KR100470249B1 - 배터리충전장치,배터리팩을충전시키는방법과배터리팩 - Google Patents

배터리충전장치,배터리팩을충전시키는방법과배터리팩 Download PDF

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Abstract

배터리 셀을 갖고 있는 배터리 팩을 충전하는 배터리 충전 장치로서, 상기 배터리 팩이 배터리 셀의 최대 충전 전류와 최대 충전 전압에 대한 정보를 저장을 할 수 있고 배터리 충전 장치와 상기 정보를 교환할 수 있는, 상기 배터리 충전 장치가 개시되며, 상기 장치는 배터리 팩으로부터 전송되는 배터리 셀의 최대 충전 전압을 나타내는 정보 및 최대 충전 전류를 나타내는 정보를 수신하는 통신 수단과, 배터리 셀의 최대 충전 전류와 최대 충전 전압을 초과하지 않도록, 충전시 충전 전류와 전압을 제어하는 제어수단을 포함한다. 또한, 본 발명에 따라, 배터리 팩을 충전시키는 방법 및 다양한 전자 장치들에 장착될 수 있는 배터리 팩이 개시되어 있다.

Description

배터리 충전 장치, 배터리 팩을 충전시키는 방법과 배터리 팩
본 발명은 비디오 카메라들, 휴대용 전화들 또는 개인용 컴퓨터들을 위한 전원 소스로 사용되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩을 충전시키는 배터리 충전 장치, 및 그 배터리 팩을 충전시키기 위한 방법에 관한 것이다.
지금까지, 리튬-이온 배터리들, 니켈-카드뮴 배터리들, 니켈-수소 배터리들 등과 같은 2차 배터리들로 구성된 배터리 팩들이 공지되어 있다.
이러한 공지된 배터리 팩들은, 예컨대, 나머지 용량을 계산하고, 배터리 팩(battery pack)을 전원 소스로 사용하는 전자 장치들과 통신하는 마이크로컴퓨터와, 주변 장치들, 마이크로컴퓨터가 나머지 배터리 용량 등을 계산하기 위해 필요한 배터리 셀(cell)의 조건들을 검출하는 검출회로 등을 내장한다.
예컨대, 리튬-이온 배터리로 구성된 이러한 배터리 팩들에 대한 종래의 배터리 충전 장치들에 있어서는, 배터리가 충전되었을 때, 미리결정된 정전압(constant voltage)이 연속적으로 인가되는 정전압 충전 시스템이 사용되어져 왔다. 게다가, 각각의 배터리 팩들은 각각의 배터리 셀들에서 사용되는 전극의 종류에 따라 한 배터리 셀마다 충전 전압(충전될 배터리 팩에 인가될 수 있는 최대 충전 전압을 의미하며, 이후에 "최대 충전 전압"으로 칭함)이 상이하다. 이러한 이유 때문에, 다수의 종래의 배터리 충전 장치들은 제한된 종류의 호환이 가능한 배터리 팩들을 충전시키기 위해서만 사용되어져 왔다.
그러나, 비용의 관점에서 볼 때, 다양한 종류의 배터리 팩들과 호환가능한 다수의 배터리 충전 장치들을 준비해야 한다는 단점이 있다. 따라서, 다수의 최근의 배터리 충전 장치들은 상이한 최대 충전 전압들을 갖는 다양한 종류의 배터리 팩들이 충전될 수 있는 그러한 기능을 갖추고 있다.
그러나, 다수의 종류의 배터리 팩들을 충전시킬 수 있는 이러한 배터리 충전 장치들은 안전도의 관점에서 볼 때, 모든 호환가능한 배터리 팩들 중에서 가장 낮은 최대 충전 전압을 갖는 배터리 팩들을 충전시키기 위한 조건들 하에 동작하도록 설계되어졌다. 유사하게, 배터리 충전 장치들은 모든 호환가능한 배터리 팩들 중에서 가장 낮은 최대 충전 전류와 동일한 충전 전류(배터리 팩을 통해 흐를 수 있는 최대 충전 전류를 의미하고, 이후에 "최대 충전 전류"로 칭함)를 제공하기 위해 설계되었다.
이와 같이, 이러한 종래의 배터리 충전 장치들에서는, 의도된 모든 호환가능한 배터리 팩들에 최적의 충전 에너지를 동일하게 공급하는 것이 불가능하므로, 100% 충전이 달성될 수 없거나 100% 충전을 하기 위해 시간이 너무 오래 걸리는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 이루어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은 의도된 다수의 모든 배터리 팩들에 최적의 충전 에너지를 공급할 수 있는 배터리 충전 장치, 배터리 팩을 충전시키는 방법, 및 이러한 배터리 충전 장치 및 방법에 의해 충전될 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 배터리 충전 장치 및 방법은 최소한 최대 충전 전류와 최대 충전 전압을 나타내는 정보를 저장할 수 있으며, 그 정보를 전송할 수 있는 배터리 팩을 충전시키는 장치와 방법이다. 본 발명에 따라, 상술한 문제점들은 최대 충전 전류를 나타내는 정보 및 최대 충전 전압을 나타내는 정보를 배터리 팩으로부터 수신하고, 충전시 배터리 팩의 전류와 전압을 검출하고, 검출된 전류와 전압에 따라, 정전류 충전과 정전압 충전으로 배터리 팩의 충전조건을 변화시키는 단계와, 최대 충전 전류와 최대 충전 전압을 넘지 않도록 배터리 팩의 충전을 제어함으로써 극복될 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 셀, 배터리 셀의 최대 충전 전류를 나타내는 정보 및 최대 충전 전압을 나타내는 정보를 저장하는 메모리 수단, 최대 충전 전류를 나타내는 정보 및 최대 충전 전압을 나타내는 정보를 전송하는 통신수단(communication means)을 포함하며, 그에 따라, 상술한 문제점들을 극복할 수 있다.
즉, 본 발명에 따라, 배터리 팩에 최대 충전 전류를 나타내는 정보 및 최대 충전 전압을 나타내는 정보를 저장하고, 배터리 팩이 충전되었을 때, 패터리 팩의 전류 및 전압에 따라 정전류 충전과 정전압 충전 사이에서 배터리 팩의 충전 조건을 변화시키고, 최대 충전 전류와 최대 충전 전압을 넘지 않도록 배터리 팩의 충전을 제어함으로써 서로 다른 최대 충전 전류들과 최대 충전 전압들을 갖는 모든 다수의 배터리 팩들에 최적 충전 에너지를 동일하게 공급하는 것이 가능하다.
본 발명의 양호한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술된다.
도 1을 참조하면, 배터리 충전 장치(100)와 배터리 팩(1)을 포함하는 시스템이 개략적으로 도시된다.
도 1에서, 배터리 충전 장치(100)는 상술한 배터리 팩(1)과 데이타 통신을 행하는 통신회로(102)와, 발광 다이오드와 같은 발광 소자(103), 가변 전압원(104), 가변 전류원(105), 및 상술한 가변 전압원(104)으로부터의 출력 전압과 상술한 가변 전류원(105)으로부터의 출력 전류 간의 스위칭을 위한 변경 스위치(106)와 마이크로컴퓨터(101)를 포함한다. 마이크로컴퓨터(101)는 상술한 발광 다이오드(103)의 턴 온(turning-ON) 및 턴 오프(turn-OFF), 및 상술한 변경 스위치(106)의 스위칭, 및 상술한 가변 전압원(104)으로부터의 출력 전압값과 상술한 가변 전류원(105)으로부터의 출력 전류값을 제어할 수 있다.
또한, 배터리 팩(1)은, 예컨대, 리튬-이온 배터리로 구성된 배터리 셀(20)과, 적어도 배터리 셀(20)의 최대 충전 전류와 최대 충전전압을 나타내는 정보를 저장하는 비휘발성 메모리(17), 배터리 충전 장치(100)와 데이타 통신을 하는 통신회로(30), 및 마이크로컴퓨터(10)를 포함한다. 마이크로컴퓨터(10)는 비휘발성 메모리(17) 내에 저장되는 최대 충전 전압을 나타내는 정보 및 최대 충전 전류를 나타내는 정보를 판독하고, 상술한 통신 회로(30)를 통해 배터리 충전 장치(100)에 정보를 전송한다. 또한, 마이크로컴퓨터(10)는 다음에 서술되는 방법으로 충전시에 전압, 전류 등과 같은 배터리 셀(20)의 다양한 조건들을 인식할 뿐만 아니라 배터리 충전 장치(100)에 대한 인식에 의해 획득된 정보를 전송할 수 있다.
배터리 팩(1)의 양의 단자(TM+)는 패터리 충전 장치(100)의 양의 단자(TM1+)에 연결된다. 한편, 배터리 팩(1)의 음의 단자(TM-)는 배터리 충전 장치(100)의 음의 단자(TM1-)에 연결된다. 배터리 팩(1)은 이러한 양의 단자들 및 음의 단자들을 통해 배터리 충전 장치(100)로 충전된다. 게다가, 배터리 팩(1)의 제어단자(TMc)는 배터리 충전 장치(100)의 제어 단자(TM1c)에 연결되어, 최대 충전 전류를 나타내는 정보와 최대 충전 전압을 나타내는 정보, 충전시 배터리 셀(20)의 전류 또는 전압에 관한 정보, 또는 다른 정보가 배터리 팩(1)과 배터리 충전 장치(100) 간에 전송될 수 있고, 즉, 수신되고 송신될 수 있다.
이러한 경우에 있어서는, 배터리 팩(1)으로서, 각각의 배터리 셀들(20) 내에 사용된 전극들의 종류에 따라 한 배터리 팩 당 충전 전압(인가 가능한 최대 충전 전압)과 충전 전류(흐를 수 있는 최대의 충전 전류)가 서로 다른 다수의 배터리 팩들이 사용될 수 있다. 다음의 설명에서는, 한 배터리 팩 마다 4.2V의 최대 충전 전압과 4A의 최대 충전 전류를 갖는 배터리 팩과, 4.1V의 최대 충전 전압과 2A의 최대 충전전률 갖는 다른 배터리 팩이 배터리 팩들의 예들로 사용되었다.
그러므로, 많은 종류의 배터리 팩들(1)이 존재하므로, 적어도 최대 충전 전압을 나타내는 정보와 최대 충전 전류를 나타내는 정보가 각각의 배터리 팩(1)의 상술한 비휘발성(non-volatile) 메모리(17)내에 저장되는 것이 요구되어진다. 이 경우에는, 최대 충전 전압을 나타내는 정보는, 한 비트당 전류가 0.1A와 대응하는 8비트들로 구성되고, 최대 충전 전압을 나타내는 정보는 한 비트 당 전압이 0.01V와 대응하는 16비트로 구성된다. 또한, 한 비트에 대해 0.01V가 할당된 이유는 각각의 배터리 팩들 중 한 배터리 셀 당 최대 충전 전압이 차이가 4.2V와 4.1V 간의 차이만큼 작고, 특히, 리튬-이온 배터리의 경우에는, 안전성에서 볼 때, 충전시 최대 충전 전압을 초과하지 않는 것이 중요하다.
다음에는, 도 2에 도시된 흐름도에 기초하여, 배터리 팩(1)이 배터리 충전 장치(100)에 의해 충전되는 충전 동작이 서술되어져 있다.
먼저, 단계(ST1)에서는, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 배터리 팩(1)의 마이크로컴퓨터(10)가 비휘발성 메모리(17) 내에 저장된 최대 충전 전류와 전압을 나타내는 정보를 송신하도록 요청한다. 상기 요청에 기초하여 배터리 팩(1)으로부터 송신된 정보가 수신될 때, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 충전시 배터리 셀(20)에 인가되는 최대 충전 전압과 배터리 셀(20)을 통해 흐르는 최대 충전 전류를 인식할 수 있다. 또한, 충전 동작이 시작될 때, 배터리 팩(1)의 마이크로컴퓨터(10)는 앞으로 기술될 배터리 셀(20)의 현재 충전 전압(현재 충전 전압: Current Charging Voltage: CCV)과 현재 흐르는 전류 값들을 인식하고, 배터리 셀(20)의 현재 충전 전압과 현재 흐르는 전류를 나타내는 정보를 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)에 전송한다. 그 결과로서, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 이러한 전압과 전류값들을 인식하게 된다.
다음에, 단계(ST2)에서는, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 배터리 팩(1)의 최대 충전 전압을 나타내는 정보에 기초하여, 배터리 셀(20)의 포화 충전 전압을 판정하고, 포화 충전 전압의 90%와 대응하는 전압 값을 계산한다. 게다가, 마이크로컴퓨터(101)는 배터리 팩(1)에서 전송된 배터리 셀(20)의 현재 충전 전압과 포화 충전 전압의 90%와 대응하는 계산된 전압 값을 비교한다. 현재 충전 전압이 포화 충전 전압의 90%보다 작을 때는, 충전 프로그램은 단계(ST3)로 진행한다. 그 단계에서는, 배터리 팩(1)의 충전이 정전류 충전 조건하에서 수행되어진다. 한편, 현재 충전 전압이 포화 충전 전압의 90% 보다 클 때, 충전 프로그램은 단계(ST7)로 진행한다. 그 단계에서, 배터리 팩(1)은 정 전압 충전 조건하에서 충전된다. 좀 더 자세히 설명하자면, 정전류 충전이 단계(ST3)에서 수행될 때, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 배터리 팩(1)과 가변 전류원(105) 사이의 연결을 설정하기 위해 변경스위치(106)를 변경시킨다. 그리고 가변 전류원(105)에서 나온 전류를 상술한 최대 충전 전류와 대응하는 값으로 설정한다. 그 결과로서, 배터리 팩(1)은 가변 전류원에서 공급된 설정된 전류값에서 충전되어진다. 이때에는, 배터리 팩(1)의 충전 전압이 최대 충전 전압을 초과하지 않는다는 것을 알아야 한다. 한편, 정전압 충전이 단계(ST7)에서 수행될 때, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 변경 스위치(106)를 변경시켜, 배터리 팩(1)과 가변 전압원(104) 사이에 접속을 확립하고, 가변 전압원(104)으로부터 출력된 전압을 상술한 최대 충전 전압과 대응하는 값으로 설정하여, 배터리 팩(1)이 가변 전압원에 의해 공급된 설정된 전압 값에서 충전되게 한다. 그러나, 이때에는 배터리 팩(1)을 흐르는 충전 전류가 최대 충전 전류를 초과하지 않는다는 것을 주목해야 한다.
정전류 충전이 단계(ST3)에서 수행될 때, 마이크로컴퓨터(101)는 단계(ST4)에 도시된 것처럼 배터리 셀(20)에서 현재 흐르는 전류와 배터리 팩(1)의 최대 충전 전류를 비교한다. 현재 흐르는 전류가 최대 충전 전류보다 작을 때는, 프로그램이 단계(ST5)로 진행하며, 이 단계에서는, 배터리 팩(1)에 공급된 전류가 증가하게 된다. 한편, 현재 흐르는 전류가 최대 충전 전류보다 클 때에는, 프로그램이 단계(ST6)로 진행하게 된다. 이 단계에서는, 배터리 팩(1)에 공급된 전류가 감소하게 된다. 좀더 자세히 설명하자면, 배터리 팩(1)에 공급된 전류가 단계(ST5)에서 증가하게 될 때, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 전류의 값을 증가시키기 위해 가변 전류원(105)을 제어한다. 한편 배터리 팩(1)에 공급된 전류가 단계(ST6)에서 증가할 때에는, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 전류의 값을 감소시키기 위해 가변 전류원(105)을 제어한다.
단계(ST5) 또는 단계(ST6)의 제어가 종료된 후에는, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 단계(ST2)의 판단 블록으로 복귀한다.
한편, 단계 ST7에서 정전압 충전이 수행되도록 배터리 팩(1)의 전류 충전 전압이 포화 충전 전압의 90%를 초과한다고 단계 ST2에서 판정되면, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 단계 ST8에 도시되는 바와 같이, 배터리 팩(1)으로부터 전송된 배터리 셀(20)의 현재 충전 전압값과 배터리 팩(1)의 상술한 최대 충전 전압값을 비교한다. 단계 ST8에서 현재 충전 전압값이 최대 충전전압보다 작다고 판정되면, 패터리 팩(1)에 인가된 전압은 단계 ST10에 도시된 바와 같이 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)에 의해 감소되도록 의도된다. 반면에, 단계 ST8에서 최대 충전 전압보다 현재 충전 전압값이 크다고 판정되면, 배터리 팩(1)에 인가된 전압은 도 ST10에 도시된 바와 같이, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(100)에 의해 감소되도록 의도된다. 특히, 배터리 팩(1)에 인가된 전압이 단계 ST9에서와 같이 증가되도록 의도될 때, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 전압 출력값을 증가시키도록 가변 전압원(104)을 제어한다. 반면에, 배터리 팩(1)에 인가된 전압이 단계 ST10에서와 같이 감소되도록 의도될 때, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 전압 출력값을 감소시키도록 가변 전압원(104)을 제어한다.
단계 ST9 또는 단계 ST10의 제어가 완료된 후에, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)를 위한 프로그램은 단계 ST7에 의해 나타낸 바와 같은 정전압 충전의 실행 블록으로 복귀한다.
한편, 단계 ST2에서 현재 충전 전압이 포화 충전 전압의 90% 이하인 것으로 판정되고, 배터리 팩(1)이 단계 ST3 및 후속한 단계에서 정전류 충전의 조건으로 변경되는 시간 동안, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 다이오드가 턴 온을 유지하도록 도 1에 도시된 발광 다이오드(103)를 제어한다. 반면에, 현재 충전 전압이 포화 충전 전압의 90% 이상인 단계에서 결정되어 배터리 팩(1)이 단계 ST7 및 후속한 단계들에서와 같이 정전압의 조건으로 변경될 때, 배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)가 다이오드가 턴 오프 상태를 유지하도록 도 1에 도시된 발광 다이오드(103)를 제어한다. 그러므로, 발광 다이오드(103)의 온 및 오프 조건들은 반대로 설정될 수 있다. 발광 다이오드의 제공에 의해, 배터리 팩(1)이 포화 충전 전압의 90% 이상까지 충전되는 조건을 사용자가 인식하는 것이 가능하다.
배터리 충전 장치(100)의 마이크로컴퓨터(101)는 배터리 팩(1)이 장착되는 이러한 기간 동안에만 충전 동작을 수행하고 배터리 팩(1)이 탈착될 때 충전 동작을 종결한다. 배터리 팩(1)의 장착 또는 탈착의 검출이 예컨대, 배터리 충전 장치(100) 상에 장착 및 탈착을 검출하고 센서의 출력을 연속적으로 모니터링하는 센서를 제공함으로써 실현될 수 있다. 대안적으로, 배터리 팩(1)의 장착 또는 탈착의 검출은 배터리 팩(1)과 마이크로컴퓨터(10) 간의 통신의 간섭을 검출함으로써 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 배터리 충전 장치(100)에서는, 배터리 팩(1)의 비휘발성 메모리(17)에 저장되어 있고 최대 충전 전류와 전압을 나타내는 정보가 판독되고, 배터리 팩(1)의 현재 충전되는 전압과 현재 흐르는 전류도 또한 계속해서 관찰된다. 게다가 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 충전작업의 초기 단계에 있는 정전류 충전조건하에서 충전된다. 배터리 팩(1)의 현재 충전 전압이 미리결정된 전압(도 3에서 P로 표시된 포화 충전 전압이 90%와 대응됨)에 도달한 후에, 조건은 정전류 충전으로부터 최대 충전 전압을 이용하는 정전압 충전까지 변경된다. 본 발명에 따른 배터리 충전 장치(100)의 이러한 구조 때문에, 모든 배터리 팩들이 100%까지 충전이 되고, 배터리 팩들이 100% 충전조건을 달성할 수 있는 시간을 감소시키기 위해, 모든 배터리 팩들에 최적의 충전 에너지를 공급하는 것이 가능하게 되었다. 일반적으로, 예를 들면, 한 개의 배터리 셀당 4.2V의 최대 충전전압과 2A의 최대 충전 전류를 갖고 있는 한 종류의 배터리 팩들과, 한 개의 배터리 셀당 4.1V의 최대 충전 전압과 4A의 최대 충전 전류를 갖고 있는 다른 종류의 배터리 팩이 상술한 바와 같이 충전될 경우에, 4A의 최대 충전 전류를 갖고 있는 배터리 팩은 2A의 최대 충전 전류를 갖고 있는 다른 배터리 팩보다 2배나 큰 충전 전류를 요구하게 된다. 따라서, 4A의 최대 충전 전류를 갖고 있는 배터리 팩은 2A의 최대 충전 전류를 갖고 있는 배터리 팩 보다 2배 큰 충전 시간을 요구하게 된다. 본 발명에 따르는 배터리 충전 장치에 있어서는, 4A의 최대 충전 전류를 갖고 있는 배터리 팩에 충전 작업의 초기 단계에서 더 큰 양의 전류가 공급되어질 수 있다. 그러므로 요구된 충전시간을 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 배터리 팩들이 서로 다른 최대 충전 전압들을 갖고 있더라도(즉, 하나는 4.1V, 다른 하나는 4.2V), 현재의 충전 전압이 포화 충전 전압의 90% 또는 그 이상에 도달했을 때는 각각의 배터리 팩의 충전 조건은 정전압 충전으로 변경이 되기 때문에, 배터리 팩은 최대 충전 전압에 따라 100%까지 충전될 수 있다.
상술한 실시예에서는, 배터리 팩(1)의 비휘발성 메모리(17)는 단지 최대 충전 전류와 최대 충전 전압을 나타내는 정보만을 저장할 수 있다. 상술한 정보 외에도, 비휘발성 메모리(17)는 배터리 셀(20)의 연결 조건들을 표시하는 다른 정보, 예를 들면, 직렬 연결들의 수나 또는 요구된다면, 병렬 연결 등의 수와 같은 정보를 저장할 수 있다. 예를 들면, 직렬 연결들의 수를 나타내는 정보가 비휘발성 메모리(17)에 저장이 되어 있다면, 본 발명에 따르는 배터리 충전 장치(100)는 배터리 셀들을 갖고 있는 여러 가지 조율의 배터리 팩들(1)을 충전시키는데 또한 사용되어질 수 있다. 상기 배터리 셀들은 서로 서로 다른 직렬 연결을 가지고 있다.
다음에는, 본 발명에 따르는 배터리 팩(1)의 특정 구조가 도 4를 참조하여 서술되어 졌다.
도 4에 도시된 배터리 팩에서는, 전류/전압 검출 저항(R7)을 통해, 배터리 셀(20)의 양의 전극이 배터리 팩(1)의 양의 단자 (TM+)에 연결되어 있고, 배터리 셀(20)의 음의 전극이 배터리 팩(1)의 음의 단자(TM-)에 연결되어 있다.
배터리 팩(1) 내에 내장된 마이크로컴퓨터(10)는 직렬 조절기(regulators), 리셋(reset) 회로 등을 포함하고 있는 마이크로컴퓨터용 전원 소스(16)와 연결되어 있으며, 전원 소스(16)로부터 공급된 전원에 의해 동작된다. 마이크로컴퓨터(10)의 충전 전류 검출 입력 단자(DI1)는 충전 전류를 검출하는 연산 증폭기(operational amplifier: 13)의 출력단자에 연결되어 있다. 방전 전류 검출 입력단자(DI2)는 방전전류를 검출하는 연산증폭기(13)의 출력단자에 연결되어 있다. 게다가, 마이크로컴퓨터(10)의 간섭 입력단자는 NAND 게이트(15)의 출력 단자에 연결되어 있다. 상기 게이트의 두 입력 단자들은 연산 증폭기들(13, 14)의 출력단자들에 연결되어 있다. NAND 게이트(15)의 출력단자는 또한 풀-업(pull-up) 저항기(R8)를 통해 마이크로컴퓨터용 전원 소스(16)에 연결되어 있다. 게다가, 마이크로컴퓨터(10)의 온도검출 입력단자는 배터리 셀(20)의 대기 온도를 검출하기 위해 온도 센서(19)의 출력 단자에 연결되어져 있다. 마이크로컴퓨터(10)의 전압검출 입력단자는 배터리 셀(20)의 단자 전압을 검출하기 위해 전압 검출회로(18)의 출력단자에 연결되어 있다. 마이크로컴퓨터(10)의 데이타 입력단자는 상술한 비휘발성 메모리(17)의 출력 단자에 연결되어 있다. 마이크로컴퓨터(10)의 접지단자(GND)는 배터리 셀(20)의 음의 전극에 연결되어 있다. 마이크로컴퓨터(10)의 통신 입력 및 출력 단자(SIN, SOUT 단자들)는 각각 버퍼 증폭기들(11, 12)에 연결되어 있다. 상기 버퍼 증폭기들은 상술한 통신 회로(30)의 한 부분을 구성한다. 상술한 충전 전류 입력단자(DI1), 방전 전류 입력 단자(DI2), 온도 검출 입력단자, 전압검출 입력 단자, 등은 아날로그 입력 단자들이며, 모두, A/D 입력 포트들로 구성되어 있다. 따라서, 마이크로컴퓨터(10)는 이러한 아날로그 입력들을 디지탈 데이타로 변환시키기 위해 A/D 변환기를 가지고 있다.
연산 증폭기(13)의 비반전(non-inversion) 입력 단자는 저항기(R3)를 통해 배터리 셀(20)의 음의 전극에 연결되어 있다. 연산 증폭기(13)의 반전 입력단자는 증폭 인자를 설정하기 위한 음의 궤환 저항기(R2)와 저항기(R1)에 연결되어 있다. 따라서, 연산 증폭기(13)의 출력단자에서 나온 전압은 배터리 팩(1)에 흐르는 전류의 값(충전시 흐르는 전류)을 저항기(R2)의 저항값과 저항(R1)의 저항값의 비율로 곱함으로써 증폭된 전압값과 동일하다. 한편, 연산 증폭기(14)의 비반전 입력 단자는 전류와 전압을 검출하는 저항기(R6, R7)를 통해, 배터리 셀(20)의 음의 전극에 연결되어 있다. 연산 증폭기(14)의 반전 입력 단자는 음의 궤환 저항기(R5, R4)에 연결되어 있다. 따라서, 연산 증폭기(14)의 출력단자에서 나온 전압은 배터리 팩(1)에 흐르는 전류의 값(방전시 흐르는 전류)을 저항비율(R5/R4)로 곱해줌으로써 얻어진 증폭된 전압 값과 동일하다.
또한, 트랜지스터 스위치(Tr1)는 예컨대, 그 게이트가 마이크로컴퓨터(10)의 스위칭 제어 출력단자에 연결되어 있고, 그 소스와 드레인 사이에 저항(R1)이 연결되어 있는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)로 구성되어 있다. 따라서, 마이크로컴퓨터(10)의 스위칭 제어 출력단자(SW1)에서 나온 신호의 레벨이 높으면(HIGH: H), 전계효과 트랜지스터(Tr1)는 턴 온되므로, 저항(R1)의 값이 거의 "0"이 된다(즉, 단지 전계 효과 트랜지스터(Tr1)의 내부저항 값이다). 그리고, 연산 증폭기(13)의 증폭인자(증폭이득)가 커지게 된다. 증폭 인자는 저항비(R2/R1)에 따라 결정된다. 한편, 마이크로컴퓨터(10)의 스위칭 제어 출력 단자(SW1)로부터 출력된 신호 레벨이 예컨대, 로우일 때(LOW: L), 전계효과 트랜지스터(Tr1)는 턴 오프되어 연산 증폭기(13)의 증폭 인자(증폭이득)가 저항(R1)과 저항 R2)의 비(R2/R1), 즉, 전계효과 트랜지스터(Tr1)가 턴 온되는 경우에 얻어진 증폭 인자에 따라 결정된 증폭인자보다 더 작다. 유사하게, 트랜지스터 스위치(Tr2)는 게이트가 마이크로컴퓨터(10)의 스위칭 제어출력 단자(SW2)에 연결되어 있고, 드레인과 소스 사이에는 상술한 저항(R4)이 연결되어 있는 전계효과 트랜지스터로 구성되어 있다. 따라서, 마이크로컴퓨터(10)의 스위칭 제어 출력 단자로부터 출력된 신호의 레벨이 예컨대, 하이일 때(H), 트랜지스터 스위치(Tr1)는 턴 온되어, 저항값(R4)이 거의 "0"이 되고(즉, 트랜지스터 스위치(Tr2)의 내부저항 값이다), 연산 증폭기(13)의 증폭인자(증폭이득)가 커지게 된다. 한편, 마이크로컴퓨터(10)의 스위칭 제어 출력단자(SW2)로부터의 신호의 레벨이 예컨대, 로우(L)이면, 트랜지스터 스위치(Tr2)는 턴 오프되므로, 연산 증폭기(14)의 증폭인자(증폭이득)는 작게 된다.
이 경우에서는, 정상적인 연산 모드에서, 마이크로컴퓨터(10)가 상술한 충전 전류 검출 입력 단자(DI1)와 방전 전류 검출 입력 단자(DI2)의 신호 레벨들을 연속하여 모니터한다. 이러한 레벨들이 미리결정된 값들에 도달하거나 초과하게 되면, 상술한 스위칭 제어 출력 단자들(SW1, SW2)에서 나온 신호들의 레벨들은 모두 로우(LOW)로 설정이 되므로, 트랜지스터 스위치들(Tr1, Tr2)은 모두 턴 오프되며, 연산 증폭기들(13, 14)의 증폭 이득들은 작게 된다. 따라서 마이크로컴퓨터(10)는 낮은 증폭기 이득을 갖고 있는 연산 증폭기들(13, 14)로부터의 출력들의 값을 이용함으로써 배터리 팩(1)내에 흐르는 전류의 값(충전 또는 방전시 흐르는 전류)을 측정할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 마이크로컴퓨터(10)는 충전 또는 방전시 흐르는 전류의 값을 인식할 수 있으므로, 충전과 방전 전류 등의 적분 값이 계산될 수 있다.
한편, 정상적인 연산 모두에서는, 배터리 팩(1)내에 흐르는 충전과 방전 전류가 미리결정된 값보다 더 크지 않은 아주 작은 값으로 감소할 때에는, 이득이 모두 작은 연산 증폭기들(13, 14)에서 나온 출력 값도 역시 작게 된다. 즉 상술한 충전 전류 검출입력 단자(DI1)와 방전전류 검출입력 단자(DI2)의 레벨들은 작게된다. 이 때에, 마이크로컴퓨터(10)내에서는, 상술한 단자들(DI1, DI2)의 레벨들이 미리결정된 레벨 보다 더 낮은 값으로 감소하게 된다. 이러한 조건이 미리결정된 시간동안 계속 된다면, 마이크로컴퓨터(10)는 회로가 부하가 없는 상태에 있다고 판단하므로, 연산 모드는 전원 절약 모드(휴식 모드: sleep mode)로 바뀌게 된다. 전원 절약 모드에 들어가자마자, 회로는 상술한 정상적인 연산모드 보다 더 적은 전원으로 동작이 되므로, 에너지 절약 연산이 가능하게 되었다.
마이크로 컴퓨터(10)가 전원절약 모드로 동작될 때, 상술한 스위칭 제어 출력 단자들(SW1, SW2)에서 나온 신호들의 레벨들이 모두 하이 레벨이다(HIGH). 이러한 결과로서, 트랜지스터 스위치들(Tr1, Tr2)은 모두 동작상태가 되므로, 연산 증폭기들(13, 14)의 증폭 이득들은 커지게 된다. 따라서, 회로가 전원 절약 모드에서 동작될 때, 마이크로컴퓨터(10)는 이득이 작은 연산 증폭기들(13, 14)의 출력값들을 이용함으로써(충전 또는 방전시에 흐르는 매우 작은 전류) 배터리 팩(1)내에 흐르는 매우 작은 전류를 측정할 수 있다.
이 경우에는, 전원 절약 동작 모드 상태에서, 충전 또는 방전 전류들이 상술한 미리결정된 값에 도달하거나 초과했을 때, 연산 증폭기들(13, 14)의 출력 값들은 모두 크게 된다. 즉, 상술한 NAND 게이트(15)의 두 입력 단자들의 레벨들은 모두 하이(HIGH)이다. 따라서, NAND 게이트(15)의 출력은 로우(LOW) 레벨이 된다. 그러므로 간섭 입력 단자에 연결된 NAND 게이트(15)의 출력 레벨이 로우 레벨(LOW)이 될 때, 마이크로컴퓨터(10)는 상술한 전원 절약 동작 모드를 취소하기 때문에, 회로의 동작 모드는 전원절약 모드에서 정상 동작 모드로 바뀌게 된다.
상술한 바와 같이, 도 4에 도시된 회로에 있어서는, 회로가 정상 동작 모드보다는 전원 절약 모드에서 더 낮은 전원으로 동작하기 때문에, 많은 전원이 절약된다. 게다가 도 4에 도시된 회로에 있어서는, 마이크로컴퓨터(10)가 스위칭 제어 출력들(SW1, SW2)에 의해 트랜지스터 스위치들(Tr1, Tr2)의 ON/OFF 제어를 수행하므로, 연산 증폭기들(13, 14)의 이득들은 변경이 된다. 상술한 회로 장치는, 전원 절약 모드에서 매우 작은 전류를 검출하는 것과, 정상 동작 모드에서 전류의 값을 측정하는 것을 가능하게 했다.
전압 검출 회로(18)는 저항(R9, R10)으로 구성된 전압 분배 저항기이다. 상기 전압 분배 저항기를 이용함으로써, 배터리 셀(20)의 단자 전압이 검출될 수 있다. 전압 검출회로(18)에 의해 검출된 전압 값은 마이크로컴퓨터(10)의 상술한 전압 검출 입력 단자에 공급된다. 따라서, 전압 검출 회로(10)에서 공급되고, 마이크로컴퓨터(10)의 전압 검출 입력 단자에 의해 수신된 검출된 전압 값에 기초하여, 배터리 셀(20)의 단자 전압을 식별하는 것이 가능하다.
게다가, 온도 센서(19)는 예를 들면 온도 검출용 서미스터(thermistor) 등에 의해 구성되었으며, 배터리 셀(20)의 가까운 곳에 배치되어 있다. 온도센서(18)에 의해 검출된 온도 값은 마이크로컴퓨터(10)의 온도검출 입력단자에 공급된다. 따라서, 마이크로컴퓨터(10)는 온도 검출 입력 단자에 공급된 검출된 온도값에 기초하여, 배터리 셀(20)의 온도 값을 식별할 수 있다.
게다가, 상술한 비휘발성 메모리(17)는 예를 들면, EEP-ROM으로 구성되어 있고, 상술한 바와 같이 연결 조건들을 나타내는 정보와 최대 충전 전류 또는 전압을 나타내는 정보뿐만 아니라 배터리 셀(20)의 가능한 최대 충전과 방전 주기(cycles)의 수를 표시하는 데이타(주기 데이타)를 저장할 수가 있다. 배터리 셀(20)의 허용가능한 최대 충전과 방전 주기들의 수를 나타내는 이러한 데이타가 비휘발성 메모리(17)에 저장되면, 마이크로컴퓨터(10)는 비휘발성 메모리(17)로부터 가능한 최대 충방전 주기들의 수를 나타내는 데이타를 판독하고, 동시에 배터리 셀(20)의 현재 충방전 주기들을 측정함으로써 허용 가능한 최대 충전과 방전 주기들에 도달했다는 것을 표시하는 플래그(flag)를 배터리 팩(1)이 장착되어 있는 전자 장치에 전송할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(1)으로부터 전달된 플래그가 상기 전자 장치에 의해 수신되었을 때에는, 배터리 팩을 교체할 필요성이 있다는 것을 알려주는 데이타와, 배터리 팩의 나머지 용량을 표시하는 데이타 등을 제공할 수 있다.
다음에는, 상술한 마이크로컴퓨터(10)에 의해 연산되는 나머지 배터리 용량을 계산하는 방법이 설명된다. 즉, 상술한 연산 증폭기들(13, 14)의 출력 값들에 기초하여 충전과 방전 전류들을 적분 연산하는 것이 설명되어져 있다. 이러한 연산에서, 연산증폭기들(13, 14)은 전류 검출 회로 내에서 충전 전류 검출 증폭기 또는 방전 전류검출 증폭기로 사용되어 진다.
전류 검출 회로는 저항(R7)에 흐르는 충전 또는 방전 전류(i[mA])를 검출하고, 마이크로컴퓨터(10)의 A/D 포트들로 사용되는 충전 전류검출 입력단자(DI1)와 방전전류 검출입력 단자(DI2)에 공급되는 전압 e=iG[V]을 출력시키기 위해, 전류/전압 변환 이득이 포함된 미리결정된 이득 [V/mA]으로 검출된 전류를 증폭시킨다. 마이크로컴퓨터(10)의 A/D 변환 수단(A/D 변환기)에서는 입력 전압 e[V]이 아날로그 데이타를 디지탈 값 x = e/q(=iG/q)으로 변환시키기 위한 단계 q[V/LSB] 또는 미리결정된 양자화 폭(width)으로 양자화된다. 디지탈 값(x)에 기초하여, 마이크로컴퓨터(10)는 미리결정된 동작 시간 T[h: hour] 마다 상기 계산을 수행한다.
전류(i)가 동작시간(T) 동안에 계속해서 흐르고 있다고 가정하면, 증가 또는 감소분(△ Y)은 △ Y=iT=(xq/G)[mAh]라는 식으로 표현된다. 증가분 또는 감소분(△ Y)은 상술한 A/D 변환에 의해 얻어진 디지탈 데이타(x)를 이용하여, 다음 공식과 같이 표현된다.
△ Y = (qT/G)x
상기 공식내에 있는 q, T, G가 증배 계수 qT/G가 2n과 같아지도록 조정이 되어졌을 때, 상기공식은, △ Y=(2n)x로 고쳐 쓸 수 있다. 결과적으로, 그 값은 비트 이동(bit shift)에 의해 쉽게 계산되어질 수 있다.
한편, 전류(i)의 양의 값은 충전 동작과 대응하며, 음의 값은 방전 동작과 대응된다. 도 4에 도시된 상술한 실시예에 있어서는, 저항(R7)에 흐르는 충전과 방전 전류들 중에서, 충전 전류는 연산 증폭기(13)에 의해 검출되며, 방전 전류는 연산 증폭기(14)에 의해 검출된다. 각각의 검출된 충전과 방전 전류들은 (+) 전압으로 출력이 되며, 충전 전류 검출 입력 단자(DI1)와 방전 전류 검출 입력 단자(DI2)에 공급된다. 따라서, 전압(e1)은 검출된 충전 전류들(i1)에 기초하여, 연산 증폭기(13)로부터 마이크로컴퓨터(10)의 충전 전류 검출 입력단자(DI1)에 공급되며, 그리고 전압(e1)은 디지탈 값(x1)을 얻기위해 마이크로컴퓨터(10)내에 있는 A/D 변환기에 의해서 아날로그-디지탈 변환 과정을 거치게 되며, 전압(e2)은 검출된 충전 전류(i2)에 기초하여, 연산 증폭기(14)로부터 마이크로컴퓨터(10)의 방전 전류 검출입력 단자(DI2)에 공급되며, 디지탈 값(x2)을 얻기 위해 마이크로컴퓨터(10)내의 A/D 변환기에 의해 아날로그-디지탈 변환 과정을 거치게 된다고 가정하면, 동작 구간(T)마다 나머지 배터리 용량 Y[mAh]의 증가 또는 감소분 △ Y[mAh]은 다음 공식으로 표현된다.
Figure pat00014
증배 계수(multiplication coefficient)가 qT/G=2n으로 설정되었다면, 상기 공식은 △ Y=(x1-x2)× 2n 표현된다.
결과적으로 상기 값은 비트 이동에 의해 쉽게 계산되어질 수 있다.
도 5는 상술한 충전과 방전 전류 값들을 적분함으로써 나머지 배터리 용량을 계산하는 마이크로컴퓨터(10)의 계산 작업을 도시한 흐름도이다.
도 5에서는, 단계(ST41)에서, 나머지 배터리 용량 데이타 Y[mAh]가 초기 나머지 용량 Yo[mAh]으로 설정되어 있다. 이러한 절차는 Y← Yo로 표현된다. 다음단계(ST42)에서는, 증가 또는 감소분(△ Y), 즉, (x1-x2)× 2n이 단계의 시작전에 얻어진 나머지 배터리 데이타 Y[mAh]에 가산된다. 이렇게 얻어진 합산 값은 마이크로컴퓨터(10)의 내부 메모리(도시되지 않음)내에 새로운 나머지 배터리 용량 데이타 Y[mAh]로 저장이 된다. 이러한 절차는 Y← [Y+(x1-x2)× 2n]으로 표현된다. 다음 단계(ST43)에서는, 계산 프로그램은 상술한 동작 시간에 대응하는 미리결정된 시간구간(T)을 기다린 후에 단계(ST41)로 복귀한다.
이 경우에서는, 전류 검출 회로 내의 전류/전압 변환 이득을 포함하고 있는 이득[V/mA], 마이크로컴퓨터(10)내에서 행해지는 아날로그-디지탈 변환에 관한 양자화 단계 q[V/LSB] 그리고 마이크로컴퓨터(10)에 의해서 행해지는 충전과 방전 전류 값들의 적분 연산 시간이 qT/G=2n을 만족하도록 선택되었을 때, 적분된 전류 값들 또는 나머지 배터리 용량 값들은 계수를 증가시키지 않고 비트 이동에 의해 얻어질 수 있다.
전류 검출 회로를 구성하는 연산 증폭기(13)의 이득은 상술한 바와 같이 R2/R1 비에 의해 결정되며, 연산 증폭기(14)의 이득은 R5/R4 비에 의해 결정된다. 게다가 전류/전압 변환 비는 저항(R7)에 의해 결정된다. 충전 전류를 검출하기 위한 연산 증폭기(13)의 이득과 방전 전류를 검출하기 위한 연산증폭기(14)의 이득은 같거나 다를 수 있다. 마이크로컴퓨터(10)의 아날로그-디지탈 변환의 양자화 폭(q)은 많은 경우에 IC에 의해 결정된다. 게다가 동작 시간(T)은 사용된 소프트웨어에 따라 변경된다.
특히, 예를 들어, q/G=2k[mA/LSB]와 T[h]=1/2m[h](h, m은 정수)라는 식이 설정되었다고 가정하면, 각 동작 주기(T)마다 생기는 증가분 또는 감소분(△ Y)은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00015
따라서, 동작 시간(T)당 나머지 배터리 용량은 다음식에 의해 표현된다.
Figure pat00016
결과적으로, 적분된 전류 값은 단지 더하기와 빼기 그리고(k-m) 비트 이동 연산에 의해서만 얻어질 수 있다.
자세히 설명하자면, 도 6에서는, 상술한 전류 검출 회로의 이득(G)이, 예컨대, q/G=1이 되도록 설정된 경우를 도시하고 있다. 양자화 폭(q)은 많은 경우에 있어서 고정이 되었지만, 값(q)은 q/G=1을 얻기 위해 가변적이 될 수 있다. 이 때에는, 만약 초기 용량이 도 6(A)에 도시된 것처럼 8mAh로 설정되었다면, 나머지 배터리 용량(Y)은 08H로 표현된다(H는 16진수). 즉 하위 4개 비트들은 "1000"으로 주어진다) 초기 용량이 08H인 경우에는, 예를 들어, 시간 당 1mA씩 충전되는 과정이 한 시간 동안 진행될 때, 충전 전류 검출 입력단자(DI1)와 방전전류 검출입력단자(DI2)의 입력 값들에 대응하는 A/D 변환 데이타는 O1H로 표시된다. 이 값을 초기 용량에다 더해줌으로써, 9mAh의 새로운 나머지 배터리 용량 데이타가 얻어진다. 그러므로 나머지 배터리 용량 데이타(Y)는 도 6(B)에 도시된 것처럼 09H로 표현된다(즉, 하위 4개 비트들은 "1011"로 표현). 시간 당 2mA 의 충전이 나머지 배터리 용량 09H를 가진 배터리에 한 시간 동안 행해졌을 때, 새로운 나머지 배터리 용량 데이타(Y)는 11mAh에 이르게 되므로, 그것은 도6(C)에 도시된 것처럼 0BH로 표현된다(즉, 하위 4개의 비트들은 "1011"로 표현). 상술한 설명에서 알 수 있듯이, 예를 들면, 만약 상술한 전류검출 회로(80) 등의 이득(G)이 q/G=1[mAh/LSB]을 확립하도록 설정되었다면, 적분된 전류값은 계수 증가없이 얻어질 수 있다.
이와 같이 도 7(A)에서 도 7(C)까지의 도면에 도시된 것처럼, 상술한 이득등이 q/G=8(=23)[mAh/LSB]로 설정된 경우에 있어서, 초기 용량이, 예를 들면, 도 7(A)에 도시된 것처럼 1mAh 일때, 나머지 배터리 용량(Y)은 01H로 표현된다(H 는 16진수의 수이며, 하위 4개의 비트들은 "0001"로 표현). 이러한 01H를 가진 초기 용량의 경우에서는, 시간당 8mA의 충전이 한 시간 동안 행해질 때, 충전 전류 검출 입력단자(DI1)와 방전 전류 검출입력 단자(DI2)의 입력 값들에 대응하는 A/D 변환 데이타는 도 7(B)에 도시된 것처럼 01H로 표현된다. 이 데이타가 상술한 나머지 배터리 용량 데이타(Y)에 더해질 때, 그 데이타를 23으로 곱해주는 것이 필요하다. 그 데이타를 23으로 곱해주는 것은 오른쪽 방향으로 세번의 비트 이동에 의해 이루어지므로, 증가분 08H, 즉 8mAh가 얻어질 수 있다. 이 증가분을 최초의 나머지 배터리 용량 데이타에 더해줌으로써, 새로운 나머지 배터리 용량 데이타(Y)인 9mAh가 도 7(C)에 도시된 것처럼 얻어진다. 상술한 설명에서 알 수 있듯이, 만약, 상술한 전류 검출회로의 이득과 그와 비슷한 것이 q/G=8(23)[mAh/LSB]가 되도록 설정되었다면, 적분된 전류 값은, 단지 한 개의 비트 이동만이 요구되지만 계수의 증가 없이도 얻어질 수 있다. 일반적으로, q/G가 2n[mAh/LSB]으로 설정되었다면, 적분된 전류 값 또는 나머지 배터리 용량은 n번의 이동과 감산에 의해 얻어질 수 있다.
앞의 설명에서는, 배터리 셀과 같은 리튬-이온 배터리를 이용한 실시예가 서술되어져 있다. 그러나 본 발명은 니켈-카드뮴 배터리 또는 니켈-수소 배터리와 같은 다른 제 2 배터리들에도 비슷한 방법으로 응용할 수 있다.
게다가, 본 발명에 따르는 배터리 팩은 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 개인용 컴퓨터 등과 같은 다양한 전자 장치들에 장착될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 최대 충전 전류와 전압을 나타내는 정보는 배터리 팩내에 저장되어 있다. 또한 배터리 팩은 배터리 충전 장치에 의해 충전된다. 이 때 정전류 충전은 충전의 초기 단계에서 행해지며, 충전 모드는, 배터리 팩의 현재 충전전압이 미리결정된 값을 초과할 때, 정전압 충전으로 변경된다. 그러므로, 최대 충전 전류와 최대 충전 전압을 초과하지 않도록 하기 위해, 배터리 팩의 현재 충전 전압에 따라 정전류 충전과 정전압 충전으로 충전 모드를 변경시키고, 제어함으로써, 최대 충전 전류와 최대 충전전압이 서로 다른 다수의 모든 배터리 팩들에 적합한 충전 에너지를 공급하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따라 배터리 충전 장치의 회로 배열을 도시한 블록도.
도 2는 상기 장치가 배터리 팩을 충전시키는데 사용되었을 때, 배터리 충전 장치 내에 내장된 마이크로컴퓨터의 동작들을 설명한 흐름도.
도 3은 정전류 충전 및 정전압 충전 사이의 변화 과정을 설명한 도면.
도 4는 본 발명에 따라 배터리 팩의 특정한 회로 배열을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명에 따라 배터리 팩 내의 충전 및 방전 전류를 계산하기 위한 적분 처리 순서를 도시한 흐름도.
도 6은 본 발명에 따라 배터리 팩 내에서 q/G=1[mAh/LSB]라는 관계식을 만족시키기 위해 전류 검출회로의 이득(G)이 설정되는 경우를 설명한 도면.
도 7은 본 발명에 따라 배터리 팩 내에서 q/G=8(23) [mAh/LSB]라는 관계식을 만족시키기 위해, 전류 검출회로의 이득(G) 등이 설정되는 경우를 설명한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 *
1 : 배터리 팩 100 : 배터리 충전 장치
101 : 마이크로 컴퓨터 103 : 발광 소자
105 : 가변 전류원

Claims (28)

  1. 배터리 셀을 가지는 배터리 팩을 충전하기 위한 배터리 충전 장치로서, 상기 배터리 팩은 상기 배터리 셀의 최대 충전 전류를 나타내는 정보 및 최대 충전 전압을 나타내는 정보를 저장할 수 있고, 상기 정보를 전달할 수 있는, 상기 배터리 충전 장치에 있어서:
    상기 배터리 팩으로부터 전송되는 상기 배터리 셀의 최대 충전 전류를 나타내는 상기 정보 및 최대 충전 전압을 나타내는 상기 정보를 수신하는 통신 수단; 및
    충전시 상기 최대 충전 전류 및 상기 최대 충전 전압을 초과하지 않도록 상기 배터리 팩의 전류 및 전압을 제어하는 제어 수단을 포함하는, 배터리 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 수단은 또한 충전시 상기 배터리 팩으로부터 전송되는 전압값들을 수신하는, 배터리 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 배터리 팩의 충전 조건을 정전류 충전 또는 정전압 충전으로 변경하기 위해 상기 배터리 팩 및 배터리 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 정전류 충전이 상기 최대 충전 전류를 사용하여 행해지도록 상기 배터리 팩 및 배터리 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 정전압 충전이 상기 최대 충전 전압을 사용하여 행해지도록 상기 배터리 팩 및 배터리 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 정전압 충전이 행해질 때, 상기 충전된 전압이 상기 최대 충전 전압을 초과하지 않도록 상기 배터리 팩 및 배터리 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 정전류 충전이 행해질 때, 상기 충전된 전류가 상기 최대 충전 전류를 초과하지 않도록 상기 배터리 팩 및 배터리 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 정전압 충전의 경우에 상기 충전된 전압이 상기 최대 충전 전압을 초과하지 않고, 상기 정전류 충전의 경우에 상기 충전된 전류가 상기 최대 충전 전류를 초과하지 않도록 상기 배터리 팩 및 배터리 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    출력 전압값을 변경할 수 있는 가변 전압원 및 출력 전류값을 변경할 수 있는 가변 전류원을 더 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 가변 전압원으로부터 생성되는 상기 출력 전압 및 상기 가변 전류원으로부터 생성되는 상기 출력 전류를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    가변 전압원으로부터의 출력 전압 또는 가변 전류원으로부터의 출력 전류중 어느 하나를 선택적으로 출력하는 출력 수단을 더 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 출력 전압과 상기 출력 전류 사이에서 상기 출력을 변경하도록 상기 출력 수단을 제어하는, 배터리 충전 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 통신 수단은 또한 충전시 상기 배터리 팩으로부터 전송되는 충전된 전류값을 수신하는, 배터리 충전 장치.
  12. 제3항에 있어서,
    출력 수단이 상기 정전류 충전과 상기 정전압 충전 사이에서 변경될 때, 온(ON) 상태가 되도록 상기 제어 수단에 의해 제어되는 발광 수단을 더 포함하는, 배터리 충전 장치.
  13. 제3항에 있어서,
    출력 수단이 상기 정전류 충전과 상기 정전압 충전 사이에서 변경될 때, 오프(OFF) 상태가 되도록 상기 제어 수단에 의해 제어되는 발광 수단을 더 포함하는, 배터리 충전 장치.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 정전류 충전이 상기 충전의 초기 단계에서 행해지고, 상기 정전압 충전이, 충전된 전압이 미리결정된 전압에 도달할 때 또는 그 후에 행해지도록 상기 배터리 팩과 배터리 충전 장치를 제어하는, 배터리 충전 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 미리결정된 전압은 상기 배터리 팩의 포화된 충전된 전압의 90%인, 배터리 충전 장치.
  16. 배터리 셀을 가지는 배터리 팩을 충전하기 위한 방법으로서, 상기 배터리 팩은 상기 배터리 셀의 최대 충전 전류 및 최대 충전 전압에 대한 정보를 저장할 수 있고, 상기 정보를 전달할 수 있는, 상기 배터리 팩 충전 방법에 있어서:
    상기 배터리 팩으로부터 전송되는 상기 배터리 셀의 최대 충전 전류 및 최대 충전 전압에 대한 상기 정보를 수신하는 단계; 및
    충전시 충전된 전류 및 충전된 전압이 상기 배터리 셀의 최대 충전 전류 및 최대 충전 전압을 초과하지 않도록 상기 배터리 팩을 제어하는 단계를 포함하는, 배터리 팩 충전 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    충전 동안에 배터리 팩으로부터 전송되는 상기 충전된 전압값을 수신하는 단계; 및
    정전류 충전과 정전압 충전 사이에서 상기 배터리 팩의 충전 조건을 변경하기 위해 상기 배터리 팩을 제어하는 단계를 더 포함하는, 배터리 팩 충전 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 충전이 상기 정전류 충전에 의해 행해질 때 상기 최대 충전 전류가 사용되는, 배터리 팩 충전 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 충전이 상기 정전압 충전에 의해 행해질 때 상기 최대 충전 전압이 사용되는, 배터리 팩 충전 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 충전이 상기 정전류 충전에 의해 행해질 때, 상기 배터리 팩은, 상기 충전된 전압값이 상기 최대 충전 전압을 초과하지 않도록 제어되는, 배터리 팩 충전 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 충전이 상기 정전압 충전에 의해 행해질 때, 상기 배터리 팩은, 상기 충전된 전류값이 상기 최대 충전 전류를 초과하지 않도록 제어되는, 배터리 팩 충전 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 팩은, 상기 정전압 충전의 경우에 상기 충전된 전압이 상기 최대 충전 전압을 초과하지 않고, 상기 정전류 충전의 경우에 상기 충전된 전류가 상기 최대 충전 전류를 초과하지 않도록 제어되는, 배터리 팩 충전 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 배터리 팩은, 상기 정전류 충전이 상기 충전의 초기 단계에서 행해지고, 상기 정전압 충전이, 상기 충전된 전압이 미리결정된 전압에 도달할 때 또는 그 후에 행해지도록 제어되는, 배터리 팩 충전 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 미리결정된 전압은 상기 배터리 팩의 포화된 충전된 전압의 90%인, 배터리 팩 충전 방법.
  25. 배터리 팩에 있어서:
    충전되거나 방전될 수 있는 배터리 셀;
    적어도 최대 충전 전류 및 최대 충전 전압에 대한 정보를 저장하는 메모리 수단; 및
    적어도 상기 최대 충전 전류 및 상기 최대 충전 전압에 대한 정보를 전송하는 통신 수단을 포함하는, 배터리 팩.
  26. 제25항에 있어서,
    충전시 상기 배터리 팩의 전압을 검출하는 충전된 전압 검출 수단을 더 포함하고,
    상기 통신 수단은 또한 상기 충전된 전압 검출 수단에 의해 검출되는 상기 전압에 대한 정보를 전송하는, 배터리 팩.
  27. 제25항에 있어서,
    충전시 상기 배터리 팩의 전류를 검출하는 충전 전류 검출 수단을 더 포함하고,
    상기 통신 수단은 또한 상기 충전된 전류 검출 수단에 의해 검출되는 상기 전류에 대한 정보를 전송하는, 배터리 팩.
  28. 제 25항에 있어서,
    상기 메모리 수단은 상기 배터리 셀의 접속 조건들에 대한 정보를 저장하는, 배터리 팩.
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