特許 6293404 バッテリーパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6293404

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】バッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20180305BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20180305BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20180305BHJP

   H01M 10/46 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 K

   H01M2/10 E

   H01M10/44 P

   H01M10/46 101

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-119458(P2012-119458)

(22)【出願日】2012年5月25日

(65)【公開番号】特開2012-249516(P2012-249516A)

(43)【公開日】2012年12月13日

【審査請求日】2015年3月16日

【審判番号】不服2016-19228(P2016-19228/J1)

【審判請求日】2016年12月22日

(31)【優先権主張番号】61/490,542

(32)【優先日】2011年5月26日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/451,363

(32)【優先日】2012年4月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590002817

【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】金 奉永

(72)【発明者】

【氏名】申 基鎬

【合議体】

【審判長】 藤井 昇

【審判官】 堀川 一郎

【審判官】 中川 真一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５４７２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H02J 7/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーモジュールと、バッテリー管理ユニットと、制御部とを含むバッテリーパックであって、
前記バッテリーモジュールが複数のバッテリーユニットを含み、
各バッテリーユニットが陽極端子および陰極端子を含み、
前記バッテリー管理ユニットが、前記複数のバッテリーユニットの数と同数の複数のシングルバッテリー管理ユニットと、充電端子ユニットと、放電端子ユニットとを含み、
各シングルバッテリー管理ユニットは、各バッテリーユニットの陽極端子に連結された正極充電端子および正極放電端子と、各バッテリーユニットの陰極端子に連結された陰極充電端子および陰極放電端子とを含み、
前記充電端子ユニットは、各シングルバッテリー管理ユニットの正極充電端子にそれぞれ連結された複数の正極充電端子と、各シングルバッテリー管理ユニットの陰極充電端子にそれぞれ連結された複数の陰極充電端子とを含み、
前記放電端子ユニットは、各シングルバッテリー管理ユニットの正極放電端子にそれぞれ接続された複数の正極放電端子と、各シングルバッテリー管理ユニットの陰極放電端子にそれぞれ接続された複数の陰極放電端子とを含み、
前記制御部は、前記放電端子ユニットの正極放電端子および陰極放電端子に一対一で連結される複数の放電制御端子と、複数の放電制御スイッチと、複数のダイオードとを含み、
前記制御部は、放電の場合、前記複数の放電制御スイッチをオンにして、前記複数のバッテリーユニットが直列接続され、各バッテリーユニット間に前記複数の放電制御スイッチのうち一つと前記複数のダイオードのうち一つが連結されるようにし、充電の場合、前記複数の放電制御スイッチをオフにして、前記複数のバッテリーユニットが並列接続されるようにすることを特徴とするバッテリーパック。

【請求項2】

前記バッテリーパックは、
前記放電端子ユニットの前記複数の正極放電端子と前記複数の陰極放電端子を通して負荷に電力を提供し、
前記充電端子ユニットの前記複数の正極充電端子と前記複数の陰極充電端子を通して前記複数のバッテリーユニットを充電することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項3】

前記充電端子ユニットは前記放電端子ユニットと離れて位置することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項4】

前記充電端子ユニットの前記複数の正極充電端子と前記複数の陰極充電端子は外部の充電器とそれぞれ連結されるように設置されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項5】

前記制御部は、前記バッテリーパックが充電中であるかどうかを判別するために外部の充電器と通信することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はバッテリーパックに関する。

【背景技術】

【0002】

２次電池は携帯電話、ノートパソコン、カムコーダー、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等携帯用電子機器だけでなく家庭用真空掃除機などの携帯電源としても使用されている。一般的な家庭用真空掃除機の場合、家庭内のＡＣ電源を利用して掃除機のモータを駆動させる。しかし、ＡＣ電源を連結できない空間内で家庭用真空掃除機を携帯するためには別途電源が必ず必要になる。このような携帯電源としての２次電池は仕様により異なるが、約１００Ｖ以上の高出力が必要となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は高効率充電および高出力放電のためのバッテリーパックを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の一実施例によるバッテリーパックは、複数のバッテリーユニットと連結された複数の正極バッテリー端子および複数の陰極バッテリー端子；前記正極バッテリー端子とそれぞれ連結された複数の正極充電端子；前記正極バッテリー端子とそれぞれ連結された複数の正極放電端子；前記陰極バッテリー端子とそれぞれ連結された複数の陰極充電端子；前記陰極バッテリー端子とそれぞれ連結された複数の陰極放電端子；前記正極放電端子および前記陰極放電端子に連結された複数の放電制御スイッチ；および前記バッテリーユニットを選択的に直列連結するために前記複数の放電制御スイッチの状態を制御する制御部を含む。

【0005】

また、前記バッテリーパックは、前記複数の正極放電端子と前記複数の陰極放電端子を通して負荷に電力を提供し、前記複数の正極充電端子と前記複数の陰極充電端子を通して前記複数のバッテリーユニットを充電することができる。

【0006】

また、前記充電端子は互いに離れて位置し、前記放電端子は互いに離れて位置し、前記充電端子は前記充電端子間の間隔及び前記放電端子間の間隔より遠い距離に、前記放電端子と離れて位置することができる。

【0007】

また、前記充電端子は充電端子ユニット内に形成され、前記放電端子は放電端子ユニット内に形成され、前記充電端子ユニットは前記放電端子ユニットと離れて位置することができる。

【0008】

また、前記放電端子のうちのいずれか一つの放電端子と前記放電制御スイッチのうちのいずれか一つの放電制御スイッチとの間に位置するダイオードをさらに含むことができる。

【0009】

また、前記放電端子のうちのいずれか一つの放電端子と前記放電制御スイッチのうちのいずれか一つの放電制御スイッチとの間にそれぞれ位置する複数のダイオードをさらに含むことができる。

【0010】

また、前記複数の放電制御スイッチは、前記複数のバッテリーユニットのうちのいずれか一つのバッテリーユニットの正極放電端子と次のバッテリーユニットの陰極放電端子を選択的に直列連結するようにそれぞれ設置されることができる。

【0011】

また、前記複数の正極充電端子と前記複数の陰極充電端子は外部の充電器とそれぞれ連結されるように設置されることができる。

【0012】

また、前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されない場合、前記複数のバッテリーユニットが互いに直列に連結されるように前記複数の放電制御スイッチの状態を制御することができる。

【0013】

また、前記制御部は、前記バッテリーパックが充電中であるかどうかを判別するために外部の充電器と通信することができる。

【0014】

本発明の他の実施例によるバッテリーパックは、外部の充電器によって個別に充電され、外部の負荷に電力を提供することによって放電されるように設けられた複数のバッテリーユニット；前記複数のバッテリーユニットと連結された複数のスイッチ；および前記複数のバッテリーユニットが充電されていない場合、前記複数のバッテリーユニットが互いに直列に連結されるように前記複数のスイッチを制御する制御部を含む。

【0015】

また、前記バッテリーパックは、複数の正極放電端子と複数の陰極放電端子を通して前記負荷に電力を提供し、複数の正極充電端子と複数の陰極充電端子を通して前記複数のバッテリーユニットを充電することができる。

【0016】

また、前記充電端子は互いに離れて位置し、前記放電端子は互いに離れて位置し、前記充電端子は前記充電端子間の間隔及び前記放電端子間の間隔より遠い距離に、前記放電端子と離れて位置することができる。

【0017】

また、前記充電端子は充電端子ユニット内に形成され、前記放電端子は放電端子ユニット内に形成され、前記充電端子ユニットは前記放電端子ユニットと離れて位置することができる。

【0018】

また、前記複数のスイッチのうちのいずれか一つのスイッチと前記複数のバッテリーユニットのうちのいずれか一つのバッテリーユニットとの間に位置するダイオードをさらに含むことができる。

【0019】

また、前記複数のスイッチのうちのいずれか一つのスイッチと前記複数のバッテリーユニットのうちのいずれか一つのバッテリーユニットとの間に位置する複数のダイオードをさらに含むことができる。

【0020】

また、前記複数のスイッチは、前記複数のバッテリーユニットのうちのいずれか一つのバッテリーユニットの正極放電端子と次のバッテリーユニットの陰極放電端子を選択的に直列連結するようにそれぞれ設置することができる。

【0021】

また、前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されるかどうかを判別するために前記充電器と通信することができる。

【0022】

本発明のまた他の実施例によるバッテリーパックは、正極端子と陰極端子をそれぞれ有する複数のバッテリーユニット；および前記複数のバッテリーユニットを放電させるために第１設定を提供し、前記複数のバッテリーユニットを充電させるために第２設定を提供する制御部を含み、前記制御部は前記第１設定を提供する場合、前記複数のバッテリーユニットは連結され、前記第２設定を提供する場合、前記複数のバッテリーユニットは連結されない。

【0023】

また、前記第１設定で前記複数のバッテリーユニットは互いに直列に連結できる。

【0024】

また、前記バッテリーパックは、正極放電端子と陰極放電端子を通して負荷に電力を提供し、前記正極充電端子と前記陰極充電端子を通して前記複数のバッテリーユニットを充電することができる。

【0025】

また、前記充電端子は互いに離れて位置し、前記放電端子は互いに離れて位置し、前記充電端子は前記充電端子間の間隔及び前記放電端子間の間隔より遠い距離に、前記放電端子と離れて位置することができる。

【0026】

また、前記充電端子は充電端子ユニット内に形成され、前記放電端子は放電端子ユニット内に形成され、前記充電端子ユニットは前記放電端子ユニットと離れて位置することができる。

【0027】

本発明のまた他の実施例によるバッテリーパックは、前記複数のバッテリーユニットと連結される複数のスイッチ；および前記複数のバッテリーユニットのうちのいずれか一つのバッテリーユニットと前記複数のスイッチのうちのいずれか一つのスイッチとの間に位置するダイオードをさらに含む。

【0028】

また、前記複数のスイッチは、前記複数のバッテリーユニットのうちのいずれか一つのバッテリーユニットの正極放電端子と次のバッテリーユニットの陰極放電端子を選択的に直列連結するようにそれぞれ設置することができる。

【0029】

また、前記制御部は、前記バッテリーパックが充電中であるかどうかを判別するために外部の充電器と通信することができる。

【0030】

また、前記正極充電端子と前記陰極充電端子は外部の充電器と連結されるようにそれぞれ設置することができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、高効率充電および高出力放電のためのバッテリーパックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1A】本発明の実施例による放電待機モードにおけるバッテリーパックおよび充電器のブロック図である。

【図1B】図１Ａに対する回路図である。

【図1C】図１Ａの放電待機モードに対するバッテリーパックの等価回路図である。

【図2A】本発明の実施例による充電モードにおけるバッテリーパックおよび充電器の回路図である。

【図2B】図２Ａの充電モードに対するバッテリーパックの等価回路図である。

【図3A】本発明の実施例による放電モードにおけるバッテリーパックおよび充電器の回路図である。

【図3B】図３Ａの放電モードに対するバッテリーパックの等価回路図である。

【図4】本発明の実施例によるバッテリーパックの充／放電動作アルゴリズムを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の望ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【0034】

図１Ａは、本発明の実施例による放電待機モードにおけるバッテリーパック１００および充電器２００のブロック図である。図１Ｂは、図１Ａに対する回路図である。

【0035】

図１Ａおよび図１Ｂを参照すれば、本発明の実施例によるバッテリーパック１００はバッテリーモジュール１１０、バッテリー管理ユニット１２０およびマイクロコントローラーのような制御部１３０を含む。

【0036】

バッテリーモジュール１１０は複数のバッテリーユニットを含む。例えば、図１Ａに示されているように、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３を含むことができる。この実施例ではバッテリーモジュール１１０が三つのバッテリーユニットを含む場合について説明しているが、これに限定されることなく、異なる個数のバッテリーユニットを含んで実施しても構わない。

【0037】

それぞれのバッテリーユニット１１１、１１２、１１３は複数のバッテリーセルを含む。バッテリーユニット１１１、１１２、１１３にそれぞれ含まれている複数のバッテリーセルは互いに直列および／または並列に連結できる。

【0038】

また、バッテリーユニット１１１、１１２、１１３は複数の端子をそれぞれ含む。例えば、図１Ａに示されているように、第１バッテリーユニット１１１は第１陽極端子Ｂ１＋と第１陰極端子Ｂ１−を含むことができる。また、第２バッテリーユニット１１２は第２陽極端子Ｂ２＋と第２陰極端子Ｂ２−を含むことができる。また、第３バッテリーユニット１１３は第３陽極端子Ｂ３＋と第３陰極端子Ｂ３−を含むことができる。

【0039】

バッテリー管理ユニット１２０は第１ないし第３シングルバッテリー管理ユニット１２１、１２２、１２３、充電端子ユニット１２４、および放電端子ユニット１２５を含む。

【0040】

第１シングルバッテリー管理ユニット１２１は第１充／放電スイッチ１２１ａ、第１ヒューズユニット１２１ｂ、第１スイッチ制御ユニット１２１ｃ、および第１充／放電端子ユニット１２１ｄを含むことができる。

【0041】

第１充／放電スイッチ１２１ａは充電スイッチと放電スイッチで構成される。このような充電スイッチと放電スイッチは第１バッテリーユニット１１１の第１陽極端子Ｂ１＋と第１シングルバッテリー管理ユニット１２１の第１陽極端子Ｂ１＋の間に電気的に連結される。このような第１充／放電スイッチ１２１ａは第１バッテリーユニット１１１を充電および／または放電するだけでなく、過充電または過放電が発生した時の１次保護回路素子としての役割をする。

【0042】

第１ヒューズユニット１２１ｂは第１ヒューズ、第１加熱抵抗、および第１ヒューズスイッチで構成される。このように構成される場合、第１ヒューズユニット１２１ｂは第１充／放電スイッチ１２１ａの破損または誤動作の際、２次保護回路素子としての役割をする。ここで、第１ヒューズスイッチは第１スイッチ制御ユニット１２１ｃの制御を受けられる。

【0043】

第１スイッチ制御ユニット１２１ｃは充／放電モードにより第１充／放電スイッチ１２１ａのスイッチング動作を制御することによって、第１バッテリーユニット１１１の充／放電を制御する。

【0044】

また、第１スイッチ制御ユニット１２１ｃは第１バッテリーユニット１１１の電圧を検出し、検出された電圧に基づいて第１バッテリーユニット１１１の過充電／過放電保護機能および電圧バランシングを行う。

【0045】

第１充／放電端子ユニット１２１ｄは第１ヒューズユニット１２１ｂと連結された第１正極充電端子ＣＰ１＋と第１正極放電端子ＤＰ１＋、および第１バッテリーユニット１１１の第１陰極端子Ｂ１−に連結された第１陰極充電端子ＣＰ１−と第１陰極放電端子ＤＰ１−を含む。

【0046】

本実施例で、第１バッテリーユニット１１１の第１陽極端子Ｂ１＋は第１充／放電スイッチ１２１ａおよび第１ヒューズユニット１２１ｂを通じて、第１正極充電端子ＣＰ１＋および第１正極放電端子ＤＰ１＋とそれぞれ連結される。また、第１バッテリーユニット１１１の第１陰極端子Ｂ１−は第１陰極充電端子ＣＰ１−および第１陰極放電端子ＤＰ１−に直接連結される。第１陰極端子Ｂ１−と二つの第１陰極充電端子ＣＰ１−および第１陰極放電端子ＤＰ１−との間にある第１スイッチ制御ユニット１２１ｃは、第１バッテリーユニット１１１の電流を感知するための電流センサー１２１ｅに連結されることもできる。

【0047】

他の実施例として、第１バッテリーユニット１１１の第１陰極端子Ｂ１−は、第１陰極充電端子ＣＰ１−と第１陰極放電端子ＤＰ１−とに直接的に連結することができる。

【0048】

第２シングルバッテリー管理ユニット１２２は第２充／放電スイッチ１２２ａ、ヒューズ１２２ｂ、第２スイッチ制御ユニット１２２ｃ、および第２充／放電端子ユニット１２２ｄを含む。

【0049】

第２充／放電スイッチ１２２ａは充電スイッチと放電スイッチで構成される。このような充電スイッチと放電スイッチは第２バッテリーユニット１１２の第２陽極端子Ｂ２＋と第２ヒューズユニット１２２ｂとの間で電気的に連結される。このような第２充／放電スイッチ１２２ａは第２バッテリーユニット１１２を充電および／または放電するだけでなく、過充電または過放電が発生した時の１次保護回路素子としての役割をする。

【0050】

第２ヒューズユニット１２２ｂは第２ヒューズ、第２加熱抵抗、第２ヒューズスイッチで構成される。このように構成される場合、第２ヒューズユニット１２２ｂは第２充／放電スイッチ１２２ａの破損または誤動作の際、２次保護回路素子としての役割をする。ここで、第２ヒューズスイッチは第２スイッチ制御ユニット１２２ｃの制御を受けることができる。

【0051】

第２スイッチ制御ユニット１２２ｃは充／放電モードにより第２充／放電スイッチ１２２ａのスイッチング動作を制御することによって、第２バッテリーユニット１１２の充／放電を制御する。

【0052】

また、第２スイッチ制御ユニット１２２ｃは第２バッテリーユニット１１２の電圧を検出し、検出された電圧に基づいて第２バッテリーユニット１１２の過充電／過放電保護機能および電圧バランシングを行う。

【0053】

第２充／放電端子ユニット１２２ｄは第２ヒューズユニット１２２ｂと連結された第２正極充電端子ＣＰ２＋、第２正極放電端子ＤＰ２＋、そして第２バッテリーユニット１１２の第２陰極端子Ｂ２−に連結された第２陰極充電端子ＣＰ２−および第２陰極放電端子ＤＰ２−を含む。

【0054】

第２バッテリーユニット１１２の第２陽極端子Ｂ２＋は第２充／放電スイッチ１２２ａおよび第２ヒューズユニット１２２ｂを通じて、第２正極充電端子ＣＰ２＋および第２正極放電端子ＤＰ２＋にそれぞれ連結される。

【0055】

また、第２バッテリーユニット１１２の第２陰極端子Ｂ２−は第２陰極充電端子ＣＰ２−および第２陰極放電端子ＤＰ２−に直接連結される。もちろん、第２陰極端子Ｂ２−と二つの第２陰極充電端子ＣＰ２−および第２陰極放電端子ＤＰ２−との間にある第２スイッチ制御ユニット１２２ｃは、第２バッテリーユニット１１２の電流を感知するための電流センサー１２２ｅに連結されることもできる。

【0056】

一方、第２バッテリーユニット１１２の第２陰極端子Ｂ２−は、第２陰極充電端子ＣＰ２−と第２陰極放電端子ＤＰ２−とに直接的に連結することもできる。

【0057】

第３シングルバッテリー管理ユニット１２３は第３充／放電スイッチ１２３ａ、ヒューズ１２３ｂ、第３スイッチ制御ユニット１２３ｃ、および第３充／放電端子ユニット１２３ｄを含む。

【0058】

第３充／放電スイッチ１２３ａは充電スイッチと放電スイッチで構成される。このような充電スイッチと放電スイッチは第３バッテリーユニット１１３の第３陽極端子Ｂ３＋と第３ヒューズユニット１２３ｂとの間で電気的に連結される。このような第３充／放電スイッチ１２３ａは第３バッテリーユニット１１３の充／放電だけでなく、過充電または過放電が発生した時の１次保護回路素子としての役割をする。

【0059】

第３ヒューズユニット１２３ｂは第３ヒューズ、第３加熱抵抗、第３ヒューズスイッチで構成される。このように構成される場合、第３ヒューズユニット１２３ｂは第３充／放電スイッチ１２３ａの破損または誤動作の際、２次保護回路素子としての役割をする。ここで、第３ヒューズスイッチは第３スイッチ制御ユニット１２３ｃの制御を受けることができる。

【0060】

第３スイッチ制御ユニット１２３ｃは充／放電モードにより第３充／放電スイッチ１２３ａのスイッチング動作を制御することによって、第３バッテリーユニット１１３の充／放電を制御する。

【0061】

また、第３スイッチ制御ユニット１２３ｃは第３バッテリーユニット１１３の電圧を検出し、検出された電圧に基づいて第３バッテリーユニット１１３の過充電／過放電保護機能および電圧バランシングを行う。

【0062】

第３充／放電端子ユニット１２３ｄは第３ヒューズユニット１２３ｂと連結された第３正極充電端子ＣＰ３＋、第３正極放電端子ＤＰ３＋、そして第３バッテリーユニット１１３の第３陰極端子Ｂ３−に連結された第３陰極充電端子ＣＰ３−および第３陰極放電端子ＤＰ３−を含む。

【0063】

第３バッテリーユニット１１３の第３陽極端子Ｂ３＋は第３充／放電スイッチ１２３ａおよび第３ヒューズユニット１２３ｂを通じて、第３正極充電端子ＣＰ３＋および第３正極放電端子ＤＰ３＋にそれぞれ連結される。

【0064】

また、第３バッテリーユニット１１３の第３陰極端子Ｂ３−は第３陰極充電端子ＣＰ３−および第３陰極放電端子ＤＰ３−に直接連結される。もちろん、第３陰極端子Ｂ３−と二つの第３陰極充電端子ＣＰ３−および第３陰極放電端子ＤＰ３−との間にある第３スイッチ制御ユニット１２３ｃは、第３バッテリーユニット１１３の電流を感知するための電流センサー１２３ｅに連結されることができる。

【0065】

一方、第３バッテリーユニット１１３の第３陰極端子Ｂ３−は、第３陰極充電端子ＣＰ３−と第３陰極放電端子ＤＰ３−とに直接的に連結することができる。

【0066】

充電端子ユニット１２４は第１ないし第３正極充電端子ＣＰ１＋、ＣＰ２＋、ＣＰ３＋と第１ないし第３陰極充電端子ＣＰ１−、ＣＰ２−、ＣＰ３−を含む。充電端子ユニット１２４は第１ないし第３充／放電端子ユニット１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄにそれぞれ分散している充電端子を一つの物理的構成で集結させるためである。

【0067】

そのために、充電端子ユニット１２４の第１正極充電端子ＣＰ１＋、第２正極充電端子ＣＰ２＋および第３正極充電端子ＣＰ３＋は、第１ないし第３充／放電端子ユニット１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄにそれぞれ含まれている第１正極充電端子ＣＰ１＋、第２正極充電端子ＣＰ２＋および第３正極充電端子ＣＰ３＋と一対一に対応して電気的に連結される。

【0068】

また、充電端子ユニット１２４の第１陰極充電端子ＣＰ１−、第２陰極充電端子ＣＰ２−および第３陰極充電端子ＣＰ３−は、第１ないし第３充／放電端子ユニット１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄにそれぞれ含まれている第１陰極充電端子ＣＰ１−、第２陰極充電端子ＣＰ２−および第３陰極充電端子ＣＰ３−と一対一に対応して電気的に連結される。

【0069】

放電端子ユニット１２５は第１ないし第３正極放電端子ＤＰ１＋、ＤＰ２＋、ＤＰ３＋と第１ないし第３陰極放電端子ＤＰ１−、ＤＰ２−、ＤＰ３−を含む。放電端子ユニット１２５は第１ないし第３充／放電端子ユニット１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄにそれぞれ分散している放電端子を一つの物理的構成で集結させるためである。

【0070】

一方、充電端子ユニットは放電端子ユニットから離れて位置することができる。充電端子ユニット１２４の正極および陰極充電端子は互いに離れて位置し、正極および陰極放電端子も互いに離れて位置する。また、正極および陰極充電端子は、正極および陰極充電端子間の間隔と正極および陰極放電端子間の間隔より遠い距離に、正極および陰極放電端子と離れて位置することができる。

【0071】

放電端子ユニット１２５の第１正極放電端子ＤＰ１＋、第２正極放電端子ＤＰ２＋、および第３正極放電端子ＤＰ３＋は、第１ないし第３充／放電端子ユニット１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄにそれぞれ含まれている第１正極放電端子ＤＰ１＋、第２正極充電端子ＤＰ２＋、および第３正極充電端子ＤＰ３＋と一対一に対応して電気的に連結される。また、放電端子ユニット１２５の第１陰極放電端子ＤＰ１−、第２陰極放電端子ＤＰ２−、および第３陰極放電端子ＤＰ３−は、第１ないし第３充／放電端子ユニット１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄにそれぞれ含まれている第１陰極放電端子ＤＰ１−、第２陰極放電端子ＤＰ２−、および第３陰極放電端子ＤＰ３−と一対一に対応して電気的に連結される。

【0072】

制御部１３０はコントローラー１３５を含むことができる。コントローラー１３５は、バッテリーパック１００と充電器２００が連結されるとき、充電器２００および外部電源間の連結の有無を判別し、判別結果により第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３の直列連結の解除の要否を決定する。

【0073】

制御部１３０は充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２、複数の放電制御端子、第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２を含む。

【0074】

制御部１３０の充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２は、バッテリーパック１００と充電器２００が連結される場合、充電器２００の充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２と連結される。ここで、制御部１３０の充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２は正極充電認識端子ＴＢ１と陰極充電認識端子ＴＢ２で構成され、これと同様に、充電器２００の充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２は正極充電認識端子ＴＢ１と陰極充電認識端子ＴＢ２で構成される。したがって、バッテリーパック１００と充電器２００を連結する場合、制御部１３０の正極充電認識端子ＴＢ１は充電器２００の正極充電認識端子ＴＢ１と連結され、制御部１３０の陰極充電認識端子ＴＢ２は充電器２００の陰極充電認識端子ＴＢ２と連結される。

【0075】

制御部１３０は制御部１３０の充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２を通じて充電器２００から電圧を検出し、検出された電圧のレベルが、例えば、ハイからローに変わったのかまたはローからハイに変わったのか、またはローレベルをそのまま維持しているかにより第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング動作を制御する。

【0076】

放電制御端子は第１ないし第３正極放電制御端子および第１ないし第３陰極放電制御端子で構成される。例えば、第１ないし第３正極放電制御端子および第１ないし第３陰極放電制御端子は放電端子ユニット１２５の第１ないし第３正極放電端子ＤＰ１＋、ＤＰ２＋、ＤＰ３＋および第１ないし第３陰極放電端子ＤＰ１−、ＤＰ２−、ＤＰ３とそれぞれ一対一に対応して電気的に連結される。ここで、第１正極放電制御端子はパック陽極端子Ｐ１＋と電気的に連結され、第３陰極放電制御端子はパック陰極端子Ｐ３−と電気的に連結される。パック陽極端子Ｐ１＋とパック陰極端子Ｐ３−はバッテリーパック１００の放電時に外部負荷と連結される。

【0077】

第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２は放電制御端子間に電気的に連結される。例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、第１放電制御スイッチＳＷ１は第１陰極放電制御端子ＤＰ１−と第２正極放電制御端子ＤＰ２＋の間に連結される。また、第２放電制御スイッチＳＷ２は第２陰極放電制御端子ＤＰ２−と第３正極放電制御端子ＤＰ３＋の間に連結される。これとともに、第１陰極放電制御端子ＤＰ１−と第１放電制御スイッチＳＷ１の間と、第２陰極放電制御端子ＤＰ２−と第２放電制御スイッチＳＷ２の間にそれぞれダイオードＤ１、Ｄ２が連結される。

【0078】

ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２はバッテリーパックの放電時に第１ないし第３バッテリーユニットが直列に連結されて放電電流を流せるようにし、また、バッテリーパックの充電時に第１ないし第３バッテリーユニットの直列連結状態が確実に解除されるようにする役割を果たす。制御部１３０は図１Ａに示されているように、バッテリーパック１００の放電待機モード、つまり自然放電状態で第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンさせ、第１陰極放電制御端子ＤＰ１−と第２正極放電制御端子ＤＰ２＋の間、そして、第２陰極放電制御端子ＤＰ２−と第３正極放電制御端子ＤＰ３＋の間を電気的に連結する。ここで、第１陰極放電制御端子ＤＰ１−と第２正極放電制御端子ＤＰ２＋の間が連結されると、第１バッテリーユニット１１１の第１陰極端子Ｂ１−と第２バッテリーユニット１１２の第２陽極端子Ｂ２＋が連結され、第２陰極放電制御端子ＤＰ２−と第３正極放電制御端子ＤＰ３＋の間が連結されると、第２バッテリーユニット１１２の第２陰極端子Ｂ２−と第３バッテリーユニット１１３の第３陽極端子Ｂ３＋が連結されるので、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３は直列連結状態となる。

【0079】

一方、制御部１３０は放電待機モードだけでなく、放電モードでも第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２をターンオンさせて、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３が直列連結されるようにする。

【0080】

充電器２００は複数の出力端子および充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２を含む。

【0081】

充電器２００の出力端子は充電端子ユニット１２４の第１ないし第３正極充電端子ＣＰ１＋、ＣＰ２＋、ＣＰ３＋と第１ないし第３陰極充電端子ＣＰ１−、ＣＰ２−、ＣＰ３−にそれぞれ一対一に対応するように構成される。例えば、複数の出力端子は第１ないし第３正極出力端子と第１ないし第３陰極出力端子で構成される。バッテリーパック１００と充電器２００を連結する場合、第１ないし第３正極出力端子は充電器２００の正極充電認識端子ＴＢ１と連結され、第１ないし第３陰極出力端子は充電器２００の陰極充電認識端子ＴＢ２と連結される。したがって、例えば、バッテリーパック１００と充電器２００が連結される場合、正極充電認識端子ＴＢ１と陰極充電認識端子ＴＢ２にはハイレベルの電位が形成されることができる。

【0082】

以下、添付図面を参照して本発明の実施例によるバッテリーパック１００の動作について説明する。

【0083】

図１Ｃは、図１Ａの放電待機モードに対するバッテリーパック１００の等価回路図である。図２Ａは、本発明の実施例による充電モードにおけるバッテリーパック１００と充電器２００の回路図である。図２Ｂは、図２Ａの充電モードに対するバッテリーパック１００の等価回路図である。図３Ａは、本発明の実施例による放電モードにおけるバッテリーパック１００と充電器２００の回路図である。図３Ｂは、図３Ａの放電モードに対するバッテリーパック１００の等価回路図である。図４は、本発明の実施例によるバッテリーパック１００の充／放電動作アルゴリズムを示すフローチャートである。

【0084】

１．放電待機モード
バッテリーパック１００のモードを認識するために制御部１３０は充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２を通じて、電圧を持続的に検出する（Ｓ４１０）。

【0085】

制御部１３０は検出された電圧のレベルがハイレベルであるか（Ｓ４２０Ａ）、ローレベルであるか（Ｓ４２０Ｂ）を判別する。判別の結果、検出された電圧のレベルがローレベルである場合（Ｓ４２０Ｂ）、制御部１３０はバッテリーパック１００が放電待機モードであることを認識する（Ｓ４６０）。

【0086】

このような場合、制御部１３０は第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンの状態にして、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３を直列連結する（Ｓ４７０）。ここで、制御部１３０は、バッテリーパック１００が充電器２００を通じて充電したり外部の負荷に連結されて放電したりしない状態、つまり、自然放電状態では第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンにして、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３を直列連結された状態に維持させることができる。このような状態を図１Ｃに示すように、等価回路で表すことができる。

【0087】

２．充電モード
外部電源が連結された充電器２００の出力端子とバッテリーパック１００の充電端子ユニット１２４が物理的および電気的に連結されると、制御部１３０の充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２を通じて検出された電圧のレベルはローレベルからハイレベルになる（Ｓ４２０Ａ）。このとき、制御部１３０は充電モードであることを認識する（Ｓ４３０）。これによって、制御部１３０は第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２をターンオフさせる（Ｓ４４０）。

【0088】

このような場合、放電端子ユニット１２５の放電端子間の電気的連結が切れることによって、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３の直列連結が解除される。

【0089】

これと同時に、充電器２００の出力端子とバッテリーパック１００の充電端子ユニット１２４が連結される（Ｓ４５０）。このとき、充電端子ユニット１２４の各充電端子は第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３の端子とそれぞれ連結されているので、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３は充電器２００に対して並列連結される（Ｓ４５０）。したがって、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３は並列連結された状態で充電できる（Ｓ４５０）。

【0090】

但し、充電器２００の出力端子がバッテリーパック１００の充電端子ユニット１２４と連結されても、充電器２００が外部電源と連結されていない場合、制御部１３０の充電認識端子ＴＢ１、ＴＢ２を通じて検出された電圧のレベルはローレベルであるので、制御部１３０は第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３の直列連結状態を維持させることになる。

【0091】

３．放電モード
バッテリーパック１００の放電モードの認識および動作アルゴリズムは放電待機モードと類似している。制御部１３０の電圧レベルの判別結果、電圧レベルがローレベルである場合（Ｓ４２０Ｂ）、制御部１３０は放電モードを認識することになる（Ｓ４６０）。

【0092】

このような場合、制御部１３０は第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２をターンオンさせて、第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３を直列連結させる（Ｓ４７０）。このとき、パック放電端子Ｐ１＋、Ｐ３−と外部負荷が連結されている場合、パック放電端子Ｐ１＋、Ｐ３−を通じて第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３が直列連結された状態で放電が行われることになる（Ｓ４８０）。

【0093】

制御部１３０は、放電待機モードを認識するかまたは放電モードを認識するかに応じたスイッチ制御動作が類似している。つまり、制御部１３０は放電待機モードおよび放電モードのいずれにおいても第１および第２放電制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンの状態にするので、二つの場合はいずれも第１ないし第３バッテリーユニット１１１、１１２、１１３を直列連結させる。

【0094】

以上、実施例によるバッテリーパック１００のスイッチング動作制御が自動である場合について説明したが、これだけでなく、別途機械的な手段を追加して手動式のスイッチング動作制御も可能である。

【0095】

本発明によれば、充電時にバッテリーユニットを並列に連結して充電することによってバッテリーパックの総充電時間を減らすことができ、放電時にバッテリーユニットを互いに直列に連結して放電させることによって、より高い出力が可能になる。

【0096】

また、本発明によれば、低容量の充電器を利用して高容量のバッテリーパックを充電することができる。例えば、３００Ｖの直流出力電圧を有するバッテリーパックを１００Ｖの直流出力電圧を有する充電器で充電することができる。つまり、放電時には第１ないし第３バッテリーユニットが直列に連結されて３００Ｖの直流出力電圧を有するが、充電時には第１ないし第３バッテリーユニットが充電器に対して並列に連結されることによって、１００Ｖの直流出力電圧を有する充電器で第１ないし第３バッテリーユニットを充電することができる。

【0097】

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的要旨を逸脱しない範囲内において多様に修正または変形して実施できることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者には自明なことである。

【符号の説明】

【0098】

１００ バッテリーパック
１１０ バッテリーモジュール
１１１ 第１バッテリーユニット
１１２ 第２バッテリーユニット
１１３ 第３バッテリーユニット
１２０ バッテリー管理ユニット
１２１ 第１シングルバッテリー管理ユニット
１２２ 第２シングルバッテリー管理ユニット
１２３ 第３シングルバッテリー管理ユニット
１２４ 充電端子ユニット
１２５ 放電端子ユニット
１３０ 制御部
ＴＢ１、ＴＢ２ 充電認識端子
ＳＷ１、ＳＷ２ 放電制御スイッチ
２００ 充電器

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】