KR100350878B1 - 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과방전 배터리를 충전함에 있어 먼저 정전류를 배터리에 인가하여 그의 내부저항을 측정한 후 측정된 피측정 배터리의 내부저항이 피측정 배터리가 과방전배터리라고 판단되면 정전압 충전을 하고, 정상적인 배터리라고 판단되면 정전류 충전을 하도록 하는 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전 제어방법에 관한 것이다.

종래에는 과방전배터리의 충전시 과방전배터리의 내부저항이 커 순간적으로 최대 충전전압 이상이 뜨게 될때 충전이 완료된 것으로 판단되어 더이상 충전이 이루어지지 않게 되는데 그에 따라 새 배터리도 과방전되었을때 충전이 안된다는 이유로 버리게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 먼저 충전하고자하는 배터리(10)에 정전류를 인가하여 내부저항을 측정하고, 이때의 측정 내부저항이 배터리(10)가 과방전 배터리라고 판단될 기준 저항으로서 예컨대 20 Ω이상의 저항값을 갖게 되면 예컨대 1시간 동안의 정전압 충전을 한 후 다시 내부저항을 측정하는 동작을 반복수행하다가 20 Ω이하로 떨어진 경우에는 충전완료시 까지 정전류 충전을 하도록 하는 단계로 이루어져 있는 발명임.

Description

배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법

본 발명은 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과방전 배터리를 충전함에 있어 먼저 1 암페어의 정전류를 배터리에 인가하여 그의 내부저항을 측정한 후 측정된 피측정 배터리의 내부 저항이 피측정 배터리가 과방전배터리라고 판단될 저항값이 예컨대 20 Ω이상이면 특별 충전으로서 정전압 충전을 하고 내부저항이 20 Ω이하라고 판단되면 정전류 충전을 하도록 하는 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 초기 엔진시동시 스타터 모터의 구동이나 기타 전장품에 필요한 전류의 공급을 위해 배터리가 장착되어 있고, 또한 최근에는 대기오염의 문제로 공해발생이 적은 전기자동차의 실용화에 많은 연구가 이루어지고 있는데 특히 전기자동차에서는 모든 동력을 2차전지인 납축전지 즉 배터리로부터 얻도록 되어 있다.

이러한 배터리는 주행중 구동휠의 회전력을 역이용하여 발전을 한 후 다시 재충전시키면서 사용할 수 있도록 되어 있으며, 경우에 따라 차량을 사용하지 않고 장시간 방치하는 경우에는 자연적인 소모에 의해 과방전된다.

종래 과방전된 차량용 또는 전기자동차용 납배터리(2시간 이상 방치시 개로전압이 11 V이하인 배터리)는 정상적인 배터리에 비해 내부저항이 커지게 되는데 충전기를 이용하여 일반적인 충전법인 정전류 충전을 할 경우 1 A의 낮은 전류를 인가하여도 충전전압이 순간적으로 16V 이상 뜨게 된다.

그런데 일반 충전기의 경우 최대 충전전압은 배터리의 충전시 가스발생전압인 보통 14.4 V 이하로 설정해 충전하고 그 이상의 전압이 충전되면 자동적으로 충전작용을 종료하도록 이루어져 있기 때문에 앞의 경우와 같이 정전류 충전시 충전초기에 순간적으로 고전압 즉 최대한계전압이 뜨게 되면 이 순간 전압은 충전 최대전압에 해당되어 오류신호를 내보내면서 충전작용이 종료되도록 되어있다.

그러나 기존 납 배터리의 경우 차량을 사용치 않고 한달 정도 방치하게 되면 9V 이하의 전압 즉 과방전상태에 도달하게 되는 매우 일반적인 현상인데 위와 같은 이유로 해서 방치된 새 배터리를 못쓰게 된 것으로 판단하여 버리게 되는 문제점이 있었다.

그러므로 과방전 배터리는 특별한 충전법을 써야 하는데, 개로전압의 측정만으로 과방전전지를 확인할 수 없는 문제점이 있는데, 방전시험시 혹은 전기자동차의 주행시 보통 9.9 V까지 방전케 되고, 시험 종료후에도 1시간 가량 지나야 12 V가 넘게 되는데 , 이때 11 이하라고 해서 이 배터리가 과방전 배터리가 아니기 때문이다.

따라서 개로전압의 측정에 의한 방법 이외의 방법으로 과방전 배터리를 확인하여야 되고, 과방전 배터리라고 판단되면 이를 특별충전법으로 충전해 주는 충전방법의 필요성이 대두된다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 배터리 충전시 그 배터리가 과방전된 배터리인지 또는 정상적인 배터리인지 여부를 확인하기 위하여 예컨대 1 A의 정전류를 인가하고, 그로부터 배터리의 내부저항이 20 Ω이상인지 또는 그 이하인지를 판단하여 20 Ω이상이라고 판단되면 과방전된 배터리라고 판단되어 일정 전압을 인가해 주는 정전압 충전을 하다가 예컨대 1 시간 후 위와 같은 방법으로 배터리의 내부저항을 다시 측정하여 20 Ω이하가 되면 이후부터는 충전완료시까지 정전류충전을 하도록 하는 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.

도 1은 배터리의 충방전 상태 따른 내부저항의 변화를 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 충전제어장치의 구성도를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

10 - 자동차 배터리, 12 - 홀소자,

20 - 아날로그/디지탈변환부, 20a - 전압검출부,

20b - 전류검출부, 20c - A/D변환기,

30 - 비교연산부, 40 - 충전기,

40a - 정전압원, 40b - 정전류원,

40c - 스위칭부, 40d - 콘트롤러.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은 배터리(10)의 출력전압을 감지함과 더불어 홀소자(12)를 통해 배터리(10)의 전류량을 감지하여 디지탈신호로 변환하기 위하여 전압검출부(20a)와 전류검출부(20b) 및 A/D변환기(20c)로 이루어진 아날로그/디지탈변환부(20)가 구비되고, 상기 아날로그/디지탈변환부(20)에는 상기 감지전압을 통해 과방전된 배터리인지 여부를 판단하기 위한 기준전압과 비교연산하는 비교/연산부(30)가 연결되는 한편, 상기 비교/연산부(30)에는 정전압원(40a)과 정전류원(40b) 및 그의 스위칭부(40c)가 구비되어 있고 상기 스위칭부(40c)의 동작을 제어하는 콘트롤러(40d)로 이루어진 충전기(40)가 연결되어, 배터리(10)의 내부저항에 따라 상기 정전압원(40a)과 정전류원(40b)을 택일하여 배터리(10)에 전원을 충전시키도록 이루어진 것이다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 있어 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법은 먼저 충전하고자하는 배터리(10)에 정전류를 인가하여 내부저항을 측정하고, 이때의 측정 내부저항이 배터리(10)가 과방전 배터리라고 판단될 기준 저항으로서 예컨대 20 Ω이상의 저항값을 갖게 되면 예컨대 1시간 동안의 정전압 충전을 한 후 다시 내부저항을 측정하는 동작을 반복수행하다가 20 Ω이하로 떨어진 경우에는 충전완료시 까지 정전류 충전을 하도록 하는 단계로 이루어져 있다.

이하 본 발명에 따른 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법의 일실시예에 대하여 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 본 발명에 따른 배터리의 충방전 상태(SOC) 따른 내부저항의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 배터리(10)의 내부저항은 충전량이 많을 수록 작아지고 방전이 진행됨에 따라 커지게 되는데, 과방전 배터리의 경우 수십 Ω에 이르게 된다.

과방전 배터리의 정확한 내부저항값은 배터리의 제조회사, 전해액 비중, 온도 등에 따라 달라지므로 옴의 법칙에 따라 일정 전류(보통 1 A)를 인가할 때 순간적으로 튀는 전압차를 체크하여 구하게 된다.

일례로서, 과방전된 남산배터리의 경우 내부저항이 20 Ω정도로 측정되었다.

이 값은 앞서 설명된 바와 같이 배터리의 여러 조건에 따라 달라질 수 있는 것으로, 본 발명에서는 일례로서 배터리의 내부저항이 20 Ω이 되었을 때 과방전된 배터리로 판단하고 있다.

배터리(10)의 내부저항을 측정하기 위해 양극과 음극에는 아날로그/디지탈변환부(20)의 전압검출부(20a)가 연결됨과 더불어 배터리(10)의 음극 일측에는 홀소자(12)가 설치되어 홀소자(12)의 출력단에 아날로그/디지탈변환부(20)의 전류검출부(20b)가 연결되어 있다.

따라서 아날로그/디지탈변환부(20)는 배터리(10)의 출력전압을 감지하여 A/D변환기(20c)에서 디지탈신호로 변환함과 더불어 홀소자(12)를 통해 감지되는 배터리(10)의 전류량을 상기 A/D변환기(20c)에서 디지탈신호로 변환한 후 비교/연산부(30)로 출력한다.

비교/연산부(30)에서는 충전하고자하는 배터리가 과방전되어 있는지 여부를 판단하기 위한 기준저항으로서 예컨대 20 Ω의 기준저항이 설정되어 있어 아날로그/디지탈변환부(14)로 부터 출력되는 배터리(10)의 측정 내부저항과 상기 기준저항을 비교하는 작용을 한다.

그리고 상기 비교/연산부(16)의 결과에 따라 충전기(40)에 있는 콘트롤러(40d)는 스위칭부(40c)의 동작을 제어하여 정전압원(40a)이나 정전류원(40b)으로 부터 출력되는 전원을 제어하게 된다.

위와 같은 작용을 예시도면 제 3 도에 도시된 흐름도에 의거하여 다시한번 설명하면 다음과 같다.

먼저 충전기(40)에 있는 콘트롤러(40d)의 제어에 따라 스위칭부(40c)를 스위칭시켜 정전류원(40b)에 의한 정전류(예컨대 1 A)를 배터리(10)에 인가하여 충전하면서 배터리(10)의 순간적인 전압차를 구하여 배터리(10)의 내부저항을 측정하도록 하는 단계를 수행한다.

이때 배터리(10)에서 출력되는 전압과 전류는 아날로그/디지탈변환부(20)의 전압검출부(20a)와 전류검출부(20b)에 의해 검출된 후 A/D변환기(20c)에 의해 디지탈신호로서 출력된다.

비교/연산부(30)에서는 아날로그/디지탈변환부(20)를 통해 입력되는배터리(10)의 출력전압과 출력전류를 입력받아 배터리(10)의 내부저항을 산출한후 그에 저장되어 있는 기준저항(배터리의 과방전여부를 판단하기 위한 기준조건으로서 본 발명에서는 일례로 20 Ω으로 설정되어 있음)과 비교한 후 충전하고자하는 배터리(10)가 과방전되어 있는지 여부를 판단한다.

이때 충전하고자하는 배터리(10)의 내부저항이 20 Ω을 넘지 않게 되면 그 배터리(10)는 과방전되어 있지 않은 정상적인 배터리라고 판단하여 콘트롤러(40d)는 충전기(40)의 스위칭부(40c)를 제어하여 정전류원(40b)의 출력전원이 배터리(10)에 인가되도록 하여 충전작용을 개시한다. 그리고 일반적인 충전방법과 마찬가지로 최대 충전전압까지 충전된 것으로 판단되면 충전작용을 종료한다.

그러나 충전초기에 정전류의 인가에 의해 배터리(10)의 내부저항이 20 Ω이상인 것으로 판단되면 배터리(10)가 과방전된 것으로 판단하여 위와는 달리 콘트롤러(40d)는 충전기(40)의 스위칭부(40c)를 제어하여 정전압원(40a)의 출력전원이 배터리(10)에 인가되도록 하여 충전작용을 개시한다.

이때 충전초기 배터리의 내부저항에 따라 충전기로 부터 배터리로 매우 낮은 전류가 흘러들어가게 한다. 이와 같은 정전압 충전중 배터리 저항이 감소하게 되어 전류는 서서히 증가하다가 포화전류에 이르게 된다.

따라서 충전작용 도중 1시간이 경과될때 비교/연산부(30)는 홀소자(12)에 의해 감지되어 아날로그/디지탈변환부(20)를 통해 디지탈신호로 변환되어 입력되는 배터리(10)의 내부저항을 다시 측정하고, 측정결과 20 Ω이하라고 판단되면 정전류충전작용이 이루어지도륵 스위칭부(40c)를 제어한다.

그리고 일반적인 충전방법과 마찬가지로 최대 충전전압까지 충전된 것으로 판단되면 충전작용을 종료한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 배터리의 충전시 그 배터리의 내부저항을 측정하여 그 배터리가 과방전되어 있는지 여부를 확인한 다음 과방전된 배터리를 충전하는 경우에는 내부저항이 감소하는 동안 정전압원으로서 충전하다가 내부저항이 기준저항 이하로 감소할 때부터 정전류원으로서 충전하도록 함으로써 효율적인 충전을 할 수 있고, 또한 과방전된 새배터리를 충전이 안된다는 이유로 해서 버리게 되는 불합리한 문제가 제거되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 충전하고자하는 배터리(10)에 정전류를 인가하여 내부저항을 측정하고, 이때의 측정 내부저항이 배터리(10)가 과방전 배터리라고 판단될 기준 저항 이상의 저항값을 갖게 되면 일정시간 동안 정전압 충전을 한 후 다시 내부저항을 측정하는 동작을 반복수행하다가 20 Ω이하로 떨어진 경우에는 충전완료시 까지 정전류 충전을 하도를 하는 단계로 이루어져 있는 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 배터리(10)의 내부저항 측정시 1 A의 정전류를 인가하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법.
3. 제 1 항에 있어서, 과방전 배터리로서의 판단 기준저항은 20 Ω인 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법.
4. 제 1 항에 있어서, 과방전 배터리의 정전압 충전시 1시간 단위로 내부저항을 다시 측정하여 충전방법을 결정하도록 하는 배터리 내부저항 측정에 의한 과방전 배터리의 충전제어방법.