KR20080036591A - 리듐-이온 배터리용 제어 전자장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 팩의 저장 전압은 제어 전자장치로 제어된다. 배터리 팩의 저장 전압은 감지되고, 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우, 배터리 팩의 저장 전압을 예정된 범위 이하로 조절하도록, 또는 저장 전압이 예정된 전압인 경우 또는 예정된 전압 보다 높은 경우, 배터리 팩의 저장 전압을 예정된 전압 이하로 조절하도록 방전 메커니즘이 구동된다. 제어 전자장치는 배터리 팩의 저장 전압을 감지하고 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우, 배터리 팩의 저장 전압을 예정된 범위 이하로 조절하도록, 또는 저장 전압이 예정된 전압인 경우 또는 예정된 전압 보다 높은 경우, 배터리 팩의 저장 전압을 예정된 전압 이하로 조절하도록 방전 메커니즘을 구동시킨다. 제어 전자장치는 전자 소자 및 배터리 팩에 결합된다. 제어 전자장치는 전자 소자 또는 배터리 팩에 구현되거나 또는 개별 제어 전자 소자에 구현된다.

Description

리듐-이온 배터리용 제어 전자장치{CONTROL ELECTRONICS FOR LI-ION BATTERIES}
본 출원은 본 명세서에서 참조되는 2005년 7월 14일자로 출원된 미국 가출원 No. 60/699,088호의 장점을 청구한다.
통상적으로 휴대용 전자 장치의 Li-이온 배터리들은 이들 사용자에 따라 상이한 충전, 방전 및 저장 루틴들을 겪는다. 배터리의 비교적 긴 캘린더(또는 저장) 수명 및/또는 사이클 수명을 갖는다는 장점이 있지만, 통상적으로 배터리들은 리튬 삽입(intercalation) 및 제거에 따라 전극들의 두께를 변화시키는 전극들의 브레씽(breathing) 특성으로 인해 야기되는 부분적으로 배터리의 화학적 분해 및 기계적 분해로 인해 제한된 캘린더 및 사이클 수명을 갖는다. 예를 들면, 일반적으로 망가네이트-스피넬(manganate-spinel) 기반 캐소드 물질을 이용하는 Li-이온 배터리들은 상대적으로 낮은 사이클 및 캘린더 수명을 갖는 LiCoO2-기반 캐소드 물질을 이용하는 배터리들과 비교할 때 높은 안정성, 높은 전력 용량 및 낮은 제조 비용을 갖는다. 또한, 동일한 형태의 배터리들 중에서도, 배터리들의 캘린더 및 사이클 수명은 배터리들의 사용자에 따라 겪게되는 충전, 방전 및 저장 루틴들에 따라 서로 다를 수 있다.
일반적으로 배터리의 캘린더 수명에 대해 2가지 특성이 고려된다. 제 1 특성은 자체 방전을 통한 저장 동안 배터리의 용량이 손실되는 것과 관련된다. 배터리 산업에서, 충전 능력없이 저장되는 배터리는 부분적으로 배터리 전하를 손실할 수 있다고 알려져 있다. 일반적으로 전하 손실 레벨은 화학적 안정성, 온도 및 저장 시간과 같은 요인들과 관련된다. Li-이온 배터리들은 자체 방전을 통한 저장 동안 일반적으로 이들의 용량을 손실하는 예시적인 배터리들이다. Li-이온 배터리의 손실된 용량은 저장 동안 배터리가 겪게되는 충전 상태(state-of-charge) 변화(또는 전압 변화)로 측정될 수 있다. 제 2 특성은 회복불가능한 배터리의 영구적 손상 및 회복가능한 용량과 관련된다. 회복가능한 배터리 용량은 전체 충전/방전 사이클 동안 개시 용량을 저장되는 배터리의 전체 충전/방전 사이클과 관련시킴으로써 측정될 수 있다. 배터리의 손실된 용량은 저장 동안 배터리의 사이클링에 의해 야기되는 손상과는 상이한 배터리의 화학적 손상과 관련되는 것으로 여겨진다. 배터리 사이클링에 의해 야기되는 손상은 전극들의 브레씽 특성에 의해 야기되는 손상을 포함하는 것으로 여겨진다. 이와 상관없이, 연장된 사용 기간에 따른 배터리 손상은 특히 리튬-이온 배터리를 사용하는 다수의 전자 장치에 대해 공지된 문제점이다.
따라서, Li-이온 배터리들과 같은 배터리들의 캘린더 수명 및/또는 사이클 수명을 증가시키는 개선된 방법이 요구된다.
본 발명은 전반적으로 유해(detrimental) 전압 범위 또는 유해 전압을 회피하도록 배터리 저장 전압을 조절하기 위해 배터리 또는 배터리 팩의 저장 전압을 제어하여, 유해 전압 범위 또는 유해 전압에서 배터리 또는 배터리 팩이 소비되는 시간을 최소화시킬 수 있는 방법 및 전자 장치에 관한 것이다.
본 발명자들은 Li-이온 배터리들, 특히 리듐 코발테이트(lithium cobaltate) 및 망가네이트-스피넬의 혼합물을 포함하는 Li-이온 배터리들에 대해, 주어진 배터리(또는 셀)의 저장 전압 레벨이 배터리의 캘린더 수명에 대한 결정 요인이란 것을 발견했다. 또한 본 발명자들은 Li-이온 배터리들의 손상이 가속되는 특정한 저장 전아 범위가 있다는 것을 발견했다. 이러한 발견을 기초로, 제어 전자장치를 갖는 배터리 팩의 저장 전압을 제어하는 방법; 전자 소자(electronic device), 배터리 팩 및 전자 소자와 배터리 팩에 결합되는 제어 전자장치(electronics)를 포함하는 시스템; 팩 하우징, 팩 하우징내의 적어도 하나의 셀 및 팩 하우징 내의 제어 전자장치를 포함하는 배터리 팩; 및 제어 전자장치를 포함하는 제어 전자 소자가 본 발명에서 개시된다.
일 실시예에서, 본 발명은 제어 전자장치를 갖는 배터리 팩의 저장 전압을 제어하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 배터리 팩의 저장 전압을 감지하는 단계 및 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우, 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 범위 이하로 조절되도록, 또는 저장 전압이 예정된 범위이거나 또는 예정된 범위 보다 높은 경우, 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 이하로 조절되도록, 방전 메커니즘을 구동시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 제어 전자장치 및 배터리 팩은 전자 소자와 결합된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 전자 소자, 배터리 팩 및 전자 소자와 배터리 팩에 결합된 제어 전자장치를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 제어 전자장치는 배터리 팩의 저장 전압을 감지하고, 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 범위 이하로 조절되도록, 또는 저장 전압이 예정된 범위이거나 또는 예정된 범위 보다 높은 경우, 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 이하로 조절되도록, 방전 메커니즘을 구동시킨다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 팩 하우징, 팩 하우징 내의 적어도 하나의 셀 및 팩 하우징 내의 제어 전자장치를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 상기 제어 전자장치는 배터리 팩의 저장 전압을 감지하고, 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 범위 이하로 조절되도록, 또는 저장 전압이 예정된 범위 이상인 경우, 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 이하로 조절되도록, 방전 메커니즘을 구동시킨다.
또한 본 발명은 부품 하우징 및 부품 하우징 내의 제어 전자장치를 포함하는 제어 전자 소자를 포함하며, 상기 제어 전자장치는 배터리 팩의 저장 전압을 감지하고, 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 범위 이하로 조절되도록, 또는 저장 전압이 예정된 범위 이상인 경우, 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 전압 이하로 조절되도록, 방전 메커니즘을 구동시킨다.
본 발명은 효율적으로 배터리의 캘린더 수명 및/또는 사이클 수명을 강화시킬 수 있다. 통상적으로, 휴대용 전자 소자의 Li-이온 배터리들은 이들의 사용자에 따라 상이한 충전, 방전 및 저장 루틴들을 겪는다. 예를 들며, 일부 사용자들은 매일 아침에 완전히 충전된 배터리로 시작하여 하루가 끝나면 배터리가 다시 완전히 충전되도록 전자 소자를 충전기에 꽂아둠으로써 이들 전자 소자를 사용한다. 다른 사용자들은 외부 전력에 완전히 충전된 부품을 계속 꽂아두어, 배터리를 완전한 충전 상태로 유지하고, 필요한 경우에만 배터리가 소모되도록 부품을 뽑아낸다. 전력 소모(drain)는 사용자들에 따라 상당히 다양할 수 있다. 또한, 배터리는 임의의 주어진 충전 상태에서 며칠 중 또는 어떤 경우에는 몇 주 또는 몇 달 중 몇 시간의 기간 동안 저장을 거친다. 본 발명에 따라, 활성적으로 사용되지 않는 배터리들의 전압, 즉, 배터리들의 저장 전압은 배터리들의 캘린더 수명을 손상시킬 수 있는 예정된 전압 범위를 벗어나도록 제어되어 배터리들의 캘린더 수명을 강화시킬 수 있다. 본 발명은 긴 캘린더 수명이 요구되는 HEV 분야 및 수명이 연장된 휴대용 부품에 특히 유용하다.
도 1은 본 발명의 실시예의 개략도로, 전자 소자, 배터리 팩 및 전자 소자에 결합된 제어 전자장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 나타내며, 제어 전자장치는 배터리 팩에서 구현된다.
도 2는 배터리 팩의 저장 전압을 제어하는 제어 전자장치를 포함하는 본 발명의 배터리 팩의 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예의 개략도로, 전자 소자, 배터리 팩 및 전자 부푸에 결합된 제어 전자장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 나타내며, 제어 전자장치는 전자 소자에서 구현된다.
도 4는 본 발명의 실시예의 개략도로, 전자 소자, 배터리 팩 및 전자 소자에 결합된 제어 전자장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 나타내며, 제어 전자장치의 부품(component)은 배터리 팩에 포함되며 제어 전자장치의 부품은 전자 소자에서 구현된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략도로, 전자 소자, 배터리 팩 및 전자 소자에 결합된 제어 전자장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 나타내며, 제어 전자장치의 부품은 배터리 팩에 포함되며 제어 전자장치의 부품은 전자 소자에서 구현된다.
도 6은 본 발명의 실시예의 개략도로, 전자 소자, 배터리 팩 및 전자 소자에 결합된 제어 전자장치를 포함하는 본 발명의 시스템을 나타내며, 제어 전자장치는 배터리 팩 및 전자 소자와 구별되는 제어 전자 소자에서 구현된다.
도 7A 및 도 7B는 본 발명의 제어 전자장치에 대한 방법 단계들의 일 실시예의 개략도이다.
도 7C 및 도 7D는 본 발명의 제어 전자장치에 대한 방법 단계들의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 8A는 본 발명의 배터리 팩의 저장 전압을 제어하는 전자 회로에 사용될 수 있는 텍사스 인스트루먼트사로부터의 이용되는 배터리 충전 칩셋 지지 셀의 예를 나타낸다.
도 8B는 본 발명의 배터리 팩의 저장 전압을 제어하는 전자 회로에 사용될 수 있는 텍사스 인스트루먼트사로부터의 이용되는 배터리 충전 칩셋 지지 셀의 또 다른 예를 나타낸다(외부 방전 레지스터가 순환된다).
도 8C는 본 발명의 배터리 팩의 저장 전압을 제어하는 전자 회로에 사용될 수 있는 팜웨어를 갖는 셀 밸런싱(balancing) 회로의 블록도를 나타낸다.
상기 설명은 첨부된 도면에 도시된 것처럼 본 발명의 예시적 실시예의 보다 상세한 하기 설명으로 명확해 질 것이며, 첨부된 도면에서 동일한 참조 부호는 상이한 관점에서 본 동일한 부품으로 간주된다. 도면들은 반드시 비례축적된 것은 아니며, 대신 본 발명을 나타내는 실시예에 따라 강조되게 배치된다.
본 명세서에서 사용되는 것처럼, "저장 전압(storage voltage)"이란 용어는 본질적으로 일정한 배터리 팩 또는 배터리의 전압을 의미하며, 시간에 따른 전압 변화는 일당 약 0.05V 이하이다. 따라서, 시간에 따른 저장 전압의 임의의 전압 변화는 전자 소자가 동작하는 동안 소모에 의한 것이 아니라, 자체 방전에 의해 야기된다. 예를 들어, 배터리 팩 또는 배터리가 적어도 약 30분, 적어도 약 1 시간, 또는 적어도 약 2 시간과 같은 상당한 시간 주기 동안 활동적으로 사용되지 않는 경우, 배터리 팩 또는 배터리는 저장 전압을 갖는다. 이러한 경우는 배터리 팩 또는 배터리에 결합된 전자 소자가 턴 오프되는 경우, 또는 배터리 팩에 결합된 전자 소자가 상당한 시간 주기 동안(예를 들어, 적어도 약 30분, 적어도 약 1 시간, 또는 적어도 약 2 시간) 사용자와 상호작용하지 않는 경우, 또는 외부 전력공급원이 전자 소자에 대해 사용되는 경우에 관찰될 수 있으며, 이로 인해 배터리 팩 또는 배터리의 전압은 상당한 시간 주기(예를 들어, 적어도 약 30분, 적어도 약 1 시간, 또는 적어도 약 2 시간) 동안 완전한 충전 상태(예를 들어, 4.2V)에서, 실질적으로 일정한 전압을 유지한다.
본 명세서에서 사용되는 것처럼, "완전한 충전 상태의 배터리 팩 또는 배터리(battery pack or battery at a full state-of-charge)"란 용어는 배터리 팩 또는 배터리가 직렬 셀들의 블록 당 예를 들어, 4.2V의 최대 전압을 갖는다는 것을 의미하며, 블록에는 하나 이상의 셀들이 병렬로 위치된다.
도 1은 전자 소자(12)와 배터리 팩(또는 배터리)(14) 및 전자 소자(12)와 배터리 팩(14)에 결합된 제어 전자장치(16)를 포함하는 본 발명의 시스템(10)을 나타낸다. 본 실시예에서, 제어 전자장치(16)는 배터리 팩(14)에서 구현되거나 또는 배터리 팩(14)에 통합된다.
제어 전자장치(16)는 통상적으로 배터리 팩(14)의 저장 전압을 감지하고 저장 전압이 예정된 전압 범위(들)(예를 들어, 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이 및/또는 약 4.15V 내지 약 4.20V 사이) 내에 있는 경우, 저장 전압을 예정된 전압 범위 이하로 조절하도록, 또는 저장 전압이 이를 테면 완전 충전 상태(약 4.2V)로 예정된 범위 이상인 경우, 저장 전압을 예정된 전압 이하로 조절하도록, 방전 메커니즘을 구동시킨다. 바람직하게, 이러한 방전 메커니즘 구동은 예정된 양의 시간이 경과될 때 이루어진다.
본 발명에서, 하나 이상의 예정된 범위 및/또는 하나 이상의 예정된 전압이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 각각 방전 메커니즘을 구동시키는 하나 이상의 예정된 전압 범위가 제공된다. 또 다른 실시예에서, 각각 방전 메커니즘을 구동시키는 하나 이상의 예정된 전압 범위가 제공되며, 각각 방전 메커니즘을 구동시키는 하나 이상의 예정된 전압이 제공된다.
방전은 예를 들어, 저장 전압이 예정된 전압 범위 또는 예정된 전압 보다 낮아질 때까지 저항 부하(resistive load)를 통해 공지된 임의의 적절한 방법들에 의해 수행될 수 있다. 방전의 종결은 방전 동안 배터리 팩(14)의 전압을 감지함으로써 수행될 수 있고, 방전은 전압이 예정된 전압 범위 또는 예정된 전압 이하인 전압 값에 도달될 때 종결된다. 바람직하게, 방전이 종결되는 전압 값은 셀당 약 3.0V 이상이다. 보다 바람직하게, 방전이 종결되는 각각의 개별 셀 또는 셀들의 병렬 블록에 대한 전압 값 범위는 약 3.75V 내지 약 3.85V 사이, 이를테면 약 3.8V 또는 약 3.95V 내지 약 4.15V 사이, 이를 테면 약 4.1V이다. 일반적으로, 적절한 방전 속도 범위는 약 10mA 내지 약 50mA 사이이다.
도 1에 도시된 것처럼, 바람직한 실시예에서, 제어 전자장치(16)는 배터리 팩(14)의 전압 및 시간에 따른 전압 변화를 감지하는 검출기 회로(18) 및 배터리 팩(14)의 전압을 제어하는 제어기 회로(20)를 포함한다.
검출기 회로(18)는 바람직하게 전압 센서 및 시간 센서, 또는 조합된 전압- 및 시간-센서를 포함한다. 이러한 센서(들)을 이용하여, 제어 전자장치(16)는 시간(ti)에서 배터리 팩(14)의 셀(들)(j)의 시간(ti) 및 전압(vij)을 주기적으로 감지 한다. 바람직하게 제어 회로(20)는 전압 센서 및 전류 센서, 또는 조합된 전압- 및 전류 센서를 포함한다. 이러한 센서(들)을 이용하여, 제어 회로(20)는 배터리 팩(14)을 방전시켜 예정된 전압 범위 또는 예정된 전압 이하로 배터리 팩(14)의 셀(들)(j)의 전압(Vij)이 조절된다.
전자 소자는 방전 메커니즘이 구동될 때 온 또는 오프될 수 있다. 또한, 전자 장치는 방전 메커니즘이 구동되는 시기에, 외부 전력 소스를 이용하여 활동적으로 이용될 수 있다. 선택적으로, 전자 장치는 온되거나 또는 동작될 수 있으나 유휴상태이다(즉, 방전 메커니즘이 구동되는 때에는 활동적으로 이용되지 않는다). 유사하게, 방전 메커니즘은 소자가 외부 전력 소스와 접속되었는지 여부와 상관 없이 전자 장치가 중단되는 동안 구동될 수 있다.
특정 실시예에서, 검출기 회로(18)는 전자 소자(12)가 사용자와 상호작용하지 않는 시간 주기를 감지하고, 시간 주기가 예정된 값보다 긴지, 및 저장 전압이 예정된 전압 값 이내인지 또는 시간 주기 동안 임의의 시간에서 예정된 전압 값 이상인지를 감지하며, 검출기 회로(18)는 방전 메커니즘이 개시되도록 제어 회로(20)를 구동시킨다. 바람직하게, 예정된 시간 값은 약 1분, 바람직하게는 1시간, 보다 바람직하게는 약 2시간이다.
또 다른 특정 실시예에서, 검출기 회로(18)는 배터리 팩(14)이 충전 모드에 이는지를 감지하고, 충전 동안 시간 주기를 감지한다. 보다 특정한 실시예에서, 검출기 회로(18)는 배터리 팩(14)의 전압이 예정된 값 이상인지를 감지한다. 충전 시간 주기가 예정된 값보다 긴 경우, 그리고 배터리 팩(14)의 전압이 예정된 값 이상인 경우, 검출기 회로(18)는 방전 메커니즘이 개시되도록 제어 회로(20)를 구동시켜 전압을 예정된 전압 이하로 조절한다. 방전 메커니즘은 충전을 중단하고 방전을 개시함으로써 동작할 수 있다. 바람직하게, 예정된 시간 값은 약 30분, 바람직하게는 1시간, 보다 바람직하게는 약 2시간이다.
또 다른 특정 실시예에서, 검출기 회로(18)는 배터리 팩(14)의 저장 전압이 예정된 시간 값 보다 길게, 이를 테면 약 30분보다 길게, 바람직하게는 1 시간 보다 길게, 보다 더 바람직하게는 약 2시간 보다 길게 완전한 충전 상태로 유지되는지를 결정한다. 이는 전자 소자(12)가 외부 전력 소스에 의해 동작되고, 배터리 팩(14)이 사용되지 않고 완전한 충전 상태에서 배터리 팩(14)이 유지된다는 것을 나타낸다. 오랜 기간 동안 완전한 충전 상태에서 배터리 팩을 유지하는 것은 배터리의 사이클 수명 및 안정성을 감소시킬 수 있기 때문에, 이러한 상황을 피하는 것이 바람직하다. 배터리 팩(14)의 저장 전압이 예정된 시간 값보다 길게 완전한 충전 상태로 유지된다면, 검출기 회로(18)는 방전 메커니즘이 개시되도록 제어 회로(20)를 구동시킨다. 바람직하게, 예정된 시간 값은 약 30분, 바람직하게는 약 1시간, 보다 바람직하게는 약 2시간이다.
다시 도 1을 참조로, 도 1의 실시예에서, 제어 전자장치(16)는 배터리 팩(14)에서 구현되거나 배터리 팩(14)에 통합된다. 본 발명의 이러한 배터리 팩의 특정 실시예가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 것처럼, 배터리 팩(14)은 팩 하우징(22) 및 팩 하우징(22) 내의 하나 이상의 셀들(24)을 포함한다. 하나 이상의 제 어 전자장치(16)는 셀들(24)과 통신한다. 부가적으로 배터리 팩(14)은 셀들(24)을 충전/재충전시키기 위한 충전기(26)를 포함한다. 바람직하게 충전기(26)는 제어 전자장치(16)와 결합된다.
선택적으로, 제어 전자장치(16)는 도 3에 도시된 것처럼, 전자 소자(12)에서 구현되거나 또는 전자 소자(12)에 통합된다. 도 4 및 도 5는 제어 전자장치(16)의 부품이 배터리 팩(14)에서 구현되거나 또는 배터리 팩(14)에 통합되고 제어 전자장치(16)의 부품이 전자 소자(12)에서 구현되거나 또는 전자 소자(12)에 통합되는 다른 실시예를 나타낸다. 특히, 도 4는 검출기 회로(18)가 배터리 팩(14)에서 구현되거나 또는 배터리 팩(14)에 통합되고, 제어기 회로(20)가 전자 소자(12)에서 구현되거나 또는 전자 소자(12)에 통합되는 본 발명의 시스템(40)을 나타낸다. 도 5는 검출기 회로(18)가 전자 소자(12)에서 구현되거나 또는 전자 소자(12)에 통합되고, 제어기 회로(20)가 배터리 팩(14)에서 구현되거나 또는 배터리 팩(14)에 통합되는 본 발명의 시스템(50)을 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 도 6에 도시된 것처럼, 제어 전자장치(16)는 소자 하우징(72) 및 소자 하우징(72) 내의 제어 전자장치(16)를 포함하는 개별 제어 전자 소자(70)에서 구현되거나 또는 개별 제어 전자 소자(70)에 통합된다.
제어 전자장치(16)가 전자 소자(12) 또는 배터리 팩(14) 중 하나에서 구현 또는 통합될 때, 제어 전자장치(16)는 전자 소자(12) 또는 배터리 팩(14) 내부에 위치된 마이크로프로세서에서 선택적으로 실행될 수 있다. 도 6에 도시된 것처럼, 제어 전자장치(16)가 개별 제어 전자 소자(70)에서 구현 또는 통합될 때, 제어 전 자장치(16)는 예를 들어, 일련의 통신 포트들(SMBC/SMBD)과 같이 공지된 일련의 통신 포트들(74)을 통해 랩탑 컴퓨터와 같은 전자 소자(12) 및 배터리 팩(14)과 통신한다.
도 7A 및 도 7B는 배터리 팩(14) 및 전자 소자(12)와 결합된 제어 전자장치(16)를 이용하여 배터리 팩(14)의 저장 전압을 제어하는 본 발명의 일 실시예의 흐름도를 나타낸다. 도 7C 및 도 7D는 배터리 팩(14) 및 전자 소자(12)와 결합된 제어 전자장치(16)를 이용하여 배터리 팩(14)의 저장 전압을 제어하는 본 발명의 또 다른 실시예의 흐름도를 나타낸다.
도 7A 및 도 7C에 도시된 것처럼, 단계 102 또는 단계 202에서, 제어 전자장치(16)는 시간(ti)에서 배터리 팩(14)의 셀들(셀(들)j)의 블록 또는 각각의 셀들의 시간(ti), 전압(Vij) 및 선택적으로 배터리 팩(14)의 충전 모드 상태(도 7A 및 도 7B에서 '충전 플래그(charge flag)')를 판독한다. 예를 들어, 충전 플래그는 배터리 팩(14)이 충전 모드에 있는 경우 온(on)이며, 충전 플래그는 배터리 팩이 전자 소자(12)에 대한 전력원으로 사용될 때 오프(off)이다.
충전 플래그가 온이 아닌 경우, 제어 전자장치(16), 예를 들어, 전자 제어장치(16)의 검출기 회로(18)는 배터리 팩(14)의 셀들(셀(들)j)의 블록 또는 임의의 셀의 Vij를 판독한다. 일 실시예에서, 도 7A의 단계 106에서 도시된 것처럼, 제어 전자장치(16)는 i) Vij가 이를 테면, 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이의 예정된 범위 내에 있는지를 결정하고, 또한 ii) Vij가 예정된 범위 내에 있는 동안의 전체 시간(ttot)(즉, t2-t1)이 예를 들면, 약 1 내지 2시간으로 설정될 수 있는 예정된 시간 값(tset) 이상인지를 결정한다. 선택적으로, 도 7C의 단계 206에 도시된 것처럼, 제어 전자장치(16)는 i) Vij가 이를 테면, 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이의 예정된 범위 내에 있는지를 결정하고, 또한 ii) 시간에 따른 임의의 전압 변화
Figure 112008006841630-PCT00001
가 약 0.05V/day 이하, 바람직하게는 약 0.03V/day 이하, 보다 바람직하게는 약 0.01V/day 이하인지를 결정한다. 만약 단계 106 또는 단계 206의 i) 및 ii) 조건 모두가 충족되면, 제어 전자장치(16)의 검출기 회로(18)는
Figure 112008006841630-PCT00002
가 예를 들어, 3.85V가 될 때까지(도 7A의 단계 108, 도 7C의 단계 208), 셀(들)(j)이 방전을 개시하도록 제어 전자장치의 제어 회로(20)를 구동시킨다.
단계 206의 또 다른 실시예(미도시)에서, 시간에 따른 전압 변화
Figure 112008006841630-PCT00003
가 약 0.05V/day 이하, 바람직하게는 0.03V/day 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.1V/day 이하일 때,
Figure 112008006841630-PCT00004
가 예정된 범위내에 있는 동안의 전체 시간(ttot)이 예정된 시간 값(tset) 보다 큰 경우에만 방전이 구동된다.
단계 106에서, Vi가 이를 테면 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이의 예정된 범위 내에 있지 않은 경우, 또는 Vi가 예정된 범위 내에 있으나, Vi가 예정된 범위 내에 있는 동안의 전체 시간(ttot)이 예정된 시간 값(tset) 보다 크지 않은 경우, 제어 전 자장치(16)는 단계 110으로 이동한다. 유사하게, 단계 206에서,
Figure 112008006841630-PCT00005
가 예정된 범위 내에 있으나, 시간에 따른 임의의 전압 변화
Figure 112008006841630-PCT00006
가 적어도 약 0.05V/day, 이를 테면 적어도 약 0.03V/day, 또는 적어도 약 0.01 V/day인 경우, 제어 전자장치(16)는 단계 110으로 이동한다.
도 7A의 단계 110에 도시된 것처럼, 제어 전자장치(16), 예를 들면 제어 전자장치(16)의 검출기 회로(18)는 i)
Figure 112008006841630-PCT00007
가 이를 테면, 약 4.15V 내지 약 4.20V 사이의 제 2 예정된 범위 내에 있는지를 결정하고, 또한 ii)
Figure 112008006841630-PCT00008
가 예정된 범위 이내에 있는 동안의 전체 시간(ttot)이 예정된 시간 값(tset)보다 큰지를 결정한다. 선택적으로, 도 7C의 단계 210에 도시된 것처럼, 제어 전자장치(16), 예를 들어 제어 전자장치(16)의 검출기 회로(18)는 i)
Figure 112008006841630-PCT00009
가 이를 테면, 약 4.15V 내지 약 4.20V 사이의 제 2 예정된 범위 내에 있는지를 결정하고, 또한 ii) 시간에 따른 임의의 전압 변화
Figure 112008006841630-PCT00010
가 약 0.05V/day 미만, 바람직하게는 약 0.03V/day 미만, 보다 더 바람직하게는 약 0.01 V/day 미만인지를 결정한다. 단계 110 또는 210에서, 이들 i) 및 ii) 조건이 충족될 때, 제어 전자장치(16)의 검출기 회로(18)는 Vij가 4.15V 이하, 예를 들면 4.10V가 될 때까지(도 7A의 단계들 110, 112 및 도 7C의 단계들 210, 212) 셀(들)(j)의 방전이 개시되도록 제어 전자장치의 제어 회로(20)를 제어한다.
단계 210의 또 다른 선택적 실시예(미도시)에서, 시간에 따른 전압 변화
Figure 112008006841630-PCT00011
가 약 0.05V/day 미만, 바람직하게는 약 0.03V/day 미만, 보다 더 바람직하게는 약 0.01 V/day 미만이라고 결정되면,
Figure 112008006841630-PCT00012
가 예정된 범위내에 있는 동안의 전체 시간(ttot)(즉, t2-t1)이 예정된 시간 값(tset) 보다 큰 경우에만 방전이 구동될 수 있다.
단계 110의 조건 i) 및 ii)이 충족되지 않는다면, 제어 전자장치(16)는 단계 102로 이동된다. 유사하게, 단계 210의 조건 i) 및 ii)이 충족되지 않는다면, 제어 전자장치는 단계 202로 이동된다.
각각의 도 7A의 단계 104 및 도 7C의 단계 204에서, 충전 플래그가 온(on)인 경우, 제어 전자장치는 도 7B 또는 도 7D에 도시된 시나리오(B)를 따른다. 시나리오(B) 하에, 전자 제어장치(16)의 검출기 회로(18)는 각각의 셀들, 또는 충전 모드에 있는 배터리 팩(14)의 셀들(셀(들)(j))의 블록의 시간(ti) 및 전압(vij)을 판독하고, 전체 충전 시간(tc tot)이 예정된 충전 시간 값(tc set) 보다 큰지 또는 크지 않은지를 결정한다(도 7B의 단계 116, 도 7D의 단계 216). 전체 충전 시간(tc tot)이 예정된 충전 시간 값(tc set) 보다 큰 경우, 전자 제어장치(16)의 검출기 회로(18)는
Figure 112008006841630-PCT00013
가 4.10V가 될 때 가지 셀(들)(j)의 방전이 개시되도록 제어 전자장치(16)의 제어 회로(20)를 구동시킨다(도 7B의 단계 118, 도 7D의 단계 218). 선택예에서, 제 어 전자장치(16)의 검출기 회로(18)는
Figure 112008006841630-PCT00014
가 4.10V가 될 때 가지 셀(들)(j)이 충전되도록 제어 전자장치(16)에 결합된 충전기(도 2의 충전기(26))를 구동시킨다. 전체 충전 시간(tc tot)이 예정된 충전 시간 값(tc set) 보다 크지 않은 경우,
Figure 112008006841630-PCT00015
가 최대 전압, 예를 들어, 4.20V가 될 때까지 셀(들)(j)의 충전이 지속된다(도 7B의 단계 120, 도 7D의 단계 220). 일단
Figure 112008006841630-PCT00016
가 완전히 충전되거나(도 7B의 단계 120, 도 7D의 단계 220) 또는 Vi=4.10V로 충전되면(도 7B의 단계 118, 도 7D의 단계 218), 제어 전자장치(16)는 도 7A 또는 도 7C에 도시된 시나리오(A)를 계속한다.
셀(들)(j)의 충전은 예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼 충전기(26)에 의해 공지된 임의의 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 배터리들에 대한 전형적인 충전 전류 범위는 약 0.7C 내지 약 1C 사이이다. 이러한 충전 전류는 최대 전압(Vmax)이 예를 들어, 4.2V에 도달될 때 허용된다. 일단 Vmax에 도달되면, 충전 전류는 충전 회로 제어에 의해 낮아져 배터리 팩(14)의 임의의 셀들이 4.2V 보다 높은 전압 레벨에 도달하는 것이 방지된다. 이러한 형태의 기능을 관리하는 전자 회로는 대리인 도켓 넘버 3853.1008-000으로 2006년 6월 28일자로 출원된 "특정 기능 배터리 팩 B"란 명칭의 미국 가출원에 개시되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참조된다. 선택적으로, "특정 기능 배터리 팩 B"란 명칭의 미국 가출원에 개시된 것처럼, 비교적 높은 충전 전류를 사용하는 빠른 충전 프로세스는 배터리 팩의 충전기(26)에서 구현될 수 있다.
단계 106 및 110에서 예정된 시간 값들(tset) 및 단계 116에서의 tc set은 각각 무관하게 상이하거나 또는 동일할 수 있다. tset 및 tc set는 약 30 분 내지 약 2 시간 사이의 범위에서, 이를 테면 약 40분 내지 약 2시간 또는 약 1 시간 내지 약 2시간 사이에서 임의의 시간 값을 갖는다.
공지된 임의의 적절한 전자 회로들이 본 발명에서 사용될 수 있고, 예를 들어, 본 발명의 시스템들(10, 30, 40, 50, 60)에서 구현되는 것처럼, 본 발명의 제어 전자장치(16)의 원하는 분야들에 적합한 파라미터들로 적절히 프로그램될 수 있다. 전반적으로 제조되는 각각의 배터리는 신규한 케미스트리(chemistry) 및 배터리가 긴 사이클 수명, 긴 저장 수명, 높은 용량 및 높은 안정성을 제공하기 위해 최상의 모드에서 어떻게 사용되는지에 대한 설명을 제공한다.
회로에 의해 제어될 수 있는 파라미터들 중 하나로는 전압의 예정된 범위(들)가 있다. 회로에 의해 제어될 수 있는 다른 파라미터들로는 자체 방전으로 인한 시간에 따른 전압 변화; 충전을 위한 예정된 시간 값; 배터리 팩(14)의 저장 전압이 완전한 충전 상태로 유지되는 동안의 예정된 시간 값; 완전한 충전 상태의 전압; 전자 소자(12)가 사용자와 상호작용하지 않는 동안의 예정된 시간 값; 및 방전의 종결을 위한 전압 레벨(들)이 포함된다. 일반적으로 이러한 파라미터들은 배터리 팩(14)의 특정한 형태의 셀(들)과 관련된다.
본 발명과 관련하여 사용하기에 적합한 전자 회로 다이아그램의 예가 도 8A- 도 8C에 도시된다. 도 8A는 마이크로프로세서(ti.com으로부터 이용가능)에 의해 제어되는 충전/방전 FET들과 상호작용하는 텍사스 인스트로먼트사로부터의 적절한 배터리 충전/방전 제어 칩셋(bq29312)의 예를 나타낸다. 텍사스 인스트로번트사의 칩셋에서, bq29312(도 8A에 선회됨(circled))는 3.3.-V, 25-mA 저전압강하 조절기(DO)가 통합되는 2-, 3-, 또는 4-셀 리튬-이온 배터리 팩 보호 아날로그 프론트 엔드(AFE) IC이다. 또한, bq29312에는 배터리 파타미터들(예를 들어, 셀 전압 및 제어 출력 상태)을 추출하기 위해 I2C 호환가능 인터페이스가 통합된다. 전류 보호 쓰레숄드 및 지연이 bq29312에 프로그램될 수도 있다. 회로는 배터리 정보에 대한 액세스를 허용하는 호환가능한 사용자 인터페이스를 갖는다. 본 발명으로부터 선택된 예정된 전압 레벨 및 시간 파라미터들은 각각의 개별 셀 또는 셀 블록의 전압 및 시간 응답에 따라 FET들이 오프 및 온되게 제어하는 마이크로프로세서에 프로그램될 수 있다.
도 8B는 텍사스 인스트루먼트사로부터의 칩셋 지지 셀 밸런싱(ti.com으로부터 입수가능)의 기준 설계를 나타낸다. 방전 레지스터들이 도 8에 선회된다. 본 발명하에, 마이크로프로세서는 가장강조된 외부 방전 레지스터들을 통해 예정된 전압 및 시간 레벨 내에서 방전되도록 프로그램된다.
도 8C는 공지된 칩셋의 간략화된 기능 블록도이다. 팜웨어 제어 프로그램은 본 발명에 따른 시간 및 전압 레벨을 판독 및 제어한다. 셀들은 부하 레지스터들을 통해 방전될 수 있다.
도 8A-8C의 설계에서, FET들은 칩 내부에 있다. 방전을 위한 보다 높은 전 류를 위해, 선택적으로 FET들은 칩셋 외부로 이동할 수 있다. 이는 높은 전류가 가열을 야기시킴으로써 열을 관리하는 용이한 수단을 제공한다.
일 실시예에서, 배터리 팩(14)은 적어도 하나의 리튬-이온 셀을 포함한다. 본 실시예에서, 바람직하게 방전 메커니즘을 구동시키는 전압의 예정된 범위(들)는 약 3.85V 내지 약 3.95V, 또는 약 4.15V 내지 약 4.20V이며, 예정된 전압은 약 4.20V이다. 특정 실시예에서, 약 3.85V 내지 약 3.95V, 및 약 4.15V 내지 약 4.20V의, 전압의 2개의 예정된 범위는 각각 방전 메커니즘을 구동시키기 위해 사용된다. 보다 특정한 실시예에서, 2개의 예정된 범위 이외에, 예정된 전압은 방전 메커니즘을 각각 구동시키기 위해 사용된다.
바람직한 실시에에서, 배터리 팩(14)은 4.2V의 완전한 충전 상태를 갖는 적어도 하나의 리튬-이온 셀을 포함한다.
배터리 팩(14)에 대한 셀들 또는 배터리들은 실린더형 또는 각기둥형(prismatic)(적층된 또는 감긴)일 수 있고, 바람직하게는 각기둥형이며, 보다 바람직하게는 장원형(oblong)일 수 있다. 본 발명은 각기둥형 셀들 또는 배터리들의 모든 형태를 사용할 수 있지만, 장원형이 바람직하다.
다시 도 2를 참조로, 본 발명의 일부 실시예에서, 배터리 팩(14)에는 서로 직렬로 연결된 다수의 리튬-이온 배터리들(또는 셀들)(예를 들어, 2 내지 5개 셀들)이 포함된다. 선택적으로, 배터리 팩(14)에는 서로 병렬로 또는 직렬 및 병렬로 연결된 다수의 리튬-이온 배터리들(또는 셀들)이 포함된다.
또한, 본 발명은 앞서 개시된 것처럼 배터리 팩(14)과 같은 제어 전자장 치(16)를 포함하는 배터리 팩을 포함한다. 앞서 개시된 것처럼, 소자 하우징 및 제어 전자장치(16) 제어 전자 소자, 예를 들어 전자 소자(70)가 본 발명에 포함된다.
리튬-이온 배터리들(또는 셀들)의 포지티브 전극들에 적합한 포지티브 활성 물질들은 예를 들어, 리튬 니켈레이트(예를 들어,
Figure 112008006841630-PCT00017
), 리튬 코발테이트(예를 들어,
Figure 112008006841630-PCT00018
), 올리바인(olivine)-형 화합물(예를 들어,
Figure 112008006841630-PCT00019
), 망가네이트 스피넬(예를 들어,
Figure 112008006841630-PCT00020
또는
Figure 112008006841630-PCT00021
) 및 이들의 조합물과 같이 공지된 임의의 물질들이다. 적합한 포지티브 활성 물질들의 다양한 예들은 국제 출원
Figure 112008006841630-PCT00022
호, 및 대리인 도켓 No.
Figure 112008006841630-PCT00023
로 2006년 6월 23일자로 출원된 "리튬-이온 2차 배터리"란 명칭의 미국 특허 출원에 개시되어 있고, 상기 문헌들은 본 명세서에서 참조된다.
일 실시예에서, 배터리 팩(14)에 포함된 각각의 리튬-이온 셀은 망가네이트 스피넬을 포함하는 액티브 전극 혼합물을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 망가네이트 스피넬은
Figure 112008006841630-PCT00024
의 실험식으로 표시되며,
x1 및 x2는 독립적으로 각각 0.01 이상 및 0.03 이하이고;
y1 및 y2는 독립적으로 각각 0.0 이상 및 0.3 이하이고;
z1은 3.9 이상 및 4.1 이하이며;
A'는 마그네슘, 알루미늄, 코발트, 니켈 및 크롬으로 이루어진 그룹에서 선 택된 적어도 하나의 멤버이다.
특정하게 바람직한 실시예에서, 망가네이트 스피넬은 실험식
Figure 112008006841630-PCT00025
으로 표시되며, A'는
Figure 112008006841630-PCT00026
, 보다 바람직하게는
Figure 112008006841630-PCT00027
와 같은
Figure 112008006841630-PCT00028
이온을 포함한다. 다른 특정 실시예에서, 망가네이트 스피넬은 실험식
Figure 112008006841630-PCT00029
로 표시되며 y2는 제로이다. 보다 바람직하게, 본 발명에 대한 망가네이트 스피넬은 실험식
Figure 112008006841630-PCT00030
으로 표시되는 화합물을 포함하며, x1 및 z1은 각각 독립적으로 앞서 개시된 것과 같다. 선택적으로, 본 발명의 망가네이트 스피넬은 실험식
Figure 112008006841630-PCT00031
을 포함하며, x1, x2 및 z1은 각각 독립적으로 앞서 개시된 것과 같다.
본 발명에 이용될 수 있는 망가네이트 스피넬의 특정한 예들로는
Figure 112008006841630-PCT00032
, 및 Al과 Mg 변형물(modifier)을 갖는 이들의 변이물이 포함된다.
Figure 112008006841630-PCT00033
형태의 망가네이트 스피넬의 다른 다양한 예는 미국 특허 No. 4,366,215호; 5,196,270호 및 5,316,877호에 개시되어 있다(이들 문헌은 본 명세서에서 참조된다).
또 다른 실시예에서, 배터리 팩(14)에 포함된 각각의 리튬-이온 셀은 망가네이트 스피넬 및 리튬 코발테이트를 포함하는 액티브 캐소드 혼합물을 포함한다. 망가네이트 스피넬의 적절한 예는 앞서 개시된 것과 같다.
본 발명에 사용될 수 있는 리튬 코발테이트에 적합한 예로는 Li 및 Co 원자 들의 적어도 하나의 변형물에 의해 변형되는
Figure 112008006841630-PCT00034
가 포함된다. Li 변형물들의 예로는 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 및 칼슘(Ca)이 포함된다. Co 변형물들의 예로는 Li 및 알루미늄(Al), 망간(Mn) 및 보론(B)에 대한 변형물들이 포함된다. 다른 예로는 니켈(Ni) 및 티타늄(Ti)이 포함된다. 특히, 실험식
Figure 112008006841630-PCT00035
로 표시되고, 여기서 x6는 0.5 이상 1.2 미만이고, y6는 0 이상 0.1 미만이며, z6는 0 이상 0.5 미만이며, M'는 마그네슘(Mg) 및 나트륨(Na)중 적어도 하나의 멤버이며 M"는 망간(Mn), 알루미늄(Al), 보론(B), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 스트론튬(Sr)으로 이루어진 그룹에서의 적어도 하나의 멤버인 리튬 코발테이트가 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 리튬 코발레이트의 또 다른 예로는 LiCoO2가 포함된다.
특정 실시예에서, 본 발명의 리튬 코발테이트 및 망가네이트 스피넬은 약 0.95:0.05 내지 약 0.55:0.45 사이, 바람직하게는 약 0.9:0.1 내지 약 0.6:0.4 사이, 보다 바람직하게는 약 0.8:0.2 내지 약 0.6:0.4 사이, 보다 더 바람직하게는 약 0.75:0.25 내지 약 0.65:0.45 사이, 이를 테면 약 0.7:0.3의 리튬 코발테이트:망가네이트 스피넬의 중량비를 갖는다.
보다 특정한 실시예에서, 리튬 코발테이트는 Mg 및/또는 ZrO2 또는 Al2(PO4)3와 같은 굴절 산화물 또는 포스페이트로 도핑된 도핑된 LiCoO2이다. 보다 특정한 다른 실시예에서, 리튬 코발테이트는 변형물이 없는 LiCoO2이다.
보다 특정한 실시예에서, 배터리 팩(14)에 포함된 각각의 리튬-이온 셀은
Figure 112008006841630-PCT00036
, 바람직하게
Figure 112008006841630-PCT00037
및
Figure 112008006841630-PCT00038
를 포함하는 액티브 캐소드 혼합물을 포함한다. 다른 보다 특정한 실시예에서, 배터리 팩(14)에 포함된 각각의 리튬-이온 셀은
Figure 112008006841630-PCT00039
, 바람직하게
Figure 112008006841630-PCT00040
및
Figure 112008006841630-PCT00041
를 포함하는 액티브 캐소드 혼합물을 포함한다.
본 발명의 전자 소자(12)에 적합한 예로는, 제한되는 것은 아니지만 휴대용 전력 장치, 이를 테면, 휴대용 컴퓨터, 전력 공구, 장남감, 휴대폰, 캠코더, PDA 및 HEV(하이브리드 전기 자동차)가 포함된다. 바람직하게, HEV가 사용되는 일 실시예에서, 배터리 팩(14)에 대해 선택되는 전압 중심점은 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이와 같이, 앞서 개시된 예정된 전압의 범위를 벗어난다. HEV 분야에서 전압 중심점은 높은 방전 전류를 전달하는 배터리 팩 능력 및 회생 제동 동안 높은 충전 전력을 취하는 능력을 기초로 선택된다. 통상적으로 중심점은 약 50-60% 충전 상태에 있게 선택된다. 이러한 충전 상태 설정은 배터리에서의 화학작용과 관련되는 소정의 전압에 해당한다. 특정 실시예에서, 3.85V 보다 낮은 전압이 동작의 전압 중심점으로 선택된다. 또 다른 특정 실시예에서, 3.95V 보다 높은 전압이 동작의 전압 중심적으로 선택된다.
본 발명의 리튬-이온 셀들(또는 배터리들)은 공지된 적절한 기술에 의해 마련될 수 있다. 통상적으로, 리튬-이온 셀들(또는 배터리들)은 셀 케이싱내에 포지티브 전극, 네거티브 전극 및 전해질을 포함한다. 이러한 포지티브 전극 및 네거 티브 전극, 그리고 전해질은 공지된 임의의 적절한 방법들에 의해 형성될 수 있다.
예를 들어, 포지티브 전극은 특정한 비율로 앞서 개시된 (예를 들어,
Figure 112008006841630-PCT00042
및
Figure 112008006841630-PCT00043
) 액티브 포지티브 물질들을 혼합함으로써 생성될 수 있다. 이 혼합물의 90wt%는 도전제로서 5wt%의 아세틸렌 블랙(acetylene black)과 결합제로서 5wt%의 PVDF와 서로 혼합된다. 이 혼합물은 슬러리를 마련하기 위해, 솔벤트로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산된다. 다음 슬러리가 통상적으로 약 20㎛의 두께를 갖는 알루미늄 전류 수집 포일의 양쪽 표면에 인가되고 약 100-150℃에서 건조된다. 다음 건조된 전극은 롤 프레스에 의해 캘린더링되어(calendared), 압축된 포지티브 전극이 얻어진다.
예를 들어, 네거티브 활성 물질로서 93wt%의 흑연, 3wt%의 아세틸렌 블랙, 및 결합제로서 4wt%의 PVDF를 혼합함으로써 네거티브 전극이 마련될 수 있다. 네거티브 혼합물은 슬러리를 마련하기 위해, 솔벤트로서 N-메틸-2-피롤리돈에 분산된다. 네거티브 혼합 슬러리는 통상적으로 약 10㎛의 두께를 갖는 스트립형 구리 네거티브 전류 수집 포일의 양쪽 측면에 균일하게 인가된다. 다음 건조된 전극은 롤 프레스에 의해 캘린더링되어(calendared), 조밀한(dense) 포지티브 전극이 얻어진다.
네거티브 전극 및 포지티브 전극 및 미세공(micro pore)을 갖는 폴리에틸렌 막이 형성된 분리기는 일반적으로 적층되고 나선형 전극 부재가 생성되도록 나선형으로 감긴다.
네거티브 전극에 적합한 네거티브 활성 물질들의 예로는 상기 물질내에 또는 상기 물질로부터 리튬이 도핑된 또는 도핑되지 않는 임의의 물질을 포함한다. 이러한 물질들의 예로는 탄소질 물질(carbonaceous material), 예를 들면, 비흑연질 탄소, 인조 흑연, 천연 흑연, 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 피치 코크(pitch coke), 니들 코크, 석유 코크와 같은 코크들, 흑연, 유리화 비정형 탄소(vitreous carbon) 또는 페놀 수지, 푸란 수지, 또는 이와 유사한 것, 탄소 섬유, 및 활성탄을 탄화시킴으로써 얻어진 열처리된 유기 폴리머 화합물이 포함된다. 또한, 금속 리튬, 리튬 합금, 및 이들의 합금 또는 화합물이 네거티브 활성 물질로 이용될 수 있다. 특히, 리튬을 갖는 합금 또는 화합물 형성이 허용되는 반도체 원소 또는 금속 원소는 제한되는 것은 아니지만, 실리콘 또는 주석과 같은 IV족 금속 원소 또는 반도체 원소일 수 있다. 특히, 코발트 또는 철/니켈과 같은 전이 금속이 도핑되는 비정질 주석은 이러한 형태의 배터리들에서 애노드 물질로 매우 유망한 금속이다. 산화철, 루테늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물 및 주석 산화물, 그리고 질화물과 같이, 비교적 기본적인 전위에서 리튬이 산화물에 또는 산화물로부터 도핑되거나 또는 도핑되지 않는 산화물들이 네거티브 활성 물질로 유사하게 이용될 수 있다.
적절한 비수용성 전해질의 예로는 비수성 솔벤트에서 전해질 염을 분해시킴으로써 마련된 비수성 전해질액, 고체 전해질(전해질 염을 포함하는 무기 전해질 또는 폴리머 전해질), 및 폴리머 화합물 또는 이와 유사한 것에서 전해질을 혼합 또는 분해시킴으로써 마련되는 솔리드 또는 겔-형 전해질이 포함된다.
통상적으로 비수성 전해질액은 유기 솔벤트에서 염을 분해시킴으로써 마련된다. 유기 솔벤트는 이러한 형태의 배터리들에 대해 일반적으로 사용되는 임의의 적절한 형태를 포함할 수 있다. 이러한 유기 솔베트의 예로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄,
Figure 112008006841630-PCT00044
-부틸로락톤, 테트라히드로퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 1,3-다이옥솔란, 4-메틸-1,3-다이옥솔란, 디에틸 에테르, 설포레인, 메틸설포레인, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 아니졸, 아세테이트, 부티레이트, 프로피오네이트 등이 포함된다. 프로필렌 카보네이트와 같은 순환형 카보네이트, 또는 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 고리형 카보네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기 솔벤트들은 2개 이상의 형태가 조합되어 또는 단독으로사용될 수 있다.
또한 VC(비닐 카보네이트), VEC(비닐 에틸렌 카보네이트), EA(에틸렌 아세테이트), TPP(트리페닐포스페이트), 포스파제네, 비페닐(BP), 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBoB), 에틸렌 설페이트(ES) 및 프로필렌 설페이트와 같은 첨가제 또는 안정제가 전해질에 제공될 수 있다. 이러한 첨가제들은 애노드 및 캐소드 안정제 또는 난연제로 이용될 수 있어, 형성, 주기 효율, 안정성 및 수명과 관련하여 높은 성능을 갖는 배터리를 만들 수 있다.
고체 전해질은 물질이 리튬-이온 도전성을 갖는 한, 무기 전해질, 폴리머 전해질 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 무기 전해질은 예를 들어, 리튬 질화물, 리튬 요오드화물 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 폴리머 전해질은 전해 질 염 및 전해질 염이 분해된 폴리머 화합물로 구성된다. 폴리머 전해질에 사용되는 폴리머 화합물의 예로는 폴리에틸렌 산화물과 같은 에테르-기반 폴리머 및 교차형 폴리에틸렌 산화물, 폴리메틸아세테이트 에스테르-기반 폴리머, 아크릴레이트-기반 폴리머 및 이와 유사한 것이 포함된다. 이들 폴리머는 단독으로 또는 2개 이상의 종류의 코폴리머 또는 혼합물 형태로 이용될 수 있다.
겔 전해질의 매트릭스는 폴리머가 앞서 개시된 비수성 전해질액에 흡수됨으로써 겔화되면(gelated), 임의의 폴리머일 수 있다. 겔 전해질에 사용되는 폴리머의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴-코-헥사플루오로프로필렌(PVDF-HFP) 및 이와 유사한 플루오로카본 폴리머가 포함된다.
또한 겔 전해질에 사용되는 폴리머의 예로는 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴로니트릴의 코폴리머가 포함된다. 공중합을 위해 사용되는 모노머(비닐 기반 모노머)의 예로는 비닐 아세테이트, 메틸 메타아크릴레이트, 부틸 메타아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 이타코산, 수소화 메틸 아크릴레이트, 수소화 에틸 아크릴레이트, 아크릴아미드, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 플루오라이드, 및 비닐리덴 클로라이드가 포함된다. 겔 전해질에 이용되는 폴리머의 예로는 아크릴로니트릴-부타디엔 코폴리머 루버, 아크릴로니트릴-부타디엔--스티렌 코폴리머 수지, 아크릴로니트릴-클로리네이티드(chlorinated) 폴리에틸렌- 프로필렌디에네-스티렌 코폴리머 수지, 아크릴로니트릴-비닐 클로라이드 코폴리머 수지, 아크릴로니트릴-메타아크릴레이트 수지, 및 아크릴로니트릴-아크릴레이트 코폴리머 수지가 포함된다.
겔 전해질에 이용되는 폴리머의 예로는 포리에틸렌 산화물과 같은 에테르 기반 폴리머, 폴리에티렌 산화물의 코폴리머, 및 교차 결합된 폴리에틸렌 산화물이 포함된다. 공중합에 이용되는 모노머들의 예로는 폴리프로필렌 산화물, 메틸 메타아크릴레이트, 부틸 메타아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트가 포함된다.
특히, 산화-환원 안정성의 관점에서 볼 때, 바람직하게 플루오로카본 폴리머는 겔 전해질의 매트릭스에 이용될 수 있다.
전해질에 이용되는 전해질 염은 이러한 형태의 배터리에 적합한 임의의 염일 수 있다. 전해질 염의 예로는
Figure 112008006841630-PCT00045
Figure 112008006841630-PCT00046
및 이와 유사한 것이 포함된다. 일반적으로, 분리기는 배터리들의 네거티브 전극과 포지티브 전극을 분리시킨다. 분리기는 이러한 형태의 비수성 전해질 제 2차 배터리들의 분리기 형성이 이용되는 임의의 막형태 물질, 예를 들면 폴리프로필렌, 폴리에틸렌으로 만들어진 미세다공성 폴리머막, 또는 2개의 조합층을 포함할 수 있다. 또한, 고체 전해질 또는 겔 전해질이 배터리의 전해질로 사용될 때, 분리기가 반드시 제공될 필요는 없다. 어떤 경우에는 유리 섬유 또는 셀룰로오스 물질로 이루어진 미세다공성 분리기가 사용될 수 있다. 통상적으로 분리기 두께는 9 내지 25㎛이다.
다음 리튬-이온 배터리의 셀 케이싱에 전해질이 진공 충진되며, 셀 케이싱은 나선형으로 감긴 "젤리 롤(jelly roll)"이다. 예를 들어, 알루미늄으로 만들어진 하나 이상의 포지티브 리드 스트립이 포지티브 전류 전극에 부착된 다음 배터리들의 포지티브 단자와 전기적으로 접속된다. 예를 들어, 니켈 금속으로 구성된 네거티브 리드는 네거티브 전극과 접속된 다음, 예를 들어 공지된 피드-쓰로우 장치를 통해 네거티브 전극에 부착된다.
예
실시예 : 다양한 전압에서 저장된 Li -이온 셀들의 안정성 및 용량성
본 실시예에서는, Li-이온 배터리들, 특히 리튬 코발테이트 및 망가네이트 스피넬의 혼합물을 포함하는 Li-이온 배터리들에 대해, 주어진 셀의 전압 레벨이 셀의 캘린더 수명에 대한 결정 요인이라는 것을 나타낸다. 본 실시예는 특정 전압 범위를 제공하며 Li-이온 셀들은 빠르게 손상된다. 따라서, 이러한 특성을 갖는 배터리를 사용 또는 저장하는 동안 상기 전압 범위를 가능한 피할 수 있도록 배터리의 캘린더 수명을 증가시키는 것이 요구된다. 특히, 캐소드 및 흑연 애노드에서 스피넬을 갖는 혼합물을 포함하는 배터리들에 대해, 약 3.85V 내지 3.95V 사이의 저장 전압 범위는 캘린더 수명에 있어 바람직하지 못하다는 것이 밝혀졌다. 또한, 4.15V 내지 4.20V 사이의 전압 범위는 손상을 증가시킨다는 것이 밝혀졌다. 이는 캐소드 구조물로부터, 특히 스피넬 구조의 망간 산화물을 함유하는 캐소드에 대한 금속 이온들을 분해하는 매우 낮은 속도의 화학 반응으로 인한 것으로 여겨진다. 이러한 결과에 따라, 전극의 구조적 보존도는 점차적으로 악화되고 용량이 감소된다.
테스트 과정들
종래 기술, 예를 들어 대리인 도켓 넘버 3853.1001-006으로, 6월 23일자로 "리튬-이온 제 2 차 배터리"란 명치의 PCT/US2005/047383호 및 US 특허출원에 개시된 방법에 의해 셀들이 마련되며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참조된다.
Figure 112008006841630-PCT00047
및
Figure 112008006841630-PCT00048
의 혼합물은 이들 셀들에 대한 활성 캐소드 물질로 이용된다. 셀들은 셀의 충전 상태 선택을 나타내는 다양한 전압에서 60℃에서 2주 동안 저장된다. 온도가 높을수록 실온 측정치보다 손상을 빠르게 조장하기 때문에 60℃가 선택된다. 셀들은 셀의 나머지 용량에 대해 테스트되도록 완전히 방전된다. 회복가능한 용량을 검사하기 위해, 셀들은 완전한 충전 상태(4.2V)로 재충전된 다음 다시 셀들에 대한 회복가능한 용량을 검사하기 위해 방전된다.
셀들의 용량 이외에, 두께의 상대적 변화 증가가 셀들에서 측정되었으며, 이는 캐소드 전극으로부터의 리튬의 회복불가능한 손실로 인한 가스발생의 양의 측정치로 전압 안정성과 관련되는 것으로 여겨진다.
표 1. 2주 동안 60℃에서 저장된 셀들에 대한 두께 증가, 유지 및 회복 용량
Figure 112008006841630-PCT00049
표 1는 이러한 측정에 대해 관찰된 값들을 요약한 것이다. 상기 표 1에 도시된 것처럼, 보유(retained) 용량은 약 3.95V 내지 4.15V 사이에서 최대치가 발견 되었다. 4.1V 이상의 전압에서, 보유 용량은 3.9V 보다 낮은 전압으로 낮아져, 용량은 크게 감소된다. 높은 두께를 갖는 회복 용량의 성향을 따르는 셀들의 상대적 두께 증가는 4.1V 이상 3.9V 이하의 전압에서 증가된다. 이는 적어도 부분적으로는 리튬이 결정 구조 안팎으로 이동함에 따른 활성 물질의 결정 격자 파라미터의 변화로 인해 전극의 규칙적 팽창/수축 및 가스발생형 반응으로 인한 것이다. 팽창/수축 작용은 셀 두께의 순(net) 팽창을 야기시키는 전극 두께의 영구적 증가를 야기시킨다. 따라서 약 4.15-4.2V 및 약 3.85-3.95V의 2개 범위 사이에서 제한된 가스발생 증가가 야기되는 것으로 가정된다. 전극 물질과 전해질 사이의 인터페이스에서 화학적 물리적 특징은 강화된 반응성을 허용하여, 특정화된 전압 범위에서 보유 용량 및 회복 용량을 감소시킬 수 있다. 보유 용량의 감소는 인터페이스 상의 반응 부산물 및 가스에 대한 리튬의 영구적 손실로부터 야기되는 반면, 회복 용량 손실은 활성 물질들에서 리튬의 순(net) 손실을 생성하지 않는 자체-방전 메커니즘으로부터 야기된다. 소정의 전압 범위에서 대해 인터페이스에서 이렇게 증가된 반응의 또 다른 결과로 가스발생이 증가되어, 셀들 내부에 점차적으로 압력이 축적된다. 회복된 용량은 3.9V에서 측정을 위해 감소되어, 약 3.85V 내지 약 3.95V의 전압 범위는 캘린더 수명을 특히 악화시킨다는 결론이 유도된다.
등가물
본 발명은 특히 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 도시 및 개시되었지만, 당업자들은 첨부되는 청구항들에 포함되는 본 발명의 사상을 이탈하지 않고 본 발명에 대한 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (37)

  1. 제어 전자장치를 갖는 배터리 팩의 저장 전압을 제어하는 방법으로서,
    a) 배터리 팩의 저장 전압을 감지하는 단계; 및
    b) 상기 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우, 상기 배터리 팩의 저장 전압을 상기 예정된 전압 범위 이하로 조절하기 위해, 또는 상기 저장 전압이 예정된 전압이거나 또는 예정된 전압보다 높은 경우, 상기 배터리 팩의 저장 전압을 상기 예정된 전압 이하로 조절하기 위해, 방전 메커니즘을 구동시키는 단계
    를 포함하는, 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터리 팩 및 상기 제어 전자장치는 전자 소자와 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 저장 전압은 저항 부하를 통해 방전되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    a) 상기 전자 소자가 사용자와 상호작용하지 않는 시간 주기를 감지하는 단 계;
    b) 상기 시간 주기가 예정된 시간 값 보다 긴지, 그리고 상기 저장 전압이 상기 시간 주기 동안 임의의 시간에서 예정된 전압 범위 내에 있는지 또는 상기 저장 전압이 상기 시간 주기 동안 임의의 시간에서 상기 예정된 전압인지 또는 상기 예정된 전압보다 높은지를 결정하는 단계; 및
    c) b) 단계의 조건이 충족되는 경우에만 상기 방전 메커니즘을 구동시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 예정된 시간 값은 약 1시간인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 예정된 시간 값은 약 2시간인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 시간 값 이상 동안 완전 충전 상태로 유지되는지를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 예정된 시간 값은 약 1시간인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 예정된 시간 값은 약 2시간인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 적어도 하나의 리튬-이온 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 예정된 전압 범위는 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이, 및 약 4.15V 내지 약 4.20V 사이로 이루어진 그룹에서 선택되며, 상기 예정된 전압은 약 4.20V인 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 저장 전압 제어 방법.
  12. a) 전자 소자;
    b) 배터리 팩; 및
    c) 상기 전자 소자 및 상기 배터리 팩에 결합된 제어 전자장치
    를 포함하며, 상기 제어 전자장치는 상기 배터리 팩의 저장 전압을 감지하며, 상기 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우, 상기 배터리 팩의 저장 전압을 상기 예정된 전압 범위 이하로 조절하고, 상기 배터리 팩의 저장 전압이 상기 예정된 전압 범위이거나 또는 상기 예정된 전압 범위 보다 높은 경우, 상기 배터리 팩의 저장 전압을 상기 예정된 전압 이하로 조절하기 위해, 방전 메커니즘을 구동시키는, 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어 전자장치는
    a) 상기 배터리 팩의 전압 및 시간을 감지하는 검출기 회로; 및
    b) 상기 배터리 팩의 전압 및 전류를 제어하는 제어기 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 전자장치는 상기 배터리 팩에 구현되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 전자장치는 상기 전자 소자에 구현되는 것을 특징으로 하는 시스 템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출기 회로 및 상기 제어기 회로 중 하나는 상기 배터리 팩에 구현되되며, 상기 검출기 회로 및 상기 제어기 회로 중 하나는 상기 전자 소자에 구현되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 저항 부하를 포함하며, 상기 저항 부하를 통해 상기 배터리 팩의 저장 전압이 방전되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 제어 전자장치는,
    a) 상기 전자 소자가 사용자와 상호작용하지 않는 시간 주기를 감지하고;
    b) 상기 시간 주기가 예정된 시간 값보다 긴지, 그리고 상기 저장 전압이 상기 시간 주기 동안 임의의 시간에서 예정된 전압 범위 내에 있는지 또는 상기 저장 전압이 상기 시간 주기 동안 임의의 시간에서 상기 예정된 전압 범위 인지 또는 상기 예정된 전압 범위 보다 높은지를 결정하여, 상기 방전 메커니즘을 구동시키도록 추가로 기능하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 예정된 시간 값은 약 1 시간인 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 전자장치는 상기 배터리 팩의 저장 전압이 예정된 시간 값 이상 동안 완전한 충전 상태로 유지되는지를 결정하도록 추가 기능하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 예정된 시간 값은 약 1 시간인 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 12 항에 있어서,
    외부 전력 소스로부터 상기 배터리 팩을 충전시키는 충전 회로를 더 포함하며, 상기 충전 회로는 상기 제어 전자장치와 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 배터리 팩 내에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 11 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 적어도 하나의 리튬-이온 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 예정된 전압 범위는 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이, 및 약 4.15V 내지 약 4.20V 사이로 이루어진 그룹에서 선택되며, 상기 예정된 전압은 약 4.20V인 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    각각의 리튬-이온 셀은 실험식
    Figure 112008006841630-PCT00050
    로 표시되는 망가네이트 스피넬을 포함하는 액티브 캐소드 혼합물을 포함하며,
    여기서, x1 및 x2는 각각 독립적으로 0.01 이상 및 약 0.3 이하이며;
    y1 및 y2는 각각 독립적으로 0.0이상 및 0.3 이하이며;
    z1은 3.9 이상 4.1 미만이며;
    A'는 마그네슘, 알루미늄, 코발트, 니켈 및 크롬으로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 멤버인 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 캐소드 혼합물은 리튬 코발테이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 리튬 코발테이트 및 상기 망가네이트 스피넬은 중량당 약 0.95:0.05 내지 약 0.55:0.45 사이의 리튬 코발테이트:망가네이트 스피넬의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. a) 팩 하우징;
    b) 상기 팩 하우징 내의 적어도 하나의 셀; 및
    c) 상기 팩 하우징 내에 있으며, 배터리 팩의 저장 전압을 감지하고, 상기 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있거나 또는 예정된 전압인 경우, 상기 배터리 팩의 저장 전압을 상기 예정된 전압 범위 이하 또는 상기 예정된 전압 범위로 조절하는 제어 전자장치
    를 포함하는, 배터리 팩.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제어 전자장치는,
    a) 상기 배터리 팩의 전압 및 시간을 감지하는 검출기 회로; 및
    b) 상기 배터리 팩의 전압 및 전류를 제어하는 제어기 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  31. 제 29 항에 있어서,
    외부 전력 소스로부터 상기 배터리 팩을 충전시키는 충전 회로를 더 포함하 며, 상기 충전 회로는 상기 제어 전자장치와 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 적어도 하나의 리튬-이온 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 예정된 전압 범위는 약 3.85V 내지 약 3.95V 사이, 및 약 4.15V 내지 약 4.20V 사이로 이루어진 그룹에서 선택되며, 상기 예정된 전압은 약 4.20V인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  34. 제 33 항에 있어서,
    각각의 리튬-이온 셀은 실험식
    Figure 112008006841630-PCT00051
    로 표시되는 망가네이트 스피넬을 포함하는 액티브 캐소드 혼합물을 포함하며,
    여기서, x1 및 x2는 각각 독립적으로 0.01 이상 및 약 0.3 이하이며;
    y1 및 y2는 각각 독립적으로 0.0 이상 및 0.3 이하이며;
    z1은 3.9 이상 4.1 미만이며;
    A'는 마그네슘, 알루미늄, 코발트, 니켈 및 크롬으로 이루어진 그룹의 적어 도 하나의 멤버인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 캐소드 혼합물은 리튬 코발레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 리튬 코발테이트 및 상기 망가네이트 스피넬은 중량당 약 0.95:0.05 내지 약 0.55:0.45 사이의 리튬 코발테이트:망가네이트 스피넬의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  37. 제어 전자 소자로서,
    a) 소자 하우징;
    b) 상기 소자 내에 있으며, 배터리 팩의 저장 전압을 감지하고, 상기 저장 전압이 예정된 전압 범위 내에 있는 경우, 상기 배터리 팩의 저장 전압을 상기 예정된 전압 범위 이하로 조절하거나, 또는 상기 저장 전압이 예정된 전압이거나 또는 예정된 전압 보다 높은 경우, 상기 배터리 팩의 저장 전압을 상기 예정된 전압 이하로 조절하는 제어 전자장치
    를 포함하는, 제어 전자 소자.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101004964B1 (ko) * 2008-11-04 2011-01-04 (주)토마토엘에스아이 배터리 관리 시스템 및 이의 방법
US8806240B2 (en) 2010-05-31 2014-08-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery management system, method of controlling the same, and energy storage system including the battery management system

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5118637B2 (ja) * 2005-07-14 2013-01-16 ボストン−パワー，インコーポレイテッド Ｌｉイオン電池用制御電子回路
TWI426678B (zh) 2006-06-28 2014-02-11 Boston Power Inc 具有多重充電率之電子裝置、電池組、充電於電子裝置中的鋰離子電荷儲存電源供應器之方法及可攜式電腦
EP1983602A4 (en) * 2007-01-11 2011-03-16 Panasonic Corp DEGRADING DETECTION METHOD FOR A SECONDARY LITHIUM CELL, DEGRADATION KNOWLEDGE, DEGRADING DEPRESSION DEVICE AND CELL PACKAGE WITH THE SAME BATTERY CHARGER
CA2617710C (en) * 2007-01-12 2015-01-06 Koehler-Bright Star, Inc. Battery pack for miner's cap lamp with charging and discharging control module
JP5319903B2 (ja) * 2007-09-18 2013-10-16 三菱重工業株式会社 電力貯蔵システム
US20090108810A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Sawyers Thomas P Battery charging based on battery capacity
DE102007056976A1 (de) 2007-11-27 2009-05-28 Sanyo Component Europe Gmbh Justierschaltung für einen Akkumulator
US7986129B2 (en) * 2008-01-02 2011-07-26 Cooper Technologies Company Method and system for float charging a battery
JP4725594B2 (ja) * 2008-04-04 2011-07-13 トヨタ自動車株式会社 リチウム二次電池の製造方法
US20090297937A1 (en) * 2008-04-24 2009-12-03 Lampe-Onnerud Christina M Lithium-ion secondary battery
US9166206B2 (en) 2008-04-24 2015-10-20 Boston-Power, Inc. Prismatic storage battery or cell with flexible recessed portion
US7843170B2 (en) * 2008-04-28 2010-11-30 Lsi Corporation Battery backup unit (BBU) assembly
CN102150101A (zh) * 2008-09-12 2011-08-10 波士顿电力公司 嵌入式电池单元和热管理的方法和设备
JP2012505628A (ja) * 2008-10-07 2012-03-01 ボストン−パワー，インコーポレイテッド 車両および他の大容量適用のためのＬｉイオン電池アレイ
US9030169B2 (en) * 2009-03-03 2015-05-12 Robert Bosch Gmbh Battery system and method for system state of charge determination
WO2010135260A2 (en) * 2009-05-18 2010-11-25 Boston-Power, Inc. Energy efficient and fast charge modes of a rechargeable battery
JP2013504145A (ja) * 2009-09-01 2013-02-04 ボストン−パワー，インコーポレイテッド 大規模蓄電池システムおよび組み立て方法
CN102481858B (zh) * 2009-09-01 2014-11-05 波士顿电力公司 大型电动载具的电池系统的安全和效能优化控制
CN102117939B (zh) * 2009-12-31 2013-10-30 联想(北京)有限公司 一种电池管理装置及便携式电脑
US9564762B2 (en) 2010-11-02 2017-02-07 Navitas Solutions Fault tolerant wireless battery area network for a smart battery management system
US9293935B2 (en) 2010-11-02 2016-03-22 Navitas Solutions, Inc. Wireless battery area network for a smart battery management system
US9559530B2 (en) 2010-11-02 2017-01-31 Navitas Solutions Fault tolerant wireless battery area network for a smart battery management system
CN102638083B (zh) * 2011-02-10 2014-07-09 纬创资通股份有限公司 电子装置及其电源管理方法
US8963497B2 (en) * 2011-03-08 2015-02-24 Chervon (Hk) Limited Cordless tool system
CN102208683B (zh) * 2011-05-16 2013-09-25 湖州创亚动力电池材料有限公司 一种改善锂离子二次电池高温存储性能的电解液
US9263909B2 (en) * 2011-09-28 2016-02-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control device and control method for nonaqueous secondary battery
US20140055085A1 (en) * 2012-02-23 2014-02-27 Cymbet Corporation Thin film battery charge control and method
WO2013132592A1 (ja) * 2012-03-06 2013-09-12 トヨタ自動車株式会社 硫化物固体電池システム及び硫化物固体電池の制御方法
KR20140041312A (ko) * 2012-09-27 2014-04-04 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 리튬 이온 이차 전지용 정극, 리튬 이온 이차 전지 및 전지 시스템
US10567865B2 (en) * 2013-10-16 2020-02-18 Voyetra Turtle Beach, Inc. Electronic headset accessory
EP3138172B1 (en) * 2014-12-17 2018-09-19 SZ DJI Technology Co., Ltd. Battery management system
US10707526B2 (en) 2015-03-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
TWI634416B (zh) * 2015-07-01 2018-09-01 長園科技實業股份有限公司 Energy storage battery power supply system
US9906051B2 (en) * 2015-07-01 2018-02-27 Changs Ascending Enterprise Co., Ltd. Power supply system using energy storage cell
JP6439645B2 (ja) * 2015-10-08 2018-12-19 株式会社村田製作所 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
KR102458525B1 (ko) * 2017-11-06 2022-10-26 주식회사 엘지에너지솔루션 체결 인식 기능을 갖춘 배터리 팩
CN110988689B (zh) * 2019-04-25 2021-05-25 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池可恢复衰减容量的恢复方法、装置和系统
CN111638460B (zh) * 2020-06-11 2022-07-26 宁德新能源科技有限公司 电池测试设备、系统和方法
CN112086699B (zh) * 2020-09-07 2022-02-15 苏州清陶新能源科技有限公司 一种锂电池充放电方法及其装置和用途
CN115117483A (zh) * 2021-03-23 2022-09-27 宁德新能源科技有限公司 延长电池寿命的方法、电动设备以及存储介质

Family Cites Families (157)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3665285A (en) * 1970-05-27 1972-05-23 Gen Electric Polarity-mated rechargeable battery and charging unit
US4028478A (en) * 1976-05-24 1977-06-07 Union Carbide Corporation Safety switch for sealed galvanic cells
US4280578A (en) * 1979-02-21 1981-07-28 Margaret P. Roberts Motorized walker for the disabled
US5493199A (en) * 1982-06-07 1996-02-20 Norand Corporation Fast battery charger
US4553081A (en) * 1982-06-07 1985-11-12 Norand Corporation Portable battery powered system
US4670703A (en) * 1985-05-06 1987-06-02 General Electric Company Battery charger with three different charging rates
GB2242793B (en) * 1990-04-05 1994-08-10 Technophone Ltd Battery charging apparatus
US5166623A (en) * 1991-03-04 1992-11-24 Motorola, Inc. Method for indicating battery capacity
JPH0582131A (ja) 1991-09-25 1993-04-02 Sanyo Electric Co Ltd 非水系電解液二次電池
EP0631696B1 (en) * 1992-03-18 1998-06-10 AST RESEARCH, Inc. A power supply and battery charging system
CA2098468C (en) * 1992-07-07 1998-09-01 David J. Theobald Method for battery charging
US5325040A (en) * 1992-09-21 1994-06-28 Motorola, Inc. Method and apparatus for charging a battery powered electronic device
DE69320927T2 (de) 1992-12-21 1999-02-18 Mitsubishi Chemical Corp., Tokio/Tokyo Poröse(r) Film oder Folie, Batterie-Separator und Lithium-Batterie
JP3157369B2 (ja) * 1993-10-29 2001-04-16 三洋電機株式会社 二次電池の保護方法及び保護装置
US5506490A (en) * 1993-11-09 1996-04-09 Motorola, Inc. Method and apparatus for determining external power supply type
US5471128A (en) * 1993-11-26 1995-11-28 Motorola, Inc. Battery and method for charging/discharging the battery
US5504415A (en) * 1993-12-03 1996-04-02 Electronic Power Technology, Inc. Method and apparatus for automatic equalization of series-connected batteries
US5677944A (en) * 1993-12-22 1997-10-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Cordless telephone with battery measuring section
US5694021A (en) * 1994-02-28 1997-12-02 Kabushiki Kaisha Toshiba System for executing charge control of a secondary battery and detecting the capacitance thereof
US5567539A (en) 1994-05-23 1996-10-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Non-aqueous secondary cell
JP3296385B2 (ja) * 1994-07-06 2002-06-24 ミツミ電機株式会社 電池の電圧検出回路
US5565756A (en) * 1994-07-11 1996-10-15 Motorola, Inc. Microprocessor controlled portable battery charger and method of charging using same
US5714866A (en) * 1994-09-08 1998-02-03 National Semiconductor Corporation Method and apparatus for fast battery charging using neural network fuzzy logic based control
US5670861A (en) * 1995-01-17 1997-09-23 Norvik Tractions Inc. Battery energy monitoring circuits
US6184656B1 (en) * 1995-06-28 2001-02-06 Aevt, Inc. Radio frequency energy management system
CA2156800C (en) 1995-08-23 2003-04-29 Huanyu Mao Polymerizable aromatic additives for overcharge protection in non-aqueous rechargeable lithium batteries
DE69601679T2 (de) 1995-09-06 1999-07-22 Fuji Photo Film Co., Ltd., Minami-Ashigara, Kanagawa Lithium-Ionen Sekundärbatterie
CA2163187C (en) 1995-11-17 2003-04-15 Huanyu Mao Aromatic monomer gassing agents for protecting non-aqueous lithium batteries against overcharge
JPH09167618A (ja) 1995-12-19 1997-06-24 Fuji Photo Film Co Ltd 非水二次電池
US5789902A (en) * 1996-02-22 1998-08-04 Hitachi Metals, Ltd. Bi-direction current control circuit for monitoring charge/discharge of a battery
US6159636A (en) 1996-04-08 2000-12-12 The Gillette Company Mixtures of lithium manganese oxide spinel as cathode active material
KR980006710A (ko) * 1996-06-29 1998-03-30 김광호 메모리 효과 방지를 위한 배터리 충전기
US6239579B1 (en) * 1996-07-05 2001-05-29 Estco Battery Management Inc. Device for managing battery packs by selectively monitoring and assessing the operative capacity of the battery modules in the pack
KR100286372B1 (ko) * 1996-09-06 2001-04-16 윤종용 휴대용 컴퓨터
JP2000500320A (ja) * 1996-09-10 2000-01-11 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ 蓄電池式電気的装置
US6074523A (en) 1996-11-11 2000-06-13 Nippon Kodoshi Corporation Method of manufacturing highly-airtightened porous paper
EP0964464B1 (en) 1996-12-16 2010-08-25 Daikin Industries, Ltd. Binder for rechargeable battery with nonaqueous electrolyte and battery electrode depolarizing mix prepared using the same
EP0849817A3 (en) 1996-12-20 1999-03-24 Japan Storage Battery Company Limited Positive active material for lithium battery having the same, and method for producing the same
US6133709A (en) * 1997-01-21 2000-10-17 Metrixx Limited Signalling system
US6275497B1 (en) * 1997-02-10 2001-08-14 Hybrid Networks, Inc. Method and apparatus for controlling communication channels using contention and polling schemes
JPH10268985A (ja) * 1997-03-27 1998-10-09 Toshiba Corp 電源制御装置および電源制御方法
JP3204160B2 (ja) * 1997-05-12 2001-09-04 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション バッテリパック及び電気・電子機器
JP3819940B2 (ja) 1997-05-27 2006-09-13 Ｔｄｋ株式会社 非水電解質二次電池
US5994878A (en) * 1997-09-30 1999-11-30 Chartec Laboratories A/S Method and apparatus for charging a rechargeable battery
JP3503453B2 (ja) 1997-12-26 2004-03-08 株式会社日立製作所 電池システム及びそれを用いた電気自動車
US6558846B1 (en) 1998-03-17 2003-05-06 Asahi Glass Company Ltd. Secondary power source
JP3524762B2 (ja) 1998-03-19 2004-05-10 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
US5896024A (en) * 1998-03-24 1999-04-20 Black & Decker, Inc. Method and apparatus for manually selecting battery charging process
US6835491B2 (en) * 1998-04-02 2004-12-28 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Battery having a built-in controller
US6204635B1 (en) * 1998-05-22 2001-03-20 Texas Instruments Incorporated Current interrupt apparatus particularly adapted for use with prismatic electrochemical cells
US6218806B1 (en) * 1998-06-03 2001-04-17 Black & Decker Inc. Method and apparatus for obtaining product use information
JP2000012030A (ja) 1998-06-24 2000-01-14 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 非水電解液二次電池
JP3142522B2 (ja) 1998-07-13 2001-03-07 日本碍子株式会社 リチウム二次電池
KR20000009698A (ko) * 1998-07-28 2000-02-15 손욱 이차전지의 전류 차단기
US20010020927A1 (en) 1998-08-24 2001-09-13 Kyoko Ikawa Secondary cell using system
KR100412188B1 (ko) 1998-08-27 2003-12-24 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 비수성 전해액 이차 전지
US6267943B1 (en) 1998-10-15 2001-07-31 Fmc Corporation Lithium manganese oxide spinel compound and method of preparing same
US5939864A (en) * 1998-10-28 1999-08-17 Space Systems/Loral, Inc. Lithium-ion battery charge control method
JP2000200605A (ja) 1998-10-30 2000-07-18 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池およびその製造方法
US5986433A (en) 1998-10-30 1999-11-16 Ericsson, Inc. Multi-rate charger with auto reset
AU5601299A (en) 1998-11-04 2000-05-11 Wilson Greatbatch Ltd. Mixed cathode material for high energy density electrochemical cells
US6296065B1 (en) * 1998-12-30 2001-10-02 Black & Decker Inc. Dual-mode non-isolated corded system for transportable cordless power tools
JP3754218B2 (ja) 1999-01-25 2006-03-08 三洋電機株式会社 非水電解質電池用正極及びその製造方法、ならびこの正極を用いた非水電解質電池及びその製造方法
TW439342B (en) * 1999-02-01 2001-06-07 Mitac Int Corp An external charging/discharging device
JP3869605B2 (ja) 1999-03-01 2007-01-17 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP2000323186A (ja) 1999-05-07 2000-11-24 Sanyo Electric Co Ltd 電子機器のバッテリー装置
US6166522A (en) * 1999-06-08 2000-12-26 Motorola, Inc. Battery conditioning scheme
US6114835A (en) * 1999-07-26 2000-09-05 Unitrode Corporation Multi-cell battery pack charge balancing circuit
JP2001128389A (ja) 1999-10-22 2001-05-11 Sony Corp 電源ユニット
JP4159212B2 (ja) 1999-11-12 2008-10-01 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP2001223008A (ja) 1999-12-02 2001-08-17 Honjo Chemical Corp リチウムイオン二次電池、そのための正極活物質及びその製造方法
JP2001195353A (ja) 2000-01-06 2001-07-19 Rohm Co Ltd Ｄｍａ転送システム
JP4383681B2 (ja) 2000-02-28 2009-12-16 三星エスディアイ株式会社 リチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法
JP3705728B2 (ja) 2000-02-29 2005-10-12 株式会社東芝 非水電解液二次電池
JP4392103B2 (ja) * 2000-03-30 2009-12-24 セイコーインスツル株式会社 充放電制御回路および充電式電源装置
JP4020565B2 (ja) 2000-03-31 2007-12-12 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP3959929B2 (ja) 2000-04-25 2007-08-15 ソニー株式会社 正極及び非水電解質電池
JP4821023B2 (ja) 2000-05-08 2011-11-24 国立大学法人佐賀大学 リチウム二次電池用正極およびこれを用いたリチウムイオン電池
JP2001328818A (ja) 2000-05-19 2001-11-27 National Institute For Materials Science 層状リチウムコバルトマンガン酸化物粒子粉末、およびその製造方法
TW531924B (en) 2000-05-26 2003-05-11 Sony Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
US6680143B2 (en) 2000-06-22 2004-01-20 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
US6677082B2 (en) 2000-06-22 2004-01-13 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
JP2002042815A (ja) 2000-07-25 2002-02-08 Kee:Kk 非水系二次電池
JP3890185B2 (ja) 2000-07-27 2007-03-07 松下電器産業株式会社 正極活物質およびこれを含む非水電解質二次電池
JP4524881B2 (ja) 2000-08-14 2010-08-18 ソニー株式会社 非水電解質二次電池
JP2002075369A (ja) 2000-09-04 2002-03-15 Kee:Kk 高容量リチウムイオン二次電池
JP4183374B2 (ja) 2000-09-29 2008-11-19 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP2002204532A (ja) * 2001-01-05 2002-07-19 Seiko Instruments Inc バッテリー状態監視回路およびバッテリー装置
TW501293B (en) * 2001-01-06 2002-09-01 Acer Inc Method and device to raise the battery efficiency of portable electronic device
JP4878683B2 (ja) 2001-01-23 2012-02-15 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
JP4878687B2 (ja) 2001-02-23 2012-02-15 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
JP4055368B2 (ja) 2001-02-27 2008-03-05 日本電気株式会社 二次電池
WO2002078105A1 (fr) 2001-03-22 2002-10-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Materiau actif a electrode positive et accumulateur a electrolyte non-aqueux contenant ce materiau
US6342774B1 (en) * 2001-03-27 2002-01-29 Motorola, Inc. Battery having user charge capacity control
US7138207B2 (en) 2001-04-20 2006-11-21 Sony Corporation Non-aqueous electrolyte secondary cell
JP2002359009A (ja) * 2001-05-31 2002-12-13 Sanyo Electric Co Ltd 充電器
JP3631166B2 (ja) 2001-05-31 2005-03-23 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP4510331B2 (ja) 2001-06-27 2010-07-21 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
JP3827545B2 (ja) 2001-09-13 2006-09-27 松下電器産業株式会社 正極活物質、その製造方法および非水電解質二次電池
JP4836371B2 (ja) 2001-09-13 2011-12-14 パナソニック株式会社 正極活物質およびこれを含む非水電解質二次電池
US8658125B2 (en) 2001-10-25 2014-02-25 Panasonic Corporation Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery containing the same
CN100414746C (zh) 2001-12-21 2008-08-27 麻省理工学院 传导性组合物及其制备和应用
JP3619807B2 (ja) 2001-12-27 2005-02-16 三洋電機株式会社 非水電解質電池
KR101027764B1 (ko) * 2002-01-08 2011-04-07 소니 주식회사 캐소드활성물질과 그것을 이용한 비수전해질 이차전지
KR100441524B1 (ko) 2002-01-24 2004-07-23 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 활물질 슬러리 조성물
US7049031B2 (en) 2002-01-29 2006-05-23 The University Of Chicago Protective coating on positive lithium-metal-oxide electrodes for lithium batteries
JP2003229125A (ja) 2002-01-31 2003-08-15 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池
US7358009B2 (en) 2002-02-15 2008-04-15 Uchicago Argonne, Llc Layered electrodes for lithium cells and batteries
JP4197237B2 (ja) 2002-03-01 2008-12-17 パナソニック株式会社 正極活物質の製造方法
KR20030083476A (ko) 2002-04-23 2003-10-30 주식회사 엘지화학 수명 특성과 안전성이 우수한 리튬 금속 복합 산화물 및이의 제조 방법
US6700350B2 (en) * 2002-05-30 2004-03-02 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for controlling charge balance among cells while charging a battery array
JP2004006094A (ja) 2002-05-31 2004-01-08 Nec Corp 非水電解液二次電池
US20040202933A1 (en) * 2002-07-16 2004-10-14 Takahiro Yamaki Cathode active material for use in lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery using the active material
US8241790B2 (en) 2002-08-05 2012-08-14 Panasonic Corporation Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery containing the same
JP2004139743A (ja) 2002-08-21 2004-05-13 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP4215718B2 (ja) 2002-08-22 2009-01-28 帝人株式会社 非水系二次電池及びこれに用いるセパレータ
JP3632686B2 (ja) 2002-08-27 2005-03-23 ソニー株式会社 正極活物質及び非水電解質二次電池
JP4192574B2 (ja) * 2002-11-28 2008-12-10 ソニー株式会社 非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池
WO2004051785A1 (ja) * 2002-12-05 2004-06-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 電池パックとその充放電方法
JP4501344B2 (ja) * 2003-01-23 2010-07-14 ソニー株式会社 二次電池
JP4201619B2 (ja) 2003-02-26 2008-12-24 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池、及びそれに使用する電極の製造方法
TW200417706A (en) * 2003-03-13 2004-09-16 Wetek Corp The method and apparatus for auto charging-discharging and monitoring of the urgent lighting
CN1534821A (zh) 2003-03-28 2004-10-06 ������������ʽ���� 非水电解质电池
JP4085986B2 (ja) 2003-04-01 2008-05-14 ソニー株式会社 電池
US7041239B2 (en) 2003-04-03 2006-05-09 Valence Technology, Inc. Electrodes comprising mixed active particles
US7314682B2 (en) 2003-04-24 2008-01-01 Uchicago Argonne, Llc Lithium metal oxide electrodes for lithium batteries
CN100438144C (zh) 2003-05-26 2008-11-26 日本电气株式会社 二次电池用正极活性材料,二次电池用正极,二次电池及制备二次电池用正极活性材料的方法
JP3901140B2 (ja) 2003-08-26 2007-04-04 松下電工株式会社 充電器
EP1665420B1 (en) 2003-09-26 2013-03-27 LG Chem, Ltd. Method for regulating terminal voltage of cathode during overdischarge and cathode active material for lithium secondary battery
JP3956932B2 (ja) * 2003-11-07 2007-08-08 ソニー株式会社 充電器および充電状態判定方法
JP4554911B2 (ja) 2003-11-07 2010-09-29 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
KR100548988B1 (ko) * 2003-11-26 2006-02-02 학교법인 한양학원 리튬이차전지용 양극활물질 제조방법, 그 방법에 사용되는반응기 및 그 방법으로 제조되는 리튬이차전지용 양극활물질
JP5135664B2 (ja) 2003-12-05 2013-02-06 日産自動車株式会社 非水電解質リチウムイオン電池用正極材料およびこれを用いた電池
JP4100341B2 (ja) 2003-12-26 2008-06-11 新神戸電機株式会社 リチウム二次電池用正極材料及びそれを用いたリチウム二次電池
CN2672668Y (zh) * 2004-01-17 2005-01-19 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 锂动力电池化成测控装置
CN100338800C (zh) 2004-02-17 2007-09-19 比亚迪股份有限公司 一种锂电池正极及其制备方法以及锂离子二次电池
KR100578804B1 (ko) * 2004-03-29 2006-05-11 삼성에스디아이 주식회사 캡 조립체 및 이를 구비한 이차 전지
CN100438195C (zh) 2004-05-22 2008-11-26 比亚迪股份有限公司 一种锂离子二次电池
EP2178137B1 (en) 2004-12-28 2012-04-04 Boston-Power, Inc. Lithium-Ion secondary battery
US20080008933A1 (en) * 2005-12-23 2008-01-10 Boston-Power, Inc. Lithium-ion secondary battery
US7811707B2 (en) 2004-12-28 2010-10-12 Boston-Power, Inc. Lithium-ion secondary battery
JP5050325B2 (ja) * 2005-07-12 2012-10-17 日産自動車株式会社 組電池用制御装置
JP5118637B2 (ja) * 2005-07-14 2013-01-16 ボストン−パワー，インコーポレイテッド Ｌｉイオン電池用制御電子回路
JP3927584B2 (ja) 2005-10-26 2007-06-13 三菱電機株式会社 自動車用動力制御装置
JP4963827B2 (ja) 2005-11-29 2012-06-27 三洋電機株式会社 組電池の漏電検出回路と漏電検出方法
JP4853004B2 (ja) 2005-12-08 2012-01-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車
JP4827613B2 (ja) * 2006-05-24 2011-11-30 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント 端末装置、バッテリ充電制御方法およびゲームシステム
WO2007149102A1 (en) 2006-06-23 2007-12-27 Boston-Power, Inc. Lithium battery with external positive thermal coefficient layer
US8003241B2 (en) 2006-06-23 2011-08-23 Boston-Power, Inc. Lithium battery with external positive thermal coefficient layer
ES2378263T3 (es) 2006-06-27 2012-04-10 Boston-Power, Inc. Dispositivo integrado de interrupción de la corriente para celdas de ión de litio
TWI426678B (zh) 2006-06-28 2014-02-11 Boston Power Inc 具有多重充電率之電子裝置、電池組、充電於電子裝置中的鋰離子電荷儲存電源供應器之方法及可攜式電腦
CN101803070B (zh) 2007-06-22 2014-10-22 波士顿电力公司 用于锂离子电池的电流中断装置维持装置
JP5335207B2 (ja) * 2007-07-05 2013-11-06 キヤノン株式会社 電子機器
CN102150101A (zh) 2008-09-12 2011-08-10 波士顿电力公司 嵌入式电池单元和热管理的方法和设备
JP2012505628A (ja) * 2008-10-07 2012-03-01 ボストン−パワー，インコーポレイテッド 車両および他の大容量適用のためのＬｉイオン電池アレイ
WO2010135260A2 (en) 2009-05-18 2010-11-25 Boston-Power, Inc. Energy efficient and fast charge modes of a rechargeable battery
CN102481858B (zh) * 2009-09-01 2014-11-05 波士顿电力公司 大型电动载具的电池系统的安全和效能优化控制

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101004964B1 (ko) * 2008-11-04 2011-01-04 (주)토마토엘에스아이 배터리 관리 시스템 및 이의 방법
US8806240B2 (en) 2010-05-31 2014-08-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery management system, method of controlling the same, and energy storage system including the battery management system

Also Published As

Publication number Publication date
CN101263396A (zh) 2008-09-10
WO2007011661A9 (en) 2007-08-23
US7656125B2 (en) 2010-02-02
JP5118637B2 (ja) 2013-01-16
US20100164436A1 (en) 2010-07-01
US8084998B2 (en) 2011-12-27
EP1907871A1 (en) 2008-04-09
US20070029972A1 (en) 2007-02-08
KR101264783B1 (ko) 2013-05-15
WO2007011661A1 (en) 2007-01-25
CN101263396B (zh) 2011-04-27
JP2009502008A (ja) 2009-01-22

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