KR20220091392A - 배터리 제어 장치 및 모바일 배터리 - Google Patents

Abstract

배터리에 대한 충전 시간을 짧게 한다.
배터리 제어 장치(60)는, 배터리(52)로부터의 방전을 제어하는 방전 제어부(63)와, 배터리(52)에의 충전을 제어하는 충전 제어부(65)를 구비하고 있다. 방전 제어부(63)는, 미리 정해진 프리차지 SOC 73보다도 높은 미리 정해진 하한 SOC 72까지 배터리(52)로부터의 방전을 적어도 실시 가능하게 구성되어 있다. 충전 제어부(65)는, 배터리(52)의 현재 SOC 70이, 프리차지 SOC 73보다도 낮을 때에, 미리 정해진 제1 충전 레이트 R1보다도 낮은 제2 충전 레이트 R2로 충전 되며, 또한, 배터리(52)의 현재 SOC 70이, 프리차지 SOC 73 이상일 때에, 제1 충전 레이트 R1로 충전되도록 구성되어 있다.

Description

배터리 제어 장치 및 모바일 배터리{BATTERY CONTROL DEVICE AND MOBILE BATTERY}

본 발명은, 배터리 제어 장치 및 모바일 배터리에 관한 것이다.

예를 들어 특허문헌 1에는, 복수의 전지 유닛을 구비하고, 전지 유닛에 대하여 충방전을 행하는 전지 시스템이 개시되어 있다. 여기에서 개시된 전지 시스템에 있어서, 복수의 전지 유닛에 대한 충전에는, 밸런스 충전 모드와, 통상 충전 모드가 포함되어 있으며, 밸런스 충전 모드의 후에, 통상 충전 모드가 실행된다.

밸런스 충전 모드에서는, 예를 들어 복수의 전지 유닛에 전압차가 발생하고 있을 때에, 복수의 전지 유닛에 대하여 프리차지를 실행한다. 밸런스 충전 모드에서의 프리차지에 의해, 각 전지 유닛의 전압차가 작아져서, 각 전지 유닛의 전압값을 균등화할 수 있다. 통상 충전 모드에서는, 밸런스 충전 모드에서 전압값이 균등화된 각 전지 유닛에 대하여, 통상 충전을 행한다. 그 때문에, 각 전지 유닛에 있어서의 충전 상태의 변동을 억제하면서, 각 전지 유닛을 만충전할 수 있다.

국제 공개 제2014/156041호 공보

그런데, 근년, 스마트폰과 같은 휴대 단말기의 수요성이 높아지고 있다. 휴대 단말기에 전지 소진이 발생하면, 일정 시간 계속적으로 사용 하는 데 필요한 전력, 예를 들어 SOC 25％ 정도의 전력을 충전하는 데 15분 내지 30분 정도의 충전 시간이 걸린다. 휴대 단말기의 충전에는, 휴대 가능한 모바일 배터리도 이용되고 있다. 가령 휴대 단말기에 전지 소진이 발생한 경우, 전원 콘센트에 휴대 단말기를 접속하거나, 또는 모바일 배터리에 휴대 단말기를 접속하여, 휴대 단말기에 대하여 충전을 행한다. 특히, 이용자가 이동할 필요가 있는 경우, 휴대 단말기를 충전하기 위해서, 모바일 배터리가 사용될 수 있다.

그러나, 모바일 배터리에도 충전 소진이 발생할 수 있다. 이와 같이, 휴대 단말기나 모바일 배터리에 대한 충전 용량이 적어진 경우, 휴대 단말기나 모바일 배터리에 대하여 급속하게 충전할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 모바일 배터리에, 특허문헌 1에 개시된 밸런스 충전 모드와, 통상 충전 모드를 적용한 경우, 충전을 행할 수 있지만, 충전하는 시간을 요한다. 급속하게 충전하는 경우, 일정 시간 계속적으로 사용하는 데 필요한 전력에 도달할 때까지 요하는 충전 시간이, 가능한 한 짧은 편이 바람직하다.

여기에서 제안되는 배터리 제어 장치는, 배터리로부터의 방전을 제어하는 방전 제어부와, 배터리에 대한 충전을 제어하는 충전 제어부를 구비하고 있다. 방전 제어부는, 미리 정해진 프리차지 SOC보다도 높은 미리 정해진 하한 SOC까지 배터리로부터의 방전을 적어도 실시 가능하게 구성되어 있다. 충전 제어부는, 배터리의 SOC가, 프리차지 SOC보다도 낮을 때에, 미리 정해진 제1 충전 레이트보다도 낮은 제2 충전 레이트로 충전되며, 또한, 배터리의 SOC가, 프리차지 SOC 이상일 때에, 제1 충전 레이트로 충전되도록 구성되어 있다.

여기에서 제안되는 배터리 제어 장치에 의하면, 배터리에 대한 충전 시에 있어서, 배터리의 SOC가, 프리차지 SOC보다도 낮을 때에는, 상대적으로 낮은 제2 충전 레이트로 충전이 행해지고, 프리차지 SOC 이상이 되면 상대적으로 높은 제1 충전 레이트로 충전이 행해진다. 여기서, 프리차지 SOC는, 방전에 있어서의 하한 SOC보다도 낮게 설정되어 있기 때문에, 상대적으로 낮은 제2 충전 레이트에 의한 충전은, 배터리의 SOC가 하한 SOC보다도 낮을 때에 종료한다. 그 때문에, 상대적으로 낮은 제2 충전 레이트에 의한 충전에 요하는 시간을 짧게 할 수 있어, 제1 충전 레이트에 의한 충전과, 제2 충전 레이트에 의한 충전을 포함한 총 충전 시간을 짧게 할 수 있다.

여기에서 제안되는 배터리 제어 장치에서는, 프리차지 SOC와 하한 SOC의 차는, SOC 5％ 내지 SOC 30％여도 된다.

여기에서 제안되는 모바일 배터리는, 하우징과, 하우징 내에 배치되고, 5C 이상의 충전 레이트로 충전 가능한 배터리와, 하우징 내에 배치된 송전 유닛과, 배터리 및 송전 유닛에 접속된 배터리 제어 장치를 구비하고 있다. 배터리 제어 장치는, 배터리로부터의 방전을 제어하는 방전 제어부와, 배터리에 대한 충전을 제어하는 충전 제어부를 구비하고 있다. 방전 제어부는, 미리 정해진 프리차지 SOC보다도 높은 미리 정해진 하한 SOC까지 배터리로부터의 방전을 실시 가능하게 구성되어 있다. 충전 제어부는, 배터리의 SOC가, 프리차지 SOC보다도 낮을 때에, 미리 정해진 제1 충전 레이트보다도 낮은 제2 충전 레이트로 충전되며, 또한, 배터리의 SOC가, 프리차지 SOC 이상일 때에, 제1 충전 레이트로 충전되도록 구성되어 있다.

여기에서 제안되는 모바일 배터리에서는, 송전 유닛은, 와이어리스 송전 디바이스를 포함하고 있어도 된다.

도 1은 실시 형태에 따른 충전 시스템을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 배터리 제어 장치에 의한 배터리로부터의 방전의 제어 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 배터리의 방전 시에 있어서의 전류값 및 전압값을 나타내는 그래프다.
도 4a는 배터리 제어 장치에 의한 배터리에 대한 충전의 제어 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 4b는 배터리 제어 장치에 의한 배터리에 대한 충전의 제어 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 배터리의 충전 시에 있어서의 전류값 및 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 6은 다른 실시 형태에 따른 충전 시스템을 모식적으로 나타내는 블록도이다.

이하, 여기에서 개시되는 배터리 제어 장치 및 모바일 배터리의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서 설명되는 실시 형태는, 특히 본 발명을 한정하는 것을 의도한 것은 물론 아니다. 본 발명은, 특별히 언급되지 않는 한, 여기에서 설명되는 실시 형태에 한정되지는 않는다. 각 도면은 모식적으로 그려져 있으며, 반드시 실물을 반영하고 있는 것은 아니다. 또한, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에는, 적절하게 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 적절히 생략되도록 한다.

도 1은, 본 실시 형태에 따른 충전 시스템(10)을 모식적으로 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태에서는, 배터리 제어 장치 및 모바일 배터리는, 도 1에 도시한 충전 시스템(10)에 의해 실현되는 것이다. 여기에서는, 우선 충전 시스템(10)의 구성에 대하여 설명한다. 충전 시스템(10)은, 급전 장치(20)와, 모바일 배터리(50)와, 휴대 단말기(80)를 구비하고 있다. 충전 시스템(10)에서는, 급전 장치(20)로부터 모바일 배터리(50)에 대하여 급속 충전된다. 그리고, 예를 들어 충전된 모바일 배터리(50)를 사용하여 휴대 단말기(80)가 충전된다.

급전 장치(20), 모바일 배터리(50) 및 휴대 단말기(80)는, 적절하게 제어 장치를 구비하고 있다. 제어 장치는, 각 장치의 다양한 처리를 제어하는 장치이다. 제어 장치는, 미리 정해진 프로그램에 따라 구동하는 컴퓨터에 의해 구현화될 수 있다. 구체적으로는, 제어 장치의 각 기능은, 제어 장치를 구성하는 각 컴퓨터의 연산 장치(프로세서, CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro-processing unit)라고도 칭해짐)나 기억 장치(메모리나 하드 디스크 등)에 의해 처리된다. 예를 들어, 제어 장치의 각 구성은, 컴퓨터에 의해 구현화되는 데이터를 미리 정해진 형식으로 기억하는 데이터베이스, 데이터 구조, 미리 정해진 프로그램에 따라서 소정의 연산 처리를 행하는 처리 모듈 등으로서, 또는 그것들의 일부로서 구현화될 수 있다. 각 장치에 내장된 제어 장치는, 서로 데이터를 통신하고, 협동하여 기능하도록 구성되어 있어도 된다.

급전 장치(20)는, 급전 유닛(21)과, 전원 유닛(22)과, 급전 제어 장치(23)를 갖고 있다. 급전 유닛(21)은, 모바일 배터리(50)에 대하여 충전하도록 구성되어 있다. 급전 유닛(21)은, 예를 들어 모바일 배터리(50)에 대하여 전력을 송신 가능 (다시 말해, 공급 가능)한 것이며, 고출력에서의 공급이 가능한 것이 채용되어 있으면 된다. 급전 유닛(21)은, 예를 들어 와이어리스식, 즉 비접촉형 급전 디바이스다. 단, 급전 유닛(21)은, 접촉형 급전 디바이스여도 된다.

전원 유닛(22)은, 외부 전원(30)에 접속되어 있다. 전원 유닛(22)은, 외부 전원(30)과의 사이에서 전력을 수취하고, 또한, 급전 유닛(21)을 통하여 모바일 배터리(50)나 휴대 단말기(80)와 같은 외부 장치에 전력을 공급하는 장치다. 외부 전원(30)은, 100V나 200V의 AC 전원이어도 된다. 전원 유닛(22)은, AC/DC 컨버터를 구비하고 있어도 된다.

급전 제어 장치(23)는, 급전 유닛(21) 및 전원 유닛(22)에 전기적으로 접속되어 있다. 급전 제어 장치(23)는, 급전 유닛(21)으로부터 모바일 배터리(50)에 공급되는 전력을 제어한다. 또한, 급전 제어 장치(23)는, 외부 전원(30)으로부터 전원 유닛(22)으로의 전력의 수취를 제어한다.

모바일 배터리(50)는, 하우징(51)과, 배터리(52)와, 수전 유닛(54)과, 송전 유닛(56)과, 배터리 제어 장치(60)를 구비하고 있다. 하우징(51)은, 내부에 소정의 공간을 갖고 있다. 배터리(52), 수전 유닛(54), 송전 유닛(56), 및 배터리 제어 장치(60)는, 하우징(51) 내에 배치되어 있다.

배터리(52)는, 급속 충전이 가능한 설계가 실시된 사양으로 되어 있으며, 고출력형 배터리에 의해 구성되어 있다. 예를 들어 배터리(52)에는, 소위 하이브리드 차량의 구동용 전원용의 배터리 기술이 적절히 전용되어 있으면 된다. 이러한 배터리(52)는, 5C 이상(예를 들어, 8C 이상, 10C 이상 등)의 충전 레이트로 충전 가능하다. 배터리(52)는, 충전 레이트가 5C 이상인 전류값에 의한 충전에서도, 열화가 작게 억제될 수 있도록 설계되어 있으면 된다.

본 명세서에서는, 배터리(52)의 이론 용량을 1시간으로 완전히 충전 또는 방전시키는 전류의 크기가 1C로 정의되어 있다. 예를 들어, 배터리(52)의 용량이 2Ah이면, 1C는 2A로 된다. 3C는 1C의 3배의 전류값에 상당하고, 상술한 예에서는, 이론 용량을 20분에 완전히 충전 또는 방전하는 전류값을 의미한다. 예를 들어 배터리(52)의 충전 레이트가 5C인 경우, 3분 정도의 충전으로 이론 용량의 15％ 정도의 충전을 실현할 수 있다. 5분 정도의 충전으로, 배터리(52)의 이론 용량의 25％ 정도의 충전을 실현할 수 있다. 이후, 하이브리드 차량의 구동용 전원용의 배터리 기술이 추가로 적용되면, 더욱 높은 충전 전류값에 의해 보다 단시간에서의 충전을 실현할 수 있다. 이 때문에, 수초 내지 수십초로 소요되는 전력을 배터리(52)에 충전할 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 도시는 생략하였지만, 본 실시 형태에 따른 모바일 배터리(50)는, 고출력용의 배터리(52) 외에, 소위 고용량형의 배터리를 구비하고 있어도 된다. 고용량형의 배터리는, 예를 들어 충전 레이트가 1C 내지 3C 정도의 충전 레이트로 충방전이 허가되는 것이다. 고용량형의 배터리는, 예를 들어 400Wh/L 내지 800Wh/L정도의 에너지 밀도를 갖는다.

본 실시 형태에서는, 배터리(52)는, 배터리 셀(53)을 갖고 있다. 배터리(52)가 갖는 배터리 셀(53)의 수는, 1개여도 되지만, 여기에서는 복수이다. 배터리 셀(53)의 수는 특별히 한정되지는 않는다. 배터리 셀(53)의 수가 복수인 경우에는, 복수의 배터리 셀(53)은, 직렬로 접속되어 있어도 되고, 병렬로 접속되어 있어도 된다.

수전 유닛(54)은, 급전 장치(20)의 급전 유닛(21)으로부터 전력이 공급된다. 수전 유닛(54)은, 고출력으로 수신 가능한 것이면 된다. 여기서, 수전 유닛(54)은, 와이어리스 수전 디바이스를 포함한다. 와이어리스 수전 디바이스는, 예를 들어 급전 장치(20)의 급전 유닛(21)으로부터 비접촉형 급전(와이어리스 급전) 방식으로 전력이 공급되는 것이다. 비접촉형 급전 방식에는, 전자기 유도 방식이나, 자계 공명 방식이나, 전계 결합 방식이나, 전파 수신 방식 등이 채용될 수 있다. 단, 수전 유닛(54)은, 접촉형의 수전 디바이스여도 된다.

송전 유닛(56)은, 휴대 단말기(80)에 대하여 충전하도록 구성되어 있으며, 전력의 송신이 가능한 것이다. 송전 유닛(56)은, 와이어리스 송전 디바이스를 포함한다. 와이어리스 송전 디바이스는, 예를 들어 휴대 단말기(80)의 후술하는 단말기 수전 유닛(84)에 비접촉형의 급전(와이어리스 급전) 방식으로 전력을 공급하는 것이다. 단, 송전 유닛(56)은, 접촉형의 송전 디바이스여도 된다. 본 실시 형태에서는, 송전 유닛(56)으로부터 휴대 단말기(80)로의 급전은, 예를 들어 휴대 단말기(80)의 후술하는 내장 배터리(82)의 열화가 작게 억제될 정도로 낮게 억제된 전류값으로 급전하도록 전류값이 제어되면 된다.

이와 같은 모바일 배터리(50)에 의하면, 급전 장치(20)로부터 급속 충전에 의해, 단시간에 필요한 전력을 얻을 수 있다. 이 때문에, 이용자는, 급전 장치(20)가 설치된 장소에서 충전을 위해서 장시간 대기할 필요가 없다. 그리고, 모바일 배터리(50)로부터 휴대 단말기(80)로는, 휴대 단말기(80)의 내장 배터리(82)가 열화되지 않을 정도로 정해진 전류값으로, 천천히 급전되면 된다. 예를 들어, 급전 장치(20)로부터 모바일 배터리(50)로 충전된 후에, 모바일 배터리(50)로부터 휴대 단말기(80)로 충전되어도 된다.

배터리 제어 장치(60)는, 배터리(52)의 충방전을 제어한다. 여기에서는, 도시는 생략하였지만, 배터리 제어 장치(60)는, 배터리(52)의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로와, 배터리(52)에 대하여 과충전이나 과방전이 행해지는 것을 방지하기 위해서 배터리(52)를 보호하는 배터리 보호 회로를 구비하고 있다. 배터리 제어 장치(60)는, 배터리(52), 수전 유닛(54) 및 송전 유닛(56)에 전기적으로 접속되어 있다. 배터리 제어 장치(60)는, 기억부(61)와, 방전 제어부(63)와, 충전 제어부(65)를 구비하고 있다. 기억부(61), 방전 제어부(63) 및 충전 제어부(65)의 상세에 대해서는, 후술한다.

휴대 단말기(80)로서, 예를 들어 스마트폰이나 휴대 전화나 태블릿 단말기나 모바일 PC 등을 들 수 있다. 휴대 단말기(80)는, 내장 배터리(82)와, 단말기 수전 유닛(84)과, 단말기 제어 장치(86)를 구비하고 있다.

내장 배터리(82)는, 휴대 단말기(80)에 전력을 공급하는 전원이 되는 배터리이다. 내장 배터리(82)는, 휴대 단말기(80)를 어느 정도의 시간, 연속적으로 사용 하는 데 필요한 소요되는 충전 용량을 구비하고 있으면 된다.

단말기 수전 유닛(84)은, 모바일 배터리(50)와 전기적으로 접속되어 있다. 단말기 수전 유닛(84)은, 상기와 같은 와이어리스 수전 디바이스를 포함한다. 단, 단말기 수전 유닛(84)은, 접촉형의 수전 디바이스여도 된다. 여기에서는, 모바일 배터리(50)의 송전 유닛(56)으로부터 단말기 수전 유닛(84)으로 전력이 공급되어, 내장 배터리(82)가 충전된다.

단말기 제어 장치(86)는, 내장 배터리(82) 및 단말기 수전 유닛(84)에 전기적으로 접속되어 있다. 단말기 제어 장치(86)는, 단말기 수전 유닛(84)을 통해 공급되는 전력을 제어함과 함께, 내장 배터리(82)에 대한 충전을 제어한다. 여기에서는, 단말기 제어 장치(86)는, 예를 들어 내장 배터리(82)에 대한 충전을 제어하는 충전 제어 회로와, 내장 배터리(82)가 과충전되지 않도록, 내장 배터리(82)를 보호하는 배터리 보호 회로를 갖는다.

다음으로, 모바일 배터리(50)에 있어서, 배터리 제어 장치(60)에 의한 배터리(52)의 충방전의 제어에 대하여 설명한다. 이하, 배터리(52)의 충전, 방전은, 각각 복수의 배터리 셀(53)의 충전, 방전을 의미한다.

본 실시 형태에서는, 배터리(52)의 충전 상태(이하, SOC(State Of Charge)라고 함)에 기초하여, 배터리(52)의 충방전이 제어된다. 여기서, 배터리(52)의 현재의 SOC를, 현재 SOC라고 한다.

도 2는, 배터리 제어 장치(60)에 의한 배터리(52)로부터의 방전의 제어 수순을 나타내는 흐름도이다. 도 3은, 배터리(52)의 방전 시에 있어서의 전류값 및 전압값을 나타내는 그래프이다. 다음으로, 배터리 제어 장치(60)에 의한 배터리(52)로부터의 방전의 제어에 대하여, 도 2의 흐름도를 따라 설명한다. 본 실시 형태에서는, 배터리(52)의 방전은, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들어 모바일 배터리(50)의 송전 유닛(56)과, 휴대 단말기(80)의 단말기 수전 유닛(84)이 전기적으로 접속되어 있는 상태일 때이며, 또한, 모바일 배터리(50)로부터 휴대 단말기(80)에 대하여 충전될 때에 행해진다. 배터리(52)로부터의 방전은, 도 1의 배터리 제어 장치(60)의 방전 제어부(63)에 의해 실현된다. 방전 제어부(63)는, 배터리(52)로부터의 방전을 제어한다.

본 실시 형태에서는, 배터리(52)에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 미리 정해진 상한 SOC 71과, 상한 SOC 71보다도 낮은, 미리 정해진 하한 SOC 72가 설정되어 있다. 상한 SOC 71 및 하한 SOC 72는, 도 1에 도시한 기억부(61)에 기억되어 있다. 상한 SOC 71 및 하한 SOC 72의 구체적인 수치는 특별히 한정되지는 않는다. 상한 SOC 71은, 예를 들어 SOC 80％ 내지 SOC 95％이고, 바람직하게는 SOC 80％ 내지 SOC 90％이며, 특히 바람직하게는 SOC 80％ 내지 SOC 85％이다. 하한 SOC 72는, 예를 들어 SOC 0％ 내지 SOC 15％이고, 바람직하게는 SOC 5％ 내지 SOC 15％이며, 특히 바람직하게는 SOC 10％ 내지 SOC 15％이다.

여기서, 상한 SOC 71에 대응한 배터리(52)의 전압값을 상한 전압값 V71이라 하고, 하한 SOC 72에 대응한 배터리(52)의 전압값을 하한 전압값 V72라고 한다. 이하의 설명에 있어서, SOC는 전압값으로 치환될 수 있다. 예를 들어 현재 SOC 70(도 2 참조), 상한 SOC 71 및 하한 SOC 72는, 각각 배터리(52)의 현재의 전압값(이하, 배터리(52)의 전압값이라고 함), 상한 전압값 V71 및 하한 전압값 V72로 치환할 수 있다.

도 1의 방전 제어부(63)는, 현재 SOC 70(도 2 참조)이 적어도 하한 SOC 72가 될 때까지, 배터리(52)로부터의 방전을 제어한다. 다시 말해, 방전 제어부(63)는, 배터리(52)의 전압값이 적어도 하한 전압값 V72가 될 때까지, 배터리(52)로부터의 방전을 제어한다. 본 실시 형태에서는, 하한 SOC 72는, 정전류(이하, CC(Constant Current)라고 함) 방전에서 배터리(52)를 방전할 때의 현재 SOC 70의 하한값이다.

여기에서는, 우선 도 2의 스텝 S101에서는, 도 1의 방전 제어부(63)는, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 하한 SOC 72보다 높은지 여부를 판정한다. 여기서, 현재 SOC 70이 하한 SOC 72 이하라고 판정된 경우에는, 배터리(52)로부터의 방전은 행해지지 않고, 도 2의 흐름도를 종료한다.

한편, 스텝 S101에 있어서, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 하한 SOC 72보다도 높다고 판정된 경우에는, 다음으로 스텝 S103으로 진행한다. 스텝 S103에서는, 방전 제어부(63)는, CC 방전의 제어를 행한다. 예를 들어 도 3에서는, 시간 T10에 있어서 CC 방전이 개시된다.

다음으로, 도 2의 스텝 S105에서는, CC 방전 중에 있어서, 방전 제어부(63)는, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 하한 SOC 72 이하인지 여부를 판정한다. 여기서, 현재 SOC 70이 하한 SOC 72보다도 높은 상태인 채라고 판정된 경우에는, 스텝 S105의 처리를 다시 실행한다.

한편, 스텝 S105에 있어서 현재 SOC 70이 하한 SOC 72 이하라고 판정된 경우에는, 다음으로 스텝 S107로 진행한다. 도 3에서는, 시간 T11에 있어서, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 하한 SOC 72 이하로 된다. 도 2의 스텝 S107에서는, 방전 제어부(63)는, 배터리(52)에 대하여 정전압(이하, CV(Constant Voltage)라고 함) 방전의 제어를 행한다.

다음으로 스텝 S109에서는, CV 방전 중에 있어서, 방전 제어부(63)는, 배터리(52)의 현재의 전류값(이하, 현재 전류값이라고 함) A10이 목표 전류값 A11 이하인지 여부를 판정한다. 목표 전류값 A11은, 도 1의 기억부(61)에 미리 기억되어 있으며, 적절히 설정된다. 여기서, 현재 전류값 A10이 목표 전류값 A11보다도 높은 상태인 채라고 판정된 경우에는, 스텝 S109의 처리를 다시 실행한다. 한편, 스텝 S109에 있어서, 현재 전류값 A10이 목표 전류값 A11 이하라고 판정된 경우에는, 다음으로 스텝 S111로 진행하고, 배터리(52)로부터의 방전의 제어가 종료된다. 또한, 도 3에서는, 시간 T12에 있어서, 현재 전류값 A10이 목표 전류값 A11 이하로 되고, 배터리(52)로부터의 방전이 종료된다.

도 4a 및 도 4b는, 배터리 제어 장치(60)에 의한 배터리(52)로의 충전의 제어 수순을 나타내는 흐름도이다. 도 5는, 배터리(52)의 충전 시에 있어서의 전류값 및 전압값을 나타내는 그래프이다. 다음으로, 배터리(52)에 대한 충전의 제어에 대하여, 도 4a 및 도 4b의 흐름도를 따라 설명한다. 본 실시 형태에서는, 배터리(52)의 충전은, 도 1에 도시한 바와 같이, 급전 장치(20)의 급전 유닛(21)과, 모바일 배터리(50)의 수전 유닛(54)이 전기적으로 접속되어 있는 상태일 때이며, 또한, 급전 장치(20)로부터 모바일 배터리(50)에 대하여 충전될 때에 행해진다. 배터리(52)에 대한 충전의 제어는, 충전 제어부(65)에 의해 실현된다. 충전 제어부(65)는, 배터리(52)에 대한 충전을 제어한다.

본 실시 형태에서는, 충전 제어부(65)는, 배터리(52)에 대하여 프리차지와, 급속 충전을 행한다. 여기에서는, 배터리(52)에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 미리 정해진 프리차지 SOC 73이 설정되어 있다. 프리차지 SOC 73에 대응하는 배터리(52)의 전압값을, 프리차지 전압값 V73이라고 한다. 이하의 설명에 있어서, SOC를 전압값으로 치환할 때, 프리차지 SOC 73은, 프리차지 전압값 V73으로 치환될 수 있다. 프리차지 SOC 73은, 하한 SOC 72보다도 낮은 것이며, 도 1의 기억부(61)에 미리 기억되어 있다. 프리차지 SOC 73은, 예를 들어 SOC 0％ 내지 SOC 15％이고, 바람직하게는 SOC 0％ 내지 SOC 10％이며, 특히 바람직하게는 SOC 0％ 내지 SOC 5％이다. 프리차지 SOC 73과 하한 SOC 72의 차는, 예를 들어 SOC 5％ 내지 SOC 30％이고, 바람직하게는 SOC 10％ 내지 SOC 30％이며, 특히 바람직하게는 SOC 15％ 내지 SOC 30％이다.

충전 제어부(65)는, 현재 SOC 70이 미리 정해진 프리차지 SOC 73이 될 때까지, 프리차지를 행하고, 그 후, 급속 충전을 행한다.

여기에서는, 우선 도 4a의 스텝 S201에서는, 충전 제어부(65)는, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 보호 SOC 74보다도 높은지 여부를 판정한다. 여기서, 보호 SOC 74란, 배터리(52)가 과방전의 상태일 때의 현재 SOC 70의 상한값이다. 즉 현재 SOC 70이 보호 SOC 74 이하일 때, 배터리(52)는 과방전 상태로 된다. 보호 SOC 74는, 미리 정해진 값이며, 도 1의 기억부(61)에 미리 기억되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 보호 SOC 74는, 프리차지 SOC 73보다도 낮다. 보호 SOC 74에 대응하는 배터리(52)의 전압값을, 보호 전압값 V74라고 한다. 이하, SOC를 전압값으로 치환할 때, 보호 SOC 74는, 보호 전압값 V74로 치환될 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도 4a의 스텝 S201에 있어서, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 보호 SOC 74 이하라고 판정된 경우에는, 배터리(52)에 대한 충전은 행해지지 않는 편이 바람직하다. 따라서, 현재 SOC 70이 보호 SOC 74 이하인 경우에는, 배터리(52)에 대한 충전은 행해지지 않고, 도 4a 및 도 4b의 흐름도를 종료한다.

한편, 스텝 S201에 있어서, 현재 SOC 70이 보호 SOC 74보다도 높다고 판정된 경우에는, 다음으로, 도 4a의 스텝 S203으로 진행한다. 스텝 S203에서는, 충전 제어부(65)는, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73보다도 낮은지 여부를 판정한다. 여기서, 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73 이상이라고 판정된 경우에는, 스텝 S203의 판정을 '아니오'로 한다. 이 경우, 배터리(52)에 대하여 프리차지의 제어를 행하지 않고, 다음으로 도 4a의 스텝 S209의 급속 충전 처리로 진행한다.

한편, 스텝 S203에 있어서, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73보다도 낮다고 판정된 경우, 다음으로, 도 4a의 스텝 S205로 진행한다. 스텝 S205에서는, 충전 제어부(65)는, 배터리(52)에 대하여 프리차지를 행하기 위해서, 제2 충전 레이트 R2로 충전(여기서는, CC 충전)하도록 제어한다. 도 5에서는, 시간 T20에 있어서, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73보다도 낮기 때문에, 배터리(52)에 대한 프리차지가 개시된다.

다음으로, 스텝 S207에서는, 프리차지 중에 있어서, 충전 제어부(65)는, 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73 이상인지 여부를 판정한다. 여기서, 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73보다도 낮다고 판정된 경우에는, 스텝 S207의 처리를 다시 실행하고, 프리차지를 계속한다.

한편, 스텝 S207에 있어서, 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73 이상이라고 판정된 경우, 프리차지를 종료하기 위해서, 다음으로, 스텝 S209로 진행한다. 스텝 S209에서는, 충전 제어부(65)는, 배터리(52)에 대하여 급속 충전을 행하기 위해서, 프리차지에 있어서의 제2 충전 레이트 R2보다도 높은 제1 충전 레이트 R1로 충전을 행하도록 제어한다. 여기에서의 급속 충전은, CC 충전이다. 도 5에서는, 시간 T21에 있어서, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73 이상이 되기 때문에, 급속 충전이 개시된다.

여기서, 급속 충전에 있어서의 제1 충전 레이트 R1은, 예를 들어 5C 내지 20C이고, 바람직하게는 10C 내지 20C이며, 보다 바람직하게는 15C 내지 20C이다. 프리차지에 있어서의 제2 충전 레이트 R2는, 예를 들어 0.05C 내지 0.5C이고, 바람직하게는 0.1C 내지 0.5C이며, 보다 바람직하게는 0.3C 내지 0.5C이다.

다음으로, 도 4a의 스텝 S211에서는, 충전 제어부(65)는, 급속 충전 중, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 상한 SOC 71보다도 낮은지 여부를 판정한다. 현재 SOC 70이 상한 SOC 71 이상인 경우, 배터리(52)가 과충전 상태라고 할 수 있다. 여기서, 현재 SOC 70이 상한 SOC 71보다도 낮다고 판정된 경우에는, 다음으로 스텝 S213으로 진행한다.

스텝 S213에서는, 충전 제어부(65)는, 배터리(52)의 현재의 충전 용량인 현재 충전 용량 C10이 목표 충전 용량 C11보다도 작은지 여부를 판정한다. 목표 충전 용량 C11은, 충전에 의해 얻고 싶은 배터리(52)의 충전 용량이며, 배터리(52)마다 설정되는 것이다. 목표 충전 용량 C11은, 도 1의 기억부(61)에 미리 기억되어 있다. 여기서, 배터리(52)의 현재 충전 용량 C10이 목표 충전 용량 C11보다도 작다고 판정된 경우에는, 스텝 S211로 되돌아가서, 급속 충전을 계속한다.

한편, 스텝 S213에 있어서 배터리(52)의 현재 충전 용량 C10이 목표 충전 용량 C11 이상인 경우에는, 스텝 S215로 진행하여, 급속 충전이 종료되고, 충전 제어부(65)에 의한 배터리(52)로의 충전의 제어가 종료된다. 또한, 도 5에서는, 시간 T22에 있어서, 현재 충전 용량 C10이 목표 충전 용량 C11 이상이 되고, 배터리(52)에 대한 충전이 종료된다.

상기 도 4a의 스텝 S211에 있어서, 배터리(52)의 현재 SOC 70이 상한 SOC 71 이상이라고 판정된 경우에는, 배터리(52)가 과충전 상태이기 때문에, 다음으로 도 4b의 스텝 S217로 진행한다. 스텝 S217에서는, 충전 제어부(65)는, 배터리(52)에 대한 급속 충전에 있어서, CC 충전으로부터 CV 충전으로 전환한다.

그 후, 도 4b의 스텝 S219에서는, 충전 제어부(65)는, 도 4a의 스텝 S213과 마찬가지로, 배터리(52)의 현재 충전 용량 C10이 목표 충전 용량 C11보다도 작은지 여부를 판정한다. 스텝 S219에 있어서, 배터리(52)의 현재 충전 용량 C10이 목표 충전 용량 C11보다도 작다고 판정된 경우에는, 스텝 S219를 다시 실행하고, CV 충전을 계속한다.

한편, 스텝 S219에 있어서, 배터리(52)의 현재 충전 용량 C10이 목표 충전 용량 C11 이상이라고 판정된 경우에는, 스텝 S221로 진행하여, 급속 충전(CV 충전)이 종료되고, 충전 제어부(65)에 의한 배터리(52)로의 충전의 제어가 종료된다.

다음으로, 본 발명자는, 하기의 표 1의 예 1 내지 예 4에 있어서의 모바일 배터리를 준비하고, 모바일 배터리가 구비하는 배터리의 충전 용량이 목표 충전 용량 C11(도 4a 참조)까지 도달할 때까지의 총 충전 시간에 대하여 측정하였다. 여기서, 총 충전 시간이란, 프리차지에 의한 충전 시간과, 급속 충전에 의한 충전 시간의 합계 시간을 말한다.

예 1 내지 예 4에서는, 모바일 배터리의 배터리 셀로서, 정극 활물질에 니켈망간 코발트를 함유하는, 소위 NMC 3원계의 리튬 함유 전이 금속 복합 산화물을 사용하고, 부극 활물질에 그래파이트를 사용하고, 세퍼레이터에 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)을 사용하며, 또한, 전해액에 에틸렌카르보네이트나 에틸메틸카르보네이트를 사용하였다. 예 1 내지 예 4에 있어서의 급속 충전에 있어서의 제1 충전 레이트 R1은, 11A이며, 프리차지에 있어서의 제2 충전 레이트 R2는, 0.2A이다.

예 1 및 예 2에 있어서 사용된 모바일 배터리(50)에서는, 본 실시 형태의 충전 제어부(65)에 의한 충전의 제어를 실행하는 배터리 제어 장치(60)에 의해 구성되어 있으며, 도 5에 도시한 바와 같이, 프리차지 SOC 73이 하한 SOC 72보다도 낮게 설정되어 있다. 예 1 및 예 2에 있어서, 상한 SOC 71은, 85％이며, 상한 SOC 71에 대응하는 상한 전압값 V71은, 3.9V이다. 하한 SOC 72는, 5％이며, 하한 SOC 72에 대응하는 하한 전압값 V72는, 3.3V이다. 프리차지 SOC 73은, 0％이며, 프리차지 SOC 73에 대응하는 프리차지 전압값 V73은, 3.0V이다.

한편, 예 3 및 예 4에 있어서 사용되는 모바일 배터리에서는, 프리차지 SOC와 하한 SOC가 동일하게 설정되어 있는 구성이, 예 1 및 예 2의 모바일 배터리(50)와 다르지만, 그 밖의 구성은 동일하다. 예 3 및 예 4에 있어서의 하한 SOC와 프리차지 SOC는, 모두 5％이며, 대응하는 전압값은, 3.3V이다. 또한, 예 3 및 예 4에 있어서의 상한 SOC는, 예 1 및 예 2에 있어서의 상한 SOC 71과 동일하게, 85％이며, 대응하는 상한 전압값은, 3.9V이다. 예 1 및 예 3에서는, 충전의 개시 전압을 3.0V로 하고, 예 2 및 예 4에서는, 충전의 개시 전압을 2.5V로 하였다.

예 1 내지 예 4의 모바일 배터리에 대하여, 충전을 행하고, 그때의 총 충전 시간을 계측하였다. 하기 표 1에 있어서, 예 1 내지 예 4에 있어서의 총 충전 시간을 나타내고 있다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 예 1과 예 3을 비교하면, 예 3보다도 예 1의 쪽이, 총 충전 시간이 짧다는 것을 알 수 있다. 또한, 예 2와 예 4를 비교하면, 예 4보다도 예 2의 쪽이, 총 충전 시간이 짧다는 것을 알 수 있다. 이것은, 예 1 및 예 2에서는, 본 실시 형태와 같이 프리차지 SOC 73이 하한 SOC 72보다도 낮게 설정되어 있음으로써, 프리차지로부터 급속 충전으로 이행하는 타이밍이, 예 3 및 예 4에 비해서 빨라졌기 때문이라고 생각된다. 그 결과, 예 1 및 예 2에서는, 프리차지에 있어서의 충전 시간이 짧아졌기 때문에, 총 충전 시간이 짧아졌다고 생각된다.

이상, 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 모바일 배터리(50)는, 하우징(51)과, 배터리(52)와, 송전 유닛(56)과, 배터리 제어 장치(60)를 구비하고 있다. 배터리(52)는, 하우징(51) 내에 배치되고, 5C 이상의 충전 레이트로 충전 가능한 것이다. 송전 유닛(56)은, 하우징(51) 내에 배치되어 있다. 배터리 제어 장치(60)는, 배터리(52) 및 송전 유닛(56)에 접속되어 있다. 배터리 제어 장치(60)는, 배터리(52)로부터의 방전을 제어하는 방전 제어부(63)와, 배터리(52)에의 충전을 제어하는 충전 제어부(65)를 구비하고 있다. 방전 제어부(63)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 미리 정해진 프리차지 SOC 73보다도 높은 미리 정해진 하한 SOC 72까지 배터리(52)로부터의 방전을 실시 가능하게 구성되어 있다. 충전 제어부(65)는, 도 4a의 스텝 S203과 같이, 배터리(52)의 SOC(여기서는, 현재 SOC 70)가, 프리차지 SOC 73보다도 낮을 때에, 미리 정해진 제1 충전 레이트 R1보다도 낮은 제2 충전 레이트 R2로 충전(도 4a의 스텝 S205 참조)되도록 구성되어 있다. 충전 제어부(65)는, 도 4a의 스텝 S207과 같이, 배터리(52)의 SOC(여기서는, 현재 SOC 70)가, 프리차지 SOC 73 이상일 때에, 스텝 S209와 같이, 제1 충전 레이트 R1로 충전되도록 구성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 배터리(52)에 대한 충전 시에 있어서, 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73보다도 낮을 때에는, 제2 충전 레이트 R2로 프리차지가 행해지고, 현재 SOC 70이 프리차지 SOC 73 이상이 되면 제1 충전 레이트 R1로 급속 충전이 행해진다. 여기서, 종래에는, 상기 예 3 및 예 4에 나타낸 바와 같이, 프리차지 SOC 73과 하한 SOC 72가 동일한 값으로 설정되어 있었다. 즉, CC 방전이 종료될 때의 배터리(52)의 SOC와, 급속 충전이 개시되는 배터리(52)의 SOC가 동일하였다. 그 때문에, 프리차지에 의한 충전 시간이 길어짐으로써, 배터리(52)의 총 충전 시간도 길게 되어 있었다.

그러나, 본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 프리차지 SOC 73은, 방전에 있어서의 하한 SOC 72보다도 낮게 설정되어 있다. 그 때문에, 종래와 비교하여, 프리차지에 의한 배터리(52)로의 충전은, 현재 SOC 70이 하한 SOC 72보다도 낮을 때에 종료된다. 그 때문에, 프리차지에 요하는 충전 시간을 짧게 할 수 있어, 배터리(52)의 총 충전 시간을 짧게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 프리차지는, 배터리(52)에 포함되는 복수의 배터리 셀(53)(도 1 참조)의 전압차를 작게 하여, 복수의 배터리 셀(53)의 전압값을 균등화하기 위해서 행해진다. 그 때문에, 전압값이 균등화된 복수의 배터리 셀(53)에 대하여 급속 충전이 행해지기 때문에, 배터리 셀(53)의 충전 상태의 변동을 억제하면서, 배터리(52)를 만충전의 상태로 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 도 5에 도시한 바와 같이, 프리차지 SOC 73을 하한 SOC 72보다도 낮게 설정함으로써, 프리차지에 요하는 충전 시간을 짧게 할 수 있다. 여기서, 프리차지에 의한 충전 시간을 짧게 한 경우라도, 프리차지에 의해 복수의 배터리 셀(53)의 전압값을 균등화할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태여도, 배터리(52)를 안정적으로 충전할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 프리차지 SOC 73과 하한 SOC 72의 차는, SOC 5％ 내지 SOC 30％이다. 예를 들어 프리차지 SOC 73과 하한 SOC 72의 차를 SOC 5％보다도 작게 하면, 프리차지에 요하는 충전 시간이 상대적으로 길어져서, 배터리(52)의 총 충전 시간이, 많은 이용자에 있어서 길다고 느껴지는 시간이 된다. 예를 들어 프리차지 SOC 73과 하한 SOC 72의 차를 SOC 30％보다도 크게 하면, 프리차지에 의해 배터리(52)가 안정화하지 않는, 즉 배터리(52)가 갖는 복수의 배터리 셀(53)의 전압값이 균등화하기 어렵다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 프리차지 SOC 73과 하한 SOC 72의 차를, SOC 5％ 내지 SOC 30％로 함으로써, 프리차지에 요하는 충전 시간을 짧게 하면서, 배터리(52)를 안정화시키는, 즉 배터리(52)가 갖는 복수의 배터리 셀(53)의 전압값을 균등화하기 쉽게 할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도 1의 송전 유닛(56)은, 와이어리스 송전 디바이스를 포함한다. 이러한 점에서, 모바일 배터리(50)를 운반하고 있는 동안에, 송전 유닛(56)으로부터, 예를 들어 휴대 단말기(80)에 전력을 공급하고, 휴대 단말기(80)(상세하게는 내장 배터리(82))에 대하여 충전을 행할 수 있다. 또한, 모바일 배터리(50)와 예를 들어 휴대 단말기(80)의 접속 상태를 신경쓰지 않고, 휴대 단말기(80)로부터 소정의 범위에 모바일 배터리(50)를 배치함으로써, 휴대 단말기(80)를 용이하게 충전할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 배터리(52) 및 배터리 제어 장치(60)는, 모바일 배터리(50)에 구비되어 있으며, 모바일 배터리(50)에 의해 실현되고 있었다. 그러나, 배터리 제어 장치(60)는, 모바일 배터리(50)에 의한 실현에 한정되지는 않는다.

도 6은, 다른 실시 형태에 따른 충전 시스템(10A)의 개념도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 충전 시스템(10A)은, 급전 장치(20)와, 휴대 단말기(80A)를 구비하고 있다. 충전 시스템(10A)에서는, 도 1에 도시한 바와 같은 모바일 배터리(50)는 생략되었다. 휴대 단말기(80A)는, 고출력용의 배터리(52)와, 수전 유닛(54)과, 배터리 제어 장치(60)를 구비하고 있다. 이 휴대 단말기(80A)의 배터리(52), 수전 유닛(54), 배터리 제어 장치(60)는, 각각 도 1의 모바일 배터리(50)의 배터리(52), 수전 유닛(54), 배터리 제어 장치(60)와 동일한 것이다. 이와 같이, 고출력용의 배터리(52), 수전 유닛(54) 및 배터리 제어 장치(60)가 휴대 단말기(80A)에 구비되어 있는 경우에도, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

10, 10A: 충전 시스템
20: 급전 장치
50: 모바일 배터리
51: 하우징
52: 배터리
54: 수전 유닛
56: 송전 유닛
60: 배터리 제어 장치
61: 기억부
63: 방전 제어부
65: 충전 제어부
70: 현재 SOC
71: 상한 SOC
72: 하한 SOC
73: 프리차지 SOC

Claims (4)

1. 배터리로부터의 방전을 제어하는 방전 제어부와,
   배터리에 대한 충전을 제어하는 충전 제어부를
   구비하고,
   상기 방전 제어부는, 미리 정해진 프리차지 SOC보다도 높은 미리 정해진 하한 SOC까지 배터리로부터의 방전을 적어도 실시 가능하게 구성되어 있으며,
   상기 충전 제어부는,
   배터리의 SOC가, 상기 프리차지 SOC보다도 낮을 때에, 미리 정해진 제1 충전 레이트보다도 낮은 제2 충전 레이트로 충전되며, 또한,
   배터리의 SOC가, 상기 프리차지 SOC 이상일 때에, 상기 제1 충전 레이트로 충전되도록 구성된, 배터리 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프리차지 SOC와 상기 하한 SOC의 차는, SOC 5％ 내지 SOC 30％인, 배터리 제어 장치.
3. 하우징과,
   상기 하우징 내에 배치되고, 5C 이상의 충전 레이트로 충전 가능한 배터리와,
   상기 하우징 내에 배치된 송전 유닛과,
   상기 배터리 및 상기 송전 유닛에 접속된 배터리 제어 장치를
   구비하고,
   상기 배터리 제어 장치는,
   상기 배터리로부터의 방전을 제어하는 방전 제어부와,
   상기 배터리에 대한 충전을 제어하는 충전 제어부를
   구비하고,
   상기 방전 제어부는, 미리 정해진 프리차지 SOC보다도 높은 미리 정해진 하한 SOC까지 상기 배터리로부터의 방전을 적어도 실시 가능하게 구성되어 있으며,
   상기 충전 제어부는,
   상기 배터리의 SOC가, 상기 프리차지 SOC보다도 낮을 때에, 미리 정해진 제1 충전 레이트보다도 낮은 제2 충전 레이트로 충전되고, 또한,
   상기 배터리의 SOC가, 상기 프리차지 SOC 이상일 때에, 상기 제1 충전 레이트로 충전되도록 구성된, 모바일 배터리.
4. 제3항에 있어서,
   상기 송전 유닛은, 와이어리스 송전 디바이스를 포함하는, 모바일 배터리.

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