KR100439356B1

KR100439356B1 - 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로

Info

Publication number: KR100439356B1
Application number: KR10-2002-0002589A
Authority: KR
Inventors: 소치재
Original assignee: 소치재
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2004-07-12
Also published as: CN1615567A; KR20030062150A; JP2005515743A; AU2003202821A1; WO2003061094A1

Abstract

본 발명은 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로에 관한 것으로,

배터리에 공급되는 전원선을 통해 구동전압을 공급받으면서 분할저항을 거쳐 입력전압을 전달받는 콘트롤러는 입력되는 입력전압에 의하여 배터리의 전압치와 충전되는 전압치를 인식하도록 하고,

상기의 입력전압을 디지털값으로 인식한 콘트롤러에서 이를 표시하기 위한 출력신호를 BCD 코드변환IC로 출력하여 전압표시부에 배터리의 현재전압과 충전전압을 숫자로 표기하도록 하고,

상기의 구동전압과 입력전압에 의해 충전이 진행되는 상태를 인식한 콘트롤러에서 출력되는 구형파의 펄스전압을 게이트에 입력받는 전계효과 트랜지스터는 소스에 접속된 피크-피크 발생부의 초크코일과 저항 및 다이오드에 의하여 배전압된 서지성 펄스전압을 상기의 전원선을 통해 배터리의 전극판에 인가되도록 함으로써 초기에는 배터리의 전압을 체크하여 표시하면서 배터리의 이상유무를 판단한 후 배터리가 정상이고 외부로부터 전원이 공급되면 배전압된 서지성 펄스전압을 전원선에 공급하여 전극판에 산화되면서 부착된 이물질을 제거하여 배터리의 노화를 방지하여 초기의 상태로 환원되도록 한 것이다.

Description

배터리의 충전전압 보상 안정화 회로{Stabile circuit for compensating charging voltage of battery}

본 발명은 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로에 관한 것으로, 배터리에 충전되기 위하여 공급되는 DC전압에 대해 배전압된 서지성 펄스전압으로 변환하여 충전이 진행되는 중에만 배터리의 전극판에 공급되도록 함으로써 전극판에 산화되어 부착된 이물질을 제거하면서 노화를 방지하여 초기의 상태로 환원되어 장시간 사용이 가능하도록 한 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로에 관한 것이다.

일반적으로 배터리라 함은 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 있어, 화학작용에 의해 직류기전력을 생기게 하여 전원으로 사용할 수 있는 장치로서, 화학에너지를 전기에너지로 변화시키는 상태를 방전(放電)이라 하고, 외부의 전원으로부터 전기에너지를 공급하여 화학에너지로 변화시켜 축적하는 상태를 충전(充電)이라 함은 이미 주지된 사실이다.

이와 같이 충전과 방전이 반복되는 배터리를 축전지 또는 2차 전지라하며, 이를 차량용 배터리, 면도기와 같은 가전용 배터리, 휴대폰용 배터리, 노트북용 배터리 등으로 널리 이용하고 있다.

그리고 상기의 배터리 중에서 내부 저항이 높은 배터리는 펄스 충전 방식으로 충전한다.

펄스 충전 방식은 클럭펄스에 따라 배터리를 충전시키는 방식으로, 보통 설정 레벨의 맥류 전원이 듀티 설정 전압 전압보다 높고, 배터리의 전압이 배터리 완충 전압보다 낮을 때 배터리를 충전시킨다.

이러한 종래의 펄스 충전 방식에서 보통 듀티 50%로 충전하기 위해서는 맥류 전원이 5V 최고치 일 때 듀티 설정전압을 3.53V 정도로 하며, 상기와 같은 동작에 의해 배터리에 충전되는 전류의 상태는 다음과 같다.

즉, 일정 전압으로 배터리를 충전하다가 배터리의 완충 전압 부근에서 배터리의 내부 저항 성분을 보상하여 충전하기 위해서 펄스를 빼먹음으로써 배터리에 충전되는 전류를 점차적으로 줄어들도록 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술은 완충 시점까지의 전류를 듀티 50% 정도로일정하게 배터리에 충전시킴에 따라 배터리의 충전전압이 완충전압까지 도달하는 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.

따라서, 1998년 10월 13일자 특허출원 제 1998-0042701호(펄스 충전 방식의 배터리 충전 회로)가 제안되어 배터리 완충 전압까지 도달하기 위해 펄스 충전하는 온 구간의 듀티를 배터리 전압에 따라 변화시켜 배터리 충전시간을 빠르게 하도록 하였는 바,

이는 충전부, 스위칭부, 전파 정류부, 스위칭 구동부 및 스위칭 구동 제어부로 구성하되,

상기 충전부는 입력되는 전류를 충전하도록 하고,

상기 스위칭부는 스위칭 동작을 하여 상기 충전부에 충전되는 전류의 양을 조절하도록 하고,

상기 전파 정류부는 입력 전력을 전파정류하여 맥류 전원이 출력되도록 하고,

상기 스위칭 구동부는 상기 전파 정류부의 출력을 비교 전압과 비교하면서 상기 배터리의 전압을 배터리 완충 전압과 비교하여 두 비교값에 따라 출력 신호를 달리하도록 하고,

상기 스위칭 구동 제어부는 상기 배터리의 전압을 레벨 시프트하여 상기 비교 전압이 되도록 한 후 상기 스위칭 구동부로 출력하도록 함으로써 상기 충전부의 전압을 입력으로 하며, 충전부의 전압이 완충 전압이 될 때까지 초기 충전부로 유입되는 전류를 최대치에서 점차 선형적으로 감소되도록 하기 위해 상기충전부의 전압을 레벨 시프트하여 상기 스위칭부의 듀티 설정 비교 전압이 되도록 하여 배터리 완충 전압까지 배터리의 충전 전류를 최대치에서 점차적으로 줄여가면서 배터리의 충전이 빠른 시간 내에 이루어지도록 하였다.

그러나 상기와 같은 종래의 펄스 충전 방식의 배터리 충전 회로에 의하여서는 배터리에 충전전압을 인가할 때 펄스파 형태의 전압으로 인가하여 충전이 속도를 빠르게 할 수 있지만, 충전과 방전을 계속 반복하는 중에 배터리의 전극판에 산화되어 부착된 이물질을 제거하지 못하게 되고, 상기의 이물질은 내부 저항이 커지도록 하여 배터리의 효율을 크게 저하시키게 되므로 배터리가 노화되어 오래 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 배터리에 충전되기 위하여 공급되는 DC전압에 대해 배전압된 서지성 펄스전압으로 변환하여 충전이 진행되는 중에만 배터리의 전극판에 공급되도록 함으로써 전극판에 산화되어 부착된 이물질을 제거하면서 노화를 방지하여 초기의 상태로 환원되어 장시간 사용이 가능하도록 한 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로는 충전회로에서 배터리에 공급되는 전원선에 역전압 방지용 다이오드와 구동용 정전압 다이오드를 거쳐 콘트롤러에 구동전압이 공급되도록 하고,

상기의 전원선에서 분할저항을 거쳐 입력전압을 전달받는 상기의 콘트롤러는입력되는 입력전압에 의하여 배터리의 전압치와 충전되는 전압치를 인식하도록 하고,

내부에 아날로그/디지털 변환기가 내장되어 상기의 입력전압을 디지털값으로 인식한 콘트롤러에서 이를 표시하기 위한 출력신호를 출력하도록 하고,

상기의 콘트롤러로부터 출력신호를 전달받는 BCD 코드변환IC는 전압표시부에 배터리의 현재전압과 충전전압을 숫자로 표기하도록 하고,

상기의 구동전압과 입력전압에 의해 충전이 진행되는 상태를 인식하는 상기의 콘트롤러에서는 구형파의 펄스전압을 출력하도록 하고,

상기 구형파의 펄스전압을 게이트에 입력받는 전계효과 트랜지스터는 소스에 접속된 피크-피크 발생부의 초크코일과 저항 및 다이오드에 의하여 배전압된 서지성 펄스전압을 상기의 전원선을 통해 배터리의 전극판에 인가되도록 함으로써 초기에는 배터리의 전압을 체크하여 표시하면서 배터리의 이상유무를 판단한 후 배터리가 정상이고 외부로부터 전원이 공급되면 배전압된 서지성 펄스전압을 전원선에 공급하여 전극판에 산화되면서 부착된 이물질을 제거하여 배터리의 노화를 방지하여 초기의 상태로 환원되도록 한 것이다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 구성을 상세히 도시한 회로도이다.

도 3은 본 발명의 동작을 나타내기 위한 주요부분의 파형도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 충전회로 2 : 배터리

3 : 콘트롤러 5 : BCD 코드변환 IC

6 : 전압표시부 8 : 피크-피크 발생부

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구성을 도시한 블록도이고 도 2는 본 발명의 구성을 도시한 회로도이다.

외부의 충전회로(1)에서 배터리(2)에 공급되는 전원선(L1)(L2)의 양단에 역전압 방지용 다이오드(D1)와 구동용 정전압 다이오드(ZD1)를 거쳐 콘트롤러(MPU)(3)에 구동전압이 공급되도록 하고,

상기의 전원선(L1)(L2)에서 분할저항(R1)(R2)(R3)을 거쳐 입력전압을 전달받는 상기의 콘트롤러(3)는 입력되는 입력전압에 의하여 배터리(2)의 전압치와 충전되는 전압치를 인식하도록 하고,

내부에 아날로그/디지털 변환기(4)가 내장되어 상기의 입력전압을 디지털값으로 인식하는 콘트롤러(3)에서 이를 표시하기 위한 출력신호를 출력하도록 하고,

상기의 콘트롤러(3)로부터 출력신호를 전달받는 BCD 코드변환IC(5)는 전압표시부(6)의 다수의 표시창(6a)에 배터리(2)의 현재전압과 충전전압을 숫자로 표기하도록 하고,

상기의 구동전압과 입력전압에 의해 충전이 진행되는 상태를 인식하는 상기의 콘트롤러(3)에서는 발진기(7)로부터 전달되는 발진 주파수에 의하여 임의로 설정한 구형파의 펄스전압을 출력하도록 하고,

상기 구형파의 펄스전압을 게이트에 입력받는 전계효과 트랜지스터(FET)는 소스에 접속된 피크-피크 발생부(8)의 초크코일(CH)과 저항(R4) 및 다이오드(D2)에 의하여 배전압된 서지성 펄스전압을 상기의 전원선(L1)(L2)을 통해 배터리(2)의 전극판(2a)(2b)에 인가되도록 구성한다.

상기의 콘트롤러(3)에 발진기(7)로부터 전달되는 주파수의 값을 가변하기 위한 가변소자를 형성하면서 이를 조절하기 위한 스위치(9)를 설치함으로써 배터리의 전압이 3V, 4∼4.5V, 12V, 14V, 24V, 36V, 48V, 72V 및 96V인 경우에 임의로 사용할 수 있도록 하게 되면 일반 가정용으로부터 대형 차량용 배터리에 이르기까지 그 사용폭이 넓어지게 된다.

이와 같이 구성한 본 발명의 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로는 차량의 경우에는 제너레이터와 같은 충전회로(1)에 배터리(2)를 결속한 상태에서 상기의 배터리(2)에 결속하기 위한 전원선(L1)(L2)에 병렬로 접속하여 배터리(2)에 배전압된 서지성 펄스전압을 공급하도록 한 것으로서,

외부의 충전회로(1)에서 배터리(2)에 공급되는 상기 전원선(L1)(L2)의 양단에 역전압 방지용 다이오드(D1)와 구동용 정전압 다이오드(ZD1)를 거쳐 구동전압을 공급받는 콘트롤러(3)는 역전압 방지용 다이오드(D1)에 의해서는 배터리(2)의 전원이 역류되는 것이 방지되도록 하는 동시에 정전압 다이오드(ZD1)에 의해서는 정격의 구동전압을 공급받게 된다.

그리고 상기의 전원선(L1)(L2)에서 분할저항(R1)(R2)(R3)을 거쳐 배터리(2)의 전압이나 충전전압에 비례하는 입력전압을 전달받는 상기의 콘트롤러(3)는 입력되는 입력전압에 의하여 배터리(2)의 전압치와 충전되는 전압치를 인식하도록 한다.

상기의 콘트롤러(3)는 내부에 아날로그/디지털 변환기(4)가 내장되어 상기의 입력전압을 디지털값으로 인식하게 된다.

그러므로 처음 배터리(2)의 전원선(L1)(L2)에 접속한 상태에서는 배터리(2)의 전원만을 인식하여 배터리(2)의 이상유무만을 판단하게 된다.

그리고 상기의 입력전압에 의하여 배터리(2)가 정상임을 인식한 상태에서 정상적으로 충전이 이루어지는 가의 상태를 판단하게 된다.

상기의 입력전압을 인식하는 콘트롤러(3)에서 배터리의 전압 또는 충전전압을 표시하기 위한 출력신호를 BCD 코드변환IC(5)에 출력하여 전압표시부(6)의 다수의 표시창(6a)에 배터리(2)의 현재전압과 충전전압을 숫자로 표기하여 사용자가 외부에서 알 수 있도록 한다.

상기의 구동전압과 입력전압에 의해 충전이 진행되는 상태를 인식하는 상기의 콘트롤러(3)는 동작대기의 상태를 유지하고 있다가 배터리(2)에 충전되는 전압치를 입력전압에 의하여 인식하여 배터리(2)의 정상전압에 근접된 상태가 됨을 인식하게 되면 발진기(7)로부터 전달되는 발진 주파수에 의하여 임의로 설정한 구형파의 펄스전압을 출력하도록 한다.

상기 구형파의 펄스전압은 전계효과 트랜지스터(FET)의 게이트에 입력되어 소스에 접속된 피크-피크 발생부(8)의 초크코일(CH)과 저항(R4) 및 다이오드(D2)에 의하여 배전압된 서지성 펄스전압이 상기의 전원선(L1)(L2)을 통해 배터리(2)의 전극판(2a)(2b)에 인가되도록 하여 전극판에 산화되어 부착된 이물질을 제거하여 배터리의 노화를 방지하여 초기의 상태로 환원되도록 한다.

상기의 배터리(2)에 충전이 진행되는 중에 정상전압에 근접된 상태인 가의 여부는 사용자가 사용하는 배터리(2)의 정격전원의 값을 스위치(9)로 설정하는 상태에 의하여 인식하도록 함으로써 모든 배터리(2)에 호환성을 가지고 사용할 수 있으며, 사용전압이 큰 배터리인 경우에는 본 기기를 다수 접속하는 상태에 의해 용이하게 사용할 수 있게 된다.

이와 같이 구성한 본 발명의 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로에 의하여서는 배터리에 공급되는 전원선을 통해 구동전압을 공급받으면서 분할저항을 거쳐 입력전압을 전달받는 콘트롤러는 입력되는 입력전압에 의하여 배터리의 전압치와 충전되는 전압치를 인식하도록 하고,

상기의 배터리에 충전이 진행되고 정상전압에 근접된 상태를 인식한 콘트롤러에서 구형파의 펄스전압을 전계효과 트랜지스터에 출력하여 피크-피크 발생부의 초크코일과 저항 및 다이오드에 의하여 배전압된 서지성 펄스전압이 상기 배터리의 전극판에 인가되도록 함으로써 초기에는 배터리의 전압을 체크하여 표시하면서 배터리의 이상유무를 판단한 후 배터리가 정상이고 충전이 어느 정도 진행되면 배전압된 서지성 펄스전압을 전원선에 공급하여 전극판에 산화되면서 부착된 이물질을 제거하여 배터리의 노화를 방지하여 초기의 상태로 환원되도록 할 수 있음은 물론, 배터리의 수명이 연장되어 폐배터리에 의한 환경오염을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Claims

외부의 충전회로(1)에서 전원선(L1)(L2)을 통하여 배터리(2)에 충전전압을 공급하도록 한 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로에 있어서,

상기 전원선(L1)(L2)의 양단에 역전압 방지용 다이오드(D1)와 구동용 정전압 다이오드(ZD1)를 거쳐 콘트롤러(3)에 구동전압이 공급되도록 하고,

상기의 전원선(L1)(L2)에서 분할저항(R1)(R2)(R3)을 거쳐 입력전압이 상기의 콘트롤러(3)에 입력되도록 하고,

내부에 아날로그/디지털 변환기(4)가 내장된 상기의 콘트롤러(3)로부터 출력신호를 전달받는 BCD 코드변환IC(5)는 전압표시부(6)의 다수의 표시창(6a)에 배터리(2)의 현재전압과 충전전압을 숫자로 표기하도록 하고,

발진기(7)에서 발진 주파수를 전달받는 상기의 콘트롤러(3)로부터 구형파의 펄스전압을 게이트에 입력받는 전계효과 트랜지스터(FET)는 소스에 접속된 피크-피크 발생부(8)의 초크코일(CH)과 저항(R4) 및 다이오드(D2)를 통하여 배전압된 서지성 펄스전압을 상기의 전원선(L1)(L2)을 통해 배터리(2)의 전극판(2a)(2b)에 인가하도록 구성하여서 됨을 특징으로 하는 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로.
제 1항에 있어서,

상기의 콘트롤러(3)에 발진기(7)로부터 전달되는 주파수의 값을 가변하기 위한 가변소자를 형성하면서 이를 조절하기 위한 스위치(9)를 설치하여 배터리의 전압이 3V, 4∼4.5V, 12V, 14V, 24V, 36V, 48V, 72V 및 96V인 경우에 임의로 사용할 수 있도록 한 배터리의 충전전압 보상 안정화 회로.