KR101166140B1

KR101166140B1 - 이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법

Info

Publication number: KR101166140B1
Application number: KR1020100086366A
Authority: KR
Inventors: 김선재; 홍지준
Original assignee: 주식회사 루트제이드; (주)열린기술
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-07-18
Also published as: KR20120023368A

Abstract

본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는, 복수 개의 이차전지가 병렬로 접속되는 병렬 접속부와, 상기 병렬 접속부로 충전전류를 인가하여 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 충전시키는 충전기와, 상기 병렬 접속부에 연결되어 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 방전시키는 방전기와, 충전 중인 각 이차전지들의 전류값을 실시간으로 측정하는 검사부와, 상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 상한값을 초과하였을 때 상기 이차전지들이 방전되도록 상기 방전기를 동작시키고 상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 하한값 미만이면 상기 이차전지들이 충전되도록 상기 충전기를 동작시키는 제어부를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법을 이용하면, 하나의 충전기 및 방전기로 다수 개의 이차전지를 동시에 충방전시킬 수 있으므로 이차전지 충방전장치의 제조원가 및 유지비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 장치의 소형화를 구현할 수 있고, 일부 이차전지가 비정상적으로 충방전되는 현상이 발생되더라도 나머지 이차전지들의 충방전은 정상적으로 이루어질 수 있으므로 생산성 저하가 발생되지 아니한다는 장점이 있다.

Description

이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법{Apparatus and method for charging and discharging of secondary battery}

본 발명은 이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 하나의 충전부로 복수 개의 이차전지를 한 번에 충전시킬 수 있으며, 충전 불량인 이차전지를 제거한 이후 방전 및 재충전을 반복하여 복수 개의 이차전지 충전량을 설정 범위 이내로 조정할 수 있도록 구성되는 이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법에 관한 것이다.

전기 및 전자 기술의 발달로 작고 가벼우면서도 다양한 기능을 갖는 휴대형 전자제품들의 사용이 급속하게 증가하고 있다. 휴대형 전자제품의 동작을 위한 전원공급 장치로서 배터리(Battery)가 일반적으로 사용되는데, 충전하여 다시 쓸 수 있는 이차전지가 주로 사용되고 있다.

니켈-카드뮴 전지 및 납 축전지와 같은 종래의 이차전지는 생산 후 곧바로 사용이 가능하기 때문에 충방전 장치는 성능 평가용으로만 필요하였다. 그러나, 최근에 널리 사용되는 리튬이온 전지 및 리튬폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지의 경우, 제조 후 소정의 충방전을 실시하는 과정, 즉, 화성 공정을 거쳐야만 전지로서의 성능이 완성되므로 충방전장치가 이차전지의 생산 라인에 필수적 설비가 되었다.

충방전장치는 이차전지의 생산 공정 중 조립이 완료된 최초의 전지가 전기에너지를 저장할 수 있도록 수 회 정도의 충전 및 방전 공정을 반복하여 이차전지의 특성을 부여하는 기능을 수행한다. 이차전지의 수요 급증에 따른 공급의 증가가 이루어지면서, 이차전지의 생산 단계에서 충방전 기능을 수행하는 충방전장치도 많이 필요하게 되었으며, 통상의 충방전장치는 다수 개의 이차전지를 동시에 충방전할 수 있는 기능을 구현할 수 있는 구조로 제작된다. 다수 개의 이차전지를 한 번에 충방전시키기 위해서 충방전장치에서는 이차전지를 일정 갯수 단위로 장착하는 트레이가 사용되고, 충방전장치의 회로부에는 그 수에 대응되는 다수의 채널이 형성되어 사용된다. 한편, 상기와 같이 다수 개의 이차전지를 한 번에 충방전시키는 과정에서 일부 이차전지의 충방전이 정상적으로 이루어지지 아니하는 경우가 빈번히 발생되는데, 이때 비정상적인 이차전지를 제외한 나머지 정상적인 이차전지만을 충방전시킬 수 있도록 각 채널마다 별도의 충전기가 구비된다.

상기와 같은 종래의 충방전장치를 이용하면, 복수 개의 이차전지를 각각 독립적으로 충방전시킬 수 있으므로 이차전지 충전에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 일부 이차전지가 정상적으로 충방전되지 아니하는 현상이 발생하더라도 나머지 이차전지의 충방전을 지속할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 종래의 충방전장치는 각 채널 별로 충전기가 하나씩 개별적으로 구비되는바, 한 번에 많은 수의 이차전지를 충방전시키기 위해 채널을 수십 개 혹은 수백 개 마련하는 경우 상기 충전기 역시 수십 개 혹은 수백 개 구비되어야 하므로, 제조비용이 급격히 상승되고 장치의 크기가 커질 뿐만 아니라 장치의 구조가 복잡해진다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 하나의 충전기 및 방전기로 다수 개의 이차전지를 동시에 충방전시킬 수 있으며, 일부 이차전지가 비정상적으로 충방전되는 현상이 발생될 때 상기 비정상적으로 충방전되는 일부 이차전지를 탈거하더라도 나머지 이차전지들을 정상적으로 충방전할 수 있도록 구성되는 이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는, 복수 개의 이차전지가 병렬로 접속되는 병렬 접속부와, 상기 병렬 접속부로 충전전류를 인가하여 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 충전시키는 충전기와, 상기 병렬 접속부에 연결되어 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 방전시키는 방전기를 포함하여 구성된다.

충전 중인 각 이차전지들의 전류값을 실시간으로 측정하는 검사부와, 상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 상한값을 초과하였을 때 상기 이차전지들이 방전되도록 상기 방전기를 동작시키고 상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 하한값 미만이면 상기 이차전지들이 충전되도록 상기 충전기를 동작시키는 제어부를 더 포함한다.

상기 제어부는, 상기 이차전지의 충전과 방전이 각각 1회 이상 교번으로 수행되도록 상기 충전기와 방전기의 동작을 제어한다.

상기 복수 개의 이차전지가 병렬 연결되도록 구성되어, 각 이차전지를 순차적으로 하나씩 상기 검사부에 연결하는 다채널 변환기를 더 포함한다.

상기 병렬접속부와 방전기 사이에는, 상기 방전기로 흐르는 전류의 흐름을 온/오프 시키는 스위치가 구비된다.

상기 방전기는 히터로 적용되며, 상기 방전기가 기준치 이상으로 과열되었을 때 상기 스위치를 오프시키는 온도조절계를 더 포함한다.

본 발명에 의한 이차전지 충방전방법은, 복수 개의 이차전지를 하나의 충전기와 하나의 방전기에 각각 병렬로 연결하는 제1 단계; 상기 충전기를 이용하여 상기 복수 개의 이차전지를 충전하는 제2 단계; 각각의 이차전지의 충전량을 측정하여 충전 불량 이차전지와 정상 충전 이차전지로 분류하는 제3 단계; 충전 불량 이차전지를 탈거하는 제4 단계; 상기 방전기를 이용하여 상기 정상 충전 이차전지를 일정량 방전하는 제5 단계; 상기 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정하여, 상기 정상 충전 이차전지 충전량이 설정값 이내에 포함될 때까지 충전과 방전을 반복하는 제6 단계;를 포함한다.

상기 제6 단계는, 상기 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정하는 제6-1 단계와, 상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 상한값을 초과하는 경우 제5 단계로 되돌아가고 상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 하한값 미만인 경우 상기 정상 충전 이차전지를 충전한 후 상기 제6-1 단계로 되돌아가는 제6-2 단계로 구성된다.

상기 제6 단계는, 상기 정상 충전 이차전지 충전량을 측정하는 제6-1 단계와, 상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 상한값을 초과하는 경우 제5 단계로 되돌아가고 상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 하한값 미만인 경우 상기 제2 단계로 되돌아가는 제6-2 단계로 구성된다.

상기 제1 단계는, 복수 개의 이차전지를 병렬 접속부에 병렬로 접속하는 과정과, 상기 병렬 접속부에 충전기와 방전기를 각각 하나씩 연결하는 과정을 통해 이루어진다.

상기 제3 단계는, 충전 중인 각 이차전지들의 전류값을 실시간으로 측정할 수 있는 검사부와, 상기 복수 개의 이차전지가 병렬 연결되도록 구성되어 각 이차전지를 순차적으로 하나씩 상기 검사부에 연결하는 다채널 변환기를 이용하여, 각각의 이차전지의 충전량을 측정하도록 구성된다.

상기 제5 단계에서 상기 정상 충전 이차전지 방전률은, 충전 불량 이차전지 발생 비율에 맞춰 설정된다.

본 발명에 의한 이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법을 이용하면, 하나의 충전기 및 방전기로 다수 개의 이차전지를 동시에 충방전시킬 수 있으므로 이차전지 충방전장치의 제조원가 및 유지비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 장치의 소형화를 구현할 수 있고, 일부 이차전지가 비정상적으로 충방전되는 현상이 발생되더라도 나머지 이차전지들의 충방전은 정상적으로 이루어질 수 있으므로 생산성 저하가 발생되지 아니한다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치의 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치 및 이차전지 충방전방법의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치의 블록도이다.

본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는 복수 개의 이차전지(100)를 한 번에 충방전시키기 위한 장치로서, 복수 개의 이차전지(100)가 병렬로 접속되는 병렬 접속부(200)와, 충전전류 공급원(400)으로부터 전달받은 충전전류를 상기 병렬 접속부(200)로 인가하여 상기 복수 개의 이차전지(100)를 동시에 충전시키는 충전기(300)와, 상기 병렬 접속부(200)에 연결되어 상기 복수 개의 이차전지(100)를 동시에 방전시키는 방전기(800)를 포함하여 구성된다. 이와 같이 복수 개의 이차전지(100)가 하나의 병렬 접속부(200)에 접속되고 상기 병렬 접속부(200)를 통해 충전 및 방전이 이루어지도록 구성되면, 각각의 이차전지(100)마다 충전기(300) 및 방전기(800)를 장착할 필요 없이 상기 병렬 접속부(200)에 충전기(300)와 방전기(800)를 하나씩만 장착시키더라도 복수 개의 이차전지(100)를 동시에 충방전시킬 수 있다는 장점이 있다.

예를 들어, 한 번에 100개의 이차전지(100)를 충방전시키기 위한 종래의 이차전지 충방전장치는, 각각의 이차전지(100)마다 충전기(300)와 방전기(800)가 각각 하나씩 즉, 총 100개의 충전기(300)와 100개의 방전기(800)가 장착되어야 하므로, 충전기(300)와 방전기(800) 장착을 위한 비용이 매우 커지게 된다는 문제점이 있다. 또한, 100개의 충전기(300)와 방전기(800)를 동시에 조작하는데 많은 어려움이 있다는 단점이 있다. 그러나 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는, 상기 언급한 바와 같이 하나의 충전기(300)와 방전기(800)만으로 100개뿐만 아니라 그 이상의 이차전지를 충방전시킬 수 있으므로, 충전기(300)와 방전기(800) 장착을 위한 비용을 현저히 절감시킬 수 있고, 이차전지의 개수에 관계없이 하나의 충전기(300) 및 방전기(800)만으로 모든 이차전지(100)를 동시에 충방전시킬 수 있으므로 충전기(300) 및 방전기(800) 조작이 용이해진다는 장점이 있다. 물론, 이차전지(100)의 개수에 따라 병렬 접속부(200)의 채널수는 증감되어야 하나, 병렬 접속부(200)의 채널 증가에 소요되는 비용은 충전기(300) 및 방전기(800) 증가에 소요되는 비용에 비해 극히 미미하므로, 병렬 접속부(200)의 채널을 이차전지(100)의 개수만큼 증대시키더라도 충전기(300)를 하나만 장착시키는 것이 충전기(300)를 이차전지의 개수만큼 장착시키는 것에 비해 이차전지 충방전장치의 전체 제조비용을 현저히 절감시킬 수 있게 된다.

한편, 다수 개의 이차전지(100)를 동시에 충전하다 보면 충전이 정상적으로 이루어지지 아니하는 이차전지(이하 '충전 불량 이차전지'라 약칭함)가 일부 발생될 수 있는데, 일부 이차전지가 충전 불량 이차전지임에도 불구하고 지속적으로 충전전류를 인가하게 되면, 충전 불량 이차전지로 공급되어야 할 충전전류가 충전 불량 이차전지로 공급되지 못하고 충전이 정상적으로 이루어지는 이차전지(이하 '정상 충전 이차전지'라 약칭함)들로 나뉘어 공급되는바, 정상 충전 이차전지가 과충전되는 현상이 발생될 수 있다. 예를 들어 상기 병렬 접속부(200)에 100개의 이차전지를 연결시킨 후 상기 병렬 접속부(200)로 100A의 충전전류를 공급하여 상기 100개의 이차전지로 각각 1A의 충전전류가 공급되도록 하였을 때, 100개의 이차전지 중 20개의 이차전지가 충전 불량 이차전지인 경우, 20개의 충전 불량 이차전지로 공급되어야할 20A의 충전전류는 나머지 80개의 정상 충전 이차전지로 나뉘어 공급된다. 즉, 80개의 정상 충전 이차전지로 각각 1A의 충전전류가 공급되는 것이 아니라, 0.25A(20A/80EA)가 추가된 1.25A의 충전전류가 공급되므로, 80개의 정상 충전 이차전지가 과충전되어 손상 및 폭발의 우려가 발생된다는 문제점이 있다.

본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 각각의 이차전지 충전량을 개별적으로 검사하여 이차전지의 충전량이 상한값을 초과하는 경우 상기 이차전지들을 방전시키도록 구성된다. 즉, 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는, 충전 중인 각 이차전지들의 전류값을 실시간으로 측정하는 검사부(600)와, 이차전지(100)들 중 하나 이상의 충전전류량이 상한값을 초과하였을 때 상기 이차전지(100)들이 방전되도록 상기 방전기(800)를 동작시키는 제어부(700)를 포함하도록 구성된다. 또한 작업자가 상기 제어부(700)를 직접 조작할 수 있도록, 터치스크린과 같은 입출력부(900)가 구비되어야 할 것이다.

이와 같이 검사부(600) 및 제어부(700)가 구비되면, 작업자가 일일이 각 이차전지의 충전량을 확인해가면서 충전의 지속 여부를 판단하지 아니하더라도, 이차전지의 과충전 발생 시 자동으로 이차전지의 방전이 이루어지므로 과충전에 의한 이차전지의 손상 및 폭발의 우려가 없어진다는 장점이 있다. 물론, 상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 하한값 미만인 경우에는 상기 이차전지들의 충전이 이루어지도록, 제어부(700)는 충전기(300)를 동작시키게 된다.

이때, 각각의 이차전지 충전량을 검사하기 위하여 상기 검사부(600)를 각 이차전지마다 하나씩 구비시키면, 검사부(600) 설치비용이 과다하고 소요되고 각 검사부(600) 조작을 위한 전력 소모가 많아진다는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는 하나의 검사부(600)로 복수 개의 이차전지를 검사할 수 있도록, 복수 개의 이차전지가 병렬 연결되도록 구성되어 각 이차전지를 순차적으로 하나씩 상기 검사부(600)로 연결시키는 다채널 변환기(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 다채널 변환기(500)는 검사부(600)가 이차전지의 전압, 전류, 충전량 중 적어도 어느 하나의 데이터를 전달받을 수 있도록 검사부(600)와 이차전지를 전기적으로 연결하되, 복수 개의 이차전지 데이터가 하나씩 순차적으로 검사부(600)로 전달될 수 있도록, 일정한 주기로 복수 개의 이차전지를 하나씩 검사부(600)에 전기적으로 연결시키도록 구성된다. 이와 같이 복수 개의 이차전지 데이터가 하나씩 검사부(600)로 전달되도록 구성되면, 하나의 검사부(600)로 복수 개의 이차전지 충전량을 모두 검사할 수 있게 된다. 이때, 복수 개의 채널을 순차적으로 연결하는 다채널 변환기(500)는, 전자제어 분야에서 상용화되어 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 언급한 바와 같이 100개의 이차전지 중 80개의 이차전지가 정상 충전 이차전지라 하더라도, 80개의 정상 충전 이차전지의 충전량이 모두 동일하지 아니하고 약간씩 차이가 발생될 수 있다. 이때, 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는 각각의 이차전지를 개별적으로 충방전시키는 것이 아니라 모든 이차전지를 동시에 충방전시키도록 구성되는바, 과충전된 80개의 정상 충전 이차전지를 방전시켰을 때 최초 충전량이 많았던 이차전지는 정상 충전범위 내의 충전량을 보유하게 되지만 최초 충전량이 비교적 작았던 이차전지는 정상 충전범위 미만의 충전량을 보유하게 될 수 있다. 따라서 정상 충전범위 미만의 충전량을 보유하는 이차전지는 충전량이 정상 충전범위 내에 속하도록 충전 과정을 추가적으로 거쳐야 하는바, 상기 제어부(700)는 상기 이차전지의 충전과 방전이 각각 1회 이상 교번으로 수행되도록 상기 충전기(300)와 방전기(800)의 동작을 제어함이 바람직하다. 이때, 병렬로 연결된 복수 개의 이차전지(100)를 충전시키는 과정에서는 충전량이 상대적으로 적은 이차전지가 보다 많이 충전되고, 병렬로 연결된 복수 개의 이차전지를 방전시키는 과정에서는 충전량이 상대적으로 많은 이차전지가 보다 많이 방전되는바, 상기 언급한 바와 같이 충전과 방전이 수회에 걸쳐 교번으로 수행되면 모든 정상 충전 이차전지의 충전량이 정상 충전범위 내에 속하도록 수렴될 수 있다.

또한, 상기 방전기(800)는 통상적으로 전력을 소모할 수 있는 전기장치(예를 들어 히터나 동력기 등)로 적용되는데, 상기 병렬 접속부(200)와 방전기(800)가 항시 연결되어 있으면 충전기(300)에 의해 병렬 접속부(200)로 충전전류가 인가될 때 상기 충전전류가 모두 이차전지 측으로 흐르지 아니하고 일부는 방전기(800) 측으로 흐르게 되어 충전전류의 낭비를 유발할 수 있다. 따라서 방전 시에는 병렬 접속부(200)와 방전기(800)가 전기적으로 연결되되 그 외에는 병렬 접속부(200)와 방전기(800)가 전기적으로 차단될 수 있도록, 상기 병렬접속부와 방전기(800) 사이에는 상기 방전기(800)로 흐르는 전류의 흐름을 온/오프 시키는 스위치(810)가 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 스위치(810)는, 수명이 영구적이며 무소음 및 고속동작이 가능하면서도 제어 로직이 간단한 SSR(Solid State Relay)로 적용됨이 바람직하다.

한편, 상기 방전기(800)는 소음이나 동작이 발생되지 아니하면서도 전력량 소모가 큰 히터로 적용될 수 있는데, 이와 같이 방전기(800)가 히터로 적용되면 상기 히터가 과열되었을 때 화재의 우려가 있다는 단점이 있다. 따라서 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치는, 상기 방전기(800)(더 명확하게는 히터)가 기준치 이상으로 과열되었을 때 상기 스위치(810)를 오프시키는 온도조절계(미도시)를 추가로 구비함이 바람직하다. 물론, 이와 같은 경우 방전기(800)의 온도를 감지하기 위한 열전대(thermo-couple) 등과 같은 별도의 온도감지수단이 구비되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 이차전지 충방전장치의 순서도이다.

상기 언급한 이차전지 충방전장치를 이용하여 복수 개의 이차전지를 충전하고자 할 때에는, 먼저 복수 개의 이차전지(100)를 하나의 충전기(300)에 병렬로 연결한 후(S10), 상기 복수 개의 이차전지(100)를 동시에 충전한다(S20). 상기 복수 개의 이차전지(100)는 병렬 구조로 충전기(300)에 직접 연결될 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 병렬 접속부(200)를 통해 충전기(300)에 연결될 수도 있다.

한편, 이차전지로의 충전이 완료되면, 각 이차전지(100)의 충전량을 측정하여 충전량이 기준치 이상인 정상 충전 이차전지와 충전량이 기준치 미만인 충전 불량 이차전지로 분류한다(S30). 이때, 각 이차전지(100)의 충전량을 측정할 때에는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 충전 중인 각 이차전지(100)들의 전류값을 실시간으로 측정할 수 있는 검사부(600)를 이용하되, 하나의 검사부(600)로 모든 이차전지(100)들의 전류값을 측정할 수 있도록 별도의 다채널 변환기(500)에 의해 각 이차전지(100)들이 검사부(600)에 연결됨이 바람직하다. 상기 다채널 변환기(500)는 병렬로 연결된 복수 개의 이차전지(100)들을 순차적으로 하나씩 상기 검사부(600)에 연결하는 장비로서, 도 1을 참조하여 상세히 설명한 바 있으므로 본 실 시예에서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

각 이차전지(100)들을 병렬로 충전하였을 때 충전 불량 이차전지가 발생되면, 충전 불량 이차전지로 전달되어야할 충전전류가 정상 충전 이차전지로 전달되므로, 상기 정상 충전 이차전지는 과충전 상태가 된다. 따라서 각각의 이차전지(100)의 충전량을 측정하였을 때 충전 불량 이차전지가 발생되면, 정상 충전 이차전지의 충전량이 정상 범위 이내에 들어올 수 있도록 상기 정상 충전 이차전지들을 방전시켜야 하는데, 이때 정상 충전 이차전지뿐만 아니라 충전 불량 이차전지까지 충전기(300)에 연결된 상태로 방전을 하게 되면 정상 충전 이차전지만이 방전되는 것이 아니라 충전 불량 이차전지 역시 약간이나마 방전이 되는바, 정상 충전 이차전지의 방전량을 정확하게 조절하기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 정상 충전 이차전지를 방전시킬 때에는 먼저 충전 불량 이차전지를 상기 충전기(300)로부터 탈거한 후(S40), 정상 충전 이차전지(충전기(300)에 연결되어 있는 이차전지)를 일정량 방전시킴으로써 정상 충전 이차전지의 충전량이 정상 범위 이내에 속하도록 한다(S50).

한편, 과충전된 정상 충전 이차전지를 방전시킬 때 방전량이 너무 적으면 과충전 문제가 해소되지 아니하고 방전량이 너무 크면 충전전류량이 기준치 미만으로 떨어지게 될 우려가 있다. 따라서 과충전된 정상 충전 이차전지를 방전시키는 단계(S50)에서는, 정상 충전 이차전지로 얼마만큼의 충전전류가 초과 공급되었는지를 계산하여 초과 공급된 충전전류의 양만큼만 방전시킴이 바람직하다. 이때 충전 불량 이차전지의 발생 비율이 낮으면 정상 충전 이차전지로의 초과 공급 충전전류의 양이 적어지고, 충전 불량 이차전지의 발생 비율이 높으면 정상 충전 이차전지로의 초과 공급 충전전류의 양이 많아지므로, 상기 정상 충전 이차전지 방전률은 충전 불량 이차전지 발생 비율에 맞춰 설정됨이 바람직하다. 예를 들어, 100개의 이차전지로 각각 1A의 충전전류를 공급하였을 때 20%의 이차전지 즉, 20개의 이차전지가 충전 불량인 경우, 20개의 충전 불량 이차전지로 공급되어야 할 충전전류가 나머지 80개의 정상 충전 이차전지로 나뉘어 공급되는바, 상기 정상 충전 이차전지로는 각각 0.25A의 충전전류가 초과 공급되어 총 1.25A의 전류가 충전된 상태가 된다. 따라서 이차전지를 방전하는 과정에서는 정상 충전 이차전지가 가지고 있는 1.25A의 전류 중 0.25A의 전류 즉, 20%의 전류를 방전시키도록 설정됨이 바람직하다.

상기 언급한 정상 충전 이차전지의 방전이 완료되면, 상기 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정하여, 정상 충전 이차전지의 충전량이 상한값을 초과하는 경우(S60)에는 정상 충전 이차전지를 방전하는 단계(S50)로 되돌아가 방전 과정을 다시 거치게 된다.

한편, 각각의 이차전지는 충전기(300) 및 방전기(800)에 병렬로 연결되어 있으므로, 개별적으로 충방전시키는 것이 아니라 모든 이차전지를 동시에 충방전시키도록 구성되는바, 과충전된 80개의 정상 충전 이차전지를 방전시켰을 때 최초 충전량이 많았던 이차전지는 정상 충전범위 내의 충전량을 보유하게 되지만 최초 충전량이 비교적 작았던 이차전지는 정상 충전범위 미만의 충전량을 보유하게 될 수 있다. 따라서 상기 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정한 결과 적어도 하나의 정상 충전 이차전지의 충전량이 정상 충전범위 미만으로 떨어진 것으로 판단되면(S70), 이차전지가 다시 정상 충전범위 이내의 충전량을 가질 수 있도록 상기 정상 충전 이차전지를 재충전하는 과정(S80)을 거친 후 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정하는 단계(S60)로 되돌아간다.

한편, 정상 충전 이차전지의 재충전 과정(S80)을 거치는 과정에서 전극판 및 전해액의 화학적 반응이 비정상적으로 일어나게 되어 정상 충전 이차전지가 충전 불량 이차전지로 바뀌는 경우가 발생될 수도 있는데, 이와 같은 경우를 대비하여 재충전 과정을 거친 정상 충전 이차전지를 다시 한번 검사하여 충전 불량 이차전지가 발생되었는지를 확인할 필요가 있을 수 있다. 따라서 정상 충전 이차전지를 재충전하는 과정에서 충전 불량 이차전지가 발생되었는지를 확인할 필요가 없는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 충전 이차전지의 재충전 과정(S80) 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정하는 단계(S60)로 되돌아가도록 구성될 수 있고, 정상 충전 이차전지를 재충전하는 과정에서 충전 불량 이차전지가 발생되었는지를 확인할 필요가 있는 경우에는 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 하한값 미만인 것으로 판단되었을 때 정상 충전 이차전지를 충전하고(S20) 충전 불량 이차전지와 정상 충전 이차전지로 분류하는 단계(S30)를 다시 한번 거치도록 구성될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 이차전지 충방전방법을 이용하면, 하나의 충전기와 방전기를 이용하더라도 정상 충전 이차전지(100)만을 충방전시킬 수 있으므로, 보다 간단한 구조의 이차전지 충방전장치로 보다 많은 수의 이차전지(100)를 충방전시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 병렬로 연결된 복수 개의 이차전지(100)를 충전시키는 과정에서는 충전량이 상대적으로 적은 이차전지가 보다 많이 충전되고, 병렬로 연결된 복수 개의 이차전지를 방전시키는 과정에서는 충전량이 상대적으로 많은 이차전지가 보다 많이 방전되는바, 본 발명에 의한 이차전지 충방전방법과 같이 충전과 방전이 수회에 걸쳐 교번으로 수행하면 병렬로 연결된 모든 정상 충전 이차전지의 충전량을 정상 충전범위 이내로 수렴시킬 수 있다는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 이차전지 200 : 병렬 접속부
300 : 충전부 400 : 충전전류 공급원
500 : 다채널 변환기 600 : 검사부
700 : 제어부 800 : 방전기
900 : 입출력부

Claims

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복수 개의 이차전지가 병렬로 접속되는 병렬 접속부;
상기 병렬 접속부로 충전전류를 인가하여 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 충전시키는 충전기;
상기 병렬 접속부에 연결되어 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 방전시키는 방전기;
충전 중인 각 이차전지들의 전류값을 실시간으로 측정하는 검사부;
상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 상한값을 초과하였을 때 상기 이차전지들이 방전되도록 상기 방전기를 동작시키고, 상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 하한값 미만이면 상기 이차전지들이 충전되도록 상기 충전기를 동작시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 이차전지의 충전과 방전이 각각 1회 이상 교번으로 수행되도록 상기 충전기와 방전기의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전장치.
복수 개의 이차전지가 병렬로 접속되는 병렬 접속부;
상기 병렬 접속부로 충전전류를 인가하여 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 충전시키는 충전기;
상기 병렬 접속부에 연결되어 상기 복수 개의 이차전지를 동시에 방전시키는 방전기;
충전 중인 각 이차전지들의 전류값을 실시간으로 측정하는 검사부;
상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 상한값을 초과하였을 때 상기 이차전지들이 방전되도록 상기 방전기를 동작시키고, 상기 이차전지들 중 하나 이상의 충전전류량이 하한값 미만이면 상기 이차전지들이 충전되도록 상기 충전기를 동작시키는 제어부;
상기 복수 개의 이차전지가 병렬 연결되도록 구성되어, 각 이차전지를 순차적으로 하나씩 상기 검사부에 연결하는 다채널 변환기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 병렬접속부와 방전기 사이에는, 상기 방전기로 흐르는 전류의 흐름을 온/오프 시키는 스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전장치.
제5항에 있어서,
상기 방전기는 히터로 적용되며, 상기 방전기가 기준치 이상으로 과열되었을 때 상기 스위치를 오프시키는 온도조절계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전장치.
복수 개의 이차전지를 하나의 충전기와 하나의 방전기에 각각 병렬로 연결하는 제1 단계;
상기 충전기를 이용하여 상기 복수 개의 이차전지를 충전하는 제2 단계;
각각의 이차전지의 충전량을 측정하여 충전 불량 이차전지와 정상 충전 이차전지로 분류하는 제3 단계;
충전 불량 이차전지를 탈거하는 제4 단계;
상기 방전기를 이용하여 상기 정상 충전 이차전지를 일정량 방전하는 제5 단계;
상기 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정하여, 상기 정상 충전 이차전지 충전량이 설정값 이내에 포함될 때까지 충전과 방전을 반복하는 제6 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전방법.
제7항에 있어서,
상기 제6 단계는,
상기 정상 충전 이차전지의 충전량을 측정하는 제6-1 단계와,
상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 상한값을 초과하는 경우 제5 단계로 되돌아가고, 상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 하한값 미만인 경우 상기 정상 충전 이차전지를 충전한 후 상기 제6-1 단계로 되돌아가는 제6-2 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전방법.
제7항에 있어서,
상기 제6 단계는,
상기 정상 충전 이차전지 충전량을 측정하는 제6-1 단계와,
상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 상한값을 초과하는 경우 제5 단계로 되돌아가고, 상기 정상 충전 이차전지 중 하나 이상의 정상 충전 이차전지 충전량이 하한값 미만인 경우 상기 제2 단계로 되돌아가는 제6-2 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 단계는,
복수 개의 이차전지를 병렬 접속부에 병렬로 접속하는 과정과, 상기 병렬 접속부에 충전기와 방전기를 각각 하나씩 연결하는 과정을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 단계는,
충전 중인 각 이차전지들의 전류값을 실시간으로 측정할 수 있는 검사부와, 상기 복수 개의 이차전지가 병렬 연결되도록 구성되어 각 이차전지를 순차적으로 하나씩 상기 검사부에 연결하는 다채널 변환기를 이용하여, 각각의 이차전지의 충전량을 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제5 단계에서 상기 정상 충전 이차전지 방전률은, 충전 불량 이차전지 발생 비율에 맞춰 설정되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전방법.