KR100301430B1

KR100301430B1 - 배터리및그를충전하기위한배터리충전시스템

Info

Publication number: KR100301430B1
Application number: KR1019980001424A
Authority: KR
Inventors: 어수곤
Original assignee: 어수곤
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 2001-10-27
Also published as: KR19990065909A

Abstract

본 발명은 유도자기장을 이용하여 충전하는 배터리 및 그 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전시스템에 관한 것으로서, 유도자기장을 수신하는 제1인덕션코일과, 제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 서브충전회로와, 직류에너지가 충전되는 충전체를 구비하여 된 배터리; 배터리가 안착되는 안착부의 저부에 설치되며 유도자기장을 발생하는 제2인덕션코일과, 제2인덕션코일이 소정의 유도자기장을 발생하도록 전기에너지를 인가하는 메인충전회로를 구비하여 된 에너지공급장치;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 및 그를 충전하기 위한 배터리 충전시스템

본 발명은 배터리 및 그 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 자기유도현상을 이용하여 충전이 가능한 배터리 및 그 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전시스템에 관한 것이다.

과거에 큰 부피를 차지하거나 무거워서 휴대가 불가능하였던 컴퓨터, 전화기, 테이프 레코더, 캠코더등 수많은 전자기기들은 기술이 진보함에 따라 휴대할 수 있을 정도로 소형, 경량화 되어 가고 있다. 이러한 전자기기들은 독립된 에너지 구동원을 필요로 하고 이러한 구동원으로 재충전이 가능한 2차 전지, 즉 배터리가 많이 사용되고 있다. 배터리의 수요는 휴대할 수 있는 전자기기들이 개발됨에 따라 급속도록 많아지고 있다. 이러한 배터리는 니켈-수소 배터리, 납축전지 등많은 종류가 개발되어 왔고, 배터리의 ＋, －전극을 전기 에너지를 공급하는 충전장치의 전극에 연결하여 충전을 진행하였다. 배터리는 사용목적에 따라 크기, 충전 전압, 전류, 용량이 다양하다.

그런데, 이와 같은 배터리를 충전하기 위한 충전장치는 규격이나 용량이 다른 배터리를 충전시킬 수 없다. 즉, 충전장치를 호환적으로 사용할 수 없었다.

또한, 배터리를 충전하기 위하여 배터리의 ＋,－ 전극을 충전장치의 전극에 연결시켜야 하는데, 시간이 지남에 따라 전극이 부식되거나 접촉불량등으로 원활한 충전이 이루어지지 않는다는 문제가 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전자기 유도현상을 이용함으로써 충전할 수 있는 배터리 및 그 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리의 사시도,

도 2는 도 1에 도시한 배터리의 분해 사시도,

도 3은 도 1에 도시한 배터리의 전기적 구성을 도시한 개략적 블럭도.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 충전시스템의 사시도,

도 5는 도 4에 도시한 에너지공급장치의 사시도,

도 6은 도 5의 에너지공급장치의 전기적 구성을 도시한 개략적 블럭도,

도 7a, 도 7b, 도 7c는 다른 크기의 배터리를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 ... 배터리 120 ... 제2인덕션코일

130 ... 정류부 140 ... 서브콘트롤러

143 ... 제1신호발생부 145 ... 서브송수신부

147 ... 제2신호발생부 150 ... 충전체

160 ... 기판 200 ... 에너지공급장치

211 ... 안착부 220 ... 제1인덕션코일

230 ... 콘버터 240 ... 메인콘트롤러

243 ... 검지센서 245 ... 메인송수신부

249 ... 수동스위치

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리는, 유도자기장을 수신하는 제1인덕션코일과, 상기 제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 서브충전회로와, 상기 직류에너지가 충전되는 충전체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 서브충전회로는, 제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 정류부와, 상기 정류부를 제어하는 서브콘트롤러를 포함한다. 여기서, 상기한 제1인덕션코일은, 상기 충전체의 적어도 일측에 설치되며, 상기 정류부 및/또는 서브콘트롤러등 상기한 모든 구성요소들이 일체로 설치된 기판상에 패턴닝 된 구조로 된 것이 바람직하다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 충전시스템은, 유도자기장을 수신하는 제1인덕션코일과, 상기 제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 서브충전회로와, 상기 직류에너지가 충전되는 충전체를 구비하여 된 배터리; 상기 배터리가 안착되는 안착부의 저부에 설치되며 유도자기장을 발생하는 제2인덕션코일과, 상기 제2인덕션코일이 소정의 유도자기장을 발생하도록 전기에너지를 인가하는 메인충전회로를 구비하여 된 에너지공급장치;를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 메인충전회로는, 외부에서 인가되는 교류에너지의 전류세기 및/또는 진동수를 변환하여 상기 제2인덕션코일로 공급하는 콘버터와, 그 콘버터를 제어하는 메인콘트롤러를 포함한다. 이때, 상기 메인콘트롤러는, 상기 안착부에 안착된 배터리를 검지하여 그 배터리의 충전을 개시하기 위한 충전개시신호를 발생하는 검지센서와 연결된다.

한편, 상기 서브콘트롤러는, 소정 배터리의 충전전압, 충전전류, 충전용량등의 사양정보를 담은 사양정보신호를 발생하는 제1신호발생부와, 그 배터리의 충전이 완료되었을 때 충전완료신호를 발생하는 제2신호발생부와, 상기 제1,2신호발생부에서 발생된 신호를 통신하기 위한 서브송수신부와 연결되고, 상기 메인콘트롤러는, 상기 사양정보신호 및 상기 충전완료신호를 통신하는 메인송수신부와 연결된다.

또한, 상기 메인충전회로는, 그 메인충전회로로 전기에너지가 인가되도록 수동으로 동작시킬 수 있는 수동스위치와 연결된다.

이하, 본 발명에 따른 배터리 충전시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 배터리의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시한 배터리의 전기적 구성을 도시한 개략적 블록도이다. 도시한 바와 같이, 상기 배터리(100)는, 유도자기장을 수신하는 제1인덕션코일(120)과, 상기 유도자기장에 의해 제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전가능한 직류에너지로 변환시키는 서브충전회로와, 그 직류에너지가 충전되는 충전체를 포함한다. 상기 서브충전회로는, 제1인덕션코일(120)로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 정류부(130)와, 정류부(130)를 제어하는 서브콘트롤러(140)를 포함한다. 상기 충전체(150)의 적어도 일측에는 기판(160)이 부착된다. 이 기판(160) 상부에는 제1인덕션코일(120)이 패터닝되며 권회된 구조로 형성되어 있다. 상기 제1인덕션코일(120), 정류부(130), 서브콘트롤러(140)등 언급한 모든 전기적 구성요소들이 기판(160)에 일체로 설치된다. 즉, 충전체(150)를 충전시키기 위한 필수 구성요소들이 기판상에 모두 설치되어 충전체(150)와 일체형이 되는 것이다. 이때, 충전체의 단자(152, 153)와 기판(160)의 단자(162, 163)는 상호 접속되도록 조립된다. 여기서, 상기 기판(160)은 PCB, 웨이퍼, FPC(Flexible Printed Circuit) 등으로 구현할 수 있으며, 그 기판의 범위는 본 실시예에 의해 제한되지 않는 것은 물론이다. 이때, 제1인덕션코일(120)이 충전체(150)의 양측에 마련되면 유도자기장에 의한 충전효율이 더욱 높아질 수 있다. 다음, 상기와 같은 구조의 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 충전시스템의 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시한 에너지공급장치의 사시도이며, 도 6은 도 5의 에너지공급장치의 전기적 구성을 도시한 개략적 블록도이다. 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 배터리 충전시스템은, 유도자기장에 의해 충전되는 배터리(100)와, 그 배터리를 충전하기 위하여 유도자기장을 발생하는 에너지공급장치(200)를 포함한다.

상기 에너지공급장치(200)는, 케이스(210)에 형성된 안착부(211)의 저부에 설치된 권회된 구조의 제2인덕션코일(220)과, 제2인덕션코일(220)이 소정의 유도자기장을 발생하도록 전기에너지를 인가하는 메인충전회로를 포함한다. 상기 안착부(211)에는 배터리(100)가 안착되며, 그 안착부(211)의 크기는 다양한 크기의 배터리가 안착될 수 있도록 충분한 크기로 되어 있다.

상기 메인충전회로는, 제2인덕션코일(220)에 인가하는 교류에너지의 진동수 및/또는 전류의 세기를 변환하는 콘버터(230)와, 그 콘버터(230)를 제어하는 메인콘트롤러(240)를 포함한다.

상기 제2인덕션코일(220)은 콘버터(230)에 의해 인가되는 교류에너지의 진동수 및/또는 전류의 세기에 따라 특정 유도자기장을 발생시킨다. 이러한 유도자기장은 배터리(100)에 의해 수신된다.

상기 메인콘트롤러(240)는, 안착부(211)에 안착된 배터리(100)를 검지하는 검지센서(243)와 연결된다. 상기 검지센서(243)는 배터리(100)의 안착을 검지한 후 배터리의 충전을 개시하기 위한 충전개시신호를 메인콘트롤러(240)로 전송한다. 이러한 검지센서(243)로는 안착되는 배터리의 무게에 의해 구동되는 압전센서나, 광을 출사한 후 배터리로부터 반사되는 광으로부터 배터리를 검지하는 광센서등을 채용할 수 있다. 배터리의 안착을 검지할 수 있다면 그 센서의 적용범위가 본 실시예에 의해 한정되지 않는 것은 물론이다. 또, 메인콘트롤러(240)는 후술할 사양정보신호 및/또는 충전완료신호를 발생하는 배터리(200)와 피드백 통신하기 위한 메인송수신부(245)와 연결된다.

상기 서브콘트롤러(140)는, 안착되는 소정 배터리의 충전전압, 전류, 용량등의 사양정보를 담은 사양정보신호를 발생하는 제1신호발생부(143)와, 배터리(100)의 충전이 완료되었을 때 충전완료신호를 발생하는 제2신호발생부(147)와, 그 사양정보신호 및 충전완료신호를 에너지공급장치와 피드백 통신하기 위한 서브송수신부(145)와 연결된다.

상기한 사양정보는 초기 배터리를 제조할 때 서브콘트롤러(140)에 저장된다. 서브콘트롤러(140)는 제1신호발생부(143)를 제어하여 사양정보신호를 발생시키고 서브송수신부(145)를 통해 메인콘트롤러(240)와 연결된 메인송수신부(245)로 전송된다. 상기 메인콘트롤러(240)는 이 사양정보에 따라 배터리의 규격을 알아내고, 배터리가 요구하는 특정의 유도자기장을 발생하도록 콘버터(230)를 제어한다. 그러면, 콘버터(230)는 제2인덕션코일(220)로 인가되는 교류에너지의 진동수 및/또는 전류의 세기를 변환하여, 제2인덕션코일(220)이 배터리(100)에서 요구하는 특정한 유도자기장을 발생할 수 있도록 한다.

배터리(100)의 충전이 완료되면, 서브콘트롤러는 제2신호발생부(147)를 제어하여 충전완료신호를 발생시키고 서브송수신부(145)를 통해 메인송수신부(245)로 전송된다. 메인송수신부(245)는 충전완료신호를 수신하여 메인콘트롤러(240)로 전송한다. 메인콘트롤러(240)는 이 충전완료신호에 따라 상기 제2인덕션코일(220)이 더 이상 유도자기장을 발생하지 않도록 콘버터(230)를 제어한다. 즉, 콘버터(230)는 제2인덕션코일(220)로 인가되는 교류에너지를 차단한다. 이때, 상기 사양정보신호 및 충전완료신호는 펄스 형태나, 마이크로웨이브 형태로 발생되지만 신호 형태기 본 실시예에 의해 한정되지 않는 것은 물론이다. 여기서, 언급한 제1인덕션코일(120) 및/또는 제2인덕션코일(220)은 유도자기장을 효율적으로 상호 교류하도록 적층구조로 된 것이 또한 바람직하다.

한편, 상기 케이스(210)에는 안착되는 배터리(100)를 수동 동작으로 충전시키는 수동스위치(249)가 설치될 수도 있다. 이 수동스위치는, 외부에서 인가되는 전기에너지를 콘버터(230)로 직접 공급하게 하여 배터리와 에너지공급장치가 상호 통신을 하지 않고도 충전할 수 있게 한다. 한편, 상기한 에너지공급장치(200)는 인가되는 에너지의 전압을 강하시키는 아답터(미도시)를 내장할 수 있으며, 이에 따라 일반 가정에서 사용되는 교류(AC)에너지를 구동원으로 사용할 수 있다. 이러한 교류에너지는 일반 가정의 콘센트에 접속되는 플러그가 연결된 전선(201)을 통하여 에너지공급장치로 인가된다.

다음, 이와 같은 구조의 배터리 충전시스템의 동작을 상세히 설명한다.

먼저 상기한 구조의 배터리(100)를 에너지공급장치(200)의 안착부(211)에 올려놓으며, 제1인덕션코일(120)과 제2인덕션코일(220)이 상호 근접한 상태가 된다.

배터리(100)가 안착되면 검지센서(243)가 이를 검지하여 메인콘트롤러(240)에 알리게 되고, 메인콘트롤러(240)는 순간적으로 콘버터(230)를 구동하여 트리거링 유도자기장을 발생한다. 이 트리거링 유도자기장은 배터리(100)를 정식으로 충전하기 전에 배터리(100)가 그 충전전압, 충전전류, 충전용량등의 사양신호를 발생하도록 트리거링 시키는 한편, 완전방전된 배터리가 신호를 발생시킬 수 있는 최소한의 전기에너지를 인가하기 위한 목적으로 사용되는 유도자기장이다.

트리거링 유도자기장은 서브콘트롤러(140)에게 배터리(100)의 사양을 담은 사양정보신호를 발생하라 지시하고, 이에 따라 제1신호발생부(143)는 서브콘트롤러(140)에 기록된 사양정보를 담은 사양정보신호를 발생하여 서브송수신부(145)로 전송한다. 이 사양정보신호는 메인송수신부(245)를 거쳐 메인콘트롤러(240)로 전송된다.

메인콘트롤러(240)는 사양전송신호에서 배터리의 사양을 판단하고, 이에 근거하여 콘버터(230)를 제어하여 배터리(100)에서 필요로 하는 유도자기장을 발생하도록 한다. 즉, 콘버터(230)는 인가되는 교류에너지의 진동수 및/또는 전류의 세기를 변환하여 제2인덕션코일(220)로 인가하고, 이에 따라 제2인덕션코일(220)은 배터리(100)에서 요구하는 유도자기장을 발생하는 것이다.

이러한 동작으로 배터리(100)가 완전히 충전되면, 서브콘트롤러(140)는 제2신호발생부(147)를 구동하여 충전완료신호를 발생시켜 서브송수신부(145)를 거쳐 메인송수신부(245)로 전송한다. 상기 메인송수신부(245)는 수신한 충전완료신호를 메인콘트롤러(240)로 전송하고, 메인콘트롤러(240)는 콘버터(230)를 제어하여 제1인덕션코일(220)이 더 이상의 전기에너지가 인가되지 않게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은, 충전체를 충전시키는 모든 구성요소들이 충전체에 일체화하고, 이러한 구성 요소를 구비한 배터리를 유도자기장에 의해 충전시키는 것이다. 이때, 배터리의 충전전압, 전류 및 용량이 다르더라도, 배터리와 에너지공급장치가 상호 피드백 통신하여 배터리가 충전할 수 있는 유도자기장을 발생시킨다. 따라서, 전기적 규격이 다른 배터리도 충전이 가능하다. 또한, 상기한 서브충전회로를 가지고 있고 안착부(211)에 안착시킬 수 있으면, 도 7a, 7b, 7c 에 도시한 바와 같이, 각각 다른 형상의 인덕션코일(311)(411)(511)이 내장된 다른 크기의 배터리(300)(400)(500)도 호환적으로 충전할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 배터리 및 그 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전시스템에 따르면, 서브충전회로를 가지는 배터리와 메인충전회로를 가지는 에너지공급장치를 채용함으로써, 배터리의 전기적인 규격 및 기구적인 크기가 다르더라도 충전이 가능하다. 이에 따라, 각각 다른 종류의 배터리를 충전시키는 에너지공급장치를 호환적으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 충전하기 위하여 배터리의 ＋, － 전극을 접속하는 구조를 배제하여, 종래 충전장치에서 전극이 시간이 지남에 따라 부식되어 접촉불량등으로 원활한 충전이 이루어지지 않는다는 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

유도자기장을 수신하는 제1인덕션코일과, 상기 제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 서브충전회로와, 상기 직류에너지가 충전되는 충전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
제1항에 있어서, 상기 서브충전회로는,

제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 정류부와, 상기 정류부를 제어하는 서브콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
제1항에 있어서, 상기한 제1인덕션코일은,

상기 충전체의 적어도 일측에 설치되며, 상기 정류부 및/또는 서브콘트롤러등 상기한 모든 구성요소들이 일체로 설치된 기판상에 패턴닝 된 구조로 된 것을 특징으로 하는 배터리.
유도자기장을 수신하는 제1인덕션코일과, 상기 제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 서브충전회로와, 상기 직류에너지가 충전되는 충전체를 구비하여 된 배터리;

상기 배터리가 안착되는 안착부의 저부에 설치되며 유도자기장을 발생하는 제2인덕션코일과, 상기 제2인덕션코일이 소정의 유도자기장을 발생하도록 전기에너지를 인가하는 메인충전회로를 구비하여 된 에너지공급장치;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 배터리 충전시스템.
제4항에 있어서, 상기 메인충전회로는,

외부에서 인가되는 교류에너지의 전류세기 및/또는 진동수를 변환하여 상기 제2인덕션코일로 공급하는 콘버터와, 그 콘버터를 제어하는 메인콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전시스템.
제5항에 있어서, 상기 메인콘트롤러는,

상기 안착부에 안착된 배터리를 검지하여 그 배터리의 충전을 개시하기 위한 충전개시신호를 발생하는 검지센서와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 충전시스템.
제4항에 있어서, 상기 서브충전회로는,

제1인덕션코일로부터 발생된 교류에너지를 충전 가능한 직류에너지로 변환시키는 정류부와, 상기 정류부를 제어하는 서브콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
제4항에 있어서, 상기 서브콘트롤러는,

소정 배터리의 충전전압, 충전전류, 충전용량등의 사양정보를 담은 사양정보신호를 발생하는 제1신호발생부와, 그 배터리의 충전이 완료되었을 때 충전완료신호를 발생하는 제2신호발생부와, 상기 제1,2신호발생부에서 발생된 신호를 통신하기 위한 서브송수신부와 연결되고,

상기 메인콘트롤러는, 상기 사양정보신호 및 상기 충전완료신호를 통신하는 메인송수신부와 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전시스템.
제4항에 있어서, 상기 메인충전회로는,

그 메인충전회로로 전기에너지가 인가되도록 수동으로 동작시킬 수 있는 수동스위치와 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 충전시스템.