KR101066379B1 - 리튬배터리 충전장치 및 방법 - Google Patents

리튬배터리 충전장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

리튬배터리 충전장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전장치는, 리튬배터리; 상기 리튬배터리의 온도를 검출하는 온도센서; 상기 리튬배터리의 전압을 검출하는 전압검출부; 상기 검출된 리튬배터리의 온도를 이용하여 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정하고, 상기 결정된 펄스충전 시작전압과 상기 검출된 리튬배터리의 전압을 비교하여 그 비교결과에 따라 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호를 발생하는 중앙처리부; 및 상기 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호에 따라 각각 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전하는 충전전력 제어부를 포함한다.

Description

리튬배터리 충전장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CHARGING LITHIUM BATTERY}
본 발명은 리튬배터리 충전장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 리튬배터리의 온도 및 전압을 고려하여 리튬배터리를 충전하는 기술에 관한 것이다.
리튬배터리를 충전하는 방식으로 정전류-정전압 충전방식이 많이 이용되고 있다.
이 중 정전류-정전압 충전방식은 정전류 방식으로 리튬배터리를 충전하다가 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 상한전압, 예를 들어 4.1V~4.2V에 도달하면 정전압 충전방식으로 전환하여 낮은 전류로 리튬배터리의 전압이 상한전압을 넘기지 않도록 충전하는 방식이다.
이 정전류-정전압 충전방식은 구현하기가 편하고 쉽다는 장점이 있다.
그러나 정전류-정전압 충전방식으로 리튬배터리를 충전하는 경우, 즉 충전전류만 높여서 충전시간을 단축하는데 한계가 있으며 고전류로 충전할수록 리튬배터리의 수명이 빨리 단축되는 문제점이 발생한다.
또한 저온상태에서 충전시 리튬배터리의 수명이 단축되며 완충용량이 감소하며, 특히 영하 20도에서는 리튬의 도금만 진행되기 때문에 정전류 방식으로 리튬배터리를 충전할 수 없다는 문제점을 갖는다.
저온에서도 리튬배터리의 충전용량이 유지되며 빠른 속도로 리튬배터리를 충전할 수 있으며, 고전류에서 충전시에도 리튬배터리의 수명을 연장하는 리튬배터리 충전장치 및 방법이 제안된다.
본 발명의 일 양상에 따른 리튬배터리 충전방법은, 온도센서를 이용하여 리튬배터리의 온도를 검출하는 단계; 상기 검출된 리튬배터리의 온도를 이용하여 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정하는 단계; 전압검출부를 이용하여 상기 리튬배터리의 전압을 검출하는 단계; 상기 검출된 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 펄스충전 시작전압의 크기를 비교하는 단계; 상기 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 펄스충전 시작전압보다 큰 경우 펄스충전방식으로 리튬배터리를 충전하고, 작은 경우 상기 검출된 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 부스트 충전시작 전압의 크기를 비교하여 상기 검출된 리튬배터리의 전압이 낮은 경우에 부스트 충전방식으로 리튬배터리를 충전하며 높은 경우에 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전하는 단계; 상기 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인하는 단계; 상기 리튬배터리의 만충전압에 도달한 경우 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는가를 확인하는 단계; 및 상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있지 않은 경우 리튬배터리의 충전전류가 리튬배터리의 만충전압 시 기준충전전류보다 높은가를 확인하여 높으면 상기 기준충전전류보다 높은 리튬배터리의 충전전류를 1단계 감소시켜 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전하며 낮으면 리튬배터리의 충전을 종료하며, 상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는 경우 리튬배터리의 충전방식을 다단계 정전류 충전방식으로 전환하여 리튬배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
상기 펄스충전 시작전압은, 상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 구해질 수 있다.
상기 펄스충전 시작전압은, 아래의 수학식을 이용하여 구해질 수 있다.
[ 수학식 ]
Figure 112011021089512-pat00001
이때, A, B 및 C는 서로 다른 상수이고, 제1온도는 제2온도보다 작을 수 있다.
상기 부스트 충전시작 전압은, 상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 구해질 수 있다.
상기 부스트 충전시작 전압은, 아래의 수학식을 이용하여 구해질 수 있다.
[ 수학식 ]
Figure 112011021089512-pat00002
이때, D는 상수이다.
상기 부스트 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지는 경우, 상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은가를 확인하고, 상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은 경우, 상기 부스트 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 리튬배터리 충전장치는, 리튬배터리; 상기 리튬배터리의 온도를 검출하는 온도센서; 상기 리튬배터리의 전압을 검출하는 전압검출부; 상기 검출된 리튬배터리의 온도를 이용하여 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정하고, 상기 결정된 펄스충전 시작전압과 상기 검출된 리튬배터리의 전압을 비교하여 그 비교결과에 따라 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호를 발생하는 중앙처리부; 및 상기 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호에 따라 각각 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전하는 충전전력 제어부를 포함한다.
상기 중앙 처리부는, 상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 상기 펄스충전 시작전압을 구할 수 있다.
상기 중앙처리부는, 상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 상기 부스트 충전시작 전압을 구할 수 있다.
상기 중앙처리부는, 상기 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 펄스충전 시작전압보다 큰 경우 펄스충전신호를 발생하고, 작은 경우 상기 검출된 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 부스트 충전시작 전압의 크기를 비교하고, 상기 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 부스트 충전시작 전압보다 낮은 경우에 부스트 충전신호를 발생하고 높은 경우에 다단계 정전류 충전신호를 발생할 수 있다.
상기 중앙처리부는, 상기 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달 여부를 확인하여 도달한 경우, 상기 충전전력 제어부에 의해서 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는가를 확인하고, 상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지지 않는 경우, 리튬배터리의 충전전류가 리튬배터리의 만충전압 시 기준충전전류보다 높은가를 비교하여 높으면 상기 기준충전전류보다 높은 리튬배터리의 충전전류를 1단계 감소시켜 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지도록 충전전력 제어부를 제어하며 높으면 리튬배터리의 충전을 종료하도록 충전전력 제어부를 제어하며, 상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는 경우, 리튬배터리의 충전방식을 다단계 정전류 충전방식으로 전환하여 리튬배터리를 충전하도록 충전전력 제어부를 제어할 수 있다.
상기 중앙 처리부는, 상기 부스트 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지는 경우, 상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은가를 확인하고, 상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은 경우에 상기 부스트 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인할 수 있다.
상기 리튬배터리 충전장치는, 상기 리튬배터리의 충전전류를 검출하여 상기 중앙처리부에 피드백하는 리튬배터리 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전장치 및 방법에 따르면, 리튬배터리의 온도에 따라 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정하고, 상기 결정된 펄스충전 시작전압과 상기 검출된 리튬배터리의 전압을 비교하여 그 비교결과에 따라 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전함으로써, 저온에서도 리튬배터리의 충전용량이 유지되며 빠른 속도로 리튬배터리를 충전할 수 있으며, 고전류에서 충전시에도 리튬배터리의 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전방법에 대한 플로차트를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전장치는, 리튬배터리(1), 온도센서(2), 전압검출부(3), 중앙처리부(4) 및 충전전력 제어부(5)를 포함한다. 이때 리튬배터리(1)는 리튬 이온전지일 수 있다.
온도센서(2)는 리튬배터리의 온도를 검출하여 중앙처리부(4)에 제공한다.
전압검출부(3)는 리튬배터리의 전압을 검출하여 중앙처리부(4)에 제공한다. 이때 전압검출부는 OP-AMP를 이용하여 구성될 수 있다.
중앙처리부(4)는 온도센서(2)에서 검출된 리튬배터리의 온도를 이용하여 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정한다.
이때, 중앙처리부(4)는 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 펄스충전 시작전압을 구할 수 있다. 리튬배터리의 최저전압은 리튬배터리의 충전이 이루어질 수 있는 최저전압을 나타내며, 리튬배터리의 최저전압에서는 리튬배터리의 충전이 이루어지지 않는다. 실시예로 아래의 수학식 1을 이용하여 펄스충전 시작전압을 구할 수 있다. 리튬배터리의 최저전압은 리튬배터리의 충전이 이루어질 수 있는 최저 전압을 나타내며, 즉 리튬배터리의 최저전압 이하에서는 리튬배터리의 충전이 이루어지지 않는다.
Figure 112011021089512-pat00003
이때, A, B 및 C는 서로 다른 상수이고, 제1온도는 제2온도보다 작다. 실시예로 제1온도는 섭씨 23도일 수 있고 제2온도는 섭씨 30도일 수 있다. 위의 수학식 1에 따르면 검출된 리튬배터리의 온도가 낮아질수록 펄스충전이 이루어지는 온도구간이 커지며 영하일 경우에는 펄스충전이 이뤄지는 온도구간이 100%가 된다. 검출된 리튬배터리의 온도가 높아질수록 펄스충전이 이뤄지는 온도구간이 점차 줄어들게 되며 제2온도를 초과하게 되면 펄스충전구간이 0%가 되어, 펄스충전이 이뤄지지 않게 된다.
또한 중앙처리부(4)는 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 부스트 충전시작 전압을 구할 수 있다. 실시예로, 아래의 수학식 2을 이용하여 부스트 충전시작 전압을 구할 수 있다.
Figure 112011021089512-pat00004
이때, D는 상수이다.
이후, 중앙처리부(4)는, 이렇게 결정된 펄스충전 시작전압과 전압검출부(3)에서 검출된 리튬배터리의 전압을 비교하여, 그 비교결과에 따라 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호를 발생한다. 이때, 펄스충전신호는 리튬배터리의 충전전류를 조절하기 위한 PWM 출력과 펄스충전개시를 위한 비트신호를 포함할 수 있으며, 부스트 충전신호는 리튬배터리의 충전전류를 조절하기 위한 PWM 출력과 부스트충전개시를 위한 비트신호를 포함할 수 있으며, 다단계 정전류 충전신호는 리튬배터리의 충전전류를 조절하기 위한 PWM 출력과 다단계 정전류 충전개시를 위한 비트신호를 포함할 수 있다. 그리고 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호에 각각 포함된 PWM 출력의 ON-OFF 비율은 서로 상이할 수 있다. 여기서 펄스충전개시를 위한 비트신호가 먼저 충전전력 제어부(5)에 제공된 후 펄스충전신호에 포함된 PWM출력이 제공될 수 있으며, 충전작업이 끝날 때 까지 두 신호는 계속 지속이 된다.
이러한 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호의 발생에 대해서 살펴보기로 한다.
중앙처리부(4)는, 전압검출부(3)에서 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 펄스충전 시작전압보다 큰 경우 펄스충전신호를 발생하고, 작은 경우 전압검출부(3)에서 검출된 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 부스트 충전시작 전압의 크기를 비교한다. 중앙처리부(4)는 전압검출부(3)에서 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 부스트 충전시작 전압보다 낮은 경우에 부스트 충전신호를 발생하고 높은 경우에 다단계 정전류 충전신호를 발생할 수 있다.
이후, 중앙처리부(4)는 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달 여부를 확인하여 도달한 경우, 충전전력 제어부(5)에 의해서 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는가를 확인한다. 이에 더하여 중앙처리부(4)는, 부스트 충전방식으로 리튬배터리(1)의 충전이 이루어지는 경우, 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리(1)의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은가를 확인한다. 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은 경우, 중앙처리부(4)는 부스트 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인할 수 있다. 이때, 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압은 전압검출부(3)를 통해서 검출되어 중앙처리부(4)에 제공될 수 있다.
중앙처리부(4)는 펄스충전방식으로 리튬배터리(1)의 충전이 이루어지지 않는 경우 리튬배터리(1)의 충전전류와 리튬배터리(1)의 만충전압 시 기준충전전류의 크기를 비교하여, 높으면 상기 기준충전전류보다 높은 리튬배터리의 충전전류를 1단계 감소시켜 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지도록 충전전력 제어부(5)를 제어하고 낮으면 리튬배터리(1)의 충전을 종료하도록 충전전력 제어부(5)를 제어한다.
이때, 다단계 정전류 충전방식은 충전전류 값이 리니어(linear)하게 감소하는 종전의 충전전류와 달리 충전전류를 설정된 수의 단계로 잘라서(x축을 시간, y축을 전류로 하는 그래프) 계단모양으로 감소하는 전류를 이용하여 리튬배터리를 충전하는 방식이다. 이를 위해서 충전전류의 설정이 필요하게 되는데, 사용자는 입력장치(미도시)를 통해서 충전전류를 설정할 수 있다.
이렇게 설정된 충전전류에 대해서 중앙처리부(4)는 설정된 수의 단계로 나누어 리튬배터리의 충전이 이루어지도록 하며, 리튬배터리 전압이 만충전압에 도달하고 펄스충전이 이루어지지 않고 있는 경우 만충전압 시 기준충전전류보다 높은 충전전류를 한 단계 낮춰 리튬배터리를 충전한다. 실시예로 중앙처리부(4)는 사용자가 입력장치를 통해서 설정한 충전전류가 5[A]인 경우, 이를 1 내지 5[A]의 다섯 단계로 나눌 수 있으며, 이에 5[A]로 충전전류를 맞추어 리튬배터리의 충전을 제어하다가 리튬배터리 전압이 만충전압에 도달하고 펄스충전이 이루어지지 않고 있는 경우, 즉 리튬배터리의 충전전류 5[A]가 기준충전전류 1[A]보다 높으므로, 5[A]의 충전전류를 한 단계 낮춘 4[A]로 리튬배터리를 충전시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전장치는, 리튬배터리(1)의 충전전류를 검출하여 중앙처리부(4)에 피드백하는 리튬배터리 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편 중앙처리부(4)는 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는 경우 리튬배터리(1)의 충전방식을 다단계 정전류 충전방식으로 전환하여 리튬배터리(1)를 충전하도록 충전전력 제어부(5)를 제어할 수 있다.
충전전력 제어부(5)는 중앙처리부(4)에 발생한 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호에 따라 각각 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로, 외부에서 인가되는 전압을 이용하여 리튬배터리(1)를 충전한다. 이때, 외부에서 인가되는 전압의 크기는 12V일 수 있다.
즉, 충전전력 제어부(5)는 펄스충전신호에 포함된 펄스충전개시를 위한 비트신호에 따라 펄스충전방식을 이용하여 리튬배터리(1)의 충전을 시작한다. 이때 충전전력 제어부(5)는 리튬배터리(1)의 충전전류를 펄스충전신호에 포함된 PWM의 ON-OFF 비율을 통하여 결정할 수 있다. 또한 충전전력 제어부(5)는 부스트 충전신호에 포함된 부스트충전개시를 위한 비트신호에 따라 부스트 충전방식을 이용하여 리튬배터리(1)의 충전을 시작한다. 이때 충전전력 제어부(5)는 리튬배터리(1)의 충전전류를 부스트 충전신호에 포함된 PWM의 ON-OF 비율을 통하여 결정할 수 있다. 또한 충전전력 제어부(5)는 다단계 정전류 충전신호에 포함된 다단계 정전류 충전개시를 위한 비트신호에 따라 다단계 정전류 충전방식을 이용하여 리튬배터리(1)의 충전을 시작한다. 이때 충전전력 제어부(5)는 리튬배터리(1)의 충전전류를 다단계 정전류 충전신호에 포함된 PWM의 ON-OFF 비율을 통하여 결정할 수 있다.
이러한 펄스충전방식, 부스트 충전방식, 다단계 정전류 충전방식에 대해서 살펴보기로 한다.
펄스충전방식은 다양한 크기와 간격을 갖는 펄스 전류와 펄스 전압을 이용하는 충전방식으로, 정전류-정전압 충전방식에서 정전압 충전방식으로 충전하는 것 대신에 펄스 충전으로 리튬배터리 용량의 약 80%를 충전할 수 있는 방식이다. 이 펄스 충전방식은 저온, 예를 들어 섭씨 0도에서 정전류-정전압 충전방식에 의한 리튬배터리 충전용량보다 약 3배 이상의 용량을 더 충전할 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 정전류-정전압 충전방식에 비해 충전속도가 느리다는 단점을 가진다.
부스터 충전방식은 거의 방전되어 있는 리튬배터리를 매우 짧은 시간에 고전류로 충전할 수 있는 방식이다. 이 부스터 충전방식은 충전 잔량이 거의 없는 리튬배터리의 충전시간을 단축하는 장점을 가진다. 그러나 부스터 충전방식으로 충전하는 경우 리튬배터리의 수명이 빨리 단축되며 저온에서 완충용량이 감소한다는 단점이 있다.
다단계 정전류 충전방식은 고전류에서 저전류로 전류 값을 단계별로 낮춰가면서 리튬배터리를 충전하는 방식이다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전장치에서 다단계 정전류 충전방식은 고전류에서 저전류로 전류값을 단계별로 낮춰가면서 리튬배터리를 충전하는 방식일 수 있다. 이 다단계 정전류 충전방식은 정전류-정전압 충전방식에 비해서 약 25% 정도 리튬배터리의 사이클 수명을 향상시킬 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 다단계 정전류 충전방식은 저온에서 충전이 잘 되지 않는다는 단점을 가진다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전방법에 대한 플로차트를 나타낸다. 도 2에 도시된 리튬배터리 충전방법은 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 리튬배터리 충전장치에서 수행될 수 있다.
도시된 바와 같이, 리튬배터리 충전장치는 온도센서를 이용하여 리튬배터리의 온도를 검출한다(S1).
리튬배터리 충전장치는 검출된 리튬배터리의 온도를 이용하여 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정한다(S2).
이때, 펄스충전 시작전압 및 부스트 충전시작 전압은 각각 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 구해질 수 있다.
리튬배터리 충전장치는 리튬배터리의 전압과 결정된 펄스충전 시작전압의 크기를 비교한다(S3). 이때 리튬배터리 충전장치는 리튬배터리의 전압과 결정된 펄스충전 시작전압의 크기를 비교하기 전에, 도 1에 도시된 전압검출부(3)를 이용하여 리튬배터리의 전압을 검출할 수 있다. 즉, 이러한 전압검출부(3)를 이용한 리튬배터리의 전압 검출은 상기 S1 단계의 수행 전에, 상기 S1 단계의 수행과 동시에, 상기 S1 단계와 S2 단계 사이에서, 상기 S2단계 수행과 동시에, 상기 S2 단계와 S3 단계 사이에서 중 어느 하나를 통해 이루어질 수 있다.
리튬배터리 충전장치는 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 펄스충전 시작전압보다 큰 경우 펄스충전방식으로 리튬배터리를 충전한다(S4). 작은 경우 리튬배터리 충전장치는 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 부스트 충전시작 전압의 크기를 비교하여(S5), 리튬배터리의 전압이 낮은 경우에 부스트 충전방식으로 리튬배터리를 충전하며(S6), 높은 경우에 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전한다(S7). 이때, 부스트 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지는 경우, 리튬배터리 충전장치는 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은가를 확인하고, 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은 경우에 부스트 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인할 수 있다.
이후 리튬배터리 충전장치는 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인한다(S8).
리튬배터리의 만충전압에 도달한 경우, 리튬배터리 충전장치는 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는가를 확인한다(S9).
확인결과 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있지 않은 경우, 리튬배터리 충전장치는 리튬배터리의 충전전류가 리튬배터리의 만충전압 시 기준충전전류보다 높은가를 확인하여(S10), 높으면 상기 기준충전전류보다 높은 리튬배터리의 충전전류를 1단계 감소시켜(S11), 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지도록 한다(S7).
한편, S9 단계의 확인결과 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는 경우, 리튬배터리 충전장치는 S7단계로 진행하여 리튬배터리의 충전방식을 다단계 정전류 충전방식으로 전환하여 리튬배터리를 충전할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 온도센서를 이용하여 리튬배터리의 온도를 검출하는 단계;
    상기 검출된 리튬배터리의 온도를 이용하여 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정하는 단계;
    전압검출부를 이용하여 상기 리튬배터리의 전압을 검출하는 단계;
    상기 검출된 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 펄스충전 시작전압의 크기를 비교하는 단계;
    상기 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 펄스충전 시작전압보다 큰 경우 펄스충전방식으로 리튬배터리를 충전하고, 작은 경우 상기 검출된 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 부스트 충전시작 전압의 크기를 비교하여 상기 검출된 리튬배터리의 전압이 낮은 경우에 부스트 충전방식으로 리튬배터리를 충전하며 높은 경우에 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전하는 단계;
    상기 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인하는 단계;
    상기 리튬배터리의 만충전압에 도달한 경우 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는가를 확인하는 단계; 및
    상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있지 않은 경우 리튬배터리의 충전전류가 리튬배터리의 만충전압 시 기준충전전류보다 높은가를 확인하여 높으면 상기 기준충전전류보다 높은 리튬배터리의 충전전류를 1단계 감소시켜 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전하며 낮으면 리튬배터리의 충전을 종료하며, 상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는 경우 리튬배터리의 충전방식을 다단계 정전류 충전방식으로 전환하여 리튬배터리를 충전하는 단계를 포함하는, 리튬배터리 충전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스충전 시작전압은,
    상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 구해지는, 리튬배터리 충전 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스충전 시작전압은,
    아래의 수학식을 이용하여 구해지는, 리튬배터리 충전방법.
    [ 수학식 ]
    Figure 112011021089512-pat00005

    이때, A, B 및 C는 서로 다른 상수이고, 제1온도는 제2온도보다 작다.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부스트 충전시작 전압은,
    상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 구해지는, 리튬배터리 충전방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 부스트 충전시작 전압은,
    아래의 수학식을 이용하여 구해지는, 리튬배터리 충전방법.
    [ 수학식 ]
    Figure 112011021089512-pat00006

    이때, D는 상수이다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스트 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지는 경우,
    상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은가를 확인하고, 상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은 경우, 상기 부스트 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인하는, 리튬배터리 충전 방법.
  7. 리튬배터리;
    상기 리튬배터리의 온도를 검출하는 온도센서;
    상기 리튬배터리의 전압을 검출하는 전압검출부;
    상기 검출된 리튬배터리의 온도를 이용하여 리튬배터리의 부스트 충전시작의 기준이 되는 부스트 충전시작 전압 및 리튬배터리의 펄스충전시작의 기준이 되는 펄스충전 시작전압을 결정하고, 상기 결정된 펄스충전 시작전압과 상기 검출된 리튬배터리의 전압을 비교하여 그 비교결과에 따라 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호를 발생하는 중앙처리부; 및
    상기 펄스충전신호, 부스트 충전신호 또는 다단계 정전류 충전신호에 따라 각각 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리를 충전하는 충전전력 제어부를 포함하는, 리튬배터리 충전장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중앙 처리부는, 상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 상기 펄스충전 시작전압을 구하는, 리튬배터리 충전 장치
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중앙 처리부는, 상기 펄스충전 시작전압을 아래의 수학식을 이용하여 구하는, 리튬배터리 충전장치.
    [ 수학식 ]
    Figure 112011021089512-pat00007

    이때, A, B 및 C는 서로 다른 상수이고, 제1온도는 제2온도보다 작다.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙처리부는, 상기 검출된 리튬배터리 온도와 만충전압을 이용하여 상기 부스트 충전시작 전압을 구하는, 리튬배터리 충전장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중앙처리부는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 부스트 충전시작 전압을 구하는, 리튬배터리 충전장치.
    [ 수학식 ]
    Figure 112011021089512-pat00008

    이때, D는 상수이다.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 중앙처리부는,
    상기 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 펄스충전 시작전압보다 큰 경우 펄스충전신호를 발생하고, 작은 경우 상기 검출된 리튬배터리의 전압과 상기 결정된 부스트 충전시작 전압의 크기를 비교하고, 상기 검출된 리튬배터리의 전압이 상기 결정된 부스트 충전시작 전압보다 낮은 경우에 부스트 충전신호를 발생하고 높은 경우에 다단계 정전류 충전신호를 발생하는, 리튬배터리 충전장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 중앙처리부는,
    상기 펄스충전방식, 부스트 충전방식 또는 다단계 정전류 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달 여부를 확인하여 도달한 경우, 상기 충전전력 제어부에 의해서 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는가를 확인하고,
    상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지지 않는 경우, 리튬배터리의 충전전류가 리튬배터리의 만충전압 시 기준충전전류보다 높은가를 비교하여 높으면 상기 기준충전전류보다 높은 리튬배터리의 충전전류를 1단계 감소시켜 다단계 정전류 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지도록 충전전력 제어부를 제어하며 높으면 리튬배터리의 충전을 종료하도록 충전전력 제어부를 제어하며,
    상기 펄스충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지고 있는 경우, 리튬배터리의 충전방식을 다단계 정전류 충전방식으로 전환하여 리튬배터리를 충전하도록 충전전력 제어부를 제어하는, 리튬배터리 충전장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중앙 처리부는,
    상기 부스트 충전방식으로 리튬배터리의 충전이 이루어지는 경우, 상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은가를 확인하고, 상기 부스트 충전방식으로 충전되는 리튬배터리의 전압이 부스트 충전중단 기준전압보다 높은 경우에 상기 부스트 충전방식으로 충전된 리튬배터리의 전압이 리튬배터리의 만충전압에 도달하였는가를 확인하는, 리튬배터리 충전장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 리튬배터리 충전장치는,
    상기 리튬배터리의 충전전류를 검출하여 상기 중앙처리부에 피드백하는 리튬배터리 전류 검출부를 더 포함하는, 리튬배터리 충전장치.
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