KR100219776B1

KR100219776B1 - 축전지의 충전기

Info

Publication number: KR100219776B1
Application number: KR1019960009794A
Authority: KR
Inventors: 정유섭
Original assignee: 정유섭
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1999-09-01
Also published as: KR970072543A

Abstract

이 발명은 휴대용 주로 무선전화기에 사용하는 닉켈 카드늄전지 또는 닉켈수 소전지등의 축전지를 재충전 하기위한 충전기에 관한 발명으로, 특히 닉켈카드늄전지 또는 닉켈수소전지를 단시간(30분)내에 충전시키고 축전지의 상태에 따라 활성화충전, 급속충전, 완속충전, 유지충전을 복합적으로 행하도록 구성한 급속충전기 로서,

마이콤 제어부의 제어로 정류된 직류전류를 축전지에 인가하여 충전하게되는 축전지 충전기에 있어서,

검출 전지전압이 0.01v일 때 DC 15v/93mA의 펄스출력을 전지에 출력하여 전지를 재충전할 수 있게 하는 활성화충전;

전지전압이 6.3v이상 이거나 방전스위치를 눌렀을 때 전지전압을 6.3v이하로 방전하는 메모리효과제거 제어;

메모리효과제거 방전 후 또는 정상전지전압의 검출 후 DC 1.5A의 정전류를 전지에 인가하는 고속(Rapid)충전, 같은전류를 단속하여 전지에 인가하는 완속(Trickle)충전 및 자연방전 전류를 보충하는 유지(Maintenance)충전제어를 순차 행하여 되는 충전제어 및 불량전지검출 제어로 구성하는 것을 특징으로하는 축전지 충전기 이다.

Description

축전지의 충전기

제 1도는 충전회로 블록도

제 2도, 제 2도의2 및 제 2도의3은 이 발명 충전제어의 한 실시 예 흐름도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제어부 11 : DC-DC콘버터

12 : 축전지 13 : 축전지홀더

14,15 : 스위칭수단 16 : 방전용 부하수단

17 : 디스플레이 18,19,20 : 표시등(LED)

21 : 방전스위치 22 : 냉각휀

이 발명은 휴대용 축전지, 주로 무선전화기 사용하는 닉켈 카드늄전지 또는 닉켈수소전지등의 축전지를 재충전 하기 위한 충전기에 관한 발명으로, 특히 닉켈카드늄전지 또는 닉켈수소전지를 단시간(30분)내에 충전시킨고 축전지의 상태에 따라 활성화충전, 급속충전, 완속충전, 유지충전을 복합적으로 행하도록 구성한 급속충전기 이다.

종래 일본국 특개평 제7-250435 등의 충전기는 전압을 측정하여 전지의 충전상대를 파악하고 이에 대한 충전제어를 실시하럼 전지를 충전하고 있으나, 전류 용량이 남아있는 축전지를 충전 시킬 때 메모리 효과로 인해 축전지의 수명을 급격히 단축시키고, 반대로 축전지의 잔류 전압이 1.0V 이하로 낮아지면 재충전이 불가능 하게되어 폐기해야 하며, 충전 후 대기 상태에서 자연 방전되며 , 충전진행상태를 파악하기 어려운 등의 불편과 결점을 가지는 것이었다.

이 발명은 이와같은 문제점을 개선하는 발명이다.

이 발명의 목적은 축전지를 고속충전 할 수 있는 급속 충전기를 제공하데, 제어부는 전지전압을 파악하해 1 .OV 이하이면 찰성화 제어로 축전지를 재 충전가능한 상태로 활성화 시키고, 정상 재충전 전압이면 고속충전과 단속충전을 행하고, 불량전지를 검출하며, 충전완료 후 자연방전을 검출하여 100%충전상태를 지속시켜 주는 유지충전을 제어하고, 충전진행 상태를 수치로 표시하해 전지의 관리1를 간편하게 하고 전지의 성능과 수명을 극대화 할 수 있게 하는 충전개 제안함에 있다.

이 발명 충전기는 Nickel cadmium(닉켈 카드늄)전지, Nickel metal hydride 전지 (수소)를 충전한다.

제 1도는 일반적인 출전기회 블록도 로서 부호 1은 마이콤 제어부, 11은 DC-DC 콘버터 , 12은 축전지 , 13는 축전지홀더, 14, 15는 스위칭수단, 16은 방전용부하수단, 17은 2디지트 7세그먼트 액정 디스플레이, 18, 19, 20은 적, 녹, 황 표시등(LEO), 21은 방전스위치, 22는 냉각휀을 표시한다.

실시예에서 전지 1∼10개를 동시에 충전할 수 있는 충전기 세트를 만들었는데, 하나의 제어부 마이콤 입출력 어드레스 영역내에서 1∼2개의 충전홀더를 제어하게 하고, 이와같은 충전겠어 유니트를 복수로 배열하여 충전기 세트를 구성 하였다.

AC 110v 또는 220v의 교류전원은 프리볼트로 사용할 수 있도록 하는 자동절한회로 및 DC 15v 정류기의 출력전압이 DC-DC콘버터렌 인가된다. DC-DC 콘데터(Converter)는 정전압 정전류를 전지 및 제어부에 공급하므로 교류 전압의 변동으로부터 전지 및 제어부를 보호한다.

이 발명 제어부는 마이콤칩에 의한 제어로서,

-ΔV 측정히 의한 전지의 불량검출제어,

전압 측정에의한 전지상태 파악제어 및

충전 시간 측정에 의한 전지상태 파악제어를 병용한다.

제어부는 홀더 전지팩 삽입시 0.5초 이내에 전지 상태를 검출하여 충전 또는 방전 등 필요한 제어를 진행시키며 전지가 흘더에서 빠질 때 에는 1초 이내에 검출 하여 충전또는 방전을 멈춘다.

충전을 위하여 홀더에 전지를 삽입하면 제어부는 축전지의 전압을 검출하여 필요한 제어를 행한다.

발명 충전 제어를 설명한다. 제어부에 전원이 인가되면 프로그램을 초기화한후 활성화 충전제어를 실행한다. 활성화 충전은 전지전압이 0∼0.1V로 방전되어 충전불능상태가 검출 되었을 때 루프에서 DC 15v/93mA의 펄스출력을 전지 용량에 따라 듀티(duty)사이클로 32분지 1∼5초간 전지에 출력하게 하여 행한다.

활화충전 후 전지전압이 2v 이하이면 표시등 및 디스플레이는 소등상대로 한다. 전압이 상승되어 2v 이상이면 비정상 완속충전을 진행하며 표시등은 적색 LEO를 점멸시키고 디스플레이에 Lo 를 표시 한다.

니켈 카드뮴 전지는 일부만 방전 시킨 후 다시 충전시키려 할 때 전지가 방전되지 않은 것처럼 이전의 전압을 나타내어 충전을 방해하는 메모리효과(memory effect)를 나타내므로 이 발명에서는 메모리 효과를 제거하기 위한 제어를 일괄적으로 행 한다.

메모리효과 제거를 위한 제어는 활성화제어 후 검출된 전지전압이 6.3v이상이거나 또는 방전스위치를 눌렀을 때 진행시킨다.

메모리 효과를 제거시키는 방전은 60초간 또는 전지전압이 6.3v 이하로 낮아지기까지 지속 시킨다. 방전 제어중 자동 방전시에는 황색 LED를 점등하고 전지용방물 적분하여 디스플레이에 표시한다. 방전스위치에 의한 방전시에는 황색 LED를 점멸 시킨다. 또한 방전중 충전기 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 배기팬을 구동시킨다. 방전시 방전 전류는 방전전압 7.2v를 기준으로 1.3A이다.

방전 진행중에 다시 방전 스위치를 누르거나 60초가 경과되거나 방전으로 전압이 6.3v이하로 낮아지면 방전을 멈추고 고속충전을 이행된다.

방전 후 마이콤에 의한 충전제어는 빠른 충전을위해 고속(Rapid)충전 , 완속(Trickle)충전 및 유지(Maintenance)충전의 단계로 이행하고, 충전 시간에 대한 전지의 전압 변동을 감사하고 필요한 제어를 행한다.

고속(Rapid)충전은 1.5A 의 정전류를 전지에 인가하여 행한다. 제어부는 충전진행 상황을 5% 진행시마다 디스플레이어에 2디지트 백분율로 표시한다. 고속충전시 충전기 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 냉각팬을 구동한다.

이 발명에서 다음 두가지 상태를 고속충전완료가 정의된다.

a) -Δv에 의한 방법으로 고속 충전 진행중 전압이 8.7v 정도로 증가하면 고속충전 완료 검출을 시작한다. 전지는 충전이 완전히 끝나면 전압이 감소하는 특성이 있다. 전압이 감소하기 시작하여 30초 이상 경과 하든가 30초이내에 0.2v 이상 떨어졌을 때.

b) 최고 전압에 의한 방법

고속 충전 1시간 30분 이내에l 충전 전압이 11.5v센 이르면 고속충전 완료로 본다.

고속충전 후 전지전압이 4.8v이하일 경우 불량전지 검출로 이행한다.

불량전지 검출단계에서도 방전스위치를 눌러 줌으로써 메모리효과를 제의하기 위하여 전지를 6.3v까지 방전시킨 후 충전을 재 시도 시킬 수 있다. 또한 고속충전 후 20초 이내에 전지전압이 11.4v이상일 때 방전을 실시한 후 메모리효과제의를 위한 단계로 이행되어 반복적인 불량컴출을 시도한다.

이 발명대서 불량전지 검출을 위한 파라메터는 아래와 같다.

a) 고속충전 시작 후 20초 이내에 전지전압이 11.4v 이상일 때

b) 고속충전 시작 후 15분 경과시 7.2v 이하일때

c) 고속충전 시작 후 30분 경과시 7.8v 이하일때

d) 고속충전 시작 후 1시간 30분 경과시 고속충전 미완료시

제어부는 불량전지가 검출 되었을때 90분동안 루프에서 상기의 검사를 반복하고 충전으로 이행되지 아니하며 적색 LED를 점멸(flashing)시킨다.

전지가 불량으로 검출되어 적색 LEO가 점멸 되면 전지팩을 폐기해야 되지만, 수동 방전 스위치를 눌러 줌으로써 전지를 6.3v까지 방전시킨 후 충전을 반복 시킬 수 있다. 충전 재시도 후에도 같은 결과로 나타날 때 이 축전지는 회복시킬 수 없는(내부회로가 손괴된경우) 불량 전지로서 충전홀더에서 제거하여 폐기시킨다.

완숙(Trickle)충전은 고속충전과 같은 전압/전류 특성을 갖은 DC 15v/93mA 단속 전류를 전지에 2시간 동안 인가하며 이루어지며 다음의 2가지방법으로 행한다.

a) 정상 완속충전은 고속 충전에서 정상적인 완료 조건으로 완숙충전으로 이행 되었을 때를 말하며 녹색 LED를 점등한다. 정상 완숙충전 진행중 전압이 7.5v 이하로 내려가면 고속충전을 다시 시도한다.

b) 비정상 완속충전은 전압이 4.8v 이하가 검출되었을 때 이며, 적색 LED를 점멸시킨다. 전압이 4.8v 이하일 경우 디스플레이는 저전압 표시로 Lo를 표시하고 불량전지 검출 단계로 이행한다.

완속충전은 루푸에서 시간이 2시간 경과하기까지 지속하며 2시간이 경과되면 LED 및 디스플레이는 그대로 두고 유지(maintenance)충전으로 이행한다.

유지(Maintenance)충전은 충전을 완료한 후 자연방전이 큰 닉켈카드늄 전지의 방전 전류를 보충하기 위하여 행한다. 유지충전은 전지를 충전기에서 분리시킬 때까지 지속시킨다.

정상적인 고속충전에서 유지충전으로 이행되었을 경우, LED는 완속충전의 표지인 녹색을 유지하며 전압을 검사하여 8.1v 이하이면 완속충전을 다시 시작하여 2시간을 진행시킨다.

비정상 완속충전에서 유지충전으로 이행되었을 경우 적색 LED를 점멸시키며 전압이 고속충전 범위 안으로 들어갔을 때 고속충전을 다시 실행한다. 이때에도 충전전류 9mA 이다.

이 발명의 LED 표시등의 구동은 상술한바와 같이 충전의 진행 상태를 쉽게 알수 있도록 충전 단계별로 각각 다음과 같이 구동한다.

적색점등：고속충전 진행

적색점멸：고속충전 대기 또는 전지 불량 검출

녹색점등：고속충전 완료

황색점등：자동 방전 진행

황색점멸：수동 방전 진행

충전 진행표시는 고속충전의 진행 상황을 5%의 진행시 마다 숫자로 표시해주며, 고속충전이 완료되었을 경우 Fu를 표시한다. 그러나 전지전압이 4.8v 이하가 되어 비정상 완속충전 상태일 때에는 Lo를 표시하며 고속충전중 전지의 불량 검출 기능에 의해 전지가 불량으로 검출되었을 경우 검출 당시의 충전 진행상태의 수치로 표시한다.

전지가 충전기 홀더에서 빠지면, 충전 또는 방전의 진행을 멈추고 모든 LED 및 진행표시 등을 소등한다.

돌발 사태에서 전지 및 충전기를 보호하기 위해 (충전기는 주위에 전자파의 복사가 많은 등 환경이 좋지 못할 경우나 노이즈등 특수한 상황으로 인하여 이상동작을 일으킬 수가 있다.) 마이컴의 내부에서는 동작이 정상적으로 진행되고 있는지 지속적으로 동작상태를 감시하여 정상적인 동작이 멈추어 졌을 때 마이컴 내부동작의 자체진단 기능으로 충전기를 초기화 시켜 안전한 동작을 다시 시작시키도록 한다.

이발명 충전기는 제어부 마이콤의 사용온도 범위인 -40℃~+85℃의 온도 범위에 걸쳐 사용이 가능하다.

이 발명 충전 제어의 한 실시 예를 제 2도(제2도2 및 제2도3 포함)에 표시 하였다.

이와같이 이 발명은 충전 중 정전이 되거나 전원코드에서 분리되어도 전지의 충전전류가 충전기를 통해 방전되지 아니하며, 전지전압이 재충전 불능상태인 전지전압 1.0v의 이하의 저전압을 검출하면 재충전가능 하도록 활성화 충전을 진행하며, 전지전압이 6.3v 이상이면 메모리효과를 제거하기 위한 방전제어를 행하고, 전지전압 6.3v이하인 정상전지이면 고속충전을 행하며, 전지의 메모리효과를 감지하거나 스위치에 의한 방전지시를 감지하면 방전전제어를 행하여 메모리 효과를 제거는 것이고, 단계별로 지속하여 불량여부를 검출하고 필요한 제어를 행하므로 축전효율을 개선하고 안전성을 확보하였으며, 전지홀더를 탁상형으로 하여 이용이 편리하게 하며, 3개의 표시등(LED)으로 동작모드, 전지의 불량검출, 방전진행등을 채널별로 표시해주고, 7-세그먼트 디스플레이어에 충전진행율을 백분율로 표시해주고, 돌발사태에 대비하여 제어를 행하는 등 빠른 충전과 이용이 편리한 축전지용 충전기를 제공게 된 것이다.

Claims

마이콤 제어부는 전지 전압을 측정하여 전지의 충전상태를 파악하고 전압 상태에 따라 스위칭 수단을 통해 정류된 직류전압을 축전지에 인가하여 충전하는 것에 있어서,

마이콤 제어부는 검출 전지전압이 0∼0.1v일 때 DC 15v/93mA의 펄스출력을 전지에 출력하여 전지를 재충전할 수 있게하는 활성화충전 제어를 행하고;

전지전압이 6.3v이상 이거나 방전스위치를 눌렀을 때 전지전압을 6.3v이하로 방전하는 메모리효과제거 제어를 행하며;

메모리효과제거 방전 후 또는 정상 전지전압의 검출 후 충전제어로서 DC 1.5A의 정전류를 전지에 인가하는 고속(Rapid)충전제어, 같은 전압전류를 단속하여 전지에 인가하는 완속(Tr ickle)충전 제어: 자연방전 전류를 보충하는 유지(Maintenance)충전제어를 순차 행하며 ;

불량전지를 검출한 경우 불량전지 제어로 이행하는 것을 특징으로 하는 축전지 충전 제어장치.
청구범위 제 1 항에 있어서,

제어부에서 고속 충전 진행중 전압이 8.7v 정도에서 고속충전 완료 검출을 시작하고 전압이 감소하기 시작하여 30초 이상 경과 하든가 30초 이내에 0.2v 이상 떨어졌을 때 및 고속 충전 후 1시간 30분 이내에 충전 전압이 11,5v에 이르렀을 때 고속충전 완료로 정의하고, 고속충전 시작 후 20초 이내에 전압이 11.5v이상일 때, 고속충전 시콱 후 15분 경과시 7.2v 이하일 때, 고속충전 시작 후 30분 경과시 7.8v 이하일 때, 고속충전 시작 후 1시간 30분 경과시 고속충전 미완료로 나타날 때 각각 불량전지로 정의하는 것을 특징으로하는 축전지 충전기.
청구범위 제 1항에 있어서,

충전 진행 상황을 일정한 진행 단계마다 백분율로 표시하는 것을 특징으로하는 축전지 충전기.