KR20010060225A

KR20010060225A - 전지의 급속충전 방법

Info

Publication number: KR20010060225A
Application number: KR1020000064146A
Authority: KR
Inventors: 야마시따다까히로
Original assignee: 다카노 야스아키; 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2001-07-06
Also published as: FR2803105B1; JP2001186683A; GB2358299A; FR2803105A1; GB0031140D0; GB2358299B; US6333621B2; DE10065402A1; CN1184713C; CN1302092A; US20010006338A1; KR100393436B1; TW475283B

Abstract

과방전된 전지를 정확히 급속충전시켜 만충전하는 것이다.

급속충전 방법은 2차 전지 (1) 전압의 피크 전압 또는 △V 저하를 검출하여 만충전으로 판정한다. 충전을 개시할 때에 전지의 충전개시 전압을 검출한다. 충전개시 전압이 설정 전압보다 높은 전지는 정격 급속충전 전류로 충전한다. 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮은 전지는 정격 급속충전 전류보다 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전한다.

Description

전지의 급속충전 방법{METHOD FOR RAPID CHARGE OF BATTERY}

본 발명은 주로 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지와 같이 만충전되면 전지전압이 피크 전압이 되거나 피크 전압에서 △V 저하되는 성질이 있는 2차 전지를 충전하는 방법에 관한 것이다.

2차 전지는 100% 충전된 것을 정확히 검출하여 충전을 종료하는 것이 매우 중요하다. 100% 을 넘어 과충전하는 것은 전지 성능을 저하시키고, 반대로 100% 미만인 충전에서는 전지 사용 시간이 짧아지기 때문이다. 그러나 여러 상태에서 사용되는 모든 전지를 정확히 만충전하는 것은 결코 간단치 않다.

니켈-수소 전지나 니켈-카드뮴 전지 등은 만충전되면 피크 전압이 되고 더 충전되면 전압이 피크 전압에서 △V 저하되는 성질이 있다. 이런 성질을 이용하여 전지가 만충전된 것을 검출한다.

정상적인 상태에서 사용되는 전지는 피크 전압이나 △V 를 검출하여 정확히 만충전을 검출할 수 있다. 그러나, 과방전되어 전지 전압이 현저히 저하된 과방전 전지는 급속충전하면 정상적인 전지와는 다른 특성으로 전지 전압이 변화한다. 전지 전압이 현저히 저하된 전지는 내부 쇼트하여 사용할 수 없는 것이므로, 불량 전지를 선별하기 위해 처음에 미소 전류로 예비충전하고, 전지 전압이 예컨대 1V 까지 상승하면 급속충전된다.

과방전된 전지를 급속충전할 때 전압 커브를 도 1 에 나타낸다. 이 도면에 나타낸 바와 같이 과방전 전지를 예비충전한 후에 급속충전하면 급속충전을 개시한 직후에 전지 전압이 급격히 상승되고, 그 후에 전지 전압이 저하된다. 따라서, 전지 전압이 피크 전압이 되고, 그 후에 △V 저하되는 특성을 나타낸다.전지 전압이 이 상태에서 변화하면 충전기는 전지가 만충전된 것으로 판정하여 충전을 종료한다. 그러나, 이 전압 변화를 나타낸 전지는 만충전되어 있지는 않아 만충전할 수 없게 된다. 특히, 급속충전으로 이행된 직후에 전지 전압이 피크 전압이 되고, 또 △V 저하되는 것은 전지 온도가 낮을 때에 심하다.

이 결점을 해소하기 위해서, 예비충전에서 급속충전을 개시한 소정의 시간은 피크 전압과 △V 저하의 검출을 무시하는 충전 방법이 개발되어 있다. 이 충전 방법은 피크 전압과 △V 검출을 무시하는 시간 설정이 어렵다. 그것은 설정 시간을 길게 하면, 이 시간에 만충전된 전지를 과충전시켜 전지 성능을 저하시키는 폐해가 발생하고, 반대로 설정 시간을 짧게 하면, 만충전되지 않고 피크 전압이나 △V 저하를 나타낸 전지를 만충전할 수 없게 되기 때문이다.

본 발명은 이러한 결점을 해결하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은 과방전된 전지를 정확히 만충전할 수 있는 전지의 급속충전 방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 급속충전된 과방전 전지의 전압 특성을 나타낸 그래프이다.

도 2 는 본 발명의 전지의 급속충전 방법에 사용되는 급속충전회로를 나타낸 회로도이다.

도 3 은 제한 급속충전 전류로 급속충전된 과방전 전지의 전압 특성을 나타낸 그래프이다.

도 4 는 도 2 에 나타낸 급속충전회로가 전지를 급속충전하는 단계를 나타낸 흐름도이다.

부호의 설명

1 : 2차 전지 2 : 전원

3 : 충전스위치 4 : 충전제어회로

5 : 전압검출회로 6 : 온도검출회로

7 : 전류전환회로 8 : 온도센서

본 발명의 전지의 급속충전 방법은 충전된 2차 전지(1) 의 전압의 피크 전압을 검출하거나 피크 전압에서 △V 저하되는 △V 를 검출하여 만충전으로 판정한다. 또, 본 발명의 급속충전 방법은 전지 충전을 개시할 때에 전지의 충전개시 전압을 검출한다. 검출된 충전개시 전압이 설정 전압보다 높은 전지는 정격 급속충전 전류로 급속충전한다. 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮은 전지는 정격 급속충전 전류보다 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전한다.

또, 본 발명의 급속충전 방법은 바람직하게는 전지 충전을 개시할 때에 전지의 충전개시 전압과 전지 온도 모두를 검출한다. 충전개시 전압이 설정 전압보다 높거나 전지 온도가 설정 온도보다 높은 전지는 정격 급속충전 전류로 급속충전한다. 반면에, 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮고 또 전지 온도가 설정 온도보다 낮은 전지는 정격 급속충전 전류보다 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전한다.

제한 급속충전 전류는 예컨대 정격 급속충전 전류의 50 내지 90% 로 설정한다. 제한 급속충전 전류를 저전류로 할 수록 만충전의 오검출을 적게 할 수 있다. 단, 만충전할 때까지 시간이 길어진다. 따라서, 제한 급속충전 전류는 만충전의 오검출을 해소할 수 있는 상태에서 될 수 있는 한 크게 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 급속충전 방법은 바람직하게는 전지 전류를 개시할 때에 충전개시 전압을 검출하여 충전개시 전압이 설정 전압보다 높아서 예비충전 전압보다 낮은 전지는 예비충전한 후에 급속충전한다.

발명의 실시형태

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 단, 이하에 나타낸 실시예는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 전지의 급속충전 방법을 예시하는 것으로, 본 발명은 급속충전 방법을 이하의 것으로 특정짓지 않는다.

또, 본 명세서는 특허청구 범위를 이해하기 쉽도록 실시예에 나타낸 부재에 대응한 번호를 '특허청구 범위란' 및 '과제를 해결하기 위한 수단란' 에 나타낸 부재에 부기한다. 단, 특허청구 범위에 나타낸 부재를 실시예의 부재로 특정하는 것은 결코 아니다.

도 2 는 본 발명의 급속충전 방법에 사용되는 급속충전회로의 블록도이다. 이 도면의 충전회로는 2차 전지 (1) 를 충전하는 전압과 전류를 출력하는 전원 (2) 과, 전원 (2) 의 출력측에 접속된 충전스위치 (3) 와, 충전스위치 (3) 를 제어하는 충전제어회로 (4) 와, 2차 전지 (1) 의 전압을 검출하는 전압검출회로 (5) 와, 전지 온도를 검출하는 온도검출회로 (6) 와, 충전제어회로(4) 에 제어되어 전원(2) 의 출력전류를 제어하는 전류전환회로(7) 를 구비한다.

도면에 나타낸 급속충전회로는 만충전이 되면 전지 전압이 피크 전압이 되고, 더 충전되면 △V 저하되는 성질이 있는 2차 전지, 예컨대 니켈-수소 전지나 니켈-카드뮴 전지를 충전한다.

전원 (2) 은 출력전압과 출력전류의 최대값을 제한하는 회로, 즉 정전압 정전류 회로를 내장하고 있다. 전원 (2) 은 충전된 2차 전지 (1) 를 가장 적합한 전압과 전류로 충전한다. 또, 전원 (2) 은 전류전환회로 (7) 에 제어되어 출력전류를 정격 급속충전 전류와 제한 급속충전 전류로 전환시킨다. 전원 (2) 은 정상적인 전지를 정격 급속충전 전류로 급속충전하고, 과방전 전지를 제한 급속충전 전류로 급속충전한다.

정격 급속충전 전류는 충전된 전지 타입 등을 고려하여 가장 적합한 값으로 설정한다. 전지는 타입에 따라 급속충전할 수 있는 최대 전류가 결정되어 있다. 따라서, 전원 (2) 의 출력 전류인 정격 급속충전 전류는 전지를 될 수 있는 한 단시간에 급속충전하며 또한 전지 성능을 저하시키지 않는 전류값, 예컨대 0.5 내지 2C 의 전류값으로 설정한다.

제한 급속충전 전류는 정격 급속충전 전류의 예컨대 50 내지 90%, 바람직하게는 60 내지 85%, 더욱 바람직하게는 65 내지 85%, 가장 바람직하게는 약 80% 의 전류값으로 설정한다. 제한 급속충전 전류는 저온 과방전 전지를 급속충전할 때에 피크 전압이나 △V 저하를 검출하여 만충전을 오검출하지 않는 전류값으로 설정한다.

도 3 은 제한 급속충전 전류로 충전된 2차 전지 (1) 의 전압이 변화하는 상태를 나타낸다. 이 도면에 나타낸 바와 같이 정격 급속충전 전류보다 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전된 전지 전압은 급속충전으로 이행된 직후에 전지 전압은 급격히 상승한다. 단, 피크 전압이 되거나 피크 전압에서 △V 저하되는 일은 없다.

과방전 전지는 제한 급속충전 전류를 크게 함에 따라 급속충전으로 이행된 직후에 피크 전압을 나타낸 상태가 되고, 또 전류를 크게 하면 피크 전압에서 △V 저하를 나타내게 된다. 충전 제어회로 (4) 가 피크 전압에서는 만충전을 판정하지 않고 △V 저하만 검출하여 만충전을 판정할 때에, 급속충전으로 이행되었을 때에 전지 전압이 피크 전압을 나타내도록 제한 급속충전 전류를 설정할 수 있다. 급속충전으로 이행되었을 때에 전지 전압이 피크 전압이 되어도 만충전으로 틀리게 판정하지 않기 때문이다. 단, 충전 제어회로 (4) 가 피크 전압에서 만충전을 판정할 때에 급속충전으로 이행되었을 때에 전지 전압이 피크 전압을 나타내면 틀리게 만충전으로 판정된다. 따라서, 충전제어회로 (4) 가 피크 전압에서 만충전을 판정할 때에 제한 급속충전 전류는 급속충전으로 이행되었을 때에 만충전되지 않은 전지가 피크 전압을 나타내지 않는 전류값으로 설정된다.

충전제어회로 (4) 는 2차 전지 (1) 가 만충전된 것을 검출하여 충전스위치 (3) 를 ON 에서 OFF 로 전환시킨다. 충전제어회로 (4) 는 2차 전지 (1) 가 만충전될 때까지는 충전스위치 (3) 를 온으로 하여 2차 전지 (1) 를 충전하고, 2차 전지 (1) 가 만충전되면 충전스위치 (3) 를 오프로 전환시켜 충전을 종료시킨다. 충전제어회로 (4) 는 충전된 전지 전압의 피크 전압과 △V 저하 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 검출하여 만충전을 검출한다.

또, 충전제어회로 (4) 는 전지 충전을 개시할 때에 충전개시 전압과 전지 온도를 검출하여 전류전환회로 (7) 를 통해 전원 (2) 의 충전 전류를 제어한다. 충전제어회로 (4) 는 충전개시 전압이 설정 전압보다 높은 것을 검출하거나 전지 온도가 설정 온도보다 높은 전지를 정격 급속충전 전류로 급속충전하도록 전류전환회로 (7) 를 통해 전원 (2) 의 출력전류를 제어한다. 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮고 또 전지 온도가 설정 온도보다 낮은 전지는 제한 급속충전 전류로 급속충전하도록 전류전환회로 (7) 를 통해 전원 (2) 의 출력전류를 제어한다.

전압검출회로 (5) 는 전지 전압을 검출하여 충전제어회로 (4) 에 입력하고, 온도검출회로 (6) 는 전지 온도를 검출하여 충전제어회로 (4) 에 입력한다. 온도검출회로 (6) 는 온도센서 (8) 를 접속하고 있으며, 이 온도센서 (8) 를 전지 표면에 접촉시키거나 전지 표면에 접근시켜 전지 온도를 검출한다.

충전제어회로 (4) 가 전류전환회로 (7) 를 통해 전원 (2) 을 제어하여 전지를 정격 급속충전 전류 또는 제한 급속충전 전류로 급속충전하는 흐름도를 도 4 에 나타낸다. 이 도면의 흐름도는 이하 단계에서 2차 전지 (1) 를 급속충전한다.

[n=1 단계]

충전기에 2차 전지 (1) 가 장착된 것을 검출한다. 전지 장착은 예컨대 전압검출회로 (5) 로부터 입력되는 전압으로 검출하거나 리미트스위치 등으로 기계적으로 검출한다.

[n=2 단계]

전지의 충전개시 전압을 검출하고, 검출된 충전개시 전압을 설정 전압과 예비충전 전압과 비교하여 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮은 과방전 전지와, 설정 전압과 예비충전 전압 사이의 방전 전지와, 예비충전 전압보다 높은 미방전 전지로 분리된다. 전지 전압이 예비충전 전압보다 높은 미방전 전지는 예비충전 단계를 점프하여 정격 급속충전 전류로 급속충전하여 만충전한다.

도면의 흐름도는 전지를 니켈-수소 전지 또는 니켈-카드뮴 전지로 하는 구체예에서 설정 전압을 0.6 V/셀, 예비충전 전압을 1 V/셀로 설정된다. 설정 전압과 예비충전 전압은 전지 타입에 따라 가장 바람직한 값으로 설정되고, 전지가 니켈-수소 전지 또는 니켈-카드뮴인 경우 설정 전압은 0.4 내지 0.8V, 예비충전 전압은 0.8 내지 1.1V 로 설정한다. 예비충전 전압은 항상 설정 전압보다 높게 설정된다.

[n=3 단계]

과방전 전지와 방전 전지가 미소량 전류로 예비충전된다. 미방전 전지는 예비충전되지 않고 급속충전된다. 도면은 예비충전의 예비충전 전류를 0.5A 로 하여 정격 급속충전 전류의 25% 로 설정되어 있다. 예비충전 전류는 바람직하게는 정격 급속충전 전류의 5 내지 30% 정도로 설정한다. 예비충전은 전지 전압이 예비충전 전압까지 상승하면 정지시킨다. 단, 예비충전은 타이머의 설정시간으로 정지시킬 수도 있다.

[n=4 단계]

예비충전된 과방전 전지 온도를 검출하고, 검출된 온도를 설정 온도와 비교한다. 설정 온도는 예컨대 10℃ 로 설정된다. 설정 온도는 정격 급속충전 전류로 급속충전하면 피크 전압이나 △V 저하를 나타내는 전지 온도로 설정되어 있다.

[n=5 단계]

설정 온도보다 낮은 것으로 판정된 전지는 제한 급속충전 전류로 급속충전한다. 도면의 구체예는 제한 급속충전 전류를 1.6A 로 하며 정격 급속충전 전류의 80% 의 전류값으로 한다. 제한 급속충전 전류로 급속충전하여 전지 전압이 피크 전압이 되거나 △V 저하되면 만충전으로 충전을 정지시킨다.

[n=6 단계]

전지 온도가 설정 온도보다 높은 것으로 판정된 전지는 정격 급속충전 전류로 급속충전한다. 정격 급속충전 전류로 급속충전하여 전지 전압이 피크 전압이 되거나 △V 저하되면 만충전으로 충전을 정지시킨다.

이상의 흐름도는 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮은 것으로 판정된 과방전 전지 온도를 검출하고, 온도가 설정 온도보다 낮은 전지에 한하여 제한 급속충전 전류로 급속충전한다. 단, 본 발명의 급속충전방전은 반드시 전지 온도를 검출하지 않고 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮은 과방전 전지로 판정된 모든 전지를 제한 급속충전 전류로 급속충전하여 만충전할 수도 있다. 이 급속충전 방법은 도 4 에서 n=4 단계를 생략하여 예비충전이 종료된 모든 과방전 전지를 제한 급속충전 전류로 급속충전하여 만충전한다.

또한, 이상의 급속충전 방법은 충전개시 전압이 예비충전 전압보다 낮은 과방전 전지와 방전 전지를 예비충전한 후에 급속충전한다. 이 급속충전 방법은 예비충전에 의해 불량 전지를 식별할 수 있음과 동시에 보다 이상적인 상태로 여러 가지 상태에서 사용되는 전지를 만충전할 수 있다. 단, 본 발명의 급속충전 방법은 반드시 예비충전하지 않고 충전개시 전압을 설정 전압과 비교하여 과방전 전지로 판정된 전지를 제한 급속충전 전류로 급속충전할 수도 있다.

본 발명의 급속충전 방법은 정상적으로 방전된 전지를 단시간에 급속충전하면서 과방전된 전지를 정상적으로 방전된 전지와 마찬가지로 확실히 만충전할 수 있는 특장이 있다. 그것은 본 발명의 급속충전 방법이 전지 충전을 개시할 때에 충전개시 전압을 검출하고, 충전개시 전압이 설정 전압보다 높은 전지를 정격 급속충전 전류로 충전하여 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮은 전지는 정격 급속충전 전류보다 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전하기 때문이다. 과방전된 전지는 급속충전 전류로 충전하면 만충전이 되지 않음에도 불구하고 전지 전압이 피크 전압이 되거나 피크 전압에서 △V 저하되는 특성을 나타내지만, 본 발명의 급속충전 방법은 과방전된 전지를 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전하기 때문에, 만충전되지 않은 충전으로 피크 전압이 되거나 △V 저하를 나타내는 일이 없다. 따라서, 피크 전압이나 △V 저하를 검출하여 과방전된 전지를 확실히 급속충전할 수 있는 특장이 있다.

Claims

충전된 2차 전지(1) 의 전압의 피크 전압을 검출하거나 피크 전압에서 △V 저하되는 △V 를 검출하여 만충전을 판정하는 급속충전 방법에 있어서,

전지 충전을 개시할 때에 전지의 충전개시 전압을 검출하고, 충전개시 전압이 설정 전압보다 높은 전지를 정격 급속충전 전류로 충전하고, 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮은 전지를 정격 급속충전 전류보다 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전하는 것을 특징으로 하는 전지의 급속충전 방법.
충전된 2차 전지(1) 의 전압의 피크 전압을 검출하거나 피크 전압에서 △V 저하되는 △V 를 검출하여 만충전을 판정하는 급속충전 방법에 있어서,

전지 충전을 개시할 때에 전지의 충전개시 전압과 전지 온도를 검출하고, 충전개시 전압이 설정 전압보다 높거나 전지 온도가 설정 온도보다 높은 전지를 정격 급속충전 전류로 충전하고, 충전개시 전압이 설정 전압보다 낮고 또 전지 온도가 설정 온도보다 낮은 전지를 정격 급속충전 전류보다 저전류인 제한 급속충전 전류로 급속충전하는 것을 특징으로 하는 전지의 급속충전 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제한 급속충전 전류를 상기 정격 급속충전 전류의 50 내지 90% 의 전류값으로 하는 전지의 급속충전 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전지 충전을 개시할 때에 상기 충전개시 전압을 검출하고, 상기 충전개시 전압은 설정 전압보다 높아서 예비충전 전압보다 낮은 전지를 예비충전한 후에 급속충전되는 전지의 급속충전 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전지는 니켈-수소 전지 및 니켈-카드뮴 전지중 어느 하나인 전지의 급속충전 방법.