KR101453618B1

KR101453618B1 - 충전 회로, 및 충전 회로를 갖는 배터리-충전기 조립체

Info

Publication number: KR101453618B1
Application number: KR1020120145148A
Authority: KR
Inventors: 아키라 가와이; 마사키 이케다
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-10-22
Also published as: EP2605363A3; EP2605363B1; JP2013126325A; EP2605363A2; US20130154578A1; KR20130069442A; CN103166283B; CN103166283A; US9142993B2

Abstract

충전 회로는 제1 회로와 제2 회로로 구성된다. 상기 제2 회로는, 2차 배터리가 포함되는 배터리 팩에 구비된다. 상기 제1 회로는 상기 2차 배터리를 충전하는 충전기에 구비된다. 상기 충전 회로는 출력 전원부, 상기 출력 전원부를 제어하여 충전 동작을 실행하도록 구성되는 제어부, 상기 제2 회로에 구비되어 충전 횟수를 저장하는 메모리, 및 임계 전류 설정부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 충전 동작에서, 먼저 정전류 충전 동작을 실행한 후, 정전압 충전 동작을 실행하며, 충전 전류가 충전 정지 전류값에 도달할 때 충전 동작을 마무리하도록 구성된다. 상기 임계 전류 설정부는 상기 충전 횟수의 증가에 따라 상기 충전 정지 전류값을 감소시키도록 구성된다.

Description

충전 회로, 및 충전 회로를 갖는 배터리-충전기 조립체{CHARGE CIRCUIT, AND BATTERY-CHARGER ASSEMBLAGE WITH THE CHARGE CIRCUIT}

본 발명은, 배터리 팩에 구비되는 2차 배터리를 충전하는 충전 회로, 및 충전 회로를 포함하는 배터리-충전기 조립체에 관한 것이다.

전기 공구, 이동 전화 등과 같은 전기 장비의 전원용으로 사용되는 재충전 가능한 2차 배터리를 포함하는 배터리 팩이 알려져 있다. 2차 배터리는, 배터리 팩을 충전기에 부착하여 2차 배터리를 출력 전원부에 전기적으로 연결함으로써 충전기의 출력 전원부에 의해 충전될 수 있다.

예컨대, 일본특허출원공보 제2007-143279A호는 출력 전원부를 사용하여 2차 배터리를 충전하는 충전 회로를 개시한다. 충전 회로의 제어부는 정전류 충전 동작과 정전압 충전 동작을 실행한다. 정전류 충전 동작에서, 제어부는 충전 전류를 실질적으로 일정하게 유지하며, 충전 전압을 점진적으로 증가시킨다. 정전압 충전 동작에서, 제어부는 충전 전압을 실질적으로 일정하게 유지하며, 충전 전류를 점진적으로 감소시킨다. 즉, 충전 동작에서, 제어부는 먼저 정전류 충전 동작을 실행하고, 충전 전압이 정전류 충전 동작 동안 설정된 값(임계 전압)에 도달하면, 이 동작을 정전압 충전 동작으로 전환한다. 충전 전류가 정전압 충전 동작 동안 미리 결정된 임계값(충전 정지 전류값)에 도달하면, 제어부는 충전의 완료로서 충전 동작을 마무리한다.

배터리 팩의 2차 배터리는 충/방전을 반복함으로써 열화한다(예컨대, 그 내부 저항이 증가한다). 2차 배터리의 이러한 열화는 정전류 충전 동작과 정전압 충전 동작의 충전 시간에 영향을 미친다. 예컨대, 리튬-이온 배터리의 내부 저항은 충/방전의 반복에 따라 증가한다. 이 경우에, 충전기는 배터리의 내부 저항에 의해 생성된 전압과 배터리의 기전력의 합으로서 충전 전압을 얻는다. 그러므로 열화된 배터리(증가한 내부 저항을 갖는 배터리)를 충전하는 경우에, 충전 전압은, 열화되지 않은 배터리를 충전하는 경우와 비교하여 더 작은 기전력으로 설정된 값에 도달한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 반복해서 충전된 배터리를 충전하는 경우에(도 8b를 참조), 충전 전압이 정전압 충전 동작 동안 설정된 값에 도달하는 시점은 새것과 같은 새로운 배터리를 충전하는 경우(도 8a 참조)와 비교하여 더 이른 타이밍 쪽으로 시프트한다. 다시 말해, 반복해서 충전된 배터리를 충전하는 경우, 정전류 충전 동작에 의한 충전 시간은 새로운 것을 충전하는 경우보다 더 짧아지게 된다. 그러므로 반복해서 충전된 배터리(수명이 다해가는 배터리)를 충전하는 경우, 충전 동작은, 새로운 배터리(사용하기 시작한 배터리)를 충전하는 경우와 비교하여 정전류 충전 동작에 의한 충전량이 더 작은 조건에서도 정전류 충전 동작으로 전환된다.

더 나아가, 충전 정지 전류값(A10)은 일정하기 때문에, 충전기는, 새로운 배터리를 충전하는 경우와 비교하여 더 작은 기전력으로 열화된 배터리(증가한 내부 저항을 가진 배터리)의 정전압 충전 동작을 마무리한다. 이를 달리 설명하면, 충전 전류 곡선(도 8의 "L1" 참조)을 고려할 때, 정전압 충전 동작에 대한 충전 전류 곡선의 그레디언트는 배터리의 내부 저항이 증가함에 따라 더 작아지게 된다. 여기서, 2차 배터리의 충전 가능한 양(E10)(도 8 참조)은 충전 전류의 시간 적분에 의해 한정될 수 있다. 그 후 충전 동작에 의한 실제 충전 양(E11)은 충전 시작부터 충전 정지 전류값(A10)에 대응하는 시간까지의 충전 전류의 시간 적분에 의해 얻어진다. 그 후, E12로 표시한 영역이 충전 동작에 의한 비-충전 양으로서 남는다. 그러므로 충전 정지 전류값(A10)이 일정하므로, 비-충전 양(E12)의 충전 가능한 양(E10)에 대한 비는 충전 회수가 증가함에 따라 더 커지게 된다(도 8a 및 도 8b 참조). 즉, 반복해서 충전된 배터리의 충전 양은 새로운 배터리의 충전 양보다 더 작아지게 된다.

본 발명의 목적은, 충전 횟수의 증가로 인한 충전 양의 감소를 보상하면서 충분한 양의 전력을 반복적으로 충전되는 배터리에 충전할 수 있는 충전 회로 및 배터리-충전기 조립체를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 충전 회로는 제1 회로와 제2 회로로 구성되고, 상기 제2 회로는 2차 배터리가 포함되는 배터리 팩에 구비되고, 상기 제1 회로는 상기 배터리 팩의 상기 2차 배터리를 충전하는 충전기에 구비되며, 상기 충전 회로는 전력을 상기 2차 배터리에 출력하도록 구성되는 출력 전원부; 충전 동작을 실행하도록 상기 출력 전원부를 제어하도록 구성되는 제어부로서, 상기 충전 동작에서, 먼저 정전류 충전 동작을 실행하고, 다음으로 정전압 충전 동작을 실행하며, 충전 전류가 충전 정지 전류값에 도달할 때 충전 동작을 마무리하도록 구성되는, 제어부, 상기 충전 동작을 실행하는 횟수로서 한정되는 충전 횟수를 저장하는 메모리로서, 상기 배터리 팩의 상기 2차 회로에 구비되는 메모리, 및 상기 충전 정지 전류값을 판정하도록 구성되는 임계 전류 설정부로서, 상기 충전 횟수의 증가에 따라 상기 충전 정지 전류값을 감소시키도록 구성되는 임계 전류 설정부를 포함한다.

충전 회로는, 상기 임계 전류 설정부가 상기 충전기의 상기 제1 회로에 구비되는 것이 바람직하다.

충전 회로는, 상기 임계 전류 설정부가 상기 배터리 팩의 상기 제2 회로에 구비되는 것이 바람직하다.

충전 회로는, 상기 충전 회로가 상기 출력 전원부로부터 상기 2차 배터리로 흘러가는 전류를 측정하는 전류 측정부; 및 상기 2차 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함하며, 상기 제어부가, 상기 전류 측정부에 의해 측정된 전류가 상기 정전류 충전 동작에서 미리 결정된 타겟 전류값에 대응하도록 상기 출력 전원부를 제어하고; 및 상기 전압 측정부의 측정된 전압이 상기 정전압 충전 동작에서 미리 결정된 타겟 전압값에 대응하도록 상기 출력 전원부를 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.

충전 회로는, 상기 전압 측정부가 상기 배터리 팩의 상기 제2 회로에 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 배터리-충전기 조립체는 적어도 하나의 충전기; 및 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하며, 상기 적어도 하나의 충전기 각각에는 상기 제1 회로가 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 팩 각각에는 상기 제2 회로가 구비된다.

본 발명에 따르면, 충전 회수의 증가로 인한 충전 양의 감소를 보상하면서 충분한 양의 전력이 반복적으로 충전되는 배터리에 충전될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 충전 회로의 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 충전 회로의 충전 동작에 관한 예시적인 도면으로서, 도 2의 A는 정전류 충전 동작과 정전압 충전 동작에서 충전 전류와 충전 전압을 도시하며, 도 2의 B는 정전압 충전 동작의 완료 시간과 충전 동작의 충전 양을 도시한다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 충전 회로의 충전 전류 곡선을 도시하는 도면으로서, 도 3의 A는 새로운 제2 배터리에 관한 것이며, 도 3의 B는 반복해서 충전된 제2 배터리에 관한 것이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 충전 회로의 충전 횟수와 충전 정지 전류값 사이의 관계를 도시한 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리-충전기 조립체를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 충전 회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 충전 회로의 회로도이다.
도 8은 종래의 충전 회로의 충전 전류 곡선을 도시하는 도면으로서, 도 8의 A는 새로운 제2 배터리에 관한 것이며, 도 8의 B는 반복해서 충전되는 제2 배터리에 관한 것이다.

본 발명은 첨부된 도면에 예시된 실시예를 참조하여 후술될 것이다.

도 5는 본 실시예의 배터리-충전기 조립체를 도시한다. 본 실시예의 배터리-충전기 조립체는, 그 내부에 2차 배터리(41)를 각각 구비한 적어도 하나의 배터리 팩(4)(도 5의 예에서는 "하나"임)과, 배터리 팩(4)의 2차 배터리(41)를 충전하는 적어도 하나의 충전기(2)(도 5의 예에서는 "하나"임)로 구성된다.

충전기(2)는 충전기 본체(200), 내부 회로(제1 회로)(1a), 내부 회로(1a)에 연결되는 플러그(32), 및 내부 회로(1a)에 연결되는 단자(7a)(출력 단자(71a 및 72a; 및 제어 단자(73a 및 74a))를 포함한다. 내부 회로(1a)는 충전기 본체(200)에 수용된다. 배터리 팩(4)은 배터리 팩 본체(400), 내부 회로(제2 회로)(1b), 내부 회로(1b)에 연결되는 2차 배터리(41), 및 내부 회로(1b)에 연결되는 단자(7b)(입력 단자(71b 및 72b); 및 제어 단자(73b 및 74b))를 포함한다. 2차 배터리(41)는 적어도 하나(도 5의 예에서는 "두 개")의 배터리 셀(50)을 포함한다. 내부 회로(1b) 및 2차 배터리(41)는 배터리 팩 본체(400)에 수용된다. 플러그(32)를 상업용 전원과 같은 외부 전원(8)에 연결하고, 충전기(2)의 단자(7a)를 배터리 팩(4)의 단자(7b)에 연결할 때, 배터리 팩(4)의 2차 배터리(41)가 충전될 수 있다. 배터리 팩(4)은 전기 공구와 같은 전기 장비에 장착되어, 전력을 이 전기 장비에 공급한다. 충전기(2) 및 배터리 팩(4)의 외형은 도 5에 도시한 것으로 제한되지 않음을 주의해야 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 충전 회로(1)는 충전기(2)에 구비되는 내부 회로(제1 회로)(1a)와 배터리 팩(4)에 구비되는 내부 회로(제2 회로)(1b)로 구성된다. 충전기(2)의 내부 회로(1a)와 배터리 팩(4)의 내부 회로(1b)는 단자(7a)(71a, 72a, 73a 및 74a) 및 단자(7b)(71b, 72b, 73b 및 74b)를 통해 연결된다.

본 실시예의 충전기(2)의 내부 회로(1a)는 출력 전원부; 충전용 변압기(제1 변압기(22), 제어 전원 블록(24), 제어용 변압기(제2 변압기)(25), 주변부(26), 변전부(27), 광 결합기(28), 통지부(29), 제어부(3), 및 전류 측정부(30)를 포함한다. 출력 전원부는 정류 블록(21)과 전류 출력부(23)를 포함한다.

정류 블록(21)은 플러그(32)에 연결된다. 정류 블록(21)은, 외부 전원(8)으로부터 공급된 AC 전력을 정류하는 전파 정류기 등을 포함한다. 정류 블록(21)에 의해 정류된 전력은 충전용 변압기(22)에 인가된다. 충전기(2)는, 충전용 변압기(22)의 출력을 단자(7a(71a 및 72a) 및 7b(71b 및 72b))를 통해 2차 배터리(41)에 공급함으로써, 2차 배터리(41)를 충전한다. 정류-평활 회로(정류 다이오드와 평활 커패시터와 같은 것을 포함함)가 충전용 변압기(22)와 출력 단자(71a 및 72a) 사이에 구비됨을 주목해야 한다. 전류 출력부(23)가 정류 블록(21)과 충전용 변압기(22) 사이에 구비된다. 전류 제어부(23)는 충전용 변압기(22)로의 급전을 시작/정지하고, 충전용 변압기(22)로 흐르는 전류를 조정하도록 구성된다. 전류 출력부(23)에는 바람직하게는 스위칭 소자가 구비된다. 제어부(3)는 전류 출력부(23)의 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 제어한다. (저항과 같은) 전류 측정부(30)가 충전용 변압기(22)의 2차측에 구비된다. 전류 측정부(30)는 출력 전원부로부터 2차 배터리(41)로 흐르는 전류(충전 전류)를 측정하도록 적응된다.

제어 전원 블록(24)은 정류 블록(21)에 연결된다. 제어 전원 블록(24)에 의해 조정된 전력은 제어용 변압기(25)를 통해 제어부(3)에 공급된다. 제어용 변압기(25)의 2차측은 제어부(3), 평활 커패시터 등의 주변부(26) 및 (3-단자 조정기와 같은) 변전부(27)와 연결되어 전력을 안정화시킨다. 광 결합기(28)는 제어부(3)와 전류 출력부(23) 사이에 구비된다. 제어부(3)는 광 결합기(28)를 통해 전기-절연된 방식으로 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어한다.

배터리 팩(4)의 내부 회로(1b)는 충전 동작을 위한 정전압 제어 소자(43)(전압 측정부)와 메모리(42)를 포함한다. 메모리(42)는 메모리 정보로서 배터리 팩(4)의 식별 정보와 수명 정보를 저장한다. 식별 정보는, 충전 정지 전류값의 초기값과 배터리 팩(4)의 정격 전압을 식별하기 위해 제어부(3)에 사용된다. 식별 정보는 ID 번호일 수 있다. 수명 정보는 충전 동작을 실행하는 횟수로서 한정되는 충전 회수를 포함한다. 즉, 메모리(42)는 배터리 팩(4)의 충전 회수와 식별 정보를 저장한다.

정전압 제어 소자(43)는 2차 배터리(41)(및/또는 배터리 셀(50))의 전압을 측정하여 측정된 값(측정된 전압값)을 제어부(3)에 출력하도록 적응된다. 정전압 제어 소자(43)는 단자(71b 및 72b) 양단의 전압을 측정하는 것이 바람직하다. 정전압 제어 소자(43)에 의해 측정된 전압값은 단자(73a 및 73b)를 통해 충전기(2)의 제어부(3)에 전송된다.

본 실시예의 제어부(3)는 정전류 충전 모드와 정전압 충전 모드를 갖는다. 정전류 충전 모드에서, 제어부(3)는 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어하여 전류 출력부(23)로부터의 출력 전류를 일정하게 유지한다(즉, 전류 측정부(30)에 의한 측정값을 일정하게 유지한다(정전류 충전 동작). 정전압 충전 모드에서, 제어부(3)는 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어하여, 전류 출력부(23)로부터의 출력 전류를 점진적으로 감소시켜, 정전압 제어 소자(43)로부터 입력된 2차 배터리(41)의 전압값은 미리 결정된 값을 초과하지 않게 된다. 즉, 정전압 충전 모드에서, 제어부(3)는 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어하여 2차 배터리(41)의 전압을 일정하게 유지한다(정전압 충전 동작).

충전 동작을 실행할 때(충전 제어를 실행할 때), 제어부(3)는, 충전기(2)에 장착된(부착된) 배터리 팩(4)의 메모리(42)로부터 메모리 정보(식별 정보 및 수명 정보)를 판독한다. 그 후, 제어부(3)는 메모리(42)로부터 얻은 메모리 정보를 사용하여 충전 동작을 실행한다.

충전 동작에서, 도 2의 A에 도시한 바와 같이, 제어부(3)는, 충전 전류(도 2의 A에서 "L1")가 실질적으로 일정하게 유지되고, 충전 전압(도 2의 A에서 "L2")이 점진적으로 증가하는 정전류 충전 동작(도 2의 A에서 "AC1"으로 표기됨)에 의해 충전을 시작한다. 충전 전압이 정전류 충전 동작 동안 미리 결정된 설정 값(임계 전압, 도 2의 A에서 "B0"으로 표기됨)에 도달하면, 제어부(3)는 충전 동작을 정전압 충전 동작으로 전환하며, 이 동작에서 충전 전압은 실질적으로 일정하게 유지되며, 충전 전류는 점진적으로 감소하며(도 2의 A에서 "AC2"로 표기됨), 제어부(3)는 정전압 충전 동작에 의해 충전을 유지한다. 도 2의 B에 도시한 바와 같이, (점진적으로 감소하는) 충전 전류가 정전압 충전 동작 동안 충전 정지 전류값(임계 전류, 도 2의 B에서 "A0"로 표기됨)에 도달하면(즉, 전류 측정부(30)에 의한 측정값이 충전 정지 전류값(A0)에 도달하기에 충분히 작게 되면), 제어부(3)는 2차 배터리(41)의 충전이 완료되었다고 판정하고, 충전 동작을 마무리한다.

이 경우에, 본 실시예의 제어부(3)는 충전 동작에 사용된 충전 정지 전류값(임계 전류)를 판정하는 임계 전류 설정부(5)의 기능을 또한 갖는다. 임계 전류 설정부(5)는 충전 정지 전류값을 증가한 충전 횟수에 따라 더 작은 값(초기값보다 더 작음)으로 변화시킨다.

충전 동작을 실행할 때, 임계 전류 설정부(5)로서의 제어부(3)는, 메모리(42)로부터 얻은 충전 정지 전류값(식별 정보)의 초기값과 충전 횟수(수명 정보)에 기초하여 "현재의 충전 동작에 대한 충전 정지 전류값"을 판정한다. 예컨대, 도 4에 도시한 바와 같이, 임계 전류 설정부(5)는, 충전 횟수가 미리 결정된 수(도 4의 예에서는 매 100번째)에 도달할 때마다 충전 정지 전류값을 더 작은 값으로 변화시킨다. 이 경우, 예컨대, 임계 전류 설정부(5)는 복수의 데이터 표를 가지며, 각각의 표는, 도 4에 도시한 바와 같이, 충전 횟수와 충전 정지 전류값 사이의 관계를 포함한다. 배터리 팩(4)이 충전기(2)에 장착될 때, 임계 전류 설정부(5)는 (충전 정지 전류값의 초기값과 같은) 식별 정보에 기초하여 어떤 데이터 표를 사용할지를 판정한다. 그 후, 임계 전류 설정부(5)는 충전 횟수에 기초하여 충전 정지 전류값을 판정한다. 임계 전류 설정부(5)는 이러한 데이터 표(들) 대신에 충전 횟수와 충전 정지 전류값 사이를 관련시키는 미리 결정된 방정식(들)을 가질 수 도 있다.

임계 전류 설정부(5)에 의해 판정된 충전 정지 전류값은 현 충전 동작에서의 정전압 충전 동작에서 사용된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(3)는 충전 횟수에 따라 충전 정지 전류값을 사용하여 충전 동작을 실행한다. 반복적으로 충전되어왔던 2차 배터리(41)를 충전하는 경우, 제어부(3)는, "새로운 배터리에 대한 충전 정지 전류값(도 3에서 "A1"으로 표기됨)"보다 더 작은 "반복적으로 충전된 배터리에 대한 충전 정지 전류값(도 3의 B에서 "A2"로 표기됨)"을 사용하여 충전 동작을 실행한다.

다음에서, 본 실시예의 충전 회로(1)의 충전 동작을 달리 설명할 것이다.

배터리 팩(4)의 단자(7b)가 충전기(2)의 단자(7a)에 연결될 때, 제어부(3)는 단자(74a 및 74b)를 통해 배터리 팩(4)의 메모리(42)로부터 메모리 정보(식별 정보 및 충전 횟수)를 얻는다. 제어부(3)는 임계 전류 설정부(5)로서 메모리(42)로부터 얻은 메모리 정보와 데이터 표(예컨대 도 4에 도시한 데이터 표)를 사용해 충전 정지 전류값을 판정한다. 충전 정지 전류값이 충전 횟수의 증가에 따라 더 작게 설정됨을 주목해야 한다.

충전 동작을 시작할 때, 제어부(3)는 정전압 제어 소자(43)를 통해 2차 배터리(41)의 현 전압값을 얻는다.

얻은 전압값이 미리 결정된 값보다 작다면(임계 전압(B0)보다 작다면), 제어부(3)는 정전류 충전 모드에 의해 충전 동작을 시작한다. 정전류 충전 모드에서, 제어부(3)는, 전류 측정부(30)에 의해 측정된 충전 전류와 정전압 제어 소자(43)로부터 입력된 2차 배터리(41)의 전압값을 참조하여 전류 측정부(30)에 의해 측정된 충전 전류를 미리 결정된 값(타겟 전류값)으로 유지한다(정전류 충전 동작). 2차 배터리(41)의 전압이 정전류 충전 동작 동안 미리 결정된 값(임계값(B0))에 도달하면, 제어부(3)는 정전압 충전 모드로 시프트한다. 정전압 충전 모드에서, 제어부(3)는 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어하여 전류 측정부(30)에 의해 측정된 충전 전류와 정전압 제어 소자(43)로부터 입력된 전압값을 참조하여 2차 배터리(41)의 전압을 미리 결정된 값(타겟 전압값)으로 유지한다(정전압 충전 동작). 즉, 정전압 충전 동작에서, 제어부(3)는 전류 출력부(23)의 출력 전류의 "타겟 전류값"을 점진적으로 감소시켜서 2차 배터리(41)의 전압을 타겟 전압값으로 유지한다. 타겟 전류값이 정전압 충전 동작 동안 임계 전류 설정부(5)에 의해 판정된 충전 정지 전류값(A1, A2 등)에 도달하면, 제어부(3)는 충전 동작을 마무리한다.

얻게 된 전압값이 미리 결정된 값과 동등하다면(임계 전압(B0)에 동등하다면), 제어부(3)는 정전압 충전 모드(정전압 충전 동작)에 의해 충전 동작을 시작한다. 타겟 전류값이 정전압 충전 동작 동안 임계 전류 설정부(5)에 의해 판정된 충전 정지 전류값(A1, A2 등)에 도달하면, 제어부(3)는 충전 동작을 마무리한다.

얻게 된 전압값이 미리 결정된 값보다 크다면(임계 전압(B0)보다 크다면), 제어부(3)는 충전을 정지한다.

정전압 충전 동작의 상기 언급한 "타겟 전압값"이 바람직하게는 정전류 충전 동작의 "임계 전압(B0)"과 동등하지만, 서로 다를 수 도 있음을 주목해야 한다.

제어부(3)가 충전 동작 동안 미리 결정된 타이밍에서 "하나"씩 메모리(42)에 저장된 충전 횟수를 더함을 주목해야 한다. 제어부(3)는 메모리(42)로부터 메모리 정보를 판독할 때 충전 횟수를 더하며, 그렇지 않으면, 제어부(3)는 정전류 충전 동작으로부터 정전압 충전 동작으로 시프트할 때 충전 횟수를 더하며, 그렇지 않으면, 제어부(3)는 정전압 충전 동작을 마무리할 때(즉, 충전 동작을 마무리할 때) 충전 횟수를 더하며, 그렇지 않으면, 제어부(3)는 미리 결정된 기간 동안 연속해서 충전할 때 충전 횟수를 더한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서, 충전 정지 전류값은 충전 횟수의 증가에 따라 더 작게 설정된다. 그러므로 도 3의 B에 도시한 바와 같이, 본 실시예는, 종래의 충전 회로(불변의 충전 정지 전류값을 가짐)가 2차 배터리(41)를 충전하지 않는 기간에서도 2차 배터리(41)를 충전할 수 있다. 그 결과, 본 실시예는, 불변의 충전 정지 전류값을 갖는 충전 회로와 비교하여 반복적으로 충전된 배터리의 충전 양을 증가시킬 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에서, 비-충전 양(E12)(도 8 참조)의 일부가 도 3의 B에 도시한 바와 같이 "충전 양(E1)"으로 시프트된다(충전 양(E1)으로 시프트된 비-충전 양(E12)의 일부가 "증가한 양(E3)"이라고 부를 수 있다). 그러므로, 비-충전 양(E2)의 충전 가능한 양(E0)에 대한 비는 불변의 충전 정지 전류값을 갖는 종래의 충전 회로와 비교하여 감소할 수 있다. 그 결과 본 실시예는 반복적으로 충전된 배터리의 충전 양을 증가시킬 수 있다. 즉, 본 실시예는 충전 횟수에 따라 충전 동작을 실행할 수 있다. 그러므로 본 실시예는 충전 횟수의 증가로 인한 충전 양의 감소를 보상하면서 반복적으로 충전된 배터리에 충분한 양의 전력을 충전할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 배터리 팩(4)의 편의성을 개선한다.

충전기(2)는 동작 상태와 같은 것을 통지하는 통지부(29)를 포함한다. 제어부(3)는 통지부(29)를 제어한다. 통지부(29)는 외부 전원(8)과의 연결 상태; 충전 동작의 시작; 충전 동작의 완료; 충전기(2)나 배터리 팩(4)의 비정상 상황 등과 같은 것을 통지하도록 조정된다.

(제2 실시예)

본 발명의 제2 실시예의 충전 회로는 도 6을 참조하여 설명한다. 제1 실시예와 유사한 구성은 후술하지 않을 것임을 주목해야 한다.

본 실시예에서, 도 6에 도시한 바와 같이, 임계 전류 설정부(5)가 배터리 팩(4)의 내부 회로(제2 회로)(1b)에 구비되며, 충전 정지 전류값(임계 전류)이 충전 횟수에 따라 배터리 팩(4) 측에서 변화한다(판정된다). 그 후, 변화하는(판정된) 충전 정지 전류값(임계 전류)가 단자(73a 및 73b)를 통해 충전기(2)의 내부 회로(1a)에 전송된다.

상세하게, 배터리 팩(4)이 충전기(2)에 장착될 때, 배터리 팩(4)의 임계 전류 설정부(5)는 메모리(42)로부터 메모리 정보를 판독하여, 메모리 정보에 기초하여 충전 정지 전류값을 더 작은 값으로 변화시킨다. 그 후, 임계 전류 설정부(5)는 결과 값(변화된 충전 정지 전류값)을 단자(73a 및 73b)를 통해 제어부(3)에 출력한다. 충전 정지 전류값이 입력될 때, 제어부(3)는 현 충전 동작의 변화한 충전 정지 전류값을 사용한다.

임계 전류 설정부(5)가 배터리 팩(4)에 구비되기 때문에, 충전 정지 전류값은 배터리 팩(4) 측에서 충전 횟수에 따라 더 작은 값으로 변화할 수 있다. 그 후, 제어부(3)는 이 변화한 충전 정지 전류값을 사용하여 충전 동작을 실행한다. 그러므로 본 실시예는, 충전 횟수의 증가로 인한 충전 양의 감소를 보상하면서, 충분한 양의 전력을 반복적으로 충전되는 배터리에 충전할 수 있다. 따라서 본 실시예는 배터리 팩(4)의 편의성을 개선한다.

게다가, 충전 정지 전류값이 배터리 팩(4) 측에서 변화하기 때문에, 충전기(2)는, 충전기(2) 측에서 충전 정지 전류값을 변화시켜야 할 필요 없이도 충전 횟수에 따라 판정된 충전 정지 전류값을 사용하여 충전 동작을 실행할 수 있다. 그러므로 제어부(3)가 임계 전류 설정부(5)로서 기능하지 않을 때에도(즉, 충전기(2)가 임계 전류 설정부(5)를 포함하지 않을 때에도), 본 실시예는, 충전 횟수의 증가로 인한 충전 양 감소를 보상하면서, 반복적으로 충전되는 배터리에 충분한 양의 전력을 충전할 수 있다.

(제3 실시예)

본 발명의 제3 실시예의 충전 회로를 도 7을 참조하여 설명할 것이다. 제1 실시예와 유사한 구성은 후술하지 않을 것임을 주목해야 한다.

본 실시예에서, 제어부는 충전기(2)의 내부 회로(제1 회로)(1a)에 구비된 충전기 측 제어부(33)와, 배터리 팩(4)의 내부 회로(제2 회로)(1b)에 구비되는 배터리 측 제어부(45)를 포함한다. 게다가, 배터리 측 제어부(45)는 2차 배터리(41)의 전압을 측정하는 전압 측정부로서의 기능과, 임계 전류 설정부(5)로서의 기능을 한다. 본 실시예에서, 도 7에 도시한 바와 같이, 배터리 팩(4)의 내부 회로(1b)는 충전기(2)로부터 2차 배터리(41)로 흐르는 전류를 측정하도록 적응된 배터리 측 전류 측정부(48)를 포함한다.

본 실시예에서, 배터리 측 제어부(45)는, 배터리 측 전류 측정부(48)를 통해 충전 전류를 측정할 뿐만 아니라 2차 배터리(41)의 전압을 측정한다. 게다가, 배터리 팩(4)은 충전기(2)에 장착될 때, 배터리 측 제어부(45)(임계 전류 설정부(5))는 메모리(42)로부터 메모리 정보를 판독한다. 그 후, 배터리 측 제어부(45)(임계 전류 설정부(5))는 충전 횟수에 따라 충전 정지 전류값을 판정한다(즉, 충전 정지 전류값을 더 작은 값으로 변화시킨다).

본 실시예의 배터리 측 제어부(45)는 정전류 충전 모드와 정전압 충전 모드를 갖는다. 정전류 충전 모드에서, 배터리 측 제어부(45)는 미리 결정된 (일정한) 타겟 전류값을 충전기 측 제어부(33)에 출력한다(전송한다). 충전기 측 제어부(33)는 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어하여, 전류 측정부(30)에 의해 측정된 전류값을 타겟 전류값으로 유지한다. 정전압 충전 모드에서, 배터리 측 제어부(45)는 충전기 측 제어부(33)로 출력되는 타겟 전류값을 점진적으로 감소시켜 2차 배터리(41)의 전압을 미리 결정된 값(타겟 전압값)으로 유지한다. 충전기 측 제어부(33)는, 전류 측정부(30)에 의해 측정된 전류값이 타겟 전류값에 대응하도록 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어한다.

본 실시예의 충전 회로(1)의 충전 동작에 따르면, 배터리 측 제어부(45)는 충전기 측 제어부(33)에 출력된 타겟 전류값을 충전 동작의 시작 시간에서부터 2차 배터리(41)의 전압이 미리 결정된 값(임계 전압(B0))에 도달할 시점까지의 기간에 걸쳐서 일정하게 유지한다. 충전기 측 제어부(33)는 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어하여 전류 측정부(30)에 의해 측정된 전류값을 타겟 전류값으로 유지한다(정전류 충전 동작). 2차 배터리(41)의 전압이 임계 전압(B0)에 도달하면, 배터리 측 제어부(45)는 정전압 충전 모드로 시프트한다. 이 모드에서, 배터리 측 제어부(45)는 타겟 전류값을 점진적으로 감소시켜서 2차 배터리(41)의 전압을 (임계 전압(B0)과 같은) 타겟 전압값으로 유지한다. 충전기 측 제어부(33)는, 전류 측정부(30)에 의해 측정된 전류값이 타겟 전류값(정전압 충전 동작)에 대응하도록 전류 출력부(23)(출력 전원부)를 제어한다. 타겟 전류값이 충전 정지 전류값에 도달하면(즉, 배터리 측 전류 측정부(48)에 의해 측정된 충전 전류가 충전 정지 전류값에 도달하도록 충분히 작게 되면), 배터리 측 제어부(45)는 충전 동작을 마무리한다.

즉, 본 실시예에서, 제어부는 제1 회로(1a)에 구비된 충전기 측 제어부(33)와 제2 회로(1b)에 구비된 배터리 측 제어부(45)를 포함한다. 제2 회로(1b)는, 출력 전원부로부터 2차 배터리(41)로 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 배터리 측 전류 측정부(48)가 구비된다. 배터리 측 제어부(45)는, 2차 배터리(41)의 전압과 배터리 측 전류 측정부(48)에 의해 측정된 전류 값을 참조하여 타겟 전류값을 충전기 측 제어부(33)에 전송하도록 구성된다. 정전류 충전 동작에서, 배터리 측 제어부(45)는 일정한 값의 타겟 전류 값을 충전기 측 제어부(33)에 전송하며, 충전기 측 제어부(33)는 출력 전원부를 제어하여 전류 측정부(30)에 의해 측정된 전류값을 타겟 전류값으로 유지한다. 정전압 충전 동작에서, 배터리 측 제어부(45)는 충전기 측 제어부(33)에 전송된 타겟 전류 값을 점진적으로 감소시켜, 2차 배터리(41)의 전압을 일정하게 유지하도록 구성되며, 충전기 측 제어부(33)는, 전류 측정부(30)에 의해 측정된 값이 타겟 전류값에 대응하도록 출력 전원부를 제어한다.

본 실시예에 따르면, 배터리 팩(4)의 배터리 측 제어부(45)는 정전류 충전 동작과 정전압 충전 동작 각각 동안에 타겟 전류값을 조정한다. 즉, 본 실시예에서, 충전기 측 제어부(33)는 배터리 측 제어부(45)로부터 전송된 타겟 전류값에 기초하여 충전 전류를 제어하는 기능을 하면 된다.

본 실시예는 또한, 충전 횟수의 증가로 인한 충전 양의 감소를 보상하면서 반복적으로 충전된 배터리에 충분한 양의 전력을 충전할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 배터리 팩(4)의 편의성을 개선한다.

본 발명은 상술한 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명의 진정한 사상과 범위, 즉 청구항에서 벗어나지 않고 수많은 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 주목해야 한다.

예컨대, 제1 실시예에서, 제어부(3) 및 임계 전류 설정부(5)는 충전기(2)에서 별도로 구비될 수 있다. 이 구성에서, 임계 전류 설정부(5)는 메모리(42)로부터 메모리 정보를 판독하여, 메모리 정보의 충전 횟수에 따라 충전 정지 전류값을 판정하고(충전 정지 전류값을 더 작은 값으로 변화시키고), 변화한 충전 정지 전류값을 제어부(3)에 출력한다.

예컨대, 임계 전류 설정부(5)는, 현 충전의 충전 시간이 새로운 배터리의 충전 시간에 대응하도록 충전 정지 전류값을 판정할 수 있다. 이 구성으로, 반복적으로 충전된 배터리를 충전할 경우에도, 충전 동작은 새로운 배터리의 충전과 동시에 마무리된다.

예컨대, 배터리(42)는 도 4에 도시한 바와 같은 데이터 표(들)를 저장할 수 있고, 이러한 표는 충전 횟수와 충전 정지 전류값 사이의 관계를 포함한다. 그에 따라, 임계 전류 설정부(5)는 메모리(42)로부터 충전 횟수와 데이터 표를 판독할 수 있으며, 충전 횟수에 따라 충전 정지 전류값을 판정할 수 있다. 이 구성을 통해, 임계 전류 설정부(5)는, 배터리 팩(4)의 (충전 정지 전류값의 초기값과 같은) 식별 정보를 사용하지 않고도 충전 정지 전류값을 판정할 수 있다(충전 정지 전류값을 더 작은 값으로 변화시킬 수 있다). 그러므로, 임계 전류 설정부(5)는 초기 값을 얻을 필요가 없거나, 메모리(42)는 (초기값과 같은) 식별 정보를 저장할 필요가 없다.

예컨대, 충전기(2)는, 전력이 외부 전원(8)으로부터 공급되는 상기 출력 전원부를 포함하도록 제한되지 않는다. 즉, 충전기(2)의 출력 전원부는 발전기와 같은 내부 전원일 수도 있으며, 그에 따라 충전기(2)는 내부 전원에 의해 생성된 전력을 사용하여 2차 배터리(41)를 충전할 수 도 있다.

Claims

제1 회로 및 제2 회로로 구성되며, 상기 제2 회로는 2차 배터리가 포함되는 배터리 팩에 구비되고, 상기 제1 회로는 상기 배터리 팩의 상기 2차 배터리를 충전하는 충전기에 구비되는, 충전 회로로서,
상기 충전 회로는,
- 전력을 상기 2차 배터리에 출력하도록 구성되는 출력 전원부;
- 상기 출력 전원부를 제어하여 충전 동작을 실행하도록 구성되는 제어부로서, 상기 충전 동작에서, 먼저 정전류 충전 동작을 실행하고, 상기 정전류 충전 동작을 마무리한 후 정전압 충전 동작을 실행하며, 충전 전류가 충전 정지 전류값에 도달할 때 상기 충전 동작을 마무리하도록 구성되는 제어부;
- 상기 충전 동작을 실행하는 횟수로서 한정되는 충전 횟수를 저장하는 메모리로서, 상기 배터리 팩의 상기 제2 회로에 구비되는 메모리; 및
- 상기 충전 정지 전류값을 판정하도록 구성되는 임계 전류 설정부를 포함하며,
상기 임계 전류 설정부는 상기 충전 횟수의 증가에 따라 상기 충전 정지 전류값을 감소시키도록 구성되며,
상기 메모리는 상기 2차 배터리의 충전 횟수와 상기 충전 정지 전류값 사이의 관계를 포함하는 데이터 표를 저장하도록 구성되며,
상기 임계 전류 설정부는, 상기 메모리로부터 상기 데이터 표 및 상기 충전 횟수를 판독하고 상기 충전 횟수에 따른 상기 충전 정지 전류값을 판정하도록 구성되는, 충전 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 임계 전류 설정부는 상기 충전기의 상기 제1 회로에 구비되는, 충전 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 임계 전류 설정부는 상기 배터리 팩의 상기 제2 회로에 구비되는, 충전 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 충전 회로는 상기 출력 전원부로부터 상기 2차 배터리로 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와, 상기 2차 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 전류 측정부에 의해 측정된 전류가 상기 정전류 충전 동작에서 미리 결정된 타겟 전류값에 대응하도록 상기 출력 전원부를 제어하고, 상기 전압 측정부의 측정된 전압이 상기 정전압 충전 동작에서 미리 결정된 타겟 전압값에 대응하도록 상기 출력 전원부를 제어하도록 구성되는, 충전 회로.
청구항 4에 있어서, 상기 전압 측정부는 상기 배터리 팩의 상기 제2 회로에 구비되는, 충전 회로.
적어도 하나의 충전기와 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 배터리-충전기 조립체로서,
상기 적어도 하나의 충전기 각각은 청구항 1에 기재된 상기 제1 회로가 구비되며,
상기 적어도 하나의 배터리 팩 각각은 청구항 1에 기재된 상기 제2 회로가 구비되는, 배터리-충전기 조립체.