KR200211543Y1 - 배터리 관리기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무선전화기의 충전용 배터리 관리기에 관련된 것이고, 배터리가 종지전압으로 방전되어 있는가를 눈으로 쉽게 확인할 수 있는 배터리 관리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안의 배터리 관리기는 각각의 단위전지(4a)(4b)(4c) 3개를 개별방전하는 개별방전수단(2a)(2b)(2c)을 직열로 연결하여 구성한 방전수단(2)과 연결하여 종지전압 확인수단(3)을 구성하고, 그 방전수단의 합계 전압이 1.8V 이하로 내려갔을 때 그 방전수단과 연결된 종지전압의 확인수단(3)이 오프되도록 구성한다.

Description

배터리 관리기{battery device}

본 고안은 무선전화기의 충전용 배터리 관리기에 관련된 것이고, 특히, 충전용 배터리의 종지전압을 일정하게 유지시켜 배터리의 사용가능 기간 및 충전 효율을 높일 수 있도록 하고, 그 배터리의 종지전압 상태를 눈으로 확인할 수 있는 배터리 관리기를 제공하는 것에 관련된 것이다.

일반적으로 니켈-카드늄 배터리는 가격이 저렴하고 보관운반이 용이하고, 신속하게 재충전할 수 있는 장점 때문에 많이 이용되고 있다.

특히, 단위 시간당 방출되는 에너지 량이 크고 충전 가능한 횟수가 많고, 사용 수명이 다른 배터리와 비교하여 길기 때문에 산업용으로 니켈계를 대체할 충전용 배터리는 아직 실용화되어 있지 않은 실정이다.

예컨대, 카메라의 플래쉬, 무선전화기, 인공위성 보조전원, 전동 드라이버, 진공청소기, 수중전등, 그리고, 원격 조정 모형물(자동차, 비행기, 배 등) 등과 같이 짧은 시간에 큰 에너지를 필요로 하는 제품 등에 광범위하게 사용되고 있다.

니켈 계열 배터리는 완전히 방전이 않된 상태에서 재충전 시킬 경우, 미 반응된 반류 활물질이 고착화되어 용량이 점점 줄어드는 이른바 '메모리현상'에 의해 충전 횟수가 점차 감소하는 것으로 알려져 있다.

또한, 일반적으로 충전용 배터리는 1.5V의 전압을 필요로 하는 경우를 제외하고는 다수의 단위전지(Cell)를 직렬로 연결하여 사용하는 것이 보통이다. 이와 같이 직렬로 연결하여 사용할 경우에는 각 단위 전지는 서로 다른 에너지 수준으로 방전된다. 일단, 다수의 단위 전지를 직렬로 설치하여 사용한 후 즉, 서로 다른 에너지 수준으로 방전 된 후에 다시 충전하면 충전된 단위전지의 에너지 수준 역시 서로 다르게 형성된다. 이와 같은 상태에서 충전과 방전이 수차례 반복되면 여러개의 단위 전지중 몇 개는 과방전이 되어 0.1V이하로 방전된다. 이상태에서 사용자가 계속 배터리를 방전시킨다든지 계속 사용하게 되면 상기 전위가 낮은 전지들은 이른바 전지역전현상(Batter Reversal)이 나타난다.

이와 같이 에너지 수준이 서로 다른 단위 전지들이 질렬로 연결된 배터리를 충전할 경우, 낮은 에너지 수준의 전지들이 충전상태에 도달하기 전에 비교적 높은 에너지 수준의 다른 단위 전지가 충전완료 신호를 보내므로 충전기는 충전을 완료한다. 즉, 과방전된 단위 전지를 포함하는 배터리의 경우에는 과방전된 단위 전지가 완전히 충전상태가 되기전에 다른 단위 전지는 과충전 상태에 도달하게 되므로 다수의 단위전지 중 일부단위 전지는 불완전충전-과방전 또는 전지 역전을 반복하게 되며, 나머지 단위 전지는 완전충전 또는 과충전-불완전방전을 반복하게 되어 단위전지들을 손상시킨다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 배터리 관리기를 이용하여 각각의 충전용 배터리의 전위 상태가 균등하게 방전되도록 한 후 재충전하는 기술이 미국 특허 3,980,940 및 본 고안의 고안자가 선출원한 한국 특허출원번호 2000-5820 등에 상세히 설명되어 있다.

하나의 예로 상기와 같이 배터리의 전위 상태를 균등화 시키는 종래의 배터리 관리기는 도 1에 나타내는 바와 같이 각각의 단위전지(1a,1b,1c,1d)를 직렬로 연결하고 충전수단(11)을 상기 단위전지 들과 직렬로 연결한다. 각각의 단위전지(1a, 1b,1c,1d)별로 전기부하(23a,23b,23c,23d) 및 방전중단스위치(25a,25b,25c,25d)를 포함하는 방전수단(21)을 개별적으로 연결 가능하도록 회로를 구성한다. 충전 전에 방전수단(21)을 통하여 단위전지(1a,1b,1c,1d)별로 완전히 방전을 실시한 후, 충전수단(11)을 이용하여 재충전을 실시한다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 배터리 관리기는 단위전지의 방전상태가 어느정도까지 진행되어 있는지 확인할 수 없기 때문에 방전이 완료되는 종지전압을 확인할 수 없고, 이로 인하여 불완전한 방전이 실시될 수 있는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 배터리 관리기의 방전 완료상태를 확인하는 종지전압 확인수단을 배터리 관리기에 구성한다.

상기 배터리 관리기의 종지전압 확인수단은 각각의 단위전지를 개별방전하는 개별방전수단을 직열로 연결하여 구성한 방전수단과 연결되고, 그 방전수단의 토탈 전압(각각의 개별방전수단에 걸리는 전압의 합)이 기준값(1.8V) 이하로 내려갔을 때 그 방전수단과 연결된 종지전압의 확인수단이 작동하도록 구성한다.

본 고안은 저항과 다이오드로 개별방전수단을 3개 구성하고, 그 3개의 개별방전수단을 직렬로 연결하여 방전수단을 구성한다. 상기 방전수단과 병렬로 연결되는 종지전압 확인수단을 구성하고, 상기 종지전압 확인수단은 저항과 발광다이오드를 직렬로 연결하여 구성한다. 또, 상기 방전수단은 복수개의 개별방전수단이 복수개의 단위전지와 대응하여 그 대응하는 각각의 단위전지를 개별 방전시킬 수 있도록 회로가 구성된다.

상기 각각의 개별방전수단은 대응하는 단위전지가 0.6V의 종지전압을 갖도록 방전시켜 주고, 각각의 개별방전수단이 0.6V의 종지전압에 이르렀을 때 즉, 종지전압의 합이 1.8V이하가 되면, 종지전압 확인수단을 구성하는 발광다이오드가 오프(off)되도록 회로를 구성한다.

따라서, 본 고안은 배터리를 재충전하기 위하여 각각의 단위전지를 종지전압으로 방전시킬 때 그 방전의 종지전압을 쉽게 확인할 수 있는 배터리 관리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 배터리 관리기를 설명하기 위한 도면이고,

도 2는 본 고안의 배터리 관리기의 회로도를 나타내는 도면이고,

도 3은 본 고안의 배터리 관리기의 다른 예의 회로를 나타내는 도면이다.

본 고안은 상기 목적 달성을 위하여 각각의 단위전지를 개별방전하는 개별방전수단을 직열로 연결하여 구성한 방전수단과, 상기 각각의 단위전지를 방전한 후 재충전하는 충전수단을 포함하여 구성하는 배터리 관리기에 있어서, 상기 베터리 관리기에 상기 방전수단의 방전에 따른 종지전압 확인수단을 구성하고, 상기 종지전압 확인수단은 상기 개별방전하는 단위전지의 각각의 전압의 합계가 소정의 기준값 이하일 때 상기 종지전압 확인수단이 작동(스위칭되어 OFF됨)하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 종지전압 확인수단은 상기 배터리 관리기와 병렬로 연결되고, 저항과 발광다이오드를 직렬로 연결하여 구성한다.

이하, 도 2를 참고하여 본 고안의 배터리 관리기의 구성,작용 및 효과를 상세히 설명한다.

본 고안의 배터리 관리기는 충전수단(5)과, 방전수단(2)과, 상기 방전수단의 종지전압 확인수단(3)으로 구성된다.

상기 방전수단(2)은 직렬로 연결된 각각의 배터리(4a)(4b)(4c)와 1:1대응하여 개별방전할 수 있도록 개별방전수단(2a)(2b)(2c)이 직렬로 연결되어 구성된다.

개별방전수단(2a)은 저항 R1과 다이오드 D1이 직렬연결되어 구성되고, 개별방전수단(2b)은 저항 R2와 다이오드 D2가 직렬연결되어 구성되고, 개별방전수단(2c )은 저항 R3와 다이오드 D3가 직렬연결되어 구성되된다.

상기 개별방전수단(2a)의 양 단자는 배터리(4a)의 양 단자에, 개별방전수단(2b)의 양 단자는 배터리(4b)의 양 단자에, 개별방전수단(2c)의 양 단자는 배터리(4c)의 양 단자에 각각 연결된다.

한편, 배터리 관리기(2)의 종지전압 확인수단(3)은 배터리 관리기(2)와 병렬로 연결하되 저항 R4와 발광다이오드 D4의 직렬연결에 의하여 구성되고, 상기 D4는 1.8V 이하에서 발광이 오프(OFF)되도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 배터리 관리기에 있어서, 각각의 배터리가 모두 방전되면 방전수단(2)을 배터리로부터 분리한 후, 충전수단(5)의 양 단자를 직렬로 연결된 베터리의 양 단자부 즉, 베터리(4a)의 +전극과 배터리(4c)의 -전극과 연결하여 재충전을 실시한다.

배터리(4a)(4b)(4c)의 개별방전 과정을 더 구체적으로 설명하면, 배터리(4a)의 전류는 개별방전수단(2a)의 저항 R1과 다이오드 D1을 통하므로 다이오드 D1의 종지전압인 0.6V까지 방전된다.

또, 배터리(4b)의 전류는 개별방전수단(2b)의 저항 R2와 다이오드 D2를 통하므로 다이오드 D2의 종지전압인 0.6V까지 방전된다.

같은 방법으로 배터리(4c)의 전류는 개별방전수단(2c)의 저항 R3와 다이오드 D3을 통하므로 다이오드 D3의 종지전압인 0.6V까지 방전된다

상기와 같이 각각의 배터리가 0.6V까지 방전되면 직류로 연결되는 배터리의 전압의 합계가 1.8V이하가 되고, 배터리의 종지전압 확인수단(3)의 발광다이오드 D4는 1.8V 이하에서 오프되도록 구성되어 있으므로 발광다이오드 D4가 오프되면 방전이 완료된 상태임을 알 수 있다.

본 고안은 도 2의 구조 즉, 3개의 배터리를 개별 방전할 수 있는 배터리 관리기에 한정되지 않고, 도 3과 같이 4개의 배터리(4a),(4b),(4c),(4d)를 개별 방전한 후 재충전할 수 있도록 배터리 관리기를 구성하고 그 배터리 관리기에 종지전압 확인수단(13)을 구성할 수 있다.

도 3의 구조는 배터리(4d)를 개별방전하기 위한 개별방전수단(2d)이 더 추가되어 다른 개별방전수단(2a),(2b),(2c)에 직렬 연결되므로 방전된 배터리의 전압의 합계가 2.4V가 된다. 따라서 종지전압 확인수단(13)의 발광다이오드 D4가 정해진 전압(1.8V) 이하에서 오프 되도록 하기 위해서는 다이오드 D6을 직렬로 연결하여 0.6V의 전압 강하를 시키면 된다.

즉, 종지전압 확인수단(13)은 개별방전되는 배터리가 3개 이상이면 증가되는 배터리 수만큼의 다이오드를 추가하여 항상 발광다이오드 D4가 1.8V를 기준으로 온,오프되도록 구성하면 된다.

본 고안은 배터리 관리기의 종지전압 확인수단(3)은 각각의 단위전지를 개별방전하는 개별방전수단(2a)(2b)(2c)을 직열로 연결하여 구성한 방전수단(2)과 연결되고, 그 방전수단의 합계 전압이 기준값(1.8V) 이하로 내려갔을 때 그 방전수단과 연결된 종지전압의 확인수단(3)이 오프되도록 구성함으로써, 방전상태를 쉽게 확인할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 각각의 단위전지를 개별방전하는 개별방전수단을 직열로 연결하여 구성한 방전수단과, 상기 각각의 단위전지를 방전한 후 재충전하는 충전수단을 포함하여 구성하는 배터리 관리기에 있어서,

   상기 배터리 관리기에 상기 방전수단의 방전에 따른 종지전압 확인수단을 구성하고, 상기 종지전압 확인수단은 상기 개별방전하는 단위전지의 각각의 전압의 합계가 소정의 기준값 이하일 때 상기 종지전압 확인수단이 스위칭되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 종지전압 확인수단은 상기 배터리 관리기와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 종지전압 확인수단은 저항과 발광다이오드를 직렬로 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 배터리 관리기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 개별방전수단은 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 개별방전수단은 3개 또는 4개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 관리기.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 종지전압 확인수단이 스위칭되는 기준값은 1.8V인 것을 특징으로 하는 배터리 관리기.