KR101838540B1 - 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지 및 그 제어 방법 - Google Patents

리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지 및 그 제어 방법을 제공한다. 상기 충전지는 패키지 하우징을 포함하고, 상기 패키지 하우징 내에는 충방전 컨트롤러, 정극 압접 시트, 리튬이온 전지 및 부극단 커버가 순서대로 압접하여 조립되고, 상기 충방전 컨트롤러는 충방전 컨트롤러 하우징 및 충방전 컨트롤러 하우징 내에 설치되는 충방전 제어 회로 용접체, 절연 시트, 충방전 컨트롤러 리테이너를 포함하고, 상기 충방전 제어 회로 용접체에는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 용접되고, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 회로기판에 가각 용접된 리튬이온 전지의 충전 제어 회로, 리튬이온 전지의 검출회로, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 포함하고, 상기 회로기판은 각각 리튬이온 전지 및 정극단 커버에 전기적으로 연결되며, 상기 회로기판은 또한 충방전 컨트롤러 하우징 및 패키지 하우징을 통해 부극단 커버에 전기적으로 연결된다.

Description

리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지 및 그 제어 방법{UNIVERSAL RECHARGEABLE BATTERY CONSTITUTED BY EMPLOYING LITHIUM-ION BATTERY AND CONTROL METHOD}
본 발명은 이차전지 또는 전자전원 기술분야에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지 및 그 제어 방법에 관한 것이다.　
리튬이온 이차전지 (이하 "리튬이온 전지"라 칭함)는 비에너지가 크고, 신속하게 충방전가능하고, 사이클 수명이 길고, 자기 방전이 작고, 공해가 없으며, 메모리 효과가 없는 등 장점을 가지고 있기 때문에, 현재 유니버설 일차전지 및 니켈수소충전지를 대체할 수 있는 이상적인 이차전지이다. 그러나 현재 리튬이온 전지의 출력전압이 높고, 출력전압은 채용되는 정극 시스템(cathode systems)에 따라 차이가 있다. 현재 상용화 된 리튬이온 전지의 공칭전압은 3.2V ~ 3.8V이다. 리튬이온 전지 기술의 발전에 따라, 리튬이온 전지의 공칭전압이 더욱 커질 것이며 리튬이온 전지는　공칭전압이 1.5V인 유니버설 전지 및 공칭전압이 1.2V인 니켈수소충전지를　직접　대체할 수 없는 것은 분명하다.
리튬이온 전지는 양호한 충방전 성능을 가지고 있지만, 과충전 및 과방전에 대한 내성이 차하고, 충전 과열 및 방전 과열에 대한 내성이 차하는 등 문제가 존재한다. 적절히 제어하지 않는 경우, 경하게 말하면 리튬이온 전지가 빨리 열화되어 손상될 수 있고, 엄중하게 말하면 연소 심지어 폭발되는 현상이 발생될 수 있다. 따라서 엄격하게 리튬이온 전지의 충방전 기술 조건에 따라 충방전을 제어할 필요가 있다.
현재 리튬이온 전지 구성에 대한 성숙된 패키지 프로세스는 주요하게, 부극 집전체 및 하우징 본체가 연결되어 구성된 하우징 부극 패키지 리튬이온 전지 (일반적으로 스틸 하우징에 의해 패키지 됨), 정극 집전체 및 하우징 본체가 연결되어 구성된 하우징 정극 패키지 리튬이온 전지 (일반적으로 알루미늄 하우징으로 패키지 됨), 소프트 패키지되고 하우징이 준 절연되게 패키지된 리튬이온 전지 (일반적으로 알루미늄-플라스틱 복합막 재료에 의해 패키지 됨), 및 하우징 본체가 절연 패키지 재료로 구성된 하우징 절연 패키지 리튬이온 전지 (일반적으로 폴리 프로필렌 및 폴리에틸렌 하우징으로 패키지 됨) 등 네 가지 유형이 있다.
유니버설 일차전지 및 니켈수소충전지의 사용 역사가 길고, 또한 이미 표준화 되어 여러 유니버설 전지 응용 분야에서 전지 출력전압에 의해 그의 저전력을 검출하는 방법이 이미 형성되었다. 예를 들어, 디지털 카메라, MP3, MP4, 전자 지능형 자물쇠, 전자 의기 등 전자장치는 모두 전지 실시간 출력전압을 검출하는 방법에 의해 전지 저전력 상태에 대한 판단을 구현하고 있다.
또한 현재 PC, 태블릿 PC 및 휴대폰 등 제품의 보급률이 높아지면서 충전지는 컴퓨터 USB 인터페이스 및 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터를 충전전원으로 사용하고 있다. 따라서 구매 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 사회 자원도 절약 할 수 있다.
위의 문제점에 대해, 출원번호가 CN201110219892.0 (리튬이온 전지로 구성된 전지 및 그의 제어 방법) 인 발명이 공개되었고, 상기 출원은 리튬이온 전지 및 방전 제어 회로를 일체로 패키지하여 유니버셜 충전지를 구성하였기 때문에 하기와 같은 기능 및 성능 부족 문제가 존재한다.
ㄱ. 충전지 내부에는 리튬이온 전지의 충전 제어 회로 및 충전 과열 보호 회로가 설치되어 있지 않는다.
충전지의 내부에는 리튬이온 전지의 충전 제어 회로 및 과열 보호 회로가 설치되어 있지 않기 때문에, 충전할 때, 다이오드를 연결하여 충전 및 방전회로를 격리하고 또한 리튬이온 전지의 충전 제어 회로 및 온도센서 회로를 포함한 전용 외부 충전 장치로 충전을 할 필요가 있다. 따라서 하기와 같은 기술 성능 결함이 존재한다. (1) 충전할 때, 다이오드의 순방향 전압 강하는 작동 전류 및 온도에 따라 변화되어 충전 제어 회로의 리튬이온 전지에 대한 검출 및 충전 제어의 정밀도가 강하되고, 다이오드의 순방향 전압 강하가 높으면 리튬이온 전지가 완전히 충전할 수 없는 문제가 발생되고, 다이오드의 순방향 전압 강하가 낮으면 리튬이온 전지가 과충전되는 문제가 쉬게 발생하기 때문에 리튬이온 전지의 충전 성능 및 안전성이 강하된다. (2) 충전 회로에 격리 다이오드가 연결되기 때문에 충전지의 충전 입력 전압이 향상된다. 기존의 코발트-리튬계의 리튬이온 전지의 충전 상한 전압이 이미 4.35V에 도달되었고 미래에 더욱 커질 것이다. 공칭전압이 5V ± 0.25V 인 기존의 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터 또는 컴퓨터 USB 인터페이스로 충전지를 충전할 경우, 순방향 전압 강하가 낮은 쇼트키 부품을 사용하더라도 충전 입력 전압이 하한 및 격리 다이오드의 도통 전압 강하가 상한인 상태에서 리튬이온 전지가 완전히 충전할 수 없는 문제가 여전히 존재한다. 이 문제는 외부 충전 장치 냉에 승압 회로를 설치하여 해결할 수 있지만, 충전 장치 원가가 향상되고, 효율성 및 신뢰성이 강하되는 등 문제가 발생된다. (3) 외부 온도 센서 회로는 충전지 패키지 하우징만을 통하여 또는 전극사이에서만 리튬이온 전지의 온도를 간접적으로 검출할 수 있기 때문에 리튬이온 전지 충전 온도의 검출 정밀도가 강하되어 충전지는 리튬이온 전지의 충전 과열에 인해 사이클 수명 및 안전성이 강하되는 문제가 존재한다.
ㄴ. 충전지는 리튬이온 전지 방전 과열 보호 회로가 설치되어 있지 않는다.
충전지의 내부에는 리튬이온 전지 온도 센싱 및 제어 회로가 설치되어 있지 않기 때문에 충전지는 리튬이온 전지의 방전과정에서 과열 보호 기능을 구비하지 아니 한다. 따라서 충전지는 고온환경에서 고배율로 방전하는 경우, 리튬이온 전지의 온도가 상한 작동 온도를 초과하게 되는 위험이 존재하여 리튬이온 전지의 사이클 수명 및 안전성이 강하하는 문제가 존재한다.
ㄷ. 충방전 컨트롤러의 구성 및 조립과정이 복잡하다.
충방전 컨트롤러의 부극과 충전지 패키지 하우징 사이의 회로 연결에는 반경 방향 탄성 압접 구조 설계가 채용되어 충전지의 조립시, 탄성 부극을 반경 방향을 따라 소정의 위치까지 아래로 눌러야 충방전 컨트롤러를 충전지 패키지 하우징 내에 밀어 넣을 수 있다. 또한, 탄성 부극은 가동적 부품이므로 그 구조는 충방전 컨트롤러 내부공간의 대부분을 차지하는 동시에 충방전 컨트롤러 씰링을 구현하기 어렵게 된다. 또한 충방전 컨트롤러의 부피가 커지고 제작 및 조립 공정이 복잡해져 난이도가 높아지기 때문에 자동화 생산 및 조립에 불리하며, 방수 실링을 구현할 수 없게 된다. 따라서 충전지의 축전용량이 낮아지고 생산원가가 높아지며 습기 및 침수 후 회로가 효과를 발휘하지 못하는 문제가 존재한다.　
본 발명은 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지를 제공하며, 하나의 목적은, 정전압 출력이 1.5V이고, 리튬이온 전지가 저전력일 때의 정전압 출력이 1. 1V이고, 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터로 충전할 수 있고, 외형 크기 및 방전 성능이 GB/T8897.2-2013 및 IEC 60086-2 기술규범에 부합되고 현존 유니버설 일차전지 및 니켈수소충전지를 직접 대체할 수 있으며 양호한 성능을 구비하고 충방전 컨트롤러의 구조 및 조립 공정이 간단하고 자동화 생산 및 조립에 유리하며 컨트롤러 하우징을 리튬이온 전지의 부극으로 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 연결하는 전극 구조에 의하면 충방전 컨트롤러의 내부공간을 많이 절약하고 충방전 컨트롤러의 실링을 방해하는 가동적 부품을 제거하며 충방전 컨트롤러의 방수 실링을 구현하고 습기 및 침수 후의 회로 고장 고장 문제을 방지하는 동시에 유니버셜 충전지의 축전 용량을 증대시키고 생산원가를 낮춘다. 그리고 충방전 컨트롤러 내에 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 설치되어 리튬이온 전지의 충방전 과정에서 제어 및 보호 기능을 구현하고 따라서 리튬이온 전지의 사이클 수명 및 안전성을 향상시킨다.
또한 본 발명은 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법을 제공하며, 또 다른 하나의 목적은, 리튬이온 전지에 필요한 충방전 동작의 기술 기준에 따라 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로를 설치하여 리튬이온 전지의 충방전 과정에 대해 제어 및 보호를 수행하고 따라서 리튬이온 전지에 대한 과충전 보호, 과방전 보호, 충방전 배율 보호 및 충방전 과열 보호 기능을 구현하며 리튬이온 전지의 사이클 수명 및 안전성을 향상하고 또한 충전지 정전압 출력이 1.5V이고 리튬이온 전지가 저전력일 때의 정전압 출력이 1.1V이며 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터로 유니버셜 충전지를 충전하며 유니버셜 충전지의 외형 크기 및 방전 성능이 GB/T8897.2-2013 및 IEC 60086-2 기술규범에 부합되어 상기 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지가 기존의 유니버셜 일차전지 및 니켈수소충전지를 직접 대체하여 유니버셜 충전지의 성능을 전반적으로 향상시킨다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지를 제공하고 유니버셜 충전지는패키지 하우징을 포함하고, 상기 패키지 하우징 내에는 충방전 컨트롤러, 정극 압접 시트, 리튬이온 전지 및 부극단 커버가 순서대로 압접하여 조립되고, 상기 충방전 컨트롤러는 충방전 컨트롤러 하우징과, 충방전 컨트롤러 하우징 내에 설치되는 충방전 제어 회로 용접체, 절연 시트 및 충방전 컨트롤러 리테이너를 포함하고, 상기 충방전 제어 회로 용접체에는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 용접되고, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 회로기판에 가각 용접된 리튬이온 전지의 충전 제어 회로, 리튬이온 전지의 검출회로, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 포함하고, 상기 회로기판은 각각 리튬이온 전지 및 정극단 커버에 전기적으로 연결되며, 상기 회로기판은 또한 충방전 컨트롤러 하우징 및 패키지 하우징을 통해 부극단 커버에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 제2 측면은 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법을 더 제공하고, 상기 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지는 패키지 하우징을 포함하고, 상기 패키지 하우징 내에는 충방전 컨트롤러, 정극 압접 시트, 리튬이온 전지 및 부극단 커버가 순서대로 압접하여 조립되고, 상기 충방전 컨트롤러는 충방전 컨트롤러 하우징과, 충방전 컨트롤러 하우징 내에 설치되는 충방전 제어 회로 용접체, 절연 시트 및 충방전 컨트롤러 리테이너를 포함하고, 상기 충방전 제어 회로 용접체에는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 용접되고, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 회로기판에 가각 용접된 리튬이온 전지의 충전 제어 회로, 리튬이온 전지의 검출회로, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 포함하고, 상기 회로기판은 각각 리튬이온 전지 및 정극단 커버에 전기적으로 연결되며, 상기 회로기판은 또한 충방전 컨트롤러 하우징 및 패키지 하우징을 통해 부극단 커버에 전기적으로 연결되며,
상기 유니버셜 충전지의 충방전 제어 방법은,
충전전원이 유니버셜 충전지에 연결되는 경우, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전전원 연결이 검출되면 충전상태에 들어가고, 충전상태에서 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 정전압 방전 출력을 오프함과 동시에 리튬이온 전지에 대해 충전을 실시하는 제1 제어 조건과,
충전상태에서 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 상기 리튬이온 전지의 출력전압이 검출되고 상기 리튬이온 전지의 출력전압의 상태에 따라 미세전류 충전, 정전류 충전 또는 정전압 충전을 선택하여 리튬이온 전지를 충전하고, 충전 과정에서 상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로에 의해 충전전원의 최대 출력 전류를 검출하고 충전전원의 최대 출력 전류가 소정의 충전 전류 값보다 작으면 충전전원의 최대 출력 전류로 리튬이온 전지를 충전하고 정전압 충전상태에서의 충전 전류가 소정의 풀 상태 판정 전류까지 하강되면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하는 제2 제어 조건과,
유니버셜 충전지가 충전전원에서 탈리하는 경우, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전전원에서 탈리된 것을 검출하고 충전 과정에서 필터 축전기에 저축된 여분의 전기 에너지를 방출하여 유니버셜 충전지 정부극 사이의 전압을 신속히 최대 개방 전압이하로 되어 방전상태에 들어가고 방전상태에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전을 오프함과 동시에 정전압 방전을 온시키고 제4 제어 조건에 따라 정전압 방전 출력하는 제3 제어 조건과,
방전상태에서 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 출력전압을 검출하고 리튬이온 전지의 출력전압이 저전력 전압 VL보다 높으면 리튬이온 전지의 출력전압을 제1 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 리튬이온 전지의 출력전압이 방전 종지 전압 VD보다 높지만 저전력 전압 VL 보다 작거나 같으면 리튬이온 전지의 출력전압을 제2 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 그리고 리튬이온 전지의 충전 후 출력전압이 VL+△V1보다 높으면 제1 출력전압으로 회복하고 정전압 출력하며, 여기서 VL은 소정의 리튬이온 전지 저전력 전압이고, △V1은 소정의 리튬이온 전지의 저전력 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압이며, VD는 소정의 리튬이온 전지의 방전 종지 전압인 제4 제어 조건과,
방전상태에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 출력전압을 검출하고 리튬이온 전지의 출력전압이 방전 종지 전압 VD 이하로 강하되면 정전압 출력을 오프하고 리튬이온 전지의 충전 후 출력전압이 VD+△V2보다 높으면 제4 제어 조건에 따라 정전압 출력을 회복하며, 여기서 △V2는 소정의 리튬이온 전지의 방전 종지 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압인 제5 제어 조건과,
유니버셜 충전지에 대한 충전 과정에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 충전 상한 온도TCH까지 상승하면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 TCH-△T1보다 낮으면 다시 충전을 회복하며, 여기서 TCH는 소정의 리튬이온 전지의 충전 상한 온도이며, △T1은 소정의 TCH 검출 한계의 히스테리시스 전압에 대응하는 히스테리시스 온도인 제6 제어 조건과,
유니버셜 충전지 방전 과정에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 방전 상한 온도TDH까지 상승하면 정전압 출력을 정지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 TDH-△T2보다 낮으면 다시 정전압 출력을 회복하며, 여기서 TDH는 소정의 리튬이온 전지의 방전 상한 온도이고, △T2는 소정의 TDH 검출 한계의 히스테리시스 전압에 대응하는 히스테리시스 온도인 제7 제어 조건을 포함하며,
제1 제어 조건에 따라 충전전원이 유니버셜 충전지에 연결되고 또한 제6 제어 조건에 따라 리튬이온 전지에 대한 충전을 허용하면 제2 제어 조건에 따라 리튬이온 전지를 충전하고, 제6 제어 조건에 따라 리튬이온 전지에 대한 충전을 허가하지 않으면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고,
제3의 제어 조건에 따라 유니버셜 충전지가 충전전원에서 탈리되고 또한 제5 제어 조건 및 제7 제어 조건이 모두 리튬이온 전지의 방전 출력을 허용하면 제4 제어 조건에 따라 리튬이온 전지의 출력 전력을 강압시키고 정전압 출력하고 제5 제어 조건 또는 제7 제어 조건 중 어느 하나의 조건이 리튬이온 전지의 방전 출력을 허가하지 않으면 정전압 출력을 오프한다.
본 발명에 따른 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지는 정전압 출력이 1.5V이고, 리튬이온 전지가 저전력 일 때의 정전압 출력이 1.1V이고, 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터로 충전할 수 있고, 외형 크기 및 방전 성능이 GB/T8897.2-2013 및 IEC60086-2 기술규범에 부합되고 현존 유니버셜 일차전지 및 니켈수소충전지를 직접 대체할 수 있으며 충방전 컨트롤러의 구조 및 조립 공정이 간단하고 자동화 생산 및 조립에 유리하며 충방전 컨트롤러 하우징을 리튬이온 전지 부극으로 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 연결하는 전극 구조에 의하면 충방전 컨트롤러의 내부공간을 많이 절약하고 충방전 컨트롤러의 실링을 방해하는 가동적 부품을 제거하며 충방전 컨트롤러 방수 실링을 구현하고 습기 및 침수 후의 회로 고장 문제를 방지하는 동시에 유니버셜 충전지의 축전 용량을 증대시키고 생산원가를 낮춘다. 리고 충방전 컨트롤러 내에 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 설치되어 리튬이온 전지의 충방전 과정에서 제어 및 보호 기능을 구현하고 따라서 리튬이온 전지의 사이클 수명 및 안전성을 향상시킨다. 본 발명에 따른 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법은리튬이온 전지의 충방전 제어 회로를 설치하여 리튬이온 전지의 충방전 과정에 대해 제어 및 보호를 수행하고 따라서 리튬이온 전지에 대한 과충전 보호, 과방전 보호, 충방전 배율 보호 및 충방전 과열 보호 기능을 구현하며 리튬이온 전지의 사이클 수명 및 안전성을 향상하고 또한 충전지 정전압 출력이 1.5V이고 리튬이온 전지가 저전력일 때의 정전압 출력이 1.1V이며 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터로 유니버셜 충전지를 충전하며 유니버셜 충전지의 외형 크기 및 방전 성능이 GB/T8897.2-2013 및 IEC 60086-2 기술규범에 부합되어 현존 유니버셜 일차전지 및 니켈수소충전지를 직접 대체하고, 또한 순환 충방전, 방전과정에서 출력전압이 일정하고 환경보호 등 방면에서 현존 유니버셜 일차전지보다 우수하고, 그리고 공칭출력전압이 1.5V이고, 방전과정에서 출력전압이 일정하고, 충전시간이 짧고, 메모리 효과가 없고, 시이클 수명이 긴 등 방면에서 현존 니켈수소충전지보다 우수하며, 유니버셜 충전지의 성능을 전반적으로 향상시킨다.
그리고 하기의 본 발명에 대한 상세한 설명 및 도면을 참조하면 본 발명의 특징 및 기술내용에 대해 이해하는데 도움이 된다. 그러나 도면 및 실시예에 나타내는 파라미터는 참고 및 설명에만 이용되는 것이지 본 발명을 한정하려는 것이 아니다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 상세하게 설명함으로써, 본 발명의 기술 수단 및 기타 효과가 뚜렷하게 밝혀진다.
도1은 리튬이온 전지로 구성된 R6충전지 조립 후 충전지 정극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도2는 리튬이온 전지로 구성된 R6충전지 조립 후 충전지 부극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도3은 리튬이온 전지로 구성된 R6 전지에 사용되는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지의 정극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도4는 리튬이온 전지로 구성된 R6 전지에 사용되는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지의 부극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도5는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R6충전지 조립된 상태에서 패키지 하우징을 축선을 따라 절단한 내부 조립 구조를 나타내는 개략도이다.
도6은 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R6충전지의 조립 후 분해 구조도이다.
도7은 R6 전지에 사용되는 충방전 컨트롤러의 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도8은 R6 전지에 사용되는 충방전 컨트롤러의 리튬이온 전지 정극이 연결되는 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도9는 R6 전지에 사용되는 충방전 컨트롤러가 조립된 후 충방전 컨트롤러 하우징, 충방전 컨트롤러 리테이너 및 정극단 커버을 축선을 따라 절단한 내부 조립 구조의 개략도이다.
도10은 R6 전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 조립 후 분해 구조도이다.
도11은 R6 전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도12는 R6 전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체 리튬이온 전지 정극이 연결되는 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도13은 R6 전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체의 분해 구조도이다.
도14는 리튬이온 전지로 구성된 R03 충전지 조립된 후 충전지 정극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도15는 리튬이온 전지로 구성된 R03 충전지가 조립된 후 전지 부극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도16은 리튬이온 전지로 구성된 R03 충전지에 사용되는 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지의 정극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도17은 리튬이온 전지로 구성된 R03 충전지에 사용되는 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지의 부극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도18은 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R03 충전지 조립된 후 패키지 하우징을 축선을 따라 절단한 내부 조립 구조의 개략도이다.
도19는 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R03 충전지 조립된 후 조립관계를 나타내는 분해 구조도이다.
도20은 R03 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러의 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도21은 R03 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러의 리튬이온 전지 정극이 연결되는 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도22는 R03 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 조립된 후 충방전 컨트롤러 하우징, 충방전 컨트롤러 리테이너 및 정극단 커버을 축선을 따라 절단한 내부 조립 구조의 개략도이다.
도23은 R03 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 조립된 후 분해 구조도이다.
도24는 R03 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도25는 R03 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체의 리튬이온 전지 정극이 연결되는 일단 구조를 나타내는 개략도이다.
도26은 R03 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체의 분해 구조도이다.
도27은 리튬이온 전지로 구성된 R1 충전지가 조립된 후 충전지 정극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도28은 리튬이온 전지로 구성된 R1 충전지가 조립된 후 전지 부극의 구조를 나타내는 개략도이다.
도29는 리튬이온 전지로 구성된 R1 충전지에 사용되는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지의 정극단 구조를 나타내는 개략도이다.
도30은 리튬이온 전지로 구성된 R1 충전지에 사용되는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지의 부극단 구조를 나타내는 개략도이다.
도31은 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R1 충전지가 조립된 후 패키지 하우징을 축선을 따라 절단한 내부 조립 구조의 개략도이다.
도32는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R1 충전지 조립된 후 분해 구조도이다.
도33은 R1 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러의 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도34는 R1 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러의 리튬이온 전지 정극이 연결되는 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도35는 R1 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러가 조립된 후 충방전 컨트롤러 하우징, 충방전 컨트롤러 리테이너 및 정극단 커버을 축선을 따라 절단 한 내부 조립 구조의 개략도이다.
도36은 R1 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 조립된 후 분해 구조도이다.
도37은 R1 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도38은 R1 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체의 리튬이온 전지 정극이 연결되는 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도39는 R1 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체의 분해 구조도이다.
도40은 리튬이온 전지로 구성된 R8D425 충전지가 조립된 후 충전지 정극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도41은 리튬이온 전지로 구성된 R8D425 충전지가 조립된 후 전지 부극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도42는 리튬이온 전지로 구성된 R8D425 충전지에 사용되는 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지 정극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도43은 리튬이온 전지로 구성된 R8D425 충전지에 사용되는 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지 부극단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도44는 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R8D425 충전지가 조립된 후 패키지 하우징을 축선을 따라 절단한 내부 조립 구조의 개략도이다.
도45는 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R8D425 충전지 조립된 후 분해 구조도이다.
도46은 R8D425 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도47은 R8D425 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러의 리튬이온 전지 정극이 연결된는 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도48은 R8D425 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러가 조립된 후 충방전 컨트롤러 하우징, 충방전 컨트롤러 리테이너 및 정극단 커버을 축선을 따라 절단한 내부 조립 구조의 개략도이다.
도49는 R8D425 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 조립된 후 분해 구조도이다.
도50은 R8D425 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체 정극단 커버 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도51은 R8D425 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체의 리튬이온 전지 정극이 연결되는 일단의 구조를 나타내는 개략도이다.
도52는 R8D425 충전지에 사용되는 충방전 컨트롤러 중 PCB 용접체의 분해 사시도이다.
도53은 본 발명의 R6충전지의 충전 결선 원리를 나타내는 개략도이다.
도54는 본 발명의 충전지에서 모놀리식 직접 충전지 제어 칩으로 충전지의 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로를 구성하는 전기 원리를 나타내는 개략도이다.
도55는 충전지가 리튬-코발트 산화물 (LiCoO2) 전지 및 리튬-철 인산염 (LiFePO4) 전지를 채용하는 방전 과정의 전압 그래프와 충전지 방전 과정의 전압 그래프을 대비하는 개략도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 도면을 결합하여 본 발명이 채용하는 기술수단 및 그 효과를 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 패키지 하우징을 포함하고, 상기 패키지 하우징 내에는 충방전 컨트롤러, 정극 압접 시트, 리튬이온 전지 및 부극단 커버가 순서대로 압접하여 조립되고, 상기 충방전 컨트롤러의 일단에는 정극 접점이 유니버셜 충전지의 정극으로서 패키지 하우징에서 노출되는 정극단 커버가 설치되고, 상기 부극단 커버의 일단에는 유니버셜 충전지 부극으로서 패키지 하우징에서 노출되는 부극 접점이 설치되는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지를 제공한다.
도7 내지 도13, 도20 내지 도26, 도33 내지 도39, 도46 내지 도52 및 도54을 참조하면, 상기 충방전 컨트롤러 (550,750,850,950)는 충방전 컨트롤러 하우징(551,751,851,951) 및 충방전 컨트롤러 하우징(551,751,851,951) 내에 설치되는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 용접된 충방전 제어 회로 용접체(560,760,860,960), 충방전 컨트롤러 리테이너(552,752,852,952), 절연 시트(563,763,863,963)를 포함한다.
구체적으로, 상기 충방전 컨트롤러(550) 구조는 R6충전지의 기술조건을 만족하고, 상기 충방전 컨트롤러(750)의 구조는 R03충전지의 기술조건을 만족하고, 상기 충방전 컨트롤러(850) 구조는 R1충전지의 기술조건을 만족하며, 상기 충방전 컨트롤러(950) 구조는 R8D425충전지의 기술조건을 만족한다.
상기 충방전 컨트롤러는, 충방전 컨트롤러 하우징 내에 충방전 컨트롤러 리테이너, 충방전 제어 회로 용접체 및 절연 시트를 조립함과 아울러 충방전 컨트롤러 하우징을 헤밍(hemming)하고 충방전 컨트롤러 하우징의 프릴(frill)을 PCB2회로기판 중 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V-단 구리 본드 부위에 용접하여 구성되며, 상기 충방전 제어 회로 용접체에 용접되는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는, 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 부품들이 용접되어 있는PCB1회로기판 및 PCB2회로기판을 연결 핀을 통해 일체로 용접하고, 정극단 커버을 PCB1회로기판에 용접하고, 정극 압접 시트를 PCB2회로기판에 용접하여 구성되며, 상기 연결 핀은, 고열전도율 및 고전도성을 갖는 금속재료로 구성된다.
상기 충방전 제어 회로 용접체(560,760,860,960)의 조립단계는, PCB1 회로기판(571,771,871,971)의 양면에 서미스터(Rt) 이외의 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로 부품들을 용접하여 PCB1 용접체(570,770,870,970)를 구성하는 제1 단계와, PCB2 회로기판(581,781,881,981)의 정면에 서미스터 (Rt)를 용접하여 PCB2용접체(580,780,880,980)를 구성하는 제2 단계와, 판 사이 연결 핀(562,762,862,962)에 의해 PCB1용접체(570,770,870,970) 및 PCB2용접체(580,780,880,980)을 용접하여 연결하는 제3 단계와, PCB1 회로기판(571,771,871,971)의 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로 V+단 구리 본드 부위에 정극단 커버(501,701,801,901)을 용접하는 재4 단계와, PCB2 회로기판(581,781,881,981)의 배면의 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로 노드 Jb+ 구리 본드 부위에 정극 압접 시트(561,761,861,961)를 용접하여 충방전 제어 회로 용접체(560, 760, 860, 960)을 구성하는 제5 단계를 포함한다.
상기 충방전 컨트롤러(550,750,850,950)의 조립단계는, 충방전 컨트롤러 리테이너(552,752,852,952)를 충방전 컨트롤러 하우징(551,751,851,951) 내에 설치하는 제1 단계와, 충방전 제어 회로 용접체(560,760,860,960) 및 절연 시트 (563,763,863,963)를 충방전 컨트롤러 리테이너(552,752,852,952)에 설치하는 제2 단계와, 헤밍기에 의해 충방전 컨트롤러 하우징(551,751,851,951)을 헤밍하는 제3 단계와, PCB2회로기판(581,781,881,981)의 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로 V-단 구리 본드 부위 및 충방전 컨트롤러 하우징(551,751,851,951)이 헤밍된 후 프릴을 용접하는 제4 단계와, PCB2회로기판(581,781,881,981)의 주입 구멍을 통해 패키지용 접착제를 주입하고 패키지용 접착제가 고화되어 충방전 컨트롤러(550,750,850,950)을 구성하는 제5 단계를 포함한다. 조립이 끝난 우 충방전 컨트롤러(550,750,850,950)에서 충방전 컨트롤러 하우징(551,751,851,951)이 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로 V-단에 연결되는 연결 전극이 되고, 정극단 커버(501,701,801,901)가 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로 V+단에 연결되는 연결 전극이 되며, 정극 압접 시트(561,761,861,961)가 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 노드 Jb+ (도54를 참조)에 연결되는 연결 전극이 된다.
충방전 제어 회로 용접체(560,760,860,960)의 장착용 상기 충방전 컨트롤러 리테이너(552,752,852,952)는 도광형 절연재료로 구성되고 유니버셜 충전지의 충전상태를 표시하도록 상기 유니버셜 충전지의 충전상태를 표시하는 발광 다이오드(D1)가 발광하는 광신호를 유니버셜 충전지 외부에 전달한다.
상기 리튬이온 전지는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지, 또는 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지에서 선택할 수 있다.
단체 리튬이온 전지로 유니버셜 충전지를 조립하는 단계는, 스폿 용접기로 부극단 커버을 리튬이온 전지의 부극에 용접하는 제1 단계와, 충방전 컨트롤러, 단체 리튬이온 전지 및 부극단 커버를 축 방향을 따라 패키지 하우징 내에 설치함과 아울러 헤밍기의 절연 정위 도구에 넣어 압접 고정된 후 패키지 하우징을 헤밍하여 유니버셜 충전지 조립을 완성하는 제2 단계, 조립이 끝난 유니버셜 충전지 패키지 하우징에 대해 절연재료 및 외장재료로 피복 또는 도포하여 유니버셜 충전지의 완제품을 구성하는 제3 단계를 포함한다. 이러한 조립 방법을 채용하는 실시예는, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R6충전지, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R03충전지, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지로 구성된 R1충전지가 포함된다.
본 발명에 있어서, 상기 정극단 커버, 패키지 하우징, 부극단 커버, 충방전 컨트롤러 하우징 및 연결 핀은 모두 고열전도율 및 고전도성을 갖는 금속재료로 구성되고, 또한 표면에 대해 전도성 산화 방지 처리가 실시된다. 상기 패키지 하우징의 성형 프로세스는 프리캐스트 박벽 파이프에 의한 성형, 판재에 의한 롤(roll) 성형 또는 판재에 의한 릴(rell) 성형일 수 있으며, 상기 충방전 컨트롤러 하우징의 성형 프로세스는 프리캐스트 박벽 파이프에 의한 성형, 판재에 의한 롤(roll) 성형 또는 판재에 의한 릴(rell) 성형일 수 있다. 상기 정극 압접 시트는 고탄성회복율, 고열전도율 및 고전도성을 갖는 금속재료로 구성되고 또한 표면에 대해 전도성 산화 방지 처리가 실시되며, 상기 PCB1회로기판 및 PCB2 회로기판은 열전도율이 높은 절연재료로 구성되어 리튬이온 전지 및 부품들이 생성한 열량을 패키지 하우징에 전달하여 방열할 수 있다.
조립이 끝난 상기 유니버셜 충전지의 방열원리는, 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 전력부품들이 생성하는 열량이 PCB1회로기판, PCB2회로기판 및 회로 구리 본드 열전도 구조, 충방전 컨트롤러 하우징을 통해 유니버셜 충전지 패키지 하우징에 전달되어 방열하는 것이다. 또한, 상기 리튬이온 전지가 생성하는 열량은 리튬이온 전지의 정극단에서 정극 압접 시트, PCB회로기판 (PCB1 및 PCB2) 및 회로 구리 본드 열전도 구조, 충방전 컨트롤러 하우징을 통해 유니버설 충전지 패키지 하우징에 전달되어 방열하며, 리튬이온 전지의 부극에서 부극단 커버을 통해 유니버셜 충전지 패키지 하우징 전달되어 방열한다.
상기 충방전 제어 회로 용접체에는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 용접되고, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 회로기판에 가각 용접된 리튬이온 전지의 충전 제어 회로, 리튬이온 전지의 검출회로, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 포함하고, 상기 회로기판은 각각 리튬이온 전지 및 정극단 커버에 전기적으로 연결되며, 상기 회로기판은 또한 충방전 컨트롤러 하우징 및 패키지 하우징을 통해 부극단 커버에 전기적으로 연결된다. 본 발명의 유니버셜 충전지는 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터로 충전되며 유니버셜 충전지가 충전전원에 연결되는 경우, 상기 리튬이온 전지의 검출회로에 의해 연결되는 충전 전압을 검출할 때, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 제어하여 정전압 출력을 오프하고 리튬이온 전지의 충전 제어 회로를 제어하여 리튬이온 전지에 대한 충전을 온 시킨다.
본 발명에 따른 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 충전전원에 연결되는 충전상태 및 충전전원에서 탈리하는 방전상태를 가진다. 상기 유니버셜 충전지의 충방전 제어 방법은 하기와 같은 제어 조건을 포함한다.
제1 제어 조건: 충전전원이 유니버셜 충전지에 연결되는 경우, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전전원 연결이 검출되면 충전상태에 들어간다. 충전상태에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 정전압 방전 출력을 오프함과 동시에 리튬이온 전지에 대해 충전을 실시한다.
제2 제어 조건: 충전상태에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 상기 리튬이온 전지의 출력전압이 검출되고 상기 리튬이온 전지의 출력전압의 상태에 따라 미세전류 충전, 정전류 충전 또는 정전압을 선택하여 리튬이온 전지를 충전하고, 충전 과정에서 상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로에 의해 충전전원의 최대 출력 전류를 검출하고 충전전원의 최대 출력 전류가 소정의 충전 전류 값보다 작으면 충전전원의 최대 출력 전류로 리튬이온 전지에 충전한다. 정전압 충전상태에서의 충전 전류가 소정의 풀(full) 상태 판정 전류까지 하강되면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지한다.
제3 제어 조건: 유니버셜 충전지가 충전전원에서 탈리하는 경우, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전전원에서 탈리된 것을 검출하고 충전 과정에서 필터 축전기에 저축된 여분의 전기 에너지를 방출하여 유니버셜 충전지 정부극 사이의 전압을 신속히 최대 개방 전압이하로 되어 방전상태에 들어간다. 방전상태에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전을 오프함과 동시에 정전압 방전을 온시키고 제4 제어 조건에 따라 정전압 출력한다.
제4 제어 조건: 방전상태에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 출력전압을 검출하고 리튬이온 전지의 출력전압이 저전력 전압 VL보다 높으면 리튬이온 전지의 출력전압을 제1 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 리튬이온 전지의 출력전압이 방전 종지 전압 VD보다 높지만 저전력 전압 VL 이하이면 리튬이온 전지의 출력전압을 제2 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 그리고 리튬이온 전지의 충전 후 출력전압이VL+ΔV1보다 높으면 제1 출력전압으로 회복하고 정전압 출력한다. 여기서, VL 은 전압 검출 회로가 유니버셜 충전지에 사용되는 리튬이온 전지의 전압/용량 특성에 따라 설정되는 리튬이온 전지의 저전력 전압이며, ΔV1은 전압 검출 회로가 설정하는 리튬이온 전지의 저전력 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압이며, VD는 전압 검출 회로가 유니버셜 충전지에 사용되는 리튬이온 전지의 방전 특성에 따라 설정되는 리튬이온 전지의 방전 종지 전압이다.
제5 제어 조건: 방전상태에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 출력전압을 검출하고 리튬이온 전지의 출력전압이 방전 종지 전압 VD이하로 강하되면 정전압 출력를 오프하고 리튬이온 전지의 충전 후 출력전압이 VD+ΔV2보다 높으면 제4 제어 조건에 따라 정전압 출력에 회복한다. 여기서, ΔV2는 전압 검출 회로가 설정하는 리튬이온 전지의 방전 종지 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압이다.
제6 제어 조건: 유니버셜 충전지에 대한 충전 과정에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 충전 상한 온도 TCH까지 상승하면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 충전 상한 온도와 히스테리시스 온도의 차이 (즉, TCH-ΔT1)보다 낮으면 다시 충전을 회복한다. 여기서, TCH는 유니버셜 충전지에 사용되는 리튬이온 전지의 충전 기술 조건에 따라 설정되는 리튬이온 전지의 충전 상한 온도이며, ΔT1은 서미스터(Rt) 전압 검출 회로가 설정하는 TCH 검출 한계 히스테리시스 전압에 대응하는 히스테리시스 온도이다.
제7 제어 조건: 유니버셜 충전지 방전 과정에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 방전 상한 온도 TDH까지 상승하면 정전압 출력을 정지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 방전 상한 온도와 히스테리시스 온도의 차이 (즉, TDH-ΔT2)보다 낮으면 다시 정전압 출력을 회복한다. 여기서, TDH는 유니버셜 충전지에 사용되는 리튬이온 전지의 방전 기술 조건에 따라 설정되는 리튬이온 전지의 방전 상한 온도이며, ΔT2는 서미스터(Rt) 전압 검출 회로가 설정하는 TDH 검출 한계 히스테리시스 전압에 대응하는 히스테리시스 온도이다.
제1 제어 조건에 따라 충전전원이 유니버셜 충전지에 연결되고 또한 제6 제어 조건에 따라 리튬이온 전지에 대한 충전을 허용하면 제2 제어 조건에 따라 리튬이온 전지를 충전하고, 제6 제어 조건에 따라 리튬이온 전지에 대한 충전을 허가하지 않으면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고,
제3의 제어 조건에 따라 유니버셜 충전지가 충전전원에서 탈리되고 또한 제5 제어 조건 및 제7 제어 조건이 모두 리튬이온 전지의 방전 출력을 허용하면 제4 제어 조건에 따라 리튬이온 전지의 출력 전력을 강압시키고 정전압 출력하고 제5 제어 조건 또는 제7 제어 조건 중 어느 하나의 조건이 리튬이온 전지의 방전 출력을 허가하지 않으면 정전압 출력을 오프한다.
여기서, 본 발명의 유니버셜 충전지의 제1 출력전압은 1.35V~1.725V 중 임의의 전압 값일 수 있으며, 제2 출력전압은 0.9V~1.35V 중의 임의의 전압 값 일 수 있다. 상기 최대 개방 전압은 1.5V~1.725V중의 임의의 전압 값일 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1 출력전압이 1.5V이며, 상기 제2 출력전압이 1.1V이고, 상기 최대 개방 전압이 1.65V이다.
도54를 참조하면, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는, 리튬이온 전지 (LIB), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 부온도 계수 저항기(NTCR) (Rt), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3), 제4 저항(R4), 제5 저항(R5), 발광 다이오드(D1), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2), 인덕턴스(L1)를 포함하고, 여기서, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 발광 다이오드(D1), 제3 저항(R3), 제4 저항(R4), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 리튬이온 전지의 충전 제어 회로가 구성되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제5 저항(R5), 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt)로 리튬이온 전지의 검출회로가 구성되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 인덕턴스(L1), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 DC-DC 강압형 정전압 방전회로가 구성된다. 상기 리튬이온 전지(LIB) 정극은 노드(Jb+)에 연결되고, 리튬이온 전지(LIB)의 부극은 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V-단에 연결된다. 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전전원 연결 단자(VCC)는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V+ 단에 연결되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 리튬이온 전지의 연결 단자 (BAT)는 리튬이온 전지(LIB) 정극에 연결되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)는 리튬이온 전지(LIB) 부극 및 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V-단에 연결되며, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전상태 출력 단자(LDD)는 발광 다이오드(D1)의 부극에 연결되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 온도 검출 설정 단자(DTCS)는 노드(P1)에서 각각 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 연결되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC)는 분압점(P2)에서 각각 제2 저항(R2) 및 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt)에 연결되며, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전 전류 설정 단자(IBSET)는 제4 저항(R4)의 일단에 연결되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 여분 전기 에너지 방출 단자(DECO)는 제5 저항(R5)의 일단에 연결되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET)는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 리튬이온 전지의 연결 단자(BAT) 또는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결되며, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 변조 출력 단자(SW)는 인덕턴스(L1)의 일단에 연결된다. 상기 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt)는 리튬이온 전지(LIB)의 온도를 센싱하는 부온도 계수 저항기(NTCR)이며, 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt)의 일단은 분압점(P2)에서 각각 제2 저항(R2) 및 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자 (NTC)에 연결되고, 타단은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자 (GND)에 연결되며, 부온도 계수 서미스터(Rt)의 본체절연부분은 리튬이온 전지(LIB)의 출력전극에 연결되는 열전도회로구조에 접근되도록 설치된다. 상기 제1 저항(R1) 은 분압점(P2)의 상 바이어스 분압 저항이며, 제1 저항(R1)의 일단은 리튬이온 전지(LIB) 정극에 연결되고 타단은 노드(P1)에서 각각 제2 저항(R2) 및 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 온도 검출 설정 단자(DTCS)에 연결된다. 상기 제2 저항(R2)은 분압점(P2)의 상 바이어스 분압 저항이며, 제2 저항(R2)의 일단은 노드(P1)에서 각각 제1 저항(R1) 및 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 온도 검출 설정 단자(DTCS)에 연결되고, 타단은 분압점(P2)에서 각각 부온도 계수 서미스터(Rt) 및 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출단자(NTC)에 연결된다. 상기 제3 저항(R3)은 발광 다이오드(D1)의 전류 제한 저항이며, 제3 저항(R3)의 일단은 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V+단에 연결되고 타단은 발광 다이오드(D1)의 정극에 연결된다. 상기 제4 저항(R4)은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전 전류 설치 저항이며, 제4 저항(R4)의 일단은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전 전류 설정 단자(IBSET)에 연결되고 타단은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결된다. 상기 제5 저항(R5)은 제2 축전기(C2)의 충전 여분 전력 방출 전류 제한 저항이며, 제5 저항(R5)의 일단은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 여분 전기 에너지 방출 단자 (DECO)에 연결되고 다탄은 제2 축전기(C2)의 정극에 연결된다. 상기 발광 다이오드(D1)는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전 동작 상태를 표시하는 발광 다이오드이며, 발광 다이오드(D1)의 양극은 제3 저항(R3)의 타단에 연결되고, 발광 다이오드(D1)의 음극은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전상태 출력 단자(LDD)에 연결된다. 상기 제1 축전기(C1)는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1) 충전 출력 필터 축전기 및 방전 출력 필터 보정 축전기이며, 제1 축전기(C1)의 정극은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 리튬이온 전지 연결 단자(BAT)에 연결되고, 제1 축전기(C1)의 부극은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결된다. 상기 제2 축전기(C2)는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전 입력 필터 축전기 및 방전 출력 필터 보상 축전기이며, 제2 축전기(C2)의 정극은 각각 인덕턴스(L1)의 타단, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전 전원 연결 단자(VCC) 및 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V+단에 연결되고, 제2 축전기(C2)의 부극은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결된다. 상기 인덕턴스(L1)는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 출력 필터 보상 인덕턴스이며, 인덕턴스(L1)의 일단은 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 변조 출력 단자(SW)에 연결되고, 타단은 제2 축전기(C2)의 정극 및 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V+단에 연결된다. 상기 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 모델번호는ShenZhen Migison Electric Co., Ltd의 MGS4520A, MGS4520B또는 MGS4520C이며, 주요 제어 파라미터는 입력 전압이 2.25V~6V이고, 충전 상한 전압 VH인 경우, MGS4520A는 4.2V이고, MGS4520B는 3.65V이며, MGS4520C는 4.35V이고, 정전류 상태에서의 충전 전류 (ICHG)는 500mA이며, 풀 판정 전류는 ICHG/10이며, NTC 전압 검출 한계가 0.3VLIB이며, 방전 종지 전압(VD)인 경우, MGS4520A는 3.0V이고, MGS4520B는 2.5V이며, MGS4520C는 3.0V이고, 방전 저전력 전압(VL)인 경우, MGS4520A는 3.4V이고, MGS4520B는 3.1V이며, MGS4520C는 3.4V이고, 여분 전력 방출 한계는 1.65V이고, 정전압 출력전압은 1.5V (VLIB≤VL이면 1.1V이다)이며, 최대 정전압 출력 전류가 2A (IOSET 단자가 GND에 연결하면 1.0A이다)이다.
상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 각각의 동작 상태에 대한 구체적인 제어 방법은 하기와 같다.
충방전 모드 전환 제어 방법: 유니버셜 충전지가 충전전원에 연결하지 않은 상태에서 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전전원 연결 단자(VCC) 전압이 4V보다 작고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 충전을 오프함과 아울러 정전압 방전 출력을 온 시키고, 유니버셜 충전지는 정전압 방전상태에 들어간다. 충전전원이 연결되면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전전원 연결 단자(VCC) 전압이 4V보다 높고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 정전압 방전 출력을 오프함과 아울러 리튬이온 전지(LIB) 대한 충전을 온 시키고, 유니버셜 충전지는 충전상태에 들어가고 충전전원이 탈리되면 방전상태로 전환되어 방전 출력을 회복한다. 또한 유니버셜 충전지가 충전전원에서 탈리하고 충전상태에서 방전상태로 전환하면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 여분 전기 에너지 방출 단자(DECO) 출력은 저레벨이며, 충전할 때 제2 축전기(C2)에 충전된 여분 전기 에너지가 제5 저항(R5)에 의해 제한 방출되고, 이를 통해 유니버셜 충전지의 무부하 전압이 신속하게 최대 개방 전압까지 하강되며, 제2 축전기(C2)의 전압이 최대 개방 전압이하로 하강되면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 여분 전기 에너지 방출 단자(DECO)의 출력은 하이 임피던스로 전환된다.
충전 과정 제어 방법: 충전전원이 유니버셜 충전지에 연결되면 충전전원의 정극이 유니버셜 충전지의 정극(V+)에 연결되고 충전전원의 부극이 유니버셜 충전지의 부극 V-에 연결된다. 유니버셜 충전지의 정극(V+)이 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V+단이고, 유니버셜 충전지의 부극(V-)이 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V-단이기 때문에, 충전전원의 정극이 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 충전전원 입력 단자(Vcc)에 연결되고, 충전전원의 부극이 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결되는 것에 해당하며, 이 경우, 리튬이온 전지(LIB)의 온도가 TCH보다 낮으면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지(LIB)에 대한 충전을 온 하고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지의 연결 단자(BAT)를 통해 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)를 검출하고, VLIB의 상태에 따라 리튬이온 전지의 연결 단자 (BAT)의 출력으로 리튬이온 전지(LIB)를 충전한다. 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)이 리튬이온 전지(LIB) 방전 종지 전압(VD) 이상이면 (VLIB≤VD), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지(LIB) 에 대해 미세전류 충전하고, 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)이 리튬이온 전지(LIB) 방전 종지 전압(VD)보다는 크고 리튬이온 전지(LIB) 충전 상한 전압(VH) 보다 작으면 (VD<VLIB<VH), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 ICHG로 리튬이온 전지(LIB)에 대해 정전류 충전하고, 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)이 리튬이온 전지(LIB) 충전 상한 전압(VH)과 같으면 (VLIB=VH), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 충전 상한 전압(VH)으로 리튬이온 전지(LIB)에 대해 정전압 충전하고, 충전 전류가 ICHG/10에 하강하면 충전을 중지한다. 충전 과정에서, 발광 다이오드(D1)는 충전전원에 의해 급전되고 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)에 의해 충전상태 출력 단자(LDD)를 통해 충전과정의 작동상태를 구동 표시한다.
충전 전류 제어 방법: 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)이 리튬이온 전지(LIB)에 대해 충전하는 정전류 상태의 최대 충전 전류는 제4 저항(R4)의 저항값에 의해 설정된다. 즉 R4 = 1000V/ICHG (ICHG는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)이 정전류 충전상태에서 출력하는 최대 충전 전류이다). 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)이 리튬이온 전지(LIB) 대한 풀 상태 판정 전류는 ICHG/10이다.
충전전원 출력 전류의 적응 제어 방법: 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 충전전원 연결 단자(VCC)를 통해 충전전원의 무부하 상태의 출력전압 및 선형 부하 상태의 출력전압의 전압 강하 진폭을 검출하여 충전전원의 출력 최대 허용 전류를 판정한다. 충전전원의 출력 최대 허용 전류가 ICHG보다 작으면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 충전전원의 출력 최대 허용 전류를 한류치으로 하여 리튬이온 전지(LIB)를 충전한다.
정전압 출력 전압의 제어 방법: 유니버셜 충전지가 충전전원에 연결하지 않은 방전상태에서 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지의 연결 단자 (BAT)를 통해 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)을 검출하고 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)이 저전력 전압보다 높으면 (VLIB＞VL), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압을 1.5V로 강하하고 정전압 출력한다. 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)이 저전력 전압이하이면(VLIB≤VL), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압을 1.1V로 강하하고 정전압 출력를 실시한다. 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)이 리튬이온 전지(LIB)의 저전력 전압(VL)에 대한 검출 판정 값은 다점 샘플링의 평균값이며, 그 샘플링 주파수는 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압 변화율에 정비례하고 그 검출 한계의 히스테리시스 전압은 ΔV1이다. 따라서, 리튬이온 전지(LIB) 충전 후의 전압(VLIB)이 상승하여VL+ΔV1이상이면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 1.5V의 정전압 출력을 회복한다.
과방전 보호 방법: 유니버셜 충전지가 충전전원에 연결하지 않은 방전상태에서, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지의 연결 단자(BAT)를 통해 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)을 검출하고, 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)이 방전 종지 전압 보다 높으면 (VLIB＞VD), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 정전압 출력을 온 시킨다. 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압(VLIB)이 방전 종지 전압이하이면(VLIB≤VD), 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 정전압 출력을 오프한다. 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)이 리튬이온 전지(LIB)의 방전 종지 전압(VD)에 대한 검출 판정 값은 다점 샘플링의 평균값이며, 그 샘플링 주파수는 리튬이온 전지(LIB)의 출력전압 변화율에 정비례하고 그 검출 한계의 히스테리시스 전압은 ΔV2이다. 따라서, 리튬이온 전지(LIB) 충전 후의 출력전압(VLIB)이 상승하여VD+ΔV2이상으로 되면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 정전압 출력을 회복한다.
출력 과부하 또는 단락 제어 방법: 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)에는 한류치을 설정가능한 출력 과부하 보호 회로가 설치된다. 유니버셜 충전지가 출력 과부하 또는 단락될 때, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 설정된 최대 출력 전류(ILIM)를 한류치로 하여 정전압 출력한다. 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 정전압 출력의 한류치는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET) 연결 레벨 상태에 따라 설정되고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET) 가 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 리튬이온 전지의 연결 단자(BAT)에 연결될 때, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 최대 출력 전류(ILIM)는 2A이며, 모놀리식 집적 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET) 가 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결 될 때, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 최대 출력 전류(ILIM)는 1A이다. 유니버셜 충전지에 사용되는 리튬이온 전지의 방전 배율 특성에 따라 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 최대 출력 전류(ILIM)을 설정하면 유니버셜 충전지가 출력 과부하 또는 단락 될 때, 리튬이온 전지(LIB)가 고배율 방전하여 손상되는 것을 모면할 수 있다.
충전 과열 보호 제어 방법: 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC)의 한계 전압은 0.3VLIB이며, 충전상태에서 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 온도 검출 설정 단자(DTCS)의 출력이 하이 임피던스이며, 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt)의 저항값은 2.33RTCH = R1+R2 (Rtch는 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt)가 리튬이온 전지 온도가 TCH일 때의 저항값이다)라는 수식을 만족해야 한다. 리튬이온 전지(LIB)의 작동 온도가 설정된 충전 상한 온도(TCH)보다 낮으면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC) 전압이 0.3VLIB보다 높고 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지(LIB)에 대한 충전을 온 한다. 리튬이온 전지(LIB)의 작동 온도가 충전 상한 온도(TCH) 이상으로 상승하면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC) 전압이 0.3VLIB 이하로 되고 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지(LIB)에 대한 충전을 오프한다. 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압이 ΔVT이기 때문에 리튬이온 전지(LIB)의 작동 온도가 하강하여 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC)의 전압이 0. 3VLIB+ΔVT 이상으로 되면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 리튬이온 전지(LIB)에 대한 충전을 회복한다.
방전 과열 보호 제어 방법: 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC)의 한계 전압은 0.3VLIB이며, 방전상태에서 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 온도 검출 설정 단자(DTCS)는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 리튬이온 전지의 연결 단자(BAT)에 연결되고, 제2 저항(R2) 및 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt) 저항값은 2.33Rtdh = R2 (Rtdh는 부온도 계수 저항기(NTCR)(Rt)가 리튬이온 전지 온도가 TDH일 때의 저항값이다)라는 수식을 만족해야 한다. 리튬이온 전지(LIB)의 작동 온도가 방전 상한 온도TDH보다 낮으면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC) 전압이 0.3VLIB보다 높고 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 정전압 출력을 온 한다. 리튬이온 전지(LIB)의 작동 온도가 방전 상한 온도(TDH) 이상으로 상승하면 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC) 전압이 0.3VLIB 이하이고, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 정전압 출력을 오프한다. 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압이 ΔVT이기 때문에 리튬이온 전지(LIB)이 방전을 정지한 후 작동 온도가 하강하여 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 NTC 전압 검출 단자(NTC)의 전압이 0.3VLIB+ΔVT 이상으로 되면, 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 정전압 출력을 회복한다.
상기 R6충전지(500), R03충전지(700), R1충전지(800) 및 R8D425충전지(900)가 그 모텔번호에 해당하는 외형 사이즈의 기술 규범 및 충방전 컨트롤러 구조의 기술 조건 하에서 구성되는 유니버설 충전지의 구성 방법 및 회로 연결 방법은 하기와 같다.
(1) 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510)을 사용하여 구성된 R6충전지(500)
도1 내지 도6을 참조하면, R6충전지(500)는 패키지 하우징(502) 및 패키지 하우징 (502) 내에 패키지되는 충방전 컨트롤러(550), 리튬이온 전지(510), 부극단 커버(503)를 포함한다. R6충전지(500)의 정극단에서 패키지 하우징 (502)으로 부터 노출되는 정극단 커버(501)의 돌출 구조를 R6충전지(500)의 정극으로 하고, 정극단 커버(501)와 패키지 하우징 (502) 사이에서 도광형 절연재료로 구성된 충방전 컨트롤러 리테이너(552)의 도광 플랜지 구조를 R6충전지(500)의 충전 동작 상태 발광 표시체로 한다, R6충전지(500)의 부극단에서 패키지 하우징(502)으로 부터 노출되는 부극단 커버(503)의 돌출 구조를 R6충전지(500)의 부극으로 한다.
R6 전지구조 기술규범 및 충방전 컨트롤러(550) 구조의 기술조건 하에서, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510)을 사용하여 구성된 R6충전지(500) 구성 방법 및 회로 연결 방법은 하기와 같다.
도3 및 도4를 참조하면, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510) 의 원통형 하우징 본체 및 바닥부분은 단체 리튬이온 전지(510)의 부극(512)이고, 타단의 돌출 커버는 단체 리튬이온 전지(510)의 정극(511)이다. 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510)는 스틸 재질 하우징 본체 또는 기타 도전 재질 하우징 본체에 의해 패키지되는 하우징 본체가 부극인 리튬이온 전지이다. 본 실시 예에서는 유니버셜 충전지의 축전용량을 증대하는 것을 우선적으로 고려하는 조건 하에서 상기 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510) 는 R14430 스틸 재질 하우징을 사용하여 920mAh의 고에너지 코발트산 리튬전지를 패키지하여 구성된다.
도54를 참조하면, 본 실시예에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 사용되는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 MGS4520C를 사용하고, 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 4V~6V이고, 충전 상한 전압 (VH)이 4.35V이고, 최대 충전 출력 전류가 500mA (ICHG)이며, 풀 상태 판정 전류는 ICHG/10이고, 방전 저전력 전압이 3.4V(VL)이며, 방전 종지 전압이 3.0V(VD)이고, 최대 정전압 출력 전류가 2A(모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET)가 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 리튬이온 전지의 연결 단자(BAT)에 연결)이다. 이 기초상에서 실현가능한 본 실시예에 따른 R6충전지의 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 5V±0.7V이고, 최대 충전 전류(ICHG)를 370mA (리튬이온 전지(LIB)의 최대 충전 배율이 약 0.4C임) 로 설계하고, 리튬이온 전지(LIB) 충전 상한 온도(TCH)를 45℃로 설계하고, 리튬이온 전지(LIB)의 방전 상한 온도(TDH)를 55℃로 설계하며, 정전압 출력전압이 1.5V이고, 저전력 정전압 출력전압이 1.1V이며, 최대 정전압 출력 전류가 2A (리튬이온 전지(LIB) 최대 방전 배율이 약 1C임)이며, 축전 용량이 약 2200mAh이다.
도1 내지 도6 및 도54을 참조하면, 본 실시예에서 상기 리튬이온 전지(LIB)는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510)이고, 단체 리튬이온 전지(510)의 정극(511)은 리튬이온 전지(LIB)의 정극이며, 단체 리튬이온 전지(510)의 부극 (512)은 리튬이온 전지(LIB)의 부극이다. 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510)를 사용하여 R6충전지(500)를 조립하는 단계는 상술한 조립단계에 따라 직접 조립할 수 있으며, 조립 후의 방열 원리는 상술한 방열 원리와 같기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
도7 내지 도13 및 도54을 참조하면, 상기 R6충전지(500)에 사용되는 충방전 컨트롤러(550)의 조립단계는 상술한 조립단계에 따라 직접 조립할 수 있기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다. 조립 후의 회로 연결 관계는 하기와 같다.
도1~13 및 도54을 참조하면, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510)을 사용하여 구성된 R6충전지(500)의 조립 후의 회로 연결 관계는, 도54 중의 V+에 용접되는 정극단 커버(501)를 R6충전지(500)의 방전 출력 및 충전 입력의 정극으로 하고, 단체 리튬이온 전지(510)의 정극(511)과 도54 중의 노드(Jb+)에 용접되는 정극 압접 시트를 탄성 압접한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 리튬이온 전지(510)의 정극(511)이 도54 중의 노드(Jb+)에 연결하는 것에 해당한다. 그리고 패키지 하우징 (502)을 통해 도54 중의 V-에 용접되는 충방전 컨트롤러 하우징(551)과 단체 리튬이온 전지(510)의 부극(512)에 용접되는 부극단 커버(503)가 압접하여 회로 연결을 확립한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 단체 리튬이온 전지(510)의 부극(512)이 부극단 커버(503), 충전지 패키지 하우징 (502) 및 충방전 컨트롤러 하우징 (551)을 통해 도54 중의 V-에 연결하여 부극단 커버(503)로 하여금 R6충전지(500)의 방전 출력 및 충전 입력의 부극이 되는 것에 해당한다.
(2) 하우지 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720)를 사용하여 구성된 R03충전지(700)
R03전지구조 기술규범 및 충방전 컨트롤러(750) 구조 기술조건 하에서, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720)를 사용하여 구성된 R03충전지(700)의 구성 방법 및 회로 연결 방법은 하기와 같다.
도14~도19를 참조하면, R03충전지(700)는 패키지 하우징 (702) 및 패키지 하우징(702) 내에 패키지되는 충방전 컨트롤러(750), 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720), 부극단 커버(703)를 포함한다. R03충전지(700)의 정극단에서 패키지 하우징 (702)으로 부터 노출되는 정극단 커버(701)의 돌출 구조를 R03충전지(700)의 정극으로 하고, 정극단 커버(701)와 패키지 하우징 (702) 사이에서 도광형 절연재료로 구성된 충방전 컨트롤러 리테이너(752)의 도광 플랜지 구조를 R03충전지(700)의 충전 동작 상태의 발광 표시체로 한다. R03충전지(700)의 부극단에서 패키지 하우징(702)으로 부터 노출되는 부극단 커버(703)의 돌출 구조를 R03충전지(700)의 부극으로 한다.
도16 및도17을 참조하면, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720)의 원통형 하우징 본체 및 바닥부분은 리튬이온 전지(720)의 정극(721)이고, 타단의 돌출 커버는 리튬이온 전지(720)의 부극(722)이다. 리튬이온 전지(720)의 원통형 하우징 본체에는 열가소성 플라스틱 절연막(723)이 코팅되고, 하우징 본체 열가소성 플라스틱 절연막(723)은 하우징 본체를 피복한 후 바닥부분만 하우징 본체의 일부 바닥을 노출시켜 리튬이온 전지(720)의 정극(721)으로 한다. 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720)는 알루미늄 재질 하우징 본체 또는 기타 도전 재질 하우징 본체에 의해 패키지되는 하우징 본체가 정극인 리튬이온 전지 이다. 본 실시예에서는 유니버셜 충전지 용량의 코스트 퍼포먼스를 향상하는 것을 우선적으로 고려하는 조건하에서 상기 리튬이온 전지(720)는 R10380 알루미늄 하우징으로 300mAh 니켈-코발트-망간산 리튬 전지를 패키지하여 구성된다.
도54를 참조하면, 본 실시예에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 사용되는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 MGS4520A를 사용하고, 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 4V ~ 6V 이며, 충전 상한 전압 (VH)이 4.2V이며, 최대 충전 출력 전류가 500mA (ICHG)이며, 풀 상태 판정 전류는 ICHG/10이고, 방전 저전력 전압이 3.4V(VL) 이며, 방전 종지 전압이 3.0V (VD)이고, 최대 정전압 출력 전류가 1A(모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET) 가 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결)이다. 이 기초상에서 실현가능한 본 실시예에 따른 R03충전지의 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 5V±0.7V이고, 최대 충전 전류(ICHG)를 150mA (리튬이온 전지(LIB)의 최대 충전 배율이 약 0.5C임) 로 설계하고, 리튬이온 전지(LIB) 충전 상한 온도(TCH)를 45℃로 설계하고, 리튬이온 전지(LIB)의 방전 상한 온도(TDH)를 55℃로 설계하며, 정전압 출력전압이 1.5V이고, 저전력 정전압 출력전압이 1.1V이며, 최대 정전압 출력 전류가 1A(리튬이온 전지(LIB) 최대 방전 배율이 약 1.5C임)이며, 축전 용량이 약 700mAh이다.
도14~도19 및 도54을 참조하면, 상기 리튬이온 전지(LIB)는 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720)이고, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지 (720)의 정극(721)은 리튬이온 전지(LIB) 정극이고, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720)의 부극(722)은 리튬이온 전지(LIB) 부극이다. 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지(720)를 사용하여 R03충전지(700)를 조립하는 단계는 상술한 조립단계에 따라 직접 조립할 수 있으며, 조립 후의 방열 원리는 상술한 방열 원리와 같기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
도20~도26 및 도54을 참조하면, 상기 R03충전지(700)에 사용되는 충방전 컨트롤러(750)의 조립단계는 상술한 조립단계에 따라 직접 조립할 수 있기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다. 조립 후의 회로 연결 관계는 하기와 같다.
도14~도26 및 도54을 참조하면, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지 (720)를 사용하여 구성된 R03충전지(700)의 조립 후의 회로 연결 관계는, 도54 중의 V+에 용접되는 정극단 커버(701)를 R03충전지(700)의 방전 출력 및 충전 입력의 정극으로 하고, 리튬이온 전지(720)의 정극(721)과 도54 중의 노드(Jb+)에 용접되는 정극 압접 시트(761)를 탄성 압접한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 리튬이온 전지(720)의 정극(721)이 정극 압접 시트(761)를 통해 도54 중의 노드(Jb+)에 연결하는 것에 해당한다. 그리고 패키지 하우징 (702)을 통해 도54 중의 V-에 용접되는 충방전 컨트롤러 하우징(751)과 단체 리튬이온 전지(720)의 부극(722)에 용접되는 부극단 커버(703)가 압접하여 회로 연결을 확립한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 리튬이온 전지(720)의 부극(722)이 부극단 커버(703), 패키지 하우징(702) 및 충방전 컨트롤러 하우징(751)을 통해 도54 중의 V-에 연결하여 부극단 커버(703)로 하여금 R03충전지(700)의 방전 출력 및 충전 입력의 부극이 되는 것에 해당한다.
(3) 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(810)를 사용하여 구성된 R1충전지(800)
R1 전지구조 기술규범 및 충방전 컨트롤러(850) 구조 기술조건 하에서, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(810)를 사용하여 구성된 R1충전지(800) 구성 방법 및 회로 연결 방법은 하기와 같다.
도27~도32를 참조하면, R1충전지(800)는 패키지 하우징(802) 및 패키지 하우징(802) 내에 패키지되는 충방전 컨트롤러(850), 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(810) 및 부극단 커버(803)를 포함한다. R1충전지(800)의 정극단에서 패키지 하우징(802)으로 부터 노출되는 정극단 커버(801)의 돌출 구조를 R1충전지(800)의 정극으로 하고, 정극단 커버(801)와 패키지 하우징(802) 사이에서 도광형 절연재료로 구성된 충방전 컨트롤러 리테이너(852)의 도광 플랜지 구조를 R1충전지(800)의 충전 동작 상태의 발광 표시체로 한다. R1충전지(800)의 부극단에서 패키지 하우징(802)으로 부터 노출되는 부극단 커버 (803)의 돌출 구조를 R1충전지(800)의 부극으로 한다.
도29 및 도30을 참조하면, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(810)의 원통형 하우징 본체 및 바닥부분은 리튬이온 전지(810)의 부극(812)이고, 다탄의 돌출 커버는 리튬이온 전지(810)의 정극(811)이다. 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(810)는 스틸 재질 하우징 본체 또는 기타 도전 재질 하우징 본체에 의해 패키지되는 하우징 본체가 부극인 리튬이온 전지이다. 본 실시예에서는 유니버설 충전지 사이클 수명 및 안전성을 향상하는 것을 우선적으로 고려하는 조건하에서 상기 리튬이온 전지(810)는 R11250 스틸 재질 하우징으로 160mAh 리튬-철-인산염 전지를 패키지하여 구성된다.
도54를 참조하면, 본 실시예에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 사용되는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 MGS4520B을 사용하고, 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 4V~6V이며, 충전 상한 전압 (VH)이 3.65V이며, 최대 충전 출력 전류가 500mA (ICHG)이며, 풀 상태 판정 전류는 ICHG/10이고, 방전 저전력 전압이 3.1V(VL) 이며, 방전 종지 전압이 2.5V (VD)이고, 최대 정전압 출력 전류가 1A(모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET) 가 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결)이다. 이 기초상에서 실현가능한 본 실시예에 따른 R1 충전지의 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 5V±0.7V이고, 최대 충전 전류(ICHG)를 80mA(리튬이온 전지(LIB)의 최대 충전 배율이 약 0.5C임) 로 설계하고, 리튬이온 전지(LIB) 충전 상한 온도(TCH)를 50℃로 설계하고, 리튬이온 전지(LIB)의 방전 상한 온도(TDH)를 60℃로 설계하며, 정전압 출력전압이 1.5V이고, 저전력 정전압 출력전압이 1.1V이며, 최대 정전압 출력 전류가 1A(리튬이온 전지(LIB) 최대 방전 배율이 약 3.2C임)이며, 축전 용량이 약 340mAh이다.
도27~도32 및 도54을 참조하면, 상기 리튬이온 전지(LIB)는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(810)로 구성되고, 리튬이온 전지(810)의 정극(811)은 리튬이온 전지(LIB) 정극이며, 리튬이온 전지(810)의 부극(812)은 리튬이온 전지(LIB) 부극이다. 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(810)를 사용하여 R1충전지(800)를 조립하는 단계 및 조립 후의 방열 원리는, 모두 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지(510)를 사용하여 구성된 R6충전지(500)의 조립단계 및 조립 후 방열 원리와 같기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
도33~도39 및 도54을 참조하면, 상기 R1충전지(800)에 사용되는 충방전 컨트롤러(850)의 조립단계는 상술한 조립단계에 따라 직접할 수 있기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다. 조립 후의 회로 연결 관계는 하기와 같다.
도27~도39 및 도54을 참조하면, 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지 (810)를 사용하여 구성된 R1충전지(800)의 조립 후의 회로 연결 관계는, 도54 중의 V+에 용접되는 정극단 커버(801)를 R1충전지(800)의 방전 출력 및 충전 입력의 정극으로 하고, 리튬이온 전지(810)의 정극(811)과 도54 중의 노드(Jb+)에 용접되는 정극 압접 시트(861)를 탄성 압접한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 리튬이온 전지(810)의 정극(811)이 정극 압접 시트(861)를 통해 도54 중의 노드(Jb+)에 연결하는 것에 해당한다. 그리고 패키지 하우징(802)을 통해 도54중의 V-에 용접되는 충방전 컨트롤러 하우징(851)과 리튬이온 전지(810)의 부극(812)에 용접되는 부극단 커버(803)가 압접하여 회로 연결을 확립한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 리튬이온 전지(810)의 부극(812)이 부극단 커버(803), 패키지 하우징(802) 및 충방전 컨트롤러 하우징(851)을 통해 도54중의 V-에 연결하여 부극단 커버(803)로 하여금 R1충전지(800)의 방전 출력 및 충전 입력의 부극이 되는 것에 해당한다.
(4) 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930)를 사용하여 구성된 R8D425충전지(900)
R8D425 전지구조 기술규범 및 충방전 컨트롤러(950) 구조 기술조건 하에서, 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930)를 사용하여 구성된 R8D425충전지(900) 구성 방법 및 회로 연결 방법은 하기와 같다.
도40~도45를 참조하면, R8D425충전지(900)는 패키지 하우징(902) 및 패키지 하우징(902) 내에 패키지되는 충방전 컨트롤러(950), 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930), 부극단 커버(903)를 포함한다. R8D425충전지(900)의 정극단에서 패키지 하우징(902)으로 부터 노출되는 정극단 커버(901)의 돌출 구조를 R8D425충전지(900)의 정극으로 하고, 정극단 커버(901)와 패키지 하우징 (902) 사이에서 도광형 절연재료로 구성된 충방전 컨트롤러 리테이너(952)의 도광 플랜지 구조를 R8D425충전지(900)의 충전 동작 상태의 발광 표시체로 한다. R8D425충전지(900)의 부극단에서 패키지 하우징(902)으로 부터 노출되는 부극단 커버(903)의 돌출 구조를 R8D425충전지(900)의 부극으로 한다.
도42 및도43을 참조하면, 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930)의 일단은 리튬이온 전지(930)의 정극(931)이고, 타단은 리튬이온 전지(930)의 부극(932)이다. 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930)는 알루미늄-플라스틱 복합막(933) 또는 기타 재료를 사용하여 구성된 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지이며, 본 실시 예에서는 유니버셜 충전지의 축전 용량을 증대하는 것을 우선적으로 고려하는 조건 하에서 상기 리튬이온 전지(930)는 R08350 알루미늄-플라스틱 막으로 190mAh의 일반 코발트산 리튬전지를 소프트 패키지하여 구성된다.
도54를 참조하면, 본 실시예에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 사용되는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)은 MGS4520A을 사용하고, 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 4V~6V 이며, 충전 상한 전압(VH)이 4.2V이고, 최대 충전 출력 전류가 500mA (ICHG)이며, 풀 상태 판정 전류는 ICHG/10이고, 방전 저전력 전압이 3.4V(VL) 이며, 방전 종지 전압이 3.0V (VD)이고, 최대 정전압 출력 전류가 1A(모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 방전 전류 설정 단자(IOSET)가 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1)의 전원 접지 단자(GND)에 연결)이다. 이 기초상에서 실현가능한 본 실시예에 따른 R8D425 충전지의 주요 제어 파라미터는 충전 입력 전압이 5V±0.7V이고, 최대 충전 전류(ICHG)를 100mA(리튬이온 전지(LIB)의 최대 충전 배율이 약 0.5C임)로 설계하고, 리튬이온 전지(LIB) 충전 상한 온도(TCH)를 45℃로 설계하고 리튬이온 전지(LIB) 방전 상한 온도(TDH)를 55℃로 설계하며, 정전압 출력전압이 1.5V이고, 저전력 정전압 출력전압이 1.1V이며, 최대 정전압 출력 전류가 1A(리튬이온 전지(LIB) 최대 방전 배율이 약 2.2C임)이며, 축전 용량이 약 460mAh이다.
도42~도45를 참조하면, 상기 리튬이온 전지(LIB)는 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930)로 구성되고, 리튬이온 전지(930)의 정극(931)은 리튬이온 전지(LIB) 정극이며, 리튬이온 전지(930)의 부극(932)은 리튬이온 전지(LIB) 부극이다. 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930)를 사용하여 R8D425충전지(900)를 조립하는 단계는, 리튬이온 전지(930)를 절연 탭(tab) 완곡 정형 도구에 넣고 정극 탭(931) 및 부극 탭(932)을 완곡하여 정형하는 제1 단계와, 정극 절연 정위 리테이너(935) 탭의 걸림 홈의 개구를 완곡된 정극 탭(931)에 정렬하게 밀어 넣어 정극 탭(931)을 정극 절연 정위 리테이너(935)의 탭의 걸림 홈에 끼워지게 하는 제2 단계와, 부극 절연 정위 리테이너(936)의 탭의 걸림 홈의 개구를 완곡된 부극 탭(932)에 정렬하게 밀어 넣어 부극 탭(932)을 부극 절연 정위 리테이너(936)의 탭의 걸림 홈에 끼워지게 하는 제3 단계와, 스폿 용접기로 부극단 커버(903)를 리튬이온 전지(930)의 부극 탭(932)에 용접하는 제4 단계와, 충방전 컨트롤러(950), 리튬이온 전지(930) 및 부극단 커버(903)를 축 방향을 따라패키지 하우징(902) 냉에 차례대로 장입함과 아울러 헤밍기의 절연 정위 도구에 넣고 압접하여 고정하는 제5 단계와, 헤밍기로 패키지 하우징(902)을 헤밍하여 R8D425충전지(900)의 조립을 완성하는 제6 단계와, 조립 후의 R8D425 충전지(900)의 패키지 하우징(902)의 외부에 절연재료 또는 외장재료를 코팅 또는 도포하여 R8D425충전지(900)의 완제품을 구성하는 제7 단계를 포함한다. 조립 후의 방열 원리는 상기 실시예의 방열 원리와 같기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
도46~도52 및 도54를 참조하면, 상기 R8D425충전지(900)에 사용되는 충방전 컨트롤러(950)의 조립단계는 상술한 조립단계에 따라 직접 조립할 수 있기 때문에 여기서 반복하여 설명하지 않는다. 조립 후의 회로 연결 관계는 하기와 같다.
도40~도52 및 도54를 참조하면, 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지(930)을 사용하여 R8D425충전지(900)를 조립한 후의 회로 연결 관계는, 도54 중의 V+에 용접되는 정극단 커버(901)를 R8D425충전지(900)의 방전 출력 및 충전 입력의 정극으로 하고, 리튬이온 전지(930)의 정극(931)과 도54 중의 노드(Jb+)에 용접되는 정극 압접 시트(961)를 탄성 압접한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 리튬이온 전지(930)의 정극(931)이 도54 중의 노드(Jb+)에 연결하는 것에 해당한다. 그리고 패키지 하우징(902)을 통해 도54 중의 V-에 용접되는 충방전 컨트롤러 하우징(951)과 리튬이온 전지(930)의 부극(932)에 용접되는 부극단 커버 (903)이 압접하여 회로 연결을 확립한다. 이것은 회로 연결 의미에서 말하면, 리튬이온 전지(930)의 부극(932)이 부극단 커버(903), 패키지 하우징(902) 및 충방전 컨트롤러 하우징(951)을 통해 도54 중의 V-에 연결하여 부극단 커버 (903)로 하여금 R8D425충전지(900)의 방전 출력 및 충전 입력의 부극이 되는 것에 해당한다.
도53를 참조하면, 본 발명에서 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지는 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지 충전 어댑터를 충전전원으로 유니버셜 충전지에 대해 충전한다. 하나의 충전지에 대한 충전장치 회로는 2 개의 전극 및 2 개의 도선을 구비한 가장 간단한 구조이다. 그 중의 하나의 도선은 충전전원의 정극을 유니버셜 충전지의 정극에 연결하고, 다른 하나는 도선은 충전전원의 부극을 유니버셜 충전지의 부극에 연결한다. 상기 R03, R1, R8D425 충전지에 대한 충전장치의 회로 연결 원리는 R6 충전지에 대한 충전장치 회로 연결 원리와 같다. 본 발명에 따른 유니버셜 충전지는 직접 병렬하여 충전 (서로 다른 모텔번호를 포함) 할 수 있다. 그러나 충전전원의 최대 출력 전류가 병렬 후의 모든 유니버셜 충전지의 최대 충전 전류의 합보다 작으면 충전에 필요한 충전시간이 길게 된다.
도55는 본 발명의 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지 방전 과정에서 리튬이온 전지의 출력전압 그래프 및 유니버셜 충전지의 출력전압 그래프의 대비 개략도이다. 여기서 LC는 유니버셜 충전지에 사용되는 리튬-코발트 산화물 (LiCoO2) 전지의 방전과정의 출력전압 그래프이며, LF는 유니버셜 충전지에 사용되는 리튬-철 인산염 (LiFePO4) 전지의 방전과정의 출력전압 그래프이며, LE는 유니버셜 충전지의 방전과정의 출력전압 그래프이다. 유니버셜 충전지가 풀 충전된 후 방전과정의 리튬이온 전지의 출력전압과 유니버셜 충전지의 출력전압의 대응관계는, 리튬이온 전지의 출력전압이 VLIB＞VL 일 때, 유니버셜 충전지의 출력전압이 1.5V이고, 리튬이온 전지의 출력전압이 VL≥VLIB＞VD일 때, 유니버셜 충전지 출력전압이 1.1V이며, 리튬이온 전지의 출력전압이 VLIB≤VD 일 때, 유니버셜 충전지는 출력을 오프한다. 당해 도에 표시된 리튬이온 전지의 방전 그래프는 온도가 약 25℃이며 방전배율이 약 0.4C인 조건 하에서의 개략도이다. 환경 온도 및 방전배율이 서로 다른 조건 하에서 리튬이온 전지의 출력전압 v와 시간 t의 함수관계는 도55에 표시된 것과 다를 수 있다. 정극 시스템(cathode systems), 부극 시스템(anode systems), 전해액 및 구조가 서로 다른 전지로 구성되는 리튬이온 전지의 방전 그래프, 충전 완료시의 단자 전압 VH, 방전 종지 전압 VD 등은 도55에 도시된 파라미터와 다를 수 있다.
본 발명에 개시된 상술한 모든 파라미터 및 실시예의 제어 파라미터의 설정, 실시예의 리튬이온 전지의 설계인입 등은 어디 까지나 본 발명의 기술원리를 보조적으로 설명할 뿐이며, 본 발명의 기술원리를 한정하는 것은 아니다.
이상을 정리하면, 본 발명에 따른 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지는 정전압 출력이 1.5V이고, 리튬이온 전지가 저전력일 때의 정전압 출력이 1.1V이고, 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터로 충전할 수 있고, 그 외형 크기 및 방전 성능이 GB/T8897.2-2013 및 IEC60086-2 기술 규범에 부합되고 현존 유니버설 일차전지 및 니켈수소충전지를 직접 대체할 수 있으며 충방전 컨트롤러의 구조 및 조립 공정이 간단하고 자동화 생산 및 조립에 유리하며 충방전 컨트롤러 하우징을 리튬이온 전지 부극으로 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 연결하는 전극 구조에 의하면 충방전 컨트롤러의 내부공간을 많이 절약하고 충방전 컨트롤러의 실링을 방해하는 가동적 부품을 제거하며 충방전 컨트롤러의 방수 실링을 구현하고 습기 및 침수 후의 회로 고장 문제를 방지하는 동시에 유니버셜 충전지의 축전 용량을 증대시키고 생산원가를 낮춘다. 그리고 충방전 컨트롤러 내에 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 설치되어 리튬이온 전지의 충방전 과정에서 제어 및 보호 기능을 구현하고 따라서 리튬이온 전지의 사이클 수명 및 안전성을 향상시킨다. 또한 본 발명에 따른 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법은 리튬이온 전지에 필요한 충방전 동작의 기술 기준에 따라 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로를 설치하여 리튬이온 전지의 충방전 과정에 대해 제어 및 보호를 수행하여 리튬이온 전지의 충방전 과정의 충전 모드, 충전 배율, 과충전, 과방 전, 방전 배율 및 충방전 과열에 대한 제어 및 보호 를 구현하고 리튬이온 전지의 사이클 수명 및 안전성을 향상시키며 또한 유니버셜 충전지의 정전압 출력이 1.5V이고 리튬이온 전지가 저전력일 때의 정전압 출력이 1.1V이며 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터로 유니버셜 충전지를 충전하며 유니버셜 충전지의 외형 크기 및 방전 성능이 GB/T 8897.2-2013 및 IEC60086-2 기술규범에 부합되어 현존 유니버셜 일차전지 및 니켈수소충전지를 직접 대체할 수 있고, 또한 사이클 충방전, 방전과정의 출력전압 의 온정성 및 환경보호성 등 방면에서 현존 유니버셜 일차전지보다 우수하고, 공칭 출력전압이 1.5V이고, 방전과정의 출력전압이 온정되고 충전시간이 짧으며 메모리 효과가 없고, 사이클 수명이 긴 등 방면에서 현존 니켈수소충전지보다 우수하여 유니버셜 충전지의 성능을 전반적으로 향상시킬 수 있다.
이상에서 서술한 바와 같이, 본 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술수단 및 기술사상에 따라 기타 다양한 수정 및 변경을 진행할 수 있으며, 또한 모든 변경이나 변형도 본 발명의 보호범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 내부에 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 구비되고, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 리튬이온 전지의 충전 제어 회로, 리튬이온 전지의 검출회로, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 포함하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지에 있어서,
    충전상태에서 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 상기 리튬이온 전지의 전압이 검출되고 상기 리튬이온 전지의 전압 상태에 따라 미세전류 충전, 정전류 충전 또는 정전압 충전을 선택하여 리튬이온 전지를 충전하고,
    방전상태에서 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 출력전압을 검출하고 리튬이온 전지의 출력전압이 저전력 전압 VL보다 높으면 리튬이온 전지의 출력전압을 제1 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 리튬이온 전지의 출력전압이 저전력 전압 VL 이하이면 리튬이온 전지의 출력전압을 제2 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 그리고 리튬이온 전지의 출력전압이 방전 종지 전압 VD이하이면 정전압 출력을 정지하고,
    여기서 VL은 소정의 리튬이온 전지 저전력 전압이고, VD는 소정의 리튬이온 전지의 방전 종지 전압이며,
    제1 출력전압은 1.35V~1.725V이고, 제2 출력전압은 0.9V~1.35V이며,
    충전상태에 있어서 상기 리튬이온 전지의 검출회로가 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 소정의 충전 상한 온도까지 상승하면 상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로를 제어하여 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고, 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 소정의 충전 상한 온도와 히스테리시스 온도의 차이 보다 낮으면 다시 충전을 회복하고,
    방전상태에 있어서 상기 리튬이온 전지의 검출회로가 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 소정의 방전 상한 온도까지 상승하면 상기 DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 제어하여 정전압 출력을 정지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 소정의 방전 상한 온도와 히스테리시스 온도의 차이 보다 낮으면 다시 정전압 출력을 회복하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성되고,
    상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 발광 다이오드(D1), 제3 저항(R3), 제4 저항(R4), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 구성되고,
    상기 리튬이온 전지의 검출회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제5 저항(R5), 부온도 계수 저항기(Rt)로 구성되고,
    상기 DC-DC 강압형 정전압 방전회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 인덕턴스(L1), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    충전 과정에 있어서 상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로가 충전전원의 최대 출력 전류를 검출하고 충전전원의 최대 출력 전류가 소정의 충전 전류 값보다 작으면 충전전원의 최대 출력 전류으로 리튬이온 전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 출력전압은 1.5V이며, 상기 제2 출력전압은 1.1V인 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법.
  5. 내부에 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 구비되고, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 리튬이온 전지의 충전 제어 회로, 리튬이온 전지의 검출회로, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 포함하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지에 있어서,
    상기 유니버셜 충전지의 충방전 제어 방법은,
    충전전원이 유니버셜 충전지에 연결되는 경우, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전전원 연결이 검출되면 충전상태에 들어가고, 충전상태에서 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 정전압 방전 출력을 오프함과 동시에 리튬이온 전지에 대해 충전을 실시하는 제1 제어 조건과,
    충전상태에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 상기 리튬이온 전지의 출력전압이 검출되고 상기 리튬이온 전지의 출력전압의 상태에 따라 미세전류 충전, 정전류 충전 또는 정전압 충전을 선택하여 리튬이온 전지를 충전하고, 충전 과정에서 상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로에 의해 충전전원의 최대 출력 전류를 검출하고 충전전원의 최대 출력 전류가 소정의 충전 전류 값보다 작으면 충전전원의 최대 출력 전류로 리튬이온 전지를 충전하고 정전압 충전상태에서의 충전 전류가 소정의 풀 상태 판정 전류까지 하강되면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하는 제2 제어 조건과,
    유니버셜 충전지가 충전전원에서 탈리하는 경우, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전전원에서 탈리된 것을 검출하고 충전 과정에서 필터 축전기에 저축된 여분의 전기 에너지를 방출하여 유니버셜 충전지 정부극 사이의 전압을 신속히 최대 개방 전압보다 작거나 같게 하여 방전상태에 들어가고 방전상태에서 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 충전을 오프함과 동시에 정전압 방전을 온시키고 제4 제어 조건에 따라 정전압 방전 출력하고, 상기 최대 개방 전압은 1.35V~1.725V인 제3 제어 조건과,
    방전상태에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 출력전압을 검출하고 리튬이온 전지의 출력전압이 저전력 전압 VL보다 높으면 리튬이온 전지의 출력전압을 제1 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 리튬이온 전지의 출력전압이 방전 종지 전압 VD보다 높지만 저전력 전압 VL 보다 작거나 같으면 리튬이온 전지의 출력전압을 제2 출력전압으로 강하시키고 정전압 출력하며, 그리고 리튬이온 전지의 충전 후 출력전압이 VL+ΔV1보다 높으면 제1 출력전압으로 회복하고 정전압 출력하며, 여기서 VL은 소정의 리튬이온 전지 저전력 전압이고, ΔV1은 소정의 리튬이온 전지의 저전력 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압이며, VD는 소정의 리튬이온 전지의 방전 종지 전압이며, 제1 출력전압은 1.35V~1.725V이고, 제2 출력전압은 0.9V~1.35V인 제4 제어 조건과,
    방전상태에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 출력전압을 검출하고 리튬이온 전지의 출력전압이 방전 종지 전압 VD 보다 작거나 같게 강하되면 정전압 출력을 오프하고 리튬이온 전지의 충전 후 출력전압이 VD+ΔV2보다 높으면 제4 제어 조건에 따라 정전압 출력을 회복하며, 여기서 ΔV2는 소정의 리튬이온 전지의 방전 종지 전압 검출 한계의 히스테리시스 전압인 제5 제어 조건과,
    유니버셜 충전지에 대한 충전 과정에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 충전 상한 온도TCH까지 상승하면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 TCH-ΔT1보다 낮으면 다시 충전을 회복하며, 여기서 TCH는 소정의 리튬이온 전지의 충전 상한 온도이며, ΔT1은 소정의 TCH 검출 한계의 히스테리시스 전압에 대응하는 히스테리시스 온도인 제6 제어 조건과,
    유니버셜 충전지 방전 과정에서, 상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로에 의해 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 방전 상한 온도TDH까지 상승하면 정전압 출력을 정지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 TDH-ΔT2보다 낮으면 다시 정전압 출력을 회복하며, 여기서 TDH는 소정의 리튬이온 전지의 방전 상한 온도이고, ΔT2는 소정의 TDH 검출 한계의 히스테리시스 전압에 대응하는 히스테리시스 온도인 제7 제어 조건을 포함하며,
    제1 제어 조건에 따라 충전전원이 유니버셜 충전지에 연결되고 또한 제6 제어 조건에 따라 리튬이온 전지에 대한 충전을 허용하면 제2 제어 조건에 따라 리튬이온 전지를 충전하고, 제6 제어 조건에 따라 리튬이온 전지에 대한 충전을 허가하지 않으면 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고,
    제3의 제어 조건에 따라 유니버셜 충전지가 충전전원에서 탈리되고 또한 제5 제어 조건 및 제7 제어 조건이 모두 리튬이온 전지의 방전 출력을 허용하면 제4 제어 조건에 따라 리튬이온 전지의 출력 전력을 강압시키고 정전압 출력하고 제5 제어 조건 또는 제7 제어 조건 중 어느 하나의 조건이 리튬이온 전지의 방전 출력을 허가하지 않으면 정전압 출력을 오프하는 리튬이온 전지로 구성되고,
    상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 발광 다이오드(D1), 제3 저항(R3), 제4 저항(R4), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 구성되고,
    상기 리튬이온 전지의 검출회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제5 저항(R5), 부온도 계수 저항기(Rt)로 구성되고,
    상기 DC-DC 강압형 정전압 방전회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 인덕턴스(L1), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 구성된 유니버셜 충전지의 제어 방법.
  6. 패키지 하우징을 포함하고, 상기 패키지 하우징 내에는 충방전 컨트롤러, 정극 압접 시트, 리튬이온 전지 및 부극단 커버가 순서대로 압접하여 조립되고,
    상기 충방전 컨트롤러는 충방전 컨트롤러 하우징과, 충방전 컨트롤러 하우징 내에 설치되는 충방전 제어 회로 용접체, 절연 시트 및 충방전 컨트롤러 리테이너를 포함하고, 상기 충방전 제어 회로 용접체에는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로가 용접되고,
    상기 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는 회로기판에 각각 용접된 리튬이온 전지의 충전 제어 회로, 리튬이온 전지의 검출회로, DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 포함하고, 상기 회로기판은 각각 리튬이온 전지 및 정극단 커버에 전기적으로 연결되며, 상기 회로기판은 또한 충방전 컨트롤러 하우징 및 패키지 하우징을 통해 부극단 커버에 전기적으로 연결되고,
    충전상태에 있어서 상기 리튬이온 전지의 검출회로가 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 소정의 충전 상한 온도까지 상승하면 상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로를 제어하여 리튬이온 전지에 대한 충전을 중지하고, 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 소정의 충전 상한 온도와 히스테리시스 온도의 차이 보다 낮으면 다시 충전을 회복하고,
    방전상태에 있어서 상기 리튬이온 전지의 검출회로가 리튬이온 전지의 온도를 검출하고 리튬이온 전지의 온도가 소정의 방전 상한 온도까지 상승하면 상기 DC-DC 강압형 정전압 방전회로를 제어하여 정전압 출력을 정지하고 리튬이온 전지의 온도가 하강하여 소정의 방전 상한 온도와 히스테리시스 온도의 차이 보다 낮으면 다시 정전압 출력을 회복하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성되고,
    상기 리튬이온 전지의 충전 제어 회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 발광 다이오드(D1), 제3 저항(R3), 제4 저항(R4), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 구성되고,
    상기 리튬이온 전지의 검출회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제5 저항(R5), 부온도 계수 저항기(Rt)로 구성되고,
    상기 DC-DC 강압형 정전압 방전회로는 모놀리식 직접 충전지 제어 칩(U1), 인덕턴스(L1), 제1 축전기(C1), 제2 축전기(C2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충방전 컨트롤러의 일단에는 정극 접점이 유니버셜 충전지의 정극으로서 패키지 하우징에서 노출되는 정극단 커버가 설치되고, 상기 부극단 커버의 일단에는 유니버셜 충전지 부극으로서 패키지 하우징에서 노출되는 부극 접점이 설치되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 리튬이온 전지는 하우징 부극 패키지 단체 리튬이온 전지, 하우징 정극 패키지 단체 리튬이온 전지, 또는 소프트 패키지 단체 리튬이온 전지이고,
    상기 유니버셜 충전지는 R6충전지, R03충전지, R1충전지 또는 R8D425 충전지이며,
    상기 유니버셜 충전지는 컴퓨터 USB 인터페이스 또는 유니버설 리튬이온 전지의 충전 어댑터를 충전전원으로 유니버셜 충전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 정극 압접 시트는 고탄성회복율, 고열전도율 및 고전도성을 갖는 금속재료로 구성되고 표면은 전도성 산화 방지 처리가 실시되며, 상기 정극단 커버, 패키지 하우징, 부극단 커버 및 충방전 컨트롤러 하우징은 모두 고열전도율 및 고전도성을 갖는 금속재료로 구성되고 표면은 전도성 산화 방지 처리가 실시되며, 상기 충방전 컨트롤러 리테이너는 도광형 절연재료로 구성되고 충방전 제어 회로 용접체의 설치에 사용되며 유니버셜 충전지의 충전상태를 표시하는 발광 다이오드가 발생하는 광 신호를 유니버셜 충전지 외부에 전달하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 충방전 컨트롤러는, 충방전 컨트롤러 하우징 내에 충방전 컨트롤러 리테이너, 충방전 제어 회로 용접체 및 절연 시트를 조립함과 아울러 충방전 컨트롤러 하우징을 헤밍(hemming)하고 충방전 컨트롤러 하우징의 프릴(frill)을 PCB2 회로기판 중 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 V-단 구리 본드 부위에 용접하여 구성되며,
    상기 충방전 제어 회로 용접체에 용접되는 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로는, 리튬이온 전지의 충방전 제어 회로의 부품들이 용접되어 있는 PCB1 회로기판 및 PCB2 회로기판을 연결 핀을 통해 일체로 용접하고, 정극단 커버을 PCB1 회로기판에 용접하고, 정극 압접 시트를 PCB2 회로기판에 용접하여 구성되며,
    상기 연결 핀은, 고열전도율 및 고전도성을 갖는 금속재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지로 구성된 유니버셜 충전지.
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