KR100881817B1 - 충전식 리튬전지의 동작 신뢰도 감시 방법 - Google Patents

Abstract

전지 전압 및 전지 온도를 측정함으로서 충전식 리튬전지의 동작 신뢰도를 감시하기 위한 방법에서, 지정 전지 한계 전압(U_G)과 지정 주변 한계 온도(T_G)를 동시에 넘을 경우, 지정 하한 전압이나 지정 하한 주변 온도에 도달할 때까지, 전지가 방전된다.

발명의 방법을 실행하기 위한 회로 장치은 전지에서 지정 상한 전압(U_G)을 초과할 때 반응하는 제 1 한계값 스위치와, 지정 주변 온도 한계값(T_G)을 넘을 때 응답하는 제 2 한계값 스위치(C)를 가지며, 제 1 한계값 스위치와 제 2 한계값 스위치가 동시에 응답할 때 전지를 부하에 연결하는 논리 회로(E)를 또한 가진다. 이때, 전지 하한 전압이나 하한 주변 온도에 도달할 때 변경되도록 두 한계값 스위치(C, D)가 배치된다.

Description

충전식 리튬전지의 동작 신뢰도 감시 방법{Method for monitoring the operational reliability of rechargeable lithium cells}

도 1은 발명의 방법을 실행하기 위해 적절한 회로 장치의 개략적인 회로도.

도 2는 충전/방전 주기동안 C_L을 충전하고 C_EL을 방전하는 동안 전지 전압의 함수로 전지 정전용량을 나타내는 그래프.

본 발명은 전지 전압 및 전지 온도를 측정하고 감시함으로서 충전식 리튬 전지의 동작 신뢰도를 감시하는 방법에 관한 것이다.

충전식 리튬/이온 전지는 특별한 충전 기술을 필요로하고, 특히, 지정된 스위치-오프 전압이 정확하게 준수되어야 하고, 충전기가 고장날 경우, 보호 회로가 추가적인 충전을 차단하여야 한다. 이러한 전지가 방전되고 있을 때, 전지에 회복불가한 손상이 가해지는 것을 방지하기 위하여 특정 전압의 하한선을 넘어서는 안될 것이다. 따라서 리튬 이온 전지에 특별한 전자적 보호 스위치가 제공되고, 상기 스위치는 충전 장치가 비정상적으로 동작할 때 지정된 최종 충전 및 방전 전압에서 스위치-오프되며, 상기 스위치는 특별한 보호 장치와 함께, 과도한 전압 수준에 대해 전지를 보호하고 위험한 상황의 발생을 방지하고자 하는 의도를 가진다. 위험한 상황의 발생이란 전해질에 비가역적인 분해를 일으킬 수 있고 전지 손상을 일으킬 수 있는 경우이다. 이러한 감시 기능을 가진 충전기들은 예를 들어 WO 96/15563 호에 설명되어 있다.

발명은 충전식 리튬 전지의 동작 신뢰도를 추가적으로 개선시키는 방법을 구체화하는 것을 목적으로 한다.

발명에 따라, 이 목적은 청구범위 제 1 항의 특징을 이용하여 최초에 언급한 방법에 대해 달성된다. 종속항들은 이 방법의 세부사항을 추가로 구체화하며, 이 방법을 실행하기에 적절한 회로 장치을 추가로 구체화한다.

발명에 따르는 방법은, 전지가 임계 충전 상태나 임계 온도에 더 이상 놓이지 않도록 충분한 정전용량이 여전히 가용할 때까지 전지를 방전시키면서, 고온 및 임계 충전 상태에서의 전기화학적 분해에 대해 리튬 전지를 보호한다.

도 1은 발명의 방법을 실행하기 위해 적절한 회로장치의 개략적인 회로도이고, 도 2는 충전/방전 주기동안 C_L을 충전하고 C_EL을 방전하는 동안 전지 전압의 함수로 전지 정전용량을 나타내는 그래프이다. 이는 전류 C/2로 실행된다.

배터리 전압 U_B는 회로 모듈 A의 보조 전압 U_H를 생성하는 데 사용되고, 이는 전체 회로에서 논리 게이트 및 한계값 스위치의 정확한 동작을 보장하는 데 필요하다. 안정한 보조 전압 U_H는 최소 배터리 전압보다 상당히 작은 것이 선호된다. 여기서 고려되는 리튬 전지의 배터리 전압은 2.7에서 4.2 볼트 사이이고, 따라서 예를 들어, 안정한 보조 전압은 대략 2.5 볼트일 수 있다.

온도 센서 B는 주변 온도에 비례하는 전압 신호를 생성하며, 상기 전압 신호는 한계값 스위치 C에 공급된다. 지정된 상한 온도 T_G를 넘을 경우, 한계값 스위치 C는 온 상태로 변경된다. 이 한계값 스위치는 히스테리시스 방식으로 배치된다. 이 스위치는 제한 온도 T_G 한참 아래의 새 값 이하로 온도가 떨어질 때만 오프 상태로 다시 변경된다. 추가적인 한계값 스위치 D는 배터리 전압이 지정 상한값 U_G에 이를 때 온 상태로 변경된다. 이 한계값 스위치 역시 히스테리시스 방식으로 배열되어, 이전에 얻은 한계 전압 U_G와 차후에 발생하는 전압 사이에 충분한 간격에 이를 때까지 오프 상태로 다시 변경되지 않는다. 두 한계값 스위치 C와 D로부터의 출력 신호는 논리 게이트에 공급되고, 온도와 전압 모두가 지정 한계값에 도달할 때 상기 논리 게이트를 통해 스위치 F를 이용하여 부하 저항 G가 배터리에 연결된다. 전지 전압이 한계값 스위치 D의 한계 전압 U_G 한참 아래로 떨어지거나 주변 온도가 한계값 스위치 C의 하한 스위칭 값 밑으로 떨어질 때, 상기 방전 과정이 중단된다. 대략 4볼트의 전압이 상한 전압으로 선택되는 것이 선호된다. 이는 90%의 전지 충전 상태에 상응하며, 상한 온도 T_G는 약 80℃로 정해진다. 두 한계값들을 모두 넘을 때 발생하는 전지의 방전은 대략 3.82볼트의 전압까지 내려가도록 실행되어야 하고, 다시 말하자면 70%의 충전 상태로 내려가도록 실행되어야 한다. 그러나, 전압을 3.9볼트까지만 떨어뜨리고 70℃나 60℃를 온도 하한값으로 선택하는 것도 방전 과정에서 충분할 수 있다.

전압 및 온도 하한값은 각 시스템에 대해 명확하게 규정되고 결정되어야 한다. 하한 전압값을 결정하기 위해, 하한 전압은 다음과 같이 선택된다. 즉, 방전 과정의 말미에, 전압이 다시 상한값 위로 회복하지 않아서 회로가 진동할 수 없도록, 하한 전압이 선택된다.

히스테리시스를 가지는 한계값 스위치를 배치하는 것은 진동 가능성을 방지한다. 설명된 개략적 회로의 기능은 충전식 리튬 전지의 동작을 감시하기 위해 사용되는 공지된 IC 회로에 통합될 수 있다.

발명에 따른 측정은, 주변 온도와 전지 전압으로 인해 2차 전기화학 반응이 발생하여 내부 저항 및 정전용량 손실을 증가시키는 충전 상태의 결과로 인한, 고온에서 기계적 및 전기화학적 손상에 대해 충전식 리튬 전지, 특히 리튬 폴리머 전지를 보호할 수 있다.

Claims (5)

1. 전지 전압과 전지 온도를 측정함으로서 충전식 리튬 전지의 동작 신뢰도를 감시하는 방법으로서, 지정 전지 한계 전압(U_G)과 지정 주변 한계 온도(T_G)를 동시에 넘을 경우, 지정 하한 전압이나 지정 하한 주변 온도에 도달할때까지, 전지가 방전되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 한계 전압(U_G)이 4.0 볼트이고, 한계 온도(T_G)가 80℃인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 하한 전압이 3.9볼트보다 작고, 하한 주변 온도 한계가 70℃인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 하한 전압이 3.82 볼트이고, 하한 온도가 60℃인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 또는 2 항에 따른 방법을 수행하는 회로 장치에 있어서,

   상기 회로 장치은 전지에서 지정 상한 전압(U_G)을 넘을 때 반응하는 제 1 한계값 스위치(D)와, 지정 주변 온도 한계(T_G)를 넘을 때 반응하는 제 2 한계값 스위치(C)를 가지며, 제 1 한계값 스위치와 제 2 한계값 스위치가 동시에 응답할 때 전지를 부하에 연결하는 논리 회로(E)를 또한 가지며, 이때, 전지 하한 전압이나 하한 주변 온도에 도달할 때 변경되도록 두 한계값 스위치(C, D)가 장치되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.

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