KR100426643B1 - Apparatus for charging a battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 유도코일과 평활회로로 이루어진 전력수신부, 직류전압에 의해 충전되는 배터리, 배터리의 충전상태에 따라 배터리를 적정하게 충전하기 위한 정전압과 정전류가 배터리에 공급될 수 있도록 제어신호를 출력하는 알고리즘이 프로그래밍된 마이크로콘트롤러를 포함하는 제어부, 제어부의 제어신호에 따라 신호를 출력하는 신호발생부로 구성된 배터리팩과; 교류전원에 포함된 노이즈를 제거하고 과도전류의 흐름을 차단하기 위한 필터, 교류전원을 직류전원으로 변환하기 위한 정류기, 교류전원을 이용하여 전원전압을 발생하는 전원전압 발생부, 직류전원을 이용하여 충전용 스위칭전원을 발생시키는 스위칭전원부, 유도 전압이 발생되도록 하기 위한 전력송신부, 외부로부터의 신호를 입력받기 위한 신호수신부, 스위칭전원부를 제어하는 알고리즘이 프로그래밍된 마이크로콘트롤러를 포함하여 이루어지는 전력제어부로 구성된 배터리 충전기; 로 이루어져 상기 배터리팩과 상기 배터리 충전기의 상호통신에 의하여 충전이 가능하도록 한 배터리 충전장치를 제공한다.The present invention provides a control signal such that a power receiver consisting of an induction coil and a smoothing circuit, a battery charged by a DC voltage, a constant voltage and a constant current for properly charging the battery according to the state of charge of the battery can be supplied to the battery. A battery pack including a control unit including a microcontroller having an output algorithm programmed therein and a signal generation unit outputting a signal according to a control signal of the control unit; Filter to remove noise included in AC power and cut off the flow of transient current, rectifier to convert AC power to DC power, power voltage generator to generate power voltage using AC power, DC power The power control unit comprises a switching power supply for generating a switching power supply for charging, a power transmitter for generating an induced voltage, a signal receiver for receiving a signal from the outside, and a microcontroller programmed with an algorithm for controlling the switching power supply. Battery charger; Provided is a battery charging device made possible by the mutual communication of the battery pack and the battery charger.
Description
본 발명은 휴대용 단말기에 사용되는 배터리 충전장치에 관한 것으로, 특히 배터리 팩과 충전기가 단자접촉 없이 전압을 유도하여 충전이 가능하도록 하는 배터리 충전시스템 및 그 충전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging device used in a portable terminal, and more particularly, to a battery charging system and a charging device that enables the battery pack and the charger to induce voltage without a terminal contact.
일반적으로 통신 및 정보처리 기술이 발달됨에 따라 휴대폰, 캠코더, 노트북 등과 같이 휴대하기 편리한 개인용 단말기들의 사용이 점차적으로 증가되는 추세이며, 기술의 발달에 따라 성능이 향상된 새로운 모델의 단말기가 계속적으로 보급되고 있다.In general, as communication and information processing technologies are developed, the use of portable terminals, such as mobile phones, camcorders, and notebook computers, is gradually increasing. As the technology develops, new models of terminals with improved performance are continuously spreading. have.
이러한 휴대용 단말기들은 휴대가 간편하도록 대개 내부 또는 외부에 소형의 배터리 팩이 부착되며, 충전에 의해 재사용이 가능한 배터리를 전원으로 하여 작동된다. 따라서 배터리 팩 및 이를 충전하기 위한 충전기는 각 단말기의 특성과 외형에 맞도록 제작된다.These portable terminals are usually attached to a small battery pack inside or outside for easy portability, and are operated by using a battery that can be reused by charging. Therefore, the battery pack and the charger for charging the same are manufactured to match the characteristics and appearance of each terminal.
그런데 종래의 배터리 팩은 내부에 구비된 배터리의 단자와 충전 장치의 단자가 직접적으로 접촉된 상태에서만 충전이 가능하도록 구성되기 때문에 각 단말기의 배터리 팩에 적합한 충전 장치만 사용되어야 했다. 그러므로 새로운 단말기를 구입하게 된 사용자는 전에 사용하던 단말기의 배터리 팩과 충전기를 모두 사용할 수 없게 되고, 새로 구입한 단말기의 배터리 팩에 적합한 충전기를 추가로 구입해야 하기 때문에 경제적 부담을 가져야 하며, 대부분의 사용하지 않는 배터리 팩과 충전 장치는 버려지거나 폐기처리되기 때문에 국가적으로 경제적 손실을 입게 된다.However, since the conventional battery pack is configured to be charged only when the terminals of the battery provided therein and the terminals of the charging device are directly contacted, only a charging device suitable for the battery pack of each terminal should be used. Therefore, a user who purchases a new terminal cannot use both the battery pack and the charger of the previous terminal, and has to economically burden the user because of the need to purchase an additional charger suitable for the battery pack of the newly purchased terminal. Unused battery packs and charging devices are thrown away or disposed of, causing national economic losses.
따라서 본 발명은 배터리 팩과 충전기의 상호 단자접촉이 없이 유도전압을 이용하여 충전이 이루어지도록 하므로서 상기한 단점을 해소할 수 있는 휴대용 단말기의 배터리 충전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery charging device for a portable terminal which can solve the above disadvantages by allowing the charging to be performed using an induced voltage without mutual terminal contact between the battery pack and the charger.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기장에 의해 외부로부터의 전압이 유도되도록 하는 유도코일과 유도된 전압을 직류 전압으로 변환하기 위한 평활회로로 이루어진 전력수신부, 상기 전력수신부로부터 공급되는 직류전압에 의해 충전되는 배터리, 상기 배터리로 공급되는 전압 및 전류를 모니터하고 상기 배터리의 충전상태에 따라 배터리를 적정하게 충전하기 위한 정전압과 정전류가 배터리에 공급될 수 있도록 제어신호를 출력하는 알고리즘이 프로그래밍된 마이크로콘트롤러를 포함하는 제어부, 상기 제어부의 제어신호에 따라 신호를 출력하는 신호발생부로 구성된 배터리팩과;The present invention for achieving the above object is a power receiver consisting of an induction coil to induce a voltage from the outside by an electric field and a smoothing circuit for converting the induced voltage into a DC voltage, the DC voltage supplied from the power receiver A micro-programmed algorithm that monitors the battery charged by the battery, the voltage and current supplied to the battery, and outputs a control signal to supply the battery with a constant voltage and a constant current for properly charging the battery according to the state of charge of the battery. A battery pack including a controller including a controller and a signal generator for outputting a signal according to a control signal of the controller;
외부로부터 외부로부터 공급되는 교류전원에 포함된 노이즈를 제거하고 과도전류의 흐름을 차단하기 위한 필터, 상기 필터를 통해 공급된 교류전원을 직류전원으로 변환하기 위한 정류기, 상기 필터를 통해 공급되는 교류전원을 이용하여 전원전압을 발생하는 전원전압 발생부, 상기 정류기로부터 공급되는 직류전원을 이용하여 충전용 스위칭전원을 발생시키는 스위칭전원부, 상기 스위칭 전원부로부터 공급되는 스위칭 전원에 의해 유도 전압이 발생되도록 하기 위한 전력송신부, 외부로부터의 신호를 입력받기 위한 신호수신부, 상기 배터리 팩의 신호수신부로부터 공급되는 신호에 따라 상기 배터리의 충전에 적정한 스위칭전원을 발생시키도록 상기 스위칭전원부를 제어하는 알고리즘이 프로그래밍된 마이크로콘트롤러를 포함하여 이루어지는 전력제어부로 구성된 배터리 충전기; 로 이루어져 상기 배터리팩과 상기 배터리 충전기의 상호통신에 의하여 충전이 가능하도록 한 배터리 충전장치를 제공한다.Filter for removing noise included in the AC power supplied from the outside from outside and blocking the flow of transient current, Rectifier for converting the AC power supplied through the filter into DC power, AC power supplied through the filter A power supply voltage generating unit generating a power supply voltage using the switching power supply, a switching power supply generating power charging switching power using a DC power supply supplied from the rectifier, and an induced voltage generated by the switching power supply supplied from the switching power supplying unit; A microcontroller programmed with an algorithm for controlling the switching power supply to generate a switching power suitable for charging the battery according to a signal supplied from a power transmitter, a signal receiver for receiving a signal from the outside, and a signal receiver of the battery pack. Consists of A battery charger composed of a power control unit; Provided is a battery charging device made possible by the mutual communication of the battery pack and the battery charger.
또한, 본 발명에 따른 배터리 충전장치에서 상기 스위칭전원부는 스위칭모드 전원공급장치로 구성된다.In addition, in the battery charging apparatus according to the present invention, the switching power supply unit is configured as a switching mode power supply.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도.1 is a block diagram illustrating a battery pack according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 충전기를 설명하기 위한 블록도.2 is a block diagram illustrating a charger according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩이 휴대폰에 부착된 상태를 도시한 측면도.Figure 3 is a side view showing a state in which the battery pack according to the present invention attached to the mobile phone.
도 4는 본 발명에 따른 충전기를 설명하기 위한 사시도.4 is a perspective view for explaining a charger according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 팩과 충전기의 결합 상태를 도시한 사시도.5 is a perspective view showing a combined state of a battery pack and a charger according to the present invention.
도 6은 도 2의 전력제어부를 설명하기 위한 플로우 챠트도.FIG. 6 is a flowchart illustrating the power control unit of FIG. 2. FIG.
도 7은 도 1의 제어부를 설명하기 위한 플로우 챠트도.FIG. 7 is a flowchart for explaining the controller of FIG. 1. FIG.
도 8(a),(b)는 본 발명에 따른 2차측 코어와 코일의 형태를 도시한 도면이다.8 (a) and 8 (b) show the shapes of the secondary core and the coil according to the present invention.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>
1: 전력수신부 2: 배터리1: power receiver 2: battery
3: 제어부 4: 신호발생부3: control unit 4: signal generating unit
11: 필터 12: 정류기11: filter 12: rectifier
13: 스위칭전원부 14: 전력송신부13: switching power supply unit 14: power transmission unit
15: 전원전압발생부 16: 전력제어부15: power supply voltage generator 16: power control unit
17: 신호수신부 100: 배터리 팩17: signal receiver 100: battery pack
200: 충전기 201: 조절 부재200: charger 201: adjusting member
202: 표시부202: display unit
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a battery pack according to the present invention.
전력수신부(1)를 통해 유도되는 전압은 예를 들어, 리튬 이온 전지로 이루어진 충전용 배터리(2)로 공급되며, 배터리(2)로 공급되는 전압 및 전류는 제어부(3)에 의해 모니터된다. 또한, 제어부(3)는 배터리(2)의 충전상태에 따라 신호발생부(4)로 제어하고, 신호발생부(4)는 예를 들어, 광센서의 발광소자로 이루어져 제어부의 제어에 의해 소정의 주파수를 갖는 광신호를 발생시킨다.The voltage induced through the power receiver 1 is supplied to a rechargeable battery 2 made of, for example, a lithium ion battery, and the voltage and current supplied to the battery 2 are monitored by the controller 3. In addition, the control unit 3 is controlled by the signal generator 4 in accordance with the state of charge of the battery 2, the signal generator 4 is made of, for example, a light emitting element of the optical sensor, predetermined by the control of the controller Generates an optical signal with a frequency of
전력수신부(1)는 전기장에 의한 폐회로 형성에 의해 전압이 유도되도록 하는 유도코일과, 유도된 전압을 직류전압으로 변환하기 위한 평활회로로 이루어진다.The power receiver 1 includes an induction coil for inducing a voltage by forming a closed circuit by an electric field, and a smoothing circuit for converting the induced voltage into a DC voltage.
제어부(3)는 배터리(2)로 공급되는 전압 및 전류를 모니터하여 배터리가 정전압 및 정전류로 충전될 수 있도록 하기 위한 제어신호를 발생하여 제어하며 이를 위해 예를 들어, 마이크로콘트롤러(Micro controller)가 사용될 수 있다. 따라서 적정한 충전을 위해 정전압과 정전류가 배터리에 공급될 수 있는 알고리즘을 상기 마이크로 콘트롤러에 프로그래밍시켜 놓으면 프로그램의 실행에 따라 제어신호가 발생될 수 있으며, 이에 따라 신호발생부(4)는 광신호를 발생한다.The controller 3 monitors the voltage and current supplied to the battery 2 to generate and control a control signal for allowing the battery to be charged with a constant voltage and a constant current. For example, the controller 3 includes a microcontroller. Can be used. Therefore, if the algorithm for supplying the constant voltage and the constant current to the battery for proper charging is programmed in the microcontroller, the control signal may be generated according to the execution of the program, and thus the signal generator 4 generates the optical signal. do.
충전시에는 반드시 정전압과 정전류가 공급되어야 하는데, 배터리의 전압이 예를 들어, 4.2V일 때까지는 정전류가 흐르도록 하고, 4.2V에 도달되면 정전압 방식으로 전한되어 충전전류가 점차적으로 감소되도록 한다. 충전시 공급되는 전압은 4.2±0.05V 이내, 전류는 0.35 내지 1.0 CA 정도가 적정하다.When charging, a constant voltage and a constant current must be supplied. The constant current flows until the battery voltage is, for example, 4.2V. When the battery reaches 4.2V, the constant current is transferred to the constant voltage method so that the charging current gradually decreases. The voltage supplied during charging is within 4.2 ± 0.05V, and the current is about 0.35 to 1.0 CA.
충전이 시작되기 전에는 배터리의 개방회로 전압이 측정되도록 하고, 보호회로에 의해 배터리의 방전이 허용된 상태이면 고속 충전이 실시되도록 한다. 한편, 방전이 금지된 상태이면 약간의 전류가 흐르도록 하여 방전 허용 상태가 되도록 하므로써 배터리의 전압 측정이 가능해 지도록 한다. 이때, 측정된 전압이 1.5V 이상이면 지정된 시간(예를 들어 30분)동안 소량의 전류가 흐르도록 하여 충전이 이루어지도록 한 후 다시 개방회로 전압을 측정하는데, 측정이 가능해지면 충전되도록 하고, 측정이 불가능하거나 전압이 1.5V 이하이거나 전류가 흐르지 않으면 비정상적인 배터리로 간주하여 충전이 중단되도록 한다. 또한, 배터리의 충전여부는 흐르는 전류의 량에 따라 결정되는데, 93 내지 94%의 충전이 이루어졌을 때 0.1CA의 전류가 흐르게 된다.The open circuit voltage of the battery is measured before charging is started, and fast charging is performed if the battery is discharged by the protection circuit. On the other hand, when the discharge is prohibited, a small amount of current flows to allow the discharge to be allowed to measure the voltage of the battery. At this time, if the measured voltage is 1.5V or more, a small amount of current flows for a specified time (for example, 30 minutes) to allow charging to be performed, and then the open circuit voltage is measured again. If this is not possible or the voltage is below 1.5V or no current flows, the battery is regarded as an abnormal battery and stops charging. In addition, whether the battery is charged depends on the amount of current flowing, and when the charge of 93 to 94% is made of a current of 0.1CA flows.
도 2는 본 발명에 따른 충전기를 설명하기 위한 블록도로서, 상기 도 1에 도시된 배터리 팩에 내장된 배터리를 충전시키기 위한 장치이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a charger according to the present invention, and is a device for charging a battery built in the battery pack shown in FIG.
외부로부터 예를 들어, AC90 내지 230V 및 50/60Hz의 교류전원이 공급되면 필터(11)에 의해 노이즈가 제거되고 과도전류의 차단이 이루어진다. 필터(11)를 통해 공급된 교류전원은 정류기(12)에서 직류전원으로 변환된 후 스위칭전원부(13)로 공급되고, 스위칭전원부(13)는 직류전원을 이용하여 충전에 필요한 스위칭전원을 발생시킨다. 그리고 발생된 스위칭전원은 전력송신부(14)로 공급되고, 전력송신부(14)에 의해 유도전압이 발생된다.When an AC power source of, for example, AC90 to 230V and 50 / 60Hz is supplied from the outside, noise is removed by the filter 11 and the transient current is cut off. The AC power supplied through the filter 11 is converted into DC power in the rectifier 12 and then supplied to the switching power supply 13, and the switching power supply 13 generates the switching power required for charging using the DC power. . The generated switching power is supplied to the power transmitter 14, and an induced voltage is generated by the power transmitter 14.
한편, 정류기(12)를 통해 공급된 교류전원을 입력받는 전원전압발생부(15)는 스위칭전원부(13) 및 전력제어부(16)를 구동시키기 위한 전원전압(Vcc)을 발생시킨다.Meanwhile, the power supply voltage generator 15 receiving the AC power supplied through the rectifier 12 generates a power supply voltage Vcc for driving the switching power supply 13 and the power control unit 16.
또한, 상기 배터리 팩의 신호발생부(4)로부터 발생된 광신호를 입력받는 신호수신부(17)는 수신된 신호를 전력제어부(16)로 공급하는데, 전력 제어부(16)는 신호수신부(17)로부터 입력되는 신호에 따라 적정한 충전이 이루어지도록 하기 위하여 스위칭전원부(13)를 제어하기 위한 신호를 출력한다.In addition, the signal receiver 17 which receives the optical signal generated from the signal generator 4 of the battery pack supplies the received signal to the power controller 16, and the power controller 16 is the signal receiver 17. A signal for controlling the switching power supply unit 13 is outputted so that proper charging is performed according to a signal input from the same.
여기서, 필터(11)는 교류전원에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 필터(Noise Filter)와 과도전류의 흐름을 차단하기 위한 퓨즈(Fuse)로 이루어지며, 정류기(12)는 예를 들어, 브릿지 다이오드(Bridge Diode)와 전해콘덴서로 이루어진다.Here, the filter 11 is composed of a noise filter (Noise Filter) for removing the noise contained in the AC power source and a fuse (Fuse) for blocking the flow of the transient current, the rectifier 12 is, for example, a bridge It consists of a diode (Bridge Diode) and an electrolytic capacitor.
스위칭전원부(13)는 배터리를 충전하는데 필요한 충전용 스위칭전원을 발생시키는 장치로써, 플라이 백(Fly Back) 방식의 스위칭모드 전원공급장치(Switching Mode Power Supply; SMPS)로 구성되며, 수신측의 부하변동율에 적용될 수 있도록 전류증폭기(Current Amplifier)가 사용된다. 따라서 전력제어부(16)로부터 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)방식으로 제공되는 제어신호를 입력받아 충전에 적합한 스위칭전원(100KHz 이상)을 전력송신부(14)로 공급한다.The switching power supply unit 13 is a device for generating charging switching power for charging a battery. The switching power supply unit 13 includes a flyback type switching mode power supply (SMPS), and a load on the receiving side. A current amplifier is used to apply the rate of change. Therefore, the control signal provided by the pulse width modulation (Pulse Width Modulation) method is input from the power control unit 16 and supplies a switching power (100KHz or more) suitable for charging to the power transmitter 14.
전력송신부(14)는 스위칭전원부(13)로부터 공급되는 스위칭 전원에 의해 발생되는 전기장에 의해 유도전압이 발생되도록 하는데, 이를 위해 유도코일이 사용된다. 따라서 전력송신부(14)의 유도코일(1차측)에 공급되는 스위칭전원에 의해 배터리 팩의 전력수신부(1)의 유도코일(2차측)에 전압이 유도된다.The power transmitter 14 causes an induced voltage to be generated by an electric field generated by the switching power supplied from the switching power supply unit 13. An induction coil is used for this purpose. Therefore, the voltage is induced to the induction coil (secondary side) of the power receiver 1 of the battery pack by the switching power supply supplied to the induction coil (primary side) of the power transmitter 14.
신호수신부(17)는 예를 들어, 광센서의 수광소자로 이루어져 배터리의 신호발생부(4)로부터 발생된 광신호를 수신하도록 구성된다.The signal receiver 17 is configured to receive, for example, an optical signal generated from the signal generator 4 of the battery by receiving a light receiving element of an optical sensor.
전력제어부(16)는 신호수신부(17)를 통해 공급되는 신호 즉, 배터리 팩의 제어부(3)로부터 발생되는 제어신호가 가지는 명령에 따라 적정한 충전이 이루어지도록 하기 위하여 알고리즘이 내장된 마이크로콘트롤러로 이루어지며, 프로그래밍 된 알고리즘에 따라 스위칭전원부(13)를 제어하기 위한 신호를 출력한다.The power controller 16 is composed of a microcontroller with a built-in algorithm for proper charging according to a command of a signal supplied through the signal receiver 17, that is, a control signal generated from the controller 3 of the battery pack. And outputs a signal for controlling the switching power supply unit 13 according to a programmed algorithm.
예를 들어, 350 내지 1000㎃의 전류로 충전되도록 하기 위하여 소비되는 전류를 일정한 주기로 검출하여 필요 이상의 전력이 공급되지 않도록 한다. 또한, 최소한의 전류가 흐르는 상태에서 대기하고 있다가 전력 전송위치가 80%이상 전송할 수 있는 위치에 도달되면 배터리가 있는 것으로 판단하여 정전류로 충전될 수 있도록 한다.For example, in order to be charged with a current of 350 to 1000 mA, the current consumed is detected at regular intervals so that more power than necessary is not supplied. In addition, when waiting for a minimum current flows, when the power transmission position reaches 80% or more, the battery is determined to be able to be charged with a constant current.
즉, 전력제어부의 마이크로콘트롤러는 주기적으로 충전상태를 감시하며 배터리가 완충되면 전력의 소모가 최소화되도록 한다. 그리고 충전시 배터리의 안정성과 원활한 전력전송을 위하여 마그네트에 의해 배터리 팩이 충전기에 부착되도록 하고 완충되면 자력이 감소되어 쉽게 분리될 수 있도록 한다.That is, the microcontroller of the power controller periodically monitors the charging state and minimizes power consumption when the battery is fully charged. In addition, the battery pack is attached to the charger by a magnet for stability and smooth power transfer of the battery during charging, and when the battery pack is fully charged, the magnetic force is reduced so that the battery pack can be easily separated.
도 3은 일반적인 휴대폰에 사용될 수 있는 본 발명의 배터리 팩(100)을 도시하는데, 예를 들어 "A" 부분에 전력수신부(1)가 위치하도록 할 수 있다.3 illustrates a battery pack 100 of the present invention that can be used in a general mobile phone. For example, the power receiver 1 may be positioned at an “A” portion.
도 4는 본 발명의 충전기(200)의 외형을 도시하는데, "B" 부분에 전력송신부(14)가 위치되도록 하여 배터리 팩의 전력수신부(1)와의 접촉면적이 확보되도록 할 수 있으며, 조절부재(201)를 설치하여 배터리의 크기에 따라 장착이 편리하도록 한다. 또한, 충전기(200)에는 예를 들어, 발광 다이오드로 이루어진 표시부(202)를 설치하여 배터리의 충전상태를 용이하게 모니터할 수 있도록 한다.Figure 4 shows the external appearance of the charger 200 of the present invention, the power transmission unit 14 is located in the "B" portion to ensure a contact area with the power receiving unit 1 of the battery pack, the adjustment member 201 is installed to facilitate mounting according to the size of the battery. In addition, the charger 200 may be provided with, for example, a display unit 202 made of a light emitting diode to easily monitor the state of charge of the battery.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 팩과 충전기가 결합된 상태를 도시하는데, 전극간의 접촉이 아닌 유도코일에 의해 유도되는 전압으로 충전되도록 하므로써 배터리 팩과 충전기 간의 접촉이 이루어지지 않아 단말기의 종류에 관계없이 충전이 가능해 진다.5 illustrates a state in which a battery pack and a charger are coupled according to the present invention, and the contact between the battery pack and the charger is not made by charging the voltage induced by the induction coil, not the contact between the electrodes. It can be charged without.
도 6은 도 2의 전력제어부를 설명하기 위한 플로우챠트이다.FIG. 6 is a flowchart for describing the power control unit of FIG. 2.
전원 공급에 따라 시스템이 초기화(101)된 후 전력제어부는 배너리팩이 장착되었는지, 즉 충전부를 검출하여(102) 배터리 팩이 장착되어 있지 않으면 전원절약모드 동작단계(108)로 진입하고, 배터리 팩이 장착되어 있으면 전력송신을 준비한다(103). 배터리 팩으로부터 광신호를 검출하여(104) 송신할 전력을 산출하고(105) 송신 전력이 제로(0)인지를 판단한다(106). 산출된 송신전력이 제로이면 전력제어 신호의 출력을 중지하여 전력송신을 차단하고(109), 전원절약모드 동작단계(108)로 진입한다. 송신전력이 제로가 아니면 전력 제어신호를 출력하여 전력송신동작을 수행하고(107), 다시 광신호 검출단계(104)로 복귀한다. 송신 전력량은 배터리 팩으로부터 출력되는 광신호에 따라 달라진다.After the system is initialized according to the power supply (101), the power control unit detects whether the banner repack is installed, that is, the charging unit (102), and if the battery pack is not installed, enters the power saving mode operation step (108), and the battery pack If it is installed, prepare for power transmission (103). The optical signal is detected (104) from the battery pack to calculate the power to be transmitted (105) and it is determined (106) whether the transmit power is zero (0). If the calculated transmission power is zero, the output of the power control signal is stopped to block power transmission (109), and the power saving mode operation step 108 is entered. If the transmission power is not zero, the power control signal is output to perform the power transmission operation (107), and the process returns to the optical signal detection step 104 again. The amount of transmission power depends on the optical signal output from the battery pack.
도 7은 도 1의 제어부를 설명하기 위한 플로우챠트도이다.FIG. 7 is a flowchart for explaining the controller of FIG. 1.
배터리 팩은 충전기에 장착함에 따라 시스템이 초기화된(201) 후 배터리 팩의 상태를 검사한다(202). 배터리가 충전 가능 상태인지를 판별(203)하여 충전 상태가 아니면 충전가능 여부를 테스트하고(210), 배터리가 불량인가를 확인한다(211). 확인결과 배터리가 불량이면 충전금지상태로 판단하여(213) 충전을 정지한다. 불량이 아니면 상태검사(202)후 배터리의 전압을 측정하여(204) 완충상태인지 여부를 확인하는데(205), 예를 들어, 4.2V 이상이 아니면 정전류 충전, 즉 1단계 충전 및 광신호를 출력하고(206), 전류치를 광신호를 전송하고 계속해서 배터리의 전압이 4.2V일때까지 정전류로 충전한다. 배터리 전압이 4.2V 이상이면 정전압 충전, 즉 2단계충전 및 광신호를 출력하고(207)하고 배터리 상태를 검사하여(208) 완충상태 여부를 판단하여(209) 그 이상이면 계속 2단계 충전 및 광신호를 출력하여(207) 배터리를 충전하고, 이하이면 충전을 완료한다. 이때도 정전류 충전때와 같은 광신호로 전송한다.The battery pack checks the state of the battery pack after the system is initialized (201) as mounted in the charger (202). It is determined whether the battery is in a chargeable state (203), and if it is not in a charged state, it is tested whether it is chargeable (210), and it is checked whether the battery is defective (211). If it is confirmed that the battery is bad, it is determined that the charging is prohibited (213) and stops charging. If it is not bad, after the state test 202, the voltage of the battery is measured (204) to determine whether it is in a fully charged state (205). For example, if it is not 4.2V or more, constant current charging, that is, one-stage charging and an optical signal output. (206), the current value is transmitted with an optical signal and then charged with constant current until the voltage of the battery is 4.2V. If the battery voltage is 4.2V or higher, constant voltage charging, that is, outputting two-stage charging and optical signals (207) and checking the battery status (208) to determine whether the battery is fully charged (209), and if it is higher than two-stage charging and optical The battery is charged by outputting a signal (207), and the charging is completed when less. In this case, the same optical signal is transmitted as in the case of constant current charging.
본 발명에서 특히 충전기와 배터리팩은 상호통신이 가능하게 된다. 이와 같은 충전기와 배터리팩의 통신방법 중 첫째, 광센서에 의한 통신을 설명하면,In particular, the charger and the battery pack in the present invention are capable of mutual communication. First, in the communication method of the charger and the battery pack described the communication by the optical sensor,
배터리 팩 내부에 발광형 광센서를 장착하고 충전기에 수광형 광센서를 장착한 후 배터리 팩 내부의 마이크로프로세서가 송신할 데이터를 발광형 광센서를 통하여 충전기로 송신한다. 충전기는 수광형 광센서를 통해 광신호를 수신하고 필터 회로 및 증폭회로를 통과한 후 충전기 내부의 마이크로프로세서로 신호를 입력한다. 송수신하는 데이터의 형태는 송신데이터의 디지털 형태(적외선의 방출 유무로 0과 1을 판단) 그대로 송수신할 수도 있고 송신데이터를 소정의 주파수로 변조해서 송신하고 충전기에서 필터회로 및 복조회로를 구성하여 수신할 수도 있다. 광센서로는 IR(Infrared:적외선) 센서, 가시광선 센서, 레이저 센서등을 사용한다.The light emitting optical sensor is mounted in the battery pack and the light receiving optical sensor is mounted in the charger. Then, the microprocessor inside the battery pack transmits data to the charger through the light emitting optical sensor. The charger receives an optical signal through a light receiving optical sensor, passes through a filter circuit and an amplifier circuit, and inputs the signal into a microprocessor inside the charger. The data to be transmitted / received may be transmitted or received as it is in digital form of transmission data (judges 0 and 1 by the presence or absence of infrared rays). The data is modulated and transmitted at a predetermined frequency, and the filter circuit and the demodulation circuit are configured in a charger. May be received. As an optical sensor, IR (Infrared) sensor, visible light sensor, laser sensor, etc. are used.
또한 본 발명에서는 초음파 센서를 이용하여 충전기와 배터리팩의 통신이 가능하다.In addition, the present invention enables the communication between the charger and the battery pack using the ultrasonic sensor.
배터리 팩 내부에 송신형 초음파 센서를 장착하고 충전기에 수신형 초음파 센서를 장착한 후 배터리 팩 내부의 마이크로 프로세서가 송신할 데이터를 송신형 초음파 센서를 통하여 충전기로 송신한다. 충전기는 수신형 초음파 센서를 통해 적외선 신호를 수신하고 필터회로 및 증폭회로를 통과한 후 충전기 내부의 마이크로 프로세서로 신호를 입력한다. 송수신하는 데이터의 형태는 송신 데이터의디지털 형태를 초음파의 방출유무로 1과 0으로 인식하는 방법을 사용한다.A transmitter type ultrasonic sensor is mounted inside the battery pack, and a receiver type ultrasonic sensor is mounted in the charger, and the microprocessor inside the battery pack transmits data to the charger through the transmitter type ultrasonic sensor. The charger receives an infrared signal through a receiving ultrasonic sensor, passes through a filter circuit and an amplifier circuit, and inputs the signal into a microprocessor inside the charger. As the type of data to be transmitted / received, a method of recognizing the digital form of the transmitted data as 1 and 0 based on the emission of ultrasonic waves is used.
또한, 본 발명에서는 RF(Radio Frequency)를 이용한 통신이 가능하다.In the present invention, communication using RF (Radio Frequency) is possible.
배터리 팩 내부에 RF를 송신할 수 있는 회로를 구성 장착하고 충전기에 이 RF를 수신할 수 있는 회로를 구성 장착한 후 배터리팩 내부의 마이크로 프로세서가 송신할 데이터를 RF회로로 보내면 RF회로는 이 데이터를 변조 및 증폭해서 RF의 형태로 충전기로 송신한다. 충전기는 RF수신회로를 통하여 RF신호를 수신하고 필터회로, 증폭회로 및 복조회로를 통과한 후 충전기 내부의 마이크로프로세서로 신호를 입력한다. 송수신시 사용하는 변복조 방법은 기존의 디지털 신호와 RF신호 사이의 변복조 방법 즉 FSK등을 사용한다.After constructing a circuit that can transmit RF inside the battery pack, and configuring a circuit that can receive this RF in the charger, the microprocessor in the battery pack sends data to the RF circuit to transmit the data to the RF circuit. Is modulated and amplified and transmitted to the charger in the form of RF. The charger receives an RF signal through an RF receiving circuit, passes through a filter circuit, an amplifier circuit, and a demodulation circuit, and inputs a signal into a microprocessor inside the charger. The modulation and demodulation method used for transmission and reception uses an existing modulation and demodulation method, that is, FSK, between a digital signal and an RF signal.
다음은 본 발명에서 배터리의 인식방법에 관하여 설명하기로 한다.Next, a method of recognizing a battery in the present invention will be described.
발광형 및 수광형 광센서에 의한 인식방법에 있어서는, 충전기에 장착되어 있는 발광형 광센서와 적외선 통신용으로 사용하는 수광형 광센서를 이용하여 충전기 내부의 마이크로프로세서에 의하여 주기적으로 발광형 광센서가 광신호를 방출하고 배터리 팩이 충전기에 근접하면 반사되어 돌아오는 광신호를 수신하여 배터리팩을 인식한다. 또는 충전기에 있는 수광형 광센서와 배터리 팩에 있는 발광형 광센서를 이용하여 충전기의 1차 코일에서 항상 미소전력을 흐르게 하여 배터리 팩이 충전기에 근접하면 배터리 팩이 전력 수신을 감지하여 배터리 팩 내부의 발광형 광센서를 이용하여 배터리팩 의 근접을 광통신을 이용하여 충전기 내부의 마이크로프로세서에서 알리게 된다.In the recognition method using the light emitting type and the light receiving type optical sensor, the light emitting type optical sensor is periodically used by the microprocessor inside the charger using the light emitting type optical sensor mounted on the charger and the light receiving type optical sensor used for infrared communication. When the battery pack emits an optical signal and approaches the charger, the battery pack is recognized by receiving the reflected optical signal. Alternatively, using a light-receiving light sensor in the charger and a light-emitting light sensor in the battery pack, the micro-capacity always flows in the charger's primary coil so that the battery pack detects power reception when the battery pack is close to the charger. Using the light emitting optical sensor of the proximity of the battery pack is notified by the microprocessor inside the charger using optical communication.
송신형 및 수신형 초음파 센서에 의한 인식방법에 있어서는, 충전기에 장착되어 있는 송신형 초음파센서와 초음파 통신용으로사용하는 수신형 초음파센서를 이용하여 충전기 내부의 마이크로 프로세서에 의하여 주기적으로 송신형 초음파센서가 초음파 신호를 방출하고 배터리 팩이 충전기에 근접하면 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신하여 배터리팩을 인식한다. 또는 충전기에 있는 수신형 초음파센서와 배터리 팩에 있는 송신형 초음파센서를 이용하여 충전기의 1차 코일에서 항상 미소전력을 흐르게 하여 배터리팩이 충전기에 근접하면 배터리팩이 전력수신을 감지하여 배터리팩 내부의 송신형 초음파센서를 이용하여 배터리 팩의 근접을 초음파 통신을 이용하여 충전기 내부의 마이크로프로세서에 알린다.In the recognition method using the transmission type and the reception type ultrasonic sensors, the transmission type ultrasonic sensor is periodically connected by the microprocessor inside the charger using the transmission type ultrasonic sensor mounted on the charger and the receiving type ultrasonic sensor used for ultrasonic communication. When the battery pack emits an ultrasonic signal and the battery pack is close to the charger, it receives the reflected ultrasonic signal and recognizes the battery pack. Alternatively, by using a receiving ultrasonic sensor in the charger and a transmitting ultrasonic sensor in the battery pack, the micro coil always flows in the primary coil of the charger. When the battery pack is close to the charger, the battery pack detects the power reception and the inside of the battery pack. By using the ultrasonic sensor of the transmission of the proximity of the battery pack to the microprocessor inside the charger using the ultrasonic communication.
송신 RF 및 수신 RF회로에 의한 인식방법에 있어서는 송신 및 수신 RF회로와 배터리 팩에 있는 송신 RF회로를 이용하여 충전기의 1차코일에서 항상 미소전력을 흐르게 하여 배터리팩이 충전기에 근접하면 배터리팩이 전력 수신을 감지하여 배터리팩 내부의 송신 RF회로를 이용하여 배터리 팩의 근접을 RF통신을 이용하여 충전기 내부의 마이크로프로세서에 알린다.In the recognition method by the transmitting RF and the receiving RF circuit, the transmission and receiving RF circuits and the transmitting RF circuits in the battery pack always use a small power flow in the primary coil of the charger. The power reception is sensed and the proximity of the battery pack is informed to the microprocessor inside the charger using RF communication using the transmitting RF circuit inside the battery pack.
자석식 스위치를 이용한 인식방법에서는 충전기와 배터리 팩에 각각 자석과 자석식 스위치 혹은 그 반대의 조합을 장착하여 충전기에 배터리 팩이 근접하면 자석식 스위치가 작동하여 배터리 팩이 근접함을 감지하고 배터리 팩 내부의 발광형 적외선 센서, 송신형 초음파 센서, 송신 RF 회로 중 한가지를 이용하여 배터리팩의 근접을 적외선통신, 초음파 통신, RF통신중 한가지를 이용하여 충전기 내부의 마이크로 프로세서에 알린다.In the recognition method using a magnetic switch, a magnet and a magnetic switch or a combination of vice versa are mounted on the charger and the battery pack, respectively, and when the battery pack is close to the charger, the magnetic switch is activated to detect the proximity of the battery pack and to emit light inside the battery pack. The proximity of the battery pack is informed to the microprocessor inside the charger using one of the infrared communication, the ultrasonic communication, and the RF communication using one of the infrared sensor, the transmitting ultrasonic sensor, and the transmitting RF circuit.
도 8은 본 발명에 따른 2차측 코어와 코일의 형태를 도시한 도면으로 (a)는 일반 에나멜 동선형이고 (b)는 플렉시블 PCB형을 나타낸다.8 is a view showing the shape of the secondary core and the coil according to the present invention (a) is a general enamelled copper wire and (b) shows a flexible PCB type.
본 발명에서 특히 2차측 코어의 형태는 기존의 트랜스포머나 유도기전력을 이용한 전력 송수신시 아용하는 코어의 형태는 'ㅌ' 혹은 'ㄷ'의 형태가 대부분이나 본 발명의 경우에서 코어는 'I'의 형태의 코어를 얇게 가공한 박막형태를 가진다. 또한 기존의 2차측 코일은 'ㅌ' 혹은 'ㄷ' 형태의 코어에 직접 감는 적층방식을 사용하나 본 발명에서는 2차측 코일을 에나멜선 등을 사용할 때에는 평면으로 감은 후 박막형태의 코어에 부착하고 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 등을 사용시에는 FPCB에 직접 코일 형태를 구성하여 박막 형태의 코어에 부착한다.In the present invention, in particular, the shape of the secondary core is most commonly used in the form of '코어' or 'c' when transmitting or receiving power using an existing transformer or induction electromotive force. It has a thin film form in which a thin core is processed. In addition, the conventional secondary coil uses a lamination method wound directly on the core of the 'ㅌ' or 'ㄷ' type, but in the present invention, when using the enameled wire or the like, the secondary coil is wound on a flat surface and attached to the thin film core and the FPCB In case of using (Flexible Printed Circuit Board) etc., form a coil directly on FPCB and attach it to thin film core.
즉, 2차측 코어를 박막형태의 'I' 코어를 사용하고 에나멜선이나 FPCB등으로 평면적으로 구성하여 코어에 부착함으로써 배터리 팩 내에서의 코어와 코일의 점유면적을 최소한으로 줄일 수 있다. 또한 FPCB를 이용한 코일은 FPCB 상에 배터리팩 내의 다른 전자회로를 구성 장착할 수 있으므로 전체 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.In other words, by using a thin film type 'I' core and forming a planar enamel line or FPCB and attaching the core to the core, the occupied area of the core and the coil in the battery pack can be minimized. In addition, the coil using the FPCB can be configured to mount other electronic circuits in the battery pack on the FPCB has the effect of reducing the overall volume.
상술한 바와 같이 본 발명은 배터리 팩과 충전기가 서로 접촉되지 않은 상태에서도 충전이 이루어지도록 하므로써 단말기의 종류 및 형태에 관계없이 배터리의 충전이 가능해 진다. 따라서 단말기 구입시 충전기의 구입으로 인한 경제적 부담이 제거되며, 충전기의 폐기처분으로 인한 경제적 손실도 발생되지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 충전기를 공공장소(터미널, 역, 공항, 관공소 등)에 설치하거나, 자판기 등에 설치할 경우 단말기 사용자의 편의를 도모할 수 있다.As described above, the present invention enables charging of the battery regardless of the type and form of the terminal by allowing the battery pack and the charger to be charged even without contacting each other. Therefore, the economic burden due to the purchase of the charger when the terminal is purchased is eliminated, and there is no economic loss due to the disposal of the charger. In addition, when the charger according to the present invention is installed in a public place (terminal, station, airport, public office, etc.), or installed in a vending machine, it is possible to facilitate the convenience of the terminal user.
또한 본 발명의 충전기는 배터리 팩에서 요구하는 전력을 실시간으로 제어 및 송신할 수 있으므로 배터리 팩 내의 회로를 장착한 모든 휴대기기의 충전 배터리시스템에 적용 가능하다. 따라서 한 충전기를 이용하여 휴대용 통신 장비, PDA, 휴대용 오디오기기 등 휴대할 수 있는 모든 전기기기를 충전할 수 있다. 또한 배터리팩 내의 마이크로프로세서가 배터리의 종류, 특성, 충전방법을 모두 기억하고 있으므로 리튬이온전지, 리튬폴리머 전지 이외에도 모든 2차전지에 적용 가능하다.In addition, since the charger of the present invention can control and transmit the power required by the battery pack in real time, it is applicable to a rechargeable battery system of all portable devices equipped with a circuit in the battery pack. Therefore, a single charger can be used to charge all portable electronic devices such as portable communication equipment, PDAs, and portable audio devices. In addition, since the microprocessor in the battery pack stores all kinds, characteristics, and charging methods of the battery pack, it can be applied to all secondary batteries in addition to lithium ion batteries and lithium polymer batteries.
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