KR101190356B1 - 배터리 장치 및 배터리 장치의 방전 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

저온 환경 사용 하 또는 충방전 횟수가 많아진 배터리라도, 배터리의 특성에 따라 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 변경하여 설정함으로써, 방전 가능하게 되는 시간을 연장시킬 수 있다. 본 발명의 배터리 장치(11)는, 리튬 이온 2차 전지(14)의 방전 특성에 따라 리튬 이온 2차 전지(14)로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정하고, 리튬 이온 2차 전지(14)의 사용 상황에 따라 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 엔드 전압 제어부(21)를 구비한다.
Figure R1020050021629
배터리, 방전, 엔드 전압, 리튬 이온 2차 전지

Description

배터리 장치 및 배터리 장치의 방전 제어 방법{BATTERY APPARATUS AND DISCHARGE CONTROLLING METHOD OF BATTERY APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 장치 본체와 배터리의 접속을 도시하는 도면.
도 2는 배터리 마이크로컴퓨터의 구성도.
도 3은 엔드 전압 제어 동작을 도시하는 플로우차트.
도 4는 25℃ 충방전 횟수의 100회의 충방전 특성을 도시하는 도면.
도 5는 0℃ 충방전 횟수의 0회의 충방전 특성을 도시하는 도면.
도 6은 0℃ 충방전 횟수의 100회의 충방전 특성을 도시하는 도면.
도 7은 사용 온도와 충방전 횟수에 의한 엔드 전압 설정예를 도시하는 도면.
도 8은 엔드 전압 변경 후의 동작 시간을 도시하는 도면.
도 9는 온도와 충방전 횟수에 의한 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면.
도 10은 저온(0℃) 환경 하에서 사용했을 때의 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면.
도 11은 100회 충방전을 행했을 때의 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면.
도 12는 100회 충방전을 행한 배터리를 저온에서 사용했을 때의 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 장치측
2, 12 : 마이크로컴퓨터
3, 13 : 메모리
4 : 표시 소자
5 : 액정 표시 소자
6 : 통신 인터페이스
7 : AC 어댑터
8 : 충전 회로
9 : 통신로
10 : 충전로
11 : 배터리측
14 : 리튬 이온 2차 전지
21 : 엔드 전압 제어부
22 : 충방전 횟수 측정부
23 : 충방전 횟수 판정부
24 : 주변 온도 측정부
25 : 주변 온도 판정부
26 : 엔드 전압 설정 변경부
27 : 엔드 전압 송신부
<특허 문헌1> 일본 특개2000-260486호 공보
<특허 문헌2> 일본 특개2000-260488호 공보
본 발명은, 충방전 가능한 배터리 셀을 구비한 배터리팩 등의 배터리 장치 및 배터리 장치의 방전 제어 방법에 관한 것이다.
종래부터, 리튬 이온 전지, NiCd 전지, 니켈 수소 전지 등의 2차 전지로서의 배터리 셀을 가진 배터리팩이 제공되고 있다. 이 배터리팩은, 일반적으로, 배터리 셀의 배터리 잔량의 계산이나 이 배터리 셀을 전원으로 하는 전자 기기 사이의 통신을 행하기 위한 마이크로컴퓨터와, 이 마이크로컴퓨터의 주변 회로와, 이 마이크로컴퓨터에 의해 배터리의 잔량 계산을 행하기 위해 필요한 배터리 셀의 상태 검출 회로 등을 구비하고 있다.
이러한 배터리팩의 충방전을 할 수 있는 횟수는, 무한하지 않다. 또한, 사용상 허용되는 범위의 충방전 특성을 유지할 수 있는 최대 충방전 횟수는, 배터리 셀의 종류 등에 따라 어느 정도 결정된다.
본 출원인에 의해, 배터리 잔량 설정을 위해 최대 충방전 횟수를 카운트하는 것으로서, 배터리의 충방전에 의해 배터리 셀에 열화가 발생했을 때에, 그 열화에 따라 충방전 횟수를 카운트하고, 또한 그 열화에 따라 배터리 잔류 용량을 정확하게 설정할 수 있는 배터리팩 및 그 충방전 카운트 방법, 배터리팩의 배터리 잔량 설정 방법이 제안되어 있다(특허 문헌1 참조).
또한, 본 출원인에 의해, 배터리 잔류 용량을 산출하는 것으로서, 배터리 셀에 온도 변화가 발생해도, 그 변화분에 따라 배터리 잔류 용량을 정확하게 산출할 수 있는 배터리 셀 및 그 배터리 잔류 용량 산출 방법이 제안되어 있다(특허 문헌2 참조).
이러한 배터리를 사용하는 전자 기기에 전원 전압을 공급하기 위해, 배터리측의 배터리 셀의 전압을 검출하여 동작을 제어하는 마이크로컴퓨터에서, 배터리 셀의 특성에 따라 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정하고 있다.
그런데, 리튬 이온 전지 등의 배터리에서는 저온 환경 사용 하 또는 충방전 횟수가 진행되면 배터리 셀의 임피던스가 높아진다고 하는 현상이 있는 것을 실험에 의해 알 수 있었다. 이 때문에, 배터리 셀의 임피던스가 높아지면 전압의 강하가 발생하여, 동일한 엔드 전압으로 사용 기기의 동작을 완료시키면, 동작 가능 시간이 짧아진다는 문제가 발생한다.
이하에, 사용 상황에 따른 배터리 셀의 임피던스의 상승을 설명한다.
도 9는, 온도와 충방전 횟수에 의한 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면이다.
도 9에서, 배터리(91)의 셀(93)은 내부에 참조 부호 92로 나타내는 바와 같 이 미사용 시 25℃일 때, 150mΩ의 임피던스 성분을 포함하고 있으며, 이에 따라 방전을 행하면 셀(93)의 전압이 저하한다. 이것은 실제로 셀(93) 내에 저항이 있는 것은 아니고, 방전을 행했을 때의 전압 강하로부터 측정한 의사적인 것이다. 참조 부호 94로 나타내는 바와 같이, 출력 전압의 저하를 측정하면 150mΩ의 저항이 있는 것과 동등한 전압 강하가 발생하므로, 미사용 시, 상온에서의 의사적인 임피던스를 150mΩ로 한다.
도 10은, 저온(0℃) 환경 하에서 사용했을 때의 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면이다.
도 10에서, 저온 환경 하에서 방전을 행하면, 배터리(101)의 셀(103)의 내부의 화학 반응이 느려지고, 출력 전압이 저하한다. 참조 부호 104로 나타내는 바와 같이, 전압 강하로부터 내부 저항값을 의사적으로 측정하면, 참조 부호 102와 같이 셀(103)에 250mΩ의 저항이 생기는 것과 동등한 특성으로 된다. 따라서, 저온 시의 의사적인 임피던스를 250mΩ로 한다.
도 11은, 100회 충방전을 행했을 때의 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면이다.
도 11에서, 방전 횟수가 많아져 셀(113)이 열화하면, 배터리(111)의 셀(113)의 내부의 화학 반응이 느려지고, 출력 전압이 저하한다. 참조 부호 114로 나타내는 바와 같이, 전압 강하로부터 내부 저항값을 의사적으로 측정하면, 참조 부호 112와 같이 셀(113)에 200mΩ의 저항이 생기는 것과 동등한 특성으로 된다. 따라서, 방전 횟수 100회 시의 의사적인 임피던스를 200mΩ로 한다.
도 12는, 100회 충방전을 행한 배터리를 저온(0℃)에서 사용했을 때의 배터리 셀의 임피던스를 도시하는 도면이다.
도 12에서, 방전 횟수가 많아진 배터리를 저온 환경 하에서 방전을 행하면, 배터리(121)의 셀(123)의 내부의 화학 반응이 더 느려지고, 이에 따라 출력 전압이 더 크게 저하한다. 참조 부호 124로 나타내는 바와 같이, 전압 강하로부터 내부 저항값을 의사적으로 측정하면, 참조 부호 122와 같이 셀(123)에 350mΩ의 저항이 생기는 것과 동등한 특성으로 된다. 따라서, 충방전 100회 후의 저온 시의 의사적인 임피던스를 350mΩ로 한다.
따라서, 본 발명은, 저온 환경 사용 하 또는 충방전 횟수가 많아진 배터리라도, 배터리의 특성에 따라 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 변경하여 설정함으로써, 방전 가능하게 되는 시간을 연장시킬 수 있는 배터리 장치 및 배터리 장치의 방전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하고, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 배터리 장치는, 배터리 셀의 방전 특성에 따라 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정하는 엔드 전압 설정 수단과, 배터리 셀의 사용 상황에 따라 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 엔드 전압 제어 수단을 포함하고, 엔드 전압 제어 수단은, 배터리 셀의 충방전 시의 셀의 전압의 변화를 검출함으로써 충방전 횟수를 검출하는 충방전 횟수 검출 수단과, 충방전 횟수 검출 수단에 의해 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 충방전 횟수를 검출했을 때에, 충방전 횟수에 따라 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 제1 엔드 전압 설정 변경 수단을 포함하는 것이다.
이에 의해, 전자 기기에 전원 전압을 공급하는 배터리 장치는, 우선, 엔드 전압 설정 수단은, 배터리 셀의 방전 특성에 따라 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정한다. 이어서, 엔드 전압 제어 수단은, 배터리 셀의 사용 상 황에 따라 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어한다. 이 배터리 장치는, 예를 들면, 내부에 마이크로컴퓨터 및 온도 검출 소자를 갖고 있어, 배터리 장치 내부에서 배터리 셀의 사용 상황 등의 정보를 통신에 의해 취득한다. 또한, 사용하는 전자 기기와 배터리 장치 사이에서 통신에 의해 배터리 셀의 사용 상황 등의 정보를 교환한다.
혹은, 배터리팩 스스로 전압의 변화에 따라 충방전 횟수를 카운트한다.
따라서, 배터리 셀의 사용 상황을 검출하여, 배터리 셀의 방전을 종료하는 포인트를 설정하고 있으므로, 배터리팩 내부에 방전 종료로 하는 엔드 전압을 가짐으로써, 방전 특성이 상이한 배터리 셀을 사용했을 때도 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하여 효과적으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 배터리 장치의 방전 제어 방법은, 배터리 셀의 방전 특성에 의해 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정하는 단계과, 배터리 셀의 사용 상황에 따라 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 단계를 포함하고，엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 단계는, 배터리 셀의 충방전 시의 전압 변화를 검출함으로써 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 충방전 횟수를 검출하는 단계와, 충방전 횟수를 검출하는 단계에 의해 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 충방전 횟수를 검출했을 때에, 충방전 횟수에 따라 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 단계를 포함하는 것이다.
이에 의해, 배터리 장치는, 배터리 셀의 사용 상황의 변화로서, 배터리 셀을 사용하는 주변 온도가 통상보다도 낮을 때나, 충방전의 횟수가 진행된 것을 검출했을 때, 배터리 셀의 임피던스가 높아지기 때문에 통상보다도 배터리 전압의 저하가 커졌다고 인식한다. 이 때, 배터리 장치는, 배터리 임피던스가 높아짐에 따라 엔드 전압의 설정을 변경하도록 제어한다.
따라서, 온도 저하의 검출 및 충방전의 횟수의 검출에 기초하여, 배터리의 임피던스가 높다고 인식했을 때에 출력 종료로 되는 엔드 전압을 내림으로써 배터 리를 효과적으로 장시간 사용 가능하게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 적절하게 도면을 참조하면서 설명한다.
또한, 이하의 실시예에서는 편의상, 마이크로컴퓨터를 내장하여 사용하는 전자 기기 사이에서 정보를 교환하는 인포리튬 배터리와 그것을 사용하는 전자 기기로서 디지털 스틸 카메라를 예로 설명하고 있다. 또한, 본 발명은, 이들에 한정되지는 않는다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 적용되는 장치 본체와 배터리의 접속을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예는, 예를 들면 도 1에 도시한 장치측(1)의 비디오 카메라 장치에 접속되는 배터리측(11)의 배터리팩에 적용할 수 있다.
이 배터리팩(11)은, 예를 들면 비디오 카메라 장치(1)의 배터리 장착부에 통신로(9)를 통하여 장착되고, 이 비디오 카메라 장치(1)에 대하여 리튬 이온 2차 전지(14)로부터 단자(10)를 통하여 전원 전압을 공급한다. 또한 메모리(13), 마이크로컴퓨터(12) 및 통신 인터페이스(15)를 통하여 전지 정보를 통신한다.
여기서, 배터리팩(11)과 사용 기기인 비디오 카메라 장치(1) 사이에서는 통신로(9)를 통하여, 리튬 이온 2차 전지(14)로부터의 전압 외에, 배터리 잔류 용량, 배터리 엔드 전압 등을 교환하고 있다.
이에 의해, 배터리팩(11)의 마이크로컴퓨터(12)의 엔드 전압 제어부(21)는, 배터리의 잔류 용량의 계산이나 동작 가능하게 되는 전압 범위의 설정을 제어하고, 이것에 대응하여, 비디오 카메라 장치(1)의 마이크로컴퓨터(2)의 엔드 전압 설정부 (20)는, 장치 내부의 전원 전압 공급의 엔드 전압을 설정함과 함께, 표시 소자(4)나 액정 표시 소자(5)에 잔류 용량의 표시나 엔드 전압의 표시를 행한다.
또한, 비디오 카메라 장치(1)의 장치 내부에 공급된다고 하여 전원 전압은, 예를 들면, 마이크로컴퓨터(2)가 메모리(3)에 데이터를 기입하거나 데이터를 판독할 때의 제어 전압, 도시하지 않은 카메라부에 의해 촬상된 화상 데이터를 도시하지 않은 기록부의 기록 매체에 기록할 때의 제어 및 구동 전압, 및 도시하지 않은 카메라부의 렌즈 수납 또는 인출 시의 구동 전압 등이 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에서는, 배터리팩(11)의 마이크로컴퓨터(12)의 엔드 전압 제어부(21)는, 배터리 셀인 리튬 이온 2차 전지(14)의 방전 특성에 따라 배터리 셀인 리튬 이온 2차 전지(14)로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정하는 엔드 전압 설정 수단과, 배터리 셀인 리튬 이온 2차 전지(14)의 사용 상황에 따라 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 엔드 전압 제어 수단의 기능을 갖도록 구성되어 있다.
도 2는, 배터리 마이크로컴퓨터의 구성도이다.
이어서, 상기 배터리팩(11)의 배터리 마이크로컴퓨터(12)의 회로 구성에 대하여 설명한다. 이 배터리팩(11)의 마이크로컴퓨터(12)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 배터리 셀(14)인 리튬 이온 2차 전지와, 리튬 이온 2차 전지(14)의 정극과 충방전 전압 제어부(18)를 통하여 접속하는 플러스(+) 단자(19-1)와, 리튬 이온 2차 전지(14)의 부극과 전류 검출용 저항(16)을 통하여 접속하는 마이너스(-) 단자(19-3), 통신 단자(19-2)를 구비한다.
리튬 이온 2차 전지(14)는, 플러스(+) 단자(19-1) 및 마이너스(-) 단자(19-3)를 통하여, 외부 장치에 대하여 전원 전압을 공급한다. 또한, 리튬 이온 2차 전지(14)는, 충방전 전압 제어부(18)에 의해, 과방전 또는 과충전이 제어된다.
또한, 이 배터리팩(11)의 마이크로컴퓨터(12)의 엔드 전압 제어부(21)는, 전류 검출용 저항(16)에 흐르는 전류를 측정하여 검출하는 검출 회로와, 충방전 전류값이나 배터리 전압값을 디지털화하는 A/D 컨버터와, 충방전한 횟수(이하, 「충방전 횟수」라고 함)를 카운트하거나 배터리 잔류 용량을 연산 등을 행하는 중앙 처리 연산 유닛(Central Processing Unit : 이하, 「CPU」라고 함)과, 리튬 이온 전지의 현재의 전압 레벨 등을 일시 기억하는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory : 이하, 「RAM」이라고 함)와, CPU의 제어 프로그램이 기억되어 있는 리드 온리 메모리(Read Only Memory : 이하, 「ROM」이라고 함)를 구비하고 있다.
전류 검출 회로는, 충전 시 또는 방전 시에 전류 검출용 저항(16)에 흐르는 전류를 검출하여, 이 전류값을 A/D 컨버터에 공급한다. A/D 컨버터는, 전류 검출 회로로부터의 전류값을 디지털화하여 CPU에 공급한다. 또한, A/D 컨버터는, 리튬 이온 2차 전지(14)의 양단 전압을 디지털화하여, 이것을 CPU에 공급한다.
또한, 이 배터리팩(11)의 케이스에는 저항값의 변화에 따라 주변 온도를 측정하는 서미스터(17)가 설치되어 있다. 엔드 전압 제어부(21)는, 서미스터(17)의 저항에 흐르는 전류를 측정하여 온도를 검출하는 온도 검출 회로를 구비하고 있다. 온도 검출 회로는, 충전 시 또는 방전 시에 온도 검출용 저항에 흐르는 전류를 검출하여, 이 전류값을 A/D 컨버터에 공급한다. A/D 컨버터는, 온도 검출 회로로부 터의 전류값을 디지털화하여 CPU에 공급한다.
이와 같이 구성되는 엔드 전압 제어부(21)의 본 실시예에서의 기능을 설명한다.
이 엔드 전압 제어부(21)는, 리튬 이온 2차 전지(14)의 셀 전압(31)의 전압 변화를 검출함으로써, 리튬 이온 2차 전지(14)의 의사적인 저항분의 증가에 따른 충방전 횟수를 검출하는 충방전 횟수 측정부(22)와, 충방전 횟수 측정부(22)에 의해 검출된 충방전 횟수가 리튬 이온 2차 전지(14)의 의사적인 저항분이 증가하는 범위로 된 것을 판정하는 충방전 횟수 판정부(23)와, 충방전 횟수에 따라 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 엔드 전압 설정 변경부(26)를 구비하도록 구성되어 있다.
또한, 엔드 전압 제어부(21)는, 리튬 이온 2차 전지(14)의 주변 온도를 검출함으로써 리튬 이온 2차 전지(14)의 의사적인 저항분의 증가에 따른 온도 저하를 검출하는 주변 온도 측정부(24)와, 주변 온도 측정부(24)에 의해 검출된 온도 저하가 리튬 이온 2차 전지(14)의 의사적인 저항분이 증가하는 범위로 된 것을 판정하는 주변 온도 판정부(25)와, 온도 저하에 따라 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 엔드 전압 설정 변경부(26)를 구비하도록 구성되어 있다.
또한, 엔드 전압 제어부(21)는, 엔드 전압의 가변 설정 정보를 통신 단자(19-2)를 통하여 전자 기기에 공급하는 엔드 전압 송신부(27)를 구비하도록 구성되어 있다.
또한, 엔드 전압 제어부(21)는, 리튬 이온 2차 전지(14)의 사용 상황에 따라 변화하는 리튬 이온 2차 전지(14)의 방전 특성 중, 리튬 이온 2차 전지(14)의 방전 특성이 완만하게 저하하는 범위로 엔드 전압을 가변하여 설정하도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 배터리팩(11)의 엔드 전압 제어부(21)에 의한 동작을 설명한다.
엔드 전압 제어 동작의 플로우차트를 도 3에 도시한다.
도 3에서, 우선 도 2에 도시한 충방전 횟수 측정부(22)는 충방전 횟수를 측정한다(단계 S1). 이어서, 도 2에 도시한 주변 온도 판정부(23)는 주변 온도를 측정한다(단계 S2). 따라서, 엔드 전압 설정 변경부(26)는 엔드 전압을 3.2V로 설정한다(단계 S3).
여기서, 주변 온도 판정부(25)는, 주변 온도 측정부(24)에 의해 검출된 온도 저하가 리튬 이온 2차 전지(14)의 의사적인 저항분이 증가하는 범위로 되었는지의 여부를 판정한다(단계 S4). 이 온도 판정에 의해 온도 저하가 있다고 판정되었을 때에는, 엔드 전압 설정 변경부(26)는 엔드 전압을 예를 들면 0.1V 내리도록 제어한다(단계 S5).
이어서, 이 온도 판정에 의해 온도 저하가 없다고 판정했을 때 및, 온도 저하에 의해 엔드 전압을 0.1V 내리도록 제어한 후에는, 충방전 횟수 판정부(23)는 충방전 횟수가 100회 이상인지의 여부를 판정한다(단계 S6). 충방전 횟수가 100회 이상일 때에는, 엔드 전압 설정 변경부(26)는 엔드 전압을 예를 들면 0.05V 내리도록 제어한다(단계 S7). 마지막으로, 엔드 전압 송신부(27)는 엔드 전압을 사용 기 기에 송신한다.
이와 같이 충방전 횟수와 온도를 측정함으로써 방전 종료로 되는 엔드 전압을 변경하여, 사용하는 기기에 통신한다. 이 엔드 전압을 바꿔 설정하도록 제어함으로써, 사용하는 기기로는 종래보다도 긴 시간 기기를 사용할 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같은 상온의 25℃에서 충방전 횟수 0회의 충방전 특성을 가진 배터리를 사용하는 것을 상정한다. 이 경우, 배터리 사용 종료 후에 데이터의 퇴피나 종료 처리를 행하기 위해 약간의 여력을 갖고 사용을 종료하는 것이 바람직하다. 따라서, 참조 부호 41로 나타내는 25℃, 0회의 충방전 특성을 가진 배터리의 경우, 여기서는 3.2V를 엔드 전압으로서 설정한다. 참조 부호 41로 나타내는 25℃, 0회의 충방전 특성은 3.2V～3.0V까지는 급격하게 전압이 저하하기 때문에, 이 3.2V의 전압에서 전자 기기의 사용을 종료하면 3.0V로 될 때까지 2.0W의 부하에서 1시간 14분부터 1시간 15분까지, 약 1분간의 여력을 가진 상태에서 종료할 수 있다.
한편, 동일한 배터리를 상온의 25℃에서 충방전 횟수 100회의 사용 하에서는 배터리의 임피던스가 상승하고 있으므로, 참조 부호 42로 나타내는 25℃, 100회의 충방전 특성과 같이 전압의 강하가 커지고 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 참조 부호 42로 나타내는 25℃, 100회의 충방전 특성을 가진 배터리를 사용하는 경우, 참조 부호 42로 나타내는 25℃, 100회의 충방전 특성은 3.2V～3.0V까지는 아직 완만하게 전압이 저하하기 때문에, 상온과 동일한 3.2V를 엔드 전압으로 하면, 3.0V로 되기까지의 시간은 2.0W의 부하에서 1시간 08분부터 1시간 10분까지, 약 2분간 의 여력을 갖고 종료하는 것으로 된다. 따라서, 참조 부호 42로 나타내는 25℃, 100회의 충방전 특성을 가진 배터리를 사용하는 경우에는, 3.15V를 엔드 전압으로서 변경하여 설정하도록 제어한다. 이에 의해, 3.15V로부터 3.0V로 되기까지의 시간은 1시간 09분부터 1시간 10분까지, 약 1분간의 여력을 가진 상태에서 종료할 수 있다.
또한, 이 경우, 참조 부호 42로 나타내는 25℃, 100회의 충방전 특성이 급격하게 저하하는 것은, 전압이 3.0V보다 저하한 상태이다.
마찬가지로, 동일한 배터리를 도 5에 도시한 바와 같은 0℃의 저온 환경 하에서 사용했을 때를 상정한다. 배터리의 주변 온도가 저하하면, 배터리 셀의 임피던스가 상승하여 참조 부호 52로 나타내는 0℃, 0회의 충방전 특성으로 된다. 이 경우에도, 충방전 횟수가 진행되었을 때와 마찬가지로 전압 강하가 커지고 있다. 마찬가지로 참조 부호 51로 나타내는 상온의 25℃에서 충방전 횟수 0회의 배터리의 충방전 특성과 비교하여, 참조 부호 52로 나타내는 0℃, 0회의 충방전 특성에서는, 3.2V를 엔드 전압으로 하면 3.0V로 되기까지의 시간은 2.0W의 부하에서 0시간 54분부터 0시간 59분까지, 약 5분간의 여력을 갖고 종료하는 것으로 된다. 따라서, 참조 부호 52로 나타내는 0℃, 0회의 충방전 특성을 가진 배터리를 사용하는 경우에는, 3.10V를 엔드 전압으로서 변경하여 설정하도록 제어한다. 이에 의해, 3.10V로부터 3.0V로 되기까지의 시간은 0시간 57분부터 0시간 59분까지, 약 2분간의 여력을 가진 상태에서 종료할 수 있다.
또한, 이 경우, 참조 부호 52로 나타내는 0℃, 0회의 충방전 특성이 급격하 게 저하하는 것은, 전압이 2.8V보다 저하한 상태이다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이 충방전 횟수가 100회의 배터리를 0℃의 저온환경 하에서 사용하면, 전압 강하가 더 커진다. 마찬가지로 참조 부호 61로 나타내는 상온의 25℃에서 충방전 횟수 0회의 배터리와 비교하여, 3.2V를 엔드 전압으로 하면 3.0V로 되기까지의 시간은 2.0W의 부하에서 0시간 36분부터 0시간 45분까지, 약 9분간의 여력을 갖고 종료하는 것으로 된다. 따라서, 참조 부호 62로 나타내는 0℃, 100회의 충방전 특성을 가진 배터리를 사용하는 경우에는, 3.05V를 엔드 전압으로서 변경하여 설정하도록 제어한다. 이에 의해, 3.05V로부터 3.0V로 되기까지의 시간은 0시간 43분부터 0시간 45분까지, 약 2분간의 여력을 가진 상태에서 종료할 수 있다.
또한, 이 경우, 참조 부호 62로 나타내는 0℃, 100회의 충방전 특성이 급격하게 저하하는 것은, 전압이 2.8V보다 저하한 상태이다.
이와 같이 배터리로서의 여력을 많이 남기고 종료하는 것은, 배터리로서의 특성을 모두 발휘할 수 없으므로 효율적이지 않다. 또한, 그와 같은 환경 하에서의 사용 시간이 짧아지고 있다.
따라서, 전술한 바와 같이 본 실시예에서는 임피던스가 높아진 상태에서의 엔드 전압을 별도로 변경하여 설정하도록 제어한다. 예를 들면, 도 4에 도시한 충방전 횟수가 100회 이상일 때에는 엔드 전압을 3.15V로 한다. 마찬가지로 3.0V로 되기까지의 시간은 2.0W의 부하에서 1분 정도의 여력으로 설정 가능해져, 사용 가능 시간도 길게 할 수 있다.
또한, 도 5에 도시한 0℃ 사용 시의 엔드 전압은 3.1V로 한다. 이에 의해, 3.0V로 되기까지의 시간은 2.0W의 부하에서 2분 정도의 여력으로 된다. 동시에, 사용 가능한 시간도 54분으로부터 57분으로 길어지는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 6에 도시한 충방전 횟수가 100회 이상으로 0℃ 환경 하에서 사용할 때에는 엔드 전압을 3.05V로 한다. 이에 따라 3.0V로 되기까지의 시간은 2.0W의 부하에서 2분 정도의 여력으로 설정 가능해져, 사용 가능 시간도 길게 할 수 있다.
도 7은, 사용 온도와 충방전 횟수에 의한 엔드 전압 설정예를 도시하는 도면이다.
도 7에서, 참조 부호 71로 나타내는 바와 같이 충방전 0회이고, 참조 부호 73으로 나타내는 바와 같이 사용 온도 25℃일 때에는, 엔드 전압은 3.20V이다. 참조 부호 71로 나타내는 바와 같이 충방전 0회이고, 참조 부호 74로 나타내는 바와 같이 사용 온도 0℃ 일 때에는, 엔드 전압은 3.10V이다. 또한, 참조 부호 72로 나타내는 바와 같이 충방전 100회이고, 참조 부호 73으로 나타내는 바와 같이 사용 온도 25℃일 때에는, 엔드 전압은 3.15V이다. 참조 부호 72로 나타내는 바와 같이 충방전 100회이고, 참조 부호 74로 나타내는 바와 같이 사용 온도 0℃일 때에는, 엔드 전압은 3.05V이다.
도 8은, 엔드 전압 변경 후의 동작 시간을 도시하는 도면이다.
도 8에서, 참조 부호 81로 나타내는 바와 같이 방전 조건이 0회 25℃일 때, 참조 부호 82로 나타내는 바와 같이 엔드 전압을 3.20V로 했을 때, 방전 시간(83)은 1시간 14분이고, 0회 25℃와의 비교(84)는 100%이고, 3.0V까지의 여력은 0시간 01분이다.
참조 부호 81로 나타내는 바와 같이 방전 조건이 100회 25℃일 때, 참조 부호 82로 나타내는 바와 같이 엔드 전압을 3.20V로 했을 때, 방전 시간(83)은 1시간 08분이고, 0회 25℃와의 비교(84)는 91.9%이고, 3.0V까지의 여력은 0시간 02분이지만, 참조 부호 86으로 나타내는 바와 같이 엔드 전압을 3.15V로 했을 때, 방전 시간(83)은 1시간 09분이고, 0회 25℃와의 비교(84)는 93.2%이고, 3.0V까지의 여력은 0시간 01분으로 된다.
참조 부호 81로 나타내는 바와 같이 방전 조건이 0회 0℃일 때, 참조 부호 82로 나타내는 바와 같이 엔드 전압을 3.20V로 했을 때, 방전 시간(83)은 0시간 54분이고, 0회 25℃와의 비교(84)는 73.0%이고, 3.0V까지의 여력은 0시간 05분이지만, 참조 부호 86으로 나타내는 바와 같이 엔드 전압을 3.10V로 했을 때, 방전 시간(83)은 0시간 57분이고, 0회 25℃와의 비교(84)는 77.0%이고, 3.0V까지의 여력은 0시간 02분으로 된다.
참조 부호 81로 나타내는 바와 같이 방전 조건이 100회 0℃일 때, 참조 부호 82로 나타내는 바와 같이 엔드 전압을 3.20V로 했을 때, 방전 시간(83)은 0시간 36분이고, 0회 25℃와의 비교(84)는 48.6%이고, 3.0V까지의 여력은 0시간 09분이지만, 참조 부호 86으로 나타내는 바와 같이 엔드 전압을 3.05V로 했을 때, 방전 시간(83)은 0시간 43분이고, 0회 25℃와의 비교(84)는 58.1%이고, 3.0V까지의 여력은 0시간 02분으로 된다.
이와 같이 온도나 사용 횟수에 의해, 엔드 전압을 변경함으로써, 배터리를 효과적으로 장시간 사용하는 것이 가능하게 된다. 특히, 배터리의 임피던스가 커졌을 때의 효과가 더 커진다.
배터리의 충방전 횟수가 많게 됨으로써 열화가 진행되거나, 저온 환경 하에서 사용을 하려고 하면 배터리 셀의 임피던스가 높아지는 특성이 있다. 임피던스가 높아지면, 동일 조건에서의 출력 전압의 강하도 커진다.
따라서, 배터리팩의 충방전 횟수가 많아지거나, 저온 환경 하에서 사용하고 있을 때에는 배터리의 방전을 종료하는 엔드 전압을 낮추도록 제어한다. 이에 의해, 방전 종료로 되는 기기의 동작 시간을 연장시키는 것이 가능해지고, 종래보다도 긴 시간 배터리에 의해 기기를 구동시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 이 엔드 전압은 배터리 셀의 방전 특성에 따라 상이하다. 따라서, 엔드 전압을 전자 기기가 설정하는 것은 아니고, 배터리팩 스스로 설정하여 전자 기기에 통신으로 보냄으로써, 방전 특성이 상이한 배터리 셀을 사용해도 효과적으로 사용하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에서는 셀의 주변 온도와 충방전 횟수를 카운트함으로써 의사적인 배터리의 임피던스 증가분을 추측하여 엔드 전압을 변경했지만, 주변 온도 혹은 충방전 횟수 중 어느 한 쪽만을 측정하여 엔드 전압을 변경해도 된다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀의 임피던스가 커진 배터리팩 등의 배터리 장치에서, 전자 기기에 의해 방전 종료로 되는 엔드 전압을 낮춤으로써 방전 가능한 시간을 연장시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 이 때, 배터리 온도 및 충방전의 횟수를 측정하는 배터리팩 등의 배터리 장치에서, 이들을 측정함으로써 배터리 셀의 임피던스가 높게 되어 있다고 인식하여 엔드 전압의 설정을 바꾸도록 제어할 수 있다.
또한, 전자 기기에서의 방전을 종료하는 엔드 전압을 배터리팩 등의 배터리 장치 내의 메모리에 내부 데이터로서 가짐으로써, 배터리 셀의 방전 특성이 상이한 배터리팩 등의 배터리 장치를 사용해도, 종래보다도 효과적으로 장시간 방전 시간을 길게 할 수 있다.
또한, 배터리 셀의 사용 상황의 변화를 판정하는 기준으로서, 예를 들면, 배터리 셀을 사용하는 주변 온도와 충방전 횟수의 임계값을 내부의 메모리 내에 갖도록 설정하는 경우에 한하지 않고, 배터리 셀을 사용하는 주변 온도나 충방전 횟수에 따라 내부의 마이크로컴퓨터에 의해 엔드 전압을 계산함으로써, 더 상세하게 설정이 가능하게 된다.
또한, 전술에 한하지 않고, 내부의 마이크로컴퓨터에 의해 실제로 배터리 셀의 임피던스를 측정하여, 저항값에 따라 엔드 전압을 계산함으로써, 더 상세하게 설정이 가능하게 된다.

Claims (10)

  1. 전자 기기에 전원 전압을 공급하기 위해, 충방전 가능한 배터리 셀의 충방전을 검출하여 동작을 제어하는 배터리 장치로서,
    상기 배터리 셀의 방전 특성에 따라 상기 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정하는 엔드 전압 설정 수단과,
    상기 배터리 셀의 사용 상황에 따라 상기 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 엔드 전압 제어 수단
    을 포함하고,
    상기 엔드 전압 제어 수단은,
    상기 배터리 셀의 충방전 시의 셀의 전압의 변화를 검출함으로써 충방전 횟수를 검출하는 충방전 횟수 검출 수단과,
    상기 충방전 횟수 검출 수단에 의해 상기 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 충방전 횟수를 검출했을 때에, 상기 충방전 횟수에 따라 상기 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 제1 엔드 전압 설정 변경 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 전압 제어 수단은,
    상기 배터리 셀의 주변 온도를 검출하는 주변 온도 검출 수단과,
    상기 주변 온도 검출 수단에 의해 상기 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 온도 저하를 검출했을 때에, 상기 온도 저하에 따라 상기 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 제2 엔드 전압 설정 변경 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 전압 제어 수단은,
    상기 엔드 전압의 가변 설정 정보를 전자 기기에 공급하는 통신 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 전압 제어 수단은, 상기 배터리 셀의 사용 상황에 따라 변화하는 상기 배터리 셀의 방전 특성 중, 상기 배터리 셀의 방전 특성이 급격하게 전압이 저하하기 전의 완만하게 저하하는 범위로 상기 엔드 전압을 가변하여 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  6. 전자 기기에 전원 전압을 공급하기 위해, 충방전 가능한 배터리 셀의 충방전을 검출하여 동작을 제어하는 배터리 장치의 방전 제어 방법으로서,
    상기 배터리 셀의 방전 특성에 따라 상기 배터리 셀로부터 방전을 종료하는 엔드 전압을 설정하는 단계와,
    상기 배터리 셀의 사용 상황에 따라 상기 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 단계는,
    상기 배터리 셀의 충방전 시의 전압 변화를 검출함으로써 상기 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 충방전 횟수를 검출하는 단계와,
    상기 충방전 횟수를 검출하는 단계에 의해 상기 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 충방전 횟수를 검출했을 때에, 상기 충방전 횟수에 따라 상기 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치의 방전 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 단계는,
    상기 배터리 셀의 주변 온도를 검출함으로써 상기 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 온도 저하를 검출하는 단계와,
    상기 주변 온도 저하를 검출하는 단계에 의해 상기 배터리 셀의 의사적인 저항분이 증가 범위로 되는 온도 저하를 검출했을 때에, 상기 온도 저하에 따라 상기 엔드 전압의 설정을 저하시켜서 변경하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치의 방전 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 단계는,
    상기 엔드 전압의 가변 설정 정보를 통신 수단에 의해 전자 기기에 공급하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치의 방전 제어 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 엔드 전압의 설정을 가변하여 제어하는 단계는, 상기 배터리 셀의 사용 상황에 따라 변화하는 상기 배터리 셀의 방전 특성 중, 상기 배터리 셀의 방전 특성이 급격하게 전압이 저하하기 전의 완만하게 저하하는 범위로 상기 엔드 전압을 가변하여 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치의 방전 제어 방법.
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