KR100328190B1 - 배터리 충전기와 방전기,및 특성 평가 시스템 - Google Patents

Abstract

전류원에서 나오는 전기를 셀에 충전하기 위한 배터리 충전 장치는 셀과 병렬로 가변 저항, 셀의 현재 전압 값을 검출하기 위한 셀 전압 검출 장치, 및 현재 전압 값을 미리-설정된 전압 값에 비교하기 위한 비교기를 구비한다. 가변 저항의 저항 값은 전류원에서 나오는 전류가 셀, 및 셀의 충전이 진행함에 따라 가변 저항 모두를 통해 흐르도록 온도 결과에 응답하여 제어된다. 셀이 완전히 충전될 때 전류가 셀을 통해 흐르지 않게 됨으로써, 과잉 충전이 제거된다. 만약 다수의 셀이 동시에 충전되면, 완전히 충전된 셀을 통해 전류가 흐르지 못하게 하는 제어 동작이 각 셀마다 수행됨으로써, 셀 충전 시간을 단축하도록 완전히 모든 셀이 완전히 충전될 때까지 통합 충전이 계속된다.

Description

배터리 충전기와 방전기, 및 특성 평가 시스템

본 발명은 리튬 이온 셀 또는 니켈 카드뮴 셀을 충전하기 위한 배터리 충전장치, 리튬 이온 셀 또는 니켈 카드뮴 셀과 같은 보조 셀을 갖는 배터리 팩(battery pack), 다수의 셀을 충전하는 경우의 배터리 충전 방법, 및 직렬로 접속된 다수의 셀로 구성된 셀의 성능을 평가하기 위한 배터리 평가 장치에 관한 것이다.

리튬 이온 셀 또는 니켈 카드뮴 셀과 같은 재충전 셀 또는 보조 셀은 오늘날 널리 공지되어 있다. 이들 보조 셀은 제1도의 예로써 도시된 배터리 충전 장치에 의해 충전된다.

제1도에 도시된 배터리 충전 장치에서, 충전 양극 단자(51)는 스위치(53)를 거쳐 dc 전류원(50)의 양전극에 접속되어 있다. 충전 음전극(52)은 dc 전류원(50)의 음극 단자에 접속되어 있다. 예를 들면 세개의 보조 셀(54)은 충전 양전극(51)과 충전 음전극(52) 양단에 직렬로 접속되어 있다. 저항(55)과 스위치(56)를 각각 구비한 세개의 방전 회로는 충전 전극(51과 52) 양단에 보조 셀(54)로 병렬과 접속되어 있다.

상기 배터리 충전 장치에서, 보조 셀(54)은 스위치(53)를 턴온시 충전되기 시작한다. 충전의 시작시, 방전 회로의 스위치(56)는 턴오프된다.

만약 상호 직렬로 접속된 보조 셀(54)이 충전되면, 셀(54)의 용량이 변화하기 쉽기 때문에 셀은 가변적인 충전 상태로 충전된다.

이와 같은 단점을 극복하기 위한 종래의 실시는 세개의 보조 셀(54)의 전압을 검출하고, 세개 셀의 충전 상태의 편차가 발생한 경우에 최고 충전 속도로 충전된 보조 셀(54)의 스위치(56)와 제2의 최고 충전 속도로 충전된 보조 셀(54)의 스위치(56)를 턴온하는 것이었다. 이것은 최고 충전 속도로 충전된 보조 셀(54)과 저항(55)을 거쳐 제2의 최고 충전 속도로 충전된 보조 셀(54)에 지금까지 저장된 전기를 방전시킨다.

최고 충전 속도로 충전된 보조 셀(54)과 제2의 최고 충전 속도로 충전된 보조 셀(54)의 방전이 진행되고 이들 보조 셀(54)의 전압 값이 최저 충전 속도로 충전된 보조 셀(54)의 전압 값과 같게 될 때, 턴온된 방전 회로의 스위치(56)가 턴오프됨으로써, 충전을 다시 개시하게 된다.

상술된 종래의 배터리 충전 장치에서, 충전 및 방전은 보조 셀을 균일하게 충전하기 위해 스위치(56)의 온/오프 동작에 의해 반복된다.

그러나, 만약 셀이 번갈아 오는 충전 및 방전 동작의 반복에 의해 충전되면, 셀의 전체 용량은 최저 충전 속도로 충전된 보조 셀의 충전 상태에 일치하도록 충전됨으로써, 보조 셀이 완전히 충전될 때까지 불필요한 시간이 필요하게 된다.

또한, 배터리 충전은 과잉 충전이라는 문제에 항상 직면하게 된다. 이와 같은 과잉 충전은 배터리의 회로 및 충전 회로에 부하를 주게 됨으로써 방출 또는 파손으로 인해 안전에 영향을 주게 된다. 그래서 안전하게 충전되도록 과잉 충전을 없앨 수 있는 배터리 충전 장치의 필요성이 요구되고 있다.

한편, 배터리 성능은 여러 번에 걸쳐 충전, 일시 정지(dwell), 방전 및 일시정지 주기를 반복함으로써 평가된다. 그러나, 충전, 일시 정지, 및 방전이 불규칙하게 발생하기 때문에 배터리가 사용되는 동안 충분한 질의 평가가 달성되지 않았다. 또한, 셀의 세트가 직렬로 접속된 다수의 셀로 구성되어 있는 경우에 충전은 셀마다 셀 용량의 편차를 고려하여 셀을 평가할 수 없고 즉, 참된 셀 성능을 셀의 세트로써 평가할 수 없기 때문에, 최저 용량을 갖는 셀이 완전히 충전될 때의 시점에서 종료될 필요가 있다.

상기에 비추어, 본 발명의 목적은 셀 충전 시간을 단축할 수 있고 충전을 안전하게 수행할 수 있는 배터리 충전 장치, 배터리 팩, 및 배터리 충전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 직렬로 접속된 다수의 셀로 구성된 셀의 세트로써 참된 성능을 평가할 수 있는 배터리 평가 장치를 제공하는 것이다.

한 특징에서, 본 발명은 전원 회로에서 나오는 전기를 셀에 충전하기 위한 장치를 제공한다. 상기 충전 장치는 상기 셀과 병렬로 접속되어 있고 셀에 공급된 전류 값을 바꾸기 위한 가변 전류 수단, 셀의 현재 전압 값을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단, 셀의 미리-설정된 전압 값을 나타내는 미리-설정된 전압을 출력하기위한 미리-설정된 전압 출력 수단, 및 미리-설정된 전압에 대해 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 셀의 전압을 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교하기 위한 비교기-제어 수단을 구비한다. 상기 비교기-제어 수단은 셀의 현재 전압 값이 미리-설정된 전압에 가까워짐에 따라 가변 전류 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 가변 전류 수단을 제어한다.

다른 특징에서, 본 발명은 전원회로에서 나오는 전기를 셀에 충전하기 위한 장치를 제공한다. 상기 충전 장치는 셀과 병렬로 접속되어 있고 셀에 공급된 전류를 바꾸기 위한 전류 변화 수단, 셀의 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단, 셀의 미리-설정된 전압 값을 나타내는 미리-설정된 전압을 출력하기 위한 미리-설정된 전압 출력 수단, 및 미리-설정된 전압에 대해 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 셀의 전압을 미리-설정된 전압 출력 수단에서나오는 미리-설정된 전압에 비교하기 위한 비교기-제어 수단을 각각 갖는 다수의 충전 유닛을 구비한다. 상기 비교기-제어 수단은 셀의 현재 전압 값이 설정 전압에 가까워짐에 따라 전류 변화 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 전류 변화수단을 제어한다. 상기 충전 유닛은 상호 직렬로 접속되어 있다.

또 다른 특징에서, 본 발명은 배터리 팩을 제공한다. 상기 배터리 팩은 충전가능한 셀, 셀의 양전극과 전원 회로의 양전극에 접속된 양전극 단자, 셀의 음전극과 전원 회로의 음전극에 접속된 음전극 단자, 셀과 병렬인 상기 양 및 음전극 단자 양단에 접속되어 있고 셀에 공급된 전류를 변화시키기 위한 가변 전류 수단, 셀 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단, 셀의 미리-설정된 전압을 나타내는 미리-설정된 전압을 출력하기 위한 미리-설정된 전압 출력 수단, 및 상기 설정 전압에 대해 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 셀의 전압을 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교하기 위한 비교기-제어 수단을 구비한다. 상기 비교기-제어 수단은 셀의 현재 전압 값이 미리-설정된 전압에 가까워짐에 따라 가변 전류 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 전류 변화 수단을 제어한다.

부가적인 특징에서, 본 발명은 배터리 팩을 제공한다. 상기 배터리 팩은 충전가능한 셀, 셀의 양전극과 전원 회로의 양전극에 접속된 양전극 단자, 셀의 음전극과 전원 회로의 음전극에 접속된 음극 전극 단자, 셀과 병렬인 양극 및 음전극 단자 양단에 접속되어 있고 셀에 공급된 전류를 변화시키기 위한 가변 전류 수단, 셀 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단, 셀의 미리-설정된 전압을 나타내는미리-설정된 전압을 출력하기 위한 미리-설정된 전압 출력 수단, 및 설정 전압에 대해 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 셀의 전압을 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교하기 위한 비교기-제어수단을 각각 갖는 다수의 충전 유닛을 구비한다. 상기 비교기-제어 수단은 셀의 현재 전압 값이 미리-설정된 전압에 가까워짐에 따라 전류 변화 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 가변 전류 수단을 제어한다. 상기 충전 유닛은 상호 직렬로 접속되어 있다.

또 다른 부가적인 특징에서, 본 발명은 전원 회로에서 나오는 전기를 다수의 셀에 충전시키기 위한 방법을 제공한다. 상기 충전 방법은 현재의 전압 값이 미리-설정된 전압 값에 가까워짐에 따라 가변 전류 수단을 통해 흐르는 전류가 단계적으로 증가되도록 셀에 병렬로 접속되어 있고 셀에 공급된 전류를 변화시키기 위한 다수의 가변 전류 수단을 제어하는 단계, 상기 전류 값들 중에서 최소 전류 값과 전원회로의 출력 전류 값을 검출하기 위해 가변 전류 수단의 전류 값을 검출하는 단계, 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 가변 전류 수단의 최소 전류 값을 뺌으로써 감산 전류 값을 발생하는 단계, 및 전원 회로의 출력 전류 값이 감산 전류 값과 같게 되도록 전원 회로를 제어하는 단계를 포함한다.

또 다른 특징에서, 본 발명은 배터리 평가 장치를 제공한다. 상기 장치는 가변 전류원과 충전 가능한 다수의 셀이 상호 직렬로 접속된 주 전류 통로에 접속된 제1 가변 저항, 주 전류 통로에 흐르는 전류의 값을 검출하기 위한 주 전류 감지기, 셀과 병렬로 접속된 다수의 제2 가변 저항, 가변 저항에 흐르는 전류의 값을검출하기 위한 다수의 부하 전류 감지기, 상기 주 전류 감지기와 부하 전류 감지기에 의해 검출된 전류 값에 근거하여 셀의 성능을 평가하기 위한 배터리 평가 프로그램에 따라 가변 전류원작 제1 및 제2 가변 저항을 제어하기 위한 평가 수단, 및 상기 평가 수단에 의한 평가 결과를 출력하기 위한 출력 수단을 구비한다.

본 발명의 배터리 충전 장치에서, 셀에 흐르는 전류를 변화시키기 위한 가변전류 수단은 셀과 병렬로 접속되어 있다. 이 가변 전류 수단은 게이트 전극에 인가된 전압을 바꿈으로써 소스와 드레인 간의 전류가 바뀌는 전계 효과 트랜지스터(FET)로 구성된 가변 저항을 구비한다.

셀 전압 검출 수단은 셀의 현재 전압 값을 검출하고 상기 검출 출력을 비교 기 제어 수단으로 전송한다. 미리-설정된 전압 출력 수단은 셀의 완전한 충전을 나타내는 전압 값과 같이 미리-설정된 전압 값을 비교기 제어 수단으로 전송하는데, 다음에 이것은 미리-설정된 전압 간에 대해 현재의 셀 전압 값을 검출하기 위해 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 셀 전압을 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는미리-설정된 전압에 비교한다. 가변 전류 수단은 현재의 셀 전압 값이 미리-설정된 전압 값에 가까워짐에 따라 보다 많은 전류가 가변 전류 수단을 통해 흐를 수 있도록 제어 된다.

특히, 만약 가변 저항이 가변 전류 수단으로써 제공되면, 가변 저항의 저항 값이 최대 값이 되도록 제어함으로써 전류는 초기에 셀을 통해 흐르게 된다. 현재의 셀 전압이 미리-설정된 전압에 가까워짐에 따라, 가변 저항을 통해 흐르는 전류를 단계적으로 증가시키기 위해 가변 저항의 값이 단계적으로 작아지게 제어된다.특히, FET의 게이트 전극에 인가된 전압은 초기에는 보다 많은 전류가 셀을 통해 흐르도록 소스-드레인 전류를 감소시키도록 감소된다. 현재의 셀 전압 값이 미리-설정된 전압에 가까워짐에 따라, FET의 게이트 전극에 인가된 전압은 소스-드레인 전류를 증가시키고 셀을 통하는 전류를 감소시키기 위해 증가된다.

그래서, 충전이 진행되고 셀 전압이 미리-설정된 전압(완전 충전 전압)에 가까워짐에 따라 셀을 통하는 전류를 단계적으로 감소시켜 과잉 충전이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 배터리 충전 장치는 충전 유닛이 상호 직렬로 접속되어 있는 상술한 다수의 배터리 충전 장치를 구비한다. 상술한 바와 같이, 각각의 충전 유닛을 사용함으로써, 충전이 진행되고 셀 전압이 미리-설정된 전압 즉, 완전 충전 전압에 가까워짐에 따라 셀에 흐르는 전류를 단계적으로 감소시킬 수 있으므로 각 충전 유닛의 셀이 과잉 충전하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 방법으로 과잉 충전이 방지될 수 있기 때문에, 각 셀은 편차없이 안정하게 최대 용량까지 충전될 수 있다. 이와 같이 셀마다 제어되기 때문에, 모든 셀이 완전히 충전될 때까지 통합 충전(integrated charging)이 진행됨으로써, 셀의 충전 시간을 줄일 수 있다.

한편, 만약 셀이 그 최대 용량에 가까워짐에 따라 셀을 통하는 전류가 단계적으로 감소되고 이에 대응하여 가변 전류 수단을 통하는 전류가 증가되면, 심지어 셀이 최대 용량까지 충전될 지라도 가변 전류 수단을 통해 전류가 계속 흐른다. 이것은 전력의 낭비일뿐 아니라, 과열로 인해 가변 전류 수단을 파괴시킬 수 있다.

그래서 본 발명의 배터리 충전 장치는 가변 출력 전류 전원 회로를 구비하고, 가변 전류 수단에 흐르는 전류는 충전 유닛의 가변 전류 수단과 결합하여 제공된 다수의 제1 전류 검출 수단에 의해 검출되는 한편, 또한 전원 회로에서 나오는 출력 전류 값은 제2 전류 검출 수단에 의해 검출된다. 전원 회로 제어 수단은 각각의 가변 전류 수단의 전류 값들 중에서 최소 전류 값을 검출하기 위해 상기 제1 전류 검출 수단의 각 검출 출력에 응답한다.

전원 회로 제어 수단은 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 최소 전류 값을 빼고, 이 감산에 의해 산출된 값과 같게 되도록 전원 회로의 출력 전류 값을 제어한다.

가변 전류 수단의 전류 값이 최소 값이라는 사실은, 이와 같은 가변 전류 수단이 제공된 셀의 충전이 최후 상태(the most belated state)에 있다는 것을 의미한다. 그래서, 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 상기 최소 전류 값을 빼고 이 감산에 의해 얻어진 값과 같아지도록 전원 회로의 출력 전류 값을 제어함으로써, 최후충전 상태에서 셀의 충전이 진행함에 따라 전원 회로의 출력 전류가 이에 대응하여 단계적으로 낮아질 수 있다.

결국, 만약 병렬 충전에 의해 다수의 셀이 충전된다면 최소의 전력 소비로 편차없이 모든 셀이 완전히 충전되도록 최후 충전 상태에 있는 셀이 최대 용량까지 충전될 때 전원 회로가 턴오프될 수 있다 한편, 최후 충전 상태에서 셀의 충전이 진행함에 따라 전원 회로의 출력 전류 값이 감소되기 때문에, 가변 전류 수단의 과열 및 그 결과로 인한 파괴를 방지하기 위해 나머지 충전 유닛의 가변 전류 수단에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 모든 셀이 완전히 충전될 때까지 충전이 진행될 수 있기 때문에, 셀이 짧은 시간에 완전히 충전될 수 있다.

본 발명의 다른 배터리 충전 장치에 있어서, 전원 회로 제어 수단은 제1 전류 검출 수단의 검출 출력에 근거하여 가변 전류 수단의 전류 값들 중에서 최대 전류를 검출하고, 제1 감산 전류 값을 형성하기 위해 상기 제1 감산 전류 값의 극성을 검출하면서 상기 최대 전류로부터 가변 전류 수단에서 흐를 수 있는 전류의 최대값을 나타내는 미리-설정된 최대 부하를 뺀다. 상기 전원 회로 제어 수단은 제2 전류 검출 수단에 의해 검출된 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 제1 감산 전류 값을 뺌으로써 제2 감산 전류 값을 발생하고, 상기 제1 감산 전류 값이 양(+)의 극성일 때에만 전원 회로의 출력 전류 값이 상기 제2 감산 전류 값과 같게 되도록 전원회로를 제어한다.

즉, 제1 감산 전류 값이 최대 부하 설정 값 미만인 최대 전류 값과 같기 때문에, 제1 감산 전류 값은 충전 유닛에 제공된 셀의 충전 상태를 가리킨다.

한편, 최대 값인 가변 전류 수단의 전류 값은, 이와 같은 가변 전류 수단을 갖는 충전 유닛에 제공된 셀이 최고 충전 진행 상태(the most advanced charging state)에 있다는 것을 가리키고, 음극인 제1 감산 전류는 가변 전류 수단에 흐르는 전류가 증가될 수 있다는 것을 가리킨다. 그래서 전원 회로 제어 수단은 전원 회로의 출력 전류 값을 낮추는 제어 동작을 수행하지 않는다.

반대로, 양극인 제1 감산 전류는 상술한 최대 부하 설정 값을 초과하는 전류가 가변 전류 수단에 흐르고 있다는 것을 가리킨다. 그래서 전원 제어 수단은 전원 회로의 출력 전류 값을 낮추기 위해 전원 회로를 제어한다.

이와 같은 제어는 최고 충전 진행 상태인 셀의 상태에 응답하여 전원 회로의 출력 전류 값을 낮춤으로써, 나머지 셀의 충전을 지연시키게 된다. 그러나, 셀이 최고 충전 진행 상태에 있는 충전 유닛의 가변 전류 수단에 흐르는 전류가 최대 부하 설정 값을 초과하는 순간에, 전류 값이 순간적으로 낮아질 수 있으므로, 가변 전류 수단이 보호되고, 가변 전류 수단의 과열 및 파괴가 발생하는 것이 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 보조 셀에 흐르는 전류를 변화시키기 위한 가변 전류 수단은 셀과 병렬로 접속되어 있다. 가변 전류 수단은 가변 저항일수 있다.

셀 전압 검출 수단은 셀의 현재 전압 값을 검출하고, 상기 검출 출력을 비교기-제어 수단으로 전송한다. 미리-설정된 전압 출력 수단은 완전히 충전된 전압과 같이 미리-설정된 셀 전압을 나타내는 미리-설정된 전압을 비교기-제어 수단으로 공급하는데, 다음에 이것은 미리-설정된 전압 값에 대해 현재의 셀 전압을 검출하기 위해 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 셀 전압을 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교한다. 비교기-제어 수단은 현재의 셀 전압 값이 미리-설정된 전압 값에 가까워짐에 따라 보다 많은 전류가 가변 전류 수단에 흐르도록 가변 전류 수단을 제어한다.

특히, 만약 가변 저항이 가변 전류 수단으로써 사용되면, 셀에 전류가 흐르도록 초기에 가변 저항의 저항 값은 최대가 되도록 제어된다. 현재의 셀 전압이 미리-설정된 전압 값에 가까워짐에 따라, 가변 저항에 흐르는 전류를 단계적으로 증가시키기 위해 가변 저항의 저항 값은 단계적으로 작도록 제어된다. 특히, 보다 많은 전류를 셀에 공급하기 위해 초기에 FET의 게이트 전극에 인가된 전압은 소스-드레인 통로에 흐르는 전류를 감소시키도록 감소된다. 현재의 셀 전압이 미리-설정된 전압 값에 가까워짐에 따라, 셀에 흐르는 전류를 감소시키기 위해 FET의 게이트 전극에 인가된 전압은 소스-드레인을 증가시키도록 증가된다.

그래서 충전이 진행되고 셀 전압 값이 미리-설정된 전압(완전 충전)에 가까워짐에 따라 셀에 흐르는 전류가 단계적으로 감소됨으로써, 과잉 충전을 방지할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 다른 배터리 팩은 상호 직렬로 접속된 다수의 충전 유닛을 갖는다. 각 충전 유닛은 충전이 진행되고 셀 전압이 미리-설정된 전압(완전 충전)에 가까워짐에 따라 감소된 양의 전류를 셀에 공급한다. 이것은 결국 각 충전 유닛에 제공된 셀의 과잉 충전을 방지하게 된다. 이와 같은 방법으로 과잉 충전이 발생하는 것이 방지될 수 있기 때문에, 편차없이 최대 용량까지 각 셀이 충전될 수 있다.

만약 가변 전류 수단에 흐르는 전류가 셀에 공급된 전류를 단계적으로 감소시키도록 증가되면, 셀이 완전 충전 상태에 가까워짐에 따라, 심지어 셀이 최대 용량까지 충전될 지라도 전류는 가변 전류 수단에 계속 흐르게 된다. 이것은 전력 낭비일 뿐 아니라, 열 방출에 의해 가변 전류 수단을 파괴하게 된다.

그래서, 본 발명의 배터리 팩은 가변 전류 수단에 흐르는 전류와 전원 회로의 출력 전류 값을 각각 검출하기 위해 다수의 충전 유닛의 가변 전류 수단과 결합된 다수의 제1 전류 검출 수단과, 제2 전류 검출 수단을 갖는다. 한편, 제어 신호출력 수단은 가변 전류 수단의 전류 값들 중에서 최소 전류 값을 검출하기 위해 각각의 제1 전류 검출 수단에서 나오는 검출 출력에 응답한다.

상기 제어 신호 출력 수단은 상기 제2 전류 검출 수단에 의해 검출된 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 최소 전류 값을 빼고, 전원 회로의 출력 신호가 이와같은 감산에 의해 산출된 값과 같도록 전원 회로를 제어하는 제어 신호를 출력한다.

가변 전류 수단의 전류 값이 최소 값이라는 사실은, 이와 같은 가변 전류 수단이 제공된 셀의 충전이 최후 상태(the most belated state)라는 것을 의미한다. 그래서, 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 상기 최소 전류 값을 빼고 이와 같은 감산에 의해 얻어진 값과 같게 되도륵 전원 회로의 출력 전류 값을 제어함으로써, 최후 충전 상태에서 셀의 충전이 진행됨에 따라 전원 회로의 출력 전류가 단계적으로 낮아질 수 있다.

결국, 최후 충전 상태에서 셀이 최대 용량까지 충전될 때 전원 회로가 턴오프될 수 있으므로, 만약 다수의 셀이 병렬 충전으로 충전된다면, 편차없이 최소의 전력소비로서 모든 셀이 완전히 충전될 수 있다. 한편, 최후 충전 상태인 셀의 충전이 진행함에 따라 전원 회로의 출력 전류 값이 감소될 수 있기 때문에, 나머지 충전 유닛의 가변 전류 수단에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있으므로, 가변 전류 수단의 과열 및 그 결과로 인한 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 모든 셀이 완전히 충전될때까지 충전이 계속될 수 있기 때문에, 셀이 보다 짧은 시간에 완전히 충전될수 있다.

본 발명의 배터리 충전 장치에서, 전원 회로 제어 수단은 제1 전류 검출 수단의 검출 출력에 근거하여 가변 전류 수단의 전류 값들 중에서 최대 전류를 검출하고, 제1 감산 전류 값을 형성하기 위해 제1 감산 전류 값의 극성을 검출하면서 상기 최대 전류로부터 가변 전류 수단에 흐를 수 있는 전류의 최대 값을 나타내는 미리-설정된 최대 부하를 감산한다. 전원 회로 제어 수단은 제2 전류 검출 수단에 의해 검출된 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 제1 감산 전류 값을 뺌으로써 제2 감산 전류 값을 발생하고, 제1 감산 전류 값이 양극일 때에만 전원 회로의 출력 전류 값이 제2 감산 전류 값과 같게 되도록 전원 회로를 제어한다.

즉, 제1 감산 전류 값이 최대 부하 설정 값미만인 최대 전류 값과 같기 때문에, 제1 감산 전류 값은 충전 유닛에 제공된 셀의 충전 상태를 가리킨다.

한편, 최대 값인 가변 전류 수단의 전류 값은, 이와 같은 가변 전류 수단을 갖는 충전 유닛에 제공된 셀이 최고 충전 진행 상태에 있다는 것을 가리키고, 음극인 제1 감산 전류는 가변 전류 수단에 흐르는 전류가 증가될 수 있다는 것을 가리킨다. 그래서 제어 신호 출력 수단은 상술한 제어 신호를 출력하지 않는다.

반대로, 양극인 제1 감산 전류는 상술한 최대 부하 설정 값을 초과하는 전류가 가변 전류 수단에 흐르고 있다는 것을 가리킨다. 그래서 상기 제어 신호 출력수단은 전원 회로의 출력 전류 값을 낮추기 위해 전원 회로를 제어하는 제어 신호를 출력한다.

이와 같은 제어가 최고 충전 진행 상태인 셀의 상태에 응답하여 전원 회로의출력 전류 값을 낮추기 때문에, 나머지 셀의 충전을 지연시키게 된다. 그러나, 셀이 최고 충전 진행 상태에 있는 충전 유닛의 가변 전류 수단에 흐르는 전류가 최대 부하 설정 값을 초과하는 순간에, 전류 값이 순간적으로 낮아질 수 있으므로, 가변 전류 수단이 보호될 수 있고, 가변 전류 수단의 과열 및 그 결과로 인한 파괴가 발생되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명의 방법에 따른 배터리 충전 방법은 전원 회로에서 나오는 전기를 다수의 셀에 충전시키는 방법이다. 셀과 병렬로 제공된 다수의 가변 전류 수단에 흐르게 되는 전류는, 각 셀의 현재 전압 값이 미리-설정된 전압 값에 가까워짐에 따라 단계적으로 증가하도록 제어된다. 이것으로 셀의 충전이 계속되고 셀 전압이 미리-설정된 전압(완전 충전 전압)에 가까워짐에 따라 셀에 공급된 전류가 단계적으로 감소될 수 있으므로, 과잉 충전을 방지한다.

가변 전류 수단의 전류 값, 이들 전류 값들 중에서 최소 전류, 및 전원 회로의 출력 전류가 검출되고, 감산된 전류 값을 발생하기 위해 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 상기 최소 전류 값이 감산된다. 전원 회로의 출력 전류 값이 감산 전류값과 같게 되도록 전원 회로가 제어된다.

이것으로 최후 충전 상태에서 셀의 충전이 진행함에 따라 전원 회로의 출력전류 값을 단계적으로 감소시킬 수 있게 된다, 결국, 최후 충전 상태에서 셀이 그 최대 용량까지 충전될 때 전원 회로가 턴오프될 수 있으므로, 병렬 동작에 의해 다수의 셀이 충전될 때, 이들 셀은 셀마다 편차없이 최소 전력 소비로써 완전히 충전될 수 있다. 한편, 최후 충전 상태에서 셀의 충전이 진행함에 따라 전원 회로의 출력 전류 값이 낮아질 수 있고, 가변 전류 수단의 열 방출 및 그 결과로 나타나는 파괴를 방지하기 위해 나머지 가변 전류에 흐르는 전류가 감소될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 평가 장치에 있어서, 가변 전류원 및 주 전류 통로에 병렬로 제공된 제1 가변 저항과, 주 전류 통로와 직렬로 접속된 다수의 충전 가능한 셀과 병렬로 접속된 다수의 제2 가변 저항은 배터리 평가 프로그램에 따라 평가 수단에 의해 제어된다. 게다가, 주 전류 통로에 흐르는 전류를 검출하는 주 전류 감지기와 각 가변 저항의 전류 값을 검출하는 부하 전류 감지기에 의해 검출된 전류값에 근거하여 셀의 성능이 평가되고, 그 평가 결과가 출력 수단에 의해 출력된다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 평가 장치는 각 셀의 온도를 측정하는 온도 감지기에 의한 검출 출력에 근거하여 평가 수단으로써 온도 특성을 평가한다.

본 발명에 따른 배터리 평가 장치에 있어서, 가변 전류원과 가변 저항은 설정 입력 수단에 의해 설정된 평가 조건에 따른 배터리 평가 프로그램에 따라 평가수단에 의해 가변적으로 제어되고, 주 전류 감지기와 부하 전류 감지기에 의해 검출된 전류에 근거하여 셀의 성능이 평가된다.

배터리 충전 장치, 배터리 팩, 및 배터리 충전 방법에 있어서, 최대 용량까지 충전된 셀을 통해 흐르지 않도록 되어 있기 때문에, 과잉 충전이 발생하는 것이 방지될 수 있다. 만약 다수의 셀이 병렬로 충전되면, 최대 용량까지 충전된 셀에 전류가 흐르지 못하도록 각 셀에 대해 개별적으로 제어가 수행됨으로써, 모든 셀이 완전히 충전될 때까지 통합 충전이 진행될 수 있으므로 셀의 충전 시간을 단축할수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 충전 장치, 배터리 팩, 및 배터리 충전 방법에 있어서, 최후 충전 상태에서 셀의 충전된 상태에 따라 전원 회로의 출력 전류 값이 제어될 수 있기 때문에, 병렬로 충전될 다수의 셀들중에서, 이들 셀은 최소 전력으로 편차없이 그 최대까지 충전될 수 있다. 게다가, 가변 전류 수단의 열 방출 및 그 결과로 나타나는 파괴를 방지하기 위해 다른 충전 유닛의 가변 저항을 통해 흐르는 전류가 감소될 수 있다. 모든 셀이 완전히 충전될 때까지 충전이 진행될 수 있기 때문에, 셀은 짧은 시간 내에 최대 용량까지 충전될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 충전 장치 및 배터리 팩에 있어서, 전류가 상술한 미리-설정된 최대 부하 값을 초과할 때, 최고 충전 진행 상태인 셀과 결합된 가변 전류 수단에 흐르는 전류가 순간적으로 낮아질 수 있으므로 가변 저항의 열 방출 및 그 결과로 인한 파괴가 발생되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 평가 장치에 있어서, 각각의 셀은 완전히 충전될 수 있는 한편, 셀들중의 용량 차이인 셀의 새세트로서 참된 용량(true capacity), 및 반복된 충전 및 방전 동작으로 인한 용량 변화인 셀의 세트로서 참된 주기 특성(true cyclic characteristics)이 안전하고 정확하게 평가될 수 있다. 게다가 상태를 이용하는 실제 용량이 시뮬레이트될 수 있는 한편, 선적하기 전에 질의 제어는 물론가능한 고장에 대한 분석이 철저히 수행될 수 있다.

도면을 참조하면, 이하에 본 발명에 따른 배터리 충전 장치, 배터리 팩, 및 배터리 충전 방법의 바람직한 실시예가 서술된다.

먼저 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시하는 제2도를 참조하면, dc 전류원(1)의 양전극과 음전극은 양전극 단자(2)와 음전극 단자(3)에 각각 접속되어 있다. 상기 양전극 단자(2)는 배터리(4)의 양극 단자에 접속된 충전용 양전극 단자(5)에 접속되어 있고, 반면에 음전극 단자(3)는 배터리(4)의 음극 단자에 접속된 충전용 음전극 단자(6)에 접속되어 있다. 가변 저항(7)은 셀(4)과 병렬로 양전극 단자(2)와 음전극 단자(3) 양단에 접속되어 있다.

셀 전압 검출기(8)는 그 입력 단자가 충전용 양전극 단자(5)와 충전용 음전 극 단자(6)47 접속되어 있는 한편, 그 출력 단자가 비교기(9)의 한 입력에 접속되어 있고, 다른 입력은 셀(4)의 충전 전압을 설정하기 위한 설정 전압을 출력하는 전압 설정 회로(10)에 접속되어 있다. 비교기(9)는 그 출력 단자가 가변 저항(7)의 저항 값을 가변적으로 제어하는 가변 저항(7)에 접속되어 있다.

셀(4)은 리튬 이온 셀 또는 니켈 카드뮴 셀일 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 상술한 배터리 충전 장치는 다음과 같이 동작한다.

셀(4)은, 셀(4)의 양극 단자와 음극 단자가 충전용 양극 단자(5)와 충전용 음극 단자(6)와 각각 접촉하도록 배터리 충전 장치 상에 적재되어 있다. 이것으로 충전 장치의 충전 가능한 상태를 설정할 수 있다. 만약, 전류원(1)이 이 상태에서 턴온되면, 전류원(1)에서 나오는 전력은 충전을 시작하기 위해 양전극 단자(2)와 음전극 단자(3)를 거쳐 셀(4)에 공급된다.

충전이 시작되면, 셀 전압 검출기(8)는 셀(4)의 전극 단자(5,6) 양단에 나타나는 현재의 전압 값을 검출하고, 상기 검출된 전압 값을 전압 설정 회로(10)로부터 미리-설정된 전압이 공급된 비교기(9)로 전송한다. 비교기(9)는 미리-설정된 전압을 셀의 현재 전압에 비교하고, 차이 전압 값을 가변 저항(7)에 전송한다.

그래서 가변 저항(7)의 저항 값은 셀(4)의 충전 상태에 따라 제어된다.

더 상세하게는, 셀(4)의 초기 전압이 낮기 때문에, 가변 저항(7)의 저항 값은 좀더 높게 제어된다. 그래서 전류원(1)에서 나오는 설정 전압 I가 모두 셀(4)에 공급됨으로써, 제3도에 영역 A에 도시된 바와 같이, 셀(4)의 전압 값이 설정 전압에 단계적으로 가까워지게 된다. 이때 셀(4)의 현재 전압 값이 설정 전압과 같게 될때, 가변 저항(7)의 저항 값은 단계적으로 낮아지도록 제어된다. 그래서 전원(1)에서 나오는 설정 전류 I는 가변 저항(7)의 저항 값에 따라 셀(4)을 통해 흐르는 전류 i와 가변 저항(7)을 통해 흐르는 전류 I-i로 나뉘어지게 된다.

결국, 셀(4)에 공급된 전류는 셀(4)의 전압 값이 상승함에 따라 즉, 충전 상태가 진행됨에 따라 단계적으로 낮아질 수 있으므로, 제3도에 도시된 바와 같이, 안전하게 셀(4)의 과잉 충전을 방지하고, 셀(4)의 완전한 충전을 보장할 수 있게 된다.

제4도는 제2도에 도시된 다수의 배터리 충전 장치가 한꺼번에 셀(4)을 충전하기 위해 직렬로 접속된 충전 유닛으로서 제공된 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시한다.

각각의 충전 유닛을 사용하여 셀(4)의 충전 상태가 진행함에 따라 단계적으로 낮아지도륵 셀(4)에 공급된 전류를 제어할 수 있으므로, 각 셀(4)의 과잉 충전이 유발되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 방법으로 과잉 충전이 방지될 수 있기 때문에, 각 셀은 셀 마다 편차없이 안전하게 완전히 충전될 수 있다. 한편, 각각의 셀 마다 이와 같이 개별적으로 제어될 수 있기 때문에, 모든 셀이 완전히 충전될 때까지 통합 충전이 진행됨으로써, 셀(4)의 충전 시간을 단축할 수 있게 된다.

한편, 만약 이와 같은 전류 제어가 수행되면, 각 셀(4)을 통해 흐르는 전류는 제5도에 실선으로 도시한 바와 같이 셀(4)이 완전히 충전된 상태에 가까워짐에 따라 단계적으로 낮아진다. 그러나, 셀(4)을 통해 흐르는 것이 멈춰진 전류는 이제 제5도에 우측 빗금선과 좌측 빗금선으로 가리켜진 바와 같이 가변 저항(7)을 통해 흐른다. 그래서 전류는 셀(4)이 완전히 충전된 후에도 가변 저항(7)을 통해 흐르게 되는데, 이것은 전력 낭비를 의미한다. 게다가, 가변 저항(7)이 열 방출에 의해 파괴될 위험이 존재한다.

제6도에 도시된 본 발명이 제3 실시예에 따른 배터리 충전 장치에 있어서, 전류원(1)은 가변 출력 전류 값을 갖는다. 직렬로 접속된 다수의 충전 유닛 각각은 부하 전류 감지기(11)와 주 전류 감지기(13)의 검출 출력에 근거하여 전류원(1)의 출력 전류 값을 제어하기 위한 전원 제어기(12)는 물론, 가변 저항(7)의 전류 값을 검출하기 위한 부하 전류 감지기(11)와 전류원(1)의 출력 전류 간을 검출하기 위한 주 전류 감지기(13)를 갖는다.

본 발명에 따른 배터리 충전 방법은 역시 제6도에 도시된 배터리 충전 장치에도 적용할 수 있다.

제6도에 도시된 배터리 충전 장치에 있어서, 만약 충전이 시작되고 셀(4)의 과잉 충전이 가까워지면, 가변 저항(7)을 통해 전류가 부분적으로 흐르기 시작하도록, 각 부하 전류 감지기(11)는 가변 저항(7)의 전류 값을 검출하고, 상기 검출된 출력을 전원 제어기(12)로 보낸다. 주 전원 제어기(13)는 전원(1)의 출력 전류 값을 검출하고, 상기 검출된 출력을 전원 제어기(12)로 보낸다.

전원 제어기(12)는 부하 전류 감지기(11)에서 나오는 전류 값들 중에서 최소전류 값 imin을 검출한다. 소정의 가변 저항(7)의 전류 값이 최소라는 사실은, 가변저항(7)을 갖는 충전 유닛에 제공된 셀(4)이 최소로 충전된다는 것을 의미한다. 그래서 전원 제어기(12)는 제어 단자(1a)를 거쳐 전류원(1)으로 보내지는 전류 제어 신호(=imin 미만인 전류원의 현재 출력 전류 값)를 발생하기 위해 주 전류 감지기(13)에 의해 검출된 전류원(1)의 현재 출력 전류 값으로부터 상기 최소 전류 값을 뺀다.

이와 같이, 출력 전류 값은 전류 제어 신호로 가리켜진 값과 같도록 설정될 수 있다.

그래서, 차이 전류를 제공하기 위해 전류원(1)의 출력 전류 값으로부터 최소전류 값을 빼고 차이 전류와 같도록 전류원(1)의 출력 전류 값을 제어함으로써, 전류원(1)의 출력 전류 값은 제7도에 도시된 바와 같이 최후 충전 상태에서 셀(4)의 충전이 진행함에 따라 단계적으로 낮아질 수 있다.

결국, 전류원(1)은 최후 충전 상태에서 셀(4)이 완전히 충전될 때 턴오프될수 있으므로, 병렬인 다수의 셀(4)을 충전할 때, 이들 셀(4)은 최소 전력으로 편차없이 셀 마다 완전히 충전될 수 있다. 또한, 전류원(1)의 출력 전류 값은 최후 충전 상태인 셀(4)이 충전됨에 따라 낮아질 수 있기 때문에, 나머지 충전 유닛의 가변 저항(7)을 통해 흐르는 전류가 낮아짐으로써, 안전한 충전을 보장하기 위해 가변 저항(7)이 파괴되는 것이 방지될 수 있다. 모든 셀이 완전 충전 상태에 있을 때까지 충전이 진행되기 때문에, 모든 셀이 완전 충전 상태에 있을 때까지 요구되는 시간을 줄일 수 있다.

본 발명의 배터리 충전 장치의 제4 실시예에 있어서, 안전한 동작을 더욱 보장하기 위해 다음과 같은 제어 동작이 수행된다.

본 발명의 배터리 충전 장치의 제4 실시예를 도시하는 제6도를 참조하면, 전원 제어기(12)는 충전의 시작시 부하 전류 감지기(11)의 검출 출력에 근거하여 가변저항(7)을 통해 흐르는 전류 값들 중에서 최대 전류 imax 를 검출한다.

한편, 전원 제어기(12)는 제1 감산 전류의 극성을 검출하면서 제1 감산 전류값을 발생하기 위해 최대 전류 값으로부터 가변 저항(7)에 의해 허용된 최대 전류값을 나타내는 최대 부하 설정 값을 뺀다.

전원 제어기(12)는 제2 감산 전류 값을 발생하기 위해 주 전류 감지기(13)에의해 검출된 전류원(1)의 출력 전류 값으로부터 제1 감산 전류 값을 발생하고, 제1 감산 전류 값이 양극일 때에만 전류원(1)의 출력 전류 값이 제2 감산 전류 값과 같게 되도록 전류원(1)을 제어한다.

즉, 제1 감산 전류 값은 가변 저항(7)의 최대 부하 설정 값 미만인 상술한 최대 전류 값이고, 결합된 충전 유닛에 제공된 셀(4)의 충전 상태를 나타낸다.

특히, 가변 저항(7)의 전류 값이 최대 값이라는 사실은, 가변 저항(7)을 갖는 충전 유닛에 제공된 셀(4)이 최고 충전 진행 상태에 있다는 것을 의미한다. 그러나, 제1 감산 전류가 음극이라는 사실은, 결합된 충전 유닛을 통해 흐르는 전류가 증가될 수 있다는 것을 의미한다. 그래서 전원 제어기는 전류원(1)의 출력 전류를 낮추는 제어 동작을 수행하지 않는다.

결국, 양극인 제1 감산 전류는, 최대 부하 설정 값을 초과하는 전류가 충전유닛에 제공된 가변 저항(7)을 통해 흐르고 있다는 것을 의미한다. 그래서 전원 제어기(12)는 전류원(1)의 출력 전류 값을 낮추기 위해 전류원(1)을 제어한다.

만약 이와 같은 제어 동작이 수행되면, 최고 충전 진행 상태에서 셀(4)의 충전 상태에 따라 전류원(1)의 출력 전류 값이 낮아질 수 있으므로, 나머지 셀(4)의 충전이 지연된다. 그러나, 최고 충전 진행 상태인 셀(4)과 결합된 충전 유닛의 가변저항(7)을 통해 흐르는 전류가 최대 부하 설정 전압을 초과할 때, 전류는 순간적으로 낮아질 수 있다. 그래서 가변 저항(7)이 보호되고, 열 방출로 인해 파괴되는 것이 방지될 수 있다. 그 결과 셀(4)은 최대 용량까지 안전하게 충전될 수 있게 된다.

이제 본 발명의 제5 실시예에 따른 배터리 팩이 서술된다.

본 발명의 배터리 팩의 제5 실시예에 있어서, dc 전류원의 양극과 음극에 각각 접속된 양전극 단자(20)와 음전극 단자(21)는 제8도에 도시된 바와 같이 보조 셀(22)의 양전극과 음전극에 각각 접속되어 있다.

전계 효과 트랜지스터 FET(23)로 구성된 가변 저항은 음극 단자(20)와 양극단자(21) 양단에 보조 셀(22)과 병렬로 접속되어 있다. 상기 FET(23)는 그 소스 전극(23S)과 드레인 전극(23D)이 각각 음극 단자(20)와 양극 단자(21)에 접속되어 있다.

셀 전압 검출기(24)는 그 입력 단자가 양극 단자(20)와 음극 단자(21)에 접속되어 있는 반면, 그 출력 단자는 비교기(25)의 한 입력에 접속되어 있고, 다른 한 입력은 보조 셀(22)의 충전 전압을 미리 설정하기 위해 미리-설정된 전압을 출력하는 전압 설정 회로(26)에 접속되어 있다. 상기 비교기(25)는 그 출력이 FET(23)의 게이트 전극(23G)에 접속되어 있다. FET(23)의 소스 전극(23S)와 드레인 전극(23D)을 통해 흐르는 전류는 보조 셀(22)을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위해 비교기(25)의 출력에 의해 제어될 수 있다.

셀(22)은 리튬 이온 셀 또는 니켈 카드뮴 셀일 수 있다.

본 발명의 제5 실시예에 따른 상술한 배터리 충전 장치는 다음과 같이 동작한다.

양전극 단자(20)와 음전극 단자(21)가 전류원의 양전극 및 음전극 단자에 각각 접속되어 있고 전류원이 턴온되어 있을 때, 전류원에서 나오는 전력은 충전을 시작하기 위해 양전극 단자(20)와 음전극 단자(21)를 거쳐 보조 셀(22)에 공급된다.

충전이 시작되면, 셀 전압 검출기(24)는 보조 셀(22)의 현재 전압 값을 검출하고, 그것을 전압 설정 회로(26)로부터 미리-설정된 전압이 공급되어 있는 비교기(25)로 전송한다. 상기 비교기(26)는 상기 미리-설정된 전압 값을 보조셀(22)의 현재 전압 값에 비교하고, 차이 전압을 FET(23)의 게이트 전극(23G)으로 보낸다.

이렇게 해서, FET(23)의 소스(23S)와 드레인(23D)을 통해 흐르는 전류는 보조 셀(22)의 충전된 상태에 따라 가변적으로 제어된다.

특히, 보조 셀(22)의 초기 전압이 낮기 때문에, FET(23)를 흐르는 전류는 좀더 작게 제어된다. 그래서 전류원에서 나오는 미리-설정된 전류 I는 그 전압이 미리-설정된 전압에 단계적으로 가까워지도록 그 최대 용량으로 보조 셀(22)에 공급된다. 보조 셀(22)의 현재 전압 값이 미리-설정된 전압과 같게 될 때, FET(23)를 통해 흐르는 전류는 단계적으로 증가되도록 제어된다. 그래서 전류원에서 나오는 미리-설정된 전류 I는 제3도에 영역 B로 가리켜진 바와 같이, FET(23)를 통해 흐르는 전류의 변화에 따라, 보조 셀(22)을 통해 흐르는 부분 전류와 FET(23) I-i를 통해 흐르는 부분 전류로 나뉜다.

그래서 보조 셀(22)에 공급된 전류 값은 보조 셀(22)의 전압 값이 증가함에 따라 즉, 셀(22)의 충전이 진행함에 따라 단계적으로 감소될 수 있으므로, 셀(22)의 최대 충전을 완전하게 보장하도록 과충전이 방지될 수 있게 된다.

본 발명의 제6 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 제9도에 도시된 바와 같이, 제8도에 도시된 것과 같은 다수의 배터리 팩의 회로 부분은 한꺼번에 보조 셀(22)을 충전시키기 위해 직렬로 접속된 충전 유닛으로써 제공된다.

각 충전 유닛은 보조 셀(22)의 과잉 충전을 방지하기 위해 셀(22)의 충전이 진행함에 따라 보조 셀(22)에 공급된 전류를 점차 낮추는 제어 동작을 수행한다.이와 같은 방법으로 과잉 충전이 방지될 수 있기 때문에, 각 셀은 셀 마다 편차없이 안전하게 완전히 충전될 수 있다. 각 보조 셀(22)에 대해 개별적으로 이와 같은 제어가 수행될 수 있기 때문에, 모든 보조 셀(22)이 완전히 충전될 때까지 통합 충전이 진행됨으로써, 보조 셀(22)에 대한 충전 시간을 단축할 수 있게 된다.

한편, 만약 이와 같은 전류 제어가 수행되면, 각 셀(22)을 통해 흐르는 전류는 셀(22)이 완전 충전 상태에 가까워짐에 따라 제5도에 실선으로 도시된 바와 같이 단계적으로 낮아진다. 그러나, 셀(4)을 통해 흐르는 것이 중지된 전류는 제5도에서 우측 빗금선과 좌측 빗금선으로 가리켜진 바와 같이 이제 FET(23)를 통해 흐르게 된다. 그래서 셀(4)이 완전히 충전된 후에 전류가 FET(23)를 통해 계속 흐르게 되는데, 이것은 전력 낭비를 의미한다. 게다가, 가변 저항(7)이 열 방출로 인해 파괴될 위험이 있다.

결국, 본 발명의 제7 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, FET(23)를 통하는 전류 값을 검출하기 위한 부하 전류 검출기(27)가 직렬로 접속된 다수의 충전 유닛각각에 제공되고, 전류원의 출력 전류 값을 검출하기 위한 주 전류 검출기(30)가 제공되는 한편, 부하 전류 감지기(27)와 주 전류 감지기(30)의 검출 출력에 근거하여 전류원의 출력 전류 값을 제어하기 위한 전류원 제어기(28)가 제공된다. 상기 전류원 제어기(28)는 부하 전류 감지기(27)와 주 전류 감지기(30)의 검출 출력에 근거하여 전류원의 가변 출력 전류 값을 제어하기 위한 전류 제어 신호를 출력한다.

본 발명에 따른 배터리 충전 방법은 역시 본 발명의 제7 실시예의 배터리 팩에도 적용할 수 있다.

제10도에 도시된 배터리 팩에 있어서, 충전이 시작되고 보조 셀(22)이 거의 완전히 충전되었을 때, FET(23)를 통해 전류가 부분적으로 흐르기 시작하도록, 각 부하 전류 감지기(27)는 FET(23)의 전류 값을 검출하고 상기 검출된 출력을 전원 제어기(28)로 전송한다. 주 전류 감지기(30)는 전류원의 출력 전류 값을 검출하고, 상기 검출된 출력을 전원 제어기(28)로 전송한다.

전원 제어기(28)는 부하 전류 감지기(27)에서 나오는 각각의 전류 값들 중에서 최소 전류 값 imin을 검출한다. FET(23)의 전류 값이 최소라는 사실은, 이와 같은 FET(23)를 갖는 충전 유닛에 제공된 보조 셀(22)의 충전이 최후 상태에 있다는것을 가리킨다. 그래서, 본 배터리 팩에 있어서, 전원 제어기(28)는 전류 제어 신호(=imin미만인 전류원의 현재 전류 출력 값)를 발생하기 위해 주 전류 감지기(30)에 의해 가리켜진 바와 같이 전류원의 현재 출력 전류 값으로부터 상기 최소 전류 값을 빼고, 이렇게 발생된 전류 제어 신호를 전류원으로 전송한다.

그래서 전류 제어 신호에 대응하는 출력 전류 값이 전류원에 의해 출력될 수있다.

전류원의 출력 전류 값으로부터 최소 전류 값을 빼고 결과로 나타나는 차이신호와 같을 수 있는 전류 제어 신호를 출력함으로써, 전류원의 출력 전류 값은 제7도에 도시된 바와 같이 최후 충전 상태에서 보조 셀(22)의 충전이 진행함에 따라 단계적으로 낮아질 수 있다.

결국, 전류원은 최후 충전 상태에서 보조 셀(22)이 완전히 충전될 때 턴오프될 수 있으므로, 보조 셀(22)을 병렬로 충전할 경우에, 모든 보조 셀(22)은 최소의 전력으로써 편차없이 셀 마다 완전히 충전될 수 있다. 한편, 전류원의 출력 전류 값은 최후 충전 상태에서 보조 셀(22)이 충전됨에 따라 감소될 수 있기 때문에, 안전한 충전을 보장하기 위해 나머지 충전 유닛의 FET(23)를 통해 흐르는 전류가 감소될 수 있어 열 방출이 방지되고, 그 결과로 인한 FET(23)의 파괴가 방지될 수 있다. 모든 보조 셀(22)이 완전히 충전될 때까지 충전이 진행되기 때문에, 모든 셀의 완전 충전은 보다 짧은 시간에 완료될 수 있다.

본 발명의 배터리 팩의 제8 실시예에 있어서, 안전한 동작을 한층 보장하기위해 다음과 같은 제어 동작이 수행된다.

본 발명의 배터리 충전 장치의 제8 실시예를 도시하는 제10도를 참조하면, 전원 제어기(28)는 충전의 시작시 부하 전류 감지기(27)의 검출 출력에 근거하여 FET(23)를 통해 흐르는 전류 값들 중에서 최대 전류 imax를 검출한다.

한편, 전원 제어기(28)는 제1 감산 전류 값의 극성을 검출하면서 제1 감산 전류 값을 발생하기 위해 상술한 최대 전류 값으로부터 FET(23)에 의해 허용된 최대전류 값을 나타내는 최대 부하 설정 값을 뺀다.

전원 제어기(28)는 제2 감산 전류 값을 발생하기 위해 주 전류 감지기(30)에 의해 검출된 전류원의 출력 전류 값으로부터 제1 감산 전류 값을 발생하고, 제1 감산 전류 값이 양극일 때에만 전류원의 출력 전류 값이 제2 감산 전류 값과 같게 되도록 제어 전류 신호를 낸다.

즉, 제1 감산 전류 값은 FET(23)에 대한 최대 부하 설정 값 미만인 상술한최대 전류 값이고, 결합된 충전 유닛에 제공된 보조 셀(22)의 충전 상태를 나타낸다.

특히, FET(23)의 전류 값이 최대 값이라는 사실은, FET(23)를 갖는 충전 유닛에 제공된 셀(22)이 최고 충전 진행 상태에 있다는 것을 의미한다. 그러나, 제1 감산 전류가 음극이라는 사실은, 결합된 충전 유닛을 통해 흐르는 전류가 증가될 수 있다는 것을 의미한다. 그래서 상기 전류 제어 신호는 전원 제어기(28)에 의해 출력되지 않는다.

결국, 양극인 제1 감산 전류는, 최대 부하 설정 값을 초과하는 전류가 충전 유닛에 제공된 FET(23)를 통해 흐르고 있다는 것을 의미한다. 그래서 전원 제어기(28)는 전류원의 출력 전류 값을 낮추는 전류 제어 신호를 출력한다.

만약 이와 같은 전류 제어 신호가 출력되면, 최고 충전 진행 상태에서 셀(22)의 충전 상태에 따라 전류원의 출력 전류 값이 낮아질 수 있으므로, 나머지 셀(4)의 충전이 지연된다. 그러나, 최고 충전 진행 상태에서 셀(22)과 결합된 충전 유닛의 FET(23)를 통해 흐르는 전류가 최대 부하 설정 값을 초과할 때, 전류는 순간적으로 낮아질 수 있다. 그래서 FET(23)가 보호되고, 열 방출로 인해 파괴되는 것이 방지될 수 있다. 그 결과 셀(4)은 최대 용량까지 안전하게 충전될 수 있게 된다.

비록 상술한 실시예에서 가변 저항(7) 또는 FET(23)가 가변 전류 수단으로써 사용되었지만, 이들은 전류 값을 제어할 수 있는 임의의 회로로 교체될 수 있다. 또한, 상술한 실시예에서 셀로서 사용된 리튬 이온 셀 또는 니켈 카드뮴 셀은 또한임의 유형의 다른 셀로서 교체될 수 있다. 또한, 셀의 형태에 제한이 없고, 버튼 형태, 검(gum)형태, 또는 원주 형태의 셀이 사용될 수 있다.

제11도는 본 발명의 제9 실시예에 따른 배터리 평가 장치를 도시하는데, 상기 평가 장치는 직렬로 접속된 셀 세트를 평가하기 위해 주 전류 통로에 일단의 세개의 충전 가능한 셀 세트(40)의 직렬 회로와, 주 회로 통로에 제공된 전류원(41)과 가변 저항(42)의 병렬 회로를 구비한다. 또한 주 전류 통로를 통해 흐르는 전류를 검출하기 위한 주 전류 감지기(43)가 접속되어 있다.

전류원(41)은 충전 전류를 세개의 셀 세트(40)에 공급하기 위한 가변 전류원이고, 그 출력 전류는 제어기(44)에 의해 그 크기가 제어된다. 상기 전류원(41)은 전류 반전 금지 다이오드(45)를 거쳐 상기 셀 세트에 충전 전류를 공급하도록 설계되어 있다. 가변 저항(42)은 예를 들면 셀 세트(40)의 방전 전류를 흐르게 하는 FET가 구비되어 있고, 이와 유사하게 제어기(44)에 의해 그 저항이 제어된다. 주 전류 감지기(43)는 주 전류 통로를 통해 흐르는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류 값을 A/D 변환기(46)를 거쳐 제어기(44)로 전송한다.

또한 배터리 평가 장치는 셀 세트의 셀(40)에 각각 접속되어 있는 가변 저항(47)과 부하 전류 감지기(48)의 세개의 직렬 회로를 구비한다. 각 가변 저항(47)은 결합된 셀(40)을 통해 흐르는 충전 전류를 변화시키도록 되어 있고, 그 저항 값은 D/A 변환기(49)를 거쳐 제어기(44)로부터 공급된 제어 신호에 의해 제어된다. 각 부하 전류 감지기(48)는 가변 저항(47)을 통해 흐르는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 A/D 변환기(46)를 거쳐 제어기(44)로 보낸다.

또한 배터리 평가 장치는 셀 세트의 셀(40)과 결합된 세개의 온도 감지기(50)를 구비한다. 각 온도 감지기(50)는 각 셀(40)의 온도를 검출하고, 상기 검출 출력을 A/D 변환기(46)를 거쳐 제어기(44)로 전송한다.

또한 배터리 평가 장치는 제어기(44), 키보드 또는 마우스와 같은 데이타 입력 장치(52), 하드 디스크 또는 자기-광학 기록 장치와 같은 데이타 기억 장치(53), 및 프린터와 같은 데이타 출력 장치(54)를 구비한다.

본 발명의 배터리 평가 장치에서, 제어기(44)는 주 전류 감지기(43), 부하 전류 감지기(48) 및 온도 감지기(50)의 검출 출력에 근거하여 셀 세트(40)의 성능을 평가함은 물론, 데이타 입력 장치(52)로부터 공급된 평가 조건에 따라 충전, 방전, 및 일시정지중에서 선택적인 조합을 갖는 검사 패턴의 배터리 평가 프로그램에 따라 전류원(41)과 가변 저항(42,47)을 제어하기 위한 마이크로-컴퓨터로 구성되어 있다.

제어기(44)는 가변 저항(47)과 부하 전류 감지기(48)를 통해 과전류가 흐르는것을 방지하기 위해 전류원(41)을 제어함은 물론, 각 셀(40)에 대한 충전 전압 값을 미리-설정된 값으로 유지하기 위한 가변 저항(42)을 제어하기 위해, 부하 전류 감지기(48)에 의해 검출된 부하 전류의 값에 응답한다. 또한 상기 제어기(44)는 주 전류통로에 흐르는 전류를 미리-설정된 값 미만의 값으로 유지하기 위해 전류 감지기(43)에 의해 검출된 전류 값에 근거하여 전류원(41)을 제어한다.

이것은 심지어 셀 용량에 차이가 있을 때에도 과충전의 위험없이 안전하게 셀(40)이 충분히 충전될 수 있게 한다.

제어기(44)는 배터리 평가 프로그램의 실행 결과를 디스플레이 장치(51) 또는 데이타 출력 장치(54)로 출력한다. 평가 결과 데이타는 데이타 기억 장치(53)에 저장된다.

검사 패턴 설정 동작은 데이타 입력 장치(52)와 디스플레이 장치(51)에 의해 수행된다.

상술한 마이크로-컴퓨터를 구비하는 제어기(44)가 다음과 같은 배터리 평가용 소프트웨어 기능을 갖는다는 것을 알아야 한다.

1) 초기 전원-온 체크 기능

주 전원이 턴온된 후, 제어기(44)는 (i) 통신 기능 ; (ii) 주 전류 감지기(43)와 부하 전류 감지기(48)의 검출된 전류 값 ; (iii) 온도 감지기(50)의 검출된 값 ; (iv) 가변 저항(47)과 같은 모듈 제어기의 통상적인 출력 ; (v) 전류원(41)의 비정상적인 상태 ; (vi) 가변 저항(47)의 통상적인 상태의 내용을 체크한다. 만약 임의의 통상적인 생태가 검출되면, 그 내용이 디스플레이 장치(51) 상에 디스플레이되어 데이타 기억 장치(53)에 기억된다.

2) 충전/방전 조건의 설정 기능

제어기(44)는 충전/방전 패턴 및 패턴 실행 주기 횟수를 설정한다. 충전/방전 패턴은 다섯개의 동작 모드 즉, 충전 1, 충전 2, 방전, 일시정지, 및 최대 99에 달하는 DCR을 구비한다.

각 동작 모드에서, 다음과 같은 변수가 설정된다.

(충전 1)

(i) 데이타 기억 (데이타가 저장될 것인지 아닌지);

(ii) 약 1초 내지 10분의 데이타 샘플링 시간;

(iii) 전류원(41)의 전류 값인 0.00 내지 400.00 A의 충전 전류 값;

(iv) 각 셀(40)의 충전 전압인 0.000 내지 5.000 V의 충전 전압 값;

(v) 각 부하 전류의 최대 값인 0.00 내지 10.00 A의 부하 전류 값;

(vi) 한개 이상의 0.00 내지 400.00 A의 전류, 0.000 내지 5.000 V의 전압, 및 00H00M00S 내지 12HOOMOOS의 충전 시간을 갖는 충전 정지 조건, 및

(vii) 0.00 내지 410.00 A의 상한 전류, 0.000 내지 5.100 V의 상한 전압, 및 0.00 내지 100.0℃의 상한 온도와 같은 모니터된 값. 미리-설정된 값(0.00 내지 400.00 A) 미만인 모든 셀에 대한 전류 판독, 미리-설정된 값(0.000 내지 5.000 V와 충전을 시작한 후 00H00M00S 내지 12 HOOMOOS의 설정 시간의 경과 후) 미만인 한 개의 셀에 대한 전압 판독에 대해 체크 동작이 종료된다는 것을 알아야 한다. 모니터된 값은 모듈러 제어기로부터 판독하는 값이다.

(충전 2)

(i) 데이타 기억 (데이타가 저장될 것인지 아닌지);

(ii) 약 1초 내지 10분의 데이타 샘플링 시간;

(iii) 전류원(41)의 전류 값인 0.00 내지 400.000 A의 충전 전류 값;

(iv) 셀 세트의 충전 전압인 0.000 내지 35.000 V의 충전 전압 값;

(v) 한개 이상의 0.00 내지 400.00 A의 전류, 0.000 내지 5.000 V의 전압, 및 00H00M00S 내지 12 HOOMOOS의 충전 시간을 갖는 충전 정지 조건, 및

(vi) 0.00 내지 410.00 A의 상한 전류, 0.000 내지 5.100 V의 상한 전압, 및 0.00 내지 100.0℃의 상한 온도와 같은 모니터된 값, 미리-설정된 값 미만인 모든 셀에 대한 전류 판독, 미리-설정된 값 미만인 한 개의 셀에 대한 전압 판독 및 충전의 시작한 이래 미리-설정된 시간의 경과 후에 대해 체크 동작이 종료된다는 것을 알아야 한다. 모니터된 간은 모듈러 제어기로부터 읽는 값이다.

(방전)

(i) 데이타 기억 (데이타가 저장될 것인지 아닌지);

(ii) 약 1초 내지 10분의 데이타 샘플링 시간;

(iii) 0.00 내지 400,00 A인 하나의 일정한 전류 또는 0 내지 14000 W인 일정한 전원이 선택되는 부하 동작 모드의 선택 및 값 설정이 선택된다;

(iv) 한개 이상의 0.000 내지 5.000 V의 전압과 00H00M00S 내지 12 HOOMOOS의 충전 시간을 갖는 충전 정지 조건, 및

(v) 0.00 내지 410.00 A의 상한 전류, 0.000 내지 5.100 V의 상한 전압, 및 0.00 내지 100.0℃의 상한 온도와 같은 모니터된 값. 설정 값 미만인 모든 셀에 대한 전류 판독, 미리-설정된 값 미만인 한 개의 셀에 대한 전압 판독, 및 충전을 시작한 이래 설정 시간의 경과 후에 대해 체크 동작이 종료된다는 것을 알아야 한다. 모니터된 값은 모듈러 제어기로부터 판독하는 값이다.

(일시 정지)

(i) 데이타 기억 (데이타가 저장될 것인지 아닌지);

(ii) 약 1초 내지 10분의 데이타 샘플링 시간;

(iii) 충전/방전 전류의 시간이고, 00H00M00S 내지 12HOOMOOS의 범위내에 설정된 일시정지 시간.

[DCR (직류 저항)]

(i) 데이타 기억 (데이타가 저장될 것인지 아닌지);

(ii) 약 1초 내지 10분의 데이타 샘플링 시간;

(iii) 0.00 내지 400.00 A인 일정한 전류 1 (I1);

(iv) 0.00 내지 400.00 A인 일정한 전류 2 (I2);

(v) 00S 내지 59S이고 미리-설정된 시간의 경과까지 충전의 개시후 진행하는 방전 시간 1(Tl);

(vi) 00S 내지 59S이고 설정 시간의 경과까지 충전의 개시후 진행하는 방전시간 2(T2);

(vii) 0.00 내지 410.00 A의 상한 전류, 0.000 내지 5.000 V의 상한 전압, 및 0.00 내지 100.0℃의 상한 온도와 같은 모니터된 값. 모니터된 값은 모듈러 제어기로부터 판독하는 값이다.

3) 방전 검사의 시작/종료 기능

제어기는 충전/방전 검사가 시작되거나 또는 종료되게 한다. 검사의 시작시에, 제어기는 다음과 같은 셀 변수를 설정한다.

(i) 셀 세트의 명칭 (10 문자);

(ii) 셀 세트의 번호 (10 문자);

(iii) 1에서 7까지의 셀 수 (각각 7 문자);

(iv) 0.000 내지 99.999 1의 체적;

(v) 0.000 내지 99.999 kg의 무게, 및

(vi) 0.00 내지 100.0℃의 분위기 온도.

4) 전압, 전류, 및 온도의 디스플레이/프린팅 기능

전압, 전류, 및 온도는 모듈 제어기로부터의 각 셀로부터 판독되고 디스플레이 장치(51) 상에 디스플레이되거나 또는 데이타 출력 장치(54)로 프린트된다.

충전/방전 검사가 진행중이거나 또는 중단되었는 지에 따라 최종 데이타를 디스플레이하기 위해 3초의 시간 간격으로 판독이 수행된다. 데이타(수치값)로 써 또는 히스토그램으로써 디스플레이/프린트된다.

5) 측정 결과의 디스플레이/프린팅 기능

디스플레이 장치(51) 상에 디스플레이되거나 또는 데이타 출력 장치(54)에 의해 프린트되도록 측정된 데이타의 화일로부터 차례로 다음 내용이 산출된다.

(충전 1)

(i) 각 셀의 충전 용량 (AH,WH)

(ii) 최대/최소 온도 값 (각 온도 감지기 50에 대해)

(iii) 셀 및 셀 세트 양단의 시작/종료 전압

(충전 2)

(i) 각 셀의 충전 용량 (AH,WH)

AH : 전류 (A)/충전 시간 (H)의 적분 값

WH : 전압 (V)/충전 시간 (H)의 적분 값

(ii) 최대/최소 온도 (각 온도 감지기 50에 대해)

(iii) 셀 및 셀 세트 양단의 시작/종료 전압

(방전)

(i) 각 셀의 방전 용량 (AH,WH)

AH : 전류 (A)/방전 시간 (H)의 적분 값

WH : 전압 (V)/방전 시간 (H)의 적분 값

(ii) 최대/최소 온도 (각 온도 감지기 50에 대해)

(iii) 셀 및 셀 세트 양단의 시작/종료 전압

(일시 정지)

(i) 최대/최소 온도 (각 온도 감지기 50에 대해)

(ii) 셀 및 셀 세트 양단의 시작/종료 전압

(DCR)

(i ) 각 셀과 셀 세트로서의 DCR값 (직류 저항값 Ω)

다음 식으로부터 DCR 값이 산출된다.

DCR = │ (Vl-V2)/(I1-I2) │

여기서, V1과 V2는 전류 I1이 T1초 동안 방전되고 그후 전류 I2가 T2초 동안 방전될 때 단위 셀 또는 셀 세트의 단자 양단 모두의 전압을 가리킨다.

(ii) 전류 I1,I2이 흐르게 될 때 단위 셀 및 셀 세트 양단의 전압.

다른 평가 항목

(i) 셀 변수

(ii) 시작/종료 시간 및 그 사이의 지속시간 (각 단계에 대해)

(iii) 모니터된 항목 이외의 시작/종료 시간 및 시간 지속시간

6) 측정된 데이타의 디스플레이/프린팅 기능

측정된 데이타의 화일에서 나오는 다음 내용이 디스플레이 장치(51) 상에 디스플레이되거나 또는 데이타 출력 장치(54)로 프린트된다.

(i) 각 셀의 전압, 전류, 및 온도의 샘플 데이타 및 샘플링 시간

(ii) 셀 변수

(iii) 시작/종료 시간 및 그 사이의 시간 지속시간 (각 단계 동안에 대해)

7) 충전/방전 곡선의 디스플레이/프린팅 기능

측정된 데이타의 화일예서 나오는 다음 내용이 디스플레이 장치(51) 상에 디스플레이되거나 또는 데이타 출력 장치(54)로 프린트된다.

(i) 충전/방전 곡선 (전압, 전류, 및 온도에 대해)

(ii) 셀 변수

(iii) 디스플레이된 셀의 지정 및 선택

(iv) 디스플레이 시간 축의 설정

(v) 검사 시작일

8) 예외적인 이력의 디스플레이/프린팅 기능

데이타 기억 장치(53)에 기억된 예외적인 내용/이력(데이타)가 디스플레이 장치(51) 상에 디스플레이되거나 또는 데이타 출력 장치(54)에 의해 출력된다.

9) 측정된 데이타에 대한 저장 방법의 설정 기능

측정된 데이타의 저장과 관련하여 다음 내용이 설정된다.

(i) 데이타가 저장되어야 하는 지 또는 아닌지

만약 데이타를 저장하기 않기로 선택되면, 충전/방전 조건과 관련하여 "저장"이 무시된다.

(ii) 저장될 데이타 화일의 명칭

10) 충전/방전 조건의 프린트 기능

충전/방전 조건이 데이타 출력 장치(54)에 의해 프린트된다.

상술한 배터리 평가 장치에 있어서, 셀(40)은 제어기(44)에 의해 데이타 입력장치로부터 입력된 평가 조건에 따라 충전, 방전, 및 일시정지중에서 선택적인 조합을 갖는 검사 패턴의 배터리 평가 프로그램에 따라 전류원(41)과 가변 저항(42,47)을 제어함으로써 완전히 충전될 수 있다. 그래서, 주 전류 감지기(43), 부하 전류 감지기(48), 및 온도 감지기(50)에 근거하여 각 셀(40)로 구성된 셀 세트의 성능을 평가함으로써, 셀간의 용량 차이, 셀 세트의 참된 용량, 및 반복된 충전 및 방전으로 인한 용량 변화인 셀 세트의 참된 주기 특성이 안전하고 정확하게 평가될 수 있다.또한, 선적하기 전에 질에 대해 만족할 만한 제어는 물론, 시장에서 제조된 고장을 분석하거나 또는 발생할 수 있는 고장을 방지하기 위해, 셀 또는 셀 세트 사용의 실제 상태가 시뮬레이트될 수 있다.

제1도는 종래 배터리 충전 장치를 도시하는 블럭도.

제2도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시하는 블럭도.

제3도는 제2도에 도시된 배터리 충전 장치의 충전 전류 제어를 도시하는 그래프.

제4도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시하는 블럭도.

제5도는 제4도에 도시된 배터리 충전 장치의 충전 전류 제어를 도시하는 그래프.

제6도는 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시하는 블럭도.

제7도는 제3 실시예에 따른 배터리 충전 장치의 충전 전류 제어를 도시하는 그래프.

제8도는 본 발명의 제5 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시하는 블럭도.

제9도는 본 발명의 제6 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시하는 블럭도.

제10도는 본 발명의 제7 및 제8 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 도시하는 블럭도.

제11도는 본 발명의 제9 실시예에 따른 배터리 평가 장치를 도시하는 블럭도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 41 : 전류원 2 : 양전극 단자

3 : 음전극 단자 4, 22, 40 : 배터리 또는 셀

5 : 충전용 양전극 단자 6 : 충전용 음전극 단자

7, 47, 42 : 가변 저항 8, 24 : 셀 전압 검출기

9, 25 : 비교기 10, 26 : 전압 설정 회로

27, 48 : 부하 전류 감지기 28, 44 : 제어기

30, 43 : 주 전류 감지기 46 : A/D 변환기

49 : D/A 변환기 50 : 온도 감지기

52 : 데이타 입력 장치 53 : 데이타 기억 장치

54 : 데이타 출력 장치

Claims (6)

1. 전원 회로에서 나오는 전기를 셀에 충전하기 위한 장치에 있어서,

   상기 셀과 병렬로 접속되어 있고 상기 셀에 공급된 전류를 바꾸기 위한 전류변화 수단,

   상기 셀의 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단,

   상기 셀의 미리-설정된 전압 값을 나타내는 미리-설정된 전압을 출력하기위한 미리-설정된 전압 출력 수단, 및

   상기 미리-설정된 전압에 대한 상기 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 상기 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 상기 셀의 전압을 상기 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교하여 상기 셀의 현재 전압 값이 상기 설정 전압에 가까워짐에 따라 상기 전류 변화 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 전류 변화 수단을 제어하는 비교기-제어 수단을,

   각각 구비하는 상호 직렬로 접속되어 있는 복수의 충전 유닛,

   가변 출력 전류를 갖는 전원 회로,

   각 충전 유닛의 상기 가변 전류 수단과 각각 결합되어 있고, 각 전류 변화 수단을 통해 흐르는 상기 전류 간을 각각 검출하기 위한 다수의 제1 전류 검출 수단,

   상기 전원 회로의 출력 전류 값을 검출하기 위한 제2 전류 검출 수단, 및

   각각의 제1 전류 검출 수단의 검출 출력에 근거하여 상기 가변 전류 수단의전류 값들 중에서 최소 전류 값을 검출하고, 상기 전원 회로의 출력 전류값이 상기전원 회로에서 나오는 상기 출력 전류 값에서 상기 최소 전류 값을 뺀 전류 값과 같게 되도록 상기 전원 회로를 제어하기 위한 전원 회로 제어 수단

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 셀 충전 장치.
2. 전원 회로에서 나오는 전기를 셀에 충전하기 위한 장치에 있어서,

   상기 셀과 병렬로 접속되어 있고 상기 셀에 공급된 전류를 바꾸기 위한 전류변화 수단,

   상기 셀의 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단,

   상기 셀의 미리-설정된 전압 값을 나타내는 미리-설정된 전압을 출력하기 위한 미리-설정된 전압 출력 수단, 및

   상기 미리-설정된 전압에 대한 상기 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 상기 셀 전압 검출 수단에 의해 검출된 상기 셀의 전압을 상기 미리-설정된 전압 출력수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교하여 상기 셀의 현재 전압 값이 상기 설정 전압에 가까워짐에 따라 상기 전류 변화 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 전류 변화 수단을 제어하는 비교기-제어 수단을,

   각각 구비하는 상호 직렬로 접속되어 있는 복수의 충전 유닛,

   가변 출력 전류를 갖는 전원 회로,

   각 충전 유닛의 상기 가변 전류 수단과 각각 결합되어 있고, 각 가변 전류 수단을 통해 흐르는 전류 값을 검출하기 위한 다수의 제1 전류 검출 수단,

   상기 전원 회로의 상기 출력 전류 값을 검출하기 위한 제2 전류 검출 수단,및

   각각의 제1 전류 검출 수단의 각 검출 출력에 근거하여 상기 가변 전류 수단의 전류 값들 중에서 최대 전류 값을 검출하고, 상기 최대 전류 값으로부터 상기 가변 전류 수단을 통해 흐를 수 있는 상기 최대 전류 값을 나타내는 미리-설정된 최대 부하 값을 뺌으로써 제1 감산 전류 값을 발생하기 위한 전원 회로 제어 수단을 구비하고,

   상기 전원 회로 제어 수단은 상기 제1 감산 전류 값의 극성을 검출하고, 상기 제2 전류 검출 수단에 의해 검출된 상기 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 상기 제1 감산 전류 값을 뺌으로써 제2 감산 전류 값을 발생하고,

   상기 전원 회로 제어 수단은 또한 상기 제1 감산 전류 값이 양극일 때에만 상기 전원 회로의 출력 전류 값이 상기 제2 감산 전류 값과 같게 되도록 상기 전원회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 셀 충전 장치.
3. 배터리 팩에 있어서,

   충전 가능한 셀을 각각 갖는 복수의 충전 유닛,

   상기 셀의 양전극과 전원 회로의 양전극에 접속된 양전극 단자,

   상기 셀의 음전극과 상기 전원 회로의 음전극에 접속된 음전극 단자,

   상기 셀과 병렬로 상기 양 및 음전극 단자 양단에 접속되어 있고, 상기 셀에 공급된 전류를 변화시키기 위한 가변 전류 수단,

   상기 셀 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단,

   상기 셀의 미리-설정된 전압을 나타내는 미리-설정된 전압을 출력하기 위한미리-설정된 전압 출력 수단, 및

   상기 설정 전압에 대한 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 상기 셀 전압 검출수단에 의해 검출된 셀의 전압을 상기 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교하여 상기 셀의 현재 전압 값이 미리-설정된 전압에 가까워짐에 따라 상기 전류 변화 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 전류 변화수단을 제어하는 비교기-제어 수단을,

   각각 구비하는 상호 직렬로 접속되어 있는 상기 복수의 충전 유닛,

   각 충전 유닛의 상기 가변 전류 수단과 각각 결합되어 있고, 각 가변 전류수단을 통해 흐르는 전류 값을 검출하기 위한 다수의 제1 전류 검출 수단,

   상기 전원 회로의 출력 전류 값을 검출하기 위한 제2 전류 검출 수단, 및

   각각의 제1 전류 검출 수단의 각 검출 출력에 근거하여 상기 가변 전류 수단의 전류 값들 중에서 최소 전류 값을 검출하고, 상기 전원 회로의 상기 출력 전류 값이 상기 제2 전류 검출 수단에 의해 검출된 전원 회로에서 나오는 출력 전류 값에서 최소값을 뺀 전류값과 같게 되도록 전원 회로를 제어하는 출력 신호를 내기 위한 제어 신호 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 배터리 팩에 있어서,

   충전 가능한 셀을 각각 갖는 복수의 충전 유닛,

   상기 셀의 양전극과 전원 회로의 양전극에 접속된 양전극 단자,

   상기 셀의 응전극과 상기 전원 회로의 음전극에 접속된 음전극 단자,

   상기 셀과 병렬로 상기 양 및 음전극 단자 양단에 접속되어 있고, 상기 셀에 공급된 전류를 변화시키기 위한 가변 전류 수단,

   상기 셀 전압을 검출하기 위한 셀 전압 검출 수단,

   상기 셀의 미리-설정된 전압을 나타내는 미리-설정된 전압을 출력하기 위한미리-설정된 전압 출력 수단, 및

   상기 설정 전압에 대한 셀의 현재 전압을 검출하기 위해 상기 셀 전압 검출수단에 의해 검출된 셀의 전압을 상기 미리-설정된 전압 출력 수단에서 나오는 미리-설정된 전압에 비교하여 상기 셀의 현재 전압 값이 미리-설정된 전압에 가까워짐에 따라 상기 전류 변화 수단을 통해 흐르는 전류가 증가되도록 상기 전류 변화수단을 제어하는 비교기-제어 수단을,

   각각 구비하는 상호 직렬로 접속되어 있는 상기 복수의 충전 유닛,

   각 충전 유닛의 상기 가변 전류 수단과 각각 결합되어 있고, 각 가변 전류 수단을 통해 흐르는 전류 값을 검출하기 위한 다수의 제1 전류 검출 수단,

   상기 전원 회로의 출력 전류 값을 검출하기 위한 제2 전류 검출 수단, 및

   각각의 제1 전류 검출 수단의 각 검출 출력에 근거하여 상기 가변 전류 수단의 전류 값들 중에서 최대 전류 값을 검출하고, 상기 최대 전류 값으로부터 상기 가변 전류 수단을 통해 흐를 수 있는 최대 전류 값을 나타내는 미리-설정된 최대 부하 값을 뺌으로써 제1 감산 전류 값을 발생하기 위한 제어 신호 출력 수단을 구비하고,

   상기 전원 회로 제어 수단은 제1 감산 전류 값의 극성을 검출하고, 상기 제2 전류 검출 수단에 의해 검출된 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 상기 제1 감산전류 값을 뺌으로써 제2 감산 전류 값을 발생하고,

   상기 전원 회로 제어 수단은 또한 상기 제1 감산 전류 값이 양극일 때에만 전원 회로의 출력 전류 값이 상기 제2 감산 전류 값과 같게 되도록 제어 신호를 내는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 전원 회로에서 나오는 전기를 다수의 셀에 충전시키는 방법에 있어서,

   상기 셀에 공급된 전류를 변화시키기 위해 현재의 전압 값이 미리-설정된 전압 값에 가까워짐에 따라 가변 전류 수단을 통해 흐르는 전류가 단계적으로 증가되도록 상기 셀에 병렬로 접속된 다수의 가변 전류 수단을 제어하는 단계,

   상기 전류 값들 중에서 최소 전류 값과 상기 전원 회로의 출력 전류 값을 검출하기 위해 상기 가변 전류 수단의 전류 값을 검출하는 단계,

   상기 전원 회로의 출력 전류 값으로부터 상기 가변 전류 수단의 최소 전류 값을 행으로써 감산 전류 값을 발생하는 단계, 및

   상기 전원 회로의 상기 출력 전류 값이 상기 감산 전류 값과 같게 되도록 상기 전원 회로를 제어하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 충전 방법.
6. 배터리 평가 장치에 있어서,

   가변 전류원과, 충전 가능한 다수의 셀이 상호 직렬로 접속된 주 전류 통로에 접속된 제1 가변 저항,

   상기 주 전류 통로에 흐르는 전류의 값을 검출하기 위한 주 전류 감지기,

   상기 셀과 병렬로 접속된 다수의 제2 가변 저항,

   상기 가변 저항에 흐르는 전류의 값을 검출하기 위한 다수의 부하 전류 감지기,

   상기 주 전류 감지기와 상기 부하 전류 감지기에 의해 검출된 전류 값에 근거하여 성능을 평가하기 위해 배터리 평가 프로그램에 따라 상기 가변 전류원과 상기 제1 및 제2 가변 저항을 제어하기 위한 평가 수단,

   상기 평가 수단에 의한 평가의 결과를 출력하기 위한 출력 수단,

   상기 평가 조건을 입력하기 위한 설정 입력 수단을 구비하고,

   상기 평가 수단은 상기 설정 입력 수단에 의해 설정된 평가 조건에 따르는 배터리 평가 프로그램에 따라 상기 가변 전류원과 상기 제1 및 제2 가변 저항을 제어하고,

   상기 평가 수단은 또한 상기 주 전류 감지기와 상기 부하 전류 감지기에 의해 검출된 전류 값에 근거하여 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 배터리 평가 장치.