KR20020037346A - ＮｉＣｄ 셀에 첨가해야할 물의 양을 결정하는 방법 - Google Patents

ＮｉＣｄ 셀에 첨가해야할 물의 양을 결정하는 방법 Download PDF

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Abstract

NiCD 배터리(10)의 셀(12)의 전해질 레벨에서의 부족이 셀(12)의 내부 저항을 측정함으로써 감지된다. 먼저, 데이타가 베터리 형과 커패시티에 대해 수집되고, 측정된 내부 저항과 셀 저항이 수용할 만한 값으로 하기 위해 첨가되어야 할 물의 양을 상호 연관시킨다. 이어서, 동일한 형과 커패시티의 다른 배터리의 셀이 얼마만큼의 물이 첨가되어야 할지를 결정하기 위해 측정되어 질 수 있고 레벨이 재빨리 회복된다. 셀의 분극치가 내부 저항 대신에 동일한 방법으로 사용되어 질 수 있다.

Description

ＮｉＣｄ 셀에 첨가해야할 물의 양을 결정하는 방법{Method for Determining Amount of Water to be Added to a NiCd Cell}
니켈-카드뮴(NiCd) 배터리의 셀이 과충전되면, 셀 내의 전해질 레벨을 감소시키면서 물의 전기분해가 일어날 수 있다. 적당한 전해질이 유지되지 않으면 셀이 적절하게 기능하지 못한다. 비록 전해질 레벨이 물리적으로 측정될 수 있지만, 비침입성(noninvasive)의 신속한 기술이 매우 요망될 것이다.
도1은 축전 배터리의 셀에 첨가해야할 물의 양을 결정하기 위한 장치의 개략도,
도2는 테스트중인 셀에 대한 전류 및 전압의 파형도, 및
도3 내지 도5는, 배터리의 윗면, 배터리 단자 접점고정부, 및 상기 배터리 단자 접점고정부의 스프링이 박힌 접점을 각각 나타내는 도면.
전해질 레벨은 충전 펄스동안의 셀의 전기적 또는 전기화학적 반응을 관찰함으로써 결정될 수 있다. 하나의 방법은 배터리 셀의 내부 저항을 측정한다. 다른 방법은 셀의 분극치(polarization value)를 측정한다. 어느 경우에서나 측정된 양은, 측정된 파라미터를 만족할만한 값까지 감소시키고 셀의 전해질 레벨 및 성능을 회복시키기 위해 첨가되어야 할 물의 양과 상관(correlate)된다. 이 기술의 한 측면은, 측정된 파라미터와 첨가된 물의 양 사이의 상관을 결정하는 프로세스이다. 다른 측면은, 전해질 레벨을 회복하기 위한 이 상관의 이용이다.
처음에 배터리는 개시상태에 있어야 한다. 하나이상의 셀을 포함하고 있는 배터리는 (도시되지 않은) 충전 시스템에 부착된다. 배터리는, 각각의 셀이 적어도 V1 볼트의 개방회로(open-circuit) 전압을 가질 때까지, 주기(t)동안 충전속도(C/)로 충전된다. NiCd 배터리의 경우 V1=1.26볼트이다. 주기(t)는 15분이 될 수 있지만, 응용에 따라서 다른 값의 t가 선택될 수도 있다. 충전속도(C/)는 C/10이 될 수 있는데, 여기서 C는 제조자가 정한 배터리의 커패시티이고, 테스트중인 배터리 및 응용에 따라서 1이상 부터 100, 또는 그보다 큰 수까지 변할 수 있다. 30Ah의 커패시터를 갖는 배터리에 대해 충전 전류는 3 암페어가 된다.
도1에서, 배터리(10)는 내부 저항 테스트 사이클에 놓여진다. C 암페어의 펄스 또는 스텝 충전 전류가 전체 배터리(10)에 인가된다(C는 배터리 등급에 따라 설정된다). 대안적으로, 방전펄스가 채용될 수도 있다. 전류는 0에서 시작하여 순간적으로 또는 거의 순간적으로 C까지 도달하고, 그 값에서 일정 주기의 시간, 예를들어 5초 동안 유지된다. 그리고 그 후 순간적으로 0으로 돌아온다. 스텝 충전이 인가되면 배터리 응답 전압이 각각의 셀(12)에 걸쳐 측정된다. 각 셀(12)의 내부 저항은 스텝 충전 펄스의 하강부분(도2 참조) 동안의 dV/dl의 값을 계산함으로써 결정되지만, dV/dl을 측정하기 위해 펄스의 다른 부분을 이용해도 된다.
주어진 셀(12)의 전해질의 레벨에 따라 dV/dl 값이 변할 것이다. 물을 첨가하고 그때의 dV/dl을 측정함으로써, 셀 저항 값을 만족할만한 수치로 회복시키는데 필요한 물의 양이 결정될 수 있다. 이러한 관계가 표로 정리되거나, 필요하다면 알고리즘으로 표현되거나 또는 그래프로 도시될 수 있다. 첨가된 물과 dV/dl의 최종 값 사이에 시간지연이 있기 때문에, 내부 저항의 안정된 값까지 도달할 때까지 측정을 반복하여 수행해야할 필요가 있다. 반복 프로세스에 의해, 5초 펄스폭에 대한 30Ah 및 10Ah 배터리의 표를 아래와 같이 만들 수 있다(각각 표A 및 표B에 해당).
30Ah 커패시티 급 셀용 물 첨가 테이블
IR(m) 물첨가(ml)
2.0-2.5 3
2.5-4.0 6
4.0-5.5 9
5.5+ 12
10Ah 커패시티 급 셀용 물 첨가 테이블
IR(m) 물첨가(ml)
4.0-5.0 1
5.0-7.5 2
7.5-12.0 3
12.0-18.0 4
18.0-27.0 5
27.0+ 6
이 표들은, 셀 저항을 만족할만한 수치로 낮추어서 전해질을 적당한 레벨로 회복시키는데 필요한 물의 양 및 측정된 내부 저항 사이의 상관을 나타낸다. 여기에 나타낸 실시예에서는, 적절한 전해질 레벨을 표시하는 만족할만한 최대 내부 저항값이 각각의 축전 배터리에 대해 2m 및 4m로 선택되지만, 더 크거나 작은 값이 선택될 수도 있다. 다른 펄스폭(t) 및 진폭(C)이 채택될 수 있고, 이 때는 물론 다른 표값이 될 것이다. 이 실시예에서, 사용된 배터리는 캘리포니아 샌 디에고의 SAFT 아메리카, Inc.에서 제조한 모델번호 M81757/7-2 (10Ah) 및 모델번호 M81757/9-3 (30Ah)이다.
배터리(100)의 개별 셀의 파라미터를 측정하기 위한 배열이 도3 내지 도5에 도시되어 있다. 도3에 도시되었듯, 배터리(100)는 각각의 셀(120)에 직접적인 전기적 접근을 가능하게 하는 단자(104)를 가진다. 도4에 도시된 배터리단자 접점고정부(110)는, 배터리 셀(120)의 단자(104)와 접촉하기 위해 위치한 스프링이 박힌 접점(120)을 가진다. 접점(120)은, 스프링이 박힌 포인트(122), 및 각 접점(120)의 위치를 조절하는 위치결정 및 체결 너트(124)를 가질 수 있다. 접점고정부(110)는 적당한 절연물질로 제조된 기판 또는 플랫폼(112)을 가지며, 이것은 스프링이 박힌 접점(120)을 지지한다. 도1에 도시된 연결을 제공하기 위한 케이블(140)(예시적으로 몇개의 접점(120)에만 도시하였다)이 저항(또는, 보다 정확히는 dV/dl)을 측정하기 위한 장치에 연결될 것이다. 케이블은 개별적인 전선, 리본 케이블, 또는 다른 적당한 배열의 형태일 수 있다. 휴렛-팩커드의 모델번호 HP-6032A 전력공급장치와 같은 상업적으로 이용가능한 전력공급원을 사용하여 전류 펄스가 공급될 수 있고, 내셔널 인스트루먼트 데이터 획득 카드 No. AT-MIO-16XE-50과 같은 상업적으로 이용가능한 장비를 사용하여 파라미터들을 측정할 수 있다.
조사중인 배터리에 대한 표, 플롯, 또는 알고리즘을 만들기 위해, 이전에 테스트되지 않은 배터리가 셀의 전해질 레벨이 충분한지 결정하기 위해 테스트될 수 있다. 테스트를 실행하기 위해, 적어도 Vi 전압까지 셀이 다시 충전되고 그 후 적당한 지속시간의 펄스가 배터리에 인가된다. dV/dl 양이 각 셀에 대해 측정되고, dV/dl의 측정에 의해 지시되는 대로 표시되는 양의 물이 셀에 첨가된다. 표를 만들기 위해 사용되는 것과 동일한 충전 전류 및 펄스폭이, 내부 저항의 측정값 및 첨가될 물의 양 사이의 적당한 상관을 제공하기 위해 테스트가 수행될 때, 사용되어야 한다. 전형적으로, 표시된 물의 첨가에 동반되는 펄스 테스트의 두번의 반복이, 배터리 셀의 내부 저항을 만족할만한 레벨로 감소시키는데 충분하다.
위에서 논의한 측정은 직류 전류 펄스를 사용한다. 대안적으로, 셀의 내부저항을 측정하기 위해 다른 디바이스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 휴렛-팩커드 HP4338A와 같은 밀리옴미터(milliohmeter)가 적절한 표 또는 곡선 세트를 만들기 위해 채용될 수 있다.
내부 저항에 대한 대안적인 파라미터로는 분극치가 있다. 분극치의 정의는, 상수값의 전류 펄스의 경과에 걸쳐 셀 전압 변화를 펄스(암페어) 진폭으로 나눈 것이다. 분극치로부터 위에 도시한 표와 유사한 표, 즉 분극치-대-첨가되야할 물의 양의 표를 만들 수 있다. 분극치 표를 사용할 경우, 표를 만들기 위해 사용한 것과 동일한 폭과 크기의 펄스를 인가함에 주의해야 한다.

Claims (13)

  1. 축전 베터리의 하나 이상의 셀에 첨가되어야 할 물의 양을 결정하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    베터리의 하나 이상의 셀의 분극치를 결정하거나 내부 저항을 측정하는 단계, 및
    상기 셀의 분극치나 내부 저항에 연관된 소정의 양의 물을 상기 셀에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 셀의 내부 저항를 측정하는 단계는,
    계단 충전, 펄스 또는 방전 펄스 전류를 셀을 통하여 흘려주는 단계, 및
    셀을 통하여 전압의 차별적인 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 셀의 분극치를 결정하는 방법은,
    일정 전류를 셀을 통하여 흘려주는 단계, 및
    셀을 통해 전압 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 축전 베터리의 하나 이상의 셀에 첨가되어야 할 물의 양을 결정하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    베터리의 하나 이상의 셀의 분극치를 결정하거나 내부 저항을 측정하는 단계
    셀에 증분의 물을 첨가하는 단계,
    상기 셀의 분극치나 내부 저항이 수용할 만한 레벨까지 감소될 때 까지 상기 두개의 단계를 반복하는 단계; 및
    측정된 내부 저항 또는 분극치의 값과 대응하는 셀에 첨가되어야 할 물의 양을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 셀의 내부 저항을 측정하는 단계는,
    계단 충전, 펄스 또는 방전 펄스 전류를 셀을 통하여 흘려주는 단계, 및
    셀을 통하여 전압의 차별적인 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 셀의 분극치를 결정하는 방법은,
    일정 전류를 셀을 통하여 흘려주는 단계, 및
    셀을 통해 전압 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 축전 베터리의 하나 이상의 셀에 첨가되어야 할 물의 양을 결정하는 장치에 있어서, 상기 장치는
    베터리의 하나 이상의 셀의 분극치를 결정하거나 내부 저항을 측정하는 수단, 및
    상기 셀의 분극치나 내부 저항에 연관된 소정의 양의 물을 상기 셀에 첨가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 셀의 내부 저항을 측정하는 수단은,
    계단 충전, 펄스 또는 방전 펄스 전류를 셀을 통하여 흘려주는 수단, 및
    셀을 통하여 전압의 차별적인 변화를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 셀의 분극치를 결정하는 수단은,
    일정 전류를 셀을 통하여 흘려주는 수단, 및
    셀을 통해 전압 변화를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 축전 베터리의 하나 이상의 셀에 첨가되어야 할 물의 양을 결정하는 장치에 있어서, 상기 장치는,
    베터리의 하나 이상의 셀의 분극치를 결정하거나 내부 저항을 측정하는 수단
    셀에 증분의 물을 첨가하는 수단,
    상기 셀의 분극치나 내부 저항가 수용할 만한 레벨까지 감소될 때 까지 상기 두개의 단계를 반복하는 수단; 및
    측정된 내부 저항 또는 분극치의 값과 대응하는 셀에 첨가되어야 할 물의 양을 유지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 셀의 내부 저항을 측정하는 수단은,
    단계전하, 펄스 또는 방전 펄스 전류를 셀을 통하여 흘려주는 수단, 및
    셀을 통하여 전압의 차별적인 변화를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 셀의 분극치를 결정하는 수단은,
    일정 전류를 셀을 통하여 흘려주는 수단, 및
    셀을 통해 전압 변화를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 셀에 연결된 복수의 단자를 가지는 축전 베터리의 2개 이상의 셀의 저항를 동시에 측정하는 장치에 있어서, 상기 장치는
    절연물질로 제조된 플랫폼,
    베터리 셀의 단자 동시에 접촉하기 위해 플랫폼에 위치되고 스프링 로드된 지점을 포함하는 복수의 스프링 로드된 접촉부, 및
    저항를 정하기 위한 수단에 단자를 연결하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
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