KR100536216B1 - 배터리 팩의 충전 방법 - Google Patents

배터리 팩의 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충방전이 가능한 2차 전지의 일종인, 배터리 팩의 충전 방법에 관한 것이다.
배터리 팩의 충전 방법은, 2개 이상의 임계 전압과 이에 상응하는 듀티 파라미터를 가지는 고정 듀티 펄스 충전을 수행하여 각 펄스 구간별 최대 충전 시간을 관리하고, 충전 종료 시점은 전압 상승률에 기반하여 결정한다.
이와 같이 하면, 일정한 펄스 구간별로 고정 듀티를 가지는 펄스 충전을 수행하여 최대 충전 시간을 각 펄스구간별 관리하므로 안정성을 확보할 수 있고, 듀티를 증감시켜 충전 시간을 제어할 수 있다.

Description

배터리 팩의 충전 방법{METHOD FOR CHARGING OF BATTERY PACK}
본 발명은 충방전이 가능한 2차 전지의 일종인 배터리 팩의 충전 방법에 관한 것으로, 특히 각 펄스 구간별 최대 충전시간을 관리할 수 있는 배터리 팩의 충전 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 2차 전지(secondary battery)는 셀룰러 폰(cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기의 개발로 활발한 연구가 진행되고 있다.
특히, 이러한 2차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH : nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등 다양한 종류가 개발되고 있다.
이러한 2차 전지는 셀(bare cell) 형태로 제작된 후, 충방전 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하며, 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전이 이루어진다.
종래의 배터리 팩은 크게 배터리 셀과, 충방전 회로를 포함하는 주변회로로 이루어지며, 이 주변회로는 인쇄 회로 기판으로 제작된 후, 상기 배터리 셀과 결합된다.
외부 단자를 통해 외부 전원이 연결되면, 외부 단자와 충방전 회로를 통해 공급되는 외부 전원에 의해 베터리 셀이 충전되며, 외부 단자를 통해 부하(load)가 연결되면, 배터리 셀의 전원이 충방전 회로와 외부 단자를 통해 부하에 공급되는 방전 동작이 일어난다.
이때, 충방전 회로는 외부 단자와 배터리 셀 사이에서 배터리 셀의 충방전을 제어한다.
2차 배터리는 일반 배터리와 비교해서 매우 낮은 내부 저항을 가지고 있으므로, 순간적인 많은 전류를 공급하기에 유리하고 방전 특성도 양호하여 방전 종지 전압에 이를 때까지 안정된 전압을 유지하는 장점을 지닌다.
여기서, 방전 종지 전압이라 함은 배터리의 시험에 있어서 방전을 종료하는 한도를 나타내는 전압을 일컫는다. 이러한 2차 배터리의 충전을 위해서는 적당한 량의 전류가 배터리로 유입되도록 해야한다.
전류가 클수록 충전은 단시간에 완료되겠지만 과충전(만충전을 넘어 충전을 계속하는 것)이 발생될 위험이 있다. 대부분의 배터리가 과충전되면 그것의 내부에서 가스가 발생하며, 소량의 가스는 배터리 내부에서 흡수되지만, 충전 전류가 클수록 더 많은 가스가 발생한다. 따라서, 배터리는 과충전되면 파열될 수 있다.
한편, 종래 배터리 백은 임의의 듀티로 끝나는 충전의 경우에, 저전류가 공급되면 충전 시간이 단축될 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고정 듀티를 갖는 펄스 충전을 통해 안정성을 확보하면서 충전 시간을 단축시키기 위한 배터리 팩의 충전 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 2개 이상의 임계 전압과 이에 상응하는 듀티 파라미터를 가지는 고정 듀티 펄스 충전을 수행하고, 충전 종료 시점은 전압 상승률에 기반하여 결정한다
본 발명의 특징에 따른 배터리 팩의 충전 방법은, 배터리 셀(bare cell) 형태로 제작된 후, 충방전 회로를 포함한 주변 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하고, 상기 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전이 이루어지는 배터리 팩의 충전 방법에 있어서, a) 일정한 펄스 구간별 충전 전류 량의 합이 고정 펄스의 양과 같아지는 2개 이상의 전압을 임계(Threshold) 전압으로 설정하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 설정된 2개 이상의 임계 전압에 상응하는 고정 듀티를 갖는 펄스 충전을 수행하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계에서 충전을 수행하는 도중 전압상승율 또는 최대 전압 평균치를 감지하여 충전을 종료 시점을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 b) 단계에서 충전을 수행한 결과, 충전율이 기대치 이하인 경우에 고정 듀티를 늘려 충전 시간을 단축시키는 것이 바람직하다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법에 대하여 도 1을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 배터리 팩의 충전 회로의 구성을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩의 충전 회로는 충전부(10), 트랜지스터(20), 제어부(30)를 포함하고 있다.
충전부(10)는 P1, P2 입력단자와 P3, P4 출력단자를 가지고, 제어부(30)는 P5 출력단자, P6 입력단자, P7 접지 단자를 가진다.
충전부(10)의 P3, P4 출력단자 사이에는 트랜지스터(20)가 위치하고, 배터리 셀(B)이 직렬 접속되어 있다. 이러한 충전부(10)는 P1, P2 입력단자를 통해 상용 전원(AC)을 입력받아 아날로그/디지털 변환을 수행하고, 일정 레벨의 직류 전원을 P3 출력단자로 출력한다.
이때, 트랜지스터(20)는 충전부(10)와 배터리 셀(B) 간의 직류 전류의 공급을 온/오프하기 위해 스위칭 동작을 수행한다.
제어부(30)는 일종의 마이크로컴퓨터로 P5 출력단자로부터 트랜지스터(20)의 베이스 전류를 출력하고, 트랜지스터(20)의 온/오프 스위칭 동작을 제어하여 배터리 셀(B)의 충전을 제어한다.
제어부(30) 내의 메모리(31)에는 시스템에서 미리 설정하는 값들이 저장된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법에 의한 충전 전류 파형을 개략적으로 도시한 것이다.
배터리 팩의 충방전 동작은 대개 배터리 팩이 배터리 셀(bare cell) 형태로 제작된 후 충전 회로와 합쳐지고, 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전을 수행한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정한 펄스 구간별(T1, T2, T3) 충전 전류 량의 합이 고정 펄스의 양과 같아지는 2개 이상의 전압을 임계(Threshold) 전압(VH, VL)으로 설정하고, 이 값들을 메모리(31)에 저장해 둔다.
충전 회로는 위에서 설정된 2개 이상의 임계 전압에 상응하는 듀티 파라미터를 가지는 고정 듀티 펄스 충전을 수행한다.
즉, 배터리 셀의 전지 전압을 검출하여 미리 설정된 임계 전압(VH, VL)에 도달하는 시점까지 트랜지스터(20)를 온 시켜 연속 충전을 수행한다.
그리고, 전지 전압이 VH, VL에 도달하면 연속 충전을 종료시키고, 전지 전압이 임계 전압(VH, VL)으로부터 미리 설정된 량의 전압 강하가 발생하면 트랜지스터(20)가 온 동작되어 충전을 재개하고, 전지 전압이 다시 임계 전압(VH, VL)에 도달하면 트랜지스터(20)가 오프되어 충전을 중지하는 펄스 충전이 진행된다.
충전을 종료하는 시점은 펄스 충전을 수행하는 도중에 전압상승율 또는 최대 전압 평균치를 감지하여 만충전이 감지되면 충전을 종료한다.
이때, 제어부(30)에서 충전율이 기대치 이하로 판단된 경우에, 충전 회로는 고정 듀티를 늘려 충전시간을 단축시킬 수 있다.
이와 같이, 각 펄스 구간별 최대 충전시간을 관리할 수 있어 안정성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 의한 배터리 팩의 충전 방법은 일정한 펄스 구간별로 고정 듀티를 가지는 펄스 충전을 수행하여 최대 충전 시간을 각 펄스구간별 관리하므로 안정성을 확보할 수 있고, 듀티를 증감시켜 충전 시간을 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 배터리 팩의 충전 회로의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법에 의한 충전 전류 파형을 개략적으로 도시한 것이다.

Claims (2)

  1. 배터리 셀(bare cell) 형태로 제작된 후, 충방전 회로를 포함한 주변 회로와 합쳐져서 배터리 팩을 구성하고, 상기 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 부하에 의한 충전 또는 방전이 이루어지는 배터리 팩의 충전 방법에 있어서,
    a) 일정한 펄스 구간별 충전 전류 량의 합이 고정 펄스의 양과 같아지는 2개 이상의 전압을 임계(Threshold) 전압으로 설정하는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 설정된 2개 이상의 임계 전압에 상응하는 고정 듀티를 갖는 펄스 충전을 수행하는 단계; 및
    c) 상기 b) 단계에서 충전을 수행하는 도중 전압상승율 또는 최대 전압 평균치를 감지하여 충전을 종료 시점을 결정하는 단계
    를 포함하는 배터리 팩의 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계에서 충전을 수행한 결과, 충전율이 특정 값보다 작은 경우에 고정 듀티를 늘려서 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 충전 방법.
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