KR100620022B1 - Variableness charge current control apparatus and method for li-ion battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬-이온 배터리의 가변 충전전류 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 리튬-이온 배터리의 셀용량이 업 그레이드 되었을때, 고속 충전을 위해 충전기를 재설계하여 충전전류를 증가시키거나 충전을 위해 더 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 리튬-이온 배터리의 충전상태를 검출하여 그에 따른 현재 충전전류와 적정 충전전류를 SMBUS 통신 프로토콜에 맞는 형식으로 출력하는 제1 마이크로제어기를 구비하는 배터리팩과; 상기 배터리팩의 제1 마이크로제어기로부터 입력되는 적정충전전류 및 현재 충전전류를 입력받아 적정 충전전류와 현재 충전전류를 비교하여 그에 따라 듀티비가 가변되는 펄스폭 변조신호인 충전제어신호를 출력하는 제2 마이크로제어기를 포함하고 상기 제2 마이크로제어기의 충전제어신호에 따라 발생하는 정전류 제어신호에 의해, 소정 레벨의 직류전압을 적정 레벨의 직류전압으로 변환하여 상기 배터리팩의 충전전압으로 출력하는 충전부를 포함하여 구성함으로써, 모든 리듐-이온 배터리에 대하여 동일한 시간으로 충전을 수행할 수 있고, 이로 인해 리듐 이온 배터리 충전기를 공용화할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a variable charging current control device and method of a lithium-ion battery, and in the related art, when the cell capacity of a lithium-ion battery is upgraded, the charger is redesigned for fast charging to increase or increase the charging current. There is a problem that takes more time. Accordingly, the present invention provides a battery pack including a first microcontroller for detecting a state of charge of a lithium-ion battery and outputting a current charging current and an appropriate charging current according to the SMBUS communication protocol; A second charging unit receiving a proper charging current and a current charging current input from the first microcontroller of the battery pack, comparing the proper charging current with the current charging current, and outputting a charging control signal which is a pulse width modulation signal whose duty ratio is changed accordingly; A charging unit including a micro controller and converting a DC voltage of a predetermined level into a DC voltage of an appropriate level by the constant current control signal generated according to the charging control signal of the second micro controller and outputting the DC voltage of the battery pack as a charging voltage of the battery pack. In this configuration, it is possible to perform charging for all of the lithium-ion batteries at the same time, and therefore, there is an effect that the lithium ion battery charger can be used in common.
Description
도1은 본 발명 리튬-이온 배터리의 가변 충전전류 제어장치에 대한 구성을 보인 회로도.1 is a circuit diagram showing a configuration for a variable charging current control device of the present invention lithium-ion battery.
도2는 본 발명 리튬-이온 배터리의 가변 충전전류 제어방법에 대한 동작을 보인 흐름도.Figure 2 is a flow chart showing the operation of the variable charging current control method of the present invention lithium-ion battery.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명********** Description of the symbols for the main parts of the drawings *****
10:리튬-이온 배터리 11,21:마이크로제어기10: lithium-
20:DC/DC컨버터 22:정전류제어부20: DC / DC converter 22: constant current controller
23:충전제어전류발생부 100:배터리팩23: charge control current generator 100: battery pack
200:충전부200: charging unit
본 발명은 리튬-이온 배터리의 가변충전전류 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 리튬-이온 배터리의 충전전류를 자동으로 조정할 수 있도록 한 리튬-이온 배터리의 가변 충전전류 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a variable charging current control device and method of a lithium-ion battery, and more particularly, to a variable charging current control device and method of a lithium-ion battery capable of automatically adjusting the charging current of a lithium-ion battery.
일반적으로, 충전장치는 두가지 형태의 것이 있는데, 하나는 선형(Linear) 방식이고, 다른 하나는 스위칭(Switching:PWM) 방식이다.Generally, there are two types of charging devices, one of which is linear and the other of which is switching (PWM).
상기 스위칭 방식은 효율이 적고, 소형 경량으로 설계할 수 있어서, 일반적으로 널리 쓰이는 방법이기는 하나, 스위칭 노이즈가 있어서, 셀룰라폰에서는 사용이 제한되고 있다.The switching method has a low efficiency, can be designed to be small and light in weight, and is a widely used method. However, the switching method is limited in use in a cellular phone due to switching noise.
그리고, 선형방식은 간단하기는 하나 스위칭 방식에 비하여 효율이 떨어진다.In addition, although the linear method is simple, the efficiency is lower than that of the switching method.
통상, 리튬-이온 배터리의 셀용량이 업 그레이드 되었을때, 셀룰라폰의 충전장치는 고속 충전을 위해 충전기를 재설계하여 충전전류를 증가시키고, 노트북 컴퓨터는 다셀 리튬-이온 배터리가 적용되므로 더 많은 충전전류를 흐르게 하기 위해서는 하드웨어를 변경하거나 충전을 위해 더 많은 시간이 필요하게 된다. Typically, when the cell capacity of a lithium-ion battery is upgraded, the cell phone's charger redesigns the charger for fast charging, increasing the charging current, and notebook computers use a multi-cell lithium-ion battery to charge more. To allow current to flow, more time is required to change hardware or charge.
즉, 종래에는 리튬-이온 배터리의 셀용량이 업 그레이드 되었을때, 고속 충전을 위해 충전기를 재설계하여 충전전류를 증가시키거나 충전을 위해 더 많은 시 간이 소요되는 문제점이 있다.That is, in the related art, when the cell capacity of the lithium-ion battery is upgraded, there is a problem in that the charger is redesigned for fast charging to increase the charging current or more time is required for charging.
따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 리튬-이온 배터리의 적정 충전전류와 현재 충전전류를 비교하여 그에 따라 리튬-이온 배터리의 충전전류를 제어함으써, 리튬-이온 배터리 충전전류의 증감을 자동으로 조정할 수 있고, 아울러 모든 리튬-이온 배터리를 동일한 시간내에 충전할 수 있도록 한 리튬-이온 배터리의 가변 충전전류 제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention in view of the above problems by comparing the appropriate charging current of the lithium-ion battery with the current charging current and thereby controlling the charging current of the lithium-ion battery, It is an object of the present invention to provide a variable charging current control apparatus and method for a lithium-ion battery that can automatically adjust the increase and decrease, and to charge all the lithium-ion batteries in the same time.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리튬-이온 배터리의 충전상태를 검출하여 그에 따른 현재 충전전류와 적정 충전전류를 SMBUS 통신 프로토콜에 맞는 형식으로 출력하는 제1 마이크로제어기를 구비하는 배터리팩과;
상기 배터리팩의 제1 마이크로제어기로부터 입력되는 적정충전전류 및 현재 충전전류를 입력받아 적정 충전전류와 현재 충전전류를 비교하여 그에 따라 듀티비가 가변되는 펄스폭 변조신호인 충전제어신호를 출력하는 제2 마이크로제어기를 포함하고 상기 제2 마이크로제어기의 충전제어신호에 따라 발생하는 정전류제어신호에 의해, 소정 레벨의 직류전압을 적정 레벨의 직류전압으로 변환하여 상기 배터리팩의 충전전압으로 출력하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a battery pack having a first microcontroller for detecting the state of charge of the lithium-ion battery and outputs the current current and the appropriate current in accordance with the SMBUS communication protocol accordingly; ;
A second charging unit receiving a proper charging current and a current charging current input from the first microcontroller of the battery pack, comparing the proper charging current with the current charging current, and outputting a charging control signal which is a pulse width modulation signal whose duty ratio is changed accordingly; And a charging unit including a micro controller and converting a DC voltage of a predetermined level into a DC voltage of an appropriate level by a constant current control signal generated according to the charging control signal of the second micro controller and outputting the DC voltage of an appropriate level. Characterized in that.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리튬-이온 배터리의 상태에 따른 적정 충전전류를 리드하여 펄스폭 변조신호를 출력하는 제1 단계와; 현재 충전전류를 리드하여, 그 현재 충전전류의 레벨이 상기 적정 충전전류의 레벨 보다 큰지를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 판단결과, 적정 충전전류가 현재 충전전류 보다 크면 펄스폭 변조신호의 듀티비를 증가시키는 제3 단계와; 상기 제2 단계의 판단결과, 적정 충전전류가 현재 충전전류 보다 작으면 현재 출력되는 펄스폭 변조신호를 그대로 유지하면서 리튬-이온 배터리를 충전하는 제4 단계로 수행함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a first step of outputting a pulse width modulation signal by reading the appropriate charging current according to the state of the lithium-ion battery; Reading a current charging current to determine whether the level of the current charging current is greater than the level of the appropriate charging current; A third step of increasing the duty ratio of the pulse width modulated signal if the proper charging current is greater than the current charging current as a result of the determination in the second step; As a result of the determination of the second step, if the proper charging current is smaller than the current charging current, the fourth step of charging the lithium-ion battery while maintaining the current pulse width modulation signal is characterized in that it is carried out.
이하, 본 발명에 의한 리튬-이온 배터리의 가변 충전전류 제어장치 및 방법에 대한 작용과 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, operations and effects of the apparatus and method for controlling a variable charging current of a lithium-ion battery according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명 리튬-이온 배터리의 가변 충전전류 제어장치에 대한 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 리튬-이온 배터리(10)의 충전상태를 검출하여 그에 따른 현재 충전전류와 적정 충전전류를 출력하는 마이크로제어기(11)를 구비하는 배터리팩(100)과; 상기 배터리팩(100)의 마이크로제어기(11)로부터 입력되는 적정충전전류 및 현재 충전전류에 따라 발생하는 정전류제어신호(Ic)에 의해, 소정 레벨의 직류전압(VCC)을 적정 레벨의 직류전압으로 변환하여 상기 배터리팩(100)의 충전전압(S+,S-)으로 출력하는 충전부(200)로 구성한다.1 is a circuit diagram showing a configuration of a variable charging current control device of a lithium-ion battery according to the present invention. As shown in FIG. 1, a charging state of a lithium-
상기 충전부(200)는 적정 충전전류 및 현재 충전전류를 입력받아 그에 따른 충전제어신호(PWM)를 출력하는 마이크로제어기(21)와, 상기 마이크로제어기(21)의 충전제어신호(PWM)를 입력받아 그에 따른 충전제어전류(PROG)를 발생하는 충전제어전류발생부(23)와, 상기 충전제어전류(PROG)와 후술할 DC/DC컨버터(21)의 충전전류를 입력받아 비교하여 그에 따른 정전류제어신호(Ic)를 출력하는 정전류제어부(22)와, 상기 정전류제어부(22)의 정전류제어신호(Ic)에 따라, 소정 레벨의 직류전압 (VCC)을 입력받아 이를 업 또는 다운시켜 그에 따른 충전전압(S+,S-)을 출력하는 DC/DC컨버터(20)로 구성한다.The
상기 정전류제어부(22)는 충전전압(S+,S-)을 저항(R3)를 통해 검출하여 이를 증폭하는 제1 오피앰프(OP1)와, 상기 제1 오피앰프(OP1)의 출력신호에 의해 온/오 프 제어되는 엔피엔형트랜지스터 (Q1)와, 상기 엔피엔형트랜지스터(Q1)의 드레인측 출력신호와 충전제어전류(PROG)를 비교하여 그에 따른 정전류제어신호(Ic)를 출력하는 제2 오패앰프(OP2)로 구성한다.The constant
상기 충전제어전류발생부(23)는 소정 직류전압(VCC)이 인가된 제1 저항(R1)을 제2 저항(R2)의 일측에 접속하고, 상기 제2 저항(R2)의 타측에 소스가 접지된 엔모스트랜지스터(N1)의 드레인에 접속하며, 상기 엔모스트랜지스터(N1)의 드레인과 소스 사이에 역방향으로 다이오드(D1)를 접속하고, 상기 엔모스트랜지스터(N1)의 게이트에 충전제어신호(PWM)가 인가되며, 상기 제1 저항(R1)에 커패시터(C1)를 병렬로 접속하여 구성한다.The charging
상술한 바와 같이 구성한 본 발명의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.The operation of the present invention configured as described above will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 배터리팩(100)의 마이크로제어기(11)는 리튬-이온 배터리(10)의 충전상태를 검출하여 그에 따른 현재 충전전류와 적정 충전전류를 충전부(200)로 출력하는데, SMBUS의 통신 프로토콜에 맞는 형식으로 상기 현재 충전전류와 적정 충전전류를 출력한다.First, the
여기서, 상기 적정 충전전류는 리튬-이온 배터리(10)의 용량에 따라 다른 레벨을 갖는다.Here, the appropriate charging current has a different level depending on the capacity of the lithium-
그러면, 충전부(200)는 상기 배터리팩(100)의 마이크로제어기(11)로부터 입력되는 적정 충전전류 및 현재 충전전류에 따라 발생하는 정전류제어신호(Ic)에 의해, 소정 레벨의 직류전압(VCC)을 적정 레벨의 직류전압으로 변환하여 상기 배터리 팩(100)의 충전전압(S+,S-)으로 출력한다.Then, the
여기서, 상기 충전부(200)의 동작을 상세히 설명하면, 마이크로제어기(21)는 상기 배터리팩(100)의 마이크로제어기(11)로부터 적정 충전전류 및 현재 충전전류를 입력받아 그에 따른 충전제어신호로 펄스폭변조신호(PWM)를 출력하는데, 즉 적정 충전전류와 현재 충전전류를 비교하여 그에 따라 듀티비가 가변되는 펄스폭 변조신호(PWM)를 출력한다.Here, when the operation of the
상기에서, 만약, 적정 충전전류가 현재 충전전류 보다 크면, 상기 펄스폭 변조신호(PWM)는 듀티비가 증가되어 출력된다.In the above, if the proper charging current is greater than the current charging current, the pulse width modulated signal PWM is outputted with an increased duty ratio.
이후, 충전제어전류발생부(23)는 상기 마이크로제어기(21)로부터 펄스폭변조신호(PWM)를 입력받아 그에 따른 충전제어전류(PROG)를 발생하고, 정전류제어부 (22)는 상기 충전제어전류(PROG)와 후술할 DC/DC컨버터(20)에서 발생하는 충전전류를 입력받아 비교하여 그에 따른 정전류제어신호(Ic)를 DC/DC컨버터(20)로 출력한다.Thereafter, the charge
이에 따라, 상기 DC/DC컨버터(20)는, 상기 정전류제어부(22)의 정전류제어신호(Ic)에 따라, 소정 레벨의 직류전압(VCC)을 입력받아 이를 업 또는 다운시켜 그에 따른 충전전압(S+,S-)을 출력한다.Accordingly, the DC /
그러면, 리튬-이온 배터리(10)의 상태에 따라, 상기 충전부(200)에서 발생하는 충전전류에 의해, 배터리팩(100)의 리튬-이온 배터리(10)에, 상기 충전부(200)에서 발생하는 충전전압(S+,S-)이 충전된다.Then, according to the state of the lithium-
보다 상세하게, 도2를 참조하여 본 발명을 설명하면, 배터리팩(100)의 마이 크로제어기(10)는 리튬-이온 배터리(10)의 적정 충전전류를 리드하여 그에 따른 펄스폭 변조신호(PWM)를 출력한다(SP~SP3).More specifically, referring to FIG. 2, the
그 다음, 현재 충전전류를 리드하여, 그 현재 충전전류의 레벨이 상기 적정 충전전류의 레벨 보다 큰지를 판단한다(SP4),(SP5).Then, the current charging current is read to determine whether the level of the current charging current is greater than the level of the appropriate charging current (SP4) (SP5).
그 판단결과, 적정 충전전류가 현재 충전전류 보다 크면 펄스폭 변조신호 (PWM)의 듀티비를 증가시키는 동작을 상기 적정 충전전류가 현재 충전전류와 같거나 작아질때까지 반복 수행한다(SP6).As a result of the determination, if the proper charging current is greater than the current charging current, the operation of increasing the duty ratio of the pulse width modulation signal PWM is repeated until the appropriate charging current is equal to or smaller than the current charging current (SP6).
한편, 상기 적정 충전전류가 현재 충전전류 보다 작으면 현재 출력되는 펄스폭 변조신호(PWM)를 그대로 유지하면서 리튬-이온 배터리를 충전한다(SP7),(SP8).On the other hand, if the appropriate charging current is less than the current charging current to charge the lithium-ion battery while maintaining the current pulse width modulation signal (PWM) (SP7, SP8).
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 리듐 이온 배터리의 용량이 향상되어도 충전전류를 자동으로 증가 또는 감소시키므로, 충전전류를 증가시키기 위한 하드웨어적인 재설계가 필요없으므로 비용을 절감할 수 있고, 또한 상기 리튬-이온 배터리의 충전전류를 자동으로 조정함으로써 모든 리듐-이온 배터리에 대하여 동일한 시간으로 충전을 수행할 수 있고, 이로 인해 리듐 이온 배터리 충전기를 공용화할 수 있는 효과가 있다. As described in detail above, the present invention automatically increases or decreases the charging current even when the capacity of the lithium ion battery is improved, thereby eliminating the need for a hardware redesign to increase the charging current and thus reducing the cost. -By automatically adjusting the charging current of the ion battery, it is possible to charge all the lithium-ion batteries at the same time, which makes the lithium ion battery charger common.
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