KR20040016807A - 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출장치를구비한 기계 - Google Patents

Abstract

검사대상 재충전가능한 전지(B_a)의 내부상태(여기서 내부상태는 상기 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)의 열화상태, 전기보유용량, 잔존용량 및 내부저항을 포함함)를 검출하는 검출방법은, (1) 상기 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)에 대한 기준 재충전가능한 전지로서 정상의 열화되지 않은 재충전가능한 전지(B_n)의 특성의 기본 데이터(BD)를 구비하는 공정; 및 (2) 상기 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서, 그 전압치 또는/및 전류치를 측정하고, 그 측정결과를 상기 공정(1)에서 얻어진 기본 데이터(BD)와 비교해서, 상기 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)가 열화모드인 지의 여부를 판정하여 해당 전지의 내부상태를 검출하는 공정을 구비한다.

Description

재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출장치를 구비한 기계{MACHINE PROVIDED WITH A DETECTING DEVICE FOR DETECTING INTERNAL STATE OF A RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은, 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출장치가 설치된 기계에 관한 것이다. 여기서 내부상태란, 상기 재충전가능한 전지의 열화상태, 잔존용량(= 현재 보유(즉, 저장)하고 있는 전기량 = 방전가능한 용량), 사용가능용량(= 아직까지 기기를 동작시킬 수 있는 현재 남아 있는 전기량), 충전용량, 전기보유용량 및 내부저항을 의미한다.

종래기술

최근, 반도체소자의 개발과 아울러 소형 카메라의 개발에 따라, 경량·고성능의 재충전가능한 전지, 휴대용 개인용 컴퓨터, 비데오카메라, 디지틀카메라, 셀룰러폰 등의 이동성 기기, 팜탑 PC 등의 개인용 디지틀원조장치 등이 급속하게 진보되고 있다.

이와 별도로, 최근, 대기중에 함유된 CO₂가스량의 증가에 따른 소위 온실효과에 의해 지구온난화가 예기되고 있다. 예를 들면, 화력발전소는 화석연료 등을 연소시켜서 얻어지는 열에너지를 전지에너지로 변환시키고 있으나, 이러한 화석연료의 연소에 의해 CO₂가스를 다량으로 대기중에 배출하므로, 이러한 상황을 억제하기 위하여, 화력발전소를 신설하는 것을 금지하는 경향이 있다. 이러한 상황하에서, 화력발전소 등의 발전기에서 발생하는 전력을 효율적으로 이용하기 위해, 야간에 사용되지 않는 여분의 전력을 일반 가정에 설치한 재충전가능한 전지에 축적하고, 이와 같이 축적된 전력을 전력소비가 많은 주간에 사용해서 전력소비를 평준화하는, 소위 부하평준화가 제안되어 있다.

또, 별도로, 최근, 오염물을 배출하지 않는, 재충전가능한 전지를 구비한 전기자동차가 제안되어 있다. 그 밖에, 재충전가능한 전지와 내연기관을 겸비해서 사용하여, 오염물질의 방출을 억제하면서 연소효율을 높인 혼합자동차도 제안되어 있다. 이들 전기자동차 및 혼합자동차에 사용되는 재충전가능한 전지로서는, 높은 에너지밀도를 지닌 고성능 재충전가능한 전지의 개발이 기대되고 있다.

대표적으로 이동성 기기, 부하평준화에 사용되는 부화조절기, 전기자동차 및 혼합자동차에 사용되는 이러한 재충전가능한 전지로서는, 리튬의 환원-산화반응을 이용하는 재충전가능한 리튬전지(리튬이온전지도 포함), 니켈-수소화물 재충전가능한 전지, 니켈-카드뮴재충전가능한 전지, 납재충전가능한 전지 등을 들 수 있다.

또한, 이동성 기기, 부하평준화에 사용되는 부화조절기, 전기자동차 및 혼합자동차의 각각에 있어서는, 이동성 기기, 부하평준화에 사용되는 부화조절기, 전기자동차 또는 혼합자동차의 동작이 갑자기 멈추는 것을 방지하기 위해, 재충전가능한 전지의 방전가능용량(잔존용량), 사용가능용량 및 수명을 정확하게 검출하는 것이 중요하다.

재충전가능한 전지의 사용가능용량을 검출하기 위해서, 전지의 전압을 측정하고,이 측정결과에 의거해서, 사용가능용량을 평가하는 방법이 공지되어 있다.

재충전가능한 전지의 "잔존용량"이란, 방전시킬 수 있는 현재 저장되어 있는 전기량을 의미한다.

"사용가능용량"이란, 상기 재충전가능한 전지를 지닌 기기(또는 장치)가 아직도 작동할 수 있는 재충전가능한 전지의 현재 남아 있는 전기량을 의미한다. 사용가능용량은 상기 잔존용량이란 용어에 포함된다.

상기 방법은, 전지전압은 방전되는 전기량에 비례해서 점차로 감소되기 때문에, 애노드재료가 흑연으로 전환되기 어려운 탄소재료로 이루어져 흑연과는 구별되는 리튬이온 재충전가능한 전지의 경우에 적용가능하며, 따라서, 현재잔류하는 전기량은, 전지전압을 측정함으로써 검출할 수 있다. 그러나, 상기 방법은, 리튬이온 재충전가능한 전지와 마찬가지로 방전되는 전기량에 비례해서 전지전압이 점차로 감소되지 않는 다른 재충전가능한 전지(흑연으로 애노드가 이루어져 있음)에도 항상 적용되는 것은 아니며, 전지전압이 흐르는 전류에 의존해서 변화하고 방전되는 전기량에 비례하지 않는 이유는 잔존용량을 정확하게 검출하기가 곤란하기 때문이다. 그 밖에, 성능이 열화되어 수명이 끝난 재충전가능한 전지의 경우, 잔존용량을 검출하기가 극히 곤란하다. 이와 별도로, 애노드재료가 흑연계 탄소재료로 이루어진 리튬이온재충전가능한 전지의 경우, 방전되는 전기량에 대해서 전지전압이 평탄하므로, 상기 방법에 따라 전지전압으로부터 잔존용량을 얻는 것은 곤란하다.

재충전가능한 전지의 잔존용량을 검출하기 위해, 축적방전전기량을 기억시켜 놓고, 축적방전전기량을 충전전기량으로부터 감산해서 현재 남아 있는 전기량(즉, 잔존용량)을 얻는 다른 방법이 공지되어 있다. 그러나, 이 방법은, 다음과 같은 결점이 있다. 즉, 전류값과 방전시간은 항상 기억시켜 둘 필요가 있다. 그 밖에, 방전깊이에 대해서 알려져 있지 않은 재충전가능한 전지에 대해서 추가의 충전을 행할 경우, 그 시간의 충전전기량을 검출할 수 있어도, 추가의 충전전의 재충전가능한 전지의 잔존용량을 알 수 없으므로, 재충전가능한 전지가 충전된 후 재충전가능한 전지의 잔존용량을 정확하게 검출할 수 없다. 이 경우에 상기 방법을 채택할 경우, 이 방법은, 축적방전전기량과 방전이전의 잔존용량을 비교함으로써 잔존용량을 얻는 것이므로, 계측시 큰 오차가 발생하기 쉽다.

따라서, 상기 방법은, 성능이 열화되어 수명이 다 된 재충전가능한 전지에대응하기 곤란하며, 잔존용량을 정확하게 검출하는 것이 곤란하다.

이제, 일본국 공개특허공보 제 1992-2066호 공보에는, 펄스방전후 전지전압의 회복특성에 따라 납전지의 용량을 관찰하는 방법이 개시되어 있다. 일본국 공개특허 제 1992-136774호 공보에는, 재충전가능한 전지에 대해서, 전원이 온(ON)인 경우, 큰 전류에서 방전을 임시로 행하여 전지전압의 감소를 검출하고, 그 검출된감소치를 미리 결정된 전지전압치와 비료하고, 그 차가 클 경우, 잔존용량은 불충분하다고 판정하는 방법이다. 일본국 공개특허 제 1999-16607호 공보에는, 재충전가능한 전지에 대해서, 소정시간 소정의 전류를 인가할 경우의 전지전압을 측정하고, 측정된 전지전압을 표에 대응하는 미리 확립된 전지전압-잔존용량과 대조해서 전지의 잔존용량을 얻는 방법이다. 그러나, 성능이 열화되어 내부저항이 증가하거나 전지용량이 저하되는 재충전가능한 전지에 대해서, 이들 방법중 어느 하나는 잔존전지용량을 정확하게 검출하는 것이 곤란하다.

또한, 일본국 공개특허 제 1997-134742호 공보에는, 재충전가능한 전지에 대해서, 방전종료전압에 이르기 직전에 내부임피던스를 임피던스측정기기에 의해 측정하면서, 그 성능에 대해서는 교류를 인가해서 재충전가능한 전지가 열화되었는지의 여부를 결정하는 방법이다. 그러나, 이 방법은, 임피던스를 측정하기 위해 이러한 임피던스측정기긱가 교류발생회로를 지니는 데 필요한 이유에 대해서 실질적으로 적용가능하지 않고, 또, 이 때문에, 장치가 대형화되는 것은 피할 수 없고, 또한, 재충전가능한 전지를 동작시키는 동안 측정을 행할 수 없다.

이들 환경하에, 전지용량이 저감하거나 내부저항이 증가하여 성능이 열화된경우에도 재충전가능한 전지의 현재 잔존전기량을 정확하게 검출할 수 있는 검출방법 및 검출장치에 대한 요구가 증대되고 있다. 그 밖에, 그들의 수명, 즉, 그들의 성능열화를 정확하게 검출하기 위해 재충전가능한 전지에 적용가능한 검출방법 및 검출장치의 개발이 기대되고 있다.

본 발명의 목적은, 제안된 방법에 있어서, 재충전가능한 전지의 현재 잔존전기량의 검출정확도가 열등해지는 종래기술의 결점을 해결하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 재충전가능한 전지가 성능이 열화된 재충전가능한 전지인 경우에도 재충전가능한 전지의 현재 잔존전기량을 높은 정확도로 검출할 수 있는 검출장치가 설치된 기계를 제공하는 데 있다.

"내부상태"란 용어는, 재충전가능한 전지의 열화상태, 잔존용량(전기보유용량), 사용가능용량 및 내부저항을 포함하는 것을 의미한다.

본 발명자들은, 부여된 재충전가능한 전지의 내부상태(이 내부상태는 열화상태, 잔존용량, 사용가능용량 및 내부저항을 포함함)를 정확하게 검출할 수 있는 실제 적용가능한 검출방법을 발견하기 위하여 실험을 통해 연구를 행하였다.

특히, 실험연구는 이하의 방법으로 행하였다. 먼저, 재충전가능한 전지가 정상인지 그 성능이 열화되었는 지의 여부에 대해 조사를 행하였다. 재충전가능한 전지가 열화된 것으로 발견된 경우에는, 재충전가능한 전지를 검출하기 전에, 열화모드의 종류의 상황에 따라 열화모드를 판정하고, 잔존용량 혹은 내부저항을 계산한다.

그 결과, 이 방법은 재충전가능한 전지의 내부상태를 정확하게 검출하는 데 유효하다는 것을 발견하였다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 정상의 재충전가능한 전지의 수에 대해서, 이들 전지의 특성데이터는, 상기 데이터에 의거해서, 판정모드를 확립하고; 부여된 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서, 판정의 미리 확립된 표준을 기준으로 해서, 해당 전지가 단락되었는 지의 여부, 전지의 내부저항이 증가되었는 지의 여부, 전기보유가능용량이 감소되었는 지의 여부를 판정하고; 그 후, 전지의 상태(동작정지상태, 충전상태 또는 방전상태)에 따라, 전지의 열화의 정도를 파악하고, 전지의 잔존용량(현재 보유된 전기량)을 계산한다. 이와 같이 해서, 전지의 내부상태를 고정확도로 검출하는 것이 가능하다.

또, 본 발명에 따라 재충전가능한 전지의 내부상태를 고정확도로 검출하는 방법이 기능할 수 있도록 설계된 장치를 지닌 전지모듈, 기기 또는 기계를 장비시킴으로써, 재충전가능한 전지가 전원으로서 사용되는 전기모듈, 기기 혹은 기계가 그 성능을 충분히 발휘하도록 하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 검출방법은,

(i) 정상의 열화되지 않은 재충전가능한 전지를 복수개 구비하고, 이들 전지에 대해 개별적으로, 그들의 전지전압과, 그들의 현재 보유전기량(그들의 방전가능한 전기량) 또는 그들의 방전용량이 얻어지는 각종 충·방전속도에서 각종 온도조건하에 충·방전을 행하고, 이들 인자로부터 기본 데이터를 얻는 공정; 및

(ii) 검출대상 재충전가능한 전지(ii-a)에 대해서, 전압치 및/또는 전류치를측정하고, 그 측정결과를 상기 기본 데이터와 비교해서,

(a) 재충전가능한 전지(ii-a)가 단락되었는지,

(b) 재충전가능한 전지(ii-a)의 내부저항이 증가되었는 지,

(c) 재충전가능한 전지(ii-a)의 전기보유용량(보유가능한 전기량)이 감소되었는 지,

(d) 재충전가능한 전지(ii-a)의 전기보유용량이 감소되고, 그 내부저항이 증대되었는 지 또는

(e) 재충전가능한 전지(ii-a)가 열화되지 않았는 지(정상인 지)

의 여부를 판정하는 공정을 구비한다.

여기서, "정상의 재충전가능한 전지"란, 제품(재충전가능한 전지)의 공칭용량 등의 성능의 규격을 얻을 수 있는 재충전가능한 전지를 말한다.

"전기보유용량"이란, 제품으로서 공칭용량에 대응하는 재충전가능한 전지에 저장될 수 있는 전기량을 의미한다. 즉, 현재 보유전기량(즉, 잔존용량)은, 그 때의 상태로부터 방전될 수 있는 전기량을 나타낸다.

본 발명에 있어서는, 상기 (a) 내지 (e)항의 2종류이상의 조합의 판정도 포함된다.

상기 기본 데이터는 다음과 같은 요인을 포함한다.

(1) 주어진 개로전압(Voc)을 지닌 정상의 재충전가능한 전지에 대해서, 개로전압에 대한 전지의 잔존용량(Q)[현재보유전기량]을 측정한다.

잔존용량(Q)[현재 보유된 전기량]에 대한 전지의 개로전압(Voc)의 Voc(Q) 또는 Q(Voc)에 관한 관계의 데이터 혹은 함수식. 함수 Voc(Q)는 잔존용량(Q)의 함수로서의 개로전압함수식이다. 함수Q(Voc)는 개로전압(Voc)의 함수로서의 잔존용량(Q)의 함수식이다.

(2) 완전충전상태의 정상의 재충전가능한 전지에 대해서, 각종 온도조건 T하에 각종 방전율 Id에서 전지전압 Vd를 측정하고, 충전을 임시로 중지시켜, 개로전압(Voc)을 측정한다. Id, Voc 및 T에 대한 전지전압 Vd의 관계의 데이터 또는 함수식 Vd(Voc, Id, T). 혹은 상기 (1)항에 기재된 잔존용량(Q)에 대한 개로전압(Voc)의 Voc(Q)의 관계의 데이터 또는 함수식으로부터 산출된 데이터 혹은 함수식 Vd(Q,Id,T) 혹은 Q(Vd, Id, T).

(3) 상기 (2)항에서, 전지의 내부저항이 Rd로 되면, 관계식 Vd = Voc - Id × Rd 혹은 Rd = (Voc - Vd) / Id가 성립된다.

이 관계식 혹은 상기 데이터에 의거해서 얻어진 함수식 Rd(Voc, Id, T) 혹은 Rd(Vd, Id, T)로부터 산출된 데이터. 또는 상기 (1)항에서 잔존용량(Q)에 대한 개로전압(Voc)의 Voc(Q)에 대한 관계의 데이터 혹은 함수식으로부터 얻어진 내부저항(Rd)의 데이터 혹은 함수식 Rd(Q, Id, T) 혹은 Q(Rd, Id, T).

(4) 온도조건 T하에 유지된 보유전기가 없는 정상의 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지를 충전율(Ic)로 충전하고, 전지전압(Vc)을 측정하고, 충전을 임시로 중지시켜 개로전압(Voc)을 측정한다.

전지전압(Vc)과 개로전압(Voc)과 충전율(Ic)과의 관계의 데이터 또는 함수식 Vc(Voc, Ic, T). 또는 상기 (1)항에서 잔존용량(Q)에 대한 개로전압(Voc)에 관한데이터 혹은 함수식 Voc(Q)으로부터 산출된 전지전압(Vc)의 데이터 혹은 함수식 Vc(Q, Ic, T) 혹은 Q(Vc, Ic, T).

(5) 상기 (4)항에서, 전지의 내부저항이 Rc로 되면, 관계식 Vc = Voc + Ic × Rc 혹은 Rc = (Vc - Voc) / Ic가 성립된다.

이 관계식으로부터 계산된 데이터 혹은 이 데이터에 의거해서 얻어진 함수식 Rc(Voc, Ic, T). 또는 상기 (1)항에서 잔존용량(Q)에 대한 개로전압(Voc)의 Voc(Q)에 관한 데이터 혹은 함수식으로부터 얻어진 내부저항(Rc)의 데이터 혹은 함수식 Rc(Q, Ic, T) 혹은 Q(Rc, Ic, T).

상기 기본 데이터는 적어도 상기 (1)항 내지 (5)항으로부터 선택된 데이터 혹은 함수식으로 이루어진다.

본 발명에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출방법에 의하면, 상기 기본 데이터 혹은 함수식에 의거해서, 동작정지상태, 충전상태 혹은 방전상태에서 검출대상인 재충전가능한 전지의 개로전압, 전지전압 및 내부저항으로부터 선택된 정보를 참조하면서 소정의 판정모드에 따라, 재충전가능한 전지의 내부상태를 정확하게 검출하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서는, 충전율 또는 방전율이 변화할 때의 과도상태의 전지전압을 지수함수 e^-t/τ(여기서, e는 자연상수의 기수, t는 시간, τ는 전지의 임피던스 등에 의해 결정되는 시정수임)로 표현할 수 있는 것으로 가정하고, 상기 함수에 의거해서, 내부저항, 내부저항의 증가율 및 전기보유량의 감소율을 계산함으로써,잔존용량(방전가능용량)을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 검출방법에 있어서는, 전원으로서 재충전가능한 전지를 사용하는 장비를 작동시키기 위해 필요한 최소전압(최하위동작전압)에 이른 잔존용량을 계산하고, 상기 장비의 소비전류 혹은 소비전력을 참조함으로써, 장비의 잔류작동시간을 알 수 있다. 이것에 의해, 장비의 동작의 갑작스런 정지를 미리 피할 수 있고, 적절한 경우에, 재충전가능한 전지를 충전하거나 새로운 재충전가능한 전지로 교체할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 재충전가능한 전지의 내부상태를 높은 정확도로 검출하는 것이 가능한 검출방법 및 검출장치가 제공된다. 본 발명에 의하면, 전원으로서 재충전가능한 전지를 사용하는 장비 혹은 장치의 전력을 용이하게 제어하는 것이 가능하다. 또, 상기 장비 혹은 장치의 잔류동작시간, 전원의 충전에 필요한 시간 및 재충전가능한 전지를 새로운 재충전가능한 전지로 교체하는 데 필요한 타이밍을 용이하게 알 수 있다. 또한, 본 발명의 검출장치를 전원으로서 재충전가능한 전지를 사용하는 전지모듈, 충전기, 장비 혹은 장치에 부가시킴으로써, 전원으로서의 재충전가능한 전지의 성능을 최대한 발휘하게 하는 것이 가능하다. 또, 상기 장비 혹은 장치의 기능을 최대화하도록 효율적으로 작동시키는 것이 가능하다. 게다가, 본 발명의 검출장치를 재충전가능한 전지제품이 출하전에 양품인 지 불량품인 지의 여부를 결정하는 조사장비에 부가시킴으로써, 재충전가능한 전지제품의 출하검사를 높은 정확도로 행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 재충전가능한 전지가 지닌 에너지를 충분히 사용할 수 있어, 전원으로서 재충전가능한 전지를 사용하는 기기의 작동시간을 바람직하게 연장시키는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출방법의 일실시형태예를 표시한 순서도

도 2는 동작불능인 재충전가능한 전지에 있어서의 단락의 유무를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 3은 재충전가능한 전지가 동작정지(shutdown)상태인 때부터 재충전가능한 전지에 대해서 방전조작을 행하여, 재충전가능한 전지가 정상인지, 내부저항이 증가하는지 또는 전기보유용량이 저하되는 지의 여부를 판정하는 검출방법의 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 4는, 도 3의 재충전가능한 전지의 내부저항의 증가를 계산해서, 내부저항이 증가되었는지의 여부를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 5는 도 3의 재충전가능한 전지의 전기보유용량의 감소를 계산해서, 전기보유용량이 감소되었는지의 여부를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 6은 재충전가능한 전지가 동작정지상태인 때부터 재충전가능한 전지에 대해서 충전조작을 행하여, 재충전가능한 전지가 정상인지, 내부저항이 증가하는지또는 전기보유용량이 저하되는 지의 여부를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 7은 도 6의 재충전가능한 전지의 내부저항의 증가를 계산해서, 내부저항이 증가되었는 지의 여부를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 8은 도 6의 재충전가능한 전지의 내부저항의 증가를 계산해서, 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 9는 충전조작이 종료된 재충전가능한 전지의 단락의 유무를 판정하는 절차를 설명하는 순서도의 일례를 표시한 도면

도 10은, 정전류-정전압충전된 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지가 정상인지, 내부저항이 증가하였는지 또는 전기보유용량이 저하되었는 지의 여부를 판정하는 순서도의 일례를 표시한 도면

도 11은 충전상태이고, 전지전압변화 또는 전지온도의 변화에 대해서 제어되어 있는 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지가 정상인지, 내부저항이 증가하였는지 또는 전기보유용량이 저하되었는 지의 여부를 판정하는 순서도의 일례를 표시한 도면

도 12는 정전류충전중인 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지가 정상인지, 내부저항이 증가하였는지 또는 전기보유용량이 저하되었는 지의 여부를 판정하는 순서도의 일례를 표시한 도면

도 13은 방전중인 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지의 단락의 유무를 판정하는 순서도의 일례를 표시한 도면

도 14는 방전중인 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지가 정상인지, 내부저항이 증가하였는지 또는 전기보유용량이 저하되었는 지의 여부를 판정하는 순서도의 일례를 표시한 도면

도 15는 도 14에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부저항을 계산해서, 내부저항이 증가하였는지의 여부를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 16은 도 14에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부저항 및 전기보유용량을 계산해서, 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부를 판정하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 도면

도 17은 도 15 및 도 16에 있어서의 충전중의 인터럽트루틴의 상세를 설명하는 순서도

도 18은, 각각 재충전가능한 전지의 그래프(1)[도 18(1)], 그래프(2)[도 18(2)] 및 그래프(3)[도 18(3)]으로 이루어지고, 상기 그래프(1)은 개로전압과 잔존용량과의 관계의 일례, 상기 그래프(2)는 전지전압(충전전압 혹은 방전전압)과 잔존용량과의 관계의 일례, 상기 그래프(3)은 잔존용량에 대한 개로전압 및 내부저항의 관계의 일례를 표시한 도면

도 19는, 각각 재충전가능한 전지의 그래프(1)[도 19(1)], 그래프(2)[도 19(2)] 및 그래프(3)[도 19(3)]으로 이루어지고, 상기 그래프(1)은 주어진 방전율에서의 전지전압과 잔존용량과의 관계의 일례, 상기 그래프(2)는 주어진 전지온도에서의 전지전압(방전전압)과 잔존용량과의 관계의 일례, 상기 그래프(3)은 방전동작의 초기, 중기 및 말기에서의 잔존용량에 대한 개로전압 및 내부저항의 관계의일례를 표시한 도면

도 20은 단락된 재충전가능한 전지와 단락되지 않은 재충전가능한 전지의 개로전압의 시간경과에 따른 변화의 일례의 그래프

도 21은 그래프(1)[도 21(1)], 그래프(2)[도 21(2)] 및 그래프(3)[도 21(3)]으로 이루어지고, 상기 그래프(1)은 내부저항이 증가되어 있는 재충전가능한 전지(a)의 내부저항 및 정상의 재충전가능한 전지(b)의 내부저항과 잔존용량과의 관계의 일례, 상기 그래프(2)는 상기 재충전가능한 전지(a)의 전지전압(방전시) 및 상기 재충전가능한 전지(b)의 전지전압(방전시)과 잔존용량과의 관계의 일례, 상기 그래프(3)은 상기 재충전가능한 전지(a)의 전지전압(충전시) 및 상기 재충전가능한 전지(b)의 전지전압(충전시)과 잔존용량과의 관계의 일례를 표시한 도면

도 22는, 그래프(1)[도 22(1)] 및 그래프(2)[도 22(2)]로 이루어지고, 상기 그래프(1)은 정상의 재충전가능한 전지(a)의 개로전압 및 전기보유용량이 감소되어 있는 재충전가능한 전지(b)의 개로전압 잔존용량과의 관계의 일례, 상기 그래프(2)는 상기 재충전가능한 전지(b)에 대한 것으로, 각각 잔존용량에 관한 개로전압방전시의 전지전압, 충전시의 전지전압 및 방전시의 전지전압과의 관계의 일례

도 23은, 개로전압 및 충전시의 전지전압과 잔존용량과의 관계의 일례를 표시한 정상의 재충전가능한 전지에 대한 그래프로, 상기 그래프에 있어서는, 기기를 실제 사용할 수 있는 에너지의 사용영역도 함께 표시되어 있음.

도 24는, 정상의 재충전가능한 전지(a)와 전기보유용량이 감소되어 있는 재충전가능한 전지(b)에 관한 그래프로, 전지(a)의 잔존용량에 대한 방전시의 전지전압과 전지(b)의 잔존용량에 대한 방전시의 전지전압과의 관계의 일례를 표시한 것이며, 해당 그래프에 있어서는, 기기를 실제 사용할 수 있도록 하는 전지(a)의 사용가능용량과 전지(b)의 사용가능용량과의 관계의 일례도 표시되어 있음

도 25는, 그래프(1)[도 25(1)] 및 그래프(2)[도 25(2)]로 이루어지고, 상기 그래프(1)은 동작정지상태로부터 정전류펄스방전되어 있는 재충전가능한 전지에 관한 것으로, 전지전압과 시간의 경과에 따른 전류와의 관계의 일례의 곡선이며, 상기 그래프(2)는 상기 재충전가능한 전지에 관한 것으로, 전지전압의 과도 성능과 시정수의 방정식으로부터 얻어진 외삽전압과의 관계의 일례의 곡선을 표시한 것임

도 26은, 그래프(1)[도 26(1)] 및 그래프(2)[도 26(2)]로 이루어지고, 상기 그래프(1)은 동작정지상태로부터 정전류펄스방전되어 있는 재충전가능한 전지에 관한 것으로, 전지전압과 시간의 경과에 따른 전류와의 관계의 일례의 곡선이며, 상기 그래프(2)는 상기 재충전가능한 전지에 관한 것으로, 전지전압의 과도 성능과 시정수의 방정식으로부터 얻어진 외삽전압과의 관계의 일례의 곡선을 표시한 것임

도 27은 정전류충전중의 재충전가능한 전지의 전지전압과 충전조작종료후 전지의 개로전압에 있어서의 시간경과에 따른 변화와의 관계의 일례의 그래프

도 28은, 그래프(1)[도 28(1)] 및 그래프(2)[도 28(2)]로 이루어지고, 상기 그래프(1)은 동작정지상태로부터 정전류펄스방전되어 있는 재충전가능한 전지에 관한 것으로, 시간의 경과에 따른 전지전압의 변화의 일례의 곡선이며, 상기 그래프(2)는 상기 재충전가능한 전지에 관한 것으로, 시간의 경과에 따른 방전율의 변화의 일례의 곡선

도 29는 본 발명에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출장치의 일례를 설명하는 개략도

도 30은 도 29에 표시한 검출장치와 재충전가능한 전지와의 조합이 전지팩(모듈)에 설치되어 있는 실시형태예를 설명하는 개략도

도 31은 본 발명에 있어서 도 29에 표시한 검출장치에 복수의 재충전가능한 전지가 접속되어 있는 장치의 일례를 설명하는 개략도

도 32는 공칭용량이 1300mAh인 시판중인 리튬이온 재충전가능한 전지를 정전류-정전압충전시킨 후, 방전동작의 수행과 방전동작의 중지의 사이클을 반복해서 행한 경우의 시간경과에 의한 전지전압의 변화의 그래프

도 33은, 도 32에서 얻어진 결과의 그래프로서, 해당 그래프는, 방전시의 데이터로부터 적분된 방전용량에 대한 방전시의 전지전압과 방전동작중지시의 개로전압과의 관계를 설명하는 도면임

도 34는 공칭용량이 1300mAh로 100%충전되어 있는 시판중인 리튬이온 재충전가능한 전지에 대한 그래프로서, 해당 그래프는, 방전율을 변경한 경우의 적분된 방전용량에 대한 전지전압의 관계를 표시한 도면임

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2101, 2301A 내지 2301N: 단자

2102, 2302A 내지 2302N: 전지전압검출부

2103, 2303: 전지온도검출부

2104, 2304: 전류감지레지스터

2105, 2305: 증폭기

2106, 2306: 레지스터 1

2107, 2307: 레지스터 2

2108, 2308: 트랜지스터 1

2109, 2309: 트랜지스터 2

2110, 2310: 제어부

2111: 재충전가능한 전지

2112: 전지모듈의 양의 단자

2113: 전지모듈의 음의 단자

2114: 충전용 양의 단자

2115: 전지전압모니터출력단자

2116: 통신기구

종래기술의 결점을 해결하면서 본 발명의 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 실험연구를 행하였다. 그 결과, 이하의 식견을 얻게 되었다. 즉, 복수의 재충전가능한 전지에 대해서 각각 소정의 온도조건하에서 소정의 방전율로 충·방전을 행하여, 그들의 현재 보유전기량(그들의 잔존용량 혹은 그들의 방전가능용량), 그들의 개로전압 및 그들의 내부저항을 조사하였다. 상기 복수의 재충전가능한 전지의 조사된 특성에 의거해서, 잔존용량의 함수로서 개로전압과 내부저항과의 관계의 데이터 혹은 함수식을 기본 데이터로서 요약하였다. 주어진 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서, 그의 전지전압과 전류치를 조사한 후, 상기 기본데이터와 비교해서, 검사대상 재충전가능한 전지가 정상인지 열화되었는지의 여부를 판정하였다. 상기 조사결과에 의거해서, 재충전가능한 전지의 전기보유용량 또는/및 내부저항을 계산하고, 해당 전지의 잔존용량(= 남아 있는 방전가능용량 = 현재 보유전기량)을 계산하였다. 그 결과, 이 방법에 의하면, 주어진 검사대상 재충전가능한 전지가 정상인지 열화되었는 지의 여부를 고정확도로 판정할 수 있고, 또, 그 잔존용량도 고정확도로 검출할 수 있다.

본 발명은, 이러한 식견에 의거해서 이루어졌다.

이하, 필요에 따라 첨부도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.

[정상의 재충전가능한 전지의 기본 데이터와 함수식의 획득]

재충전가능한 전지의 개로전압은, 애노드의 화학전위와 캐소드의 화학전위간의 차에 비례한다. 주어진 시간에서의 애노드와 캐소드의 화학전위에 따라서, 잔존용량(= 방전가능용량 = 현재 보유전기량)이 결정된다. 즉, 애노드와 캐소드의 각각의 화학전위는, 잔존용량에 따라 변화하고 잔존용량과 상관관계에 있다. 환언하면, 잔존용량과 개로전압은 상호 상관관계에 있다. 애노드의 상태와 태소드이 상태는 잔존용량에 따라 다르며, 또한, 애노드의 저항치와 캐소드의 저항치도 다르다. 이와 관련해서, 잔존용량이 변화하면, 이러한 애노드와 캐소드를 구비한 재충전가능한 전지의 내부저항도 따라서 변화한다.

따라서, 재충전가능한 전지의 내부저항과, 개로저항과, 잔존용량사이에 상관관계가 있다. 또한, 재충전가능한 전지의 전지전압과 전류와 개로전압과 내부저항간에도, 후술하는 바와 같은 관계가 있다:

[방전시의 전지전압] = [개로전압] - [방전율] × [내부저항]

[충전시의 전지전압] = [개로전압] + [충전율] × [내부저항].

상기 사항을 고려해서, 본 발명자들은, 주어진 재충전가능한 전지에 대해서, 내부저항과 잔존용량간의 상관과 개로전압과 잔존용량간의 상관을 얻은 후,전지전압, 전류, 개로전압 및 내부저항의 관계를 참조해서, 잔존용량(= 방전가능용량 = 현재 보유전기량)을 계산할 수 있다는 식견을 얻었다.

도 18(1) 내지 도 18(3) 및 도 19(1) 내지 도 19(2)는, 정상의 재충전가능한 전지에 관한 것으로, 각각 잔존용량에 대해서, 개로전압, 충전전압 혹은 방전전압, 내부저항, 개로전압, 2종류의 방전율(방전전류)에서의 전지전압 및 2종류의 전지온도에서의 방전전압과의 관계를 표시한 그래프이다.

특히, 도 18(1)은, 공칭용량 C 혹은 전기보유용량(열화되기 전)이 100%인 재충전가능한 전지의 그래프로, 개로전압(Voc)과 잔존용량(Q)과의 관계[즉, 100×Q/C%]를 표시한 것이다. 이제, 재충전가능한 전지의 개로전압은 전지의 온도(T)(전지온도)에 거의 의존하지 않고 잔존용량에 의존해서 결정된다. 이와 관련해서, 잔존용량(Q)에 대한 전지의 개로전압(Voc)을 계산하고, 이 결과에 의거해서, 잔존용량(Q)에 대한 개로전압(Voc)의 Voc(Q) 혹은 Q(Voc)의 관계의 데이터 혹은 함수식을 얻을 수 있다.

그러나, 실제로, 개로전압(Voc)은 잔존용량(Q)의 n차 다항식, 즉 Voc(Q) = c_n×Qⁿ+ c_n-1×Q^n-1+ c_n-2×Q^n-2+ …+ c₁×Q + c₀(식중, n은 양의 정수임)로 가정해서, 개로전압(Voc)을 측정한 후, 방전될 수 있는 전기량(즉, 방전가능용량)을 측정하고, 얻어진 측정치를 Voc(Q)와 비교하고, 이 경우의 계산은, 최소제곱법이나 뉴톤법을 이용해서 행한다. 이와 같이 해서, 측정데이터와 가장 근사한 함수식근사값을 얻을 수 있다.

도 18(2)는 전지온도가 소정온도에서 일정한 경우의 공칭용량이 100%인 재충전가능한 전지의 그래프로서, 잔존용량(= 현재 보유전기량)에 대해서, 개로전압(Voc), 충전전압(Vc) 및 방전전압(Vd)과의 관계를 표시한 그래프이다.

도 18(3)은 공칭용량 혹은 전기보유용량(열화되기 전)이 100%인 재충전가능한 전지의 그래프로서, 내부저항(R)과 잔존용량(= 현재 보유전기량)과의 관계를 표시한 그래프이다.

상기 도 18(1) 내지 도 18(3)에 표시한 그래프에 표시한 데이터로부터, 관계식 Vd = Voc - Id × Rd[식중, Rd는 방전시의 전지의 저항이고, Id는 방전전류(혹은 방전율)임] 혹은 관계식 Rd = (Voc -Vd) / Id를 얻을 수 있다. 이들 관계식의 어느 하나에 따라, 내부저항의 데이터를 계산할 수 있다. 이 데이터는, 함수식으로 변환하여, Rd(Voc, Id, T) 혹은 Rd(Vd, Id, T)[식중, T는 전지온도임]를 얻을 수 있다. 이와 별도로, 충전시의 전지의 내부저항을 Rc로 한 경우 관계식 Vc = Voc + Ic × Rc 혹은 Rc = (Vc-Voc) / Ic[식중, Vc는 충전시의 전지전압이고, Ic는 충전전류임]에 따라, 내부저항의 데이터를 계산할 수 있다. 이 데이터는, 함수식으로 변화시켜 Rc(Voc, Ic, T)를 얻을 수 있다. 또, 이들 데이터 혹은 함수식과, 도 18(1)에 표시한 데이터로부터 얻어진 개로전압(Voc)과 잔존용량(Q)과의 관계 Voc(Q)의 데이터 혹은 함수식으로부터, 내부저항의 데이터 혹은 함수식 Rd(Q, Id, T) 또는 Q(Rd, Id, T)를 얻을 수 있다.

도 19(1)은, 공칭용량이 100%인 재충전가능한 전지의 그래프로, 잔존용량과 관련해서 주어진 방전전류(Id = i₁, i₂)에 대한 방전전압(Vd)의 관계를 표시한 것이다. 이제, 방전전류의 크기에 따라, 전지의 내부저항도 변화하며, 이 때문에, 전지전압도 변화한다. 충전시의 충전전류의 크기에 따라, 전지의 내부저항도 변화하고, 이 때문에, 전지전압도 변화하는 것은 말할 것도 없다.

도 19(2)는, 공칭용량 혹은 전기보유용량(열화되기 전)이 100%인 재충전가능한 전지의 그래프로서, 잔존용량과 관련해서, 주어진 전지온도(T = T₁, T₂)에서의 개로전압(Voc)과 방전전압(Vd)과의 관계를 표시한 것이다. 도 19(2)의 그래프에 표시한 데이터에 따라, 방전시의 전지전압(Vd)과, 개로전압(Voc)과, 방전전류(Id)와 전지온도(T)와의 관계의 데이터를 얻을 수 있다. 이 데이터를 함수식으로 변환시켜 Vd(Voc, Id, T)를 얻을 수 있다.

이들 데이터 혹은 함수식과, 도 18(1)에 표시한 데이터로부터 얻어진 개로전압(Voc)과 잔존용량(Q)과의 관계 Voc(Q)의 데이터 혹은 함수식으로부터, 전지전압의 데이터 혹은 함수식 Vd(Q, Id, T) 또는 Q(Vd, Id, T)를 얻을 수 있다. 이와 별도로, 충전시의 전저전압(Vc), 개로전압(Voc), 충전전류(Ic) 및 전지온도(T)의 관계의 데이터를 얻을 수 있는 것은 물론이다. 이 데이터는, 함수식으로 변환시켜 Vc(Voc, Ic, T)를 얻을 수 있다.

또한, 상기 전지전압과 상기 내부저항의 각각은, 재충전가능한 전지에 사용되는 전해액의 빙점보다도 높은 온도범위(i) 혹은 재충전가능한 전지에 사용되는 고형화 전해질의 유리전이온도보다도 높지만 상기 고형화 전해질의 융점보다도 낮은 온도범위(ii)에 있는 전지온도에 대한 연속함수로 표현될 수 있으나, 전지온도가 상기 온도범위(i) 혹은 상기 온도범위(ii)를 벗어난 온도범위인 경우에는, 상기 함수는 전지온도에 대해 불연속으로 된다. 상기 함수가 불연속으로 되는 이유는, 전해액 혹은 고형화 전해질의 이온전도도가 이러한 온도범위에서 갑자기 변화하는 현상에 기인된다.

이제, 도 18(1) 내지 도 18(3) 및 도 19(1) 내지 도 19(2)에 표시한 바와 같이 얻어진 데이터에 의거해서, 재충전가능한 전지의 잔존용량(= 현재 보유전기량)은, 개로전압의 함수식으로서 표현될 수 있고, 전지전압은, 잔존용량(= 현재 보유전기량), 전류 및 전지온도에 의한 함수식으로서 표현될 수 있고, 내부저항도, 잔존용량(= 현재 보유전기량), 전류 및 전지온도에 의한 함수식으로서 표현될 수 있다.

목적으로 하는 함수식은, 예를 들면, n차(n은 양의 정수임)방정식으로 표현될 수 있는 함수를 상정해서 최소제곱법이나 뉴톤법에 의해 내포된 데이터에 대한 차를 최소치로 함으로써 얻을 수 있다.

이와 별도로, 도 19(3)은, 공칭용량 혹은 전기보유용량(열화되기 전)이 100%인 재충전가능한 전지의 그래프로, 방전동작의 초기(I), 중기(II) 및 말기(III)에서의 잔존용량(= 현재 보유전기량)에 대한 개로전압 및 내부저항의 관계를 표시한 것이다. 이와 같이 해서 상기 관계를 나눔으로써, 현재 보유전기량과 관련된 개로전압, 전지전압 및 내부저항과 같은 특징을 간단한 저차방정식으로 표시할 수 있다.

[재충전가능한 전지가 정상인 지의 여부의 판정]

본 실시예에 있어서는, 실제로, 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량(= 현재 보유전기량)을 계산하기 전에, 동작정지상태, 충전중 혹은 방전중인 재충전가능한 전지의 상황에 따라, 적절한 판정을 채택해서, 미리 획득한 정상의 재충전가능한 전지의 특징과 비교해서 재충전가능한 전지가 단락되었는 지, 전기보유용량이감소되었는 지, 내부저항이 증가되었는 지, 혹은 전지가 정상인 지의 여부를 판정한다. 그 후, 조사결과에 따라, 전지의 잔존용량(= 현재 보유전기량)을 계산한다.

상기 판정에 있어서, 먼저, 재충전가능한 전지가 단락되었는 지의 여부의 판정을 행한다. 이어서, 재충전가능한 전지의 전기보유용량이 감소되었는 지 혹은 그 내부저항이 증가되었는 지의 여부의 판정을 행한다. 계속해서, 본 실시예에 있어서의 검출방법에 있어서는, 잔존용량(= 현재 보유전기량), 전기보유용량, 내부저항, 용량의 감소계수 및 전지수명을 포함한 재충전가능한 전지의 내부상태가 검출된다. 도 1은, 재충전가능한 전지의 이러한 내부상태를 검출하는 절차를 예시한 순서도의 일례를 표시한 것이다. 도 1의 실시형태예에 있어서는, 재충전가능한 전지가 충전중인 경우 혹은 재충전가능한 전지가 장비에 접속되어 있는 경우에 대한 순서도를 포함하고 있으며, 전자의 경우, 충전이 종료될 때까지 소비된 시간 혹은 완전히 충전된 전기량을 계산하고, 후자의 경우에는, 장비가 동작가능한 동안의 시간 혹은 장비를 사용가능한 사용가능용량(= 아직까지 기기를 작동시킬 수 있는 현재 남아 있는 전기량)을 계산한다. 또한, 도 1의 실시형태예는, 재충전가능한 전지가 단락되었는 지의 여부의 판정을 행한 후, 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 판정을 행하도록 설계되어 있으나, 재충전가능한 전지가 단락되었는 지의 여부의 판정후에, 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 판정을 행하고, 이어서, 내부저항이 증가되었는 지의 여부의 판정을 행하는 순서도를 채택하는 것도 가능하다.

[단락의 유무의 판정]

현재 사용되는 재충전가능한 전지가 단락인 것을 판정하는 경우의 판정기준은 하기 (i) 내지 (iv)의 경우를 포함한다.

(i) 충전 혹은 방전되는 일없이 재충전가능한 전지가 중지된 때, 시간경과에 따른 단락전압의 감소가 발견되는 경우.

(ii) 재충전가능한 전지가 충전된 때, 전지전압 혹은 개로전압의 증가가 정상의 재충전가능한 전지에 비해서 작을 경우.

(iii) 재충전가능한 전지의 개로전압이 정상의 재충전가능한 전지의 개로전압에 비해서 현저하게 작고, 방전시의 재충전가능한 전지의 전지전압의 감소가 상기 정상의 재충전가능한 전지의 전지전압의 감소에 비해서 현저하게 큰 경우.

(iv) 재충전가능한 전지의 내부저항이 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항에 비해서 현저하게 작은 경우.

재충전가능한 전지가 상기 (i) 내지 (iv)의 적어도 어느 하나의 경우에 해당될 경우, 재충전가능한 전지가 단락된 것으로 판정한다.

도 20은, 단락되어 있지 않은 재충전가능한 전지의 시간경과에 따른 개로전압의 변화와 함께, 단락되어 있는 재충전가능한 전지의 시간경과에 따른 개로전압의 변화를 표시한 그래프이다.

[재충전가능한 전지의 내부저항의 증가의 판정]

현재 사용되는 재충전가능한 전지가 단락의 유뮤의 판정시에 있어서의 상기 (i) 내지 (iv)의 어느 하나의 경우에 해당되지 않고 이하의 (i) 내지 (iii)의 어느하나의 경우에 해당될 경우, 재충전가능한 전지의 내부저항이 증가된 것으로 판정한다.

(i) 재충전가능한 전지의 개로전압은 정상의 재충전가능한 전지의 것과 대략 동일하나, 충전시의 재충전가능한 전지의 전지전압의 증가는 충전시의 상기 정상의 재충전가능한 전지의 것보다 큰 경우.

(ii) 재충전가능한 전지의 개로전압은 정상의 재충전가능한 전지의 것과 대략 동일하나, 방전시의 재충전가능한 전지의 전지전압의 감소는 방전시의 상기 정상의 재충전가능한 전지의 것보다 큰 경우.

(iii) 재충전가능한 전지의 내부저항이 정상의 재충전가능한 전지의 것보다 큰 경우.

도 21(1)은, 공칭용량(C) 혹은 전기보유용량(열화되기 전)이 100%인 재충전가능한 전지의 그래프로, 내부저항과 잔존용량(Q)[= 현재 보유전기량]과의 관계, 즉 100 × Q/C%를 표시하며, 여기서, 재충전가능한 전지의 증가된 내부저항(R' =a ×R + b)을 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항(R)과 비교한다.

도 21(2)는, 내부저항이 증가된(R' =a ×Rd + b) 재충전가능한 전지와 내부저항이 정상(R = Rd)인 정상의 재충전가능한 전지의 그래프로, 상기 두개의 재충전가능한 전지의 각각에 대해서 방전시의 현재 보유전기량의 백분율(%)에 대한 전지전압(Vd)의 관계를 표시한 것이다.

도 21(3)은, 내부저항이 증가된(R' =a ×Rc + b) 재충전가능한 전지와 내부저항이 정상(R = Rc)인 정상의 재충전가능한 전지의 그래프로, 상기 두개의 재충전가능한 전지의 각각에 대해서 충전시의 잔존용량(현재 보유전기량)의 백분율(%)에 대한 전지전압(Vc)의 관계를 표시한 것이다.

이제, 상기 내부저항의 계산은, 재충전가능한 전지가 중지된 시간으로부터 재충전가능한 전지의 충전 혹은 방전이 개시된 시간까지의 재충전가능한 전지의 과도 특성에 의거해서, 수행할 수 있다.

[재충전가능한 전지의 전기보유량의 감소판정]

사용되는 재충전가능한 전지가 상기 단락의 유무의 판정에 있어서의 상기 (i) 내지 (iii)의 어느 하나의 경우에 해당되지 않지만 이하의 (i) 및 (ii)의 적어도 하나의 경우에 해당될 경우, 재충전가능한 전지의 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

(i) 충전시의 재충전가능한 전지의 전지전압의 증가 및 개로전압의 증가가 충전시의 정상의 재충전가능한 전지의 것보다 큰 경우.

(ii) 방전시의 재충전가능한 전지의 전지전압의 감소 및 방전시의 개로전압의 감소가 재충전가능한 전지가 단락되었을 때의 것보다 작고, 방전시의 정상의 재충전가능한 전지의 것보다 큰 경우.

현재 사용되고 내부저항이 증가되지 않았지만 전기보유용량(C')이 정상의 재충전가능한 전지의 전기보유용량(C)의 D배만큼 감소된 재충전가능한 전지에 대해서, 잔존용량[Q' = D × Q, 여기서, Q는 상기 정상의 재충전가능한 전지의 잔존용량임]과 개로전압(Voc)과의 관계가 도 22(1)에 표시한 바와 같이 된다. 여기서의 잔존용량(= 현재 보유된 전기량)의 백분율(%)은 100×Q/C%에 상당하는 조건으로 표현되며, 상기 Q는 상기 정상의 재충전가능한 전지의 공칭용량 혹은 전기보유용량(열화되기 전)이 100%인 때의 상기 정상의 용량감소된 전지의 잔존용량이다.

상기 정상의 재충전가능한 전지의 잔존용량(Q%)에 대한 정상의 재충전가능한 전지의 개로전압(Voc)의 함수식Voc(Q)으로부터, 전기보유용량이 저감된 후의 잔존용량(Q')에 대한 함수식은 Voc(Q'/D)로 표현될 수 있다.

도 22(2)는 용량감소된 재충전가능한 전지를 충전 혹은 방전할 때의 전지전압과 잔존용량(= 현재 보유전기량)과의 관계를 표시한 그래프이다.

전기보유용량이 C에서 C'로 감소된 재충전가능한 전지에 대해서는, 충전 및 방전시의 전지전압은, 정상의 재충전가능한 전지의 함수식에 의거해서 Vc(Q'/D, Ic, TO) 및 Vd(Q'/D, Id, T)로 표현될 수 있다.

[재충전가능한 전지가 정상인 지의 여부의 판정]

현재 사용되는 재충전가능한 전지가 단락의 유무의 판정, 내부저항의 증가의 판정 및 전기보유용량의 감소의 판정에 있어서 언급한 상기 경우중의 어느 하나의 경우에 해당되지 않을 경우, 재충전가능한 전지는 열화되지 않고 정상인 것으로 판정한다.

[재충전가능한 전지의 전기보유용량의 계산]

정상인 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서는, 개로전압(Voc), 충전전류(Ic) 혹은 방전전류(Id), 전지전압(V) 및 전지온도(T)를 측정하고, 잔존용량(Q)과 개로전압(Voc)과의 관계에 대해서는 Voc(Q)를, 충방전시의 전류치(I)와 전지온도(T) 및 전지전압(V)와의 관계에 대해서는 V(Q, I, T)를 이용해서, 재충전가능한 전지의 잔존용량(Q)을 얻을 수 있다.

전기보유용량이 감소된 재충전가능한 전지에 대해서는, 재충전가능한 전지가 충전되기 전후의 단계 혹은 재충전가능한 전지가 방전되기 전후의 단계에서, 개로전압(Voc)의 변화 및 그 때의 잔존용량(= 현재 보유전기량)이 증감을 계산하거나 혹은 충전시의 전지전압(Vc)의 변화 혹은 방전시의 전지전압(Vd)의 변화 및 그 때의 잔존용량의 증감을 계산해서 전기보유용량의 감소계수(D)를 얻음으로써, 주어진 단계에서의 재충전가능한 전지의 잔존용량(Q)을 얻는 것이 가능하다.

내부저항이 증가되었지만 전기보유용량은 감소되지 않은 재충전가능한 전지는, 개로전압이 정상인 재충전가능한 전지와 대략 동일한 개로전압을 지닌다. 따라서, 전자의 재충전가능한 전지의 잔존용량(=현재 보유전기용량)은, 그 개로전압을 측정함으로써 얻을 수 있다. 이와 별도로, 전자의 전지에 대해서는, 전류 및 전지전압을 측정해서 내부저항을 얻은 후, 전기보유용량을 얻는 것이 가능하다.

또, 전기보유용량이 감소되고 내부저항이 증가된 재충전가능한 전지의 잔존용량은, 전기보유용량의 감소계수(D)와 증가된 내부저항(R')을 계산하면서 얻을 수 있다.

[재충전가능한 전지의 내부저항의 계산]

내부저항이 증가된 재충전가능한 전지에 대해서는, 내부저항의 증가치(R')를 하기와 같이 표시된 정상 저항(R)의 함수로 표현할 수 있는 것으로 가정하고:

R' = a × R, R' = a×R + b 또는 R' = a_n× Rⁿ+ a_a-1× R^n-1+ a_a-2× R^n-2+···+ a₁×R + a₀(n은 양의 정수임),

정수 a, b, a_n, a_n-1, ··, a₁및 a₀를 얻음으로써, 전류의 복수의 측정치와 전지저항으로부터, 증가된 내부저항의 값을 얻을 수 있다.

[재충전가능한 전지의 전기보유용량의 감소계수(비)의 계산]

전기보유용량이 감소된 재충전가능한 전지에 대해서는, 전기보유용량이 상기 D배까지 감소된 후의 잔존용량(Q')에 대한 개로전압(Voc)의 관계에 대해서는 Voc(Q'/D), 잔존용량(Q') 및 실제 충전동안의 잔존용량의 증가에 대해서는 충전시의 전지전압(Vc)의 관계에 대해서는 Vc(Q'/D, Ic, T) 혹은 잔존용량(Q') 및 실제 방전중의 잔존용량의 감소에 대한 방전시의 전지전압(Vd)의 관계에 대해서는 Vd(Q'/D, Id, T)로부터, 전기보유용량의 감소계수(D)를 계산할 수 있다.

이와 같이 해서, 재충전가능한 전지의 실제 잔존용량(Q')을 얻을 수 있다.

[기기에 사용할 수 있는 사용가능용량과 기기를 동작시킬 수 있는 시간]

재충전가능한 전지에 있어서의 "사용가능용량"이란 용어는, 아직까지 기기를 동작시킬 수 있는 현재 남아 있는 전기량과 동등하다.

전원으로서 재충전가능한 전지를 사용하는 기기에 있어서, 기기를 동작시킬 수 있는 최소전압은, 내포된 기기의 종류나 규모에 의존해서 결정한다. 주어진 기기에 사용되는 재충전가능한 전지의 전압이 기기의 동작에 필요한 최소동작전압보다도 낮게 될 경우에, 방전될 수 있는 소정의 전기량이 재충전가능한 전지에 남아 있을 때라도, 재충전가능한 전지를 사용할 수 없게 된다. 여기서, 재충전가능한 전지에 있어서의 현재 남아 있는 전기량을 "사용가능용량"이라 칭한다.

사용가능용량에 대해서 이하 상세히 설명한다. 기기를 작동시키기 전의 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유전기량)이 제 1잔존용량(Q_a)으로 되고, 재충전가능한 전지의 전압이 기기의 최소동작전압에 이른 때의 재충전가능한 전지의 다른 잔존용량(또다른 현재 보유전기량)이 제 2잔존용량(Q_min)으로 되는 경우, 제 2잔존용량(b)을 제 1잔존용량(Q_a)으로부터 감산한 경우 생기는 차에 상당하는 전기량이 사용가능용량에 상당한다.

도 23은 정상의 재충전가능한 전지의 그래프로, [공칭용량 또는 전기보유용량(C)으로부터] 잔존용량(%)에 대한 방전시의 전지전압과 개로전압의 관계를 표시한 것이며, 재충전가능한 전지를 사용할 때의 잔존용량이 Q로 되고, 재충전가능한 전지의 전지전압이 기기의 최소동작전압(Vmin)에 도달한 때의 다른 잔존용량이 Q으로 될 경우, 현재 남아 있는 전기량, 즉, 사용가능용량은 [Q-Qmin]이다.

도 24는, 전기보유용량이 C로부터 C'(C' = D×C)로 감소된 재충전가능한 전지(i)와 정상의 재충전가능한 전지(ii)의 그래프로, 2개의 각 재충전가능한 전지에 대해서 잔존용량(%)에 대한 방전중의 전지전압의 관계를 표시한 것이다. 이제, 전지온도가 T이고, 방전전류가 Id이고, 전지전압이 Vd인 용량이 감소된 재충전가능한 전지의 잔존용량을 Q'라 할 때, Vd에서의 정상의 재충전가능한 전지(ii)의 잔존용량(Q)은 Q = Q'/D(식중, D는 전지보유용량의 감소계수임)로 된다. 그리고, 용량이 감소된 재충전가능한 전지의 전지전압이 기기의 최소동작전압(Vmin)에 도달한경우 해당 전지의 잔존용량이 Q'min일 때, Vmin에서의 정상의 재충전가능한 전지(ii)의 잔존용량은 Qmin = Q'min/D(식중, D는 전지보유용량의 감소계수임)로 된다. 따라서, 방전시의 전지전압의 각각의 관계식 Vd = Vd(Q'/D, Id, T) 및 Vmin = Vd(Q'min/D, Id, T)으로부터, 용량이 감소된 재충전가능한 전지(i)에 대한 Vd에서의 잔존용량 Q'와 Vmin에서의 잔존용량 Q'min을 계산할 수 있고, 이 때의 재충전가능한 전지(i)의 사용가능용량은 [Q'-Q'min]으로 된다.

기기가 동작될 수 있는 기간은, 재충전가능한 전지의 전지전압이 기기의 소비전력에 의해 기기의 최소동작전압에 이를 때까지 상기 사용가능용량을 기기의 소비전류로 나누거나 혹은 공급된 에너지량을 재충전가능한 전지의 사용가능용량으로 나누어서 얻어진 시간으로 표현될 수 있다.

[각종 사용상황에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출]

동작정지상태(혹은 중지상태)에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출:

(재충전가능한 전지에 있어서의 단락의 유무의 판정)

중지상태에 있어서의 주어진 재충전가능한 전지의 시간경과에 따른 개로전압의 변화를 측정한다.

Voc의 감소율이 소정의 값(v₀)보다 클 경우, 즉, -dVoc/dt > v₀> 0인 경우, 재충전가능한 전지가 단락되어 있지 않은 것으로 판정한다.

도 2는 검사대상 재충전가능한 전지의 단락의 유무를 판정하는 절차를 설명하는 순서도이다.

중지단계로부터 방전단계까지의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출

주어진 검사대상 재충전가능한 전지가 충전 혹은 방전되지 않고 정지상태에 있을 경우, 전지의 개로전압(Voc)의 시간경과에 따른 변화를 측정한다. 그 후, 전지는 개로전압(Voc)으로부터 전류치 I₁× 시간 t₁의 전기량(q₁)으로 방전되고, 방전동작이 종료될 때까지의 시간동안의 전지전압(V)과, 방전동작의 종료후의 개로전압(Voc₁)을 측정함으로써, 전지가 정상인 지 또는 열화되었는 지의 여부의 판정을 행한다.

도 25(1)은 상기 동작에 있어서의 전지전압의 시간경과에 따른 변화와 전류의 시간경과에 따른 변화를 표시한 그래프이다.

상기 동작에 있어서의 방전전류는 직사각의 파형전류 혹은 펄스전류로 이루어진 것이 바람직하다.

도 3은, 전지가 중지한 상태로부터 주어진 검사대상 재충전가능한 전지에 대해 방전동작을 행하고, 내부저항이 증가되었는 지 혹은 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 판정을 행하는 절차를 설명하는 순서도이다.

도 3의 순서도에 있어서의 케이스 1(S310)에 있어서는, 전기보유용량이 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 전기보유용량보다도 크므로, 내포된 재충전가능한 전지도 정상인 것으로 여겨진다. 또한, 도 3의 순서도에 있어서의 케이스 2(S316)에 있어서는, 내부저항이 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 내부저항보다도 작지만 단락되어 있지 않으므로, 내포된 재충전가능한 전지 역시 정상인 것으로 여겨진다.

이제, 내부저항이 증가된 것으로 판정된 후의 내부저항의 계산 및 전기보유용량이 감소된 것으로 판정된 후의 내부저항의 계산은 각각 도 4 및 도 5에 표시되어 있고, 이것에 대해서는 후술한다.

1. 단락의 존재의 판정:

이미 설명한 바와 같이, 검사대상 재충전가능한 전지의 개로전압(Voc)의 감소율이 소정치(v₀)보다도 큰 경우, 즉, -dVoc/dt > v₀> 0인 경우, 상기 재충전가능한 전지는 단락되어 있는 것으로 판정한다.

2. 재충전가능한 전지가 정상인지 혹은 그 내부저항이 증가되었는 지의 여부의 판정:

상기 판정 1에 있어서 개로전압(Voc)의 감소율이 상기 소정치(v₀)보다도 작은 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서, 이하의 방법에 있어서 해당 전지가 정상인 지, 혹은 그 내부저항이 증가되었는 지의 여부의 판정을 행한다.

재충전가능한 전지가 전기보유용량이 감소되지 않은 경우, 도 18(1)의 그래프를 참조하면 알 수 있듯이, 잔존용량과 개로전압이 1:1의 대응관계를 지니고, 해당 개로전압과 잔존용량의 한쪽이 확인된 경우, 다른 쪽을 용이하게 확인할 수 있다.

도 25(1)에 표시한 그래프를 참조해서, 중지상태에 있는 재충전가능한 전지에 대해서, 개로전압(Voc₀)을 측정한다. 그 후, 해당 재충전가능한 전지로부터, 전류I₁× 시간 t₁의 전기량 q₁을 방전시키고, 방전중인 전지의 전지전압(V)과 방전종료후의 전지의 개로전압(Voc₁)을 측정한다. 이 때, 재충전가능한 전지가 전기보유용량이 감소되지 않은 경우, 개로전압이 Voc₀일 때의 잔존용량(Q)은 Q₀= Q(Voc₀)으로 되고, 전기량 q₁의 방전후의 잔존용량은 Q₀-q₁, 개로전압은 Voc(Q₀-q₁)로 될 필요가 있다. 여기서, 잔존용량(Q)는 개로전압(Voc)의 함수식, 즉, Q = Q(Voc)로 표현되고, 개로전압(Voc)은 잔존용량(Q)의 함수식, 즉, Voc = Voc(Q)로 표현된다.

개로전압 Voc(Q₀-q₁)과 측정치 Voc₁과의 차가 f₀≤ [Voc(Q₀-q₁) - Voc₁] ≤ f₁(f₀< 0 <f₁)이고, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지제품의 특징의 편차범위에 해당되면, 검사대상 재충전가능한 전지는 정상의 재충전가능한 전지와 거의 동일한 것으로 간주될 수 있다. 이와 같이 해서, 재충전가능한 전지는 전기보유용량의 감소가 없는 것으로 판정될 수 있다.

이와 별도로, 전지의 방전조작이 개시된 경우의 초기단계에서의 재충전가능한 전지의 전지전압의 과도특성은 다음의 방정식:

V = V₁+ (Voc₀-V₁) × e^-t/τ(식중, V는 전지전압, t는 방전시간, V₁은 방전시간을 무한대로 외삽한 때의 전지의 전지전압, τ는 전지의 내부저항 등에 의해 결정된 시정수임)로 표현될 수 있다. 또한, 측정된 방전시간에 대한 전지전압 V에 따라, 그리고, 상기 방정식에 따라, 방전이 개로전압 Voc₀로부터 방전전류 I₁에서 개시된 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₁을 계산한다.

도 25(2)는 전지전압 V₁과 그 과도특성간의 상관을 설명하는 그래프이다.

이제, 재충전가능한 전지의 내부저항이 R₁로 되면, R₁은 방정식 V₁= Vco₀- I₁×R₁및 방정식 R₁= (Voc₀-V₁)/I₁로부터 얻을 수 있다. 이 재충전가능한 전지의 내부저항 R₁을, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 [방전시의] 내부저항(Rd) 대 미리 획득한 개로전압(Voc₀)[또는 잔존용량(Q₀)], 방전전류(I₁) 및 전지온도(T)의 관계식 Rd(Voc₀, I₁, T)[또는 Rd(Q₀, I₁, T)]과 비교한다.

상기 비교에 있어서,

(i) 재충전가능한 전지(검사대상)의 내부저항 R₁이 대략 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항 Rd(Voc₀, I₁, T) 또는 Rd(Q₀, I₁, T)이면, 즉, 재충전가능한 전지의 내부저항 R₁이 대응하는 재충전가능한 전지제품에 대해서 r₁≤ [R₁-Rd(Q₀, I₁, T)] ≤ r₂(r₁< 0 <r₂)의 편차범위내로 되면, 해당 재충전가능한 전지는 정상인 것으로 판정한다.

(ii) 재충전가능한 전지(검사대상)의 내부저항 R₁이 [R₁-Rd(Q₀, I₁, T)] > r₂(0 <r₂)의 편차범위내로 되면, 재충전가능한 전지는 내부저항이 증가된 것으로 판정한다.

3. 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 판정:

상기 판정 1에 있어서 개로전압(Voc)의 감소율이 상기 소정치(v₀)보다도 작은 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서, 이하의 방법으로 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 판정을 행한다.

도 25(1)에 표시한 그래프를 참조해서, 중지상태의 재충전가능한 전지에 대해서, 개로전압(Voc₀)을 측정한다. 그 후, 재충전가능한 전지로부터, 전류 I₁× 시간 t₁의 전기량 q₁을 방전하고, 방전중의 전지의 전지전압(V)과 방전종료후의 전지의 개로전압(Voc₁)을 측정한다. 이 때, 재충전가능한 전지가 전기보유용량이 감소되지 않은 것일 경우, 개로전압이 Voc₀일 때의 잔존용량(Q)은 Q₀= Q(Voc₀)으로 되고, 전기량 q₁의 방전후의 잔존용량은 Q₀-q₁, 개로전압은 Voc(Q₀- q₁)로 될 필요가 있다.

개로전압 Voc(Q₀-q₁)과 측정치 Voc₁과의 차가 [Voc(Q₀-q₁) - Voc₁] > f₁(0 < f₁)이면, 검사대상 재충전가능한 전지는 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

[내부저항의 증가의 계산]

재충전가능한 전지의 내부저항이 증가되었는 지의 여부의 상기 판정 2에 있어서, 내부저항이 증가된 것으로 판정되면, 증가된 내부저항은 이하의 방법으로 계산할 수 있다.

내부저항이 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항 R = Rd(Q, Id, T)로부터 R' = a × Rd(Q, Id, T) + b(식중, a 및 b는 상수, Q는 잔존용량, Id는 방전율(방전전류), T는 전지온도임)로 증가한 것으로 가정하면, 증가된 내부저항의 값은 이하의 방법으로 계산할 수 있다.

도 4는 도 3의 B[S318(증가된 내부저항)] 다음에 오는 순서도이다. 특히, 도 4는 재충전가능한 전지의 내부저항의 증가를 계산하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 것이다.

특히, 내부저항을 조사하고 하는 재충전가능한 전지를 적어도 2회 중지상태로부터 방전을 행한다. 즉, 개로전압이 Voc₀인 재충전가능한 전지로부터, 전류 I₁× 시간 t₁의 전기량 q₁을 방전하고, 그 후, 개로전압이 Voc₁인 재충전가능한 전지로부터, 전류 I₂× 시간 t₂의 전기량 q₂를 방전하고, 방전작업이 종료될 때까지의 시간동안, 전지전압(V)을 측정하고, 방전종료후의 전지의 개로전압(Voc₂)을 측정한다.

방전작업의 개시의 초기단계에서의 전지전압의 과도 특성은, 방정식 V = V₁+ (Voc₀-V₁) × e^-t/τ(식중, V는 방전전압, t는 방전시간, V₁은 방전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압, τ는 시정수임)로 표현될 수 있는 것으로 가정하자.

그리고, 측정된 방전시간에 대한 전지전압 V에 따라서 그리고 상기 방정식에따라서, 방전작업이 개로전압 Voc₀로부터 방전전류 I₁에서 개시될 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₁을 계산한다.

이 때의 재충전가능한 전지의 내부저항 R₁은 방정식 V₁=Voc₀- I₁× R₁또는 R₁= (Voc₀-V₁)/I₁로부터 계산한다.

마찬가지로, 방정식 V = V₂+ (Voc₁-V₂) × e^-t/τ(식중, V는 방전전압, t는 방전시간, V₂는 방전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압, τ는 시정수임)에 따라, 방전작업이 개로전압 Voc₁로부터 방전전류 I₂에서 개시될 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₂를 계산한다.

이 때의 재충전가능한 전지의 내부저항 R₂는 방정식 V₂= Voc₁-I₂× R₂또는 R₂= (Voc₁-V₂)/I₂로부터 계산된다.

다음에, 방정식 R₁-[a × Rd(Q₀, I₁, T) + b] = 0(Q₀는 개로전압이 Voc₀인 경우 잔존용임)과 방정식 R₂-[a × Rd(Q₀-q₁, I₂, T) + b] = 0(Q₁=Q₀-q₁, 개로전압이 Voc₁인 경우의 잔존용량임) 또는 Q₁=Q(Voc₁)인 경우 R₂= [a × Rd(Q₁, I₂, T) + b] = 0에 따라, 상수 a, 상수 b 및 잔존용량 Q₀을 계산한다.

이와 같이 해서, 증가된 내부저항 Rd' = a × Rd(Q, Id, T) + b를 계산할 수 있다.

이 증가된 내부저항의 계산에 있어서, 방전전류가 변화할 때의 전지전압을 평가하기 위해, 시정수 τ로 표시되는 상기 방정식을 사용하나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 근사화가 가능한 다른 적절한 방정식을 사용하는 것도 가능하다.

[전기보유용량의 감소의 계산]

재충전가능한 전지의 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 상기 판정 3에 있어서, 전기보유용량이 감소된 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서, 감소된 전기보유용량이 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 전기보유용량의 D배(D는 0 < D < 1의 상수임)인 것으로 가정하면, 감소된 재충전가능한 전지의 값은, 도 3의 C[S319(전기보유용량이 감소됨)]의 뒤에 오는 도 5에 표시한 방식에 따라 얻을 수 있다. 도 5는 재충전가능한 전지의 전기보유용량의 감소를 계산하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 것이다. 도 5에 있어서의 케이스 2(S334)의 경우, 내부저항이 단락이 없는 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 내부저항보다도 적은 재충전가능한 전지에 대해서, 전기보유용량이 감소되었고 내부저항은 증가되지 않은 것으로 판정한다.

이하, 감소된 전기보유용량의 값을 후술하는 바와 같이 평가할 수 있다.

도 25(1)에 있어서, 개로전압이 Voc₀이고 정지상태인 재충전가능한 전지로부터, 전기량 q₁이 전류 I₁에서 방전되고, 전지의 개로전압이 Voc₁로 될 경우, 개로전압이 Voc₀인 때의 잔존용량은 전지가 정상이면 Q₀이다. 그러나, 검사대상 재충전가능한 전지는 전기보유용량이 상기한 바와 같이 D배 감소되었으므로, 개로전압이Voc₀인 경우의 잔존용량은 Q₀'로 된다.

정상의 재충전가능한 전지의 개로전압(Voc)과 정상의 재충전가능한 전지의 잔존용량(Q)과의 관계인 Voc(Q) 및 Q(Voc)로부터, 전기보유량이 D배 감소된 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지의 잔존용량을 1/D배 하면, 재충전가능한 전지는, 정상의 재충전가능한 전지에 대응하는 것으로 간주할 수 있다. 이 상태는 다음과 같이 표현할 수 있다. 즉,

*Voc₀= Voc(Q₀) = Voc(Q₀'/D)

Q₀= Q₀'/D = Q(Voc₀)

또, 전기량 q₁의 방전조작후 전기보유용량이 감소된 재충전가능한 전지의 잔존용량이 Q₁'로 되면, 이하의 관계가 성립된다. 즉,

Q₁' = Q₀' - q₁

Voc₁= Voc[(Q₁'-q₁)/D]

Q₀'/D - q₁/D = Q(Voc₁)

Q(Voc₀) - q₁/D = Q(Voc₁)

q₁/D = Q(Voc₀) - Q(Voc₁)

D = q₁/[Q(Voc₀) - Q(Voc₁)]

이것으로부터, 감소된 전기보유용량의 감소상수 D를 산정할 수 있다. 이 때의 잔존용량은 D × Q(Voc₁)로 된다.

이와 별도로, 상기 판정 2에 있어서와 마찬가지 방법으로 얻어진 내부저항 R₁이 r₁≤ [R₁- Rd(Q₀'/D, I₁, T)] ≤ r₂(r₁< 0 <r₂)의 편차범위내로 되면, 검사대상 재충전가능한 전지는, 내부저항은 증가되지 않고 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

그 밖에, 상기 판정 2에 있어서와 마찬가지 방법으로 얻어진 내부저항 R₁이 [R₁- Rd(Q₀, I₁, T)] > r₂(0 <r₂)의 편차범위내로 되면, 검사대상 재충전가능한 전지는 내부저항이 증가되고 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

특히, 전기보유용량을 검사하고자 하는 재충전가능한 전지에 대해서는 그의 중지상태로부터 적어도 2회 방전을 행한다. 즉, 도 25(1)에 표시한 그래프를 참조해서, 개로전압이 Voc₀이고, 전류 I₁× 시간 t₁의 전기량 q₁을 방전하고, 그 후, 개로전압이 Voc₁인 재충전가능한 전지로부터, 전류 I₂× 시간 t₂의 전기량 q₂를 방전하고, 방전작업이 종료될 때까지의 시간동안, 전지전압(V)을 측정하고, 방전종료후의 전지의 개로전압(Voc₂)을 측정한다.

방전작업의 개시의 초기단계에서의 전지전압의 과도 특성은, 방정식 V = V₁+ (Voc₀-V₁) × e^-t/τ(식중, V는 방전전압, t는 방전시간, V₁은 방전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압, τ는 시정수임)로 표현될 수 있는 것으로 가정하자.

그리고, 측정된 방전시간에 대한 전지전압 V에 따라서 그리고 상기 방정식에 따라서, 방전작업이 개로전압 Voc₀로부터 방전전류 I₁에서 개시될 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₁을 계산한다.

이 때의 재충전가능한 전지의 내부저항 R₁은 방정식 V₁=Voc₀- I₁× R₁또는 R₁= (Voc₀-V₁)/I₁로부터 계산한다.

마찬가지로, 방정식 V = V₂+ (Voc₁-V₂) × e^-t/τ(식중, V는 방전전압, t는 방전시간, V₂는 방전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압, τ는 시정수임)에 따라, 방전작업이 개로전압 Voc₁로부터 방전전류 I₂에서 개시될 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₂를 계산한다.

이 때의 재충전가능한 전지의 내부저항 R₂는 방정식 V₂= Voc₁-I₂× R₂또는 R₂= (Voc₁-V₂)/I₂로부터 계산된다.

재충전가능한 전지의 내부저항이 Rd(Q₀, Id, T)로부터 a × Rd(Q₀, Id, T) + b(여기서, a 및 b는 각각 상수임)까지 증가한 것으로 가정한다. 그리고, 방정식 R₁-[a × Rd(Q₀, I₁, T) + b] = 0과 방정식 R₂-[a × Rd(Q₁, I₂, T) + b] = R₂-[a × Rd(Q₀-q₁/D, I₂, T) + b] = 0(여기서, Q₀= Q₀'/D, Q₁= Q₁'/D이고, Q₀'는 개로전압이Voc₀인 경우의 잔존용량이고, Q₁'는 개로전압이 Voc₀인 경우의 잔존용량임)에 따라, 상수 a, 상수 b, D 및 Q₀'를 계산한다.

이와 같이 해서, 전기보유용량이 감소되고 내부저항이 증가된 재충전가능한 전지에 대해서, 내부저항 Rd' = a × Rd(Q'/D, Id, T) + b(식중, Q'는 전기보유용량이 감소된 경우의 참잔존용량임)를 얻을 수 있다.

중지단계로부터 충전단계까지의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출

주어진 검사대상 재충전가능한 전지가 충전 혹은 방전없이 중지상태에 있는 경우, 전지의 개로전압(Voc)의 시간경과에 따른 변화를 측정한다. 그 후, 전지의 충전작업(펄스충전작업)을 전류치 Ic₁에서 개시하고, 전지전압(Vc)을 측정한다. 그리고, 전류치 Ic₁× 시간 t₁× 충방전효율 Eff의 전기량 q₁을 충전하여 전지전압이 Vc로 된 경우, 충전작업을 종료하고, 개로전압(Voc)의 시간경과에 따른 변화를 측정하고, 소정치로 설정된 개로전압을 Voc₁로 한다. 이와 같이 해서, 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출한다.

도 26(1)은 상기 조작에 있어서의 전지전압의 시간경과에 따른 변화와 충전전류이 시간경과에 따른 변화를 표시한 것이다.

충전조작의 종료후의 개로전압 Voc₁은, 소정시간 경과후 개로전압 Voc을 측정하거나, 개로전압의 과도특성을 표시하는 적절한 방정식을 이용함으로써 얻을 수 있다.

도 6은 재충전가능한 전지가 정지상태(중지상태)인 경우로부터 재충전가능한 전지에 대해서 충전조작을 행하고, 재충전가능한 전지가 정상인 지의 여부, 내부저항이 증가되었는 지의 여부 혹은 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 판정을 행하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 것이다.

이제, 내부저항이 증가된 것으로 판정된 후의 내부저항의 계산과, 전기보유용량이 검소된 것으로 판정된 후의 내부저항의 계산은 각각 후술하는 도 7 및 도 8에 표시되어 있다.

이 실시형태예에 있어서는, 정지상태로부터 충전조작을 행함으로써 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 방법에 대해서 설명하나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출도, 충전작업을 그의 충전상태로부터 재충전가능한 전지에 대해서 펄스형상으로 행하는 방법에 의해 행할 수 있다.

1. 단락의 존재의 판정:

검사대상 재충전가능한 전지가 이하의 (i) 내지 (iii)의 어느 하나의 경우에 해당될 때, 재충전가능한 전지는 단락된 것으로 판정한다.

(i) 대응하는 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 잔존용량(Q)과 개로전압(Voc)간의 관계 Voc(Q)로부터, 개로전압이 Voc₀인 경우의 재충전가능한 전지(B_n)의 잔존용량 Q₀과, 개로전압 Voc(Q₀+q₁)과 충전조작후의 개로전압 Voc₁과의 차가 [Voc(Q₀+ q₁) -Voc₁] > g₁(g₁> 0)인 경우.

(ii) 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 잔존용량(Q)과, 충전전류(Ic)와, 전지온도(T)와, 전지전압(Vc)와의 관계 Vc(Q, Ic, T)로부터, [Vc(Q₀+ q₁, Ic, T) - Vc₁] > j₁(j₁> 0)인 경우.

(iii) 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 개로전압(Voc)과, 충전전류(Ic)와, 전지온도(T)와, 내부저항(Rc)과의 관계 Rc(Voc, Ic, T)로부터, [Rc₁-Rc(Voc₁, Ic, T)] < z₁(z₁< 0)인 경우(Rc₁은 전지저압이 Vc₁인 때의 내부저항임).

2. 검사대상 재충전가능한 전지가 정상인 지, 내부저항이 증가되었는 지, 또는 전기보유용량이 감소되었는 지의 여부의 판정:

대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 잔존용량(Q)과 개로전압(Voc)간의 관계 Voc(Q)로부터, 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서, 개로전압이 Voc₀인 경우의 잔존용량 Q₀이 얻어진다. Voc₁로부터 얻어진 개로전압 Voc(Q₀+q₁)과 충전조작후의 개로전압 Voc₁과의 차가 g₀≤ [Voc(Q₀+ q₁) - Voc₁] ≤ g₁(g₀< 0 <g₁)이면, 재충전가능한 전지가 전기보유용량의 감소가 없는 것으로 판정한다.

이와 별도로, 재충전가능한 전지의 충전작업을 개시할 때의 초기단계에서의 재충전가능한 전지의 전지전압(Vc)의 과도 특성은 이하의 방정식:

Vc = V₁- (V₁-Voc₀) × e^-t/τ(식중, t는 충전시간, V₁은 방전시간을 무한대로 외삽한 때의 전지의 전지전압, τ는 전지의 내부저항 등에 의해 결정된 시정수임)로 표현될 수 있다. 또한, 측정된 충전시간 t에 대한 전지전압 Vc에 따라, 그리고, 상기 방정식에 따라, 충전이 개로전압 Voc₀로부터 방전전류 Ic₁에서 개시된 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₁을 계산한다.

도 26(2)는 전지전압 V₁과 그 과도특성간의 상관을 설명하는 그래프이다.

이제, 재충전가능한 전지의 내부저항이 Rc₁로 되면, Rc₁은 방정식 V₁= Vco₀+ Ic₁×Rc₁및 방정식 Rc₁= (V₁-Voc₀)/Ic₁로부터 얻을 수 있다. 이 재충전가능한 전지의 내부저항 Rc₁을, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 [충전시의] 내부저항(Rc) 대 미리 획득한 개로전압(Voc₀)[또는 잔존용량(Q₀)], 방전전류(Ic₁) 및 전지온도(T)의 관계식 Rc(Voc₀, Ic₁, T) 또는 Rc(Q₀, Ic₁, T)와 비교한다.

상기 비교에 있어서,

(i) 재충전가능한 전지의 내부저항 Rc₁이 정상의 재충전가능한 전지에 대해서 z₁≤ [Rc₁-Rc(Q₀, Ic₁, T)] ≤ z₂(z₁< 0 <z₂)의 편차범위 혹은 j₁≤ [Vc₁-Vc(Q₀+ q₁, Ic₁, T)] ≤ j₂(j₁< 0 <j₂)의 편차범위내로 되면, 재충전가능한 전지는 정상인 것으로 판정한다.

상기 부등식으로 표현되는 편차범위는, 정상의 재충전가능한 전지제품에 대한 내부저항 및 전지전압을 포함하는 특성의 허용범위이다.

(ii) 재충전가능한 전지(검사대상)의 내부저항 Rc₁이 [Rc₁-Rc(Q₀, Ic₁, T)] > z₂(0 <z₂)의 편차범위 혹은 j₂< [Vc₁-Vc(Q₀+ q₁, Ic, T)](0 <j₂)의 편차범위내로 되면, 재충전가능한 전지는 내부저항이 증가된 것으로 판정한다.

(iii) 이와 별도로, [Voc(Q₀+ q1) - Voc₁] < g₀(g₀< 0)이면, 재충전가능한 전지는 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

[내부저항의 증가의 계산]

상기 판정 2에 있어서, 재충전가능한 전지가 내부저항이 증가된 것으로 판정되면, 증가된 내부저항은, 도 6의 F[S417(내부저항이 증가됨)]의 뒤에 오는 도 7에 표시한 방식에 따라 얻을 수 있다. 도 7은 재충전가능한 전지의 내부저항의 증가를 계산하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 것이다.

특히, 내부저항을 검사하고자 하는 재충전가능한 전지에 대해서는 그의 중지상태로부터 적어도 2회 충전을 행한다. 즉, 개로전압이 Voc₀이고, 전류 I₁× 시간 t₁의 전기량 q₁을 충전하고, 그 후, 개로전압이 Voc₁인 재충전가능한 전지에 대해서, 전류 Ic₂× 시간 t₂의 전기량 q₂를 충전하고, 충전작업이 종료될 때까지의 시간동안, 전지전압(Vc)을 측정하고, 충전종료후의 전지의 개로전압(Voc₂)을 측정한다. 그리고, 증가된 내부저항 R = a × Rc(Q, Ic, T) + b는 이하의 방법으로 계산할 수 있다.

충전작업의 개시의 초기단계에서의 전지전압의 과도 특성은, 방정식 Vc = V₁- (V₁- Voc₀) × e^-t/τ(식중, t는 충전시간, V₁은 충전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압, τ는 전지의 내부저항에 의해 결정된 시정수임)로 표현될 수 있는 것으로 가정하자.

제 1충전작업에 있어서는, 상기 방정식에 따라서, 충전작업이 개로전압 Voc₀로부터 충전전류 Ic₁에서 개시될 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₁을 계산한다.

이 때의 재충전가능한 전지의 내부저항 Rc₁은 방정식 V₁=Voc₀+ Ic₁× Rc₁또는 Rc₁= (V₁- Voc₀)/Ic₁로부터 계산한다.

마찬가지로, 제 2충전작업에 있어서는, 방정식 Vc = V₂- (V₂- Voc₀) × e^-t/τ(식중, t는 충전시간, V₂는 충전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압(Vc), τ는 전지의 내부저항 등에 의해 결정된 시정수임)에 따라, 충전작업이 개로전압 Voc₁로부터 충전전류 Ic₂에서 개시될 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₂를 계산한다.

이 때의 재충전가능한 전지의 내부저항 Rc₂는 방정식 V₂= Voc₁+ Ic₂× Rc₂또는 Rc₂= (V₂- Voc₁)/Ic₂로부터 계산된다.

재충전가능한 전지의 내부저항이 Rc(Q, Ic, T)로부터 a × Rc(Q, Ic, T) + b(여기서, a 및 b는 각각 상수임)까지 증가한 것으로 가정하면, 상기 관계는 하기와 같이 표현될 수 있다. 즉,

Rc₁-[a × Rc(Q₀, Ic₁, T) + b] = 0 및

Rc₂-[a × Rc(Q₀+ q₁, Ic₂, T) + b] = 0,

또는

Q₁= Q(Voc₁) 및 Rc₂-[a × Rc(Q₁, Ic₂, T) + b] = 0(여기서, Q₀는 개로전압이 Voc₀인 경우의 잔존용량이고, Q₁은 개로전압이 Voc₁인 경우의 잔존용량임).

이들 방정식을 푸는 것에 의해, 상수 a 및 상수 b를 계산할 수 있고, 증가된 내부저항 Rc' = a × Rc(Q, Ic, T) + b를 계산할 수 있다.

이러한 증가된 내부저항의 계산에 있어서, 충전전류가 변경된 경우의 전지전압을 얻기 위해서, 상기 방정식은, 시정수 τ를 이용해서 표현되나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또, 근사화할 수 있는 기타 적절한 방정식을 이용하는 것도 가능하다.

[전기보유용량의 감소의 계산]

상기 판정 2에 있어서 전기보유용량이 감소된 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서는, 감소된 전기보유용량이 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 전기보유용량의 D배(D는 0 < D < 1의 상수임)인 것으로 가정하면, 감소된 재충전가능한 전지의 값은, 도 6에 있어서의 G[S418(전기보유용량이 감소됨)]의 뒤에 오는 도 8에 표시한 방식에 따라 얻을 수 있다. 도 8은 재충전가능한 전지의 전기보유용량의 감소를 계산하는 공정의 순서도의 일례를 표시한 것이다. 도 8에 있어서의 케이스 2(S434)의 경우, 내부저항이 단락이 없는 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 내부저항보다도 작은 재충전가능한 전지에 대해서, 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

도 26(1)에 있어서, 개로전압이 Voc₀이고 중지상태인 재충전가능한 전지에 대해서, 전기량 q₁이 전류 Ic₁에서 충전되고, 전지의 개로전압이 Voc₁로 될 경우, 개로전압이 Voc₀인 때의 잔존용량은 전지가 정상이면 Q₀이다. 그러나, 검사대상 재충전가능한 전지는 전기보유용량이 상기한 바와 같이 D배 감소되었으므로, 개로전압이 Voc₀인 경우의 잔존용량은 Q₀'로 된다.

정상의 재충전가능한 전지의 개로전압(Voc)과 잔존용량(Q)과의 관계인 Voc(Q) 및 Q(Voc)로부터, 전기보유량이 D배 감소된 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지의 잔존용량을 1/D배 하면, 재충전가능한 전지는, 정상의 재충전가능한 전지에 대응하는 것으로 간주할 수 있다. 이 상태는 다음과 같이 표현할 수 있다. 즉,

Voc₀= Voc(Q₀) = Voc(Q₀'/D)

Q₀= Q₀'/D = Q(Voc₀)

또, 전기량 q₁의 충전조작후 전기보유용량이 감소된 재충전가능한 전지의 잔존용량이 Q₁'로 되면, 이하의 관계가 성립된다. 즉,

Q₁' = Q₀' + q₁

Voc₁= Voc[(Q₀' + q₁)/D]

Q₀'/D + q₁/D = Q(Voc₁)

Q(Voc₀) + q₁/D = Q(Voc₁)

q₁/D = Q(Voc₁) - Q(Voc₀)

D = q₁/[Q(Voc₁) - Q(Voc₀)]

이것으로부터, 감소된 전기보유용량의 감소상수 D를 계산할 수 있다. 이 때의 잔존용량은 D × Q(Voc₁)로 된다.

특히, 전기보유용량을 검사하고자 하는 재충전가능한 전지에 대해서는 그의 중지상태로부터 적어도 2회 방전을 행한다. 즉, 제 1충전작업에 있어서 개로전압이 Voc₀이고, 전류 Ic₁× 시간 t₁의 전기량 q₁을 펄스충전하고[도 26(1) 참조], 이 제 1충전작업종료후, 제 1충전작업종료후의 개로전압이 Voc₁인 재충전가능한 전지에 대해서, 제 2충전작업에 있어서 전류 Ic₂× 시간 t₂의 전기량 q₂를 방전하고[도 26(2) 참조, 여기서, 전류 Ic₂와 충전시간 t에 관한 충전전기량 q₂는 표시되어 있지 않음], 충전작업이 종료될 때까지의 시간동안, 전지전압(Vc)을 측정하고, 제 2충전작업종료후의 개로전압(Voc₂)을 측정한다.

제 2충전작업에 있어서의 전지전압(Vc)의 과도 특성은, 방정식 Vc = V₂-(V₂- Voc₁) × e^-t/τ(식중, t는 충전시간, V₂는 충전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압(Vc), τ는 내부저항 등에 의해 결정된 시정수임)로 표현될 수 있는 것으로 가정하자.

그리고, 상기 방정식에 따라서, 충전작업이 개로전압 Voc₁로부터 충전전류 Ic₂에서 개시될 경우의 시정수 τ와 전지전압 V₂를 계산한다.

이 때의 재충전가능한 전지의 내부저항 Rc₂는 방정식 V₂= Voc₁+ Ic₂× Rc₂또는 Rc₂= (V₂- Voc₀₁)/Ic₁로부터 계산될 수 있다.

재충전가능한 전지의 내부저항이 Rc(Q×D, Ic, T)로부터 a × Rc(Q×D, Ic, T) + b(여기서, a 및 b는 각각 상수임)까지 증가한 것으로 가정하면, 상기 관계는 하기와 같이 표현될 수 있다. 즉,

Rc₁-[a × Rc(Q₀'/D, Ic₁, T) + b] = 0 및

Rc₂-[a × Rc(Q₀'/D + q₁/D, Ic₂, T) + b] = 0,

또는

Q₁= Q'/D = Q(Voc₁) 및 Rc₂-[a × Rc(Q₁'/D, Ic₂, T) + b] = 0

이들 방정식을 푸는 것에 의해, 상수 a 및 상수 b를 계산할 수 있고, 전기보유저항이 감소된 재충전가능한 전지의 증가된 내부저항 Rc' = a × Rc(Q'/D, Ic, T) + b를 계산할 수 있다.

[충전작업종료후의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출]

검사대상 재충전가능한 전지에 대한 충전작업을 전지전압 Vc_E에서 종료한 후, 전지전압의 시간경과에 따른 변화를 측정하고 개로전압(Voc)을 산정함으로써 전지의 내부상태가 검출된다.

도 27은, 정전류충전시의 재충전가능한 전지의 전지전압과 충전작업이 종료된 후의 전지의 시간경과에 따른 개로전압의 변화와의 관계의 일례의 그래프이다.

상기 개로전압(Voc)의 산정은 다음과 같이 행한다. 개로전압(충전작업이 종료된 시간으로부터 소정 시간 경과후)을 개로전압 Voc_E로 한다. 또는 충전작업이 종료된 시간으로부터의 시간 t와 그 때의 개로전압을 측정하여, 주어진 값에서 머무는 개로전압을 Voc_E로 한다.

개로전압(Voc)의 과도 특성은, 방정식 Voc = Voc_E+ (Vc_E- Voc_E) × e^-t/τ(식중, t는 충전시간, Voc_E는 충전시간 t가 무한대로 외삽된 경우의 전지전압, τ는 내부저항 등에 의해 결정된 시정수임)로 표현될 수 있는 것으로 가정하자.

상기 방정식에 따라, 복수의 지점에서 측정한 Voc값으로부터 시정수 τ가 얻어지고, 개로전압 Voc_E의 참값이 얻어진다.

[단락의 존재의 판정]

시간의 경과에 따른 개로전압(Voc)의 변화, 즉, 검사대상 재충전가능한 전지의 개로전압(Voc)의 감소율 -dVoc_E/dt이 소정의 값(v₀)보다 클 경우, 즉, -dVoc/dt > v₀> 0인 경우, 재충전가능한 전지는 단락되어 있는 것으로 판정한다.

이와 별도로, 충전작업이 종료한 때에 재충전가능한 전지의 전지전압 Vc_E는, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지보다 작으면(m₀> 0), 즉, Vc_E< m₀이면, 검사대상 재충전가능한 전지는 단락되어 있는 것으로 판정한다.

도 9는 상기 판정절차를 설명하는 순서도의 일례이다.

[정전류-정전압충전작업에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태의 판정]

정전류-정전압충전에 의해, 재충전가능한 전지에 대해서 소정의 정전류값에서 정전류충전작업을 행하고, 전지전압이 소정의 상한전지전압 Vc_L에 이른 경우, 정전류충전작업을 정전압충전작업으로 절환하여, 전지전압이 상기 전지전압 Vc_L과 동일한 값인 Vc_L로 된 재충전가능한 전지에 대해서 정전압충전작업을 행하고, 소정 기간 경과후, 충전작업을 종료한다. 이와 같이 해서 재충전가능한 전지가 충전되면, 재충전가능한 전지의 내부상태를 판정한다.

이 정전류-정전압충전방법에 있어서, 재충전가능한 전지에 대한 충전작업이 그 도중에 중지되는 일 없이 정상적으로 수행되면, 재충전가능한 전지의 현재 보유 전기량(즉, 잔존용량)이 전지보유용량의 거의 100%로 완전충전되게 된다.

이 판정에 있어서, 검사대상 재충전가능한 전지(B_b)는 상기 정전류-정전압충전법에 의해 충전되므로 완전충전후의 그의 설정된 개로전압은 Voc_E로 된다.

재충전가능한 전지(B_b)의 내부상태는, 후술하는 바와 같이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것과의 비교를 통해서 판정한다.

1. 단락의 유무의 판정:

재충전가능한 전지(B_b)가 하기 (i) 내지 (iv)의 어느 하나의 경우에 해당하는 경우, 재충전가능한 전지는 단락되어 있는 것으로 판정한다.

(i) 완전충전된 후의 재충전가능한 전지(B_b)의 시간의 경과에 따른 개로전압의 변화(-dVoc_E/dt)가 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(v₀)보다도 큰 경우, 즉, -dVoc_E/dt > v₀>0인 경우.

(ii) 전체의 충전작업이 종료된 경우의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(m₀)보다도 작은 경우, 즉, Vc_E< m₀(0 <m₀)인 경우.

(iii) 정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(s₀)보다도 작은 경우, 즉, dVc/dt < s₀(0 < s₀)인 경우.

(iv) 충전작업개시이래로 재충전가능한 전지(B_b)의 전지온도의온도증가율(dT/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(u₀)보다도 큰 경우, 즉, dT/dt > u₀(u₀> 0)인 경우.

2. 내부저항의 증가의 판정:

정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc)의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것보다도 크고, 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)보다도 작으면, 즉, 0 < Voc_E< k₀이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 내부저항이 증가된 것으로 판정한다.

3. 전기보유용량의 감소의 판정:

정전류충전동작에 있어서, 재충전가능한 전지(B_b)의 경우에 있어서의 소정의 전지전압으로부터 상한전압(Vc_L)에 이르는 데 소요되는 기간이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 경우에서 보다도 짧거나, 정전류충전작업에 있어서의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(dVc_n/dt)보다도 크고, 즉, dVc/dt > dVc_n/dt > 0이고, 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)보다도 큰 경우, 즉, Voc_E> k₀> 0이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 전기보유용량이 감소된것으로 판정한다.

4. 재충전가능한 전지가 정상인 지의 여부의 판정:

정전류충전동작에 있어서, 재충전가능한 전지(B_b)의 경우에 있어서의 소정의 전지전압으로부터 상한전압(Vc_L)에 이르는 데 소요되는 기간이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 경우에서의 것과 대략 동일하거나, 정전류충전작업에 있어서의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(dVc_n/dt)과 대략 동일하고, 즉, s₀≤ dVc/dt ≤ s₁(0 < s₀<s₁)이고, 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)과 대략 동일하거나 다소 큰 경우, 즉, Voc_E≥ k₀> 0이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 정상인 것으로 판정한다.

도 10은 상기 판정절차의 일례를 표시한 순서도이다.

[전지온도 혹은 전지전압의 변화를 모니터링하면서 정전류충전방법을 이용해서 재충전가능한 전지가 충전된 경우에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태의 판정]

정전류충전법을 이용한 충전방법에 있어서, 재충전가능한 전지의 충전작업은, 시간경과에 따른 전지온도의 변화 및/또는 시간경과에 따른 전지전압의 변화를 검출함으로써, 즉, 충전작업의 최후단계에서의 전지온도의 증가 및/또는 충전작압의 최후단계에서의 전지전압의 감소를 검출함으로써 충전작업을 제어 혹은 종료하도록 행한다. 특히, 충전작업의 최후단계에서 전지온도의 증가 및/또는 전지전압의 감소가 있는 경우, 충전작업을 종료하고, 이 때, 재충전가능한 전지가 전기보유용량의 거의 100%가 완전충전된 것으로 고려한다.

정상의 재충전가능한 전지(B_n) 및 검사대상 재충전가능한 전지(B_b)의 각각에 대해서 상기 충전작업에 의해 충전한다.

그리고, 검사대상 재충전가능한 전지(B_b)의 내부상태는, 후술하는 바와 같이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것과 비교해서 판정한다. 즉,

1. 단락의 유무의 판정:

재충전가능한 전지(B_b)가 하기 (i) 내지 (iv)의 어느 하나의 경우에 해당하는 경우, 재충전가능한 전지는 단락되어 있는 것으로 판정한다.

(i) 완전충전된 후의 재충전가능한 전지(B_b)의 시간의 경과에 따른 개로전압의 변화(-dVoc_E)가 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(v₀)보다도 큰 경우, 즉, -dVoc_E/dt > v₀>0인 경우.

(ii) 충전작업개시이래로 재충전가능한 전지(B_b)의 전지온도의 온도증가(dT/dt)가 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(u₀)보다도 큰 경우, 즉, dT/dt > u₀(u₀> 0)인 경우.

(iii) 정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc)의증가(dVc/dt)가 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(s₀)보다도 작은 경우, 즉, dVc/dt < s₀(0 < s₀)인 경우.

2. 내부저항의 증가의 판정:

정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc)의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(s₁)보다도 크고, 즉, dVc/dt > s₁(0 < s₁), 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)보다도 작으면, 즉, 0 < Voc_E≤ k₀이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 내부저항이 증가된 것으로 판정한다.

3. 전기보유용량의 감소의 판정:

정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc)의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(s₁)보다도 크고, 즉, dVc/dt > s₁(0 < s₁), 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)보다도 크면, 즉, Voc_E> k₀> 0이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

4. 재충전가능한 전지가 정상인 지의 여부의 판정:

정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc)의증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(dVc_n/dt)과 거의 동일하고, 즉, s₀≤ dVc/dt ≤ s₁(0 < s₀< s₁), 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)과 거의 동일하거나 혹은 약간 크면, 즉, Voc_E≥ k₀> 0이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 정상인 것으로 판정한다.

도 11은 상기 판정절차의 일례를 표시한 순서도이다.

[정전류충전방법을 이용한 충전법에 있어서 정전류충전작업의 종료시의 재충전가능한 전지의 내부상태의 판정]

상기 충전법에 있어서의 정전류충전작업에 있어서, 재충전가능한 전지의 개로전압이 소정의 전압치미만인 경우, 소정의 시간경과후에, 충전작업이 종료된다. 그러나, 재충전가능한 전지의 전지전압이 소정의 상한치 Vc_L에 이른 경우, 충전작업을 종료한다.

재충전가능한 전지(B_b)의 내부상태는, 후술하는 바와 같이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것과 비교해서 판정한다. 즉,

1. 단락의 유무의 판정:

재충전가능한 전지(B_b)가 하기 (i) 내지 (iv)의 어느 하나의 경우에 해당하는 경우, 재충전가능한 전지는 단락되어 있는 것으로 판정한다.

(i) 완전충전된 후의 재충전가능한 전지(B_b)의 시간의 경과에 따른 개로전압의 변화(-dVoc_E/dt)가 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(v₀)보다도 큰 경우, 즉, -dVoc_E/dt > v₀>0인 경우.

(ii) 전체의 충전작업이 종료된 경우의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(m₀)보다도 작은 경우, 즉, Vc_E< m₀(0 < m₀)인 경우.

(iii) 정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압의 증가(dVc/dt)가 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(s₀)보다도 작은 경우, 즉, dVc/dt < s₀(0 < s₀)인 경우.

(iv) 충전작업개시이래로 재충전가능한 전지(B_b)의 전지온도(T)의 온도증가(dT/dt)가 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(u₀)보다도 큰 경우, 즉, dT/dt > u₀(u₀> 0)인 경우.

2. 내부저항의 증가의 판정:

정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압(Vc)의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(s₁)보다도 크고, 즉, dVc/dt > s₁(0 < s₁), 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)보다도 작으면, 즉, 0 < Voc_E≤ k₀이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 내부저항이 증가된 것으로 판정한다.

3. 전기보유용량의 감소의 판정:

정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(dVc_n/dt)보다도 크고, 즉, dVc/dt > dVc_n/dt > 0, 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)보다도 크면, 즉, Voc_E> k₀> 0이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

4. 재충전가능한 전지가 정상인 지의 여부의 판정:

정전류충전작업시의 재충전가능한 전지(B_b)의 전지전압의 증가율(dVc/dt)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(dVc_n/dt)과 거의 동일하고, 즉, s₀≤ dVc/dt ≤ s₁(0 < s₀< s₁), 또, 완전충전후의 재충전가능한 전지(B_b)의 개로전압(Voc_E)이 정상의 재충전가능한 전지(B_n)의 것(k₀)과 거의 동일하거나 혹은 약간 크면, 즉, Voc_E≥ k₀> 0이면, 재충전가능한 전지(B_b)는 정상인 것으로 판정한다.

도 12는 상기 판정절차의 일례를 표시한 순서도이다.

방전상태에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출

(단락의 존재의 판정)

검사대상 재충전가능한 전지가 방전상태에 있는 경우, 방전전류 Id₀및 전지전압 Vd을 측정한다.

재충전가능한 전지가 하기 (i) 및 (ii)의 어느 하나의 경우에 해당하는 경우, 재충전가능한 전지는 단락되어 있거나 혹은 잔존용량이 매우 작은 것으로 판정한다.

(i) 전지전압이 소정의 전압치미만인 경우.

(ii) 전지전압(Vd)의 감소율(-dVd/dt)이 소정의 전압치 x₁보다도 큰 경우, 즉, -dVd/dt > x₁(0 < x₁).

이와 별도로, 전지전압이 소정의 전압치보다도 큰 경우 혹은 전지전압(Vd)의 감소율(-dVd/dt)이 소정의 전압치 x₁보다도 작은 경우, 즉, 0 < -dVd/dt ≤ x₁(0 < x₁)인 경우, 재충전가능한 전지는 정상인 것으로, 혹은 단락이외의 열화모드인 것으로 판정한다.

도 13은 상기 판정절차의 일례를 표시한 순서도이다.

[재충전가능한 전지의 안정한 상태로부터의 내부상태의 검출]

상기에 있어서의 방전시의 전지전압의 시간경과에 따른 변화로부터 단락이 없는 것으로 판정된 안정된 방전상태인 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지의 전지온도가 T, 방전전류가 Id₁, 전지전압이 Vd₀이고, 전기량 q가 재충전가능한 전지로부터 방전된 경우, 전지전압은 안정된 방전상태에서 방전전류 Id₁에서 Vd₁로 되고, 이 경우, 재충전가능한 전지는 정상이고, 전지전압이 Vd₀인 경우의 개로전압(Voc) 및 잔존용량(Q)[현재 보유전기량]이, 각각 Voc₀및 Q₀일 때, 이 경우의 재충전가능한 전지의 특징의 관계는, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특징의 관계로부터 이하에 기재한 바와 같이 표현될 수 있다. 즉,

Voc₀= Voc(Q₀)

Q₀= Q(Voc₀)

Vd₀= Vd(Id₀, Q₀, T)

Q₀= Q(Vd₀, Id₀, T)

Q₀- q = Q(Vd₁, Id₁, T)

Vd₁= Vd(Id₁, Q₀-q, T)

이와 같이 해서, 재충전가능한 전지의 내부상태는 다음과 같이 판정할 수 있다.

1. 재충전가능한 전지가 정상인 지의 여부의 판정:

대응하는 재충전가능한 전지의 잔존용량과 방전전류와 전지온도와 전지전압과의 미리 획득한 관계로부터, (i) y₁≤ [(Vd₁-Vd(Q₀- q, Id₁, T)] ≤ y₂(y₁< 0 < y₂) 또는 (ii) w₁≤ Q(Id₁, Vd₁, T) - [Q(Id₀, Vd₀, T) - q] ≤ w₂(w₁< 0 < w₂)이면, 재충전가능한 전지는 정상인 것으로 판정한다.

2. 내부저항의 증가의 판정:

대응하는 재충전가능한 전지의 잔존용량과 방전전류와 전지온도와 전지전압과의 미리 획득한 관계로부터, (i) [Vd₁-Vd(Q₀- q, Id₁, T)] > y₂(0 < y₂) 또는 (ii) Q(Id₁, Vd₁, T) - [Q(Id₀, Vd₀, T) - q] > w₂(0 < w₂)이면, 재충전가능한 전지는 내부저항이 증가된 것으로 판정한다.

3. 전기보유용량의 감소의 판정:

대응하는 재충전가능한 전지의 잔존용량과 방전전류와 전지온도와 전지전압과의 미리 획득한 관계로부터, (i) [Vd₁-Vd(Q₀- q, Id₁, T)] ≤ y₁(y₁< 0) 또는 (ii) Q(Id₁, Vd₁, T) - [Q(Id₀, Vd₀, T) - q] < w₁(w₁< 0)이면, 재충전가능한 전지는 전기보유용량이 감소된 것으로 판정한다.

도 14는 상기 판정절차의 일례를 표시한 순서도이다.

본 명세서 및 순서도에 있어서의 각종 역치(v₀, f₀, f₁, r₁, r₂, g₀, g₁, j₁, j₂, z₁, z₂, v_e, m₀, k₀, s₀, s₁, u₀, x₁, w₁, y₁, y₂등)는, 재충전가능한 전지의 종류나 유형에 따라 상이하여, 균일하게 결정할 수는 없다. 이들은, 종류 및 유형이 검사대상 재충전가능한 전지과 동일란 정상의 재충전가능한 전지의 실제 측정치로부터 결정된다.

[방전이 안정된 방전으로부터 변화될 때의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출]

실제로 안정된 방전상태에 있는 재충전가능한 전지의 방전전류가 n회(n은 양의 정수로, n=1, 2, 3, 4, ···) 변화한 경우, 본 실시형태예에 있어서는, 방전전압이 변화한 경우의 전지전압의 과도 특성을 측정함으로써, 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출한다. 도 28(1) 및 도 28(2)에 표시한 그래프는, 각각, 방전전류가 안정한 충전시에 4회 변화한 경우에 방전전류의 시간경과에 따른 변화와 전지전압의 시간경과에 따른 변화를 표시한 것이다. 방전의 변화를 의도적으로 변화시키는 것이 가능하다. 이 경우의 변정을 변화시키는 방전전류는, 직사각 파형의 펄스전류로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 별개로, 방전의 변화가 재충전가능한 전지를 사용하는 기기에 영향을 미치지 않을 경우, 방전의 변화는, 방전전류가 간헐적으로 0이 되는 펄스형상의 상태로 방전시킴으로써 발생될 수 있다.

이제, 안정한 상태에서의 방전전류가 I_n0이고, 그 때의 전지전압이 Vd₀인 경우, 방전전류 I_n0가 I_n1로 변화되면, 전류치 I_n1× 시간 t₁의 전기량 q_n이 방전되고, 방전이 안정한 방전전류 I_n0에서의 방전으로 돌아가, 방전이 변화될 때의 전지전압을 수개의 지점에서 측정한다. 그리고, 방전전류가 변화할 때의 전지전압(V)의 과도 특성은, 방정식 V = V_n1+ (V_n0- V_n1) × e^-t/τ(식중, t는 방전시간, V_n1은 방전시간 t를 무한대로 외삽한 때의 전지의 전지전압, τ는 전지의 내부저항 등에 의해 결정된 시정수, n은 1, 2, 3, 4, ···의 양의 정수임)로 표현될 수 있다.

방전전압이 변화한 시간이래로 시간 t에 대한 측정된 전지전압 V에 따라, 그리고, 상기 방정식에 따라, 시정수 τ와 V_n1의 참값을 산정한다. 얻어진 결과를 이용해서, 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출한다.

도 28(1)에 있어서의 V₁₁, V₂₁, V₃₁및 V₄₁은, 방전전류가 4회 변화한 때의 전지전압이다. 특히, 도 28(1)에 표시한 그래프는, 방전전류가 4회 변화한 전지전압의 과도 특성이 방정식 V = V_n1+ (V_n0- V_n1) × e^-t/τ로 표시되는 것으로 가정한 경우에 V_n1(n=1, 2, 3, 4)에 해당하는 전지전압의 변화의 관계를 표시한 것이다.

[내부상태의 계산]

상기 판정 2에 있어서(안정한 상태의 방전으로부터) 내부저항이 증가된 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서, 재충전가능한 전지의 내부저항이 예를 들면, Ra(Q, Id, T)에서 a ×Rd(Q, Id, T) + b(여기서, a 및 b는 상수임)로 감소된 것으로 가정한 경우에 내부저항과 잔존용량(현재 보유전기량)을 계산하는 방법에 대해서 설명한다.

방전전류가 안정한 방전상태로부터 적어도 3회 변화한 경우, 구체적으로는, 예를 들면, 방전전류 I₁₀에서의 안정한 방전시의 전지전압이 V₁₀인 경우, 방전전류가 I₁₁로 변화하고, 방전전압 V₁₀으로부터 전류치 I₁₁× 시간 t₁₁의 전기량 q₁이 방전되고, 이 때, 전지전압이 V₁₀에서 V₂₀으로 변화되고; 다음에, 안정한 방전의 방전전류 I₂₀이 I₂₁로 변화하고, 방전전압 V₂₀으로부터 전류치 I₂₁× 시간 t₂₁의 전기량 q₂가방전되고, 이 때, 전지전압이 V₂₀에서 V₃₀으로 변화되고; 또, 안정한 방전의 방전전류 I₂₁이 I₃₁로 변화하고, 방전전압 V₃₀으로부터 전류치 I₃₁× 시간 t₃₁의 전기량 q₃이 방전되고, 이 때, 전지전압이 V₃₀에서 V₄₀으로 변화된다. 이 경우, 안정한 방전의 방전전류 I_n0이 I_n1로 변화하고, 전류치 I_n1× 시간 t_n1의 전기량 q_n이 방전되면, 이 때, 방전전류가 변화할 때마다의 전지전압의 과도특성은, 방정식 V = V_n1+ (V_n0- V_n1) × e^-t/τ(식중, t는 방전시간, V_n1은 방전시간 t를 무한대로 외삽한 때의 전지의 전지전압, τ는 전지의 내부저항 등에 의해 결정된 시정수, n은 1, 2, 3, 4, ···의 양의 정수임)으로 표시될 수 있는 것으로 가정한다.

방전전류가 변화한 시간이래로 시간 t에 대한 측정된 전지전압 V에 따라, 그리고, 상기 방정식에 따라, 방전전류 I_n0가 I_n1로 변화한 때의 시정수 τ와 V_n1의 참값을 산정한다.

다음에, 방전전류가 I_n0이고, 전지전압이 V_n0인 경우, 그리고, 내부저항 Rd'가 Rd'(Q, I, T)로 표현될 경우의 잔존용량(현재 보유전기량)을 지닌 재충전가능한 전지의 개로전압이 Voc_n0인 경우에 , 이 경우의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다.

Voc_n0= V_n0+ I_n0× Rd'(Q_n0, I_n0, T) = V_n1+ I_n1×Rd'(Q_n0, I_n0, T)[여기서, n =1, 2, 3, ···].

전지전압이 V₁₀, V₂₀및 V₃₀인 경우의 잔존용량이 Q₁₀, Q₂₀및 Q₃₀으로 되면, 다음의 관계가 성립된다.

Q₂₀= Q₁₀- q₁

Q₃₀= Q₂₀-q₂= Q₁₀-q₁-q_2.

또, 이하의 관계가 성립된다.

V₁₀- V₁₁= I₁₁× Rd'(Q₁₀, I₁₁, T) - I₁₀× Rd' (Q₁₀, I₁₀, T)

V₂₀- V₂₁= I₂₁× Rd'(Q₂₀, I₂₁, T) - I₂₀× Rd' (Q₂₀, I₂₀, T)

V₃₀- V₃₁= I₃₁× Rd'(Q₃₀, I₃₁, T) - I₃₀× Rd' (Q₃₀, I₃₀, T)

Rd'(Q₁₀, I₁₀, T) = a × Rd(Q₁₀, I₁₀, T) ＋ b

Rd'(Q₁₀, I₁₁, T) = a × Rd(Q₁₀, I₁₁, T) ＋ b

Rd'(Q₂₀, I₂₀, T) = a × Rd(Q₂₀, I₂₀, T) ＋ b

Rd'(Q₂₀, I₂₁, T) = a × Rd(Q₂₀, I₂₁, T) ＋ b

Rd'(Q₃₀, I₃₀, T) = a × Rd(Q₃₀, I₃₀, T) ＋ b

Rd'(Q₃₀, I₃₁, T) = a × Rd(Q₃₀, I₃₁, T) ＋ b

(식중, a 및 b는 각각 상수임)

이들 방정식을 풂으로써, 잔존용량 Q₁₀, 상수 a 및 상수 b를 얻을 수 있다.또, 열화되어 내부저항이 증가된 재충전가능한 전지의 내부저항 Rd'(Q, I, T) 및 현재잔존용량 Q₃₀도 얻을 수 있다.

도 15에 표시된 순서도 및 도 15에 부수하는 도 17에 표시된 순서도는, 도 14에 있어서 내부저항이 증가된 것으로 판정된 후, 내부저항 및 현재 남아 있는 용량을 상기와 같이 계산하는 일례를 표시한 것이다.

상기 내부저항의 계산에 있어서, 방전전류가 변화된 경우의 전지전압을 산정하기 위해, 시정수 τ를 사용하는 방정식을 이용하나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 근사화가능한 다른 적절한 방정식을 이용하는 것도 가능하다.

[전기보유용량이 감소된 경우의 감소계수 및 내부저항의 계산]

상기 판정 3에 있어서 전기보유용량이 감소된 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서(안정된 상태에서의 방전으로부터), 재충전가능한 전지의 전기보유용량이 C에서 C' = D × C(여기서, D는 0 < D < 1의 정수임)로 감소하고, 재충전가능한 전지의 내부저항이 Ra(Q, Id, T)에서 Rd'(Q, Id, T) = a × Rd(Q, Id, T) + b(여기서, a 및 b는 상수임)로 증가한 것으로 가정함으로써, 감소된 전기보유용량의 감소계수와 내부저항을 계산하는 방법에 대해 설명한다. 여기서, 전기보유용량의 감소의 상기 가정때문에, 정상의 재충전가능한 전지의 방전전류와 전지전압의 미리 획득한 관계로부터 계산된 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 잔존용량 Q는, 실제로, Q' = D × Q로 감소되는 결과로 된다.

이제, 방전전류가 안정한 방전상태로부터 적어도 4회 변화한 경우, 구체적으로는, 예를 들면, 방전전류 I₁₀에서의 안정한 방전시의 전지전압이 V₁₀인 경우, 방전전류가 I₁₁로 변화하고, 방전전압 V₁₀으로부터 전류치 I₁₁× 시간 t₁₁의 전기량 q₁이 방전되고, 이 때, 전지전압이 V₁₀에서 V₂₀으로 변화되고; 다음에, 안정한 방전의 방전전류 I₂₀이 I₂₁로 변화하고, 방전전압 V₂₀으로부터 전류치 I₂₁× 시간 t₂₁의 전기량 q₂가 방전되고, 이 때, 전지전압이 V₂₀에서 V₃₀으로 변화되고; 이어서, 안정한 방전의 방전전류 I₃₀이 I₃₁로 변화하고, 방전전압 V₃₀으로부터 전류치 I₃₁× 시간 t₃₁의 전기량 q₃가 방전되고, 이 때, 전지전압이 V₃₀에서 V₄₀으로 변화되고; 또, 안정한 방전의 방전전류 I₄₀이 I₄₁로 변화하고, 방전전압 V₄₀으로부터 전류치 I₄₁× 시간 t₄₁의 전기량 q₄가 방전되고, 이 때, 전지전압이 V₄₀에서 V₅₀으로 변화된다.

이 경우, 안정한 방전의 방전전류 I_n0이 I_n1로 변화하고, 전류치 I_n1× 시간 t_n1의 전기량 q_n이 방전되면, 이 때, 방전전류가 변화할 때마다의 전지전압의 과도특성은, 방정식 V = V_n1+ (V_n0- V_n1) × e^-t/τ(식중, t는 방전시간, V_n1은 방전시간 t를 무한대로 외삽한 때의 전지의 전지전압, τ는 전지의 내부저항 등에 의해 결정된 시정수, n은 1, 2, 3, 4, ···의 양의 정수임)로 표시될 수 있는 것으로 가정한다.

방전전류가 변화한 시간이래로 시간 t에 대한 측정된 전지전압 V에 따라, 그리고, 상기 방정식에 따라, 방전전류 I_n0가 I_n1로 변화한 때의 시정수 τ를 산정하고, 또, V_n1의 참값을 산정한다.

다음에, 방전전류가 I_n0이고, 전지전압이 V_n0인 경우, 그리고, 내부저항이 Rd'(Q, I, T)로 표현될 경우의 잔존용량(현재 보유전기량)을 지닌 재충전가능한 전지의 개로전압이 Voc_n0인 경우에 , 이 경우의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다.

Voc_n0= V_n0+ I_n0× Rd'(Q_n0, I_n0, T) = V_n1+ I_n1×Rd'(Q_n0, I_n0, T)[여기서, n =1, 2, 3, ···].

전지전압이 V₁₀, V₂₀, V₃₀및 V₄₀인 경우의 잔존용량이 Q₁₀, Q₂₀, Q₃₀및 Q₄₀으로 되면, 다음의 관계가 성립된다.

Q = Q'/D 이면,

Q₂₀' = Q₁₀' - q₁

Q₃₀' = Q₂₀' - q₂= Q₁₀'- q₁- q₂

Q₄₀' = Q₃₀' - q₃= Q₁₀'- q₁- q₂- q₃

즉, Q₁₀= Q₁₀'/D, Q₂₀= (Q₁₀'- q₁)/D, Q₃₀= (Q₁₀'- q₁- q₂)/D, 및 Q₄₀= (Q₁₀'- q₁- q₂- q₃)/D이면,

V₁₀- V₁₁= I₁₁× Rd'(Q₁₀, I₁₁, T) - I₁₀× Rd' (Q₁₀, I₁₀, T)

V₂₀- V₂₁= I₂₁× Rd'(Q₂₀, I₂₁, T) - I₂₀× Rd' (Q₂₀, I₂₀, T)

V₃₀- V₃₁= I₃₁× Rd'(Q₃₀, I₃₁, T) - I₃₀× Rd' (Q₃₀, I₃₀, T)

V₄₀- V₄₁= I₄₁× Rd'(Q₄₀, I₄₁, T) - I₄₀× Rd' (Q₄₀, I₄₀, T)

Rd'(Q₁₀, I₁₀, T) = a × Rd(Q₁₀, I₁₀, T) ＋ b

Rd'(Q₁₀, I₁₁, T) = a × Rd(Q₁₀, I₁₁, T) ＋ b

Rd'(Q₂₀, I₂₀, T) = a × Rd(Q₂₀, I₂₀, T) ＋ b

Rd'(Q₂₀, I₂₁, T) = a × Rd(Q₂₀, I₂₁, T) ＋ b

Rd'(Q₃₀, I₃₀, T) = a × Rd(Q₃₀, I₃₀, T) ＋ b

Rd'(Q₃₀, I₃₁, T) = a × Rd(Q₃₀, I₃₁, T) ＋ b

Rd'(Q₄₀, I₄₀, T) = a × Rd(Q₄₀, I₄₀, T) ＋ b

Rd'(Q₄₀, I₄₁, T) = a × Rd(Q₄₀, I₄₁, T) ＋ b

(식중, a 및 b는 상수임)

이들 방정식을 풂으로써, 상수 a, 상수 b, D 및 Q₁₀= Q₁₀'/D를 얻을 수 있다. 또, 4배로 열화된 전기보유용량 및 증가된 내부저항을 얻을 수 있다.

안정된 방전으로부터 변화된 방전전류에 대해서는, 이것을 의도적으로 흐르게 하여, 방전전류 I_n1이 안정된 방전전류 I_n0보다도 크고, I_n1= I_n0+ ΔId로 되게함으로써, 재충전가능한 전지의 내부상태를 보다 정확하게 검출하는 것이 가능하다. 여기서 방전전류 I_n1은 0.5시간율(2C)방전의 전류치보다도 작은 것이 바람직하다.

도 16에 표시한 순서도 및 도 16에 부수하는 도 17에 표시한 순서도는, 전기보유용량이 도 14에 있어서 감소된 것으로 판정된 후, 내부저항 및 현재 남아 있는 용량을 상기와 같이 해서 산출하는 절차의 일례를 표시한 것이다.

정상인 것으로 판정된 재충전가능한 전지의 잔존용량의 계산

중지상태, 충전상태 또는 방전상태에 있어서 정상으로 판정된 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유전기량)은 하기와 같이 계산할 수 있다.

1. 재충전가능한 전지가 중지상태에 있는 경우:

중지상태에 있어서의 재충전가능한 전지(검사대상)의 측정된 개로전압 Voc₀를 참조하고, 또, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 대한 잔존용량(Q)에 대한 개로전압(Voc)의 미리 획득한 관계 Voc(Q)를 참조해서, 함수식 Voc(Q₀) = Voc₀또는 Q₀= Q(Voc₀)을 확립한다.

이 함수식에 따라, 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량 Q₀를 산정할 수 있다.

2. 재충전가능한 전지가 충전상태에 있는 경우:

(i) 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서, 충전전류, 전지온도 및 전지전압을 측정한다. 그리고, 대응하는 재충전가능한 전지에 대해서 잔존용량(Q), 충전전류(Ic) 및 전지온도(T)에 대한 전지전압(Vc)의 미리 획득한 관계표현 Vc(Q, Ic, T) 또는 Q(Vc, Ic, T)를 참조해서, 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량 Q를 산정할 수 있다.

(ii) 충전의 임시중지로부터, 재충전가능한 전지의 개로전압 Voc는, 전지전압의 과도특성을 나타내는 상기 방정식에 따라 시정수τ로서 측정한다. 그리고, 이 때의 재충전가능한 전지를 측정한다.

(iii) 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서 방전전류 Ic에서의 충전종료전지전압 Vc_E의 측정치로부터, 그리고, 대응하는 재충전가능한 전지에 대해서 잔존용량(Q), 충전전류(Ic) 및 전지온도(T)에 대한 전지전압(Vc)의 미리 획득한 관계표현 으로부터, 충전이 종료된 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량이 Q_E로 되면, 함수식 Vc_E= Vc(Q_E, Ic, T) 또는 Q(Vc_E, Ic, T)이 확립된다. 또는, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 대한 잔존용량(Q)에 대한 개로전압(Voc)의 미리 획득한 관계표현 Voc(Q)로부터, 함수식 Voc(Q_E) = Voc_E또는 Q_E= Q(Voc_E)가 확립된다. 이들 함수식을 사용해서, 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량 Q_E를 산정할 수 있다.

상기 방법(i) 내지 (iii)의 어느 한 방법을 이용해서 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량을 산정할 수 있다.

3. 재충전가능한 전지가 방전상태에 있는 경우:

(i) 방전작업중에 있는 재충전가능한 전지(검사대상)의 잔존용량은, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 대해서 잔존용량(Q), 방전전류(Id) 및 전지온도(T)에 대한 전지전압(Vd)의 미리 획득한 관계표현 Vd(Q, Id, T) 또는 Q(Vd, Id, T)를 참조해서, 산정한다.

(ii) 방전작업중에 있는 재충전가능한 전지(검사대상)의 잔존용량은, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 대해서 잔존용량(Q), 방전전류(Id) 및 전지온도(T)에 대한 내부저항(Rd)의 미리 획득한 관계표현 Q(Rd, Id, T)를 참조해서 산정한다.

상기 방법(i) 및 (ii)의 어느 한 방법을 이용해서 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량을 산정할 수 있다.

재충전가능한 전지가 충전작업중에 있을 경우 혹은 충전작업이 종료된 경우 내부저항이 증가된 재충전가능한 전지의 잔존용량의 계산:

재충전가능한 전지가 중지상태로부터 충전작업중인 동안 단락되어 있지 않은 동시에, 전기보유용량이 저감되어 있지 않지만, 내부저항이 증가되어 해당 전지가 중지되어 있는 것으로 판정되면, 충전작업시의 증가된 내부저항 Rc'(Q, Ic, T)이 산정된다. 그리고, 충전작업시의 개로전압(Voc), 전지전압(Vc), 충전전류(Ic) 및 내부저항(Rc')간의 관계의 함수식 Vc =Voc(Q) + Ic× Rc'(Q, Ic, T)에 따라, 충전작업중이거나 충전작업이 종료된 경우의 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량을 계산할 수 있다.

재충전가능한 전지가 방전작업중에 있을 경우 내부저항이 증가된 재충전가능한 전지의 잔존용량의 계산:

재충전가능한 전지가 중지상태로부터 방전작업중인 동안 단락되어 있지 않은 동시에, 전기보유용량이 저감되어 있지 않지만, 내부저항이 증가되어 해당 전지가 중지되어 있는 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서 또는 안정된 방전동안의 방전의 변화의 계산으로부터, 방전작업시의 증가된 내부저항 Rd'(Q, Id, T)이 산정된다. 그리고, 방전작업시의 개로전압(Voc), 전지전압(Vd), 충전전류(Id) 및 내부저항[Rd'(Q, Id, T)]간의 관계의 함수식 Vd =Voc(Q) - Id × Rd'(Q, Id, T)으로부터, 방전작업시의 전지전압은, 잔존용량(Q), 방전전류(Id) 및 전지온도(T)에 대한 전지전압(Vd)의 함수식 Vd = Vd'(Q, Id, T)로서 표현될 수 있다.

이것에 의거해서, 전지전압(Vd), 방전전류(Id) 및 전지온도(T)를 측정함으로써, 방전작업시의 재충전가능한 전지(검사대상)의 잔존용량(Q)를 산출할 수 있다.

재충전가능한 전지가 충전작업중에 있을 경우 혹은 충전작업이 종료된 경우 전기보유용량이 감소된 재충전가능한 전지의 잔존용량의 계산:

재충전가능한 전지가 충전작업중에 전기보유용량이 감소되어, 해당 전지가 중지된 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서, 감소된 전기보유용량의 감소계수 D(0 < D <1)가 산정된다. 그리고, 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유전기량)은 하기와 같이 산출된다.

1. 재충전가능한 전지의 내부저항이 증가되지 않은 경우:

재충전가능한 전지(정상인 것으로 여겨짐)의 산정된 잔존용량을 D배해서 얻어진 값이 실제의 잔존용량으로 된다. 그리고, 충전작업이 종료된 경우(완전충전시)의 전기보유용량은, 대응하는 재충전가능한 전지의 공칭용량의 D배로 된다.

2. 재충전가능한 전지의 내부저항이 증가된 경우:

재충전가능한 전지의 증가된 내부저항 Rc'(Q, Ic, T)를 산정한다. 그리고, 충전작업시의 개로전압(Voc), 전지전압(Vc), 전지전류(Ic) 및 내부저항(Rc')간의 관계의 관계식 Vc = Voc(Q) + Ic × Rc'(Q, Ic, T)에 따라, 재충전가능한 전지의 잔존용량 Q를 계산한다. 얻어진 Q를 D배하면 Q' = D × Q의 값이 얻어진다. 이 값은 재충전가능한 전지의 실제의 잔존용량으로 된다.

이와 별도로, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 전기보유용량 C(공칭용량)을 곱해서 얻어진 값은, 충전작업이 종료된 경우(완전충전시)의 재충전가능한 전지(검사대상)의 전기보유용량 C'으로서 간주될 수 있다.

그 밖에, 재충전가능한 전지가 사용될 경우의 초기에서의 재충전가능한 전지의 공칭용칭 또는 전기보유용량이 C로 되면, 전지가 열화된 후의 재충전가능한 전지의 전기보유용량에 대한 전지성능은 C'/C 또는 100 × C'/C[%]로서 계산할 수 있다. 그리고, 전지가 열화된 후의 재충전가능한 전지의 전기보유용량에 대한 전지성능이, 예를 들면, 60%미만으로 되면, 재충전가능한 전지는 수명이 다 된 것으로 판정하는 것이 가능하다.

재충전가능한 전지가 방전작업중에 있을 경우 전기보유용량이 감소된 재충전가능한 전지의 잔존용량의 계산:

재충전가능한 전지가 중지상태로부터 방전작업중에 전기보유용량이 감소되어, 해당 전지가 중지된 것으로 판정된 재충전가능한 전지에 대해서 혹은 안정된 방전동안의 방전의 변화의 계산으로부터, 감소된 전기보유용량의 감소계수 D(0 < D<1)가 산정된다. 그리고, 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유전기량)은 하기와 같이 산출된다.

1. 재충전가능한 전지의 내부저항이 증가되지 않은 경우:

재충전가능한 전지(정상인 것으로 여겨짐)의 산정된 잔존용량을 D배해서 얻어진 값이 실제의 잔존용량으로 된다. 그리고, 재충전가능한 전지의 전기보유용량은, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 공칭용량의 D배로 된다.

2. 재충전가능한 전지의 내부저항이 증가된 경우:

재충전가능한 전지의 감소된 전기보유용량의 감소계수 D를 산정한다. 방전작업시 재충전가능한 전지의 증가된 내부저항은, 함수식 Rd'(Q, Id, T)로 환산해서 얻어진다.

그리고, 방전작업시의 개로전압(Voc), 전지전압(Vd), 전지전류(Id) 및 내부저항(Rd')간의 관계의 관계식 Vd = Voc(Q) - Id × Rd'(Q, Id, T)에 따라, 방전작업시의 재충전가능한 전지(Vd)의 전지전압은, 겉보기 잔존용량(Q), 방전전류(Id) 및 전지온도(T)간의 관계의 함수식 Vd = Vd'(Q, Id, T)로서 표현될 수 있다. 전지전압(Vd), 방전전류(Id) 및 전지온도(T)의 측정결과로부터, 겉보기 잔존용량(Q)를 산출할 수 있다. 산출된 Q를 D배하면 Q' = D × Q의 값으로 된다. 이 값이, 재충전가능한 전지의 실제의 잔존용량으로 된다.

충전작업이 종료될 때까지의 기간의 계산:

이미 설명한 방법에 의해 충전작업동안 재충전가능한 전지의 잔존용량(Q)을 산정함으로써, 충전작업이 종료된 경우 잔존용량에 이를 때까지의 기간을 산출할수 있다.

기기를 사용할 수 있는 사용가능용량(현재 남아 있는 전기량)의 계산:

전원으로서 기기에 사용되는 재충전가능한 전지에 대해서, 해당 전지의 전압이 기기를 실행가능한 최소전압 V_min으로 된 경우 재충전가능한 전지의 잔존용량 Q_min을 산출함으로써, 해당 전지가 방전작업중일 때의 해당 재충전가능한 전지의 잔존용량 Q를, 이미 설명한 방법에 의해 산정한 후, 기기를 사용할 수 있는 사용가능용량(Q - Q_min)[현재 남아 있는 전기량]을 산정할 수 있다.

기기의 실제사용기간의 계산:

기기를 사용할 수 있는 재충전가능한 전지의 사용가능용량(Q - Q_min)은 상기와 같이 산출된다. 기기에 의해 소비된 평균소비전류가 i로 되고, 기기에 의해 소비된 평균소비전력이 p로 되면, 방정식 h = (Q - Q_min)/i 또는 h = (Vd + V_min) × (Q - Q_min)/2p에 따라 기기의 실제작동시간을 산출할 수 있다.

평균소비전류의 값 혹은 평균소비전력의 값은, 기기의 사용자의 기기작동패턴 및 사용주파수에 따라 산출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출방법을 적용할 수 있는 재충전가능한 전지:

본 발명의 검출방법은 어떠한 재충전가능한 전지에 대해서도 채용할 수 있다. 이러한 재충전가능한 전지의 구체예로서는, 예를 들면, 재충전가능한 리튬(이온)전지, 재충전가능한 니켈-금속수소화물전지, 재충전가능한 니켈-카드뮴전지, 재충전가능한 니켈-아연전지, 재충전가능한 납산전지 등을 들 수 있다. 그 밖에, 본 발명의 검출방법은, 1차전지에 대해서 채용할 수 있다. 이 경우, 주어진 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서, 상기 주어진 1차전지에 상당하는 ㅈ차전지제품을 구비한 경우, 해당 1차전지제품에 대해서, 방전가능용량과 개로전압간의 관계 및 방전전류, 전지전압, 전지온도 및 방전가능용량간의 관계의 측정데이터를 미리 획득하여, 방전작업 또는 중지시간시에 1차전지(검사대상)의 잔존용량을 계산하는 것이 가능하다. 그 밖에, 전원으로서 상기 1차전지를 사용하는 기기에 대해서는, 기기를 사용할 수 있는 1차전지의 대략의 사용가능용량을 계산하는 것이 가능하다.

재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하기 위한 검출장치

본 발명은, 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출장치를 제공한다. 본 발명의 검출장치는, 적어도 (i) 검사대상 재충전가능한 전지의 1쌍의 단자사이의 전압을 검출하는 전압검출수단, (ii) 상기 검사대상 재충전가능한 전지내에 흐르는 전류(충전전류 혹은 방전전류)를 검출하는 전류검출수단, (iii) 상기 검사대상 재충전가능한 전지의 온도를 검출하는 온도검출수단 및 (iv) 상기 검사대상 재충전가능한 전지와 동일한 종류 및 동일한 유형인 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 기본 데이터 또는 상기 기본 데이터를 디지틀화해서 얻어진 함수식을 기억시켜 두는 기억수단을 구비하고, 상기 기억수단(iv)에 기억된 상기 기본 데이터 혹은 상기 함수식과, 상기 전압검출수단(i), 상기 전류검출수단(ii) 및 상기 온도검출수단(iii)으로부터 얻어진 정보로부터, 상기 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 검출장치는, 상기 전압검출수단(i), 상기 전류검출수단(ii) 및 상기 온도검출수단(iii)의 각각으로부터 얻어진 상기 정보 및 상기 기본 데이터를 처리하는 연산수단(v)을 또 구비하는 것이 바람직하다. 상기 연산수단(v)은, (1) 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유된 전기량)을 계산하는 계산수단, (2) 상기 검사대상 재충전가능한 전지의 내부저항을 계산하는 계산수단, (3) 기기를 사용할 수 있는 검사대상 재충전가능한 전지, (4) 상기 기기에 의해 소비된 평균소비전류 혹은 평균소비전력을 계산하는 계산수단, (5) 검사대상 재충전가능한 전지의 충전작업이 종료되기 까지에 소요된 시간을 계산하는 계산수단 및 (6) 상기 충전작업이 종료된 후의 상기 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량을 계산하는 계산수단으로 이루어진 군으로부터 선택된 1개이상의 수단을 지니는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 검출장치는, 상기 검사대상 재충전가능한 전지가 정상인 지 혹은 열화되었는 지의 여부를 판정하고, 또, 상기 검사대상 재충전가능한 전지가 열화된 경우 열화모드를 판정하는 판정수단을 지니는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 검출장치는, 상기 전압검출수단(i), 상기 전류검출수단(ii) 및 상기 온도검출수단(iii)의 각각으로부터 얻어진 정보 또는/및 상기 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태에 관한 정보의 적어도 어느 한 쪽의 정보를 출력하는 수단 또는 이들 정보를 표시하는 표시수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 검출장치의 예:

도 29는, 도 29에 표시된 바와 같은 회로구성을 지닌, 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하기 위한 본 발명의 검출장치의 일례를 설명하는 개략도이다. 내부상태는, 대표적으로, 이미 설명한 바와 같은 재충전가능한 전지의 열화상태, 전기보유용량, 잔존용량(현재 보유전기량) 및 내부저항을 포함한다.

본 발명의 검출장치의 회로구성은, 기본적으로, 장치본체에 재충전가능한 전지를 접속하기 위한 1쌍의 단자(2101), 재충전가능한 전지의 1쌍의 단자간의 전압(단자간 전압)을 검출하는 전지전압검출부(2102), 재충전가능한 전지의 온도를 검출하는 전지온도검출부(2103), 재충전가능한 전지의 충전전류 혹은 방전전류를 검출하는 전류감지레지스터(2104), 증폭기(2105), 레지스터 1(2106), 레지스터 2(2107), 트랜지스터 1(2108), 트랜지스터 2(2109) 및 제어부(2110)를 구비하고 있다. 레지스터 1(2106), 레지스터 2(2107), 트랜지스터 1(2108) 및 트랜지스터 2(2109)는 함께 재충전가능한 전지에 충전 혹은 방전펄스전류를 부가하는 역할을 지닌다. 단자(2101)는, 본 발명의 검출방법에 따라 재충전가능한 전지, 전지팩(1개 이상의 재충전가능한 전지를 내부에 패킹하고 있음) 또는 장치본체를 지닌 검사대상인 재충전가능한 전지모듈(이들 검사대상물을 이하 일괄적으로 "검사대상 재충전가능한 전지"라 칭함)을 용이하고 확실하게 전기적으로 접속하는 역할을 한다. 높은 입력임피던스를 지닌 전지전압검출부(2102)는, 검사대상 재충전가능한 전지의 애노드와 캐소드간의 단자간 전압을 검출하고, 그 검출전압의 정보를 전지전압검출부(2102)로부터 제어부(2110)로 출력한다. 전지온도검출부(2103)는, 예를 들면, 써미스터 혹은 열전쌍에 의해 검사대상 재충전가능한 전지의 온도를 검출하고, 검출된 전지온도의 정보는, 전지온도검출부(2103)으로부터 제어부(2110)로 출력된다. 검사대상 재충전가능한 전지의 충전 혹은 방전전류는, 전류감지레지스터(2104)에 의해 검출되어 전압신호로 변환되고, 전류감지레지스터(2104)로부터의 전압신호는, 증폭기(2105)로 입력되어, 전류정보를 지닌 전압신호로 증폭되고, 전류정보는 제어부(2110)로 입력된다. 레지스터 1(2106), 레지스터 2(2107), 트랜지스터 1(2108) 및 트랜지스터 2(2109)로 이루어진 펄스전류-부가부는, 전류감지레지스터(2104)와 단자(2101)에 전기접속된 검사대상 재충전가능한 전지를 포함하는 시스템에 제어부로부터 전압산호파에 대응하는 값의 전류를 흐르게 한다. 전압신호파는, 이들 파로 이루어진 직사각형파, 계단형상파 혹은 이들 파로 이루어진 파로 이루어져 있다.

제어부(2110)는, 그 안쪽 혹은 바깥쪽에 메모리를 지닌다. 단자(2101)와 전기접속된 검사대상 재충전가능한 전지에 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성 데이터 또는 정상의 재충전가능한 전지의 상기 데이터에 의거한 근사곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)는, 제어부(2110)의 메모리에 기억되어 있고, Q는 정상의 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유전기량), Voc는 정상의 재충전가능한 전지의 개로전압, T는 정상의 재충전가능한 전지의 온도, Id는 정상의 재충전가능한 전지의 방전전류, Vd는 전지가 방전될 때의 정상의 재충전가능한 전지의 전지전압, Ic는 정상의 재충전가능한 전지의 충전전류, Vc는 전지가 충전중인 때의 정상의 재충전가능한 전지의 전지전압, Rd는 전지가 방전될 때의 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항, Rc는전지가 충전중인 때의 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항이다.

상기 설명한 바와 같은 단자(2101)에 접속된 검사대상 재충전가능한 전지에 대한 온도(T)검출수단, 전류(I)검출수단, 전압(V)검출수단 및 펄스전류부가수단이 설치된 본 발명의 검출장치에 의하면, 이미 설명한 검출절차의 실행동작을 행함으로써, 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출을 행할 수 있다.

이와 별도로, 정상의 재충전가능한 전지 또는 정상의 전지팩에 대한 전압, 전류, 그리고, 전류의 변화상태, 전류의 변화주파수 등의 데이터가 검출장치의 제어부에 기억되어 있는 경우, 재충전가능한 전지 혹은 전지팩을 사용하는 기기뿐만 아니라 검출장치에 대해서도, 사용자에 의한 동작패턴 혹은 사용주파수를 파악할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 방법에 의해 계산된 검사대상 재충전가능한 전지의 사용가능용량(현재 남아 있는 전기량)으로부터, 사용자가 파악한 동작패턴 혹은 사용주파수를 참조해서, 재충전가능한 전지를 사용하는 기기의 실제동작시간을 계산하는 데 필요한 평균소비전류 혹은 전력을 현실성에 맞는 값으로 디지틀화함으로써, 재충전가능한 전지의 사용가능용량을 정확하게 검출할 수 있다.

그 밖에, 본 발명의 검출장치에 있어서는, 계산된 전기보유용량, 재충전가능한 전지의 계산된 사용가능용량 및 전기보유용량의 계산된 열화율을 표시하기 위한 표시기능수단, 재충전가능한 전지의 나머지 수명의 판정결과의 정보를 표시하는 표시기능수단 및 소비전력 등의 정보를 표시하는 표시기능수단을 구비하는 것이 가능하다. 이 경우, 재충전가능한 전지의 정확한 현재 상태를 사용자에게 알리는 것이 가능하다. 이러한 표시기능수단으로서는, 액정디스플레이, 사운더, 경고부저나 램프 등의 알람 등을 들 수 있다.

본 발명에 의한 도 29에 표시한 상기 검출장치는, 주어진 검사대상 재충전가능한 전지에 접속시켜 독립적으로 작동시킬 수 있다. 도 29에 표시한 검출장치에 있어서는, 장치를 작동시키는 데 필요한 전원은 표시되어 있지 않다. 장치를 작동시키기 위한 전력은 외부로부터 공급되어도 된다. 또는, 장치를 작동시키기 위한 전력은 레귤레이터를 통해 장치에 접속된 검사대상 재충전가능한 전지로부터 공급되는 것도 가능하다.

도 30은 도 29에 표시한 검출장치와 재충전가능한 전지(2111)를 조합해서 도 30에 표시한 바와 같은 회로구성을 지닌 전지모듈(또는 전지팩)에 수용된 본 발명의 검출장치의 다른 예를 설명하는 개략도이다.

도 30에 표시한 검출장치의 회로구성은, 도 29에 표시한 회로구성의 부분변형예이다. 따라서, 여기서는, 도 29에 표시하지 않은 구성에 대해서만 설명한다.

도 30에 표시한 회로구성은, 전지모듈(또는 전지팩)의 양의 단자(2112), 전지모듈의 음의 단자(2113)(음의 단자(2113)는 충전용의 음의 단자로서도 기능하는 것이 가능함), 충전용 양의 단자(2114), 전지전압모니터출력단자(2115) 및 접속되는 기기에 대한 통신기구(2116)를 지닌다.

이러한 통신기구를 지님으로써, 본 발명의 검출장치를 내장한 전지모듈은, 잔존용량, 수명 등의 재충전가능한 전지(2111) 혹은 전지팩의 내부상태의 정보를 접속된 기기에 알려, 기기쪽으로부터 충전전류의 변화의 발생 혹은 충전의 전보를 얻는 것이 가능하다.

이와 별도로, 필요에 따라, 도 29에 표시한 경우에 있어서 기재된 동작후, 재충전가능한 전지가 과충전(2117) 또는 과방전(2118)되는 것을 방지하도록, 본 실시형태예에 있어서의 장치의 제어부가 제어를 행하게 하는 것도 가능하다.

그 밖에, 본 발명의 검출장치는 재충전가능한 전지나 전지팩의 충전기에 수납시키는 것이 가능하다. 이 경우, 검사대상 재충전가능한 전지 또는 검사대상 전지팩은 전지충전기로 설정되고, 여기서 충전개시전 혹은 충전작업중에 재충전가능한 전지의 잔존용령울 구별하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 완전충전이 파악될 때까지의 잔류시간과 파악된 결과를 표시 혹은 정보로서 외부에 알리는 것이 가능하다. 또, 재충전가능한 전지의 열화상태 혹은 나머지 수명을 표시 혹은 정보로서 외부에 알리는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 검출장치는, 재충전가능한 전지를 사용하는 기기에 수납될 수 있다. 이 경우, 기기에 대해서는, 약간의 변형을 실시해서, 기기에 접속된 재충전가능한 전지 혹은 전지팩의 사용가능용량 및 수명으로 표시되는 내부상태를 구별할 수 있다. 또한, 기기의 본체의 제어부에 본 발명의 검출장치의 제어부의 기능을 지니게 하는 것도 가능하다. 이 경우, 본 발명의 검출장치의 제어부를 생략하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 검출장치에 있어서는, 제어부와 온도(T)검출수단, 전류(I)검출수단 및 전압(V)검출수단의 각각과의 사이에 직렬 혹은 병렬접속해서 검출신호파를 처리하는 처리부를 제공하는 것이 유효하다. 구체적으로는, 예를 들면, 온도(T)검출수단 및 전류(I)검출수단의 출력에 대해서, 차동기를 제어부와 병렬접속해서 설치하여, 차동기에 의해, 온도(T)검출수단 및 전류(I)검출수단의 한 쪽으로부터의 정보신호의 변화를 검출한 후, 제어부에 그 정보를 알린다. 이 때, 제어부에 있어서는, 온도(T) 및 전류(I)를 항상 관측할 필요가 없이 온도(T)의 변화 및 전류(I)의 변화를 검출하는 것이 가능하다. 이 상황에 의하면, 제어부의 부하를 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 예를 들면, 적분기를 전압(V)검출수단과 제어부사이에 직렬접속시켜 설피여, 신호처리부분이 미리 제어부에서 행해지도록 해도 된다. 이것에 의해 제어부의 부하를 감소시키는 것이 가능하다.

본 발명의 검출장치의 상기 각 실시형태예에 있어서는, 제어부의 메모리(기억수단)에, 검사대상 재충전가능한 전지에 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성 데이터의 표(테이블) 혹은 정상의 재충전가능한 전지에 의거한 근사화 곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)을 기억시켜 둘 필요가 있다. 이것은, 검사대상 재충전가능한 전지에 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성 데이터의 표 혹은 정상의 재충전가능한 전지에 의거한 근사화 곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)이 제어부의 메모리에 기억되어 있을 경우에만 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출을 행할 수 있다는 것을 의미한다.

그러나, 본 발명의 검출장치에 이하 설명하는 바와 같은 기능을 지니게 함으로써, 각종 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 것이 가능해진다.

즉, 예를 들면, 복수의 이종의 검사대상 재충전가능한 전지의 검출을 실현하기 위해서는, 수종의 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성데이터의 표를 구비하거나, 또는 해당 데이터에 의거한 근사화 곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)이 제어부의 메모리에 미리 기억시켜 둔다. 이 경우, 검출장치에 있어서의 부여된 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 데 적합한 재충전가능한 전지종류를 선택하는 종류선택수단을 설치한다. 이 종류선택수단에는, 와이어 또는 라디오전기신호 혹은 광신호에 의한 입력기능 혹은 스위치입력기능을 지니게 한다. 검사대상 재충전가능한 전지 혹은 검사대상 재충전가능한 전지가 내장된 전지모율(또는 전지팩)에 외부와의 통신기능을 지니게 할 경우, 검출장치의 제어부는 상기 통신기능에 대응하는 통신기능을 지니게 하면 된다. 이것에 의해, 재충전가능한 전지 또는 전지모듈( 또는 전지팩)로부터 전지종류의 정보를 구별하고, 또 전지종류에 적합한 상기 데이터 혹은 상기 함수식을 선택하는 것이 가능하다.

본 발명의 검출장치의 이미 설명한 실시형태예에 있어서는, 1쌍의 단자(2101), 전지전압검출부(2102), 전지온도검출부(2103), 전류감지레지스터(2104) 및 증폭기(2105)를 하나씩 사용할 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이 실시형태예로 한정되는 것은 아니다.

도 31은, 도 29에 표시된 검출장치가 도 31에 표시된 바와 같은 회로구성을 지니는, 복수의 재충전가능한 전지에 접속되어 있는 본 발명의 검출장치의 다른 예를 설명하는 개략도이다.

도 31에 표시한 검출장치의 회로구성은, 기본적으로는, 장치본체에 복수의재충전가능한 전지(검사대상)[n개]를 접속하는 복수의 단자(2301A 내지 2301N, 각각은 단자쌍으로 이루어짐), 각각 재충전가능한 전지의 하나의 단자쌍간의 전압(단자간전압)을 검출하는 복수의 전지전압검출부(2302A 내지 2302N), 각각 재충전가능한 전지의 하나의 온도를 검출하는 복수의 전지온도검출부(2303A 내지 2302N), 각각의 재충전가능한 전지의 충전 혹은 방전전류를 검출하는 전류감지레지스터(2304), 증폭기(2305), 레지스터 1(2306), 레지스터 2(2307), 트랜지스터 1(2308), 트랜지스터 2(2309) 및 제어부(2310)를 구비하고 있다. 레지스터 1(2306), 레지스터 2(2307), 트랜지스터 1(2308) 및 트랜지스터 2(2309)는 함께 재충전가능한 전지의 각각에 충전 혹은 방전펄스전류를 부가하는 역할을 지닌다.

단자(2301A 내지 2301N)는, 장치본체를 지닌 재충전가능한 전지의 하나를 용이하고 확실하게 전기적으로 접속하는 역할을 한다. 전지전압검출부(2302A 내지 2302N)는, 각각, 재충전가능한 전지의 하나의 애노드와 캐소드간의 단자간 전압을 높은 입력임피던스에서 검출하고, 이 경우, 그 검출전압의 정보를 전지전압검출부(2302)로부터 제어부(2310)로 출력한다. 전지온도검출부(2303A 내지 2303N)는, 각각, 예를 들면, 써미스터 혹은 열전쌍에 의해 재충전가능한 전지의 하나의 온도를 검출하고, 이 경우, 검출된 전지온도의 정보는, 전지온도검출부으로부터 제어부(2310)로 출력된다. 각각의 재충전가능한 전지의 충전 혹은 방전전류는, 전류감지레지스터(2304)에 의해 검출되어 전압신호로 변환되고, 전류감지레지스터(2304)로부터의 전압신호는, 증폭기(2305)로 입력되어, 전압신호는 전압정보로처리되고, 그 전압정보는 제어부(2310)로 입력된다. 레지스터 1(2306), 레지스터 2(2307), 트랜지스터 1(2308) 및 트랜지스터 2(2309)로 이루어진 펄스전류-부가부는, 제어부로부터의 전압신호파에 대응하는 값의 전류를 재충전가능한 전지사이에 전류감지레지스터(2304)를 포함하는 시스템에 흐르게 하고, 여기서, 애노드와 캐소드는 단자(2301A 내지 2301N)의 한쪽에 전기접속되어 있다. 전압신호파는, 이들 파로 이루어진 직사각형파, 계단형상파 혹은 이들 파로 이루어진 파로 이루어져 있다.

제어부(2310)는, 그 안쪽 혹은 바깥쪽에 메모리를 지닌다. 단자(2301A 내지 2301N)의 한쪽에 각각 전기접속된 재충전가능한 전지와 동일한 종류 및 유형인 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성 데이터의 표 또는 정상의 재충전가능한 전지의 상기 데이터에 의거한 근사곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)은, 제어부(2310)의 메모리에 기억되어 있고, Q는 정상의 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유전기량), Voc는 정상의 재충전가능한 전지의 개로전압, T는 정상의 재충전가능한 전지의 온도, Id는 정상의 재충전가능한 전지의 방전전류, Vd는 전지가 방전될 때의 정상의 재충전가능한 전지의 전지전압, Ic는 정상의 재충전가능한 전지의 충전전류, Vc는 전지가 충전중인 때의 정상의 재충전가능한 전지의 전지전압, Rd는 전지가 방전될 때의 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항, Rc는 전지가 충전중인 때의 정상의 재충전가능한 전지의 내부저항이다.

상기 단자(2301A 내지 2301N)의 한쪽에 각각 접속된 재충전가능한 전지에 대한 온도(T)검출수단, 전류(I)검출수단 및 전압(V)검출수단이 설치된 도 31에 표시한 검출장치에 의하면, 이미 설명한 검출절차에 따라 각각의 재충전가능한 전지의 내부상태의 검출을 행함으로써, 각 재충전가능한 전지의 내부상태(열화상태, 전기보유용량, 잔존용량 및 내부저항을 포함함)의 검출을 행할 수 있다.

본 실시형태예에 있어서는, 복수의 재충전가능한 전지(검사대상)의 온도를 검출하기 위해, 복수의 전지온도검출부(2303A 내지 2303N)가 구비되어 있다. 전지온도검출부(2301A 내지 2301N)전체가 항상 사용될 필요는 없다. 예를 들면, 복수의 재충전가능한 전지(검사대상)를 대략 동일한 분위기에 설치한 경우, 단지 소수의 온도검출부만을 설치해서, 이들 온도검출부에 의해 제공된 온도정보를 공유해도 된다.

이와 별도로, 본 실시형태예에 있어서는, 복수의 전압검출부(2302A 내지 2302N)에 의해, 전지전압검출부(2302A 내지 2302N)에 대응하는 각 재충전가능한 전지의 단자간전압(애노드와 캐소드간의 전압)을 검출한 후, 제어부(2310)에 입력하낟. 이 경우, 전지전압검출부(2302A 내지 2302N)의 출력은 개별적으로 회로절환장치(예를 들면, 멀티플렉서로 이루어짐)에 입력되고, 제어부(2310)로부터의 요구에 따라, 임의의 재충전가능한 전지의 전압정보만을 제어부(2310)에 출력한다.

상기에서는, 복수의 재충전가능한 전지가 검출장치에 직렬로 접속되어 있는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 본 발명의 검출장치는, 재충전가능한 전지의 충전 혹은 방전전류를 검출하는 소정 개수의 전류검출부를 병렬접속렬에 설치함으로써, 소정 개수의 재충전가능한 전지가 직렬접속되어 있는 다수의 병렬접속렬을 지니도록 해서 다수의 재충전가능한 전지(검사대상)가 검출장치에 직렬 및 병렬로 접속되어 있는 경우에도 대응할 수 있다.

이 경우, 각 전류검출부의 출력은, 전류감지레지스터에 의한 전류-전압변환을 통해 전압신호로 된다. 따라서, 전류검출부로부터의 출력에 의거한 전압신호는 개별적으로 회로절환장치(예를 들면, 멀티플렉서로 이루어짐)에 입력되고, 제어부(2310)로부터의 요구에 따라, 임의의 재충전가능한 전지의 전압정보만을 제어부(2310)에 출력한다.

[산술프로그램을 지닌 기억매체]

상기 설명한 검출장치의 주특징은, 해당 검출장치가 기본적으로 검사대상 재충전가능한 전지에 대한 전지온도(T)검출수단(a), 재충전가능한 전지에 대한 충전 혹은 방전전류(I)검출수단(b), 재충전가능한 전지에 대한 전압(V)검출수단(c)과, 필요에 따라, 재충전가능한 전지에 대한 펄스전류부가수단(d) 및 검사대상 재충전가능한 전지에 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성 데이터의 표 또는 정상의 재충전가능한 전지의 상기 데이터에 의거한 근사곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)을 기억하는 기억수단(메모리)(e)를 구비하고, 상기 기억수단(e)에 기억된 상기 기본 데이터 혹은 함수식과, 전지온도(T)검출수단(a), 충전 혹은 방전전류(I)검출수단(b), 전압(V)검출수단(c)으로부터 얻어진 정보로부터, 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 데 있다.

상기 함수식에 있어서, Voc는 정상의 재충전가능한 전지의 개로전압, T는 정상의 재충전가능한 전지의 온도, Id는 정상의 재충전가능한 전지가 방전될 때의 해당 전지의 방전전류, Ic는 정상의 재충전가능한 전지의 충전전류, Vc는 정상의 재충전가능한 전지가 충전될 때의 해당 전지의 전지전압, Rd는 정상의 재충전가능한 전지가 방전될 때의 해당 전지의 내부저항, Rc는 정상의 재충전가능한 전지가 충전될 때의 해당 전지의 내부저항이다.

중요한 하드웨어수단을 갖춘 본 발명의 검출장치에 있어서는, 검사대상 재충전가능한 전지의 검출방법을 실행하기 위한 소정의 프로그램과, 검사대상 재충전가능한 전지에 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성 데이터의 표 또는 정상의 재충전가능한 전지의 상기 데이터에 의거한 근사곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)을 입력시킴으로써, 본 발명의 검출방법을 실행시킬 수 있다. 이와 같이 해서, 소정의 제어프로그램이 내부에 설치되어 있는 기억매체는 본 발명의 일실시형태예이다.

이하, 이 기억매체에 대해 구체적으로 설명한다.

예를 들면, 일반적으로 재충전가능한 전지가 접속되어 있는 휴대형 퍼스널컬퓨터는, 주로 본체의 작동에 관여하는 주제어부와 주로 주변장비와의 호환에 관여하는 서브제어부를 지닌다. 서브제어부에 있어서는, 많은 경우에, 본체에 탑재 또는 접속되어 있는 재충전가능한 전지(또는 전지팩(모듈)]의 온도와 단자간 전압(애노드와 캐소드간의 전압)을 모니터한다. 재충전가능한 전지가 본체에 접속되어 있는 경우, 시스템에 흐르는 전류의 상태를 모니터하고, 모니터된 정보를 획득한 서브제어부에서는, 본 발명의 제어프로그램과, 퍼스널컴퓨터내의 상기 재충전가능한 전지에 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 특성 데이터의 표 또는 정상의 재충전가능한 전지의 상기 데이터에 의거한 근사곡선의 함수식 Voc(Q), Vd(Q, Id, T), Vc(Q, Ic, T), Rd(Q, Id, T) 및 Rc(Q, Ic, T)을 입력시킴으로써, 퍼스널컴퓨터의 내부상태를 검출할 수 있다. 이 경우, 상기 제어프로그램, 상기 데이터표 혹은 상기 함수식을 주제어부에 입력시키는 것이 가능하다.

상기 퍼스널컴퓨터는 본 발명에 있어서와 같은 펄스전류부가수단이 구비되어 있지 않다. 예를 들면, 사용하는 하드웨어디스크나 주변기기에의 억세스시, 컴퓨터니의 소비전류가 변화되어, 재충전가능한 전지의 방전전류의 변화를 초래한다. 방전전류의 변화는 전지의 내부상태를 검출하기 위해 펄스전류부가수단에 의해 검사대상 재충전가능한 전지의 방전전류가 변화되는 전술한 경우에 해당되는 것으로 간주할 수 있다.

하드웨어디스크 또는 주변기기에의 억세스는, 주제어부 또는 서브제어부에 의한 요구에 행한다. 이와 같이 해서, 본 발명의 제어프로그램이 입력되는 서브제어부 또는 주제어부에 있어서, 하드웨어디스크 또는 주변기기에의 억세스를 지닌 상황의 발생을 미리 확인할 수 있다.

재충전가능한 전지가 접속된 기기에 있어서의 재충전가능한 전지의 방전전류의 이러한 변화는, 퍼스널컴퓨터에서만 발생하지 않고 다른 기기에서도 발생한다. 예를 들면, 재충전가능한 전지를 사용하는 셀룰러폰이 전송상태에 있을 때, 재충전가능한 전지를 사용하는 디지틀카메라가 플래시동작을 할 때 등에 발생한다. 따라서, 이러한 기기의 소비전류의 변화를 파악해서 사용된 재충전가능한 전지의 방전전류의 변화를 검출하여, 재충전가능한 전지의 내부상태(열화상태, 전기보유용량, 잔존용량 및 내부저항 등을 포함함)의 검출을 행할 수 있다. 또한, 검출된 내부상태의 정보는, 본 발명이 적용되는 기기에 이미 존재하는 소정 부분에 표시될 수 있다.

[본 발명에 있어서의 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출방법 및 장치를 채용할 수 있는 기기]

이미 설명한 바와 같이, 본 발명의 검출방법에 의하면, 재충전가능한 전지가 충전상태, 방전상태 또는 충전도 방전도 행하지 않는 중지상태인 경우 또는 재충전가능한 전지가 , 열화되어 있거나, 전기보유용량이 감소되었거나 내부저항이 증가된 경우에도 주어진 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량(현재 보유전기량)을 정확하게 계산하는 것이 가능하다. 이 때문에, 전원으로서 재충전가능한 전지를 사용하는 기기에 대해서, 기기의 잔존작동시간뿐만 아니라 재충전가능한 전지의 교환시간도 정확하게 구별하는 것이 가능하다. 이와 같이 해서, 본 발명에 의한 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출방법을 행하는 검출장치를 이러한 기기에 장착함으로써, 기기의 성능과 기기에 사용되는 재충전가능한 전지의 성능을 최대화 할 수 있다.

본 발명의 검출장치를 장착함으로써 성능이 최대화된 이러한 기기로서는, 예를 들면, 각각 정보통신기능을 지닌 셀룰러폰이나, 퍼스널디지틀원조장치, 컴퓨터, 전기차나 수소자동차 등의 전원으로서 재충전가능한 전지를 사용하는 차량 등을 들 수 있다.

그 밖에, 본 발명의 검출장치가 장착된 전지팩(하나의 재충전가능한 전지를 패킹하거나, 복수의 재충전가능한 전지를 직렬 또는 병렬로 접속하면서 패킹함)을 포함한 전지모듈, 본 발명의 검출장치가 장착된 충전기 등을 들 수 있다. 이러한 전지모듈에 대해서는, 재충전가능한 전지의 내부상태의 정보를 기기와 교환하는 통신기능을 지니게 하는 것도 가능하다.

또, 본 발명의 검출장치를 장착함으로써 성능을 개량할 수 있는 다른 기기(또는 시스템)로서는, 예를 들면, 재충전가능한 전지제품이 양품인 지 불량품인 지의 여부를 검사하는 기기, 전력보유(혹은 저장)시스템 등을 들 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 참조해서 보다 상세히 설명하나, 이들 실시예는 예시의 목적일 뿐 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

실시예 A

[정상의 재충전가능한 전지의 특성의 기본 데이터의 획득]

도 32 내지 도 34를 참조해서, 잔존용량(Q)(또는 방전가능용량)에 대한 개로전압(Voc)의 관계 Voc(Q)에 대한 주어진 정상의 재충전가능한 전지(주어진 검사대상 재충전가능한 전지에 대응함)에 대한 데이터 혹은 함수식과, 전지온도(T), 전류(I)(정상의 재충전가능한 전지가 접속된 시스템에 흐름) 및 잔존용량(Q)에 관한 전지전압(V)의 관계 V(Q, I, T)에 대한 상기 정상의 재충전가능한 전지의 데이터 혹은 함수식과, 상기 T, 상기 I 및 상기 Q에 관한 내부저항(R)의 관계 R(Q, I, T)를 얻는 방법의 일례에 대해서 설명한다.

도 32는 재충전가능한 전지에 대해서 이하의 방법으로 충방전을 행할 경우,직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh를 지닌 시판중인 리튬이온 재충전가능한 전지의 충방전특성을 표시한 것으로, 가로축은 시간, 세로축은 전지전압이다. 즉, 먼저, 최대충전전압이 4.2V인 조건하에서 정전류-정전압충전방법에 의해 2.5시간동안 재충전가능한 전지를 충전하고, 재충전가능한 전지의 온도를 25℃에서 유지하는 유동조건하에, 전지전압이 4.2V에 달할 때까지 재충전가능한 전지를 1A의 충전전류에서 정전류충전시킨 후, 정전압충전시켰다. 이 충전작업후, 재충전가능한 전지를 소정시간 중지시키고, 그 후, 재충전가능한 전지를 방전전류 0.2C(=0.26A)에서 15분간 방전시키고(재충전가능한 전지의 공칭전기용량의 약 5%에 상당하는 전기량이 방전됨) 소정이 시간중간 재충전가능한 전지를 중지시키는 방전사이클을, 재충전가능한 전지의 전지전압이 소정의 차단전압(2.75V)에 이를 때까지 반복하였다.

도 33은 도 32에 표시한 방전작업시의 데이터에 의거해서 적분한 방전량에 대한 각 방전작업후의 중지횟수에 대한 개로전압과 간헐방전작업시의 전지전압과의 관계를 표시한 그래프이다. 도 33에 있어서, 파선은 각 방전작업(간헐방전작업)후의 중지횟수에 대한 재충전가능한 전지의 개로전압의 자취결과이고, 고딕선은 간헐방전시의 재충전가능한 전지의 전지전압의 자취결과로, 각 스파이크부분은 방전작업이 중지되고 재충전가능한 전지가 정지된 지점을 표시한다.

상기 적분된 방전량은, 재충전가능한 전지의 공칭용량(또는 전기보유용량)으로부터 방전가능전기량(즉, 잔존용량)을 감산해서 얻어진 전기량을 나타낸다. 따라서, 도 33은 잔존용량 Q에 대한 방전시의 전지전압 Vd(고딕선의 곡선 참조)와 개로전압 Voc(파선의 곡선 참조)와의 관계를 표시한 것을 알 수 있다.

이와 별도로, 방전전류(0.2C)를 소정의 방전전류[0.1C(= 0.13A), 0.5C(= 0.65A), 1.0C(= 1.3A), 1.5C(= 1.95A) 또는 2.0C(= 2.6A)]로 변경해서 반복하였다. 그 결과, 전지전압이 상기 방전차단전압에 이른 때의 잔존용량은 각 경우에 있어서 다른 것을 제외하고, 어느 경우에 있어서도, 잔존용량 Q와 개로전압 Voc와의 상기 관계는 변화가 없었다.

본 실시형태예에 있어서는, 이와 같이 해서 얻어진 전지특성의 곡선으로부터, 임의의 잔존용량에 대한 개로전압을 판독해서 이산데이터를 얻었고, 이 이산데이터에 의거해서, 개로전압 Voc와 잔존용량 Q와의 관계에 대한 데이터베이스(데이터표)를 제작하였다. 또한, 이 데이터베이스로부터, 상기 데이터베이스에 관한 근사곡선의 함수식 Voc(Q)를얻었다.

도 34는 재충전가능한 전지의 온도를 25℃로 유지한 조건하에서 각 방전전류 0.1C(= 0.13A), 0.2C(= 0.26A), 0.5C(= 0.65A), 1.0C(= 1.3A), 1.5C(= 1.95A) 또는 2.0C(= 2.6A)에서 재충전가능한 전지의 방전을 행한 때의 직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh를 지닌 시판중인 리튬이온 재충전가능한 전지의 방전특성을 표시한 그래프이다. 도 34에 있어서, 가로축은 적분된 방전량, 세로축은 전지전압이다. 적분된 방전량은, 재충전가능한 전지의 공칭용량(또는 전기보유용량)으로부터 방전가능전기량(즉, 잔존용량)을 감산해서 얻어진 전기량을 나타낸다. 도 34에 있어서, 각 경우에 있어서의 소정이 방전전류에서 재충전가능한 전지를 방전하기 전에, 최대충전전압 4.2V의 조건하에 정전류-정전압충전법에 의해 2.5시간 재충전가능한 전지의 충전을 행하고, 해당 재충전가능한 전지의 온도를 25℃로 유지한 조건하에, 전지전압이 4.2V에 달할 때까지 1A의 충전전류에서 정전류충전을 행하고 나서, 정전압충전을 행함으로써, 재충전가능한 전지를 완전충전상태로 하였다. 그 후, 재충전가능한 전지를 소정 기간 중지시키고 나서, 재충전가능한 전지를 방전시켰다.

각 방전전류에서의 전지특성곡선은, 해당 곡선에 대한 근사곡선의 함수로서 표현되었다.

이와 별도로, 재충전가능한 전지를 장착한 기기의 작동분위기로서 각각 -20℃, -10℃, 0℃, 40℃ 및 50℃의 온도에서, 상기와 마찬가지로 해서 방전작업시의 전지특성에 대한 데이터를 얻었다. 상기 이산데이터에 의거해서 얻어진 전지특성곡선으로부터, 임의의 잔존용량에 대한 개로전압 및 전지전압을 판독하고, 잔존용량 Q에 대한 방전작업시의 전지전압 Vd 및 내부저항 Rd와의 관계에 대한 데이터베이스(데이터표)를 작성하였다. 또, 이 데이터베이스로부터, 상기 데이터베이스에 관한 근사곡선의 각 함수식 Vd(Q, Id, T) 및 Rd(Q, Id, T)를 얻었다.

리튬이온 재충전가능한 전지(직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh)에 대한 상기에서 얻어진 상기 데이터표의 일례로서, 표 1에 있어서는, 방전작업시의 잔존용량 Q[Ah]와 전지온도가 25℃일 때의 각 정전류 Id(= 0.13A, 0.26A, 0.65A, 1.3A, 1.95A 및 2.6A)에서의 전지전압 Vd(V)과의 관계 및 방전작업시의 잔존용량 Q[Ah]와 개로전압 Voc(V)과의 관계를 표시하고 있다.

적분방전량 또는 잔존용량의 함수인 개로전압

개로전압 Voc는 잔존용량 Q에 의해서만 결정된 함수로서 간주될 수 있다. 이에 대해서, 상기 데이터표대신에, 개로전압 Voc은 잔존용량 Q의 함수로서, 예를 들면, 하기에 표시한 바와 같이

Voc(Q) = P_n× Qⁿ+ P_n-1× Q^n-1+ P_n-2× Q^n-2+ ···+ P₁× Q¹+ P₀× Q⁰

(식중, P_n내지 P₀는 각각 재충전가능한 전지의 종류, 유형, 공칭용량 등에 따라 다른 상수임) 표현될 수 있다.

이하, 개로전압 Voc와 잔존용량 Q와의 관계에 대한 근사곡선의 함수식이 얻어진 실제의 예에 대해 설명한다.

재충전가능한 전지의 전기보유용량(공칭용량)을 C, 소정의 시간에서의 상기 전지의 잔존용량을 Q라 할 때, 적분된 방전량은 (C-Q)로서 표현할 수 있다. 이 실시형태예에 있어서는, 개로전압 Voc가 적분된 방전량(C-Q)의 12차 다항식인 것으로 가정하자. 리튬이온 재충전가능한 전지(직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh)에 대한 개로전압 Voc 및 적분된 방전량(C-Q)에 관해서 획득한 기본 데이터에 의거해서, 잔존용량 Q에 대한 개로전압 Voc의 함수식을 계산하였다. 여기서, C의 값은 재충전가능한 전지의 공칭용량으로서 1.3Ah이다. 그리고, 잔존용량 Q가 취할 수 있는 범위는 0 ≤ Q ≤ C로 된다. 잔존용량 Q에 대한 개로전압 Voc의 계산된 함수식은 다음과 같다.

Voc(Q) = -661.900042980173225 × (C-Q)¹²＋ 4678.290484010105502 ×(C-Q)¹¹- 14335.21335398782685 × (C-Q)¹⁰＋ 24914.67028729754384 × (C-Q)⁹- 26969.20124879933792 × (C-Q)⁸＋ 18786.93847206758073 × (C-Q)⁷－ 8401.942857432433812 × (C-Q)⁶＋ 2331.619009308063141 × (C-Q)⁵- 370.18004193870911 × (C-Q)⁴＋ 26.914989189437676 × (C-Q)³＋ 0.445460210498741 × (C-Q)²- 0.883133725562348 × (C-Q) ＋ 4.188863096991684.

적분방전량 또는 잔존용량의 함수인 내부저항

전지가 방전작업중일 때의 재충전가능한 전지의 방전전류 Id, 개로전압 Voc, 전지전압 Vd 및 내부저항 Rd간의 관계는 Vd = Voc - Id ×Rd로 표현될 수 있다. 전지가 충전작업중일 때의 재충전가능한 전지의 충전전류 Ic, 개로전압 Voc, 전지전압 Vc 및 내부저항 Rc간의 관계는 Vc = Voc + Ic ×Rc로 표현될 수 있다. 또, 내부저항은 전지온도의 함수로서 간주할 수 있다. 이에 대해서는, 전지전압 V와 잔존용량 Q과의 관계 및 내부저항 R과 잔존용량 Q와의 관계는, 각각 곡선 V(Q, I, T) 및 근사곡선 R(Q, I, T)로 표현될 수 있고, 상기 V(Q, I, T)는 잔존용량 Q, 전류 I 및 전지온도 T에 관한 전지전압 V의 함수이고, 상기 R(Q, I, T)는 잔존용량 Q, 전류 I 및 전지온도 T에 관한 내부저항 R의 함수이다.

이제, 재충전가능한 전지의 전지온도를 T, 재충전가능한 전지의 방전전류를 I, 재충전가능한 전지의 전기보유용량(공칭용량)을 C, 소정의 시간에서의 상기 전지의 잔존용량을 Q라 할 때, 재충전가능한 전지의 적분된 방전량은 (C-Q)로서 표현할 수 있다.

이와 관련해서, 방전작업시의 잔존용량 Q에 관해서 내부저항 Rd에 대한 관계식 Rd(Q, I, T)는, 후술하는 바와 같이, 예를 들면, 잔존용량 또는 방전량에 관한 n차의 함수식으로서 표현될 수 있다. 이 경우, 잔존용량 Q가 취할 수 있는 범위는 0 ≤ Q ≤ C로 된다.

Rd(Q, I, T) = F_n× (C-Q)ⁿ＋ F_n-1× (C-Q)^n-1＋ F_n-2× (C-Q)^n-2＋ ···＋ F₁×(C-Q)¹＋ F₀×(C-Q)⁰

(식중, F_n내지 F₀는 예를 들면, 함수식 F_n= G_n(T) × H_n(I) 또는 F_n= G_n(T) + H_n(I)로서 표현될 수 있고, G_n(T)는 전지온도 T의 함수이고, H_n(I)는 전류의 함수임).

또는, 상기 F_n내지 F₀를 다음과 같이 함으로써:

F_n= K_n.m× I^m＋ K_n.m-1× I^m-1＋ K_n.m-2× I^m-2＋ ···· ＋ K_n.1× I¹＋ K_n.0× I⁰

F_n-1= K_n-1.m× I^m＋ K_n-1.m-1× I^m-1＋ K_n-1.m-2× I^m-2＋ ···· ＋ K_n-1.1× I¹＋ K_n-1.0× I⁰

F_o= K_o.m× I^m＋ K_o.m-1× I^m-1＋ K_o.m-2× I^m-2＋ ···· ＋ K_o.1× I¹＋ K_o.o× I⁰,

K_n.m내지 K_n.0의 각각, K_n-1.m내지 K_n-1.0의 각각, ···K_0.m내지 K_0.0의 각각은, 전지온도 T의 함수로서 표현될 수 있다.

상기 함수식이 얻어지는 실제의 예의 하나로서, 이하에 있어서, 직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh를 지닌 시판중인 리튬이온 재충전가능한 전지에 대해서, 이미 설명한 바와 같이 충방전을 행함으로써 잔존용량 Q(또는 적분된 방전량), 방전전류(I) 및 전지온도(T)에 관한 내부저항(Rd)에 대한 기본 데이터를 얻었고, 이 기본데이터는, Rd(Q, I, T)의 근사고간의 함수식으로 표현되었다. 본 실시예에 있어서는, 적분방전량(C-Q)[C는 상기 재충전가능한 전지의 공칭용량(1300mA = 1.3Ah)의 12차다항식으로 표현될 수 있는 것으로 가정함으로써, 내부저항에 관한 기본 데이터로 적합한 함수식을 계산하였다. 방전작업시의 내부저항 Rd(Q, I, T)의 계산된 함수식은, 다음과 같다.

Rd(Q, I, T) = F₁₂×(C-Q)¹²＋F₁₁×(C-Q)¹¹＋ F₁₀×(C-Q)¹⁰＋ ···· ＋F₁×(C-Q)¹＋ F₀×(C-Q)⁰

여기서, 계수 F₁₂내지 F₀는 각각 전류치(I)의 하기의 5차다항식으로 표현될 수 있었다.

F₁₂= K_12.5× I⁵＋ K_12.4× I⁴＋ K_12.3× I³＋ K_12.2× I²＋ K_12.1× I¹＋ K_12.0× I⁰

F₁₁= K_11.5× I⁵＋ K_11.4× I⁴＋ K_11.3× I³＋ K_11.2× I²＋ K_11.1× I¹＋ K_11.0× I⁰

F₀= K_0.5× I⁵＋ K_0.4× I⁴＋ K_0.3× I³＋ K_0.2× I²＋ K_0.1× I¹＋ K_0.0× I⁰

또, 계수 K_o.o내지 K_12.5는 각각 전지온도(T)의 하기의 4차 다항식으로 표현될 수 있었다.

K_0·0=0.0000003728422193×T⁴- 0.0004690399886317×T³＋ 0.219630909372119×T²- 45.393541420206056×T ＋ 3495

K_1·0=0.0000179118075830736×T⁴＋0.019047317301656×T³＋ 7.507153217164846×T²＋ 1295.900128065855824×T - 82320.66124016915274

K_2·0=0.0008393300954506×T⁴-0.925251141189932×T³＋ 380.532287220051614×T²- 69147.14363160646462×T＋4

K_3·0=-0.017185353004619×T⁴＋19.234599304257944×T³-8046.433143414219558×T²＋ 1490563.733755752211×T - 103127364.48805916309

K_4·0=0.169551698762352×T⁴-190.999908140883917×T³＋80470.07880103871866×T²- 15024311.89118036628×T ＋1.048650819771948e＋9

K_5·0=-0.955959118340144×T⁴＋1080.745597758554595×T³-457103.8624067021883×T²＋85709740.95309616626×T - 6.01059936858493e＋9

K_6·0=3.375841083746783×T⁴-3825.451933311166158×T³＋1622083.712826749077×T²- 304991211.3940501213×T ＋2.145317715502894e＋10

K_7·0=-7.810843719833634×T⁴＋8866.183584053051163×T³-3766345.644136840012×T²＋709567942.1204522848×T - 5.001923236648273e＋10

K_8·0=12.033631252687844×T⁴-13677.64824440043594×T³＋5818483.242671614513×T²- 1.097858196917345e＋9×T ＋7.751905044076741e＋10

K_9·0=-12.238187331253075×T⁴＋13925.33526539518061×T³-5930710.459638201632×T²＋1.120421761057557e＋9×T - 7.921808331037033e＋10

K_10·0=7.893435909900529×T⁴-8989.98957545310077×T³＋3832542.024125073105×T²- 724796162.165166378×T ＋5.130331180844828e＋10

K_11·0=-2.925896962983863×T⁴＋3335.077681152527475×T³-1423000.113370831124×T²＋269356095.2803371549×T - 1.908424205759282e＋10

K_12·0=0.474786593515207×T⁴-541.575826871208278×T³＋231252.3383636772924×T²- 43807985.50071253628×T ＋3.106470547152108e＋9

K_0·1=0.000002810514762×T⁴-0.002898202547079×T³＋1.105541936798752×T²- 184.521855864246987×T ＋11343

K_1·1=0.000551705428643872×T⁴-0.618741510687609×T³＋259.586933909031927×T²- 48283.85493898519053×T ＋3359573.6900693262

K_2·1=-0.0195475060621×T⁴＋22.088617721865582×T³-9341.226422357953197×T²＋1752157.602624612628×T - 122996540.8737580031

K_3·1=0.325763020172631×T⁴-369.7249163377202248×T³＋157069.7521357303194×T²- 29601894.0842731744×T ＋2.088209856891993e＋9

K_4·1=-2.908705926352533×T⁴＋3309.493716794020656×T³-1409607.063310474623×T²＋266370644.6106990278×T - 1.884257213245936e＋10

K_5·1=15.522568640313624×T⁴-17689.339928652651×T³＋7546667.398559059016×T²- 1.428474185012642e＋9×T ＋1.012224248948845e＋11

K_6·1=-52.917599424765683×T⁴＋60369.46012100671942×T³-25783514.46398825198×T²＋4.88600354697663e＋9×T - 3.46629897478479e＋11

K_7·1=119.343894918586244×T⁴-136256.5889387205825×T³＋58241129.37237557024×T²- 1.104580399434835e＋10×T ＋7.84285673315848e＋11

K_8·1=-180.13279743136772×T⁴＋205783.2935366885795×T³-88013024.84585164488×T²＋1.670262265534591e＋10×T - 1.186691748976397e＋12

K_9·1=179.977612805760856×T⁴-205704.7138883229345×T³＋88022247.56138792634×T2- 1.671265663160231e＋10×T ＋1.188005733152792e＋12

K_10·1=-114.22103353999718×T⁴＋130600.7620928548568×T³-55907464.3364872858×T²＋1.061943998671068e＋10×T - 7.551911324552615e＋11

K_11·1=41.695827710871889×T⁴-47691.58228996800608×T³＋20422870.60793861002×T²- 3.880626435474761e＋9×T ＋2.760661086077543e＋11

K_12·1=-6.666496484950264×T⁴＋7627.427708115624228×T³-3267274.46735554561×T²＋621019135.6699528694×T - 4.419293458561603e＋10

K_0·2=-0.0000149877533689156×T⁴＋0.016264765981062×T³-6.586433677933296×T²＋1179.630127694138537×T - 78854.88604895926256

K_1·2=-0.001671225994427×T⁴＋1.877401817058471×T³-789.07213084094451×T²＋147061.7484517464472×T - 10255014.040370674804

K_2·2=0.050857806024981×T⁴-57.421146649059438×T³＋24263.23108479666916×T²- 4547478.023707655258×T ＋318979066.9375175238

K_3·2=-0.767138695737053×T⁴＋869.501589442514955×T³-368895.5433750267257×T²＋69431079.11021871865×T - 4.891503969447994e＋9

K_4·2=6.458605207522703×T⁴-7339.346130055530012×T³＋3122145.968177304138×T²- 589259323.2726836204×T ＋4.163276005699007e＋10

K_5·2=-33.210693487729266×T⁴＋37806.52151914418209×T³-16112231.32226052508×T²＋3.046667102485437e＋9×T - 2.156707719286414e＋11

K_6·2=-110.41654910551955×T⁴-125855.3597195415496×T³＋53705964.79313132912×T²- 1.0168738968952e＋10×T ＋7.208109075952678e＋11

K_7·2=-244.609733706370236×T⁴＋279071.9859447662602×T³-119200855.458073914×T²＋2.259145651305348e＋10×T - 1.602974000459222e＋12

K_8·2=364.280446611480329×T⁴-415899.7378741699504×T³＋177773139.5446700454×T²- 3.37170978830763e＋10×T ＋2.394178279874176e＋12

K_9·2=-360.133009104473672×T⁴＋411398.5785509308916×T³-175950132.9841732085×T²＋3.339073499857018e＋10×T - 2.372399659849292e＋12

K_10·2=266.571828904114568×T⁴-258946.2668825854489×T³＋110800467.2156397104×T²- 2.103706218735303e＋10×T ＋1.495396594538536e＋12

K_11·2=-82.097460356641946×T⁴＋93865.67427578115894×T³-40180264.4568978697×T²＋7.631883991534069e＋9×T - 5.427255754183317e＋11

K_12·2=13.041315019963541×T⁴-14915.89122739454251×T³＋6387139.428232744336×T²- 1.213605887380284e＋9×T ＋8.633362065024582e＋10

K_0·3=0.0000251678427397413×T⁴-0.027749417567646×T³＋11.431003896028034×T²- 2085.159978444959506×T ＋142128.8166474564059

K_1·3=0.001751449385998×T⁴-1.965532828562073×T³＋825.198818901071149×T²- 153608.5966555425257×T ＋10697382.97613775916

K_2·3=-0.045992909613442×T⁴＋51.765049403509529×T³-21800.6951406261469×T²＋4071656.867690694518×T - 284551801.1211410761

K_3·3=0.609139955562425×T⁴-687.607714664136665×T³＋290488.4805661713472×T²-54432601.20337542892×T ＋ 3.817251073175302e＋9

K_4·3=-4.654946445586634×T⁴＋5267.515010680999694×T³-2231088.309676257428×T²＋419202946.5956563354×T - 2.948124603910822e＋10

K_5·3=22.286869517195672×T⁴-25270.05467747936928×T³＋10725593.31009998918×T²-2.019626285390959e＋9×T ＋ 1.423544581998099e＋11

K_6·3=-70.273845850297775×T⁴＋79808.32413277083833×T³-33930159.44685647637×T²＋6.400054181017841e＋9×T - 4.51914538369342e＋11

K_7·3=149.601386715460876×T⁴-170118.3903450048529×T³＋72421280.32549875974×T²-1.367911124421202e＋10×T ＋ 9.672544733460782e＋11

K_8·3=-216.080536475273817×T⁴＋245972.965744795074×T³-104825836.75099624693×T²＋1.982151737409837e＋10×T - 1.403160810753543e＋12

K_9·3=208.528016714157587×T⁴-237582.0518041840696×T³＋101339354.76017145813×T²-1.917950228946529e＋10×T ＋ 1.358957382793612e＋12

K_10·3=-128.648630272366432×T⁴＋146680.9468983050902×T³-62612523.06659654528×T²＋1.185900191909874e＋10×T - 8.409099766116382e＋11

K_11·3=45.862214041144405×T⁴-52323.81826514477143×T³+22349358.16426483542×T²-4.235780194080044e+9×T+3.005522361710247e+11

K_12·3=-7.185307946068086×T⁴+8202.238421019834277×T³-3505436.076118038502×T²+664747740.961967349×T-4.719465114689993e+10

K_0·4=-0.0000192255394011085×T⁴+0.021451855148696×T³-8.949177062086774×T²+1654.341424624854653×T-114347.8315392331278

K_1·4=-0.000816454884929378×T⁴+0.915963370235589×T³-384.394885101222144×T²+71516.78036990862165×T-4977237.941760426387

K_2·4=0.018665516848548×T⁴+20.945499132537545×T³+8792.787151743495997×T²-1636507.520356033929×T+113940643.510729596

K_3·4=-0.208551404290907×T⁴+234.064252746103051×T³-98280.91590542987979×T²-18297020.93438888714×T-1.274317674892173e+9

K_4·4=1.339574048511812×T⁴-1503.615180965887021×T³+631459.032932954724×T²-117585216.0713095963×T+8.191520568488794e+9

K_5·4=-5.41634189133107×T⁴+6080.279572206331977×T³-2553905.465719996486×T²+475671351.9166372418×T-3.314607225791437e+10

K_6·4=14.554042749470186×T⁴-16340.35331930969369×T³+6864766.807159300894×T²-1.2778884505325829e＋9×T+8.91410026807912e+10

K_7·4=-26.702810592234627×T⁴+29985.37313494967748×T³-12599908.78297643736×T²+2.347923449255732e+9×T-1.637030338813723e+11

K_8·4=33.616003692593779×T⁴-37755.79519816931134×T³+15868689.48295781203×T²-2.957814271722582e+9×T+2.062859919415767e+11

K_9·4=-28.549327238622432×T⁴+32071.84076537256988×T³-13482853.98914256319×T²+2.513751298973701e+9×T-1.753644153967844e+11

K_10·4=15.615889964970963×T⁴-17546.34309475550617×T³+7378066.55368669983×T²-1.375903085110361e+9×T+9.601048284484978e+10

K_11·4=-4.961400910069002×T⁴+5575.897482064596261×T³-2345115.56629166659×T²+437428445.089415431×T-3.053090860965102e+10

K_12·4=0.695014380923983×T⁴-781.253406883600064×T³+328646.8735752489884×T²-61314347.82639360428×T+4.280426730538583e+9

K_0·5=0.0000055685857458958×T⁴-0.006269943903778×T³+2.640726168426087×T²-493.072682310015125×T+34439.01298486242012

K_1·5=0.000161459388938338×T⁴-0.181685886575457×T³+76.48491361543168×T²-14275.91988238808517×T+996832.7974418463418

K_2·5=-0.003644982089995×T⁴＋4.101798825788432×T³-1726.917806184043457×T²+322373.2470881768968×T-22513770.08513562009

K_3·5=0.040176201294742×T⁴-45.2111990768366×T³+19035.3292236953348×T²-3553687.279590429272×T+248205168.0678731203

K_4·5=-0.252724149200711×T⁴+284.364088978607867×T³-119717.74444384659×T²+22349178.49348734319×T-1.5609506067017e+9

K_5·5=0.99321211747314×T⁴-1117.34604256486864×T³+470334.9616640359164×T²-87793226.38023105264×T+6.13128593721498e+9

K_6·5=-2.577149995346287×T⁴+2898.568018064226635×T³-1219882.472908790689×T²+227667403.1106119156×T-1.589763369995698e+10

K_7·5=4.546336695206962×T⁴-5112.045211581619696×T³+2150963.609311953653×T²-401358455.5349878669×T+2.802150292308567e+10

K_8·5=-5.493312202741592×T⁴＋ 6175.273952080845447×T³-2597737.064942202996×T²+484624717.2114210725×T-3.382866307244066e+10

K_9·5=4.479715688077147×T⁴-5034.625069146578426×T³+2117431.804731178563×T²-394939977.4744403362×T+2.756315841920568e+10

K_10·5=-2.35745032434141×T⁴+2648.891592185625086×T³-1113825.013085700106×T²+207708652.5919890404×T-1.449351552776621e+10

K_11·5=0.722700953370907×T⁴-811.891530954773657×T³+341327.5026830868446×T²-63640350.16188571602×T+4.439957102906778e+9

K_12·5=-0.098012110608512×T⁴+110.090753050316849×T³-46276.03871921345126×T²+8626818.395340621472×T-601771718.735604167

상기 함수식에 있어서, 상수항에 있어서의 "e+9", "e+10", "e+11" 및 "e+12"는 각각 "×10⁹", "×10¹⁰", "×10¹¹" 및 "×10¹²"를 표시한다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 내부저항 Rd(Q, I, T)에 관한 근사곡선의 함수식은 먼저 잔존용량 Q[적분된 방전량 (C-Q)]의 12차 다항식으로 표현되고, 이어서, 그 12차다항식에 있어서의 계수에 관해서 전류치 I의 5차다항식으로 표현되고, 마지막으로 그 5차 다항식에 있어서의 계수에 관해서 전지온도 T의4차다항식으로 표현된다.

본 발명은 얻어지는 이들 다항식의 차수 및 이들 다항식의 순서로 한정되지 않고, 또, 재충전가능한 전지의 기본 데이터를 표시하는 이미 설명한 함수식도 이러한 n차다항식으로 한정되는 것은 아니다.

검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량의 검출

실시예 1

본 실시예에 있어서는, 검사될 재충전가능한 전지(즉, 검사대상 재충전가능한 전지)로서, 충방전없이 각각 중지상태에 있는 직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh를 지닌 시판중인 3개의 리튬이온 재충전가능한 전지(샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3으로서)를 사용하였다. 그리고, 이들 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해, 본 발명의 검출방법에 따라 그들의 내부상태를 검출하였다.

실시예 A에 있어서는, 이들 검사대상 재충전가능한 전지(샘플 1 내지 샘플 3)의 각각에 대응하는 정상의 시판의 리튬이온전지(직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh)에 대해서, 잔존용량(Q) 및 개로전압(Voc)의 관계의 특성관련 기본 데이터 및 상기 기본 데이터에 의거한 함수식 Voc(Q) 및 Q(Voc)를 얻었다.

대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 관한 상기 특성관련 기본 데이터 또는 상기 함수식 Voc(Q) 또는 Q(Voc)를 참조해서, 그리고, 본 발명에 의한 검출방법인 도 3에 표시한 판정절차에 따라, 샘플 1 내지 샘플 3에 대해서 판정을 행하였다. 그 결과, 샘플 1 내지 샘플 3은 단락되지 않고 정상인 것으로 확인되었다.

다음에, 상기 3개의 검사대상 재충전가능한 전지(샘플 1 내지 샘플 3)에 대해 다음과 같이 충방전을 행하였다. 즉, 각각의 검사대상 재충전가능한 전지를, 최대충전압 4.2V의 조건하에 정전류-정전압충전법에 의해 2.5시간 충전하고, 재충전가능한 전지의 온도를 25℃로 유지하는 조건하에, 전지전압이 4.2V에 달할 때까지 충전전류 1A에서 정전류충전을 행하고 나서, 정전압충전을 행함으로써, 재충전가능한 전지를 완전충전시켰다. 그 후, 재충전가능한 전지를 소정 시간 중지시키고 나서, 방전전류 0.2C(= 0.26A)에서 방전을 행하여 공칭용량의 소정의 퍼센트에 상당하는 전기량(샘플 1은 20%, 샘플 2는 50%, 샘플 3은 80%)을 방전하였다. 이 경우, 샘플 1 내지 3의 잔존용량은 각각 공칭용량의 80%, 50% 및 0%였다.

다음에, 샘플 1 내지 3에 대해서, 잔존용량의 값을 이하의 방법으로 검출하였다. 먼저, 방전작업후의 각 샘플 1 내지 3의 개로전압(Voc)를 측정하였다. 그리고, 잔존용량(Q)과 개로전압(Voc)과의 이미 전술한 관계 Q(Voc) 및 측정된 개로전압을 참조해서, 각 샘플 1 내지 3의 잔존용량의 값을 검출하였다. 그 후, 샘플 1 내지 3의 각각에 대해서, 일정 방전전류 0.2C(= 0.26A)에서 방전을 행하고, 검출된 잔존용량이 옳다는 것을 확인하기 위해 방전량(방전된 전기량)을 측정하였다.

상기와 같이 해서 얻어진 샘플 1 내지 3의 측정된 개로전압치, 검출된 잔존용량치 및 측정된 방전량치를 일괄해서 표 2에 표시하였다.

이와 별도로, 측정된 개로전압치, 검출된 잔존용량치(본 발명의 검출방법에 의해 얻어진 것) 및 측정된 방전량치의 상황에 대한 검출정확도지표로서의 비율(%)을 얻는 것이 가능한 방정식[(검출된 잔존용량 - 방전량)/공칭용량 ×100]을 이용해서, 각 샘플 1 내지 3에 대해 검출정확도지표를 얻었다. 얻어진 결과를 일괄해서 표 2에 표시하였다.

표 2에 표시한 결과로부터, 샘플 1 내지 3의 검출정확도지표는, 표시된 정확도에서 서로 조화를 이루는 것을 알 수 있다. 특히, 검출정확도지표는, 검출량과 측정량간의 오차가 매우 적어, 전지의 공칭용량의 1%미만이므로, 검출정확도가 상당히 높다는 것을 나타낸다.

실시예 2

본 실시예에 있어서는, 검사대상 재충전가능한 전지로서, 충방전없이 각각 중지상태에 있는 직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh를 지닌 시판중인 3개의 리튬이온 재충전가능한 전지(샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3으로서)를 사용하였다. 그리고, 이들 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해, 본 발명의 검출방법에 따라 그들의 내부상태를 검출하였다.

실시예 A에 있어서는, 이들 검사대상 재충전가능한 전지(샘플 1 내지 샘플 3)의 각각에 대응하는 정상의 시판의 리튬이온전지(직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh)에 대해서, 잔존용량(Q) 및 개로전압(Voc)의 관계의 특성관련 기본 데이터 및 상기 기본 데이터에 의거한 함수식 Voc(Q) 및 Q(Voc)를 얻었다.

도 6에 표시한 절차에 따라, 3개의 검사대상 재충전가능한 전지의 각각에 대해, 방전전류 0.2C(= 0.26A)에서 방전을 행하고 나서, 충전전류 0.2C(= 0.26A)에서 정전류충전을 행하여, 충전량이 충전방전쿨롱효율에 의거한 공칭용량의 소정의 퍼센트(샘플 1은 20%, 샘플 2는 50%, 샘플 3은 80%)로 되면, 충전펄스를 공급해서 이때의 검사대상 재충전가능한 전지의 전지전압 및 개로전압을 측정하였다. 다음에, 특성관련 기본 데이터 또는 함수식 Voc(Q) 혹은 Q(Voc)를 참조해서, 본 발명에 의한 검출방법의 도 6의 순서도에 표시한 절차에 따라서, 각 샘플 1 내지 3이 단락되지 않고 정상인 것으로 확인되었고, 검사대상 재충전가능한 전지의 잔존용량을 검출하였다. 이와 같이 해서, 충전작업중인 3개의 검사대상 재충전가능한 전지(샘플 1 내지 3)의 각각의 잔존용량치를 검출하였다. 충전작업의 종료후, 각 시료 1 내지 3에 대해서, 일정 방전전류 0.2C(= 0.26A)에서 방전을 행하고, 검출된 잔존용량이 옳다는 것을 확인하기 위해 방전량(방전된 전기량)을 측정하였다.

상기와 같이 해서 얻어진 샘플 1 내지 3의 측정된 개로전압치, 검출된 잔존용량치 및 측정된 방전량치를 일괄해서 표 3에 표시하였다.

이와 별도로, 실시예 1과 마찬가지로, 방정식[(검출된 잔존용량 - 방전량)/공칭용량 ×100]을 이용해서, 각 샘플 1 내지 3에 대해 검출정확도지표(%)를 얻었다. 얻어진 결과를 일괄해서 표 3에 표시하였다.

표 3에 표시한 결과로부터, 샘플 1 내지 3의 검출정확도지표는, 표시된 정확도에서 서로 조화를 이루는 것을 알 수 있다. 특히, 검출정확도지표는, 검출량과 측정량간의 오차가 매우 적어, 전지의 공칭용량의 1%미만이므로, 검출정확도가 상당히 높다는 것을 나타낸다.

실시예 3

본 실시예에 있어서는, 검사대상 재충전가능한 전지로서, 충방전없이 각각 중지상태에 있는 직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh를 지닌 시판중인 9개의 리튬이온 재충전가능한 전지(샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3으로서)를 사용하였다. 그리고, 이들 9개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해, 본 발명의 검출방법에 따라 그들의 내부상태를 검출하였다.

실시예 A에 있어서는, 이들 9개의 검사대상 재충전가능한 전지의 각각에 대응하는 정상의 시판의 리튬이온전지(직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh)에 대해서, 방전작업시의 정상의 재충전가능한 전지의 전지온도(T), 방전전류(Id), 전지전압(Vd) 및 잔존용량(Q)의 관계의 특성관련 기본 데이터 및 상기 기본 데이터에 의거한 함수식 Vd(Q, Id, T) 및 Q(Vd, Id, T)를 얻었다.

9개의 검사대상 재충전가능한 전지의 각각에 대해, 해당 재충전가능한 전지의 온도를 25℃에서 유지하는 조건하에 충전전류 0.2C(= 0.26A)에서 충전을 행하여, 해당 재충전가능한 전지를 완전충전시켰다. 이와 같이 해서 완전충전된 9개의 재충전가능한 전지를, 각각 3개의 재충전가능한 전지로 이루어진 3개의 그룹(1) 내지 (3)으로 나누었다. 그 후, 각 그룹(1) 내지 (3)의 각각의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해 개별적으로 후술하는 바와 같이 정전류방전을 행하여, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 대한 상기 특성관련 기본 데이터 또는 상기 함수식Vd(Q, Id, T) 혹은 Q(Vd, Id, T)를 참조해서, 도 14에 표시한 순서도이 절차에 따라, 각 그룹(1) 내지 (3)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지가 정상인 것으로 판정(도 14의 S1006 참조)된 후, 그들의 잔존용량을 검출하였다(도 14의 S1007 참조).

특히, 그룹(1)의 3개의 재충전가능한 전지에 대해서는, 개별적으로 해당 재충전가능한 전지의 온도(T)를 25℃에서 유지하는 조건하에 일정 방전전류(Id) 1.C(= 1.3A)에서 방전을 행하였다. 이 방전작업에 있어서, 3개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나에 대해서는, 방전량이 260mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하고, 전지전압을 측정하였고; 나머지 2개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나는, 방전량이 650mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 전지전압을 측정하였으며; 나머지 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 방전량이 1040mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하여, 전지전압을 측정하였다.

그룹(2)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 개별적으로 해당 재충전가능한 전지의 온도(T)를 0℃에서 유지하는 조건하에 일정 방전전류(Id) 0.2C(= 0.26A)에서 방전을 행하였다. 이 방전작업에 있어서, 3개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나에 대해서는, 방전량이 260mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하고, 전지전압을 측정하였고; 나머지 2개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나는, 방전량이 650mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 전지전압을 측정하였으며; 나머지 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 방전량이 1040mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하여, 전지전압을 측정하였다.

그룹(3)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 개별적으로 해당 재충전가능한 전지의 온도(T)를 40℃에서 유지하는 조건하에 일정 방전전류(Id) 0.5C(= 0.65A)에서 방전을 행하였다. 이 방전작업에 있어서, 3개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나에 대해서는, 방전량이 260mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하고, 전지전압을 측정하였고; 나머지 2개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나는, 방전량이 650mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 전지전압을 측정하였으며; 나머지 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 방전량이 1040mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하여, 전지전압을 측정하였다.

그 후, 각 그룹(1) 내지 (3)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서 개별적으로 소정의 조건하에 방전을 행하여, 검출된 잔존용량이 옳다는 것을 확인하기 위해 각 재충전가능한 전지의 방전량(방전된 전기량)을 측정하였다.

상기와 같이 해서 얻어진 9개의 검사대상 재충전가능한 전지의 측정된 전지전압치, 검출된 잔존용량치 및 측정된 방전량치를 일괄해서 표 4에 표시하였다.

이와 별도로, 실시예 1과 마찬가지로, 방정식[(검출된 잔존용량 - 방전량)/공칭용량 ×100]을 이용해서, 각 9개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해 검출정확도지표(%)를 얻었다. 얻어진 결과를 일괄해서 표 4에 표시하였다.

표 4에 표시한 결과로부터, 9개의 검사대상 재충전가능한 전지의 검출정확도지표는, 표시된 정확도에서 서로 조화를 이루는 것을 알 수 있다. 특히, 검출정확도지표는, 검출량과 측정량간의 오차가 매우 적어, 전지의 공칭용량의 2%미만이므로, 검출정확도가 상당히 높다는 것을 나타낸다.

실시예 4

본 실시예에 있어서는, 검사대상 재충전가능한 전지로서, 충방전없이 각각중지상태에 있는 직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh를 지닌 시판중인 리튬이온 재충전가능한 전지를 사용하였다. 그리고, 이 검사대상 재충전가능한 전지에 대해, 본 발명의 검출방법에 따라 그들의 내부상태를 검출하였다.

실시예 A에 있어서는, 이 검사대상 재충전가능한 전지에 대응하는 정상의 시판의 리튬이온전지(직경 17㎜, 길이 67㎜ 및 공칭용량 1300mAh)에 대해서, 전지온도(T), 방전전류(Id), 방전전압(Vd) 및 잔존용량(Q)의 관계의 특성관련 기본 데이터 및 상기 기본 데이터에 의거한 함수식 Vd(Q, Id, T) 및 Q(Vγ, Id, T)를 얻었다.

검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하기 전에, 해당 검사대상 재충전가능한 전지를 충방전사이클에 넣고, 검사대상 재충전가능한 전지에 대해, 최대충전압 4.2V의 조건하에 정전류-정전압충전법에 의해 2.5시간 충전하고, 재충전가능한 전지의 온도를 25℃로 유지하는 조건하에, 전지전압이 4.2V에 달할 때까지 충전전류 1A에서 정전류충전을 행하고 나서, 정전압충전을 행하는 공정(a); 재충전가능한 전지를 20분간 중지시키는 공정(b); 전지전압이 2.75V에 달할 때까지 방전전류 650mA(= 0.5C = 0.65A)에서 재충전가능한 전지의 정전류방전을 행하는 공정(c); 및 재충전가능한 전지를 20분간 중지시키는 공정(d)로 이루어진 사이클을 200회 반복해서 행하였다.

이와 같이 해서 얻어진 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서 상기 공정(a)와 같은 방법으로 충전을 행하고 나서, 재충전가능한 전지의 온도를 25℃에서 유지하는 조건하에 방전전류 0.5C(= 0.65A = 650mA)에서 방전을 행하였다. 이 방전조작중에, 도 14, 도 16 및 도 17에 표시한 순서도에 따라, 650mA × 5초의 방전펄스전류는 정전류방전전류의 2배로 방전전류의 변화가 4회 발생하였으며, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지의 상기 특성관련 기본 데이터 또는 상기 함수식 Vd(Q, Id, T) 또는 Q(Q, Id, T)를 참조해서, 전지전압을 측정하고, 감소된 전기보유용량의 감소계수 D와 증가된 내부저항치를 검출하였다.

그 후, 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서, 일정 방전전류 0.2C(= 0.26A)에서 방전을 행하고, 검출된 잔존용량이 옳다는 것을 확인하기 위해 방전량(방전된 전기량)을 측정하였다.

측정된 전지전압치 및 방전전류치를 일괄해서 표 5에 표시하였다. 표 5에 있어서, V_n0는 방전전류의 n회의 변하전의 전지전압치, V_n1은 방전전류의 변화후의 전지전압치로, 방정식 V = V_n1+ (V_n0- V_n1) × e^-t/τ로부터 계산하였고, I_n0은 n회의 변화전의 방전전류치, I_n1은 n회의 변화후의 방전전류치이다.

계산된 감소계수 D, 계산된 내부저항치 및 검출된 잔존용량와, 상기에서 얻어진 검사대상 재충전가능한 전지의 측정된 방전량치는 표 6에 일괄해서 표시하였다.

표 6에 표시한 증가된 내부저항치는, R' = a×R+b(R은 검사대상 재충전가능한 전지가 정상인 경우의 내부저항, a 및 b는 각각 상수임)로 표시될 수 있는 것으로 가정해서 계산한 것이다.

이와 별도로, 실시예 1과 마찬가지로, 방정식[(검출된 잔존용량 - 방전량)/공칭용량 ×100]을 이용해서, 검사대상 재충전가능한 전지에 대해 검출정확도지표(%)를 얻었다. 얻어진 결과를 일괄해서 표 6에 표시하였다.

표 6에 표시한 결과로부터, 공칭용량의 약 3.5%의 오차범위로 계산된 잔존용량은 실제의 잔존용량과 일치하는 것으로 발견되었다.

또, 본 발명의 검출방법에 의하면, 성능이 열화되어 있는 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서도, 잔존용량을 고정확도로 검출하는 것이 가능하다는 식견을 얻게 되었다.

이와 별도로, 본 실시예에 있어서는, 방전전류의 변화횟수를 특히 잔존용량을 계산하는 데 필요한 최소수(4회)로 하였으나, 변화횟수를 증가시켜도, 잔존용량의 계산을 고정확도로 행할 수 있다.

실시예 5

본 실시예에 있어서는, 실시예 1에 있어서, 3개의 검사대상 리튬이온재충전가능한 전지대신에, 충방전없이 각각 중지상태에 있는 크기 AA이고 공칭용량 1550mAh를 지닌 시판중인 3개의 니켈-수소화금속 재충전가능한 전지(샘플 1, 샘플 2 및 샘플 3으로서)를 사용한 이외에는 실시예 1과 마찬가지 절차를 반복하였다.

이와 별도로, 상기 3개의 재충전가능한 전지(샘플 1 내지 샘플 3)에 각각 대응하는 크기 AA이고 공칭용량 1550mAh를 지닌 시판중인 니켈-수소화금속 재충전가능한 전지에 대해서, 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 잔존용량(Q) 및 개로전압(Voc)의 관계의 특성관련 기본 데이터 및 상기 기본 데이터에 의거한 함수식 Voc(Q) 및 Q(Voc)를 얻었다.

대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 관한 상기 특성관련 기본 데이터 또는 상기 함수식 Voc(Q) 또는 Q(Voc)를 참조해서, 그리고, 본 발명에 의한 검출방법인 도 3에 표시한 판정절차에 따라, 샘플 1 내지 샘플 3에 대해서 판정을 행하였다. 그 결과, 샘플 1 내지 샘플 3은 단락되지 않고 정상인 것으로 확인되었다.

다음에, 상기 3개의 검사대상 재충전가능한 전지(샘플 1 내지 샘플 3)에 대해 다음과 같이 충방전을 행하였다. 즉, 각각의 검사대상 재충전가능한 전지를, 일정 충전전류 310mA에서 7.5시간 충전시킴으로써, 재충전가능한 전지를 완전충전시켰다. 그 후, 재충전가능한 전지를 소정 시간 중지시키고 나서, 방전전류 0.2C(= 310mA)에서 방전을 행하여 공칭용량의 소정의 퍼센트에 상당하는 전기량(샘플 1은 20%, 샘플 2는 50%, 샘플 3은 80%)을 방전하였다. 이 경우, 샘플 1 내지 3의 잔존용량은 각각 공칭용량의 80%, 50% 및 0%였다.

다음에, 샘플 1 내지 3에 대해서, 잔존용량의 값을 이하의 방법으로 도 3에 표시한 순서도의 절차에 따라 검출하였다. 먼저, 방전작업후의 각 샘플 1 내지 3의 개로전압(Voc)를 측정하였다. 그리고, 잔존용량(Q)과 개로전압(Voc)과의 이미 전술한 관계 Q(Voc) 및 측정된 개로전압을 참조해서, 각 샘플 1 내지 3의 잔존용량의 값을 검출하였다. 그 후, 샘플 1 내지 3의 각각에 대해서, 일정 방전전류 0.2C에서 방전을 행하고, 검출된 잔존용량이 옳다는 것을 확인하기 위해 방전량(방전된 전기량)을 측정하였다.

상기와 같이 해서 얻어진 샘플 1 내지 3의 측정된 개로전압치, 검출된 잔존용량치 및 측정된 방전량치를 일괄해서 표 7에 표시하였다.

이와 별도로, 실시예 1과 마찬가지로, 방정식[(검출된 잔존용량 - 방전량)/공칭용량 ×100]을 이용해서, 각 샘플 1 내지 3에 대해 검출정확도지표(%)를 얻었다. 얻어진 결과를 일괄해서 표 3에 표시하였다.

표 7에 표시한 결과로부터, 샘플 1 내지 3의 검출정확도지표는, 표시된 정확도에서 서로 조화를 이루는 것을 알 수 있다. 특히, 검출정확도지표는, 검출량과 측정량간의 오차가 매우 적어, 검출정확도가 상당히 높다는 것을 나타낸다.

실시예 6

본 실시예에 있어서는, 실시예 3에 있어서, 9개의 검사대상 리튬이온재충전가능한 전지대신에, 충방전없이 각각 중지상태에 있는 크기 AA이고 공칭용량 1550mAh를 지닌 시판중인 3개의 니켈-수소화금속 재충전가능한 전지를 사용한 이외에는 실시예 3과 마찬가지 절차를 반복하였다.

이들 9개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는 본 발명의 검출방법에 따라 그들의 내부상태를 검출하였다.

이와 별도로, 상기 9개의 재충전가능한 전지(샘플 1 내지 샘플 9)에 각각 대응하는 크기 AA이고 공칭용량 1550mAh를 지닌 시판중인 니켈-수소화금속 재충전가능한 전지에 대해서, 실시예 A와 마찬가지 방법으로, 방전작업시의 정상의 재충전가능한 전지의 전지온도(T), 방전전류(Id), 전지전압(Vd) 및 잔존용량(Q)의 관계의 특성관련 기본 데이터 및 상기 기본 데이터에 의거한 함수식 Vd(Q, Id, T) 및 Q(Vd, Id, T)를 얻었다.

9개의 검사대상 재충전가능한 전지(실시예 1 내지 9)의 각각에 대해, 0.2C의충전전류에서 7.5시간 충전을 행하여 해당 재충전가능한 전지를 완전충전시켰다.

이와 같이 해서 완전충전된 9개의 재충전가능한 전지를, 각각 3개의 재충전가능한 전지로 이루어진 3개의 그룹(1) 내지 (3)으로 나누었다. 그 후, 각 그룹(1) 내지 (3)의 각각의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해 개별적으로 후술하는 바와 같이 정전류방전을 행하여, 대응하는 정상의 재충전가능한 전지에 대한 상기 특성관련 기본 데이터 또는 상기 함수식 Vd(Q, Id, T) 혹은 Q(Vd, Id, T)를 참조해서, 도 14에 표시한 순서도이 절차에 따라, 각 그룹(1) 내지 (3)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지가 정상인 것으로 판정(도 14의 S1006 참조)된 후, 그들의 잔존용량을 검출하였다(도 14의 S1007 참조).

특히, 그룹(1)의 3개의 재충전가능한 전지에 대해서는, 개별적으로 해당 재충전가능한 전지의 온도(T)를 25℃에서 유지하는 조건하에 일정 방전전류(Id) 1.C에서 방전을 행하였다. 이 방전작업에 있어서, 3개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나에 대해서는, 방전량이 310mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하고, 전지전압을 측정하였고; 나머지 2개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나는, 방전량이 775mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 전지전압을 측정하였으며; 나머지 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 방전량이 1240mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하여, 전지전압을 측정하였다.

그룹(2)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 개별적으로 해당 재충전가능한 전지의 온도(T)를 0℃에서 유지하는 조건하에 일정 방전전류(Id)0.2C에서 방전을 행하였다. 이 방전작업에 있어서, 3개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나에 대해서는, 방전량이 310mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하고, 전지전압을 측정하였고; 나머지 2개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나는, 방전량이 775mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 전지전압을 측정하였으며; 나머지 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 방전량이 1240mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하여, 전지전압을 측정하였다.

그룹(3)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 개별적으로 해당 재충전가능한 전지의 온도(T)를 40℃에서 유지하는 조건하에 일정 방전전류(Id) 0.5C에서 방전을 행하였다. 이 방전작업에 있어서, 3개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나에 대해서는, 방전량이 310mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하고, 전지전압을 측정하였고; 나머지 2개의 검사대상 재충전가능한 전지중 하나는, 방전량이 775mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 전지전압을 측정하였으며; 나머지 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서는, 방전량이 1240mAh에 도달한 시점에서, 정상인 것으로 판명되었고, 그 후, 잔존용량치를 검출하여, 전지전압을 측정하였다.

그 후, 각 그룹(1) 내지 (3)의 3개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해서 개별적으로 소정의 조건하에 방전을 행하여, 검출된 잔존용량이 옳다는 것을 확인하기 위해 각 재충전가능한 전지의 방전량(방전된 전기량)을 측정하였다.

상기와 같이 해서 얻어진 9개의 검사대상 재충전가능한 전지의 측정된 전지전압치, 검출된 잔존용량치 및 측정된 방전량치를 일괄해서 표 8에 표시하였다.

이와 별도로, 실시예 1과 마찬가지로, 방정식[(검출된 잔존용량 - 방전량)/공칭용량 ×100]을 이용해서, 각 9개의 검사대상 재충전가능한 전지에 대해 검출정확도지표(%)를 얻었다. 얻어진 결과를 일괄해서 표 8에 표시하였다.

표 8에 표시한 결과로부터, 9개의 검사대상 재충전가능한 전지의 검출정확도지표는, 표시된 정확도에서 서로 조화를 이루는 것을 알 수 있다. 특히, 검출정확도지표는, 검출량과 측정량간의 오차가 매우 적어, 전지의 공칭용량의 2%미만이므로, 검출정확도가 상당히 높다는 것을 나타낸다.

잔존용량(Ah)	Voc(V)	Vd(V)Id=0.13A	Vd(V)Id=0.26A	Vd(V)Id=0.65A	Vd(V)Id=1.3A	Vd(V)Id=1.95A	Vd(V)Id=2.6A
1.3	4.189	4.172	4.158	4.904	4.043	3.959	3.894
1.2	4.111	4.077	4.050	3.945	3.851	3.728	3.619
1.1	4.044	4.012	3.980	3.876	3.779	3.654	3.545
1.0	3.986	3.944	3.911	3.804	3.710	3.598	3.500
0.9	3.933	3.893	3.860	3.757	3.665	3.555	3.460
0.8	3.879	3.841	3.811	3.705	3.611	3.501	3.480
0.7	3.833	3.795	3.767	3.656	3.563	3.463	3.378
0.6	3.806	3.772	3.740	3.629	3.538	3.440	3.356
0.5	3.789	3.755	3.717	3.606	3.510	3.407	3.320
0.4	3.770	3.724	3.690	3.567	3.474	3.375	3.290
0.3	3.747	3.701	3.670	3.547	3.457	3.358	3.268
0.2	3.712	3.680	3.642	3.507	3.425	3.316	3.215
0.1	3.676	3.622	3.583	3.409	3.334	3.226	3.125

	개로전압(V)	검출된 잔존용량(Ah)	방전량(Ah)	(검출된 잔존용량-방전량)/공칭용량×100(%)
샘플 1	4.008	1.0583	1.0612	-0.2231
샘플 2	3.817	0.6633	0.6712	-0.6077
샘플 3	3.735	0.2710	0.2812	-0.7846

	개로전압(V)	검출된 잔존용량(Ah)	방전량(Ah)	(검출된 잔존용량-방전량)/공칭용량×100(%)
샘플 1	3.726	0.2482	0.2565	-0.6385
샘플 2	3.811	0.6368	0.6465	-0.7462
샘플 3	3.994	1.0333	1.0365	-0.2462

	샘플번호	전지전압(V)	검출된 잔존용량(Ah)	방전량(Ah)	(검출된 잔존용량-방전량)/공칭용량×100(%)
(1)T=25℃I=1.0C	1	3.733	1.0472	1.0367	0.8077
	2	3.549	0.6458	0.6467	-0.0692
	3	3.450	0.2504	0.2567	-0.4846
(2)T=0℃I=0.2C	4	3.730	0.9338	0.9458	-1.1308
	5	3.537	0.5366	0.5585	-1.6846
	6	3.304	0.1571	0.1685	-0.8769
(3)T=40℃I=0.5C	7	3.859	1.0124	1.0134	-0.0769
	8	3.675	0.6069	0.6234	-1.2692
	9	3.575	0.2263	0.2334	-0.5462

온도: 25℃	vno〔V〕	vni〔V〕	Tno〔A〕	Tni〔A〕
제 1전류변화	3.800	3.577	0.650	1.300
제 2전류변화	3.750	3.537	0.650	1.300
제 3전류변화	3.700	3.521	0.650	1.300
제 4전류변화	3.650	3.497	0.650	1.300

본 발명에 의한 검출된 잔존용량(검출량)〔Ah〕	0.8249
실제 방전량〔Ah〕	0.7791
(검출된 잔존용량-방전량)/공칭용량×100(%)	3.5231
감소된 전기보유용량의 감소계수 D	0.8764
연산된 내부저항 R=a×R+b	2.4973×R-0.1600

	개로전압(V)	검출된 잔존용량(Ah)	방전량(Ah)	(검출된 잔존용량-방전량)/공칭용량×100(%)
샘플 1	1.320	1.2464	1.2483	-0.1226
샘플 2	1.290	0.7738	0.7833	-0.6129
샘플 3	1.243	0.3131	0.3183	-0.3355

	샘플번호	전지전압(V)	검출된 잔존용량(Ah)	방전량(Ah)	(검출된 잔존용량-방전량)/공칭용량×100(%)
(1)T=25℃I=1.0C	1	1.203	1.1613	1.1639	-0.1677
	2	1.175	0.6870	0.6989	-0.7677
	3	1.114	0.2319	0.2339	-0.1290
(21)T=0℃I=0.2C	4	1.229	1.1681	1.1667	0.0903
	5	1.209	0.6793	0.7018	-1.4516
	6	1.168	0.2388	0.2367	0.1355
(3)T=40℃I=0.5C	7	1.241	1.1971	1.2000	-0.1871
	8	1.220	0.7273	0.7350	-0.4968
	9	1.171	0.2668	0.2700	-0.2065

이상, 상기 실시예 1 내지 6에서 얻어진 결과로부터, 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 검출방법에 의하면, 정상상태인 지 열화된 상태인 지의 여부에 관계없이 어떠한 재충전가능한 전지에 대해서도, 잔존용량(현재 보유전기량)을 매우 고정확도로 검출할 수 있다. 이것에 의해, 재충전가능한 전지를 전원으로서 사용하는 기기의 실제사용기간을 검출하는 것이 가능하다. 또, 수명을 나타내는 재충전가능한 전지의 전기보유용량의 감소를 정확하게 검출하는 것이 가능하다.

이와 별도로, 본 발명은, 각종 전지의 내부상태를 검출하도록 각종 전지에 대해서 적용할 수 있다.

Claims (13)

1. 검사대상인 재충전가능한 전지(B_a)의 열화상태, 전기보유용량, 잔존용량 및 내부저항으로 이루어진 내부상태를 검출하는 검출방법이 채용되는 검출장치가 설치된 기계에 있어서,

   상기 검출방법은,

   (i) 상기 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)에 대한 기준 재충전가능한 전지로서 정상의 열화되지 않은 재충전가능한 전지(B_n)의 특성의 기본 데이터(BD)를 구비하는 공정과;

   (2) 상기 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)에 대해서, 전압치나 전류치를 측정하거나 또는 전압치와 전류치를 측정하고, 그 측정결과를 상기 공정(1)에서 얻어진 상기 기본 데이터(BD)와 비교해서,

   (i) 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)가 단락되었는지,

   (ii) 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)의 내부저항이 증가되었는지,

   (iii) 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)의 전기보유용량이 감소되었는지,

   (iv) 재충전가능한 전지(B_a)의 전기보유용량이 감소되고, 그 내부저항이 증가되었는지 또는

   (v) 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)가 정상인지

   의 여부를 판정하는 공정과;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 판정공정 후에, 기기를 작동시킬 수 있는 상기 검사대상 재충전가능한 전지(B_a)의 잔존용량 혹은 사용가능용량을 계산하는 공정을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 기계.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 검출장치는, 적어도 (i) 검사대상 재충전가능한 전지의 1쌍의 단자사이의 전압을 검출하는 전압검출수단, (ii) 상기 검사대상 재충전가능한 전지내에 흐르는 충전전류 혹은 방전전류를 검출하는 전류검출수단, (iii) 상기 검사대상 재충전가능한 전지의 온도를 검출하는 온도검출수단 및 (iv) 상기 검사대상 재충전가능한 전지와 동일한 종류 및 동일한 유형인 정상의 재충전가능한 전지의 미리 획득한 기본 데이터 또는 상기 기본 데이터를 디지틀화해서 얻어진 함수식을 기억시켜 두는 기억수단을 구비하고, 상기 기억수단(iv)에 기억된 상기 기본 데이터 혹은 상기 함수식과, 상기 전압검출수단(i), 상기 전류검출수단(ii) 및 상기 온도검출수단(iii)으로부터 얻어진 정보로부터, 상기 검사대상 재충전가능한 전지의 내부상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 기계.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기계는 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 기계.
5. 제 3항에 있어서, 상기 기계는 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 기계.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기계는 차량인 것을 특징으로 하는 기계.
7. 제 3항에 있어서, 상기 기계는 차량인 것을 특징으로 하는 기계.
8. 제 6항에 있어서, 상기 차량은 바퀴를 지닌 기계인 것을 특징으로 하는 기계.
9. 제 7항에 있어서, 상기 차량은 바퀴를 지닌 기계인 것을 특징으로 하는 기계.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기계는 재충전가능한 전지를 충전하는 충전기를 지닌 것을 특징으로 하는 기계.
11. 제 3항에 있어서, 상기 기계는 재충전가능한 전지를 충전하는 충전기를 지닌 것을 특징으로 하는 기계.
12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기계는 재충전가능한 전지제품이 양품인지 불량품인지의 여부를 검사하는 기계인 것을 특징으로 하는 기계.
13. 제 3항에 있어서, 상기 기계는 재충전가능한 전지제품이 양품인지 불량품인지의 여부를 검사하는 기계인 것을 특징으로 하는 기계.