KR20100043247A - 전지의 내부 단락 검지 장치 및 방법, 전지 팩 및 전자 기기 시스템 - Google Patents

전지의 내부 단락 검지 장치 및 방법, 전지 팩 및 전자 기기 시스템 Download PDF

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다쿠야 나카시마
도시유키 나카츠지
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Abstract

전지의 내부 단락 검지 장치는, 전지 온도 Tr을 검출하는 전지 온도 검출부와, 환경 온도 Te를 검출하는 환경 온도 검출부와, 전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 평균 발열량 검출부와, 상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 당해 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 전지 온도 추정부와, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이라고 판정하는 내부 단락 판정부를 포함하고 있다.

Description

전지의 내부 단락 검지 장치 및 방법, 전지 팩 및 전자 기기 시스템{CELL INTERNAL SHORTCIRCUIT DETECTION DEVICE, METHOD, BATTERY PACK, AND ELECTRONIC DEVICE SYSTEM}
본 발명은, 음극과 양극의 사이에 수지 결착제와 무기 산화물 필러(filler)를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지, 또는 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 올리빈형 인산철리튬 2차 전지 등의 비수계 전해질 2차 전지의 내부 단락을 검지하기 위한 장치 및 방법, 전지 팩 및 전자 기기 시스템에 관한 것이다.
음극과 양극의 사이에, 수지 결착제와 무기 산화물 필러를 포함하는 다공성 보호막을 갖는 비수계 전해질 2차 전지가, 예컨대, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 기재되어 있다. 이러한 다공성 보호막을 갖는 비수계 전해질 2차 전지의 구조에 따르면, 제조시에, 전극으로부터 벗겨져 떨어진 활물질이나 재단 공정에서의 부스러기 등이 전극 표면에 부착되더라도, 그 후에 내부 단락이 발생하는 것이 억제되고 있다. 그러나, 그와 같은 구조 때문에, 만약 내부 단락이 발생한 경우, 다공성 보호막을 갖지 않는 종래 구조의 셀에서 이용되는 종래의 수법으로는, 내부 단락의 발생을 검지할 수 없다고 하는 문제가 있다.
상기 문제를 설명하기 위해, 우선, 다공성 보호막을 갖지 않는 종래 구조의 셀에서 이용되는 종래의 수법에 대하여 이하에 기재한다.
즉, 다공성 보호막을 갖지 않는 종래 구조의 셀의 경우는, 내부 단락이 발생하면, 도 3에서 나타내는 바와 같이 셀 전압은 단번에 저하되어버리고, 그 후, 전압은 복귀하지 않는다. 그래서, 적당한 주기로 셀 전압을 모니터하든지, 혹은 단락 전류에 의한 급격한 온도 상승을 검지함으로써, 내부 단락을 검지할 수 있다.
이것은, 이하와 같은 메커니즘에 따른다. 예컨대, 제조 공정에서 벗겨져 떨어진 전극 재료나 부스러기 등의 금속 이물질에 의해, 우선 도 4(a)에서 나타내는 내부 단락이 생기면, 그 단락에 의해 발생하는 열에 의해, 도 4(b)에서 나타내는 바와 같이 단락부의 양극 알루미늄 심재가 용융된다. 이어서, 그에 따른 열에 의해, 도 4(c)에서 나타내는 바와 같이 폴리에틸렌 등의 고분자 재료로 이루어지는 분리기(separator)가 용융되어 수축하여, 도 4(d)에서 나타내는 바와 같이 단락 구멍이 확대됨으로써 단락 면적이 확대된다. 그 후, 도 4(e)에서 나타내는 바와 같이 단락 부분이 용융되어, 그 열에 의해 다시 도 4(c)에서 나타내는 용융(단락 구멍)의 확대로부터 반복한다. 이렇게 해서, 셀 전압이 단번에 저하됨과 아울러, 열 폭주에 의해 셀 온도가 단번에 상승한다고 하는 것이다.
그래서, 예컨대, 특허 문헌 3에는, 내부 단락 등에 의해 온도 상승이 생기면, 그것을 기억해 둠으로써, 비동작시에 있어서의 내부 단락 등을 검지 가능한 것을 나타내고 있다. 또한, 상기 특허 문헌 3에는, 대폭적인 전압 저하에 대하여, 대폭적인 온도 상승이 검출되었을 때에, 내부 단락이라고 판정하는 것을 나타내고 있다. 또한, 특허 문헌 4에는, 전압, 압력, 온도, 소리 등으로부터, 내부 단락을 검지하는 것을 나타내고 있다. 또한, 특허 문헌 5에는, 전극으로부터 복수의 주파수의 신호를 주어 내부 단락을 검지하는 것이 개시되어 있다.
이에 대하여, 상기 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2와 같은 다공성 보호막을 갖는 구조에서는, 제조 공정에서 벗겨져 떨어진 전극 재료나 부스러기 등의 금속 이물질에 의해, 도 5(a)에서 나타내는 바와 같이 내부 단락이 생긴 경우, 다음과 같이 된다. 즉, 도 5(b)에서 나타내는 바와 같이 단락부의 양극 알루미늄 심재가 용융되더라도, 상기 다공성 보호막에 의해 양극 알루미늄 심재와 음극 합제의 접촉이 회피된다. 이 때문에, 도 5(b)~도 5(d)에 나타내는 바와 같이, 분리기가 용융되는 것은, 상기 금속 이물질이 존재하는 영역 부근에서 그쳐, 단락의 확대가 저지된다. 그 후, 셀 전압도 거의 회복되어, 미소 단락의 상태로 사용 가능해진다. 이 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2와 같은 구조에서의 내부 단락 발생시의 셀 전압의 변화를, 도 6에서 나타낸다. 따라서, 상기 특허 문헌 3~5의 수법에서는, 내부 단락을 검지하기 어렵다고 하는 문제가 있다.
또한, 양극 재료로서 올리빈형 인산철리튬(LiFePO4)을 이용한 2차 전지는, 열적ㆍ화학적 안정성이 높고, 더구나 저렴하여, 코발트산리튬(LiCoO2)을 이용한 2차 전지를 대신할 것으로 기대되고 있다. 그러나, 이 양극 재료로서 올리빈형 인산철리튬(LiFePO4)을 이용한 2차 전지는, 도전성이 낮고, 또한 리튬 이온의 확산 속도도 매우 느리므로, 내부 단락시에 상기 특허 문헌 3~5의 수법으로는, 검출할 수 없다고 하는, 상기 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2와 같은 다공성 보호막을 갖는 구조의 2차 전지와 같은 문제를 포함하고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공보 제 3371301 호
(특허 문헌 2) 국제 공개 제 05/098997 호 팜플렛
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 공보 평 8-83630 호
(특허 문헌 4) 일본 특허 공개 공보 제 2002-8631 호
(특허 문헌 5) 일본 특허 공개 공보 제 2003-317810 호
본 발명은, 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 단번에 저하되지 않는 전지이더라도, 내부 단락을 확실히 검지할 수 있는 전지의 내부 단락 검지 장치 및 방법, 전지 팩 및 전자 기기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 일국면에 따른 전지의 내부 단락 검지 장치는, 상기의 목적을 달성하기 위해, 전지 온도 Tr을 검출하는 전지 온도 검출부와, 환경 온도 Te를 검출하는 환경 온도 검출부와, 전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 평균 발열량 검출부와, 상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 당해 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 전지 온도 추정부와, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이라고 판정하는 내부 단락 판정부를 포함하고 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 전지의 내부 단락 검지 방법은, 상기 목적을 달성하기 위해, 전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 평균 발열량 검출 단계와, 상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 당해 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 전지 온도 추정 단계와, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 실제의 전지 온도 Tr을 검출하는 단계와, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이라고 판정하는 내부 단락 판정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 단숨에 저하되지 않는 전지이더라도, 이하에 설명하는 바와 같이, 확실히 내부 단락을 검지할 수 있다.
즉, 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 전지의 온도 상승이 있을 때에는, 당해 전지에 있어서, 전술한 메커니즘에 따른 내부 단락이 발생하고, 방전 전류가 그 단락 부분을 통하여 흐르고 있다고 짐작되므로, 그것을 검지함으로써, 내부 단락을 판정한다.
구체적으로는, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1만큼 방전 또는 충전시키고, 당해 제 1 기간 ΔW1의 발열량의 평균값 Pav를 평균 발열량 검출부가 검출한다. 또한, 상기 제 1 기간 ΔW1이 경과한 시점 또는 그 이후에, 전지에 발생한 열의 방산성을 결정하는 환경 온도 Te를 환경 온도 검출부가 검출한다. 그리고, 상기 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te로부터, 상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 전지 온도 추정부가 구한다. 또한, 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에, 내부 단락 판정부가 내부 단락이라고 판정한다.
이에 따라, 가령 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 급격히 저하되어버리지 않는 전지이더라도, 내부 단락을 정밀하게 검지할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 전지 팩은, 전지와, 본 발명의 상기 전지의 내부 단락 검지 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 전자 기기 시스템은, 전지와, 상기 전지에 의해 전원 공급되는 부하 기기와, 본 발명의 상기 전지의 내부 단락 검지 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 상기의 전지 팩 및 전자 기기 시스템에 따르면, 전술한 본 발명의 각 내부 단락 검지 장치의 구성과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.
도 1은 본 발명의 실시의 일형태에 따른 비수계 전해질 2차 전지의 내부 단락 검지 장치인 전자 기기 시스템의 전기적 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 실시의 일형태에 따른 내부 단락 판정 동작을 자세히 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 종래 구조의 2차 전지 셀에 있어서의 내부 단락시의 전압 변화를 나타내는 그래프,
도 4(a)~도 4(e)는 상기 종래 구조의 2차 전지 셀에 있어서의 내부 단락 부분의 현상을 설명하기 위한 모식적인 단면도,
도 5(a)~도 5(d)는 음극과 양극의 사이에 수지 결착제와 무기 산화물 필러를 포함하는 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지 셀에 있어서의 내부 단락 부분의 현상을 설명하기 위한 모식적인 단면도,
도 6은 상기 음극과 양극의 사이에 수지 결착제와 무기 산화물 필러를 포함하는 다공성 보호막으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지 셀에 있어서의 내부 단락시의 전압 변화를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 실시의 일형태에 따른 전지의 내부 단락 검지 장치의 기능 블록도이다.
도 1은 본 발명의 실시의 일형태에 따른 비수계 전해질 2차 전지의 내부 단락 검지 장치를 포함하는 전자 기기 시스템의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 이 전자 기기 시스템은, 전지 팩(1)에, 그것에 의해 전원 공급되는 부하 기기(2)를 구비하여 구성되지만, 상기 전지 팩(1)은, 도시하지 않는 충전기에 의해 충전된다. 그 충전시, 전지 팩(1)은, 상기 부하 기기(2)에 장착되어, 그 부하 기기(2)를 통해 충전이 행해지더라도 좋다. 전지 팩(1) 및 부하 기기(2)는, 급전을 행하는 직류 Hi측의 단자 T11, T21과, 통신 신호의 단자 T12, T22와, 급전 및 통신 신호를 위한 GND 단자 T13, T23에 의해 서로 접속된다. 상기 충전기에도, 마찬가지로 3개의 단자가 마련된다.
상기 전지 팩(1) 내에서, 상기 단자 T11로부터 연장되는 직류 Hi측의 충방전 경로(11)에는, 충전용과 방전용에서, 서로 도전 형식이 다른 FET(12, 13)가 개재되어 있고, 그 충방전 경로(11)가 전지 세트(組電池)(2차 전지, 전지)(14)의 Hi측 단자에 접속된다. 상기 전지 세트(14)의 Low측 단자는, 직류 Low측의 충방전 경로(15)를 통해서 상기 GND 단자 T13에 접속되고, 이 충방전 경로(15)에는, 충전 전류 및 방전 전류를 전압값으로 변환하는 전류 검출 저항(16)이 개재되어 있다.
상기 전지 세트(14)는, 복수의 셀이 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬이 조합되어 접속되어 이루어지고, 그 셀의 온도는 셀 온도 센서(전지 온도 검출부)(17a)에 의해 검출되어, 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 또한, 환경 온도는 환경 온도 센서(환경 온도 검출부)(17b)에 의해 검출되어, 마찬가지로 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 또한, 상기 각 셀의 단자간 전압은 전압 검출 회로(단자 전압 검출부)(20)에 의해 독해되어, 상기 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 또한, 상기 전류 검출 저항(전류 검출부)(16)에 의해 검출된 전류값도, 상기 제어 IC(18) 내의 아날로그/디지털 변환기(19)에 입력된다. 상기 아날로그/디지털 변환기(19)는, 각 입력값을 디지털값으로 변환하여, 제어 판정부(21)에 출력한다.
상기 제어 판정부(21)는, 마이크로컴퓨터 및 그 주변 회로 등을 구비하고 있다. 이 제어 판정부(21)는, 상기 아날로그/디지털 변환기(19)로부터의 각 입력값에 응답하여, 전지 세트(14)의 잔량이, 만충전시의 몇 %인지를 연산하여, 통신부(22)로부터 단자 T12, T22; T13, T23을 통해서 부하 기기(2)에 송신한다. 또한, 상기 제어 판정부(21)는, 상기 아날로그/디지털 변환기(19)로부터의 각 입력값으로부터, 충전기에 대하여, 출력을 요구하는 충전 전류의 전압값 및 전류값을 연산하여, 통신부(22)로부터 단자 T12를 통해서 송신한다. 또한, 상기 제어 판정부(21)는, 상기 각 입력값으로부터, 단자 T11, T13 사이의 단락이나 충전기로부터의 이상 전류 등의 전지 팩(1)의 외부에 있어서의 이상을 검지함과 아울러, 전지 세트(14)의 내부 단락 등의 이상을 검지한다. 그리고, 상기 제어 판정부(21)는, 이들의 이상을 검지했을 때, 상기 FET(12, 13)를 차단하는 등의 보호 동작을 행한다.
부하 기기(2)에서는, 상기 전지 세트(14)의 잔량을 제어 IC(30)의 통신부(32)에서 수신하여, 제어부(31)가 각종 부하 회로(33)의 소비 전력으로부터, 전지 팩(1)의 잔여 사용 시간을 연산하여, 표시 패널(34)에 표시를 행한다. 또한, 상기 제어부(31)는, 도시하지 않는 입력 조작 장치의 입력 등에 응답하여, 상기 각종 부하 회로(33)를 제어한다.
상술한 바와 같이 구성되는 전지 팩(1)에 있어서, 본 실시의 형태에서는, 전지 세트(14)가, 도 5에 나타내는 음극과 양극의 사이에 내열층(다공성 보호막)을 갖는 비수계 전해질 2차 전지나, 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 올리빈형 인산철리튬 2차 전지로 이루어진다. 그리고, 주목해야 할 것은, 제어 판정부(21)가, 비충전시 또는 충전시에, 전압 검출 회로(20), 전류 검출 저항(16), 셀 온도 센서(17a) 및 환경 온도 센서(17b)의 검출 결과에 응답하여, 이하와 같이 하여 전지 세트(14)에 내부 단락이 생겼는지 여부를 판정하는 것이다.
상기 제어 판정부(21)의 기능 블록도를, 도 7에 나타내고 있다. 상기 제어 판정부(21)는, 이하에 설명하는, 내부 저항 취득부(35), 평균 발열량 검출부(36), 전지 온도 추정부(37), 내부 단락 판정부(38), 전지 잔여 용량 취득부(39), 단자 전압 추정부(40), 동작 제어부(41) 및 도시하지 않는 메모리를 구비하고 있다.
상기 내부 저항 취득부(35)는, 상기 셀 온도 센서(17a)에 의해 검출되는 전지 온도 Tr에 대응한 전지의 내부 저항 r을 구하는 기능을 갖는다. 이 기능을 실현하기 위해, 내부 저항 취득부(35)는, 예컨대, 전지 온도 Tr과 전지의 내부 저항 r의 대응 관계를 나타내는 룩업테이블을 메모리 내에 기억해 두고, 셀 온도 센서(17a)에서 검출된 전지 온도 Tr에 대응하는 내부 저항값 r을 당해 룩업테이블로부터 취득하는 구성으로 할 수 있다. 또는, 내부 저항 취득부(35)는, 전지 세트(14)의 내부 저항의 온도 계수와, 셀 온도 센서(17a)에서 검출된 전지 온도 Tr로부터, 전지의 내부 저항 r을 연산하도록 하더라도 좋다.
그리고, 상기 평균 발열량 검출부(36)는, 전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 기능을 갖는다. 이 기능을 실현하기 위해, 평균 발열량 검출부(36)는, 예컨대, 상기 제 1 기간 ΔW1 중에, 상기 전류 검출 저항(16)에서 검출되는 전류 I와 상기 내부 저항 취득부(35)에서 취득되는 내부 저항 r에 근거하여, 전지의 발열량 P를 소정 횟수 산출하여, 당해 발열량 P의 평균값 Pav를 구한다. 이 평균 발열량 검출부(36)의 보다 상세한 동작에 대해서는 후술한다.
또한, 상기 전지 온도 추정부(37)는, 상기 평균 발열량 검출부(36)가 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 상기 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 센서(17b)에서 검출되는 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 기능을 갖는다. 이 전지 온도 추정부(37)의 보다 상세한 동작은 후술한다.
또한, 상기 내부 단락 판정부(38)는, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이 발생하고 있다고 판정하는 기능을 갖는다. 즉, 도 5(a)~도 5(d)에서 나타낸 메커니즘에 따른 내부 단락이 발생한 경우, 전류가 그 단락 부분을 통해서 흐르고 있다고 짐작된다. 그리고, 이러한 내부 단락은, 전지 세트(14)의 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는, 전지 세트(14)의 온도 상승을 초래한다. 그래서, 내부 단락 판정부(38)는, 상기 판단 조건(Tr≥αTp)에 의해, 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 전지 세트(14)의 온도 상승이 발생하고 있는지 여부를 판단하여, 내부 단락의 유무를 판정한다.
또한, 도 7에 나타내는 상기 제어 판정부(21)는, 전지 잔여 용량 SOC를 관리하는 기능을 갖고 있다. 그리고, 상기 전지 잔여 용량 취득부(39)는, 상기 제 1 기간 ΔW1 개시 시점에서의 전지 잔여 용량 SOC를 취득한 후, 상기 전류 검출 저항(16)이 전지 세트(14)의 외부를 흐르는 전류 I를 검출할 때마다 당해 전지 잔여 용량 SOC를 갱신하여, 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 전지 잔여 용량 SOC를 구하는 기능을 갖는다. 이 전지 잔여 용량 취득부(39)의 보다 상세한 동작은 후술한다.
또한, 상기 단자 전압 추정부(40)는, 상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점의 상기 전지 잔여 용량 SOC에서 추정되는 전지의 단자 전압 Vp를 구하는 기능을 갖는다. 단자 전압 추정부(40)는, 예컨대, 전지 잔여 용량 SOC와 단자 전압 Vp의 대응 관계를 나타내는 룩업테이블을 메모리 내에 기억해 두고, 상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점의 상기 전지 잔여 용량 SOC에 대응하는 단자 전압 Vp를 당해 룩업테이블로부터 취득하는 구성으로 할 수 있다. 이 단자 전압 추정부(40)의 보다 상세한 동작은 후술한다.
또한, 상기 전압 검출 회로(20)는, 상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 실제의 전지의 단자 전압 Vr을 검출한다. 그리고, 상기 동작 제어부(41)는, 상기 실제의 전지의 단자 전압 Vr이, 상기 단자 전압 Vp에 미리 정한 계수 β를 가미한 임계값 이하일 때만, 상기 평균 발열량 검출부(36), 전지 온도 추정부(37) 및 내부 단락 판정부(38)를 동작시키는 기능을 갖는다.
즉, 충전시에 있어서, 동작 제어부(41)는, 충전 전류가 흐르고 있는 것에 관계없이, 충전량과는 어울리지 않을 정도로 실제의 전지의 단자 전압 Vr이 낮은 경우에는, 내부 단락이 발생하고 있을 가능성이 높다고 판단하여, 평균 발열량 검출부(36), 전지 온도 추정부(37) 및 내부 단락 판정부(38)에 의한 그 후의 내부 단락 판정 동작을 실행시킨다. 한편, 동작 제어부(41)는, 실제의 전지의 단자 전압 Vr이 충전량과 어울리지 않을 정도로 낮지 않으면, 내부 단락이 발생하지 않고 있다고 판단하여, 그 후의 내부 단락 판정 동작을 생략시킨다.
또한, 방전시(비충전시)에 있어서, 동작 제어부(41)는, 방전량과는 어울리지 않을 정도로 실제의 전지의 단자 전압 Vr이 낮은 경우에는, 내부 단락이 발생하고 있을 가능성이 높다고 판단하여, 평균 발열량 검출부(36), 전지 온도 추정부(37) 및 내부 단락 판정부(38)에 의한 그 후의 내부 단락 판정 동작을 실행시킨다. 한편, 동작 제어부(41)는, 실제의 전지의 단자 전압 Vr이 방전량과 어울리지 않을 정도로 낮지 않으면, 내부 단락이 발생하지 않고 있다고 판단하여, 그 후의 내부 단락 판정 동작을 생략시킨다.
상기 동작 제어부(41)에 의한 평균 발열량 검출부(36), 전지 온도 추정부(37) 및 내부 단락 판정부(38)의 동작 제어에 의해, 내부 단락의 판정 정밀도를 향상시킬 수 있음과 아울러, 판정 처리를 간략화할 수 있다.
또한, 도시하지 않는 메모리는, 상술한 룩업테이블의 데이터나 동작 프로그램을 기억한다. 또한, 메모리는, 연산 결과 데이터 등의 각종 데이터를 일시 기억하는 기억 영역을 갖는다.
상기 제어 판정부(21)의 각 기능은, 마이크로컴퓨터 CPU나 기억 장치(ROM, RAM) 등으로 실현되고 있다.
도 2는 상기 제어 판정부(21)의 판정 동작을 자세히 설명하기 위한 흐름도이다. 제어 판정부(21)는, 단계 S1에서 미리 전지 잔여 용량 SOC0을 관리하고 있다. 그리고 제어 판정부(21)는, 단계 S2에서, 아날로그/디지털 변환기(19)를 통해서, 전류 검출 저항(16) 및 셀 온도 센서(17a)의 검출 결과를 받아, 전류 IK 및 전지 온도 TrK로서 메모리에 기억한다.
여기서, 전자 기기 시스템에 있어서, 전지 세트(14)로의 충전시에는, 충전 전류가 전류 검출 저항(16)에 의해 검출되고, 방전시(비충전시)에는, 방전 전류가 전류 검출 저항(16)에 의해 검출된다.
다음 단계 S3에서는, 제어 판정부(21)는, 미리 관리하고 있던 전지 잔여 용량 SOCK -1에 대하여, 전류 IK가 ΔW1/N의 기간 흘렀을 때의 전지 잔여 용량 SOCK를 산출한다. 여기서, 상기 ΔW1은 소정의 제 1 기간이며, 전지의 용적에 따라, 예컨대, 60초간으로 할 수 있다. 또한, 상기 N은, 상기 제 1 기간 ΔW1에 있어서의 샘플링수이며, 제 1 기간 ΔW1을 나누어 떨어지는 값, 예컨대, 60 등으로 할 수 있다. 이 단계 S3은, 도 7에 나타내는 전지 잔여 용량 취득부(39)에서 실행되는 것이다.
다음 단계 S4에서는, 제어 판정부(21)는, 단계 S2에서 기억해 둔 전지 온도 TrK로부터, 전지의 내부 저항 rK를, 표 1에 나타내는 룩업테이블에 근거하여 산출한다. 또, 이 표 1은 이미지이며, 반드시 정확한 데이터를 나타내는 것이 아니다. 이 단계 S4는, 도 7에 나타내는 내부 저항 취득부(35)에서 실행되는 것이다.
Figure pct00001
다음 단계 S5에서는, 제어 판정부(21)는, 단계 S4에서 산출한 내부 저항 rK와, 단계 S2에서 기억해 둔 전류 IK를 이용하여, 순간 발열량 PK를, (IK)2ㆍrK로부터 산출한다. 다음 단계 S6에서는, 제어 판정부(21)는, 상기 ΔW1/N의 기간만큼 대기한 후, 단계 S7에서, 단계 S1~S6을 N회 반복하고 있는지 여부를 판단한다. 만약, 단계 S7에서 "아니오"의 경우에는, 제어 판정부(21)는, K를 증분(increment)한 후, 단계 S2로 되돌아가, 단계 S1~S6을 반복 실행한다.
만약, 단계 S7에서 "예"의 경우에는, 즉, 상기 제 1 기간 ΔW1에 걸친 샘플 데이터가 N개 얻어진 경우에는, 다음으로 단계 S8로 진행한다. 또, 상기 루틴에 의해, 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 전지 잔여 용량 SOCN이 얻어지고 있다.
그래서, 단계 S8에 있어서, 제어 판정부(21)는, 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 전지 잔여 용량 SOCN에서 추정되는 전지의 단자 전압 Vp를, 표 2에 나타내는 룩업테이블로부터 산출한다. 이 룩업테이블은, 전지 잔여 용량 SOC와 단자 전압 Vp의 대응 관계를 나타내는 데이터를 미리 취득해 둔 것이다. 이 표 2도 이미지이며, 반드시 정확한 데이터를 나타내는 것이 아니다. 당해 단계 S8은, 도 7에 나타내는 단자 전압 추정부(40)에서 실행되는 것이다.
Figure pct00002
계속해서 단계 S9에서는, 제어 판정부(21)는, 실제의 전지 전압 Vr을 전압 검출 회로(20)를 이용하여 받아들인다. 또한, 단계 S10에서는, 제어 판정부(21)는, 실제의 전지 전압 Vr이, 상기 단계 S8에서 구한 전지 잔여 용량 SOCN에 대응하는 단자 전압 Vp에 적당한 계수 β를 가미한 임계값 전압 βVp 이하인지 여부가 판단된다. 여기서의 계수 β에는, 예컨대, 1.0으로부터 1.2 정도의 값이 이용된다.
상기 단계 S10에 있어서, 실제의 전지 전압 Vr이 임계값 전압 βVp 이하일 때에는, 제어 판정부(21)는, 내부 단락이 발생하고 있을 가능성이 높다고 판단한다. 즉, 충전시에 있어서, Vr≤βVp를 만족시킨다는 것은, 충전 전류가 흐르고 있는 것에 관계없이, 충전량과는 어울리지 않을 정도로 실제의 전지의 단자 전압 Vr이 낮다는 것이며, 내부 단락이 발생하고 있을 가능성이 높다. 또한, 방전시(비충전시)에 있어서, Vr≤βVp를 만족시킨다는 것은, 방전량과는 어울리지 않을 정도로 실제의 전지의 단자 전압 Vr이 낮다는 것이며, 내부 단락이 발생하고 있을 가능성이 높다.
상기 단계 S10에서 "예"의 경우에는, 그 후의 내부 단락 판정 동작을 실행하도록, 단계 S11로 진행한다. 당해 단계 S10은, 도 7에 나타내는 동작 제어부(41)에서 실행되는 것이다.
단계 S11에 있어서, 제어 판정부(21)는, 상기 단계 S5에서 구해져 있던 발열량 PK의 상기 제 1 기간 ΔW1에 걸친 평균값 Pav를 산출한다. 단계 S5 및 단계 S11은, 도 7에 나타내는 평균 발열량 검출부(36)에서 실행되는 것이다.
그 후, 단계 S12에 있어서, 제어 판정부(21)는, 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 대기 후, 단계 S13으로 이행한다. 단계 S13에 있어서, 제어 판정부(21)는, 환경 온도 센서(17b)에 의해 검출되는 환경 온도 Te 및 셀 온도 센서(17a)에 의해 검출되는 실제의 전지 온도 Tr을, 각각 아날로그/디지털 변환기(19)를 통해서 받아들인다.
다음 단계 S14에 있어서, 제어 판정부(21)는, 상기 제 1 기간 ΔW1에 걸친 발열량의 평균값이 상기 Pav일 때에, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 예측되는 전지 온도 Tp를, Pavθ+Te로부터 산출한다. 여기서, 상기 Pav는 상술한 전지 내부의 발열량(단위 : W)이다. 또한, 상기 θ는 전지 표면의 열이 대기에 방출될 때의 열저항(단위 : ℃/W)이며, 전지의 표면적이나 비열, 및 전지의 주위에 팬이 있는 등의 전지 팩의 방열 구조에 따라 결정되고, 예컨대, 10~20의 값이 이용된다. 또한, 상기 제 2 기간 ΔW2는, 가령 내부 단락이 발생한 경우에, 단락에 의해 발생한 열이 외부로 전해지는데 요하는 시간이 적절히 선정되고, 예컨대, 60초간 정도이다. 당해 단계 S14는, 도 7에 나타내는 전지 온도 추정부(37)에서 실행되는 것이다.
계속해서, 단계 S15에서는, 제어 판정부(21)는, 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 단계 S14에서 구한 전지 온도 Tp에, 1~1.2 정도의 적당한 계수 α를 가미한 임계값 온도 αTp 이상인지 여부를 판단한다. 당해 단계 S15는, 도 7에 나타내는 내부 단락 판정부(38)에서 실행되는 것이다.
상기 단계 S15에서 "예"의 경우에는, 제어 판정부(21)는, 당해 전지 세트(14)에, 도 5(a)~도 5(d)에서 나타낸 메커니즘에 따른 내부 단락이 발생하고 있다고 판정한다. 즉, Tr≥αTp를 만족시킨다는 것은, 충전시에 있어서, 충전량과는 어울리지 않을 정도로 실제의 전지 온도 Tr이 높아져 있다는 것이며, 내부 단락이 발생하고 있다고 판단할 수 있다. 또한, Tr≥αTp를 만족시킨다는 것은, 방전시(비충전시)에 있어서, 방전량과는 어울리지 않을 정도로 실제의 전지 온도 Tr이 높아져 있다는 것이며, 내부 단락이 발생하고 있다고 판단할 수 있다.
상기 단계 S15에서 "예"의 경우에는, 단계 S16으로 이동하여, 제어 판정부(21)는, 도 1에 나타내는 상기 FET(12, 13)를 오프로 하는 보호 동작을 행한다. 이 경우, 제어 판정부(21)는, 또한, 통신부(22, 32)를 통해서 부하 기기(2)에 내부 단락의 발생을 통지하거나, 혹은 도시하지 않는 표시기 등이 마련되어 있는 경우에는 그 표시기에 표시시키거나 하여, 경보 동작을 행하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 단계 S10에 있어서 전지의 단자 전압 Vr이 임계값 전압 βVp보다 높을 때, 및 단계 S15에 있어서 실제의 전지 온도 Tr이 임계값 온도 αTp보다 낮을 때, 제어 판정부(21)는, 상기 내부 단락은 생겨 있지 않은 것으로 판정하여, 상기 단계 S1로 되돌아가, 상기 ΔW1/N의 주기마다 처리를 반복한다.
이상의 구성에 있어서, 전지 세트(14)로서, 음극과 양극의 사이에 수지 결착제와 무기 산화물 필러를 포함하는 다공성 보호막 등으로 이루어지는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지나, 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 올리빈형 인산철리튬 2차 전지를 이용한 경우, 내부 단락이 발생하더라도, 통상의 2차 전지와 같이 셀 전압이 급격히 저하되어버리는 상태는 발생하지 않는다. 따라서, 종래의 방법에서는, 2차 전지의 전압, 전류, 온도 등의 데이터의 샘플값으로부터는 내부 단락의 검지는 곤란했다.
이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 전지의 내부 단락 검지 장치 또는 방법은, 상술한 바와 같이, 전지 세트(14)의 전압의 시간 경과에 따른 변화(구체적으로는, 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 셀 전압의 저하와 셀 온도의 상승)를 검지하여 내부 단락이 발생하고 있다고 판정하므로, 가령 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 급격히 저하되어버리지 않는 전지이더라도, 내부 단락을 정밀하게 검지할 수 있다.
또, 단계 S1에 있어서의 SOC의 관리, 단계 S3에 있어서의 전류 IK가 시간 ΔW1/N만큼 흘렀을 때의 잔여 용량 SOCK의 산출 및 단계 S8로부터 단계 S10에 걸쳐 행해지는 예측 전지 전압 Vp과 실제의 전압 βVr의 비교 처리는, 반드시 행해지지 않더라도 좋고, 생략 가능하다. 단, 이들의 처리를 행함으로써, 내부 단락의 판정 정밀도를 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 통상 행해지는 전지 잔여 용량 SOC의 관리를 응용하여, 단계 S10에 있어서, 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 단자 전압 저하가 발생했는지 여부를 판단하고 있다. 그리고, 그와 같은 단자 전압 저하가 발생한 경우에만, 단계 S11 이후의 내부 단락 판정 처리(방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 전지의 발열이 생겼는지 여부를 판정하는 처리)를 행하는 구성을 취함으로써, 판정 처리를 간략화할 수도 있다.
본 발명은, 내부 단락이 생기더라도, 통상의 2차 전지와 같은 셀 전압의 급격한 저하가 없고, 전압, 전류, 온도 등의 데이터의 샘플값으로부터는 좀처럼 검지할 수 없는 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지나 올리빈형 인산철리튬 2차 전지의 내부 단락을 검지함에 있어서, 방전량과는 어울리지 않는 셀 전압의 저하에 셀 온도의 상승이 있을 때에 내부 단락이 발생하고 있다고 판정함으로써 내부 단락을 검지하므로, 상기와 같은 구성의 2차 전지를 구비하는 전지 팩이나 무정전 전원 장치 등의 전지 통합 기기에 적합하다.
또, 본 실시 형태의 전지의 내부 단락 검지 장치 또는 방법은, 음극과 양극의 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지 및 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 2차 전지에 적합하게 이용할 수 있지만 이것에 한정되는 것이 아니다. 즉, 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 급격히 저하되어버리지 않는 전지이면, 적합하게 이용하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태는, 전지의 내부 단락 검출 장치가 전지 팩에 내장된 형태를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 당해 내부 단락 검출 장치가 부하 기기에 포함된 형태라도 좋다.
본 발명의 일국면에 따른 전지의 내부 단락 검지 장치는, 전지 온도 Tr을 검출하는 전지 온도 검출부와, 환경 온도 Te를 검출하는 환경 온도 검출부와, 전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 평균 발열량 검출부와, 상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 당해 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 전지 온도 추정부와, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이라고 판정하는 내부 단락 판정부를 포함하고 있다.
상기 구성에 따르면, 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 단번에 저하되지 않는 전지이더라도, 이하에 설명하는 바와 같이, 확실히 내부 단락을 검지할 수 있다.
즉, 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 전지의 온도 상승이 있을 때에는, 당해 전지에 있어서, 전술한 메커니즘에 따른 내부 단락이 발생하여, 방전 전류가 그 단락 부분을 통해서 흐르고 있다고 짐작되므로, 그것을 검지함으로써, 내부 단락을 판정한다.
구체적으로는, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1만큼 방전 또는 충전시켜, 당해 제 1 기간 ΔW1의 발열량의 평균값 Pav를 평균 발열량 검출부가 검출한다. 또한, 상기 제 1 기간 ΔW1이 경과한 시점 또는 그 이후에, 전지에 발생한 열의 방산성을 결정하는 환경 온도 Te를 환경 온도 검출부가 검출한다. 그리고, 상기 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te로부터, 상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 전지 온도 추정부가 구한다. 또한, 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에, 내부 단락 판정부가 내부 단락이라고 판정한다.
이에 따라, 가령 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 급격히 저하되어버리지 않는 전지이더라도, 내부 단락을 정밀하게 검지할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 전지에 흐르는 전류 I를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전지 온도 Tr에 대응한 전지의 내부 저항 r을 구하는 내부 저항 취득부를 포함하고, 상기 평균 발열량 검출부는, 상기 제 1 기간 ΔW1 중에, 상기 전류 I와 내부 저항 r에 근거하여 전지의 발열량 P를 소정 횟수 산출하여, 당해 발열량 P의 평균값을 상기 Pav로서 구하는 구성이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 상기와 같은 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 2차 전지의 온도 상승의 유무를 구함에 있어서, 상기 제 1 기간 ΔW1 중에, 전류 검출부에 의해 전지에 흐르는 전류 I가 검출됨과 아울러, 전지 온도 검출부에 의해 전지 온도 Tr이 검출된다. 또한, 검출된 전지 온도 Tr에 대응한 내부 저항 r이, 내부 저항 취득부에 의해 구해진다. 그리고, 평균 발열량 검출부에 의해, 상기 제 1 기간 ΔW1 중에, 상기 전류 I와 내부 저항 r에 근거하여 순간 발열량 P가 소정 횟수 산출되어, 상기 발열량 P의 평균값 Pav가 구해진다.
따라서, 상기 발열량의 평균값 Pav를, 전지에 흐른 전류에 의한 비교적 정확한 발열량만으로부터 구하고 있으므로, 상기 내부 단락을 정확히 검지할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 제 1 기간 ΔW1 개시 시점에서의 상기 전지 잔여 용량 SOC를 취득한 후, 상기 전류 검출부가 전류 I를 검출할 때마다 당해 전지 잔여 용량 SOC를 갱신하여, 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 전지 잔여 용량 SOC를 구하는 전지 잔여 용량 취득부와, 상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점의 상기 전지 잔여 용량 SOC에서 추정되는 전지의 단자 전압 Vp를 구하는 단자 전압 추정부와, 상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 실제의 전지의 단자 전압 Vr을 검출하는 단자 전압 검출부와, 상기 실제의 전지의 단자 전압 Vr이, 상기 단자 전압 Vp에 미리 정한 계수 β를 가미한 임계값 이하일 때만, 상기 평균 발열량 검출부, 전지 온도 추정부 및 내부 단락 판정부를 동작시키는 동작 제어부를 포함하는 구성이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 통상 행해지는 전지 잔여 용량 SOC의 관리를 응용하여, 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 단자 전압 저하가 발생했는지 여부를 판단하고 있다. 그리고, 그와 같은 단자 전압 저하가 발생한 경우에만, 상기 평균 발열량 검출부, 전지 온도 추정부 및 내부 단락 판정부의 동작(즉, 방전량 또는 충전량과는 어울리지 않는 전지의 발열이 생겼는지 여부를 판정하는 처리)을 실행시키는 구성을 취하고 있다. 이에 따라, 내부 단락의 판정 정밀도를 향상시킬 수 있음과 아울러, 판정 처리를 간략화할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 전지로서는, 예컨대, 음극과 양극의 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지, 또는 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 2차 전지를 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 전지 팩은, 전지와, 본 발명의 상기 어느 한 구성의 전지의 내부 단락 검지 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 전자 기기 시스템은, 전지와, 상기 전지에 의해 전원 공급되는 부하 기기와, 본 발명의 상기 어느 한 구성의 전지의 내부 단락 검지 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 상기 전지 팩 및 전자 기기 시스템에 따르면, 전술한 본 발명의 각 내부 단락 검지 장치의 구성과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 전지의 내부 단락 검지 방법은, 전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 평균 발열량 검출 단계와, 상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 당해 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 전지 온도 추정 단계와, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 실제의 전지 온도 Tr을 검출하는 단계와, 상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이라고 판정하는 내부 단락 판정 단계를 포함하고 있다.
상기 내부 단락 검지 방법에 있어서, 상기 평균 발열량 검출 단계가, 상기 전지에 흐르는 전류 I를 구하는 단계와, 상기 전지 온도 Tr에 대응한 전지의 내부 저항 r을 구하는 단계와, 상기 제 1 기간 ΔW1 중에, 상기 전류 I와 내부 저항 r에 근거하여 전지의 발열량 P를 소정 횟수 산출하여, 당해 발열량 P의 평균값을 상기 Pav로서 구하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 내부 단락 검지 방법에 있어서, 상기 제 1 기간 ΔW1 개시 시점에서의 상기 전지 잔여 용량 SOC를 취득하는 단계와, 상기 전지 잔여 용량 SOC를 취득하는 단계의 뒤에, 상기 전류 검출부가 전류 I를 검출할 때마다 당해 전지 잔여 용량 SOC를 갱신하여, 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 전지 잔여 용량 SOC를 구하는 단계와, 상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점의 상기 전지 잔여 용량 SOC에서 추정되는 전지의 단자 전압 Vp를 구하는 단계와, 상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 실제의 전지의 단자 전압 Vr을 검출하는 단계와, 상기 실제의 전지의 단자 전압 Vr이, 상기 단자 전압 Vp에 미리 정한 계수 β를 가미한 임계값 이하일 때만, 상기 평균 발열량 검출 단계를 개시하는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 내부 단락 검지 방법에 있어서, 상기 전지로서는, 예컨대, 음극과 양극의 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지, 또는 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 2차 전지를 이용할 수 있다.
본 발명의 상기 각 내부 단락 검지 방법에 따르면, 전술한 본 발명의 각 내부 단락 검지 장치의 구성과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 내부 단락이 발생하더라도 전지의 전압이 단번에 저하되지 않는 전지이더라도, 내부 단락을 확실히 검지할 수 있는 전지의 내부 단락 검지 장치 및 방법, 전지 팩 및 전자 기기 시스템을 제공할 수 있다.
(산업상이용가능성)
본 발명은, 휴대형 퍼스널 컴퓨터나 디지털 카메라, 무정전 전원 장치, 휴대 전화기 등의 전자 기기, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 차량, 등의 전지 탑재 장치로서 사용되는 충전 시스템, 이들 전지탑재 장치의 전원으로서 이용되는 전지 팩, 및 이러한 전지 팩을 충전하는 충전 장치에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전지 온도 Tr을 검출하는 전지 온도 검출부와,
    환경 온도 Te를 검출하는 환경 온도 검출부와,
    전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 평균 발열량 검출부와,
    상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 당해 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 전지 온도 추정부와,
    상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이라고 판정하는 내부 단락 판정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 검지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지에 흐르는 전류 I를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 전지 온도 Tr에 대응한 전지의 내부 저항 r을 구하는 내부 저항 취득부
    를 포함하고,
    상기 평균 발열량 검출부는, 상기 제 1 기간 ΔW1 중에, 상기 전류 I와 내부 저항 r에 근거하여 전지의 발열량 P를 소정 횟수 산출하여, 당해 발열량 P의 평균값을 상기 Pav로서 구하는 것
    을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 검지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 기간 ΔW1 개시 시점에서의 상기 전지 잔여 용량 SOC를 취득한 후, 상기 전류 검출부가 전류 I를 검출할 때마다 당해 전지 잔여 용량 SOC를 갱신하여, 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 전지 잔여 용량 SOC를 구하는 전지 잔여 용량 취득부와,
    상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점의 상기 전지 잔여 용량 SOC에서 추정되는 전지의 단자 전압 Vp를 구하는 단자 전압 추정부와,
    상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 실제의 전지의 단자 전압 Vr을 검출하는 단자 전압 검출부와,
    상기 실제의 전지의 단자 전압 Vr이, 상기 단자 전압 Vp에 미리 정한 계수 β를 가미한 임계값 이하일 때만, 상기 평균 발열량 검출부, 전지 온도 추정부 및 내부 단락 판정부를 동작시키는 동작 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 검지 장치.

  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지는, 음극과 양극의 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지, 또는 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 2차 전지인 전지의 내부 단락 검지 장치.
  5. 전지와,
    청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 전지의 내부 단락 검지 장치
    를 포함하는 전지 팩.
  6. 전지와,
    상기 전지에 의해 전원 공급되는 부하 기기와,
    청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 전지의 내부 단락 검지 장치
    를 포함하는 전자 기기 시스템.

  7. 전지 온도 Tr을 검출하는 단계와,
    환경 온도 Te를 검출하는 단계와,
    전지의 방전 또는 충전에 따른, 미리 정한 제 1 기간 ΔW1당 전지의 발열량의 평균값 Pav를 검출하는 평균 발열량 검출 단계와,
    상기 발열량의 평균값 Pav를 검출하고 나서 미리 정한 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 도달하고 있을 것이라고 추정되는 전지 온도 Tp를, 당해 발열량의 평균값 Pav 및 환경 온도 Te에 근거하여 구하는 전지 온도 추정 단계와,
    상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후에 실제의 전지 온도 Tr을 검출하는 단계와,
    상기 제 2 기간 ΔW2 경과 후의 실제의 전지 온도 Tr이, 상기 추정되는 전지 온도 Tp에 미리 정한 계수 α를 가미한 값 이상일 때에 내부 단락이라고 판정하는 내부 단락 판정 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 검지 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 평균 발열량 검출 단계는,
    상기 전지에 흐르는 전류 I를 구하는 단계와,
    상기 전지 온도 Tr에 대응한 전지의 내부 저항 r을 구하는 단계와,
    상기 제 1 기간 ΔW1 중에, 상기 전류 I와 내부 저항 r에 근거하여 전지의 발열량 P를 소정 횟수 산출하여, 당해 발열량 P의 평균값을 상기 Pav로서 구하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 검지 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기간 ΔW1 개시 시점에서의 상기 전지 잔여 용량 SOC를 취득하는 단계와,
    상기 전지 잔여 용량 SOC를 취득하는 단계의 뒤에, 상기 전류 검출부가 전류 I를 검출할 때마다 당해 전지 잔여 용량 SOC를 갱신하여, 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 전지 잔여 용량 SOC를 구하는 단계와,
    상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점의 상기 전지 잔여 용량 SOC에서 추정되는 전지의 단자 전압 Vp를 구하는 단계와,
    상기 제 1 기간 ΔW1 경과 시점에서의 실제의 전지의 단자 전압 Vr을 검출하는 단계와,
    상기 실제의 전지의 단자 전압 Vr이, 상기 단자 전압 Vp에 미리 정한 계수 β를 가미한 임계값 이하일 때만, 상기 평균 발열량 검출 단계를 개시하는 단계
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 검지 방법.

  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지는, 음극과 양극의 사이에 내열층을 갖는 비수계 전해질 2차 전지, 또는 극판 저항이 4Ωㆍ㎠ 이상인 비수계 전해질 2차 전지인 전지의 내부 단락 검지 방법.
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