KR101163000B1 - 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템에 관한 것으로, 이차전지 방전 시 이차전지의 전류를 종래의 방전 저항 대신에, 전류를 흘리면 한쪽의 발열부는 방열 작용을 하고 다른 쪽의 냉각부는 열을 흡수하여 냉각 작용을 하는 펠티어 효과(Peltier effect)를 나타내는 열전소자를 통해 흘려 방전시킴으로써 이차전지의 방전 전류를 열에너지와 냉각에너지로 변환한다.
본 발명은 이차전지의 방전 전류를 흘려 보내는 열전소자가 한쪽으로는 열에너지를 방출하고 다른 쪽은 열전소자 주변의 열을 흡수하여 냉각 작용을 하므로 종래의 방전 저항을 이용하는 이차전지 충방전시스템에서 필요로 하는 방열판(Heat Sink)과 환풍기(FAN), 기타 부가적인 냉각 공조장치를 최소화할 수 있다.

Description

열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템{Charging/discharging system for secondary battery using TED}
본 발명은 이차전지 충방전시스템에 관한 것이며, 더욱 상세히는 열전소자(TED; ThermoeElectric Device)를 이용한 이차전지 충방전시스템에 관한 것이다.
이차전지는 내부 전해액의 화학변화가 수명을 다하면 재생할 수 없는 일차전지와 다르게 전기에너지를 방출하여 전해액이 변화된 후에도 전기에너지를 전지에 재투입하면 전해액이 물성 변화를 일으켜 전기에너지를 재사용할 수 있도록 한 전지이다.
이차전지는 조립이 완료된 후 충방전시스템을 이용하여 충방전을 반복함으로써 전극 물질이 화학적으로 충분한 동작을 하도록 활성화시키는 화성(formation) 공정을 거쳐 출하되며, 이러한 화성(formation) 공정은 이차전지를 제조하기 위해서 필수적으로 거치게 되는 공정이다.
이러한 충방전시스템을 이용하는 화성(formation) 공정에 있어서, 이차전지를 방전하는 방식 중 하나로 이차전지의 전류를 방전 저항에 흘려 방전시키는 저항 방전 방식이 알려져 있다.
상기와 같은 저항 방전 방식을 적용한 종래의 이차전지 충방전시스템은 기본적으로 이차전지 충전부와 이차전지 방전부를 포함하여 구성된다.
상기 이차전지 충전부에서는 통상 3상 220V 전원으로부터 이차전지의 충전 전압 및 전류 사양에 따라 안정된 DC 전원을 정전류 및 정전압으로 공급하고, 동기정류방식(Synchronous Rectifier)의 회로를 적용하여 충전효율 90% 이상의 고효율로 작동된다. 그러므로 이차전지 충전 시의 전기에너지 손실은 미미하여 입력전류가 이차전지로 변환하는데 필요한 전력소자의 발열은 거의 존재하지 않는다.
그러나, 이차전지의 방전 시 이차전지에 저장된 전기에너지가 상기 이차전지 방전부의 방전 저항을 통해 열에너지로 방출되므로 과도한 발열이 발생한다.
따라서, 상기와 같은 저항 방전 방식을 적용한 종래의 이차전지 충방전시스템은 방전 저항을 통해 과도하게 방출되는 열에너지를 냉각시키기 위한 방열판(Heat Sink)과 환풍기(FAN), 기타 부가적인 냉각 공조장치를 필요로 하게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차전지 방전 시 이차전지의 전류를 종래의 방전 저항 대신에, 전류를 흘리면 한쪽의 발열부는 방열 작용을 하고 다른 쪽의 냉각부는 열을 흡수하여 냉각 작용을 하는 펠티어 효과(Peltier effect)를 나타내는 열전소자를 통해 흘려 방전시킴으로써 이차전지의 방전 전류를 열에너지와 냉각에너지로 변환하는 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이차전지의 충전 전류와 방전 전류를 감지하는 전류감지기의 주변 온도를 정해진 온도로 유지하기 위해 상기 열전소자의 냉각부가 상기 전류감지기 주변을 향하도록 배치되어 있는 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이차전지의 충전 전압을 감지하는 전압감지기의 주변 온도를 정해진 온도로 유지하기 위해 상기 열전소자의 냉각부가 상기 전압감지기 주변을 향하도록 배치되어 있는 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템은, 3상 AC 전원을 정해진 DC 전원으로 변환하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)와; 상기 3상 AC 전원 측과 상기 SMPS 사이에서 온/오프 되고, 온 시에는 이차전지의 화성(formation) 공정이 개시되고, 오프 시에는 이차전지의 화성(formation) 공정이 종료되는 화성 공정 스위치; 상기 화성 공정 스위치가 온 되면 미리 정한 충전 시간 동안 정해진 충전 전류로 이차전지를 충전하기 위한 충전구동신호를 출력한 후 이차전지의 충전 중에 감지되는 충전 전류와 충전 전압 및 이차전지 온도를 근거로 과전류, 과전압 및 과열로부터 이차전지를 보호하면서 이차전지를 충전하기 위한 PWM제어신호를 출력하며, 상기 충전 시간이 지나면 미리 정한 방전 시간 동안 정해진 방전 전류로 이차전지를 방전하기 위한 방전구동신호를 출력한 후 이차전지의 방전 중에 감지되는 이차전지의 방전 전류의 값을 나타내는 방전전류신호를 출력하는 작동을 미리 정해진 횟수만큼 반복한 후 상기 화성 공정 스위치를 오프 시키는 충방전구동기; 상기 충방전구동기의 충전구동신호가 입력되면 서로 캐스케이드 접속된 제1반도체 스위치와 제2반도체 스위치를 한주기 동안 교번으로 온/오프 제어하면서 상기 충방전구동기로부터 출력되어 입력되는 PWM제어신호에 따라 상기 제1반도체 스위치와 제2반도체 스위치의 듀티비(duty ratio)를 조정하여 상기 SMPS가 출력하는 DC 전원을 정해진 이차전지 충전 전원으로 변환하고, 상기 충방전구동기의 충전구동신호가 입력되지 않으면 상기 제1반도체 스위치와 제2반도체 스위치를 모두 오프 시켜 이차전지 충전 작동을 종료하는 충전제어기; 상기 제1반도체 스위치와 제2반도체 스위치의 접속점에 연결된 상태에서 상기 제1반도체 스위치가 온 되고 상기 제2반도체 스위치가 오프 되면 상기 이차전지 충전 전원을 저장하고, 상기 제1반도체 스위치가 오프 되고 상기 제2반도체 스위치가 온 되면 저장한 이차전지 충전 전원을 이차전지로 공급하여 이차전지를 충전하는 인덕터; 상기 인덕터와 이차전지 사이에 직렬 연결된 전류감지저항의 양단에 병렬 접속하여 상기 이차전지의 충전 전류와 이차전지의 방전 전류를 감지하여 상기 충방전구동기로 전달하는 전류감지기; 상기 전류감지저항과 이차전지 사이에 병렬 연결된 전압감지저항의 전압감지용 탭(Tap)에 접속되어 이차전지의 충전 전압을 감지하여 상기 충방전구동기로 전달하는 전압감지기; 이차전지의 충전 전류 입력 측에 병렬 접속하여 이차전지의 온도를 감지하여 상기 충방전구동기로 전달하는 온도감지기; 상기 충방전구동기의 방전구동신호가 입력되면 방전개시신호를 출력한 후 상기 충방전구동기로부터 출력되어 입력되는 방전전류신호를 출력하고, 상기 충방전구동기의 방전구동신호가 입력되지 않으면 방전개시신호의 출력을 중단하여 이차전지 방전 작동을 종료하는 방전제어기; 상기 방전제어기의 방전개시신호가 입력되면 방전신호를 출력하고, 방전신호 출력 후 상기 방전제어기의 방전전류신호가 나타내는 방전 전류의 값과 상기 인덕터를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 비교하여 두 개의 값의 차이가 0(Zero)이 되도록 방전 전류를 조정하는 방전전류조정신호를 출력하는 비교기; 상기 비교기의 방전신호가 입력되면 온 되어 이차전지의 방전 전류를 상기 전류감지저항과 인덕터를 순차적으로 경유하여 흘려 보내고, 방전 전류를 흘려 보내는 동안 상기 비교기의 방전전류조정신호가 입력되면 방전 전류 흐름을 조정하는 제3반도체 스위치; 및 상기 제3반도체 스위치를 경유하여 흐르는 이차전지의 방전 전류 입력 측에 상기 인덕터를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 상기 비교기로 전달하는 탭(Tap)이 형성되어 있고, 상기 이차전지의 방전 전류가 인가되면 한쪽의 발열부(H)에서는 방열 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 열에너지로 방출하고 다른 쪽의 냉각부에서는 냉각 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 냉각에너지로 변환하는 열전소자;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템에 있어서, 상기 열전소자는 이차전지의 충전 전류와 방전 전류를 감지하는 상기 전류감지기의 주변 온도를 정해진 온도로 유지하기 위해 상기 열전소자의 냉각부가 상기 전류감지기 주변을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템에 있어서, 상기 열전소자는 이차전지의 충전 전압을 감지하는 상기 전압감지기의 주변 온도를 정해진 온도로 유지하기 위해 상기 열전소자의 냉각부가 상기 전압감지기 주변을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이차전지의 방전 전류를 흘려 보내는 열전소자가 한쪽으로는 열에너지를 방출하고 다른 쪽은 열전소자 주변의 열을 흡수하여 냉각 작용을 하므로 종래의 방전 저항을 이용하는 이차전지 충방전시스템에서 필요로 하는 방열판(Heat Sink)과 환풍기(FAN), 기타 부가적인 냉각 공조장치를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 이차전지의 충전 전류와 방전 전류를 감지하는 전류감지기와 이차전지의 충전 전압을 감지하는 전압감지기의 주변 온도를 정해진 온도로 유지하기 위해 열전소자의 냉각부가 전류감지기와 전압감지기 주변을 향하도록 배치되어 있기 때문에 화성(formation) 공정에 따라 이차전지 충방전 시 전류 및 전압의 오차를 유발하는 주변온도변화 등의 악영향을 최소화함으로써 정확하고 정밀한 전류 및 전압 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템의 구성을 나타낸 실시예.
도 2는 도 1의 열전소자의 냉각부가 전류감지기 혹은 전압감지기 주변을 향하도록 배치된 상태를 나타낸 실시예.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, SMPS(Switching Mode Power Supply)(10)는 3상 AC 전원, 예컨대 3상(R,S,T) AC 220V 전원을 정해진 DC 전원, 예컨대 이차전지의 충전용량이 2V/6A인 경우 7.5V/200A DC 전원으로 변환하는 것이 바람직하다.
상기 SMPS(10)가 출력하는 DC 전원은 이차전지의 충전용량에 따라 변경할 수 있다.
화성 공정 스위치(SW1)는 상기 3상 AC 전원 측과 상기 SMPS(10) 사이에서 온/오프 되고, 온 시에는 이차전지의 화성(formation) 공정이 개시되고, 오프 시에는 이차전지의 화성(formation) 공정이 종료된다.
충방전구동기(20)는 이차전지의 화성(formation) 공정에 따라 이차전지의 충방전을 여러 번 반복해서 수행할 수 있도록 ARM 프로세서 등으로 구현할 수 있다.
상기 충방전구동기(20)는 상기 화성 공정 스위치(SW1)가 온 되면 미리 정한 충전 시간 동안 정해진 충전 전류로 이차전지를 충전하기 위한 충전구동신호를 출력한 후 이차전지의 충전 중에 감지되는 충전 전류와 충전 전압 및 이차전지 온도를 근거로 과전류, 과전압 및 과열로부터 이차전지를 보호하면서 이차전지를 충전하기 위한 PWM제어신호를 출력하며, 상기 충전 시간이 지나면 미리 정한 방전 시간 동안 정해진 방전 전류로 이차전지를 방전하기 위한 방전구동신호를 출력한 후 이차전지의 방전 중에 감지되는 이차전지의 방전 전류의 값을 나타내는 방전전류신호를 출력하는 작동을 미리 정해진 횟수만큼 반복한 후 상기 화성 공정 스위치(SW1)를 오프 시킨다.
충전제어기(30)는 상기 충방전구동기(20)의 충전구동신호가 입력되면 서로 캐스케이드 접속된 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)를 한주기 동안 교번으로 온/오프 제어하면서 상기 충방전구동기(20)로부터 출력되어 입력되는 PWM제어신호에 따라 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)의 듀티비(duty ratio)를 조정하여 상기 SMPS(10)가 출력하는 DC 전원을 정해진 이차전지 충전 전원으로 변환한다.
참고로, 도 1에서는 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)로 P채널 MOS FET이 사용된 예를 나타내고 있다.
상기 충전제어기(30)는 상기 충방전구동기(20)의 충전구동신호가 입력되지 않으면 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)를 모두 오프 시켜 이차전지 충전 작동을 종료한다.
인덕터(L1)는 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)의 접속점에 연결된 상태에서 상기 제1반도체 스위치(Q1)가 온 되고 상기 제2반도체 스위치(Q2)가 오프 되면 상기 이차전지 충전 전원을 저장하고, 상기 제1반도체 스위치(Q1)가 오프 되고 상기 제2반도체 스위치(Q2)가 온 되면 저장한 이차전지 충전 전원을 이차전지로 공급하여 이차전지를 충전한다.
전류감지기(40)는 상기 인덕터(L1)와 이차전지 사이에 직렬 연결된 전류감지저항(CR1)의 양단에 병렬 접속하여 상기 이차전지의 충전 전류와 이차전지의 방전 전류를 감지하여 상기 충방전구동기(20)로 전달한다.
전압감지기(50)는 상기 전류감지저항(CR1)과 이차전지 사이에 병렬 연결된 전압감지저항(DR1)의 전압감지용 탭(Tap)에 접속되어 이차전지의 충전 전압을 감지하여 상기 충방전구동기(20)로 전달한다.
온도감지기(60)는 이차전지의 충전 전류 입력 측에 병렬 접속하여 이차전지의 온도를 감지하여 상기 충방전구동기(20)로 전달한다.
방전제어기(70)는 상기 충방전구동기(20)의 방전구동신호가 입력되면 방전개시신호를 출력한 후 상기 충방전구동기(20)로부터 출력되어 입력되는 방전전류신호를 출력하고, 상기 충방전구동기(20)의 방전구동신호가 입력되지 않으면 방전개시신호의 출력을 중단하여 이차전지 방전 작동을 종료한다.
비교기(CP1)는 상기 방전제어기(70)의 방전개시신호가 입력되면 방전신호를 출력하고, 방전신호 출력 후 상기 방전제어기(70)의 방전전류신호가 나타내는 방전 전류의 값과 상기 인덕터(L1)를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 비교하여 두 개의 값의 차이가 0(Zero)이 되도록 방전 전류를 조정하는 방전전류조정신호를 출력한다.
제3반도체 스위치(Q3)는 상기 비교기(CP1)의 방전신호가 입력되면 온 되어 이차전지의 방전 전류를 상기 전류감지저항(CR1)과 인덕터(L1)를 순차적으로 경유하여 흘려 보내고, 방전 전류를 흘려 보내는 동안 상기 비교기(CP1)의 방전전류조정신호가 입력되면 방전 전류 흐름을 조정한다.
참고로, 도 1에서는 상기 제3반도체 스위치(Q3)로 P채널 MOS FET이 사용된 예를 나타내고 있다.
열전소자(TED1)는 펠티어 효과(Peltier effect)를 나타내며, 상기 제3반도체 스위치(Q3)를 경유하여 흐르는 이차전지의 방전 전류 입력 측에 상기 인덕터(L1)를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 상기 비교기(CP1)로 전달하는 탭(Tap)이 형성되어 있고, 상기 이차전지의 방전 전류가 인가되면 한쪽의 발열부(H)에서는 방열 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 열에너지로 방출하고 다른 쪽의 냉각부(C)에서는 냉각 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 냉각에너지로 변환한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템은 다음과 같이 작동한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 3상 AC 전원 측과 상기 SMPS(10) 사이에 배치된 상기 화성 공정 스위치(SW1)가 온 되면 이차전지의 화성(formation) 공정이 개시된다.
이때, 상기 충방전구동기(20)는 먼저 미리 정한 충전 시간 동안 정해진 충전 전류로 이차전지를 충전하기 위한 충전구동신호를 출력하여 상기 충전제어기(30)로 전달한 후 이차전지의 충전 중에 감지되는 충전 전류와 충전 전압 및 이차전지 온도를 근거로 과전류, 과전압 및 과열로부터 이차전지를 보호하면서 이차전지를 충전하기 위한 PWM제어신호를 출력하여 상기 충전제어기(30)로 전달한다.
이와 같이 상기 충방전구동기(20)의 충전구동신호가 상기 충전제어기(30)로 입력되면 상기 충전제어기(30)는 서로 캐스케이드 접속된 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)를 한주기 동안 교번으로 온/오프 제어하면서 상기 충방전구동기(20)로부터 출력되어 입력되는 PWM제어신호에 따라 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)의 듀티비(duty ratio)를 조정하여 상기 SMPS(10)가 출력하는 DC 전원을 정해진 이차전지 충전 전원으로 변환한다.
이때, 상기 제1반도체 스위치(Q1)가 온 되고 상기 제2반도체 스위치(Q2)가 오프 되면 상기 인덕터(L1)는 상기 이차전지 충전 전원을 저장하고, 반대로 상기 제1반도체 스위치(Q1)가 오프 되고 상기 제2반도체 스위치(Q2)가 온 되면 상기 인덕터(L1)는 저장한 이차전지 충전 전원을 상기 전류감지저항(CR1)을 통해 이차전지로 공급하여 이차전지를 충전한다.
상기와 같이 이차전지가 충전되는 동안 상기 전류감지저항(CR1)의 양단에 병렬 접속된 상기 전류감지기(40)가 감지하는 이차전지의 충전 전류와 상기 전류감지저항(CR1)과 이차전지 사이에 병렬 연결된 전압감지저항(DR1)의 전압감지용 탭(Tap)에 접속된 상기 전압감지기(50)가 감지하는 이차전지의 충전 전압 및 상기 이차전지의 충전 전류 입력 측에 병렬 접속된 상기 온도감지기(60)가 감지하는 이차전지의 온도는 상기 충방전구동기(20)로 전달되며, 그 결과로 상기 충방전구동기(20)로부터 출력되어 상기 충전제어기(30)로 입력되는 PWM제어신호에 따라 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)의 듀티비(duty ratio)가 조정된다.
상기한 바와 같이 이차전지의 충전 작동이 진행된 후 상기한 이차전지의 충전 시간이 지나면 상기 충방전구동기(20)는 충전구동신호를 출력하지 않으며, 이에 따라서 상기 충방전구동기(20)의 충전구동신호가 입력되지 않으면 상기 충전제어기(30)는 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)를 모두 오프 시켜 이차전지 충전 작동을 종료한다.
상기와 같이 이차전지의 충전 작동이 종료되면, 연이어서 상기 충방전구동기(20)는 미리 정한 방전 시간 동안 정해진 방전 전류로 이차전지를 방전하기 위한 방전구동신호를 출력하여 상기 방전제어기(70)로 전달한 후 이차전지의 방전 중에 감지되는 이차전지의 방전 전류의 값을 나타내는 방전전류신호를 출력하여 상기 방전제어기(70)로 전달한다.
이와 같이 상기 충방전구동기(20)의 방전구동신호가 상기 방전제어기(70)로 입력되면 상기 방전제어기(70)는 방전개시신호를 출력하여 상기 비교기(CP1)로 전달한 후 상기 충방전구동기(20)로부터 출력되어 입력되는 방전전류신호를 출력하여 상기 비교기(CP1)로 전달한다.
이와 같이 상기 방전제어기(70)의 방전개시신호가 상기 비교기(CP1)로 입력되면 상기 비교기(CP1)는 방전신호를 출력하여 상기 제3반도체 스위치(Q3)를 온 시킨다.
이때, 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)가 모두 오프된 상태에서 이차전지의 방전 전류가 상기 전류감지저항(CR1)과 인덕터(L1)를 순차적으로 경유하여 상기 제3반도체 스위치(Q3)를 통해 상기 펠티어 효과(Peltier effect)를 나타내는 열전소자(TED1)로 흘려 보내지며, 이때 상기 열전소자(TED1)의 한쪽의 발열부(H)에서는 방열 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 열에너지로 방출하고 다른 쪽의 냉각부(C)에서는 냉각 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 냉각에너지로 변환한다.
상기와 같이 이차전지의 방전 전류가 상기 열전소자(TED1)를 통해 흐르는 동안, 상기 비교기(CP1)는 방전신호 출력 후 상기 방전제어기(70)의 방전전류신호가 나타내는 방전 전류의 값과 상기 인덕터(L1)를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 비교하여 두 개의 값의 차이가 0(Zero)이 되도록 방전 전류를 조정하는 방전전류조정신호를 출력하여 상기 제3반도체 스위치(Q3)로 전달하며, 이에 따라서 상기 제3반도체 스위치(Q3)는 방전 전류를 흘려 보내는 동안 방전 전류 흐름을 조정한다.
참고로, 상기 방전제어기(70)의 방전전류신호가 나타내는 방전 전류의 값은 이차전지의 방전 전류가 상기 전류감지저항(CR1)를 경유할 때의 방전 전류 값이며, 이상적인 경우 상기 이차전지의 방전 전류는 상기 전류감지저항(CR1)를 경유할 때와 상기 전류감지저항(CR1)를 지나 상기 인덕터(L1)를 경유할 때, 그 값이 동일해야 한다.
하지만, 상기 전류감지저항(CR1)과 상기 인덕터(L1) 뿐만 아니라 본 발명에 따른 이차전지 충방전시스템을 구성하는 나머지 다른 구성요소들의 전기적 특성(예컨대, 발열 특성이나 저항 특성 등)이나 주변요인(예컨대, 주변온도변화)에 기인하여 상기 전류감지저항(CR1)과 상기 인덕터(L1)를 지나는 이차전지의 방전 전류는 동일한 값을 나타내지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 상기 방전제어기(70)의 방전전류신호가 나타내는 방전 전류의 값과 상기 인덕터(L1)를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 비교하여 두 개의 값의 차이가 0(Zero)이 되도록 방전 전류를 조정함으로써 이러한 단점을 보완하며, 그 결과로 화성(formation) 공정에 따라 이차전지 충방전 시 전류 및 전압의 오차를 유발하는 주변온도변화 등의 악영향을 최소화함으로써 정확하고 정밀한 전류 및 전압 제어가 가능하다.
상기와 같이 이차전지의 방전 전류가 흐르는 동안, 특히 상기 열전소자(TED1)의 냉각부(C)가 열전소자(TED1) 주변의 열을 흡수하여 냉각 작용을 하므로 종래의 방전 저항을 이용하는 이차전지 충방전시스템에서 필요로 하는 방열판(Heat Sink)과 환풍기(FAN), 기타 부가적인 냉각 공조장치를 최소화하면서 이차전지 충방전시스템을 구현할 수 있다.
또한, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 열전소자(TED1)의 냉각부(C)가 상기 전류감지기(40) 주변을 향하도록 배치하거나, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 상기 열전소자(TED1)의 냉각부(C)가 상기 전압감지기(50) 주변을 향하도록 배치하거나, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 상기 열전소자(TED1)의 냉각부(C)가 상기 전류감지기(40)와 전압감지기(50) 양쪽 모두의 주변을 향하도록 배치하면 이차전지 충방전 시 전류 및 전압의 오차를 유발하는 주변온도변화 등의 악영향을 최소화함으로써 정확하고 정밀한 전류 및 전압 제어가 가능하다.
상기한 바와 같이 이차전지의 방전 작동이 진행된 후 상기한 이차전지의 방전 시간이 지나면 상기 충방전구동기(20)는 방전구동신호를 출력하지 않으며, 이에 따라서 상기 충방전구동기(20)의 방전구동신호가 입력되지 않으면 상기 방전제어기(70)는 방전개시신호의 출력을 중단하여 이차전지 방전 작동을 종료한다.
상기한 바와 같은 이차전지의 충방전 작동은 상기 충방전구동기(20)에 의해 미리 정해진 횟수만큼 반복되며, 상기 충방전구동기(20)는 이차전지의 충방전 작동을 미리 정해진 횟수만큼 반복한 후 상기 화성 공정 스위치(SW1)를 오프 시켜 이차전지의 화성(formation) 공정을 종료한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
10: SMPS 20: 충방전구동기
30: 충전제어기 40: 전류감지기
50: 전압감지기 60: 온도감지기
70: 방전제어기 SW1: 화성 공정 스위치
Q1: 제1반도체 스위치 Q2: 제2반도체 스위치
Q3: 제3반도체 스위치 L1: 인덕터
CR1: 전류감지저항 DR1: 전압감지저항
TED1: 열전소자

Claims (3)

  1. 3상 AC 전원을 정해진 DC 전원으로 변환하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)(10)와;
    상기 3상 AC 전원 측과 상기 SMPS(10) 사이에서 온/오프 되고, 온 시에는 이차전지의 화성(formation) 공정이 개시되고, 오프 시에는 이차전지의 화성(formation) 공정이 종료되는 화성 공정 스위치(SW1);
    상기 화성 공정 스위치(SW1)가 온 되면 미리 정한 충전 시간 동안 정해진 충전 전류로 이차전지를 충전하기 위한 충전구동신호를 출력한 후 이차전지의 충전 중에 감지되는 충전 전류와 충전 전압 및 이차전지 온도를 근거로 과전류, 과전압 및 과열로부터 이차전지를 보호하면서 이차전지를 충전하기 위한 PWM제어신호를 출력하며, 상기 충전 시간이 지나면 미리 정한 방전 시간 동안 정해진 방전 전류로 이차전지를 방전하기 위한 방전구동신호를 출력한 후 이차전지의 방전 중에 감지되는 이차전지의 방전 전류의 값을 나타내는 방전전류신호를 출력하는 작동을 미리 정해진 횟수만큼 반복한 후 상기 화성 공정 스위치(SW1)를 오프 시키는 충방전구동기(20);
    상기 충방전구동기(20)의 충전구동신호가 입력되면 서로 캐스케이드 접속된 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)를 한주기 동안 교번으로 온/오프 제어하면서 상기 충방전구동기(20)로부터 출력되어 입력되는 PWM제어신호에 따라 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)의 듀티비(duty ratio)를 조정하여 상기 SMPS(10)가 출력하는 DC 전원을 정해진 이차전지 충전 전원으로 변환하고, 상기 충방전구동기(20)의 충전구동신호가 입력되지 않으면 상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)를 모두 오프 시켜 이차전지 충전 작동을 종료하는 충전제어기(30);
    상기 제1반도체 스위치(Q1)와 제2반도체 스위치(Q2)의 접속점에 연결된 상태에서 상기 제1반도체 스위치(Q1)가 온 되고 상기 제2반도체 스위치(Q2)가 오프 되면 상기 이차전지 충전 전원을 저장하고, 상기 제1반도체 스위치(Q1)가 오프 되고 상기 제2반도체 스위치(Q2)가 온 되면 저장한 이차전지 충전 전원을 이차전지로 공급하여 이차전지를 충전하는 인덕터(L1);
    상기 인덕터(L1)와 이차전지 사이에 직렬 연결된 전류감지저항(CR1)의 양단에 병렬 접속하여 상기 이차전지의 충전 전류와 이차전지의 방전 전류를 감지하여 상기 충방전구동기(20)로 전달하는 전류감지기(40);
    상기 전류감지저항(CR1)과 이차전지 사이에 병렬 연결된 전압감지저항(DR1)의 전압감지용 탭(Tap)에 접속되어 이차전지의 충전 전압을 감지하여 상기 충방전구동기(20)로 전달하는 전압감지기(50);
    이차전지의 충전 전류 입력 측에 병렬 접속하여 이차전지의 온도를 감지하여 상기 충방전구동기(20)로 전달하는 온도감지기(60);
    상기 충방전구동기(20)의 방전구동신호가 입력되면 방전개시신호를 출력한 후 상기 충방전구동기(20)로부터 출력되어 입력되는 방전전류신호를 출력하고, 상기 충방전구동기(20)의 방전구동신호가 입력되지 않으면 방전개시신호의 출력을 중단하여 이차전지 방전 작동을 종료하는 방전제어기(70);
    상기 방전제어기(70)의 방전개시신호가 입력되면 방전신호를 출력하고, 방전신호 출력 후 상기 방전제어기(70)의 방전전류신호가 나타내는 방전 전류의 값과 상기 인덕터(L1)를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 비교하여 두 개의 값의 차이가 0(Zero)이 되도록 방전 전류를 조정하는 방전전류조정신호를 출력하는 비교기(CP1);
    상기 비교기(CP1)의 방전신호가 입력되면 온 되어 이차전지의 방전 전류를 상기 전류감지저항(CR1)과 인덕터(L1)를 순차적으로 경유하여 흘려 보내고, 방전 전류를 흘려 보내는 동안 상기 비교기(CP1)의 방전전류조정신호가 입력되면 방전 전류 흐름을 조정하는 제3반도체 스위치(Q3); 및
    상기 제3반도체 스위치(Q3)를 경유하여 흐르는 이차전지의 방전 전류 입력 측에 상기 인덕터(L1)를 경유하는 이차전지의 방전 전류를 상기 비교기(CP1)로 전달하는 탭(Tap)이 형성되어 있고, 상기 이차전지의 방전 전류가 인가되면 한쪽의 발열부(H)에서는 방열 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 열에너지로 방출하고 다른 쪽의 냉각부(C)에서는 냉각 작용을 하여 이차전지의 방전 전류를 냉각에너지로 변환하는 열전소자(TED1);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전소자(TED1)는 이차전지의 충전 전류와 방전 전류를 감지하는 상기 전류감지기(40)의 주변 온도를 정해진 온도로 유지하기 위해 상기 열전소자(TED1)의 냉각부(C)가 상기 전류감지기(40) 주변을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열전소자(TED1)는 이차전지의 충전 전압을 감지하는 상기 전압감지기(50)의 주변 온도를 정해진 온도로 유지하기 위해 상기 열전소자(TED1)의 냉각부(C)가 상기 전압감지기(50) 주변을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 이차전지 충방전시스템.
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