WO2019066358A1 - 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 방법 및 이를 이용한 배터리 팩 - Google Patents

배터리 셀의 스웰링을 방지하는 방법 및 이를 이용한 배터리 팩 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method of preventing swelling of a battery cell and a battery pack using the same, and more particularly, to a method of preventing a swelling phenomenon A method of preventing swelling, and a battery pack using the same.
  • the battery is easy to apply according to the product group, and has characteristics such as excellent preservation and high energy density.
  • it is also attracting attention as an energy source for enhancing environmental friendliness and energy efficiency in that byproducts from energy use are not generated.
  • Batteries are widely applied to portable devices, electric vehicles, and energy storage systems, providing a foundation for diverse industries and convenience in everyday life.
  • such a battery can be abnormally driven depending on the use environment. For example, when the battery is overcharged or its life is exhausted, swelling of the battery may be caused due to an electrochemical action occurring inside the battery .
  • Such swelling of the battery may shorten the lifetime of the battery, deteriorate the capacity, and may lead to accidents such as ignition and explosion. Therefore, stable use of the battery through careful monitoring and proper control is required.
  • the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a swell ring of a battery cell capable of effectively improving safety of a battery pack by previously preventing a cause of swelling of the battery cell swelling prevention method and a battery pack using the same.
  • a method of preventing swelling of a battery cell comprising: measuring a temperature and a cell voltage of a battery cell being charged; Determining whether the measured temperature and the cell voltage of the battery cell are equal to or greater than a reference temperature and a reference cell voltage; A counting step of starting counting from a time point when the temperature and the cell voltage of the battery cell become equal to or higher than the reference temperature and the reference cell voltage, A cell charging step of charging the battery cell at a drop charge voltage (NCV) by decreasing a charge voltage (CV) of the battery cell by a predetermined set voltage (DV) when the counted time is longer than a set reference time; And a minimum charge voltage maintenance step of maintaining the drop charge voltage (NCV) at a predetermined minimum charge voltage (MCV) or more; And a control unit.
  • NCV drop charge voltage
  • CV charge voltage
  • DV predetermined set voltage
  • the charging voltage is maintained to charge the battery cell.
  • the charging voltage is maintained to charge the battery cell.
  • the falling charge voltage (NCV) is calculated by the following equation (1).
  • NCV charge voltage (CV) - set voltage (DV)
  • the minimum charge voltage maintaining step may include charging the battery cell with a drop charge voltage (NCV) when the drop charge voltage (NCV) is equal to or higher than the minimum charge voltage (MCV) in the cell charge step, And charging the battery cell with a minimum charging voltage (MCV) when the charging voltage is less than the minimum charging voltage (MCV).
  • NCV drop charge voltage
  • MCV minimum charge voltage
  • a battery pack for preventing swelling of a battery cell includes: a battery cell; A temperature sensing unit for measuring a temperature of the battery cell; A voltage measuring unit for measuring a cell voltage of the battery cell; And a control unit for controlling a charging voltage according to a temperature and a voltage obtained from the temperature sensing unit and the voltage measuring unit, wherein the controller controls the temperature and the cell voltage of the battery cell measured from the temperature sensing unit and the voltage measuring unit, A comparator for comparing the temperature and the reference voltage, respectively; A counting unit counting time from the time when the measured temperature and the cell voltage are equal to or higher than the reference temperature and the reference voltage; And a calculator for decreasing the charge voltage by a predetermined voltage when the time counted by the counting unit is equal to or longer than a reference time; And a charging voltage regulator for regulating a charging voltage; And further comprising:
  • the comparison unit compares the temperature and the cell voltage of the battery cell measured by the temperature sensing unit and the voltage measuring unit with the reference temperature and the reference cell voltage, And transmits the counting signal to the counting unit when the reference cell voltage is equal to or higher than the reference cell voltage.
  • the counting unit may further include a second unit counter for counting the time in seconds from a time point at which the counting signal is transmitted from the comparing unit and a time unit counter for counting the time counted in the second unit counter, .
  • the calculation unit calculates a drop charge voltage dropping the charge voltage by a predetermined voltage by using the following equation 1 when the time counted by the counting unit is equal to or greater than the reference time.
  • NCV charge voltage (CV) - set voltage (DV)
  • the charge voltage regulator adjusts the charge voltage so that the battery cell is charged with the drop charge voltage calculated by the calculator, and when the drop charge voltage is calculated to be less than the minimum charge voltage, And the charging voltage is adjusted so that the cell is charged.
  • the present invention it is possible to prevent a swelling phenomenon from occurring originally on the basis of a swelling phenomenon of a battery cell, and thus, due to a swelling phenomenon, a battery pack explosion or an electrolyte leak Can be prevented in advance.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for preventing swelling of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a battery pack for preventing swelling of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the swelling or swelling phenomenon of the battery cell refers to a phenomenon in which the pressure inside the cell rapidly increases and the external case of the battery cell is swollen rapidly. Such swelling phenomenon may occur mainly due to generation of gas inside the cell, such as generation of gas due to heat generation or ignition of the lithium ion battery cell electrode or generation of gas due to electrolytic solution vanish due to overvoltage.
  • the swell phenomenon of the battery cell is likely to proceed rapidly under the condition that the cell voltage of the battery cell is maintained at a high temperature higher than the reference temperature and the cell voltage of the battery cell is longer than the reference voltage due to the continuous heat generation of the cell electrode for a long time.
  • the method of preventing swelling of the battery cell according to an embodiment of the present invention is intended to prevent swelling of the battery cell in such a case.
  • a method for preventing swelling of a battery cell according to the present invention includes measuring a temperature of a battery cell and a cell voltage (S100), determining whether a temperature of the measured battery cell and a cell voltage are equal to or greater than a reference value
  • a counting step S300 of counting a time from the time when the measured temperature and the cell voltage of the battery cell are equal to or greater than the reference value a step S300 of reducing the charge voltage for charging the cell by a predetermined set voltage, (S400), and a minimum charge voltage maintenance step (S500) of maintaining the drop charge voltage at or above a minimum charge voltage.
  • the measuring step S100 measures the current temperature and current cell voltage of the battery cell being charged with the set charging voltage CV.
  • the charging voltage CV is a voltage for charging the current battery cell.
  • the charging voltage CV set here may vary depending on the specification in the manufacturing stage of the battery cell.
  • the charging voltage CV may be 5V input through the adapter and the charging circuit, or the charging voltage CV may be 12V depending on the type of the battery cell.
  • the determining step S200 is a step of comparing the current temperature of the battery cell measured in the measuring step S100 and the current cell voltage with the reference temperature and the reference cell voltage of the predetermined battery cell, respectively.
  • the reference temperature of the battery cell means a temperature at which the battery cell can generate gas due to high temperature exposure when the reference temperature is higher than the reference temperature
  • the reference cell voltage means an appropriate voltage set in the design stage of the battery cell.
  • the determining step S200 compares the measured current and the current cell voltage of the battery cell with the reference temperature of the battery cell and the reference cell voltage, respectively, and determines whether an abnormal situation may occur in the battery cell .
  • the charging voltage holding step S210 is performed.
  • the counting step S300 is a step of counting the time from the current time when the temperature of the current battery cell is higher than the reference temperature and the cell voltage is higher than the reference cell voltage in the determining step S200.
  • the charging voltage is maintained (S210) so that the battery cell is charged with the charging voltage CV which is the voltage charging the current battery cell .
  • the reference time means a time during which the swelling phenomenon can be rapidly progressed when the temperature of the battery cell and the cell voltage are maintained longer than the reference temperature and the reference cell voltage for a long time.
  • the cell charging step S400 when the time counted in the counting step S300 is equal to or longer than the reference time, the current battery cell is dropped by the predetermined set voltage DV from the charging voltage CV being charged, Calculate the charging voltage (NCV).
  • the falling charge voltage can be calculated by the following equation (1).
  • the counted time is longer than the reference time. That is, when the charging of the battery cell is continued by the charging voltage CV, which is the voltage for charging the battery cell, the possibility of swelling due to the abnormal state of the battery cell is very high It is possible to calculate the drop charge voltage NCV which is a voltage lowered by the predetermined set voltage DV from the charge voltage CV currently being charged in the battery cell and to discharge the battery cell with the drop charge voltage NCV You want to charge.
  • the battery cell is charged with the drop charge voltage (NCV) at which the charge voltage (CV) at which the battery cell is currently charged is decreased, and the swellable charge It is to lower the risk.
  • NCV drop charge voltage
  • the set voltage DV is set to a value when the battery cell is manufactured.
  • the set voltage (DV) is set to 0.8 V, and the charging voltage or the charging voltage
  • a voltage drop circuit can be constructed.
  • Such a voltage enhancement circuit can be constructed using a known technique.
  • the battery cell is charged with the calculated falling charge voltage NCV.
  • the drop charge voltage NCV is equal to or higher than the minimum charge voltage MCV of the battery cell If the drop charging voltage NCV is less than the minimum charging voltage MCV of the battery cell, it is determined that the minimum charging voltage NCV is not the minimum charging voltage NCV, A minimum voltage holding step (S500) for charging with the charging voltage is operated.
  • the minimum charging voltage means the smallest charging voltage value, which is the smallest charging voltage among the charging voltages set for charging the battery cell, that is, the minimum charging voltage for charging the battery cell.
  • the charging of the battery cell can not proceed with the falling charge voltage (NCV), and when the battery cell is charged with the current charging voltage (CV), the possibility of swelling is very high.
  • the battery cell is charged with the minimum charging voltage, which is the smallest voltage, so as to reduce the risk of swelling.
  • FIG. 2 is a block diagram briefly showing a configuration of a battery pack for preventing swelling of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 10 for preventing swelling of a battery cell includes a battery cell 100, a temperature sensing unit 200, a voltage measuring unit 300, And a control unit 400 for controlling the charging voltage according to the temperature of the battery cell and the cell voltage of the battery cell.
  • the control unit 400 includes a comparing unit 410, a counting unit 420, a calculating unit 430, And a voltage regulator 440.
  • the temperature sensing unit 200 increases the temperature of the battery cell 100 by the internal resistance. At this time, the temperature of the battery cell 100 And a temperature sensor for measuring the temperature.
  • the temperature sensing unit 200 may include a temperature sensor attached to the outside of the battery cell 100 or inserted into the battery cell 100 to measure the temperature of the battery cell 100, But it is possible to measure the temperature of the battery cell 100 only.
  • the voltage measuring unit 300 is connected to the negative terminal and the positive terminal of the battery cell 100 to measure the voltage of the battery cell 100 being charged.
  • the controller 400 is configured to control a charging voltage of the battery cell 100.
  • the control unit 400 further includes a comparator 410, a counting unit 420, a calculator 430 and a charge voltage regulator 440 for controlling the charging voltage of the battery cell 100 .
  • the comparing unit 410 compares the temperature of the battery cell 100 measured by the temperature sensing unit 200 with a reference temperature and compares the cell voltage measured by the voltage measuring unit 300 with a reference voltage, And generates a counting signal and transmits the counting signal to the counting unit 420 when the measured cell voltage and the measured cell voltage are greater than or equal to the reference temperature and the reference voltage, respectively.
  • the battery cell 100 is maintained at a charging voltage CV, which is a voltage at which the battery cell 100 charges the current battery cell.
  • the reference temperature indicates a temperature at which a chemical reaction due to temperature is accelerated in the battery cell 100 when the battery cell 100 is exposed to a temperature over the temperature for a long time
  • the cell voltage indicates a voltage at which a reaction gas due to an electrical reaction can rapidly occur in the battery cell 100 when the battery is charged to an appropriate level or higher and maintains a high voltage for a long time.
  • the counting unit 420 when the current temperature and the cell voltage of the battery cell are both greater than the reference temperature and the reference voltage, it is determined that the possibility of swelling in the battery cell is very high and the counting unit 420, The battery cell is judged to be in an abnormal state by counting the current time or the cell voltage state of the current battery cell from this determination time.
  • the reference temperature and the reference cell voltage of the current battery cell can be set differently according to the specification of the battery cell 100.
  • the counting unit 420 starts counting from the time when the counting signal is transmitted from the comparator 410 and counts the time at which the temperature and the cell voltage of the battery cell 100 are maintained above the reference value.
  • the counting unit may include a second unit counter 421 for counting in seconds when the counting starts, and a time unit counter for counting the counting unit by adding a time unit (h) 422). ≪ / RTI >
  • the counting unit 420 If the time counted by the counting unit 420 is longer than a reference time, the counting unit 420 transmits a timeout signal to the calculator 430.
  • the counting unit 420 transmits a charge voltage maintaining signal to the charge voltage regulator 440 to be described later, So that it is charged with the charged voltage.
  • the charging voltage CV means a voltage for charging the current battery cell.
  • the reference time indicates an exposure time at which the reaction gas can be rapidly increased in the battery cell 100 by exposing the battery cell 100 to a reference temperature and a reference voltage or more.
  • the calculating unit 430 compares the charging voltage CV, which is the current charging voltage of the battery cell, with the falling charging voltage NCV, .
  • the falling charge voltage (NCV) can be calculated by the following equation (1).
  • the temperature and the cell voltage of the battery cell are maintained at the reference temperature and the abnormal state of the reference cell voltage, It is determined that the charging voltage CV that is currently charging the battery cell should be lowered.
  • a drop charge voltage (NCV) which is a voltage lowered by a predetermined set voltage (DV) from a charge voltage (CV) at which the battery cell is currently charged, is calculated so that the battery cell is charged at the drop charge voltage (NCV) I would like to.
  • the set voltage can be set and changed at the time of manufacturing the battery pack, and is set to lower the charging voltage for charging the battery cell to lower the temperature of the battery cell and the cell voltage.
  • calculation unit 430 is configured to transmit the calculated drop charge voltage value to a charge voltage regulator 440 to be described later.
  • the charge voltage regulator 440 changes the battery charge voltage to the calculated drop charge voltage value so that the battery cell is charged to the drop charge voltage NCV.
  • the charging voltage can be controlled through a known voltage enhancement circuit.
  • the charging voltage can be configured in a device to which a battery is mounted or implemented at an output terminal of the charger, and data communication between the device and the charger, Voltage. ≪ / RTI >
  • the charging voltage adjusting unit 440 sets the charging voltage (CV) to keep the battery cell charged and maintained.
  • the charging voltage regulator 440 charges the battery cell 100 with the calculated drop charge voltage when the voltage value transmitted from the calculator 430 is equal to or higher than the minimum charge voltage, The charging voltage of the battery cell 100 is adjusted so that the battery cell 100 is charged with the minimum charging voltage MCV when the drop charging voltage NCV value is less than the minimum charging voltage.
  • the minimum charging voltage means the smallest charging voltage value, which is the smallest charging voltage among the charging voltages set for charging the battery cell, that is, the minimum charging voltage for charging the battery cell.
  • the drop charge voltage (NCV) It is judged that the charging can not proceed.
  • the charging of the battery cell can not proceed with the falling charge voltage (NCV), and when the battery cell is charged with the current charging voltage (CV), the possibility of swelling is very high.
  • the battery cell is charged with the minimum charging voltage which is the smallest voltage, thereby reducing the risk of swelling.
  • the battery cell when the reference temperature and the reference cell voltage are maintained above the reference time, the battery cell lowers the charging voltage CV The temperature of the battery cell is lowered by charging the battery cell and the cell voltage is lowered to the reference voltage or lower so that the battery cell is out of the swelling occurrence condition so that swelling phenomenon can be prevented in advance.

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Abstract

본 발명은 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 방법 및 이를 이용하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 충전중인 배터리 셀의 온도 및 셀 전압이 기준 값 이상으로 유지되는 시간을 카운팅하여, 기준 시간 이상인 경우에 충전전압을 강하시켜 배터리 셀의 온도 및 셀 전압을 낮춤으로써 배터리 셀이 스웰링 현상이 발생되는 조건을 사전에 방지할 수 있는 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 방법 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 셀의 스웰링을 방지하는 방법 및 이를 이용한 배터리 팩
본 발명은 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 방법 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 충전중인 배터리 셀의 온도 및 전압에 따른 충전전압 조절을 통해 스웰링 현상 발생을 방지하는 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 방법 및 이를 이용한 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리는 제품군에 따른 적용이 용이하고, 우수한 보존성 및 높은 에너지 밀도 등의 특성을 가지고 있다. 또한 화석 연료의 사용을 감소시킬 수 있다는 일차적 장점뿐만 아니라, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 에너지 공급원으로 주목 받고 있다.
배터리는 휴대용 기기를 비롯하여 전기차량 및 에너지 저장 시스템 등에 보편적으로 응용되며, 다양한 산업의 기반이 되는 것과 동시에 일상 생활에 편의성을 제공해 주고 있다.
하지만, 이러한 배터리는 사용 환경에 따라 비정상적으로 구동될 수 있으며, 예컨대 배터리가 과충전 되거나 수명이 소진될 경우, 배터리 내부에서 발생하는 전기적 화학적 작용으로 인하여 배터리의 스웰링(swelling) 현상이 유발될 수 있다.
이러한 배터리의 스웰링(swelling) 현상은 배터리의 수명 단축, 용량 저하뿐만 아니라, 발화 및 폭발과 같은 사고로 이어질 수 있기 때문에 주의 깊은 감시와 적절한 제어를 통한 배터리의 안정적 사용이 요구되고 있다.
이에 따라, 배터리의 스웰링(swelling) 현상 감지 및 배터리 보호와 관련된 다양한 연구 개발이 진행되어 왔으며, 일례로 압력 측정 수단을 이용하여 스웰링(swelling)에 따른 배터리 셀의 부피 변화를 감지하고, 이를 통해 전류를 차단하는 기술이 사용되어 왔다.
그러나, 이와 같은 배터리 셀의 물리적 부피 팽창은 스웰링(swelling)이 충분히 진행되어야 발생되므로, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 현상을 초기에 감지하여 대응하기에는 어려움이 따르며, 전류가 차단되었다고 하더라도 이미 충분히 진행된 스웰링(swelling)으로 인하여 발화가 일어날 수 있는 위험성이 높다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있는 원인을 사전에 차단 시킴으로써 배터리 팩의 안전성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 배터리 셀의 스웰링(swelling) 방지 방법 및 이를 이용한 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 셀의 스웰링 방지 방법은, 충전중인 배터리 셀의 온도 및 셀전압을 측정하는 측정단계; 상기 측정된 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 셀전압 이상인지 판단하는 판단단계; 상기 측정된 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 셀전압 이상인 경우, 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 셀전압 이상이 되는 시점부터 카운팅을 시작하는 카운팅 단계; 상기 카운팅되는 시간이 설정된 기준 시간 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 충전전압(CV)을 기 설정된 설정전압(DV)만큼 강하시켜 강하충전전압(NCV)으로 상기 배터리 셀을 충전하는 셀 충전단계; 및 상기 강하충전전압(NCV)을 기 설정된 최소 충전전압(MCV) 이상으로 유지하는 최소 충전전압 유지단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 판단단계에서, 상기 측정된 배터리 셀의 온도 또는 전압이 기준 온도 또는 기준 셀 전압 미만인 경우에, 상기 충전전압을 유지하여 상기 배터리 셀을 충전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카운팅단계에서, 상기 카운팅되는 시간이 기준 시간 미만인 경우에는, 상기 충전전압을 유지하여 상기 배터리 셀을 충전하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 셀 충전단계에서, 상기 강하충전전압(NCV)은 하기의 수학식 1에 의해 계산하는 것을 특징으로 한다.
(수학식 1)
강하충전전압(NCV) = 충전전압(CV) - 설정전압(DV)
상기 최소 충전전압 유지단계는, 상기 셀 충전단계에서 강하충전전압(NCV)이 최소 충전전압(MCV) 이상인 경우에는 강하충전전압(NCV)으로 상기 배터리 셀을 충전하고, 강하충전전압(NCV)이 최소 충전전압(MCV) 미만인 경우에는 최소 충전전압(MCV)으로 상기 배터리 셀을 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 배터리 팩은, 배터리 셀; 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 센싱부; 상기 배터리 셀의 셀전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 온도 센싱부 및 전압 측정부로부터 획득한 온도 및 전압에 따라, 충전전압을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 센싱부 및 전압 측정부로부터 측정되는 배터리 셀의 온도 및 셀전압과 기준 온도 및 기준 전압을 각각 비교하는 비교부; 상기 측정된 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 전압 이상인 시점으로부터 시간을 카운팅하는 카운팅부; 및 상기 카운팅부에서 카운팅 되는 시간이 기준시간 이상인 경우, 충전전압을 기 설정된 전압만큼 강하하는 계산부; 및 충전전압을 조정하는 충전전압 조절부; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 비교부는, 상기 온도 센싱부 및 전압 측정부로부터 측정되는 배터리 셀의 온도 및 셀전압과 기준 온도 및 기준 셀전압을 각각 비교하여, 상기 측정되는 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 각각 기준 온도 및 기준 셀전압 이상인 경우에는 상기 카운팅부로 카운팅 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카운팅부는, 상기 비교부로부터 카운팅 신호가 전송된 시점부터 시간을 초단위로 카운팅하는 초단위 카운터와 초단위 카운터에서 카운트되는 시간이 설정 시간 이상인 경우에 추가로 카운트되는 시간단위 카운터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 계산부는, 상기 카운팅부에서 카운팅 되는 시간이 기준 시간을 이상인 경우에, 기 설정된 전압만큼 충전전압을 강하시킨 강하충전전압을 하기의 수학식 1에 의해 계산하는 것을 특징으로 한다.
(수학식 1)
강하충전전압(NCV) = 충전전압(CV) - 설정전압(DV)
한편, 상기 충전전압 조절부는, 상기 계산부에서 계산된 강하충전전압으로 상기 배터리 셀이 충전되도록 충전전압을 조정하고, 상기 강하충전전압이 최소 충전전압 미만으로 계산되는 경우에는 최소 충전전압으로 상기 배터리 셀이 충전되도록 충전전압을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 현상의 발생 조건을 바탕으로 원천적으로 스웰링(swelling) 현상이 발생하지 않도록 할 수 있으므로 스웰링(swelling) 현상으로 인해 배터리 팩의 폭발이나 전해액 누출과 같은 사고를 사전에 예방할 수 있다.
따라서, 배터리 팩의 안전성을 효율적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 방지방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 방지 방법을 설명하기에 앞서, 배터리 셀의 스웰링에 관하여 설명하도록 한다.
배터리 셀의 스웰링 또는 스웰링 현상은 셀 내부의 압력이 급격히 증가하게 되어 배터리 셀의 외장케이스가 급격이 부풀어 오르는 현상을 말한다. 이러한 스웰링 현상은 리튬 이온 배터리 셀 전극의 발열이나 발화로 인해 가스가 생성되거나 과전압에 의한 전해액의 밴해로 인하여 가스가 생성되는 경우 등과 같이 주로 셀 내부의 가스 생성으로 인해 발생할 수 있다.
여기서 셀 전극의 지속적인 발열로 인하여 기준온도 이상으로 고온상태와 배터리 셀의 셀전압이 기준전압 이상으로 장시간 유지되는 조건에서 배터리 셀의 스웰링 현상이 급속도로 진행될 가능성이 높아진다.
일반적으로 노트북은 배터리가 완충된 상태에서 전원공급 없이 사용할 수 있도록 제조되었으나, 대다수의 노트북 사용자들은 노트북의 배터리를 충전하면서 동시에 노트북을 사용하는 경우가 많아 배터리 셀의 스웰링 현상이 발생할 가능성이 매우 높다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 방지 방법은, 이러한 경우에서 배터리 셀의 스웰링을 방지하고자 하는 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 방지 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 셀의 스웰링 방지 방법은 배터리 셀의 온도 및 셀전압을 측정하는 측정단계(S100), 측정된 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준값 이상인지를 판단하는 판단단계(S200), 측정된 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준값 이상인 시점부터 시간을 카운팅하는 카운팅단계(S300), 셀을 충전하는 충전전압을 기 설정된 설정전압만큼 강하시킨 강하충전전압으로 배터리 셀을 충전하는 셀 충전단계(S400), 상기 강하충전전압을 최소 충전전압 이상으로 유지하는 최소 충전전압 유지단계(S500)을 포함하여 구성된다.
상기 측정단계(S100)는, 셋팅되어 있는 충전전압(CV)으로 충전중인 배터리 셀의 현재 온도 및 현재 셀전압을 측정한다. 이 때, 상기 충전전압(CV)는 현재 배터리 셀을 충전하는 전압이다.
여기서 셋팅되어 있는 충전전압(CV)은 배터리 셀의 제조 단계에서 사양에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 노트북 배터리를 충전하는 경우, 충전전압(CV)는 어댑터 및 충전회로를 거쳐서 입력되는 5V일 수 있으며, 또는 배터리 셀의 종류에 따라 충전전압(CV)는 12V일 수도 있다.
상기 판단단계(S200)는, 상기 측정단계(S100)에서 측정된 배터리 셀의 현재 온도 및 현재 셀전압을 기 설정되어 있는 배터리 셀의 기준 온도 및 기준 셀전압과 각각 비교하는 단계이다.
여기서, 배터리 셀의 기준 온도는 그 이상일 경우 배터리 셀이 고온 노출로 인해 가스발생이 활발해 질 수 있는 온도를 의미하는 것이고, 기준 셀전압은 배터리 셀의 설계 단계에서 설정되는 적정 전압을 의미하는 것이다.
따라서, 상기 판단단계(S200)는 측정된 배터리 셀의 현재 온도 및 현재 셀전압을 배터리 셀의 기준 온도 및 기준 셀전압과 각각 비교하여, 그 비교 결과에 따라 배터리 셀에 이상 상황이 발생할 수 있는지의 여부를 판단하는 것이다.
여기서, 상기 판단단계(S200)에서 배터리 셀의 온도가 기준 온도 미만 이거나, 셀전압이 기준 셀전압 미만인 경우에는 현재 배터리 셀을 충전하는 전압인 충전전압(CV)으로 배터리 셀을 충전하는 상태가 유지되도록 하는 충전전압 유지단계(S210)가 동작된다.
상기 카운팅단계(S300)는, 상기 판단단계(S200)에서 현재 배터리 셀의 온도가 기준 온도 이상이고, 셀전압이 기준 셀전압 이상인 것으로 판단되면 그 시점부터의 시간을 카운팅하는 단계이다.
상기 카운팅단계(S300)에서 카운팅되는 시간이 기준시간 미만으로 카운팅되는 경우에는, 현재 배터리 셀을 충전하고 있는 전압인 충전전압(CV)으로 배터리 셀이 충전되도록 그 충전전압을 유지(S210) 하도록 한다.
여기서, 상기 기준시간은, 배터리 셀의 온도와 셀전압이 기준온도 및 기준 셀전압 이상 장시간 유지되어 그 이상이 되는 경우, 스웰링 현상이 급속도로 진행될 수 있는 시간을 의미하는 것이다.
상기 셀 충전단계(S400)는, 상기 카운팅단계(S300)에서 카운팅되는 시간이 상기 기준시간 이상인 경우에 현재 배터리 셀이 충전되고 있는 충전전압(CV)에서 기 설정된 설정전압(DV)만큼 강하하여 강하충전전압(NCV)을 계산한다.
강하충전전압은 하기의 (수학식 1)에 의해서 계산될 수 있다.
(수학식 1) 강하충전전압(NCV) = 충전전압(CV) - 설정전압(DV)
즉, 상기 카운팅되는 시간이 기준시간 이상이라는 것은, 현재 배터리 셀을 충전하는 전압인 충전전압(CV)으로 배터리 셀의 충전이 지속될 시 배터리 셀의 이상상태 지속으로 인하여 스웰링이 발생할 가능성이 매우 높은 것을 의미하므로, 현재 배터리 셀이 충전되고 있는 충전전압(CV)에서 기 설정된 설정전압(DV) 만큼을 낮춘 전압인 강하충전전압(NCV)을 산출하여, 상기 강하충전전압(NCV)으로 배터리 셀을 충전하고자 하는 것이다.
따라서, 현재 배터리 셀이 충전되고 있는 충전전압(CV)의 값을 강하시킨 강하충전전압(NCV)으로 배터리 셀이 충전되도록 하여 지속적인 고충전전압 인가 및 이로 인한 셀의 온도 상승에 따른 스웰링 발생의 위험을 낮추고자 하는 것이다.
여기서, 상기 설정전압(DV)은 배터리 셀의 제조 시 그 값을 설정하도록 한다.
예를 들어 설명하면, 충전전압(CV)이 5V인 특정 배터리 셀의 경우설정전압(DV)을 0.8V로 설정하여, 상기 강하충전전압(NCV)이 4.2V가 되도록 기기의 충전회로 또는 충전기에 전압강하회로를 구성할 수 있다. 이와 같은 전압강화회로는 공지의 기술을 사용하여 구성할 수 있다.
상기 셀 충전단계(S400)는, 상기 계산된 강하충전전압(NCV)로 상기 배터리 셀을 충전하게 되는데, 이 때, 상기 강하충전전압(NCV)이 상기 배터리 셀의 최소 충전전압(MCV) 이상인 경우에는 상기 강하충전전압(NCV)으로 배터리 셀을 충전(S410)하도록 하지만, 만약 상기 강하충전전압(NCV)이 배터리 셀의 최소 충전전압(MCV) 미만인 경우에는 상기 강하충전전압(NCV)이 아닌 최소 충전전압으로 충전하도록 하는 최소전압 유지단계(S500)가 동작한다.
여기서, 상기 최소 충전전압은 배터리 셀의 충전을 위하여 설정되는 충전전압 중 가장 작은 충전전압 값, 즉 배터리 셀을 충전할 수 있는 가장 작은 전압을 의미한다.
따라서, 현재 배터리 셀의 충전전압(CV)에서 기 설정된 설정전압(DV)을 강하시켜 계산된 강하충전전압(NCV)이 최소 충전전압(MCV)보다 작다면, 상기 강하충전전압(NCV)로는 배터리 셀의 충전을 진행할 수 없는 것으로 판단한다.
이에, 강하충전전압(NCV)으로는 배터리 셀의 충전을 진행할 수 없고, 현재 충전전압(CV)으로 배터리 셀의 충전을 진행하면 스웰링이 발생할 가능성이 매우 높으므로, 충전할 수 있는 충전전압 중 가장 작은 전압인 최소 충전전압으로 배터리 셀을 충전하도록 하여 스웰링 발생의 위험을 감소시키고자 하는 것이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 배터리 팩에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 배터리 팩의 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링을 방지하는 배터리 팩(10)은, 배터리 셀(100), 온도 센싱부(200), 전압측정부(300), 측정된 배터리 셀의 온도 및 셀전압에 따라 충전전압을 제어하는 제어부(400)를 포함하여 구성되고, 상기 제어부(400)는 비교부(410), 카운팅부(420), 계산부(430), 충전전압 조절부(440)을 더 포함하여 구성된다.
상기 온도 센싱부(200)는 셋팅된 충전전압으로 상기 배터리 셀(100)이 충전을 시작하면 내부저항에 의해 상기 배터리 셀(100)의 온도가 상승하게 되는데, 이때의 상기 배터리 셀(100) 온도를 측정하는 온도센서를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 온도 센싱부(200)는 상기 배터리 셀(100)의 온도를 측정하기 위해서 배터리 셀(100) 외부에 온도센서가 부착되거나 배터리 셀(100)의 내부에 삽입되어 장착될 수 있으나 어느 하나에 한정되는 것은 아니며 단지 배터리 셀(100)의 온도를 측정하는 것이면 가능하다.
상기 전압측정부(300)는 상기 배터리 셀(100)의 음극 단자 및 양극 단자와 연결되어 충전중인 배터리 셀(100)의 전압을 측정하도록 구성된다.
상기 제어부(400)는 상기 배터리 셀(100)이 충전되는 충전전압을 제어할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 배터리 셀(100)의 충전전압을 제어하기 위하여 비교부(410), 카운팅부(420), 계산부(430), 충전전압 조절부(440)을 더 포함하여 구성된다.
상기 비교부(410)는 상기 온도 센싱부(200)에서 측정되는 배터리 셀(100)의 온도와 기준 온도를 비교하고, 상기 전압측정부(300)에서 측정되는 셀전압을 기준전압과 비교하여, 상기 측정된 배터리 셀의 온도와 상기 측정된 셀전압이 기준 온도 및 기준 전압의 각각 그 이상인 경우에는 카운팅 신호를 생성하여 상기 카운팅부(420)으로 전송한다.
반면, 상기 온도 센싱부(200)에서 측정된 온도가 기준 온도 미만으로 측정되거나 상기 전압측정부(300)에서 측정된 셀전압이 기준 전압 미만으로 측정되는 경우에는, 후술하는 충전전압 조절부(440)로 충전전압 유지신호를 전송하여 상기 배터리셀(100)이 현재 배터리 셀을 충전하는 전압인 충전전압(CV)으로 충전이 유지되도록 한다.
여기서, 기준온도는 배터리 셀(100)이 그 온도 이상으로 장시간 노출되는 경우에 상기 배터리 셀(100) 내부에 온도에 의한 화학작용이 가속화되어 반응가스가 급속도로 발생할 수 있는 온도를 나타내는 것이고, 기준 셀전압은 배터리가 적정수준 이상으로 충전되어 장시간 높은 전압을 유지하는 경우 상기 배터리 셀(100)의 내부에서 전기적 반응에 의한 반응 가스가 급속도로 발생할 수 있는 전압을 나타내는 것이다.
따라서, 현재 배터리 셀의 온도와 셀전압이 상기 기준 온도 및 기준 전압을 각각 모두 이상인 경우는, 이러한 상황이 지속될 경우 배터리 셀에 스웰링이 발생할 가능성이 매우 높은 것으로 판단하여 후술하는 카운팅부(420)가 이 판단 시점부터 현재 배터리 셀의 온도 및 셀전압 상태가 지속되는지 그 시간을 카운트하여 배터리 셀의 이상상태 여부를 판단하도록 하고자 하는 것이다.
여기서, 현재 배터리 셀의 상기 기준 온도 및 기준 셀전압은 배터리셀(100)의 사양에 따라 다르게 설정하는 것이 가능하다.
상기 카운팅부(420)는, 상기 비교부(410)로부터 카운팅 신호가 전송된 시점부터 카운팅을 시작하여 상기 배터리 셀(100)의 온도 및 셀전압이 기준값 이상으로 유지되는 시간을 카운팅 하게 된다.
또한, 상기 카운팅부는 카운팅이 시작되면 초단위(s)로 카운트하는 초단위 카운터(421)와 상기 초단위 카운터가 카운팅을 시작하여 일정시간 지나면 시간단위(h)를 추가하여 카운팅하는 시간단위 카운터(422)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 카운팅부(420)에서 카운팅되는 시간이 기준시간 이상이면 상기 카운팅부(420)는 시간초과 신호를 상기 계산부(430)로 전송한다.
반면, 상기 카운팅부(420)에서 카운팅되는 시간이 기준시간 미만인 경우에는 상기 카운팅부(420)는 후술하는 충전전압 조절부(440)로 충전전압 유지신호를 전송하여 상기 배터리 셀(100)이 셋팅된 충전전압으로 충전되도록 한다.
여기서, 상기 충전전압(CV)은 현재 배터리 셀을 충전하는 전압을 의미한다.
또한, 여기서, 기준시간은 상기 배터리 셀(100)이 기준 온도와 기준 전압 이상에 노출되어 상기 배터리 셀(100)의 내부에 반응가스가 급속도로 증가될 수 있는 노출시간을 나타내는 것이다.
계산부(430)는 상기 카운팅부(420)로부터 시간초과 신호를 전송 받게 되면 현재 배터리 셀을 충전하는 전압인 충전전압(CV)을 설정전압(DV)만큼 강하된 전압인 강하충전전압(NCV)을 계산하게 된다.
상기 강하충전전압(NCV)는 하기의 (수학식 1)에 의해 계산될 수 있다.
(수학식 1) 강하충전전압(NCV) = 충전전압(CV) - 설정전압(DV)
즉, 상기 시간초과 신호가 전송되었다는 것은 현재 배터리 셀을 충전하고 있는 충전전압(CV)으로 충전이 지속될 시, 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 셀전압 이상상태의 지속으로 인하여 스웰링이 발생할 위험이 매우 높은 것으로 판단하여 현재 배터리 셀을 충전하고 있는 충전전압(CV)을 낮춰야 하는 것으로 판단한다.
따라서, 현재 배터리 셀이 충전되고 있는 충전전압(CV)에서 기 설정된 설정전압(DV)만큼을 낮춘 전압인 강하충전전압(NCV)을 산출하여, 상기 강하충전전압(NCV)으로 배터리 셀이 충전되도록 하고자 하는 것이다.
여기서, 설정전압은 배터리 팩 제조 시 설정하여 변경할 수 있으며, 배터리 셀을 충전시키는 충전전압을 낮추어 배터리 셀의 온도 및 셀전압을 낮추도록 하기 위하여 설정되는 것이다.
또한, 상기 계산부(430)는 계산된 강하충전전압 값을 후술하는 충전전압 조절부(440)로 전송하도록 구성된다.
충전전압 조절부(440)는 상기 계산된 강하충전전압 값으로 배터리 충전전압을 변경하여, 상기 배터리 셀이 강하충전전압(NCV)으로 충전되도록 한다.
이와 같은 충전전압의 조절은 공지의 전압강화회로를 통하여 구현될 수 있으며, 배터리가 장착되는 기기에 구성되거나, 충전기의 출력단에 구현하고, 기기와 충전기 간의 데이터 통신을 통하여 충전기가 출력전압을 강하충전전압으로 변경하도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 충전전압 조절부(440)는 상기 비교부(410) 및 카운팅부(420)로부터 충전전압 유지신호를 전송받은 경우에는, 그 충전전압 유지신호를 바탕으로 현재 배터리 셀을 충전하는 충전전압(CV)으로 배터리 셀이 충전 유지되도록 한다.
또한, 상기 충전전압 조절부(440)는 상기 계산부(430)로부터 전송된 전압 값이 최소 충전전압 이상인 경우에는 상기 계산된 강하충전전압으로 상기 배터리 셀(100)이 충전되도록 하고, 상기 계산부(430)로부터 전송된 강하충전전압(NCV) 값이 최소 충전전압 미만인 경우에는 상기 배터리 셀(100)이 최소 충전전압(MCV)으로 충전되도록 상기 배터리 셀(100)의 충전전압을 조절하도록 한다.
여기서, 상기 최소 충전전압은 배터리 셀의 충전을 위하여 설정되는 충전전압 중 가장 작은 충전전압 값, 즉 배터리 셀을 충전할 수 있는 가장 작은 전압을 의미한다.
따라서, 현재 배터리 셀의 충전전압(CV)에서 기 설정된 설정전압(DV)을 강하시켜 계산된 강하충전전압(NCV)이 최소 충전전압보다 작다면, 상기 강하충전전압(NCV)으로는 배터리 셀의 충전을 진행할 수 없는 것으로 판단한다.
이에, 강하충전전압(NCV)으로는 배터리 셀의 충전을 진행할 수 없고, 현재 충전전압(CV)으로 배터리 셀의 충전을 진행하면 스웰링이 발생할 가능성이 매우 높으므로, 충전할 수 있는 충전전압 중 가장 작은 전압인 최소 충전전압으로 배터리 셀이 충전되도록 하여 스웰링 발생의 위험을 감소시키고자 하는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 스웰링 방지 방법에 의해서 배터리 셀은 기준온도 및 기준 셀전압 이상을 기준 시간 이상으로 유지하는 경우에 충전전압(CV)을 강하하여 배터리 셀을 충전함으로써 배터리 셀의 온도를 낮추고 셀전압을 기준전압 이하로 낮추어 배터리 셀이 스웰링 발생 조건을 벗어나도록 하여 스웰링 현상이 발생하는 것을 사전에 방지 할 수 있도록 하는 것이다.

Claims (10)

  1. 충전중인 배터리 셀의 온도 및 셀전압을 측정하는 측정단계;
    상기 측정된 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 셀전압 이상인지 판단하는 판단단계;
    상기 측정된 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 각각 기준 온도 및 기준 셀전압 이상인 경우, 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 셀전압 이상이 되는 시점부터 카운팅을 시작하는 카운팅 단계;
    상기 카운팅되는 시간이 설정된 기준 시간 이상인 경우, 상기 배터리 셀의 충전전압(CV)을 기 설정된 설정전압(DV)만큼 강하시킨 강하충전전압(NCV)으로 상기 배터리 셀을 충전하는 셀 충전단계; 및
    상기 강하충전전압(NCV)을 기 설정된 최소 충전전압(MCV) 이상으로 유지하는 최소 충전전압 유지단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 방지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단단계에서,
    상기 측정된 배터리 셀의 온도 또는 셀 전압이 기준 온도 또는 기준 셀 전압 미만인 경우에, 상기 충전전압을 유지하여 상기 배터리 셀을 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 방지 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카운팅단계에서,
    상기 카운팅되는 시간이 기준 시간 미만인 경우에는, 상기 충전전압(CV)을 유지하여 상기 배터리 셀을 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 방지 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 충전단계에서,
    상기 강하충전전압(NCV)은 하기의 수학식 1에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 방지 방법.
    (수학식 1)
    강하충전전압(NCV) = 충전전압(CV) - 설정전압(DV)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 최소 충전전압 유지단계는,
    상기 셀 충전단계에서 강하충전전압(NCV)이 최소 충전전압(MCV) 이상인 경우에는 강하충전전압(NCV)으로 상기 배터리 셀을 충전하고, 강하충전전압(NCV)이 최소 충전전압(MCV) 미만인 경우에는 최소 충전전압(MCV)으로 상기 배터리 셀을 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 스웰링 방지 방법.
  6. 배터리 셀;
    상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 센싱부;
    상기 배터리 셀의 셀전압을 측정하는 전압측정부;
    상기 온도 센싱부 및 전압측정부로부터 획득한 온도 및 전압에 따라, 충전전압(CV)을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 센싱부 및 전압측정부로부터 측정되는 배터리 셀의 온도 및 셀전압과 기준 온도 및 기준 전압을 각각 비교하는 비교부; 상기 측정된 온도 및 셀전압이 기준 온도 및 기준 전압 이상인 시점으로부터 시간을 카운팅하는 카운팅부; 및 상기 카운팅부에서 카운팅 되는 시간이 기준시간 이상인 경우, 충전전압을 기 설정된 전압만큼 강하하는 계산부; 및 충전전압을 조정하는 충전전압 조절부; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 온도 센싱부 및 전압 측정부로부터 측정되는 배터리 셀의 온도 및 셀전압과 기준 온도 및 기준 셀전압을 각각 비교하여, 상기 측정되는 배터리 셀의 온도 및 셀전압이 각각 기준 온도 및 기준 셀전압 이상인 경우에는 상기 카운팅부로 카운팅 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 카운팅부는,
    상기 비교부로부터 카운팅 신호가 전송된 시점부터 시간을 초단위로 카운팅하는 초단위 카운터와 초단위 카운터에서 카운트 되는 시간이 설정 시간 이상인 경우에 추가로 카운트되는 시간단위 카운터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 계산부는,
    상기 카운팅부에서 카운팅 되는 시간이 기준 시간 이상인 경우에, 기 설정된 전압만큼 충전전압을 강하시킨 강하충전전압을 하기의 수학식 1에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
    (수학식 1)
    강하충전전압(NCV) = 충전전압(CV) - 설정전압(DV)
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 충전전압 조절부는,
    상기 계산부에서 계산된 강하충전전압으로 상기 배터리 셀이 충전되도록 충전전압을 조정하고, 상기 강하충전전압이 최소 충전전압 미만으로 계산되는 경우에는 최소 충전전압으로 상기 배터리 셀이 충전되도록 충전전압을 조정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497280B (zh) * 2020-03-19 2022-12-09 比亚迪股份有限公司 锂电池的充电控制方法、装置、可读存储介质及电子设备
WO2022049705A1 (ja) * 2020-09-03 2022-03-10 ソニーグループ株式会社 充電制御装置、携帯端末装置、充電制御方法及びプログラム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07183051A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Sony Corp 充電制御装置、充電器、およびバッテリパック
JPH11150883A (ja) * 1997-11-18 1999-06-02 Sony Corp 充電装置、二次電池装置、充電システムおよび充電方法
KR20120010029A (ko) * 2010-07-23 2012-02-02 삼성전자주식회사 배터리 충전장치 및 충전방법
JP2012157128A (ja) * 2011-01-25 2012-08-16 Sanyo Electric Co Ltd 過電圧検出装置、保護装置及びパック電池
KR101242455B1 (ko) * 2012-02-29 2013-03-12 한연수 배터리 충전 장치 및 그 구동 방법

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0670478A (ja) * 1992-08-20 1994-03-11 Ebatoron:Kk スパイク波による蓄電池の充電方法およびその装置
CA2246579A1 (en) * 1998-09-03 2000-03-03 Neil Simmonds Lithium-ion cell charging circuit with current-limiting transformer and linear integrated circuit
JP2000348777A (ja) 1999-06-04 2000-12-15 Japan Storage Battery Co Ltd 二次電池の保護装置
JP4039771B2 (ja) * 1999-06-30 2008-01-30 三洋電機株式会社 二次電池の充電方法
JP3431867B2 (ja) * 1999-09-21 2003-07-28 松下電器産業株式会社 電池電源装置及びこれを用いた電動機器
JP3638102B2 (ja) * 1999-09-30 2005-04-13 Ｎｅｃトーキン栃木株式会社 電池パック
JP2002210113A (ja) 2001-01-18 2002-07-30 Takao:Kk 弾球遊技機
JP3802379B2 (ja) * 2001-07-31 2006-07-26 三洋電機株式会社 充電装置
JP4171274B2 (ja) * 2002-09-30 2008-10-22 三洋電機株式会社 バッテリーパック
JP5047506B2 (ja) 2006-02-16 2012-10-10 京セラ株式会社 電子機器及びその充電方法
JP4675797B2 (ja) 2006-02-22 2011-04-27 シャープ株式会社 携帯端末装置
JP5303827B2 (ja) * 2006-09-04 2013-10-02 富士通モバイルコミュニケーションズ株式会社 携帯機器
JP2009208639A (ja) 2008-03-04 2009-09-17 Toyota Motor Corp バッテリ短絡検出装置、バッテリ識別装置及びこれを用いたアイドリングストップ制御装置
KR101329888B1 (ko) * 2009-02-05 2013-11-15 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 보호 회로 및 이를 구비하는 배터리 팩
KR101093928B1 (ko) * 2009-11-26 2011-12-13 삼성에스디아이 주식회사 배터리 셀의 고온 스웰링을 방지할 수 있는 배터리 팩 및 그 방법
US8258793B2 (en) * 2009-12-17 2012-09-04 GM Global Technology Operations LLC Method for use when charging a vehicle battery pack
JP5318004B2 (ja) * 2010-03-01 2013-10-16 三菱電機株式会社 車両用電源システム
US8513919B2 (en) * 2010-07-28 2013-08-20 Apple Inc. Swelling management in batteries for portable electronic devices
JP5408162B2 (ja) 2011-03-15 2014-02-05 オムロン株式会社 充電制御装置、および駆動負荷モジュール
US9312712B2 (en) * 2012-07-26 2016-04-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Method and system for controlling charging parameters of a battery using a plurality of temperature ranges and counters and parameter sets
JP5855609B2 (ja) 2013-07-03 2016-02-09 本田技研工業株式会社 異常検出装置
JP6201750B2 (ja) 2013-12-27 2017-09-27 株式会社オートネットワーク技術研究所 車輌用電源装置
JP6447029B2 (ja) 2014-11-11 2019-01-09 三菱自動車工業株式会社 二次電池の制御装置
TWI661631B (zh) * 2014-11-20 2019-06-01 力智電子股份有限公司 電池保護裝置與其操作方法
KR101685130B1 (ko) * 2014-12-19 2016-12-09 주식회사 엘지화학 이차전지의 전력 제어 장치 및 방법
KR102352449B1 (ko) 2015-04-30 2022-01-18 삼성전자주식회사 배터리 팽창을 방지하기 위한 방법 및 그 전자 장치
KR101925002B1 (ko) * 2015-08-21 2018-12-04 주식회사 엘지화학 이차 전지의 충전 조건 조정 장치 및 방법
KR102125238B1 (ko) 2016-01-06 2020-06-22 주식회사 엘지화학 전지셀의 두께 팽창량 추정 장치 및 그것을 이용한 추정 방법
KR101736419B1 (ko) * 2016-12-16 2017-05-17 세방전지(주) 과충전의 예방이 가능한 배터리 충전방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07183051A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Sony Corp 充電制御装置、充電器、およびバッテリパック
JPH11150883A (ja) * 1997-11-18 1999-06-02 Sony Corp 充電装置、二次電池装置、充電システムおよび充電方法
KR20120010029A (ko) * 2010-07-23 2012-02-02 삼성전자주식회사 배터리 충전장치 및 충전방법
JP2012157128A (ja) * 2011-01-25 2012-08-16 Sanyo Electric Co Ltd 過電圧検出装置、保護装置及びパック電池
KR101242455B1 (ko) * 2012-02-29 2013-03-12 한연수 배터리 충전 장치 및 그 구동 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3561944A4 *

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