KR20000004277A

KR20000004277A - Battery charging method

Info

Publication number: KR20000004277A
Application number: KR1019980025709A
Authority: KR
Inventors: 김기열
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-25

Abstract

PURPOSE: A battery charging method is provided to reduce power consumption by blocking needless current flow. CONSTITUTION: The electronic rotary switch comprises: a charge initial step initializing to charge a battery; a battery discharge step discharging the charged battery; a warming-up step prevent from rapid charge of the battery by charging the battery in low speed; a high speed charge step charging the battery in high speed; a step sensing the charge state of the battery by converting the state data of the battery into digital data in high speed charge; a full charge step completely charging the battery after the completion of high speed charge; a step sensing the full charge state by converting the state data of the battery into digital data in the full charge step and then inputting the data to an IC for charging; and a step preventing the charge reduction of the battery due to self discharge by charging the battery in low speed.

Description

Battery charging method

본 발명은 충전용 전지에 관한 것으로, 특히 고속충전모드 및 만충전모드 이외 모드에서의 아날로그/디지털변환기의 동작을 제거함으로써 불필요한 전류의 흐름을 차단하여 전력소모를 절감할 수 있는 전지충전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rechargeable battery, and more particularly to a battery charging method that can reduce the power consumption by blocking the flow of unnecessary current by removing the operation of the analog / digital converter in modes other than the fast charge mode and full charge mode. will be.

근래 휴대폰이나 노트북컴퓨터와 같이 소형이고 휴대 가능한 전자기기가 급속히 보급됨에 따라 상기 전자기기에 전원을 공급하는 전지의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 이러한 전지는 대부분 충전용 전지로서, NiCd 전지나 리튬이온전지 등이 다른 전지에 비해 충전용량이 크기 때문에 주로 사용된다.Recently, with the rapid spread of small and portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, the importance of a battery for supplying power to the electronic devices is emphasized. Most of these batteries are rechargeable batteries. NiCd batteries and lithium ion batteries are mainly used because of their larger charging capacity than other batteries.

일반적으로 전지를 충전하는 충전모드는 시작모드(initial mode), 방전모드(discharge mode), 워밍업모드(warming-up mode), 고속충전모드(fast charge mode), 만충전모드(top-off mode), 트리클모드(trickle mode)의 6개 모드로 구성된다. 방전모드는 충전 전에 전지가 일정량 충전되어 있는 경우 그대로 충전하면 전지의 수명이 감소하는 메모리효과(memory effect)를 제거하기 위해 미리 전지를 방전하는 모드이며, 워밍업모드는 고속충전시 급격한 전압의 변화를 방지하기 위한 모드이다. 또한, 트리클모드는 전지가 만충전되었을 때, 자기방전에 의해 미세전류가 방전되기 때문에 이를 보정하기 위해 지속적인 간격으로 미세전류를 흘려주는 모드이다.In general, the charging mode for charging the battery is an initial mode, a discharge mode, a warm-up mode, a fast charge mode, a top-off mode. It consists of six modes of trickle mode. The discharge mode is a mode in which the battery is discharged in advance in order to remove a memory effect, in which the battery life is reduced when the battery is charged as it is before charging. In the warm-up mode, a sudden change in voltage is observed during fast charging. This mode is for preventing. In addition, the trickle mode is a mode in which the microcurrent is flowed at a constant interval to correct this because the microcurrent is discharged by self discharge when the battery is fully charged.

도 1에 상기 충전모드가 표시된 충전용 전지의 전압곡선(V-곡선)과 온도곡선(T-곡선)이 도시되어 있다. 도면에서, 그래프의 가로축은 충전정도(charging capacity)를 나타내며 세로축은 각각 충전시 전압셀의 전압과 전지의 온도를 나타낸다. 또한, 도면에는 설명의 편의를 위해 워밍업모드, 고속충전모드, 만충전모드 및 트리클모드만을 도시하였다. 도면에 나타낸 바와 같이, 전지의 방전모드 종료후 충전이 시작되면 전압이 대략 1.0V인 전지에 전류가 공급되기 시작하여 짧은 시간동안 전지내의 전압이 급격히 상승하고 이어서 만충전이 될 때까지 완만한 기울기를 갖는다. 방전을 거치지 않고 고속충전을 할 경우 셀전압에 피크가 발생할 수 있다. 그러므로, 워밍업모드를 시작함에 따라 실제로 전기가 충전되는 고속충전모드에서 상기한 피크가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.1 shows a voltage curve (V-curve) and a temperature curve (T-curve) of the rechargeable battery in which the charging mode is displayed. In the figure, the horizontal axis of the graph represents charging capacity and the vertical axis represents the voltage of the voltage cell and the temperature of the battery, respectively. Also, in the drawings, only the warm-up mode, the fast charge mode, the full charge mode, and the trickle mode are shown for convenience of description. As shown in the figure, when charging is started after the discharge mode of the battery is started, current is supplied to the battery having a voltage of approximately 1.0 V, and the voltage in the battery rapidly rises for a short time, and then a gentle slope until full charge is reached. Have When fast charging without discharging, a peak may occur in the cell voltage. Therefore, it is possible to prevent the above peak from occurring in the fast charge mode in which electricity is actually charged by starting the warm up mode.

상기 전지가 약 5∼10％ 충전될 때까지 워밍업모드가 계속되고 이어서 고속충전모드가 시작된다. 이러한 고속충전모드는 전지가 약 80％ 충전될 때까지 계속된다. 만충전모드에서는 저속충전이 실행되어 전지가 100％까지 충전된다. 100％ 충전된 전지는 자기방전에 의해 미세한 전류가 방전되기 시작하는데, 이러한 전지의 미세방전을 방지하여 전지가 항상 100％ 충전되게 하기 위해서는 주기적으로 미세한 전류를 인가하여 전지를 충전시켜야만 한다. 이러한, 미세충전이 도면에 표시된 트리클모드이다.The warm-up mode continues until the battery is about 5-10% charged and then the fast charge mode begins. This fast charge mode continues until the battery is about 80% charged. In full charge mode, low-speed charging is performed to charge the battery up to 100%. A 100% charged battery starts to discharge a minute current due to self discharge, and in order to prevent the microdischarge of the battery so that the battery is always 100% charged, a minute current must be periodically applied to charge the battery. This fine filling is the trickle mode shown in the figure.

전지가 충전됨에 따라 전지의 온도 역시 상승한다. 도면에 나타낸 바와 같이, 고속모드가 종료할 때까지는 온도가 균일하게 상승하지만, 만충전모드가 시작됨에 따라 온도가 급격히 상승하게 된다.As the battery charges, the temperature of the battery also increases. As shown in the figure, the temperature rises uniformly until the high speed mode ends, but as the full charge mode starts, the temperature rises rapidly.

도 2에 상기한 종래의 전지충전방법이 도시되어 있다. 우선, 도면에 나타낸 바와 같이, 시작모드로 전지를 충전하기 시작하여 방전모드를 실행한다(S1). 방전모드에서는 전지가 일정량 충전되어 있는 경우 충전된 전기를 방전하여 전지를 0％ 충전상태로 함으로써 전지의 수명이 단축되고 용량이 줄어드는 것을 방지한다. 이후, 방전모드가 종료되면 워밍업모드를 시작한다(S2,S3). 전지의 워밍업에 의해 고속충전시의 전압의 급격한 변화가 방지된다.2 illustrates a conventional battery charging method. First, as shown in the figure, the battery starts to be charged in the start mode to execute the discharge mode (S1). In the discharge mode, when the battery is charged in a certain amount, the charged electricity is discharged to make the battery 0% charged, thereby preventing the battery from shortening its life and reducing its capacity. Thereafter, when the discharge mode ends, the warm-up mode is started (S2 and S3). The warm-up of the battery prevents a sudden change in voltage during high-speed charging.

워밍업모드가 종료되면(S4), 고속충전모드가 시작되어 전지가 고속으로 충전되기 시작하여 전지의 약 80％까지 전지가 충전되며(S5), 이어서 고속충전의 종료 후 만충전모드가 시작되어 전지가 100％까지 충전된다(S6,S7). 100％ 충전된 전지는 미세한 자기방전이 발생하는데, 상기 미세 자기방전이 발생하면 트리클충전을 시작하여 전지가 항상 100％까지 충전되게 한다.When the warm-up mode ends (S4), the fast charge mode starts and the battery starts to charge at a high speed, and the battery is charged up to about 80% of the battery (S5), and then the full charge mode starts after the end of the fast charge. Is charged up to 100% (S6, S7). A 100% charged battery generates a fine self discharge, and when the fine self discharge occurs, a trickle charge is started to allow the battery to always be charged to 100%.

상기한 전지의 충전모드에서 각 모드의 종료 및 새로운 모드의 시작은 전지의 전압데이터 및 온도데이터에 의해 실행된다. 즉, 특정 모드가 시작됨에 따라 전지셀의 전압데이터 및 전지의 온도데이터가 검출되며, 이 전압데이터와 온도데이터는 아날로그/디지털변환기에 의해 디지털데이터로서 IC에 입력된다. 온도와 전압이 상승함에 따라 상기 IC에 입력되는 데이터가 증가하게 되며, 상기 데이터값이 기준 전압에 대응하는 IC의 설정값 이상으로 되는 경우 상기 IC에서 신호를 출력하여 상기 특정 모드를 종료하고 새로운 모드를 시작한다.The end of each mode and the start of a new mode in the above charging mode of the battery are performed by the voltage data and the temperature data of the battery. That is, as the specific mode is started, voltage data of the battery cell and temperature data of the battery are detected, and the voltage data and the temperature data are input to the IC as digital data by an analog / digital converter. As the temperature and voltage increase, the data input to the IC increases, and when the data value exceeds the setting value of the IC corresponding to the reference voltage, the IC outputs a signal to end the specific mode and the new mode. To start.

상기한 종래의 전지충전방법에서는 각 모드마다 전압 및 온도를 디지털데이터로 변환한 후 이를 IC의 기준값과 비교함으로써 모드의 종료와 시작을 실행하였다. 따라서, 각 모드마다 전압 및 온도데이터를 디지털테이터로 변환시키기 위해 아날로그/디지털변환기를 동작시키는 바이어스 및 제어신호가 필요하게 되지만, 전지의 완전한 충전에 필요하지 않은 아날로그/디지털변환기가 동작하게 되어 불필요한 전력의 소모가 있었다.In the conventional battery charging method, the mode is terminated and started by converting the voltage and temperature into digital data for each mode and comparing the voltage and the temperature with a reference value of the IC. Therefore, in each mode, a bias and control signal for operating an analog / digital converter is required to convert voltage and temperature data into digital data, but an analog / digital converter, which is not necessary for a full charge of the battery, is operated, thereby unnecessary power. There was a consumption of.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 전지의 충전모드중 실제적인 충전모드에 불필요한 전지 데이터의 디지털변환을 제거함으로써 전력의 소모를 대폭 절감할 수 있는 전지충전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a battery charging method capable of significantly reducing power consumption by eliminating digital conversion of battery data unnecessary for an actual charging mode of a battery charging mode. .

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전지충전방법은 전지의 충전을 개시하는 충전개시모드와, 전지에 이미 충전된 전기를 방전하여 전지의 수명단축을 방지하는 전지방전모드와, 전지를 저속으로 충전하여 고속충전시 전지의 급속한 충전을 방지하는 워밍업모드와, 전지를 고속으로 충전하는 고속충전모드와, 고속충전시 전지의 상태데이터를 디지털데이터로 변환해서 충전용 IC로 입력하여 전지 충전 정도를 감지하는 단계와, 고속충전의 종료후 전지를 완전히 충전시키는 만충전모드와, 상기 전지의 만충전후 전지의 상태데이터를 디지털데이터로 변환해서 충전용 IC로 입력하여 전지의 만충전 여부를 감지하는 단계와, 전지의 만충전시 저속으로 전지를 충전하여 전지의 자기방전에 의한 충전 정도의 감소를 방지하는 트리클모드로 구성된다.In order to achieve the above object, the battery charging method according to the present invention includes a charging start mode for starting the charging of the battery, a battery discharge mode for discharging the electricity already charged in the battery to prevent shortening the life of the battery, and Warm-up mode for charging at low speed to prevent rapid charging of the battery, fast charging mode for charging the battery at high speed, and battery data by converting the state data of the battery into digital data after charging at high speed Detecting the degree, the full charge mode to fully charge the battery after the end of the fast charge, and converts the state data of the battery after the full charge of the battery into digital data and input into the charging IC to detect whether the battery is fully charged And a trickle mode in which the battery is charged at a low speed when the battery is fully charged to prevent a decrease in the charge level due to self-discharge of the battery. do.

워밍업모드에서 전지의 약 20％가 충전되고 고속충전모드에서 전지의 약 80％가 충전되며, 만충전모드에 의해 전지의 100％가 충전된다. 만충전시 자기방전에 의한 전지 충전정도의 저하는 트리클충전모드에서 매우 저속의 충전이 실행됨으로써 전지가 항상 100％의 충전상태를 유지한다.About 20% of the battery is charged in the warm up mode, about 80% of the battery is charged in the fast charge mode, and 100% of the battery is charged by the full charge mode. When the battery is fully charged, the decrease in the battery charge due to self discharge is performed at a very low charge rate in the trickle charge mode, so that the battery is always maintained at 100% state of charge.

본 발명은 고속충전모드와 만충전모드에서만 데이터의 디지털변환이 이루어지기 때문에, 각 충전모드에서 데이터의 디지털변환이 이루어지는 종래의 충전방법에 비해 아날로그/디지털변환기의 바이어스 및 제어신호의 인가가 감소되어 전력을 대폭 절감할 수 있게 된다.In the present invention, since the digital conversion of the data is performed only in the fast charging mode and the full charge mode, the bias and control signals of the analog / digital converter are reduced compared to the conventional charging method in which the digital conversion of the data is performed in each charging mode. The power can be greatly reduced.

도 1은 종래의 전지충전모드를 나타내는 그래프.1 is a graph showing a conventional battery charging mode.

도 2는 종래의 전지충전방법을 나타내는 플로우챠트.2 is a flowchart showing a conventional battery charging method.

도 3은 본 발명에 따른 전지충전방법을 나타내는 플로우챠트.3 is a flowchart showing a battery charging method according to the present invention.

도 4는 전지의 충전모드시 충전용 IC의 MOS 트랜지스터에 인가되는 펄스를 나타내는 도면.4 is a diagram showing pulses applied to a MOS transistor of a charging IC in a charging mode of a battery.

전지충전의 각 모드, 즉 시작모드, 방전모드, 워밍업모드, 고속충전모드, 만충전모드 및 트리클충전모드는 전지를 100％ 충전시키기 위해 필요한 모드이다. 상기 모드중 시작모드, 방전모드, 워밍업모드는 실제 전지가 충전되는 고속충전모드를 실행하기 위해 전지의 상태를 양호하게 하기 위한 것이다. 또한, 트리클모드는 만충전모드에 의해 완전히 충전된 전지의 미세자기방전을 방지하기 위한 것으로, 실제적인 전지의 충전과는 무관하다. 따라서, 전지를 실제로 완전히 충전시키는 전지충전모드는 고속충전모드와 만충전모드이다.Each mode of battery charging, that is, a start mode, a discharge mode, a warm up mode, a fast charge mode, a full charge mode and a trickle charge mode, is a mode necessary for charging the battery 100%. The start mode, the discharge mode, and the warm up mode of the above modes are for improving the state of the battery in order to execute the fast charge mode in which the actual battery is charged. In addition, the trickle mode is to prevent fine magnetic discharge of a battery fully charged by the full charge mode, and is not related to the actual charging of the battery. Therefore, the battery charge mode for actually fully charging the battery is the fast charge mode and the full charge mode.

본 발명에서는 고속충전모드와 만충전모드에서의 전압데이터와 온도데이터만을 아날로그/디지털변환기에 의해 디지털데이터로 변환하며 이 데이터를 기초로 하여 고속충전모드와 만충전모드의 변환 및 만충전모드와 트리클모드의 변환을 실행한다. 전지의 충전시 방전모드는 충전 전에 전지에 미리 충전되어 있는 전기(일정 크기로 한정된)를 방전시켜 전지의 수명이 단축되는 것을 방지하기 위한 것이기 때문에, 방전상태에 관계없이 일정시간을 방전시간으로 설정해 놓으면 전지내의 모든 전기를 방전할 수 있게 된다. 또한, 워밍업모드에서도 피크가 상기 워밍업모드 초기에 발생하기 때문에 워밍업을 일정시간 동안 실행되게 설정해 놓으면 워밍업모드의 목적을 달성할 수 있게 된다. 결국, 모드상태에 따른 모드의 변환은 고속충전모드와 만충전상태에서만 실행되면, 원활한 전지충전이 가능하게 된다.In the present invention, only voltage data and temperature data in the fast charge mode and the full charge mode are converted into digital data by an analog / digital converter, and the fast charge mode and the full charge mode are converted, the full charge mode and the trickle based on this data. Perform the mode conversion. The discharge mode during battery charging is to prevent the battery life from shortening by discharging the electricity (limited to a certain size) previously charged in the battery before charging, so set a certain time as the discharge time regardless of the discharge state. When released, all of the electricity in the battery can be discharged. In addition, in the warm-up mode, since the peak occurs at the beginning of the warm-up mode, if the warm-up is set to be executed for a predetermined time, the purpose of the warm-up mode can be achieved. As a result, when the mode conversion according to the mode state is executed only in the fast charge mode and the full charge state, smooth battery charge is possible.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전지충전방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a battery charging method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명에 따른 전지충전방법을 나타내는 플로우챠트이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 우선 전지의 충전을 개시하여 설정시간 동안 방전모드를 실행한다(S101). 설정된 시간이 경과하여 방전모드가 종료된 후, 설정시간 동안 워밍업모드가 시작된다(S102). 전지의 충전은 충전용 IC에 의해 이루어진다. IC내에는 MOS 트랜지스터가 내장되어 도 4에 도시된 펄스가 게이트에 인가되면 상기 MOS 트랜지스터가 온(on)되어 소스 및 드레인을 거쳐 전지에 전류가 인가되어 충전이 이루어진다. 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 워밍업모드에서는 MOS 트랜지스터가 4초 동안 온되고 28초 동안 오프(off)되어 전지가 저속으로 충전된다.3 is a flowchart showing a battery charging method according to the present invention. As shown in the figure, first, charging of the battery is started to execute the discharge mode for a set time (S101). After the set time elapses and the discharge mode ends, the warm-up mode is started for the set time (S102). The battery is charged by the charging IC. In the IC, when the MOS transistor is built-in and the pulse shown in FIG. 4 is applied to the gate, the MOS transistor is turned on, and current is applied to the battery through the source and drain to charge. As shown in Fig. 4A, in the warm-up mode, the MOS transistor is turned on for 4 seconds and off for 28 seconds to charge the battery at a low speed.

이후, 설정시간 동안의 워밍업모드가 종료되면, 고속충전모드가 실행된다(S103). 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 고속충전모드에서는 28초 동안 MOS 트랜지스터가 온되고 4초 동안 오프되기 때문에, 워밍업모드에 비해 대단히 빠른 속도로 전지의 충전이 이루어진다. 고속충전모드의 진행시 전지셀의 전압데이터 및 온도데이터가 아날로그/디지털변환기에 의해 디지털데이터로 변환되어 충전용 IC에 입력된다. 충전용 IC에 입력된 데이터가 기준값(전지의 약 80％ 충전에 대응하는)에 도달하면, 상기 IC에서 신호가 출력되어 만충전모드가 실행된다(S104,105).Thereafter, when the warm-up mode for the set time ends, the fast charge mode is executed (S103). As shown in FIG. 4 (b), since the MOS transistor is turned on for 28 seconds and turned off for 4 seconds in the fast charge mode, the battery is charged at a much faster rate than the warm-up mode. During the high-speed charging mode, voltage data and temperature data of the battery cell are converted into digital data by an analog / digital converter and input to the charging IC. When the data input to the charging IC reaches a reference value (corresponding to about 80% charge of the battery), a signal is output from the IC to execute the full charge mode (S104, 105).

만충전모드에서는 도 4(c)에 도시된 펄스에 의해 MOS 트랜지스터가 4초 동안 온되고 28초 동안 오프되기 때문에, 전지가 워밍업모드와 같이 저속으로 충전된다. 만충전모드에 의해 전지가 100％ 충전되며, 만충전모드시 전압데이터와 온도데이터가 출력되고 이 데이터가 아날로그/디지털변환기에 의해 디지털데이터로 변환되어 충전용 IC로 입력된다. 상기 만충전모드의 디지털데이터가 전지의 100％ 충전에 대응하는 기준값에 도달하면, IC에서 신호를 출력하여 만충전모드를 종료한다(S106).In the full charge mode, since the MOS transistor is turned on for 4 seconds and turned off for 28 seconds by the pulse shown in Fig. 4C, the battery is charged at low speed as in the warm-up mode. The battery is charged 100% by the full charge mode. In the full charge mode, the voltage data and the temperature data are output. The data is converted into digital data by an analog / digital converter and input into the charging IC. When the digital data in the full charge mode reaches a reference value corresponding to 100% charge of the battery, the IC outputs a signal to end the full charge mode (S106).

만충전모드가 종료함에 따라 전지는 미세자기방전을 시작하여 전지가 충전정도가 미세하게 변하게 된다. 이러한 변화를 방지하기 위해, 트리클충전모드를 개시한다(107). 상기 트리클충전모드에서는 IC의 MOS 트랜지스터의 도 4(d)에 도시된 펄스가 인가되어 상기 MOS 트랜지스터가 1초 동안 온되고 31초 동안 오프된다. 즉, 상기 펄스의 인가에 의해 전지가 매우 저속으로 충전되어 자기방전된 양만큼의 전기가 전지에 충전됨으로써 전지는 항상 100％의 충전을 유지하게 된다.As the full charge mode ends, the battery starts a fine magnetic discharge, and the battery is slightly changed in charge. In order to prevent such a change, the trickle charging mode is started (107). In the trickle charge mode, the pulse shown in Fig. 4 (d) of the MOS transistor of the IC is applied so that the MOS transistor is on for 1 second and off for 31 seconds. That is, the battery is charged at a very low rate by the application of the pulse so that the battery is charged with the amount of electricity that is self-discharged, so that the battery always maintains 100% charge.

상기한 바와 같이, 종래에는 각 충전모드의 데이터가 아날로그/디지털변환기에 의해 디지털데이터로 변환되어 충전용 IC에 입력되는 반면에, 본 발명의 전지충전방법에서는 실제 전지의 100％ 충전이 이루어지는 고속충전모드와 만충전모드의 데이터만이 디지털데이터로 변환되기 때문에 다른 모드에서의 아날로그/디지털변환기의 바이어스 및 제어신호가 불필요하게 되어 전력소모를 대폭 감소할 수 있게 된다.As described above, while the data of each charging mode is conventionally converted into digital data by an analog / digital converter and input to the charging IC, in the battery charging method of the present invention, high speed charging in which 100% of the actual battery is performed Since only the data in the mode and the full charge mode are converted into digital data, the bias and control signals of the analog / digital converters in other modes are unnecessary, thereby greatly reducing power consumption.

Claims

A charging start step of initiating charging of the battery;

A battery discharge step of discharging electricity already charged in the battery;

A warm-up step of charging the battery at a low speed to prevent rapid charging;

A fast charging step of charging the battery at high speed;

Sensing the state of charge of the battery by converting the state data of the battery into digital data during high-speed charging and inputting it into a charging IC;

A full charging step of fully charging the battery after the end of the fast charging;

Detecting whether the battery is fully charged by converting the state data of the battery into digital data and inputting it into a charging IC during the full charging step of the battery; And

A battery charging method comprising a trickle step of charging a battery at a low speed when the battery is fully charged to prevent a decrease in the degree of charge due to self discharge of the battery.

The battery charging method according to claim 1, wherein the state data of the battery is voltage and temperature data of the battery.