KR20140072770A - 배터리 충방전 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 충방전 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 배터리 충방전 장치는, 방전용 배터리의 동작 전원을 승압한 출력 전원을 출력하는 승압전원 회로부, 및 승압전원 회로부의 출력 전원을 이용하여 생성한 정전류 및 정전압을 공급하여 충전용 배터리를 충전하는 정전류/정전압 제어회로부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 방전용 배터리의 동작 전원을 이용하여 충전용 배터리를 충전함으로써, 방전 테스트 실시시 발생하는 발열을 획기적으로 줄이면서 안정적으로 방전할 수 있으며, 방전시 버려지는 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.

Description

배터리 충방전 장치 및 그 방법{Apparatus for charging/discharging battery and method thereof}
본 발명은 배터리 충방전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방전용 배터리의 동작 전원을 이용하여 충전용 배터리를 충전할 수 있는 배터리 충방전 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
배터리는 일차전지와 이차전지로 나누어지는데, 일차전지는 한번 쓰고 나면 다시 충전하여 쓸 수 없는 일회용 전지이고, 이차전지는 화학에너지와 전기에너지의 가역적 상호변환을 이용하여 충전과 방전을 반복할 수 있는 화학전지이다.
고성능 이차전지에는 Ni-MH 이차전지와 리튬 이차전지가 있으며, 리튬 이차전지에는 리튬 이온 이차전지, 리튬폴리머 이차전지 등이 있다. 이차전지는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북, PDA 등과 같은 휴대성과 이동성이 간편한 IT 제품의 보급이 확대되면서, 리튬계 이차전지를 중심으로 소형 이차전지의 수요가 전 세계적으로 급증하고 있다.
한편, 리튬 이온 전지 및 리튬폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지의 경우, 배터리 제조 후, 소정의 충방전을 실시하는 과정, 즉 화성 공정을 거쳐야만 배터리로서의 성능이 완성된다. 따라서, 배터리를 충전 및 방전하기 위한 장치는 이차전지의 생성 라인에 필수적인 설비가 되었다.
그런데, 일반적으로 배터리를 방전하는 과정은, 방전할 배터리에 일정한 로드를 연결하여 방전하게 되므로, 배터리 방전 과정에 발열이 문제될 뿐만 아니라, 배터리의 동작 전원이 효율적으로 사용되지 못하고 버려지고 있다. 또한, 방전된 배터리를 다시 충전하기 위해서는 외부로부터 전원 공급이 필요하므로, 배터리 충방전 과정에서 에너지가 효율적으로 사용되지 못하고 있다.
따라서, 배터리의 방전과 충전을 보다 효율적으로 실시할 수 있으며, 전체적으로 효율적으로 에너지 사용이 가능하도록 하는 방안을 고려해 볼 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 방전용 배터리의 동작 전원을 이용하여 충전용 배터리를 충전하는 충방전 장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충방전 장치는, 방전용 배터리의 동작 전원을 승압한 출력 전원을 출력하는 승압전원 회로부, 및 상기 출력 전원을 이용하여 생성한 정전류 및 정전압을 공급하여 충전용 배터리를 충전하는 정전류/정전압 제어회로부를 포함한다.
이때, 상기 방전용 배터리의 동작 전원에 의해 충전되어, 상기 방전용 배터리의 방전 후, 상기 승압전원 회로부에 입력 전원을 제공하는 보조배터리 회로부와, 상기 정전류/정전압 제어회로부에 외부 전원을 공급하는 AC전원 회로부를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충방전 장치는, 직렬 연결된 복수의 충전용 배터리가 연결되는 입력 단자, 충전용 배터리가 연결되는 출력단자, 및 상기 입력 단자를 통해 입력되는 입력 전원을 이용하여 생성한 정전류 및 정전압을 상기 출력 단자에 공급하여 상기 충전용 배터리를 충전하는 정전류/정전압 제어회로부를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 충방전 방법은, 방전용 배터리와 충전용 배터리를 연결하는 단계, 상기 방전용 배터리의 동작 전원을 승압한 출력 전원을 출력하는 단계, 및 상기 출력 전원을 이용하여 생성한 정전류 및 정전압을 공급하여 상기 충전용 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 방전용 배터리의 동작 전원을 이용하여 충전용 배터리를 충전할 수 있다. 이에 따라, 방전용 배터리를 안정적으로 방전할 수 있어, 방전 테스트 실시시 발생하는 발열을 획기적으로 줄일 수 있어, 배터리 방전시 발생하는 발열 문제를 해결할 수 있다. 또한, 배터리 방전시 버려지는 에너지를 이용하여 충전용 배터리를 충전함으로써, 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 충방전 장치의 블럭도,
도 2는 도 1의 승압전원 회로부의 회로 구성의 예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충방전 장치의 블럭도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충방전 장치의 블럭도,
도 5는 도 4의 승압전원 회로부의 회로 구성의 예를 나타낸 도면, 그리고
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충방전 방법에 대한 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 충방전 장치(100)는 승압전원 회로부(110)와 정전류/정전압 제어회로부(120)를 포함할 수 있다.
충방전 장치(100)에는 방전해야할 배터리인 방전용 배터리 BAT10과, 충전해야할 배터리인 충전용 배터리 BAT20이 전기적으로 연결된다.
승압전원 회로부(110)는 방전용 배터리 BAT10의 동작 전원을 승압하여 출력한다. 일반적으로 전지의 동작전압에 비해 전지의 충전정압이 더 높으며, 리튬이온 전지의 경우, 충전전압으로 4.2V가 사용되고 있다. 따라서, 방전용 배터리 BAT10와 충전용 배터리 BAT20가 동일한 종류인 경우, 충전시 방전용 배터리 BAT10의 동작 전압보다 더 높은 전압이 필요하므로, 승압전원 회로부(110)에서는 방전용 배터리 BAT10의 동작 전압을 승압한 출력 전원을 출력한다.
정전류/정전압 제어회로부(120)는 승압전원 회로부(110)에서 승압되어 출력되는 출력 전원을 이용하여, 충전 초기에 정전류를 공급하고, 이후에 정전압을 공급하여, 충전용 배터리 BAT20을 충전한다. 일반적으로, 배터리의 충전시에는 일정 전압의 도달시까지는 정전류 충전을 하고, 일정 전압에 도달한 후에는 정전압 충전으로 전환되어 충전이 수행된다.
상기한 바와 같은 구성에 의해, 방전용 배터리 BAT10을 안정적으로 방전시키면서, 동시에 방전용 배터리 BAT10의 동작 전원을 이용하여 충전용 배터리 BAT20을 충전할 수 있다.
도 2는 도 1의 승압전원 회로부의 회로 구성의 일 예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 승압전윈 회로부(110)는 버퍼 U10, 인버터 U11, MOSFET Q10, MOSFET Q11, 트랜스 T10, 트랜스 T11, 인덕턴스 L10, 및 커패시터 C10을 포함할 수 있다.
승압전원 회로부(110)의 입력전원으로 방전용 배터리 BAT10의 동작 전원이 입력되며, 직사각형 펄스가 제어신호로 입력된다.
제어신호는 버퍼 U10 및 인버터 U11을 통해 MOSFET Q10과 MOSFET Q11을 번갈아 온/오프시킨다. 이에 따라, MOSFET Q10나 MOSFET Q11가 온 상태가 되면, 입력전원이 트랜스포머 T10 이나 트랜스포머 T11의 1차측 권선측에 전달되어 승압된다. 트랜스포머 T10 이나 트랜스포머 T11에서 승압된 전압은 인덕턴스 L10 및 커패시터 C10에서 평활되어 출력전원으로 출력된다.
이와 같은 구성에 의해, 방전용 배터리 BAT10의 동작 전원을 승압하여 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충방전 장치의 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 충방전 장치(200)는 승압전원 회로부(210)를 포함한다.
충방전 장치(200)의 입력 단자에는 방전용 배터리 BAT10 내지 BAT1n 까지 수 개가 직렬로 연결되고, 출력 단자에는 충전용 배터리 BAT20이 연결된다.
이와 같이 구성되는 경우, 직렬 연결된 충전용 배터리의 동작 전압은 높아지게 되므로, 이 전압을 이용하여 정전류/정전압 회로부(220)는 충전용 배터리 BAT20을 충전할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충방전 장치의 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 충방전 장치(300)는 승압전원 회로부(310), 정전류/정전압 제어회로부(320), 보조배터리 회로부(330), AC전원 회로부(240), 및 제어회로부(350)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다.
본 실시예에서 따른 충방전 장치(300)에서 승압전원 회로부(310)와 정전류/정전압 제어회로부(320)의 구성 및 기능은 전술한 실시예에서 설명한 바와 같다.
다만, 본 실시예에서는 보조배터리 회로부(320), AC전원 회로부(340), 및 제어회로부(360)를 더 포함한다.
보조배터리 회로부(330)는 충전용 배터리 BAT20의 충전시간이 방전용 배터리 BAT10의 방전시간보다 긴 경우, 방전용 배터리 BAT10의 여분의 전원으로 충전되어, 방전용 배터리 BAT10의 방전시간 이후에 전원을 공급할 수 있다. 만일, 방전용 배터리 BAT10의 방전시간이 충전용 배터리 BAT20의 충전시간보다 긴 경우, 충전 완료 후 남는 전원을 다음 충전용 배터리 충전시 충전 전원으로 공급할 수도 있다.
AC전원 회로부(340)는 충방전을 위한 회로의 효율이 100% 미만인 경우, 정전류/전전압 제어회로부(320)에 부족한 전원을 외부 전원으로부터 추가 공급한다.
제어회로부(350)는 통상적으로 상기 각부의 동작을 제어하여 충방전 장치(300)의 전반적인 동작을 제어한다.
이와 같은 구성에 의해, 방전에 사용되는 방전용 배터리 BAT10의 동작 전원을 이용하여, 충전용 배터리 BAT20을 효율적으로 충전할 수 있다.
도 5는 도 4의 승압 회로부의 회로 구성의 일 예를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 승압전원 회로부의 구성은 기본적으로 도 2에서 설명한 바와 동일하다, 다만, 본 실시예에서는 버퍼 U22, MOSFET Q22, 트랜스포머 T21, 인턱턴스 L21, 커패시터 C21을 더 사용하여 두 개의 출력전원을 출력할 수 있다. 출력전원 1은 충전용 배터리의 충전에 사용하고, 출력전원 2는 보조배터리 회로부(330)에서 보조용 배터리의 충전에 사용할 수 있다. 제어신호1 내지 제어신호3은 동일한 직사각형 펄스를 사용할 수도 있고, 서로 다른 신호를 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 충전방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 먼저, 충방전 장치(100)에 방전용 배터리 BAT10와 충전용 배터리 BAT20을 연결한다(S400). 다음으로, 승압전원 회로부(110)에서 방전용 배터리의 동작 전원을 승압하여 출력한다(S405)
정전류/정전압 제어회로부(120)는 승압전원 회로부(110)에서 승압된 출력 전원을 이용하여 충전용 배터리에 정전류를 공급한다(S410). 정전류 공급에 의한 충전은 미리 설정된 전압에 도달하기 전까지 지속되면, 미리 설정된 전압에 도달하게 되면, 정전류/정전압 제어회로부(120)는 정전압으로 충전용 배터리를 충전한다(S415, S420). 정전압 공급에 의한 충전은 일정 시간동안 지속된다(S425).
이와 같은 과정에 의해, 방전용 배터리의 동작 전원을 이용하여 충전용 배터리를 충전함으로써, 배터리의 방전과 충전을 동시에 수행할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 충방전 장치 및 그 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
110 : 승압전원 회로부 120 : 정전류/정전압 제어회로부

Claims (7)

  1. 방전용 배터리의 동작 전원을 승압한 출력 전원을 출력하는 승압전원 회로부; 및
    상기 출력 전원을 이용하여 생성한 정전류 및 정전압을 공급하여 충전용 배터리를 충전하는 정전류/정전압 제어회로부를 포함하는 배터리 충방전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승압전원 회로부는,
    제어신호에 따라 온/오프되어 상기 동작 전원의 공급을 단속하는 제1 스위칭소자;
    상기 제어신호를 인버팅한 신호에 따라 온/오프되어 상기 동작 전원의 공급을 단속하는 제2 스위칭소자;
    상기 제1 스위칭 소자를 통해 출력되는 전압을 승압하여 출력하는 제1 트랜스포머;
    상기 제2 스위치 소자를 통해 출력되는 전압을 승압하여 출력하는 제2 트랜스포머;
    상기 제1 및 제2 트랜스포머에서 승압되어 출력되는 전압을 평활하여 상기 출력 전원으로 출력하는 인턱터 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충방전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방전용 배터리의 동작 전원에 의해 충전되어, 상기 방전용 배터리의 방전 후, 상기 승압전원 회로부에 입력 전원을 제공하는 보조배터리 회로부를 더 포함하는 배터리 충방전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정전류/정전압 제어회로부에 외부 전원을 공급하는 AC전원 회로부를 더 포함하는 배터리 충방전 장치.
  5. 직렬 연결된 복수의 충전용 배터리가 연결되는 입력 단자;
    충전용 배터리가 연결되는 출력단자; 및
    상기 입력 단자를 통해 입력되는 전원을 이용하여 생성한 정전류 및 정전압을 상기 출력 단자에 공급하여 상기 충전용 배터리를 충전하는 정전류/정전압 제어회로부를 포함하는 배터리 충방전 장치.
  6. 방전용 배터리와 충전용 배터리를 연결하는 단계;
    상기 방전용 배터리의 동작 전원을 승압한 출력 전원을 출력하는 단계; 및
    상기 출력 전원을 이용하여 생성한 정전류 및 정전압을 공급하여 상기 충전용 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 배터리 충방전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전용 배터리를 충전하는 단계는,
    상기 충전용 배터리가 일정 전압에 도달할 때까지 정전류를 공급하는 과정; 및
    상기 일정 전압 도달 후, 정전압을 공급하는 과정을 포함하는 배터리 충방전 방법.
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CN110247465A (zh) * 2019-04-22 2019-09-17 蜂巢能源科技有限公司 电池模组能量循环系统

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