KR101166099B1

KR101166099B1 - 2차 전지의 충전 방법, 2차 전지의 잔여용량율 산출 방법 및 전지 팩

Info

Publication number: KR101166099B1
Application number: KR1020050031976A
Authority: KR
Inventors: 마사키 호가리; 타이치 사사키
Original assignee: 소니 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2012-07-23
Also published as: US20050237024A1; KR20060047189A; US7382110B2

Abstract

2차 전지를 충전하는 충전 방법은, 상기 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용하여 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 단계와, 상기 2차 전지의 전압값을 측정하고, 상기 전압값과 충전율 사이의 상관성에 의거해서 충전율을 산출하는 전압법을 이용하여 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 단계와, 상기 2차 전지의 충전율에 따라서 상기 적산법에 의해 검출된 충전율과 상기 전압법에 의해 검출된 충전율을 가중 가산(weighted addition)하고, 최종적인 충전율을 검출하는 단계를 포함한다.

Description

2차 전지의 충전 방법, 2차 전지의 잔여용량율 산출 방법 및 전지 팩{METHOD OF CHARGING SECONDARY BATTERY, METHOD OF CALCULATING REMAINING CAPACITY RATE OF SECONDARY BATTERY, AND BATTERY PACK }

도 1은 종래 이용되고 있는 적산법의 충전 시간과, 전지의 충전량, 전압, 전류를 나타내는 그래프.

도 2는 종래 이용되고 있는 전압법의 충전 시간과, 전지의 충전량, 전압, 전류를 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 적용할 수 있는 전지 팩(pack)의 구조의 일예를 도시하는 개략도.

도 4는 더욱 정밀하게 전류 적산 또는 전력 적산을 행하기 위한 구성을 보여주는 개략도.

도 5는 더욱 정밀하게 전류 적산 또는 전력 적산을 행하기 위한 처리 단계를 도시하는 흐름도.

도 6은 잉여 가산(addition of remainder)을 행하는 적산법을 이용한 처리의 경우의 데이터 적산의 일예를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 일실시예를 적용한 충전 방법의 흐름을 도시하는 흐름도.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 2차 전지의 충전 과정이 수행되었을 때의 전류, 전압, 충전율의 일예를 나타내는 그래프.

도 9는 2차 전지를 방전했을 때의 전압과 잔여 용량율을 나타내는 그래프.

도 10은 2차 전지의 방전 전압과, 방전 전압에 의한 신뢰도 계수 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 11은 2차 전지의 전압법 잔여 용량율과, 전압법 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 12는 2차 전지의 온도와 온도에 따른 신뢰도 계수 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도 13은 2차 전지의 전압법 잔여 용량율과, 전압법 신뢰도 사이의 관계를 온도별로 나타낸 그래프.

도 14는 방전 중의 2차 전지의 전압과 잔여 용량율과, 본 발명의 일실시예를 적용해서 구해지는 전압법 신뢰도 및 잔여 용량의 검출 방법을 함께 도시하는 도면.

도 15는 전압법 신뢰도를 이용해서 잔여 용량을 산출하는 방법을 도시하는 흐름도.

[도면 부호의 간단한 설명]

4 : 스위치 회로 5 : 충전 제어 FET

6 : 방전 제어 FET 5a, 6a : 기생 다이오드

7 : 전지 셀 8 : 온도 검출 소자

9 : 전류 검출 저항 10 : 마이크로컴퓨터

11 : 측정 회로 12 : 보호 회로

13 : EEPROM 21 : 입력 단자

22 : 스위치 23 : 24배 증폭기

24 : 125배 증폭기 25 : A/D 컨버터

본 발명은, 2004년, 4월 23일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 JP 2004-128469 및, 2004년 4월 28일에 일본 특허청에 출원된 JP 2004-134016에 관련된 주제를 포함하며, 이들 전체 내용은 참조 문헌으로 본 명세서에 병합된다.

본 발명은 2차 전지의 충전 방법, 2차 전지의 잔여 용량율을 산출하는 방법, 및 전지 팩에 관한 것이다.

현재, 전지를 이용해서 사용되는 기기의 대부분은 충전 가능한 2차 전지를 장착해서 사용되고 있으며, 사용자의 자택 등에서 충전기를 이용해서 충전한다. 이들 기기는, 램프의 색이나 점멸, 액정표시 등의 방법에 의해 충전 중인지 충전 완료 상태에 있는지 표시하거나 또는 대안적으로 대략의 잔여 사용 시간을 사용자에게 알려주기 위해 전지 용량의 표시를 제공하도록 구성된다.

2차 전지의 충전 용량과 잔여 용량을 검출하는 방법으로서, 전류 또는 전력량을 적산하는 것에 의해 충전용량을 산출하는 적산 방식과, 전지 전압을 계측하는 것에 의해 풀충전(full charge)인지 어떤지의 판별을 행하는 전압 방식이 이용되고 있다.

상술한 바와 같이, 적산 방식은, 전류 또는 전력량을 적산하는 방식이고, 전압의 변동을 신경쓰지 않고 절대적인 충전 용량을 검출할 수 있으며, 이에 의해 충전 용량의 검출이 용이하다. 또, 도 1에 도시하는 바와 같이, 특히 충전 초기에 있어서는 직선적으로 충전율(충전 용량)이 상승하기 때문에, 정확하게 충전율을 산출할 수 있다.

한편, 전압 방식에서는 예를 들면 리튬 이온 전지의 경우는 전지 개방회로 전압(battery open-circuit volate)이 4. 2V/셀로 되었을 때를 풀충전으로 정의하고 있다. 셀을 다수 이용한 충전지이면, 그 셀 중의 하나의 전지 개방회로 전압이 4. 2V에 도달한 시점을 풀충전으로 한다. 그 때문에, 이 전압법은, 개방회로 전압을 계측하는 것에 의해, 확실하게 풀충전 검출을 하는 것이 가능하다.

전압을 계측할 때에 더욱 정확하게 전압값을 검출하기 위해서는 전류의 공급을 중지시키고, 무부하(no load) 상태로 전압을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 실제로 전류 공급을 중지시키는 것은, 제어가 복잡하게 되기 때문에, 실현 불가능한 경우가 많다. 또, 충전 전류의 공급을 정지시킬 수 있었다고 해도 전지 내부의 분극 전압(polarized voltage)이 즉시 안정되지는 않아, 정확한 개방 전압을 상정할 수 없다. 그래서, 충전 전류와 전지 전류 Imp(임피던스)를 계측함으로써, 충전 전류의 공급을 중지시키는 일 없이 충전율을 검출하는 방법이 이용된다.

이 방법에서는 전지의 내부 저항과 충전 전류에 의해 생기는 전압 상승분을 셀 측정 전압으로부터 감산함으로써 개방 전압을 상정하고, 충전율을 산출할 수 있 다. 이것에 의해, 안정된 풀충전 검출을 할 수 있다.

그러나, 상술한 적산 방식에 의한 충전 방법에서는 필요한 조건 중 하나로서 팩 전체의 충전 용량을 정확하게 파악하고 있을 것을 요구한다. 그 전체 충전 용량이 열화에 의해 감소하거나 환경 온도에 의해서 변동해 버리면, 풀충전 용량의 상정 오차가 일어나기 쉬워 정확하게 풀충전을 검출할 수 없다.

또, 충전 과정 도중에 측정 오차가 있는 경우, 도 1에 도시하는 바와 같이 충전율이 100%로 되지 않아, 풀충전을 정확하게 검출하는 것이 불가능하게 된다.

또한, 전압법을 이용한 경우, 충전 전류가 작은 값일 때에는 개방 전압을 정확하게 상정할 수 있다. 그러나, 도 2에 도시하는 바와 같이, 충전 전류가 큰 값으로 되면, 전지 직류 Imp의 오차나 충전 전류에 의한 셀 자기 발열로 전지 전류 Imp분이 변동하여, 정확한 개방 전압을 얻을 수 없고, 충전율을 정확하게 검출할 수 없다.

2차 전지의 잔여 용량을 검출하는 이용가능한 방법으로서, 전지 전압을 측정하는 것에 의해 2차 전지의 잔여 용량을 검출하는 전압법을 이용하는 검출 방법과, 전압과 전류를 측정하고 적산하는 것에 의해 2차 전지의 잔여 용량을 구하는 적산법을 이용하는 검출 방법 등을 들 수 있다.

전압법을 이용한 잔여 용량 검출은, 전지 셀의 단자 전압을 측정하고, 2차 전지의 전압과 전지 용량(잔여 용량율) 사이의 상관성에 의거해서 잔여 용량을 산출하는 것으로써, 예를 들면 리튬 이온 전지의 경우에는 전지 전압이 4. 2V/셀이면 풀충전이라고 판단하고, 전지 전압이 2. 4V/셀이 되면 전지가 과방전 상태라고 판 단할 수 있으며, 이에 의해 측정을 용이하게 할 수 있다.

또, 적산법을 이용한 잔여 용량 검출은, 전류를 측정하고 이 측정 전류를 일정시간마다 적산하는 전류 적산법과, 전압과 전류를 측정하고 측정된 전압과 측정된 전류를 서로 곱함으로써 전력량을 산출하고, 또한 일정시간마다 산출된 전력량을 적산하는 전력 적산법으로 분류될 수 있다. 상기 적산법은, 모두, 방전 전류량 또는 방전 전력량을 산출한 후, 전지가 갖는 사용 가능한 전류량 또는 전력량에 대해 그 산출된 방전 전류 또는 산출된 방전 전력량의 비율로부터 2차 전지의 잔여 용량을 구할 수 있으며, 이에 의해 전압의 변동에 좌우되는 일 없이, 잔여 용량의 안정된 검출이 가능해진다.

그러나, 방전시에 이 전압법을 이용하여 잔여 용량을 검출하면 2차 전지의 중간 전위 범위에서 잔여 용량의 검출 정확도가 매우 나빠진다는 문제가 있다. 이것은, 예를 들면 리튬 이온 전지의 경우, 도 9에 도시하는 바와 같이 중간 전위 범위에 있어서의 전압이 대략 일정하여, 전압차가 그다지 크게 생기지 않아서, 전압을 사용하는 것에 의해서는 잔여 용량을 검출하는 것이 어려워지기 때문이다.

또, 적산법을 이용하여 잔여 용량을 검출하는 경우에는 방전 말기가 되면 잔여 용량의 검출 정확도가 나빠진다는 문제가 있다. 이것은, 전압과 전류의 측정 오차나 열손실에 의해, 적산된 전류 또는 전력과 함께 오차도 축적되어 가고, 방전 말기에는 큰 오차가 발생하여, 이것으로 정확도의 저하가 초래되기 때문이다.

그래서, 적산법과 전압법을 병용해서 충전 용량을 검출하는 다른 방법이 이용된다. 이 검출 방법은, 충전 개시시부터 풀충전에 가깝게 될 때까지는 적산법을 이용하고, 풀충전 부근에서 적산법에서 전압법으로 전환해서 충전 용량을 검출하는 것이며, 이에 의해 상기 방법이 가장 효과를 발하는 영역에서 계측을 행할 수 있다.

나아가, 전압법과 적산법을 함께 사용하는 다른 방법이 전지 용량을 검출하는데 사용된다. 전압법은, 2차 전지의 전류가 작은 값을 나타내는 경우, 그 용량의 계산에 높은 정밀도를 제공하는 반면, 이 전류가 큰 값을 나타내는 경우 주위 온도에 따른 직접 전류 Imp(Impedance) 또는 전지 내의 Imp의 변동 등으로 인해 정확한 개방회로 전압을 얻을 수 없으며, 이에 의해 전지 용량을 정확하게 산출할 수 없다. 나아가, 적산법은, 2차 전지의 전류가 큰 값을 나타내는 경우 용량의 계산에 높은 정밀도를 제공하는 반면, 감소하는 전류에서는 적산 에러가 증가하여 용량의 계산에 있어 정밀도가 떨어지게 된다.

국제 특허 공개 번호 98/056059호의 팜플렛에는, 전류 적산법과 전압법을 병용해서 전지 용량의 검출을 행하는 방법이 기재되어 있다. 이 종래 기술에 서술된 검출법은, 전지 용량이 빈 것에 가까울 때 전류량은 어느 일정한 값을 나타내고, 전지 용량이 풀충전에 가까워짐에 따라 전류량이 작아지는 특성에 주목하여, 전류량이 미리 설정된 전류값보다 작을 때는 전압법을, 전류량이 미리 설정된 전류값보다 클 때에는 전류 적산법을 이용하는 것을 제안한다. 이 검출법에 따르면, 전압법과 적산법 사이를 전환해서 전지 용량을 계측하는 것에 의해 전지 용량의 산출 정밀도를 높이는 것이 가능해진다.

그러나, 적산법과 전압법을 병용하는 위 검출 방법에 있어서, 적산법에서 전압법으로 전환할 때에, 적산법으로 계측한 충전 용량(또는 충전율)과 전압법으로 계측한 충전 용량(또는 충전율)은 반드시 일치하지는 않아, 전환이 이루어질 때 계측된 값들 사이에 불연속이 생기는 경우가 있었다. 또, 서서히 적산법에서 전압법으로 전환해 가는 경우에도, 서로 일치하지 않는 이 계측된 값을 이어갈 수 있도록, 측정값을 강제적으로 보정해 가는 방법도 취해질 수 있으나, 충전 용량 또는 충전율의 측정 정밀도가 악화되어, 충전에 지장을 초래할 우려도 있었다.

따라서, 충전지의 열화(저하)나 환경의 변화에 의해서도 정확하게 풀충전 상태로 충전가능한 2차 전지의 충전 방법 및 전지 팩을 제공하는 것이 바람직하다. 또 높은 정밀도로 충전 용량 또는 충전율을 검출할 수 있는 2차 전지의 충전 방법 및 전지 팩을 제공하는 것이 바람직하다.

방전시의 잔여 용량 검출시에 정확도가 낮은 경우, 기기에 표시된 잔여 사용 가능 시간이나 전지 용량이 급격히 감소하여, 기기를 예정된 시간까지 사용할 수 없다는 문제가 발생한다. 특히, 전지 팩을 포함하는 업무용 기기에 있어서는 잔여 용량 또는 잔여 용량율의 측정에 오차가 있던 경우에는 업무에 지장을 초래하는 것도 생각할 수 있어, 매우 높은 정확도의 잔여 용량을 검출하는 것이 요구된다.

따라서, 더욱 높은 정확도로 잔여 용량 또는 잔여 용량율을 검출할 수 있는 2차 전지의 잔여 용량율 산출 방법 및 전지 팩을 제공하는 것이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따라 2차 전지를 충 전하는 방법이 제공된다. 이 2차 전지를 충전하는 충전 방법은, 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용하여 2차 전지의 충전율을 검출하는 단계와, 2차 전지의 전압값을 측정하고, 전압값과 충전율 사이의 상관성에 의거해서 충전율을 산출하는 전압법을 이용하여 2차 전지의 충전율을 검출하는 단계와, 2차 전지의 충전율에 따라서 적산법에 의해 검출된 충전율과 전압법에 의해 검출된 충전율을 가중 가산하고, 최종적인 충전율을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 충전 방법이다.

또, 본 발명의 제2의 실시예에 따라, 2차 전지를 갖는 전지 팩이 제공된다. 이 2차 전지를 갖는 전지 팩은 2차 전지의 전압 및 전류를 측정하는 측정부와 전지 용량 연산부를 구비한다. 이 전지 용량 연산부는, 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용해서 2차 전지의 충전율을 검출하는 검출 수단과, 2차 전지의 전압값을 측정하고, 전압값과 충전율 사이의 상관성에 의거해서 충전율을 산출하는 전압법을 이용해서 2차 전지의 충전율을 검출하는 검출 수단과, 2차 전지의 충전율에 따라서 적산법으로 검출된 충전율과 전압법으로 검출한 충전율을 가중 가산하고, 최종적인 충전율을 검출하는 수단을 구비한다.

본 발명의 제3의 실시예에 따라, 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 방법이 제공된다. 이 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 방법은, 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용하여 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 단계와, 2차 전지의 전압값을 측정하고 전 압값과 잔여 용량율 사이의 상관성에 의거해서 잔여 용량율을 산출하는 전압법을 이용하여 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 단계와, 2차 전지의 잔여 용량율에 따라서 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율을 가중 가산하고, 최종적인 잔여 용량율을 검출하는 단계를 구비한다.

또, 본 발명의 제4의 실시예에 따라, 2차 전지를 갖는 전지팩이 제공된다. 이 2차 전지를 갖는 전지 팩은, 2차 전지의 전압, 전류 및 온도를 측정하는 측정부와 전지 용량 연산부를 구비한다. 이 전지 용량 연산부는, 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용해서 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 검출 수단과, 2차 전지의 전압값을 측정하고, 전압값과 잔여 용량율 사이의 상관성에 의거해서 잔여 용량율을 산출하는 전압법을 이용해서 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 검출 수단과, 2차 전지의 전압법 잔여 용량율에 따라서 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율을 가중 가산하고, 최종적인 잔여 용량율을 검출하는 수단을 구비한다.

본 발명에 따라, 전지의 충전율은 충전 초기에서부터 높은 정밀도로 계산될 수 있으며 풀 충전이 정확하게 검출될 수 있다.

나아가, 본 발명에 의하면, 전력 적산법(또는 전류 적산법)에 의해서 얻어진 전지 잔여 용량에 오차가 생겨도, 방전 종지 부근으로 됨에 따라 전압법에 의한 보정이 행해지기 때문에, 정확도가 높은 잔여 용량 검출이 가능해진다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 잇점은 첨부한 도면을 참조하여 설 명된 이하 본 발명의 예시적인 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 명백해 질 것이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명의 1 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도 3은 본 발명을 적용하는 것이 가능한 전지 팩의 구성의 일예를 모식적으로 도시한 것이다.

이 전지 팩은 충전시에는 충전기에 장착되어 ＋단자(1)와 -단자(2)가 각각 충전기의 ＋단자, －단자에 접속되어 충전이 행해진다. 또, 이 전지 팩으로 전기 기기를 사용하는 경우에는 충전시와 마찬가지로, ＋단자(1)와 -단자(2)가 이 전기 기기의 ＋단자, －단자에 접속되어 방전이 행해진다.

이 전지 팩은 주로, 전지 셀(7), 마이크로 컴퓨터(10), 측정 회로(11), 보호 회로(12), 스위치 회로(4), 통신 단자(3a, 3b)로 구성되어 있다.

이 전지 셀(7)은 리튬 이온 전지 등의 2차 전지로서, 4개의 2차 전지를 직렬로 접속한 것이다.

마이크로 컴퓨터(10)는 측정 회로(11)에서 입력된 전압값과 전류값을 사용해서 전압값의 측정이나 전류값의 적산을 수행하도록 되어 있다. 또, 이 마이크로컴퓨터는 참조 부호 8로 나타나 있는 온도 검출 소자(예를 들면 써미스터)로 전지 온도를 감시한다. 또한, 측정값 등이 참조 부호 13으로 나타나 있는 불휘발성 메모리 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)에 저장된다. 또한, 마이크로 컴퓨터(10)는 전압법 신뢰도(reliability)의 검출도 필요에 따라 수행한다.

측정 회로(11)는 전지 팩에 포함된 전지 셀(7)의 각 셀의 전압을 측정하고, 마이크로 컴퓨터(10)에 측정된 전압값을 송신한다. 또, 이 측정 회로는 전류 검출 저항(9)을 사용해서 전류의 크기 및 방향을 측정하고, 마이크로 컴퓨터(10)에 측정된 전류값을 송신한다. 또한, 측정 회로(11)는 전지 셀(7)의 전압을 안정화해서 전원 전압을 발생하는 레귤레이터(regulator)로서의 기능도 갖는다.

보호 회로(12)는 전지 셀(7) 중의 어느 하나의 셀의 전압이 과충전 검출 전압으로 되었을 때나, 전지 셀(7)의 전압이 과방전 검출 전압 이하로 되었을 때, 스위치 회로(4)로 제어 신호를 보내는 것에 의해, 과충전과 과방전을 방지한다. 여기서, 리튬 이온 전지를 위한 보호 회로의 경우, 과충전 검출 전압이 예를 들면 4. 2V ±0.5V로 정해지고, 과방전 검출 전압이 예를 들어 2.4V ±0.1V로 정해진다.

스위치 회로(4)는 참조 부호 5로 나타나 있는 충전 제어 FET (Field Effect Transistor)와, 참조 부호 6으로 나타나 있는 방전 제어 FET로 구성되어 있다. 전지 전압이 과충전 검출전압으로 되었을 때에는 충전 제어 FET(5)를 OFF로 하여, 충전 전류가 흐르지 않도록 제어된다. 또, 충전 제어 FET(5)가 OFF로 된 후에는, 참조 부호 5a로 나타나 있는 기생 다이오드를 통한 방전만이 가능해진다.

또, 전지 전압이 과방전 검출 전압으로 되었을 때에는 방전 제어 FET(6)를 OFF로 하여, 방전 전류가 흐르지 않게 제어된다. 또, 방전 제어 FET(6)가 OFF로 된 후에는 참조 부호 6a로 나타나 있는 기생 다이오드를 통한 충전만이 가능해진다.

통신 단자(3a, 3b)는, 전지 팩이, 전기 기기, 예를 들면 캠코더(Camcorder: Camera and recorder의 약어)에 장착되었을 때, 전지 용량의 정보를 전기 기기로 송신하기 위한 것이다. 전지 용량에 관한 정보를 수취한 기기측에서는 액정 표시부와 같은 표시 기기에 충전 용량과 충전율을 표시한다.

본 실시예에서는 충전 용량과 잔여 용량율(전지 용량)의 검출이 적산법(전류 적산 또는 전압 적산)과 전압법을 병용해서 수행되지만, 특정 임계값에 의해 적산법과 전압법을 완전히 전환하여 충전율의 계측을 행하는 것이 아니라, 항상 적산법과 전압법을 양쪽 다 사용하여 충전율의 계측을 행한다는 것이 주목된다. 또, 본 실시예에서는, 충전율과 전여 용량율의 값으로부터, 전압법으로 얻어진 값을 얼마만큼 신뢰할 수 있는지를 정의한 전압법 신뢰도를 산출하고, 그 산출된 전압법 신뢰도에 따라, 전압법에 의해 구해진 충전 용량과 적산법에 의해 구해진 충전 용량을 가중 가산해서 최종적인 충전 용량을 구하고 전압법에 의한 잔여 용량율과 적산법에 의해 얻은 잔여 용량율을 가중 가산해서 최종적인 잔여 용량율을 구한다. 이와 같은 전압법에 의한 충전율의 가중 가산과 전압법에 의한 잔여 용량율의 가중 가산을 사용하는 것에 의해, 적산법에서 전압법으로 점진적인 이행이 이루어질 수 있다.

또, 적산법에 의해 충전 용량과 잔여 용량을 산출할 때 나눗셈 연산(division calculation)이 가해지면, 데이터 내에 포함된 소수점 이하의 값이 잘림 등에 의해서 사사오입된다. 이것은 더 적은 유효숫자(significant figure)(전류값)의 자리수를 갖는 절삭된 값도 적산되어, 그 오차가 적산 결과에 누적된다는 것을 의미한다. 그 결과, 적산된 전류값의 정밀도가 나빠지고, 충전율의 검출의 정밀도 도 나빠진다.

유효숫자의 자릿수를 떨어뜨리는 것에 의해 야기된 오차의 누적을 방지하기 위해, 유효숫자의 수를 늘리는 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 마이크로 컴퓨터의 메모리 사용량이 증가하여 처리 자원을 더 많이 소비하게 된다. 또, 마이크로 컴퓨터의 이용가능한 메모리 공간이 부족한 경우에는 실제로 유효숫자의 자리수를 늘릴 수 없다. 유효숫자의 자릿수가 떨어진 데이터를 적산해 가게 되어, 정밀도의 악화로 이어진다.

그래서, 데이터에서 유효숫자의 자릿수 떨어짐의 영향을 가장 적게 하기 위해, 하나의 실시예에서는 이하와 같은 적산 방법을 이용한다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 전류값의 측정시에, 입력 단자(21)와 스위치(22)를 거쳐서 이득이 24배인 증폭기(23)와 이득이 125배인 증폭기(24)를 접속하고, 각 증폭기의 출력전압을 마이크로 컴퓨터(10)의 A/D 컨버터(25)에 공급하여 이 출력 전압을 디지털 데이터로 변환한다. 각 증폭기는 전류값에 따라 구분하여 사용되며, 전류가 2A보다 클 때에는 24배의 증폭기를 사용하고, 2A 이하일 때에는 125배의 증폭기를 사용한다. 이 구성에 의해, 전류값이 작은 경우와 큰 경우에서의 유효숫자 사이의 자리수 차를 적게 하는 것이 가능하다.

단, 24배 증폭기(23)를 통과하여 측정된 값과 125배 증폭기(24)를 통과하여 측정된 값은 유효자리수의 가중이 다르기 때문에, 단순히 서로 더할 수 없다. 그래서, 이하의 방법에 의해, 유효숫자의 자릿수 떨어짐의 악영향이 적어지도록 한다.

예를 들면, 전류 측정을 위한 하드웨어 조건은 이하와 같이 한다.

A/D 기준 전압(AVREF)：3000㎷

A/D 분해능：1024 (10비트)

전류 검출 저항{도 3의 저항(9)}：5mΩ

이 예에서, 전지 셀(7)을 흐르는 전류 1A당의 A/D 컨버터(25)에 공급되는 전압값은 다음과 같이 산출된다 :

24배 증폭기(23)의 경우：5mΩ×1A×24=120(㎷/A) ???(1)

125배 증폭기(24)의 경우：5mΩ×1A×125=625(mV/A) ???(2)

또, A/D 컨버터(25)의 1분해능당의 전압 감도는 3000㎷/1024=2.930(㎷)로 된다. 이 값은, 24배 증폭기(23)의 사용시에 있어서의 전류 감도로 환산하면, 2. 930(㎷)/120(㎷/A)×1000≒24. 41(㎃)로 된다

상술한 값에 따라, 적산 처리의 흐름을 도 5의 흐름도를 참조해서 이제 설명한다.

우선, 스텝 S1에서 적산 처리가 개시되면, 도 3에 도시된 전류 검출 저항 (9)으로 A/D 컨버터에 입력하는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 마이크로 컴퓨터(10)에 A/D 입력값으로서 공급한다(스텝 S2). 다음에, 스텝 S3에서는 스텝 S2에서 계산된 입력값을 24배 증폭기(23)와 125배 증폭기(24)의 어느 쪽을 이용해서 계측할지를 결정한다. 전류 검출 저항(9)에서 측정된 전류값이 2A보다 큰 경우에는, 24배 증폭기(23)를 사용하고, 이 전류값이 2A이하의 경우에는 125배 증폭기(24)를 사용한다.

24배 증폭기(23)를 이용하는 경우, A/D 입력 전압을 상술한 식 (1)로부터 산 출한다.

예를 들면, 방전 전류가 2.5A의 경우, A/D 입력 전압은 120(㎷/A)×2.5A= 300(㎷)으로 된다.

또, A/D 입력 전압을 디지털 데이터로 변환하면, A/D 변환 후의 입력값(적산값)은 300(㎷)/2.930(㎷)≒102로 된다. 24배 증폭기(23)를 사용하여 측정한 경우에는 이 계산된 적산값을 그대로 적산 에리어(integral area)에 가산한다.

125배 증폭기(24)를 이용하는 경우, A/D 입력 전압을 상술한 식 (2)로부터 산출한다. 예를 들면, 방전 전류가 0.8A인 경우, A/D 입력 전압은 625(㎷/A)×0.8A=500(㎷)으로 된다. 또, A/D 변환 후의 입력값(BATT_CURRENT_BIT)은 300(mV)/2.930(㎷)≒170으로 된다.

125배 증폭기(24)를 이용하여 측정한 경우에는 스텝 S5에서 자리수의 가중이 24배 증폭기(23)를 사용하여 측정하여 얻은 것과 동일하게 되도록 환산하고 나서 적산을 한다(1회째의 적산 처리는 전회 적산 처리시의 잉여를 0으로 하여 조정된다). A/D 변환 후 입력값으로 얻은 170을 24배 증폭기(23)를 사용하여 측정하여 얻어진 값으로 환산하면, 170/5.208=32으로 되고 나머지 3.344로 된다. 스텝 S6에서 나머지의 소수점 이하를 잘라 버리는 것(rounding off)에 의해, 적산값은 32로, 나머지는 3으로 구해지고, 적산 에리어(integral area)에는 32가 가산된다.

여기서, 방전 전류가 0.8A로 일정하게 유지된 채, 10회 적산 처리한 경우에 대해서 이제 설명한다. 잉여를 무시하고, 잉여 가산을 행하지 않는 경우에는 적산값은 32 ×10(회)=320으로 되지만, 이 경우에, 이론적으로는 환산 전의 입력값으로 얻은 170을 이용해서 적산 값을 계산하면,｛170 ×10(회)｝/5.208≒326으로 되어, 위 적산값들 사이에 6의 차이가 생긴다.

그래서, 전회 제산 처리(division processing)했을 때에 구한 잉여를 다음의 계산시에 얻은 값에 가산해서 적산 처리를 행한다. 즉, 2회째 적산 처리에서 환산 전의 입력값으로 얻은 170에 1회째 적산 처리에서 잉여로 얻은 3을 가산하고, 합계값을 환산함으로써 2회째의 적산 처리의 적산값을 결정한다. 3회째 사이클 이후는 2회째 적산 처리와 마찬가지로 환산 전의 입력값에 전회의 적산 처리에서 구한 잉여를 가산하고 나서 전체 합계를 환산한다.

도 6은 1회째에서 10회째까지의 적산 처리의 상황을 도시한다. 잉여를 가산하는 방법에 의해 적산 처리가 행해진 결과, 이 실시예에서는 적산 에리어의 값이 326으로 되고, 다시 말해 오차가 발생하지 않는다. 따라서, 전회 계산시에 구한 잉여를 A/D 입력값에 가산하고 나서 제산 처리를 함으로써, 유효숫자의 자릿수 떨어짐의 영향을 가능한 한 많이 없앨 수 있다.

또, 유효 자리수를 늘릴 필요가 없으므로, 마이크로 컴퓨터(10)에서 사용하는 메모리 공간을 최소한으로 유지할 수 있다.

이하, 도 7의 흐름도를 참조해서, 상술한 바와 같은 전지 팩을 충전할 때의 처리 흐름을 설명한다.

충전 초기(early period)부터 중기(middle period)에 있어서는 통상의 적산 방식을 사용하여 충전율을 산출한다. 스텝 S10과 스텝 S11에서의 전류값에 관한 처리는 도 5의 스텝 S1부터 스텝 S6에서의 처리와 동일하다. 다음에, 스텝 S12에서 충전율(%)을 구한다. 적산법을 사용하는 것에 의한 충전율(%)은 이하의 식에서 구할 수 있다:

적산법에 의한 충전율(%)=적산 용량/팩 전체용량

또, 스텝 S14와 같이 적산법과 병행해서 전압법에 의해 충전율을 구하기 위해, 스텝 S10에서는 전류값 이외에, 전압값도 마이크로 컴퓨터(10)에 입력된다. 전지 셀(7)에는 전류가 흐르고 있기 때문에, 무부하 상태에서의 전압을 측정하는 것은 어렵다. 그래서, 스텝 S13에서는 개방 전압을 이하와 같이 상정한다:

개방 전압(상정값)={전지 전압-(전지 전류 Imp ×충전 전류)｝

또한, 얻어진 개방 전압을 기본으로, 스텝 S14에서 전압과 충전율 사이의 상관 관계에 의해 확립된 충전율 테이블(예를 들면, 전지 전압 4.2V이면 충전율 100%로 지정된다)을 참조하는 것에 의해, 전압법에 의한 충전율(%)을 얻는다. 이 전압법에 의해 계산된 충전율에 기초하여, 스텝 S15에서 풀충전 부근(예를 들면, 전압법에 의한 충전율=90%)인지 여부를 판정한다. 충전이 풀충전 부근이 아니다고 판단된 경우에 그 처리는 스텝 S16을 거쳐 스텝 S11로 되돌아가고, 또한 충전을 계속하면서 개방 전압과, 전압법에 의한 충전율의 산출을 행한다.

또, 적산법에 의한 충전 용량(충전율)의 검출과, 전압법에 의한 충전 용량(충전율) 검출은 처리의 순서를 바꾸거나, 양 처리를 병렬적으로 행하도록 해도 좋다.

충전이 충전 말기(end period)에 도달하여 풀 충전 부근에 있다고 판정되면, 전압법에 의한 충전율을 이용하여 전압법 신뢰도(0～100%)를 산출한다(스텝 S17). 전압법 신뢰도(%)는, 예를 들면 전압법에 의한 충전율 90%가 풀충전 부근이라고 검출하는 기준으로 지정된 경우, 이하의 식에서 구할 수 있다.

전압법 신뢰도(%)=｛전압법에 의한 충전율(%)－90(%)｝×10 (여기서, 전압법에 의한 충전율 ≥90이다)

여기서, 상술한 전압법 신뢰도는 전압법에 의한 풀충전 부근의 충전율 산출의 정확도를 이용하여 결정된다. 전압법에 의한 충전율이 풀충전 부근이 될 때까지는 전압법 신뢰도를 0으로 일정하게 지정하고, 거기서부터 전압법에 의한 충전율이 상승하는 것에 의해 전압법 신뢰도도 상승하여, 풀충전시에 도달하면 그 신뢰도가 100%에 도달한다.

또, 상술한 전압법 신뢰도(%)를 이용하여 (1-전압법 신뢰도(%))를 계산하고, 적산법 신뢰도(%)를 구한다. 또한, 전압법에 의한 충전율(%)에 전압법 신뢰도를 곱하여 얻은 값과, 적산법에 의한 충전율(%)에 적산법 신뢰도를 곱하여 얻은 값을 가산하는 것에 의해, 전압법 신뢰도를 이용한 가중 가산(weighted addition)을 취하여 최종적인 충전율을 산출한다(스텝 S18).

충전율(%)=전압법 충전율×전압법 신뢰도＋ 적산법 충전율×(1-전압법 신뢰도)

다음에, 스텝 S18에서 산출된 충전율이 100%인지를 판단하고, 그 판단 결과가 100%미만이면 충전을 계속하고, 그 판단 결과가 100%이면 충전을 종료한다(스텝 S19).

이 방법을 이용하는 것에 의해, 전압법과 적산법에 의해 각각 산출된 충전율 의 값에 차가 있던 경우에도, 전압법 신뢰도에 의해서 곱해진 비율에 따라서 위화감 없이 적산법에 의한 산출값에서 전압법에 의한 산출값으로 원활한 이행을 할 수 있다. 이 방법은 도 8에 도시하는 충전율의 그래프와 같은 곡선을 그리는 충전 처리를 가능하게 하여, 풀 충전을 정확하고 용이하게 검출하는 것을 가능하게 한다.

또, 적산 정확도에 지나치게 구애되는 것이 불필요하게 되어, 저렴하고 간이한 소자로 시스템을 구성하는 것이 가능해진다.

또, 리튬 이온 전지를 이용한 경우에는 CCCV(정전류 정전압) 방식이 적용되는 것으로 인해 풀충전 부근에서 충전율을 검출하는데 시간이 걸린다. 그 때문에, 풀충전 부근에서의 충전율의 산출 정확도가 나쁜 경우에는 충전할 나머지 시간의 검출 정확도도 나빠진다. 한편, 상술한 방법을 이용함으로써 충전 용량을 정확하게 검출하는 것이 가능하기 때문에, 충전할 나머지 시간의 산출 정확도도 향상된다.

이 실시예에서는, 방전 개시시에는 적산법에 의한 잔여 용량율을 이용하고, 서서히 전압법에 의한 잔여 용량율로 변화시켜 간다. 또, 방전 종지 부근에서는 전압법에 의한 잔여 용량 검출을 행하고, 방전 종지시에는 확실하게 컷오프 전압(cut-off voltage)과 잔여 용량율 0%가 일치하도록 하기 위해, 완전히 전압법으로 전환되도록 이루어진다.

잔여 용량율 검출시의 전압법과 적산법(전류 적산 또는 전압 적산) 사이의 전환은 전압법 신뢰도라고도 부르는 파라미터를 마련하고, 이 전압법 신뢰도에 따라, 전압법에 의해 얻어진 잔여 용량 비율과 적산법에 의해 얻어진 잔여 용량율을 가중 가산하여, 최종적인 잔여 용량율을 구한다. 이러한 전압법에 의한 잔여 용량 율을 사용한 가중 가산에 의해, 잔여 용량율이 급격히 변화하는 일이 없어, 안정된 검출이 행해진다.

전압법 신뢰도는 환경 조건이나 부하 조건에 의해서 전압법에 의해 측정된 측정값을 어떠한 비율로 신뢰하고, 검출에 이용할지를 판정하는 파라미터이다.

여기서, 적산법의 신뢰도는｛100(%)－전압법 신뢰도(%)}로 표현된다. 전압법 신뢰도의 계산시에는, 방전 전압에 의한 신뢰도 계수, 전압법에 의한 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수, 온도에 의한 신뢰도 계수를 각각 산출하고, 이 3개의 계수를 조합함으로써 최종적인 신뢰도를 산출한다.

이하, 방전 전압에 의한 신뢰도 계수, 전압법에 의한 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수, 온도에 의한 신뢰도 계수의 각 계수의 구하는 방법과 전압법 신뢰도의 산출 방법에 대해서 설명한다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 방전 전압에 의한 신뢰도 계수는, 전압이 낮아짐에 따라 신뢰도 계수가 증가하도록 상정되며, 이하의 식에 의해서 산출할 수 있다. 여기서, 이하의 식에 의해 얻어진 신뢰도 계수가 1미만으로 된 경우에는 신뢰도 계수는 1로 지정된다.

방전 전압에 의한 신뢰도 계수=－0.002×방전 전압(㎷)＋33

예를 들어, 방전 전압값이 12800㎷의 경우, 방전 전압에 의한 신뢰도 계수=－0.002 ×12800＋33=7로 구해진다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 전압법 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수는 전압법 잔여 용량율이 낮아짐에 따라 신뢰도 계수는 급격히 증가하도록 상정되며, 이 하의 식에 의해서 산출할 수 있다. 여기서, 이하의 식에 의해 얻어진 신뢰도 계수가 1미만으로 된 경우에는, 신뢰도 계수는 1로 지정된다. 또한, 예를 들면 전압법 잔여 용량율이 20%인 경우, 이하의 식의 전압법 잔여 용량율에는, 20%를 100배한 값 2000을 대입하는 것으로 한다.

전압법 잔여 용량율(%)에 의한 신뢰도 계수=(10000－전압법 잔여 용량율(% ×100))/(전압법 잔여 용량율(% ×100) ×1.2)＋0. 1

예를 들어, 전압법 잔여 용량율이 20%인 경우, 전압법 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수=(10000－2000)/(2000 ×1.2)＋0.1=3.43이 된다.

또, 2차 전지의 내부 저항은 온도가 낮아짐에 따라 커지기 때문에, 온도에 의한 변화도 고려할 필요가 있다. 예를 들면, 2차 전지를 장착한 전기 기기를 이용하는 환경 온도가 30℃이상의 경우부터 빙점(freezing point) 아래까지 변동하는 것을 충분히 고려한다. 이 경우, 내부저항은 수배 이상으로 크게 증가하는 것이 상정되고, 이 내부 저항의 차가 잔여 용량율 측정 정확도를 악화시키게 된다.

온도에 의한 신뢰도 계수는 온도의 상승에 수반해서 선형적으로 증가하는 것으로 상정되며, 이하의 식에 의해 산출하는 것이 가능하다.

온도에 의한 신뢰도 계수=0.16 ×온도(℃)-5.6

예를 들어, 온도가 15℃인 경우, 온도에 의한 신뢰도 계수 = 0.16 ×15 - 5.6 = -3.2로 된다.

이상의 3개의 신뢰도 계수를 이용해서, 각각의 계수를 이하의 식에 대입하는 것에 의해, 구한 값을 얼마만큼 신뢰할 수 있는지를 정의한 전압법 신뢰도를 산출 한다.

전압법 신뢰도(%)=(방전 전압에 의한 신뢰도 계수＋온도에 의한 신뢰도 계수) ×전압법 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수

예를 들어, 방전 전압에 의한 신뢰도 계수가 7이고, 전압법 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수가 3.43이고, 온도에 의한 신뢰도 계수가 -3.2인 경우, 전압법 신뢰도(%)는 (7-3.2) ×3.43=13.03(%)으로 된다. 여기서, (방전 전압에 의한 신뢰도 계수＋온도에 의한 신뢰도 계수)의 합이 1이하로 되는 경우에는 이 합의 값을 1로 한다.

도 13은 상술한 방법에 의해서 얻어진 전압법 잔여 용량율(%)과 전압법 신뢰도(%) 사이의 관계를 도시한다. 도 9에서 각 그래프는 온도별로 표시되어 있다. 전압법 신뢰도를 산출하는 식은, 전압법을 이용하여 검출한 경우, 중간 전위 범위에서 잔여 용량의 측정 정확도가 나쁘다고 하는 하나의 특성과, 전력 적산법을 이용하여 검출한 경우, 방전 과정 말기에서 측정 정확도가 나쁘다고 하는 다른 하나의 특성을 고려한 후, 전압법 신뢰도의 특성이 이하와 같이 되도록 이루어져 있다. 또한, 전압법 신뢰도는 0 내지 100%의 범위에서 주어지며, 신뢰도가 높은 만큼, 높은 비율의 전압법에 의한 잔여 용량율이 사용된다.

1. 잔여 용량율 100 내지 약 30% 부근의 범위에서는 전압 적산법에 의한 잔여 용량율의 검출 결과를 사용

2. 잔여 용량율 30 내지 약 5% 부근의 범위에서는 전압 적산법에 의한 잔여 용량과 전압법에 의한 잔여 용량율을, 전압법 신뢰도에 의거하는 비율에 따라 서로 더한 값을 사용

3. 잔여 용량율 5% 이하의 범위에서는 전압법에 의한 잔여 용량율의 검출 결과를 사용

본 실시예에서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 방전 개시시에는 적산법을 이용하고, 방전 말기에는 전압법을 이용하고, 중간 전위의 범위에서는 상술한 식으로부터 구해진 전압법 신뢰도에 따라, 전압법 잔여 용량 비율과 적산법 잔여 용량율을 가중 가산하여, 최종적인 잔여 용량율(%)을 산출한다. 이와 같은 전압법 잔여 용량율을 사용한 가중 가산에 의해, 적산법에서 전압법으로 서서히 이행이 이루어진다.

이하, 도 15의 흐름도를 참조해서, 상술한 바와 같은 전압법 신뢰도를 이용해서 전지 팩의 잔여 용량을 검출하는 방법에 대해서 설명한다.

잔여 용량의 산출 처리가 개시되면, 도 3에 도시된 전지 셀(7)에서는 방전 전압을, 전류 측정 저항(9)에서는 방전 전류를, 서미스터(8)에서는 전지 온도를 측정하고, 각 측정값을 마이크로 컴퓨터(10)에 공급한다(스텝 S1511).

마이크로 컴퓨터(10)에서는 공급된 전압값에 따라 전압법에 의해 잔여 용량 검출을 행한다(스텝 S1512). 이 마이크로컴퓨터는, 공급된 측정 전압에 (전류 ×임피던스)에 있어서 산출한 드롭 전압(dropped voltage)을 가산하는 것에 의해 무부하시의 측정 전압을 산출하고, 전압과 2차 전지의 잔여 용량 비율과의 관계를 나타내는 특성 곡선의 데이터로부터 2차 전지의 잔여 용량을 구한다. 전압과 2차 전지의 잔여 용량 비율과의 관계를 나타내는 데이터는 미리 실험 데이터로부터 그 상관 관계를 이끌어 내고, 이에 의해 전압과 용량을 연관시키는 데이터 테이블을 준비하여 구할 수 있다. 이 데이터 테이블을 사용하여 용량은 대응하는 전압으로부터 산출될 수 있다.

다음에, 마이크로 컴퓨터(10) 내에서 측정한 전류와 전압으로부터 방전 전력(전력=전류 ×전압)을 산출한다. 산출한 방전 전력은 일정시간마다 적산 처리를 행하여, 방전 개시로부터의 적산된 적산 전력량을 구한다(스텝 S1513). 스텝 S1514에서는 스텝 S1513에서 얻어진 적산 전력량과, 미리 실험 데이터로부터 얻어진 2차 전지의 방전 가능 전력에 대한 비율로부터 잔여 용량율을 산출한다. 구체적으로는 이하의 식으로부터 잔여 용량율을 얻는다.

잔여 용량율(%)=적산 전력/방전 가능 전력 ×100

다음에, 전압법에 의해 산출한 잔여 용량율과, 전력 적산법에 의해 산출한 잔여 용량율의 어느 쪽을 우선적으로 사용할지를 판정하기 위한 전압법 신뢰도를 산출한다(스텝 S1515). 전압법 신뢰도는 방전 전압에 의한 신뢰도 계수와, 전압법 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수와, 온도에 의한 신뢰도 계수를 이용해서 산출된다.

스텝 S1515에서 전압법 신뢰도가 산출되면, 전압법 신뢰도(%)를 이용해서 (1－전압법 신뢰도(%))를 계산하고, 적산법 신뢰도(%)를 구한다. 또한, 전압법 잔여 용량율(%)에 전압법 신뢰도를 곱하여 얻은 값과, 적산법 잔여 용량율(%)에 적산법 신뢰도를 곱하여 얻은 값을 가산하는 것에 의해, 최종적인 잔여 용량율이 전압법 신뢰도를 이용한 가중 가산에 의해 산출된다(스텝 S1516).

예를 들면, 전압법 잔여 용량율을 30%로 하고, 전력 적산법 잔여 용량율을 40%로 하고, 전압법 신뢰도를 20%로 한 경우, 최종적인 잔여 용량율은 30 ×0.20＋40 ×(1－0.20)의 계산에 의하여 38%로 구해진다.

이와 같은 방법에 의해 잔여 용량율을 측정하여 잔여 용량율이 0%로 된 시점에서 방전을 종료한다.

이 방법을 이용하는 것에 의해, 방전 종지 부근에서는 전압법을 이용하여 검출하기 위해, 높은 정확도로 잔여 용량율을 검출할 수 있음과 동시에, 예를 들어 리튬 이온 전지를 이용한 경우, 전압법을 이용한 측정에서 정확도가 나빠지는 중간 전위 부근에서는 전력 적산법(또는 전류 적산법)에 의해 잔여 용량의 검출을 할 수 있기 때문에, 방전 개시부터 방전 종지까지 항상 높은 정확도로 잔여 용량율을 검출하는 것이 가능하다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 의거하는 각종의 변형이 가능하다는 것은 물론이다.

예를 들면, 상술한 실시예에 있어서 든 수치 값은 어디까지나 예에 불과하며, 필요에 따라서 이것과 다른 수치를 이용해도 좋다.

또, 이 발명은 리튬 이온 전지 이외에, Ni－Cd(니켈-카드뮴) 전지, Ni－MH(니켈 수소) 전지 등, 각종 전지에 적용 가능하다.

또, 전지 팩에 포함된 마이크로 컴퓨터가 또한 보호 회로의 기능을 갖도록 해도 좋다.

또, 적산 처리를 행할 때에는 전력 적산에 한정되지 않고, 전류 적산을 행하여 미리 구한 총전류량과의 비율로부터 잔여 용량율을 구해도 좋다.

이 기술 분야에 숙련된 자라면, 설계 요구조건과 다른 요인들에 따라 첨부된 청구항 또는 그 균등물의 범위 내에 있는 여러 변형, 조합, 하위 조합, 및 변경이 이루어질 수 있을 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 전지의 충전율을 충전 초기부터 고정밀도로 산출할 수 있음과 동시에, 정확하게 풀충전을 검출하는 것이 가능해진다. 본 발명에 의하면, 전력 적산법(또는 전류 적산법)에 의해서 얻어진 전지잔여 용량에 오차가 생겨도, 방전 종지 부근으로 됨에 따라 전압법에 의한 보정이 행해지기 때문에, 정확도가 높은 잔여 용량 검출이 가능해진다.

Claims

2차 전지의 충전 방법에 있어서,

상기 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용하여 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 단계와,

상기 2차 전지의 전압값을 측정하고, 상기 전압값과 충전율 사이의 상관성에 의거해서 충전율을 산출하는 전압법을 이용하여 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 단계와,

상기 2차 전지의 충전율에 따라서 상기 적산법에 의해 검출된 충전율과 상기 전압법에 의해 검출된 충전율을 가중 가산(weighted addition)하여, 전압법에 의한 충전율이 적어도 90%일 때는 가중 가산을 이용하여 최종적인 충전율을 검출하는 단계와,

전압법에 의한 충전율이 90% 미만일 때는 적산법을 이용하여 최종적인 충전율을 검출하는 단계를

를 포함하는, 2차 전지의 충전 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 가중 가산에 사용하는 가중 계수(weighting factor)는 상기 전압법에 의한 기준 충전율에 따라 계산된 전압법 신뢰도로부터 얻어지는, 2차 전지의 충전 방법.
2차 전지를 갖는 전지 팩에 있어서,

상기 전지 팩은 2차 전지의 전압 및 전류를 측정하는 측정부와 전지 용량 연산부를 갖고,

상기 전지 용량 연산부는,

상기 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용해서 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 검출 수단과,

상기 2차 전지의 전압값을 측정하고, 전압값과 충전율의 상관성에 의거해서 충전율을 산출하는 전압법을 이용하여 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 검출 수단과,

상기 2차 전지의 충전율에 따라서 적산법에 의해 검출된 충전율과 전압법에 의해 검출된 충전율을 가중 가산하여, 전압법에 의한 충전율이 적어도 90%일 때는 가중 가산을 이용하여 최종적인 충전율을 검출하고, 전압법에 의한 충전율이 90% 미만일 때는 적산법을 이용하여 최종적인 충전율을 검출하는 수단

을 구비하는, 전지 팩.
삭제
제 4 항에 있어서,

상기 전지 용량 연산부는 상기 가중 가산에 사용되는 가중 계수를 상기 전압법에 의한 기준 충전율에 따라 계산된 전압법 신뢰도로부터 얻는 수단을 구비하는, 전지 팩.
2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 방법에 있어서,

상기 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용하여 상기 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 단계와,

상기 2차 전지의 전압값을 측정하고, 상기 전압값과 잔여 용량율 사이의 상관성에 의거해서 잔여 용량율을 산출하는 전압법을 이용하여 상기 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 단계와,

상기 2차 전지의 잔여 용량율에 따라서 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율을 가중 가산하고, 최종적인 잔여 용량율을 검출하는 단계

를 포함하고,

상기 전압법은 방전의 종지시에는 풀 가중(full weight)으로 주어지고, 2차 전지의 잔여 용량율이 100% 내지 30% 부근의 범위에 있을 때는 적산법을 이용하여 잔여 용량율을 검출하고, 2차 전지의 잔여 용량율이 30% 내지 5% 부근의 범위에 있을 때는 상기 잔여 용량율에 따라 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율의 가중 가산을 수행하고, 방전의 말기에서는 전압법을 이용하여 잔여 용량율을 검출하는, 2차 전지의 잔여 용량율 검출 방법.
삭제
제 7 항에 있어서,

상기 가중 가산에 사용되는 가중 계수는 상기 2차 전지의 방전 전압으로부터 구한 신뢰도 계수와, 상기 전압법으로부터 구한 잔여 용량율에 의한 신뢰도 계수와, 상기 2차 전지의 전지 온도로부터 구한 온도에 의한 신뢰도 계수를 조합한 전압법 신뢰도로부터 얻어지는, 2차 전지의 잔여 용량율 검출 방법.
2차 전지를 갖는 전지 팩에 있어서,

상기 전지 팩은 2차 전지의 전압 및 전류 및 온도를 측정하는 측정부와 전지 용량 연산부를 갖고,

상기 전지 용량 연산부는,

상기 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용해서 상기 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 검출 수단과,

상기 2차 전지의 전압값을 측정하고, 상기 전압값과 잔여 용량율 사이의 상관성에 의거해서 잔여 용량율을 산출하는 전압법을 이용해서 상기 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 검출 수단과,

상기 2차 전지의 잔여 용량율에 따라서 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율을 가중 가산하고, 최종적인 잔여 용량율을 검출하는 수단을 구비하고,

상기 전지 용량 연산부는,

상기 2차 전지의 잔여 용량율이 100% 내지 30% 부근의 범위에 있을 때는 적산법을 이용하여 잔여 용량율을 검출하고,

상기 2차 전지의 잔여 용량율이 30% 내지 5% 부근의 범위에 있을 때는 상기 잔여 용량율에 따라 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율을 가중 가산하고, 방전 말기에서는 전압법을 이용하여 잔여 용량율을 검출하는, 전지 팩.
삭제
제 10 항에 있어서,

상기 전지 용량 연산부는, 상기 가중 가산에 사용되는 가중 계수를, 상기 2차 전지의 방전 전압으로부터 구한 신뢰도 계수와, 상기 전압법으로부터 구한 잔여 용량율에 따른 신뢰도 계수와, 상기 2차 전지의 전지 온도로부터 구한 온도에 따른 신뢰도 계수를 조합한 전압법 신뢰도로부터 얻어지는, 전지 팩.
2차 전지를 갖는 전지 팩에 있어서,

상기 전지 팩은 2차 전지의 전압 및 전류를 측정하는 측정부와, 전지 용량 연산부를 갖고,

상기 전지 용량 연산부는,

상기 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용해서 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 제 1 검출기와,

상기 2차 전지의 전압값을 측정하고, 전기 전압값과 충전율의 상관성에 의거해서 충전율을 산출하는 전압법을 이용하여 상기 2차 전지의 충전율을 검출하는 제 2 검출기와,

상기 2차 전지의 충전율에 따라서 적산법에 의해 검출된 충전율과 전압법에 의해 검출된 충전율을 가중 가산하고, 전압법에 의한 충전율이 적어도 90%일 때는 가중 가산을 이용하여 최종적인 충전율을 검출하고, 전압법에 의한 충전율이 90% 미만일 때는 적산법을 이용하여 최종적인 충전율을 검출하는 가산기

를 구비하는, 전지 팩.
2차 전지를 갖는 전지 팩에 있어서,

상기 전지 팩은 2차 전지의 전압 및 전류 및 온도를 측정하는 측정부와 전지 용량 연산부를 갖고,

상기 전지 용량 연산부는,

상기 2차 전지의 전류값 또는 전력값을 일정시간마다 적산하는 것에 의해 전지 용량을 산출하는 적산법을 이용해서 상기 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 제 1 검출기와,

상기 2차 전지의 전압값을 측정하고 상기 전압값과 잔여 용량율의 상관성에 의거해서 잔여 용량율을 산출하는 전압법을 이용해서 상기 2차 전지의 잔여 용량율을 검출하는 제 2 검출기와,

상기 2차 전지의 잔여 용량율에 따라서 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율을 가중 가산하고, 최종적인 잔여 용량율을 검출하는 가산기

를 구비하고,

상기 전지 용량 연산부는,

상기 2차 전지의 잔여 용량율이 100% 내지 30% 부근의 범위에 있을 때는 적산법을 이용하여 잔여 용량율을 검출하고,

상기 2차 전지의 잔여 용량율이 30% 내지 5% 부근의 범위에 있을 때는 상기 잔여 용량율에 따라 적산법에 의해 검출된 잔여 용량율과 전압법에 의해 검출된 잔여 용량율을 가중 가산하고, 방전 말기에서는 전압법을 이용하여 잔여 용량율을 검출하는, 전지 팩.