KR20090122470A - 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법 및 그것을 이용하는 전자기기 - Google Patents

리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법 및 그것을 이용하는 전자기기 Download PDF

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다쿠마 이이다
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Abstract

충전 전류는 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류로 유지하고(S1), 만충전의 판정을 단자 전압 V1(S6)가 충전 종료 전압 Vf'에 도달한 시점으로 하고(S7), 그 충전 종료 전압 Vf'을, 미리 정해지는 초기 충전 종료 전압 Vf에, 2차 전지의 온도 T(S2)로부터 추정한 내부 저항값(S3)에 급속 충전 전류값을 승산한 전압 강하량 VD(S4)을 가산한 전압(S5)으로 한다. 따라서, 종래의 CC-CV 충전을 대신하여, 과충전으로 되는 것을 방지하면서, 시작부터 끝까지 일정한 대전류를 공급하고, 만충전까지 급속 충전을 행할 수 있다.

Description

리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법 및 그것을 이용하는 전자기기{QUICK CHARGING METHOD OF LITHIUM BASED SECONDARY BATTERY AND ELECTRONIC APPARATUS EMPLOYING IT}
본 발명은 리튬계 2차 전지를 급속 충전하기 위한 방법 및 그것을 이용하는 전자기기에 관한 것이다.
리튬계 2차 전지의 전형적인 종래 기술의 충전 방법으로서는, 예컨대, 도 7에 나타내는 것 같은 CCCV(정전류 정전압: Constant Current Constant Voltage) 충전 방식이 알려지고 있다. CCCV 충전 방식에서는, 우선, 예컨대, 만충전 상태의 전지를 1시간동안 SOC(State Of Charge)가 0%로 될 때까지 방전 가능한 전류값을 1C라고 할 때, 0.7~1C 정도의 전류로, CC(정전류) 충전을 행한다. 그리고, 전지의 단자 전압이 미리 정해지는 충전 종료 전압, 예컨대, 4.2V로 되고나서는, 그 충전 종료 전압을 유지하도록 충전 전류를 감소시켜가는 CV(정전압) 충전으로 전환하는 것이 표준적이다. 도 7(a)는 셀 전압의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 7(b)는 충전 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
그러나 상기와 같이 4.2V를 인가하더라도, 내부 저항의 영향으로, 실제로 충전에 기여하는 전압은 그것보다 작고, 가득(만충전) 충전할 수 없는 것이 실상이다. 그래서, 전형적인 종래 기술인 특허문헌 1에서는, 대전류(CC) 충전으로 셀 전압이 어느 정도 높아지면, 각 셀에 병렬로 마련한 스위치 및 저항으로 이루어지는 직렬 회로의 상기 스위치를 온(ON)한다. 그리고, 충전이 진행함에 따라 이 바이패스 경로로 전류가 흐르는 것에 의해 내부 저항의 영향을 작게 하여, 만충전으로 하는 것이 나타내어지고 있다. 한편, 특허문헌 2에는, 전지팩의 전압이, Vf(전지 본체의 전압)+R(보호 소자 등의 전지 본체 내 이외의 저항)×I(충전 전류)의 전압에 도달할 때마다, 전류 I를 감소시켜가는 것이 나타내어지고 있다.
상술의 종래 기술에서는, 모두 충전 말기에 충전 전류를 대폭 감소시킴으로써, 과충전을 방지하면서, 만충전까지 충전을 행하게 되어 있어, 충전 시간의 단축이 충분하지 않다고 하는 문제가 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제11-285162호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2005-185060호 공보
본 발명의 목적은, 과충전으로 되는 것을 방지하면서, 만충전까지 급속 충전을 행할 수 있는 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법 및 전자기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따르는 전자기기는, 리튬계 2차 전지와, 상기 리튬계 2차 전지를 급속 충전하기 위한 충전 전류 공급부와, 상기 충전 전류 공급부에 의한 충전 전류를 제어하는 충전 제어부와, 상기 리튬계 2차 전지의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 리튬계 2차 전지의 단자 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 충전 제어부에서의 충전 종료 전압을 설정하는 설정부를 구비하고, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 리튬계 2차 전지로 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류를 공급시켜, 상기 전압 검출부에서 검출되는 상기 단자 전압이, 상기 설정부에 의해 설정된 충전 종료 전압으로 되면 상기 급속 충전 전류의 공급을 종료시키고, 상기 설정부는, 상기 온도 검출부에서 검출된 리튬계 2차 전지의 온도로부터 상기 2차 전지의 내부 저항값을 추정하는 내부 저항 추정부와, 상기 내부 저항 추정부에 의해 추정된 내부 저항값 및 상기 급속 충전 전류값으로부터 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량을 추정하고, 미리 설정된 기준 전압에 상기 전압 강하량을 가산하는 것에 의해 상기 충전 종료 전압을 산출하는 종료 전압 산출부를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따르는 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법은, 소정의 충전 종료 전압까지 리튬계 2차 전지를 급속 충전하기 위한 방법에 있어서, 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류를 계속 공급하는 단계와, 상기 2차 전지의 적어도 온도를 검출하는 단계와, 검출된 온도로부터 상기 2차 전지의 내부 저항값을 추정하는 단계와, 추정된 상기 내부 저항값 및 상기 급속 충전 전류값으로부터 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량을 추정하는 단계와, 미리 설정된 기준 전압에 상기 전압 강하량을 가산하는 것에 의해 상기 충전 종료 전압을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 국면에 따르는 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법 및 그것을 이용하는 전자기기는, 이상과 같이, 종래의 CC-CV 충전을 대신하여, 충전 전류는 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류로 유지하고, 또한, 단자 전압이 충전 종료 전압에 도달했을 때, 충전을 종료한다. 그리고, 그 충전 종료 전압을, 2차 전지의 온도로부터 추정한 내부 저항값에 급속 충전 전류값을 승산한 전압 강하량을, 미리 정해지는 기준 전압에 가산한 전압으로 한다.
그러므로, 과충전으로 되는 것을 방지하면서, 충전의 시작부터 끝까지 일정한 대전류를 공급하여 급속 충전을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전자기기의 전기적 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 음극과 양극 사이에 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계(非水系) 전해질 2차 전지의 온도 변화에 대한 내부 저항값의 변화를 설명하기 위한 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전자기기에 있어서의 충전 동작을 자세히 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 충전 방법을 설명하기 위한 그래프로서, 도 4(a)는 셀 전압의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 4(b)는 충전 전류의 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전자기기에 있어서의 충전 동작을 자세히 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 SOC 변화에 대한 내부 저항값의 변화를 나타내는 그래프,
도 7은 전형적인 종래 기술의 충전 방법을 설명하기 위한 그래프로서, 도 7(a)는 셀 전압의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 7(b)는 충전 전류의 변화를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 전자기기의 구성의 일례를 도시하는 블록도,
도 9는 도 8에 나타내는 전자기기의 동작의 일례를 나타내는 흐름도,
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 전자기기의 구성의 일례를 도시하는 블록도,
도 11은 도 10에 나타내는 전자기기의 동작의 일례를 나타내는 흐름도,
도 12는 도 10에 나타내는 전자기기의 동작의 일례를 나타내는 흐름도,
도 13은 도 10에 나타내는 전자기기의 동작의 일례를 나타내는 흐름도,
도 14는 도 8, 도 10에 나타내는 전자기기의 변형예를 도시하는 블록도이다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전자기기의 전기적 구성을 나타내는 블록 도이다. 이 전자기기는, 전지팩(1)에, 그것을 충전하는 충전기(2) 및 도시하지 않는 부하기기를 구비하여 구성된다. 전지팩(1)은, 도 1에서는 충전기(2)로부터 충전이 행하여지지만, 상기 전지팩(1)이 상기 부하기기에 장착되어, 부하기기를 통해서 충전이 행하여지더라도 좋다. 전지팩(1) 및 충전기(2)는, 급전을 행하는 직류 하이(high)측의 단자 T11, T21과, 통신 신호의 단자 T12, T22와, 급전 및 통신 신호를 위한 GND 단자 T13, T23에 의해 서로 접속된다. 상기 부하기기가 마련되는 경우도, 마찬가지의 단자가 마련된다.
전지팩(1) 내에서, 단자 T11로부터 연장되는 직류 하이측의 충방전 경로(11)에는, 충전용과 방전용에서 상호 도전 형식이 다른 FET(12, 13)가 개재되어 있고, 그 충방전 경로(11)가 2차 전지(14)의 하이측 단자에 접속된다. 2차 전지(14)의 로우측 단자는, 직류 로우측의 충방전 경로(15)를 통해서 GND 단자 T13에 접속되고, 이 충방전 경로(15)에는, 충전 전류 및 방전 전류를 전압값으로 변환하는 전류 검출 저항(16)이 개재되어 있다.
2차 전지(14)는, 1 또는 복수의 셀이 직병렬로 접속되어 이루어지고, 그 셀의 온도는 온도 센서(17)에 의해 검출되고, 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 또한, 각 셀의 단자간 전압은 전압 검출 회로(20)에 의해 검출되고, 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 또, 전류 검출 저항(16)에 의해 검출된 전류값도, 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 더 입력된다. 아날로그/디지털 변환기(19)는 각 입력값을 디지털값으로 변환하여 제어부(21)로 출력한다.
제어부(21)는 마이크로컴퓨터 및 그 주변 회로 등을 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 제어부(21)는 소정의 제어 프로그램을 실행함으로써 SOC 취득부로서 기능한다.
그리고, 제어부(21)는, 아날로그/디지털 변환기(19)로부터의 각 입력값에 응답하여, 전류 검출 저항(16)에 의해 검출된 전류값을 적산하거나, 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 단자 전압을 SOC로 환산하거나 함으로써 2차 전지(14)의 잔량(S0C)을 연산한다. 그리고, 제어부(21)는, 통신부(22)로부터 단자 T12, T22; T13, T23을 통해서 충전기(2)로, 각 셀의 전압 및 온도에 대한 이상 유무를 송신한다. 제어부(21)는, 정상으로 충방전이 실시되고 있을 때에는, FET(12, 13)을 온하여 충방전을 가능하게 하고, 이상이 검출되면 오프(OFF)하여 충방전을 금지한다.
충전기(2)에서는, 상기 온도나 이상의 유무를 제어 IC(30)의 통신부(32)에서 수신하고, 충전 제어부(31)가 충전 전류 공급 회로(33)를 제어하여, 충전 전류를 공급시킨다. 충전 전류 공급 회로(33)는, AC-DC 컨버터나 DC-DC 컨버터 등으로 구성되어 있다. 그리고, 충전 전류 공급 회로(33)는, 외부로부터 공급된 입력 전압을, 미리 정해진 전압값 및 전류값으로 변환하여, 단자 T21, T11; T23, T13을 통해서, 충방전 경로(11, 15)로 공급한다.
충전 제어부(31)는, 예컨대, 소정의 연산 처리를 실행하는 CPU(Central Processing Unit)와, 소정의 제어 프로그램이 기억된 ROM(Read 0nly Memory)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(Random Access Memory)와, 이들의 주변 회로 등을 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 충전 제어부(31)는, ROM에 기억된 제어 프로그램 을 실행함으로써 내부 저항 추정부 및 종료 전압 산출부를 포함하는 설정부로서 기능한다.
상술한 바와 같이 구성되는 전자기기에 있어서, 주목해야 할 것은, 이하의 점이다. 즉, 본 실시예에서는, 충전 제어부(31)는, 2차 전지(14)에 급속 충전을 행함에 있어서, 충전 전류 공급 회로(33)에 의해, 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류 I를 공급시키면서, 아날로그/디지털 변환기(35)를 통해서, 전압 검출 회로(34)에 의해 검출되는 단자 T21(T11), T23(T13) 사이의 전압 V1을 모니터링한다. 그리고, 전압 V1이 미리 정해지는 충전 종료 전압 Vf'로 되면, 충전 전류 공급 회로(33)에 의한 급속 충전 전류 I의 공급을 종료시킨다.
즉, 주목해야 할 것은, 종래와 같이 CC(정전류) 충전의 후에 CV(정전압) 충전을 행하지 않고, CC(정전류) 충전 그대로 충전을 종료하고, 또한 그 충전을 종료하는 전압 Vf'을, 온도 센서(17)에 의하여 검출되고 통신부(22, 32)를 통해서 입력되는 셀 온도 T에 따라 결정하는 것이다.
구체적으로는, 충전 제어부(31)는, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 온도 T가 높아질수록, 작아지는 2차 전지(14)의 내부 저항값 R의 데이터를, 예컨대, ROM 등의 불휘발성 기억 소자에, 데이터 테이블로서 미리 기억하고 있다. 그리고, 전지팩(1)측에서 온도 데이터가 입력되면, 충전 제어부(31)는, 그것에 대응한 내부 저항값 R을 상기 테이블로부터 판독한다. 이 데이터 테이블에 해당하는 데이터가 없는 경우에는, 전후의 데이터를 보간하여 구하더라도 좋고, 혹 온도 T에 대한 내부 저항값 R의 변화를 근사하는 식을 저장해 두고, 온도 데이터가 입력될 때마다, 차례로 연 산에 의해 내부 저항값 R을 구하도록 하여도 좋다.
그리고, 충전 제어부(31)(내부 저항 추정부)는, 구해진 내부 저항값 R에 급속 충전 전류값 I를 승산함으로써 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량 VD를 추정한다. 또한, 충전 제어부(31)(종료 전압 산출부)는, 초기 충전 종료 전압 Vf(기준 전압)에 전압 강하량 VD를 가산한 전압 Vf'을, 충전 종료 전압으로서 설정한다.
초기 충전 종료 전압 Vf로서는, 2차 전지(14)가 만충전이 되었을 때의 개방전압(OCV), 즉, 만충전 전압이 미리 설정되어 있다.
만충전 전압은, 2차 전지(14)가 리튬 이온 2차 전지인 경우, 예컨대, 2차 전지(14)의 음극 전위가 실질적으로 0V가 되었을 때의, 양극 전위와 음극 전위와의 전위차, 즉, 2차 전지(14)의 단자 전압이 사용된다. 만충전 전압은, 리튬 이온 2차 전지의 경우, 양극 활물질(活物質)로서 코발트산 리튬를 이용했을 때 약 4.2V, 양극 활물질로서 망간산리튬을 이용했을 때에 약 4.3V로 된다.
도 3은 충전 제어부(31)에 의한 그와 같은 충전 동작을 자세히 설명하기 위한 흐름도이다. 충전 제어부(31)는, 우선 단계 S1에서는, 급속 충전 전류 I의 공급을 개시시키고, 단계 S2에서는 전지팩(1)측에서 온도 T의 데이터를 수신한다. 충전 제어부(31)는, 단계 S3에서는, 수신된 데이터에 대응한 내부 저항값 R을 상기 데이터 테이블로부터 판독하거나, 연산하거나 하는 것에 의해 구하고, 단계 S4에서는 I×R로부터 내부 저항에 의한 전압 강하량 VD를 구하고, 단계 S5에서는 Vf+VD로부터 충전 종료 전압 Vf'을 더 구한다.
계속해서, 충전 제어부(31)는, 단계 S6에서는 실제의 단자 전압 V1을 검출하 고, 단계 S7에서, 그 전압 V1이 충전 종료 전압 Vf' 이상으로 되어 있는지 여부를 판단한다. 충전 제어부(31)는, 단계 S7에서, 전압 V1이 충전 종료 전압 Vf' 이상으로 되어 있지 않을 때에는 단계 S1에 되돌아가 대전류 I에 의한 충전을 계속하고, 충전 종료 전압 Vf' 이상으로 되어 있을 때에는 단계 S8에 이행하여 충전 전류 I의 공급을 정지하고, 또한, 인디케이터 등이 있는 경우에는, 만충전 표시를 행한다.
따라서, 예컨대, 리튬 이온 2차 전지의 경우, 초기 충전 종료 전압 Vf는, 일반적으로는, 셀당 4.2V나 4.25V로 설정되어 있는 데 비하여, 본 실시예에서는, 내부 저항에 의한 전압 강하량 VD를 고려하여, 예컨대, I=2A, R=25mΩ의 경우에, 그것이 4.25V나 4.3V로 된다. 이와 같이 구성함으로써, 과충전으로 되는 것을 방지하면서, 시작부터 끝까지 일정한 대전류 I를 공급하고, 만충전까지 급속 충전을 행할 수 있다. 도 4에, 그와 같은 본 실시예에 의한 충전 방법을 나타낸다. 도 7과 마찬가지로, 도 4(a)는 셀 전압의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 4(b)는 충전 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
또한, 2차 전지(14)를, 음극과 양극과의 사이에 수지 결착제와 무기 산화물 필러를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지로 하는 것이 바람직하다. 그와 같은 2차 전지는, 예컨대, 일본특허 제 3371301호 공보 등에 나타내어지고 있다. 무기 산화물 필러는, 입경이 0.1㎛~50㎛의 범위에 있는 알루미나 분말 또는 SiO2 분말(실리카)로부터 선택된다. 또한, 상기 다공성 보호막의 두께는 0.1㎛~200㎛로 설정되고, 상기 다공성 보호막은, 수지 결 착제와 무기 산화물 필러를 포함하는 미립자 슬러리가 음극 또는 양극의 표면 중 적어도 한쪽에 도포되어 구성되어 있다.
이러한 구성의 2차 전지를 이용함으로써 만일, 과충전 상태로 되어 금속 리튬이 수목(樹木) 형상으로 석출하는 경우가 있더라도, 내열층에 의해, 그것이 음극과 양극 사이를 단락해 버리는 것을 방지할 수 있기 때문에, 상술한 바와 같이 일정한 대전류 I에 의한 급속 충전에 특히 적합하다.
(실시예 2)
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전자기기에 있어서의 충전 동작을 자세히 설명하기 위한 흐름도이다. 본 실시예에는, 상술한 도 1에서 나타내는 전자기기의 구성을 이용할 수 있고, 이 도 5의 처리에 있어서, 상술한 도 3의 처리와 유사하고, 대응하는 부분에는 동일한 단계 번호를 붙여 나타내고, 그 설명을 생략한다. 주목해야 할 것은, 본 실시예에서는, 상기 충전 종료 전압 Vf'은, 상기 내부 저항값 R뿐만 아니라, 단자 전압 V1 및 2차 전지(14)의 실제 용량 W를 고려하여 결정되는 것이다. 상기 내부 저항값 R(DC-IR)는, 도 2에서 나타낸 바와 같이 온도가 높아질수록, 작아지는 것뿐만 아니라, 도 6에서 나타낸 바와 같이, SOC(State of Charge)에 의해 변화된다. 또한, 내부 저항값 R는, 충방전의 반복에 의해 열화가 진행하면, 증대한다.
따라서, 충전 제어부(31)는, 단계 S2'에서, 셀 온도 T의 데이터뿐만 아니라, 제어부(21)가 적산하고 있는 SOC(=단자 전압)의 데이터, 및 제어부(21)가 관리하고 있는 충방전의 반복에 의해 감소한 실제 용량(만충전 상태에서의 Ah) W(=열화도)의 데이터도 취입한다. 그리고, 충전 제어부(31)는, 단계 S3'에서는 그들 데이터의 전부를 파라미터로 하여 대응하는 내부 저항값이 저장된 테이블을 판독하거나, 혹은 그들 데이터의 몇개를 파라미터로 하여 대응하는 내부 저항값이 저장된 데이터 테이블을 판독한 후, 나머지의 파라미터로, 판독한 값을 보정하여 이후에 사용할 값을 작성하는 등 하여, 내부 저항값 R이 구해진다.
이와 같이 내부 저항값 R을 추정함에 있어서, 상기 셀 온도 T뿐만 아니라, SOC(=단자 전압) 및 실제 용량 W(=열화도)도 더불어 고려함으로써, 상기 내부 저항값 R, 즉, 충전 종료 전압 Vf'을 보다 정확하게 구할 수 있다.
또, 단자 전압 V1은, 전압 검출 회로(34)에 의해 검출하는 것이 아니고, 전지팩(1)측의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 데이터를 충전기(2)측으로 송신하도록 할 수도 있다. 또한, 리튬계 2차 전지에 있어서는, SOC의 증대에 따라, 단자 전압 V1이 증대하기 때문에, SOC값은, 단자 전압 V1을 대용하도록 할 수도 있다.
또한, 상술의 실시예에서는, 전지팩(1)측에 아날로그/디지털 변환기(19)를 실장하고, 통신부(22, 32)를 통해 충전기(2)측의 충전 제어부(31)로 전지 온도나 전지 전압의 정보를 송부하고 있지만, 충전 제어부(31)에 아날로그/디지털 변환기를 실장하고, 직접 판독해도 좋다. 또한, 상술의 실시예에서는, 전지팩(1)과는 별도로 충전 제어부(31)를 마련하고 있지만, 전지팩(1)에 충전 제어부(31)를 일체로 한 충전 제어 기능 탑재 전지팩으로 해도 좋다.
여기서, 일본 특허 공개 제2005-261020호 공보에는, 충전할 때마다, OCV(개 방 회로 전압), CCV(폐회로 전압)의 전압차를 구해 놓고, 또한, 정전류 충전중에 그 차분의 전압만큼 단자 전압이 상승하는 시간을 계측해 두고, 미리 정해지는 충전 종료 전압에 도달하더라도, 그 시점으로부터 상기 계측한 시간만큼 충전을 계속함으로써, 내부 저항에 의한 영향을 받지 않고 만충전까지 급속 충전하는 것이 나타내어지고 있다. 또한, 이 종래 기술에는, 단자 전압이 충전 종료 전압에 도달하기 직전에 상기 OCV, CCV를 측정함으로써, 충전에 의한 온도 상승에 따르는 내부 저항값의 변화에 대응하는 것이 나타내어지고 있다.
그러나 이 종래 기술에서는, 과충전으로 되는 것을 방지하면서, 만충전까지 충전할 수 있고, 또한 종래의 CV 충전을 CC 충전으로 전환하여 충전 시간을 단축할 수 있지만, OCV 측정을 위해 충전 전류를 흐르게 하지 않는 기간이 필요하여, 본 실시예에 비하여 충전 시간이 길어진다.
그 점에 대해, 일본 특허 공개 평성 제10-214643호 공보에서는, 충전 전류를 단시간 변화시켜, 전후의 전압, 전류값으로부터 내부 저항을 측정하고, 그것에 의한 전압 강하분의 전압을 충전 전압에 더하는 것이 나타내어지고 있다. 따라서, 상기 OCV 측정을 위해 충전 전류를 완전히 정지할 필요는 없어져, 어느 정도 충전 시간을 단축할 수 있지만, 충전 전류를 CC 레벨보다 감소시키고 있기 때문에, 시작부터 끝까지 일정한 상기 CC 레벨로 충전을 행하는 본 실시예에 비해, 여전히 충전 시간은 길다.
(실시예 3)
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 전자기기의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 도 8에서, 도 1에 나타내는 전자기기와 같은 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 도 8에 나타내는 전자기기와 도 1에 나타내는 전자기기는, 하기의 점에서 다르다. 즉, 도 8에 나타내는 전자기기에서는, 제어부(21a)가 충전 제어부(210), 내부 저항 추정부(211), 및 종료 전압 산출부(212)로서 기능한다.
또한, 충전 제어부(31a)는, 내부 저항값 R의 검출이나, 충전 종료 전압의 설정, 충전 종료의 판정을 행하지 않는다. 또한, 단자 T21과 단자 T23와의 사이에는, 부하기기(4)가 접속되어 있다. 그리고, 2차 전지(4)의 방전 전류나 충전 전류 공급 회로(33)로부터 출력된 전류가 부하기기(4)의 구동 전류로서 공급되게 되어 있다.
도 9는 도 8에 나타내는 전자기기의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다. 또, 이하의 흐름도에 있어서, 동일한 동작에는 동일한 단계 번호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 우선, 종료 전압 산출부(212)에 의해, 초기 충전 종료 전압 Vf로서, 예컨대, 2차 전지(14)의 만충전 전압이 초기 설정된다(단계 S11). 다음으로, 내부 저항 추정부(211)는, 전압 검출 회로(20)에서 검출된 단자 전압 V1을, 개로(開路) 전압 V1'로서 취득한다(단계 S12).
다음으로, 내부 저항 추정부(211)는, 통신부(22, 32)를 통해서 충전 제어부(31a)로, 미리 설정된 전류값 I(급속 충전 전류)의 전류 출력을 요구한다. 그렇게 하면, 충전 제어부(31a)로부터의 제어 신호에 따라, 충전 전류 공급 회로(33)로 부터 2차 전지(14)로, 전류값 I의 충전 전류가 공급되어, 정전류 충전이 시작된다(단계 S13).
다음으로, 내부 저항 추정부(211)는, 전류 검출 저항(16)에 의해 검출된 전류값 I와, 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 단자 전압 V1을 취득한다(단계 S14, S15). 그리고, 하기의 식(1)에 근거하여, 내부 저항값 R'를 산출한다(단계 S16).
R'=(V1-V1')/I … (1)
다음으로, 종료 전압 산출부(212)는 하기의 식(2)에 근거하여 전압 강하량 VD를 산출한다(단계 S17).
VD=R'×I … (2)
다음으로, 종료 전압 산출부(212)는 하기의 식(3)에 근거하여 충전 종료 전압 Vf'을 산출하고 설정한다(단계 S18).
Vf'=Vf+VD … (3)
다음으로, 충전 제어부(210)는, 단자 전압 V1과 충전 종료 전압 Vf'을 비교한다(단계 S19). 그리고, 단자 전압 V1이 충전 종료 전압 Vf' 이상이면(단계 S19에서 "예"), 충전 제어부(210)는, 충전 제어부(31a)로, 충전 종료의 지시 신호를 송신한다. 그러면, 충전 제어부(31a)로부터의 제어 신호에 따라 충전 전류 공급 회로(33)는 충전 전류의 공급을 정지하고, 충전이 종료한다(단계 S20).
한편, 단계 S19에 있어서, 단자 전압 V1이 충전 종료 전압 Vf'에 도달하지 않으면(단계 S19에서 "아니오"), 충전 제어부(210)는, 1초동안 대기하는 동시에 시간을 카운트하기 위한 변수 t에 1을 가산한다(단계 S21).
그리고, 1초 경과 후, 충전 제어부(210)는, 변수 t와 300를 비교한다(단계 S22). 그리고, 변수 t가 300에 도달하지 않고(단계 S22에서 "아니오"), 5분 경과하지 않고 있으면, 다시 단계 S14 내지 S19를 1분마다 반복하고, 충전 종료 전압 Vf'을 갱신하면서, 단계 S19에 있어서의 충전 종료 판정을 실행한다.
한편, 변수 t가 300 이상으로 되어(단계 S22에서 "예"), 5분 이상 경과한 경우, 충전 제어부(210)는, 변수 t를 초기화하고(단계 S23), 충전 제어부(31a)로, 충전 전류를 0으로 해야 한다는 취지의 지시 신호를 송신한다. 그러면, 충전 제어부(31a)로부터의 제어 신호에 따라 충전 전류 공급 회로(33)는 충전 전류의 공급을 정지한다(단계 S24). 그리고, 다시 단계 S12~S19를 반복하고, 개로 전압 V1'를 다시 측정함으로써, 예컨대, 온도 환경의 변화 등에 의한 개로 전압 V1'의 변화를 보정하면서, 충전 종료 전압 Vf'을 갱신하고, 단계 S19에 있어서의 충전 종료 판정을 실행한다.
(실시예 4)
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 전자기기의 구성의 일례를 도시하는 블럭도이다. 도 10에 있어서, 도 1, 도 8에 나타내는 전자기기와 같은 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 도 10에 나타내는 전자기기와 도 8에 나타내는 전자기기는, 하기의 점에서 다르다. 즉, 도 10에 나타내는 전자기기에서는, 제어부(21b)가, 또한, SOC 취득부(213), 및 열화 검출부(214)로서 기능한다. 또한, 열화 검출부(214)는 OCV 취득부, CCV 취득부, 및 실제 내부 저항 산출부로서 기능 한다. 또한, 내부 저항 추정부(211b), 및 종료 전압 산출부(212b)의 동작이 다르다. 또한, 제어부(21b)는, 2차 전지(14)의 온도 T, 및 SOC과, 2차 전지(14)의 내부 저항값 R의 대응 관계를 나타내는 데이터 테이블이 미리 기억된 ROM 등의 불휘발성 기억 소자를 구비하고 있다.
그 밖의 구성은 도 9에 나타내는 전자기기와 마찬가지기 때문에 그 설명을 생략하고, 도 10에 나타내는 전자기기의 특징적인 동작에 대하여 설명한다. 도 11, 도 12, 도 13은 도 10에 나타내는 전자기기의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
우선, 도 8에 나타내는 흐름도와 마찬가지로, 단계 S11~S13이 실행된 후, 열화 검출부(214)(실제 내부 저항 산출부)에 의해, 2차 전지(14)의 실제의 내부 저항값인 실제 내부 저항값 R'가 검출된다. 도 12는 실제 내부 저항값 R'의 검출 동작의 일례를 도시하는 흐름도이다.
열화 검출부(214)는, 전류 검출 저항(16)에 의해 검출된 전류값 I를 취득한다(단계 S31). 또한, 열화 검출부(214)(CCV 취득부)는, 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 단자 전압 V1을 폐로(閉路) 단자 전압으로서 취득한다(단계 S32). 또한, 열화 검출부(214)(OCV 취득부)는 단계 S12에서 검출된 개로 전압 V1'를 개로 단자 전압으로서 취득한다.
그리고, 열화 검출부(214)(실제 내부 저항 산출부)는, 하기의 식(4)에 근거하여, 내부 저항값 R'를 산출하고, 실제 내부 저항값 R'의 검출 동작을 종료한다(단계 S33).
R'=(V1-V1')/I … (4)
다음에 , 도 11에 되돌아가 열화 계수 P가 산출된다(단계 S40). 도 13은 열화 계수 P의 산출 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다. 우선, 온도 센서(17)에 의해, 2차 전지(14)의 온도 T가 검출된다(단계 S41). 다음으로, SOC 취득부(213)에 의해, 2차 전지(14)의 SOC가 산출된다(단계 S42).
SOC 취득부(213)는, 예컨대, 전류 검출 저항(16)에서 검출되는 충방전 전류를 상시 적산함으로써, 2차 전지(14)의 SOC를 산출할 수도 있고, 전압 검출 회로(20)에서 검출되는 2차 전지(14)의 단자 전압 V1을 SOC로 환산함으로써, SOC를 산출할 수도 있다.
다음으로, 내부 저항 추정부(211b)에 의해, 예컨대, ROM에 기억되어 있는 데이터 테이블에 의해, 단계 S41, S42에서 취득된 온도 T 및 SOC와 대응지어져 있는 내부 저항값 R이 취득된다(단계 S43).
그러면, 내부 저항값 R는, 2차 전지(14)가 열화하지 않고 있을 때의 내부 저항값에 상당하기 때문에, 2차 전지(14)의 열화가 진행할수록, 내부 저항값 R와 실제 내부 저항값 R'의 차이가 증대하게 된다.
그래서, 열화도 산출부(214)에 의해, 내부 저항값 R와 실제 내부 저항값 R'와의 차이가 클수록, 예컨대, R/R'가 작을수록, 큰 열화의 정도를 나타내도록 열화도 P가 산출된다(단계 S44).
구체적으로는, 열화도 P는, 예컨대, 미리 설정된 함수나 데이터 테이블을 이용하여, "1" 이하의 수치로서, 또한 R/R'이 작을수록 값이 작아지도록 취득된다.
다음으로, 도 11에 되돌아가, 종료 전압 산출부(212b)에 의해, 하기의 식(5) 에 근거하여, 충전 종료 전압 Vf'이 산출된다(단계 S50).
Vf'=P×Vf+VD … (5)
이것에 의해, 충전 종료 전압 Vf'은, 열화도 P로 표시되는 열화의 정도가 커질수록, 충전 종료 전압이 저하되도록 보정된다.
리튬계 2차 전지는, 열화가 진행할수록 충전 전압이 증대했을 때에 열화가 진행하기 쉽게 된다. 따라서, 가령, 리튬계 2차 전지의 열화의 정도에 관계없이 일정한 단자 전압이 될 때까지 충전한 경우에는, 열화가 진행되고 있는 전지일수록 열화의 진행이 더 증대하고, 열화가 가속되게 된다. 그러나 도 10에 나타내는 전자기기에 의하면, 열화도 P로 표시되는 열화의 정도가 커질수록, 충전 종료 전압 Vf'이 저하되도록 상기 충전 종료 전압 Vf'이 보정되기 때문에, 2차 전지(14)의 열화가 가속될 우려가 저감된다.
이하, 단계 S19~S24의 동작은 도 9에 나타내는 흐름도와 마찬가지기 때문에 그 설명을 생략한다.
또, 예컨대, 도 14에 나타낸 바와 같이, SOC 취득부(213), 열화 검출부(214), 내부 저항 추정부(211)(211b), 및 종료 전압 산출부(212)(212b) 중 적어도 일부를, 충전기(2c)가 구비하는 구성으로 해도 좋다.
즉, 본 발명의 일 국면에 따르는 전자기기는, 리튬계 2차 전지와, 상기 리튬계 2차 전지를 급속 충전하기 위한 충전 전류 공급부와, 상기 충전 전류 공급부에 의한 충전 전류를 제어하는 충전 제어부와, 상기 리튬계 2차 전지의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 리튬계 2차 전지의 단자 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 충전 제어부에서의 충전 종료 전압을 설정하는 설정부를 구비하고, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 리튬계 2차 전지로 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류를 공급시켜, 상기 전압 검출부에서 검출되는 상기 단자 전압이, 상기 설정부에 의해 설정된 충전 종료 전압으로 되면 상기 급속 충전 전류의 공급을 종료시키고, 상기 설정부는, 상기 온도 검출부에서 검출된 리튬계 2차 전지의 온도로부터 상기 2차 전지의 내부 저항값을 추정하는 내부 저항 추정부와, 상기 내부 저항 추정부에 의해 추정된 내부 저항값 및 상기 급속 충전 전류값으로부터 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량을 추정하고, 미리 설정된 기준 전압에 상기 전압 강하량을 가산하는 것에 의해 상기 충전 종료 전압을 산출하는 종료 전압 산출부를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 국면에 따르는 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법은, 소정의 충전 종료 전압까지 리튬계 2차 전지를 급속 충전하기 위한 방법에 있어서, 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류를 계속 공급하는 단계와, 상기 2차 전지의 적어도 온도를 검출하는 단계와, 검출된 온도로부터 상기 2차 전지의 내부 저항값을 추정하는 단계와, 추정된 상기 내부 저항값 및 상기 급속 충전 전류값으로부터 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량을 추정하는 단계와, 미리 설정된 기준 전압에 상기 전압 강하량을 가산하는 것에 의해 상기 충전 종료 전압을 산출하는 단계를 포함한다.
이 구성에 의하면, 종래에는 미리 정해지는 충전 종료 전압까지는 CC(정전류) 충전을 행하고, 그 충전 종료 전압으로 되고나서는 CV(정전압) 충전으로 전환 하는 것이 표준이던 리튬 이온 전지 등의 2차 전지의 급속 충전 방법 및 그것을 이용하는 전자기기에 있어서, 급속 충전을 실현함에 있어, 충전 제어부는, 충전 전류 공급부에서 전지팩에 공급하는 충전 전류를 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류로 유지한다.
그리고, 상기 충전 제어부는, 전압 검출부에서 검출되는 단자 전압이 상기 충전 종료 전압에 도달했을 때, 2차 전지가 만충전이 됐다고 판정하여 충전 전류 공급부에 의한 급속 충전 전류의 공급을 종료시킨다. 그 충전 종료 전압은, 보통, 고정값이 아니라 전지 온도나 환경 온도 등에 따라 적절히 설정되지만, 본 발명에서는, 내부 저항에 의한 전압 강하분을 고려하여 충전 종료 전압이 설정된다. 또한 그 내부 저항은, 온도에 의한 변화(온도가 높아질수록 작게 된다)가 보상된다.
구체적으로는, 온도 검출부에서 검출된 2차 전지의 온도에 근거하여, 설정부는, 2차 전지의 내부 저항값을 추정하고, 그 추정된 상기 내부 저항값 및 미리 구해지는 급속 충전 전류값으로부터 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량을 추정하고, 미리 설정된 기준 전압에 상기 전압 강하량을 가산하는 것에 의해 상기 충전 종료 전압을 산출하여 설정한다.
따라서, 충전 전류가 2차 전지의 내부 저항에 흐르는 것에 의해 생기는 전압 강하량 상당의 전압만큼, 2차 전지의 단자 전압이 기준 전압보다 높아질 때까지 충전되게 되는 결과, 2차 전지의 개로 전압이 기준 전압을 초과하여 과충전이 되는 일이 없다. 이것에 의해, 과충전으로 되는 것을 방지하면서, 시작부터 끝까지 일정한 대전류를 공급하고, 급속 충전을 행할 수 있다. 또한, 내부 저항값은, 2차 전지 의 온도에 근거하여 추정되기 때문에, 내부 저항값을 측정하기 위해서 충전을 중단할 필요가 없으므로, 내부 저항값을 측정하기 위해서 충전 시간이 연장될 우려가 저감된다.
또한, 상기 기준 전압은, 상기 리튬계 2차 전지가 만충전으로 됐을 때의 개로 전압인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 리튬계 2차 전지는, 만충전이 될 때까지 일정한 충전 전류로 정전류 충전되기 때문에, 충전 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
또, 상기 리튬계 2차 전지는 음극과 양극과의 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지인 것이 바람직하다.
또한, 상기 내열층은 수지 결착제와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 음극과 양극과의 사이에 수지 결착제와 무기 산화물 필러를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지에서는, 만일, 과충전 상태로 되어 금속 리튬이 수목 형상으로 석출하는 경우가 있더라도, 상기 내열층에 의해, 그것이 음극과 양극과의 사이를 단락하여 버리는 것을 방지할 수 있고, 상기 일정한 전류에 의한 급속 충전에 적합하다.
특히, 리튬계 2차 전지가 만충전으로 됐을 때의 개로 전압인 만충전 전압이, 상기 기준 전압으로서 설정되어 있는 경우, 리튬계 2차 전지의 폐로 전압이 만충전 전압을 초과하여 충전되게 되기 때문에, 만충전 전압으로 정전압 충전하는 종래의 충전 방법보다 충전 전압이 높아진다. 그러나, 내열층을 구비하는 것에 의해, 충전 전압이 종래의 충전 방법보다 높아지더라도, 충분한 안전성을 확보하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 리튬계 2차 전지의 SOC를 나타내는 정보를 취득하는 SOC 취득부를 더 구비하고, 상기 내부 저항 추정부는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도에 부가하여, 상기 SOC 취득부에 의해 취득된 SOC를 나타내는 정보로부터, 상기 내부 저항값을 추정하는 것이 바람직하다.
리튬계 2차 전지의 내부 저항값은, 온도뿐만 아니라, SOC에도 의존하여 변화된다. 그래서, 이 구성에 의하면, 내부 저항 추정부는, 리튬계 2차 전지의 온도에 부가하여, SOC를 나타내는 정보를 이용하여 리튬계 2차 전지의 내부 저항값을 추정 함으로써, 내부 저항값의 추정 정밀도를 향상할 수 있다.
또, 상기 내부 저항 추정부는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도, 및 상기 SOC를 나타내는 정보와 상기 내부 저항값의 대응 관계를 나타내는 데이터 테이블을 이용하여, 상기 내부 저항값을 추정하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 내부 저항 추정부는, 데이터 테이블에 있어서, 온도 검출부에서 검출된 리튬계 2차 전지의 온도, 및 SOC 취득부에 의해 취득된 SOC를 나타내는 정보와 대응지어져 있는 내부 저항값을 참조함으로써 리튬계 2차 전지의 내부 저항값을 추정할 수 있기 때문에, 내부 저항값의 추정이 용이하다.
또한, 상기 리튬계 2차 전지의 열화의 정도를 나타내는 열화도를 검출하는 열화 검출부를 더 구비하고, 상기 내부 저항 추정부는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도 및 상기 SOC를 나타내는 정보에 부가하여, 상기 열화 검출부에 의해 검출된 열 화도로부터, 상기 내부 저항값을 추정하는 것이 바람직하다.
리튬계 2차 전지의 내부 저항값은, 리튬계 2차 전지의 열화의 정도에 따라 변화된다. 그래서, 이 구성에 의하면, 내부 저항 추정부는, 리튬계 2차 전지의 온도 및 SOC을 나타내는 정보에 부가하여, 열화도를 이용하여 리튬계 2차 전지의 내부 저항값을 추정함으로써, 내부 저항값의 추정 정밀도를 향상할 수 있다.
또한, 상기 열화 검출부는, 상기 충전 전류 공급부로부터 상기 리튬계 2차 전지로 공급되는 전류가 0일 때에, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 단자 전압을 개로 단자 전압으로서 취득하는 OCV 취득부와, 상기 충전 전류 공급부로부터 상기 리튬계 2차 전지로 상기 급속 충전 전류가 공급되어 있을 때에, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 단자 전압을 폐로 단자 전압으로서 취득하는 CCV 취득부와, 상기 CCV 취득부에 의해 취득된 폐로 단자 전압과 상기 OCV 취득부에 의해 취득된 개로 단자 전압과의 차를, 상기 급속 충전 전류값으로 나눔으로써, 상기 리튬계 2차 전지의 실제의 내부 저항값을 실제 내부 저항값으로서 산출하는 실제 내부 저항 산출부와, 상기 내부 저항 추정부에 의해 추정된 내부 저항값과 상기 실제 내부 저항 산출부에 의해 산출된 실제 내부 저항값과의 차이가 클수록, 큰 열화의 정도를 나타내도록 상기 열화도를 산출하는 열화도 산출부를 구비하고, 상기 종료 전압 산출부는, 상기 열화도 산출부에 의해 산출된 열화도로 표시되는 열화의 정도가 커질수록, 상기 충전 종료 전압이 저하되도록, 상기 충전 종료 전압을 보정하도록 할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 리튬계 2차 전지의 개로 전압이 OCV 취득부에 의해 취득 되고, 리튬계 2차 전지의 폐로 전압이 CCV 취득부에 의해 취득된다. 그러면, 개로 전압과 폐로 전압과의 차는 내부 저항에 있어서의 전압 강하에 의해 생기고 있기 때문에, 실제 내부 저항 산출부는, 폐로 단자 전압과 개로 단자 전압과의 차를 급속 충전 전류값으로 나눔으로써, 리튬계 2차 전지의 실제로의 내부 저항값을 실제 내부 저항값으로서 산출할 수 있다. 그리고, 리튬계 2차 전지의 열화가 진행할수록, 내부 저항값은 증대한다.
한편, 내부 저항 추정부가 내부 저항값을 추정할 때에 이용하는 파라미터는, 열화를 반영하지 않기 때문에, 내부 저항 추정부에 의해 추정되는 내부 저항값은, 열화하지 않고 있는 리튬계 2차 전지의 내부 저항값으로 된다. 따라서, 리튬계 2차 전지의 열화가 진행할수록, 내부 저항 추정부에 의해 추정되는 내부 저항값과 실제 내부 저항 산출부에 의해 산출되는 실제 내부 저항값과의 차이가 증대하게 된다. 그래서, 열화도 산출부에 의해, 내부 저항 추정부에 의해 추정된 내부 저항값과 실제 내부 저항 산출부에 의해 산출된 실제 내부 저항값과의 차이가 클수록, 큰 열화의 정도를 나타내도록 열화도가 산출된다. 그리고, 종료 전압 산출부에 의해, 열화도로 표시되는 열화의 정도가 커질수록, 충전 종료 전압이 저하되도록, 상기 충전 종료 전압이 보정된다.
리튬계 2차 전지는, 열화가 진행할수록 충전 전압이 증대했을 때에 열화가 진행하기 쉽게 된다. 따라서, 가령, 리튬계 2차 전지의 열화의 정도에 관계없이 일정한 단자 전압이 될 때까지 충전한 경우에는, 열화가 진행되고 있는 전지일수록 열화의 진행이 더 증대하여, 열화가 가속되게 된다. 그러나 이 구성에 의하면, 열 화도로 표시되는 열화의 정도가 커질수록 충전 종료 전압이 저하되도록, 상기 충전 종료 전압이 보정되기 때문에, 리튬계 2차 전지의 열화가 가속될 우려가 저감된다.
또한, 상술의 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법은, 상기 리튬계 2차 전지의 열화도를 검출하는 단계를 더 구비하고, 상기 내부 저항값을 추정하는 단계는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도에 부가하여, 단자 전압 및 열화도로부터 상기 내부 저항값을 추정하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 예컨대, 미리 저장해 둔 3차원 테이블로부터, 온도, 단자 전압 및 열화도에 일치하는 내부 저항값을 판독하거나, 일치하는 데이터가 없는 경우에는 보간 연산에 의해 구하거나, 혹 온도에 대응한 내부 저항값의 데이터를 단자 전압 및 열화도에 따라 보정하거나 하여, 상기 리튬계 2차 전지의 온도뿐만 아니라, 단자 전압 및 열화도를 고려하여 내부 저항값을 구한다.
따라서, 리튬계 2차 전지의 내부 저항값, 즉, 충전 종료 전압을 보다 정확하게 구할 수 있다.
리튬계 2차 전지를 충전함에 있어서, 종래의 CC-CV 충전을 대신하여, 충전 전류를 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류로 유지하고, 또한, 만충전의 판정을 단자 전압이 충전 종료 전압에 도달한 시점으로 하고, 그 충전 종료 전압을, 미리 정해지는 충전 종료 전압에, 2차 전지의 온도로부터 추정한 내부 저항값에 급속 충전 전류값을 승산하여 얻어지는 전압 강하량을 가산한 전압으로 하기 때문에, 과충전 으로 되는 것을 방지하면서, 시작부터 끝까지 일정한 대전류를 공급하고, 만충전까지 급속 충전을 행할 수 있고, 상기 리튬계 2차 전지의 급속 충전에 적합하다.

Claims (12)

  1. 리튬계 2차 전지와,
    상기 리튬계 2차 전지를 급속 충전하기 위한 충전 전류 공급부와,
    상기 충전 전류 공급부에 의한 충전 전류를 제어하는 충전 제어부와,
    상기 리튬계 2차 전지의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
    상기 리튬계 2차 전지의 단자 전압을 검출하는 전압 검출부와,
    상기 충전 제어부에서의 충전 종료 전압을 설정하는 설정부
    를 구비하고,
    상기 충전 제어부는, 상기 충전 전류 공급부에 의해 상기 리튬계 2차 전지로 미리 정해진 일정한 급속 충전 전류를 공급시켜, 상기 전압 검출부에서 검출되는 상기 단자 전압이, 상기 설정부에 의해 설정된 충전 종료 전압으로 되면 상기 급속 충전 전류의 공급을 종료시키고,
    상기 설정부는,
    상기 온도 검출부에서 검출된 리튬계 2차 전지의 온도로부터 상기 2차 전지의 내부 저항값을 추정하는 내부 저항 추정부와,
    상기 내부 저항 추정부에 의해 추정된 내부 저항값 및 상기 급속 충전 전류값으로부터 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량을 추정하고, 미리 설정된 기준 전압에 상기 전압 강하량을 가산하는 것에 의해 상기 충전 종료 전압을 산출하는 종료 전압 산출부를 구비하는
    것을 특징으로 하는 전자기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 전압은, 상기 리튬계 2차 전지가 만충전이 됐을 때의 개로(開路) 전압인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리튬계 2차 전지는, 음극과 양극 사이에 내열층을 갖는 비수계(非水系) 전해질 2차 전지인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내열층은, 수지 결착제(結着劑)와 무기 산화물 충전재를 포함하는 다공성 보호막인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리튬계 2차 전지의 SOC를 나타내는 정보를 취득하는 SOC 취득부를 더 구비하고,
    상기 내부 저항 추정부는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도에 부가하여, 상기 SOC 취득부에 의해 취득된 SOC를 나타내는 정보로부터 상기 내부 저항값을 추정하는
    것을 특징으로 하는 전자기기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내부 저항 추정부는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도, 및 상기 SOC를 나타내는 정보와 상기 내부 저항값과의 대응 관계를 나타내는 데이터 테이블을 이용하여, 상기 내부 저항값을 추정하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 리튬계 2차 전지의 열화의 정도를 나타내는 열화도를 검출하는 열화 검출부를 더 구비하고,
    상기 내부 저항 추정부는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도및 상기 SOC를 나타내는 정보에 부가하여, 상기 열화 검출부에 의해 검출된 열화도로부터, 상기 내부 저항값을 추정하는
    것을 특징으로 하는 전자기기.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 열화 검출부는,
    상기 충전 전류 공급부로부터 상기 리튬계 2차 전지로 공급되는 전류가 0일 때에, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 단자 전압을 개로 단자 전압으로서 취득하는 OCV 취득부와,
    상기 충전 전류 공급부로부터 상기 리튬계 2차 전지로 상기 급속 충전 전류가 공급되고 있을 때에, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 단자 전압을 폐로(閉路) 단자 전압으로서 취득하는 CCV 취득부와,
    상기 CCV 취득부에 의해 취득된 폐로 단자 전압과 상기 OCV 취득부에 의해 취득된 개로 단자 전압의 차를, 상기 급속 충전 전류값으로 나눔으로써, 상기 리튬계 2차 전지의 실제로의 내부 저항값을 실제 내부 저항값으로서 산출하는 실제 내부 저항 산출부와,
    상기 내부 저항 추정부에 의해 추정된 내부 저항값과 상기 실제 내부 저항 산출부에 의해 산출된 실제 내부 저항값과의 차이가 클수록, 큰 열화의 정도를 나타내도록 상기 열화도를 산출하는 열화도 산출부
    를 구비하고,
    상기 종료 전압 산출부는, 상기 열화도 산출부에 의해 산출된 열화도로 표시되는 열화의 정도가 커질수록, 상기 충전 종료 전압이 저하되도록 상기 충전 종료 전압을 보정하는
    것을 특징으로 하는 전자기기.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SOC를 나타내는 정보는 상기 리튬계 2차 전지의 단자 전압인 것을 특징으로 하는 전자기기.
  10. 소정의 충전 종료 전압까지 리튬계 2차 전지를 급속 충전하기 위한 방법에 있어서,
    미리 정해진 일정한 급속 충전 전류를 계속 공급하는 단계와,
    상기 2차 전지의 적어도 온도를 검출하는 단계와,
    검출된 온도로부터 상기 2차 전지의 내부 저항값을 추정하는 단계와,
    추정된 상기 내부 저항값 및 상기 급속 충전 전류값으로부터 상기 내부 저항에 의한 전압 강하량을 추정하는 단계와,
    미리 설정된 기준 전압에 상기 전압 강하량을 가산하는 것에 의해 상기 충전 종료 전압을 산출하는 단계를 포함하는
    것을 특징으로 하는 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 리튬계 2차 전지는, 음극과 양극과의 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지인 것을 특징으로 하는 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 리튬계 2차 전지의 열화의 정도를 나타내는 열화도를 검출하는 단계를더 구비하고,
    상기 내부 저항값을 추정하는 단계는, 상기 리튬계 2차 전지의 온도에 부가하여, 단자 전압 및 열화도로부터 상기 내부 저항값을 추정하는
    것을 특징으로 하는 리튬계 2차 전지의 급속 충전 방법.
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