KR20100019660A - Life prediction apparatus and the life prediction method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지의 수명예측장치 및 이를 이용한 수명예측 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 배터리의 퇴화 진행 정도를 충전 시 충전CV구간의 시간을 측정하여, 리튬 이온전지를 장착한 충전기를 통해서 배터리의 수명을 표시함으로써, 사용자가 배터리의 퇴화 정도와 교체 시기를 미리 예측할 수 있는 수명예측장치 및 이를 이용한 수명예측 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a life prediction device of a secondary battery and a life prediction method using the same. Specifically, by measuring the time of charge CV section when charging the progress of degeneration of the battery, the battery through a charger equipped with a lithium ion battery The present invention relates to a life prediction device capable of predicting a deterioration degree and replacement time of a battery by displaying a life, and a life prediction method using the same.
노트북, 휴대전화, PDA 등 휴대가 가능하고 간편한 휴대용 전기기기의 에너지원으로서 사용되는 이차전지는 충전하여 여러 번 반복하여 사용할 수 있다. 그러나 여러 번의 충전과 방전을 거치면서 방전에 걸리는 시간이 점점 짧아진다. 따라서 일정한 횟수만큼의 충 방전이 이루어진 이후 또는 방전에 걸리는 시간이 너무 짧아지는 경우에는 이차전지를 교체해야 하는데, 이차전지의 사용시간이 짧아지는 것에 의해 이차전지가 노화됨을 대략적으로는 알 수 있었으나, 현재 이차전지의 노화 정도가 어느 정도인지 알 수 없었다. Secondary batteries used as energy sources for portable and portable electronic devices, such as laptops, cellular phones, and PDAs, can be recharged and used repeatedly. However, the discharge time becomes shorter after several charges and discharges. Therefore, after a certain number of charge-discharge cycles or when the discharge time becomes too short, the secondary battery needs to be replaced. However, the secondary battery becomes aging by shortening the use time of the secondary battery. At this time, the degree of aging of secondary batteries was unknown.
특히 리튬 이온 전지를 장착하는 제품(휴대폰, 노트북, 게임기 등)에는 OCV(open circuit voltage)에 따라 현재 배터리의 용량을 표시해 주는 기능은 있지만, 배터리의 수명(배터리의 퇴화 정도에 따라 앞으로 사용 가능한 용량을 사용자에게 알려주는 기능)을 알려주는 기능은 없다. 따라서, 이차전지의 용량 및 수명을 판단하는 방법이 필요한데, 이차전지의 용량과 수명은 사용온도, 사용기간, 충전전압, 방전횟수 등의 조건에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서, 이차전지의 용량이나 수명을 사용하는 중에 판단하는 것은 매우 어려운 일이다. In particular, products equipped with lithium-ion batteries (phones, laptops, game consoles, etc.) have a function to display the current battery capacity according to the open circuit voltage (OCV), but the battery life (capacity available in the future depending on the deterioration of the battery) There is no function to inform the user. Therefore, there is a need for a method for determining the capacity and life of a secondary battery. The capacity and life of a secondary battery are greatly influenced by conditions such as a use temperature, a use period, a charge voltage, and a discharge frequency. Therefore, it is very difficult to judge while using the capacity or the lifetime of the secondary battery.
한편, 이차전지의 용량, 수명을 판정하는 방법으로서 2차전지의 방전 말기나 불량 발생시에 높아지는 내부저항을 이용하는 방법이 알려져 있다. 또한, 용량을 판정하는데도 장시간에 걸쳐 이차전지의 방전전압을 측정하고, 그 측정결과에 대응하는 표시를 나타내는 방법도 있다. On the other hand, as a method of determining the capacity and the life of a secondary battery, a method of using an internal resistance which increases at the end of discharge or failure of a secondary battery is known. In addition, there is also a method in which the discharge voltage of the secondary battery is measured over a long time to determine the capacity, and the display corresponding to the measurement result is displayed.
이차전지의 경우 현재 방전시까지의 잔류 용량이 얼마만큼 남았는지를 측정하는 시스템은 알려져 있으나, 완충상태에서 방전시까지 걸리는 시간이 전지의 노화에 따라 짧아지나, 이를 잔류용량 측정 시스템만으로는 알 수 없어 예상치 못한 시기에 이차전지가 방전됨에 따라 사용자가 휴대용 전기기기를 사용하지 못하는 불편함이 있었다. 특히, 이차 전지의 교체가 필요한데도 불구하고 충전기에서 충전하기 전에 이를 사용자가 알지 못하여 불필요한 충전을 하게 되는 문제가 있었다. In the case of a secondary battery, a system for measuring how much remaining capacity until the current discharge is known, but the time taken from the fully charged state to discharge becomes shorter as the battery ages, but this cannot be known only by the residual capacity measurement system. As the secondary battery is discharged at an unexpected time, the user may not be able to use a portable electric device. In particular, despite the need for replacement of the secondary battery, there was a problem that the user does not know the charge before charging in the charger to make unnecessary charging.
따라서, 수명을 더욱 정확하게 판단할 수 있는 수명판단시스템 및 수명판단방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a life judgment system and a life judgment method that can more accurately determine the service life.
따라서, 본 발명은 이차전지를 사용하는 전자기기에 있어 상기 전지의 정확한 수명을 예측할 수 없음으로 인해 발생되는 종래 여러 가지 문제들을 해결하고자 안출된 것이다.Accordingly, the present invention is intended to solve various conventional problems caused by the inability to predict an accurate life of the battery in an electronic device using the secondary battery.
이에 본 발명에서는 작동전압 범주에서 1차 충전시키고, 충전시점에서 cut-off시킨 다음, 특정 용량의 전류에 도달시까지 2차 충전시키면서 상기 전류에 도달되는 시간을 측정하여, 상기 측정시간을 기준측정시간과 비교함으로써 이차전지의 수명을 예측할 수 있게 되었다. In the present invention, the first charging in the operating voltage range, cut-off at the time of charging, and then measuring the time to reach the current while charging the secondary until the current reaches a specific capacity, the measurement time is measured as a reference By comparing with time, the life of the secondary battery can be predicted.
따라서, 본 발명의 목적은 이차전지의 수명을 예측할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a device capable of predicting the life of a secondary battery.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이차전지의 수명을 예측할 수 있는 방법을 제공하는 데도 있다. Another object of the present invention is to provide a method for predicting the life of a secondary battery.
본 발명에 따른 이차전지의 수명예측장치를 이용하는 경우 이용자가 이차전지의 수명을 손쉽게 확인할 수 있어 예상치 못한 시기에 이차전지가 방전됨에 따라 사용자가 휴대용 전기기기를 사용하지 못하는 불편함을 없앨 수 있고, 특히 이차 전지의 교체가 필요한데도 불구하고 충전기에서 충전하기 전에 이를 사용자가 알지 못하여 불필요한 충전을 하게 되는 문제를 해결할 수 있다. In the case of using the life prediction device of the secondary battery according to the present invention, the user can easily check the life of the secondary battery, thereby eliminating the inconvenience that the user cannot use the portable electric device as the secondary battery is discharged at an unexpected time. In particular, even though the secondary battery needs to be replaced, the user may not know this before charging the charger, thereby solving the problem of unnecessary charging.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지 충전시의 정전압 구간을 통한 이차전지의 수명예측방법은 이차전지의 작동 전압 범주에서 1차 충전시키는 단계; 상기 이차전지의 특정 용량의 충전시점에서 cut-off시키는 단계; 상기 cut-off 전압에 도달시, 특정 용량의 전류까지 2차 충전시키는 단계; 상기 2차 충전에서 상기 전류에 도달될 때까지의 시간을 측정하는 단계; 상기 측정시간과 미리 설정된 기준 시간과의 데이터 맵핑을 통하여 전지의 수명을 예측하는 단계; 및 상기 예측된 수명을 표시하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. In order to achieve the object of the present invention as described above, the method of predicting the life of a secondary battery through a constant voltage section during charging of the present invention includes the steps of: primary charging in an operating voltage range of a secondary battery; Cut-off at the time of charging the specific capacity of the secondary battery; Upon reaching the cut-off voltage, secondary charging to a current of a specific capacity; Measuring the time from the secondary charging until the current is reached; Estimating the life of the battery through data mapping between the measurement time and a preset reference time; And displaying the predicted lifespan.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지 충전시의 정전압 구간을 통한 이차전지의 수명예측장치는 전지를 충전하는 충전 수단과, 상기 전지를 특정 용량을 가하도록 하는 전류 수단과, 상기 전류 수단으로 인가된 특정 전류까지의 시간을 측정하는 시간 측정 수단과, 상기 측정시간과 비교하기 위한 기준시간 기억 수단과, 상기 측정 시간과 기준 시간을 비교하여 전지의 수명을 예측하는 수명 예측 수단, 및 상기 예측된 수명을 표시하는 표시수단을 구비한 것을 그 특징으로 한다. In addition, the life expectancy of the secondary battery through the constant voltage section during the battery charging of the present invention for achieving another object of the present invention, the charging means for charging the battery, the current means for applying a specific capacity of the battery, Time measuring means for measuring a time up to a specific current applied to the current means, reference time storage means for comparing with the measurement time, and life prediction means for predicting the life of the battery by comparing the measurement time with the reference time And display means for displaying the predicted lifespan.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
이차전지의 경우 여러 번의 충·방전을 거치는 동안 전지의 용량이 줄어들어 잔여 수명이 줄어든다. 이는 전지의 제작시 존재하던 수분이 부착물을 만든다거나 하는 이유로 이차 전지의 내부저항이 증가되기 때문이다. In the case of a secondary battery, the capacity of the battery decreases during several charge and discharge cycles, thereby reducing the remaining life. This is because the internal resistance of the secondary battery is increased due to the moisture present in the manufacture of the battery.
일반적으로 리튬이온 이차전지를 장착한 전자 제품의 정상 작동 범위가 3.0~4.2V이라고 한다면, 1차 충전은 4.2V cut-off에 걸리게 되며, 그 후 제품마다 다르지만 전체용량의 2~5%에 해당하는 전류를 인가하여 cut-off 전압인4.2V를 유지하면서 2차 충전시키게 된다. 즉, 전지의 충전 중 cut-off 전압에 도달하게 되면 특정 전류까지의 2차 충전이 진행되는 구간이 있는데 이를 "CV 구간" 이라 한다. In general, if the normal operating range of an electronic product equipped with a lithium-ion secondary battery is 3.0 to 4.2V, the primary charge will be 4.2V cut-off, which varies from product to product, but corresponds to 2-5% of the total capacity. A secondary charge is applied while maintaining a cut-off voltage of 4.2V by applying a current. That is, when the cut-off voltage is reached during charging of the battery, there is a section in which secondary charging to a specific current proceeds, which is called a “CV section”.
통상 이차전지의 CV 구간의 시간을 확인해 보면, 초기 전지의 경우는 대략 CV구간에서 약 10분이 소요되며, 점점 퇴화되어 용량의 반정도가 되면 특정 전류에 도달하기 위한 CV 구간은 더욱 길어져 40분 정도가 소요된다. Normally, when checking the time of the CV section of the secondary battery, the initial battery takes about 10 minutes in the CV section, and when it gradually degenerates to about half the capacity, the CV section for reaching a specific current becomes longer and about 40 minutes. Takes.
물론 배터리(용량)마다 조금씩 다르겠지만, 대부분 용량의 수% cut-off 전류로 끊기 때문에 (전류를 끊지 않고 계속 CV구간에서 충전을 한다면, 특정 cut-off current에 도달하는 시점의 시간만 계산하면 되겠다.) 용량 퇴화에 따른 CV구간의 시간은 위에 언급한 것처럼 배터리 종류에 상관없이 전체적으로 비슷하다고 볼 수 있다. 설령 다르다고 하여도 이 표시장치는 배터리를 충전하는 거치대에 특정 배터리가 적용될 것이므로, 이에 대한 특정 결과 데이터를 이용하여 현재 배터리 정보와 데이터 맵핑을 통하여 수명을 예측 또는 표시할 수 있다.Of course, each battery (capacity) will vary slightly, but since most of them are cut by a few percent cut-off current of capacity (if you keep charging in the CV section without breaking the current, you only need to calculate the time when the specific cut-off current is reached). .) The CV section time due to capacity decay is similar across the board regardless of battery type. Even if the display device is different, the specific battery will be applied to the cradle for charging the battery, so that the specific life data can be used to predict or display the life through current battery information and data mapping.
따라서, 본 발명에 따른 전지 충전시의 정전압 구간을 통한 이차전지의 수명예측장치를 이용한 이차전지의 수명예측방법을 다음에서 상세히 설명한다. Therefore, the life prediction method of the secondary battery using the life prediction apparatus of the secondary battery through the constant voltage section during battery charging according to the present invention will be described in detail below.
먼저 본 발명에 따른 전지 충전시의 정전압 구간을 통한 이차전지 수명예측장치는 수명예측 대상이 되는 전지를 충전하는 충전수단이 필요하다. 전지의 충전수단은 특별히 한정되지 않고, 이차전지가 사용되는 휴대용 기기 고유의 장치를 사용할 수 있다. 상기 충전수단을 이용하여 통상의 이차전지의 작동 범주인 3.0~4.2V의 구간에서 1차적으로 충전시킨다. First, the secondary battery life prediction device through the constant voltage section during battery charging according to the present invention needs a charging means for charging a battery that is a life expectancy target. The charging means of the battery is not particularly limited, and a device inherent to a portable device in which a secondary battery is used can be used. The charging means is primarily charged in the range of 3.0 to 4.2 V, which is a general operation range of the secondary battery.
두번째 단계에서는 상기 이차전지의 특정 용량의 충전시점에서 cut-off시키는 단계로서, 통상 1차 충전시에는 4.2V에서 cut-off에 걸리게 된다. 상기 cut-off 전압에 도달하게 되면 특정 용량의 전류까지 재충전하는2차 충전 단계를 거치게 되는 바, 2차 충전은 제품마다 다르지만 전체용량의 2~5%에 해당하는 전류를 상기 cut-off 전압인 4.2V를 유지하면서 흘려주게 된다. 상기 전류는 특정 용량을 가하도록 하는 전류 수단을 통해서 공급될 수 있다. In the second step, the secondary battery is cut-off at the time of charging the specific capacity of the secondary battery. Usually, the primary battery is cut-off at 4.2V during the primary charging. When the cut-off voltage is reached, a secondary charging step of recharging up to a current of a specific capacity is performed. Secondary charging is different for each product, but a current corresponding to 2 to 5% of the total capacity is the cut-off voltage. It will flow while maintaining 4.2V. The current can be supplied through current means to apply a specific capacitance.
상기 전류 수단을 통해 공급되는 전류의 양은 통상 전지 전체 용량의 2~5%에 해당하는 것이지만, 수명예측 시간을 앞당기거나 늦추기 위해서는 상기 전류의 양은 조절될 수 있다. 즉, 좀 더 빠른 시간 안에 수명을 예측하기 위해서는 상기 전류의 양을 전체 용량의5%보다 더 높여 10%까지 높일 수도 있는 바, 상기 전류 량이 한정되지 않고 적절히 선택할 수 있다. The amount of current supplied through the current means generally corresponds to 2 to 5% of the total capacity of the battery, but the amount of the current may be adjusted to advance or slow down the life expectancy time. That is, in order to predict the lifespan within a shorter time, the amount of current may be increased to 10% by more than 5% of the total capacity, and thus the amount of current may be appropriately selected.
그 다음 단계는 상기 2차 충전에서 상기 특정 전류에 도달될 때까지의 시간을 측정하는 것으로서, 즉 상기 특정 전류에 도달되는 구간이 CV 구간에 도달하는 시간을 측정한다. 통상의 신규한 전지의 CV구간에 도달시간은 10분 정도 소요되므로, 전지의 잔류 수명에 따라 상기 시간은 상이하게 측정된다. 상기 전류 수단으로 인가된 특정 전류까지의 시간을 측정하는 시간 측정 수단으로는 특별히 한정되지 않고, 시간을 측정할 수 있는 것이라면 어떤 것이라도 무방하다. The next step is to measure the time from the secondary charging until the specific current is reached, i.e., the time the interval at which the specific current is reached reaches the CV interval. Since the arrival time takes about 10 minutes in the CV section of a conventional novel battery, the time is measured differently according to the remaining life of the battery. The time measurement means for measuring the time up to the specific current applied by the current means is not particularly limited, and any means can be used as long as the time can be measured.
한편, 상기 CV구간에 도달될 때까지 측정된 측정시간은 미리 설정된 기준 시간과의 데이터 맵핑을 통하여 비교하는 단계를 거치게 되는데, 이때 상기 측정시간과 비교하기 위한 기준시간 기억 수단을 이용한다. 상기 기준시간 기억 수단은 최종 제품이나 충전거치대에 메모리를 이용한 저장장치를 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 기준시간은 전지의 수명 예측을 용량의 5% 에 해당하는 전류를 인가한다고 할 때 10분 정도로 기억수단에 입력된다. 또한, 상기 기준 시간은 인가되는 전류의 양을 어느 정도로 설정하는지에 따라 달라질 수 있다. 즉, 상기 기준시간인 10분은 전지 용량의 5% 의 전류를 인가하는 경우이고, 상기 전지 용량의 10%의 전류를 인가할 경우에는 상기 기준시간은 더 짧아질 수 있다. On the other hand, the measurement time measured until reaching the CV section is subjected to a step of comparing through a data mapping with a predetermined reference time, using a reference time storage means for comparison with the measurement time. The reference time storage means may use a storage device using a memory for the final product or the charging cradle, but is not limited thereto. The reference time is input to the memory means for about 10 minutes when the current life expectancy of the battery is applied to the current corresponding to 5% of the capacity. In addition, the reference time may vary depending on how much the amount of current to be applied is set. That is, the reference time of 10 minutes is a case where a current of 5% of the battery capacity is applied, and when the current of 10% of the battery capacity is applied, the reference time may be shorter.
그 다음 단계는 상기 측정시간과 기준시간의 데이터 맵핑을 통해 비교된 값을 통해 전지의 수명을 예측하는 단계로서, 전지 용량의 5% cut-off로 했을 경우 CV구간이 15분 내지 20분인 경우의 배터리 수명은 '상', 21 분 내지 30분인 경우 '중상', 31분 내지 40분인 경우 '중', 41분 내지 50분, 또는 50분 이상이면 '하'로 구분한다. The next step is to predict the life of the battery through the comparison of the measurement time and the reference time data mapping. When 5% cut-off of the battery capacity is performed, the CV interval is 15 to 20 minutes. Battery life is divided into 'up', 'middle' for 21 minutes to 30 minutes, 'mid' for 31 minutes to 40 minutes, 'low' for more than 50 minutes, or 50 minutes.
또한, 상기 예측된 전지의 수명은 표시수단을 통해서 표시될 수 있는 바, 이는 현재 이차전지를 장착한 휴대용기기의 표시수단과 같이 눈금으로 나타낼 수도 있고, 상기와 같이 상, 중, 하의 특정 문자로 나타내는 것도 가능하다. In addition, the predicted life of the battery may be displayed through the display means, which may be indicated by a scale like the display means of the portable device currently equipped with a secondary battery, and as shown above in the upper, middle and lower specific characters. It is also possible to indicate.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예 1 Example 1
전기 자동차용 특정 리튬 이온전지의 배터리를 통상의 작동전압 범위에서 1차 충전시키고, 용량의 5%가 되는 충전 시점에서 cut-off를 한 후, 일정 전류를 인가하면서 CV구간의 시간을 측정하였다. 그 결과 상기 측정 시간은 약 11분이 었다.(도 1 참조) 이로써, 상기 전지는 거의 신규한 것으로 판단되었으며, 그 수명은 양호한 것으로 확인되었다. The battery of a specific lithium ion battery for an electric vehicle was first charged in a normal operating voltage range, cut-off at a charging time point of 5% of the capacity, and then the time of the CV section was measured while applying a constant current. As a result, the measurement time was about 11 minutes (see FIG. 1). Thus, the battery was judged to be almost new and its life was confirmed to be good.
실시예 2 Example 2
용량이 55% 정도 퇴화된 상기 실시예 1의 전기 자동차용 특정 리튬 이온전지의 배터리를 통상의 작동전압 범위에서 1차 충전시키고, 용량의 5%가 되는 충전 시점에서 cut-off를 한 후, 일정 전류를 인가하면서 CV구간의 시간을 측정하였다. 측정된CV구간은 약 45분으로 많은 시간이 소요되었다. (도 2 참조)따라서, 상기 전지의 수명은 '하'로 판단되었으며, 이로써 전지의 교체가 가까웠음을 예측할 수 있다. After charging the battery of the specific lithium ion battery for an electric vehicle of Example 1, the capacity of which is about 55% deteriorated at a normal operating voltage range, and cut-off at a charging time of 5% of the capacity, The CV section time was measured while applying a current. The measured CV interval was about 45 minutes, which took a lot of time. Thus, the life of the battery was determined to be 'ha', thereby predicting that the replacement of the battery was near.
도 1은 실시예 1에 따른 전지의 cut-off 후 CV 구간을 측정한 그래프이고, 1 is a graph measuring the CV interval after the cut-off of the battery according to Example 1,
도 2는 비교예 1에 따른 전지의 cut-off 후 CV 구간을 측정한 그래프이다. 2 is a graph measuring the CV section after the cut-off of the battery according to Comparative Example 1.
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