KR0150135B1 - 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한-델타v 검출 회로 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 니켈카드뮴/니켈수수합금(NiCd/NiMH) 배터리(Battery)의 급속 충전(Fast Charging)을 위한 -Δ V 검출 회로(Detection Circuit)에 관한 것으로서, 충/방전이 가능한 2차 전지인 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)와, 제1커패시터(C1)와 제1저항(R1)으로 구성된 미분기와, 제2저항(R2)과 제2커패시터(C2)로 구성된 로우 패스 필터와, +단자가 상기한 제2저항(R2)과 상기한 제2커패시터(C2)의 사이에 연결되고, -단자가 제1저항(R1)과 제2커패시터(C2)의 사이에 연결된 제1비교기(12)와, 한쪽 단자가 상기한 제1비교기(12)의 출력단에 연결된 제3저항(R3)과, +단자가 상기한 제3저항(R3)의 한쪽 단자에 연결되고, -단자가 접지된 제3커패시터(C3)와, +단자가 기준 전압(Vref)에 연결되고, -단자가 상기한 제3저항(R3)의 한쪽 단자와 상기한 제3커패시터(C3)의 +단자 사이에 연결되며, 출력 단자에서 충전 모드 변환단(도시되지 않음)으로 신호를 출력하는 제2비교기(13)로 이루어져서 -ΔV를 아날로그적 적분 방식을 이용하여 검출하므로써, 배터리의 과충전을 막고, 배터리를 안전하게 급속 충전할 수 있게 하는 효과를 가진 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로에 관한 것이다.

Description

니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리 12,13 : 제1, 제2비교기
이 발명은 니켈카드뮴/니켈수소합금(NiCd/NiMH) 배터리(Battery)의 급속 충전(Fast Charging)을 위한 -ΔV 검출 회로(Detection Circuit)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 고전류(High Current)로 빠른 시간내에 배터리를 충전할 때, 배터리의 전압을 센싱(Sensing), -ΔV를 검출하여 충전을 조정함으로써, 배터리의 과충전(Overcharging)을 막고 배터리를 안전하게 급속 충전할 수 있게 하는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로에 관한 것이다.
근래에는 어디서나 이동하면서 사용할 수 있도록 제작된, 이른바 포터블 일렉트로닉스(Portable Electronics)들이 많이 사용되고 있다. 이러한 포터플 일렉트로닉스들은 충/방전을 반복할 수 있는 2차 배터리를 필수적으로 사용한다. 그중에서도 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리가 여러 우수한 특성들 때문에 가장 많이 사용된다.
니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리를 급속 충전하기 위한 가장 큰 선결 과제는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리가 완전 충전(완충)되었을 때 정확한 충전 종료(Charging Termination)가 이루어져야 한다는 것이다.
그러나, 기존의 충전 제어 시스템의 경우, 이러한 배터리의 완충시 충전 전류 중단 방법의 부적절함 때문에 과충전을 하거나, 또는 완충이 되기전에 충전을 중단하는 경우가 많았다.
특히, 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리가 완전 충전되었는데도 계속해서 고전류(High Current)가 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리에 공급된다면 과충전(Overcharging)에 의한 배터리의 손상(노화현상 및 열 증가 등)을 피할 수 없게 된다.
종래에는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리를 충전할 때 작은 전류만으로 서서히(slow) 충전하므로써, 과충전에 따른 배터리의 손상 문제를 해결하려 했지만, 이는 배터리를 충전하는데 너무나 많은 시간이 소요되기 때문에 많은 불편함이 뒤따랐다.
따라서 급속 충전을 하면서, 배터리가 완충전되었을 때를 검출해서 급속 충전을 중단시키므로써, 배터리를 신속하고 안전하게 충전할 수 있는 제어 회로(control circuit)가 요구되었다.
이러한 여러 가지 충전 종료 방법중 가장 신뢰성이 있는 방법은 충전시 배터리의 전압을 감지하여, 전압이 최고치에서 일정값 만큼(-ΔV) 감소한 순간을 검출하고, 이때를 충전 종료 시점으로 삼아 충전 중단 신호를 발생하는 것이다. 이렇게 -ΔV를 검출하여 배터리의 충전을 중단하는 방식은 주변의 온도나 또는 다른 주위 환경에 크게 영향을 받지 않기 때문에 급속 충전시 정확한 완충 상태를 알려주는 지표가 된다.
하지만, 상기한 -ΔV 검출 방법도, 배터리의 전압 변화가 무척 느리고, 일반적으로 배터리 전압에는 많은 잡음(Noise) 성분이 포함되어 있는데 그중에서 매우 작은(10-20㎷)의 전압 강하를 감지하는 것은 기술적으로 매우 어렵다.
따라서, 이를 극복하기 위해서, 기존의 여러 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로는 아날로그/디지탈(Analog/Digital) 컨버터(Converter)를 이용하여 배터리 전압을 디지털적으로 처리하여 -ΔV 값을 검출했다.
그러나, 상기한 아날로그/디지탈 컨버터를 이용한 디지탈적 -ΔV 검출 방법도 회로가 무척 복잡하고 비용(Cost)의 부담도 커지게 된다는 문제점이 있다.
그러므로, 이 발명의 목적은, -ΔV를 아날로그적 적분 방식을 이용하여 검출하므로써, 보다 값싸고, 간단하며, 정확한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써 이 발명의 구성은, 충/방전이 가능한 2차 전지인 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리와, +단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 +단자에 연결된 제1커패시터와, 한쪽 단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 -단자에 연결되고, 다른 한쪽 단자는 상기한 제1커패시터의 -단자에 연결된 제1저항과, 한쪽 단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 -단자와 상기한 제1저항의 한쪽 단자 사이에 연결된 제2저항과, 한쪽 단자가 상기한 제2저항의 한쪽 단자에 연결되고, 다른 한쪽 단자가 상기한 제1저항의 한쪽 단자에 연결된 제2커패시터와, +단자가 상기한 제2저항과 상기한 제2커패시터 사이에 연결되고, -단자가 제1저항과 제2커패시터 사이에 연결된 제1비교기와, 한쪽 단자가 상기한 제1비교기의 출력단에 연결된 제3저항과; +단자가 상기한 제3저항의 한쪽 단자에 연결되고, -단자가 접지된 제3커패시터와, +단자가 기준 전압에 연결되고, -단자가 상기한 제3저항의 한쪽 단자와 상기한 제3커패시터의 +단자 사이에 연결되며, 출력 단자에서 충전 모드 변환단(도시되지 않음)으로 신호를 출력하는 제2비교기로 이루어진다.
상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로를 나타낸 도면이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로는, 충/방전이 가능한 2차 전지인 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)와, +단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)의 +단자에 연결된 제1커패시터(C1)와, 한쪽 단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)의 -단자에 연결되고, 다른 한쪽 단자는 상기한 제1커패시터(C1)의 -단자에 연결된 제1저항(R1)과, 한쪽 단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)의 -단자와 상기한 제1저항(R1)의 한쪽 단자 사이에 연결된 제2저항(R2)과, 한쪽 단자가 상기한 제2저항(R2)의 한쪽 단자에 연결되고, 다른 한쪽 단자가 상기한 제1저항(R1)의 한쪽 단자에 연결된 제2커패시터(C2)와, +단자가 상기한 제2저항(R2)과 상기한 제2커패시터(C2)의 사이에 연결되고, -단자가 제1저항(R1)과 제2커패시터(C2)의 사이에 연결된 제1비교기(Q1)(12)와, 한쪽 단자가 상기한 제1비교기(12)의 출력단에 연결된 제3저항(R3)과, +단자가 상기한 제3저항(R3)의 한쪽 단자에 연결되고, -단자가 접지된 제3커패시터(C3)와, +단자가 기준 전압(Vref)에 연결되고, -단자가 상기한 제3저항(R3)의 한쪽 단자와 상기한 제3커패시터(C3)의 +단자 사이에 연결되며, 출력 단자에서 충전 모드 변환단(도시되지 않음)으로 신호를 출력하는 제2비교기(Q2)(13)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 다른 작용은 다음과 같다.
니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)가 완전하게 충전되면, 그때의 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)의 양단 전압은 작은 값의 기울기를 가지며 떨어지게 된다.
니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)의 전압이 계속적인 증가 상태에 있을 때는, 제1저항(R1) 양단에 거리는 전압(VR1)은 양의 값을 가지게 되고, 따라서 제1비교기(12)의 출력은 하이(High) 상태를 유지하게 된다.
하지만, 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)가 완충되어, 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)의 전압이 떨어지게 되면, 제1커패시터(C1)에 충전되었던 전압이 방전을 시작하게 되고, 아울러 제1저항(R1) 양단의 전압(VR1)은 음의값을 가지게 된다.
따라서, 그때의 제1비교기(Q1)(12)의 출력은 로우(Low)를 유지하게 된다.
제1비교기(12)의 출력이 로우로 바뀌어도 제2비교기(13)의 -입력단에 인가되는 전압(VC3)은 제3저항(R3)과 제3커패시터(C3)에 의해 결정되는 시상수(Time Constant)에 의해 감소하게 되다.
그러므로, 제2비교기(Q2)(13)를 통해 나오는 최종 출력은 제3커패시터(C3)의 양단의 전압(VC3) 값이 제2비교기(13)의 +입력단에 인가되는 기준 전압(Vref)보다 작아지는 순간 로우에서 하이로 동작하게 된다.
즉, 제1비교기(12)와 제3저항(R3) 및 제3커패시터(C3)에 의한 적분(Integration) 개념에 의해 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)의 전압이 어떤 리플(Ripple)을 가지거나 또는 잡음(Noise)이 동반되어 감소하더라도, 결과적으로, 제2비교기(13)의 -단자에 연결되어 있는, 평균화된 감소치에 따른 전압(VC3)이 제2비교기(13)의 +단자에 연결된 기준 전압(Vref)에 도달하는 순간에, 제2비교기(13)의 출력 단자에서 충전 모드 변환단(도시되지 않음)으로 충전 종료(Charging Termination) 신호를 발생하게 된다.
좀더 상세하게 설명하면, 제1커패시터(C1)와 제1저항(R1)으로 구성된 미분기는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11) 전압의 증가 감소분을 제1저항(R1) 양단의 전압 변화치로 바꾸고, 제2저항(R2)과 제2커패시터(C2)로 구성된 로우 패스 필터(Low Pass Filter)는 제1저항(R1) 양단의 전압 변화치에서 잡음(Noise) 성분을 제거하여 이를 제1비교기(12)에 인가한다.
이때 제1비교기(12)의 출력은 제1커패시터(C1)의 충방전에 따른 제1저항(R1) 양단 전압의 극성 변화에 따라 하이와 로우의 펄스(Pulse) 형태를 한다.
그리고, 제3저항(R3)과 제3커패시터(C3)는 제1비교기(12) 출력의 평균값만을 제2비교기(13)에 인가한다.
마지막으로, 제2비교기(13)의 -단자에 입력되는, 제3저항(R3)과 제3커패시터(C3)에 의해 평균화된 제1비교기(12) 출력이, 제2비교기(13)의 -단자에 연결된 기준 전압(Vref)에 도달될 때에 제2비교기(13)의 최종 출력(충전 종료 신호)이 발생하여, 과충전 없이 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11)에 대한 급속 충전이 완료된다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, -ΔV를 아날로그적 적분 방식을 이용하여 검출하므로써, 배터리의 과충전을 막고, 배터리를 안전하게 급속 충전할 수 있게 하는 효과를 가진 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로를 제공할 수 있다.
이 발명의 이러한 효과는 면도기 및 캠코더 등에 사용되는 모든 2차 전지 충전 시스템에 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 충/방전이 가능한 2차 전지인 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리와, +단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 +단자에 연결된 제1커패시터와, 한쪽 단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 -단자에 연결되고, 다른 한쪽 단자는 상기한 제1커패시터의 -단자에 연결된 제1저항과, 한쪽 단자가 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 -단자와 상기한 제1저항의 한쪽 단자 사이에 연결된 제2저항과, 한쪽 단자가 상기한 제2저항의 한쪽 단자에 연결되고, 다른 한쪽 단자가 상기한 제1저항의 한쪽 단자에 연결된 제2커패시터와, +단자가 상기한 제2저항과 상기한 제2커패시터 사이에 연결되고, -단자가 제1저항과 제2커패시터 사이에 연결된 제1비교기와, 한쪽 단자가 상기한 제1비교기의 출력단에 연결된 제3저항과, +단자가 상기한 제3저항의 한쪽 단자에 연결되고, -단자가 접지된 제3커패시터와, +단자가 기준 전압에 연결되고, -단자가 상기한 제3저항의 한쪽 단자와 상기한 제3커패시터의 +단자 사이에 연결되며, 출력 단자에서 충전 모드 변환단(도시되지 않음)으로 신호를 출력하는 제2비교기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 제1커패시터(C1)와 상기한 제1저항(R1)으로 구성된 미분기는 상기한 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리(11) 전압의 증가 감소분을 상기한 제1저항(R1) 양단의 전압 변화치로 바꾸는 것을 특징으로 하는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 제2저항(R2)과 상기한 제2커패시터(C2)로 구성된 로우 패스 필터는 상기한 제1저항(R1) 양단의 전압 변화치에서 잡음 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 제1비교기(12)의 출력은 상기한 제1커패시터(C1)의 충방전에 따른 상기 제1저항(R1) 양단 전압의 극성 변화에 따라 하이와 로우의 펄스 형태를 하는 것을 특징으로 하는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 제3저항(R3)과 상기한 제3커패시터(C3)는 상기한 제1비교기(12) 출력의 평균값 만을 상기한 제2비교기(13)에 인가하는 것을 특징으로 하는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 제2비교기(13)의 -단자에 입력되는, 상기 제3저항(R3)과 상기 제3커패시터(C3)에 의해 평균화된 상기 제1비교기(12) 출력이, 상기 제2비교기(13)의 -단자에 연결된 기준 전압(Vref)에 도달될 때에 상기 제2비교기(13)의 최종 출력(충전 종료 신호)이 발생하는 것을 특징으로 하는 니켈카드뮴/니켈수소합금 배터리의 급속 충전을 위한 -ΔV 검출 회로.
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