WO2014189235A1 - 지능형 배터리 충전장치 - Google Patents

지능형 배터리 충전장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2014189235A1
WO2014189235A1 PCT/KR2014/004435 KR2014004435W WO2014189235A1 WO 2014189235 A1 WO2014189235 A1 WO 2014189235A1 KR 2014004435 W KR2014004435 W KR 2014004435W WO 2014189235 A1 WO2014189235 A1 WO 2014189235A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
voltage
charging
current
charge
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/004435
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박노식
Original Assignee
Park Noh-Sik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Park Noh-Sik filed Critical Park Noh-Sik
Publication of WO2014189235A1 publication Critical patent/WO2014189235A1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00036Charger exchanging data with battery
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with provisions for charging different types of batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04Regulation of charging current or voltage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

본 발명은 지능형 배터리 충전장치에 관한 것으로서, 바람직한 실시예에 따르면, 상용전원으로부터 전압크기 및 전류량을 변환하여 배터리를 충전하는 전력변환부와, 상기 전력변환부와 배터리 사이의 전기선로와 전기적으로 연결되어 상기 배터리에 제공되는 충전전압 및 충전전류를 검출하는 전압검출부 및 전류검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 검출된 충전전압 및 충전전류가 일정한 전압 및 전류 값이 되도록 상기 전력변환부를 제어하는 전력제어부를 포함하는 배터리 충전장치에 있어서, 배터리의 종류와 제조사에 따라 요구되는 충전모드, 정격용량, 정격전압, 허용온도, 최대전류 및 최소전류에 대한 배터리 특성 데이터가 제품코드별로 저장되는 데이터 저장부와;(여기서, 상기 충전모드는 배터리를 충전하는 방식이며, 정전압모드, 정전류모드, 전압-전류모드, 펄스전류모드, 부동충전모드로 구분된다.) 상기 배터리에 기록된 소정의 제품코드를 입력받아 전송하는 사용자입력부와; 상기 사용자입력부로부터 수신된 배터리 제품코드를 상기 데이터저장부에서 검색하여 동일한 제품코드에 대한 배터리 특성 데이터를 추출하는 데이터검색부; 및 상기 데이터검색부에서 추출된 배터리 특성 데이터에 따라 배터리 충전을 위한 지령전압 및 지령전류를 결정하여 상기 전력제어부에 전송하는 충전조건결정부를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

지능형 배터리 충전장치
본 발명은 지능형 배터리 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 특성 데이터에 기반하여 배터리 사양에 가장 적합한 형태로 충전할 수 있도록 하는 지능형 배터리 충전장치에 관한 것이다.
최근 가솔린이나 디젤을 사용하는 자동차의 배터리 사용이 증가하고 있으며, 배터리 등의 전원으로부터 전력을 공급받는 휠체어, ATV, 전기자동차 등의 이동장치 사용이 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 전기장치에서 사용되는 여러 종류의 배터리를 각각 특성에 맞게 충전하기 위한 충전장치의 수요가 늘어나고 있다.
일반적으로 배터리는 응용분야에 따라 납축전지, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리, 리튬 이온 배터리 등과 같이 다양한 종류가 있으며, 각각의 배터리는 종류에 따라 서로 다른 충전 및 방전 특성이 있기 때문에 일반 사용자가 효과적인 충전 방식을 선택하기에는 어려운 문제점이 있다.
특히, 잘못 선택된 충전 방식으로 인해 배터리의 수명이 크게 단축될 수 있으며, 과도한 충전으로 인하여 배터리 소손이 발생할 수 있다. 또한, 배터리의 안전을 고려하여 낮은 충전률(Charging rate)을 선택하는 경우에는 충전 시간이 크게 증가하는 단점이 있으며, 배터리의 충전은 주변 온도에도 영향을 받게 되므로 온도 상태를 고려하지 않은 강제적인 충전 또한 배터리의 수명을 단축시키거나 완전한 충전이 이루어지지 못하게 하는 원인이 될 수 있다.
도1은 종래의 배터리 충전장치를 도시하는 블록 다이아그램이다.
도1에 도시된 바에 따르면, 전압-전류 설정부(1)로 배터리의 충전전압과 충전전류를 설정하고, 전력변환부(5)의 출력단자와 배터리를 충전케이블(9)로 연결하면, 전압-전류 제어부(2)는 전력변환부(5)의 전류센서로부터 전류검출부(3)로 입력된 전류와 전력변환부(5) 내부의 출력단자와 연결된 전압검출부(4)를 통하여 배터리의 충전전류와 충전전압을 검출하고, 이 전압과 전류를 사용자가 설정한 전류 및 전압이 되도록 제어하여 전력변환부(5)를 제어하는 동작을 수행한다.
그러나, 상기한 종래의 배터리 충전장치는 배터리의 전압과 전류를 설정치에 맞도록 제어하여 충전하는 역할을 수행하지만 충전시간에 따라 비선형적으로 가변하는 최적의 전압과 전류를 찾아서 충전하기가 어려운 단점이 있다. 또한, 배터리의 종류와 제조사에 따라 최적의 충전 프로파일이 다른 특성을 가지므로 다양한 배터리에 대한 최적의 충전 조건을 제공하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 종래의 배터리 충전장치는 배터리의 충전전압을 전력변환기 내부의 출력단자를 통해 검출하는데, 상기 출력단자는 배터리와 충전케이블로 연결되기 때문에 충전전류가 흐르게 되면 상기 충전케이블에서 전압강하가 발생하게 되므로 실제 배터리에 충전되는 전압(VBAT)과 전력변환부의 출력전압(V0) 간에 차이가 발생하여 정확한 배터리의 충전 상태를 검출하기 힘든 문제점이 있다.
즉, 도2에 도시된 바와 같이, 충전케이블의 가상 저항을 r1,r2라고 하면, 배터리 양단의 전압은 다음의 수학식1과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2014004435-appb-M000001
이로 인하여 출력단 전압 V를 가지고 충전전압을 제어하는 경우에 전압-전류 제어부에서 오차를 포함한 배터리 전압을 제어하게 되므로 충전 성능이 감소하게 되는 것이다.
그리고, 배터리의 충전용량은 온도에 따라 달라지는 특성이 있는데, 이를 고려하지 않고 강제적으로 충전전류와 충전전압을 설정하게 되면, 과충전으로 인해 배터리의 수명이 단축되거나 배터리가 정상적으로 완충되지 않는 문제점이 있다.
앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배터리의 종류와 제조사에 따라 최적의 충전 조건으로 배터리를 충전할 수 있도록 하는 지능형 배터리 충전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배터리의 충전 상태를 정확하게 검출하고 온도에 따른 충전전류 및 충전전압을 올바르게 설정할 수 있도록 하는 지능형 배터리 충전장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 상용전원으로부터 전압크기 및 전류량을 변환하여 배터리를 충전하는 전력변환부와, 상기 전력변환부와 배터리 사이의 전기선로와 전기적으로 연결되어 상기 배터리에 제공되는 충전전압 및 충전전류를 검출하는 전압검출부 및 전류검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 검출된 충전전압 및 충전전류가 일정한 전압 및 전류 값이 되도록 상기 전력변환부를 제어하는 전력제어부를 포함하는 배터리 충전장치에 있어서, 배터리의 종류와 제조사에 따라 요구되는 충전모드, 정격용량, 정격전압, 허용온도, 최대전류 및 최소전류에 대한 배터리 특성 데이터가 제품코드별로 저장되는 데이터 저장부와;(여기서, 상기 충전모드는 배터리를 충전하는 방식이며, 정전압모드, 정전류모드, 전압-전류모드, 펄스전류모드, 부동충전모드로 구분된다.) 상기 배터리에 기록된 소정의 제품코드를 입력받아 전송하는 사용자입력부와; 상기 사용자입력부로부터 수신된 배터리 제품코드를 상기 데이터저장부에서 검색하여 동일한 제품코드에 대한 배터리 특성 데이터를 추출하는 데이터검색부; 및 상기 데이터검색부에서 추출된 배터리 특성 데이터에 따라 배터리 충전을 위한 지령전압 및 지령전류를 결정하여 상기 전력제어부에 전송하는 충전조건결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 배터리 충전장치에 의해 달성된다.
여기서, 외부 통신장치 또는 외부 네트워크 수단과 접속되어 상기 데이터 저장부에 저장된 배터리 특성 데이터를 수정하고 신규 배터리 특성 데이터를 추가하는 외부통신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 배터리의 양 전극을 연결하는 한 쌍의 충전케이블 단자에 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전압검출선과, 상기 한 쌍의 전압검출선으로부터 각각 입력되는 전압신호의 전압차를 증폭시켜 상기 전압검출부로 전송하는 차동증폭기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 온도변화에 따른 상기 배터리의 충전 보상을 수행하도록 주위 온도를 측정하여 상기 충전조건결정부로 측정값을 전송하는 온도검출부를 더 포함하며, 상기 온도검출부는, 충전장치 본체의 외측에 부착되어 주변 온도를 측정하는 제1온도센서와, 성가 배터리의 외측에 부착되어 배터리 표면의 발열 온도를 측정하는 제2온도센서를 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 바에 따른 본 발명의 지능형 배터리 충전장치에 의하면, 다양한 배터리에 대한 복잡한 지식 없이도 최적의 충전 조건으로 배터리를 충전할 수 있으므로 배터리의 수명을 단축시키지 않으면서도 안전하게 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리의 충전 상태를 정확하게 검출하고 온도에 따른 충전전류 및 충전전압을 올바르게 설정할 수 있으므로 정밀한 배터리 충전이 가능한 효과가 있다.
도1은 종래의 배터리 충전장치를 도시하는 블록 다이아그램이고,
도2는 도1에서 배터리 충전 중 충전케이블에 발생하는 전압강하 성분을 도시하는 개념도이고,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 배터리 충전장치를 도시하는 블록 다이아그램이고,
도4는 본 발명의 실시예에 따른 외부통신부를 구체적으로 설명하기 위한 다이아그램이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터저장부를 구체적으로 설명하기 위한 블록도 및 순서도이고,
도6은 본 발명의 실시예에 따른 충전조건결정부에서 결정되는 구체적인 충전 지령 프로파일을 도시하는 블록도이고,
도7은 본 발명의 실시예에 따른 충전 타임차트 중 전류충전 및 펄스충전 타임차트를 도시하는 그래프이고,
도8은 본 발명의 실시예에 따른 충전 타임차트 중 전압충전 타임차트를 도시하는 그래프이고,
도9는 주변 온도에 따른 배터리의 충전용량을 도시하는 그래프이고,
도10은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전용량 보정을 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 지능형 배터리 충전장치(100)는, 도3에 도시된 바와 같이, 상용전원으로부터 전압크기 및 전류량을 변환하여 배터리를 충전하는 전력변환부(10)와, 상기 전력변환부(10)에서 배터리로 제공되는 충전전압 및 충전전류를 검출하는 전압검출부(20) 및 전류검출부(30)와, 상기 전력변환부(10)를 제어하는 전력제어부(40)와, 배터리의 특성 데이터가 제품코드별로 저장되는 데이터저장부(50)와, 상기 배터리의 제품코드를 입력 및 전송하는 사용자입력부(60)와, 상기 배터리의 제품코드에 대한 배터리 특성 데이터를 추출하는 데이터검색부(70)와, 상기 배터리 특성에 따라 지령전압 및 지령전류를 결정하여 상기 전력제어부(40)로 전송하는 충전조건결정부(80)를 포함한다.
전압검출부(20) 및 전류검출부(30)는 상기 전력변환부(10)와 배터리 사이의 전기선로와 전기적으로 연결되어 상기 배터리에 제공되는 충전전압 및 충전전류를 검출한다. 여기서, 상기 배터리의 양 전극을 연결하는 한 쌍의 충전케이블(9) 단자에는 각각 전압검출선(142)이 결선되는데, 상기 충전케이블(9) 단자를 통해 상기 배터리로 흐르는 전압신호가 상기 전압검출선(142)을 통해 차동증폭기(144)로 입력되어 전압차를 증폭시켜 전압검출부(20)로 전송하게 된다. 따라서, 상기 충전케이블(9)에서 전압강하가 발생한 뒤의 최종 전압을 검출하게 되므로 실제 배터리에 충전되는 전압과 전력변환부(10)에서 출력되는 전압 간의 오차로 인한 검출 오류를 방지할 수 있다.
전력제어부(40)는 상기 전압검출부(20) 및 전류검출부(30)에서 검출된 충전전압 및 충전전류가 일정한 전압 및 전류 값이 되도록 상기 전력변환부(10)를 제어한다.
데이터저장부(50)는 배터리의 종류와 제조사에 따라 요구되는 충전모드, 정격용량, 정격전압, 허용온도, 최대전류 및 최소전류에 대한 배터리 특성 데이터가 제품코드별로 저장한다. 여기서, 상기 충전모드는 배터리를 충전하는 방식이며, 아래의 표1에 도시된 바와 같이, 정전압모드, 정전류모드, 전압-전류모드, 펄스전류모드 및 부동충전모드로 구분된다.
표 1
Figure PCTKR2014004435-appb-T000001
상기한 표에서 나타난 바와 같이, 충전모드는 메모리 데이터 변수에서 상수로 저장되고, 이 데이터는 충전조건결정부(80)에서 최종적인 충전시간에 따른 충전전압 및 충전전류가 충전모드에 따라 결정된다.
사용자입력부(60)는 배터리에 기록된 소정의 제품코드를 입력받아 전송하고, 상기 데이터검색부(70)는 상기 사용자입력부(60)로부터 수신된 배터리 제품코드를 상기 데이터저장부(50)에서 검색하여 동일한 제품코드에 대한 배터리 특성 데이터를 추출한다.
한편, 도4에 도시된 바와 같이, 외부 통신장치 또는 외부 네트워크 수단과 접속되어 상기 데이터저장부(50)에 저장된 배터리 특성 데이터를 수정하고 신규 배터리 특성 데이터를 추가하는 외부통신부(120)를 더 포함할 수 있다. 즉, 외부기기를 이용하여 모바일 어플이나 웹사이트를 통해 정보를 보관하고 있는 서버에 배터리 모델을 전송하고, 서버에서는 배터리 모델에 해당하는 특성 데이터를 다시 상기 외부기기로 전송하여 상기 특성 데이터가 외부통신부(120)를 통해 데이터저장부(50)로 저장되도록 한다. 여기서, 사용자입력부(60)는 사용자가 직접 수동으로 배터리 제품코드를 입력할 수 있으며, 도4에 도시된 바와 같이 모바일기기나 컴퓨터에서 외부 통신 연결단자를 통해 입력될 수도 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터저장부를 구체적으로 설명하기 위한 블록도 및 순서도이다.
도5를 참조하면, 데이터저장부(50)의 실제 사용되는 메모리 공간을 최소화하기 위해 메모리에 저장하는 요소는 배터리의 모델명과 배터리의 데이터로 구성될 수 있으며, 각 배터리의 모델에 대한 배터리 데이터 연결은 데이터검색부(70)에서 실시하도록 구성된다. 이때 효율적인 배터리 데이터의 검색은 사용자가 배터리 모델을 입력하였을 때 메모리에 있는 데이터의 모델명을 순차적으로 비교하고, 동일한 모델명이 있는 경우에 몇 번째의 모델인지를 데이터검색부(70)에서 기억한 후, 데이터 어드레스를 바로 계산하여 배터리의 데이터를 처리할 수 있다. 따라서, 사용자는 배터리에 대한 구체적인 정보 없이 배터리의 외형에 있는 배터리의 모델명을 사용자가 입력하거나 외부기기를 통하여 입력하게 되면, 이에 대한 배터리의 안전한 충전을 위한 정보가 자동으로 검색되어 사용될 수 있다.
충전조건결정부(80)는 상기 데이터검색부(70)에서 추출된 배터리 특성 데이터에 따라 배터리 충전을 위한 지령전압(VREF(t,T)) 및 지령전류(IREF(t,T))를 결정하여 상기 전력제어부(40)에 전송한다. 여기서, 충전모드가 펄스전류모드인 경우에는 펄스 입력 시간에 따라 반도체 스위칭소자(12)를 스위칭하여 배터리에 인가되는 전류의 폭을 결정한다.
한편, 상기한 충전조건결정부(80)에서 결정되는 배터리 모델에 따른 구체적인 충전 프로파일의 실시예는 도6과 같다. 도6에 도시된 바에 따르면, 사용자의 충전속도 결정(저속, 보통, 고속)과 배터리 모델에 따라 충전조건결정부(80)는 펄스충전 타임차트, 전류충전 타임차트, 전압충전 타임차트 중 하나를 결정하여 지령 프로파일을 생성한다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 충전 타임차트 중 전류충전 및 펄스충전 타임차트를 도시하는 그래프이고, 도8은 전압충전 타임차트를 도시하는 그래프이다. 도7 및 도8에 도시된 타임차트는 앞서 설명한 도6의 충전조건결정부에 저장된다.
*도7은 구체적으로, 연속전류 충전을 나타내는 전류지령 IREF(t,T)와 이에 더하여 펄스형 전류 충전 방식에서 펄스형 전류의 주기 TPULSE 및 펄스형 전류의 턴온시간 TON을 가지는 두 개의 모드로 구성된다. 여기서, 메모리에 저장되고 연산되는 데이터는, 최대 충전전류 IREF(t,T), 충전 안정화 시간 T(SETI-MC), 충전 종료 조건이 되는 ΔTMPSET, 최대 충전 허용시간 TEND 및 온도에 따라 결정되는 최대 충전전압 VREF(t,T)에 해당한다. 충전전류의 안정화 시간 동안 최대 기울기는 충전전류 IREF(t,T)와 충전 안정화 시간 T(SETI-MC)에 의해 다음의 수학식2에 의해 구해진다.
수학식 2
Figure PCTKR2014004435-appb-M000002
또한, 충전 종료 조건이 되는 ΔTMPSET는 허용온도로부터 단위 시간당의 최대 허용 변화량으로 계산된다. 충전 상태의 타임차트에서 검출되는 온도의 미분값이 허용온도와 충전시간으로 결정되는 ΔTMPSET을 넘어가는 경우 충전 종료 신호가 발생하고, 본 발명에 따른 충전장치는 충전을 종료하게 된다.
타임차트에서 충전 지령전류의 변화는 사용자가 설정한 충전속도(M1: 저속충전, M2: 보통충전, M3: 고속충전)에 따라 달라지며, 이는 도7 및 도8에서 설명되고 있다. 각 충전속도는 모두, 충전하고자 하는 배터리가 과방전되어 매우 낮은 전압 상태에 있을 때 초기 충전전류를 0.1C로 하여 매우 낮은 상태로 시작하게 되며, 0.1C에 해당하는 전류 지령치는 다음의 수학식3과 같이 배터리 모델의 데이터로부터 구해진다.
수학식 3
Figure PCTKR2014004435-appb-M000003
상기 수학식3에서 QMEM은 도5에서 설명되는 배터리 모델에 따른 충전 용량을 나타내고 있으며, 이는 데이터검색부(70)가 데이터저장부(50)로부터 배터리 모델을 찾아서 검색한 값에 해당한다.
그리고, 도7에서 충전 전압지령(VREF(t,T))은 충전전류 지령에 따라서 같은 비율로 증가하게 되고, 만약 배터리 전압이 충전 전압지령(VREF(t,T))보다 커지게 되면, 충전 전류지령이 감소하여 배터리 전압이 더 이상 상승하지 않도록 한다.
도8은 구체적으로, 충전 지령전류(IREF(t,T))는 초기 충전전류(IREF(0.1C))에서 M1 저속충전인 경우에는 그대로 유지하고, M2 보통충전이나 M3 고속충전에서는 도7 및 도8에 도시된 바와 같이 일정시간 동안 서서히 증가시켜 최종 지령 전류에 도달하도록 가변된다. 이는 지령전류의 급격한 상승에 따라 배터리의 충전시에 발생할 수 있는 급격한 온도 상승 또는 화학 작용을 방지하기 위함이다.
본 발명의 실시예에서 과도 상태의 충전 지령전류는 다음의 수학식4에 의해 결정된다.
수학식 4
Figure PCTKR2014004435-appb-M000004
상기 수학식4에서 AREF는 지령전류의 기울기에 해당하며, 이는 분당 0.1C의 비율로 상승하는 기울기로 설정되고 그 값은 다음의 수학식5와 같다.
수학식 5
Figure PCTKR2014004435-appb-M000005
한편, 본 발명의 충전장치에는 온도변화에 따라 배터리의 충전 보상을 수행하도록 주위 온도를 측정하여 상기 충전조건결정부(80)로 측정값을 전송하는 온도검출부(160)를 더 포함한다. 이러한 온도검출부(160)는, 충전장치 본체의 외측에 부착되어 주변 온도를 측정하는 제1온도센서(162)와, 성가 배터리의 외측에 부착되어 배터리 표면의 발열 온도를 측정하는 제2온도센서(164)를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 제2온도센서(164)는 배터리의 안전을 위한 충전 종료 시점을 판단하기 위해 사용되고, 제1온도센서(162)는 배터리의 발열 온도에 따른 충전용량 보정을 위해 사용된다. 배터리 충전용량은 도9에서와 같이 주변 온도에 따라 달라지므로 이를 고려하여 배터리 모델에 따른 충전용량을 보정할 수 있으며, 이에 따른 구체적인 실시예는 도10과 같다.
도10에서 TENV는 제1온도센서(162)로부터 검출된 주변 온도를 나타내며, 이 온도는 도10에서 도시된 온도에 따른 충전용량을 데이터화한 데이터화한 온도계수에 의해 보정계수 KTMP가 구해진다. 상기 보정계수는 배터리 모델에 따른 데이터검색부(70)가 데이터저장부(50)에서 읽어온 배터리 모델의 충전용량 QMEM과 곱해져 전력제어부(40)에서 요구되는 충전전압(VREF(t,T))과 충전전류(IREF(t,T))를 결정하는 충전용량(QREF(T))이 계산된다. 이 충전용량은 온도에 따른 함수로 표현된다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따른 지능형 배터리 충전장치에 의하면, 다양한 배터리에 대한 복잡한 지식 없이도 최적의 충전 조건으로 배터리를 충전할 수 있으므로 배터리의 수명을 단축시키지 않으면서도 안전하게 충전할 수 있게 된다. 또한, 배터리의 충전 상태를 정확하게 검출하고 온도에 따른 충전전류 및 충전전압을 올바르게 설정할 수 있으므로 정밀한 배터리 충전이 가능해진다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
본 발명은 지능형 배터리 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 특성 데이터에 기반하여 배터리 사양에 가장 적합한 형태로 충전할 수 있도록 하는 지능형 배터리 충전장치 분야에 이용가능하다.

Claims (4)

  1. 상용전원으로부터 전압크기 및 전류량을 변환하여 배터리를 충전하는 전력변환부와, 상기 전력변환부와 배터리 사이의 전기선로와 전기적으로 연결되어 상기 배터리에 제공되는 충전전압 및 충전전류를 검출하는 전압검출부 및 전류검출부와, 상기 전압검출부 및 전류검출부에서 검출된 충전전압 및 충전전류가 일정한 전압 및 전류 값이 되도록 상기 전력변환부를 제어하는 전력제어부를 포함하는 배터리 충전장치에 있어서,
    배터리의 종류와 제조사에 따라 요구되는 충전모드, 정격용량, 정격전압, 허용온도, 최대전류 및 최소전류에 대한 배터리 특성 데이터가 제품코드별로 저장되는 데이터저장부와; (여기서, 상기 충전모드는 배터리를 충전하는 방식이며, 정전압모드, 정전류모드, 전압-전류모드, 펄스전류모드, 부동충전모드로 구분된다.)
    상기 배터리에 기록된 소정의 제품코드를 입력받아 전송하는 사용자입력부와;
    상기 사용자입력부로부터 수신된 배터리 제품코드를 상기 데이터저장부에서 검색하여 동일한 제품코드에 대한 배터리 특성 데이터를 추출하는 데이터검색부; 및
    상기 데이터검색부에서 추출된 배터리 특성 데이터에 따라 배터리 충전을 위한 지령전압 및 지령전류를 결정하여 상기 전력제어부에 전송하는 충전조건결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 배터리 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    외부 통신장치 또는 외부 네트워크 수단과 접속되어 상기 데이터 저장부에 저장된 배터리 특성 데이터를 수정하고 신규 배터리 특성 데이터를 추가하는 외부통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 배터리 충전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 양 전극을 연결하는 한 쌍의 충전케이블 단자에 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전압검출선 및
    상기 한 쌍의 전압검출선으로부터 각각 입력되는 전압신호의 전압차를 증폭시켜 상기 전압검출부로 전송하는 차동증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 배터리 충전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    온도변화에 따른 상기 배터리의 충전 보상을 수행하도록 주위 온도를 측정하여 상기 충전조건결정부로 측정값을 전송하는 온도검출부를 더 포함하며,
    상기 온도검출부는,
    충전장치 본체의 외측에 부착되어 주변 온도를 측정하는 제1온도센서와,
    성가 배터리의 외측에 부착되어 배터리 표면의 발열 온도를 측정하는 제2온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 배터리 충전장치.
PCT/KR2014/004435 2013-05-20 2014-05-19 지능형 배터리 충전장치 WO2014189235A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130056476A KR101365160B1 (ko) 2013-05-20 2013-05-20 지능형 배터리 충전장치
KR10-2013-0056476 2013-05-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014189235A1 true WO2014189235A1 (ko) 2014-11-27

Family

ID=50271505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2014/004435 WO2014189235A1 (ko) 2013-05-20 2014-05-19 지능형 배터리 충전장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101365160B1 (ko)
WO (1) WO2014189235A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023093345A1 (zh) * 2021-11-25 2023-06-01 中兴通讯股份有限公司 充电控制方法、控制器、充电终端及可读存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110957795B (zh) * 2019-12-05 2021-08-06 深圳市洲明科技股份有限公司 充电电路、充电装置及显示屏

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005312115A (ja) * 2004-04-19 2005-11-04 Masatoshi Sase 充電器
KR100694880B1 (ko) * 1999-01-11 2007-03-13 소니 가부시끼 가이샤 배터리 충전장치
JP2007336778A (ja) * 2006-06-19 2007-12-27 Tokyo Electric Power Co Inc:The 充電システム及びその制御方法
JP2011101484A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Mitsubishi Pencil Co Ltd 充電式電池、充電器及び充電システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100694880B1 (ko) * 1999-01-11 2007-03-13 소니 가부시끼 가이샤 배터리 충전장치
JP2005312115A (ja) * 2004-04-19 2005-11-04 Masatoshi Sase 充電器
JP2007336778A (ja) * 2006-06-19 2007-12-27 Tokyo Electric Power Co Inc:The 充電システム及びその制御方法
JP2011101484A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Mitsubishi Pencil Co Ltd 充電式電池、充電器及び充電システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023093345A1 (zh) * 2021-11-25 2023-06-01 中兴通讯股份有限公司 充电控制方法、控制器、充电终端及可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
KR101365160B1 (ko) 2014-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101190356B1 (ko) 배터리 장치 및 배터리 장치의 방전 제어 방법
US5734254A (en) Battery pack and charging system for a portable electronic device
CN101908772B (zh) 平衡电路及预平衡电池组中多个电池的电压的方法
JP5388484B2 (ja) 電源を検出するための装置および方法
CN101529689B (zh) 电池组充电系统及方法
KR100987606B1 (ko) 배터리팩의 잔류용량 측정의 수정장치와 방법
US8421416B2 (en) Battery charge compensation
US8513922B2 (en) Battery pack and method of controlling charging of battery pack
US7589495B2 (en) Battery pack with switching device
US7439706B2 (en) Battery determination system for battery-powered devices
US5684387A (en) Voltage cutoff compensation method for a battery in a charger
CN110571941B (zh) 一种无线电能传输系统及其负载识别定位方法
US20100295503A1 (en) Multi-Use Fast Rate Charging Stand
US20130113417A1 (en) Charge control device and charge control method
EP3202013A1 (en) Battery module architecture with horizontal and vertical expandability
JP2010068571A (ja) 充電装置
KR102045047B1 (ko) 배터리 모듈의 soh 불균형을 고려한 최대용량 충전장치 및 그 제어방법
CN102984368A (zh) 一种用于自动识别原厂电池的移动终端及其识别方法
CN109904535A (zh) 电源管理装置、电源管理系统以及电池包信息的获取方法
KR101000870B1 (ko) 전기차량용 충전기
KR20010082175A (ko) 전기 회로에서 온도 감지에 관한 방법 및 장치
US20220247186A1 (en) Apparatus, system and method for charging
WO2014189235A1 (ko) 지능형 배터리 충전장치
KR20190063269A (ko) 배터리 팩
KR20190063268A (ko) 배터리 팩

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14800569

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14800569

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1