KR20050107682A - Battery charger capable of individual charging - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수개의 셀(Cell)들이 상호 직렬 연결된 셀 어셈블리를 충전하는 장치에 관한 것으로서, 각각의 셀에 대응되게 마련되어 셀 양단에 직류전원을 인가하는 복수개의 전원공급부재; 및 상기 셀 양단의 전압 검출치에 따라 선택적으로 상기 전원공급부재를 동작시켜 각각의 셀을 개별적으로 균등하게 충전제어하는 메인 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전장치가 개시된다.The present invention relates to a device for charging a cell assembly in which a plurality of cells are connected in series. A plurality of power supply members are provided to correspond to each cell and apply DC power to both ends of the cell; And a main processor selectively operating the power supply member in accordance with the voltage detection value across the cell to control charging of each cell individually and evenly.
본 발명에 의하면 상호 직렬 연결된 복수개의 셀들을 균등하게 충전시킴으로써 과충전이나 과방전, 저충전 현상 등을 방지할 수 있다.According to the present invention, overcharging, overdischarging, low charging, and the like can be prevented by equally charging a plurality of cells connected in series.
Description
본 발명은 배터리 충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 셀들이 상호 직렬 연결된 셀 어셈블리를 균등하게 충전하기 위한 배터리 충전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging device, and more particularly, to a battery charging device for uniformly charging a cell assembly in which a plurality of cells are connected in series.
노트북과 같은 휴대형 단말기를 비롯하여 중장비, 전기 자동차, 전동 공구 등과 같이 충전 전원을 사용하는 각종 제품에는 적정 동작전압 및 충전 용량이 확보되도록 복수개의 셀이 상호 직렬로 연결된 셀 어셈블리를 가진 전원공급장치가 구비되는 것이 일반적이다.In addition to portable terminals such as laptops, various products that use charging power, such as heavy equipment, electric vehicles, and power tools, are equipped with a power supply unit having a cell assembly in which a plurality of cells are connected in series to ensure proper operating voltage and charging capacity. It is common to be.
직렬 연결타입의 셀 어셈블리를 충전하기 위해서는 그에 걸맞는 충전장치가 구성되어야 하는 바, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 셀 어셈블리(10)의 최외곽의 양단에 대하여 전원을 인가하여 복수개의 셀을 일괄적으로 충전 제어하는 충전장치(1)가 널리 사용되었다.In order to charge a cell assembly of a series connection type, a charging device suitable for the same needs to be configured. In the related art, as shown in FIG. 1, a plurality of cells are connected by applying power to both outermost ends of the cell assembly 10. The charging device 1 for controlling charge in a batch has been widely used.
그러나, 상기와 같은 구성의 충전장치(1)는 셀간의 용량차이나 임피던스 차이 등에 대한 고려없이 일괄적으로 충전 혹은 방전 동작이 수행되도록 구성됨으로 인해 여타의 셀과는 달리 과충전되거나, 완전히 충전되지 않은 상태에서 전원 공급이 중단되는 셀이 존재하게 되는 등의 취약점이 있다. 즉, 제조상 오차로 각각의 셀은 그 충/방전 특성이 서로 다르게 제조되므로, 상호 직렬로 연결된 복수의 셀들을 일괄적으로 충전하면 각각의 셀은 상호 다른 충전량 및 전압 레벨로 충전되어 전압편차가 발생하게 된다.However, unlike the other cells, the charging device 1 having the above configuration is configured to perform a charging or discharging operation without considering the capacity difference or impedance difference between cells, and thus is not overcharged or not fully charged. There are vulnerabilities such as the existence of a cell that stops power supply. That is, due to manufacturing errors, each cell is manufactured with different charge / discharge characteristics. Therefore, when a plurality of cells connected in series are charged in a batch, each cell is charged at different charge amounts and voltage levels, resulting in voltage deviation. Done.
이러한 충전 불균일 현상은 결국 과방전 등을 야기하여 배터리의 수명에 악영향을 끼칠 수 있으며, 충전 용량이 감소되거나 필요한 동작 전압이 얻어지지 않는 등 배터리의 품질을 저하시키는 요인이 된다.Such charging unevenness may eventually cause overdischarge and adversely affect the life of the battery, and deteriorate the quality of the battery, such as decreasing the charging capacity or obtaining the required operating voltage.
비록, 대안으로 대한민국 실용신안등록 제189819호(셀의 균형 충전이 가능한 배터리 팩)에 게재된 바와 같이 각각의 셀마다 스위치를 구비하여 전원공급을 제어하는 기술이 제시된 바 있으나, 이 기술의 경우 스위치의 응답특성 등을 고려할 때 충전제어의 신뢰도에 한계가 있는 것이 사실이며, 특히 풀(Full)충전시 셀에 흐르는 전류를 바이패스시키는 실시예의 경우에는, 다수의 스위치 중 어느 하나라도 이상이 있을 경우 충전장치 전체의 기능이 마비되는 취약점이 있다.Although, alternatively, as disclosed in Korean Utility Model Registration No. 189819 (battery pack capable of balanced charging of cells), a technique of controlling a power supply by providing a switch for each cell has been proposed. It is true that the reliability of the charging control is limited in consideration of the response characteristics, and especially in the case of bypassing the current flowing through the cell during full charging, when any one of the plurality of switches is abnormal. There is a vulnerability in which the function of the entire charging device is paralyzed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 셀 어셈블리를 이루는, 상호 직렬 연결된 복수개의 셀들에 대하여 각기 개별적으로 전원을 공급하여 균등한 충전이 이루어지도록 하는 배터리 충전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a battery charging device for equally charging the battery by individually supplying power to a plurality of cells connected in series to form a cell assembly. There is this.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리 충전장치는, 복수개의 셀들이 상호 직렬 연결된 셀 어셈블리를 충전하는 장치에 있어서, 각각의 셀에 대응되게 마련되어 셀 양단에 직류전원을 인가하는 복수개의 전원공급부재; 및 상기 셀 양단의 전압 검출치에 따라 선택적으로 상기 전원공급부재를 동작시켜 각각의 셀을 개별적으로 충전제어하는 메인 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a battery charging device according to the present invention is a device for charging a cell assembly in which a plurality of cells are connected in series with each other. Power supply member; And a main processor for selectively charging control of each cell by selectively operating the power supply member according to the voltage detection value across the cell.
바람직하게, 상기 전원공급부재로는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)가 채용될 수 있다.Preferably, a switching mode power supply (SMPS) may be employed as the power supply member.
부가적으로, 본 발명에는 각각의 셀과 전원공급부재 사이에 개재되어 과충전 등으로부터 셀을 보호하는 피씨엠(PCM);이 더 포함될 수 있다.Additionally, the present invention may further include a PCM interposed between each cell and the power supply member to protect the cell from overcharging.
정전류 충전모드시 상기 전원공급부재의 충전전압은 상기 셀의 만충전압보다 높게 설정되는 것이 바람직하다.In the constant current charging mode, the charging voltage of the power supply member is preferably set higher than the full voltage of the cell.
바람직하게, 본 발명에는 각각의 피씨엠과 전원공급부재 사이에 개재되어 전류를 일정하게 유지시키는 커런트 레귤레이터;가 더 포함될 수 있다.Preferably, the present invention may further include a current regulator interposed between each PC and the power supply member to maintain a constant current.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충전장치의 구성을 도시하는 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of a battery charging apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충전장치는 셀 어셈블리(10)를 이루는 각 셀(11)에 대응되게 마련된 전원공급부재(100)와, 상기 셀(11) 양단의 전압 검출치에 따라 각각의 전원공급부재(100)의 동작을 제어하는 메인 프로세서(103)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a battery charger according to an exemplary embodiment of the present invention includes a power supply member 100 provided corresponding to each cell 11 constituting the cell assembly 10, and a voltage across the cell 11. The main processor 103 controls the operation of each power supply member 100 according to the detected value.
셀 어셈블리(10)는 상호 직렬 연결된 복수개의 셀(11)들로 이루어져 해당 제품의 동작을 위한 적정 충전용량 및 방전전압을 제공하게 되며, 방전단은 그 최외곽 양단(A,B 참조)이 해당된다. 상기 셀 어셈블리(10)를 이루는 셀(11)로는 통상의 리튬이온 전지나 리튬폴리머(LiPo) 전지 등과 같은 이차전지가 채용될 수 있다.The cell assembly 10 is composed of a plurality of cells 11 connected in series to provide an appropriate charge capacity and discharge voltage for the operation of the product, the discharge end is the outermost ends (see A, B) do. As the cell 11 constituting the cell assembly 10, a secondary battery such as a conventional lithium ion battery or a lithium polymer (LiPo) battery may be employed.
전원공급부재(100)는 상기 셀(11)의 충전을 위한 적정 전압의 직류전원을 각각의 셀(11)의 양단에 선택적으로 인가하는 전원장치로서, 셀(11)의 수에 상응하는 수만큼 구비된다. 이러한 전원공급부재(100)로는 외부로부터 교류(AC) 전원을 입력받아 직류(DC)로 변환하여 출력하는 모듈화된 통상의 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)가 채용되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 직류전원장치가 사용될 수 있음은 물론이다.The power supply member 100 is a power supply for selectively applying DC power of an appropriate voltage for charging the cell 11 to both ends of each cell 11, and as many as the number corresponding to the number of cells 11. It is provided. The power supply member 100 is preferably a modular switching mode power supply (SMPS) that receives the alternating current (AC) power from the outside and converts it to direct current (DC) output, but the present invention is limited thereto. Of course, various types of DC power supply can be used.
메인 프로세서(103)는 상기 셀(11) 양단의 전압 검출치에 따라 각각의 전원공급부재(100)를 선택적으로 온/오프시켜 각 셀(11)을 균등하게 충전제어한다. 이를 위해, 각각의 셀(11) 양단에는 전압의 검출을 위한 리딩수단(104)이 연결되어 셀(11) 양단의 충전전압을 검출하고 이를 상기 메인 프로세서(103)로 전달하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 리딩수단(104)으로는 공지된 다양한 형태의 전압/전류 검출수단이 채용될 수 있다.The main processor 103 selectively charges the cells 11 evenly by selectively turning on / off each of the power supply members 100 according to the voltage detection values across the cells 11. To this end, it is preferable that reading means 104 for detecting a voltage is connected at both ends of each cell 11 to detect the charging voltage at both ends of the cell 11 and transfer it to the main processor 103. Here, the reading means 104 may employ various known voltage / current detection means.
바람직하게, 본 발명의 배터리 충전장치에는 통상의 CC-CV 충전 알고리즘이 채용될 수 있다. 여기서, 정전류(Constant Current; CC) 충전모드시 상기 전원공급부재(100)의 충전전압은 셀(11) 고유의 만충전압에 비해 높은 전압으로 설정되어 CC 충전모드의 마지막 구간에서도 충분한 전류가 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 각각의 셀(11)의 만충전압이 4.2V일 경우 상기 전원공급부재(100)에 의해 셀(11)에 인가되는 충전전압은 대략 6V로 설정될 수 있다.Preferably, a conventional CC-CV charging algorithm may be employed in the battery charger of the present invention. Here, in the constant current (CC) charging mode, the charging voltage of the power supply member 100 is set to a higher voltage than the full charge voltage inherent in the cell 11 so that sufficient current flows even in the last section of the CC charging mode. It is desirable to. For example, when the full voltage of each cell 11 is 4.2V, the charging voltage applied to the cell 11 by the power supply member 100 may be set to about 6V.
또한, 상기 정전류 충전모드로부터 정전압(Constant Voltage; CV) 충전모드로 전환시 상기 메인 프로세서(103)의 오류나 상기 전원공급부재(100)의 과도한 충전전압 등에 의해 과충전 현상이 발생하는 것을 방지하도록 각각의 셀(11)과 전원공급부재(100) 사이에는 피씨엠(102)(Protection Circuit Module; PCM)이 더 개재될 수 있다.In addition, when switching from the constant current charging mode to the constant voltage (CV) charging mode, an overcharge phenomenon may be prevented from occurring due to an error of the main processor 103 or an excessive charging voltage of the power supply member 100. A protection circuit module (PCM) 102 may be further interposed between the cell 11 and the power supply member 100.
부가적으로, 각각의 피씨엠(102)과 전원공급부재(100) 사이에는 커런트 레귤레이터(101)(Current Regulator)가 개재되어 상기 전원공급부재(100)로부터 셀(11)로 흐르는 전류를 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다.In addition, a current regulator 101 (Current Regulator) is interposed between each PC 102 and the power supply member 100 to maintain a constant current flowing from the power supply member 100 to the cell 11. It is desirable to maintain.
그러면, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충전장치의 동작을 설명하기로 한다.Next, an operation of the battery charger according to the preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
메인 프로세서(103)의 제어작용에 의해 전원공급부재(100)인 SMPS들이 턴 온(Turn on) 되면, 각 SMPS에 대응하는 셀(11)의 양단에 전압이 인가되면서 충전 알고리즘이 진행된다(단계 S100).When the SMPSs, which are the power supply member 100, are turned on by the control action of the main processor 103, a charging algorithm is performed while voltages are applied to both ends of the cell 11 corresponding to each SMPS (step). S100).
계속해서, 충전 알고리즘에 따른 각 셀(11)의 충전전압은 리딩수단(104)에 의해 검출되어 상기 메인 프로세서(103)에 전달되고(단계 S110), 메인 프로세서(103)에서는 미리 설정된 충전전압 설정치와 각 셀(11)에 대한 검출치를 비교하여 만충상태 여부를 판단한다(단계 S120).Subsequently, the charging voltage of each cell 11 according to the charging algorithm is detected by the reading means 104 and transmitted to the main processor 103 (step S110), and the main processor 103 sets a predetermined charging voltage set value. And the detected value for each cell 11 is compared to determine whether or not the full state (step S120).
상기 판단결과, 전압 검출치가 설정치에 도달한 만충상태의 경우 메인 프로세서(103)는 해당 SMPS를 선택적으로 턴 오프(Turn off)시켜 대응하는 셀(11)의 충전을 중단시킨다(단계 S130 및 단계 S140).As a result of the determination, when the voltage detection value reaches the set value, the main processor 103 selectively turns off the corresponding SMPS to stop charging of the corresponding cell 11 (steps S130 and S140). ).
반면에, 상기 전압 검출치가 설정치에 도달하지 않은 저충전 상태의 경우 상기 메인 프로세서(103)는 선택적으로 해당 SMPS의 턴 온 상태를 유지하여 대응하는 셀(11)에 대한 충전을 지속시킨다(단계 S150 및 단계 S160).On the other hand, in the case of the low charge state in which the voltage detection value does not reach the set value, the main processor 103 selectively maintains the turn-on state of the corresponding SMPS to continue charging the corresponding cell 11 (step S150). And step S160).
바람직하게, 상기의 충전동작은 CC-CV 충전 알고리즘을 따르는 바, 정전류 충전모드시 각각의 SMPS로부터 해당 셀(11)에 인가되는 충전전압은 셀(11)의 만충전압에 비해 높게 설정됨으로써 정전류 충전모드의 마지막 구간까지 충분한 전류가 흐르게 되며, 정전류 충전모드로부터 정전압 충전모드로 전환시에는 셀(11)과 SMPS 사이에 부가되는 피씨엠(102) 및 커런트 레귤레이터(101)의 작용에 의해 과충전 현상이나 이상전류의 발생이 방지된다.Preferably, the charging operation follows the CC-CV charging algorithm. In the constant current charging mode, the charging voltage applied to the corresponding cell 11 from each SMPS is set to be higher than the full voltage of the cell 11 so that the constant current charging is performed. Sufficient current flows to the last section of the mode. When switching from the constant current charging mode to the constant voltage charging mode, an overcharge phenomenon may occur due to the action of the PC 102 and the current regulator 101 added between the cell 11 and the SMPS. The occurrence of abnormal current is prevented.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.
본 발명에 의하면 상호 직렬 연결되어 셀 어셈블리를 이루는 각각의 셀들이 개별적으로 충전되므로 과충전이나 저충전 현상의 발생없이 균등한 충전이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, since each of the cells which are connected in series to form a cell assembly is individually charged, the cells can be charged evenly without occurrence of overcharge or low charge.
또한, 본 발명에 의하면 CC-CV 충전 알고리즘의 채용시 충분한 전류를 공급할 수 있으므로 충전시간을 줄일 수 있는 이점이 있으며, 각각의 셀에 대응하여 PCM과 커런트 레귤레이터를 구비함으로써 과충전이나 이상전류 등으로부터 회로를 보호할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the sufficient current can be supplied when the CC-CV charging algorithm is employed, the charging time can be shortened. I can protect it.
따라서, 본 발명을 리튬폴리머 배터리팩 등의 충전장치로 사용할 경우 충전 전원을 안정적으로 공급할 수 있고, 나아가서는 해당 배터리팩이 사용되는 제품의 동작에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.Therefore, when the present invention is used as a charging device such as a lithium polymer battery pack, it is possible to stably supply the charging power, and further, to ensure the reliability of the operation of the product in which the battery pack is used.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to
도 1은 종래기술에 따른 배터리 충전장치의 구성을 도시하는 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a battery charging apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충전장치의 구성을 도시하는 블록도.2 is a block diagram showing a configuration of a battery charging apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충전장치의 동작을 도시하는 흐름도.3 is a flow chart showing the operation of the battery charging apparatus according to the preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of main reference numerals in the drawings>
10...셀 어셈블리 100...전원공급부재10 ... cell assembly 100 ... power supply member
101...커런트 레귤레이터 102...피씨엠101 ... Current Regulator 102 ... PM
103...메인 프로세서 104...리딩수단103 ... main processor 104 ... reading means
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