리튬 이온 전지는 충전을 시작하면 일정 전압을 보일 때까지 정전류로 충전을 합니다. Show 그렇게 지속적으로 동일한 전류를 공급하다보면 배터리 단자 전압이 상승해서 전류가 줄어들기 시작하는 전압까지 도달하면 이때부터는 전류를 제어해서 정전류로 공급하는게 아니라 충전기 출력 전압을 배터리 모델에 따라 셀당 4.2V 또는 4.3,..4.35V 식으로 고정을 합니다. 전압을 고정해도 이미 배터리 단자 전압과는 거의 차이가( 전위차) 없어서 전류가 다시 증가하거나 하지 않습니다. 아래 그래프를 보면요 제가 이해하기 쉽게 선을 연장해서 그어 놓은 부분중에 1. 충전 전류가 감소하는 전압을 보면 만충 전압과 동일하다고 보여줍니다. ( Charge Voltage ) ( 다만 제경험으로 보면 대략 4.1V 근처에서 감소하는거 같은데 말입니다 ) 2. 충전 전류가 감소하는 지점의 충전 용량을 보면 대략 82-83% 정도 충전된 후라고 보여줍니다. 여기서 충전 전류는 하나의 예일 뿐입니다. 아래 그래프처럼 충전 전류를 달리했을 때 시간에 따른 충전량의 차이를 보여주는 그래프입니다. 당연히 충전 전류가 크면 충전 시간은 감소하게 됩니다. 충전 전류는 각각의 배터리 모델을 보면 권장 전류가 있습니다만 리튬이온 전지들은 대체로 0.5C 이하라고 보시면 됩니다. 여기서 0.5C는 이런 의미입니다. 배터리 용량이 3000mAh 이면 0.5C 는 1.5A 충전 전류가 됩니다. 본 발명은 리튬 이온 전지(Li-ion battery)의 충전율 향상을 위한 충전 방법에 관한 것이다. 최대 충전전류를 흘려 일정 전압까지 전지의 전압을 상승시키는 정전류구간과 정전류 구간이 종료된후 충전 전류를 감소시켜, 충전을 실행하는 종래 정전류, 정전압 방식의 충전방법은 충전시간이 오래걸리며, 충전효율이 떨어진다. 본 발명에서는 전지 제한 전압까지의 정전류 충전이후 정전압 충전구간에서 충전전류를 계단형으로 점차 줄이면서 충전이 이루어질 수 있도록
하는 개념의 기술적 사상을 갖는 것으로, 각 설정된 전류값에 의한 정전류 충전구간을 갖는 다단의 정전류 단계를 설정하고, 최대 전류값으로 설정된 정전류 단계부터 실행하여 전지 충전전압이 최대 충전제한 전압을 초과하지 않도록 실행중인 정전류 단계의 전류값보다 낮은 전류값순서대로 정전류 단계를 실행하여 충전을 완료하도록 하므로써, 일정한 충전율까지 충전시간을 단축시킬 수 있도록 하며, 종래와 동일시간에 보다 높은 충전율을 갖을 수 있도록 한 것이다. 리튬 이온 전지의 충전 방법
본 발명은 리튬 이온 전지(Li-ion battery)의 충전율 향상을 위한 충전 방법에 관한 것이다. 최근, 셀롤라 폰(cellular phone) 등과 같은 이동전화기기, 핸드 PC 와 같은 휴대용 기기의 보급이 증가하게 되면서, 휴대용 이동제품의 전원 공급장치로 2차 전지가 필수적으로 사용되고 있다. 이와 같이 휴대용 이동 제품이 늘어나면서, 전지의 사용은 점차 증가하게 되며, 전지의 수명 및 1회 충전에 얼마나 오랜시간을 사용할 수 있는 가에 많은 기술개발이 이루어지고 있다. 일반적으로 대용량인 리튬-이온 전지가 많이 사용되고 있는 데, 본 발명은 충전율을 향상시키고, 동일한 충전율에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 리튬 이온 전지의 충전 방법에 관한 것이다. 도 1은 종래 전지 충전 방식을 나타낸 파형도로서, 이와 같은 충전방식은 일반적으로 적용되는 CC-CV(Constant Current, Constant Voltage) 충전방식으로, 정전압 및 정전류 방식을 병행하여 사용하는 충전방식이다. 도 1에서와 같이, 일정전지 전압에 도달할때까지 최대 전류로 충전을 실행하고, 일정전지 전압에 도달하게 되면, 점차로 충전전류를 감소시키면서 충전을 실행하게 된다. 도 2는 도 1에서와 같은 충전 구간을 단계별로 충전시간과의 관계를 나타낸 도면으로, 단계1에서는 정전류로 충전제한 전압까지 전지전압을 상승시킨다. 이와 같은 일정 전압까지 전압이 상승되면, 단계 2에서 전지가 포화되어 점차로 충전전류를 감소하면서 충전을 실행하게 되고, 이때 최대 전지전압에 도달하게 된다. 이후, 전지전압에 따라 보충충전을 실시하게 되는 데, 이는 리튬 이온 전지는 과전압에 의한 과충전을 할 수 없으며, 트리클 충전은 전지에 손상을 주게 되므로, 트리클 충전을 적용하지 않고(No trickel charge applied), 보충충전을 실행하게 된다. 여기서, 트리클 충전이라함은 비상용 전극으로서 축전지를 사용하는 경우 그것을 언제나 충전상태로 유지하기 위하여 자기 방전의 전류에 가까운 크기의 충전 전류를 끊임없이 흘려두는 방법을 말하는 것이다. 이상에서와 같이, 정전류 충전구간(단계 1)은 낮은 0.5C rate 이하 정전류 충전으로, 정전류 시간이 1시간 정도 유지가 되므로, 정전류 충전이후 토핑 충전(Topping charge)이 되는 구간(단계 2)이 상대적으로 길고, 충전의 종료를 시간 혹은 전류를 감지하여 제어하기 때문에 종래의 충전방식인 정전류, 정전압 충전방식에서는 충전율과 시간은 정비례하는 요소가 되는 것이다. 이와 같은 방법을 적용한 충전기에서는 100분 충전시 충전율이 약 85% 이하이며, 적어도 90%이상 충전을 하기 위해서는 130분이상 충전을 해야하므로, 전지를 충전하는데 많은 시간이 소요된다. 본 발명은 전지 제한 전압까지의 정전류 충전이후 정전압 충전구간에서 충전전류를 계단형으로 점차 줄이면서 충전이 이루어질 수 있도록 하는 개념의 기술적 사상을 갖는 것으로, 단계적인 정전류 구간을 설정하여 전지 제한 전압 수준에서 전지의 정전압 제어가 이루어지도록 하므로써, 일정한 충전율까지 충전시간을 단축시킬 수 있도록 하며, 종래와 동일시간에 보다 높은 충전율을 갖을 수 있도록 한 것이다. 도 1은 종래 리튬 이온 전지의 충전 방법에 있어, 충전 전류와 충전 전압의 관계를 나타낸 파형도. 도 2는 도 1에서와 같은 충전 구간을 단계별로 충전시간과의 관계를 나타낸 도면. 도 3은 본 발명 리튬 이온 전지의 충전 방법에 있어, 충전 전류와 충전 전압과의 관계를 나타낸 파형도. 도 4는 본 발명 리튬 이온 전지의 충전 방법에 있어, 충전 과정의 실행수순을 나타낸 플로우챠트. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각 설정된 전류값에 의한 정전류 충전구간을 갖는 다단의 정전류 단계를 설정하고, 최대 전류값으로 설정된 정전류 단계부터 실행하여 전지 충전전압이 최대 충전제한 전압을 초과하지 않도록 실행중인 정전류 단계의 전류값보다 낮은 전류값순서대로 정전류 단계를 실행하여 충전을 완료하도록 함을 특징으로 한다. 본 발명은 설정된 최대 충전전류로써, 최대 충전제한 전압까지 전지 전압을 상승시킨후, 최대 충전 제한 전압을 넘지 않도록 단계적으로 충전 전류를 줄이면서 충전을 실행하도록 하는 것이다. 도 3은 본 발명 충전 방법을 적용한 충전 전류와 충전 전압과의 관계를 나타낸 파형도로서, 충전전류는 단계적으로 충전전류를 감소시키는 계단형 구조를 갖음을 알 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 처음 인가한 전류가 끝나는 시점인 전지 전압이 4.25[V]까지 올라간때에 다음 단계의 낮은 정전류를 다시 인가하게 된다. 즉, 처음 1.8[A]의 전류를 인가한 후 전압이 4.25[V]로 인가하면, 다음 단계의 설정된 전류인 1.5[A]를 흘려 전압이 4.25[V]가 넘지 않도록 하고, 다시 전지의 전압이 4.25[V]로 올라가면 인가한 전류보다 낮은 전류값을 갖는 다음 단계의 전류를 흘려주도록 함을 반복하여 충전을 진행하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같은 실시예에 있어서는 상기한 바와 같은 정전류 단계를 12단계로 설정한 예이며, 전지의 용량에 따라서 초기 시작 전류를 설정하여 전류의 단계는 설정되는 전류값에 따라서 다양하게 적용할 수 있다. 본 실시예에 있어서는 최대 충전시 전압이 4.25[V]인 경우인데, 이는 4.2[V]로 충전이 제한되는 전지에서 공차로 0.5[V]를 주어 전지의 충전시 전압은 4.2[V]~4.25[V]까지 가변이 가능한 것이다. 이때, 4.1[V]로 충전이 제한되는 전지일 경우에는 충전시 전압이 4.1[V]~에서 4.15[V]까지의 전압의 가변이 가능하게 되는 것이다. 이와 같이 본 발명은 전지의 충전시 종래의 정전압, 정전류 충전방식에서 정전류 충전구간이 지나고, 정전압구간으로 넘어가는 시점에서 다시 낮은 정전류를 흘려주어 계속하여 정전류 방식을 유지해 나간다는 것으로, 전지의 전압이 어느수준에 다다르면, 전지의 전압은 그 수준으로 유지시키고 전류는 줄여나가는 정전압 방식대신 전압이 어느 수준에 이르거나, 또는 전류가 어느 시점에서 떨어지기 시작하여 정전류를 계속해서 인가할 수 없는 경우, 다음 단계의 낮은 전류를 흘려 충전을 실행하는 것이다. 도 4는 본 발명의 충전 실행수순을 나타낸 플로우챠트로서, 상기에서 설명한 바와 같이, 충전시 전지 최대 전압을 넘지 않도록 각 정전류 단계를 실행하고, 모든 정전류 단계의 실행이 완료되거나, 일정시간(100분)이 경과하면 충전과정을 완료하도록 하는 것이다. 여기서, 모든 정전류 단계의 실행후 또는 일정시간(100분)이 경과할때, 충전과정을 종료하는 것은, 이러한 경우에 최대 전지전압까지의 충전이 완료되지 않는다는 것은 전지의 수명 등 기타 다른 조건에 따라 결정되는 경우가 있으므로, 충전과정을 종료하게 되는 것이다. 이상에서 충전방법을 적용하게 되면, 종래의 정전류, 정전압 충전방식에 비해 충전율이 향상되며, 실험치로서 종래 충전방법에 의한 충전율이 85%인 정도에 반해 본 발명을 적용한 충전에 있어서는 약 90~92%의 충전 효율을 갖는다. 따라서, 이와 같은 충전 방법을 적용한 충전기를 적용하면, 셀롤라폰, 휴대용 PC 등의 휴대용 제품의 1회 충전시 사용시간을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Claims (2)
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