KR20040086131A - 펄스 충전 제어 방법 - Google Patents

Abstract

펄스 충전에서 충전종료가 표시되어 있는 경우에는, 거의 100%의 완전충전된 2차전지를 얻을 수 있다.

수순S11에서 펄스 충전을 개시한 후, 수순S22가 「YES」이고 충전 펄스의 휴지 기간(P)이 소정 시간(Pc)보다 긴 것이 검출되었을 때에, 충전종료를 표시하지만, 이 이후에도 2차전지를 충전기에서 뺄 때까지, 그때 까지의 충전 수순을 최초부터 반복하고 있다.

Description

펄스 충전 제어 방법{PULSE CHARGE CONTROL METHOD}

본 발명은, 충전과 휴지를 반복하는 전류 펄스에 의해 2차전지를 충전하는 펄스 충전 제어 방법에 관한 것이며, 특히, 충전 종료의 표시가 있음에도 불구하고 충전이 불충분한 것과 같은 사태를 회피할 수 있는 펄스 충전 제어 방법에 관한 것이다.

리튬이온 2차전지는, 부피 및 중량에 대한 충전 용량이 크므로, 우수한 2차전지이다. 이 충전에는, 우선 전지전압이 설정전압(예를 들면, 4.2V)으로 될 때까지 정전류 충전하고, 전압이 설정전압에 도달한 후에는 전지전압이 설정전압을 초과하여 상승하지 않도록, 설정전압에 의한 정전압 충전으로 전환하는 방법이다. 이 충전 방법만으로 완전충전하는 시간을 짧게 하기 위해서는, 정전류 충전하는 충전 전류를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 충전 전류를 크게하는 것은 전지성능을 저하시킬 우려가 있으므로, 바람직하지 않다.

다른 한편, 정전류 충전할 때, 충전 전류를 크게하는 대신에, 높은 전압(예를 들면, 4.4V)으로서, 2차전지를 완전충전함으로써 시간을 단축하는 것이 알려져 있다. 그렇지만, 이것도 리튬이온 2차전지의 전지성능을 저하시키는 문제가 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해서, 충전과 휴지를 반복하는 펄스 충전에 의해, 전지성능의 저하를 방지하여 충전 시간을 단축하는 기술이 개발되어 있다. 이 충전 방법은, 충전과 휴지를 반복하여 2차전지를 펄스 충전할 때, 2차전지의 충전을 휴지시키는 동안에 전지전압을 검출하고, 전지전압이 설정전압으로 저하될 때까지는 충전을 휴지하고, 전지전압이 설정전압보다도 저하되면, 충전을 재개하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 제 0006단락 참조).

이 충전 방법은, 간단한 충전 회로로 2차전지를 충전할 수 있는 특징이 있다.

예를 들면, 도 1에 도시되는 바와 같이, 펄스 형상의 충전 전류(I)에 의해 펄스 충전한 경우, 2차전지가 완전충전에 접근함에 따라서, 충전을 위한 전류 펄스에서의 휴지기간(P)이 길어진다. 이것은, 완전충전에 접근한 2차전지에서는 전지전압이 저하되는 것이 늦어지기 때문이다. 따라서, 전지의 휴지기간(P)을 계측하여 완전충전 상태를 검출할 수 있다.

종래의 펄스 충전 제어 방법에 대하여, 도 2의 기능 블록도와 도 3의 플로차트를 함께 참조하여 설명한다. 도시되는 충전 제어부(10)는 2차전지(1)에 충전기(2)를 접속하여 충전하기 위해 사용되고, 충전 제어부(10)에서는 제어 로직(11)에 의해 충전이 실행된다.

우선, 충전 제어부(10)에 충전기(2)가 접속(수순S1) 되었을 때, 제어 로직(11)이, 전압계측 회로(3)에 의해 계측(수순S2)된 2차전지(1)의 개방 전압과 기준전압 생성 회로(4)에서 생성된 정전류 충전의 기준전압(V_RC)을 비교(수순S3)한다. 계측 전압값(V)이 이 기준 전압값(V_RC)에 도달해 있지 않은 경우, 정전류 충전이 개시(수순S4) 되어, 실행된다.

이 수순S4에 의해 계측 전압값(V)이 이 기준 전압값(V_RC)에 도달한 경우, 정전류 충전은 정지되어, 펄스 충전이 개시(수순S11) 된다. 펄스 충전의 개시에 의해, 휴지기간 계시 카운터(8)가 「제로」로 초기화 되는 동시에 2차전지(1)에 충전펄스가 인가(수순S12)된다.

펄스 충전에서는, 도 1을 참조해서 설명한 바와 같이, 충전 펄스로서 일정 전류가 일정 시간만큼 2차전지(1)에 공급된다. 따라서, 펄스의 소멸로 휴지기간 계시 카운터(8)가 기동되어서 충전 휴지기간의 계측이 개시(수순S13) 된다.

이것과 동시에 전압계측 회로(3)에 의해 2차전지(1)의 개방 전압이 계측(수순S14)되고, 계측된 2차전지(1)의 전압값(V)이 기준전압 생성 회로(4)에서 생성된 펄스 충전의 기준 전압값(V_RP)과 비교(수순S15) 된다. 비교의 결과, 2차전지(1)의 전압값(V)이 기준 전압값(V_RP)보다 높은 동안은, 2차전지(1)의 전압값이 기준 전압값(V_RP)보다 낮아질 때까지, 휴지기간 계시 카운터(8)의 카운트 업(수순S16)이 휴지기간(P)으로서 계속된다.

2차전지(1)의 개방 전압값이 낮아진 시점에서 이 휴지기간(P)이 계측(수순S21)되어, 소정의 휴지 시간(Pc)과 비교(수순S22)된다. 수순S22이 「NO」이고, 휴지기간(P)이 소정의 휴지 시간(Pc)보다 짧을 경우, 수순은, 상기 수순S12로 되돌아가고, 계시 카운터의 초기화와 충전 펄스의 인가로부터의 수순을 반복한다.

상술한 바와 같이, 완전충전된 시점에서 휴지기간(P)이 소정의 휴지 시간(Pc)보다 길어지므로, 소정시간(Pc)보다 길어진 것에 의해 충전 종료가 인식된다. 이 결과, 충전 종료 통지가 송출되어, 예를 들면 충전 종료의 표시 램프가 점등(수순S23)되고, 충전 수순이 종료된다.

(특허문헌 1)

일본 특개평 9-233726호 공보(도 1)

상술된 종래의 펄스 충전 제어 방법에서는, 완전충전 조건의 검출 시점에서 충전 수순을 종료하지만, 충전 용량과 충전 시간과의 트레이드 오프의 이유로 100퍼센트의 충전은 곤란하여, 대략 95퍼센트부터 99퍼센트까지의 범위이며, 더욱이, 충전의 종료 시점부터 충전량이 서서히 저감하는 것은 피할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 과제는, 이러한 문제점을 해결하고, 충전기를 제거할 때까지 2차전지의 완전충전을 유지할 수 있는 펄스 충전 제어 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관계되는 펄스 충전 방법에 의한 2차전지 전압 및 충전 전류의 특성의 1예를 도시하는 도면이다.

도 2는 종래의 기능 블록의 1예를 도시하는 도면이다.

도 3는 종래의 제어 방법에서의 수순의 1예를 도시하는 플로차트이다.

도 4는 본 발명의 기능 블록에서의 실시의 1형태를 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제어 방법에서의 수순의 1예를 도시하는 플로차트이다.

(부호의 설명)

1 2차전지 2 충전기

3 전압계측 회로 4 기준전압 생성 회로

5 충전제어 회로 6 전환 회로

7 발진기 8 휴지기간 계시 카운터

9 소정시간 메모리 20 충전제어부

21 제어 로직

본 발명에 의한 펄스 충전 제어 방법은, 충전과 휴지를 반복하는 전류 펄스에 의해 2차전지(1)를 충전할 때의 제어 방법으로서, 충전 제어부(20)가 전류 펄스에 의한 충전을 휴지할 때에 2차전지(1)의 개방 전압(V)을 계측하고, 계측한 개방 전압(V)이 설정 전압값(V_RP) 이하로 저하했을 때에 펄스 충전을 재개하고, 뒤이어서 소정의 완전충전 조건에 도달했을 때에는 2차전지(1)가 완전충전된 것으로 하여 충전 종료를 통지하여 표시하는 동시에, 그 후도, 2차전지(1)의 개방 전압(V)을 계측하여 소정의 충전 수순을 반복하고 있다.

상기 소정의 완전충전 조건은, 충전을 휴지하는 펄스의 주기(P)가 미리 정해진 설정 시간(Pc)보다도 길어진 상태인 것, 펄스 충전의 개시후에 소정의 시간이 경과한 상태인 것, 또는 펄스에 의한 충전 기간과 충전 휴지기간과의 듀티비로부터 연산한 시간이 소정의 값에 도달한 상태인 것으로 할 수가 있다.

상기 괄호내의 부호는, 이해를 쉽게 하기 위해서 붙인 것이며, 1예에 지나지 않으며, 이것들에 한정되지 않는다.

(발명의 실시형태)

다음에, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시의 1형태를 도시하는 기능 블록도이다. 도 4에 도시된 펄스 충전 제어 방법에서는, 종래 기술로서 참조한 도 2와의 차이점은, 제어 로직(21)에 있다.

충전 제어부(20)는, 제어 로직(21)에 대하여, 전압계측 회로(3), 기준전압 생성 회로(4), 충전제어 회로(5), 전환 회로(6), 발진기(7), 휴지기간 계시 카운터(8), 및 소정시간 메모리(9)를 구비하고 있다.

전압계측 회로(3)는, 접속되어 있는 2차전지(1)의 전압을 계측해서 제어 로직(21)에 통지한다. 기준전압 생성 회로(4)는 정전류 충전의 개시 및 종료를 판단하는 정전류 충전 기준전압(V_RC)과 충전 펄스의 발생을 판단하는 펄스 충전 기준전압(V_RP)을, 예를 들면 분압에 의해 생성해서 제어 로직(21)에 통지하고 있다.

충전제어 회로(5)는, 제어 로직(21)의 제어를 받아서 전환 회로(6)를 개폐한다. 전환 회로(6)는, 2차전지(1)에 충전기(2)로부터 충전 전류를 공급하는 충전기간에 충전 회로를 닫고, 휴지기간에는 열고 있다. 따라서, 전압계측 회로(3)는 충전의 휴지기간에 2차전지(1)의 개방 전압을 계측할 수 있다.

발진기(7)는, 제어 로직(21)으로 구동되어, 휴지기간 계시 카운터(8)에 계시용의 펄스를 송출한다. 휴지기간 계시 카운터(8)는 발진기(7)로부터 받는 펄스를 계수하고, 제어 로직(21)으로부터의 제어에 의해 충전 펄스 소멸중의 휴지 기간을 계측한다. 소정시간 메모리(9)에는 완전충전 상태를 검출하는 시간(Pc)이 설정된다.

다음에, 도 4에 도 5를 함께 참조하여, 본 발명에 의한 동작 수순에 대하여 상세하게 설명한다. 도 5의 상술된 도 3과의 차이점은, 수순(S22)의 「YES」로부터의 수순이 수순S2로 되돌아가고, 충전의 수순을 반복하는 점이다.

우선, 충전 제어부(20)에 충전기(2)가 접속(수순S1)되었을 때, 제어 로직(11)은, 전압계측 회로(3)에 의해 계측(수순S2)된 2차전지(1)의 개방 전압을 받아, 기준전압 생성 회로(4)에서 생성된 정전류 충전의 기준전압(V_RC)과 비교(수순S3)한다.

이 수순S3이 「NO」이고 계측 전압값(V)이 이 기준 전압값(V_RC)에 도달해 있지 않은 경우, 제어 로직(11)은, 충전제어 회로(5)를 통하여 전환 회로(6)를 닫고, 정전류 충전을 개시(수순S4)하여 실행한다. 이 결과, 수순S3이 「YES」이고 정전류 충전에 의한 기준 전압값(V_RC)에 도달한 경우에는 전환 회로(6)를 열고, 제어 로직(11)은 정전류 충전을 정지하여, 펄스 충전을 개시(수순S11)한다.

한편, 수순S2에서의 계측 전압값(V)이 이 기준 전압값(V_RC)에 최초부터 도달해 있어 수순S3이 「YES」인 경우에는 즉시 수순S11의 펄스 충전이 개시된다.

상기 수순S11에 이어서, 제어 로직(11)은, 충전의 휴지기간 계시 카운터(8)를 「제로」로 초기화 하는 동시에 전환 회로(6)를 닫고 2차전지(1)에 충전 펄스를 인가(수순S12)한다. 펄스 충전에서는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제어 로직(11)의 제어에 의해 충전 펄스로서 일정값의 전류가 일정시간만 2차전지(1)에 공급된다.

따라서, 상기 수순S12에 이어지는 수순에서는, 제어 로직(11)은, 펄스의 소멸 시점에서 휴지기간 계시 카운터(8)를 기동하여 충전 휴지기간의 계측을 개시(수순S13)한다. 이것과 동시에 제어 로직(11)은, 전압계측 회로(3)에 의해 계측(수순S14)된 2차전지(1)의 개방 전압을, 기준전압 생성 회로(4)에서 생성된 펄스 충전의 기준 전압값(V_RP)과 비교(수순S15)한다.

비교의 결과로서, 수순S15가 「YES」이고 2차전지(1)의 전압값이 기준 전압값(V_RP)보다 높은 동안의 제어 로직(11)은, 2차전지(1)의 전압값이 기준 전압값(V_RP)보다 낮아질 때까지, 휴지기간 계시 카운터(8)의 카운트 업(수순S16)을 계속시켜서 상기 수순S14으로 되돌아가고, 전압계측 회로(3)에 의해 2차전지(1)의 개방 전압을 계측한다.

한편, 수순S15가 「NO」이고 2차전지(1)의 개방 전압값이 낮아진 시점에서, 제어 로직(11)은, 이 휴지기간을 계측(수순S21)하고, 소정시간 메모리(9)의 휴지시간(Pc)과 비교(수순(S22))한다.

이 수순(S22)이 「N0」이고 휴지기간(P)이 소정의 휴지 시간(Pc)보다 짧을 경우, 수순은, 상기 수순S12로 되돌아가고, 계시 카운터의 초기화와 충전 펄스의 인가의 실행으로부터 수순을 반복한다.

상술한 바와 같이, 완전충전의 시점에서는 휴지기간(P)이 소정의 휴지 시간(Pc)보다 길어진다. 따라서, 제어 로직(11)은, 수순(S22)이 「YES」이고 휴지기간(P)이 소정 휴지 시간(Pc)보다 길어진 것에 의해 충전 종료를 인식하고, 충전 종료 표시의 유무를 판단(수순S31)한다. 수순S31이 「NO」이고 충전 종료의 표시가 없을 경우, 제어 로직(11)은, 충전 종료 통지를 송출하고, 예를 들면, 충전 종료를 표시하는 램프를 점등(수순S32)한다. 이 점등에 의해, 거의 완전충전에 달한 것을 인지할 수 있다.

상기 수순S31이 「YES」이고 충전 종료가 표시되어 있을 경우, 또는 상기 수순S32에 이어서, 제어 로직(11)은, 2차전지(1)의 개방 전압을 전압계측 회로(3)에 의해 계측하는 수순S2로 되돌아가고, 상기 수순을 반복한다. 이 반복 수순은, 플로차트의 지면의 크기에 한정되고, 도시는 생략되어 있지만, 충전 제어부(20)로부터 2차전지(1) 또는 충전기(2)의 접속이 떨어진 시점에서 정지한다.

즉, 2차전지(1)를 사용하는 시점까지 충전 수순을 반복하여 계속할 수 있으므로, 완전충전의 정도를 서서히 상승시킬 수 있다. 이 결과, 2차전지(1)에서의 거의 100퍼센트의 완전충전의 확보를 기대할 수 있다.

상기 설명에서는, 예를 들면 휴지기간의 계측 개시를 수순S13으로 했지만 충전 펄스 인가의 수순S12여도 좋다. 이와 같이 상기 설명에서는, 도시된 기능 블록 및 수순을 참조하고 있는데, 기능의 분리 병합에 의한 배분 또는 수순의 전후교체 등의 변경은 상기 기능을 만족하는 한 자유롭고, 상기 설명이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 설명에서는, 상기 소정의 완전충전 조건은, 충전을 휴지하는 펄스의 주기(P)가 미리 정해진 설정 시간(Pc)보다도 길어진 상태로 했지만, 펄스 충전의 개시후에 소정의 시간이 경과된 상태, 또는 펄스에 의한 충전기간과 충전 휴지기간과의 듀티비로부터 연산한 시간이 소정의 값에 도달한 상태로 할 수 있다.

또, 상기 설명에서는, 충전 제어부에 관해서만을 설명했는데, 충방전 제어 또는 충전 제어를 포함하는 회로 또는 장치 등에도 적용 가능하며, 더욱이, 2차전지의 충전 제어의 전반에 적용할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 2차전지의 충전시에, 소정의 펄스 충전으로 완전충전한 후에도, 2차전지를 충전기에서 뺄 때까지, 충전 수순을 최초부터 반복하는 펄스 충전 제어 방법을 얻을 수 있다. 이 방법에 의해, 1회째의 충전이 겨우 95퍼센트 정도여도, 복수회의 추가 충전으로 거의 100 퍼센트까지의 완전충전을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이 결과, 충전 종료의 표시에 의해 2차전지를 충전기로부터 빼는 시점에서는 항상 거의 100 퍼센트의 완전충전을 보상할 수 있으므로, 충전 종료가 표시되어 있음에도 불구하고, 그 표시이후 방치됨으로써, 2차전지가 충전 부족인 사태를 피할 수 있다.

Claims (4)

1. 충전과 휴지를 반복하는 전류 펄스에 의해 2차전지를 충전하는 펄스 충전 제어 방법에 있어서, 충전을 휴지할 때에 2차전지의 개방 전압을 계측하고, 계측한 개방 전압이 설정 전압값 이하로 저하되었 때에 펄스 충전을 재개하고, 소정의 완전충전 조건에 도달했을 때에 2차전지가 완전충전된 것으로 하여 충전 종료를 통지하는 동시에, 그 후에도, 상기 2차전지의 개방 전압을 계측하여 소정의 충전 수순을 반복하는 것을 특징으로 하는 펄스 충전 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 소정의 완전충전 조건은, 충전을 휴지하는 펄스의 주기가 미리 정해진 설정 시간보다도 길어진 상태인 것을 특징으로 하는 펄스 충전 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 소정의 완전충전 조건은, 펄스 충전의 개시후에 소정의 시간이 경과한 상태인 것을 특징으로 하는 펄스 충전 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 소정의 완전충전 조건은, 펄스에 의한 충전 기간과 충전 휴지기간과의 듀티비로부터 연산한 시간이 소정의 값에 도달한 상태인 것을 특징으로 하는 펄스 충전 제어 방법.