KR101818694B1 - 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개 배터리 셀(Cell)의 결합방식을 직렬 또는 병렬로 변경하여 충전시간을 단축시키며, 발열량을 감소시키도록 구현한 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치에 관한 것으로, 유선 또는 무선 충전기로부터 전원을 공급받아 전달해 주기 위한 충전기; 상기 충전기에 연결 설치되며, 상기 충전기로부터 전달되는 전원을 충전시켜 주거나 충전해 둔 전원을 시스템으로 방전시켜 주기 위한 충전IC: 상기 충전IC에 연결 설치되고, 상기 충전IC로부터 전달되는 전원으로 충전하거나 충전해 둔 전원을 상기 충전IC로 방전하기 위한 다수 개의 배터리; 및 상기 충전IC 및 상기 배터리에 연결 설치되며, 상기 배터리의 충전 또는 방전에 따라 상기 배터리 상호 간을 직렬 또는 병렬로 연결해 주기 위한 직/병렬셀렉터를 포함한다.

Description

부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치{Fast Charging Device Using Changing Load Combinations}
본 발명은 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치에 관한 것으로, 특히 복수 개 배터리 셀(Cell)의 결합방식을 직렬 또는 병렬로 변경하여 충전시간을 단축시키며, 발열량을 감소시키도록 구현한 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치에 관한 것이다.
반복적으로 재충전하여 사용이 가능한 이차전지는, 일반적으로 스마트폰을 비롯한 휴대폰이나 태블릿 PC, 디지털 카메라 등과 같은 각종 휴대용 단말기의 보급에 따라 그 수요가 증대되고 있다.
상술한 바와 같은 각종 휴대용 단말기에 사용되는 이차전지는 리튬이온 셀이 널리 사용되고 있는데, 상기 리튬이온 셀은 안정성이 높고 두께가 얇아 휴대가 간편한 특성이 요구됨과 동시에 충전 시간을 줄일 수 있는 조건이 제품의 품질을 판단하는 관건이 되고 있다.
한편, 최근 스마트폰 등의 휴대폰 단말기 보급이 증대됨에 따라, 휴대용 단말기에 사용되는 배터리인 이차전지의 소비전력이 점차적으로 증대되고 있는 실정인데, 이에 사용자는 휴대용 단말기에 장착되는 배터리와는 별도로 배터리가 내장된 배터리 팩 등을 추가로 휴대하면서 휴대용 단말기에 선택적으로 연결하여 사용하고 있다.
이때, 휴대폰 등에 사용되는 기존의 리튬이온 셀로 이루어진 배터리는 통상적으로 1000 내지 1500[mAh] 정도의 값을 갖도록 구현되는데, 상기 리튬이온 셀은 1[A] 이상의 전류 공급이 불가한 구조로서, 이에 따라 전원공급을 통한 배터리의 충전에 수 시간이 소요되는 문제점을 갖게 된다.
이에, 최근에는 보다 신속한 충전이 가능하도록 3 내지 8[A] 정도의 대전류의 공급이 가능한 리튬이온 셀이 개발되었으며, 이에 따라 배터리 팩에 내장하는 상기 리튬이온 셀을 신속하게 충전할 수 있도록 해당 전원을 안정적으로 공급하는 급속 충전기의 필요성이 대두되고 있다.
한국등록특허 제10-0850916호(2008.08.01.)는 배터리의 충전시간을 단축시키고 충전기의 과열을 방지하도록 된, 배터리 충전 장치에 관하여 기재되어 있는데, 제 1 반도체 스위칭 소자 및 그 반도체 스위칭 소자를 단속하는 제어수단을 구비하여, 교류 아답터를 통해 제공되는 전원을 단속하여 배터리의 충전 전압으로 제공하는 배터리 충전 수단; 상기 아답터의 출력단과 상기 배터리 충전 수단의 입력단 사이에 연결되어, 상기 배터리 전원으로부터 상기 아답터 전원측으로 흐르는 역방향 전류의 흐름을 차단하도록, 제 2 반도체 스위칭 소자로 구성된 배터리 블록킹수단; 상기 아답터의 출력 전압과 상기 배터리 충전 수단의 출력 전압에 근거하여, 상기 배터리 블록킹 수단과 상기 배터리 충전 수단 사이의 중간 전압을 일정 레벨로 유지하는 전압 조정 수단; 및 상기 아답터의 입력단으로의 전원 입력 여부에 따라, 상기 제 2 반도체 스위칭 소자를 단속하는 단속 수단을 포 함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 기재된 기술에 의하면, 충전시간이 약 두 배가량 빨라지고 전력 손실을 줄여 과열을 방지할 수 있다.
한국등록특허 제10-1143522호(2012.04.30.)는 급속 충전이 가능하도록 대전류의 공급이 가능한 리튬이온 셀이 내장된 배터리 팩에 리튬이온 셀의 충전에 필요한 소정 값의 대전류를 안정적으로 공급하기 위한 배터리 급속 충전기에 관하여 기재되어 있다. 기재된 기술에 의하면, 외부로부터 85 내지 264[V]의 직류전압을 공급받는 입력단자와, 배터리 팩과 선택적으로 연결되어 배터리 팩 측으로 2.5 내지 6[V]의 직류전압 및 3.0 내지 8.0[A]의 전류 값을 갖는 전원을 공급하는 5밀리미터[mm]의 DC Jack으로 이루어진 출력단자 및, 상기 입력단자를 통해 공급된 전원을 일정 값으로 변환하여 출력시키는 변환회로가 내장된 본체를 포함하여 구성되되; 상기 변환회로는, Fuse 및 TNR을 포함한 회로로서 전원입력단에 구비되어 과전류를 차단하여 기기의 이상을 방지하는 INPUT PROTECTION CIRCUIT과; EMI에 대비한 LINE FILTER가 구비되며, Bridge Diode를 매개로 교류입력전압을 직류전압으로 변환하는 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과; 1차측의 직류고전압이 PWM Controller IC에 의해 66[KHz]로 스위칭 되면 이를 2차측으로 전기적 에너지가 전달되도록 하는 POWER TRANSFORMER와; 1차측의 직류고전압을 66[KHz]로 스위칭하여 2차에너지를 제어하고, OVP(과전압 보호), OCP(과전류 보호), 과열방지 기능을 수행함과 아울러, 2차측의 전압상태를 PHOTO COUPLER를 통해 전달받아 적정하게 동작하도록 제어를 행하는 PWM CONTROLLER와; 상기 POWER TRANSFORMER를 통해 전달된 스위칭된 전압을 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 인덕터와 캐패시터를 매개로 평활시켜 직류전압으로 만드는 OUT1 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과; 상기 POWER TRANSFORMER를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode를 매개로 직류전압으로 정류하고, 저항(Resistor) 및 캐패시터를 사용하여 직류전압으로 만드는 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT과; 상기 OUT2 RECTIFIER & FILTER CIRCUIT에서 만들어진 직류전압을 정전압회로를 통해 DC 5.12[V]로 변환한 후 MCU 측으로 공급하는 REGULATOR와; 상기 POWER TRANSFORMER를 통해 전달된 스위칭된 전압의 일부를 Diode D6을 매개로 직류전압으로 정류하고, 이를 1차 PWM CONTROLLER의 제어용 전압으로 사용하도록 하는 SYSTEM POWER와; 2차측의 전압상태를 그 내부의 LED를 매개로 전달받아 1차 PWM CONTROLLER의 제어단자를 Photo Transistor로 제어하는 PHOTO COUPLER와; MCU의 제어에 따라 전압 및 전류를 제어하는 VOLTAGE & CURRENT CONTROL-SWITCH & COMPARATOR와; 충전전압 및 충전전류를 제어하고, OCP(과전류보호회로), OVP(과전압보호회로)의 기능을 행하는 MCU와; 배터리의 단자전압을 체크하여 상기 MCU 측으로 전달하는 BATTERY VOLTAGE CHECK부; 및 출력단자 측의 전류값을 센싱하는 CURRENT SENSING부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 종래의 충전장치는,
Figure 112016096653022-pat00001
에서 보는 바와 같이 전류량의 제곱에 비례하여 열이 발생하게 됨으로써, 충전 시간을 줄이기 위해 충전 전류를 높이면 제품에서 발생하는 열이 제곱에 비례하여 증가하게 되어 전류량을 증가시키는 것에 한계를 가질 뿐만 아니라, 제품에서 발생하는 열을 줄이기 위해서 전류량을 감소시키면 충전 시간이 줄어들게 된다는 문제점을 가지고 있다.
한국등록특허 제10-0850916호 한국등록특허 제10-1143522호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수 개 배터리 셀(Cell)의 결합방식을 직렬 또는 병렬로 변경하여 충전시간을 단축시키며, 발열량을 감소시키도록 구현한 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 제공한다.
이러한 과제를 해결하기 위해서는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 유선 또는 무선 충전기로부터 전원을 공급받아 전달해 주기 위한 충전기; 상기 충전기에 연결 설치되며, 상기 충전기로부터 전달되는 전원을 충전시켜 주거나 충전해 둔 전원을 시스템으로 방전시켜 주기 위한 충전IC: 상기 충전IC에 연결 설치되고, 상기 충전IC로부터 전달되는 전원으로 충전하거나 충전해 둔 전원을 상기 충전IC로 방전하기 위한 다수 개의 배터리; 및 상기 충전IC 및 상기 배터리에 연결 설치되며, 상기 배터리의 충전 또는 방전에 따라 상기 배터리 상호 간을 직렬 또는 병렬로 연결해 주기 위한 직/병렬셀렉터를 포함하는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 배터리의 충전 또는 방전에 따라 상기 배터리를 직렬 또는 병렬로 연결시켜 주도록 상기 직/병렬셀렉터를 제어하기 위한 직/병렬제어기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 충전IC는, 상기 배터리와의 전류 흐름에 대한 정방향 또는 역방향을 감지하여 알림신호를 생성시켜 직/병렬제어기로 통지할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 직/병렬제어기는, 상기 충전IC로부터 통지되는 알림신호에 따라 직렬연결제어신호 또는 병렬연결제어신호를 생성시켜 상기 직/병렬셀렉터로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 충전IC는, 상기 배터리와의 전류 흐름에 대한 정방향 또는 역방향을 감지하여 직렬연결제어신호 또는 병렬연결제어신호를 생성시켜 상기 직/병렬셀렉터로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 충전기는, 충전커넥터를 통해 외부전원공급장치와 연결될 시 외부전원공급장치로부터 유선으로 전원을 공급받고 있음을 충전IC로 통지해 줄 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 충전기는, 무선으로 무선충전장치와 연결되어 유도전류를 감지할 시 무선충전장치를 통해 전류를 공급받고 있음을 충전IC로 통지해 줄 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 충전IC는, 상기 배터리의 완충을 감지할 시 상기 충전기와의 연결을 차단함과 동시에 알람신호를 생성시켜 상기 직/병렬제어기로 통지할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 직/병렬제어기는, 상기 충전IC로부터 통지되는 알람신호에 따라 병렬연결제어신호를 생성시켜 상기 직/병렬셀렉터로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 충전IC는, 상기 배터리를 7.4V 내지 8.6V의 전원으로 충전시켜 주거나, 상기 배터리를 3.7V 내지 4.3V의 전원으로 방전시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수 개 배터리 셀(Cell)의 결합방식을 직렬 또는 병렬로 변경하여 충전시간을 단축시키며, 발열량을 감소시키도록 구현한 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 제공함으로써, 기존 방식에서 적용한 충전 전류로 충전을 하게 될 경우 각각의 Cell 용량이 절반이 되므로 충전 시간은 반으로 줄어들고 열 손실은 기존과 동일하게 유지 될 수 있게 되며, 반대로 충전을 하지 않는 경우에는 (즉, 방전 시) 배터리 구조를 병렬로 변경하여 사용 하며 이때는 총 배터리 용량이 각각의 Cell 용량을 더한 값이므로 기존 방식과 동일한 용량을 구현 할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명에 의하면, 무선충전기에 적용할 경우 무선 충전기 출력 전류를 낮출 수 있으므로 무선 충전기 자체에서 발생하는 열 손실도 줄일 수 있어 발열이 적은 제품을 개발할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 기존의 금속충전장치를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치(10)는, 충전기(100), 충전IC(200), 다수 개의 배터리(300-1, 300-2) 및 직/병렬셀렉터(400)를 포함한다.
충전기(100)는, 유선 또는 무선 충전기에 연결 설치되며, 유선 또는 무선 충전기로부터 유선 또는 무선으로 전원을 공급받으며, 해당 공급받은 전원을 충전IC(200)로 전달해 준다.
충전IC(200)는, 충전기(100) 및 배터리(300)에 연결 설치되며, 충전기(100)로부터 전원을 전달받으며, 해당 전달받은 전원으로 다수 개의 배터리(300-1, 300-2)을 충전시켜 주거나 다수 개의 배터리(300-1, 300-2)에 충전해 둔 전원을 시스템으로 방전시켜 준다.
일 실시 예에서, 충전IC(200)는, 배터리(300)를 7.4V 내지 8.6V의 전원으로 충전시켜 주거나, 배터리(300)를 3.7V 내지 4.3V의 전원으로 방전시킬 수 있다.
배터리(300)는, 충전IC(200) 및 직/병렬셀렉터(400)에 연결 설치되고, 충전IC(200)로부터 전원을 전달받으며, 해당 전달받은 전원으로 충전하거나, 충전해 둔 전원을 충전IC(200)로 방전한다.
직/병렬셀렉터(400)는, 충전IC(200) 및 다수 개의 배터리(300-1, 300-2)에 연결 설치되며, 다수 개의 배터리(300-1, 300-2)의 충전 또는 방전에 따라 배터리(300) 상호 간을 직렬 또는 병렬로 연결해 준다.
일 실시 예에서, 충전IC(200)는, 배터리(300)와의 전류 흐름에 대한 정방향(즉, 충전IC(200)로부터 배터리(300)로 전류가 흘러가는 방향) 또는 역방향(즉, 배터리(300)로부터 충전IC(200)로 전류가 흘러가는 방향)을 감지하여 직렬연결제어신호 또는 병렬연결제어신호를 생성시켜 직/병렬셀렉터(400)로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 충전기(100)는, 충전커넥터를 통해 외부전원공급장치와 연결될 시 외부전원공급장치로부터 유선으로 전원을 공급받고 있음을 충전IC(200)로 통지해 줄 수 있다.
일 실시 예에서, 충전기(100)는, 무선으로 무선충전장치와 연결되어 유도전류를 감지할 시 무선충전장치를 통해 전류를 공급받고 있음을 충전IC(200)로 통지해 줄 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치(10)는, 복수 개 배터리 셀(Cell)의 결합방식을 직렬 또는 병렬로 변경하여 충전시간을 단축시키며, 발열량을 감소시키도록 구현한 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 제공함으로써, 도 3에서 도시한 바와 같은 기존 방식에서 적용한 충전 전류로 충전을 하게 될 경우 각각의 Cell 용량이 절반이 되므로 충전 시간은 반으로 줄어들고 열 손실은 기존과 동일하게 유지 될 수 있게 되며, 반대로 충전을 하지 않는 경우에는 (즉, 방전 시) 배터리 구조를 병렬로 변경하여 사용 하며 이때는 총 배터리 용량이 각각의 Cell 용량을 더한 값이므로 기존 방식과 동일한 용량을 구현 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치(10)는, 무선충전기에 적용할 경우 무선 충전기 출력 전류를 낮출 수 있으므로 무선 충전기 자체에서 발생하는 열 손실도 줄일 수 있어 발열이 적은 제품을 개발할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치(20)는, 충전기(100), 충전IC(200), 다수 개의 배터리(300-1, 300-2), 직/병렬셀렉터(400) 및 직/병렬제어기(500)를 포함한다. 여기에서, 충전기(100), 충전IC(200), 다수 개의 배터리(300-1, 300-2) 및 직/병렬셀렉터(400)는 도 1의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
직/병렬제어기(500)는, 충전IC(200) 및 직/병렬셀렉터(400)에 연결 설치되며, 배터리(300)의 충전 또는 방전에 따라 배터리(300)를 직렬 또는 병렬로 연결시켜 주도록 직/병렬셀렉터(400)를 제어한다.
일 실시 예에서, 충전IC(200)는, 배터리(300)와의 전류 흐름에 대한 정방향 또는 역방향을 감지하여 알림신호를 생성시켜 직/병렬제어기(500)로 통지할 수 있다.
일 실시 예에서, 직/병렬제어기(500)는, 충전IC(200)로부터 통지되는 알림신호에 따라 직렬연결제어신호 또는 병렬연결제어신호를 생성시켜 직/병렬셀렉터(400)로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 충전IC(200)는, 배터리(300)의 완충을 감지할 시 충전기(100)와의 연결을 차단함과 동시에 알람신호를 생성시켜 직/병렬제어기(500)로 통지할 수 있다.
일 실시 예에서, 직/병렬제어기(500)는, 충전IC(200)로부터 통지되는 알람신호에 따라 병렬연결제어신호를 생성시켜 직/병렬셀렉터로 전달할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치(20)는, 도 4에서 보는 바와 같이 배터리를 다수 개의 배터리(300-1, 300-2)로 나누고 직/병렬제어기(500)로 충전시간을 단축 및 발열량을 감소시킬 수 있는 충전회로를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치(20)는, 유선 또는 무선 충전기가 적용 가능한 모는 전자기기(예를 들어, 휴대폰, 태블릿 pc 또는 노트북 등)에 적용이 가능하다.
일 실시 예에서, 단일 Cell 구조 방식 충전 조건(기존 방식)에 의할 경우에는, 배터리 용량 1000mAh이고, 충전 전류가 1A(1000mA)일 경우에 충전 시간이 1시간이 걸리는 데 반하여, 본 출원 발명에 의한 Cell 분할 방식 충전 조건일 경우에는, Total 배터리 용량(병렬 구조)이 1000mAh(배터리(300-1)가 500mAh, 배터리(300-1)가 500mAh)이고, 충전 전류가 1A(1000mA)일 경우에 충전 시간이 0.5 시간으로 줄어들 수 있다.
일 실시 예에서, 기존의 충전장치는, 도 3에서 보는 바와 같이 단말기 충전 Block에서 보면, 충전 전력 충전전력의 소스는 대부분 5V를 사용 하고 있으며, 이 전원을 Charging IC에서 배터리 충전 전압에 최적화 된 전압으로 조정하여 배터리에 충전을 시키고 있다. 예를 들어, 1000mAh 용량을 갖고 있는 배터리를 충전시키기 위해서는 1A 충전 조건에서는 1시간 500mA 충전 조건에서 2시간(즉, 충전 시간 = 배터리 용량 / 충전 전류)이 소요되며, 이 경우 열 손실은
Figure 112016096653022-pat00002
의 수식에서 볼 수 있듯, 전류량의 제곱에 비례하여 열이 발생하게 되는 바, 충전 시간을 줄이기 위해 충전 전류를 높이면 제품에서 발생하는 열은 제곱에 비례하여 증가 하므로 전류량을 증가시키는 것은 한계가 있었다. 따라서 유선 또는 무선 충전기에서 생성된 전압을 부하에 (배터리 등) 직접 결합 하는 방식이 아닌, 부하를 2개 이상으로 구분하고 그 두 부하를 직렬 또는 병렬로 가변 하여 충전을 하는 방식을 택하였다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치(20)는, 도 4에서 보는 바와 같이 배터리(300)를 두 개 또는 n 개로 나누고 직/병렬셀렉터(400)와 직/병렬제어기(500)를 이용하여 충전 시에는 충전IC(200)에서 전류의 흐름을 감지하여 직렬 구조로 연결하고, 방전 시에는 충전IC(200)에서 전류의 흐름이 역방향임을 감지하여 병렬 구조로 연결하는 회로를 구성할 수 있다. 이에 따라 충전 시 충전 전압은 두 배가 되고 전류는 반으로 줄어들어 열 손실은 제곱에 반비례하여 줄어들게 된다. 즉 기존 방식에서 적용한 충전 전류로 충전을 하게 될 경우 각 각의 Cell 용량이 절반이 되므로 충전 시간은 반으로 줄어들고, 열 손실은 기존과 동일하게 유지 될 수 있게 된다. 반대로 충전을 하지 않는 경우에는 (방전 시) 배터리 구조를 병렬로 변경하여 사용 하며 이때는 총 배터리 용량이 각각의 Cell 용량을 더한 값이므로 기존 방식과 동일한 용량을 구현 할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 충전기
200: 충전IC
300-1, 300-2: 배터리
400: 직/병렬셀렉터
500: 직/병렬제어기

Claims (10)

  1. 유선 또는 무선 충전기로부터 전원을 공급받아 전달해 주기 위한 충전기; 상기 충전기에 연결 설치되며, 상기 충전기로부터 전달되는 전원을 충전시켜 주거나 충전해 둔 전원을 시스템으로 방전시켜 주기 위한 충전IC: 상기 충전IC에 연결 설치되고, 상기 충전IC로부터 전달되는 전원으로 충전하거나 충전해 둔 전원을 상기 충전IC로 방전하기 위한 다수 개의 배터리; 및 상기 충전IC 및 상기 배터리에 연결 설치되며, 상기 배터리의 충전 또는 방전에 따라 상기 배터리 상호 간을 직렬 또는 병렬로 연결해 주기 위한 직/병렬셀렉터를 포함하되;
    상기 배터리를 직렬 또는 병렬로 연결시켜 주도록 상기 직/병렬셀렉터를 제어하되, 상기 충전IC로부터 통지되는 알림신호에 따라 직렬연결제어신호 또는 병렬연결제어신호를 생성시켜 상기 직/병렬셀렉터로 전달하는 직/병렬제어기를 더 포함하며;
    상기 충전IC는, 상기 배터리와의 전류 흐름에 대한 정방향 또는 역방향을 감지하여 알림신호를 생성시켜 상기 직/병렬제어기로 통지하며, 상기 배터리의 완충을 감지할 시 상기 충전기와의 연결을 차단함과 동시에 알람신호를 생성시켜 상기 직/병렬제어기로 통지하며;
    상기 직/병렬제어기는, 상기 충전IC로부터 통지되는 알람신호에 따라 병렬연결제어신호를 생성시켜 상기 직/병렬셀렉터로 전달하는 것을 특징으로 하는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 충전기는,
    충전커넥터를 통해 외부전원공급장치와 연결될 시 외부전원공급장치로부터 유선으로 전원을 공급받고 있음을 충전IC로 통지해 주는 것을 특징으로 하는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 충전기는,
    무선으로 무선충전장치와 연결되어 유도전류를 감지할 시 무선충전장치를 통해 전류를 공급받고 있음을 충전IC로 통지해 주는 것을 특징으로 하는 부하 결합 변경을 이용한 급속충전장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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KR20230024483A (ko) 2021-08-11 2023-02-21 (주) 애플망고 주파수 주입 기반의 충전장치 및 충전방법

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