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KR102200551B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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KR102200551B1
KR102200551B1 KR1020170143552A KR20170143552A KR102200551B1 KR 102200551 B1 KR102200551 B1 KR 102200551B1 KR 1020170143552 A KR1020170143552 A KR 1020170143552A KR 20170143552 A KR20170143552 A KR 20170143552A KR 102200551 B1 KR102200551 B1 KR 102200551B1
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Abstract

배터리 팩을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 양극 단자 및 음극 단자를 가지는 배터리 모듈, 상기 양극 단자에 연결되는 제1 전원 단자, 상기 음극 단자에 연결되는 제2 전원 단자 및 제1 보조 단자를 가지고, 외부 장치에 포함되어 상기 배터리 모듈의 전력을 입력받는 제2 전원 커넥터와 결합 또는 분리 가능하게 구성된 제1 전원 커넥터, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 결합되었는지 여부를 판단하는 제어부, 상기 외부 장치와 상기 제어부 간에 통신 신호가 입출력되는 제1 통신 커넥터 및 상기 제어부와 상기 제1 통신 커넥터 사이에 설치되는 통신 스위칭부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 판단 결과에 대응하여 상기 통신 스위칭부를 턴 온 또는 턴 오프시키도록 구성된다.

Description

배터리 팩{BATTERY BACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전압 분배 원리를 이용하여 통신 커넥터와 제어부 간의 접속을 제어하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
무선 청소기 등과 같은 무선 기기의 본체에는 배터리 팩이 탈착 가능하게 결합될 수 있는데, 무선 기기의 출력 전력을 높이기 위해서는 높은 출력 전압을 제공할 수 있는 배터리 팩을 이용해야한다. 배터리 팩의 충방전을 위해서는 배터리 팩의 하이 사이드 또는 로우 사이드에 충방전 스위치를 설치해야 한다. 충방전 스위치가 배터리 팩의 하이 사이드에 설치되는 경우, 충전 펌프(charge pump)와 게이트 드라이버(gate driver)가 요구되는데, 이는 충방전 스위치가 배터리 팩의 로우 사이드에 설치되는 경우에 비하여 비용 상승을 유발하게 된다. 이에 따라, 배터리 팩의 출력 전압이 높은 경우, 충방전 스위치는 배터리 팩의 로우 사이드에 설치된다.
이러한, 로우 사이드에 충방전 스위치가 설치된 배터리 팩은 무선 기기에 탈착되는 과정에서 하이 사이드와 연결된 전원 단자 및 무선 기기와의 통신을 위해 내부 제어부에 연결된 통신 단자 간에 쇼트가 발생하면, 고전압이 하이 사이드, 전원 단자, 통신 단자 순으로 인가되어 제어부까지 유입됨으로써, 제어부가 파괴되는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전압 분배 원리를 이용하여 외부 장치와의 결합을 감지하고, 감지 결과에 대응하여 제어부와 통신 단자 사이에 위치하는 통신 스위치부를 제어할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 양극 단자 및 음극 단자를 가지는 배터리 모듈, 상기 양극 단자에 연결되는 제1 전원 단자, 상기 음극 단자에 연결되는 제2 전원 단자 및 제1 보조 단자를 가지고, 외부 장치에 포함되어 상기 배터리 모듈의 전력을 입력받는 제2 전원 커넥터와 결합 또는 분리 가능하게 구성된 제1 전원 커넥터, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 결합되었는지 여부를 판단하는 제어부, 상기 외부 장치와 상기 제어부 간에 통신 신호가 입출력되는 제1 통신 커넥터 및 상기 제어부와 상기 제1 통신 커넥터 사이에 설치되는 통신 스위칭부를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 판단 결과에 대응하여 상기 통신 스위칭부를 턴 온 또는 턴 오프시키도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 배터리 팩은, 제1 엔드가 접지에 전기적으로 연결되고 제2 엔드가 상기 제1 보조 단자에 전기적으로 연결된 제1 저항 소자;를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 저항 소자의 전압이 임계 범위에 속하는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 결합된 것으로 판단하고, 동작 전원을 공급하는 서브 제어 모듈; 및 상기 서브 제어 모듈로부터 상기 동작 전원이 공급되면 슬립 상태에서 웨이크업 상태로 동작하는 메인 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 메인 제어 모듈은 상기 웨이크업 상태로 동작하면 상기 통신 스위칭부를 턴 온시킬 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 메인 제어 모듈은 상기 웨이크업 상태에서 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 웨이크업 상태에서 상기 슬립 상태로 동작할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 메인 제어 모듈은 상기 슬립 상태로 동작하면 상기 통신 스위칭부를 턴 오프시킬 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 메인 제어 모듈은 상기 웨이크업 상태에서 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 서브 제어 모듈에게 제1 셧다운 명령을 전송할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 서브 제어 모듈은 상기 메인 제어 모듈로부터의 상기 제1 셧다운 명령에 응답하여, 상기 메인 제어 모듈에 대한 상기 동작 전원의 공급을 중단할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 서브 제어 모듈은 상기 메인 제어 모듈의 웨이크업 상태 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 메인 제어 모듈에게 제2 셧다운 명령을 전송할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 메인 제어 모듈은 상기 서브 제어 모듈로부터의 상기 제2 셧다운 명령에 응답하여, 상기 웨이크업 상태에서 상기 슬립 상태로 동작할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 서브 제어 모듈은 상기 메인 제어 모듈이 상기 웨이크업 상태에서 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 레벨이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 메인 제어 모듈에 대한 상기 동작 전원의 공급을 중단할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전압 분배 원리를 이용하여 외부 장치와의 결합을 감지하고, 감지 결과에 대응하여 제어부와 통신 단자 사이에 위치하는 통신 스위치부를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 외부 장치와 분리된 것으로 감지되면 제어부와 통신 단자 사이에 위치하는 통신 스위치부를 턴 오프시킴으로써, 배터리 팩의 전원 단자와 통신 단자가 임의의 도전체에 의해 의도치 않게 접속되더라도 제어부에 고전압이 인가되는 현상을 방지 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩과 외부 장치의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 제어부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
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 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 팩(10)과 외부 장치(100)의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(20), 제1 전원 커넥터(30a), 제1 통신 커넥터(30b), 저항 소자(R1), 전원 스위칭부(40a), 통신 스위칭부(40b) 및 제어부(50)를 포함한다.
배터리 모듈(20)은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(20)이 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 경우, 복수의 배터리 셀은 상호 간에 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 배터리 모듈(20)은 양극 단자(B+) 및 음극 단자(B-)를 가진다. 배터리 모듈(20)의 양극 단자(B+)는 제1 전원 라인(L1)을 통해 제1 전원 커넥터(30a)에 전기적으로 연결된다. 배터리 모듈(20)의 음극 단자(B-)는 제2 전원 라인(L2)을 통해 제1 전원 커넥터(30a)에 전기적으로 연결된다. 배터리 팩(10)의 하이 사이드란, 제1 전원 라인(L1)을 통해 연결된 배터리 모듈(20)의 양극 단자(B+)와 제1 전원 커넥터(30a) 사이의 부분을 칭하는 것일 수 있다. 배터리 팩(10)의 로우 사이드란, 제2 전원 라인(L2)을 통해 연결된 배터리 모듈(20)의 음극 단자(B-)와 제1 전원 커넥터(30a) 사이의 부분을 칭하는 것일 수 있다.
제1 전원 커넥터(30a)는, 제1 전원 단자(P1), 제2 전원 단자(P2) 및 제1 보조 단자(Pa)를 포함한다. 제1 전원 단자(P1)는, 제1 전원 라인(L1)을 통해 배터리 모듈(20)의 양극 단자(B+)에 연결된다. 제2 전원 단자(P2)는, 제2 전원 라인(L2)을 통해 배터리 모듈(20)의 음극 단자(B-)에 연결된다. 제1 보조 단자(Pa)는, 후술할 저항 소자(R1)에 연결된다. 제1 전원 커넥터(30a)는, 제1 전원 단자(P1), 제2 전원 단자(P2) 및 제1 보조 단자(Pa)의 적어도 일부분이 외부에서 육안으로 확인 가능하게 노출되는 구조를 가질 수 있으며, 외부 장치(100)에 포함된 제2 전원 커넥터(110a)에 물리적으로 결합 또는 분리 가능하게 구성될 수 있다.
이를 통해, 배터리 모듈(20)에 저장된 전력은 외부 장치(100)으로 되거나, 외부 전력이 배터리 모듈(20)에 충전된다.
저항 소자(R1)는, 제1 엔드 및 제2 엔드를 가진다. 저항 소자(R1)는, 제1 전원 단자(P1)와 제2 전원 단자(P2) 사이에 인가되는 배터리 팩(10)의 전압(이하, '팩 전압'이라고 함)을 분압하기 위해 사용되는 둘 이상의 저항 소자 중 하나이다. 저항 소자(R1)의 제1 엔드는, 접지에 전기적으로 연결된다. 저항 소자(R1)의 제2 엔드는, 제1 보조 단자(Pa)에 전기적으로 연결된다.
제1 통신 커넥터(30b)는 제1 통신 단자(P5) 및 제2 통신 단자(P6)를 포함한다. 제1 통신 단자(P5)는, 제1 통신 라인(L3)을 통해 후술되는 제어부(50)의 송신단(Tx)에 연결된다. 제2 통신 단자(P6)는, 제2 통신 라인(L4)을 통해 후술되는 제어부(50)의 수신단(Rx)에 연결된다. 제1 통신 커넥터(30a)는, 제1 통신 단자(P5) 및 제2 통신 단자(P6)의 적어도 일부분이 외부에서 육안으로 확인 가능하게 노출되는 구조를 가질 수 있으며, 외부 장치(100)에 포함된 제2 통신 커넥터(110b)에 물리적으로 결합 또는 분리 가능하게 구성될 수 있다. 이를 통해, 제1 통신 커넥터(30a)는 외부 장치(100)와 제어부(50) 간에 송수신되는 통신 신호가 입출력 된다.
전원 스위칭부(40a)는, 배터리 모듈(20)의 음극 단자(B-)와 제2 전원 단자(P2) 사이에 설치된다. 즉, 전원 스위칭부(40a)는, 배터리 팩(10)의 로우 사이드에 대응하는 제2 전원 라인(L2) 상에 설치된다. 전원 스위칭부(40a)는, 서로 직렬로 연결된 충전 스위치(41a) 및 방전 스위치(42a)를 포함한다. 충전 스위치(41a) 및 방전 스위치(42a) 각각은 서로 병렬 연결된 FET(Field Effect Transistor) 및 기생 다이오드를 포함할 수 있다. 각 FET은 드레인, 소스 및 게이트를 포함한다. 각 FET의 게이트는, 후술할 제어부(50)로부터의 스위칭 신호를 수신할 수 있도록 제어부(50)에 연결될 수 있다.
충전 스위치(41a)의 FET의 드레인 및 소스는 충전 전류 경로를 제공하도록 연결될 수 있다. 반대로, 방전 스위치(42a)의 FET의 드레인 및 소스는 방전 전류 경로를 제공하도록 연결될 수 있다.
충전 스위치(41a)의 기생 다이오드는 방전 전류 방향으로 연결되고, 방전 스위치(42a)의 기생 다이오드는 충전 전류 방향으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 충전 스위치(41a)의 FET이 턴 오프 상태인 경우에는 충전 스위치(41a)의 기생 다이오드를 통한 방전 전류 경로만이 제공되고, 방전 스위치(42a)의 FET이 턴 오프 상태인 경우에는 방전 스위치(42a)의 기생 다이오드를 통한 충전 전류 경로만이 제공될 수 있다.
통신 스위칭부(40b)는, 제어부(50)와 통신 커넥터(30b) 사이에 설치된다. 구체적으로, 통신 스위칭부(40b)는 제어부(50)의 송신단(Tx)과 통신 커넥터(40b)의 제1 통신 단자(P5)에 설치되는 송신 스위치(41b)와 제어부(50)의 수신단(Rx)과 통신 커넥터(40b)의 제2 통신 단자(P6)에 설치되는 수신 스위치(42b)를 포함한다. 송신 스위치(41b) 및 수신 스위치(42b) 각각은 서로 병렬 연결된 FET(Field Effect Transistor) 및 기생 다이오드를 포함할 수 있다. 각 FET은 드레인, 소스 및 게이트를 포함한다. 각 FET의 게이트는, 후술할 제어부(50)로부터의 스위칭 신호를 수신할 수 있도록 제어부(50)에 연결될 수 있다.
송신 스위치(41b)의 FET의 드레인 및 소스는 제어부(50)의 송신단(Tx)에서 통신 커넥터(40b)의 제1 통신 단자(P5)로 송신되는 통신 신호의 전달 경로를 제공하도록 연결될 수 있다. 반대로, 수신 스위치(42b)의 FET의 드레인 및 소스는 제2 통신 단자(P6)로부터 제어부(50)의 수신단(Rx)으로 수신되는 통신 신호의 전달 경로를 제공하도록 연결될 수 있다.
제어부(50)는, 배터리 모듈(20), 제1 전원 커넥터(30a), 저항 소자(R1) 전원 스위칭부(40a) 및 통신 스위칭부(40b)에 전기적으로 연결된다. 제어부(50)는, 제1 전원 커넥터(30a)와 외부 장치(100)의 제2 전원 커넥터(30b)가 결합되었는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 대응하여 웨이크업 상태로 동작하여 통신 스위칭부(40b)를 턴 온시키거나, 슬립 상태로 동작하여 통신 스위칭부(40b)를 턴 오프시키도록 구성된다.
보다 구체적으로, 제어부(50)는, 저항 소자(R1)의 전압 즉, 저항 소자(R1)의 제1 엔드와 제2 엔드 사이에 인가되는 전압(이하, '분배 전압'이라고 함)을 검출하고, 검출된 분배 전압에 따라 웨이크업 상태 및 슬립 상태 중 어느 하나로 동작하도록 구성된다. 즉, 제어부(50)는, 배터리 팩(10)이 외부 장치(100)로부터 분리된 상태에서는 항상 슬립 상태에서 동작하고, 배터리 팩(10)이 외부 장치(100)에 결합된 상태에서는 슬립 상태로부터 웨이크업 상태로 전환 가능하게 구성된다.
슬립 상태에서, 제어부(50)는 통신 스위칭부(40b)를 턴 오프시켜 통신 스위칭부(40b)에 포함된 송신 스위치(41b) 및 수신 스위치(42b)를 턴 오프 상태로 유지한다. 이를 통해, 제어부(50)는 제1 전원 커넥터(30a)의 제1 전원 단자(P1)와 송신 스위치(41b) 및 수신 스위치(42b)가 전기적으로 연결되어 제1 전원 단자(P1)에 인가된 배터리 모듈(20)의 고전압이 제어부(50)로 유입되는 현상을 방지할 수 있다.
웨이크업 상태에서, 제어부(50)는 통신 스위칭부(40b)를 턴 온시켜 통신 스위칭부(40b)에 포함된 송신 스위치(41b) 및 수신 스위치(42b)를 턴 온 상태로 유지한다. 이를 통해, 제어부(50)는 웨이크업 상태로 동작 중에 외부 장치(100)와 통신을 수행할 수 있다.
한편, 슬립 상태에서, 제어부(50)는 충전 스위치(41a) 및 방전 스위치(42a)를 턴 오프 상태로 유지한다. 즉, 제어부(50)는 슬립 상태로 동작 중에는 충전 스위치(41a) 및 방전 스위치(42a) 각각에 대한 스위칭 신호의 출력을 중단할 수 있다.
웨이크업 상태에서, 제어부(50)는 외부 장치(100)와의 통신에 따라, 충전 스위치(41a) 및 방전 스위치(42a) 중 적어도 하나를 턴 온 상태로 제어할 수 있다. 제어부(50)의 보다 상세한 구성에 대하여는 도 4 및 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
외부 장치(100)는, 충전기 또는 전기 부하(예, 청소기의 모터 구동 장치)일 수 있다. 이하에서는, 이해를 돕기 위해, 전기 부하를 '무선 기기 본체'라고 칭하기로 한다. 배터리 팩(10)은 외부 장치(100)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 배터리 팩(10)은, 무선 기기 본체에 내장된 것일 수도 있다.
외부 장치(100)는, 제2 전원 커넥터(110a), 제2 통신 커넥터(110b) 및 저항 소자(R3)를 포함하고, 선택적으로 보호 커패시터(120)를 더 포함할 수 있다. 외부 장치(100)가 청소기인 경우, 구동 회로(130) 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
제2 전원 커넥터(110a)는, 제3 전원 단자(P3), 제4 전원 단자(P4) 및 제2 보조 단자(Pb)를 포함하고, 제1 전원 커넥터(30a)에 물리적으로 결합 또는 분리 가능하게 구성될 수 있다. 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 상호 물리적으로 결합 시, 제3 전원 단자(P3)는 제1 전원 단자(P1)에 전기적으로 연결되고, 제4 전원 단자(P4)는 제2 전원 단자(P2)에 전기적으로 연결되며, 제2 보조 단자(Pb)는 제1 보조 단자(Pa)에 전기적으로 연결될 수 있다.
저항 소자(R3)는, 제1 엔드 및 제2 엔드를 가진다. 저항 소자(R3)는, 제3 전원 단자(P3)와 제2 보조 단자(Pb) 사이에 전기적으로 연결된다. 상세하게는, 저항 소자(R3)의 제1 엔드는 제2 보조 단자(Pb)에 전기적으로 연결되고, 저항 소자(R3)의 제2 엔드는 제3 전원 단자(P3)에 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 상호 물리적으로 결합 시, 저항 소자(R1)와 저항 소자(R3)는 서로 전기적으로 직렬 연결됨으로써 전압 분배기로서 동작하게 된다. 즉, 제3 전원 단자(P3)와 접지 사이의 전압은 저항 소자(R1)와 저항 소자(R3)에 의해 분압될 수 있다.
보호 커패시터(120)는, 제1 엔드 및 제2 엔드를 가진다. 보호 커패시터(120)는, 제3 전원 단자(P3)와 제4 전원 단자(P4) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 상세하게는, 보호 커패시터(120)의 제1 엔드는 제4 전원 단자(P4)에 전기적으로 연결되고, 보호 커패시터(120)의 제2 엔드는 제3 전원 단자(P3)에 전기적으로 연결될 수 있다. 보호 커패시터(120)는, 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)의 물리적인 결합에 따라 제3 전원 단자(P3)와 제4 전원 단자(P4) 사이에 인가되는 전압의 급격한 변동을 억제하는 역할을 담당한다.
제2 통신 커넥터(110b)는, 제3 통신 단자(P7) 및 제4 통신 단자(P8)를 포함하고, 제1 통신 커넥터(30b)에 물리적으로 결합 또는 분리 가능하게 구성될 수 있다. 제1 통신 커넥터(30b)와 제2 통신 커넥터(110b)가 상호 물리적으로 결합 시, 제3 통신 단자(P7)는 제1 통신 단자(P5)에 전기적으로 연결되고, 제4 통신 단자(P8)는 제2 통신 단자(P6)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이를 통해, 제어부(50)로부터 송신된 통신 신호는 제2 통신 커넥터(110b)의 제3 통신 단자(P7)에 입력되어 구동 회로(130)에 수신되고, 구동 회로(130)로부터 송신된 통신 신호는 제2 통신 커넥터(110b)의 제4 통신 단자(P8)로부터 출력되어 제어부(50)로 수신된다.
다음으로 도 2를 참조하면, 도 1과 비교할 때, 배터리 팩(10)이 저항 소자(R2)를 더 포함하고, 외부 장치(100)의 저항 소자(R3)가 생략된 점에서 차이가 있다. 이 경우, 제2 전원 커넥터(110a)의 제3 전원 단자(P3)와 제2 보조 단자(Pb)는 직접 또는 도전체를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 상호 물리적으로 결합 시, 저항 소자(R1)와 저항 소자(R2)는 서로 전기적으로 직렬 연결됨으로써 전압 분배기로서 동작하게 된다.
다음으로 도 3을 참조하면, 배터리 팩(10)이 저항 소자(R2)를 포함하고, 외부 장치(100)가 저항 소자(R3)를 포함한다는 점에서 도 1 및 도 2와 상이하다. 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 상호 물리적으로 결합 시, 저항 소자(R1), 저항 소자(R2) 및 저항 소자(R3)는 서로 전기적으로 직렬 연결됨으로써 전압 분배기로서 동작하게 된다.
도 4 및 도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 제어부(50)의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
먼저 도 4를 참조하면, 제어부(50)는, 메인 제어 모듈(51) 및 서브 제어 모듈(52)을 포함한다. 메인 제어 모듈(51) 및 서브 제어 모듈(52) 각각은, 저항 소자(R1)의 제2 엔드에 전기적으로 공통 연결됨으로써, 저항 소자(R1)의 전압을 서로 독립적으로 검출할 수 있다.
서브 제어 모듈(52)은, 배터리 모듈(20)의 전압을 측정하고, 측정된 모듈 전압을 나타내는 전압 신호를 메인 제어 모듈(51)에게 전송하도록 구성된다. 여기서, 모듈 전압은, 배터리 모듈(20)의 양극 단자(B+)와 음극 단자(B-) 사이의 전압 또는 각 배터리 셀의 전압을 의미하는 것일 수 있다. 서브 제어 모듈(52)은, 편의상 '아날로그 프론트 엔드'라고 칭할 수도 있다.
메인 제어 모듈(51)은, 서브 제어 모듈(52)에 동작 가능하게 결합된다. 메인 제어 모듈(51)은, 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 메인 제어 모듈(51)에 의해 실행될 수 있는 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다.
메인 제어 모듈(51)은, 서브 제어 모듈(52)로부터의 전압 신호 또는 외부 장치(100)로부터의 명령에 기초하여, 충전 스위치(41a), 방전 스위치(42a), 송신 스위치(41b) 및 방전 스위치(42b) 중 적어도 하나를 위한 턴 온 상태로 하기 위한 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다.
구체적으로, 제1 전원 커넥터(30a)가 제2 전원 커넥터(110a)로부터 전기적으로 분리된 상태에 있는 경우, 저항 소자(R1)의 전압은 0V일 것이므로, 제어부(50)는 슬립 상태에서 동작한다. 만약, 어느 시점에서 제1 전원 커넥터(30a)의 제1 전원 단자(P1)와 제1 보조 단자(Pa)가 제2 전원 커넥터(110a) 또는 임의의 도전체에 의해 전기적으로 연결되는 경우, 저항 소자(R1)의 전압은 0V보다 커지게 될 것이다.
서브 제어 모듈(52)은, 저항 소자(R1)의 전압을 주기적 또는 비주기적으로 반복 검출함으로써, 저항 소자(R1)의 전압이 미리 정해진 임계 범위에 속하는지 여부를 판정할 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예들 각각을 위한 임계 범위는 서로 동일하거나 상이할 수 있으나, 모든 임계 범위의 하한은 0V보다 클 것임은 당업자에게 자명하다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 전술한 전압 분배기에 포함된 각 저항 소자는 미리 정해진 저항값을 가지므로, 제1 전원 커넥터(30a)가 제2 전원 커넥터(110a)에 결합되는 경우에만 저항 소자(R1)의 전압이 임계 범위에 속하고, 제1 전원 커넥터(30a)가 임의의 도전체에 결합되는 경우에는 저항 소자(R1)의 전압이 임계 범위를 벗어나게 될 것이다.
만약, 저항 소자(R1)의 전압이 임계 범위에 속하는 경우, 서브 제어 모듈(52)은 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 결합된 것으로 판단하고, 그것에 내장된 전원 공급 회로를 이용하여 메인 제어 모듈(51)에게 동작 전압(예, 3.3V)를 공급할 수 있다. 메인 제어 모듈(51)은 슬립 상태에서 동작하다가 서브 제어 모듈(52)로부터 상기 동작 전압이 공급되는 경우 웨이크업 상태로 전환할 수 있다. 웨이크업 상태에서, 메인 제어 모듈(51)은 통신 스위칭부(40b)의 송신 스위치(41b)와 수신 스위치(42b)를 턴 온시킴으로써, 제1 통신 커넥터(30b)와 제어부(50)에 포함된 메인 제어 모듈(51) 사이를 통전시킬 수 있다.
또한, 메인 제어 모듈(51)은 전원 스위칭부(40a)를 제어함으로써 배터리 모듈(20)을 충전 또는 방전시킬 수 있다.
메인 제어 모듈(51)이 상기 동작 전압에 의해 웨이크업 상태에서 동작하는 중에 제1 전원 단자(P1)가 제3 전원 단자(P3)로부터 분리되거나 제1 보조 단자(Pa)가 제2 보조 단자(Pb)로부터 분리되는 경우, 외부 장치(100)에 의한 배터리 팩(10)의 충방전은 중단되므로 저항 소자(R1)의 전압은 0V로 감소하여 임계 범위를 벗어나게 된다. 이 경우, 일 실시예에 따른 메인 제어 모듈(51)은, 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 분리된 것으로 판단하고, 서브 제어 모듈(52)에게 제1 셧다운 명령을 전송할 수 있다.
서브 제어 모듈(52)은, 메인 제어 모듈(51)로부터의 제1 셧다운 명령에 응답하여, 메인 제어 모듈(51)에 대한 동작 전원의 공급을 중단한다. 이에 따라, 메인 제어 모듈(51)은 다시 웨이크업 상태로부터 슬립 상태로 전환하게 된다.
일 실시예에 따른, 메인 제어 모듈(51)은 웨이크업 상태로부터 슬립 상태로 전환되면 통신 스위칭부(40b)의 송신 스위치(41b)와 수신 스위치(42b)를 턴 오프시킴으로써, 제1 통신 커넥터(30b)와 제어부(50)에 포함된 메인 제어 모듈(51) 사이의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 서브 제어 모듈(52)은, 메인 제어 모듈(51)로부터의 제1 셧다운 명령에 응답하여, 메인 제어 모듈(51)에 대한 동작 전원의 공급을 중단하기 전에 서브 제어 모듈(52)에게 제2 셧다운 명령을 전송할 수 있다.
다른 실시예에 따른 메인 제어 모듈(51)은 제2 셧다운 명령에 응답하여 웨이크업 상태로부터 슬립 상태로 전환되기 전에 통신 스위칭부(40b)의 송신 스위치(41b)와 수신 스위치(42b)를 턴 오프시킴으로써, 제1 통신 커넥터(30b)와 제어부(50)에 포함된 메인 제어 모듈(51) 사이의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다.
한편, 또 다른 실시예에 메인 제어 모듈(51)은 웨이크업 상태에서 동작 중에 저항 소자(R1)의 전압이 임계 범위를 벗어나는 경우, 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 분리된 것으로 판단하고, 일 실시예에 따른 메인 제어 모듈(51)과 달리 서브 제어 모듈(52)에게 제1 셧다운 명령을 전송하지 않고, 스스로 웨이크업 상태로부터 슬립 상태로 전환하게 된다.
또 다른 실시예에 따른, 메인 제어 모듈(51)은 웨이크업 상태로부터 슬립 상태로 전환되면 통신 스위칭부(40b)의 송신 스위치(41b)와 수신 스위치(42b)를 턴 오프시킴으로써, 제1 통신 커넥터(30b)와 제어부(50)에 포함된 메인 제어 모듈(51) 사이의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하면, 도 4와는 달리, 저항 소자(R1)의 제2 엔드는 서브 제어 모듈(52) 및 메인 제어 모듈(51) 중에서 서브 제어 모듈(52)에만 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 저항 소자(R1)의 제2 엔드와 메인 제어 모듈(51) 간의 전기적 연결은 생략될 수 있다. 이 경우, 슬립 상태로부터 웨이크업 상태로 전환하여 동작하는 방식은 도 4를 참조하여 전술한 바와 동일하지만, 웨이크업 상태로부터 슬립 상태로 재전환하는 방식은 도 4와 상이하다. 구체적으로, 서브 제어 모듈(52)은 메인 제어 모듈(51)이 웨이크업 상태에서 동작하는 중에 저항 소자(R1)의 전압을 모니터링하고, 저항 소자(R1)의 전압이 임계 범위를 벗어나는 경우, 제1 전원 커넥터(30a)와 제2 전원 커넥터(110a)가 분리된 것으로 판단하고, 메인 제어 모듈(51)로부터의 제1 셧다운 명령이 없어도 메인 제어 모듈(51)에 대한 동작 전압의 공급을 중단한다. 이에 따라, 메인 제어 모듈(51)은, 자신이 직접 저항 소자(R1)의 전압을 모니터링하지 않으면서, 서브 제어 모듈(52)로부터 동작 전압이 공급되는지에 따라 슬립 상태 또는 웨이크업 상태로 동작하게 된다.
한편, 도 1 또는 도 3에 따른 제어부(50)는 저항 소자(R1)의 전압에 따라 외부 장치(100)가 충전기인지 아니면 무선 기기 본체인지 판정할 수 있다. 구체적으로, 충전기에 포함되는 저항 소자(R3)의 저항값을 무선 기기 본체에 포함되는 저항 소자(R3)의 저항값과는 상이하게 설정하면, 충전기가 배터리 팩(10)에 결합된 경우의 저항 소자(R1)의 전압은 무선 기기 본체가 배터리 팩(10)에 결합된 경우의 저항 소자(R1)의 전압과는 달라지게 된다. 따라서, 저항 소자(R1)의 전압이 임계 범위 내의 제1 값과 제2 값 사이인 경우, 제어부(50)는 배터리 팩(10)이 충전기에 결합된 것으로 판정하여 충전 스위치(41a)의 FET을 턴 온 상태로 방전 스위치(42a)의 FET은 턴 오프 상태로 제어할 수 있다. 반면, 저항 소자(R1)의 전압이 임계 범위 내의 제3 값과 제4 값 사이인 경우, 제어부(50)는 배터리 팩(10)이 무선 기기 본체에 결합된 것으로 판정하여 충전 스위치(41a)의 FET을 턴 오프 상태로 방전 스위치(42a)의 FET은 턴 온 상태로 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리 팩
20: 배터리 모듈
30a: 제1 전원 커넥터
30b: 제1 통신 커넥터
40a: 전원 스위칭부
41a: 충전 스위치
42a: 방전 스위치
40b: 통신 스위칭부
41b: 송신 스위치
42b: 수신 스위치
50: 제어부
51: 메인 제어 모듈
52: 서브 제어 모듈
100: 외부 장치
110b: 제2 전원 커넥터
110b: 제2 통신 커넥터
120: 보호 커패시터

Claims (9)

  1. 양극 단자 및 음극 단자를 가지는 배터리 모듈;
    상기 양극 단자에 연결되는 제1 전원 단자, 상기 음극 단자에 연결되는 제2 전원 단자 및 제1 보조 단자를 가지고, 외부 장치에 포함되어 상기 배터리 모듈의 전력을 입력받는 제2 전원 커넥터와 결합 또는 분리 가능하게 구성된 제1 전원 커넥터;
    제1 엔드가 접지에 전기적으로 연결되고, 제2 엔드가 상기 제1 보조 단자에 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 저항 소자;
    상기 제1 저항 소자의 전압에 기반하여, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 결합되었는지 여부를 판단하는 제어부;
    상기 외부 장치와 상기 제어부 간의 통신 신호가 입출력되는 제1 통신 커넥터; 및
    상기 제어부와 상기 제1 통신 커넥터 사이에 설치되는 통신 스위칭부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 저항 소자의 전압이 임계 범위에 속하는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 결합된 것으로 판단하고, 동작 전원을 공급하는 서브 제어 모듈; 및
    상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 결합되지 않은 경우 슬립 상태로 동작하고, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 결합되어 상기 서브 제어 모듈로부터 상기 동작 전원이 공급되는 경우 웨이크업 상태로 동작하며, 상기 웨이크업 상태로 동작 시 상기 통신 스위칭부를 턴 온시키도록 구성된 메인 제어 모듈을 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 모듈은
    상기 웨이크업 상태에서 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 웨이크업 상태에서 상기 슬립 상태로 동작하는 배터리팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 모듈은
    상기 슬립 상태로 동작하면 상기 통신 스위칭부를 턴 오프시키는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어 모듈은
    상기 웨이크업 상태에서 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 서브 제어 모듈에게 제1 셧다운 명령을 전송하고,
    상기 서브 제어 모듈은
    상기 메인 제어 모듈로부터의 상기 제1 셧다운 명령에 응답하여, 상기 메인 제어 모듈에 대한 상기 동작 전원의 공급을 중단하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서브 제어 모듈은
    상기 메인 제어 모듈의 웨이크업 상태 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 메인 제어 모듈에게 제2 셧다운 명령을 전송하고,
    상기 메인 제어 모듈은
    상기 서브 제어 모듈로부터의 상기 제2 셧다운 명령에 응답하여, 상기 웨이크업 상태에서 상기 슬립 상태로 동작하는 배터리팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 서브 제어 모듈은
    상기 메인 제어 모듈이 상기 웨이크업 상태에서 동작 중에 상기 제1 저항 소자의 전압이 레벨이 상기 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 제1 전원 커넥터와 상기 제2 전원 커넥터가 분리된 것으로 판단하고, 상기 메인 제어 모듈에 대한 상기 동작 전원의 공급을 중단하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈과 상기 전원 커넥터 사이에 연결되도록 구성된 전원 스위칭부를 더 포함하고,
    상기 메인 제어 모듈은,
    상기 웨이크업 상태로 동작 시 상기 전원 스위칭부를 턴 온시킴으로써, 상기 배터리 모듈을 충전 또는 방전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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