KR0141680B1 - 배터리의 충전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재충전이 가능한 배터리를 충전할 시 배터리의 충전조건에 따라 최적의 충전을 구현하는 장치 및 방법을 제공한다. 이를 위하여 먼저 충전 동작이 수행되면, 일정 주기로 충전전압 및 충전온도를 검출하여 샘플링하며, 샘플링 데이타들을 미리 설정한 절대값과 비교하여 충전상태를 판단한다. 이때 설정된 절대충전온도를 초과하는 경우에는 배터리로 공급되는 충전전류를 차단하고 충전대기 상태로 천이한다. 그리고 이런 상태에서 상기 배터리의 온도가 절대충전온도 이하로 떨어지면 배터리로 충전전류를 다시 공급하여 비정상적인 조건이 해제되는 경우 자동적으로 재충전 동작을 수행한다. 또한 판단과정에서 설정된 절대충전전압 또는 충전시간을 초과하는 경우에도 충전동작을 중이시킨다. 그리고 그 충전과저에서 소정 시간 이상 충전전압의 강하가 감지될 시 만충전으로 판단하여 배터리 충전동작을 중지 시킨다.

Description

배터리의 충전 방법

제 1도는 본 발명을 수행하기 위한 배터리 충전회로의 구성도.

제 2도는 본 발명에 따른 배터리 충전 흐름 도.

제 3도는 제 2도 중 충전상태 검사과정의 상세 흐름도.

제 4도는 배터리의 충전 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 제어부 111 : 전압검출부

112 : 온도검출부 113 : 정전류원

114 : 커넥터 115 : 스위치

본 발명은 배터리의 충전 방법에 관한 것으로, 특히 주변환경에 무관하게 항상 배터리를 만충전시킬수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 셀룰라 이동체 무선단말기와 같이 충전용 배터리를 사용하는 시스템등에서는, 시스템이 휴지 상태인 경우 배터리의 충전 동작을 수행한다. 이때 상기 시스템은 충전기를 이용하여 충전 가능한 배터리의 충전 동작용을 수행하는데, 충전 방법은 배터리의 용량과 충전전류를 감안한 최대 충전시간과 최대 중전전압 및 배터리 전압의 -dv를 검출하여 배터리의 만충전 여부를 판단하고 만충전임 표시 한다.

즉, 상기와 같은 종래의 방법으로는 대한민국 특허 공개 제 92-8735호에 개시된 바와 같이, 배터리의 단자 전압을 일정 시간 간격으로 샘플링하고, 이 최신 샘플값과 비교하여 전압강하가 발생되는 시점(즉, -dv가 검출되는 시점)을 찾아 이러한 상태가 일정시간 계속되면 충전스위치를 끊은 방법을 제시하고 있다. 또 다른 종래의 방법으로는 대한민국 특허 공고 제 92-2687호에 개시된 바와 같이, 배터리의 전압 강하와 배터리의 온도 센서의 차단온오를 이용해 만 충전이 다 되면 배터리 팩의 내부 온도가 상승하는 일반적인 특성을 사용해 충전을 하는 방법을 제시고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 배터리 충전 방법은 재충전용 배터리가 완전 방전 되었을 경우나, 또는 충전기가 위치된 장소의 온도가 매우 높은 곳에서 사용하던 배터리는 많은 열이 가해진 상태이므로, 충전시 만충전 조건세서 절대온도에 의해 곧 바로 만충전이라고 판단되는 경우가 발생된다. 또한 한번 만충전이라고 판단된 배터리는 해당 배터리 자체의 온도가 떨어져도 배터리를 제거했다가 새로 삽입하지 않으면 충전상태로 할 수 없게 된다. 그러므로 실제 만충전이 되지 않은 배터리를 만 충전이 된 것처럼 표시하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 배터리 충전시 외부 또는 내부의 조건에 의해 배터리가 고온 상태가 되더라도 최적의 조건으로 만충전을 시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제 1도는 본 발명을 수행하기 위한 배터리 충전장치의 구성도로서, 제어부(100)은 배터리의 연결부를 판단하여 충전을 시작하고 배터리의 충전 상태를 일정 시간 간격으로 샘플링하여 만충전 여부를 판단한다. 정전류원(113)은 상기 배터리로 일정한 전류를 공급한다. 커넥터(114)는 배터리 충전기를 연결한다. 스위치(115)는 정전류원(113)과 커넥터(114)사이에 연결되며, 상기 제어부(100)의 제어하에 스위칭되어 상기 정전류원(113)으로부터 출력되는 전류를 상기 커넥터(114)에 배터리의 충전 전류로 출력한다. 상기 스위치(115)는 트랜지스터들을 사용할 수 있다. 전압검출부(111)은 상기 커넥터(114)와 연결되며, 상기 배터리의 충전 전압을 검출한다. 상기 전압검출부(111)은 충전상태를 설정하기 위한 기준전압발생수단과, 충전전압과 상기 기준전압을 비교하여 전압검출신호를 발생하기 위한 비교기등으로 구성될 수 있다. 온도검출부(112)는 상기 커넥터(114)와 연결되며, 상기 배터리의 온도를 검출한다. 상기 온도검출부(112)는 충전시 배터리의 온도를 감지하기 위한 온도센서와, 온도센서로부터 감지되는 신호를 온도데이타로 발생하는 수단등으로 구성될 수 있다.

따라서 상기 제어부(100)은 상기 배터리의 충전 전압, 충전 온도, 그리고 전압강하를 판다하기 위해 주기적인 전압 및 온도를 샘플링한 값을 저정하는 램을 구비하며, 이들 데이타들을 이용하여 제2도 및 제3도와 같은 흐름을 수행함으로서, 상기 배터리의 충전을 주변의 상태에 무관하게 최적의 조건을 만충전할 수 있게된다.

제2도는 본 발명에 따라 배터리의 충전 동작이 수행되는 과정을 도시한 흐름도로서, 배터리가 충전기에 삽입될 시 충전되는 전압 및 온도를 검사하여 충전동작을 제어함으로서 상기 배터리의 충전동작을 최적의 조건에서 수행한다.

제3도는 상기 제2도의 흐름도 중 충전상태를 검사하는 과정의 상세흐름도를 도시하고 있다.

제4도는 충전용 배터리의 충전 특성도로서, 411은 충전전압의 특성을 도시하고 있고, 412는 충전전류의 특성을 도시하고 있으며, 413은 충전온도의 특성을 도시하고 있다. 여기서 -dv는 배터리 충전시 만충전 전압을 나타낸다. 즉, 재충전 배터리는 만충전되는 경우 오히려 충전전압이 마이너스로 변하는 특성이 있다. 이런 상태가 발생되면 배터리는 만충전상태가 되며, 이를 -dv라 한다. 또한 상기 배터리는 사양(SPEC) 상에서 충전동작을 정상적으로 수행할 수 없는 차단온도가 표시된다. 따라서 충전동작 수행시 상기 차단온도가 감지되며, 상기 배터리의 온도가 정상적인 온도로 환원될 때까지 배터리의 충전을 세류전류(trickle)로 한다.

상술한 제1도의 구성과 제2도 및 제3도의 흐름도 그리고 제4도의 충전 특성도를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적인 재 충전용 배터리인 니켈 카드륨 배터리를 사용하는 경우 필요시 재충전을 하여야하는데, 통상 전체적인 충전시간 또는 배터리의 절대 전압과 배터리의 충전전압이 감소되는 -dv를 검출하여 충전을 완료시키게 된다. 그리고 일단 충전이 완료되면, 배터리의 충전시 외부 또는 내부의 어떤 조건에 의해 배터리가 고온 상태가 되어 비정상적으로 충전되거나 또는 충전이 안되는 동작을 방지하고, 최적의 조건에서 충전동작을 수행할 수 있도록 하여야 한다.

상기와 같이 상기 배터리가 최적의 조건에 충전 동작을 수행할 수 있도록, 상기 제어부(100)은 전압검출부(111)과 온도검출부(112)의 출력에 대한 주기적인 샘플링을 통해 검출되는 전압 및 온도 데이타를 갱신하여 메모리에 저장하고, 메모리에 저장하고 있는 데이타들을 이용하여 배터리의 충전을 제어한다. 즉, 상기와 같은 데이타들을 분석한 후, 분석결과에 따라 스위치(115)를 제어하여 정전류원(113)의 출력이 배터리에 공급되는 량을 제어한다.

먼저 제어부(100)은 201단계에서 배터리가 충전기에 접속되었는가 검사한다. 상기 제어부(100)은 전압검출부(111)과 온도검출부(112)에서 검출된 값을 각각 일정 기준전압값과 온도값에 비교하고, 그 비교결과 검출전압이 비교전압보다 더 큰 경우 또는 두 검출값이 기준값들보다 더 큰 경우, 커넥터(114)에 배터리가 접속되어 있다고 판단한다. 상기와 같이 배터리의 삽입을 감지하면, 상기 제어부(100)은 202단계에서 만충전플래그가 세트되어 있는가를 검사한다. 여기서 만충전플래그가 세트된 상태인 경우에는 208단계에서 이런 만충전플래그가 절대온도에 의해 만충전플래그가 세트된 것인가를 검사한다. 이때 상기 208단계에서 절대온도에 의한 만충전플래그가 세트되지 않은 상태에서 상기 만충전플래그가 세트된 경우에는 상기 시작단계로 되돌아가 대기한다. 그리고 일정주기가 되면 다시 상기와 같은 과정을 반복하여 계속 충전 루프를 수행한다.

그러나 상기 202단계에서 만충전플래그가 세트상태가 아닌 경우에는, 상기 배터리가 완전하게 충전(full charge)된 상태가 아니므로 203단계로 진행하여 제3도와 같은 충전상태 체크 서브 루틴을 수행한다.

상기 충전상태 체크 서브 루틴의 동작과정을 살펴보면, 상기 제어부(100)은 상기한 바와 같이 배터리의 만충전 여부를 판단하기 위해 전압검출부(111) 및 온도검출부(112)의 출력을 일정주기로 샘플링하여 갱신되는 검출데이타들을 메모리에 저장하고, 이들 검출 데이타들을 각각의 미리 설정된 절대값들과 비교한다. 상기와 같은 비교판단과정은 제3도의 301단계-304단계에서 수행하는데, 상기 판단과정에서는 상기 배터리의 최대충전시간을 넘지않았는가 판단하고, (301단계) 배터리의 최대 전압을 넘지 않았는가 판단하며, (302단계) 배터리의 최대 온도값을 넘지 않았는가 판단하고, (303단계) 배터리의 전압 샘플링 값 중 최대 전압값보다 최신 샘플링 값이 낮게 검출되는 -V를 판단한다(304단계). 즉 제4도에 도시된 바와 같이 전압강하 -V가 발생된다. 그리고 충전시 배터리의 온도가 주위환경의 제4도의 414에 도시된 바와 같이 갑자기 상승하면, 상기 배터리는 만충전을 하지 못하게 되는 비정상적인 조건이 된다. 따라서 이러한 조건들의 발생유무를 판단하여 배터리의 충전을 최적의 조건으로 수행한다.

먼저 상기 판단과정에서 설정된 배터리의 최대 충전시간을 넘었는가 검사하며, 최대 충전시간이 초과된 경우 상기 제어부(100)은 301단계에서 이를 인지하고, 310단계로 진행하여 충전요구 플래그를 리세트시키고 메인 루틴으로 복귀한다.

두번째로 상기 판단과정에서 배터리의 충전 전압이 설정된 최대 전압을 넘었는가 검사하며, 상기 최대 전압이 초과된 경우 상기 제어부(100)은 302단계에서 이를 인지하고, 310단계로 진행하여 충전요구플래그를 리세트 시키고 메인 루틴으로 복귀한다.

세번째로 상기 판단과정에서 배터리의 온도가 설정된 최대 온도를 넘었는가 검사하며, 상기 최대 온도가 초과된 경우 상기 제어부(100)은 303단계에서 이를 인지하고, 305단계로 진행하여 절대온도에 의해 충전 전류가 단절되었음을 표시하는 온도플래그를 세트시킨다. 이는 온도검출값이 절대온도값보다 더 높게 검출되어 충전을 중단해야 하는 경우도 절대온도에 의해 충전전류가 끊어졌음을 알리는 온도플래그를 세트시킨 후, 310단계로 진행하는 충전요구플래그를 리세트시키고 메인 루틴으로 복귀한다.

네번째로 상기 판단과정에서 배터리의 충전 전압이 -V인가를 검사하며, 상기 -V가 검출된 경우 상기 제어부(100)은 304단계에서 이를 인지하고, 308단계에서 상기 -V샘플링카운터를 증가시킨다. 그리고 일정시간 연속해서 -V가 검출되어 누적된 -V샘플링카운터의 값이 일정값 X보다 큰 경우에는 309단계에서 이를 인지하여 상기 배터리가 완전 충전되었다고 판단한다. 이 경우 상기 제어부(100)은 310단계에서 진행하여 충전 요구플래그를 리세트시키고 메인루틴으로 복귀한다. 그러나 상기 309단계에서 상기 -V샘플링 카운터의 값이 X보다 작은 경우, 배터리의 내부 특성에 의해 순간적으로 -V가 검출되고 곧 바로 정상적인 전압값이 검출되면 상기 -V샘플링카운터의 값을 초기화시키고, 307단계로 진행하여 충전요구플래그를 세트시킨다.

그러나 상기 판단과정에서 어떤 조건에서도 속하지 않은 경우에는 상기 배터리는 만충전이 되지 않은 상태가 된다. 즉, 최대충전시간이 초과되지 않고, 최대충천전압을 넘지 않으며, 배터리 충전시 온도가 절대온도를 초과하지 않고, -V가 발생되지 않은 경우에는 상기 배터리는 만충전이 되지 않은 상태를 의미하며, 이러한 경우에는 배터리의 충전동작을 계속하여 수행하여야 한다. 그러므로 상기와 같은, 상기 제어부(100)은 306단계에서 상기 -V샘플링카운터의 값을 초기화시키고, 307단계로 진행하여 충전요구 플래그를 세트시킨다.

상기와 같은 과정을 수행하여 배터리의 충전 상태를 검사한 후, 메인 루틴으로 복귀되면, 상기 제어부(100)은 204단계에서 충전요구플래그의 상태를 검사한다. 이때 상기 충전플래그가 세트상태이면, 상기 제어부(100)은 207단계로 진행하여 상기 스위치(115)를 온시키며, 이로인해 정전류원(113)의 출력이 상기 배터리로 인가되여 충전전류가 공급된다. 따라서 이 경우 상기 배터리는 만충전이 되지 않은 상태에서 상기 정전류원(113)으로 부터 출력되는 전류에 의해 충전동작을 수행하게 됨을 알 수 있다. 상기와 같이 충전동작을 수행한 후 상기 제어부(100)은 대기상태로 되돌아가 다음상태에 대비한다.

그러나 상기 204단계에서 상기 충전요구플래그가 리세트상태이면, 상기 제어부(100)은 205단계로 진행하여 상기 스위치(115)를 오프시켜 상기 정전류원(113)의 출력이 배터리로 공급되는 것을 차단하며, 206단계에서 만충전플래그를 세트시키고 상기 대기 상태로 되돌아간다. 이때 상기 배터리는 상기 정전류원(113)으로 부터 출력되는 트리클 전류에 의해 세류충전 기능이 수행된다. 상기 만충전플래그가 세트되는 경우는 상기한 바와 같이 최대충전시간이 초과된 경우, 최대충전전압이 초과된 경우, 온도플래그가 세트된 경우, -V가 소정회수이상 검출된 경우등이 된다.

그러나 상기와 같은 충전 동작을 수행하는 도중에 비정상적인 조건이 발생되면 충전동작을 중단하고 세류충전 동작을 수행한다. 그리고 정상적인 조건으로 환원되면 다시 정상적인 충전동작을 수행한다. 즉, 고온의 상태에 있는 충전기와 배터리를 충전할 경우에는 짧은 충전 시간에 절대온도에 의해 비정상적인 만충전이 되고, 이로 인해 만충전플래를 세트시키게 되어 정상적인 충전동작을 중지하게 된다. 이러한 경우 상기 제어부(100)은 스위치(115)를 오프시켜 상기 배터리를 세류충전시키며, 208단계에서 제3도와 같은 충전상태 체크 서브루틴을 통해 세트된 온도플래그에 의해 이를 인지하고, 209단계에서 상기 제3도와 같은 충전상태 체크 서브루틴을 다시 수행한다. 이때 상기 제어부(100)은 상기 제3도와 같은 루틴을 계속 수행하면서 303단계에서 상기 배터리의 샘플링 온도값이 절대온도 값 이하로 회복될 때까지 배터리의 온도값을 계속 검출하여 절대값과 비교한다.

상기와 같이 일정시간이 지난 후 충전용 배터리의 전압이 절대값 이하로 회복되면, 상기 제어부(100)은 303단계에서 온도검출부(112)를 통해 이를 인지하고 301단계, 302 단계 및 304단계에서의 다른 만충전 조건들이 만족되지 않으면 307단계에서에서 충전요구플래그를 세트하게 된다. 그러면 210단계에서 상기 충전요구플래그가 세트되었음을 인지하고, 211단계에서 소정시간 지연한 후, (207)단계에서 상기 스위치(115)를 온시켜 상기 정전류원(113)의 출력을 배터리로 인가한다. 이때 상기(211)단계에서 충전요구플래그가 세트된후 스위치(115)의 온시간을 지연하는 이유는 상기 배터리의 온도가 절대값 이하로 환원되었다고 하더라도 여전히 온도가 높은 상태이므로 충분히 온도값이 떨어질 때까지 기다리기 위함이다. 따라서 상기와 같은 경우는 충전 중에 절대온도가 매우 커서 비정상적인 충전 조건이 발생된 경우, 상기 제어부(100)은 상기 비정상적인 조건이 정상적인 조건으로 환원될 때 까지 세류충전을 수행하다가 정상적인 조건을 환원되면 다시 상기 스위치(115)를 온시켜 충전동작을 수행하게 됨을 알 수 있다.

상기와 같이 다시 스위치(115)가 온되면 최대충전시간이나 최대 전압 또는 전압강하 -V가 검출될 때 까지 계속해서 정상적인 충전 동작이 수행된다. 이를 위해 온도 검출값이 절대온도값 보다 더 높게 검출되어 충전을 중단해야 할 경우에는 305단계에서와 같이 절대온도에 의해 충전전류가 끊어졌음을 나타내는 온도플래그를 세트시키면 된다.

상기한 바와 같이 배터리 충전시 비정상조건이 발생되는 경우, 해당하는 비정상조건이 환원될 때 까지 세류충전을 수행하며, 정상적인 조건으로 환원되는 경우 충전 기능을 연속하여 수행할 수 있다. 특히 충전시 배터리의 온도가 절대값 이상으로 검출되는 경우 세류충전을 수행하다가, 상기 배터리의 온도가 절대값 이하로 떨어지는 경우 다시 충전동작을 재개함으로서 배터리를 항상 만충전할 수 있으며, 이로인해 배터리의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 배터리의 충전전압 검출기 및 온도 검출기를 구비하는 충전장치의 배터리 충전방법에 있어서, 상기 배터리 삽입시 충전 동작을 수행하는 과정과, 상기 충전과정에서 충전시간, 전압 및 온도를 검출하여 각각 기준시간, 전압 및 온도와 비교하며, 이들 중 어느 하나라도 상기 절대값을 초과하면 상기 충전동작을 종료하고 대기 과정으로 진행하는 과정과, 상기 비교과정에서 상기 검출값 들이 각각 대응되는 상기 절대값 보다 작을 시 만충전전압 감지 유무를 검사하며, 만 충전상태일 시 충전동작하고 상기 대기과정으로 진행하며, 그렇지 않으면 충전과정을 수행하는 과정과, 상기 대기과정에서 상기 충전시간, 전압 및 온도를 검출하여 각각 기준 시간, 전압 및 온도와 비교하며, 이들 중 어느 하나라도 상기 절대값들을 초과하면 대기과정을 계속 수행하는 과정과, 상기 비교과정에서 상기 검출 값들이 각각 대응되는 상기 절대값 보다 작을 시 만충전전압 상태를 검사하며, 만 충전상태일 시 충전 동작을 중지하고 대기 과정으로 진행하며, 그렇지 않으면 상기 충전과정으로 진행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 배터리 충전방법.