KR20040080908A - Charge control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 충전제어 회로에 관한 것이며, 특히, 2차전지를 펄스 충전하기 위한 충전제어 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a charge control circuit, and more particularly, to a charge control circuit for pulse charging a secondary battery.
리튬이온 전지 등의 2차전지의 충전은, 정전류·정전압에서 행해지는 것이 일반적이다. 이 충전 방법에 의하면, 충전 개시로부터 2차전지의 전지전압이 소정값(=정전압 제어 전압)에 도달할 때까지는 정전류 충전이 행해지고, 전지전압이 소정값에 도달한 후는 정전압 제어 전압으로 정전압 충전이 행해진다.It is common to charge secondary batteries, such as a lithium ion battery, by constant current and constant voltage. According to this charging method, constant current charging is performed from the start of charging until the battery voltage of the secondary battery reaches a predetermined value (= constant voltage control voltage), and after the battery voltage reaches the predetermined value, the constant voltage charging is performed with the constant voltage control voltage. This is done.
이와 같은 일반적인 정전류·정전압 방법에서는, 정전류 충전은, 비교적 단시간(예를 들면, 30분)에 종료된다(충전율90%). 그런데, 정전압 충전에서는, 정전류 충전에 필요로 하는 시간의 몇배의 시간(예를 들면, 3시간)을 필요로 한다(충전율 95% 이상). 이것은, 2차전지가 완전충전 상태에 접근함에 따라서 2차전지에 흐르는 충전 전류가 감소하여, 충전율을 약간 상승시키는데도 장시간을 필요로 하게 되기 때문이다. 또, 2차전지의 내부저항에 의한 전압저하를 고려해서, 정전압 충전에 의한 충전 시간이 약간 길게 설정되기 때문이다.In such a general constant current / voltage method, constant current charging is completed in a relatively short time (for example, 30 minutes) (charge rate 90%). By the way, constant voltage charge requires several times (for example, 3 hours) of time required for constant current charge (charge rate 95% or more). This is because as the secondary battery approaches the fully charged state, the charging current flowing through the secondary battery decreases, requiring a long time to slightly increase the charging rate. This is because the charging time due to constant voltage charging is set slightly longer in consideration of the voltage drop caused by the internal resistance of the secondary battery.
따라서, 일반적인 정전류·정전압 충전 방법에는, 2차전지가 완전충전 상태로 될 때까지 장시간이 필요하다는 문제점이 있다.Accordingly, there is a problem that a general constant current / constant voltage charging method requires a long time until the secondary battery is fully charged.
이 문제점을 해결하기 위해서는, 정전류 충전을 행할 때의 충전 전류를 크게하면 좋은데, 충전 전류를 크게 하면 2차전지의 성능 열화를 초래한다. 그래서, 2차전지의 성능 열화를 초래하지 않고, 보다 큰 전류로의 충전을 가능하게 하는 충전 방법으로서, 펄스 충전이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1참조.).In order to solve this problem, it is good to increase the charging current at the time of performing constant current charging, but when the charging current is enlarged, the performance of a secondary battery will be degraded. Therefore, pulse charging is known as a charging method that enables charging with a larger current without causing performance degradation of the secondary battery (see Patent Document 1, for example).
펄스 충전은, 도 1에 실선으로 도시되는 바와 같이, 일정한 크기의 충전 전류를 펄스적으로(주기적으로, 여기에서는 2초 주기로) 2차전지에 공급하는 충전 방법이다. 펄스 충전에서는, 충전 전류로서, 2차전지에 관하여 규정되어 있는 충전 최대전류를 넘는 큰 전류를 사용할 수 있으므로, 2차전지를 단시간에 충전할 수 있다.Pulse charging is a charging method of supplying a charging current of a constant magnitude to a secondary battery in a pulsed manner (periodically here, in a 2-second cycle), as shown by a solid line in FIG. 1. In pulse charging, a large current exceeding the charging maximum current specified for the secondary battery can be used as the charging current, so that the secondary battery can be charged in a short time.
또, 펄스 충전에서는, 전지전압은, 도 1의 점선으로 도시되는 바와 같이 충전 전류의 공급에 의한 상승과, 공급 정지에 의한 하강을 반복하면서, 점차로 상승한다. 이 충전 방법에서는, 충전 전류의 공급을 정지하고나서 소정시간후(여기에서는, 0.5초 후)의 전지전압이, 완전충전 전압(여기서는, 4.2V) 이상으로 되었을 때, 충전 완료로 한다. 즉, 이 충전 방법에서는, 정전압 충전을 행할 필요가 없으므로, 2차전지를 단시간에서 충전할 수 있다.In the pulse charging, the battery voltage gradually increases while repeating the increase by the supply of the charging current and the decrease by the supply stop, as shown by the dotted line in FIG. 1. In this charging method, charging is completed when the battery voltage after a predetermined time (0.5 seconds later) after the supply of the charging current is stopped becomes a full charging voltage (here, 4.2V) or more. That is, in this charging method, since the constant voltage charging does not need to be performed, the secondary battery can be charged in a short time.
(특허문헌 1)(Patent Document 1)
일본 특개 2001-169474호 공보(단락 0002-0003)Japanese Patent Laid-Open No. 2001-169474 (paragraph 0002-0003)
상술한 바와 같이, 종래의 일반적인 정전류·정전압 충전 방법에는, 충전 시간이 길다는 문제점이 있다. 또, 펄스 충전은, 일반적인 정전류·정전압 충전 방법에 비해, 충전 시간을 단축할 수 있지만, 더한층의 단축이 요망되고 있다.As described above, the conventional constant current / constant voltage charging method has a problem that the charging time is long. Moreover, although pulse charging can shorten a charging time compared with the normal constant current and constant voltage charging method, further shortening is desired.
본 발명은, 보다 짧은 시간에 리튬이온 전지 등의 2차전지를 펄스 충전할 수있는 충전제어 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a charge control circuit capable of pulse charging a secondary battery such as a lithium ion battery in a shorter time.
도 1은 종래의 펄스 충전 방식에 의한 전지전압 및 충전 전류의 시간변화를 도시하는 그래프이다.1 is a graph showing the time change of the battery voltage and the charging current by the conventional pulse charging method.
도 2는 본 발명의 1실시형태에 관계되는 충전제어 회로의 블록도이다.2 is a block diagram of a charge control circuit according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 충전제어 회로의 각 부의 출력의 타임 차트이다.3 is a time chart of an output of each part of the charge control circuit of FIG. 2.
도 4는 도 2의 충전제어 회로를 사용해서 충전을 행한 경우의 전지전압 및 충전 전류의 시간변화를 도시하는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the time change of the battery voltage and the charging current when charging is performed using the charging control circuit of FIG. 2.
(부호의 설명)(Explanation of the sign)
20 충전제어 회로20 charge control circuit
21 정전류 회로21 constant current circuit
SW1 스위치SW1 switch
22 에러 앰프22 error amplifier
23 삼각파 발생 회로23 triangle wave generator
24 콤퍼레이터24 comparator
25 전압 검출 회로25 voltage detection circuit
30 전원30 power
40 2차전지40 rechargeable battery
본 발명에 의하면, 2차전지(40)에 정전류를 공급하기 위한 정전류 회로(21)와, 이 정전류 회로(21)와 상기 2차전지(40) 사이를 전기적으로 접속/절단하기 위한 스위치(SW1)와, 상기 스위치(SW1)의 on/off를 반복하여 제어해서 상기 정전류 회로(21)로부터 상기 2차전지(40)에 펄스 전류를 공급하기 위한 스위치 제어 회로(22, 23, 24)를 구비하고, 이 스위치 제어 회로(22, 23, 24)가, 상기 2차전지(40)의 전지전압에 기초하여 상기 펄스 전류의 펄스 폭을 변화시키도록 한 것을 특징으로 하는 충전제어 회로를 얻을 수 있다.According to the present invention, a constant current circuit 21 for supplying a constant current to the secondary battery 40, and a switch SW1 for electrically connecting / cutting the constant current circuit 21 and the secondary battery 40 electrically. ) And switch control circuits 22, 23, and 24 for supplying pulse current from the constant current circuit 21 to the secondary battery 40 by repeatedly controlling on / off of the switch SW1. In addition, the switch control circuits 22, 23, and 24 can obtain a charge control circuit, characterized in that the pulse width of the pulse current is changed based on the battery voltage of the secondary battery 40. .
구체적으로는, 상기 스위치 제어 회로(22, 23, 24)는, 소정 주기·소정 진폭의 삼각파 펄스 전압을 발생하는 삼각파 발생 회로(23)를 포함하고, 상기 삼각파 펄스 전압과 상기 전지전압에 기초하여 상기 펄스 전류의 펄스 폭을 변화시킨다.Specifically, the switch control circuits 22, 23, and 24 include a triangular wave generator circuit 23 for generating a triangular wave pulse voltage having a predetermined period and a predetermined amplitude, and based on the triangular wave pulse voltage and the battery voltage. The pulse width of the pulse current is changed.
또, 상기 스위치 제어 회로(22, 23, 24)는, 더욱이, 상기 전지전압과 기준전압의 차이를 나타내는 출력 전압을 발생하는 에러 앰프(22)와, 이 에러 앰프(22)의 출력 전압과 상기 전지전압을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 스위치(SW1)를 on 또는 off 시키는 콤퍼레이터(24)를 구비하고 있다.The switch control circuits 22, 23, and 24 further include an error amplifier 22 for generating an output voltage indicating a difference between the battery voltage and a reference voltage, the output voltage of the error amplifier 22 and the output voltage. The comparator 24 which compares a battery voltage and turns on or off the said switch SW1 according to a comparison result is provided.
또한, 상기 괄호내의 부호는, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위한 것으로서, 조금도 본 발명을 한정하는 것은 아니다.In addition, the code | symbol in the said parenthesis is for easy understanding of this invention, and does not limit this invention at all.
(발명의 실시형태)Embodiment of the Invention
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail with reference to drawings.
도 2에, 본 발명의 1실시형태에 관계되는 충전제어 회로(20)를 도시한다. 이 충전제어 회로(20)는, 전원(30)과 2차전지(예를 들면, 리튬이온 전지)(40) 사이에 개재되어, 2차전지(40)의 충전을 제어한다.2 shows a charge control circuit 20 according to one embodiment of the present invention. The charging control circuit 20 is interposed between the power supply 30 and the secondary battery (for example, lithium ion battery) 40 to control the charging of the secondary battery 40.
충전제어 회로(20)는, 정전류 회로(21)와, 스위치(SW1)와, 에러 앰프(22)와, 삼각파 발생 회로(23)와, 콤퍼레이터(24)와, 전압 검출 회로(25)를 구비하고 있다.The charge control circuit 20 includes a constant current circuit 21, a switch SW1, an error amplifier 22, a triangular wave generator circuit 23, a comparator 24, and a voltage detection circuit 25. Doing.
정전류 회로(21)는, 전원(30)에 접속되어, 전원(30)으로부터 공급되는 전류를 정전류화한다.The constant current circuit 21 is connected to the power supply 30 to make a constant current of the current supplied from the power supply 30.
스위치(SW1)는, 정전류 회로(21)와 2차전지(40) 사이에 접속되어, 이들 사이를 전기적으로 접속하고, 또 절단한다.The switch SW1 is connected between the constant current circuit 21 and the secondary battery 40, electrically connects them and cuts them.
에러 앰프(22)는, 차동 증폭기와 저항기로 구성되고, 반전 입력 단자에 입력되는 2차전지(40)의 전지전압과, 비반전 입력 단자에 입력되는 기준전압과의 차이에 따른 출력 전압을 발생한다.The error amplifier 22 is composed of a differential amplifier and a resistor, and generates an output voltage according to a difference between the battery voltage of the secondary battery 40 input to the inverting input terminal and the reference voltage input to the non-inverting input terminal. do.
삼각파 발생 회로(23)는, 소정의 주기의 삼각파 펄스 전압을 발생한다. 또, 동주기의 동기 펄스를 발생한다.The triangle wave generator circuit 23 generates a triangle wave pulse voltage of a predetermined period. In addition, a synchronous pulse of the same period is generated.
콤퍼레이터(24)는, 그 반전 입력 단자에 에러 앰프(22)의 출력 단자가 접속되고, 비반전 입력 단자에 삼각파 발생 회로(23)가 접속되어 있다. 콤퍼레이터(24)는, 에러 앰프(22)의 출력 전압과 삼각파 발생 회로(23)로부터의 삼각파 펄스 전압을 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 스위치(SW1)를 제어하기 위한 스위치 제어 신호를 발생한다.In the comparator 24, an output terminal of the error amplifier 22 is connected to the inverting input terminal thereof, and a triangle wave generator circuit 23 is connected to the non-inverting input terminal. The comparator 24 compares the output voltage of the error amplifier 22 with the triangle wave pulse voltage from the triangle wave generator circuit 23, and generates a switch control signal for controlling the switch SW1 based on the comparison result. .
전압 검출 회로(25)는, 스위치(SW1)의 제어 단자와, 2차전지(40)와, 삼각파발생 회로(23)에 접속되어 있다. 전압 검출 회로(25)는, 삼각파 발생 회로로부터의 동기 펄스에 동기하여, 2차전지(40)의 전지전압을 검출하고, 검출한 전지전압이 소정의 전압(완전충전 전압, 리튬이온 전지의 경우 4.2V) 이상의 경우에, 스위치(SW1)를 off하는 제어 신호를 발생한다.The voltage detection circuit 25 is connected to the control terminal of the switch SW1, the secondary battery 40, and the triangle wave generator circuit 23. The voltage detecting circuit 25 detects the battery voltage of the secondary battery 40 in synchronization with the synchronous pulse from the triangular wave generating circuit, and the detected battery voltage is a predetermined voltage (full charge voltage, a lithium ion battery). 4.2V) or more, a control signal for turning off the switch SW1 is generated.
에러 앰프(22), 삼각파 발생 회로(23), 콤퍼레이터(24) 및 전압 검출 회로(25)는, 협동하여 스위치 제어 회로로서 작용한다.The error amplifier 22, the triangular wave generator circuit 23, the comparator 24, and the voltage detection circuit 25 cooperate to act as a switch control circuit.
다음에, 도 2와 더불어, 도 3도 참조하여 전압 검출 회로(25)의 동작에 대하여 설명한다.Next, the operation of the voltage detection circuit 25 will be described with reference to FIG. 3 along with FIG. 2.
에러 앰프(22)는, 2차전지(40)의 전지전압에 따른 출력 전압을 출력한다. 예를 들면, 전지전압이, 충전에 따라서 도 3(a)와 같이 변화되는 것으로 하면, 에러 앰프(22)는, 도 3(b)에 곡선으로 도시하는 바와 같은 출력 전압을 발생한다.The error amplifier 22 outputs an output voltage corresponding to the battery voltage of the secondary battery 40. For example, if the battery voltage is changed as shown in FIG. 3 (a) with charging, the error amplifier 22 generates an output voltage as shown by a curve in FIG. 3 (b).
한편, 삼각파 발생 회로(23)는, 도 3(b)에 도시하는 바와 같은 소정 주기·소정 진폭의 삼각파 펄스 전압을 발생한다.On the other hand, the triangle wave generator circuit 23 generates a triangle wave pulse voltage having a predetermined period and a predetermined amplitude as shown in Fig. 3B.
에러 앰프(22)의 출력 및 삼각파 발생 회로(23)의 출력을 받은 콤퍼레이터(24)는, 도 3(c)에 도시하는 바와 같이, 에러 앰프(22)의 출력 전압이 삼각파 펄스 전압보다 높은 경우에 하이 레벨을, 에러 앰프(22)의 출력 전압이 삼각파 펄스 전압 이하인 경우에 로 레벨을, 출력한다. 도 3으로부터 용이하게 이해되는 바와 같이, 콤퍼레이터(22)의 출력은, 삼각파 펄스 전압의 주기에 따라 하이레벨/로 레벨을 반복한다. 또, 콤퍼레이터(22)의 출력은, 전지전압이 낮을 때는, 콤퍼레이터(24)의 하이레벨 기간이 길어지고, 전지전압이 높을 때는, 로 레벨 기간이 길어진다. 이 콤퍼레이터(24)의 출력은, 스위치 제어 신호로서 스위치(SW1)의 제어 단자에 공급된다.The comparator 24 which has received the output of the error amplifier 22 and the output of the triangular wave generator circuit 23 has the output voltage of the error amplifier 22 higher than the triangular wave pulse voltage as shown in FIG. The high level is output when the output voltage of the error amplifier 22 is equal to or smaller than the triangle wave pulse voltage. As easily understood from Fig. 3, the output of the comparator 22 repeats the high level / low level in accordance with the period of the triangular wave pulse voltage. The output of the comparator 22 has a long high level period when the battery voltage is low, and a low level period when the battery voltage is high. The output of the comparator 24 is supplied to the control terminal of the switch SW1 as a switch control signal.
스위치(SW1)는, 콤퍼레이터(24)로부터의 출력이 하이레벨일 때 on 하고, 로 레벨일 때 off한다. 즉, 스위치(SW1)의 on/off는, 삼각파 펄스 전압의 주기에 따라서 반복되고, 전지전압이 낮을 때는, on 기간이 길어지고, 전지전압이 높을 때는, off 기간이 길어진다.The switch SW1 turns on when the output from the comparator 24 is high level and turns off when it is low level. That is, the on / off of the switch SW1 is repeated in accordance with the period of the triangular wave pulse voltage. When the battery voltage is low, the on period is long, and when the battery voltage is high, the off period is long.
정전류 회로(21)는, 전원(30)으로부터 2차전지(40)에 흐르는 충전 전류를 소정값 이하로 제한한다. 그 결과, 2차전지(40)에는, 스위치(SW1)가 on되어 있는 동안만 소정 크기의 전류 펄스가 공급된다. 즉, 2차전지(40)는, 펄스 충전된다.The constant current circuit 21 limits the charging current flowing from the power supply 30 to the secondary battery 40 to a predetermined value or less. As a result, the secondary battery 40 is supplied with a current pulse of a predetermined size only while the switch SW1 is on. That is, the secondary battery 40 is pulse charged.
상술한 바와 같이, 콤퍼레이터(24)의 출력에 있어서의 하이레벨 기간은, 전지전압에 의존하고 있다. 따라서, 2차전지에 흐르는 충전 전류도 전지전압에 의존하고, 전지전압이 낮을 때 높은 듀티비를 가지고, 전지전압이 높을 때는 낮은 듀티비를 갖는다.As described above, the high level period at the output of the comparator 24 depends on the battery voltage. Therefore, the charging current flowing through the secondary battery also depends on the battery voltage, has a high duty ratio when the battery voltage is low, and has a low duty ratio when the battery voltage is high.
삼각파 발생 회로(23)가 발생하는 삼각파 펄스 전압의 주기·진폭을 적절하게 설정하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 충전 초기에 거의 정전류 충전과 동일한 충전이 가능하게 되어, 종래의 주기 일정한 펄스 충전에 비해 단시간에 충전을 끝낼 수 있다.When the period and amplitude of the triangle wave pulse voltage generated by the triangle wave generator circuit 23 are appropriately set, as shown in FIG. Compared to the short time can be charged.
전압 검출 회로(25)는, 삼각파 발생 회로(23)에 동기한 동기 펄스에 응답하여, 전지전압을 검출한다. 즉, 전압 검출 회로(25)는, 스위치(SW1)가 off된 상태에서, 전지전압을 검출한다. 검출한 전지전압이 완전충전 전압보다도 높을 경우,전압 검출 회로는, 충전 완료라고 판단해서 스위치(SW1)을 off 시킨다.The voltage detection circuit 25 detects a battery voltage in response to a synchronous pulse synchronized with the triangle wave generator circuit 23. That is, the voltage detection circuit 25 detects a battery voltage in a state where the switch SW1 is turned off. When the detected battery voltage is higher than the full charge voltage, the voltage detection circuit determines that the charging is completed and turns off the switch SW1.
이상, 본 발명에 대하여 1실시형태에 의거해서 설명했는데, 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 완전충전 상태에 접근함에 따라서, 충전 전류의 펄스의 폭이 좁아지는데, 소정의 폭 이하로 되지 않도록, 에러 앰프(22)의 출력을 소정값 이상으로 유지하는 리미터를 설치하도록 해도 좋다.As mentioned above, although this invention was demonstrated based on 1 Embodiment, this invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, as the full charge state is approached, the width of the pulse of the charging current narrows, but the limiter which keeps the output of the error amplifier 22 at a predetermined value or more so as not to be below a predetermined width. May be installed.
본 발명에 의하면, 충전 전류 펄스의 폭을 전지전압에 기초하여 변화시키도록 함으로써 보다 단시간에 2차전지를 펄스 충전할 수 있다.According to the present invention, the secondary battery can be pulse-charged in a shorter time by changing the width of the charge current pulse based on the battery voltage.
또, 일정 주기의 삼각파 펄스를 이용하도록 함으로써 주기변동에 따르는 노이즈의 발생이 없다.In addition, by using a triangular wave pulse of a constant period, there is no generation of noise due to periodic fluctuations.
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