KR100820308B1 - 배터리 충전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 충전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 충전 시간을 보다 개선시키고, 급속 충전시 과충전, 과열 및 그에 따른 배터리 수명의 단축을 방지할 수 있는 배터리 충전 장치에 관한 것이다.
본 발명의 배터리 충전 장치는 충전 제어 신호에 따라 충전 전류를 발생시키고, 상기 발생되는 충전 전류를 배터리에 제공하기 위한 충전부; 방전 제어 신호에 따라 상기 베터리에 충전된 전하를 방전시키기 위한 방전부; 및 상기 배터리의 충전 전압, 충전 전류 및 온도를 감지하고, 상기 감지되는 배터리의 충전 전압, 충전 전류, 및 온도, 및 사전에 설정된 충방전 시간, 최대 허용 전류, 제 1 기준 온도, 제 2 기준 온도, 및 기준 전압 증가율을 기초로 상기 충전 제어 신호 및 상기 방전 제어 신호를 발생시키기 위한 제어부를 포함하다.
배터리, 충전 장치, 충전부, 방전부, 제어부
Description
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 도시한 구성도 및 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 충전 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 충전 장치에서 발생되는 충전 및 방전 전류 파형의 일 예를 타나낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 충전 장치에서 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 충방전 전류의 파형들을 나타낸 도면이다.
도 5는 배터리의 충전시의 전압 변동률을 나타낸 도면이다.
본 발명은 배터리 충전 장치에 관한 것이다.
종래의 배터리 충전 장치는 급속으로 배터리를 충전시키기 위해, 배터리에 충전 전류를 공급하는 충전 모드 사이사이에 짧은 일정 시간의 펄스 전류를 방전시키는 방전 모드를 구성하여, 배터리의 충전시 형성되는 이온층을 짧은 방전모드때 급속하게 배터리의 전해질로 확산 분해시킴으로써, 이온 층의 충전 전류의 흐름 방해를 감소시켜 배터리의 전체 충전 시간을 단축시키고 있다. 그러나, 이러한 종래 배터리 충전 장치의 급속 충전 방식은 급속 충전이 요구되는 충전 분야나 배터리의 포맷 용도로서 다양하게 적용되고 있으나, 급속 충전시 과도한 충전 전류로 인한 과열 및 이에 따라 배터리의 수명이 단축되는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리의 충전 시간을 보다 개선시키고, 급속 충전시 과충전, 과열 및 그에 따른 배터리 수명의 단축을 방지할 수 있는 배터리 충전 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리 충전 장치는 충전 제어 신호에 따라 충전 전류를 발생시키고, 상기 발생되는 충전 전류를 배터리에 제공하기 위한 충전부; 방전 제어 신호에 따라 상기 베터리에 충전된 전하를 방전시키기 위한 방전부; 및 상기 배터리의 충전 전압, 충전 전류 및 온도를 감지하고, 상기 감지되는 배터리의 충전 전압, 충전 전류, 및 온도, 및 사전에 설정된 충방전 시간, 최대 허용 전류, 제 1 기준 온도, 제 2 기준 온도, 및 기준 전압 증가율을 기 초로 상기 충전 제어 신호 및 상기 방전 제어 신호를 발생시키기 위한 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 배터리 충전 장치는 외부로부터 인가되는 전원(AC)에서 노이즈를 제거하기 위한 입력 필터부; 상기 입력 필터부를 통해 입력되는 AC 전원을 정류하여 직류로 변환하여, 직류 전원을 본 장치의 각 부에 제공하기 위한 정류/돌입 전류 방지부를 더 포함한다.
또한, 상기 정류/돌입 전류 방지부는 정전류를 위한 브릿지 다이오드 회로; 상기 브릿지 다이오드 회로 및 상기 정류/돌입 전류 방지부의 출력단 사이에 연결되어 과전류를 방지하기 위한 저항; 및 상기 저항에 병렬로 연결되어, 돌입 전류의 유입을 방지하기 위한 릴레이를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 충전부는 상기 정류/돌입 전류 방지부로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 그리고, 교류 전원을 직류로 변환하여 상기 충전 전압을 발생시킨다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 감지된 베터리의 온도가 상기 제 1 기준 온도 이하이고, 상기 충전 전류가 최대 허용 전류치 이하인 경우, 상기 충전 전류가 증가되게 하는 상기 충전 제어 신호를 발생시키며, 상기 감지된 베터리의 온도가 상기 제 1 기준 온도 이상이거나, 또는 상기 충전 전류가 최대 허용 전류치 이상인 경우, 상기 충전 전류의 세기를 고정시키는 상기 충전 제어 신호를 발생시키며, 상기 감지되는 배터리의 충전 전압의 증가율이 상기 전압 증가율 기준치이하이고 상기 배터리의 온도가 상기 제 2 기준 온도 이상인 경우, 상기 배터리의 충전 전압을 고정시키는 상기 충전 제어 신호를 발생시킨다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 충방전 시간을 설정하기 위한 시간 설정부; 상기 최대 허용 전류, 상기 제 1 기준 온도, 상기 제 2 기준 온도, 및 상기 기준 전압 증가율을 설정하기 위한 충방전 전류 전압 설정부; 상기 충전 전압, 충전 전류, 및 온도를 감지하기 위한 전압, 전류 및 온도 감지부; 및 상기 감지되는 배터리의 충전 전압, 충전 전류, 및 온도, 및 사전에 설정된 충방전 시간, 최대 허용 전류, 제 1 기준 온도, 제 2 기준 온도, 및 기준 전압 증가율을 기초로 상기 충전 제어 신호 및 상기 방전 제어 신호를 발생시키기 위한 전류 및 전압 제어부를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 충방전 시간은 충전 시간, 충방전간 휴지 시간, 방전 시간, 방전간 휴지 시간, 및 방충전간 휴지 시간 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 도시한 구성도 및 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 충전 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 충전 장치에서 발생되는 충전 및 방전 전류 파형의 일 예를 타나낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 충전 장치에서 발생시킬 수 있는 다양한 형태 의 충방전 전류의 파형들을 나타낸 도면이다.
도 5는 배터리의 충전시의 전압 변동률을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 충전 장치는 입력 필터부(10), 정류/돌입 전류 방지부(20), 충전부(30), 방전부(40), 제어부(50), 및 배터리부(60)를 포함한다.
상기 입력 필터부(10)는 외부로부터 인가되는 전원(AC)에서 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 전원을 상기 정류 및 돌입 전류 방지부(200)에 제공한다.
상기 정류/돌입 전류 방지부(20)는 상기 입력 필터부(10)를 통해 입력되는 AC 전원을 정류하여 직류로 변환하여, 직류 전원을 본 장치의 각 부에 제공한다. 그리고, 상기 정류/돌입 전류 방지부(20)는 브릿지 다이오드 회로(D20), 저항(R21), 커패시터(C22) 및 릴레이(S23)를 포함하여 구성되어, 정류 및 돌입 전류의 본 장치 유입을 방지한다.
상기 충전부(30)는 상기 제어부(50)의 제어하에 충전 전류를 발생시키고, 상기 발생되는 충전 전류를 그 출력단에 전기적으로 연결된 배터리(61)에 제공한다. 상기 충전부(30)는 스위칭 회로(31), 트랜스(33), 브리지 다이오드 회로(D27), 및 커패시터들(C33, C34, C38)로 구성되어, 상기 제어부(50)의 제어하에 상기 충전 전류를 발생시킨다. 바람직하게는, 상기 충전부(30)의 트랜스(33)는 커패시터(C33, C34) 및 인덕터(L36)를 포함하여 구성되어 직렬 공진 회로로 구성되어, 상기 스위칭 회로(31)의 인버터의 스위치(S31, S32)가 최소의 스위칭 손실을 갖는 영전류 스위칭 특성을 갖게 한다. 따라서, 충전부(30)는 정류/돌입 전류 방지부(20)에 의해 정류된 직류 전원를 다시 교류로 변환시키고, 이 교류 전압은 이 후에 설명하게 될 제어부(50)에서 설정한 충전 전류의 값이 되도록 감압 트랜스(L36)를 이용하여 감압되어 상기 브리지 다이오드 회로(D27)에 의해 정류되어 충전 전류로서 상기 배터리(61)에 인가된다.
상기 방전부(40)는 상기 제어부(50)의 제어하에, 그 출력단에 연결된 상기 배터리(62)를 방전시킨다. 상기 방전부(40)는 하나 이상의 트랜지스터들로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 방전부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 병렬로 연결된 3개의 트랜지스터들로 구성된다. 상기 방전부(40)는 상기 트랜지스터들의 게이트 전극들에 입력되는 제어 신호에 따라 내부 저항이 조절되어, 원하는 방전 전류를 구성할 수 있으며, 방전 전류의 크기를 크게 하기 위해 추가적으로 트랜지스터를 증설할 수 있다.
상기 배터리부(60)는 충전을 위한 상기 배터리(61)를 기계적으로 및 전기적으로 수용한다. 상기 배터리부(60)는 상기 충전부(30) 및 상기 방전부(40)와 전기적으로 연결되어, 상기 배터리(61)에 상기 충전 전압을 인가하거나 또는 상기 배터리(61)에 충전된 전기를 방전시킨다.
상기 제어부(50)는 본 발명에 따라 상기 충전부(30) 및 상기 방전부(40)를 제어한다. 상기 제어부(50)는 설정된 충방전시간과 충방전 전류 및 제한전압을 기초로 상기 충전부(30) 및 상기 방전부(40)를 제어한다.
바람직하게는, 상기 제어부(50)는 시간 설정부(52), 전류 및 전압 설정부(53), 전류 및 전압 표시부(54), 전류 및 전압 제어부(51) 및 전압 및 온도 검지 부(55)로 구성한다.
상기 시간 설정부(52)는 마이크로프로세서 칩(도시하지 않음)과 디스플레이 보드(도시하지 않음)를 포함하여 구성할 수 있으며, 상기 시간 설정부(52)에 의한 충방전 시간 설정은 사용자가 키패드(도시하지 않음)를 이용하여 설정할 수 있다. 상기 시간 설정보(52)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 설정된 시간에 대응하는 충방전 시간 신호를 발생시키고, 상기 발생되는 충방전 시간을 상기 전류 및 전압 제어부(51)에 제공한다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 충방전 시간 신호는 충전 시간(tc), 충방전간 휴지 시간(tcd), 방전 시간(td), 방전횟수(Nd), 방전간 휴지 시간(tdd), 및 방충전간 휴지시간(tdc)으로 구성된다. 각각의 시간과 횟수는 본 장치로 충전하고자 하는 배터리(61)의 상태에 따라서 조정이 가능하며, 충전 전류의 크기와 방전 전류의 크기는 온도 정보와 전압 정보를 기초로 그 크기를 자동적으로 조절할 수 있다.
또한, 여기서 충방전 전류 전압 설정부(53)는 충전 시간(tc)과 방전 시간(td)에 인가될 전류의 양과 배터리(61)의 과충전을 방지하기 위한 제한 전압이 설정되며, 전류 및 전압 표시부(54)는 상기 충방전 전류 및 전압 설정부(53)에서 설정된 값들을 표시해주는 것이 바람직하다.
또한, 상기 충방전 전류 전압 설정부(53)의 충방전 전류 및 제한 전압 역시 배터리의 상태에 따라 조정이 가능하다.
전류 및 전압 제어부(51)는 충방전 시간 설정부(52)로부터의 펄스 형태의 상기 충방전 시간 신호, 상기 전류 및 전압 설정부(53)에서 입력받은 신호, 및 상기 전압, 전류 및 온도 감지부(55)에 의해 감지된 감지 신호들을 기초로 상기 충전부(30) 및 상기 방전부(40)를 제어하기 위한 충전 및 방전 제어 신호들 각각을 발생시키고, 상기 충전 제어 신호를 상기 충전부(30) 그리고 상기 방전 제어 신호를 상기 방전부(40)에 각각 출력시킨다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리 충전 장치의 동작을 보다 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 사용자는 본 장치를 이용하여 충전하고자 하는 배터리에 따라, 상기 충방전 전류 전압 설정부(53) 및 상기 충방전 시간 설정부(52)를 통해 초기 설정치 예컨대, 충방전 전류의 최대 값, 제한 전압, 전압 증가율, 및 상술한 충방전 시간을 설정한다(S1). 상술한 충방전 시간의 설정에 따라 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 펄스 형태의 충방전 전류가 배터리(61)에 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 다양한 펄스 형태의 충방전 전류에 의해 상기 배터리(61)는 충방전하게 된다.
상기 초기 설정치에 따라 충전이 시작되면, 상기 제어부(50)의 전압, 전류 및 온도 감지부(55)는 상기 배터리(61)에 충전되는 충전 전류, 충전 전압 및 온도를 감지하여, 전류 및 전압 제어부(51)에 감지된 충전 전류, 충전 전압 및 온도를 제공한다(S2).
상기 전압, 전류 및 온도 감지부(55)에서 감지한 온도가 제 1 기준 온도 이하인 경우, 상기 전류 및 전압 제어부(51)는 현재 충전되고 있는 충전 전류가 허용 가능한 최대 전류인지를 판단한다(S4).
상기 판단 결과, 상기 충전 전류가 최대 허용 가능한 전류가 아닌 경우, 상기 전류 및 전압 제어부(51)는 상기 충전부(30)를 제어하여 충전 전류를 증가시킨다(S4, S5).
이와는 달리, 판단 결과, 상기 충전 전류가 최대 허용 가능한 전류 이상인 경우, 상기 전류 및 전압 제어부(51)는 현재의 충전 전류를 유지하는 정전류 모드로 상기 충전부(30)를 제어한다(S6).
이어, 상기 전류 및 전압 제어부(51)는 상기 배터리(61)의 충전에 따른 전압의 변동율이 설정된 기준치 이상인지를 판단한다(S7).
판단 결과, 상기 전압 변동율이 상기 기준치 미만인 경우, 상기 전류 및 전압 제어부(51)는 상기 배터리(61)의 현재 온도가 제 2 기준 온도이상인지를 판단한다(S8).
판단 결과, 상기 배터리의 온도가 상기 제 2 기준 온도 이상이 아닌 경우, 상기 전류 및 전압 제어부(51)는 현재의 충전 상태를 유지하며, 이와는 달리, 상기 배터리의 현재 온도가 상기 제 2 기준 온도 이상인 경우, 상기 전류 및 전압 제어부(51)는 충전 모드를 정전류 모드에서 현재의 충전 전압을 유지시키는 정전압 모드로 상기 충전부(30)를 제어한다(S9).
따라서 상기 구성에 의하면, 배터리(61)의 온도, 충전 전압, 및 충전 전류를 감지하고, 이 감지된 신호들을 피드백하여 배터리의 충전 전류의 크기를 자동적으로 조절하며, 단자 전압이 상기 설정부(53)에서 설정한 제한 전압에 도달하게 되면 충전 전류의 양을 감소시켜 배터리의 과충전을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 구성에 의하면, 배터리의 급속 충전시 배터리의 온도가 허용되는 범위내에서 최대 펄스 전류가 배터리에 공급되게 자동 조절함으로써, 충전 시간을 단축할 수 있으며, 또한 배터리가 과열되거나 전압 변동율이 기준치 이상이 되는 경우 자동적으로 정전압 충전 모드로 절체하여 충전 전류를 감소시킴으로써 배터리의 수명에 영향을 미칠 수 있는 과충전 및 과열을 방지할 수 있게 된다.
따라서 상기 구성에 의하면, 배터리(61)의 온도, 충전 전압, 및 충전 전류를 감지하고, 이 감지된 신호들을 피드백하여 배터리의 충전 전류의 크기를 자동적으로 조절하며, 단자 전압이 상기 설정부(53)에서 설정한 제한 전압에 도달하게 되면 충전 전류의 양을 감소시켜 배터리의 과충전을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 구성에 의하면, 배터리의 급속 충전시 배터리의 온도가 허용되는 범위내에서 최대 펄스 전류가 배터리에 공급되게 자동 조절함으로써, 충전 시간을 단축할 수 있으며, 또한 배터리가 과열되거나 전압 변동율이 기준치 이상이 되는 경우 자동적으로 정전압 충전 모드로 절체하여 충전 전류를 감소시킴으로써 배터리의 수명에 영향을 미칠 수 있는 과충전 및 과열을 방지할 수 있게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 배터리의 충전 시간을 보다 개선시키고, 급속 충전시 과충전, 과열 및 그에 따른 배터리 수명의 단축을 방지할 수 있는 배터리 충전 장치를 실현할 수 있게 된다.
본 발명을 상기 실시 예에 의해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.
Claims (7)
- 충전 제어 신호에 따라 충전 전류를 발생시키고, 상기 발생되는 충전 전류를 배터리에 제공하기 위한 충전부;방전 제어 신호에 따라 상기 베터리에 충전된 전하를 방전시키기 위한 방전부; 및상기 배터리의 충전 전압, 충전 전류 및 온도를 감지하고, 상기 감지되는 배터리의 충전 전압, 충전 전류, 및 온도, 및 사전에 설정된 충방전 시간, 최대 허용 전류, 제 1 기준 온도, 제 2 기준 온도, 및 기준 전압 증가율을 기초로 상기 충전 제어 신호 및 상기 방전 제어 신호를 발생시키기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 충전 장치는외부로부터 인가되는 전원(AC)에서 노이즈를 제거하기 위한 입력 필터부;상기 입력 필터부를 통해 입력되는 AC 전원을 정류하여 직류로 변환하여, 직류 전원을 본 장치의 각 부에 제공하기 위한 정류/돌입 전류 방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 정류/돌입 전류 방지부는정전류를 위한 브릿지 다이오드 회로;상기 브릿지 다이오드 회로 및 상기 정류/돌입 전류 방지부의 출력단 사이에 연결되어 과전류를 방지하기 위한 저항; 및상기 저항에 병렬로 연결되어, 돌입 전류의 유입을 방지하기 위한 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 충전부는 상기 정류/돌입 전류 방지부로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 그리고, 교류 전원을 직류로 변환하여 상기 충전 전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는상기 감지된 베터리의 온도가 상기 제 1 기준 온도 이하이고, 상기 충전 전류가 최대 허용 전류치 이하인 경우, 상기 충전 전류가 증가되게 하는 상기 충전 제어 신호를 발생시키며, 상기 감지된 베터리의 온도가 상기 제 1 기준 온도 이상이거나, 또는 상기 충전 전류가 최대 허용 전류치 이상인 경우, 상기 충전 전류의 세기를 고정시키는 상기 충전 제어 신호를 발생시키며,상기 감지되는 배터리의 충전 전압의 증가율이 상기 전압 증가율 기준치이하 이고 상기 배터리의 온도가 상기 제 2 기준 온도 이상인 경우, 상기 배터리의 충전 전압을 고정시키는 상기 충전 제어 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는상기 충방전 시간을 설정하기 위한 시간 설정부;상기 최대 허용 전류, 상기 제 1 기준 온도, 상기 제 2 기준 온도, 및 상기 기준 전압 증가율을 설정하기 위한 충방전 전류 전압 설정부;상기 충전 전압, 충전 전류, 및 온도를 감지하기 위한 전압, 전류 및 온도 감지부; 및상기 감지되는 배터리의 충전 전압, 충전 전류, 및 온도, 및 사전에 설정된 충방전 시간, 최대 허용 전류, 제 1 기준 온도, 제 2 기준 온도, 및 기준 전압 증가율을 기초로 상기 충전 제어 신호 및 상기 방전 제어 신호를 발생시키기 위한 전류 및 전압 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충방전 시간은충전 시간, 충방전간 휴지 시간, 방전 시간, 방전간 휴지 시간, 및 방충전간 휴지 시간 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
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