KR101855631B1 - 에너지 저장소자 충전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전장치는, 에너지 저장소자의 유지 전압을 측정하는 전압 측정부와, 측정 결과를 분석하여 상기 유지 전압이 임계 전압보다 낮은 경우 고속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하고, 상기 유지 전압이 상기 임계 전압과 같거나 큰 경우 저속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하는 충방전 제어부를 포함하고, 상기 충방전 제어부는, 상기 고속 충전 모드시 상기 에너지 저장소자에 제1 입력 전압과 제1 입력 전류를 공급하여 상기 유지 전압을 상기 임계 전압까지 상승시키고, 상기 저속 충전 모드시 상기 에너지 저장소자에 상기 제1 입력 전압보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전압과, 상기 제1 입력 전류보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전류를 공급하는 에너지 저장소자 충전장치.

Description

에너지 저장소자 충전장치{CHARGING DEVICE FOR ENERGY STORAGE ELEMENT}
본 발명은 에너지 저장소자 충전장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 빠른 속도로 에너지 저장소자에 전력을 충전할 수 있는 장치에 관한 것이다.
최근 스마트폰, 노트북, 드론, 무선조종자동차와 같은 휴대용 전자장치에 고용량의 전력 사용이 요구되면서, 고용량 배터리와 같은 전기를 저장하는 에너지 저장소자의 중요성이 부각되고 있다. 에너지 저장소자는 소형의 전자장치에 삽입되거나 부착되어 고용량의 전기를 제공할 수 있지만, 과충전, 과열, 제품의 결함 등의 문제로 폭발 및 화재의 위험이 항시 존재한다.
한편, 에너지 저장소자의 한 종류인 2차 전지는 방전되어도 다시 재충전하여 계속 사용할 수 있다. 일반적으로 2차 전지의 충전장치는 정전류 모드(constant current mode, CC 모드)와 정전압 모드(constant voltage mode, CV 모드)에 따라 2차 전지를 급속으로 충전한 후 저속으로 충전을 완료한다.
본 발명의 목적은, 에너지 저장소자가 파손되지 않는 범위 내의 최대한의 전력을 공급하여 에너지 저장소자를 급속으로 충전할 수 있는 에너지 저장소자 충전장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 에너지 저장소자 충전장치는, 에너지 저장소자의 유지 전압을 측정하는 전압 측정부와, 측정 결과를 분석하여 상기 유지 전압이 임계 전압보다 낮은 경우 고속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하고, 상기 유지 전압이 상기 임계 전압과 같거나 큰 경우 저속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하는 충방전 제어부를 포함하고, 상기 충방전 제어부는, 상기 고속 충전 모드시 상기 에너지 저장소자에 제1 입력 전압과 제1 입력 전류를 공급하여 상기 유지 전압을 상기 임계 전압까지 상승시키고, 상기 저속 충전 모드시 상기 에너지 저장소자에 상기 제1 입력 전압보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전압과, 상기 제1 입력 전류보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전류를 공급한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1 입력 전압은 상기 임계 전압보다 n(n은 2이상의 유리수)배 이상의 크기를 가지며, 상기 에너지 저장소자의 한계수용전압보다 작은 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 충방전 제어부는, 측정된 유지 전압의 크기에 대응하여 상기 에너지 저장소자의 충전 상태를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 입력 전압은 고속 충전 기간 동안 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 입력 전압은 고속 충전 기간 동안 가변될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유지 전압은 고속 충전 기간 동안 점진적으로 증가하고, 저속 충전 기간 동안 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 에너지 저장소자 충전장치는, 에너지 저장소자의 유지 전압을 측정하는 전압 측정부와, 측정 결과를 분석하여 상기 유지 전압이 임계 전압보다 낮은 경우 고속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하고, 상기 유지 전압이 상기 임계 전압과 같거나 큰 경우 저속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하는 충방전 제어부를 포함하고, 상기 고속 충전 모드는 상기 유지 전압이 기준 전압보다 낮은 경우 제1 충전속도로 상기 에너지 저장소자를 충전하는 제1 고속 충전모드와, 상기 유지 전압이 상기 기준전압보다 크거나 같은 경우 상기 제1 충전속도보다 느린 제2 충전속도로 상기 에너지 저장소자를 충전하는 제2 고속 충전모드를 포함하고, 상기 충방전 제어부는, 상기 제1 고속 충전 모드시 제1 입력 전압과 제1 입력 전류를 공급하고, 상기 제2 고속 충전 모드시 상기 제1 입력 전압보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전압과 상기 제1 입력 전류를 공급하고, 상기 저속 충전 모드시 상기 제2 입력 전압과, 상기 제1 입력 전류보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전류를 공급할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 충방전 제어부는, 제1 고속 충전 모드 기간 동안 상기 유지 전압의 증가폭에 대응하여 상기 제1 입력 전압의 크기를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 충방전 제어부는, 상기 저속 충전 모드시 기설정된 기간이 경과된 후 상기 제2 입력 전압과 상기 제2 입력 전류의 공급을 중단할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장소자 충전장치는 에너지 저장소자의 유지 전압에 대응하여 충전 모드를 선택할 수 있고, 고속 충전시 한계수용전압보다는 작지만 임계 전압의 n(n은 2 이상의 유리수)배 이상의 크기를 갖는 입력 전압을 공급함으로써 에너지 저장소자를 빠르게 충전할 수 있고, 저속 충전 기간 동안에는 상대적으로 낮은 크기의 입력 전압을 공급함으로써 안정적으로 충전을 완료할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에너지 저장소자 충전장치는 3 단계의 충전 모드 변경을 통해 충전 속도를 점차적으로 늦춤으로써 에너지 저장소자에 전력을 안정적으로 충전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장소자의 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자의 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시 예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장소자 충전 시스템(10)은 에너지 저장소자 충전장치(100)와 에너지 저장소자(200)를 포함한다.
에너지 저장소자 충전장치(100)는 전압 측정부(110)와 충방전 제어부(120)를 포함할 수 있다.
전압 측정부(110)는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압을 측정하고 측정된 유지 전압을 충방전 제어부(120)에 제공할 수 있다. 여기서, 유지 전압은 에너지 저장소자(200)의 두 전극들 사이에서 유지되는 전압을 의미한다.
실시 예에 따라, 전압 측정부(110)는 에너지 저장소자(200)의 전극들에 연결되는 별도의 전극들을 포함할 수 있고, 상기 별도의 전극들을 통해 상기 에너지 저장소자(200)의 전극들에서 유지 전압을 측정할 수 있다.
또한, 전압 측정부(110)는 기설정된 주기 또는 실시간으로 에너지 저장소자(200)의 유지 전압을 측정할 수 있다.
충방전 제어부(120)는 유지 전압의 측정 결과에 따라 에너지 저장소자(200)의 충전 상태를 판단할 수 있다. 즉, 충방전 제어부(120)는 유지 전압의 크기에 대응하여 에너지 저장소자(200)의 충전 상태를 판단할 수 있다.
예컨대, 13V의 임계 전압을 갖는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 11.90V 이하로 측정되면, 충방전 제어부(120)는 상기 에너지 저장소자(200)를 방전 상태로 판단할 수 있다. 그리고, 유지 전압이 12.10V 내지 12.19 V 인 경우 총 저장용량의 30퍼센트가 충전되어 있는 것으로 판단할 수 있고, 12.40V 내지 12.49V 인 경우 총 저장 용량의 60퍼센트가 충전되어 있는 것으로 판단할 수 있고, 12.70V 내지 12.79V 인 경우 총 저장용량의 90퍼센트가 충전되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
충방전 제어부(120)는 유지 전압의 측정 결과에 따라 충전 모드를 선택할 수 있다. 충방전 제어부(120)는 에너지 저장소자(200)의 충전 상태에 대응하여 적합한 충전 모드를 선택해야 하기 때문에, 에너지 저장소자(200)의 충전 상태가 낮은 경우 빠르게 충전할 수 있는 고속 충전 모드를 선택하고, 충전 상태가 높은 경우 안정적으로 충전을 완료할 수 있도록 저속 충전 모드를 선택할 수 있다.
실시 예에 따라, 임계 전압 미만의 유지 전압이 측정된 경우, 충방전 제어부(120)는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 임계 전압에 빠르게 도달할 수 있도록 고속 충전 모드를 선택할 수 있다.
예컨대, 13V의 임계 전압을 갖는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 12.40V 이하로 측정된 경우, 충방전 제어부(120)는 유지 전압이 13V에 빠르게 도달할 수 있도록 고속 충전 모드를 선택할 수 있다.
반면, 임계 전압 이상의 유지 전압이 측정된 경우, 충방전 제어부(120)는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 임계 전압으로 수렴할 수 있도록 저속 충전 모드를 선택할 수 있다.
예컨대, 13V의 임계 전압을 갖는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 13.20V로 측정된 경우, 충방전 제어부(120)는 유지 전압이 13V로 수렴할 수 있도록 저속 충전 모드를 선택할 수 있다.
한편, 고속 충전 모드로 에너지 저장소자(200)를 충전하는 동안 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 임계 전압에 도달하는 경우, 충방전 제어부(120)는 저속 충전 모드로 충전 모드를 전환할 수 있다.
고속 충전 모드로만 에너지 저장소자(200)를 충전할 경우, 에너지 저장소자(200)는 과충전 상태가 될 수 있다. 이러한 과충전 상태가 반복되면 에너지 저장소자(200)에는 노화가 발생되거나 내구성이 떨어져 폭발 등의 위험이 발생할 수 있다.
따라서. 충방전 제어부(120)는 정교하고 안정적으로 전력이 충전될 수 있도록 고속 충전 모드 이후 저속 충전 모드로 에너지 저장소자(200)를 충전할 수 있다.
충방전 제어부(120)는 고속 충전 모드시 에너지 저장소자(200)에 제1 입력 전압과 제1 입력 전류를 공급할 수 있다.
여기서, 제1 입력 전압은 에너지 저장소자(200)의 임계 전압의 n(n은 2이상의 유리수)배 이상의 크기를 가질 수 있고, 에너지 저장소자(200)의 한계수용전압보다 작은 크기를 가질 수 있다. 그리고, 한계수용전압은 에너지 저장소자(200)에 인가되어 소자를 손상시키지 않는 최대 입력 전압을 의미할 수 있고, 제1 입력 전류는 크기가 변하지 않는 정전류를 의미할 수 있다.
예컨대, 에너지 저장소자(200)의 임계 전압이 13V이고, 한계수용전압이 30V인 경우, 충방전 제어부(120)는 약 27V의 제1 입력 전압과 일정한 크기의 제1 입력 전류를 공급하여 에너지 저장소자(200)를 빠르게 충전시킬 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 입력 전압의 크기는 고속 충전 기간 동안 일정하게 유지될 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 제1 입력 전압의 크기는 고속 충전 기간 동안 증가되거나 감소할 수 있다. 예컨대, 제1 입력 전압의 크기는 에너지 저장소자(200)의 충전속도에 대응하여 증가되거나 감소될 수 있다. 고속 충전을 시작한 후 에너지 저장소자(200)의 충전속도가 기대치보다 낮은 경우(유지 전압의 증가폭이 작은 경우), 충방전 제어부(120)는 제1 입력 전압의 크기를 증가시켜서 충전속도를 증가시킬 수 있다. 이와 반대로, 고속 충전을 시작한 후 에너지 저장소자(200)의 충전속도가 기대치보다 높은 경우(유지 전압의 증가폭이 큰 경우), 폭발 등의 위험을 방지하기 위해 제1 입력 전압의 크기를 감소시켜서 충전속도를 낮출 수 있다.
충방전 제어부(120)는 저속 충전 모드시 에너지 저장소자(200)에 제1 입력 전압보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전압과, 제1 입력 전류보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전류를 공급할 수 있다.
충방전 제어부(120)는 에너지 저장소자(200)의 충전이 안정적으로 완료될 수 있도록, 일정한 크기의 제2 입력 전압을 공급하는 동시에, 가변하는 제2 입력 전류를 공급할 수 있다. 즉, 충방전 제어부(120)는 에너지 저장소자(200)에 공급되는 전원을 서서히 중단하기 위해 저속 충전 기간 동안 제2 입력 전류의 크기를 점진적으로 감소시킬 수 있다.
충방전 제어부(120)는 에너지 저장소자(200)의 충전이 완료된 경우 제2 입력 전압과 제2 입력 전류의 공급을 중단하고 충전을 완료할 수 있다.
예컨대, 충방전 제어부(120)는 저속 충전 모드로 충전을 시작한 후, 기설정된 시간이 경과되면 충전이 완료된 것으로 판단하고, 제2 입력 전압과 제2 입력 전류의 공급을 중단할 수 있다.
에너지 저장소자(200)는 전력을 저장할 수 있는 일련의 소자를 의미한다. 예컨대, 에너지 저장소자(200)는 커패시터, 인덕터, 리튬이온전지(LiB), 나트륨황전지(NaS), 리독스흐름전지(RFB), 슈퍼커패시터, 플라이 휠 소자, 압축공기저장소자 중 어느 하나 일 수 있다. 다만, 에너지 저장소자(200)는 상술한 예시들로 한정되지 않으며, 에너지를 저장할 수 있는 모든 소자들을 의미할 수 있다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 고속 충전 기간(PD1)과 저속 충전 기간(PD2) 동안 충방전 제어부(120)가 에너지 저장소자(200)에 공급하는 입력 전압의 크기 변화를 나타내는 제1 그래프(V_IN), 에너지 저장소자(200)의 유지 전압의 크기 변화를 나타내는 제2 그래프(VE), 및 입력 전류의 크기 변화를 나타내는 제3 그래프(I_IN)가 도시되어 있다.
충방전 제어부(120)는 충전이 시작되기 전 유지 전압의 크기를 분석하여 충전 상태를 판단할 수 있다. 충방전 제어부(120)는 유지 전압이 크기가 임계 전압(VTH) 미만임을 판단하고, 고속 충전 모드를 선택할 수 있다.
그리고, 충방전 제어부(120)는 임계 전압(VTH)의 n배 이상의 크기를 갖는 제1 전압 크기(V1)로 제1 입력 전압을 에너지 저장소자(200)에 공급할 수 있고, 제1 전류 크기(I1)로 제1 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 공급할 수 있다.
이에 따라, 고속 충전 기간(PD1) 동안 에너지 저장소자(200)의 유지 전압은 점진적으로 증가할 수 있다. 도 2a에서는 유지 전압이 선형적으로 증가되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위해 도시한 것일 뿐, 이에 한정되지 않으며 유지 전압은 비선형적으로 증가될 수도 있다.
이후, 유지 전압이 임계 전압(VTH)에 도달하는 시점, 즉 제1 시점(t1)에서 충방전 제어부(120)는 안정적으로 충전을 완료하기 위해 저속 충전 모드를 선택할 수 있다. 저속 충전 모드로 변환한 후, 충방전 제어부(120)는 제2 전압 크기(V2)를 갖는 제2 입력 전압과 제2 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 공급할 수 있다. 여기서, 제2 입력 전류의 크기는 제1 전류 크기(I1)와 제2 전류 크기(I2) 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 전압 크기(V1)는 임계 전압(VTH)보다는 크고 임계 전압(VTH)의 n배보다는 작은 값을 가질 수 있다.
제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2)까지 저속 충전이 진행된 후, 충방전 제어부(120)는 입력 전압과 입력 전류의 공급을 중단하고 충전을 완료할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서 도시된 바와 같이, 에너지 저장소자(200) 충전장치(100)는 고속 충전 기간 동안에 한계수용전압(VLM)보다는 작지만, 임계 전압(VTH)의 n배 이상의 크기를 갖는 입력 전압을 공급함으로써 에너지 저장소자(200)를 빠르게 충전할 수 있고, 저속 충전 기간 동안에는 상대적으로 낮은 크기의 입력 전압을 공급함으로써 안정적으로 충전을 완료할 수 있다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3a와 도 3b를 참조하면, 고속 충전 기간(PD1)과 저속 충전 기간(PD2) 동안 충방전 제어부(120)가 에너지 저장소자(200)에 공급하는 입력 전압의 크기 변화를 나타내는 제1 그래프(V_IN), 에너지 저장소자(200)의 유지 전압의 크기 변화를 나타내는 제2 그래프(VE), 및 입력 전류의 크기 변화를 나타내는 제3 그래프(I_IN)가 도시되어 있다. 중복된 설명을 피하기 위해, 상술한 실시 예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
충방전 제어부(120)는 임계 전압(VTH)의 n배 이상의 크기를 갖는 제3 전압 크기(V3)로 제1 입력 전압을 에너지 저장소자(200)에 공급을 시작한 후, 에너지 저장소자(200)의 충전속도가 기대치보다 낮은 경우(유지 전압의 증가폭이 작은 경우), 충방전 제어부(120)는 제1 입력 전압의 크기를 증가시켜서 충전속도를 증가시킬 수 있다.
즉, 시간의 흐름에 따른 유지 전압의 증가폭은 기준값으로 미리 설정될 수 있으며, 충방전 제어부(120)는 상기 기준값과 유지 전압의 증가폭을 비교하여 제1 입력 전압의 크기를 증가시키거나 감소시켜서 에너지 저장소자(200)의 충전속도를 조절할 수 있다.
도 3a에서는 시간의 흐름에 따라 유지 전압의 증가폭이 기준값보다 지속적으로 작은 경우를 일 예로 도시한 것으로서, 이는 설명의 편의를 위해 도시한 것일 뿐, 이에 한정되지 않으며 제1 입력 전압은 유지 전압의 변화에 대응하여 비선형적으로 증가되거나 감소될 수 있다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 제1 고속 충전 기간(PD3), 제2 고속 충전 기간(PD4), 및 저속 충전 기간(PD5) 동안 충방전 제어부(120)가 에너지 저장소자(200)에 공급하는 입력 전압의 크기 변화를 나타내는 제1 그래프(V_IN), 에너지 저장소자(200)의 유지 전압의 크기 변화를 나타내는 제2 그래프(VE), 및 입력 전류의 크기 변화를 나타내는 제3 그래프(I_IN)가 도시되어 있다. 중복된 설명을 피하기 위해, 상술한 실시 예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
고속 충전 모드는 제1 충전속도로 에너지 저장소자(200)를 충전하는 제1 고속 충전모드와, 제1 충전속도보다 느린 제2 충전속도로 에너지 저장소자(200)를 충전하는 제2 고속 충전모드를 포함할 수 있다.
제1 고속 충전 모드는 초고속 충전을 위한 모드이고, 제2 고속 충전 모드는 고속 충전을 위한 모드이고, 저속 충전 모드는 안정적으로 충전을 완료하기 위한 모드이다.
충방전 제어부(120)는 유지 전압(VE)이 기준 전압(VREF)보다 낮은 경우 초고속 충전을 위해 제1 전압 크기(V1)를 갖는 제1 입력 전압과 제1 전류 크기(I1)를 갖는 제1 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 공급할 수 있다.
이에 따라, 제1 고속 충전 기간(PD3) 동안 에너지 저장소자(200)의 유지 전압은 증가될 수 있고, 유지 전압이 기준 전압(VREF)에 도달하는 시점, 즉 제3 시점(t3)에서 충방전 제어부(120)는 고속 충전 모드를 선택할 수 있다.
그리고, 충방전 제어부(120)는 제2 전압 크기(V2)를 갖는 제2 입력 전압과 제1 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 공급할 수 있다.
이후, 유지 전압이 임계 전압(VTH)에 도달하는 시점, 즉 제4 시점(t4)에서 충방전 제어부(120)는 안정적으로 충전을 완료하기 위해 저속 충전 모드를 선택할 수 있다. 저속 충전 모드로 변환한 후, 충방전 제어부(120)는 제2 전압 크기(V2)를 갖는 제2 입력 전압과 제2 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 공급할 수 있다. 여기서, 제2 입력 전류의 크기는 제1 전류 크기(I1)와 제2 전류 크기(I2) 사이의 값을 가질 수 있다.
에너지 저장소자(200)의 충전속도가 급격하게 변경될 경우, 에너지 저장소자(200)의 저장 능력에 부담이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 에너지 저장소자 충전장치(100)는 3단계의 충전 모드를 이용하여 충전속도를 점차적으로 늦춤으로써 에너지 저장소자(200)에 전력을 안정적으로 충전할 수 있다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자 충전 시스템을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5a와 도 5b를 참조하면, 제1 고속 충전 기간(PD3), 제2 고속 충전 기간(PD4), 및 저속 충전 기간(PD5) 동안 충방전 제어부(120)가 에너지 저장소자(200)에 공급하는 입력 전압의 크기 변화를 나타내는 제1 그래프(V_IN), 에너지 저장소자(200)의 유지 전압의 크기 변화를 나타내는 제2 그래프(VE), 및 입력 전류의 크기 변화를 나타내는 제3 그래프(I_IN)가 도시되어 있다. 중복된 설명을 피하기 위해, 상술한 실시 예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
충방전 제어부(120)는 제1 고속 충전 기간(PD3) 동안 임계 전압(VTH)의 n배 이상의 크기를 갖는 제3 전압 크기(V3)로 제1 입력 전압을 에너지 저장소자(200)에 공급을 시작한 후, 에너지 저장소자(200)의 충전속도가 기대치보다 낮은 경우(유지 전압의 증가폭이 작은 경우), 충방전 제어부(120)는 제1 입력 전압의 크기를 증가시켜서 충전속도를 증가시킬 수 있다.
즉, 시간의 흐름에 따른 유지 전압의 증가폭은 기준값으로 미리 설정될 수 있으며, 충방전 제어부(120)는 상기 기준값과 유지 전압의 증가폭을 비교하여 제1 입력 전압의 크기를 증가시키거나 감소시켜서 에너지 저장소자(200)의 충전속도를 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장소자의 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압을 측정하여 에너지 저장소자(200)의 충전상태를 측정할 수 있고(S100), 측정결과에 대응하여 고속 충전 모드와 저속 충전 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다(S102). 즉, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 유지 전압을 임계 전압 미만으로 판단하면 고속 충전 모드를 선택하고, 임계 전압 이상으로 판단하면 저속 충전 모드를 선택할 수 있다.
고속 충전 모드가 선택된 경우(S104), 에너지 저장소자 충전장치(100)는 임계 전압의 n배 이상의 제1 입력 전압과 제1 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 인가하여 고속 충전을 수행할 수 있다(S106). 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 임계 전압에 도달하면, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 일반 충전 모드로 전환할 수 있다(S108).
저속 충전 모드가 선택된 경우(S110), 에너지 저장소자 충전장치(100)는 제1 입력 전압보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전압과, 제1 입력 전류보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 인가하여 저속 충전을 수행할 수 있다(S112).
기설정된 시간이 경과하거나 유지 전압의 변동이 없는 것으로 판단될 경우, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 충전이 완료된 것으로 판단하여 제2 입력 전압과 제2 입력 전류의 공급을 중단할 수 있다(S114).
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장소자의 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 에너지 저장소자(200)의 유지 전압을 측정하여 에너지 저장소자(200)의 충전상태를 측정할 수 있고(S200), 측정결과에 대응하여 제1 고속 충전 모드, 제2 고속 충전 모드, 및 저속 충전 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다(S202). 즉, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 유지 전압을 기준 전압 미만으로 판단하면, 제1 고속 충전 모드를 선택하고, 유지 전압을 기준 전압과 임계 전압 사이의 값으로 판단하면 제2 고속 충전 모드를 선택하고, 유지 전압을 임계 전압 이상으로 판단하면 저속 충전 모드를 선택할 수 있다.
제1 고속 충전 모드가 선택된 경우(S204), 에너지 저장소자 충전장치(100)는 임계 전압의 n배 이상의 제1 입력 전압과 제1 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 인가하여 초고속 충전을 수행할 수 있다(S206). 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 기준 전압(VREF)에 도달하면, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 제2 고속 충전 모드로 전환할 수 있다(S208).
제2 고속 충전 모드가 선택된 경우(S210), 에너지 저장소자 충전장치(100)는 제1 입력 전압보다 낮은 크기를 갖는 제2 입력 전압과 제1 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 인가하여 고속 충전을 수행할 수 있다(S212). 에너지 저장소자(200)의 유지 전압이 임계 전압에 도달하면, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 저속 충전 모드로 전환할 수 있다(S214).
저속 충전 모드가 선택된 경우(S216), 에너지 저장소자 충전장치(100)는 제2 입력 전압과, 제1 입력 전류보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 전류를 에너지 저장소자(200)에 인가하여 저속 충전을 수행할 수 있다(S218).
기설정된 시간이 경과하거나 유지 전압의 변동이 없는 것으로 판단될 경우, 에너지 저장소자 충전장치(100)는 충전이 완료된 것으로 판단하여 제2 입력 전압과 제2 입력 전류의 공급을 중단할 수 있다(S220).
이상에서 본 발명의 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 에너지 저장소자 충전장치
110: 전압 측정부
120: 충방전 제어부
200: 에너지 저장소자

Claims (10)

  1. 에너지 저장소자의 유지 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    측정 결과를 분석하여 상기 유지 전압이 임계 전압보다 낮은 경우 고속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하고, 상기 유지 전압이 상기 임계 전압과 같거나 큰 경우 저속 충전 모드로 상기 에너지 저장소자를 충전하는 충방전 제어부를 포함하고,
    상기 충방전 제어부는,
    상기 고속 충전 모드시 상기 에너지 저장소자에 제1 입력 정전압을 공급하여 상기 유지 전압을 상기 임계 전압까지 상승시키고,
    상기 저속 충전 모드시 상기 에너지 저장소자에 상기 제1 입력 정전압보다 작은 크기를 갖는 제2 입력 정전압을 공급하고,
    상기 고속 충전 모드시 상기 유지전압의 증가폭을 측정하여 상기 에너지 저장소자의 충전속도를 판단하고, 상기 유지전압의 증가폭이 기설정된 기대치보다 낮은 경우 상기 제1 입력 정전압의 크기를 증가시키고, 상기 증가폭이 상기 기대치보다 높은 경우 상기 제1 입력 정전압의 크기를 감소시키는 에너지 저장소자 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력 정전압은 상기 임계 전압보다 n(n은 2이상의 유리수)배 이상의 크기를 가지며, 상기 에너지 저장소자의 한계수용전압보다 작은 크기를 갖는 에너지 저장소자 충전장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 충방전 제어부는,
    측정된 유지 전압의 크기에 대응하여 상기 에너지 저장소자의 충전 상태를 판단하는 에너지 저장소자 충전장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유지 전압은 고속 충전 기간 동안 점진적으로 증가하고, 저속 충전 기간 동안 일정하게 유지되는 에너지 저장소자 충전장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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