국제테크노정보연구소 기술자료 출판부

       니켈카드뮴부터 리튬이온까지 최적한 충전장치 설계실무
      2차전지와 배터리 충전장치 설계

근래에, 휴대전화와 노트북 PC를 비롯하여 PDA, 캠코더, 디지털카메라, 각종 MD player와 같은 고성능 모바일 기기가 계속 상품화되고 있다. 이러한 기기를 포터블화하는 핵심 부품의 하나가 2차전지이다. 기기의 소형화, 경량화하기 위해 전지는 가급적 작고, 가볍게 하며, 오랜 동작시간을 유지하기 위한 전지의 고 에너지밀도화 기술을 토대로 비약적으로 발전해 왔다.
모바일 기기용 2차전지의 역사는 니켈카드뮴 배터리, 니켈수소 배터리, 리튬이온 배터리 순으로, 대략 3단계에 걸쳐 발전해 왔다고 할 수 있다. 니켈카드뮴/니켈수소 배터리가 가진 충방전 특성과 사이클 특성의 불안정, 메모리 효과(memory effect), 자기방전, 고용량화 등의 문제점을 거의 해결한 리튬이온 배터리는 리튬이 가진 고용량을 계승하면서, 안전하고 신뢰성이 높으며, 반복 충전회수도 비약적으로 많아졌다. 특히 높은 에너지밀도를 자랑하는 리튬이온 폴리머 배터리의 등장으로 시장은 급속히 확대되어, 시장규모도 선행하는 니켈카드뮴 배터리나 니켈수소 배터리를 크게 웃돌고 있으며, 2차전지 시장을 장악해 나가고 있다.
그러나 배터리가 높은 에너지밀도를 갖게 되고, 고용량화 됨에 따라 배터리의 특성이 아주 예민해졌다는 점이다. 과충전에 의한 발화와, 과방전에 의한 특성의 열화라고 하는 위험성이 있기 때문에, 정밀한 전압전류를 관리하지 않으면 그 성능을 발휘할 수 없다고 하는 까다로운 점이 있다. 따라서 전지의 종류에 맞은 정확한 방법으로 충전을 하지 않으면 배터리 수명 단축은 물론이고, 이상 발열하거나 파열하기도 하고, 또는 발화한다. 이에 따라, 배터리를 제어하는 충전장치가 복잡한 아키텍처으로 고도화되고 있으며, 정확한 충전장치를 설계할 필요가 있다.
충전장치를 안전하고, 확실하게 설계하기 위해서는 전지상태나 주위의 환경을 감시하여, 충전개시의 판단, 전류값이나 전압치의 제어, 충전종료를 판단할 필요가 있다. 또, 만충전의 검출방식에 따라서는 충전 과정에서의 변화를 기억할 필요도 있다. 복잡하고 고도의 제어를 하기 위해 원칩 마이크로컴퓨터로 충전 시스템을 구성하는 경우도 있다.

본서에서는 각종 2차전지 충방전 동작과 특성, 2차전지의 충전방식, 각종 검출제어 방식, 전지 잔량측정 수법, 전지팩 구성 등, 2차전지의 성능을 최대로 인출하기 위한 충전회로 설계 기법과 사례를 세부적으로 해설하며, 아주 심플한 충전장치부터 마이크로컴퓨터를 내장한 고기능 충전장치까지 충전장치의 기본 설계법과 범용 시판 IC를 사용하여 응용 설계한 사례를, 실제 시험제작이 가능하도록 소개하고 있다.
또, 휴대전화나 노트북 PC 등에 사용되고 있는 리튬이온 전지팩의 구조와 동작을 해설한다. 그리고 최근에 세계 대부분의 노트북 PC 메이커를 비롯하여 관련 회사가 채택하고 있는 스마트 배터리(Smart Battery)의 구성과 배터리 잔량 예측수법을 해설하고, 전지팩 내부에서, 전지잔량 예측수법 및 적산처리와 전류전압, 온도 측정, 전지의 고유정보 보존 등을 정보를 시스템측과 커뮤니케이션하는 통신 인터페이스인 SM 버스(SM Bus; System Management Bus)의 구조와 통신방법 및 포맷과 프로그래밍 방법을 해설하고, 배터리 보호를 위한 전기적인 안전장치의 중요 제어부인 보호회로용 IC에 대해서도 소개한다.

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주요 내용

      2차전지를 정확하게 알고 설계하기 위한
■ 배터리 충전장치 설계의 기초지식

      노트북 PC, 휴대전화, 디지털카메라의 핵심 디바이스
 ■ 리튬이온 배터리의 구조와 특성

      고 에너지밀도의 2차전지 충전 시스템
■ 리튬이온 충전장치의 설계 실무

      고 에너지밀도 전지의 보호와 잔량관리 기술
■ 리튬이온 전지팩의 구조와 관리 시스템

      오랜 역사를 가진 2차전지의 대명사
■ 니켈수소/니켈카드뮴 배터리의 구조와 특성

      급속충전부터 스위칭방식의 고효율 충전회로 설계
■ 니켈수소/카드뮴 충전장치의 설계 실무

      메모리 칩의 데이터 유지용 충전 가능한 전지
■ 메모리 백업용 배터리의 구조와 특성

     화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 클린 발전기
■ 연료전지

     고 에너지밀도의 배터리를 안전하게 사용하기 위한
■ 2차전지의 보호회로와 전용 IC

      전지팩의 충방전 제어와 잔량관리 표시 시스템
■ 스마트 배터리 시스템과 응용

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         관련 자료 목록           발간예정 관련 자료         국제테크노정보연구소 기술자료 출판부