KR101399754B1 - 2차 전지 모듈용 충전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

2차 전지 모듈용 충전 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101399754B1
KR101399754B1 KR1020117029406A KR20117029406A KR101399754B1 KR 101399754 B1 KR101399754 B1 KR 101399754B1 KR 1020117029406 A KR1020117029406 A KR 1020117029406A KR 20117029406 A KR20117029406 A KR 20117029406A KR 101399754 B1 KR101399754 B1 KR 101399754B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
charging
secondary battery
battery module
unit cell
Prior art date
Application number
KR1020117029406A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120024738A (ko
Inventor
쯔요시 모리따
고오헤이 가세도오
노리꼬 호시노
아유까 가와따
아쯔시 가와세
Original Assignee
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 filed Critical 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Publication of KR20120024738A publication Critical patent/KR20120024738A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101399754B1 publication Critical patent/KR101399754B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H02J7/0049—Detection of fully charged condition
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

AC/DC 컨버터를 구비한 배터리 충전기(2)는 복수의 단위 전지(10)로 구성된 2차 전지 모듈(1)을 충전한다. 단위 전지(10)는 직렬로 연결된 레지스터(331) 및 제너 다이오드(332)로 구성된 정전압 회로(33)와 병렬로 각각 연결되고, 단위 전지(10)가 만충전 상태에 도달한 것은 레지스터(331)의 양측에서의 전위 사이의 차이에 기초하여 검출된다. 배터리 제어기(32)가 만충전 상태로의 도달에 대응하여 배터리 충전기(2)에 의해 사용되는 충전 전력을 하강시키기 때문에, 2차 전지 모듈(1)이 개별 단위 전지(10)가 과충전되는 것을 방지하면서 완전하게 충전된다.

Description

2차 전지 모듈용 충전 제어 장치 및 방법 {CHARGE CONTROL DEVICE AND METHOD FOR SECONDARY BATTERY MODULE}
본 발명은 2차 전지 모듈이 충전될 수 있는 충전 제어에 관한 것이다.
2008년에 일본 특허청에 의해 공개된 일본 특개2008-199828A호는 일 단위 전지가 다른 단위 전지의 상부에 적층된 복수의 단위 전지로 구성된 2차 전지 모듈이 충전되는 충전 제어를 실행하는 충전 제어 회로를 개시한다. 충전 제어 회로는 단위 전지에서의 전압을 검출하고, 2차 전지 모듈에서의 전압을 단위 전지에서의 전압에 기초한 소정 전압치와 비교하여, 비교 결과에 기초하여 배터리 충전기로부터 출력되는 전류를 제어한다.
그러나, 단위 전지에서의 전압은 쉽게 맥동이 발생하고, 따라서 특정 전압 샘플링 타이밍으로 단위 전지에서 검출된 전압은 불안정할 수도 있고, 이 경우 정확한 2차 전지 모듈에서의 전압이 쉽게 검출될 수 없게 된다. 2차 전지 모듈이 충전된 충전 레벨이 정확하게 확인되지 않는 경우, 충전 작동은 2차 전지 모듈이 충분히 충전되기 전에 정지될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 개별 단위 전지에서의 과충전을 효과적으로 방지하면서 충분한 충전 레벨을 달성할 때까지 2차 전지 모듈을 충전할 수 있는 2차 전지 모듈 충전 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 2차 전지 모듈을 AC/DC 컨버터로부터 제공되는 직류로 충전하는 배터리 충전기에 의해 충전 전력을 제어하는 충전 제어 장치를 제공한다. 2차 전지 모듈은 복수의 단위 전지 또는 각각 복수의 단위 전지로 구성되는 복수의 전지 그룹을 포함한다.
장치는, 각각의 단위 전지 또는 각각의 전지 그룹의 양단부에 연결되고 직렬로 연결된 레지스터 및 제너 다이오드로 구성되는 정전압 회로, 레지스터의 양측 상의 전위 사이 전위차에 기초하여 단위 전지 또는 전지 그룹이 만충전 상태인지 여부를 판단하는 판단 회로 및 만충전 상태에 기초하여 충전 전력을 제어하도록 프로그램된 프로그램 가능한 제어기를 포함한다.
본 발명은 또한 직렬로 연결된 레지스터 및 제너 다이오드로 구성된 정전압 회로를 각각의 단위 전지 또는 각각의 전지 그룹의 양단부에 연결하는 단계, 레지스터의 양측 상의 전위 사이 전위차에 기초하여 단위 전지 또는 전지 그룹이 만충전 상태인지 여부를 판단하는 단계 및 만충전 상태에 기초하여 충전 전력을 제어하는 단계를 포함하는 충전 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점에 대한 세부 설명은 명세서 나머지에서 설명되고 첨부 도면에 도시된다.
도 1은 2차 전지 모듈 및 배터리 충전기에 대한 본 발명에 따른 충전 제어 장치의 관계를 도시한 전자 회로도이다.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 배터리 충전기로부터 2차 전지 모듈로 공급되는 충전 전력에 있어서의 변화와 2차 전지 모듈 내의 단위 전지에서의 전압에서 발생하는 변화 사이의 관계를 도시한 타이밍 차트이다.
도 3a 내지 도 3c는 2차 전지 모듈을 충전하기 위해 사용되는 충전 전력에서의 변화 및 상이한 단위 전지에서의 전압에서 발생하는 변화를 도시한 타이밍 차트이다.
도 4a 및 도 4b는 충전 제어 장치 내의 유효 증폭기로부터 출력되는 펄스 신호의 파형을 도시한 타이밍 차트이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 제어기에 의해 실행되는 2차 전지 모듈 충전 제어 루틴의 플로우 차트이다.
도 1은 전기 자동차 내의 동력원으로서 사용되는 2차 모듈이 충전되는 범위를 표시하는 충전량을 감시하고 충전량에 기초하여 2차 전지 모듈(1)을 충전하는 배터리 충전기(2)로부터 출력되는 충전 전력을 제어함으로써 2차 전지 모듈(1)의 충전을 제어하는 충전 제어 장치(3)를 도시한다.
2차 전지 모듈(1)은 직렬로 연결된 n개의 단위 전지(10)를 포함한다. n은 임의의 양의 정수를 나타낸다. 단위 전지(10)는 각각 리튬-이온 배터리로 구성된다. 그러나, 단위 전지는 리튬-이온 배터리 대신에 니켈 수소화물 배터리 또는 납-산 배터리로 구성될 수도 있다.
배터리 충전기(2)는 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 교류를 직류로 변환하여 직류를 2차 전지 모듈(1)에 공급한다. 교류 전원은 예를 들어 가정용 전기 콘세트일 수도 있다.
충전 제어 장치(3)는 단위 전지(10)에 병렬로 연결된 정전압 회로(33) 및 판단 회로(30)를 포함하며, 이 둘 모두는 각각의 단위 전지(10)에 대응하여 배치되어 있다. 정전압 회로(33)는 직렬로 연결된 제너(Zener) 다이오드(332) 및 레지스터(331)로 구성된다. 판단 회로(30)는 유효 증폭기(34), 적분 회로(35) 및 전지 제어 적분 회로(이하, CCIC로 칭함)(31)로 구성된다.
레지스터(331)의 양단부에 연결된 유효 증폭기(34)는 레지스터(331)의 양단부에서의 전위 사이의 전위차에 대응하는 펄스 신호를 출력한다. 즉, 전류가 정전압 회로(33)를 통해 흐르면, 유효 증폭기(34)는 펄스 신호를 출력한다. 적분 회로(35)는 레지스터 및 커패시터로 구성되고 펄스 신호를 적분함으로써 얻어지는 결과를 CCIC(31)로 출력한다.
충전이 진행하고 단위 전지(10)에서의 단자 사이의 전압이 제너 다이오드(332)에서의 항복 전압보다 커지게 됨에 따라, 전류는 제너 다이오드(332)를 포함하는 정전압 회로(33)를 통해 흐르게 되고, 제너 다이오드(332)에 직렬로 연결된 레지스터(331)의 양측에서의 전위 사이에 차이가 발생한다. 이어지는 설명에 있어서, 제너 다이오드(332)에서의 항복 전압은 제너 전압으로 칭해질 것이다.
제너 다이오드(332)에서의 제너 전압은, 레지스터(331)의 양측 사이의 전위차로서 정전압 회로(33)를 통한 전류의 흐름을 검출함으로써 그 만충전 전압에 도달한 단위 전지(10)의 검출을 가능하게 하기 위해, 단위 전지(10)의 만충전 전압과 실질적으로 동일한 레벨로 미리 설정될 수도 있다. 전술된 바와 같이 단위 전지(10)에서 검출된 만충전 전압의 상태는 AC/DC 컨버터에서의 전압 맥동에 기인한 순간적인 상태일 수도 있음에 주목하여야 한다.
판단 회로(30)는 전압 맥동의 영향을 제거함으로써 단위 전지(10)에서의 만충전 상태를 검출하기 위해 다음의 처리를 실행한다.
유효 증폭기(34)는 레지스터(331)의 양측에서의 전위 사이의 차이를 검출함으로써 펄스 신호를 출력한다. 유효 증폭기(34)로부터 출력된 펄스 신호는 적분 회로(35)를 통해 CCIC(31)로 입력된다. 대응하는 적분 회로(35)로부터 입력된 신호에 기초하여, 각각의 CCIC(31)는 펄스 신호 시간 듀티비(duty ratio)를 산출하고, 일단 시간 듀티비가 소정 비율을 초과하는 경우, 단위 전지(10)는 만충전 상태에 진입한 것으로 판단된다. 이러한 예에 있어서, 소정 비율은 50%로 설정된다.
CCIC(31) 각각은 목표 단위 전지(10)가 만충전 상태에 도달하였는지 여부에 대해 판단하고, 각각의 CCIC는 판단이 긍정이면 만충전 신호를 출력한다.
CCIC(31)로부터 출력되는 만충전 신호에 기초하여, 배터리 제어기(32)는 2차 전지 모듈(1)을 충전시키도록 배터리 충전기(2)로부터 출력되는 충전 전력을 제어한다.
배터리 제어기(32)는 중앙 처리 유닛(CPU), 롬(ROM), 램(RAM) 및 입력/출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 포함하는 마이크로컴퓨터로 구성된다. 또한, 배터리 제어기(32)는 복수의 마이크로컴퓨터로 구성될 수도 있다.
AC/DC 컨버터로부터 출력되는 전력은 통상 맥동 성분을 포함하게 된다. 이러한 이유 때문에, 배터리 충전기(2) 내의 AC/DC 컨버터로부터 출력된 충전 전력으로 충전된 2차 전지 모듈(1)에서의 단자 전압 역시 맥동을 가진다. 2차 전지 모듈(1)에서의 전압이 특정 샘플링 사이클에 걸쳐 검출되기 때문에, 단자 전압의 맥동은 전압치가 각각의 검출 타이밍에 따라 변동되게 하고, 따라서 정확한 전압 검출은 용이하게 확보될 수 없다.
전압 맥동은 AC/DC 컨버터에 내재하는 현상이며, 따라서 전압 맥동은 DC/DC 전압 변환을 실행하는 DC/DC 컨버터를 AC/DC 컨버터에 연결함으로써 억제될 수 있다. 그러나, 복잡한 회로 구조에 이러한 DC/DC 컨버터의 추가는 배터리 충전기(2)의 크기를 증가시킬 수밖에 없다. 배터리 충전기(2)의 크기 증가는 2차 전지 모듈(1) 및 배터리 충전기(2)가 제한된 설치 공간, 예를 들어 차량 내에 설치되어야만 하는 적용예에서 특히 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 충전 제어 장치(3)에 있어서, 제너 다이오드(332)는 각각의 단위 전지(10)의 단자 사이에 연결되고 제너 다이오드(332)에 직렬로 연결된 레지스터(331)의 양측 사이에서 발생하는 전위차에 기초하여 펄스 신호가 발생되어, 적분된 펄스 신호치에 대응하여 검출된 펄스 신호 시간 듀티비에 기초하여 특정 단위 전지(10)에서의 만충전의 상태를 검출한다. 그 결과, 충전량이 AC/DC 컨버터에 기인한 충전 전압 맥동의 영향 없이, 높은 레벨의 정확도로 검출될 수 있다. 또한, 검출 결과에 기초한 배터리 충전기(2)로부터의 전력 출력을 제어함으로써, 2차 전지 모듈(1)은 용이하게 충전되어 만충전에 도달할 수 있다.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하여, 소정의 단위 전지(10)가 충전되는 충전 제어가 설명된다.
현재 극도로 낮은 레벨로 충전된 2차 전지 모듈(1)의 충전이 배터리 충전기(2)를 AC 전원에 연결함으로써 시작되는 것으로 가정한다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 배터리 충전기(2) 내의 AC/DC 컨버터로부터 2차 전지 모듈(1)로 출력된 전력은 맥동 성분을 포함한다. 그 결과, 2차 전지 모듈(1)에서의 전압 역시 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 맥동하면서 증가한다.
각각의 단위 전지(10)에서는, 정전압 회로(33)의 단자 사이의 전압이 단위 전지(10)의 만충전 전압보다 더 높아지자마자, 전류가 정전압 회로(33)를 통해 흐르게 됨으로써, 레지스터(331) 양측에서의 전위 사이의 차이가 생성된다. 이러한 전위차가 레지스터(331)에 존재하는 동안의 기간은 전류가 제너 다이오드(332)를 통해 흐르는 동안의 기간과 동일하다. 레지스터(331)의 저항치는 제너 다이오드(332)에서의 제너 전압 및 단위 전지(10)의 만충전 전압을 고려하여 미리 설정된다. 단위 전지(10)에 대한 만충전 전압은 단위 전지(10)가 과충전되는 임계 전압에 비해 소정의 여유를 허용함으로써 충분히 낮은 전압치로 설정된다.
단위 전지(10)에서의 전압이 일단 만충전 전압을 초과하는 레벨로 상승하면, 유효 증폭기(34)는 레지스터(331)가 전위차를 나타내는 시간의 길이에 대응하는 펄스 신호를 출력한다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 단위 전지에서의 전압이 맥동하면서 상승하기 때문에, 전류가 제너 다이오드(332)를 통해 흐르게 되는 기간은 점차 길어진다. 이에 대응하여, 유효 증폭기(34)로부터 출력된 펄스 신호의 시간 듀티비도 역시 점차 증가한다.
펄스 신호는 적분 회로(35)를 통해 특정 유효 증폭기(34)와 쌍을 이루는 CCIC(31)로 입력된다. CCIC(31)는 적분 회로(35)로부터 출력된 신호로부터 펄스 신호 시간 듀티비를 검출하고, 시간 듀티비가 소정의 비, 즉 50%를 초과하면, 대응 단위 전지(10)에서의 전압이 만충전 전압과 동일한 레벨에 도달한 것으로 판단하여 배터리 제어기(32)에 만충전 신호를 출력한다. 임의의 CCIC(31)로부터 만충전 신호를 수신하면, 배터리 제어기(32)는 배터리 충전기(2)에 충전 전력을 저하시키기 위해 사용되는 충전 전력 감소 신호를 출력한다.
따라서, 2차 전지 모듈(1)을 구성하는 복수의 단위 전지(10) 중 임의의 단위 전지에 대응하는 펄스 신호 시간 듀티비가 50%를 초과하는 경우, 배터리 제어기(32)는 충전 전력을 저하시키도록 충전 전력 감소 신호를 배터리 충전기(2)에 전달한다.
충전 전력 감소 신호를 수신하면, 배터리 충전기(2)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 단계별로 충전 전력을 저하시킨다. 충전 전력이 최고점에 있는 단계를 설명에 있어 레벨 1로 칭한다. 충전 전력은 레벨 2, 레벨 3 및 이어서 레벨 4로 순차적으로 저하된다. 그러나, 충전 전력이 조정되는 단계의 수는 4개에 한정되지 않고 2개 이상의 임의의 수로 설정될 수도 있다.
전술된 바와 같은 단계로 배터리 충전기(2)로부터 출력되는 충전 전력을 저하시킴으로써, 충전 전력에 있어서 맥동 성분의 진폭은 낮게 유지될 수 있다. 그러나, 충전 전력을 단계별로 저하시키는 것 대신에, 연속적으로 저하될 수도 있다. 충전 전력 감소 신호가 출력됨에 따라, 각각의 CCIC(31)는 대응하는 적분 회로(35)로부터 출력된 적분 신호를 내부 처리를 통해 0으로 동시 리세팅함에 주목하여야 한다.
충전 전력이 레벨 2로 저하되면, 2차 전지 모듈(1)에서의 충전 전압도 역시 일시적으로 저하되지만, 이어서 충전 전력은 도 2의 (b)에 도시된 바와 다시 상승하기 시작한다. 이러한 상황에 있어서, 단위 전지(10)는 레벨 1에서 충전 전력으로 이미 충전되어 있으므로, 충전은 레벨 1에 대응하는 것보다 높은 전위로 레벨 2에서 재개된다.
레벨 2에서도 역시, 단위 전지(10)에서의 전압이 만충전 전압과 동등한 레벨에 도달할 때마다, 전류가 대응하는 정전압 회로(33)를 통해 흘러, 유효 증폭기(34)가 펄스 신호를 전달하게 한다. 적분 회로(35)를 통해 유효 증폭기(34)로부터 입력된 펄스 신호의 듀티비가 50%를 초과하면, CCIC(31)는 대응하는 단위 전지(10)에 적용되는 만충전 신호를 배터리 제어기(32)에 전달한다. 임의의 CCIC(31)로부터 만충전 신호를 수신하면, 배터리 제어기(32)는 충전 전력을 저하시키기 위해 사용되는 충전 전력 감소 신호를 배터리 충전기(2)에 출력한다. 충전 전력 감소 신호에 대응하여, 배터리 충전기(2)는 충전 전력을 레벨 3으로 저하시킨다.
충전 전력이 레벨 3으로 저하되었기 때문에, 2차 전지 모듈(1)에서의 충전 전압 역시 일시적으로 저하되지만, 이어서 충전 전압은 도 2의 (b)에 도시된 바와 다시 상승하기 시작한다. 이러한 상황에 있어서, 단위 전지(10)는 레벨 1 내지 2 범위에서 충전 전력으로 이미 충전되어 있으므로, 충전은 레벨 2에 대응하는 것보다 높은 전위로 레벨 3에서 재개된다.
레벨 3에서도 역시, 단위 전지(10)에서의 전압이 만충전 전압과 동등한 레벨에 도달할 때마다, 전류가 대응하는 정전압 회로(33)를 통해 흘러, 유효 증폭기(34)가 펄스 신호를 전달하게 한다. 적분 회로(35)를 통해 유효 증폭기(34)로부터 입력된 펄스 신호의 듀티비가 50%를 초과하면, CCIC(31)는 대응하는 단위 전지(10)에 적용되는 만충전 신호를 배터리 제어기(32)에 전달한다. 임의의 CCIC(31)로부터 만충전 신호를 수신하면, 배터리 제어기(32)는 충전 전력을 저하시키기 위해 사용되는 충전 전력 감소 신호를 배터리 충전기(2)에 출력한다. 충전 전력 감소 신호에 대응하여, 배터리 충전기(2)는 충전 전력을 레벨 4로 저하시킨다.
충전 전력이 레벨 4로 저하되었기 때문에, 2차 전지 모듈(1)에서의 충전 전압 역시 일시적으로 저하되지만, 이어서 충전 전압은 도 2의 (b)에 도시된 바와 다시 상승하기 시작한다. 이러한 상황에 있어서, 단위 전지(10)는 레벨 1 내지 3 범위에서 충전 전력으로 이미 충전되어 있으므로, 충전은 레벨 3에 대응하는 것보다 높은 전위로 레벨 4에서 재개된다.
레벨 4에서도 역시, 단위 전지(10)에서의 전압이 만충전 전압과 동등한 레벨에 도달할 때마다, 전류가 대응하는 정전압 회로(33)를 통해 흘러, 유효 증폭기(34)가 펄스 신호를 전달하게 한다. 적분 회로(35)를 통해 유효 증폭기(34)로부터 입력된 펄스 신호의 듀티비가 50%를 초과하면, CCIC(31)는 대응하는 단위 전지(10)에 적용되는 만충전 신호를 배터리 제어기(32)에 전달한다.
레벨 4에서는, 배터리 제어기(32)는 CCIC(31)로부터 만충전 신호가 입력된 이후에도 레벨 4에서의 전력으로 2차 전지 모듈(1)을 계속 충전한다. 이어서, 모든 CCIC(31)로부터 생성된 만충전 신호가 입력되면, 배터리 제어기(32)는 2차 전지 모듈(1)의 충전이 완료된 것으로 판단하고 충전 정지 신호를 배터리 충전기(2)로 출력한다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 단위 전지(10)의 성능 레벨이 예를 들어 균일하지 않을 수도 있기 때문에, 2차 전지 모듈(1)을 구성하는 복수의 단위 전지(10)에서의 전압은 2차 전지 모듈(1)이 충전되면서 일정하지 않은 비율로 상승하게 된다.
2차 전지 모듈(1)을 충전하기 위해 배터리 충전기(2)로부터 출력된 충전 전력이 전술된 제어하에서 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 4 단계로 조정되기 때문에, 급속 충전 단위 전지(10)에서의 전압은 도 3b에 도시된 바와 같이 레벨 4의 이른 단계에서 만충전 상태에 도달하지만, 저속 충전 단위 전지(10)에서의 전압은 도 3a에 도시된 바와 같이 레벨 4에서 만충전 상태에 잘 도달하지 못한다. 본 명세서에서 용어 "만충전"은 50%를 초과하는 펄스 신호 시간 듀티비에 상당한다.
임의의 단위 전지(10)에 대응하여 만충전 신호가 출력되면, 본 실시예에서 충전 제어 장치(3) 내의 배터리 제어기(32)는 배터리 충전기(2)로부터 제공되는 충전 전력을 저하시킨다. 그 결과, 2차 전지 모듈(1)은 배터리 충전기(2)로부터 제공되는 충전 전력의 허비를 최소화시킴으로써 효율적으로 충전될 수 있다. 또한, 모든 단위 전지(10)에 대응하여 만충전 신호가 출력될 때까지, 배터리 제어기(32)는 배터리 충전기(2)로부터의 충전 전력의 레벨을 최저 레벨, 즉 레벨 4로 유지한다. 이는 도 3a에 도시된 바와 같이, 저속 충전 단위 전지(10)에 대해서 만충전 상태가 확실하게 달성될 수 있어서, 만충전 상태에 도달할 때까지 2차 전지 모듈(1)을 확실하게 충전하는 것이 가능함을 의미한다.
저속 충전 단위 전지(10)에서의 듀티비가 도 4a에 도시된 바와 같이 만충전 상태를 나타내는 50%에 도달할 때, 급속 충전 단위 전지(10)에서의 듀티비는 도 4b에 도시된 바와 같이 이미 100%에 도달되었을 수도 있다. 그러나, 전류가 정전압 회로(33)를 통해 흐르고 전력이 급속 충전 단위 전지(10) 내의 레지스터(331)에서의 열 발생을 통해 소모되기 때문에, 급속 충전 단위 전지(10)가 과충전될 위험은 없다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 전술된 충전 제어를 달성하기 위해 배터리 제어기(32)에 의해 실행되는 충전 제어 루틴이 설명될 것이다. 이러한 루틴의 실행은 2차 전지 모듈(1)의 충전이 개시되는 것과 동시에 시작된다. 2차 전지 모듈(1)의 충전 개시 여부에 대한 판단이 별도의 루틴을 통해 이루어짐에 주목하여야 한다.
단계 S11에 있어서, 배터리 제어기(32)는 2차 전지 모듈(1)의 레벨 1 충전의 시작을 알리는 충전 개시 신호를 배터리 충전기(2)에 출력한다.
단계 S12에 있어서, 배터리 제어기(32)는 임의의 단위 전지(10)와 연계하여 작동하는 CCIC(31)로부터 만충전 신호가 입력되었는지 여부를 판단한다. 앞서 설명된 바와 같이, CCIC(31)는 제너 다이오드(332)를 통해 흐르는 전류를 나타내는 펄스 신호의 시간 듀티비가 50%의 소정 비율을 초과할 때 만충전 신호를 출력한다.
단계 S12에서의 판단 결과가 부정이면, 배터리 제어기(32)는 2차 전지 모듈(1)이 레벨 1에서 충전되는 레벨 1 충전을 유지한다.
일단 단계 S12에서 이루어지는 판단 결과가 긍정으로 바뀌면, 배터리 제어기(32)는 단계 S13에서 충전 전력 감소 신호를 배터리 충전기(2)에 출력한다. 충전 전력 감소 신호를 수신하면, 배터리 충전기(2)는 충전 전력을 레벨 1로부터 레벨 2로 하강시킨다.
단계 S13에서의 처리에 이어서, 배터리 제어기(32)는 단계 S14에서 충전 전력이 레벨 4로 저하되었는지 여부를 판단한다. 충전 전력이 레벨 4로 저하되지 않은 것으로 판단되면, 배터리 제어기(32)는 단계 S12 내지 S14의 처리를 반복한다. 따라서, 충전은 레벨 2의 충전 전력으로 계속해서 실행된다.
결과적으로, 임의의 단위 전지(10)와 연계하여 작동하는 CCIC(31)로부터 입력된 다른 만충전 신호에 대응하여, 배터리 제어기(32)는 단계 S13에서 충전 전력 감소 신호를 배터리 충전기(2)에 출력한다. 입력된 충전 전력 감소 신호를 수신하자마자, 배터리 충전기(2)는 충전 전력을 레벨 2로부터 레벨 3으로 하강시킨다.
이어서, 배터리 제어기(32)는 레벨 3을 유지하면서 단계 S12 내지 S14에서의 처리를 반복 실행하여, 레벨 3의 충전 전력으로 충전을 계속 실행한다.
이어서, 임의의 단위 전지(10)와 연계하여 작동하는 CCIC(31)로부터 입력된 다른 만충전 신호에 대응하여, 배터리 제어기(32)는 단계 S13에서 충전 전력 감소 신호를 배터리 충전기(2)로 출력한다. 입력된 충전 전력 감소 신호를 수신하자마자, 배터리 충전기(2)는 충전 전력을 레벨 3으로부터 레벨 4로 하강시킨다.
충전 전력의 레벨이 레벨 4로 저하되면, 단계 S14에서의 판단은 부정으로부터 긍정으로 바뀌게 된다. 단계 S14에서 이루어지는 판단 결과가 긍정이 되면, 배터리 제어기(32)는 단계 S15에서 모든 단위 전지(10)에 대응하여 만충전 신호가 입력되었는지 여부를 판단한다.
단계 S14에서 이루어지는 판단 결과가 긍정으로 바뀌게 된 직후, 단계 S15에서 부정 판단이 이루어진다. 단계 S15에서 판단이 긍정이 될 때까지, 배터리 제어기(32)는 레벨 4의 충전 전력으로 2차 전지 모듈(1)을 계속 충전한다.
2차 전지 모듈(1)이 레벨 4 충전 전력으로 계속 충전되고 그 결과 만충전 신호가 모든 단위 전지(10)에 대응하여 최종 입력된 후, 배터리 제어기(32)는 단계 S16에서 충전 정지 신호를 배터리 충전기(2)로 출력하여 2차 전지 모듈(1)의 충전을 종료한다. 단계 S16에서의 처리를 실행한 후, 배터리 제어기(32)는 루틴을 종료한다.
전술된 바와 같이, 충전 제어 장치(3)는 직렬로 배치된 제너 다이오드(332) 및 레지스터(331)로 이루어지고 각각의 단위 전지(10)에 병렬로 연결되는 정전압 회로(33)를 포함한다. 따라서, 단자 사이의 전압이 제너 다이오드(332)의 항복 범위 보다 높게 됨에 따라, 제너 다이오드(332)를 포함하는 정전압 회로(33)를 통해 전류가 흐르게 됨으로써, 제너 다이오드(332)에 직렬로 연결된 레지스터(331)의 양측 전위 사이의 전위차가 생성된다.
CCIC(31)가 단위 전지(10)가 전위차에 대응하는 펄스 신호 시간 듀티비에 기초하여 만충전 상태인지 여부를 판단하기 때문에, 특정 단위 전지(10)의 충전 완료가 적절한 타이밍으로 정확하게 검출될 수 있다. 또한, 단위 전지(10)에 적용될 수도 있는 임의의 초과 전력은 전위차에 대응하여 레지스터(331)가 열을 발생하여 소비되기 때문에, 단위 전지(10)는 과충전되지 않게 된다.
배터리 제어기(32)는 각각 주어진 단위 전지(10)가 만충전되었는지를 나타내는 만충전 신호에 기초하여 2차 전지 모듈(1)을 충전하는데 사용되는 충전 전력을 단계별로 저하시키고, 따라서 2차 전지 모듈(1)을 구성하는 단위 전지(10)는 고효율로 충전될 수 있다. 또한, 2차 전지 모듈(1)은 모든 단위 전지(10)가 만충전될 때까지 레벨 4의 낮은 전력으로 연속적으로 충전되기 때문에, 모든 단위 전지(10)는 완전하게 충전될 수 있다.
전술된 바와 같이, 충전 제어 장치(3)는 확실히 충전 전력이 맥동하는 경우에도 2차 전지 모듈(1)이 개별 단위 전지(10)의 과충전을 방지하면서 만충전 상태에 도달될 때까지 확실하게 충전될 수 있게 할 수 있다.
또한, 충전 제어 장치(3)와 연계하여 사용되는 배터리 충전기(2)가 충전 전력의 맥동 억제용 DC/DC 컨버터를 필요로 하지 않기 때문에, 충전 장치가 컴팩트한 저가의 유닛으로 제공될 수 있다.
도 5에 도시된 충전 제어 루틴에 있어서 단계 S15에서 모든 단위 전지(10)가 만충전된 것으로 판단된 후 2차 전지 배터리 모듈(1)의 충전이 단계 S16에서 종결되지만, 대체예로서 2차 전지 모듈의 충전이 소정 기간에 걸쳐 추가로 충전된 후 종결될 수도 있다. 이러한 대체 처리를 통해, 2차 전지 모듈(1)이 만충전 레벨로 충전되었음이 보다 높은 신뢰성으로 보장될 수 있다.
또 다른 대체예로서, 하나의 단위 전지(10)가 만충전되었는지를 단계 S15에서 판단할 때 소정 기간이 경과한 후에 2차 전지 모듈(1)의 충전이 종결될 수도 있다. 이러한 경우, 몇몇 단위 전지에서의 전압이 오작동에 기인하여 상승하지 못하는 경우, 연장된 기간에 걸친 2차 전지 모듈(1)의 충전 없이 충전이 종료되어, 다른 정상 기능 단위 전지(10)를 악영향으로부터 보호한다.
전술된 실시예에 있어서는, 단계 S12에서의 판단 및 단계 S15에서의 판단 모두 펄스 신호 시간 듀티비를 50%의 소정 비율과 비교함으로써 개별의 단위 전지(10)가 만충전되었는지를 판단하도록 실행된다.
그러나, 충전 전력 레벨을 저하시키는 트리거로서 단계 S12에서의 판단에 사용되는 기준 시간 듀티비를 충전 정지 트리거로서 단계 S15에서의 기준 시간 듀티비로 선택되는 값보다 작은 값으로 설정하는 것도 바람직하며, 이는 이러한 설정이 2차 전지 모듈(1)을 충전하는데 필요한 전력 소비 레벨을 특별히 최소화시키기 때문이다.
또한, 시간 듀티비와 비교될 소정비로서 선택된 기준 값은 충전 전력의 레벨에 대응하여 조정될 수도 있다. 예를 들면, 소정비는 레벨 1의 충전 전력으로 2차 전지 모듈을 충전할 때에는 30%로 설정될 수도 있고, 소정비는 레벨 2의 충전 전력으로 2차 전지 모듈을 충전할 때에는 40%로 설정될 수도 있고, 소정비는 레벨 3의 충전 전력으로 2차 전지 모듈을 충전할 때에는 50%로 설정될 수도 있다.
높은 레벨에서의 충전 전력에 포함된 맥동 성분의 진폭이 더 크기 때문에, 각각의 단위 전지에서 단자 사이의 전압 피크치는 순간적으로 만충전 전압에 도달하는 경향이 있고, 따라서 전류는 더 높은 충전 전력 레벨에서 정전압 회로(33)를 통해 쉽게 흐르게 된다. 즉, 충전 전력 레벨이 높아질수록, 레지스터(331)는 열을 더 쉽게 발생시키고, 결과적으로 에너지 손실이 커지게 된다. 이러한 에너지 손실의 범위는 낮은 충전 전력 레벨에서의 소정비에 대해서 더 큰 값으로 선택함으로써 감소될 수 있다.
2009년 6월 12일자로 일본에서 출원된 특허출원 제2009-140978호 및 2010년 5월 31일자로 일본에서 출원된 특허출원 제2010-124987호의 내용이 본 명세서에서 참조된다.
본 발명이 특정 실시예를 기준으로 앞서 설명되었지만, 본 발명가 전술된 실시예로 한정되는 것은 아니다. 기술 분야의 숙련자에게 있어서, 전술된 실시예에 대한 변경 및 변형은 청구범위의 범위 내에서 가능할 것이다.
예를 들어, 전술된 실시예에 있어서는 정전압 회로(33)가 각각의 단위 전지(10)에 대응하여 배치되지만, 제어 장치는 복수의 단위 전지(10)로 이루어지는 각각의 전지 그룹에 대응하여 배치되는 정전압 회로(33)를 포함할 수도 있고, 특정 전지 그룹이 본 발명의 기술적 범위 내에서의 만충전 상태에 도달되었는지를 판단할 수도 있다.
전술된 실시예에 있어서 배터리 제어기(32)는 일 단위 전지(10)가 만충전 상태에 도달할 때마다 레벨 1 내지 레벨 4에 걸쳐 단계별로 배터리 충전기(2)로부터 출력되는 충전 전력을 저하시킨다. 그러나, 임의의 단위 전지(10)가 본 발명의 기술적 범위 내에서의 만충전 상태에 도달하면 배터리 충전기(2)에 의한 충전은 정지될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 배타적인 소유 또는 특권이 주장되는 본 발명의 실시예는 다음과 같이 정의된다.

Claims (9)

  1. 2차 전지 모듈(1)을 AC/DC 컨버터로부터 제공되는 직류로서 충전하는 배터리 충전기(2)에 의해 충전 전력을 제어하는 충전 제어 장치(3)이며,
    상기 2차 전지 모듈(1)은 복수의 단위 전지(10) 또는 각각 복수의 단위 전지(10)를 포함하는 복수의 전지 그룹을 구비하고,
    상기 충전 제어 장치는,
    각각의 단위 전지(10) 또는 각각의 전지 그룹의 양단부에 연결되고 직렬로 연결된 레지스터(331) 및 제너 다이오드(332)를 포함하는 정전압 회로(33)와,
    상기 레지스터의 양단의 전위차가 소정값을 초과한 시간과 상기 전위차가 소정값을 초과하지 않은 시간의 시간 듀티비를 계산하고, 상기 시간 듀티비를 소정 비율과 비교함으로써, 상기 단위 전지(10) 또는 상기 전지 그룹이 만충전 상태인지 여부를 판단하는 판단 회로(30)와,
    상기 만충전 상태에 기초하여 충전 전력을 제어하도록(S12 내지 S15) 프로그램된 프로그램 가능한 제어기(32)를 포함하는, 충전 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판단 회로(30)는 상기 레지스터(331)의 양측에서의 전위 사이 전위차에 대응하는 펄스 신호를 발생시키는 유효 증폭기(34), 상기 펄스 신호를 적분하여 적분 신호를 출력하는 적분 회로(35) 및 상기 적분 신호에 기초하여 펄스 신호 듀티비를 산출하고 상기 듀티비가 소정비를 초과하는 경우 상기 단위 전지(10) 또는 상기 전지 그룹이 만충전 상태인 것으로 판단하는 전지 제어 적분 회로(31)를 포함하는, 충전 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소정비는 50%의 시간 듀티비와 동일하게 설정되는, 충전 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정전압 회로(33) 및 상기 판단 회로(30)는 각각의 단위 전지(10) 또는 각각의 전지 그룹에 대응하여 배치되고, 상기 프로그램 가능한 제어기(32)는 임의의 단위 전지(10) 또는 전지 그룹이 만충전 상태에 진입하면 상기 배터리 충전기(2)가 상기 2차 전지 모듈(1)을 충전하기 위해 출력하는 충전 전력을 감소시키도록(S13) 추가로 프로그램되는, 충전 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 정전압 회로(33) 및 상기 판단 회로(30)는 각각의 단위 전지(10) 또는 각각의 전지 그룹에 대응하여 배치되고, 상기 프로그램 가능한 제어기(32)는 임의의 단위 전지(10) 또는 전지 그룹이 만충전 상태에 진입할 때마다 상기 배터리 충전기(2)가 상기 2차 전지 모듈(1)을 충전하기 위해 출력하는 충전 전력을 감소시키도록(S13) 추가로 프로그램되는, 충전 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 정전압 회로(33) 및 상기 판단 회로(30)는 각각의 단위 전지(10) 또는 각각의 전지 그룹에 대응하여 배치되고, 상기 프로그램 가능한 제어기(32)는 모든 단위 전지(10) 또는 전지 그룹이 만충전 상태에 도달할 때까지 상기 배터리 충전기(2)가 상기 2차 전지 모듈(1)을 계속 충전하도록(S15, S16) 추가로 프로그램되는, 충전 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 제어기(32)는 모든 단위 전지(10) 또는 전지 그룹이 만충전 상태에 진입한 후에 소정 기간이 경과할 때까지 상기 배터리 충전기(2)가 상기 2차 전지 모듈(1)을 계속 충전하도록 추가로 프로그램되는, 충전 제어 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 제어기(32)는 임의의 단위 전지(10) 또는 전지 그룹이 만충전 상태에 진입한 후에 소정 기간이 경과하면, 상기 배터리 충전기(2)가 상기 2차 전지 모듈(1)의 충전을 정지하도록 추가로 프로그램되는, 충전 제어 장치.
  9. 2차 전지 모듈(1)을 AC/DC 컨버터로부터 제공되는 직류로서 충전하는 배터리 충전기(2)에 의해 충전 전력을 제어하는 충전 제어 방법이며,
    상기 2차 전지 모듈(1)은 복수의 단위 전지(10) 또는 각각 복수의 단위 전지(10)를 포함하는 복수의 전지 그룹을 구비하고,
    상기 충전 제어 방법은,
    직렬로 연결된 레지스터(331) 및 제너 다이오드(332)를 포함하는 정전압 회로(33)를 각각의 단위 전지(10) 또는 각각의 전지 그룹의 양단부에 연결하는 단계와,
    상기 레지스터의 양단의 전위차가 소정값을 초과한 시간과 상기 전위차가 소정값을 초과하지 않은 시간의 시간 듀티비를 계산하고, 상기 시간 듀티비를 소정 비율과 비교함으로써, 상기 단위 전지(10) 또는 상기 전지 그룹이 만충전 상태인지 여부를 판단하는 단계와,
    상기 만충전 상태에 기초하여 충전 전력을 제어하는 단계를 포함하는, 충전 제어 방법.
KR1020117029406A 2009-06-12 2010-06-03 2차 전지 모듈용 충전 제어 장치 및 방법 KR101399754B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009140978 2009-06-12
JPJP-P-2009-140978 2009-06-12
JPJP-P-2010-124987 2010-05-31
JP2010124987A JP5593849B2 (ja) 2009-06-12 2010-05-31 組電池の監視装置
PCT/JP2010/059797 WO2010143670A1 (en) 2009-06-12 2010-06-03 Charge control device and method for secondary battery module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120024738A KR20120024738A (ko) 2012-03-14
KR101399754B1 true KR101399754B1 (ko) 2014-05-27

Family

ID=43308925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117029406A KR101399754B1 (ko) 2009-06-12 2010-06-03 2차 전지 모듈용 충전 제어 장치 및 방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8907632B2 (ko)
EP (1) EP2441153B1 (ko)
JP (1) JP5593849B2 (ko)
KR (1) KR101399754B1 (ko)
CN (1) CN102804544B (ko)
BR (1) BRPI1011862A2 (ko)
IL (1) IL216358A0 (ko)
RU (1) RU2502171C2 (ko)
WO (1) WO2010143670A1 (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11397215B2 (en) 2010-05-21 2022-07-26 Qnovo Inc. Battery adaptive charging using battery physical phenomena
KR101802000B1 (ko) 2010-05-21 2017-11-27 큐노보 인코포레이티드 배터리/셀을 적응적으로 충전하는 방법 및 회로
US10389156B2 (en) 2010-05-21 2019-08-20 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell
US10067198B2 (en) 2010-05-21 2018-09-04 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell using the state of health thereof
US11791647B2 (en) 2010-05-21 2023-10-17 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell
US8791669B2 (en) 2010-06-24 2014-07-29 Qnovo Inc. Method and circuitry to calculate the state of charge of a battery/cell
US9142994B2 (en) 2012-09-25 2015-09-22 Qnovo, Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell
US11397216B2 (en) 2010-05-21 2022-07-26 Qnovo Inc. Battery adaptive charging using a battery model
US8970178B2 (en) 2010-06-24 2015-03-03 Qnovo Inc. Method and circuitry to calculate the state of charge of a battery/cell
DE102011005411A1 (de) 2011-03-11 2012-09-13 Robert Bosch Gmbh Energiespeicher- und Ladeverfahren
CN103378377A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 电能有限公司 以并联充电器进行多个呈并联的非水电解液充电电池的充电方法及其结构
US9063018B1 (en) 2012-10-22 2015-06-23 Qnovo Inc. Method and circuitry to determine temperature and/or state of health of a battery/cell
JP5673658B2 (ja) 2012-12-03 2015-02-18 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
JP5673657B2 (ja) 2012-12-03 2015-02-18 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
BR112015012706A2 (pt) 2012-12-03 2017-07-11 Toyota Motor Co Ltd sistema de armazenamento de eletricidade
US9461492B1 (en) 2013-04-19 2016-10-04 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell using a charge-time parameter
US9276415B2 (en) * 2013-09-18 2016-03-01 Go-Tech Energy Co. Ltd. Charging station having battery cell balancing system
US9421927B2 (en) * 2014-03-27 2016-08-23 GM Global Technology Operations LLC Vehicle load transfer apparatus
WO2015193041A1 (en) * 2014-06-18 2015-12-23 Koninklijke Philips N.V. Device and method for controlling a plurality of cells of a battery
US10574079B1 (en) 2014-06-20 2020-02-25 Qnovo Inc. Wireless charging techniques and circuitry for a battery
US20160020618A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Ford Global Technologies, Llc Fast Charge Algorithms for Lithium-Ion Batteries
CN104617612B (zh) * 2015-01-07 2017-01-04 杭州协能科技股份有限公司 一种主动均衡的通用控制电路
RU2647128C2 (ru) * 2015-12-04 2018-03-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи
KR102677447B1 (ko) * 2016-01-21 2024-06-21 삼성전자주식회사 배터리 팩 충전 장치 및 방법
JP6503138B2 (ja) 2016-02-05 2019-04-17 グァンドン オッポ モバイル テレコミュニケーションズ コーポレーション リミテッドＧｕａｎｇｄｏｎｇ Ｏｐｐｏ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｒｐ．， Ｌｔｄ． アダプタ及び充電制御方法
CN106410893B (zh) * 2016-09-22 2018-12-21 中国运载火箭技术研究院 一种空间飞行器锂电池自动充电控制方法
KR101905997B1 (ko) * 2016-11-09 2018-10-08 현대자동차주식회사 차량탑재형 충전장치
KR20240006204A (ko) * 2022-07-06 2024-01-15 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리의 순차적 충전을 위한 배터리 시스템 및 이의 제어 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09507378A (ja) * 1994-10-18 1997-07-22 サフト 蓄電池アセンブリの充電を制御する方法ならびにその方法を使用する装置
JP2004187398A (ja) 2002-12-03 2004-07-02 Nissan Motor Co Ltd バッテリの電池制御装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1557624A1 (ru) 1988-08-17 1990-04-15 Всесоюзный научно-исследовательский аккумуляторный институт Устройство дл защиты аккумул тора в батарее от перезар да
US5412307A (en) * 1992-06-09 1995-05-02 Sony Corporation Residual capacity indicating device
US5821733A (en) * 1994-02-22 1998-10-13 Packard Bell Nec Multiple cell and serially connected rechargeable batteries and charging system
JPH07336905A (ja) * 1994-06-08 1995-12-22 Nissan Motor Co Ltd 組電池の充電装置
US5614807A (en) 1994-07-22 1997-03-25 Advanced Micro Devices, Inc. Battery charge indicator
DE19647983A1 (de) * 1995-12-04 1997-06-05 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Verfahren zum Regeln einer physikalischen Größe und Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US6043631A (en) 1998-01-02 2000-03-28 Total Battery Management, Inc. Battery charger and method of charging rechargeable batteries
JP3895496B2 (ja) * 1999-04-09 2007-03-22 富士通株式会社 充電制御回路及び充電装置並びに充電制御方法
US6297615B1 (en) * 1999-06-09 2001-10-02 Snap-On Technologies, Inc. Battery pack and over-voltage alarm therefor
JP3988324B2 (ja) 1999-07-02 2007-10-10 株式会社デンソー 組電池の異常判定装置及び組電池の異常判定方法
JP2001352692A (ja) 2000-06-09 2001-12-21 Fuji Photo Optical Co Ltd バックアップ電源充電装置
US7202634B2 (en) 2001-08-17 2007-04-10 O2Micro International Limited Voltage mode, high accuracy battery charger
US6498461B1 (en) 2001-08-17 2002-12-24 O2 Micro International Limited Voltage mode, high accuracy battery charger
US6459243B1 (en) 2001-12-14 2002-10-01 Zinc Matrix Power, Inc. Multiple plateau battery charging method and system to fully charge the first plateau
JP3797350B2 (ja) * 2003-07-14 2006-07-19 ソニー株式会社 充電装置および充電制御方法
CN2760831Y (zh) 2003-07-14 2006-02-22 美国凹凸微系有限公司 电源管理电路
EP1796243B1 (en) 2005-10-31 2014-12-03 Black & Decker Inc. Methods of charging battery packs for cordless power tool systems
JP4699882B2 (ja) * 2005-11-22 2011-06-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電圧−パルス変換回路及び充電制御システム
JP4461114B2 (ja) 2006-03-30 2010-05-12 株式会社東芝 組電池システム、組電池の充電方法及び充電式掃除機
JP5574138B2 (ja) * 2006-09-19 2014-08-20 日立工機株式会社 アダプタ、電池パックとアダプタの組み合わせ、及びそれらを備えた電動工具
JP5186830B2 (ja) 2006-09-21 2013-04-24 日産自動車株式会社 キャパシタ用電極及びその製造方法
JP5407110B2 (ja) 2007-01-24 2014-02-05 日産自動車株式会社 リチウムイオン二次電池用電極およびその製造方法ならびにリチウムイオン二次電池
JP4432981B2 (ja) 2007-02-14 2010-03-17 パナソニック電工株式会社 電池パック
CN101816112A (zh) * 2007-10-05 2010-08-25 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池的脉冲充电方法、以及脉冲充电控制装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09507378A (ja) * 1994-10-18 1997-07-22 サフト 蓄電池アセンブリの充電を制御する方法ならびにその方法を使用する装置
JP2004187398A (ja) 2002-12-03 2004-07-02 Nissan Motor Co Ltd バッテリの電池制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2441153B1 (en) 2018-08-08
WO2010143670A1 (en) 2010-12-16
CN102804544A (zh) 2012-11-28
EP2441153A1 (en) 2012-04-18
IL216358A0 (en) 2012-01-31
US8907632B2 (en) 2014-12-09
JP5593849B2 (ja) 2014-09-24
RU2502171C2 (ru) 2013-12-20
BRPI1011862A2 (pt) 2016-03-29
JP2011019387A (ja) 2011-01-27
US20120038325A1 (en) 2012-02-16
RU2012100775A (ru) 2013-07-20
KR20120024738A (ko) 2012-03-14
CN102804544B (zh) 2015-03-25
EP2441153A4 (en) 2013-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101399754B1 (ko) 2차 전지 모듈용 충전 제어 장치 및 방법
US10063070B2 (en) Battery active balancing system
US8164305B2 (en) Battery management system with energy balance among multiple battery cells
US8299755B2 (en) Battery balance charging controller for making one battery having lower voltage out of batteries connected in series to receive greater charging current and battery charging controlling apparatus using the same
CN101777782B (zh) 电池组以及控制电池组的方法
JP2008228492A (ja) リチウムイオン二次電池の充電方法
US6850041B2 (en) Battery pack used as power source for portable device
US20130099723A1 (en) Systems and methods for cell balancing
EP2249454A1 (en) Recharging device and recharging method
US8294425B2 (en) Charging apparatus and charge control method
JP2008005644A (ja) 電池の充電方法
CN1179640A (zh) 电池充电装置
CN101816112A (zh) 非水电解质二次电池的脉冲充电方法、以及脉冲充电控制装置
US10581121B2 (en) Balance correction control apparatus, balance correction system and electric storage system
US20210091587A1 (en) Electric storage system
KR101621123B1 (ko) 배터리 관리 시스템
JP5165405B2 (ja) 充電制御回路、電池パック、及び充電システム
EP2876805A1 (en) Power converter
CN110460137A (zh) 控制装置及电子设备
JP2008292380A (ja) 電池の残容量の検出方法
TWI594543B (zh) 二次電池充放電裝置
JP2010288403A (ja) 組電池充電制御装置
JPH07335266A (ja) 組電池及びその充電装置
KR100536216B1 (ko) 배터리 팩의 충전 방법
CN202004492U (zh) 一种嵌入式ni-mh电池充放电管理系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170420

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180417

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190417

Year of fee payment: 6