KR100954035B1 - 이자전지 충전 방법 및 이차전지용 보호회로 장치 - Google Patents

Abstract

베어셀의 단자 전압을 감지하여 초기 충전 여부를 보호회로부가 인식하는 인식단계, 초기 충전으로 인식되는 경우에 보호호로부가 베어셀의 일 단자와 충전기의 일 단자를 연결하는 도선의 경로 상에 직렬로 설치되는 충전용 FET의 게이트에 소정의 듀티 시간을 가지는 펄스 전압을 작용시켜 상기 충전용 FET의 게이트 전압 및 소오스-게이트 전압을 변화시키면서 충전 전류를 변화시켜 충전율을 상대적으로 낮게 조절하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 충전 방법 및 그에 적합한 이차전지용 보호회로 장치가 개시된다.

본 발명에 따르면, 이차 전지의 충전 초기에 이차 전지의 수용 능력보다 많은 전류가 흘러 전극 내부 구조의 손상을 가져오고 주기 수명을 떨어뜨리는 현상을 프리차아지를 실시하여 방지하면서도 바이패스부를 두어 프리차아지용 FET와 포지스트를 설치할 필요가 없게 되므로 이차전지 보호회로 혹은 이차전지의 생산 원가를 줄이는 효과를 가진다.

Description

이자전지 충전 방법 및 이차전지용 보호회로 장치{Method of charging rechargeable battery and Protection circuit for rechargeable battery}

도 1은 종래의 이차 전지용 보호회로 장치를 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명에 의한 이차전지용 보호회로 장치의 주요부를 도시한 블록도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10; 베어셀 11,13; 내측 전기 단자

20: 충전기 21,23: 외측 전기 단자

30: 바이패스 회로부 33:프리차아지용 FET

31: 포지스터 40,130; 충전용 FET

50; 방전용 FET 71; 온도 퓨즈

73: 발열 코일 75: 단락 FET

80;센서 레지스터 100,200: 보호회로부

103: 주제어 회로 101; 1차 보호회로

102; 2차 보호회로 210: 차단 전압 인가부

211: 제1 다이오드 213: 전압 소오스 단자

220:프리차아지용 전압 인가부 221: 제2 다이오드

225: 펄스 발생 장치

본 발명은 이차전지 충전 방법 및 이차전지용 보호회로 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 충전 초기에 충전기를 통해 입력되는 전류의 크기를 제한할 수 있는 프리차아지(pre-charge) 방법 및 이를 위한 이차전지용 보호회로 장치에 관한 것이다.

리튬 이온 전지와 같은 이차전지의 사용과정에서는 특성상 전지의 충전 및 방전이 이루어지게 된다. 전지에는 에너지의 저장이 이루어지므로 내부 단락 등 이상이 발생할 때에는 저장된 에너지가 짧은 시간 내에 방출되면서 열을 발생시켜 발화가 이루어지거나, 폭발이 이루어질 수 있다. 특히 리튬 이차전지의 경우, 에너지 밀도가 높고, 내부에 사용되는 비수성 전해액이 대개 가연성 물질이므로 안전성을 높이는 작업이 더욱 요구된다.

안전성 향상을 위한 장치로 온도 변화를 감지하여 전류를 차단하는 양성온도소자(PTC)나 바이메탈을 이용한 전류 차단기, 내부 압력 이상을 감지하여 폭발을 방지하는 안전벤트 등이 사용될 수 있고, 전지의 충전시 과충전을 방지하는 보호회로가 충전기나 전지 자체에 설치되는 것이 통상적이다.

도 1에는 종래 이차전지용 보호회로 장치를 개략적으로 나타내는 블록도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 종래 이차전지용 보호회로 장치는 베어셀(10)과, 상기 베어셀(10)에 직렬로 연결되어 과충전 및 과방전시 오프(off)되는 충전용 전계효과트랜지스터 스위치(이하 "FET"으로 약칭함)(40) 및 방전용 FET(50)와, 내부 온도가 설정치 이상 상승할 경우 회로를 차단하는 퓨즈(71)와, 베어셀(10)의 전류를 감지하는 센서 레지스터(80)와, 베어셀(10) 및 센서 레지스터(80)에 의한 전기적 신호를 종합하여 각종 제어 신호를 출력하는 주제어 회로(103)와, 주제어 회로(103)에 의해 충전용 FET(40) 또는 방전용 FET(50)를 온, 오프(on, off)시키는 1차 보호회로(101)와, 역시 주제어 회로(103)에 의해 퓨즈(71)의 개방 여부를 결정하는 2차 보호회로(102)로 이루어져 있으며, 이러한 모든 구성 요소는 하나의 전지팩 내부에 일체로 구현되어 있다. 도면중 부호 20은 이차전지를 충전시키는 충전기 또는 이차전지가 방전되며 구동되는 외부 부하가 될 수 있다.

이러한 종래의 이차전지용 보호회로 장치는 우선 베어셀(10)이 과충전될 경우, 센서 레지스터(80)가 이를 검출하여 주제어 회로(103)에 소정의 전기적 신호를 출력한다. 그러면 주제어 회로(103)는 다시 1차 보호회로(101)에 제어 신호를 출력한다. 그러면 1차 보호회로(101)가 충전용 FET(40)의 게이트(gate)에 로우(low) 신호를 출력함으로써, 충전용 FET(40)가 오프(off)되도록 하여 과충전이 정지된다.

또한, 상기 베어셀(10)이 과방전될 경우, 과충전시와 유사한 경로를 통해 방전용 FET(50)가 오프(off)되도록 하여 과방전이 정지된다.

더불어, 이차전지 내부의 온도가 내부 쇼트(short) 등의 비정상적 상태로 인 해 상승할 경우에는 온도 증가에 따라 저항이 증가하는 온도 퓨즈(71)가 끊어질 수 있도록 2차 보호회로(102)가 작동함으로써, 이차전지의 폭발, 발화 등을 방지한다.

한편, 충전시에는 충전기는 초기에는 정전류 충전, 후기에는 정전압 충전을 하는 경우가 많은데, 리튬 이차 전지의 경우, 초기 정전류 충전이 이루어질 경우, 전류 값이 적정 수준보다 크게 되어 음극 활물질 내부 구조가 파괴되고, 전지의 주기수명이 단축되는 문제 등이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 충전 초기에는 충전용 FET를 오프시키고, 충전용 FET(40)와 병렬로 설치된 바이패스 회로부(30)에 프리차아지용 FET(33)와 포지스터(posister:31) 혹은 PTC 써미서터(Thermister)를 설치하여 충전 전류가 흐르도록 한다. 그리고, 프리차아지용 FET(33)를 통해 흐르는 전류는 포지스터(31)의 저항으로 인해 충전 초기에 이차 전지 전극 구조에 문제를 일으키지 않는 범위로 제한되어 흐르도록 한다.

그리고, 일정 시간이 지나거나, 이차 전지 베어셀(10)이 충전을 통해 일정 전압 수준이 이르면 게이트 전압을 조절하여 프리차아지 FET(33)를 차단시키고, 충전용 FET(40) 를 "온"시켜 충전 전류가 흐르도록 한다.

그런데, 이러한 종래의 보호회로 구성에서 프리차아지 단계를 위해 구성되는 바이패스 회로부(30)의 포지스터(31)의 가격이나 스위치 역할을 하는 FET(33)의 가격이 높아 보호회로 기판의 가격과 이차 전지의 생산 원가를 높이는 문제가 있었다.

본 발명은 종래의 이차 전지 보호회로에서 충전용 FET와 병렬로 설치된 프리차아지 FET와 포지스터 등의 바이패스 회로부를 사용하지 않으면서 충전 초기 전류를 낮게 제어할 수 있는 이차 전지 충전 방법 및 이차전지용 보호회로 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차 전지 충전 방법은 충전시 초기에전류가 흐르는 경로상에 위치하는 충전용 FET의 게이트 단자에 하나의 경로를 통해 인가되는 펄스 폭 조절(PWM:Pulse Width Modulation) 신호의 듀티 시간(duty time, duty ratio)을 조절하여, 즉, 펄스 폭을 조절하여 충전율 혹은 시 평균 충전 전류를 낮은 수준으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 충전율 조절은 듀티 시간을 조절함과 동시에 전압 펄스의 크기를 함께 조절하는 방법으로 이루어질 수도 있다.

본 발명에서 충전용 FET는 게이트-소오스 전압과 드레인 전류가 비례하는 영역에서만 작용하도록 주변 회로 구성을 하여 충전용 FET가 저항처럼 작용하도록 할 수도 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 보호회로 장치는, 베어셀과 연결되는 두 내측 전기 단자와, 충전기와 연결되는 두 외측 전기 단자, 두 내측 전기 단자 가운데 하나의 내측 전기 단자와 두 외측 전기 단자 가운데 그 내측 전기 단자에 대응되는 하나의 외측 전기 단자를 연결하는 제1 도선, 다른 내측 전기 단자와 그에 대응되는 다른 외측 전기 단자를 연결하는 제2 도선, 보호회로부를 구비하며, 제1 도선 및 제1 도선 가운데 하나의 경로상에 충전용 FET의 베어셀측이 연결된 드레인단 및 충전기측이 연결된 소오스단이 접속되고, 충전용 FET의 게이트단은 보호회로부 일 단자에 연결되며, 보호회로부의 일 단자는 내부의 차단 전압 인가부와, 펄스 발생 장치를 가지는 프리차아지용 전압 인가부와 접속되고, 게이트단과 소오스단은 저항을 통해 연결되며, 게이트단과 상기 펄스 발생 장치 사이에는 적어도 하나의 직렬저항이 설치되는 것을 특징으로 하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 충전용 FET는 N채널과 P채널을 모두 사용할 수 있으나, P채널 FET로 이루어지는 경우, 게이트단과 상기 일 단자 사이에는 하나의 저항이 설치되고, 차단 전압 인가부는 적어도 하나의 제1 다이오드와 전압 소오스 단자를 구비하되 제1 다이오드는 일 단자로부터 전압 소오스 단자 방향을 순방향으로 하며, 프리차아지용 전압 인가부는 적어도 하나의 제2 다이오드와 저항을 가지고 제2 다이오드는 일 단자로부터 펄스 발생 장치 방향을 순방향으로 하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명에서 소오스단과 프리차아지용 전압 인가부는 적어도 하나의 저항으로 연결될 수 있다. 이때, 소오스단과 프리차아지용 전압 인가부를 연결하는 저항에는 캐퍼시터가 병렬연결될 수 있다.

본 발명에서 프리차아지용 전압 인가부의 펄스 발생 장치의 펄스 전압은 충전기의 전압과 동일하고, 펄스 사이 구간에서의 기저 전압은 0전압을 발생시키도록 이루어질 수 있으며, 본 발명의 저항들 각각은 게이트단과 소오스단 사이의 전위차가 충전 전류인 드레인 전류와의 관계에서 비례하여 충전용 FET를 저항으로 작용하 도록 하는 구간에서만 작동하도록 배분된 저항값을 가지는 것이 바람직하다.

가령, 펄스 발생 장치의 펄스 기간 중 전압 크기가 충전기 전압과 같고, 펄스간 휴지기의 0전압이 걸릴 때 충전용 FET의 게이트단에는 소오스단과 사이에 저항으로 작용할 수 있는 최대 전압이 걸리도록 할 수 있다. 이렇게 얻어진 저항값의 배분 상태에서 펄스 발생 장치의 펄스의 휴지기 전압 크기를 높이면 충전 전류는 더욱 낮아지고, 충전율은 떨어지며, 반대로 펄스 기간의 전압을 충전기보다 낮게 하면(충전기 FET를 P채널형을 가정할 때) 충전율은 높이고, 평균 충전 전류는 증가할 수 있다. 한편, 펄스가 인가된 상태인 듀티 시간을 늘이면 충전율은 떨어지고, 펄스의 낮은 전압 구간을 늘리면 충전율은 높아진다.

본 발명에서 차단 전압 인가부에는 충전이 이루어지는 평상시에는 충전 효율을 높이기 위해 영전압 혹은 음전압이 인가될 수 있으며, 프리차아지용 전압 인가부에는 계속적으로 충전기 단자 전압과 동일한 높은 전압이 걸리도록 가령, 듀티 비율 100%로 운용되거나 충전용 FET와 단절된 상태로 운용될 수 있다.

프리차아지가 이루어지는 충전 초기 기간에는 프리차아지용 전압 인가부의 작용이 원활히 이루어질 수 있도록 차단 전압 인가부의 전압 소오스 단자는 펄스 발생 장치의 펄스가 인가된 경우의, 차단 전압 인가부가 차단된 경우의 보호회로부 상기 일 단자에 걸리는 전압과 동일 이상의 전압이 걸리도록 운용되거나, 별도 스위치를 통해 단절되는 것으로 할 수 있다. 이런 경우, 차단 전압 인가부는 프리차아지 기간동안 무시될 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로 장치의 주요부의 구성을 나타내는 블럭도이다. 이하 설명 가운데 종래와 비교할 때 공통적인 부분은 종래의 경우를 나타내는 도1의 도면 부호가 사용된다.

도1 및 도2을 참조하여 설명하면, 본 발명 실시예의 이차전지용 보호회로 장치는 베어셀(10)과 연결되는 두 내측 전기 단자와, 충전기와 연결되는 두 외측 전기 단자를 기본적으로 가진다.

보호회로 장치에서 베어셀의 일 단자와 충전기의 일 단자를 연결하는 도선 경로 상에는 베어셀(10)에 직렬로 연결되어 과충전시 오프(off)되는 충전용 전계효과트랜지스터 스위치(이하 "FET"으로 약칭함)(130)가 설치되고, 통상적으로 과방전시 오프되는 방전용 FET(140)와, 내부 온도가 설정치 이상 상승할 경우 회로를 차단하는 퓨즈(71)가 설치된다.

베어셀의 타 단자와 충전기의 타 단자를 연결하는 도선 경로 상에는 베어셀(10)을 통해 흐르는 전류의 크기를 감지할 수 있도록 센서 레지스터(80)가 설치된다. 그리고, 보호회로 장치 내에는 보호회로부(200)가 형성되고, 보호회로부(200)에는 많은 단자가 설치되어 베어셀의 접속단, 센서 레지스터의 양단, 충전용 FET(130) 및 방전용 FET(50)의 게이트 전극, 온도 퓨즈(71)의 개방과 관련된 단락용 FET(75)의 게이트 전극과 연결된다.

충전용 FET(130) 주변 구성을 좀 더 살펴보면, 베어셀의 한 단자(11)와 충전기 한 단자(21)를 연결하는 경로상에 충전용 FET(130)의 드레인단이 베어셀(10)과, 소오스단이 12.6볼트(V)의 전위를 가지는 충전기 단자와 접속되게 설치된다. 충전용 FET(130)의 게이트 단자는 보호회로부(200)에 연결되며, 보호회로부에서는 100킬로오옴의 제1 저항(R1)을 개재하여 분기된, 제1 다이오드(211) 및 전압 소오스 단자(213)를 가지는 차단 전압 인가부(210)와 제2 다이오드(221), 150킬로오옴의 제2 저항(223:R2) 및 펄스 발생 장치(225)를 가지는 프리차아지용 전압 인가부(220)와 접속된다. 또한, 충전용 FET(130)의 게이트단(133)과 소오스단(131)은 470킬로오옴의 제3 저항(R3)을 통해 서로 연결된다. 소오스단은 프리차아지용 전압 인가부(220)의 제2 다이오드(221) 및 제2 저항(223) 사이의 지점에서 120킬로 오옴의 제4 저항(R4)을 통해 연결된다. 제4 저항에는 0.1 마이크로 패러드의 캐퍼시터가 병렬연결된다. 펄스 발생 장치(225)는 최대 전위가 충전기 단자의 전위가 같은 12.6볼트의 전위를 가지고, 낮은 전압 구간의 전위가 0볼트인 펄스를 인가하게 된다.

보호회로부(200)를 좀 더 세분하면, 보호회로부는 다시 베어셀(10) 및 센서 레지스터(80)에 의한 전기적 신호를 종합하여 각종 제어 신호를 출력하는 주제어 회로와, 주제어 회로에 의해 충전용 FET(130) 및 방전용 FET를 온, 오프(on, off)시키는 1차 보호회로와, 역시 주제어 회로에 의해 단락용 FET를 여닫아 분기 도선에 대전류를 흘리고, 분기 도선에 형성된 발열 코일이 퓨즈(71)를 끊어주도록 결정하는 2차 보호회로로 이루어질 수 있다. 주제어 회로와 1차 보호회로 및 2차 보호회로는 보호회로부 내부에서 서로 신호선을 통해 밀접하게 연결되어 있다. 본 발명에서 충전용 FET가 연결되는 보호회로부의 접속 단자는 모두 1차 보호회로에 속하 며, 1차 보호회로 부분의 구성에 대해서만 주로 논의하는 것으로 한다.

본 실시예와 같은 구성에서 차단 전압 인가부가 충전용 FET쪽으로 연결되지 않았다고 생각하면, 프리차아지용 펄스 발생 장치(225)가 발생시킨 펄스의 전압이 충전기 단자 전압과 같은 상태에서는 소오스단(131)과 게이트단(133) 사이의 저항을 통해 전류가 흐르지 않고, Vgs는 0이 되고, 충전용 FET를 통해 흐르는 전류는 충전용 FET의 트랜지스터 특성에 의해 정해지나 0으로 수렴할 것이다. 펄스의 저전압 구간에서 전압을 0볼트로 하면 Vg 및 Vgs는 저항의 배분에 따라 일정한 값을 가지게 된다. 따라서, 충전용 FET(130)를 통해 흐르는 전류는 충전용 FET(130) 특성에 따른 일정 값이 된다. 가령, 본 실시예에서는 충전용 FET(130)의 소오스단(131)과 제4 저항에 의해 연결되는 K지점 사이에 걸리는 전압, 즉, 제4 저항에 걸리는 전압은 제1 저항, 제3 저항, 제4 저항의 합성 저항이 대략 100킬로오옴이다. 제2저항이 150킬로오옴이며, 소오스단(131)과 펄스 발생 장치의 낮은 전압 값 0볼트 사이에 12.6볼트가 걸린다고 생각하면, 전압의 저항에 따른 배분에 의해 소오스단(131)과 K지점 사이에 걸리는 전압은 대략 5볼트, K지점은 대략 전위값이 7.6볼트가 되며, 충전용 FET(130)의 게이트단(133)은 소오스단(131)으로부터 4.16볼트 낮아진 8.45볼트 정도가 된다.

펄스 전압에 따라 Vgs값이 충전 전류인 충전용 FET(130)의 드레인 전류와 비례관계를 가지는 범위 내에서는 충전용 FET(130)는 마치 저항과 같은 역할을 한다고 볼 수 있고, 충전기의 정전류 공급기가 주는 정전류 값에 비해 낮아진 충전 전류에 의해 이차전지에는 초기 충전이 이루어지게 된다. 또한, 펄스의 듀티 시간에 따라 전류는 흐르거나 흐르지 않게 되므로 시평균 전류는 전류가 흐를 때의 전류값보다 낮아지게 된다. 따라서, 듀티 시간도 충전 전류 및 충전율을 낯추는 역할을 하게 된다.

일 측면에서 보면, 펄스의 듀티 시간을 늘이면 게이트단(133)의 시평균 전압도 높아지고, Vgs도 0에 가깝게 높아져 이차 전지 초기 충전시에 충전 전류 및 충전율을 억제하는 역할을 한다.

본 발명 장치에 의한 본 발명 방법에서의 이런 작용은 초기 충전시의 충전율 혹은 충전 전류 제어를 위해 종래의 바이패스 회로에 프리차아지용 FET와 포지스터가 형성되는 구성과 유사점을 가지는 것으로 볼 수 있다.

한편, 이상의 실시예에서 살펴본 것은 펄스의 주기 및 제4 저항과 병렬 연결된 캐퍼시터의 역할을 고려하지 않은 것으로 이런 점을 고려한다면 게이트단(133)의 전압은 더욱 높아지고, 펄스 파형의 낮은 전압 구간에 있을 때 소오스단(131)과의 전압차 Vgs를 더욱 낮추는 역할을 할 수 있다.

이러한 보호회로 장치를 가지는 이차 전지에서의 충전이 이루어지는 방법, 작용을 살펴보면, 먼저 이차전지가 충전기와 연결될 때에는 보호회로 장치의 두 외측 전기 단자(21,23)에 충전기(20)의 두 단자가 접속된다. 충전기에도 보호회로가 내장되어 기본적으로 충전 초기에 정전류를 공급하도록 회로가 구성되고, 충전이 대부분 이루어지면 후기에 정전압이 두 외측 전기 단자(21,23)에 인가되도록 회로가 구성된다.

이차전지의 베어셀(10)은 충전 필요시 대개 일정 전압 이하의 상태이며, 이 상태에서 충전기의 일정율로 공급되는 일정 이상 레벨의 전류를 공급받게 되면 내부 구조 손상 및 성능 저하가 우려된다. 따라서, 이차전지 내의 보호회로 장치에서는 두 내측 전기 단자(11,13) 사이에 인가되는 베어셀의 전압을 감지하여 일정 이하인 경우, 주제어 회로에서는 1차 보호회로에 소정의 제어 신호를 전달한다. 이 제어 신호에 의해 1차 보호회로 내에서 신호선을 통해 차단 전압 인가부(210)와 프리차아지용 전압 인가부(220)에 각각 신호가 전달된다.

이들 신호에 의해, 가령, 도2에는 도시되지 않으나, 차단 전압 인가부(210)와 충전용 FET(130)의 게이트단(133)을 연결하는 일부분에 스위치가 형성되어 이 스위치가 차단되거나, 별도의 이러한 스위치 없이 전압 소오스 단자의 출력이 '하이(high)'로 전환되면서 제1 다이오드에 의해 결과적으로 충전용 FET의 게이트단과 차단되도록 할 수 있다. 그리고, 프리차아지용 전압 인가부의 펄스 발생 장치가 동작을 시작하거나, 계속적으로 펄스를 발생시키는 상태에 있는 펄스 발생 장치와 제4 저항을 연결하는 경로에 있는 미도시된 스위치를 닫아 연결시킬 수 있다.

따라서, 초기 충전을 위한 프리차아지 과정에서 펄스 발생 장치에서 전압 펄스가 생성되면 게이트단과 소오스단은 모두 같은 12.6볼트의 전압이고, Vgs는 0가 되며, 전류는 0가 된다. 반대로, 펄스와 펄스 사이의 낮은 전압 구간에서는 충전기 단자의 높은 전압에 의해 전류가 제4저항 및 제3, 제1 저항을 통과하는 두 경로로 K지점을 거쳐 다시 펄스 발생 장치의 접지 단에 이르게 된다. 이때 전류가 제3 저항을 거치므로 게이트단(133)은 항상 소오스단에 비해 낮은 전압이 되고, 베어셀로 투입되는 드레인 전류가 흐르게 된다.

소오스 드레인 사이의 전압차는 일정한 것으로 볼 때, 통상의 범위에서 Vgs의 절대값이 커질수록 소오스에서 드레인으로 흐르는 드레인 전류는 커진다. 펄스 주기에 의해 충전용 FET의 게이트는 드레인 전류에 대한 개폐동작을 반복하게 된다.

그러므로, 펄스의 듀티 시간을 높게 유지하면 드레인 전류가 흐르는 기간이 짧아지고, 평균 드레인 전류값이 작아지며, 시간 평균으로 볼 때의 게이트단 전압이 높게 유지되고, Vgs는 절대값이 작게 되어, 충전율이 낮은 상태를 유지하게 된다.

결국, 펄스의 고저단 전압 크기와 듀티 시간이라는 두 가지 요소에 의해 충전 전류가 조절되어 이차 전지 초기에 요구되는 낮은 충전률로 충전이 이루어질 수 있도록 한다.

프리차아지용 전압 인가단에 의해 펄스가 공급되면서 충전용 FET를 통해 일정 시간 전류가 공급되거나(시간 제어 방식), 베어셀이 일정 이상의 단자 전압을 가지도록 충전이 이루어지면(전압 제어 방식), 주제어 회로는 이러한 시간 경과나 베어셀 전지의 두 전극에 인가되는 전위차 혹은 두 내측 전기 단자의 인가 전압이 일정 이상임을 인식하여 새로운 제어 신호를 발생시킨다. 새로운 제어 신호에 따라 1차 보호회로에서는 차단 전압 인가단의 전압 소오스 단자가 연결되거나, 전압 소오스 단자 단자의 출력이 '로(low)'신호로 바뀌고, 충전용 FET의 게이트단에 '로'(음전압 혹은 영전압) 신호를 인가하여 충전기의 정전류 공급 회로에 따른 정전류가 흐르게 한다. 한편으로, 새로운 제어 신호에 따라 프리차아지용 전압 인가부 에는 펄스 발생 장치가 단절되거나, 펄스 발생이 중단될 수 있다.

따라서, 게이트단 전압은 충전기 단자 전압과, 보호회로 내의 전압 소오스 단자의 전압과 제1 저항, 제3저항에 의해 결정되고, 게이트단 전압이 충분히 낮다면 충전기에서 공급하는 정전류가 대부분 드레인 전류로서 높은 충전율로 베어셀 충전이 가능하도록 한다.

한편, 이런 동작을 위해서는 1차 보호회로는 일 부분에서 주제어 회로의 신호 전달시마다 신호를 발생시키는 역할만을 담당하도록 하고, 주제어 회로에는 프리차아지 기간 동안 충전용 FET에 작용하도록 주기적으로 1차 보호회로에 펄스 신호를 보낼 수 있는 회로 동작 프로그램이 설치될 수 있다. 이런 기능을 가지기 위해 주제어 회로는 마이컴 형태로 제작될 수 있으며, 도2와 같이 내부에 펄스 발생 장치, 차단 전압 인가단의 전압 소오스 단자를 포함하는 것일 수 있다.

혹은, 주제어 회로에는 베어셀의 전압이 일정 이하임을 감지하여 한 번만 1차 보호회로에 신호를 주고, 1차 보호회로는 별도의 주제어 신호가 없으면 자체에 정해진 듀티 시간을 가지는 펄스를 주기적으로 발생시켜 전송하는 프로그램이 설치될 수 있다. 이런 경우, 1차 보호회로도 마이컴 형태로 프로그램 동작이 가능하게 형성되며, 펄스 발생 장치가 포함되는 것으로 생각할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이차 전지의 충전 초기에 이차 전지의 수용 능력보다 많은 전류가 흘러 전극 내부 구조의 손상을 가져오고 주기 수명을 떨어뜨리는 현상을 막을 수 있도록 프리차아지를 실시하면서도 바이패스부를 두어 프리차아지용 FET와 포지스트를 설치할 필요가 없게 되므로 이차전지 보호회로 혹은 이차전지의 생산 원가를 줄이는 효과를 가진다.

Claims (9)

1. 베어셀의 단자 전압을 감지하여 초기 충전 여부를 보호회로부가 인식하는 인식단계,

   초기 충전으로 인식되는 경우에 상기 보호회로부가 베어셀의 일 단자와 충전기의 일 단자를 연결하는 도선의 경로 상에 직렬로 설치되는 충전용 FET의 게이트에 소정의 듀티 시간을 가지는 펄스 전압을 작용시켜 상기 충전용 FET의 게이트 전압 및 소오스-게이트 전압을 변화시키면서 충전 전류를 변화시켜 충전율을 감소시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 충전 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 충전율을 감소시키는 단계에서 상기 충전율은 상기 듀티 시간을 조절하는 방법으로 조절되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충전 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 충전율을 감소시키는 단계에 이어 상기 보호회로부가 상기 베어셀 단자 전압이 일정 이상임을 감지하는 단계와

   상기 보호회로부가 상기 충전용 FET의 게이트에 대한 상기 펄스 전압의 작용을 막고, 일정한 전압을 작용시켜 상기 충전용 FET를 통한 충전 전류에 의한 충전율을 증가시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 충전 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 충전율을 감소시키는 단계에 이어 상기 보호회로부가 일정 시간의 경과를 인식하는 단계와

   상기 보호회로부가 상기 충전용 FET의 게이트에 대한 상기 펄스 전압의 작용을 막고, 일정한 전압을 작용시켜 상기 충전용 FET를 통한 충전 전류에 의한 충전율을 증가시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 충전 방법.
5. 베어셀과 연결되는 두 내측 전기 단자와, 충전기와 연결되는 두 외측 전기 단자, 상기 두 내측 전기 단자 가운데 하나의 내측 전기 단자와 상기 두 외측 전기 단자 가운데 상기 내측 전기 단자에 대응되는 하나의 외측 전기 단자를 연결하는 제1 도선, 다른 내측 전기 단자와 그에 대응되는 다른 외측 전기 단자를 연결하는 제2 도선, 보호회로부를 구비하며,

   상기 제1 도선 및 상기 제1 도선 가운데 하나의 경로상에 충전용 FET의 베어셀측이 연결된 드레인단 및 충전기측이 연결된 소오스단이 접속되고,

   상기 충전용 FET의 게이트단은 상기 보호회로부 일 단자에 연결되며,

   상기 보호회로부의 일 단자는 내부의 차단 전압 인가부와, 펄스 발생 장치를 가지는 프리차아지용 전압 인가부와 접속되고,

   상기 게이트단과 상기 소오스단은 저항을 통해 연결되며,

   상기 게이트단과 상기 펄스 발생 장치 사이에는 적어도 하나의 직렬저항이 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호회로 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 충전용 FET는 P채널 FET로 이루어지며,

   상기 게이트단과 상기 일 단자 사이에는 하나의 저항이 설치되고,

   상기 차단 전압 인가부는 적어도 하나의 다이오드와 전압 소오스 단자를 구비하며 상기 다이오드는 상기 일 단자로부터 상기 전압 소오스 단자 방향을 순방향으로 하며,

   상기 프리차아지용 전압 인가부는 적어도 하나의 다이오드와 저항을 가지고 상기 다이오드는 상기 일 단자로부터 상기 펄스 발생 장치 방향을 순방향으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호회로 장치.
7. 제 5항 또는 제6 항에 있어서,

   상기 소오스단과 상기 프리차아지용 전압 인가부는 적어도 하나의 저항으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호회로 장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 프리차아지용 전압 인가부의 펄스 발생 장치의 펄스 전압은 상기 충전 기의 전압과 동일하고, 상기 펄스 사이 구간에서의 기저 전압으로 0전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호회로 장치.
9. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 저항 각각은 상기 게이트단과 상기 소오스단 사이의 전위차가 충전 전류인 드레인 전류와의 관계에서 비례하여 충전용 FET를 저항으로 작용하도록 하는 구간에서만 작동하도록 저항값이 배분되는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호회로 장치.

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