KR100349723B1 - a device for discharging a lithum ion battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이온전지를 미리 설정한 방전 전류로 정확하게 방전시키고, 컷오프전압 이하로 방전되지 않도록 이중으로 보호한다.The present invention accurately discharges a lithium ion battery at a predetermined discharge current, and doublely protects the lithium ion battery from being discharged below a cutoff voltage.
리튬이온 전지의 단자전압을 검출하는 전압 검출부와, 전지에서 방전부하로 흐르는 방전전류의 값을 검출하는 전류 검출부와, 전지의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 전류검출부가 검출한 방전전류의 값과 미리 설정된 방전전류의 값에 따라 설정전류 값을 발생하고 전압검출부가 검출한 전지의 단자전압이 설정된 컷오프 전압이하이거나 상기 온도검출부가 검출한 전지의 온도가 설정온도 이상일 경우에 방전중지 신호를 발생하는 중앙제어부와, 전압검출부가 검출한 단자전압이 설정된 컷오프 전압 이하일 경우에 방전중지신호를 발생하는 컷오프 전압 검출부와, 중앙제어부와 상기 컷오프 전압 검출부가 방전중지신호를 발생할 경우에 전지와 방전부하의 사이를 차단하여 전지의 방전을 정지시키는 전지보호부와, 중앙제어부가 출력하는 설정전류 값에 따라 상기 전지의 방전전류 값을 설정하는 방전전류 설정부와, 방전전류 설정부가 설정한 방전전류의 값에 따라 전지에서 방전부하로 방전전류가 흐르게 제어하는 전류제어부로 구성되어 방전전류를 설정하여 일정 전류로 방전할 수 있고, 전지의 단자전압이 컷오프 전압에 도달하면 자동으로 전류를 차단하여 전지의 손상을 방지할 수 있다.A voltage detector for detecting the terminal voltage of the lithium ion battery, a current detector for detecting the value of the discharge current flowing from the battery to the discharge load, a temperature detector for detecting the temperature of the battery, and a value of the discharge current detected by the current detector; Generates a set current value according to a preset discharge current value and generates a discharge stop signal when the terminal voltage of the battery detected by the voltage detector is lower than the set cutoff voltage or when the temperature of the battery detected by the temperature detector is higher than the set temperature. The central control unit, a cutoff voltage detector for generating a discharge stop signal when the terminal voltage detected by the voltage detector is less than or equal to the set cutoff voltage, and the battery and the discharge load when the central controller and the cutoff voltage detector generate a discharge stop signal. Battery protection unit for stopping the discharge of the battery by blocking the The discharge current setting unit for setting the discharge current value of the battery according to the value, and the current control unit for controlling the discharge current flows from the battery to the discharge load according to the value of the discharge current set by the discharge current setting unit to set the discharge current. It can be discharged with a constant current, and when the terminal voltage of the battery reaches the cut-off voltage, it can automatically cut off the current to prevent damage to the battery.
Description
본 발명은 리튬이온 전지의 방전장치에 관한 것으로, 특히, 설정된 방전전류로 리튬이온 전지를 정확히 방전시키고, 리튬이온 전지의 전압이 컷오프 전압 이하로 방전되지 않도록 이중으로 보호하는 리튬이온 전지의 방전장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge device of a lithium ion battery, and more particularly, to a discharge device of a lithium ion battery that accurately discharges a lithium ion battery at a set discharge current and protects the voltage of the lithium ion battery so as not to discharge below a cutoff voltage. It is about.
다양한 휴대용 전자장치들이 많은 계층들로부터 호응을 얻어 급속히 보급됨에 따라 전기를 저장하여 각종 휴대용 전자장치들에 전원을 공급할 수 있는 전지의 수요가 급속히 늘고 있다. 특히 방전 후에 다시 전원을 충전하여 사용할 수 있는 2차전지는 자원의 재활용 및 절약의 면에서 유리하기 때문에 환경보호와 관련되어 지속적으로 그 사용이 늘고 있는 실정이다.As a variety of portable electronic devices have been rapidly received by many layers, the demand for batteries capable of storing electricity and supplying power to various portable electronic devices is increasing rapidly. In particular, the secondary battery that can be used to recharge the power after discharging is advantageous in terms of recycling and saving of resources, so the use of the secondary battery is continuously increasing in relation to environmental protection.
2차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서 방전 후에 다시 전원을 충전하여 사용할 수 있다. 대표적인 2차전지의 하나인 리튬이온 전지는 현재 휴대용 이동통신단말기에 널리 사용되고 있다. 상기 리튬이온 전지의 방전전압은 대표적인 경우 4.2V이며, 전원이 방전됨에 따라 전압이 계속해서 떨어져 방전 컷오프 전압(예를들면, 2.4V 정도) 이하로 되면, 전지의 특성을 잃게 된다. 그러므로 리튬이온 전지는 생산과정에서 충전과 방전을 2 내지 3회 정도 반복 실행하여 2차전지로서의 특성을 갖도록 하고 있다. 그리고 리튬이온 전지의 충전 및 방전을 수행하는 과정에서 일정전류로 방전하여 방전특성을 검사하고, 전지의 단자전압을 체크하여 전지의 특성을 잃어버리는 컷오프(cut-off) 전압이하로 방전되지 않도록 계속적으로 감시해야 한다. 또한 리튬이온 전지의 방전중에 과전류 방전에 의해 열이 발생하여 전지가 폭발하지 않도록 전지의 온도를 감시하고, 전지의 온도가 소정의 온도 이상으로 될 경우에 방전을 중지해야 한다.The secondary battery is a device that converts chemical energy into electrical energy, and can be used after recharging the power. Li-ion batteries, which are one of the representative secondary batteries, are widely used in portable mobile communication terminals. The discharge voltage of the lithium ion battery is typically 4.2V, and when the power is discharged, the voltage continues to drop, and when the discharge cutoff voltage (for example, about 2.4V) or less is lost, characteristics of the battery are lost. Therefore, the lithium ion battery is repeatedly charged and discharged two to three times in the production process to have characteristics as a secondary battery. In the process of charging and discharging the lithium ion battery, the battery is discharged at a constant current to examine the discharge characteristics, and the terminal voltage of the battery is checked so that the battery is not discharged below the cut-off voltage that loses the battery characteristics. Should be monitored. In addition, it is necessary to monitor the temperature of the battery so that the battery does not explode due to overcurrent discharge during the discharge of the lithium ion battery, and stop the discharge when the temperature of the battery becomes above a predetermined temperature.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로,The present invention was made to solve the above problems,
본 발명의 목적은 원하는 방전전류를 설정하고 그 설정한 방전전류로 리튬이온 전지를 정확하게 방전시킬 수 있는 리튬이온 전지의 방전장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a discharge device for a lithium ion battery that can set a desired discharge current and accurately discharge the lithium ion battery with the set discharge current.
본 발명의 다른 목적은 리튬이온 전지의 방전시에 과열에 의한 폭발이나 열화를 방지할 수 있는 리튬이온 전지의 방전장치를 제공하는 데 있다.본 발명의 또 다른 목적은 리튬이온 전지가 컷오프 전압 이하로 방전되어 손상되는 것을 이중으로 보호하는 리튬이온 전지의 방전장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a discharge device of a lithium ion battery that can prevent explosion or deterioration due to overheating during discharge of the lithium ion battery. The present invention provides a discharge device for a lithium ion battery which doublely protects against damage caused by discharge.
도 1은 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 방전장치의 구성을 나타내는 블록도이고,1 is a block diagram showing the configuration of a discharge device of a lithium ion battery according to the present invention;
도 2는 도 1의 전류제어부, 전류검출부, 방전부하 및 전지 보호부를 보인 회로도이며,FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a current controller, a current detector, a discharge load, and a battery protector of FIG.
도 3은 도 1의 컷오프 전압검출부의 회로도이며,3 is a circuit diagram of a cutoff voltage detector of FIG. 1;
도 4는 본 발명의 방전장치에 따른 중앙제어부의 동작을 보인 신호흐름도이다.Figure 4 is a signal flow diagram showing the operation of the central control unit according to the discharge device of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 : 전압검출부 12 : 온도검출부11: voltage detector 12: temperature detector
13 : 전류검출부 14 : 전류제어부13 current detection unit 14 current control unit
15 : 방전부하 16 : 방전전류설정부15: discharge load 16: discharge current setting unit
17 : 중앙제어부 18 : 전지보호부17: central control unit 18: battery protection unit
19 : 컷오프 전압 검출부 20 : 전지19: cut-off voltage detector 20: battery
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 방전장치는 리튬이온 전지의 단자전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 전지에서 방전부하로 흐르는 방전전류의 값을 검출하는 전류 검출부와, 상기 전지의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 전류검출부가 검출한 방전전류의 값과 미리 설정된 방전전류의 값에 따라 설정전류 값을 발생하고, 상기 전압검출부가 검출한 전지의 단자전압이 설정된 컷오프 전압이하이거나 상기 온도검출부가 검출한 전지의 온도가 설정온도 이상일 경우에 방전중지 신호를 발생하는 중앙제어부와, 상기 전압검출부가 검출한 단자전압이 설정된 컷오프 전압 이하일 경우에 방전중지신호를 발생하는 컷오프 전압 검출부와, 상기 중앙제어부와 상기 컷오프 전압 검출부가 방전중지신호를 발생할 경우에 상기 전지와 방전부하의 사이를 차단하여 전지의 방전을 정지시키는 전지보호부와, 상기 중앙제어부가 출력하는 설정전류 값에 따라 상기 전지의 방전전류 값을 설정하는 방전전류 설정부와, 상기 방전전류 설정부가 설정한 방전전류의 값에 따라 상기 전지에서 방전부하로 방전전류가 흐르게 제어하는 전류제어부로 구성됨을 특징으로 한다.상기 전류제어부는, 상기 방전부하의 양단 전압과 상기 방전전류 설정부가 설정한 방전전류에 대응하는 방전전압을 비교하여 오차전압을 발생하는 오차증폭기와, 상기 오차증폭기가 발생한 오차전압에 따라 상기 전지에서 상기 방전부하로 전류가 흐르게 하는 전류제어소자로 구성됨을 특징으로 한다.상기 컷오프 전압검출부는, 컷오프 전압을 설정하는 정전압 다이오드와, 상기 정전압 다이오드에 의해 설정된 컷오프 전압과 상기 전압 검출부의 검출전압을 비교하여 전압검출부의 검출전압이 설정된 컷오프 전압 이하일 경우에 방전중지신호를 발생하는 비교기로 구성됨을 특징으로 한다.그리고 상기 오차증폭기와 전류제어소자의 사이에는, 오차전압을 미리 설정된 전압 이하로 제한하는 정전압 다이오드가 구비되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a discharge device of a lithium ion battery according to the present invention includes a voltage detector for detecting a terminal voltage of a lithium ion battery, a current detector for detecting a value of a discharge current flowing from the battery to a discharge load, and A cut-off voltage in which a temperature detector for detecting a temperature of a battery and a set current value are generated according to a value of a discharge current detected by the current detector and a value of a preset discharge current, and the terminal voltage of the battery detected by the voltage detector is set. A central control unit that generates a discharge stop signal when the temperature of the battery detected by the temperature detector is less than or equal to a predetermined temperature; and a cutoff voltage that generates a discharge stop signal when the terminal voltage detected by the voltage detector is less than or equal to a set cutoff voltage. When the detector, the central controller and the cutoff voltage detector generate a discharge stop signal A battery protection unit for stopping the discharge of the battery by blocking the discharge between the battery and the discharge load, a discharge current setting unit for setting a discharge current value of the battery according to a set current value output by the central control unit, and the discharge current; And a current control unit configured to control the discharge current to flow from the battery to the discharge load according to the value of the discharge current set by the setting unit. The current control unit is configured to set voltages at both ends of the discharge load and the discharge current setting unit. And an error amplifier for generating an error voltage by comparing the discharge voltage corresponding to the discharge current, and a current control element for allowing a current to flow from the battery to the discharge load according to the error voltage generated by the error amplifier. The cutoff voltage detection unit includes a constant voltage diode that sets the cutoff voltage and the constant voltage diode. And a comparator for generating a discharge stop signal when the detected voltage of the voltage detector is less than or equal to the set cutoff voltage. A constant voltage diode is provided to limit the error voltage to a predetermined voltage or less.
상기와 같이 구성된 본 발명을 실시예를 들어 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다.An embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 본 발명에 의한 리튬이온 전지의 방전장치의 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.1 is a block diagram showing the configuration of a discharge device of a lithium ion battery according to the present invention.
전압검출부(11)는 리튬이온 전지(20)의 단자전압을 검출하여 출력한다. 온도검출부(12)는 전지(20)의 표면에 접촉된 서미스터(도면에 도시되지 않았음)로 전지(20)의 온도를 검출하여 출력한다. 전류검출부(13)는 방전부하(15)의 양단 전압을 검출하여 중앙제어부(17)에 입력시키는 것으로서 중앙제어부(17)는 전류검출부(13)의 출력전압(OUT-CURR)을 전류에 대응시켜 방전부하(15)로 흐르는 전류를 정확하게 검출한다. 전류제어부(14)는 방전부하(15)로 흐르는 전류의 값을 설정 방전전류의 값과 비교하고, 그 오차를 증폭하여 전지(20)에서 방전부하(15)로 흐르는 전류를 제어한다. 방전전류 설정부(16)는 상기 중앙제어부(17)에서 출력되는 설정전류 신호에 따라 전지(20)의 방전전류 설정전압(SET-CURR)을 발생하여 상기 전류제어부(14)로 입력시킨다. 컷오프 전압 검출부(19)는 상기 전압검출부(11)의 검출전압을 컷오프 전압과 비교하여 전압검출부(11)의 검출전압이 컷오프 전압보다 낮은 경우에 방전중지 신호(COMP)를 발생한다. 전지보호부(18)는 중앙제어부(17) 또는 컷오프 전압 검출부(19)가 발생하는 방전중지신호(COMP)에 의해 전지(20)와 방전부하(15)의 연결을 차단하여 전지(20)의 방전을 정지시킨다. 중앙제어부(17)는 사용자가 입력하는 전류값과 상기 전류검출부(13)의 출력전압(OUT-CURR)을 비교하고 비교 결과에 따라 설정 전류신호를 상기 방전전류설정부(16)로 출력하여 전지(20)의 방전전류 값을 설정하며 또한 상기 전압검출부(11)에서 검출되는 전지(20)의 단자전압이 컷오프 전압보다 낮을 경우, 그리고 상기 온도검출부(12)에서 검출된 전지(20)의 온도가 설정온도를 넘을 경우에 방전중지 신호(COMP)를 발생하여 전지보호부(18)로 출력한다.The voltage detector 11 detects and outputs a terminal voltage of the lithium ion battery 20. The temperature detector 12 detects and outputs the temperature of the battery 20 with a thermistor (not shown) in contact with the surface of the battery 20. The current detector 13 detects the voltage at both ends of the discharge load 15 and inputs it to the central controller 17. The central controller 17 makes the output voltage OUT-CURR of the current detector 13 correspond to the current. The current flowing into the discharge load 15 is accurately detected. The current controller 14 compares the value of the current flowing into the discharge load 15 with the value of the set discharge current, amplifies the error, and controls the current flowing from the battery 20 to the discharge load 15. The discharge current setting unit 16 generates a discharge current set voltage SET-CURR of the battery 20 according to the set current signal output from the central controller 17 and inputs the generated current to the current control unit 14. The cutoff voltage detector 19 generates the discharge stop signal COMP when the detected voltage of the voltage detector 11 is lower than the cutoff voltage by comparing the detected voltage of the voltage detector 11 with the cutoff voltage. The battery protection unit 18 cuts off the connection between the battery 20 and the discharge load 15 by the discharge stop signal COMP generated by the central control unit 17 or the cutoff voltage detection unit 19. Stop the discharge. The central controller 17 compares the current value input by the user with the output voltage OUT-CURR of the current detector 13 and outputs a set current signal to the discharge current setting unit 16 according to the comparison result. Sets the discharge current value of 20 and the terminal voltage of the battery 20 detected by the voltage detector 11 is lower than the cutoff voltage, and the temperature of the battery 20 detected by the temperature detector 12. When the temperature exceeds the set temperature, the discharge stop signal COMP is generated and output to the battery protection unit 18.
도 2에 도 1의 전류검출부, 전류제어부, 방전부하 및 전지 보호부가 상세히 도시되어 있다.In FIG. 2, the current detector, the current controller, the discharge load, and the battery protection unit of FIG. 1 are shown in detail.
상기 방전중지신호(COMP)에 따라 전지보호부(18)의 릴레이(RY1)가 구동되게 하고, 전지(20)의 +단자(CELL+)가, 상기 릴레이(RY1)의 구동에 따라 접속되는 릴레이 스위치(RYS1)를 통하여 전류제어부(14)의 전류제어소자(Q1)의 드레인에 연결된다. 그리고 전류제어소자(Q1)의 소오스와 그라운드의 사이에는 방전부하(15)인 저항(R13)이 연결되어 전지(20)에서 공급되는 전류가 릴레이 스위치(RYS1), 전류제어소자(Q1) 및 저항(R13)을 순차적으로 통해 그라운드로 흐르게 구성된다. 상기 저항(R13)의 전압은 저항(R10)을 통해 오차증폭기(U2)의 반전단자(-)에 입력되고, 방전전류 설정부(16)의 방전전류 설정전압(SET_CURR)이 저항(R15, R16, R17) 및 가변저항(VR4)에 의해 분할되어 저항(R15, R16)의 접속점 전압이 오차증폭기(U2)의 비반전단자(+)에 인가된다. 여기서, 비반전단자(+)에 입력되는 전압의 레벨이, 상기 저항(R13)의 값에 원하는 방전전류를 곱한 값이 되도록 저항(R15, R16, R17)과 가변저항(VR4)의 값을 설정한다. 즉, 저항(R13)의 값이 0.1Ω이라고 가정하고, 전지(20)에서 저항(R13)을 통해 1A의 전류가 흐르도록 방전시키고자 할 경우에 0.1Ω×1A＝0.1V의 전압이 오차증폭기(U2)의 비반전단자(+)에 인가되게 저항(R15, R16, R17)과 가변저항(VR4)의 값을 설정한다. 상기 전류제어소자(Q1)를 통해 방전부하(15)인 저항(R13)으로 소정의 방전전류가 흐르면 그 방전전류의 레벨과 저항(R13)의 값을 곱한 값에 해당하는 전압이 저항(R10)을 통해 오차증폭기(U2)의 반전단자(-)에 인가되어, 오차증폭기(U2)의 비반전단자(+)에 인가된 전압과 비교되고, 그 비교 결과의 오차전압이 오차증폭기(U2)에서 증폭되어 출력된다. 초기에 전류제어소자(Q1)를 통과하여 저항(R13)으로 흐르는 방전전류가 0A라고 가정하면, 저항(R13)의 양단 전압은 0V가 되고, 오차증폭기(U2)의 반전단자(-)에 0V가 인가되어 오차증폭기(U2)의 출력전압은 포화전압(예를들면, 12V)으로 된다. 이 출력전압은 저항(R9)를 통해 전류제어소자(Q1)의 게이트에 인가되어 드레인과 소오스의 사이로 상기 출력전압에 따른 소정 레벨의 전류가 흐르게 한다. 전류제어소자(Q1)의 드레인과 소오스의 사이로 흐르는 전류는 전류제어소자(Q1)의 게이트에 인가되는 전압에 비례하므로 오차증폭기(U2)의 포화전압에 의해 전류제어소자(Q1)는 큰 전류(예를들면, 2A)가 흐르게 되고, 이 큰 전류에 의해 저항(R13)의 양단에는 소정의 전압(예를들어, 2A가 흐를 때, 0.2V)이 걸리게 된다.The relay switch to which the relay RY1 of the battery protection unit 18 is driven in accordance with the discharge stop signal COMP, and the + terminal CELL + of the battery 20 is connected in accordance with the driving of the relay RY1. It is connected to the drain of the current control element Q1 of the current control unit 14 via RYS1. The resistor R13, which is the discharge load 15, is connected between the source of the current control element Q1 and the ground, so that the current supplied from the battery 20 is relay switch RYS1, the current control element Q1, and the resistor. It is configured to flow to the ground sequentially through (R13). The voltage of the resistor R13 is input to the inverting terminal (-) of the error amplifier U2 through the resistor R10, and the discharge current setting voltage SET_CURR of the discharge current setting unit 16 is the resistors R15 and R16. Is divided by R17 and variable resistor VR4, and the connection point voltages of the resistors R15 and R16 are applied to the non-inverting terminal + of the error amplifier U2. Here, the values of the resistors R15, R16, R17 and the variable resistor VR4 are set such that the level of the voltage input to the non-inverting terminal + is equal to the value of the resistor R13 times the desired discharge current. do. In other words, assuming that the value of the resistor R13 is 0.1Ω, when the battery 20 is to be discharged so that a current of 1A flows through the resistor R13, the voltage of 0.1Ω × 1A = 0.1V is an error amplifier. The values of the resistors R15, R16, R17 and the variable resistor VR4 are set to be applied to the non-inverting terminal + of U2. When a predetermined discharge current flows through the current control element Q1 to the resistor R13, which is the discharge load 15, the voltage corresponding to the value of the discharge current multiplied by the value of the resistor R13 is the resistance R10. It is applied to the inverting terminal (-) of the error amplifier (U2) through, and compared with the voltage applied to the non-inverting terminal (+) of the error amplifier (U2), the error voltage of the comparison result in the error amplifier (U2) Amplified and output. Assuming that the discharge current flowing through the current control element Q1 and flowing to the resistor R13 is 0A initially, the voltage at both ends of the resistor R13 is 0V, and 0V at the inverting terminal (-) of the error amplifier U2. Is applied so that the output voltage of the error amplifier U2 becomes a saturation voltage (for example, 12V). The output voltage is applied to the gate of the current control element Q1 through the resistor R9 so that a current of a predetermined level according to the output voltage flows between the drain and the source. Since the current flowing between the drain and the source of the current control element Q1 is proportional to the voltage applied to the gate of the current control element Q1, the current control element Q1 is driven by the saturation voltage of the error amplifier U2. For example, 2A flows, and this large current causes a predetermined voltage (for example, 0.2V when 2A flows) across the resistor R13.
오차증폭기(U2)의 비반전단자(+)에는, 상술한 바와 같이 방전부하(15)인 저항(R13)에 미리 설정된 방전전류(예를들면, 1A)의 값에 저항(R13)의 값을 곱한 값에 해당하는 전압(예를들면, 0.1V)이 인가되어 있으므로, 비반전단자(+)에 인가된 전압이 반전단자(-)에 인가된 전압보다 낮아 오차증폭기(2)는 - 전압을 전류제어소자(Q1)의 게이트로 출력한다. 전류제어소자(Q1)의 게이트에 - 전압이 걸리면, 전류제어소자(Q1)는 전류를 적게 통과시켜 저항(R13)의 양단에 걸리는 전압은 감소하게 된다. 이러한 동작의 반복으로 전류제어소자(Q1)를 통과하는 전류는 원하는 방전전류(예를들면, 1A)로 일정하게 유지된다. 그리고 방전부하(R13)의 양단전압은 전류검출부(13)의 증폭기(U1)에서 증폭되어 출력전압(OUT-CURR)을 발생하고, 발생한 출력전압(OUT-CURR)은 중앙제어부(17)로 입력되는 것으로서 중앙제어부(17)는 출력전압(OUT-CURR)로 상기 방전부하(R13)로 흐르는 방전전류의 값을 판단하고, 판단한 방전전류의 값과 미리 설정된 방전전류의 값을 비교하여 오차값을 검출하며, 검출한 오차값에 따라 방전전류 설정부(16)를 통해 방전전류 설정전압(SET_CURR)을 재설정하여 방전부하(R13)로 정확히 설정한 방전전류가 흐르도록 한다.In the non-inverting terminal (+) of the error amplifier U2, as described above, the value of the resistor R13 is set to the value of the discharge current (for example, 1A) preset in the resistor R13 which is the discharge load 15. Since the voltage corresponding to the product value (for example, 0.1V) is applied, the voltage applied to the non-inverting terminal (+) is lower than the voltage applied to the inverting terminal (-). It outputs to the gate of the current control element Q1. When a negative voltage is applied to the gate of the current control element Q1, the current control element Q1 passes a small amount of current so that the voltage across the resistor R13 decreases. By repetition of this operation, the current passing through the current control element Q1 is kept constant at a desired discharge current (e.g., 1A). The voltage at both ends of the discharge load R13 is amplified by the amplifier U1 of the current detector 13 to generate an output voltage OUT-CURR, and the generated output voltage OUT-CURR is input to the central controller 17. The central controller 17 determines the value of the discharge current flowing to the discharge load R13 by the output voltage OUT-CURR, and compares the determined discharge current value with the preset discharge current value to obtain an error value. According to the detected error value, the discharge current setting voltage SET_CURR is reset through the discharge current setting unit 16 so that the discharge current accurately set to the discharge load R13 flows.
제너다이오드(ZD3)는 전류제어소자(Q1)의 게이트와 그라운드의 사이에 역방향으로 연결되어 오차증폭기(U2)의 출력전압이 일정전압(예를들면, 4.3V) 이상으로 상승하지 않도록 제한함으로써, 전류제어소자(Q1)를 통해 저항(R13)으로 일정값 이상의 전류가 흘러 전지(20)의 충전전원이 완전 방전되는 것을 미연에 방지한다.Zener diode ZD3 is connected in a reverse direction between the gate and ground of current control element Q1 to limit the output voltage of error amplifier U2 from rising above a certain voltage (e.g., 4.3V), A current of a predetermined value or more flows through the current control element Q1 to the resistor R13 to prevent the charging power of the battery 20 from being completely discharged.
본 발명의 방전장치에 사용되는 저항 중에 가변저항(VR2, VR3, VR4)들을 사용한 이유는 저항은 양산과정에서 약간의 오차를 가지므로 이 저항값의 오차를 보상하기 위해 미소전압 검출용 연산증폭기의 이득 조정단을 가변저항으로 구성하여 저항오차에서 발생하는 전류검출 오차를 없애기 위한 것이다.The reason why the variable resistors VR2, VR3, and VR4 are used among the resistors used in the discharge device of the present invention is that the resistors have a slight error in the mass production process. The gain control stage is composed of variable resistors to eliminate current detection errors caused by resistance errors.
이와 같이 정전류 방전을 하는 동안, 전지(20)의 단자전압은 계속 하강하게 된다. 전지(20)의 단자전압이 어느 한도 이하로 떨어지면 리튬 이온전지의 특성상 충전이 되지 않아 일차전지와 같이 다시 사용할 수 없게 된다. 그러므로 본 발명에서는 전지(20)의 단자전압을 전압검출부(11)가 검출하여 중앙제어부(17)에 입력시키고, 중앙제어부(17)는 상기 전압검출부(11)를 통해 전지(20)의 단자전압을 입력받고 그 입력받은 전지(20)의 단자전압을 사전에 설정된 컷오프 전압(예를 들면, 2.4 V)과 비교하여 전지(20)의 단자전압이 컷오프 전압보다 낮아지는 경우에 중앙제어부(17)는 방전 중지신호(COMP)를 발생하여 전지보호부(18)에 입력된다. 전지보호부(18)는 중앙제어부(17)로부터 상기 방전중지신호(COMP)를 입력받아 릴레이(RY1)를 동작시키고, 릴레이 스위치(RYS1)를 개방시켜 전지(20)와 방전부하(R13)의 사이를 차단한다.In this manner, during the constant current discharge, the terminal voltage of the battery 20 continues to drop. When the terminal voltage of the battery 20 falls below a certain limit, the lithium ion battery may not be charged due to the characteristics of the lithium ion battery, and thus may not be used again as the primary battery. Therefore, in the present invention, the terminal voltage of the battery 20 is detected by the voltage detector 11 and input to the central controller 17, the central controller 17 is the terminal voltage of the battery 20 through the voltage detector 11 When the terminal voltage of the battery 20 is lower than the cutoff voltage by comparing the terminal voltage of the received battery 20 with the preset cutoff voltage (for example, 2.4 V), the central controller 17 Generates a discharge stop signal COMP and is input to the battery protection unit 18. The battery protection unit 18 receives the discharge stop signal COMP from the central control unit 17 to operate the relay RY1, and opens the relay switch RYS1 to open the battery 20 and the discharge load R13. Block between
전압검출부(11)에서 검출된 전지(20)의 방전전압(OUT_VOLT)은 컷오프 전압검출부(19)에서 컷오프(cut-off) 전압(예를들면, 2.4 V)과 비교된다. 도 3에 컷오프 전압검출부의 회로도가 도시된다. 컷오프전압은 제너다이오드(ZD1)에 의해 설정되어 비교기(U31)의 비반전단자(+)에 인가되고, 전지(20)의 단자전압(OUT_VOLT)은 반전단자(-)에 인가된다. 전지(20)의 단자전압(OUT_VOLT)이 설정된 방전 컷오프 전압보다 낮게 되면, 비반전단자(+)의 전압이 반전단자(-)의 전압보다 더 높게 되므로 비교기(U31)는 + 전압을 출력하여 릴레이(RY1)가 동작하지 못하도록 하고, 릴레이 스위치(RYS1)가 개방되어 전지(20)와 방전부하(R13)을 차단한다. 따라서, 전지(20)의 단자전압이 컷오프 전압이하로 떨어지면 방전이 중단되어 과방전으로 인한 전지의 손상을 방지한다. 그러므로 본 발명에서는 전지(20)의 단자전압이 컷오프전압 이하로 방전되는 것으로부터 중앙제어부(17)와 컷오프 전압 검출부(19)가 이중으로 보호하는 것으로서 중앙제어부(17)와 컷오프 전압 검출부(19)들 중에서 어느 하나에 에러가 발생하여도 전지(20)를 컷오프전압으로부터 안전하게 보호할 수 있다.The discharge voltage OUT_VOLT of the battery 20 detected by the voltage detector 11 is compared with the cut-off voltage (for example, 2.4 V) in the cutoff voltage detector 19. 3 shows a circuit diagram of a cutoff voltage detector. The cutoff voltage is set by the zener diode ZD1 and applied to the non-inverting terminal + of the comparator U31, and the terminal voltage OUT_VOLT of the battery 20 is applied to the inverting terminal −. When the terminal voltage OUT_VOLT of the battery 20 is lower than the set discharge cutoff voltage, the voltage of the non-inverting terminal (+) becomes higher than that of the inverting terminal (-), so that the comparator U31 outputs a + voltage to relay The RY1 is prevented from operating, and the relay switch RYS1 is opened to block the battery 20 and the discharge load R13. Therefore, when the terminal voltage of the battery 20 falls below the cutoff voltage, the discharge is stopped to prevent damage to the battery due to overdischarge. Therefore, in the present invention, the central controller 17 and the cutoff voltage detector 19 provide dual protection from the terminal voltage of the battery 20 being discharged below the cutoff voltage. The central controller 17 and the cutoff voltage detector 19 Even if an error occurs in any of these, the battery 20 can be safely protected from the cutoff voltage.
도 4에 도 1의 방전장치를 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트가 도시된다.4 is a flowchart showing a method of controlling the discharge device of FIG. 1.
단계 41에서, 중앙제어부(17)는 각종 파라메터를 초기화하고, 사용자가 입력하는 방전전류를 전류설정부(16)로 출력하여 전지(20)에서 방전될 방전전류를 설정한다. 단계 S42에서, 전압검출부(11)에서 입력되는 전지(20)의 검출전압이 컷오프전압보다 작은지를 판단한다. 판단 결과 검출전압이 컷오프 전압보다 큰 경우, 단계 S43에서 전지(20)의 검출온도가 설정온도보다 큰지를 판단하고, 크지 않은 경우, 상기 검출전압이 컷오프전압보다 작은지를 판단하는 단계 이하의 과정을 반복한다. 상기 단계에서 검출전압이 컷오프 전압보다 작거나 또는 검출온도가 설정온도보다 작지 않은 경우, 단계 S44에서 전지보호부(18)로 방전중지신호(COMP)를 출력하여 전지(20)와 방전부하(15)인 저항(R13)의 연결을 차단한다.In step 41, the central controller 17 initializes various parameters and outputs a discharge current input by the user to the current setting unit 16 to set the discharge current to be discharged from the battery 20. In step S42, it is determined whether the detected voltage of the battery 20 input from the voltage detector 11 is smaller than the cutoff voltage. As a result of the determination, when the detection voltage is greater than the cutoff voltage, in step S43, it is determined whether the detection temperature of the battery 20 is greater than the set temperature, and when it is not large, determining whether the detection voltage is smaller than the cutoff voltage. Repeat. If the detected voltage is less than the cutoff voltage or the detected temperature is not less than the set temperature in the step, outputting the discharge stop signal COMP to the battery protection unit 18 in step S44 to discharge the battery 20 and the discharge load 15 Disconnect the resistor (R13).
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 방전부하에 인가되는 전압을 설정전류에 대응하는 전압과 비교하고, 그 비교결과에 따라 전류제어소자를 제어함으로써, 방전전류를 설정하여 일정 전류로 방전할 수 있고, 또한 전지의 단자전압이 컷오프 전압에 도달하면 중앙제어부와 컷오프 전압검출부가 동작하여 전지의 방전을 차단함으로써 중앙제어부와 컷오프 전압검출부들 중에서 어느 하나에 이상이 발생하여도 전지가 컷오프전압 이하로 방전되어 손상되는 것을 보호할 수 있다.As described above, according to the present invention, by comparing the voltage applied to the discharge load with the voltage corresponding to the set current, and controlling the current control element according to the comparison result, the discharge current is set to discharge at a constant current Also, when the terminal voltage of the battery reaches the cutoff voltage, the central control unit and the cutoff voltage detector operate to cut off the discharge of the battery, so that the battery is below the cutoff voltage even if an abnormality occurs in any one of the central controller and the cutoff voltage detector. Can be protected from being discharged and damaged.
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