KR20010033176A - 재충전 전지의 충전 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

소정의 목표 전압(Veoc)을 구비한 재충전 전지를 고속으로 충전하는 방법으로서, 상기 재충전 전지로는 리튬 형 전지가 개시된다. 상기 충전 전압은 상기 무저항 전지 셀 전압과 상기 단자 저항(41a, 42a, 14a, 15a, 16a)및 상기 전지의 상기 내부 저항(12a, 12b, 12c)에 의해 발생된 전압 강하의 합으로서 표현될 수 있다. 상기 충전 과정의 일부분 동안에, 상기 충전 전압은 제어됨으로써 상기 목표 전압을 초과하게 하고, 그럼으로써 고충전 전류를 가능하게 한다. 상기 충전 전압은 제어됨으로써 상기 무저항 셀 전압이 상기 목표 전압을 초과하지 못하도록 한다. 보호 회로(60)를 구비한 전지에서, 상기 충전 과정의 일부분 동안에 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압은 상기 목표 전압 이상이고 상기 보호 회로 임계 전압 이하로 유지되게 함으로써 상기 보호 회로에 의한 충전의 중단을 방지한다. 또한 상기 충전 방법을 제어하는 충전 장치와, 정보 수단을 구비하는 전지가 개시되고, 상기 정보 수단은 제 1 및 제 2 최대 충전 전압 파라미터를 저항한다. 상기 제 1 및 제 2 최대 충전 파라미터는 상기 충전 장치에 의해 사용됨으로써 본 발명의 상기 충전 방법에 따라 상기 충전 전압을 제어한다.

Description

재충전 전지의 충전 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CHARGING A RECHARGEABLE BATTERY}

일반적으로, 재충전 전지, 또는 NiCd(니켈-카드뮴) 또는 NiMH(니켈-메탈-하이드라이드) 전지와 같은 2차 전지를 충전할 때, 어떠한 현상이 발생할 때까지는 전지에 비교적 높은 일정한 충전 전류가 인가되는 급속한 충전 과정을 수행하는 것으로 알려져 있다. 상기 현상은 전지 온도의 갑작스런 증가 또는 전지 단자 전압의 강하가 될 수도 있다.

그러나, 리튬-이온 전지들, 리튬 폴리머 전지들 및 리튬 고상 전지들을 포함하는 리튬 형 전지들, 및 납 충전 전지들과 같은 재충전 전지들을 충전시킬 때, 완전히 충전된 상태에서는 어떠한 특정한 사건도 검출되지 않는다. 일반적으로, 이러한 형의 전지들은 검출된 전지 전압이 소정의 완전 충전 또는 목표 충전 전압에 이를 때까지 일정한 전류에 의해 먼저 충전된다. 이어서, 제 2 충전 단계로서 충전 전류는 전지가 충분히 충전되었음을 나타내는 소정의 작은 값에 이를 때까지 떨어지면서, 전압은 그의 목표 충전 전압으로 유지된다.

미국 특허 제5,637,981호에서는, 재충전 또는 2차 전지가 이상적인 전지 및 내부 저항으로 구성되며, 제 2 충전 단계에서 충전하기 위한 일정한 전압 회로 또한 이상적인 일정한 전압 회로 및 내부 저항으로 구성된다고 개시한다. 따라서, 충전 전류는 이들 내부 저항들에서 전압 강하를 일으키며, 결과적으로 이상적인 전지에 인가된 충전 전압이 일정 전압 충전 모드로 감소됨으로써, 충전 시간이 길어진다.

따라서, 좀 더 짧은 충전 시간을 얻기 위해서는, 내부 저항들에서의 전압 강하를 고려하면서 목표 충전 전압 또는 완전 충전 전압 보다 더 높은 충전 전압에 의해 전지를 충전해야 할 필요가 있다. 그러나, 재충전 전지가 충전 전압이 소정의 임계 전압 보다 더 높아질 때에 충전을 중단시키는 내장 보호 회로(built-in protection circuit)를 구비하고 있을 때, 상기 보호 회로는 보통 상기의 높은 충전 전압으로 충전시킬 때 충전 과정을 중단시킬 것이다.

이러한 문제에 대한 해결책은, 충전기가 특정한 전지 팩에 맞추어 제조되며 보호 회로의 보호 동작을 억제하도록 허용됨으로써 더 높은 충전 전압을 허용하는 미국 특허 제5,637,981호에 개시되어 있다. 유사한 해결책은, 충전기가 보호 회로를 더 높은 임계 전압으로 프로그램할 수 있게 함으로써 일부의 충전 과정에 대하여 더 높은 충전 전압을 허용하는 미국 특허 제5,654,622호에 개시되어 있다.

상기 설명된 충전 과정들의 공통적인 단점은 보호 회로에 의한 방해, 이에 의한 회로 동작의 변화 또는 억제이다. 이는 보호 회로의 잘못된 프로그래밍을 유도하여 전지의 과충전을 야기시킬 수도 있으며, 이는 또한 전지를 파괴시키거나 질을 악화시킬 수도 있다.

따라서, 충전 과정을 허용하는 전지 충전 방법 및 장치의 필요성이 대두되었는데, 여기에서는 전지를 적어도 일부의 충전 과정 동안 목표 충전 전압 보다 큰 충전 전압으로 충전시킴으로써 급속한 충전을 허용하기는 하지만, 이러한 충전 과정은 미리-프로그램된 보호 회로의 작동을 막을 수 있도록 제어된다.

본 발명은 보호 회로에 연결된 재충전 또는 2차 전지의 충전 방법을 제공하며, 상기 보호 회로는 그에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 경우 충전 과정을 중단시킨다. 본 발명의 방법에 따르면, 충전 과정은 보호 회로에 의해 감지되는 전압이 임계값 이하의 값으로 유지됨으로써, 보호 회로에 의해 충전 과정이 중단되지 않으면서 높은 충전 속도를 허용하도록 최적의 방법으로 제어될 수 있다.

본 발명에 따르면, 이는

소정의 목표 충전 전압을 가지며 전지 단자들을 구비하는 재충전 전지;

보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때 재충전 전지의 충전을 중단시키도록 적용되는 보호 회로; 및

전지를 충전하도록 적용되는 전지 충전기를 구비하는 시스템을 이용하는 재충전 전지 충전 방법에 의해 달성되며,

상기 재충전 전지 충전 방법은:

(a) 전지 단자들에 충전 전류를 공급하는 단계; 및

(b) 적어도 일부의 충전 과정 동안, 보호 회로에 인가된 전압이 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하도록 전지를 충전시킴으로써, 상기 보호 회로에 의한 충전 중단을 막는 단계를 구비한다. 바람직하게는, 재충전 전지는 보호 회로를 구비한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 충전 전류가 전지에 공급될 때 전지 단자에 해당하는 충전 전압은 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정되며, 그리고

상기 전지는 상기 결정 또는 측정된 충전 전압을 기반으로 하여 충전 전압 제어 모드에서 적어도 일부의 단계(b) 동안 충전된다.

따라서, 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따르면, 소정의 목표 충전 전압을 가지며, 보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때 재충전 전지의 충전을 중단시키는 보호 회로 및 전지 단자들을 구비하는 재충전 전지의 충전 방법을 제공하며, 이 방법은:

전지에 충전 전류를 공급하는 단계;

충전 전류가 전지에 공급될 때 전지 단자에 해당하는 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정하는 단계; 및

보호 회로에 인가된 전압을 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안 상기 결정 또는 충전된 전압을 기반으로 하여 충전 전압 제어 모드에서 전지를 충전시킴으로써, 상기 보호 회로에 의한 충전 중단을 막는 단계를 구비한다.

바람직하게는, 전지 단자 전압은 충전 전류가 중단되지 않고 공급되는 기간 동안 측정된다.

충전 전류는 전기 전력원 또는 전력 공급기로부터 공급될 수도 있다. 충전 전압 제어 모드에서 전지를 충전시킬 때에는, 결정된 충전 전압이 제 1 보호 전압으로서 언급된 소정의 레벨 또는 값을 초과하지 않도록 전력 공급기의 출력이 제어되는 것이 바람직하다.

충전 전압은 바람직하게는 전지 단자 전압으로서 측정될 수도 있다. 그러나, 충전 전압은 또한 다른 방법으로 결정 또는 측정될 수도 있다. 여기에서는, 결정된 충전 전압이 전지 단자 전압에 해당하며, 이에 따라 전지 단자 전압의 변화가 충전 전압의 변화에 해당한다는 것이 중요하다.

전지 단자 전압으로서 충전 전압을 결정할 때, 충전 전압은 어떠한 충전 전류도 인가되지 않을 때의 전지 전압, 즉 개방 회로 전지 전압 또는 내부 저항이 없는 전지 전압과 같은 전지 전압 부분과, 그리고 전지 단자 전압 측정시에 존재하는 다른 모든 전압 강하들로서 하기에서 정의되는 단자 전압 부분으로 분리될 수 있다. 이에 따라, 단자 전압 부분은 전지의 내부 저항에서의 전압 강하, 보호 회로의 저항에 의해 야기되는 전압 강하 및/또는 가스 검사 회로 또는 전지 내에 배열된 검사 다이오드와 같은 전지 내의 다른 전자 구성요소들 또는 회로들에 의해 야기되는 전압 강하들을 포함할 수도 있다. 또한, 단자 전압 부분은 전지 단자들의 저항에서의 전압 강하로서 언급된 것을 포함할 수도 있으며, 이는 전지의 단자들 또는 접속에서의 전압 강하, 전지를 충전하는 충전기의 단자들 또는 접속에서의 전압 강하 및/또는 하나 이상의 전류 검출 저항들을 포함하는 충전기의 내부 저항으로 인한 전압 강하를 포함할 수도 있다.

상기 설명된 단자 전압 부분은 전지에 공급되는 충전 전류의 함수임을 염두해 두어야 한다. 이에 따라, 단자 전압 부분은 높은 전류에 대해서는 전지 전압 부분과 비교될 때 높은 값을 얻는 반면, 낮은 전류에 대해서는 다소 낮은 값을 얻게 될 것이다. 이에 대해서는 바람직한 실시예에서 상세히 설명된다.

상기 설명한 바와 같이, 주어진 임계 전압을 갖는 보호 회로 및 목표 충전 전압을 갖는 형의 전지, 가령 리튬 형 또는 이튬-이온 형 전지를 충전할 때, 전지 전압은 측정된 충전 전압이 목표 충전 전압에 이를 때까지 제 1 충전 과정 부분 동안 증가할 수도 있다. 이러한 충전 시점에서, 충전 전류는 목표 충전 전류와 비교하여 여전히 다소 높은 값을 가질 수도 있다. 따라서, 단자 전압 부분이 높은 값을 갖게 되며, 결과적으로 전지 전압 부분이 목표 충전 전압 이하가 된다. 전지 전압 부분이 목표 충전 전압에 아직 이르지 않았을 때에는, 충전 전압을 목표 충전 전압 이상으로 증가시킴으로써 급속한 충전 과정이 가능할 수도 있다.

따라서, 충전 전압은 제 1 보호 전압까지 증가될 수도 있는데, 여기서 제 1 보호 전압은 본 발명에 따라 보호 회로에 인가된 전압이 임계 전압 이하로, 하지만 목표 충전 전압 이상으로 유지될 수 있도록 결정되어야 한다. 따라서, 제 1 보호 전압으로 몇 개의 값들이 선택될 수도 있지만, 보호 회로에서의 전압이 임계 전압에 가까울수록 충전 과정이 더 빠르게 진행된다.

제 1 보호 전압의 값을 결정하는 한 방법은 일정 최대 충전 전류를 이용하여 테스트 충전을 수행하여, 보호 회로가 충전 과정을 중단시킬 때까지 충전 전압이 목표 충전 전압 이상으로 증가될 수 있게 하는 것이다. 이때 임계 충전 전압이 결정된 다음, 보호 회로 전압이 임계 전압 이하로 유지될 수 있도록, 그리고 다른 보호 회로들의 임계 전압들의 변화들을 고려할 수 있도록 제 1 보호 전압이 상기 임계 충전 전압 보다 조금 더 낮은 값으로 지정될 수 있다.

충전 과정을 수행하여 충전 전압이 소정의 제 1 보호 전압에 이르게 할 때에는, 다른 충전이 충전 전압의 전지 전압 부분의 증가와, 충전 전류의 감소 및 이에 따른 단자 전압 부분의 감소를 이끌게 된다. 전류가 감소될 때에는 또한 전지 충전기로부터 보호 회로로의 전압 강하가 감소될 것이다. 따라서, 이는 상기 설명된 임계 충전 전압과 비교할 때 제 1 충전 전압의 다른 감소를 이끄는 제 1 보호 전압 값의 결정시 고려되어야 한다.

제 1 보호 전압은 또한 적절한 충전 전류에 대한 전지 전압 부분의 결정 또는 측정된 값들과 비교되는 단자 전압 부분의 전압 강하들의 다른 부분들의 계산치 및/또는 측정치로부터 결정될 수 있다.

따라서, 제 1 보호 전압은 상기 임계 전압과 상기 충전 전류에 의한 상기 전압 강하의 함수로서 결정되고, 상기 전압 강하는 상기 충전 전류에 의해 상기 전지의 상기 내부 저항과, 상기 보호 회로의 상기 내부 저항과, 상기 전지 단자의 상기 저항과, 상기 충전기 단자의 상기 저항 및/또는 하나 또는 그 이상의 전류 검출 저항에서 발생된 것이다.

높은 충전 전압을 허용하기 위한 바람직한 전지 충전 방법은, 적어도 일부의 충전 과정 동안에 충전 전압을 실질적으로 제 1 보호 전압으로 유지할 수 있도록 일정한 충전 전압 모드에서 전지를 충전하는 것이다. 여기에서, 제 1 보호 전압은 보호 회로에 인가된 전압이 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지되어, 상기 보호 회로에 의한 충전 중단을 막을 수 있도록 결정되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따라, 전지 충전 시스템은 보호 회로에서의 전압 레벨을 결정 또는 측정하는 수단을 구비할 수도 있다. 여기에서, 본 발명의 방법은 하기의 단계들:

전지에 충전 전류가 공급될 때 보호 회로 전압에 해당하는 보호 회로 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정하는 단계; 및

상기 결정 또는 측정된 보호 회로 충전 전압을 기반으로 하여 보호 회로 전압 제어 모드에서 적어도 일부의 단계(b) 동안 전지를 충전하는 단계를 구비할 수도 있다.

따라서, 전지가 보호 회로에서의 전압 레벨을 결정 또는 측정하는 수단을 구비한다면, 본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따른 방법은 또한 하기의 단계들:

전지에 충전 전압이 인가될 때 보호 회로 전압에 해당하는 보호 회로 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정하는 단계; 및

보호 회로에 인가된 전압이 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지되어 상기 보호 회로에 의한 충전 중단을 막을 수 있도록, 상기 결정 또는 측정된 보호 회로 충전 전압을 기반으로 하여 적어도 일부의 충전 과정 동안 보호 회로 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계를 구비할 수도 있다. 보호 회로 충전 전압은 바람직하게는 충전 전류가 중단없이 공급되는 기간 동안 측정될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 보호 회로 전압 제어 모드는 측정된 보호 회로 전압을 실질적으로 제 2 보호 전압으로 유지할 수 있도록, 일정한 보호 회로 전압 모드에서의 전지 충전을 구비하는 것이 바람직하며, 상기 보호 전압은 목표 충전 전압 이상의 값을 갖고, 상기 보호 전압에 의해 충전될 때 보호 회로에 인가되는 전압이 임계 전압 이하가 되어 상기 보호 회로에 의한 충전 중단을 막을 수 있도록 결정된다.

보호 회로 충전 전압은 보호 회로 전압으로서 바로 결정되는 것이 바람직하다. 그러나, 보호 회로 충전 전압은 또한 다른 방법으로 결정될 수도 있다. 여기에서는, 결정된 보호 회로 충전 전압이 보호 회로에 인가된 전압에 해당하며, 결과적으로 보호 회로에 인가된 전압의 변화는 결정된 보호 회로 충전 전압의 해당하는 변화를 야기시킨다.

보호 회로 전압이 실질적으로 바로 결정될 때, 제 2 보호 전압은 바람직하게는 보호 회로의 임계 값에 가까운 값으로 지정되어야 한다. 그러나, 다른 보호 회로들의 임계 전압들의 변화를 허용할 수 있도록, 그리고 보호 회로 전압 측정시의 부정확성을 허용할 수 있도록 마진이 또한 주어질 수도 있다. 따라서, 제 2 보호 전압은 임계 전압 및 임계 전압의 변화의 함수로서 결정될 수도 있다. 또한, 제 2 보호 전압은 보호 회로의 내부 저항의 함수로서 결정될 수도 있다. 제 2 보호 전압의 하위 한계치는 전지의 내부 저항에서의 충전 전류에 의해 야기되는 전압 강하의 함수로서 결정될 수도 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 충전시, 최소의 실질적인 내부 무저항(resistance free) 전지 전압은 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정되며, 상기 무저항 전지 전압은 바람직하게는 충전 전류의 공급이 중단되거나 감소되는 기간 동안 결정된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전지는 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때까지 충전 전압 제어 모드 또는 일정 충전 전압 모드에서 충전된다.

만일 전지가 보호 다이오드를 구비한다면, 최소의 실질적인 내부 무저항 전지 전압을 측정할 때에 이 다이오드에 작은 전류가 흘러야 할 필요가 있다. 이 경우, 측정된 전압은 다이오드를 가로지르는 전압 강하와 전지 전압의 합이 될 것이다. 따라서, 측정된 최소의 실질적인 무저항 전지 전압과 목표 충전 전압을 비교할 때, 상기의 다이오드가 전지 내에 삽입된다면, 상기 측정된 전압은 보호 다이오드를 가로지르는 전압 강하에 대하여 수정되어야 한다.

바람직한 실시예에서, 제 2 보호 전압은 임계 전압에 가까운 값으로 지정될 수도 있는 반면, 제 1 보호 전압은 전체 보호 충전 전압으로서 선택될 수도 있다. 따라서, 만일 단자들의 저항이 비교적 높은 값을 갖는다면, 즉 큰 전류로 충전될 때 높은 전압 강하를 일으키는 큰 값을 갖는다면, 충전 과정의 일부는 충전 전압이 제 1 보호 전압을 초과하지 않도록 충전 전압 제어 모드를 수행할 수도 있다. 이 충전 전압 제어 모드는, 보호 회로 전압이 제 2 보호 전압까지 증가할 수 있도록 충전 전류 및 단자 전압 강하가 떨어질 때까지 수행될 수도 있다. 이 단계에서, 충전 과정은 제 2 보호 회로 전압을 초과하지 않도록, 제어되고 있는 보호 회로 전압으로 보호 회로 전압 제어 모드에서 진행될 수도 있다. 여기에서, 보호 회로 전압 제어 모드는 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때 까지 수행될 수도 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 발명은 보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때 재충전 전지의 충전을 중단하는 보호 회로 및 전지 단자들을 구비하며, 목표 충전 전압을 갖는 재충전 전지 충전 방법을 제공하며, 상기 방법은:

전지에 충전 전류를 공급하는 단계;

충전 전류가 전지에 공급될 때 보호 회로 전압에 해당하는 보호 회로 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안에 결정 또는 측정하는 단계; 및

보호 회로에 인가된 전압을 보호 회로의 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하여 상기 보호 회로에 의해 충전이 중단되는 것을 막기 위하여, 적어도 일부의 충전 과정 동안, 상기 결정 또는 측정된 보호 회로 충전 전압을 기반으로 하여 보호 회로 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계를 구비한다.

본 발명의 제 2 양태의 방법은, 보호 회로 전압 모드에서 전지를 충전하는 단계를 포함하는 상기 설명된 본 발명의 제 1 양태의 단계들과 유사하다는 것을 유념해야 한다. 그러나, 본 발명의 제 2 양태에서는, 충전 전압 제어 모드 또는 일정한 충전 전압 모드에서의 전지 충전 단계들이 생략될 수도 있다.

또한, 보호 회로 전압 제어 모드는 측정된 보호 회로 전압을 실질적으로 제 2 보호 전압으로 유지하기 위하여 일정한 보호 회로 전압 모드에서 전지를 충전하는 단계를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제 2 보호 전압은 목표 충전 전압 이상의 값을 갖고, 제 2 보호 회로 전압으로 충전될 때 보호 회로에 인가된 전압이 임계 전압 이하가 되어 상기 보호 회로에 의해 충전이 중단되는 것을 막을 수 있도록 결정된다.

본 발명의 제 2 양태의 바람직한 실시예에서, 제 2 보호 전압은 임계 전압 가까이로 지정될 수도 있다.

또한, 최소의 실질적인 내부 무저항 전지 전압은 상기 설명된 바와 같이 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정되는 것이 바람직하다. 여기에서, 전지는 또한 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때까지 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전되는 것이 바람직하다.

최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때 까지 상기 설명한 충전 과정 중 어떠한 것을 수행할 때, 충전 과정은 최소의 실질적인 무저항 전지 제어 전압을 실질적으로 전지의 충전 목표 전압으로 유지할 수 있도록 무저항 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계를 더 구비할 수도 있다. 여기서, 무저항 전압 제어 모드에서의 충전은 충전 전류가 소정의 낮은 충전 목표 전류까지 감소할 때에 종료되는 것이 바람직하다. 충전 전류가 상기의 낮은 충전 목표 전류까지 증가할 때, 전지는 그의 가장 완전하게 충전된 상태로 충전되어야 하며, 다른 충전이 전지에 많은 용량을 부가하지 않을 수도 있다.

본 발명의 제 1 또는 제 2 양태의 실시예들 중 어떠한 것에 다른 방법으로 전지를 충전할 때, 충전 전압이 제 1 보호 전압에 이를 때 까지, 또는 보호 회로 전압이 제 2 보호 전압에 이를 때 까지 일정한 전류 충전 모드에서 첫 번째로 전지를 충전하는 것이 바람직하며, 여기서 상기 일정한 전류 충전 모드는 충전 기간을 포함하고, 전지는 적어도 일부의 상기 충전 기간 동안 실질적으로 일정한 전류에 의해 충전된다.

재충전 전지를 충전할 때, 충전 전류의 값은 전지의 용량과 비교되는 상대적인 측정치로서 주어질 수도 있다. 따라서, 전지가 전지의 암페어-시간의 용량과 같은 암페어 비로 충전된다면, 전지는 1C 전류로 충전된다. 본 발명에 따르면, 일정한 전류 충전 모드 동안 공급되는 전류는 0.3C 이상, 바람직하게는 0.5-5C 범위, 더욱 바람직하게는 약 1-2C 범위의 암페어 비로 공급될 수도 있다.

충전 과정을 종료할 때, 목표 충전 전류는 일정한 전류 충전 모드의 충전 전류의 2-50%의 범위로, 바람직하게는 충전 전류의 5-20%의 범위로 지정될 수도 있다.

보호 회로에 인가되는 전압을 측정하기 위해서는, 재충전 전지가 상기 전압을 측정하기 위한 전압 검출 회로를 더 구비하는 것이 바람직하며, 여기서 상기 전압 검출 회로는 바람직하게는 가스 측정 회로이다.

그러나, 목표 충전 전압에서부터 임계 전압까지 전압 범위(window)가 다소 좁을 수도 있기 때문에, 전압 검출 회로의 출력으로부터 보호 회로 전압의 실질적으로 정확한 측정치를 얻는 다는 것이 중요하며, 이는 예에서 설명될 것이다. 가스 검사 목적을 갖는 상업적으로 유용한 회로들을 이용할 때에 항상 이와 같은 것은 아니다. 이에 따라, 전압 검출 회로의 출력을 조정할 필요가 있다.

따라서, 보호 회로 전압 제어 모드를 포함하는 본 발명에 따른 충전 방법은 전압 검출 회로의 출력을 조정하기 위한 초기 충전 단계(phase)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 조정의 결과는 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전할 때 수정된 보호 회로 전압을 측정하기 위하여 전압 검출 회로의 출력을 수정하는 데에 이용된다. 조정 단계는:

전압 검출 회로에 의한 출력으로 주어지는 전지 전압을 결정하는 단계;

전지 단자 전압을 결정하는 단계;

상기 결정된 단자 전압과 전압 검출 회로의 결정된 출력을 비교하는 단계;

상기 비교를 기반으로 하여, 전압 검출 회로에 대한 전압 수정 값을 결정하는 단계; 및

상기 전압 수정 값을 저장하는 단계를 구비할 수도 있다.

수정 과정 동안에 전지 단자 전압 및 전압 검출 회로 출력 전압을 결정할 때, 전지로의 충전 전류의 공급이 중단되거나, 또는 최대 충전 전류와 비교하여 감소된 비율로 충전 전류가 공급되어 최소의 실질적인 내부 무저항 전압 검출을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 검출 다이오드를 갖는 전지들에 있어서, 이 검출 다이오드에서의 전압 강하는 전압 수정 값을 결정할 때 전지 단자 전압에 대하여 수정되어야 한다.

본 발명은 또한 재충전 전지 충전 시스템을 제공하며, 이 시스템은:

(a) 소정의 목표 충전 전압을 갖는 재충전 전지 및 전지 단자들을 포함하는 전지 팩과;

(b) 보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때, 재충전 전지의 충전을 중단하기 위하여 상기 재충전 전지에 결합되는 보호 회로;

(c) 전지 충전기를 구비하며, 이 전지 충전기는:

상기 전지 팩으로 충전 전류를 공급하기 위하여 전지 단자들을 전기 전력원에 결합하기 위한 수단;

적어도 일부의 충전 과정 동안 상기 보호 회로에 인가된 전압을 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 상기 회로의 임계 전압 이하로 유지하여, 상기 보호 회로에 의한 충전 과정의 중단없이 전지가 충전될 수 있도록 충전 과정을 제어하는 수단;

전지에 충전 전류가 공급될 때 전지 단자 전압에 해당하는 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정하기 위한 수단; 및

보호 회로에 인가된 전압을 목표 충전 전압 이상으로 유지하고, 그리고 상기 결정 또는 측정된 충전 전압을 기반으로 하여 전압 제어 모드에서 상기 충전을 제어하도록 적용된 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하기 위하여 충전 과정을 제어하는 수단을 구비한다.

본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따르면, 소정의 목표 충전 전압을 가지며, 보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때에 재충전 전지의 충전을 중단시키는 보호 회로 및 전지 단자들을 구비하는 재충전 전지 충전 장치가 제공되며, 이 장치는:

전지에 충전 전류를 공급하기 위하여 전지 단자들을 전기 전력원에 연결하기 위한 수단;

전지에 충전 전류가 공급될 때 전지 단자 전압에 해당하는 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정하기 위한 수단; 및

보호 회로에 인가된 전압을 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정된 충전 전압을 기반으로 하여 충전 전압 제어 모드에서 충전 과정을 제어하기 위한 수단을 구비한다. 바람직하게는, 충전 전압을 결정하는 수단은 충전 전류가 중단없이 공급되는 기간 동안에 전지 단자 전압을 측정하도록 적용된다.

충전 과정 제어 수단은 또한 충전 전압을 저장 수단에 저장된 제 1 보호 전압으로 실질적으로 유지하기 위하여 일정한 충전 전압 모드에서 전지를 충전하는 수단을 구비하는 것이 바람직하며, 상기 제 1 보호 전압은 목표 충전 전압 이상의 값을 갖고, 제 1 보호 전압으로 충전할 때 보호 회로에 인가된 전압이 보호 회로 임계 전압 이하가 되도록 결정된다. 여기에서, 일정한 충전 전압 모드는 충전 전압 제어 모드의 실시예가 될 수도 있다.

본 발명의 실시예에서, 시스템 및/또는 장치는:

충전 전류가 중단없이 공급되는 기간 동안 보호 회로 전압을 측정함으로써 보호 회로 충전 전압을 결정하는 수단; 및

보호 회로에 인가된 전압을 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정된 보호 회로 충전 전압을 기반으로 하여 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전 과정을 제어하기 위한 수단을 더 구비한다. 여기에서, 충전 과정 제어 수단은 또한 측정된 보호 회로 전압을 저장 수단에 저장된 제 2 보호 전압으로 실질적으로 유지하기 위하여 일정한 보호 회로 전압 모드에서 전지를 충전하는 수단을 더 구비할 수도 있으며, 상기 제 2 보호 전압은 제 2 보호 전압으로 충전할 때 보호 회로에 인가된 전압이 임계 전압 이하가 될 수 있도록 결정된다.

바람직하게는, 시스템 및/또는 장치는:

최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 수단을 더 포함하며, 상기 충전 과정은 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때에, 충전 전압 제어 모드 또는 보호 회로 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하도록 적용된다. 바람직하게는, 무저항 전압을 결정하는 수단은 상기 전압을 충전 전류의 공급이 중단되거나 감소될 때에 측정되도록 적용된다.

제 1, 2 보호 전압의 결정은 상기에서 설명하였다.

본 발명의 제 2 양태는 또한, 소정의 목표 충전 전압을 가지며, 보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때에 재충전 전지의 충전을 중단시키는 보호 회로 및 전지 단자들을 구비하는 재충전 전지 충전 장치를 제공하며, 상기 장치는:

전지에 충전 전류를 공급하기 위하여 전지 단자들을 전기 전력원에 연결하기 위한 수단;

전지에 충전 전류가 공급될 때 보호 회로 전압에 해당하는 보호 회로 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정하기 위한 수단;

보호 회로에 인가된 전압을 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하기 위하여, 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정된 또는 측정된 보호 회로 충전 전압을 기반으로 하여 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전 과정을 제어하기 위한 수단을 구비한다. 바람직하게는, 보호 회로 충전 전압을 결정하기 위한 수단은 충전 전류가 중단없이 공급되는 기간 동안 보호 회로 전압을 측정하도록 적용된다.

본 발명의 제 2 양태에 따른 장치의 충전 과정 제어 수단은:

측정된 보호 회로 전압을 실질적으로 제 2 보호 전압으로 유지하기 위하여 일정한 보호 회로 전압 모드에서 전지를 충전하는 수단을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상기 제 2 보호 전압은 목표 충전 전압 이상의 값을 갖고, 제 2 보호 전압으로 충전될 때 보호 전압에 인가된 전압이 임계 전압 이하가 되도록 결정된다. 여기서, 상기 일정한 보호 회로 전압은 보호 회로 전압 제어 모드의 실시예가 될 수도 있다.

바람직하게는, 본 발명의 제 2 양태의 장치는:

최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 수단을 더 구비하며, 상기 충전 과정 제어 수단은 상기 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때 보호 회로 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하도록 적용된다. 바람직하게는, 무저항 전압을 결정하는 수단은 충전 전류의 공급이 중단 또는 감소되는 기간 동안 상기 전압을 측정하도록 적용된다.

최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 수단을 구비하는 상기 설명된 모든 시스템들 및/또는 장치들은 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 실질적으로 전지의 목표 충전 전압으로 유지하기 위하여 무저항 전압 제어 모드에서 전지를 충전시키는 수단을 더 구비할 수도 있다. 바람직하게는, 충전 과정 제어 수단은 충전 전류가 소정의 낮은 목표 충전 전류까지 감소될 때 무저항 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하도록 적용된다.

본 발명의 양태들에 따른 모든 시스템들 및/또는 장치들은, 충전 전압이 제 1 보호 전압에 이를 때까지, 보호 회로 전압이 제 2 보호 전압에 이를 때까지, 또는 내부 무저항 전압이 목표 충전 전압에 이를 때까지 일정 전류 충전 모드에서의 충전 전류의 공급을 제어하도록 적용된 충전 과정 제어 수단을 더 구비할 수도 있으며, 상기 일정 전류 충전 모드는 충전 기간을 포함하고, 전지는 상기 적어도 일부의 충전 기간 동안 실질적으로 일정 전류에 의해 충전된다. 여기에서, 충전 제어 수단은 0.3C 이상, 바람직하게는 0.5-5C 범위, 더욱 바람직하게는 약 1-2C 범위의 암페어 비로 충전 전류의 공급을 제어하도록 적용되어야 한다.

보호 회로 충전 전압을 결정하는 수단을 갖는 본 발명에 따른 시스템들 및/또는 장치들의 실시예들에 있어서, 이들 수단들은 보호 회로에 인가된 전압을 측정하는 전압 검출 회로와 통신하거나, 또는 그 출력을 해독하도록 적용되며, 상기 전압 검출 회로는 전지 내에 배열되고 바람직하게는 가스 측정 회로이다. 또한, 충전 과정 제어 수단은 전압 검출 회로의 출력을 조정하기 위한 초기 충전 단계를 더 포함하도록 적용되고, 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전할 때 수정된 보호 회로 전압을 측정하기 위하여 상기 조정의 결과를 이용해 출력 검출 회로의 출력을 수정하도록 적용되는 것이 바람직하다.

이러한 조정 단계를 수행하기 위하여, 충전 과정 제어 수단은 저장 수단을 더 구비할 수도 있으며,

전압 검출 회로에 의한 출력으로 주어진 전지 전압을 결정하는 단계;

전지 단자 전압을 결정하는 단계;

상기 결정된 단자 전압과 전압 검출 회로의 결정된 출력을 비교하는 단계;

상기 비교를 기반으로 하여, 전압 검출 회로에 대한 전압 수정 값을 결정하는 단계; 및

상기 전압 수정 값을 저장하는 단계에 의해 조정 단계를 제어하도록 적용된다.

여기에서, 충전 과정 제어 수단은 바람직하게는, 전지로의 충전 전류의 공급이 중단되거나 충전 전류가 낮은 비율로 공급될 때, 조정 단계 동안 전압 검출 회로 출력 전압 및 전지 단자 전압을 결정하도록 적용된다.

상기에서, 보호 회로 전압 제어 모드 동안 높은 충전률로 충전을 하기 위해서는, 충전 과정을 제어하여 충전 과정이 중단되는 것을 막을 수 있도록 보호 회로에 인가된 거의 정확한 전압 측정치를 갖는 것이 중요하다는 것을 설명하였다. 상기 충전 과정의 중단은 보호 회로 전압이 소정의 임계 전압에 이르는 경우 발생한다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 전지 단자들과, 충전하는 동안 보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때 재충전 전지의 충전을 중단시키는 보호 회로와, 그리고 보호 회로에 인가된 전지 전압을 측정하는 전압 검출 회로를 구비하는 재충전 전지 충전 방법이 제공되며, 이 방법은:

전압 검출 회로에 대한 전압 검출 값을 결정하는 단계;

전지에 충전 전류를 공급하는 단계;

전암 검출 회로의 전압 출력 및 상기 결정된 전압 수정 값을 기반으로 하여, 수정된 보호 회로 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안에 결정하는 단계; 및

수정된 보호 회로 전압을 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하여 보호 회로에 의한 충전 중단을 막을 수 있도록, 상기 적어도 일부의 충전 과정 동안 전지의 충전을 제어하는 단계를 구비한다. 전압 검출 회로는 가스 측정 회로 또는 상기 회로의 일부분이 될 수도 있다. 그러나, 이는 또한 전압 보호 회로의 일부분이 될 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명의 제 3 양태에 있어서의 전압 검출 값은 다음의 단계들:

전압 검출 회로의 출력으로 주어지는 전지 전압을 결정하는 단계;

전지 단자 전압을 결정하는 단계;

상기 결정된 전지 단자 전압과 상기 결정된 전압 검출 회로의 출력을 비교하는 단계;

상기 비교를 기반으로 하여 전압 검출 회로에 대한 전압 수정 값을 결정하는 단계; 및

상기 전압 수정 값을 저장하는 단계에 의해 결정된다.

상기 전압 수정 값을 결정할 때, 전압 검출 회로 출력 전압 및 전지 단자 전압의 결정은 전지로의 충전 전류의 공급이 중단되거나 충전 전류가 최대 충전 전류와 비교하여 감소된 비율로 공급되는 하나 또는 그 이상의 충전 기간들 동안의 전압 결정에 해당하도록 수행된다. 이는 최소의 실질적인 내부 무저항 전압을 검출할 수 있게 한다. 보호 다이오드를 갖는 전지들에 있어서, 이 보호 다이오드를 가로지르는 전압은 전압 수정 값을 결정할 때 전지 단자 전압에 대하여 수정되어야 한다.

본 발명의 제 3 양태에 따라 전지들을 충전할 때, 전지는 소정의 목표 충전 전압을 갖는 것이 바람직하며, 수정된 보호 회로 전압은 충전 전류가 중단없이 공급되는 하나 또는 그 이상의 기간들 동안에 보호 회로 전압에 해당하도록 결정되는 것이 바람직하고, 그리고 전지는 보호 회로에 인가된 전압이 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지되도록 적어도 부분의 충전 과정 동안 상기 결정된 수정된 보호 회로 전압을 기반으로 하여 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이 보호 회로 전압 제어 모드는 측정된 보호 회로 전압을 실질적으로 제 2 보호 전압으로 유지하기 위하여 일정한 보호 회로 전압 모드에서의 전지의 충전을 포함하며, 상기 제 2 보호 전압은 목표 충전 전압 이상의 값을 갖고, 제 2 보호 전압으로 충전될 때 보호 회로에 인가된 전압이 임계 전압 이하가 되도록 결정된다.

본 발명의 제 3 양태에 있어서, 본 발명의 제 2 양태과 관련하여 다른 실시예들을 설명하는 것이 또한 바람직하다. 이에 따라, 제 2 보호 전압은 다른 회로들에 대한 임계 전압들의 변화를 고려하여 임계 전압에 가까운 값으로 지정될 수도 있다. 또한, 최소의 실질적인 내부 무저항 전지 전압은 상기 설명한 바와 같이 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정되는 것이 바람직하며, 전지는 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때 까지 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전되는 것이 바람직하다.

또한, 보호 회로 전압 제어 모드에서의 충전 단계 이후에는, 최소의 실질적인 무저항 전지 전압이 실질적으로 전지의 목표 충전 전압으로 유지될 수 있도록 무저항 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계가 이어진다. 이 무저항 전압 제어 모드는 바람직하게는 충전 전류가 소정의 낮은 목표 충전 전류까지 감소할 때에 종료되어야 한다. 또한, 충전 전류는 바람직하게는 보호 회로 전압 제어 모드에 들어가기 전에 일정 전류 충전 모드에서 공급되어야 하며, 일정 전류 충전 모드는 적어도 일부의 충전 기간 동안에 전지가 실질적으로 일정한 전류에 의해 충전되는 충전 기간을 포함해야 한다.

본 발명의 제 3 양태는 또한 전지 단자들과, 충전하는 동안 보호 회로에 인가된 전압이 소정의 임계 전압에 이를 때 재충전 전지의 충전을 중단시키는 보호 회로와, 그리고 보호 회로에 인가된 전지 전압을 측정하는 전압 검출 회로를 구비하는 재충전 전지 충전 장치가 제공되며, 이 장치는:

전압 검출 회로에 대한 전압 수정 값을 결정하는 수단;

전지에 충전 전류를 공급하는 수단;

전압 검출 회로의 전압 출력 및 상기 결정된 전압 수정 값을 기반으로 하여, 수정된 보호 회로 전압을 결정하는 수단; 및

상기 수정된 보호 회로 전압을 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안 전지 충전 과정을 제어하는 수단을 구비한다. 여기서, 전압 검출 회로는 가스 측정 회로 또는 상기 회로의 일부가 될 수도 있다. 그러나, 이는 또한 전압 보호 회로의 일부가 될 수도 있다.

전압 수정 값을 결정하기 위하여, 상기 전압 수정 값을 결정하는 수단은:

전압 검출 회로에 의한 출력으로 주어진 전지 전압을 결정하는 수단;

전지 단자 전압을 결정하는 수단;

상기 결정된 단자 전압과 상기 결정된 전압 검출 회로의 출력을 비교하는 수단;

상기 비교를 기반으로 하여 전압 검출 회로에 대한 전압 수정 값을 결정하는 수단; 및

상기 전압 수정 값을 저장하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제 3 양태에 있어서, 전압 수정 값을 결정하는 수단은 바람직하게는 전지로의 충전 전류의 공급이 중단되거나 충전 전류가 낮은 비율로 공급되는 하나 또는 그 이상의 기간들 동안 상기의 결정을 수행하도록 적용된다.

상기 설명된 본 발명의 제 3 양태에 따른 장치의 실시예는 바람직하게는 소정의 목표 충전 전압을 갖는 전지들을 충전하는 데에 이용될 수도 있으며, 수정된 보호 회로 전압을 결정하는 수단은 바람직하게는 충전 전류가 중단없이 공급되는 하나 또는 그 이상의 충전 기간들에 대응하여 상기의 결정을 수행하도록 적용되고, 그리고 충전 과정은 보호 회로에 인가된 전압을 목표 충전 전압 이상으로, 그리고 보호 회로의 임계 전압 이하로 유지하기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안 상기 결정된 수정 보호 회로 전압을 기반으로 하여 보호 회로 전압 제어 모드에서 전지를 충전하도록 적용된다.

또한, 충전 과정을 제어하는 수단은 바람직하게는 수정된 보호 회로 전압이 실질적으로 저장 수단에 저장된 제 2 보호 전압으로 유지될 수 있도록 일정한 보호 회로 전압 모드에서 전지를 충전하도록 적용되어야 하며, 상기 제 2 보호 전압은 목표 충전 전압 이상의 값을 갖고, 제 2 보호 전압으로 충전시 보호 회로에 인가된 전압이 임계 전압 이하가 되도록 결정된다.

또한, 본 발명의 제 3 양태에 따른 장치에 있어서, 본 발명의 제 2 양태와 관련된 다른 실시예들을 설명하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제 2 보호 전압은 다른 회로들에 대한 임계 전압들의 변화를 고려하여 임계 전압에 가까운 값으로 지정될 수도 있다. 또한, 상기 장치는 충전 전류가 중단 또는 감소되는 기간들 동안 결정될 수도 있는 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 수단을 더 구비하는 것이 바람직하며, 충전 과정 제어 수단은 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때 까지 보호 회로 전압 제어 모드에서 전지를 충전하도록 적용되는 것이 바람직하다. 또한, 충전 과정 제어 수단은 바람직하게는 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 실질적으로 전지의 목표 충전 전압으로 유지하기 위하여 무저항 전압 제어 모드에서 전지를 충전하도록 적용되어야 한다.

충전 과정 제어 수단은 또한 충전 전류가 소정의 낮은 목표 충전 전류까지 감소될 때 무저항 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하도록 적용될 수도 있다. 또한, 충전 과정 제어 수단은 보호 회로 전압 제어 모드에 들어가기 전에 일정한 전류 충전 모드에서 충전 전류의 공급을 제어하도록 적용될 수도 있으며, 상기 일정한 전류 충전 모드는 충전 기간을 포함하고, 전지는 상기 적어도 일부의 충전 기간 동안 실질적으로 일정한 전류에 의해 충전된다.

상기 설명된 본 발명에 따른 방법들 및 장치들은 보호 회로를 갖는 모든 형의 재충전 전지들에 적용할 수 있어야 한다. 이러한 전지 형들은 상기에서 이미 언급한 바 있는 공지된 형의 전지를 포함할 수도 있으며, Zinc -Air 또는 Zinc-Silver 전지들과 같은 새로운 형의 전지들이 포함될 수도 있다. 그러나, 상기 방법들 및 장치들은 바람직하게는 리튬-이온 형 셀들을 갖는 전지들, 리튬 고상(LSS) 셀들을 갖는 전지들, 및 리튬 폴리머 셀들을 갖는 전지들을 포함하는 충전 리튬 형 전지들에 대하여 이용될 수도 있다.

소정의 목표 충전 전압을 갖는 리튬 형 전지를 일정한 전류 충전 모드에 이어서 일정한 전압 충전 모드에서 충전시키는 것이 공지되어 있음은 이전에 설명하였다. 대개, 이러한 충전 과정은 일정한 전압 충전 모드 동안 충전 전류가 소정의 낮은 목표 충전 전류까지 감소할 때에 종료된다. 이러한 종료 과정은 또한 본 발명에 따른 상기 설명된 방법들 및 장치들과 관련하여 이용될 수도 있다.

그러나, 전지의 완전한 충전을 보장하기 위해서는, 상기의 목표 충전 전류는, 가령 예를 들어 최대 충전 전류의 5-10%와 같이 다소 낮은 값으로 지정될 수도 있다. 이러한 충전 전류의 낮은 값들은 바람직한 정확성 내에서 측정하기가 다소 어려울 수도 있으며, 이는 충전 시간을 필요이상으로 더 길게 지연시킬 수도 있다. 또한, 좀 더 복잡하고 비싼 전류 검출 회로가 이용될 수도 있다.

따라서, 리튬 형 전지들, 또는 소정의 목표 충전 전압을 갖는 다른 모든 형의 전지들에 대한 충전 과정을 종료하는 간단하고 효과적인 방법의 필요성이 대두되었다.

이는 본 발명의 제 4 양태에 따른 방법, 즉 소정의 목표 충전 전압을 갖는 재충전 전지 충전 방법에 의해 달성되며, 이 방법은:

전지에 충전 전류를 공급하는 단계;

적어도 일부의 충전 과정 동안 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계;

적어도 하나의 양태적인 충전 파라미터가 특정한 소정 조건 또는 소정 조건들을 이행할 때 충전 시간중 잔류 기간을 결정하는 단계; 및

충전 시간중 잔류 기간이 끝날 때에 충전 과정을 종료하는 단계를 구비한다.

여기서, 본 발명의 제 4 양태는 보호 회로를 갖는 전지들 및 어떠한 보호 회로도 갖지 않는 전지들 모두에 이용될 수도 있음을 유념해야 한다.

본 발명의 제 4 양태는 또한, 소정의 목표 충전 전압을 가지며 전지 단자들을 구비하는 재충전 전지 충전 장치를 제공하며, 이 장치는:

전지 단자들을 통하여 전지에 충전 전류를 공급하는 수단;

적어도 일부의 충전 과정 동안 전압 제어 모드에서의 충전 과정을 제어하는 수단;

적어도 일부의 충전 과정 동안 적어도 하나의 양태적인 충전 파라미터를 결정 또는 측정하는 수단;

적어도 하나의 양태적인 충전 파라미터와 하나 또는 그 이상의 소정의 기준 파라미터들과의 비교를 기반으로 하여, 충전 시간중 잔류 기간을 결정하는 수단; 및

충전 시간중 상기 결정된 잔류 기간을 기반으로 하여 충전 과정을 종료하는 수단을 구비한다.

여기서, 충전 시간중 잔류 기간은 바람직하게는 과충전없이 전지의 완전한 충전을 보장하도록 결정된다.

양태적인 충전 파라미터는, 가령 충전 전압, (보호 회로를 포함하는 전지들에 대한) 보호 회로 전압, (최소의 실질적인 무저항 전압으로 일컬어질 수도 있는) 개방 회로 전압, 충전 전류 및/또는 전지 온도와 같은 파라미터들로부터 선택될 수도 있다.

따라서, 충전 과정은 바람직하게는 충전 전압, 적어도 일부의 충전 과정에 대한 보호 회로 전압 또는 개방 회로 전압을 결정하는 단계와, 그리고 상기 결정된 전압이 소정의 값에 이를 때 충전 시간중 잔류 기간을 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이러한 소정의 전압 값은 최대 충전 전압, 최대 보호 회로 전압 또는 최대 개방 회로 전압을 나타낼 수도 있다. 바람직하게는, 전압 제어 모드는 해당하는 최대 전압 값을 초과하는 충전 전압, 보호 회로 전압 또는 개방 회로 전압을 갖지 않도록 제어된다.

충전 시간중 잔류 기간을 결정하기 위해서는, 충전 시간중 하나 또는 그 이상의 잔류 기간들을 저장하는 전자적 메모리를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 기간들은 최대 충전 전압, 최대 보호 회로 전압 및/또는 최대 개방 회로 전압에 해당할 수도 있다.

그러나, 본 발명의 제 4 양태에 따른 다른 실시예에서, 충전 과정은 충전 전류가 전압 제어 충전 모드에서 감소되도록, 그리고 충전 시간중 잔류 기간이 충전 전류의 함수로서 결정되거나, 충전 전류가 소정의 값까지 감소될 때 결정되도록 제어된다. 전지 충전 과정은 전압 제어 모드에 들어가기 전에 먼저 전류 제어 모드를 포함할 수도 있으며, 상기 장치는 적어도 일부의 충전 과정 동안 상기의 전류 제어 모드에서 충전 과정을 제어하는 수단을 더 구비한다. 이렇게 되면, 소정의 전류 값이 전류 제어 충전 모드에서 공급된 최대 충전 전류의 함수로서 결정될 수도 있다. 소정의 전류 값은 최대 충전 전류의 10-90% 범위, 바람직하게는 20-80% 범위, 더욱 바람직하게는 30-70% 범위, 예를 들어 50%로 지정될 수도 있다.

충전 전류의 함수로서 충전 시간중 잔류 기간을 결정할 때, 충전 전류 값 또는 값들에 해당하는 충전 시간중 하나 또는 그 이상의 잔류 기간들을 저장하는 전자 메모리를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 설명된 본 발명의 제 4 양태에 따른 방법들 및 장치들은 또한, 소정의 목표 충전 전압을 갖는 전지들의 충전을 모두 포함하는 본 발명에 따른 상기 설명된 모든 방법들 및 장치들 또는 시스템들과 관련하여 이용될 수도 있다. 상기 전지들은 상기에서 이미 설명된 바 있는 공지된 또는 새로운 형의 전지들을 포함할 수도 있다. 그러나, 본 발명의 제 4 양태에 따른 방법들 및 장치들은 바람직하게는 리튬-이온 형 셀들을 갖는 전지들, 리튬 고상(LSS) 셀들을 갖는 전지들, 및 리튬 폴리머 셀들을 갖는 전지들을 포함하는 충전 리튬 형 전지들에 대하여 이용될 수도 있다.

상기 설명된 바와 같이, 본 발명은 보호 회로를 구비하거나 보호 회로에 연결된 전지들을 충전하기 위한 충전 해결책들을 제공하는 몇 가지의 양태들을 포함한다. 그러나, 본 발명의 상기 설명된 양태들의 근원적인 충전 원리들은 또한 어떠한 보호 회로도 없이 전지들을 급속-충전시킬 때의 과충전을 막는 데에, 또는 보호 회로의 전압이 고려되지 않는 충전 과정들을 막는 데에 이용될 수도 있다. 이는 하기에서 본 발명의 제 5 양태로서 설명된다. 본 발명의 제 5 양태는 상기 언급한 모든 형의 전지들 및 기술들에 적용할 수 있어야 함을 유념하자.

따라서, 본 발명의 제 5 양태에 따르면, 소정의 목표 충전 전압을 갖는 재충전 전지 충전 방법이 제공되는데, 상기 전지는 하나 또는 그 이상의 전지 셀들을 포함하고 전지 단자들을 구비하며, 상기 방법은:

전지에 충전 전류를 공급하는 단계;

전지에 충전 전류가 공급될 때 외부 전지 단자 전압에 해당하거나, 이를 나타내는 외부 전지 단자 충전 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안에 결정 또는 측정하는 단계; 및

외부 전지 단자 충전 전압이 목표 충전 전압 이상인 외부 안전 전압을 초과하는 것을 실질적으로 막기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안, 상기 결정 또는 측정된 외부 전지 충전 전압을 기반으로 하여 외부 전지 단자 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계를 구비한다.

여기서, 상기 외부 안전 전압은 보호 회로를 갖는 전지들에 대한 제 1 보호 전압 결정에 대한 설명에 따라 결정 또는 계산될 수도 있다. 따라서, 외부 안전 전압은 전지 및 전지 단자들의 오믹 저항에 있어서의 높은 에너지 손실을 피하는 값을 가져야 한다. 바람직하게는, 외부 안전 전압은 목표 충전 전압의 함수로서 결정될 수도 있다. 그러나, 외부 안전 전압은 또한 목표 충전 전압의 함수로서, 그리고 하나 또는 그 이상의 전류 검출 레지스터들, 충전기 단자 저항, 전지 단자 저항, 내부 셀 저항 및/또는 충전 전류의 함수로서 결정될 수도 있다. 계산된 단자 저항, 전류 검출 저항 및/또는 내부 저항과 충전 전류의 곱으로 주어지는 전압 강하가 목표 충전 전압에 부가되어 외부 안전 전압을 정의할 수도 있다.

실험으로부터, 외부 안전 전압은 목표 충전 전압의 100-140% 범위, 바람직하게는 목표 충전 전압의 100-110% 범위 내에 있어야 함을 발견하였다. 따라서, 12.3V의 전지 목표 충전 전압을 제공하는, 목표 충전 전압이 약 4.1V/셀인 3개의 셀 전지에 있어서, 외부 안전 전압은 약 13.5V로 지정될 수도 있다. 그러나, 만일 전지가 보호 다이오드를 구비하고 있다면, 이 다이오드에 의해 야기되는 전압 강하가 고려되어야 한다.

보호 회로 없이, 또는 보호 회로의 전압을 고려하지 않으면서 전지를 충전할 때에는, 전지 단자들에서 충전 전류에 의해 야기되는 전압 강하를 실질적으로 피하기 위하여, 충전 전류가 공급되는 동안 내부 전지 셀 전압의 정확한 측정이 또한 필요할 수도 있다.

이러한 충전 과정은, 소정의 목표 충전 전압을 갖고 하나 또는 그 이상의 전지 셀들을 포함하며 전지 단자들을 구비하는 재충전 전지 충전 방법에 관한 본 발명의 제 5 양태에 따른 변형 실시예에서 구현되며, 이 방법은:

전지에 충전 전류를 공급하는 단계;

전지에 충전 전류가 공급될 때 내부 셀 전압에 해당하거나, 이를 나타내는 내부 충전 셀 전압을 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정 또는 측정하는 단계; 및

내부 충전 셀 전압이 내부 안전 전압을 초과하는 것을 실질적으로 막기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안, 상기 결정 또는 측정된 내부 충전 셀 전압을 기반으로 하여 내부 셀 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계를 구비한다.

바람직한 실시예에서, 내부 안전 전압은 목표 충전 전압과 실질적으로 같거나, 또는 목표 충전 전압의 함수로서 결정될 수도 있다. 그러나, 전지를 급속하기 충전하기 위하여, 내부 안전 전압은 목표 충전 전압 보다 더 높은 전압으로 지정될 수도 있다. 따라서, 안전 전압은 또한 목표 충전 전압의 함수로서, 그리고 내부 셀 저항 및/또는 충전 전류의 함수로서 결정될 수도 있다. 여기서, 측정 또는 계산된 내부 셀 저항에 충전 전류를 곱하여 주어지는 전압 강하가 목표 충전 전압에 부가되어 내부 안전 전압을 정의내릴 수도 있다. 실험으로부터, 외부 안전 전압은 목표 충전 전압의 100-140% 범위, 바람직하게는 목표 충전 전압의 100-110% 범위 내에 있어야 함을 발견하였다.

본 발명의 제 5 양태는 또한 전지가 처음에는 외부 전지 단자 전압 제어 모드에서, 이후 내부 셀 전압 제어 모드에서 충전되는 충전 방법의 결합을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 제 5 양태의 어떠한 실시예에 따라 전지를 충전할 때, 최소의 실질적인 무저항 전지 전압이 적어도 일부의 충전 과정 동안 결정되는 것이 바람직하다. 따라서, 전지는 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때 까지 외부 전지 단자 전압 제어 모드 및/또는 내부 셀 전압 제어 모드에서 충전될 수도 있다. 바람직하게는, 충전 과정은 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 실질적으로 전지의 목표 충전 전압으로 유지하기 위하여 무저항 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 단계를 더 구비한다. 무저항 전압은 충전 전류의 공급이 중단 또는 감소되는 기간들 동안 결정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 5 양태의 어떠한 실시예에 따라 전지를 충전할 때, 전압 제어 또는 내부 무저항 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하기 위하여 이전에 설명한 모든 실시예들에 따라 충전 과정을 종료하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 5 양태의 어떠한 실시예에 따른 방법으로 전지를 충전할 때, 외부 전지 단자 전압이 외부 안전 전압에 이를 때 까지, 내부 셀 전압이 내부 안전 전압에 이를 때 까지, 또는 무저항 전압이 목표 충전 전압에 이를 때 까지, 일정한 전류 충전 모드에서 전지를 먼저 충전하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 5 양태에 따른 충전 방법들은 상기 설명한 본 발명의 방법들에 대하여 언급한 바 있는 동일한 형의 전지들에 대하여 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 제 5 양태는 본 발명의 제 5 양태의 하나 또는 그 이상의 충전 실시예들에 따른 전지 충전 장치를 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 소정의 목표 충전 전압을 가지며 전지 단자들을 구비하는 재충전 전지 충전 장치가 제공되며, 이 장치는:

전지에 충전 전류를 공급하기 위하여 전지 단자들을 전기 전력원에 연결하는 수단;

전지에 충전 전류가 공급될 때 전지 단자 전압에 해당하거나, 이를 나타내는 외부 전지 단자 충전 전압을 결정 또는 측정하는 수단; 및/또는

전지에 충전 전류가 공급될 때 내부 셀 전압을 나타내는 내부 충전 셀 전압을 결정 또는 측정하는 수단; 및

외부 전지 단자 충전 전압이 내부 안전 전압을 초과하는 것을 실질적으로 막기 위하여 적어도 일부의 충전 과정 동안, 상기 결정 또는 측정된 외부 전지 단자 충전 전압 및/또는 내부 충전 셀 전압을 기반으로 하여 외부 전지 단자 및/또는 내부 셀 전압 제어 모드에서의 충전 과정을 제어하는 수단을 구비한다. 상기 장치는 또한 외부 및/또는 내부 안전 전압을 저장하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 외부 및/또는 내부 안전 전압은 상기 설명한 대로 결정될 수도 있다.

바람직하게는, 본 발명의 제 5 양태에 따른 장치는:

충전 전류가 중단 또는 감소되는 기간들 동안 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 수단을 더 구비하며, 상기 충전 과정 제어 수단은 최소의 실질적인 무저항 전압이 전지의 목표 충전 전압에 이를 때 외부 전지 단자 및/또는 내부 셀 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하도록 적용된다. 또한, 최소의 실질적인 내부 무저항 전지 전압을 결정하는 수단은 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 실질적으로 전지의 목표 충전 전압으로 유지하기 위하여 무저항 전압 제어 모드에서 전지를 충전하는 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 충전 과정 제어 수단은 충전 전류가 소정의 낮은 목표 충전 전류까지 감소할 때 무저항 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하도록 적용된다. 상기 장치는 또한, 외부 전지 단자 전압이 외부 안전 전압에 이를 때 까지, 내부 셀 전압이 내부 안전 전압에 이를 때 까지, 또는 최소의 실질적인 무저항 전압이 목표 충전 전압에 이를 때 까지 일정한 전류 충전 모드에서 충전 전류의 공급을 제어하도록 적용된 충전 과정 제어 수단을 구비할 수도 있다.

상기 설명된 본 발명의 하나 또는 그 이상의 양태들에 따라 재충전 전지를 충전할 때, 적어도 일부의 충전 과정 동안 전지에 비교적 높은 충전 전류를 공급함으로써 급속한 충전 과정을 수행하기 위해서는, 하나 이상의 충전 전압 파라미터를 이용하는 것이 편리하다는 것을 알 수도 있을 것이다. 그러나, 이러한 충전 전압 파라미터를 기반으로 하여 전지 충전기가 충전 과정을 제어하기 위해서는, 이들 파라미터들이 충전기 시스템에 이용가능해야 한다. 따라서, 다른 전지들에 대한 충전 파라미터들이 전지 충전기의 메모리에 미리 저장될 수도 있으며, 적절한 파라미터들이 전지로부터 판독된 전지 식별자 또는 식별 코드를 이용하여 선택될 수도 있다.

그러나, 새로운 형의 전지들을 시장에 소개할 때, 이러한 전지들은 전지 충전기의 메모리에 저장될 때에 유용하지 않게 되는 충전 파라미터들을 필요로 할 수도 있다. 따라서, 가령 최대 충전 전압 및 최대 충전 전류와 같은 최대 충전 파라미터들이 전지 팩 그 자체에 미리 저장되며 충전 과정을 시작하기 전에 전지 충전기와 통신하는 좀 더 유연한 해결책이 제시되었다. 이는 전지 충전기가 상기 새로운 전지들에 대하여 미리-규정된 충전 파라미터들에 관한 어떠한 사전 지식이 없이도 모든 새로운 전지 형에 적용될 수 있게 한다.

그러나, 몇 개의 충전 전압 파라미터들을 전지 내에 저장함으로써 급속한 전지 충전을 가능하게 하는 것은 제시되지 않았다.

이러한 충전 시스템은 본 발명의 제 6 양태에 따른 전지 충전 시스템에 의해 달성되며, 이 시스템은:

적어도 하나의 재충전 전지 셀과, 적어도 제 1, 2 충전 전압 파라미터를 나타내는 전지 정보를 저장하는 정보 수단을 포함하는 전지 및 전지 충전기를 구비하고, 상기 전지 충전기는 상기 저장된 전지 정보를 읽거나 감지하는 정보 수신 수단을 포함함으로써 상기 전지의 충전은 상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터를 기반으로 조절될 것이다.

상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 충전 전압 레벨을 나타내는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 상기 제 2 충전 전압 파라미터에 의한 전압 레벨보다 더 높은 전압 레벨을 표시하는 것이 바람직하다.

상기 전지 충전기가 상기 충전 전압 파라미터에 기반을 둔 상기 충전 과정을 조절하기 위해서, 상기 시스템은 충전 전류를 상기 전지와 통신 버스(communication bus)에 제공하는 전력 공급기를 추가적으로 구비하여야 한다. 상기 정보 수신 수단은 상기 통신 버스를 통하여 상기 저장된 전지 정보를 수신할 것이고, 상기 제어 수단은 상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터에 기반을 둔 상기 전력 공급기를 제어할 것이다.

바람직한 실시예에서 충전되는 상기 전지는 소정의 목표 전압을 가지고 있을 것이며, 상기 전지에 있어서 상기 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 목표 전압과 실질적으로 동일한 제 2 전압 레벨(voltage level)을 의미하는 것이 바람직하다. 상기 전지 충전기가 제 1 전압 제어 모드에서 상기 충전 과정의 최소한 일부분을 제어하게 됨으로써 측정 충전 전압(measured charging voltage)이 상기 제 1 충전 전압 파라미터에 의해 나타나는 제 1 전압 레벨에 또는 그 이하로 유지하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 충전 시스템은 외부 충전 전압(external charging voltage)을 결정하는 수단을 추가적으로 구비할 수 있으며, 상기 외부 충전 전압은 충전 전류가 상기 전지에 공급될 때 외부 전지 단자 전압(external battery terminal voltage)을 나타내고, 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 외부 충전(external charging) 또는 안전 전압(safety voltage)과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 나타낼 것이다. 상기 시스템은 내부 충전 셀 전압(internal charging cell voltage)을 결정하는 수단을 추가적으로 또는 상기 수단을 대신하여 구비할 것이며, 상기 내부 충전 셀 전압은 충전 전류가 상기 전지에 공급될 때 내부 셀 전압을 나타내는 것이고, 또한 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 내부 충전 또는 안전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 나타낼 것이다. 만약 상기 전지가 보호 회로에 인가된 상기 전압이 소정의 임계 전압에 도달할 때에 충전을 중단시키는 상기 보호 회로를 구비한다면, 상기 시스템은 보호 회로 충전 전압을 결정하는 수단을 추가적으로 또는 상기 수단을 대신하여 구비할 것이고, 상기 보호 회로 충전 전압(protection circuit charging voltage)은 충전 전류가 상기 전지에 공급될 때 상기 보호 회로에 가해지는 상기 전압을 나타내고, 또한 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 보호 회로 충전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 나타낼 것이다.

본 발명의 제 6 양태의 실시예에 따르면, 상기 전지 정보는 제 3 충전 전압을 또한 나타낼 것으로 이해될 것이다. 따라서, 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 상술된 최대 내부 전압 또는 상기 최대 보호 회로 전압에 대응하는 상기 제 1 전압 레벨을 나타낼 것이고, 반면에 상기 제 3 충전 전압 파라미터는 상기 최대 외부 충전 또는 안전 전압에 대응하는 제 3 전압 레벨을 나타내는 것이다. 바람직하게는, 상기 제 3 충전 전압 파라미터는 상기 제 1 충전 전압 파라미터에 의해 표시하는 전압보다 더 높은 전압을 표시한다. 따라서, 상기 전지 충전기는 제 3 전압 제어 모드에서 상기 충전 과정의 적어도 일부분을 제어하게 됨으로써 상기 측정된 외부 충전 전압이 상기 제 3 전압 레벨에 또는 그 이하로 실질적으로 유지되게 하고, 상기 제 3 전압 레벨은 상기 최대 외부 충전 또는 안전 전압일 것이다. 상기 제 3 전압 제어 모드에서의 충전은 상기 제 1 전압 제어 모드에서의 충전의 뒤를 따를 것이다.

본 발명의 제 6 양태의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전지 충전기는 제 2 전압 제어 모드에서 상기 충전 과정의 적어도 일부분을 제어하게 됨으로써 측정된 전지 전압이 상기 제 2 충전 전압 파라미터에 의해 표시되는 제 2 전압 레벨에 또는 그 이하로 유지되게 한다. 또한, 상기 전지 충전기는 상기 충전 과정의 일부분 동안에 상기 제 1 전압 제어 모드에서 상기 전지를 충전하게 되고, 상기 충전 과정은 상기 충전 과정의 다른 일부분 동안에 상기 제 2 전압 제어 모드에서 상기 전지를 충전하는 단계에 뒤를 따르는 것이다. 그러므로, 본 발명의 제 6 양태는 상기 제 3 전압 제어 모드에서 상기 전지를 충전하기 위해 인가된 상기 충전기를 구비한 실시예를 포함하며, 상기 제 1 전압 제어 모드에서의 충전이 상기 제 3 전압 제어 모드에서의 충전을 뒤따르고, 상기 제 2 전압 제어 모드에서의 충전이 상기 제 1 전압 제어 모드에서의 충전을 뒤따른다. 바람직하게는, 상기 시스템은 최소의 실질적인 무저항 전지 전압(resistance free battery voltage)을 결정하는 수단을 구비하고, 상기 전지 충전기는 상기 제 2 전압 제어 모드를 제어하게 됨으로써 상기 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 상기 최대 목표 전압에 또는 그 이하로 유지하게 한다.

상기 제 1 전압 제어 모드에서 충전할 때, 상기 전지 충전기가 상기 최소의실질적인 무저항 전지 전압이 상기 최대 목표 전압에 도달할 때에 상기 제 1 전압 제어 모드에서의 충전을 종료하게 되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 제 6 번째 양태는 전지 정보를 저장하기 위한 최소의하나의 재충전 전지셀과 정보 수단을 구비하는 전지에 있으며, 상기 전지 정보는 최소한 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터에 의해 표시되고, 또한 상기 전지 정보는 대응 전지 충전기(corresponding battery charging)의 정보 수신 수단에 의해 읽혀지고 감지되는 형태(form)를 가진 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 대응 전지 충전기는 전지의 충전을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 전지는 상기 전지 정보에 의해 표시되는 상기 제 1 및 제 2 충전 전압에 기반을 둔 것이다.

본 발명의 제 6 양태에 따른 전지 충전 시스템의 상술된 실시예의 어느 것에 따라서도 전지는 전지 충전 시스템에 사용가능하여야 한다.

따라서, 상기 전지에 저장된 상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 충전 전압 레벨을 나타내는 것이 바람직하다. 또한 상기 제 1 충전 전압 파라미터가 상기 제 2 충전 전압 파라미터에 의해 표시되는 전압보다 더 높은 전압을 표시하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 전지는 소정의 최대 목표 전압을 구비하고 상기 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 목표 전압과 실질적으로 동일한 제 2 전압 레벨을 표시한다.

본 발명의 제 6 양태에 따른 상기 전지는 보호 회로에 가해지는 상기 전압이 예정 임계 전압에 도달한 때에 충전을 중단시키는 상기 보호 회로를 추가적으로 구비하는 것이고, 또한 상기 제 1 충전 전압 파라미터가 소정의 최대 보호 회로 충전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 표시하는 것이 바람직하다.

상기 전지 정보를 저장하는 상기 전지 내의 상기 정보 수단을 상당히 단순한 저장 수단일 것이며, 예를 들면 하나 또는 그 이상의 저항을 구비하는 저항 네트워크가 그에 해당하고, 상기 저항의 값은 상기 전지 충전기에 의해 읽혀짐으로써 상기 전지에 저장된 전지 정보를 상기 충전기로 전송한다. 그러나, 다른 바람직한 실시예에서 상기 전지 정보를 저장하는 상기 정보 수단은 하나 또는 그 이상의 전자적 메모리(electronic memories)를 구비하고, 상기 전자적 메모리는 비휘발성 ROM, EEPROM, EPROM 및 상기 메모리의 조합으로 구성된 상기 그룹으로부터 선택될 것이다. 바람직하게는, 상기 전지 정보는 상기 전자적 메모리네 미리 저장되고, 상기 전비 정보는 최대 충전 전류 파라미터 및/또는 목표 전류 파라미터를 추가적으로 표시할 것이다. 여기에서, 상기 최대 충전 전류 파라미터는 전압 제어 모드에 들어가지 전에 상기 충전 과정을 제어하는 데 사용되고, 상기 목표 전류 파라미터는 전압 제어 모드 동안에 상기 충전 과정을 중단시키는 것에 사용된다.

본 발명의 제 6 양태에 따른 상기 전지 시스템은 본 발명의 이전에 상술된 충전 방법 중의 어느 것에 따라서 상기 전지가 충전되는 충전 시스템을 제공하며, 상기 이전에 상술된 충전 방법에서 상기 충전 과정은 상기 전지에 최소한 하나의 충전 전압 제어 모드를 구비하고, 상기 전지는 소정의 목표 전압보다 더 큰 충전 전압을 공급받은 것이다.

따라서, 상기 제 1 및 제 2 보호 전압과 본 발명의 상기 이전의 양태의 검토에서 설명되어 있는 것과 같은 상기 외부 및 내부 안전 전압은 상기 제 1 충전 전압 파라미터에 의해 표시되는 상기 제 1 전압 레벨으로 사용될 것이다. 만약 상기 전지가 제 3 충전 파라미터의 정보를 또한 구비한다면, 상기 제 1 보호 전압 또는 상기 외부 안전 전압은 상기 제 3 전압 레벨으로 사용될 것이고, 반면에 상기 제 2 보호 전압 또는 상기 내부 안전 전압은 상기 제 1 전압 레벨으로 사용될 것이다.

본 발명의 제 6 양태는 상기 이전에 검토된 방법 및 본 발명의 장치나 시스템에 대한 모든 종류의 전지와 기술에 적용된다는 것이다.

본 발명은 재충전 전지의 충전 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 전지들의 전압 제어 충전에 관한 것이다. 본 발명은 전지 전압이 보호 회로 임계 전압에 이를 경우 재충전 전지의 충전을 중단시키는 전지 보호 회로에 연결된 전지들 및 어떠한 보호 회로도 갖지 않는 전지들까지도 다룬다.

본 발명의 작동은, 추가적으로 본 발명의 목적과 장점과 더불어, 다음에 오는 도면에 표현된 다음의 상세한 설명을 참고로 하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 충전 장치와 전지 팩의 블록 다이아그램이고,

도 2는 본 발명에 따라 충전된 전지 팩의 실시예를 도시한 회로 다이아그램이고,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충전 과정을 도시한 순서도이고,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충전 과정을 도시한 순서도이고,

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충전 과정을 도시한 순서도이고,

도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 충전 과정을 도시한 순서도이고,

도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 충전 과정을 도시한 순서도이고,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 교정 과정을 도시한 순서도이고,

도 9는 종래의 충전 과정을 도시하고,

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고전류 충전 과정을 도시하고,

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 저전류 충전 과정을 도시하고,

도 12는 본 발명의 제 4번째 양태의 실시예에 따른 충전 과정을 도시한 순서도이고,

도 13은 본 발명에 따라 충전된 전지 팩의 다른 실시예를 도시한 회로 다이아그램이다.

본 발명에 따른 전지 충전기의 기본 작동 원칙은 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 전지 충전기 장치(40)에 의해 충전되는 전지 팩(10)을 도시한다. 상기 전기 팩(10)은 다수의 직렬 연결 개별 전지 셀(series connected individual battery cells)(11a), (11b), (11c), 전지 팩 감시기(20), 보호 다이오드(13)및 전지 팩 단자(14), (15), (16)을 구비하고, 상기 직렬 연결 개별 전지 셀은 (12a), (12b), (12c)에 의해 표시된 대응 내부 전지 셀 저항(corresponding internal battery cell resistance)을 구비하고, 상기 전지 팩 감시기(20)는 보호 회로를 구비하고, 상기 전지 팩 단자는 각각 대응 단자 손실 저항(corresponding terminal loss resistance)(14a), (14b), (14c)을 구비한다. 전지 전압은 단자 (14), (16)을 통하여 제공되고, 반면에 단자(15)는 상기 전지 팩(10)과 상기 충전기(40)간의 단일 선 통신을 위해 상기 전지 팩 감시기(20)의 직렬 입력/출력(21)에 연결된다. 상기 단일 선 통신은 선택적이지만, 도 1에 도시된 바람직한 실시예에는 포함된다. 상기 감시기 회로를 상기 전지 셀의 정 단자(positive terminal), 상기 전지 셀의 부 단자(negative terminal) 및 상기 부 전지 출력 전압 단자(negative battery output voltage terminal)(16)에 연결된 단자(22), (23), (24)를 구비한다. 바람직한 실시예에서, 상기 감시기 회로는 단자(25), (26)을 또한 구비함으로써 상기 전지 셀의 단일 셀 전압을 감시한다.

상기 전기 충전기(40)는 대응 단자 손실 저항(41a), (41b), (41c)을 각각 구비하는 충전기 단자(41), (42), (43)을 구비한다. 전지를 충전할 때 상기 충전기 단자는 전지 단자(14), (15), (16)에 각각 연결된다. 또한 상기 충전기(40)는 전력 공급기(46), 충전 제어를 위한 마이크로 컨트롤러(45), 신호 조건 회로(signal conditioning circuitry)(55) 및 전류 검출 저항(current sense resistor)(44)을 구비하고, 상기 전류 검출 저항(44)은 상기 충전기 단자(43)와 접지에 연결된다. 전지를 충전할 때 상기 충전 전류는 상기 저항(44)을 통하여 전압 강하를 일으키고, 신호는 상기 조건 회로(55)에 공급되어 연결선(54)을 통하여 아날로그-디지털, A/D, 상기 마이크로 컨트롤러(45)의 변환기 입력으로 입력된다. 상기 전지 단자 전압 신호는 단자(41)의 상기 신호를 구비함으로써 상기 단자(41)와 접지간의 상기 전압과 같이 측정되며, 상기 신호는 상기 조건 회로(55)에 입력되어 연결선(52)을 통하여 상기 마이크로컨트롤러(45)의 다른 A/D 변환기 입력에 입력되며, 반면에 상기 전지 팩으로부터의 단일 선 통신 신호는 선(53)을 통하여 상기 마이크로컨트롤러(45)의 통신 포트에 입력된다.

상기 전력 공급기(46)는, 바람직하게는 스위치 모드 전력 공급기(switch mode power supply)이고, DC 전압을 공급받는 전력 입력(47)을 구비하고, 상기 DC전압은 바람직하게는 3 셀 전기에 대해 15-20볼트 DC인 범위인 것이다. 하나 또는 두개의 셀을 지닌 전지에 대해, 상기 DC 전압은 더 낮을 것이다. 상기 전력 공급기는 상기 충전 전력을 상기 단자(41), (14)에, 바람직하게는 스위치(49)를 통하여, 공급하는 출력 단자(48)를 구비한다. 상기 전력 공급기의 상기 충전 출력(48)은 상기 마이크로컨트롤러(45)의 제어 출력(50)으로부터 제어된다. 상기 전력 공급기(46)가 스위치 모드 전력 공급기인 때 상기 제어 출력(50)은 바람직하게는 PWM(펄스 폭 변조: pulse wide modulated) 신호이고, 상기 PWM 신호는 상기 PWM 신호를 가변 아날로그 전압(variable analogue voltage)으로 변환하기 위해 필터에 공급되고, 상기 가변 아날로그 전압은 상기 전력 공급기(46)의 제어에 사용된다. PWM 제어 신호(50)를 사용할 때, 상기 마이크로 컨트롤러(45)는 상기 PWM 신호의 온(on)- 및 오프(off)-기간의 지속을 제어함으로써 상기 전지(10)와 단자(48)로의 상기 전력 출력을 제어한다.

상기 신호 조건 회로(55)는 단자(41) ,(43)의 상기 입력 신호를 전압 출력 신호로 변화시키고, 상기 입력 신호는 상기 단자 전압과 상기 충전 전류를 나타내고, 상기 전압 출력 신호는 입력 신호로서 상기 마이크로컨트롤러(45)의 상기 아날로그-디지털, A/D, 변환기 입력(52), (54)에 적합하다. 바람직하게는, 상기 전류 검출 저항(44)은 0.1Ω정도의 상당히 낮은 값을 가지고, 상기 신호 조건 회로(55)는 연산 증폭기를 구비함으로써 적합한 출력을 제공한다. 상기 마이크로컨트롤러(45)에 대한 상기 골급 전압은 5 볼트 정도가 바람직하고, 상기 전지 단자 전압이 5볼트를 초과할 수 있기 때문에, 상기 조건 회로는 전압 분배기를 구비함으로써 상기 전지 단자 전압에 적합한 출력 신호를 공급한다.

상기 마이크로컨트롤러(45)는 스위치 제어 출력(51)을 구비하여 상기 스위치(49)의 온 및 오프를 스위치한다. 상기 스위치(49)는 상기 충전 과정 동안에 짧은 시간 간격에 꺼짐으로써 상기 전지의 개방 회로 전압을 측정하고, 그럼으로써 상기 전지 단자 전압을 측정할 때 상기 내부 손실 저항으로부터의 상기 전압 강하를 피할 수 있다. 그러나, 상기 전지가 보호 다이오드(13)를 구비한 때는, 우회 저항(by-pass resistor)(56)은 상기 충전 출력(48)에 연결됨으로써 상기보호 다이오드(13)의 정 바이어스(positive bias)를 허용한다. 상기 우회 저항(56)은 작은 전류가 상기 전지 팩으로 흐를 수만 있는 값을, 예를 들면 1㏀을 갖는다.

도 1에 도시된 바와 같이 전지를 충전할 때, 상기 충전 전류는 단자(41), (14), (16), (43)의 저항, 상기 전지 셀(11)의 내부 저항(12), 상기 감지기 회로(20)의 내부 저항 및 상기 검출 저항(44)을 통하여 전압 강하를 생성시킨다. 그리고, 전압 강하는 상기 보호 다이오드(13)를 통하여서도 발견된다. 상기 전압 강하의 합은 상기 마이크로컨트롤러(45)에 의해 단자(41)에서 측정된 상기 전압으로부터 빼지므로써 상기 전지 셀(11)을 통하여 상기 실질 전압(actual voltage)을 결정하고, 상기 무저항 전지 전압이나 상기 전지 전압 요소(battery voltage part)로서 참고되며, 상기 전압 강하는 또한 상기 단자 전압 요소로 참고된다. 상기 단자 전압 요소는 충전 전류를 증가시킴과 함께 증가하고, 낮은 충전 전류에서, 상기 단자 전압 요소는 상기 보호 다이오드(13) 전압 강하에 가깝거나, 보호 다이오드가 없을 때, 상기 전지 전압 요소와 비교된 때 0에 가깝게 된다. 따라서, 상기 개방 회로 전압을 상기 스위치(49)를 끔으로써 특정할 때, 작은 충전 전류만이 상기 우회 저항(56)을 통하여 흐르게 되고, 그 결과로 상기 측정된 단자 전압은 상기 전지 셀 전압의 상기 제어를 위한 좋은 측도(measure)가 되고, 상기 측정된 단자 전압은 상기 보호 다이오드(13) 전압 강하를 위해 정정된 때 최소의실질적 무저항 전지 전압을 나타낸다.

상기 마이크로컨트롤러(45)는, 예를 들면 내셔널 세미컨덕터(National Semiconductor)로부터의 COP 8ACC가 되고, 본 발명에 따라 전지 충전을 구비하도록 프로그램된다. 따라서, 상기 마이크로컨트롤러(45)는 상기 전력을 제어하고, 상기 전력은 상기 전력 공급기(46)로부터 상기 입력 신호에 기반을 둔 상기 전지(10)로 전송된 것이다. 상기 입력 신호는 선(54)을 통한 상기 충전 전류와 선(52)을 통한 상기 단자 전압을 구비한다. 여기에서, 상기 단자 전압이 충전 전압의 공급 기간 동안에 측정된 때에 상기 단자 전압은 상기 충전 전압을 나타내고, 반면에 상기 스위치(49)가 오프된 때의 기간에는 상기 단자 전압이 상술된 개방 회로 전압을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예에서, 상기 입력 신호는 또한 선(53)을 통한 상기 전지 팩으로부터의 상기 단일 선 통신 신호를 구비한다. 따라서, 상기 마이크로컨트롤러(45)는 통신 인터페이스를 구비하고, 상기 통신 인터페이스는 상기 전지 팩(10)으로 및 상기 전지 팩(10)으로부터 상기 통신을 다루기 위해 프로그램되고 조절된다. 상기 감시기 회로(20)가 상기 마이크로컨트롤러(45)와 전송하는 통신 포트(21)를 구비한 때, 상기 보호 회로 또한 상기 보호 회로에서의 상기 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압의 정보를 상기 마이크로컨트롤러(45)에 전송하는 회로를 구비한다.

상기 마이크로컨트롤러(45)가 우선 충전 알고리즘(right charging algorithm) 및/또는 최대 충전 파라미터를 선택하기 위해서, 상기 감시기 회로(20)는 상기 전지 형과 크기에 대한 정보와 상기 마이크로컨트롤러(45)에 상기 정보를전송하게 하는 정보를 구비할 것이다. 상기 감시기(20)는 상기 전지 팩의 상기 온도를 측정하는 회로와 상기 측정된 전지 온도 정보를 상기 마이크로컨트롤러(45)에 전송하는 회로를 또한 구비한다.

도 1의 상기 전지 팩(10)은 도 2에서 상기 전지 팩 감시기(20)의 바람직한 실시예에서 상세히 설명되고 있다. 도 2에서의 참고 번호는 도 1 에서 사용된 것과 동일하게 동일한 구성 요소를 가리킨다.

도 2 에서 상기 전지 팩 감시기(20)는 상기 전지 또는 전지 셀(11a), (11b), (11c)이 과충전되는 것을 방지하는 상기 보호 회로(60)를 구비하고, 예를 들면 상기 전지나 상기 전지 셀 전압이 소정의 충전 임계 전압(Vov)을 초과한 때 상기 충전 과정이 중단되는 것이다. 상기 보호 회로는 상기 충전 과정의 상기 이네이블(enabling)시키기도 한다. 따라서, 셀 전압이 각각 소정의 충전 이네이블 전압(predetermined charge enable voltage)(Vce)이하일 때 충전이 허용된다. 따라서, 만약 충전 과정이 셀 전압이 Vov에 도달함으로써 중단되면, 상기 충전 과정은 상기 셀 전압이 Vce로 감소되기 전에는 계속될 수 없다. 상기 보호 회로(60)는 상기 전지나 전지 셀(11a), (11b), (11c)을 과방전되는 것을 방지하도록 되고, 예를 들면 상기 방전 과정은 만약 상기 전지나 전지 셀 전압이 소정의 방전 임계 전압(Vuv)보다 낮으면 중지된다.

상기 보호 회로(60)는 상기 총 전지 셀 전압을 감시만 하게 되나, 각 전지 셀이 감시됨으로써, 어느 한 셀의 손상을 방지하는 것이 바람직하다. 따라서, 각 셀은 상기 보호 회로(60)에 연결된 상기 정 및 부 전극을 구비할 것이다. 도 1 및 2에서의 실시예에서, 상기 전지 팩은 3 셀 리튬-이온 전지를 구비하고, 상기 3 셀 리튬 전지는 핀(pin)(61), (62)을 통하여 연결된 전지(11a)와, 핀(62), (63)을 통하여 연결된 전지(11b)와, 핀(63), (64)을 통하여 연결된 전지(11c)로 구성된다. 상기 보호 회로(60)는 핀(65), (66)을 통하여 두 개의 스위치(67), (68)를 제어한다. 상기 스위치는 MOSFET 트랜지스터인 것이 바람직하고, 각각의 상기 MOSFET 트랜지스터는 대응 내부 손실 저항(67a), (68a)을 구비하고, 상기 대응 내부 손실 저항값은 50mΩ정도인 것이다. 만약 상기 충전 과정이 상기 충전 임계 전압에 도달하면, 상기 충전 과정은 핀(68)을 통하여 스위치(68)를 끔으로써 중단되고, 만약 상기 방전 과정이 상기 방전 임계 전압에 도달하면, 상기 방전 과정이 핀(65)을 통하여 스위치(67)를 끔으로써 중단된다.

상술된 것과 같이 작동하는 보호 회로의 예는 벤치마크 마이크로일렉트로닉스, 인코퍼레이션(BENCHMARQ Microelectronics)의 bq2053이 있고, 상기 회로의 더 상세한 부분은 벤치마크 마이크로일렉트로닉스, 인코퍼레이션의 1996년 가을호의 bq2053 데이터-쉬트에서 개시되고, 참고 서적에 포함된다. 여기서, 상기 과충전 한계(Vov)가 ±1.5% 의 허용차를 지닌 4.20V/셀로 지정되지만, Vce는 (Vov - 100㎷ ±50㎷)로 지정되고 상기 과방전 한계가 Vuv = (2.3V ±100㎷)/셀로 지정된다. 따라서, 본 발명의 실시예의 상기 3 셀 전지에 있어서는, 상기 총 전지 임계 전압은 12.6V이다.

도 2의 전지 팩 감시기는 추가적으로 회로(70)를 구비함으로써 상기 감시기 회로(20)에 가해지는 상기 총 전지 전압을 측정하고, 따라서 상기 보호 회로(60)에 도달한다. 여기서, 상기 총 보호 회로 전압을 측정하는 상기 회로(70)는 가스 측정 회로(gas gauge circuit)인 것이 바람직하고, 상기 가스 측정 회로는 핀(72), (73)을 통하여 상기 검출 저항(72)간의 상기 전압 강하를 측정함으로써 상기 충전/방전 전류를 감시한다. 상기 보호 회로 전압은 핀(71), (72)을 통하여 측정된다. 따라서, 충전 회로가 고려된 때는, 상기 손실 저항(67a)및 (68a)으로 인하여 상기 보호 회로(60)의 핀(61)및 (64)간의 상기 전압과 상기 회로(70)의 핀(71)및 (72)간의 상기 전압간에 차이가 있다.

상기 전지 전압과 상기 충전/방전 전류를 감시함으로써, 상기 회로(70)는 상기 전지에 공급되는 전력 및 상기 전지에 의해 공급되는 전력을 결정할 수 있다. 따라서, 상기 전지의 잔여 용량이 결정될 수 있다. 상기 회로(70)가 전지 온도를 측정하게 된 때는, 상기 회로(70)는 상기 잔여 용량을 결정할 때에 온도 변수에 대한 보상을 한다. 상기 검출 저항(74)이 상기 충전 전류를 측정할 때 상기 검출 저항(74)은 50mΩ과 같은 낮은 저항값에 지정됨으로써 상기 저항 간의 상기 전압 강하를 줄일 수 있다. 상기 회로(70)는 상기 마이크로컨트롤러(45)와의 직렬 통신을 위한 직렬 입력/출력 핀(75)을 추가적으로 구비함으로써 관련 전압, 전류, 온도 및/또는 전지 용량일 수 있는 데이터를 전송하고, 상기 직렬 입력/출력 핀(75)은 상기 감시기 회로(20)의 핀(21)에 대응한다.

본 발명의 상술된 실시예에서는 단일 통신 선(53)이 도시된다. 그러나, 본 발명은 통신 버스를 사용하는 실시예를 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 상기 통신 버스는 상기 전지에서 상기 충전기로의 데이터 전송을 위한 둘 또는 그 이상의 통신 선을 구비한다.

상술된 바와 같은 가스 측정 회로의 예는 벤치마크 마이크로일렉트로닉스, 인코퍼레이션의 bq2050이고, 상기 회로의 상세한 설명은 벤치마크 마이크로일렉트로닉스, 인코퍼레이션의 1996년 가을호의 bq2050 데이터-쉬트에 개시되고, 참고 서적에 포함된다. 상기 데이터-쉬트는 bq2050과의 통신에 대한 지침을 포함하여서, 상기 마이크로컨트롤러(45)의 상기 통신 인터페이스를 어떻게 프로그램하는 지에 관한 예의 지침을 포함한다.

벤치마크 마이크로일렉트로닉스, 인코퍼레이션은 완전히 연결된 감시기 회로 bq2165를 공급하고, 상기 감시기 회로는 bq2053과 bq2050을 포함한다. 상기 회로의 상세한 설명은 벤치마크 마이크로일렉트로닉스, 인코퍼레이션의 1996년 5월호의 bq2165 데이터-쉬트에 개시되고, 참고 서적에 포함된다.

본 발명은 두 개의 실시예을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 그 하나는 상기 총 전지 임계 전압에 도달된 때 상기 보호 회로(60)가 상기 충전 과정을 중단시키기 만하게 되는 예이고, 다른 하나는 다수의 전지 셀 중의 하나가 상기 셀 임계 전압에 도달한 때 상기 보호 회로(60)가 충전을 중단시키게 되는 것이다. 단일 셀 전지에 있어서 상기 셀 임계 전압과 상기 전지 임계 전압은 동일할 것이다. 따라서, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 셀을 구비한 전지 팩에 관한 것이다.

도 2의 상기 감시기 회로(20)에 따라서, 상기 전압 검출 회로(70)는 모든 상기 전지 셀의 상기 총 전압을 측정하게 된다. 상기 전압에 대응하는 신호는 상기 마이크로컨트롤러(45)에 전달될 것이고, 상기 마이크로컨트롤러(45)는 상기 충전 과정의 적어도일부분 동안에 상기 전력 공급 출력을 제어하게 됨으로써 상기 전압을 상기 충 전지 임계 전압 또는 과충전 한계 이하로 유지하게 하고, 상기 전압은 예를 들어 3 셀 전지에 대해 12.6V이다. 그러나, 본 발명은 상기 전압 보호 회로가 전지의 각 셀의 상기 셀 전압을 측정하게 되는 예를 포함하고, 상기 전비는 하나 이상의 셀을 구비한다. 따라서, 상기 충전 과정은 상기 충전 과정의 적어도 일부분 동안에 제어됨으로써 상기 셀 전압은 상기 단일 셀 임계 또는 과충전 한계 전압 이하로 유지된다.

본 발명은 상기 보호 회로(60)의 이네이블링(enabling)없이 고속 충전 속도를 가지는 것을 목적으로 하고, 예를 들면 상기 전지 셀 간의 상기 전압 강하(상기 셀간의 총 전압 또는 각 개별 셀 간의 상기 전압)가 없는 것이고, 상기 전압 강하는 상기 소정의 임계 전압에 도달한다. 따라서, 상기 가장 높은 전지 셀 전압은 상기 전지가 높은 충전 전류에 의해 충전될 동안에 획득되고, 상기 높은 충전 전류는 상기 내부 손실 저항(12a), (12b), (12c)간의 전압 강하를 발생시킨다. 상기 전압 강하는 귀착 전압(resulting voltage)을 부여하는 상기 무저항 전지 셀 전압에 합산되고, 상기 무저항 전지 셀 전압은 상기 임계 전압을 초과하지 않는다.

전압 검출 회로(70)를 구비하지 않는 본 발명에 따른 실시예에서, 충전 전류가 공급된 때 측정된 상기 전압은 도 1의 단자(41)에서 측정된 상기 단자 전압일 것이다. 따라서, 상기 단자 전압은 상기 스위치 저항(67a), (68a)간의 상기 전압 강하와, 상기 단자 손실 저항(14a), (41a), (16a), (43a)간의 상기 전압 강하와, 상기 검출 저항(44)간의 상기 전압 강하를 더한 상기 총 전지 셀 전압을 포함한다. 만약 전압 검출 회로(70)가 포함된다면, 상기 단자 전압은 또한 상기 검출 저항(74)간의 전압 강하를 포함한다. 상기 전지 팩(10)이 보호 다이오드(13)를 구비하면, 상기 단자 전압은 또한 상기 다이오드간의 상기 전압 강하를 포함한다.

상기 단자 손실 저항(14a), (41a), (16a), (43a), (15a), (42a)의 상기 저항은 상당히 낮은 저항값이어야 하고, 상기 저항값은 10mΩ의 순서일 것이다. 그러나, 상기 저항값은 베릴륨-구리와 같은 물질로 사용되는 상기 접점 재료(contact material)에 따라 변화하며, 상기 베릴륨-구리는 낮은 저항값을 얻기에 좋은 선택인 것이다.

그리고, 상기 전지 팩(10)의 상기 단자(14), (15), (16)와 상기 충전기 단자(41), (42), (43)간의 상기 접촉 저항도 역시 고려되어야 한다. 상기 접촉 저항은 예들 들면 상기 접촉의 노화와 나쁜 연결로 인하여 상당히 변화될 수 있다. 따라서, 단자(14), (41)와 단자(16), (43)간의 총 단자 손실 저항은 100mΩ에 이르거나 그 이상일 것이다.

예를 들면, 상기 전지 셀 외부의 상기 총 전압 강하는 1A의 충전 전류로 계산될 것이다(구성 요소 참고 번호는 괄호 안에 주어진다):

1A[100mΩ(41, 14) + 50mΩ(67a) + 50mΩ(68a) + 50mΩ(74) + 100mΩ(16, 43) + 100mΩ(44)] + 300mV(13) = 750mV.

만약 상기 다이오드의 상기 전압 강하가 2A의 충전 전류에 대해 300mV로 지정되면, 상기 1A 전류에 대해 상술된 저항값에 대응하는 상기 총 전압 강하는 1.2V일 것이다. 따라서, 2A의 충전 전류와 12.6V의 보호 회로 임계 전압에 대하여, 상기 충전 과정이 상기 저항값으로 인해 중단되기 전에 상기 단자 전압은13.8V에 도달하여야 한다. 300mV의 상기 다이오드 전압은 쇼트키-형 다이오드(Schottky-type diodes)로 대표된다.

상기 충전 과정을 중단시키는 상기 보호 회로 없이 고충전 전압(high charging current)과 고속 충전 또는 단자 전압을 허용하는 것과 같이 상기 충전 과정을 제어하기 위해서, 최대 충전 전압이 상기 충전 과정의 제어를 위해서 결정되고 사용될 것이다. 상기 전력 공급기(48)의 상기 출력은 제어됨으로써 상기 충전 전압 또는 단자 전압이 상기 최대 충전 전압을 초과하지 않도록 한다. 상기 최대 충전 전압은 제 1 보호 전압으로서 참고될 것이다.

상기 예에서 다이오드(13)의 상기 전압 강하는 300mV로 정해진다. 그러나, 보다 정확한 다이오드 전압 강하는 다이오드 전류의 함수로써 상기 전압 강하를 계산함으로써 결정될 것이며, 상기 다이오드 전류의 함수는 상기 다이오드의 상기 데이터 쉬트를 사용한다. 따라서, 높은 전류에서는 전압 강하의 결과는 400mV일 것이고, 반면에 낮은 전류에서는 낮은 전압 강하의 결과는 200mV이다. 상기 충전 과정의 상기 높은 전류 부분 동안에는 300mV가 바람직하고, 반면에 상기 개방 회로 전압의 측정된 값에서 상기 다이오드 전압 강하에 대한 수정을 할 때는 200mV를 사용하는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이, 낮은 저항을 가진 접점 재료를 사용할 때, 상기 단자 손실 저항은 10mΩ정도일 것이다. 실시예에서 단자(41), (14)와 단자(16), (43)간의 상기 총 단자 손실 저항은 25mΩ이고, 상기 총 단자 손실 저항은 1A에 대해서는 600mV의 상기 전지 또는 2A에 대해서는 900mV의 상기 전지의 외부 전압 강하를 일으키고, 상기 전지 셀은 300mV의 다이오드 전압 강하를 사용한다. 상기 최대 충전 전압을 결정하기 전에, 상기 임계 전압에서의 편차는 포함되어야 한다. 12.6V에서 ±1.5%의 편차에 대하여 상기 최소 임계 전압은 12.411V이고, 안전 상의 이유로 최소 임계 전압을 12.4V로 한다. 따라서, 상기 최대 충전 전압은 2A의 충전 전류에 대해서는 13.3V에 또한 1A의 충전 전류에 대해서는 13.0V에 지정됨으로써, 상기 임계 전압보다 더 높은 충전 전압을 허용할 수 있다.

본 발명의 실시예의 상기 리튬-이온 전지에서, 전지 종료- 충전 전압은 4.1V/셀로 정해짐으로써, 상기 3 셀 전지에 대해서 12.3V의 목표 전압을 일으킨다. 따라서, 100mV의 전압 창(voltage window)은 상기 목표 전압과 상기 최소 임계 보호 회로 전압간에서 얻어지고, 반면에 400mV와 700mV의 전압 창은 상기 300mV 다이오드 전압에 대한 수정과 각각 1A및 2A에서의 최대 충전 전압으로 충전할 때에 얻어진다. 여기서, 상기 목표 전압은 완전히 또는 거의 충전된 전지의 상기 전지 전압으로서 정의되며, 상기 전지 전압은 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 측정하는 것에 대응하는 낮은 종료 전류로 충전된 때에 측정된 것이다. 따라서, 상기 전지 셀간의 상기 무저항 전압은 상기 목표 전압을 초과하지 않아야 하나, 충전 전류로 충전된 때의 상기 총 전지 전압은 상기 전압 강하로 인한 상기 목표 전압을 넘는 것이 낫고, 상기 전압 강하는 상기 전지 셀의 상기 내부 저항(12a), (12b), (12c)간의 전압 강하이다. 상기 충전 전류가 높으면 높을 수록, 상기 전지의 상기 내부 저항(12a), (12b), (12c)간의 상기 전압 강하는 높아진다.

상기 충전 과정 기간 동안에 리튬형 전지를 최대 충전 전압에서 충전할 때, 상기 최대 충전 전압에 도달하는 시간의 지점으로부터 상기 충전 과정이 진행되는 때에 상기 충전 전류는 감소할 것이다. 따라서, 상기 전지 셀 외부의 상기 전압 강하는 줄어들 것이며, 이는 상기 보호 회로에 도달하는 상기 전압이 상기 최대 충전 전압에 도달한 시간의 지점 후에 상기 전압이 증가함에 의한 결과이다. 상기 최대 충전 전압을 결정할 때, 상기점은 고려될 것이다.

예를 들면 2A의 충전 전류로 충전될 때 상기 전지는 상기 충전 전류가 1.5A와 같이 낮은 레벨으로 감소될 때까지의 기간 동안에 최대 충전 전압에서 충전되고, 상기 지점으로부터 다른 제어 메카니즘이 이어갈 것이다. 여기서, 상기 최대 충전 전압은 상기 전지 외부의 상기 총 전압 강하로부터 결정되어야 하고, 상기 총 전압 강하는 1.5A의 전류로 인하여 발생된 것이다. 따라서, 약 750mV의 전압 강하는 상기 2A의 충전 전류에서 900mV의 상기에서 계산된 전압 강하에 비해 우수하고, 상기 750mV의 총 전압 강하는 최대 충전 전압이나 13.15V의 제 1 보호 전압 및 850mV의 전압 창에 이른다.

본 발명에 따른 실시예에서, 본 발명은 보호 회로(60)와 전압 검출 회로(70) 모두를 구비하고, 다른 또는 추가적으로 상기 충전 과정을 제어하는 방법을 채용할 것이다. 따라서, 상기 전력 공급기(48)의 상기 출력은 상기 충전 과정의 일부분 동안에 제어될 것이고, 상기 충전 과정은 상기 전압 검출 회로(70)의 상기 전압 읽기(voltage reading)에 기반을 둔다. 충전 전류가 상기 전지에 공급될 때, 회로(70)에 의해 감지된 상기 전압은 상기 보호 회로(60)에 의해 감지된 상기 전압으로부터 벗어나게 되는 데, 이는 상기 스위치 손실 저항(67a), (68a)간의 상기 전압 강하때문이다. 스위치당 약 50mΩ의 스위치 손실에 대해서, 1A 및 2A의 충전 전류는 손실 저항(67a), (68a)간에 약 100mV 및 200mV의 충 전압 강하를 각각 발생시킬 것이다.

따라서, 상기 전지를 상기 충전 과정의 일부분 동안에 최대 보호 회로 전압에서 충전할 때, 상기 측정된 보호 회로 전압은 손실 저항(67a), (68a)간의 상기 전압 강하에 대하여 수정되는 것이 바람직하다. 상기는 충전 전류의 함수와 같이 상기 전압 강하를 결정함에 의해 행하여지고, 상기 결정된 전압 강하를 상기 최소 임계 전압에 합산함으로써 상기 충전 과정의 제어를 위해 최대 보호 회로 전압을 얻을 수 있다. 그러나, 더 낮은 충전 전류에서 상기 더 낮은 전압 강하를 고려하는 일정 최대 보호 회로 전압(constant maximum protection circuit voltage)을 사용하는 것이 바람직하고, 본 발명의 바람직한 실시예의 상술된 예에서, 상기 충전 과정은 제어됨으로써 회로(70)에서 측정된 상기 전류는 12.43V를 초과하지 않고, 즉 30mV 정도의 전압 강하가 상기 보호 회로의 12.4V의 상기 최소 임계 전압에 더하여 지는 것이 바람직하다. 상기 수정된 최대 보호 회로 전압은 제 2 보호 전압으로서 참고될 것이다. 12.3V의 목표 전압가지고, 12.43V의 제 2 보호 전압은 130mV의 전압 창을 준다.

최대 보호 회로 전압 모드에서 리튬 전지를 충전할 때, 상기 최대 보호 회로 전압이 도달될 시간의 지점으로부터 상기 충전 과정이 진행할 때 상기 충전 전류는 감소될 것이다. 따라서, 상기 전지의 상기 내부 저항(12a), (12b), (12c)의 상기 전압 강하는 상기 충전 전류로 함께 감소할 것이고, 상기 보호 회로 전압 제어 모드가 다른 충전 제어 메카니즘전에 옴으로써 상기 전지의 과충전을 피할 수 있고, 상기 과충전은 만약 상기 전기 셀이 상기 목표 전압보다 더 높은 전압으로 충전되면 발생할 것이다.

따라서 본 발명에 따른 실시예는 구비하는 것을 바람직하고, 상기 실시예는 상기 스위치(49)가 오프 위치에 있을 기간 동안에 상술된 상기 개방 회로 전지 전압을 측정하는 것이고, 상기 실시예는 상기 전압의 내부 최소의실질적인 무저항 검출을 가능하게 한다. 보호 다이오드가 상기 전지 팩내에 구비되는 경우 상기 검출 전압은 상기 다이오드간의 상기 전압 강하를 위해 수정되어야 한다.

바람직한 실시예에서 상기 보호 회로 전압 제어 모드에서의 충전은 상기 측정된 개방 회로 전압이 상기 다이오드 전압 강하의 수정을 위한 상기 목표 전압에 도달할 때 종료되고, 상기 상술된 실시예에서는 상기 개방 회로 전압은 약 12.3V + 0.2V정도에 도달하는 것에 대응하고, 약 12.5V와 일치한다. 상기 개방 회로 전압이 상기값에 도달한 때, 상기 충전 과정을 제어함에 의해 상기 전지 충전를 충전함으로써 상기 개방 회로 전압이 상기 수정된 목표 전압 이하로 유지되게 한다.

본 발명에 따른 상기 충전 방법과 장치는 2개의 다른 크기의 리튬-이온 형 전지를 충전하는 것에 사용되며, 상기 전지는 3 셀과 상술된 임계 전압 및 목표 전압을 구비한다. 상기 제 1 전지는 1300mAh의 공칭 정전 용량(nominal capacity)을 구비하고 제 2 전지는 2600mAh의 공칭 정전 용량을 구비한다. 상기 제 1 전지는 1.2A의 최대 충전 전류를 가진 거의 일정 전류 모드(almost constant current mode)에서 첫째로 충전되고, 반면에 상기 제 2 전지는 2A의 최대 충전 전류로 첫째로 충전된다. 상기 충전 과정동안에 상기 충전 전압과, 상기 보호 회로 전압과, 상기 개방 회로 전압은 결정되고, 상기 거의 일정 전류 모드는 상기 충전 전압이 상기 제 1 보호 전압에 도달하거나 상기 보호 회로 전압이 상기 제 2 보호 전압에 도잘하거나, 또는 상기 개방 회로 전압이 상기 목표 전압에 도달한 때에 종료하고, 상기 시간의 종료 지점으로부터 상기 충전 과정은 상술된 바와 같이 제어되고, 상기 전지를 개방 회로 전압이나 무저항 전지 전압 제어 모드에서 충전함으로써 끝나고, 상기 충전 과정에서 상기 무저항 전지 전압은 상기 목표 전압에 실질적으로 고정된다.

여기서, 본 발명에 따른 충전 과정이 충전 전압 제어 모드와 보호 회로 전압 제어 모드를 구비하고 있을 때, 상기 최대 충전 전압이나 상기 제 1 보호 전압은 상기 보호 회로 전압 제어 모드를 구비하지 않는 충전 과정보다 더 높을 것이다. 사실적으로, 상기 최대 충전 전압은 상당히 높아서 상기 충전 과정에 영향을 미치지 않으며, 안전 전압으로서 작용할 것이다. 그러나, 고충전 전류로 충전하는 때는 최대 충전 전압을 사용함으로써 상기 충전 과정에 영향을 미침으로써 상기 전지와 상기 충전기의 상기 단자와 접속에서의 과도한 전력을 낭비하지 않도록 하는 점에서 유리하다.

상기 개방 회로 전압 제어 모드는 상기 충전 전류가 상기 제 1 전지에서는 60mA의 범위와 상기 제 2 전지에서는 120mA의 범위에서 소정의 값으로 감소된 때에 종료한다. 그러나. 상기 목표 전류의 다른 값이 사용되기도 한다. 상기 충전 과정의 보다 상세한 설명은 아래에서 주어질 것이다.

상술된 상기 전압 검출 회로(70)를 사용한 상기 보호 회로 전압의 상기 측정에서는, 상기 회로(70)의 상기 전압 측정의 정확성이나 허용차는 언급되지 않았다. 상기 bq2050에 있어서, 상기 전압은 56.25mV의 최소 해상도(minimum resolution)로 측정된다. 그러나, 상기 전압의 상기 측정은 약 ±60mV/셀의 변동을 가지고 있음으로써, ±180mV의 상기 전지 전압의 측정의 최대 오차 또는 편차를 낳는다. 따라서, 허용가능한 허용차를 가진 상기 보호 회로 전압을 측정하기 위해서, 상기 전압 검출 회로(70)이 보호 회로 전압 제어 모드에서 상기 전지를 충전하기 전에 측정될 필요가 있다. 이러한 측정 과정의 설명이 아래에서 개시될 것이다.

본 발명의 하나 또는 그 이상의 다른 양태에 따른 충전 과정의 다른 실시예는 도 3-8와 관계되어 설명될 것이다.

도 3은 초기 단계(80)에서 시작하고 과정 단계(81)로 진행하는 순서도를 도시한다. 단계(80)는 상기 충전기(40)에 상기 전지 팩(10)을 연결하는 것을 나타내고, 상기 마이크로컨트롤러(45)를 초기화한다. 상기 초기화 단계(80) 동안에, 상기 마이크로컨트롤러(45)는 상기 통신 인터페이스 선(53)을 통해 전지 식별자(battery indentifier)를 읽고, 상기 식별자는 상기 마이크로컨트롤러(45)에 저장된 전지 특수 예정 충전 파라미터(battery specific predetermined charging parameters)를 어드레스하는 참조로서 사용될 것이다. 상기 파라미터는 상기 최대 충전 전류(Imax)와, 상기 최대 충전 전압(Vchmax)와, 상기 최대 보호 회로 전압(Vpcmax)와, 상기 목표 전압 및/또는 상기 목표 전류(Ieoc)를 구비할 것이다. 보호 다이오드를 구비한 전지에 있어서, Veoc는 상기 다이오드간의 상기 전압에 대해 수정되어야 하고, 상기 다이오드는 상기 마이크로컨트롤러(45)내에 저장된 최대 개방 회로 전압(Vocmax)를 발생하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 파라미터는 상기 컨트롤러(45)내에 미리 저장되는 것은 아니며, 상기 전지에 미리 저장되고, 상기 마이크로컨트롤러(45)와 통신하는 것이다.

도 3의 과정에서, Vchmax의 값은 상술된 바와 같인 결정됨으로써 고충전 전력을 확증한다. 따라서, Vchmax는 Veoc보다 크기는 하나 상기 보호 회로에 의한 중단을 피할 수 있을 정도로 작다.

단계(80)에서의 시작후에, 상기 충전 과정은 단계(81)에서 시작된다. 여기서, 상기 충전 과정은 소정의 저충전 전류로 시작되고, 상기 충전 과정은 상기 충전 전류(Ich)와, 상기 충전 전압(Vch) 및 상기 개방 회로 전압이나 최소 실질적인 무저항 전지 전압(Voc)에서의 측정된 값을 기반으로 제어된다. 따라서, 단계(81)에서, 데이터는 특정되고 처리됨으로써 Ich와, Vch 및 Voc의 현재 값을 결정한다. 상기 충전 과정이 바로 시작됐다면, 상기 전압(Voc)는 Veoc보다 낮고, 상기 판단 단계(82)에서의 답은 판단 단계(83)으로 이끄는 아니오(no)이다. 이어서, 상기 충전 과정(Ich〈Imax, Vch〈Vchmax 및 Voc〈Veoc)의 시작에서, 상기 단계(83)에 대한 답은 과정 단계(84)로 이끄는 예(YES)이다. 단계(84)에서, 상기 충전 전력은 증가되고, 상기 증가는 상기 PWM 신호(50)의 상기 의무 주기(duty cycle)의 증가에 영향을 받은 것이다.

바람직하게는, 단계(81)의 데이터 측정은 시간프레임(time frames)내에서 도는 정규 시간 간격(regularly time intervals)에서의 측정 기간내에서 실행되고, 상기 데이터의 측정은 상기 충전 전류(Ich)와 상기 충전 전압(Vch)를 포함하고, 상기 상기 충전 전류(Ich)와 상기 충전 전압(Vch)는 상기 완전 충전 전류가 공급된 때, 예를 들면 상기 전력 공급 스위치(48)가 온(on)일 때에 측정된 것이고, 반면에 상기 개방 회로 전압(Voc)는 상기 충전 전류가 중단되거나 감소된 때에 측정된 것이고, 상기 충전 전류의 중단과 감소는 상기 스위치가 오프(off)에 위치됨에 의한 것이다. 따라서, 상기 충전 전력은 데이터 측정의 연속된 기간간의 상기 시간 간격에 대응하는 시간 간격에서 조정된다.

상기 충전 과정의 제 1 단계 동안에, 도 3의 상기 루프(loop)는 단계(81), (82), (83) 및 (84)를 따르고, 그럼으로써 상기 충전 전력은 Ich가 Imax에 도달할 때까지 증가되고, 이 때에 단계(83)는 판단 단계(85)를 이끈다. 만약 Vch나 Voc 중의 어느 하나도 상기 대응 한계(Vchmax 및 Veoc)에 도달하지 않으며, 단계(85)의 상기 출력은 아니오(no)이고 상기 충전 전력은 상기 루프(81), (82), (83) 및 (85)를 따름에 의해 유지된다. 그러나, 만약 Ich가 Imax보다 크게 측정되면, 상기 충전 전력은 PWM 신호(50)의 상기 의무 주기를 줄임에 의해 과정 단계(86)에서 감소된다. 상기 결과는 Ich가 Imax에 도달한 때, 상기 충전 과정이 제어됨으로써 Vch나 Voc가 자신의 한계에 도달할 때까지 일정 충전 전류 모드에서 충전하는 것이다.

정규 충전 과정(normal charging process) 동안에, 상기 충전 전압(Vch)는 자신의 한계(Vchmax)에 첫번째로 도달할 것이다. 상기 시점에서 상기 루프는 단계(83)에서 단계(85) 및 (86)으로 진행됨으로써 상기 충전 전력을 감소시킨다. 상기 시점에서 상기 충전 과정은 일정 충전 전압 모드에 진입하고, 상기 모드에서 Vch는 상기 충전 전류Ich)가 감소된 때에 실질적으로 일정하게 유지된다. 상기 과정은 단계(81), (82), (83), (85) 및 (86)의 상기 루프나, 상기 전력을 줄일 필요가 없는 기간인 단계(81), (82), (83) 및 (85)에도 대응한다.

도 3에서, Vchmax의 값은 Veoc의 값보다 더 크게 지정되고, 상기 일정 충전 전압 모드는 Voc가 Veoc에 도달할 때까지 유지된다. 상기 시점에서 상기 충전 과정은 무저항 또는 개방 회로 전압 제어 모드에 진입하고, 상기 충전 과정은 루프(81), (82), (83), (85) 및 (86)에 대응하고, 전력에서의 감소가 필요없을 때는 루프(81), (82), (83) 및 (85)에 대응한다. 상기 개방 회로 전압 제어 모드는 상기 충전 전류가 상기 목표 전류(Ieoc)까지 감소될 때까지 유지된다. 상기 시점에서 판단 단계(82)의 답은 예(yes)이므로 과정 단계(87)에서의 상기 충전 과정의 중단을 이끈다.

본 발명에 따른 충전 과정의 다른 실시예는 도 3의 Vch와 Vchmax를 상기 보호 회로 전압(Vpc)과 상기 최대 보호 회로 전압(Vpcmax)로 각각 대체함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 상기 일정 충전 전압 모드는 Voc가 Veoc에 도달할 때까지 일정 보호 회로 전압 모드로 대체된다. 도 4는 Vpcmax가 상기 보호 회로의 상기 임계 전압 이하이나, 상기 목표 전압(Veoc)보다는 높은 값으로 지정됨으로써, 상기 일정 보호 회로 전압 제어 모드 동안에 더 높은 충전 전력을 가능하게 하고, 상기 일정 보호 회로 전압 제어 모드는 정규 충전 과정에 비유되고, 상기 정규 충전 과정에서 상기 충전 전압이 상기 목표 전압(Veoc)보다 더 높지 않는 것을 도시한다. 도 4에서 단계(90) 내지 (97)은 도 3의 단계(80) 내지 (87)에 대응한다.

도 5는 도 3 및 4의 상기 충전 과정의 조합에 대응하는 충전 과정의 순서도를 도시한다. 따라서, 도 5의 단계(100) 내지 (107)은 도 3의 단계(80) 내지 (87)에 대응하고, 과정 단계(101)과 판단 단계(103) 및 (105)에서 차이가 있으며, 상기 과정 단계(101)는 상기 보호 회로 전압(Vpc)을 구비하는 데이터의 측정을 포함하고, 상기 판단 단계(103) 및 (105)는 Vpc를 포함하고, 상기 Vpc는 상기 최대 허용 보호 회로 전압(Vpcmax)에 대응한다. Vchmax과 Vpcmax의 값이 결정됨으로써 Vchmax가 Vpcmax전에 도달되어지는 것이 바람직하다. 따라서, Vchmax에 도달되면, 상기 충전 전류는 감소되어 감소된 단자 전압 강하(decreased terminal voltage drop)이 되고, 상기 무저항 전지 전압이 증가하는 때는, 상기 충전 전류는 상기 보호 회로의 상기 전압(Vpc)에서의 증가에 이른다. 따라서, 일정 충전 전압 모드에서 충전할 때, Vpc의 값은 Vpcmax에 도달할 때까지 증가한다.

여기서, Vchmax는 안전 전압으로서 포함된다. Vpcmax의 사용은 상기 보호 회로가 트리거(triggered)되지 않고, 상기 단자의 높은 오옴 저항이나 나쁜 접속이 높은 전압 강하와 상기 단자간의 대응 고전력 손실(a corresponding high power loss)을 일으킨다는 것을 확증할 것이다. 상기 단자를 손상시킬 수 있는 상기 전력 손실을 줄이기 위해서, Vchmax는 상술된 바와 같이 결정됨으로써 상기 충전 전압 제어 모드를 포함하게 된다.

도 3의 검토에 이어서, 도 5의 상기 충전 과정은 Imax에 도달될 때까지 상기 충전 전력을 증가시키는 것을 첫째로 할 것이고, 다음으로 일정 전류 충전 모드가 Vch가 Vchmax에 도달할 때까지 이러진다. 여기서, 상기 충전 과정은 상기 일정 충전 전압 제어 모드에 진입하고, 상기 일정 충전 전압 제어 모드는 Vpc가 Vpcmax에 도달할 때까지 이어지고, 상기 시점에서 상기 충전 전력은 추가적으로 감소됨으로써 Ich가 단계(102)에서 Ieoc에 도달할 때까지 상기 개방 회로 전압 제어 모드를 이어감으로써 단계(107)에서 상기 충전 과정의 중단하게 된다.

도 3 내지 5의 상기 충전 과정에서 상기 충전 파라미터(Ich), (Vch), (Vpc) 및/또는 (Voc)는 상기 충전 과정을 제어하기 위해 필요하고, 정규 시간 간격에서 측정될 것이다. 상기 시간 간격의 존속 시간은 32밀리세컨(millisecond)일 것이나, 더 긴 시간 간격이 본 발명에 따라 사용될 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 수 초에 이르는 시간 간격은 상기 사용된 측정 기술에 의존하여 사용될 것이다. 각각의 파라미터는 하나의 시간 프레임내에서 측정될 것이고, 상기 시간 프레임은 상술된 시간 간격보다 더 짧다. 상기 시간 프레임은 0.1-1밀리세컨일 것이고, 시간 프레임의 총 수의 합이 상기 측정 시간 간격을 초과하지 않는 동안은 더 긴 존속 기간의 시간 간격이 다시 사용될 수 있다.

도 3의 과정에서, 상기 충전 전류(Ich)는 약 0.1밀리세컨의 시간 프레임내에서 측정될 것이고, 상기 시간 프레임 후에 0.1밀리세컨의 시간 프레임이 이어져서 Vch를 측정하고, 다시 0.1밀리세컨의 시간 프레임이 상기 스위치(49)가 오프(off)에 위치되어 Voc를 측정할 때 이어진다. 도 4의 과정에서 Vch의 측정은 Vpc의 측정에 의해 치환된다. 여기서, Vpc를 측정하는 더 긴 시간 프레임이 상기 통신 선을 통하여 상기 전압을 측정하기 위해서 필요하다. 그러나. Vpc는 A/D 변환기를 사용하여 직접적으로 측정될 수 있고, 상기 A/D 변환기는 보다 빠른 측정을 가능하게 한다. 도 5의 상기 과정에서, 측정 타임-슬럿(measurement time-slot)은 Vch와 Vpc에 대해 포함될 것이다.

도 6은 도 5의 상기 충전 과정에 대응하는 충전 과정의 순서도를 도시한다. 그러나. 도 6의 상기 과정에 있어서 상기 보호 회로 전압(Vpc)은 읽거나 측정하는 것은 (Ich), (Vch) 및 (Voc)의 측정 간의 상기 시간 간격과 다른 시간 간격에서 실행되고, 상기 보호 회로 전압(Vpc)은 도 3에서 개시된 바와 같은 시간 간격에서 측정된다. 따라서, 도 6의 Vpc간의 상기 시간 간격은 수 초에 이르는 도 3의 상기 시간 간격보다 길 것이다. 본 발명의 실시예에서, Vpc의 읽기는 30초의 시간 간격에서 실행된다.

도 6의 단계(110) 내지 (117)는 도 3의 단계(80) 내지 (87)에 대응하고, 반면에 단계(118) 내지 (120)는 보호 회로 전압 읽기 및 제어를 포함한다. Vchmax와 Vpcmax는 도 5에서의 검토와 같이 결정되는 것으로 알려진다. 따라서, 완전히 방전된 전지를 충전할 때, Vchmax는 Vpcmax가 도달되기 전에 도달되어야 한다.

도 3의 검토에서, 도 6의 상기 충전 과정은 Imax가 도달될 때까지 상기 충전 전력을 증가시키는 것을 첫째로 할 것이도, 일정 전류 충전 모드가 Vch가 Vchmax에 도달할 때까지 이어질 것이고, 상기시점에서 상기 충전 과정은 상기 일정 충전 전압 제어 모드에 진입한다. 판단 단계(118)에서 Vpc 읽기가 준비된는지 여부가 결정되고, 만약 준비되지 않았다면, 단계(113)에서 상기 정규 충전 과정이 진행되고, 만약 준비됐다면, 판단 단계(119)에서 Vpc가 Vpcmax에 도달했는가의 여부가 결정된다. 만약 도달하지 않았다면, 단계(113)로 되돌아가고, 반면에 도달했다면, 과정 단계(120)에서 상기 Vchmax의 상기 소정의 값이 단계(113)에 진입하기 전에 감소한다. 단계(120)에서 Vchmax가 감소되는 때, 단계(113)의 답은 아니오(no)이므로, 단계(115) 및 (116)을 통하여 충전 전력의 감소를 일으킨다. 따라서, Vpc가 Vpcmax에 도달하면, 상기 충전 과정은 일정 보호 회로 전압 모드에 진입하고 상기 모드에서 상기 최대 충전 전압(Vchmax)과 충전 전압(Vch)이 조절됨으로써 상기 충전 과정의 부분에서 상기 보호 회로 전압을 Vpcmax에 유지시킨다.

도 6의 상기 충전 과정에서, 상기 일정 보호 회로 전압 제어 모드는 Voc가 Veoc에 도달할 때까지 계속될 것이다. 상기 시점에서 상기 충전 전력은 감소됨으로써 상기 개방 회로 전압 제어 모드가 단계(120)에서 Ich가 Ieoc에 도달할 때까지 계속되게 하고, 상기 단계(112)는 상기 충전 과정을 종료하는 단계(117)로 이끈다.

상기 보호 회로 전압의 상기 읽기는 측정될 필요가 있다고 상술된 바 있다. 도 7은 도 6의 상기 충전 과정에 대응하는 충전 과정의 순서도를 도시하고, 그러나 측정 단계(141) 및 (142)를 추가적으로 포함하다. 도 7에서, 단계(130) 내지 (140)는 도 6의 단계(110) 내지 (120)에 대응한다. 그러나, 도 7에서, 초기 단계(130)이후에 과정 단계(141)가 이어지고, 상기 단계(141)는 측정 또는 수정 값(calib)을 측정하여 저장한 후에, 충전 단계(130)에 진입한다. Vpc 읽기가 결정 단계(138)에서 준비되면, 상기 저장된 수정값(calib)은 Vpc에 합산됨으로써 수정된 보호 회로 전압(Vpcc)을 과정 단계(142)에서 얻을 수 있다. 상기 결정된 값(Vpcc)은 판단 단계(139)의 Vpcmax와 비교됨으로써 Vchmax가 감소되어야 하는 지 또는 아닌지를 결정한다.

따라서, 도 7의 과정에서, 상기 일정 보호 회로 전압 모드는 제어됨으로써 상기 충전 과정의 일부분 동안에 상기 수정된 보호 회로 전압(Vpcc)을 Vpcmax로 유지시킨다. 단계(140)에서 Vchmax를 감소시킬 때, Vchmax의 새로운 값이 Vchmax의 이전 값에서 Vpcc와 Vpcmax의 차이를 뺀 것으로 결정되는 것이 바람직하다.

도 7의 충전 과정에서 상기 측정 단계(141)는 도 8에서 더 상세하게 개시된다. 여기서, 상기 측정 단계는 과정 단계(150)를 포함하여 상기 보호 회로 전압(Vpc)의 측정 및/또는 읽기를 하며, 상기 단계(150)는 상기 보호 회로의 사이 전압 출력을 결정하는 것에 대응한다. 이어서 상기 전지의 상기 개방 회로 전압 또는 최소 실질적인 무저항 전압을 측정하는 과정 단계(151)가 수행되고, 단계(152)가 이어지고 상기 단계(152)에서 상기 얻어진 값(Vpc) 및 (Voc)이 비교됨으로써 상기 전압 차이를 결정한다. 과정 단계(153)에서, 상기 귀착 전압 수정 값(calib)이 단계(152)의 상기 얻어진 전압 차이와 상기 전지 팩 보호 다이오드간의 소정의 전압 강하를 기반으로 하여 결정된다. 만약 보호 다이오드가 없다면, 상기 전압 수정 값은 단계(152)의 결과와 동일하다. 따라서, 단계(154)의 과정 단계에서, 상기 수정 전압(calib)은 상기 충전 과정 동안에 추가적인 사용을 위해 저장된다.

도 9는 종래의 충전 과정을 도시한다. 도 9의 전지는 3 셀 및 12.3V의 목표 전압(Veoc)을 지닌 완전히 방전된 1300mAh의 리튬-이온 전지이다. 그러나, 상기 전기 팩은 보호 다이오드를 구비하고, 상기 보호 다이오드는 300mV로 지정된 전압 강하를 구비하고, 상기 전압 강하는 상기 전지를 충전할 때 고려되어야 한다. 도 9와 도 10 및 도 11에서 상기 점선(punctuated waveforms)은 상기 측정된 충전 전압(Vch)을 나타내고, 상기 실선(solid lines)은 상기 측정된 개방 회로 전압(Voc)을 나타내고, 상기 쇄선(dashed waveforms)은 상기 측정된 충전 전류(Ich)를 나타낸다.

도 9의 상기 충전 과정은 일정 전류 모드를 구비하고, 상기 일정 전류 모드는 1A의 최대 충전 전류(Imax)를 구비하고, 이어서 일정 충전 전압 모드가 이어지고, 상기 일정 충전 전압 모드는 12.66V의 최대 충전 전압(Vchmax)을 구비하고, 상기 최대 충전 전압은 상기 다이오드 전압 강하에 고려되는 것이다. 상기 충전 과정은 상기 충전 전류가 약 60mV로 감소된 때 상기 일정 충전 전압 모드에서 종료된다. 도 9에서 상기 충전 전압이 약 15분 이내에 약 12.66V로 증가하는 되고, 그럼으로써 상기 일정 전류 충전 모드가 상당히 짧고 충전의 15분 이후에 종료되고, 상기 충전의 15분은 상기 일정 충전 전압 모드에 진입되는 시점이다. 따라서, 상기 일정 충전 전압을 유지하기 위해서, 상기 충전 전류를 상기 충전 과정의 시작 단계에서 감소되고, 상기 감소로 인하여 약 190분 정도의 좀 더 긴 충전 시간을 필요하다. 1300mAh보다 더 큰 용량을 지닌 전지에서, 상기 충전 시간은 도 9에서 도시된 종래 충전 과정에 따를 때는 훨씬 더 길어질 것이다. 도 9의 상기 충전 과정을 종료한 때, 상기 개방 회로 전압은 약 12.42V에 도달하고, 이는 상기 보호 다이오드 전압 강하에 고려할 때 상기 목표 전압이 12.3V보다 다소 낮음을 의미한다.

도 9의 상기 전지 팩은 또한 12.6V의 임계 전압을 구비한 보호 회로를 구비한다. 상기 보호 회로(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전지 팩 내에 정렬된다. 도 9의 상기 곡선에서, Vchmax가 상기 다이오드 전압 강하를 고려할 때 너무 낮게 지정되어서 상기 보호 회로 전압이 12.6V의 상기 임계 전압에 도달할 수 없음을 도시한다.

도 5 내지 7의 상기 순서도에서 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 충전 방법은 도 10에 도시된다. 도 10의 상기 전지는 완전히 방전된 2600mAh 3 셀 리튬-이온 전지이고, 상기 전지는 12.3V의 목표 전압을 구비한다. 상기 전지 팩은 도 2의 상기 전지 팩에 대응하고, 상기 전기 팩은 보호 다이오드(13)와, 보호 회로(60)와, 회로(70)를 구비함으로써 상기 보호 회로 전압을 측정한다.

상기 충전 과정의 갑작스런 출현동안에, 상기 보호 회로 전압을 측정하기 위한 상기 회로(70)가 측정되고, 상기 측정이 행해질 때 상기 충전 전류는 증가하고 상기 충전 과정은 상기 일정 전류 충전 모드에, 도 10의 영역(I)에, 진입하고, 상기 충전 과정은 상기 최대 충전 전류(Imax)를 2A로 지정한다. 상기 충전 과정 동안에, Ich, Vch, Voc 및 Vpc의 값이 결정된다. 도 10의 상기 충전 과정 동안에, 상기 최대 충전 전압(Vchmax)은 13.41V로 지정되고, 상기 최대 충전 전압 값은 상기 전압에 이르는 다른 전압에 대해 상기 전지를 2A에서 충전하는 시험에 의해서 결정되고, 상기 전압에서 상기 보호 회로(60)는 상기 충전 과정을 중단한다. 상기 귀착 전압(Vchmax)은 더 낮은 값에 지정된다. 만약 다른 충전 회로의 상기 임계 값에서의 변화량이 고려되어야 한다면, Vchmax는 전에 검토된 바와 같이 더 낮은 값에 지정될 것이다. 높은 값의 Vchmax를 사용함으로써, 상기 2A 충전 전류는 약 47분에 이르는 긴 시간 기간동안에 허용되고, 이 때에 상기 충전 전압은 Vchmax에 도달하고, 상기 충전 과정은 상기 일정 충전 전압 모드에, 도 10의 영역(II)에, 진입한다.

도 10의 상기 충전 과정에 있어서, 상기 최대 개방 회로 전압(Vocmax)은 12.48V로 지정되고, 상기 최대 개방 회로 전압은 약 200mV의 상기 보호 회로 다이오드 전압 강하에 대해 조절된 12.3V의 상기 목표 전압에 대응한다. 그리고, 상기 최대 허용 보호 회로 전압(Vpcmax)의 값은 전에 검토된 바와 같이 12.43V로 지정된다. 상기 충전 영역(II) 동안에 상기 충전 전류는 감소됨으로써 일정 충전 전압을 유지하고, 반면에 상기 전기 개방 회로 전압은 증가된다. 도 10에서 상기 충전 과정에서 약 67분 정도의 시간에, 상기 전지 전압은 증가하여 상기 보호 회로 전압이 Vpcmax에 도달한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 수정된 값(Vpcc)은 Vpcmax에 도달하여야 한다. 이 때에, 상기 충전 과정은 상기 일정 보호 회로 전압 모드에, 도 10의 영역(III)에, 진입한다. 영역(III)동안에 상기 전력 공급기의 상기 출력이 조절하여 상기 충전 전류 및 상기 충전 전압을 감소시킴으로써 상기 보호 회로 전압을 Vpcmax로 유지한다.

상기 전지 전압이 증가하여 Voc가 Vocmax에 도달한 때, 상기 충전 과정은 상기 일정 무저항 전압 제어 모드 또는 일정 개방 회로 전압 모드에, 도 10의 영역(IV)에 진입하고, 상기 영역(IV)은 상기 충전 과정 내에서 약 76분 정도이다. 상기 충전 과정의 영역(IV)은 계속 진행되어 상기 충전 전류가 120mA의 상기 소정의 목표 전류로 감소되고, 이 때에 상기 충전 과정은 최종적으로 종료된다. 도 10에서 상기 총 충전 시간은 약 113분 정도이고, 상기 시간은 도 9의 종래 기술에 얻어지는 총 충전 시간보다 현저히 짧아진 것이다. 상기 충전 과정을 종료할 때, Vch와 Voc간에는 약 240-300mV의 차이가 있다. 상기 차이는 상술한 상기 손실 저항의 상기 전압 강하 및 상기 보호 회로 다이오드 전압 강하에서의 차이 때문이다.

도 11은 완전히 방전된 1300mAh 3 셀 리튬-이온 전지의 충전 과정을 도시한다. 상기 충전 과정은 도 10의 상기 충전 과정에서 사용되는 상기 충전기에 의해 실행된다. 그러나, 상기 최대 충전 전류(Imax)는 상기 전지의 더 낮은 용량으로 인하여 1.2A로 감소되고, 상기 목표 전류(Ieoc)는 60mA로 감소된다. 다른 저장된 충전 파라미터는 도 10의 과정에 있어서와 같이 동일한 값을 가진다. 따라서 Veoc가 12.43V와 동일하기 때문에 Vocmax의 값은 12.48V로 지정되고, Vchmax는 13.41V로 지정되고, Vpcmax는 12.43V에 지정된다. 도 11에서 상기 더 낮은 최대 충전 전류로 인하여, 상기 충전 과정은 도 10의 영역(III), (IV)으로 진입한다. 따라서, 초기 단계와 측정 전압의 저장 단계 후에, 상기 일정 충전 전류 모드는 Voc가 Vocmax에 도달하는 약 55분 동안 계속되고, 상기 계속되는 중에 상기 충전 과정은 상기 일정 무저항 전압 제어 모드나 일정 개방 회로 전압 모드로 이어간다. 상기 일정 개방 회로 전압 모드는 상기 충전 전류가 Ieoc이하로 될 때까지 계속되고 상기 충전 과정은 약 89분의 충전 시간 후에 종료된다.

도 11의 상기 일정 충전 전류 모드에 진입한 때, 상기 충전 전압은 Vchmax에 상당히 근접한 13.38V의 값을 갖는다. 따라서, 다소 높은 Imax에 있어서, 상기 충전 과정은 일정 충전 전압 모드와 일정 보호 회로 모드를 구비한다. 상기 구비는 Vocmax가 더 낮은 값으로 선택될 때에도 적용된다.

그러나, 도 11의 상기 충전 과정을 비교할 때, 상기 충전 과정에서 상기 목표 전압은 상기 충전 과정 동안의 상기 개방 회로 전압에 비교되고, 도 9의 상기 충전 과정에 있어서, 상기 목표 전압은 상기 충전 전압에 비교될 때, 상기 전체 충전 시간은 도 9에서 도시된 상기 충전 시간의 50%로 감소된다.

따라서, 본 발명은 빠른 충전 전지에 대한 답을 제공하며, 상기 충전 전지는 보호 회로에 의해 중단된 상기 충전 과정을 구비함이 없는 상기 보호 회로를 구비한다.

도 12는 본 발명의 제 4 양태의 실시예에 따른 충전 과정의 순서도를 도시한다.

도 12의 상기 충전 과정은 도 1에서 도시된 전지 충전기를 사용하여 행하여 지는 단순한 충전 과정을 도시한다. 그러나, 도 12의 상기 충전 과정은 단지 상기충전 전압(Vch)과 상기 충전 전류(Ich)의 측정만을 필요로 하기 때문에 상기 전지 감시기 회로(20)와, 상기 통신 인터페이스 및 상기 통신 선(53)은 필요하지 않다. 그리고, 상기 관련 소정의 충전 파라미터는 상기 마이크로컨트롤러(45) 내에 저장될 것이다. 상기 파라미터는 상기 최대 충전 전류(Imax)와, 상기 최대 충전 전압(Vmax)과, 하나 또는 그 이상의 충전 시간의 잔류 기간과, 상기 전류 값(Iend)을 구비하고, 상기 최대 충전 전압(Vmax)은 상기 목표 전압(Veoc)과 동일하거나 상기 목표 전압의 함수인 것이 바람직하고, 상기 전류 값(Iend)은 충전 시간의 잔류 기간을 결정하기 전에 상기 충전 전류가 감소된 값이다.

여기서, 충전 시간의 상기 저장된 잔류 기간은 충전 과정에서 상기 전지를 충전하는 시험으로부터 결정될 것이고, 상기 충전 과정에서 상기 전지는 일정 전류 모드에서 충전되고, 상기 일정 전류 모드는 상기 충전 전류가 상기 일정 전류 충전 모드에서의 상기 최대 전류의 5-10%인 목표 전류(Ieoc)로 감소될 때까지 일전 전압 모드 전에 실행된다. Iend에 도달되는 때부터 Ieoc에 도달되기까지의 기간은 충전 시간의 상기 잔류 기간으로서 결정될 것이다.

도 12는 초기 단계(160)에서 시작하여 과정 단계(161)로 진행하는 순서도를 도시한다. 단계(160)는 상기 전기 팩(10)이 상기 충전기(40)에 연결되는 것을 나타내고 상기 마이크로컨트롤러(45)를 초기화시킨다. 만약 상기 충전기(40)가 다른 형 및/또는 크기에 사용된다면, 상기 전지는 회로를 구비하고, 상기 회로는 통신 인터페이스 선(53)을 통하여 전지 정보를 상기 마이크로컨트롤러(45)에 전송한다. 따라서, 상기 초기 단계(160) 동안에, 상기 마이크로컨트롤러(45)는 상기 전지로부터 전지 식별자를 읽을 것이고, 상기 식별자는 상기 마이크로컨트롤러(45)에 저장된 전지 특정 미리 결정된 충전 파라미터(battery specific predetermined charging parameters)를 가리키는 참고로서 사용될 것이다. 그러나, 상기 파라미터는 상기 충전기(40)나 컨트롤러(45)에 저장될 필요는 없으나, 상기 전지에 미리 저장되어서 상기 마이크로컨트롤러(45)에 전송될 것이다.

단계(160)에서의 초기화 후에, 상기 충전 과정은 단계(161)에서 시작된다. 여기서, 상기 충전 과정은 낮은 충전 전류로 시작되고, 상기 충전 과정은 상기 충전 전류(Ich) 및 상기 충전 전압(Vch)의 측정된 값을 기반으로 제어된다. 따라서, 단계(161)에서, 데이터는 측정되고 처리됨으로써 Ich 및 Vch의 현재 값을 결정한다. 상기 충전 과정이 바로 시작된 때는, 상기 전압(Vch)은 Vmax이하이고, 판단 단계(162)의 상기 답은 아니오(no)이므로 판단 단계(163)로 진행한다. 다시, 상기 충전 과정(Ich〈Imax, Vch〈Vmax)가 시작하여, 단계(163)의 상기 답은 예(yes)이므로 단계(164)로 진행한다. 단계(164)에서, 상기 충전 전력은 증가하고, 상기 증가는 상기 PWM 신호(50)의 상기 의무 주기를 증가시킴에 영향을 받은 것이다.

상기 충전 과정의 제 1 영역 동안에, 도 12의 상기 루프는 단계(161), (162), (163) 및 (164)로 이어지고, 상기 루프로 인하여 상기 충전 전력은 Ich가 Imax에 도달할 때까지 증가하고, 이 때 단계(163)에서 판단 단계(165)로 진행한다. 만약 Vch가 아직 상기 한계(Vmax)에 도달하지 않았다면, 단계(165)의 상기 출력은 아니오(no)이고 상기 충전 전력은 상기 루프(161), (162), (163) 및 (165)를 따름으로써 유지된다. 그러나, 만약 Ich가 Imax보다 더 크게 측정되면, 상기 충전 전력은 PWM 신호(50)의 상기 의무 주기를 감소시킴으로써 과정 단계(166)에서 감소된다. 상기 결과로 Ich가 Imax에 도달할 때, 상기 충전 과정이 제어됨으로써 Vch가 상기 한계에 도달할 때까지 일정 충전 전류 모드에서 충전된다.

Vch가 Vmax에 도달한 때 상기 루프는 단계(163)에서 단계(165) 및 (166)으로 진행됨으로써 상기 충전 전력을 감소시킨다. 이 때에 상기 충전 과정은 일정 충전 전압 모드로 진입하고, 상기 일정 충전 전압 모드에서는 상기 충전 전류(Ich)가 감소된 때에 Vch는 실질적으로 일정하게 유지된다. 상기 루프는 단계(161), 9162), (163), (165) 및 (166)에 대응하거나 상기 전력을 감소시킬 필요가 없는 기간에는 단계(161), (162), (163) 및 (165)의 루프에 대응한다.

상기 충전 전류(Ich)가 Iend로 감소된 때, 판단 단계(162)의 답은 예(yes)이어서 과정 단계(168)로 넘어간다. 단계(168)에서 Iend의 값에 대응하는 충전 시간의 상기 잔류 기간이 결정되고, 상기 충전 과정은 단계(167)의 목표까지의 상기 결정된 기간 동안에 상기 일정 충전 전압 모드에서 진행된다.

본 발명에 따른 충전 과정의 다른 실시예는 도 3-7의 Ieoc를 Iend로 치환하고 상기 목표 단계 전에 있는 단계(168)에 대응하는 과정 단계에 의해서 얻어질 수 있다.

도 3-7및 도 12의 상기 순서도는 상기 전지 온도의 결정 또는 읽기를 도시하지 않는다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서 상기 전지 온도를 결정하는 단계 및/또는 읽는 단계를 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 전지 온도를 결정함으로써, 상기 충전 과정은 만약 상기 전지 온도가 소정의 한계를, 예를 들면 45℃ 또는 50℃를 넘어서면 정지되는 것이고, 상기 전지 온도는 상기 전지 내의 상기 회로(70)에 의해 측정되어 상기 마이크로컨트롤러(45)로 전송된다. 상기 마이크로컨트롤러(45)는 낮은 전지 온도에서, 예를 들면 0℃에서 상기 충전 과정을 시작하지 않도록 할 것이다. 상기 낮은 온도에서 상기 충전기는 낮은 트리클(trickle) 충전 전류를, 예를 들면 50mA를 공급하게 될 것이다.

도 13은 감시기 회로(20)를 구비한 전지 팩의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 도 13의 상기 감시기 회로(20)는 도 2의 상기 감시기 회로(20)와 비교하여 보다 간단하다. 따라서 도 13의 실시예에서, 상기 감시기 회로는 상기 보호 회로 전압을 측정하는 가스 측정 회로(70)를 포함하지 않고 상기 전류 검출 저항(74)도 없다. 대신에 도 13의 상기 감시기 회로(20)는 단순한 RC회로단과 커패시터(76)를 구비하고, 상기 RC회로단은 저항(77)을 구비한다. 바람직하게, 상기 저항(77)과 상기 커패시터(76)는 상기 셀 단자를 통하여 직접 연결되고, 그럼으로써 상기 커패시터(76)의 상기 전압은 상기 전지 또는 셀 간의 상기 전압과 실질적으로 동일하다. 도 13의 상기 전지 팩의 다른 구성 요소는 도 2의 상기 전지 팩(10)의 상기 구성요소와 일치한다.

상기 저항(77)과 상기 커패시터(76)의 값은 높게 지정되어서 상기 커패시터(76)의 상기 전압은 상기 충전 전류가 Voc를 측정하기 위해 단락되었을 기간에 현저히 변화되지 않는다. 따라서, 상기 커패시터(76)의 상기 전압을 측정함으로써, 상기 보호 회로 전압과 일치하는 상기 셀 단자 전압이 측정된다. 상기 전압은 핀(15)에서 측정되고, 상기 측정은 상기 충전 전류가 중단된 측정 기간에 이루어지고, 상기 측정된 전압은 충전 전류를 중단없이 공급하는 기간 동안의 전압을 나타낸다. 상기 보호 회로 전압은 상기 전지가 상기 충전 전류에 의해 충전되는 때에 핀(15)에서 측정된다. 도 13의 상기 RC회로단을 사용할 때, 선(53)에서 상기 마이크로컨트롤러(45)에 이르는 데이터 통신을 불필요하다. 상기 마이크로컨트롤러(45)는 전지 단자(15)에서 상기 전압을 측정하게 되고, 예를 들면 상기 측정은 선(53)을 통한 입력을 구비한 A/D 변환기의 사용에 의한다. 다른 방법으로는, 전지 단자(15)로부터의 상기 전압 신호는 상기 신호 조건 회로(55)에 입력되고, 상기 신호 조건 회로부(55)로부터 상기 전압 신호는 연결 선을 통하여 상기 마이크로컨트롤러(45)로 전달된다.

만약 상기 부가 전지 단자(extra battery terminal)(15)가 필요없다면, 상기 커패시터(76)의 상기 전압은 전지 단자(14)를 통해 상기 충전기(40)에 의해 감지될 것이고, 상기 전지 단자(14)는 특별하게 설계된 회로를 구비하고, 상기 회로는 충전 전류의 공급이 중단된 기간 동아네 커패시터(76)의 상기 전압을 단자(14)로 보낸다.

도 13의 상기 RC 회로부(77), (76)은 상기 내부 전지 셀 전압을 측정할 필요가 있을 때 보호 회로 없는 전지에 사용될 수 있으며, 상기 내부 전지 셀 전압은 충전 전류의 공급 기간동안의 상기 셀 전압과 일치한다. 상기 커패시터(76)의 상기 전압은 상술된 바와 같이 측정될 것이다.

본 발명은 전지 팩(10)의 단순한 실시예도 포함하고, 상기 전지 팩에서 도 13의 상기 저항(77)과 상기 커패시터(76)는 생략되고, 상기 전지 단자(15)는 상기 전기 셀 또는 셀(11a)의 정(positive) 측면에 직접 연결된다. 따라서, 상기 내부 셀 전압 또는 상기 보호 회로 전압은 전지 단자(15), (160간에서 측정될 것이다. 다른 방법으로, 부가 전지 단자는 상기 전지 셀 또는 셀(11c)의 부(negative) 측면에 직접 연결됨으로써 상기 보호 회로 스위치(67) 및 (68)에 의해 발생하는 상기 전압 강하를 피할 수 있다. 보호 회로(60)가 상기 전지 팩에 구비되지 않은 때, 단자(16)는 상기 전지 셀 또는 셀(11c)의 부 측면에 직접 연결될 것이다.

도 1, 2 및 13의 상기 전지 팩은 보호 회로(60)를 구비한 감시기 회로(20)를 구비하고, 본 발명의 제 5 양태가 도 1의 상기 충전기(40)와 동일한 전지 충전기에 의해 작동되는 실시예를 포함한다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 사람에게는 명백하고, 도 1, 2 및 13의 상기 전지 팩에 따른 전지도 명백하다. 그러나, 본 발명의 상기 제 5 양태의 상기 실시예에 따르면 보호 회로(60)가 불필요하고, 그래서 본 발명의 상기 양태는 도 2 및 13의 상기 보호 회로(60)가 없는 전지 팩에도 적용된다.

도 3-6의 순서도와 도 10의 상기 충전 과정은 본 발명의 제 5 양태에 따른 충전 과정을 도시하고, 만약 Vch가 상기 외부 전지 단자 전압과 동일하다면, Vchmax는 상기 외부 안전 전압으로 치환되고, Vpc는 상기 내부 셀 전압으로 치환되고, Vpcmax는 상기 내부 안전 전압으로 치환된다.

본 발명의 제 6 양태에 따른 충전 가능한 전지는 메모리 수단을 구비하고, 상기 메모리 수단은 전자적 메모리 수단인 것이, 예를 들면 ROM, EEPROM 및 EPROM인 것이 바람직하다. 상기 전자적 메모리는 도 1, 2 또는 13의 상기 전지 팩의 상기 감시기 회로(20)의 구성 요소이나, 상기 전자적 메모리 수단은 감시기 회로(20) 및/또는 보호 회로(60)없는 전지 팩의 구성 요소일 수도 있다. 본 발명의 제 6 양태는 도 1의 상기 충전기(40)와 일치하는 전기 충전기에 의해 작동하는 실시예를 포함한다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 사람에게는 명백하다. 따라서, 상기 저장된 전지 정보는 상기 통신 선(53)을 통하여 상기 충전기 컨트롤러(45)로 전송된다. 그러나, 본 발명은 통신 버스를 사용한 실시예도 포함하고, 상기 통신 버스는 상기 전지로부터 상기 충전기로의 데이터 전송을 위한 둘이나 그 이상의 선을 구비한다.

본 발명의 제 6 실시예에 따른 상기 전지와 상기 충전 시스템은 소위 스마트 전지(Smart Battery) 및/또는 스마트 전지 충전기를 구비하는 실시예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 스마트 전지와 상기 스마트 전지 충전기는 소위 시스템 조정 버스(System Management Bus)(SMBus)를 통하여 서로 전송할 수 있도록 된 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 설명은 도면과 설명의 목적에 제시되었다. 상기 설명은 상기 설명이 전부라거나 본 발명을 상기 개시된 명백한 형태로 제한하는 것이 아니라, 분명히 본 발명의 변형과 변화가 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 사람에게 가능하다. 본 명세서에서 개시되고 청구된 상기 기본 중요 원칙을 보유한 상기 변형은 본 발명의 범위내이 있는 것이다.

Claims (72)

1. 소정의 목표 전압을 구비하고 전지 단자가 구비된 재충전 전지와, 상기 재충전 전지의 충전을 중단하도록 된 보호 회로와, 상기 충전은 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 소정의 임계 전압에 도달할 때 중단되고, 상기 전지를 충전하도록 된 전지 충전기를 구비하는 시스템을 사용하는 재충전 전지를 충전하는 방법에 있어서, 상기 방법은

   (a)상기 전지 단자에 충전 전류를 공급하는 단계와;

   (b)상기 전지를 충전하여 상기 충전 과정의 적어도 일부분 동안에 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 상기 목표 전압 이상이고 상기 보호 회로의 상기 임계 전압 이하로 유지함으로써, 상기 보호 회로에 의한 충전의 중단을 방지하는 단계를 포함하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 재충전 전지는 상기 보호 회로를 구비하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전지 단자 전압과 일치하는 충전 전압이 상기 충전 전류가 상기 전지에 공급될 때 상기 충전 과정의 최소 일부분 동안에 결정되거나 측정되고, 상기 전지는 단계(b)의 적어도 일부분 동안에 상기 결정되거나 측정된 충전 전압에 기반을 둔 충전 전압 제어 모드에서 충전되는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 충전 전압 제어 모드는 상기 전지를 일정 충전 전압 모드에서 충전함으로써 상기 충전 전압을 제 1 보호 전압에 또는 그 이하에 실질적으로 유지시키는 단계로서, 상기 제 1 보호 전압은 상기 목표 전압 이상의 값을 구비하고 결정됨으로써 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 상기 제 1 보호 전압으로 충전하는 때 상기 임계 전압 이하가 되도록 하여 상기 보호 회로에 의한 충전의 중단을 방지하는 단계를 구비하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 보호 회로 전압과 일치하는 보호 회로 충전 전압이 상기 충전 전류가 상기 전지에 공급될 때 상기 충전 과정의 최소 일부분 동안에 결정되거나 측정되고, 상기 전지는 단계(b)의 최소 일부분 동안에 상기 결정되거나 측정된 보호 회로 충전 전압에 기반을 둔 보호 회로 전압 제어 모드에서 충전되는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 보호 회로 전압 제어 모드는 상기 전지를 일정 보호 회로 전압 모드에서 충전함으로써 상기 측정된 보호 회로 전압은 제 2 보호 전압에 또는 그 이하에 실질적으로 유지시키는 단계로서, 상기 제 2 보호 전압은 상기 목표 전압 이상의 값을 구비하고 결정됨으로써 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 상기 제 2 보호 전압으로 충전하는 때 상기 임계 전압 이하가 되도록 하여 상기 보호 회로에 의한 충전의 중단을 방지하는 것을 구비하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 충전 과정의 최소 일부분 동안에 내부 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 단계와, 상기 무저항 전압은 충전 전류의 상기 공급이 중단되거나 감소된 기간 동안에 결정되는 것이 바람직하고, 단계(b)에 따라서 상기 전지를 충전함으로써 상기 최소의 실질적인 무저항 전지 전압이 상기 전지 목표 전압에 도달할 때까지 충전하는 단계를 추가적으로 구비하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   충전 단계(b) 후에 무저항 전압 제어 모드로 상기 전지를 충전함으로써 상기 최소의 실질적인 무저항 전지 전압이 상기 전지 목표 전압으로 실질적으로 유지되는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 무저항 전압 제어 모드는 상기 충전 전류가 감소되어서 소정의 낮은 목표 전류가 된 때 종료되는 것을 양태를 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    충전 단계(b)는 상기 충전 전류를 실질적으로 일정한 전류 속도로 공급하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 실질적으로 일정한 전류 속도는 0.3C보다 큰 암페어에서의 속도이고, 바람직하게는 0.5-5C의 범위이고, 더욱 바람직하게는 1-2C의 범위인 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
12. 제 9 항과 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 목표 전류는 상기 일정 전류 충전 모드의 상기 충전 전류의 2-50%의 범위에 있고, 바람직하게는 상기 충전 전류의 5-20%의 범위에 있는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
13. 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항 또는 제 6 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 보호 전압 및/또는 상기 제 2 보호 전압은 상기 충전 전류에 의해 발생된 상기 임계 전압과 상기 전압 강하의 함수로서 결정되고, 상기 전압 강하는 상기 충전 전류에 의한 상기 전지의 상기 내부 저항과, 상기 보호 회로의 상기 내부 저항과, 상기 전지 단자의 상기 저항과, 상기 충전기 단자의 상기 저항 및/또는 하나 또는 그 이상의 전류 검출 저항에서 발생하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재충전 전지는 전압 검출 회로를 구비하여 상기 전지 전압을 측정함으로써 상기 보호 회로 전압에 인가된 상기 전압을 측정하고, 상기 전압 검출 회로는 가스 측정 회로인 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 재충전 전지는 상기 전압 검출 회로의 출력을 측정하기 위해 개시 충전 단계를 구비하고, 상기 측정의 결과가 상기 전압 감지의 상기 출력을 수정하기 위해 사용됨으로써 수정된 검출 회로 전압을 상기 충전 과정의 상기 제어를 위해 측정하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 측정 단계는 상기 전압 검출 회로에 의한 출력으로서 주어진 상기 전지 전압을 결정하는 단계와, 상기 전지 단자 전압을 결정하는 단계와, 상기 결정된 단자 전압을 상기 전압 검출 회로의 상기 결정된 출력과 비교하는 단계와, 상기 비교를 기반으로 하여 상기 전압 검출 회로에 대한 전압 수정 값을 결정하는 단계와, 상기 전압 수정 값을 저장하는 단계를 포함하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 충전 전류는 최대 값을 구비하고 상기 전압 검출 회로 출력 전압과 상기 측정 단계의 상기 전지 단자 전압의 결정은 실행되고, 상기 실행은 충전 전류의 상기 전지에로의 공급이 중단되거나 상기 충전 전류가 상기 최대 충전 전류에 비교되는 감소된 속도로 공급되는 기간의 하나 또는 그 이상의 기간 동안에 있는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지는 리튬, 리튬-이온 또는 리튬 폴리머 전지인 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 팩은 정보 저장 수단을 구비함으로써 하나 또는 그 이상의 전지 충전 파라미터를 저장하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 정보 저장 수단은 최소의제 1 충전 전압 파라미터 및 제 2 충전 전압 파라미터를 나타내는 정보를 구비하고, 하나 또는 그 이상의 상기 파라미터는 상기 충전 과정 이전에 저장되는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,

    상기 파라미터의 그룹으로부터 최소의하나의 충전 파라미터가 선택되고, 상기 파라미터는 목표 전압과, 보호 회로 임계 전압과, 최대 충전 전류와, 최대 전지 단자 충전 전압 및 최대 보호 회로 충전 전압을 포함하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 방법.
22. (a)전지 팩과; 상기 전지 팩은 전지 단자와 소정의 목표 전압을 구비한 재충전 전지를 구비하고,

    (b)상기 재충전 전지에 연결되어 상기 재충전 전지의 충전을 중단시키는 상기 보호 회로와, 상기 충전은 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 소정의 임계 전압에 도달할 때 중단되고,

    (c)전지 충전기와, 상기 전지 충전기는 상기 전지 단자를 전자적 전력원에 연결함으로써 상기 전지 팩에 충전 전류를 공급하는 수단과, 상기 충전 과정을 제어함으로써 상기 충전 과정의 최소 일부분 동안에 상기 보호 회로에 인가된 상기전압이 상기 목표 전압 이상이고 상기 보호 회로의 상기 임계 전압 이하로 유지되게 함으로써, 상기 전지가 상기 충전 과정을 중단시키는 상기 보호 회로 없이 충전되게 하는 수단을 구비하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 시스템은 상기 충전 과정의 최소 일부분 동안에 충전 전압을 결정하거나 측정하는 수단과, 상기 충전 전압은 상기 충전 전류가 상기 전지에 공급될 때 상기 전지 단자 전압과 일치하고, 상기 충전 과정을 제어함으로써 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 상기 목표 전압 이상이고 상기 보호 회로의 상기 임계 전압 이하로 유지시키는 수단을 추가적으로 구비하고, 상기 보호 회로는 상기 결정되거나 측정된 충전 전압을 기반으로 하여 전압 제어 모드에서 상기 충전을 제어하도록 된 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 일정 충전 전압 모드에서 상기 전지를 충전하도록 됨으로서 상기 충전 전압을 상기 저장 수단에 저장된 제 1 보호 전압에 또는 그 이하로 실질적으로 유지시키고, 상기 제 1 보호 전압은 상기 목표 전압 이사의 값을 구비하고 결정됨으로써 상기 제 1 보호 전압으로 충전할 때 상기 보호 회로에 가해지는 상기 전압이 상기 보호 회로 임계 전압 이하로 되는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 시스템은 상기 보호 회로 전압을 충전 전류의 중단없는 공급 기간 동안에 측정함으로써 보호 회로 충전 전압을 결정하는 수단과, 상기 충전 과정을 제어함으로써 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압을 상기 목표 전압 이상이고 상기 보호 회로의 상기 임계 전압 이하로 유지시키는 수단을 구비하고, 상기 보호 회로는 상기 결정된 보호 회로 충전 전압에 기반을 둔 보호 회로 전압 제어 모드에서 상기 충전을 제어하도록 된 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 상기 전지를 일정 보호 회로 전압 모드에서 충전하도록 됨으로써 상기 측정된 보호 회로 전압을 저장 수단에 저장된 제 2 보호 전압에 실질적으로 유지시키고, 상기 제 2 보호 전압은 상기 목표 전압 이상의 값을 구비하고 결정됨으로써 상기 제 2 보호 전압으로 충전할 때 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 상기 임계 전압 이하가 되도록 하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
27. 제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 시스템은 내부 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 수단을 구비하고, 상기 충전 가정 제어 수단은 추가적으로 상기 전지를 무저항 전압 제어 모드에서 충전하도록 됨으로써 상기 최소의실질적인 무저항 전지 전압을 상기 전지 목표 전압에 실질적으로 유지시키는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 상기 무저항 전압 제어 모드에서 충전을 종료시키도록 되고, 상기 충전은 상기 충전 전류가 소정의 낮은 목표 전류로 감소된 때 중단되는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
29. 제 22 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 추가적으로 상기 충전 기간의 최소 일부분 동안에 상기 충전 전류의 공급을 실질적으로 일정한 전류 속도로 제어하도록 된 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 상기 충전 과정을 제어하기 전에 상기 충전 전류의 상기 공급을 상기 실질적으로 일정한 전류 속도로 제어하도록 됨으로써 상기 보호 회로에 가해지는 상기 전압을 상기 목표 전압 이상이고 상기 보호 회로의 상기 임계 전압 이하로 유지시키는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 상기 충전 전류의 상기 공급을 실질적으로 일정한 전류 충전 모드에서 0.3C보다 큰 암페어 속도로 제어하도록 되고, 상기 암페어 속도가 0.5-5C의 범위인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1-2C 주변의 범위인 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
32. 제 24 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 또는 제 26 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 저장된 제 1 보호 전압 및/또는 상기 저장된 제 2 보호 전압은 상기 충전 전류에 의해 발생된 상기 임계 전압과 상기 전압 강하의 함수로써 결정되고, 상기 충전 전류는 상기 전지의 상기 내부 저항과, 상기 보호 회로의 상기 내부 저항과, 상기 전지 단자의 상기 저항과, 상기 충전지 단자의 상기 저항 및/또는 하나 또는 그 이상의 전류 검출 저항에 있는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
33. 제 22 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 팩은 전압 검출 회로를 구비하여 상기 전지 전압을 측정함으로써 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압을 측정하고, 상기 전압 검출 회로는 가스 측정 회로인 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
34. 제 33 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 개시 충전 단계를 제어하도록 됨으로써 상기 전압 검출 회로의 상기 출력을 측정하고, 추가적으로 상기 전압 검출 회로의 상기 출력을 수정하기 위한 상기 측정의 결과를 사용하도록 됨으로써 상기 충전 과정의 제어를 위해 수정된 보호 회로 전압을 측정하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
35. 제 34 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 저장 수단을 추가적으로 구비하고 측정 단계를 제어하도록 되고, 상기 측정 단계는 상기 전압 검출 회로에 의한 출력으로 주어진 상기 전지 전압을 결정하는 단계와, 상기 결정된 단자 전압을 상기 전압 검출 회로의 상기 결정된 출력과 비교하는 단계와, 상기 비교를 기반으로 하여 상기 전압 검출 회로에 대한 전압 수정 값을 결정하는 단계와, 상기 저장 수단에 상기 전압 수정 값을 저장하는 단계에 의하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
36. 제 35 항에 있어서,

    상기 충전 과정 제어 수단은 상기 측정 단계 동안에 상기 전압 검출 회로 출력 저압과 상기 전지 단자 전압을 결정하도록 되고, 상기 측정 단계는 상기 전지로의 충전 전류의 공급이 중단되거나 상기 충전 전류가 낮은 속도로 공급되는 때인 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
37. 제 22 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지는 리튬, 리튬-이온 또는 리튬 폴리머 전지인 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
38. 제 22 항 내지 37 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 팩은 추가적으로 정보 저장 수단을 구비함으로써 하나 또는 그 이상의 전지 충전 파라미터를 저장하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
39. 제 38 항에 있어서,

    상기 정보 저장 수단은 최소의제 1 충전 전압 파라미터 및 제 2 충전 전압 파라미터를 나타내는 정보를 구비하고, 하나 또는 그 이상의 상기 파라미터는 상기 충전 과정 이전에 저장되는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
40. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,

    상기 파라미터의 그룹으로부터 최소의하나의 충전 파라미터가 선택되고, 상기 파라미터는 목표 전압과, 보호 회로 임계 전압과, 최대 충전 전류와, 최대 전지 단자 충전 전압 및 최대 보호 회로 충전 전압을 포함하는 것을 양태으로 하는 재충전 전지를 충전하는 시스템.
41. 제 22 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 시스템에서 사용되는 것을 양태으로 하는 전지.
42. 제 22 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 시스템에서 사용되는 전지 충전기.
43. 제 42 항에 있어서,

    상기 전지 충전기는 상기 보호 회로를 구비하는 것을 양태으로 하는 전지 충전기.
44. 전지와 전지 충전기를 구비하는 전지 충전 시스템에 있어서, 상기 전지는 최소의 하나의 재충전 전지 셀과 정보 수단을 구비함으로써 최소의제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터를 나타내는 전지 정보를 저장하고, 상기 전지 충전기는 정보 수신 수단을 구비하여 상기 저장된 전지 정보를 읽거나 감지함으로써 상기 전지의 충전이 상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터를 기반으로 하여 제어되는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
45. 제 44 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 충전 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
46. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서,

    상기 제 1 충전 전압 파라미터는 상기 제 2 충전 전압 파라미터에 의해 표시되는 전압 레벨보다 더 높은 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
47. 제 44 항 또는 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 시스템은 추가적으로 상기 전지에 충전 전류를 공급하는 전력 공급기와 통신 버스를 구비함으로써, 상기 정보 수신 수단이 상기 통신 버스를 통하여 상기 저장된 전지 정보를 수신하고, 상기 제어 수단이 상기 전력 공급기를 상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터를 기반으로 하여 제어하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
48. 제 44 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 목표 전압과 동일한 제 2 전압 레벨을 실질적으로 표시하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
49. 제 44 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 충전기는 상기 충전 과정의 최소의일부분을 제 1 전압 제어 모드에서 제어하도록 됨으로써 측정된 충전 전압을 제 1 전압 레벨에 또는 그 이하로 실질적으로 유지시키고, 상기 제 1 전압 레벨은 상기 제 1 충전 전압 파라미터로 표시되는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
50. 제 49 항에 있어서,

    상기 전지 충전 시스템이 외부 충전 전압을 측정하는 수단과, 상기 제 1 충전 전압 파라미터를 추가적으로 구비하고, 상기 외부 충전 전압은 상기 전지에 충전 전류가 공급될 때 외부 전지 단자 전압을 나타내고, 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 외부 충전 또는 안전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
51. 제 49 항에 있어서,

    상기 전지 충전 시스템이 내부 충전 셀 전압을 결정하는 수단과 상기 제 1 충전 전압 파라미터를 구비하고, 상기 내부 충전 셀 전압은 상기 전지에 충전 전류가 공급될 때 내부 셀 전압을 나타내고, 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 내부 충전 또는 안전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
52. 제 49 항에 있어서,

    상기 전지는 보호 회로를 추가적으로 구비함으로써 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압이 소정의 임계 전압에 도달한 때 충전을 중단시키고, 상기 전지 충전 시스템은 보호 회로 충전 전압을 결정하는 수단과 상기 제 1 충전 전압 파라미터를 추가적으로 구비하고, 상기 보호 회로 충전 전압은 상기 전지에 충전 전류가 공급된 때 상기 보호 회로에 인가된 상기 전압을 표시하고, 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 보호 회로 충전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
53. 제 44 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 충전기는 상기 충전 과정의 적어도일부분을 제 2 전지 제어 모드에서 제어하도록 됨으로써 소정의 전지 전압을 제 2 전압 레벨에 또는 그 이하로 실질적으로 유지시키고, 상기 제 2 전압 레벨은 상기 제 2 충전 전압 파라미터에 의해 표시되는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
54. 제 49 항 및 제 53 항에 있어서,

    상기 전지 충전기는 상기 전지를 상기 제 1 전압 제어 모드에서 상기 충전 과정의 제 1 부분 동안에 충전하도록 되고, 상기 충전 과정의 제 1 부분 후에 상기 전지를 상기 제 2 전압 제어 모드에서 상기 충전 과정의 제 2 부분 동안에 충전시키는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
55. 제 48 항 및 제 55 항 또는 제 54 항에 있어서,

    상기 전지 충전 시스템이 최소의 실질적인 무저항 전지 전압을 결정하는 수단을 추가적으로 구비하고, 상기 전지 충전기는 상기 제 2 전압 제어 모드를 제어하도록 됨으로써 상기 최소의실질적인 무저항 전지 전압을 상기 최대 목표 전압에 또는 그 이하로 유지시키는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
56. 제 55 항에 있어서,

    상기 전지 충전기는 상기 제 1 전압 제어 모드에서 충전을 종료시키도록 되고, 상기 종료 시기는 상기 최소의 실질적인 무저항 전지 전압이 상기 최대 목표 전압에 도달할 때인 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
57. 제 44 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 정보를 저장하는 정보 수단은 하나 또는 그 이상의 저항을 구비하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
58. 제 44 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 정보를 저장하는 상기 정보 수단이 하나 또는 그 이상의 전지적 메모리를 구비하고, 상기 메모리는 비휘발성 ROM와, EEPROM와, EPROM 및 상기 메모리의 조합으로 구성된 상기 그룹으로부터 선택되는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
59. 제 58 항에 있어서,

    상기 전지 정보가 상기 전자적 메모리에 미리 저장되는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
60. 제 44 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 정보는 최대 충전 전류 파라미터 및/또는 목표 전류 파라미터를 표시하는 것을 양태으로 하는 전지 충전 시스템.
61. 제 44 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 충전기 시스템에서 사용되는 전지.
62. 최소의 하나의 재충전 전지 셀과, 정보 수단을 구비하고, 상기 정보 수단은 전지 정보를 저장하고, 상기 전지 정보는 최소의 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터를 표시하고, 상기 전지 정보는 대응 전지 충전기의 정보 수신 수단에 의해 읽혀지거나 감지되는 형태를 구비하고 있는 것을 양태으로 하는 전지.
63. 제 62 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 충전 전압 레벨을 나타내는 것을 양태으로 하는 전지.
64. 제 62 항 또는 제 63 항에 있어서,

    상기 제 1 충전 전압 파라미터는 상기 제 2 충전 전압 파라미터에 의해 표시되는 전압 레벨보다 더 높은 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지.
65. 제 62 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 목표 전압과 실질적으로 동일한 제 2 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지.
66. 제 62 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 외부 충전 또는 안전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 표시하거나, 상기 제 1 충전 전압 파라미터는 소정의 최대 내부 충전 또는 안전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지.
67. 제 62 항 내지 제 66 항에 있어서,

    상기 전지는 보호 회로를 추가적으로 구비하여 상기 보호 회로에 가해지는 상기 전압이 소정의 임계 전압에 도달할 때 충전을 중단하고, 상기 제 1 충전 전압 파라미터가 소정의 최대 보호 회로 충전 전압과 실질적으로 동일한 제 1 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지.
68. 제 62 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 정보를 저장하는 상기 정보 수단은 하나 또는 그 이상의 저항을 구비하는 것을 양태으로 하는 전지.
69. 제 62항 내지 68 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 정보를 저장하는 상기 정보 수단은 하나 또는 그 이상의 전자적 메모리를 구비하고, 상기 메모리는 비휘발성 ROM과, EEPROM과, EPROM 및 상기 메모리의 조합으로 이루어진 상기 그룹으로부터 선택되는 것을 양태으로 하는 전지.
70. 제 69 항에 있어서,

    상기 전지 정보는 상기 전자적 메모리에 미리 저장되는 것을 양태으로 하는 전지.
71. 제 62 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 정보는 추가적으로 최대 충전 전류 파라미터 및/또는 목표 전류 파라미터를 표시하는 것을 양태으로 하는 전지.
72. 제 62 항 내지 제 71 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전지 정보는 추가적으로 제 3 충전 전압을 표시하고, 상기 제 3 충전 전압은 상기 제 1 충전 전압 파라미터에 의해 표시되는 전압 레벨보다 더 높은 전압 레벨을 표시하는 것을 양태으로 하는 전지.