KR20030010761A

KR20030010761A - 충전장치, 전지팩 및 그들을 이용한 충전시스템

Info

Publication number: KR20030010761A
Application number: KR1020027017974A
Authority: KR
Inventors: 요시자와히로시; 신바라준이치; 고모리마사카게
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-02-05
Also published as: KR100703540B1; EP1304787A4; CN1253986C; CN1440582A; EP1304787A1; US6777915B2; JP4744673B2; US20030107347A1; WO2002003525A1; JP2002315215A

Abstract

온도검출단자(8)로부터의 정보에 의거하여 검출되는 전지팩(2) 온도의 상승율이 규정값 이상일 때, 혹은 전압검출단자(9)로부터의 정보에 의거하여 검출되는 전지팩의 전압의 상승율이 규정값 이하일 때에, 충전장치(1)가 구비하는 충전제어수단(10)이 출력제어스위치(14)에 출력 OFF로 하는 신호를 보내어 전지팩의 보호제어를 행한다.

Description

충전장치, 전지팩 및 그들을 이용한 충전시스템{CHARGER, BATTERY PACK, AND CHARGING SYSTEM USING THE CHARGER AND BATTERY PACK}

휴대형 전자기기의 전원으로서의 리튬이온 이차전지를 이용한 전지팩에서의 종래의 보호제어 방법을 도 4를 이용하여 설명한다. 리튬이온 이차전지(111)가 역류방지 다이오드(115)를 통해 ＋ 단자(116)와 － 단자(117) 사이에 직렬로 접속되고, 또한 상기 리튬이온 이차전지(111)에 대하여 직렬로 과충전 보호용의 기생 다이오드부착 M0SFET(이하, 충전 FET라 함)와 과방전 보호용의 기생 다이오드첨부 MOSFET(이하, 방전 FET라 함)로 이루어지는 FET 스위치(114)가 배치되어 있다. 이 FET 스위치(114)의 충전 FET 및 방전 FET를 온 ·오프제어하는 제어회로(112)가 설치되어 있고, 이 제어회로(112)에는 리튬이온 이차전지(111)의 양단전압 및 FET 스위치(114)의 양단전압으로 방전전류가 입력되고 있다. 이 제어회로(112)는 상술한 입력정보를 받아 플립플롭(113)을 통하여, FET 스위치(114)에 의해 충전 ·방전 모두 온, 충전만 온, 방전만 온, 충방전 모두 오프의 4치제어를 행하고 있다. 이들, 제어회로(112), 플립플롭(113), FET 스위치(114) 등을 포함하는 보호회로는 일반적으로 SU(안전유니트)라고 칭하고 있다.

따라서, 휴대형 전자기기를 충전할 때에는 그들의 본체 또는 충전기에 의한 충전제어와 그 제어가 고장나 있는 경우에 작동하는 상술한 전지팩 내부의 SU에 의한 제어의 두개가 독립적으로 존재하여 충전제어하고 있다. 일반적인 제어 방법으로서 각각 아래와 같이 되어 있다.

정상시의 휴대형 전자기기 또는 충전기의 충전제어는 ① 4.2V 정전압충전, ② 0.7C 최대전류제어, ③ 충전종료제어(전류값, 충전시간 혹은 그 조합) 중 어느 하나로 제어되고, 전지팩 내부의 SU는 작동하지 않는다. 이들의 제어가 고장 혹은 오동작 등으로 움직이지 않았던 경우에, 전지팩 내부의 SU는 ① 충전전압의 제어의 공차나 온도 편차를 고려하여, 충전전압의 정상적인 변동범위와 겹치지 않도록 설정한 4.35V ±0.05V의 전압을 검지하면 충전회로를 절단(복귀형, 비복귀형이 있다), ② 최대전류 2.0C∼4.0C를 검지하면 충전회로를 절단하는 제어를 행한다. 또한, 이 SU가 기능하지 않았던 경우 등에 대비하여 휴대형 전자기기 또는 충전기측에서도 ① 4.55V ±0.05V의 전압을 검지하면 충전회로를 절단, ② 최대충전전류의 1.3배의 전류를 검지하면 충전회로를 절단, ③ 팩측 온도검출단자(118)를 통해 전달되는 서미스터(119)가 검출한 리튬이온 이차전지(111)의 표면온도가 0℃∼40℃의 범위 외의 경우는 충전하지 않고 ④ 타이머에 의해 2∼3시간에서 충전을 멈추는 보호기능을 갖고 있다.

이와 같이, 리튬이온 이차전지의 충전에 관해서는, 고장을 상정하여 다중보호를 하는 것을 기본적인 사고방식으로 하여, 상품의 신뢰성(안전성)을 확보하고있다.

그러나, 상기 종래의 SU 내장의 전지팩 및 그 전지팩을 이용한 충전시스템에 서는 전지팩 내부의 SU가 존재하는 것을 전제로 하여 다중보호하고 있기 때문에, 당연히 SU를 없애는 것은 불가능하다. 전지팩에서 제어회로(112), 플립플롭(113), FET 스위치(114) 등의 SU의 주요부품만으로 전체 비용의 3할 정도를 차지하고 있고, 리튬이온 이차전지를 이용한 전지팩의 고비용화의 한가지 원인으로 되어 있다. 또한, 전지팩 단체에서의 보호기능 향상에 대해서는 일본 특개평 8-116627호 공보에 있는 바와 같은 모든 아이디어가 구현화되어 있지만, 역시 이들을 이용하는 것은 비용면에서는 큰 과제가 된다.

본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하기 위해서, 소전지로서 리튬이차전지, 특히 리튬이온 이차전지를 이용하고 있는 전지팩 단체를 개량할 뿐만 아니라, 충전시스템 전체를 재검토하여, 다중보호를 행하면서도 SU의 주요부품을 삭제하여, 대폭적인 비용절감과 SU 주요부품 삭제에 의한 개발기간의 단축과 전지팩의 소형화를 도모하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전지팩 및 그 전지팩을 이용한 충전시스템에 관한 것으로, 특히, 리튬이온 이차전지에서의 효과적인 이차전지의 보호장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 충전시스템의 블록도.

도 2는 리튬이온 이차전지의 과충전시의 온도 특성도.

도 3은 리튬이온 이차전지의 과충전시의 전압 특성도.

도 4는 종래의 전지팩의 블록도.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 충전시스템은 충전장치 및 전지팩을 구비한다. 상기 충전장치는 상용 전원을 직류변환하는 AC/DC 컨버터와, 상기 AC/DC 컨버터로부터의 출력을 전지팩에 전달하는 충전출력단자와, 그에 대응한 GND 단자와, 충전경로에 배치한 전압 ·전류검출수단과, 충전경로에 배치한 과전압보호수단과, 전지팩의 전압을 검출하는 전압검출단자와, 전지팩의 온도를 검출하는 온도검출단자와, 상기 전압 ·전류검출수단과 상기 전압검출단자와 상기 온도검출단자로부터의 신호를 받아 각종 충전제어를 행하는 충전제어수단과, 충전경로에 배치되어 상기 충전제어수단으로부터의 신호를 받아 출력제어를 행하는 출력제어스위치를 구비한다. 또한, 상기 전지팩은 충전대상인 리튬이온 이차전지와, 상기 리튬이온 이차전지를 상기 충전장치와 전기적으로 접속하는 ＋ 단자 및 － 단자와, 상기 리튬이온 이차전지의 표면온도를 검출하는 서미스터와, 상기 서미스터로 검출된 온도정보를 상기 충전장치에 출력하는 팩측 온도검출단자를 구비한다.

본 발명의 충전시스템은 상기 팩측 온도검출단자, 상기 온도검출단자를 통하여 상기 충전제어수단이 받는 상기 전지팩 온도의 상승율이 규정값 이상일 때에, 상기 출력제어스위치에 출력 OFF로 하는 신호를 상기 충전제어수단이 보냄으로써 상기 전지팩의 보호제어를 행한다.

이 때, 소전지로서 이용되는 리튬이온 이차전지에는 과충전억제첨가제가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 과충전이 되었을 때에 전지표면온도가 조기 또는 급격히 상승하기 때문에, 온도상승을 포착하여 이루어지는 보호제어를 빠른 단계, 또는 용이하게 실행할 수 있다.

또한 본 발명의 충전시스템은 상기 충전장치에 덧붙여, 충전대상인 리튬이온 이차전지와, 상기 리튬이온 이차전지를 상기 충전장치와 전기적으로 접속하는 ＋ 단자 및 － 단자와, 상기 리튬이온 이차전지의 전지전압을 검출하는 전지전압검출수단과, 상기 전지전압검출수단으로 검출된 전압정보를 상기 충전장치에 출력하는 팩측 전압검출단자를 갖는 전지팩을 구비한다. 이로 인해, 상기 팩측 전압검출단자와 상기 전압검출단자를 통하여 상기 충전제어수단이 받는 상기 전지팩전압의 상승율이 규정값 이하일 때에, 상기 충전제어수단이 출력 OFF로 하는 신호를 상기 출력제어스위치에 보냄으로써 상기 전지팩의 보호제어를 행한다.

이 때, 소전지로서 이용되는 리튬이온 이차전지에는 과충전억제첨가제가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 과충전이 되었을 때에 전지전압의 상승율의 변화가 조기에 발생하기 때문에, 전압상승의 변화를 포착하여 이루어지는 보호제어를 빠른 단계, 또는 용이하게 실행할 수 있다.

이로 인해, 충전시스템 전체로서 다중보호를 행하면서도 특별히 구성요소를 추가하지 않고, 전지팩으로부터 SU의 주요부품을 삭감함으로써 전지팩의 소형화와 대폭적인 비용절감과 개발기간의 단축을 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명을 구현화한 일례로서, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 충전시스템을 나타내는 블록도이다. 도 1에서, 1은 노트북 컴퓨터나 휴대전화기 등의 기기와 충전기 또는 AC 어댑터의 조합, 또는 충전기 단체 등의 충전장치이며, 2는 소전지로서 리튬이온 이차전지를 이용한 전지팩이다.

충전장치(1)는 상용 전원을 직류변환하는 AC/DC 컨버터(3)와, 충전경로에 배치되어 전지팩(2)으로 출력하는 전압 ·전류를 계측하는 전압 ·전류검출수단(4)과, 동일하게 충전경로에 배치되어 과도한 전압이 전지팩(2)에 흐르는 것을 방지하는 과전압보호수단(5)과, 전지팩(2)에 전압출력하기 위한 충전출력단자(6) 및 GND 단자(7)와, 전지팩의 온도를 검출하는 온도검출단자(8)와, 전지팩의 전압을 검출하는 전압검출단자(9)와, 전압 ·전류검출수단(4), 온도검출단자(8), 전압검출단자(9)로부터의 신호를 받아 각종 충전제어를 행하는 충전제어수단(10)을 구비하고 있다. 이 충전제어수단(10)은 충전상황에 따라서 LED(11)를 소정색으로 점등 ·점멸시키거나, 전압 ·전류제어수단(12), 포토커플러(13), 출력제어스위치(14)를 통하여, 충전을 개시·중지시키는 제어를 행한다.

전지팩(2)은 ＋ 단자(16), － 단자(17), 단일셀 또는 복수셀의 리튬이온 이차전지(21)와, 역류방지 다이오드(22)와, 전지전압을 계측하기 위한 전지전압검출수단인 저항(20)과, 그 전지전압정보를 충전장치(1)에 출력하는 팩측 전압검출단자(19)와, 리튬이온 이차전지(21)의 표면온도를 검출하는 서미스터(23)와, 그 온도정보를 충전장치(1)에 출력하는 팩측 온도검출단자(18)를 구비하고 있다.

본 발명에서는 충전단자 ·온도검출단자 ·전압검출단자 등의 각 단자는 접촉식, 비접촉식을 막론하고 동등한 제어를 행할 수 있다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 충전시스템에서는 도 4에 나타낸 종래의 전지팩의 구성부재 중 파선으로 둘러싼 부분의 보호회로인 SU를 삭제한다. 이 부분은 전압을 측정 ·제어하는 IC 기판이나 반도체 스위치가 있는 부분으로 보호회로 중에서 비용의 대부분을 차지하고 있다. 한편, PTC ·온도퓨즈나 서미스터(23), 또 역류방지 다이오드(22) 등은 저비용이므로 남겨두어도 된다.

본 발명에서는 새로운 충전제어를 제안하여 SU를 삭제해도 다중보호를 실현한다. 또한, 소전지 내부에 과충전억제첨가제 등을 덧붙이는 것으로, 과충전시의 전압이나 전지온도 거동에 변화를 초래하고, 이 거동을 충전장치(1)로부터 검지하여 충전제어를 행하는 것으로, 과충전방지에 대한 신뢰성을 보다 비약적으로 향상시키는 것이다.

다음에 구체적인 제어의 변경 포인트에 대해서 설명을 한다.

첫째로, 충전장치(1)에서의 보호기능으로서의 회로절단의 기준이었던 전압허용량을 종래의 4.55V에서 4.35V로 한다. 즉, 종래 SU에서 보호기능으로서의 회로절단의 기준이었던 전압허용량을 충전장치(1) 내부에 갖게 한다.

둘째로, 온도검출단자(8)를 통하여 충전제어수단(10)이 받는 전지팩 온도의 상승율이 규정값 이상일 때에, 출력제어스위치(14)에 출력 OFF로 하는 신호를 충전제어수단(10)이 보냄으로써 ΔT/dt 보호제어를 행한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 과충전이 되면 전지의 표면온도가 급격히 변화하므로, 이 변화를 검출하여 충전을 종료시킨다. 구체적으로는, 서미스터(23)에 의해 검출된 온도정보를 충전장치(1)의 충전제어수단(10)이 받아 연산처리를 하여, 그 상승률이 규정값 이상일 때에, 출력제어스위치(14)를 차단함으로써 충전을 종료시키면 된다. 규정값의 구체적인 값으로서는 소전지의 특성에도 기인하지만, 오검출을 방지하기 위해서 약간의 여유를 갖게 하고 ΔT/dt가 O.5℃/분 이상, 바람직하게는 1℃/분 이상으로 하면 된다.

셋째로, 전압검출단자(9)를 통하여 충전제어수단(10)이 받는 전지팩전압의 상승율이 규정값 이하일 때에, 출력제어스위치(14)에 출력 OFF로 하는 신호를 충전제어수단(10)이 보냄으로써 ΔV/dt 보호제어를 행한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 과충전이 되면 전지전압은 상승하지만, 5.5V 부근을 피크로 한 번 전압이 저하하기 때문에, 이 거동을 검출하여 충전을 종료시킨다. 구체적으로는, 전지전압검출수단인 저항(20)에 의해 검출된 전압정보를 충전장치(1)의 충전제어수단(10)이 받아, 연산처리를 하여 그 상승률이 규정값 이하일 때에, 출력제어스위치(14)를 차단함으로써 충전을 종료시키면 된다. 규정값의 구체적인 값으로서는, 오검출을 방지하기 위해서 약간의 여유를 갖게 하고 ΔV/dt<O으로 하면 된다.

이러한 3종류의 충전제어를 하는 것으로 SU가 없어도 종래의 온도범위제어나 타이머제어, 온도퓨즈나 소전지 단체에서의 전류차단기구 등에 의한 제어와 더불어 다중보호를 실현하는 것이 가능해진다. 온도검출에 의한 충전제어와 전압검출에 의한 충전제어 중 어느 하나를 필수로 하여, 바람직하게는 충전장치의 전압허용량의 변경에 의한 충전제어를 추가로 부가하고, 보다 바람직하게는 3종류 모두의 기능에 의한 충전제어를 실시한다.

이하, 본 구성에서 상술한 충전제어를 이용한 경우의 큰 두 항목의 고장을 상정한다.

우선, 충전장치(1)의 충전제어가 완전히 손상된 경우(충전측의 전압검지기능이 고장난 경우)는 충전장치(1)가 흘릴 수 있는 최대의 내전압, 전류로 충전이 행하여진다. 일반적으로는 10∼12V의 내전압으로 3C의 연속충전이 일어난다. 이 경우 SU가 없는 상태의 전지팩에서 100% 보장되어야 하지만, 이 과제에 대해서는 소전지 단체에서의 보호제어의 연구개발이 종래보다 적극적으로 진행되어, 전류차단기구의 정밀도 상승, 과충전억제첨가제의 첨가, 추가로 PTC나 형상기억합금을 이용한 고정밀도 온도퓨즈 등의 선택으로 신뢰할 수 있는 다중보호가 가능하다.

다음에, 오동작 때문에 통상의 4.2V 제어를 할 수 없었던 경우는 통상이라면 SU가 작동하는 것으로 전지전압이 4.35V에 달했을 때에 충전회로를 절단하는데 대하여, 본 발명의 경우는 SU가 없기 때문에 상기 3종류의 기능에 의해 충전을 종료한다.

충전장치의 전압 허용량의 변경에 의한 충전제어를 사용하는 경우는 종래 SU에 의해서 이루어지고 있는 것과 같이, 전지전압이 4.35V에 달한 시점에서 충전이 종료한다. 추가의 보호기능으로서는 온도 ·전압검출에 의한 충전제어수단을 부가한다.

온도검출에 의한 충전제어를 사용하는 경우는 전지의 표면온도 변화가 설정값(예컨대, 0.5℃/분) 이상이 되면 충전이 종료한다. 추가의 보호기능으로서는 상술한 다른 수단을 부가하면 된다. 이 때, 소전지 중에 상술한 과충전억제첨가제를 첨가함으로써, 과충전시의 전지온도 거동에 변화를 초래하여 조기에 확실하게 보호제어를 행할 수 있다.

전압검출에 의한 충전제어를 사용하는 경우는 충전 중에 상승을 계속하는 전압이 과충전영역이 되면 5V 부근을 피크로 한번 저하하기 때문에, 전지전압이 ΔV/dt<0이 되었을 때에 충전이 종료한다. 추가의 보호기능으로서는 상술한 다른 수단을 부가하면 된다. 이 때, 소전지 중에 상술한 과충전억제첨가제를 첨가함으로써, 과충전시의 전지전압 거동에 변화를 초래하여 조기에 확실하게 보호제어를 행할 수 있다.

여기서, 과충전억제첨가제의 선정 혹은 병용의 효용에 관한 기본적인 사고방식에 대해서 간단히 설명한다. 과충전억제첨가제는 통상의 충방전 중에는 어떤 작용도 하지 않지만, 설정한 충전전압(현재는 4.2V)을 넘으면 작용한다. 그 결과로서, 전지의 급격한 표면온도 상승이나 충전전압이 ΔV/dt<O이 되는 현상을 야기한다. 구체적으로는, 충전설정전압 이상(과충전 영역)이 되면 빨리 분해되어 가스가 발생하고, 이 반응열이나 가스가 전극 사이에 쌓이는 것으로 전지내부저항이 상승하여 생기는 주울열 등으로 전지의 표면온도를 급격히 상승시킨다. 과충전억제첨가제가 없는 경우에는 전해액의 분해가 시작될 때까지 이 현상이 일어나지 않고, 과충전이 진행해 버리기 때문에, 안전면에서 문제점이 있다. 그러나, 첨가제가 있는 경우는 즉시 온도상승 현상이 일어나고, 과충전의 진행이 덜된 상태에서 충전을 정지할 수 있다. 구체적인 첨가제의 종류에 관해서는 오르소터페닐(ortho terphenyl) 비페닐, 디페닐에테르 등이 있고, 이들은 4.5V 부근에서 산화중합반응을 일으켜 극 사이에 피막을 형성하여 이 피막이 저항이 되어 주울열을 발생시킨다.

도 2는 전지의 표면온도에 변화를 주는 과충전억제첨가제를 함유시킨 리튬이온 이차전지와, 과충전억제첨가제를 함유시키고 있지 않은 리튬이온 이차전지 각각의 경우의 전지표면 온도변화를 나타낸다. 도 2는 파선으로 나타내는 바와 같이 과충전억제첨가제를 함유시키지 않은 경우에는 만충전용량의 200% 부근의 A점에서 전지의 표면온도가 급격히 상승하므로 검출자체는 가능하지만, 이 시점에서는 이미 과충전이 상당히 진행하고 있다. 따라서, A점에서의 온도검출은 안전면에 문제점이 있다. 그러나, 이를 해소하기 위해서 상술한 과충전억제첨가제를 넣으면, 도 2에 실선으로 나타내고 있는 바와 같이 표면온도의 상승개시가 빨라져서 예컨대, 만충전용량의 l20% 부근의 B점에서 일정 온도만 상승하고, 그 이후의 온도상승을 비교적 억제하도록 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 안전성 향상과 조기에 용이한 검출의 양립을 달성하는 것이 가능해진다.

마찬가지로, 도 3은 전지전압에 변화를 주는 과충전억제첨가제를 함유시킨 리튬이온 이차전지와, 과충전억제첨가제를 함유시키지 않은 리튬이온 이차전지 각각의 경우의 전지전압 변화를 나타내고 있다. 도 3에 파선으로 나타내는 바와 같이 과충전억제첨가제를 함유시키지 않은 경우에는 전지전압이 5.5 V까지 상승한 상태의 C점에서 전압의 강하가 일어나기 때문에, 이 사상(事象)을 취함으로써 검출 자체는 가능하다. 그러나, 이 시점에서는 이미 과충전이 상당히 진행한 상황이기 때문에, 안전면에 문제가 남는다. 이를 해소하기 위해서 상술한 과충전억제첨가제를 넣으면, 도 3에 실선으로 나타내는 바와 같이, 예컨대, 만충전용량의 l20% 부근의 D점에서 전지전압을 저하시켜 그 사상을 취하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 안전성 향상과 용이한 조기 검출의 양립을 달성하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 과충전시에서의 리튬이온 이차전지(21)의 온도, 혹은 전압의 변화를 고려하여 보호제어를 충전장치(l)측에서 행함으로써, 충전시스템 전체로서 다중보호를 행하면서도 특별히 구성요소를 추가하지 않고, 전지팩(2)으로부터 SU의 주요부품을 삭감함으로써 전지팩(2)의 대폭적인 비용절감과 개발기간의 단축과 소형화를 도모할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 전지전압값 등은 단일셀에서의 수치로 설명하였지만, 복수셀의 경우에서도 수치적인 것이 변할 뿐이고, 동일한 제어가 가능한 것은 말할 필요도 없다.

또한, 충전장치(1)에서는 본 발명의 보호제어가 어떠한 요인에 의해 기능하지 않는 경우에 대비하여, 종래예와 마찬가지로 최대충전전류의 1.3배의 전류를 검지함으로써 충전회로를 절단하는 기능, 온도가 0℃∼40℃의 범위 외인 경우에 충전을 중지하는 기능, 타이머에 의해 2∼3시간으로 충전을 중지하는 기능을 더불어 갖는 쪽이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 충전시스템 전체에서의 비용절감을 근거로 하였기 때문에, 본 발명의 온도상승율이나 전압상승율을 검출함으로써 보호제어기능에 필요한 제어수단과, FET 등으로 이루어지는 스위치를 종래부터 있는 충전제어수단(10)과 출력제어스위치(14)로 병용하여 소프트의 변경에 의해 대응하도록 하고 있다. 그러나, 충전제어수단(10)이나 출력제어스위치(14)의 고장도 고려하면서, 예컨대, 스위치만 별도로 충전경로에 설치하거나, 제어수단과 스위치를 모두 별도로 설치해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 이 때에는, 전체적인 비용절감은 달성하기 어렵지만, 전지팩(2)의 대폭적인 비용절감과 개발기간의 단축과 소형화를 도모할 수 있다.

또, 실시예에서는 리튬이온 이차전지를 이용하여 설명하였지만, 리튬이온 이차전지 이외의 리튬이차전지(예컨대, 음극에 금속리튬을 이용한 전지)에서도 본원 발명은 효과를 갖는다.

또한, 종래부터 알칼리 축전지의 충전제어에서는 만충전검출로서 전압강하를 검출하여 충전을 중지하는 소위 -ΔV 검출이라는 것이 있지만, 리튬이온 이차전지에서는 만충전 때까지는 전압강하라는 사상을 얻을 수 없고, 또한 전지계가 다르기 때문에 단순히 유사한 충전제어를 취하는 것은 생각할 수 없으며, 더구나 보호제어에 이용하는 것에 대해서는 용이하게 유추할 수 있는 것은 아니다.

상기 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 최근 소전지의 안전성능 향상이나 전지전압 ·온도거동의 해석진척을 근거로 하여 충전시스템 전체로서 다중보호제어를 생각하는 것으로, SU의 주요부품이 없더라도 본 발명의 충전장치에 의한 보호제어기능의 추가와 종래의 온도범위제어나 타이머제어, 온도퓨즈나 소전지 단체에서의 전류차단기구 등에 의한 제어와 더불어 다중보호를 실현하여 충분한 안전성을 얻는 것이 가능하기 때문에, 전지팩의 소형화, 대폭적인 비용절감, 개발기간의 단축을 도모하는 데에 있어서 유용하다.

Claims

리튬이차전지를 이용한 전지팩(2)을 충전하기 위한 충전장치(1)에 있어서,

상용 전원을 직류변환하는 AC/DC 컨버터(3)와, 상기 AC/DC 컨버터로부터의 출력을 전지팩에 전달하는 충전출력단자(6)와, 그에 대응한 GND 단자(7)와, 충전경로에 배치한 전압 ·전류검출수단(4)과, 충전경로에 배치한 과전압보호수단(5)과, 전지팩의 전압을 검출하는 전압검출단자(9)와, 전지팩의 온도를 검출하는 온도검출단자(8)와, 상기 전압 ·전류검출수단과 상기 전압검출단자와 상기 온도검출단자로부터의 신호를 받아 각종 충전제어를 행하는 충전제어수단(10)과, 충전경로에 배치되어 상기 충전제어수단으로부터의 신호를 받아 출력제어를 행하는 출력제어스위치(14)를 구비하고,

전지팩 온도의 상승율이 규정값 이상일 때에, 상기 충전제어수단이 상기 출력제어스위치에 출력 OFF로 하는 신호를 보내어 보호제어를 행하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
리튬이차전지를 이용한 전지팩(2)을 충전하기 위한 충전장치(1)에 있어서,

상용 전원을 직류변환하는 AC/DC 컨버터(3)와, 상기 AC/DC 컨버터로부터의 출력을 전지팩에 전달하는 충전출력단자(6)와, 그에 대응한 GND 단자(7)와, 충전경로에 배치한 전압 ·전류검출수단(4)과, 충전경로에 배치한 과전압보호수단(5)과, 전지팩의 전압을 검출하는 전압검출단자(9)와, 전지팩의 온도를 검출하는 온도검출단자(8)와, 상기 전압 ·전류검출수단과 상기 전압검출단자와 상기 온도검출단자로부터의 신호를 받아 각종 충전제어를 행하는 충전제어수단(10)과, 충전경로에 배치되어 상기 충전제어수단으로부터의 신호를 받아 출력제어를 행하는 출력제어스위치(14)를 구비하고,

전지팩 전압의 상승율이 규정값 이하일 때에, 상기 충전제어수단이 상기 출력제어스위치에 출력 OFF로 하는 신호를 보내어 보호제어를 행하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
충전대상인 리튬이차전지와, 상기 리튬이차전지를 충전하기 위한 충전장치(1)와 전기적으로 접속하는 ＋ 단자(16) 및 － 단자(17)와, 상기 리튬이차전지의 표면온도를 검출하는 서미스터(23)와, 상기 서미스터로 검출된 온도정보를 충전장치에 출력하는 팩측 온도검출단자(18)를 구비하고,

상기 팩측 온도검출단자로부터의 정보에 의거하여 검출되는 전지팩 온도의 상승율이 규정값 이상일 때에, 충전장치에 의한 출력 OFF를 행하는 제어를 받는 것을 특징으로 하는 전지팩.
충전대상인 리튬이차전지와, 상기 리튬이차전지를 충전하기 위한 충전장치(1)와 전기적으로 접속하는 ＋ 단자(16) 및 － 단자(17)와, 상기 리튬이차전지의 전지전압을 검출하는 전지전압검출수단과, 상기 전지전압검출수단으로 검출된 전압정보를 충전장치에 출력하는 팩측 전압검출단자(19)를 구비하고,

상기 팩측 전압검출단자로부터의 정보에 의거하여 검출되는 전지팩전압의 상승율이 규정값 이하일 때에, 충전장치에 의한 출력 OFF를 행하는 제어를 받는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 3항에 있어서,

리튬이차전지에는 과충전억제첨가제가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 4항에 있어서,

리튬이차전지에는 과충전억제첨가제가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
상용 전원을 직류변환하는 AC/DC 컨버터(3)와, 상기 AC/DC 컨버터로부터의 출력을 전지팩에 전달하는 충전출력단자(6)와, 그에 대응한 GND 단자(7)와, 충전경로에 배치한 전압 ·전류검출수단(4)과, 충전경로에 배치한 과전압보호수단(5)과, 전지팩(2)의 전압을 검출하는 전압검출단자(9)와, 전지팩의 온도를 검출하는 온도검출단자(8)와, 상기 전압 ·전류검출수단과 상기 전압검출단자와 상기 온도검출단자로부터의 신호를 받아 각종 충전제어를 행하는 충전제어수단(10)과, 충전경로에 배치되어 상기 충전제어수단으로부터의 신호를 받아 출력제어를 행하는 출력제어스위치(14)를 구비한 충전장치(1)와,

충전대상인 리튬이차전지와, 상기 리튬이차전지를 충전하기 위한 충전장치와 전기적으로 접속하는 ＋ 단자(16) 및 － 단자(17)와, 상기 리튬이차전지의 표면온도를 검출하는 서미스터(23)와, 상기 서미스터로 검출된 온도정보를 충전장치에 출력하는 팩측 온도검출단자(18)를 구비한 전지팩으로 이루어지고,

상기 팩측 온도검출단자, 상기 온도검출단자로부터 출력된 정보에 의거하여 검출되는 상기 전지팩 온도의 상승율이 규정값 이상일 때에, 상기 충전제어수단이 상기 출력제어스위치에 출력 OFF로 하는 신호를 보내어 상기 전지팩의 보호제어를 행하는 것을 특징으로 하는 충전시스템.
상용 전원을 직류변환하는 AC/DC 컨버터(3)와, 상기 AC/DC 컨버터로부터의 출력을 전지팩에 전달하는 충전출력단자(6)와, 그에 대응한 GND 단자(7)와, 충전경로에 배치한 전압 ·전류검출수단(4)과, 충전경로에 배치한 과전압보호수단(5)과, 전지팩(2)의 전압을 검출하는 전압검출단자(9)와, 전지팩의 온도를 검출하는 온도검출단자(8)와, 상기 전압 ·전류검출수단과 상기 전압검출단자와 상기 온도검출단자로부터의 신호를 받아 각종 충전제어를 행하는 충전제어수단(10)과, 충전경로에 배치되어 상기 충전제어수단으로부터의 신호를 받아 출력제어를 행하는 출력제어스위치(14)를 구비한 충전장치와,

충전대상인 리튬이차전지와, 상기 리튬이차전지를 충전하기 위한 충전장치와 전기적으로 접속하는 ＋ 단자(16) 및 － 단자(17)와, 상기 리튬이차전지의 전지전압을 검출하는 전지전압 검출수단과, 상기 전지전압 검출수단으로 검출된 전압정보를 충전장치에 출력하는 팩측 전압검출단자(19)를 구비한 전지팩으로 이루지고,

상기 팩측 전압검출단자, 상기 전압검출단자로부터 출력된 정보에 의거하여 검출되는 상기 전지팩전압의 상승율이 규정값 이하일 때에, 상기 충전제어수단이 상기 출력제어스위치에 출력 OFF로 하는 신호를 보내어 상기 전지팩의 보호제어를 행하는 것을 특징으로 하는 충전시스템.
제 7항에 있어서,

리튬이차전지에는 과충전억제첨가제가 함유되어 것을 특징으로 하는 충전시스템.
제 8항에 있어서,

리튬이차전지에는 과충전억제첨가제가 함유되어 것을 특징으로 하는 충전시스템.