專利名稱：可充電電池的充放電設備及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種可充電電池的充放電設備及其驅動方法。更具體地說，本發明涉及一種感測可充電電池的充放電電流量的充放電設備及其驅動方法。
背景技術：
近來，已經增大了對諸如移動電話、PDA(個人數字助理)、筆記本計算機、膝上型計算機等便攜式裝置的使用。通過使用可充電電池來為便攜式裝置供電，可充電電池在使用特性方面是能夠被反復地充放電的。用于便攜式裝置的可充電電池的充電容量必須增大，并減小它的尺寸和重量。在可充電電池的制造工藝中，執行用于增大可充電電池的充電容量的充放電工藝。可充電電池的充放電工藝用于通過反復地對可充電電池充放電來增大可充電電池的充電容量。在可充電電池的充放電工藝中，使電流精確地且連續地充放電是非常重要的。為此，在可充電電池的充放電工藝中，精確地感測并控制可充電電池的充放電電流量也是非
常重要的。通常的可充電電池的充放電設備在可充電電池的充放電電路與可充電電池之間串聯結合分流電阻器，以測量充放電電流量，且根據測量出的電流量來改變的分流電阻器兩端之間的電壓差。分流電阻器串聯結合在充放電電路和可充電電池之間，從而如果由于分流電阻器而產生電壓降，則會產生充放電設備的損失。分流電阻器的溫度因分流電阻器的損失而改變，從而分流電阻器的電阻改變。因此，在分流電阻器中測量出的電壓值根據溫度和由此實際產生的可充電電池的充放電電流量的測量誤差而改變。即，在充放電工藝中非常重要的可充電電池的充放電電流量的測量精度會劣化。為了使這樣的問題最小化，需要具有根據溫度的電阻變化小的分流電阻器，然而這些分流電阻器具有高成本，因此充放電設備的成本增大。此外，可將散熱板或風扇單獨地附于分流電阻器，以使分流電阻的溫度變化最小化，或者可根據分流電阻器的溫度來補償測量出的電壓值，然而，沒有根本地解決基于分流電阻器的溫度變化的問題。具體地說，在對高容量可充電電池充放電的大功率充放電設備的情況下，充放電電流量非常大，使得由于分流電阻器的嚴重問題會進一步增大。本背景技術部分公開的上述信息僅僅是為了增加對本發明的背景技術的理解，因此，它可包括在本國中未形成為本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
發明內容
本發明提供了一種能夠提高可充電電池的充放電電流量的測量精度的可充電電池的充放電設備及其驅動方法。根據本發明示例性實施例的可充電電池充放電設備包括充放電驅動器，產生用于可充電電池的充放電的充放電電流；磁傳感器，測量由在可充電電池和充放電驅動器之間流動的充放電電流產生的磁場來測量充放電電流量，并產生指示測量出的充放電電流量的反饋信號；控制單元，接收反饋信號并將測量出的充放電電流量與充放電電流量的預定值進行比較來控制充放電驅動器。控制單元可包括:A/D轉換器，將反饋信號轉換為數字信號；存儲器，存儲充放電電流量的預定值；計算處理器，比較數字信號與充放電電流量的預定值以產生用于控制在充放電驅動器中產生的充放電電流量的充放電控制信號，并將充放電控制信號傳輸到充放電驅動器。充放電驅動器可包括轉換電路，產生用于可充電電池的充放電的充放電電流； 驅動電路，根據充放電控制信號控制在轉換電路中產生的電流量。充放電設備還可包括電源單元，從外部接收AC電壓并將所述AC電壓整流為在充放電驅動器中的DC電壓。電源單元可恒定地保持DC電壓并根據可充電電池的充電狀態改變供應到充放電驅動器的電流量。轉換電路可以是在電源單元的DC電壓和產生充放電電流的DC電壓之間進行電壓轉換的雙向DC-DC轉換器。充放電設備還可包括夾具單元，通過正充放電線和負充放電線連接到充放電驅動器并結合到可充電電池。磁傳感器可與正充放電線和負充放電線中的一條分隔開預定的距離。反饋信號可以是根據磁場的大小和方向產生的電流。反饋信號以是大小與充放電電流的大小相同的電流。磁傳感器可以是霍爾元件、磁電阻效應元件和約瑟夫遜器件中的至少一種。根據本發明示例性實施例的用于驅動可充電電池的充放電設備的方法包括以下步驟測量對可充電電池充電或放電的充放電電流產生的磁場來測量可充電電池的充放電電流量；將測量出的充放電電流量與預定值進行比較；根據測量出的充放電電流量與預定值之間的比較結果來控制可充電電池的充放電電流量。該方法還可包括產生與測量出的充放電電流量對應的反饋信號的步驟。反饋信號可以是根據磁場的大小和方向產生的電流。反饋信號可被產生為具有與充放電電流的電流量相同的電流量的電流。所述方法還可包括將反饋信號轉換為數字信號的步驟。在可充電電池的充放電過程中，不需要用于冷卻分流電阻器的額外設備，可減少根據分流電阻器的溫度改變來補償測量值的額外工藝，可解決根據分流電阻器的溫度改變的充放電電流量的測量精度的劣化。可在可充電電池的充放電過程中進一步精確地控制充放電電流量。
圖1是示出根據本發明示例性實施例的可充電電池充放電設備的構造的框圖。圖2是示出根據本發明示例性實施例的可充電電池充放電設備的驅動方法的流程圖。
具體實施方式
在下文中，將參照附圖更充分地描述本發明的示例性實施例，在附圖中示出了本發明的示例性實施例。本領域技術人員應該理解，在所有不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以以各種不同的方式對描述的實施例進行修改。此外，在多個示例性實施例中，相同的標號用于具有與第一示例性實施例中表現的構造相同構造的組件，并且與第一示例性實施例不同的其他構造在其他示例性實施例中描述。附圖和說明應當被認為本質上是說明性的而不是限制性的。相同的標號在整個說明書中指示相同的元件。在整個本說明書和權利要求書中，當一個元件被描述為“結合”到另一元件時，該元件可“直接結合”到另一元件或通過第三元件“電結合”到另一元件。另外，除非明確指出為相反的，否則術語“包括”和諸如“包含”的變體將被理解為表示包括所列的元件而不排除任何其他元件。圖1是示出根據本發明示例性實施例的可充電電池的充放電設備的框圖。參照圖1，可充電電池充放電設備包括電源單元10、充放電驅動器20、控制單元 30、磁傳感器40和夾具單元50。充放電驅動器20包括轉換電路21和驅動電路22。控制單元30包括存儲器31、計算處理器32和A/D轉換器33。可充電電池充放電設備執行可充電電池充放電過程，所述過程反復地執行可充電電池60的充電驅動充電和放電驅動放電。電源單元10接收在可充電電池60的充電驅動期間供應的外部AC電壓的通用功率并將其整流為DC電壓，在充放電驅動器20中將DC電壓轉換為用于產生可充電電池60 的充電需要的預定電壓并將該電壓輸出。另外，電源單元10在可充電電池60的放電驅動期間接收來自充放電驅動器20的預定的DC電壓以產生AC電壓，從而使通用功率再生 (revived)。例如，通用功率的AC電壓可以是220V AC，用于在充放電驅動器20中產生用于可充電電池60的充電的電流的預定電壓或者在充放電驅動器20中施加到電源單元10的預定電壓可以是380V DC。恒定地保持從電源單元10輸出到充放電驅動器20的電壓或從充放電驅動器20輸出到電源單元10的電壓(例如，380V DC)，并且電流量根據可充電電池的狀態以及充放電狀態來改變。充放電驅動器20連接到電源單元10以在可充電電池的充電驅動期間從電源單元 10接收預定的DC電壓，并在可充電電池的放電驅動期間將預定的DC電壓輸出到電源單元 10。在可充電電池的充電驅動期間，充放電驅動器20利用轉換電路21將從電源單元10接收的DC電壓轉換為用于可充電電池60的充電的預定電流(或電壓)，以將預定電流(或電壓)傳輸到可充電電池60。在可充電電池的放電驅動期間，充放電驅動器20利用轉換電路21使可充電電池60中的預定電流(或電壓)放電，以產生預定的DC電壓(例如，380V DC)并將該預定的DC電壓傳輸到電源單元10。即，充放電驅動器20可以是在電源單元10 的DC電壓與產生用于可充電電池的充放電的充放電電流的DC電壓之間進行電壓轉換的雙向DC-DC轉換器。充放電驅動器20執行具有產生用于可充電電池60的充放電的電流(或電壓)的充電功能和放電功能的雙向DC-DC轉換器的功能。轉換電路21產生用于可充電電池的充放電的預定的充放電電流。由驅動電路22來控制在充放電驅動器20的轉換電路 21中轉換的電流(或電壓)量。驅動電路22根據從控制單元30傳輸的充放電控制信號來控制在轉換電路21中轉換的電流(或電壓)量。夾具單元50通過正極充放電線71a和負極充放電線71b連接到充放電驅動器20， 并結合到可充電電池60，從而固定可充電電池60，使得從充放電驅動器20輸出的電流平穩地傳輸到可充電電池60的正(+)端子和負(_)端子。夾具單元50使得與可充電電池60 的正(+)端子和負(_)端子接觸面積最優化，以平穩地執行可充電電池60的充放電。磁傳感器40在可充電電池的充電驅動期間測量從充放電驅動器20流至可充電電池60的電流量，并在可充電電池的放電驅動期間測量從可充電電池60流至充放電驅動器 20的電流量。即，磁傳感器40可測量在可充電電池的充電驅動期間的電流量和在可充電電池的放電驅動期間的電流量。在下文中，在可充電電池的充電驅動和放電驅動期間的電流或者在正極充放電線 71a或負極充放電線71b中流動的電流被稱作充放電電流，并且該電流的量被稱作充放電
電流量。磁傳感器40與正極充放電線71a或負極充放電線71b分隔開預定的距離，從而測量由在正極充放電線71a或負極充放電線71b中流動的電流產生的磁場，以測量可充電電池的充放電電流量。例如，磁傳感器40與正極充放電線71a分隔開預定的距離成為非接觸式，從而測量由在正極充放電線71a中流動的充放電電流產生的磁場，以測量可充電電池的充放電電流量。磁傳感器40根據測量出的磁場的大小和方向來產生電流，并將作為反饋信號的電流傳輸至控制單元30。磁傳感器40中產生的電流的大小根據測量出的磁場的大小和方向而改變，從而反饋信號與在正極充放電線71a或負極充放電線71b中流動的充放電電流量相關地進行指示。反饋信號可以是大小與在正極充放電線71a或負極充放電線71b中流動的電流的大小相同的電流。即，磁傳感器40測量磁場的大小和方向來產生大小與充放電電流的大小相同的電流，并將該電流傳輸到控制器30。這里，隨著在磁傳感器40中作為反饋信號傳輸的電流量更接近對可充電電池60充放電的實際充放電電流量，可精確地執行可充電電池的充放電過程。磁傳感器40可應用利用霍爾效應(施加與在半導體中流動的電流垂直的磁場來產生電壓)的霍爾元件、利用磁電阻(通過磁場的影響來增大電阻)的MR(磁電阻效應) 元件或利用超導體的約瑟夫遜器件(Jos印hson device)。控制單元30通過使用從磁傳感器40傳輸的反饋信號來將充放電電流量與充放電電流量的預定值進行比較。也就是說，控制單元30計算從充放電驅動器20流至可充電電池60的電流量或從可充電電池60流至充放電驅動器20的電流量與預先確定的電流量的預定值之間的差，以產生控制充放電驅動器20的操作以使充放電電流量和充放電電流量的預定值相同的充放電控制信號，并將充放電控制信號傳輸到驅動電路22。為此，控制單元30包括A/D轉換器33，將從磁傳感器40傳輸的模擬反饋信號轉換為數字信號；存儲器31，存儲充放電電流量的預定值；計算處理器32，比較充放電電流量的預定值和在A/D轉換器33中轉換的數字信號，并產生充放電控制信號來控制在充放電驅動器20中產生的充放電電流量。存儲器31寫入有根據可充電電池的種類和特性確定或由用戶確定的可充電電池的充放電電流量的預定值。計算控制器32將充放電控制信號傳輸到驅動電路22，驅動電路22根據充放電控制信號來控制在轉換電路21中轉換的充放電電流(或電壓)量。圖2是根據本發明示例性實施例的可充電電池充放電設備的驅動方法的流程圖。參照圖2，可充電電池充放電設備利用磁傳感器40測量由對可充電電池60充電或放電的充放電電流產生到正極充放電線71a或負極充放電線71b的磁場，以測量可充電電池60的充放電電流量(SllO)。在可充電電池的充電驅動期間，電源單元100接收AC電壓的通用電源并將通用電源轉換為用于產生可充電電池60的充電所需的電流的預定DC電壓，并將預定DC電壓傳輸到充放電驅動器20。電源單元10保持大約380V DC的恒定電壓并根據可充電電池的充電狀態來改變電流量。充放電驅動器20將從電源單元10傳輸的DC電壓轉換為用于可充電電池60的充電的預定電流(或電壓)，并將所述預定電流(或電壓)傳輸至可充電電池60。 這里，正電荷通過正極充放電線71a傳輸到可充電電池60的正(+)端子，負電荷通過負極充放電線71b傳輸到可充電電池60的負(-)端子。因此，在正極充放電線71a和負極充放電線71b附近產生磁場。磁場的大小與在正極充放電線71a和負極充放電線71b中流動的電流量成比例。在可充電電池的放電驅動期間，充放電驅動器20使可充電電池60中的預定電流 (或電壓)放電。這里，從可充電電池60的正⑴端子發射的正電荷通過正充放電線71a 傳輸到充放電驅動器20，從可充電電池60的負(-)端子發射的負電荷通過負充放電線71b 傳輸到充放電驅動器20。因此，在正充放電線71a和負充放電線71b附近形成磁場，然而磁場的方向與在可充電電池的充電驅動期間產生的磁場的方向相反。磁傳感器40測量在正充放電線71a和負充放電線71b中的一條中產生的磁場的大小和方向。在可充電電池的充電驅動期間和可充電電池的放電驅動期間產生的磁場的方向彼此相反，使得磁傳感器40可通過磁場的方向區分可充電電池的充電驅動和放電驅動。 另外，磁傳感器40可通過磁場的大小測量在正充放電線71a和負充放電線71b中流動的電流量。磁傳感器40將測量出的充放電電流量傳輸到控制單元30，控制單元30將測量出的充放電電流量與預定值進行比較(S120)。磁傳感器40根據磁場的大小和方向產生電流， 并將產生的電流作為反饋信號傳輸到控制單元30。即，磁傳感器40產生與測量出的充放電電流量對應的反饋信號。磁傳感器40可產生具有與充放電電流量相同的電流量的反饋信號。控制單元30利用A/D轉換器33將反饋信號轉換為數字信號，并將轉換的數字信號與寫入在存儲器31中的充放電電流的預定值進行比較。充放電驅動器20根據測量出的充放電電流量與預定值的比較結果來控制可充電電池的充放電電流量(S130)。控制單元30將充放電電流量的預定值與數字信號進行比較， 并將控制從充放電驅動器20輸出的充放電電流量的充放電控制信號傳輸到充放電驅動器 20，使得數字信號和預定值之間的差減小。充放電驅動器20根據充放電控制信號來控制充放電電流量。反復地執行利用磁傳感器40對可充電電池的充放電電流量的測量過程S110、測量出的充放電電流量與預定值的比較過程S120以及根據比較結果的充放電電流量的控制過程S130。因此，可充電電池的充放電電流量可被保持為與預定值相同。
根據本發明的可充電電池的充放電設備可根據充放電電流量的預定值精確地且連續地執行可充電電池的充放電。此外，與利用分流電阻器的傳統的可充電電池的充放電過程相比，根據本發明的可充電電池的充放電設備不需要額外的設備來使分流電阻器冷卻，并且可解決根據溫度變化的充放電電流量的測量精度的劣化。提出公開的發明的詳細描述以及在上文中參照的附圖僅出于示例性的目的，而不意圖定義方式或限制本發明的范圍，本發明的范圍在權利要求書中闡述。本領域技術人員應該理解，本發明可以有各種變型和等同實施例。因此，本發明的真正技術保護范圍必須基于權利要求書的技術精神來確定。<標號描述>10電源單元20充放電驅動器30控制單元40磁傳感器50夾具單元60可充電電池
權利要求
1.可充電電池的充放電設備，所述充放電設備包括充放電驅動器，產生用于可充電電池的充放電的充放電電流； 磁傳感器，測量由在可充電電池和充放電驅動器之間流動的充放電電流產生的磁場以測量充放電電流量，并產生指示測量出的充放電電流量的反饋信號；控制單元，接收反饋信號并將測量出的充放電電流量與充放電電流量的預定值進行比較來控制充放電驅動器。
2.如權利要求1所述的充放電設備，其中，控制單元包括 A/D轉換器，將反饋信號轉換為數字信號；存儲器，存儲充放電電流量的預定值；計算處理器，比較數字信號與充放電電流量的預定值以產生用于控制在充放電驅動器中產生的充放電電流量的充放電控制信號，并將充放電控制信號傳輸到充放電驅動器。
3.如權利要求2所述的充放電設備，其中，充放電驅動器包括 轉換電路，產生用于可充電電池的充放電的充放電電流；驅動電路，根據充放電控制信號控制在轉換電路中產生的電流量。
4.如權利要求3所述的充放電設備，所述充放電設備還包括電源單元，從外部接收AC電壓并將所述AC電壓整流為在充放電驅動器中的DC電壓。
5.如權利要求4所述的充放電設備，其中，電源單元恒定地保持DC電壓并根據可充電電池的充電狀態改變供應到充放電驅動器的電流量。
6.如權利要求4所述的充放電設備，其中，轉換電路是在電源單元的DC電壓和產生充放電電流的DC電壓之間進行電壓轉換的雙向DC-DC轉換器。
7.如權利要求1所述的充放電設備，所述充放電設備還包括夾具單元，通過正充放電線和負充放電線連接到充放電驅動器并結合到可充電電池。
8.如權利要求7所述的充放電設備，其中，磁傳感器與正充放電線和負充放電線中的一條分隔開預定的距離。
9.如權利要求8所述的充放電設備，其中，反饋信號是根據磁場的大小和方向產生的電流。
10.如權利要求9所述的充放電設備，其中，反饋信號是大小與充放電電流的大小相同的電流。
11.如權利要求8所述的充放電設備，其中，磁傳感器是霍爾元件、磁電阻效應元件和約瑟夫遜器件中的至少一種。
12.一種用于驅動可充電電池的充放電設備的方法，該方法包括以下步驟測量對可充電電池充電或放電的充放電電流產生的磁場來測量可充電電池的充放電電流量；將測量出的充放電電流量與預定值進行比較；根據測量出的充放電電流量與預定值之間的比較結果來控制可充電電池的充放電電流量。
13.如權利要求12所述的方法，所述方法還包括產生與測量出的充放電電流量對應的反饋信號的步驟。
14.如權利要求13所述的方法，其中，反饋信號是根據磁場的大小和方向而產生的電流。
15.如權利要求14所述的方法，其中，反饋信號被產生為具有與充放電電流的電流量相同的電流量的電流。
16.如權利要求14所述的方法，所述方法還包括將反饋信號轉換為數字信號的步驟。
全文摘要
本發明公開了一種可充電電池的充放電設備及其驅動方法，所述充放電設備包括充放電驅動器，產生用于可充電電池的充放電的充放電電流；磁傳感器，測量由在可充電電池和充放電驅動器之間流動的充放電電流產生的磁場來測量充放電電流量，并產生指示測量出的充放電電流量的反饋信號；控制單元，接收反饋信號并將測量出的充放電電流量與充放電電流量的預定值進行比較來控制充放電驅動器。因而在可充電電池的充放電過程中可以更精確地控制充放電電流量。
文檔編號H02J7/00GK102386638SQ201010552238
公開日2012年3月21日 申請日期2010年11月17日 優先權日2010年8月30日
發明者徐尚鐵, 朱利亞, 白承赫, 表永學, 賽爾吉·瓦西凱夫 申請人:三星Sdi株式會社