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KR20250058289A - 동작 전압이 낮은 이차 전지를 포함하는 배터리 장치 - Google Patents

동작 전압이 낮은 이차 전지를 포함하는 배터리 장치 Download PDF

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KR20250058289A
KR20250058289A KR1020230141853A KR20230141853A KR20250058289A KR 20250058289 A KR20250058289 A KR 20250058289A KR 1020230141853 A KR1020230141853 A KR 1020230141853A KR 20230141853 A KR20230141853 A KR 20230141853A KR 20250058289 A KR20250058289 A KR 20250058289A
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KR
South Korea
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voltage
battery
switching unit
battery cell
dcdc converter
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020230141853A
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English (en)
Inventor
이승탁
강석범
박수호
이준희
Original Assignee
주식회사 라온텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 라온텍 filed Critical 주식회사 라온텍
Priority to KR1020230141853A priority Critical patent/KR20250058289A/ko
Publication of KR20250058289A publication Critical patent/KR20250058289A/ko
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

일 실시 예에 따른 배터리 장치는, 각각 제1 범위의 전압으로 동작하고, 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀들, 상기 복수의 베터리 셀들 중 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되는 제1 스위칭부, 상기 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 상기 제1 스위칭부와 직렬로 연결되는 제1 로드(load), 상기 제1 스위칭부와 연결되고, 외부 전압을 상기 제1 범위의 전압을 초과하는 입력 전압으로 변환하여 출력하는 제1 DCDC 컨버터, 및 상기 제1 DCDC 컨버터를 통해 출력되는 상기 입력 전압을 상기 제1 스위칭부로 인가함으로써, 상기 제1 배터리 셀의 전압을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다.

Description

동작 전압이 낮은 이차 전지를 포함하는 배터리 장치{BATTERY DEVICE WITH DCDC CONVERTER}
본 문서에서 개시되는 다양한 실시 예들은, DCDC 컨버터를 포함하는 배터리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 DCDC 컨버터를 통해 배터리 셀의 전압을 초과하는 입력 전압을 스위칭부로 인가함으로써, 스위칭부를 동작시키는 배터리 장치에 관한 것이다.
배터리는 높은 전압 및 큰 용량을 가지기 위해서 다수의 단일 셀(cell)들이 직렬 연결된 스택(stack)들을 병렬로 연결하여 구성된다. 이상적인 경우 셀들은 동일한 특성을 가져야 하나, 제조시 기술적, 경제적 제약으로 인하여 셀간 편차(용량, 임피던스 등의 차이)가 발생한다. 이러한 편차는 셀의 온도 차이 및 충전 또는 방전 횟수가 많아지면 증가한다. 상기 셀간 편차로 인하여 충전 또는 방전 시 용량이 작은 셀은 과충전 또는 과방전되기 때문에, 셀의 수명이 단축될 가능성이 있다. 또한, 셀들이 직렬 연결되어 있는 스택들의 조합으로 구성되는 배터리의 수명은 상기 용량이 작은 셀에 의하여 결정되므로, 동일한 이유로 배터리의 수명이 단축될 가능성이 있다. 따라서. 셀들의 전압을 동일하게 맞추는 셀 밸런싱이 요구된다.
종래의 셀 밸런싱은 각 배터리 셀의 전압을 이용하여 각각의 배터리 셀과 연결된 스위치를 제어함으로써 배터리 셀을 충전시키거나 방전시키는 방식을 활용하였다. 특히, 종래의 셀 밸런싱은 셀의 전압 범위에 국한되어 동작하였다.
다만, 최근 낮은 전압 구간에서 동작하는 LTO(lithium titanate) 배터리 또는 Super CAP(super capacitor)로 구성되는 배터리 셀들이 활용됨에 따라, 배터리 셀의 전압이 배터리 셀과 연결된 스위치를 제어하기 위해 필요한 전압보다 작은 경우가 발생할 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 0V까지 방전되는 어플리케이션은 Super CAP으로 구성되는 배터리 셀에 적용이 불가능할 수 있다.
본 발명의 목적은, 배터리 셀이 낮은 전압으로 동작하는 경우에도, 배터리 셀과 연결된 스위치를 제어하여 배터리 셀의 전압을 제어할 수 있는 배터리 장치를 제공하는 것이다.
본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시 예에 따른 배터리 장치는, 각각 제1 범위의 전압으로 동작하고, 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀들, 상기 복수의 베터리 셀들 중 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되는 제1 스위칭부, 상기 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 상기 제1 스위칭부와 직렬로 연결되는 제1 로드(load), 상기 제1 스위칭부와 연결되고, 외부 전압을 상기 제1 범위의 전압을 초과하는 입력 전압으로 변환하여 출력하는 제1 DCDC 컨버터, 및 상기 제1 DCDC 컨버터를 통해 출력되는 상기 입력 전압을 상기 제1 스위칭부로 인가함으로써, 상기 제1 배터리 셀의 전압을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치는 상기 제1 DCDC 컨버터 및 상기 제1 스위칭부 사이에 연결되는 스위치를 더 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 스위치를 제어하여, 상기 제1 DCDC 컨버터로부터 출력되는 상기 입력 전압을 상기 제1 스위칭부에 인가할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제1 스위칭부는, 게이트 전극을 통해 인가되는 전압에 따라 동작하는 FET(field effect transistor)으로 구성되고, 배터리 장치는 상기 FET과 연결되는 분배 저항을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 셀들 각각은 Super CAP(super capacitor) 또는 LTO(lithium titanate) 배터리를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 FET은 상기 제1 범위 내에 포함되는 제1 전압 이상의 전압이 상기 게이트 전극을 통해 인가되는 경우에 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 베터리 셀들 중 제2 배터리 셀과 병렬로 연결되는 제2 스위칭부, 상기 제2 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 상기 제2 스위칭부와 직렬로 연결되는 제2 로드, 및 상기 제2 스위칭부와 연결되고, 상기 외부 전압을 상기 입력 전압으로 변환하여 출력하는 제2 DCDC 컨버터를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 제2 DCDC 컨버터로부터 출력되는 전압을 상기 제2 스위칭부에 인가함으로써, 상기 제2 배터리 셀의 전압을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로는, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 배터리 셀보다 높은 전압을 갖는 경우, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 배터리 셀과 동일한 전압을 갖도록 상기 제1 스위칭부를 통해 상기 제1 배터리 셀을 방전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 로드 및 상기 제2 로드 각각은 적어도 하나의 저항 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치는, 배터리 셀의 동작 전압의 범위를 초과하는 전압을 이용하여, 배터리 셀의 동작 전압의 크기와 무관하게, 배터리 셀의 전압을 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 특정한 바람직한 실시예들의 상기에서 설명한 바와 같은 또한 다른 측면들과, 특징들 및 이득들은 첨부 도면들과 함께 처리되는 하기의 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치를 도시한다.
도 2는, 일 실시 예에 따라 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 장치를 도시한다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들을 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 특정 시스템의 예를 주된 대상으로 할 것이지만, 본 명세서에서 청구하고자 하는 주요한 요지는 유사한 기술적 배경을 가지는 여타의 통신 시스템 및 서비스에도 본 명세서에 개시된 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 적용 가능하며, 이는 당해 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 장치(100)는 제1 배터리 셀(101), 제1 스위칭부(121), 제1 로드(load)(151), 제어 회로(110), 및 제1 DCDC 컨버터(131)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 장치(100)는 제1 스위칭부(121)와 제1 DCDC 컨버터(131) 사이에 연결되는 스위치(170) 및 분배 저항(181, 182)을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100)는 제1 범위의 전압으로 동작하는 제1 배터리 셀(101)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 장치(100)는 각각 제1 범위의 전압으로 동작하고, 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀들 중 제1 배터리 셀(101)을 포함할 수 있다. 제1 배터리 셀(101)은 제1 범위의 전압을 가질 수 있다.
여기서, 예를 들어, 제1 배터리 셀(101)은 NCM(LiNiMnCoO2) 배터리, LFP(Li-FePO4) 배터리, LTO(Lithium titanate) 배터리 또는 Super CAP(super capacitor)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 아래에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 배터리 셀(101)은 Super CAP으로 구현되는 것으로 가정한다.
또한, 예를 들어, 제1 배터리 셀(101)은 0V 내지 2.7V의 전압으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(101)은 2.2V가 충전된 상태를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100)는 제1 배터리 셀(101)과 병렬로 연결되는 제1 스위칭부(121)를 포함할 수 있다.
또한, 배터리 장치(100)는 제1 배터리 셀(101)과 병렬로 연결되고, 제1 스위칭부(121)와 직렬로 연결되는 제1 로드(151)를 포함할 수 있다. 여기서, 예를 들어, 제1 로드(151)는 적어도 하나의 저항 소자를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 스위칭부(121)는 FET(field effect transistor)으로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 스위칭부(121)는 게이트 전극을 통해 인가되는 전압에 따라 동작하는 FET으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 스위칭부(121)는 게이트 전극을 통해 임계 전압(Vth)(예: 2V)을 초과하는 전압이 인가되는 경우, 단락되는 N-channel FET 또는 P-channel FET으로 구현될 수 있다.
다만, 제1 스위칭부(121)의 구성은 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며, 제1 배터리 셀(101)을 제1 로드(151)와 연결시킬 수 있는 다양한 구성으로 참조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100)는 외부 전압을 수신하여 기 지정된 입력 전압을 출력하는 제1 DCDC 컨버터(131)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 배터리 장치(100)는 일정한 직류 전압을 갖는 외부 전압을 수신하여, 기 지정된 크기의 직류 전압을 갖는 입력 전압을 출력하도록 구성되는 제1 DCDC 컨버터(131)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 DCDC 컨버터(131)는 외부 전압을 수신하여, 12V의 직류 전압을 갖는 입력 전압을 출력할 수 있다.
나아가, 제1 DCDC 컨버터(131)로부터 출력된 입력 전압은 제1 스위칭부(121)로 전달될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100)는 제어 회로(110)를 포함할 수 있다. 제어 회로(110)는 배터리 장치(100)에 포함된 구성들(예: 제1 스위칭부(121), 스위치(170)) 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어 회로(110)는 배터리 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 아래에서 배터리 장치(100)에 의해 수행되는 동작은 제어 회로(110)의 제어에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제어 회로(110)는 스위치(170)를 제어하여 제1 DCDC 컨버터(131)로부터 출력되는 입력 전압을 제1 스위칭부(121)로 전달할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어 회로(110)는 제1 DCDC 컨버터(131)와 제1 스위칭부(121) 사이에 연결된 스위치(170)를 단락(short)시켜 제1 DCDC 컨버터(131)로부터 출력되는 입력 전압을 제1 스위칭부(121)로 전달할 수 있다.
여기서, 배터리 장치(100)는 제1 스위칭부(121)와 연결되는 분배 저항(181, 182)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 장치(100)는 제1 스위칭부(121)와 스위치(170) 사이에 연결되는 제1 분배 저항(181)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 장치(100)는 제1 스위칭부(121)의 게이트 전극과 제1 배터리 셀(101) 사이에 연결되는 제2 분배 저항(182)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제어 회로(110)는 제1 DCDC 컨버터(131)로부터 출력되는 입력 전압을 제1 스위칭부(121)의 게이트 전극으로 인가함으로써, 제1 스위칭부(121)의 동작을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어 회로(110)는 제1 스위칭부(121)가 동작하기 위한 임계 전압을 초과하는 입력 전압을 제1 스위칭부(121)의 게이트 전극에 인가함으로써, 제1 스위칭부(121)를 동작시킬 수 있다.
제어 회로(110)는 제1 배터리 셀(101)에 저장된 전압을 방전시킬 수 있다. 또한, 제어 회로(110)는 제1 배터리 셀(101)에 전압을 충전시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제어 회로(110)는 제1 스위칭부(121)를 제어하여, 제1 배터리 셀(101)에 저장된 전압을 방전시킬 수 있다. 제어 회로(110)는 제1 스위칭부(121)를 통해, 제1 배터리 셀(101)을 제1 로드(151)와 병렬로 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 로드(151)에 의해 제1 배터리 셀(101)에 저장된 전압이 방전될 수 있다.
또한, 제어 회로(110)는 제1 스위칭부(121)를 제어하여, 제1 배터리 셀(101)에 전압을 충전시킬 수 있다 제어 회로(110)는 제1 스위칭부(121)를 통해, 제1 배터리 셀(101)에 외부 전압을 인가할 수 있다. 이를 통해, 제어 회로(110)는 제1 배터리 셀(101)에 외부 전압에 따른 전압을 충전시킬 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 제어 회로(110)는 제1 배터리 셀(101)의 전압이 제1 스위칭부(121)의 임계 전압(Vth)을 초과하는 경우, 스위치(170)를 개방시킬 수 있다.
이 경우, 제어 회로(110)는 제1 배터리 셀(101)의 전압을 제1 스위칭부(121)의 게이트 전극에 인가하여, 제1 스위칭부(121)를 동작시킬 수 있다.
또한, 제어 회뢰(110)는 제1 배터리 셀(101)의 전압을 제1 스위칭부(121)에 인가하는 동안, 제1 배터리 셀(101)의 전압이 임계 전압(Vth) 이하가 되는 경우, 스위치(170)를 단락시켜 제1 DCDC 컨버터(131)로부터 출력되는 입력 전압을 제1 스위칭부(121)에 인가할 수 있다.
이를 통해, 제어 회로(110)는 제1 배터리 셀(101)이 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀들과 동일한 전압을 갖도록, 제1 배터리 셀(101)의 전압을 제어할 수 있다. 제어 회로(110)는 제1 배터리 셀(101)이 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀들과 동일한 전압을 갖도록, 제1 배터리 셀(101)에 대한 셀 밸런싱(cell balancing)을 수행할 수 있다.
상술한 구성들을 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 장치(100)는 제1 배터리 셀(101)이 동작하는 전압의 범위를 초과하는 외부 전압을 이용하여 제1 스위칭부(121)를 제어함으로써, 제1 배터리 셀(101)의 전압을 제어할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치(100)는 제1 배터리 셀(101)의 전압과 무관하게, 제1 스위칭부(121)를 동작시켜 제1 배터리 셀(101)의 전압을 조정할 수 있다.
도 2는, 일 실시 예에 따라 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 장치를 도시한다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 장치(100A)는 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012), 복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212), 복수의 로드들(151, 152, 153 내지 1512), 및 복수의 DCDC 컨버터들(131, 132, 133, 내지 1312)을 포함할 수 있다.
여기서, 일 실시 예에 따른 도 2에 도시된 배터리 장치(100A)는 도 1의 배터리 장치(100)를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 전술한 구성과 동일하거나 실질적으로 동일한 구성은 동일한 참조번호를 사용하였으며, 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 도 2에는 12개의 배터리 셀들이 직렬로 연결되는 구성으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며, 본 발명을 통해 설명되는 구성은 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100)는 서로 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012)을 포함할 수 있다.
복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012) 각각은 제1 범위의 전압으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012) 각각은 0V 내지 2.7V의 전압으로 동작할 수 있다. 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012) 각각은 0V 내지 2.7V의 전압을 저장할 수 있다.
여기서, 예를 들어, 복수의 배터리 셀들(102, 103, 내지 1012) 각각은 제1 배터리 셀(101)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
다른 예를 들어, 복수의 배터리 셀들(102, 103, 내지 1012) 중 적어도 일부는 제1 배터리 셀(101)과 상이한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 배터리 셀(103)은 LTO(lithium titanate) 배터리로 구성될 수 있다.
단, 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012) 각각의 구성은 상술한 예시들에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100A)는 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012) 각각과 병렬로 연결되는 복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212)을 포함할 수 있다.
여기서, 예를 들어, 복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212) 각각은 임계 전압(Vth)을 초과하는 전압이 각각의 게이트 전극을 통해 인가되는 경우 동작하는 FET으로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100A)는 각각 외부 전압을 수신하여, 기 설정된 전압 값을 갖는 입력 전압을 출력하는 복수의 DCDC 컨버터들(131, 132, 133, 내지 1312)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수의 DCDC 컨버터들(131, 132, 133, 내지 1312) 각각은 입력되는 외부 전압에 기반하여, 12V의 크기를 갖는 입력 전압을 출력할 수 있다.
또한, 배터리 장치(100A)는 복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212)과 연결되는 제어 회로(110)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제어 회로(110)는 복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212)과 복수의 DCDC 컨버터들(131, 132, 133, 내지 1312) 사이에 연결되는 스위치를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어 회로(110)는 복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212)과 복수의 DCDC 컨버터들(131, 132, 133, 내지 1312) 사이에 연결되는 스위치를 단락(short)시켜, 복수의 DCDC 컨버터들(131, 132, 133, 내지 1312)로부터 출력되는 입력 전압을 복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212) 각각에 인가할 수 있다.
복수의 스위칭부들(121, 122, 123, 내지 1212)은 인가되는 입력 전압에 응답하여, 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012)을 복수의 로드들(151, 152, 153, 내지 1512)과 병렬로 연결시킬 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012)의 전압이 강하될 수 있다.
상술한 구성들을 참조하면, 제어 회로(110)는 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012) 각각의 전압과 무관하여, 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012)에 대한 셀 밸런싱을 수행할 수 있다.
제어 회로(110)는 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012) 각각의 전압과 무관하여, 복수의 배터리 셀들(101, 102, 103, 내지 1012)의 전압을 조정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 장치(100)는, 각각 제1 범위의 전압으로 동작하고, 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀들, 상기 복수의 베터리 셀들 중 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되는 제1 스위칭부(121), 상기 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 상기 제1 스위칭부(121)와 직렬로 연결되는 제1 로드(151)(load), 상기 제1 스위칭부(121)와 연결되고, 외부 전압을 상기 제1 범위의 전압을 초과하는 입력 전압으로 변환하여 출력하는 제1 DCDC 컨버터(131), 및 상기 제1 DCDC 컨버터(131)를 통해 출력되는 상기 입력 전압을 상기 제1 스위칭부(121)로 인가함으로써, 상기 제1 배터리 셀의 전압을 제어하는 제어 회로(110)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100)는 상기 제1 DCDC 컨버터(131) 및 상기 제1 스위칭부(121) 사이에 연결되는 스위치를 더 포함하고, 상기 제어 회로(110)는 상기 스위치를 제어하여, 상기 제1 DCDC 컨버터(131)로부터 출력되는 상기 입력 전압을 상기 제1 스위칭부(121)에 인가할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제1 스위칭부(121)는, 게이트 전극을 통해 인가되는 전압에 따라 동작하는 FET(field effect transistor)으로 구성되고, 배터리 장치(100)는 상기 FET과 연결되는 분배 저항을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 셀들 각각은 Super CAP(super capacitor) 또는 LTO(lithium titanate) 배터리를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 FET은 상기 제1 범위 내에 포함되는 제1 전압 이상의 전압이 상기 게이트 전극을 통해 인가되는 경우에 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배터리 장치(100A)는 상기 복수의 베터리 셀들 중 제2 배터리 셀(102)과 병렬로 연결되는 제2 스위칭부(122), 상기 제2 배터리 셀(102)과 병렬로 연결되고, 상기 제2 스위칭부(122)와 직렬로 연결되는 제2 로드(152)(152), 및 상기 제2 스위칭부(122)와 연결되고, 상기 외부 전압을 상기 입력 전압으로 변환하여 출력하는 제2 DCDC 컨버터(132)를 포함하고, 상기 제어 회로(110)는, 상기 제2 DCDC 컨버터(132)로부터 출력되는 전압을 상기 제2 스위칭부(122)에 인가함으로써, 상기 제2 배터리 셀(102)의 전압을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어 회로(110)는, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 배터리 셀보다 높은 전압을 갖는 경우, 상기 제1 배터리 셀이 상기 제2 배터리 셀과 동일한 전압을 갖도록 상기 제1 스위칭부(121)를 통해 상기 제1 배터리 셀을 방전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 로드(151) 및 상기 제2 로드(152) 각각은 적어도 하나의 저항 소자를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들은 특정 관점에서 컴퓨터 리드 가능 기록 매체(computer readable recording medium)에서 컴퓨터 리드 가능 코드(computer readable code)로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 리드 가능 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 리드될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이다. 컴퓨터 리드 가능 기록 매체의 예들은 읽기 전용 메모리(read only memory: ROM)와, 랜덤-접속 메모리(random access memory: RAM)와, 컴팩트 디스크-리드 온니 메모리(compact disk-read only memory: CD-ROM)들과, 마그네틱 테이프(magnetic tape)들과, 플로피 디스크(floppy disk)들과, 광 데이터 저장 디바이스들, 및 캐리어 웨이브(carrier wave)들(인터넷을 통한 데이터 송신 등)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 리드 가능 기록 매체는 또한 네트워크 연결된 컴퓨터 시스템들을 통해 분산될 수 있고, 따라서 컴퓨터 리드 가능 코드는 분산 방식으로 저장 및 실행된다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 성취하기 위한 기능적 프로그램들, 코드, 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 발명이 적용되는 분야에서 숙련된 프로그래머들에 의해 쉽게 해석될 수 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 장치 및 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 콤팩트 디스크(compact disk: CD), DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법은 제어 모듈 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 이러한 메모리는 본 발명의 실시예들을 구현하는 명령들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 또한 앞서 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 배터리 장치에 있어서,
    각각 제1 범위의 전압으로 동작하고, 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀들;
    상기 복수의 베터리 셀들 중 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되는 제1 스위칭부;
    상기 제1 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 상기 제1 스위칭부와 직렬로 연결되는 제1 로드(load);
    상기 제1 스위칭부와 연결되고, 외부 전압을 상기 제1 범위의 전압을 초과하는 입력 전압으로 변환하여 출력하는 제1 DCDC 컨버터; 및
    상기 제1 DCDC 컨버터를 통해 출력되는 상기 입력 전압을 상기 제1 스위칭부로 인가함으로써, 상기 제1 배터리 셀의 전압을 제어하는 제어 회로를 포함하는, 배터리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 DCDC 컨버터 및 상기 제1 스위칭부 사이에 연결되는 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어 회로는 상기 스위치를 제어하여, 상기 제1 DCDC 컨버터로부터 출력되는 상기 입력 전압을 상기 제1 스위칭부에 인가하는, 배터리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제1 DCDC 컨버터로부터 출력되는 상기 입력 전압을 이용하여 상기 제1 스위칭부를 턴-온(turn-on)시켜 상기 제1 배터리 셀을 상기 제1 로드와 연결시킴으로써, 상기 제1 배터리 셀의 전압을 강하시키는, 배터리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 DCDC 컨버터 및 상기 제1 스위칭부와 연결되는 분배 저항을 더 포함하고,
    상기 제1 스위칭부는, 게이트 전극을 통해 인가되는 전압에 따라 동작하는 FET(field effect transistor)으로 구성되는, 배터리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들 각각은 Super CAP(super capacitor) 또는 LTO(lithium titanate) 배터리를 포함하는, 배터리 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 FET은 상기 제1 범위 내에 포함되는 제1 전압 이상의 전압이 상기 게이트 전극을 통해 인가되는 경우에 동작하는, 배터리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 베터리 셀들 중 제2 배터리 셀과 병렬로 연결되는 제2 스위칭부;
    상기 제2 배터리 셀과 병렬로 연결되고, 상기 제2 스위칭부와 직렬로 연결되는 제2 로드; 및
    상기 제2 스위칭부와 연결되고, 상기 외부 전압을 상기 입력 전압으로 변환하여 출력하는 제2 DCDC 컨버터를 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 제2 DCDC 컨버터로부터 출력되는 전압을 상기 제2 스위칭부에 인가함으로써, 상기 제2 배터리 셀의 전압을 제어하는, 배터리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제2 배터리 셀이 상기 제1 배터리 셀보다 높은 전압을 갖는 경우, 상기 제2 배터리 셀이 상기 제1 배터리 셀과 동일한 전압을 갖도록 상기 제2 스위칭부를 통해 상기 제2 배터리 셀을 방전시키는, 배터리 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 로드 및 상기 제2 로드 각각은 적어도 하나의 저항 소자를 포함하는, 배터리 장치.
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