충전 제어 IC - 충전 방법


 
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충전 제어 IC - 충전 방법

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충전 제어 IC는 「2차전지」를 충전하는 IC로, 하기와 같은 기능을 담당합니다.
・충전 전류 · 전압 · 전력 제어
・이상 상태의 보호
・각 파라미터의 감시

충전 제어 IC는 전압, 전류, 온도의 3가지 요소를 감시하면서 안전하게 2차전지의 수명을 연장하는 등의 관점에서 2차전지에 적합한 최적의 충전 제어를 실시합니다.

2차전지의 주요 충전 방법

정전류 충전 (CC : Constant Current)
정전류 충전은, 과전류 충전을 방지하기 위해 전류를 일정하게 유지하여 2차전지를 지속적으로 충전하는 방법입니다.
(2차전지의 과전압을 방지하기 위해, 낮은 정전류에서 충전하거나, 단계적으로 전류를 변화시키는 방법도 있습니다.)
정전압 충전 (CV : Constant Voltage)
정전압 충전은, 과충전을 방지하기 위해 전압을 일정하게 유지하여 충전하는 방법입니다.
충전 전류는 초기에 크지만 서서히 저하됩니다.
(2차전지의 고온 상승을 방지하기 위해 초기에 전압을 낮추고 서서히 높여가는 방법도 있습니다.)
정전력 충전 (CP : Constant Power)
전압이 낮은 충전 초기에는 대전류로, 전압이 서서히 높아짐에 따라 충전 전류도 낮아지는, 전력을 일정하게 유지하는 충전 방법입니다.
정전류 정전압 충전 (CCCV : Constant Current, Constant Voltage)
정전류 정전압 충전은 리튬이온 배터리 등의 2차전지에서 대표적인 충전 방법입니다.
충전 전류를 일정하게 유지하여 충전하는 CC 충전과, 전압을 일정하게 유지하여 충전하는 CV 충전을, 전지의 전압에 따라 전환할 수 있는 방식입니다.
로옴의 충전 제어 IC에도 채용되어 있는 방법 중 하나입니다.

로옴 충전 IC 프로파일 예

로옴 충전 IC 프로파일 예

충전 상태충전 제어 방법배터리 상태 
①예비 충전●충전 시작
→ 작은 전류로 충전
●전지 용량이 소모되어 전압이 낮다.
●전지의 저항 성분이 커 대전류로 충전이 불가능하다.
②CC 충전●설정한 충전 전류치에서 정전류 (CC) 충전한다.●전지의 전압이 높아져, 저항 성분이 낮아지고, 대전류로 충전 가능하다.
③CV 충전●설정한 충전 전압치에서 정전압 (CV) 충전으로 전환하여 충전한다.●설정한 충전 전압까지 도달했지만, 내부 임피던스로 인해 배터리 내부 전압은 낮은 상태.
배터리 내부의 전압 상승과 함께 충전 전류는 감소한다.
④충전 완료●충전 전류가 설정한 종지 (終止) 전류치가 되면, 일정 구간 충전을 지속한 후 충전을 종료한다.●내부 임피던스로 인한 배터리 전압의 영향을 최대한 억제하여 충전을 완료.
→ 만충전

로옴 충전 IC 프로파일 예 (충전 코드를 삽입한 상태)

로옴 충전 IC 프로파일 예 (충전 코드를 삽입한 상태)

충전 상태충전 제어 방법배터리 상태 
①재충전●재충전 시작
→ 전지가 설정한 재충전 전압치까지 줄어들면 충전을 시작한다.
●전지를 사용함으로써, 전지 용량이 소모되어 전압이 낮아진다.
②CC 충전●설정한 충전 전류치에서 정전류 (CC) 충전한다.●전지의 전압이 높아져, 저항 성분이 낮아지고, 대전류로 충전 가능하다.
③CV 충전●설정한 충전 전압치에서 정전압 (CV) 충전으로 전환하여 충전한다.●설정한 충전 전압까지 도달했지만, 배터리 전압은 아직 낮다.
④충전 완료●전지의 전압이 상승하여, 설정한 종지 (終止) 전류치가 되면 충전을 종료한다.●만충전

2차 전지는 충전됨에 따라 전압이 상승합니다. 그러나, 전압이 지나치게 상승하게 되면 손상을 일으키게 됩니다.
CCCV 충전은 과전류 충전을 방지하는 CC 충전과 과전압 충전을 방지하는 CV 충전을 전지의 전압 상태에 따라 전환함으로써, 전지의 긴 수명과 안전성 향상에 대응합니다.

정전력 정전압 충전 (CPCV : Constant Power, Constant Voltage)
전지 전압이 낮은 충전 초기에는 일정한 전력으로 충전을 실시하고, 만충전에 가까워지면 과전압 충전을 방지하는 CV 충전으로 전환하는 방법입니다.
CP 충전은 CC 충전과는 달리, 전력에 따라 높은 전류에서의 충전이 가능하므로, 더 효율적인 충전 실현이 가능합니다.
펄스 충전
충전 전류에 미세한 펄스 (주파수)를 인가함으로써, 황산화 (sulfation)를 방지하는 충전 방법입니다.
연축 전지를 사용하는 경우, 전해액의 일부가 전기를 통과시키지 않는 결정화 된 납으로 변해, 마이너스 전극 측에 축적되는 황산화 현상이 발생됩니다.
이러한 현상이 생기면, 축전 능력의 저하 및 내부 저항의 증대 등으로 인해 효율이 악화됩니다.
펄스 충전을 통해, 이러한 결정 고체를 분해할 수 있으므로, 연축 전지의 충전에는 유효한 방법입니다.
트리클 (Trickle) 충전
미세 전류로 충전을 계속하는 방법입니다. 물방울이 똑똑 떨어지는 (Trickle) 이미지를 묘사한 용어입니다.
충전 시간은 길어지지만, 만충전 상태에서 미세 전류를 계속 흘려도 전지에 영향을 주지 않는다는 장점이 있습니다.
자연 방전이 큰 연축 전지나 평소에 자주 사용하지 않는 긴급 대기용 기기 등의 전지 충전에 최적입니다.

2차전지의 충전에는 상기의 주요 방법을 포함한 다앙한 방식과 조합이 있습니다.
충전 제어 IC는 이러한 충전 전류 · 전압 · 전력을 설정 제어함으로써, 2차전지에 적합한 최적의 충전을 실현합니다.

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