KR100866712B1 - 이차전지 안정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이온 이차전지의 만충전 또는 과충전 시점에서 자동으로 충전을 종료할 수 있는 이차전지 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 본 발명에 따르는 이차전지 안정화 장치는 이차전지, 상기 이차전지의 양단과 연결되어 충전 전압 및 충전 전류를 공급하여 상기 이차전지를 충전하는 전원, 및 상기 이차전지의 충전전압이 소정 전압이상이 되면, 상기 전원을 단락(SHORT)시켜 상기 이차전지의 충전을 중단시키는 이차전지 안정화부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명은 제너 다이오드 또는 배리스터 및 트랜지스터로 구성되는 간소한 구조의 이차전지 안정화부를 통해 리튬이온 이차전지의 만충전 또는 과충전 시점에서 자동으로 충전을 종료함으로써, 리튬이온 이차전지를 과충전으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.
이차 전지, 과열, NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터, MIT(Metal Insulator Transition) 서미스터

Description

이차전지 안정화 장치{APPARATUS OF STABILIZATING FOR STORAGE BATTERY}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 안정화 장치의 회로도.
도 2 및 도 3은 도 1의 이차전지 안정화 장치의 전류 흐름을 도시한 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전원
102 : 리튬이온 이차전지
104 : 이차전지 안정화부
106 : 제너 다이오드
108 : 트랜지스터
본 발명은 이차전지 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지가 과충전되어 손상되지 않도록 이차전지를 보호하는 이차전지 안정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전지는 크게 화학전지와 물리전지로 나뉘고, 화학전지는 일차전지 및 이차전지, 그리고 연료전지로 나눌 수 있다. 상기 이차전지로는 니켈/카드 뮴(Ni-Cd) 이차전지, 니켈/수소(Ni-Mh) 이차전지, 밀폐납산(SLA) 이차전지, 리튬(Li)이온 이차전지, 리튬(Li)-중합체 이차전지 및 재사용 알카리(Reusable alkaline) 이차전지 등이 있다.
특히 상기 리튬이온 이차전지는 일정 전압 이상으로 과충전되는 경우에는 양극 활물질과 전해액의 부반응이 많아지고, 심하면 양극활물질의 구조붕괴 및 전해액의 산화 반응 등이 동반되며, 음극활물질에서 리튬이 석출된다. 이러한 상태에서 계속하여 충전이 이루어지면 리튬이온 이차전지가 폭발하거나 발화한다.
이에 따라 종래에는 리튬이온 이차전지가 과충전되지 않도록 하기 위해 다양한 노력을 계속해 왔다. 예를 들면, 종래에는 열감지 소자인 서머스탯(Thermostat)(TS)를 충전전원을 공급하는 전원과 리튬이온 이차전지 사이에 연결하며, 과충전을 이유로 하여 상기 리튬이온 이차전지가 소정온도까지 발열하면, 상기 서머스탯이 오프되어 충전 동작을 중단시킨다.
그러나 상기한 종래 기술은 과충전에 따라 리튬이온 이차전지가 과열하는 경우에 충전을 중단토록 함으로써, 만충전 시점에 충전을 종료하는 것이 아니라 과충전에 이를 때까지 충전이 계속됨에 따라 리튬이온 이차전지의 수명을 단축시키는 원인이 되었다.
또한 상기한 종래 기술은 온도에 따라 리튬이온 이차전지의 과충전을 판별하므로, 열대지방과 같이 주변온도가 높은 경우나 극지방과 같이 주변온도가 낮은 경우에는 리튬이온 이차전지의 과충전 여부를 정확하게 판별할 수 없어, 과충전의 위험으로부터 리튬이온 이차전지를 보호할 수 없는 문제가 있었다.
이에 따라 리튬이온 이차전지의 만충전 또는 과충전 시점에서 충전을 종료할 수 있게 함은 물론이며, 주변온도에 무관하게 리튬이온 이차전지를 과충전으로부터 보호할 수 있는 기술의 개발이 절실하게 요망되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 리튬이온 이차전지의 만충전 또는 과충전 시점에서 자동으로 충전을 종료할 수 있는 이차전지 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 주변온도에 무관하게 리튬이온 이차전지를 과충전으로부터 보호할 수 있는 이차전지 안정화 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따르는 이차전지 안정화 장치는 이차전지, 상기 이차전지의 양단과 연결되어 충전 전압 및 충전 전류를 공급하여 상기 이차전지를 충전하는 전원, 및 상기 이차전지의 충전전압이 소정 전압이상이 되면, 상기 전원을 소트(SHORT)시켜 상기 이차전지의 충전을 중단시키는 이차전지 안정화부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 이차전지 안정화부는 상기 이차전지의 음극과 양극에 연결되며, 제어전류가 제공되면 상기 이차전지의 양극을 연결하는 스위칭소자, 및 상기 이차전지의 충전전압이 소정 전압이상이 되면, 상기 제어전류를 상기 스위칭소자에 공급하는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 리튬이온 이차전지의 충전전압이 소정 전압 이상이 되면, 상기 리 튬이온 이차전지의 충전을 중단시켜 리튬이온 이차전지가 과충전되는 것을 미연에 방지한다.
이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 안정화 장치의 구성을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
전원(100)은 상용 전원을 정전압으로 변환하여 리튬이온 이차전지(102)의 충전전압으로 공급하며, 이러한 전원(100)은 리튬이온 이차전지(102)의 양(+)극과 음(-)극에 병렬 연결된다.
리튬이온 이차전지(102)는 전원(100)으로부터 공급되는 충전전압에 따라 충전한다.
상기한 리튬이온 이차전지(102)에는 병렬로 이차전지 안정화부(104)가 연결된다. 이차전지 안정화부(104)는 제너 다이오드(106)와 트랜지스터(108)로 구성된다. 제너 다이오드(106)는 리튬이온 이차전지(102)의 양(+)극과 트랜지스터(108)의 베이스 단자 사이에 연결된다. 트랜지스터(108)의 에미터 단자와 콜렉터 단자는 리튬이온 이차전지(102)의 양(+)과 음(-)극 사이에 연결된다.
상기한 제너 다이오드(106)는 소정 항복전압 이상의 전압이 가해지면 전류를 유출하는 제너효과를 가진다. 이에, 본 발명에 따라 제너 다이오드(106)가 리튬이온 이차전지(102)의 만충전 또는 과충전 전압에 대응되게 전류를 유출하도록 하기 위해, 항복전압이 리튬이온 이차전지(102)의 만충전 또는 과충전 전압에 대응되는 제너 다이오드(106)가 선택되거나, 저항 등이 조합되어 구성된 전압 분배 회로가 추가로 연결될 수 있다.
또한 상기 도 1에서는 리튬이온 이차전지(102)의 만충전 또는 과충전 전압에 대응되게 전류를 유출하는 소자로서 제너 다이오드(106)를 채용한 것만을 예시하였으나, 배리스터(VARISTOR)를 채용할 수도 있다.
또한 상기 도 1에서는 스위칭 소자로서 PNP 트랜지스터(108)를 채용한 것을 예시하였으나, 베이스 전류에 소정 전류가 인가될 때에 도통하는 다양한 트랜지스터의 채용도 가능하다. 즉, PNP 트랜지스터뿐만 아니라, NPN 트랜지스터나 FET 등이 상기 도 1의 트랜지스터(106)로 채용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이제 상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 안정화 장치의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
전원(100)이 충전전압을 공급함에 따라 충전전류(I1)가 유출되며, 상기 충전전류(I1)는 제너 다이오드(106) 및 리튬이온 이차전지(102)로 공급된다. 즉 리튬이온 이차전지(102)로는 충전전류(I1)에서 제너 다이오드로 공급되는 제너전류(I2)를 감한 실제 충전전류(I3)가 유입된다.
상기한 실제 충전전류(I3)에 의해 충전되는 리튬이온 이차전지(102)의 충전전압이 만충전 또는 과충전 전압에 대응됨에 따라 제너 다이오드(106)가 전류를 제어전류로서 유출하면, 상기 제어전류는 트랜지스터(108)의 베이스 단자로 유입된다. 상기 베이스 단자로 상기 제어전류가 유입되면, 상기 트랜지스터(108)는 도통하여 전원(100)의 양단을 단락(SHORT)시킴으로써 더 이상 충전전류(I)가 리튬이온 이차전지(102)로 유입되지 않게 한다.
이와 같이 본 발명은 제너 다이오드 또는 배리스터 및 트랜지스터로 구성되 는 간소한 구조의 이차전지 안정화부(104)를 통해 리튬이온 이차전지의 만충전 또는 과충전 시점에서 자동으로 충전을 종료할 수 있게 한다.
또한 리튬이온 이차전지(102)의 충전전압을 토대로 과충전 여부를 판별하므로 주변온도에 무관하게 리튬이온 이차전지를 과충전으로부터 보호할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 제너 다이오드 또는 배리스터 및 트랜지스터로 구성되는 간소한 구조의 이차전지 안정화부를 통해 리튬이온 이차전지의 만충전 또는 과충전 시점에서 자동으로 충전을 종료함으로써, 리튬이온 이차전지를 과충전으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 리튬이온 이차전지의 충전전압을 토대로 과충전 여부를 판별하므로 주변온도에 무관하게 리튬이온 이차전지를 과충전으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 이차전지 안정화 장치에 있어서,
    이차전지의 양단과 연결되어 충전 전압 및 충전 전류를 공급하여 상기 이차전지를 충전하는 전원;
    상기 이차전지의 음극과 양극에 연결되며, 제어전류가 제공되면 상기 이차전지의 양단을 연결하여 상기 전원을 단락(SHORT)시키는 스위칭소자; 및
    상기 이차전지의 충전전압이 만충전 전압 또는 과충전 전압 이상이 되면, 상기 제어전류를 상기 스위칭소자에 공급하는 제너 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 안정화 장치.
  3. 이차전지 안정화 장치에 있어서,
    이차전지의 양단과 연결되어 충전 전압 및 충전 전류를 공급하여 상기 이차전지를 충전하는 전원;
    상기 이차전지의 음극과 양극에 연결되며, 제어전류가 제공되면 상기 이차전지의 양극을 연결하여 상기 전원을 단락(SHORT)시키는 스위칭소자; 및
    상기 이차전지의 충전전압이 만충전 전압 또는 과충전 전압 이상이 되면, 상기 제어전류를 상기 스위칭소자에 공급하는 배리스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 안정화 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 스위칭소자는 NPN 트랜지스터 또는 PNP 트랜지스터임을 특징으로 하는 이차전지 안정화 장치.
  5. 삭제
  6. 제2항 또는 제3항의 이차전지 안정화 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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