KR200451276Y1 - 이종 밧데리의 동시충전 가능한 멀티충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시중에 유통되고 있는 다양한 형태의 이차전지를 충전할 수 있는 충전장치에 관한 것이다.

이차전지는 니켈 카드뮴 니켈수소 연축전지(납) 니튬 이온 등의 이차전지가 있다. 이는 시장의 다변화로 배터리의 수요가 사용되는 현장이 다양하게 변화함에 따라, 1셀에서부터 여러 개의 셀을 집합하여 충전해야하는 다종의 기기들이 생산되어 시중에 유통되고 있다. 이는 사용자로 하여금 각 셀 조건에 맞거나 각 이차전지 종류별의 충전기를 다량 보유하여야 하는 어려운 문제가 있고 또한 이 모든 충전기들은 정밀하고 안전한 제어를 하여야 함으로 다량충전기 보유는 사용자로 하여금 많은 경제적인 부담을 주게 되므로 사용자는 저가의 불완전한 제품을 사용 하게 되어 배터리 수명 안전 원가 등의 여러 가지의 문제점을 가지고 있다

본발명은 니켈 카드뮴, 니켈수소, 연축전지, 니튬 이온 등의 다양한 2차전지류를 하나의 충전기로 충전가능하게 하고자 한다. 특히 하나의 충전기에 니켈 카드뮴, 니켈수소, 연축전지, 리튬 이온 등의 배터리를 한꺼번에 장착하고 충전동작이 이루어진다 하여도 이 종류가 다른 충전밧데리들이 매우 안전하게 충전가능하게 하는 충전 방법과 그 방법에 의한 충전 장치를 개발하였다.

본 발명은 니켈카드뮴와 니켈수소, 연축전지 그리고 리튬전지가 각각 공칭전압이 다르며, 만충전(滿充電)전압도 차이가 있음을 기본으로 하여, 충전장치에 장착된 전지의 종류를 어떤 전지인지 판단하며, 이 판단에 기초하여 각각의 충전셀에 거치된 전지에 대한 충전전압을 공급하며, 공급중에 발생하는 여러 가지 만충전신호를 마이크로프로세서로 하여금 프로그램 명령하여 충전완료가 이루어 지도록 하였다.

더 나아가서 납축전지 또는 리튬 이온전지는 제품의 수동적인 선택 스위치를 두어 사용자로 하여금 필요에 따라 이들 전지만을 선택하여 충전 가능하게 하였다.

이때의 사용자가 선택 스위치와 무관한 배터리를 장차하여 충전시도 배터리가 보호될 수 있도록 마이크로프로세서에 복합프로그램 명령하여 선택 스위치에 다른 유형의 배터리가 접속되어도 충전가능하거나 배터리를 보호하거나 하는 기능을 복합 부여하여 제어하는 기술로 본인이 보유한 실용신한 기술과 특허기술을 집합하여 만들어 낸 제품이다.

또한 제조자 사용자 옵션을 주어 백업용등에 한하여 선택하면 한종류의 한정된 배터리만 충전하도록 명령하였다.

2차전지, 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬, 납축전지

Description

이종 밧데리의 동시충전 가능한 멀티충전장치{Multi-charger for the all kinds of the rechargable batteries}

본 고안은 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬이온, 납축전 밧데리와 같은 2차전지류의 충전장치에 관한 것이다.

각종 무선 기기류가 발달함에 따라 이들 기기류를 작동시키기 위한 전원공급용으로 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬이온, 납축전 밧데리와 같은 2차전지류가 널리 이용되고 있다.

이들 전지류는 나름대로 특징이 있으며, 특히 각각의 공칭전압이 다르므로 사용되는 기기류의 종류별로 각각 다른 밧데리류가 이용된다.

예를 들면, 소형 라디오, MP3플레이어, 오락기 등은 자그마한 AA, AAA와 같은 밧데리 형태가 사용이 적당하다.

그러나 보다 큰 용량이 필요한 무선 자동차, 무전기, 노트북, 무선전등류 등의 경우에는 필요한 용량이 크기 때문에 납축전지가 주로 이용되거나 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬이온들을 여러개 조합하여 팩키지화한 것을 이용한다.

따라서 이들의 재충전에는 팩키지 상태에 따라 전압전류가 다르므로 사용가 능한 충전기의 종류도 이들에 맞추어 제공되어야 한다.

결국, 수많은 전원작동 기기류별로 별도의 충전기를 갖고 있어야 하므로 사용자는 대단히 혼란스럽다. 특히 문제로 되는 것은 리튬이온 밧데리와 니켈수소나 카드뮴 밧데리는 그 외양이 비슷하여 무의식중에 서로다른 충전기에서 충전하면서 밧데리가 손상되거나 심한 경우 파손이 되어버려 수명이 단축하는 경우가 다반사이다. 리튬이온 밧데리의 경우에는 고열이 발생하면서 심한 경우 화재나 폭발의 위험까지 안고 있다.

본 고안은 하나의 충전기로 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬, 납축전 밧데리와 같은 2차전지를 모두 충전 가능하게 하는 멀티 충전기를 제공하고자 한다.

본 고안은 사용자가 위의 다양한 밧데리를 식별하지 못하고 잘못 충전 동작을 하더라도 충전을 위한 전원공급을 차단하여 밧데리 손상을 막는 위험방지 기능을 갖는 멀티 충전기를 제공하고자 한다.

본 고안은 또한 리튬이온 밧데리의 경우 역접속시 심한 발열로 화재나 폭발이 되지 않는 멀치 충전기를 제공하고자 한다.

본 고안은 중앙의 마이컴제어부에서 사용자의 수동선택된 상태를 감지하도록 하여 다종다양한 밧데리별로 원활한 충전동작이 PWM제어로 이루어 지도록 하였다.

본 고안은 사용자가 수동선택시 잘못 선택이 된다 하여도 더이상의 충전동작을 하지 않도록 마이컴제어부에서 검색하도록 하여 충전전원의 공급을 차단하면서 경고신호를 발하여 사용자의 실수에 의한 밧데리 손상, 파열 이 없도록 하였다.

본 고안은 폭발위험이 많은 리튬이온 밧데리의 경우 역접속시 마이컴 제어부에서 그 역접속상태를 육안식별가능하게 하면서 더이상의 전원 공급을 차단하여 근본적인 폭발이나 화재의 위험을 차단하도록 하였다.

본제품의 기능은 니켈 카드뮴 니켈수소 연축전지 니튬 이온 등의 배터리를 1 셀에서 수 셀의 자동 인식하는 충전기술로 사용자로 하여금 하나의 충전기로 니켈 카드뮴이나 니켈수소 연축전지 니튬 이온 등의 배터리를 매우 안전하게 제어하는 기술이다. 이는 마이크로프로세서로 하여금 프로그램 명령하여 충전부의 연결된 배터리를 니켈 카드뮴이나 니켈수소 배터리가 1셀에서 수 셀 인식가능 하도록 프로그램 하였고 연축전지 또는 니튬 이온은 제품의 선택 스위치를 두어 사용자로 하여금 선택하여 사용 가능하게 하였다.

본 발명은 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬, 납축전 밧데리와 같은 2차전지를 동시에 충전가능하게 하는 멀티 충전기를 제공하고자 한다.

본 고안은 특히 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬, 납축전 밧데리 들이 다중으로 팩키지화 된 것을 동시에 충전가능하게 하는 멀티 충전기를 제공하고자 한다. ㅇ

본 고안의 충전장치의 사용상태사시도를 도1에 도시하며, 도 2 는 납축전지를 충전하는 사용상태사시도이고, 도 3 은 선택스위치부등을 표시한 측면도이고, 도 4 는 본 고안의 전체적인 충전회로 구성을 나타내는 블록도이다.

본 고안은 정류부(1)로부터 공급된 전류를 출력전압조절부(2)의 조절작동에 의하여 출력스위치부(3)를 통하여 밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리에 충전토록 하고, 충전상태 등을 육안표시부(7),사운드표시부(8)로 출력하도록 하면서, 피충전밧데리의 전압을 검사하여 기준으로 하는 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V₀), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 규정시간(Tspan)내에 기준전압값을 변화하는 방법등의 밧데리 만(滿)충전을 판단하는 기준값들과 신호값이 매칭되는 경우 충전을 종료하도록 구성되는 2차전지 충전장치에 있어서,

니켈수소밧데리, 니켈카드뮴밧데리, 리튬이온밧데리 및 납축전밧데리중의 어느 하나를 육안식별가능하게 한 표시부(12)에서 임의로 선택가능하게 하는 선택스위치(11)가 설치되어진 수동선택부,

밧데리충전부와 연결되어져 충전전원이 공급가능하게 하는 단자(15)가 외부에 노출되어 지도록 구성한 외부단자연결부,

상기한 외부단자연결부에 연결되어져 상기한 충전밧데리에 충전전원을 공급하도록 하는 연결케이블,

그리고 정류부, 출력전압조절부, 출력스위치부, 밧데리충전부 및 마이컴제어부(Micro)로 구성된 PCB를 내장하며, 외부에 육안표시부(7),사운드표시부(8)를 구성한 하우징(20)으로 구성된 이종 밧데리용 멀티 충전 장치에 관한 것이다.

본 고안의 또 다른 특징은 밧데리충전부(4)에 거치되는 밧데리의 종류를 사용자가 선택스위치(11)의 선택작동으로 니켈수소밧데리, 니켈카드뮴밧데리, 리튬이온밧데리 및 납축전밧데리중의 어느 하나를 선택하였는 지를 판단하여 선택이 잘못되었으면 육안표시부와 사운드표시부에 경고신호를 발하도록 하면서 충전전원의 공급을 중단하도록 하며,

밧데리충전부에 거치된 밧데리가 올바른 경우 선택된 밧데리의 종류별로 마이컴제어부(Micro)에서 해당 밧데리에 대하여 PWM부(31)에 의하여 밧데리충전부에 출력스위치부(3)를 통하여 충전전원을 공급하면서 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V₀), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 규정시간(Tspan)내에 기준전압값을 변화하는 방법등의 밧데리 만(滿)충전을 판단하는 기준값들과 신호값이 매칭되는 지를 판단하여 충전을 충전만료를 판단하는 것을 특징으로 하는 이종 밧데리의 동시충전 가능한 멀티충전장치에 관한 것이다.

본 고안에서 니켈카드뮴, 니켈수소 혹은 리튬이온 밧데리의 충전과 충전만료시점 판단 등은 본 고안자의 선등록 특허제 620871호 와 718514호에 의하여 진행이 된다. 즉, 충전이 되는 밧데리의 종류, 메이커별 특성, 외부공급전원의 비특이성, 충격 등에 따라 발생되는 여러 가지 기본전압강하값(-ΔV)를 다양하게 판단하여 충전이 이루어 지도록 한다.

본 고안은 니켈카드뮴, 니켈 수소의 경우와 리튬이온 그리고 납축전지의 경우를 비교하여 판단하는데, 구체적으로는 니켈카드뮴, 니켈 수소의 경우 공칭전압이 1셀당 1.2 볼트이며, 리튬이온의 경우에는 3.6볼트이다, 그리고 납축전지는 1셀당 약 2.2 볼트로 각각의 셀당 공칭전압이 다르므로 초기에 충전전원을 공급하여 보면서 밧데리충전부에 연결된 밧데리의 공칭전압을 감지하여 해당 밧데리가 어느 종류인지 판단하여 마이컴제어부(Micro)에 저장하며 이 저장된 데이터는 육안표시부에 표시하고 사용자의 선택스위치의 동작으로 인한 선택데이터값과 비교하여 정상적인 선택여부를 판단하도록 한다. 만일 선택스위치가 밧데리충전부에 거치되어진 밧데리의 종류와 일치하지 않을 경우 육안표시부 등으로 경고신호를 발하도록 구성하였다. 정상적인 선택이 이루어지면 본 고안자의 선등록 특허제 620871호 와 718514호에 기재된 방식에 의하여 충전 작동이 이루어 진다

예를 들면 니켈 카드뮴이나 니켈 수소의 경우에는 충전완료 조건인 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V₀), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최 대충전허용시간(Tmax), 규정시간(Tspan)에 의하여 충전을 진행하고 만료 시점을 판단할 수 있다.

납축전 밧데리의 경우에는 CV/CC(Constant voltage/ Constant current)로 충전이 되며, 주로 최대충전허용시간(Tmax)로 충전이 종료되도록 한다. 이때 전류는 14.4V에서 전류 300mA이하이면 충전을 종료한다.

니켈카드뮴이나 니켈수소의 밧데리가 연결이 되어있으면서 납축전지 상태로 충전동작이 이루어 진다 하여도 기본전압강하값(-ΔV)을 인식하도록 마이컴제어부에 프로그램되어 있으며, 충전을 완료하여도 10V 이하 에러신호를, 14.4V 이상이면 충전 완료로 보내도록 명령되어 있다.

리튬이온 밧데리의 경우에는 충전 방식은 납축전지 충전방식과 같으며 1셀은 3.2~4.2V 2셀은 6.4V ~ 8.4V 3셀은 9.6V~12.6등 구간을 두어 셀별 구간에서 CV/CC 최대충전허용시간(Tmax)를 두어 충전하고 충간 사이 값들은 모두 에러 처리한다. 1셀 충전 완료가 4.2V 2셀충전 완료는 8.4V 3셀 충전 완료는 12.6V로 한다

이때로 3개 모드 모두에서 기본전압강하값(-ΔV)을 두어 구간별 동일 전압의 니켈게열 배터리가 들어와도 충전 완료를 인식하여 제어 하며 이때는 충전 완료로 보내지 않고 에러로 처리하여 사용자로 하여금 수동선택스위치 위치를 점검하도록 한다.

본 고안에서 상기한 충전 동작은 마이컴제어부(Micro)에서 해당 밧데리에 대하여 PWM부(31)에 의하여 밧데리충전부에 적절한 충전제어가 이루어지도록 하므로 위의 설명처럼 다양한 공칭전압을 갖는 밧데리를 각각 별도로 충전이 가능하며, 이 러한 구체적 제어 동작은 마이컴 제어부에 설정된 동작프로그램을 적절히 변경수정함으로 충전이 될 밧데리에 대한 제한이 없이 동작될 수 있는 것이다.

본 고안의 또 다른 특징은 리튬이온 밧데리의 경우 역접속시 심한 발열과 폭발의 위험이 있으므로, 밧데리충전부에 거치된 밧데리가 역접속이 된 경우 밧데리충전부에 연결된 역접속방지부(40)에 의하여 감지된 역접속 상태신호가 검출되어 마이컴제어부(Micro)에 전달되면, 신호를 연산하여 출력스위치부(3)에 대한 출력을 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 이종 밧데리의 동시충전 가능한 멀티충전장치에 관한 것이다.

본 고안에서 직류공급부(50)에 직류전원이 공급되면 밧데리역접속방지부(40)로 부터 역접속감지신호가 마이컴제어부에 공급되지 않는 경우 직류전원이 직접 밧데리충전부에 공급이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 이종 밧데리의 동시충전 가능한 멀티충전장치에 관한 것이다.

본 고안에서 부호 55는 스위치모드 선택부로 주로 납축전지와 같이 한번 설치가 되면 계속 충방전이 반복되면서 몇 년씩 전원이 연결된 상태로 있어야 하는 곳에 사용되는 것이다. 이런 경우 프로그램 명령을 받아 옵션모드에서는 모든 외부기능을 무시하고 고정되어야 하므로 납축전지 충전기와 같은 충방전 반복되어 상시 전원이 연결된 경우와 다르다. 즉, 일정 시간 사용이 되고 나서 사용을 중단하고 충전 동작이 이루어지는 것과 다른 방식의 제어전압 조건이 주어져야 하기 때문에 이런 경우 이곳에서 제조자가 선택하도록 하는 것이다.

도 1 은 본 고안의 충전장치의 사용상태사시도며,

도 2 는 납축전지를 충전하는 사용상태사시도,

도 3 은 선택스위치부등을 표시한 측면도,

도 4 는 본 고안의 전체적인 충전회로 구성을 나타내는 블록도임.

Claims (4)

1. 정류부(1)로부터 공급된 전류를 출력전압조절부(2)의 조절작동에 의하여 출력스위치부(3)를 통하여 밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리에 충전토록 하고, 충전상태 등을 육안표시부(7),사운드표시부(8)로 출력하도록 하면서, 피충전밧데리의 전압을 검사하여 기준으로 하는 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V₀), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 규정시간(Tspan)내에 기준전압값을 변화하는 방법으로 구성된 밧데리 만(滿)충전을 판단하는 기준값들과 신호값이 매칭되는 경우 충전을 종료하도록 구성되는 2차전지 충전장치에 있어서,

   밧데리충전부에 거치되어진 밧데리로부터 측정되어지는 공칭전압이 1.2 볼트이면 니켈카드뮴과 니켈수소밧데리로 판단하고, 3.6볼트인 경우에는 리튬이온밧데리로 판단하며, 2.2 볼트인 경우에는 납축전밧데리로 판단하여 측정된 데이터를 마이컴제어부(Micro)에 저장하여 선택스위치(11)의 선택데이터값과 비교하도록 구성되어진 수동선택부,

   밧데리충전부와 연결되어져 충전전원이 공급가능하게 하는 단자(15)가 외부에 노출되어 지도록 구성한 외부단자연결부,

   상기한 외부단자연결부에 연결되어져 상기한 충전밧데리에 충전전원을 공급하도록 하는 연결케이블,

   그리고 정류부, 출력전압조절부, 출력스위치부, 밧데리충전부 및 마이컴제어부(Micro)로 구성된 PCB를 내장하며, 외부에 육안표시부(7),사운드표시부(8)를 구성한 하우징(20)으로 구성된 이종 밧데리용 멀티 충전 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   밧데리충전부(4)에 거치되는 밧데리의 종류를 사용자가 선택스위치(11)의 선택작동으로 니켈수소밧데리, 니켈카드뮴밧데리, 리튬이온밧데리 및 납축전밧데리중의 어느 하나를 선택하였는 지를 판단하여 선택이 잘못되었으면 육안표시부와 사운드표시부에 경고신호를 발하도록 하면서 충전전원의 공급을 중단하도록 하는 것을 특징으로 하는 이종 밧데리의 동시충전 가능한 멀티충전장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   밧데리충전부에 거치된 밧데리가 리튬이온 밧데리의 경우 밧데리충전부에 연결된 역접속방지부(40)에 의하여 감지된 역접속 상태신호가 검출되어 마이컴제어부(Micro)에 전달되면, 신호를 연산하여 출력스위치부(3)에 대한 출력을 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 이종 밧데리의 동시충전 가능한 멀티충전장치.
4. 삭제

Images