KR20000047213A - 배터리 적응형 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프론트 슬럿 및/또는 리어 슬럿에 재치되는 배터리의 종류를 자동으로 판단하여 그 판단된 배터리의 종류(특히, 리튬-이온 배터리와 수소배터리)에 적응적으로 충전이 이루어지도록 하는 배터리 적응형 충전장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 배터리 적응형 충전장치는 복수 종류의 제 1 및 제 2배터리에 대한 순서적인 충전을 제어하는 제어부와, 정류부에서 인가되는 상기 배터리에 대한 충전전원을 스위칭제어하는 충전전원제어부, 상기 제어부의 제어하에 상기 충전전원제어부의 충전전원을 스위칭제어하기 위한 충전전원제어신호발생부, 상기 충전전원제어부로부터 출력되는 충전전원을 제 1 및 제 2컨넥터에 연결된 배터리에 대한 충전전원을 인가하는 제 1 및 제 2충전부, 상기 배터리에 충전되는 충전전압의 레벨을 검출하여 상기 충전전원제어신호발생부에 인가하는 충전전압검출부, 상기 배터리에 충전되는 충전전원의 전류-전압치를 검출하여 상기 충전전원제어신호발생부와 상기 제어부에 인가하여 상기 배터리에 대한 충전전원의 레벨제어가 이루어지도록 하는 전류-전압변환검출부, 상기 배터리중 수소배터리의 잔량전압을 방전시키는 방전부, 상기 제 1 및 제 2배터리에 대한 충전동작의 이상을 경보하기 위한 음향출력부를 구비하여 구성된다.

Description

배터리 적응형 충전장치

본 발명은 휴대형 데이터처리장치 또는 휴대형 통신단말기에 적용되는 배터리의 충전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대형 데이터처리장치 또는 휴대형 통신단말기에 착탈방식으로 사용되는 2차전지로서의 배터리의 종류를 자동검출하여 그 배터리에 적응적으로 충전이 실행될 수 있도록 하기 위한 배터리 적응형 충전장치에 관한 것이다.

최근에, 소형이면서 경량의 휴대형 통신단말기와 휴대형 데이터처리장치가 다양한 형태로 개발되어 시판되고 있는 바, 그 중 휴대형 통신단말기는 무선채널을 매개하여 상대방과 음성정보를 교환하기 위한 개인이동전화기로 대표되고, 휴대형 데이터처리장치는 소위 ‘노트북 컴퓨터’로 칭해지는 휴대형 컴퓨터로 대표된다.

그러한 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치는 휴대가능성에 주목하면 예컨대 니켈-카드뮴(Nickel-cadmium; Ni-Cd)배터리 또는 니켈-수소(Nickel-hydrogen; NiH)배터리 등의 2차 전지가 전원으로서 필요하게 되고, 그러한 점에서 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치의 연속적인 작동시간은 상당히 제한적으로 된다.

그러한 배터리의 용량은 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치의 연속적인 작동시간을 연장시키기 위해 증가시킬 수는 있지만, 그 경우에는 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치가 전체적으로 대형화되면서 중량의 증가가 필연적으로 초래된다.

그 점에서, 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치의 연속적인 작동시간의 연장을 보장하기 위해 그러한 전원부하(즉, 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치)의 중량과 치수의 허용가능한 범위내에서 극대화된 충전용량을 갖는 배터리에 대한 개발이 지속적으로 행해지는 상황이다.

하지만, 현재는 장시간에 걸쳐 전원부하를 연속적으로 작동시키기 위해서는 보조적인 배터리를 준비해야 하거나 AC어댑터를 사용해야 하지만, AC어댑터를 사용하는 경우에는 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치의 휴대성과 이동성이 희생되어야만 된다.

최근에는 2차전지로서 최소한 니켈-수소배터리와 동일한 용량을 가지면서 비교적 저중량화로 설계된 리튬이온 배터리(Li-ion battery)가 개발되어 실용에 적용된 상태이다.

여기서, 그 리튬-이온 배터리는 Ni-Cd배터리와 NiH배터리와는 상당히 다른 충전/방전특성을 갖게 되는 바, 그에 따라 리튬-이온 배터리가 Ni-Cd배터리 또는 NiH배터리(수소 배터리)와 동일한 제어하에서 충전되는 경우 그 리튬-이온 배터리는 쉽게 폭발되어 버리게 되기 때문에, 리튬-이온 배터리에 대해서는 그 충전시 전용의 전원제어가 필요하게 된다.

또한, 니켈-수소배터리의 경우에는 완전히 방전되지 않은 상태에서 반복적으로 충전이 이루어지는 경우에는 충전이 최대용량으로 행해지지 않게 될 뿐만 아니라 그 수명이 단축되기 때문에, 그 수소배터리의 수명 연장과 충전효율을 증가시키기 위해서는 완전방전된 상태에서 충전이 행해져야 바람직하게 된다.

따라서, 단일의 배터리충전기에 의해 리튬-이온 배터리와 수소 배터리를 충전하기 위해서는 배터리의 종류에 적합한 전원제어가 행해져야만 리튬-이온 배터리의 폭발가능성을 배제시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 수소 배터리의 수명연장 및 충전효율이 극대화될 수 있게 되기 때문에, 충전기에 재치되는 충전대상 배터리의 종류를 인식하여 적응적인 전원제어가 가능한 충전장치가 필요하게 된다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 휴대형 통신단말기 또는 휴대형 데이터처리장치에 2차전지로서 채용가능한 리튬-이온 배터리와 수소 배터리를 판별하여 그 판별된 배터리의 종류에 적응적인 전원제어하에 충전이 행해질 수 있도록 된 배터리 적응형 충전장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 충전대상의 배터리가 수소배터리인 경우 잔량 전원의 완전방전을 실행하고나서 충전이 실행되도록 하는 기능도 갖춘 배터리 적응형 충전장치가 제공된다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 휴대형 통신단말기에 착탈가능하게 사용되는 복수 종류의 제 1배터리(리튬-이온 배터리) 및 제 2배터리(수소배터리)를 프론트 슬럿과 리어 슬럿에 재치된 상태에서 충전하기 위한 충전장치에 있어서, 상기 복수 종류의 제 1 및 제 2배터리에 대한 순서적인 충전을 제어하는 제어부와, 정류부에서 인가되는 상기 배터리에 대한 충전전원을 스위칭제어하는 충전전원제어부, 상기 제어부의 제어하에 상기 충전전원제어부의 충전전원을 스위칭제어하기 위한 충전전원제어신호발생부, 상기 충전전원제어부로부터 출력되는 충전전원을 제 1 및 제 2컨넥터에 연결된 배터리에 대한 충전전원을 인가하는 제 1 및 제 2충전부, 상기 배터리에 충전되는 충전전압의 레벨을 검출하여 상기 충전전원제어신호발생부에 인가하는 충전전압검출부, 상기 배터리에 충전되는 충전전원의 전류-전압치를 검출하여 상기 충전전원제어신호발생부와 상기 제어부에 인가하여 상기 배터리에 대한 충전전원의 레벨제어가 이루어지도록 하는 전류-전압변환검출부, 상기 제 2배터리의 잔량전압을 방전시키는 방전부, 상기 제 1 및 제 2배터리에 대한 충전동작의 이상을 경보하기 위한 음향출력부를 구비하여 구성된 배터리 적응형 충전장치가 제공된다.

상기한 구성의 본 발명에 따른 배터리 적응형 충전장치에 의하면, 제 1 및제 2컨넥터를 매개하여 접속되는 제 1배터리(리튬-이온 배터리)와 제 2배터리(수소배터리)에 대해 그 종류를 자동으로 판단하여 제 1배터리의 경우 정전류/정전압제어방식에 의한 충전이 이루어지도록 하는 반면 제 2배터리의 경우에는 정전압제어방식에 의한 충전이 이루어지도록 작용하게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 적응형 충전장치를 나타낸 블록구성도,

도 2는 도 1에 도시된 충전전원제어부와 충전전원제어신호발생부의 구성예를 상세하게 나타낸 회로도,

도 3은 도 1에 도시된 제 1 및 제 2충전부와 충전전압검출부 및 방전부의 구성예를 상세하게 나타낸 회로도,

도 4는 도 1에 도시된 제어부와 멀티플렉서, 전류-전압변환검출부 및 오류검출부의 구성예를 상세하게 나타낸 회로도,

도 5a는 리튬-이온배터리의 충전특성을 설명하는 도면,

도 5b는 수소배터리(Ni-MH)의 충전특성을 설명하는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 제어부, 20: 정류부,

30: DC/DC컨버터, 40: 충전전압제어부,

50: 제 1충전부, 60: 제 2충전부,

70,80: 제 1, 제 2컨넥터, 90: 충전전압검출부,

100: 전류-전압변환검출부, 110: MUX,

120: 충전전원제어신호발생부, 130: 방전부,

140: 음향출력부, 150: 오류검출부.

이하, 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 적응형 충전장치의 블록구성을 나타낸 도면으로, 동 도면에서 참조부호 10은 해당하는 배터리 적응형 충전장치의 전체적인 제어를 담당하는 제어부로서, 그 제어부(10)는 충전대상 배터리의 종류를 판별하여 그 판별된 종류에 대한 최적의 충전제어와, 상기 충전대상 배터리로서 수소배터리가 판별되는 경우 그 수소배터리의 잔량전원에 대한 완전방전제어, 상기 충전대상배터리의 충전상태에 대한 표시제어를 실행하게 된다.

또, 참조부호 20은 DC어댑터의 잭을 통해 인가되는 충전전원(예컨대 12V)을 정류하는 정류부를 나타내고, 30은 그 정류부(20)에서 정류된 전원을 DC-DC변환하여 Vcc(+5V)전원을 생성하는 DC/DC컨버터를 나타낸다.

참조부호 40은 상기 정류부(20)에서 정류된 충전전원을 스위칭제어방식으로 제어하는 충전전원제어부를 나타내고, 50과 60은 상기 충전전원제어부(40)에서 출력되는 충전전원에 의해 해당하는 충전장치에 재치되는 복수 종류의 배터리에 대한 충전전원을 제공하는 제 1 및 제 2충전부를 나타내는 바, 여기서 상기 제 1충전부(50)는 해당하는 충전장치에 준비되는 프론트슬럿(Front slot)에 재치가능한 휴대형 통신단말기에 부착된 상태의 배터리에 대한 충전기능을 수행하는 반면, 제 2충전부(60)는 해당하는 충전장치의 리어슬럿(Rear slot)에 재치되는 배터리에 대한 충전기능을 수행하게 된다.

또, 도 1에서 참조부호 70은 해당하는 충전장치의 프론트 슬럿에 전기적으로 접속되어 예컨대 휴대형 통신단말기에 장착된 상태의 배터리를 위한 제 1컨넥터를 나타내고, 참조부호 80은 해당하는 충전장치의 후방에 위치하는 리어슬럿에 전기적으로 접속되어 배터리 자체만의 충전을 위한 제 2컨넥터를 나타내는 바, 통상적으로 수소배터리는 통상적으로 제 2컨넥터를 매개하여 충전이 이루어지게 된다.

또, 도 1에서 참조부호 90은 상기 충전전원제어부(40)로부터 배터리의 충전을 위해 상기 제 1 및 제 2충전부(50,60)로 인가되는 충전전원의 레벨을 검출하는 충전전압검출부를 나타내고, 100은 상기 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)를 통해 배터리의 충전을 위해 인가되는 전류를 전압으로 변환하여 그 변환결과인 전류-전압치(C-V VALUE)는 상기 충전전압검출부(90)와 제어부(10)로 인가함과 더불어 상기 충전전원제어부(40)에서의 충전전원제어를 위한 충전전원제어신호의 발생에 적용되도록 인가하는 전류-전압변환검출부를 나타낸다.

또, 도 1에서 참조부호 110은 상기 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)를 통해 입력되는 충전대상 배터리내의 더미스터로부터의 온도신호라던지 상기 전류-전압변환검출부(100)로부터의 전류-전압검출치(C-V VALUE), 회로의 단락검출신호 등을 상기 제어부(10)에 출력하여 필요한 후속제어를 실행하도록 하는 멀티플렉서(MUX)를 나타내고, 참조부호 120은 상기 제어부(10)로부터 인가되는 충전제어신호(SC-CON)와 상기 충전전압검출부(90)로부터의 충전전압검출신호(V-DET) 및 충전전류제어신호(C-CON) 및 상기 전류-전압변환검출부(100)로부터의 전류-전압치(C-V VALUE)에 기초하여 상기 충전전원제어부(40)에서의 충전전원제어를 위한 신호를 발생하는 충전전원제어신호발생부를 나타낸다.

또, 도 1에서 참조부호 130은 충전대상의 배터리가 수소배터리인 경우 상기 제어부(10)에 의해 그 수소배터리의 잔량전원이 검출되면 그 제어부(10)의 제어하에 수소배터리의 잔량전원을 방전시키기 위한 방전부를 나타내고, 140은 상기 제어부(10)의 제어하에 충전불량상태를 경보하기 위한 예컨대 부저로 이루어진 음향출력부를 나타낸다.

도 2는 상기 충전전원제어부(40)와 상기 충전전원제어신호발생부(120)의 구성예를 상세하게 나타낸 회로도이다.

동 도면에서, 상기 충전전원제어부(40)에 따르면, 상기 정류부(20)로부터 제공되는 정류전원(V1)이 입력단(VIN)에 입력됨과 더불어 그 전원(V1)이 전원감지단(SEN)에 의해 감지되면 상기 충전전원제어신호발생부(120)에서 인가되는 충전전원제어신호에 기초하여 소정의 전원스위칭신호를 출력하는 스위칭레귤레이터(202)가 구비되고, 그 스위칭레귤레이터(202)의 전원스위칭신호출력단(D/C)에는 상기 전원(V1)의 경로를 스위칭ON/OFF제어하는 스위칭 트랜지스터(203)의 베이스가 베이스 바이어스저항(204)를 매개하여 접속되며, 그 스위칭 트랜지스터(203)의 에미터와 베이스의 사이에는 상기 전원(V1)에 대한 에미터-베이스 바이어스전위를 설정하기 위한 저항(205)이 접속된다.

또, 상기 스위칭 트랜지스터(203)의 컬렉터측에는 상기 스위칭 레귤레이터(202)와 연동적으로 스위칭수단을 구성하면서 상기 트랜지스터(203)의 컬렉터측에 나타나는 충전전원과 접지전위측에 역방향 접속된 다이오드(206)와 그 다이오드(206)의 후단에 접속된 인덕터(207), 상기 충전전원의 레벨을 평활화하기 위한 평활용 캐패시터(208,209) 및 다이오드(210)를 포함하여 구성된다.

그러한 충전전원제어부(40)에서 상기 인덕터(207)의 후단에 나타나는 상기 충전전원(전류)은 저항(211)을 매개하여 상기 스위칭 레귤레이터(202)의 전류제어입력단(C)에 연결되고, 그 전류제어입력단(C)에 인가되는 상기 충전전원은 타단이 접지전위에 접속된 저항(212)에 의해 레벨지지된다.

또, 상기 충전전원제어신호발생부(120)에 따르면, 상기 제어부(10)로부터의 충전제어신호(SC-CON)는 저항(301)과 저항(302)의 일단을 통해 배터리 충전시 도통상태로 유지되는 트랜지스터(303)의 베이스에 접속되고, 그 트랜지스터(303)의 컬렉터측은 저항(304)을 매개하여 저항(305)의 일단에 접속된다.

또, +5V전원과 전위설정용 캐패시터(306)의 사이에는 직렬접속의 저항(307,308)이 접속되고, 그 후단의 저항(308)의 타단이 상기 저항(304)과 저항(305)의 공통접속점에 연결된다. 또, 상기 제어부(10)로부터 충전전류제어신호(C-CON)가 저항(309)를 통해 베이스에 인가되는 전류제어 트랜지스터(312)의 컬렉터측도 저항(313)을 매개하여 상기 공통접속점에 연결되고, 그 공통접속점의 전위가 저항(314)을 매개하여 차동증폭기(315)의 반전입력단(-)에 연결되며, 상기 전류-전압변환검출부(100)로부터의 전류-전압변환신호(V3)가 저항(316)과 캐패시터(317) 및 저항(318)을 매개하여 상기 차동증폭기(315)의 비반전입력단(+)에 연결된다. 또한, 그 차동증폭기(315)의 비반전입력단(+)과 반전입력단(-)의 사이에는 캐패시터(-)가 개재됨과 더불어 그 반전입력단(-)과 출력단의 사이에는 병렬접속된 캐패시터(320)와 저항(321)에 의한 부궤환회로가 결선된다.

상기 차동증폭기(315)의 출력이 상호 병렬접속된 다이오드(321)와 캐패시터(322)를 경유하여 상기 레벨설정 저항(212)과 상기 충전전원제어부(40)에 갖추어진 스위칭 레귤레이터(202)의 전류제어입력단(C)의 사이에 접속된다. 또한, 충전전원검출부(90)로부터의 충전전압검출신호(V-DET)도 상기 다이오드(321)와 캐패시터(322)에 병렬접속된 다이오드(323)와 캐패시터(324)를 경유하여 상기 레벨설정 저항(212)과 상기 충전전원제어부(40)에 갖추어진 스위칭 레귤레이터(202)의 전류제어입력단(C)의 사이에 공통적으로 접속된다.

도 3은 도 1에 도시된 상기 제 1 및 제 2충전부(50,60)와 충전전압검출부(90) 및 방전부(130)의 구성예를 상세하게 나타낸 회로도로서, 상기 제 1충전부(50)는 프론트슬럿에 재치된 배터리에 대한 충전을 제어하기 위해 상기 제어부(10)로부터 인가되는 제 1배터리충전신호(PH SW)는 저항(401,402)에 의해 설정되는 전위로 바이어싱되는 트랜지스터(403)의 베이스에 연결되고, 그 트랜지스터(403)의 컬렉터는 저항(404)을 매개하여 충전전원의 경로를 스위칭하는 트랜지스터(405)의 베이스에 접속되며, 그 트랜지스터(405)의 에미터는 상기 충전전원제어부(40)로부터의 충전전원(V1)에 접속되고, 그 트랜지스터(405)의 에미터와 베이스의 사이에는 에미터-베이스 바이어스를 위한 저항(406)이 접속되며, 그 트랜지스터(405)의 컬렉터측에서 출력되는 충전전원이 상기 제 1컨넥터(70)를 통해 프론트슬럿에 재치된 배터리에 충전되게 된다.

또, 상기 제 2충전부(60)는 상기 제어부(10)에서 인가되는 제 2배터리충전신호(BT SW)가 저항(410,411)에 의해 바이어싱되는 트랜지스터(412)의 베이스에 연결되고, 그 트랜지스터(412)의 컬렉터는 저항(413)을 매개하여 충전전원의 경로를 스위칭하는 트랜지스터(414)의 베이스에 접속되며, 그 트랜지스터(414)의 에미터측에는 상기 충전전원제어부(40)로부터의 충전전원(V2)에 접속되고, 그 트랜지스터(414)의 에미터와 베이스의 에미터-베이스 바이어스 저항(415)이 접속된다.

또, 상기 충전전압검출부(90)는 상기 충전전원제어부(40)로부터의 충전전원(V2)이 저항(501)과 저항(502) 및 레벨조정용 가변저항(503)을 통해 비반전단자(+)에 입력되고 그 반전단자(-)에는 캐패시터(505)를 통해 분기적으로 인가되는 상기 충전전압(V2)이 인가되는 차동증폭기(504)가 포함된다.

또, 상기 제어부(10)로부터의 전압제어신호(V-CON)에는 바이어싱 저항(508,509)를 매개하여 스위칭 트랜지스터(510)의 베이스가 접속되고, 상기 차동증폭기(504)의 반전단자(-)와 상기 캐패시터(505)의 사이에는 분압저항(513,514)의 접속점이 접속되며, 상기 저항(513)의 선단에는 +5V의 전원이 인가되는 반면 상기 저항(514)의 타단에는 상기 트랜지스터(510)의 컬렉터측에 접속된 저항(511)과 상기 전류-전압치(C-V VALUE)가 인가되는 저항(515) 및 별개의 저항이 공통적으로 접속된다.

그리고, 상기 방전부(130)는 상기 제어부(10)에 의해 수소배터리의 충전이 판단되고 그 수소배터리의 잔량전원이 검출되는 경우에 제공되는 방전제어신호(DCH SW)신호가 저항(520,521)을 경유하여 스위칭 트랜지스터(522)의 베이스에 연결되고, 그 트랜지스터(522)의 컬렉터측에는 저항(523)을 매개하여 수소배터리방전경로를 스위칭하는 트랜지스터(525)의 베이스가 접속되며, 그 트랜지스터(525)의 에미터측은 상기 제 2충전부(60)의 충전전원경로상에 접속됨과 더불어 그 에미터와 베이스의 사이에는 바이어스저항(524)이 접속되고, 그 트랜지스터(525)의 컬렉터측에는 수소배터리의 방전부하저항(526-528)이 병렬접속된다.

도 4는 도 1에 도시된 제어부와 멀티플렉서, 전류-전압변환검출부 및 오류검출부의 구성예를 상세하게 나타낸 회로도로서, 프론트 슬럿에 대응하는 제 1컨넥터(70)에는 상기 제 1충전부(50)로부터의 충전전원(전류/전압)의 ‘+’단자와 ‘-’단자가 구비됨과 더불어 배터리의 내부에 수납되어 온도를 검출하는 더미스터의 온도검출신호가 입력되는 온도신호단자(TH), 배터리의 전원을 검출하기 위한 전원검출단(DT)가 구비된다. 또, 리어슬럿에 대응하는 제 2컨넥터(80)에는 상기 제 2충전부(60)로부터의 충전전원(전류/전압)의 ‘+’단자와 ‘-’단자가 구비됨과 더불어 배터리의 내부에 수납되어 온도를 검출하는 더미스터의 온도검출신호가 입력되는 온도신호단자(TH)가 구비된다.

또, 상기 전류-전압변환검출부(100)는 상기 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)에 대해 공통적으로 접속되어 전류-전압변환신호가 얻어지는 저항(601)이 포함되고, 그 저항(601)과 캐패시터(602)의 접속점에서 상기 충전전원제어신호발생부(120)에 인가되는 전류-전압변환신호(V3)가 발생된다. 또, 상기 저항(601)에서 얻어지는 전류-전압변환신호는 저항(604,605)과 그 후단의 캐패시터를 매개하여 필터링되고나서 증폭기(606)의 비반전단자(+)와 반전단자(-)에 인가되고 그 출력단에서 전류-전압치(C-V VALUE)가 얻어지게 된다.

또, 상기 제 1컨넥터(70)의 온도신호단자(TH)와 배터리검출신호단(DT)의 회로단락과 상기 제 2컨넥터(80)의 배터리검출신호단(DT)와 온도신호단자(TH)의 회로단락상태를 검출하기 위해 일단이 공통적으로 +5V전위로 설정된 다수의 역방향 다이오드(701-702)와, 상기 제 1컨넥터(70)의 ‘+’단과‘-’단의 회로단락과 상기 제 2컨넥터(80)의 ‘+’단의 회로단락을 검출하기 위해 일단이 공통적으로 +5V전위로 설정된 다수의 다이오드(707)를 포함하여 구성된다.

또, 상기 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)의 각 신호단은 멀티플렉서(MUX; 110)를 매개하여 상기 제어부(10)로 인가되도록 결선된다.

이어, 상기한 구성의 본 발명에 따른 배터리 적응식 충전장치의 작용에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 도 5a는 본 발명에 의해 충전대상으로 되는 배터리로서의 리튬-이온 배터리의 충전특성을 나타내고, 도 5b는 충전대상 배터리로서의 수소배터리의 충전특성을 나타내는 바, 도 5a에서 충전시간(t)상에서 A는 충전전류가 점차 상승되는 구간, B는 고속충전구간, C는 저속충전구간, D는 펄스충전구간을 나타낸다.

따라서, 도 5a의 충전특성을 갖는 리튬-이온 배터리 및/또는 도 5b의 충전특성을 갖는 수소배터리가 해당하는 충전장치의 프론트 슬럿 및/또는 리어슬럿에 재치되어 충전대기하는 경우 그 배터리에 대한 종류의 판별이 이루어지게 되는 바, 그 판별은 상기 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)의 배터리사이즈검출단에 풀업저항을 설계하여 측정되는 전압을 기초로 상기 제어부(10)에 의해 판별이 가능하게 된다. 그 경우 상기 배터리의 사이즈를 검출하기 위한 풀업저항의 저항치는 바람직하게, 1셀방식의 리튬-이온 배터리인 경우 1㏀으로 설정되고, 2셀방식의 리튬-이온 배터리인 경우 5.6㏀으로 설정되며, 수소배터리인 경우에는 10㏀으로 설정된다.

한편, 상기 제어부(10)는 배터리충전모드로 진입하는 경우 상기 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)로부터의 신호입력/출력단의 상태를 점검하게 되는 바, 그 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)의 신호입력/출력단의 상태가 정상인 경우에는 상기 오류검출부(150)에 구성된 다이오드(701-704, 705-707)에 의해 설정되는 전위가 +5V로 설정되는 반면, 그 제 1 및 제 2컨넥터(70,80)의 신호입력/출력단의 상태가 비정상인 경우(즉, 회로단락상태인 경우)에는 그 다이오드(701-704,705-707)에 의해 설정되는 전위가 2.5V로 저하되고, 그 전위의 저하상태가 멀티플렉서(110)를 통해 상기 제어부(10)에 인가된다. 따라서, 상기 제어부(10)는 배터리에 대한 충전을 실행하지 않으면서 음향출력부(140)의 부저를 소정시간 반복 구동하여 경보를 발생하거나 해당하는 충전장치의 전면에 설치된 황색의 LED발광소자를 점멸구동하게 된다.

상기한 점검이 정상적으로 완료되는 경우 상기 제어부(10)는 해당하는 충전장치의 전면에 설치된 LED발광소자를 3회정도 점멸구동하고나서 상기한 배터리 종류의 판단결과를 기초로 충전초기제어를 실행하게 된다. 예컨대, 충전대상 배터리가 리튬-이온 배터리인 경우에는 예컨대 상기 제 1컨넥터(70)의 전압검출단(DT)으로부터 검출된 전압이 6V 이상인 가를 판단하는 반면, 상기 충전대상 배터리가 수소배터리인 경우 예컨대 상기 제 1 또는 제 2컨넥터(70,80)의 온도검출신호단(TH)을 통해 입력되는 수소배터리의 초기온도가 -1℃이상인 가를 판단하게 되고, 그 판단결과 충전대상 배터리(리튬-이온 배터리)의 초기전압이 6V이하이거나 상기 충전대상 배터리(수소배터리)의 초기온도가 -1℃ 이하이면 불량배터리로 판단하여 LED발광소자의 적색점멸 또는 부저구동에 의한 에러표시를 행하게 된다.

그리고 나서, 상기 제어부(10)는 충전대상 배터리(리튬-이온 배터리)의 온도가 -1℃이하이거나 48℃ 이상인 지를 판단하는 반면 상기 충전대상 배터리(수소배터리)의 온도가 48℃ 이상인 지를 판단하게 되고, 그 판단결과 리튬-이온 배터리의 온도가 -1℃ 이하이거나 48℃이상으로 판단되면 상기한 에러표시처리를 행하는 반면, 상기 수소배터리의 경우 온도가 48℃ 이상인 경우에도 에러표시처리를 수행하게 된다.

이어, 상기 제어부(10)는 상기한 조건을 만족하는 배터리인 경우에만 충전모드를 개시하게 되는 바, 상기 DC어댑터로부터 인가되는 DC 12V의 전원은 정류부(20)에서 정류되고나서 충전전원제어부(40)에 인가되는 한편, 상기 DC/DC컨버터(30)에도 인가되어 5V의 전원을 얻게 된다.

여기서, 상기 충전대상 배터리가 리튬-이온 배터리인 경우를 가정하면 상기 제어부(10)는 하이레벨의 충전제어신호(SC-CON)와 충전전류제어신호(C-CON)를 발생하여 상기 충전전원제어신호발생부(120)에 인가하게 된다.

그러면, 그 충전전원제어신호발생부(12)에 구성된 트랜지스터(303)와 트랜지스터(312)가 도통상태로 되면서 상기 차동증폭기(315)의 반전단자(-)의 전위는 그 트랜지스터(303,312)의 도통상태시 +5V전원이 저항(304,305,307,308,313)의 합성저항에 의해 분압된 전압레벨로 설정되는 바, 그 차동증폭기(315)의 비반전단자(+)에는 상기 전류-전압변환검출부(100)로부터의 전류-전압변환신호(V3)가 인가되고, 그에 따라 상기 차동증폭기(315)의 출력에서는 양 입력전위의 차전위가 출력되어 다이오드(321)와 캐패시터(322)를 통해 저항(212)에 의해 전위레벨이 지지되는 상기 스위칭레귤레이터(202)의 전류제어입력단(C)에 인가된다. 따라서, 그 스위칭 레귤레이터(202)는 상기 정류부(20)에서 인가되는 충전전원의 경로를 스위칭하는 트랜지스터(203)의 베이스에 스위칭신호를 인가하게 되고, 그에 따라 그 트랜지스터(203)의 ON/OFF듀티비가 제어되어 충전전원의 레벨이 제어되게 된다. 그 트랜지스터(203)의 컬렉터측에 나타나는 충전전원은 인덕터(207)를 통과하여 후단의 평활 캐패시터(208,209) 및 진폭하한치를 제한하는 다이오드(210)를 통해 출력된다.

상기 충전전원제어부(40)에서 제공되는 충전전원은 충전대상 배터리가 장착된 프론트 슬럿 또는 리어슬럿측으로 충전전원(리튬-이온배터리의 경우 정전압/정전류, 수소배터리인 경우 정전압)을 인가하기 위해 상기 제어부(10)로부터 출력된 하이레벨의 제 1충전제어신호(PH SW) 또는 제 2충전제어신호(BT SW)에 의해 도통제어되는 트랜지스터(403; 412)에 의해 충전전원이 흐르는 전원경로스위칭 트랜지스터(405) 및/또는 트랜지스터(414)를 경유하여 상기 제 1컨넥터(70) 또는 제 2컨넥터(80)의 ‘+’단 또는 ‘-’단을 통해 배터리에 충전이 이루어지게 된다.

그러한 충전동작이 실행되는 동안 상기 제 1 또는 제 2컨넥터(70,80)를 경유하는 충전전원이 상기 전류-전압변환검출부(100)의 저항(601)에서 검출되어 상기 충전전원제어신호발생부(120)에 인가되어 정전류제어가 이루어지도록 하게 되고, 그 전류-전압변환검출부(100)의 증폭기(606)에서 얻어지는 전류-전압치(C-V VALUE)가 상기 멀티플렉서(MUX; 110)를 통해 제어부(10)에 인가됨과 더불어 상기 충전전압검출부(90)에도 인가된다.

따라서, 상기 제어부(10)는 그 전류-전압치(C-V VALUE)를 기초로 충전대상 배터리(즉, 리튬-이온 배터리)에 대한 충전전류가 200㎃ 이하인가를 판단하여 200㎃ 이하이면 상기 충전전원제어신호발생부(120)에 인가되는 충전제어신호(SC-CON)과 전류제어신호(C-CON)을 로우레벨로 하여 충전동작을 종료하면서 해당하는 충전장치의 청색 LED발광표시소자를 발광하도록 해서 만충표시를 행하게 된다.

그에 대해, 상기 리튬-이온 배터리의 충전전류가 200㎃ 이하가 아니면 충전전압이 4.2V에 도달된 상태인지를 판단하여 그 충전전압이 4.2V에 도달된 경우이면 상기한 과정의 충전종료 및 만충표시가 행해지게 된다.

반면에, 리튬-이온 배터리의 충전전압이 4.2V에 도달되지 않은 경우이면 그 배터리에 내장된 더미스터에 의해 검출되는 배터리온도가 51℃ 이상인지를 판단하여 그 온도 이상이면 전류를 차단하고서 만충표시를 행하게 되지만, 상기 온도 이상으로 검출되면 최대충전시간이 경과되는지를 판단하여 최대충전시간에 도달된 경우에는 전류를 차단하면서 만충표시를 행하게 되고, 최대충전시간이 경과되지 않은 경우에는 프론트슬럿의 배터리전압을 확인하여 예컨대 5V인 경우 3.5V인가를 확인하여 3.5V가 아니면 에러표시를 행하는 반면 3.5V이면 재충전을 실행하게 된다.

그 재충전의 과정은 상기 충전전압검출부(90)에 인가되는 전류-전압치(C-V VALUE)에 의해 상기 차동증폭기(504)의 반전단자(-)의 전위가 변화되고, 그에 따라 그 차동증폭기(504)에서는 그 반전단자(-)의 전위에 대해 상기 충전전원제어부(40)로부터의 충전전원(V2)를 차동증폭하여 전압검출신호(V-DET)를 발생하게 되고, 그 전압검출신호(V-DET)가 상기 충전전원제어신호발생부(120)에 인가되어 상기 스위칭 레귤레이터(202)에 의한 트랜지스터(203)의 ON/OFF스위칭타이밍이 변화됨에 따라 얻어지는 충전전원에 의한 재충전이 행해지게 된다.

한편, 상기 충전대상 배터리가 수소배터리인 경우로 판단되면서 잔류전원이 검출되면 상기 방전부(130)에 방전제어신호(DCH SW)를 인가하게 되고, 그에 따라 트랜지스터(522)가 도통상태로 되면서 방전경로스위칭 트랜지스터(525)도 도통상태로 되고, 그에 따라 수소배터리의 잔류전원이 상기 트랜지스터(525)를 통해 방전부하저항(526-528)을 통해 방전이 이루어지게 된다.

즉, 상기 제어부(10)는 그 수소배터리가 재치된 슬럿을 판단하게 되는 바, 그 수소배터리가 리어슬럿에 재치된 경우이면 상기 수소배터리의 잔류전원이 충전전압이 4.3V이상인가를 판단하여 4.3V 이상이면 상기한 과정의 방전을 제어하게 되고, 그 방전과정을 완료한 상태에서도 잔류전압레벨이 4V 이하로 검출되지 않는 경우 에러표시를 실행하게 된다.

그리고, 상기 수소배터리가 프론트 슬럿에 재치된 상태이거나 상기 잔류전원이 4.3V 이하이면 충전을 개시하면서 해당하는 충전장치의 LED발광소자를 적색으로 점등하게 된다.

그 경우, 상기 제어부(10)는 상기 충전전원제어신호발생부(90)에 전압제어신호(V-CON)을 인가하게 되고, 그에 따라 트랜지스터(510)이 도통상태로 되면서 차동증폭기(504)의 반전단자(-)의 전위가 상기한 과정과 유사하게 변동되고, 그에 따라 그 차동증폭기(504)의 출력단로부터 발생된 전압검출신호(V-DET)가 상기 충전전원제어신호발생부(120)에 인가되고, 그에 따라 스위칭 레귤레이터(202)에 의한 전원경로 스위칭 트랜지스터(203)의 ON/OFF스위칭 타이밍이 변동되어 결국 수소배터리의 충전을 위한 전압레벨이 제어되게 된다.

그러한 충전도중에, 상기 제어부(10)는 델타T에 도달되는지를 검출하여 맞으면 전압이 적절한가를 판단하게 되고, 그 판단결과 전압이 적절하면 상기 충전제어신호(SH CON)과 상기 충전전압제어신호(V-CON)를 로우레벨로 반전시켜 전류를 차단하면서 해당하는 충전장치의 LED발광소자의 적색표시에 의한 만충을 나타내게 된다.

그리고, 상기한 판단결과 델타T가 아니거나 전압이 적절하지 않은 경우에는 델타V인가를 판단하여 델타 V가 아니면 델타T인지를 표시하여 델타T이면 전류를 차단하면서 만충표시를 수행하는 반면, 상기 델타 V도 아니면 더미스터에 의해 검출된 배터리 온도가 51℃ 이상인가를 판단하게 된다. 그 판단결과 배터리온도가 51℃이상이면 전류를 차단하면서 만충표시를 행하게 되고, 상기 온도가 51℃ 이하이면 최대충전시간에 도달되는지를 판단하여 최대충전시간에 도달된 상태이면 전류를 차단하고서 만충표시를 행하게 되는 반면, 최대충전시간에 도달되지 않은 경우에는 세류충전(Trickle charge)시간에 도달되었는지를 판단하게 된다.

그 판단결과 세류충전에 도달된 경우에는 수소배터리가 재치된 슬럿이 프론트슬럿 또는 리어슬럿인지와 대용량/소용량 배터리인지를 구분하여 해당되는 0.1C를 충전하고나서 해당하는 충전장치의 녹색LED발광소자를 OFF, 적색LED발광소자를 1초 ON하게 된다. 그에 이어, 휴대형 통신단말기의 배터리전압을 확인하여 5V인 경우 3.5V인지를 판단하여 3.5V가 아니면 에러표시를 행하는 반면 3.5V이면 재충전을 실행하게 된다.

그리고, 상기 제어부(10)는 리어 슬럿에 재치된 배터리를 충전하는 도중에 프론트 슬럿에 충전대상 배터리가 재치되면 그 프론트 슬럿에 재치되는 배터리에 대한 충전을 우선적으로 실시하도록 하는 제어도 실행하게 된다.

한편, 본 발명은 휴대형 통신단말기에 적용된 경우의 배터리충전과정에 대해 설명하였지만, 휴대형 데이터처리장치에 채용되는 복수종류의 배터리에 대해서도 유사하게 적용할 수 있음은 물론이고, 본 발명의 요지 및 요점을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경 및 변형실시가 가능하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 적응형 충전장치에 의하면, 휴대형 통신단말기(및/또는 휴대형 데이터처리장)에 채용되는 복수종류의 배터리 즉, 리튬-이온배터리와 수소배터리에 대한 적응적인 충전이 단일의 충전장치에 의해 가능하게 되고, 수소배터리의 경우에는 충전이 실행되기 이전에 방전모드를 채용하여 그 수명의 연장 및 충전효율의 향상이 기대될 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 휴대형 통신단말기에 착탈가능하게 사용되는 복수 종류의 제 1배터리(리튬-이온 배터리) 및 제 2배터리(수소배터리)를 프론트 슬럿과 리어 슬럿에 재치된 상태에서 충전하기 위한 충전장치에 있어서,

   상기 복수 종류의 제 1 및 제 2배터리에 대한 순서적인 충전을 제어하는 제어부와,

   정류부에서 인가되는 상기 배터리에 대한 충전전원을 스위칭제어하는 충전전원제어부,

   상기 제어부의 제어하에 상기 충전전원제어부의 충전전원을 스위칭제어하기 위한 충전전원제어신호발생부,

   상기 충전전원제어부로부터 출력되는 충전전원을 제 1 및 제 2컨넥터에 연결된 배터리에 대한 충전전원을 인가하는 제 1 및 제 2충전부,

   상기 배터리에 충전되는 충전전압의 레벨을 검출하여 상기 충전전원제어신호발생부에 인가하는 충전전압검출부,

   상기 배터리에 충전되는 충전전원의 전류-전압치를 검출하여 상기 충전전원제어신호발생부와 상기 제어부에 인가하여 상기 배터리에 대한 충전전원의 레벨제어가 이루어지도록 하는 전류-전압변환검출부,

   상기 제 2배터리의 잔량전압을 방전시키는 방전부,

   상기 제 1 및 제 2배터리에 대한 충전동작의 이상을 경보하기 위한 음향출력부를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 적응형 충전장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 충전전원제어부는 상기 정류부로부터의 충전전원에 대한 스위칭제어신호를 생성하는 스위칭 레귤레이터와, 그 스위칭 레귤레이터의 스위칭제어신호에 의해 상기 충전전원의 경로를 스위칭ON/OFF하는 트랜지스터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 적응형 충전장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 충전전원제어신호발생부는 베이스에 인가되는 충전제어신호에 의해 도통제어되는 트랜지스터와, 그 트랜지스터의 컬렉터측에 공통접속되어 그 베이스에 인가되는 상기 제어부로부터의 전류제어신호에 의해 도통제어되는 트랜지스터, 상기 트랜지스터에 의해 설정된 기준전원의 레벨을 기준으로 상기 충전전원의 전류-전압치를 차동증폭하여 상기 스위칭 레귤레이터의 전류제어단의 전류궤환레벨을 조절하는 차동증폭기를 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 적응형 충전장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1충전부는 상기 제어부로부터 상기 프론트 슬럿의 충전을 제어하기 위한 신호가 입력되는 베이스를 갖춘 트랜지스터와, 에미터측에 상기 충전전원이 인가되고 베이스에 상기 트랜지스터의 컬렉터측이 접속되며 그 컬렉터측이 상기 제 1컨넥터를 통해 상기 프론트 슬럿상의 배터리에 충전전압을 인가하는 충전전원경로개폐 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 적응형 충전장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 방전부는 상기 제어부로부터의 방전제어신호에 응답하여 도통제어되는 스위칭 트랜지스터와, 그 트랜지스터에 접속된 베이스를 갖추고서 그 에미터측에는 상기 배터리로부터의 방전전압이 연결되면 그 컬렉터에는 병렬접속된 방전부하저항이 접속되어 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 적응형 충전장치.