KR100595637B1 - 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휴대용 단말기의 전원을 공급하기 위해 장착되는 배터리 팩을 저온에서 충전 또는 동작시킬 경우 상기 배터리 팩의 내부 온도를 작동 가능한 작동온도로 가열시킬 수 있는 가열수단을 구비함으로써, 배터리 팩의 충전효율 및 방전효율을 향상 시킴은 물론 수명을 연장시킬 수 있는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치 및 방법을 제공하고자 한다.
휴대용 단말기, 배터리 팩, 저온, 가열수단

Description

휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치 및 방법{PROTECTION DEVICE AND METHOD FOR BATTERY PACK IN MOBILE PHONE}
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치의 구조를 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치의 다른 실시예를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 작용순서를 도시한 도면
도 5는 종래 휴대용 단말기의 배터리 팩의 구조를 도시한 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 배터리 팩 11 : 배터리 셀
12 : 케이스 13 : (+)단자
14 : (-)단자 15 : 온도감지단자
16 : 가열수단 제어단자 17a,17b : 가열수단
18 : 충전제어부 19 : 서미스터
20 : 스위치부
본 발명은 휴대용 단말기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휴대용 단말기의 전원을 공급하기 위해 장착되는 배터리 팩을 저온에서 충전 또는 동작시킬 경우 상기 배터리 팩의 내부 온도를 작동 가능한 작동온도로 가열시킬 수 있는 가열수단을 구비함으로써, 배터리 팩의 충전효율 및 방전효율을 향상 시킴은 물론 수명을 연장시킬 수 있는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대용 단말기에는 이의 동작에 필요한 전원을 공급하기 위한 배터리가 장착된다.
상기 배터리는 크게 화학전지와 물리전지로 나누어지며, 상기 화학전지는 1차전지 및 2차전지 그리고 연료전지로 나눌 수 있는데, 이 중에서 휴대용 단말기의 배터리로서는 충전이 가능한 2차전지가 널리 사용되고 있다.
첨부한 도 5는 종래 휴대용 단말기의 배터리 팩의 구조를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래 휴대용 단말기의 배터리 팩(30)은 배터리 셀(31), 관련부품(충/방전 관련부품)(도시하지 않음) 및 케이스(32) 등을 포함하여 구성되어 있다.
상기 배터리 팩(30)에는 기본적으로 (+)단자(33), (-)단자(34) 그리고 온도를 감지하기 위한 온도감지단자(35)가 구비되어 있고, 이외에도 배터리의 용량을 인식하는 인식센서단자(도시하지 않음) 등이 구비된다.
상기 온도감지단자로(35)서는 일반적으로 서미스터(Thermistor)(도시하지 않 음)가 이용되며, 상기 서미스터는 온도 변화에 따른 전압의 변화값으로 배터리 팩(30)의 온도를 단말기가 감지할 수 있게 한다.
한편, 상기 배터리 팩(30)의 구성요소인 배터리 셀(31)의 기본적인 온도 특성을 설명하면 다음과 같다.
상기 배터리 셀(31)의 작동온도는 크게 충전시와 방전시(또는 동작시)로 나누어 구분할 수 있는 바, 충전시에 배터리 셀(31)의 작동온도는 0℃ ~ 45℃이고, 방전시에 배터리 셀(31)의 작동온도는 -20℃ ~ 60℃이다.
또한, 상기 배터리 셀의 방전용량 효율은 60℃에서는 95%이고, 20℃에서는 100%, 0℃에서는 80%, -10℃에서는 70%이며, -20℃에서는 40%이다.
따라서, 상기와 같은 배터리 셀(31)의 특성상 저온 충전시(0℃ 미만) 배터리 셀(31)에 직접적인 손상을 줄 수 있으며, 저온 동작시에도 40% ~ 80% 정도의 효율을 가지고 동작하기 때문에 현저하게 빨리 방전되는 특성을 가지고 있다.
또한, 상기와 같은 배터리 팩(30)은 충전기(도시하지 않음)를 통해 충전할 수 있는 바, 이때 단말기는 상기 온도감지단자(35)를 통해 감지된 온도값에 의해 충전여부를 결정하게 된다.
즉, 베터리 셀(31)의 저온 충전가능온도는 설정값에 따라 달라지겠지만, 보통 -5℃ 미만에서는 충전이 되지 않도록 설계되어 있는 바, -5℃ 미만에서는 충전되지 않고 -5℃ 이상이 되어야 충전될 수 있다.
고온 충전가능온도의 경우에도 마찬가지로 설정값에 따라 달라지겠지만, 보통 45℃ 이상에서는 충전이 되지 않도록 설계되어 있다.
따라서, 현재 저온 지역에서 사용되는 단말기의 경우에는 배터리 셀(31)의 방전용량 효율이 보통 상온에서 사용되는 배터리 셀(31)의 방전용량 효율보다 현저히 떨어져 대기시간이 짧은 문제점이 있으며, 충전시에도 -5℃ 미만의 온도에서는 충전이 되지 않아 불편함이 많았다는 문제점이 있었다.
이에 종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 충전가능온도(0℃ ~ 45℃)가 아닌 조건에서도 충전 시킬수 있는 배터리 셀(31)의 충전 메카니즘이 제시되었으며, 실제로 상기와 같은 메카니즘을 적용시켜 단말기의 대기시간을 연장시킬 수 있게 하고 있다.
그러나, 상기와 같은 메카니즘은 실제 충전가능온도(0℃ ~ 45℃)가 아닌 상태에서도 충전은 가능하게 하지만 충전가능온도를 무시하고 충전되기 때문에 배터리 셀(31)에 손상을 주게되어 결국 배터리 셀(31)의 수명을 단축시켜 배터리 팩(30)을 자주 교체시켜야 하는 문제점을 발생시켰다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 휴대용 단말기의 전원을 공급하기 위해 장착되는 배터리 팩을 저온에서 충전 또는 동작시킬 경우 상기 배터리 팩의 내부 온도를 작동 가능한 작동온도로 가열시킬 수 있는 가열수단을 구비함으로써, 배터리 팩의 충전효율 및 방전효율을 향상 시킴은 물론 수명을 연장시킬 수 있는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배터리셀과, (+)/(-)단자 및 온도감지단자를 구비한 배터리 팩에 있어서, 상기 배터리 팩에 설치되어 상기 배터리 셀을 일정온도로 가열시키는 가열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 상기 배터리 셀에 권선 설치되며 상기 배터리 셀의 전원을 공급받아 가열되는 전열선인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 상기 배터리 셀 표면에 밀착되게 설치되며 상기 배터리 셀의 전원을 공급받아 가열되는 전열판인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도감지단자가 감지한 온도값에 따라 상기 가열수단의 전원 공급 여부를 제어하는 가열수단 제어단자를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단 제어단자는 상기 가열수단에 공급되는 전원을 선택적으로 단락시키는 스위치부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치는, 배터리 셀과; 상기 배터리 셀과 연결되는 (+)/(-)단자와; 상기 배터리 셀의 온도를 감지하는 온도감지단자와; 상기 온도감지단자와 연결되어 상기 배터리 셀의 충전 또는 동작 여부를 제어하는 단말기의 충전제어부와; 상기 배터리 셀의 전원을 공급받아 가열되는 가열수단과; 상기 온도감지단지에서 감지한 온도값에 따른 상기 단말기의 충전제어부의 제어에 따라 상기 가열수단의 전원 공급 여부를 제어하는 가열수단 제어단자;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호방법은 배터리 팩의 충전 또는 동작 여부를 판단하는 단계; 상기 판단결과, 상기 배터리 팩의 충전가능 온도 또는 동작가능온도 여부를 판단하는 단계; 상기 판단결과, 상기 배터리 팩의 온도가 충전가능온도 또는 동작가능온도 미만이면 상기 배터리 팩을 가열시키는 가열수단의 전원공급이 온(ON)되며 가열수단이 가열되고, 상기 배터리 팩의 온도가 충전가능온도 또는 동작가능온도 이상이면 상기 가열수단의 전원공급이 오프(OFF)되며 상기 배터리 팩이 충전되거나 동작되는 단계;로 이루어져 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
또한, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 작용순서를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 보호장치가 구비된 배터리 팩(10)은 휴대용 단말기의 전원을 공급하기 위해 장착되는 것으로서, 배터리 셀(11), 관련부품(충/방전 관련부품)(도시하지 않음) 및 케이스(12) 등을 포함하여 구성되어 있다.
상기 배터리 팩에는 (+)단자(13), (-)단자(14) 그리고 온도를 감지하기 위한 온도감지단자(15)가 구비되어 있고, 이외에도 배터리의 용량을 인식하는 인식센서단자(도시하지 않음) 등이 구비되어 있다.
상기 온도감지단자(15)로서는 서미스터(Thermistor)(19)가 이용되며, 상기 서미스터(19)는 온도 변화에 따른 전압의 변화값으로 배터리 팩(10)의 온도를 단말기가 감지할 수 있게 한다.
또한, 상기 배터리 팩(10) 내부에는 이 내부 온도를 일정온도로 가열시키수 있는 가열수단(17a,17b)이 구비되는 바, 상기 가열수단(17a,17b)은 상기 배터리 팩(10)을 저온에서 충전 또는 동작시킬 경우 상기 배터리 팩(10)의 내부 온도를 작동 가능한 작동온도로 가열시키기 위한 것으로서, 이에 대한 구성은 다음과 같다.
상기 가열수단(17a,17b)은 첨부한 도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 배터리 셀(11)에 권선 설치되는 전열선(17a) 또는 상기 배터리 셀(11)에 밀착되게 설치되는 전열판(17b) 등 다양한 형상으로 적용할 수 있으며, 이때 상기 가열수단(17a,17b)은 상기 (+)단자(13)와 (-)단자(14)를 통해 인가되는 상기 배터리 셀(11)에 충전된 전원을 공급받아 가열되게 된다.
또한, 상기 배터리팩(10)에는 가열수단(17a,17b)의 가열수단 제어단자(16)가 구비되어 있다. 가열수단 제어단자(16)는 감지된 온도값을 토대로 상기 가열수단(17a.17b)의 전원 공급 여부를 결정하는 단말기의 충전제어부(18)에서 보내온 신호를 배터리팩(10)에 전달한다.
바람직하게는, 배터리팩(10)에는 상기 가열수단(17a.17b)에 공급되는 전원을 스위칭하여 배터리 셀(11)과 가열수단(17a,17b)에 전원을 선택적으로 인가시키는 스위치부(20)가 포함된다.
본 발명에서 저온에서 배터리 셀(11)이 방전되는 경우 배터리 셀(11)에서 전원을 공급받아 가열수단(17a,17b)을 가동한다는 의미는, 적어도 휴대 단말기가 전원 ON 상태를 유지할 수 있는 정도의 충전 잔량이 있어야 하며, 배터리 셀(11)을 가열하기 위해 공급되는 배터리 셀(11)의 전원이 저온 환경에서 낮은 방전효율로 인하여 쓸모없이 소모되는 전원보다 크지 않는 정도일 것을 전제로 한다.
이하, 첨부한 도 4를 참조하여 상기와 같이 구성되는 배터리 팩의 작용순서를 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서는 상기 배터리 셀(11)의 온도 특성에 따라 배터리 팩(10)의 충전시와 방전시(또는 동작시)로 구분하여 설명하고자 하며, 먼저 방전시(또는 동작시)의 작동상태에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 단말기의 충전제어부(18)에는 배터리 셀(11)의 온도 특성을 고려해 상기 가열수단(17a.17b)이 동작되게 하는 저온기준온도(예를 들어, 0℃ 또는 -5℃ 등)가 설정되어 입력되어 있으며, 상기 배터리 셀(11)이 정상 동작 가능한 온도 즉, 상기 가열수단(17a.17b)의 가열을 중단시켜야 할 적정온도가 설정되어 입력되어 있다.
단말기는 전원을 온(ON) 시킨 후 대기 모드와 통화 모드 상태에서 배터리 셀(11)에 충전된 전원을 소모하게 되며, 상기 단말기는 배터리 팩(10)에 구비된 온도감지단자(15)를 통해 배터리 팩(10)의 온도 및 전압을 실시간으로 확인하게 된다.
이때, 상기 배터리 팩(10)의 온도가 단말기의 충전제어부(18)에 설정된 저온기준온도에 도달하거나 그 미만의 온도로 내려하면, 상기 충전제어부(18)는 상기 가열수단 제어단자(16) 및 스위치부(20)를 통해 단락되어 있던 가열수단(17a.17b)의 전원을 접속시켜 가열수단(17a.17b)이 가열되게 한다.
그리고, 상기와 같이 가열수단(17a.17b)이 가열되어 배터리 팩(10)의 온도가 정상 동작될 수 있는 온도에 도달하게 되면, 상기 충전제어부(18)는 온도감지단자(15)를 통해 이를 감지하고 상기 가열수단 제어단자(16) 및 스위치부(20)를 통해 가열수단(17a.17b)에 공급되던 전원을 오프(Off)시켜 가열수단(17a.17b)을 작동을 멈추게 한다.
한편, 배터리 팩(10)의 저온 충전시, 상기와 같이 단말기의 충전제어부(18)에는 배터리 셀(11)의 온도 특성을 고려해 상기 배터리 셀(11)의 충전가능온도(예 를 들어, 0℃ ~ 45℃)와 충전불가능온도(예를 들어, 0℃ 미만) 및 상기 배터리 셀(11)의 충전효율이 최적화 되는 적정온도가 설정되어 입력되어 있다.
배터리 팩(10)의 충전을 위해 배터리 팩(10)에 충전기(도시하지 않음)가 결합되면 단말기의 충전제어부(18)는 온도감지단자(15)를 통해 충전 가능한 온도인지를 판단하게 되고, 만약 배터리 팩(10)의 온도가 충전가능온도의 범위를 벗어나 있으면 즉, 배터리 팩(10)의 온도가 충전가능온도보다 낮은 경우에는 상기 가열수단 제어단자(16) 및 스위치부(20)를 통해 단락되어 있던 가열수단(17a.17b)의 전원을 접속시켜 가열수단(17a.17b)이 가열되게 한다.
그리고, 상기와 같이 가열수단(17a.17b)이 가열되어 배터리 팩(10)의 온도가 충전가능온도에 도달하게 되면, 상기 충전제어부(18)는 온도감지단자(15)를 통해 이를 감지하고 상기 가열수단 제어단자(16) 및 스위치부(20)를 통해 가열수단(17a.17b)에 공급되던 전원을 오프(Off)시켜 가열수단(17a.17b)을 작동을 멈추게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 배터리 팩(10)에 설치되는 가열수단(17a.17b)을 통해 충전가능온도를 벗어난 온도에서도 충전을 가능하게 하고, 저온 충전시 또는 방전시(또는 동작시) 배터리 셀(11)을 최적의 상태로 유지시켜 배터리 셀(11)의 손상을 방지하며 수명을 연장시켜줄 수 있게 한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치 및 방법에 의하면 휴대용 단말기의 전원을 공급하기 위해 장착되는 배터리 팩을 저온에서 충전 또는 동작시킬 경우 상기 배터리 팩의 내부 온도를 작동 가능한 작동온도로 가열시킬 수 있는 가열수단을 구비함으로써, 저온에서도 배터리 팩의 충전을 가능하게 할 뿐만 아니라 이 배터리 팩의 충전효율 및 방전효율을 향상 시킴은 물론 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 배터리셀과, (+)/(-)단자 및 온도감지단자를 구비한 배터리 팩에 있어서,
    상기 배터리 팩에 설치되어 상기 배터리 셀을 일정온도로 가열시키는 가열수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가열수단은 상기 배터리 셀에 권선 설치되며 상기 배터리 셀의 전원을 공급받아 가열되는 전열선인 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가열수단은 상기 배터리 셀 표면에 밀착되게 설치되며 상기 배터리 셀의 전원을 공급받아 가열되는 전열판인 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리팩에는 상기 온도감지단자를 통하여 전달받은 온도값에 따라 상기 가열수단의 전원공급 여부를 제어하는 단말기의 충전제어부에 접속되는 가열수단 제어단자가 더 구비된 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리팩에는 상기 배터리셀로부터 공급되는 전원을 스위칭하여 상기 배터리 셀과 가열수단에 선택적으로 전원을 연결시키는 스위치부(20)를 더 포함하여 구성되는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호장치.
  6. 삭제
  7. 배터리 팩이 충전 또는 방전상태인지 여부를 판단하는 단계와;
    배터리 팩의 온도를 감지하는 단계와;
    상기 감지된 온도가 상기 배터리 팩이 충전상태인 경우 미리 내장되어 있는 충전가능온도와 비교하여 저온인지를 판단하고, 상기 배터리 팩이 방전상태인 경우 미리 내장되어 있는 방전가능온도와 비교하여 저온인지를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리 팩의 온도가 상기 충전가능온도 또는 동작가능온도보다 저온인 경우 상기 배터리 팩을 가열시키고, 상기 배터리 팩의 온도가 상기 충전가능온도 또는 동작가능온도보다 고온이면 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 동작을 수행시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩 가열단계는 일정시간동안 가열된 상기 배터리팩의 온도를 다시 감지하고, 그 감지된 온도가 상기 충전가능온도 또는 동작가능온도보다 고온인지를 판단하여 고온인 경우 가열을 중단시키는 단계들을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 배터리 팩 보호방법.
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