 제어부(170)는 측정부(160)에 의해 측정된 배터리 모듈(110)의 전압값 및 다이오드(120)의 타단에 흐르는 전류값에 기반하여 메인 릴레이(180)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(170)는, 상기 수신한 전압값 및 전류값에 기반하여 상기 다이오드(120)의 소비 전력을 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 다이오드(120)의 소비 전력은 다이오드(120)에 기준 전압 이상의 전압이 인가되어, 다이오드(120)의 역방향으로 전류가 흐르는 경우에 다이오드(120)에서 소비되는 전력을 의미할 수 있다.
예컨대, 소비전력은 다음의 수학식에 따라 산출될 수 있다.
[수학식]
Pz = Vz × Iz
여기서, Pz는 다이오드(120)의 소비 전력[W]이고, Vz는 다이오드(120)에 인가되는 전압[V]이며, Iz는 다이오드(120)의 역방향으로 흐르는 전류[A]이다.
예컨대, 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 미만인 경우, 다이오드(120)의 역방향으로는 전류가 흐르지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 다이오드(120)의 소비 전력은 0[W]이다.
다른 예로, 배터리 모듈(110)의 전압이 기준 전압 이상인 경우, 다이오드(120)의 역방향으로 전류가 흐를 수 있다. 여기서, 다이오드(120)의 내부 저항이 무시할 수 있을 정도로 작은 값이라고 가정하면, 배터리 모듈(110)의 전압과 다이오드(120)의 양단 전압은 동일할 수 있다. 따라서, 제어부(170)는 측정부(160)로부터 수신한 전압값(Vz)과 전류값(Iz)에 기반하여, 다이오드(120)의 소비 전력(Pz)을 산출할 수 있다.
그리고, 제어분느 산출된 소비 전력이 상기 다이오드(120)의 최대 허용 전력 이상인 경우, 상기 메인 릴레이(180)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
여기서, 다이오드(120)의 최대 허용 전력이란 다이오드(120)가 파손될 수 있는 임계 전력을 의미한다.
다이오드(120)의 소비 전력이 최대 허용 전력 미만인 경우, 전압 인가가 종료되면 다이오드(120)는 원상태로 복귀할 수 있다. 반면, 다이오드(120)의 소비 전력이 최대 허용 전력 이상인 경우, 전압 인가가 종료되더라도 다이오드(120)는 원상태로 복귀할 수 없다. 즉, 이러한 경우 다이오드(120)는 파손될 수 있다.
도 4의 실시예에서, 다이오드(120)가 파손되어 다이오드(120)의 역방향으로 항상 전류가 흐를 수 있는 경우를 가정한다. 이 경우, 배터리 팩(100)에 부하가 연결되면, FET(130)의 동작 상태는 항상 턴-온 상태일 수 있다. 즉, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류는 제1 트랜지스터(140)를 통해 흐르고, 제2 트랜지스터(150)를 통해서는 흐르지 않을 수 있다. 따라서, 다이오드(120)가 파손된 경우에는, 배터리 팩(100)에 포함된 복수의 전류 경로가, 대응되는 전압에 따라 이용될 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 제어부(170)는 다이오드(120)의 소비 전력을 최대 허용 전력과 비교하여, 다이오드(120)의 파손 여부를 판단할 수 있다.
다이오드(120)가 파손된 것으로 판단된 경우(소비 전력이 최대 허용 전력 이상인 경우), 제어부(170)는 상기 메인 릴레이(180)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 상기 배터리 팩(100)과 상기 배터리 모듈(110) 간의 전기적 연결을 차단시키도록 구성될 수 있다.
즉, 다이오드(120)가 파손되더라도, 제1 전류 경로(P1)를 통해서 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류는 부하 측으로 흐를 수 있다. 하지만, 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류는 제2 전류 경로(P2)를 통해서는 부하 측으로 흐를 수 없다.
따라서, 부하로 전류가 인가되는지 여부만으로는 배터리 팩(100)의 결함 상태를 판단할 수 없기 때문에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 다이오드(120)의 소비 전력에 기반하여 배터리 팩(100)의 결함 발생 여부를 판단할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)에 구비된 제어부(170)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(170)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 제어부(170)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 제어부(170) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 제어부(170)와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 다이오드(120)의 파손 여부를 외부에 제공할 수 있는 통신부 및/또는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
통신부는 제어부(170)에 의해 제어될 수 있다. 그리고, 통신부는, 제어부(170)가 다이오드(120)가 파손된 것으로 판단한 경우, 외부로 다이오드(120) 파손에 대한 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 따라서, 사용자 측은 통신부로부터 다이오드(120) 파손에 대한 정보를 수신하여, 배터리 팩(100)을 점검할 수 있다.
디스플레이부는 소리, 이미지, 문자 및 도형 등을 통해서 다이오드(120)의 파손에 대한 정보를 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 사용자는 디스플레이부를 통해서 시각 및/또는 청각적으로 다이오드(120)의 파손에 대한 정보를 획득할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 한정된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
예컨대, 도면을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 배터리 팩(100)에는 배터리 모듈(110)에서 출력된 전류가 흐르는 경로 상에 하나 이상의 저항이 필요에 따라서 더 배치될 수 있다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: 배터리 팩
110: 배터리 모듈
120: 다이오드
130: FET
140: 제1 트랜지스터
150: 제2 트랜지스터
160: 측정부
170: 제어부
180: 메인 릴레이

Claims (11)

  1. 하나 이상의 배터리 셀이 구비되도록 구성된 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 양극 방향을 정방향으로 배치되어, 상기 배터리 모듈과 병렬로 연결되도록 구성된 다이오드;
    게이트 단자, 드레인 단자 및 소스 단자를 포함하고, 상기 드레인 단자 및 상기 소스 단자를 통해 상기 다이오드와 병렬로 연결되고, 상기 게이트 단자를 통해 상기 다이오드의 타단과 연결되며, 상기 다이오드를 통해서 상기 배터리 모듈로부터 동작 전압을 인가받도록 구성된 FET;
    제1 베이스 단자, 제1 에미터 단자 및 제1 컬렉터 단자를 포함하고, 제1 베이스 단자가 상기 드레인 단자에 연결되고, 상기 제1 에미터 단자 및 상기 제1 컬렉터 단자가 상기 배터리 모듈의 양극 단자 측에 연결되도록 제1 트랜지스터; 및
    제2 베이스 단자, 제2 에미터 단자 및 제2 컬렉터 단자를 포함하고, 상기 제2 베이스 단자가 상기 드레인 단자와 상기 제1 베이스 단자 사이에 연결되며, 상기 제1 에미터 단자 및 상기 제1 컬렉터 단자 사이에 배치되도록 상기 제2 컬렉터 단자가 상기 제1 에미터 단자와 연결되고, 상기 제2 에미터 단자가 상기 제1 컬렉터 단자와 연결되도록 구성된 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 트랜지스터는,
    상기 제1 에미터 단자가 상기 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제2 트랜지스터의 상기 제2 컬렉터 단자 사이에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드는,
    상기 배터리 모듈로부터 기준 전압 이상의 전압이 인가되면 통전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 FET는,
    상기 다이오드에 기준 전압 이상의 전압이 인가되는 경우에 한하여, 동작 상태가 턴-온 상태로 전환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터는,
    상기 배터리 모듈의 전압이 상기 기준 전압 미만일 경우에만 상기 제2 에미터 단자와 상기 제2 컬렉터 단자가 통전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드와 상기 배터리 모듈의 음극 단자 사이에 배치된 제1 저항을 더 포함하고,
    상기 FET는,
    상기 게이트 단자가 상기 제1 저항과 상기 다이오드 사이에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다이오드와 상기 FET의 드레인 단자 사이에 배치된 제2 저항을 더 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터는,
    상기 제2 컬렉터 단자가 상기 다이오드와 상기 제2 저항 사이에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 저항과 상기 제1 트랜지스터의 상기 제1 베이스 단자 사이에 배치된 제3 저항을 더 포함하고,
    상기 FET는,
    상기 드레인 단자가 상기 제2 저항과 상기 제3 저항 사이에 연결되도록 구성되고,
    상기 제2 트랜지스터는,
    상기 제2 베이스 단자가 상기 드레인 단자와 상기 제3 저항 사이에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 제1 컬랙터 단자와 상기 배터리 팩의 양극 단자 사이에 배치된 제4 저항; 및
    상기 제4 저항의 저항값보다 작은 저항값을 갖고, 상기 제2 트랜지스터의 제2 에미터 단자와 상기 배터리 팩의 양극 단자 사이에 배치된 제5 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 일단에 직렬로 연결되도록 구성된 메인 릴레이;
    상기 배터리 모듈의 전압을 측정하고, 상기 다이오드와 상기 FET 사이에 흐르는 전류를 측정하며, 측정한 전압값 및 전류값을 출력하도록 구성된 측정부; 및
    상기 측정부에서 측정된 전압값 및 전류값을 수신하고, 수신한 전압값 및 전류값에 기반하여 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 제어하도록 구성된 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신한 전압값 및 전류값에 기반하여 상기 다이오드의 소비 전력을 산출하고, 산출된 소비 전력이 상기 다이오드의 최대 허용 전력 이상인 경우, 상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 메인 릴레이의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 상기 배터리 팩과 상기 배터리 모듈 간의 전기적 연결을 차단시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수의 전류 경로를 포함하는 배터리 팩.
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