KR100336909B1 - a device for charging a lithum ion battery - Google Patents
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Abstract
리튬이온 전지의 특성에 따라 설정된 충전전류와 충전 전압으로 충전하고, 과충전을 방지한다.Charging with the charging current and charging voltage set according to the characteristics of the lithium ion battery, and prevents overcharging.
리튬이온 전지의 양단 전압을 검출하는 전압 검출부와, 리튬이온 전지의 온도를 검출하는 온도검출부와, 설정 전류신호에 따라 충전전류의 값을 설정하는 전류 설정부와, 전류설정부가 설정한 충전전류의 값에 따라 리튬이온 전지로 충전전류가 흐르도록 하는 전류제어부와, 리튬이온 전지의 충전전류를 검출하는 전류검출부와, 설정 전압신호에 따라 충전전압의 값을 설정하는 전압 설정부와, 전압검출부가 검출한 리튬이온 전지의 양단전압과 전압설정부가 설정한 충전전압의 차이 값에 따라 전지에 충전되는 충전전압을 제어하는 전압제어부와, 전압검출부가 검출한 리튬이온 전지의 양단 전압이 설정전압 이상인지를 검출하는 충전 안전부와, 충전안전부가 리튬이온 전지의 양단 전압이 설정전압 이상임을 판단할 경우에 리튬이온 전지의 충전전원을 차단하는 전지보호부와, 미리 설정된 값에 따라 전류설정부 및 전압설정부로 설정 전류신호 및 설정 전압신호를 출력하고 전류 검출부 및 전압검출부에서 검출되는 충전전류 및 리튬이온 전지의 전압이 설정값과 다를 경우, 온도검출부에서 검출된 온도가 설정온도 이상일 경우에 에러표시 신호를 출력하여 표시부에 표시하는 중앙제어부로 구성된다.The voltage detector detects the voltage across the lithium ion battery, the temperature detector detects the temperature of the lithium ion battery, the current setter sets the value of the charging current according to the set current signal, and the charge current set by the current setter. A current control unit for causing a charging current to flow to the lithium ion battery according to the value, a current detecting unit for detecting the charging current of the lithium ion battery, a voltage setting unit for setting the value of the charging voltage according to the set voltage signal, and a voltage detecting unit The voltage control unit controls the charging voltage charged to the battery according to the difference between the detected voltage between the both ends of the lithium ion battery and the charging voltage set by the voltage setting unit, and whether the voltage between the both ends of the lithium ion battery detected by the voltage detector is equal to or higher than the set voltage. Before charging the lithium ion battery when the charging safety unit detects a voltage and the charging safety unit determines that the voltage across the lithium ion battery A battery protection unit for blocking a voltage, and outputting the set current signal and the set voltage signal to the current setting unit and the voltage setting unit according to a preset value, and the voltage of the charging current and the lithium ion battery detected by the current detecting unit and the voltage detecting unit If it is different, it consists of a central control part which outputs an error indication signal and displays it on a display part when the temperature detected by the temperature detector is above the set temperature.
Description
본 발명은 리튬이온 전지의 충전장치에 관한 것으로, 특히, 리튬이온 전지의 개개의 특성에 따라 사용자가 충전전류와 충전전압을 미리 설정하고, 그 설정한 충전전류와 충전전압으로 리튬이온 전지에 충전하며, 설정전압 이상이 충전될 경우에 충전을 차단하여 리튬이온 전지의 과충전을 방지하는 리튬이온 전지의 충전장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging device for a lithium ion battery, and in particular, a user presets a charging current and a charging voltage according to individual characteristics of the lithium ion battery, and charges the lithium ion battery with the set charging current and the charging voltage. The present invention relates to a charging device for a lithium ion battery, which prevents overcharging of a lithium ion battery by blocking charging when a set voltage or more is charged.
다양한 휴대용 전자장치들이 많은 계층들로부터 호응을 얻어 급속히 보급됨에 따라 전기를 저장하여 각종 휴대용 전자장치들에 전원을 공급할 수 있는 전지의 수요가 급속히 늘고 있다. 특히 방전 후에 다시 충전하여 사용할 수 있는 2차전지는 자원 재활용 및 절약의 면에서 유리하기 때문에 환경보호와 관련되어 지속적으로 그 사용이 늘고 있는 실정이다.As a variety of portable electronic devices have been rapidly received by many layers, the demand for batteries capable of storing electricity and supplying power to various portable electronic devices is increasing rapidly. In particular, the secondary battery that can be recharged and used again after discharge is advantageous in terms of resource recycling and saving, and its use is continuously increasing in connection with environmental protection.
2차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서 방전 후에 다시 전원을 충전하여 사용할 수 있다. 대표적인 2차전지의 하나인 리튬이온 전지는 현재 휴대용 이동통신단말기에 널리 사용되고 있다. 상기 리튬이온 전지의 전압은 대표적인 경우 4.2V로서 충전중에는 4.2V의 전압을 일정하게 유지해야 되고, 또한 전류도 일정하게 공급하면서 충전해야 되며, 방전시에는 방전 컷오프 전압 이하로 될 경우에 2차전지로서의 특성을 잃어버리게 되므로 방전 컷오프 전압 이하로 방전되지 않도록 해야 된다.이러한 리튬이온 전지는 생산과정에서 충전 및 방전 동작을 2∼3회 정도 실시하여 2차전지로서의 특성을 가지도록 해야 된다. 그리고 리튬이온 전지에 충전할 경우에 그 리튬이온 전지의 특성에 따라 충전전류와 충전전압을 다르게 설정해야 되고, 또한 리튬이온 전지에 충전전류와 충전전압을 일정하게 공급하지 않으면, 리튬이온 전지가 과충전되거나 과열되고, 이로 인하여 폭발이나 열화되어 리튬이온 전지에 다시 충전하여 사용할 수 없게 된다.The secondary battery is a device that converts chemical energy into electrical energy, and can be used after recharging the power. Li-ion batteries, which are one of the representative secondary batteries, are widely used in portable mobile communication terminals. The voltage of the lithium ion battery is typically 4.2V, and during charging, the voltage of 4.2V should be kept constant, and the battery should be charged while supplying a constant current, and during discharge, the secondary battery should be below the discharge cutoff voltage. The characteristics of the lithium ion battery should be discharged to less than the discharge cutoff voltage. The lithium ion battery should be charged and discharged two or three times in the production process to have characteristics as a secondary battery. When charging a lithium ion battery, the charging current and the charging voltage must be set differently according to the characteristics of the lithium ion battery, and the lithium ion battery is overcharged unless the charging current and the charging voltage are constantly supplied to the lithium ion battery. Or overheated, which can cause an explosion or deterioration and recharge the lithium ion battery so that it cannot be used again.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로,The present invention was made to solve the above problems,
본 발명의 목적은 리튬이온 전지의 생산과정에서 충전할 경우에 그 리튬이온 전지의 개개의 특성에 따라 충전전류 및 충전전압을 설정하고, 설정한 충전전류 및 충전전압을 리튬이온 전지에 공급하여 충전시키는 리튬이온 전지의 충전장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to set the charging current and the charging voltage according to the individual characteristics of the lithium ion battery when charging in the production process of the lithium ion battery, and to supply the set charging current and charging voltage to the lithium ion battery It is to provide a charging device of a lithium ion battery.
본 발명의 다른 목적은 리튬이온 전지의 충전전압이 설정전압 이상일 경우에 리튬이온 전지의 충전전원을 차단시켜 리튬이온 전지의 과충전에 의한 폭발이나 열화를 방지하는 리튬이온 전지의 충전장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a charging device for a lithium ion battery which prevents explosion or deterioration due to overcharging of a lithium ion battery by cutting off the charging power of the lithium ion battery when the charging voltage of the lithium ion battery is higher than or equal to the set voltage. .
도 1은 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 충전장치의 구성을 보인 블록도이고,1 is a block diagram showing the configuration of a charging device for a lithium ion battery according to the present invention,
도 2는 도 1의 전압검출부, 전류검출부, 전류제어부, 전류설정부, 전압제어부 및 전지보호부의 구성을 보인 회로도이며,FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the voltage detector, the current detector, the current controller, the current controller, the voltage controller, and the battery protector of FIG.
도 3은 도 1의 충전장치에서 중앙제어부의 동작을 보인 신호흐름도이다.3 is a signal flow diagram illustrating an operation of a central controller in the charging device of FIG. 1.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
11 : 전압검출부 12 : 온도검출부11: voltage detector 12: temperature detector
13 : 전류검출부 14 : 전류제어부13 current detection unit 14 current control unit
15 : 충전전원공급부 16 : 전압제어부15: charging power supply unit 16: voltage control unit
17 : 중앙제어부 18 : 전류설정부17: central control unit 18: current setting unit
19 : 전압설정부 20 : 전지보호부21 : 표시부 22 : 리튬이온 전지23 : 충전안전부19: voltage setting unit 20: battery protection unit 21: display unit 22: lithium ion battery 23: charging safety unit
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 충전장치는, 리튬이온 전지의 양단 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 리튬이온 전지의 온도를 검출하는 온도검출부와, 설정 전류신호에 따라 충전전류의 값을 설정하는 전류 설정부와, 상기 전류설정부가 설정한 충전전류의 값에 따라 충전전원 공급부에서 션트저항을 통해 리튬이온 전지로 충전전류가 흐르도록 하는 전류제어부와, 충전 전원공급부와 상기 리튬이온 전지의 사이에 연결된 션트저항의 양단 전압으로 상기 리튬이온 전지의 충전전류를 검출하는 전류검출부와, 설정 전압신호에 따라 충전전압의 값을 설정하는 전압 설정부와, 상기 전압검출부가 검출한 리튬이온 전지의 양단전압과 상기 전압설정부가 설정한 충전전압의 차이 값에 따라 상기 전지에 충전되는 충전전압을 제어하는 전압제어부와, 상기 전압검출부가 검출한 리튬이온 전지의 양단 전압이 설정전압 이상인지를 검출하는 충전 안전부와, 상기 충전안전부가 리튬이온 전지의 양단 전압이 설정전압 이상임을 판단할 경우에 상기 리튬이온 전지의 충전전원을 차단하는 전지보호부와, 미리 설정된 값에 따라 상기 전류설정부 및 전압설정부로 설정 전류신호 및 설정 전압신호를 출력하고 상기 전류 검출부 및 전압검출부에서 검출되는 충전전류 및 리튬이온 전지의 전압이 설정값과 다를 경우, 상기 온도검출부에서 검출된 온도가 설정온도 이상일 경우에 에러표시 신호를 출력하여 표시부에 표시하는 중앙제어부로 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a charging device for a lithium ion battery according to the present invention includes a voltage detector for detecting a voltage at both ends of a lithium ion battery, a temperature detector for detecting a temperature of the lithium ion battery, and a set current signal. A current setting unit for setting a value of the charging current, a current control unit for allowing a charging current to flow from the charging power supply unit to the lithium ion battery through a shunt resistor according to the value of the charging current set by the current setting unit, and a charging power supply unit; A current detector for detecting a charging current of the lithium ion battery at a voltage across the shunt resistor connected between the lithium ion batteries, a voltage setting unit for setting a value of the charging voltage according to a set voltage signal, and the voltage detecting unit is detected Charged to the battery according to the difference between the voltage between the both ends of the lithium ion battery and the charging voltage set by the voltage setting unit When the voltage control unit for controlling the voltage, the charge safety unit for detecting whether the voltage across the lithium ion battery detected by the voltage detector is greater than the set voltage, and the charge safety unit determines that the voltage at both ends of the lithium ion battery is greater than the set voltage. A battery protection unit which cuts off the charging power of the lithium ion battery, and outputs a set current signal and a set voltage signal to the current setting unit and the voltage setting unit according to a preset value, and is detected by the current detecting unit and the voltage detecting unit. And a central control unit for outputting an error display signal and displaying the error display signal when the temperature of the lithium ion battery is different from the set value, when the temperature detected by the temperature detector is greater than or equal to the set temperature.
상기와 같이 구성된 본 발명을 실시예를 들어 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다.An embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 충전장치의 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.1 is a block diagram showing the configuration of a charging device for a lithium ion battery according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이 전압검출부(11)는 리튬이온 전지(22)의 단자전압을 검출하여 검출전압(OUT-VOLT)을 출력한다. 온도검출부(12)는 상기 리튬이온 전지(22)의 표면에 서미스터(도면에 도시되지 않았음)를 접촉하고 그 접촉한 서미스터를 통해 리튬이온 전지(22)의 온도를 검출한다. 전류검출부(13)는 충전전원을 발생하는 충전전원 공급부(15)와 상기 리튬이온 전지(22)의 사이에 연결된 전류제어부(14)의 션트저항(R13)의 양단전압을 검출하고 그 검출한 전압을 중앙제어부(17)로 입력시키는 것으로서 중앙제어부(17)는 전류검출부(13)의 출력전압(OUT-CURR)을 전류에 대응시켜 상기 션트저항(R13)을 통해 리튬이온 전지(22)로 공급되는 충전전류를 검출한다. 즉, 상기 션트저항(R13)을 통해 충전전류가 흐를 경우에 그 션트저항(R13)에서 전압강하가 발생하는 것으로 중앙제어부(17)는 상기 션트저항(R13)의 양단전압으로 리튬이온 전지(22)의 충전전류를 검출한다.전류 설정부(18) 및 전압 설정부(19)는, 사용자의 설정 값에 따라 중앙 제어부(17)가 출력하는 설정 전류신호 및 설정 전압신호로 리튬이온 전지(22)에 공급되는 충전전류 및 충전전압을 각기 설정한다. 전류제어부(14)는 상기 충전전원 공급부(15)에서 상기 리튬이온 전지(22)에 공급되는 충전전류를 상기 션트저항(R13)의 양단전압으로 검출하고 검출한 션트저항(R13)의 양단전압과 상기 전류설정부(18)의 설정 충전전류에 대응되는 충전전류 설정전압(SET-CURR)을 비교하여 그 검출전압과 설정전압(SET-CURR)이 같아지도록 전지(22)에 공급되는 충전전류를 제어한다. 그리고 전압제어부(16)는 상기 전압검출부(11)에서 검출되는 리튬이온 전지(22)의 양단전압(CHG-VOLT)과 전압설정부(19)의 충전 설정전압(SET-VOLT)을 비교하여 차이 값을 검출하고, 검출한 차이 값을 오차 값으로 증폭하여 전류제어소자를 제어한다. 충전안전부(23)는 상기 전압검출부(11)의 검출전압(OUT-VOLT)을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 검출전압(CHG-VOLT)이 기준전압보다 큰 경우에 에러 신호를 출력한다. 전지보호부(20)는 충전안전부(23)에서 출력되는 에러신호에 의해 상기 리튬이온 전지(22)와 충전 전원공급부(15)를 차단하여 리튬이온 전지(22)에 전원이 충전되지 못하도록 한다. 중앙제어부(17)는 사용자가 입력하는 충전전류 및 충전전압의 값에 따라 설정 전류신호 및 설정 전압신호를 출력하고, 그 출력한 설정 전류신호 및 설정 전압신호에 따라 상기 전류 설정부(18) 및 전압설정부(19)가 각기 상기 리튬이온 전지(22)에 충전할 충전전류와 충전전압을 설정한다. 또한 중앙제어부(17)는, 상기 전압검출부(11) 및 전류검출부(13)가 각기 검출하는 리튬이온 전지(22)의 충전전압 및 충전전류가 설정한 충전전압 및 충전전류의 값과 다를 경우, 그리고 상기 온도검출부(12)에서 검출된 온도가 설정온도 이상일 경우에 에러표시 신호를 출력한다. 표시부(21)는 상기 중앙제어부(17)가 출력하는 상기 에러표시 신호를 입력받아 에러를 표시한다.도 2는 도 1의 전압검출부, 전류검출부, 전류제어부, 전류설정부, 전압제어부 및 전지보호부가 도시된다. 충전전원공급부(15)의 +단자(CHG-POWER+)가 션트저항(R13)과, 전계효과 트랜지스터(Q1)와, 다이오드(D5)와, 릴레이(RLY1)를 순차적으로 통해, 전원을 충전할 리튬이온 전지(22)의 +단자(CELL+)에 연결되고, 충전전원 공급부(15)의 -단자(CHG-POWER)는 그라운드에 연결된다. 상기 충전전원공급부(15)에서 공급되는 전류가 션트저항(R13)을 통해 흐를 경우에 션트저항(R13)에서 전압강하가 발생한다. 전류검출부(13)는 션트저항(R13)에서 발생된 전압강하에 따른 양단 전압을 증폭하여 출력한다. 예를 들면, 션트저항(R13)의 저항값이 0.1Ω이고, 공급되는 전류 및 전압이 각기 1A와 5V라고 가정할 경우에, 션트저항(R13)의 양단전압은 0.1V가 되고, 이 0.1V의 전압이 전류검출부(13)의 차동증폭기(U3)의 반전단자(-)와 비반전단자(+)에 입력되어 증폭된다. 차동증폭기(U3)은 션트저항(R13)의 양단전압을 일정한 증폭비(예를 들면, 40배)로 증폭하여 출력한다. 따라서, 션트저항(R13)의 양단전압이 0.1V이면, 차동증폭기(3)은 4V의 출력전압(OUT-CURR)을 출력하고, 이 출력전압(OUT-CURR)의 값은 중앙제어부(17)에 입력된다. 중앙제어부(17)는 4V의 출력전압(OUT-CURR)이 전류검출부(13)로부터 4V의 출력전압(OUT-CURR)이 입력되면, 션트저항(R13)을 통해 1A의 전류가 흘러 전지에 충전되는 것을 판단한다. 마찬가지로, 중앙제어부(17)는 전류검출부(13)로부터 10V가 입력되면 2.5A의 전류가 션트저항(R13)을 통해 흐르는 것으로 판단한다.As shown in the drawing, the voltage detector 11 detects the terminal voltage of the lithium ion battery 22 and outputs the detection voltage OUT-VOLT. The temperature detector 12 contacts a thermistor (not shown) on the surface of the lithium ion battery 22 and detects the temperature of the lithium ion battery 22 through the contacted thermistor. The current detector 13 detects a voltage between both ends of the shunt resistor R13 of the current control unit 14 connected between the charging power supply unit 15 generating the charging power and the lithium ion battery 22 and detects the voltage. Input to the central control unit 17, the central control unit 17 is supplied to the lithium ion battery 22 through the shunt resistor (R13) corresponding to the output voltage (OUT-CURR) of the current detection unit 13 to the current Detect the charging current. That is, when the charging current flows through the shunt resistor R13, a voltage drop occurs in the shunt resistor R13. The central controller 17 generates a lithium ion battery 22 at a voltage between both ends of the shunt resistor R13. The current setting unit 18 and the voltage setting unit 19 use the lithium ion battery 22 as a set current signal and a set voltage signal output from the central control unit 17 according to the user's set value. Set the charging current and charging voltage respectively. The current control unit 14 detects the charging current supplied from the charging power supply unit 15 to the lithium ion battery 22 as the voltage between both ends of the shunt resistor R13, and detects the voltage between both ends of the shunt resistor R13. The charging current supplied to the battery 22 is compared to compare the charging current set voltage SET-CURR corresponding to the set charging current of the current setting unit 18 so that the detected voltage and the set voltage SET-CURR are the same. To control. The voltage controller 16 compares the voltage CHG-VOLT of the lithium ion battery 22 detected by the voltage detector 11 with the charge set voltage SET-VOLT of the voltage setter 19. The value is detected, and the current difference is controlled by amplifying the detected difference value to an error value. The charging safety unit 23 compares the detection voltage OUT-VOLT of the voltage detector 11 with a preset reference voltage and outputs an error signal when the detection voltage CHG-VOLT is greater than the reference voltage. The battery protection unit 20 blocks the lithium ion battery 22 and the charging power supply unit 15 by an error signal output from the charging safety unit 23 to prevent the lithium ion battery 22 from being charged with power. The central controller 17 outputs a set current signal and a set voltage signal according to the value of the charging current and the charging voltage input by the user, and according to the output set current signal and the set voltage signal, the current setting unit 18 and The voltage setting unit 19 sets the charging current and the charging voltage to charge the lithium ion battery 22, respectively. In addition, when the charge voltage and the charge current of the lithium ion battery 22 respectively detected by the voltage detector 11 and the current detector 13 are different from the values of the set charge voltage and the charge current, When the temperature detected by the temperature detector 12 is equal to or higher than the set temperature, an error display signal is output. The display unit 21 receives the error display signal output from the central controller 17 to display an error. FIG. 2 shows a voltage detector, a current detector, a current controller, a current controller, a voltage controller, and a battery protection of FIG. The addition is shown. The + terminal CHG-POWER + of the charging power supply unit 15 sequentially charges the power through the shunt resistor R13, the field effect transistor Q1, the diode D5, and the relay RLY1. The + terminal CELL + of the ion battery 22 is connected, and the-terminal CHG-POWER of the charging power supply 15 is connected to the ground. When the current supplied from the charging power supply unit 15 flows through the shunt resistor R13, a voltage drop occurs in the shunt resistor R13. The current detector 13 amplifies and outputs the voltage at both ends according to the voltage drop generated by the shunt resistor R13. For example, assuming that the resistance value of the shunt resistor R13 is 0.1 Ω and the supplied current and voltage are 1A and 5V, respectively, the voltage at both ends of the shunt resistor R13 is 0.1V, which is 0.1V. Is input to the inverting terminal (-) and the non-inverting terminal (+) of the differential amplifier U3 of the current detector 13 and amplified. The differential amplifier U3 amplifies and outputs the voltage at both ends of the shunt resistor R13 at a constant amplification ratio (for example, 40 times). Therefore, when the voltage across the shunt resistor R13 is 0.1V, the differential amplifier 3 outputs the output voltage OUT-CURR of 4V, and the value of the output voltage OUT-CURR is the central controller 17. Is entered. When the 4V output voltage OUT-CURR is input from the current detector 13 and the 4V output voltage OUT-CURR is input to the central controller 17, a current of 1A flows through the shunt resistor R13 to charge the battery. Judge it. Similarly, the central controller 17 determines that a current of 2.5 A flows through the shunt resistor R13 when 10 V is input from the current detector 13.
전압검출부(11)는 충전전원공급부(15)에서 전지(22)까지의 전선의 저항을 고려하여 리튬이온 전지(20)의 +단자(CHG-VOLT0+)와 -단자(CHG-VOLT-) 사이의 전압을 직접 검출하여 증폭률 1의 증폭기(U5)에 인가하여 검출하고, 검출전압(OUT-VOLT)을 전압제어부(16), 중앙제어부(17) 및 충전안전부(23)로 출력한다.The voltage detector 11 is provided between the + terminal (CHG-VOLT0 +) and the-terminal (CHG-VOLT-) of the lithium ion battery 20 in consideration of the resistance of the wire from the charging power supply unit 15 to the battery 22. The voltage is directly detected and applied to the amplifier U5 having an amplification factor 1 to detect the voltage. The detected voltage OUT-VOLT is output to the voltage controller 16, the central controller 17, and the charging safety unit 23.
전류제어부(14)는 충전전원 공급부(15)에서 입력되는 전류를 션트저항(R13)의 전단에서 저항(R16), 전계효과 트랜지스터(Q2), 저항(R30), 저항(R34) 및 가변저항(VR4)를 통해 분기한다. 저항(R30, R34)와 가변저항(VR4)에 인가되는 전압은 오차증폭기(U1)의 반전단자(-)에 입력되어, 오차증폭기(U1)의 비반전단자(+)에 입력되는 설정전류에 대응하는 전압(SET-CURR)과 비교 증폭된다. 즉, 전원공급부(15)에서 1A, 5V의 전원이 션트저항(R13)에 공급될 때, 저항(R16)을 통해 분기되는 전류는 저항(R30, R34)와 가변저항(VR4)에 전압강하를 일으키며, 전원 공급의 초기에 그 전압은 오차증폭기(U1)의 비반전단자(+)에 입력되는 설정전류에 대응하는 전압보다 작으므로 오차증폭기(U1)는 그 오차전압을 증폭하여 출력한다. 오차증폭기(U1)의 출력은 전계효과 트랜지스터(Q2)의 게이트에 인가되어 전계효과 트랜지스터(Q2)를 도통시키고, 그 전계효과 트랜지스터(Q2)의 게이트에 인가된 전압의 세기에 따라 전계효과 트랜지스터(Q2)의 드레인에서 소오스로 흐르는 전류도 비례하므로, 상기 오차전압이 클수록 전계효과 트랜지스터(Q2)의 게이트에 인가되는 전압도 커져 드레인에서 소오스로 흐르는 전류도 크게 된다.The current controller 14 transmits the current input from the charging power supply 15 to the resistor R16, the field effect transistor Q2, the resistor R30, the resistor R34, and the variable resistor at the front of the shunt resistor R13. Branching through VR4). The voltages applied to the resistors R30 and R34 and the variable resistor VR4 are input to the inverting terminal (-) of the error amplifier U1, and to the set current input to the non-inverting terminal (+) of the error amplifier U1. Comparative amplification with the corresponding voltage SET-CURR. That is, when power of 1A and 5V is supplied to the shunt resistor R13 from the power supply unit 15, the current branched through the resistor R16 causes a voltage drop to the resistors R30 and R34 and the variable resistor VR4. In the initial stage of power supply, since the voltage is smaller than the voltage corresponding to the set current input to the non-inverting terminal (+) of the error amplifier U1, the error amplifier U1 amplifies and outputs the error voltage. The output of the error amplifier U1 is applied to the gate of the field effect transistor Q2 to conduct the field effect transistor Q2, and according to the strength of the voltage applied to the gate of the field effect transistor Q2, Since the current flowing from the drain to the source of Q2) is also proportional, the larger the error voltage, the greater the voltage applied to the gate of the field effect transistor Q2, and the larger the current flowing from the drain to the source.
전계효과 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르는 전류가 크게 되면, 저항(R30, R34)과 가변저항(VR4)의 전압도 커지고, 오차증폭기(U1)의 반전단자(-)에 인가되는 전압도 커진다. 오차증폭기(U1)의 반전단자(-)의 전압이 비반전단자(+)의 전압보다 크면, 오차증폭기(U1)는 -전압을 출력하고, 그에따라 전계효과 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르는 전류가 적어져 다시 저항(R30, R34)와 가변저항(VR4)에 인가되는 전압이 작아진다. 그러면, 오차증폭기(U1)의 비반전단자(+)의 전압이 반전단자(-)의 전압보다 더 크게되어 다시 오차증폭기(U1)는 세기가 큰 +전압을 출력하게 되고, 전계효과 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르는 전류가 다시 커지게 된다.When the current flowing through the field effect transistor Q2 increases, the voltages of the resistors R30 and R34 and the variable resistor VR4 also increase, and the voltage applied to the inverting terminal (-) of the error amplifier U1 also increases. If the voltage of the inverting terminal (-) of the error amplifier (U1) is greater than the voltage of the non-inverting terminal (+), the error amplifier (U1) outputs a-voltage, and accordingly the current flowing through the field effect transistor (Q2) As a result, the voltage applied to the resistors R30 and R34 and the variable resistor VR4 decreases again. Then, the voltage of the non-inverting terminal (+) of the error amplifier (U1) is greater than the voltage of the inverting terminal (-), and the error amplifier (U1) again outputs a + voltage having a high intensity, the field effect transistor (Q2) The current flowing through) increases again.
션트저항(R13)으로 흐르는 전원이 5V, 1A일 때, 그 전압강하가 0.1V이므로, 저항(R30, R34)와 가변저항(VR4)에 인가되는 전압을 5V-0.1V = 4.9V가 되도록 하면 션트저항(R13)으로 흐르는 전류는 1A가 된다. 따라서, 오차증폭기(U1)의 비반전단자(+)에 인가되는 전압을 4.9V가 되게하면 션트저항(R13)으로 흐르는 전류를 1A로 제어할 수 있다. 오차증폭기(U1)의 반전단자(-)의 전압을 저항(R30, R34)와 가변저항(VR4)에 의해 인가하는 이유는 저항(R30, R34)에 의해 4.9V 근처의 전압이 인가되도록 하고 나머지 오차전압을 가변저항(VR4)으로 조정하기 위함이다.When the power supply to the shunt resistor R13 is 5V and 1A, the voltage drop is 0.1V. Therefore, if the voltages applied to the resistors R30 and R34 and the variable resistor VR4 are set to 5V-0.1V = 4.9V. The current flowing through the shunt resistor R13 is 1 A. Therefore, when the voltage applied to the non-inverting terminal (+) of the error amplifier U1 is 4.9V, the current flowing through the shunt resistor R13 can be controlled to 1A. The reason why the voltage of the inverting terminal (-) of the error amplifier U1 is applied by the resistors R30 and R34 and the variable resistor VR4 is that the voltage near 4.9V is applied by the resistors R30 and R34 and the rest is applied. This is to adjust the error voltage to the variable resistor VR4.
전압제어부(16)는 상기 전압검출부(11)에서 출력되는 리튬이온 전지(22)의 검출전압(OUT-VOLT)을 설정전압(SET_VOLT)과 비교한다. 설정전압(SET_VOLT)은 리튬이온 전지(22)의 전압이 어느정도 충전될 때까지 리튬이온 전지(22)의 전압보다 크므로 연산증폭기(U4)는 "하이"신호(예를들면, 12V)를 출력한다. 연산증폭기(U4)의 출력은 저항(R18)을 통해 전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트에 인가된다. 또한 전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트는 다이오드(D3)를 통해 오차증폭기(U2)의 출력단자에 연결된다. 오차증폭기(U2)의 비반전단자(+)에 션트저항(R13)에서 강하된 전압(본 실시예에서, 4.9V)이 인가되고, 오차증폭기(U2)의 반전단자(-)에는 저항(R16)에서 강하된 전압(본 실시예에서, 4.9V)이 인가된다. 따라서, 오차증폭기(U2)의 반전단자(-)와 비반전단자(+) 사이의 오프셋 전압이 증폭되어 출력된다. 이 전압은 전계효과 트랜지스터(Q1)를 통해 흐르는 전류가 1A가 되는 전압이 되도록 하며, 예를들어 4.2V 정도이다. 전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트 전압은 이 전압과 동일하게 되고(다이오드의 전압강하 무시), 오차증폭기(U4)의 출력전압의 나머지는 저항(R18)에 인가된다.The voltage controller 16 compares the detection voltage OUT-VOLT of the lithium ion battery 22 output from the voltage detector 11 with the set voltage SET_VOLT. Since the set voltage SET_VOLT is greater than the voltage of the lithium ion battery 22 until the voltage of the lithium ion battery 22 is charged to some degree, the operational amplifier U4 outputs a "high" signal (eg, 12V). do. The output of the operational amplifier U4 is applied to the gate of the field effect transistor Q1 through the resistor R18. In addition, the gate of the field effect transistor Q1 is connected to the output terminal of the error amplifier U2 through the diode D3. The voltage (4.9 V) dropped from the shunt resistor R13 is applied to the non-inverting terminal (+) of the error amplifier U2, and the resistance R16 is applied to the inverting terminal (-) of the error amplifier U2. ) Is applied at 4.9V. Therefore, the offset voltage between the inverting terminal (-) and the non-inverting terminal (+) of the error amplifier U2 is amplified and output. This voltage is such that the current flowing through the field effect transistor Q1 becomes 1A, for example, about 4.2V. The gate voltage of the field effect transistor Q1 becomes equal to this voltage (ignoring the voltage drop of the diode), and the rest of the output voltage of the error amplifier U4 is applied to the resistor R18.
이렇게 리튬이온 전지(22)에 충전이 이루어져 전지(22)의 충전전압이 증가하고, 설정전압(SET_VOLT)에 도달하게 되면, 연산증폭기(U4)의 출력전압은 낮아져 오차증폭기(U2)의 출력전압보다 낮아지게 된다. 따라서, 전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트에 오차증폭기(U2)의 출력은 다이오드(D3)에 의해 인가되지 않고, 연산증폭기(U4)의 출력전압이 인가되어 그것을 통하여 흐르는 전류는 감소하게 된다. 션트저항(R13)에서 강하되는 전압도 적어지게 되어 정전압 충전모드로 이행한다.In this way, when the lithium ion battery 22 is charged and the charging voltage of the battery 22 increases and the set voltage SET_VOLT is reached, the output voltage of the operational amplifier U4 is lowered to output the error amplifier U2. Will be lower. Accordingly, the output of the error amplifier U2 is not applied to the gate of the field effect transistor Q1 by the diode D3, and the output voltage of the operational amplifier U4 is applied to reduce the current flowing therethrough. The voltage dropped by the shunt resistor R13 also becomes small, thereby shifting to the constant voltage charging mode.
연산증폭기(U4)의 출력은 전지(22)의 충전전압이 설정전압(예를들면, 4.2V)보다 매우 낮을 경우에 그 오차전압을 증폭하게 되므로 +12V이지만, 전지의 충전전압이 설정전압에 근접함에 따라 오차전압이 작아져 증폭되므로 4.2V가 된다. 전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트 전압이 4.2V가 되면, 그 전압에 따라 전계효과 트랜지스터(Q1)의 소오스와 드레인 사이에 흐르는 전류도 작아지게 된다. 따라서, 전지의 충전전압이 4.2V에 이르게 되면 충전전류를 감소시키지만, 충전전압은 일정하게 유지된다.The output of the operational amplifier U4 is + 12V because the error voltage is amplified when the charge voltage of the battery 22 is very lower than the set voltage (for example, 4.2V), but the charge voltage of the battery is set to the set voltage. As they approach, the error voltage becomes smaller and amplified, resulting in 4.2V. When the gate voltage of the field effect transistor Q1 becomes 4.2V, the current flowing between the source and the drain of the field effect transistor Q1 also decreases according to the voltage. Therefore, when the charging voltage of the battery reaches 4.2V, the charging current is reduced, but the charging voltage is kept constant.
도 3에 도 1의 충전장치를 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트가 도시된다.3 is a flowchart showing a method of controlling the charging device of FIG. 1.
단계 S31에서, 중앙제어부(17)가 각종 파라메터를 초기화하고, 단계 S32에서 사용자가 입력하는 충전전류 및 충전전압을 전류설정부(18)와 전압설정부(19)로 출력하여 리튬이온 전지(22)에 충전될 충전전류와 충전전압을 설정한다. 단계 S33에서, 전압검출부(11)에서 입력되는 충전전지(22)의 검출전압이 설정전압보다 큰지를 판단한다. 검출전압이 설정전압보다 큰 경우, 단계 S34에서 표시부(21)에 에러표시를 한다. 단계 S35에서, 전류검출부(13)에서 입력되는 충전전지(22)의 검출전류가 설정전류보다 큰지를 판단한다. 검출전류가 설정전류보다 큰 경우, 단계 S36에서 표시부(21)에 에러표시를 한다. 단계 S37에서, 온도검출부(12)에서 입력되는 충전전지(22)의 검출온도가 설정온도보다 큰지를 판단한다. 검출온도가 설정온도보다 큰 경우, 단계 S38에서 표시부(21)에 에러표시를 한다. 상기 단계에서 검출전압, 검출전류 및 검출온도가 설정전압, 설정전류 및 설정온도보다 크지 않을 경우, 그리고 상기 단계 S34, S36, S38에서 에러를 표시한 후, 단계 S39에서, 검출전압과 검출전류가 설정전압과 설정전류와 같은지를 판단하여 같지 않으면, 상기 단계 S33 이하의 과정을 반복하고, 같으면, 단계 S40에서 충전완료를 표시함과 동시에 충전을 종료한다.In step S31, the central controller 17 initializes various parameters, and in step S32, the charging current and the charging voltage input by the user are outputted to the current setting unit 18 and the voltage setting unit 19 to output the lithium ion battery 22. ) Set the charging current and charging voltage to be charged. In step S33, it is determined whether the detected voltage of the rechargeable battery 22 input from the voltage detector 11 is greater than the set voltage. If the detected voltage is larger than the set voltage, an error indication is made to the display unit 21 in step S34. In step S35, it is determined whether the detection current of the charge battery 22 input from the current detection unit 13 is greater than the set current. If the detected current is larger than the set current, an error indication is made to the display portion 21 in step S36. In step S37, it is determined whether the detected temperature of the rechargeable battery 22 input from the temperature detector 12 is greater than the set temperature. If the detected temperature is larger than the set temperature, an error indication is made on the display unit 21 in step S38. When the detected voltage, the detected current and the detected temperature are not greater than the set voltage, the set current and the set temperature in the step, and after displaying an error in the steps S34, S36, S38, in step S39, the detected voltage and the detected current are If it is determined that the set voltage is equal to the set current and is not the same, the process of step S33 or less is repeated.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 션트저항에서 발생되는 전압강하에 따른 양단전압과 설정전압을 비교하여 그 오차전압에 의해 전류제어소자를 제어함으로써, 리튬이온 전지의 충전전류 및 충전전압을 사용자의 설정에 따라 정확하게 공급할 수 있고, 리튬이온 전지의 양단전압을 단자에서 직접 검출하여 설정전압을 초과하면 충전을 중지함으로써 과충전에 의한 폭발이나 열화를 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, by comparing the voltage between both ends according to the voltage drop generated in the shunt resistor and the set voltage and controlling the current control element by the error voltage, the charging current and the charging voltage of the lithium ion battery are controlled. It can be supplied correctly according to the setting, and if the voltage of both ends of the lithium ion battery is directly detected at the terminal and the set voltage is exceeded, charging can be stopped to prevent explosion or deterioration due to overcharging.
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