KR101209699B1 - 배터리 충전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 배터리 충전장치는, 배터리의 가로길이를 측정하는 가로측정서브유닛, 세로길이를 측정하는 세로측정서브유닛 및 높이를 측정하는 높이측정서브유닛을 포함하는 측정부; 상기 가로측정서브유닛 및 세로측정서브유닛 중 적어도 하나를 구동하는 적어도 하나의 모터; 상기 배터리를 충전하는 충전회로부; 및 상기 측정된 가로길이, 세로길이 및 높이로 상기 배터리의 체적을 산출하고, 상기 산출된 체적을 이용하여 상기 배터리의 용량을 산정하여 상기 산정된 용량에 적합한 충전 전류가 상기 배터리에 인가되도록 상기 충전회로부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 충전장치{Apparatus for Charging Battery}
본 발명은 배터리 충전장치 관한 것이다.
휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 디지털 카메라, MP3 Player, 휴대용 소형 게임기기 등 다양한 전자기기들이 일상생활에 보급되었다. 또한 웹접속기능, 게임기능, 동영상기능, 각종 어플리케이션 기능을 갖춘 스마트폰이 급속도로 중가하고 있는 추세이다. 이러한 전자기기들은 각각의 모델에 따라 다른 모양과 크기의 배터리를 가지고, 배터리에 형성된 충전단자들도 위치가 다르게 형성된다. 또한, 전자기기들은 각각의 모델에 따라 배터리의 용량도 다르다.
따라서 사용자들은 배터리 충전을 위해 각각의 모델에 적합한 전용 충전장치를 전자기기와 함께 또는 별매품으로 구입하여 사용하고 있다. 이러한 전용 충전장치로는 일반 전원 콘센트에 연결해서 배터리를 충전하는 일반적인 형태의 충전장치로부터 전원이 켜진 PC에 USB to Jack 연결선을 이용하여 배터리를 충전하는 USB 충전장치 등의 전용 충전기와 여러 종류의 다양한 배터리를 하나의 충전기에서 충전하는 범용 충전기가 있다.
그리고, 배터리의 용량을 높게하고 체적과 무게를 줄이려는 배터리 제조 업체의 지난 수 년 간의 노력 덕분에 이제 체적당 에너지 밀도나 무게당 에너지 밀도 등은 기술적으로 포화 영역에 도달하여 체적을 측정하여 배터리 용량으로 환산하여도 그 오차가 크지 아니하다는 점을 이용하면 범용 충전기에서 충전을 하는 경우에 충전할 배터리의 용량을 알아서 그배터리에 적당한 충전 전류로 충전하면 전용 충전기에 못지 않은 안정성이 확보된다.
이러한 배터리 충전기에 관한 선행기술로는 본 출원인이 출원한 실용신한등록출원 제2005-0022612호, 특허출원 제2009-0050209호 등이 있으며, 일본 공개특허공보 특개2007-97349호 등이 있다. 또한, 그 외 특허문헌으로는 한국공개특허 제1998-0012766호와 일본 공개 특허 공보 특개평6-327164 가 있다.
최근에는 하나의 배터리 충전장치로 각종 배터리들을 충전할 수 있는 범용 배터리 충전장치들이 시판되고 있다. 이러한 배터리 충전 장치는 평균적으로 배터리에 적당한 미리 정한 충전 전류로 충전함으로서 문제가 발생한다. 즉 배터리의 용량 편차는 큼에 반하여 일정한 충전 전류는 소용량 배터리에게는 과전류로 인한 손상이 우려되고, 대용량 배터리에 대하여는 충전시간이 길어지는 폐단이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 다양한 배터리의 용량에 맞는 충전 전류를 인가하여 배터리를 충전하는 배터리 충전장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적 중 하나이다. 또한, 본 발명의 목적 중 하나는 사용자의 세밀한 조작 없이 배터리 충전장치의 충전핀과 배터리의 충전단자를 접촉시켜 다양한 배터리를 충전시키는 배터리 충전장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 배터리 충전장치는, 배터리의 가로길이를 측정하는 가로측정서브유닛, 세로길이를 측정하는 세로측정서브유닛 및 높이를 측정하는 높이측정서브유닛을 포함하는 측정부; 상기 가로측정서브유닛 및 세로측정서브유닛 중 적어도 하나를 구동하는 적어도 하나의 모터; 상기 배터리를 충전하는 충전회로부; 및 상기 측정된 가로길이, 세로길이 및 높이로 상기 배터리의 체적을 산출하고, 상기 산출된 체적을 이용하여 상기 배터리의 용량을 산정하여 상기 산정된 용량에 적합한 충전 전류가 배터리에 인가되도록 상기 충전회로부를 제어하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 가로측정서브유닛은, 상기 배터리의 가로 방향으로 이동가능 한 적어도 하나의 가로측정 조(Jaw); 및 상기 적어도 하나의 가로측정 조와 상기 배터리와의 접촉을 감지하여 상기 제어부에 전기적 신호를 출력하는 가로위치센서를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 가로측정 조는 상기 모터에 의하여 구동되거나, 사용자가 직접 가로측정 조를 배터리의 가로방향으로 이동시키거나, 상기 가로측정 조 이동 손잡이를 이용하여 이동시킨다.
일 실시예에서, 상기 가로위치센서는 가변저항을 포함하되, 상기 가변저항의 일전극은 상기 가로측정 조에 기계적으로 연결되어 상기 가변저항의 일전극과 타전극 사이에는 상기 배터리의 가로길이에 따른 저항값이 형성된다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 모터를 제어하여 상기 가로 측정 조를 구동하고, 상기 가로위치센서가 출력한 전기적 신호를 입력받아 상기 배터리의 가로길이를 산출한다.
일 실시예에서, 상기 세로측정서브유닛은, 상기 배터리를 상기 배터리의 세로 방향으로 움직이는 세로측정 밀대; 및 상기 배터리와의 접촉을 감지하여 상기 제어부에 전기적 신호를 출력하는 세로위치센서를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 세로측정밀대는, 상기 모터에 의하여 구동되거나, 사용자가 직접 세로측정 밀대를 이동시키거나, 상기 세로측정 밀대 이동 손잡이를 이용하여 이동시킨다.
일 실시예에서, 상기 제어부는,상기 모터를 제어하여 상기 세로 측정밀대를 구동하고, 상기 세로위치센서가 출력한 전기적 신호를 입력받아 상기 배터리의 세로길이를 산출한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 모터에 펄스를 인가하여 상기 적어도 하나의 세로측정 밀대를 구동하되, 상기 모터에 인가된 펄스, 상기 모터의 회전속도 또는 회전각 중 적어도 어느 하나 및 상기 세로위치센서가 출력한 전기적 신호를 입력받아 상기 배터리의 세로길이를 산출한다.
일 실시예에서, 상기 세로위치센서는 리미트 센서(Limit Sensor)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 높이측정서브유닛은, 스프링에 의하여 압축력이 인가되는 적어도 하나의 높이측정 돌기; 및 가변저항을 포함하되, 상기 가변저항의 일전극은 상기 높이측정 돌기에 기계적으로 연결되어 상기 가변저항의 일전극과 타전극 사이에는 상기 배터리의 높이에 따른 저항값이 형성된다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 가변저항에 형성된 저항값을 감지하여 기 배터리의 높이를 산출한다.
일 실시예에서, 상기 모터는 스테핑 모터(stepping motor)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 충전회로부는, 일정한 간격으로 배열된 복수개의 충천핀이 형성된 충전부; 및 상기 충전핀의 갯수만큼 형성되고, 상기 배터리의 충전단자에 상기 충전 전류를 인가하는 회로부를 포함하되, 상기 회로부는,
충전전원에 연결된 소스, 상기 제어부에 연결된 게이트 및 충전노드에 연결된 드레인을 포함하는 P채널FET; 및 접지전원에 연결된 소스, 상기 제어부에 연결된 게이트 및 상기 충전노드에 연결된 드레인을 포함하는 N채널FET를 포함하되, 상기 충전노드는 상기 충전핀, 상기 제어부 및 기준전위와 전기적으로 연결된다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 충전핀의 전위가 임계전압 범위를 초과하면 상기 충전핀과 연결된 상기 P채널FET는 턴 온시키되, 상기 N채널FET를 턴 오프시키고, 상기 충전핀의 전위가 임계전압 범위 이내이면 상기 충전핀과 연결된 상기 P채널FET 및 상기 N채널FET 모두를 턴 오프시키며, 상기 충전핀의 전위가 임계전압 범위 미만이면 상기 충전핀과 연결된 상기 N채널FET를 턴 온시키되, 상기 P채널FET는 턴 오프시킨다.
본 발명의 일 실시예에 의한다면, 다양한 배터리의 용량에 맞는 충전 전류를 인가하여 배터리의 손상을 방지하고 급속으로 충전할 수 있다는 효과가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한다면, 사용자의 조작 없이 위치가 다르게 형성된 충전단자를 가진 배터리들을 하나의 배터리 충전장치로 배터리를 충전시킬 수 있다는 효과가 제공된다.
도 1은 배터리 충전장치에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 측정부(100)에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 모터(200)에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 충전회로부(300)에 대한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 배터리(1000)가 장착된 배터리 충전장치에 대한 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6은 배터리(1000)가 충전중인 배터리 충전장치에 대한 구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은 가로측정 조(111)가 배터리(1000)의 가로길이를 측정하는 정면도이다.
도 8은 세로높이측정서브유닛(140)이 배터리(1000)의 세로길이를 측정하는 정면도이다.
도 9는 세로높이측정서브유닛(140)이 배터리(1000)의 높이를 측정하기 위하여 높이기점에 있는 단면도이다.
도 10은 세로높이측정서브유닛(140)이 배터리(1000)의 높이를 측정하고, 배터리(1000)를 충전핀(311)에 접촉시킨 사시도이다.
도 11은 FET방식의 회로부(320)를 나타낸 회로도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충전장치를 설명한다. 도 1 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전장치에 대한 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 배터리(1000)가 장착된 배터리 충전장치에 대한 구성을 나타낸 사시도이고, 도 6은 배터리(1000)가 충전중인 배터리 충전장치에 대한 구성을 나타낸 사시도이다. 도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전장치는 측정부(100), 모터(200), 충전회로부(300) 및 제어부(700)를 포함한다.
도 2는 측정부(100)에 대한 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 측정부(100)는 배터리(1000)의 가로길이를 측정하는 가로측정서브유닛(110), 배터리(1000)의 세로길이를 측정하는 세로측정서브유닛(120) 및 배터리(1000)의 높이를 측정하는 높이측정서브유닛(130)을 포함한다.
도 7은 가로측정 조(111)가 배터리(1000)의 가로길이를 측정하는 상태를 도시한 정면도이다. 도 1, 도2 및 도7을 참조하면, 가로측정서브유닛(110)은 적어도 하나의 가로측정 조(111) 및 가로위치센서(112)를 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 가로측정 조(111)는 배터리(1000)의 가로길이를 측정하기 위하여 모터(210)에 의하여 이동된다. 필요에 따라 가로측정 조(111)는 한 쌍으로 이루어질 수 있으며, 한 쌍의 가로측정 조(111)가 각각의 모터(210)에 의하여 이동될 수 있고 한 쌍의 가로측정 조(111) 중 하나의 가로측정 조(111)만 모터(210)에 의하여 이동될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 가로측정 조(111)는 배터리(1000)가 충전중일 때 배터리(1000)의 측면을 지지하는 지지대로 사용 가능하다. 이하에서는, 가로측정 조(111)가 배터리 가로길이 측정을 시작하기 위하여 최초 이격된 거리를 가로시작 거리, 최초 시작점부터 배터리 가로길이 측정이 완료된 상태까지 가로측정 조(111)가 이동한 거리를 가로 이동 거리라 한다.
적어도 하나의 가로측정 조(111)가 최초 이격된 상태에서 이동하여 배터리(1000)와 접촉 하면, 가로위치센서(112)는 접촉을 감지하고 감지된 신호를 전기적 신호로 출력하여 제어부(700)에 제공한다. 제어부(700)는 가로위치센서(112)가 출력한 전기적 신호를 입력받아 모터(210)의 구동을 정지시키고, 가로 이동 거리를 산출하여 가로 최종 거리를 이용하여 배터리의 가로 길이를 산출한다.
예를 들어 좌우의 가로측정 조(111) 모두가 이동하는 실시예를 고려한다. 가로측정 조(111)가 배터리 가로길이 측정을 시작하기 직전 이격된 거리를 15cm라고 하자. 측정을 시작하면 좌측의 가로측정 조와 우측의 가로측정 조가 같은 점을 향하여 이동하며, 좌측 가로측정 조의 가로 이동거리는 우측 가로 이동 거리와 같다. 좌측 가로측정 조의 이동거리가 1.5cm, 우측 가로측정 조의 이동거리가 1.5cm 라면, 배터리의 가로 길이는 가로시작 거리에서 가로측정 조가 이동한 총 거리를 감산하면 15cm ?? (1.5cm +1.5cm) = 12cm 가 된다.
다른 예로, 우측의 가로측정 조만이 이동하는 실시예를 고려한다. 가로측정 조(111)가 배터리 가로길이 측정을 위하여 시작하기 직전 이격된 거리를 12cm라고 하자. 측정을 시작하여 좌측의 가로측정 조는 고정된 상태에서 우측의 가로측정 조가 좌측 가로측정 조를 향하여 이동하며, 가로측정 조의 가로 이동거리는 우측 가로 이동 거리와 같다. 우측 가로측정 조의 이동거리가 2cm 라면, 배터리의 가로 길이는 가로시작 거리에서 가로측정 조가 이동한 총 거리를 감산한 12cm ?? 2cm) = 10cm 가 된다. 다만 상술한 예는 순전히 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 좌측 가로측정 조와 우측 가로측정 조의 가로 시작점 사이의 가로 시작거리는 여러 값으로 변형실시 가능하다.
다른 실시예에서, 사용자는 가로측정 조(111)를 구동하기 위하여 가로측정 조 구동 손잡이(400)을 이용하여 배터리의 가로길이를 측정할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 사용자는 가로측정 조(111)을 수동으로 조작할 수 있다.
일 실시예에서, 가로위치센서(112)는 가로가변저항을 포함하되, 가변저항의 일 전극은 가로측정 조에 기계적으로 연결될 수 있으며, 가변저항의 일 전극과 타전극 사이에는 배터리의 가로길이에 따른 저항값이 형성된다. 일 예로, 가로가변저항은 적어도 하나의 가로측정 조(111)에 형성될 수 있다. 적어도 하나의 가로측정 조(111)가 시작점부터 이동하여 배터리(1000)와 접촉 하면, 가로가변저항의 저항값은 더 이상 변화지 않는다. 제어부(700)는 가로가변저항의 저항값이 변화지 않는 것을 감지하여 모터(210)의 구동을 정지시키고, 시작점부터 접촉점까지의 길이를 가로가변저항의 변화된 저항값으로 산출한다. 제어부(700)는 저항값을 감지하여 상술한 바와 같이 배터리(1000)의 가로길이를 산출할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 가로위치센서(112)는 대상물의 접촉 여부에 따라 접촉형센서와 비접촉형센서로 구분할 수 있다. 접촉형센서는 리미트센서(123), 압력센서 및 리드센서(reed sensor)중 적어도 어느 하나를 포함하고 비접촉형센서는 광센서, 근접센서 및 초음파센서 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
도 8은 세로측정서브유닛(140)이 배터리(1000)의 세로길이를 측정하는 상태를 도시한 정면도이다. 도1, 도2 및 도8을 참조하면, 세로측정서브유닛(120)은 세로측정 밀대(121) 및 세로 위치센서를 포함한다. 일 실시예에서, 세로측정 밀대(121)는 배터리(1000)의 세로길이를 측정하기 위하여 모터(220)에 의하여 구동된다. 세로측정 밀대(121)는 배터리(1000)를 홀딩(hoding)하여 이동하는 홀더(holder) 및 배터리(1000)가 충전중일 때 배터리(1000)의 정면을 지지하는 지지대로 사용 가능하다. 일 실시예에서, 배터리가 장착된 상태에서 세로측정 밀대(121)가 시작점부터 이동하여 배터리(1000)가 세로위치센서(122)에 접촉을 하면, 세로위치센서(122)는 접촉을 감지하고 감지된 신호를 전기적 신호로 출력하여 제어부(700)에 제공한다. 제어부(700)는 세로위치센서(122)가 출력한 전기적 신호를 입력받아 모터(220)의 구동을 정지시키고, 세로 밀대가 이동한 거리를 산출한다. 제어부(700)는 미리 설정된 시작점과 세로위치센서 사이 거리와 세로 밀대가 이동한 거리를 이용하여 배터리(1000)의 세로길이를 산출한다.
다른 실시예에서, 사용자는 세로측정 밀대(121)을 수동으로 구동할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 사용자는 세로측정 밀대 손잡이(500)을 구동하여 세로측정 밀대를 이동시킬 수 있다.
즉, 제어부(700)는 모터(220)에 펄스를 인가하여 세로측정 밀대(121)를 구동시킨다. 구동된 적어도 하나의 세로측정 밀대(121)가 시작점부터 이동하여 배터리(1000)가 세로위치센서(122)에 접촉을 하면, 세로위치센서(122)는 배터리와의 접촉을 감지하고 감지된 신호를 전기적 신호로 출력하여 제어부(700)에 제공한다. 제어부(700)는 세로위치센서(122)가 출력한 전기적 신호를 입력받아 모터(220)의 구동을 정지시킨다. 제어부(700)는 배터리(1000)를 시작점부터 센서까지 이동시키는데 인가된 펄스, 모터(220)가 회전한 회전각인 스텝각 및 모터(220)의 회전속도를 이용하여 이동거리를 산출한다. 제어부(700)는 미리 설정된 세로밀대의 시작점과 세로위치센서까지의 이격거리를 이용하여 배터리(1000)의 세로길이를 산출한다.
즉, 세로밀대의 시작점과 세로위치센서까지의 거리가 18cm 라고 가정하고, 세로측정 밀대가 3cm 이동한 후, 세로위치센서가 배터리와의 접촉을 감지하여 신호를 출력하였다면, 배터리의 세로길이는 18cm ?? 3cm = 15cm 로 측정된다. 다만, 이는 순전히 이해를 돕기 위함이며, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
일 실시예에서, 세로위치센서(122)는 대상물의 접촉 여부에 따라 접촉형센서와 비접촉형센서로 구분할 수 있다. 상술한 접촉형 센서와 비접촉형센서에 관한 중복되는 부분은 설명의 간명성을 위하여 생략한다.
도 9는 높이측정서브유닛(140)이 배터리(1000)의 높이를 측정하기 위하여 높이기점에 있는 단면도이고, 도 10은 높이측정서브유닛(140)이 배터리(1000)의 높이를 측정하고, 배터리(1000)를 충전핀(311)에 접촉시킨 사시도이다. 도 1, 도 2, 도 9 및 도 10을 참조하면, 높이측정서브유닛(130)은 적어도 하나의 높이측정 돌기(131) 및 높이 위치센서를 포함한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 높이측정 돌기(131)는 배터리(1000)의 높이를 측정하기 위하여 스프링에 의하여 이동된다. 또한, 적어도 하나의 높이측정 돌기(131)는 배터리(1000)가 충전중일 때 배터리(1000)의 상면을 지지하는 지지대로 사용가능하다. 높이 측정 유닛(131)은 세로측정 밀대와 함께 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 높이위치센서(132)는 가변저항(133)을 포함하고, 가변저항(133)의 일단은 적어도 하나의 높이측정 돌기(131)와 기계적으로 연결되어 높이측정 돌기가 이동함에 따라 가변저항(133) 사이의 저항은 변화한다. 따라서, 높이측정 돌기가 측정한 배터리의 높이는 가변저항의 저항값으로 반영된다. 높이측정 돌기(131)는 스프링(미도시)에 의하여 바닥방향으로 압축력이 인가되므로 배터리(1000)의 높이에 따라 그 위치가 변화한다. 배터리를 측정하기 위하여 배터리를 장착하면, 가변저항(133)의 저항값은 더 이상 변화지 않는다. 제어부(700)는 높이 가변 저항(133)의 저항값을 감지하고, 제어부(700)는 미리 설정된 높이기점과 높이종점까지의 길이와 산출된 높이기점과 높이접촉점까지의 길이를 이용하여 배터리(1000)의 높이를 산출한다.
도 3은 모터(200)에 대한 구성을 나타낸 블록도이다. 도1 내지 도3을 참조하면, 적어도 하나의 모터(200)는 가로측정서브유닛(110) 및 세로측정서브유닛(120) 중 적어도 하나 이상을 이동시킬 수 있다. 모터에 의하여 구동되지 않는 경우 수동으로 구동될 수 있으며, 높이측정돌기는 스프링에 의하여 압축력이 인가된다. 일 실시예에서, 모터(200)는 스테핑모터(Stepping Motor)를 포함한다. 스테핑모터는 인가되는 펄스 수에 따라 회전각이 제어되고, 위치제어에 많이 사용되며 스탭모터(Step Motor)또는 스태퍼모터(Stepper Motor)라고 한다. 스테핑모터는 가변 릴럭턴스형(Variable Reluctance Type)스테핑모터, 영구자석형(Permanent Magnetic Type)스테핑모터 및 복합형(Hybrid Type)스테핑모터 중 적어도 어느하나를 포함한다. 가변 릴럭턴스형 스테핑모터는 전자 재료로 만들어진 기어형상의 로터(Rotor)를 가지며, 로터는 스테이터(Stator)의 자극이 회전함에 따라 회전한다. 영구자석형 스테핑모터는 영구자석으로 만들어진 로터를 가지며, 로터는 스테이터의 자극이 회전함에 따라 회전한다. 복합형 스테핑모터는 가변 릴럭턴스형 스테핑모터와 영구자석형 스테핑모터를 결합한 형태이다. 다른 실시예에서, 모터(200)는 직류모터 또는 교류모터를 포함한다.
도 4는 충전회로부(300)에 대한 구성을 나타낸 블록도이고, 도 11은 FET방식의 회로부(320)를 나타낸 회로도이다. 도 1 내지 도4 및 도 11을 참조하면, 충전회로부(300)는 충전부(310) 및 회로부(320)를 포함하고, 배터리(1000)를 충전한다. 일 실시예에서, 충전부(310)는 일정한 간격으로 배열된 복수개의 충전핀(311)이 형성되고, 복수개의 충전핀(311)중 일부의 충전핀(311)은 배터리(1000)의 충전단자와 접촉된다. 필요에 따라, 복수개의 충전핀(311)은 간격 또는 배열을 조절할 수 있다. 일 예에서, 충전부(310)는 저면충전부(312) 및 측면충전부(313)를 포함한다. 저면충전부(312)는 배터리(1000)의 저면 일측에 형성된 충전단자와 접촉되고 측면충전부(313)는 배터리(1000)의 측면 일측에 형성된 충전단자와 접촉된다. 다른 실시예에서, 회로부(320)는 충전핀(311)의 개수만큼 형성되고, 배터리(1000)의 충전단자에 충전 전류를 인가한다.
다른 실시예에서, 회로부(320)는 FET(Field Effect Transistor)방식, SCR(Silicon Controlled Rectifier)방식 및 트랜지스터(Transistor) 방식 중 적어도 어느 하나를 포함한다. FET방식의 회로부(320)는 P채널FET 및 N채널FET를 포함한다. P채널FET의 소스는 충전전원에 연결되고, 게이트는 제어부(700)에 연결되며, 드레인은 충전노드에 연결된다. N채널FET의 소스는 접지전원에 연결되고, 게이트는 제어부(700)에 연결되며, 드레인은 충전노드에 연결된다. 충전노드는 충전핀(311), 제어부(700) 및 기준전위와 전기적으로 연결된다. 기준전위는 바이어스 전원으로서 0V에서 3V이내에서 설정 가능하지만, 1.2V에서 1.5V이내에서 설정되는 것이 적절하다. 본 실시예에서의 기준전위는 1.2V로 설정하였으나, 당업자라면 당연히 다른 값으로 변형하여 실시할 수 있다. 필요에 따라 충전전원과 기준전위는 다르게 설정될 수 있다. 다른 실시예에서, 배터리(1000)가 세로위치센서(122)에 접촉하기 전이라면, 각각의 충전핀(311) 전압은 1.2V이며, 제어부(700)는 각각의 충전핀(311) 전압을 감지한다.
다른 실시예에서, 복수개의 충전핀(311) 중 두 개 이상의 충전핀(311)이 배터리(1000)의 충전단자의 양극 및 음극에 접촉하게 되면, 배터리(1000)와 충전회로부(300)는 폐회로를 형성한다. 배터리(1000)의 양극단자에 연결된 충전핀(311)의 전압은 3.6V 정도이고, 음극단자에 연결된 충전핀(311)의 전압은 0V이며, 연결되지 않은 충전핀(311)들의 전압은 1.2V이다. 제어부(700)는 각각의 충전핀(311) 전압을 감지하여 배터리(1000)의 양극단자에 연결된 충전핀(311)과 음극단자에 연결된 충전핀(311)을 판별한다. 판별된 충전핀(311) 중 배터리(1000) 양극단자에 연결된 충전핀(311)이 연결된 회로부(320)의 P채널FET를 턴 온시키고, 배터리(1000) 음극단자에 연결된 충전핀(311)이 연결된 회로부(320)의 N채널FET를 턴 온시킨다. 턴 온된 P채널FET은 충전전원에 연결되고, 턴 온된 N채널FET은 접지전원에 연결된다. 따라서 충전전원, P채널FET, 배터리(1000)의 양극단자, 음극단자, N채널FET, 및 접지전원이 폐회로를 형성하여 배터리(1000)를 충전한다.
또 다른 실시예에서, 제어부(700)는 충전핀(311)의 전위가 임계전압 범위를 초과하면 충전핀(311)과 연결된 P채널FET을 턴 온시키고 N채널FET를 턴 오프시킨다. 그리고, 충전핀(311)의 전위가 임계전압 범위 이내이면 충전핀(311)과 연결된 P채널FET 및 N채널FET 모두를 턴 오프시킨다. 또한, 충전핀(311)의 전위가 임계전압 범위 미만이면 충전핀(311)과 연결된N채널FET를 턴 온시키고 P채널FET는 턴 오프시킨다. 임계전압 범위는 0.5V이상 3V이하이며, 필요에 따라 임계전압은 다르게 설정될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제어부(700)는 측정된 가로길이, 세로길이 및 높이로 상기 배터리(1000)의 체적을 산출하고, 산출된 체적을 이용하여 배터리(1000)의 용량을 산출한다. 산출된 용량에 기초하여 배터리(1000)의 충전 전류를 산정한다. 산정된 충전 전류가 배터리(1000)에 인가되도록 충전회로부(300)를 제어한다. 일 예에서, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, MP3 Player, 휴대용 소형 게임기기 등 다양한 전자기기들의 배터리(1000)의 용량은 700mAh부터 2800mAH까지 다양하다. 제어부(700)는 산출된 용량에 기초하여 배터리(1000)에 손상을 주지 않고 급속으로 충전할 수 있는 충전 전류를 1.5C부터 1.7C내에서 산정하여, 산정된 충전 전류가 배터리(1000)에 인가되도록 충전회부를 제어한다. C는 배터리(1000) 용량에 대한 충전전류비율로서,
C = 배터리 용량(mAh) / 충전 전류(mAh)로 정의 될 수 있다
일 실시예에서, 배터리(1000)는 리튬-이온(Lithium-Ion)배터리로, 외부의 전원을 이용하여 충전할 수 있는 2차 전지이며, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 디지털 카메라, MP3 Player, 휴대용 소형 게임기기 등 다양한 전자기기들의 배터리에 높은 빈도로 사용되고 있다. 일 예에서, 리튬-이온 배터리는 리튬-이온-망간(Lithium-Ion-Manganese)배터리, 리튬-이온-코발트(Lithium- Ion-Cobalt)배터리, 리듐-철-인산(Lithium-Iron-Phosphate), 리튬-망간-코발트-산화(Lithium-Manganese-Cobalt-Oxide)배터리, 리튬-티탄(Lithium-titanate)배터리, 리튬-니켈-코발트-알루미늄-산화(Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminum-Oxide)배터리,리튬-이온-폴리머(Lithium-Ion- Polymer)배터리 및 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
다른 실시예에서, 제어부(700)는 배터리(1000) 충전시 배터리에 정전류를 인가하여 충전을 시작하도록 충전회로부(300)를 제어하고, 배터리의 전압이 소정의 전압값에 도달하면 정전압을 인가하도록 충전회로부(300)을 제어한다. 본 실시예에서, 정전류 충전에서 정전압 충전으로 전환되는 전환되는 상기 소정의 전압값은 4.2볼트이다. 다만, 이는 배터리 메이커에 따라 미세한 변화는 있다. 배터리에 일정한 전압을 인가하여 충전을 수행하는 단계에서 배터리에 인가되는 전류량은 배터리가 충전되면서 감소하는데, 배터리에 인가되는 전류값이 소정의 임계값 이하로 떨어지면 충전 완료된 것으로 본다. 일 예에서, 배터리(1000)를 충전하는 방법은 정전류충전, 단별전류충전, 정전압충전 및 준정전압충전 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 정전류충전은 최초 충전시점부터 만충전시까지 일정한 전류로 배터리(1000)를 충전한다. 단별전류충전은 배터리(1000) 충전시 단계적으로 전류를 감소시키며 배터리(1000)를 충전한다. 정전압충전은 배터리(1000)의 충전단자에 일정한 전압을 가하여 배터리(1000)를 충전한다. 준정전압충전 배터리 충전기 내부에 직렬저항이 접속되어 있고, 배터리(1000) 충전단자에 일정한 전압을 가하여 배터리(1000)를 충전한다. 또 다른 실시예에서, 제어부(700)는 마이컴(Micro Computer)이 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 입력부(800) 및 표시부(900)를 더 포함할 수 있다. 입력부(800)는 사용자로부터 배터리(1000)의 충전 전류를 입력받는다, 제어부(700)는 입력받은 배터리(1000)의 충전 전류가 배터리(1000)에 인가되도록 충전회로부(300)를 제어한다. 일 실시예에서, 입력부(800)는 사용자로로부터 적어도 하나의 모터(200)를 구동하는 모터구동신호를 입력받고, 제어부(700)는 입력받은 모터구동신호를 이용하여 모터(200)를 제어한다. 다른 실시예에서, 입력부(800)는 키패드(Key Pad), 키버튼(Key Button), 터치스크린(Touch Screen) 및 터치키(Touch Key) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
표시부(900)는 배터리(1000)의 충전상태 및 충전회로부(300)의 충전 전류를 표시한다. 일 실시예에서, 표시부(900)는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panlen), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode)및 EPD(Electric Paper Display)중 적어도 어느 하나를 포함한다.
100: 측정부 110: 가로측정서브유닛
111: 가로측정 조 112: 가로위치센서
120: 세로측정서브유닛 121: 세로측정 밀대
122: 세로위치센서 123: 리미트 센서
130: 높이측정서브유닛 131: 높이측정 돌기
132: 높이위치센서 133: 높이가변저항
140: 세로높이측정서브유닛 200: 모터
210: 가로측정 조를 이동시키는 모터 220: 세로측정 밀대를 이동시키는 모터
230: 높이측정 밀대를 이동시키는 모터 300: 충전회로부
310: 충전부 311: 충전핀
312: 저면충전부 313: 측면충전부
320: 회로부 400: 가로측정노브
500: 세로측정노브 600: 높이측정노브
700: 제어부 800: 입력부
900: 표시부 1000: 배터리

Claims (15)

  1. 배터리의 가로길이를 측정하는 가로측정서브유닛, 세로길이를 측정하는 세로측정서브유닛 및 높이를 측정하는 높이측정서브유닛을 포함하는 측정부;
    상기 가로측정서브유닛 및 세로측정서브유닛 중 적어도 하나를 구동하는 적어도 하나의 모터;
    상기 배터리를 충전하는 충전회로부; 및
    상기 측정된 가로길이, 세로길이 및 높이로 상기 배터리의 체적을 산출하고, 상기 산출된 체적을 이용하여 상기 배터리의 용량을 산정하여 상기 산정된 용량에 적합한 충전 전류가 상기 배터리에 인가되도록 상기 충전회로부를 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 충전장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가로측정서브유닛은,
    상기 배터리의 가로 방향으로 이동가능 한 적어도 하나의 가로측정 조(Jaw); 및
    상기 적어도 하나의 가로측정 조와 상기 배터리와의 접촉을 감지하여 상기 제어부에 전기적 신호를 출력하는 가로위치센서를 포함하는 배터리 충전장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 가로측정 조는 상기 모터에 의하여 구동되거나, 사용자가 직접 가로측정 조를 배터리의 가로방향으로 이동시키거나, 상기 가로측정 조 이동 손잡이를 이용하여 이동시키는 배터리 충전 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 가로위치센서는 가변저항을 포함하되, 상기 가변저항의 일전극은 상기 가로측정 조에 기계적으로 연결되어 상기 가변저항의 일전극과 타전극 사이에는 상기 배터리의 가로길이에 따른 저항값이 형성되는 배터리 충전장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터를 제어하여 상기 가로 측정 조를 구동하고, 상기 가로위치센서가 출력한 전기적 신호를 입력받아 상기 배터리의 가로길이를 산출하는 배터리 충전장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 세로측정서브유닛은,
    상기 배터리를 상기 배터리의 세로 방향으로 움직이는 세로측정 밀대; 및
    상기 배터리와의 접촉을 감지하여 상기 제어부에 전기적 신호를 출력하는 세로위치센서를 포함하는 배터리 충전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세로측정밀대는, 상기 모터에 의하여 구동되거나, 사용자가 직접 세로측정 밀대를 이동시키거나, 상기 세로측정 밀대 이동 손잡이를 이용하여 이동시키는 배터리 충전 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터를 제어하여 상기 세로 측정밀대를 구동하고, 상기 세로위치센서가 출력한 전기적 신호를 입력받아 상기 배터리의 세로길이를 산출하는 배터리 충전장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터에 펄스를 인가하여 상기 적어도 하나의 세로측정 밀대를 구동하되, 상기 모터에 인가된 펄스, 상기 모터의 회전속도 또는 회전각 중 적어도 어느 하나 및 상기 세로위치센서가 출력한 전기적 신호를 입력받아 상기 배터리의 세로길이를 산출하는 배터리 충전장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 세로위치센서는 리미트 센서(Limit Sensor)를 포함하는 배터리 충전장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 높이측정서브유닛은,
    스프링에 의하여 압축력이 인가되는 적어도 하나의 높이측정 돌기; 및
    가변저항을 포함하되, 상기 가변저항의 일전극은 상기 높이측정 돌기에 기계적으로 연결되어 상기 가변저항의 일전극과 타전극 사이에는 상기 배터리의 높이에 따른 저항값이 형성되는 배터리 충전장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가변저항에 형성된 저항값을 감지하여 상기 배터리의 높이를 산출하는 배터리 충전장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 모터는 스테핑 모터(stepping motor)를 포함하는 배터리 충전장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 충전회로부는,
    일정한 간격으로 배열된 복수개의 충전핀이 형성된 충전부; 및
    상기 충전핀의 갯수만큼 형성되고, 상기 배터리의 충전단자에 상기 충전 전류를 인가하는 회로부를 포함하되, 상기 회로부는,
    충전전원에 연결된 소스, 상기 제어부에 연결된 게이트 및 충전노드에 연결된 드레인을 포함하는 P채널FET; 및
    접지전원에 연결된 소스, 상기 제어부에 연결된 게이트 및 상기 충전노드에 연결된 드레인을 포함하는 N채널FET를 포함하되,
    상기 충전노드는 상기 충전핀, 상기 제어부 및 기준전위와 전기적으로 연결된 배터리 충전장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전핀의 전위가 임계전압 범위를 초과하면 상기 충전핀과 연결된 상기 P채널FET는 턴 온시키되, 상기 N채널FET를 턴 오프시키고,
    상기 충전핀의 전위가 임계전압 범위 이내이면 상기 충전핀과 연결된 상기 P채널FET 및 상기 N채널FET 모두를 턴 오프시키며,
    상기 충전핀의 전위가 임계전압 범위 미만이면 상기 충전핀과 연결된 상기 N채널FET를 턴 온시키되, 상기 P채널FET는 턴 오프시키는 배터리 충전장치.

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