KR102528629B1 - 정전류 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 이차 전지의 내부 임피던스가 높아져도, 이차 전지의 총 충전 시간을 짧게 하는 것이 가능한 정전류 충전 장치를 제공하는 것.
(해결 수단) 충전 완료 전압 검출기와, 전지 전압 저하 검출기와, 충전 완료 전압 검출기의 검출 신호를 받으면 데이터를 가산하고, 전지 전압 저하 검출기의 검출 신호를 받으면 데이터를 감산하여, 데이터를 출력하는 업다운 카운터와, 업다운 카운터가 출력하는 데이터에 따라 이차 전지에 대한 충전 전류를 전환하는 정전류 발생 회로를 구비한 정전류 충전 장치.

Description

정전류 충전 장치{CONSTANT CURRENT CHARGING DEVICE}
본 발명은, 리튬 이온 이차 전지 등의 충전 가능한 전지를 충전하기 위한 충전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 급속 충전에 적절한 정전류 충전 장치에 관한 것이다.
이차 전지를 충전하는 방법에는, 몇 가지 방법이 있다. 대표적인 충전 방법의 하나로서 정전류 충전을 들 수 있다. 도 4 는, 종래의 정전류 충전에 있어서의 충전 전류 I 및 전지 전압 (VBAT) 을 나타내는 도면이다.
충전 초기는, 이차 전지를 큰 전류로 충전한다. 전지 전압 (VBAT) 이 상승되어, 충전 완료 전압 (VEND) (예를 들어, 4.2 V) 에 도달하면, 충전 전류를 점차 낮은 전류로 전환한다. 최종적으로, 소정의 최소 전류로 충전하여, 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하면, 충전을 완료한다.
일본 공개특허공보 평8-203563호
최근, 소형 저비용의 리튬 이온 이차 전지는, 내부 임피던스가 그 밖의 리튬 이온 이차 전지에 비하면 증가 경향이 있다.
종래의 정전류 충전은, 내부 임피던스가 높으면 충전 전류 전환의 타이밍 (t1, t2) 등에서 전지 전압의 드롭 전압이 커져, 충전 전류가 전환되고 나서의 충전하는 전압량이 증가한다. 그 때문에 각 정전류치에서의 충전 시간이 길어져, 총 충전 시간이 길어진다. 또, 내부 임피던스가 높아지면, 이차 전지의 전압 검출은 외래 노이즈의 영향을 받기 쉬워진다. 외래 노이즈에 의해 이차 전지의 전압이 순간적으로 충전 완료 전압 (VEND) 을 초과하는 것에 의해, 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하고 있지 않음에도 불구하고 충전 전류가 전환되어 버려, 충전 완료될 때까지의 시간이 길어진다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위하여 고안된 것으로, 이차 전지의 내부 임피던스가 높아도, 충전 시간을 단축할 수 있는 정전류 충전 장치를 제안하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 이차 전지를 급속 충전하는 정전류 충전 장치는 이하와 같은 구성으로 하였다.
이차 전지의 전압이 소정의 충전 완료 전압에 도달한 것을 검출하는 충전 완료 전압 검출기와, 충전 완료 전압보다 낮은 검출 전압에서 이차 전지의 전압의 저하를 검출하는 전지 전압 저하 검출기와, 충전 완료 전압 검출기의 검출 신호를 받으면 데이터를 가산하고, 전지 전압 저하 검출기의 검출 신호를 받으면 데이터를 감산하여, 데이터를 출력하는 업다운 카운터와, 업다운 카운터가 출력하는 데이터에 따라 이차 전지에 대한 충전 전류를 전환하는 정전류 발생 회로를 구비한 정전류 충전 장치.
본 발명의 정전류 충전 장치는, 상기 서술한 바와 같이 구성하였으므로, 이차 전지의 내부 임피던스에 상관없이, 충전 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
도 1 은, 본 실시형태의 정전류 충전 장치의 블록도이다.
도 2 는, 본 실시형태의 정전류 충전에 있어서의 충전 전류 및 전지 전압을 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 실시형태의 정전류 충전 장치의 그 밖의 예를 나타내는 블록도이다.
도 4 는, 종래의 정전류 충전에 있어서의 충전 전류 및 전지 전압을 나타내는 도면이다.
이하, 본 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태의 정전류 충전 장치의 블록도이다.
정전류 충전 장치 (100) 는, DC-DC 컨버터 등의 전원 회로 (103) 와, 정전류 발생 회로 (102) 와, 분압 회로 (109) 와, 기준 전압 발생 회로 (108) 와, 충전 완료 전압 검출기 (106) 와, 전지 전압 저하 검출기 (107) 와, 업다운 카운터 (105) 를 구비한다.
정전류 발생 회로 (102) 는, 전원 회로 (103) 의 출력 전압 (VIN) 이 입력되어, 이차 전지 (101) 에 전류를 공급한다. 분압 회로 (109) 는, 이차 전지 (101) 의 양 단에 접속되어, 전지 전압 (VBAT) 을 분압한다. 기준 전압 발생 회로 (108) 는, 기준 전압 (VREF) 을 발생시킨다. 충전 완료 전압 검출기 (106) 는, 분압 회로 (109) 의 노드 (D1) 의 전압 (VD1) 과 기준 전압 (VREF) 이 입력되고, 그것들을 비교하여 충전 완료 전압 (VEND) 을 검출한다. 전지 전압 저하 검출기 (107) 는, 분압 회로 (109) 의 노드 (D2) 의 전압 (VD2) 과 기준 전압 (VREF) 이 입력되고, 그것들을 비교하여 충전 완료 전압 (VEND) 보다 낮은 전압 (VSTP) 을 검출한다. 업다운 카운터 (105) 는, 충전 완료 전압 검출기 (106) 의 검출 신호에 의해 업 카운트하고, 전지 전압 저하 검출기 (107) 의 검출 신호에 의해 다운 카운트하여, 출력 신호를 정전류 발생 회로 (102) 의 입력 단자에 입력한다.
업다운 카운터 (105) 의 출력 신호는, 전환하는 전류의 스텝 수 N (N 은 2 이상의 자연수) 에 따른 신호로 되어 있고, N 개의 신호, 또는 이진수 표기된 버스 신호 등이다. 정전류 발생 회로 (102) 는, 입력 신호가 N 에 가까워질 때마다 전류치를 낮아지도록 제어한다.
다음으로, 본 실시형태의 정전류 충전 장치에 있어서의 정전류 충전의 동작을 설명한다.
도 2 는, 본 실시형태의 정전류 충전에 있어서의 충전 전류 및 전지 전압을 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 정전류 충전 장치는, 충전 전류의 스텝 수 N 을 5 로 한다.
충전 개시의 초기 (tp1 까지의 시간) 에는, 업다운 카운터 (105) 는 데이터「1」을 출력하고 있으므로, 정전류 발생 회로 (102) 는 충전 전류 I1 로 이차 전지 (101) 를 충전한다. 이차 전지 (101) 는, 충전 전류 I1 로 충전되고, 전지 전압 (VBAT) 은 서서히 상승되어 간다. 시간 tp1 에서, 전지 전압 (VBAT) 이 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하면, 충전 완료 전압 검출기 (106) 는 검출 신호 (예를 들어 Hi 레벨) 를 출력한다. 충전 완료 전압 검출기 (106) 의 검출 신호를 받아, 업다운 카운터 (105) 는 데이터에 1 을 가산하여 데이터「2」를 출력한다. 정전류 발생 회로 (102) 는, 데이터「2」를 받아, 그것에 상당하는 충전 전류 I2 로 전환하여, 충전 전류 I2 를 이차 전지 (101) 에 공급한다.
충전 전류가 감소되면, 내부 임피던스의 영향에 의해 이차 전지 (101) 의 전지 전압 (VBAT) 은 드롭된다. 전지 전압 (VBAT) 이 검출 전압 (VSTP) 을 하회하면, 전지 전압 저하 검출기 (107) 는 검출 신호 (예를 들어 Hi 레벨) 를 출력한다. 전지 전압 저하 검출기 (107) 의 검출 신호를 받아, 업다운 카운터 (105) 는 데이터로부터 1 을 감산하여 데이터「1」을 출력한다. 정전류 발생 회로 (102) 는, 데이터「1」을 받아, 그것에 상당하는 충전 전류 I1 로 전환하여, 다시 충전 전류 I1 을 이차 전지 (101) 에 공급한다.
시간 tp2 에서, 다시 전지 전압 (VBAT) 이 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하면, 마찬가지로, 업다운 카운터 (105) 는 데이터「2」를 출력하고, 정전류 발생 회로 (102) 는 충전 전류 I1 로부터 충전 전류 I2 로 감소시킨다. 그리고, 전지 전압 (VBAT) 이 드롭되어, 검출 전압 (VSTP) 을 하회하면, 충전 전류는 I1 로 전환된다.
시간 tp3 에 있어서, 전지 전압 (VBAT) 이 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하고, 충전 전류가 I2 로 감소되었을 때, 전지 전압 (VBAT) 은 검출 전압 (VSTP) 을 하회하지 않기 때문에, 전지 전압 저하 검출기 (107) 는 검출 신호를 출력하지 않으므로, 정전류 발생 회로 (102) 는 충전 전류 I2 로 이차 전지에 충전을 계속한다.
시간 tp4 에서, 다시 전지 전압 (VBAT) 이 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하면, 마찬가지로, 업다운 카운터 (105) 는 데이터「3」을 출력하고, 정전류 발생 회로 (102) 는 충전 전류 I2 에서 충전 전류 I3 으로 감소시킨다. 그리고, 전지 전압 (VBAT) 이 드롭되어, 검출 전압 (VSTP) 을 하회하면, 충전 전류는 I2 로 전환된다.
시간 tp5 에 있어서, 전지 전압 (VBAT) 이 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하고, 충전 전류가 I3 으로 감소되었을 때, 전지 전압 (VBAT) 은 검출 전압 (VSTP) 을 하회하지 않기 때문에, 전지 전압 저하 검출기 (107) 는 검출 신호를 출력하지 않으므로, 정전류 발생 회로 (102) 는 충전 전류 I3 으로 이차 전지 (101) 에 충전을 계속한다.
시간 tp6 에 있어서, 전지 전압 (VBAT) 이 다시 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하고, 충전 전류가 I4 로 감소되었을 때, 전지 전압 (VBAT) 은 검출 전압 (VSTP) 을 하회하지 않기 때문에, 전지 전압 저하 검출기 (107) 는 검출 신호를 출력하지 않으므로, 정전류 발생 회로 (102) 는 충전 전류 I4 로 이차 전지 (101) 에 충전을 계속한다.
시간 tp7 에 있어서, 전지 전압 (VBAT) 은 다시 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달하고, 충전 전류가 I5 로 감소되었을 때, 전지 전압 (VBAT) 은 검출 전압 (VSTP) 을 하회하지 않기 때문에, 전지 전압 저하 검출기 (107) 는 검출 신호를 출력하지 않으므로, 정전류 발생 회로 (102) 는 충전 전류 I5 로 이차 전지 (101) 에 충전을 계속한다.
본 실시형태의 정전류 충전 장치는, 충전 전류 I5 를 최종적인 충전 전류로 하여, 충전 전류 I5 로 충전을 계속하고, 전지 전압 (VBAT) 이 충전 완료 전압 (VEND) 에 도달함으로써 충전을 완료시킨다.
도 3 은, 본 실시형태의 정전류 충전 장치의 그 밖의 예를 나타내는 블록도이다.
정전류 충전 장치 (200) 는, 추가로, 충전 완료 전압 검출기 (106) 의 출력 단자와 업다운 카운터 (105) 의 입력 단자 사이에 지연 회로 (110) 를, 전지 전압 저하 검출기 (107) 의 출력 단자와 업다운 카운터 (105) 의 입력 단자 사이에 지연 회로 (111) 를 구비하고 있다. 지연 회로 (110) 는, 충전 완료 전압 검출기 (106) 가 출력하는 검출 신호를 소정 시간 지연시켜, 업다운 카운터 (105) 에 입력한다. 지연 회로 (111) 는, 전지 전압 저하 검출기 (107) 가 출력하는 검출 신호를 소정 시간 지연시켜, 업다운 카운터 (105) 에 입력한다.
지연 회로 (110, 111) 는, 정전류 발생 회로 (102) 의 충전 전류의 전환 제어를 안정시키는 기능이 있다. 지연 회로 (110) 의 지연 시간을, 지연 회로 (111) 의 지연 시간보다 길게 설정함으로써, 보다 정전류 발생 회로 (102) 의 충전 전류의 전환 제어를 안정시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 정전류 충전 장치에 의하면, 충전 완료 전압 (VEND) 보다 낮은 검출 전압 (VSTP) 을 형성하여, 충전 전류를 감소시켰을 때에 전지 전압 (VBAT) 이 검출 전압 (VSTP) 을 하회한 경우에는, 충전 전류를 전단 (前段) 층의 전류치로 되돌리는 순서를 추가한 것에 의해, 내부 임피던스의 특성에 상관없이 이차 전지를 충전하는 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
또한, 전지 전압 저하 검출기 (107) 는, 정전류 발생 회로 (102) 의 충전 전류에 따라, 검출 전압 (VSTP) 을 변경하도록 구성해도 된다. 충전 전류가 작아지면, 전지 전압 (VBAT) 의 저하도 작아지므로, 그것에 따라 검출 전압 (VSTP) 을 변경함으로써, 충전 시간을 더욱 단축하는 것이 가능해진다.
101 : 이차 전지
102 : 정전류 발생 회로
103 : 전원 회로
105 : 업다운 카운터
106 : 충전 완료 전압 검출기
107 : 전지 전압 저하 검출기
108 : 기준 전압 회로
110, 111 : 지연 회로

Claims (4)

  1. 이차 전지의 전압이 소정의 충전 완료 전압에 도달한 것을 검출하는 충전 완료 전압 검출기와,
    상기 이차 전지의 전압이 상기 충전 완료 전압보다 낮은 소정의 검출 전압보다 저하된 것을 검출하는 전지 전압 저하 검출기와,
    상기 충전 완료 전압 검출기의 검출 신호를 받으면 데이터를 가산 (감산) 하고, 상기 전지 전압 저하 검출기의 검출 신호를 받으면 상기 데이터를 감산 (가산) 하여, 상기 데이터를 출력하는 업다운 카운터와,
    상기 업다운 카운터가 출력하는 상기 데이터를 받아, 상기 데이터가 증가 (감소) 하면 상기 이차 전지에 대한 충전 전류를 감소시키고, 상기 데이터가 감소 (증가) 하면 상기 이차 전지에 대한 충전 전류를 증가시키는 정전류 발생 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 정전류 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 완료 전압 검출기의 출력 단자와 상기 업다운 카운터의 입력 단자 사이에 형성된 제 1 지연 회로와,
    상기 전지 전압 저하 검출기의 출력 단자와 상기 업다운 카운터의 입력 단자 사이에 형성된 제 2 지연 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 정전류 충전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 지연 회로의 지연 시간은, 상기 제 2 지연 회로의 지연 시간보다 긴 것을 특징으로 하는 정전류 충전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지 전압 저하 검출기는, 상기 업다운 카운터의 데이터에 따라 상기 검출 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 정전류 충전 장치.
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