KR20210081802A - 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 멀티 배터리 충전 장치는 배터리 모듈을 충전하기 위한 전원을 공급하는 충전부, 상기 전원을 연결된 상기 배터리 모듈로 출력하는 출력 단자, 및 상기 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수에 비례하는 전압으로 상기 전원의 전압을 변환하기 위한 제어 신호를 제공하는 제어부를 포함하여 이루어지고, 상기 충전부는 상기 제어 신호에 따라 상기 전원의 전압을 변환하는 전압변환부를 포함하여 이루어져 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 개수에 상관없이 하나의 배터리 충전 장치로 배터리 모듈을 충전할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법 {MULTI BATTERY CHARGING DEVICE AND BATTERY CHARGING METHOD}

본 발명은 배터리 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 다양한 스팩의 배터리에 모두 사용할 수 있는 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법에 관한 것이다.

하이브리드자동차, 전기자동차 등에는 안정성과 효율성이 매우 우수한 배터리가 사용되고 있으며, 자동차가 노후되어 폐차되더라도 재사용이 가능하므로 향후 폐차된 자동차로부터 수거된 폐배터리의 발생량이 급속도로 증가할 것으로 예상된다.

따라서 폐차된 자동차로부터 수거된 폐배터리를 재활용할 수 있는 다양한 신규 사업의 창출이 필요한 상황이다.

이때 수거된 폐배터리는 그대로 사용하기 어려우므로 폐배터리를 재활용하기 위해서는 수거된 폐배터리를 재충전하고, 패키징하고, 성능을 평가하는 등의 재생 과정을 거쳐야 한다.

이를 위해 폐배터리 재생 업체에서는 수거된 다양한 종류의 폐배터리의 스팩에 맞는 다양한 종류의 충전기를 구비하고, 배터리를 구성하는 배터리 셀의 개수에 따라 해당하는 전용 충전기를 사용하여 폐배터리를 충전해야 하는 번거로움이 있다.

또한 폐차된 자동차로부터 수거된 폐배터리는 BMS 등 주요부품이 손상되거나 없어진 상태에서 수거되는 경우가 많기 때문에 폐배터리를 충전함에 있어서 각 배터리 셀의 상태를 알기 어렵기 때문에 재생 과정을 거쳐 최종적으로 만들어진 배터리를 테스트하는 과정에서 배터리의 일부 또는 전체 셀이 제대로 작동하지 않는 결함이 발견되는 경우가 많아 해당 셀을 다시 교체하거나 생산된 재생 배터리 전체를 폐기해야 하는 문제가 발생되기도 한다.

한국등록특허 제10-1956254호

본 발명의 목적은 다양한 스팩의 배터리에 모두 사용할 수 있는 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 BMS를 구비하여 충전 밸런싱이 가능한 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 통신 모듈을 구비하여 충전 과정에서 배터리를 구성하는 각 배터리 셀의 상태를 확인할 수 있는 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은, 본 발명에 따른 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법에 의해 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 멀티 배터리 충전 장치는 배터리 모듈을 충전하기 위한 전원을 공급하는 충전부, 상기 전원을 연결된 상기 배터리 모듈로 출력하는 출력 단자, 및 상기 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수에 비례하는 전압으로 상기 전원의 전압을 변환하기 위한 제어 신호를 제공하는 제어부를 포함하여 이루어지고, 상기 충전부는 상기 제어 신호에 따라 상기 전원의 전압을 변환하는 전압변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 멀티 배터리 충전 장치는 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 복수 개의 배터리 셀 사이의 연결부위에 연결되는 복수 개의 센싱 단자를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 연결부위와 상기 센싱 단자의 연결 정보를 이용하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.

상기 복수 개의 센싱 단자 중 N개(N은 자연수)의 단자가 상기 연결부위에 연결된 경우 상기 전압변환부는 상기 전원의 전압이 (N+1)×단위전압이 되도록 변환할 수 있다.

상기 제어부는 상기 복수 개의 센싱 단자 중 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자의 개수를 감지하는 센싱부, 상기 센싱부에 의해 감지된 연결 단자의 개수에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 센싱부는 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자 중 일련번호가 가장 큰 센싱 단자의 일련번호에 따라 상기 연결된 센싱 단자의 개수를 감지할 수 있다.

상기 제어부는 상기 복수 개의 센싱 단자에 연결되어 상기 배터리 셀의 충전을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하고, 상기 BMS는 상기 복수 개의 센싱 단자 중 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자와 연결된 부분만 활성화될 수 있다.

상기 BMS에 의해 파악된 각 배터리 셀의 충전 상태를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법은 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수를 감지하는 단계, 감지된 배터리 셀의 개수에 따라 출력 전원의 전압을 변환하는 단계, 및 전압이 변환된 상기 출력 전원을 상기 배터리 모듈에 공급하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 배터리 셀의 개수를 감지하는 단계는, 직렬로 연결된 배터리 셀과 배터리 셀 사이의 연결부위를 배터리 충전 장치의 센싱 단자와 연결하는 단계, 복수 개의 센싱 단자 중 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자의 개수를 감지하는 단계, 및 상기 연결된 센싱 단자의 개수가 N인 경우 상기 배터리 셀의 개수를 N+1로 결정하는 단계(N은 자연수)를 포함할 수 있다.

상기 배터리 셀의 개수를 감지하는 단계는, 직렬로 연결된 배터리 셀과 배터리 셀 사이의 연결부위를 배터리 충전 장치의 복수의 센싱 단자에 미리 설정된 일련번호를 따라 순차적으로 연결하는 단계, 상기 연결부위에 연결된 복수 개의 센싱 단자 중 일련번호가 가장 높은 센싱 단자의 일련번호로 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 감지하는 단계, 및 상기 연결된 센싱 단자의 수가 N인 경우 상기 배터리 셀의 개수를 N+1로 결정하는 단계(N은 자연수)를 포함할 수 있다.

상기 전압을 변환하는 단계는 상기 배터리 모듈의 개수 N+1인 경우(N은 자연수), "(N+1)×단위전압"이 되도록 전압을 변환할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법은 감지된 배터리 셀의 개수에 따라 BMS를 활성화시키는 단계, 및 활성화된 BMS가 직렬로 연결된 각 배터리 셀의 충전 상태를 모니터링하고 밸런싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법은 상기 BMS에 의해 모니터링된 각 배터리 셀의 충전 상태를 통신 모듈을 통해 외부로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 다양한 스팩의 폐배터리에 모두 사용할 수 있으며, 배터리에 BMS가 구비되어 있지 않더라도 충전 밸런싱이 가능하며, 폐배터리의 재생 과정에서 배터리 셀의 결함을 발견할 수 있도록 하는 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법을 제공하는 효과를 갖는다.

제1도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치의 구성도이다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치를 보여주는 사진이다.
제3도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치를 배터리와 연결한 상태를 보여주는 도면이다.
제4도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치의 구성도이다.
제5도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치의 구성도이다.
제6도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치로부터 수신한 배터리 셀의 충전 상태 정보가 사용자 단말기에 표시되는 예시적인 화면을 보여주는 도면이다.
제7도는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법의 순서도이다.
제8도는 배터리 셀의 개수를 결정하는 방법의 순서도이다.
제9도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.

또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

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 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

도 1에 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치의 구성도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100)는 충전부(10), 출력 단자(20), 센싱 단자(30), 제어부(40)를 포함하여 이루어진다.

충전부(10)는 배터리 모듈(배터리라고도 함)을 충전하기 위한 전원을 공급한다. 이를 위해 충전부는 외부 전원과 연결될 수 있다.

또한 충전부는 배터리 모듈의 스팩에 맞는 전원을 공급하기 위한 전압변환부(11)를 포함한다. 여기서 배터리의 스팩이란 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수일 수 있다.

따라서 충전해야 할 배터리 모듈이 M개의 배터리 셀의 직렬연결로 구성된 경우 전압변환부(11)는 외부로부터 입력된 전원의 전압을 "M×단위전압"이 되도록 변환한다(M은 자연수). 즉, 배터리 모듈이 5개의 배터리 셀이 직렬연결되어 구성된 경우 전압변환부는 배터리 모듈로 공급된 전원의 전압이 "5×단위전압"이 되도록 변환할 수 있다. 또한 배터리 모듈이 6개의 배터리 셀이 직렬연결되어 구성된 경우 전압변환부는 배터리 모듈로 공급된 전원의 전압이 "6×단위전압"이 되도록 변환할 수 있다. 여기서 단위전압은 예를 들어 4.2V와 같이 미리 설정된 전압이다.

전압변환부(11)는 배터리 모듈의 구성에 맞게 전압을 변환하기 위해 후술할 제어부로부터 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호에 따라 배터리 모듈의 구성에 맞는 전압으로 전원의 전압을 변환할 수 있다.

출력 단자(20)는 충전부(10)에 의해 공급되는 전원을 출력하는 단자이다. 출력 단자는 (+)단자(20-1)와 (-)단자(20-2)로 구성될 수 있다. 배터리 모듈의 충전을 위해 출력 단자의 (+)단자에는 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 M개의 배터리 셀 중 한 쪽 끝에 위치한 배터리 셀의 (-)단자가 연결되고, 출력 단자의 (-)단자에는 M개의 배터리 셀 중 다른 쪽 끝에 위치한 배터리 셀의 (+)단자가 연결될 수 있다.

센싱 단자(30)는 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수를 감지하기 위한 단자이다. 이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치는 복수 개의 센싱 단자를 구비하며, 각 센싱 단자(30)는 배터리를 구성하기 위해 직렬로 연결된 복수 개의 배터리 셀 사이의 연결부위와 1대 1로 연결된다.

출력 단자(20)는 직렬로 연결된 배터리 셀의 가장 바깥쪽 단자에 연결되는 단자이고, 센싱 단자(30)는 배터리 셀과 배터리 셀 사이의 연결부위에 연결되는 단자이기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 출력 단자(20-1, 20-2) 사이에 복수 개의 센싱 단자(30)가 일렬로 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

제어부(40)는 전압변환부(11)가 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수에 비례하는 전압으로 출력 전원의 전압을 변환하게 하는 제어 신호를 생성한다.

사용자가 배터리 모듈의 구성을 알고 있는 경우 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치에 구비된 전압제어 다이얼을 이용하여 배터리 모듈의 구성에 대한 정보를 입력할 수 있고, 제어부는 배터리 모듈의 구성에 따라 출력 전원의 전압이 변환되도록 하는 제어 신호를 생성한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치의 제어부는 사용자가 배터리 모듈의 구성을 모르는 경우에도 복수 개의 센싱 단자(30)로부터의 정보를 이용하여 배터리 모듈의 구성에 대응하는 전압으로 출력 전원의 전압이 변환되도록 하는 제어 신호를 생성할 수 있다.

구체적으로 제어부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 센싱부(41)와 제어 신호 생성부(42)를 포함하여 이루어질 수 있다.

센싱부(41)는 복수 개의 센싱 단자 중 서로 이웃하는 배터리 셀들 사이의 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 감지한다.

예를 들어 센싱부는 예를 들어 m개의 센싱 단자 중 배터리 셀 사이의 연결부위와 연결된 센싱 단자의 수를 카운트하여 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 감지할 수 있다.

또한 센싱부는 연결부위에 연결된 센싱 단자 중 일련번호가 가장 큰 센싱 단자의 일련번호에 따라 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 감지할 수 있다. 이때 센싱 단자와 배터리의 연결부위는 도 3에 도시된 바와 같이 센싱 단자의 일련번호를 따라 오름차순으로 순차적으로 연결한다.

제어 신호 생성부(42)는 제어부(41)에 의해 감지된 배터리 셀의 개수에 따라 제어 신호를 생성한다. 즉, 제어부(41)가 배터리 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 N개로 감지한 경우 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수는 N+1개이므로 제어 신호 생성부는 출력 전원의 전압을 "(N+1)×단위전압"이 되도록 변환하라는 제어 신호를 생성한다. 도 3을 다시 참조하면, 센싱부(41)는 m개의 센싱 단자 중 5개가 배터리 연결부위에 연결된 것으로 감지하고 제어 신호 생성부(42)는 출력전원의 전압을 (5+1)×4.2V(단위전압)으로 변환하라는 제어 신호를 생성한다.

제어 신호 생성부(42)가 생성한 제어 신호는 제어부에 연결된 충전부(10)로 전달되고, 충전부의 전압변환부(11)는 출력 전원의 전압을 "(N+1)×단위전압"이 되도록 변환하여 출력단자(20)를 통해 (N+1)개의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리에 배터리 모듈의 구성에 맞는 "(N+1)×단위전압"의 전압을 갖는 전원이 공급된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100)는 배터리 셀의 연결부위와 연결되는 복수 개의 센싱 단자(30), 복수 개의 센싱 단자 중 배터리 셀의 연결부위와 연결된 센싱 단자의 개수를 감지하는 센싱부(41), 감지된 센싱 단자의 개수에 따라 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부(42), 제어 신호에 따라 출력 전원의 전압을 변환하는 전압변환부(11)를 구비하여 배터리 모듈의 구성에 따른 전압을 갖는 전원을 공급할 수 있다. 따라서 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수에 따라 각각 다른 전용 충전 기기를 사용할 필요 없이 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치 하나로 모든 배터리의 충전이 가능한 효과가 있다.

도 4에 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100')의 구성도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100')는 충전부(10), 출력 단자(20), 센싱 단자(30), 제어부(40)를 포함하여 이루어지며, 도 1 및 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100)와 달리 제어부(40)에 BMS(43)가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

따라서 BMS(43) 이외의 구성은 제1 실시예에서의 설명으로 갈음하고 BMS(43)를 중심으로 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100')에 대해 설명하기로 한다.

배터리는 반복적인 충방전으로 인해 배터리를 구성하는 배터리 셀들 사이의 전압이 자연스럽게 다르게 되며, 배터리 셀들 사이의 밸런스가 깨진 상태에서 오랜 시간 운행하게 되면 배터리가 정상적인 작동을 할 수 없게 된다.

따라서 수거된 폐배터리를 충전하여 재생하는 과정에서도 배터리 셀 사이의 밸런스를 맞추는 것이 매우 중요하다. 그러나 폐차에서 수거된 폐배터리의 경우 BMS가 없는 경우가 많고 하이브리드자동차는 배터리 셀별 BMS가 장착되어 있지 않고 통합 BMS를 사용함으로써 배터리에 BMS가 장착되어 있다고 하더라도 충전 시 배터리 셀별 충전상태 확인이 불가능하다.

이에 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100')는 배터리 셀별 모니터링과 밸런싱이 가능한 BMS를 구비함으로써 폐배터리의 배터리 셀들을 균등하게 충전할 수 있다.

도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면, BMS(43)는 모든 복수 개의 센싱 전극(30) 및 출력 전극(20)과 연결된다. 이런 연결을 통해 BMS(43)는 복수 개의 배터리 셀 모두와 연결되어 복수 개의 배터리 셀 각각의 충전 상태를 모니터링할 수 있으며, 배터리 셀간 충전 밸런스가 이루어지도록 제어할 수 있다.

다만 본 발명에 따른 멀티 배터리 충전 장치의 복수 개의 센싱 전극(30)은 충전되는 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 개수에 따라 일부 센싱 전극만 배터리 셀 사이의 연결 부위에 연결되며, 이 경우 모든 영역의 BMS가 활성화된다면 배터리 셀 사이의 밸런싱을 효과적으로 수행할 수 없다.

이에 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100')의 BMS(43)는 연결부위에 연결된 단자와 연결된 부분만 활성화되도록 구성된다.

즉, 도 3과 같이 배터리 모듈이 배터리 셀 6개로 직렬연결된 경우 복수 개의 센싱 전극 중 5개의 센싱 전극(예를 들어 30-1 내지 30-5)만 배터리에 연결된다. 이런 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100')의 BMS(43)는 5개의 센싱 전극과 연결된 영역만 활성화되어 6개의 배터리 셀 각각의 상태를 모니터링하고 셀 간의 충전 밸런싱이 이루어지도록 제어할 수 있다.

이때 BMS(43)는 배터리 셀 간 충전 밸런싱이 이루어지도록 패시브 밸런싱 또는 액티브 밸런싱 방법 등의 밸런싱 방법을 이용할 수 있다.

또한 BMS의 부분 활성을 위해 스위치 등을 이용한 물리적 차단 방법, 정보 차단 등을 이용한 소프트웨어적 차단 방법 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.

이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100')는 제1 실시예와 달리 충전 장치에 BMS를 더 구비함으로써 폐배터리에 BMS가 구비되어 있지 않더라도 배터리 셀 사이에 SOC(잔존용량, state of charge)값을 일정하게 만들어 폐배터리의 성능을 효과적으로 재생시킬 수 있다.

도 5에 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100'')의 구성도가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100'')는 충전부(10), 출력 단자(20), 센싱 단자(30), 제어부(40)를 포함하여 이루어지며, 앞선 제2 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치와 달리 통신부(50)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서 통신부(50) 이외의 구성은 제1 실시예 및 제2 실시예에서의 설명으로 갈음하고 통신부(50)를 중심으로 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치(100'')에 대해 설명하기로 한다.

통신부(50)는 제어부(40)에 연결되어 BMS에 의해 모니터링된 각 배터리 셀의 충전 상태를 외부로 전송한다.

통신부는 연결된 사용자 단말기에 각 배터리 셀의 충전 상태 정보를 직접 전송하거나 서버를 거쳐 사용자 단말기에 전송되도록 미리 설정된 서버로 배터리 셀의 충전 상태 정보를 전송할 수 있다.

사용자는 스마트폰과 같은 휴대용 전자장치에 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리 셀의 충전 상태 정보를 보여주는 어플리케이션을 설치하고 통신부로부터 직접 또는 서버를 거쳐 각 배터리 셀의 충전 상태를 확인할 수 있다.

배터리 모듈의 충전 상태를 보여주는 예시적인 사용자의 휴대용 전자장치 화면이 도 6에 도시되어 있다.

이러한 통신부를 통해 사용자는 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 각각의 배터리 셀의 충전 상태를 확인할 수 있다. 특히 폐배터리의 경우 일부 또는 전체 배터리 셀에 결함이 있을 수 있는데, 사용자는 충전 상태를 확인하여 충전이 일정 레벨 이상 올라가지 않는 경우 해당 셀을 제거함으로써 폐배터리의 재생 공정이 모두 완료된 후 결합이 있는 셀을 교체하거나 생산된 재생 배터리 모듈 전체를 폐기해야 하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.

지금까지 본 발명의 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치에 대해 설명하였으며, 도 7 내지 도 9를 참고로 본 발명에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법은 도 7에 도시된 바와 같이 배터리 모듈의 구성 감지 단계(S10), 출력 전원의 전압 변환 단계(S20), 출력 전원 공급 단계(S30)를 포함하여 이루어질 수 있다.

배터리 모듈의 구성 감지 단계(S10)는 배터리를 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수를 감지하는 단계이다.

이를 위해 사용자가 입력한 정보를 이용하거나 도 8에 도시된 바와 같이 충전하고자 하는 배터리를 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀 사이의 연결부위와 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치의 센싱 단자(30)를 연결하고(S11), 연결된 센싱 단자의 수를 감지한 다음(S12), 감지된 연결 센싱 단자의 수를 이용하여 배터리 모듈의 구성을 결정할 수 있다(S13).

배터리 셀 사이의 연결부위와 센싱 단자를 연결하는 단계(S11)에서 연결부위와 센싱 단자는 무작위로 연결될 수도 있으나 도 3에 도시된 바와 같이 배터리 셀 1과 배터리 셀 2 사이의 연결부위를 제1 센싱 단자(30-1)에 연결하고, 배터리 셀 2와 배터리 셀 3 사이의 연결부위를 제2 센싱 단자(30-2)에 연결하고, 배터리 셀 3과 배터리 셀 4 사이의 연결부위를 제3 센싱 단자(30-3)에 연결하는 것과 같이 순차적으로 연결하는 것이 바람직하다.

만약 배터리 셀 사이의 연결부위와 센싱 단자를 연결하는 단계(S11)에서 연결부위와 센싱 단자를 무작위로 연결하였다면, 연결된 센싱 단자의 수를 감지하는 단계(S12)에서 센싱부는 복수 개의 센싱 단자 중 배터리 셀 사이의 연결부위와 연결된 센싱 단자의 수를 카운트하여 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 감지할 수 있다.

만약 배터리 셀 사이의 연결부위와 센싱 단자를 연결하는 단계(S11)에서 도 3에 도시된 바와 같이 연결부위와 센싱 단자가 순차적으로 연결되었다면, 연결부위에 연결된 센싱 단자 중 일련번호가 가장 큰 센싱 단자의 일련번호에 따라 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 감지할 수 있다.

연결된 센싱 단자 수를 감지하는 단계(S12)에서 감지된 연결 센싱 단자의 수가 N이라면 배터리 모듈 구성 결정 단계(S13)에서 배터리를 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수를 N+1로 결정한다(N은 자연수).

다음으로, 출력 전원의 전압 변환 단계(S20)는 출력 전원의 전압을 감지된 배터리 셀의 개수에 따라 변환하는 단계이다.

배터리 모듈의 구성 감지 단계(S10)에서 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수가 N+1개로 감지된 경우 출력 전원의 전압이 "(N+1)×단위전압"이 되도록 변환한다.

다음으로, 출력 전원 공급 단계(S30)에서 출력 단자를 통해 배터리 모듈에 전압이 변환된 전원을 공급한다. 이때 출력 전원은 배터리 모듈의 스팩에 맞게 변환되었으므로 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법은 배터리 스팩에 상관없이 적용될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전 방법은 도 9에 도시된 바와 같이 배터리 모듈의 구성 감지 단계(S10), 출력 전원의 전압 변환 단계(S20), 출력 전원 공급 단계(S30), 배터리 셀 모니터링/밸런싱 단계(S40), 충전 상태 정보 전송 단계(S50)를 포함하여 이루어질 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 배터리 모듈의 구성 감지 단계(S10)에서 배터리를 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수를 감지하고, 출력 전원의 전압 변환 단계(S20)에서 출력 전원의 전압을 감지된 배터리 셀의 개수에 따라 변환하고, 출력 전원 공급 단계(S30)에서 출력 단자를 통해 변환된 전원을 배터리 공급하여 배터리를 충전한다.

그런 다음 배터리 셀 모니터링/밸런싱 단계(S40)에서 BMS를 이용하여 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리 셀의 충전 상태를 모니터링하고 충전 용량에 편차가 발생하는 경우 각 배터리 셀간의 밸런스가 이루어지도록 제어한다.

보다 구체적으로는 배터리 모듈의 구성 감지 단계(S10)에서 감지된 배터리 셀의 개수에 따라 BMS를 활성화시키고, 활성화된 BMS가 각 배터리 셀의 충전 상태를 모니터링하고, 밸런싱한다.

이때 BMS에 의해 모니터링된 각 배터리 셀의 충전 상태는 충전 상태 정보 전송 단계(S50)에서 사용자에게 전송된다.

사용자는 전송된 각 배터리 셀의 충전 상태를 확인하고 일부 또는 전체 셀에 결합이 있는 것으로 판단될 경우 해당 셀의 재생 공정을 중단하고 제거함으로써 폐배터리의 재생 공정이 모두 완료된 후 결합이 있는 배터리 셀을 교체하거나 생산된 재생 배터리 전체를 폐기해야 하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.

지금까지 본 발명의 실시예에 따른 멀티 배터리 충전 장치 및 배터리 충전 방법을 구체적인 실시예를 참고로 한정되게 설명하였다. 그러나 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

10: 충전부 11: 전압변환부
20: 출력 단자 30: 센싱 단자
40: 제어부 41: 센싱부
42: 제어 신호 생성부 43: BMS
50: 통신부

Claims (13)

1. 배터리 모듈을 충전하기 위한 전원을 공급하는 충전부;
   상기 전원을 연결된 상기 배터리 모듈로 출력하는 출력 단자;및
   상기 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수에 비례하는 전압으로 상기 전원의 전압을 변환하기 위한 제어 신호를 제공하는 제어부;
   를 포함하여 이루어지고, 상기 충전부는 상기 제어 신호에 따라 상기 전원의 전압을 변환하는 전압변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 배터리 충전 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 배터리 셀 사이의 연결부위에 연결되는 복수 개의 센싱 단자를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 연결부위와 상기 센싱 단자의 연결 정보를 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 멀티 배터리 충전 장치
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 센싱 단자 중 N개(N은 자연수)의 단자가 상기 연결부위에 연결된 경우 상기 전압변환부는 상기 전원의 전압이 (N+1)×단위전압이 되도록 변환하는 것을 특징으로 하는 멀티 배터리 충전 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 복수 개의 센싱 단자 중 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자의 개수를 감지하는 센싱부, 상기 센싱부에 의해 감지된 연결 단자의 개수에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 배터리 충전 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 센싱부는 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자 중 일련번호가 가장 큰 센싱 단자의 일련번호에 따라 상기 연결된 센싱 단자의 개수를 감지하는 것을 특징으로 하는 멀티 배터리 충전 장치.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 복수 개의 센싱 단자에 연결되어 상기 배터리 셀의 충전을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하고,
   상기 BMS는 상기 복수 개의 센싱 단자 중 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자와 연결된 부분만 활성화되는 것을 특징으로 하는 멀티 배터리 충전 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 BMS에 의해 파악된 각 배터리 셀의 충전 상태를 외부로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 배터리 충전 장치.
8. 배터리 모듈을 구성하기 위해 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수를 감지하는 단계;
   감지된 배터리 셀의 개수에 따라 출력 전원의 전압을 변환하는 단계; 및
   전압이 변환된 상기 출력 전원을 상기 배터리 모듈에 공급하는 단계;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 배터리 셀의 개수를 감지하는 단계는
   직렬로 연결된 배터리 셀과 배터리 셀 사이의 연결부위를 배터리 충전 장치의 센싱 단자와 연결하는 단계;
   복수 개의 센싱 단자 중 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자의 개수를 감지하는 단계; 및
   상기 연결된 센싱 단자의 개수가 N인 경우 상기 배터리 셀의 개수를 N+1로 결정하는 단계(N은 자연수);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 개수를 감지하는 단계는
    직렬로 연결된 배터리 셀과 배터리 셀 사이의 연결부위를 배터리 충전 장치의 복수의 센싱 단자에 미리 설정된 일련번호를 따라 순차적으로 연결하는 단계;
    상기 연결부위에 연결된 복수 개의 센싱 단자 중 일련번호가 가장 높은 센싱 단자의 일련번호로 상기 연결부위에 연결된 센싱 단자의 수를 감지하는 단계; 및
    상기 연결된 센싱 단자의 수가 N인 경우 상기 배터리 셀의 개수를 N+1로 결정하는 단계(N은 자연수);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압을 변환하는 단계는 상기 배터리 셀의 개수 N+1인 경우(N은 자연수), (N+1)×단위전압이 되도록 전압을 변환하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
12. 제11항에 있어서,
    감지된 배터리 셀의 개수에 따라 BMS를 활성화시키는 단계; 및
    활성화된 BMS가 각 배터리 셀의 충전 상태를 모니터링하고, 밸런싱하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 BMS에 의해 모니터링된 각 배터리 셀의 충전 상태를 통신 모듈을 통해 외부로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.

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