KR20220011966A - 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 외부 시스템에 장착된 듀얼 배터리의 배터리 간 전압 차가 적절 범위 이내일 경우 배터리 간에 충/방전이 진행되도록 제어하여, 전압 차에 의한 배터리 간 충/방전으로 인해 특정 배터리가 열화되는 문제를 방지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템 및 방법{Battery charging/discharging control system and method of dual battery}
본 발명은 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 듀얼 배터리의 배터리 간 전류 경로를 제어하여 특정 배터리의 열화를 방지하는 듀얼 배터리의 연결 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
배터리는 스마트 폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 전자기기뿐만 아니라 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇 등을 포함하는 다양한 분야에서 이용되는데, 전기 구동 차량 또는 스마트 그리드 시스템과 같이 최근에 배터리가 많이 활용되는 분야는 큰 용량을 필요로 하는 경우가 많다.
배터리 팩의 용량을 증가하기 위해서는 배터리 셀 자체의 용량을 증가시키는 방법이 있을 수 있겠지만, 이 경우 용량 증대 효과가 크지 않고, 배터리의 크기 확장에 물리적 제한이 있으며 관리가 불편하다는 단점을 갖는다. 이에 따라, 다수의 배터리 셀이 직/병렬 연결된 배터리 팩을 상호 전기적으로 병렬 연결된 두 개의 배터리를 구비하는 듀얼 배터리 시스템에 적용하여 사용하고 있다.
일반적으로 듀얼 배터리는 외부 전자장치에 장착 시 바로 충전 또는 방전하도록 하기 위하여 각 배터리의 충전 FET 및 방전 FET가 항상 온(On) 상태로 제어된다.
그러나, 충전 FET가 온(On) 되어 있는 상태에서 두 개의 배터리 간에 전압 차가 발생할 경우, 배터리 간 전압 균형을 맞추기 위해 도 1에 보이는 것과 같이 전압이 높은 제1 배터리는 외부 전자장치(외부 시스템)뿐만 아니라 전압이 낮은 제2 배터리에 동시에 방전하게 되어, 전압이 높은 제1 배터리가 빨리 열화되거나 또는 과방전으로 인한 보호 동작을 하는 문제가 있다.
(특허문헌 1) KR2019-0123582 A
(특허문헌 2) KR10-0619904 B1
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 듀얼 배터리의 배터리 간 전압 차에 따라 배터리의 충전 FET를 제어하여 특정 배터리의 열화를 방지하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 듀얼 배터리를 구성하는 두 배터리 간의 충/방전을 제어하는 시스템은, 외부 시스템으로의 방전은 각각 수행하되, 배터리 간의 충/방전은 수행하지 않는 상태로 상호 병렬 연결되어 외부 시스템에 체결되는 제1, 2 배터리; 상기 제1, 2 배터리를 구동 전원으로 사용하며, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 차에 따라 제1, 2 배터리 간의 충/방전 동작을 제어하는 외부 시스템; 및 상기 제1, 2 배터리와 외부 시스템 간 및 제1, 2 배터리 간의 충/방전 전류가 흐르는 메인 충/방전 경로; 를 포함하여 구성되며, 상기 메인 충/방전 경로는, 상기 제1, 2 배터리에 각각에 형성되어 있고, 상호 병렬 연결되는 제1, 2 경로; 및 일단은 상기 병렬 연결된 제1, 2 경로에 연결되고, 타단은 외부 시스템에 연결되는 제3 경로; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 배터리 각각은, 하나 이상의 배터리 셀; 상기 제1, 2 경로 상에 각각 구비되어 배터리의 충전을 제어하는 충전 FET; 상기 제1, 2 경로 상에 각각 구비되는 충전 FET에 직렬 연결되어, 배터리의 방전을 제어하는 방전 FET; 상기 외부 시스템과의 통신을 연결하는 제1 통신부; 소정의 주기 간격으로 해당 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 통신 연결된 외부 시스템으로 전압 정보를 수신하고, 상기 외부 시스템으로부터의 제어에 따라 충전 FET를 온 상태로 전환시키거나 또는 오프 상태를 유지시키는 제1 제어부; 를 포함하여 구성되며, 상기 제1, 2 배터리 각각의 방전 FET는 온(On) 상태이되, 충전 FET는 오프(Off) 상태로 외부 시스템과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 제어부는, 상기 전압 측정부에서 측정한 해당 배터리의 전압 값을 제1 통신부를 통하여 외부 시스템으로 송신하는 전압 값 송신부; 상기 제1 통신부를 통해 외부 시스템으로부터 충전 FET의 제어를 위한 제어신호를 수신하는 제어신호 수신부; 상기 제어신호 수신부에서 수신한 외부 시스템으로부터의 제어신호에 따라, 해당 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off)되어 있는 상태를 유지시키는 FET 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 외부 시스템은, 상기 체결되는 제1, 2 배터리로부터의 방전 전류에 의해 웨이크-업 되어 시스템을 구동하는 시스템 구동부; 상기 제1, 2 배터리 각각의 제1 통신부와 통신을 연결하는 제2 통신부; 상기 제2 통신부를 통해 제1, 2 배터리 각각의 전압 상태를 확인하여, 두 배터리 간의 전압 차가 소정의 기준 범위 이내인지를 판단하는 전압 상태 판단부; 상기 전압 상태 판단부의 판단 결과에 따라 제1, 2 배터리의 충전 FET를 온 또는 오프 상태로 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제2 FET 제어부; 상기 전압 상태 판단부의 판단 결과, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 차가 소정의 기준 범위를 벗어날 경우 사용자에게 알림 정보를 제공하는 알림부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 전압 상태 판단부는, 상기 제2 통신부를 통하여 제1, 2 배터리로부터 전달되는 제1, 2 배터리의 전압 값을 수신하는 전압 값 수신부; 상기 전압 값 수신부에서 수신한 제1, 2 배터리 각각의 전압 값을 이용하여, 제1, 2 배터리 간의 전압 편차를 산출하는 전압 편차 산출부; 상기 전압 편차 산출부에서 산출한 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내인지를 비교하는 비교부; 를 포함하여 구성되며, 상기 비교부는, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내이면, 이를 나타내는 충족 신호를 출력하고, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위를 벗어난 상태이면, 이를 나타내는 불충족 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제2 FET 제어부는, 상기 비교부로부터 충족 신호가 출력되면, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키기 위한 온 제어신호를 제1, 2 배터리 각각으로 출력하고, 상기 비교부로부터 불충족 신호가 출력된 경우에는, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리의 충전 FET를 동일한 상태로 유지시키기 위한 오프 제어신호를 제1, 2 배터리 각각으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 듀얼 배터리를 구성하는 배터리 간 충/방전을 제어하는 방법은, 외부 시스템으로의 방전은 각각 수행하되, 배터리 간의 충/방전은 수행하지 않는 상태로 상호 병렬 연결된 제1, 2 배터리를 외부 시스템에 장착하는 체결 단계; 상기 제1, 2 배터리 각각에서, 소정의 주기 간격으로 해당 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 상기 제1, 2 배터리와 외부 시스템 간에 상호 통신을 연결하는 통신 연결 단계; 외부 시스템에서, 상기 통신 연결을 통하여 제1, 2 배터리 각각으로부터 측정 전압 값을 수신하는 전압 값 수신 단계; 상기 전압 값 수신 단계에서 수신한 제1, 2 배터리 각각의 측정 전압 값을 바탕으로, 상기 제1, 2 배터리 간에 충/방전을 진행하도록 제어하는 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계; 상기 제1, 2 배터리 각각에서, 상기 외부 시스템으로부터의 상기 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계의 판단 결과에 따라 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off) 상태를 유지시키는 충전 FET 제어 단계; 를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계는, 상기 전압 값 수신 단계에서 수신한 제1, 2 배터리 각각의 전압 값을 이용하여, 제1, 2 배터리 간의 전압 편차를 산출하는 전압 편차 산출 단계; 상기 전압 편차 산출 단계에서 산출된 제1, 2 배터리 간의 전압 편차 값이 소정의 기준 범위 이내인지를 비교하는 전압 편차 비교 단계; 상기 전압 편차 비교 단계에서의 비교 결과에 따라, 상기 제1, 2 배터리 각각으로 상기 제1, 2 배터리의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off) 상태를 유지시키기 위한 제어신호를 출력하는 제어신호 출력 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어신호 출력 단계는, 상기 전압 편차 비교 단계의 비교 결과, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내이면, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키기 위한 온 제어신호를 출력하고, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위를 벗어나는 상태이면, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 그 상태로 유지시키기 위한 오프 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
이에, 상기 충전 FET 제어 단계는, 상기 외부 시스템으로부터 온 제어신호가 출력되면, 현재 오프(Off) 상태인 상기 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키고, 상기 외부 시스템으로부터 오프 제어신호가 출력된 경우, 현재 오프(Off) 상태인 상기 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 그 상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 듀얼 배터리를 구성하는 두 배터리의 전압 차에 따라 배터리의 충전 FET를 제어하여 배터리 간 충/방전을 제어함으로써 전압 차가 높은 상태에서의 배터리 간 충/방전으로 인해 특정 배터리가 열화되는 상황을 방지하여 배터리 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 듀얼 배터리와 외부 시스템의 체결 시 형성되는 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 듀얼 배터리와 외부 시스템이 체결된 최초 상태에서 형성되는 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 상태에서, 듀얼 배터리의 배터리 간 전압 차에 따른 충전 FET 제어에 의해 형성되는 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 듀얼 배터리 및 외부 시스템의 각 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
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.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
1. 본 발명에 따른 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템
본 발명에 따른 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템은, 다음과 같은 구성을 포함하여 구성될 수 있다.
1.1. 메인 충/방전 경로(L)
메인 충/방전 경로는, 듀얼 배터리를 구성하는 제1, 2 배터리(100, 200)와 상기 제1, 2 배터리(100, 200)를 구동 전원으로 사용하는 외부 시스템(300) 간에 형성되는 전류 경로로서, 하기와 같은 세부 경로를 포함하여 구성된다.
가. 제1 경로(L1)
제1 경로는, 메인 충/방전 경로(L) 중 제1 배터리(100)에 형성된 경로를 지칭하는 것으로서, 도 2에 보이는 것과 같이 일단은 제1 배터리(100)에 포함된 셀(cell)에 연결되고 타단은 제1 배터리(100)와 상호 병렬 연결되는 제2 배터리(200)에 형성된 제2 경로(L2)에 연결되는 구조이다.
나. 제2 경로(L2)
제2 경로는, 메인 충/방전 경로(L) 중 제2 배터리(200)에 형성된 경로를 지칭하는 것으로서, 도 2에 보이는 것과 같이 일단은 제2 배터리(200)에 포함된 셀(cell)에 연결되고 타단은 제2 배터리(200)와 상호 병렬 연결되는 제1 배터리(100)에 형성된 제1 경로(L1)에 연결되는 구조이다.
다. 제3 경로(L3)
제3 경로는, 제1, 2 배터리(100, 200)와 외부 시스템(300) 사이에 형성되는 경로로서, 일단은 상호 병렬 연결된 제1, 2 경로(L1, L2)에 연결되고, 타단은 외부 시스템(300)에 연결되는 구조이다.
이와 같은 제1, 2 및 3 경로(L1~L3)로 구성되는 메인 충/방전 경로(L)를 통하여, 제1, 2 배터리(100, 200)와 외부 시스템(300) 간에 충/방전 전류가 흐를 수 있다.
1.2. 제1, 2 배터리(100, 200)
상호 병렬 연결되어 듀얼 배터리를 구성하는 제1, 2 배터리는, 다음과 같은 구성을 각각 포함하여 구성될 수 있다.
가. 충전 FET(110, 210)
충전 FET는, 제1 경로(L1) 및 제2 경로(L2) 상에 각각 구비되어, 자신이 아닌 다른 배터리 또는 외부 시스템으로부터의 충전 전류 흐름을 제어하는 구성이다. 제1 배터리를 기준으로 설명하면, 제2 배터리 또는 외부 시스템으로부터 제1 배터리(100)에 포함된 셀(cell)로의 충전 전류 흐름을 제어하는 것이고, 제2 배터리를 기준으로 설명하면, 제1 배터리 또는 외부 시스템으로부터 제2 배터리(100)에 포함된 셀(cell)로의 충전 전류 흐름을 제어하는 것이다.
나. 방전 FET(120, 220)
방전 FET는, 제1 경로(L1) 및 제2 경로(L2) 상에 각각 구비되는 충전 FET(110, 210)에 직렬 연결되어, 제1 배터리(100)에 포함된 셀(cell) 및 제2 배터리(200)에 포함된 셀(cell)에서 외부 시스템(300)으로의 방전 전류 흐름을 제어할 수 있다.
여기서, 제1, 2 배터리 각각에 구비되는 상술한 충전 FET(110, 210) 및 방전 FET(120, 220)는, 서로 다른 온/오프 상태로 외부 시스템(300)과 체결된다. 구체적으로, 충전 FET(110, 210)는 모두 오프(Off) 상태이되, 방전 FET(120, 220)는 모두 온(On) 상태로 외부 시스템(300)과 체결된다.
그렇기 때문에, 제1, 2 배터리(100, 200)가 외부 시스템(300)과 체결된 최초 상태에서는, 도 2에 화살표로 표시된 것처럼 제1 경로(L1)에서 제3 경로(L3) 및 상기 제2 경로(L2)에서 제3 경로(L3)로의 전류 이동만 있는 상태이고, 제1 경로(L1)에서 제2 경로(L2) 및 제2 경로(L2)에서 제1 경로(L1)로의 전류 이동은 없는, 즉 제1, 2 경로(L1, L2)는 상호 전기적으로 병렬 연결되지 않은 상태가 된다.
이에 따라, 외부 시스템(300)과 체결된 제1, 2 배터리(100, 200)의 최초 상태는, 각각 외부 시스템(300)으로의 방전 동작은 수행하되, 배터리 간의 충/방전 동작은 수행하지 않는다.
다. 제1 통신부(130, 230)
제1 통신부는, 제1, 2 배터리(100, 200)와 체결되는 외부 시스템(300)과의 통신을 연결하는 구성으로서, 이를 통해 제1, 2 배터리(100, 200)와 외부 시스템(300) 간에 배터리 전압 정보와 FET 제어 정보를 주고 받을 수 있다.
라. 전압 측정부(140, 240)
전압 측정부는, 통상의 방식을 사용하여 일정 주기 간격으로 해당 배터리의 전압을 측정할 수 있다.
마. 제1 제어부(150, 250)
제1 제어부는, 체결되는 외부 시스템(300)으로 측정한 배터리 전압 정보를 송신하고, 상기 외부 시스템(300)으로부터의 제어에 따라 현재 오프(Off) 상태인 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off) 상태로 유지시키는 구성으로, 아래와 같은 세부 구성을 포함하여 구성될 수 있다.
1) 전압 값 송신부(152, 252)
전압 값 송신부는, 상기 전압 측정부(140, 240)에서 측정한 제1, 2 배터리(100, 200)의 전압 값을 제1 통신부(130, 230)를 통해 외부 시스템(300)으로 송신하는 구성이다.
2) 제어신호 수신부(154, 254)
제어신호 수신부는, 상기 제1 통신부(130, 230)를 통해 외부 시스템(300)으로부터 충전 FET의 제어를 위한 제어신호를 수신하는 구성이다.
3) FET 제어부(156, 256)
FET 제어부는, 상기 제어신호 수신부(154, 254)에서 수신한 외부 시스템(300)으로부터의 제어신호에 따라, 충전 FET(110, 220)를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off)되어 있는 상태를 유지시킬 수 있다.
상기 제어신호 수신부(154, 254)에서 외부 시스템(300)으로부터 수신한 제어신호가 온 제어신호일 경우, FET 제어부는 현재 오프(Off) 상태인 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시킬 수 있다.
반면, 상기 제어신호 수신부(154, 254)에서 외부 시스템(300)으로부터 수신한 제어신호가 오프 제어신호일 경우, FET 제어부는 현재 오프(Off) 상태인 충전 FET(110, 210)를 그 상태로, 즉 오프(Off) 상태로 유지시킬 수 있다.
1.3. 외부 시스템(300)
외부 시스템은, 제1 및 제2 배터리(100, 200)를 구동 전원으로 사용하는 구성으로서, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 등을 포함할 수 있다. 이러한 외부 시스템은, 장착되는 듀얼 배터리가 방전하는 방전 전류에 의해 구동되어 시스템에 포함되는 아래의 구성들이 동작할 수 있다.
가. 시스템 구동부(310)
시스템 구동부는, 제1, 2 배터리(100, 200)와 외부 시스템(300) 체결 시, 상기 제1 경로(L1) -> 제3 경로(L3) 및 제2 경로(L2) -> 제3 경로(L3)를 통하여 유입되는 제1, 2 배터리(100, 200) 각각으로부터의 방전 전류에 의해 웨이크-업(Wake-up)되어, 하기의 구성들을 구동시킬 수 있다.
나. 제2 통신부(320)
제2 통신부는, 상기 제1, 2 배터리(100, 200)의 제1 통신부(130, 230)와 통신을 연결하는 구성으로서, 이를 통해 제1, 2 배터리(100, 200)의 전압 상태를 확인하고, 충전 FET(110, 210)의 제어를 위한 제어신호를 전달할 수 있다.
다. 전압 상태 판단부(330)
전압 상태 판단부는, 상기 제2 통신부(320)를 통하여 제1, 2 배터리(100, 200)의 전압 상태를 확인하여, 두 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내인지를 판단할 수 있다.
1) 전압 값 수신부(332)
전압 값 수신부는, 상기 제2 통신부(320)를 통하여 제1, 2 배터리(100, 200) 로부터 전달되는 제1, 2 배터리의 전압 값을 수신할 수 있다.
2) 전압 편차 산출부(334)
전압 편차 산출부는, 상기 전압 값 수신부(332)에서 수신한 제1, 2 배터리 각각의 전압 값을 이용하여, 제1, 2 배터리(100, 200) 간의 전압 편차를 산출할 수 있다.
3) 비교부(336)
비교부는, 상기 전압 편차 산출부(334)에서 산출한 제1, 2 배터리(100, 200) 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내인지를 비교할 수 있다.
비교 결과, 상기 제1, 2 배터리(100, 200)의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내이면, 이를 나타내는 충족 신호를 출력할 수 있다.
반면, 상기 제1, 2 배터리(100, 200)의 전압 편차가 소정의 기준 범위를 벗어난 상태이면, 이를 나타내는 불충족 신호를 출력할 수 있다.
라. 제2 FET 제어부(340)
제2 FET 제어부는, 상기 전압 상태 판단부(330)의 비교부(336)에서의 비교 결과에 따라 제1, 2 배터리(100, 200)의 충전 FET(110, 210)를 온 또는 오프 상태로 제어하기 위한 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 비교부(336)로부터 충족 신호가 출력된 경우, 즉 제1 배터리(100)와 2 배터리(200) 간 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내인 상태이면, 제1, 2 배터리(100, 200) 간에 정상적인 충/방전이 이루어질 수 있도록 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리(100, 200)의 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시키기 위한 온 제어신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 상기 온 제어신호를 입력 받은 제1, 2 배터리(100, 200) 각각은 자신의 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시켜 도 3에 보이는 것과 같은 전류 흐름 경로가 형성되어 배터리 간 충/방전 동작을 진행할 수 있다.
반면, 상기 비교부(336)로부터 불충족 신호가 출력된 경우, 즉 제1 배터리(100)와 제2 배터리(200) 간 전압 편차가 소정의 기준 범위를 벗어나는 상태이면, 두 배터리 간의 전압 차로 인하여 특정 배터리가 다른 하나의 배터리를 충전시키게 되는, 즉 배터리 간 충/방전이 되는 상황을 방지하기 위하여 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리(100, 200)의 충전 FET(110, 210)를 그 상태로 유지시키기 위한 오프 제어신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 상기 오프 제어신호를 입력 받은 제1, 2 배터리(100, 200) 각각은 자신의 충전 FET(110, 210)를 오프 상태로 유지시켜 도 2에 보이는 것과 같은 전류 흐름 경로가 유지되어 배터리 간 충/방전 동작을 진행하지 않는다.
이에 따라, 듀얼 배터리의 배터리 간 전압 차가 적절한 상태인 경우에 배터리 간 충/방전이 진행되므로, 특정 배터리가 타 배터리 및 외부 시스템으로 동시에 방전하게 되어 빨리 열화되는 문제를 방지할 수 있어 듀얼 배터리의 효율성을 향상시킬 수 있다.
마. 알림부(350)
본 발명의 시스템은, 제1, 2 배터리(100, 200)의 배터리 간 전압 차가 소정의 기준 범위를 벗어나는 상태를 사용자에게 알리기 위한 알림부를 추가로 포함할 수 있다. 이는 상기 전압 상태 판단부(330)의 비교부(336)로부터 불충족 신호가 출력되면, 배터리 간 전압 차 상태를 알리는 알림 정보를 외부 시스템의 디스플레이에 표시하여, 사용자가 현재 배터리 간 전압 차로 인해 배터리 간에 충/방전되지 않도록 제어하는 상황임을 인지할 수 있도록 할 수 있다.
2. 본 발명에 따른 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 방법(도 5 참조)
본 발명에 따른 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전을 제어하는 방법은, 아래와 같은 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
2.1. 체결 단계(S100)
체결 단계는, 제1, 2 배터리(100, 200)로 구성된 듀얼 배터리를 외부 시스템(300)에 체결하는 단계로서, 체결되면 제1, 2 배터리(100, 200)와 외부 시스템(300) 간에 전류 경로인 메인 충/방전 경로(L)가 형성된다. 여기서, 제1, 2 배터리(100, 200)가 외부 시스템(300)에 최초 장착 시 방전 FET(120, 220)는 온(On) 상태이되 충전 FET(110, 210)는 오프(Off) 상태로 외부 시스템(300)에 장착되어, 도 2에 보이는 것과 같이 제1, 2 배터리(100, 200)는 배터리 간 전류 이동은 이루어지지 않고 외부 시스템(300)으로의 전류 이동만 이루어진다.
즉, 제1, 2 배터리(100, 200)가 외부 시스템(300)에 최초 장착 시, L1 -> L3 및 L2 -> L3로의 방향으로만 전류가 이동하여 제1, 2 배터리(100, 200) 각각은 외부 시스템(300)에만 방전하는 상태인 것이다.
2.2 시스템 구동 단계(S200)
시스템 구동 단계는, 상기 체결 단계(S100)에서 체결된 제1, 2 배터리(100, 200)로부터의 방전 전류에 의해 외부 시스템(300)이 구동하는 단계이다.
외부 시스템(300)은, L1 -> L3 및 L2 -> L3의 경로를 통해 공급되는 제1, 2 배터리(100, 200)로부터의 방전 전류에 의해 웨이크-업 되고, 이를 구동 전원으로서 사용하여 구동하게 된다.
2.3. 전압 측정 단계(S300)
전압 측정 단계는, 일정 주기 간격으로 제1, 2 배터리 각각의 전압을 측정하는 단계로서, 상술한 제1, 2 배터리 각각에 구성되는 전압 측정부(140, 240)에서 수행한다.
2.4. 통신 연결 단계(S400)
통신 연결 단계는, 상기 제1, 2 배터리(100, 200)와 외부 시스템(300) 간에 통신을 연결하는 단계이다. 이는 제1, 2 배터리(100, 200) 각각에 구성되어 있는 제1 통신부(130, 230)와 외부 시스템(300)에 구성된 제2 통신부(320)에 의해 상호 통신 연결이 이루어질 수 있다. 이러한 단계를 통해 제1, 2 배터리(100, 200)와 외부 시스템(300)이 상호 통신 연결됨으로써 후술하는 단계들이 수행될 수 있다.
2.5. 전압 값 수신 단계(S500)
전압 값 수신 단계는, 외부 시스템(300)에서 제1, 2 배터리(100, 200) 각각으로부터 측정 전압 값을 수신하는 단계이다. 이 단계는, 외부 시스템(300)의 전압 값 수신부(332)에서 상기 통신 연결 단계(S400)를 통해 상호 통신 연결된 제1, 2 배터리(100, 200) 각각으로부터 전달되는 제1, 2 배터리(100, 200)의 전압 값을 수신하는 것으로 이루어질 수 있다.
2.6. 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계(S600)
충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계는, 외부 시스템(300)에서 상기 전압 값 수신 단계(S500)를 통해 수신한 제1, 2 배터리(100, 200)의 전압 값을 바탕으로, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리(100, 200) 각각의 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환할 지의 여부를 판단하는 단계로서, 아래와 같은 세부 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
가. 전압 편차 산출 단계(S610)
먼저, 상기 전압 값 수신 단계(S500)에서 수신한 제1, 2 배터리(100, 200) 각각의 전압 값을 이용하여 두 배터리 간의 전압 편차를 산출할 수 있다(전압 편차 산출부, 334).
나. 전압 편차 비교 단계(S620)
전압 편차 비교 단계는, 상기 전압 편차 산출 단계(S620)에서 산출된 제1, 2 배터리(100, 200) 간의 전압 편차 값이 소정의 기준 범위 이내인지를 비교할 수 있다(비교부, 336).
다. 제어신호 출력 단계(S630)
제어신호 출력 단계는, 상기 전압 편차 비교 단계(S620)의 비교 결과에 따라 제1, 2 배터리(100, 200)의 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off) 상태를 유지시키기 위한 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 전압 편차 비교 단계(S520)의 비교 결과, 상기 제1, 2 배터리(100, 200) 간 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내이면, 제1, 2 배터리(100, 200) 간에 정상적인 충/방전이 이루어질 수 있도록 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리(100, 200)의 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시키기 위한 온 제어신호를 출력할 수 있다.
반면, 상기 제1, 2 배터리(100, 200) 간 전압 편차가 소정의 기준 범위를 벗어나는 상태이면, 두 배터리 간의 전압 차로 인하여 특정 배터리가 다른 하나의 배터리를 충전시키게 되는, 즉 배터리 간 충/방전이 되는 상황을 방지하기 위하여 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리(100, 200)의 충전 FET(110, 210)를 그 상태로 유지시키기 위한 오프 제어신호를 출력할 수 있다(제2 FET 제어부, 340).
2.7. 충전 FET 제어 단계(S700)
충전 FET 전환 단계는, 제1, 2 배터리 각각에서 상기 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계(S600)의 제어신호 출력단계(S630)를 통해 출력된 외부 시스템(300)으로부터의 제어신호에 따라 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시키거나 오프(Off) 상태를 유지시키는 단계로서, 제1, 2 배터리(110, 210)의 FET 제어부(156, 256)에 의해 수행된다.
상기 제어신호 출력 단계(S630)를 통해 외부 시스템(300)으로부터 온 제어신호가 출력되면, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리(100, 200) 각각의 충전 FET(110, 210)를 온(On) 상태로 전환시켜 도 3에 보이는 것과 같이 두 배터리 간에 정상적인 충/방전이 진행되도록 할 수 있다.
반면, 상기 제어신호 출력 단계(S630)를 통해 외부 시스템(300)으로부터 오프 제어신호가 출력된 경우, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리(100, 200) 각각의 충전 FET(110, 210)를 그 상태로 유지시켜 도 2에 보이는 것처럼 두 배터리 간의 충/방전이 진행되지 않도록 할 수 있다.
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.
100, 200: 제1, 2 배터리
110, 210: 충전 FET
120, 220: 방전 FET
130, 230: 제1 통신부
140, 240: 전압 측정부
150, 250: 제1 제어부
152, 252: 전압 값 송신부
154, 254: 제어신호 수신부
156, 256: FET 제어부
300: 외부 시스템
310: 시스템 구동부
320: 제2 통신부
330: 전압 상태 판단부
332: 전압 값 수신부
334: 전압 편차 산출부
336: 비교부
340: 제2 FET 제어부
350: 알림부
L: 메인 충/방전 경로
L1: 제1 경로
L2: 제2 경로
L3: 제3 경로

Claims (10)

  1. 듀얼 배터리를 구성하는 두 배터리 간의 충/방전을 제어하는 시스템에 있어서,
    외부 시스템으로의 방전은 각각 수행하되, 배터리 간의 충/방전은 수행하지 않는 상태로 상호 병렬 연결되어 외부 시스템에 체결되는 제1, 2 배터리;
    상기 제1, 2 배터리를 구동 전원으로 사용하며, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 차에 따라 제1, 2 배터리 간의 충/방전 동작을 제어하는 외부 시스템; 및
    상기 제1, 2 배터리와 외부 시스템 간 및 제1, 2 배터리 간의 충/방전 전류가 흐르는 메인 충/방전 경로;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 메인 충/방전 경로는,
    상기 제1, 2 배터리에 각각에 형성되어 있고, 상호 병렬 연결되는 제1, 2 경로; 및 일단은 상기 병렬 연결된 제1, 2 경로에 연결되고, 타단은 외부 시스템에 연결되는 제3 경로; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배터리 각각은,
    하나 이상의 배터리 셀;
    상기 제1, 2 경로 상에 각각 구비되어 배터리의 충전을 제어하는 충전 FET;
    상기 제1, 2 경로 상에 각각 구비되는 충전 FET에 직렬 연결되어, 배터리의 방전을 제어하는 방전 FET;
    상기 외부 시스템과의 통신을 연결하는 제1 통신부;
    소정의 주기 간격으로 해당 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 통신 연결된 외부 시스템으로 전압 정보를 수신하고, 상기 외부 시스템으로부터의 제어에 따라 충전 FET를 온 상태로 전환시키거나 또는 오프 상태를 유지시키는 제1 제어부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 제1, 2 배터리 각각의 방전 FET는 온(On) 상태이되, 충전 FET는 오프(Off) 상태로 외부 시스템과 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 전압 측정부에서 측정한 해당 배터리의 전압 값을 제1 통신부를 통하여 외부 시스템으로 송신하는 전압 값 송신부;
    상기 제1 통신부를 통해 외부 시스템으로부터 충전 FET의 제어를 위한 제어신호를 수신하는 제어신호 수신부;
    상기 제어신호 수신부에서 수신한 외부 시스템으로부터의 제어신호에 따라, 해당 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off)되어 있는 상태를 유지시키는 FET 제어부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외부 시스템은,
    상기 체결되는 제1, 2 배터리로부터의 방전 전류에 의해 웨이크-업 되어 시스템을 구동하는 시스템 구동부;
    상기 제1, 2 배터리 각각의 제1 통신부와 통신을 연결하는 제2 통신부;
    상기 제2 통신부를 통해 제1, 2 배터리 각각의 전압 상태를 확인하여, 두 배터리 간의 전압 차가 소정의 기준 범위 이내인지를 판단하는 전압 상태 판단부;
    상기 전압 상태 판단부의 판단 결과에 따라 제1, 2 배터리의 충전 FET를 온 또는 오프 상태로 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제2 FET 제어부;
    상기 전압 상태 판단부의 판단 결과, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 차가 소정의 기준 범위를 벗어날 경우 사용자에게 알림 정보를 제공하는 알림부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 상태 판단부는,
    상기 제2 통신부를 통하여 제1, 2 배터리로부터 전달되는 제1, 2 배터리의 전압 값을 수신하는 전압 값 수신부;
    상기 전압 값 수신부에서 수신한 제1, 2 배터리 각각의 전압 값을 이용하여, 제1, 2 배터리 간의 전압 편차를 산출하는 전압 편차 산출부;
    상기 전압 편차 산출부에서 산출한 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내인지를 비교하는 비교부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 비교부는,
    상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내이면, 이를 나타내는 충족 신호를 출력하고,
    상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위를 벗어난 상태이면, 이를 나타내는 불충족 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 FET 제어부는,
    상기 비교부로부터 충족 신호가 출력되면, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키기 위한 온 제어신호를 제1, 2 배터리 각각으로 출력하고,
    상기 비교부로부터 불충족 신호가 출력된 경우에는, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리의 충전 FET를 동일한 상태로 유지시키기 위한 오프 제어신호를 제1, 2 배터리 각각으로 출력하는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 시스템.
  7. 듀얼 배터리를 구성하는 배터리 간 충/방전을 제어하는 방법에 있어서,
    외부 시스템으로의 방전은 각각 수행하되, 배터리 간의 충/방전은 수행하지 않는 상태로 상호 병렬 연결된 제1, 2 배터리를 외부 시스템에 장착하는 체결 단계;
    상기 제1, 2 배터리 각각에서, 소정의 주기 간격으로 해당 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    상기 제1, 2 배터리와 외부 시스템 간에 상호 통신을 연결하는 통신 연결 단계;
    외부 시스템에서, 상기 통신 연결을 통하여 제1, 2 배터리 각각으로부터 측정 전압 값을 수신하는 전압 값 수신 단계;
    상기 전압 값 수신 단계에서 수신한 제1, 2 배터리 각각의 측정 전압 값을 바탕으로, 상기 제1, 2 배터리 간에 충/방전을 진행하도록 제어하는 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계;
    상기 제1, 2 배터리 각각에서, 상기 외부 시스템으로부터의 상기 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계의 판단 결과에 따라 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off) 상태를 유지시키는 충전 FET 제어 단계;
    를 포함하여 구성되는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 충전 FET 상태 전환 여부 판단 단계는,
    상기 전압 값 수신 단계에서 수신한 제1, 2 배터리 각각의 전압 값을 이용하여, 제1, 2 배터리 간의 전압 편차를 산출하는 전압 편차 산출 단계;
    상기 전압 편차 산출 단계에서 산출된 제1, 2 배터리 간의 전압 편차 값이 소정의 기준 범위 이내인지를 비교하는 전압 편차 비교 단계;
    상기 전압 편차 비교 단계에서의 비교 결과에 따라, 상기 제1, 2 배터리 각각으로 상기 제1, 2 배터리의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키거나 또는 오프(Off) 상태를 유지시키기 위한 제어신호를 출력하는 제어신호 출력 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어신호 출력 단계는,
    상기 전압 편차 비교 단계의 비교 결과, 상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위 이내이면, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키기 위한 온 제어신호를 출력하고,
    상기 제1, 2 배터리 간의 전압 편차가 소정의 기준 범위를 벗어나는 상태이면, 현재 오프(Off) 상태인 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 그 상태로 유지시키기 위한 오프 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충전 FET 제어 단계는,
    상기 외부 시스템으로부터 온 제어신호가 출력되면, 현재 오프(Off) 상태인 상기 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 온(On) 상태로 전환시키고,
    상기 외부 시스템으로부터 오프 제어신호가 출력된 경우, 현재 오프(Off) 상태인 상기 제1, 2 배터리 각각의 충전 FET를 그 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 듀얼 배터리의 배터리 간 충/방전 제어 방법.
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