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KR20140131174A - Apparatus for battery management having precharge function with pulse width modulation and method thereof - Google Patents

Apparatus for battery management having precharge function with pulse width modulation and method thereof Download PDF

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KR20140131174A
KR20140131174A KR1020130050196A KR20130050196A KR20140131174A KR 20140131174 A KR20140131174 A KR 20140131174A KR 1020130050196 A KR1020130050196 A KR 1020130050196A KR 20130050196 A KR20130050196 A KR 20130050196A KR 20140131174 A KR20140131174 A KR 20140131174A
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South Korea
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voltage
battery
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current
charge
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KR1020130050196A
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Korean (ko)
Inventor
송인이
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

본 발명은 배터리의 프리 차지를 수행할 때 펄스 폭 변조의 제어 신호를 이용하여 스위치의 온오프 타이밍을 조절하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법을 개시한다. 본 발명에 따르는 배터리 관리 장치는, 온 상태가 되면 배터리 단위로 충전 전류를 인가하는 스위치부; 배터리 단위의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부; 배터리 관리 장치의 충전 전압을 측정하는 충전 전압 측정부; 및 충전 전압과 배터리 단위의 전압을 이용하여 스위치부의 양단의 전압차를 계산하고, 스위치부의 양단의 전압차와 충전 전류값을 이용하여 파워 레이팅(power rating)을 계산하고, 파워 레이팅의 전류값과 충전 전류값을 이용하여 듀티비를 계산하고, 상기 듀티비에 따른 펄스 폭 변조의 제어 신호를 인가하여 스위치부의 온 타임을 제어하는 제어부를 포함한다. 본 발명에 따르면 충전 전류의 파워 레이팅 한도 내에서 스위치의 온오프 타이밍을 자동으로 제어한다.The present invention discloses a battery management apparatus and a battery management method for controlling on / off timing of a switch using a control signal of pulse width modulation when precharging a battery. A battery management apparatus according to the present invention includes: a switch unit for applying a charging current to a battery unit when the battery is turned on; A battery voltage measuring unit for measuring a battery voltage; A charge voltage measuring unit for measuring a charge voltage of the battery management device; Calculating a voltage rating at both ends of the switch unit by using a charge voltage and a battery unit voltage, calculating a power rating using a voltage difference between both ends of the switch unit and a charge current value, Calculating a duty ratio using the charge current value, and controlling the ON time of the switch unit by applying a pulse width modulation control signal according to the duty ratio. According to the present invention, the ON / OFF timing of the switch is automatically controlled within the power rating limit of the charging current.

Description

펄스 폭 변조를 이용하는 프리 차지 기능의 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법{Apparatus for battery management having precharge function with pulse width modulation and method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery management apparatus and a battery management method using a pulse width modulation,

본 발명은 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펄스 폭 변조 신호의 온 타임을 제어하여 프리 차지를 수행하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery management apparatus and a battery management method, and more particularly, to a battery management apparatus and a battery management method for controlling precharge by controlling on-time of a pulse width modulation signal.

이차 전지의 셀(cell) 또는 셀 팩(cell pack)은 물리적 성질을 가진 배터리 단위를 의미하며, 상기 배터리 단위가 어떠한 보호 회로나 제어 회로도 장착되지 않은 상태를 지칭한다. 그리고 배터리 팩은 상기 셀의 구동이나 제어 또는 모니터링에 관한 각종 제어 회로가 장착되고, 배터리 팩이 이용되는 외부 시스템에 알맞게 패키징된 것을 지칭한다.A cell or a cell pack of a secondary battery means a battery unit having physical properties, and the battery unit refers to a state in which no protection circuit or control circuit is mounted. And the battery pack is mounted with various control circuits for driving, controlling or monitoring the cell, and is packaged for an external system in which the battery pack is used.

상기 배터리 팩의 제어 회로는 주로 이차 전지의 충전 및 방전을 제어하고, 이차 전지의 과충전이나 과방전시 회로를 차단함으로써, 이차 전지의 수명을 연장하고 상기 외부 시스템의 안정적인 동작을 보장하는 역할을 한다. 또한, 상기 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 기능은 배터리 관리 유닛(BMU, Battery Management Unit)에 의해 관리되며, 상기 배터리 팩을 좁은 의미에서 BMU로 칭하기도 한다. 상기 BMU는 충전 전계 효과 트랜지스터(C-FET)와 방전 전계 효과 트랜지스터(D-FET)를 사용하여 배터리의 정상적인 충전 및 방전 기능을 제어하도록 구성될 수 있다.The control circuit of the battery pack mainly controls the charging and discharging of the secondary battery and cuts off the overcharging or overdischarge circuit of the secondary battery to extend the service life of the secondary battery and ensure the stable operation of the external system. In addition, the function of controlling the charging and discharging of the battery pack is managed by a battery management unit (BMU), and the battery pack may be referred to as a BMU in a narrow sense. The BMU may be configured to control a normal charge and discharge function of the battery using a charge field effect transistor (C-FET) and a discharge field effect transistor (D-FET).

여기서, 노트북과 같은 소형 휴대 기기에서 배터리의 셀 전압이 동작 전압(예 : 4.2 ~ 3V) 이하로 내려갈 경우, 배터리의 충전을 위해 셀에 큰 전류를 흘리면 손상을 줄 수 있기에 상기 BMU는 프리 차지 기능(Precharge function)을 통해 충전을 제어할 수 있다. 예를 들면, BMU가 셀 전압을 센싱한 후 센싱된 전압이 프리 차지 전압 구간(예 : 2.2~0V)에 속하면, 본 충전을 진행하기에 앞서 프리 차지 모드에서 본 충전시보다 낮은 충전 전류(예 : 200mA 이하)로 충전을 제어한다. 그리고 프리 차지 모드를 벗어나면 본 충전에 돌입하여 정전류-정전압 모드에서 충전을 진행한다.Here, when a cell voltage of a battery drops below an operating voltage (for example, 4.2 to 3 V) in a small portable device such as a notebook computer, if a large current is supplied to the cell for charging the battery, The charge can be controlled through a precharge function. For example, if the sensed voltage after the sensing of the cell voltage by the BMU belongs to the pre-charge voltage section (for example, 2.2 to 0 V), a lower charging current For example, 200 mA or less). When the battery is out of the precharge mode, the battery is charged and the battery is charged in the constant current-constant voltage mode.

하지만, 프리 차지 모드에서는 본 충전시보다 낮은 전류로 천천히 충전하기 때문에 충전 시간이 길어지는 단점이 있었다. 충전 시간을 단축시키기 위해서는 전류값 및 전압값을 가변시켜야 하는데 회로의 크기 및 제작 비용에 제약이 있었다. 또한, 사용 가능한 저항값과 파워 레이팅(power rating)이 한정적이었다. 예를 들면, 사용 가능한 저항이 100ohm이라 가정할 경우, 프리 차지의 충전 전류가 50 ~ 80mA로 형성된다. 따라서, 프리 차지의 충전 시간이 오래 걸린다는 점에 대해 고객들의 불만 사항이 있었다.However, in the pre-charge mode, since the current is slowly charged at a lower current than the present charging time, the charging time becomes longer. In order to shorten the charging time, the current value and the voltage value have to be varied. Also, available resistance values and power ratings were limited. For example, assuming that the available resistance is 100 ohm, the charge current of precharge is formed to be 50 to 80 mA. Therefore, there was a complaint from customers that the charging time of the pre-charge takes a long time.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 인식 하에 창출된 것으로서, 펄스 폭 변조를 이용하는 소프트웨어 기술을 통해 충전 전류에 대해 충전 스위치의 온/오프 타이밍을 조절하여 프리 차지 기능을 실현하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described prior art, and it is an object of the present invention to provide a battery management apparatus and a battery management system, which realize a precharge function by adjusting on / off timing of a charge switch with respect to a charge current through a software technique using pulse width modulation And a method thereof.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 펄스 폭 변조를 이용하는 프리 차지 기능의 배터리 관리 장치는, 프리 차지(precharge) 기능을 이용하여 배터리 단위의 충전을 제어하는 배터리 관리 장치에 있어서, 상기 배터리 단위와 연결되어 온 상태로 스위칭 되면 상기 배터리 단위로 충전 전류를 출력하는 스위치부; 상기 배터리 단위의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부; 배터리 관리 장치의 충전 전압을 측정하는 충전 전압 측정부; 및 상기 충전 전압과 상기 배터리 단위의 전압을 이용하여 상기 스위치부의 양단의 전압차를 계산하고, 상기 스위치부의 양단의 전압차와 충전 전류값을 이용하여 파워 레이팅(power rating)을 계산하고, 상기 파워 레이팅의 전류값과 충전 전류값을 이용하여 듀티비를 계산하고, 상기 듀티비에 따른 펄스 폭 변조의 제어 신호를 인가하여 상기 스위치부의 온 타임을 제어하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery management apparatus for controlling charge of a battery unit using a precharge function using a pulse width modulation, A switch unit for outputting a charging current in units of the battery when the switching unit is switched on; A battery voltage measuring unit for measuring a voltage of the battery unit; A charge voltage measuring unit for measuring a charge voltage of the battery management device; And calculating a voltage difference between both ends of the switch unit using the charge voltage and the battery unit voltage, calculating a power rating using a voltage difference between both ends of the switch unit and a charge current value, And a control unit for calculating a duty ratio by using a current value and a charging current value of the rating and controlling the ON time of the switch unit by applying a control signal of pulse width modulation according to the duty ratio.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 배터리 관리 장치에서 입력 전압과 출력 전압을 측정하여 차이값을 상기 충전 전압으로 계산하고, 상기 충전 전압과 배터리 단위의 전압의 차이값을 상기 스위치부의 양단의 전압차로 계산한다.In the present invention, the control unit calculates the difference value between the charging voltage and the battery unit voltage by measuring the input voltage and the output voltage in the battery management apparatus, Calculate by car.

여기서, 상기 제어부는,Here,

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

의 수식에 따라 상기 충전 전압(

Figure pat00003
) 및 상기 배터리 단위의 전압 (
Figure pat00004
)을 이용하여 상기 스위치부의 양단의 전압차(
Figure pat00005
)를 계산한다.The charge voltage (< RTI ID = 0.0 >
Figure pat00003
) And the battery-unit voltage (
Figure pat00004
), The voltage difference between both ends of the switch unit
Figure pat00005
).

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제어부는,According to an aspect of the present invention,

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

의 수식에 따라 상기 파워 레이팅(

Figure pat00008
) 및 상기 스위치부의 양단의 전압차(
Figure pat00009
)를 이용하여 상기 파워 레이팅(
Figure pat00010
)의 전류(
Figure pat00011
)를 계산한다.The power rating (
Figure pat00008
And a voltage difference between both ends of the switch unit
Figure pat00009
) Was used to perform the power rating
Figure pat00010
) Of the current
Figure pat00011
).

여기서, 상기 제어부는,Here,

Figure pat00012
Figure pat00012

의 수식에 따라 상기 파워 레이팅(

Figure pat00013
)의 전류(
Figure pat00014
) 및 충전 전류(
Figure pat00015
)를 이용하여 듀티비를 계산한다.The power rating (
Figure pat00013
) Of the current
Figure pat00014
) And charge current (
Figure pat00015
) To calculate the duty ratio.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 펄스 폭 변조를 이용하는 프리 차지 기능의 배터리 관리 방법은, 프리 차지(precharge) 기능을 이용하여 배터리 단위의 충전을 제어하는 배터리 관리 장치가 실행하는 배터리 관리 방법에 있어서, (a)상기 배터리 단위로 충전 전류를 인가하는 스위치부의 양단의 전압차를 측정하는 스위치부 전압 측정 단계; (b)상기 스위치부의 양단의 전압차와 충전 전류를 이용하여 파워 레이팅(power rating)을 계산하는 파워 레이팅 계산 단계; (c)상기 파워 레이팅과 상기 스위치부의 양단의 전압차를 이용하여 상기 파워 레이팅의 전류값을 계산하는 파워 레이팅 전류값 계산 단계; (d)상기 파워 레이팅의 전류값과 충전 전류값을 이용하여 듀티비를 계산하는 듀티비 계산 단계; 및 (e)상기 듀티비에 따른 펄스 폭 변조의 제어 신호를 상기 스위치부로 인가하여 온 타임을 제어하고, 상기 제어에 의해 온 타임 동안 배터리 단위가 충전되는 온 타임 제어 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery management method for a precharge function using pulse width modulation, the method comprising: a battery management method executed by a battery management device that controls charging of a battery unit by using a precharge function; (A) a switch sub-voltage measurement step of measuring a voltage difference between both ends of a switch unit for applying a charge current in units of the battery; (b) a power rating calculation step of calculating a power rating using a voltage difference and a charging current at both ends of the switch part; (c) a power rating current value calculation step of calculating the current rating of the power rating using the power rating and a voltage difference between both ends of the switch part; (d) a duty ratio calculating step of calculating a duty ratio using the current rating and the charging current value of the power rating; And (e) controlling an on-time by applying a pulse-width modulation control signal according to the duty ratio to the switch unit, and charging the battery unit during on-time by the control.

본 발명의 일 측면에 따르면, 프리 차지의 수행에 있어 전압 및 전류를 변환하지 않고, 충전 스위치의 전압에 따라 허용되는 전류량의 듀티비를 기반으로 펄스 폭 제어 신호를 출력하여 충전 스위치의 온 타임을 제어한다.According to an aspect of the present invention, a pulse width control signal is output based on a duty ratio of an allowable current amount according to a voltage of a charge switch, without converting a voltage and a current, .

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 회로 구성의 개략적 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 차지 기능에서 파워 레이팅의 전류와 스위치부 전압의 관계 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 개략적 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention below, And should not be construed as interpretation.
1 is a schematic block diagram of a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic illustration of a circuit configuration of a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a relationship between a current of a power rating and a switch voltage in a precharge function according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a schematic flowchart of a battery management method according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(2)의 개략적 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a battery management device 2 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(2)는 배터리부(1)와 연결되어 배터리의 충전을 제어하며, 배터리부(1)의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부(21), 배터리 관리 장치(2)의 충전 전압을 측정하는 충전 전압 측정부(22), 제어부(29)로부터 제어 신호를 인가받아 배터리부(1)로 충전 전류의 출력을 스위칭하는 스위치부(23) 및 프리 차지의 기능을 수행하여 파워 레이팅의 한도 내에서 스위치부(23)의 온오프 타이밍을 제어하는 제어부(29)를 포함하여 구성된다.The battery management apparatus 2 according to an embodiment of the present invention includes a battery voltage measurement unit 21 connected to the battery unit 1 to control charging of the battery and measuring the voltage of the battery unit 1, A charging unit 22 for measuring the charging voltage of the apparatus 2, a switch unit 23 for receiving a control signal from the control unit 29 and switching the output of the charging current to the battery unit 1, And a control unit 29 for controlling the on / off timing of the switch unit 23 within the limits of the power rating by performing the function.

상기 배터리부(1)는 배터리 단위에 해당하며, 상기 배터리 단위는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성될 수 있다.The battery unit 1 corresponds to a battery unit, and the battery unit may include at least one battery cell.

상기 배터리 전압 측정부(21)는 배터리부(1)의 양단에 연결되어 각각 전압을 측정하고, 측정된 전압의 차이를 배터리의 전압으로 측정한다.The battery voltage measuring unit 21 is connected to both ends of the battery unit 1 to measure a voltage and measures a difference between the measured voltages as a voltage of the battery.

상기 충전 전압 측정부(22)는 배터리 관리 장치(2)의 Pack+단 및 Pack-단에서 각각 측정된 전압의 차이를 배터리의 충전 전압으로 측정한다.The charge voltage measuring unit 22 measures the difference between the voltages measured at the Pack + stage and the Pack-stage of the battery management apparatus 2 as the charge voltage of the battery.

상기 스위치부(23)는 제어부(29)로부터 제어 신호를 인가받아 스위치 온오프 동작을 수행한다. 스위치부(23)가 온 상태에 있으면, 충전 전류가 인가되어 배터리는 충전된다. 물론, 스위치부(23)가 오프 상태에 있으면, 스위치의 연결이 해제되어 배터리의 충전은 중지된다. 예를 들어, 상기 제어 신호는 "0" 및 "1"의 값을 가지는데, "1"을 스위치 온 상태라 가정하면, "1"의 제어 신호가 지속되면 배터리는 충전된다. 그리고 "0"의 제어 신호가 지속되면 배터리는 방전된다.The switch unit 23 receives a control signal from the control unit 29 and performs a switch-on-off operation. When the switch unit 23 is in the ON state, the charging current is applied and the battery is charged. Of course, when the switch unit 23 is in the off state, the connection of the switch is released and the charging of the battery is stopped. For example, the control signal has values of "0" and "1 ", and if the control signal" 1 " When the control signal of "0 " continues, the battery is discharged.

상기 제어부(29)는 배터리 관리 장치(2)의 메인 IC로서 프리 차지 기능을 수행하면서 펄스 폭 변조(PWM : Pulse Width Modulation)의 제어 신호를 상기 스위치부(23)로 출력하여 배터리의 충전을 제어한다. 펄스 폭 변조에 의해 제어 신호의 값 "0" 및 "1"의 출현 빈도는 가변된다.The control unit 29 outputs a pulse width modulation (PWM) control signal to the switch unit 23 as a main IC of the battery management device 2 to control charging of the battery do. The appearance frequency of the control signal values "0" and "1" is varied by pulse width modulation.

여기서, 제어부(29)는 스위치부(23)의 전압을 측정한다. 스위치부(23)의 전압은 배터리 전압 측정부(21)가 측정한 충전 전압에서 배터리 전압 측정부(22)가 측정한 배터리 전압을 차감하여 계산될 수 있다. 제어부(29)는 측정된 스위치부(23)의 전압과 대비하여 파워 레이팅(Power Rating)의 전력 한도 내에서 허용되는 최대 전류가 흐를 수 있도록 PWM의 제어 신호를 출력한다. Here, the control unit 29 measures the voltage of the switch unit 23. The voltage of the switch unit 23 may be calculated by subtracting the battery voltage measured by the battery voltage measuring unit 22 from the charging voltage measured by the battery voltage measuring unit 21. [ The control unit 29 outputs a PWM control signal so that the maximum allowable current can flow within the power limit of the power rating as compared with the measured voltage of the switch unit 23. [

예를 들어, 프리 차지의 초기 단계에서는 저전류의 충전이 필요하므로 제어부(29)는 "1" 보다는 "0"의 펄스가 지속되는 제어 신호를 스위치부(23)로 인가한다. 그러면, 스위치부(23)에서는 충전 전류가 출력되는 온 타임의 지속 시간이 짧게 유지된다. 그리고 프리 차지가 진행될수록 제어부(29)는 "1"의 펄스 빈도가 증가하는 제어 신호를 스위치부(23)로 인가한다. 따라서, 스위치부(23)를 통해 온 타임의 지속 시간이 길게 유지될 수 있다. 종래의 프리 차지는 시간이 오래 걸리게 되지만, 본 발명의 프리 차지는 시간이 진행될수록 제어부(29)가 출력하는 PWM의 제어 신호에 의해 스위치 온 시간의 조절로 전류량을 증가시키기 때문에 충전 시간이 단축된다. 이후, 제어부(29)는 배터리의 전압이 프리 차지 구간을 벗어나면 본 충전을 개시하여 충전 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.For example, in the initial stage of precharging, since charging of a low current is required, the control unit 29 applies a control signal to the switch unit 23, in which a pulse of "0 " Then, in the switch unit 23, the duration of the on-time at which the charge current is output is kept short. As the precharge progresses, the control unit 29 applies a control signal to the switch unit 23 in which the pulse frequency of "1 " increases. Therefore, the duration of the on-time can be kept long through the switch unit 23. The conventional precharging takes a long time. However, since the precharge of the present invention increases the amount of current by adjusting the switch-on time according to the PWM control signal outputted by the controller 29 as time progresses, the charging time is shortened . Thereafter, when the voltage of the battery is out of the pre-charge period, the control unit 29 can start the main charging to further shorten the charging time.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(2)의 회로 구성의 개략적 예시도이다.2 is a schematic illustration of a circuit configuration of the battery management device 2 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(2)는 도 1의 배터리 전압 측정부(21), 충전 전압 측정부(22) 및 제어부(29)에 충전 스위치부(231) 및 퓨즈부(25)를 포함하는 회로로 구성될 수 있다.The battery management apparatus 2 according to the embodiment of the present invention includes a charging switch unit 231 and a fuse unit 25 (not shown) in the battery voltage measurement unit 21, the charging voltage measurement unit 22, ). ≪ / RTI >

상기 스위치부(23)는 충전 스위치부(231)에 해당된다. 여기서, 제어부(29)는 PWM의 제어 신호를 충전 스위치부(231)로 인가한다. 충전 스위치부(231)는 상기 제어 신호에 의해 스위치 온 상태가 지속되며, 스위치 온, 오프의 타이밍에 따라 충전 전류의 출력이 제어된다. 그러면 충전 스위치부(231)의 온 타임 동안 충전 전류는 배터리부(1)로 출력되어 충전이 진행된다.The switch unit 23 corresponds to the charge switch unit 231. Here, the control unit 29 applies the PWM control signal to the charging switch unit 231. [ The charging switch unit 231 continues to be switched on by the control signal, and the output of the charging current is controlled in accordance with the timing of switching on and off. Then, the charging current is outputted to the battery unit 1 during the ON time of the charging switch unit 231, and the charging proceeds.

상기 퓨즈부(25)는 제어부(29)로부터 단선 명령의 제어 신호를 인가받는다. 제어부(29)는 충전 스위치부(231)가 오프인 상태에서 비정상적인 전류가 감지되면 이상 상태로 판단하여 퓨즈부(25)로 단선 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 단선 제어 신호에 의해 퓨즈부(25)에서 단선이 발생되면, 배터리 관리 장치(2)는 영구적 불능(permanent fail) 상태가 되어 폐기 대상이 된다.The fuse unit 25 receives the control signal of the disconnection command from the control unit 29. If the abnormal current is detected while the charge switch unit 231 is off, the controller 29 determines that the charge switch unit 231 is in an abnormal state and can output a disconnection control signal to the fuse unit 25. When a disconnection occurs in the fuse unit 25 due to the disconnection control signal, the battery management apparatus 2 becomes a permanent fail state and becomes a disposal target.

한편, 배터리부(1)로 충전 전류가 공급되는 상황에서 배터리 관리 장치(2)에 형성되는 전압은 다음의 수학식 1로 표기될 수 있다.Meanwhile, the voltage formed in the battery management apparatus 2 in a state where the charging current is supplied to the battery unit 1 can be expressed by the following equation (1).

Figure pat00016
Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

충전 전압(Vcharge)은 배터리부(1)의 전압 (Vcell) 및 충전 스위치부(231)의 전압(ΔV)의 합이다. 충전 전압(Vcharge)은 상기 충전 전압 측정부(22)에 의해 측정된다. 그리고 배터리부(1)의 전압은 상기 배터리 전압 측정부(21)에 의해 측정된다. 수학식 1에 의거하여 제어부(29)는 충전 스위치부(231)의 전압(ΔV)을 계산할 수 있다.The charging voltage V charge is the sum of the voltage V cell of the battery unit 1 and the voltage V of the charging switch unit 231. The charging voltage (V charge ) is measured by the charging voltage measuring section (22). The voltage of the battery part 1 is measured by the battery voltage measuring part 21. [ Based on Equation (1), the control unit 29 can calculate the voltage? V of the charging switch unit 231.

그리고 충전 스위치부(231)에 걸리는 전력의 세기는 다음의 수학식 2로 표기될 수 있다.The intensity of the power applied to the charging switch unit 231 can be expressed by the following equation (2).

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

Figure pat00020
Figure pat00020

전력(P)은 충전 스위치부(231)의 전압(ΔV)과 충전 전류(Icharge)의 곱으로 계산된다. 여기서, 충전 전류(Icharge)가 일정하게 공급될 때, 충전 스위치부(231)의 최대 전압(ΔVmax)에서 전력 최대 한도에 해당하는 파워 레이팅(PRmax)이 형성된다. 상기 최대 전압(ΔVmax)은 배터리부(1)가 완전 방전된 상태의 전압에 해당된다. 그러면, 수학식 2에 의해 가변되는 충전 스위치부(231)의 전압(ΔV)에 의해 파워 레이팅(PRmax)의 한도내에서 허용되는 파워 레이팅 전류(IPR, IPR ≤ Icharge)가 계산될 수 있다. 파워 레이팅 전류(IPR)는 충전 전류(Icharge)가 일정하게 공급될 때 충전 스위치부(231)의 스위치 온 동작으로 배터리부(1)에 충전할 수 있는 허용 전류를 말한다.The electric power P is calculated as the product of the voltage? V of the charging switch unit 231 and the charging current I charge . Here, when the charging current I charge is constantly supplied, a power rating PR max corresponding to the maximum power limit is formed at the maximum voltage V max of the charging switch unit 231. The maximum voltage (ΔV max) corresponds to a voltage of the battery unit 1, the fully discharged state. Then, the power rating current (I PR , I PR < I charge ) allowed within the limit of the power rating (PR max ) is calculated by the voltage [Delta] V of the charge switch section 231 which is varied by the equation . The power rating current I PR is a permissible current that can be charged into the battery unit 1 by the switch-on operation of the charge switch unit 231 when the charge current I charge is constantly supplied.

파워 레이팅(PRmax)의 한도내에서 허용되는 전류(IPR)가 계산되면, 제어부(29)는 다음의 수학식 3을 이용하여 듀티비(duty rate)를 계산한다.When the allowable current I PR is calculated within the limit of the power rating (PR max ), the controller 29 calculates the duty ratio using the following equation (3).

Figure pat00021
Figure pat00021

상기 듀티비가 100%일 경우 인가 전류(IPR)는 충전 전류(Icharge)와 같으며 제어부(29)는 충전 전류(Icharge)를 그대로 인가하기 위해 충전 스위치부(231)를 스위치 온 상태로 제어하는 "1"의 제어 신호를 출력한다. 만약, 듀티비가 30%일 경우, 제어부(29)는 충전 스위치부(231)로 펄스 "1"과 "0"이 3 : 7 비율로 변조된 PWM 제어 신호를 인가한다. 예를 들면, 듀티비 30%의 PWM 제어 신호는 0.3초 동안 "1"의 신호가 출력되고 0.7초 동안 "0"의 신호가 출력된다. 따라서, 충전 스위치부(231)는 제어부(29)로부터 인가된 PWM 제어 신호에 따라 충전 전류가 흐르는 온 상태의 타이밍이 제어된다.If the duty ratio is 100%, the applied current I PR is equal to the charge current I charge and the control unit 29 switches the charge switch unit 231 to the on state to apply the charge current I charge And outputs a control signal "1 " If the duty ratio is 30%, the control unit 29 applies the PWM control signal modulated at the 3: 7 ratio of pulses "1" and "0" to the charge switch unit 231. For example, a PWM control signal with a duty ratio of 30% outputs a signal of "1" for 0.3 seconds and a signal of "0" for 0.7 seconds. Accordingly, the charging switch unit 231 controls the timing of the ON state in which the charging current flows in accordance with the PWM control signal applied from the control unit 29. [

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 차지 기능에서 파워 레이팅의 전류와 스위치부 전압의 관계 그래프이다.3 is a graph showing a relationship between a current of a power rating and a switch voltage in a precharge function according to an exemplary embodiment of the present invention.

프리 차지 초기 단계에서 충전 스위치부(231)의 전압(ΔV)에 의해 허용되는 파워 레이팅의 전류(IPR)에 기반하여 제어부(29)는 충전 스위치부(231)로 대응되는 PWM의 제어 신호를 인가한다.Based on the current (I PR ) of the power rating allowed by the voltage (? V) of the charging switch unit 231 in the pre-charge initial stage, the control unit 29 outputs the control signal of the PWM corresponding to the charging switch unit 231 .

프리 차지가 진행되면 배터리 전압이 높아지게 되고, 충전 스위치부(231)의 전압(ΔV)은 감소된다. 그리고 파워 레이팅의 전류(IPR)가 증가되어 제어부(29)는 충전 스위치부(231)로 듀티비가 증가되는 PWM 제어 신호를 인가한다. 그러면, 충전 스위치부(231)에서 온 타임의 시간이 증가된다.As the pre-charge progresses, the battery voltage becomes higher, and the voltage [Delta] V of the charge switch unit 231 decreases. Then, the current (I PR ) of the power rating is increased, and the control unit 29 applies the PWM control signal with the duty ratio increased to the charge switch unit 231. Then, the time of on-time at the charging switch unit 231 is increased.

따라서, 프리 차지 기능에서 파워 레이팅의 전류(IPR)와 충전 스위치부(231)의 전압(ΔV)은 반비례 관계를 갖는다.Therefore, the power rating current I PR in the precharge function and the voltage? V of the charging switch unit 231 have an inverse relationship.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 개략적 순서도이다.4 is a schematic flowchart of a battery management method according to an embodiment of the present invention.

배터리 관리 장치(2)에서 프리 차지가 개시되면, 배터리 관리 장치(2)는 배터리부(1)의 양단에서 각각 측정된 전압의 차이를 배터리의 전압으로 측정한다(S21).When precharge is started in the battery management device 2, the battery management device 2 measures the difference between the voltages measured at both ends of the battery part 1 as the voltage of the battery (S21).

그리고 배터리 관리 장치(2)는 Pack+단과 Pack-단에서 각각 측정된 전압의 차이를 충전 전압으로 측정한다(S22).Then, the battery management device 2 measures the difference between the voltages measured in the Pack + stage and the Pack-stage, respectively, as the charging voltage (S22).

배터리의 전압과 충전 전압이 측정된 후, 배터리 관리 장치(2)는 상기 수학식 1에 의거하여 스위치부(23)의 전압(ΔV)을 계산한다(S291).After the voltage of the battery and the charging voltage are measured, the battery management apparatus 2 calculates the voltage? V of the switch unit 23 based on Equation (1) (S291).

스위치부(23)의 전압이 계산되면, 배터리 관리 장치(2)는 상기 수학식 2에 의거하여 전력 최대 한도에 해당하는 파워 레이팅(PRmax)을 계산한다(S292). 그리고 배터리 관리 장치(2)는 파워 레이팅(PRmax)으로부터 스위치부(23)의 전압(ΔV)을 나누어 충전이 허용되는 최대 전류(IPR)를 계산한다(S293).When the voltage of the switch unit 23 is calculated, the battery management apparatus 2 calculates a power rating (PR max ) corresponding to the maximum power limit according to Equation (2) (S292). Then, the battery management device 2 calculates the maximum current I PR allowed to be charged by dividing the voltage V of the switch portion 23 from the power rating PR max (S293).

파워 레이팅의 전류(IPR)가 계산되면, 배터리 관리 장치(2)는 상기 수학식 3에 의거하여 듀티비를 계산한다(S294). 상기 듀티비는 충전 전류(Icharge)가 유입될 때 스위치부(23)를 통해 출력이 허가될 파워 레이팅의 전류(IPR)에 대한 비율이다.When the current (I PR ) of the power rating is calculated, the battery management apparatus 2 calculates the duty ratio based on Equation (3) (S294). The duty ratio is a ratio to a current (I PR ) of the power rating to be output through the switch portion 23 when the charge current (I charge ) is inputted.

상기 듀티비가 계산되면, 배터리 관리 장치(2)는 듀티비에 대응하는 PWM 제어 신호를 스위치부(23)로 인가하여 온타임 제어를 수행한다(S295).When the duty ratio is calculated, the battery management device 2 applies a PWM control signal corresponding to the duty ratio to the switch unit 23 to perform on-time control (S295).

예를 들어, 듀티비 100%에서는 충전 전류(Icharge)를 그대로 인가하기 위해 스위치부(23)를 스위치 온 상태로 제어하는 "1"의 제어 신호가 출력된다. 만약, 듀티비가 30%일 경우, 스위치부(23)로 펄스 "1"과 "0"이 3 : 7 비율로 변조된 PWM 제어 신호가 인가된다. 듀티비 30%의 PWM 제어 신호는 0.3초 동안 "1"의 신호(온 상태)가 출력되고 0.7초 동안 "0"의 신호(오프 상태)가 출력된다. 따라서, 스위치부(23)는 인가된 PWM 제어 신호에 따라 충전 전류가 흐르는 온 상태의 타이밍을 조절할 수 있다.For example, when the duty ratio is 100%, a control signal of "1 " for controlling the switch unit 23 to be in the switch-on state is outputted in order to apply the charge current I charge as it is. If the duty ratio is 30%, a PWM control signal modulated with pulses "1" and "0" at a 3: 7 ratio is applied to the switch unit 23. A PWM control signal with a duty ratio of 30% outputs a "1" signal (ON state) for 0.3 second and a "0" signal (OFF state) for 0.7 second. Accordingly, the switch unit 23 can adjust the timing of the ON state in which the charge current flows according to the applied PWM control signal.

상술한 실시예에서, "~부"라는 용어는 배터리 관리 장치(2)의 하드웨어적 구분을 의미하는 용어로 사용된 것이 아니다. 따라서 복수의 구성부가 하나의 구성부로 통합될 수도 있고, 하나의 구성부가 복수의 구성부로 분할될 수도 있다. 또한, 구성부는 하드웨어 구성부를 의미할 수도 있지만, 소프트웨어의 구성부를 의미할 수도 있다. 따라서 본 발명은 "~부"라는 용어에 의해 특별히 한정되지 않음을 이해하여야 할 것이다.In the above-described embodiment, the term "part" is not used as a term meaning a hardware division of the battery management device 2. [ Accordingly, a plurality of constituent parts may be integrated into one constituent part, and one constituent part may be divided into a plurality of constituent parts. Also, the constituent unit may mean a hardware constituent unit, but may mean a constituent unit of software. Therefore, it should be understood that the present invention is not particularly limited by the term "part ".

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It goes without saying that various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the scope.

1 : 배터리부 2 : 배터리 관리 장치
21 : 배터리 전압 측정부 22 : 충전 전압 측정부
23 : 스위치부 29 : 제어부1: Battery part 2: Battery management device
21: Battery voltage measurement unit 22: Charge voltage measurement unit
23: switch unit 29: control unit

Claims (11)

프리 차지(precharge) 기능을 이용하여 배터리 단위의 충전을 제어하는 배터리 관리 장치에 있어서,
상기 배터리 단위와 연결되어 온 상태로 스위칭 되면 상기 배터리 단위로 충전 전류를 출력하는 스위치부;
상기 배터리 단위의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부;
배터리 관리 장치의 충전 전압을 측정하는 충전 전압 측정부; 및
상기 충전 전압과 상기 배터리 단위의 전압을 이용하여 상기 스위치부의 양단의 전압차를 계산하고, 상기 스위치부의 양단의 전압차와 충전 전류값을 이용하여 파워 레이팅(power rating)을 계산하고, 상기 파워 레이팅의 전류값과 충전 전류값을 이용하여 듀티비를 계산하고, 상기 듀티비에 따른 펄스 폭 변조의 제어 신호를 인가하여 상기 스위치부의 온 타임을 제어하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.1. A battery management apparatus for controlling charging of a battery unit by using a precharge function,
A switch unit connected to the battery unit and outputting a charging current in units of the battery when the battery unit is switched on;
A battery voltage measuring unit for measuring a voltage of the battery unit;
A charge voltage measuring unit for measuring a charge voltage of the battery management device; And
Calculating a voltage difference between both ends of the switch unit using the charging voltage and the battery unit voltage, calculating a power rating using a voltage difference between both ends of the switch unit and a charging current value, A control unit for calculating a duty ratio by using a current value and a charge current value of the switch unit and applying a control signal for pulse width modulation according to the duty ratio,
The battery management apparatus comprising: 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 배터리 관리 장치에서 입력 전압과 출력 전압을 측정하여 차이값을 상기 충전 전압으로 계산하고, 상기 충전 전압과 배터리 단위의 전압의 차이값을 상기 스위치부의 양단의 전압차로 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein the battery management apparatus calculates an input voltage and an output voltage to calculate a difference value as the charge voltage and calculates a difference between the charge voltage and a battery unit voltage as a voltage difference between both ends of the switch unit. Device. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
Figure pat00022

Figure pat00023

의 수식에 따라 상기 충전 전압(
Figure pat00024
) 및 상기 배터리 단위의 전압 (
Figure pat00025
)을 이용하여 상기 스위치부의 양단의 전압차(
Figure pat00026
)를 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
Figure pat00022

Figure pat00023

The charge voltage (< RTI ID = 0.0 >
Figure pat00024
) And the battery-unit voltage (
Figure pat00025
), The voltage difference between both ends of the switch unit
Figure pat00026
) Of the battery. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
Figure pat00027

Figure pat00028

의 수식에 따라 상기 파워 레이팅(
Figure pat00029
) 및 상기 스위치부의 양단의 전압차(
Figure pat00030
)를 이용하여 상기 파워 레이팅(
Figure pat00031
)의 전류(
Figure pat00032
)를 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein,
Figure pat00027

Figure pat00028

The power rating (
Figure pat00029
And a voltage difference between both ends of the switch unit
Figure pat00030
) Was used to perform the power rating
Figure pat00031
) Of the current
Figure pat00032
) Of the battery. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는,
Figure pat00033

의 수식에 따라 상기 파워 레이팅(
Figure pat00034
)의 전류(
Figure pat00035
) 및 충전 전류(
Figure pat00036
)를 이용하여 듀티비를 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein,
Figure pat00033

The power rating (
Figure pat00034
) Of the current
Figure pat00035
) And charge current (
Figure pat00036
) To calculate a duty ratio. 프리 차지(precharge) 기능을 이용하여 배터리 단위의 충전을 제어하는 배터리 관리 장치가 실행하는 배터리 관리 방법에 있어서,
(a)상기 배터리 단위로 충전 전류를 인가하는 스위치부의 양단의 전압차를 측정하는 스위치부 전압 측정 단계;
(b)상기 스위치부의 양단의 전압차와 충전 전류를 이용하여 파워 레이팅(power rating)을 계산하는 파워 레이팅 계산 단계;
(c)상기 파워 레이팅과 상기 스위치부의 양단의 전압차를 이용하여 상기 파워 레이팅의 전류값을 계산하는 파워 레이팅 전류값 계산 단계;
(d)상기 파워 레이팅의 전류값과 충전 전류값을 이용하여 듀티비를 계산하는 듀티비 계산 단계; 및
(e)상기 듀티비에 따른 펄스 폭 변조의 제어 신호를 상기 스위치부로 인가하여 온 타임을 제어하고, 상기 제어에 의해 온 타임 동안 배터리 단위가 충전되는 온 타임 제어 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.A battery management method executed by a battery management apparatus for controlling charging of a battery unit using a precharge function,
(a) a voltage measuring step of measuring a voltage difference between both ends of a switch unit for applying a charging current in units of the battery;
(b) a power rating calculation step of calculating a power rating using a voltage difference and a charging current at both ends of the switch part;
(c) a power rating current value calculation step of calculating the current rating of the power rating using the power rating and a voltage difference between both ends of the switch part;
(d) a duty ratio calculating step of calculating a duty ratio using the current rating and the charging current value of the power rating; And
(e) an on-time control step of controlling a turn-on time by applying a control signal of pulse width modulation according to the duty ratio to the switch unit, and charging the battery unit during on-
The battery management method comprising: 제 6항에 있어서,
상기 단계(a)는,
상기 배터리 단위의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정 단계;
배터리 관리 장치의 입력 전압과 출력 전압의 차이값을 충전 전압으로 측정하는 충전 전압 측정 단계; 및
상기 충전 전압으로부터 상기 배터리 전압을 차감하여 스위치부 양단의 전압차를 계산하는 스위치부 전압 계산 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.The method according to claim 6,
The step (a)
A battery voltage measuring step of measuring a voltage of the battery unit;
A charging voltage measuring step of measuring a difference value between an input voltage and an output voltage of the battery management device with a charging voltage; And
Calculating a voltage difference between both ends of the switch unit by subtracting the battery voltage from the charging voltage,
The battery management method comprising: 제 6항에 있어서,
상기 단계(a)는,
Figure pat00037

Figure pat00038

의 수식에 따라 상기 충전 전압(
Figure pat00039
) 및 상기 배터리 단위의 전압 (
Figure pat00040
)을 이용하여 상기 스위치부의 양단의 전압차(
Figure pat00041
)를 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.The method according to claim 6,
The step (a)
Figure pat00037

Figure pat00038

The charge voltage (< RTI ID = 0.0 >
Figure pat00039
) And the battery-unit voltage (
Figure pat00040
), The voltage difference between both ends of the switch unit
Figure pat00041
) Is calculated. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계(b)는,
Figure pat00042

의 수식에 따라 상기 스위치부의 양단의 전압차(
Figure pat00043
) 및 충전 전류(
Figure pat00044
)를 이용하여 상기 파워 레이팅(
Figure pat00045
)을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.9. The method according to any one of claims 6 to 8,
The step (b)
Figure pat00042

The voltage difference between both ends of the switch unit
Figure pat00043
) And charge current (
Figure pat00044
) Was used to perform the power rating
Figure pat00045
) Is calculated. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계(c)는,
Figure pat00046

의 수식에 따라 상기 파워 레이팅(
Figure pat00047
) 및 상기 스위치부의 양단의 전압차(
Figure pat00048
)를 이용하여 상기 파워 레이팅(
Figure pat00049
)의 전류(
Figure pat00050
)를 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.9. The method according to any one of claims 6 to 8,
The step (c)
Figure pat00046

The power rating (
Figure pat00047
And a voltage difference between both ends of the switch unit
Figure pat00048
) Was used to perform the power rating
Figure pat00049
) Of the current
Figure pat00050
) Is calculated. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계(d)는,
Figure pat00051

의 수식에 따라 상기 파워 레이팅(
Figure pat00052
)의 전류(
Figure pat00053
) 및 충전 전류(
Figure pat00054
)를 이용하여 듀티비를 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.9. The method according to any one of claims 6 to 8,
The step (d)
Figure pat00051

The power rating (
Figure pat00052
) Of the current
Figure pat00053
) And charge current (
Figure pat00054
To calculate a duty ratio using the duty ratio.
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