KR200374547Y1 - 휴대용 충전 장치 - Google Patents

휴대용 충전 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 휴대용 충전 장치는, 직류전원을 공급하는 전원공급수단과; 전원공급수단에 전기적으로 접속되어 직류전원을 입력받는 입력부, 입력부로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 제1충전부 및 제1충전부에 충전된 전원을 출력하는 출력부를 포함하는 충전기와; 충전기의 출력부에 전기적으로 접속되는 입력단, 외부 휴대 장비의 배터리(battery)에 전기적으로 접속되는 출력단 및 입력단을 통하여 충전기에 충전된 전원을 입력받아 외부 휴대 장비의 배터리를 충전시키는 제2충전부를 포함하는 유에스비(USB) 케이블을 포함한다.
이와 같은 구성의 휴대용 충전장치는 전원공급수단(어댑터 또는 시가잭 케이블)으로 부터 공급되는 직류전원을 충전한 후, 유에스비 케이블을 수단으로 충전된 전원을 외부 휴대 장비의 배터리로 충전시킬 수 있기 때문에 별도의 외부 전원이 존재하지 않는 경우에도 다양한 다수의 휴대폰을 충전시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

휴대용 충전 장치{Portable charging apparatus}
본 고안은 휴대용 충전 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전원공급수단으로 부터 공급되는 직류전원을 충전한 후, 유에스비 케이블을 수단으로 충전된 전원을 외부 휴대 장비의 배터리로 충전시키는 휴대용 충전장치에 관한 것이다.
일반적으로 충전 장치란 양의 전극판, 음의 전극판 및 전해액으로 구성되며 , 화학작용으로 직류기전력을 발생시켜 전원으로 사용될 수 있는 장치로서, 충전(充電)과 방전(放電)이 반복되는 전지를 말하며, 축전지 또는 2차전지라고도 한다.
즉, 충전 장치란 외부 전원으로부터 전기에너지를 공급받아 화학에너지로 변화시켜 축적하는 충전과 축적된 화학에너지를 전기에너지로 변화시키는 방전을 되풀이 하는 전지를 의미한다.
이러한 충전 장치로는 공칭(公稱) 기전력이 2.0V이고, 차량용 배터리로 많이 사용되는 납축전지, 공칭 기전력이 1.2V이고, 소형 휴대 기기 전원으로 사용되는 니켈 카드뮴 축전지 및 공칭 기전력이 3.6V이며, 소형. 경량이고 고에너지 밀도로 휴대 기기용 전원으로 이상적인 특성을 가지는 리튬이온 축전지 등이 있다.
그러나 이러한 충전 장치는 외부 전원을 공급하는 전원 콘센트가 구비된 장소에서만 이용 가능하기 때문에, 외부 전원을 공급하는 전원 콘센트가 없거나 정전 시에는 충전을 수행하지 못하는 문제점이 있다.
최근 보편화된 휴대폰의 소지자가 전원 콘센트가 없는 현장에 장기간 체류하여할 경우 등 외부 전원 공급이 원활하지 못 할 때에는, 긴급히 핸드폰을 사용하여야 할 경우에도 핸드폰을 사용할 수 없는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 사용되는 종래의 충전 장치의 예로는 국내 특허공개 제2003-0023188호("충전된 휴대폰을 이용한 휴대폰 충전 장치")에 개시된 바 있다.
도 1은 종래의 휴대폰 충전 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 종래의 휴대폰 충전 장치의 보호 및 충전 표시 회로도를 도시한 도면이다.
도1 및 도2를 참조하면, 종래의 충전 장치는 충전이 되어 있는 다른 휴대폰(400)을 충전용 케이블로 연결하여 방전된 휴대폰(500)을 충전하는 충전된 휴대폰을 이용한 휴대폰 충전 장치로서, 충전된 휴대폰이 연결되는 하이 충전잭 연결단(200)과, 방전된 휴대폰이 연결되는 로우 충전잭 연결단(300)과, 하이 충전잭 연결단(200)의 전원을 입력 받아 일정 전압을 출력하는 저전압 강하 레귤레이터(110)와, 저전압 강하 레귤레이터(110)의 출력 전압과 로우 충전잭 연결단(300)의 전압을 입력 받아 비교하는 비교기(120)와, 하이 충전잭 연결단(200)에 애노드가 접속되고 비교기(120)의 출력단에 캐소드가 접속된 엘이디와, 하이 충전잭 연결단(200)의 출력 전원을 소스로 입력 받고, 로우 충전잭 연결단(300)에 드레인이 연결되어, 비교기의 출력 신호를 게이트로 입력 받아 도통 제어 되는 피채널 에프이티(130)로 구성된다.
그런데, 이러한 종래의 충전 장치는 충전된 다른 휴대폰을 외부 전원으로 사용하기 때문에 충전된 다른 휴대폰의 전원이 쉽게 고갈될 염려가 있고, 충전된 다른 휴대폰의 충전 상태에 따라 방전된 휴대폰에 충전될 전원이 제한될 수 있는 문제점이 있다.
본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전원공급수단으로 부터 공급되는 직류전원을 충전한 후, 유에스비 케이블을 수단으로 충전된 전원을 외부 휴대 장비의 배터리로 충전시킬 수 있도록 개선된 휴대용 충전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래의 휴대용 충전 장치를 도시한 도면.
도 2는 종래의 휴대용 충전 장치의 보호 및 충전 표시 회로도를 도시한 도면.
도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 휴대용 충전 장치를 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 휴대용 충전 장치의 충전기의 회로도를 도시한 도면.
도 5는 도 3에 도시된 휴대용 충전 장치의 유에스비 케이블의 충전부의 회로도를 도시한 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10... 전원공급수단 20... 충전기
22... 입력부 24... 제1충전부
25... 충전셀 26... 충전회로
27... 보호회로 28... 출력부
30... 유에스비(USB) 케이블 32... 입력단
34... 제2충전부 36... 출력단
40... 외부 휴대 장비의 배터리
상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 직류전원을 공급하는 전원공급수단; 상기 전원공급수단에 전기적으로 접속되어 직류전원을 입력받는 입력부, 상기 입력부로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 제1충전부 및 제1충전부에 충전된 전원을 출력하는 출력부를 포함하는 충전기; 상기 충전기의 출력부에 전기적으로 접속되는 입력단, 외부 휴대 장비의 배터리(battery)에 전기적으로 접속되는 출력단 및 상기 입력단을 통하여 상기 충전기에 충전된 전원을 입력받아 상기 외부 휴대 장비의 배터리를 충전시키는 제2충전부를 포함하는 유에스비(USB) 케이블을 포함하여 구성될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 휴대용 충전 장치를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 본 고안의 일실시예에 따른 휴대용 충전 장치는 전원공급수단(10), 충전기(20) 및 유에스비 케이블(30)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전원공급수단(10)은 직류전원을 공급하는 구성요소로서, 전원 어댑터또는 차량 시가잭용 전원 케이블일 수 있다.
전원 어댑터는 가정용 상용전원인 교류 100 내지 220V의 전원을 입력받아 직류 12V의 전원으로 변환하여 충전기(20)에 공급할 수 있으며, 차량 시가잭용 전원 케이블은 더미 어댑터(dummy adapter)로서, 차량의 시가잭 전원으로부터 직류 12V 내지 24V, 1.5A의 전원을 입력받아 충전기(20)에 공급할 수 있다.
상기 충전기(20)는 전원공급수단(10)에 전기적으로 접속되어 직류전원을 입력받는 입력부(22), 입력부(22)로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 제1충전부(24) 및 제1충전부(24)에 충전된 전원을 출력하는 출력부(28)를 포함하여 구성될 수 있다.
입력부(22)는 전원공급수단(10)이 전원 어댑터일 경우, 전원 어댑터가 접속될 수 있는 인터페이스일 수 있으며, 전원공급수단(10)이 차량 시가잭용 전원 케이블일 경우, 차량 시가잭용 전원 케이블이 접속될 수 있는 인터페이스일 수 있다.
상기 제1충전부(24)는 충전셀(25), 입력부(22)로부터 공급되는 직류전원을 충전셀(25)에 충전시키는 충전회로(26); 충전셀(25)의 과충전, 과방전 및 과전류를 금지시키는 보호회로(27)를 포함하여 구성될 수 있으며, 충전셀(25)의 충전 상태를 나타내는 LED(light emitting diode) 등 표시등(도시되지 않음)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
충전셀(25)은 소형 2차전지로서, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 및 리튬폴리머 전지일 수 있으며, 바람직하게는 고출력화, 고성능화, 경량화, 소형화, 신뢰성이 뛰어난 하나 이상의 리튬이온 전지가 병렬 또는 직렬로 연결되어 구성될 수있다.
예를 들면, 충전셀(25)은 용량 2400mA 리튬이온 전지 셀 두 개를 직렬 연결하여 구성될 수 있으며, 이 경우 충전셀(25)은 총 4800mA의 용량을 가지게 되고, 이는 휴대폰 표준 배터리 용량의 900mA의 5.3배에 해당된다.
따라서 종래의 충전 장치와는 달리 본 고안의 일실시예에 따르는 경우 휴대폰 등 휴대 장비의 배터리(40)를 완전히 충전된 상태로 수회 충전할 수 있게 되는 것이다. 여기에서 휴대 장비란 핸드폰, PDA 등 휴대 단말기, 디지털 카메라, 캠코더, MP3, 노트북 등을 포함한다. 휴대 장비가 노트북, 캠코더 등인 경우 출력부(28)의 전압은 노트북, 캠코더 등의 사양에 적합하도록 적절히 조정될 수 있다.
이러한 셀의 조합은 충전될 휴대 장비의 종류 및 충전 용량에 따라서 다양게 이루어 질 수 있음은 당업자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
충전회로(26)는 입력부(22)로부터 공급되는 직류전원을 충전셀(25)에 충전시킨다. 충전회로(26)는 충전셀(25)의 전압, 전류 등 충전 상태, 온도, 단락상태 등을 모니터링 하여 필요한 전류의 량을 조절하며, 정격 전압을 공급하여 충전시키는 회로를 포함하는 것이 바람직하다.
보호회로(27)는 충전셀(25)의 전압이 과충전금지 전압(바람직하게는 4.3V ㅁ 0.025V)이상에서 충전을 정지시키고, 과충전금지 해제 전압(바람직하게는 4.15V ㅁ 0.05V)이하에서 충전 정지를 해제하는 과충전 금지 기능과, 충전셀(25)의 전압이 과방전 금지 전압(over discharge voltage cut-off)(2.30V ㅁ 0.1V) 이하에서 방전을 금지시키고, 과방전 금지 해제 전압(3.00V ㅁ 0.15V) 이상에서는 방전을 금지시키는 과방전 금지 기능 및 과전류 사용시 회로를 차단하는 과전류(12A ㅁ 4A) 금지 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 보호회로(27)는 온도에 따른 저항차이를 이용한 서미스터(thermister)를 내장할 수 있다.
제1충전부(24)의 충전셀(25)이 계속 방전 되어 과방전 금지 전압이하로 떨어지면, 보호회로(27)는 충전셀(25)과 부하를 전기적으로 분리시키고, 충전셀(25)에 부하가 걸리지 않는 상태에서 충전셀(25)의 내부 전압이 상승되어 과방전 금지 해제 전압 이상으로 올라가면, 보호회로(27)는 충전셀(25)과 부하를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
더 바람직하게는, 본 고안의 일실시예에 따른 휴대용 충전 장치에 있어서, 충전셀(25)의 전압이 과방전 금지 전압이하로 한번 떨어지면 충전셀(25)로부터 부하를 완전히 분리시키도록 충전회로(26)를 구성하여, 충전셀(25)의 수명에 영향을 미치는 핑퐁현상을 방지하도록 할 수 있다. 여기에서 핑퐁현상은 과방전 금지 전압 상태와 과방전 금지 해제 전압 상태가 반복적으로 되풀이 되는 현상을 말한다.
이하, 제1충전부(24)의 동작을 설명한다.
충전셀(25)이 방전된 상태에서 정격전압을 충전셀(25)의 양단에 걸어주면 충전셀(25)의 내부 임피던스가 매우 낮으므로 전류를 제한하지 않을 경우에 과전류가 흘러 충전셀(25)이 폭발할 위험성이 있다. 따라서 정격전압과 충전셀(25)의 전위차가 클 경우에는 제1충전부(24)는 충전전류를 제한하는 CC(Constant Current)모드로 동작하는 것이 바람직하다.
충전셀(25)에 전류가 유입되어 충전셀(25)의 양단에 전압이 상승하면, 정격전압과 충전셀(25)의 전위차가 낮아지며 전류의 양의 감소한다. 이때, 제1충전부(24)는 충전셀(25)의 양단 전압이 충전 전압과 거의 같아지는 CV(Contant Voltage) 모드로 동작하게 된다.
이상적인 충전상태는 충전전류가 0이고, 충전셀(25)의 전압이 정격 충전 전압일 때 이지만, 무한대의 시간이 걸리므로 최대 전류의 1/10 이하로 떨어지면, 충전을 종료토록 하는 것이 바람직하다.
제1충전부(24)는 보호회로(27)의 서미스터를 통하여 온도를 모니터링하고, 온도가 지나치게 높거나 낮은 경우 안정과 성능을 위하여 셧다운(shutdown) 되도록 구성될 수 있다.
상기 출력부(28)는 제1충전부(24)에 충전된 전원을 접속되는 유에스비(USB: Universal Serial Bus) 케이블(30)을 통하여 출력한다. 출력전압은 직류 5V 전압일 수 있다.
출력부(28)는 유에스비 케이블(30)의 접속을 감지하고, 유에스비 케이블(30)이 접속되는 경우에만 제1충전부(24)에 충전된 전원을 출력하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 휴대용 충전 장치의 충전기의 회로도를 예시하여 도시한 도면으로, Texas Instruments Inc사의 BQ2057WTS(Part number)를 이용하여 설계된 휴대용 충전 장치의 충전기의 회로도이다.
상기 유에스비(USB) 케이블(30)은 충전기(20)의 출력부(28)에 전기적으로 접속되는 입력단(32), 외부 휴대 장비(도시되지 않음)의 배터리(battery)(40)에 전기적으로 접속되는 출력단(36) 및 입력단(32)을 통하여 충전기(20)에 충전된 전원을입력받아 외부 휴대 장비의 배터리(40)를 충전시키는 제2충전부(34)를 포함하여 구성될 수 있다.
유에스비 케이블(30)은 표준 USB 규격에 따라 제작되는 것이 바람직하다. 예를들면, 유에스비 케이블(30)의 입력단(32)은 산업용 USB A-TYPE 표준을 따를 수 있다. 또한 유에스비 케이블(30)의 출력단(36)은 국내표준 TTAS.KO KO-06.0028/R12(24 pin connector)에 따라 구현될 수 있다.
유에스비 케이블(30)이 USB A-TYPE 등 USB 규격의 표준을 따르는 경우, 표준을 따르는 다양한 종류의 휴대 장비 배터리(40)의 충전을 가능하게 한다. 또한, USB A-TYPE 표준 채택하는 컴퓨터 등의 장비에서도 연결하여 충전 전원을 공급받아 충전시킬 수도 있게 된다.
유에스비 케이블(30)은 PDA 등 휴대 장비 판매사에서 제공되는 유에스비(USB) 접속(connector) 케이블이 사용될 수도 있다.
제2충전부(34)는 외부 휴대 장비의 배터리(40)를 충전하는 휴대 장비 충전부로서, 상기 제1충전부(24)와 유사하게 구성되어 동작될 수 있다. 휴대폰과 같은 휴대 장비와 같이 자체적으로 보호로직을 포함하고 있는 경우, 제2충전부(34)는 제1충전부(24)와는 달리 보호로직을 포함하지 않을 수 있다. 제2충전부(34)는 충전상태를 표시하는 LED(도시되지 않음)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 고안의 일실시예에 따른 휴대용 충전 장치의 유에스비 케이블의 충전부의 회로도를 예시하여 도시한 도면으로, Texas Instruments Inc사의 BQ24020DRCR(Part number)를 이용하여 설계된 휴대용 충전 장치의 충전기의 회로도이다.
상술한 바와 같이 본 고안의 휴대용 충전장치는, 전원공급수단(어댑터 또는 시가잭 케이블)으로 부터 공급되는 직류전원을 충전한 후, 유에스비 케이블을 수단으로 충전된 전원을 외부 휴대 장비의 배터리로 충전시킬 수 있으므로, 별도의 외부 전원(교류 전원을 공급하는 콘센트 또는 차량에 구비된 시가잭)이 존재하지 않는 경우에도 다양한 다수의 휴대폰을 충전시킬 수 있는 효과를 제공한다.
본 고안은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims (5)

  1. 직류전원을 공급하는 전원공급수단;
    상기 전원공급수단에 전기적으로 접속되어 직류전원을 입력받는 입력부, 상기 입력부로부터 공급되는 직류전원을 충전하는 제1충전부 및 제1충전부에 충전된 전원을 출력하는 출력부를 포함하는 충전기; 및
    상기 충전기의 출력부에 전기적으로 접속되는 입력단, 외부 휴대 장비의 배터리(battery)에 전기적으로 접속되는 출력단 및 상기 입력단을 통하여 상기 충전기에 충전된 전원을 입력받아 상기 외부 휴대 장비의 배터리를 충전시키는 제2충전부를 포함하는 유에스비(USB) 케이블을 포함하는 휴대용 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원공급수단은 교류 100 내지 220V의 전원을 입력받아 직류 12V의 전원으로 변환하여 공급하는 전원 어댑터 및 차량에 구비된 시가잭으로 부터 직류 12V 내지 24V를 입력받아 공급하는 차량 시가잭용 전원 케이블 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 휴대용 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1충전부는 충전셀;
    상기 입력부로부터 공급되는 직류전원을 상기 충전셀에 충전시키는 충전회로;
    상기 충전셀의 과충전, 과방전 및 과전류를 금지시키는 보호회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 충전셀은 적어도 하나의 리튬 이온 전지 셀로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 충전기의 출력부는 상기 유에스비 케이블의 접속을 감지하고, 유에스비 케이블이 접속되는 경우, 상기 제1충전부에 충전된 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대용 충전 장치.
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