KR100453486B1

KR100453486B1 - 충전장치및충전방법

Info

Publication number: KR100453486B1
Application number: KR1019970010680A
Authority: KR
Inventors: 고지 우메쓰
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2005-05-17
Also published as: EP0798841A2; BR9701591A; DE69738413D1; CN1164771A; KR970068089A; CN1084946C; EP0798841B1; US5923150A; EP0798841A3; DE69738413T2; MX9702291A; TW443022B; ID17680A; MY118069A

Abstract

접속된 2차전지에 대하여 정전압(定電壓) 이하의 정전류(定電流)로 충전을 행하고, 상기 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전장치로서, 충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스위치수단과, 상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제1의 기준전압을 비교하는 비교수단과, 상기 비교결과에 따라서 충전을 정지 또는 충전종료표시하는 제어수단을 구비한다.

Description

충전장치 및 충전방법

본 발명은, 2차전지를 충전하기 위한 충전장치 및 충전방법에 관한 것이다.

리튬전지 등의 2차전지를 충전하는데 사용되는 충전장치에 있어서는, 정전류(定電流)충전과 정전압(定電壓)충전이 일반적으로 행해지고 있다.

이와 같은 충전방식을 사용하는 충전장치는, 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같은 구성이고, 도 11에 충전전압 V과 충전전류 I와의 관계 (충전장치의 출력특성)를 나타내고, 도 12에 충전전압 V·충전전류 I와 충전시간 T과의 관계 (충전특성곡선)를 나타낸다.

이 충전장치(100)는, 2차전지(101)와 전류검출저항(102)이 전원(103)에 직렬접속되어 있다. 즉, 2차전지(101)의 플러스단자가 전원(103)의 플러스단자에 접속되고, 2차전지(101)의 마이너스단자가 전류검출저항(102)의 일단에 접속되고, 전류검출저항(102)의 타단이 전원(103)의 마이너스단자에 접속되어 있다. 그리고, 콤퍼레이터(104)의 플러스·마이너스입력단자가 전류검출저항(102)의 양단에 접속되고, 콤퍼레이터(104)의 출력단자가 전원(103)에 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 2차전지(101)의 충전말기에서는 정전류 Ib1의 충전이 종료하여 정전압 Vb1의 충전이 개시되므로, 충전전류 I가 저하된다. 그래서, 콤퍼레이터(104)가, 이 충전전류 I가 소정치 E1 이하로 된 것을 검출하면, 전원(103)에의 충전계속신호 SE의 출력을 오프하여 충전을 종료시키고 있다. 즉, 콤퍼레이터(104)가 전류검출저항(102)의 양단의 전압을 검출함으로써, 2차전지(101)의 만충전(滿充電)을 검출하도록 되어 있다.

전술한 충전장치(100)의 전류검출저항(102)은, 소비전력 등의 이유에 의하여, 저저항, 예를 들면 R〓0.1Ω의 것이 사용되고 있다. 그런데, 2차전지(101)의 충전말기의 충전전류 I는 저전류, 예를 들면 I〓0.2A이므로, 콤퍼레이터(104)가 검출하는 전압은, E1〓I·R〓20mV로 매우 미소(微小)한 전압으로 된다. 이와 같은 미소전압을 검출하는 콤퍼레이터(104)로서는, 오프셋전압이 매우 낮은 고정밀도 콤퍼레이터를 사용해야 하며, 고가라고 하는 결점이 있었다.

또, 충전종료후에도, 전지내부에서의 소비나 정지상태로 방치했을 때의 전원(103)의 임피던스에 의한 소비, 또는 예를 들면 휴대전화본체에서의 소비 등에 의한 전지용량저하가 발생하는 경우가 있다. 일반적으로는, 충전종료 후에도 충전을 계속하고 있으면, 상기 전지용량저하의 발생을 방지하는 것도 가능하지만, 2차전지(101)에 대하여 전압을 계속 인가하면, 전지수명이 단축된다고 하는 문제가 있었다.

또한, 전술한 충전장치(100)를 사용하여 복수, 예를 들면 2개의 2차전지를 병렬 접속하여 충전을 행할 경우, 한쪽의 2차전지의 충전 중에 다른 쪽의 2차전지를 접속하면, 한쪽의 2차전지가 충전중임에도 불구하고, 오판정에 의하여 충전종료로 되는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 염가이고, 2차전지를 열화시키지 않고 전지용량저하의 발생을 방지하는 충전장치 및 충전방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 복수의 2차전지를 병렬충전해도, 충전종료의 오판정을 방지할 수 있는 충전장치 및 충전방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일양태에 있어서, 접속된 2차전지에 대하여 정전압(定電壓) 이하의 정전류(定電流)로 충전을 행하고, 상기 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전장치로서, 충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스위치수단과, 상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제1의 기준전압을 비교하는 비교수단과, 상기 비교결과에 따라서 충전을 정지 또는 충전종료표시하는 제어수단을 구비한 충전장치를 제공한다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 병렬접속된 복수의 2차전지에 대하여 정전압이하의 정전류로 충전을 행하고, 상기 각 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전장치로서, 하나의 상기 2차전지의 충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스위치수단과, 상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제1의 기준전압을 비교하는 제1의 비교수단과, 상기 하나의 2차전지의 마이너스단자전압과, 제2의 기준전압을 비교하는 제2의 비교수단과, 상기 각 비교결과에 따라서 충전을 제어하는 제어수단을 구비한 충전장치를 제공한다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면에 따라서 상세하게 설명한다.

그리고, 다음에 설명하는 실시형태는, 본 발명의 바람직한 구체예이므로, 기술적으로 바람직한 여러 가지의 한정이 가해져 있으나, 본 발명의 범위는, 다음의 설명에 있어서 특히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이들의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 충전장치의 제1의 실시형태를 나타낸 구성도이다.

이 충전장치(10)는, 2차전지(11)와 충전전류차단스위치(12)가 전원(13)에 직렬 접속되어 있다. 즉, 2차전지(11)의 플러스단자가 전원(13)의 플러스단자에 접속되고, 2차전지(11)의 마이너스단자가 충전전류차단스위치(12)의 일단에 접속되고, 충전전류차단스위치(12)의 타단이 전원(13)의 마이너스단자에 접속되어 있다. 또한, 2차전지(11)의 마이너스단자가 콤퍼레이터(14)의 플러스입력단자에 접속되고, 기준전원(15a,15b)의 기준전원전환스위치(16)의 단자가 콤퍼레이터(14)의 마이너스입력단자에 접속되고, 콤퍼레이터(14)의 출력단자가 충전제어부(17)에 접속되어 있다. 그리고, 충전제어부(17)와, 충전전류차단스위치(12), 기준전원전환스위치(16) 및 표시부(18)가 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 먼저 그 충전의 동작예를 도 2의 플로우차트에 따라서 설명한다.

먼저, 2차전지(11)가 접속되어 있지 않은 상태 (무부하시)에서 전원(13)의 출력전압 V0이 2차전지(11)의 만충전전압 Vb0(도 11참조), 예를 들면 8.4V로 되도록 조정·설정한다. 그리고, AC 코넥터(19)를 교류전원(AC 100V)에 접속하고, 2차전지(11)를 접속한다(스텝 STP1).

충전제어부(17)는, 기준전원전환스위치(16)를 조작하여, 예를 들면 기준전원(15a)의 접점 a측으로 전환한다 (스텝 STP2). 그리고, 충전제어부(17)는, 급속충전을 개시하는 동시에 타이머를 스타트시키고 (스텝 STP3,4), 타이머가 스톱하면 급속충전을 종료한다 (스텝 STP5,6). 즉, 충전제어부(17)는, 급속충전개시 후에 일정 주기 또는 임의의 주기로 충전전류차단스위치(12)를 온·오프 제어한다. 예를 들면, 급속충전개시후에 3분간만 충전전류차단스위치(12)를 온하여 충전전류를 흐르게 하고, 3분 경과 후에 충전전류차단스위치(12)를 오프하여 충전전류를 차단한다.

콤퍼레이터(14)는, 충전전류의 차단시에 플러스입력단자에 입력되는 무부하시의 전원(13)의 출력전압 V0과 개방전지전압 VB과의 전압차 VA와, 마이너스입력단자에 입력되는 기준전원(15a)의 기준전압 Ea을 비교하여 충전전류차단스위치(12)간의 전압ΔV을 검출하고, 검출신호 SD를 충전제어부(17)에 출력한다.

충전제어부(17)는, 검출신호 SD가 High이면 충전계속이라고 판단하여 표시부(18)에 충전중이라고 표시시키고, 스텝 STP3으로 되돌아가 전술한 처리를 반복하고 (스텝 STP7), 검출신호 SD가 Low이면 충전정지라고 판단하여 표시부(18)에 충전정지라고 표시시키고, 충전을 정지시킨다 (스텝 STP8).

이상의 스텝까지가 충전의 동작예이다.

도 3은, 상기 충전장치(10)의 충전전압 V·충전전류 I 및 전압차 VA와 충전시간 T과의 관계 (충전특성곡선)를 나타낸 도이고, 도 4는, 그 X부의 확대도이다. 또, 충전전압 V과 충전전류 I와의 관계 (충전장치의 출력특성)는, 도 11과 동일하다.

충전전류 I의 차단기간 (충전전압 V의 저하기간)에, 무부하시의 전원(13)의 출력전압 V0과 개방전지전압 VB과의 전압차 VA가, 콤퍼레이터(14)에 입력되어 기준전원(15a)의 기준전압 Ea과 비교되고, 충전전류차단스위치(12)간의 전압 ΔV이 검출되어 검출신호 SD가 충전제어부(17)에 출력된다. 그리고, 검출신호 SD가 Low, 즉 전압차 VA가 기준전압 Ea이하로 되면 충전이 정지된다.

그리고, 콤퍼레이터(14)의 검출신호 SD의 출력은, 충전전류 I의 차단기간만 유효하고, 그 기간 이외는 검출무효로 판단된다. 따라서, 회로설정에 의해서는, 충전전류 I를 차단하고 있지 않은 기간의 검출신호 SD의 출력은, High 또는 Low로 되어 있다.

이상과 같은 구성에 있어서, 상기 전압 ΔV은 예를 들면 80mV로 설정되지만, 이 80mV의 전압 ΔV을 검출하기 위한 콤퍼레이터(14)는, 오프셋전압의 불균일인 약 5mV를 고려해도 특히 문제가 없는 레벨이고, 일반 범용의 IC를 사용할 수 있다. 또, 충전제어부(17)는, 고정밀도의 아날로그전압을 검출하고 있는 것은 아니므로, 예를 들면 로직회로나 원칩마이콤 등의 1k ROM 이하의 염가의 IC를 사용할 수 있다.

다음에, 충전정지 후의 재충전의 동작예를 도 2의 플로우차트에 따라서 설명한다.

충전제어부(17)는, 2차전지(11)의 충전을 정지시키면 (스텝 STP8), 기준전원전환스위치(16)를 조작하여, 예를 들면 기준전원(15b)의 접점 b측으로 전환한다 (스텝 STP9). 여기서, 기준전원(15b)의 기준전압 Eb과 기준전원(15a)의 기준전압 Ea은, Eb (예를 들면 120 mV) > Ea(예를 들면 80 mV)와 같이 설정되어 있다.

그리고, 충전제어부(17)는, 타이머를 스타트시키고(스텝 STP10), 타이머가 스톱하면(스텝 STP11), 콤퍼레이터(14)가, 플러스입력단자에 입력되는 무부하시의 전원(13)의 출력전압 V0과 개방전지전압 VB과의 전압차 VA와, 마이너스입력단자에 입력되는 기준전원(15b)의 기준전압 Eb을 비교하여 충전전류차단스위치(12)간의 전압 ΔV을 상기 스텝 STP4,5과 동일한 주기로 검출하고, 검출신호 SD를 충전제어부(17)에 송출한다.

충전제어부(17)는, 검출신호 SD가 High이면 재충전이라고 판단하여 표시부(18)에 재충전중이라고 표시시키고, 스텝 STP2으로 되돌아가 전술한 처리를 반복하고 (스텝 STP12), 검출신호 SD가 Low이면 충전정지계속이라고 판단하여 표시부(18)에 충전정지라고 계속 표시시키고, 스텝 STP10으로 되돌아가 전술한 처리를 반복한다. 그리고, 콤퍼레이터(14)의 비교처리를 충전정지 후도 계속하도록 하면, 충전제어부(17)의 타이머처리(스텝 STP10,11)를 생략할 수 있다.

이상의 스텝이 재충전의 동작예이다.

도 5는, 상기 충전장치(10)의 충전전압·전류와 충전시간과의 관계(충전특성곡선)를 나타낸 도이고, 도 6은, 그 X부의 확대도이다.

충전정지 후에 전지용량이 저하되면, 전압차 VA는 충전정지시와 비교하여 값이 상승하여 온다. 그래서, 충전정지 후에 일정 시간 경과하면, 일정 주기로 무부하시의 전원(13)의 출력전압 V0과 개방전지전압 VB과의 전압차 VA가, 콤퍼레이터(14)에 입력되어 기준전원(15b)의 기준전압 Eb과 비교되고, 충전전류차단스위치(12)간의 전압 ΔV이 검출되어 검출신호 SD가 충전제어부(17)에 출력된다. 그리고, 검출신호 SD가 High, 즉 전압차 VA가 기준전압 Eb이상으로 되면 재충전이 개시된다.

이상과 같이, 이 충전장치(10)는, 전압의 검출에 일반적인 콤퍼레이터를 사용할 수 있고, 또 충전의 제어에 범용의 마이콤을 사용할 수 있으므로, 장치 그 자체를 염가로 할 수 있다. 또, 충전개시 후에 전압차 VA가 기준전압 Ea으로 되기까지 충전을 계속하고, 또한 충전정지 후에 전압차 VA가 기준전압 Eb으로 되면 재충전을 개시하도록 되어 있다. 따라서, 2차전지(11)에 대하여 수명의 열화가 생기지 않고, 항상 만충전상태를 유지할 수 있다.

전술한 제1의 실시형태에서는, 기준전원을 2개 설정하여 충전정지와 재충전개시를 검출하도록 하였으나, 충전중／충전종료의 표시 (충전전류는 계속하여 흐름)만으로 할 수도 있다. 또, 기준전원을 복수 설정함으로써, 예를 들면 충전중에 표시를 전환하여 충전량을 검출하는 것도 가능하다.

도 7은, 본 발명의 충전장치의 제2의 실시형태를 나타낸 구성도이다. 그리고, 이 실시형태에서는, 복수의 2차전지를 병렬충전할 수 있는 충전장치로서, 1개의 2차전지를 접속하여 충전하는 기능과, 1개의 2차전지를 내장한, 예를 들면 휴대전화 등의 기기를 출력단자와 접속하여 충전하는 기능을 가지는 충전장치에 대하여 설명한다.

이 충전장치(20)는, 2차전지(21A)와 충전전류차단스위치(22)가 전원(23)에 직렬접속되고, 또한 휴대전화 등의 기기(40)에 내장되어 있는 2차전지(21B)가 출력단자를 통하여 2차전지(21A)와 병렬접속되어 있다. 즉, 2차전지(21A,21B)의 플러스단자가 전원(23)의 플러스단자에 접속되고, 2차전지(21A)의 마이너스단자가 충전전류차단스위치(22)의 일단에 접속되고, 충전전류차단스위치(22)의 타단에, 2차전지(21B)의 마이너스단자 및 전원(23)의 마이너스단자가 접지되어 있다. 그리고, 저항(30)이 충전전류차단스위치(22)와 병렬접속되어 있다.

또, 2차전지(21A)의 마이너스단자가 콤퍼레이터(24A,24B)의 플러스입력단자에 병렬접속되고, 기준전원(25a,25b)의 기준전원전환스위치(26)의 단자가 콤퍼레이터(24A)의 마이너스입력단자에 접속되고, 콤퍼레이터(24A)의 출력단자가 충전제어부(27)에 접속되어 있다. 또한, 기준전원(25c)의 마이너스단자가 콤퍼레이터(24B)의 마이너스입력단자에 접속되고, 콤퍼레이터(24B)의 출력단자가 충전제어부(27)에 접속되어 있다. 그리고, 충전제어부(27)와, 충전전류차단스위치(22), 기준전원전환스위치(26) 및 표시부(28)가 접속되어 있다.

여기서, 2개의 2차전지를 병렬충전하는 경우, 각각의 전지전압은 상이한 것이 통상이다. 따라서, 충전장치는, 전지전압이 높은 2차전지는 충전하지 않고, 전지전압이 낮은 2차전지만을 충전한다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 타이밍으로 2차전지(21A)를 충전전압 V0A으로 충전중에 미충전의 2차전지(21B)를 접속하면, 충전전압은 V0B로 된다. 충전전압 V0B이 충전전압 V0A보다 낮다고 하면, 2차전지(21A)의 충전은 도중에 차단되고, 2차전지(21A)로부터 2차전지(21B)로 전류가 역류한다.

이와 같은 상황에서 가령 콤퍼레이터(24A)가, 충전전류차단스위치(22)간의 전압 ΔV을 검출하도록 구성되면, 2차전지(21A)가 충전중에도 불구하고, 콤퍼레이터(24A)가 2차전지(21A)의 충전종료라고 검출하여 버려, 표시부(28)에는 충전종료라고 하는 오판정이 표시되어 버린다. 그래서, 콤퍼레이터(24B)는, 2차전지(21A)의 마이너스단자의 전압과 접지전압을 비교하여, 2차전지(21A)로부터 2차전지(21B)로의 전류의 역류를 검출하도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 그 충전의 동작예를 도 8의 플로우차트에 따라서 설명한다.

먼저, 2차전지(21A,21B)가 접속되어 있지 않은 상태(무부하시)에서 전원(23)의 출력전압 V0이 2차전지(21A,21B)의 만충전전압 Vb0(도 11 참조), 예를 들면 8.4V로 되도록 조정·설정한다. 그리고, AC 코넥터(29)를 교류전원(AC 100V)에 접속하고, 2차전지(21A)를 접속한다(스텝 STP21).

충전제어부(27)는, 기준전원전환스위치(26)를 조작하여, 예를 들면 기준전원(25a)의 접점 a측으로 전환한다(스텝 STP22). 그리고, 충전제어부(27)는, 급속충전을 개시하는 동시에 타이머를 스타트시키고(스텝 STP23,24), 콤퍼레이터(24B)가, 2차전지(21A)의 마이너스단자의 전압이 접지전압보다 낮아졌는가 여부를 검출하여, 검출신호 SB를 충전제어부(27)에 출력한다.

충전제어부(27)는, 검출신호 SB가 Low, 즉 2차전지(21A)의 마이너스단자의 전압이 접지전압보다 높을 때는, 타이머가 스톱하면 급속충전을 종료한다(스텝 STP25,26,27). 즉, 충전제어부(27)는, 급속충전개시 후에 일정 주기 또는 임의의 주기로 충전전류차단스위치(22)를 온·오프 제어한다. 예를 들면, 급속충전개시 후에 3분간만 충전전류차단스위치(22)를 온하여 충전전류를 흐르게 하고, 3분경과 후에 충전전류차단스위치(22)를 오프하여 충전전류를 차단한다.

콤퍼레이터(24A)는, 충전전류의 차단시에 플러스입력단자에 입력되는 무부하시의 전원(23)의 출력전압 V0과 개방전지전압 VB과의 전압차 VA와, 마이너스입력단자에 입력되는 기준전원(25a)의 기준전압 Ea을 비교하여 충전전류차단스위치(22)간의 전압 ΔV을 검출하고, 검출신호 SA를 충전제어부(27)에 출력한다.

충전제어부(27)는, 검출신호 SA가 High이면 충전계속이라고 판단하여 표시부(28)에 충전중이라고 표시시키고, 스텝 STP23으로 되돌아가 전술한 처리를 반복하고(스텝 STP28), 검출신호 SA가 Low이면 충전정지라고 판단하여 표시부(28)에 충전정지라고 표시시키고, 충전을 정지시킨다(스텝 STP29).

충전제어부(27)는, 2차전지(21A)의 충전을 정지시키면(스텝 STP29), 기준전원전환스위치(26)를 조작하여, 예를 들면 기준전원(25b)의 접점 b측으로 전환한다 (스텝 STP30). 여기서, 기준전원(25b)의 기준전압 Eb과 기준전원(25a)의 기준전압 Ea은, Eb(예를 들면 120 mV) > Ea(예를 들면 80 mV)와 같이 설정되어 있다.

그리고, 콤퍼레이터(24A)가, 플러스입력단자에 입력되는 무부하시의 전원(23)의 출력전압 V0과 개방전지전압 VB과의 전압차 VA와, 마이너스입력단자에 입력되는 기준전원(25b)의 기준전압 Eb을 비교하여 충전전류차단스위치(22)간의 전압 ΔV을 상기 스텝 STP24, 25, 26과 동일한 주기로 검출하고, 검출신호 SA를 충전제어부(27)에 송출한다.

충전제어부(27)는, 검출신호 SA가 High이면 재충전이라고 판단하여 표시부(28)에 재충전중이라고 표시시키고, 스텝 STP22으로 되돌아가 전술한 처리를 반복한다(스텝 STP31).

한편, 스텝 STP23∼28의 처리도중에 2차전지(21B)를 접속하면, 콤퍼레이터(24B)는, 충전전류차단스위치(22)의 임피던스저항 r에 의한 접지전압보다 낮은 2차전지(21A)의 마이너스단자의 전압(기준전원(25c)의 기준전압 Ec보다 낮은 전압)을 입력하게 되므로, High의 검출신호 SB를 충전제어부(27)에 출력한다.

충전제어부(27)는, High의 검출신호 SB를 입력하면, 2차전지(21A)로부터 2차전지(21B)로 전류가 역류하고 있다고 판단하고, 즉시 급속충전을 종료한다(스텝 STP25,32). 즉, 충전제어부(27)는, 충전전류차단스위치(22)를 오프한다. 이로써, 역류전류는 저항(30)을 통하여 역류하게 된다.

충전제어부(27)는, 스텝 STP32에서 급속충전이 종료하면, 저항(30)을 통하여 역류가 계속되고 있는가 여부를 검출신호 SB로 판정한다(스텝 STP33). 이 검출신호 SB가 Low로 되어 ΔV 미검출타이머를 스타트시켜서 콤퍼레이터(24A)의 충전전류차단스위치(22)간의 전압 ΔV의 검출을 일시적으로 정지시키고 (스텝 STP34), ΔV미검출타이머가 스톱하면 콤퍼레이터(24A)의 충전전류차단스위치(22)간의 전압 ΔV의 검출을 재개시키고, 스텝 STP23으로 되돌아가 전술한 처리를 반복한다(스텝 STP35).

그리고, 콤퍼레이터(24B)로부터 충전제어부(27)에 High의 검출신호 SB가 입력되어 있는 한, 또 ΔV 미검출타이머동작중, 충전전류차단스위치(22)는 오프로 되어 있지만, 이 동안도 표시부(28)의 표시를 충전중으로 계속시킴으로써 충전종료의 오판정을 방지할 수 있다.

도 9는, 상기 충전장치(20)에 있어서의 각 2차전지(21A,21B)의 충전전압 V·충전전류 I 및 전압차 VA와 충전시간 T과의 관계 (충전특성곡선)를 나타낸 도이다. 그리고, 충전전압 V과 충전전류 I와의 관계 (충전장치의 출력특성)는, 도 11과 동일하다.

전술한 바와 같이, 2차전지(21A)의 충전도중에 2차전지(21B)를 접속하면, 2차전지(21A)로부터 2차전지(21B)로 전류가 역류하지만, 이 역류전류는, 충전전류차단스위치(22)의 임피던스저항 r을 50mΩ, 기준전원(25c)의 기준전압 Ec을 10mV로 하면, Ec／r〓0.2A로 된다. 따라서, 콤퍼레이터(24B)는, 0.2A 이상의 역류전류의 발생을 검출할 수 있다. 그리고, 기준전원(25c)의 기준전압 Ec을 더 작게 하면, 더 작은 역류전류의 발생을 검출하는 것이 가능하게 된다.

또한, 충전전류차단스위치(22)의 오프 후의 역류전류는, 저항(30)을 역류하지만, 이 역류전류는, 저항(30)의 저항 R을 100Ω으로 하면, Ec／R＝0.1mA로 되고, 2차전지(21A)로부터의 역류는 미소전류로 검출할 수 있도록 전환된다. 이와 같이, 충전전류차단스위치(22)를 오프함으로써, 역류전류를 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 2차전지(21B)의 충전으로 전환되면, 충전전압 V0B은 상승한다. 그리고, 충전전압 V0B이 V0에 달하면, 충전전류 IbB는 감소된다 (정전압충전). 한편, 2차전지(21A)에는, 충전전압이 V0로 감소되므로 충전전류 IbA가 흐르기 시작한다. 이 충전전류 IbA는, 2차전지(21B)의 접속에 의하여 차단된 전류치까지 상승하고, 그 후에 감소하기 시작한다 (병렬충전상태). 이 충전전류 IbA가 역류로부터 실제의 충전으로 전환되어, 충전전류 IbA의 피크로 되기까지의 기간은, 2차전지(21B)의 충전시간에 따라서 결정된다. 따라서, 콤퍼레이터(24B)의 High의 검출신호 SB가 해제되어도 바로 충전정지상태가 해제되지 않도록, 콤퍼레이터(24B)의 High의 검출신호 SB의 해제 후에 ΔV 미검출타이머를 기동시킨다. 이 ΔV 미검출기간은, 2차전지(21B)의 정전류충전기간과 합치시키고 있으면 문제가 없지만, 실험검토에 의하여 설정하는 것도 가능하다.

이상과 같은 구성에 있어서, 상기 전압 ΔV은 예를 들면 80mV로 설정되지만, 이 80mV의 전압 ΔV을 검출하기 위한 콤퍼레이터(24A)는, 오프셋전압의 불균일인 약 5mV를 고려해도 특히 문제가 없는 레벨이고, 일반 범용의 IC를 사용할 수 있다. 또, 충전제어부(27)는, 고정밀도의 아날로그전압을 검출하고 있는 것은 아니므로, 예를 들면 로직회로나 원칩마이콤 등의 1k ROM 이하의 염가의 IC를 사용할 수 있다.

이상과 같이, 이 충전장치(20)는, 전압의 검출에 일반적인 콤퍼레이터를 사용할 수 있고, 또 충전의 제어에 범용의 마이콤을 사용할 수 있으므로, 장치 그 자체를 염가로 할 수 있다. 또, 충전개시 후에 전압차 VA가 기준전압 Ea으로 되기까지 충전을 계속하고, 또한 충전정지 후에 전압차 VA가 기준전압 Eb으로 되면 재충전을 개시하도록 되어 있다. 따라서, 2차전지(21A)에 대하여 수명의 열화가 생기지 않고, 항상 만충전상태를 유지할 수 있다.

전술한 실시형태에서는, 2개의 2차전지의 병렬충전에 대하여 설명하였으나, 3개 이상의 복수의 2차전지를 병렬충전하는 경우에 있어서도, 각 2차전지에 전술한 역류검출수단을 배설함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상기 구성에 의하면, 2차전지의 충전전압과 소정의 기준전압을 비교하여 충전의 계속·정지를 행하도록 하고 있으므로, 간단한 구성으로 할 수 있는 동시에 항상 만충전의 상태를 유지할 수 있다. 본 발명에 의하면 제품코스트를 저감시키고, 또한 충전의 신뢰성을 높일 수 있다. 또, 종래장치에서 필요했던 전류검출저항이 불필요하게 되므로, 부품개수의 삭감을 도모할 수 있는 동시에, 전류검출저항에 전류가 흘러 생기는 전압강하가 없어지고, 결과, 2차전지의 충전시간을 단축할 수 있다.

상기 다른 구성에 의하면, 이미 충전되어 있는 2차전지의 충전전류의 방향을 검출하고, 이 충전전류의 방향이 반전(反轉)하면 충전을 정지하여 대기하고, 충전전류의 방향이 다시 반전하면 충전을 재개하도록 하고 있으므로, 충전종료의 오판정을 방지될 수 있다. 본 발명에 의하면, 복수의 2차전지를 병렬충전해도, 충전종료의 오판정을 방지할 수 있으므로, 충전의 신뢰성을 높일 수 있는 동시에, 2차전지의 조기열화를 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면에 따라서 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다음의 특허청구의 범위에 정의된 범위 및 기술적 사상을 일탈하지 않고 여러가지 변형 및 변경을 가할 수 있다는 것을 알 것이다.

도 1은 본 발명의 충전장치의 제1의 실시형태를 나타낸 구성도.

도 2는 도1에 나타낸 충전장치의 동작예를 설명하는 플로우차트.

도 3은 도 1에 나타낸 충전장치의 충전전압·전류와 충전시간과의 관계 (충전특성곡선)를 나타낸 제1의 도면.

도 4는 도 3에 나타낸 X부의 확대도.

도 5는 도 1에 나타낸 충전장치의 충전전압·전류와 충전시간과의 관계 (충전특성곡선)를 나타낸 제2의 도면.

도 6은 도 5에 나타낸 X부의 확대도.

도 7은 본 발명의 충전장치의 제2의 실시형태를 나타낸 구성도.

도 8은 도 7에 나타낸 충전장치의 동작예를 설명하는 플로우차트.

도 9는 도 7에 나타낸 충전장치의 충전전압·전류와 충전시간과의 관계(충전특성곡선)를 나타낸 도면.

도 10은 종래의 충전장치의 일예를 나타낸 구성도.

도 11은 일반적인 출력전압과 충전전류와의 관계 (충전장치의 출력특성)를 나타낸 도면.

도 12는 도 10에 나타낸 충전장치의 충전전압·전류와 충전시간과의 관계(충전특성곡선)를 나타낸 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,100：충전장치, 11,21A,21B,101：2차전지, 12,22：충전전류차단스위치, 13,23,103：전원, 14,24A,24B,104：콤퍼레이터, 15a,15b,25a,25b,25c：기준전원, 16,26：기준전원전환스위치, 17,27：충전제어부, 18,28：표시부, 19,29：AC코넥터, 30：저항, 102：전류검출저항.

Claims

접속된 2차전지에 대하여 정전압(定電壓) 이하의 정전류(定電流)로 충전을 행하고, 상기 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전장치로서,

충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스위치수단과,

상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제1의 기준전압을 비교하는 비교수단과,

상기 비교결과에 따라서 충전을 정지 또는 충전종료표시하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전압차가 제1의 기준전압 이하일 때, 충전을 정지 또는 충전종료표시하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
접속된 2차전지에 대하여 정전압 이하의 정전류로 충전을 행하고, 상기 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전장치로서,

충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스위치수단과,

충전정지로부터 소정 시간 경과 후, 상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제2의 기준전압을 비교하는 비교수단과,

상기 비교결과에 따라서 재충전을 개시하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
청구항 3에 있어서, 상기 전압차가 제2의 기준전압 이상일 때, 재충전을 개시하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
병렬접속된 복수의 2차전지에 대하여 정전압 이하의 정전류로 충전을 행하고, 상기 각 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전장치로서,

하나의 상기 2차전지의 충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스위치수단과,

상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제1의 기준전압을 비교하는 제1의 비교수단과,

상기 하나의 2차전지의 마이너스단자전압과, 제2의 기준전압을 비교하는 제2의 비교수단과,

상기 각 비교결과에 따라서 충전을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
청구항 5에 있어서, 상기 하나의 2차전지의 마이너스단자전압이 제2의 기준전압 이하일 때, 상기 하나의 2차전지의 충전을 정지하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
청구항 5에 있어서, 상기 하나의 2차전지의 마이너스단자전압이 제2의 기준전압 이상으로 되었을 때부터 소정 기간, 상기 제1의 비교수단의 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
접속된 2차전지에 대하여 정전압 이하의 정전류로 충전을 행하고, 상기 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전방법으로서,

스위치수단에 의하여 충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스텝과,

상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제1의 기준전압을 비교하는 스텝과,

상기 비교결과에 따라서 충전을 정지 또는 충전종료표시를 제어하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전방법.
청구항 8에 있어서, 상기 전압차가 제1의 기준전압 이하일 때, 충전을 정지 또는 충전종료표시하는 것을 특징으로 하는 충전방법.
접속된 2차전지에 대하여 정전압 이하의 정전류로 충전을 행하고, 상기 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전방법으로서,

스위치수단에 의하여 충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스텝과,

충전정지로부터 소정 시간 경과 후, 상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제2의 기준전압을 비교하는 스텝과,

상기 비교결과에 따라서 재충전을 개시하도록 제어하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전방법.
청구항 10에 있어서, 상기 전압차가 제2의 기준전압 이상일 때, 재충전을 개시하는 것을 특징으로 하는 충전방법.
병렬접속된 복수의 2차전지에 대하여 정전압 이하의 정전류로 충전을 행하고, 상기 각 2차전지의 단자전압이 상기 정전압으로 상승했을 때, 상기 정전류 이하의 정전압으로 충전을 행하도록 제어하는 충전방법으로서,

스위치수단에 의하여 하나의 상기 2차전지의 충전전류를 어떤 주기로 차단하는 스위칭스텝과,

상기 충전전류의 차단시에 있어서의 상기 스위치수단으로부터 전원측의 제1의 전압 및 상기 2차전지측의 제2의 전압의 전압차와, 제1의 기준전압을 비교하는 제1의 비교스텝과,

상기 하나의 2차전지의 마이너스단자전압과, 제2의 기준전압을 비교하는 제2의 비교스텝과,

상기 제1 및 제2의 비교스텝에서 구한 상기 각 비교결과에 따라서 충전을 제어하는 제어스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전방법.
청구항 12에 있어서, 상기 하나의 2차전지의 마이너스단자전압이 제2의 기준전압 이하일 때, 상기 하나의 2차전지의 충전을 정지하는 것을 특징으로 하는 충전방법.
청구항 12에 있어서, 상기 하나의 2차전지의 마이너스단자전압이 제2의 기준전압 이상으로 되었을 때부터 소정 기간, 상기 제1의 비교스텝의 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 충전방법.