KR101429769B1 - 배터리 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충전도중 배터리 IC의 전력 손실을 방지하는 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제 1 실시예에 적용되는 배터리 충전장치에서, 배터리 IC(300)는 센서부(310), 써미스터부(320) 그리고 제어부(330)를 포함하여 구성된다. 상기 센서부(310)는 배터리 IC의 온도를 감지하고, 써미스터부(320)는 상기 감지된 온도에 상응하는 전압값(VT)을 출력한다. 또한, 제어부(330)는, 상기 출력된 전압값(네거티브 써미스터인 경우 예를 들면, 3.7V 이하)에 상응하는 배터리 IC의 온도가 115℃ 이상이고 상기 배터리 팩(200)의 충전전압(Vc)이 저전압 구간 즉, 3~3.7V에 속하면, 지정된 하향조절 시구간(t1)(예를 들면, 1.8초) 동안 상기 충전중인 충전전류(Ic)가 유효충전전류값(예를 들면, 0.6A)을 유지하도록 하향조절한다. 이에 따라, 본 발명은 배터리 IC의 온도 상승에 따른 전력 손실을 방지하여 매우 경제적이고 유용한 발명인 것이다.
배터리 팩, 배터리 IC, 충전전류, 충전전압

Description

배터리 충전 장치 및 방법{Apparatus and method for an battery charger}
본 발명은 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 충전도중 배터리 IC의 전력 손실을 방지하는 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 배터리 충전장치의 개략적인 구성 블럭도로서, 도 1을 참조하여 종래의 배터리 충전동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
충전부(10)는 외부로부터 입력되는 DC전원(통상 5V)을 'BAT'단자를 통해 배터리 팩(20)에 전송한다. 상기 배터리 팩(20)은 입력되는 전원을 직렬 및 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 배터리 셀에 충전한다.
그리고, 배터리 IC(30)는 상기 충전부(10)에 의한 충전동작의 개시 및 종료를 제어하며, 충전시간 카운트부(40)는 상기 충전동작의 개시와 동시에 충전소요시간을 카운트한다.
즉, 배터리 IC(30)는 외부로부터의 충전 개시 명령에 응하여 배터리 팩(20) 으로의 충전동작이 개시되도록 상기 충전부(10)를 제어한다. 아울러, 배터리 IC(30)는 충전시간 카운트부(40)에 의해 카운트되는 충전소요시간이 기 설정된 충전지정시간(tc)에 도달하면 상기 충전동작이 종료되도록 충전부(10)를 제어한다.
한편, 상기 배터리 팩(20)으로의 충전동작은 도 2에 도시된 바와 같이 '예비충전단계', '정전류단계' 그리고 '정전압단계'로 이루어진다.
이 가운데 '예비충전단계'는 충전 이전 단계로서 충전전압(Vc) 및 충전전류(Ic)가 모두 낮고, '정전류단계'는 본격적인 충전 개시 단계로서 충전전압(Vc)은 3V 이상으로 서서히 증가하나 충전전류(Ic)는 1.2A로 높은 값을 일정하게 유지하며, '정전압단계'는 충전 종료 단계로서 충전전압(Vc)은 4.2V 정도로 높은 값을 일정하게 유지하되 충전전류(Ic)는 급격히 감소한다.
또한, 배터리 IC(30)에서의 전력 분산 즉 전력 손실은 배터리 IC(30)의 온도상승을 유도하며, 전력 분산(Pchgr)은 아래 수식과 같은 상관관계를 갖는다.
Pchgr = (Vin-Vc)*Ic
그런데, 충전부(10)로부터 배터리 팩(20)에 입력되는 DC전원의 전압값(Vin)은 일정한 값을 유지하므로, 상기 수식을 참조하여 볼 때, 충전전압(Vc)이 작고 충전전류(Ic)는 클수록 전력 분산(Pchgr)은 커져서 배터리 IC(30)의 온도 상승을 유도함에 따라 전력 손실이 증가하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 배터리 IC의 온도가 소정값 이상이고 배터리 팩의 충전전압(Vc)이 저전압 구간에 속하면 충전전류(Ic)가 유효충전전류값을 유지하도록 하향조절함으로써 배터리 IC의 전력 손실을 최소화하는 배터리 충전 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 배터리 IC의 온도 상승 및 충전전압이 저전압 구간에 속함에 따라 충전전류를 하향조절한 경우 충전지정시간을 소폭 증가함으로써 만충전을 도모하는 배터리 충전 장치 및 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 충전장치는, 외부로부터 입력되는 DC전원을 배터리 팩에 충전하는 충전수단; 그리고 상기 배터리 팩으로의 충전동작의 개시 및 종료를 제어하는 배터리 IC를 포함하되, 상기 배터리 IC는, 배터리 IC의 온도를 감지하는 센서부; 그리고 상기 감지된 배터리 IC의 온도가 소정 값 이상이고 상기 배터리 팩의 충전전압이 저전압 구간 내에 속하면, 상기 충전중인 충전전류가 지정된 하향조절 시구간 동안 유효충전전류값을 유지하도록 하향조절하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 배터리 IC는, 상기 감지된 온도에 상응하는 전압값을 출력하는 써미스터부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 출력된 전압값에 상응하는 배터리 IC의 온도가 소정 값이 이상이고 상기 배터리 팩의 충전전압이 저전압 구간 내에 속하면, 상기 충전전류 하향조절 동작을 수행할 수 있다.
상기 소정 값은 115℃ 일 수 있다.
상기 저전압 구간은 3~3.7V 내에 속할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 충전장치는, 상기 충전소요시간을 카운트하는 충전시간 카운트수단을 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 충전전류 하향조절 동작에 응하여 기 설정된 충전지정시간을 증가시켜 재설정하고, 상기 카운트된 충전소요시간이 충전지정시간에 도달하면 상기 충전동작이 종료되도록 더 제어할 수 있다.
상기 충전지정시간 재설정 동작은, 상기 유효충전전류값 및 하향조절 시구간 가운데 적어도 하나 이상에 근거할 수 있다.
상기 유효충전전류값이 0.6A 이고 상기 하향조절 시구간이 1.8초인 경우, 상기 충전지정시간은 7분 35초만큼 증가되도록 재설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 충전방법은, 외부로부터 입력되는 DC전원을 배터리 팩에 충전하는 충전동작의 개시 및 종료를 제어하는 배터리 IC의 온도를 감지하는 온도 감지단계; 그리고 상기 감지된 배터리 IC의 온도가 소정 값 이상이고 상기 배터리 팩의 충전전압이 저전압 구간 내에 속하면, 상기 충전중인 충전전류가 지정된 하향조절 시구간 동안 유효충전전류값을 유지하도록 하향조절하는 충전전류 하향조절단계를 포함한다.
상기 온도 감지단계는, 상기 감지된 온도에 상응하는 전압값을 출력하는 전압 출력단계를 더 포함하되, 상기 충전전류 하향조절단계는, 상기 출력된 전압값에 상응하는 배터리 IC의 온도가 소정 값 이상이고 상기 배터리 팩의 충전전압이 저전압 구간 내에 속하면, 상기 충전전류 하향조절 동작을 수행할 수 있다.
상기 소정 값은 115℃ 일 수 있다.
상기 저전압 구간은 3~3.7V 내에 속할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 충전방법은, 상기 충전전류 하향조절 동작에 응하여 기 설정된 충전지정시간을 증가시켜 재설정하는 충전지정시간 재설정단계; 그리고 상기 충전동작 개시부터 카운트된 충전소요시간이 충전지정시간에 도달하면 상기 충전동작이 종료되도록 제어하는 충전종료 제어단계를 더 포함할 수 있다.
상기 충전지정시간 재설정 동작은, 상기 유효충전전류값 및 하향조절 시구간 가운데 적어도 하나 이상에 근거할 수 있다.
상기 유효충전전류값이 0.6A 이고 상기 하향조절 시구간이 1.8초인 경우, 상기 충전지정시간은 7분 35초만큼 증가되도록 재설정될 수 있다.
이상과 같은 구성과 흐름에 의해, 본 발명에 따른 배터리 충전 장치 및 방법은, 배터리 IC의 온도가 소정값 이상이고 배터리 팩의 충전전압(Vc)이 저전압 구간에 속하면 충전전류(Ic)가 유효충전전류값을 유지하도록 하향조절함으로써 배터리 IC의 전력 손실을 최소화하고 더 나아가, 배터리 IC의 온도 상승 및 충전전압이 저 전압 구간에 속함에 따라 충전전류를 하향조절한 경우 충전지정시간을 소폭 증가함으로써 만충전을 도모하는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 충전 장치 및 방법은, 배터리 IC의 온도가 소정값 이상이고 배터리 팩의 충전전압(Vc)이 저전압 구간에 속하면 충전전류(Ic)가 유효충전전류값을 유지하도록 하향조절함으로써 배터리 IC의 전력 손실을 최소화하고 더 나아가, 배터리 IC의 온도 상승 및 충전전압이 저전압 구간에 속함에 따라 충전전류를 하향조절한 경우 충전지정시간을 소폭 증가함으로써 만충전을 도모함으로써, 배터리 IC의 온도 상승에 따른 전력 손실을 방지하여 매우 경제적이고 유용한 발명인 것이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 배터리 충전 장치 및 방법이 적용된 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예에 적용되는 배터리 충전장치의 구성 블럭도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 충전장치에 의해 수행되는 배터리 충전과정을 설명하기 위한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 배터리 충전장치에서 유효충전전류값에 따른 충전지정시간 증가분을 예시한 표이다.
본 발명에 따른 제 1 실시예에 적용되는 배터리 충전장치에서, 충전부(100)는 외부로부터 입력되는 DC전원(통상 5V)을 'BAT'단자를 통해 배터리 팩(200)에 전송한다. 상기 배터리 팩(200)은 입력되는 전원을 직렬 및 병렬로 연결된 적어도 하나 이상의 배터리 셀에 충전한다.
그리고, 배터리 IC(300)는 외부로부터의 충전 개시 명령에 응하여 배터리 팩(200)으로의 충전동작이 개시되도록 상기 충전부(100)를 제어하고, 충전시간 카운트부(400)에 의해 카운트되는 충전소요시간이 기 설정된 충전지정시간(tc)에 도달하면 상기 충전동작이 종료되도록 충전부(100)를 제어한다.
또한, 배터리 IC(300)는 센서부(310), 써미스터부(320) 그리고 제어부(330)를 포함하여 구성된다. 상기 센서부(310)는 배터리 IC의 온도를 감지하고, 써미스터부(320)는 상기 감지된 온도에 상응하는 전압값(VT)을 출력한다.
그리고, 제어부(330)는, 상기 출력된 전압값(네거티브 써미스터인 경우 예를 들면, 3.7V 이하)에 상응하는 배터리 IC의 온도가 115℃ 이상이고 상기 배터리 팩(200)의 충전전압(Vc)이 저전압 구간 즉, 3~3.7V에 속하면, 지정된 하향조절 시구간(t1)(예를 들면, 1.8초) 동안 상기 충전중인 충전전류(Ic)가 유효충전전류값(예를 들면, 0.6A)을 유지하도록 하향조절한다(도 4 참조).
아울러, 제어부(330)는 상기 충전전류 하향조절 동작에 응하여 기 설정된 충전지정시간(tc)을 소폭 증가시켜 재설정하며, 전술한 예에서와 같이 하향조절 시구간(t1)=1.8초동안 정전류단계에서의 충전전류인 1.2A가 유효충전전류값인 0.6A로 하향조절된 경우, 충전지정시간 증가분(t2)은 7분 35초에 해당한다(도 5 참조).
따라서, 제어부(330)는 상기 충전동작이 개시됨과 동시에 카운트 개시된 충전소요시간이 상기와 같이 재설정된 충전지정시간(tc+t2) 즉, tc+7분35초에 도달하면 상기 충전동작이 종료되도록 충전부(100)를 제어하게 된다.
참고로, 본 실시예에서는 하향조절 시구간(t1)=1.8초이고 정전류단계에서의 충전전류=1.2A인 조건하에서 유효충전전류값에 따른 충전지정시간 증가분(t2)을 도 5의 표와 같이 예시하였으나, 하향조절 시구간 및 정전류단계에서의 충전전류는 이와 상이하게 예시될 수 있으며 이에 따라 유효충전 전류값에 따른 충전지정시간 증가분(t2) 또한 다르게 지정될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 1 실시예에 적용되는 배터리 충전방법의 흐름도이다.
이하에서는, 상기와 같이 구성되는 배터리 충전장치의 동작에 대해, 도 6의 흐름도와 병행하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 외부로부터 충전 개시 명령이 수신되면(S601의 "예"), 배터리 IC(300) 내의 제어부(330)는, DC전원을 배터리 팩(200)에 충전하는 충전동작이 개시되도록 충전부(100)를 제어함과 동시에 충전소요시간 카운트가 개시되도록 충전시간 카운트부(400)를 제어한다(S602).
이와 같이 충전동작이 개시되고 나면, 배터리 IC(300)내의 센서부(310)는 배터리 IC의 온도를 감지하고(S603), 써미스터부(320)는 상기 감지된 온도에 상응하 는 전압값(VT)을 출력한다(S604).
상기 출력된 전압값(VT)이 3.7V 이하로써 배터리 IC의 온도가 115℃ 이상이고(S605의 "예") 상기 배터리 팩(200)의 충전전압(Vc)이 저전압 구간 즉, 3~3.7V에 속하면(S606의 "예"), 상기 제어부(330)는 하향조절 시구간 즉, t1=1.8초 동안 상기 충전중인 충전전류(Ic)가 유효충전전류값 즉, 0.6A를 유지하도록 하향조절한다(S607).
이와 아울러, 제어부(330)는 충전지정시간(tc)을 충전지정시간 증가분 즉,t2 = 7분 35초만큼 증가시켜 재설정하고(S608), 충전시간 카운트부(400)에 의해 카운트되는 충전소요시간이 제 608단계에서와 같이 재설정된 충전지정시간(tc+t2)에 도달하면(S609의 "예") 충전동작이 종료되도록 충전부(100)를 제어한다(S610).
상술한 바와 같이, 본 발명이 도면에 도시된 실시예를 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 배터리 충전장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 종래의 배터리 충전과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예에 적용되는 배터리 충전장치의 구성 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 충전장치에 의해 수행되는 배터리 충전과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 충전장치에서 유효충전전류값에 따른 충전지정시간 증가분을 예시한 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 1 실시예에 적용되는 배터리 충전방법의 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,100 : 충전부 20,200 : 배터리 팩
30, 300 : 배터리 IC
310 : 센서부 320 : 써미스터부
330 : 제어부 340 : 충전시간 카운트부

Claims (14)

  1. 외부로부터 입력되는 DC전원을 배터리 팩에 충전하는 충전수단;
    상기 배터리 팩으로의 충전동작의 개시 및 종료를 제어하는 배터리 IC; 및
    상기 배터리 팩의 충전소요 시간을 카운트하는 충전시간 카운트수단을 포함하여 구성되고;
    상기 배터리 IC는, 배터리 IC의 온도를 감지하는 감지부와, 감지된 배터리 IC의 온도가 소정 값 이상이고 배터리팩의 충전전압이 저전압구간 내에 속하면, 충전 중인 충전전류가 지정된 하향 조절 시구간 동안 유효충전 전류값을 유지하도록 하향 조절하는 제어부를 포함하고;
    상기 제어부는, 충전전류 하향 조절동작에 응하여 기 설정된 충전 지정시간을 증가시켜 재설정하고, 카운트된 충전 소요시간이 충전 지정시간에 도달하면 충전동작이 종료되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지부는, 써미스터부로 구성되는 배터리 충전장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 소정 값은 115℃ 인 것을 특징으로 하는 배터리 충전장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 저전압 구간은 3~3.7V 내에 속하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 충전지정시간 재설정 동작은,
    상기 유효충전전류값 및 하향조절 시구간 가운데 적어도 하나 이상에 근거하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유효충전전류값이 0.6A 이고 상기 하향조절 시구간이 1.8초인 경우, 상기 충전지정시간은 7분 35초만큼 증가되도록 재설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전장치.
  8. 외부로부터 입력되는 DC전원을 배터리 팩에 충전하는 충전동작의 개시 및 종료를 제어하는 배터리 IC의 온도를 감지하는 온도 감지단계;
    상기 감지단계에서 감지된 배터리 IC의 온도가 소정 값 이상이고 상기 배터리 팩의 충전전압이 저전압 구간 내에 속하면, 충전중인 충전전류가 지정된 하향조절 시구간 동안 유효충전전류값을 유지하도록 하향조절하는 충전전류 하향조절단계;
    상기 충전전류 하향조절단계에 대응하여 기 설정된 충전 지정시간을 증가시켜 재설정하는충전지정시간 재설정단계; 그리고
    충전동작 개시부터 카운터된 충전소요시간이 충전지정시간에 도달하면 충전동작이 종료되도록 제어하는 충전조료 제어단계를 포함하여 구성되는 배터리 충전방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 온도 감지단계는,상기 감지된 온도에 상응하는 전압값을 출력하는 전압 출력단계를 더 포함하고,
    상기 충전전류 하향조절단계는, 상기 출력된 전압값에 상응하는 배터리 IC의 온도가 소정 값 이상이고 상기 배터리 팩의 충전전압이 저전압 구간 내에 속하면, 상기 충전전류 하향조절 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 소정 값은 115℃ 인 것을 특징으로 하는 배터리 충전방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 저전압 구간은 3~3.7V 내에 속하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전방법.
  12. 삭제
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 충전지정시간 재설정 동작은, 상기 유효충전전류값 및 하향조절 시구간 가운데 적어도 하나 이상에 근거하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유효충전전류값이 0.6A 이고 상기 하향조절 시구간이 1.8초인 경우, 상기 충전지정시간은 7분 35초만큼 증가되도록 재설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전방법.
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