KR20060084309A

KR20060084309A - 휴대용 배터리팩의 제어회로

Info

Publication number: KR20060084309A
Application number: KR1020050005131A
Authority: KR
Inventors: 김선태; 방정현
Original assignee: 디지털파워 (주)
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-07-24
Also published as: KR100722527B1

Abstract

본 발명은 휴대용 배터리팩의 제어회로에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 배터리 잔량을 표시하고 출력 조절 기능 등을 구비한 다목적 휴대용 배터리팩의 제어회로에 관한 것이다.

본 발명은 마이크로컨트롤러를 충전용 배터리와 함께 배터리팩에 내장하여 배터리의 현재 상태를 감지하여 배터리의 외부의 입출력에 대하여 배터리를 보호하고, 현재의 배터리 상태에 따라 출력을 조절하여 전력을 일정하게 유지하며, 현재의 배터리의 잔량과 출력 상태를 외부로 디스플레이 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 휴대폰, PDA, MP3, DMB 등의 배터리를 모두 충전할 수 있는 제어회로를 내장하고 있으므로 여러 종류의 외부기기의 배터리를 충전할 수 있다. 특히, 여러 개의 배터리팩을 준비하여 이동중이거나 전원을 공급받지 못하는 곳에서 휴대용 외부기기를 장시간 동안 충전할 수 있는 효과가 있다.

배터리팩, 휴대폰충전, 마이크로콘트롤러, 입출력조건검출부, 배터리잔량

Description

휴대용 배터리팩의 제어회로{Portable Battery Pack Control Circuit}

도 1은 본 발명의 휴대용 배터리팩 분해 사시도.

도 2는 일체형 휴대용 배터리팩의 조립 사시도.

도 3은 조립형 휴대용 배터리팩의 사시도.

도 4는 종래 배터리팩의 제어회로 블럭도.

도 5는 본 발명의 배터리팩에 내장되는 제어회로 블럭도.

<주요 구성에 대한 도면부호 설명>

1 : 커버 2 : 케이스

3 : 입출력잭 4 : 메인보드

5 : 연결케이불 7 : 고정나사

10 : 제어회로 13 : 배터리

20 : 마이크로콘트롤러(MCU) 21 : 전원입력부

22 : 디스플레이부 23 : 제어스위치

30 : 배터리보호용 입출력차단회로

35 : 입출력전압검출부 36 : 입출력전류검출부

40 : 제어기기 50 : 배터리팩

60 : 외부기기

본 발명은 휴대용 배터리팩의 제어회로에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 배터리 잔량 표시와 출력조절기능 등을 구비한 다목적 휴대용 배터리팩의 제어회로에 관한 것이다.

도 4는 종래 배터리팩에 내장되는 제어자회로 블럭도이다. 일반적으로 휴대용 배터리팩은 크게 마이크로컨트롤러(20), 배터리(29), 배터리 보호회로(28), 출력제어회로(24) 및 디스플레이부(22) 등으로 구성된다. 배터리 보호회로(28)는 배터리(29)의 과전압(배터리 충전시 높은 전압 입력) 및 과방전(배터리의 저전압 상태)에 대하여 보호회로가 동작하여 출력을 차단하는 기능으로 과충전 및 과방전으로 배터리를 보호한다. 출력제어회로(24)는 지정된 단계별로 전압 폭을 일정하게 유지되는 출력을 부하에 공급한다. 디스플레이부(22)는 현재 배터리(29)의 전압을 검출 받아 전압의 레벨을 표시 및 현재 출력의 단계를 표시한다.

도 4에서 배터리 전압검출부(26)가 배터리 보호뢰로(28)에 연결되고 정전압회로(25)가 병렬로 연결된다. 외부기기(60 : PDA등 전자제품)의 충전부 전원을 체크하는 전원입력부(21)는 출력스위치(27)와 출력제어회로(24) 와 연결되어 마이크로컨트롤러(20)에 연결된다. 상기 정전압회로(25)는 마이크로컨트롤러(20)에 전원을 공급하고, 출력제어회로(24)는 출력스위치(27)를 제어한다. 디스플레이부(22)에서는 출력의 파워를 단계별로 표시한다.

그러나 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있다. 배터리 보호회로(28)에서 충전 및 방전시에 배터리가 허용할 수 있는 전류보다 높게 충전 및 방전을 하게 될 경우 보호회로 내부의 휴즈가 파괴되어 더 이상 사용을 할 수 없게 되거나 배터리에 과도한 열이 발생되어 배터리의 외형의 변형, 전해액의 누액 및 초기의 충전용량보다 현저히 줄어들게 되는 현상이 발생된다. 방전될 경우 순간적인 높은 전류가 흐르는 부하를 순간적으로 연결하였을 경우에 필요이상으로 반응을 하여 출력이 차단되었을 경우 배터리의 상태 및 입출력이 정상으로 되었다 하더라도 외부에서 정상의 전압을 입력하기 전에는 차단이 해지되지 못하게 되어 사용이 불편하다는 단점이 있다.

또한 여러 개의 배터리가 직렬 및 병렬로 연결되어 있을 경우 각 배터리의 방전 및 충전에 대한 보호가 따로 이루어지지 못하게 되므로 배터리마다의 잔량에 편차가 발생하였을 때 전체적인 배터리의 전압만을 가지고 제어되므로 배터리마다 과방전 및 과충전이 되어 배터리의 수명이 단축되는 단점이 있다.

출력 제어회로에서는 출력의 파워(power)를 조절할 때 출력을 각각의 정해진 단계별로 On/Off의 펄스폭을 유지하도록 제어한다. 이때 사용중 배터리의 방전으로 인하여 배터리의 전압이 지속적으로 감소되면 전체적인 출력은 On/Off의 폭이 일정하게 유지되기 때문에 이 변하게 되므로 사용자가 지정하는 각각의 단계별 제어가 낮은 단계 쪽으로 변화되는 문제가 발생된다. 따라서 일정한 용량의 출력을 지속적으로 유지하고자 할 때는 사용자가 출력을 올려주어야 하는 단점이 있다.

또한, 배터리 잔량 표시의 경우, 종래 기술의 일반적인 배터리의 잔량을 표 시방법은 현재의 배터리의 전압만을 검출하여 전압의 변동에 따라 잔량을 표시하는 방법을 사용하게 된다. 여러 개 직렬로 연결된 배터리가 배터리마다의 편차가 발생되었을 경우 그 편차로 인하여 실질적으로 사용 할 수 있는 레벨이 전체의 평균이 되므로 과방전 배터리가 포함되었을 때 그 레벨의 표시보다 실제의 사용시간이 다르게 될 수 있게 되다. 또한, 현재 사용되고 있는 전류에 따라서 전압이 크게 변화가 이루어지게 되므로 잔량 레벨이 일정하게 유지하지 못하게 되어 사용 전류가 높았다가 낮아지게 될 경우 잔량이 늘어나게 되는 경우가 발생하게 되어 사용자에게 혼란을 주는 문제점이 있다.

본 발명의 선행기술로 한국 공개특허공보 1999-65285호(공개일 : 1999. 8.5, 주식회사 한림산전) "전천후 자가 휴대용 충전용 배터리 팩"에 의하면, 배터리 내측에 소형 발전기를 장착하여 배터리팩을 충전시키는 기술을 공개하고 있다. 한국 등록특허공보 10-241906호(공고일 : 2000. 2.1, 삼성전자 주식회사) "배터리 충전회로"에 의하면, 배터리 충전시 주변 온도에 따라 배터리 만충전 전압 가변 특성에 대응되는 기준전압을 변화시키는 배터리 충전회로를 공개하고 있다. 또한, 한국 공개특허공보 2002-11240호(공개일 : 2002. 2.8, 엘지전자주식회사) "충전용 배터리의 보호회로"에 의하면, 배터리의 방전전류를 근거로 부하량을 검출하고, 그 검출신호를 근거로 잔량 검출부에 공급되는 잔량 검출 전압을 변화시켜서 부하량의 변동에 관계없이 항상 적정 레벨의 방전 제한전압을 설정하는 충전용 배터리 보호회로를 공개하고 있다.

그러나, 이러한 종래 기술은 지정된 특정기기(예: PDA) 하나에만 사용할 수 있는 휴대용 배터리 팩 또는 충전회로에 관한 것으로 하나의 충전기로 여러 종류의 전자제품의 충전에 사용할 수 있는 호환성이 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마이크로컨트롤러(MCU)를 충전용 배터리와 함께 배터리팩에 내장하여 배터리의 현재 상태를 감지하여 배터리의 외부의 입출력에 대하여 배터리를 보호하고, 현재의 배터리 상태에 따라 출력을 조절하여 전력을 일정하게 유지하며, 현재의 배터리의 잔량과 출력 상태를 외부로 디스플레이 해주면서, 충전용 배터리를 사용하는 외부기기의 배터리를 충전할 수 있는 휴대용 배터리팩을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러 종류의 외부기기에 정격에 맞게 자동으로 충전할 수 있는 호환성이 있는 제어회로를 구비한 휴대용 배터리팩을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휴대용 배터리팩은 배터리, 배터리보호회로, 출력제어회로, 충전디스플레이부, 마이크로컨트롤러로 이루어지는 통상의 충전용 배터리 충전회로에 있어서, 상기 배터리는 보호제어회로, 배터리보호용 입출력차단회로, 배터리보호제어회로에 의하여 마이크로컨트롤러에 연결되고, 외부기기에 대한 전원을 체크하여 자동으로 충전하기 위하여 전원입출력부, 입출력 전압검출부, 입출력전류검출부가 마이크로컨트롤러에 연결되고, 충전스위치, 출력스위치가 병렬로 결합되어 입출력제어회로, 마이크로컨트롤러에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 휴대용 배터리팩 분해 사시도이고, 도 2는 일체형 휴대용 배터리팩의 조립 사시도이며, 도 3은 조립형 휴대용 배터리팩의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 배터리팩에 내장되는 제어회로 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 휴대용 배터리팩은 케이스(2)내에 제어회로(10)를 내장한 메인보드(4)와, 커버(1)로 케이스(2)의 상면을 덮고, 케이스(2)는 고정나사(7)로 단단히 결합된다. 상기 메인보드(4)위에 제어스위치(23), 디스플레이부(22) 및 입출력잭(3)이 설치되며, 외부기기(전자제품)의 충전부에 접속하는 연결케이불(5)이 메인보드(4)에 연결된다. 상기 메인보드(4)내에 마이크로컨트롤러(20)를 포함하는 제어회로(10)가 칩으로 내장되고, 상기 제어회로(10)의 구체적인 회로는 도 5에서 후술한다.

상기 제어스위치(23)는 외부기기(60 : 예를 들어, 휴대폰, PDA, DMB, MP3 등)의 충전부에 연결된 전원입력부(21)의 검지 전압을 마이크로컨트롤러(20)로부터 명령받아 제어하는 스위치이다. 일반적으로 PDA 는 8.4 V, 휴대폰 4.2 V, DMB는 12 v, PMP는 6V 이다. 상기 디스플레이부(22)에서는 배터리 잔량을 표시하고, 외부기기의 정격전압에 대하여 설정값을 표시한다. 예를 들어 "No. 1 = 4.2 V" 과 같이 여러 종류의 정격 정압을 입력하여 두고 필요시 표시되게 한다.

도 2는 일체형 휴대용 배터리팩을 조립한 도면으로 배터리 케이스(2)내에 배터리(13)가 내장되어 있어서 편의상 일체형 휴대용 배터리팩이라고 부른다. 상기 배터리(13)는 여러개를 병렬로 연결하고 + , - 단자는 배터리 보호용 입출력차단회로(30)와 배터리보호 제어회로(33)에 접속되고, 연결전선(15)에 의하여 메인보드(4)내의 제어회로(10)에 연결된다. 상기 케이스(2)의 외부에는 제품의 정격을 표시하는 제품라벨(8)이 부착된다.

도 3은 본 발명의 사용상태를 보여주는 도면이다. 설명의 편의상 도 1과 같이 제어회로(10)가 내장된 배터리 팩은 "제어기기(40)"라 하고, 배터리(13)가 내장된 경우는 "배터리 팩(50)"이라 한다. 하단에 있는 배터리 팩(50)은 상단에 있는 제어기기(40)와 연결케이불(5)로 연결이 되고, 상기 제어지기(40)는 외부기기(60)의 충전부와 연결된다. 상기 배터리팩(50)은 여러 개를 마련하고 있다가 충전시 계속해서 사용할 수 있으므로 장시간 동안 외부기기(60)를 충전할 수 있다. 하나의 배터리 팩으로 DMB 는 8배, 핸드폰은 16배 가량 충전 시간이 길다.

도 5는 본 발명에 내장되는 제어회로에 대한 블럭도이다. 도 5는 도 1과 도 2에서 메인보드(4)에 내장되는 제어회로(10)를 개량한 전자회로 블럭도이다. 도 4와 같이, 종래의 제어회로는 배터리, 배터리보호회로, 출력제어회로, 디스플레이 부, 마이크로콘트롤러로 구성된다.

본 발명은 배터리(29)는 배터리 보호제어회로(33), 배터리보호용 입출력 차단회로(30), 배터리보호제어회로(33)에 의하여 마이크로컨트롤러(20)에 연결되고, 외부기기(60)에 대한 전원을 체크하여 자동으로 충전하기 위하여 전원입출력부(21), 입출력전압검출부(35), 입출력전류검출부(36)가 마이크로컨트롤러(20)에 연결되고, 충전스위치(31), 출력스위치(32)가 병렬로 결합되어 입출력제어회로(34), 마이크로컨트롤러(20)에 연결되어 구성된다.

마이크로콘트롤러(20)에 디스플레이부(22)와 제어스위치(23)가 별도로 연결된다. 이는 종래 기술과 동일하다.

상기 배터리보호제어회로(33)는 배터리의 현재 상태에 대하여 배터리의 과방전 및 과충전을 보호회로가 동작하여 부하에 대한 출력 및 충전 입력을 차단하는 기능을 한다. 입출력 제어회로(34)는 출력을 일정한 단계별로 외부기기에 파워를 조절하며 사용자가 그 동작 단계를 쉽게 표시한다. 외부베터리를 충전하는 충전스위치(31)는 외부기기(60)인 핸드폰, PDA 및 재생기 등의 충전용 배터리를 충전한다. 표시장치인 디스플레이부(22) 현재의 출력을 레벨 또는 숫자로 표시하고, 배터리 잔량 표시방법으로는 현재의 배터리의 전압과 전류를 검출하여 현재의 출력으로 사용 가능한 잔여 용량을 레벨 또는 숫자로 표시한다.

본 발명의 실시예에 대한 동작설명은 다음과 같다.

배터리보호제어회로(33)는 배터리의 충전 및 방전 전류에 대한 차단 기능 및 주변 상황에 따른 복귀 기능을 하고, 충전 또는 방전시에 배터리 상태 검출회로 및 출력 상태를 제어한다.

입출력전압검출부(35)와 입출력전류검출부(36)에서 검출된 전압 및 전류를 이용하여 과전압, 과전류 및 출력 쇼트 등의 상태를 검출하여 출력이 차단되었을 경우 차단 후 충전의 과전압 해지 및 출력 부하물의 분리 등으로 입출력 쪽의 상태가 정상으로 되었을 때 그 상황을 자동으로 마이크로컨트롤러(20)에서 인지하여 차단을 해지한다.

이로 인하여 여러 개의 배터리의 직력 및 병렬로 연결된 배터리팩의 경우 각각의 배터리마다 현재의 상태를 각각 검출하여 서로 편차가 발생되었을 경우 배터리마다의 별도의 차단기능을 동작시켜 배터리의 편차가 발생되는 것을 줄여 주어 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하여 배터리의 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 입출력제어회로(34)에서는 사용중 배터리의 전압 낮아지는 변화에 따라 전류량도 함께 변화시켜 사용자가 초기 설정한 대로 부하에 일정한 용량의 출력을 내보낸다. 이로 인하여 설정을 다시 하지 않아도 출력 부하에 배터리의 상태와 상관없이 지속적으로 일정한 파워를 공급한다.

충전스위치(31)는 스위칭 수단으로 일정 시간동안 외부기기(60)의 출력이 없는 경우 자동으로 출력을 차단하며 배터리팩 내에서 소비 전원을 내부 마이크로컨트롤러(20)에서 자동으로 차단하게 한다. 즉, 배터리의 필요 없는 방전을 막아 대기시간을 연장할 수 있고, 입출력이 차단되어 있는 배터리팩의 경우에도 충전기에 연결시 배터리팩의 마이크로컨트롤러(20)가 충전을 자동으로 인식하여 배터리팩을 충전모드로 변경하게 되어 원활한 충전이 이루어진다.

한편, 충전스위치(31)는 배터리팩의 출력을 이용하여 핸드폰, PDA 및 MP3 재생기등의 충전이 가능한 이동식 장비의 충전용 배터리를 정전류 및 정전압 충전할 수 있는 충전부를 내장한다. 출력의 상태 검출부에서 검출된 출력 전압 및 전류를 이용하여 마이크로컨트롤러에서 부하인지, 배터리인지를 자동으로 감지 구분하여 배터리를 충전한다.

디스플레이부(22)는 배터리 상태 검출 회로를 이용하여 현재 베터리의 입출력 전류의 양을 대한 전압의 변동을 이용하여 현재 사용 중인 전류와 같이 사용하게 될 때 사용할 수 있는 사용량에 대한 레벨이 정확하게 표시할 수 있다. 또한, 여러 개의 배터리를 동시에 사용하게 될 경우 각각의 배터리마다 전압 및 전류를 각각 따로 검출을 받게 되어 배터리마다의 편차가 발생되는 것에 대하여 각각의 잔량에 대한 값을 이용하여 실제 사용 가능한 잔량의 표시를 더욱 정밀하게 표시할 수 있다.

즉, 상기 배터리(29)는 배터리보호용 입출력 차단회로(30), 배터리 보호제어회로(33)에 의하여 마이크로컨트롤러(20))와 결합하여 충전 및 방전시에 발생되는 배터리 편차를 최소화하는 배터리 보호회로를 구성한다.

상기 충전스위치(31)와, 입출력제어회로(34) 및 카이크로컨트롤러(20)가 결합되어 상기 배터리팩의 사용중 배터리 전압 변화에 따라 출력전류를 변화 시켜 출력의 전체적인 용량을 일정하게 유지시키는 출력 방식을 구비한다.

상기 전원입출력부(21)와, 출력스위치(32) 및 마이크러컨트롤러(20)가 결합 되어 배터리팩의 입출력이 차단된 상태에서 충전을 자동 인식하여 충전을 원활하게 하는 것을 특징으로 한다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 기술사상의 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경 등이 가능하며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.

본 발명에 의하면, 배터리의 충전과 방전에 대하여 변환에 대한 현재 상태에 맞게 원활하게 하여 배터리의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다. 또한, 사용자가 배터리의 현재의 충전 상태 및 설정 상태를 쉽게 알 수 있도록 하여 충전시기를 적절하게 조절할 수 있다.

특히, 출력 대상이 일정한 부하일 경우 사용자의 일회의 설정으로 사용 중 배터리의 방전으로 전압 강하발생으로 대하여 출력의 전류를 높여 주게 되어 전체 출력 파워가 작아지지 않아 사용 중 계속적인 설정 변경이 필요 없어 사용자에게 편의를 제공할 수 있다.

또한, 종래에는 지정된 기기 하나에 대해서만 충전할 수 있었으나, 본 발명은 출력 대상이 휴대폰, PDA,MP3,DMB 등의 배터리를 모두 충전할 수 있는 제어회로를 내장하고 있으므로 여러 종류의 외부기기의 배터리를 충전할 수 있다. 특히, 여러 개의 배터리 팩을 준비하여 이동중이거나 전원을 공급 받지 못하는 곳에서 휴대용 외부기기를 장시간 동안 충전할 수 있는 효과가 있다.

Claims

배터리, 배터리보호회로, 출력제어회로, 충전디스플레이부, 마이크로컨트롤러로 이루어지는 충전용 배터리 충전회로에 있어서, 상기 배터리는 보호제어회로(33), 배터리보호용 입출력 차단회로(30), 배터리 보호제어회로(33)에 의하여 마이크로컨트롤러(20)에 연결되고, 외부기기(60)에 대한 전원을 체크하여 자동으로 충전하기 위하여 전원입출력부(21), 입출력전압검출부(35), 입출력전류검출부(36)가 마이크로컨트롤러(20)에 연결되고, 충전스위치(31), 출력스위치(32)가 병렬로 결합되어 입출력제어회로(34), 마이크로컨트롤러(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩의 제어회로.
제 1 항에 있어서, 상기 배터리는 배터리보호용 입출력 차단회로(30), 배터리 보호제어회로(33)에 의하여 마이크로컨트롤러(20))와 결합하여 충전 및 방전시에 발생되는 배터리 편차를 최소화 하는 배터리 보호회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩 제어회로.
제 1 항에 있어서, 상기 충전스위치(31)와, 입출력제어회로(34) 및 카이크로컨트롤러(20)가 결합되어 상기 배터리팩의 사용중 배터리 전압 변화에 따라 출력전류를 변화 시켜 출력의 전체적인 용량을 일정하게 유지 시키는 출력 방식을 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩 제어회로.
제 1 항에 있어서, 상기 전원입출력부(21)와, 출력스위치(32) 및 마이크러컨트롤러(20)가 결합되어 배터리팩의 입출력이 차단된 상태에서 충전을 자동 인식하여 충전을 원활하게 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 배터리팩 제어회로.