KR102677616B1 - 배터리 시험장치 및 배터리 충전 시험방법 - Google Patents

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Abstract

충전 시험 모드의 정전류ㆍ정전압 제어에 있어서, 배터리의 충전 제어 및 배터리의 단자 간 전압의 유지 제어를 고정밀도로 실행할 수 있는 배터리 시험장치를 제공한다. 충전 시험 모드의 정전류ㆍ정전압 제어에서는, 풀 브릿지 회로에 대한 듀티비 제어에 의해 설정 전류값의 충전 전류를 배터리에 공급하는 정전류 충전 제어를 실행하고, 정전류 충전 제어 중에 배터리의 단자 간 전압이 설정 전압값까지 상승되었을 때에 정전류 충전 제어를 정지하고, 단자 간 전압이 설정 전압값으로 유지되도록 충전 전류를 배터리에 공급하는 정전압 충전 제어를 실행하고, 정전압 충전 제어 중에 충전 전류가 0[A]까지 저하되었을 때에 정전압 충전 제어를 정지하고, 충전 전류를 0[A]로 유지하는 제로 암페어 제어를 실행하고, 제로 암페어 제어 중에 단자 간 전압이 설정 전압값보다 상승되었을 때에 제로 암페어 제어를 정지하고, 배터리로부터 미소한 방전 전류를 유출시키는 미소 방전 제어를 실행한다.

Description

배터리 시험장치 및 배터리 충전 시험방법
본 발명은 배터리의 특성 시험을 위해서 배터리의 충전을 제어하는 배터리 시험장치 및 배터리 충전 시험방법에 관한 것이다.
배터리 시험장치는 시험 대상인 배터리에 대해서 충전 시험 및 방전 시험을 각각 행하여 충방전 특성을 측정하는 것이다. 배터리 시험장치로서는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 쌍방향 DC-DC 컨버터가 이용되고 있는 것이 있다. 쌍방향 DC-DC 컨버터는 4개의 스위칭 소자를 브릿지 접속한 풀 브릿지 회로로 이루어진다. 쌍방향 DC-DC 컨버터의 한쪽의 단자에 직류 전원이 접속되고, 다른 쪽의 단자에 초크 코일을 개재하여 배터리가 접속된다. 쌍방향 DC-DC 컨버터의 각 스위칭 소자의 온 오프는 제어부에 의해 소정 주기로 듀티비 제어된다. 듀티비 제어에서는, 직류 전원으로부터 쌍방향 DC-DC 컨버터의 풀 브릿지 회로, 그리고 초크 코일을 통해서 배터리에 충전 전류를 공급하는 충전 전류 기간과, 배터리로부터의 방전 전류를 초크 코일, 그리고 쌍방향 DC-DC 컨버터의 풀 브릿지 회로를 통해서 직류 전원 측의 회로에 공급하는 방전 전류 기간의 비율이 제어된다. 통상적으로, 배터리에 대한 충전 시험 모드에서는 충전 전류 기간이 방전 전류 기간보다 길어져서 소정 주기마다 배터리가 충전되고, 배터리에 대한 방전 시험 모드에서는 방전 전류 기간이 충전 전류 기간보다 길어져서 소정 주기마다 배터리가 방전된다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2008-35620호 공보
배터리 시험장치에 있어서는, 충전 시험 모드에서의 정전류ㆍ정전압 제어에서는, 배터리의 단자 간 전압이 미리 정해진 설정 전압값에 도달할 때까지 배터리를 충전시키고, 그 후, 배터리의 단자 간 전압을 설정 전압값의 상태로 장시간에 걸쳐서 유지시키는 것이 행해지고 있다.
그러나, 충전 시험 모드에서의 정전류ㆍ정전압 제어에서는 시간의 경과와 함께 배터리가 설정 전압값까지 충전된 후에는 미소한 충전 전류의 증감에 의해 단자 간 전압이 비교적 변동되기 쉬워지므로, 배터리의 충전 제어 및 그 후의 배터리의 단자 간 전압의 유지 제어가 고정밀도로 실행되는 것이 요망되었다.
이에, 본 발명의 목적은, 충전 시험 모드에서 배터리의 충전 제어 및 그 후의 배터리의 단자 간 전압의 유지 제어를 고정밀도로 실행할 수 있는 배터리 시험장치 및 배터리 충전 시험방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 배터리 시험장치는, 직류 전압을 출력하는 직류 전원부와, 복수의 스위칭 소자, 상기 직류 전압이 인가되는 2개의 입력 단자, 및 배터리의 양단자 및 음단자가 접속되는 2개의 출력 단자를 갖는 풀 브릿지 회로와, 상기 풀 브릿지 회로의 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 온 오프를 소정 주기로 듀티비 제어하고, 충전 시험 모드 시에 상기 풀 브릿지 회로를 통해서 상기 배터리에 충전 전류를 공급시킴으로써 상기 배터리를 충전시키는 제어부를 구비하는 배터리 시험장치이며, 상기 제어부는, 상기 충전 시험 모드의 개시 지령에 응답하여, 상기 충전 전류가 설정 전류값과 동일해지도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전류 충전 제어를 실행하고, 상기 정전류 충전 제어의 실행 중에 상기 배터리의 상기 양단자 및 상기 음단자의 단자 간 전압이 설정 전압값까지 상승되었을 때에 상기 정전류 충전 제어를 정지하고, 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값으로 유지되도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전압 충전 제어를 실행하고, 상기 정전압 충전 제어의 실행 중에 상기 충전 전류가 0[A]까지 저하되었을 때에 상기 정전압 충전 제어를 정지하고, 상기 충전 전류를 0[A]로 유지시키는 제로 암페어 제어를 실행하고, 상기 제로 암페어 제어의 실행 중에 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값보다 상승되었을 때에 상기 제로 암페어 제어를 정지하고, 상기 배터리로부터 미소한 방전 전류를 유출시키는 미소 방전 제어를 실행하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 배터리 충전 시험방법은, 직류 전압을 출력하는 직류 전원부와, 복수의 스위칭 소자, 상기 직류 전압이 인가되는 2개의 입력 단자, 및 배터리의 양단자 및 음단자가 접속되는 2개의 출력 단자를 갖는 풀 브릿지 회로와, 상기 풀 브릿지 회로의 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 온 오프를 소정 주기로 듀티비 제어하고, 충전 시험 모드 시에 상기 풀 브릿지 회로를 통해서 상기 배터리에 충전 전류를 공급시킴으로써 상기 배터리를 충전시키는 제어부를 구비하는 배터리 시험장치의 배터리 충전 시험방법이며, 상기 제어부는, 상기 충전 시험 모드의 개시 지령에 응답하여, 상기 충전 전류가 설정 전류값과 동일해지도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전류 충전 제어를 실행하는 단계와, 상기 정전류 충전 제어의 실행 중에 상기 배터리의 상기 양단자 및 상기 음단자의 단자 간 전압이 설정 전압값까지 상승되었을 때에 상기 정전류 충전 제어를 정지하고, 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값으로 유지되도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전압 충전 제어를 실행하는 단계와, 상기 정전압 충전 제어의 실행 중에 상기 충전 전류가 0[A]까지 저하되었을 때에 상기 정전압 충전 제어를 정지하고, 상기 충전 전류를 0[A]로 유지시키는 제로 암페어 제어를 실행하는 단계와, 상기 제로 암페어 제어의 실행 중에 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값보다 상승되었을 때에 상기 제로 암페어 제어를 정지하고, 상기 배터리로부터 미소한 방전 전류를 유출시키는 미소 방전 제어를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 배터리 시험장치 및 배터리 충전 시험방법에 의하면, 정전류 충전 제어 및 정전압 충전 제어를 실행하여, 배터리의 단자 간 전압이 설정 전압값에 도달하도록 배터리를 효율 좋게 고정밀도로 충전시킬 수 있고, 정전류 충전 제어 및 정전압 충전 제어의 종료 후, 제로 암페어 제어 및 미소 방전 제어를 실행하므로 배터리의 단자 간 전압을 설정 전압값으로 고정밀도로 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 배터리 충방전 시험장치의 회로 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 장치 내의 풀 브릿지 회로 내의 각 스위칭 소자의 온 오프 상태를 도시하는 타임차트이다.
도 3은 도 2의 충전 전류 기간(TA)에서의 배터리 충방전 시험장치 내의 충전전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 2의 전류(轉流) 전류 기간(TB)에서의 배터리 충방전 시험장치 내의 전류(轉流) 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 5는 도 2의 방전 전류 기간(TC)에서의 배터리 충방전 시험장치 내의 방전전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 2의 전류(轉流) 전류 기간(TD)에서의 배터리 충방전 시험장치 내의 전류(轉流) 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 충방전 시험장치 내의 제어부의 제어 동작을 도시하는 플로우차트이다.
도 8은 제로 암페어 제어 중의 풀 브릿지 회로 내의 스위칭 소자의 온 오프 상태를 도시하는 타임차트이다.
도 9는 제어부의 제어 동작에 의한 배터리의 단자 간 전압 및 배터리에 흐르는 전류의 변화를 도시하는 도면이다.
도 10은 미소 방전 제어를 마련하지 않는 충전 시험 모드에서의 제어 동작의 경우에 배터리의 단자 간 전압 및 배터리에 흐르는 전류의 변화를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용된 배터리 충방전 시험장치를 도시하고 있다. 이 배터리 충방전 시험장치는, 배터리에 대해서 충전 시험과 함께 방전 시험을 가능하게 하고 있다. 배터리 충방전 시험장치는, 1차 전원인 교류 전원(11)의 공급을 받아서 시험 대상인 배터리(15)에 대해서 충방전 시험을 행하는 부분이다. 배터리(15)의 정격 전압은 예를 들어 4.0[V]이지만, 그 이하의 전압이어도 된다.
배터리 충방전 시험장치는, AC/DC 변환부(21)와, 풀 브릿지 회로(35)와, 초크 코일(36, 37), 콘덴서(38, 39), 전류 검출부(40)와, 전압 검출부(50)와, 제어부(51)를 포함한다.
AC/DC 변환부(21)는 직류 전원부를 구성하고, 교류 전원(11)에 접속되어 있다. AC/DC 변환부(21)는, 교류 전원(11)의 출력 교류 전압이 입력 단자(21A, 21B)에 입력되면, 교류 전압을 정류함으로써 소정의 직류 전압으로 변환하고, 그 직류 전압을 출력 단자(21C, 21D)로부터 출력한다. 교류 전원(11)의 교류 전압은 예를 들어 100[V] 또는 200[V]이다. AC/DC 변환부(21)의 출력 직류 전압은 예를 들어 24.0[V]이다.
AC/DC 변환부(21)의 양극 측의 출력 단자(21C)와 음극 측의 출력 단자(21D) 사이에는 콘덴서(38)가 접속되어 있다. 또한 그 양극 측 및 음극 측의 출력 단자(21C, 21D) 사이에는 풀 브릿지 회로(35)가 접속되어 있다. 풀 브릿지 회로(35)는, 4개의 IGBT(절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터) 등의 반도체 스위칭 소자(31~34)(제1~제4 스위칭 소자)로 이루어진다.
풀 브릿지 회로(35)에서는, 반도체 스위칭 소자(31, 33)의 일단이 접속된 입력 단자의 일방 (입력 단자(35A))은 출력 단자(21C)에 접속되고, 반도체 스위칭 소자(32, 34)의 일단이 접속된 입력 단자의 타방 (입력 단자(35B))은 출력 단자(21D)에 접속되어 있다. 반도체 스위칭 소자(31, 32)의 타단은 서로 접속되고, 그 접속점이 출력 단자(35C)로부터, 초크 코일(36), 그리고 전류 검출부(40)를 직렬로 거쳐 배터리(15)의 양단자에 접속되어 있다. 또한 반도체 스위칭 소자(33, 34)의 타단은 서로 접속되고, 그 접속점이 출력 단자(35D)로부터 초크 코일(37)을 거쳐 배터리(15)의 음단자에 접속되어 있다. 배터리(15)의 양단자 및 음단자 사이에는 콘덴서(39)가 접속되어 있다. 인덕터인 초크 코일(36, 37)과 캐패시터인 콘덴서(39)는 평활 회로를 구성하고 있다.
반도체 스위칭 소자(31~34)는, 구조 상의 이유로부터 기생 다이오드(보디 다이오드)가 형성되기 때문에, 턴 오프 시의 파손을 방지하는 환류 다이오드(프리 휠링 다이오드)(41~44)를 각각 가지고 있다. 구체적으로는, 반도체 스위칭 소자(31~34)에 환류 다이오드(41~44)가 각각 병렬 접속되어 있다. 이 환류 다이오드는, 반도체 스위칭 소자로서 IGBT를 이용했을 경우에는, IGBT의 콜렉터에 환류 다이오드의 캐소드를 접속하고, 이미터에 환류 다이오드의 애노드를 접속하고 있다.
풀 브릿지 회로(35)는, 기본적으로 반도체 스위칭 소자(31, 34)가 온이고, 반도체 스위칭 소자(32, 33)가 오프인 충전 전류 기간(TA)과, 반도체 스위칭 소자(31~34)가 오프이고, 환류 다이오드(42, 43)가 온이 되는 전류(轉流) 전류 기간(TB)과, 반도체 스위칭 소자(31, 34)가 오프이고, 반도체 스위칭 소자(32, 33)가 온인 방전 전류 기간(TC)과, 반도체 스위칭 소자(31~34)가 오프이고, 환류 다이오드(41, 44)가 온이 되는 전류(轉流) 전류 기간(TD)으로 이루어지는 기간을 1주기(T1)(소정 주기)로 하고, 그것을 반복한다. 반도체 스위칭 소자(31~34)의 온 오프(스위칭)는 제어부(51)에 의해 제어된다. 충전 전류 기간(TA)과 방전 전류 기간(TC)은 듀티비 제어된다. 본 실시예에서는, 이 제어부(51)의 듀티비는 DR로 나타나고, 충전 전류 기간(TA)과 전류(轉流) 기간(TB)과 방전 전류 기간(TC)과 전류(轉流) 기간(TD)의 합계 기간에 대응하는 충전 전류 기간(TA)의 비율이다.
전류 검출부(40)는 풀 브릿지 회로(35)와 배터리(15) 사이에 흐르는 전류값을 검출하고, 그것을 배터리 전류(Idec)로서 출력한다. 즉, 충전 시험 모드에서는 배터리(15)를 충전시키는 충전 전류값을 검출하고, 방전 시험 모드에서는 배터리(15)의 방전 시의 방전 전류값을 검출한다. 전류 검출부(40)는 예를 들어 저항이나 전류 센서로 이루어진다. 전압 검출부(50)는 배터리(15)의 양음의 단자 간 전압(Vdec)을 검출한다.
제어부(51)은 예를 들어 마이크로 컴퓨터로 구성된다. 제어부(51)에는 전류 검출부(40) 및 전압 검출부(50) 각각의 검출 출력이 접속되고, 전류 검출부(40)에 의해 검출된 배터리 전류(Idec) 및 전압 검출부(50)에 의해 검출된 단자 간 전압(Vdec)이 공급된다. 제어부(51)는 풀 브릿지 회로(35)에 접속되고, 풀 브릿지 회로(35) 내의 반도체 스위칭 소자(31~34)의 온 오프를 제어하는 제어 신호를 생성한다. 제어 신호는 풀 브릿지 회로(35) 내에서 반도체 스위칭 소자(31~34)의 게이트에 공급된다.
다음에, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 배터리 충방전 시험장치의 동작에 대해서 설명한다.
교류 전원(11)의 출력 교류 전압이 AC/DC 변환부(21)에 공급되면, AC/DC 변환부(21)는 직류 전압을 출력한다. AC/DC 변환부(21)의 출력 직류 전압은 풀 브릿지 회로(35)의 입력 단자(35A, 35B) 사이에 공급된다. 입력 단자(35A)에 양전위 24.0[V]가 인가되고, 입력 단자(35B)에 전위 0[V]가 인가된다.
제어부(51)는, 예를 들어 일정 간격마다 전류 검출부(40)로부터 얻어지는 충전 전류 또는 방전 전류인 배터리 전류(Idec)와, 전압 검출부(50)로부터 얻어지는 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)에 따라서, 예를 들어 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 미리 정해진 설정 전압값이 되도록, 또는 충전 전류 및 방전 전류 각각이 미리 정해진 설정 전류값이 되도록 듀티비(DR)를 결정하고, 그 듀티비(DR)를 나타내는 제어 신호를 풀 브릿지 회로(35)에 공급한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 풀 브릿지 회로(35)에서는 반도체 스위칭 소자(31~34)의 온 오프 제어는 충전 전류 기간(TA), 전류(轉流) 전류 기간(TB)(제1 전류(轉流) 전류 기간), 방전 전류 기간(TC), 전류(轉流) 전류 기간(TD)(제2 전류(轉流) 전류 기간)을 1주기(T1)로 하여 반복적으로 행해지고 있다. 충전 전류 기간(TA)에서는 반도체 스위칭 소자(31, 34)가 온이고, 반도체 스위칭 소자(32, 33)가 오프이며, 방전 전류 기간(TC)에서는 반도체 스위칭 소자(31, 34)가 오프이고, 반도체 스위칭 소자(32, 33)가 온이다. 충전 전류 기간(TA)의 종료 직후의 전류(轉流) 전류 기간(TB)에서는 반도체 스위칭 소자(31~34)가 모두 오프가 된다. 마찬가지로, 방전 전류 기간(TC)의 종료 직후의 전류(轉流) 전류 기간(TD)에서도 반도체 스위칭 소자(31~34)가 모두 오프가 된다. 듀티비(DR)가 예를 들어 50%인 경우의 제어에서는, 충전 전류 기간(TA)과 방전 전류 기간(TB)은 서로 동일한 길이 {T1-(TB＋TD)}/2이다.
도 3에 화살표 MA로 나타내는 바와 같이, 충전 전류 기간(TA)에는 충전 전류가 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21C), 반도체 스위칭 소자(31), 초크 코일(36), 전류 검출부(40)를 순서대로 개재하여 배터리(15)의 양단자로부터 배터리(15) 내에 흘러 들어가고, 그리고, 배터리(15)의 음단자로부터 초크 코일(37), 반도체 스위칭 소자(34), 그리고 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21D)의 순서로 흐른다. 이 충전 전류의 흐름에 의해 배터리(15)는 충전되고, 배터리(15)에 전하가 축전된다.
도 4에 화살표 MB로 나타내는 바와 같이, 전류(轉流) 전류 기간(TB)에는, 충전 전류 기간(TA)에 초크 코일(36, 37)에 축적된 에너지가 충전 전류의 흐름 방향으로 전류(轉流) 전류를 흘린다. 이 전류(轉流) 전류 기간(TB)에는 환류 다이오드(42, 43)가 온이 되고, 전류(轉流) 전류는 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21D), 환류 다이오드(42), 초크 코일(36), 전류 검출부(40), 배터리(15), 초크 코일(37), 환류 다이오드(43), 그리고 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21C)의 경로를 따라서 흘러서 배터리(15)를 충전시킨다.
도 5에 화살표 MC로 나타내는 바와 같이, 방전 전류 기간(TC)에는 방전 전류가 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21C), 반도체 스위칭 소자(33), 초크 코일(37), 배터리(15)의 음단자에 흐르고, 나아가 배터리(15)의 양단자로부터 전류 검출부(40), 초크 코일(36), 반도체 스위칭 소자(32)를 순서대로 개재하여 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21D)에 이른다. 이 방전 전류는 배터리(15)로부터 흘러 나오는 전류이고, 배터리(15)의 축전 전하를 방전시킨다.
도 6에 화살표 MD로 나타내는 바와 같이, 전류(轉流) 전류 기간(TD)에는, 방전 전류 기간(TC)에 초크 코일(36, 37)에 축적된 에너지가 방전 전류의 흐름 방향으로 전류(轉流) 전류를 흘린다. 전류(轉流) 전류 기간(TD)에는 환류 다이오드(41, 44)가 온이 되고, 전류(轉流) 전류는 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21D)로부터 환류 다이오드(44), 초크 코일(37), 배터리(15), 전류 검출부(40), 초크 코일(36), 환류 다이오드(41), 그리고 AC/DC 변환부(21)의 출력 단자(21C)의 경로를 따라서 흐르고, 출력 단자(21C, 21D) 사이에서 전류(轉流)에 의한 방전 전력이 회생 전력으로서 얻어진다. 출력 단자(21C, 21D) 사이에는, 초크 코일(36)의 단자 간 전압, 배터리(15)의 단자 간 전압, 및 초크 코일(37)의 단자 간 전압의 합산 전압이 회생 전압으로서 생긴다.
상기한 충전 전류 기간(TA)과 방전 전류 기간(TC)의 1주기(T1) 내의 비율인 듀티비(DR)에 따라서 1주기(T1)의 동작이 충전 시험 모드가 되는지, 반대로 방전 시험 모드가 되는지 결정된다. 충전 시험 모드의 듀티비(DR)의 제어에서는, 1주기(T1)에서 충전 전류 기간(TA)이 증대되는 반면, 방전 전류 기간(TC)이 감소되므로, 충전 전류 기간(TA)의 충전 전류에 의한 배터리(15)에의 충전 전하량이 방전 전류 기간(TC)의 방전 전류에 의한 배터리(15)로부터의 방전 전하량을 초과한다. 따라서, 결과적으로 1주기(T1)에서 배터리(15)에는 충전 전류가 흘러 들어가게 되어, 배터리(15)는 충전된다.
반대로, 방전 시험 모드의 듀티비(DR)의 제어에서는, 1주기(T1)에서 충전 전류 기간(TA)이 감소되는 반면, 방전 전류 기간(TC)이 증대되므로, 방전 전류 기간(TC)의 방전 전류에 의한 배터리(15)로부터의 방전 전하량이 충전 전류 기간(TA)의 충전 전류에 의한 충전 전하량을 초과한다. 따라서, 결과적으로 1주기(T1)에서 배터리(15)로부터 방전 전류가 흘러 나오게 되어, 배터리(15)는 방전된다.
제어부(51)는 정전류ㆍ정전압 제어의 충전 시험 개시의 지령을 외부로부터 받으면, 정전압ㆍ정전류 충전 시험 모드가 된다. 충전 시험 모드에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 제어부(51)는 우선 정전류 충전 제어를 실행한다(단계 S11). 정전류 충전 제어는 배터리(15)에 공급되는 충전 전류가 정전류값, 즉 설정 전류값(Iset)과 동일해지도록 충전 전류를 공급시킴으로써 배터리(15)를 충전시키는 제어이다. 정전류 충전 제어에서는 일정 간격마다 전류 검출부(40)에 의해 검출되는 배터리 전류(Idec)가 설정 전류값(Iset), 예를 들어 1[A]가 되도록 듀티비(DR)가 제어된다. 예를 들어, 배터리 전류(Idec)가 설정 전류값(Iset)보다 높으면 듀티비(DR)가 제어 변위값(ΔDR1)만큼 저하되고, 배터리 전류(Idec)가 설정 전류값(Iset)보다 낮으면 듀티비(DR)가 제어 변위값(ΔDR1)만큼 증가되고, 배터리 전류(Idec)가 설정 전류값(Iset)과 동일하면, 그 때의 듀티비(DR)가 유지된다.
제어부(51)는, 정전류 충전 제어의 실행 중에는, 배터리(15)의 단자 간 전압(배터리 전압)(Vdec)이 설정 전압값(Vset)에 도달했는지 여부를 판별한다(단계 S12). 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)은 상기한 바와 같이 전압 검출부(50)에 의해 검출된다. Vdec＜Vset이면, 단계 S11의 정전류 충전 제어를 계속한다. Vdec≥Vset이면, 제어부(51)는 정전류 충전 제어를 정지하고, 정전압 충전 제어를 실행한다(단계 S13). 정전압 충전 제어는 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 정전압값, 즉 설정 전압값(Vset)으로 유지되도록 배터리(15)에 충전 전류를 공급시킴으로써 배터리(15)를 충전시키는 제어이다. 정전압 충전 제어에서는 일정 간격마다 전압 검출부(50)에 의해 검출되는 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset), 예를 들어 4.0[V]가 되도록 듀티비(DR)가 제어된다. 예를 들어, 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 높으면 듀티비(DR)가 제어 변위값(ΔDR2)만큼 저하되고, 검출 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 낮으면 듀티비(DR)가 제어 변위값(ΔDR2)만큼 증가되고, 검출 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)과 동일하면, 그 때의 듀티비(DR)가 유지된다.
제어부(51)는, 정전압 충전 제어의 실행 중에는, 전류 검출부(40)에 의해 검출되는 배터리 전류(Idec)가 0[A]에 도달했는지 여부를 판별한다(단계 S14). Idec＞0[A]이면, 단계 S13의 정전압 충전 제어를 계속한다. 한편, Idec≤0[A]이면, 제어부(51)는, 제로 암페어 제어를 실행한다(단계 S15). 제로 암페어 제어는 배터리(15)에의 충전 전류를 0[A]로 하고, 배터리(15)에 대해서 충전을 거의 행하지 않는 제어이다. 제로 암페어 제어에서는, 주기(T1)마다의 듀티비(DR)는 현재 값으로 유지된다. 그러나, 배터리 전류(Idec)가 0[A]보다 저하되면, 듀티비(DR)를 제어 변위값(ΔDR3)만큼 증가시키는 것이 가능하다. 제어 변위값(ΔDR3)은 제어 변위값(ΔDR1, ΔDR2)에 비해 상당히 작은 미소값이다.
제로 암페어 제어 중에는, 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset), 예를 들어 4.0[V]로 되어 있으므로, 배터리(15)에 흐르는 전류를 0[A]로 유지시키기 위해서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 1주기(T1) 내의 반도체 스위칭 소자(31~34)의 온 오프에 의해 정해지는 충전 전류 기간(TA)은 방전 전류 기간(TC)보다 커진다. 즉, TA＞TC가 되도록 듀티비(DR)가 설정된다.
제어부(51)는, 제로 암페어 제어의 실행 중에는, 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 높은지 여부를 판별한다(단계 S16). Vdec＞Vset이면, 제어부(51)는 제로 암페어 제어를 정지하고, 미소 방전 제어를 실행한다(단계 S17). 미소 방전 제어는 배터리(15)로부터 미소한 방전 전류를 유출시키는 제어이다. 미소 방전 제어에서는, 주기(T1)마다의 듀티비(DR)는 현재 값으로부터 제어 변위값(ΔDR4)만큼 감소된다. ΔDR4는 제어 변위값(ΔDR3)과 동일한 미소값이어도 된다.
제어부(51)는, 미소 방전 제어의 실행 중에는, 단계 S16으로 돌아와 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 높은지 여부를 판별한다. 미소 방전 제어의 실행 중에 Vdec＞Vset이면, 미소 방전 제어가 계속된다.
제어부(51)는, 단계 S16에서 Vdec≤Vset이면, 충전 시험의 종료 여부를 판별한다(단계 S18). 제어부(51)는, 충전 시험 종료의 지령을 외부로부터 받았을 경우, 혹은 미리 결정된 충전 시험시간이 경과된 경우에는 충전 시험의 종료라고 판별한다. 제어부(51)는, 충전 시험 종료의 지령을 외부로부터 받고 있지 않은 경우에는 충전 시험의 종료가 아니라고 판별하고, 단계 S15의 제로 암페어 제어를 실행한다. 따라서, 미소 방전 제어의 실행에 의해 Vdec≤Vset가 되고, 나아가 충전 시험 종료가 아닌 경우에는 미소 방전 제어가 정지되어, 제로 암페어 제어가 재개되게 된다.
제어부(51)는, 단계 S18에서 충전 시험의 종료라고 판별했을 경우에는, 제로 암페어 제어 또는 미소 방전 제어를 포함하는 충전 시험의 제어 동작을 정지한다(단계 S19).
상기한 제어부(51)의 제어 동작에 의해 충전 시험 모드에서의 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec) 및 배터리 전류(Idec) 각각은 도 9에 도시하는 바와 같이 시간의 경과와 함께 변화된다. 도 9에서 충전 시험이 시점(t0)에서 개시되면, 우선, 단계 S11의 정전류 충전 제어가 실행된다. 정전류 충전 제어 중에는 배터리(15)에 공급되는 충전 전류가 설정 전류값(Iset)으로 제어되어 일정해진다. 이와 같은 일정한 충전 전류가 공급되는 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)은 서서히 증가된다.
시점(t1)에서 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)에 도달하면, 정전류 충전 제어가 정지되고, 대신에 단계 S13의 정전압 충전 제어가 개시된다. 정전압 충전 제어 중에는 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)으로 유지되도록 충전 전류가 배터리(15)에 공급된다. 이에 의해, 충전 전류, 즉 배터리 전류(Idec)는 저하되게 된다.
시점(t2)에서 충전 전류가 0[A]까지 저하되면, 정전압 충전 제어가 정지되고, 대신에 단계 S15의 제로 암페어 제어가 개시된다. 제로 암페어 제어 중에는 주기(T1)에서 실질적으로 충전 전류를 흘리지 않는다. 그러나, 제로 암페어 제어에서도 풀 브릿지 회로(35)의 반도체 스위칭 소자(31~34)의 온 오프 동작은 계속해서 행해지므로, 그 온 오프 동작에 의한 노이즈 등에 의해 미소한 충전 전류가 배터리(15)에 흐르는 일이 일어나는 경우가 있다. 그와 같이 미소한 충전 전류가 흐르면, 배터리(15)는 충전되므로 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 상승된다. 이 단자 간 전압(Vdec)의 상승은 전압 검출부(50)을 통해서 제어부(51)에 전해지므로, 제로 암페어 제어가 정지되고, 대신에 단계 S17의 미소 방전 제어가 개시된다.
그런데, 단계 S17의 미소 방전 제어를 마련하지 않는 충전 시험 모드에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 시점(t2) 이후에 제로 암페어 제어가 계속되므로, 반도체 스위칭 소자(31~34)의 온 오프 동작에 의한 노이즈 등에 의해 미소한 충전 전류(도 10의 부호 X)가 배터리(15)에 단속적으로 흐른다. 그 단속적인 미소한 충전 전류는 배터리(15)를 충전시키므로, 도 10에 부호 Y로 나타내는 바와 같이 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 서서히 상승되게 된다. 따라서, 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)을 설정 전압값(Vset)으로 유지시킬 수 없게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 단계 S17의 미소 방전 제어를 마련했으므로, 제로 암페어 제어 중에 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 상승되면, 상기한 바와 같이 제로 암페어 제어 대신에, 단계 S17의 미소 방전 제어가 개시된다. 도 9에서는 미소 방전 제어 중의 전류 특성의 일부분의 특성(P1)이 확대되어 특성(P2)으로서 나타나고 있다. 그 확대 특성(P2)에 부호 Z로 나타내는 바와 같이, 미소 방전 제어 중에 Vdec＞Vset이면 배터리(15)로부터 미소한 방전 전류가 흘러 나오므로, 배터리(15)는 약간 방전되게 되어, 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)은 저하된다. 따라서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 시점(t2) 이후에는, 제로 암페어 제어와 미소 방전 제어가 반복됨으로써, 0[A]를 경계로 하여 미소 충전 전류와 미소 방전 전류가 흐르므로, 그 결과, 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)을 설정 전압값(Vset)으로 고정밀도로 유지시킬 수 있다.
또한 상기한 실시예에서는, 단계 S16에서 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)보다 높아지면 미소 방전 제어가 실행되는데, 설정 전압값(Vset)에 허용 폭을 마련해도 된다. 즉, 배터리(15)의 단자 간 전압(Vdec)이 설정 전압값(Vset)＋허용 폭(ΔV)보다 높아졌을 경우에 미소 방전 제어를 실행하도록 해도 된다.
또한 상기한 실시예에서의 AC/DC 변환부(21)의 출력 직류 전압값, 설정 전압값(Vset), 설정 전류값(Iset) 등의 구체적인 수치는 본 발명에서의 일례에 지나지 않으며, 본 발명은 그러한 수치에 한정되지 않는다. 본 발명에서 그와 같은 수치가, 사용되는 배터리의 특성이나 충방전 조건 등에 의해 변경되어도 되는 것은 물론이다.
11 : 교류 전원 15 : 배터리
21 : AC/DC 변환부 31~34 : 반도체 스위칭 소자
35 : 풀 브릿지 회로 36, 37 : 초크 코일
38, 39 : 콘덴서 40 : 전류 검출부
41~44 : 환류 다이오드 50 : 전압 검출부
51 : 제어부

Claims (5)

  1. 직류 전압을 출력하는 직류 전원부와,
    복수의 스위칭 소자, 상기 직류 전압이 인가되는 2개의 입력 단자, 및 배터리의 양단자 및 음단자가 접속되는 2개의 출력 단자를 갖는 풀 브릿지 회로와,
    상기 풀 브릿지 회로의 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 온 오프를 소정 주기로 듀티비 제어하고, 충전 시험 모드 시에 상기 풀 브릿지 회로를 통해서 상기 배터리에 충전 전류를 공급시킴으로써 상기 배터리를 충전시키는 제어부를 구비하는 배터리 시험장치이며,
    상기 제어부는,
    상기 충전 시험 모드에서의 정전류ㆍ정전압 제어의 개시 지령에 응답하여, 상기 충전 전류가 설정 전류값과 동일해지도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전류 충전 제어를 실행하고,
    상기 정전류 충전 제어의 실행 중에 상기 배터리의 상기 양단자 및 상기 음단자의 단자 간 전압이 설정 전압값까지 상승되었을 때에 상기 정전류 충전 제어를 정지하고, 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값으로 유지되도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전압 충전 제어를 실행하고,
    상기 정전압 충전 제어의 실행 중에 상기 충전 전류가 0[A]까지 저하되었을 때에 상기 정전압 충전 제어를 정지하고, 상기 충전 전류를 0[A]로 유지시키는 제로 암페어 제어를 실행하고,
    상기 제로 암페어 제어의 실행 중에 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값보다 상승되었을 때에 상기 제로 암페어 제어를 정지하고, 상기 배터리로부터 미소한 방전 전류를 유출시키는 미소 방전 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 미소 방전 제어의 실행 중에 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값까지 저하되었을 때에 상기 미소 방전 제어를 정지하고, 상기 제로 암페어 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 풀 브릿지 회로는, 제1 스위칭 소자, 제2 스위칭 소자, 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자로 이루어지고,
    상기 제1 스위칭 소자의 일단과 상기 제3 스위칭 소자의 일단이 상기 2개의 입력 단자의 한쪽에 접속되고,
    상기 제2 스위칭 소자의 일단과 상기 제4 스위칭 소자의 일단이 상기 2개의 입력 단자의 다른 쪽에 접속되고,
    상기 제1 스위칭 소자의 타단과 상기 제2 스위칭 소자의 타단이 상기 2개의 출력 단자의 한쪽에 접속되고,
    상기 제3 스위칭 소자의 타단과 상기 제4 스위칭 소자의 타단이 상기 2개의 출력 단자의 다른 쪽에 접속되고,
    상기 2개의 출력 단자가 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 평활 회로를 개재하여 상기 배터리의 상기 양단자 및 상기 음단자에 각각 접속되고,
    상기 제어부는,
    상기 소정 주기 내에 충전 전류 기간, 상기 충전 전류 기간의 종료 직후의 제1 전류(轉流) 전류 기간, 방전 전류 기간, 상기 방전 전류 기간의 종료 직후의 제2 전류(轉流) 전류 기간을 구성하고,
    상기 충전 전류 기간에서 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자를 온으로 제어하고, 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제3 스위칭 소자를 오프로 제어하여 상기 배터리에 상기 충전 전류를 공급시키고,
    상기 제1 전류(轉流) 전류 기간에서 상기 제1 내지 상기 제4 스위칭 소자를 오프로 제어하여, 상기 인덕터에 축적된 에너지에 의해 상기 충전 전류의 방향으로 제1 전류(轉流) 전류를 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제3 스위칭 소자 각각의 환류 다이오드를 통해서 흘리고,
    상기 방전 전류 기간에서 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자를 오프로 제어하고, 상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제3 스위칭 소자를 온으로 제어하여 상기 배터리로부터 상기 방전 전류를 흘리고,
    상기 제2 전류(轉流) 전류 기간에서 상기 제2 내지 상기 제3 스위칭 소자를 오프로 제어하여, 상기 인덕터에 축적된 에너지에 의해 상기 방전 전류의 방향으로 제2 전류(轉流) 전류를 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자 각각의 환류 다이오드를 통해서 흘리고,
    상기 충전 전류 기간과 상기 방전 전류 기간의 비율에 의해 상기 듀티비 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 배터리 시험장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제로 암페어 제어의 실행 중에는 상기 충전 전류 기간은 상기 방전 전류 기간보다 긴 것을 특징으로 하는 배터리 시험장치.
  5. 직류 전압을 출력하는 직류 전원부와,
    복수의 스위칭 소자, 상기 직류 전압이 인가되는 2개의 입력 단자, 및 배터리의 양단자 및 음단자가 접속되는 2개의 출력 단자를 갖는 풀 브릿지 회로와,
    상기 풀 브릿지 회로의 상기 복수의 스위칭 소자 각각의 온 오프를 소정 주기로 듀티비 제어하고, 충전 시험 모드 시에 상기 풀 브릿지 회로를 통해서 상기 배터리에 충전 전류를 공급시킴으로써 상기 배터리를 충전시키는 제어부를 구비하는 배터리 시험장치의 배터리 충전 시험방법이며,
    상기 제어부는,
    상기 충전 시험 모드에서의 정전류ㆍ정전압 제어의 개시 지령에 응답하여, 상기 충전 전류가 설정 전류값과 동일해지도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전류 충전 제어를 실행하는 단계와,
    상기 정전류 충전 제어의 실행 중에 상기 배터리의 상기 양단자 및 상기 음단자의 단자 간 전압이 설정 전압값까지 상승되었을 때에 상기 정전류 충전 제어를 정지하고, 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값으로 유지되도록 상기 충전 전류를 상기 배터리에 공급시키는 정전압 충전 제어를 실행하는 단계와,
    상기 정전압 충전 제어의 실행 중에 상기 충전 전류가 0[A]까지 저하되었을 때에 상기 정전압 충전 제어를 정지하고, 상기 충전 전류를 0[A]로 유지시키는 제로 암페어 제어를 실행하는 단계와,
    상기 제로 암페어 제어의 실행 중에 상기 단자 간 전압이 상기 설정 전압값보다 상승되었을 때에 상기 제로 암페어 제어를 정지하고, 상기 배터리로부터 미소한 방전 전류를 유출시키는 미소 방전 제어를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 시험방법.
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