KR20160125735A - 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩 - Google Patents

충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩은 복수 개의 배터리셀들을 포함하는 배터리부와, 상기 배터리부를 충전시키기 위한 충전모듈부와, 외부로부터의 전력을 변환하여 상기 충전모듈부에 공급하기 위한 전압조절부와, 상기 배터리부와 충전모듈부 및 전압조절부에 접속되어 이들을 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 배터리부는 복수 개의 배터리셀이 적층되어 형성되는 배터리셀모듈과, 상기 배터리셀모듈 내의 배터리셀들의 밸런싱을 위한 셀밸런싱모듈과, 상기 셀밸런싱모듈에 접속되는 비엠에스모듈을 포함하고, 상기 제어부에는 인터페이스부가 설치되어, 상기 인터페이스부를 통해 충전조건을 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 배터리팩의 충전에 관한 조건들을 인터페이스부를 통해 외부 장치로부터 입력할 수 있으므로, 배터리팩의 사양 변경에 용이하게 대응할 수 있다.
또한, 배터리팩으로 입력되는 외부 전력의 전압을 설정된 조건에 부합되도록 조절하여 배터리셀의 충전에 이용되도록 함으로써, 외부 충전기 종류에 능동적으로 대응할 수 있으며, 정전 또는 누전 등의 비상 상황 시에는 이를 외부로 알리거나 전력 공급을 차단하도록 구성됨으로써, 배터리팩을 보호할 수 있다.

Description

충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩{VOLTATE ADJUSTABLE BATTERY PACK CONSTRUCTED TO INPUT CONDITION OF CHARGING}
본 발명은 배터리팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 장치를 통해 배터리팩의 충전에 관한 조건들을 입력가능하면서도, 외부 충전기로부터 공급되는 전력의 전압을 조절하여 배터리팩을 충전하도록 구성되는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩에 관한 발명이다.
에너지 저장장치로서의 배터리팩은 복수 개의 배터리셀들을 직렬로 연결하여 구성되며, 휴대가능한 특성으로 인해 야외의 LED 조명, 휴대폰 충전, 노트북 충전 및 각종의 다양한 생활가전 장치들에 대한 전력 공급장치로써 이용된다.
상기 에너지 저장장치로서의 배터리팩에 포함되는 배터리로서는 최근 리튬 배터리가 주로 이용되는데, 상기 리튬 배터리는 액체 전해질을 이용하는 리튬 이온 배터리와 고체 폴리머를 이용하는 리튬 폴리머 배터리 또는 인산철을 이용한 리튬 인산철 배터리 등이 있다.
상기 배터리팩은 통상 배터리셀을 10 개 내외로 직렬 연결하여 하나의 팩의 형태로 구성하여 이용된다.
그런데, 기존 배터리팩은 배터리셀의 충전에 관한 조건들이 고정된 상태로 설계되며, 따라서 배터리팩의 사양이 변경되는 경우 이에 따른 충전 조건을 새롭게 변경 설계해야 한다.
따라서, 이러한 작업은 새로운 사양의 배터리팩 생산에 소요되는 시간 및 비용을 증가시킨다.
또한, 기존 배터리팩은 배터리셀들의 충전을 위한 전용 충전기를 별도로 구비하여, 이를 통해 충전에 적절한 전압의 전력으로 변환하여 배터리팩으로 공급함으로써 배터리셀들을 충전해야 한다.
따라서, 배터리팩의 이용을 위해 구비되어야 하는 별도의 충전기는 결국 배터리팩의 이용을 위한 전체 비용 및 구성요소를 증가시킨다.
본 발명은 상기된 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리팩에 마련되는 인터페이스부를 통해 외부 장치로부터 충전에 관한 조건들을 입력할 수 있도록 구성되는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배터리팩으로 입력되는 외부 전력의 전압을 설정된 조건에 부합되도록 조절하여 배터리셀의 충전에 이용되도록 구성되는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 정전 또는 누전 등의 비상 상황 시에는 이를 외부로 알리거나 전력 공급을 차단하도록 구성되는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩은 복수 개의 배터리셀들을 포함하는 배터리부와, 상기 배터리부를 충전시키기 위한 충전모듈부와, 외부로부터의 전력을 변환하여 상기 충전모듈부에 공급하기 위한 전압조절부와, 상기 배터리부와 충전모듈부 및 전압조절부에 접속되어 이들을 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 배터리부는 복수 개의 배터리셀들이 적층되어 형성되는 배터리셀모듈과, 상기 배터리셀모듈 내의 배터리셀들의 밸런싱을 위한 셀밸런싱모듈과, 상기 셀밸런싱모듈에 접속되는 비엠에스모듈을 포함하고, 상기 제어부에는 인터페이스부가 설치되어, 상기 인터페이스부를 통해 충전조건을 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전압조절부는 외부로부터 입력되는 전력의 전압값과 전류값을 감지하기 위한 감지부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 배터리부의 충전시간을 계산하기 위한 타이머부를 포함한다.
한편, 상기 배터리팩에는 상기 배터리부의 잔류 전력량을 표시하기 위한 발광표시부가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 비상상황판단부가 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 인터페이스부를 통해 상기 배터리부의 충전전압 및 충전전류를 설정하도록 구성된다.
또한, 상기 인터페이스부를 통해 상기 배터리부의 온도조건을 입력하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 인터페이스부를 통해 상기 배터리팩의 단락조건을 입력하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의해, 배터리팩의 충전에 관한 조건들을 인터페이스부를 통해 외부 장치로부터 입력할 수 있으므로, 배터리팩의 사양 변경에 용이하게 대응할 수 있다.
또한, 배터리팩으로 입력되는 외부 전력의 전압을 설정된 조건에 부합되도록 조절하여 배터리셀의 충전에 이용되도록 함으로써, 외부 충전기 종류에 상관없이 이에 능동적으로 대응할 수 있다.
또한, 정전 또는 누전 등의 비상 상황 시에는 이를 외부로 알리거나 전력 공급을 강제적으로 차단하도록 구성됨으로써 배터리팩을 보호할 수 있다.
첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 충전 조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압 조절형 배터리팩의 구성 블럭도이며,
도 2 는 외부 단말장치에 표시되는 인터페이스 화면의 일 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 충전 조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압 조절형 배터리팩의 구성 블럭도이며, 도 2 는 외부 단말장치에 표시되는 인터페이스 화면의 일 예이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩은 복수 개의 배터리셀들을 포함하는 배터리부(10)와, 상기 배터리부(10)를 충전시키기 위한 충전모듈부(20)와, 외부로부터의 전력(200)을 변환하여 상기 충전모듈부(20)에 공급하기 위한 전압조절부(30)와, 상기 배터리부(10)와 충전모듈부(20) 및 전압조절부(30)에 접속되어 이들을 제어하기 위한 제어부(40)를 포함하며, 상기 배터리부(10)는 복수 개의 배터리셀들이 적층되어 형성되는 배터리셀모듈(2)과, 상기 배터리셀모듈(2) 내의 배터리셀들의 밸런싱을 위한 셀밸런싱모듈(4)과, 상기 셀밸런싱모듈(4)에 접속되는 비엠에스모듈(6)을 포함하고, 상기 제어부(40)에는 인터페이스부(42)가 설치되어, 상기 인터페이스부(42)를 통해 충전조건을 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리셀모듈(2) 내에 포함되는 배터리셀들은 음극시트와 양극시트로 구성되는 전극적층유닛이 금속케이싱 내부에 수용된 형태로 마련되며, 양극단자와 음극단자가 설치된다.
상기 배터리셀들은 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들면, 리튬이온 배터리, 리튬 이온 폴리머 배터리, 리튬 인산철 배터리 등으로 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리셀들은 다른 배터리와 비교시 크기에 비해 대용량 전압의 충전이 가능하고, 충전 후 전원공급이 장시간 동안 지속가능하며, 하나의 배터리로 구성되어 관리가 용이한 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.
상기 배터리셀모듈(2)에 포함되는 배터리셀들의 단자부는 직렬의 연결상태로 상호 전기적으로 연결되어, 전체 배터리셀모듈(2)에 의해 전력을 발생하도록 구성된다.
상기 배터리셀모듈(2)은 비엠에스모듈(6), 충방전스위칭모듈(7), 셀밸런싱모듈(4), 연산부(8)와 전기적으로 연결된다.
여기서, 상기 비엠에스모듈(6), 충방전스위칭모듈(7), 셀밸런싱모듈(4) 및 연산부(8)는 하나의 상기 제어부(40)와 충전모듈부(20) 및 전압조절부(30)를 포함하는 하나의 피시비(PCB) 기판 상에 실장될 수 있다.
상기 비엠에스모듈(6)은 상기 배터리셀모듈(2) 내 배터리셀들의 과충전 및 과방전을 방지하기 위한 회로물로서, 개별 배터리셀들에 대한 충전 시 과충전으로 인한 과열 또는 폭발 등을 방지하도록 구성된다.
또한, 상기 셀밸런싱모듈은 직렬 연결된 배터리셀들의 충방전 시 셀들 간의 전압을 조절하여 모든 셀들이 동일하게 충전 종료 전압에 이르게 하거나, 모들 셀들이 동일한 방전 종료 전압에 이를 수 있도록 밸런싱 해주기 위한 구성이다.
또한, 상기 비엠에스모듈(6)은 배터리셀의 전압과 전류 및 온도를 감지하고, 연산부(8)를 통해 충전 잔류 용량 및 방전 잔류 용량 등을 계산하도록 구성된다.
한편, 상기 피시비기판에는 상기 충전모듈부(20)를 통해 상기 배터리셀모듈(2)을 충전하는 경우와 상기 배터리셀모듈(2)의 전력을 외부 단말장치로 방전하는 경우를 스위칭하기 위한 충방전스위칭모듈(7)을 포함한다.
상기 충방전스위칭모듈(7)은 에프이티(FET) 스위칭 소자를 포함하여 구성될 수 있으며, 충전 또는 방전 모드에 따라 선택적으로 상기 배터리부(10)로 전력을 공급하거나 배터리부(10)로부터 외부 단말장치로 전력을 공급하도록 구성된다.
상기 충전모듈부(20)는 레귤레이터와 콘덴서 및 다이오드 등의 소자들을 포함하여 구성되며, 상기 배터리셀모듈(2)에 포함되는 배터리셀들의 충전을 위해 제어된다.
또한, 상기 충전모듈부(20)는 상기 전압조절부(30)로부터의 전력을 정전압/정전류의 전력으로 변환하기 위한 DC/DC 컨버터 회로를 포함한다.
한편, 상기 전압조절부(30)는 외부의 전력공급장치(200, 어댑터 또는 SMPS 등)로부터의 전력을 상기 인터페이스부(42)를 통해 설정된 소정 전압으로 승압 또는 감압시키기 위한 구성이다.
상기 전압조절부(30)는 외부 전력공급장치(200)로부터 공급되는 예를 들어 12V 내지 24V 등의 전력 전압값을 감지하기 위한 전압 감지부와 전류 감지부를 포함하며, 공급 전력을 소정의 전압으로 승압/감압시키기 위한 벅(Buck), 부스트(Boost) 회로를 포함한다.
그리하여, 외부 전력공급장치(200)로부터 공급되는 전력의 전압이 배터리 충전을 위한 최소 전압보다 낮은 것으로 감지되는 경우, 상기 부스트 회로를 통해 상기 최소 전압보다 1.0 V 이상 높게 승압시켜 상기 충전모듈부(20)로 공급한다.
또한, 외부 전력공급장치(200)로부터 공급되는 전력의 전압이 배터리 충전을 위한 최대 전압보다 이상 높은 것으로 감지되는 경우, 상기 벅 회로를 통해 상기 최대 전압보다 1.0 V 낮게 감압시켜 상기 충전모듈부(20)로 공급하도록 구성된다.
상기 제어부(40)는 전체 배터리팩의 충전 및 방전에 관한 조건 설정 및 상기 배터리부(10)와 충전모듈부(20) 및 전압조절부(30)들을 제어하는 구성이다.
상기 제어부(40)는 전체 배터리팩의 구성들을 제어하기 위한 구성으로서, 상기 배터리부(10)와 충전모듈부(20) 및 전압조절부(30) 등을 제어하기 위한 시스템제어부(45)와 충전제어부(54) 및 시스템진단부(52) 등의 구성을 포함한다.
또한, 상기 제어부(40)는 상기 배터리부(10)의 충전시간을 계산하기 위한 타이머부(44)와 비상상황판단부(48) 및 시스템진단부(52)를 포함한다.
또한, 상기 제어부(40)에는 배터리팩의 각종 상태를 외부로 표시하기 위한 발광표시부(46)와 외부장치(100)로부터 입력되는 충방전조건을 받아들이기 위한 인터페이스부(42)가 구성된다.
상기 충전제어부(54)는 상기 전압조절부(30)와 충전모듈부(20)를 제어하여 상기 인터페이스부(42)를 통해 입력 설정된 충전 조건을 설정하고, 외부 전력공급장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 상기 배터리부(10)를 충전하도록 제어하는 기능을 한다.
상기 비상상황판단부(48)는 정전 또는 단락의 상태를 판단하는 구성으로서, 외부 전력공급장치(200)와 접속이 된 상태에서 일정 시간 전력이 공급되지 않을 경우, 정전의 상태로 판단하여 상기 발광표시부(46)를 통해 표시하도록 구성된다.
또한, 상기 인터페이스부(420를 통해 입력된 단락전류 조건을 초과하는 값의 전류가 배터리팩 내로 흐를 경우에는 단락 상태로 판단하여, 이와 같은 단락의 상황에는 외부 전력공급장치(200)로부터 공급되는 전력을 강제적으로 차단하도록 구성된다.
상기와 같이 전력 공급을 차단하기 위한 구성으로서는 외부 전력공급장치(200)와 접속되는 부분에 에프이티 소자 스위치를 설치하여, 전력이 공급되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
상기 시스템진단부(52)는 상기 배터리부(10)와 충전모듈부(20) 및 전압조절부(30) 등의 전체적인 상태를 점검하는 구성이다.
그리하여, 상기 배터리부(10)가 과부하 상태가 되거나, 고온의 상태에 놓여질 경우 이러한 상태에 관한 정보를 배터리팩이 이용되는 단말장치로 공급하고, 배터리팩으로부터의 출력을 강제로 차단하도록 구성된다.
상기 인터페이스부(42)는 피씨(PC)와 같은 외부 단말장치(100)로부터 충전 및 방전에 관한 조건들을 입력받기 위한 구성으로서, 상기 인터페이스부(42)를 통해 입력된 조건에 따라 상기 충전모듈부(20)와 전압조절부(30)의 충전 조건 및 상기 배터리부(10)로부터의 방전조건을 설정한다.
외부 단말장치(100)에 표시되는 인터페이스 화면의 일 예로써는, 도 2 에 도시되는 바와 같이, 충전전류, 충전전압, 출력전류, 출력전압 조건들을 입력할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 인터페이스부(42)를 통해 상기 배터리부(10)의 과부하 상태를 판단하기 위한 온도조건 및 단락조건을 입력하도록 구성된다.
상기 단락조건은 예를 들어 상기 배터리부 또는 본 발명에 따른 배터리팩 내로 일정 전류 값 이상의 전류가 흐를 경우, 이를 단락 상태로 판단하여 상기 배터리팩으로공급되는 전력을 차단하거나 상기 배터리팩으로부터 출력되는 전력을 강제 차단하도록 구성된다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
10: 배터리부
20: 충전모듈부
30: 전압조절부
40: 제어부
100: 외부단말장치
200: 외부전력공급장치

Claims (8)

  1. 복수 개의 배터리셀들을 포함하는 배터리부와;
    상기 배터리부를 충전시키기 위한 충전모듈부와;
    외부로부터의 전력을 변환하여 상기 충전모듈부에 공급하기 위한 전압조절부와;
    상기 배터리부와 충전모듈부 및 전압조절부에 접속되어 이들을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 배터리부는,
    복수 개의 배터리셀들이 적층되어 형성되는 배터리셀모듈과;
    상기 배터리셀모듈 내의 배터리셀들의 밸런싱을 위한 셀밸런싱모듈과;
    상기 셀밸런싱모듈에 접속되는 비엠에스모듈을 포함하고,
    상기 제어부에는 인터페이스부가 설치되어, 상기 인터페이스부를 통해 충전조건을 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압조절부는 외부로부터 입력되는 전력의 전압값과 전류값을 감지하기 위한 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리부의 충전시간을 계산하기 위한 타이머부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리팩에는 상기 배터리부의 잔류 전력량을 표시하기 위한 발광표시부가 설치되는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부에는 비상상황판단부가 포함되는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 인터페이스부를 통해 상기 배터리부의 충전전압 및 충전전류를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인터페이스부를 통해 상기 배터리부의 온도조건을 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인터페이스부를 통해 상기 배터리팩의 단락조건을 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충전조건 입력이 가능하도록 구성되는 전압조절형 배터리팩.
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