KR20220068572A - Fast charging device and method with protecting overheat using battery internal resistance - Google Patents

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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a fast charging device for preventing overheat increases and decreases a charging current applied to a battery based on battery inner resistance produced by a battery voltage and a battery current during fast charging of the battery, so it is possible to prevent overheat of the battery during battery charging and stably charge the battery.

Description

배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치 및 방법{Fast charging device and method with protecting overheat using battery internal resistance}Fast charging device and method with protecting overheat using battery internal resistance

본 발명은 과열 방지 급속 충전 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리를 급속 충전할 때에 배터리가 과열되는 것을 방지하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for preventing overheating, and more particularly, to a technology for preventing a battery from overheating when rapidly charging a battery.

리튬 이온 배터리는 일반적으로 CCCV(Constant Current Concstant Voltage) 방식으로 충전된다. 이 방식은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 배터리 충전 초기에는 충정전류 충전 모드로 배터리를 충전하고 배터리 전압이 기준 전압에 도달하면 정전압 충전 모드로 배터리를 충전하는 방식이다. 즉, 충전 초기에는 배터리에 과전류가 가해지는 것을 방지하기 위하여 일정 시간 구간(T1) 동안 충전 장치가 정전류 충전 모드로 동작하여 정전류 충전 신호(I1)로 배터리를 충전하고, 배터리 전압이 상승하여 기준 전압에 도달하면 그 시점부터 충전 완료 시점까지의 시간 구간(T2)에서는 배터리가 과충전이 되는 것을 방지하기 위하여 충전 장치가 정전압 충전 모드로 동작하여 정전압 충전 신호(V2)로 배터리를 충전한다. Lithium-ion batteries are generally charged in a CCCV (Constant Current Constant Voltage) method. In this method, as shown in FIG. 1 , in the initial stage of battery charging, the battery is charged in the charging current charging mode, and when the battery voltage reaches the reference voltage, the battery is charged in the constant voltage charging mode. That is, at the initial stage of charging, in order to prevent overcurrent from being applied to the battery, the charging device operates in the constant current charging mode for a predetermined time period T1 to charge the battery with the constant current charging signal I1, and the battery voltage rises to the reference voltage In the time period T2 from that point until the charging is completed, the charging device operates in the constant voltage charging mode to prevent the battery from being overcharged to charge the battery with the constant voltage charging signal V2.

그런데 종래의 CCCV 충전 방식에서는, 배터리의 온도가 설정 온도 이상으로 과열된 상태에서 고전류 충전 상태가 지속되거나 전압 충전 상태가 지속되는 경우, 배터리 수명이 저하되는 문제가 있었다. However, in the conventional CCCV charging method, when the high-current charging state continues or the voltage charging state continues while the temperature of the battery is overheated above the set temperature, there is a problem in that the battery life is reduced.

또한 종래의 CCCV 충전 방식에서는, 배터리의 수명 저하를 방지하기 위해서 배터리가 과열되면 배터리가 설정 온도 이하로 떨어질 때까지 충전을 중단하기 때문에 배터리 충전시간이 길어지는 문제가 있었다.In addition, in the conventional CCCV charging method, when the battery is overheated in order to prevent deterioration of the battery life, charging is stopped until the battery falls below a set temperature, so there is a problem in that the battery charging time is prolonged.

이와 같이 충전 과정에서 배터리가 과열되어 발생하는 문제를 해결하기 위해, 본 출원인은 충전 구간 및 휴전 구간을 반복하는 펄스형 충전 전류를 배터리에 인가하고, 배터리의 온도에 따라 충전 전류의 펄스폭을 제어하는 방법을 제안하였다(한국 등록특허공보 제10-1738846호). 이 방법을 통해, 배터리의 온도가 증가하면 펄스형 충전 전류의 충전 구간에서의 펄스폭을 감소시키고, 배터리의 온도가 감소하면 펄스형 충전 전류의 충전 구간에서의 펄스폭을 증가시킴으로써, 배터리 충전과정에서의 배터리 온도 상승을 최소화하고 배터리를 안정적으로 충전할 수 있다. 그런데 이와 같이 배터리 온도에 기반하여 배터리의 충전 전류를 제어하는 충전 방법에서는, 배터리 온도가 상승한 이후에 측정된 배터리 온도에 기반하여 배터리 온도를 제어하기 때문에, 배터리의 온도가 급격하게 상승하는 경우 배터리 온도 제어가 배터리의 온도 상승을 미처 따라가지 못하는 현상이 발생하는 문제가 있었다.In order to solve the problem caused by overheating of the battery during the charging process, the present applicant applies a pulse-type charging current that repeats the charging section and the truce section to the battery, and controls the pulse width of the charging current according to the temperature of the battery A method was proposed (Korean Patent Registration No. 10-1738846). Through this method, when the temperature of the battery increases, the pulse width in the charging section of the pulse-type charging current is decreased, and when the temperature of the battery decreases, the pulse width is increased in the charging section of the pulse-type charging current, thereby the battery charging process It is possible to minimize the increase in temperature of the battery and to charge the battery stably. However, in the charging method of controlling the charging current of the battery based on the battery temperature as described above, since the battery temperature is controlled based on the battery temperature measured after the battery temperature rises, the battery temperature when the battery temperature rises rapidly There was a problem that the control could not keep up with the temperature rise of the battery.

대한민국 등록특허공보 제10-1738846호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1738846

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 배터리의 온도 상승을 미리 예측하여 배터리의 온도 상승을 효과적으로 억제하는 배터리 과열 방지 급속 충전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery overheat prevention fast charging device that effectively suppresses the temperature rise of the battery by predicting the temperature rise of the battery in advance.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치는, 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부, 배터리에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 전압 측정부에서 측정된 배터리 전압 및 상기 전류 측정부에서 측정된 배터리 전류를 이용하여 배터리 내부저항을 산출하는 내부저항 산출부, 배터리에 정전류 모드 배터리 충전 전류 또는 정전압 모드 충전 전류를 인가하는 배터리 충전부, 및 상기 전압 측정부에서 측정한 배터리 전압이 미리 정한 기준 전압 미만이면 상기 배터리 충전부를 정전류 모드로 동작시키고, 상기 배터리의 전압이 상기 기준 전압 이상이면 상기 배터리 충전부를 정전압 모드로 동작시키는 충전 제어부를 포함하고, 상기 충전 제어부는 상기 배터리 내부저항에 근거하여 배터리 충전 전류를 증감시킬 수 있다. An overheat prevention fast charging device using a battery internal resistance according to an embodiment of the present invention includes a voltage measuring unit measuring a voltage of a battery, a current measuring unit measuring a current flowing through the battery, a battery voltage measured by the voltage measuring unit, and An internal resistance calculating unit for calculating the internal resistance of a battery using the battery current measured by the current measuring unit, a battery charging unit for applying a constant current mode battery charging current or a constant voltage mode charging current to the battery, and a battery measured by the voltage measuring unit and a charging control unit configured to operate the battery charging unit in a constant current mode when the voltage is less than a predetermined reference voltage, and to operate the battery charging unit in a constant voltage mode when the voltage of the battery is greater than or equal to the reference voltage, wherein the charging control unit is configured to operate inside the battery Based on the resistance, the battery charging current can be increased or decreased.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치는, 배터리 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고, 상기 충전 제어부는 상기 배터리 내부 저항과 상기 배터리 온도에 근거하여 충전 전류를 증감시킬 수 있다. The device for preventing overheating using a battery internal resistance according to an embodiment of the present invention further includes a temperature measuring unit for measuring a battery temperature, wherein the charging control unit increases or decreases a charging current based on the battery internal resistance and the battery temperature can do it

본 발명의 실시예에 따른 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 방법은, 배터리 전압을 측정하는 단계, 배터리에 흐르는 배터리 전류를 산출하는 단계, 상기 배터리 전압 및 상기 배터리 전류를 이용하여 배터리 내부저항을 측정하는 단계, 배터리에 정전류 모드 충전 신호 또는 정전압 모드 충전 신호를 인가하는 단계; 및 상기 측정된 배터리의 전압이 미리 정한 기준 전압 미만이면 상기 배터리 충전부를 정전류 모드로 동작시키고, 상기 배터리의 전압이 상기 기준 전압 이상이면 상기 배터리 충전부를 정전압 모드로 동작시키는 단계를 포함하고, 상기 배터리 내부저항에 근거하여 배터리 충전 전류를 증감시킬 수 있다. The overheat prevention fast charging method using the battery internal resistance according to an embodiment of the present invention includes the steps of measuring a battery voltage, calculating a battery current flowing through the battery, and determining the internal resistance of the battery using the battery voltage and the battery current. measuring; applying a constant current mode charging signal or a constant voltage mode charging signal to the battery; and operating the battery charging unit in a constant current mode when the measured voltage of the battery is less than a predetermined reference voltage, and operating the battery charging unit in a constant voltage mode when the voltage of the battery is greater than or equal to the reference voltage, the battery The battery charging current can be increased or decreased based on the internal resistance.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 방법은, 배터리 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 배터리 내부 저항과 상기 배터리 온도에 근거하여 충전 전류를 증감시킬 수 있다. The method for preventing overheating using a battery internal resistance according to an embodiment of the present invention may further include measuring a battery temperature, and may increase or decrease a charging current based on the battery internal resistance and the battery temperature.

본 발명의 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치는, 배터리의 내부저항이 증가하면 배터리 온도가 상승될 것으로 예상하여, 배터리의 온도가 실제 상승하기 이전에 미리 배터리 내부저항에 근거하여 배터리 충전 전류의 증감을 제어하기 때문에, 배터리 급속 충전 시에도 배터리의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있고 배터리를 안정적으로 충전할 수 있다. The overheat prevention fast charging device using the internal resistance of the battery of the present invention expects that the battery temperature will rise when the internal resistance of the battery increases. Since the increase/decrease of the battery is controlled, the temperature increase of the battery can be effectively suppressed even during rapid charging of the battery, and the battery can be stably charged.

도 1은 배터리 충전 장치의 정전류 모드 충전 및 정전압 모드 충전을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에서 배터리에 인가되는 펄스형 충전 전류의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 배터리 내부저항 및 배터리 온도의 변화에 따른 충전 전류의 펄스 크기 증감을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 배터리 내부저항 및 배터리 온도의 변화에 따른 충전 전류의 펄스폭 증감을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a view for explaining constant current mode charging and constant voltage mode charging of a battery charging device.
2 is a view showing the configuration of the overheat prevention fast charging device using the internal resistance of the battery according to the present invention.
3 is a diagram for explaining a waveform of a pulse-type charging current applied to a battery in the present invention.
4 is a view for explaining the increase or decrease in the pulse size of the charging current according to the change of the battery internal resistance and the battery temperature in the present invention.
5 is a view for explaining the increase/decrease in the pulse width of the charging current according to the change of the battery internal resistance and the battery temperature in the present invention.
6 is a flowchart for explaining the operation of the overheat prevention fast charging device using the internal resistance of the battery according to the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 실시예의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 일반 사항에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In order to more clearly describe the characteristics of the present embodiment, detailed description of general matters widely known to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be omitted.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치(100)는, 전압 측정부(110), 전류 측정부(120), 내부 저항 산출부(130), 온도 측정부(140), 배터리 충전부(150), 충전 제어부(160)을 포함하여 이루어진다. 2 is a view for explaining the overheat prevention fast charging device 100 using the internal resistance of the battery according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2 , the overheat prevention fast charging device 100 using the battery internal resistance includes a voltage measuring unit 110 , a current measuring unit 120 , an internal resistance calculating unit 130 , and a temperature measuring unit 140 . , a battery charging unit 150 , and a charging control unit 160 .

전압 측정부(110)는 배터리(200) 양단에 걸리는 전압, 즉 배터리 전압을 측정한다. 전압 측정부(110)는 배터리(200)에 충전 신호가 가해지는 동안 미리 설정된 주기로 배터리 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정부(110)의 전압 측정은 충전 제어부(160)로부터 전압 측청 요청 신호를 수신하여 수행될 수 있다. The voltage measuring unit 110 measures the voltage across the battery 200 , that is, the battery voltage. The voltage measuring unit 110 may measure the battery voltage at a preset period while the charging signal is applied to the battery 200 . The voltage measurement by the voltage measurement unit 110 may be performed by receiving a voltage measurement request signal from the charging control unit 160 .

전압 측정부(110)는 측정한 배터리 전압을 내부저항 산출부(130)로 전송할 수 있다. 내부저항 산출부(130)는 전송받은 배터리 전압과 후술하는 전류 측정부(120)에서 측정한 배터리 전류를 이용하여 배터리 내부저항을 산출할 수 있다. The voltage measuring unit 110 may transmit the measured battery voltage to the internal resistance calculating unit 130 . The internal resistance calculator 130 may calculate the internal resistance of the battery using the received battery voltage and the battery current measured by the current measuring unit 120 to be described later.

또한 전압 측정부(110)는 측정한 배터리 전압을 충전 제어부(160)로 전송할 수 있다. 충전 제어부(160)는 전송받은 배터리 전압을 이용하여 급속 충전 장치(100)를 정전류 충전 모드와 정전압 충전 모드 중 어느 모드로 동작시킬지를 결정할 수 있다. Also, the voltage measuring unit 110 may transmit the measured battery voltage to the charging control unit 160 . The charging control unit 160 may determine which mode of the constant current charging mode and the constant voltage charging mode to operate the fast charging device 100 by using the received battery voltage.

도 3은 배터리 충전부(150)로부터 배터리(200)에 인가되는 펄스형 충전 전류의 파형을 나타낸 도면이다. 배터리(200)에 인가되는 충전 전류는 배터리(200)에 전류가 인가되는 충전 구간(수십ms)과 전류가 인가되지 않는 휴전 구간(수ms)으로 이루어지는 펄스 파형일 수 있다. 또한 배터리(200)에 인가되는 충전 전류는 배터리(200)에 충전 전류가 인가되는 충전 구간(수십ms)과 소량의 충전 전류가 인가되는 소량 충전 구간(수ms)으로 이루어지는 펄스 파형일 수 있다. 3 is a diagram illustrating a waveform of a pulse-type charging current applied to the battery 200 from the battery charging unit 150 . The charging current applied to the battery 200 may be a pulse waveform consisting of a charging period (tens of ms) in which current is applied to the battery 200 and a quiescent period (several ms) in which current is not applied. In addition, the charging current applied to the battery 200 may be a pulse waveform consisting of a charging period (tens of ms) in which the charging current is applied to the battery 200 and a small charging period (several ms) in which a small amount of charging current is applied.

펄스형 충전 전류의 휴전 구간에서는 배터리(200)에 충전 전류가 인가되지 않는데 비해, 펄스형 충전 전류의 소량 충전 구간에서는 충전 구간에서 배터리(200)에 인가되는 충전 전류에 비해 소량의 충전 전류를 배터리(200)에 인가한다. 소량 충전 구간에 소량의 충전 전류를 인가하는 것은 단지 후술하는 내부저항 산출 시 활용되는 배터리 전압을 측정하기 위함이다. 소량의 충전 전류가 충전 구간에서의 충전 전류에 비해 얼마나 작은 양인지에 대해서는 제한하지 않는다. 예를 들어 소량 충전 구간에서의 소량 충전 전류는 충전 구간에서의 충전 전류의 1/10 정도일 수 있다. While no charging current is applied to the battery 200 in the quiescent period of the pulse-type charging current, in the small charging period of the pulse-type charging current, a small amount of charging current is applied to the battery compared to the charging current applied to the battery 200 in the charging period. (200) is approved. The application of a small amount of charge current to the small amount of charge section is only to measure the battery voltage used for calculating internal resistance, which will be described later. There is no limitation on how small the small amount of charging current is compared to the charging current in the charging section. For example, the small amount charging current in the small amount charging section may be about 1/10 of the charging current in the charging section.

배터리 충전 전류가 충전 구간과 휴전 구간으로 이루어지는 경우, 전압 측정부(110)는 배터리(200)에 충전 전류가 인가되는 충전 구간에서 배터리(200) 양단에 걸리는 전압, Von을 측정하고, 또한 배터리(200)에 충전 전류가 인가되지 않는 휴전 구간에서 배터리 양단에 걸리는 전압, Voff를 측정한다. 전압 측정부(110)는 측정된 배터리 전압 Von 및 Voff를 내부저항 산출부(130)로 전송한다. 전압 측정부(110)에서 배터리 전압을 측정하는 주기는 충전 제어부(160)에 미리 저장될 수 있다. When the battery charging current consists of a charging section and a truce section, the voltage measuring unit 110 measures the voltage, V on , applied across both ends of the battery 200 in the charging section in which the charging current is applied to the battery 200 , and also the battery In the truce section in which no charging current is applied to 200, the voltage across the battery, V off , is measured. The voltage measuring unit 110 transmits the measured battery voltages V on and V off to the internal resistance calculating unit 130 . A period in which the voltage measuring unit 110 measures the battery voltage may be stored in advance in the charging control unit 160 .

배터리 충전 전류 신호가 충전 구간과 소량 충전 구간으로 이루어지는 경우, 전압 측정부(110)는 배터리(200)에 충전 전류가 인가되는 충전 구간에서 배터리(200) 양단에 걸리는 전압, Vhigh를 측정하고, 또한 배터리(200)에 소량의 충전 전류가 인가되는 소량 충전 구간에서 배터리 양단에 걸리는 전압, Vlow를 측정한다. 전압 측정부(110)는 측정된 배터리 전압 Vhigh 및 Vlow를 내부저항 산출부(130)로 전송한다. When the battery charging current signal consists of a charging section and a small charging section, the voltage measuring unit 110 measures the voltage across the battery 200, V high in the charging section in which the charging current is applied to the battery 200, In addition, the voltage applied to both ends of the battery, V low , is measured in the small amount charging section in which a small amount of charging current is applied to the battery 200 . The voltage measuring unit 110 may measure the battery voltage V high and V low is transmitted to the internal resistance calculator 130 .

또한 전압 측정부(110)는 휴전 구간에서 측정된 전압, Voff를 충전 제어부(160)으로 전송할 수 있다. 충전 제어부(160)는 Voff를 기준 전압과 비교하여 급속 충전 장치(100)를 정전류 충전 모드로 동작시킬지 또는 정전압 충전 모드로 동작시킬지를 결정한다. Also, the voltage measuring unit 110 may transmit the voltage, V off , measured during the truce period to the charging control unit 160 . The charging control unit 160 determines whether to operate the fast charging device 100 in the constant current charging mode or the constant voltage charging mode by comparing V off with the reference voltage.

도 2에서, 전류 측정부(120)는 배터리(200)에 흐르는 전류, 즉 배터리 전류를 측정한다. 전류 측정부(120)는 배터리(200)에 충전 전류가 인가되는 동안, 미리 설정된 주기로 배터리(200)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정부(120)에서의 전류 측정은 충전 제어부(160)로부터 전류 측정 요청 신호를 수신하여 수행될 수 있다. In FIG. 2 , the current measuring unit 120 measures the current flowing through the battery 200 , that is, the battery current. The current measuring unit 120 may measure the current flowing through the battery 200 at a preset period while the charging current is applied to the battery 200 . Current measurement by the current measurement unit 120 may be performed by receiving a current measurement request signal from the charging control unit 160 .

배터리 충전 전류 신호가 충전 구간과 휴전 구간으로 이루어지는 경우, 전류 측정부(120)는 충전 구간에서 배터리에 흐르는 전류, I를 측정할 수 있다. 또한 배터리 충전 전류 신호가 충전 구간과 소량 충전 구간으로 이루어지는 경우, 전류 측정부(120)는 충전 구간에서 배터리에 흐르는 전류 Ihigh를 측정하고, 소량 충전 구간에서 배터리에 흐르는 전류 Ilow를 측정할 수 있다. 전류 측정부(120)는 측정된 배터리 전류 I, Ihigh 및 Ilow를 내부저항 산출부(130)로 전송한다. When the battery charging current signal consists of a charging section and a truce section, the current measuring unit 120 may measure a current, I, flowing through the battery in the charging section. In addition, when the battery charging current signal consists of a charging section and a small charge section, the current measuring unit 120 measures the current I high flowing through the battery in the charging section, and can measure the current I low flowing through the battery in the small charging section. have. The current measuring unit 120 transmits the measured battery currents I, I high and I low to the internal resistance calculating unit 130 .

내부저항 산출부(130)는 배터리(200)를 충전하기 전에 초기 배터리 내부 저항을 산출할 수 있다. 초기 배터리 내부저항은 후술하는 배터리 내부저항 산출 방법과 동일한 방법으로 산출할 수 있다. 즉 초기 배터리 내부저항은 전압 측정부(110)에서 측정된 배터리 전압 및 전류 측정부(120)에서 측정된 배터리 전류를 이용하여 산출할 수 있다. 내부저항 산출부(130)에서 산출된 초기 배터리 내부 저항은 충전 제어부(160)로 전송되어 저장된다. The internal resistance calculator 130 may calculate the initial internal resistance of the battery before charging the battery 200 . The initial battery internal resistance may be calculated in the same way as the battery internal resistance calculation method, which will be described later. That is, the initial battery internal resistance may be calculated using the battery voltage measured by the voltage measuring unit 110 and the battery current measured by the current measuring unit 120 . The initial battery internal resistance calculated by the internal resistance calculator 130 is transmitted to and stored in the charging controller 160 .

내부저항 산출부(130)는 배터리(200)가 충전되는 동안, 전압 측정부(110)에서 측정된 배터리 전압 및 전류 측정부(120)에서 측정된 배터리 전류를 이용하여 배터리(200)의 내부저항, Rint을 산출한다. 배터리 충전 전류가 충전 구간과 휴전 구간으로 이루어지는 경우, 배터리 내부저항은 수학식 (1)을 통해 산출할 수 있다.The internal resistance calculating unit 130 uses the battery voltage measured by the voltage measuring unit 110 and the battery current measured by the current measuring unit 120 while the battery 200 is being charged, the internal resistance of the battery 200 . , yields R int . When the battery charging current consists of a charging section and a truce section, the internal resistance of the battery can be calculated through Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Von은 배터리(200)에 충전 전류가 인가되는 충전 구간에서 배터리(200) 양단에 걸리는 전압이고, Voff는 배터리(200)에 충전 전류가 인가되지 않는 휴전 구간에서 배터리(200) 양단에 걸리는 전압이고, I는 충전 구간에서 배터리(200)에 충전 전류가 인가될 때 배터리에 흐르는 전류이다. Here, V on is a voltage across the battery 200 in a charging section in which a charging current is applied to the battery 200 , and V off is a voltage across both ends of the battery 200 in a truce section in which no charging current is applied to the battery 200 . is a voltage applied to , and I is a current flowing through the battery when a charging current is applied to the battery 200 in the charging period.

배터리 충전 전류가 충전 구간과 소량 충전 구간으로 이루어지는 경우에는, 배터리 내부저항은 수학식 (2)를 통해 산출할 수 있다. When the battery charging current consists of a charging section and a small amount of charging section, the internal resistance of the battery can be calculated through Equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Vhigh는 충전 구간에서 측정한 배터리 전압, Vlow는 소량 충전 구간에서 측정한 배터리 전압, Ihigh는 충전 구간에서 측정한 배터리 전류, Ilow는 소량 충전 구간에서 측정한 배터리 전류이다.Here, V high is the battery voltage measured in the charging section, V low is the battery voltage measured in the small charging section, I high is the battery current measured in the charging section, and I low is the battery current measured in the small charging section.

내부저항 산출부(130)는 수학식 (1) 또는 (2)를 통해 산출된 내부저항을 충전 제어부(160)로 전송한다.The internal resistance calculator 130 transmits the internal resistance calculated through Equation (1) or (2) to the charging controller 160 .

온도 측정부(140)는 배터리(200)의 온도를 측정한다. 온도 측정부(140)는 배터리에 충전 신호가 가해지는 동안 미리 설정된 주기로 배터리(200) 온도를 측정한다. 온도 측정부(140)은 배터리(200)의 온도를 측정하기 위해 서미스터 등 다양한 온도 센서를 이용할 수 있다. 온도 측정부(140)는 측정된 배터리 온도를 충전 제어부(140)로 전송한다. The temperature measuring unit 140 measures the temperature of the battery 200 . The temperature measuring unit 140 measures the temperature of the battery 200 at a preset period while a charging signal is applied to the battery. The temperature measuring unit 140 may use various temperature sensors such as a thermistor to measure the temperature of the battery 200 . The temperature measuring unit 140 transmits the measured battery temperature to the charging control unit 140 .

충전 제어부(160)은 정전류-정전압(CCCV) 방식으로 충전되는 배터리 충전 과정을 제어한다. The charging control unit 160 controls a battery charging process that is charged in a constant current-constant voltage (CCCV) method.

충전 제어부(160)는 도 1에 도시되어 있는 것처럼, 배터리 충전 초기 단계(T1)에는 배터리 충전부(150)가 정전류 충전 모드로 동작하여 배터리(200)를 충전하도록 배터리 충전부(150)를 제어한다. 충전 제어부(160)는 미리 설정된 주기에 따라 전압 측정부(110)로부터 배터리 전압, Voff를 수신하여 미리 설정된 기준 전압과 비교한다. 충전 제어부(160)는 배터리 전압(Voff)이 기준 전압 이상이면 배터리 충전부(150)가 정전압 충전 모드로 동작하여 배터리를 충전하도록 배터리 충전부(150)를 제어한다. 충전 제어부(160)는 배터리 전압(Voff)이 기준 전압 이상인지 여부를 판정하여 그 판정 결과에 따라 배터리 충전 모드 선택 신호를 배터리 충전부(150)에 전송할 수 있다. As shown in FIG. 1 , the charging control unit 160 controls the battery charging unit 150 to charge the battery 200 by operating the battery charging unit 150 in the constant current charging mode in the initial battery charging stage T1 . The charging control unit 160 receives the battery voltage, V off from the voltage measuring unit 110 according to a preset period and compares it with a preset reference voltage. The charging control unit 160 controls the battery charging unit 150 to charge the battery by operating the battery charging unit 150 in a constant voltage charging mode when the battery voltage V off is equal to or greater than the reference voltage. The charging control unit 160 may determine whether the battery voltage V off is equal to or greater than the reference voltage, and may transmit a battery charging mode selection signal to the battery charging unit 150 according to the determination result.

또한, 충전 제어부(160)는 배터리를 충전하는 동안에 배터리 온도가 상승하는 것을 억제하기 위하여, 배터리 내부저항 및 배터리 온도에 근거하여 배터리에 인가되는 충전 전류를 제어한다. In addition, the charging control unit 160 controls the charging current applied to the battery based on the internal resistance of the battery and the battery temperature in order to suppress the increase in the battery temperature while charging the battery.

본 발명에서 급속 충전 중에 배터리 내부저항을 이용하여 배터리의 온도 상승을 제어하는 원리를 설명한다. In the present invention, the principle of controlling the temperature rise of the battery using the internal resistance of the battery during rapid charging will be described.

배터리(200)의 온도 상승은 배터리에서 소비되는 전력이 열로 변환되어 발생한다. 배터리(200) 충전 중 특정 시점에 배터리에서 소비되는 전력은, Pbatt = I2 × Rint(I : 배터리 전류, Rint : 배터리 내부저항)에 의해 산출된다. 즉 배터리 충전 과정에서 배터리 내부저항이 증가함에 따라 배터리 소비전력이 증가하고, 이로 인해 배터리에서 발생하는 열도 증가하므로, 배터리 온도 상승이 예상되는 배터리 소비전력 P1을 도출할 수 있다. 또한 상기 소비전력 계산식으로부터 배터리 온도 상승이 예상되는 시점에서의 배터리 내부저항, Rint,1도 도출할 수 있다. The temperature rise of the battery 200 is generated by converting power consumed in the battery into heat. Power consumed by the battery at a specific time during charging of the battery 200 is calculated by P batt = I 2 × R int (I: battery current, R int : battery internal resistance). That is, battery power consumption increases as the internal resistance of the battery increases during the battery charging process, and heat generated from the battery increases as a result. In addition, the internal resistance of the battery, R int,1 at the time when the battery temperature is expected to rise, can also be derived from the power consumption calculation formula.

본 발명에서는 내부저항 산출부(130)에서 주기적으로 산출되는 배터리 내부저항을 이용하여 해당 시점에서의 배터리 소비전력 Pbatt를 산출한다. 이 배터리 소비전력 Pbatt를 배터리 온도 상승이 예상되는 배터리 소비전력 P1과 주기적으로 비교하고, 비교 결과 Pbatt이 P1과 동일하게 되었을 때에 충전 중의 배터리는 온도가 상승하기 시작하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 소비전력 Pbatt이 P1 보다 낮게 유지되도록 Pbatt를 조절함으로써, 배터리의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다. 이 때 배터리 충전 중에 주기적으로 산출되는 배터리 내부저항은 직접 제어할 수 있는 값이 아니기 때문에, 배터리 소비전력 Pbatt의 조절은 배터리에 인가하는 충전 전류(I)를 증감시킴으로써 수행된다. In the present invention, battery power consumption P batt is calculated at a corresponding time by using the internal resistance of the battery periodically calculated by the internal resistance calculator 130 . This battery power consumption P batt is periodically compared with the battery power consumption P 1 where the temperature of the battery is expected to rise. have. Accordingly, by adjusting P batt so that the battery power consumption P batt is maintained lower than P 1 , it is possible to prevent the temperature of the battery from rising. In this case, since the battery internal resistance periodically calculated during battery charging is not a value that can be directly controlled, the battery power consumption P batt is adjusted by increasing or decreasing the charging current I applied to the battery.

또한 충전과정에서 배터리 소비전력 Pbatt이 점차 증가하여 배터리 온도 상승이 예상되는 배터리 소비전력 P1에 도달하였는지 여부는, 주기적으로 산출되는 배터리 내부저항이 배터리 온도 상승이 예상되는 배터리 내부저항, Rint,1에 도달하였는지를 판정하여 확인할 수도 있고, 또는 주기적으로 산출되는 배터리 내부저항과 초기 배터리 내부저항과의 차이를 산출하여 이 차이가 일정 크기에 도달하였는지를 판정하여 확인할 수도 있다.In addition, whether or not the battery power consumption P batt gradually increases during the charging process and reaches the battery power consumption P 1 where the battery temperature is expected to rise, the periodically calculated battery internal resistance is the battery internal resistance, R int .

배터리 온도 제어를 위한 다른 실시예로, 배터리가 충전 과정이 안정적으로 진행되는 배터리 온도 범위를 미리 설정할 수 있다. 즉 배터리 온도를 제어하기 위해, 배터리 충전과정에서 과열되지 않고 안정적으로 충전이 진행되는 배터리 온도 범위 및 이에 대응하는 배터리 소비전력 Pbatt의 범위를 미리 설정해두고, 배터리 소비전력 Pbatt이 이 범위 내에 유지되도록 배터리 소비전력 Pbatt을 조절할 수 있다. 이 때도 배터리 소비전력 Pbatt의 조절은 배터리에 인가하는 충전 전류(I)를 증감시킴으로써 수행된다. 마찬가지로 배터리 충전이 안정적으로 진행되는 배터리 소비전력 Pbatt의 범위에 대응되는 배터리 내부저항의 범위를 미리 설정해두고, 배터리 내부저항이 이 범위 내에 유지되도록 배터리 소비전력 Pbatt을 조절해도 된다. 이 때 배터리의 온도 상승을 판정하기 위해 배터리 내부 저항이 일정 범위 이내에 유지되는지를 판정하는 대신에, 소정의 임계치를 설정해두고 배터리 내부 저항이 해당 임계치를 초과하였는지 여부를 판정해도 된다.As another embodiment for controlling the battery temperature, a battery temperature range in which the battery is stably charged may be preset. That is, in order to control the battery temperature, the battery temperature range in which charging is stably performed without overheating during the battery charging process and the corresponding battery power consumption P batt range are set in advance, and the battery power consumption P batt is maintained within this range. Battery power consumption P batt can be adjusted as much as possible. In this case, the control of battery power consumption P batt is performed by increasing or decreasing the charging current I applied to the battery. Similarly, a range of battery internal resistance corresponding to a range of battery power consumption P batt in which battery charging is stably performed may be set in advance, and battery power consumption P batt may be adjusted so that the battery internal resistance is maintained within this range. At this time, instead of determining whether the internal resistance of the battery is maintained within a certain range in order to determine the temperature rise of the battery, a predetermined threshold may be set and it may be determined whether or not the internal resistance of the battery exceeds the threshold.

충전 제어부(160)는 내부저항 산출부(130)로부터 수신한 초기 배터리 내부 저항을 이용하여 배터리를 충전하는 동안 배터리에서 소모되는 전력을 산출하고, 이를 통해 배터리를 충전하는 동안 발생하는 배터리 온도 상승치를 예측할 수 있다. 충전 제어부(160)는 배터리 온도 예상 상승치를 토대로 배터리 초기 충전 전류를 설정할 수 있다.The charging control unit 160 calculates the power consumed in the battery while charging the battery by using the initial battery internal resistance received from the internal resistance calculating unit 130, and through this, the increase in the battery temperature generated while charging the battery predictable. The charging control unit 160 may set the initial battery charging current based on the expected increase in the battery temperature.

충전 제어부(160)는 내부저항 산출부(130)로부터 설정된 주기에 따라 수신하는 배터리 내부저항에 근거하여, 배터리(200)에 인가하는 충전 전류를 제어할 수 있다. 배터리 내부저항에 근거하여 배터리(200)에 인가하는 충전 전류를 제어하는 과정은 다음과 같다.The charging control unit 160 may control the charging current applied to the battery 200 based on the internal resistance of the battery received according to a cycle set by the internal resistance calculating unit 130 . The process of controlling the charging current applied to the battery 200 based on the internal resistance of the battery is as follows.

충전 제어부(160)는 배터리(200)가 충전되는 동안 내부저항 산출부(130)로부터 주기적으로 전송되는 배터리 내부저항의 변화를 지속적으로 검출한다. 충전 제어부(160)는 배터리 내부저항이 미리 설정된 배터리 내부저항 범위 이상으로 증가하는 것으로 판정되면 배터리 충전부(150)를 통해 배터리(200)에 인가되는 충전 전류를 감소시키고, 배터리 내부저항이 미리 설정된 배터리 내부저항 범위 이하로 감소하는 것으로 판정되면 배터리 충전부(150)을 통해 배터리(200)에 인가되는 충전 전류를 증가시킨다. 여기서 미리 설정된 배터리 내부저항 범위라는 것은, 배터리가 과열되지 않고 충전이 안정적으로 진행되는 배터리 온도 범위에서의 배터리 소비전력의 범위에 대응하는 배터리 내부저항의 범위를 의미한다. The charging control unit 160 continuously detects a change in the internal resistance of the battery periodically transmitted from the internal resistance calculating unit 130 while the battery 200 is being charged. When it is determined that the battery internal resistance increases beyond the preset battery internal resistance range, the charging control unit 160 reduces the charging current applied to the battery 200 through the battery charging unit 150, and the battery internal resistance of the battery is preset. When it is determined that the internal resistance decreases below the range, the charging current applied to the battery 200 through the battery charging unit 150 is increased. Here, the preset battery internal resistance range means a battery internal resistance range corresponding to a range of battery power consumption in a battery temperature range in which the battery is not overheated and charging is stably performed.

충전 제어부(160)는 내부저항의 증가 및 감소에 근거하여 배터리에 인가되는 충전 전류를 제어한다. 도 4는 충전 제어부(160)가 내부저항의 증가 및 감소에 근거하여 배터리에 인가되는 충전 전류를 제어하기 위해 충전 전류의 펄스 크기를 변경하는 경우를 도시한 것이다. 또한 충전 제어부(160)는 내부저항의 증가 및 감소에 근거하여 배터리에 인가되는 충전 전류를 제어하기 위해 충전 전류의 펄스폭을 변경할 수도 있다. 이와 같이 충전 제어부(160)는 배터리 내부저항의 증감에 근거하여 충전 전류를 제어함으로써 배터리 온도 상승을 미리 억제할 수 있으므로, 본 발명의 과열 방지 급속 충전 장치는 배터리 온도를 일정 범위 이내로 유지하면서 안정적으로 배터리를 충전할 수 있게 된다. The charging control unit 160 controls the charging current applied to the battery based on the increase and decrease of the internal resistance. 4 illustrates a case in which the charging control unit 160 changes the pulse size of the charging current in order to control the charging current applied to the battery based on the increase and decrease of the internal resistance. Also, the charging control unit 160 may change the pulse width of the charging current to control the charging current applied to the battery based on the increase and decrease of the internal resistance. As described above, the charging control unit 160 can suppress the increase in battery temperature in advance by controlling the charging current based on the increase or decrease of the internal resistance of the battery. The battery can be recharged.

충전 제어부(160)는 온도 측정부(140)로부터 수신한 배터리 온도를 이용하여 배터리 온도의 급격한 상승이 억제되도록 펄스형 충전 전류를 제어할 수 있다. 즉 충전 제어부(160)는 배터리(200)가 충전되는 동안 온도 측정부(140)로부터 수신한 배터리 온도를 배터리가 안정적으로 동작하는 온도범위와 주기적으로 비교한다. 비교 결과 충전 제어부(160)는 배터리 온도가 배터리가 안정적으로 동작하는 온도 범위보다 크면 도 4와 같이 배터리 충전부(150)를 통해 배터리(200)에 인가되는 펄스형 충전 전류의 펄스 크기, 즉 충전 구간의 펄스 크기를 감소시키고, 배터리 온도가 배터리가 안정적으로 동작하는 온도 범위보다 작으면 배터리 충전부(150)을 통해 배터리(200)에 인가되는 펄스형 충전 전류의 펄스 크기를 증가시킨다. 이 때 충전 제어부(160)는 배터리 온도의 증가 및 감소에 따른 충전 전류의 변동을 도 5와 같이 충전 전류의 펄스폭의 변경을 통해서도 실현할 수 있다. 이와 같이 충전 제어부(160)는 배터리 온도가 급격하게 증가할 때 충전 전류를 감소시킴으로써 배터리 온도를 효과적으로 떨어뜨릴 수 있다. The charging control unit 160 may control the pulse-type charging current to suppress a sudden increase in the battery temperature by using the battery temperature received from the temperature measuring unit 140 . That is, the charging control unit 160 periodically compares the battery temperature received from the temperature measuring unit 140 with a temperature range in which the battery stably operates while the battery 200 is being charged. As a result of the comparison, when the battery temperature is greater than the temperature range in which the battery stably operates, the charging control unit 160 determines the pulse size of the pulsed charging current applied to the battery 200 through the battery charging unit 150 as shown in FIG. 4 , that is, the charging period. and, when the battery temperature is less than the temperature range in which the battery stably operates, the pulse size of the pulsed charging current applied to the battery 200 through the battery charging unit 150 is increased. At this time, the charging control unit 160 may realize the change of the charging current according to the increase and decrease of the battery temperature by changing the pulse width of the charging current as shown in FIG. 5 . As described above, the charging control unit 160 can effectively lower the battery temperature by reducing the charging current when the battery temperature is rapidly increased.

배터리 충전부(150)는 충전 제어부(160)로부터 수신되는 배터리 충전 모드 선택 신호에 따라 배터리(200)를 정전류 층전 모드 또는 정전압 충전 모드로 충전한다. 배터리 충전 초기 단계에는 배터리 충전부(150)는 정전류 충전 모드로 충전 전류를 배터리(200)에 인가하여 배터리(200)를 충전한다. 충전을 통해 배터리 전압이 기준 전압 이상이 되면, 배터리 충전부(150)는 충전 제어부(160)의 배터리 충전 모드 선택 신호에 의해 정전압 충전 모드로 변경되어 정전압 충전 전류로 배터리(200)를 충전한다. The battery charging unit 150 charges the battery 200 in the constant current charging mode or the constant voltage charging mode according to the battery charging mode selection signal received from the charging control unit 160 . In the initial stage of battery charging, the battery charging unit 150 charges the battery 200 by applying a charging current to the battery 200 in a constant current charging mode. When the battery voltage becomes greater than or equal to the reference voltage through charging, the battery charging unit 150 changes to the constant voltage charging mode according to the battery charging mode selection signal of the charging control unit 160 to charge the battery 200 with the constant voltage charging current.

배터리 충전부(150)는 충전 제어부(160)로부터 수신한 배터리 충전 전류 제어 신호에 따라 배터리에 인가하는 펄스형 충전 전류를 증가 또는 감소시킨다.The battery charging unit 150 increases or decreases the pulse-type charging current applied to the battery according to the battery charging current control signal received from the charging control unit 160 .

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart for explaining a method for preventing overheating using a battery internal resistance according to an embodiment of the present invention.

내부저항 산출부(130)는 배터리(200)를 충전하기 전에 초기 배터리 내부저항을 측정한다(S100). The internal resistance calculator 130 measures the initial internal resistance of the battery before charging the battery 200 (S100).

내부저항 산출부(130)는 측정한 배터리 초기 내부저항을 충전 제어부(160)로 전송한다. 충전 제어부(160)는 배터리 초기 내부저항을 이용하여 배터리를 충전하는 동안 배터리에서 소모되는 전력을 산출하고, 배터리를 충전하는 동안 상승할 것으로 예상되는 배터리 온도의 상승 수치를 예측할 수 있다. 충전 제어부(160)는 배터리 온도 예상 상승치를 토대로 초기 배터리 충전 전류를 설정한다(S101). The internal resistance calculator 130 transmits the measured initial internal resistance of the battery to the charging controller 160 . The charging control unit 160 may calculate the power consumed by the battery while charging the battery by using the initial internal resistance of the battery, and predict the increase in the battery temperature that is expected to rise while the battery is being charged. The charging control unit 160 sets an initial battery charging current based on the expected increase in battery temperature ( S101 ).

배터리(200) 충전은 배터리(200)에 펄스형인 초기 배터리 충전 전류를 인가하여 진행된다. 내부저항 산출부(130)는 충전 전류가 배터리에 인가되는 동안 설정된 주기로 배터리 내부저항을 지속적으로 검출한다. 즉, 전압 측정부(110) 및 전류 측정부(120)가 설정된 주기로 충전 구간 및 휴전 구간에서의 각각의 배터리 전압 그리고 배터리에 흐르는 전류를 측정하여 내부저항 산출부(130)로 전송하면, 내부저항 산출부(130)는 배터리 전압 및 배터리에 흐르는 전류를 이용하여 배터리 내부저항 변화를 지속적으로 검출한다(S102).The battery 200 is charged by applying a pulsed initial battery charging current to the battery 200 . The internal resistance calculator 130 continuously detects the internal resistance of the battery at a set period while the charging current is applied to the battery. That is, when the voltage measuring unit 110 and the current measuring unit 120 measure each battery voltage and the current flowing in the battery in the charging section and the truce section at a set cycle and transmit it to the internal resistance calculator 130 , the internal resistance The calculator 130 continuously detects a change in the internal resistance of the battery using the battery voltage and the current flowing through the battery (S102).

내부저항 산출부(130)는 측정된 배터리 내부저항을 충전 제어부(160)로 전송한다.The internal resistance calculator 130 transmits the measured internal resistance of the battery to the charging controller 160 .

충전 제어부(160)는 수신한 배터리 내부저항을 미리 설정된 배터리 내부저항 범위와 비교하고 배터리 내부저항이 미리 설정된 배터리 내부저항 범위 이상으로 증가하는 경우(S103)에는 배터리 충전부(150)에서 배터리(200)로 인가하는 펄스형 충전 전류를 감소시킨다(S104). 그리고 배터리 내부저항이 미리 설정된 배터리 내부저항 범위 이하로 감소하는 경우(S105)에는 배터리 충전부(150)에서 배터리(200)로 인가하는 펄스형 충전 전류를 증가시킨다(S106).The charging control unit 160 compares the received battery internal resistance with a preset battery internal resistance range, and when the battery internal resistance increases above the preset battery internal resistance range (S103), the battery charging unit 150 in the battery 200 Reduces the pulse-type charging current applied to (S104). And when the internal resistance of the battery decreases below the preset internal resistance range of the battery (S105), the pulse-type charging current applied from the battery charging unit 150 to the battery 200 is increased (S106).

온도 측정부(140)에서는 설정된 주기로 배터리(200)의 온도를 측정하여 충전 제어부(160)로 전송한다. 충전 제어부(160)는 온도 측정부(140)로부터 수신한 배터리 온도를 배터리가 안정적으로 동작하는 온도범위와 주기적으로 비교하고, 배터리 온도가 배터리가 안정적으로 동작하는 온도 범위 이상으로 상승하면(S107), 배터리 충전부(150)에서 배터리(200)로 인가하는 펄스형 충전 전류를 감소시킨다(S108). 그리고 배터리가 안정적으로 동작하는 온도 범위 이하로 하강하면(S109) 배터리 충전부(150)에서 배터리(200)로 인가하는 펄스형 충전 전류를 증가시킨다(S110). The temperature measuring unit 140 measures the temperature of the battery 200 at a set period and transmits it to the charging control unit 160 . The charging control unit 160 periodically compares the battery temperature received from the temperature measuring unit 140 with the temperature range in which the battery operates stably, and when the battery temperature rises above the temperature range in which the battery stably operates (S107) , the pulse-type charging current applied from the battery charging unit 150 to the battery 200 is reduced (S108). Then, when the temperature falls below the temperature range in which the battery stably operates (S109), the pulse-type charging current applied from the battery charging unit 150 to the battery 200 is increased (S110).

본 발명에서 배터리(200)의 온도의 증감에 따라 배터리 충전 전류량을 변동시키는 과정(S107 내지 S110)은 배터리 온도의 과열 상태에 따라 생략해도 된다. 즉 배터리 온도의 과열이 심하지 않은 경우에는, 배터리 내부저항의 증감에 따라 배터리 충전 전류량을 변동시키는 과정(S103 내지 S106)만 이용하여 배터리 온도 상승을 억제할 수 있다. In the present invention, the process ( S107 to S110 ) of varying the amount of battery charging current according to the increase or decrease of the temperature of the battery 200 may be omitted depending on the overheating state of the battery temperature. That is, when the overheating of the battery temperature is not severe, the increase in the battery temperature can be suppressed by using only the processes ( S103 to S106 ) of varying the amount of battery charging current according to the increase or decrease of the internal resistance of the battery.

충전 제어부(160)는 설정된 주기로 전압 측정부(110)에서 측정되는 휴전 구간에서의 배터리 전압을 기준 전압과 비교한다(S111). 측정된 배터리 전압이 기준 전압 이상인 경우에는, 배터리 충전 모드를 정전류 충전 모드(도 1에서 T1 구간)에서 정전압 충전 모드로 변경하여 정전류를 감소시키면서 충전한다(도 1에서 T2 구간)(S112). 그리고 측정된 배터리 전압이 기준 전압 미만인 경우에는 정전류 충전 모드를 그대로 유지한다.The charging control unit 160 compares the battery voltage in the truce section measured by the voltage measuring unit 110 with a reference voltage at a set period (S111). When the measured battery voltage is equal to or higher than the reference voltage, the battery charging mode is changed from the constant current charging mode (section T1 in FIG. 1) to the constant voltage charging mode, and the battery is charged while reducing the constant current (section T2 in FIG. 1) (S112). In addition, when the measured battery voltage is less than the reference voltage, the constant current charging mode is maintained.

충전 제어부(160)는 배터리 전압에 근거하여 배터리(200)가 충전 완료되었는지 판단한다(S132). 배터리(200) 충전이 완료되었다고 판단되면 충전을 종료한다. 배터리(200) 충전이 완료되지 않았다고 판단되면 단계 S102 내지 S112를 반복 수행한다. The charging control unit 160 determines whether the battery 200 is fully charged based on the battery voltage (S132). When it is determined that charging of the battery 200 is complete, charging is terminated. If it is determined that the battery 200 is not fully charged, steps S102 to S112 are repeatedly performed.

이상에서는 본 발명의 내용에 대해 CCCV 방식으로 충전되는 배터리를 기반으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 배터리 내부저항에 근거하여 배터리 과열을 방지하는 급속 충전 방식은 충전 전류가 인가됨에 따라 내부저항이 변동되는 모든 충전식 배터리에 적용될 수 있다.In the above, the contents of the present invention have been described based on a battery charged in the CCCV method, but the rapid charging method for preventing overheating of the battery based on the battery internal resistance of the present invention is a method in which the internal resistance is changed as the charging current is applied. Applicable to all rechargeable batteries.

100 : 과열 방지 배터리 급속 충전 장치
110 : 전압 측정부
120 : 전류 측정부
130 : 내부저항 산출부
140 : 온도 측정부
150 : 배터리 충전부
160 : 충전 제어부
200 : 배터리100: overheat protection battery fast charging device
110: voltage measuring unit
120: current measuring unit
130: internal resistance calculation unit
140: temperature measurement unit
150: battery charging unit
160: charging control unit
200: battery

Claims (11)

배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치에 있어서,
배터리 전압 및 배터리 전류에 근거하여 배터리 내부저항을 산출하는 내부저항 산출부;
상기 배터리 내부저항에 근거하여 배터리에 인가하는 충전 전류의 증감(增減)을 제어하는 충전 제어부를 포함하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치.In the overheat prevention fast charging device using the internal resistance of the battery,
an internal resistance calculator configured to calculate an internal resistance of the battery based on the battery voltage and the battery current;
and a charging control unit controlling an increase or decrease of a charging current applied to the battery based on the internal resistance of the battery. 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치에 있어서,
배터리 전압을 측정하는 전압 측정부;
배터리 전류를 측정하는 전류 측정부;
상기 전압 측정부에서 측정된 배터리 전압 및 상기 전류 측정부에서 측정된 배터리 전류에 근거하여 배터리 내부저항을 산출하는 내부저항 산출부;
상기 전압 측정부에서 측정된 배터리 전압이 미리 결정된 기준 전압 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 배터리 충전 모드를 결정하는 충전 제어부; 및
상기 충전 제어부의 충전 모드 결정에 따라 정전류 충전 모드 또는 정전압 충전 모드 중 어느 하나로 배터리에 충전 전류를 인가하는 배터리 충전부를 포함하고,
상기 충전 제어부는 상기 배터리 내부저항에 근거하여 상기 충전 전류의 증감(增減)을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치.In the overheat prevention fast charging device using the internal resistance of the battery,
a voltage measuring unit for measuring the battery voltage;
a current measuring unit for measuring the battery current;
an internal resistance calculator configured to calculate battery internal resistance based on the battery voltage measured by the voltage measuring unit and the battery current measured by the current measuring unit;
a charging control unit that determines whether the battery voltage measured by the voltage measurement unit is equal to or greater than a predetermined reference voltage, and determines a battery charging mode according to the determination result; and
and a battery charging unit that applies a charging current to the battery in either a constant current charging mode or a constant voltage charging mode according to the charging mode determination of the charging control unit,
Wherein the charging control unit controls the increase or decrease of the charging current based on the internal resistance of the battery. 청구항 1 또는 2에 있어서,
배터리 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고,
상기 충전 제어부는 상기 배터리 내부저항 및 상기 배터리 온도에 근거하여 상기 충전 전류의 증감을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치.The method according to claim 1 or 2,
Further comprising a temperature measuring unit for measuring the battery temperature,
The charging control unit is an overheat prevention fast charging device using the internal resistance of the battery, characterized in that the increase or decrease of the charging current based on the battery internal resistance and the battery temperature. 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 배터리에 인가하는 상기 충전 전류는 충전 구간과 휴전 구간으로 이루어지거나 또는 충전 구간과 소량 충전 구간으로 이루어지는 펄스 파형인 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 금속 충전 장치.The method according to claim 1 or 2,
The charging current applied to the battery is an overheat prevention metal charging device using an internal resistance of a battery, characterized in that it is a pulse waveform consisting of a charging section and a truce section or a charging section and a small amount of charging section. 청구항 4에 있어서,
상기 충전 전류의 증감은 충전 전류의 펄스 크기 및 충전 전류의 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 증감시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치.5. The method according to claim 4,
The increase/decrease in the charging current is performed by increasing or decreasing at least one of a pulse size of the charging current and a pulse width of the charging current. 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 배터리 내부저항, Rint은 아래의 수학식 (1)을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치.
Figure pat00003
(1)
여기서, Von은 충전 구간에서 측정한 배터리 전압, Voff는 휴전 구간에서 측정한 배터리 전압, I는 충전 구간에서 측정한 배터리 전류임.The method according to claim 1 or 2,
The battery internal resistance, R int is an overheat prevention fast charging device using a battery internal resistance, characterized in that calculated through the following Equation (1).
Figure pat00003
(One)
Here, V on is the battery voltage measured in the charging section, V off is the battery voltage measured in the truce section, and I is the battery current measured in the charging section. 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 배터리 내부 저항, Rint은 아래의 수학식 (2)를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치.
Figure pat00004
(2)
여기서, Vhigh는 충전 구간에서 측정한 배터리 전압, Vlow는 소량 충전 구간에서 측정한 배터리 전압, Ihigh는 충전 구간에서 측정한 배터리 전류, Ilow는 소량 충전 구간에서 측정한 배터리 전류임.The method according to claim 1 or 2,
The battery internal resistance, R int is an overheat prevention fast charging device using a battery internal resistance, characterized in that calculated through the following Equation (2).
Figure pat00004
(2)
Here, V high is the battery voltage measured in the charging section, V low is the battery voltage measured in the small charging section, I high is the battery current measured in the charging section, and I low is the battery current measured in the small charging section. 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 방법에 있어서,
배터리 전압을 측정하는 단계;
배터리 전류를 측정하는 단계;
상기 배터리 전압 및 상기 배터리 전류를 이용하여 배터리 내부저항을 산출하는 단계; 및
상기 배터리 전압이 미리 결정된 기준 전압 미만이면 정전류 충전 모드로 배터리를 충전하고, 상기 배터리 전압이 상기 기준 전압 이상이면 정전압 충전 모드로 배터리를 충전하는 단계를 포함하고,
상기 배터리 내부저항에 근거하여 배터리에 인가하는 충전 전류를 증감시키는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 방법.In the method of overheating fast charging using the internal resistance of the battery,
measuring the battery voltage;
measuring battery current;
calculating a battery internal resistance using the battery voltage and the battery current; and
When the battery voltage is less than a predetermined reference voltage, charging the battery in a constant current charging mode, and when the battery voltage is greater than the reference voltage, charging the battery in a constant voltage charging mode,
An overheat prevention rapid charging method using an internal resistance of a battery, characterized in that increasing or decreasing a charging current applied to the battery based on the internal resistance of the battery. 청구항 8에 있어서,
배터리 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 배터리 내부 저항 및 상기 배터리 온도에 근거하여 상기 충전 전류를 증감시키는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 장치. 9. The method of claim 8,
Further comprising the step of measuring the battery temperature,
An overheating prevention fast charging device using an internal resistance of a battery, characterized in that the charging current is increased or decreased based on the internal resistance of the battery and the temperature of the battery. 청구항 8 또는 9에 있어서,
상기 충전 전류는 충전 구간과 휴전 구간으로 이루어지거나 또는 충전 구간과 소량 충전 구간으로 이루어지는 펄스 파형인 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 금속 충전 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
The charging current comprises a charging section and a truce section or a pulse waveform comprising a charging section and a small amount of charge section. 청구항 10에 있어서,
상기 배터리 충전 전류의 증감은 충전 전류의 펄스 크기 및 충전 전류의 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 증감시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 내부저항을 이용한 과열 방지 급속 충전 방법.11. The method of claim 10,
The increase/decrease in the battery charging current is performed by increasing or decreasing at least one of a pulse size of the charging current and a pulse width of the charging current.
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