KR20130045142A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자기기 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 전자기기 Download PDF

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Abstract

본원은 배터리 팩 및 전자기기에 대하여 개시한다. 배터리 팩은 전력을 저장하는 배터리와, 배터리로부터 저장된 전력을 수신하여 전력 수신부에 전기적 무접촉 방식으로 전송하는 무접점 방전부를 포함한다. 전자기기는 본체와 배터리 팩을 포함한다. 본체는 전력 수신부를 포함한다. 배터리 팩은 본체에 장착되어 본체에 전력을 공급한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 전자기기{Battery pack and electronic device including the same}
본 발명의 실시 예들은 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
휴대용 전자기기, 예를 들어 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등이 널리 사용됨에 따라서 이들 휴대용 전자기기의 본체를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 배터리에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 배터리는 배터리 셀과 배터리 셀의 충전 및 방전을 제어하는 보호회로를 포함하는 배터리 팩 형태로 제공된다. 배터리 팩은 전자기기의 본체에 장착되어 배터리에 저장된 전력을 본체로 공급한다. 이때, 배터리 팩은 외부로 노출된 단자가 본체에 설치된 단자와 연결되며, 상기 단자를 통하여 본체에 전력이 공급된다.
본 발명의 실시 예들이 해결하고자 하는 기술적 과제는 무접점 방전이 가능한 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자기기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예들은 무접점 방전이 가능한 배터리 팩과 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예들에 의하면 무접점 방전이 가능한 배터리 팩과 이를 포함하는 전자기기를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 팩이 제공된다. 배터리 팩은 전력을 저장하는 배터리와, 배터리로부터 저장된 전력을 수신하여 전력 수신부에 전기적 무접촉 방식으로 전송하는 무접점 방전부를 포함한다.
배터리 팩은 피드백 전송부로부터 전기적 무접촉 방식으로 피드백을 수신하는 피드백 수신부를 더 포함할 수 있다. 피드백은 저장된 전력의 전송률을 제어할 수 있다.
피드백 수신부는 수광 센서 또는 전류 유도부를 포함할 수 있다.
배터리 팩은 무접점 방전부와 전력 수신부 사이의 연결을 감지하는 연결 감지부를 더 포함할 수 있다.
연결 감지부는 자기 센서, 압력 센서, 또는 버튼을 포함할 수 있다.
무접점 방전부는 자기장을 생성하는 자기장 생성부를 포함할 수 있다.
무접점 방전부는 펄스폭 변조 방식으로 자기장의 세기를 제어하는 펄스 생성부를 더 포함할 수 있다.
무접점 방전부는 AC 주파수 변조 방식으로 자기장의 세기를 제어하는 교류 생성부를 더 포함할 수 있다.
무접점 방전부는 충전기로부터 배터리로 전력을 공급하도록 할 수 있다. 자기장 생성부는 충전기로부터 전기적 무접촉 방식으로 전력을 수신할 수 있다.
무접점 방전부는 정류부 및 필터부를 더 포함할 수 있다. 자기장 생성부는 전류를 유도할 수 있다. 정류부는 유도된 전류를 정류할 수 있다. 필터부는 정류된 전류를 필터링하고, 필터링된 전류로 배터리를 충전할 수 있다.
배터리 팩은 충전기로부터 배터리로 전력을 전송하는 무접점 충전부를 더 포함할 수 있다. 무접점 충전부는 충전기로부터 전기적 무접촉 방식으로 전력을 수신할 수 있다.
배터리 팩은 정류부 및 필터부를 더 포함할 수 있다. 무접점 충전부는 교류 전류를 생성할 수 있다. 정류부는 교류 전류를 정류하고 정류된 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있다. 필터부는 직류를 필터링하고, 필터링된 직류 전류로 배터리를 충전할 수 있다.
배터리 팩이 전력 수신부로 저장된 전력을 전송할 때, 배터리 팩은 전력 수신부로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 전자기기가 제공된다. 전자기기는 본체와 배터리 팩을 포함한다. 본체는 전력 수신부를 포함한다. 배터리 팩은 본체에 장착되어 본체로 전력을 공급한다. 배터리 팩은 전력을 저장하는 배터리와, 배터리로부터 저장된 전력을 수신하여 전력 수신부에 전기적 무접촉 방식으로 전송하는 무접점 방전부를 포함한다.
본체는 피드백 전송부를 더 포함할 수 있다. 배터리 팩은 피드백 전송부로부터 전기적 무접촉 방식으로 피드백을 수신하는 피드백 수신부를 더 포함할 수 있다. 피드백은 저장된 전력의 전송률을 제어할 수 있다.
배터리 팩은 배터리 팩이 본체에 장착된 것을 감지하는 연결 감지부를 더 포함할 수 있다.
배터리 팩은 충전기로부터 배터리로 전력을 전송하는 무접점 충전부를 더 포함할 수 있다. 무접점 충전부는 충전기로부터 전기적 무접촉 방식으로 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신부는 본체로 전력을 공급하기 위하여 전기적 무접촉 방식으로 충전기로부터의 전력을 수신할 수 있다.
무접점 방전부는 전기적 무접촉 방식으로 충전기로부터 전력을 수신하고, 충전기로부터의 전력을 배터리로 전송할 수 있다.
이러한 본 실시 예들에 의하면, 무접점 방전이 가능한 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자기기를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무접점 방전부 및 전력 수신부를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무접점 방전부 및 전력 수신부를 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피드백 수신부 및 피드백 전송부를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피드백 수신부 및 피드백 전송부를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연결 감지부를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연결 감지부를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연결 감지부를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기기를 나타내는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기와 충전기의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기기를 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기기를 나타내는 회로도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 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.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 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 실시 예에 따른 전자기기(1)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전자기기(1)는 배터리 팩(100)과 본체(200)를 포함한다. 배터리 팩(100)은 전기 에너지를 저장하는 충전 및/또는 방전가능한 이차 전지를 포함한다. 전지들은, 충전기에 의하여 충전될 수 있다. 배터리 팩(100)은 무접점으로, 즉 전기적으로 비접촉 방식으로 본체(200)에 전력을 공급한다. 다시 말해, 배터리 팩(100)은 본체(200)로부터 배터리 팩(100)으로 전자를 전송하거나 흘리지 않고, 예를 들어 금속 사이의 접촉 없이, 본체(200)로 전력을 공급한다. 본체(200)는 배터리 팩(100)으로부터 무접점으로 전력을 수신하여 전자기기(1)의 동작에 사용한다. 배터리 팩(100)과 본체(200)는, 배터리 팩(100)의 전력을 본체(200)로 공급하기 위하여 외부로 노출되어 서로 접촉 방식으로 연결되는 전력 공급 단자를 구비하지 않는다. 이하, 배터리 팩(100)과 본체(200)의 다양한 실시 예들에 대해서 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기(1a)를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 전자기기(1a)는 배터리 팩(100a)과 본체(200)를 포함한다. 배터리 팩(100a)은 배터리(110), 충전 제어 스위치(120), 방전 제어 스위치(121), 배터리 관리부(Battery Management System, 이하 'BMS'라고 함)(130), 단자부(140), 무접점 방전부(150), 피드백 수신부(160), 연결 감지부(170)를 포함한다.
배터리(110)는 배터리 팩(100a)이 장착되는 전자기기(1a)의 본체(200)에 저장된 전력을 공급한다. 또한 충전기가 배터리 팩(100a)에 연결되는 경우 배터리(110)는 외부 전력에 의하여 충전될 수 있다. 배터리(110)는 적어도 하나의 배터리 셀(111)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(111)은 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등의 충전 및/또는 방전 가능한 이차 전지일 수 있다.
충전 제어 스위치(120)는 배터리 팩(100a)에 이상이 발생할 때, BMS(130)의 제어에 의하여 충전 전류를 차단한다. 방전 제어 스위치(121)는 배터리 팩(100a)에 이상이 발생할 때, BMS(130)의 제어에 의하여 방전 전류를 차단한다.
충전 제어 스위치(120)는 제1 전계 효과 트랜지스터 FET1과 제1 기생 다이오드 Dp1을 포함한다. FET1은 양극 단자(141)로부터 배터리(110) 또는 배터리(110)로부터 음극 단자(142)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 즉, FET1을 사용하여 충전 전류가 흐르는 것을 차단한다. 이때, 제1 기생 다이오드 Dp1을 통하여 방전 전류가 흐를 수 있도록 FET1을 형성한다.
방전 제어 스위치(121)는 제2 전계 효과 트랜지스터 FET2와 제2 기생 다이오드 Dp2를 포함한다. FET2는 음극 단자(142)로부터 배터리(110) 또는 배터리(110)로부터 양극 단자(141)로의 전류 흐름을 제한하도록 접속된다. 즉, FET2를 사용하여 방전 전류가 흐르는 것을 차단한다. 이때, 제2 기생 다이오드 Dp2를 통하여 충전 전류가 흐를 수 있도록 FET2를 형성한다.
충전 제어 스위치(120) 및 방전 제어 스위치(121)는 스위칭 소자로서, 전계 효과 트랜지스터에 한정되는 것은 아니며, 스위칭 기능을 수행하는 다양한 소자가 사용될 수 있다.
BMS(130)는 배터리(110)의 충전 및 방전 제어, 배터리(110)에 포함된 배터리 셀(111)의 밸런싱 제어 등의 기능을 수행한다. 도 2의 실시 예에서, BMS(130)는 전원 전압이 인가되는 전원 단자(VDD), 그라운드 전압이 인가되는 그라운드 단자(VSS), 충전 제어 단자(CHG), 방전 제어 단자(DCG), 방전 스위칭 단자(CS), 피드백 단자(FB) 등을 포함할 수 있다.
BMS(130)는 배터리 팩(100a)에 이상이 있는 경우, 충전 제어 스위치(120)의 온/오프 동작을 제어하는 충전 제어신호 또는 방전 제어 스위치(121)의 온/오프 동작을 제어하는 방전 제어신호를 생성한다. 생성한 충전 제어신호 또는 방전 제어신호는 충전 제어 단자(CHG)와 방전 제어 단자(DCG)를 통하여 각각 충전 제어 스위치(120)와 방전 제어 스위치(121)에 인가된다.
BMS(130)는 방전 스위칭 단자(CS)를 통하여 방전 스위칭 신호를 무접점 방전부(150)에 인가한다. 방전 스위칭 신호는 무접점 방전부(150)에 포함되는 적어도 하나의 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어한다. 도 2의 실시 예에서는 방전 스위칭 단자(CS)가 하나인 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위하여 예시적으로 도시한 것이다. 방전 스위치 단자(CS)의 개수는 무접점 방전부(150)에 포함되는 스위칭 소자의 개수에 따라서 변경 가능할 것이다.
또한 BMS(130)는 피드백 수신부(160)로부터 전송되는 피드백 신호를 피드백 단자(FB)를 통하여 인가받는다. 피드백 신호는 무접점 방전부(150)에서 전력 수신부(210)로 전력을 공급하는 상태에 관한 정보를 포함할 수 있다. BMS(130)는 인가받은 피드백 신호에 따라서 방전 스위칭 신호를 조절하고, 조절된 방전 스위칭 신호를 무접점 방전부(150)에 인가함으로 인하여 피드백 동작을 수행할 수 있게 된다.
또한, BMS(130)는 배터리 팩(100a)의 제어를 위하여 배터리 셀(111)의 전압을 측정하는 적어도 하나의 전압 측정 단자를 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 도 1에서는 BMS(130)가 배터리 팩(100a) 내의 각 구성을 모두 제어하는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리(110)의 상태를 모니터링 하고, 충전 제어 스위치(120) 및 방전 제어 스위치(121)의 동작을 제어하는 아날로그 프론트 엔드를 더 포함하고, BMS(130)가 아날로그 프론트 엔드를 제어하도록 구성할 수도 있다.
단자부(140)는 충전기와 연결되며, 충전기로부터 전력을 공급받는다. 충전기로부터 공급된 전력은 배터리(110)를 충전하는데 사용될 수 있다. 다른 실시 예로서, 충전기로부터 공급된 전력은 무접점 방전부(150)를 통하여 본체(200)로 공급될 수도 있을 것이다. 도 2의 실시 예에서 도시한 것과 같이, 단자부(140)는 양극 단자(141)와 음극 단자(142)를 포함할 수 있다. 충전기가 단자부(140)에 연결되면, 양극 단자(141)를 통하여 충전 전류가 유입되며, 음극 단자(142)를 통하여 충전 전류가 나간다.
무접점 방전부(150)는 무접점 방전을 통하여 배터리(110)에 저장된 전력을 본체(200)로 공급한다. 이하, 무접점 방전부(150)의 실시 예들에 대해서 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무접점 방전부(150a) 및 전력 수신부(210)를 나타내는 회로도이다. 도 3을 참조하면, 무접점 방전부(150a)는 자기장을 생성하는 자기장 생성부(151), 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 자기장의 세기를 제어하는 펄스 생성부(152), 및 전송 코일(L1)을 포함할 수 있다.
펄스 생성부(152)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 저항(R1)을 포함할 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 전극이 전송 코일(L1)의 일 단자와 연결되며, 제2 전극이 저항(R1)과 연결된다. 또한 제1 스위칭 소자(SW1)의 제어 전극에는 BMS(130)로부터 방전 스위칭 신호가 인가되어 온/오프 동작이 제어된다. 저항(R1)은 일 단자가 제1 스위칭 소자(SW1)의 제2 전극과 연결되고, 다른 일 단자가 배터리(110)의 음극 단자와 전기적으로 연결된다.
본 실시 예에 따른 무접점 방전부(150a)의 경우, BMS(130)로부터 제1 스위칭 소자(SW1)에 인가되는 방전 스위칭 신호에 의하여 제1 스위칭 소자(SW1)가 온 상태가 될 때 전송 코일(L1)에 전류가 흐른다. 그리고 제1 스위칭 소자(SW1)가 오프 상태가 될 때 전송 코일(L1)에 흐르던 전류가 차단된다. 즉, 제1 스위칭 소자(SW1)의 온/오프 동작에 의하여 구형파의 전류를 생성한다. 그리고, 이와 같이, 전송 코일(L1)에 흐르는 전류의 크기를 조절함으로 인하여 전송 코일(L1)에서는 자기장이 생성된다. 이때, BMS(130)로부터 인가되는 방전 스위칭 신호는 펄스폭 변조(PWM) 방식의 신호일 수 있다. 방전 스위칭 신호의 펄스폭을 변조하여 제1 스위칭 소자(SW1)의 듀티비(duty ratio) 및 구형파의 듀티비를 조절할 수 있으며, 이로 인하여 전송 코일(L1)에 흐르는 전류의 변화량 및 이로 인한 자기장의 세기를 조절할 수 있게 된다.
한편, 전력 수신부(210)는 무접점 방전부(150a)에 의하여 방전된 전력을 수신한다. 전력 수신부(210)는 수신 코일(L2), 제1 및 제2 커패시터(C1,C2), 및 제3 코일 등을 포함한다.
수신 코일(L2)은 전송 코일(L1)에서 생성된 자기장으로부터 전류를 유도한다. 수신 코일(L2)에서 유도된 전류는 교류 형태이다. 따라서 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)를 사용하여 수신 코일(L2)에서 유도된 전류를 정류한다. 또한 정류된 전류에 포함되어 있는 고주파수 성분을 제거하기 위하여 제3 코일(L3) 및 제2 커패시터(C2)를 사용하여 필터링을 수행한다. 이와 같이 정류 및 필터링된 유도 전류는 양극 세트 단자(set+) 및 음극 세트 단자(set-) 단자를 통하여 본체에 공급된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무접점 방전부(150b) 및 전력 수신부(210)를 나타내는 회로도이다. 도 4를 참조하면, 무접점 방전부(150b)는 자기장을 생성하는 자기장 생성부(151), AC 주파수 변조 방식으로 자기장 세기를 제어하는 교류 생성부(153), 및 전송 코일(L1)을 포함할 수 있다.
교류 생성부(153)는 직류를 교류로 변환하는 인버터일 수 있다. 따라서 교류 생성부(153)는 복수의 인버터 스위칭 소자(SW2-1~SW2-4)를 포함할 수 있다. 복수의 인버터 스위칭 소자(SW2-1~SW2-4)의 제어 전극에는 BMS(130)로부터 방전 스위칭 신호가 인가되어 온/오프 동작이 제어된다.
도 4의 실시 예에 따른 무접점 방전부(150b)의 경우, BMS(130)로부터 복수의 인버터 스위칭 소자(SW2-1~SW2-4)에 인가되는 제어신호에 의하여 교류 전류가 생성되며, 이로 인하여 전송 코일(L1)에서 자기장이 생성된다. 이때, BMS(130)로부터 인가되는 방전 스위칭 신호의 주파수에 따라서 교류 전류의 주파수가 결정될 수 있으며, 이로 인하여 전송 코일(L1)에 흐르는 전류의 변화량 및 이로 인한 자기장의 세기를 조절할 수 있게 된다.
도 4에서는 교류 생성부(153)로서 풀-브릿지(full-bridge) 인버터를 도시하였으나 이는 예시적인 것이다. 다른 실시 예들로, 하프-브릿지(half-bridge) 인버터 등 다양한 인버터 회로가 사용될 수 있을 것이다.
다시 도 2로 돌아가서, 피드백 수신부(160)는 본체(200)로부터 전압 정보를 포함하는 제1 피드백 신호를 감지하며, 수신한 제1 피드백 신호를 감지하여 생성된 제2 피드백 신호를 BMS(130)에 인가한다. 전압 정보는 무접점 방전부(150)에서 방전한 전력을 수신한 전력 수신부(210)에 유도된 전압에 대한 정보일 수 있다. BMS(130)는 피드백 수신부(160)로부터 인가된 제2 피드백 신호로부터 전력 수신부(210)에 유도된 전압의 크기가 제1 기준치 이상이라고 판단하는 경우, 방전 스위칭 신호를 조절하여 전력 수신부(210) 측에서의 전압이 작아지도록 제어한다.
반면에, BMS(130)는 피드백 수신부(160)로부터 인가받은 제2 피드백 신호로부터 전력 수신부(210)에 유도된 전압의 크기가 제2 기준치 이하라고 판단하는 경우, 방전 스위칭 신호를 조절하여 전력 수신부(210) 측에서의 전압이 커지도록 제어한다. 여기서 제1 기준치는 본체(200)에서 허용될 수 있는 최고 전압일 수 있다. 또한 제2 기준치는 본체(200)가 동작하는데 필요한 최저 전압일 수 있다.
피드백 전송부(220)는 전력 수신부(210)에서 수신한 전력의 전압을 측정하고, 측정한 전압을 제1 기준치 및 제2 기준치와 비교하여 그 결과를 피드백 수신부(160)로 전송한다. 피드백 전송부(220)는 피드백 제어부(221)와 신호 생성부(222)를 포함한다.
피드백 제어부(221)는 전력 수신부(210)의 출력 단자, 예를 들어, 양극 세트 단자(set+) 및 음극 세트 단자(set-) 사이의 전압을 측정하고, 측정한 전압이 제1 기준치 이상인지 혹은 제2 기준치 이하인지를 판단한다. 피드백 제어부(221)는 판단 결과에 따라서 신호 생성부(222)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 신호 생성부(222)에 인가한다. 신호 생성부(222)는 피드백 제어부(221)로부터의 제어신호에 따라서 피드백 수신부(160)에서 수신할 수 있는 형태의 제1 피드백 신호를 생성하여 전압 정보를 전송한다.
이하, 피드백 수신부(160)와 피드백 전송부(220)의 실시 예들에 대하여 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피드백 수신부(160a) 및 피드백 전송부(220a)를 나타내는 블록도이다.
먼저, 피드백 전송부(220a)를 살펴보면, 신호 생성부(222)로서 발광소자(222a)가 사용된다. 피드백 제어부(221)는 전압 측정 결과 및 제1-2 기준치와의 비교 결과에 따라서 발광소자(222a)가 발광하도록 제어한다. 예를 들어, 피드백 제어부(221)는 측정한 전압이 제1 기준치와 제2 기준치 사이, 즉 정상적인 전압이라고 판단한 경우, 미리 정해진 설정 주파수로 발광소자(222a)가 발광하도록 제어한다.
반면에 피드백 제어부(221)는 측정한 전압이 제1 기준치 이상이라고 판단한 경우에는 측정한 전압의 크기에 따라서 발광소자(222a)가 설정 주파수 이상의 주파수로 발광하도록 제어한다. 마찬가지로 피드백 제어부(221)는 측정한 전압이 제2 기준치 이하라고 판단한 경우에는 측정한 전압의 크기에 따라서 발광소자(222a)가 설정 주파수 이하의 주파수로 발광하도록 제어한다. 그러나 상기 피드백 제어부(221)의 동작은 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 피드백 제어부(221)는 발광소자(222a)에서 발생하는 빛의 세기를 조절하여 피드백 동작을 수행할 수도 있을 것이다.
피드백 수신부(160a)로서는 수광 유닛 또는 수광 센서(161)가 사용된다. 피드백 수신부(160a)는 발광소자(222a)에서 발생한 빛을 감지하여 전류 또는 전압을 생성하며, 상기 생성된 전류 또는 전압을 제2 피드백 신호로 하여 BMS(130)에 인가한다. 피드백 제어부(221)가 발광소자(222a)의 발광 주파수를 사용하여 제1 피드백 신호를 전송하는 경우, BMS(130)는 제1 피드백 신호의 주파수에 따른 제2 피드백 신호를 수신하여 방전 스위칭 신호를 조절할 수 있을 것이다. 반면에 피드백 제어부(221)가 발광소자(222a)에서 발생하는 빛의 세기를 조절하여 제1 피드백 신호를 전송하는 경우, BMS(130)는 제1 피드백 신호의 세기에 따른 제2 피드백 신호를 수신하여 방전 스위칭 신호를 조절할 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피드백 수신부(160b) 및 피드백 전송부(220b)를 나타내는 회로도이다.
도 6을 참조하여 피드백 전송부(220b)를 살펴보면, 신호 생성부(222)로서 자기장 유도부(222b)를 포함한다. 자기장 유도부(222b)는 제2 피드백 코일(Lf2)과 피드백 스위치(SWf)를 포함한다. 피드백 제어부(221)로부터의 신호에 따라서 피드백 스위치(SWf)의 온/오프 동작이 제어되며, 피드백 스위치(SWf)의 온/오프 동작에 의하여 제2 피드백 코일(Lf2)에 흐르는 전류를 변화시켜 자기장을 생성한다.
피드백 제어부(221)는 전압 측정 결과 및 제1-2 기준치와의 비교 결과에 따라서 자기장 유도부(222b)에서 자기장이 생성되도록 제어한다. 예를 들어, 피드백 제어부(221)는 측정한 전압이 제1 기준치와 제2 기준치 사이, 즉 정상적인 전압이라고 판단한 경우, 미리 정해진 변화량으로 자기장이 변하도록 제어한다.
반면에 피드백 제어부(221)는 측정한 전압이 제1 기준치 이상이라고 판단한 경우에는 측정한 전압의 크기에 따라서 자기장 유도부(222b)가 미리 정해진 변화량 이상의 변화량을 갖는 자기장이 생성되도록 제어한다. 마찬가지로, 피드백 제어부(221)는 측정한 전압이 제2 기준치 이하라고 판단한 경우에는 측정한 전압의 크기에 따라서 자기장 유도부(222b)가 미리 정해진 변화량 이하의 변화량을 갖는 자기장이 생성되도록 제어한다. 그러나 상기 피드백 제어부(221)의 동작은 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
피드백 수신부(160b)로서는 제1 피드백 코일(Lf1)을 포함하는 전류 유도부(162)가 사용된다. 전류 유도부(162)는 자기장 유도부(222b)에서 생성된 자기장의 변화량에 따라서 주파수 및 크기가 조절되는 전류가 유도된다. 피드백 수신부(160b)는 전류 유도부(162)에서 유도된 전류를 제2 피드백 신호로 하여 BMS(130)에 인가한다. BMS(130)는 인가된 전류의 주파수나 크기에 따라서 방전 스위칭 신호를 조절한다.
다시 도 2로 돌아가서, 연결 감지부(170)는 배터리 팩(100a)에 본체(200)가 연결된 것을 감지한다. 본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 팩(100a)은 무접점으로 방전을 수행하므로 비록 본체(200)와 전기적으로 연결되지 않은 경우(즉, 금속 대 금속의 접촉이 없는 경우)에도 방전이 수행될 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위하여 배터리 팩(100a)은 연결 감지부(170)를 구비하여 본체(200)가 연결된 경우에만 무접점 방전이 수행되도록 한다. 이하, 연결 감지부(170)의 다양한 실시 예들에 대하여 더욱 자세히 살펴본다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연결 감지부(170a)를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시 예에 따른 연결 감지부(170a)는 자기 센서(171)를 포함한다. 또한 본체(200)에는 자성물체, 예를 들어 영구 자석(230)이 포함된다. 도 7에서 도시한 것과 같이, 영구 자석(230)은 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착되었을 때, 자기 센서(171)와 서로 마주보는 위치에 위치하도록 설치할 수 있다.
자기 센서(171)는 주변에서 자기장을 감지하지 못하는 경우, 배터리 팩(100a)의 방전 경로를 열어 전류의 흐름을 차단한다. 이로 인하여 무접점 방전부(150)에서는 방전을 수행할 수 없게 된다. 그러나 자기 센서(171)는 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착되어 영구 자석(230)에 의하여 생성되는 자기장을 감지하게 되면, 방전 경로를 닫아(사용하여) 전류가 흐르게 하며, 이로 인하여 무접점 방전부(150)에서 방전을 수행할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연결 감지부(170b)를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시 예에 따른 연결 감지부(170b)는 압력 센서(172)와 제2 스위칭 소자(173)를 포함한다. 압력 센서(172)는 외부로부터 압력이 가해지는 경우 제2 스위칭 소자(173)를 온 시키는 신호를 생성하며, 상기 신호에 의하여 제2 스위칭 소자(173)가 온 상태가 된다.
도 8의 실시 예의 경우, 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착되면, 배터리 팩(100a)의 일 면이 본체(200)의 일면과 서로 밀착하게 된다. 이때 본체(200)의 일면과 밀착하는 배터리 팩(100a)의 일면에 압력 센서(172)를 설치한다. 따라서 압력 센서(172)는 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착된 것을 감지할 수 있다. 따라서 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착될 때에만 압력 센서(172)로부터 신호가 생성되어 제2 스위칭 소자(SW2)가 온 상태가 되며, 이로 인하여 무접점 방전부(150)에서 방전을 수행할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연결 감지부(170c)를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시 예에 따른 연결 감지부(170c)는 제3 스위칭 소자(174)를 포함한다. 제3 스위칭 소자(174)는 버튼(175)을 구비하며, 버튼(175)이 눌려질 때 온 상태가 된다.
도 9의 실시 예의 경우, 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착되면, 배터리 팩(100a)의 일 면이 본체(200)의 일면과 서로 밀착하게 된다. 이때 본체(200)의 일면과 밀착하는 배터리 팩(100a)의 일면에 버튼(175)이 위치하도록 제3 스위칭 소자(174)를 설치한다. 따라서 제3 스위칭 소자(174)는 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착된 경우 버튼(175)이 본체(200)에 의하여 눌리게 되므로 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착된 것을 감지할 수 있다. 그리고 정상 동작 상태에서 배터리 팩(100a)이 본체(200)에 장착될 때에만 제3 스위칭 소자(174)가 온 상태가 되며, 이로 인하여 무접점 방전부(150)에서 방전을 수행할 수 있게 된다.
도 2로 돌아가서, 본체(200)는 전력 수신부(210) 및 피드백 전송부(220)를 포함하며, 배터리 팩(100)으로부터 무접점으로 전력을 수신한다. 즉, 본체(200)는 배터리 팩(100)과 전기적으로 절연된다. 전력 수신부(210) 및 피드백 전송부(220)에 대하여는 이미 설명하였는바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기와 같이, 도 2의 실시 예에 따른 배터리 팩(100a) 및 본체(200)를 포함하는 전자기기(1a)에서는 배터리(110)에 저장된 전력을 무접점으로 본체(200)로 방전할 수 있게 된다. 따라서 방전 단자가 외부로 노출되지 않으며, 이로 인하여 쇼트의 발생을 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기기(1b)를 나타내는 회로도이다. 전자기기(1b)는 배터리 팩(100b)과 본체(200)를 포함한다. 본 실시 예에 따른 배터리 팩(100b)은 도 2의 배터리 팩(100a)과 구성이 대부분 유사하므로 상이한 구성에 대하여만 설명하도록 한다.
도 10을 참조하면, 배터리 팩(100b)은 무접점 충전부(180), 정류부(181) 및 필터부(182)를 포함한다. 무접점 충전부(180)는 제1 충전 코일(Lc1)을 포함한다. 제1 충전 코일(Lc1)은 충전기(300)에 구비된 제3 충전 코일(Lc3, 도 11 참조)과 유도결합된다. 따라서 제1 충전 코일(Lc1)은 제3 충전 코일(Lc3)에 교류 전류가 인가될 때 발생하는 자기장의 변화를 감지하여 유도 전류를 생성한다.
정류부(181)는 무접점 충전부(180)에서 발생한 교류 전류를 정류하여 직류로 변환한다. 도 10의 실시 예에서, 정류부(181)로는 복수의 정류 다이오드(Dc1~Dc4)를 포함하는 다이오드 브릿지 회로가 사용될 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예들로, 다양한 정류 회로가 사용될 수 있을 것이다.
도 10에 도시한 것과 같이, 필터부(182)는 제2 충전 코일(Lc2) 및 제1 및 제2 충전 커패시터(Cc1,Cc2)를 포함하는 π형 필터일 수 있다. 필터부(182)는 정류부(181)에서 출력되는 전류로부터 고주파수 성분을 필터링하며, 또한 출력되는 정전압이 일정하게 유지되도록 한다. 필터부(182)로부터 출력된 전류에 의하여 배터리(110)가 충전된다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기(1b)와 충전기(300)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 충전기(300)에 포함된 제3 충전 코일(Lc3)은 배터리 팩(100b)에 포함된 제1 충전 코일(Lc1) 근처 및 본체(200)에 포함된 수신 코일(L2) 근처에서 동시에 유도결합될 수 있다. 따라서 충전기(300)를 사용하여 배터리 팩(100b)과 본체(200) 모두를 동시에 충전할 수 있을 것이다.
상기와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(100b) 및 본체(200)를 포함하는 전자기기(1b)에서는 배터리(110)에 저장된 전력을 무접점으로 본체(200)로 방전할 수 있게 된다. 또한 충전기(300)를 사용하여 배터리 팩(100b)을 무접점으로 충전할 수 있게 된다. 따라서 방전 단자가 외부로 노출되지 않으며, 이로 인하여 쇼트의 발생을 방지하거나 방전 단자를 보호할 수 있다. 또한 배터리 팩(100b)을 완전히 밀봉(즉, 전기적으로 완전히 절연)할 수 있어 배터리 팩(100b)을 물에 빠트린 경우에도 배터리 팩(100b)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기기(1c)를 나타내는 회로도이다.
도 12를 참조하면, 배터리 팩(100c)은 배터리(110), 충전 제어 스위치(120), 방전 제어 스위치(121), BMS(130), 무접점 방전부(150c), 피드백 수신부(160), 연결 감지부(170)를 포함한다. 본 실시 예에서는 무접점 방전부(150c)의 구성이 도 1의 배터리 팩(100a) 및 도 10의 배터리 팩(100b)의 구성과 상이하다. 이하, 상기 상이한 구성에 대하여 더욱 설명하도록 한다.
본 실시 예의 무접점 방전부(150c)는 방전 및 충전을 동시에 수행한다. 무접점 방전부(150c)는 자기장을 생성하고 전류를 유도하는 자기장 생성부(151), PWM 모듈에 의하여 자기장의 세기를 제어하는 펄스 생성부(152), 정류부(181), 필터부(182)를 포함한다.
무접점 방전부(150c)는 전송 코일(L1)을 포함하며, 펄스 생성부(152)는 제1 스위칭 소자(SW1)와 저항(R1)을 포함한다. 전송 코일(L1) 및 펄스 생성부(152)에 의한 무접점 방전 동작은 이미 설명하였는바, 설명은 생략한다.
또한, 무접점 방전부(150c)는 정류부(181) 및 필터부(182)를 더 포함한다. 배터리 팩(100c)이 충전기(300)와 근접하는 경우에는 충전기(300)에 의하여 생성된 자기장을 전송 코일(L1)에서 감지하게 되며, 이로 인하여 전송 코일(L1)에 전류가 유도된다. 정류부(181)는 상기 유도된 전류를 정류하고, 정류된 전류는 필터부(182)에 의하여 필터링 및 평활화된다. 필터부(182)로부터 출력된 전류는 배터리(110)로 인가되어 무접점 방전부(150c)에서 충전 동작이 수행될 수 있게 된다.
도 12의 실시 예의 경우, 전송 코일(L1) 하나를 사용하여 충전 및 방전이 모두 수행된다. 따라서 충전 동작이 수행되는 동안에는 방전 제어 스위치(121)를 오프 상태로 하고, 방전 동작이 수행되는 동안에는 충전 제어 스위치(120)를 오프 상태로 한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자기기(1d)를 나타내는 회로도이다.
도 13을 참조하면, 배터리 팩(100d)은 배터리(110), 충전 제어 스위치(120), 방전 제어 스위치(121), BMS(130), 무접점 방전부(150d), 피드백 수신부(160), 연결 감지부(170)를 포함한다. 본 실시 예에서는 무접점 방전부(150d)에 AC 주파수 변조에 의하여 자기장의 세기를 제어하는 교류 생성부(153)가 포함되는 점에서 도 12의 무접점 방전부(150c)와 상이할 뿐, 나머지 구성은 유사하다. 또한 교류 생성부(153)의 동작에 대하여는 도 4에서 설명하였는바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(100c,100d) 및 본체(200)를 포함하는 전자기기(1c,1d)에서는 배터리(110)에 저장된 전력을 무접점으로 본체(200)로 방전할 수 있게 된다. 또한 충전기(300)를 사용하여 배터리 팩(100c,100d)을 무접점으로 충전할 수 있게 된다. 따라서 방전 단자가 외부로 노출되지 않으며(전기적으로 절연되며), 이로 인하여 쇼트의 발생을 방지할 수 있다. 또한 배터리 팩(100d)을 완전히 밀봉할 수 있어 배터리 팩(100c,100d)을 물에 빠트린 경우에도 배터리 팩(100c,100d)의 손상을 방지하거나 배터리 팩(100c, 100d)를 보호할 수 있게 된다. 또한 무접점 방전부(150c,100d)에서 무접점 충전 및 무접점 방전을 모두 수행할 수 있도록 하여 회로 구성을 간단하게 할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 전자기기 100 배터리 팩 110 배터리
111 배터리 셀 120 충전 제어 스위치 121 방전 제어 스위치
130 BMS 140 단자부 150 무접점 방전부
151 자기장 생성부 152 펄스 생성부 153 교류 생성부
160 피드백 수신부 161 수광 센서 162 전류 유도부
170 연결 감지부 171 자기 센서 172 압력 센서
173 제2 스위칭 소자 174 제3 스위칭 소자 175 버튼
180 무접점 충전부 181 정류부 182 필터부
200 본체 210 전력 수신부 220 피드백 전송부
221 피드백 제어부 222 신호 생성부 222a 발광 센서
222b 자기장 유도부 230 영구자석 300 충전기

Claims (18)

  1. 전력을 저장하는 배터리; 및
    상기 배터리로부터 상기 저장된 전력을 수신하여 전력 수신부에 전기적 무접촉 방식으로 전송하는 무접점 방전부;를 포함하는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    피드백 전송부로부터 전기적 무접촉 방식으로 피드백을 수신하는 피드백 수신부를 더 포함하며,
    상기 피드백은 상기 저장된 전력의 전송률을 제어하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피드백 수신부는 수광 센서 또는 전류 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무접점 방전부와 상기 전력 수신부 사이의 연결을 감지하는 연결 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결 감지부는 자기 센서, 압력 센서, 또는 버튼을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무접점 방전부는 자기장을 생성하는 자기장 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무접점 방전부는 펄스폭 변조 방식으로 상기 자기장의 세기를 제어하는 펄스 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 무접점 방전부는 AC 주파수 변조 방식으로 상기 자기장의 세기를 제어하는 교류 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 무접점 방전부는 충전기로부터 상기 배터리로 전력을 공급하도록 하고,
    상기 자기장 생성부는 상기 충전기로부터 전기적 무접촉 방식으로 상기 전력을 수신하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무접점 방전부는 정류부 및 필터부를 더 포함하고,
    상기 자기장 생성부는 전류를 유도하며,
    상기 정류부는 상기 유도된 전류를 정류하고,
    상기 필터부는 상기 정류된 전류를 필터링하고, 상기 필터링된 전류로 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    충전기로부터 상기 배터리로 전력을 전송하는 무접점 충전부를 더 포함하며,
    상기 무접점 충전부는 상기 충전기로부터 전기적 무접촉 방식으로 전력을 수신하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    정류부 및 필터부를 더 포함하고,
    상기 무접점 충전부는 교류 전류를 생성하고,
    상기 정류부는 상기 교류 전류를 정류하고 상기 정류된 교류 전류를 직류 전류로 변환하며,
    상기 필터부는 상기 직류를 필터링하고, 상기 필터링된 직류 전류로 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩이 상기 전력 수신부로 상기 저장된 전력을 전송할 때, 상기 배터리 팩은 상기 전력 수신부로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  14. 전력 수신부를 포함하는 본체;
    상기 본체에 장착되어 상기 본체로 전력을 공급하는 배터리 팩을 포함하며,
    상기 배터리 팩은,
    전력을 저장하는 배터리; 및
    상기 배터리로부터 상기 저장된 전력을 수신하여 상기 전력 수신부에 전기적 무접촉 방식으로 전송하는 무접점 방전부;를 포함하는, 전자기기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 본체는 피드백 전송부를 더 포함하고,
    상기 배터리 팩은 피드백 전송부로부터 전기적 무접촉 방식으로 피드백을 수신하는 피드백 수신부를 더 포함하며,
    상기 피드백은 상기 저장된 전력의 전송률을 제어하는 것을 특징으로 하는, 전자기기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 배터리 팩이 상기 본체에 장착된 것을 감지하는 연결 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 충전기로부터 상기 배터리로 전력을 전송하는 무접점 충전부를 더 포함하며,
    상기 무접점 충전부는 상기 충전기로부터 전기적 무접촉 방식으로 전력을 수신하고,
    상기 전력 수신부는 상기 본체로 전력을 공급하기 위하여 전기적 무접촉 방식으로 상기 충전기로부터의 전력을 수신하는 것을 특징으로 하는, 전자기기.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 무접점 방전부는 전기적 무접촉 방식으로 충전기로부터 전력을 수신하고, 상기 충전기로부터의 전력을 상기 배터리로 전송하는 것을 특징으로 하는, 전자기기.
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