KR20110075365A - 배터리 팩 및 이의 충전 제어방법 - Google Patents

배터리 팩 및 이의 충전 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 배터리 팩 및 이의 충전 제어방법에 관한 것으로, 충전가능한 배터리 셀과, 배터리 셀을 무선으로 충전하는 제1 충전회로와, 외부 장치와 연결되는 단자부와, 단자부와 연결되는 외부 전원으로부터의 전력을 사용하여 배터리를 충전하는 제2 충전회로와, 제1 충전회로 및 제2 충전회로의 충전을 제어하는 제어회로를 포함하여 배터리 팩의 무접점 충전 및 유선 충전이 가능하게 한다.

Description

배터리 팩 및 이의 충전 제어방법{Battery pack and controlling method of charging the same}
본 발명은 배터리 팩 및 이의 충전 제어방법에 관한 것이다.
휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
배터리는 배터리 셀과 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로를 포함하는 배터리 팩 형태로 제공되며, 배터리 셀의 종류에 따라서 리튬 이온(Li-ion) 배터리, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리 등으로 분류할 수 있다. 이러한 배터리 셀은 재충전이 가능한 이차전지로서 재충전하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 무접점 충전 및 유선 충전이 가능한 배터리 팩 및 이의 충전 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 실시예의 일 측면에 따르면, 충전가능한 배터리 셀과, 배터리 셀을 무선으로 충전하는 제1 충전회로와, 외부 장치와 연결되는 단자부와, 단자부와 연결되는 외부 전원으로부터의 전력을 사용하여 배터리 셀을 충전하는 제2 충전회로와, 제1 충전회로 및 제2 충전회로의 충전을 제어하는 제어회로를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
이러한 본 실시예의 다른 특징에 의하면, 배터리 셀은 제1 충전회로와 제2 충전회로에 의하여 동시에 충전될 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 충전회로는, 외부 자기장에 의하여 유도 전류를 생성하는 전류 유도회로 및 유도 전류를 정류하는 정류회로를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 충전회로는 배터리 셀로부터의 전류의 역류를 방지하는 다이오드를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 셀의 과충전을 방지하는 제1 제어 스위치를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제2 충전회로는, 배터리 셀의 충전을 제어하는 제2 제어 스위치를 포함할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제어회로는 제1 제어 스위치 및 제2 제어 스위치에 동일한 제어신호를 인가할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 충전회로는 13.56MHz의 전파로부터 전류를 유도할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 제1 충전회로는 외부 장치에 설치된 안테나를 공용으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예의 다른 측면에 따르면, 충전가능한 배터리 셀과, 배터리 셀과 병렬로 연결되는 단자부를 포함하는 배터리 팩의 충전 제어방법으로서, 외부 자기장에 의하여 유도되는 전력을 사용하여 배터리 셀을 무선으로 충전하고, 단자부로 인가되는 외부 전원을 사용하여 배터리 셀을 유선으로 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 제어방법이 제공된다.
이러한 본 실시예의 다른 특징에 의하면, 무선 충전 및 유선 충전을 동시에 수행할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 유선 충전만을 수행하는 경우, 배터리 셀로부터 무선 충전을 위한 수단으로 전류가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 셀이 과충전 된 경우, 배터리 셀의 유선 충전 및 배터리 셀의 무선 충전을 동시에 중단할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 셀을 무선으로 충전하는 방법은, 외부 자기장에 의하여 전류를 유도하고, 유도된 전류를 정류하고, 정류된 전류 를 사용하여 배터리 셀을 충전할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 셀의 무선 충전의 경우, 13.56MHz의 전파를 사용할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면 무접점 충전회로와 유선 충전회로를 모두 포함하는 배터리 팩을 제공함으로써 무접점 충전 및 유선 충전을 모두 수행할 수 있다.
또한, 무접점 충전회로를 별도로 제어하여 무접점 충전과 유선 충전을 동시에 택일하여 선택적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 배터리 셀(10), 무접점 충전회로(20), 단자부(30), 유선 충전회로(40), 제어회로(50)를 포함한다.
배터리 셀(10)은 하나 또는 2 이상의 베어셀을 포함할 수 있으며, 단자부(30)를 통하여 외부 장치와 연결되면, 충전 또는 방전을 실시한다. 베어셀은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체와 전극 조립체를 수용하며 상단에 개구부를 형성하는 캔 및 캔의 개구부에 구비되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 구비한다. 배터리 셀(10)은 충전하여 사용하는 것이 가능한 이차 전지이다.
무접점 충전회로(20)는 배터리 팩(1)의 단자부(20)와 물리적인 접속 없이 외 부 전원을 사용하여 배터리 셀(10)을 무선으로 충전 가능하도록 하는 회로이다. 배터리 셀(10)을 무선으로 충전하는 방법은 무선통신의 원리와 유사하며, 외부 장치에서 전송된 전파를 무접점 충전회로(20)에 구비된 안테나 등의 코일로 수신하고, 수신한 전파로 인하여 유도된 전류를 사용하여 배터리 셀(10)을 충전하는 것이다. 이러한 무접점 충전을 위하여 무접점 충전회로(20)는 전류 유도회로(21), 정류회로(22), 보호회로(23)를 포함할 수 있다.
전류 유도회로(21)는 배터리 팩(1) 외부에 형성되는 자기장의 변화를 감지하여 유도 전류를 생성한다. 구체적으로 무접점 충전기(100)에서 무접점 충전을 위하여 고주파수의 전류를 사용하여 자기장을 형성한다. 외부 공간에 형성된 자기장은 전류 유도회로(21)에 의하여 다시 고주파수의 전류로 변환된다. 즉, 전류 유도회로(21)는 무접점 충전기(100)와 유도 결합에 의하여 자기적으로 커플링된다. 전류 유도회로(21)에 의하여 생성되는 유도 전류는 교류이며, 크기와 위상이 시간에 따라서 변한다. 이 때, 배터리 셀(10)의 효율적인 충전을 위하여는 무접점 충전기(100)에 의하여 전류 유도회로(21)에서 수신되는 유도되는 전력이 4Wh 이상인 것이 바람직하다.
정류회로(22)는 전류 유도회로(21)에 의하여 유도된 전류를 정류한다. 즉, 정류회로(22)는 교류 전류를 직류 전류로 변환하고, 직류로 변환된 전류의 크기가 일정하게 유지한다. 정류회로(22)는 무접점 충전기(100)와의 유도결합을 위한 코일을 포함할 수 있으며, 전류의 크기를 일정하게 유지하기 위한 평활회로를 포함하고 있을 수 있다.
보호회로(23)는 무접점 충전회로(20)의 고장 또는/및 오작동 시에 무접점 충전회로(20) 및 배터리 셀(10)을 보호하는 회로이다. 보호회로(23)는 전류 유도회로(21) 및 정류회로(22)로부터 배터리 셀(10)로 인가되는 전류의 흐름을 통과시키거나 차단시키며, 이를 위하여 각종 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(10)이 과충전 된 경우, 보호회로(23)는 배터리 셀(10)의 보호를 위하여 무접점 충전회로(20)로부터 배터리 셀(10)로의 충전 경로를 차단시킬 수 있다. 또한 보호회로(23)는 배터리 셀(10)로부터 무접점 충전회로(20)로 역류되는 전류를 차단시킨다. 예를 들어, 배터리 셀(10)이 유선 충전기(100)를 통하여 충전되는 동안에는 배터리 셀(10) 측의 전압이 무접점 충전회로(20) 측의 전압보다 더 높기 때문에 배터리 셀(10)로부터 무접점 충전회로(20)로 전류가 누설될 수 있는데, 보호회로(230는 이러한 전류의 역류를 차단할 수 있다. 보호회로(23)는 후술할 제어회로(50)에 의하여 동작이 제어될 수 있다.
단자부(30)는 전자기기 또는 유선 충전기(200) 등의 외부 장치와 연결되는 부분이다. 단자부(30)는 양극 단자(31)와 음극 단자(32)를 구비한다. 단자부(30)는 배터리 셀(10)과 병렬로 연결되며, 외부와 연결되어 배터리 셀(10)로의 충전 또는 배터리 셀(10)에 의한 방전을 수행한다. 단자부(30)와 배터리 셀(10) 사이의 경로는 충전/방전 경로로 사용되는 대전류 경로이며, 이 대전류 경로를 통해 비교적 큰 전류가 흐른다.
유선 충전회로(40)는 단자부(30)를 통하여 인가되는 전력을 사용하여 배터리 셀(10)을 충전하는 회로이다. 단자부(30), 유선 충전회로(40), 배터리 셀(10)로 이 어지는 대전류 경로를 통하여 흐르는 전류를 사용하여 배터리 셀(10)이 충전된다. 유선 충전회로(40)는 단자부(30)에 전자기기가 연결될 경우에는 방전회로로서의 동작도 수행할 것이다. 유선 충전회로(40)는 배터리 셀(10)의 충전을 제어하는 충전 제어소자와 방전을 제어하는 방전 제어소자들을 포함할 수 있다.
무접점 충전회로(20)와 유선 충전회로(40)는 서로 별개로 동작할 수 있으며, 따라서 무접점 충전회로(20)를 이용한 무선 충전만을 수행할 수도 있으며, 유선 충전회로(30)를 이용한 유선 충전만을 수행할 수도 있다. 또한 무접점 충전회로(20)와 유선 충전회로(40)를 모두 구비하고 있으므로, 무선 충전과 유선 충전을 동시에 수행할 수도 있다. 무선 충전과 유선 충전을 동시에 수행하는 경우, 배터리 셀(10)로 인가하는 전류의 양을 증가시킬 수 있기 때문에 급속 충전이 가능하게 된다.
제어회로(50)는 배터리 팩(1)이 안정적인 동작을 수행할 수 있도록 배터리 팩(1) 내부의 동작을 제어하며, 특히 제어회로(50)는 무접점 충전회로(20)와 유선 충전회로(40)의 배터리 셀(10) 충전 동작을 제어할 수 있다. 제어회로(50)는 무접점 충전기(100) 또는/및 유선 충전기(200)가 배터리 팩(1)과 무선 또는/및 유선으로 연결된 것을 감지하면 배터리 셀(10)을 충전하도록 무접점 충전회로(20)와 유선 충전회로(40)를 제어한다. 예를 들어, 충전하는 동안 무접점 충전회로(20)나 유선 충전회로(40)에 포함된 제어 스위치를 on 시켜 대전류 경로가 형성되도록 한다. 혹은 충전하는 동안 배터리 셀(10)이 과충전 되거나 배터리 팩(1)의 이상동작을 감지한 경우에는, 상기 제어 스위치를 off 시켜 대전류 경로를 차단한다. 이 때, 제어회로(50)는 무접점 충전회로(20)와 유선 충전회로(40)를 동일한 제어신호로 제어하 는 것도 가능하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 무접점 충전회로(20)와 유선 충전회로(40)를 각각 별도의 제어신호로 제어하는 것도 가능하다.
상기 설명한 동작 외에도 제어회로(50)는 배터리 셀(10)의 전압을 감지하여 과충전 여부를 판단하며, 배터리 셀(10) 내부의 베어셀 각각의 상태를 감지하여 셀 밸런싱을 수행할 수 있을 것이다. 또한 과전류가 흐르는 것을 판단하거나 배터리 팩(1)의 온도를 측정하여 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있을 것이다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 배터리 팩(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 팩의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
무접점 충전회로(20)는 전류 유도회로(21)로서 코일(L2)과 커패시터(C1)를 포함한다. 코일 L2는 무접점 충전기(100)에 구비된 코일 L1과 유도결합 되며, 코일 L1에 교류전류가 인가될 때 발생하는 자기장의 변화를 감지하여 유도 전류를 생성한다. 커패시터 C1은 코일 L2와 병렬 연결되어 코일 L2에서 발생하는 교류 전류가 공진하도록 하는 커패시터이다. 코일 L2의 인덕턴스와 커패시터 C1의 커패시턴스는
Figure 112009080719930-PAT00001
를 만족시키는 값이다. f는 공진주파수로서, 무선 충전에 사용되는 전류의 주파수이다. 본 실시예의 경우, RFID 기술에 적용되는 13.56MHz를 사용할 수 있다. 또한 코일 L2는 안테나로서 배터리 팩(1)에 연결되는 전자기기에 설치되어 있는 안테나를 공용으로 사용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 핸드폰 에서 E-commerce 기능을 수행하기 위한 13.56MHz의 주파수를 가진 안테나를 공용으로 사 용할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 코일 L2에서 전력 유도의 효율을 높이기 위해서 배터리 셀(10)의 배면에 차폐재가 설치되도록 할 수 있다. 즉, 코일 L2와 배터리 셀(10) 사이에 차폐재가 게재되도록 할 수 있다. 예를 들어, 코일 L2로서 전자기기의 통신용 안테나를 공용으로 사용하는 경우, 배터리 팩(1)이 전자기기와 접하는 부분에 차폐재가 구비될 수 있을 것이다.
무접점 충전회로(20)는 정류회로(22)로서 다이오드 D4와 커패시터 C2로 이루어진 평활회로를 사용할 수 있다. 다이오드 D4의 애노드 전극은 코일 L2의 제1 단자에 연결되며, 캐소드 전극은 보호회로(23)와 연결된다. 또한 커패시터 C2는 다이오드 D4의 출력를 통하여 인가된 전류가 일정한 값을 유지하도록 한다. 커패시터 C2의 일 단자는 다이오드 D4의 캐소드 전극과 연결되며, 다른 일 단자는 코일 L2의 제2 단자와 보호회로(23) 사이에 연결된다.
그리고 무접점 충전회로(20)는 보호회로(23)로서 역류 방지용 다이오드 Da와 무접점 충전용 제어 스위치(24)를 포함할 수 있다.
다이오드 Da는 배터리 셀(10)이 유선 충전기(100)에 의하여 유선 충전 되는 동안, 배터리 셀(10)로부터 무접점 충전회로(20)로 전류가 역류하는 것, 즉 누설 전류가 생기는 것을 방지한다. 또는 다이오드 Da는 배터리 셀(10)이 방전동작을 수행하는 동안, 배터리 셀(10)로부터 무접점 충전회로(20)로 누설 전류가 생기는 것을 방지할 수도 있다.
무접점 충전용 제어 스위치(24)는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 FET라 함)와 기생 다이오드(parasitic diode)로 이루어진다. 즉, 무접점 충전용 제어 스위치(24)는 FET1과 D1으로 이루어진다. 배터리 셀(10)을 충전할 때, 무접점 충전용 제어 스위치(24)는 on 상태가 된다. 무접점 충전용 제어 스위치(24)는 충전을 위한 경로를 형성한다. 따라서, FET1의 드레인 전극이 배터리 셀(10)의 음극에 연결되고, FET1의 소스 전극이 코일 L2의 제2 단자와 연결되도록 한다. 여기서, 무접점 충전용 제어 스위치(24)의 전계 효과 트랜지스터(FET1)는 스위칭 소자이며, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 다른 종류의 스위칭 기능을 수행하는 전기소자가 사용될 수 있다.
단자부(30)는 양극 단자(31) 및 음극 단자(32)를 포함하고 있다. 양극 단자(31) 및 음극 단자(32)가 전자기기와 연결될 때 배터리 셀(10)의 방전이 이루어지며, 유선 충전기(200)와 연결될 때 배터리 셀(10)의 유선 충전이 이루어진다. 이 때, 음극 단자(32)에는 배터리 셀(10)의 용량을 나타내는 용량 인식 저항(Rc)이 연결될 수 있다. 용량 인식 저항(Rc)의 일 단자(33)는 외부기기와 연결되며, 외부기기에서 용량 인식 저항(Rc)의 저항값을 인식하여 배터리 셀(10)의 용량을 판단할 수 있게 한다.
유선 충전회로(40)는 충전제어 스위치(41)와 방전제어 스위치(42)를 포함할 수 있으며, 충전제어 스위치(41) 및 방전제어 스위치(42) 각각은 FET와 기생 다이오드로 이루어진다. 즉, 즉, 충전제어 스위치(41)는 FET2과 D2으로 이루어지며, 방전제어 스위치(42)는 FET3과 D3로 이루어진다. 충전제어 스위치(41)의 전계효과 트랜지스터(FET2)의 소스와 드레인 사이의 접속방향은 방전제어 스위치(42)의 전계 효과 트랜지스터(FET3)와는 반대방향으로 설정한다. 이러한 구성으로 충전제어 스위치(41)의 전계 효과 트랜지스터(FET2)는 배터리 셀(10)로부터 단자부(30)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속되는 한편, 방전제어 스위치(42)의 전계효과 트랜지스터(FET3)는 단자부(30)로부터 배터리 셀(10)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 여기서, 충전제어 스위치 및 방전제어 스위치(41,42)의 전계효과 트랜지스터(FET2, FET3)는 스위칭 소자이며, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 다른 종류의 스위칭 기능을 수행하는 전기소자가 사용될 수 있다. 또한, 충전제어 스위치 및 방전제어 스위치(41,42)에 포함된 기생 다이오드(D2,D3)는 전류가 제한되는 방향에 반대방향으로 전류가 흐르도록 구성한다.
제어회로(50)는 복수의 입출력 단자를 구비하며, 입력단자로 인가되는 전압 또는 전류값에 따라서 무접점 충전회로(20) 및 유선 충전회로(40)를 제어한다. 구체적으로, 제어회로(50)는 입력단자로서 VDD, VSS, ID 단자를 구비할 수 있다. VDD 단자는 배터리 셀(10)의 양극과 음극 사이에 직렬 연결된 저항 Ra와 커패시터 Ca 사이의 단자에 연결된다. VDD 단자를 통하여 제어회로(50)는 배터리 셀(10)의 전압을 감지하여 배터리 셀(10)의 충전 또는 방전 상태를 판단할 수 있다. VSS 단자는 배터리 셀(10)의 음극에 연결되며, 제어회로(50)는 배터리 셀(10)의 음극 전압을 그라운드 전압으로 사용할 수 있다. ID 단자와 음극 단자(32) 사이에는 저항 Rb가 연결되며, ID 단자를 통하여 제어회로(50)는 배터리 팩(1) 내에 과전류가 흐르는 것을 감지할 수 있다.
제어회로(50)는 무접점 충전기(100) 또는/및 유선 충전기(200)가 배터리 팩(1)에 연결된 것을 감지하면, CO 단자를 통하여 충전제어 스위치(41)에 하이 레벨의 제어신호를 인가한다. CO 단자에서 출력된 제어신호에 의하여 충전제어 스위치(41)는 on 상태가 되며, 이로 인하여 충전 동작이 수행될 수 있게 된다. 그리고 배터리 셀(10)이 과충전 되었다고 제어회로(50)가 판단한 경우, CO 단자를 통하여 로우 레벨의 제어신호를 출력하고, 이로 인하여 충전 동작을 중지시킬 수 있게 된다. 반면에, 단자부(30)에 전자기기가 연결된 것을 감지하면, DO 단자를 통하여 방전제어 스위치(42)에 하이 레벨의 제어신호를 인가한다. DO 단자에서 출력된 제어신호에 의하여 방전제어 스위치(42)는 on 상태가 되며, 이로 인하여 방전 동작이 수행될 수 있게 된다. 그리고 배터리 셀(10)이 과방전 되었다고 제어회로(50)가 판단한 경우, DO 단자를 통하여 로우 레벨의 제어신호를 출력하고, 이로 인하여 방전 동작을 중지시킬 수 있게 된다.
한편, CO 단자에서 출력된 제어신호는 무접점 충전회로(20)에 구비된 무접점 충전용 제어 스위치(24)에도 인가될 수 있다. 즉, CO 단자로부터의 제어신호는 충전제어 스위치(41)와 무접점 충전용 제어 스위치(24)에 동시에 인가될 수 있다. 따라서 배터리 팩(1)은 배터리 셀(10)의 충전 동작을 유선/무선으로 동시에 수행할 수 있으며, 배터리 셀(10)이 과충전 된 경우에 무접점 충전회로(20)와 유선 충전회로(40)의 충전 동작을 동시에 중지시킬 수 있게 된다.
도 3은 도 1에 따른 배터리 팩의 다른 실시예를 나타내는 회로도이다. 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 회로도는 도 2의 희로도와 유사한 구성 및 기능을 가지므로 차이점에 대하여만 설명하도록 한다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(1)에서 전류 유도회로(21)는 코일(L2)과 복수의 커패시터(C3~C5)를 포함한다. 코일 L2는 무접점 충전기(100)에 구비된 코일 L1과 유도결합 되며, 코일 L1에 교류전류가 인가될 때 발생하는 자기장의 변화를 감지하여 유도 전류를 생성한다. 커패시터 C3 내지 C5는 코일 L2의 양 단자 사이에 서로 직렬 연결된다. 커패시터 C3 내지 C5의 커패시턴스와 코일 L2의 인덕턴스는 충전 주파수가 공진주파수가 되도록 설정된다.
정류회로(22)로는 다이오드 브릿지 회로가 사용될 수 있다. 다이오드 브릿지 회로는 복수의 다이오드(D5~D9)을 포함할 수 있다. 다이오드 브릿지 회로의 입력단은 커패시터 C4의 양 단자에 연결된다. 즉, 커패시터 C4의 양 단자 사이에 유도되는 전압을 배터리 셀(10)의 충전에 사용한다. 그리고 다이오드 브릿지 회로의 출력단자는 보호회로(23)에 연결된다. 이 때, 다이오드 D6과 D8 사이의 단자는 항상 양의 값이 출력되며, 다이오드 D5와 D7사이의 단자는 항상 음의 값이 출력된다. 즉, 코일 L2에 의하여 유도되는 전류는 정현파 형태이며, 그 출력 전류는 정현파를 전파 정류한 형태이다.
그리고 무접점 충전회로(20)는 보호회로(23)로서 역류 방지용 다이오드 Da와 무접점 충전용 제어 스위치(24)를 포함할 수 있다.
다이오드 Da는 다이오드 D6과 D8 사이의 단자와 배터리 셀(10)의 양극 사이에 연결된다. 다이오드 Da는 배터리 셀(10)이 유선 충전기(100)에 의하여 유선 충전 되는 동안, 배터리 셀(10)로부터 무접점 충전회로(20)로 전류가 역류하는 것, 즉 누설 전류가 생기는 것을 방지한다. 또는 다이오드 Da는 배터리 셀(10)이 방전 동작을 수행하는 동안, 배터리 셀(10)로부터 무접점 충전회로(20)로 누설 전류가 생기는 것을 방지할 수도 있다.
무접점 충전용 제어 스위치(24)는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 FET라 함)와 기생 다이오드(parasitic diode)로 이루어진다. 즉, 무접점 충전용 제어 스위치(24)는 FET1과 D1으로 이루어진다. 배터리 셀(10)을 충전할 때, 무접점 충전용 제어 스위치(24)는 on 상태가 된다. 무접점 충전용 제어 스위치(24)는 FET1의 드레인 전극이 배터리 셀(10)의 음극에 연결되고, FET1의 소스 전극이 다이오드 D5와 D7 사이의 단자에 연결되도록 한다.
배터리 셀(10)을 포함한 그 우측의 회로들은 도 2와 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.
이하, 도 2 및 도 3에 따른 배터리 팩(1)의 충전 동작에 대하여 살펴보도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어회로(50)는 배터리 팩(1)에 충전기가 접속된 것을 감지한다(S100). 충전기의 접속을 감지하면, 먼저 접속된 충전기의 종류가 유선 충전기인지를 판단한다(S101).
접속된 충전기가 유선 충전기라고 판단한 경우에는 동시에 무접점 충전기도 접속되었는지를 판단한다(S102). 판단결과 배터리 팩(1)에 무접점 충전기도 접속되었다고 판단한 경우, 배터리 셀(10)을 유선 및 무선으로 동시에 충전한다(S103). 그리고 배터리 셀(10)이 만충전 되었는지를 판단하고(S104), 만충전 되지 않은 경우에는 S103 단계로 돌아가 충전 동작을 계속하고, 만충전 된 경우에는 유선 및 무선 충전 경로를 모두 차단하여(S105) 충전 동작을 종료한다.
한편, S102 단계에서 무접점 충전기는 접속되지 않았다고 판단한 경우, 배터리 셀(10)을 유선으로만 충전한다(S106). 그리고 배터리 셀(10)이 만충전 되었는지를 판단하고(S107), 만충전 되지 않은 경우에는 S106 단계로 돌아가 충전 동작을 계속하고, 만충전 된 경우에는 유선 충전 경로를 차단하여(S108) 충전 동작을 종료한다.
또한, S101 단계에서 접속된 충전기가 유선 충전기가 아니라고 판단한 경우, 무접점 충전기가 접속된 것으로 판단하여 배터리 셀(10)을 무선으로 충전한다(S109). 그리고 배터리 셀(10)이 만충전 되었는지를 판단하고(S110), 만충전 되지 않은 경우에는 S109 단계로 돌아가 충전 동작을 계속하고, 만충전 된 경우에는 무선 충전 경로를 차단하여(S111) 충전 동작을 종료한다.
여기서 S101 단계 및 S102 단계의 순서는 서로 변경될 수 있을 것이다. 즉, 먼저 무접점 충전기가 접속되었는지를 판단한 후에 유선 충전기가 접속되었는지를 판단할 수도 있을 것이다.
도 5는 도 1에 따른 배터리 팩의 충전모습을 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 배터리 팩(1)이 장착된 휴대폰은 무접점 충전기(100)와 유선 충전기(200)에 의하여 동시에 충전될 수 있다. 유선 충전기(200)는 전자기기에 구비된 연결단자를 통하여 배터리 팩(1)에 전력을 공급하며, 무접점 충전기(100)는 배터리 팩(1)과의 유도 결합을 통하여 전력을 공급한다. 도시하지는 않았으나, 무접점 충전기(100)에서 전송하는 전력은 휴대폰 등의 전자기기에 구비된 안테나를 사용하여 수신될 수 있다.
상기와 같이, 본 실시예들에 따르면 배터리 팩(1)을 무선 또는 유선으로 충전하거나, 무선 및 유선으로 동시에 충전하는 것이 가능하다. 또한 어떠한 충전 방식에 의하는 경우에도 무접점 충전회로와 유선 충전회로에 스위칭 소자를 구비하여 배터리 팩(1)이 안전하게 동작하도록 제어할 수 있게 된다.
이상에서 언급된 본 실시예 및 그 변형예들에 따른 충전방법을 배터리 팩에서 실행시키기 위한 프로그램은 기록매체에 저장될 수 있다. 여기서 기록매체라 함은 예컨대 프로세서가 읽을 수 있는 매체로서 반도체 기록매체(예컨대, Flash memory)를 사용할 수 있다. 상기 매체는 프로세서에 의해 판독 가능하며, 상기 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 팩의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1에 따른 배터리 팩의 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 1에 따른 배터리 팩의 충전모습을 나타내는 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 배터리 팩 10 배터리 셀
20 무접점 충전회로 21 전류 유도회로
22 정류회로 23 보호회로
24 무접점 충전용 제어 스위치 30 단자부
31 양극 단자 32 음극 단자
40 유선 충전회로 41 충전제어 스위치
42 방전제어 스위치 50 제어회로

Claims (15)

  1. 충전가능한 배터리 셀;
    상기 배터리 셀을 무선으로 충전하는 제1 충전회로;
    외부 장치와 연결되는 단자부;
    상기 단자부와 연결되는 외부 전원으로부터의 전력을 사용하여 상기 배터리 셀을 충전하는 제2 충전회로; 및
    상기 제1 충전회로 및 상기 제2 충전회로의 충전을 제어하는 제어회로;를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 상기 제1 충전회로와 상기 제2 충전회로에 의하여 동시에 충전되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 충전회로는,
    외부 자기장에 의하여 유도 전류를 생성하는 전류 유도회로; 및
    상기 유도 전류를 정류하는 정류회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 충전회로는 상기 배터리 셀로부터의 전류의 역류를 방지하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 과충전을 방지하는 제1 제어 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 충전회로는,
    상기 배터리 셀의 충전을 제어하는 제2 제어 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어회로는 상기 제1 제어 스위치 및 상기 제2 제어 스위치에 동일한 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 충전회로는 13.56MHz의 전파로부터 전류를 유도하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 충전회로는 상기 외부 장치에 설치된 안테나를 공용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 충전가능한 배터리 셀과 상기 배터리 셀과 병렬로 연결되는 단자부를 포함하는 배터리 팩의 충전 제어방법으로서,
    외부 자기장에 의하여 유도되는 전력을 사용하여 상기 배터리 셀을 무선으로 충전하고,
    상기 단자부로 인가되는 외부 전원을 사용하여 상기 배터리 셀을 유선으로 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 무선 충전 및 유선 충전을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 유선 충전만을 수행하는 경우, 상기 배터리 셀로부터 상기 무선 충전을 위한 수단으로 전류가 역류하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 과충전된 경우, 상기 배터리 셀의 유선 충전 및 상기 배터리 셀의 무선 충전을 동시에 중단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 제어방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 셀을 무선으로 충전하는 방법은,
    외부 자기장에 의하여 전류를 유도하고,
    상기 유도된 전류를 정류하고,
    상기 정류된 전류를 사용하여 상기 배터리 셀을 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 제어방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 무선 충전의 경우, 13.56MHz의 전파를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 제어방법.
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