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KR102516361B1 - 배터리 충전 방법 및 장치 - Google Patents

배터리 충전 방법 및 장치 Download PDF

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KR102516361B1
KR102516361B1 KR1020170167395A KR20170167395A KR102516361B1 KR 102516361 B1 KR102516361 B1 KR 102516361B1 KR 1020170167395 A KR1020170167395 A KR 1020170167395A KR 20170167395 A KR20170167395 A KR 20170167395A KR 102516361 B1 KR102516361 B1 KR 102516361B1
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charging
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Abstract

배터리 충전 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예는 배터리의 전압값 및 과전압값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하고, 상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하며, 상기 설정값이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 상기 배터리에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 배터리를 충전한다.

Description

배터리 충전 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CHARGING BATTERY}
아래 실시예들은 배터리 충전에 관한 것이다.
배터리 충전 방법은 다양하다. 예를 들어, 정전류-정전압 충전 방법(Constant Current-Constant Voltage, CCCV)은 정전류로 배터리를 충전하고, 배터리 전압이 미리 설정된 전압에 도달한 경우, 정전압으로 배터리를 충전한다. 다른 일례로, 전류 감쇠(Varying current decay) 충전 방법은 낮은 SOC(State of Charge)에서는 고전류로 배터리를 충전하고, 특정 SOC가 되는 경우, 전류를 점점 줄여가면서 배터리를 충전한다.
또한, 배터리 충전 방법에는 배터리의 충전 시간을 감소시키는 급속 충전 방법이 있다. 급속 충전이 반복되는 경우, 배터리의 수명이 열화될 수 있다.
일 측에 따른 배터리 충전 방법은 배터리의 전압값 및 과전압(over-potential)값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하는 단계; 상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하는 단계; 및 상기 설정값이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 상기 배터리에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
상기 설정값은 상기 충전 전압 정보에 포함된 전압 함수를 시프트(shift)하기 위한 시프트 값 및 상기 충전 전압 정보의 전압 스윕 속도(sweep rate)의 초기값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전압 스윕 속도는 상기 전압이 증가하는 속도(rate)에 대응될 수 있다.
상기 설정값을 결정하는 단계는 상기 충전 제어 정보에 포함된 전압 함수의 역함수를 이용하여 상기 전압값과 상기 과전압값의 합에 대응되는 시간값을 도출하는 단계; 및 상기 시간값을 상기 전압 함수를 시프트하기 위한 시프트값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하는 단계는 상기 시프트값을 기초로 상기 전압 함수를 시프팅(shifting)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 설정값을 결정하는 단계는 전압 범위들 중에서 상기 전압값과 상기 과전압값의 합이 속한 전압 범위를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도를 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도의 초기값으로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압 스윕 속도들 각각은 상기 전압 범위들 각각에서 상기 전압이 증가하는 속도를 나타낼 수 있다.
상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하는 단계는 상기 초기값을 상기 충전 제어 정보에 포함된 선형 전압 함수의 기울기로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압은 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값까지 일정하게 증가할 수 있다.
상기 배터리 충전 방법은 상기 배터리를 충전하는 동안 상기 배터리의 충전 전압값이 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값에 도달하거나 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값보다 경우, 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도를 상기 선택된 전압 스윕 속도에서 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과전압값은 미리 설정된 과전압 범위 내에서 상기 배터리의 열화도 및 온도 중 적어도 하나를 기초로 결정된 값을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 전술한 배터리 충전 방법을 실행하기 위한 소프트웨어를 저장하한다.
일 측에 따른 배터리 충전 장치는 배터리의 전압값 및 과전압(over-potential)값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하고, 상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하며, 상기 설정값이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 상기 배터리에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 배터리를 충전하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 설정값은 상기 충전 전압 정보에 포함된 제1 전압 함수를 시프트(shift)하기 위한 시프트 값 및 상기 충전 전압 정보의 전압 스윕 속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전압 스윕 속도는 상기 전압이 증가하는 속도(rate)에 대응될 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 충전 제어 정보에 포함된 전압 함수의 역함수를 이용하여 상기 전압값과 상기 과전압값의 합에 대응되는 시간값을 도출하고, 상기 시간값을 상기 전압 함수를 시프트하기 위한 시프트값으로 결정할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 시프트값을 기초로 상기 전압 함수를 시프팅(shifting)할 수 있다.
상기 컨트롤러는 전압 범위들 중에서 상기 전압값과 상기 과전압값의 합이 속한 전압 범위를 식별하고, 전압 스윕 속도들 중에서 상기 식별된 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도를 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도의 초기값으로 선택할 수 있다.
상기 전압 스윕 속도들 각각은 상기 전압 범위들 각각에서 상기 전압이 증가하는 속도를 나타낼 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 초기값을 상기 충전 제어 정보에 포함된 선형 전압 함수의 기울기로 설정할 수 있다.
상기 전압은 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값까지 일정하게 증가할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 배터리를 충전하는 동안 상기 배터리의 충전 전압값이 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값에 도달하거나 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값보다 경우, 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도를 상기 선택된 전압 스윕 속도에서 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도로 변경할 수 있다.
상기 과전압값은 미리 설정된 과전압 범위 내에서 상기 배터리의 열화 상태 및 온도 중 적어도 하나를 기초로 결정된 값을 나타낼 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 6은 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치가 과전압값을 결정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 충전 시스템(100)은 배터리(110) 및 배터리 충전 장치(120)를 포함한다.
배터리(110)는 하나 이상의 배터리 셀, 하나 이상의 배터리 모듈, 또는 하나 이상의 배터리 팩을 나타낸다.
배터리 충전 장치(120)는 전압 센서를 이용하여 배터리(110)의 전압 데이터를 수집 또는 획득한다. 달리 표현하면, 배터리 충전 장치(120)는 전압 센서로부터 배터리(110)의 전압 데이터를 수신한다. 전압 데이터는 하나 이상의 전압값을 포함한다.
배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 전압값 및 과전압(over-potential)값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하고, 설정값을 충전 제어 정보에 반영(또는 적용)하며, 설정값이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 배터리(110)를 충전한다. 과전압값에 대해선 도 9를 통해 후술한다. 충전 제어 정보는 배터리(110)의 충전을 제어하기 위한 정보를 나타낸다. 보다 구체적으로 표현하면, 충전 제어 정보는 배터리(110)의 충전을 위해 배터리(110)에 인가되는 전압을 제어하는데 이용되는 정보를 나타낸다.
일례로, 배터리 충전 장치(120)는 전압값 및 과전압값을 기초로 시프트(shift)값을 결정할 수 있고, 시프트값을 전압 함수에 반영할 수 있다. 여기서, 시프트값은 전술한 설정값의 일례이고 전압 함수는 전술한 충전 제어 정보의 일례이다. 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)에 인가되는 전압을 시프트값이 반영된 전압 함수를 통해 제어하여 배터리(110)를 충전할 수 있다. 해당 일례에 대해선 도 2 및 도 3을 통해 후술한다.
다른 일례로, 배터리 충전 장치(120)는 전압값 및 과전압값을 기초로 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도(sweep rate)의 초기값을 결정할 수 있고, 해당 초기값을 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도에 반영할 수 있다. 배터리 충전 장치(120)는 해당 초기값이 반영된 충전 제어 정보를 통해 배터리(110)에 인가되는 전압을 제어하여 배터리(110)를 충전할 수 있다. 해당 일례에 대해선 도 4 내지 도 6을 통해 후술한다.
배터리 제어 장치(120)는 배터리(110)가 충전되는 동안 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압에 도달하는 경우, 배터리(110)를 정전압(constant voltage)으로 충전한다. 임계 전압은 최종 전압 또는 최대 전압으로 달리 표현될 수 있다. 충전 전압값은 충전 중인 배터리(110)의 전압을 센싱한 결과에 해당한다.
배터리 제어 장치(120)는 배터리(110)가 정전압으로 충전되는 동안 배터리(110)의 전류값이 임계 전류에 도달하는 경우, 배터리(110)의 충전을 종료한다. 임계 전류는 최종 전류로 달리 표현될 수 있다. 전류값은 정전압으로 충전 중인 배터리(110)의 전류를 센싱한 결과에 해당할 수 있다.
도 2 내지 도 3은 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 통해 설명한 것과 같이, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 전압값 및 과전압값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하고, 설정값을 충전 제어 정보에 반영한다. 충전 제어 정보는, 예를 들어, 미리 결정된 전압 함수를 포함할 수 있고, 설정값은, 예를 들어, 해당 전압 함수를 시프트하기 위한 시프트값을 포함할 수 있다. 이러한 배터리 충전 장치(120)의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 2를 참조하면, 전압 함수의 일례 V=f(t)(210)가 도시된다. 도 2에 도시된 예에서, 배터리(110)의 전압값이 Vi이고 과전압값이 ηi인 경우, 배터리 충전 장치(120)는 전압 함수 V=f(t)(210)의 역함수를 이용하여 배터리(110)의 전압값 Vi 및 과전압값 ηi의 합 Vi+ηi에 대응되는 시간값 ti를 도출할 수 있다. ti는 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017122028276-pat00001
배터리 충전 장치(120)는 도출된 시간값 ti를 시프트값으로 결정할 수 있다.
배터리 충전 장치(120)는 시프트값 ti를 전압 함수 f(t)(210)에 반영할 수 있다. 다시 말해, 배터리 충전 장치(120)는 시프트값 ti를 기초로 전압 함수 f(t)(210)를 시프트할 수 있다. 도 3에 도시된 예를 참조하면, 배터리 충전 장치(120)는 전압 함수 f(t)(210)를 왼쪽으로 ti만큼 시프트할 수 있다. 도 3에 도시된 예의 시프트된 전압 함수는 아래 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure 112017122028276-pat00002
배터리 충전 장치(120)는 시프트된 전압 함수를 기초로 배터리(110)를 충전한다. 배터리(110)의 충전을 위해 배터리(110)에 전압이 인가되는데, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)에 인가되는 전압을 시프트된 전압 함수를 통해 제어할 수 있다. 이 때, 배터리(110)에는 Vi+ηi에 해당하는 전압부터 인가되기 시작할 수 있다. 다시 말해, 배터리 충전 장치(120)는 충전 시작 전압(또는 초기 충전 전압)을 Vi+ηi으로 설정함으로써 Vi+ηi에 해당하는 전압부터 배터리(110)에 인가되도록 할 수 있고, 시프트된 전압 함수에 따라 배터리(110)에 인가되는 전압을 증가시켜 배터리(110)를 충전할 수 있다.
배터리 충전 장치(120)는 시프트된 전압 함수를 기초로 배터리(110)가 충전되는 동안 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압에 도달하는 경우, 배터리(110)를 정전압으로 충전할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf에 도달하는 경우, 배터리(110)를 Vf로 충전할 수 있다. 이 때, 배터리(110)에는 정전압이 인가된다.
정전압으로 배터리(110)가 충전되면 배터리(110)로 공급되는 전류는 점점 감소하게 된다. 배터리 충전 장치(120)는 정전압으로 배터리(110)를 충전하는 동안 배터리(110)의 전류값이 임계 전류 If에 도달하는 경우, 충전을 종료한다. 임계 전류 If는 미리 설정된 값이다.
도 4 내지 도 6은 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 통해 설명한 것과 같이, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 전압값 및 과전압값을 기초로 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도의 초기값을 결정할 수 있고, 해당 초기값을 충전 제어 정보에 반영할 수 있다. 이러한 배터리 충전 장치(120)의 동작을 도 4 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.
도 4에 도시된 예에서, 배터리(110)의 전압값이 Vi이고 과전압값이 ηi인 경우, Vi+ηi는 V4보다 크고 V5보다 작다. 이 경우, 배터리 충전 장치(120)는 Vn -1≤Vi+ηi<Vn을 만족시키는 n을 5로 결정할 수 있고, 표를 참조하여 n=5의 전압 스윕 속도를 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도의 초기값으로 선택할 수 있다. 달리 표현하면, 배터리 충전 장치(120)는 미리 설정된 전압 범위들 V1~V2, ... , 및 Vn -1~Vn 중에서 Vi+ηi이 속한 전압 범위 V4~V5를 식별할 수 있고, 표를 참조하여 식별된 전압 범위 V4~V5의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도를 초기값으로 선택할 수 있다. 전술한 표는 전압 범위들의 경계 전압값들 V1 내지 Vn과 전압 스윕 속도들 사이의 대응 관계가 기록된 표에 해당할 수 있다. 전압 스윕 속도들 각각은 전압 범위들 각각에서 전압이 증가하는 속도를 나타낸다. 아래 표 1은 해당 표의 일례를 보여준다.
경계 전압값(V) 전압 스윕 속도(V/s)
V1=3.40V r1=5.000×10-3
V2=3.60V r2=1.330×10-3
V3=3.72V r3=0.371×10-3
V4=3.84V r4=0.231×10-3
V5=3.96V r5=0.123×10-3
V6=4.05V r6=0.096×10-3
V7=4.13V r7=0.052×10-3
V8=4.18V r8=0.018×10-3
도 4에 도시된 예에서, 배터리 충전 장치(120)는 r5를 선택할 수 있고, r5를 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도의 초기값으로 설정할 수 있다. 또한, 배터리 충전 장치(120)는 충전 제어 정보 내의 충전 시작 전압을 Vi+ηi으로 설정할 수 있다. 이러한 설정 동작들을 달리 표현하면, 배터리 충전 장치(120)는 기울기 및 함수 초기값 각각을 r5 및 Vi+ηi로 설정함으로써 선형 전압 함수 r5×t+Vi+ηi를 결정할 수 있다.
배터리 충전 장치(120)는 전압 스윕 속도의 초기값 및 충전 시작 전압이 설정된 충전 제어 정보를 기초로 배터리(110)를 충전할 수 있다. 도 4에 도시된 예에서, 배터리 충전 장치(120)는 r5 및 Vi+ηi이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 배터리(110)에 인가되는 전압을 제어하여, 배터리(110)를 충전할 수 있다. 달리 표현하면, 배터리 충전 장치(120)는 선형 전압 함수 r5×t+Vi+ηi를 통해 배터리(110)에 인가되는 전압을 제어하여, 배터리(110)를 충전할 수 있다. 이 때, 배터리(110)에 인가되는 전압은 Vi+ηi부터 시작하여 r5만큼의 일정한 속도(또는 비율)로 증가한다. 그리고, 배터리(110)에 인가되는 전압은 식별된 전압 범위 V4~V5의 이후 전압 범위 V5~V6의 경계 전압값 V6(달리 표현하면, V5의 이후 경계 전압값 V6)까지 일정하게 증가한다.
배터리 충전 장치(120)는 결정된 전압 스윕 속도에 대응되는 경계 전압값의 이후 경계 전압값에 배터리(110)의 충전 전압값이 도달하는 경우, 이후 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도로 배터리(110)를 충전한다. 달리 표현하면, 배터리 충전 장치(120)는 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값에 배터리(110)의 충전 전류값이 도달하는 경우, 전압 스윕 속도를 변경하여 배터리(110)를 충전한다. 도 5에 도시된 예를 참조하면, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 충전 전압값이 V6에 도달하는 경우, 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도를 r5에서 r6로 변경하여 배터리(110)를 충전할 수 있다. 여기서, V6는 V5의 이후 경계 전압값에 해당한다. 배터리 충전 장치(120)는 r6로 배터리(110)를 충전하는 동안 배터리(110)의 충전 전압값이 V7에 도달하는 경우, 도 6에 도시된 예와 같이 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도를 r6에서 r7으로 변경하여 배터리(110)를 충전할 수 있고, r7로 배터리(110)를 충전하는 동안 배터리(110)의 충전 전압값이 V8에 도달하는 경우, 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도를 r7에서 r8로 변경하여 배터리(110)를 충전할 수 있다. 전압 스윕 속도가 변경된 지점들(610, 620, 및 630)이 도시된다.
도 6에 도시된 예에서, 배터리 충전 장치(120)는 r8로 배터리(110)를 충전하는 동안 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf에 도달하는 경우, Vf로 배터리(110)를 충전할 수 있다. 배터리 충전 장치(120)는 Vf로 배터리(110)를 충전하는 동안 배터리(110)의 전류값이 임계 전류 If에 도달하는 경우, 충전을 종료한다.
도 7 내지 도 8은 일 실시예에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 통해 설명할 배터리 충전 방법은 도 2 내지 도 3을 통해 설명한 배터리 충전 방법에 대응될 수 있다.
도 7을 참조하면, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 전압값 Vi를 획득한다(710).
배터리 충전 장치(120)는 전압 함수를 시프트하기 위한 시프트값을 결정하고 시프트값을 기초로 전압 함수를 시프팅한다(720). 도 2를 통해 설명한 것과 같이, 배터리 충전 장치(120)는 전압 함수의 역함수를 이용하여 배터리(110)의 전압값 Vi 및 과전압값 ηi의 합에 대응되는 시간값 ti를 도출할 수 있고, 도출된 시간값 ti를 시프트값으로 결정할 수 있다. 배터리 충전 장치(120)는 시프트값 ti 만큼 전압 함수를 시프팅할 수 있다.
배터리 충전 장치(120)는 시프트된 전압 함수를 기초로 배터리(110)를 충전한다(730).
배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf 이상인지 확인한다(740). 단계(740)의 확인 결과, 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf보다 작으면, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)를 계속 충전한다. 단계(740)의 확인 결과, 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf 이상이면, 배터리 충전 장치(120)는 정전압 Vf로 배터리(110)를 충전한다(750).
배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)로 공급되는 전류(달리 표현하면, 충전 전류)에 대한 전류값이 임계 전류 If 이하인지 확인한다(760). 단계(760)의 확인 결과, 해당 전류값이 임계 전류 If 이상이면, 배터리 충전 장치(120)는 정전압 Vf로 배터리(110)를 계속 충전한다. 단계(760)의 확인 결과, 해당 전류값이 임계 전류 If 이하이면, 배터리 충전 장치(120)는 충전을 종료한다.
도 1 내지 도 6을 통해 기술된 사항들은 도 7을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 8을 통해 설명할 배터리 충전 방법은 도 4 내지 도 6을 통해 설명한 배터리 충전 방법에 대응될 수 있다.
도 8을 참조하면, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 전압값 Vi를 획득한다(810).
배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 전압값 Vi 및 과전압값 ηi의 합이 속한 전압 범위를 식별한다(820).
배터리 충전 장치(120)는 단계(820)에서 Vi+ηi이 속한 전압 범위를 Vn -1~Vn으로 식별한 경우, 식별된 전압 범위 Vn -1~Vn의 경계 전압값 Vn에 대응되는 전압 스윕 속도 rn을 선택한다(830).
배터리 충전 장치(120)는 rn 및 Vi+ηi이 반영된 전압 함수 V=rn×t+Vi+ηi를 기초로 배터리(110)를 충전한다(840).
배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 충전 전압값이 Vn +1 이상인지 확인한다(850). 여기서, Vn +1은 rn에 대응되는 경계 전압값 Vn의 이후 경계 전압값에 해당한다.
단계(850)에서의 확인 결과 배터리(110)의 충전 전압값이 Vn +1 이상인 경우, Vn+1의 인덱스 n+1이 최종 인덱스 f에 해당하는지 확인한다(860). 단계(860)을 달리하면, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf에 도달하였는지 확인할 수 있다.
단계(860)의 확인 결과 n+1이 f에 해당하지 않는 경우(달리 표현하면, 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf 미만인 경우), 배터리 충전 장치(120)는 n을 n+1로 업데이트한다(870). 배터리 충전 장치(120)는 전압 스윕 속도를 rn에서 rn+1로 변경하여 배터리(110)를 충전할 수 있다.
단계(860)의 확인 결과 n+1이 f에 해당하는 경우(달리 표현하면, 배터리(110)의 충전 전압값이 임계 전압 Vf에 도달한 경우), 배터리 충전 장치(120)는 정전압 Vf로 배터리(110)를 충전한다(880).
배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)로 공급되는 전류(달리 표현하면, 충전 전류)에 대한 전류값이 임계 전류 If 이하인지 확인한다(890). 단계(890)의 확인 결과, 해당 전류값이 임계 전류 If 이하이면, 배터리 충전 장치(120)는 충전을 종료한다.
도 1 내지 도 7을 통해 기술된 사항들은 도 8을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 9는 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치가 과전압값을 결정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 통해 설명한 과전압값은 0~1.5V 또는 0.2~0.5V의 과전압 범위 내의 값으로, 예를 들어, 0.4V일 수 있다. 구현에 따라, 배터리 충전 장치(120)는 해당 과전압 범위 내에서 배터리(110)의 현재 상태에 적합한 과전압값을 결정할 수 있다. 이하 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 9를 참조하면, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 열화도에 대한 정보 및 온도값 중 적어도 하나를 획득한다(910). 일례로, 배터리 충전 장치(120)는 열화 추정 모델 또는 열화 추정 알고리즘을 이용하여 배터리(110)의 열화도(또는 열화 상태)를 결정하거나 다른 장치로부터 배터리(110)의 열화도에 대한 정보를 수신할 수 있다. 배터리 충전 장치(120)는 온도 센서를 이용하여 배터리(110)의 온도값을 획득 또는 수집할 수 있다.
배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 열화도 및 온도값 중 적어도 하나를 고려하여 과전압값을 결정한다(920). 일례로, 배터리 충전 장치(120)는 0~1.5V 또는 0.2~0.5V의 과전압 범위 내에서 배터리(110)의 열화도 및 온도값 중 어느 하나 또는 둘 다를 고려하여 과전압값을 결정할 수 있다. 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 열화도가 미리 정해진 기준 열화도보다 높다면, 과전압값을 높게 결정할 수 있다. 또는, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 온도값이 미리 정해진 기준 온도보다 낮으면 과전압값을 낮게 결정할 수 있다. 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 열화도 및 온도값 중 어느 하나 또는 둘 다를 고려하여 적정한 수준의 과전압값을 결정할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 배터리 충전 장치(120)는 컨트롤러(1010)를 포함한다.
컨트롤러(1010)는 도 1 내지 도 9를 통해 설명한 배터리 충전 장치(120)의 동작을 수행한다. 일례로, 컨트롤러(1010)는 배터리(110)의 전압값 및 과전압값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하고, 설정값을 충전 제어 정보에 반영한다. 컨트롤러(1010)는 설정값이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 배터리(110)에 인가되는 전압을 제어하여 배터리(110)를 충전한다.
배터리 충전 장치(120)는 메모리를 더 포함할 수 있고, 해당 메모리에는 전압 범위들의 경계 전압값들과 전압 스윕 속도들 사이의 대응 관계가 기록된 표(예를 들어, 위의 표 1)가 저장될 수 있다.
도 1 내지 도 9를 통해 기술된 사항들은 도 10을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
배터리 충전 장치(120)는 다양한 전자 기기(예를 들어, 차량, 에너지 저장 시스템, 보행 보조 기기, 드론, 이동 단말)에 탑재될 수 있고, 도 1 내지 도 10을 통해 설명한 동작을 수행할 수 있다. 이하, 도 11을 참조하여 배터리 충전 장치(120)가 차량에 탑재된 경우를 설명하고, 도 12를 참조하여 배터리 충전 장치(120)가 이동 단말에 탑재된 경우를 설명한다. 도 11 및 도 12에 대한 설명은 다른 전자 기기에 대해서도 적용될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 차량을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 차량(1100)은 배터리팩(1110) 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(1120)을 포함한다. 차량(1100)은 배터리 팩(1110)을 전원(power)으로 이용하는 차량일 수 있다. 차량(1100)은, 예를 들어, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차일 수 있다.
배터리 관리 시스템(1120)은 배터리 팩(1110)에 이상(abnormality)이 발생하였는지 모니터링할 수 있고, 배터리 팩(1110)이 과충전(over-charging) 또는 과방전(over-discharging)되지 않도록 할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(1120)은 배터리 팩(1110)의 온도가 제1 온도(일례로, 40℃)를 초과하거나 제2 온도(일례로, -10℃) 미만이면 배터리 팩(1110)에 대해 열 제어를 수행할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(1120)은 셀 밸런싱을 수행하여 배터리 팩(1110)에 포함된 배터리 셀들 간의 충전 상태가 균등해지도록 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(1120)은 배터리 충전 장치(120)의 동작을 수행할 수 있다. 배터리 관리 시스템(1120)은 차량(1100)이 파워 소스와 연결되는 경우, 위에서 설명한 배터리 충전 방법에 따라 배터리 팩(1110)을 충전한다. 여기서, 파워 소스는 DC(direct current) 전력 또는 AC(alternative current) 전력을 공급하는 소스를 나타낸다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 충전 장치(110)는 배터리 관리 시스템(1120)과 물리적으로 구분되는 장치일 수 있다. 일례로, 배터리 충전 장치(110)는 온-보드(on-board) 충전기로 차량(1110)에 탑재될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 이동 단말을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 이동 단말(1200) 및 파워 소스(1210)가 도시된다. 이동 단말(1200)은, 예를 들어, 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC, 또는 웨어러블 디바이스에 해당할 수 있다. 단말(1200)은 앞서 열거한 예들로 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 이동 단말(1200)은 배터리(110) 및 배터리 충전 장치(120)를 포함한다. 이동 단말(1200)이 파워 소스(1210)와 유선 또는 무선으로 연결되면, 배터리 충전 장치(120)는 위에서 설명한 배터리 충전 방법을 수행한다.
기존의 급속 충전 방법은 배터리(110)에 공급되는 전류를 제어하여 배터리(110)를 충전한다. 이 때, 배터리(110)에 공급되는 전류는 충전 전류 프로파일에 따라 제어된다. 이러한 급속 충전 방법은 배터리(110)의 온도 및/또는 열화도를 고려하지 않고 동일한 충전 전류 프로파일을 이용한다. 다시 말해, 배터리(110)의 열화도가 높은 경우와 열화도가 낮은 경우에 동일한 충전 전류 프로파일이 이용되고, 배터리(110)의 온도가 높은 경우와 온도 낮은 경우에 동일한 충전 전류 프로파일이 이용된다. 이 경우, 배터리(110)의 열화는 가속된다. 이러한 급속 충전 방법에서 배터리(110)의 사용 기간을 늘리기 위해선 배터리(110)의 온도 및/또는 열화도에 따라 충전 전류 프로파일이 변경되어야 한다. 또한, 이러한 급속 충전 방법은 배터리(110)의 열화도가 높은 경우 또는 온도가 낮은 경우에서 동일한 충전 전류 프로파일로 배터리(110)를 충전하게 되는데, 이는 배터리(110)에 과도한 과전압을 가할 수 있다. 이로 인해, 배터리(110)의 내부에서 부반응을 일으킬 수 있고, 배터리(110)의 열화는 가속될 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 충전 장치(120)는 충전 전류 프로파일이 아닌 충전 전압 프로파일을 이용하여 배터리(110)를 충전할 수 있다. 여기서, 충전 전압 프로파일은 전술한 충전 제어 정보에 대응될 수 있다. 온도 및/또는 열화도가 다른 상황에서 배터리(110)가 동일한 전압 충전 프로파일로 충전되어도 열화의 가속화를 방지할 수 있어, 사용자는 해당 충전 전압 프로파일의 변경없이 배터리(110)를 보다 오래 사용할 수 있다. 또한, 배터리 충전 장치(120)는 배터리(110)의 온도 및/또는 열화도 등의 상태에 무관하게 과전압(예를 들어, 과전압값 ηi에 해당하는 과전압)을 동일하게 가해줄 수 있어 배터리(110)의 내부에서의 부반응이 상대적으로 억제될 수 있다. 이에 따라, 배터리(110)의 열화의 가속화가 완화 또는 방지될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 반영할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (21)

  1. 배터리 충전 장치의 배터리 충전 방법에 있어서,
    배터리의 전압값 및 과전압(over-potential)값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하는 단계;
    상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하는 단계; 및
    상기 설정값이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 상기 배터리에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 배터리를 충전하는 단계
    를 포함하고,
    상기 설정값을 결정하는 단계는,
    상기 충전 제어 정보에 포함된 전압 함수의 역함수를 이용하여 상기 전압값과 상기 과전압값의 합에 대응되는 시간값을 도출하는 단계;
    상기 시간값을 상기 전압 함수를 시프트하기 위한 시프트값으로 결정하는 단계; 및
    상기 시프트값을 상기 설정값으로 결정하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하는 단계는,
    상기 시프트값을 기초로 상기 전압 함수를 시프팅(shifting)하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 설정값을 결정하는 단계는,
    전압 범위들 중에서 상기 전압값과 상기 과전압값의 합이 속한 전압 범위를 식별하는 단계; 및
    전압 스윕 속도들 중에서 상기 식별된 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도를 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도의 초기값으로 선택하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전압 스윕 속도들 각각은 상기 전압 범위들 각각에서 상기 전압이 증가하는 속도를 나타내는,
    배터리 충전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하는 단계는,
    상기 초기값을 상기 충전 제어 정보에 포함된 선형 전압 함수의 기울기로 설정하는 단계
    를 포함하는,
    배터리 충전 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전압은 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값까지 일정하게 증가하는,
    배터리 충전 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배터리를 충전하는 동안 상기 배터리의 충전 전압값이 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값에 도달하거나 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값보다 경우, 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도를 상기 선택된 전압 스윕 속도에서 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도로 변경하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 충전 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 과전압값은 미리 설정된 과전압 범위 내에서 상기 배터리의 열화도 및 온도 중 적어도 하나를 기초로 결정된 값을 나타내는,
    배터리 충전 방법.
  11. 제1항 및 제5항 내지 제10항 중 어느 하나의 방법을 실행하기 위한 소프트웨어를 저장하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  12. 배터리의 전압값 및 과전압(over-potential)값을 기초로 충전 제어 정보의 설정값을 결정하고, 상기 설정값을 상기 충전 제어 정보에 반영하며, 상기 설정값이 반영된 충전 제어 정보를 기초로 상기 배터리에 인가되는 전압을 제어하여, 상기 배터리를 충전하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 충전 제어 정보에 포함된 전압 함수의 역함수를 이용하여 상기 전압값과 상기 과전압값의 합에 대응되는 시간값을 도출하고 상기 시간값을 상기 전압 함수를 시프트하기 위한 시프트값으로 결정하며 상기 시프트값을 상기 설정값으로 결정하는,
    배터리 충전 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 시프트값을 기초로 상기 전압 함수를 시프팅(shifting)하는,
    배터리 충전 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 전압 범위들 중에서 상기 전압값과 상기 과전압값의 합이 속한 전압 범위를 식별하고, 전압 스윕 속도들 중에서 상기 식별된 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도를 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도의 초기값으로 선택하고,
    상기 전압 스윕 속도들 각각은 상기 전압 범위들 각각에서 상기 전압이 증가하는 속도를 나타내는,
    배터리 충전 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 초기값을 상기 충전 제어 정보에 포함된 선형 전압 함수의 기울기로 설정하는,
    배터리 충전 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전압은 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값까지 일정하게 증가하는,
    배터리 충전 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 배터리를 충전하는 동안 상기 배터리의 충전 전압값이 상기 식별된 전압 범위의 이후 전압 범위의 경계 전압값에 도달하거나 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값보다 경우, 상기 충전 제어 정보의 전압 스윕 속도를 상기 선택된 전압 스윕 속도에서 상기 이후 전압 범위의 경계 전압값에 대응되는 전압 스윕 속도로 변경하는,
    배터리 충전 장치.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 과전압값은 미리 설정된 과전압 범위 내에서 상기 배터리의 열화 상태 및 온도 중 적어도 하나를 기초로 결정된 값을 나타내는,
    배터리 충전 장치.
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