KR20020077253A - 복수 채널의 충전기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의해 적은 수의 온도센서로, 설정 온도가 된 전지의 충전을 확실하게 정지시킬 수 있는 복수 채널의 충전기가 개시되었다. 본 충전기로 장착 검출부에서 검출된 전지의 장착상태에 따라 최적의 충전정지온도로 변경되어 충전을 정시키기므로 온도센서가 전체 전지수보다 적게함에도, 전지의 설정온도가 되면 확실히 충전을 정지시킬 수 있다.

Description

복수 채널의 충전기 {A CHARGER HAVING A PLURALITY OF CHANNELS}

본 발명은 복수개의 전지를 충전하는 충전기에 관한 것으로, 특히 전지온도를 검출하여 충전전류를 제어하는 충전기에 관한 것이다.

전지의 온도는 충전중에 상승한다. 특히 만충전된 후에 더 계속하여 충전되는 전지의 온도는 급격히 상승한다. 따라서, 전지의 온도를 검출하여 전지의 만충전을 검출하여 충전을 정지시킬 수 있다. 또한, 이상한 전지도 충전하면 온도가 상승하는 경우가 있다. 따라서, 전지온도를 검출하여 이상한 전지의 충전을 정지시킬 수도 있다.

전지의 만충전을 검출하거나 이상한 전지를 온도로 검출하는 충전기는 전지의 온도를 검출하는 온도센서를 구비하고 있다. 온도센서는 충전되는 각각의 전지온도를 검출하기 위해 각 전지에 접근하여 배치된다. 복수의 전지를 충전하는 복수 채널의 충전기는 각각의 전지의 온도를 정확히 검출하기 위해 각각의 전지에 접근하여 온도센서를 배치한다. 이 구조의 충전기는 온도센서의 개수를 전지의 개수와 동일하게 할 필요가 있다. 예컨대 4개의 전지를 충전하는 충전기는 4개의 온도센서를 필요로 한다. 따라서, 온도센서의 개수가 많아져서 부품비용과 제조비용이 높아지는 결점이 있다.

온도센서의 개수가 많아지는 결점은 하나의 온도센서로 복수의 전지온도를 검출하는 구조로 해소할 수 있다. 이를 실현하는 충전기는 인접하는 전지 사이에 온도센서를 배치한다. 이 충전기는 모든 장착부에 전지를 장착하여 충전할 때, 전지의 온도를 충전정지온도보다 낮게 할 수 있다. 예컨대 충전정지온도를 60℃ 로 하는 충전기는 전지온도가 60℃ 로 상승하면 충전을 정지시킬 수 있다. 그러나, 복수 채널의 충전기는 반드시 모든 장착부에 전지를 세팅하여 충전한다고는 할 수 없다. 예컨대 전지를 4열로 나열하여 충전하는 복수 채널의 충전기에 있어서, 2개의 전지를 양단부분에 사이를 두고 세팅하여 충전할 때, 온도센서의 충전정지온도를 60℃ 로 설정하고 있음에도 불구하고 전지온도가 65℃ 로 상승할 때까지 충전은 정지되지 않았다. 전지는 온도가 이상하게 높아질 때까지 충전하면 성능이 저하되어 버린다. 이 폐해를 피하기 위해 양단에 장착된 전지의 온도가 60℃ 가 되면 충전이 종료되도록 충전정지온도를 55℃ 로 낮게 하면 모든 채널에 전지를 장착하여 충전할 때, 전지의 온도가 55℃ 로 상승하면 충전이 정지된다. 충전을 정지시키는 온도가 낮아지면 전지를 만충전할 수 없고, 또한 이상이 아닌 전지의 충전이 정지되는 등의 폐해가 발생한다.

본 발명은 이 같은 결점을 해결하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은 적은 온도센서에 의해, 전지의 온도가 설정된 온도가 되면 확실하게 충전을 정지시킬 수 있는 복수 채널의 충전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면과 함께 하기의 제세한 설명으로부터 좀 더 완전히 명백해질 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시예의 복수 채널의 충전기의 단면도이다.

도 2 는 본 발명의 실시예의 복수 채널의 충전기의 회로도이다.

본 발명의 복수 채널의 충전기는 복수의 2차 전지를 탈착할 수 있도록 장착하여 충전하는 충전기로서, 충전되는 전지의 온도를 검출하는 온도센서를 구비한다. 충전기는 온도센서로 검출한 검출온도를 충전정지온도와 비교하여, 검출온도가 충전정지온도보다 높아지면 충전을 정지한다. 또한, 충전기는 전지가 장착된 것을 각각 독립적으로 검출하는 복수의 장착검출부를 갖는다. 온도센서의 개수는 장착되는 전체 전지의 개수보다 작게 하고 있다. 또한, 온도센서는 각각의 장착검출부에서 검출하는 전지의 장착위치에 따라 충전을 정지하는 충전정지온도를 변경하고 있다.

이 구조의 충전기는 적은 온도센서에 의해, 설정온도로 된 전지의 충전을 확실하게 정지시킬 수 있는 특장이 있다. 이는 충전기가 전지가 장착된 것을 각각 독립적으로 검출하는 복수의 장착검출부를 갖고, 각각의 장착검출부에서 검출하는 전지의 장착위치에 따라 충전을 정지하는 충전정지온도를 변경하고 있기 때문이다. 이 충전기는 장착검출부에서 검출된 전지의 장착상태에 따라, 최적의 충전정지온도로 변경하여 충전을 정지시키므로, 온도센서의 개수를 장착되는 전체 전지의 개수보다 적게 함에도 불구하고, 전지의 실질적인 온도가 설정된 온도가 되면 확실하게 충전을 정지시킬 수 있다. 이 같이, 온도센서의 개수를 적게 할 수 있는 충전기는 부품비용과 제조비용을 저감하여 저렴하게 다량 생산할 수 있다.

온도센서는 인접하여 장착되는 2개의 전지 사이에 배치할 수 있다. 이 충전기는 온도센서의 개수를 절반으로 하여 부품비용과 제조비용을 저감할 수 있다. 충전기는 검출온도가 충전정지온도가 되면 충전전류를 차단하여 충전을 정지할 수 있다. 충전기는 검출온도가 충전정지온도가 되면 충전전류를 트리클 충전전류로 전환하여 실질적인 충전을 정지시킬 수도 있다. 충전기는 각각의 전지와 직렬로 충전전류를 제어하는 스위칭 소자를 접속하여 검출온도가 충전정지온도가 되면 스위칭 소자를 OFF 로 하여 충전을 정지시킬 수 있다.

장착검출부는 전지에 접속되는 출력단자의 전압변화를 검출하여 전지의 장착을 검출할 수 있다. 이 구조는 간단한 회로구성으로 하여 전지의 장착을 검출할 수 있다. 장착검출부는 전지의 장착을 검출하는 리미트 스위치로 할 수도 있다.

복수 채널의 충전기는 도 1 의 단면도에 나타내는 바와 같이, 케이스 (2) 에 복수의 전지 (1) 를 탈착할 수 있도록 장착하는 장착부 (3) 를 설치하고 있다. 도면의 충전기는 4개의 전지 (1) 를 장착하는 채널 1 내지 4 의 장착부 (3) 를 설치하고 있다. 본 발명의 충전기는 2개 이상의 전지 (1) 를 충전할 수 있다. 따라서, 2 내지 3개, 또는 5개 이상의 전지 (1) 를 충전할 수 있는 구조로 할 수 있다. 충전기의 장착부 (3) 는 여기에 세팅되는 전지 (1) 의 ＋－ 전극에 접촉하는 출력단자 (도시하지 않음) 를 형성하고 있다. 출력단자가 전지 (1) 에 접속되어 장착부 (3) 의 전지 (1) 가 충전된다.

도 2 는 복수 채널의 충전기의 회로도이다. 이 충전기는 입력되는 교류를 전지 (1) 를 충전하는 직류전압으로 변환하는 충전전원부 (5) 와, 이 충전전원부 (5) 의 출력측과 각각의 전지 (1) 사이에 접속되어 있는 스위칭 소자 (6) 와, 스위칭 소자 (6) 를 제어하는 충전/방전제어부 (7) 와, 충전/방전제어부 (7) 에 전지 (1) 의 온도신호를 입력하는 온도센서 (4) 와, 전지 (1) 의 장착을 검출하는 장착검출부 (8) 를 구비한다.

충전전원부 (5) 는 입력되는 상용전원, 일본에서는 교류 100V 를 전지 (1) 의 충전전압으로 변환한다. 이 충전전원부 (5) 는 도시하지 않지만, 전압을 변환하는 트랜스와, 교류를 정류하는 정류회로와, 정류된 맥류를 평활하는 평활회로를 구비한다. 이 충전전원부 (5) 는 충전/방전제어부 (7) 로부터의 신호를 피드백하여 정전류특성으로 하거나, 정전압특성으로 할 수도 있다.

스위칭 소자 (6) 는 트랜지스터나 FET 등의 반도체 스위칭 소자이다. 스위칭 소자 (6) 는 충전전원부 (5) 와 각각의 전지 (1) 사이에 접속되어 각각의 전지 (1) 의 충전전류를 제어한다. 이 스위칭 소자 (6) 는 충전/방전제어부 (7) 에서 ON OFF 로 제어된다. ON 의 스위칭 소자 (6) 는 이것에 접속하고 있는 전지 (1) 에 충전전류를 흐르게 한다. OFF 의 스위칭 소자 (6) 는 접속하고 있는 전지 (1) 의 충전전류를 차단하여 충전을 정지시킨다. 스위칭 소자 (6) 는 전지 (1) 가 만충전될 때, 또는 검출온도가 충전정지온도로 상승하면 ON 에서 OFF 로전환된다.

온도센서 (4) 는 장착되는 전체 전지의 개수보다 적다. 도면의 충전기는 충전하는 전지 (1) 의 수를 4개, 온도센서 (4) 를 2개로 한다. 따라서, 온도센서 (4) 는 모든 전지 (1) 의 온도를 독립적으로 검출하지 않는다. 도 1 의 충전기는 인접하여 장착되는 2개의 전지 (1) 사이에 하나의 온도센서 (4) 를 배치하고 있다. 즉, 채널 1 과 2 사이와 채널 3 과 4 사이에 온도센서 (4) 를 배치하고 있다. 도면의 충전기는 인접하여 장착되는 전지 (1) 사이에 돌출되어 있는 볼록부 (3A) 를 갖는다. 이 볼록부 (3A) 에 온도센서 (4) 를 배치하고 있다. 이 구조의 충전기는 충전하는 전체 전지의 개수의 절반의 개수의 온도센서 (4) 로 온도를 검출한다. 온도센서는 3열 이상으로 평행하게 나열하여 장착되는 전지의 대략 중앙에 배치할 수도 있다. 예컨대 3열의 전지의 중앙부에, 또는 4열의 전지의 중앙부에 하나의 온도센서를 배치할 수도 있다. 다만, 전체 전지의 개수에 대한 온도센서의 개수를 적게 하면 온도센서로부터 떨어져서 장착되는 전지의 온도를 검출하는 정밀도가 저하된다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 하나의 온도센서 (4) 를 인접하는 2개의 전지 (1) 사이에 배치하는 충전기는 온도센서 (4) 로 정확하게 전지온도를 검출할 수 있다. 따라서, 충전기는 바람직하게는 전체 전지의 개수의 절반의 온도센서 (4) 를 전지 (1) 사이에 배치한다.

온도센서 (4) 는 서미스터이다. 다만, 온도센서에는 서미스터 이외의 것으로서, 온도에 따라 전기저항이 변화하는 모든 소자를 사용할 수 있다.

장착검출부 (8) 는 전지 (1) 에 접속되는 출력단자 (9) 의 전압변화를 검출하여 전지 (1) 의 장착을 검출한다. 장착검출부 (8) 는 복수의 전지 (1) 가 장착된 것을 각각 독립적으로 검출한다. 따라서, 4개의 전지 (1) 를 충전하는 충전기는 4세트의 장착검출부 (8) 를 갖는다. 도면의 장착검출부 (8) 는 풀업 저항을 갖는다. 풀업 저항은 일단을 전원회로 (10) 에, 타단을 출력단자 (9) 에 접속하고 있다. 이 장착검출부 (8) 는 전지 (1) 가 장착되지 않을 때에 출력단자 (9) 의 전압을 전원전압으로 하고, 전지 (1) 가 장착될 때에 출력단자 (9) 의 전압을 전지전압으로 한다. 전원전압은 전지전압보다 높게 설정된다. 따라서, 전지 (1) 를 장착하면 출력단자 (9) 의 전압이 저하되므로 전지 (1) 의 장착을 검출할 수 있다.

이상의 장착검출부 (8) 는 출력단자 (9) 의 전압변화로 전지 (1) 의 장착상태를 전기적으로 검출한다. 장착검출부는 예컨대 채널 1 내지 4 의 장착부에 리미트 스위치를 배치하고, 각각의 리미트 스위치로 각 채널의 전지장착상태를 판별할 수도 있다. 또한, 각 채널에 근접 스위치를 설치하여 전지의 장착을 검출할 수도 있다.

충전/방전제어부 (7) 는 온도센서 (4) 와 장착검출부 (8) 로부터의 신호로 스위칭 소자 (6) 를 제어한다. 충전/방전제어부 (7) 는 온도센서 (4) 로부터 입력되는 검출온도를 충전정지온도와 비교하여 검출온도가 충전정지온도보다 높아지면 스위칭 소자 (6) 를 OFF 로 하여 충전을 정지시킨다. 충전정지온도는 전지 (1) 를 장착한 상태에서 변화시킨다. 따라서, 충전/방전제어부 (7) 는 각각의 장착검출부 (8) 에서 검출하는 전지 (1) 의 장착위치에 따라 온도센서 (4) 가전지 (1) 의 충전을 정지시키는 충전정지온도를 변경한다.

표 1 과 2 는 전지를 장착하는 상태에 따라 변화되는 충전정지온도를 나타낸다. 표 1 은 충전개시시의 온도가 33℃ 보다 높을 때의 충전정지온도를 나타내고, 표 2 는 충전개시시의 온도가 33℃ 이하일 때의 충전정지온도를 나타낸다. 이들 표에서, TH1 은 채널 1 과 2 사이에 배치되어 있는 온도센서 (4) 의 충전정지온도를 나타내고, TH2 는 채널 3 과 4 사이에 배치되어 있는 온도센서 4 의 충전정지온도를 나타내고 있다. 이들 표에 나타내는 바와 같이, 전지의 장착개수를 1, 2, 3, 4개로 변화시킴과 동시에, 전지가 장착되는 위치에 따라 충전정지온도는 변화된다. 충전정지온도는 이들 표에 나타내는 바와 같이 다수의 전지를 장착할 때에 평균적으로 높고, 장착하는 전지의 수가 적어지면 낮아진다. 그 이유는 다수의 전지를 함께 충전할 때, 전지온도가 동일하더라도 온도센서 (4) 의 검출온도는 높아지기 때문이다.

배터리 수	장착된 채널	TH1	TH2
1	1	55℃	52℃
	2	54℃	54℃
	3	52℃	52℃
	4	51℃	54℃
2	1, 2	55℃	51℃
	1, 3	54℃	54℃
	1, 4	54℃	54℃
	2, 3	54℃	54℃
	2, 4	54℃	54℃
	3, 4	51℃	55℃
3	1, 2, 3	60℃	60℃
	1, 2, 4	60℃	60℃
	1, 3, 4	60℃	60℃
	2, 3, 4	60℃	60℃
4	1, 2, 3, 4	60℃	60℃

배터리 수	장착된 채널	TH1	TH2
1	1	54℃	51℃
	2	53℃	53℃
	3	51℃	51℃
	4	50℃	53℃
2	1, 2	54℃	50℃
	1, 3	53℃	53℃
	1, 4	53℃	53℃
	2, 3	53℃	53℃
	2, 4	53℃	53℃
	3, 4	50℃	54℃
3	1, 2, 3	59℃	59℃
	1, 2, 4	59℃	59℃
	1, 3, 4	59℃	59℃
	2, 3, 4	59℃	59℃
4	1, 2, 3, 4	59℃	59℃

충전/방전제어부 (7) 는 온도센서 4 의 검출온도를 표 1 또는 표 2 에 나타내는 충전정지온도와 비교하여, 검출온도가 이 표의 충전정지온도보다 높아지면 스위칭 소자 (6) 를 OFF 로 하여 충전을 정지시킨다. 충전/방전제어부 (7) 는 어느 한 온도센서 (4) 의 검출온도가 충전정지온도보다 높아지면 모든 스위칭 소자 (6) 를 OFF 로 하여 충전을 정지시킨다. 단, 어느 한 온도센서 (4) 의 검출온도가 충전정지온도보다 높아질 때에, 모든 스위칭 소자 (6) 를 OFF 로 전환하는 것이 아니라, 충전정지온도를 초과한 온도가 검출된 온도센서 (4) 의 근방에 배치되어 있는 채널의 스위칭 소자 (6) 만을 OFF 로 하여 충전을 정지시킬 수도 있다. 예컨대 TH1 의 온도센서 (4) 의 검출온도가 충전정지온도를 초과하고 TH2 의 온도센서 (4) 의 검출온도가 충전정지온도를 초과하지 않을 때에 채널 1 과 2 의 스위칭 소자 (6) 를 OFF 로 전환하고, TH2 의 온도센서 (4) 의 검출온도가 충전정지온도를 초과하고 TH1 의 온도센서 (4) 가 충전정지온도를 초과하지 않을 때에는 채널 3 과 4 의 스위칭 소자 (6) 를 OFF 로 전환하도록 제어할 수도 있다.

이상의 충전기는 검출온도가 충전정지온도를 초과할 때에 스위칭 소자 (6) 를 OFF 로 하여 충전을 정지시키지만, 검출온도가 충전정지온도를 초과할 때에 충전을 정지시키지 않고, 트리클 충전으로 전환하여 실질적으로 충전을 정지시킬 수도 있다.

또한 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 정의되고, 청구항에 선행하는 상세한 설명에 의해서 정의되지 않으며, 또한 청구항의 범위에 들어가거나, 이러한 범위에 등가에 속하는 모든 변형은 본 청구항에 의해 포함되기 때문에, 본 발명은 기본적인 특징의 요점을 벗어나지 않고 여러 형태로 구현될 수 있어, 본 실시예는 예시적인 것이며 제한적인 것이 아니다.

본 발명의 복수 채널 충전기는, 적은 수의 센서로, 설정온도가 된 전지의 충전을 확실히 정지시킬 수 있는 장점이 있다. 이것은, 본 발명의 충전기가, 전지가 장착된 것을 각각 독립적으로 검출하는 복수의 장착 검출부를 가지고, 각각의 장착 검출부에서 검출되는 전지의 장착위치에 따라 충전을 정지시키는 충전정지온도를 변경하고 있기 때문이다. 이 충전기는 장착 검출부에서 검출된 전지의 장착상태에 따라 최적의 충전정지온도로 변경되어 충정을 정지시키기 때문에, 온도센서의 수를 장착되는 전체 전지수보다도 적게함에도 불구하고, 전지의 실질적인 온도가 설정 온도가 되면, 확실하게 정지시킬 수 있다. 이와 같이, 온도센서의 수를 적게 할 수 있는 충전기는 부품비용과 제조비용을 절감시켜, 저렴하게 대량 생산할 수 있다.

Claims (15)

1. (1) 장착되는 전체 전지의 개수보다 적은 개수로서, 충전되는 전지의 온도를 검출하는 온도센서,

   (2) 전지가 장착된 것을 각각 독립적으로 검출하는 복수의 장착검출부,

   (3) 온도센서로 검출한 검출온도를 충전정지온도와 비교하여, 검출온도가 충전정지온도보다 높아지면 충전을 정지하고, 또한 각각의 장착검출부에서 검출하는 전지의 장착위치에 의해 충전을 정지하는 충전정지온도를 변경하는 제어회로를 포함하는, 복수의 2차 전지를 탈착할 수 있도록 장착하여 충전하는 복수 채널의 충전기.
2. 제 1 항에 있어서, 검출온도가 충전정지온도가 되면 충전전류를 차단하여 충전을 정지하는 복수 채널의 충전기.
3. 제 1 항에 있어서, 검출온도가 충전정지온도가 되면 충전전류를 트리클 충전전류로 전환하여 실질적인 충전을 정지하는 복수 채널의 충전기.
4. 제 1 항에 있어서, 제어회로가, 전지에 접속하고 있는 스위칭 소자와, 이 스위칭 소자를 제어하는 충전/방전제어부를 구비하는 복수 채널의 충전기.
5. 제 1 항에 있어서, 제어회로가 충전개시시의 온도에서 충전정지온도를 변경하는 복수 채널의 충전기.
6. 제 1 항에 있어서, 제어회로가, 다수의 전지를 충전하는 상태에서는 높고, 충전하는 전지의 개수가 적어지면 낮아지는 복수 채널의 충전기.
7. 제 4 항에 있어서, 제어회로가, 어느 한 온도센서의 검출온도가 충전정지온도보다 높아지면 모든 스위칭 소자를 OFF 로 하여 모든 전지의 충전을 정지하는 복수 채널의 충전기.
8. 제 4 항에 있어서, 제어회로가, 어느 한 온도센서의 검출온도가 충전정지온도보다 높아지면 모든 스위칭 소자를 OFF 로 전환하지 않고, 충전정지온도를 초과한 온도가 검출된 온도센서의 근방에 배치되어 있는 전지를 충전하는 스위칭 소자만을 OFF 로 하는 복수 채널의 충전기.
9. 제 1 항에 있어서, 온도센서가, 인접하여 장착되는 2개의 전지 사이에 배치되어 이루어지는 복수 채널의 충전기
10. 제 9 항에 있어서, 인접하여 장착되는 전지 사이에 돌출되는 볼록부를 갖고, 이 볼록부에 온도센서를 배치하고 있는 복수 채널의 충전기.
11. 제 1 항에 있어서, 3열 이상으로 평행하게 나열하여 장착되는 전지의 대략 중앙에 온도센서를 배치하고 있는 복수 채널의 충전기.
12. 제 11 항에 있어서, 하나의 온도센서를 3열의 전지 중앙부에 배치하고 있는 복수 채널의 충전기.
13. 제 1 항에 있어서, 하나의 온도센서를 4열의 전지 중앙부에 배치하고 있는 복수 채널의 충전기.
14. 제 1 항에 있어서, 장착검출부가 전지에 접속되는 출력단자의 전압변화를 검출하여 전지의 장착을 검출하는 복수 채널의 충전기.
15. 제 1 항에 있어서, 장착검출부가 전지의 장착을 검출하는 리미트 스위치인 복수 채널의 충전기.