KR20160078250A - 이차 전지의 전압 조정 방법 - Google Patents

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KR20160078250A
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신이치로 모리
준이치 기쿠치
고지 다마루
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

이차 전지의 전압 조정 방법은, 이차 전지의 전압 조정 방법에 있어서, 이차 전지의 초기 전압을 계측한 제 1 전압값과, 미리 설정한 일정한 기간에 있어서 정전류 충전한 상기 이차 전지의 전압을 계측한 제 2 전압값의 전압차를 산출하는 전압차 산출 공정과, 전압차와 정전류 충전에 있어서 인가한 정전류값에 의거하여 이차 전지의 내부 저항을 산출하는 내부 저항 산출 공정과, 내부 저항과 전압 조정시에 이용하는 정전류값에 의거하여 추가 전압을 산출하고, 미리 설정된 요구 전압에 추가 전압을 가산하여 목표 전압을 산출하는 목표 전압 산출 공정과, 이차 전지가 목표 전압이 될 때까지 정전류 충전하는 전압 조정 공정을 가지고, 전압 조정 공정에 있어서, 미리 설정한 충전 허용 시간 내에 이차 전지가 목표 전압에 도달하지 않았을 경우에 이차 전지를 불량으로 판정한다.

Description

이차 전지의 전압 조정 방법{VOLTAGE CONTROL METHOD FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 이차 전지의 전압 조정 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 충전 후의 이차 전지의 전압을 미리 정해진 요구 전압으로 조정하는 이차 전지의 전압 조정 방법에 관한 것이다.
이차 전지의 제조 공정에 있어서, 이차 전지를 요구 전압까지 충전하는 전압 조정 공정이 있다. 이와 같은 전압 조정의 일례가 일본 공개특허 특개2011-146372에 개시되어 있다. 일본 공개특허 특개2011-146372에서는, 복수의 승강압 컨버터를 구비하고, 복수의 승강압 컨버터에 의해 복수의 이차 전지의 검사 사양에 적합한 충방전 전압을 부여한다.
이차 전지는, 전지의 내부 저항에 기인하여 충전 후에 전압 완화 현상이 발생한다. 여기에서, 요구 전압은, 전압 조정 후의 전지 팩의 전압이며, 전압 조정 후에 전지 팩이 요구 전압을 충족시키고 있는 지의 여부를 확인하기 위해서는, 전압 완화 현상에 따른 전압 강하 후의 전압을 검사할 필요가 있다.
그러나, 최근, 이차 전지에서는, 이차 전지의 셀 수의 증가, 대용량화가 진행되어, 특히 차량용 전지 팩에서는 그 경향이 현저하다. 이와 같은 다수의 셀에 의해 구성되는 대용량 전지팩(이하, 간단히 대용량 전지팩이라고 칭한다)에서는, 전압 완화 현상에 기인하는 전압 강하량이 크다. 그 때문에, 대용량 전지팩에서는, 요구 전압을 충족시키고 있는 지의 여부를 검사하기 위한 시간이 길어질 가능성이 있다.
본 발명은, 대용량 전지 팩이 요구 전압을 충족시키고 있는 지의 여부를 검사하는 시간을 단축하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공한다.
본 발명에 관련된 이차 전지의 전압 조정 방법의 일태양은, 이차 전지의 전압 조정 방법이다. 상기 전압 조정 방법은, 상기 이차 전지의 초기 전압을 계측한 제 1 전압값과, 미리 설정한 일정한 기간에 있어서 정전류 충전한 상기 이차 전지의 전압을 계측한 제 2 전압값의 전압차를 산출하고, 상기 전압차와 정전류 충전에 있어서 인가한 정전류값에 의거하여 상기 이차 전지의 내부 저항을 산출하고, 상기 내부 저항과 전압 조정시에 이용하는 정전류값에 의거하여 추가 전압을 산출하고, 미리 설정된 요구 전압에 상기 추가 전압을 가산하여 목표 전압을 산출하고, 상기 이차 전지가 상기 목표 전압이 될 때까지 정전류 충전하고, 상기 전압을 조정하고 있을 때, 미리 설정한 충전 허용 시간 내에 상기 이차 전지가 상기 목표 전압에 도달하지 않았을 경우에 상기 이차 전지를 불량으로 판정한다.
본 발명의 상기 태양에 관련된 이차 전지의 전압 조정 방법에서는, 전압 조정 공정 완료 후의 목표 전압을 미리 계산한 이차 전지의 내부 저항과 전압 조정 공정에서 인가하는 정전류의 크기에 의거하여 결정함으로써, 전압 완화 현상에 따른 전압 강하 후의 2차 전압의 전압을 요구 전압으로 정밀도 좋게 설정한다. 그 때문에, 본 발명의 상기 태양에 관련된 이차 전지의 전압 조정 방법에서는, 전압 조정 완료 시점에서 이차 전지가 목표 전압에 도달하고 있는 지의 여부에 의해 이차 전지가 요구 전압을 충족시키는 지의 여부를 판정할 수 있다.
본 발명의 상기 태양에 관련된 이차 전지의 전압 조정 방법에 의하면, 이차 전지가 요구 전압을 충족시키는 지의 여부에 대한 검사에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들의 특징, 이점 및 기술적, 산업적 중요성을, 유사한 구성 요소에 대해 동일 부호를 사용한 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관련된 충방전 장치의 블록도이다.
도 2a는, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 공정의 플로우 차트이다.
도 2b는, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 공정의 플로우 차트이다.
도 3은, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 공정의 타이밍 차트이다.
도 4는, 비교예에 관련된 전압 조정 공정의 타이밍 차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 설명의 명확화를 위해, 이하의 기재 및 도면은, 적절히, 생략 및 간략화가 이루어져 있다. 각 도면에 있어서, 동일한 요소에는 동일한 부호가 붙여져 있고, 필요에 따라 중복 설명은 생략되어 있다.
도 1에 본 발명의 실시형태 1에 관련된 충방전 장치(1)의 블록도를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 충방전 장치(1)는, 전압계(11), 충방전부(12), 검사 제어부(13)를 가진다. 충방전 장치(1)는, 전지(10)로의 충방전을 행한다. 전지(10)는 이차 전지이다. 충방전 장치(1)는 전지(10)에 정전류 충전을 행하는 것으로 한다.
전압계(11)는, 전지(10)의 정극과 부극과의 사이의 전압을 계측한다. 충방전부(12)는, 전지(10)에 정전류 충전을 행한다. 충방전부(12)는, 전지(10)의 방전 전류를 소정의 방전 경로로 배출한다. 검사 제어부(13)는, 충방전부(12)가 정전류충전을 행하는 시간을 제어한다. 검사 제어부(13)는, 전압계(11)에 의해 계측된 전압에 의거하여 전지(10)의 목표 전압의 산출 및 전지(10)의 우량품 판정을 행한다.
계속하여, 충방전 장치(1)를 이용한 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에 대하여 설명한다. 도 2에 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법의 플로우 차트를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 먼저, 충방전 장치(1)에 전지(10)를 접속한다(단계(S1)).
이어서, 충방전 장치(1)는, 전지(10)의 초기 전압이 미리 정해진 규격값의 범위 내인지의 여부를 판단한다(단계(S2)). 보다 구체적으로는, 충방전 장치(1)는, 충방전 장치(1)에 접속된 전지(10)의 전압을 전압계(11)에 의해 계측하고, 검사 제어부(13)에서 계측된 전압값에 의거하여 전지(10)의 전압이 규격값의 범위 내인지의 여부를 판정한다. 이 단계(S2)에 있어서, 전지(10)의 초기 전압이 규격값의 범위로부터 벗어나 있는 경우, 전지(10)에 이상이 발생하였다고 판단하여(단계(S11)), 전압 조정을 종료한다.
한편, 단계(S2)에 있어서, 전지(10)의 초기 전압이 규격값의 범위 내였던 경우, 충방전 장치(1)는, 서브 충전을 개시하고(단계(S3)), 미리 설정한 일정한 기간이 경과한 후에 서브 충전을 종료시킨다(단계(S4)). 이 서브 충전에서는, 일정한 기간 동안, 전지(10)에 정전류를 부여하여 충전을 행한다. 그리고, 서브 충전 종료 시점의 전지(10)의 전압을 확인한다(단계(S5)). 이 단계(S5)에 있어서, 전지(10)의 전압값이 미리 설정한 규격의 범위 외이면 전지(10)에 이상이 발생하였다고 판단하여(단계(S11)), 전압 조정을 종료한다.
한편, 단계(S5)에 있어서, 전지(10)의 전압이 규격의 범위 내이면, 검사 제어부(13)에 있어서 목표 전압을 산출한다(단계(S6)). 이 목표 전압의 산출에서는, 먼저, 전지(10)의 내부 저항을 산출하고, 당해 내부 저항과 후술하는 메인 충전에 있어서 전지(10)에 인가하는 정전류의 전류값에 의거하여 산출한다. 내부 저항(R)은, 단계(S3)에서 개시한 서브 충전에서 전지(10)에 인가하는 정전류의 전류값을 Isub, 전지(10)의 초기 전압(본 발명에 있어서의 제 1 전압값의 일례)과 서브 충전 종료 직후의 전지(10)의 전압(본 발명에 있어서의 제 2 전압값의 일례)의 전압차를 ΔV1로 한 경우 (1) 식에 의해 산출된다. 내부 저항(R)＝ΔV1/Isub…(1)
또, 목표 전압은, 후술하는 메인 충전으로 전지(10)에 인가하는 정전류의 전류값을 Imain으로 한 경우, (2) 식으로 나타낼 수 있다. 목표 전압＝요구 전압＋R×Imain…(2)
이어서, 충방전 장치(1)는, 메인 충전을 개시한다(단계(S7)). 그리고, 충방전 장치(1)는, 메인 충전을 개시한 후의 경과 시간(이하, 메인 충전 시간이라고 칭한다)이 미리 설정한 설정 시간 이하인지를 확인하면서(단계(S8)), 전지(10)의 전압이 목표 전압에 도달하였는지의 여부를 확인한다(단계(S9)). 여기에서, 충방전 장치(1)는, 메인 충전 시간이 설정 시간을 초과해버린 경우, 전지(10)에 이상이 발생하였다고 판단하여(단계(S11)), 전압 조정을 종료한다. 또, 충방전 장치(1)는, 전지(10)가 목표 전압에 도달할 때까지 메인 충전을 계속한다. 그리고, 충방전 장치(1)는, 전지(10)의 전압이 목표 전압에 도달한 것에 따라 메인 충전을 종료하고(단계(S10)), 전압 조정을 종료한다.
상기 설명으로부터, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 서브 충전에 있어서 생긴 전지(10)의 전압의 전압차로부터 전지(10)의 내부 저항을 산출하고, 이 내부 저항에 의거하여 목표 전압을 설정한다. 이것에 의해, 메인 충전에 의해 전지(10)의 전압이 목표 전압에 도달하였는지의 여부에 의거하여 전지(10)의 양부(良否) 판정을 행할 수 있다. 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 전지(10)의 전압이 목표 전압에 도달한 것에 따라 메인 충전이 종료한 후에, 전압 완화 현상에 따른 전압 강하가 생긴 후에 전지(10)의 전압은 정밀도 좋게 요구 전압이 된다. 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법의 타이밍 차트를 도 3에 나타낸다. 도 3에서는, 도 2의 단계(S3)의 서브 충전을 개시한 후의 전지(10)의 전압 변화를 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 서브 충전 기간(TM1)에 있어서 서브 충전을 행한다. 이 서브 충전에서는, 전지(10)에 정전류를 인가하여 충전을 행한다. 그리고, 방전 기간(TM2)에 있어서 목표 전압을 산출한다. 이 방전 기간(TM2)에서는 전지(10)가 방전 상태가 된다. 여기에서, 목표 전압을 산출하기 위한 전압차(ΔV1)는, 서브 충전 개시시의 전지(10)의 초기 전압과 서브 충전 종료시의 전지(10)의 전압의 전압차이다. 그리고, 충방전 장치(1)는, 전압차(ΔV1)와, 서브 충전 기간(TM1)에서 전지(10)에 인가한 정전류의 전류값에 의거하여 목표 전압과 요구 전압의 차(ΔV2)를 산출한다. 그리고, 충방전 장치(1)는, 메인 충전 시간(TM3)의 사이에 전지(10)의 전압이 목표 전압에 도달한 시점에서 전지(10)의 양부 판정을 행한다. 그 후, 전지(10)의 전압은, 전압 완화 현상에 의해 강하하고, 최종적으로 요구 전압이 된다.
여기에서, 도 4에 서브 충전 및 전지(10)의 내부 저항의 산출을 행하지 않은 비교예에 관련된 전압 조정 방법의 타이밍 차트를 나타낸다. 도 4에 나타낸 비교예에 관련된 전압 조정 방법에서는, 초기 전압으로부터 정전류 충전을 개시하여, 추정한 내부 저항으로부터 결정한 목표 전압에 도달할 때까지 이 정전류 충전을 계속한다(기간(TM11)). 그리고, 전압 완화 현상에 의해 전지(10)의 전압이 강하하고, 전지(10)의 전압이 안정된 시점에서 전지(10)의 양부 판정을 행한다. 즉, 비교예에 관련된 전압 조정 방법에서는, 전압 완화 현상에 따른 전압 강하가 안정될 때까지 양부 판정을 기다리지 않으면 안 되어 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에 비해 검사에 시간이 필요하게 된다.
또, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전지(10)의 내부 저항은 편차가 있고, 미리 추정한 내부 저항에 의거하여 목표 전압을 결정한 경우, 전지(10)의 실제의 내부 저항의 편차에 의해 전압 완화 현상이 안정된 후의 전압이 요구 전압으로부터 벗어날 가능성이 있다.
상기 설명으로부터, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 전압 조정 대상의 전지(10)의 내부 저항을 측정하기 위한 서브 충전을 행하고, 전지(10)의 초기 전압과 서브 충전 후에 전지(10)의 전압의 전압차로부터 전지(10)의 내부 저항을 산출한다. 그리고, 산출한 전지(10)의 내부 저항으로부터, 전압 조정 대상의 전지(10)에 적합한 목표 전압을 산출하고, 전지(10)가 소정의 시간 내에 목표 전압에 도달하는 지의 여부에 의거하여 전지(10)의 양부 판정을 행한다.
이것에 의해, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 목표 전압에 도달한 후의 전압 완화 현상이 안정 상태가 되는 것을 기다리지 않고 양부 판정을 행하여, 전압 조정에 걸리는 검사 시간을 단축할 수 있다.
또, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 전압 조정 대상의 전지(10)의 내부 저항을 계측하여, 계측한 내부 저항에 적합한 목표 전압을 설정하기 때문에, 전압 완화 현상이 안정된 후의 전지(10)의 전압을 정밀도 좋게 요구 전압으로 할 수 있다. 특히, 차량용 전지팩은, 다수의 셀에 의해 구성되는 조전지이고, 또한, 각 셀의 용량이 크기 때문에, 내부 저항의 편차가 적산되어 커지는 경향이 있다. 이와 같은 내부 저항의 편차가 큰 전지팩에서는, 실제의 내부 저항에 따른 목표 전압을 설정함으로써, 본래는 우량품이 되는 전지팩이 요구 전압을 충족시키지 않음으로써 불량품으로 오판정되는 것을 대폭 삭감할 수 있다.
또, 실시형태 1에 관련된 전압 조정 방법에서는, 서브 충전 후의 전지(10)의 전압값에 의거하여 전지(10)의 양부 판정을 행한다. 이것에 의해, 내부 저항이 규격의 범위 외가 되는 이상이 있는 전지에 대하여 메인 충전을 행하는 것을 방지할 수 있다.
상기 설명은, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 의거하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 이미 기술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

Claims (4)

  1. 이차 전지의 전압 조정 방법에 있어서,
    상기 이차 전지의 초기 전압을 계측한 제 1 전압값과, 미리 설정한 일정한 기간에 있어서 정전류 충전한 상기 이차 전지의 전압을 계측한 제 2 전압값의 전압차를 산출하고,
    상기 전압차와 정전류 충전에 있어서 인가한 정전류값에 의거하여 상기 이차 전지의 내부 저항을 산출하고,
    상기 내부 저항과 전압 조정시에 이용하는 정전류값에 의거하여 추가 전압을 산출하고, 미리 설정된 요구 전압에 상기 추가 전압을 가산하여 목표 전압을 산출하고,
    상기 이차 전지가 상기 목표 전압이 될 때까지 정전류 충전하여 전압 조정하고,
    상기 전압을 조정할 때에는, 미리 설정한 충전 허용 시간 내에 상기 이차 전지가 상기 목표 전압에 도달하지 않았을 경우에 상기 이차 전지를 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전압 조정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전압값이 미리 설정한 규격 범위 외인 경우에 상기 이차 전지를 불량으로 판정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전압 조정 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    충전 후의 전압을 미리 정해진 요구 전압으로 조정하는 이차 전지의 전압 조정 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 조정 방법은, 복수의 셀에 의해 구성되는 차량용 전지에 적용되는 이차 전지의 전압 조정 방법.
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