KR100286882B1 - 아날로그 신호를 자동 환산하는 대수적 아날로그 디지탈 변환기를 갖는 배터리 충전 시스템 - Google Patents

아날로그 신호를 자동 환산하는 대수적 아날로그 디지탈 변환기를 갖는 배터리 충전 시스템 Download PDF

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배리 이. 도이치
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Abstract

광범위한 출력 전압을 갖는, 전원 장치와 같은 다수의 상이한 장치용 배터리 팩을 충전하기 위한 초고속 충전 장치가 기술되어 있다. 충전 장치는 AC DC 변환 고 전류 전원 공급 회로 및 배터리의 전압을 감시하여 배터리 전압 충전 곡선에서 제2 굴곡점이 검출될 때 고속 충전에서 세류 충전으로 전환하기 위한 마이크로컴퓨터 장착 제어기 회로를 포함한다. 충전 장치가 상이한 정적 전압의 배터리 팩을 충전하기 위해, 배터리 전압 신호를 감쇠시키는 선택가능한 전치환산기 회로를 갖는 대수적 아날로그 디지탈 변환기 회로를 포함한다. 마이크로컴퓨터는 충전할 배터리 팩의 최대 전압이 충전 싸이클의 초기 안정 기간 다음에 관찰되는 배터리 전압의 150% 이하일 것이라는 가정하에서 충전 싸이클의 초기에 전치환산기 회로의 적절한 감쇠 레벨을 자동적으로 설정하도록 프로그램된다. 이러한 방법으로 본 발명은 3 볼트와 24 볼트 사이의 전압에서 배터리 팩을 자동적으로 완전히 충전할 수 있다.

Description

아날로그 신호를 자동 환산하는 대수적 아날로그 디지탈 변환기를 갖는 배터리 충전 시스템
제1도는 니켈 카드뮴 배터리의 충전 시퀀스 중의 시간 대 배터리 전압을 도시하는 그래프.
제2도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 배터리 충전 시스템의 주요 동작 및 제어 회로를 도시하는 개략적 블럭도.
제3도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 대수적 아날로그 디지탈 변환기의 개략도.
제4도는 제3도에 도시된 아날로그 디지탈 변환기 회로에 의해 실현된 배터리 전압과 시간 사이의 대수적 관계(즉, 계수)를 도시하는 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 반 브릿지형 전원 공급 회로 12 : 고 전압 입력 회로
14 : 저 전압 입력 회로 16 : 펄스 폭 변조 발진기 회로
17 : 제어 입력 18 : 정전류 공급 회로
20 : 충전 전류 감시 회로 22 : 배터리 또는 배터리 팩
24 : 마이크로컴퓨터 26 : 온도 점검 회로
30 : 디지탈 디스플레이 회로 40 : 아날로그 스위칭 장치
44 : 비교기 45 : 노드
46 : RC 타이밍 회로 47 : 접지
본 발명은 서로 다른 정격 전압을 갖는 배터리를 고속으로 충전하기 위한 배터리 충전 시스템에 관한 것으로, 특히, 배터리 전압 신호를 자동 환산하는 대수적 아날로그 디지탈 변환기를 포함하는 배터리 충전 시스템에 관한 것이다.
소모성 배터리는 일상적인 생활에서 통상적으로 널리 사용된다. 배터리로 구동되는 장난감에서부터 배터리 구동 공구까지, 배터리들은 중요한 역할을 한다. 그러나, 배터리가 항상 신뢰성이 있는 것은 아니다. 배터리는 비동작 상태에서 전력이 손실되거나 또는 계속 사용하다가 부적절한 시기에 전력이 손실되어 버린다는 여러가지 문제점이 있다. 그러므로, 항상 새로운 배터리를 지니고 있는 것이 바람직하다. 또한, 배터리는 비교적 값이 비싸서, 항상 손쉽게 구입할 수 있는 것은 아니다. 또한, 여러가지의 배터리 재료의 독성에 기인하여 폐기된 배터리들을 매립장에 매립하는데에 있어서 여러가지 환경 문제가 발생한다.
소모성 배터리의 최소한의 이들 특징 때문에, 충전 가능한 배터리의 인기가 상승하고 있다. 충전가능한 배터리에 대하여는 충전된 상태로 유지하기 위해 배터리 또는 배터리 팩(pack)을 주기적으로 충전할 필요가 있다. 이것을 사용하면, 폐 배터리로 인한 문제를 덜어준다. 그러나, 배터리를 완전히 충전하기 위해서는 배터리 팩 충전기가 비교적 오랜 시간을 필요로 한다는 다른 문제점이 발생한다. 그러므로, 비사용 기간 동안에는 충전 모드로 배터리를 유지한다는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이미 충전된 배터리 팩을 계속 충전시키면 배터리가 서서히 열화된다는 또다른 문제가 발생한다.
이 문제를 해소하기 위해, 배터리 팩 조작자가 필요할 때 배터리 팩을 비교적 단기간에 충전할 수 있는 고속 충전 시스템을 사용하는 것이 종래 기술에 공지되어 있다. 그러나, 이런 형태의 시스템에도 많은 문제가 발생한다. 충전 가능한 배터리 팩의 고속 충전이 고 전류를 필요로 하기 때문에, 배터리 팩이 과충전되기전에 충전을 종료하는 것이 극히 중요하다. 다른 의미로, 고속 충전 시스템은 완전한 배터리 충전을 정확하게 지시하기 위한 수단을 가져야 한다. 완전한 배터리 충전의 범위를 넘어선 충전은 배터리를 열화시키고, 그이상 계속 과충전을 하면, 배터리 팩을 못쓰게 만든다.
고속 충전 시스템에서 완전한 배터리 충전을 검출하는 다수의 서로 다른 시스템이 종래 기술에 공지되어 있다. 완전 충전을 결정하는 한 방법은 배터리 팩의 온도를 감시하는 것이다. 그러나, 이들 형태의 시스템은 반복적으로 계속되는 고온, 낮은 충전 효율의 결점 및 결함있는 셀의 안정성에 따른 문제를 갖고 있다. 제2 형태의 고속 충전 시스템은 전압 차단 기술을 사용한다. 이런 형의 시스템은 온도 변동이 전압 변동을 크게 일으키고, 완전한 충전 결정에 있어서 부정확하게 한다는 점에서 바람직하지 못한 것으로 판명되었다. 다른 형태의 고속 충전 시스템은 충전의 종료를 충전 시간의 함수로서 구체화 하였다. 이런 형태의 시스템은 배터리 팩의 충전 상태가 충전 시퀀스의 초기에 있다는 것을 정확하게 구별하는 것이 어렵다는 점에서 신뢰할 수 없다.
충전 장치가 특정 배터리에 대한 전압-시간 곡선의 기울기를 감시하는 보다 신뢰성 있는 고속 충전 방법이 개시되어 있다. 특정 배터리에 대한 전압-시간 충전 곡선은 실제로 항상 동일할 것이므로, 충전 시퀀스에서 서로 다른 포인트를 나타내는 곡선 상의 서로 다른 포인트를 결정할 수 있고, 그래서 완전 충전을 나타내는 곡선의 점을 결정할 수 있다.
여기에 참고로 반영되고 본 발명과 동일한 양수인에게 양수된 경사 감시 기술의 형태를 반영한 고속 충전 시스템이 사르(Saar)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,388,582 및 4,392,101호 모두에 개시되어 있다. 사르 등의 특허는 배터리 내의 전기 화학 전위가 시간에 대해 변할 때 곡선에서 발생하는 굴곡 점을 주시함으로써 배터리의 충전을 분석하는 고속 충전 기술을 개시하고 있다. 충전 곡선에서 특정 굴곡점을 결정 함으로써, 배터리가 완전 충전되었을 때 고속 충전을 정확하게 종료할 수 있다.
굴곡점 형태의 분석은 제1도에 예시되어 있다. 제1도는 니켈-카드뮴(NiCad)배터리의 전형적인 전압-시간 곡선이다. 나타난 바와 같이, 전압은 최대 충전 점에 도달할 때 까지 충전 시간이 길어짐에 따라 계속 상승한다. 곡선의 특정 값은 배터리에 따라 상이하지만, 곡선의 일반적인 형태는 모든 니켈-카드뮴 배터리에서 전형적이다. 또한, 모든 형태의 충전가능한 배터리는 그 형태를 나타내는 전압-시간 곡선을 갖는다.
명백한 바와 같이, 곡선은 5개의 별도 영역으로 분할된다. 영역 Ⅰ는 충전 시퀀스의 개시를 나타낸다. 이러한 영역에서, 전압 특성은 다소 신뢰성이 없으며 충전 및 방전의 선행 내력에 따라 배터리별로 가변할 수 있다. 영역 Ⅰ가 점선으로 도시된 것이 이러한 이유에서다. 또한, 이러한 영역은 충전 시퀀스의 개시후 비교적 짧은 기간 내에서 일반적으로 통과하기 때문에 충전 시퀀스 면에서는 중요하지 않다.
충전 시퀀스 개시 후 30 ~ 60초 후에, 충전 곡선은 보다 안정된 영역(Ⅱ)으로 들어간다. 영역(Ⅱ)은 일반적으로 충전 시퀀스에서 가장 긴 영역이고, 배터리 자체 내에서 대부분의 내부 화학 변화를 기록한다. 도시된 바와 같이, 배터리 전압은 이 영역을 넘어 실제로 증가하지 않는다. 영역(Ⅱ)의 종단에는 곡선의 굴곡점(A)이 있다. 굴곡점(A)은 영역(Ⅱ)으로부터 영역(Ⅲ)으로의 전이를 나타내고 곡선의 기울기가 감소율에서 증가율로 변하는 점으로 표시된다.
영역(Ⅲ)은 배터리 전압이 상당히 고속으로 증가하는 영역이다. 배터리가 완전히 충전된 상태에 도달할 때, 배터리의 내부 압력 및 온도가 실제로 또한 증가한다. 이러한 영향이 나타나기 시작할 때 배터리 전압의 증가는 적어진다. 이것은 굴곡점(B)로 나타나 있다.
영역(Ⅳ)은 굴곡점(B)과 점(C)에 의해 표시되는 곡선의 정점 사이의 완전히 충전된 역영을 나타낸다. 전압은 짧은 기간 동안에만 점(C)에서 안정된다. 충전이 계속되면, 배터리 내의 추가 가열이 배터리의 전압을 감소시키고, 또한 배터리를 손상시킨다.
전압-시간 곡선의 굴곡점을 분석해 보면, 배터리의 어떤 지점에서 최대 충전점에 도달하는지를 결정할 수 있다. 이것은 우선 굴곡점(A)을 결정하고 다음에 굴곡점(B)을 찾아냄으로써 실현된다. 일단 굴곡점(B)이 관찰되면, 충전 프로세스가 중단될 수 있다. 상당히 용이하고 정확하게 굴곡정을 결정할 수 있으므로, 충전 프로세스를 중단하거나 충전 프로세스를 현상 유지 충전으로 유지하고, 그 다음에 제2 굴곡점을 검출할 수 있다.
고속 충전기에서의 과충전을 방지하는 효과적이고 신뢰성 있는 방법을 제공하고 있지만, 사르 등의 특허는 서로 다른 정격 전압 출력을 갖는 서로 다른 배터리 팩을 동일 충전 장치로서 충전할 수 없다는 결점을 가지고 있다. 그래서 필요한 것이 비교적 광범위한 정격 전압을 갖는 서로 다른 형태의 배터리에 적용될 수 있는 굴곡점 형태 고속 충전 장치이다. 그러므로 본 발명의 목적은 굴곡점 충전 기술을 서로 다른 정격 전압 레벨에서 배터리를 효과적이고 능률적으로 충전하기 위한 수단과 결합시키는 것이다.
광범위한 정격 전압을 갖는 배터리 팩을 충전하기 위한 초고속 충전 장치가 개시되어 있다. 대수적 아날로그 디지탈 변환기가 아날로그 배터리 전압 신호를 마이크로컴퓨터에서 처리하도록 디지탈 신호로 변환하기 위하여 사용된다. 전형적으로, 서로 다른 전원 장치 및 그와 같은 곳에 사용되는 배터리 팩의 정격 전압 범위는 약 2.4볼트와 약 13.2볼트 사이에서 변한다. 그러나, 서로 다른 배터리 팩에 의해 표시된 실제 전압은 소정의 조건 하에서 2볼트 이하에서 부터 20볼트 이상까지 변할 수 있다. 따라서, 이 범위 내에서 적당한 충전 곡선의 분석력을 모든 정격 전압에 대해 제공하는 것은 지금까지 많은 비용을 소모하였지만, 본 발명은 배터리 팩의 정격 출력 전압과 관계없이, 배터리 전압 신호를 특정 범위 내로 자동적으로 환산하기 위한 수단을 갖는 대수적 아날로그 디지탈 변환기를 사용한다. 이것을 실현하기 위해, 아날로그 디지탈 변환기는 아날로그 변환 장치를 통해 마이크로컴퓨터에 의해 다수의 선택적으로 설정가능한 가변 전압 분할기를 포함하는 전치환산기(prescaler)회로를 채택하고 있다. 특히, 충전가능한 배터리의 완전히 충전된 전압 레벨은 충전 싸이클의 개시 다음의 초기 안정기간 후에 관찰된 전압의 150%를 초과하지 않는다는 것이 관찰되었다. 다른 의미로, 제1도를 참조하면, 굴곡점(B)와 전압 정점(C)사이의 영역(Ⅳ)에서 관찰된 완전히 충전된 배터리 전압은 영역(Ⅱ)의 개시에서 관찰된 배터리 전압의 150%를 초과하지 않는다. 따라서, 5볼트의 기준 전압이 아날로그 디지탈 변환기에 사용되므로, 아날로그 디지탈 변환기에 인가된 배터리 전압 신호를 안정 기간 후에 3.3볼트 이하이면서 그에 가까운 값으로 감쇠하는 것이 바람직하다(3.3는 5볼트의 66%에 해당한다). 따라서, 충전되는 특정 배터리 팩의 정격 출력 전압과 상관 없이, 완전한 충전은 5볼트를 초과하지 않을 것이다.
충전 시퀀스의 초기에, 배터리 전압은 최고 레벨에서 전압 분할기 회로에 의해 감쇠되어 아날로그 디지탈 변환기에 인가된다. 상기 기술된 바와 같이 영역(Ⅰ)에서 배터리 전압을 취하기 위해 약 30초 동안 배터리 팩에 고 전류가 인가되는 초기 안정 기간 후에, 5볼트로 충전된 RC 타이밍 회로의 캐패시터가 방전된다. 감쇠된 배터리 전압과 캐패시터 출력 둘다 비교기의 정ㆍ부 단자에 각각 인가된다. 비교기로부터의 출력은 마이크로컴퓨터에 공급되어 캐패시터가 방전을 시작한 때 부터 캐패시터의 충전 레벨이 감쇠되어 배터리 전압 이하로 떨어질 때의 기간까지 계수기를 증가시켜, 비교기의 출력을 변화 상태로 되게 한다. 캐패시터의 방전 속도와 계수기의 클럭 펄스 속도가 공지되어 있으므로, 마이크로컴퓨터는 계수기에 축적된 계수의 총수와 특정 전압 값을 동등하게 표시할 수 있다. 따라서, 안정 기간 후에, 마이크로컴퓨터는 비교기에 인가되었을 때 감쇠된 배터리 전압 신호가 3.3볼트 이하이면서 그에 가깝게 되도록 아날로그 스위치를 적절하게 설정하기 위해 프로그램된다. 일단, 전압 분할기 회로의 감쇠 레벨이 설정되면, 배터리의 충전 시퀀스 전체에서 일정하게 유지된다. 전치환산기 회로 세트와 함께, 충전 회로는 고 전류 충전을 배터리 팩에 계속 인가한다. 배터리가 계속하여 충전됨에 따라, 마이크로컴퓨터는 대수적 아날로그 디지탈 변환기를 통해 배터리와 전압 레벨을 감시한다. 그러므로, 최대 충전에 도달할 때 충전을 정확하게 종료하기 위해 충전 곡선을 따라 어느 점에 배터리 전압이 있는가를 정확하게 검출하도록 굴곡점을 배터리 전압과 상호 관련시킬 수 있다. 특히, 공지된 방전 속도를 갖는 RC 타이밍 회로에서 캐패시터를 방전시킴으로써, 캐패시터가 감쇠된 배터리 전압 신호로 방전할 때까지의 기간을 시간측정함으로써, 마이크로컴퓨터는 배터리 전압 신호 값을 계산할 수 있다.
본 발명의 부가적 목적, 장점 및 특징은 첨부된 도면과 결부하여, 다음의 설명 및 첨부된 특허 청구의 범위로부터 명백하게 될 것이다.
양호한 실시예의 다음 설명은 단순히 예시적인 것으로 본 발명, 출원 또는 사용을 제한하기 위한 의도는 아니다.
배터리 팩을 고속 충전하기 위해, 배터리 팩이 완전 충전 전압에 도달할 때까지 상당히 고 전류를 배터리 팩에 인가할 필요가 있다. 양호한 상업적 실시예에서, 11셀 Ni-Cad 배터리 팩을 약 15분 내에 완전히 충전하는 것이 바람직하다. 따라서, 6암페어 충전 전류가 필요하다. 이러한 고 전류 때문에, 배터리 팩을 충전할 수 있는 총시간을 감소시켜 배터리의 손상 또는 고장을 일으킬 수 있는 완전 충전의 범위를 넘어선 과충전을 예방하기 위해 충전 시퀀스를 효과적으로 감시할 필요가 있다. 또한, 배터리 팩이 완전히 충전될 때 유지 또는 세류 충전을 배터리 팩에 인가하는 것이 바람직하다. 다수의 서로 다른 층전 장치가 AC 출구로부터 고 전류 및 유지 충전을 바람직한 형태로 인가하기 위해 종래 기술에 공지되어 있다. 양호한 실시예에서 사용된 충전 시스템이 제2도에 블럭도 형으로 도시되어 있다.
제2도를 참조하면, 반 브릿지형 전원 공급 회로(10)가 블럭 회로도에 도시되어 있다. 회로(10)는 고 전압 입력 회로(12), 저 전압을 회로(10)의 다른 부분에 공급하기 위한 저 전압 전원 회로(14), 고 전압 회로(12)에 대한 제어 입력(17)으로 사용되도록 고주파 출력을 발생하기 위한 펄스 폭 변조 발진기 회로(16), 충전할 배터리 또는 배터리 팩(22)에 정전류를 공급하기 위한 정전류 공급 회로(18), 및 고 전압 회로(12)에 공급되는 제어 신호(17)를 일치되게 변화시키도록 배터리 팩(22)의 전류 충전 속도를 감시하고 궤환 신호를 펄스 폭 변조 회로(16)에 공급하기 위한 충전 전류 감시 회로(20)를 포함한다. 마이크로컴퓨터(24)는 충전 장치를 제어하기 위해 장착되어 있다. 회로(10)의 다른 소자들은 배터리 팩(22)의 온도를 감시하는 온도 점검 회로(26) 및 조작자에게 충전 프로세스의 다양한 파라메터를 지시하기 위한 디지탈 디스플레이 회로(30)를 포함한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 대수적 아날로그 디지탈 변환기(28)는 배터리 팩(22)으로부터의 아날로그 배터리 전압 신호를 마이크로컴퓨터(24)로 처리하기에 적합한 디지탈 신호로 변환한다. 고 전압 회로(12)는 일반적으로 표준 출구로부터 120 볼트 교류(AC)를 수신한다. AC 입력 신호는 정류 및 여파되어 약 150 볼트의 완만한 DC 전압을 생성한다. AC 입력 신호는, 변압기를 통해, 또한 라인(13)을 따라 저 전압 공급 회로(14)에 인가된다. 저 전압 공급 회로(14)는 AC 신호를 정류하여 조절된 15볼트 및 5볼트 출력을 다른 회로 구성 요소에 공급하기 위해 전압 조정기 회로에 인가한다. 시스템의 다른 회로 구성 요소에 대한 5볼트 및 15볼트 공급 라인은 명확성을 위해 생략되었다.
펄스 폭 변조(PWM) 발진기 회로(16)은 라인(15)를 따라 공급 회로(14)로부터 15볼트 신호를 수신하여, 일반적으로 구형파의 형태로, 펄스 주파수 신호를 라인(17)을 따라 고 전압 회로(12)에 공급한다. 발진기 회로(16)으로부터의 구형파 신호는 종래의 위상 제어 기술에 의해 AC 파형의 각 반싸이클에서 결합 변성기를 통해 주 강압(step down) 변압기의 1차 코일에 공급되는 전류량을 조절하는 한쌍의 전력 전환 트랜지스터에 공급된다. 강압 변압기는 1차측에서의 고 전압 신호를 2차측에서 저 전압 고 전류로 변환하여, 라인(19)를 따라 정전류 공급 회로(18)에 인가한다. 발진기 회로(16)로부터의 펄스 폭 변조기 신호의 듀티 싸이클은 이렇게 배터리 팩(22)에 인가된 충전 전류 레벨을 제어한다. 펄스 폭 변조 방식은 필요한 고 전류를 전류 공급 회로(18)에 공급하기 위해 필요한 강압 변압기의 크기를 최소화한다. PWM 발진기 회로(16)는 또한 충전 시퀀스가 개시될 때 펄스 폭 변조기 발진기 회로(16)의 듀티 싸이클을 점진적으로 증가시키기 위한 연성(soft) 기동 회로를 포함한다.
마이크로컴퓨터(24)가 라인(23) 상의 신호를 전류 공급 회로(18)에 인가함으로써 충전 시퀀스를 개시할 때, 충전 전류가 저 전압 정전류 공급 회로(18)를 통해 라인(21)을 따라 배터리 팩(22)에 공급된다. 전류 공급 회로(18)는 배터리 팩(22)이 역방향으로 삽입되는 경우에도 회로(10)의 손상을 방지하는 극 반전 검출 회로를 양호하게 포함한다. 배터리 전류는 라인(25)을 따라 충전 전류 감시 회로(20)에 의해 감지된다. 충전 전류가 선정된 레벨로부터 변화하면, 충전 전류 감시 회로(20)는 라인(27)상의 출력을 PWM 발진기 회로(16)에 공급한다. 그다음 PWM 발진기 회로(16)는 충전 전류를 적절히 변경하기 위해 고 전압 회로(12)에 대한 구형파 신호의 듀티 싸이클을 변경한다. 유사하게, 고 전류 충전 시퀀스의 종단에서, 마이크로컴퓨터(24)는 세류 충전 모드로 전환하기 위해 세류 충전 라인(29)상에 출력 신호를 발생한다.
온도 점검 회로(2)는 배터리 온도를 감시하기 위한 회로를 제공한다. 온도 점검 회로(26)으로부터의 점선(31)은 써미스터와 같은 열 감지 장치를 나타내며, 충전기로 플러그될 때 배터리 팩의 위치와 인접한 위치에 배치되어 배터리의 온도를 감지한다. 온도 점검 회로(26)은 배터리 온도가 선정된 임계 값을 초과하는 때를 결정하고, 이런 경우에 라인(33)을 따라 마이크로컴퓨터(24)에 신호를 보낸다. 그다음 마이크로컴퓨터(24)는 충전을 중지하기 위해 라인(23) 상에 신호를 보낸다.
충전 시퀀스를 감시하여 제1도의 충전 곡선에서 굴곡점을 결정하도록 마이크로컴퓨터(24)를 엔에이블하기 위해, 아날로그 배터리 전압 신호를 디지탈 신호로 변환할 필요가 있다. 그러므로, 아날로그 디지탈 변환기를 포함하여야 한다. 아날로그 디지탈 변환기(28)는 라인(39)상의 아날로그 배터리 전압을 수신하여 마이크로컴퓨터(24)가 다음의 방법으로 배터리 전압값을 결정하는데 사용하는 라인(37)상에 타이밍 신호를 발생한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 배터리 충전기는 서로 다른 정격 전압을 갖는 서로 다른 배터리 팩을 충전할 수 있는 능력을 갖는다. 특히, 상업적 실시예에서, 충전기는 약 2.4 볼트에서 13.2 볼트까지의 어떠한 범위에서도 표준화된 배터리 팩을 충전하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 이 범위는 본 발명의 원리에서 벗어나지 않고서 서로 다른 형태로 변경될 수 있다. 이러한 비교적 넓은 범위의 정격 전압(전술한 바와 같이 한층 더 넓은 범위의 실제 전압으로 해석함) 때문에, 아날로그 디지탈 변환 회로에는 특별한 문제가 있어서 마이크로컴퓨터를 엔에이블하여 충전 시퀀스를 정확하게 감시하도록 한다. 특히, 2.4 볼트 배터리 팩에 대해 적절한 레졸루션(resolution)을 제공하는 종래의 아날로그 디지탈 변환기는 전압이 13.2 볼트의 배터리 팩까지 연장될 때, 대단히 값비싸고 복잡하게 된다.
이 문제를 극복하기 위해, 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 충전될 배터리 팩의 정격 전압과 관계없이 아날로그 디지탈 변환기 회로가 특정 전압 범위 내에서 디지탈 출력 신호를 발생하도록 아날로그 배터리 전압 신호를 자동적으로 환산하기 위한 수단을 포함하는 대수적 아날로그 디지탈 변환기 회로가 제공된다. 이것은 RC 타이밍 회로를 결합하여 회로의 캐패시터를 고정 레벨로 충전한 다음, 캐패시터가 환산된 아날로그 배터리 전압 신호 이하의 레벨로 방전하는데에 걸리는 시간을 감시함으로써 달성된다. 아날로그 배터리 전압 신호를 적절히 환산하기 위해, 감쇠 레벨이 마이크로컴퓨터(24)로부터의 제어 신호에 따라 차례로 설정되는 일련의 아날로그 스위치에 의해 제어되는 선택적으로 설정가능한 사다리꼴 저항 회로가 제공된다.
제1도의 설명을 다시 참조하면, 충전 시퀀스는 배터리 전압이 안정되게 되는 시간 동안의 고속 충전 싸이클의 초기에 약 30초의 초기 안정 기간을 포함한다. 이 초기 안정 기간이 끝나면, 배터리 팩은 특정 정격 전압과 관계 없이, 충전 싸이클 동안 발생되는 최대 전압의 66% 이상의 전압 출력 레벨을 가질 것이다. 다른 말해서, 약 2 볼트의 30초 안정 기간 후에 배터리 팩의 배터리 전압을 관찰해 보면, 배터리 팩의 완전히 충전된 전압은 3 볼트를 초과하지 않을 것이다. 유사하게, 약 12 볼트의 30초 안정 기간 후에 배터리 팩의 배터리 전압을 관찰해보면, 배터리 팩의 완전 충전 전압은 18 볼트를 초과하지 않을 것이다. 그러므로, 마이크로컴퓨터(24)는 초기 30초 안정 기간이 끝난 후 배터리 전압 신호가 3.3 볼트 (5 볼트의 66%)이하이면서 그에 근접한 값으로 되도록 환산 회로의 감쇠 레벨을 설정하기 위해 프로그램된다. 그후, 충전 시퀀스의 나머지 동안 감쇠 설정은 일정하게 유지된다. 그다음, 감쇠된 배터리 전압 신호는 캐패시터가 5 볼트의 충전 레벨에서 감쇠된 배터리 전압 신호 이하 레벨까지 방전하는데 필요한 기간에 대수적 아날로그 디지탈 변환기에 공급된다. 그러므로 최종 기간은
에 비례하고, 여기서 "n"은 감쇠 회로의 환산 인자이고 VREF는 5 볼트이다.
제3도를 참조하면, 본 발명에 따른 대수적 아날로그 디지탈 회로(28)의 상세한 회로도가 도시되어 있다. 아날로그 디지탈 변환기(28)는 충전되는 배터리 팩(22)으로부터 라인(39) 상의 입력을 포함한다. 이 입력은 저항(R1, R2, R3, R4 및 R5)으로 구성된 저항 사다리 회로(42)에 의해 감쇠된다. 직렬 저항(R4, R5)은 전압 분할기 회로(42)의 상측 1/2을 포함하고, 병렬 저항(R1, R3)은 전압 분할기 회로(42)의 하부 1/2을 포함한다. 그러므로, 감쇠된 배터리 전압 신호는 전압 분할기 회로의 중점인 노드(45)에서 발생된다. 전형적으로, R1의 값은 대략 저항(R3)값의 4배 및 저항(R2) 값의 2배에 해당한다. 저항 사다리 회로(42)의 최종 감쇠 레벨은 저항(R1-R3)과 접지(47) 사이에 접속되는 다수의 아날로그 스위칭 장치의 설정에 따라 결정된다. 양호한 실시예에서 아날로그 스위칭 장치는 단일 집적 회로(40)에 포함된다. 아날로그 스위칭 장치(40)는 핀(1,2 및 3)에 각각 출력된 마이크로컴퓨터(24)로부터 핀(5, 6 및 13)에서 3개의 입력을 각각 수신한다. 이들 입력의 각 하나는 IC40내에서 아날로그 스위치 중 하나의 설정을 제어한다. 저항(R1-R3)의 2진 가중치에 따라, 23또는 8개의 서로 다른 감쇠 레벨이 제공된다. 물론, 더 많은 저항이 시스템의 레졸루션을 변화시키도록 결합될 수 있다. 그러나, 보다 상세히 세부적으로 설명되겠지만, 대수적 아날로그 디지탈 변환기의 사용 때문에, 환산 회로의 보다 정밀한 레졸루션이 필요하지는 않다.
노드(45)를 벗어난 감쇠된 배터리 전압 신호는 저항(R6)를 통해 비교기(44)의 정 입력 단자에 인가된다. 비교기(44)의 부 입력은 도시된 바와 같이 RC 타이밍 회로(46)에 접속된다. RC 회로(46)는 캐패시터(C1)와 저항(R7, R10)을 포함한다. RC 회로(46)는 마이크로컴퓨터(24)의 핀(6)으로부터 충전 또는 방전 명령을 수신한다. IC 장치(40)내의 아날로그 스위치는 캐패시터(C1)가 저항(R1O)을 통해 충전하거나 저항(R7)을 통해 방전할 것인가를 결정하는 출력 핀(10)을 제어한다.
정상적으로, IC(40)으로부터의 출력 핀(10)은 HI이고 따라서 캐패시터(C1)는 비교적 저 저항 값을 갖는 저항(R1O)을 통해 5 볼트로 급속히 충전된다. 마이크로컴퓨터(24)가 배터리 전압을 판독하기 하기 원할 때, IC(40)의 핀(10)으로부터의 출력을 고임퍼던스로 되게 하는 제어 신호가 IC(40)에 대한 출력 핀(6)에 제공된다. 이것은 저항(R7)을 통해 캐패시터(C1)의 방전을 시작하게 한다. 동시에, 마이크컴퓨터(24)는 공지된 클럭 주파수의 내부 계수기를 캐패시터(C1)의 방전 시간까지 증가시키기 시작한다. 캐패시터(C1)가 비교기(44)의 정 입력에 공급된 배터리 전압 신호 바로 아래 레벨까지 방전될 때, 비교기(44)의 출력은 HI로되고, 계수 기간을 종료시키는 마이크로컴퓨터(24)의 핀(4)에 신호를 공급한다. 그러므로 최종의 전체 계수는
에 비례하고, 여기서 "n"은 감쇠 회로의 환산 인자에 해당한다.
초기에는, 초기 30초 안정 기간 후에, 마이크로컴퓨터(24)가 내부 계수기의 총 계수가 3.3 볼트(즉, 5볼트의 66%) 이하이면서 그에 근접한 전압에 대응될 때 비교기(44)의 출력을 HI로 되게 함으로써 전압 분할기 회로(42)에 적절한 감쇠 레벨을 설정한다. 양호한 실시예에서는 다음의 방법으로 이것을 실현한다. RC 회로의 방전 시정수가 공지되어 있고, 마이크로컴퓨터 계수기의 클럭 펄스 속도가 공지되어 있으므로, 축적된 계수의 수와 캐패시터(C1)의 방전 레벨 사이에는 선정된 관계가 존재한다. 따라서, 캐패시터(C1) 상의 충전이 감쇠된 배터리 전압 신호 바로 아래로 강하될 때 비교기(44)의 출력은 HI로 될 것이므로 선정된 수의 계수가 감쇠된 3.3 볼트의 배터리 전압과 대응한다. 결과적으로, 마이크로컴퓨터(24)는 초기 30초 안정기간 후에, 최고의 감쇠 설정에서 출발하여 3.3 볼트 이하이면서 그에 근접한 전압값이 관찰될 때까지 점진적으로 낮아지는 감쇠 레벨에서 연속적인 배터리 전압을 판독하도록 프로그램된다. 다른 의미로, 라인(39)상에 배터리 전압 신호의 최대 감쇠를 제공하도록 설정된 아날로그 스위치(40)에 따라, 마이크로컴퓨터(24)는 캐패시터(C1)의 방전을 개시하고, 비교기(44)의 출력이 HI로될 때까지 계수한다. 최종의 전체 계수가 3.3 볼트 이하의 전압 값에 대응하면, 이 프로세스는 아날로그 스위치(40)의 설정을 적절히 조절함으로써 다음의 최하 감쇠 레벨에서 반복된다. 마이크로컴퓨터(24)는 관찰된 감쇠 배터리 전압 신호가 3.3 볼트 이하이면서 그에 근접할 때까지 점진적으로 더 낮아지는 레벨로 이 프로세스를 반복하도록 프로그램된다. 예를 들어, 충전할 배터리가 완전히 충전된 때에도 3.3 볼트에 도달할 수 없는 소형의 2 셀 팩인 경우에, 마이크로컴퓨터(24)는 양호한 실시예에서 하나의 환산 인자에 대응하는 최저 감쇠 설정값으로 아날로그 스위치를 설정하도록 프로그램된다. 그 후에 마이크로컴퓨터(24)에 의한 아날로그 스위치 장치(40)의 최종 설정값은 충전 프로세스 기간 동안 일정하게 유지된다.
따라서 배터리의 정격 전압과 관계없이, 전체 충전 시퀀스에 걸쳐 배터리 전압을 컴퓨터(24)가 감시할 수 있다. 배터리가 충전될 때, 비교기(44)의 정 단자에 인가된 감쇠된 전압 신호는 3,3 볼트와 5 볼트 사이에서 적절히 증가할 것이다(표준적으로 2와 3 볼트 사이에서 변하는 최소형 배터리 팩을 제외). 그러므로, 마이크로컴퓨터(24)가 배터리 팩(22)의 전압을 판독하기를 원할 때 마다, 상기 기술한 바와 같이 캐패시터(C1)를 방전하여 캐패시터(C1)상의 전하가 감쇠된 배터리 전압 신호 레벨 바로 아래까지 방전될 때까지 대기한다. 캐패시터(C1)가 방전함에 따라 마이크로컴퓨터(24)가 계수한다. 캐패시터(C1) 전압이 감쇠된 배터리 전압 바로 아래로 떨어질 때, 비교기(44)는 상기 기술한 바와 같이 마이크로컴퓨터(24)의 핀(4)에 HI신호를 출력한다. 그다음 마이크로컴퓨터(24)는 최종의 전체 계수를 특정 전압 값과 관련시킨다.
본 발명에 따른 대수적 아날로그 디지탈 변환기의 중요성이 다음에 설명될 것이다. 본 발명의 충전기 시스템은 주목하는 바와 같이 서로 다른 정격 전압 범위를 갖는 충전가능한 서로 다른 배터리 팩을 충전하기 위해 사용된다. 그러나, 대형 배터리 팩의 전압이 소형 배터리 팩의 전압보다 상당히 더 큰 범위에 걸쳐 변할 것이지만, 충전 프로세스 동안 양쪽 배터리 팩에 대한 전압 증가율은 실제로 동일하게 될 것이다. 다른 의미로, 2셀 배터리 팩에 대한 충전 프로세스 동안 관찰된 전압 증가율은 11셀 배터리 팩에 대한 전압 증가율과 실제로 동일하다. 따라서, 동일한 레졸루션을 소형 및 대형 배터리 팩 모두에 대해 제공하도록 백분율에 기초하여 기능을 발휘하는 아날로그 디지탈 변환기를 제공하는 것이 바람직하다.
이 바람직한 관계는 전압의 주어진 백분율 변화에 대해 균일한 레졸루션 또는 계수차를 정하는 곡선(56)을 도시하고 있는 제4도에 예시되어 있다. 특히, 3.3 볼트와 5 볼트 사이 2 볼트와 3 볼트 사이, 및 0.5 볼트와 0.75 볼트 사이에 동일한 256의 계수 차가 존재한다. 그러나, 이들 각각의 전압 범위는 배터리 전압에 있어서 똑같이 150% 증가를 나타낸다. 종래 기술에 숙련된 자들은 용이하게 이해할 수 있겠지만, 제4도에 도시된 결과적인 곡선(56)은 아날로그 전압과 디지탈 계수 사이의 대수적 수학 관계를 정의한다. 또한, 단순한 RC 타이밍 회로에서 캐패시터의 방전 곡선은 제4도에 도시된 곡선(56)과 거의 유사하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 아날로그 배터리 전압 신호를 디지탈 전체 계수와 관련시키기 위해 캐패시터(C1)의 방전 곡선을 사용함으로써, 대수적 아날로그 디지탈 변환기가 얻어진다. 결과적으로, 충전 프로세스 동안 배터리 팩이 변하는 세밀한 전압 범위와 관계없이, 본 발명에 사용된 대수적 아날로그 디지탈 변환기는 동일한 레졸루션을 제공한다.
양호한 실시예에서, 캐패시터(C1)의 방전 시간을 맞추기 위해 마이크로컴퓨터에 의해 사용된 계수 주파수는 5 볼트로부터 3.3 볼트까지 캐패시터가 방전하기 위해 필요한 시간 내에서 256의 계수를 제공하도록 선택된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 배터리 팩의 전압이 충전 프로세스 중에 단지 150%로 증가할 것임으로 8비트 계수기를 사용할 수 있다.
이 점에서, 본 아날로그 디지탈 변환기(28)의 전치환산 회로의 목적을 이해하는 것이 중요하다. 예를 들어, 모든 가능한 배터리 전압 레벨을 수용하기 위해, 24 볼트의 기준 전압을 갖는 대수적 아날로그 디지탈 변환기를 단순히 사용하는 것이 이론적으로 가능하지만, 변환 프로세스의 최종 응답 시간이 상당히 감소할 것이다. 또한 시스템이 가장 정확한 부분이고 따라서 대수적 아날로그 디지탈 변환기가 최적으로 동작하는 부분이기 때문에 아날로그 디지탈 변환기(28)을 방전 곡선(제4도에 도시된 것)의 상측 부분으로 제한하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 배터리 충전기에서 전치환산기 회로의 기능은 주로 2가지, 첫째, 아날로그 디지탈 변환 프로세스에 대해 수용가능한 응답 시간을 유지하기 위해 배터리 전압 범위를 적절한 레벨까지 감소시키는 것, 둘째, 대수적 아날로그 디지탈 변환기가 가장 정확한 곡선의 상측 부분으로 가능한한 배터리 전압 신호를 제한하는 것이다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 양호한 실시예에서 마이크로컴퓨터(24)는 배터리 팩(22)의 전압을 감시하고 배터리 전압 곡선에서 제2 굴곡점 "B"의 검출시 고 전류 충전 상태를 멈추고 세류 충전 모드로 전환되도록 프로그램된다. 또한, 전술한 사르 등의 특허 제4,388,582호 및 제4,392,101호에 설명된 바와 같이, 배터리 전압의 절대 하강의 검출 또는 최대 기간의 경과와 같은 선택적 충전 종료 영역을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 마이크로컴퓨터(24)는 온도 점검 회로(26)에 의해 검출된 배터리(22)의 온도가 선정된 최대 레벨을 초과할 때 배터리의 충전을 종료하도록 프로그램된다.
전술한 설명은 본 발명의 단순한 예시적인 실시예를 설명하여 기술하고 있다. 본 분야에 숙련된 자는 그러한 설명과 첨부된 도면 및 특허 청구의 범위로부터 본 발명을 용이하게 이해할 수 있을 것이고, 다음의 특허 청구의 범위에 의해 한정된 본 발명의 원리 및 영역으로 부터 벗어나지 않고서 다수의 변경 및 개정을 가할수 있다.

Claims (20)

  1. 서로 상이한 정격 전압을 갖는 배터리를 충전하기 위해 사용되는 충전 장치에 있어서, DC 충전 전류원을 제공하기 위한 전원 공급 회로, 및 충전 프로세스를 시작하고, 배터리 전압을 감시함으로써 상기 충전 전류를 배터리에 인가하는 것을 제어하여 아날로그 배터리 전압 신호를 구하기 위한 것으로, 상기 아날로그 배터리 전압 신호를 대응하는 디지탈 값으로 변환하기 위한 아날로그 디지탈 변환기 수단, 및 상기 수단과 연결되고 상기 아날로그 배터리 전압 신호를 제1 전압 값에서부터 상기 제1 전압 값의 150%에 해당하는 제2 전압 값까지의 선정 범위 내로 감쇠시키기 위한 설정 감쇠 레벨을 갖는 전치환산기 회로를 포함하는 마이크로컴퓨터계 제어기 회로를 포함하고, 실제로 충전 프로세스의 개시에서 관찰된 감쇠된 배터리 전압 신호가 상기 제1 전압값 이하가 되도록 상기 마이크로컴퓨터 제어기 회로가 상기 전치환산기 회로의 감쇠 레벨을 설정하기 위해 프로그램되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 전압 값에 해당하는 감쇠된 배터리 전압값이 상기 충전 프로세스 중에 상기 배터리에 의해 얻어질 수 있는 최대 전압보다 큰 아날로그 배터리 전압 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 아날로그 디지탈 변환기 수단은 방전 전압 신호를 생성하기 위해 RC 타이밍 회로를 포함하는 대수적 아날로그 디지탈 변환기, 및 상기 방전 전압 신호를 상기 감쇠된 배터리 전압 신호와 비교하여 상기 방전 전압 신호가 상기 감쇠된 배터리 전압 신호 바로 아래로 떨어졌을 때 출력 신호를 발생하기 위한 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 방전 전압 신호 개시로 부터 상기 출력 신호 발생때 까지의 기간의 시간에 맞추어, 상기 기간을 특정 전압 값으로 상관시킨 다음 상기 특정 전압값을 배터리의 충전을 제어하기 위해 사용하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전치환산기 회로는 다수의 병렬 접속 2진 가중 저항 및 상기 다수의 저항 중의 하나와 접지가 각각 직렬로 접속된 대응하는 다수의 고상 스위칭 장치를 포함하고, 상기 스위칭 장치의 상태는 상기 마이크로컴퓨터로부터 수신된 신호에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 전압 값은 약 3.3 볼트에 해당하고, 상기 제2 전압 값은 약 5 볼트에 해당하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 RC 타이밍 회로에 의해 발생된 상기 방전 전압 신호는 5 볼트에서 시작하는 대수적 감쇠 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  8. 비교적 광범위한 정격 배터리 전압 내의 미지의 정격 배터리 전압을 갖는 배터리 충전 프로세스를 제어하는 방법에 있어서, 비교적 고 충전 전류를 배터리에 인가하는 단계, 배터리 전압이 안정되도록 선정된 안정 기간을 대기하는 단계, 배터리 전압 신호를 구하기 위해 상기 배터리 전압을 감지하는 단계, 최종 감쇠된 배터리 전압 신호가 선정된 최대 감쇠 신호 레벨의 66% 이하가 되도록 상기 안정 기간의 종단에서 상기 배터리 전압 신호를 선정된 감쇠 레벨로 감쇠시키는 단계, 충전 프로세스 동안 선행 단계에서 설정된 상기 감쇠 레벨을 유지하는 단계, 및 상기 비교적 고 충전 전류의 인가를 종료하기 위한 적절한 시간을 결정하기 위해, 상기 감쇠된 배터리 전압 신호를 대응하는 디지탈 전압값으로 변환하고 상기 디지탈 전압 값을 이용함으로써 배터리의 전압 레벨을 감시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 감쇠된 배터리 전압 신호를 대응하는 디지탈 전압 값으로 변환하는 상기 단계는, 캐패시터를 상기 선정된 신호 레벨로 충전하는 단계, 상기 캐패시터의 방전을 선정된 방전 비율로 개시하는 단계, 상기 캐패시터 상의 신호 레벨이 상기 감쇠된 배터리 전압 신호 레벨 아래로 떨어지도록 하기 위해 필요한 기간을 정하는 단계, 및 상기 기간을 특정 디지탈 전압 값에 상관시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 비교적 고 충전 전류의 인가를 종료한 후에 소량의 유지 충전 전류를 배터리에 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 비교적 광범위한 상이한 정격 출력 전압을 가질 수 있는 충전가능한 배터리를 충전하기 위한 충전 장치에 있어서, 비교적 고 전류를 배터리에 인가하고 고 전압 부분과 저 전압 부분을 포함하는 회로 수단, 상기 배터리의 전압을 감시하고 이에 따라 상기 배터리에 인가된 전류를 제어하기 위한 마이크로컴퓨터, 및 상기 배터리 전압을 감지하여 배터리 전압 신호를 구하도록 대수적 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 회로를 포함하되, 상기 대수적 아날로그 디지털 변환기는 상기 배터리 전압 신호를 특정 범위의 전압으로 환산하기 위한 전압 감쇠 회로, RC 타이밍 회로, 및 비교기를 포함하고, 상기 전압 감쇠 회로는 상기 배터리 전압 신호를 감쇠시켜 상기 감쇠된 배터리 전압 신호를 상기 비교기의 제1 단자에 인가하며, 상기 RC 타이밍 회로는 상기 비교기의 제2 단자에 인가되는 방전 신호를 초기화하고, 상기 비교기는 상기 RC 타이밍 회로로부터의 상기 방전 신호가 상기 감쇠된 배터리 전압 신호 아래로 떨어질 때 상기 마이크로컴퓨터에 공급되는 출력 신호를 발생하며, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 배터리의 충전 기간을 제어하기 위해 상기 방전 신호의 개시로부터 상기 출력 신호의 발생까지의 기간을 특정 감쇠된 배터리 전압에 상관시키도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전압 감쇠 회로는 상기 감쇠된 배터리 전압 신호가 공급되는 중점을 갖는 전압 분할기 회로, 및 상기 전압 분할기 회로의 감쇠 레벨을 설정하기 위한 상기 마이크로컴퓨터로부터 수신된 신호에 의해 제어되는 고상 스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전압 분할기 회로는 다수의 병렬 접속된 2진 가중 저항을 포함하고, 상기 고상 스위칭 수단은 상기 중점과 접지 사이의 상기 다수와 저항과 직렬로 접속된 대응하는 다수의 아날로그 스위칭 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 마이크로컴퓨터는 실질적으로 배터리 충전 프로세스의 초기에 최종 감쇠된 배터리 전압 신호가 선정된 최대 감쇠 배터리 전압 신호 값의 약 66%에 해당되도록 상기 전압 분할기 회로의 감쇠 레벨을 설정하기 위해 프로그램되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 선정된 최대 감쇠된 배터리 전압 신호값은 약 5볼트에 해당하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 배터리 출력 전압이 안정된 후 상기 감쇠 레벨을 설정하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 RC 타이밍 회로는 약 5 볼트의 값으로 충전되고 상기 마이크로컴퓨터로부터의 신호에 따라 선정된 속도로 방전되는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 비교적 고 전류의 인가를 종료한 후에 소량의 유지 전류를 상기 배터리에 공급하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  19. 비교적 광범위한 정격 배터리 전압 내의 미지의 정격 배터리 전압을 갖는 배터리를 충전하기 위한 방법에 있어서, 비교적 고 충전 전류를 상기 배터리에 인가하는 단계, 및 제1 및 제2 아날로그 배터리 전압 신호를 구하기 위해 상기 배터리로부터의 아날로그 전압 신호를 감시하는 단계, 제1 및 제2 디지탈 값을 상기 제1 및 제2 아날로그 배터리 전압 신호와 각각 상관시키는 대수적 아날로그 디지탈 변환 프로세스를 사용하여, 상기 배터리로부터의 상기 아날로그 전압 신호를 대응하는 제1 및 제2 디지탈 값으로 변환시키는 단계, 상기 제1 및 제2 디지털 값을 비교하여 그 차이를 검출하고, 상기 제1 및 제2 디지털 값의 차이를 상기 제1 및 제2 아날로그 배터리 전압 신호 사이의 백분율의 표시로서 이용하는 단계, 상기 배터리에 비교적 고 충전 전류의 인가를 중단할 때를 결정하기 위해 상기 백분율 차의 표시를 이용하는 단계; 선정된 기준 전압으로부터 캐패시터의 방전을 개시하고, 상기 캐패시터 방전 신호를 상기 아날로그 배터리 전압 신호중 하나와 비교하며, 상기 캐패시터 방전 개시로부터 상기 캐패시터 방전 신호가 상기 아날로그 배터리 전압 신호 바로 이하로 떨어지는 시점까지의 기간을 정하고, 상기 기간을 대응하는 디지탈 값과 상관시키는 단계, 상기 아날로그 배터리 전압 신호중 적어도 하나를 대응하는 디지탈값으로 변환하기 전에 감쇠시키는 단계, 및 상기 아날로그 배터리 전압 신호가 상기 선정된 기준 전압과 상기 선정된 기준 전압의 66% 사이의 범위내에서 감쇠시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 비교적 넓은 범위의 서로 상이한 정격 출력 전압을 갖는 충전 가능한 배터리를 충전하기 위한 충전 장치에 있어서, 고 전압부와 저 전압부를 포함하며, 비교적 고 전류를 배터리에 인가하기 위한 회로 수단, 상기 배터리 전압을 감시하여 그에 따라 상기 배터리에 인가된 전류를 제어하기 위한 마이크로컴퓨터, 및 2개의 배터리 전압 신호 사이의 백분율 차이를 2개의 각 디지탈 값 사이의 절대 차이값과 상관시킨 선정된 대수적 관계에 따라, 상기 감시된 배터리 전압 신호를 대응하는 디지탈 값으로 변환하기 위한 대수적 아날로그 디지탈 변환기 수단을 포함하고, 상기 대수적 아날로그 디지탈 변환기 수단은 RC 타이밍 회로 및 비교기를 포함하고, 상기 배터리 전압 신호가 상기 비교기의 제1 단자에 인가되며, 상기 RC 타이밍 회로가 상기 비교기의 제2 단자에 인가되는 선정된 기준 전압 레벨로부터 방전 신호를 발생하고, 상기 비교기는 상기 RC 타이밍 회로로부터의 상기 방전 신호가 상기 배터리 전압 신호 바로 아래로 떨어질 때 상기 마이크로컴퓨터에 공급되는 출력 신호를 발생하며, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 배터리의 충전 기간을 제어하기 위해 상기 방전 신호의 개시로부터 상기 출력 신호의 발생까지의 기간을 특정 디지탈 값에 상관하도록 프로그램되며, 상기 배터리 전압 신호를 상기 비교기에 인가하기 전에 감쇠시키기 위한 전치환산 수단을 더 포함하되, 상기 전치환산 수단이 상기 배터리 전압 신호를 상기 선정된 기준 전압 레벨과 상기 선정된 기준 전압 레벨의 66% 사이의 범위내로 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
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