(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの電圧を測定する電圧測定部と、
前記バッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃに上昇するまで充電を行う初期充電モード、及び充電電力を段階的に下降調整しながら充電を行う後期充電モードに対応する充電制御信号を出力する制御部と、
前記充電制御信号に対応する充電電力を前記バッテリーに提供する充電部と、
を含み、
前記充電電力を段階的に下降調整する時点は、調整された充電電力によって前記バッテリーの電圧が前記遮断電圧に再到達する時点と相互連携しており、
前記制御部が、後期充電モードで充電電流を減少させる充電制御信号を出力するとき、充電電圧を予め設定された電圧幅ほど上昇させる充電制御信号を出力することを特徴とするバッテリー充電装置。
【請求項２】
前記遮断電圧Ｖｃが、バッテリーの満充電時の開放電圧より高く設定されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー充電装置。
【請求項３】
前記遮断電圧Ｖｃは、バッテリーの充電終了時の開放電圧が満充電時の開放電圧の９５％以上になるように設定されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー充電装置。
【請求項４】
前記後期充電モードにおいて、前記充電電力に対する段階的減少量△Ｐは、前記初期充電モードの終了時に適用された充電電力ＣＰ０の１／５以下であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー充電装置。
【請求項５】
前記後期充電モードは、段階的に下降調整された現時点の充電電力水準が予め設定された閾値に到達したときに終了することを特徴とする請求項１に記載のバッテリー充電装置。
【請求項６】
前記閾値が、０Ｗであることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー充電装置。
【請求項７】
前記初期充電モードが、定電力方式、定電流方式、定電圧方式、またはこれらの混合方式を使用して充電を行うモードであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー充電装置。
【請求項８】
前記遮断電圧、前記充電電力の段階的減少量、及び前記後期充電モードの終了時の充電電力条件を保存しているメモリー部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー充電装置。
【請求項９】
バッテリーと、
前記バッテリーから電力の供給を受ける負荷と、
前記バッテリーを充電する請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のバッテリー充電装置と、
を含むことを特徴とするバッテリー駆動システム。
【請求項１０】
前記負荷が、電気駆動手段または携帯用機器であることを特徴とする請求項９に記載のバッテリー駆動システム。
【請求項１１】
バッテリーと、
前記バッテリーを充電する請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のバッテリー充電装置と、
を含むことを特徴とするバッテリーパック。
【請求項１２】
バッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃに上昇するまで充電を行う初期充電段階と、
充電電力を段階的に下降調整しながら充電を行う後期充電段階と、
を含み、
前記充電電力を段階的に下降調整する時点は、調整された充電電力によって前記バッテリーの電圧が前記遮断電圧に再到達する時点と相互連携しており、
前記後期充電段階が、充電電流を減少させる充電制御信号を出力するとき、充電電圧を予め設定された電圧幅ほど上昇させて充電電力を段階的に下降調整する段階であることを特徴とするバッテリー充電方法。
【請求項１３】
前記遮断電圧Ｖｃが、バッテリーの満充電時の開放電圧より高く設定されたことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー充電方法。
【請求項１４】
前記遮断電圧Ｖｃは、バッテリーの充電終了時の開放電圧が満充電時の開放電圧の９５％以上になるように設定されたことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー充電方法。
【請求項１５】
前記後期充電段階において、前記充電電力に対する段階的減少量△Ｐは、前記初期充電段階の終了時に適用された充電電力ＣＰ０の１／５以下であることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー充電方法。
【請求項１６】
前記後期充電段階は、段階的に下降調整された現時点の充電電力水準が予め設定された閾値に到達したときに終了することを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー充電方法。
【請求項１７】
前記閾値が、０Ｗであることを特徴とする請求項１６に記載のバッテリー充電方法。
【請求項１８】
前記初期充電段階が、定電力方式、定電流方式、定電圧方式、またはこれらの混合方式を使用して充電を行う段階であることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー充電方法。
【請求項１９】
メモリー部に、前記遮断電圧、前記充電電力の段階的減少量、及び前記後期充電段階の終了時の充電電力条件を保存する保存段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーの充電装置及び方法に関し、より詳しくは、充電アルゴリズムを改善することで、バッテリーの満充電時に到達する電圧水準を効率的に上昇させることができる装置及び方法に関する。
本出願は、２０１１年１０月０４日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−０１００６６４号及び２０１２年１０月０４日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−０１１０１１６号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
近来、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、ＥＶ、ＨＥＶ、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電できる高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
現在商用化された二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などが挙げられるが、このうちリチウム二次電池は、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリー効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いことから、多くの分野で脚光を浴びている。
【０００３】
上記のような二次電池は、作動電圧内で動作するように充電される。一般的なリチウム二次電池の作動電圧は３．７Ｖ〜４．２Ｖの区間を有する。したがって、二次電池が満充電されたときの二次電池の開放電圧は４．２Ｖになる。しかし、二次電池の充電は常に同一条件で行われるものではない。すなわち、二次電池に負荷が連結された状態、または、負荷に電力を供給する過程でも充電は行われ得る。例えば、ハイブリッド自動車（hybrid electric vehicle）に搭載されたバッテリーの場合、車両駆動モーターに連結されて電力を供給すると同時に、エンジンから充電電力の供給を受けることが可能である。このように、二次電池が負荷に連結されている場合や充放電中に二次電池の電圧を測定すれば、負荷効果によって二次電池の正確な電圧を測定することができない。その結果、負荷に連結された状態で二次電池を充電するとき、二次電池の電圧のみを測定して二次電池が満充電に到達したか否かを確認し難い。
上記のような問題を解決するため、従来技術としてＳＯＣ（state of charge）を基準に充電するアルゴリズムがある。二次電池が負荷に電力を供給するとき、二次電池から負荷に供給される電流を測定し、それを合算して総放電量を記憶する。その後、充電時には二次電池の電圧を基準に充電せず、総放電量ほどの充電電流を供給して満充電に到達させる方法である。しかし、この技術では、充放電過程で発生するＳＯＣ測定誤差の累積により、充放電回数が増加するほど満充電達成率が低くなる問題点がある。したがって、満充電を達成可能な新たな充電アルゴリズムが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単且つ効率的にバッテリーを充電できる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリー充電装置は、バッテリーの電圧を測定する電圧測定部；前記バッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃに上昇するまで充電を行う初期充電モード、及び充電電力を段階的に下降調整（lowering）しながら充電を行う後期充電モードに対応する充電制御信号を出力する制御部；及び前記充電制御信号に対応する充電電力を前記バッテリーに提供する充電部；を含み、前記充電電力を段階的に下降調整する時点は、調整された充電電力によって前記バッテリーの電圧が前記遮断電圧に再到達する時点と相互連携していることを特徴とする。
本発明によれば、前記遮断電圧Ｖｃはバッテリーの満充電時の開放電圧より高く設定される。望ましくは、前記遮断電圧Ｖｃは、バッテリーの充電終了時の開放電圧が満充電時の開放電圧の９５％以上になるように設定され得る。
本発明によれば、前記初期充電モードでは、定電力方式、定電流方式、定電圧方式、またはこれらの混合方式を使用して充電が行われる。
一方、前記後期充電モードにおいて、前記充電電力に対する段階的減少量△Ｐは、前記初期充電モードの終了時に適用された充電電力ＣＰ０の１／５以下に設定され得る。
また、前記後期充電モードにおいて、前記充電電力の段階的減少量△Ｐは一定に設定されても良く、比例的に増加または減少するように設定されても良い。
本発明によれば、前記後期充電モードは、段階的に下降調整された（lowered）現時点の充電電力水準が予め設定された閾値に到達したときに終了する。一例として、前記閾値は０Ｗに設定され得る。
本発明によるバッテリー充電装置は、前記遮断電圧、前記充電電力の段階的減少量、及び前記後期充電モードの終了時の充電電力条件を保存しているメモリー部をさらに含むことができる。
【０００６】
本発明によるバッテリー充電装置は、バッテリー及びバッテリーから電力の供給を受ける負荷を含むバッテリー駆動システムの一構成要素になり得る。
前記バッテリー駆動システムは、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自転車（E-Bike）、電動工具（power tool）、電力貯蔵装置（energy storage system）、無停電電源装置（ＵＰＳ）、携帯用コンピューター、携帯電話、携帯用オーディオ装置、携帯用ビデオ装置などであり得、前記負荷は、バッテリーが供給する電力によって回転力を提供するモーターまたはバッテリーが供給する電力を各種回路部品が要する電力に変換する電力変換回路であり得る。
本発明によるバッテリー充電装置は、多数のバッテリーセルが直列または並列で連結されたセルアセンブリー、及びこのようなセルアセンブリーの充放電を制御するＢＭＳ（battery management system）を含むバッテリーパックの一構成要素になり得る。
このような場合、前記バッテリー充電装置は、ＢＭＳと統合されることもあり、別途の回路装置を構成することもあり得る。
また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリー充電方法は、バッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃに上昇するまで充電を行う初期充電段階；及び充電電力を段階的に下降調整しながら充電を行う後期充電段階；を含み、前記充電電力を段階的に下降調整する時点は、調整された充電電力によって前記バッテリーの電圧が前記遮断電圧に再到達する時点と相互連携していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、簡単且つ効率的にバッテリーの満充電時に到達する電圧水準を上昇させることができる。
本発明の他の態様によれば、充電しようとするバッテリーの特性、使用環境等を考慮して遮断電圧Ｖｃ及び段階的充電電力減少量△Ｐを設定することで、バッテリーの満充電時に到達する電圧水準を上昇させることができる。
本発明のさらに他の態様によれば、繰り返される充電過程で生じ得る測定誤差を基準に充電しないため、充電回数に関係なく満充電時に到達する電圧水準を上昇させることができる。
【０００８】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリー充電装置の機能的構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施例による初期充電モード及び後期充電モードにおけるバッテリーの電圧プロファイルを示したグラフである。
【図３】本発明の一実施例による初期充電モード及び後期充電モードにおける充電電力の変化プロファイルを示したグラフである。
【図４】本発明の一実施例によるバッテリー充電方法を概略的に示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本願の明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想の全てを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００１１】
まず、本発明の一実施例によるバッテリー充電装置１００について説明する。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー充電装置１００の機能的構成を概略的に示したブロック図である。
図１を参考すれば、本発明の一実施例によるバッテリー充電装置１００は、電圧測定部１１０、制御部１２０、及び充電部１３０を含む。
前記電圧測定部１１０は、バッテリーの充電が行われる間にバッテリーの電圧を測定する。バッテリー電圧測定技術は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者（以下、「当業者」）に公知の技術であるため、詳しい説明は省略する。
前記制御部１２０は、初期充電モード及び後期充電モードで充電部１３０を制御する。初期充電モードは、予め設定された初期充電電力でバッテリーの充電を始め、前記電圧測定部１１０によって測定されたバッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃに上昇するまで充電を行う充電モードである。後期充電モードは、初期充電モードの終了時の充電電力を基準に後期充電電力を段階的に下降調整（lowering）しながら充電を行う充電モードである。前記制御部１２０は、このような２種の充電モードに対応する充電制御信号を前記充電部１３０に出力する。
前記充電部１３０は、前記制御部１２０が出力する充電制御信号に対応する充電電力をバッテリーに提供する。そのために、前記充電部１３０は充電電力の生成に必要な電力を供給する電力供給手段（図示せず）と電気的に連結される。前記電力供給手段の例としては、商用電力網、大容量電力貯蔵装置、ジェネレーターなどが挙げられるが、これらに本発明が限定されることはない。バッテリーに任意の大きさを有する充電電力を提供する充電技術は、当業者に公知の技術であるため詳しい説明は省略する。
【００１２】
以下、図２及び図３を参照して初期充電モード及び後期充電モードについて詳しく説明する。
図２及び図３は、初期充電モード及び後期充電モードによるバッテリーの電圧プロファイル及び充電電力の変化プロファイルを示したグラフである。
まず、初期充電モードにおいて、前記制御部１２０は予め設定された初期充電電力ＣＰ０でバッテリーが充電されるように前記充電部１３０を制御する。初期充電電力ＣＰ０は、充電しようとするバッテリーの特性及びユーザの要求に合わせて多様に設定され得る。したがって、前記初期充電モードは、定電力方式、定電流方式、定電圧方式、またはこれらの混合方式を使用して行われ得る。
図２及び図３には、初期充電電力ＣＰ０が定電力方式でバッテリーを充電する場合が示されているが、充電方式によって、充電が行われる間に前記初期充電電力ＣＰ０の大きさが固定されることも、可変されることもあり得ることは自明である。また、前記初期充電モードにおいて、前記制御部１２０は前記電圧測定部１１０で測定したバッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃに上昇するまで充電が行われるように制御する。
本発明によれば、前記遮断電圧Ｖｃはバッテリーの満充電時の開放電圧より高く設定される。これは充電中に測定されたバッテリーの電圧が開放電圧より高い点を考慮したからである。このように遮断電圧Ｖｃをバッテリーの満充電時の開放電圧より高く設定すれば、より効率的に満充電時に到達する電圧を上昇させることができる。
望ましくは、前記遮断電圧Ｖｃはバッテリーの充電終了時の開放電圧が満充電時の開放電圧の９５％以上になるように設定され得る。本発明によれば、遮断電圧Ｖｃの設定値によって充電終了時のバッテリーの開放電圧値が変わる。したがって、実際使用しようとするバッテリーに対して多様な遮断電圧Ｖｃを設定し、多様な遮断電圧Ｖｃによる実際の充電実験を通じて多様な充電終了時の開放電圧値が得られる。このとき、実験を通じて得た多様な充電終了時の開放電圧値から、満充電時の開放電圧の９５％以上に該当する充電終了時の開放電圧値が得られる。したがって、満充電時の開放電圧の９５％以上になる充電終了時の開放電圧に該当する遮断電圧Ｖｃを本発明の遮断電圧Ｖｃとして設定することができる。
このように遮断電圧Ｖｃは充電しようとするバッテリーの特性及びユーザの要求に合わせて多様に設定され得る。遮断電圧Ｖｃをバッテリーの特性に合わせて多様に設定すれば、より効率的に満充電時に到達する電圧を上昇させることができる。
【００１３】
次に、後期充電モードにおいて、前記制御部１２０は充電部１３０を制御して、初期充電モードが終了した時点の充電電力を基準に充電電力を段階的に下降調整しながらバッテリーを充電する。このとき、充電電力を段階的に下降調整する時点は、調整された充電電力によって前記電圧測定部１１０で測定されたバッテリーの電圧が前記遮断電圧Ｖｃに再到達する時点と相互連携していることを特徴とする。
より具体的に、初期充電電力ＣＰ０で充電されていたバッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達すれば、前記制御部１２０は初期充電モードが終了した時点の充電電力ＣＰ０から予め設定された減少量△Ｐほど充電電力を減少させた後期充電電力ＣＰ１でバッテリーが充電されるように前記充電部１３０を制御する。前記充電部１３０が後期充電電力ＣＰ１でバッテリーを充電し、バッテリーの電圧が再び遮断電圧Ｖｃに到達すれば、再び前記制御部１２０は後期充電電力ＣＰ１から予め設定された減少量△Ｐほど充電電力を減少させた後期充電電力ＣＰ２でバッテリーが充電されるように前記充電部１３０を制御する。このような遮断電圧Ｖｃと連携した充電電力の段階的な下降調整は、充電電力水準が予め設定された閾値まで減少するまで繰り返される。
前記制御部１２０が後期充電電力を段階的に下降調整するように充電制御信号を前記充電部１３０に出力するときは、充電電圧を低めるか、充電電流を低めるか、または充電電圧と充電電流を共に低める充電制御信号を前記充電部１３０に出力することができる。
一例として、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達する度に、前記充電部１３０から出力される充電電圧を漸次前記遮断電圧Ｖｃに近づくように減少させ、同時に前記充電部１３０から出力される充電電流も漸次減少させることができる。このとき、減少した充電電圧と充電電流との積が予め設定された充電電力減少量△Ｐに該当するように、前記制御部１２０は充電制御信号を出力する。
【００１４】
他の例として、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達する度に、前記充電部１３０から出力される充電電圧を上昇させ、同時に前記充電部１３０から出力される充電電流を漸次減少させることができる。このとき、充電電圧の上昇幅は、バッテリーの遮断電圧Ｖｃまたは推定されるバッテリーの現在充電量を考慮して、円滑な充電が行われるように設定することができる。すなわち、後期充電が行われるにつれてバッテリーの充電量は増加するであろう。このとき、充電を中断して直接バッテリーの開放電圧を測定しなくても、推定されるバッテリーの開放電圧も漸次上昇するはずである。したがって、前記制御部１２０で前記充電部１３０とバッテリーとの間の電圧差を維持するように充電制御信号を出力することができる。勿論、上昇した充電電圧と減少した充電電流との積が予め設定された充電電力減少量△Ｐに該当するように、前記制御部１２０は充電制御信号を出力する。このとき、充電電圧の上昇幅は、メモリー部１４０に予め設定され保存され得る。このような方式で充電電力を制御すれば、バッテリーが満充電されたときの開放電圧をバッテリーが使用可能な電圧範囲で最大限増加させることができる。
【００１５】
図２及び図３には、初期充電モードが終了したときの充電電力ＣＰ０を基準に６回に亘って同じ幅で充電電力を減少させ、充電電力が０Ｗになったときに後期充電モードが終了した場合が示されている。しかし、充電電力に対する段階的減少量△Ｐ及び後期充電モードが終了する充電電力の閾値は、バッテリーの特性に合わせて多様に設定し得る。
一方、図２に示された実施例は、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達すれば、しばらく充電を中断し、前記バッテリーの電圧が安定した後、再びバッテリーの充電を行う実施例である。一般に充電中に測定されたバッテリーの電圧は、バッテリーの開放電圧（ＯＣＶ）より高く測定され、充電が中断されれば、バッテリー電圧が安定化する過程でバッテリー電圧が若干下がる。図２は、バッテリーの電圧が前記予め設定された遮断電圧Ｖｃに再到達することを理解し易く示したものであり、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達すれば、しばらく休止期を有する実施例を示している。しかし、本発明では、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達した後、休止期なく充電されるか、または、図２に示された例示より短時間の休止期を有して充電されることもあり得る。したがって、本発明は図２に示された例示に限定されない。
望ましくは、前記充電電力の段階的減少量△Ｐは、初期充電モードの終了時に適用された充電電力ＣＰ０の１／５以下である。また、充電電力の段階的減少量△Ｐは一定でも良く、比例的に増加または減少しても良い。
【００１６】
一方、本発明によるバッテリー充電装置１００は、前記遮断電圧Ｖｃ、前記充電電力の段階的減少量△Ｐ、及び前記後期充電モードの終了時の充電電力条件（閾値）を保存しているメモリー部１４０をさらに含むことができる。
前記メモリー部１４０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどデータを記録し消去できると知られた公知の半導体素子やハードディスクのような大容量貯蔵媒体からなり得るが、本発明がこれらに限定されることはない。
前記制御部１２０は、本発明による２元化された充電モードを行うためのプログラムコードを実行できるマイクロプロセッサから構成することができる。代案的に、前記制御部１２０は、本発明による２元化された充電モードの制御フローを論理回路で具現した半導体チップから構成することもできる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
本発明によるバッテリー充電装置は、バッテリー及びバッテリーから電力の供給を受ける負荷を含むバッテリー駆動システムの一構成要素になり得る。
前記バッテリー駆動システムの一例としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、電動工具、電力貯蔵装置、無停電電源装置、携帯用コンピューター、携帯用電話機、携帯用オーディオ装置、携帯用ビデオ装置などが挙げられる。また、前記負荷の一例としては、バッテリーが供給する電力によって回転力を提供するモーターまたはバッテリーが供給する電力を各種回路部品が要する電力に変換する電力変換回路が挙げられる。
さらに、本発明によるバッテリー充電装置は、多数のバッテリーセルが直列または並列で連結されたセルアセンブリー、及びこのようなセルアセンブリーの充放電を制御するＢＭＳを含むバッテリーパックの一構成要素になり得る。このような場合、前記バッテリー充電装置はＢＭＳと統合されることもあり、別途の回路装置として構成されることもある。
【００１７】
以下、本発明の一実施例によるバッテリー充電方法について説明する。本発明によるバッテリー充電方法の説明では、上述したバッテリー充電装置１００で詳しく説明した部分については繰り返される説明を省略する。
本発明によるバッテリー充電方法は、初期充電段階及び後期充電段階を含む。初期充電段階は、バッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃに上昇するまで充電を行う充電段階であり、後期充電段階は、充電電力を段階的に下降調整しながら充電を行う充電段階である。このとき、充電電力を段階的に下降調整する時点は、調整された充電電力によって前記バッテリーの電圧が前記遮断電圧Ｖｃに再到達する時点と相互連携していることを特徴とする。
【００１８】
図１及び図４を参照して本発明によるバッテリー充電方法を詳しく説明する。
図４は、本発明の一実施例によるバッテリー充電方法を概略的に示したフロー図である。図４において、段階Ｓ４１０及びＳ４２０は初期充電段階、Ｓ４３０ないしＳ４６０は後期充電段階に該当する。
図４を参照すれば、まず初期充電段階であるＳ４１０において、制御部１２０は予め設定された初期充電電力でバッテリーが充電されるように前記充電部１３０を制御する。前記初期充電段階では、定電力方式、定電流方式、定電圧方式、またはこれらの混合方式を使用することができる。
次いで、段階Ｓ４２０において、制御部１２０は電圧測定部１１０で測定したバッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃまで上昇したか否かを判断する。もし、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達していなければ、段階Ｓ４１０に戻って充電を続ける。一方、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達していれば、初期充電段階を終了し、後期充電段階であるＳ４３０に移る。
後期充電段階であるＳ４３０において、制御部１２０は初期充電モードが終了した時点の充電電力を予め設定された充電電力の段階的減少量△Ｐほど減少させる。前記充電電力の段階的減少量△Ｐは一定であっても、比例的に増加または減少しても良い。
その後、段階Ｓ４４０に移行し、段階Ｓ４３０で減少した充電電力が閾値に到達したか否かを判断する。もし、減少した充電電力が閾値に到達していれば、充電の手続きを終了する。一方、減少した充電電力が閾値に到達していなければ、段階Ｓ４５０に移る。
段階Ｓ４５０において、制御部１２０は減少した充電電力、すなわち、後期充電段階に対応する制御信号を充電部１３０に出力し、後期充電電力ＣＰｎでバッテリーが充電されるように充電部１３０を制御する。
次いで、段階Ｓ４６０において、制御部１２０は電圧測定部１１０で測定したバッテリーの電圧が予め設定された遮断電圧Ｖｃまで上昇したか否かを判断する。もし、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達していなければ、段階Ｓ４５０に戻って充電を続ける。一方、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに到達していれば、段階Ｓ４３０に戻る。
【００１９】
上記のように、制御部１２０は充電電力を段階的に減少させ、充電電力が予め設定された閾値に到達するまで後期充電段階を行い、充電電力が予め設定された閾値に到達すれば、充電を終了する。一例として、閾値は０Ｗであり得る。
上述したように、前記遮断電圧Ｖｃはバッテリーの満充電時の開放電圧より高く設定される。前記遮断電圧Ｖｃは、バッテリーの充電終了時の開放電圧が満充電時の開放電圧の９５％以上になるように設定されることが望ましい。
本発明によれば、前記後期充電段階において、前記充電電力に対する段階的減少量△Ｐは、前記初期充電段階の終了時に適用された充電電力ＣＰ０の１／５以下であり得る。また、充電電力の段階的減少量△Ｐは一定であっても、比例的に増加または減少しても良い。
本発明によるバッテリー充電方法は、メモリー部１４０に前記遮断電圧Ｖｃ、前記充電電力の段階的減少量△Ｐ、及び前記後期充電段階の終了時の充電電力条件を保存する保存段階をさらに含むことができる。
本発明によれば、簡単且つ効率的にバッテリーの満充電時に到達する電圧水準を上昇させることができる。また、充電しようとするバッテリーの特性、使用環境などを考慮して遮断電圧Ｖｃ及び段階的充電電力減少量△Ｐを設定し、バッテリーの満充電時に到達する電圧水準を上昇させることができる。さらに、繰り返される充電過程で生じ得る測定誤差を基準に充電しないため、充電回数に関係なく、満充電時に到達する電圧水準を上昇させることができる。
【００２０】
＜実験例＞
以下、本発明を実験例を挙げてより詳しく説明する。しかし、本発明の実験例は本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
まず、４３．５Ａｈの容量を有して満放電が行われたリチウム二次電池に、本発明による充電装置を連結した後、リチウム二次電池を常温に維持されるチャンバに位置させた。その後、充電電力を２．１ｋＷに一定に維持しながら、バッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃに該当する４．１３５Ｖに上昇するまで初期充電モードを行った。次いで、充電電力を２．１ｋＷから０．３ｋＷずつ段階的に下降調整しながら後期充電モードを行った。このとき、充電電力の下降調整時点は、調整された充電電力によってバッテリーの電圧が遮断電圧Ｖｃまで上昇した時点と連携させ、総７回にかけて充電電力を調整し、充電電力が０Ｗになったとき、後期充電モードを終了した。
上記のような実験条件でバッテリーの充電を完了した後、バッテリーの開放電圧を測定した結果、その値は４．１２５３Ｖと測定された。一方、本実験で使用されたリチウム二次電池の場合、ＳＯＣが１００％に該当する充電開放電圧の上限は４．２Ｖである。しかし、過充電を防止するため、リチウム二次電池の満充電開放電圧は５％程の余裕を持ってＳＯＣ９５％に該当する４．１２Ｖに設定されている。ところが、本発明による充電方法を適用した結果、バッテリーの開放電圧が９５．３８％に該当する４．１２５３Ｖまで増加しており、このような実験結果から本発明によってバッテリーを充電すれば、簡単且つ効率的にバッテリーの満充電時に到達する開放電圧水準を上昇させ、バッテリーの容量を増大できることが分かる。
【００２１】
以上のように、本発明が限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
また、本発明の説明において、図１などに示された本発明のバッテリー充電装置１００に関する各構成は、物理的に区分される構成要素というよりは論理的に区分される構成要素であると理解せねばならない。
すなわち、それぞれの構成は、本発明の技術思想を実現するための論理的な構成要素に該当するため、それぞれの構成要素が統合または分離されても本発明の論理構成が行う機能さえ実現できれば、本発明の範囲内であると解釈され、同一または類似の機能を果たす構成要素であればその名称の一致性とは関係なく、本発明の範囲内であると解釈されなければならない。
【符号の説明】
【００２２】
１００  バッテリー充電装置
１１０  電圧測定部
１２０  制御部
１３０  充電部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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