KR980012778A

KR980012778A - 충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리의 충전종지장치

Info

Publication number: KR980012778A
Application number: KR1019960029290A
Authority: KR
Inventors: 원동훈
Original assignee: 김영귀; 기아자동차 주식회사
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-04-30
Also published as: KR100192225B1

Abstract

본 발명은 전기자동차 배터리의 충전과정중 충전전압의 곡률을 감지하여 수소가스발생 이전에 충전을 종료 하도록 하는 충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리의 충전종지에 관한 것이다. 종래와 같이 수소가스가 발생하게 될 전압(예컨대 14.4 V)에서 획일적으로 충전을 종료하는 것은 온도에 따라 수소가스 발생전압이 달라짐 에도 불구하고 충전당시의 온도를 고려하지 않은 것이므로 부적합한 문제점이 있 었 다. 본 발명은 충전되는 배터리의 충전전압을 감지하도록 아날로그/디지탈변환기(10)의 입력단에 배터리(12)를 연결함과 더불어 충전전류를 감지하도록 배터리(12)의 전원라인에 홀소자(14)를 설치하여 상기 아날로그/디지 털변환기(10)의 입력단에 연결하고, 상기 아날로그/디지탈변환기(10)의 출력단에는 타이머(16)가 연결되어 단 위시간당 충전전압의 변화율을 통해 곡률을 산출하는 논리연산부(18)를 연결하며 상기 논리연산부(18)의 출력 단에는 논리연산부(18)의 제어신호에 따라 스위칭되는 스위칭부(20)를 통해 배터리(12)에 충전전원을 공급하 는 전원부(22)를 연결하여 이루어진 발명임.

Description

충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리의 충전종지장치

본 발명은 전기자동차 배터리의 충전종지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전과정중 충전전압의 곡 률을 감지하여 수소가스 발생이전에 충전을 종료하도록 하는 충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리 의 충전종지에 관한 것이다. 최근의 자동차개발추세로서는 대기오염에 심각란 영향을 주고 있는 현재의 가솔린이나 중유를 주연료로 사용하여 이의 연소에 의한 폭발력으로 주행할 수 있는 동력을 얻도록 된 차량대신에 공해발생이 적은 차량 을 개발하기 위하여 맡은 연구가 이루어지고 있는 바, 그중 하나로서 전력에 의하여 움직이는 전기자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 전기자동차는 구동연료로서 대개 2차전지인 납축전지를 사용하고 있으며, 납축전지에서 출력되는 전원으로동력발생장치를 구동시키고 이를 동력전달장치를 통해 구동휠로 전달하여 구동휠을 회전시키므로써 전기자 동차를 구동시키게 된다 이러한 납축전지는 각각 다른 금속으로 만든 양극과 음극의 전극과 전해액으로 구성되어 있으며, 양 극에 부하를 연결하여 각 전극의 작용물질과 전해액이 가지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 글어 낼 수 있게 되어 있다. 또한 역으로 전기적 에너지를 주면 다시 화학적 에너지를 가진 본래의 작용 물질로 되돌아가게 된다

그리하여 방전된 배터리는 충전기를 이용하여 재충전하여 사용하게 되는 바, 종래 전기자동차용 Pb-Acid전지 충전시 정전류 충전의 경우, 충전 종료는 배터리 전압이 수소발생전압이라 여겨지는 전지당 14.4V(겔 당 2.4V)에 이르렀을때이다. 수소발생전압이라 여겨지는 전압에서 충전을 종료하는 이유는 그 이상 전류를 넣주게 되면 수소발생전 압 이상으로 전압이 상승하게 되어 전류가 충전에 해당하는 전기화학반웅이라든가 수소가스 발생에 동시에 소모되므로, 일정 전류 충전시 상대적으로 충전에 해당하는 전기화학반웅에 소모되는 전류비율(충전효율)이 떨어지게 되며, 가스발생으로 전지 부풀음 현상등 폭발의 위험성이 있기 때문이다.또한 충전환경의 온도별로 수소발생전압이 달라지게 되는데, 30? 이상의 고온시 수소발생전압이 감소하게 되며, 예컨대 50℃에서는 13.8 V에서 수소가 발생하게 된다. 따라서 종래와 같이 수소가스가 발생하게 될 전압(예컨대 14.4 V)에서 획일적으로 충전을 종료하는 것은 충전당시의 온도를 고려하지 않은 것이므로 부적합한 문제점이 있었다. 본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명한 것으로, 충전기를 통해 충전작용을 수행하는 동안에 충전전압의 시간당 변화율을 구하고 그를 퉁해 충전곡선의 곡률을 산출하여 곡률이 "0" 이 되는 시점 즉 수소가스가 발생되기 시작하는 시점을 충전당시의 온도등 환경변화를 고려하여 검출하여 그 시점에서 충전작 용을 종료하도록 하는 충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리의 충전종지장치를 제공하고자 항에 발명 의 목적이 있다. 상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은 스위칭수단을 통해 전원공급수단에서 출력되는 전원을 자동차 배 터리에 공급하여 충전할 수 있도록 된 충전기에 있어서, 충전되는 배터리의 충전전압과 충전전류를 검출하여 디지탈신출로 변환하는 수단을 구비함과 더불어 충전시간을 감지하는 수단을 구비하고, 상기 수단들로 부터 시간당 충전전압의 변화율 즉 충전곡선을 유출하고 이어 그 충전곡선의 곡률을 산출하여 곡률이 "0" 이 되 는 시점을 수소가 발생되기 시작하는 전압이라 판단하여 그 시점에서 충전작용을 종료시키기 위한 제어신호 를 출력하는 논리연산수단을 구비하며, 상기 스위칭수단은 충전종료신호에 따라 전원공급수단에서 배터리로 공급되는 전원을 차단하도록 이루어진 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성도,

도 2 는 본 발명에 따른 충전시 충전전류와 전압간의 관계.

도 3 은 본 발명에 따른 충전종지작용을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 아날로그/디지탈변환기, 12 : 자동차 배터리,

14 : 홀소자, 16 : 타이머,

18 : 논리연산부, 20 : 스위칭부,

22 : 전원부.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리의 충전종지장치 에 대해 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 충전되는 배터리의 충전전압을 감지하도록 아날로그/디지탈변환기(17)의 입력단에 배터리(17)를 연결함과 더불어 충전전류를 감지하도록 배터리(12)의 전원라인에 흘소자(14)를 설치하여 상기 아날로그/디 지탈변환기(10)의 입력단에 연결하고. 상기 아날로그/디지탈변환기(10)의 출력단에는 타이머(16)가 연결되어 단위시간당 충전전압의 변화율을 통해 곡률을 산출하는 논리연산부(18)를 연결하며, 상기 논리연산부(18)의 출력단에는 논리연산부(18)의 제어신호에 따라 스위칭되는 스위칭부(20)를 통해 배터리(12)에 충전전원을 공 급하는 전원부(22)를 연결한 구조로 되어 있다. 제 1 도는 본 발명의 구성도를 도시한 것이다 배터리(12)의 충전전압을 측정하기 위해 양극과 음극에는 아날로그/디지탈변환기(10)가 연결됨과 더불어 배터리(12)의 전원라인 일측에는 홀소자(14)가 설치되어 흘소자(12)의 출력단에 상기 아날로그/디지탈변환기 (10)의 입력단이 연결되어 있다. 따라서 아날로그/디지탈변환기(10)는 배터리(12)의 출력전압을 감지하여 디지탈신호로 변환함과 더불어 흘소자(14)를 통해 감지되는 배터리(12)의 전류팡을 디지탈신호로 변환한 후 논리연산부(18)로 출력한다. 논리연산부(18)에서는 충전중에 있는 배터리(12)의 충전전압을 감지하여 수소가스가 발생되기 시작할 전압가지 충전되었는지 여부를 검출하는 작용을 하게 되는데, 이때 타이머(16)에서 출력되는 시간에 따라 단위시간당 충전되는 전압의 변화율을 측정하고 그에 따른 충전곡선의 곡률을 측정하여 충전종지시점을 판단하게 된 다. 즉 배터리(12)의 충전시 충전전류와 전압간의 관계는 제 2 도에 도시된 바와 같고, 이를 다시 시간에 따른전압중가를 살펴보면 다음 표 1과 같다. 표 1 에 있어 V₂₁은 (V₂-V₁)을 나타내고, t21은 (t2-t2)을 나타내는 것이며, 이하 동일한 방법으로 기재된것 이 다. 여기서 충전곡선에 대한 곡률은 전압을 시간에 대해 2차 미분하여 구할 수 있으며. 이때 A영역에서는 곡 률의 부호가 (+)가 되고, B영역에서는 t₄에서 (+), t₅에서 (0), t₆에서 (-)가 되며, C영역에서는 계속 (-)를 유지 하게 된다. 이는 A영역에서는 전류가 충전전기 화학반응에 소요되므로 충전이 되는 부분이고, B영역은 충전반음외에 수소가스 발생으로 인해 전압이 급격히 상승하는 부분이며, C영역은 전류가 수소발생에만 소요되므로 충전이 안되 는 부분이 다. 보통 수소발생 개시 전압은 t5에 해당된다. 표 1에서 보는 바와 같이 충전곡선은 변곡점인 t5를 기준으로 곡률이 바뀌게 되며, 앞사 설명된 바와 같이 부호가 (+)에서 (-)로 바뀌게 된다. 그러므로 곡률이(0)가 되는 시점(+에서 -로 바뀌는 시점)을 충전종료점으로 파악하면 된다. 이러한 충전곡선은 온도와 무관하게 나타나는 것으로, 물론 가스발생전압은 온도에 따라 변화하지만, 곡률 이 바뀌는 시점을 충전종료시점으로 잡아주면 온도에 관계없이 충전종료 조건이 된다. 한편, 전원부(22)는 배터리(12)에 충전될 전원을 공급하는 장치로서 스위칭부(20)를 통해 배터리(12)에 전원을 공급하도록 이루어져 있다. 그리고 상기 스위칭부(20)는 논리연산부(18)에서 출력되는 제어신호에 따라 스 위칭 온 또는 오프 되도록 이루어져 있는 것이다. 이와 같은 동작에 대해 예시도면 제 3 도에 도시된 흐름도에 의거 다시한번 세히 설명한다. 먼저 논리연산부(18)는 충전개시와 함께 스위칭부(20)를 작동시켜 전훤부(7)로 부터 발생되는 전훤을 배터 리(12)로 공급하여 충전작용을 시작한다. 이와 함게 타이머(16)로 부터 경과시간을 감지하면서 자동차 배터리(12)의 전압의 변동상황을 체크한다.그리고 시간에 대한 전압변동율을 2차 미분하여 그에 따른 부호가 (+)에서 (-)로 변할때까지 충전작용을 지 속하고, (+)에서 (-)로 변하는 변곡시점이 감지되면 스위칭부(20)를 오프시켜 충전작용을 종료한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 자동차 배터리의 충전시 충전종지시점을 결정함에 있어, 충전전압과 충전전류 를 감지하고 시간에 따른 전압변동율을 통해 충전곡률을 감지하여 충전곡률에 대한 부호가 (+)에서 (-)로 변하는 시점을 충전종지시점으로 결정하여 충전을 종료함으로써, 온도, 배터리 수명(장시간 사용시 수소발생 전압이 변함)에 관계없이 충전종료시점을 판단할 수 있게 되어 수소가스 발생으로 인한 전지손상을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

Claims

충전되는 배터리의 충전전압을 감지하도록 아날로그/디지탈변환기(10)의 입력단에 배터리(12)를 연결함 과 더불어 충전전류를 감지하도록 배터리(12)의 전원라인에 홀소자(14)를 설치하여 상기 아날로그/디지탈변환 기(10)의 입력단에 연결하고, 상기 아날로그/디지탈변환기(10)의 출력단에는 타이머(16)가 연결되어 단위시간 당 충전전압의 변화율을 통해 곡률을 산출하는 논리연산부(18)를 연결하며, 상기 논리연산부(18)의 출력단에는 논리연산부(18)의 제어신호에 따라 스위칭되는 스위칭부(20)를 통해 배터리(12)에 충전전원을 공급하는 전원 부(22)를 연결한 충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리의 충전종지장치
제 1 항에 있어서, 논리연산부(18)는 충전전압을 시간에 대해 2차 미분하여 산출한 결과인 곡플의 부호가(+)에서(-)로 변하는 시점을 충전종료시점으로 하여 배터리(12)의 충전을 제어하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 충전전압 곡률감지에 의한 전기자동차 배터리의 충전종지장치.

※참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임