KR100291471B1 - 2차전지의 충전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차전지의 충전시 과 충전을 방지함과 동시 과방전을 방지하기 위한것으로 충전이 완료로되어 션트 레규레다(Q4)의 K-A간의 전압이 2.5v이하로 낮아지면 트렌지스터(Q3)가 ON하여 트렌지스터(Q2)의 베이스전류를 공급하여 콜렉터-에미터사이를 ON하여 DC충전전압을 제어하도록하며, 2차전지에 충전전류가 차단되면,2차전지의 전압이 충전전류가 흐를때 보다약간 띨어지면 다이오드(D3)와 저항(R8)이 없을 때 션트 레규레다는 리니어 동작하여 트렌지스터(Q2)에 충분한 베이스 전류를 공급하지 못하고 트렌지스터(Q3)이 ON시 다이오드(D3)와 저항(R8)을 통해 전지 전압이 Ref에 가해지면 저항(R6)과 저항(R8)이 병렬접속상태가 되는 편차를 이용하여 2차전지에 대한 충전 및 방전을 제어하도록하며, AC전원을 차단시 다이오드(D4).저항(R9,R10)및 콘덴서(C4)와 트렌지스터(Q5)로되는 회로에 의거 트렌지스터(Q5)가 ON되어 2차전지의 전류를 고저항인 저항(R6)으로 극소량만을 흐르도록하여 방전전류를 방지하도록되는 것이다.

Description

2차전지의 충전방법

종래에는 AC-DC아답터를 통해 2차전지의 충전 전압으로 사용해 왔는바 도2의 (가)에 도시한 바와 같이 트랜스(TR)의 일차측에 교류전원을 인가하도록 되고 상기한 트랜스(TR)의 2차측율 브리지 다이오드(BD)의 입력측에 연결하여 상기한 브리지 다이오드(BD)의 출력측에 발생된 전파정류된 전압을 콘덴서(C2)를 통해 평활화된 직류전압으로 2차 전지(BA)를 층진하도록 AC-DC아답터(Adapter)가 구성되고 2차 전지가 충전이 완료 되었을 때 트렌지스터(Q1)가 OFF되도록 전지 전압컴출 및 충전 제어회로(U1)에 의해 충전전류를 차단하여 과충전을 방지토록 되어 있었다.

또 상기한 도2의 (가)와 같이 트랜스(TR)대신 도2의 (나)와 같이 콘덴서(C2)와 파위 서미스터(Power Thermister)를 직열로 연결하여 교류저항으로이용하는 방식에 있어서도 상술한 도2의(가)와 같이 전지 전압검출 및 충전제어회로(U1)에 의해 트렌지스터(Q1)를 제어하도록되는 것이었다. 그러나 트렌지스터(Q1)이 2차전지(BA)가 충전이 완료되어 OFF되면, DC공급 전압은 거의 무부하 상태로되어 AC220V × √2=311V정도로 높게 상승하게되어 평활용 전해콘덴서(C1)의 내압이 적어도 400V이상되는 부품을 사용해야하고, 또 트렌지스터(01)의 내압도 400V이상으로 높은것을 사용해야함으로 제조단가를 상승시키는 원인이 되고, 뿐만 아니라 전지 전압검출 및 제어회로(U1)의 부품이 고압으로 인하여 파손될 우려가 있다.

한편, 임반적인 아답터 방식의 충전회로에서는 DC공급전압이 9V, 12V등으로 정해져 있고 부하시나 무부하시의 전압 변동율이 약 2∼5V이내이기 때문에 정전류 충전회로의 경우 DC공급전압을 높이고 정전류회로를 부가해야하며, 일반적으로 2차전지는 충전 만료 부근에서는 전지 전압과 전지내부임피던스가 상승한다. 이때 전 보다 전류가 줄어들게 되는 약점이 있다. 예를들어 DC공급전압이 정전압일지라도 그와 같은 현상이 일어나는 결점이 있는 것이다.

이를 방지하기 위하여 도2의 (나)의 점선으로 표시한 바와 같이 제너다이오드(ZD)를 사용하면 부하시 전압 상승을 막도록 할 수도 있으나 이는 DC출력전류가 10㎜A이하의 소전류에나 가능하고 전류가 400㎜A가 되면, 교류저항인 콘덴서(C2)의 용량이 커지면서 제너다이오드(ZD)에 가해지는 전압의 상승으로 인해 제너다이오드(ZD)에 흐르는 전류가 상숭하여 제너 손실이 증가하여 발열되어 파괴되는 것이다. 또 제너에 의한 정전압이 2차전지에 가해지면 콘덴서DC공급전원의 장점인 준 정전류회로가 성립되지를 못하는 결점이 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점율 감안하여 종래와 같이 트렌지스터(Q1)를 0FF시켜 충전 전류를 차단하는 것을 정 반대로 도2의 (다)와 같이 트렌지스터(Q1)를 ON시켜 충전 전류를 차단하도록함으로서 본 발명의 목적을 달성하면서도 충전 완료전압과 재충전 개시전압의 편차를 이용하여 자동으로 제이하도록하는 것이다. 즉 본 발명에 의하면, 예를들어 6V의 2차전지를 충전시키는 경우 평활용 전해콘덴서(C1)의 내압은 10V미만이며. 용량은 100㎌이내로 또 트렌지스터(Q1)의 내압도 30V미만으로 각 부품을 사용할 수 있기 때문에 현저한 원가 절감은 물론 저전압에 의한 높은 신뢰성의 충전방법을 제공하고자 하는 것이다.

도1은 본 발명을 설명키 위한 실시예의 전기적 회로도.

도2는 본 발명을 설명키 위한 종래의 회로 구성도로

(가)는 아답터를 사용하여 전원을 공급하는 예이며,

(나)는 아답터 대신 교류 콘덴서를 통해 전원을 공급하는 예이며.

(다)는 본 발명 충전전류를 차단하는 기본 설명도이다.

도면중 부호의 설명

C1은 교류 콘덴서, C2,C3,C4,C5는 콘덴서, D1,D2,D3,D4는 다이오드,Q1,Q5.Q6,Q7은 NPN형 다이오드. Q2,Q4는 PNP형 트렌지스터,Q3은 션트 레규레다, BA는 2차전지, R1∼R14는 저항, BD는 브리지다이오드, PTH는 파위 서미스터, LED1,LED2는 발광다이오드, L1은 램프를 의미한다.

본 발명을 실시예의 회로도인 도1을 참고로 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉 본 발명을 설명키 위한 도1에 있어서 상기한 종래의 구성설명에서 같은 역할을 하는 부분에 대한 부호는 같은 부호를 부여했다.

본 발명에서 교류입력 전원에 파위 서미스터(PTH)(Power Thermistor)와 교류 콘덴서(C2)를 직열로하여 브리지 다이오드(BD)의 입력측에 연결하고 상기 브리지 다이오드(BD)의 출력측에 평활용 콘덴서(C1)가 접지사이에 연결되고 또 상기 브리지 다이오드(BD)의 DC출력측에 저항(R3)과 발광다이오드(LED)를 직열 연결하여 접지됨은 공지된 바와 같다. 본 발명에서 파위 서미스터(PTH)(Poeqw NTC Thermistor)는 전력용 부 온도특성 저항소자이며, 상기한 브리지 다이오드(BD)의 DC출력측에는 에미터 접지된 NPN형 트렌지스터(Q2)의 콜렉터가 연결되어 2차전지 충전 완료시 ON하여 전지에 전류공급을 차단하도록되고 다이오드(D2)를 통해 트렌지스터(Q2)가 ON시 2차전지의 전류가 트렌지스터(Q2)를 통해 흐르는 것을 차단하도록 되고, PTH형 트렌지스터(Q3)의 에미터가 연결되고 상기 트렌지스터(Q3)의 에미터는 저항(R4)를 통해 상기한 트렌지스터(Q2)의 베이스에 연결되어 있고 상기 트렌지스터(Q3)의 베이스에는 저항(R5)를 동채 DC전원부에 연결됨과 동시에 션트 레규레다(Q4)(Adjustable Precision Shunt Regulator)를 통해 집지되어 션트 레규레다(Q4)의 카소드(K)-아노드(A)간의 전압이 2.5V로 낮이 졌을때 트렌지스터(Q3)가 ON하여 트렌지스터(Q2)의 베이스 전류를 공급하도록 되어 있다.또 상기한 션트 레규레다(Q4)의 내부에는 정밀한 2.5V의 기준전압원과 OP암프를 내장한 I.C형 션트 레그레다로 상기한 저항(R6, R7)로 분할된 Ref전압과 내부의 2.5V의 기준전압을 내부 OP암프로 비교하여 케소드-아노드(K-A)간의 전압을 결정하도록 되어 있다.

즉 K-A간 전압 VZ ≒ 22.5V( 1 + R6 / R7 )

DC전원부와 집지 사이에는 2차전지전압 검출을 위한 저항(R6,R7)을 통해 본할된 저항이 상기한 션트 레규레다(Q4)의 Ref에 연결되고 2차 전지(BA)와 병열로 콘덴서(C3)을 병열로 연결함으로서 만충전시 충전차단회로(A)가 구성되며. 상기한 션트 레규레다(Q4)의 Ref와 상기 PNP형 트렌지스터(Q3)의 콜렉터 사이에는 상기한 Ref전압이 저항(R4)를 통해 트렌지스터(Q3)의 에미터로 빠지는 것율 방지토록 다이오드(D3)와 저항(R8)를 직열로 연결하여 편차회로(B)가 구성되며. 또한 상기한 션트 레규레다(Q4)의 Ref에는 에미터접지된 PNP형 트렌지스터(Q5)의 콜렉터가 연결되고 상기 트렌지스터(Q5)의 베이스에는 다이오드(D4)에 의해 정류된 전압 분할용 저항(R7, R8)이 연결되고 상기 분할된 전압 평활용 전해 콘덴서(C4)를 연결하여 전지전압 방전방지회로(C)가 구성되어 있다.

한편, 부하측에는 NPN형 트렌지스터(Q6,Q7)로 슈미트 트리거회로가 구성도어 전압레벨 조정용 저항(R12)과 트렌지스터(Q6)의 베이스저항(R14)및 슈미트 트리거회로의 전압 편차 조정용 저항(R15)으로 전지 과방전방지 및 점멸 표시회로가 구성함으로서 이루지도록 한 것이다.

도면중 미설명부호 R11은 적분저항으로 적분 전해콘덴서(C5)와의 시정수에 의해 전구(L1) 또는 발광 다이오드(LED2)가 점멸토록 함으로서 과방전상태임을 표시토록한 것이다.

상기와 같은 구성으로 되는 것이므로 외부의 교류전원을 통해 인가되는 전원은 브리지다이오드(BD)를 통해 전파정류된 맥류를 콘덴서(C1)에 의해 평활화된 DC전원은 다이오드(D2)를 통해 2차전지(BA)를 충전하게됨은 공지와 같은 것이므로 명세서의 간략화를 위하여 이에 대한 설명은 생략한다.

따라서 충전이 재시되어 2차전지가 충전이 개시되면 발광 다이오드(LED1)이 점등되어 충전중임을 표시하게된다. 이와같이하여 2차 전지에 충전이 완료되면 NPN형 트렌지스터(Q2)가 ON되어 DC전원을 접지로 흐르게하여 충전상태를 저지하게 되는바 이에 대한 작용을 설명한다, 즉 전원이 공급중일 때 트렌지스터(Q5)는 OFF상태이고 션트 레규례이다(Q4)의 Ref전압보다 저항(R9)와 저항(Rl0)에 의한 분할 전압을 높게 설정함으로서 AC전압이 인가중일때는 트렌지스터(Q5)는 OFF상태가되고 AC전원을 차단시에는 트렌지스터(Q5)가 ON되어 2차전지의 방전전류를 제한하게된다. 즉 AC전원측에 파워 서미스터(PTH)와 콘덴서(C2)를 직열로 집속 구성되어 AC전원 양단에 연결된상태이므로 콘덴서(C2)는 진상 콘덴서의 역할만을 할 뿐 발열도 없고 파위서미스터(PTH)의 저항값도 아주 낮기 때문에 손실이 기의 없다. 한편, 충전완료 전압을 션크 레규레다(G4)가 감지하게 되면 2차 전지와 병열로 연결된 전지전압 검출용 저항(R6,R7)으로 검출된 분압이 션트 레규레다(Q4)의 Ref단자에 전해지면, 저항(R6)과 저항(R8)이 병열접속됨으로 VZ=2.5V로 저항(R6)단독일때와 저항(R6)와 저항(R8)이 병열일 때의 전압차가 즉 편차전압이되어전지 전압이 7.5일때 트렌지스터(02)가 ON되어 충전을 차단하고 5V시에는트렌지스터(02)가 OFF되어 충전이 게시되는 것이다. 이와 같이하여 충전이 완료되어 AC전원 코드를 뺏을 시 다이오드(D4)와 저항(R9)과 저항(Rl0)및콘덴서(C4)와 트렌지스터(Q5)로 구성된 전지전압 방전 방지회로(C)에 의해 트렌지스터(Q5)가 ON상태로되어 션트 레규레다(04)의 Ref전압이 0.6V이하가되어 션트 레규레다(Q4)의 K-A간의 전압은 전지 전압과 기의 같은(전지전압-0.25V)전압이되어 트렌지스터(Q3)의 베이스-에미터간의 전압은 0.25V이므로(0.6V이상시 트렌지스터(Q3)이 ON)트렌지스터(03)이 OFF되어 전지의 전류가 저항(R5)와 트렌지스터(Q3)을 통해 흐르지 않고 저항(R6)의 고정저항으로만 흐르게 되는 것이다. 이때 저항(R6)이 200Kohm정도면 약 35㎂정도의 전류만이 흐르기 때문에 전지의 방전 전류는 이주 무시할 정도에 지나지 않는것이다.

한편, 부하측에 설치하는 슈미트 트리거로되는 전지 과방전방지 및 점멸회로에 있어서는 2차 전지의 규징치 이하로 방전되었을 때 슈미트 트리거회로에 의한 스위칭작용에 의해 저항(R11)과 콘덴서(C5)의 시정수에 따른 충방전에 의해 부하측에 설치되는 램프(L1)또는 발광 다이오드(LED2)를 점멸되도록함으로서 과방전을 알려 사용자로 하여금 AC전원을 꽂음으로서 재충전을 할 수 있도록되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 2차 전지가 만 충전되면 트렌지스터를 ON시켜 DC공급전압을 0.3V이하로 떨어트려 2차전지에 더어상의 전류를 흐르지 않도록함으로서 과충전에 의한 파괴에서 보호할 수가 있으며, 편차전압에 의해 충전 완료 전압과 재충전전압을 편차전압을 이용할 수 있으며, 별도의 정전류회로나 부품의 추가 없이도 2차전지 부하에서 준 정전류를 얻으며, 트랜스를 사용한 아답터 방법에 비해 경량이며, 스페이스를 차지하지 않는 등의 효과가 있는 유용한 발명인 것이다.

본 발명은 2차전지의 충전방법에 있어서, 충전 완료시 전원 코드를 빼더라도 방전 전류를 억제하여 충전 완료시 전지의 충전 전류를 차단시키는데 목적이 있다. 또 다른 목적으로는 콘덴서를 교류저항으로 사용하여 양파 브리지 정류회로를 통해 충전용 DC전압을 얻고 충전 완료전압 및 재충전 개시전압의 편차에 의해 2차전지의 충전 상태를 감시하여 이를 제어하고자 하는데 있다.

Claims (5)

1. 2차전지의 충전이 완료되었으때 DC충전전압을 차단하도록되는 2차전지를 충전하도록하는 것에 있어서,

   2차전지 충전 완료시 2차전지 전압을 컴출하기 위한 저항의 분할 저항으로 션트 레규레다의 Ref전압과 비교하도록되고, 상기한 션트 레규레다의 카소드-아노드전압이 규정치 이하로 낮아졌을 때 트렌지스터의 베이스 전압을공급하여 DC충전전압을 차단하는 만충전차단회로(A)와.

   상기한 션트 레규레다의 Ref전압을 저항과 다이오드로 편차회로(B)를 구성 하도록하는것 과,

   AC전압 공급시 상기한 션트 레규레다의 Ref전압을 저항의 분할전압 보다 높게 설정하여 AC전압 차단시 2차전지 방전을 방지하는 전지전압 방지 방전회로(C)가 구성되며,

   슈미트 트리거회로에 저항과 콘덴서의 시정수에 의기 발광 다이오드를 점멸하여 과방전방지 및 점멸표시회로를 구성하여서됨을 특징으로하는 2차전지의 충전방법.
2. 청구항1에 있어서, 만충전시 충전차단회로(A)는 상기한 션트레규레다(04)의 카소드(K)-아노드(A)사이의 전압이 2차전지의 만충전으로 2.5V로 낮아지면, 트렌지스터(Q3)가 ON되어 트렌지스터(Q2)의 베이스전류를공급하여 DC충전 전류를 차단하도록하는것을 특징으로하는 2차전지의 충전방법.
3. 청구항1에 있어서, 편차회로(B)는 션트 레규레다회로에 다이오드(D3)와 저항(R8)을 통해 2차전지의 전압이 션트 레규레다의 Ref에 가해지면 저항(R6)단독일 때와 저항(R6)과 저향(R8)이 병렬로 되는 전압차를 이용하여 재충전 전압과 편차 전압을 얻도록되는것을 특징으로하는 2차전지의 충전방법,
4. 청구항1에 있어서, 전지전압 방전방지회로(C)는 AC전압 공급시 트렌지스터(Q5)가 OFF되었다가 션트 레규레다(Q4)의 Ref전압보다 저항(R9)와 저항(R10)에 의한 분할 전압을 높게 설정하여 AC전압 차단시 트렌지스터를 ON하여 2차전지의 방전을 제어하도록하는 것을 특징으로하는 2차전지의 충전방법,
5. 청구항1에 있어서, 전지 과방전방지 및 점멸표시회로(D)는 슈미트 트리거회로에 저항(R11)과 콘덴서(C5)의 시정수애 의기 램프 또는 발광다이오드(LED2)를 점멸토록하는것을 특징으로하는 2차전지의 충전방법.