KR20070091814A - 예비 배터리유닛을 갖는 배터리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직렬로 연결된 배터리 유닛들로 구성된 배터리장치에서 일부의 배터리유닛에 불량이 발생하더라도 예비 배터리유닛들로 불량이 발생한 배터리유닛을 대체하여 전체적으로 배터리의 수명을 오래 가게 할 수 있는 배터리장치에 관한 것이다.
본 발명은 복수의 배터리유닛들; 및 상기 배터리유닛들의 상태를 검사하기 위한 배터리유닛검사회로를 포함하고, 상기 복수의 배터리유닛들 중 일부는 평상시에는 전원공급에 사용되지 않도록 바이패스(bypass)되는 것을 특징으로 하는 배터리장치를 개시한다.
배터리, 배터리 보호회로, 예비 배터리, 바이패스, 직렬연결

Description

예비 배터리유닛을 갖는 배터리장치{Battery Having Spare Battery-Unit}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리장치의 구성을 보여주는 도면,
도 2는 배터리유닛들 중 어느 하나의 배터리유닛이 불량인 경우, 예비 배터리유닛이 불량인 배터리유닛을 대체하는 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110, 120, 130, 140, 150 : 배터리유닛
111, 121, 231, 141, 151 : 배터리소자
112, 122, 132, 142, 152 : 개방스위치
113, 123, 133, 143, 153 : 바이패스 스위치
200 : 배터리 검사회로
본 발명은 배터리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직렬로 연결된 배터리 유닛들로 구성된 배터리장치에서 일부의 배터리유닛에 불량이 발생하더라도 예 비 배터리유닛들로 불량이 발생한 배터리유닛을 대체하여 전체적으로 배터리의 수명을 오래 가게 할 수 있는 배터리장치에 관한 것이다.
종래의 전기전자 기기들에 사용되는 배터리장치들 중에는 복수 개의 배터리셀들이 직렬로 연결되어 있는 구조로 되어 있는 것이 많으며, 이러한 배터리장치들의 경우에는 직렬로 연결되는 배터리셀들이 동일한 전압과 전류특성을 가질 때 최적의 성능을 갖는다.
그런데, 이렇게 직렬로 연결된 배터리셀들 중 어느 하나의 배터리셀이 불량상태가 되어 전류 및 전압특성이 변하게 되면 배터리장치 전체의 배터리성능이 불량이 되므로, 결과적으로 하나의 배터리셀에 문제가 발생하더라도 전체 배터리장치를 교체해야만 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리장치 내부에 직렬로 연결된 배터리셀 또는 배터리유닛들 중 일부에 불량이 발생하더라도 배터리장치 전체를 교환하지 않고 예비 배터리셀 또는 예비 배터리유닛으로 대체함으로써 수명이 오래 가는 배터리장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 복수의 배터리유닛들; 및 상기 배터리유닛들의 상태를 검사하기 위한 배터리유닛검사회로를 포함하고, 상기 복 수의 배터리유닛들 중 일부는 평상시에는 전원공급에 사용되지 않도록 바이패스(bypass)되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 바이패스되는 배터리유닛들은 나머지 배터리유닛들 중 이상이 발생한 배터리유닛을 대신하여 전원공급에 사용되도록 각각 제어된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리유닛은 배터리소자; 상기 배터리소자와 직렬로 연결되는 제 1스위치; 및 상기 배터리소자 및 상기 제 1스위치와 병렬로 연결되는 제 2스위치를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리 검사회로는 상기 복수의 배터리유닛들을 순차적으로 교체해가며 검사한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리소자는 전기에너지를 충전하여 저장하는 배터리셀과 상기 배터리셀의 충방전을 보호하기 위한 배터리 보호회로를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리 검사회로는 상기 복수의 배터리유닛들의 각각의 제 1스위치 및 제 2스위치들을 제어한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리 검사회로는 불량이 발생한 배터리유닛의 제 1스위치 및 제 2스위치의 개폐상태를 변환하고, 예비적인 배터리유닛의 제 1스위치 및 제 2스위치의 개폐상태를 변환하여 불량이 발생한 배터리유닛을 대체하도록 스위치들을 제어한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리장치의 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리장치는 배터리 검사회로(200)와 다섯 개의 배터리유닛들(110, 120, 130, 140, 150)로 구성된다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배터리장치는 다섯 개의 배터리유닛들 중 하나의 배터리유닛(150)이 예비 배터리유닛으로 사용된다.
상기 배터리유닛들(110, 120, 130, 140, 150)은 직렬로 연결되고, 상기 배터리 검사회로(200)는 상기 배터리유닛들과 전기적으로 연결된다.
상기 배터리유닛(110)은 각각 배터리소자(111), 개방스위치(Open S/W, 112) 및 바이패스(Bypass S/W) 스위치(113)로 구성된다. 나머지 배터리유닛들(120, 130, 140, 150)의 구성 역시 동일하다.
상기 개방스위치(112)의 일단은 상기 배터리소자(111)의 일단과 연결되고, 상기 개방스위치(112)의 타단과 상기 배터리소자(111)의 타단은 각각 상기 배터리유닛(110)의 양 전극이 된다. 즉, 상기 개방스위치(112)는 상기 배터리소자(111)와 직렬로 연결된다.
상기 바이패스 스위치(113)는 상기 배터리소자(111) 타단과 상기 개방스위치(112)의 타단에 연결된다. 즉, 상기 바이패스 스위치(113)는 상기 배터리소자(111) 및 상기 개방스위치(112)와 병렬로 연결된다.
상기 배터리소자(111)는 전기에너지를 충전하여 저장하는 배터리셀과 상기 배터리셀의 충방전을 보호하기 위한 배터리 보호회로로 구성된다.
상기 배터리 보호회로는 과충전으로 인한 과열 또는 폭발로부터 전지의 보호하기 위해서 특정 전압을 넘는 경우 충전을 정지하는 과충전 보호기능, 과방전으로 인한 전지의 손상을 막기위해 특정 전압 이하일 경우 방전을 정지하는 과방전 보호기능, 기기 오류로 인해 전지에 비정상적인 전류의 흐름이 있는 경우 방전을 정지하는 과전류 보호회로 및 외부 단락으로 인해 다량의 전류가 흐를 경우 순간적으로 충전을 정지하는 단락보호기능 등을 갖는다.
상기 배터리 검사회로(200)는 상기 각 배터리유닛들의 배터리소자의 상태를 검사하는데, 특히 상기 각 배터리소자들의 배터리셀들의 상태를 검사한다.
또한, 상기 배터리 검사회로(200)는 상기 배터리유닛들의 개방스위치와 바이패스 스위치의 개폐를 제어한다. 상기 배터리 검사회로는 상기 배터리유닛들의 상태를 검사한 결과 불량인 배터리유닛이 발견될 경우 불량인 배터리유닛이 바이패스되고 대신 예비 배터리유닛이 불량인 배터리유닛을 대체하도록 배터리유닛들의 스위치들을 제어한다.
이때 상태가 불량인 배터리유닛이란 직렬로 연결된 복수 개의 배터리유닛들 중 전압이나 내부 저항값 등의 특성값이 다른 배터리유닛들보다 나쁜 배터리유닛을 말한다. 배터리장치 내부에 직렬로 연결된 배터리유닛들은 모두 동일한 전압 및 내부저항값을 가질 때 안정적인 전원공급이 가능하며, 그 중 일부의 배터리유닛의 전압이나 저항값이 달라질 경우 배터리장치 전체에 나쁜 영향을 줄 수 있기 때문에 상기 배터리 검사회로에서는 이처럼 다른 배터리유닛들과는 다른 특성값을 갖는 배 터리유닛을 검사하여 이를 예비적인 배터리유닛으로 대체하여, 배터리장치 내부의 배터리유닛들의 특성값들이 모두 일정하게 유지될수 있도록 배터리유닛들의 스위치들을 제어한다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 배터리장치의 동작에 대하여 설명한다.
도 2는 배터리유닛들 중 어느 하나의 배터리유닛이 불량인 경우, 예비 배터리유닛이 불량인 배터리유닛을 대체하는 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 배터리유닛들(110, 120, 130, 140)의 상기 개방스위치들은 닫혀 있고, 예비 배터리유닛인 배터리유닛(150)의 개방스위치를 열려 있어, 상기 배터리장치(10)는 상기 배터리유닛들(110, 120, 130, 140)에 충전되어 있는 에너지를 사용하는 배터리장치가 된다.
상기 배터리 검사회로(200)는 상기 배터리유닛들의 배터리소자들의 상태를 순차적으로 검사한다. 검사결과 상기 배터리유닛들 중 어느 하나의 배터리유닛의 상태가 불량인 것으로, 예를 들어 상기 배터리유닛(110)의 상태가 불량인 것으로 판단되면 상기 배터리 검사회로는 상기 불량 상태인 배터리유닛(110)의 개방스위치(112) 및 바이패스 스위치(113)에 제어신호를 보내 상기 개방스위치(112)가 열리고, 상기 바이패스 스위치(113)가 닫히도록 한다.
그와 동시에, 예비 배터리유닛인 배터리유닛(150)의 개방스위치(152) 및 바이패스 스위치(153)에 제어신호를 보내 상기 배터리유닛(150)의 개방스위치(152)가 닫히고 배터리유닛(150)의 바이패스 스위치(153)가 열리도록 한다.
결과적으로, 상기 배터리 검사회로(200)에 의해 불량상태인 배터리유닛이 발견될 경우 상기 배터리 검사회로는 불량상태인 배터리유닛의 개방스위치를 열고 바이패스 스위치를 닫아 불량상태인 배터리유닛이 배터리장치에서 바이패스 되도록 하고, 예비 배터리유닛의 개방스위치를 닫고 예비 배터리유닛의 바이패스 스위치를 열도록 제이신호를 보내 불량상태인 배터리유닛 대신 예비 배터리유닛이 대체될 수 있도록 한다.
도 2를 참조하면, 불량상태인 상기 배터리유닛(110)의 개방스위치는 열려 있고, 예비 배터리유닛인 배터리유닛(150)의 개방스위치가 닫혀 있어 도 1에서와는 달리 상기 배터리장치(10)는 상기 배터리유닛들(120, 130, 140, 150)에 충전되어 있는 에너지를 사용하는 배터리장치가 된다.
상기 배터리 검사회로(200)에서는 상기 배터리유닛들을 지속적으로 검사하며, 만일 상기 불량으로 판단된 배터리유닛(110)보다 나머지 배터리유닛들(120, 130, 140, 150) 중 어느 하나의 배터리유닛의 특성값이 더 나쁜 것으로 판단되면 다시 한번 특성값이 더 나쁜 배터리유닛을 바이패스 시키고 상기 배터리유닛(110)이 전원공급에 이용될 수 있도록 스위치들을 제어한다.
즉, 상기 배터리 검사회로(200)에서는 배터리유닛들의 상태를 주기적으로 검사하고 그 결과를 이용하여 특성값이 가장 나쁜 배터리유닛을 바이패스 시키는 동작을 반복하여 배터리장치 내의 각 배터리유닛들의 특성값들이 거의 동일하게 유지되도록 제어한다. 이와 같이 각 배터리유닛들의 특성값들이 동일하게 유지함으로써 배터리유닛들 중 어느 특정 배터리유닛의 특성값이 나빠지면 나머지 배터리유닛들의 특성값이 아무리 양호하다고 하더라도 결국 배터리장치 전체를 교체해야만 함으로써 발생하는 비용손실을 줄일 수 있다.
이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 모두 5개의 배터리유닛으로 구성된 배터리장치를 예로 들어 설명하였지만, 배터리유닛의 개수는 5개가 아닌 그 이상 또는 그 이하로 구현하는 것이 가능하며 이 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있음은 자명하다 할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 예비 배터리유닛이 하나인 경우를 예로 들어 설명하였지만 복수 개의 예비 배터리유닛을 갖도록 구현하는 것도 가능하며, 이 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있음은 자명하다 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배터리장치 내에 직렬로 연결된 배터리유닛들 중 일부에 불량이 발생하더라도 배터리장치 전체를 교환하지 않고 불량인 배터리유닛만을 예비 배터리유닛으로 대체함으로써 수명이 오래 가는 배터리장치를 제공하는데 있다.

Claims (7)

  1. 복수의 배터리유닛들; 및
    상기 배터리유닛들의 상태를 검사하기 위한 배터리 검사회로를 포함하고,
    상기 복수의 배터리유닛들 중 일부는 전원공급에 사용되지 않도록 바이패스(bypass)되는 예비적인 배터리유닛인 것을 특징으로 하는 배터리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이패스되는 배터리유닛들은 나머지 배터리유닛들 중 특성값이 나쁜 배터리유닛을 대신하여 전원공급에 사용되도록 각각 제어되는 것을 특징으로 하는 배터리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배터리유닛은:
    배터리소자;
    상기 배터리소자와 직렬로 연결되는 제 1스위치; 및
    상기 배터리소자 및 상기 제 1스위치와 병렬로 연결되는 제 2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배터리 검사회로는 상기 복수의 배터리유닛들을 순차적으로 교체해가며 검사하는 것을 특징으로 하는 배터리장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 배터리 검사회로는 상기 복수의 배터리유닛들의 각각의 제 1스위치 및 제 2스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 배터리 검사회로는 특성값이 나쁜 배터리유닛의 제 1스위치 및 제 2스위치의 개폐상태를 변환하고, 예비적인 배터리유닛의 제 1스위치 및 제 2스위치의 개폐상태를 변환하여 상기 특성값이 나쁜 배터리유닛을 대체하도록 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 배터리소자는 전기에너지를 충전하여 저장하는 배터리셀과 상기 배터리셀의 충방전을 보호하기 위한 배터리 보호회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리장치.
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