KR20020003044A - 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로 - Google Patents

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이승철
정관옥
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구관영
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한차현
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage

Abstract

본 발명은 리튬이온전지(Lithium-ion battery)의 충전회로에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로에 관한 것이다.
종래 정전류-정전압 방식의 리튬이온전지 충전회로는 4.2볼트의 충전제한전압에서 정전압 충전모드로의 전환이 이루어질 수 있도록 함으로써 상대적으로 긴 정전압 충전시간을 갖는다는 단점을 갖고 있었다.
이에 본 발명은 충전모드의 전환이 최대 충전제한전압인 4.35볼트에서 일어날 수 있도록 함으로써 전체 충전시간을 단축시킨 새로운 형태의 충전회로로서, 본 발명에 따른 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로는 직류/직류(DC/DC) 컨버터와, 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압을 검출하기 위한 출력전압 분배회로와 전지전압을 검출하는 전지전압 검출부와 상기 검출부로부터 신호를 받아 상기 출력전압 분배회로의 저항값을 변화시키는 정전압정전류 제어 전계효과 트랜지스터(FET;Field Effect Transistor)와 상기 출력전압 분배회로부터 신호를 입력받아 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 DC/DC 컨버터 제어부로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 리튬이온전지 충전회로는 충전시간을 단축시킨다는 효과를 갖는다.

Description

충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로{A charger circuit for Lithium-ion battery}
본 발명은 리튬이온전지(Lithium-ion battery)의 충전회로에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 전지 양단간에 걸리는 전압을 검출하는 전지전압 검출부와 정전압정전류 제어 FET를 포함시킴으로써 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로에관한 것이다.
도 1은 종래 일반적인 리튬이온전지 충전회로의 개략적인 구성을 보여주는 블럭도이다. DC 전원부(11)로부터 인가되는 DC 전압은 DC/DC 컨버터(12)에 의해 소정의 DC 전압으로 변환되어 출력되고, 출력된 DC 전압은 리튬이온전지(13)로 유입되어 충전된다. 출력전압 검출을 위한 출력전압 분배회로(15)는 출력전압의 저항(R2) 양단에 걸리는 분배전압(VR2)을 감지하여 DC/DC 컨버터 제어부(14)에 전달하여 준다. DC/DC 컨버터 제어부(14)는 분배전압(VR2)을 입력받아 상기 출력전압이 충전제한전압(통상적으로 4.2볼트)이하인 것으로 판단되는 경우, 이를 DC/DC 컨버터 제어부(14)에 통보해 줌으로써 DC/DC 컨버터(12)로 하여금 정전류 충전이 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 충전제한전압에 이른 경우에는 출력전압을 그대로 유지하면서 점차 충전전류를 감소시키는 정전압 충전이 이루어질 수 있도록 DC/DC 컨버터(12)를 제어한다.
그러나, 상기한 종래의 충전회로는 상대적으로 긴 정전압 충전시간을 가지므로 전체 충전시간이 길어진다는 단점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 전지의 양단간에 걸리는 전지전압을 검출하여 충전제한전압(통상 4.2볼트)에서 정전류 충전을 중단하지 않고 최대 충전제한전압(통상 4.35볼트)까지 일정한 전류로 계속 충전함으로써 전체 충전시간을 단축할 수 있는 리튬이온전지 충전회로를 제공한다는 것을그 기술적 과제로 한다.
도 1은 종래 리튬이온전지 충전회로의 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 리튬이온전지 충전회로의 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 리튬이온전지 충전회로의 충전특성을 보여주는 시간에 대한 전류와 전압의 파형도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11. DC 전원부 12. DC/DC 컨버터
13·리튬이온전지 14. DC/DC 컨버터 제어부
15, 23. 출력전압 분배회로 21. 전지전압 검출부
22. 정전압정전류 제어 FET
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 리튬이온전지 충전회로는 DC 전원부와, 상기 DC 전원부로부터 DC 전압을 입력받아 소정의 DC 전압(출력전압)으로 변환하여 리튬이온전지를 충전시키는 DC/DC 컨버터와, 상기 DC/DC 컨버터와 리튬이온전지 사이에 연결되어 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 출력전압을 감지하는 출력전압 분배회로와, 상기 출력전압 분배회로로부터 신호를 입력받아 상기 DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 DC/DC 컨버터 제어부와, 상기 리튬이온전지의 양단에 걸리는 전지전압을 검출하여 상기 출력전압 분배회로의 분배저항값을 변화시키기 위한 신호를 전송하는 전지전압 검출부로 구성되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 리튬이온전지의 충전회로의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 부재는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로의 구성을 보여주는 블럭도이다. DC 전원부(11)로부터 인가되는 DC 전압은 DC/DC 컨버터(12)에 의해 소정의 DC 전압으로 변환되어 출력되고, 출력된 DC 전압은 리튬이온전지(13)를 충전시킨다. 출력전압 분배회로(23)는 DC/DC 컨버터(12)의 출력단자와 접지사이에 직렬로 연결된 저항(R1과 R2), 그리고 저항(R2)와 병렬 연결된 저항(R3)과 정전압정전류 제어 FET(22)로 구성되어 있다. 출력전압 분배회로(23)는 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 출력전압이 저항(R1, R2, R3) 분배를 통해 저항(R2)에 분배되는 분배전압(VR2)을 DC/DC 컨버터 제어부에 입력될 수 있도록 해준다.
DC/DC 컨버터 제어부(14)는 상기 출력전압분배회로(23)로부터 분배된 전압(VR2)을 입력받아 제어부내 소정의 기준전압과 비교하여, 기준전압이하인 경우에는 DC/DC 컨버터(12)로 하여금 계속해서 정전류 충전이 이루어질 수 있도록 하고, 그 이상인 경우에는 정전압 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
전지전압 검출부(21)는 리튬이온전지(13)의 단자전압을 검출하여 최대 충전제한전압(4.35볼트) 이하인 경우는 정전압정전류 제어 FET(22)를 온(ON)시키고, 그 이상인 경우에는 오프(OFF)되도록 하는 논리신호를 출력단자를 통해 출력한다.
출력전압이 최대 충전제한전압이 되는 경우에는, 정전압정전류 제어 FET(22)가 오프(OFF)가 되므로 직렬 연결된 저항(R1)과 저항(R2)에 의해 그 출력전압이 분배된다. 이때, 저항(R1)과 저항(R2)은 상기 DC/DC 컨버터 제어부(14) 내의 기준전압과 저항(R2)에 분배되는 전압(VR2)이 같아지도록 그 값이 미리 정해진다. 기준전압과 같은 분배전압(VR2)을 입력받은 상기 DC/DC 컨버터 제어부(14)는 출력전압이 최대 충전제한전압에 이른 것을 인식하고 상기 DC/DC 컨버터(12)로 하여금 정전압충전을 하도록 제어신호를 보낸다.
또한, 출력전압이 최대 충전제한전압에 이르지 못한 경우에는, 정전압정전류제어 FET(22)가 온(ON)되고, 저항(R2)에 저항(R3)이 병렬 연결됨으로써 그 합성저항값이 저항(R2)보다 작아지게 된다. 따라서, 상기 출력전압이 최대 충전제한전압에 이른 경우와는 달리, 분배전압(VR2)이 상기 DC/DC 컨버터 제어부(14) 내의 기준전압보다 작아지게 되고 상기 DC/DC 컨버터 제어부는 출력전압이 최대 충전제한전압에 이르지 못한 것을 인식하고 상기 DC/DC 컨버터(12)로 하여금 정전류 충전을 계속하도록 제어신호를 내보낸다.
도 3은 본 발명에 따른 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로의 충전특성을 보여주는 시간에 대한 전압과 전류의 파형도이다. 실선은 종래의 충전회로에 따른 전류와 전압의 파형도이고, 점선은 본 발명에 따른 충전회로의 전류와 전압의 파형도이다. t1은 종래의 충전회로에 따른 정전류 충전이 끝나는 시각이고, t2는 본 발명에 따른 충전회로의 정전류 충전이 끝나는 시각이다. t3은 본 발명에 따른 충전회로를 통해 완전충전이 이뤄진 시각이고, t4는 종래의 충전회로에 따른 완전충전 시각이다.
전류 파형도와 전압 파형도를 통해, 본 발명에 따른 충전회로가 종래의 충전회로에 비해 정전류 충전시간이 늘어나고 정전압 충전시간이 줄어들었음을 알 수 있고, 이로 인해 전체 충전시간이 단축되었음도 알 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로는 최대 충전제한전압까지 정전류 충전을 계속함으로써 전체 충전시간이 단축된다는 효과를 갖는다.

Claims (2)

  1. 리튬이온전지를 충전시키는 충전회로에 있어서,
    DC 전원부와;
    리튬이온전지와;
    상기 DC 전원부로부터 DC 전원을 입력받아 소정의 DC 전원으로 변환하여 상기 리튬이온전지를 충전하는 DC/DC 컨버터와;
    상기 DC/DC 컨버터의 출력단자와 접지사이에 연결되고 저항분배를 통해 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압을 분배하는 출력전압 분배회로와;
    상기 리튬이온전지의 전지전압을 검출하여 상기 출력전압 분배회로로 소정의 논리신호를 출력하는 전지전압 검출부; 및
    상기 출력전압 분배회로로부터 분배전압을 입력받아 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 소정의 제어신호를 출력하는 DC/DC 컨버터 제어부를 포함하는 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력전압 분배회로는,
    상기 DC/DC 컨버터와 접지사이에 직렬 연결되는 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2);
    상기 제 2 저항(R2)과 병렬 연결되는 제 3 저항(R3);
    상기 제 3 저항(R3)과 접지사이에 직렬 연결되고 상기 전지전압 검출부로부터 소정의 논리신호를 받아 온-오프(ON-OFF)되는 정전압정전류 제어 FET(22)로 구성되어,
    상기 전지전압 검출부로부터 검출된 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압에 따라 출력전압이 4.35볼트의 최대 충전제한전압에 이른 경우 상기 전지전압 검출부는 상기 정전압정전류 제어 FET(22)를 오프(OFF)시키는 논리신호를 출력하여 상기 DC/DC 컨버터 제어부내의 소정의 기준전압보다 높은 분배 전압(VR2)을 제 2 저항(R2)에 분배되도록 함으로써 상기 DC/DC 컨버터로 하여금 정전압 충전을 행하도록 하고,
    출력전압이 4.35볼트의 최대 충전제한 전압에 이르지 못한 경우에는 상기 전지전압 검출부는 상기 정전압정전류 제어 FET(22)를 온(ON)시키는 논리신호를 출력하여 상기 DC/DC 컨버터 제어부내 소정의 기준전압보다 낮은 분배전압(VR2)을 제 2 저항(R2)에 분배되도록 함으로써 상기 DC/DC 컨버터로 하여금 정전류 충전을 행하도록 한다는 것을 특징으로 하는 충전시간을 단축시킨 리튬이온전지 충전회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101068619B1 (ko) * 2008-06-09 2011-09-28 주식회사 엘지화학 충전속도가 향상된 이차전지

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