KR20070064878A - 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 팩 구조의 배터리의 충전 시간을 단축시키기 위한 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치는 충전용 전력을 공급하는 복수개의 전력 공급부; 복수개의 배터리 셀 구조를 갖는 하나 이상의 배터리 팩; 상기 복수개의 전력 공급부 각각의 출력 단자와 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들 각각의 충전용 입력 단자를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 스위칭 회로; 및 상기 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하면서, 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전되도록 상기 스위칭 회로를 제어하는 컨트롤러를 포함함을 특징으로 한다.

Description

팩 구조의 배터리 고속 충전 장치 및 방법{Apparatus and method for charging battery having pack structure at high speed}
도 1은 본 발명에 따른 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 팩 구조의 배터리 고속 충전 방법의 흐름도이다.
본 발명은 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 팩 구조의 배터리의 충전 시간을 단축시키기 위한 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
오디오 기기나 이동 전화기와 같은 무선 및 휴대용 제품들은 대부분이 충전지로부터 전원을 공급받는다. 휴대용 제품들이 지속적으로 소형화, 경량화 하는 동안 이 제품들에 전원을 공급하는 전지의 성능도 계속하여 개선되고 있다. 현재 캠코더나 휴대폰 등에는 Li-ion 전지가 사용되고 있으며, 에너지 밀도가 다른 전지에 비해 몇 배 높기 때문에 다른 응용 제품에서 사용이 확대되고 있다.
어떠한 충전지를 사용하더라도 방전된 상태에서 충전시키기 위해서는 일정 시간이 소요되며, 대용량일수록 충전 시간은 더욱더 길어진다.
최근에는, 하나의 배터리에 복수개의 배터리 셀이 포함되는 구조의 배터리 팩(pack)이 개발되어 많은 전자기기에 적용되고 있다.
그런데, 종래의 기술에 따르면, 내장 배터리 팩과 외장 배터리 팩을 함께 구비하는 기기에서 내장 배터리 충전용 전력 공급기와 외장 배터리 충전용 전력 공급기가 각각 구비되어 있는데, 이들은 각각 독립적으로 동작된다. 즉, 내장 배터리 충전용 전력 공급기는 내장 배터리 충전 시에만 동작하고, 외장 배터리 충전용 전력 공급기는 외장 배터리 충전 시에만 동작한다. 이에 따라서, 충전 시간이 다소 길어지는 단점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 복수개의 전력 공급기로 하나 이상의 배터리 팩의 각 셀들을 효과적으로 충전시켜 충전 시간을 단축시키기 위한 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치는 충전용 전력을 공급하는 복수개의 전력 공급부; 복수개의 배터리 셀 구조를 갖는 하나 이상의 배터리 팩; 상기 복수개의 전력 공급부 각각의 출력 단자와 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들 각각의 충전용 입력 단자를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 스위칭 회로; 및 상기 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하면서, 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전되도록 상기 스위칭 회로를 제어하는 컨트롤러를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 팩 구조의 배터리 고속 충전 방법은 복수개의 전력 공급부로 복수개의 배터리 셀 구조를 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 충전시키는 방법에 있어서, (a) 어뎁터 전원이 공급되면 상기 복수개의 전력 공급부를 인에이블시키는 단계; 및 (b) 상기 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하면서, 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들을 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
위에서, 배터리 팩이 복수 개인 경우에, 복수개의 전력 공급부에 의하여 각각의 배터리 팩을 하나씩 순차적으로 충전시키고, 각각의 배터리 팩 충전 시에 해당 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전되도록 제어하는 것이 효과적이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치는 어뎁터(110), 제1,2전력 공급부(120-1, 120-2), 컨트롤러(130), 제1,2,3,4스위칭부(140-1, 140-2, 140-3, 140-4), 내장 배터리 팩(150-1) 및 외장 배터리 팩(150-2)을 포함한다.
도 1에서 시스템(160)은 내장 배터리 팩(150-1), 외장 배터리 팩(150-2) 또는 어뎁터(110)에 의하여 전원을 공급받아 동작하는 전자기기를 의미하며, 다이오드 D1은 어뎁터(110) 쪽으로 전류가 역류되는 것을 방지하기 위한 회로 수단이다.
내장 배터리 팩(150-1) 및 외장 배터리 팩(150-2)은 설명의 편의성을 위하여 각각 2개의 배터리 셀로 구성되는 예를 들었다. 그러나, 본 발명은 2개의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩으로 한정되지 않으며, 2개 이상의 배터리 셀들로 배터리 팩을 구성할 수도 있다.
내장 배터리 팩(150-1)은 배터리 셀1(Cell 1), 배터리 셀2(Cell 2) 및 스위치 SW1을 포함하고 있으며, 외장 배터리 팩(150-2)은 배터리 셀3(Cell 3), 배터리 셀4(Cell 4) 및 스위치 SW2를 포함하고 있다. 또한, 외장 배터리 팩(150-2)은 충전 장치에 접속되는지를 감지하고, 이에 대한 감지 신호(DET)를 생성시켜 컨트롤러(130)로 전달한다.
본 발명에서 내장 및 외장 배터리 팩(150-1, 150-2) 내의 각각의 배터리 셀들은 도 1에 도시된 바와 같이 스위치 SW1 및 SW2에 의하여 병렬로 접속되는 구조를 갖는다. 물론, 배터리 팩 내의 복수의 배터리 셀들을 직렬로 접속되는 구조를 갖도록 설계할 수도 있다.
어뎁터(Adaptor; 110))는 교류 전원을 직류 전원으로 변환시키는 수단이다.
제1,2전력 공급부(120-1, 120-2)는 어뎁터(110)로부터 직류 전압을 공급받아 내장 및 외장 배터리 팩(150-1, 150-2)을 구성하는 각각의 배터리 셀에 충전용 전류를 공급하는 수단이다.
제1스위칭부(140-1)는 제1전력 공급부(120-1)의 출력 단자와 내장 배터리 팩(150-1)을 구성하는 배터리 셀1(Cell 1)의 충전 입력 단자를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 역할을 한다.
제2스위칭부(140-2)는 제2전력 공급부(120-2)의 출력 단자와 내장 배터리 팩(150-1)을 구성하는 배터리 셀2(Cell 2)의 충전 입력 단자를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 역할을 한다.
제3스위칭부(140-3)는 제1전력 공급부(120-1)의 출력 단자와 외장 배터리 팩(150-2)을 구성하는 배터리 셀3(Cell 3)의 충전 입력 단자를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 역할을 한다.
제4스위칭부(140-4)는 제2전력 공급부(120-2)의 출력 단자와 외장 배터리 팩(150-2)을 구성하는 배터리 셀4(Cell 4)의 충전 입력 단자를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 역할을 한다.
컨트롤러(130)는 내장 및 외장 배터리 팩(150-1, 150-2)의 충전 상태를 모니터링하면서, 내장 및 외장 배터리 팩(150-1, 150-2)에 각각 포함된 2개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전되도록 제1,2,3,4스위칭부(140-1, 140-2, 140-3, 140-4)를 제어한다.
그러면, 세부적으로 컨트롤러(130)의 충전 회로 제어에 의한 팩 구조의 배터리 고속 충전 방법에 대하여 도 2의 흐름도를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
우선, 컨트롤러(130)에 어뎁터(110) 전원이 공급되는지를 판단한다(S201).
단계201(S201)의 판단 결과 어뎁터 전원이 공급되는 경우에, 컨트롤러(130)는 내장 배터리 팩(150-1)의 스위치 SW1 및 외장 배터리 팩(150-2)의 스위치 SW2를 차단(OFF)시도록 스위칭 제어신호 CTL_SW1 및 CTL_SW2를 생성시킨다(S202). 이는 어뎁터(110) 전원이 공급되는 경우에 내장 배터리 팩(150-1) 및 외장 배터리 팩 (150-2) 각각의 출력 단자와 시스템(160)의 전원 입력 단자를 차단시켜 시스템(160)의 전원을 어뎁터(110)에서만 공급받도록 하기 위함이다.
만일, 어뎁터(110) 전원이 공급되는 동안에도 시스템(160)의 전원을 내장 배터리 팩(150-1) 또는 외장 배터리 팩(150-2)으로부터 공급받기를 원하는 경우에는 스위치 SW1 또는 SW2를 ON시키도록 설계할 수도 있다.
그리고 나서, 컨트롤러(130)는 인에이블 신호 CH_EN1 및 CH_EN2를 각각 제1전력 공급부(120-1) 및 제2전력 공급부(120-2)에 인가하여 제1전력 공급부(120-1) 및 제2전력 공급부(120-2)를 가동시킨다(S203).
다음으로, 컨트롤러(130)는 내장 배터리 팩(150-1) 및 외장 배터리 팩(150-2)의 충전 상태를 모니터링한다. 본 발명의 일실시 예에서는 내장 배터리 팩(150-1)의 충전 상태를 우선적으로 모니터링하는 것으로 설계하였으나, 경우에 따라서는 외장 배터리 팩(150-2)의 충전 상태를 우선적으로 모니터링하도록 설계할 수도 있다.
내장 배터리 팩(150-1)의 충전 상태를 모니터링하기 위하여 컨트롤러(130)는 내장 배터리 팩(150-1)을 구성하는 배터리 셀1(Cell 1)의 충전 전압 V_C1과 배터리 셀2(Cell 2)의 충전 전압 V_C2 각각을 충전 임계 전압 Vth와 비교한다(S204). 여기에서, 충전 임계 전압 Vth는 배터리 셀들의 충전 목표 전압에 해당된다.
단계204(S204)의 판단 결과 배터리 셀1(Cell 1) 또는 배터리 셀2(Cell 2) 어느 한쪽의 충전 전압이라도 충전 임계 전압 Vth에 도달되지 않는 경우에는, 충전 임계 전압 Vth에 미달되는 배터리 셀을 충전시키기 위하여 해당 배터리 셀에 연결 된 스위칭부를 ON시킨다(S205). 즉, 컨트롤러(130)는 배터리 셀1(Cell 1)의 충전 전압 V_C1이 충전 임계 전압 Vth 보다 작은 경우에는 스위칭부를 인에이블시키기 위한 제어신호 INT_EN1을 제1스위칭부(140-1)에 인가하여 제1스위칭부(140-1)를 ON시킨다. 제1스위칭부(140-1)가 ON되면 제1전력 공급부(120-1)에서 출력되는 충전 전류에 의하여 내장 배터리 팩(150-1)의 배터리 셀1(Cell 1)이 충전된다. 같은 방법으로 컨트롤러(130)는 배터리 셀2(Cell 2)의 충전 전압 V_C2가 충전 임계 전압 Vth 보다 작은 경우에는 스위칭부를 인에이블시키기 위한 제어신호 INT_EN2를 제2스위칭부(140-2)에 인가하여 제2스위칭부(140-2)를 ON시킨다. 제2스위칭부(140-2)가 ON되면 제2전력 공급부(120-2)에서 출력되는 충전 전류에 의하여 내장 배터리 팩(150-1)의 배터리 셀2(Cell 2)가 충전된다.
이에 따라서, 내장 배터리 팩(150-1)을 구성하는 배터리 셀1(Cell 1) 및 배터리 셀2(Cell 2)는 각각 제1전력 공급부(120-1) 및 제2전력 공급부(120-2)에 의하여 개별적으로 충전이 실행된다.
만일, 단계204(S204)의 판단 결과 배터리 셀1(Cell 1)과 배터리 셀2(Cell 2)의 충전 전압이 모두 충전 임계 전압 Vth에 도달된 경우에는, 컨트롤러(130)는 스위칭부를 디스에이블(disable)시키기 위한 제어신호 INT_EN1 및 INT_EN2를 각각 제1스위칭부(140-1) 및 제2스위칭부(140-2)에 인가하여 제1스위칭부(140-1) 및 제2스위칭부(140-2)를 모두 OFF시킨다(S206). 제1스위칭부(140-1) 및 제2스위칭부(140-2)가 OFF 됨에 따라 내장 배터리 팩(150-1)은 충전을 종료하게 된다.
내장 배터리 팩(150-1)의 충전을 종료하고 나서, 외장 배터리 팩(150-2)이 충전 장치에 접속되어 있는지를 판단한다(S207). 즉, 전기적인 접촉 센서를 이용하여 외장 배터리 팩(150-2)이 제3,4스위칭부(140-3, 140-4)의 출력 단자와 전기적으로 접촉되는지를 감지하는 감지 신호(DET)를 입력받아, 컨트롤러(130)는 외장 배터리 팩(150-2)의 접속 여부를 판정한다.
단계207(S207)의 판단 결과 외장 배터리 팩(150-2)이 접속되어 있는 경우에, 외장 배터리 팩(150-2)의 충전 상태를 모니터링하기 위하여 컨트롤러(130)는 외장 배터리 팩(150-2)을 구성하는 배터리 셀3(Cell 3)의 충전 전압 V_C3과 배터리 셀4(Cell 4)의 충전 전압 V_C4 각각을 충전 임계 전압 Vth와 비교한다(S208).
단계208(S208)의 판단 결과 배터리 셀3(Cell 3) 또는 배터리 셀4(Cell 4) 어느 한쪽의 충전 전압이라도 충전 임계 전압 Vth에 도달되지 않는 경우에는, 충전 임계 전압 Vth에 미달되는 배터리 셀을 충전시키기 위하여 해당 배터리 셀에 연결된 스위칭부를 ON시킨다(S209). 즉, 컨트롤러(130)는 배터리 셀3(Cell 3)의 충전 전압 V_C3이 충전 임계 전압 Vth 보다 작은 경우에는 스위칭부를 인에이블시키기 위한 제어신호 EXT_EN1을 제3스위칭부(140-3)에 인가하여 제3스위칭부(140-3)를 ON시킨다. 제3스위칭부(140-3)가 ON되면 제1전력 공급부(120-1)에서 출력되는 충전 전류에 의하여 외장 배터리 팩(150-2)의 배터리 셀3(Cell 3)이 충전된다. 같은 방법으로 컨트롤러(130)는 배터리 셀4(Cell 4)의 충전 전압 V_C4가 충전 임계 전압 Vth 보다 작은 경우에는 스위칭부를 인에이블시키기 위한 제어신호 EXT_EN2를 제4스위칭부(140-4)에 인가하여 제4스위칭부(140-4)를 ON시킨다. 제4스위칭부(140-4)가 ON되면 제2전력 공급부(120-2)에서 출력되는 충전 전류에 의하여 외장 배터리 팩(150-2)의 배터리 셀4(Cell 4)가 충전된다.
이에 따라서, 외장 배터리 팩(150-2)을 구성하는 배터리 셀3(Cell 3) 및 배터리 셀4(Cell 4)는 각각 제1전력 공급부(120-1) 및 제2전력 공급부(120-2)에 의하여 개별적으로 충전된다.
만일, 단계208(S208)의 판단 결과 배터리 셀3(Cell 3)과 배터리 셀4(Cell 4)의 충전 전압이 모두 충전 임계 전압 Vth에 도달된 경우에는, 컨트롤러(130)는 스위칭부를 디스에이블(disable)시키기 위한 제어신호 EXT_EN1 및 EXT_EN2를 각각 제3스위칭부(140-3) 및 제4스위칭부(140-4)에 인가하여 제3스위칭부(140-3) 및 제4스위칭부(140-4)를 모두 OFF시킨다(S210). 제3스위칭부(140-3) 및 제4스위칭부(140-4)가 OFF 됨에 따라 외장 배터리 팩(150-2)은 충전을 종료하게 된다.
이와 같은 동작에 의하여 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 충전용 전류를 각각 공급받아 개별적으로 충전될 수 있게 되었다.
본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM : Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 내장 및 외장 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 충전용 전류를 각각 공급받아 충전되도록 제어함으로써, 종래의 기술에 비하여 충전 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (4)

  1. 충전용 전력을 공급하는 복수개의 전력 공급부;
    복수개의 배터리 셀 구조를 갖는 하나 이상의 배터리 팩;
    상기 복수개의 전력 공급부 각각의 출력 단자와 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들 각각의 충전용 입력 단자를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 스위칭 회로; 및
    상기 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하면서, 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전되도록 상기 스위칭 회로를 제어하는 컨트롤러를 포함함을 특징으로 하는 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리 팩이 복수 개인 경우에, 상기 컨트롤러는 상기 복수개의 전력 공급부에 의하여 각각의 배터리 팩을 하나씩 순차적으로 충전시키고, 각각의 배터리 팩 충전 시에 해당 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전되도록 상기 스위칭 회로를 제어함을 특징으로 하는 팩 구조의 배터리 고속 충전 장치.
  3. 복수개의 전력 공급부로 복수개의 배터리 셀 구조를 갖는 하나 이상의 배터리 팩을 충전시키는 방법에 있어서,
    (a) 어뎁터 전원이 공급되면 상기 복수개의 전력 공급부를 인에이블시키는 단계; 및
    (b) 상기 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하면서, 상기 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들을 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 팩 구조의 배터리 고속 충전 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 배터리 팩이 복수 개인 경우에, 상기 단계(b)는 상기 복수개의 전력 공급부에 의하여 각각의 배터리 팩을 하나씩 순차적으로 충전시키고, 각각의 배터리 팩 충전 시에 해당 배터리 팩에 포함된 복수개의 배터리 셀들은 서로 다른 전력 공급부에 의하여 개별적으로 충전시킴을 특징으로 하는 팩 구조의 배터리 고속 충전 방법.
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