KR20160037511A - 외장 배터리 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치는, 적어도 하나의 배터리 셀과; 상기 배터리 셀의 전압을 소정의 전압 레벨로 승압시켜 출력하는 DC-DC 컨버터와; 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 셀 전압 측정부와; 상기 측정된 셀 전압을 기 설정된 기준값과 비교하고, 이에 대응하여 서로 다른 레벨을 갖는 충전 전류가 출력되도록 제어하는 제어부가 포함된다.

Description

외장 배터리 장치 및 그 제어 방법{external battery apparatus and control method thereof}
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 특히 외장 배터리 장치 및 그 제어 방법 에 관한 것이다.
이동 전화기 등과 같은 무선 및 휴대용 기기들은 대부분이 충전지로부터 전원을 공급받는다. 이와 같은 휴대용 기기들이 지속적으로 소형화, 경량화되는 동안 상기 기기들에 전원을 공급하는 배터리의 성능도 계속하여 개선되고 있다.
현재 상기 배터리로 Li-ion 배터리가 일반적으로 사용되고 있으며, 에너지 밀도가 다른 배터리에 비해 몇 배 높기 때문에 다른 응용 제품에서도 사용이 확대되고 있다.
또한, 상기 휴대용 기기의 용도는 전원공급이 원활히 이루어지지 않는 외부에서 많이 이용되고 있으며, 이에 따라 외부에서 휴대용 기기 사용 도중 휴대용 기기 내에 구비된 내부 배터리가 소모되면 전원을 공급받을 수 있는 장소를 찾아 AC 어댑터(adapter) 또는 USB 커넥터 등을 이용하여 상기 내부 배터리를 충전해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 외부에서나 이동 중 휴대 기기를 지속적으로 사용하고자 한다면 외장 배터리(External Battery)를 이용하여 내부 배터리를 충전해야 한다.
그로 인해, 최근에는 상기 휴대용 기기의 내부 배터리에 의존하지 않고 외장 배터리를 이용하여 비상시 외부에서도 상기 내부 배터리를 충전할 수 있는 다양한 외장 배터리 장치가 개발되어 왔다.
본 발명은 휴대용 기기의 내부 배터리를 충전하는 외장 배터리 장치에 있어서, 외장 배터리 장치 내의 배터리 셀 전압을 측정하여 상기 셀 전압의 크기에 따라 기 설정된 서로 다른 레벨의 충전 전류를 출력함으로써, 외장 배터리 장치의 내부 소자가 발열됨을 방지할 수 있는 외장 배터리 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치는, 적어도 하나의 배터리 셀과; 상기 배터리 셀의 전압을 소정의 전압 레벨로 승압시켜 출력하는 DC-DC 컨버터와; 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 셀 전압 측정부와; 상기 측정된 셀 전압을 기 설정된 기준값과 비교하고, 이에 대응하여 서로 다른 레벨을 갖는 충전 전류가 출력되도록 제어하는 제어부가 포함된다.
또한, 상기 기 설정된 기준값은 상기 배터리 셀의 최대 전압의 80%에 대응되는 전압값일 수 있다.
또한, 상기 측정된 셀 전압이 상기 기준값 이상인 경우에는 어댑터 충전모드로 인식하여 이에 대응되는 충전전류가 출력되며, 상기 어댑터 충전모드에 대응되는 충전전류는 1 내지 2A이다.
또한, 상기 측정된 셀 전압이 상기 기준값 미만인 경우에는 USB 충전모드로 인식하여 이에 대응되는 충전전류가 출력되고, 상기 USB 충전모드에 대응되는 충전전류는 약 500mA이다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치의 제어 방법은, 외장 배터리 장치가 USB 케이블을 통해 내부 배터리가 장착된 휴대용 기기와 연결되는 단계와; 상기 외장 배터리 장치 내에 구비된 배터리 셀의 방전에 의해 변경되는 상기 배터리 셀의 전압이 측정되는 단계와; 상기 측정된 배터리 셀의 전압을 기 설정된 기준값과 비교하는 단계와; 측정된 셀 전압을 기 설정된 기준값과 비교하고, 이에 대응하여 서로 다른 레벨을 갖는 충전 전류가 상기 휴대용 기기에 장착된 내부 배터리로 제공되어 충전이 수행되는 단계가 포함된다.
본 발명은 외장 배터리 장치 내의 배터리 셀 전압을 측정하여 상기 셀 전압의 크기에 따라 기 설정된 서로 다른 레벨의 충전 전류를 출력함으로써, 외장 배터리 장치의 내부 소자가 발열됨을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 외장 배터리 장치의 충전 전류가 1A로 방전되는 경우 배터리 셀의 전압과 발열 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 3은 도 1에 도시된 외장 배터리 장치 및 휴대용 기기의 연결을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치(100)는, 충전 회로(110), 배터리 셀(120), DC-DC 컨버터(130), 셀 전압 측정부(140), 제어부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 충전 회로(110)는 외부 전원 공급장치(200)에서 제공받은 전압을 상기 외장 배터리 장치(100)에 구비된 배터리 셀(120)을 충전하기 위한 적정 전압(또는 완충 전압)으로 변환시키고, 이를 통해 상기 배터리 셀(120)을 충전한다.
상기 외부 전원 공급 장치(200)는 외부에서 전원을 공급받아 상기 외장 배터리 장치(100) 또는 휴대용 기기(300)에 장착되는 내부 배터리(310)를 충전하기 위한 장치로써, 상기 외장 배터리 장치(100) 및/또는 내부 배터리(310)의 충전에 필요한 직류 전원을 제공한다.
이 때, 상기 외부 전원 공급 장치(200)는, AC 어댑터 또는 USB 연결기기로 구현될 수 있으며, 상기 AC 어댑터인 경우는 배터리의 충전전류로 1A 정도를 제공하며, USB 연결기기인 경우에는 배터리의 충전전류로 500mA를 제공한다.
상기 충전회로(110)는 외장 배터리 장치(100)가 상기 외부 전원 공급 장치(200)와 연결되어 충전될 때 동작하는 것으로서, 상기 외장 배터리 장치(100)가 방전되는 경우에는 동작하지 않는다.
즉, 상기 외장 배터리 장치(100)는 상기 방전 동작을 통해 상기 휴대용 기기(300)에 장착되는 내부 배터리(310)를 충전하는 역할을 수행할 수 있으며, 이 경우 상기 외장 배터리 장치(100)는 상기 외부 전원 공급 장치(200)와 동일하게 동작할 수 있다.
단, 상기 외장 배터리 장치(100)를 이용하여 내부 배터리(310)를 충전하기 위해서는 외장 배터리 장치(100)의 출력 전압을 소정의 전압 레벨(일 예로 5V)로 승압 시켜야 하며, 이는 상기 DC-DC 컨버터(130)를 통해 수행된다.
이와 같이 외장 배터리 장치(100)의 방전 동작이 수행되면 상기 외장 배터리 장치(100) 내에 구비된 배터리 셀(120)의 전압은 지속적으로 변화되는데, 상기 셀 전압의 변화에 따라 그 효율이 상이하게 된다.
즉, 상기 셀 전압이 낮아질수록 효율이 떨어지고 이로 인해 상기 외장 배터리 장치(100) 내의 회로 소자에 발열이 심해지는 단점이 있다.
보다 구체적으로, 앞서 언급한 바와 같이 내부 배터리(310) 충전을 위하여 출력 전압을 5V로 승압해야 하는데, 상기 셀 전압이 낮아지면 승압 동작을 수행하는 DC-DC 컨버터(130)에 과부하가 걸려 발열이 발생될 수 있다.
도 2는 외장 배터리 장치의 충전 전류가 1A로 방전되는 경우 배터리 셀의 전압과 발열 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 외장 배터리 장치(100)의 배터리 셀(120)은 외부 전원 공급 장치(200)에 의해 충전이 완료된 경우 약 4.3V 내지 4.5V의 전압 레벨을 갖을 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀(120)의 최대 전압값은 약 4.3V 내지 4.5V이다.
상기 외장 배터리 장치(100)의 충전이 완료된 이후 방전 동작 즉, 휴대용 기기(300)와 연결되어 상기 휴대용 기기(300)에 장착된 내부 배터리(310)를 충전하는 동작을 수행하게 되면 도 2에 도시된 바와 같이 외장 배터리 장치(100) 내의 배터리 셀(120) 전압은 점차적으로 낮아진다.
단, 이 때 도시된 바와 같이 상기 외장 배터리 장치(100) 내의 회로 소자들(일 예로 DC-DC 컨버터(130))에서 발생되는 발열 온도는 점차적으로 높아지며, 이는 앞서 언급한 바와 같이 셀 전압이 낮아질수록 이를 5V로 승압하는 동작을 수행하는 DC-DC 컨버터(130)에 과부하가 걸리기 때문이다.
이를 극복하기 위해 상기 DC-DC 컨버터(130)를 전류 사양이 높은 제품을 사용하게 되면 비용이 증가되는 단점이 있고, 상기 셀 전압이 기 설정된 레벨 이하로 낮아질 경우 외장 배터리 장치(100)의 방전 동작을 중단하도록 설계하면 상기 외장 배터리 장치(100) 내의 배터리 셀(120) 용량을 충분히 사용하지 못하는 단점이 있다.
이에 본 발명의 실시예는 상기 단점을 극복하기 위하여 외장 배터리 장치(100) 내의 배터리 셀(120) 전압을 측정하여 상기 셀 전압의 크기에 따라 기 설정된 서로 다른 레벨의 충전 전류를 출력하도록 함으로써, 외장 배터리 장치(100)의 회로 소자(DC-DC 컨버터(130))가 발열됨을 방지할 수 있게 된다.
즉, 상기 셀 전압 측정부(140)는 상기 배터리 셀(120)의 전압을 측정하고, 상기 측정된 셀 전압을 상기 제어부(150)에 전달한다. 이 때, 상기 셀 전압의 측정은 실시간으로 수행될 수 있다.
상기 제어부(150)는 상기 셀 전압 측정부(140)에 의해 측정된 셀 전압값을 근거로 상기 외장 배터리 장치(100)가 방전될 때 즉, 내부 배터리(310)를 충전하는 동작을 수행할 때의 충전 전류를 기 설정된 서로 다른 레벨로 출력하도록 제어한다.
상기 외장 배터리 장치(100)가 외부 전원 공급 장치(200)와 동일하게 내부 배터리(310)가 장착된 휴대용 기기(300)를 충전하는 동작을 수행하게 되면, 상기 휴대용 기기(300)는 상기 외장 배터리 장치(100)를 AC 어댑터 또는 USB 연결기기로 인식하게 된다. 즉, 배터리의 충전은 어댑터 충전모드와 USB 충전모드로 구분될 수 있다.
이 때, 상기 AC 어댑터인 경우(어댑터 충전 모드)는 배터리의 충전전류로 1 내지 2A를 출력하며, USB 연결기기(USB 충전 모드)인 경우에는 배터리의 충전전류로 약 500mA를 출력한다.
따라서, 본 발명의 실시예는 상기 셀 전압 측정부(140)에 의해 측정된 셀 전압값을 근거로 상기 셀 전압의 레벨이 기준값 이상인 경우에는 이를 어댑터 충전 모드로 인식하여 상기 외장 배터리 장치(100)에서 출력되는 충전 전류를 약 1A로 하고, 상기 셀 전압의 레벨이 기준값 미만인 경우에는 이를 USB 충전 모드로 인식하여 상기 외장 배터리 장치(100)에서 출력되는 충전 전류를 약 500mA로 할 수 있다.
여기서, 상기 기준값은 외장 배터리 장치(100)의 회로 소자의 발열 온도에 따라 장치 별로 상이하게 설정할 수 있다.
도 2에 도시된 예에 의할 경우 회로 소자의 발열 온도가 약 40도가 될 때 배터리 셀(120)의 전압이 약 3.5V이므로, 이 경우 상기 기준값은 3.5V로 설정할 수 있다.
이 때, 상기 3.5V는 상기 배터리 셀(120)의 최대 전압을 4.5V라 할 때, 최대 전압의 약 80%에 해당하므로, 상기 기준값은 배터리 셀(120)의 최대 전압의 80%로 설정할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 외장 배터리 장치 및 휴대용 기기의 연결에 대한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 외장 배터리 장치(100)는 USB 케이블(400)을 이용하여 휴대용 기기(300)와 연결된다.
본 발명의 실시예는 상기 외장 배터리 장치(100) 내에 구비된 배터리 셀(120)의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값에 의해 상기 외장 배터리 장치(100)가 어댑터 충전 모드 또는 USB 충전 모드로 구분되며, 상기 각 충전 모드에 대응되는 충전 전류가 USB 케이블(400)을 통해 휴대용 기기(300)에 장착된 내부 배터리(310)로 제공되어 상기 내부 배터리(310)가 충전된다.
도시되지 않았으나, 상기 휴대용 기기(300)의 리셉터클(Receptacle) A는 Vbus, D-, D+, ID 및 접지(Ground) 핀을 포함하고 있다. 상기 휴대용 기기(300)는 양쪽에 각각 플러그 A, B가 부착된 USB케이블(400)을 통하여 외장 배터리 장치(100)에 연결되어 있다. 이 경우 USB케이블(400)의 플러그 A는 휴대용 기기(300)의 리셉터클 A에 연결되고, 플러그 B는 외장 배터리 장치(100)의 리셉터클 B에 연결된다.
그리고, 상기 플러그 A는 상기 리셉터클(Receptacle) A에 대응되는 Vbus, D-, D+, ID 및 접지(Ground) 핀을 포함하고 있다. 또한, 상기 플러그 B와 리셉터클 B에는 각각 Vbus, D-, D+ 및 접지(Ground) 핀을 포함하고 있다.
본 발명의 실시예는 상기 외장 배터리 장치(100)의 리셉터클 B의 D-, D+ 핀 상태를 조절하여 충전 모드가 설정될 수 있다.
일 예로 배터리 셀(120) 전압이 기준값 이상인 경우는 상기 리셉터클 B의 D-, D+ 핀 상태를 어댑터 충전 모드로 설정하여 충전 전류가 1 내지 2A로 출력되도록 하고, 상기 배터리 셀 전압이 기준값 미만이 되어 외장 배터리 장치의 회로 소자의 발열 온도가 상승되는 경우에는 상기 리셉터클 B의 D-, D+ 핀 상태를 USB 충전 모드로 설정하여 상기 충전 전류가 상기 1 내지 2A 에서 500mA로 줄어들도록 하여, 이로 인해 상기 외장 배터리 장치(100) 내부의 회로 소자가 발열되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 외장 배터리 장치(100)의 출력단에 전류 제한 IC(미도시)를 구성하여 상기 배터리 셀(120)의 전압이 기준값보다 낮아지면 전류 제한 값을 1 내지 2A에서 500mA로 변경할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 외장 배터리 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저 외장 배터리 장치가 USB 케이블을 통해 내부 배터리가 장착된 휴대용 기기와 연결된다(ST 100).
상기 외장 배터리 장치 내의 배터리 셀이 방전되면서 소정의 충전전류가 상기 휴대용 기기의 내부 배터리로 제공되어 내부 배터리의 충전이 수행된다.
다음으로 상기 배터리 셀의 방전에 의해 변경되는 배터리 셀의 전압을 측정한다(ST 110). 이 때, 상기 셀 전압의 측정은 실시간으로 수행될 수 있다.
이후 상기 측정된 셀 전압값을 기 설정된 기준값과 비교한다(ST 120).
여기서, 상기 기준값은 외장 배터리 장치의 회로 소자의 발열 온도에 따라 장치 별로 상이하게 설정할 수 있다.
도 2에 도시된 예에 의할 경우 회로 소자의 발열 온도가 약 40도가 될 때 배터리 셀의 전압이 약 3.5V이므로, 이 경우 상기 기준값은 3.5V로 설정할 수 있다.
이 때, 상기 3.5V는 상기 배터리 셀의 최대 전압을 4.5V라 할 때, 최대 전압의 약 80%에 해당하므로, 상기 기준값은 배터리 셀의 최대 전압의 80%로 설정할 수 있다.
상기 측정된 셀 전압이 기 설정된 기준값 이상인 경우에는 어댑터 충전 모드로 인식하여 충전 전류를 1 내지 2A로 설정하여 출력(ST 130)하고, 상기 셀 전압의 레벨이 기준값 미만인 경우에는 이를 USB 충전 모드로 인식하여 충전 전류를 약 500mA로 설정하여 출력한다(ST 140).
즉, 본 발명의 실시예는 상기 외장 배터리 내에 구비된 배터리 셀의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값에 의해 상기 외장 배터리 장치가 어댑터 충전 모드 또는 USB 충전 모드로 구분되며, 상기 각 충전 모드에 대응되는 충전 전류가 USB 케이블을 통해 휴대용 기기에 부착된 내부 배터리로 제공되어 상기 내부 배터리를 충전함을 통해 상기 외장 배터리 장치 내부의 회로 소자가 발열되는 것을 억제할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정하여져야만 한다.
100: 외장 배터리 장치 110: 충전회로
120: 배터리 셀 130: DC-DC 컨버터
140: 셀 전압 측정부 150: 제어부
200: 외부 전원 공급 장치 300: 휴대용 기기
310: 내부 배터리

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀과;
    상기 배터리 셀의 전압을 소정의 전압 레벨로 승압시켜 출력하는 DC-DC 컨버터와;
    상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 셀 전압 측정부와;
    상기 측정된 셀 전압을 기 설정된 기준값과 비교하고, 이에 대응하여 서로 다른 레벨을 갖는 충전 전류가 출력되도록 제어하는 제어부가 포함됨을 특징으로 하는 외장 배터리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기 설정된 기준값은 상기 배터리 셀의 최대 전압의 80%에 대응되는 전압값임을 특징으로 하는 외장 배터리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 측정된 셀 전압이 상기 기준값 이상인 경우에는 어댑터 충전모드로 인식하여 이에 대응되는 충전전류가 출력됨을 특징으로 하는 외장 배터리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 어댑터 충전모드에 대응되는 충전전류는 1 내지 2A임을 특징으로 하는 외장 배터리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측정된 셀 전압이 상기 기준값 미만인 경우에는 USB 충전모드로 인식하여 이에 대응되는 충전전류가 출력됨을 특징으로 하는 외장 배터리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 USB 충전모드에 대응되는 충전전류는 약 500mA임을 특징으로 하는 외장 배터리 장치.
  7. 외장 배터리 장치가 USB 케이블을 통해 내부 배터리가 장착된 휴대용 기기와 연결되는 단계와;
    상기 외장 배터리 장치 내에 구비된 배터리 셀의 방전에 의해 변경되는 상기 배터리 셀의 전압이 측정되는 단계와;
    상기 측정된 배터리 셀의 전압을 기 설정된 기준값과 비교하는 단계와;
    측정된 셀 전압을 기 설정된 기준값과 비교하고, 이에 대응하여 서로 다른 레벨을 갖는 충전 전류가 상기 휴대용 기기에 장착된 내부 배터리로 제공되어 충전이 수행되는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 외장 배터리 장치 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 측정된 셀 전압이 기 설정된 기준값 이상인 경우에는 어댑터 충전 모드로 인식하여 상기 충전 전류가 1 내지 2A로 설정되어 출력됨을 특징으로 하는 외장 배터리 장치 제어 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 측정된 셀 전압이 기 설정된 기준값 미만인 경우에는 USB 충전 모드로 인식하여 상기 충전 전류가 약 500mA로 설정되어 출력됨을 특징으로 하는 외장 배터리 장치 제어 방법.
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