KR20090094006A - 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기 - Google Patents

비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기

Info

Publication number
KR20090094006A
KR20090094006A KR1020097013225A KR20097013225A KR20090094006A KR 20090094006 A KR20090094006 A KR 20090094006A KR 1020097013225 A KR1020097013225 A KR 1020097013225A KR 20097013225 A KR20097013225 A KR 20097013225A KR 20090094006 A KR20090094006 A KR 20090094006A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
charging
pulse
polarization
secondary battery
Prior art date
Application number
KR1020097013225A
Other languages
English (en)
Inventor
다쿠야 나카시마
Original Assignee
파나소닉 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파나소닉 주식회사 filed Critical 파나소닉 주식회사
Publication of KR20090094006A publication Critical patent/KR20090094006A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/443—Particulate material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00711—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명은 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 급속 충전하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 충전하기 위한 방법에 있어서, 상기 2차 전지에 펄스 충전을 행하는 단계와, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 단계와, 상기 분극 전압이 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전하는 것이 가능해진다.

Description

비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기{NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY CHARGING METHOD, ELECTRONIC DEVICE, BATTERY PACK, AND CHARGING DEVICE}
본 발명은 비수계 전해질 2차 전지를 충전하기 위한 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기에 관한 것이다.
비수계 전해질 2차 전지에 있어서, 음극과 양극 사이에, 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막을 갖는 것이, 예컨대 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 그러한 구조에 의하면, 제조시에, 전극으로부터 벗겨져 떨어진 활물질(活物質)이나 재단 공정에서의 부스러기 등이 전극 표면에 부착되더라도, 그 후에 내부 단락이 발생하는 것이 억제된다.
또, 비수계 전해질 2차 전지의 열화의 메커니즘으로서, 과충전된 경우에 2차 전지의 양극 활물질이 녹아내려, 그것이 음극 상에서 석출되어 절연 피막을 형성하는 것이 알려져 있다. 또한, 다른 열화의 메커니즘으로서, 비수계 전해질 2차 전지가 과충전되면, 전해액 중에 녹아들어가 있는 리튬 이온의 농도가, 양극측에서 연해지고, 음극측에서 진해지는 농도 분극이 발생하여, 음극에 들어갈 수 없었던 리튬이 금속 리튬으로서 음극 표면에 석출되게 되는 경우도 알려져 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 제3371301호 공보
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전자 기기의 전기적 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화의 메커니즘을 설명하기 위한 도면,
도 3은 비수계 전해액의 리튬 이온 농도와 도전율의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 본건 발명자의 실험 결과를 나타내는 파형도,
도 5는 도 4에서 나타내는 펄스 파형의 1펄스분의 전압 파형을 확대하여 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 형태 1의 충전 동작을 설명하기 위한 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시 형태 2의 충전 동작을 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시 형태 3의 충전 동작을 설명하기 위한 흐름도,
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전자 기기의 전기적 구성을 나타내는 블럭도,
도 10은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 전자 기기의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
[실시 형태 1]
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전자 기기의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 이 전자 기기는, 전지 팩(1)에, 그것을 충전하는 충전기(2) 및 부하 기기(3)를 구비하여 구성된다. 전지 팩(1)은, 도 1에서는 충전기(2)로부터 충전이 행하여지지만, 상기 전지 팩(1)이 부하 기기(3)에 장착되어, 부하 기기(3)를 통해 충전이 행하여지더라도 좋다. 전지 팩(1) 및 충전기(2)는, 급전을 행하는 직류 하이측 단자 T11, T21과, 통신 신호의 단자 T12, T22와, 급전 및 통신 신호를 위한 GND 단자 T13, T23에 의해 서로 접속된다. 부하 기기(3)를 통해 충전이 행하여지는 경우도, 동일한 단자가 마련된다.
전지 팩(1) 내에서, 단자 T11로부터 연장되는 직류 하이측의 충방전 경로(11)에는, 충전용과 방전용으로, 서로 도전 형식이 다른 FET(12, 13)가 마련되어 있다. 그 충방전 경로(11)가 2차 전지(14)의 하이측 단자에 접속된다. 2차 전지(14)의 로우측 단자는 직류 로우측의 충방전 경로(15)를 통해 GND 단자 T13에 접속된다. 이 충방전 경로(15)에는, 충전 전류 및 방전 전류를 전압값으로 변환하는 전류 검출 저항(16)이 마련되어 있다.
2차 전지(14)는, 하나 또는 복수의 셀이 직병렬로 접속(도 1의 예에서는, 각 단 하나의 셀이 4개 직렬 접속)되어 있다. 그리고, 그 셀의 온도는 온도 센서(17)(온도 검출부)에 의해 검출되고, 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 또한, 각 셀의 단자간 전압은 전압 검출 회로(20)(전압 검출부)에 의해 검출되고, 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 또한, 전류 검출 저항(16)에 의해 검출된 전류값도 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 아날로그/디지털 변환기(19)는 각 입력값을 디지털값으로 변환하여, 충전 제어 판정부(21)로 출력한다.
충전 제어 판정부(21)는 마이크로컴퓨터 및 그 주변 회로 등을 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 충전 제어 판정부(21)는, 아날로그/디지털 변환기(19)로부터의 각 입력값에 응답하여, SOC(State Of Charge)를 연산하거나, 통신부(22)(송신부)로부터 단자 T12, T22; T13, T23을 통해 충전기(2)로 각 셀의 전압, 온도, 및 이상(異常)의 유무를 송신하거나 한다. 충전 제어 판정부(21)는, 정상적으로 충방전이 행해지고 있을 때에는, FET(12, 13)를 ON하여 충방전을 가능하게 하고, 이상이 검출되면 FET(12, 13)를 OFF하여 충방전을 금지시킨다.
충전기(2)에서는, 통신부(22)로부터 송신된 셀 전압(셀의 단자 전압) 및 온도나 이상의 유무를 제어 IC(30)의 통신부(32)(수신부)에서 수신한다. 그리고, 충전 제어부(31)가 충전 전류 공급 회로(33)를 제어하여 전지 팩(1)으로 충전 전류를 공급시킨다. 충전 전류 공급 회로(33)는, AC-DC 컨버터나 DC-DC 컨버터 등으로 이루어지며, 입력 전압을, 미리 정한 전압값, 전류값, 및 펄스폭으로 변환하여 단자 T21, T11; T23, T13을 통해 충방전 경로(11, 15)로 공급한다.
충전 제어부(31)는, 예컨대 마이크로컴퓨터를 이용하여 구성되어 있다. 그리고, 충전 제어부(31)는, 소정의 제어 프로그램을 실행하는 것에 의해, 펄스 충전부, 분극 검출부, 열화 검출부, 및 펄스 변경부로서 기능한다.
상술한 바와 같이 구성되는 전자 기기에 있어서, 2차 전지(14)의 각 셀은 음극과 양극 사이에, 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지에 의해 구성되어 있다. 무기 산화물 충전재는 입경이 0.1㎛~50㎛의 범위에 있는 알루미나 분말 또는 SiO2 분말(실리카)로부터 선택된다. 또한, 다공성 보호막의 두께는 0.1㎛~200㎛로 설정되어 있다. 다공성 보호막은 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 미립자 슬러리가 음극 또는 양극의 표면의 적어도 한쪽에 도포되어 구성되어 있다.
여기서, 그러한 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 가지지 않는 통상의 리튬 이온 2차 전지의 경우, SOC가 120%를 초과하는 과충전을 행하게 되면, 음극에 리튬이 들어갈 수 없어 열화되어 버린다. 또한, SOC가 100% 이하에서도, 과대한 전압으로 충전을 행하여, 양극이 높은 전압에 노출되면, 양극 활물질로부터 금속이 용출되어, 그것이 음극 상에 석출되어, 전해액의 성분이나 음극의 계면의 성분과 중합한 절연 피막이 생성되게 되어, 그것이 저항이 높은 피막으로 되어 열화되어 버린다.
이에 반하여, 상술한 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지의 경우, 본건 발명자에 의한 실험에 의하면, 상기내부 단락의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 과충전에의 내성이 높아, 종래에 없는 급속 충전이 가능한 것을 알 수 있었다. 즉, 비수계 전해질 2차 전지에 있어서, 과충전에 의한 열화는, 양극 활물질이 녹아 나와, 그것이 음극 상에서 석출되어 절연 피막을 형성하는 메커니즘에 의한 것이다. 그리고, 본건 발명자들은, 상기 구조를 채용함으로써, 녹아 나온 양극 활물질이 다공성 보호막으로 차단되어, 비수계 전해질 2차 전지의 열화를 억제할 수 있는 것을 발견하였다.
이러한 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지의 경우, 표준 충전 전압인 4.2V나 4.25V를 초과하는 전압, 예컨대 4.5V로 충전을 행하더라도, 또한 리튬 이온 2차 전지의 표준 충전 전류인 1C(1C는 2차 전지의 정격 용량을 정전류로 방전하여 1시간에서 잔량이 0으로 되는 전류값)를 초과하는 전류값, 예컨대 10C나 20C의 전류값으로 충전을 행하더라도, 도포된 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층에 의해 음극 상으로의 금속 석출이나 절연 피막의 형성을 차단하여 억제할 수 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 그러한 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지(14)를 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전함에 있어 주목해야 할 것은, 충전기(2)측의 충전 제어 판정부(31)는, 충전 전류 공급 회로(30)에, 예컨대 2.5Ah의 정격 용량에 대하여 20C로 되는 50A의 대전류의 전류 펄스(충전 펄스)를 주기적으로 출력시킴으로써 펄스 충전을 행하게 한다. 이 때, 비수계 전해질 2차 전지(14)의 단자 전압이, 셀당, 예컨대 4.5V의 고전압(도 1의 예에서는, 2차 전지(14)는 4셀 직렬이기 때문에, 충전기(2)는 18V를 출력)으로 되는 것을 허용하게 되어 있다.
그리고, 충전 제어 판정부(31)는 전압 검출 회로(20)에 의해 판독된 각 셀 전압을 통신부(22, 32)에 의해 수신하여, 과충전으로 되지 않을 레벨에서 충전을 정지시킨다.
이것은, 상술한 바와 같이 고전압·대전류로 충전을 행함에 있어, 상술한 바와 같은 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지(14)에서는, 금속 석출이나 절연 피막의 형성에 의한 열화가 억제되기 때문에, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화를 감시하고 있으면 되기 때문이다. 그래서, 충전 제어 판정부(31)는 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 각 셀 전압으로부터, 농도 분극에 의한 열화의 레벨을 판정하여, 열화가 소정의 레벨에 도달하기 전에 충전 전류의 공급을 정지시킨다.
도 2(a), 도 2(b), 도 2(c)는 농도 분극에 의한 열화의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 충전 전의 상태에서는, 도 2(a)에서 나타낸 바와 같이, 전해액 중에 녹아들어가 있는 리튬 이온의 농도는 동일하다. 신품(新品)일 때의 이 농도를 최적 농도로 하고, 상기한 바와 같은 고전압과 대전류의 적어도 한쪽으로 급속 충전을 행하면, 리튬 이온이 양극측(+)으로부터 음극측(-)으로 급속히 이동한다. 그리고, 리튬 이온의 농도는, 도 2(b)에서 나타낸 바와 같이, 양극측(+)에서 연해지고, 음극측(-)에서 진해진다. 급속 충전이 더 계속되면, 도 2(c)에서 나타낸 바와 같이, 리튬 이온의 농도가 진해진 음극측(-)에서 해당 음극에 들어갈 수 없는 금속 리튬이 표면에 석출되게 된다.
한편, 전해액의 도전율은, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 리튬 이온 농도가 적정일 때가 가장 높다. 그리고, 리튬 이온 농도가, 적정한 농도보다 연해지더라도, 진해지더라도, 전해액의 도전율은 낮아진다. 즉, 리튬 이온 농도가 연해지더라도, 진해지더라도, 전해액의 저항은 커진다. 따라서, 농도 분극이 진행되면, 동일한 충전 전압을 인가하더라도 충전되는 용량이 감소하여, 열화가 진행되게 된다.
도 4는 본건 발명자의 실험 결과를 나타내는 파형도의 일례이다. 셀당 4.5V의 고전압이고 또한 50A의 대전류로, SOC가 20%의 상태로부터 80%로 될 때까지 펄스 충전을 행한 경우의 셀 전압 및 충전 전류의 변화를 나타내는 것이며, 펄스(충전 펄스)의 주기 10sec, 듀티는 10%이다.
도 5(a)는 도 4에서 나타내는 펄스의 전압 파형을 확대하여 나타내는 도면이다. 도 5(a)에서 나타낸 바와 같이, 예컨대 단자 전압(셀 전압)이 3.7V인 셀에 4.5V의 펄스 전압을 인가하면, 셀 전압은 우선 셀을 충전 전류가 흐르는 것에 의해 셀의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 상당하는 전압 V1만큼 급격하게 상승한다. 그 후, 농도 분극이 없는 경우나, SOC가 작은 경우에는 그 전압 V1, 예컨대 4.35V가 유지된다.
한편, SOC가 어느 정도 커지고, 또한 농도 분극이 진행해 가면, 음극측으로 이동한 리튬 이온에 의해 해당 음극측의 전해액의 농도가 올라가, 전해액의 저항, 즉 셀의 내부 저항이 증대한다. 그리고, 이 농도 분극의 진행에 따른 전해액의 저항값의 증대에 따라, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이 셀 전압이 전압 V2(분극 전압)만큼 완만하게 상승해 간다.
이에 반하여, 펄스의 인가 종료시(펄스의 하강 에지의 타이밍)에는, 셀을 흐르는 충전 전류가 대략 영(0)으로 되는 것에 의해, 셀의 내부 저항으로 생기고 있었던 전압 강하에 상당하는 전압 V3분만큼 급격하게 저하된다. 그리고, 펄스 인가시에 원래 농도 분극이 없던 경우나 SOC가 작은 경우에는, 전압 V3분만큼 급격하게 저하되었을 때의 전압, 예컨대 상기 초기 상태에서의 셀 전압인 3.7V가 셀 전압으로서 유지된다.
한편, SOC가 어느 정도 크고 농도 분극이 생기고 있으면, 전압 V3분만큼 급격히 저하한 후, 농도 분극의 해소에 따라, 음극측으로 이동하고 있었던 리튬 이온이 확산되어 해당 음극측의 전해액의 농도가 내려가, 전해액의 저항이 완만하게 저하된다. 그리고, 이 농도 분극의 해소에 따른 전해액의 저항값의 감소에 따라, 셀 전압이 전압 V4(분극 전압)만큼 완만하게 저하되어 간다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 이하에서 나타내는 바와 같이 하여 농도 분극에 따른 셀 전압의 변화의 정도를 판정하여, 셀 전압의 변화가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때 충전을 정지한다.
상술한 전압 V2를 분극 전압으로서 사용할 수 있는데, 전압 V2는 충전 펄스가 인가되어 있는 상태에서 검출되기 때문에, 전압 V2에는, 각 셀이 충전되는 것에 의한 OCV(개방 회로 전압, Open circuit voltage)의 상승분이 포함되므로 오차가 생긴다. 한편, 펄스의 인가 종료시에는, 충방전 경로(11, 15)에는 거의 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되는 전압에는, 각 셀이 충방전되는 것에 의한 OCV의 변화분은 포함되지 않는다.
그래서, 펄스의 인가 종료시에 있어서, 전압 검출 회로(20)에서 검출되는 셀 전압과, 셀 전압이 서서히 저하되어 정상 상태로 되었을 때의 셀 전압과의 차이인 전압 V4를 분극 전압으로서 취득함으로써, 전압 V2를 분극 전압으로서 취득하는 경우보다도 분극 전압의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
그러나, 펄스 주기가 짧거나, 듀티가 크거나 하면, 분극이 해소되어 셀 전압이 정상 상태에 도달하기 전에 다음 펄스가 인가되어 셀 전압이 상승하게 되기 때문에, 전압 V4를 정확히 검출할 수 없어진다. 그래서, 충전 제어부(31)는, 펄스의 상승시에 검출되는 전압 V2를 분극의 축적분에 근거하여 보정함으로써, 농도 분극에 따라 생기는 분극 전압 Vc를 산출하도록 하여도 좋다. 그리고, 이렇게 하여 얻어진 분극 전압 Vc에 근거하여, 농도 분극의 정도를 판정해서, 충전(펄스의 인가)을 정지시킨다.
충전 펄스의 상승 직전의 타이밍에서 하나 전의 충전 펄스에 의해 생긴 농도 분극이 완전히 해소되어 있지 않은 경우, 해소되지 않고 잔류하고 있었던 농도 분극에 의해 생기는 축적 분극 전압 Vca가 전압 V1에 포함되게 된다. 그렇게 하면, 전압 V2는 원래의 분극 전압 Vc보다 축적 분극 전압 Vca만큼 작은 전압값으로 된다.
그래서, 충전 제어부(31)는 축적 분극 전압 Vca를 하기의 식(1)에 근거하여 산출한다. 또한, 펄스의 하강시에 있어서의 셀 전압 파형의 확대도를 도 5(b)에 나타낸다.
식(1)에 있어서, 분극 완화 계수 A는, 펄스의 인가 종료(하강)시에서 셀 전압이 급격하게 저하된 후, 서서히 저하되는 셀 전압의 전압 곡선으로부터 얻어지는 회귀 직선의 기울기이다. 농도 분극 전압 B(제 1 셀 전압)는 펄스의 인가 종료시(펄스의 하강 타이밍)에서의 셀 전압이다. 시간 T는 하나 전의 펄스의 인가 종료(하강) 타이밍으로부터 금회의 펄스의 인가 개시(상승) 타이밍까지의 시간이다.
또, 펄스의 인가 종료(하강)로부터 농도 분극이 해소되기까지의 시간보다 시간 T가 길어진 경우에는, 식(1)에서 축적 분극 전압 Vca가 마이너스(Vca<0)로 되어 버리기 때문에, 축적 분극 전압 Vca는 영(0)으로 한다.
또한, 분극 완화 계수 A는 온도에 의존하기 때문에, 온도 센서(17)에 의해 검출된 셀 온도에 대응한 분극 완화 계수 A의 값을 테이블 등을 참조하여 설정한다. 또한, 시간 T가 길어질수록, 농도 분극이 해소되어 축적 분극 전압 Vca는 작아진다. 분극 완화 계수 A는 온도가 높아질수록 작아진다.
그리고, 충전 제어부(31)는 실제의 분극 전압 Vc를 전압 V2(전압 α)와 축적 분극 전압 Vca로부터 이하의 식(2)에 근거하여 산출한다.
또, 충전 제어부(31)는, 그 분극 전압 Vc가 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 분극에 의한 열화가 생기기 시작하고 있다고 판정하여, 충전을 정지한다. 이 임계값은, 예컨대 셀당 0.1V로 설정되어 있다.
또, 이러한 분극 전압 Vc의 검출에 있어서는, 아날로그/디지털 변환기(19) 및 전압 검출 회로(20)에 의해 각 셀 전압을 예컨대 100msec 주기로 샘플링하면 되고, 전압 검출 정밀도는 10㎷ 정도 있으면 된다.
표 1은, 도 4에서 나타낸 충전 패턴의 펄스 주기 및 듀티를 변화시켜, 분극 전압 Vc 및 사이클 유지율을 측정한 것이다. 이 경우의 사이클 유지율은, 초기 용량을 100%로 하고, 각 충전 패턴에서의 충전 및 정전류 1C(2.5A) 방전을 300사이클 반복한 후의 유지 용량의 비율로 하였다.
이 표 1로부터 분명하듯이, 동일한 듀티의 10%에서 비교한 경우, 펄스 주기가 짧은 조건일수록, 분극 전압이 작고, 사이클 유지율이 높아, 특히 주기 10sec(펄스 ON 시간 1sec) 이하가 양호하다. 그래서, 펄스 ON 시간을 1sec로 고정하여 듀티를 변화시킨 경우, 듀티 50%에서는 사이클 열화가 크지만, 듀티 33%에서는 사이클 특성을 양호하게 유지하면서, 가장 충전 시간을 단축할 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 상기한 바와 같이 펄스 주기 및 듀티를 변화시킨 경우에 있어서, 분극 전압 Vc와 사이클 유지율로부터 분극 전압 Vc가 셀당 0.1V 이상에서 분극에 의한 열화가 생기기 시작하고 있는 것이 이해된다.
이들 실험 결과로부터, 이하, 본 실시 형태에서는, 셀당 2.5Ah의 용량이고, 충전 전압의 최대값을 4.5V, 충전 전류의 최대값을 50A, 펄스폭의 최대값을 1sec, 주기의 최소값을 3sec, 듀티의 최대값을 33%, 분극 전압 Vc의 임계값을 셀당 0.1V로 한다.
도 6은 상술한 바와 같이 구성되는 전자 기기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 충전 제어부(31)는 통신부(32, 22)를 통해 전지 팩(1)이 접속된 것을 검지하면 충전 동작을 개시한다. 즉, 충전 제어부(31)는, 단계 S1에서, 충전 전류 공급 회로(33)에 의해, 2차 전지(14)에, 펄스 전압의 최대값이 4.5V로 되는 범위 내에서, 예컨대 미리 정한 주기 3sec, 듀티 33%에서 전류값 50A의 전류 펄스를 공급시킴으로써 펄스 충전을 행하게 한다.
단계 S2에서는, 충전 제어부(31)가, 상술한 펄스의 인가시(펄스 상승 타이밍)의 농도 분극의 진행에 의한 전압 V2 및 펄스의 인가 종료시(펄스 하강 타이밍)에 있어서의 농도 분극 전압 B를 측정한다. 단계 S3에서는, 온도 센서(17)에 의해 셀 온도가 측정된다. 단계 S4에서는, 충전 제어부(31)에 의해, 그 셀 온도에 대응한 분극 완화 계수 A가 설정된다.
이것에 근거하여, 단계 S5에서는, 펄스 주기 및 펄스폭으로부터 상기 시간 T가 기지(旣知)이기 때문에, 충전 제어부(31)에 의해서, 식(1)로부터 축적 분극 전압 Vca가 구해지고, 단계 S6에서는, 식(2)로부터 실제의 분극 전압 Vc가 구해진다. 단계 S7에서는, 충전 제어부(31)에 의해서, 구해진 실제의 분극 전압 Vc가 미리 정한 임계값, 예컨대 0.1V 이상인지 여부가 판단되어, 임계값 이상일 때에는 충전 전류 공급 회로(33)에 의한 펄스 충전이 종료된다.
그리고, 충전 제어부(31)는, 분극 전압 Vc이 임계값 미만일 때에는 단계 S1로 되돌아가, 충전 전류 공급 회로(33)에 의한 펄스 충전을 계속시킨다. 또, 이러한 동작은 펄스마다 행해지더라도 되고, 몇 펄스에 1회 행해지더라도 된다. 또한, 셀 온도의 측정 및 그것에 따른 분극 완화 계수 A의 설정은 펄스마다 행해지지 않더라도 되고, 이들의 측정이나 설정 처리가 별도의 인터럽트 처리로서, 더욱 긴 주기로 행해지도록 하여도 된다.
이렇게 구성함으로써, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지(14)를, 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전함에 있어, 농도 분극에 의한 열화의 정도를 판정하면서 충전이 행하여지기 때문에, 농도 분극에 의한 2차 전지의 열화를 억제하면서, 대전류로 급속 충전을 행할 수 있다.
또한, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화 정도를 판정함에 있어, 펄스 전압의 인가에 의한 셀 전압의 상승시에서의 전압 V2에는, 충전에 따른 OCV(개방 회로 전압)의 변화가 포함되어 있는데 반하여, 펄스 전압의 인가의 종료에 의한 분극 전압의 저하시는 OCV의 변화가 포함되어 있지 않다. 그래서, 이 때의 농도 분극 전압 B를, 전회의 펄스 인가 종료로부터의 시간 T 및 분극 완화 계수 A를 이용하여 구한 축적 분극 전압 Vca로 보정함으로써, 실제의 분극 전압 Vc를 정확히 판정할 수 있다.
[실시 형태 2]
도 7은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 전자 기기에 있어서의 충전 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 본 실시 형태의 전자 기기에는, 전술한 도 1에서 나타내는 전자 기기에 있어서, 충전기(2)의 충전 전류 공급 회로(33)가 충전 전압, 충전 전류, 듀티 중 적어도 하나가 가변으로 구성됨과 아울러, 제어 IC(30)의 충전 제어부(31)의 제어 동작이 전술한 도 6과 이 도 7에서 나타내는 바와 같이 다를 뿐이며, 나머지의 구성은 도 1과 동일한 구성을 이용할 수 있다. 이 도 7에 있어서, 도 6과 유사하고, 대응하는 처리에는 동일한 단계 번호를 부여하여 나타내고, 그 설명을 생략한다.
주목해야 할 것은, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 충전기(2)의 충전 전류 공급 회로(33)는, 충전 전압, 충전 전류, 듀티 중 적어도 하나가 가변으로 되어 있고, 충전의 진행에 따라 그들이 저하되어 가는 점이다. 구체적으로는, 충전 제어부(31)에 의해서, 우선 상기 단계 S1에서는, 충전 동작의 개시 당초는 충전 전압, 충전 전류, 듀티가 최대값으로 펄스 충전이 개시되고, 단계 S7에서 분극 전압 Vc가 최소의 임계값 전압, 예컨대 0.07V 이상으로 되면, 우선 단계 S8에서 상기 임계값이 최대값인지 여부가 판단되고, 그렇지 않을 때에는 단계 S9에서 다음으로 큰 임계값, 예컨대 0.08V가 설정된다. 또 단계 S9에서는, 충전 제어부(31)에 의해서, 상기 충전 전압, 충전 전류, 듀티 중의 가변 파라미터의 적어도 하나, 예컨대 충전 전류가 40A로 저하되어 상기 단계 S1로 되돌아간다.
이렇게 해서, 충전의 진행에 따라, 상기 임계값의 갱신 및 충전 전압, 충전 전류, 듀티 중의 가변 파라미터의 갱신이 반복된다. 그리고, 예컨대 임계값이 0.09V로부터 더욱 최대값인 0.1V로 증대하여, 당해 임계값이 최대값으로 되고, 또한 가변의 파라미터, 예컨대 충전 전류가 30A로부터 미리 최소값으로서 설정된 20A로 저하되는 등하여, 파라미터가 최소값으로 된 상태에서, 단계 S7에서 분극 전압 Vc가 임계값 전압 이상으로 되면(단계 S8에서 예), 충전 제어부(31)에 의해 펄스 충전이 종료된다.
이렇게 구성함으로써, 상술한 바와 같이 하여 농도 분극에 의한 2차 전지(14)의 열화를 억제하면서, 어느 레벨(SOC)까지 급속 충전을 행한 후, 단위 시간당 주입하는 전하량은 적어진다. 이것에 의해, 실시 형태 1보다도, 충전 시간이 길어지지만(종래의 CCCV 충전과 비교하면, 충분히 짧음), 만충전 가까이까지 충전을 행할 수 있다.
[실시 형태 3]
도 8은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 전자 기기에 있어서의 충전 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 본 실의 형태의 전자 기기에는, 전술한 도 1에서 나타내는 전자 기기의 구성을 이용할 수 있으며, 제어 IC(30)의 충전 제어부(31)의 제어 동작이 전술한 도 6과 이 도 8에서 나타내는 바와 같이 다를 뿐이다. 이 도 8에 있어서, 도 6과 유사하고, 대응하는 처리에는 동일한 단계 번호를 부여하여 나타내고, 그 설명을 생략한다.
주목해야 할 것은, 본 실시 형태에서는, 단계 S11에서, 소정 타이밍, 예컨대 10펄스에 1회의 타이밍(단계 S11에서 예)으로 분극 전압 V4의 검출을 행한다. 그리고, 분극 전압 V4의 검출을 행할 때는, 농도 분극이 해소되기 위해 필요한 시간으로서 미리 설정된 분극 해소 시간 이상의 기간 단계 S12에서 대기함으로써, 분극 해소 시간 이상 펄스의 출력을 중지한다. 그리고, 전회의 펄스 출력으로부터 충분히 시간이 경과하여, 펄스의 인가 종료(펄스의 하강)로부터 적어도 분극 해소 시간이 경과한 후에, 단계 S2'에서, 농도 분극이 해소되었을 때에 있어서의 전압 V4를 직접 측정한다. 분극 해소 시간은, 예컨대 실험적으로 구할 수 있다.
또, 펄스의 인가 종료로부터 분극 해소 시간이 경과한 후에 전압 V4를 측정하는 예에 한정되지 않고, 예컨대 펄스의 인가 종료 후의 셀 전압을 감시하여, 셀 전압이 정상 상태로 되었을(셀 전압이 변화하지 않게 되었을) 때, 전압 V4를 측정함으로써, 농도 분극이 해소되어 셀 전압이 정상 상태로 되었을 때의 전압 V4를 측정하도록 하여도 좋다.
그 후, 상기 단계 S7에서 이 분극 전압 V4가 임계값 전압 이상으로 되면 처리를 종료하고, 임계값 미만이면 단계 S1로 되돌아가 펄스의 출력을 재개한다. 이 도 8의 처리에 있어서도, 도 7의 처리와 마찬가지로, 복수의 임계값이 마련되고, 충전 전압, 충전 전류, 듀티 중 적어도 하나가 가변으로 되어 있더라도 좋다.
이렇게 구성함으로써, 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지(14)를 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전함에 있어, 다음 펄스까지의 간격을 연장시킴으로써 펄스의 간격을 충분히 확보한다. 이것에 의해, 펄스의 인가 종료(펄스의 하강) 후에 있어서, 농도 분극이 해소되고 셀 전압이 정상 상태로 되고 나서 전압 V4를 측정함으로써, 전압 V4의 검출 정밀도, 즉 셀의 열화 정도의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
[실시 형태 4]
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전자 기기의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 이 전자 기기는 도 1에서 나타내는 전자 기기와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 부여하여 나타내고, 그 설명을 생략한다. 또한, 도 9에서는, 부하 기기(3)의 기재를 생략하고 있다.
주목해야 할 것은, 본 실시 형태에서는, 충전기(2a)는 상기 대전압·대전류를 스위칭하지 않고, 직류로 출력할 뿐이며, 전지 팩(1a)측에서, 충전용의 FET(12)(스위칭 소자)가 스위칭하여 2차 전지(14)에 펄스 충전을 행하고, 해당 전지 팩(1a)측의 충전 제어 판정부(21a)가 농도 분극에 의한 열화를 판정하여 충전을 정지하는 것이다.
충전 제어 판정부(21a)는, 예컨대 소정의 제어 프로그램을 실행하는 것에 의해 펄스 충전부, 분극 검출부, 열화 검출부, 및 펄스 변경부로서 기능한다.
구체적으로는, 제어 IC(18a) 내의 충전 제어 판정부(21a)는, 단자 T11, T13 사이에 충전 전압이 인가되면, 통상 상태에서 ON하고 있는 FET(12, 13)를 통해 전압 검출 회로(20) 또는 전류 검출 저항(16)에 의해 충전 전압을 검지한다. 그리고, 충전 제어 판정부(21a)는 충전용의 FET(12)를 스위칭시켜 2차 전지(14)에 펄스 충전을 행하게 한다. 충전 제어 판정부(21a)는, 그 펄스 충전 중에, 농도 분극의 진행에 의해 생기는 전압 V2와 농도 분극의 해소에 의해 생기는 전압 V4의 적어도 한쪽을 전압 검출 회로(20)에서 검출시킨다. 그리고, 전압 검출 회로(20)에서 검출된 전압이 상기 0.1V 등의 임계값 이상으로 되면, FET(12)를 OFF시켜 펄스 충전을 종료시킨다. 이렇게 해서, 전지 팩(1a)이 단체로, 농도 분극에 의한 2차 전지(14)의 열화를 억제하면서, 대전류로 급속 충전을 행한다.
이 때문에, 충전기(2a)측에서는, 전지 팩(1a)이 장착되면 접촉 스위치(34)가 ON된다. 제어 IC(30a) 내의 충전 제어부(31a)는 입출력 회로(35)를 통해 접촉 스위치(34)가 ON된 것을 검지하면, 충전 전류 공급 회로(33a)에 의해서, 상기 대전압·대전류를 스위칭하지 않고 직류로 출력시킨다. 전지 팩(1a)측이 농도 분극의 판정에 의해 충전을 정지하면, 충전 제어부(31a)는 충전 전류를 검출하는 전류 검출 저항(36)으로부터 아날로그/디지털 변환기(37)에 의해 그것을 검지하여 충전 전류 공급 회로(33a)에 충전 전류의 공급을 정지시킨다. 이러한 전자 기기에 있어서, 전지 팩(1a)측에서의 충전 정지의 판정, 이상에 따른 보호 동작 및 전지 팩(1a)의 장착 검지 등은 도 1에 나타내는 통신부(32, 22)를 이용하여 행하도록 하여도 좋다.
[실시 형태 5]
도 10은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 전자 기기의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 이 전자 기기는 도 1 및 도 9에서 나타내는 전자 기기와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 참조부호를 부여하여 나타내고, 그 설명을 생략한다. 또한, 도 10에서는, 부하 기기(3)의 기재를 생략하고 있다.
주목해야 할 것은, 본 실시 형태에서는, 충전기(2b)는 상기 대전압·대전류의 펄스 전압을 출력하고, 그 펄스의 출력을 소정 주기에서 중지한다. 그리고, 충전기(2b)는, 펄스의 출력 정지에 의한 농도 분극의 해소에 따라 얻어지는 전압 V4를 전지 팩(1b)의 단자 전압으로부터 전압 검출 회로(38)에서 검출하고, 열화가 판정되면, 충전을 정지한다.
구체적으로는, 충전기(2b)측에서는, 전지 팩(1b)이 장착되면 접촉 스위치(34)가 ON된다. 제어 IC(30b) 내의 충전 제어부(31b)는 입출력 회로(35)를 통해 접촉 스위치(34)가 ON된 것을 검지하여, 충전 전류 공급 회로(33)에 상기 대전압·대전류의 펄스를 출력시킨다. 그리고, 충전 제어부(31b)는, 전술한 바와 같이 소정 주기에서 펄스를 시닝(thinning)하는 등하여, 펄스 간격을 충분히 확보한다. 또 충전 제어부(31b)는, 단자 T21, T23 사이의 단자 전압을 전압 검출 회로(38)에 의해 검출하여, 당해 단자 전압에 근거해서 전압 V4를 검출한다. 충전 제어부(31b)는 이렇게 하여 얻어진 전압 V4에 근거해서 농도 분극을 판정한다.
이렇게 하여, 충전기(2b) 단체라도 농도 분극에 의한 2차 전지(14)의 열화를 억제하면서, 대전류로 급속 충전을 행할 수 있다. 또, 전지 팩(1b)의 단자 전압에는, FET(12, 13)나 충방전 경로(11, 15)의 저항 성분에 의한 전압 강하가 포함되지만, 이들은 농도 분극의 해소에 따른 전압 변화를 검출하는 미소한 기간에서는 일정하다고 생각할 수 있다. 따라서, 펄스 인가를 종료하고 나서 농도 분극의 해소에 의해 완만하게 저하되는 전압 V4의 측정에 영향을 주는 일은 없다.
여기서, 일본 특허 공개 제2000-19234호 공보에는, 2차 전지에 저주파의 탐지 펄스를 입력하고, 그 응답 전압 신호를 측정하여, 그 신호를 분석해서 얻어진 파라미터와, 실제로 실시간 방전법에 의해 전지 용량에 관련하여 구해 놓은 파라미터를 대조함으로써, 전지 용량을 추정하는 기술이 기재되어 있다.
그러나, 이 종래 기술은 전지의 DCIR의 SOC 의존성을 파라미터화하여, 전지 용량을 추정하는 것이며, 전지 용량에 대해 0.1C 정도의 저부하 방전을 행해서, 농도 분극의 발생하지 않고 있는 전지의 DCIR의 측정을 행하고 있고, 농도 분극에 의한 DCIR 변화는 상정되어 있지 않다. 그리고, 용량을 추정하고 있지만, 어느 정도 레벨까지 단시간에 충전할 수 있을지의 충전 방법에 대해서는 개시되지 않아, 충전은 일반적인 CCCV 충전이라고 생각된다. 이에 반하여, 본 발명에서는, 급속 충전을 실현하기 위해서, 대전류 충전시의 전압 파형으로부터 농도 분극을 실시간으로 검지하여 열화를 제어하는 것이므로, 전혀 다른 것이다.
본 발명의 일 국면에 따른 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법은, 2차 전지에 펄스를 인가하여 충전하는 펄스 충전을 행하는 펄스 충전 단계와, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화하는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출 단계와, 상기 분극 검출 단계에서 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전을 종료하는 열화 검출 단계를 포함하는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법이다.
또한, 상기 내열층은 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 음극과 양극 사이에, 내열층(예컨대, 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층)을 구비한 비수계 전해질 2차 전지를 이용한다.
본건 발명자는, 비수계 전해질 2차 전지의 음극과 양극 사이에, 이러한 내열층을 마련함으로써, 양극으로부터 녹아 나온 양극 활물질의 음극으로의 이동이 내열층에 의해 방해되기 때문에, 음극 상에서 양극 활물질이 석출됨으로써 절연 피막이 형성되는 것에 의한 2차 전지의 열화를 저감할 수 있는 것을 발견하였다. 이것에 의해, 예컨대 10C라는 대전류로 비수계 전해질 2차 전지를 급속 충전한 경우이더라도, 급속 충전에 따른 양극 활물질의 음극으로의 이동이 내열층으로 방해되기 때문에, 비수계 전해질 2차 전지의 열화를 억제하면서, 충전 전류를 증대시켜 충전 시간을 단축하는 것이 용이해진다.
그리고, 전해액 중에 녹아들어 있는 리튬 이온의 농도가, 양극측에서 연해지고, 음극측에서 진해지는 농도 분극이 생겨, 농도가 진해진 음극측에서 해당 음극에 들어갈 수 없는 리튬이 표면에 석출되는 것에 의한 열화, 즉 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화에 대해서는, 이러한 농도 분극의 정도를 감시하여, 농도 분극이 어느 정도 이상 진행한 것을 검출했을 때에, 음극에서의 양극 활물질의 석출이 진행되기 전에 충전을 종료함으로써, 음극에서의 양극 활물질의 석출을 억제하여, 2차 전지의 열화를 저감할 수 있다.
농도 분극 그 자체는, 직접 검출할 수 없기 때문에, 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하여, 분극 전압에 의해 간접적으로 농도 분극의 정도를 판정한다. 그래서, 펄스로 충전을 행하도록 하여, 그 펄스의 인가 또는 인가의 종료시, 즉 펄스의 인가 상태가 변화되었을 때의 셀 전압의 변화로부터 농도 분극에 의한 열화의 정도를 판정한다. 구체적으로는, 2차 전지로의 충전 펄스의 인가에 대하여, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압까지 급격히 상승한 후, 농도 분극이 없으면 셀 전압은 그 전압이 유지된다. 그러나, 농도 분극이 진행하면, 음극측으로 이동한 리튬 이온에 의해 상기 음극측의 전해액의 농도가 올라가, 전해액의 저항값이 증대하여 셀 전압이 상승해 간다.
이에 반하여, 2차 전지로의 충전 펄스의 인가 종료시에는, 충전 전류가 내부 저항을 흐를 때의 전압 강하로서 생기고 있었던 전압분만큼 셀 전압이 급격히 저하한 후, 펄스 인가시에 원래 농도 분극이 없으면 셀 전압은 그 때의 전압 그대로 유지된다. 그러나, 농도 분극이 있으면, 농도 분극의 해소에 따라, 음극측으로 이동하고 있었던 리튬 이온이 확산되어 해당 음극측의 전해액의 농도가 내려가, 전해액의 저항값이 저하되어 셀 전압이 저하되어 간다. 그래서, 상기 농도 분극의 진행에 의한 전압 변화를 검출하여, (혹은 다음 펄스를 시닝하는 등하여, 펄스의 간격을 충분히 확보한 뒤에,) 상기 농도 분극의 해소에 의한 전압 변화를 검출하여, 예컨대 그들 검출된 전압 변화의 적어도 한쪽이 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 펄스 충전을 종료한다.
이것에 의해, 농도 분극에 의해 음극에서 양극 활물질이 석출되는 것에 의한 2차 전지의 열화를 저감할 수 있다. 또한, 대전류로 비수계 전해질 2차 전지를 급속 충전하는 것에 의해 농도 분극이 생기더라도, 농도 분극이 어느 정도 이상 진행되기 전에 충전이 종료되기 때문에, 음극에서 양극 활물질이 석출될 우려가 저감되는 결과, 비수계 전해질 2차 전지의 열화를 저감하면서, 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전함으로써, 충전 시간을 단축하는 것이 용이해진다.
또한, 상기 분극 검출 단계는, 상기 2차 전지에 상기 펄스를 인가했을 때의 당해 2차 전지의 셀 전압과, 당해 펄스를 인가한 후에 당해 셀 전압이 상승하여 정상 상태로 되었을 때의 당해 셀 전압의 차이를 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 진행에 따른 분극 전압으로서 검출하는 단계인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 2차 전지에 펄스를 인가하면, 2차 전지에 충전 전류가 흘러 순간적으로 2차 전지의 내부 저항으로 전압 강하가 발생하여, 셀 전압이 상승한다. 또 그 후, 농도 분극이 서서히 진행되는 것에 의해 셀 전압이 서서히 상승하고, 농도 분극의 진행이 정지하면 셀 전압이 정상 상태로 된다. 따라서, 2차 전지에 펄스를 인가했을 때의 순간적으로 발생한 셀 전압과, 그 후에 당해 셀 전압이 상승하여 정상 상태로 되었을 때의 당해 셀 전압의 차이를 취득함으로써, 비수계 전해질의 농도 분극의 진행에 따른 분극 전압을 검출할 수 있다.
또한, 상기 분극 검출 단계는, 상기 2차 전지로의 펄스의 인가를 종료했을 때의 당해 2차 전지의 셀 전압인 제 1 셀 전압과, 당해 펄스의 인가를 종료한 후에 당해 셀 전압이 저하되어 정상 상태로 되었을 때의 셀 전압인 제 2 셀 전압의 차이를 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 해소에 따른 분극 전압으로서 검출하도록 하여도 좋다.
이 구성에 의하면, 2차 전지로의 펄스의 인가를 종료하면, 2차 전지에 흐르는 충전 전류가 대략 영으로 되어, 순간적으로 2차 전지의 내부 저항으로 생기고 있었던 전압 강하분만큼 셀 전압이 저하되어 제 1 셀 전압으로 된다. 또 그 후, 농도 분극이 서서히 해소되는 것에 의해 셀 전압이 서서히 저하되어, 농도 분극이 해소되어 종료되면 셀 전압이 제 2 셀 전압에서 정상 상태로 된다. 따라서, 2차 전지로의 펄스의 인가를 종료했을 때에 순간적으로 저하된 셀 전압과, 그 후에 당해 셀 전압이 저하되어 정상 상태로 되었을 때의 당해 셀 전압의 차이를 취득함으로써, 비수계 전해질의 농도 분극의 해소에 따른 분극 전압을 검출할 수 있다.
2차 전지에 충전 펄스를 인가했을 때에는, 충전 펄스에 의해 2차 전지가 충전되는 것에 의해 2차 전지의 OCV(개방 회로 전압)이 상승하므로, 상술한 바와 같이 하여 취득된 농도 분극의 진행에 따른 분극 전압에는, 충전에 따른 셀 전압의 상승분이 포함되게 된다. 한편, 2차 전지로의 펄스의 인가를 종료했을 때는, 셀 전압이 충전에 의해 변화되는 일이 없으므로, 상술한 바와 같이 하여 취득된 농도 분극의 해소에 따른 분극 전압에는 충전에 따른 OCV의 변화가 포함되지 않기 때문에, 분극 전압의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 분극 검출 단계는 상기 제 1 셀 전압을 검출하고 나서 상기 농도 분극이 해소하기 위해 필요한 시간으로서 미리 설정된 분극 해소 시간 이상의 시간이 경과한 후의 상기 셀 전압을 상기 제 2 셀 전압으로서 검출하는 단계인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 2차 전지로의 펄스의 인가가 종료되고 제 1 셀 전압이 검출되고 나서 분극 해소 시간 이상의 시간이 경과하면, 농도 분극이 해소되어 끝나 셀 전압이 정상 상태로 되므로, 셀 전압이 저하되어 정상 상태로 되었을 때의 당해 셀 전압을 상기 제 2 셀 전압으로서 검출하는 것이 용이하다.
또한, 상기 펄스 충전 단계는, 상기 2차 전지에 소정의 주기로 펄스를 인가함으로써 상기 펄스 충전을 행하면서, 상기 분극 검출 단계에서 상기 분극 전압을 검출하고자 할 때는, 당해 펄스의 간격을 상기 분극 해소 시간 이상 비우는 단계인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 2차 전지로의 펄스의 인가가 종료한 후에 농도 분극이 해소되어 종료되기 전에 다음 펄스가 2차 전지에 인가되어, 제 2 셀 전압을 정확하게 검출할 수 없게 될 우려가 저감된다.
또한, 상기 농도 분극의 변화에 의한 전압 변화를 검출하는 단계는, 상기 펄스의 인가에 대하여, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의해 상승한 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 진행에 의한 전압 변화를 검출하는 단계이며, 상기 펄스의 인가 종료에 대하여, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압분 저하한 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 해소에 의한 전압 변화를 검출하는 단계와, 상기 농도 분극의 해소에 의한 전압 변화로 상기 임계값을 보정하는 단계를 더 구비한다.
상기의 구성에 의하면, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화 정도를 판정함에 있어, 상기 농도 분극의 진행에 의한 전압의 상승시에는, 충전에 따른 OCV(개방 회로 전압)의 변화가 포함되어 있는데 반하여, 상기 펄스의 인가 종료에 의해서, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압분 급격히 저하한 후에 나타나는 상기 농도 분극의 해소(확산)에 의한 전압의 저하시에는, 상기 OCV의 변화가 포함되지 않아, 정확히 판정할 수 있다.
따라서, 이 농도 분극의 해소(확산)시의 전압 변화로 상기 임계값을 보정함으로써, 보다 정확한 펄스 충전의 종료 판정을 행할 수 있다.
또한, 상기 분극 검출 단계는, 상기 2차 전지에 상기 펄스를 인가했을 때의 당해 2차 전지의 셀 전압과, 당해 펄스를 인가한 후에 당해 셀 전압이 상승하여 정상 상태로 되었을 때의 당해 셀 전압의 차이를 전압 α으로서 검출하는 단계와, 농도 분극이 해소될 때의 셀 전압의 전압 곡선의 기울기로서 미리 설정된 분극 완화 계수를 A, 상기 2차 전지로의 펄스의 인가를 종료했을 때의 당해 2차 전지의 셀 전압인 제 1 셀 전압을 B, 하나 전의 펄스의 인가 종료로부터 금회의 펄스의 인가 개시까지의 시간을 T로 한 경우에, 하나 전의 펄스에 의해 생긴 농도 분극에 따라 생기는 축적 분극 전압 Vca를 하기 식(a)에 근거하여 산출하는 단계와, 상기 분극 전압을 Vc로 한 경우에, 하기 식(b)에 근거하여 상기 분극 전압 Vc를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 2차 전지에 상기 펄스를 인가했을 때의 당해 2차 전지의 셀 전압과, 당해 펄스를 인가한 후에 상기 셀 전압이 상승하여 정상 상태로 되었을 때의 당해 셀 전압의 차이가 전압 α로서 검출된다. 그리고, 하나 전의 펄스에 의해 생긴 농도 분극이 잔존하고 있는 것에 따라 생기는 축적 분극 전압 Vca가 식(a)에 근거하여 산출된다. 또, 전압 α를 축적 분극 전압 Vca 및 식(b)에 근거하여 보정하는 것에 의해 분극 전압 Vc가 얻어지기 때문에, 농도 분극의 진행에 따른 분극 전압을 직접 전압 α로서 취득하는 경우보다도 분극 전압의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 분극 검출 단계에서 검출되는 분극 전압이, 상기 제 1 임계값보다 작은 전압값으로 설정된 제 2 임계값 이상으로 된 경우, 상기 펄스 충전 단계에서의 충전 전압, 충전 전류, 및 펄스폭 중 적어도 하나를 감소시키는 펄스 변경 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 분극 전압이 제 2 임계값 이상으로 증대하여, 즉 2차 전지의 농도 분극이 진행한 경우, 충전 펄스의 충전 전압, 충전 전류, 및 펄스폭 중 적어도 하나가 감소되기 때문에, 2차 전지의 농도 분극에 의한 열화의 진행이 저감된다.
또한, 상기 제 2 임계값은 복수 마련되고, 상기 펄스 변경 단계는, 상기 분극 검출 단계에서 검출되는 분극 전압이, 증대하는 과정에서 상기 각 제 2 임계값 이상으로 될 때마다, 상기 충전 전압, 충전 전류, 펄스폭 중 적어도 하나를 감소시키는 단계인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 2차 전지의 농도 분극이 진행되어 분극 전압이 증대함에 따라, 서서히 충전 전압, 충전 전류, 펄스폭 중 적어도 하나가 감소하기 때문에, 2차 전지의 농도 분극의 정도에 따라 섬세하고 치밀하게 충전 조건을 변화시킬 수 있다. 이 결과, 단위 시간당의 충전 전하량을 과도하게 감소시키게 됨으로써, 과도하게 충전 시간이 증대하게 될 우려를 저감할 수 있다.
또한, 상기 임계값을 복수개 갖고, 가장 큰 임계값 이상으로 되면, 상기한 바와 같이 펄스 충전을 종료하고, 그것 미만인 임계값에서는, 그 임계값 이상으로 될 때마다, 충전 전압, 충전 전류, 펄스폭 중 적어도 하나를 감소해 가는 단계를 더 구비하도록 하여도 좋다.
상기의 구성에 의하면, 상술한 바와 같이 하여 농도 분극에 의한 2차 전지의 열화를 억제하면서, 어느 레벨(SOC)까지 급속 충전을 행한 후, 단위 시간당 주입하는 전하량이 적어져, 충전 시간이 길어지지만(종래의 CCCV 충전과 비교하면 충분히 짧음), 만충전 가까이까지 충전을 행할 수 있다.
또한, 상기 제 1 임계값은 셀당 0.1V인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 펄스 ON 시간, 펄스 주기 및 듀티 중 어느 하나를 임의로 변화시키더라도, 그 결과로서 분극 전압이 상기 셀당 0.1V 이상으로 되면, 사이클 특성이 급격히 악화되기 때문에, 임계값으로서 적합하다.
또한, 상기 펄스의 전압의 최대값을 4.5V, 전류의 최대값을 50A, 펄스폭의 최대값을 1sec, 펄스 주기의 최소값을 3sec, 듀티의 최대값을 33%로 하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 분극 전압을 상기 셀당 0.1V 정도까지 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 전자 기기는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지를 구비하는 전지 팩과, 상기 2차 전지를 충전하기 위한 충전 전류 공급부 및 충전 제어부를 구비하는 충전기와, 상기 2차 전지에 의해 구동되는 부하 기기를 구비하되, 상기 전지 팩은, 상기 2차 전지의 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와, 그 검출 결과를 충전기측으로 송신하는 송신부를 구비하고, 상기 충전기는 상기 송신부로부터의 셀 전압을 수신하는 수신부를 구비하며, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 2차 전지로 펄스를 인가하여 충전시키는 펄스 충전을 행하는 펄스 충전부와, 상기 전압 검출부에서 검출되는 셀 전압을 상기 수신부에서 수신시켜, 당해 수신부에서 수신되는 셀 전압에, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화하는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 변화가 생긴 후, 당해 수신부에서 수신되는 셀 전압에 있어서의, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와, 상기 분극 검출부에서 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전부에 의한 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 포함한다.
또한, 본 발명의 본 발명의 일 국면에 따른 전자 기기는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 구비하는 전지 팩과, 상기 비수계 전해질 2차 전지를 충전하기 위한 충전 전류 공급부 및 충전 제어부를 구비하는 충전기와, 상기 비수계 전해질 2차 전지에 의해 구동되는 부하 기기를 구비한 전자 기기에 있어서, 상기 전지 팩은, 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와, 그 검출 결과를 충전기측으로 송신하는 송신부를 구비하여 구성되고, 상기 충전기는 상기 송신부로부터의 셀 전압을 수신하는 수신부를 구비하며, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 상기 2차 전지에 펄스 충전을 행하고, 그 펄스의 인가에 대해, 상기 전압 검출부에서 검출된 셀 전압을 수신하여, 그 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압 변화분 상승한 후에 나타나는 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 진행에 따른 전압 변화와, 상기 펄스의 인가의 종료에 대해, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압 변화분 저하한 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 해소에 따른 전압 변화 중 적어도 한쪽이 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 상기 충전 전류 공급부에 상기 펄스 충전을 종료시킨다.
이 구성에 의하면, 음극과 양극 사이에, 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를, 예컨대 10C에도 미치는 대전류로 급속 충전함에 있어, 이러한 2차 전지에서는, 과충전에 의한 열화는 녹아 나온 양극 활물질을 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층으로 차단함으로써 방지할 수 있다. 그래서, 그러한 비수계 전해질 2차 전지를 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전하기 위해서는, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화를 감시하고 있으면 되고, 본 발명에서는, 충전기측의 충전 전류 공급부가 전지 팩측의 상기 비수계 전해질 2차 전지를 펄스 충전하여, 그 펄스 전압의 인가에 대한 셀 전압의 변화를 전지 팩측의 전압 검출부에서 검출하고, 해당 전지 팩측의 송신부로부터 충전기측의 수신부로 송신하여, 충전 제어부가 펄스 충전에서의 전압 인가에 대한 셀 전압의 변화로부터 상기 농도 분극에 의한 열화의 정도를 판정한다.
구체적으로는, 상기 펄스의 인가에 대하여, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압까지 급격히 상승한 후, 농도 분극이 없으면 그 전압을 유지하지만, 농도 분극이 진행되면, 음극측으로 이동한 리튬 이온에 의해 해당 음극측의 전해액의 농도가 올라가, 저항이 상승하여 셀 전압이 상승해 간다. 그래서, 상기 충전 제어부는, 이 농도 분극의 진행에 따른 전압 변화를 검출하여, 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 펄스 충전을 종료한다. 및/또는, 상기 펄스의 인가의 종료시에는, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압분 급격히 저하한 후, 펄스 인가시에 원래 농도 분극이 없으면 그 전압을 유지하지만, 농도 분극이 있으면, 그 해소에 따라, 음극측으로 이동하고 있었던 리튬 이온이 확산되어 해당 음극측의 전해액의 농도가 내려가, 저항이 저하되어 셀 전압이 저하되어 간다. 그래서, 상기 충전 제어부는, 충전 전류 공급부에 다음 펄스를 시닝하는 등을 행하게 하여, 펄스의 간격을 충분히 확보한 뒤에, 이 농도 분극의 해소에 의한 전압 변화를 검출하여, 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 펄스 충전을 종료한다.
따라서, 농도 분극에 의한 2차 전지의 열화를 누르면서, 대전류로 급속 충전을 행할 수 있다. 또한, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화 정도를 판정함에 있어, 상기 펄스의 인가에 의한 전압의 상승시에는, 충전에 따른 OCV(개방 회로 전압)의 변화가 포함되어 있는데 반하여, 상기 펄스의 인가의 종료에 의한 전압의 저하시는, 상기 OCV의 변화가 포함되지 않아, 정확히 판정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 전지 팩은, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지와, 상기 2차 전지의 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와, 외부에 접속되는 충전기로부터의 충전 전류를 스위칭하는 것에 의해 상기 2차 전지에 펄스를 인가하여 충전하는 펄스 충전을 행하는 스위칭 소자와, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 셀 전압에 근거하여, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 상기 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와, 상기 분극 검출부에 의해 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 정지시켜, 상기 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 전지 팩은, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 구비하는 전지 팩에 있어서, 상기 2차 전지의 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와, 충전기로부터의 충전 전류를 스위칭하여 상기 2차 전지를 펄스 충전하는 스위칭 소자와, 상기 전압 검출부에서 검출된 셀 전압을 감시하여, 상기 펄스의 인가에 대해, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압까지 상승한 후에 나타나는 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 진행에 의한 전압 변화와, 상기 펄스의 인가의 종료에 대해, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압분 저하한 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 해소에 의한 전압 변화 중 적어도 한쪽이 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 정지시켜, 상기 펄스 충전을 종료시키는 충전 제어부를 포함한다.
이 구성에 의하면, 음극과 양극 사이에, 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 구비하는 전지 팩을, 예컨대 10C에도 미치는 대전류로 급속 충전함에 있어, 이러한 2차 전지에서는, 과충전에 의한 열화는 녹아 나온 양극 활물질을 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층으로 차단함으로써 방지할 수 있다. 그래서, 그러한 비수계 전해질 2차 전지를 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전하기 위해서는, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화를 감시하고 있으면 되고, 본 발명에서는, 충전기측은 상기 대전류를 공급하는 뿐이며, 전지 팩측에서 스위칭 소자가 충전 전류를 스위칭함으로써 상기 비수계 전해질 2차 전지를 펄스 충전하여, 그 펄스 전압의 인가에 대한 셀 전압의 변화를 전압 검출부에서 검출하고, 충전 제어부가 펄스 충전에서의 전압 인가에 대한 셀 전압의 변화로부터 상기 농도 분극에 의한 열화의 정도를 판정한다.
구체적으로는, 상기 펄스의 인가에 대해, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압까지 급격히 상승한 후, 농도 분극이 없으면 그 전압을 유지하지만, 농도 분극이 진행되면, 음극측으로 이동한 리튬 이온에 의해 해당 음극측의 전해액의 농도가 올라가, 저항이 상승하여 셀 전압이 상승해 간다. 그래서, 충전 제어부는, 이 농도 분극의 진행에 의한 전압 변화를 검출하여, 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 정지시켜, 펄스 충전을 종료한다. 및/또는, 상기 펄스의 인가 종료시에는, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압분 급격히 저하한 후, 펄스 인가시에 원래 농도 분극이 없으면 그 전압을 유지하지만, 농도 분극이 있으면, 그 해소에 따라, 음극측으로 이동하고 있었던 리튬 이온이 확산되어 해당 음극측의 전해액의 농도가 내려가, 저항이 저하되어 셀 전압이 저하되어 간다. 그래서, 상기 충전 제어부는, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 중지시키는 등하여, 펄스의 간격을 충분히 확보한 뒤에, 이 농도 분극의 해소에 의한 전압 변화를 검출하여, 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 펄스 충전을 종료한다.
따라서, 농도 분극에 의한 2차 전지의 열화를 억제하면서, 대전류로 급속 충전을 행할 수 있다. 또한, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화 정도를 판정함에 있어, 상기 펄스 전압의 인가에 의한 분극 전압의 상승시에는, 충전에 따른 OCV(개방 회로 전압)의 변화가 포함되어 있는데 반하여, 상기 펄스의 인가의 종료에 의한 전압의 저하시에는, 상기 OCV의 변화가 포함되지 않아, 정확히 판정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 충전기는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지를 구비하는 전지 팩을 충전하기 위한 충전 전류 공급부와, 상기 충전 전류 공급부를 제어하는 충전 제어부와, 상기 전지 팩의 단자 전압을 검출하는 전압 검출부를 구비하되, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 2차 전지에 펄스를 인가시켜 충전함으로써 펄스 충전을 행하는 펄스 충전부와, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 셀 전압에 근거하여, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 전압 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와, 상기 분극 검출부에 의해 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전부에 의한 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 충전기는, 충전 전류 공급부 및 충전 제어부를 구비하고, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 구비하는 전지 팩을 충전하는 충전기에 있어서, 상기 전지 팩의 단자 전압을 검출하는 전압 검출부를 구비하며, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 상기 2차 전지에 펄스 충전을 행하면서, 그 펄스의 인가에 대해 상기 전압 검출부에서 검출된 단자 전압을 감시하고, 상기 펄스의 인가 종료에 대해, 단자 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압분 저하한 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 해소에 의한 분극 전압이 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 상기 충전 전류 공급부에 상기 펄스 충전을 종료시킨다.
이 구성에 의하면, 음극과 양극 사이에, 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를, 예컨대 10C에도 미치는 대전류로 급속 충전함에 있어, 이러한 2차 전지에서는, 과충전에 의한 열화는, 녹아 나온 양극 활물질을 상기 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층으로 차단함으로써 방지할 수 있다. 그래서, 그러한 비수계 전해질 2차 전지를 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전하기 위해서는, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화를 감시하고 있으면 되고, 본 발명에서는, 충전기측의 충전 전류 공급부가 전지 팩측의 상기 비수계 전해질 2차 전지를 펄스 충전하여, 그 펄스 전압의 인가에 대한 전지 팩의 단자 전압의 변화를 전압 검출부에서 검출하고, 충전 제어부가 펄스 충전에서의 전압 인가에 대한 단자 전압의 변화로부터 상기 농도 분극에 의한 열화의 정도를 판정한다.
구체적으로는, 상기 펄스의 인가에 대해, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압까지 급격히 상승한 후, 농도 분극이 없으면 그 전압을 유지하지만, 농도 분극이 진행되면, 음극측으로 이동한 리튬 이온에 의해 해당 음극측의 전해액의 농도가 올라가, 저항이 상승하여 셀 전압이 상승해 간다. 이에 반하여, 상기 펄스의 인가의 종료시에는, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압분 급격히 저하한 후, 펄스 인가시에 원래 농도 분극이 없으면 그 전압을 유지하지만, 농도 분극이 있으면, 그 해소에 따라, 음극측으로 이동하고 있었던 리튬 이온이 확산되어 상기 음극측의 전해액의 농도가 내려가, 저항이 저하되어 셀 전압이 저하되어 간다. 그래서, 상기 충전 제어부는, 충전 전류 공급부에 다음 펄스를 시닝하는 등을 행하게 하여, 펄스의 간격을 충분히 확보한 뒤에, 이 농도 분극의 해소에 의한 전압 변화를 전지 팩의 단자 전압으로부터 검출하여, 미리 정한 임계값 이상으로 되면, 펄스 충전을 종료한다.
따라서, 농도 분극에 의한 2차 전지의 열화를 억제하면서, 대전류로 급속 충전을 행할 수 있다. 또한, 비수계 전해질의 농도 분극에 의한 열화 정도를 판정함에 있어, 상기 펄스 전압의 인가에 의한 전압의 상승시에는, 충전에 따른 OCV(개방 회로 전압)의 변화가 포함되어 있는데 반하여, 상기 펄스의 인가의 종료에 의한 전압의 저하시에는, 상기 OCV의 변화가 포함되지 않아, 전지 팩의 외부에서라도 정확히 판정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 음극과 양극 사이에, 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖고, 과전압이나 과전류에 강한 비수계 전해질 2차 전지를 충전함에 있어서, 전지 팩측의 동작, 충전기측의 동작, 또는 전지 팩측과 충전기측의 협동 동작으로서, 펄스 충전해 보고, 농도 분극의 진행시와 해소시 중 적어도 한쪽에서의 전압 변화로부터 상기 농도 분극의 정도를 판정하여, 소정의 임계값으로 될 때까지 대전압·대전류로 상기 펄스 충전을 행하기 때문에, 상기한 바와 같은 2차 전지에 대해 매우 유효하게 급속 충전을 행하는 것이 용이해진다.
발명의 개시
본 발명의 목적은 비수계 전해질 2차 전지의 열화를 저감할 수 있는 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따른 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법은, 2차 전지에 펄스를 인가하여 충전하는 펄스 충전을 행하는 펄스 충전 단계와, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화하는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출 단계와, 상기 분극 검출 단계에서 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전을 종료하는 열화 검출 단계를 포함하는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법이다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 전자 기기는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지를 구비하는 전지 팩과, 상기 2차 전지를 충전하기 위한 충전 전류 공급부 및 충전 제어부를 구비하는 충전기와, 상기 2차 전지에 의해 구동되는 부하 기기를 구비하며, 상기 전지 팩은, 상기 2차 전지의 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와, 그 검출 결과를 충전기측으로 송신하는 송신부를 구비하고, 상기 충전기는, 상기 송신부로부터의 셀 전압을 수신하는 수신부를 구비하며, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 의해, 상기 2차 전지로 펄스를 인가하여 충전시키는 펄스 충전을 행하는 펄스 충전부와, 상기 전압 검출부에서 검출되는 셀 전압을 상기 수신부에서 수신시켜, 당해 수신부에서 수신되는 셀 전압에, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 변화가 생긴 후, 상기 수신부에서 수신되는 셀 전압에서의, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와, 상기 분극 검출부에서 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전부에 의한 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 전지 팩은, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지와, 상기 2차 전지의 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와, 외부에 접속되는 충전기로부터의 충전 전류를 스위칭하는 것에 의해 상기 2차 전지에 펄스를 인가하여 충전하는 펄스 충전을 행하는 스위칭 소자와, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 셀 전압에 근거하여, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 상기 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와, 상기 분극 검출부에 의해 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 정지시켜, 상기 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따른 충전기는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지를 구비하는 전지 팩을 충전하기 위한 충전 전류 공급부와, 상기 충전 전류 공급부를 제어하는 충전 제어부와, 상기 전지 팩의 단자 전압을 검출하는 전압 검출부를 구비하되, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 2차 전지에 펄스를 인가시켜 충전함으로써 펄스 충전을 행하는 펄스 충전부와, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 셀 전압에 근거하여, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 당해 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 전압 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와, 상기 분극 검출부에 의해 검출된 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전부에 의한 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 구비한다.
이 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기에 의하면, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지를 이용한다. 본건 발명자는, 비수계 전해질 2차 전지의 음극과 양극 사이에 내열층을 마련함으로써, 양극으로부터 녹아 나온 양극 활물질의 음극으로의 이동이 내열층에 의해 방해되기 때문에, 음극 상에서 양극 활물질이 석출됨으로써 절연 피막이 형성되는 것에 의한 2차 전지의 열화를 저감할 수 있는 것을 발견하였다.
이것에 의해, 예컨대 10C(1C는 2차 전지의 정격 용량을 정전류로 방전하여 1시간에서 당해 2차 전지의 잔량이 0으로 되는 전류값)라고 한 대(大)전류로 비수계 전해질 2차 전지를 급속 충전한 경우이더라도, 급속 충전에 따른 양극 활물질의 음극으로의 이동이 내열층에 의해 방해되기 때문에, 비수계 전해질 2차 전지의 열화를 억제하면서, 충전 전류를 증대시켜 충전 시간을 단축하는 것이 용이해진다.
그리고, 농도 분극에 의해 농도가 진해진 음극측에서 해당 음극에 들어갈 수 없는 리튬이 표면에 석출되는 것에 의한 열화에 대해서는, 이러한 농도 분극의 정도를 감시하여, 농도 분극이 어느 정도 이상 진행한 것을 검출했을 때에, 음극에서의 양극 활물질의 석출이 진행되기 전에 충전을 종료함으로써, 음극에서의 양극 활물질의 석출을 억제하여, 2차 전지의 열화를 저감할 수 있다.
농도 분극 그 자체는, 직접 검출할 수 없기 때문에, 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하여, 분극 전압에 의해 간접적으로 농도 분극의 정도를 판정한다. 그래서, 펄스로 충전을 행하도록 하여, 그 펄스의 인가 또는 인가의 종료시, 즉 펄스의 인가 상태가 변화되었을 때의 셀 전압의 변화로부터 농도 분극에 의한 열화의 정도를 판정한다.
구체적으로는, 2차 전지로의 충전 펄스의 인가에 대하여, 셀 전압이 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압까지 급격히 상승한 후, 농도 분극이 없으면 셀 전압은 그 전압이 유지된다. 그러나, 농도 분극이 진행되면, 음극측으로 이동한 리튬 이온에 의해 해당 음극측의 전해액의 농도가 올라가, 전해액의 저항값이 증대하여 셀 전압이 상승해 간다.
이에 반하여, 2차 전지로의 충전 펄스의 인가 종료시에는, 충전 전류가 내부 저항을 흐를 때의 전압 강하로서 생기고 있었던 전압만큼 셀 전압이 급격히 저하한 후, 펄스 인가시에 원래 농도 분극이 없으면 셀 전압은 그 때의 전압 그대로 유지된다. 그러나, 농도 분극이 있으면, 농도 분극의 해소에 따라, 음극측으로 이동하고 있었던 리튬 이온이 확산되어 해당 음극측의 전해액의 농도가 내려가, 전해액의 저항값이 저하되어 셀 전압이 저하되어 간다. 그래서, 농도 분극의 진행이나 해소 등, 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하여, 분극 전압이 미리 정한 제 1 임계값 이상으로 되면, 펄스 충전을 종료한다.
이에 따라, 농도 분극에 의해 음극에서 양극 활물질이 석출하는 것에 의한 2차 전지의 열화를 저감할 수 있다. 또한, 대전류로 비수계 전해질 2차 전지를 급속 충전하는 것에 의해 농도 분극이 생기더라도, 농도 분극이 어느 정도 이상 진행되기 전에 충전이 종료되기 때문에, 음극에서 양극 활물질이 석출될 우려가 저감되는 결과, 비수계 전해질 2차 전지를 과충전으로 되지 않을 만큼의 레벨로 급속 충전하는 것이 용이해진다.

Claims (14)

  1. 2차 전지에 펄스를 인가하여 충전하는 펄스 충전을 행하는 펄스 충전 단계와,
    상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 상기 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출 단계와,
    상기 분극 검출 단계에서 검출된 분극 전압이 기결정된 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전을 종료하는 열화 검출 단계
    를 포함하는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분극 검출 단계는,
    상기 2차 전지에 상기 펄스를 인가했을 때의 상기 2차 전지의 셀 전압과, 상기 펄스를 인가한 후에 상기 셀 전압이 상승하여 정상 상태로 되었을 때의 상기 셀 전압의 차이를 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 진행에 따른 분극 전압으로서 검출하는 단계인 것
    을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분극 검출 단계는,
    상기 2차 전지로의 펄스의 인가를 종료했을 때의 상기 2차 전지의 셀 전압인 제 1 셀 전압과, 상기 펄스의 인가를 종료한 후에 상기 셀 전압이 저하되어 정상 상태로 되었을 때의 셀 전압인 제 2 셀 전압의 차이를 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 해소에 따른 분극 전압으로서 검출하는 단계인 것
    을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분극 검출 단계는,
    상기 제 1 셀 전압을 검출하고 나서 상기 농도 분극이 해소되기 위해 필요한 시간으로서 미리 설정된 분극 해소 시간 이상의 시간이 경과한 후의 상기 셀 전압을 상기 제 2 셀 전압으로서 검출하는 단계인 것
    을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 펄스 충전 단계는,
    상기 2차 전지에 소정의 주기로 펄스를 인가함으로써 상기 펄스 충전을 행하면서, 상기 분극 검출 단계에서 상기 분극 전압을 검출하고자 할 때는 상기 펄스의 간격을 상기 분극 해소 시간 이상 비우는 단계인 것
    을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분극 검출 단계는,
    상기 2차 전지에 상기 펄스를 인가했을 때의 상기 2차 전지의 셀 전압과, 상기 펄스를 인가한 후에 상기 셀 전압이 상승하여 정상 상태로 되었을 때의 상기 셀 전압의 차이를 전압 α로서 검출하는 단계와,
    농도 분극이 해소될 때의 셀 전압의 전압 곡선의 기울기로서 미리 설정된 분극 완화 계수를 A, 상기 2차 전지로의 펄스의 인가를 종료했을 때의 상기 2차 전지의 셀 전압인 제 1 셀 전압을 B, 하나 전의 펄스의 인가 종료로부터 금회(今回)의 펄스의 인가 개시까지의 시간을 T로 한 경우에, 하나 전의 펄스에 의해 생긴 농도 분극에 의해 생기는 축적 분극 전압 Vca를 하기 식(a)에 근거하여 산출하는 단계와,
    상기 분극 전압을 Vc로 한 경우에, 하기 식(b)에 근거하여 상기 분극 전압 Vc를 산출하는 단계를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분극 검출 단계에서 검출되는 분극 전압이, 상기 제 1 임계값보다 작은 전압값으로 설정된 제 2 임계값 이상으로 된 경우, 상기 펄스 충전 단계에서의 충전 전압, 충전 전류, 및 펄스폭 중 적어도 하나를 감소시키는 펄스 변경 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 임계값은 복수 마련되고,
    상기 펄스 변경 단계는,
    상기 분극 검출 단계에서 검출되는 분극 전압이, 증대하는 과정에서 상기 각 제 2 임계값 이상으로 될 때마다, 상기 충전 전압, 충전 전류, 펄스폭 중 적어도 하나를 감소시키는 단계인 것
    을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 임계값은 셀당 0.1V인 것을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스의 전압의 최대값을 4.5V, 전류의 최대값을 50A, 펄스폭의 최대값을 1sec, 펄스 주기의 최소값을 3sec, 듀티의 최대값을 33%로 하는 것을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내열층은 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막인 것을 특징으로 하는 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법.
  12. 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지를 구비하는 전지 팩과,
    상기 2차 전지를 충전하기 위한 충전 전류 공급부 및 충전 제어부를 구비하는 충전기와,
    상기 2차 전지에 의해 구동되는 부하 기기
    를 구비하되,
    상기 전지 팩은,
    상기 2차 전지의 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와,
    그 검출 결과를 충전기측으로 송신하는 송신부를 구비하고,
    상기 충전기는 상기 송신부로부터의 셀 전압을 수신하는 수신부를 구비하며,
    상기 충전 제어부는,
    상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 2차 전지에 펄스를 인가하여 충전시키는 펄스 충전을 행하는 펄스 충전부와,
    상기 전압 검출부에서 검출되는 셀 전압을 상기 수신부에서 수신시켜, 상기 수신부에서 수신되는 셀 전압에, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 상기 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 변화가 생긴 후, 상기 수신부에서 수신되는 셀 전압에서의, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와,
    상기 분극 검출부에서 검출된 분극 전압이 기결정된 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전부에 의한 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전자 기기.
  13. 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지와,
    상기 2차 전지의 셀 전압을 검출하는 전압 검출부와,
    외부에 접속되는 충전기로부터의 충전 전류를 스위칭하는 것에 의해 상기 2차 전지에 펄스를 인가하여 충전하는 펄스 충전을 행하는 스위칭 소자와,
    상기 전압 검출부에 의해 검출되는 셀 전압에 근거하여, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 상기 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 상기 셀 전압의 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와,
    상기 분극 검출부에 의해 검출된 분극 전압이 기결정된 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 정지시켜, 상기 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  14. 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질의 2차 전지를 구비하는 전지 팩을 충전하기 위한 충전 전류 공급부와,
    상기 충전 전류 공급부를 제어하는 충전 제어부와,
    상기 전지 팩의 단자 전압을 검출하는 전압 검출부
    를 구비하되,
    상기 충전 제어부는,
    상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 2차 전지에 펄스를 인가시켜 충전함으로써 펄스 충전을 행하는 펄스 충전부와,
    상기 전압 검출부에 의해 검출되는 셀 전압에 근거하여, 상기 펄스의 인가 상태의 변화에 따라 상기 2차 전지를 흐르는 충전 전류가 변화되는 것에 의해, 상기 2차 전지의 내부 저항으로 생기는 전압 강하에 의한 셀 전압의 변화가 생긴 후, 상기 비수계 전해질의 농도 분극의 변화에 따른 전압 변화량을 분극 전압으로서 검출하는 분극 검출부와,
    상기 분극 검출부에 의해 검출된 분극 전압이 기결정된 제 1 임계값 이상으로 되면, 상기 펄스 충전부에 의한 펄스 충전을 종료시키는 열화 검출부를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 충전기.
KR1020097013225A 2006-12-26 2007-12-11 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기 KR20090094006A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2006-349461 2006-12-26
JP2006349461 2006-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090094006A true KR20090094006A (ko) 2009-09-02

Family

ID=39562346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097013225A KR20090094006A (ko) 2006-12-26 2007-12-11 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8193777B2 (ko)
JP (1) JP5049762B2 (ko)
KR (1) KR20090094006A (ko)
CN (1) CN101569052B (ko)
WO (1) WO2008078552A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8773076B2 (en) 2011-02-09 2014-07-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery management system, method of removing polarization voltage of battery, and estimating state of charge of battery
US10411307B2 (en) 2015-08-10 2019-09-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Secondary battery, evaluation method and production method therefor, and charge-discharge control device

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102089956B (zh) * 2008-07-11 2013-06-05 丰田自动车株式会社 电池的充放电控制装置以及具备该装置的混合动力汽车
US8727963B2 (en) 2008-07-31 2014-05-20 Ams Research Corporation Methods and implants for treating urinary incontinence
EP2426774B1 (en) 2009-04-28 2014-05-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Charge holding method for lithium-ion secondary battery, battery system, vehicle, and battery-mounted device
JP5552532B2 (ja) * 2009-06-18 2014-07-16 ビーワイディー カンパニー リミテッド 電池加熱を制御する方法および装置
US8538711B2 (en) 2009-10-01 2013-09-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Nonaqueous electrolyte type lithium ion secondary battery system, method of determining lithium deposition in the system, and vehicle mounting the system
JP5461152B2 (ja) * 2009-11-16 2014-04-02 三洋電機株式会社 パック電池
KR101113415B1 (ko) * 2009-12-29 2012-03-02 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 보호 회로
JP4952808B2 (ja) * 2010-02-22 2012-06-13 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池のリチウム析出判別装置，その方法，およびその装置を搭載する車両
CN101777674B (zh) * 2010-03-04 2012-07-18 飞毛腿(福建)电子有限公司 一种高容量锂离子电池后备态管理方法
US11397215B2 (en) 2010-05-21 2022-07-26 Qnovo Inc. Battery adaptive charging using battery physical phenomena
US10389156B2 (en) 2010-05-21 2019-08-20 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell
US10067198B2 (en) 2010-05-21 2018-09-04 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell using the state of health thereof
US11791647B2 (en) 2010-05-21 2023-10-17 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell
US9142994B2 (en) 2012-09-25 2015-09-22 Qnovo, Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell
US8791669B2 (en) 2010-06-24 2014-07-29 Qnovo Inc. Method and circuitry to calculate the state of charge of a battery/cell
US11397216B2 (en) 2010-05-21 2022-07-26 Qnovo Inc. Battery adaptive charging using a battery model
JP5255086B2 (ja) * 2011-04-08 2013-08-07 本田技研工業株式会社 電源装置及びその制御方法
JP5995050B2 (ja) * 2012-03-01 2016-09-21 本田技研工業株式会社 バッテリの充放電制御装置
JP6065561B2 (ja) 2012-03-08 2017-01-25 日産自動車株式会社 二次電池の制御装置およびｓｏｃ検出方法
JP6135110B2 (ja) * 2012-03-08 2017-05-31 日産自動車株式会社 二次電池の制御装置、充電制御方法およびｓｏｃ検出方法
JP5704108B2 (ja) * 2012-03-30 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 電池システムおよび推定方法
JP2014017074A (ja) * 2012-07-06 2014-01-30 Toyota Motor Corp 二次電池における反応関与物質の析出及び溶解を制御する装置
JP5929711B2 (ja) * 2012-11-02 2016-06-08 トヨタ自動車株式会社 充電システムおよび、電圧降下量の算出方法
WO2014109272A1 (en) 2013-01-11 2014-07-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device charging method
JP6120577B2 (ja) * 2013-01-14 2017-04-26 株式会社半導体エネルギー研究所 電気化学装置
CN103928951A (zh) * 2013-01-15 2014-07-16 顺达科技股份有限公司 充电装置及其控制方法
US9461492B1 (en) 2013-04-19 2016-10-04 Qnovo Inc. Method and circuitry to adaptively charge a battery/cell using a charge-time parameter
US20140320085A1 (en) * 2013-04-24 2014-10-30 Dynapack International Technology Corporation Charging device and control method thereof
US10084206B2 (en) 2013-11-12 2018-09-25 Alexandre M. Iarochenko Fast charge apparatus for a battery
US9535129B2 (en) * 2014-06-17 2017-01-03 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for estimating battery pack capacity during charge sustaining use
US10574079B1 (en) 2014-06-20 2020-02-25 Qnovo Inc. Wireless charging techniques and circuitry for a battery
US9533598B2 (en) * 2014-08-29 2017-01-03 Ford Global Technologies, Llc Method for battery state of charge estimation
US10090695B2 (en) * 2014-08-29 2018-10-02 Fairchild Semiconductor Corporation Optimized current pulse charging apparatus and method employing increasing clamp reference voltages and decreasing current pulses
DE112016001580T5 (de) * 2015-03-31 2017-12-28 Gs Yuasa International Ltd. Ladespannungsregler für eine Energiespeichervorrichtung, Energiespeichervorrichtung, Batterieladegerät für eine Energiespeichervorrichtung und Ladeverfahren für eine Energiespeichervorrichtung
US10137797B2 (en) 2015-09-28 2018-11-27 Ford Global Technologies, Llc Battery state of charge estimation based on current pulse duration
CN105652214A (zh) * 2016-03-28 2016-06-08 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池负极与电解液界面的评价方法
CN105866695B (zh) * 2016-04-22 2019-06-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 充电电池析锂的检测方法、电池管理系统及电池系统
CN105743182B (zh) * 2016-04-27 2018-03-30 包树文 一种充电电路
CN109313239B (zh) * 2016-06-16 2021-02-05 松下知识产权经营株式会社 管理装置以及蓄电系统
JP6645584B2 (ja) * 2016-08-26 2020-02-14 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
TWI625915B (zh) * 2016-11-18 2018-06-01 Industrial Technology Research Institute 智慧型充電方法
US10677818B1 (en) * 2017-06-19 2020-06-09 Cardell Damian Webster Dual circuit current loading analysis apparatus
US11237216B1 (en) 2017-08-15 2022-02-01 Qnovo Inc. Method of detecting metal plating in intercalation cells
DE102017218263A1 (de) 2017-10-12 2019-04-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers
TWM588392U (zh) 2018-05-30 2019-12-21 美商米沃奇電子工具公司 快充電池包
FR3107145B1 (fr) * 2020-02-06 2022-01-14 Psa Automobiles Sa Procede de charge impulsionnel en regulation de tension a palier d’amplitude variable
CN111371143B (zh) * 2020-03-24 2022-05-27 北京经纬恒润科技股份有限公司 一种充放电系统
CN113540573A (zh) * 2021-06-08 2021-10-22 浙江工业大学 一种脉冲化成锂电池sei膜的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2950956B2 (ja) * 1990-09-14 1999-09-20 旭化成工業株式会社 充電方法
JP3213401B2 (ja) 1992-09-29 2001-10-02 三洋電機株式会社 非水系二次電池の充電方法
US5442274A (en) * 1992-08-27 1995-08-15 Sanyo Electric Company, Ltd. Rechargeable battery charging method
JP3371301B2 (ja) * 1994-01-31 2003-01-27 ソニー株式会社 非水電解液二次電池
JP3580828B2 (ja) * 1996-05-21 2004-10-27 松下電器産業株式会社 パルス充電方法及び充電装置
US6043631A (en) * 1998-01-02 2000-03-28 Total Battery Management, Inc. Battery charger and method of charging rechargeable batteries
US20020075003A1 (en) * 2000-11-15 2002-06-20 Enrev Power Solutions, Inc. Adaptive battery charging based on battery condition
JP4421140B2 (ja) * 2001-05-21 2010-02-24 有限会社アルプス計器 バッテリー充電器
JP4360083B2 (ja) * 2002-12-17 2009-11-11 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 鉛蓄電池の充電方法と良否判定方法および充電器
JP2004327331A (ja) * 2003-04-25 2004-11-18 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質電池の充電制御方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8773076B2 (en) 2011-02-09 2014-07-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery management system, method of removing polarization voltage of battery, and estimating state of charge of battery
US10411307B2 (en) 2015-08-10 2019-09-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Secondary battery, evaluation method and production method therefor, and charge-discharge control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5049762B2 (ja) 2012-10-17
JP2008181866A (ja) 2008-08-07
CN101569052A (zh) 2009-10-28
US8193777B2 (en) 2012-06-05
WO2008078552A1 (ja) 2008-07-03
CN101569052B (zh) 2012-08-29
US20100072951A1 (en) 2010-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090094006A (ko) 비수계 전해질 2차 전지의 충전 방법, 전자 기기, 전지 팩 및 충전기
US6366056B1 (en) Battery charger for lithium based batteries
KR20090122470A (ko) 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법 및 그것을 이용하는 전자기기
JP4052418B2 (ja) 電池容量検出方法および装置並びに電池パック
JP5036556B2 (ja) リチウムイオンまたはリチウムポリマーのバッテリをバランス充電するための方法
US8093866B2 (en) Method for managing charging of a rechargeable battery
TWI425737B (zh) 充電裝置及充電方法
US6850038B2 (en) Method of estimating state of charge and open circuit voltage of battery, and method and device for computing degradation degree of battery
US8129954B2 (en) System and method for charging and pulsating batteries
EP3447511A1 (en) State-of-charge calculation device, computer program, and state-of-charge calculation method
JP7145865B2 (ja) 充電可能電池短絡予測装置および充電可能電池短絡予測方法
KR20090023547A (ko) 전지 팩의 이상 판정 방법 및 전지 팩
JP2004163360A (ja) 電池容量算出方法、電池容量算出装置、及び電池容量算出プログラム
US20110115440A1 (en) Secondary battery charge method and battery charger
CN109073708B (zh) 二次电池劣化估计装置和二次电池劣化估计方法
EP0498715B1 (fr) Procédé d&#39;optimisation de la charge d&#39;une batterie d&#39;accumulateurs, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
JP2017161490A (ja) 内部抵抗算出装置、コンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法
EA000240B1 (ru) Управление процессом зарядки аккумуляторной батареи и его завершением
JP5640344B2 (ja) 電池制御装置および電池の内部抵抗推定方法
CN101471582B (zh) 充电方法及电池充电系统
JP3684998B2 (ja) 組電池の容量調整方法
JP6631377B2 (ja) 充電量算出装置、コンピュータプログラム及び充電量算出方法
JPH0919073A (ja) 二次電池の急速充電方法
JP6672976B2 (ja) 充電量算出装置、コンピュータプログラム及び充電量算出方法
JP5020657B2 (ja) 非水系電解質二次電池の充電方法およびそれを用いる電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid