KR20010078034A - 배터리 충전장치, 배터리팩 및 2차 배터리를 충전하는 방법 - Google Patents

배터리 충전장치, 배터리팩 및 2차 배터리를 충전하는 방법 Download PDF

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KR20010078034A
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이데이 노부유끼
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Abstract

충전하는데 필요한 시간을 줄이기 위해서, 접속된 전자장치에 전류를 공급하거나 다른 전원에서 전류를 공급함으로써 충전되는 배터리셀과, 배터리셀의 충전동작을 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 배터리팩이 제공된다. 충방전 제어부는 AC어댑터의 출력전압을 감지하는 전압감지회로, 배터리셀의 단자간 전압을 감지하는 보호회로와 충전동작을 제어하는 제어회로를 더 포함한다. 배터리팩을 장착하는 삽입슬롯을 가지는 충전어댑터와 충전전류를 생성하는 AC어댑터를 포함하는 충전장치를 이용함으로써 배터리팩이 충전된다.

Description

배터리 충전장치, 배터리팩 및 2차 배터리를 충전하는 방법{Battery charging apparatus, battery pack and method for charging secondary battery}
본 발명은 2차 배터리를 갖춘 배터리팩을 충전하는 충전장치, 2차 배터리를 갖춘 배터리팩 및 2차 배터리를 각각 갖춘 복수의 배터리팩을 충전하는 2차 배터리 충전방법에 관한 것이다.
휴대 전화기 및 랩-탑(lap-top) 컴퓨터 등의 다양한 휴대 전자장치는 상용전류회선에서 분리되어 장시간 이상 사용되는 것이 이상적이다. 이러한 목적을 위해서, 전자장치를 구동하는 전원으로서 사용된 교환가능한 배터리팩의 전원용량을 증가시키고 전자장치의 소비전력을 줄이는 측정이 실행된다.
특히, 휴대 전화기는 증가되는 다양한 기능을 제공하고 휴대전화기를 거쳐서 제공된 증가되는 다양한 서비스로 인해 사용빈도의 증가에 따라서 소비전력이 증가하는 경향이 있다. 그러나, 이러한 상황에서 조차도 장시간 이상 사용될 수 있는 것이 여전히 요구된다.
따라서 사용자는 교환 배터리팩을 휴대하여 장시간 이상 사용할 수 있다.복수의 충전슬롯을 가지는 충전장치는 복수의 배터리팩을 충전하는데 사용될 수도 있다.
종래의 배터리팩은 예를 들면 정전류충전과 정전압충전을 결합함으로써 충전된다. 즉, 배터리팩의 전압이 소정의 전압레벨에 도달할 때까지 배터리팩은 정전류충전으로 충전되고, 소정의 시간주기동안 정전압충전이 이후에 행해진다. 정전류충전 중에 충전장치에 흐르는 전류는 AC어댑터에 의해 결정되어 사용된다.
그러나 단지 하나의 충전회로가 제공되는 경우에 충전장치가 2개의 충전슬롯을 갖는 경우에도, 양쪽 배터리팩을 충분히 충전하는데 필요한 시간은 하나의 배터리팩을 충분히 충전하는데 필요한 시간의 두 배가 된다. 이러한 상황은 하나의 충전 슬롯을 가지는 충전장치를 이용하여 2개의 배터리팩을 하나씩 순서대로 충전하는 경우와 차이가 없다.
2개의 배터리팩을 동시에 충전할 수 있으며 동시에 충전시간을 줄이기 위해서, 2개의 충전회로가 설치되었지만 이것으로 충전장치는 고가로 되며 그 크기를 증대시킨다. 따라서 소형 충전장치를 제조하는데 문제를 일으킨다.
따라서 본 발명은 상기 기술된 종래의 문제점을 감안하여 제안된 것이며 그 목적은 복수의 배터리팩을 충전할 때 충전시간을 줄일 수 있고 보다 작은 크기로 만들 수 있는 충전장치와 그 충전장치에 사용된 배터리팩과 복수의 배터리팩을 충전할 때 충전시간을 단축할 수 있고 그 충전장치의 크기를 줄일 수 있는 2차 배터리 충전방법을 제공하는 것이다.
상기 기술된 목적을 이루기 위해서, 본 발명의 충전장치는 2차 배터리의 충전을 제어하는 충전제어기능을 가진 복수의 배터리팩과/또는 상기 배터리팩을 장착하는 전자장치가 삽입되는 복수의 배터리 삽입부와, 충전전류를 공급하는 전원을 포함하고, 상기 전원으로부터 충전전류가 상기 배터리 삽입부에 삽입된 상기 배터리팩 및/또는 상기 전자장치에 병렬로 공급된다.
상기 충전제어기능은 상기 전원의 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작을 개시하는 기능을 의미한다.
상기 기술된 충전장치는 전원의 출력전압을 배터리삽입부에 병렬로 공급한다.
상기 기술된 목적을 이루기 위해서, 충전 및 방전되는 2차 배터리와,
충전전원의 출력전압을 감지하여 충전의 개시 및 중지를 제어하는 충전제어부를 갖추고, 상기 배터리팩은 다른 배터리팩과 병렬로 상기 충전전원에 접속되고,상기 충전제어부는 상기 다른 배터리팩의 충전에 의한 출력전압의 변화를 감지하여 충전의 개시 및 중지를 제어한다.
충전제어부는 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작을 개시할 수 있다.
상기 기술된 배터리팩은 다른 배터리팩과 병렬로 접속되어 전원을 충전하고 충전제어부는 다른 배터리팩으로 인해 충전전원의 출력전압의 변화를 감지하여 충전동작의 개시 및 정지를 제어한다.
상기 기술된 목적을 이루기 위해서, 2차 배터리가 각각 설치된 복수의 배터리팩을 충전하기 위한 본 발명의 2차 배터리 충전방법에 있어서, 충전전원으로부터의 충전전류를 상기 복수의 배터리팩에 병렬로 공급하는 전류공급단계와, 상기 복수의 배터리팩 중에서 적어도 하나의 배터리팩의 충전에 의해 상기 충전전원의 출력전압의 변화를 감지하여 다른 배터리팩의 충전 개시 및 중지를 제어하는 충전제어단계으로 이루어진다.
상기 충전제어단계에서 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작이 개시될 수 있다.
상기 충전제어단계에서 상기 복수의 배터리팩의 전압레벨에 따라서 정전류충전과 정전압충전간에 충전동작이 전환될 수도 있다.
또한, 복수의 배터리팩은 정전류충전동작에서 개별적으로 충전되며 복수의 배터리팩은 정전압충전동작에서 동시에 충전되는 반면, 복수의 배터리팩의 모든 전압레벨이 소정의 임계전압레벨에 도달할 때 모든 배터리팩에 대한 정전압충전동작이 개시된다.
상기 기술된 2차 배터리 충전방법에 따르면, 충전제어단계에서, 복수의 배터리팩 중에서 적어도 하나의 배터리팩의 충전에 의해 충전전원의 출력전압의 변화가 감지되어 다른 배터리팩의 개시 및 중지를 제어한다. 2차 배터리의 충전을 제어하는 충전제어기능을 가진 복수의 배터리팩과/또는 상기 배터리팩을 장착하는 전자장치가 삽입되는 복수의 배터리 삽입부와, 충전전류를 공급하는 전원을 포함하고, 상기 전원으로부터 충전전류가 상기 배터리 삽입부에 삽입된 상기 배터리팩 및/또는 상기 전자장치에 병렬로 공급된다.
충전제어기능은 전원의 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작을 개시하는 기능일 수 있다.
결과적으로, 상기 기술된 충전장치는 보다 작은 구성에 의해 충전장치를 줄일 수 있을 뿐만아니라 제조비용을 줄일 수 있다. 충전장치는 정전압으로 동시에 복수의 배터리팩을 충전할 수도 있다. 따라서 복수의 배터리팩을 부가적인 충전회로를 설치하지 않고 충전하는 경우에 충전시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 배터리팩은 충전 및 방전되는 2차 배터리와, 충전전원의 출력전압을 감지하여 충전의 개시 및 중지를 제어하는 충전제어부를 갖추고, 상기 배터리팩은 다른 배터리팩과 병렬로 상기 충전전원에 접속되고,상기 충전제어부는 상기 다른 배터리팩의 충전에 의한 출력전압의 변화를 감지하여 충전의 개시 및 중지를 제어한다.
충전제어부는 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작을 개시할 수 있다.
그러므로, 상기 기술된 배터리팩은 충전시간을 단축할 수 있다.
2차 배터리가 각각 설치된 복수의 배터리팩을 충전하기 위한 본 발명의 2차 배터리 충전방법에 있어서, 충전전원으로부터의 충전전류를 상기 복수의 배터리팩에 병렬로 공급하는 전류공급단계와, 상기 복수의 배터리팩 중에서 적어도 하나의 배터리팩의 충전에 의해 상기 충전전원의 출력전압의 변화를 감지하여 다른 배터리팩의 충전 개시 및 중지를 제어하는 충전제어단계으로 이루어진다.
상기 충전제어단계에서 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작이 개시될 수 있다.
상기 충전제어단계에서 상기 복수의 배터리팩의 전압레벨에 따라서 정전류충전과 정전압충전간에 충전동작이 전환될 수도 있다.
또한, 복수의 배터리팩은 정전류충전동작에서 개별적으로 충전되며 복수의 배터리팩은 정전압충전동작에서 동시에 충전되는 반면, 복수의 배터리팩의 모든 전압레벨이 소정의 임계전압레벨에 도달할 때 모든 배터리팩에 대한 정전압충전동작이 개시된다.
따라서 상기 기술된 2차 배터리 충전방법은 보다 작은 구성으로 인해 충전장치 보다 작은 크기로 만들 수 있을 뿐만 아니라 제조비용을 줄일 수 있다. 2차 배터리 충전방법은 정전압으로 동시에 복수의 배터리팩을 충전할 수도 있다. 따라서, 충전장치 부가적인 충전회로를 설치하지 않고 복수의 배터리팩을 충전하는 경우에 충전시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리팩과 배터리팩을 충전하는 충전장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리팩의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 충전장치의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 충전장치에 의해 충전을 행하는 중에 배터리팩의 단자간 전압과 AC어댑터의 출력전압의 시간변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 충전장치에 의해 배터리팩이 충전될 때 충전동작을 설명하는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명
10. 휴대전화기 20. 충전장치
30. 충전어댑터 31. 본체 슬롯
40. AC어댑터 41. 커넥터
50. 콘센트 60. 배터리셀
70. 충방전제어부 71. 전압감지회로
72. 보호회로 73, 제어회로
74, 75. 전류감지저항 76,77,78. 트랜지스터
79. 콘센트 80,81. 발광다이오드
82. 방전제어용 트랜지스터 83. 충전제어용 트랜지스터
90. 충전단자 91. GND
92. 방전단자
본 발명의 실시예로서 이후에 기술되는 2차 배터리 충전방법은 복수의 배터리팩과 그 배터리팩에 장착되어 있는 전자장치가 삽입되어 충전동작을 실행하는 배터리 삽입부(슬롯)와 전력을 공급하는 전원을 갖춘 충전장치를 이용하여 2차 배터리와 충전제어부를 포함하는 배터리팩을 충전하는 방법이다.
전원전압은 충전제어부의 전압감지회로에 의해 감지되고, 전원전압이 소정의 임계치에 도달할 때 충전이 개시되어 배터리팩의 충전동작을 제어한다. 이것으로 복수의 배터리팩을 충전하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 또한, 상기기술된 바와 같이 2차 배터리팩 충전방법을 사용하여 충전장치를 보다 작은 크기로 만들 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예로서 예시된 충전장치 및 배터리팩을 사용하여 충전하는 일예를 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 2차 배터리를 갖춘 배터리팩이 장착되어 사용된 전자장치가 휴대전화기인 경우에 대해서 설명한다.
도 1은 2차 배터리팩을 갖춘 배터리팩(1)과 배터리팩이 장착된 휴대전화기(10)를 충전을 위해 배터리팩을 삽입하는 삽입슬롯을 가진 이후 설명될 충전어댑터(30)와 100V 교류전류의 전기 콘센트(50)에 접속되어 상용 교류전원을 직류로 전환하여 전압을 공급하는 AC어댑터(40)를 갖춘 충전장치(20)를 이용함으로써 충전하는 경우를 나타낸다.
배터리팩(1)은 접속된 전자장치에 전류를 공급하거나 다른 전원으로부터 전류가 공급되어 충전되는 2차배터리의 배터리셀(60)과 배터리셀(60)의 충방전을 제어하는 충방전 제어부(70)를 갖는다.
충방전 제어부(70)는 적어도 AC어댑터(40)의 출력전압을 감지하는 전압감지회로(71)와 배터리셀(60)의 단자간 전압을 감지하는 보호회로(72)와 충전동작을 제어하는 제어회로(73)를 갖는다.
전압감지회로(71)는 AC어댑터(40)의 충전전압을 감지하여 이후에 기술되는 트랜지스터(TR78)의 ON/OFF동작을 제어한다. 본 발명의 실시예로서 나타낸 배터리팩(1)의 전압감지회로(71)에서는, 충전이 개시되는 임계치가 예를 들면 4.4V로 설정된다. 전압감지회로(71)는 AC어댑터(40)의 출력전압이 4.4V를 초과할 때충전동작이 개시되는 것과 같은 감지전압을 갖는다.
보호회로(72)는 배터리셀(60)의 단자간 전압을 감지하고 감지된 전압을 나타내는 신호를 제어회로(73)에 출력한다. 배터리셀(60)의 단자간 전압이 예를 들면 4.3V로 도달하면, 보호회로(72)는 그것을 통지한다.
제어회로(73)는 배터리셀(60)의 충전을 위해 제어동작을 실행한다. 구체적으로, 제어회로(73)는 예비 충전, 정전류충전, 정전압충전 등 사이의 충전상태를 전환하여 발광다이오드(LED)(80, 81)등을 점등하는 등의 제어동작을 실행한다.
상기 기술된 것 이외에 배터리팩(1)의 구성을 이후에 설명한다.
전류감지저항(R74 및 R75)은 충전전류를 감지하여 제어하는 감지저항이다. 전류감지저항(R74)은 예를 들면 0.47Ω의 저항을 가지며, 전류감지저항(R75)은 0.15Ω의 저항을 갖는다. 전류감지저항(R74 및 R75)은 제어회로(73)에 의해 제어되는 이후에 기술될 트랜지스터(TR76) 및 TR77)의 전환동작에 의해 전환된다.
트랜지스터(TR76), TR77 및 TR78)는 반도체장치를 전환하고 있다. 트랜지스터(TR76) 및 TR77)는 제어회로(73)에 의해 ON/OFF되도록 제어됨으로써 충전전류를 감지하여 제어하는 전류감지저항(R74, R75)을 선택하고, 그 회로를 전환한다. 트랜지스터(TR78)는 전류감지회로(71)에 의해 감지된 AC어댑터(40)의 출력전압에 따라서 턴온 또는 턴오프 되도록 제어된다.
제어회로(73)는 전압감지회로(71)에 의해 트랜지스터(TR78)의 전환동작에 의해 턴온 또는 턴오프되도록 제어된다. 캐패시터(79)는 소정의 주파수 펄스를 출력하여 충전개시 및 충전대기간의 시간을 설정하는 발진회로의 외부 캐패시터 장치이다. 상기 기술된 발진회로는 AC어댑터(40)의 출력전압이 전압감지회로(71)의 감지전압 4.4V를 초과할 때 발진을 개시한다. 캐패시터(79)는 이후에 기술되는 예비 충전주기 및 완전충전의 상태를 감지한 후 정전압 충전을 계속하는 주기를 카운트하는 충전 타이머로서도 기능한다.
LED(80)는 녹색광을 발광하는 발광다이오드이며, LED(81)는 적색광을 발광하는 발광다이오드이다. LED(80 및 81)는 배터리팩(1)의 충전상태에 따른 제어회로(73)에 의해 턴온 및 턴오프되도록 제어된다.
방전제어트랜지스터(TR82)는 이후에 기술된 방전단자(92)와 GND단자(91)가 단선되거나 또는 단자간 전압이 소정의 전압레벨 이하로 떨어질때 까지 배터리셀(60)이 과방전되는 경우에 방전을 중지하는 전계효과트랜지스터(FET)이다. 소정의 전압레벨은 예를 들면 2.5V이다.
충전제어트랜지스터(TR83)도 FET이며, 단자간 전압이 소정의 전압레벨을 초과할 때 배터리셀(60)이 여전히 충전되는 경우에 충전을 중지한다. 소정의 전압레벨은 4.3V이다.
배터리팩(1)은 상기 기술된 구성 이외에 충전하는데 사용된 충전단자(90), GND단자(91) 및 방전하는데 사용된 방전단자(92)가 설치된다. GND단자(91)는 충전 및 방전 모두를 위해 사용된다.
충전단자(90) 및 GND단자(91)는 충전어댑터(30)의 본체 삽입슬롯(31) 및 배터리팩 삽입슬롯(32)의 소정의 위치에 설치된 도시하지 않은 접속단자에 접속되어, AC어댑터(40)로부터 공급된 충전전류를 배터리팩(1)으로 받아들인다.방전단자(92) 및 GNP(91)는 휴대전화기(10)의 소정의 위치에 위치된 도시하지 않은 접속단자에 접속되어 휴대전화기(10)에 전원을 공급한다.
한편 충전장치(20)는 배터리팩(1)과 휴대전화기(10)를 장착하는 삽입슬롯을 가지는 충전어댑터(30)와, 100V 교류전류의 전기 콘센트(50)에 접속되어 충전전류를 생성하는 AC어댑터(40)로 구성된다.
충전어댑터(30)는 휴대전화기(10)에 장착되어 배터리팩(1)을 충전하는 본체 삽입슬롯(31)과 휴대전화기(10)에서 제거하여 배터리팩(1)을 분리해서 충전할 수 있는 배터리팩 삽입슬롯(32)을 갖는다. 충전어댑터(30) 및 AC어댑터(40)는 커넥터(41)에 의해 착탈가능하게 접속된다.
AC어댑터(40)는 100V 교류 상용전원의 교류전류를 직류로 변환하여 충전전류를 발생하여 본체 삽입슬롯(31) 및 배터리팩 삽입슬롯(32)에 병렬로 공급한다.
도면에 도시하지 않았지만, 본체 삽입슬롯(31) 및 배터리팩 삽입슬롯(32)의 전원단자는 휴대전화기(10) 또는 배터리팩(1)이 슬롯에 삽입될 때 충전단자(90) 및 GND단자(91)와 결합되는 위치에 설치된다.
충전장치(20)는 AC어댑터(40)로부터의 충전전류가 슬롯의 충전단자에 병렬로 접속되는 단순한 구조를 갖는다.
충전장치(20)에 의해 상기 상세히 기술된 배터리팩(1)의 중 하나를 충전하는 동작을 도 4를 참조해서 이후에 설명한다. 본 발명의 실시예로서 기술된 충전장치(20)는 배터리팩(1)의 단자들 사이의 전압에 따라서 예비 충전, 정전류충전 및 정전압충전 동작을 실행한다.
우선, 장착되지 않으며 충전되지 않은 배터리팩(1)이 슬롯에 삽입되면, 보호회로(72)는 배터리셀(60)의 단자들 사이의 전압을 감지한다. 단자들 사이의 전압이 2.0V이하이면, 제어회로(73)는 예비 충전을 개시하고 배터리가 충전되고 있는 것을 나타내는 적색 LED(81)를 점등한다.
예비 충전은 배터리팩(1)의 단자들 사이의 전압이 2.0V를 초과할 때 까지 또는 30분과 같이 어떤 시간 주기동안 계속한다. 배터리팩(1)의 단자들 사이의 전압이 2.0V를 초과하면, 예비 충전은 종료되고 다음 단계인 정전류충전으로 이행된다. 그러나, 배터리팩(1)의 단자들 사이에 전압이 30분동안 2.0V를 초과하지 않으면, 제어회로(73)는 예를 들면 충전을 중지하고 배터리팩(1)이 결함이 있는 것을 나타내도록 적색 LED(81)를 점멸한다. 예비 충전에 있어서, 트랜지스터(TR76)만이 효과적으로 되며 전류감지저항(R74) 사이의 전압이 23.5mV가 되도록 전류는 제한된다.
장착되지 않고 충전되지 않은 배터리팩(1)의 단자간 전압이 2.0V이상 그리고 4.10이하일 때, 제어회로(73)는 정전류충전을 개시하고 적색 LED(81)를 점등한다.
장착되지 않고 충전되지 않은 배터리팩(1)의 단자간 전압이 4.10V이상인 경우에도 제어회로(73)는 정전류충전을 개시하지만, 배터리팩(1)은 이미 완전충전이 된 상태이다. 따라서 제어회로(73)는 충전 대기상태를 나타내는 녹색 LED(80)를 점등시킨다.
배터리팩(1)의 단자간 전압은 정전류충전이 진행될 때 증가한다. 정전류충전 중에 흐르는 전류는 AC어댑터(40)의 용량으로 결정된다. 트랜지스터(TR76)의 소전력경로(low power path)측은 132mA까지 전류를 흐르게 할 수 있고, 트랜지스터(TR77)의 고전력경로(high power path)측은 650mA까지 전류를 흐르게 할 수 있다. 따라서, 트랜지스터(TR76)측의 소전력경로와 트랜지스터(TR77)측의 고전력경로가 결합되면 781mA까지 전류가 흐를 수 있다.
유입 전류가 781mA를 초과하면, 제어회로(73)는 과충전전류를 감지하고 충전을 중지한다. 정전류충전에 있어서, 소전력경로의 전류감지저항(R74)의 전압이 62.0mV로 도달하면 전류가 제한된다. 대전력경로의 전류감지저항(R75)의 전압이 97.5mV로 도달하면 제어회로(73)는 전류를 제한하고 충전을 중지한다.
정전류충전은 배터리팩의 단자간 전압이 최대 4.30V로 도달할 때까지 계속한다. 보호회로(72)가 배터리셀(60)의 단자들간의 전압이 4.30V를 초과하는 것을 감지하면, 제어회로(73)는 정전류충전에서 정전압충전으로 전환한다. 이후에 정전압충전은 0.1V ∼ 4.20V만큼 전압을 감소하면서 실행된다.
도 4에 나타낸 VTH는 전압감지회로(71)의 히스테리시스 전압을 나타낸다. AC어댑터(40)의 출력전압이 이후에 기술되는 복수의 배터리팩(1)을 충전하는 중에 이 전압레벨로 도달하면, 전압감지회로(71)는 충전개시를 위해 전환한다.
정전압충전에 있어서, 배터리셀(60)의 단자간 전압이 4.20V로 일정하게 유지되지만, 충전전류를 시간에 따라서 점차적으로 감소한다. 정전압충전에 있어서, 대전력경로의 트랜지스터(TR77)는 거의 오프상태로 제어되어 전류가 거의 흐르지 않는다. 결과적으로, 소전력경로의 트랜지스터(TR76)에 132mA의 일정한 충전전류가 흐르지만, 대전력경로에도 적은량의 전류가 흐르기 때문에 전류는 점차적으로 감소한다.
충전전류가 점차적으로 소정의 값으로 감소하면, 제어회로(73)는 완전충전 감지타이머를 세트하여 타이머의 카운트를 개시한다. 소정의 시간주기를 경과할 때 까지, 제어회로(73)는 충전종료를 나타내는 녹색 LED를 점등한다. 다른 소정의 시간주기가 경과되면, 충전동작은 종료한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 기술된 소정의 전류는 110mA이다,
제어회로(73)의 VCC전압이 5.05V이상이면 트랜지스터(TR76) 및 TR77)로부터 열발생을 감소시키기 위해서 펄스충전이 예비 충전 및 정전압충전상태에서 실행될 수 있다. 또한 충전이 종료된 후에, 배터리팩(1)의 단자들 사이의 전압이 4.20V로 떨어지는 경우에 충전이 재개될 수 있다.
상기 기술된 배터리팩(1)을 충전하는 충전장치(20)에 의해 복수의 배터리팩을 충전하는 동작을 도 5를 참조해서 이후에 설명한다. 도 5에 있어서, 설명의 편의상 휴대전화기(10)에 장착된 상태로 충전되는 배터리팩을 배터리팩(1a)으로 나타내고, 분리해서 충전된 배터리팩은 배터리팩(1)으로 나타낸다. 배터리팩은 동일한 구성을 갖지만, 배터리팩(1a)의 구성은 부가된 문자 "a"를 붙인 도면부호로 나타낸다.
휴대전화기(10)에 장착된 배터리팩(1a)이 본체 삽입부(31)에 삽입되고, 이후에 배터리팩(1)이 배터리팩 삽입슬롯(32)에 삽입되고 그리고 충전이 순서대로 실행되는 경우의 동작을 설명하였다. 휴대전화기(10)에 장착된 배터리팩(1a)과 분리한 배터리팩(1)은 동일하며, 휴대전화기에 장착된 배터리팩을 충전하는 경우와분리해서 배터리팩을 충전하는 경우 또는 슬롯이 다른 것에 의한 충전동작 및 충전실행에는 차이점이 없다. 그러므로, 본체 삽입슬롯(31)과 배터리팩슬롯(32)간의 차이점 및 충전순서의 차이점은 무시된다.
휴대전화기(10)에 장착된 배터리팩(1)이 본체 삽입슬롯(31)에 삽입되면, 보호회로(72a)는 배터리셀(60a)의 단자간 전압을 감지한다. 단자간 접압이 2.0V이상이 되는 경우에, 정전류충전이 개시된다. 전압이 2.0V이하이면, 제어회로(73a)는 단자들간 전압이 2.0V이상이 될 때까지 예비 충전을 실행하고, 이후에 정전류충전을 개시한다. 정전류충전이 개시되면, AC어댑터(40)의 전압은 감소한다.
이 때 배터리팩(1)이 배터리팩 삽입슬롯(32)에 삽입되면, 배터리팩(1)용 전압감지회로(71)는 AC어댑터(40)의 출력전압을 감지한다. 출력전압이 충전동작이 개시될 수 있는 4.4V이하가 될 때, 전압감지회로(71)는 충전대기상태를 실행한다.
본체 삽입슬롯(31)에 있어서, 배터리팩(1a)은 정전류로 충전되고 있다. 충전이 계속됨에 따라서 배터리셀(60a)의 단자들 간의 전압은 회복되고 따라서 AC어댑터(40)의 출력전압은 점차적으로 회복된다.
AC어댑터(40)의 출력전압이 충전동작이 개시될 수 있는 전압인 4.4V를 초과하면, 배터리팩(1)을 위한 전압감지회로(71)는 발진회로(73)내의 발진기의 발진을 취소한다. 이것은 배터리팩(1)의 정전류충전을 개시한다. 정전류충전이 개시될 때 AC어댑터(40)의 출력전압은 다시 감소한다.
AC어댑터(40)의 출력전압은, 충전대기 상태가 되는 전압인 4.2V이하로 감소되는 것이 검출되면, 상기 기술된 발진기의 발진이 중지된다. 배터리셀(60a)의 단자들간의 전압이 AC어댑터(40)의 전원전압보다 높은 경우에, 적은 정전류로 배터리팩(1)의 충전을 계속한다.
배터리팩(1)의 정전류충전 및 AC어댑터(40)의 전압이 배터리셀(60a)의 단자들 사이의 전압 이하로 줄어드는 경우에, 배터리팩(1a)은 충전대기상태로 전환되어 배터리셀(60a)에서 AC어댑터(40)로 역전류가 흐르지 않는다.
배터리팩(1)의 충전이 계속되기 때문에, AC어댑터(40)의 출력전압은 회복되고, 출력전압이 배터리셀(60a)의 단자들 사이의 전압보다 높게 되면, 배터리팩(1a)의 정전류충전은 재개된다. 이 때, 배터리팩(1)의 정전류충전은 배터리팩 삽입슬롯(32)에서도 실행되기 때문에, AC어댑터(40)로부터의 충전전류는 양쪽 충전동작에서의 소비로 인해 약간 감소한다.
보호회로(72)가 각각의 배터리셀(60)의 단자들 사이의 전압이 4.3V로 도달하는 것을 감지하면, 각각의 제어회로(73)는 정전류충전을 중지하고 정전압충전을 개시한다.
충전전류가 점차적으로 110mA로 감소하면, 제어회로(73)는 완전충전 감지 타이머를 세트한다. 제어회로(73)는 타이머를 세트하고 소정의 시간경과시 녹색 LED가 점등한다. 다른 소정의 시간주기가 경과되면, 충전동작이 종료한다.
상기 기술된 바와 같이, 충전제어부(70)를 설치함으로써, 배터리팩(1)은 전압감지회로(71)에 의해 감지되는 AC어댑터(40)의 전압에 따라서 턴온 또는 턴오프하도록 충전동작을 제어할 수 있다.
또한 상기 기술된 충전장치(20)가 충전회로를 가질 필요가 없기 때문에, 충전장치(20)의 구성은 간단해 질 수 있다. 배터리팩(1)이 충전제어부(70)를 가지기 때문에, 충전장치(20)는 복수의 슬롯만을 필요로하면서 부가적인 충전회로를 제공하는 것과 같이 구조를 변경하지 않고 복수의 배터리팩을 충전할 수 있다.
배터리팩(1) 및 충전장치(20)를 이용함으로써, 복수의 배터리팩을 정전압으로 동시에 충전하는데 요구되는 시간은 하나의 배터리팩을 정전압충전을 위해 요구되는 시간과 동일하다. 결과적으로, 상기 기술된 배터리팩(1)과 충전장치(20)를 사용하는 2차 배터리 충전에 의하면 이처리에 요구되는 시간은 종래의 충전장치를 이용하는 경우와 비교해서 단축될 수 있다.
상기 기술은 배터리팩(1)이 리튬이온 2차 배터리인 것으로 가정하지만, 재충전이 가능한 2차 배터리라면 배터리팩의 종류에는 제한이 없다. 또한 배터리셀(60)을 구성하는 전극 활성물질 및 전해질의 종류 및 배터리셀(60)의 형태 등에도 제한이 없다.
또한 충전전류를 공급하는 충전단자(92) 및 GND단자(91) 그리고 휴대전화기(10)에 접속된 방전단자(92) 및 GND단자(91)의 형태 및 기구에도 제한은 없다. 예를 들면, 비접촉 전력전송수단 등은 충전단자(90) 및 GND단자(91)로 사용된다.
배터리팩(1)이 휴대전화기(10)에 장착된 상태로 충전되는 경우에, 충전장치(20)는 휴대전화기(10)의 전원이 온(ON)된 상태에서 충전을 할 수도 있다.
배터리팩(1)이 장착되어 사용되는 전자장치는 휴대전화기(10)에 한정되는 것은 아니며 다른 전자장치에도 사용될 수 있다.
충전장치(20)가 AC어댑터(40)를 이용하여 상용 전원의 교류전류로부터 충전전류를 받지만, 교류전류를 공급하는 전원은 다른 배터리 또는 다는 전원공급수단일 수도 있다. 예를 들면, 자동차 배터리가 충전전원으로서 사용될 수 있다.
본 발명에 관계하는 충전장치는, 2차 배터리의 충전을 제어하는 충전제어기능을 가진 복수의 배터리팩과/또는 상기 배터리팩을 장착하는 전자장치가 삽입되는 복수의 배터리 삽입부와, 충전전류를 공급하는 전원을 갖추며, 상기 전원으로부터 충전전류가 상기 배터리 삽입부에 삽입된 상기 배터리팩 및/또는 상기 전자장치에 병렬로 공급한다.
여기서, 상기 충전제어기능이란, 전원부의 출력전압이 소정의 임계치를 초과하였을 때 충전을 개시하는 기능인 것을 알 수 있다.
따라서, 상기와 같은 충전장치는, 충전장치의 구조의 간소화됨으로서 충전장치가 소형화될 뿐만 아니라 제조비용을 줄이는 일이 가능하게 된다. 또, 이와 같은 충전장치는, 복수의 배터리팩을 동시에 정전압충전할 수 있다. 그 때문에, 충전회로를 장착하는 일 없이 복수의 배터리팩을 충전할 때의 충전시간을 단축하는 것이 가능하다.
본 발명에 관계하는 배터리팩은, 충전 및 방전이 행해지는 2차 배터리와, 충전전원부의 출력전압을 감지하여 충전의 개시 및 중지를 제어하는 충전제어부를 갖추며, 충전전원부에 대해서 다른 배터리팩과 병렬로 접속되어, 충전제어부에 있어서 상기 다른 배터리팩을 충전함으로써 상기 출력전압의 변화를 감지하여 충전의 개시 및 정지를 제어한다.
여기서, 상기 충전제어부는, 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과하였을 때에 충전을 개시하는 것을 알 수 있다.
따라서 상기와 같은 배터리팩은, 충전시간을 단축하는 충전이 가능하게 된다.
본 발명에 관계하는 2차 배터리 충전방법은, 2차 배터리를 각각 포함하는 복수의 배터리팩이충전되는 2차 배터리 충전방법에 있어서, 충전전원으로부터의 충전전류를 상기 복수의 배터리팩에 병렬로 공급하는 전류공급단계와, 상기 복수의 배터리팩 중에서 적어도 하나의 배터리팩의 충전에 의해 상기 충전전원의 출력전압의 변화를 감지하여 다른 배터리팩의 충전 개시 및 중지를 제어하는 충전제어단계으로 이루어진다.
여기서, 상기 충전제어단계에서는, 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과한 충전을 개시하는 것을 알 수 있다.
또, 상기 충전단계에서는, 상기 복수개의 배터리팩의 임계치에 따라서 정전류충전과 정전압충전의 전환을 행하는 것을 알 수 있다.
또한, 정전류충전에서는 복수개의 배터리팩을 개별로 충전하고, 정전압충전에서는 상기 복수개의 배터리팩을 동시에 충전하고, 복수개의 배터리팩내에 모든 배터리팩의 전압치가 소정의 전압치로 도달하면, 모든 배터리팩에 대해서 정전압충전을 개시하는 것을 알 수 있다.
따라서, 상기와 같은 2차 배터리 충전방법은, 충전장치의 구조가 간소화됨으로써 충전장치가 소형화될 뿐만 아니라 제조비용을 줄일 수 있다. 또 이와 같은 2차 배터리 충전방법은, 복수의 배터리팩을 동시에 정전압충전할 수 있다. 그 때문에, 충전장치에 충전회로를 장착하는 일 없이 복수의 배터리팩을 충전할 때의 충전시간을 단축하는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 충전장치에 있어서,
    2차 배터리의 충전을 제어하는 충전제어기능을 가진 복수의 배터리팩과/또는 상기 배터리팩을 장착하는 전자장치가 삽입되는 복수의 배터리 삽입부와,
    충전전류를 공급하는 전원을 포함하고,
    상기 전원으로부터 충전전류가 상기 배터리 삽입부에 삽입된 상기 배터리팩 및/또는 상기 전자장치에 병렬로 공급되는 것을 특징으로 하는 충전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전제어기능은 상기 전원의 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작을 개시하는 기능인 것을 특징으로 하는 충전장치.
  3. 배터리팩에 있어서,
    충전 및 방전되는 2차 배터리와,
    충전전원의 출력전압을 감지하여 충전의 개시 및 중지를 제어하는 충전제어부를 갖추고,
    상기 배터리팩은 다른 배터리팩과 병렬로 상기 충전전원에 접속되고,
    상기 충전제어부는 상기 다른 배터리팩의 충전에 의한 출력전압의 변화를 감지하여 충전의 개시 및 중지를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 충전제어부는 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작을 개시하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 2차 배터리는 리튬이온 2차 배터리인 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  6. 2차 배터리를 각각 포함하는 복수의 배터리팩이 충전되는 2차 배터리 충전방법에 있어서,
    충전전원으로부터의 충전전류를 상기 복수의 배터리팩에 병렬로 공급하는 전류공급단계와,
    상기 복수의 배터리팩 중에서 적어도 하나의 배터리팩의 충전에 의해 상기 충전전원의 출력전압의 변화를 감지하여 다른 배터리팩의 충전 개시 및 중지를 제어하는 충전제어단계으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2차 배터리 충전방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 충전제어단계에서 상기 출력전압이 소정의 임계치를 초과할 때 충전동작이 개시되는 것을 특징으로 하는 2차 배터리 충전방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 충전제어단계에서 상기 복수의 배터리팩의 전압레벨에 따라서 정전류충전과 정전압충전간에 충전동작이 전환되는 것을 특징으로 하는 2차 배터리 충전방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 복수의 배터리팩은 상기 정전류충전동작에서 개별적으로 충전되고 상기 복수의 배터리팩은 상기 정전압충전동작에서 동시에 충전되는 것을 특징으로 하는 2차 배터리 충전방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 배터리팩 중 모든 전압레벨이 소정의 전압레벨에 도달할 때 모든 배터리팩에 대한 정전압충전동작이 개시되는 것을 특징으로 하는 2차 배터리 충전방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 배터피팩은 리튬이온 2차 배터리로 제공되는 것을 특징으로 하는 2차 배터리 충전방법.
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