KR20160063763A - 사용 가능 시간이 향상된 모바일 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합적인 데이터 처리가 가능한 전자기기 본체; 상기 전자기기 본체에 전력을 공급하고, 전자기기 본체에 장착 및 분리가 가능한 메인 전지팩; 및 상기 전자기기 본체에 내장되어 있고, 메인 전지팩이 전자기기 본체에서 분리되는 경우, 전자기기 본체에 전력을 공급하는 보조 전지팩;
을 포함하고 있고, 상기 전자기기 본체에는 메인 전지팩의 형상에 대응하는 장착 포트가 형성되어 있고, 상기 장착 포트에는 장착된 메인 전지팩 또는 보조 전지팩 중 어느 하나의 전지팩이 전자기기 본체에 전력을 공급하도록 제어하는 연결회로부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다.

Description

사용 가능 시간이 향상된 모바일 디바이스 {Mobile Device with Improved Available Time Thereof}

본 발명은 사용 가능 시간이 향상된 모바일 디바이스에 관한 것이다.

휴대용 단말기는 휴대가 가능하면서 음성 및 영상 통화를 수행할 수 있는 기능, 정보를 입/출력할 수 있는 기능 및 데이터를 저장할 수 있는 기능 등을 하나 이상 갖춘 휴대용 전자기기이다. 이러한 전자기기는 그 기능이 다양화됨에 따라, 사진이나 동영상의 촬영, 음악 파일이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신, 무선 인터넷등과 같은 복잡한 기능들을 갖추게 되었으며, 종합적인 멀티미디어 기기(multimedia player) 형태로 구현되고 있다. 이러한 멀티미디어 기기의 형태로 구현된 전자기기는, 복잡한 기능을 구현하기 위해 하드웨어나 소프트웨어적 측면에서 새로운 시도들이 다양하게 적용되고 있다.

이러한 멀티미디어 전자기기를 장시간 휴대하기 위해서는 고용량의 전지팩이 필수적이고, 전지팩은 충방전이 가능하여 반복적인 사용이 가능해야 한다. 특히, 전자기기 중, 휴대폰 또는 웨어러블 기기와 같은 소형 모바일 전자기기는 장시간 외부에서 휴대하며, 지속적인 전파 수신 및 송신이 이루어지고, 통화 외에도, 그래픽 연산 또는 파일 재생과 같은 복잡한 데이터 처리가 보편화 되면서 전력 소비가 많은 바, 전자기기의 전지팩을 주기적으로 충전하거나 교체하여 사용하는 패턴이 일반적이다.

따라서, 전력 소비가 많은 휴대폰과 같은 모바일 전자기기가 외부에서 사용될 때, 사용자는 충전용 어댑터를 구비하여 전자기기의 전지팩이 방전되면, 어댑터로 외부전원과 전자기기를 연결하여 전지팩을 충전하거나, 여분의 전지팩으로 교체해야 한다.

그러나, 외부전원이 없는 환경에서는 어댑터를 통해 전지팩을 충전할 수 없으므로, 전자기기의 장시간 사용이 불가능하다. 또한, 여분의 전지팩을 구비한 경우라도, 전지팩의 교체를 위해서, 사용자는 사용하던 전자기기를 종료시켜야 하므로, 전자기기에서 실행 중인 프로그램의 종료가 불가피하다.

따라서, 외부에서 전자기기를 장시간 사용할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 계속한 끝에, 전자기기 본체에 장착 및 분리가 가능한 메인 전지팩, 전자기기 본체에 내장되어 있는 보조 전지팩, 및 메인 전지팩 또는 보조 전지팩 중 어느 하나의 전지팩이 전자기기 본체에 전력을 공급하도록 제어하는 연결회로부를 포함하는 디바이스는 사용 가능 시간이 비약적으로 향상되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디바이스는

복합적인 데이터 처리가 가능한 전자기기 본체;

상기 전자기기 본체에 전력을 공급하고, 전자기기 본체에 장착 및 분리가 가능한 메인 전지팩; 및

상기 전자기기 본체에 내장되어 있고, 메인 전지팩이 전자기기 본체에서 분리되는 경우, 전자기기 본체에 전력을 공급하는 보조 전지팩;

을 포함하고 있고,

상기 전자기기 본체에는 메인 전지팩의 형상에 대응하는 장착 포트가 형성되어 있고, 상기 장착 포트에는 장착된 메인 전지팩 또는 보조 전지팩 중 어느 하나의 전지팩이 전자기기 본체에 전력을 공급하도록 제어하는 연결회로부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 디바이스는, 메인 전지팩이 방전된 상태에서도, 전자기기 본체에 내장되어 있는 보조 전지팩을 통해 전자기기의 구동이 가능하므로, 전자기기의 장시간 사용이 가능한 이점을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 디바이스는 메인 전지팩의 교체가 가능하므로 여분의 메인 전지팩으로 교체하여 사용할 수 있고, 메인 전지팩의 교체가 필요할 경우, 사용자는 전자기기를 종료시키지 않고, 보조 전지팩으로부터 전력을 공급받는 상태로 메인 전지팩을 교체 할 수 있으며, 그에 따라, 전자기기에서 실행 중이던 프로그램을 종료하지 않고, 연속적으로 사용할 수 있는 편의성을 제공한다.

상기 연결회로부는 메인 전지팩 또는 보조 전지팩의 전력 공급 상태를 제어하기 위한 다수의 회로들을 포함할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 연결회로부는, 장착 포트에 메인 전지팩이 장착된 경우에, 메인 전지팩으로부터 전자기기 본체로 전력을 공급하는 제 1 회로를 포함할 수 있다.

즉, 상기 제 1 회로는 메인 전지팩이 장착될 경우에만 작동하는 회로로써, 메인 전지팩으로부터 전자기기 본체로 직접적으로 전력을 공급하는 회로이다.

상기 연결회로부는 또한, 장착 포트에 메인 전지팩이 장착된 경우에, 메인 전지팩과 보조 전지팩을 전기적으로 상호 연결시키고, 메인 전지팩의 전력을 보조 전지팩에 공급하여 보조 전지팩을 충전시키는 제 2 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 제 2 회로는 제 1 회로와는 독립적인 회로이며, 하기와 같은 조건들을 모두 충족할 때, 메인 전지팩의 전력을 보조 전지팩에 공급한다.

첫째, 상기 메인 전지팩이 장착 포트에 장착되어 있고, 둘째, 메인 전지팩이 방전된 상태가 아니며, 셋째, 보조 전지팩의 용량이 100 % 미만일 때 작동한다. 이 조건들을 모두 충족하면, 보조 전지팩은 제 2 회로를 통해 메인 전지팩의 전력으로 충전될 수 있다.

여기서, 상기 제 2 회로는 보조 전지팩이 완전히 충전되는 경우, 즉, 상기 셋째 조건이 충족되지 않을 경우, 메인 전지팩이 보조 전지팩에 전력을 공급하는 것을 차단하도록 메인 전지팩과 보조 전지팩의 전기적 연결을 단전시킨다.

상기 연결회로부는 또한, 장착 포트에서 메인 전지팩이 분리되는 경우에, 보조 전지팩으로부터 전자기기 본체에 전력을 공급하는 제 3 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 제 3 회로는 제 1 회로 및 제 2 회로와는 독립적인 회로이며, 장착 포트에서 메인 전지팩이 분리되는 경우 외에도, 상기 메인 전지팩이 완전히 방전되어 있는 경우에도 작동할 수 있다.

한편, 상기 연결회로부는 제 1 회로 제 2 회로 및 제 3 회로를 제어하는 제 4 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 제 4 회로는 제 1 회로, 제 2 회로 및 제 3 회로들의 작동에 앞서, 별도의 조건으로 이들의 작동 여부를 결정하는 상위 회로이다.

하나의 예로서, 제 4 회로는 장착 포트에 메인 전지팩이 장착된 경우에 제 1 회로 및 제 2 회로를 활성화 시키고, 제 3 회로는 불활성화 시킬 수 있다. 따라서, 우선 메인 전지팩이 장착 포트에 장착된 상태라면, 제 4 회로는 제 1 회로 및 제 2 회로를 활성화 시키고, 여기서 제 2 회로는 상기 메인 전지팩이 장착 포트에 장착되어 있고, 메인 전지팩이 방전된 상태가 아니며, 보조 전지팩의 용량이 100 % 미만이면, 메인 전지팩으로 보조 전지팩을 충전시킨다.

또 다른 예로서, 상기 제 4 회로는 장착 포트로부터 메인 전지팩이 분리된 경우, 또는 메인 전지팩이 완전히 방전된 경우에, 제 1 회로 및 제 2 회로를 불활성화 시키고, 제 3 회로는 활성화 시킬 수 있다. 따라서, 메인 전지팩이 분리된 경우에도, 활성화 된 제 3 회로가, 보조 전지팩의 전력을 전자기기에 공급하여, 전자기기를 사용할 수 있게 한다.

한편, 상기 제 4 회로는 외부 전원이 전자기기 본체에 전기적으로 연결되면, 제 1 회로를 활성화 시키고, 제 2 회로 및 제 3 회로는 불활성화 시킬 수 있다. 여기서, 상기 제 4 회로는 또한, 외부 전원으로 메인 전지팩을 충전시키는 회로일 수 있다.

상기와 같은 연결 구조는 제 4 회로가 메인 전지팩을 충전시키는 동시에, 활성화된 제 1 회로를 통해, 메인 전지팩의 전력이 전자기기로 공급되어 전자기기가 작동하는 구조일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 디바이스는, 메인 전지팩의 장착 및 분리가 간편하게 이루어질 수 있도록, 이하 상술하는 바와 같이, 특별한 구조로 이루어져 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 장착 포트는 전자기기 본체의 일측에서 메인 전지팩의 단자 접속부가 형성되어 있는 단부와 대응되는 형상과 크기로 개방되어 있는 개구; 및

상기 전자기기 본체의 개방된 일측으로부터, 상기 개구의 형상으로 메인 전지팩의 길이만큼 만입되어 있는 수납부;를 포함할 수 있다.

상기 구조에서는, 메인 전지팩이 그것의 단자 접속부가 형성되어 있는 단부가 개구에 삽입된 상태에서, 수납부를 따라 내부로 슬라이딩되어 장착 포트에 장착될 수 있다.

여기서, 상기 메인 전지팩의 단자 접속부와 대향하는 단부 면은 개구와 인접한 전자기기 본체의 외면과 동일한 색상의 라벨 및/또는 동일한 재질의 판재가 부착될 수 있고, 상기 메인 전지팩이 장착 포트에 장착된 상태에서는 그것의 단자 접속부와 대향하는 단부 면이 개구와 동일한 높이에 위치할 수 있다.

일반적으로, 장착 및 분리가 가능한 메인 전지팩을 사용하는 전자기기 본체는 별도의 케이스 부재를 포함하고, 장착 포트에 장착된 메인 전지팩을 외부로부터 격리하고, 감싸도록, 장착포트의 외면에 케이스가 장착되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조는 메인 전지팩의 교체 시, 케이스를 분리해야 하는 바, 장기간 반복적으로 케이스를 장착 및 분리하는 경우, 케이스가 마모되어 파손될 수 있는 단점이 있다. 또한, 케이스는 메인 전지팩 또는 장착 포트의 크기에 대응되는 크기와 형상으로 이루어지는 바, 전자기기 본체의 외면 면적을 다수 차지하게 되어, 전자기기 본체를 다양하게 디자인하기 어렵게 하는 요소로 작용한다.

반면에, 본 발명에 따른 디바이스에서는, 메인 전지팩의 단자 접속부와 그 대향 단부에 이르는 길이 방향으로 장착 포트에 삽입되는 바, 장착 포트의 개구에 위치한 메인 전지팩의 단부를 제외한 대부분의 면이 장착 포트 자체로 감싸지므로, 별도의 케이스를 구비할 필요가 없는 장점이 있다.

또한, 메인 전지팩의 단자 접속부와 대향하는 단부 면이 전자기기 본체의 외면과 동일한 색상의 라벨 및/또는 동일한 재질의 판재가 부착되어 있고, 개구와 동일한 높이에 위치하므로, 상기 개구를 통해 노출된 상기 단부 면과 전자기기 본체가 미관상 일치할 수 있으며, 그에 따라 전자기기 본체의 디자인을 더욱 다양하게 구성할 수 있다.

이러한 전자기기 본체는 휴대폰 본체 또는 웨어러블 전자기기 본체와 같은 소형 모바일 기기일 수 있으나 이것들로 한정되는 것은 아니다.

일반적으로, 휴대폰 본체 또는 웨어러블 전자기기는 신체에 착용 또는 소지하기 위해, 소형화 및 저 중량화된 전자기기로서, 상대적으로 용량이 적은 소형 전지팩을 포함하므로, 야외에서 주로 사용될 경우, 전지팩의 낮은 용량으로 인한 사용의 연속성이 제한될 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 디바이스는, 메인 전지팩 및 보조 전지팩으로 이루어진 독립적인 전력원에 의해, 사용 시간을 더욱 연장시킬 수 있으며, 특히, 교체가 가능한 메인 전지팩을 교체하기 위해서, 휴대폰 본체 또는 웨어러블 전자기기를 종료시킬 필요가 없는 바, 실행중인 데이터 처리 또는 다중 작업들을 연속적으로 사용할 수 있다.

상기 수납부의 만입 하단부에는 메인 전지팩의 단자 접속부와 전기적으로 접속하기 위한 접속 단자가 형성되어 있고, 상기 접속 단자의 하단 또는 측면에는 연결회로부의 제 4 회로가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 접속 단자는, 탄성을 가지는 금속 판재로 이루어져 있고, 메인 전지팩이 장착되지 않은 경우, 제 4 회로와 연결되지 않도록 제 4 회로로부터 상향으로 이격되어 있고, 메인 전지팩의 장착된 경우, 메인 전지팩의 단자 접속부에 의해 하향 가압되어 제 4 회로와 접속할 수 있다.

이러한 구조는, 메인 전지팩이 장착 포트에 삽입되어, 메인 전지팩의 단자 접속부가 접속 단자를 하향 가압할 때, 상기 접속 단자가 제 4 회로와 접촉하게 되어, 제 4 회로가 제 1 회로 및 제 2 회로를 활성화 시키고, 제 3 회로를 불활성화 시킬 수 있다. 이와는 달리, 메인 전지팩이 장착 포트에서 분리되어, 접속 단자가 상향으로 제 4 회로로부터 이격되면, 제 4 회로는 제 1 회로 및 제 2 회로를 불활성화 시키고, 제 3 회로는 활성화 시키는 구조일 수 있다. 따라서, 메인 전지팩이 장착 포트에 완전히 삽입되는 조건은 제 4 회로가 제 1 회로 및 제 2 회로를 활성화하는 트리거(trigger)가 될 수 있다.

한편, 상기 메인 전지팩은 수납부를 따라 내부로 슬라이딩되어 장착 포트에 장착되는 간편한 장착 구조와 함께, 장착 포트로부터 간편하게 분리되는 구조로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 수납부의 측면에는 메인 전지팩을 개구에 삽입한 상태로 한 번 가압하면 수납부에 장착되고, 다시 가압하면 분리되는 구조의 출납부재가 배치되어 있어, 메인 전지팩은 손쉽게 장착 또는 분리될 수 있다.

이러한 출납 부재는, 메인 전지팩이 수납부에서 슬라이딩 될 때, 메인 전지팩과 함께, 스프링에 의해 탄성있게 눌려지는 스프링 부재, 메인 전지팩에 형성된 홈에 걸리는 로드 등을 포함할 수 있다.

이러한 출납수단의 또 다른 구성은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 보조 전지팩은 메인 전지팩의 용량 대비 5 % 내지 20 %의 용량을 가질 수 있다. 상기 보조 전지팩의 용량이 상기 범위 미만일 경우, 전자기기 본체에 충분한 전력을 공급할 수 없으므로, 바람직하지 않고, 상기 범위를 초과하는 경우, 보조 전지팩의 체적 또한 증가되어야 하므로, 소형화가 필요한 디바이스에 적합하지 않다.

한편, 본 발명에 따른 디바이스에 사용되는 메인 전지팩 및 보조 전지팩은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬-이온 이차전지, 리튬 이온 폴리머 이차전지, 또는 리튬 폴리머 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.

일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn₂O₄; 디설파이드 화합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe’_yO_z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO₂, PbO, PbO₂, Pb₂O₃, Pb₃O₄, Sb₂O₃, Sb₂O₄, Sb₂O₅, GeO, GeO₂, Bi₂O₃, Bi₂O₄, and Bi₂O₅ 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.

상기 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 130 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.

상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.

이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.

또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.

상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.

리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li₅NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 디바이스는 메인 전지팩이 방전된 상태에서도, 전자기기 본체에 내장되어 있는 보조 전지팩을 통해 전자기기의 구동이 가능하므로, 전자기기의 장시간 사용이 가능한 이점을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 디바이스는 메인 전지팩의 교체가 가능하므로 여분의 메인 전지팩으로 교체하여 사용할 수 있고, 메인 전지팩의 교체가 필요할 경우, 사용자는 전자기기를 종료시키지 않고, 보조 전지팩으로부터 전력을 공급받는 상태로 메인 전지팩을 교체 할 수 있으며, 그에 따라, 전자기기에서 실행 중이던 프로그램을 종료하지 않고, 연속적으로 사용할 수 있는 편의성을 제공한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디바이스의 사시도이다;
도 2는 전자기기 본체에 메인 전지팩이 장착되는 구조를 도시한 모식도이다;
도 3은 전자기기 본체의 수직 단면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 회로도이다;
도 5는 도 4에서, 보조 전지팩이 만충된 경우를 나타낸 회로도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로도이다.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 도면 및 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 디바이스가 사시적으로 도시되어 있고, 도 2에는 전자기기 본체에 메인 전지팩이 장착되는 구조가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 3에는 전자기기 본체의 수직 단면이 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 함께 참조하여, 본 발명에 따른 디바이스의 구조를 휴대폰으로 설정하여 설명하지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 이것으로 한정되는 것은 아니다.

디바이스는 전자기기 본체(102), 전자기기 본체(102)에 내장되어 있는 보조 전지팩(120), 전력을 공급을 제어하는 연결회로부(130) 및 전자기기 본체(102)에 장착 및 분리가 가능한 메인 전지팩(104)으로 구성되어 있다.

전자기기 본체(102)에는 메인 전지팩(104)의 형상에 대응하는 장착 포트(110)가 형성되어 있다. 구체적으로, 장착 포트(110)는 메인 전지팩(104)이 삽입될 수 있는 개구(112) 및 개구(112)로부터 메인 전지팩(104)의 길이만큼 만입되어 있는 수납부(111)를 포함한다.

수납부(111)는 메인 전지팩(104)의 외면 형상에 대략 대응하는 크기와 형상으로 이루어져 있으며, 개구(112)는 메인 전지팩(104)의 단자 접속부(106)가 형성되어 있는 단부 면 및 메인 전지팩(104)의 단자 접속부(106)와 대향하는 단부 면(108)과 동일한 형상으로 이루어져 있다.

수납부(111)의 측면에는 메인 전지팩(102)을 개구(112)에 삽입한 상태로 한 번 가압하면 수납부(111)에 장착되고, 다시 가압하면 분리되는 구조의 출납부재(114)가 배치되어 있다.

여기서, 메인 전지팩(104)이 그것의 단자 접속부(106)가 형성되어 있는 단부가 개구(112)에 삽입된 상태에서, 수납부(111)를 따라 화살표 방향으로 슬라이딩되어 수납부(111) 내부에 장착된다.

이 때, 메인 전지팩(104)의 단자 접속부(106)와 대향하는 단부 면(108)에는 개구(112)와 인접한 전자기기 본체(102)의 외면과 동일한 색상의 라벨이 부착되어 있고, 이 단부 면은 개구(112)와 동일한 높이에 위치하며, 그에 따라 메인 전지팩(104)은 장착 포트(110)에 삽입된 상태에서, 전자기기 본체(102)의 외면과 대략 유사하게 장착될 수 있다.

수납부(111)의 만입 하단부에는 메인 전지팩(104)의 단자 접속부(106)와 전기적으로 접속하기 위한 접속 단자(113)가 형성되어 있다. 또한, 수납부(111)의 만입 하단부에는 접속 단자(113)의 측면 방향에 연결회로부가 배치되어 있다.

연결회로부(130)는 제 1 회로(134), 제 2 회로(136), 제 3 회로(138) 및 제 4 회로(132)로 구성되어 있다. 이 중, 제 4 회로(132)는 수납부(111)의 만입 하단부에서 접속 단자(113)의 측면에 가장 인접하여 위치하고 있고, 제 4 회로부(132)는 수납부(111) 하단에서 접속 단자(113)와 접촉하기 위한 통신단(133)을 포함하며, 통신단(133)은 수납부(111)의 만입 하단부의 상면으로 연장되어 있다.

접속 단자(113)는, 탄성을 가지는 금속 판재로 이루어져 있고, 수납부(111)의 만입 하단부로부터 상향으로 절곡된 상태로 이격되어 있다. 따라서, 메인 전지팩(104)이 장착되지 않은 상태에서는, 접속 단자(113)가 상향으로 절곡된 상태를 유지하며, 수납부(111)의 만입 하단부의 상면으로 연장되어있는 제 4 회로(132)의 통신단(133)과 접촉하지 않는다.

그러나, 메인 전지팩(104)이 수납부(111)에 완전히 삽입되어 장착 포트(110)에 장착된 경우에는, 접속 단자(113’)는 메인 전지팩(104)의 단자 접속부(106)와 접속하는 동시에, 단자 접속부(106)에 의해 하향으로 가압되어 제 4 회로(132)의 통신단(133)과 접촉하게 된다. 이러한 접촉에 의해, 제 4 회로(132)는 제 1 회로(134) 및 제 2 회로(136)를 활성화하는 트리거(trigger) 역할을 수행하며, 반대로, 접촉이 해제되면, 제 4 회로(132)는 제 1 회로(134) 및 제 2 회로(136)의 불활성화를 결정하며, 제 3 회로(138)는 활성화 시킨다.

여기서, 예외적으로, 제 4 회로(132)는 상기 트리거 역할에 의해 제 3 회로(138)의 활성 또는 불활성화 여부를 결정하지는 않는 점에 주목해야 한다. 이는 메인 전지팩(102)이 충전 포트(110)에 완전히 장착된 상태에서, 완전하게 방전될 경우에 제 3 회로(138)를 활성화 시키기 위함이다.

이를 위해, 제 4 회로(132)는 제 1 회로(134), 제 2 회로(136) 및 제 3 회로(138)의 활성 또는 불활성을 제어하는 역할 이외에도, 메인 전지팩(120)의 용량을 감지할 수 있으며, 메인 전지팩(120)이 완전히 방전되면 제 3 회로(138)를 활성화 시키고, 접속 단자(113)와 통신단(133)의 접촉이 해제되는 경우에도 제 3 회로(138)를 활성화 시킨다.

한편, 도 4 내지 도 7에는 본 발명의 실시예들에 따른 연결회로부의 작동 메커니즘이 도시되어 있다.

먼저 도 4를 도 1 내지 도 3과 함께 참조하면, 전자기기 본체(102)의 장착 포트(110)에는 메인 전지팩(104)이 장착되어 있고, 그에 따라, 메인 전지팩(104)의 단자 접속부(106)는 수납부(111)의 접속 단자(113)와 접속하는 동시에, 접속 단자(113)를 하향으로 가압시킨다. 따라서, 접속 단자(113)와 제 4 회로(132)의 통신단(133)은 서로 접촉하며, 이들 사이에는 전기적으로 접속되어 있어, 서로 전기 신호를 송수신한다.

제 4 회로(132)는 제 1 회로(134)를 활성화 시키고, 활성화된 제 1 회로(134)는 메인 전지팩(104)과 전자기기 본체(102)의 전원부를 전기적으로 연결시키며, 메인 전지팩(104)으로부터 전자기기 본체(102)로 전력이 공급되도록 한다.

제 4 회로(132)는 또한, 제 2 회로(136)를 활성화 시키고, 활성화된 제 2 회로(136)는 메인 전지팩(104)과 보조 전지팩(120)을 전기적으로 연결시키며, 메인 전지팩(104)으로부터 보조 전지팩(120)으로 전력을 공급하여, 보조 전지팩(120)을 충전시킨다.

여기서, 제 4 회로(132)는 제 1 회로(134)를 통해 메인 전지팩(104)의 전력이 전자기기 본체(102)에 공급되고 있으므로, 제 3 회로(136)를 불활성화 시켜, 보조 전지팩(120)으로부터 전자기기 본체(102)의 전원부(150)로 전력이 공급되는 것을 방지하는 것에 주목해야 한다.

그러나, 도 5에서와 같이, 보조 전지팩(120a)의 용량이 100%인 경우에는, 제 2 회로(136a)가 즉각적으로 메인 전지팩(104)과 보조 전지팩(120a)의 전기적 연결을 차단한다. 이는 제 4 회로(132a)에 의한 제어는 아니며, 제 2 회로(136a)가 독립적으로 수행하는 것에 주목해야 한다.

도 6에는 전자기기 본체의 장착 포트(110)에서 메인 전지팩(104)이 분리되어 있는 경우의 회로도가 모식적으로 도시되어 있다.

이를 참조하면, 제 4 회로(132b)는, 메인 전지팩(104)과 전자기기 본체(102)와 보조 전지팩(120)을 전기적으로 연결하는 제 1 회로(134b)와 제 2 회로(134b)를 모두 불활성화 시키는 반면에, 전자기기 본체(102)가 연속하여 작동할 수 있도록, 제 3 회로(138b)를 활성화 시킨다.

활성화된 제 3 회로(138b)는 보조 전지팩(120)과 전자기기 본체(102)의 전원부(150)를 전기적으로 연결시키며, 보조 전지팩(120)으로부터 전자기기 본체(102)로 전력이 공급되도록 한다.

따라서, 본 발명에 따른 디바이스(100)는, 연결회로부(130)가 전자기기 본체(102)를 사용하기 위한 전력원인 메인 전지팩(104)과 보조 전지팩(120)을 상기와 같은 매커니즘에 기반하여 능동적으로 스왑(swap)하여, 어느 하나의 전력원이 제거되더라도, 나머지 하나의 전력원을 통해 전자기기 본체(102)를 연속적으로 사용할 수 있도록 할 수 있다.

한편, 도 7에는 외부 전원이 전자기기 본체에 연결되어 있는 경우의 회로도가 모식적으로 도시되어 있다.

이를 참조하면, 제 4 회로(132c)는 외부 전원(200)이 전자기기 본체(102)의 전원부에 전기적으로 연결되면, 제 1 회로(134c)를 활성화 시키고, 제 2 회로(136c) 및 제 3 회로(138c)는 불활성화 시킨다.

제 4 회로(132c)가 메인 전지팩(104)을 충전시키는 동시에, 활성화된 제 1 회로(134c)를 통해, 메인 전지팩(104)의 전력이 전자기기 본체(102)로 공급되어 전자기기 본체(102)가 작동하게 된다.

도시하지는 않았지만, 전자기기 본체(102)의 전원부(150)에는 외부 전원(200)의 교류 전류를 전자기기 본체(102) 사용가능 전류 또는 메인 전지팩(104)의 충전가능 전류인, 직류 전류로 변환하는 인버터를 포함하며, 인버터를 통해 변환된 전류는 제 4 회로(132c)를 통해, 메인 전지팩(104)으로 흐르면서 메인 전지팩(104)을 충전시킨다.

이상에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디바이스는 메인 전지팩이 방전된 상태에서도, 전자기기 본체에 내장되어 있는 보조 전지팩을 통해 전자기기의 구동이 가능하므로, 전자기기의 장시간 사용이 가능한 이점을 제공하며, 메인 전지팩의 간편한 체결 구조 통해, 별도의 케이스가 필요 없이 디바이스를 구성할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

1. 복합적인 데이터 처리가 가능한 전자기기 본체;
   상기 전자기기 본체에 전력을 공급하고, 전자기기 본체에 장착 및 분리가 가능한 메인 전지팩; 및
   상기 전자기기 본체에 내장되어 있고, 메인 전지팩이 전자기기 본체에서 분리되는 경우, 전자기기 본체에 전력을 공급하는 보조 전지팩;
   을 포함하고 있고,
   상기 전자기기 본체에는 메인 전지팩의 형상에 대응하는 장착 포트가 형성되어 있고, 상기 장착 포트에는 장착된 메인 전지팩 또는 보조 전지팩 중 어느 하나의 전지팩이 전자기기 본체에 전력을 공급하도록 제어하는 연결회로부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결회로부는, 장착 포트에 메인 전지팩이 장착된 경우에, 메인 전지팩으로부터 전자기기 본체로 전력을 공급하는 제 1 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연결회로부는, 장착 포트에 메인 전지팩이 장착된 경우에, 메인 전지팩과 보조 전지팩을 전기적으로 상호 연결시키고, 메인 전지팩의 전력을 보조 전지팩에 공급하여 보조 전지팩을 충전시키는 제 2 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 회로는 보조 전지팩이 완전히 충전되는 경우, 메인 전지팩이 보조 전지팩에 전력을 공급하는 것을 차단하도록 메인 전지팩과 보조 전지팩의 전기적 연결을 단전시키는 것을 특징으로 하는 디바이스.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 연결회로부는 장착 포트에서 메인 전지팩이 분리되는 경우에, 보조 전지팩으로부터 전자기기 본체에 전력을 공급하는 제 3 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 연결회로부는 제 1 회로 제 2 회로 및 제 3 회로를 제어하는 제 4 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 4 회로는 장착 포트에 메인 전지팩이 장착된 경우에 제 1 회로 및 제 2 회로를 활성화 시키고, 제 3 회로는 불활성화 시키는 것을 특징으로 하는 디바이스.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 4 회로는 장착 포트로부터 메인 전지팩이 분리된 경우, 제 1 회로 및 제 2 회로를 불활성화 시키고, 제 3 회로는 활성화 시키는 것을 특징으로 하는 디바이스.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 4 회로는 외부 전원이 전자기기 본체에 전기적으로 연결되면, 제 1 회로를 활성화 시키고, 제 2 회로 및 제 3 회로는 불활성화 시키는 것을 특징으로 하는 디바이스.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 제 4 회로는 장착 포트로부터 메인 전지팩이 분리된 경우, 외부 전원과 제 1 회로를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 장착 포트는 전자기기 본체의 일측에서 메인 전지팩의 단자 접속부가 형성되어 있는 단부와 대응되는 형상과 크기로 개방되어 있는 개구; 및
    상기 전자기기 본체의 개방된 일측으로부터, 상기 개구의 형상으로 메인 전지팩의 길이만큼 만입되어 있는 수납부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 수납부의 만입 하단부에는 메인 전지팩의 단자 접속부와 전기적으로 접속하기 위한 접속 단자가 형성되어 있고, 상기 접속 단자의 하단 또는 측면에는 연결회로부의 제 4 회로가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 접속 단자가 제 4 회로와 접촉하면, 제 4 회로는 제 1 회로 및 제 2 회로를 활성화 시키고, 제 3 회로를 불활성화 시키며, 접촉하지 않는 경우, 제 4 회로는 제 1 회로 및 제 2 회로를 불활성화 시키고, 제 3 회로는 활성화 시키는 것을 특징으로 하는 디바이스.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 메인 전지팩은 그것의 단자 접속부가 형성되어 있는 단부가 개구에 삽입된 상태에서, 수납부를 따라 내부로 슬라이딩되어 장착 포트에 장착되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 접속 단자는, 탄성을 가지는 금속 판재로 이루어져 있고, 메인 전지팩이 장착되지 않은 경우, 제 4 회로와 연결되지 않도록 제 4 회로로부터 상향으로 이격되어 있고, 메인 전지팩의 장착된 경우, 메인 전지팩의 단자 접속부에 의해 하향 가압되어 제 4 회로와 접속하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
16. 제 11 항에 있어서, 상기 수납부의 측면에는 메인 전지팩을 개구에 삽입한 상태로 한 번 가압하면 수납부에 장착되고, 다시 가압하면 분리되는 구조의 출납부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 메인 전지팩의 단자 접속부와 대향하는 단부 면은 개구와 인접한 전자기기 본체의 외면과 동일한 색상의 라벨 및/또는 동일한 재질의 판재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 메인 전지팩이 장착 포트에 장착된 상태에서는 그것의 단자 접속부와 대향하는 단부 면이 개구와 동일한 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 전지팩은 메인 전지팩의 용량 대비 5 % 내지 20 %의 용량을 가지는 것을 특징으로 하는 디바이스.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기기 본체는, 휴대폰 본체, 노트북 본체 또는 웨어러블 기기 본체인 것을 특징으로 하는 디바이스.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 웨어러블 본체는 스마트 시계 본체 또는 스마트 안경 본체인 것을 특징으로 하는 디바이스.
22. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 전지팩 및 보조 전지팩은 리튬-이온 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지, 또는 리튬 폴리머 이차전지에서 선택되는 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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