KR20120056200A

KR20120056200A - 전지 감시 장치 및 전지 감시 방법

Info

Publication number: KR20120056200A
Application number: KR1020110114323A
Authority: KR
Inventors: 히토시 하기모리; 미츠히로 타카하시
Original assignee: 미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2012-06-01
Also published as: JP2012115004A; JP5541112B2; CN102540088B; US20120130661A1; KR101786900B1; CN102540088A

Abstract

이차전지의 상태에 따른 충전 가능 용량을 산출함으로써, 이차전지의 만충전 시간의 산출 정밀도의 향상을 도모한다.
이차전지(20)의 전압값, 전류값, 및 온도를 검출하는 검출 수단(51)과, 이차전지(20)의 충전 시간을 산출하는 충전 시간 산출 수단(55)과, 이차전지의 충전 상태를 판정하는 판정 수단(54)을 구비하는 전지 감시 장치(12)로서, 충전 시간 산출 수단(55)은 검출 수단(51)에 의해 정전압 충전중에 검출된 값에 기초하여 산출된 이차전지의 경로 저항값과, 이차전지의 충전 전압과, 이차전지의 현재 온도의 내부 저항값을 사용하여 소정의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 제1 충전율과, 제1 충전율을 사용하여 산출된 정전류 충전율과, 제1 충전율을 사용하여 이차전지를 충전하는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 제2 충전율에 기초하여, 이차전지의 충전 시간을 산출함으로써 상기 과제를 해결한다.

Description

전지 감시 장치 및 전지 감시 방법{BATTERY MONITORING APPARATUS AND BATTERY MONITORING METHOD}

본 발명은 전지 감시 장치 및 전지 감시 방법에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들면 휴대전화 등의 전자 기기에 사용되는 리튬 이온 전지 등의 이차전지를 충전하는 방법으로서, 정전류·정전압(CC·CV) 충전에 의한 충전 방법이 알려져 있다. CC·CV 충전에서는 우선 정전류(CC) 충전이 행해지고, 이차전지의 전압이 소정의 전압에 이르면 정전압(CV) 충전으로 전환되고, 충전 전류가 소정의 전류값까지 저하되면 만충전이라고 판정되어 충전 전류의 공급이 정지된다.

이러한 CC·CV 충전을 사용한 충전 방법에 있어서, 예를 들면 측정된 전지 전압과 충전 전류의 값을 기초로 충전중의 이차전지가 만충전이 될 때까지의 시간을 산출하는 충전 시간 산출 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 평07-274408호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1 등에 나타나는 종래의 충전 시간 산출 방법에 있어서는, 충전시의 환경 등에 의해 변동하는 충전 전압, 충전 종지 전류, 검출 구간의 경로 저항 등이 고려되어 있지 않았다. 그 때문에, 온도 등의 측정 환경이 변화하면 충전 시간의 산출 정밀도가 악화된다는 문제가 있었다.

또, 종래에 있어서는, 충전시의 온도나 전지의 열화율에 의해 이차전지의 충전 가능 용량이 변화함에도 불구하고, 전회의 충전시에 산출된 이차전지의 충전 가능 용량을 참조하여 충전 시간을 산출하고 있었기 때문에, 산출된 충전 시간과 실측 시간과의 오차가 크다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 이차전지의 상태에 따른 충전 가능 용량을 산출함으로써, 이차전지의 만충전 시간의 산출 정밀도의 향상을 도모하는 전지 감시 장치 및 전지 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이차전지(20)의 전압값, 전류값, 및 온도를 검출하는 검출 수단(51)과, 상기 검출 수단(51)에 의해 검출된 값을 사용하여 상기 이차전지(20)의 충전 시간을 산출하는 충전 시간 산출 수단(55)과, 상기 이차전지(20)의 충전 상태를 판정하는 판정 수단(54)을 구비하는 전지 감시 장치(12)로서, 상기 충전 시간 산출 수단(55)은 상기 검출 수단(51)에 의해 정전압 충전중에 검출된 값에 기초하여 산출된 상기 이차전지(20)의 경로 저항값과, 상기 이차전지(20)의 충전 전압값과, 상기 이차전지(20)의 현재 온도의 내부 저항값을 사용하여 소정의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 제1 충전율과, 상기 제1 충전율을 사용하여 산출된 정전류 충전율과, 상기 제1 충전율을 사용하여 상기 이차전지를 충전하는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 제2 충전율에 기초하여, 상기 이차전지(20)의 충전 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 충전 시간 산출 수단(55)은 상기 검출 수단(51)에 의해 정전류 충전중에 검출되는 충전 전류값과, 상기 제1 충전율에 기초하여 정전류 충전 시간을 산출하고, 상기 검출 수단(51)에 의해 정전류 충전중에 검출된 충전 전류값과, 상기 정전류 충전율과, 상기 제2 충전율에 기초하여 정전압 충전 시간을 산출하고, 상기 정전류 충전 시간에 상기 정전압 충전 시간을 가산함으로써 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 판정 수단(54)에 의해 상기 이차전지(20)의 충전 상태가 정전압 충전 상태라고 판정되고, 또한 상기 검출 수단(51)에 의해 검출되는 충전 전류값이 소정값 이하인 경우, 상기 검출 수단(51)에 의해 검출된 소정의 전류값과, 상기 고유의 충전 종지 전류를 사용하여 충전 말기 시간을 산출하고, 산출된 충전 말기 시간을 사용하여 상기 이차전지(20)의 충전 시간을 보정하는 충전 말기 보정 수단(57)을 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 판정 수단(54)은 상기 검출 수단(51)으로부터 검출된 값에 기초하여 산출된 상기 이차전지(20)의 전압 변화 속도, 전류 변화 속도, 및 상기 소정의 전류값을 사용하여, 상기 이차전지(20)의 충전 상태를 판정하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 이차전지(20)의 전압값, 전류값, 및 온도를 검출하는 검출 수단(51)과, 상기 검출 수단(51)에 의해 검출된 값을 사용하여 상기 이차전지(20)의 충전 시간을 산출하는 충전 시간 산출 수단(55)과, 상기 이차전지(20)의 충전 상태를 판정하는 판정 수단(54)을 구비하는 전지 감시 장치(12)에 의해 실행되는 전지감시 방법으로서, 상기 검출 수단(51)에 의해 정전압 충전중에 검출된 값에 기초하는 상기 이차전지의 경로 저항값을 취득하는 경로 저항값 취득 스텝(S35)과, 상기 경로 저항값 취득 스텝(S35)에 의해 취득된 상기 이차전지의 경로 저항값과, 상기 이차전지의 충전 전압과, 상기 이차전지의 현재 온도의 내부 저항값을 사용하여 소정의 충전 종지 전류에 대응하는 제1 충전율을 산출하는 제1 충전율 산출 스텝(S40)과, 상기 제1 충전율 산출 스텝(S40)에 의해 산출된 제1 충전율을 사용하여 정전류 충전율을 산출하는 정전류 충전율 산출 스텝(S41)과, 상기 제1 충전율을 사용하여, 상기 이차전지를 충전하는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류에 대응하는 제2 충전율을 산출하는 제2 충전율 산출 스텝(S50)과, 상기 제1 충전율과, 상기 정전류 충전율과, 상기 제2 충전율에 기초하여, 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 충전 시간 산출 스텝(S53)을 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 충전 시간 산출 스텝(S53)은 상기 검출 수단(51)에 의해 정전류 충전중에 검출되는 충전 전류값과, 상기 제1 충전율에 기초하여 정전류 충전 시간을 산출하고(S42), 상기 검출 수단(51)에 의해 정전류 충전중에 검출된 충전 전류값과, 상기 정전류 충전율과, 상기 제2 충전율에 기초하여 정전압 충전 시간을 산출하고(S52), 상기 정전류 충전 시간에 상기 정전압 충전 시간을 가산함으로써 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 판정 수단(54)에 의해 상기 이차전지의 충전 상태가 정전압 충전 상태라고 판정되고, 또한 상기 검출 수단(51)에 의해 검출되는 충전 전류값이 소정값 이하인 경우, 상기 검출 수단(51)에 의해 검출된 소정의 전류값과, 상기 고유의 충전 종지 전류를 사용하여 충전 말기 시간을 산출하는 충전 말기 시간 산출 스텝(S75)과, 상기 충전 말기 시간 산출 스텝(S75)에 의해 산출된 충전 말기 시간을 사용하여, 상기 이차전지의 충전 시간을 보정하는 충전 말기 보정 스텝(S66)을 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 판정 수단(54)에 의해, 상기 검출 수단으로부터 검출된 값에 기초하여 상기 이차전지의 전압 변화 속도, 전류 변화 속도, 및 소정의 전류값을 취득하는 충전 상태 판정 정보 취득 스텝과, 상기 충전 상태 판정 정보 취득 스텝에 의해 얻어지는 상기 이차전지의 전압 변화 속도, 전류 변화 속도, 및 소정의 전류값을 사용하여, 상기 이차전지의 충전 상태를 판정하는 판정 스텝(S63)을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 참조 부호는 어디까지나 참고이며, 이것에 의해 본원 발명이 도시의 태양에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 이차전지의 상태에 따른 충전 가능 용량을 산출함으로써, 이차전지의 만충전 시간의 산출 정밀도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 실시형태의 전지 감시 시스템의 블록 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 CV 충전 전압에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 만충전 시간 산출 처리를 실행하는 감시 IC의 블록 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 이차전지의 만충전 시간 산출 처리의 전체의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 이차전지의 만충전 시간 산출을 위한 처리 상태의 천이에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 만충전 시간의 산출에 사용되는 경로 저항 Rc의 측정 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 경로 저항 Rc 및 현재 온도의 저항값 Rrtn에 대한 제1 충전율 SOCfull의 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 이차전지의 내부 저항값 Rrtn에 대한 CC 충전율 SOCcc의 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 CC 충전 시간 Tcc의 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 CV 충전 시간 Tcv의 산출에 사용되는 제2 충전율 SOCchg를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 CV 충전시에 있어서의 충전 전류값 Ic의 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 상기 서술한 좌변 Istart/Istop에 대한 우변의 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 CC·CV 충전 시간의 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 14는 CC·CV 충전 방법에 있어서의 검출 전류, 및 검출 전압의 기울기를 나타내는 도면이다.
도 15는 CC 충전 및 CV 충전을 판정하는 역치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 CC·CV 충전중에 미소 단락이 발생한 경우의 충전 전압 및 충전 전류의 상태를 나타내는 도면이다.
도 17은 충전 말기에 있어서의 CV 충전 전류의 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은 충전 상태 판정 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 19는 「Li-ion25℃」에 있어서의 충전 말기의 시간 경과와 CV 충전 전류의 특성을 나타내는 도면이다.
도 20은 도 19(A)의 충전 전류 Ic1, Ic2에 대응하는 경과 시간 T1, T2를 나타내는 도면이다.
도 21은 충전 말기 보정 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 22는 충전 시간 산출 수단에 의해 산출된 예측 시간의 산출 정밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 충전 말기 보정 수단에 의해 보정된 충전 시간의 산출 정밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 충전 시간 산출의 전환에 의한 산출 시간의 변동에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 본 실시형태에 의한 충전 말기 보정 처리의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.

<전지 감시 시스템 : 블록 구성예>

도 1은, 본 실시형태의 전지 감시 시스템의 블록 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 전지 감시 시스템(1)은 전지 감시 장치로서의 전지 감시 모듈(10)과, 이차전지(20)와, 이동기 본체(30)와, AC 어댑터(40)를 가지도록 구성된다.

전지 감시 모듈(10)은 이차전지(20)에 대한 충전 상태 등을 감시하는 기능을 가지고, 보호 IC(11)와, 감시 IC(12)를 가진다.

보호 IC(11)는 예를 들면 이차전지(20)의 과충전, 과방전 등을 검출하는 것에 의해 이차전지(20)를 보호한다.

감시 IC(12)는 이차전지(20)의 주위 온도를 검출하는 온도 센서(13A)와, 이차전지(20)의 충전 전압을 검출하는 전압 센서(13B)와, 이차전지(20)의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출 센서(13C)와, 각 센서로부터 출력되는 값을 기초로 전류 적산 등의 연산을 행하도록 제어하는 CPU(14)와, 감시 IC(12)에 있어서 실행되는 연산 처리에 사용되는 이차전지(20)의 전지 특성 파라미터 등을 격납하는 메모리(15)를 가진다.

감시 IC(12)는 상기 서술한 구성을 가지는 것에 의해, 이차전지(20)의 전압이나 전류 적산량 등으로부터 이차전지(20)의 잔용량을 산출하고, 이차전지(20)의 주위 온도나 잔용량 등으로부터 이차전지(20)의 내부 저항값을 산출하고, 이차전지(20)의 용량 보유율, 내부 저항값, 충전 전류, 전지 특성 파라미터 등으로부터 이차전지(20)의 상태에 따른 충전 가능 용량, 만충전 시간 등을 산출한다.

이차전지(20)는 충방전을 행할 수 있는 전지이며, 예를 들면 리튬 이온 전지 등으로 이루어진다.

이동기 본체(30)는 예를 들면 휴대전화 등으로 구성된다. 또, 이동기 본체(30)는 감시 IC(12)로부터 얻어지는 값을 기초으로, 이차전지(20)의 충전을 제어하는 충전 제어 IC(31)를 가진다.

AC 어댑터(40)는 외부로부터 얻어지는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 변환한 직류 전원을 이동기 본체(30)에 공급한다.

<경로 저항 및 CV 충전 전압에 대해서>

다음에, 도 2를 사용하여, 상기 서술한 전지 감시 시스템(1)에 있어서의 만충전 시간의 산출에 사용되는 충방전 경로의 경로 저항 및 정전압(CV) 충전 전압에 대해서 설명한다. 도 2는, CV 충전 전압에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 2(A)는, 시간 경과에 대한 CV 충전 전압 Vcv, CV 충전 전류 Ic, 출력 전압 Vc의 관계를 나타내는 도면이다. 또, 도 2(B)는, 도 1의 전지 감시 시스템을 간략화한 도면이다.

도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 이차전지(20)를 충전하는 CV 충전 전압 Vcv는 도 2(B)에 나타내는 충전 제어 IC(31)로부터 출력되는 출력 전압 Vc, 경로 저항 Rc, CV 충전 전류 Ic에 의해 변화한다.

즉, CV 충전 전압 Vcv는 경로 저항 Rc와 CV 충전 전류 Ic의 곱에 의한 ΔVc만큼, 출력 전압 Vc로부터 상승한다. 또한, 경로 저항 Rc는 도 2(A)에 나타내는 CV 충전중에 있어서의 2점에서의 Vc1, Vc2, Ic1, Ic2를 사용함으로써, 산출할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, CV 충전 전압 Vcv는 경로 저항 Rc에 의한 전압 상승에 의해, 전압 센서(13B)에 의해 검출할 수 없지만, 경로 저항 Rc에 의한 전압 상승 ΔVc는 경로 저항 Rc와 CV 충전 전류 Ic의 곱으로 간주할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, CV 충전 전압 Vcv는 경로 저항 Rc를 산출할 때에 취득한 CV 충전 전류 Ic2, CV 충전 전압 Vc2, 및 경로 저항 Rc를 사용하여 산출한다. 또한, 상기 서술한 경로 저항 Rc 및 CV 충전 전압 Vcv의 구체적인 산출 처리에 대해서는 후술한다.

<감시 IC의 블록 구성에 대해서>

다음에, 도 3을 사용하여, 만충전 시간 산출 처리를 실행하는 감시 IC(12)의 블록 구성의 일례에 대해서 설명한다. 도 3은, 만충전 시간 산출 처리를 실행하는 감시 IC의 블록 구성의 일례를 나타내는 도면이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 감시 IC(12)는 검출 수단(51)과, 기록 수단(52)과, 측정 수단(53)과, 판정 수단(54)과, 충전 시간 산출 수단(55)과, CV 충전 시간 카운트 수단(56)과, 충전 말기 보정 수단(57)과, 제어 수단(58)을 가지도록 구성된다.

검출 수단(51)은 이차전지(20)의 온도, 충전 전압값 Vc, 충전 전류값 Ic 등을 검출한다. 또한, 검출 수단(51)은 상기 서술한 감시 IC(12)의 온도 센서(13A)와, 전압 센서(13B)와, 전류 센서(13C)에 대응한다.

기록 수단(52)은 R0M(Read 0nly Memory) 등의 메모리이며, 예를 들면 후술하는 충전 시간 산출 수단(55) 등에 의해 실행되는 만충전 시간 산출 처리에 사용되는 이차전지(20)의 전지 특성 파라미터 등을 격납한다.

측정 수단(53)은 검출 수단(51)에 의해 검출된 값을 사용하여 경로 저항값 Rc를 산출한다. 또, 측정 수단(53)은 예를 들면 검출 수단(51)에 의해 검출된 충전 전류값 Ic의 값이 「Ic>0」이 된 경우, 전압 변화 속도 및 전류 변화 속도를 측정한다.

판정 수단(54)은 만충전 시간의 시간을 산출하는 각 처리를 실행하는 타이밍을 결정하기 위해서 이차전지(20)의 충전 상태를 판정한다. 판정 수단(54)은 예를 들면 검출 수단(51)으로부터 검출되는 소정의 충전 전류값 Ic, 측정 수단(53)에 의해 측정된 전압 변화 속도 및 전류 변화 속도를, 예를 들면 기록 수단(52)으로부터 취득하여, 이차전지(20)의 충전 상태를 판정한다.

이것에 의해, 예를 들면 CC·CV 충전중에 미소 단락이 발생한 경우여도, 이차전지(20)의 충전 상태를 정확하게 판정하는 것이 가능해진다. 또한, 판정 수단(54)의 구체적인 판정 처리에 대해서는 후술한다.

충전 시간 산출 수단(55)은 판정 수단(54)에 의해 이차전지(20)의 충전 상태가 CC 충전이라고 판정된 경우에, CC 충전 시간과 CV 충전 시간을 산출하고, 본 실시형태에서는 산출한 CC 충전 시간과 CV 충전 시간을 합계하여, 예측 시간으로서의 만충전 시간(CC·CV 충전 시간)을 산출한다.

예를 들면, 충전 시간 산출 수단(55)은 검출 수단(51)에 의해 CV 충전중에 검출된 값에 기초하여, 측정 수단(53)에 의해 측정된 경로 저항 Rc, 이차전지(20)의 충전 전압 Vcv, 이차전지(20)의 현재 온도의 내부 저항값을 사용하여 소정의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 이차전지(20)의 전지 용량에 대한 충전율인 제1 충전율과, 제1 충전율을 사용하여 산출된 CC 충전율과, 제1 충전율을 사용하여, 이차전지(20)를 충전하는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 제2 충전율에 기초하여, 이차전지(20)의 만충전 시간을 산출한다.

구체적으로는 충전 시간 산출 수단(55)은 검출 수단(51)에 의해 CC 충전중에 검출된 충전 전류값과, 제1 충전율에 기초하여 CC 충전 시간을 산출하고, 검출 수단(51)에 의해 CC 충전중에 검출되는 충전 전류값과, CC 충전율과, 제2 충전율에 기초하여 CV 충전 시간을 산출하고, 이와 같이 산출한 CC 충전 시간에 CV 충전 시간을 가산함으로써, 이차전지(20)의 만충전 시간을 산출한다.

또한, 충전 시간 산출 수단(55)의 구체적인 CC 충전 시간 산출 처리 및 CV 충전 시간 산출 처리에 대해서는 후술한다.

CV 충전 시간 카운트 수단(56)은 판정 수단(54)에 의해 이차전지(20)의 충전 상태가 CV 충전이라고 판정된 경우에, 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 산출된 CC·CV 충전 시간의 카운트다운을 행한다. 구체적으로는 CV 충전 시간 카운트 수단(56)은 후술하는 충전 말기 보정 수단(57)의 처리가 실행될 때까지, CC·CV 충전 시간으로부터 경과 시간에 대응하는 감산 처리를 행한다.

충전 말기 보정 수단(57)은 판정 수단(54)에 의해 이차전지(20)의 충전 상태가 정전압 충전 상태라고 판정되고, 또한 검출 수단(51)에 의해 검출되는 충전 전류값이 소정값 이하인 경우, 검출 수단(51)에 의해 검출된 소정의 전류값과, 이차전지(20)를 충전하는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류를 사용하여 충전 말기 시간을 산출하고, 산출된 충전 말기 시간으로부터 카운트다운하는 보정을 행한다.

이것에 의해, 충전 말기 보정 수단(57)은 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 산출된 CC·CV 충전 시간으로부터 CV 충전 시간 카운트 수단(56)이 감산한 예측 잔시간을 보다 정확하게 하는 것이 가능해진다.

제어 수단(58)은 감시 IC(12)에 있어서의 각 기능 구성 전체의 제어를 행하는 것이며, CPU(14)에 대응하는 것이다. 구체적으로는 제어 수단(58)은 상기 서술한 각 기능 구성을 사용하여 본 실시형태에 있어서의 만충전 시간 산출 처리를 실행하기 위한 각종 제어를 행한다.

또한, 제어 수단(58)은 상기 서술한 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 산출된 제1 충전율, CC·CV 충전 시간과, 실측한 제1 충전율에 대응하는 충전 용량, 충전 시간을 비교함으로써 이차전지(20)의 전지 상태를 판정하거나, 실측된 이차전지(20)의 충전 가능 용량에 기초하여 이차전지(20)의 전지 저항을 산출하거나 해도 된다.

<만충전 시간 산출 처리의 흐름에 대해서>

다음에, 도 4를 사용하여, 상기 서술한 전지 감시 장치(10)에 의해 실행되는 이차전지(20)의 만충전 시간 산출 처리의 개략적인 전체의 흐름에 대해서 설명한다. 도 4는, 이차전지의 만충전 시간 산출 처리의 전체의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 측정 수단(53)은 미리 CV 충전중에 검출 수단(51)에 의해 검출된 이차전지(20)의 전압값 및 전류값을 사용하여, 이차전지(20)의 경로 저항 Rc를 산출하는 경로 저항 산출 처리를 실행한다(S10).

또, CV 충전중에 검출 수단(51)에 의해 이차전지(20)의 미리 설정된 소정의 전류값이 검출되면, 충전 말기 보정 수단(57)은 후술하는 충전 말기 시간을 보정하는 충전 말기 보정 처리를 실행한다(S11).

또, 측정 수단(53)은 검출 수단(51)에 의해 검출되는 이차전지(20)의 CV 충전 전류 중, 이차전지(20)의 충전 종지 전류를 측정하는 충전 종지 전류 측정 처리를 실행한다(S12).

또한, 측정 수단(53)은 검출 수단(51)에 의해 소정의 전류가 검출되어, 이차전지(20)의 CC·CV 충전이 개시되기 전에, 상기 서술한 S10~S12의 처리를 소정의 타이밍에 의해 행하고, 각 처리에 의해 얻어진 값을 기록 수단(53)에 기록해둔다.

다음에, 판정 수단(54)은 이차전지(20)의 CC·CV 충전이 개시되면, 충전 상태 판정 처리를 실행한다(S13). 판정 수단(54)에 의해, S13의 처리에 있어서, 예를 들면 전압 변화 속도가 소정값(제1 역치) 이상 또한 전류 변화 속도가 소정값(제2 역치) 미만인 경우에, CC 충전 상태라고 판정되면, CC·CV 충전 시간을 산출하는 CC·CV 충전 시간 산출 처리가 실행된다(S14).

또, 판정 수단(54)에 의해, S13의 처리에 있어서, 예를 들면, 전압 변화 속도가 소정값(제1 역치) 미만 또한 전류 변화 속도가 소정값(제2 역치) 이상인 경우에, CV 충전 상태라고 판정되면, CV 충전 시간을 감산 처리하는 CV 충전 시간 산출 처리가 실행된다(S15).

또, 판정 수단(54)에 의해, S13의 처리에 있어서, 예를 들면 전압 변화 속도 및 전류 변화 속도가 소정값(제1 역치, 제2 역치) 미만이 되고, CV 충전 전류가 소정값(제3 역치) 이하라고 판정되면, 충전 말기 보정을 행하는 충전 말기 보정 처리가 실행된다(S16).

즉, 도 4에 나타내는 플로우차트에서는, S13의 처리 결과에 따라 S14~S16 중, 어느 하나의 처리가 행해진다.

<만충전 시간 산출을 위한 각 처리 상태의 천이에 대해서>

다음에, 도 5를 사용하여, 본 실시형태에 있어서의 이차전지(20)의 만충전 시간 산출을 위한 처리 상태의 천이에 대해서 설명한다. 도 5는, 이차전지의 만충전 시간 산출을 위한 처리 상태의 천이에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 검출 수단(51)에 의해 검출된 이차전지(20)의 충전 전류 Ic의 값이 0보다 큰 경우(Ic>0), 이차전지(20)의 충전이 개시되었다고 판단되고, CC·CV 충전 시간이 산출되는 처리 상태가 된다(S20). 또한, 검출 수단(51)에 의해 검출된 이차전지(20)의 충전 전류 Ic의 값은, 편의상 (+)가 충전 전류, (-)가 방전 전류를 나타내는 것으로 한다.

또, S20의 상태에 있어서, CV 충전이 검출되면, S20의 산출 처리에서 산출된 CC·CV 충전 시간을 감산해가는 잔시간 카운트다운 상태가 되고(S21), 소정의 전류값 Ic1이 검출되면, 그 때의 검출 시간 T1을 유지하고(S22), S21의 처리 상태로 되돌아간다.

다음에, 소정의 전류값 Ic2가 검출되면, 검출 시간 T2를 유지하고, T1이나 T2 등을 사용하여 충전 말기 시간이 산출되는 처리 상태가 된다(S23).

다음에, S23의 처리에서 산출된 충전 말기 시간을 감산해가는 잔시간 카운트다운 상태가 되고(S21), 이차전지(20)의 충전 전류의 값이 0 이하가 된 경우, 방전중이라고 판단된다(S24). 또한, S24의 처리에서는 Ic=0인 경우에 만충전이라고 판단한다.

상기 서술한 바와 같이 만충전 시간 산출을 위해서 실행되는 감시 IC(12)의 구체적인 산출 처리, 및 만충전 시간의 산출에 필요한 이차전지(20)의 전지 특성에 대해서, 이하와 같이 설명한다.

<경로 저항 Rc 및 CV 충전 전압 Vcv의 산출 처리의 흐름에 대해서>

우선, 도 6을 사용하여, 만충전 시간의 산출에 사용되는 경로 저항 Rc의 측정 처리에 대해서 설명한다. 도 6은, 만충전 시간의 산출에 사용되는 경로 저항 Rc의 측정 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 또한, 후술하는 플로우차트의 스텝에 나타나는 수치는 일례이며, 본 발명에 대해서는, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 측정 수단(53)은 검출 수단(51)에 있어서 검출되는 CV 충전중의 충전 전류값 Ic가 0보다 큰(Ic>0)지 여부를 판단하고(S30), 충전 전류값 Ic가 0보다 큰 경우(S30에 있어서, YES), 다음에, 충전 전류값 Ic가 예를 들면 500mA 이하(Ic≤500mA)인지 여부를 판단한다(S31). 또한, 측정 수단(53)은 충전 전류값 Ic가 0보다 크지 않다(Ic≤0)고 판단한 경우(S30에 있어서, N0), 처리를 종료한다.

측정 수단(53)은 CV 충전중의 충전 전류값 Ic가 500mA 이하라고 판단한 경우(S31에 있어서, YES), 충전 전류값 Ic1=500mA일 때의 CV 충전중의 충전 전압값 Vc1의 취득이 끝났는지 여부를 판단한다(S32). 측정 수단(53)은 충전 전압값 Vc1의 취득이 끝나지 않았다고 판단한 경우(S32에 있어서, N0), 충전 전류값 Ic1=500mA일 때의 충전 전압값 Vc1을 취득한다(S33).

다음에, 측정 수단(53)은 CV 충전중의 충전 전류값 Ic가 500mA 이하가 아니라고 판단한 경우(S31에 있어서, NO), 다음에, 충전 전류값 Ic가 예를 들면 200mA 이하(Ic≤200mA)인지 여부를 판단하고(S34), 충전 전류값 Ic가 200mA 이하라고 판단한 경우(S34에 있어서, YES), 충전 전류값 Ic2=200mA일 때의 CV 충전중의 충전 전압값 Vc2의 취득이 끝났는지 여부를 판단한다(S35).

측정 수단(53)은 충전 전압값 Vc2의 취득이 끝나지 않았다고 판단한 경우(S35에 있어서, NO), 충전 전류값 Ic2=200mA일 때의 충전 전압값 Vc2를 취득한다(S36).

다음에, 측정 수단(53)은 S33의 처리에 있어서 취득한 충전 전압값 Vc1, 및 S36의 처리에 있어서 취득한 충전 전압값 Vc2와, 대응하는 충전 전류값 Ic1(500mA), Ic2(200mA)에 기초하여 경로 저항값을 산출하고(S37), 처리를 종료한다. 또한, 측정 수단(53)은 S32의 처리에 있어서 충전 전압값 Vc1의 취득이 끝났다고 판단한 경우(S32에 있어서, YES) 및 S35의 처리에 있어서 충전 전압값 Vc2의 취득이 끝났다고 판단한 경우(S35에 있어서, YES), 처리를 종료한다.

측정 수단(53)은 상기 서술한 S37의 처리에 있어서, 예를 들면 이하의 식을 사용하여 경로 저항 Rc를 산출할 수 있다.

Rc=(Vc2-Vc1)/(Ic1-Ic2)

(예)Rc=(4180mV-4168mV)/(500mA-200mA)=0.04Ω

또, 상기 서술한 바와 같이 산출한 경로 저항 Rc를 사용하여, 측정 수단(53)은 CV 충전 전압 Vcv를 산출한다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, CV 충전 전압 Vcv는 경로 저항 Rc에 의한 전압 상승에 의해, 검출 수단(51)에 의해 검출할 수 없다. 또, 전압 상승 ΔVc는 경로 저항 Rc와 CV 충전 전류 Ic의 곱으로 간주할 수 있기 때문에, 경로 저항 Rc를 산출할 때에 취득한 CV 충전 전류 Ic2, CV 충전 전압 Vc2, 및 경로 저항 Rc를 사용하여, CV 충전 전압 Vcv를 산출한다. 예를 들면, 이하의 식을 사용하여 CV 충전 전압 Vcv를 산출할 수 있다.

Vcv=Vc2+Ic2×Rc

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

Vcv=4180mV+200mA×0.04Ω=4188mV

가 된다.

또한, 이 경로 저항 Rc와 CV 충전 전압 Vcv는 충전할 때마다 산출해두고, 만충전 시간의 산출에 사용하는 값은 전회 산출시의 값을 사용한다.

<제1 충전율 SOCfull에 대해서>

다음에, 도 7을 사용하여, 본 실시형태의 만충전 시간의 산출에 사용되는 제1 충전율 S0Cfull에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 만충전 시간의 산출 처리에서는, 이차전지(20)의 충전 가능 용량을 산출할 필요가 있다.

예를 들면, 충전 종지 전류 0mA에서 충전 가능한 S0C(State 0f Charge)를 제1 충전율 SOCfull로 하면, 제1 충전율 SOCfull은, 도 7에 나타내는 바와 같이 경로 저항 Rc 및 현재 온도의 내부 저항값 Rrtn에 대하여 선형의 특성을 가진다. 또한, 상기 서술한 SOC는 이차전지(20)의 전지 용량중의 잔용량의 비율(충전율)을 나타내는 것이다.

도 7은, 경로 저항 Rc 및 현재 온도의 내부 저항값 Rrtn에 대한 제1 충전율 SOCfull의 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경로 저항값 Rc 및 현재 온도의 내부 저항값 Rrtn의 합계 저항값 [mΩ], 세로축(y축)은 제1 충전율 S0Cfull[%]을 나타내고 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 충전율 SOCfull은 소정의 충전 전압(예를 들면 이차전지(20)의 기본이 되는 충전 전압 4.15V, 충전 전압 4.2V, 충전 전압 4.25V)에 대하여 일정한 오프셋을 가지는 것 같은 특성이 된다.

이와 같은 도 7에 나타내는 특성을 x축에 대한 1차식으로 근사하면, 제1 충전율 SOCfull은, 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

SOCfull=αSOC×(Rrtn+Rc)+βSOC+αV×ΔVcv…(1)

(예)SOCfull=-0.026×(139mΩ+100mΩ)+105.5+0.05×(4250mV-4200mV)

또한, ΔVcv는 상기 서술한 바와 같이 산출한 CV 충전 전압 Vcv로부터 이차전지(20)의 기준이 되는 충전 전압을 뺀 전압이다(ΔVcv=Vcv-충전 전압(예를 들면 4.2V)).

상기 서술한 도 7에 나타내는 특성을 나타내는 계수(αSOC, βSOC, αV)는 특성 데이터로서 기록 수단(52)에 격납시켜둔다.

충전 시간 산출 수단(55)은 검출 수단(51)에 의해 충전 전류값 Ic>0가 검출되면, 충전 상태가 되었다고 판단하고, 상기 서술한 식(1)에, 사전에 산출한 경로 저항 Rc, 현재 온도의 내부 저항값 Rrtn, 전압 상승 ΔVcv를 사용하여, 제1 충전율 SOCfull을 산출한다.

또한, 현재 온도의 내부 저항값 Rrtn은 공지의 방법을 사용하여 이차전지(20)의 주위 온도나 이차전지(20)의 잔용량으로부터 산출된다. 예를 들면, 현재 온도의 내부 저항값 Rrtn은 이차전지(20)에 대한 충방전이 행해지지 않는 안정 상태로부터, 충전이 개시되었을 때의 전류 변화 ΔIc와, 충전 개시 전후의 전압 변화 ΔVc로부터, ΔVc/ΔIc로서 현재의 저항값을 산출한다. 내부 저항값 Rrtn은 온도가 내려갈수록 커지는 특성이 있어, 이 특성을 수치화하고, 과거에 산출한 내부 저항값과 온도 특성식으로부터 현재 온도의 내부 저항 Rrtn을 산출한다.

다음에, 도 8 및 도 9를 사용하여, CC 충전 시간 Tcc의 산출 처리에 대해서 설명한다. 우선, CC 충전 시간 Tcc를 산출하기 위해서 사용되는 정전류(CC)에 의해 충전 가능한 이차전지(20)의 전지 용량에 대한 충전율인 CC 충전율 SOCcc에 대해서 설명한다.

CC 충전율 SOCcc는 이차전지(20)의 충전 상한값인 상기 서술한 제1 충전율 SOCfull로부터의 저항 성분에 의한 전압 강하와, 충전 전압의 변동분에 의한 변동을 고려하여, 예를 들면 다음과 같이 CC 충전율 SOCcc를 정식화할 수 있다.

SOCcc=SOCfull+(αR×Icc)÷1000+αV×ΔVcv

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

SOCcc=101.8%+(-29×700mA)÷1000+0.05×(4250mV-4200mV)=84%

가 된다.

여기서, Icc는 검출 수단(51)에 의해 검출되는 CC 충전중의 충전 전류값이다. 또, CC 충전율 S0Ccc를 나타내는 식 중, 저항 성분에 의한 전압 강하는 (αR×Icc)÷1000에 의해 나타나고, 충전 전압의 변동분은 αV×ΔVcv에 의해 나타난다.

또, 상기 서술한 저항 성분에 의한 전압 강하에 사용되는 저항 성분 계수 αR은 이차전지(20)의 내부 저항에 의한 성분과 경로 저항에 의한 성분으로 분해할 수 있다. 즉, 저항 성분 계수 αR은 예를 들면 다음 식으로 나타낼 수 있다.

αR=f(Rrtn)+αV×RC

상기 서술한 CC 충전율 SOCcc의 식과, 저항 성분 계수 αR의 식으로부터, 이차전지(20)의 내부 저항의 보정 계수 f(Rrtn)는 예를 들면 다음 식으로 나타낼 수 있다.

f(Rrtn)=(SOCcc-SOCfull-(αV×Rc×Icc)÷1000-αV×ΔVcv)÷Icc×1000

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

f(Rrtn)=(80%-99.4%-(0.05×100mΩ×700mA)÷1000-0.0507×(4250mV-4200mV))÷700mA×1000=-34.05

가 된다.

여기서, 도 8은, 이차전지의 내부 저항값 Rrtn에 대한 CC 충전율 S0Ccc의 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 내부 저항[mΩ], 세로축(y축)은 CC 충전율 SOCcc[%]를 나타내고 있다. 도 8의 세로축은 상기 서술한 보정 계수 f(Rrtn)의 식의 우변에 대응하고 있다.

즉, 도 8에 나타내는 바와 같이, 이차전지의 내부 저항값 Rrtn은 CC 충전율 S0Ccc의 값(상기 서술하는 우변의 값)과 선형의 관계로서 근사하는 것이 가능하다.

또, 도 8에 나타내는 특성을 x축에 대한 1차식으로 근사하면, 저항 성분 계수 αR은, 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

αR=αcc×Rrtn+βcc-αV×Rc

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

αR=-0.06×139mΩ-15.875-0.05×100mΩ=-29

가 된다. 여기서, CC 충전 시간 Tcc를, 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

Tcc={[SOCfull+(αR×Icc)÷1000+αV×ΔVcv]×전지 용량÷100-잔용량}÷Icc×60…(2)

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

Tcc={[101.8%+(-29×700mA)÷1000+0.05×(4250mV-4200mV)]×998mAh÷100-22mAh}÷700mA×60=69.9min

가 된다.

또한, 상기 서술한 특성을 나타내는 계수(αcc, βcc, αV)는 특성 데이터로서 기록 수단(52)에 격납시켜둔다.

여기서, 도 9는, CC 충전 시간 Tcc의 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 충전 시간 산출 수단(55)은 제1 충전율 S0Cfull을 상기 서술한 식(1)에 의해 산출하고(S40), S40의 처리에 의해 산출한 제1 충전율 S0Cfull을 사용하여, CC 충전율 SOCcc를 산출한다(S41).

다음에, 충전 시간 산출 수단(55)은 CC 충전 시간 Tcc를 상기 서술한 식(2)에 의해 산출하고(S42), 산출한 CC 충전 시간 Tcc의 값이 적절한지 여부를 판단한다(S43).

예를 들면, CC 충전 시간 Tcc의 값이 Tcc<0가 된 경우에는, 적절하지 않다고 판단하고(S43에 있어서, N0), Tcc=0로 하여(S44), 처리를 종료한다. 또, CC 충전 시간 Tcc의 값이 Tcc<0가 되지 않은 경우에는, 적절하다고 판단하고(S43에 있어서, YES), 처리를 종료한다.

또한, 구체적으로는 충전 시간 산출 수단(55)은 S40의 처리에 의해 제1 충전율 S0Cfull을 구한 후, S43의 처리에 의해 CC 충전 시간 Tcc를 산출하면 된다.

이 때, 충전 시간 산출 수단(55)은 기록 수단(52)에 격납된 각 특성 계수(αcc, βcc, αV)를 취득하고, 또, 검출 수단(51)에 의해 검출되는 CC 충전 전류값 Icc, 사전에 산출한 경로 저항 Rc, 현재 온도의 내부 저항값 Rrtn, 제1 충전율 S0Cfull, 경로 저항에 의한 전압 상승 ΔVcv, 이차전지(20)의 기준이 되는 전지 용량, 잔용량을 사용하여, 상기 서술한 식(2)으로부터, 정전류 충전 시간 Tcc를 산출한다.

또한, 상기 서술한 전지 용량, 잔용량은 공지의 방법을 사용하여 산출된다. 예를 들면, 전지 용량은 한번의 충전으로 충전된 용량과 그 때에 변동한 충전율의 관계로부터 구할 수 있다. 예를 들면 전지 용량[mAh]=충전 용량[mAh]÷(충전 종료후 충전율[%]-충전 개시전 충전율[%])×100의 식을 사용하여 산출하는 것이 가능하다.

또, 잔용량은 미리 전압과 충전율의 관계를 나타내는 테이블을 메모리에 유지해 두고, 이 테이블과 안정 상태(즉 충전이나 방전이 행해지지 않고, 전압 변동이 미소)의 전압으로부터, 그 전압에서의 충전율을 구하고, 구한 충전율과 전지 용량으로부터 산출한다. 또한, 잔용량은 충방전 전류의 적산량으로부터 계산해도 된다.

또, CC 충전 시간 Tcc는 온도 변화나, CC 충전 전류값 Icc 등의 충전 전류의 변화에 의한 시간 변동을 반영시키기 위해서, 판정 수단(54)에 의해 이차전지(20)의 충전 상태가 CV 충전이라고 판정될 때까지, 소정 시간마다 산출하면 된다.

<제2 충전율 SOCchg에 대해서>

다음에, 도 10을 사용하여, 정전압(CV)에 의한 CV 충전 시간 Tcv의 산출에 사용되는 제2 충전율 SOCchg에 대해서 설명한다. 도 10은, CV 충전 시간 Tcv의 산출에 사용되는 제2 충전율 SOCchg를 설명하기 위한 도면이다.

또한, 제2 충전율 SOCchg는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류값 Istop(예를 들면 충전 제어 IC(31)를 포함하는 이차전지(20)를 충전하는 회로에 있어서 이차전지(20)의 충전을 멈추기 위해서 사용되는 충전 종지 전류값)에 대응하여 산출되는 충전율이다.

또, 충전 종지 전류값 Istop은, 예를 들면 이차전지(20)의 충전시(전회)에 있어서 검출된 최신의 충전 종지 전류값 Istop을 기록 수단(52)에 기록해두고, 다음회 이후의 충전시에 사용한다.

도 10(A)은, 충전 종지 전류 Istop에 대한 제2 충전율 SOCchg의 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 충전 종지 전류[mA], 세로축(y축)은 제2 충전율 SOCchg[%]를 나타내고 있다. 도 10(A)는, 제2 충전율 S0Cchg와 충전 종지 전류 Istop의 관계가 플롯되어 있는 것이며, 제2 충전율 S0Cchg는 도 10(A)에 나타내는 바와 같은 2차 특성을 나타내고 있다.

또, 도 10(B)는, 도 10(A)에 나타내는 특성을 직선 근사했을 때의 기울기(충전 가능 SOC 산출 계수)와, CC 충전 시간 Tcc 산출시에 구한 저항 성분 계수 αR 및 충전 전압 ΔVcv의 합의 관계를 나타내는 도면이다. 도 10(B)에 나타내는 바와 같이, 도 10(A)에 나타내는 특성을 직선 근사했을 때의 기울기와, 저항 성분 계수 αR 및 충전 전압 ΔVcv의 합은 계수배로 근사 가능한 특성을 나타내고 있다.

도 10(B)에 나타내는 특성을 x축에 대한 1차식으로 근사하여, 저항값에 의해 변화하는 계수 αchg로 하면, 제2 충전율 SOCchg는, 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

SOCchg=SOCfull+αchg(αR+αV×ΔVcv÷Icc)×Istop…(3)

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

SOCchg=101.8%+0.00119[-29+0.05×(4250mV-4200mV)÷700mA)×60mA=99.7%

가 된다. 또, 도 10(B)의 가로축(x축)은 상기 서술한 식의 (αR+αV×ΔVcv÷Icc)에 대응하는 계수를 나타내고, 세로축(y축)은 SOCchg-S0Cfull의 값을 나타내고 있다.

상기 서술한 특성을 나타내는 계수(αchg)는 특성 데이터로서 기록 수단(52)에 격납해둔다. 충전 시간 산출 수단(55)은 제1 충전율 S0Cfull을 산출한 후, 기록 수단(52)에 격납한 각 계수 αchg 등과, 충전 종지 전류 Istop을 취득하고, 제1 충전율 S0Cfull과, 사전에 산출한 저항 성분 계수 αR을 사용하여, 상기 서술한 식(3)으로부터, 제2 충전율 SOCchg를 산출한다.

다음에, 도 11 및 도 12를 사용하여, CV 충전 시간 Tcv의 산출 처리에 대해서 설명한다. 도 11은, CV 충전시에 있어서의 충전 전류값 Ic의 변화를 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 시간 [h], 세로축(y축)은 충전 전류 [mA]를 나타내고 있다.

도 11에 나타내는 바와 같이, CV 충전시에 있어서의 충전 전류 Icv의 변화는 지수함수의 형태가 되고, 지수함수로 나타낼 수 있다고 가정한 경우, CV(정전압) 충전에 걸리는 시간인 CV 충전 시간 Tcv는 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

Tcv=log(Istart÷Istop)÷(Istart-Istop)×CV 충전 가능 용량

상기 서술한 식에 대해서, 펌에서의 실현이 곤란한 log의 계산부를 근사식으로서 성립하는 것 같은 함수 f로 하면, 함수 f는, 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

f(Istart÷Istop)=Tcv×(Istart-Istop)÷CV 충전 가능 용량

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

f(Istart÷Istop)=42min×(700mA-60mA)÷(995mAh-835mAh)=11.7

이 된다.

여기서, 상기 서술한 Istart는 산출시에 있어서의 CC 충전 전류 Icc의 값을 나타낸다. 또, CV 충전 가능 용량은 상기 서술한 CC 충전율 S0Ccc와 제2 충전율 S0Cchg를 사용하여, CV 충전 가능 용량=(SOCchg-S0Ccc)×전지 용량으로서 나타낼 수 있다.

또한, 상기 서술한 식의 좌변 Istart/Istop과 우변 사이에는, 다음과 같은 특성이 있다고 생각된다.

도 12는, 상기 서술한 좌변 Istart/Istop에 대한 우변의 특성을 나타내는 도면이다. 가로축(x축)은 좌변 Istart/Istop, 세로축(y축)은 우변 Tcv×(Istart-Istop)÷CV 충전 가능 용량을 나타내고 있다. 또한, 세로축에 나타내는 Qcv는 CV 충전 시간 Tcv에 충전되는 용량값을 나타내고 있다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 좌변 Istart/Istop과 우변 사이에는 좌변항 Istart/Istop에 대하여 2차 특성을 가지고 있다고 생각된다. 그래서, 도 12에 나타내는 특성을 x축에 대한 2차식으로 근사함으로써, CV 충전 시간 Tcv를, 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다. 또한, 이하의 식에서는, 충전 전류값 Istart를 Istart=Icc로서 나타내고 있다.

Tcv=[αcv×(Icc÷Istop)²+βcv×(Icc÷Istop)+γcv]÷(Icc-Istop)×CV 충전 가능 용량=[αcv×(Icc÷Istop)²+βcv×(Icc÷Istop)+γcv]÷(Icc-Istop)×(S0Cchg-SOCcc)×전지 용량…(4)

또한, 상기한 식에 구체적인 수치를 넣으면, 예를 들면,

Tcv=[-0.193×(700mA÷60mA)²+12.25×(700mA÷60mA)+50.5]÷(700mA-60mA)×(99.7%-84%)×998mAh÷100=41min

가 된다.

여기서, 상기 서술한 특성을 나타내는 계수(αCV, βCV, γCV)는 특성 데이터로서 기록 수단(52)에 격납해둔다. 충전 시간 산출 수단(55)은 제2 충전율 S0Cchg를 산출한 후, 기록 수단(52)에 격납한 각 계수(αcv, βcv, γcv)와, 충전 종지 전류 Istop을 취득하고, 제2 충전율 SOCchg와, 사전에 산출한 CC 충전율 SOCcc, 검출되는 충전 전류값 Icc를 사용하여, 상기 서술한 식(4)으로부터 CV 충전 시간 Tcv를 산출한다.

<CC·CV 충전 시간의 산출 처리의 흐름>

다음에, 도 13은, CC·CV 충전 시간의 산출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 충전 시간 산출 수단(55)은 제2 충전율 S0Cchg를 상기 서술한 식(3)에 의해 산출하고(S50), S50의 처리에 의해 산출된 제2 충전율 S0Cchg와, 사전에 산출된 CC 충전율 SOCcc를 사용하여, 상기 서술한 바와 같이, CV 충전 가능 용량을 산출한다(S51).

다음에, 충전 시간 산출 수단(55)은 CV 충전 시간 Tcv를 상기 서술한 식(4)에 의해 산출하고(S52), S52의 처리에 의해 산출된 CV 충전 시간 Tcv를, 이미 산출되어 보존되어 있는 CC 충전 시간 Tcc에 가산하고(S53), 처리를 종료한다.

상기 서술한 바와 같이, 충전 시간 산출 수단(55)은 상기 서술한 식(1) 내지 (4)에 기초하여 산출한 CC 충전 시간 Tcc와 CV 충전 시간 Tcv의 합계 시간을, 예측 시간으로서의 만충전 시간으로서 산출한다.

본 실시형태에서는, 판정 수단(54)에 의해 이차전지(20)의 충전 상태가 CV 충전이라고 판정될 때까지, 상기 서술한 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 CC 충전 시간 Tcc와 CV 충전 시간 Tcv의 합계 시간인 예측 시간으로서의 만충전 시간을 산출한다.

또, 판정 수단(54)에 의해 이차전지(20)의 충전 상태가 CV 충전이라고 판정된 후에는, CV 충전 시간 카운트 수단(56)이 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 산출된 예측 시간으로서의 만충전 시간으로부터 카운트다운을 행한다.

구체적으로는, CV 충전 시간 카운트 수단(56)은 예측 시간으로서의 만충전 시간으로부터 경과 시간에 대응하는 감산 처리를 행하고, 이 카운트다운은 후술하는 충전 말기 보정 수단(57)의 처리가 실행될 때까지 행한다.

또한, CV 충전 영역에 있어서는, 전류의 변동 등에 의한 대폭적인 시간의 증감이 발생하지 않기 때문에, 단순한 경과 시간의 감산에 의해 카운트다운하면 된다.

<충전 상태의 판정 처리에 대해서>

다음에, 도 14 내지 17을 사용하여, 만충전 시간의 시간을 산출하는 각 처리를 실행하는 타이밍을 결정하기 위해서, 이차전지(20)의 충전 상태를 판정하는 판정 수단(54)의 판정 처리에 대해서 설명한다.

도 14는, CC·CV충전 방법에 있어서의 검출 전류, 및 검출 전압의 기울기를 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 시간 [min], 좌측의 세로축(y축)은 충전 전류 [mA], 우측의 세로축(y축)은 충전 전압 [mV]을 나타내고 있다.

또, 도 14에 나타내는 검출 전류는 검출 수단(51)에 의해 검출되는 이차전지(20)의 충전 전류이며, 도 14에 나타내는 검출 전압은 검출 수단(51)에 의해 검출되는 이차전지(20)의 충전 전압이며, 도 14에 나타내는 셀전압은 이차전지(20)의 셀전압을 나타내고 있다.

도 14에 나타내는 바와 같이, CC 충전중에는 검출 전류가 일정하게 되고, 검출 전압은 소정의 기울기를 가지면서 증가한다. 또, CV 충전중에는 검출 전압이 증가하는 기울기가 작아지는 한편, 검출 전류는 지수함수적으로 감소한다. 이러한 변화를 가지는 CC·CV 충전 방법에 있어서, 충전중의 전류, 온도 변화, 이차전지(20)의 셀 내부에서의 미소 단락의 발생에 의해, CC 충전중에는 검출 전압이 안정되고, 또 CV 충전중에 검출 전류가 안정되어 그 기울기가 변화하는 현상이 생기는 경우가 있다.

본 실시형태에서는, 상기 서술한 점을 고려하여 설정한 역치에 기초하여, 판정 수단(54)이 이차전지(20)의 충전 상태를 판정함으로써, 이차전지(20)의 충전 상태를 정확하게 판정한다.

우선, 검출 수단(51)이 검출하는 CV 충전 전압이, 충전 제어 IC(31)로부터 출력되는 출력 전압, 경로 저항 Rc, CV 충전 전류에 의해 변화하는 것을 고려하여, CC 충전과 CV 충전과의 전환을 판정하기 위한 충전 상태 판정 개시 전압의 역치를 설정한다.

예를 들면, CV 전압의 하한값을 4150[mV], 경로 저항값 Rc를 80[mΩ], CC 충전 전류를 예를 들면 700mA로 한 경우에는, 충전 상태 판정 개시 전압을 이하의 식을 사용하여 설정한다.

판정 개시 전압=4150-(700×80)÷1000=4094[mV]

여기서, 예를 들면 CC 충전과 CV 충전의 전환을 판정하기 위한 충전 상태 판정 개시 전압을 검출 전압 약4000[mV] 이상으로 한다.

또, 도 15는, CC 충전 및 CV 충전을 판정하는 역치를 설명하기 위한 도면이다. 도 15(A)는, 최소 충전 전류 부근이라고 예상되는 예를 들면 330[mA]로 충전하고 있을 때에, 전압이 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블상에서 변화한다고 가정한 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 S0C[%], 좌측의 세로축(y축)은 충전 전압 [mV], 우측의 세로축(y축)은 전압 변화 속도 [mV/min]를 나타내고 있다.

도 15(A)에 나타내는 바와 같이, 충전 전압은, 예를 들면 CC 충전 및 CV 충전의 충전 상태 판정 개시 전압 4000[mV] 이상이 되면, 전압 증가 속도가 4mV/min 이상이 되고 있다. 그래서, CC 충전 또는 CV 충전의 충전 상태를 판정하기 위한 제1 역치로서, 예를 들면 전압 증가 속도 4mV/min의 값을 사용한다.

또, 도 15(B)는, CC 충전시의 충전의 불균일로부터 전류 변화 속도의 안정 역치를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 세로축(y축)은 충전 전류 [mV]를 나타내고 있다.

도 15(B)에 나타내는 바와 같이, CC 충전중의 충전 전류는 최대 약6[mA]폭으로 변동하고 있다. 그래서, CC 충전 및 CV 충전의 충전 상태를 판정하기 위한 제2 역치로서, 예를 들면 전류 감속 속도 8mA/min의 값을 사용한다.

다음에, 도 16은, CC·CV 충전중에 미소 단락이 발생한 경우의 충전 전압 및 충전 전류의 상태를 나타내는 도면이다. 도 16(A)는 CC 충전중에 미소 단락이 발생한 경우를 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 좌측의 세로축(y축)은 충전 전압 [mV], 우측의 세로축(y축)은 충전 전류 [mA]를 나타내고 있다.

도 16(A)에 나타내는 바와 같이, CC 충전중에 미소 단락이 발생한 경우, 상승하는 충전 전압의 기울기의 상태에 일부 변동이 생긴다.

또, 도 16(B)는, CV 충전중에 미소 단락이 발생한 경우를 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 좌측의 세로축(y축)은 충전 전압 [mV], 우측의 세로축(y축)은 충전 전류 [mA]를 나타내고 있다.

도 16(B)에 나타내는 바와 같이, CV 충전중에 미소 단락이 발생한 경우, 하강하는 충전 전류의 기울기가 일부 안정된 상태로 되어 있다.

상기 서술한 미소 단락이 생긴 경우의 충전 상태의 오판정을 막기 위해서, 본 실시형태에서는, 충전 전압, 충전 전류 각각 단독의 판정에 의해 충전 상태의 판정은 행하지 않고, 충전 전압, 충전 전류를 조합한 판정을 행한다.

구체적으로는, 판정 수단(54)은 상기 서술한 도 15에 나타내는 전압 증가 속도 및 전류 감속 속도를 사용하여, 전압 증가 속도가 제1 역치 이상 또한 전류 감속 속도가 제2 역치 미만인 경우에, CC 충전 상태라고 판정한다. 또, 판정 수단(54)은 전압 증가 속도가 제1 역치 미만 또한 전류 감소 속도가 제2 역치 이상인 경우에, CV 상태라고 판정한다. 이것에 의해, 도 16에 나타내는 바와 같이, 충전중에 미소 단락이 발생한 경우여도 오판정하지 않고 충전 상태를 판정하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 서술한 전압 증가 속도와 전류 감속 속도의 조합 이외의 조합은 충전중의 미소 단락에 의해 CC 충전 및 CV 충전의 어느 쪽에도 발생할 가능성이 있기 때문에, 충전 상태의 정확한 판정이 곤란하게 된다. 따라서, 상기 서술한 조합 이외의 조합이 생긴 경우에는, 전회 판정시의 상태를 유지하는 처리로 한다.

또, 도 17은, 충전 말기에 있어서의 CV 충전 전류의 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 좌측의 세로축(y축)은 충전 전류 [mA], 우측의 세로축(y축)은 전류 변화 속도 [mA/64sec]를 나타내고 있다.

또, 도 17에 나타내는 충전 전류의 파형은 CV 충전 전류의 변화 속도가 작아지는 열화 전지, 저온(유지율 88[%], 0[℃])에 있어서의 파형이다. 또한, 유지율은 전지의 열화율을 나타내고 있으며, 정격 용량에 대한 현재의 전지 용량의 열화율을 나타내고 있다. 예를 들면, 유지율[%]=현시점의 전지 용량[mAh]÷정격 용량(Fresh시)[mAh]×100의 식에 의해 산출된다.

도 17에 나타내는 바와 같이, CV 충전 전류의 값이 낮아지면, 전류 변화 속도의 값도, 예를 들면 제2 역치인 예를 들면 8[mA /min]을 밑돌지만, 충전 전류의 값이 소정값(제3 역치) 이하, 또한 전압, 전류의 변화 속도가 역치 미만이 될 경우에는 CV 충전 상태로서 판정한다.

상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 판정 수단(54)은 만충전 시간의 시간을 산출하는 각 처리를 실행하는 타이밍을 결정하기 위해서, 이차전지(20)의 충전중에 있어서 검출되는 충전 전류, 충전 전압의 값에 기초하여, 이차전지(20)의 충전 상태를 판정한다.

구체적으로는, 판정 수단(54)은 CC·CV 충전 상태를 판정하기 위해서, 우선, 검출 수단(51)으로부터 검출된 검출 전압이 예를 들면 4000[mV] 이상이 된 경우에, CC·CV 충전 상태 판정 처리를 개시한다.

또, 판정 수단(54)은 검출 수단(51)으로부터 검출되는 검출 전압 및 검출 전류의 값이, 예를 들면 전압 증가 속도가 4[mV /min](제1 역치) 이상, 또한 전류 감소 속도가 8[mA /min](제2 역치) 미만인 경우, 충전 상태는 CC 충전 상태라고 판정한다.

또, 판정 수단(54)은 검출 수단(51)으로부터 검출되는 검출 전압 및 검출 전류의 값이, 예를 들면 전압 증가 속도가 4[mV /min](제1 역치) 미만, 또한 전류 감소 속도가 8[mA /min](제2 역치) 이상인 경우, 충전 상태는 CV 충전 상태라고 판정한다.

또, 판정 수단(54)은 상기 서술한 전압 증가 속도 및 전류 감소 속도의 조합 이외의 검출 전압 및 검출 전류를 검출한 경우에는, 주로 전류 변동이나 미소 단락의 영향에 의한 상태이기 때문에, CC·CV 충전의 정확한 충전 상태를 판단할 수 없다고 하여, 전회 판정시의 상태를 유지한다.

또한, 판정 수단(54)은 상기 서술한 전압 증가 속도 및 전류 속도가 모두 설정한 역치 미만이 되고, 이 상태에서 CV 충전 전류가 충분히 작은 소정값(제3 역치) 이하인 경우도, CV 충전 상태로서 판정한다.

<충전 상태 판정 처리의 흐름>

다음에, 도 18을 사용하여, 판정 수단(54)이 실행하는 충전 상태 판정 처리에 대해서 설명한다. 도 18은, 충전 상태 판정 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 판정 수단(54)은 검출 수단(51)으로부터 전류가 검출되는 충전 전류값 Ic가 0보다 큰(Ic>0)지 여부를 판단하고(S60), 충전 전류 Ic가 0보다 큰 경우(S60에 있어서, YES), 경과 시간(예를 들면 1min)을 카운트한다(S61). 다음에, 판정 수단(54)은 S61의 경과 시간에 있어서 검출 수단(51)으로부터 검출된 충전 전류, 충전 전압의 변화 속도를 측정한다(S62).

다음에, 판정 수단(54)은 S62의 처리에서 측정한 충전 전류의 전류 변화 속도, 충전 전압의 전압 변화 속도에 기초하여 이차전지(20)의 충전 상태를 판정한다(S63).

판정 수단(54)은 상기 서술한 바와 같이, 예를 들면 전압 증가 속도가 4[mV/min] 이상, 또한 전류 감소 속도가 8[mA/min] 미만인 경우, 충전 상태는 CC 충전 상태라고 판정하고, 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 CC 및 CV 충전 시간을 산출한다(S64).

또, 판정 수단(54)은 예를 들면 전압 증가 속도가 4[mV/min] 미만, 또한 전류 감소 속도가 8[mA/min] 이상인 경우, 충전 상태는 CV 충전 상태라고 판정하고, CV 충전 시간 카운트 수단에 의해 CV 충전 시간 Tcv의 카운트다운을 행한다(S65).

또, 판정 수단(54)은 전압 증가 속도 및 전류 감소 속도가 모두 설정한 역치 미만이 되고, 이 상태에서 CV 충전 전류 Ic가 충분히 작은, 제3 역치인 소정값(예를 들면 Ic=150[mA]) 이하라고 판정한 경우, 충전 말기 보정 수단(57)에 의해 보정 처리를 행한다(S66).

또한, 판정 수단(54)은 충전 전류값 Ic가 0보다 크지 않은(Ic≤0) 경우(S60에 있어서, NO), 처리를 종료한다.

상기 서술한 충전 상태 판정 처리에서는, 전류 변화 속도, 전압 변화 속도의 산출은 판정 간격마다 적절한 역치를 설정하고, 예를 들면 전압 증가 속도가 안정되는 CV 충전 전압 부근으로부터 충전 말기 보정을 행할 때까지 판정을 반복하면 된다.

<충전 말기 보정 처리에 대해서>

다음에, 도 19 및 도 20을 사용하여, 충전 말기 보정 수단(57)에 의해 실행되는 충전 말기 보정 처리에 대해서 설명한다. 충전 말기에서는, 산출 오차가 남지 않도록 최종 시간=0이 되도록 보정을 행한다.

도 19는, 「Li-ion25℃」에 있어서의 충전 말기의 시간 경과와 CV 충전 전류의 특성을 나타내는 도면이다. 도 19(A)는, 충전 말기의 시간 경과에 대한 CV 충전 전류의 특성을 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 세로축(y축)은 충전 전류 [A]를 나타내고 있다. 또, 도 19(B)는, 도 19(A)의 충전 전류의 시간 변화가 지수함수와 매우 비슷한 특성을 나타내기 때문에, Log(Ic)로 했을 때의 시간 경과와의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 세로축(y축)은 Log(현재의 충전 전류값 Inow/Istop)를 나타내고 있다.

도 19(B)에 나타내는 바와 같이, Log(Ic)로 했을 때의 시간과의 관계는 선형성이 높은 특성이 된다. 도 19(B)에 나타내는 특성으로부터, CV 충전 시간 Tcv는 예를 들면 이하에 나타내는 식으로 나타낼 수 있다.

Tcv=-αT×log(Inow÷Istop)

또한, Inow는 상기 서술한 바와 같이 현재의 충전 전류값을 나타내고, 구체적으로는 충전 말기를 개시하는 전류값으로서 미리 설정된 값(도 20에 나타내는 Ic2)을 나타낸다.

또, 도 20은, 도 19(A)의 충전 전류 Ic1, Ic2에 대응하는 경과 시간 T1, T2를 나타낸 것이다. 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 세로축(y축)은 충전 전류 [A]를 나타내고 있다.

상기 서술한 계수 αT는, 도 20에 나타내는 충전 전류 Ic1, Ic2와, 그 경과 시간 T2-T1을 사용함으로써 이하에 나타내는 식으로 나타난다.

αT=-(T2-T1)÷log(Ic2÷Istop)-1og(Ic1÷Istop)

또, 도 19(B)에 나타내는 특성으로부터, 충전 전류 Ic1과 전류 Ic2의 2점의 전류값과, 그 경과 시간 T2-T1을 사용함으로써, 충전 말기 보정시의 나머지 충전 시간(충전 말기 시간)은 이하에 나타내는 식으로 나타낼 수 있다.

충전 말기 시간=-{(T2-T1)/[log(Ic2÷Istop)-log(Ic1÷Istop)]}×log(Inow÷Istop)

또한, 상기 서술한 계수 αT를 산출하는 타이밍을, 도 20에 나타내는 충전 전류값 Ic1, 충전 전류값 Ic2의 검출시로 한 경우, 충전 전류값 Ic1, Ic2, 현재 전류 Inow는 상수값이 되기 때문에, 상기 서술한 식의 계수항의 분모는 상수가 되고, 충전 말기 시간은 예를 들면 이하의 식으로 나타낼 수 있다.

충전 말기 시간=-{(T2-T1)÷αlog×[βlog-log(Istop)]…(5)

(예) 충전 말기 시간=-{(102min-95.6min)÷(-0.18)×(2-1.78)=7.8min

또한, 상기 서술한 특성을 나타내는 계수(αlog, β1og)는 특성 데이터로서 기록 수단(52)에 격납해둔다.

<충전 말기 보정 처리의 흐름>

다음에, 도 21을 사용하여, 충전 말기 보정 수단(57)이 실행하는 충전 말기 보정 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 도 21은, 충전 말기 보정 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 충전 말기 보정 수단(57)은 검출 수단(51)으로부터 전류가 검출되는 충전 전류값 Ic가 0보다 큰(Ic>0)지 여부를 판단하고(S70), 충전 전류값 Ic가 0보다 큰 경우(S70에 있어서, YES), 다음에, 충전 전류값 Ic가 예를 들면 150mA 이상(Ic>150mA)인지 여부를 판단한다(S71).

충전 말기 보정 수단(57)은 충전 전류값 Ic가 150mA 이상이 아니라고 판단한 경우(S71에 있어서, NO), 충전 전류값 Ic가 예를 들면 100mA 이상(Ic>100mA)인지 여부를 판단한다(S72).

충전 말기 보정 수단(57)은 충전 전류값 Ic가 예를 들면 100mA 이상 150mA 미만인 경우(S72에 있어서, YES), 시간 계측을 개시한다(S73). 구체적으로는, 도 20에 나타내는 충전 전류값 Ic1, Ic2의 검출시에 있어서의 T1, T2의 시간을 계측하고 유지한다.

또, 충전 말기 보정 수단(57)은 충전 전류값 Ic가 예를 들면 100mA 미만인 경우(S72에 있어서, NO), 시간 계측을 종료하고(S74), 충전 말기 보정을 행하기 위한 충전 말기 시간을 상기 서술한 식(5)에 의해 산출하고(S75), 처리를 종료한다.

또한, 충전 말기 보정 수단(57)은 충전 전류값 Ic가 0보다 크지 않다(Ic≤0)고 판단한 경우(S70에 있어서, N0), 처리를 종료한다.

상기 서술한 S75의 처리에 있어서, 충전 말기 보정 수단(57)은 기록 수단(52)에 격납된 각 특성 계수(αlog, βlog), T2-T1의 시간, 충전 종지 전류 Istop을 취득하고, 상기 서술한 식(5)으로부터 충전 말기 시간을 산출한다. 또, 산출한 후, 충전 말기 보정 수단(57)은 충전 말기 시간의 카운트다운을 행한다.

<예측 시간의 산출 정밀도>

다음에, 도 22를 사용하여, 본 실시형태에 의한 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 산출된 예측 시간의 산출 정밀도에 대해서 설명한다. 도 22는, 충전 시간 산출 수단에 의해 산출된 예측 시간의 산출 정밀도를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 충전 종지 전류 [mA], 세로축(y축)은 산출 시간 오차 [min]를 나타내고 있다.

도 22(A)는, 측정 온도 25[℃], 경로 저항 40[mΩ]인 경우의 예를 나타내고, 도 22(B)는, 측정 온도 25[℃], 경로 저항 80[mΩ]인 경우의 예를 나타내고 있다. 또한, 도 22(A), 도 22(B)의 세로축(y축)의 산출 시간 오차는 충전 시간 산출 수단(55)에 의해 산출된 예측 시간으로부터 실제로 걸린 실측의 충전 시간을 뺀 시간을 나타내고 있다.

도 22(A) 및 도 22(B)에 나타내는 바와 같이, 이차전지(20)의 용량 유지율 및 충전 전압이 각각 상이한 경우에 대해서, 충전 종지 전류의 변화에 대한 산출 시간 오차를 산출했더니, 모두 산출 시간 오차는 10분 이하에 들어가 있다.

<충전 말기 보정에 의한 산출 정밀도>

다음에, 도 23을 사용하여, 본 실시형태에 의한 충전 말기 보정 수단(57)에 의해 보정된 충전 시간의 산출 정밀도에 대해서 설명한다. 도 23은, 충전 말기 보정 수단에 의해 보정된 충전 시간의 산출 정밀도를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 온도[℃], 세로축(y축)은 산출 시간 오차[min]를 나타내고 있다.

도 23에 나타내는 바와 같이, 충전 종지 전류가 60[mA]인 경우에, 용량 유지율이 각각 80%, 90%, 100%가 되는 이차전지(20)에 대해서, 온도의 변화에 대한 산출 시간 오차를 산출했더니, 모두 산출 시간 오차는 5분 정도로 되어 있다.

<충전 시간 산출의 전환에 의한 산출 시간의 변동>

다음에, 도 24를 사용하여, 본 실시형태에 의한 만충전 시간 산출 처리에 의한 충전 시간 산출의 전환에 의한 산출 시간의 변동에 대해서 설명한다. 도 24는, 충전 시간 산출의 전환에 의한 산출 시간의 변동에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [min], 좌측의 세로축(y축)은 잔충전 시간 [min], 우측의 세로축(y축)은 충전 전류 [mA]를 나타내고 있다.

도 24에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 만충전 시간 산출 처리에 의한 산출 충전 시간은 경과 시간에 대한 잔충전 시간이 실측 시간(이상 충전 시간)을 따르도록 산출되고, CV 충전의 CV 판정 포인트 이후, 이상 충전 시간과 거의 겹치며, 충전 종료 포인트에서는 잔충전 시간이 거의 동시에 0의 상태로 되어 있다.

<충전 말기 보정 처리의 변형예>

다음에, 도 25를 사용하여, 본 실시형태에 의한 충전 말기 보정 처리의 변형예에 대해서 설명한다. 도 25는, 본 실시형태에 의한 충전 말기 보정 처리의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 가로축(x축)은 경과 시간 [sec], 세로축(y축)은 충전 전류 [A]를 나타내고 있다.

상기 서술한 도 20에 나타내는 충전 말기 보정 처리에서는, 미리 설정된 소정의 충전 전류(Ic1, Ic2)가 검출된 경우에, 그 검출시의 시간(T1, T2)을 유지해 둠으로써, 충전 말기 시간을 산출한다.

한편, 변형예에서는, 도 25에 나타내는 바와 같이, 미리 설정된 일정 간격마다 (T2-T1)에 충전 말기 시간을 산출하고, 보정을 행한다. 충전 말기 시간은 상기 서술한 산출식과 마찬가지의 식으로 나타낼 수 있다.

상기 서술한 산출식 중, 변형예에서는 T2-T1의 간격을 일정하게 함으로써, 일정 간격마다 충전 말기 시간을 산출하는 것이 가능해진다. 또, 변형예에서는 일정 간격마다 산출하기 때문에, 도 25에 나타내는 충전 전류의 기울기가 예측하기 쉬워짐으로써, 충전 말기 시간의 산출 정밀도를 좋게 하는 것이 가능해진다.

상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 이차전지의 상태에 따른 충전 가능 용량을 산출함으로써, 이차전지의 만충전 시간의 산출 정밀도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 실사용에서 대응이 필요한 경로 저항, 충전 전압, 충전 종지 전류를 고려하면서 충전 가능 용량을 산출하는 것이 가능해진다. 또, CC 충전 시간 Tcc와 CV 충전 시간 Tcv를 개별적으로 산출하여, 그 합계를 예측 시간으로 함으로써, 만충전 시간의 산출 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 충전 말기에 있어서 예측 시간의 보정을 행함으로써, 예측 잔시간을 정확하게 하는 것이 가능해진다.

본 실시형태에 의하면, 이차전지의 충전 종료까지 걸리는 시간이 산출 가능해지기 때문에 이차전지를 사용하는 제품의 유저빌리티를 향상시킨다. 또, 본 실시형태에 의해 산출된 예측 시간보다 대폭 충전 시간이 걸리는 경우나, 충전 가능 용량보다 많은 충전을 검출한 경우에, 이차전지의 이상으로서의 판정이 가능해지고, 이차전지의 안전한 사용이 가능해진다. 또, 미리 기준이 되는 온도에서의 초기의 충전 예측 시간을 기록해둠으로써, 실제로 충전에 걸린 시간으로부터 이차전지의 열화 상태를 파악하는 것이 가능해진다. 또, 실제로 이차전지의 충전 용량을 기록해둠으로써, 이차전지의 전지 저항을 산출하기 어려운 경우에도, 역산에 의해 이차전지의 전지 저항을 산출하는 것이 가능해진다.

이상, 각 실시형태에 기초하여 본 발명의 설명을 했지만, 상기 실시형태에 나타낸 요건에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 이러한 점에 관해서는, 본 발명의 주지를 해치지 않는 범위에서 변경할 수 있고, 그 응용 형태에 따라서 적절하게 정할 수 있다.

1…전지 감시 시스템 10…전지 감시 모듈
11…보호 IC 12…감시 IC
13A…온도 센서 13B…전압 센서
13C…전류 센서 14…CPU
15…메모리 20…이차전지
30…이동기 31…충전 제어 IC
40…AC 어댑터 51…검출 수단
52…기록 수단 53…측정 수단
54…판정 수단 55…충전 시간 산출 수단
56…CV 충전 시간 카운트 수단 57…충전 말기 보정 수단
58…제어 수단

Claims

이차전지의 전압값, 전류값, 및 온도를 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 의해 검출된 값을 사용하여 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 충전 시간 산출 수단과, 상기 이차전지의 충전 상태를 판정하는 판정 수단을 구비하는 전지 감시 장치로서,
상기 충전 시간 산출 수단은,
상기 검출 수단에 의해 정전압 충전중에 검출된 값에 기초하여 산출된 상기 이차전지의 경로 저항값과, 상기 이차전지의 충전 전압값과, 상기 이차전지의 현재 온도의 내부 저항값을 사용하여 소정의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 제1 충전율과, 상기 제1 충전율을 사용하여 산출된 정전류 충전율과, 상기 제1 충전율을 사용하여, 상기 이차전지를 충전하는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류에 대응하여 산출된 제2 충전율에 기초하여, 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 전지 감시 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 충전 시간 산출 수단은,
상기 검출 수단에 의해 정전류 충전중에 검출되는 충전 전류값과, 상기 제1 충전율에 기초하여 정전류 충전 시간을 산출하고,
상기 검출 수단에 의해 정전류 충전중에 검출되는 충전 전류값과, 상기 정전류 충전율과, 상기 제2 충전율에 기초하여 정전압 충전 시간을 산출하고,
상기 정전류 충전 시간에 상기 정전압 충전 시간을 가산함으로써 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 전지 감시 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 판정 수단에 의해 상기 이차전지의 충전 상태가 정전압 충전 상태라고 판정되고, 또한 상기 검출 수단에 의해 검출되는 충전 전류값이 소정값 이하인 경우, 상기 검출 수단에 의해 검출된 소정의 전류값과, 상기 고유의 충전 종지 전류를 사용하여 충전 말기 시간을 산출하고, 산출된 충전 말기 시간을 사용하여 상기 이차전지의 충전 시간을 보정하는 충전 말기 보정 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 전지 감시 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판정 수단은, 상기 검출 수단으로부터 검출된 값에 기초하여 산출된 상기 이차전지의 전압 변화 속도, 전류 변화 속도, 및 상기 소정의 전류값을 사용하여, 상기 이차전지의 충전 상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 전지 감시 장치.
이차전지의 전압값, 전류값, 및 온도를 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 의해 검출된 값을 사용하여 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 충전 시간 산출 수단과, 상기 이차전지의 충전 상태를 판정하는 판정 수단을 구비하는 전지 감시 장치에 의해 실행되는 전지 감시 방법으로서,
상기 검출 수단에 의해 정전압 충전중에 검출된 값에 기초하는 상기 이차전지의 경로 저항값을 취득하는 경로 저항값 취득 스텝과,
상기 경로 저항값 취득 스텝에 의해 취득된 상기 이차전지의 경로 저항값과, 상기 이차전지의 충전 전압과, 상기 이차전지의 현재 온도의 내부 저항값을 사용하여 소정의 충전 종지 전류에 대응하는 제1 충전율을 산출하는 제1 충전율 산출 스텝과,
상기 제1 충전율 산출 스텝에 의해 산출된 제1 충전율을 사용하여 정전류 충전율을 산출하는 정전류 충전율 산출 스텝과,
상기 제1 충전율을 사용하여, 상기 이차전지를 충전하는 충전 회로에 고유의 충전 종지 전류에 대응하는 제2 충전율을 산출하는 제2 충전율 산출 스텝과,
상기 제1 충전율과, 상기 정전류 충전율과, 상기 제2 충전율에 기초하여, 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 충전 시간 산출 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 전지 감시 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 충전 시간 산출 스텝은,
상기 검출 수단에 의해 정전류 충전중에 검출되는 충전 전류값과, 상기 제1 충전율에 기초하여 정전류 충전 시간을 산출하고,
상기 검출 수단에 의해 정전류 충전중에 검출되는 충전 전류값과, 상기 정전류 충전율과, 상기 제2 충전율에 기초하여 정전압 충전 시간을 산출하고,
상기 정전류 충전 시간에 상기 정전압 충전 시간을 가산함으로써 상기 이차전지의 충전 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 전지 감시 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 판정 수단에 의해 상기 이차전지의 충전 상태가 정전압 충전 상태라고 판정되고, 또한 상기 검출 수단에 의해 검출되는 충전 전류값이 소정값 이하인 경우, 상기 검출 수단에 의해 검출된 소정의 전류값과, 상기 고유의 충전 종지 전류를 사용하여 충전 말기 시간을 산출하는 충전 말기 시간 산출 스텝과,
상기 충전 말기 시간 산출 스텝에 의해 산출된 충전 말기 시간을 사용하여, 상기 이차전지의 충전 시간을 보정하는 충전 말기 보정 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 전지 감시 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판정 수단에 의해, 상기 검출 수단으로부터 검출된 값에 기초하여 상기 이차전지의 전압 변화 속도, 전류 변화 속도, 및 소정의 전류값을 취득하는 충전 상태 판정 정보 취득 스텝과,
상기 충전 상태 판정 정보 취득 스텝에 의해 얻어지는 상기 이차전지의 전압 변화 속도, 전류 변화 속도, 및 상기 소정의 전류값을 사용하여, 상기 이차전지의 충전 상태를 판정하는 판정 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 전지 감시 방법.