KR200227718Y1 - 리튬이온 배터리의 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 리튬이온 배터리의 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위칭 소자와 구동 스위치를 구비하여, 내부의 보호회로(PCM)의 작동으로 외부와의 접속이 차단되어 충전되지 않는 리튬이온 배터리를 재생시켜 정상적으로 충전되도록 하는 휴대폰의 리튬이온 배터리 충전장치에 관한 것이다.

본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치는, 일반적인 리튬이온 배터리의 충전장치에 부가하여, 배터리와의 접속단자측에 설치되어, 온상태에서는 상기 레귤레이터부와 상기 배터리를 연결하여 상기 레귤레이터부로부터 상기 배터리로 전원을 직접 공급하도록 하고, 오프상태에서는 상기 배터리 충전부 및 상기 제어부와 상기 배터리를 연결하여 정상 동작하도록 하는 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 구동 스위치를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

리튬이온 배터리의 충전장치{THE RECHARGER OF Li-ion BATTERY}

본 고안은 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등에서 전원을 공급하는 2차 전지로서 널리 사용되고 있는 리튬이온(Li-ion) 배터리의 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위칭 소자와 구동 스위치를 구비하여, 내부의 보호회로(PCM : Protection Circuit Module)의 작동으로 외부와의 접속이 차단되어 충전되지 않는 리튬이온 배터리를 재생시켜 정상적으로 충전되도록 하는 휴대폰의 리튬이온 배터리 충전장치에 관한 것이다.

1990년대에 개발된 리튬이온 배터리는 그 우수한 성능으로 인해 근래 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등의 전원공급수단으로서 널리 사용되어지고 있는 2차 전지이다.

이러한 리튬이온 배터리는 기존의 니켈계 배터리에 비해 메모리 효과를 가지지 않는다는 점과, 방전시에 (+)극의 리튬이온이 중간의 물질을 지나서 (-)극의 탄소격자속으로 들어 가기 때문에, 극판의 손실이 거의 없어 수명이 길다는 점에서 우수한 성능을 가지고 있다.

그러나, 이러한 리튬이온 배터리는 그 구성 재료에 있어서 가연성 물질(Li-CIC, 전해액 등)이 사용되고 있기 때문에, 발화, 폭발 등의 위험이 있다는 문제가 있다.

따라서, 리튬이온 배터리 내에는 안전성을 확보하기 위한 여러가지 방책이 마련되어 있는데, 세퍼레이터나 PTC 서미스터는 이러한 방책들 중 하나로서 배터리의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지한다.

근래에는 과충전, 과방전, 외부 단락 등의 비정상적인 상황에서, 배터리의 전기적인 성능의 저하 및 물리/화학적인 이상 거동을 억제하기 위한 보호회로를 배터리 내에 설치한다.

PCM(Protection Circuit Module)이라고 불리는 이 보호회로는 과충전, 과방전, 외부 단락 등의 비정상적인 상황에서 전류를 통제하는 스위칭 소자로서의 전계 효과 트랜지스터(FET:Field Effect Transistor)를 주축으로, 전압 디텍터(detect)와 저항 및 커패시터 등의 수동 소자로 구성되며, 배터리 내에 설치되어 배터리의 안전성을 보장한다.

그러나, 이러한 리튬이온 배터리에 있어서, 과방전 등의 경우에 보호회로가 작동하여 외부와의 전류 흐름을 차단하게 되는데, 이 때, 이를 충전장치에 장착하여도, 상기 충전장치의 제어부가 배터리의 장착을 감지하지 못해 충전을 행하지 않게 된다.

실제, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 등의 사용자는 이와 같은 과방전 등으로 인한 보호회로의 작동으로 충전 불능 상태가 되면, 수명이 다한 것으로 판단하여 이를 폐기하는 경우가 많은데, 이로 인한 자원의 낭비가 문제로 된다.

본 고안은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 충전 초기에 일시적으로 전류를 배터리에 강제로 공급하여, 상기 배터리가 일시적으로 정상 동작하도록 함으로써 제어부가 상기 배터리의 장착을 인식하고 배터리 충전부를 구동하여 정상적인 충전을 행하도록 하는 리튬이온 배터리의 충전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 릴레이를 이용한 리튬이온 배터리의 충전장치의 일례를 도시한 구성도이다.

＜도면 부호의 간단한 설명>

1 ... 배터리 10 ... 레귤레이터부

20 ... 배터리 충전부 30 ... 제어부

40 ... 표시부 100 ... 스위칭 소자

200 ... 구동 스위치

상기 목적을 달성하기 위해, 본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치는, 외부로부터 직류전원을 인가받아 각 소자에 필요한 전원을 공급하는 레귤레이터부와, 상기 레귤레이터부로부터 전원을 인가받아 리튬이온 배터리에 충전전류를 공급하는 배터리 충전부와, 상기 리튬이온 배터리의 장착여부 및 충전상태를 모디터링하여 상기 배터리 충전부에 제어신호를 송출함으로써 충전을 제어하는 제어부와, 충전 중 또는 충전 완료 등의 충전상태를 표시하는 표시부를 포함하여 이루어지는 리튬이온 배터리의 충전장치에 있어서, 배터리와의 접속단자측에 설치되어, 온상태에서는 상기 레귤레이터부와 상기 배터리를 연결하여 상기 레귤레이터부로부터 상기 배터리로 전원을 직접 공급하도록 하고, 오프상태에서는 상기 배터리 충전부 및 상기 제어부와 상기 배터리를 연결하여 정상 동작하도록 하는 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 구동 스위치를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스위칭 소자는, 릴레이, 트랜지스터 또는 실리콘 제어 정류기(SCR) 중 어느 하나로 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하겠다.

도 1은 본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치는, 일반적인 리튬이온 배터리의 충전장치와 마찬가지로, 외부로부터 직류전원을 인가받아 충전장치 내의 각 소자에 필요한 전원을 공급하는 레귤레이터부(10)와, 상기 레귤레이터부(10)로부터 전원을 인가받아 배터리(1)에 충전전류를 송출하는 배터리 충전부(20)와, 상기 배터리(1)의 장착여부 및 충전상태를 피드백 받아서 상기 배터리 충전부(20)에게 충전제어신호를 송출함으로써 충전을 제어하는 제어부(30)와, 충전 중 또는 충전 완료 등의 충전상태를 표시하는 표시부(40)를 구비함과 아울러, 배터리와의 접속단자측에 설치되어, 온상태에서는 상기 레귤레이터부(10)와 상기 배터리(1)를 연결하여 상기 레귤레이터부(10)로부터 상기 배터리(1)로 전원을 직접 공급하도록 하고, 오프상태에서는 상기 배터리 충전부(20) 및 상기 제어부(30)와 상기 배터리(1)를 연결하여 정상 동작하도록 하는 스위칭 소자(100)와, 상기 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 구동 스위치(200)를 더 구비하여 이루어진다.

본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치는, 상기 스위칭 소자(100) 및 구동 스위치(200)를 특징적 요부로 하고 있으며, 그 외의 구성은 종래의 리튬이온 배터리의 충전장치와 동일하다.

본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치는, 상기 구동 스위치(200)에 의해 온오프되는 스위칭 소자(100)를 구비함으로써, 배터리(1)가 과방전 등으로 인해 보호회로(PCM)의 작동으로 전류의 흐름이 차단된 경우에, 충전 초기상태에서 일시적으로 전류를 강제로 인가하여 리튬이온 배터리가 일시적으로 정상상태처럼 작동하도록 하고, 이를 리튬이온 배터리의 충전장치의 제어부가 인식하고 충전을 시작하도록 한다.

상기 스위칭 소자(100)는 상기 구동 스위치(200)의 구동이 없을 때에는, 배터리 충전부(20)와 배터리(1)를 연결시킨 상태, 즉 일반적인 충전장치와 같은 상태를 유지하고, 상기 구동 스위치(200)의 구동이 있을 때에만, 상기 배터리를 레귤레이터부(10)와 직접 연결시켜서 상기 레귤레이터부(10)로부터 직접 전원을 공급하도록 한다. 또한, 상기 구동 스위치(200)의 작동이 끝나면 다시 배터리 충전부(20)와 배터리(1)를 연결시킨 정상 상태로 전환된다.

이와 같은 스위칭 소자(100)로는, 예컨대 릴레이, 트랜지스터, 실리콘 제어 정류기(SCR) 등이 사용되어 질 수 있다.

도 2는 릴레이를 이용한 리튬이온 배터리의 충전장치의 일례를 도시한 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 예에서는 스위칭 소자로서 릴레이(100)를 사용하였다.

구동 스위치(200)를 누르지 않은 상태 즉, 평상시에는, 배터리(1)를 장착하면 제어부(30)가 이를 감지하여 충전제어신호를 배터리 충전부(20)에 송출함으로써, 정상적으로 충전을 행한다.

그러나, 과방전 등으로 인한 보호회로의 작동으로 외부와의 전류 흐름이 차단된 경우에는, 배터리(1)를 장착하여도 제어부(30)가 이를 감지하지 못하여 충전을 행하지 않게 된다. 이 때, 구동 스위치(200)를 일정 시간동안 눌러서 상기 스위칭 소자를 온상태로 하면, 레귤레이터부(10)와 배터리(1)가 직접 연결되어 강제적으로 전류를 배터리(1)에 인가하게 되고, 구동 스위칭(200)를 오프시켜 상기 스위칭 소자가 다시 오프상태로 되면, 일시적으로 배터리(1)가 정상 동작하게 되고, 이를 제어부(30)가 감지하여 정상적인 충전을 행하게 된다.

전술한 바와 같이, 본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치는 일반적인 리튬이온 배터리에 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자의 구동 스위치를 부가하여 이루어지는 것으로, 그 구성은 간단하지만 이로부터 얻을 수 있는 효과를 현저한 것이다.

본 고안에 의한 리튬이온 배터리의 충전장치를 사용하게 되면, 과방전 등으로 인한 배터리 내에 설치된 보호회로(PCM)의 작동으로 외부와의 전류 흐름이 차단된 리튬이온 배터리를 간단하게 재생시켜 정상적으로 충전되도록 할 수 있다.

이로써, 일반 사용자들이 이러한 사정을 모르고 배터리를 폐기하는 일이 없도록 하여, 자원을 낭비를 막을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 외부로부터 직류전원을 인가받아 각 소자에 필요한 전원을 공급하는 레귤레이터부(10)와, 상기 레귤레이터부(10)로부터 전원을 인가받아 리튬이온 배터리에 충전전류를 공급하는 배터리 충전부(20)와, 상기 리튬이온 배터리의 장착여부 및 충전상태를 모디터링하여 상기 배터리 충전부에 제어신호를 송출함으로써 충전을 제어하는 제어부(30)와, 충전 중 또는 충전 완료 등의 충전상태를 표시하는 표시부(40)를 포함하여 이루어지는 리튬이온 배터리의 충전장치에 있어서,

   배터리(1)와의 접속단자측에 설치되어, 온상태에서는 상기 레귤레이터부(10)와 상기 배터리(1)를 연결하여 상기 레귤레이터부(10)로부터 상기 배터리(1)로 전원을 직접 공급하도록 하고, 오프상태에서는 상기 배터리 충전부(20) 및 상기 제어부(30)와 상기 배터리(1)를 연결하여 정상 동작하도록 하는 스위칭 소자(100)와;

   상기 스위칭 소자(100)의 온오프를 제어하는 구동 스위치(200)를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리의 충전장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위칭 소자(100)는, 릴레이, 트랜지스터 또는 실리콘 제어 정류기(SCR) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리의 충전장치.