KR20160078881A - 충전 방법 및 충전 장치 - Google Patents
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Abstract
복수의 셀(9)을 갖는 이차 전지의 충전 방법은, 복수의 셀(9)을 직렬 접속하고, 제 1 전원(3)에 의해 정전류 충전을 행하는 공정과, 복수의 셀(9)의 전압을 측정하는 공정과, 측정된 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은 경우에, 복수의 셀(9)을 병렬 접속하고, 제 1 전원(3)의 전압보다 낮은 전압을 갖는 제 2 전원(4)에 의해 정전압 충전을 행하는 공정을 구비한다.
Description
본 발명은, 충전 방법 및 충전 장치에 관한 것이다.
이차 전지의 충전 방법으로서, 예를 들면 일본 공개특허 특개2010-63197호에 기재된 충전 방법이 알려져 있다. 일본 공개특허 특개2010-63197호에 기재된 충전 방법은, 1개의 전원에 복수의 셀을 접속하여, 복수의 스위치에 의해 직렬 접속 또는 병렬 접속으로 전환할 수 있다. 일본 공개특허 특개2010-63197호에 기재된 충전 방법에서는, 복수의 셀을 직렬 접속으로 하여, 고전압으로 직렬 정전류 충전을 행한 후, 복수의 셀을 병렬 접속으로 하여, 직렬 정전류 충전일 때보다 전원 전압을 저하시켜 병렬 정전압 충전을 행하고 있다.
일본 공개특허 특개2010-63197호에 기재된 충전 방법에서는, 병렬 정전압 충전을 행할 때의 전원 전압을, 직렬 정전류 충전을 행할 때의 전원 전압보다 낮게 할 필요가 있다. 그러나, 전원을 1개밖에 사용하지 않으므로, 정전압 충전 시에 전원 전압을 양호한 정밀도로 목표로 한 값으로 저하시키는 것이 어렵다는 문제가 있었다. 또, 일본 공개특허 특개2010-63197호에 기재되어 있는 충전 장치의 회로는, 직렬과 병렬을 전환하는 스위치에 다이오드를 이용하고 있다. 이 때문에, 병렬 접속했을 때에 복수의 셀의 전압이 평준화되지 않는다는 문제도 있었다.
본 발명은, 정전압 충전 시의 전압값의 정밀도를 향상할 수 있는 충전 방법 및 충전 장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 관련된 충전 방법은, 복수의 셀을 충전하기 위한 충전 방법에 있어서, 상기 복수의 셀을 직렬 접속하고, 제 1 전원에 의해 정전류 충전을 행하는 공정과, 상기 복수의 셀의 전압을 측정하는 공정과, 측정된 상기 복수의 셀의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은 경우에, 상기 복수의 셀을 병렬 접속하고, 상기 제 1 전원의 전압보다 낮은 전압을 갖는 제 2 전원에 의해 정전압 충전을 행하는 공정을 구비한다.
본 발명에 관련된 충전 방법에 의하면, 직렬 접속에서의 정전류 충전과 병렬 접속에서의 정전압 충전을 다른 전원을 이용하여 행할 수 있다. 이에 따라, 정전압 충전에 있어서의 전압값의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는, 상기 복수의 셀 중 적어도 1개 또는 미리 정한 수의 셀이 소정의 전압에 도달하면 상기 정전류 충전을 정지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 충전 방법에 의하면, 셀의 전압이 원하는 값보다 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 복수의 셀의 단자에 접속되어, 상기 복수의 셀에 전력을 공급하기 위한 통전 핀과, 상기 단자에 접속되어, 상기 복수의 셀의 전압을 측정하기 위한 전압 측정 핀을 구비하고, 상기 전압 측정 핀은 상기 통전 핀보다 먼저 상기 단자에 접촉하는 충전 장치를 이용하는 충전 방법으로서, 상기 정전류 충전을 행하는 공정 또는 상기 정전압 충전을 행하는 공정에서, 상기 복수의 셀을 상기 제 1 전원 또는 상기 제 2 전원과 접속할 때에, 상기 전압 측정 핀을 상기 단자에 접촉시켜 상기 복수의 셀의 전압을 측정하고, 측정된 상기 전압이 소정의 범위 외인 경우에는, 상기 복수의 셀과 상기 통전 핀의 접촉을 금지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 충전 방법에 의하면, 전압 측정 핀은 통전 핀보다 먼저 단자에 접촉하여 복수의 셀의 전압을 측정하고, 측정 결과에 이상이 있는 경우에는 통전 핀의 접촉을 금지한다. 이에 따라, 전압 측정 핀이 단자에 정상적으로 접촉하고 있지 않은 경우에, 통전 핀이 단자에 접촉하는 것을 금지할 수 있다. 따라서, 통전 핀이 단자 이외의 부분에 접촉하는 것에 의한 단락의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 복수의 셀의 단자에 접속되어, 상기 복수의 셀에 전력을 공급하기 위한 통전 핀과, 상기 단자에 접속되어, 상기 복수의 셀의 전압을 측정하기 위한 전압 측정 핀을 구비하고, 상기 단자가 배치된 단자면을 따른 방향으로 상기 전압 측정 핀 및 상기 통전 핀이 어긋났을 때에, 상기 전압 측정 핀은 상기 통전 핀보다 먼저 상기 단자로부터 빠지는 충전 장치를 이용하는 충전 방법으로서, 상기 정전류 충전을 행하는 공정 또는 상기 정전압 충전을 행하는 공정에서, 상기 복수의 셀의 전압을 측정하고, 측정된 상기 전압이 소정의 범위 외인 경우에는, 상기 복수의 셀과 상기 제 1 전원 또는 상기 제 2 전원의 접속을 떼어내는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 충전 방법에 있어서는, 전압 측정 핀은, 셀에 대한 위치가 어긋난 경우에, 통전 핀보다 먼저 단자로부터 빠진다. 이에 따라, 전압을 측정할 수 없게 된 시점에서 통전을 중지함으로써, 통전 핀이 단자 이외의 부분에 접촉하는 것에 의한 단락의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 관련된 충전 장치는, 복수의 셀을 충전하기 위한 충전 장치에 있어서, 제 1 전원과, 상기 제 1 전원보다 낮은 전압을 갖는 제 2 전원과, 상기 복수의 셀의 전압을 측정하는 전압 측정부를 구비하고, 상기 복수의 셀을 직렬 접속하여 상기 제 1 전원에 의해 정전류 충전을 행하며, 상기 정전류 충전 후의 상기 복수의 셀의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은 경우에, 상기 복수의 셀을 병렬 접속하여 상기 제 2 전원에 의해 정전압 충전을 행한다.
본 발명에 관련된 충전 장치에 의하면, 직렬 접속에서의 정전류 충전과 병렬 접속에서의 정전압 충전을 다른 전원을 이용하여 행할 수 있다. 이에 따라, 정전압 충전에 있어서의 전압값의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는, 상기 복수의 셀 중 적어도 1개 또는 미리 정한 수의 셀이 소정의 전압에 도달하면 상기 정전류 충전을 정지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 충전 장치에 의하면, 셀의 전압이 원하는 값보다 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 3 태양에 관련된 충전 장치는, 셀의 정극 단자에 접속되어, 상기 셀에 전력을 공급하기 위한 정극 단자용 통전 핀과, 상기 셀의 정극 단자에 접속되어, 상기 셀의 전압을 측정하기 위한 정극 단자용 전압 측정 핀과, 상기 셀의 부극 단자에 접속되어, 상기 정극 단자용 통전 핀과 한 쌍이 되어 상기 셀에 전력을 공급하기 위한 부극 단자용 통전 핀과, 상기 셀의 부극 단자에 접속되어, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀과 한 쌍이 되어 상기 셀의 전압을 측정하기 위한 부극 단자용 전압 측정 핀을 구비하고, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀이 상기 정극 단자용 통전 핀보다 그 선단(先端) 위치가 상기 정극 단자에 가까우며, 또한, 상기 부극 단자용 전압 측정 핀이 상기 부극 단자용 통전 핀보다 그 선단 위치가 상기 부극 단자에 가깝고, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀 및 상기 부극 단자용 전압 측정 핀의 선단은, 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자와 맞닿아서 후퇴 가능하다.
본 발명에 관련된 충전 장치에 의하면, 정극 단자용 전압 측정 핀 및 부극 단자용 전압 측정 핀은, 정극 단자용 통전 핀 및 부극 단자용 통전 핀보다 먼저 정극 단자 및 부극 단자에 접촉한다. 이에 따라, 셀에 통전하는 것보다 먼저 셀의 전압을 측정할 수 있으므로, 셀 사이의 전압의 차이를 확인하고 나서, 정극 단자용 통전 핀 및 부극 단자용 통전 핀을 셀에 접촉시킬 것인지의 여부의 판단을 행할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 배치되는 상기 셀의 단자면에서, 상기 정극 단자용 통전 핀은 상기 정극 단자의 중심 근방에 위치하고, 상기 부극 단자용 통전 핀은 상기 부극 단자의 중심 근방에 위치하며, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀은, 상기 정극 단자용 통전 핀과 상기 부극 단자용 통전 핀의 중간점에서 보아 상기 정극 단자용 통전 핀보다 외측에 위치하고, 상기 부극 단자용 전압 측정 핀은, 상기 중간점에서 보아 상기 부극 단자용 통전 핀보다 외측에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 충전 장치에 있어서는, 정극 단자용 전압 측정 핀 및 부극 단자용 전압 측정 핀은, 셀에 대한 위치가 어긋난 경우에, 정극 단자용 통전 핀 및 부극 단자용 통전 핀보다 먼저 정극 단자 및 부극 단자로부터 빠진다. 이에 따라, 전압을 측정할 수 없게 된 시점에서 통전을 중지함으로써, 정극 단자용 통전 핀 및 부극 단자용 통전 핀의 단락을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 정전압 충전 시의 전압값의 정밀도를 향상시킬 수 있는 충전 방법 및 충전 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 기술적 및 산업적 의의는, 같은 숫자들이 같은 구성 요소들을 지시하는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은 실시형태 1에 관련된 충전 장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 실시형태 1에 관련된 충전 장치를 나타내는 측면도이다.
도 3은 실시형태 1에 관련된 핀 유지부의 핀 유지면에 있어서의 핀 배치를 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)는, 셀의 단자면에 있어서의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 4의 (b)는, 셀의 단자면에 있어서의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 4의 (c)는, 셀의 단자면에 있어서의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는, 셀의 단자가 타원형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 5의 (b)는, 셀의 단자가 타원형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 5의 (c)는, 셀의 단자가 타원형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)는, 셀의 단자가 삼각형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 6의 (b)는, 셀의 단자가 삼각형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 6의 (c)는, 셀의 단자가 삼각형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)는, 셀의 단자가 타원형이며, 또한, 충전 장치의 핀이 직선상으로 나열되어 있는 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 (b)는, 셀의 단자가 타원형이며, 또한, 충전 장치의 핀이 직선상으로 나열되어 있는 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 (c)는, 셀의 단자가 타원형이며, 또한, 충전 장치의 핀이 직선상으로 나열되어 있는 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시형태 1에 관련된 충전 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 실시예에 있어서 4개의 셀을 직렬로 접속한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 10은 실시예에 있어서 4개의 셀을 병렬로 접속한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 11은 실시예에 있어서 직렬 정전류 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예에 있어서 병렬 정전압 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 비교예에 있어서 4개의 셀을 각각 전원에 접속한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 14는 비교예에 있어서 정전류 충전 및 정전압 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 1은 실시형태 1에 관련된 충전 장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 실시형태 1에 관련된 충전 장치를 나타내는 측면도이다.
도 3은 실시형태 1에 관련된 핀 유지부의 핀 유지면에 있어서의 핀 배치를 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)는, 셀의 단자면에 있어서의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 4의 (b)는, 셀의 단자면에 있어서의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 4의 (c)는, 셀의 단자면에 있어서의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는, 셀의 단자가 타원형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 5의 (b)는, 셀의 단자가 타원형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 5의 (c)는, 셀의 단자가 타원형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)는, 셀의 단자가 삼각형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 6의 (b)는, 셀의 단자가 삼각형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 6의 (c)는, 셀의 단자가 삼각형인 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)는, 셀의 단자가 타원형이며, 또한, 충전 장치의 핀이 직선상으로 나열되어 있는 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 (b)는, 셀의 단자가 타원형이며, 또한, 충전 장치의 핀이 직선상으로 나열되어 있는 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 (c)는, 셀의 단자가 타원형이며, 또한, 충전 장치의 핀이 직선상으로 나열되어 있는 경우의, 셀의 단자와 충전 장치의 핀의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시형태 1에 관련된 충전 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 실시예에 있어서 4개의 셀을 직렬로 접속한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 10은 실시예에 있어서 4개의 셀을 병렬로 접속한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 11은 실시예에 있어서 직렬 정전류 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예에 있어서 병렬 정전압 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 비교예에 있어서 4개의 셀을 각각 전원에 접속한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 14는 비교예에 있어서 정전류 충전 및 정전압 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
[실시형태 1]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 충전 장치(10)는, 정극 단자용 통전 핀(11)과, 부극 단자용 통전 핀(12)과, 정극 단자용 전압 측정 핀(13)과, 부극 단자용 전압 측정 핀(14)과, 핀 유지부(15)와, 제 1 전원(3)과, 제 2 전원(4)과, 전원 전환부(5)와, 회로 전환부(6)와, 전압 측정부(7)를 갖는다. 이차 전지의 셀(9)은, 정극 단자(91)와, 부극 단자(92)를 갖는다. 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)는 셀(9)의 단자면에 배치되어 있다.
충전 장치(10)는, 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)와, 제 1 전원(3) 또는 제 2 전원(4)을 접속하여 전압을 인가함으로써, 셀(9)의 충전을 행한다. 복수의 셀(9)이 배열된 상태로 지그(16)에 고정되어 있고, 복수의 셀(9)에 동시에 충전을 할 수 있다.
정극 단자용 통전 핀(11)은, 셀(9)의 정극 단자(91)에 접속되어, 셀(9)에 전력을 공급하기 위한 핀이다. 부극 단자용 통전 핀(12)은, 셀(9)의 부극 단자(92)에 접속되어, 정극 단자용 통전 핀(11)과 한 쌍이 되어 셀(9)에 전력을 공급하기 위한 핀이다.
정극 단자용 전압 측정 핀(13)은, 셀(9)의 정극 단자(91)에 접속되어, 셀(9)의 전압을 측정하기 위한 핀이다. 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 셀(9)의 부극 단자(92)에 접속되어, 정극 단자용 전압 측정 핀(13)과 한 쌍이 되어 셀(9)의 전압을 측정하기 위한 핀이다.
핀 유지부(15)는, 셀(9)의 단자면에 대향하는 핀 유지면에, 정극 단자용 통전 핀(11), 부극 단자용 통전 핀(12), 정극 단자용 전압 측정 핀(13), 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)을 유지하고 있다. 핀 유지부(15)는, Z축 방향으로 이동할 수 있다. 핀 유지부(15)를 Z축 마이너스 방향으로 이동시킴으로써, 정극 단자용 통전 핀(11), 부극 단자용 통전 핀(12), 정극 단자용 전압 측정 핀(13), 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)을 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)와 접촉시킨다.
정극 단자용 전압 측정 핀(13)의 선단 위치는, 정극 단자용 통전 핀(11)의 선단 위치보다 정극 단자(91)에 가깝다. 부극 단자용 전압 측정 핀(14)의 선단 위치는, 부극 단자용 통전 핀(12)의 선단 위치보다 부극 단자(92)에 가깝다. 예를 들면, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 길어도 된다. 이에 따라, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 먼저 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 접촉한다.
정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)의 선단은, 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)와 맞닿아서 후퇴 가능하다. 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)의 밑부분은 스프링에 의해 지지되어 있다. 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)의 선단에 힘이 가해지면 스프링이 수축되고, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)의 선단은 후퇴한다.
정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 먼저 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 접촉한다. 이에 따라, 셀(9)에 통전하는 것보다 먼저 셀(9)의 전압을 측정할 수 있으므로, 셀(9) 사이의 전압의 차이를 확인하고 나서, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)을 셀(9)에 접촉시킬 것인지의 여부의 판단을 행할 수 있다. 셀(9) 사이의 전압의 차이가 클 때에는, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)을 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 접촉시키는 것을 금지함으로써, 셀(9)을 병렬 접속했을 때에 큰 전류가 흐르는 것을 억제할 수 있다.
전압 측정부(7)가 측정한 정극 단자용 전압 측정 핀(13)과 부극 단자용 전압 측정 핀(14) 사이의 전압이 소정의 범위 외인 경우, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)이 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 올바르게 접촉하고 있지 않다고 판정하고, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에의 접촉을 금지해도 된다. 또, 전압 측정부(7)가 정극 단자용 전압 측정 핀(13)과 부극 단자용 전압 측정 핀(14) 사이의 전압을 측정할 수 없는 경우에도 마찬가지로, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에의 접촉을 금지해도 된다.
도 4의 (a)∼도 4의 (c)에, 셀(9)의 단자면에 있어서의 정극 단자용 전압 측정 핀(13), 부극 단자용 전압 측정 핀(14), 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)과, 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)의 위치 관계를 나타낸다. 여기서, 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)가 설치되어 있는 면을 단자면이라고 편의상 부르기로 한다. 도 4의 (a)에 모든 핀이 접촉하고 있는 상태, 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)에 접촉 불량인 상태를 나타낸다.
도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)을 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 접촉시켰을 때의, 단자면에 있어서의 정극 단자용 통전 핀(11)과 부극 단자용 통전 핀(12)의 중간점을 P라고 한다.
정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)이 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 정상적으로 접촉할 때, 정극 단자용 통전 핀(11)은 정극 단자(91)의 중심 근방에 위치하고, 부극 단자용 통전 핀(12)은 부극 단자(92)의 중심 근방에 위치한다. 이에 따라, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)이 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)로부터 빠지기 어려워진다.
정극 단자용 통전 핀(11)은, 정극 단자용 전압 측정 핀(13)보다 중간점 P의 가까이에 위치한다. 부극 단자용 통전 핀(12)은, 부극 단자용 전압 측정 핀(14)보다 중간점 P의 가까이에 위치한다. 즉, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 중간점 P에서 보아 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 외측에 위치한다. 따라서, 핀 유지부(15)에 대하여 셀(9)이 회전하여 회전 어긋남이 생겼을 때는, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 먼저 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)이 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)로부터 빠진다.
정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)은, 단자면에 있어서의 정극 단자용 통전 핀(11)과 부극 단자용 통전 핀(12)의 중간점 P에 대하여 점대칭으로 배치되어 있다. 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 단자면에 있어서의 정극 단자용 통전 핀(11)과 부극 단자용 통전 핀(12)의 중간점 P에 대하여 점대칭으로 배치되어 있다.
도 3은 핀 유지부(15)의 핀 유지면을 나타내는 도면이다. 정극 단자용 통전 핀(11), 부극 단자용 통전 핀(12), 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 핀 유지부(15)의 핀 유지면에 형성되어 있다. 핀 유지면에 있어서의 정극 단자용 통전 핀(11)과 부극 단자용 통전 핀(12)의 중간점을 Q라고 한다.
단자면에 있어서의 중간점 P와 마찬가지로, 핀 유지면에 있어서, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 중간점 Q에 대하여 점대칭으로 배치되어 있다. 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)은, 중간점 Q에 대하여 점대칭으로 배치되어 있다.
도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 핀이 셀(9)에 대하여 좌측(X축 마이너스 방향)으로 어긋난 경우, 정극 단자용 전압 측정 핀(13)이 정극 단자용 통전 핀(11)보다 먼저 정극 단자(91)로부터 빠진다. 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 핀이 셀(9)에 대하여 상측(Y축 플러스 방향)으로 어긋난 경우, 정극 단자용 전압 측정 핀(13)이 정극 단자용 통전 핀(11)보다 먼저 정극 단자(91)로부터 빠진다.
도 5의 (a)∼도 5의 (c) 및 도 6의 (a)∼도 6의 (c)에는, 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)의 형상이 다른 예를 나타낸다. 도 5의 (a)∼ 도 5의 (c)는, 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)의 형상이 타원형인 예를 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)∼도 6의 (c)는, 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)의 형상이 삼각형인 예를 나타내는 도면이다. 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)의 형상이 직사각형 이외여도, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 셀(9)에 대한 위치가 어긋났을 때에, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 먼저 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)로부터 빠진다.
도 7의 (a)∼도 7의 (c)에는, 정극 단자용 전압 측정 핀(13), 부극 단자용 전압 측정 핀(14), 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)이 직선상으로 나열되도록 배치된 변형예를 나타낸다. 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)의 형상이 타원형인 경우에 대하여 나타낸다. 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 셀(9)에 대한 위치가 어긋났을 때에, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 먼저 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)로부터 빠진다.
정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 대한 접촉 위치가 어긋나면, 셀(9)의 단자 이외의 부분에 단락이 생길 우려가 있다. 본 실시형태의 충전 장치(10)에서는, 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 셀(9)에 대한 위치가 어긋난 경우에, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)보다 먼저 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)로부터 빠진다. 이에 따라, 전압을 측정할 수 없게 된 시점에서 통전을 중지함으로써, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)의 단락을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2로 되돌아가서 충전 장치(10)의 구성을 설명한다. 제 1 전원(3) 및 제 2 전원(4)은, 셀(9)에 전압을 인가하기 위한 전원이다. 제 2 전원(4)의 전압은, 제 1 전원(3)의 전압보다 낮다. 충전 장치(10)는, 직렬 충전용의 충전 장치와 병렬 충전용의 충전 장치를 겸하고 있다. 제 1 전원(3)은 직렬 충전용의 전원으로서 이용되고, 제 2 전원(4)은 병렬 충전용의 전원으로서 이용된다.
회로 전환부(6)는, 복수의 셀(9)의 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)에 접속된 배선을 전환한다. 회로 전환부(6)는, 복수의 셀(9)의 직렬 접속과 병렬 접속을 전환할 수 있다.
전원 전환부(5)는, 제 1 전원(3) 및 제 2 전원(4)과 회로 전환부(6)의 접속을 전환한다. 회로 전환부(6)와 접속된 쪽의 전원이, 복수의 셀(9)과 접속된다. 복수의 셀(9)의 직렬 접속과 병렬 접속의 전환에 맞추어, 전압이 다른 전원으로 전환할 수 있다.
전압 측정부(7)는, 정극 단자용 전압 측정 핀(13)과 부극 단자용 전압 측정 핀(14) 사이의 전압, 즉 셀(9)의 전압을 측정한다. 복수의 셀(9) 사이의 전압의 차이가 클 때에는, 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)을 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 접촉시키는 것을 금지할 수 있다.
도 8을 이용하여, 본 실시형태에 관련된 충전 장치(10)를 이용한 이차 전지의 충전 방법에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 충전 방법에서는, 복수의 셀(9)을 지그(16)에 세트한 상태로 충전한다. 본 실시형태의 충전 방법에서는, 복수의 셀(9)을 직렬 접속하여 정전류 충전을 행한 후, 병렬 접속으로 전환하여 정전압 충전을 행한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 먼저, 회로 전환부(6)는 복수의 셀(9)을 직렬 접속하고, 전원 전환부(5)는 제 1 전원(3)을 복수의 셀(9)에 접속한다(ST401). 즉, 복수의 셀(9)이 세트된 지그(16)를 충전 장치(10)에 장착하고, 회로 전환부(6)에 의해 정극 단자용 통전 핀(11) 및 부극 단자용 통전 핀(12)을 직렬 접속된 복수의 셀(9)의 정극 단자(91) 및 부극 단자(92)에 접촉시킨다. 이때, 전원 전환부(5)는 제 1 전원(3)을 선택하고 있다.
다음으로, 제 1 전원(3)에 의해 복수의 셀(9)의 정전류 충전을 행한다(ST402). 전압 측정부(7)에 의해 복수의 셀(9)의 전압 및 전류를 모니터하면서 정전류 충전을 행한다.
다음으로, 복수의 셀(9) 중 적어도 1개가 소정의 기준 전압에 도달하면, 제 1 전원(3)은 정전류 충전을 정지하고, 전압 측정부(7)는 복수의 셀(9)의 모든 전압을 측정한다(ST403). 셀(9)의 전압을 기준 전압보다 높게 하지 않기 위해서이다.
다음으로, 회로 전환부(6)는 측정된 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은지를 판정한다(ST404). 측정된 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작다고 판정한 경우(ST404 YES), 회로 전환부(6)는 복수의 셀(9)을 병렬 접속하고, 전원 전환부(5)는 제 2 전원(4)을 복수의 셀(9)에 접속한다(ST405). 측정된 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값 이상이라고 판정한 경우(ST404 NO), 회로 전환부(6)는 전압이 높은 셀(9) 또는 전압이 낮은 셀(9)의 접속을 떼어내고, 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작아지도록 한다(ST407).
복수의 셀(9) 사이에 전압 차이가 있을 때에 복수의 셀(9)을 병렬 접속하면, 복수의 셀(9) 사이의 전압의 차이가 작아지도록 전류가 흐르고, 복수의 셀(9)의 전압이 평준화된다. 따라서, 복수의 셀(9) 사이의 전압의 차이를 작게 함으로써, 복수의 셀(9)을 병렬 접속할 때에, 셀(9) 사이에 큰 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
복수의 셀(9)이 병렬 접속되어 각각의 전압이 평준화된 후, 제 2 전원(4)에 의해 복수의 셀(9)의 정전압 충전을 행한다(ST406). 제 2 전원(4)의 전압은, 제 1 전원(3)의 전압보다 낮다.
본 실시형태에 관련된 충전 방법에 의하면, 직렬 접속에서의 정전류 충전과 병렬 접속에서의 정전압 충전을 다른 전원을 이용하여 행할 수 있다. 이에 따라, 정전압 충전에 있어서의 전압값의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
1개의 전원의 전압을 바꾸어 2종류의 전압에서의 충전을 행하는 경우에는, 정전압 충전에서의 전압 정밀도가 낮아진다. 그에 비해, 본 실시형태에 관련된 충전 방법은, 정전류 충전을 위한 제 1 전원(3)과는 다른 제 2 전원(4)을 이용하여 정전압 충전을 행함으로써, 정전압 충전에 있어서의 전압값의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관련된 충전 방법에 의하면, 복수의 셀을 병렬 접속하기 전에 각 셀의 전압을 측정하여, 측정된 복수의 셀의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은 경우에 복수의 셀을 병렬 접속한다. 이에 따라, 복수의 셀을 병렬 접속할 때에, 셀 사이에 큰 전류가 흐르는 것을 억제할 수 있다.
[실시예]
4개의 셀(9)(No.1 내지 No.4)에 대하여, 본 실시형태에 관련된 충전 장치(10)를 이용하여 충전을 행한 실시예를 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 4개의 셀(9)을 직렬로 접속하여, 제 1 전원(3)에 의해 정전류 충전을 행하였다. 도 11은, 직렬 정전류 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다. 도 11에 있어서는, 복수의 셀(9) 중 1개가 소정의 기준 전압에 도달하면, 정전류 충전을 정지했다. 그 후, 복수의 셀(9)의 전압의 차이의 측정을 행하고, 4개의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작다고 판정되었다.
셀(9) 중 1개가 기준 전압에 도달한 후, 도 10에 나타내는 바와 같이, 셀(9)을 병렬로 접속하여, 제 2 전원(4)에 의해 정전압 충전을 행하였다. 도 12는, 병렬 정전압 충전을 행했을 때의 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다. 복수의 셀(9)을 병렬 접속하면, 복수의 셀(9)의 전압이 평준화되어, 전압이 기준 전압보다 낮아진다. 그 때문에, 도 12에 나타내는 바와 같이, 충전의 초기에서는 전압이 기준 전압에 도달할 때까지 정전류 충전을 행한 후, 정전압 충전으로 전환했다.
[비교예]
4개의 셀(9)(No.1 내지 No.4)에 대하여, 도 13에 나타내는 충전 장치(40)를 이용하여 충전을 행한 비교예를 나타낸다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 1개의 전원에 1개의 셀(9)을 접속하여, 정전류 충전 및 정전류 충전을 행하였다. 도 14는, 셀(9)에 충전을 행했을 때의, 각각의 셀(9)에 대하여 시간과 전압의 관계를 나타내는 도면이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 전압이 소정의 값에 도달할 때까지 정전류 충전을 행한 후, 정전압 충전으로 전환했다.
[실시예와 비교예의 비교]
실시예와 비교예에 관련된 충전 장치에 있어서, 충전에 필요한 시간과 전력량(전원 Wh)의 관계를 표 1에 나타냈다. 표 1에 있어서의 충전에 필요한 시간의 단위는 [초]이고, 전력량의 단위는 [Wh]이다.
실시예의 정전류 충전에 있어서, 제 1 전원(3)의 전원 전압은 20V이며, 전류는 20A였다. 실시예의 정전압 충전에 있어서, 제 2 전원(4)의 전원 전압은 5V이며, 전류는 20A였다. 비교예의 정전류 충전에 있어서, 전원(30)의 전원 전압은 20V이며, 전류는 20A였다.
실시예에 있어서 충전 시에 동시에 접속되는 전원은 1개이므로, 채널수(ch수)는 1이다. 비교예에 있어서 충전 시에 동시에 접속되는 전원은 4개이므로, 채널수(ch수)는 4이다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 쪽이 비교예보다 채널수가 적음에도 불구하고, 동(同) 정도의 시간 및 전력량으로 동(同)수의 셀(9)의 충전을 행할 수 있었다. 실시예 쪽이 비교예보다 채널수가 적은, 즉, 동시에 접속되는 전원의 수가 적으므로, 실시예에 관련된 충전 장치(10)는 비교예에 관련된 충전 장치(40)보다 저비용으로 충전을 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
Claims (10)
- 복수의 셀(9)을 충전하기 위한 충전 방법에 있어서,
상기 복수의 셀(9)을 직렬 접속하고, 제 1 전원(3)에 의해 정전류 충전을 행하는 공정과, 상기 복수의 셀(9)의 전압을 측정하는 공정과, 측정된 상기 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은 경우에, 상기 복수의 셀(9)을 병렬 접속하고, 상기 제 1 전원(3)의 전압보다 낮은 전압을 갖는 제 2 전원(4)에 의해 정전압 충전을 행하는 공정을 구비하는 충전 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 셀(9) 중 적어도 1개 또는 미리 정한 수의 셀이 소정의 전압에 도달하면 상기 정전류 충전을 정지하는 것을 특징으로 하는 충전 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 셀(9)의 단자(91, 92)에 접속되어, 상기 복수의 셀(9)에 전력을 공급하기 위한 통전 핀(11, 12)과, 상기 단자에 접속되어, 상기 복수의 셀의 전압을 측정하기 위한 전압 측정 핀(13, 14)을 구비하고, 상기 전압 측정 핀(13, 14)은 상기 통전 핀(11, 12)보다 먼저 상기 단자(91, 92)에 접촉하는 충전 장치를 이용하는 충전 방법으로서, 상기 정전류 충전을 행하는 공정 또는 상기 정전압 충전을 행하는 공정에서, 상기 복수의 셀(9)을 상기 제 1 전원(3) 또는 상기 제 2 전원(4)과 접속할 때에, 상기 전압 측정 핀(13, 14)을 상기 단자에 접촉시켜 상기 복수의 셀(9)의 전압을 측정하고, 측정된 상기 전압이 소정의 범위 외인 경우에는, 상기 복수의 셀(9)과 상기 통전 핀(11, 12)의 접촉을 금지하는 것을 특징으로 하는 충전 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 셀(9)의 단자(91, 92)에 접속되어, 상기 복수의 셀(9)에 전력을 공급하기 위한 통전 핀(11, 12)과, 상기 단자(91, 92)에 접속되어, 상기 복수의 셀(9)의 전압을 측정하기 위한 전압 측정 핀(13, 14)을 구비하고, 상기 단자(91, 92)가 배치된 단자면을 따른 방향으로 상기 전압 측정 핀(13, 14) 및 상기 통전 핀(11, 12)이 어긋났을 때에, 상기 전압 측정 핀(13, 14)은 상기 통전 핀(11, 12)보다 먼저 상기 단자(91, 92)로부터 빠지는 충전 장치를 이용하는 충전 방법으로서, 상기 정전류 충전을 행하는 공정 또는 상기 정전압 충전을 행하는 공정에서, 상기 복수의 셀(9)의 전압을 측정하고, 측정된 상기 전압이 소정의 범위 외인 경우에는, 상기 복수의 셀(9)과 상기 제 1 전원(3) 또는 상기 제 2 전원(4)의 접속을 떼어내는 것을 특징으로 하는 충전 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 정전류 충전 후의 상기 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은 경우에, 상기 복수의 셀(9)을 병렬 접속하여 상기 제 2 전원(4)에 의해 정전압 충전을 행하는 충전 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 정전류 충전 후의 상기 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값 이상이라고 판정한 경우에, 일부의 셀(9)의 접속을 떼어내고, 상기 복수의 셀(9)의 전압의 차이를 소정의 값보다 작게 하는 충전 방법. - 복수의 셀(9)을 충전하기 위한 충전 장치에 있어서,
제 1 전원(3)과, 상기 제 1 전원(3)보다 낮은 전압을 갖는 제 2 전원(4)과, 상기 복수의 셀(9)의 전압을 측정하는 전압 측정부(7)를 구비하고, 상기 복수의 셀(9)을 직렬 접속하여 상기 제 1 전원(3)에 의해 정전류 충전을 행하며, 상기 정전류 충전 후의 상기 복수의 셀(9)의 전압의 차이가 소정의 값보다 작은 경우에, 상기 복수의 셀(9)을 병렬 접속하여 상기 제 2 전원(4)에 의해 정전압 충전을 행하는, 충전 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 복수의 셀(9) 중 적어도 1개 또는 미리 정한 수의 셀(9)이 소정의 전압에 도달하면 상기 정전류 충전을 정지하는 것을 특징으로 하는 충전 장치. - 셀(9)의 정극 단자(91)에 접속되어, 상기 셀(9)에 전력을 공급하기 위한 정극 단자용 통전 핀(11)과, 상기 셀(9)의 정극 단자(91)에 접속되어, 상기 셀(9)의 전압을 측정하기 위한 정극 단자용 전압 측정 핀(13)과, 상기 셀(9)의 부극 단자(92)에 접속되어, 상기 정극 단자용 통전 핀(11)과 한 쌍이 되어 상기 셀(9)에 전력을 공급하기 위한 부극 단자용 통전 핀(12)과, 상기 셀(9)의 부극 단자(92)에 접속되어, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀(13)과 한 쌍이 되어 상기 셀(9)의 전압을 측정하기 위한 부극 단자용 전압 측정 핀(14)을 구비하고, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀(13)이 상기 정극 단자용 통전 핀(11)보다 그 선단 위치가 상기 정극 단자(91)에 가까우며, 또한, 상기 부극 단자용 전압 측정 핀(14)이 상기 부극 단자용 통전 핀(12)보다 그 선단 위치가 상기 부극 단자(92)에 가깝고, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀(13) 및 상기 부극 단자용 전압 측정 핀(14)의 선단은, 상기 정극 단자(91) 및 상기 부극 단자(92)와 맞닿아서 후퇴 가능한 충전 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 정극 단자(91) 및 상기 부극 단자(92)가 배치되는 상기 셀(9)의 단자면에서, 상기 정극 단자용 통전 핀(11)은 상기 정극 단자(91)의 중심 근방에 위치하고, 상기 부극 단자용 통전 핀(12)은 상기 부극 단자(92)의 중심 근방에 위치하며, 상기 정극 단자용 전압 측정 핀(13)은, 상기 정극 단자용 통전 핀(11)과 상기 부극 단자용 통전 핀(12)의 중간점에서 보아 상기 정극 단자용 통전 핀(11)보다 외측에 위치하고, 상기 부극 단자용 전압 측정 핀(14)은, 상기 중간점에서 보아 상기 부극 단자용 통전 핀(12)보다 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
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