KR100342716B1 - 충전 중 배터리 게이징 장치 - Google Patents

충전 중 배터리 게이징 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 충전 중 배터리 게이징 장치는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하기 위한 충전기와, 전하를 충전하기 위한 배터리와 상기 배터리의 충·방전을 제어하고 회로를 보호하기 위한 충방전 제어기와, 상기 충방전 제어기의 제어를 받아 상기 충전기로부터 배터리에 입력되는 직류 전압을 온, 오프시키기 위한 제1스위칭 수단과, 소정의 제어 신호를 받아 배터리의 전압을 측정 가능하게 하기 위하여 상기 배터리에 입력되는 직류 전압을 일시적으로 차단하기 위한 제2스위칭 수단을 구비하는 배터리 팩과, 상기 제2스위칭 수단을 제어하기 위한 소정의 제어 신호를 발생시키고 상기 배터리 팩의 출력 전압을 측정하여 상기 배터리에 충전된 용량을 디스플레이하기 위한 단말기를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 단말기는 상기 배터리 팩의 출력 전압을 입력받아 시스템의 전원을 공급하기 위한 시스템 전력부와, 상기 배터리 팩의 출력 전압의 레벨을 디지털 신호로 변환하기 위한 배터리 게이징부와, 상기 배터리 게이징부로부터 디지털 신호를 입력받아 배터리에 충전된 용량을 디스플레이부를 통해 표시하기 위한 마이크로프로세서로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 배터리의 충전 중에도 배터리에 충전된 용량을 정확히 표시할 수 있다.

Description

충전 중 배터리 게이징 장치{Battery gauging device during battery charging}
본 발명은 충전 중 배터리(battery) 게이징(gauging) 장치에 관한 것으로서, 특히 충전용 배터리를 충전하고 있는 도중에 배터리에 충전된 용량을 정확히 표시할 수 있는 충전 중 배터리 게이징 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치를 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치는 교류 전압(AC)을 입력받아 직류 전압(DC)으로 변환하고 배터리(102a)의 충·방전을 제어하기 위한 충전기(101)와, 상기 직류 전압(DC)을 인가 받아 배터리(102a)에 전하를 충전하기 위한 배터리 팩(pack)(102)과, 상기 배터리 팩(102)의 출력 전압(BAT+)을 입력받아 그 배터리(102a)의 전압(BAT+)을 측정하여 배터리(102a)에 충전된 용량을 디스플레이(display)하기 위한 이동통신 단말기(103)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 배터리 팩(102)은 전하를 충전하기 위한 배터리(102a)와 상기 배터리(102a)의 충·방전을 제어하고 회로를 보호하기 위한 충방전 제어기(102b)와, 상기 충방전 제어기(102b)의 제어를 받아 상기 배터리(102a)에 입력되는 직류 전압(DC)을 온(on), 오프(off)시키기 위한 스위치(switch)(102c)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 이동통신 단말기(103)는 상기 배터리 팩(102)으로부터 출력되는 직류 전압(BAT+)을 입력받아 시스템의 전원 공급을 위한 시스템 전력부(103a)와, 상기 직류 전압(BAT+)의 레벨(level)을 디지털 신호로 변환하기 위한 배터리 게이징부(103b)와, 상기 배터리 게이징부(103b)로부터 디지털 신호를 입력받아 그에 해당하는 배터리(102a)의 용량을 디스플레이부(103c)를 통해 표시하기 위한 마이크로프로세서(microprocesser)로서의 MSM(Mobile Station Modem)(103c)으로 구성되어 있다.
그리고, 상기 배터리(102a)의 온도 상태에 따라 충·방전을 제어하기 위하여 배터리(102a)의 그라운드(ground) 단자에 배터리(102a)의 온도를 전기적 신호로 변환하는 더미스터(thermistor)(102d)를 연결하고, 충전기(101)에서 상기 더미스터(102d)의 전압(TH)을 감지하여 배터리(102a)의 온도를 검사하여 온도에 따른 배터리(102a)의 충·방전을 제어한다.
상기와 같은 구성을 갖는 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치의 동작에 관해 간략히 설명한다.
먼저, 충전기(101)에 교류 전압(AC)이 입력되면 배터리 팩(102)의 충전에 필요한 적정 직류 전압(DC)으로 변환되어 출력되고, 그 직류 전압(DC)은 스위치(102c)를 거쳐 배터리(102a)에 인가되어 배터리(102a)의 충전이 시작된다. 그리고, 충방전 제어기(102b)는 상기 배터리(102a)의 + 단자와 - 단자에 연결되어 배터리(102a)의 전압을 감지하고 있다가, 배터리(102a)의 전압이 일정값이 되면 스위치(102c)를 오프시켜 더 이상 충전이 되지 않게 한다.
여기서, 상기 충방전 제어기(102b)는 상기와 같이 배터리(102a)의 일정 전압 이상으로의 과충전을 방지하는 동시에 일정 전압 이하로의 과방전 방지,쇼트(short)에 의한 과전류 보호 및 일정 온도 이상에서의 충전 방지 등의 보호 회로 역할을 한다.
한편, 충전기(101)로부터 배터리 팩(102)으로 입력된 직류 전압(DC)은 배터리(102a)를 충전하는 동시에 그 전압이 배터리 팩(102)의 출력 전압(BAT+)이 되어 단말기(103)로 입력되어 충전하고 있는 동안에 단말기(103)로 전력을 공급한다. 즉, 충전하고 있는 동안에는 배터리(102a)의 전압이 단말기(103)로 입력되지 않고 충전기(101)로부터 배터리 팩(102)에 입력되는 직류 전압(DC)이 단말기(103)로 입력된다.
그리고, 상기 배터리 팩(102)의 출력 전압(BAT+)이 단말기(103)로 입력되면, 먼저 MSM(103c)에서 이를 감지하고 시스템 전력부(103a)로 전원 온 신호를 전송하여 시스템 전력부(103a)로 하여금 상기 입력된 배터리 팩(102)의 출력 전압(BAT+)을 입력받아 단말기(103)에 전원을 공급하게 한다.
이 때, 배터리 게이징부(103b)에서는 상기 단말기(103)로 입력되는 전압(BAT+)을 상기 시스템 전력부(103a)로부터 입력받아 그 전압 레벨을 디지털 신호로 변환하여 MSM(103c)으로 전송한다. 그러면, MSM(103c)에서는 상기 전송된 디지털 신호에 따라 디스플레이부(103d)를 통해 배터리(102a)의 용량을 표시하게 된다.
그러나, 전술한 바와 같이 충전기(101)로부터 배터리 팩(102)으로 입력된 직류 전압(DC)은 배터리(102a)를 충전하는 동시에 단말기(103)로 그 출력 전압(BAT+)이 입력되어 충전하고 있는 동안에는 배터리(102a)의 전압이 단말기(103)로 입력되지 않고 충전기(101)로부터 배터리 팩(102)에 입력되는 직류 전압(DC)이 단말기(103)로 입력된다. 따라서, 상기 단말기(103)의 배터리 게이징부(103b)에서 상기 시스템 전력부(103a)로부터 전송 받은 배터리 팩(102)의 출력 전압(BAT+)은 배터리(102a)의 전압이 아닌 충전기(101)로부터 나오는 전압이므로 디스플레이부(103d)를 통해 표시되는 배터리(102a)의 용량은 항상 충전이 다 된 상태로 표시되게 된다.
이상과 같이 종래의 충전 중 배터리 게이징 장치는 충전 중에는 충전기(101)로부터 단말기(103)로 전원이 입력되므로 배터리(102a)의 전압을 측정할 수 없어 배터리의 용량을 표시할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 배터리 충전시 배터리로 입력되는 전압을 주기적으로 차단하고 그 때의 배터리 전압을 측정함으로써 배터리의 충전 중에도 배터리에 충전된 용량을 정확히 표시할 수 있는 충전 중 배터리 게이징 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치를 보여주는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치를 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치의 제2트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호의 타이밍을 보여주는 타이밍도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101, 201...충전기 102, 202...배터리 팩
102a, 202a...배터리 102b, 202b...충방전 제어기
102c...스위치 102d, 202d...더미스터
103, 203...단말기 103a, 203a...시스템 전력부
103b, 203b...배터리 게이징부 103c, 203c...MSM
103d, 203d...디스플레이부 202c...제1트랜지스터
202e...제2트랜지스터
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 충전 중 배터리 게이징 장치는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하기 위한 충전기와, 전하를 충전하기 위한 배터리와 상기 배터리의 충·방전을 제어하고 회로를 보호하기 위한 충방전 제어기와, 상기 충방전 제어기의 제어를 받아 상기 충전기로부터 배터리에 입력되는 직류 전압을 온, 오프시키기 위한 제1스위칭 수단과, 소정의 제어 신호를 받아배터리의 전압을 측정 가능하게 하기 위하여 상기 배터리에 입력되는 직류 전압을 일시적으로 차단하기 위한 제2스위칭 수단을 구비하는 배터리 팩과, 상기 제2스위칭 수단을 제어하기 위한 소정의 제어 신호를 발생시키고 상기 배터리 팩의 출력 전압을 측정하여 상기 배터리에 충전된 용량을 디스플레이하기 위한 단말기를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 단말기는 상기 배터리 팩의 출력 전압을 입력받아 시스템의 전원을 공급하기 위한 시스템 전력부와, 상기 배터리 팩의 출력 전압의 레벨을 디지털 신호로 변환하기 위한 배터리 게이징부와, 상기 배터리 게이징부로부터 디지털 신호를 입력받아 배터리에 충전된 용량을 디스플레이부를 통해 표시하기 위한 마이크로프로세서로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1스위칭 수단과 제2스위칭 수단은 FET(Field Effect Transistor) 트랜지스터로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 배터리의 충전 중에도 배터리에 충전된 용량을 정확히 표시할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 대한 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치를 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치의 제2트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호의 타이밍을 보여주는 타이밍도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 충전 중 배터리 게이징 장치는 교류 전압(AC)을 직류 전압(DC)으로 변환하여 출력하기 위한 충전기(201)와, 전하를 충전하기 위한 배터리(202a)와 상기 배터리(202a)의 충·방전을 제어하고 회로를 보호하기 위한 충방전 제어기(202b)와, 상기 충방전 제어기(202b)의 제어를 받아 상기 충전기(201)로부터 배터리(202a)에 입력되는 직류 전압을 온, 오프시키기 위한 제1트랜지스터(202c)와, 소정의 제어 신호를 받아 배터리(202a)의 전압을 측정 가능하게 하기 위하여 상기 배터리(202a)에 입력되는 직류 전압(DC)을 일시적으로 차단하기 위한 제2트랜지스터(202e)를 구비하는 배터리 팩(202)과, 상기 제2트랜지스터(202e)를 제어하기 위한 소정의 제어 신호를 발생시키고 상기 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)을 측정하여 상기 배터리에 충전된 용량을 디스플레이하기 위한 단말기(203)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 단말기(203)는 상기 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)을 입력받아 시스템의 전원을 공급하기 위한 시스템 전력부(203a)와, 상기 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)의 레벨을 디지털 신호로 변환하기 위한 배터리 게이징부(203b)와, 상기 배터리 게이징부(203b)로부터 디지털 신호를 입력받아 배터리(202a)에 충전된 용량을 디스플레이부(203d)를 통해 표시하기 위한 마이크로프로세서로서의 MSM(203c)으로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 배터리(202a)의 온도 상태에 따라 충·방전을 제어하기 위하여 배터리(202a)의 그라운드 단자에 배터리(202a)의 온도를 전기적 신호로 변환하는 더미스터(202d)를 연결하고, 충전기(201)에서 상기 더미스터(202d)의 전압을 감지하여 배터리(202a)의 온도를 검사하여 온도에 따른 배터리(202a)의 충·방전을 제어한다.
또한, 본 실시예에서는 스위칭 수단으로서 FET 트랜지스터를 사용하는데 이는 FET 트랜지스터가 스위칭 속도가 우수하고, 노이즈(noise)에 강하기 때문에 FET 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 충전 중 배터리 게이징 장치의 동작에 관해 간략히 설명한다.
먼저, 충전기(201)에 교류 전압(AC)이 입력되면 배터리 팩(202)의 충전에 필요한 적정 직류 전압(DC)으로 변환되어 출력되고, 그 직류 전압(DC)은 제1트랜지스터(202c)를 거쳐 배터리(202a)에 인가되어 배터리(202a)의 충전이 시작된다. 그리고, 충방전 제어기(202b)는 상기 배터리(202a)의 + 단자와 - 단자에 연결되어 배터리(202a)의 전압을 감지하고 있다가, 배터리(202a)의 전압이 일정값이 되면 제1트랜지스터(202c)를 오프시켜 더이상 충전이 되지 않게 한다.
여기서, 상기 충방전 제어기(202b)는 상기와 같이 배터리(202a)의 일정 전압 이상으로의 과충전을 방지하는 동시에 일정 전압 이하로의 과방전 방지, 쇼트에 의한 과전류 보호 및 일정 온도 이상에서의 충전 방지 등의 보호 회로 역할을 한다.
한편, 충전기(201)로부터 배터리 팩(202)으로 입력된 직류 전압(DC)은 배터리(202a)를 충전하는 동시에 그 전압이 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)이 되어 단말기(203)로 입력되어 충전하고 있는 동안에 단말기(203)로 전력을 공급한다. 그리고, 상기 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)이 단말기(203)로 입력되면, 먼저 MSM(203c)에서 이를 감지하고 시스템 전력부(203a)로 전원 온 신호를 전송하여 시스템 전력부(203a)로 하여금 상기 입력된 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)을 입력받아 단말기(203)에 전원을 공급하게 한다.
이 때, 상기 배터리 팩(203)의 출력 전압(BAT+)을 측정함으로써 배터리의 전압을 측정할 수 있는데, 충전하고 있는 동안에는 배터리(202a)의 전압이 단말기(203)로 입력되지 않고 충전기(101)로부터 배터리 팩(202)에 입력되는 직류 전압(DC)이 단말기(103)로 입력되므로 상기 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)을 측정해서는 실제 배터리(202a)의 전압을 알 수가 없다.
따라서, 상기 배터리(202a)를 충전시키는 직류 전압(DC)을 차단하여 배터리(202a)를 방전시킴으로서, 배터리(202a)의 전압이 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)으로 출력되게 하여야 한다. 상기와 같이 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)을 제어하기 위해서 MSM(203c)에서 BCE(Battery Charge Enable) 신호를 배터리 팩(202)으로 입력한다. 상기 BCE 신호는 충전기(201)로부터 배터리(202a)로 입력되는 직류 전압(DC)을 일시적으로 차단하기 위한 것으로서, 제2트랜지스터(202e)의 게이트(gate) 단자에 입력된다.
여기서, BCE 신호가 하이(high)일 때는 상기 제2트랜지스터(202e)가 온 되어 상기 충전기(202)로부터 입력되는 직류 전압(DC)이 배터리(202a)로 공급되어 배터리(202a)가 충전되는 동시에 상기 배터리 팩(202)의 출력 전압(BAT+)으로 출력되고, BCE 신호가 로우(low)일 때는 제2트랜지스터(202e)가 오프 되어 상기 직류 전압(DC)이 일시적으로 차단되어 배터리 팩(202)의 출력 전압은 배터리(202a)의 방전에 의한 배터리(202a) 전압이 된다.
이 때, 배터리(202a)의 충전을 효과적으로 시키기 위하여 배터리(202a)를 충전시키기 위한 하이 상태의 신호가 배터리(202a)를 방전시키기 위한 로우 상태의 신호보다 더 길게 구성되는 것이 바람직하다.
이렇게 상기 BCE 신호가 하이일 때는 충전기(201)로부터 입력되는 직류 전압(DC)이 배터리 팩(202)의 출력 전압이 되고, BCE 신호가 로우일 때는 상기 직류 전압이 제2트랜지스터(202e)에 의해 차단되어, 배터리(202a)가 방전하게 되고 그 배터리(202a)의 전압이 배터리 팩(202)의 출력 전압이 된다.
이 때, 상기 BCE 제어 신호를 발생시키는 MSM(203c)의 제어를 받아 배터리 게이징부(203b)에서는 상기 BCE 신호가 로우일 때 단말기(203)로 입력되는 전압(BAT+)을 상기 시스템 전력부(203a)로부터 입력받아 그 전압 레벨을 디지털 신호로 변환하여 MSM(203c)으로 전송한다. 그러면, MSM(203c)에서는 상기 전송된 디지털 신호에 따라 디스플레이부(203d)를 통해 배터리(202a)에 충전된 용량을 표시하게 된다.
이렇게 충전기(201)로부터 배터리(202a)로 인가되는 전압을 일시적으로 차단하여 배터리(202a)를 방전시키고, 그 때의 배터리(202a)의 전압을 측정함으로써 충전 중에도 배터리에 충전된 용량 만큼만 정확히 표시할 수 있다.
본 실시예에서는 이동통신 단말기를 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 휴대용 배터리를 충전하여 사용하는 방식의 여러 휴대용 단말기에 적용이 가능하다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 충전 중 배터리 게이징 장치는 충전기로부터 배터리 팩에 인가되어 배터리를 충전시키는 전압을 일시적으로 차단하여 배터리를 방전시키고, 배터리가 방전하는 동안의 배터리 팩의 출력 전압을 측정함으로써, 배터리의 전압을 측정하여 충전 중에 배터리에 충전된 만큼의 배터리 용량을 정확히 표시할 수 있다.

Claims (3)

  1. 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력하기 위한 충전기;
    전하를 충전하기 위한 배터리와 상기 배터리의 충·방전을 제어하고 회로를 보호하기 위한 충방전 제어기와, 상기 충방전 제어기의 제어를 받아 상기 충전기로부터 배터리에 입력되는 직류 전압을 온, 오프시키기 위한 제1스위칭 수단과, 소정의 제어 신호를 받아 배터리의 전압을 측정 가능하게 하기 위하여 상기 배터리에 입력되는 직류 전압을 일시적으로 차단하기 위한 제2스위칭 수단을 구비하는 배터리 팩; 및
    상기 제2스위칭 수단을 제어하기 위한 소정의 제어 신호를 발생시키고 상기 배터리 팩의 출력 전압을 측정하여 상기 배터리에 충전된 용량을 디스플레이하기 위한 단말기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충전 중 배터리 게이징 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 배터리 팩의 출력 전압을 입력받아 시스템의 전원을 공급하기 위한 시스템 전력부;
    상기 배터리 팩의 출력 전압의 레벨을 디지털 신호로 변환하기 위한 배터리 게이징부; 및
    상기 배터리 게이징부로부터 디지털 신호를 입력받아 배터리에 충전된 용량을 디스플레이부를 통해 표시하기 위한 마이크로프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전 중 배터리 게이징 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1스위칭 수단과 제2스위칭 수단은 FET 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 충전 중 배터리 게이징 장치.
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