KR100322859B1 - Method for charging secondary batteries in high-speed and charging apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
충전장치의 최대가용전류량을 최대로 활용하여 복수개의 이차전지에 적응적으로 분배하면서 동시충전을 할 수 있는 충전장치가 개시된다. 충전전류의 적응적 분배는 복수개의 이차전지가 정전류 충전 시에 각 충전전류의 합이 최대가용전류가 되도록 하며, 어느 한 이차전지가 만충전압에 도달하면 그 이차전지는 정전압으로 충전하며, 이 과정에서 정전압충전을 위해 낮추어 지는 이차전지의 충전전류를 다른 이차전지의 충전전류로 활용하여 이때의 각 충전전류의 합 또한 최대가용전류를 유지하도록 한다. 이에 의해 또 다른 이차전지도 신속하게 만충전압에 이르게 되며 그 후에는 이 이차전지도 정전압으로 충전한다. 이후 만충전압에 이른 이차전지들은 모두 만충이 되도록 충전전류를 서서히 감소시키면서 종지전류가 될 때까지 충전하여 충전을 완성시킨다. 즉, 이차전지의 충전전류의 합이 가능한 한 최대가용전류량을 유지하도록 적응적으로 충전전류를 분배하여 충전효율을 극대화함으로써 복수개의 이차전지를 짧은 시간에 충전할 수 있다.Disclosed is a charging device capable of simultaneously charging while adaptively distributing to a plurality of secondary batteries by utilizing the maximum available current amount of the charging device to the maximum. Adaptive distribution of charging current ensures that the sum of each charging current becomes the maximum available current when a plurality of secondary batteries are charged with a constant current, and when a secondary battery reaches a full voltage, the secondary battery is charged with a constant voltage. In this case, the charging current of the secondary battery lowered for the constant voltage charging is used as the charging current of the other secondary battery so that the sum of the respective charging currents also maintains the maximum available current. As a result, another secondary battery quickly reaches a full voltage, after which the secondary battery is charged to a constant voltage. After that, all of the secondary batteries that reach the full voltage are charged until the end current while gradually decreasing the charging current to complete the charging. That is, a plurality of secondary batteries may be charged in a short time by maximizing charging efficiency by adaptively distributing the charging current so that the sum of the charging currents of the secondary batteries maintains the maximum available current amount.
Description
본 발명은 이차전지(secondary battery)의 충전방식에 관한 것으로서, 특히 복수개의 이차전지를 동시에 급속충전할 수 있는 충전방법과 이를 위한 충전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a charging method of a secondary battery, and more particularly, to a charging method capable of rapidly charging a plurality of secondary batteries at the same time, and a charging apparatus therefor.
용량이 다른 복수개의 이차전지를 충전할 수 있도록 고안된 충전기의 전원부는 최대용량의 이차전지의 용량을 기준으로 하여 설계되어야 한다. 복수개의 이차전지를 충전할 수 있는 충전방법에는 동시충전방식과 순차충전방식이 있다. 전자는 모든 이차전지에 동시적으로 충전전류를 공급하여 충전시키는 방식이고, 후자는 하나의 이차전지를 먼저 충전한 후 다른 이차전지의 충전을 개시하는 방식이다.The power supply unit of the charger designed to charge a plurality of secondary batteries having different capacities should be designed based on the capacity of the secondary battery having the maximum capacity. Charging methods capable of charging a plurality of secondary batteries include a simultaneous charging method and a sequential charging method. The former is a method of charging all secondary batteries at the same time by supplying a charging current, the latter is a method of charging one secondary battery first and then the other secondary battery to start charging.
기존의 동시충전방식은 충전시간을 단축시킬 수 있으나, 전체 이차전지가 최대용량일 때를 고려하여 최대충전전력을 각 이차전지에 동시에 충분히 제공할 수 있도록 전원부가 설계되어야 하기 때문에 전원부의 회로가 커야 하고 단가가 비싸지는 단점이 있다. 이에 비해, 순차충전방식은 전원부의 회로는 작게 할 수 있다는 점에서는 유리하지만, 충전시간이 길어진다는 단점이 있다.The existing simultaneous charging method can shorten the charging time, but the circuit of the power supply unit should be large because the power supply unit must be designed to provide the maximum charging power to each secondary battery simultaneously considering the maximum capacity of the entire secondary battery. And the unit price is expensive. On the other hand, the sequential charging method is advantageous in that the circuit of the power supply unit can be made small, but has a disadvantage in that the charging time becomes long.
도1은 종래의 대표적인 순차충전방식에 따른 충전전압 및 충전전류의 시간에따른 변화를 도시한다. 이 방식에 의하면, 제1 이차전지의 충전전류(I'1c)는 전원부의 최대 가용전류량(IT)의 범위 내에서 전지의 용량에 따라 그 전류값(A0)이 정해지며, 정해진 전류값(A0)으로 제1 이차전지를 정전류충전을 하고 그 전압이 만충전압(Vm)에 도달하면 정전압충전을 하여 우선 제1 이차전지의 충전을 완성시킨다. 이제는 제2 이차전지에 전류를 공급할 수 있으므로, 제2 이차전지의 충전전류(I'2c)의 전류값을 제2 이차전지의 용량에 따라 설정(B0)하여 제2 이차전지를 정전류충전을 하고, 제2 이차전지가 만충전압(Vm)에 도달하면 정전압충전을 하여 충전을 완성한다. 이 방식은 제1 이차전지를 정전압으로 충전하는 동안에, 그리고 전지의 용량이 작은 경우에는, 처음부터 전원부의 최대가용전류량(IT)을 최대한으로 활용하지 못하며, 그 결과 충전시간은 대략 충전대상인 이차전지의 개수에 비례하여 증가한다. 만약, 최대가용전류량(IT)의 범위 내에서 두 개의 같은 용량(A0)을 갖는 이차전지에 처음부터 최대충전류를 공급하여 동시충전을 시키면 충전시간을 줄일 수는 있으나(충전시간이 tp4에서 tp2로 단축됨), 이를 위해서는 전원부의 용량이 2배(2IT2A0)로 커져야 하므로 전원부의 크기도 더불어 커지는 문제가 있다.Figure 1 shows the change over time of the charging voltage and charging current according to a typical representative sequential charging method. According to this method, the charging current I ' 1c of the first secondary battery is determined according to the capacity of the battery within the range of the maximum available current amount I T of the power supply unit, and the current value A 0 is determined. Constant current charging is performed at (A 0 ) with the first secondary battery, and when the voltage reaches full charge voltage (V m ), constant voltage charging is performed first to complete charging of the first secondary battery. Since the current can be supplied to the second secondary battery, the current value of the charging current (I ′ 2c ) of the second secondary battery is set according to the capacity of the second secondary battery (B 0 ) to perform constant current charging of the second secondary battery. When the second secondary battery reaches the full charge voltage (V m ), charging is completed by constant voltage charging. This method does not make the most of the maximum available current amount I T of the power supply from the beginning while charging the first secondary battery at a constant voltage and when the capacity of the battery is small, and as a result, the charging time is approximately the secondary to be charged. It increases in proportion to the number of batteries. If charging simultaneously by supplying the maximum charging current from the beginning to the secondary battery having the same capacity (A 0 ) within the range of the maximum available current (I T ), the charging time can be reduced (the charging time is t p4 is shortened to t p2 ), and for this purpose, since the capacity of the power supply unit must be doubled (2I T 2A 0 ), the size of the power supply unit also increases.
한편, 현재까지 재충전용 이차전지로 널리 이용되고 있는 대표적인 것으로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)배터리, 니켈-메탈할라이드(Ni-MH)배터리 및 리튬-이온(Li-Ion)배터리 등이 있다. 이차전지의 충전방법으로는 정전류로 충전하는 방법과 선 정전류 후 정전압으로 충전하는 방법이 주로 사용되고 있다. Ni-Cd배터리와 Ni-MH배터리는 정전류 충전방법으로 충전되는 이차전지의 대표적인 예이다. 이에 대해, 선 정전류 후 정전압 충전방식을 통해 충전할 수 있는 이차전지의 대표적인 예가 Li-Ion배터리이다.Meanwhile, representative examples of the rechargeable secondary battery that has been widely used to date include nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries, nickel-metal halide (Ni-MH) batteries, and lithium-ion (Li-Ion) batteries. As a charging method of a secondary battery, a method of charging with a constant current and a method of charging with a constant voltage after a line constant current are mainly used. Ni-Cd batteries and Ni-MH batteries are representative examples of secondary batteries that are charged by a constant current charging method. On the other hand, a representative example of the secondary battery that can be charged through the constant voltage charging method after the line constant current is a Li-Ion battery.
Li-Ion배터리를 먼저 정전류로 충전하여 최대전압에 이르면 그 후로는 정전압으로 충전하면서 만충시킨다. 이 때, 정전압을 유지하려면 충전전류는 점차적으로 줄여야 하며, Li-Ion배터리가 정전압으로 만충 될 때까지는 상당한 시간이 걸린다. 따라서, Li-Ion배터리와 같은 정전류 정전압 충전방식을 이용하여 충전하는 이차전지를 순차충전방법을 이용하여 충전하면, 앞서 언급한 바와 같이 충전시간이 길어진다. 또한, 충전시간을 단축시키기 위해서는 전원부의 용량을 키워줘야 하는 문제가 따른다.The Li-Ion battery is first charged with a constant current, and when the maximum voltage is reached, the battery is charged with a constant voltage after that. At this time, in order to maintain a constant voltage, the charging current must be gradually reduced, and it takes a considerable time for the Li-Ion battery to reach the constant voltage. Therefore, when the secondary battery charged using the constant current constant voltage charging method such as a Li-Ion battery is charged using the sequential charging method, as described above, the charging time becomes longer. In addition, in order to shorten the charging time, there is a problem in that the capacity of the power supply unit needs to be increased.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 정전류 정전압 충전이 가능한 복수개의 이차전지를 동시충전함에 있어서, 복수개의 이차전지에 충전전류를 적응적으로 분배함으로써 가용한 최대충전전류, 즉 최대가용전류량(IT)을 최대한 효율적으로 활용하여 충전시간을 단축시킬 수 있는 충전방법과 이를 위한 충전장치를 제공함을 목적으로 한다.In order to solve such a problem, the present invention, in the simultaneous charging of a plurality of secondary batteries capable of constant current constant voltage charging, by distributing the charging current to a plurality of secondary batteries by adaptively charging the maximum charging current, that is, the maximum available current amount ( It is an object of the present invention to provide a charging method and a charging device capable of shortening the charging time by utilizing I T ) as efficiently as possible.
도1은 종래 방식에 따른 2개의 이차전지를 순차충전하는 경우의 전압 및 전류 특성 그래프이다.1 is a graph illustrating voltage and current characteristics when sequentially charging two secondary batteries according to a conventional method.
도2는 본 발명에 따른 2개의 이차전지를 동시충전하는 경우의 전압 및 전류 특성 그래프이다.2 is a graph showing voltage and current characteristics when simultaneously charging two secondary batteries according to the present invention.
도3은 본 발명에 따른 이차전지 충전기의 회로구성을 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing a circuit configuration of a secondary battery charger according to the present invention.
도4a 및 4b는 본 발명에 따른 복수개의 이차전지 동시충전방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4A and 4B are flowcharts illustrating a method of simultaneously charging a plurality of secondary batteries according to the present invention.
도5는 본 발명에 따른 3개의 이차전지를 동시충전하는 경우의 전압 및 전류 특성 그래프이다.5 is a graph showing voltage and current characteristics in the case of simultaneously charging three secondary batteries according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20: 교류/직류 변환부 30: 구동전원부20: AC / DC converter 30: drive power supply
40A, 40B: 스위칭모드 전원공급(SMPS)부40A, 40B: Switching mode power supply (SMPS) section
42A, 42B: 전류제어부42A, 42B: current control unit
50A, 50B: 충전부 52A, 52B: 충전구50A, 50B: charging section 52A, 52B: charging port
60A, 60B: 전압측정부 100: 마이크로프로세서60A, 60B: voltage measuring unit 100: microprocessor
200: 전원공급부 300: 제1 충전회로200: power supply unit 300: first charging circuit
400: 제2 충전회로 500A, 500B: 이차전지400: second charging circuit 500A, 500B: secondary battery
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 첫 번째의 기술적 특징으로서,복수개의 이차전지들을 동시에 충전하는 방법은, 상기 이차전지들의 전압과 정격테이타에 따라 충전기의 최대 가용전류량(IT)의 범위내에서 각 이차전지에 분배될 충전전류를 결정하고, 결정된 충전전류들을 각 이차전지에 공급하여 복수개의 이차전지들을 동시에 충전하며, 충전과정에서 목표전압에 도달한 이차전지는 그 충전전류의 양을 점차적으로 감소시키면서 상기 목표전압을 유지하도록 충전하고, 상기 감소되는 충전전류를 상기 목표전압에 미달된 이차전지들의 충전전류로 추가 할당하면서 상기 목표전압에 미달된 이차전지들을 충전함을 특징으로 한다.As a first technical feature of the present invention for achieving the above object, a method of simultaneously charging a plurality of secondary batteries, the range of the maximum available current (I T ) of the charger according to the voltage and the rated data of the secondary batteries. Determines the charging current to be distributed to each secondary battery in the cell, and supplies the determined charging currents to each secondary battery to charge a plurality of secondary batteries at the same time. The battery is charged to maintain the target voltage while gradually decreasing, and the secondary batteries that fall below the target voltage are charged while additionally allocating the reduced charging current as the charging current of the secondary batteries that fall below the target voltage.
본 발명의 두 번째의 기술적 특징으로서, 복수개의 충전부를 구비한 충전장치를 이용하여 하나 이상의 이차전지들을 충전하는 방법은,As a second technical feature of the present invention, a method of charging one or more secondary batteries using a charging device having a plurality of charging units,
충전을 위해 충전부에 이차전지가 연결되어 있는지 주기적으로 검사하는 제1단계;A first step of periodically checking whether a secondary battery is connected to a charging unit for charging;
충전을 위해 상기 충전부에 연결된 이차전지들의 정격데이타와 전압을 주기적으로 검출하는 제2단계; 및Periodically detecting the rated data and voltage of secondary batteries connected to the charging unit for charging; And
검출된 이차전지들의 전압과 정격데이타에 따라 상기 충전장치의 가용전류를 최대로 활용하도록 각 이차전지에 공급할 충전전류를 설정하고, 검출된 전압이 목표전압과 같아진 이차전지의 충전전류의 크기를 상기 이차전지의 전압이 목표전압보다 낮아지지 않도록 점차적으로 감소시킴과 동시에 감소된 전류량을 검출된 전압이 상기 목표전압에 미달된 이차전지에게 분배되도록 각 이차전지에 제공되는 충전전류의 크기를 주기적으로 제어하는 제3단계를 구비함을 특징으로 한다.The charging current to be supplied to each secondary battery is set to maximize the available current of the charging device according to the detected secondary battery voltage and rated data, and the magnitude of the charging current of the secondary battery whose detected voltage is equal to the target voltage is set. The voltage of the secondary battery is gradually decreased so as not to be lower than the target voltage, and at the same time, the magnitude of the charging current provided to each secondary battery is periodically adjusted so that the detected voltage is distributed to the secondary battery that is lower than the target voltage. And a third step of controlling.
본 발명의 두 번째의 기술적 특징에 있어서, 상기 충전방법은 보다 확실한 만충을 위해 충전부에 연결된 이차전지들 중 검출된 전압이 가장 마지막으로 목표전압에 도달한 다음에는 목표전압을 유지하면서 그 이차전지의 충전전류량을 감소시켜 충전하는 제4단계를 더 구비한다.In the second technical feature of the present invention, the charging method of the secondary battery while maintaining the target voltage after the detected voltage of the secondary batteries connected to the charging unit last reaches the target voltage for a more reliable charging And a fourth step of charging by reducing the amount of charging current.
나아가, 본 발명의 세 번째의 기술적 특징으로서, 예컨데 충전장치가 두 개의 충전부를 통해 두 개의 이차전지를 동시에 충전할 수 있는 경우에 이 충전장치를 이용하여 이차전지를 충전하는 방법은,Furthermore, as a third technical feature of the present invention, for example, when the charging device can charge two secondary batteries at the same time through the two charging unit, the method for charging the secondary battery using the charging device,
한 개의 이차전지만이 상기 충전부에 연결된 경우, 상기 충전장치가 공급할 수 있는 최대가용전류량(IT)의 범위 내에서 상기 이차전지의 정격데이타와 초기전압에 의거하여 최대크기로 정해진 충전전류를 상기 이차전지에 공급하여 충전하고, 상기 이차전지가 목표전압에 도달한 후에는 상기 충전전류의 크기를 점차적으로 감소시키면서 충전하며;When only one secondary battery is connected to the charging unit, the charging current set to the maximum size based on the rated data and the initial voltage of the secondary battery within the range of the maximum available current amount I T that can be supplied by the charging device is recalled. Supplying and charging the secondary battery, and charging the battery while gradually decreasing the magnitude of the charging current after the secondary battery reaches a target voltage;
두 개의 이차전지가 상기 충전부 각각에 연결된 경우에는, 상기 충전장치가 공급할 수 있는 최대가용전류량(IT)의 범위 내에서 상기 이차전지 각각의 정격데이타와 초기전압에 의거하여 크기가 결정되는 제1 충전전류 및 제2충전전류를 상기 이차전지 각각에 공급하고, 충전과정에서 어느 하나의 이차전지의 전압이 먼저 목표전압에 도달하면 목표전압을 유지하면서 그 이차전지의 충전전류의 크기를 조절함과 동시에 감소된 크기만큼 나머지 이차전지의 충전전류의 크기를 증가시키고, 상기 이차전지가 상기 목표전압에 도달하면 상기 충전전류의 크기를 점차적으로 감소시키면서 충전함을 특징으로 한다.When two secondary batteries are connected to each of the charging units, the first size of which is determined based on the rated data and the initial voltage of each of the secondary batteries within a range of the maximum available current amount I T that the charging device can supply. Supplying a charging current and a second charging current to each of the secondary batteries, and adjusting the magnitude of the charging current of the secondary battery while maintaining the target voltage when the voltage of one of the secondary batteries first reaches the target voltage in the charging process; At the same time, the magnitude of the charging current of the remaining secondary battery is increased by the reduced size, and when the secondary battery reaches the target voltage, the charging current is gradually reduced while being charged.
나아가, 위와 같은 여러 가지 충전방법들은, 이차전지의 손상방지를 위해, 이차전지의 전압이 한계전압 이상이거나 온도가 한계온도 이상인 경우 또는 식별(ID)단자의 값이 정해진 값이 아닐 때에 충전을 중단하는 인터럽트 기능을 더 구비한다. 또한, 상설한 충전방법들은 이차전지가 종지전류에 도달하여 만충을 확인한 후에는 충전을 중지하는 기존의 충전기와는 달리 충전을 중지하지 않고 이차전지의 전압을 일정하게 유지하도록 충전을 계속한다.Furthermore, in order to prevent damage to the secondary battery, the various charging methods as described above stop charging when the voltage of the secondary battery is higher than the limit voltage or the temperature is higher than the limit temperature or when the value of the identification (ID) terminal is not a predetermined value. An interrupt function is further provided. In addition, the above-mentioned charging methods continue charging to maintain a constant voltage of the secondary battery without stopping charging, unlike conventional chargers that stop charging after the secondary battery reaches the termination current and confirms full charge.
한편, 하나 이상의 이차전지들을 동시에 충전하기 위해, 본 발명에 따른 이차전지 충전장치는,On the other hand, in order to simultaneously charge one or more secondary batteries, the secondary battery charging apparatus according to the present invention,
교류전압을 이용하여 제1직류전압과 제2직류전압을 생성하기 위한 전원공급수단;Power supply means for generating a first DC voltage and a second DC voltage using the AC voltage;
동일한 구성의 복수개의 충전회로를 구비하며, 각각의 충전회로는 상기 제1직류전압을 충전전원으로 제공받아 충전을 위해 충전단자에 연결된 이차전지에 충전전류를 공급하며, 충전과정에서 상기 이차전지의 전압 및 정격데이타를 측정하고 상기 충전전류의 크기를 전류제어신호들에 대응하여 가변적으로 조절하는 충전수단; 및It includes a plurality of charging circuits of the same configuration, each charging circuit receives the first DC voltage as a charging power supply to supply a charging current to a secondary battery connected to a charging terminal for charging, the charging process of the secondary battery Charging means for measuring voltage and rated data and variably adjusting a magnitude of the charging current in response to current control signals; And
상기 제2직류전압을 전원전압으로 제공받고, 충전과정에서 측정된 전압과 정격데이타에 따라 최대 가용전류량(IT)을 모두 활용하도록 각 이차전지에 분배될 충전전류를 설정하고, 전압이 목표전압과 같아진 이차전지의 충전전류의 크기를 점차적으로 감소시킴과 동시에 감소된 전류량을 검출된 전압이 상기 목표전압에 미달된 이차전지에게 분배하여 최대가용전류량(IT)을 유지하게 하는 전류제어신호들을 생성하여 상기 충전수단에 제공하는 제어수단으로 구성됨을 특징으로 한다.The second DC voltage is provided as a power supply voltage, and the charging current to be distributed to each secondary battery is set to utilize all the maximum available current amount I T according to the voltage and the rated data measured in the charging process, and the voltage is a target voltage. A current control signal that gradually decreases the magnitude of the charging current of the secondary battery equal to and maintains the maximum available current amount I T by distributing the reduced current amount to the secondary battery that falls below the target voltage. Characterized in that it comprises a control means for generating and providing to the charging means.
제어수단은 마이크로프로세서로 구성한다. 마이크로프로세서는 각 이차전지로부터 제공되는 상기 이차전지의 정격데이타 및 전압에 의거하여 상기 이차전지의 유무상황, 이차전지의 종류 및 충전상태를 판단하여 충전전류량을 설정하고 이에 의거하여 전류제어신호들을 생성한다. 또한, 마이크로프로세서는 이차전지의 전압이 한계전압 이상이거나 온도가 한계온도 이상인 경우 또는 식별(ID)단자의 값이 정해진 값이 아닐 때에 충전을 중단하도록 제어한다.The control means consists of a microprocessor. The microprocessor determines the presence or absence of the secondary battery, the type and the charging state of the secondary battery based on the rated data and voltage of the secondary battery provided from each secondary battery, and sets the amount of charging current and generates current control signals based thereon. do. In addition, the microprocessor controls to stop charging when the voltage of the secondary battery is greater than or equal to the threshold voltage or the temperature is greater than or equal to the threshold temperature or when the value of the identification (ID) terminal is not a predetermined value.
충전회로는 이차전지에 공급되는 충전전류의 측정값과 전류제어신호를 이용하여 정해지는 기준값의 크기를 비교하여 충전전류량을 제어하기 위한 스위칭제어신호를 생성하는 전류제어부; 상기 전류제어부의 스위칭제어신호에 응답하여 상기 충전전원을 스위칭하여 상기 충전전류를 생성하기 위한 스위칭모드전력공급(SMPS)부; 상기 스위칭모드전력공급부로부터 제공되는 상기 충전전류를 상기 충전단자를 통해 상기 이차전지에 전달하여 상기 이차전지를 충전하는 충전부; 및 상기 이차전지의 전압을 측정하기 위한 전압측정부로 구성된다. 또한, 충전회로는 주기적으로 이차전지의 정격데이타 및 전압을 측정하여 마이크로프로세서에 제공하므로써, 마이크로프로세서의 제어에 필요한 기초 데이터를 제공하는 역할을 담당한다.The charging circuit may include: a current controller configured to generate a switching control signal for controlling the amount of charging current by comparing the measured value of the charging current supplied to the secondary battery with a reference value determined by using the current control signal; A switching mode power supply (SMPS) unit for generating the charging current by switching the charging power in response to a switching control signal of the current control unit; A charging unit configured to charge the secondary battery by transferring the charging current provided from the switching mode power supply unit to the secondary battery through the charging terminal; And a voltage measuring unit for measuring the voltage of the secondary battery. In addition, the charging circuit is responsible for providing basic data necessary for controlling the microprocessor by periodically measuring the rated data and voltage of the secondary battery and providing the same to the microprocessor.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 2개의 충전구를 갖는 충전장치가 도시된다. 이 충전장치는 전원공급부(200), 제1 충전회로(300), 제2 충전회로(400) 및 마이크로프로세서(100)로 구성된다.3 shows a charging device having two charging ports according to an embodiment of the present invention. The charging device includes a power supply unit 200, a first charging circuit 300, a second charging circuit 400, and a microprocessor 100.
전원공급부(200)는 교류전원(10)을 소정크기의 직류전압(Vin)으로 변환시켜주는 교류/직류 변환부(20)와 변환된 직류전압(Vin)을 마이크로프로세서(100)의 구동전압(VCC)의 크기로 변환해주는 구동전원부(30)로 구성된다.The power supply unit 200 drives the AC / DC converter 20 and the converted DC voltage V in which converts the AC power 10 into a DC voltage V in a predetermined size. It is composed of a driving power supply unit 30 for converting the magnitude of the voltage (V CC ).
제1 충전회로(300)는 스위칭모드 전원공급부(이하 SMPS부라 함)(40A), 전류측정부(비도시)와 저역통과휠터부(비도시)를 포함하는 전류제어부(42A), 소정갯수의 충전포트를 갖는 충전부(50A), 전압측정부(60A)로 구성된다.The first charging circuit 300 includes a switching mode power supply unit (hereinafter referred to as SMPS unit) 40A, a current control unit 42A including a current measuring unit (not shown) and a low pass filter unit (not shown), and a predetermined number of charging ports. And a charging unit 50A and a voltage measuring unit 60A.
SMPS부(40A)는 교류/직류변환부(20)로부터 직류전압(Vin)을 제공받아서 충전부(50A)에 충전전류(I1c)를 공급한다. 충전부(50A)에 공급되는 충전전류(I1c)의 양은 상기 전류제어신호(CUR1)를 아나로그값으로 변환시켜 생성된 전류값과의 비교를 통해 제어된다. 즉, 전류제어부(42A)는 마이크로프로세서(100)로부터 제공되는 펄스폭변조(PWM) 신호인 전류제어신호(CUR1)를 내부의 저역통과휠터부를 통하여 아날로그 값인 기준값으로 변환하고, 이 기준값과 상기 전류측정부에서 측정된 충전전류(I1c)의 값을 비교하여 충전부(50A)에 공급되는 충전전류(I1c)의 크기를 조절한다. 즉, 상기 전류제어신호에 의한 기준값이 상기 전류측정부에서 측정된 충전전류의 값보다 크면 SMPS부(40A)는 그 내부의 스위칭 소자(미도시)를 온시켜 충전전류의 양을 증가시킨다. 반대로 상기 기준값이 상기 측정된 충전전류 값보다 작으면, 위와는 반대로 SMPS부(40A)는 상기 스위칭 소자를 오프시켜 충전전류를 감소시킨다. 이와 같이 SMPS부(40A)는 내부의 스위칭 소자의 온/오프를 조절하므로써 상기 충전부(50A)에 공급되는 충전전류의 크기를 마이크로프로세서(100)가 설정해준 기준값으로 조절해 준다.The SMPS unit 40A receives the DC voltage V in from the AC / DC converter 20 and supplies the charging current I 1c to the charging unit 50A. The amount of charging current I 1c supplied to the charging unit 50A is controlled by comparison with the current value generated by converting the current control signal CUR 1 into an analog value. That is, the current control unit 42A converts the current control signal CUR 1 , which is a pulse width modulation (PWM) signal provided from the microprocessor 100, into an analog reference value through an internal low pass filter unit, and the reference value and the reference value. adjusts the size of the compared values of the charging current (I 1c) measured in the current measuring unit charging current (I 1c) to be supplied to the charging section (50A). That is, if the reference value by the current control signal is greater than the value of the charging current measured by the current measuring unit, the SMPS unit 40A turns on the switching element (not shown) therein to increase the amount of charging current. On the contrary, if the reference value is smaller than the measured charging current value, the SMPS unit 40A turns off the switching element to reduce the charging current. As such, the SMPS unit 40A adjusts the on / off of the internal switching element to adjust the magnitude of the charging current supplied to the charging unit 50A to a reference value set by the microprocessor 100.
충전부(50A)는 이차전지(500A)의 입력단자와 접속할 수 있는 충전구(52A)를 포함한다. 이차전지(500A)는 일반적으로 4개의 입력단자를 가지므로 충전구(52A)도 이에 대응하여 접지단자, 충전단자, 온도측정단자 및 식별(ID)단자를 갖는다. 충전전류(I1c)는 충전단자를 통해 이차전지(500A)에 인가된다. 온도측정단자는 이차전지(500A)의 내부온도를 측정하여 그 크기에 대응하는 온도신호(TH1)를 마이크로프로세서(100)에 제공한다. 식별단자는 충전구(52A)에 연결된 이차전지(500A)의 종류를 식별하여 그에 관한 식별데이터(ID1)를 마이크로프로세서(100)에 제공한다. 마이크로프로세서(100)는 식별데이타(ID1)로부터 충전구(52A)에 연결된 이차전지(500A)의 정격특성 예컨대, 최대전압, 최대전류, 최대온도 등에 관한 정보를 얻는다.The charging unit 50A includes a charging port 52A that can be connected to an input terminal of the secondary battery 500A. Since the secondary battery 500A generally has four input terminals, the charging port 52A also has a ground terminal, a charging terminal, a temperature measuring terminal, and an identification (ID) terminal corresponding thereto. The charging current I 1c is applied to the secondary battery 500A through the charging terminal. The temperature measuring terminal measures the internal temperature of the secondary battery 500A and provides a temperature signal TH1 corresponding to the magnitude to the microprocessor 100. The identification terminal identifies the type of the secondary battery 500A connected to the charging port 52A and provides identification data ID1 related thereto to the microprocessor 100. The microprocessor 100 obtains the information on the rated characteristics, for example, the maximum voltage, the maximum current, the maximum temperature, and the like of the secondary battery 500A connected to the charging port 52A from the identification data ID1.
전압측정부(60A)는 이차전지(500A)의 현재전압의 크기를 측정하여 그 크기에 비례하는 전압(Vb1)을 마이크로프로세서(100)에 제공한다.The voltage measuring unit 60A measures the magnitude of the current voltage of the secondary battery 500A and provides a voltage V b1 proportional to the magnitude of the secondary battery 500A to the microprocessor 100.
제2 충전회로(300)와 제1 충전회로(400)는 동일한 회로구성을 가지며, 각 구성부의 작용 또한 동일하다. 도 3은 충전회로가 두 개인 경우를 예시적으로 도시하고 있지만, 충전회로를 더 늘려 3개 이상의 충전회로를 포함하는 충전장치를 구성하는 것도 본 발명의 다른 실시예임을 밝혀둔다.The second charging circuit 300 and the first charging circuit 400 has the same circuit configuration, the operation of each component is also the same. FIG. 3 exemplarily shows a case in which two charging circuits are provided, but it is apparent that another embodiment of the present invention also constitutes a charging apparatus including three or more charging circuits by further increasing the charging circuit.
마이크로프로세서(100)는 전류제어신호(CUR1, CUR2)와 보조기능의 구동제어신호(ON1, ON2)를 통하여 SMPS부(40A, 40B)의 동작을 제어한다. 예컨데, 이차전지의 전압이 한계전압 이상이거나 온도가 한계온도 이상이어서 이차전지가 비정상적인 상태인 경우 또는 이차전지의 식별(ID)데이타가 정해진 값이 아닐 때에는, 마이크로프로세서(100)는 구동제어신호(ON1, ON2)를 낮은 전압, 예컨데 0[V]로 출력하여 SMPS부(40A, 40B)를 꺼버린다. 그리고, 마이크로프로세서(100)는 이차전지의 상태가 양호할 경우에만 구동제어신호(ON1, ON2)를 높은 전압, 예컨데 5[V]로 설정하여 SMPS부(40A, 40B)를 작동가능한 상태로 유지시키면서, 이차전지(500A, 500B)의 전압(Vb1,Vb2)의 레벨과 정격데이타에 따라 설정되는 전류량에 만족하는 전류제어신호(CUR1, CUR2)를 생성하여 전류제어부(42A, 42B)에 제공한다. 그 결과 앞서 설명한 바와 같이, 전류제어신호(CUR1, CUR2)는 전류제어부(42A,42B) 내의 저역통과휠터에 의해 아날로그값으로 변환되고, 이 변환된 아날로그값은 전류제어부(42A,42B) 내의 전류측정부에서 측정된 충전전류와의 비교시 기준값으로 기능한다. 즉, SMPS부(40A, 40B)의 스위칭동작은 이차전지(500A,500B)의 전압(Vb1,Vb2)과 정격데이타에 따라 정해지는 전류제어신호(CUR1, CUR2), 구동제어신호(ON1, ON2)의 조합으로 제어되며, 충전부(50A, 50B)에 공급되는 충전전류량(I1c, I1c)은 SMPS부(40A, 40B)의 스위칭동작에 따라 조정되고 제어된다.The microprocessor 100 controls the operations of the SMPS units 40A and 40B through the current control signals CUR 1 and CUR 2 and the driving control signals ON 1 and ON 2 of the auxiliary function. For example, when the secondary battery is abnormal because the voltage of the secondary battery is above the threshold voltage or the temperature is above the threshold temperature, or when the identification (ID) data of the secondary battery is not a predetermined value, the microprocessor 100 generates a driving control signal ( ON 1 , ON 2 ) is output at low voltage, for example 0 [V], to turn off the SMPS units 40A and 40B. In addition, the microprocessor 100 operates the SMPS units 40A and 40B by setting the driving control signals ON 1 and ON 2 to a high voltage, for example, 5 [V] only when the state of the secondary battery is good. While maintaining the current control signal 42A by generating a current control signal (CUR 1 , CUR 2 ) that satisfies the current amount set according to the level of the voltage (V b1, V b2 ) and the rated data of the secondary battery (500A, 500B). 42B). As a result, as described above, the current control signals CUR 1 and CUR 2 are converted into analog values by the low pass filter in the current control units 42A and 42B, and the converted analog values are converted into the current control units 42A and 42B. It functions as a reference value when compared with the charging current measured by the current measuring unit inside. That is, the switching operation of the SMPS units 40A and 40B includes the current control signals CUR 1 and CUR 2 and the drive control signal determined according to the voltages V b1 and V b2 and the rated data of the secondary batteries 500A and 500B. Controlled by a combination of (ON 1 , ON 2 ), the charging current amounts I 1c , I 1c supplied to the charging units 50A, 50B are adjusted and controlled in accordance with the switching operations of the SMPS units 40A, 40B.
도 4는 위와 같은 기능을 수행하기 위한 마이크로프로세서(100)의 소프트웨어의 흐름도 이다. 주기적인 충전구의 상태측정과 전류량 설정 및 충전상태표시 기능을 수행하기 위하여, 실시간 오퍼레이팅 시스템이 사용되며, 이에 따라 마이크로프로세서(100)에 내장되어 있는 타이머 기능을 사용한다. 구동전원부(20)로부터 전원을 공급받아 마이크로프로세서(100)가 동작을 시작하면(S10 단계), 우선 마이크로프로세서에 내장되어 있는 하드웨어 자원들(미도시)을 초기화시킨다(S11 단계). 그 후, 내부의 타이머(미도시)와 이에 따른 인터럽트 발생부(미도시)를 가동시킨다(S12 단계). 이어서, 마이크로프로세서(100)는 주기적으로 발생될 인터럽트를 기다리는 상태(S13 단계)로 전환된다. 타이머 인터럽트가 일어나면(S20 단계), 도4에서와 같이, 마이크로프로세서(100)는 우선 충전구(52A, 52B)의 상태를 측정하여(S30 단계) 이차전지(500A, 500B)의 유무상태 및 장착된 이차전지의 정격데이터를 읽은 후, 충전전류량을 계산하여(S31 단계) 전류제어신호(CUR1, CUR2) 및 구동제어신호(ON1, ON2)를 출력하고(S32 단계) 충전구의 상태 및 충전상태를 표시한(S33 단계) 후 다시 대기 상태(S40 단계)로 돌아간다. 전류제어신호(CUR1, CUR2)의 출력(S32 단계)은 마이크로프로세서(100)에 PWM신호 출력을 위한 장치가 내장되어있는 경우에는 계산된 전류량의 값을 상기 PWM 출력장치에 보내는 것을 의미한다. 만약 그렇지 아니한 경우에는, 상기 흐름도의 S20 단계와 S30 단계사이에 측정을 위한 시간인가 아니면 PWM출력을 위한 시간인가에 따라 분기되는 단계(S21 단계)를 더 포함하게 된다. 또한, 전류제어신호(CUR1, CUR2)의 출력이 필요한 경우 마이크로프로세서(100)는 그 신호를 출력하고(S23 단계) 다시 대기상태로 돌아간다(S40 단계). 만약 마이크로프로세서(100)에 타이머 인터럽트기능이 복수개 있을 때는, 제2 타이머를 전류제어신호(CUR1, CUR2)의 출력에 사용하며(S22 단계) 이 때 (S21 단계)는 생략된다.4 is a flowchart of software of the microprocessor 100 for performing the above functions. In order to perform periodic charging state measurement, current amount setting, and charging state display functions, a real-time operating system is used, and thus, a timer function built in the microprocessor 100 is used. When the microprocessor 100 starts operation by receiving power from the driving power supply unit 20 (step S10), first, hardware resources (not shown) built in the microprocessor are initialized (step S11). Thereafter, an internal timer (not shown) and an interrupt generator (not shown) are operated (step S12). Subsequently, the microprocessor 100 is switched to the state waiting for an interrupt to be generated periodically (step S13). When a timer interrupt occurs (step S20), as shown in FIG. 4, the microprocessor 100 first measures the state of the charging ports 52A and 52B (step S30), and whether or not the secondary batteries 500A and 500B are installed and mounted. After reading the rated data of the secondary battery, the calculated amount of charge current is calculated (step S31) and the current control signals CUR 1 and CUR 2 and the driving control signals ON 1 and ON 2 are output (step S32). After displaying the charging state (step S33), the display returns to the standby state (step S40). The output (step S32) of the current control signals CUR 1 and CUR 2 means to send the value of the calculated current amount to the PWM output device when the microprocessor 100 has a built-in device for outputting the PWM signal. . If not, the method further includes branching according to whether it is time for measurement or time for PWM output between steps S20 and S30 of the flowchart (step S21). In addition, when output of the current control signals CUR 1 and CUR 2 is required, the microprocessor 100 outputs the signal (step S23) and returns to the standby state (step S40). If there are a plurality of timer interrupt functions in the microprocessor 100, the second timer is used to output the current control signals CUR 1 and CUR 2 (step S22), at which time (step S21) is omitted.
이하에서는 도2, 도3, 도4a 및 도4b를 참조하여 두 개의 이차전지를 동시충전하는 경우를 예로 하여 본 발명의 충전장치의 동작내용을 예시적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to Figures 2, 3, 4A and 4B will be described by way of example the operation of the charging device of the present invention by taking the case of simultaneously charging two secondary batteries.
먼저 전원이 켜지면 구동전원부(30)로부터 구동전원(Vcc)이 공급되어 마이크로프로세서(100)가 동작을 시작하며(S10 단계), 마이크로프로세서(100)는 그 내부에 내장되어 있는 하드웨어자원, 예컨데 입출력포트(I/O port), 아날로그/디지탈 변환부(ADC)등을 초기화시킨다(S11 단계). 이 때 타이머와 이에 따른 타이머 인터럽트 발생부를 가동시키며(S12 단계), 그 다음 마이크로프로세서(100)는 주기적으로 발생될 인터럽트를 기다리는 상태(S13 단계)로 전환된다.First, when the power is turned on, the driving power supply V cc is supplied from the driving power supply unit 30 to start the operation of the microprocessor 100 (step S10), and the microprocessor 100 includes hardware resources embedded therein, For example, an input / output port (I / O port), an analog / digital converter (ADC), etc. are initialized (step S11). At this time, the timer and the timer interrupt generator are activated (step S12), and then the microprocessor 100 is switched to a state waiting for an interrupt to be periodically generated (step S13).
마이크로프로세서(100)가 상기와 같은 대기 상태로 있을 때 인터럽트가 발생(S20 단계)하면, 먼저 충전을 위해 충전구(52A,52B)의 상태를 측정하여 충전부(50A, 50B)에 이차전지가 연결되어 있는지를 검사한다(S30 단계).When the interrupt occurs (step S20) when the microprocessor 100 is in the standby state as described above, the secondary battery is connected to the charging units 50A and 50B by first measuring the state of the charging ports 52A and 52B for charging. Check whether it is (step S30).
나아가, 마이크로프로세서(100)는 전압측정부(60A, 60B) 및 충전부(50A, 50B)와 연결된 이차전지(500A, 500B)의 입력단자들을 검사하여 전압측정부(60A, 60B)가 검출한 이차전지(500A, 500B)의 전압(Vb1, Vb2)과 충전부(50A, 50B)가 검출한 이차전지의 온도(TH1, TH2) 및 식별데이타(ID1, ID2)의 값을 읽어들이며, 식별데이타(ID1, ID2)에 기초하여 각각의 이차전지에 할당할 전력량을 계산한다. 즉, 마이크로프로세서(100)는 충전부(50A)로부터 제공되는 식별데이타(ID1)에 의거하여 미리 내장된 정보로부터 제1 이차전지(500A)에 공급될 수 있는 최대전압 및 최대전류의 크기를 알아낸다. 만약 내장된 정보가 없으면 최대전압과 최대전류의 값을 이차전지에 손상을 주지 않는 안정적인 값으로 설정하거나 오류로 표시한다. 최대전압(혹은 만충전압)은 이차전지의 정전류충전 완료를 판단하는 기준전압으로 설정되며, 마이크로프로세서(100)는 전압측정부(60A, 60B)로부터 전달받은 이차전지(500A, 500B)의 전압(Vb1,Vb1)이 미리 설정된 만충전압에 도달했는지를 검사한다.Further, the microprocessor 100 examines the input terminals of the secondary batteries 500A and 500B connected to the voltage measuring units 60A and 60B and the charging units 50A and 50B, and detects the secondary units detected by the voltage measuring units 60A and 60B. Read the values of the temperature (TH 1 , TH 2 ) and the identification data (ID 1 , ID 2 ) of the secondary battery detected by the voltages V b1 and V b2 of the batteries 500A and 500B and the charging units 50A and 50B. The amount of power to be allocated to each secondary battery is calculated based on the identification data ID 1 and ID 2 . That is, the microprocessor 100 knows the magnitude of the maximum voltage and the maximum current that can be supplied to the first secondary battery 500A based on the identification data ID 1 provided from the charging unit 50A. Serve If there is no built-in information, set the maximum voltage and the maximum current to a stable value that does not damage the secondary battery or display it as an error. The maximum voltage (or full voltage) is set as a reference voltage to determine the completion of the constant current charging of the secondary battery, and the microprocessor 100 receives the voltages of the secondary batteries 500A and 500B received from the voltage measuring units 60A and 60B. Check if V b1 and V b1 ) have reached the preset full voltage.
먼저 이차전지(500A, 500B)의 전압(Vb1,Vb1)이 만충전압에 이르지 않았을 때는, 동일한 크기의 충전전압을 가정하면 이차전지에 할당되는 전력량은 공급전류의 크기로 대표될 수 있으므로, 마이크로프로세서(100)는 이차전지(500A, 500B)에 각각에 제공되어야 할 충전전류(I1c,I2c)의 양을 산출할 수 있다(S31 단계). 여기서, 두 개의 이차전지(500A, 500B)에 공급될 충전전류(I1c,I2c)의 합은 전원공급부(200)가 공급할 수 있는 최대가용전류량(IT)보다는 클 수 없다. 예컨데, 전원공급부(200)의 최대가용전류량(IT)이 1[A]로 설계된 충전장치에 있어서, 350[mA]로 충전될 수 있는 이차전지(500A)와 1350[mA]로 충전될 수 있는 이차전지(500B)가 충전구(52A)와 충전구(52B)에 각각 연결되어 있는 경우를 가정하자. 제1 이차전지(500A)에 우선권이 주어지는 경우, 충전개시시에는 마이크로프로세서(100)는 제1 이차전지(500A)의 충전전류(I1c)의 크기(A0)를 350[mA]로 산출하고, 제2 이차전지(500B)의 충전전류(I2c)의 크기(B0'=IT-A0)를 650[mA]로 산출한다.First, when the voltages V b1 and V b1 of the secondary batteries 500A and 500B do not reach the full voltage, the amount of power allocated to the secondary battery can be represented by the magnitude of the supply current, assuming that the charge voltages are the same. The microprocessor 100 may calculate the amounts of charging currents I 1c and I 2c to be provided to the secondary batteries 500A and 500B, respectively (step S31). Here, the sum of the charging currents I 1c and I 2c to be supplied to the two secondary batteries 500A and 500B may not be greater than the maximum available current amount I T that the power supply unit 200 can supply. For example, in a charging device in which the maximum available current amount I T of the power supply unit 200 is 1 [A], the secondary battery 500A that can be charged at 350 [mA] and 1350 [mA] can be charged. Assume that the secondary battery 500B is connected to the charging port 52A and the charging port 52B, respectively. When priority is given to the first secondary battery 500A, at the start of charging, the microprocessor 100 calculates the magnitude A 0 of the charging current I 1c of the first secondary battery 500A to 350 [mA]. Then, the magnitude B 0 '= I T -A 0 of the charging current I 2c of the second secondary battery 500B is calculated as 650 [mA].
만충전압에 도달한 이차전지가 있을 때, 예컨데 제1 이차전지가 만충전압으로 충전되었을 때, 마이크로프로세서(100)는 이 때부터 제1 이차전지(500A)의 충전모드를 정전류충전모드에서 정전압충전모드로 전환한다. 이 정전압충전모드에서는, 마이크로프로세서(100)는 만충전압(Vm)에 먼저 도달한 제1 이차전지(500A)를 정전압으로 충전하기 위해 충전전류(I1c)의 양을 매주기마다 조금씩 감소시켜 항상 만충전압에 있도록 한다. 이에 따른 제1 이차전지(500A)의 충전전류 감소량(ΔI1c)은 마이크로프로세서(100)에 의해 제2 이차전지(500B)의 충전전류(I2c)로 부가하여 최대가용전류량(IT)을 유지하도록 한다.When there is a secondary battery that has reached the full charge voltage, for example, when the first secondary battery is charged at the full charge voltage, the microprocessor 100 then changes the charging mode of the first secondary battery 500A from the constant current charge mode in the constant current charge mode. Switch to mode. In this constant voltage charging mode, the microprocessor 100 decreases the amount of the charging current I 1c little by little every cycle to charge the first secondary battery 500A that has reached the full charge voltage V m first at a constant voltage. Always be at full voltage. Accordingly, the decrease amount ΔI 1c of the first secondary battery 500A is added to the charge current I 2c of the second secondary battery 500B by the microprocessor 100 to thereby add the maximum available current amount I T. Keep it.
이렇게 산출된 충전전류(I1c,I2c)의 크기는 마이크로프로세서(100)내에서 전류제어를 위한 기준값으로 설정되며, 마이크로프로세서는 이 기준값으로 전류제어신호(CUR1, CUR2)를 만들어낸다(S32 단계).The magnitudes of the charging currents I 1c and I 2c calculated as described above are set as reference values for current control in the microprocessor 100, and the microprocessors generate current control signals CUR 1 and CUR 2 based on these reference values. (Step S32).
다음은 전류제어신호(CUR1, CUR2)를 통한 충전부의 회로 동작을 설명한다. 먼저 마이크로프로세서(100)로부터 나오는 전류제어신호(CUR1, CUR2)를 저역통과휠터를 통하여 아날로그 값인 기준값으로 변환한다. 여기서 전류제어신호(CUR1, CUR2)는 PWM신호 또는 아날그로형태로 바뀔 수 있는 다양한 형태가 가능하며 본 발명에서는 PWM신호를 사용한다. 충전전류(I1c, I2c)는 PWM신호의 펄스폭을 조절하여 아날로그인 기준값을 변경함으로써 제어된다. 따라서, 제1 이차전지(500A)의 충전전류(I1c)의 양을 줄이기 위해서는 전류제어신호(CUR1)의 펄스폭을 줄여준다. 이에 의해, 상기 기준값이 낮아지고 이 기준값과 전류측정부를 통해서 측정되는 충전전류량에 비례하는 전압값과의 비교를 통하여 충전전류(I1c)의 양이 감소하게 된다. 이와 동시에 제1 이차전지(500A)에서 감소된 전류량에 비례하여 제2 이차전지(500B)의 전류제어신호(CUR2)의 펄스폭을 늘인다. 즉, 제2 이차전지 기준값의 증가분은 앞서의 제1 이차전지 기준값의 감소분과 같도록 한다. 이에 의해, 제2 이차전지(500B) 충전전류(I2c)의 양이 제1 이차전지(500A)의 충전전류(I1c)의 감소량(ΔI1c)만큼 더 증가된다. 여기서, 변화된 두 개의 이차전지(500A, 500B)에 공급될 각각의 충전전류(I1c,I2c)는 상기 식별테이타(ID1, ID2)에 의해 얻어진 각 이차전지의 최대 충전전류값을 넘지 못하며, 이와 같이 충전을 진행하는 경우 제1 및 제2 이차전지(500A, 500B)에 공급되는 충전전류(I1c,I2c)의 총합은 항상 최대 가용전류량(IT)과 같게 되어 충전기의 가용충전전류를 효율적으로 활용하여 충전시간을 현저히 줄일 수 있다.The following describes the circuit operation of the charging unit through the current control signal (CUR 1 , CUR 2 ). First, the current control signals CUR 1 and CUR 2 from the microprocessor 100 are converted into a reference value which is an analog value through a low pass filter. Here, the current control signals CUR 1 and CUR 2 may be variously changed into a PWM signal or an analog form, and the present invention uses a PWM signal. The charging currents I 1c and I 2c are controlled by changing the reference value which is analog by adjusting the pulse width of the PWM signal. Therefore, in order to reduce the amount of charging current I 1c of the first secondary battery 500A, the pulse width of the current control signal CUR 1 is reduced. As a result, the reference value is lowered and the amount of the charging current I 1c is reduced by comparing the reference value with a voltage value proportional to the amount of charging current measured by the current measuring unit. At the same time, the pulse width of the current control signal CUR 2 of the second secondary battery 500B is increased in proportion to the amount of current decreased in the first secondary battery 500A. That is, the increase of the second secondary battery reference value is equal to the decrease of the first secondary battery reference value. As a result, the amount of the charging current I 2c of the second secondary battery 500B is further increased by the decrease amount ΔI 1c of the charging current I 1c of the first secondary battery 500A. Here, the respective charging currents I 1c and I 2c to be supplied to the changed two secondary batteries 500A and 500B do not exceed the maximum charging current value of each secondary battery obtained by the identification data ID 1 and ID 2 . In this case, when the charging is performed in this way, the sum of the charging currents I 1c and I 2c supplied to the first and second secondary batteries 500A and 500B is always equal to the maximum available current amount I T , so that the charger is available. The charging time can be significantly reduced by utilizing the charging current efficiently.
전류제어신호(CUR1, CUR2)의 출력(S32 단계)은, 마이크로프로세서(100)에 PWM신호 출력을 위한 장치가 내장되어 있는 경우에는 계산된 전류량의 값을 상기 PWM 출력장치에 보내는 것을 의미하며, 그렇지 아니한 경우에는 도4의 S20 단계와 S30 단계사이에 측정을 위한 시간인가 아니면 PWM신호출력을 위한 시간인가에 따라 분기되는 단계(S21 단계)을 더 거침을 의미한다. 이러한 과정에서, 전류제어신호(CUR1, CUR2)의 출력이 필요한 경우 마이크로프로세서(100)는 그 신호(CUR1, CUR2)를 출력하고(S23 단계), 다시 대기상태로 돌아간다(S40 단계). 만약 마이크로프로세서(100)에 타이머 인터럽트기능이 복수개 있을 때는 여분의 타이머(제2 타이머)는 전류제어신호(CUR1, CUR2)의 출력에 사용되며(S22 단계), 이 때 S21 단계는 생략된다.The output of the current control signals CUR 1 and CUR 2 (step S32) means that the value of the calculated current amount is transmitted to the PWM output device when the microprocessor 100 has a built-in device for outputting the PWM signal. Otherwise, this means that the step (S21) is further divided according to whether it is time for measurement or time for PWM signal output between steps S20 and S30 of FIG. In this process, when an output of the current control signals CUR 1 and CUR 2 is required, the microprocessor 100 outputs the signals CUR 1 and CUR 2 (step S23), and returns to the standby state (S40). step). If the microprocessor 100 has a plurality of timer interrupt functions, an extra timer (second timer) is used for outputting the current control signals CUR 1 and CUR 2 (step S22), in which step S21 is omitted. .
한편, 마이크로프로세서(100)는 전압측정부(60A, 60B)를 통해 측정된 이차전지의 전압(Vb1, Vb2)이 비정상적으로 높거나 충전부(50A, 50B)로부터 전달받은 온도신호(TH1, TH2)를 통해 확인되는 이차전지의 온도가 비정상적으로 높을 경우 또는 식별데이타(ID1, ID2)가 정해진 값이 아닐 때에 상기 구동제어신호(ON1, ON2)를 낮은전압(0V)으로 출력하여 SMPS부(40A, 40B)의 충전동작을 중단시킨다. 이와 같은 비정상적인 상태에서 이차전지를 계속 충전하면, 이차전지가 손상을 받을 수 있고 심할 경우에는 파괴될 수도 있기 때문이다.On the other hand, the microprocessor 100 is the temperature signal (TH 1 received from the abnormally high voltage (V b1 , V b2 ) of the secondary battery measured by the voltage measuring unit (60A, 60B) or from the charging unit (50A, 50B) , TH 2 ) when the temperature of the secondary battery is abnormally high or when the identification data (ID 1 , ID 2 ) is not a predetermined value, the driving control signals (ON 1 , ON 2 ) are low voltage (0V). To stop the charging operation of the SMPS units 40A and 40B. This is because if the secondary battery continues to be charged in such an abnormal state, the secondary battery may be damaged and, in severe cases, may be destroyed.
이와 같은 상기의 전류제어신호 및 구동신호 출력과정 후에 마이크로프로세서(100)는 표시부(미도시)를 통하여 충전구의 상태 및 충전상태를 표시한(S33 단계) 후 다시 대기 상태(S40 단계)로 돌아간다.After the process of outputting the current control signal and the driving signal as described above, the microprocessor 100 displays the state of the charging port and the charging state through the display unit (not shown) (S33), and then returns to the standby state (S40). .
이와 같은 충전과정을 계속 수행하면, 도 2의 그래프에서 알 수 있듯이, 제2 이차전지(500B)의 전압(Vb2)도 점차적으로 증가하면서 임의의 시각(t2)에서 만충전압(Vm)에 이르게 될 것이다.If the charging process is continued, as shown in the graph of FIG. 2, the voltage V b2 of the second secondary battery 500B is also gradually increased while the full voltage V m at an arbitrary time t 2 . Will lead to
제2 이차전지(500B)도 만충전압(Vm)으로 충전된 후에는 제1 및 제2 이차전지(500A, 500B) 공히 정전압충전모드로 충전을 진행한다. 이 때부터는 정전압충전을 위해 제2 이차전지(500B)의 충전전류(I2c)의 양도 점차적으로 줄여가면서 충전을 진행한다.After the second secondary battery 500B is also charged to the full voltage V m , the first and second secondary batteries 500A and 500B are both charged in the constant voltage charging mode. From this point, charging is performed while gradually reducing the amount of charging current I 2c of the second secondary battery 500B for constant voltage charging.
이 과정에서 마이크로프로세서(100)는 제1 이차전지(500A)의 충전전류(I1c)의 값이 미리 설정된 종지전류에 이르면 제1 이차전지(500A)의 충전완료로 판단한다. 아울러, 제2 이차전지(500B)의 충전전류(I2c)까지도 미리 설정된 종지전류에 도달하면 제2 이차전지(500B)의 충전완료로 판단한다.In this process, the microprocessor 100 determines that the charging of the first secondary battery 500A is completed when the value of the charging current I 1c of the first secondary battery 500A reaches a preset termination current. In addition, when the charging current I 2c of the second secondary battery 500B reaches the preset termination current, it is determined that the charging of the second secondary battery 500B is completed.
이상에서는 두 개의 이차전지를 동시충전하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하였지만, 앞서 밝힌 바와 같이 3개 이상의 이차전지를 동시충전하는 것도 이상에서 설명한 충전방법에 의해 가능하다.In the above, the case of simultaneously charging two secondary batteries has been exemplarily described. However, as described above, the simultaneous charging of three or more secondary batteries is also possible by the charging method described above.
예컨대, 3개의 이차전지를 동시충전하기 위해서는, 충전장치는 제1 충전회로(200)와 동일한 구성을 갖는 제3 충전회로(미도시)를 마이크로프로세서(100)에 더 부가되도록 구성하면 된다.For example, in order to simultaneously charge three secondary batteries, the charging device may be configured to further include a third charging circuit (not shown) having the same configuration as the first charging circuit 200 to the microprocessor 100.
이러한 충전장치를 이용하여 이차전지를 충전하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 마이크로프로세서(100)는 우선 충전부에 연결된 이차전지의 개수를 파악한다. 1개의 이차전지만이 충전부에 연결되어 있는 경우에는 충전장치의 최대 가용충전전류(IT)를 전부 그 이차전지에 공급한다. 두 개의 이차전지가 충전부에 연결되어 있는 경우에는 최대 가용충전전류(IT)를 두 개의 이차전지에 상설한 바와 같이 분배하여 위에서 설명한 방법에 따라 충전을 한다.Referring to the method of charging the secondary battery using such a charging device as follows. The microprocessor 100 first determines the number of secondary batteries connected to the charging unit. When only one secondary battery is connected to the charging unit, the maximum available charging current I T of the charging device is supplied to the secondary battery. When two secondary batteries are connected to the charging unit, the maximum available charging current (I T ) is distributed as in the two secondary batteries and charged according to the method described above.
만약, 3개의 이차전지가 모두 충전부에 연결되어 있으면, 도 5에 도시한 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 최대 가용충전전류(IT)를 3가지의 전류값으로 분할하여 제1, 제2 및 제3 이차전지 각각에 공급하여 정전류충전을 시작한다. 가장 큰 전류로 충전되는 제1 이차전지가 먼저 만충전압(Vm)에 도달하면 제1 이차전지는 정전압으로 충전하면서 그 충전전류(I1c)를 점차적으로 줄여준다. 그리고, 감소되는 충전전류의 양(ΔI1c)은 제2 및/또는 제3 이차전지에 부가적으로 할당하여 그들의 충전전류(I2c, I3c)의 양을 늘려가면서 충전을 계속 진행한다. 이후, 제2 이차전지도 역시 만충전압(Vm)에 도달하게 될 것이고, 마이크로프로세서(100)는 이를 검사한다. 만충전압(Vm)에 이른 제2 이차전지는 그 때부터 역시 정전압으로 충전함과 동시에 그에 공급되는 충전전류(I2c)의 양을 점차 줄여나가고 그 충전전류의 감소량(ΔI2c)을 제3 이차전지에 추가로 할당하면서 충전을 진행한다. 마침내, 제3 이차전지까지도 만충전압(Vm)에 도달하게 되고, 그 후에는 제3 이차전지도 충전전류의 양을 점차 줄이면서 정전압으로 충전을 한다. 이와 같은 과정에서, 세 개의 이차전지들의 충전전류(I1c, I2c, I3c)는 순차적으로 종지전류에 도달하게 되고, 마이크로프로세서(100)는 이를 체크하여 각 이차전지의 충전완료를 인지한다. 충전완료가 체크된 이차전지에 대해서는 충전완료의 표시를 해준다. 이 과정에서 이차전지의 전압과 온도를 검출하여 충전중단을 제어하는 것도 병행적으로 수행함은 물론이다.If all three secondary batteries are connected to the charging unit, as shown in the graph shown in FIG. 5, the maximum available charging current I T is divided into three current values and the first, second and Constant current charging is started by supplying each of the third secondary batteries. When the first secondary battery charged with the largest current reaches the full charge voltage (V m ), the first secondary battery gradually decreases its charging current (I 1c ) while charging at a constant voltage. Then, the amount of reduced current ΔI 1c is additionally allocated to the second and / or third secondary batteries to continue charging while increasing the amount of their charged currents I 2c and I 3c . Thereafter, the second secondary battery will also reach the full voltage V m , and the microprocessor 100 checks it. The second secondary battery, which has reached the full charge voltage (V m ), is also charged with a constant voltage from then on, and gradually decreases the amount of charging current I 2c supplied thereto, and decreases the decrease amount ΔI 2c of the charging current. Charge the battery while assigning it to a secondary battery. Finally, even the third secondary battery reaches full charge voltage (V m ), after which the third secondary battery also charges at a constant voltage while gradually reducing the amount of charging current. In this process, the charging currents I 1c , I 2c , and I 3c of the three secondary batteries sequentially reach the termination current, and the microprocessor 100 checks this to recognize the completion of charging of each secondary battery. . For the secondary battery that has been checked for charging, the charging completion is indicated. In this process, the control of the charging stop by detecting the voltage and temperature of the secondary battery is also performed in parallel.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 복수개의 이차전지 동시 충전방법과 충전장치에 의하면 다음과 같은 이점이 있다.As described above, the plurality of secondary batteries simultaneously charging method and the charging device according to the present invention has the following advantages.
본 발명은 복수개의 이차전지를 동시충전함에 있어서, 충전장치가 공급할 수 있는 가용 충전전력을 적응적으로 분배할 수 있으므로 충전효율을 극대화하여 복수개의 이차전지를 짧은 시간 안에 충전을 완료할 수 있다. 그 결과, 각각의 이차전지를 담당하는 충전회로 상호간에 충전전류량의 이전이 불가능한 즉, 충전전류를고정적으로 분배하는 종래의 충전장치와 비교할 때, 전원부의 크기와 단가를 크게 줄일 수 있다. 충전시간의 단축은 충전장치의 상품가치 제고에 크게 기여할 수 있다.In the present invention, in simultaneously charging a plurality of secondary batteries, the available charging power that can be supplied by the charging device can be adaptively distributed, thereby maximizing the charging efficiency, thereby completing the charging of the plurality of secondary batteries in a short time. As a result, it is possible to significantly reduce the size and cost of the power supply unit, as compared with the conventional charging device that can not transfer the charge current amount between the charging circuits responsible for each secondary battery, that is, the charge current is fixedly distributed. The shortening of the charging time can greatly contribute to improving the product value of the charging device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
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