KR100620871B1 - 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소형밧데리용 충전기에 채용되는 충전방법에 관한 것이다.
소형밧데리 특히 니켈카드뮴(Ni/Cd)니켈수소(NiMH)전지의 경우 전압추적방식(d22/vdt22, -△V, Vmax=피크검출방식), 온도추적방식(△T, dT/dt) 등이 이용되고 있으나 이 중에서 가장 흔하면서도 비교적 정확한 방식이 -△V의 추적에 의한 충전완료를 찾아내는 방식이다.
그러나 충전전압의 변화, 충전밧데리의 고유한 제작사별 충전특성, 충전기 자체의 특성 등의 여러 가지 변수에 의하여 이들 추적방식이 정확하지 못하여 대개 15%내외의 밧데리가 완전충전이 되지못하고 충전완료신호가 검출되어 버리면서 충전이 제대로 이루어지지 못하고 있다.
본 발명은 위 여러가지 전압추적방식중에서도 만충전완료전압강하값이 기존에는 위 지적한 -△V의 한 개의 단위로 고정되어 오던 것을 피하고, -△V ×n=NΔV과 같이 기본전압강하값(-△V)의 n배로 능동적으로 확대 혹은 축소처리하여 주었다. 이 전압강하값의 조정은 피충전밧데리가 충전이 진행되면서 내부전압의 상승에 따라 반비례적으로 조절하도록 하였다. 또한 더나아가서 온도추적방식을 이용하되 검출되는 데이터를 일정주기를 갖고 반복 검출하도록 하고, 동시에 최대충전시간, 최대충전전압, 온도, 만충전완료전압, 기준전압 등의 다양한 변수를 동시에 충전완료를 판단하는 변수로 이용토록 하였다. 따라서 어떤 한두 가지 변수에 의하여 판단하던 만충전검출을 이들 변수의 복합적이고 크로스 대조에 의하여 정확한 만충전완료시점을 구하도록 하여 보다 충실한 충전기능을 발휘토록 하였다.

Description

소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법{Battery recharging process for the small size rechargable battery}
도 1 은 충전이 정상적으로 진행되는 경우의 시간과 전압간의 충전특성그래프,
도 2 는 충전이 되기 전에 만(滿)충전완료전압강하값이 검출되어 충전이 종료되는 경우의 충전특성그래프,
도 3 은 만충전 되기 전에 만충전완료전압강하값이 검출되어지지 않은 채 최대충전허용시간을 초과하므로서 미충전상태로 되는 충전특성그래프,
도 4 는 밧데리 충전기기의 내부 구성을 보여주는 블록도,
도 5 는 본 발명의 충전작동에 따른 충전특성그래프,
도 6 은 본 발명의 온도변화에 따른 충전특성그래프,
도 7 은 본 발명의 만충전완료전압강하값 재설정단계를 포함한 충전단계흐름도,
도 8 은 본 발명의 만충전완료전압강하값 재설정 그리고 기준전압값 재설정단계를 포함한 충전단계흐름도임.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
NΔV:만충전완료전압강하값, 1:정류부 2:출력전압조절부 3:출력스위치부 4:밧데리충전부 7:육안표시부, 8:사운드표시부 W:온도신호검출선 P:전압신호검출선
본 발명은 니켈카드뮬 혹은 니켈수소로 구성되는 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법에 관한 것이다.
일반적으로, 충전된 전류가 다 소모되어진 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 밧데리는 밧데리 충전기를 사용하여 충전시켜 다시 사용하는데, 이때 상기 밧데리에 일정한 연속전류를 흐르게 하여 이를 충전시키는 것으로서, 75%∼90% 정도의 충전(전압피크 부근)(이하, 만충전(滿充電)이라 함)이 될 때 까지 급속충전을 하고 나머지는 충전전류를 줄여서 충전을 한다.
이처럼, 밧데리를 충전시킬 때, 밧데리가 정상적으로 만충전되도록 하기 위해 만충전을 검출하는 여러 가지 방법이 제안되고 있다.
즉, 충전 시작 후 일정시간 동안 충전시키는 타이머 방법과, 밧데리 전압의 하강반전전압을 검출하여 충전을 멈추게 하는 하강반전전압(=기본전압강하값(-ΔV), -△V라 함) 검출방법과, 일정한 온도에 도달하면 충전을 멈추게 하는 온도 검출방법과, 전압상승의 기울기 변화를 측정하여 미리 설정된 전압상승의 기울기 변화가 발생하면 충전을 멈추게 하는 전압상승의 기울기변화 검출방법 등을 사용하고 있다.
이러한 방법들 중에서 가장 많이 사용되는 방법은 하강반전전압 검출방법으로서, 도 1은 정상적인 밧데리의 충전 상태선도로서, 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 밧데리의 전압은 충전시간에 따라 증가하여 피크전압에 도달될 때까지 충전상태가 진행된다.
상기 피크전압에 도달한 후, 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 밧데리는 자체의 특이한 현상으로 인해 충전전압이 더 이상 증가하지 않고 오히려 약간 감소하기 시작하는데, 하강반전전압 검출방법에서는 미리 설정되어 있는 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 밧데리 전압의 -△V를 감지하여 즉시 급속충전을 중단하거나 미세전류에 의한 충전으로 전환한다.
즉, 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 밧데리의 특성으로 인해 만충전후 발생하는 -△V를 감지하여 상기 밧데리의 충전상태가 만충상태임을 알 수 있게 되는 것이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 밧데리 만충전 검출방법에 있어서, -△V를 이용한 방법은 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 밧데리를 오랫동안 사용하지 않고 충전을 시키면 도 2에 도시된 선도와 같이 충전초기에 -△V가 발생되어 충전을 멈추게 되고, 충전의 중간과정에서 밧데리 전압이 완만하게 떨어지는 현상이 발생될 때에도 도 3에 도시된 선도와 같이 -△V가 발생되어 충전을 멈추게 되어 실질적으로 미충전상태에서 밧데리의 충전이 중단되는 문제점이 있었다.
또한, 일정시간동안 충전시키는 타이머 방법에서도 주변온도와 밧데리의 잔량에 따라 충전량의 차이가 발생됨은 물론 충전기에 장착하였을 때에도 밧데리의 충전상태에 관계없이 설정된 시간만큼 충전을 하므로 과충전이 발생되는 문제점도 있었다.
그리고, 일정온도에 도달함을 검출하여 충전을 제어하는 온도 검출방법도 주변온도변화와 충전기의 발열온도의 영향을 받음에 따라 오차가 발생되어 미충전이 되는 문제점이 있었다.
또한, 전압 상승의 기울기 변화를 검출하는 방법은 -△V를 이용하는 방법과 병행하여 사용하므로 초기 피크전압 발생 또는 충전 중간과정에서의 -△V 발생시에 충전이 중단되는 문제점이 있고, 한편 충전중 밧데리의 온도가 상승하고 이는 밧데리의 수명을 단축하는 요인이 되었다.
이러한 단점을 개선하기 위하여 특허제216627호에서는 충전기 공급전압과 충전용 밧데리 단자전압을 시간을 달리하여 측정하는 단계와, 상기 측정전압의 차이를 시간변화율로 계산하여 밧데리 내부저항 상승의 기울기를 산출하는 단계와, 이 내부저항상승의 기울기를 미리 설정된 기울기와 비교하여 내부저항 상승의 기울기가 설정된 기울기보다 높은 경우 만충전상태임을 감지하는 것을 특징으로 하는 충전용 밧데리의 만충전 검출방법을 제시하고, 여기서 충전기에 의한 전류공급을 단속적으로 행하는 것을 특징으로 하는 충전용 밧데리의 만충전 검출방법 그리고 충전전류의 공급시간과 공급휴지시간을 7:1로 하는 것을 특징으로 하는 충전용 밧데리의 만충전 검출방법 등도 함께 제시하고 있다.
상기한 특허의 방식은 내부저항을 측정하여 가능한 한 만충전시점을 정확히 검출하는 데에 특징이 있다. 그러나 밧데리의 제작사가 천차만별이고, 그 제작사별로 제작된 밧데리는 내부저항의 변화 역시 천차만별이다. 즉, 어느 획일화된 내부저항변화값의 측정에 의지하는 경우 정확한 만충전시점의 검출이 기대한 것보다 훨씬 못미치는 것이 현실이다.
이외에 특허284646호에서는 밧데리의 온도상승이 급격히 진행되는 시점직전에 마무리 충전단계, 이어서 아주 짧은 충전전류시간에 의하여 충전을 진행하는 세류 충전단계 등을 도입하도록 하여 만충전직전에 보다 정밀한 충전전류의 제어로 안정된 만충전효과를 이루도록 하고 있다.
그러나 이러한 방식도 역시 온도 상승 만에 의지하여 다른 충전변수들이 종속되어 지므로 충전환경에 너무나 많은 영향을 받으며, 특히 다양한 밧데리 종류별로 일률적으로 적용시 많은 충전에러를 발생하게 된다.
또한 밧데리가 소형이라 하여도 500㎃에서 부터 2000㎃이상으로 그 충전용량이 다양하며, 그 결과 각 각의 밧데리 별 만충전 검출변수의 범위 역시 그 용량별로 변화하여야 하는 것은 거의 불가능한 것이 현실이다.
특히 가장 문제로 지적되는 것은 소형 충전 밧데리가 보통 고속충전시(예, 2시간에서 4시간 )는 대개 10-20mV정도로 나오지만 그 이상의 충전시간에서는 기본전압강하값(-ΔV)이 대개 2㎷에서 많아야 5㎷정도로 설정되어져 있다. 즉, 1.2V에서 AA형 혹은 AAA형 소형밧데리에서 이 같은 미미한 기본전압강하값(-ΔV)의 전압변화는 너무나 다양한 원인에 의하여 발생하게 된다. 이는 충전전압의 미세한 흔들림, 충전장치의 외부의 물리적 진동으로 발생하는 경우도 있고, 또한 밧데리의 생산자별 밧데리 특성에 따라 너무나 다양하게 발생하고 있다. 그 결과 실제 90%이상 만충전이 이루어지지 못하고 소형 충전 밧데리의 경우 거의 50%에 이르는 미충전 혹은 충전완료시점의 부정확성을 보여주고 있는 것이 현실이다.
구체적으로는 도 5에 도시하듯이 충전이 충분히 이루어지기도 전에 중간 중간에 전압값이 크게 상승하다가 급격히 하강하는 현상이 발생하며, 이러한 전압의 급격한 하강은 마이크로프로세서에 기억된 만충전완료전압강하값으로 인식되면서 충전이 종료되어 버린다. 특히 문제로 되는 것은 이러한 현상이 몇 차례 반복되어감에 따라 밧데리는 열화하고, 미충전상태를 반복하게 된다. 그 결과 니카드밧데리의 메모리 특성에 따라 밧데리가 항시 미충전상태를 만충전으로 인식하여 성능이 나빠지면서 결국 밧데리를 폐기하게 된다.
본 발명은 만충전전압에 근접함에 따라 일정 전압이하에서는 기본전압강하값(-ΔV)의 측정시간을 밧데리의 충전상태에 따라 변화시키면서 다중측정토록 하는 동시에 만충전완료전압강하값을 현재 충전중인 밧데리의 충전전압의 상승에 따라 함께 변동시켜주므로서 충전이 불완전함에도 불구하고 기본전압강하값(-ΔV)이 검출되어 충전이 종료되어 버리는 문제점을 해소하고자 한다.
본 발명은 또한 충전작동 시작시 밧데리 온도가 일정온도이상으로 측정이 되면 충전작동을 시작하지 않도록 하거나 약한 전류(예 기존전류 몇 분의 일정도)로 충전하거나 충전중이라면 충전작동을 종료 혹은 일시정지 혹은 충전 불이행의 동작신호를 주도록 하며, 동시에 온도변화와 기본전압강하값(-ΔV)의 변화를 동시에 변수로 측정하여 정확한 만충전시점을 검출토록하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 밧데리의 장시간 방전 혹은 장시간 불사용에 따른 밧데리성능이 열화된 경우 이것을 스스로 검지하여 방전과 충전을 반복하므로서 밧데리의 성능을 재생하고, 이어서 이 재생된 밧데리를 충전토록 하는 밧데리재생(再生)충전방법도 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 밧데리가 사용중에 용량이 증가된 경우 그 용량 증가를 스스로 판단하여 만충전을 검출하기 위한 여러 가지 검출변수를 변화시켜 밧데리에 따른 능동적인 충전용량 자동변환가능한 충전기를 제공하고자한다.
본 발명은 소형밧데리가 충전이 진행됨에 따라 밧데리 전압이 서서히 상승하게 되며, 이 상승률과 비례하여 초기에는 기본전압강하값(-ΔV)의 n배를 그리고 밧데리의 내부전압상승, 즉, 충전이 진행됨에 따라 기본전압강하값(-ΔV)의 n배를 하면서 점차 n값을 낮추도록 하여 최종적인 만충전(滿充電) 직전에는 기본전압강하값(-ΔV)과 기준값의 비교를 0디지트가 되도록 만충전완료전압강하값(NΔV)을 설정하여 측정 범위를 반비례적으로 낮추어 주도록 구성한 소형밧데리 충전방법 그리고 이것을 이용한 충전장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 n이 초기충전시에 10에 가까운 숫자로 설정되므로 초기에는 만충전완료전압강하값이 기본전압강하값(-ΔV)의 10배 혹은 그 이상의 크기로 설정되며, 만충전에 가까워지면 n을 0 또는 1로 설정하여 기본전압강하값(-ΔV)의 측정으로 충전을 종지토록 하고, 이후에는 더 이상의 만충전완료전압강하값의 측정에 따른 충전방전의 작동이 없이 충전동작을 멈추도록 한다.
본 발명의 또 다른 특징은 밧데리가 충전되어가면서 상기한 만충전완료전압강하값의 기준 값이 되는 기준전압값(Vf)을 고정하지 않고 밧데리의 충전상태에 따라 변화시켜 주어 보다 정밀한 충전작동이 이루어지게 하였다.
본 발명은 또한 밧데리가 충전재생에 필요한 초기전압이 측정되지 않거나 전압의 검출이 전혀 되지 않는 밧데리에 대하여도 적절한 충방전의 반복에 의하여 밧데리를 재생토록 하여 본래의 밧데리 활성을 복귀시켜주도록 한 다음 충전작동이 가능하도록 한 소형밧데리 충전방법 및 그 충전장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한 충전이 되는 밧데리에 대한 온도를 측정토록 하여 일정한 온도이상이 검출되는 경우 충전작동 자체를 일시 중지하도록 하고, 더 나아가서 밧데리의 온도가 일정한 온도이상인 경우 충전작동 자체를 중지토록 하여 발생가능한 열에 의한 밧데리 및 기기 파손, 화재 등의 위험을 미연에 방지토록 하는 방법 및 그 방법을 이용한 충전장치에 관한 것이다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예에 의하여 설명한다.
본 발명의 피(被)충전밧데리의 온도에 따른 충전전압변화와 온도변화 등을 도 6에 도시하며, 만충전완료전압강하값을 재설정하면서 충전하는 단계를 도 7에 도시하고 있으며, 도 8 은 만충전완료전압강하값 그리고 기준전압값을 모두 변화시키면서 충전하는 단계를 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리검사, 이력조회, 충방전모드의 선택모드에 따라서 밧데리검사, 메모리스캐닝, 충방전단계로 진행하도록 하면서 육안표시부(7)로 출력하고, 충전 혹은 방전모드가 선택됨에 따라 충전 혹은 방전을 진행하며, 거치된 밧데리에 대한 전압을 검사하여 기준으로 하는 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V0), 초기충진시간(Ti), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 기준전압값(Vf) 등의 기준값과 신호값이 매칭되는 경우 충전을 종료하도록 구성되는 니켈카드뮴 혹은 니켈수소 밧데리충전방법에 있어서,
밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리의 전압이 충전초기전압(Vi) 혹은 충전목표전압(V0)보다 낮은 전압인 지를 검출하는 충전밧데리 전압측정단계,
상기한 단계로부터 충전초기전압(Vi)과 충전목표전압(V0)의 사이로 전압 이 검출된 경우 마이크로프로세서(5)에서 출력전압조절부(2)에 출력신호를 주어 출력스위치부(3)를 통하여 전원을 밧데리충전부(4)에 공급하도록 하는 충전 단계,
상기한 충전단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온한 상태에서 측정된 충전중인 밧데리 전압값과 오프상태에서 측정된 전압값에 의하여 충전중인 밧데리의 전압평균값을 설정하여 평균전압값이 전단계에서 설정된 평균전압값보다 상승된 경우 만충전완료전압강하값(NΔV)을 식(-△V ×n=NΔV)의 비율로 재설정하도록 하여 만충전완료전압강하값이 검출되는 지를 스캔하는 밧데리전압비교단계,
밧데리 전압의 비교단계로부터 만충전완료전압강하값이 검출되면 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하며, 만충전완료전압강하값이 검출되지 않으면 충전목표전압(V0), 최대충전허용전압(Vmax) 혹은 최대충전허용시간(Tmax)에 도달한 경우 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 동시에 육안식별부에 만충전 완료신호를 출력토록 하는 충전완료단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 소형밧데리용 충전방법으로 구성된다.
본 발명에서 만충전완료전압강하값은 식(-ΔV X n)(n=1∼10의 정수임)에 의하여 설정한다. 여기서 n은 충전중인 밧데리에서 측정되는 밧데리전압(Vb)의 상승과 반비례적으로 설정된다. 즉, 충전초기에는 n을 초기값을 10에서부터 시작하여 밧데리전압의 상승에 따라 9, 8, 7 의 순서로 밧데리전압이 상승함에 따라 n의 값을 줄여주도록 구성한다.
본 발명에서 이와 같은 만충전완료전압강하값을 기본전압강하값(-ΔV)과 다르게 구성한 것은 도 5에 도시하듯이 초기충전시 가장 심하게 충전전압이 변동이 심하며, 이러한 초기 충전시점에서 -ΔV가 검출되면 모든 충전작동이 종료되어 버리면서 밧데리가 불완전한 충전이 된다. 즉, 초기 충전시에는 가능한 한 -ΔV의 범위를 넓게 잡도록 하고, 거의 충전이 완료되는 시점에 이르러서는 식(-ΔV X n)의 n 값을 1로 설정하도록 하여 기본전압강하값과 만충전완료전압강하값을 서로 일치토록 하여 -ΔV의 검출과 동시에 충전을 종료토록 하였다.
본 발명의 또 다른 특징은 충전중인 밧데리의 충전상태에 따라 상기한 만충전완료전압강하값의 변화만이 아니라 이 만충전완료전압강하값의 검출여부를 확인할 수 있는 기준이 되는 전압값인 기본전압값(Vp)을 밧데리의 충전상태에 따라 능동적으로 변화하여 측정토록 하는 충전방법이다.
보다 구체적으로는 정류부(1)로부터 공급된 전류를 출력전압조절부(2)의 조절작동에 의하여 출력스위치부(3)를 통하여 밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리에 충전토록하고, 충전상태 등을 육안표시부(7),사운드표시부(8)로 출력하도록 하면서, 피충전밧데리의 전압을 검사하여 기준으로 하는 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V0), 초기충진시간(Ti), 기본전압값(Vp), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 기준전압(Vf) 등의 기준값과 신호값이 매칭되는 경우 충전을 종료하도록 구성되는 니켈카드뮴 혹은 니켈수소 밧데리충전장치에 있어서,
밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리의 전압이 충전초기전압(Vi) 혹은 충전목표전압(V0)보다 낮은 전압인 지를 검출하는 충전밧데리 전압측정단계,
상기한 단계로부터 충전초기전압(Vi)과 충전목표전압(V0)의 사이로 전압 이 검출된 경우 마이크로프로세서(5)에서 출력전압조절부(2)에 출력신호를 주어 출력스위치부(3)를 통하여 전원을 밧데리충전부(4)에 공급하도록 하는 충전 단계,
상기한 충전단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온한 상태에서 측정된 밧데리 전압값과 오프상태에서 측정된 전압값을 m초(m=1∼10 의 정수)에 1회씩 측정토록하는 인터벌전압측정단계,
상기한 인터벌전압측정단계에서 5×m의 측정시간내에서 주어진 시간주기별로 밧데리충전부에 거치된 밧데리의 전압을 측정하며, 이 측정결과 1회 이상의 전압상승값이 검출되면 현재 저장된 기본전압값(Vp)을 기본전압강하값(-ΔV)만큼 상승시 켜 주며, 반대로 전압상승값이 검출되지 않거나 종래 설정된 기본전압값(Vp)과 같은 전압값 혹은 전압하강과 상승이 반복되는 경우 종래의 기본전압값(Vp)을 그대로 유지하도록 하는 기본전압값을 재설정하는 단계,
상기한 단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온한 상태에서 측정된 밧데리 전압값과 오프상태에서 측정된 전압값에 의하여 밧데리의 전압평균값을 설정하여 평균전압값이 전단계에서 설정된 평균전압값보다 상승된 경우 기본전압강하값(-ΔV)을 식(-△V ×n=NΔV)의 비율로 설정하도록 하여 만충전완료전압강하값(NΔV)이 검출되는 지를 스캔하는 밧데리 전압 비교단계,
밧데리 전압 비교단계로부터 만충전완료전압강하값이 검출되면 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하며, 만충전완료전압강하값이 검출되지 않으면 충전목표전압(V0), 최대충전허용전압(Vmax) 그리고 최대충전허용시간(Tmax)에 도달한 경우 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 동시에 육안식별부에 만충전완료신호를 출력토록 하는 충전완료단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 소형밧데리용 충전방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 충전기가 사용자의 사용형태에 따라 차량에 거치하여 사용할 경우 혹은 직사광선이나 여러 가지 환경에 의하여 고온의 환경에서 충전작업이 이루어질 경우 발생가능한 밧데리의 폭발이나 화재발생, 기기 오동작 혹은 손상의 문제를 없애기 위하여 초기충전시의 모든 조건이 구비되었다 하여도 충전시 온도가 너무 높으면 충전 자체를 일시적으로 멈추거나 혹은 작동이 안되도록 하는 것이다.
보다 구체적으로는 도 6에 도시하듯이 충전초기전압(Vi)과 충전목표전압(V0)의 전압사이로 피충전밧데리전압이 측정되면서 신호검출선(W)에서 검출된 온도가 45℃이상이면 출력스위치부에 온신호를 주되 예비충전시간(t0)만큼만 출력스위치부의 온시간 : 오프시간의 비율이 50내지 60% : 40내지 50%로 유지하도록 하는 예비충전단계,
예비충전시간(t0)내에서 예비충전중 신호검출선(W)에서 검출되는 온도값이 45℃이하로 측정되면 출력스위치부의 온시간 : 오프시간의 비율을 80내지 90%: 20내지 10%로 유지토록 하여 충전을 계속하도록 충전계속단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밧데리용 충전방법을 제공하는 것이다.
이러한 것은 충전중인 밧데리가 여러 가지 환경에 의하여 온도가 올라가 있는 경우 충전을 약 반 정도만 출력스위치부를 온상태로 하여 예비충전이 이루어지도록 한다. 따라서 이러한 충전작동에 의하여 열의 발생은 최소화하면서 충전이 이루어지고 이러한 예비충전을 일정시간 유지한 후에 온도가 내려가면 정상적으로 충전작동토록 하여 발생가능한 폭발, 화재 등의 문제를 없애준 것이다.
본 발명의 또 다른 특징으로 밧데리가 일정한 용량으로 한정되지 않고 충전용량이 변화한 경우 자체적으로 용량을 업그레이드할 수 있도록 하는 것이다.
보다 구체적으로는 밧데리충전부에 거치된 밧데리에 만충전완료전압강하값(NΔV)이 검출되지않고 충전이 진행되어 최대충전허용시간(Tmax)에 도달함에 따라 출 력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 단계,
상기한 최대충전허용시간(Tmax)에 도달에 의하여 전원공급이 차단되는 회수가 연속하여 2회 이상으로 검출되면 마이크로프로세서에 설정된 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 기준전압(Vf) 등의 기준값을 적어도 20%이상 증가하여 재설정하도록 하는 기준값 재설정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형밧데리용 충전방법을 제공하는 것이다.
예를 들면 밧데리가 1500mA에서 2500mA로 용량이 큰 것을 충전할 경우 기존에 사용중인 충전기로서는 설정된 충전시간이 경과하여도 충분한 충전이 이루어 지지 않게 되어, 최대충전허용시간(Tmax)을 초과한 다음에 비록 충전이 다 안되어도 충전동작을 멈추게 된다. 이러한 작동이 연속하여 2회 이상 되는 경우 마이크로 프로세서에 이러한 작동 이력을 저장하여 두어 현재 충전되는 밧데리가 용량이 큰 것으로 인식하여 기준값들을 20 내지 30%정도 상승시켜주도록 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로는 밧데리충전부에 거치된 밧데리에 만충전완료시간(T)에 도달하기 전에 만충전완료전압강하값(NΔV)이 검출되어 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 단계,
상기한 만충전완료시간(T)의 도달전에 밧데리에 대한 충전완료신호가 검출되어 충전동작을 멈춘 회수가 연속하여 mt(mt≥10)회 이상으로 검출되면 마이크로프로세서에 설정된 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 기준전압(Vf) 등의 기준값을 적어도 20%이하 감소시켜 재설정하도록 하는 기준값 재설정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형밧데리용 충전방법을 제공하는 것이다.
이 경우는 위의 설명과 반대로 충전할 밧데리 용량이 큰 것에서 적은 것으로 충전한 경우로, 기준시간보다 적은 시간 안에 충전작동이 멈추게 되면 이것을 마이크로프로세서에서 기억하여 충전할 밧데리 용량이 기준값으로 설정한 것보다 작아진 것으로 판단하고 기준값들을 감소시켜주어 원활한 충전동작이 되도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징으로는 밧데리가 충전동작이 이루어지면서 충전중인 밧데리의 전압이 상승하게 됨에 따라 기준전압값(Vf)을 이 밧데리 전압의 상승에 맞추어 비례적으로 상승시켜 보다 정밀한 충전동작이 이루어지도록 하는 것이다.
보다 구체적으로는 정류부(1)로부터 공급된 전류를 출력전압조절부(2)의 조절작동에 의하여 출력스위치부(3)를 통하여 밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리에 충전토록하고, 충전상태 등을 육안표시부(7),사운드표시부(8)로 출력하도록 하면서, 피충전밧데리의 전압을 검사하여 신호값이 기준으로 하는 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V0), 초기충진시간(Ti), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax), 기준전압(Vf) 등의 기준값과 매칭되는 경우 충전을 종료하도록 구성되는 니켈카드뮴 혹은 니켈수소 밧데리충전장치에 있어서,
밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리의 전압이 충전초기전압(Vi) 혹은 충전목표전압(V0)보다 낮은 전압인 지를 검출하는 충전밧데리 전압측정단계,
상기한 단계로 부터 충전초기전압(Vi)과 충전목표전압(V0)의 사이로 전압 이 검출된 경우 마이크로프로세서(5)에서 출력전압조절부(2)에 출력신호를 주어 출력스위치부(3)를 통하여 전원을 밧데리충전부(4)에 공급하도록 하는 충전 단계,
상기한 충전단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온한 상태에서 측정된 밧데리 전압값과 오프상태에서 측정된 전압값을 m초(m=1∼10 의 정수)에 1회씩 측정토록 하는 인터벌전압측정단계,
상기한 인터벌전압측정단계에서 5×m의 측정시간내에서 주어진 시간주기별로 밧데리충전부에 거치된 밧데리의 전압을 측정하며, 이 측정결과 1회 이상의 전압값이 상승된 것으로 측정되면 현재 저장된 기준전압값(Vf)을 기본전압강하값(-ΔV)만큼 상승시켜 주며, 반대로 전압값이 상승된 것으로 검출되지 않거나 종래 설정된 기준전압값(Vf)과 같은 전압값이 측정되는 혹은 전압값이 하강과 상승이 반복되는 경우 종래의 기준전압값(Vf)을 그대로 유지하도록 하는 기준전압값을 재설정하는 단계,
상기한 단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온한 상태에서 측정된 밧데리 전압값과 오프상태에서 측정된 전압값에 의하여 밧데리의 전압평균값을 설정하여 평균전압값이 전단계에서 설정된 평균전압값보다 상승된 경우 기본전압강하값(-ΔV)을 식(-△V ×n=NΔV)의 비율로 설정하도록 하여 만충전완료전압강하값(NΔV)이 검출되는 지를 스캔하는 밧데리 전압 비교단계,
밧데리 전압 비교단계로부터 만충전완료전압강하값이 검출되면 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하며, 만충전완료전압강하값이 검출되지 않으면 충전목표전압(V0), 최대충전허용전압(Vmax) 그리고 최대충전허용시간(Tmax)에 도달한 경우 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 동시에 육안식별부에 만충전완료신호를 출력토록 하는 충전완료단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 소형밧데리용 충전방법을 제공하는 것이다.
일반적으로 밧데리가 충전을 시작하면서 초기 전압충전곡선이 심하게 변화한다. 이러한 변화가 순간적으로 고전압에서 저전압으로 변화하는 전압변동현상이 발생시 그 발생된 전압변동이 그대로 (-ΔV)의 검출로 인식된다. 따라서 밧데리에 대한 충전동작이 멈출수 있는 경우가 많으며, 이런 경우 충분한 충전이 되지 못하게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해소하기 위하여 5×m의 측정시간에서 기본전압상승값(+ΔV)이 검출되면 현재 저장된 기준전압값(Vf)을 증가시켜 주도록 한다. 즉, 밧데리가 충전이 진행되면서 내부전압이 점차로 상승하게 되므로, 결국 측정될 수 있는 전압변동폭도 상대적으로 이에 맞추어 능동적으로 대응토록하여 보다 정밀한 만충전완료전압강하값(NΔV)의 변화를 측정가능하게 한 것이다.
본 발명의 또 다른 특징으로는 충전초기전압(Vi)과 충전목표전압(V0)의 전압사이로 충전할 밧데리전압이 측정되면서, 신호검출선(W)에서 검출된 온도가 55℃이상이면 출력스위치부에 오프신호를 주어 충전작동을 근본적으로 중단하도록 한다. 이는 충전 밧데리가 55도를 넘게 되면 화재의 발생위험성이 있으며, 밧데리 자체도 심하게 손상이 된다. 또한 충전기 자체도 고온에 의하여 여러 가지 작동소자들이 파손되어 심각한 손상을 주기 때문에 이러한 온도가 되면 아예 충전을 멈추도록 하여 최대한 안전을 확보하는 것이다.
이상 본 발명은 기존에 -ΔV값을 일정하게 고정하여 이것에 의존하던 밧데리의 만충전 검출을 밧데리에 충전되어지고 있는 전압이 변화됨에 따라 적절히 식(-△V ×n=NΔV)의 비율로 설정하도록 하여 충전초기에 만충전이 되지 못하고 충전이 종료되는 등의 불안정한 충전의 문제를 보다 획기적으로 개선하였다.
본 발명은 더 나아가서 상기한 만충전완료전압강하값이 검출되었는 지를 판단하는 기본이 되는 전압값인 기준전압값(Vf)도 밧데리의 충전상태에 따라 고정되어있지 않고 능동적으로 변화시켜 주어 보다 정밀한 충전작동이 이루어진다.
또한 본 발명은 충전시의 온도에 의하여 단순히 만충전을 검출하는 것이 아니라 안전성에 중점을 두어 45도와 55도의 온도범위에 따라 충전 중지 혹은 충전종료를 가능하도록 하여 발생가능한 여러 가지 밧데리 열화, 화재, 기기손상 등의 문제를 없애 주었다.

Claims (6)

  1. 정류부(1)로부터 공급된 전류를 출력전압조절부(2)의 조절작동에 의하여 출력스위치부(3)를 통하여 밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리에 충전토록 하고, 충전상태 등을 육안표시부(7),사운드표시부(8)로 출력하도록 하면서, 피충전밧데리의 전압을 검사하여 기준으로 하는 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V0), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax) 등의 밧데리 만(滿)충전을 판단하는 기준값들과 신호값이 매칭되는 경우 충전을 종료하도록 구성되는 니켈카드뮴 혹은 니켈수소 밧데리 충전장치에 있어서,
    밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리의 전압이 충전초기전압(Vi) 혹은 충전목표전압(V0)보다 낮은 전압인 지를 검출하는 밧데리의 잔류전압측정단계,
    상기한 단계로부터 충전초기전압(Vi)보다 낮게 검출되거나 전압자체의 검출이 안 되는 경우 밧데리 재생단계로 진행하며, 충전초기전압(Vi)과 충전목표전압(V0) 사이의 전압값이 검출된 경우 마이크로프로세서(5)에서 출력전압조절부(2)에 출력신호를 주어 출력스위치부(3)를 통하여 전원을 밧데리충전부(4)에 공급하도록 하는 충전개시단계,
    상기한 충전개시단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온(on)한 상태에서 측정된 밧데리 전압값과 오프(off)상태에서 측정된 전압값에 의하여 밧데리의 전압평균값을 설정하여 평균전압값이 전단계에서 설정된 평균전압값보다 상승된 경우 만(滿)충전완료전압강하값(NΔV)을 식(-△V ×n=NΔV)의 비율로 재설정하는 만(滿)충전완료전압강하값 재설정단계,
    상기한 재설정된 만충전완료전압강하값(NΔV)이 피충전밧데리로부터 검출되는지를 스캐닝하도록 하여 만충전완료전압강하값의 검출여부를 비교 판단하는 밧데리전압 비교단계,
    상기한 밧데리 전압 비교단계로부터 만충전완료전압강하값이 검출되면 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하며, 만충전 완료 전압강하값이 검출되지 않으면 충전목표전압(V0), 최대충전허용전압(Vmax) 혹은 최대충전허용시간(Tmax)에 도달한 경우 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 동시에 육안식별부에 만충전 완료신호를 출력토록 하는 충전완료단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    밧데리전압비교단계에서 식 (-△V ×n=NΔV)의 n이 1∼10까지의 정수인 것을 특징으로 하는 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    충전초기전압(Vi)과 충전목표전압(V0)의 전압사이로 피충전밧데리전압이 측정되면서 신호검출선(W)에서 검출된 온도가 45∼55℃이면 출력스위치부에 온신호를 주되 예비충전시간(t0)만큼만 출력스위치부의 온시간 : 오프시간의 비율이 50내지 60%:40내지 50%로 유지하도록 하는 예비충전단계,
    예비충전시간(t0)이 경과하고 나서 신호검출선(W)에서 검출되는 온도값이 45℃이하로 측정되면 출력스위치부의 온시간 : 오프시간의 비율을 80내지 90% : 20내지 10%로 유지토록 하여 충전을 계속하는 충전계속단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    밧데리충전부에 거치된 밧데리에 만충전완료전압강하값(NΔV)이 검출되지 않고 충전이 진행되어 최대충전허용시간(Tmax)에 도달함에 따라 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 단계,
    상기한 최대충전허용시간(Tmax)에 도달하여 전원공급이 차단되는 회수가 연속하여 2회 이상으로 검출되면 마이크로프로세서에 설정된 만충전 완료 전압강하값(NΔV)의 기준값이 되는 기준전압값(Vf), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax) 등의 기준값을 적어도 20∼30% 증가하여 재설정하도록 하는 기준값 재설정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    밧데리충전부에 거치된 밧데리에 만충전완료시간(T)에 도달하기 전에 만충전완료전압강하값(NΔV)이 검출되어 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 단계,
    상기한 만충전완료시간(T)의 도달전에 밧데리에 대한 충전완료신호가 검출되어 충전동작을 멈춘 회수가 연속하여 mt(mt≥10)회 이상으로 검출되면 마이크로프로세서에 설정된 만충전완료전압강하값(NΔV)의 기준값이 되는 기준전압값(Vf), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax) 등의 기준값을 적어도 20∼30% 감소시켜 재설정하도록 하는 기준값 재설정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법.
  6. 정류부(1)로부터 공급된 전류를 출력전압조절부(2)의 조절작동에 의하여 출력스위치부(3)를 통하여 밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리에 충전토록 하고, 충전상태등을 육안표시부(7),사운드표시부(8)로 출력하도록 하면서, 피충전밧데리의 전압을 검사하여 기준으로 하는 최대충전허용전압(Vmax), 충전목표전압(V0), 기본전압강하값(-ΔV), 만충전완료시간(T), 최대충전허용시간(Tmax) 등의 밧데리의 만충전을 판단하는 기준값들과 신호값이 매칭되는 경우 충전을 종료하도록 구성되는 니켈카드뮴 혹은 니켈수소 밧데리 충전장치에 있어서,
    밧데리충전부(4)에 거치된 밧데리의 전압이 충전초기전압(Vi) 혹은 충전목표전압(V0)보다 낮은 전압인지를 검출하는 충전 밧데리의 잔류전압측정단계,
    상기한 단계로부터 충전초기전압(Vi) 과 충전목표전압(V0) 사이의 전압이 검출된 경우 마이크로프로세서(5)에서 출력전압조절부(2)에 출력신호를 주어 출력스위치부(3)를 통하여 전원을 밧데리충전부(4)에 공급하도록 하는 충전개시단계,
    상기한 충전단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온한 상태에서 측정된 밧데리 전압값과 오프상태에서 측정된 전압값을 m초(m=1∼10 의 정수)에 1회씩 측정토록 하는 인터벌 전압측정단계,
    상기한 인터벌 전압측정단계에서 5×m의 측정시간내에서 주어진 시간주기별로 밧데리충전부에 거치된 밧데리의 전압을 측정하며, 이 측정결과 1회 이상의 전압값이 상승된 것으로 측정되면 현재 저장된 기준전압값(Vf)을 기본전압강하값(-ΔV)만큼 상승시켜 주며, 반대로 전압값이 상승된 것으로 검출되지 않거나 종래 설정된 기준전압값(Vf)과 같은 전압값이 측정되는 혹은 전압값이 하강과 상승이 반복되는 경우 종래의 기준전압값(Vf)을 그대로 유지하도록 하는 기준전압값을 재설정하는 단계,
    상기한 단계에 의하여 충전중인 밧데리의 전압이 증가함에 따라 출력스위치부를 온한 상태에서 측정된 밧데리 전압값과 오프상태에서 측정된 전압값에 의하여 밧데리의 전압평균값을 설정하여 평균전압값이 전단계에서 설정된 평균전압값보다 상승된 경우 기본전압강하값(-ΔV)을 식(-△V ×n=NΔV)의 비율로 설정하도록 하여 만충전완료전압강하값(NΔV)이 검출되는 지를 스캔하는 밧데리 전압 비교단계,
    밧데리 전압 비교단계로부터 만충전완료전압강하값이 검출되면 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하며, 만충전완료전압강하값이 검출되지 않으면 충전목표전압(V0), 최대충전허용전압(Vmax) 그리고 최대충전허용시간(Tmax)에 도달한 경우 출력스위치부에 대한 오프신호로 전원공급을 차단하는 동시에 육안식별부에 만충전완료신호를 출력토록 하는 충전완료단계로 구성하는 것을 특징으로 하는 소형 충전밧데리용 충전기의 충전방법.
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