KR20230011309A - 배터리 충전을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 배터리 셀을 충전(재충전)하기 위한 방법 및 시스템은, 충전 신호의 펄스를 수반할 수도 있는 조화적으로 튜닝된 충전 신호를 생성하는 것에 의해 제시된다. 조화적으로 튜닝된 충전 신호는 배터리 셀의 에너지 전달의 실수 및/또는 허수값에 기초한 에너지의 최적의 전달과 관련되는 고조파 주파수 또는 주파수들을 포함하거나 또는 다르게는 그들에 대응한다. 하나의 예에서, 때때로 일반적으로 고조파로서 지칭되는 고조파 주파수 또는 주파수들은 배터리 셀의 최소 실수 임피던스 값과 관련될 수도 있다. 양태는 배터리 셀의 최소 실수 또는 저항 및/또는 최소 허수 또는 리액턴스 임피던스 값과 관련되는 고조파, 또는 고조파들에 대응하는 충전 신호를 최적화하는 것을 수반한다. 그러한 충전 신호는 배터리 셀의 전극에서의 높은 임피던스에 기인하는 에너지 손실을 감소시키는 것에 의해 배터리 셀을 충전할 때 효율성을 향상시킬 수도 있다.

Description

배터리 충전을 위한 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 특허 협력 조약(PCT) 출원이며, 미국 특허 출원 제63/011,832호(출원일: 2020년 4월 17일, 발명의 명칭: "Systems and Methods for Battery Cell Charging")에 관련되고 이에 대한 우선권을 주장하는 데, 상기 미국 출원의 전체 내용은 모든 목적을 위해 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

기술 분야

본 발명의 실시형태는 일반적으로 하나 이상의 배터리 셀을 충전하기 위한, 더 구체적으로는, 하나 이상의 배터리 셀을 충전하기 위한 고효율성 및/또는 고속(high-rate) 충전 신호를 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전동 공구, 진공 청소기(vacuum), 휴대용 전자 디바이스(이동 전화, 태블릿, 무선 스피커 등), 및 전기 차량과 같은 많은 전기 구동식 디바이스(electrically-powered device)는 동작 전력의 소스로서 재충전 가능 배터리를 사용한다. 재충전 가능 배터리는 유한한 배터리 용량에 의해 제한되며 고갈시 재충전되어야만 한다. 배터리를 재충전하는 동안 전력을 공급받는 디바이스가 종종 고정되어 벽 소켓 또는 다른 전력 소스에 연결되어야만 하기 때문에, 배터리를 재충전하는 것은 불편할 수도 있다. 차량의 경우, 완전히 고갈된 배터리를 재충전하는 것은, 다른 요인 중에서도, 배터리 용량 및 이용 가능한 충전 전력에 따라 수 시간이 걸릴 수 있다. 그러한 만큼, 배터리를 재충전하는 데 필요한 시간을 단축하기 위해, 급속 충전 기술을 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나, 급속 재충전 시스템은 통상적으로 비효율적이고, 한편 더 낮은 레이트의 재충전 시스템은 재충전 동작을 연장시켜, 빠른 서비스 복귀의 기본 목표를 훼손한다.

배터리는 또한, 다른 가능한 요인 중에서도, 배터리의 충전 및 방전 사이클링, 방전 및 과충전의 깊이에 기초하여 시간이 지남에 따라 열화되는 경향이 있다. 따라서, 충전의 레이트와 마찬가지로, 가능한 한 많은 배터리 용량을 사용하면서, 배터리를 과방전하거나 또는 과충전하지 않고, 배터리 수명을 최대화하도록 충전을 최적화하기 위한 노력이 이루어진다. 종종 이들 다양한 목표는 상충하며, 충전 시스템은 다른 속성(attribute)의 희생으로 몇몇 속성을 최적화할 수도 있다.

도 1a에 도시된 아마도 가장 단순한 레벨에서, 종래의 배터리 충전은 배터리 셀에 DC 충전 전류를 인가하는 것을 수반한다. 전력 소스(102)는 배터리 셀(104)에 직류(direct current: DC) 충전 전류를 제공하기 위한 DC 전압 소스일 수도 있다. 다른 타입의 전력 소스, 예컨대 전류 제어식 소스가 또한 사용될 수도 있다. 그러나, 다양한 배터리 타입은 셀을 손상시키기 이전에 수용할 수 있는 전류가 제한된다. 도 1a는 단일의 셀 배터리를 재충전하기 위한 간단한 회로(100)의 개략도를 예시한다. 간략화를 위해, 전류계 전압계, 컨트롤러 등과 같은 회로의 다른 컴포넌트는 예시되지 않는다. 일반적으로 말하면, 배터리 셀(104)은 제어 가능한 전력 소스(102)로부터의 DC 신호의 인가를 통해 재충전될 수도 있다. 배터리 셀(104)의 전극에 대한 충전 신호의 인가는, 배터리를 통한 전자의 역류를 야기하여, 애노드에서 전하 캐리어(예컨대, 리튬 이온 타입 배터리 셀의 경우 리튬 이온)의 저장된 농도를 계속 보충한다.

펄스 충전(pulse charging)이 또한 탐구되었다. 도 1b는 전력 소스(102)에 의해 생성되고 배터리를 재충전하기 위해 배터리 셀(104)에 인가되는 종래의 직류 전압 신호(122)의 대표적인 그래프(110)를 예시한다. 그래프는 충전 신호(122)의 입력 전압(112) 대 시간(114)을 예시한다. 일반적으로, 전력 소스(102)는 배터리 셀을 재충전하기 위해 배터리 셀(104)의 전극에 반복 펄스(122)를 제공하도록 제어될 수도 있다. 특히, 전력 소스(102)는 배터리 셀(104)에 반복 구형파(펄스(118)가 후속되는 펄스(116)로서 예시됨) 신호를 제공하도록 제어될 수도 있다. 구형파 펄스(116, 118)의 피크는 전압 소스(102)의 동작 제약에 대응하는 전압 임계값(120)보다 더 작거나 또는 동일할 수도 있다. 배터리 셀(104)을 재충전하기 위해 사용되는 통상적인 충전 신호는, 충전 신호의 인가 사이에 어떤 지속 기간의 휴지 기간을 가지면서, 충전 기간 동안 충전 신호를 인가할 수도 있다. 이러한 방식의 회로(100)의 동작은 반복되는 구형파 패턴의 도 1b의 예시된 전력 재충전 신호(122)를 생성한다.

그러나, 몇몇 경우에, 배터리 셀(104)을 재충전하기 위해 구형파 충전 신호(122)를 인가하는 것은 재충전 중인 배터리 셀의 수명을 저하시킬 수도 있거나 또는 배터리의 재충전에서 비효율성을 도입할 수도 있다. 예를 들면, 배터리 셀(104)의 전극(통상적으로 애노드)에 대한 충전 전류의 급작스러운 인가(즉, 구형파 펄스(116)의 급격한 선두 에지(leading edge)(124))는 배터리 단자 양단에 큰 초기 임피던스를 야기하는 것으로 밝혀졌다. 이 동일한 문제는 고주파수(급격한) 선두 에지가 있는 다른 펄스 충전에서도 발생할 수 있다. 도 1c는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 인가되는 재충전 신호의 대응하는 주파수에 대한 배터리 셀(104)의 추정된 실수 임피던스 값의 그래프를 예시한다. 특히, 그래프(150)는 배터리 셀(104)에 대한 입력 신호의 주파수의 실수 임피던스 값(축(154)) 대 대수 주파수 축(logarithmic frequency axis)(축(152))의 플롯을 예시한다. 플롯(150)은 배터리를 재충전하기 위해 사용되는 재충전 전력 신호의 다양한 주파수에서 배터리 셀(104)의 전극 양단의 실수 임피던스 값을 예시한다. 플롯(150)의 형상 및 측정된 값은 배터리 타입, 배터리의 충전의 상태, 배터리의 동작 상의 제약, 배터리의 발열, 및 등등에 기초하여 달라질 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 충전 중인 배터리의 특성에 대한 일반적인 이해는 플롯(158)으로부터 획득될 수도 있다. 특히, 배터리 셀(104)의 전극에서 경험되는 실수 임피던스 값은 배터리에 제공되는 전력 충전 신호의 주파수에 기초하여 변할 수도 있는데, 충전 신호의 주파수가 가장 낮은 임피던스와 관련되는 주파수를 따라 증가함에 따라 실수 임피던스 값(328)을 증가시킨다. 예를 들면, 주파수(f_Sq)(162)에서의 배터리 셀(104)에 대한 입력 전력 신호뿐만 아니라, 바로 이전 및 다음의 주파수에서의 임피던스는, f_Min의 더 낮은 주파수에서의 임피던스와 비교하여, 배터리 셀(104) 전극에서 상대적으로 높은 실수 임피던스(160)를 도입할 수도 있다.

도 1b의 구형파 충전 신호(122)로 돌아가면, 신호의 고주파수는 구형파 펄스(116)의 코너에서 존재할 수도 있다. 특히, 충전 신호의 급격한 선두 에지(124)는, 구형파 펄스의 후미 에지(trailing edge)와 마찬가지로, 고주파수 고조파(high-frequency harmonic)에 의해, 그리고 종래의 역 펄스 방식의 사용동안 정의된다. 도 1c의 그래프(150)에 도시된 바와 같이, 배터리는 고주파수 고조파에 응답하여 상대적으로 높은 임피던스를 갖는다.

배터리 셀의 전극에서 높은 임피던스와 관련되는 충전 신호는, 용량 손실, 발열, 및 배터리 셀 전체에 걸친 동전기 활동(electro-kinetic activity)의 불균형, 충전 경계에서의 바람직하지 않은 전기 화학적 반응, 및 배터리를 손상시킬 수도 있고 배터리 셀의 수명을 저하시킬 수도 있는 배터리 셀(104) 내의 재료에 대한 열화를 포함하는 많은 비효율성을 초래할 수도 있다. 게다가, 빠른 펄스로 배터리를 콜드 스타트시키는 것은 용량성 충전 및 확산 프로세스가 시작됨에 따라 제한된 패러데이 활동(faradaic activity)을 도입한다. 이 시간 동안, 근위 리튬은 반응하여 빠르게 소모되어, 셀 및 그것의 컴포넌트의 건전성에 부정적인 영향을 끼치는 원치 않는 부작용 및 확산 제한 조건의 기간을 남길 것이다. 이들 및 다른 비효율성은, 상대적으로 더 높은 전류가 종종 수반되는 배터리 셀(104)의 고속 재충전 동안에 특히 유해하다.

다른 것 중에서도, 이들 관찰 결과를 염두에 두고, 본 개시내용의 다양한 양태가 구상되고 개발되었다.

본 개시내용의 하나의 양태는 전기화학적 디바이스를 충전하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 적어도 하나의 고조파와 전기화학적 디바이스의 임피던스 사이의 관계를 설명하는 고조파 프로파일에 액세스하는 것 및 전기화학적 디바이스의 전극에서의 에너지 플럭스로서, 고조파에서의 에너지 플럭스는 전기화학적 디바이스의 최소 임피던스 값과 관련되는, 에너지 플럭스를 제어하는 것을 포함할 수도 있다.

다양한 구현예에서, 고조파는 전기화학적 디바이스의 최소 실수 임피던스 값과 관련될 수도 있고, 전기화학적 디바이스의 최소 허수 임피던스 값과 관련될 수도 있고, 전기화학적 디바이스의 실수 임피던스 값 및 허수 임피던스 값의 조합과 관련될 수도 있고, 전기화학적 디바이스의 실수 임피던스 값 및 허수 임피던스 값의 모듈러스 조합(modulus combination)과 관련될 수도 있고, 그리고/또는 제1 가중된 값에 의해 조정되는 실수 임피던스 값 및 제2 가중된 값에 의해 조정되는 허수 임피던스 값의 조합과 관련될 수도 있다.

몇몇 구현예에서, 전기화학적 디바이스를 충전하기 위한 방법은, 최소 임피던스 값에서의 변화를 획득하는 것 및 최소 임피던스 값에서의 변화와 관련되는 새로운 고조파에서 전기화학적 디바이스의 전극에서의 에너지 플럭스를 제어하는 것을 더 포함할 수도 있다. 방법은 전기화학적 디바이스의 기생 손실과 관련되는 주파수를 검출하는 것 및 최소 임피던스 값에서의 변화를 획득할 때 기생 손실의 검출된 주파수와 관련되는 고조파 값을 배제하는 것을 또한 포함할 수도 있다.

여전히 더 많은 한 구현예에서, 전기화학적 디바이스는 하프 셀 배터리(half cell battery), 셀 배터리, 병렬로 연결되는 복수의 배터리, 또는 직렬로 연결되는 복수의 배터리 중 하나를 포함할 수도 있다. 에너지 플럭스는 충전 전류, 방전 전류, 충전 전압, 방전 전압, 충전 전력 또는 방전 전력 중 하나를 포함할 수도 있다.

방법은, 전기화학적 디바이스의 어드미턴스의 컨덕턴스 값 또는 어드미턴스의 서셉턴스 값과 관련되는 고조파에서 에너지 플럭스의 일부를 제어하는 것 및/또는 전기화학적 디바이스의 전극에 대한 에너지 플럭스의 인가 동안 전기화학적 디바이스의 실수 임피던스 값 및 허수 임피던스 값을 측정하는 것을 또한 포함할 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 최소 임피던스 값과 관련될 수도 있는 고조파는 최소 임피던스 값과 관련되는 고조파의 범위의 상위 주파수를 포함한다. 에너지 플럭스는 전기화학적 디바이스의 최소 임피던스 값에 대응하는 선두 에지 부분, 선두 에지 부분을 따르는 제어된 크기 값을 포함하는 바디(body) 부분, 및/또는 전기화학적 디바이스에서의 제로 전류 흐름에 대응하는 전이 전압(transition voltage) 미만의 전압값을 포함하는 후미 에지 부분을 포함할 수도 있다.

본 개시내용의 다른 양태는, 적어도 하나의 고조파와 전기화학적 디바이스의 에너지 전달 사이의 관계를 설명하는 고조파 프로파일에 액세스하는 것 및 전기화학적 디바이스의 전극에서의 에너지 플럭스로서, 고조파에서의 에너지 플럭스는 전극에서의 에너지 전달의 실수값 및 허수값에 기초한 에너지의 최적의 전달과 관련되는, 에너지 플럭스를 제어하는 것을 포함하는 전기화학적 디바이스를 충전하기 위한 방법에 관한 것이다.

몇몇 구현예에서, 에너지 전달의 실수값은 실수 임피던스일 수도 있고 에너지 전달의 허수값은 허수 임피던스이고 그리고/또는 에너지 전달의 실수값은 컨덕턴스 값일 수도 있고 에너지 전달의 허수값은 서셉턴스 값이다.

본 개시내용의 또 다른 양태는 충전 신호 성형 회로 및, 충전 신호의 주파수 성분과 임피던스 사이의 관계를 사용하여, 충전 신호의 주파수 성분과 임피던스 사이의 관계에 기초하여 전기화학적 디바이스에 대한 충전 신호의 양태를 정의하도록 충전 신호 성형 회로를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 충전 시스템에 관한 것이다.

몇몇 구현예에서, 시스템은 전력 신호를 제공하는 전력 소스를 더 포함할 수도 있고, 충전 신호 성형 회로를 제어하는 것은 충전 신호를 제공하기 위해 전력 신호로부터 에너지를 흡수하는 것을 포함한다. 충전 신호 성형 회로는 전력 레일과 전기적으로 통신하는 하나 이상의 제1 성형 인덕터 및/또는 하나 이상의 제1 성형 인덕터와 전기화학적 디바이스의 전극 사이에서 전기적으로 통신하는 제1 스위칭 디바이스를 포함할 수도 있다. 시스템의 충전 신호 성형 회로는 전기화학적 디바이스의 전극과 전기적으로 통신하는 하나 이상의 제2 성형 인덕터 및/또는 하나 이상의 제2 성형 인덕터와 전력 레일 사이에서 전기적으로 통신하는 제2 스위칭 디바이스를 또한 포함할 수도 있다.

몇몇 구현예에서, 배터리 충전 시스템의 컨트롤러는, 전기화학적 디바이스의 최소 임피던스 값과 관련되는 고조파에 기초하여 전기화학적 디바이스에 대한 충전 신호를 성형하기 위해, 제1 제어 신호를 제1 스위칭 디바이스에 송신하고 제2 제어 신호를 제1 스위칭 디바이스에 송신한다. 시스템은 전력 레일과 전기적으로 통신하는 전력 소스 - 전력 소스는 전압 제어식 전력 소스(voltage-controlled power source) 또는 전류 제어식 전력 소스(current-controlled power source) 중 하나임 - 및/또는 컨트롤러 - 컨트롤러는 전기화학적 디바이스의 임피던스 측정치를 획득하기 위해 임피던스 제어 신호를 송신함 - 와 통신하는 임피던스 측정 회로를 또한 포함할 수도 있다.

본 개시내용의 여전히 다른 양태는 하나 이상의 인덕터 및 하나 이상의 인덕터에 직렬로 연결되는 스위칭 디바이스 - 하나 이상의 인덕터는 전력 레일과 전기적으로 통신하고, 스위칭 디바이스는 배터리 셀과 전기적으로 통신함 - 를 포함하는 충전 신호 성형 회로, 및 전기화학적 디바이스의 최소 임피던스와 관련되는 고조파에 기초하여 전기화학적 디바이스에 대한 전력 레일로부터의 충전 신호를 성형하기 위해 제어 신호를 스위칭 디바이스에 제공하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 셀 충전 시스템에 관한 것이다.

몇몇 구현예에서, 배터리 셀 충전 시스템은 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 하나 이상의 제2 인덕터 및 하나 이상의 제2 인덕터와 전기적으로 통신하는 제2 스위칭 디바이스 - 컨트롤러는 제2 스위칭 디바이스를 활성화하여 충전 신호를 추가로 성형하기 위해 펄스 폭 변조된 신호를 제공함 - 를 더 포함할 수도 있다.

도 1a는 배터리 셀을 충전하기 위한 종래 기술의 회로에 대한 개략도이다.
도 1b는 배터리 셀을 재충전하기 위한 종래 기술의 직류 전압 또는 전류 신호의 신호 다이어그램이다.
도 1c는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 인가되는 충전 신호의 대응하는 주파수에 대한 배터리 셀의 추정된 실수 임피던스 값의 그래프이다.
도 2는, 하나의 실시형태에 따른, 충전 신호 성형 회로를 활용하여 배터리 셀을 충전하기 위한 회로를 예시하는 개략도이다.
도 3a는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀의 결정된 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수를 갖는 사인파 셀 충전 신호(sinusoidal cell charging signal)의 그래프이다.
도 3b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 인가되는 충전 신호의 대응하는 주파수에 대한 배터리 셀의 측정된 실수 임피던스 값의 그래프이다.
도 4는, 하나의 실시형태에 따른, 최소 임피던스 값에 대응하는 주파수에 기초하여 배터리 셀에 대한 충전 신호를 성형하기 위한 회로를 예시하는 개략도이다.
도 5는, 하나의 실시형태에 따른, 최소 임피던스 값에 대응하는 주파수에 기초하여 배터리 셀에 대한 충전 신호를 생성하기 위한 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 6은, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 충전 신호의 중첩된 구형파 펄스 및 사인파 펄스의 그래프이다.
도 7a는, 하나의 실시형태에 따른, 지시된 최대 및 최소 주파수를 갖는 배터리 셀에 인가되는 충전 신호의 대응하는 주파수에 대한 배터리 셀의 측정된 실수 임피던스 값의 그래프이다.
도 7b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀의 나타내어진 임피던스에 기초하여 허용 가능한 값의 범위 내에서 최대 및 최소 주파수 실수 임피던스 값에 대응하는 복수의 주파수를 갖는 성형된 배터리 셀 충전 펄스의 신호 다이어그램이다.
도 8은, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀의 최대 및 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수의 범위에 기초하여 배터리 셀에 대한 충전 신호를 생성하기 위한 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 9a는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 충전 회로로부터 생성되는 제1 성형된 충전 펄스의 시퀀스의 신호 다이어그램이다.
도 9b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 충전 회로로부터 생성되는 제2 성형된 충전 펄스의 시퀀스의 신호 다이어그램이다.
도 10a는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀의 실수 임피던스 값 및 허수 임피던스 값을 예시하기 위해 시간 경과에 따라 배터리 셀에 인가되는 충전 신호의 신호 다이어그램이다.
도 10b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 인가되는 충전 신호의 대응하는 주파수에 대한 배터리 셀의 측정된 실수 임피던스 값, 허수 임피던스 값, 및 모듈러스 임피던스 값의 그래프이다.
도 11은, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 충전 회로로부터 생성되는 선두 에지 부분 및 바디 부분을 포함하는 성형된 배터리 셀 충전 신호의 신호 다이어그램이다.
도 12a 및 도 12b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 인가되는 충전 신호에 응답하여 배터리 셀 충전시의 배터리 셀 양단의 측정된 전압 강하 및 측정된 전류의 플롯이다.
도 13은, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 인가되는 충전 신호에 응답하는 배터리 셀에서의 전압 및 전류 감지 저항기 양단의 측정된 전류 대 시간의 플롯이다.
도 14는 본 개시내용의 실시형태를 구현함에 있어서 사용될 수도 있는 컴퓨팅 시스템의 예를 예시하는 다이어그램이다.

본 개시내용의 양태는, 종래의 충전 기술이 종종 제어되지 않은 고조파를 수반하고 그러한 고조파가 배터리에 인가되고 있는 충전 신호에 대한 임피던스를 변경한다는 개념을 이용한다. 또한, 다양한 고조파는, 충전 효율성, 용량 유지 및 사이클 수명에 유해한 영향을 갖는, 배터리에 인가되고 있는 신호에 대한 임피던스를 종종 증가시킨다. 유사하게, 고조파는 인가된 충전 전력을 기준으로 배터리에 저장되는 화학 에너지의 양, 및 펄스 충전 방법의 경우 전체 어드미턴스를 감소시킬 수도 있다. 본 개시내용의 양태는 배터리 셀의 최소 실수 또는 저항 및/또는 최소 허수 또는 리액턴스 임피던스 값과 관련되는 고조파, 또는 고조파들에 대응하는 충전 신호를 최적화하는 것을 수반한다. 그러한 충전 신호는 배터리 셀의 전극에서의 높은 임피던스에 기인하는 에너지 손실을 감소시키는 것에 의해 배터리 셀을 충전할 때 효율성을 향상시킬 수도 있다.

하나 이상의 배터리 셀을 충전(재충전)하기 위한 시스템, 회로 및 방법이 본 명세서에서 개시된다. 용어 충전 및 재충전은 본 명세서에서 동의어적으로 사용된다. 논의되는 시스템, 회로 및 방법을 통해, 충전 에너지는 이전의 충전 회로 및 방법을 통하는 것보다 더 효율적으로 전달되어 배터리 셀을 충전할 수도 있다. 본 개시내용의 양태는 종래의 충전에 비해, 단독으로 또는 조합하여, 여러 가지 이점을 제공할 수도 있다. 예를 들면, 본 명세서에서 설명되는 충전 기술은 애노드 및/또는 캐소드가 손상되는 레이트를 감소시킬 수도 있고, 충전 동안 생성되는 열을 감소시킬 수도 있는데, 이것은 애노드 및/또는 캐소드 손상 및 셀 손상을 감소시키는 것, 화재 또는 단락 위험성을 감소시키는 것, 및 등등과 같은 여러 가지 후속 효과를 가질 수도 있다. 다른 예에서, 본 명세서에서 설명되는 충전 기술은 더 높은 충전 레이트가 셀에 적용되는 것을 허용할 수도 있고, 따라서, 더 빠른 충전을 허용할 수도 있다. 본 명세서에서 설명되는 기술은 충전 레이트를 최적화하고, 사이클 수명 및 온도와 같은 다른 문제를 고려할 수도 있다. 하나의 예에서, 충전 레이트 및 파라미터는 더 긴 셀 수명 및 더 큰 충전 에너지 효율성을 제공하도록 최적화될 수도 있다. 다른 예에서, "고속 충전"으로 간주될 수도 있는 것에서, 개시된 시스템 및 방법은, 더 적은 열을 생성하면서, 충전 레이트 및 셀 수명의 개선된 균형을 제공한다. 이전의 충전 회로는, 충전 회로의 전자 디바이스에 초점을 맞추는 것에 의해, 충전 회로의 효율성을 해결하려고 시도하였지만, 개시된 시스템, 회로 및 방법은 배터리 셀을 충전하기 위해 적용될 때 효율적인 배터리 충전 신호를 제공한다.

하나의 예에서, 본 명세서에서 논의되는 다양한 실시형태는, 충전 신호의 펄스를 수반할 수도 있는 조화적으로(harmonically) 튜닝된 충전 신호를 생성하는 것에 의해 배터리 셀을 충전한다. 조화적으로 튜닝된 충전 신호는 배터리 셀의 에너지 전달의 실수 및/또는 허수값에 기초한 에너지의 최적의 전달과 관련되는 고조파 주파수 또는 주파수들을 포함하거나 또는 다르게는 그들에 대응한다. 하나의 예에서, 때때로 일반적으로 고조파로서 지칭되는 고조파 주파수 또는 주파수들은 배터리 셀의 최소 실수 임피던스 값과 관련될 수도 있다. 다른 예에서, 충전 신호는 셀의 실수 및 허수 임피던스 값 둘 모두와 관련되는 고조파 또는 고조파들에 대응한다. 여전히 다른 예에서, 충전 신호는 배터리 셀의 어드미턴스의 컨덕턴스 또는 서셉턴스 중 하나 또는 둘 모두와 관련되는 고조파에 대응할 수도 있다. 어드미턴스가 임피던스의 역수이기 때문에, 본 명세서에서 임피던스에 대한 참조는 어드미턴스에도 또한 적용되는 것으로 간주되어야 한다. 다른 다양한 실시형태에서, 배터리 셀에 대한 충전 신호는 배터리 셀의 높은 임피던스 또는 낮은 어드미턴스에 대응하는 고조파를 제거하도록 변경될 수도 있다. 최소 임피던스와 관련된다는 것은, 조화적으로 튜닝된 신호의 고조파 성분을 결정함에 있어서, 충전 신호가 최소 임피던스의 고조파를 포함한다는 것을 반드시 의미하는 것이 아니라, 오히려, 상대적으로 낮은 임피던스의 주파수가 고려된다는 것을 의미한다는 것이 인식될 것인데, 그 신호는 가장 낮은 임피던스의 주파수를 반드시 포함하지는 않을 수도 있다.

조화적으로 튜닝된 충전 신호의 많은 예가 셀 또는 배터리 셀에 적용 가능한 것으로 본 명세서에서 논의되지만, 설명되는 시스템 및 방법은 많은 상이한 타입의 셀뿐만 아니라, 병렬, 직렬, 및 병렬과 직렬의 조합과 같은 다양한 가능한 조합으로 커플링되는 셀의 콜렉션을 포함하는 배터리에 적용될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들면, 본 명세서에서 논의되는 시스템 및 방법은, 정의된 팩 전압, 출력 전류, 및/또는 용량을 제공하도록 배열되는 수많은 셀을 포함하는 배터리에 적용될 수도 있다. 다른 구현예에서, 본 명세서에서 논의되는 시스템 및 방법은 하프 셀 구조를 포함하는 전기화학적 셀에 적용될 수도 있다. 일반적으로 말하면, 용어 배터리 셀 또는 셀은 별개의 전기화학적 디바이스를 지칭하고, 반면 용어 배터리 또는 배터리 팩은 하나 이상의 셀을 지칭한다. 하나보다 더 많은 셀의 경우, 상기에서 언급되는 바와 같이, 셀은 상이한 방식으로 인터커넥트될 수도 있다.

더 구체적으로, 배터리 셀 충전 신호의 주파수 프로파일을 결정하는 시스템 및 회로가 설명된다. 몇몇 예에서, 충전 신호의 주파수 프로파일이 배터리의 충전의 상태, 온도, 및 다른 요인에 기인하여 변경될 수도 있기 때문에, 본 명세서에서 논의되는 기술은, 충전이 진행됨에 따라 충전 신호의 주파수 프로파일을, 주기적으로 또는 달리, 평가할 수도 있거나 또는 다르게는 결정할 수도 있다. 하나의 예에서, 회로는 충전 신호의 결정된 고조파 또는 주파수 프로파일에 대응하는 충전 신호(예를 들면, 충전 전류)를 정의, 성형, 변경 또는 다르게는 생성할 수도 있다. 하나의 예에서, 제어 회로는 최소 임피던스 값에 대응하는 고조파 또는 고조파들과 관련되는 충전 신호의 부분을 강조하거나 또는 정의할 수도 있다. 상기에서 소개되는 바와 같이, 충전의 상태 변화 및 온도는 재충전 동안 변동될 수도 있고, 그 결과, 충전 신호의 고조파 프로파일은 배터리 셀 내의 재료 성질(property)뿐만 아니라 화학적 및 전기화학적 프로세스에서의 변화에 기인하여 변경될 수도 있다. 따라서 회로는, 몇몇 경우에, 충전 신호의 고조파 프로파일을 평가하고(예를 들면, 주파수가 배터리 셀의 임피던스에 어떻게 대응하는지를 결정함) 고조파 프로파일에 기초하여 배터리 셀에 적용되는 충전 신호를 조정하는 반복적인 프로세스를 수행할 수도 있다. 이 반복적인 프로세스는 배터리 셀을 재충전하기 위해 사용되는 충전 신호의 효율성을 향상시킬 수도 있고, 그에 의해, 다른 이점 중에서도, 배터리를 재충전하기 위한 시간을 감소시킬 수도 있고, 배터리의 수명(예를 들면, 배터리가 경험할 수도 있는 충전 및 방전 사이클의 횟수)을 연장할 수도 있고, 배터리를 충전하는 전류의 양을 최적화할 수도 있고, 그리고 다양한 비효율성에 대한 에너지 손실을 방지할 수도 있다. 또한, 다양한 이유 때문에, 충전 신호의 주파수 성분 또는 성분들은 가장 낮은 주파수와 대응하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 프로파일에 따라 선두 에지를 성형하는 경우, 그러한 성형된 선두 에지는, 타이밍, 활용되는 성형 회로 등에 기인하여 목표로 된 주파수에 대응하지 않을 수도 있다. 몇몇 경우에, 에너지 전달, 온도 및 다른 문제와 같은 다른 요인이 충전 신호를 포함할 또는 배제할 고조파를 선택함에 있어서 역할을 할 수도 있고 최저 임피던스와 관련되는 고조파 이외의 고조파가 활용되어야 한다는 것을 지시할 수도 있다.

배터리와 같은 전기화학적 디바이스의 전극에서의 에너지 플럭스를 제어하기 위해, 예를 들면, 적절한 고조파 성분을 갖는 조화적으로 튜닝된 충전 신호를 생성하기 위해, 배터리 셀 재충전 회로는, 하드웨어 컴포넌트 및/또는 소프트웨어 컴포넌트 둘 모두를 포함하는, 하나 이상의 충전 펄스 성형 회로 및 임피던스 측정 회로, 및/또는 주문형 집적 회로를 포함할 수도 있다. 하나의 특정 구현예에서, 충전 펄스 성형 회로는 펄스 제어 신호에 의해 제어 가능한 필터 회로를 포함할 수도 있다. 필터 회로는 배터리 셀로 송신되는 충전 펄스에서의 빠른 변화를 방지할 수도 있다. 특히, 필터 회로는 입력 전류 구형파를 수신할 수도 있고, 고주파수에 대해, 전류 흐름이 제한되고, 저주파에 대해, 전류가 회로를 통해 흐르도록 허용되도록, Z = jωL에 기초하여 배터리에 인가되는 신호를 성형할 수도 있다. 필터 회로의 컴포넌트의 선택은, 종래의 구형파 전력 신호에서 존재하는 비효율적인 고조파를 제한하면서 배터리 셀에 공급되는 전력을 최대화하는 주파수와 대응하도록 충전 펄스의 선두 에지를 성형할 수도 있다. 또한, 필터 회로에 대한 펄스 제어 신호는 배터리 셀에 제공되는 각각의 주파수 튜닝된 충전 펄스의 지속 기간을 구성할 수도 있다. 충전 신호 성형 회로는 전류 성형 제어 신호에 의해 제어 가능한 전류 성형 회로를 또한 포함할 수도 있다. 전류 성형 회로는, 하나의 구현예에서, 충전 펄스의 크기를 변경하기 위해 펄스가 배터리 셀에 인가되기 이전에 충전 펄스로부터 전류를 제거할 수도 있거나 또는 흡수할 수도 있다. 성형 부분은 펄스의 후미 에지, 펄스 지속 기간, 펄스 사이의 전압 레벨의 정의, 및 다른 기능에 또한 참가할 수도 있다. 회로는 전력 레일과 커플링되는 커패시터와 같은 전력 회수 부분을 또한 포함할 수도 있는데, 여기서 흡수된 전류 및/또는 전류 소스로부터의 전류는, 재충전 회로의 효율성을 향상시키기 위해, 저장되어 배터리 셀에 충전 전류를 전달함에 있어서 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 개시되는 시스템, 회로 및 방법은 배터리 셀 및 배터리가 사용되고 있는 용도가 무엇이든 그것에 대해 목적하는 용량, 전압 및 출력 전류 범위를 달성하기 위해 어떤 방식으로 연결되는 어떤 수의 셀을 포함할 수도 있는 임의의 형태의 배터리를 충전하는 데 적용 가능하다. 본 명세서에서 논의되는 다양한 실시형태는 고속 충전을 제공하는 것으로 또한 고려될 수도 있다. 어느 하나의 또는 둘 모두의 상황에서, 회로는 종래의 구형파 또는 다른 종래의 펄스와 관련되는 급격한 에지보다는 성형된 상승 프론트 에지를 포함하는 재충전 펄스를 제공하도록 제어될 수도 있다. 하나의 예에서, 충전 펄스의 상승 프론트 에지는 배터리 셀의 최소 또는 거의 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 결정된 주파수에 기초할 수도 있다. 충전 펄스는 충전되고 있는 셀의 최소 실수 임피던스 및 허수 임피던스의 조합에 또한 기초할 수도 있다. 다른 예에서, 충전 펄스는 충전되고 있는 배터리 셀의 컨덕턴스 및/또는 서셉턴스, 또는 임의의 다른 어드미턴스 양태에, 단독으로 또는 조합하여, 기초할 수도 있다. 충전 펄스를 성형하기 위해 배터리 셀의 여전히 다른 양태가 고려되어 사용될 수도 있다. 일반적으로 말하면, 실수 및 허수 임피던스 값이 고려되고 있는 경우, 그 기술은, 값이, 단독으로 또는 조합하여, 상대적으로 낮은 임피던스에 있는 신호 고조파를 평가한다. 역으로, 어드미턴스에서는, 그 기술은 컨덕턴스 및 서셉턴스의 어드미턴스가, 단독으로 또는 조합하여, 상대적으로 높은 고조파를 평가한다.

잠시, 실수 임피던스 최소치에 기초한 펄스를 논의하면, 거의 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 상승 프론트 에지의 적용은, 종래의 급격한 에지식 펄스 충전과 관련되는 비효율적인 또는 유해한 고조파 성분을 제거할 수도 있다. 게다가, 충전 펄스의 지속 기간은, 다른 것 중에서도, 배터리를 손상시킬 수도 있는 그리고 그에 의해 용량 또는 수명에 영향을 끼칠 수도 있는 충전 펄스의 크기의 하나 이상의 상위 임계치를 초과하지 않으면서, 펄스 내의 배터리에 인가되는 전력의 양을 최대화하도록 또는 증가시키도록 회로에 의해 제어될 수도 있다. 이들 방식으로, 주파수 성형된 선두 에지와 같은 조화적으로 튜닝된 양태를 갖는 충전 신호가 회로의 제어를 통해 인가되어 각각의 펄스에서 배터리에 최적화된 양의 충전 에너지를 전달할 수도 있고, 동시에, 고조파를 저하시키는 고주파수를 신호로부터 제거할 수도 있다. 따라서, 이러한 성형된 충전 신호는, 배터리 셀의 충전 동안, 전극을 비롯하여, 충전 에너지를 수신하기 위한 배터리 내의 다양한 인터페이스의 임피던스를 감소시킬 수도 있고, 그에 의해, 배터리 재충전의 효율성 및 속도를 개선할 수도 있다.

도 2는, 하나의 실시형태에 따른, 충전 신호 성형 회로(206) 및 임피던스 측정 회로(208)를 활용하여 배터리 셀(204)을 재충전하기 위한 예시적인 회로(200)를 예시하는 개략도이다. 일반적으로, 회로(200)는 전압 소스 또는 전류 소스일 수도 있는 전력 소스(202)를 포함할 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 전력 소스(202)는 직류(DC) 전압 소스이지만, 교류(alternating current: AC) 소스도 또한 고려된다. 더 구체적으로, 전력 소스(202)는 단방향 전류를 제공하는 DC 소스, 양방향 전류를 제공하는 AC 소스, 또는 리플 전류(예컨대, 전류로 하여금 단방향이 되게 하는 DC 바이어스를 갖는 AC 신호)를 제공하는 전력 소스를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 전력 소스(202)는 배터리 셀(204)을 충전하기 위해 성형 및 사용될 수도 있는 충전 전류를 공급한다. 하나의 특정 구현예에서, 도 2의 회로(200)는 배터리 셀(204)을 충전함에 있어서 사용하기 위한 충전 신호의 하나 이상의 양태를 성형하기 위한 충전 신호 성형 회로(206)를 포함할 수도 있다. 하나의 예에서, 회로 컨트롤러(210)가 충전 신호의 성형을 제어하기 위해 전력 신호 성형 회로(206)에 하나 이상의 입력을 제공할 수도 있다. 입력은 전력 소스(202)로부터의 신호를 배터리 셀(204)에 대한 더욱 효율적인 전력 충전 신호로 변경하기 위해 성형 회로(206)에 의해 사용될 수도 있다. 충전 신호 성형 회로(206)의 동작 및 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명된다.

몇몇 경우에, 충전 신호 성형 회로(206)는, 배터리 셀(204)의 최소 실수 임피던스 값과 관련되는 고조파에 적어도 부분적으로 대응하는 충전 신호를 생성하기 위해, 전력 소스(202)로부터의 에너지를 변경할 수도 있다. 다른 요인 중에서도, 임의의 주어진 충전 전류, 전압 레벨, 충전 레벨, 충전/방전 사이클의 수, 및/또는 온도에서 임피던스가 알려질 수도 있도록 배터리를 특성 묘사하는 것이 또한 가능하고, 그 결과, 임피던스는 직접적으로 측정되는 것이 아니라, 대신, 컴퓨터 메모리, 또는 등등으로부터 액세스될 수도 있다.

하나의 예에서, 회로(200)는, 셀 전압 및 충전 전류뿐만 아니라, 온도와 같은 다른 셀 속성을 측정하고, 셀(204)의 전극 양단의 임피던스를 측정하거나 또는 계산하기 위해, 배터리 셀(204)에 연결되는 배터리 측정 회로(208)를 포함할 수도 있다. 온도 센서는 임피던스 측정 회로의 일부일 수도 있거나 또는 온도 측정치를 획득하기 위해 별개로 배치될 수도 있다. 몇몇 경우에, 측정 회로는 배터리에서 전류 및 전압을 측정하고, 그들 측정치를, 임피던스 측정 회로에 포함될 수도 있거나 또는 그와는 별개일 수도 있는, 측정치로부터 임피던스를 계산하는 다른 디바이스, 예컨대 컨트롤러 또는 다른 프로세싱 디바이스에 제공한다. 측정 회로는 전압 및/또는 전류에 관련되는 위상 정보를 또한 제공할 수도 있다. 하나의 예에서, 임피던스는 인가된 펄스에 기초하여 획득될 수도 있다. 임피던스는, 셀을 특성 묘사하기 위해 다양한 주파수 속성을 갖는 신호를 인가하여 셀의 상이한 주파수 속성과 관련되는 임피던스 값의 범위를 생성하는 루틴의 일부로서 또한 획득될 수도 있는데, 그 루틴은, 충전 이전에, 충전 동안, 충전 동안 주기적으로 행해질 수도 있고, 룩업 기술, 및 다른 기술과 조합하여 사용될 수도 있다. 배터리 셀(204)의 특성은 셀의 다양한 화학적 또는 물리적 속성뿐만 아니라, 충전의 상태 및/또는 셀의 온도를 포함하는 셀의 상태에 기초하여 변할 수도 있다. 그러한 만큼, 배터리 측정 회로(208)는, 다른 시간 중에서도, 셀의 재충전 동안 배터리 셀(204)을 특성 묘사하기 위해, 그리고 그로부터 임피던스를 결정하기 위해, 상이한 주파수 속성과 관련되는 다양한 배터리 셀 특성을 결정하도록 회로 컨트롤러(210)에 의해 제어될 수도 있다. 몇몇 예에서, 배터리 셀(204)의 임피던스의 실수 성분은, 충전 신호를 조화적으로 정의하기 위해, 회로 컨트롤러에 의해 충전 신호 성형 회로(206)에 제공될 수도 있다(예를 들면, 그 결과, 전력 소스(202)로부터의 에너지가, 배터리 셀(204)의 최소 실수 임피던스 값과 관련되는 고조파에 대응하는 하나 이상의 충전 펄스 안으로 침식될 수도 있다). 다른 예에서, 회로 컨트롤러(210)는 수신된 실수 임피던스 값에 기초하여 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수도 있고 그들 제어 신호를 충전 신호 성형 회로(206)에 제공할 수도 있다. 제어 신호는, 다른 기능 중에서도, 실수 임피던스 값에 대응하는 고조파 성분을 포함하도록 충전 펄스를 성형할 수도 있다. 여전히 다른 예에서, 충전 신호 성형 회로(206)는, 배터리 셀(204)의 어드미턴스의 컨덕턴스 또는 서셉턴스 성분 또는 배터리 셀에서의 임피던스에 관련되는 임의의 다른 양태와 관련되는 고조파에 적어도 부분적으로 대응하는 충전 펄스를 생성하기 위해, 전력 소스(202)로부터의 에너지를 변경할 수도 있다. 따라서, 상기에서 소개되는 바와 같이, 임피던스의 실수 및/또는 허수 성분을 포함하는 임피던스의 논의는 배터리 셀의 유사한 측정치, 예컨대 배터리 셀의 어드미턴스의 컨덕턴스 성분 또는 서셉턴스 성분에 적용된다.

도 3a는, 그 성분이 충전 신호에 통합될 수도 있고 도 2의 회로(200)에 의해 생성될 수도 있는, 배터리 셀(204)의 결정된 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수를 갖는 사인파 변조 반파 신호(sinusoidal modified half wave signal)의 예의 그래프(302)이다. 전체 사인파에서, 피크 전압은 대부분의 종래의 충전 상황에 대해 너무 높다. 절반 사인파가 이것을 돕는다. 또한, 도 3a는 순수한 반파 사인파 신호(pure half wave sinusoidal signal)를 예시하는 것이 아니라, 오히려, 진정한 하프 사인(half-sine)이 활용할 가파른 리딩 및 후미 에지와는 대조적으로, 각각의 펄스의 시작이 약간 테이퍼 형상이 된다. 따라서, 에지는 더 높은 주파수 고조파를 감소시키기 위해 더욱 완만하다. 이 예에서, 신호는 또한 특성 묘사 신호일 수도 있는데, 이것은 주파수가 변경되는 경우, 도 3b의 그래프를 생성하기 위해 사용될 수도 있다. 사인파 신호 그 자체의 주파수는 충전되고 있는 배터리 셀의 최소 실수 임피던스에 대응하는 주파수에 있다. 더 구체적으로, 그래프(302)는 배터리 셀(204)에 전달되는 신호의 입력 전압 축(304) 대 시간 축(306)의 플롯(314)을 예시한다. 상기에서 논의되는 구형파 충전 신호와는 대조적으로, 회로(200)에 의해 생성되는 충전 신호는 배터리 셀(204)에 전달되는 반복적인 사인파 충전 신호를 포함할 수도 있다. 단지 두 개의 펄스(펄스(308, 310))만이 도 3a에 도시되었지만, 그러나, 그러한 펄스의 시퀀스는 배터리 셀을 어떤 레벨까지 충전하기에 충분한 시간의 기간에 걸쳐 배터리 셀에 전달될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 하나의 예에서, 신호는, 신호 파(signal wave)가 배터리의 개방 회로 전압에 있는 또는 그 보다 높은 전압을 가지도록 제어된다. 충전 신호의 주파수는 배터리 셀의 임피던스에 따라 시간이 지남에 따라 변할 수도 있고, 변할 가능성이 있는데, 이것은 언급되는 바와 같이 시간, 및 구현되는 제어 방식에 따라 또한 변할 수도 있다. 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 성형된 펄스의 주파수뿐만 아니라 사인파는, 구현예에 따라, 최소 임피던스에서 또는 최소 임피던스 근처에서 - 위 또는 아래 중 어느 하나 또는 둘 모두 - 에서 설정될 수도 있다. 그러므로, 주파수는 최소 임피던스에서 엄격하게 설정될 필요는 없다. 충전 신호(314)의 사인파 펄스 성분(308, 310)은 회로(200)의 재충전 동작 동안 계속 생성되어 배터리 셀(204)로 송신될 수도 있다. 주파수 튜닝된 충전 신호(314)는 종래의 구형 또는 펄스 충전 신호에서 통상적으로 존재하는 고주파수 성분을 제거하거나 또는 억제할 수도 있고, 그에 의해, 충전에 대한 배터리 셀(204)의 임피던스를 감소시킬 수도 있고, 재충전 동작의 효율을 개선할 수도 있다. 또한, 충전 신호(314)는 펄스(308, 310) 사이의 어떤 지속 기간의 안정화 또는 탈분극 기간(316)을 포함할 수도 있다. 안정화 기간(316)의 지속 기간은 회로 컨트롤러(210)에 의해 조정 가능하거나 또는 제어될 수도 있고, 충전 신호(314)의 이전 펄스(308)에 의해 제공되는 총 전력, 배터리 셀(204)의 충전의 상태, 배터리 셀(204)의 측정된 또는 추정된 온도, 배터리 셀(204)의 측정된 임피던스, 및/또는 충전 회로에서 사용되는 하드웨어 컴포넌트를 포함하는 그러나 이들로 제한되지는 않는, 배터리 셀(204)의 재충전 동작의 다양한 양태에 기초할 수도 있다. 예를 들면, 안정화 기간(316)의 지속 기간은 회로 컨트롤러(210)의 프로세싱 속도에 기초하여 충전 회로(200)의 제어를 위한 하나 이상의 목표 값을 결정하기에 적절한 시간을 제어 회로(210)에게 허용할 수도 있다. 펄스(308, 310)는 전압 임계치(312) 미만의 크기를 또한 포함할 수도 있다. 전압 임계치(312)는 배터리 셀(204) 및/또는 전력 소스(202)의 여러 가지 양태, 예컨대, 전력 소스의 상위 전압 또는 전류 임계치 및/또는 배터리 셀(204)의 전압, 온도, 및 전류와 관련되는 열역학적 경계에 기초할 수도 있다. 몇몇 경우에, 전압 임계치(312)는, 하기에서 더욱 상세하게 설명될 바와 같이, 회로 컨트롤러(210)에 의해 제어될 수도 있다.

하나의 특정한 예에서, 배터리 셀(204)을 재충전하기 위해 회로(200)에 의해 생성되는 충전 신호(314)의 사인파 펄스(308)의 주파수 또는 고조파는 배터리 셀(204)에서의 임피던스를 최소화하기 위해 회로 컨트롤러(210)에 의해 선택되어 충전 펄스에 인가될 수도 있다. 예를 들면, 도 3b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀(204)의 측정된 실수 임피던스 값 대 배터리 셀에 인가되는 충전 신호의 대응하는 주파수의 그래프(322)이다. 특히, 그래프(322)는 충전 신호의 실수 임피던스 값(축(324)) 대 대수 주파수 축(축(326))의 플롯을 예시한다. 플롯(328)은 사인파 충전 신호의 다양한 주파수에서의 배터리 셀(204)의 전극 양단의 실수 임피던스 값을 예시한다. 도시되는 바와 같이, 실수 임피던스 값(328)은 충전 신호의 주파수에 기초하여 변할 수도 있는데, 가장 높은 주파수에서 실수 임피던스 값(328)의 일반적으로 신속한 증가를 갖는다. 그러나, 배터리 셀(204)에 대한 실수 임피던스 값의 플롯(334)은, f_Min으로 라벨링되는 특정한 충전 신호 주파수에 대응하는 최소 실수 임피던스 값(330)을 또한 나타낸다. 배터리 셀(204)에 대한 실수 임피던스 값(334)의 플롯은 셀의 많은 요인, 예컨대 배터리 화학적 성질(battery chemistry), 충전의 상태, 온도, 충전 신호의 구성, 및 등등에 의존할 수도 있다. 따라서, 배터리 셀(204)의 최소 실수 임피던스 값(330)에 대응하는 주파수(f_Min)(332)는 충전 중인 특정한 배터리 셀(204)의 특성에 유사하게 의존할 수도 있다. 주파수(f_Min)(332)는 배터리 셀(204)의 다른 양태, 예컨대 팩 내에서의 셀의 구성 및 팩 내에서의 셀 사이의 연결에 대응할 수도 있다.

배터리 셀(204)의 임피던스가 수신된 충전 전류를 열 또는 다른 비효율성으로 변환할 수도 있기 때문에, 배터리 셀(204)에 대한 최소 실수 임피던스 값(330)에 대응하는 주파수(332)에서 또는 그 근처에서 사인파 충전 펄스(308, 310)를 생성하는 것은 충전을 위한 배터리 셀(204)에 대한 에너지 인가의 효율성을 개선할 수도 있다. 다시 말하면, 충전 신호(314)의 펄스(308, 310)를 주파수(f_Min)(332)에서 또는 그 부근에서 고조파를 포함하도록 성형하는 것은, 배터리 셀(204)의 임피던스에 기인하여 열로 변환되는 낭비되는 에너지를 감소시키는 것에 의해 배터리 셀(204)에 대한 충전 신호(314)의 효율성을 증가시킬 수도 있다. 그러한 만큼, 도 2의 재충전 회로(200)의 하나의 구현예는 충전 신호의 주파수의 범위에 걸쳐 배터리 셀의 다양한 실수 임피던스 값을 결정하기 위해 배터리 셀(204)에 연결되는 임피던스 측정 회로(208)를 포함할 수도 있다. 임피던스 측정 회로(208)는, 전압 센서 및 전류 센서를 비롯하여, 배터리 셀(204)의 전극 양단의 임피던스를 측정하도록 구성되는 임의의 공지된 또는 금후의 회로를 포함할 수도 있다. 배터리 셀(204)의 다수의 임피던스 값은 충전 전력 신호의 다양한 주파수에서 측정될 수도 있고 회로 컨트롤러(210)에 제공될 수도 있는데, 회로 컨트롤러는, 결국에는, 배터리 셀(204)의 곡선(334)의 최소 실수 임피던스 값을 결정하거나 또는 추정할 수도 있다. 회로 컨트롤러(210)는, 배터리 셀(204)의 최소 실수 임피던스(330) 값에 대응하는 주파수(f_Min)(332)의 고조파에서 일련의 사인파 충전 펄스(308, 310)를 생성하도록 충전 신호 성형 회로(206)의 하나 이상의 컴포넌트를 또한 제어할 수도 있다. 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 회로 컨트롤러(210)는 재충전 세션 동안 다양한 시간에 배터리 셀(204)의 현재의 상태에 대한 추정된 실수 임피던스 값을 측정하거나 또는 다르게는 결정하는 반복 프로세스를 또한 행할 수도 있고, 상응하여, 새로운 추정된 주파수(f_Min)(332)와 일치하도록 충전 전력 신호(314)의 펄스(308, 310)를 조정할 수도 있다. 결정된 또는 추정된 최소 실수 임피던스 값에 기초하여 펄스(308, 310)에 대한 고조파 주파수를 갖는 충전 신호(314)를 생성하도록 회로(200)를 제어하는 것에 의해, 충전 신호의 고주파수 부분에 기인하여 전극에서 높은 임피던스로부터 낭비되는 에너지를 최소화하면서, 충전 신호(314)의 에너지는 배터리 셀(204)을 재충전하기 위해 더욱 효율적으로 인가될 수도 있다.

충전 펄스 성형을 활용하여 배터리 셀을 충전하기 위한 회로의 하나의 특정 구현예가 도 4에 예시되어 있다. 회로(400)는 최소 임피던스 값에 대응하는 주파수(f_Min)에 기초하여 배터리 셀에 대한 재충전 신호를 성형하도록 컨트롤러(210)에 의해 제어될 수도 있다. 하나의 예에서, 컨트롤러(210)는 전압 또는 전류 증폭기 중 어느 하나를 사용하는 피드백 제어 시스템일 수도 있다. 일반적으로, 컨트롤러(210)는 아날로그 컨트롤러, 디지털 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서, 또는 커스터마이징된 집적 회로, 예컨대 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC)일 수도 있다. 컨트롤러(210)는 성형 회로(400)의 성능을 제어하기 위해 본 명세서에서 논의되는 동작 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수도 있거나 또는 프로그래밍될 수도 있다. 게다가, 하기에서 논의되는 바와 같이, 회로(400)는 임피던스의 허수 성분, 어드미턴스의 컨덕턴스 성분, 어드미턴스의 서셉턴스 성분, 또는 이들의 임의의 조합을 또한 고려할 수도 있다. 더 많은 또는 더 적은 컴포넌트가 회로(400)에 포함될 수도 있고 컴포넌트는 동일한 기능의 다른 컴포넌트에 의해 대체될 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 몇몇 컴포넌트는 다수의 셀을 병렬로 충전하기 위해 또는 주어진 셀 또는 셀의 배열에 더 큰 충전 용량을 제공하기 위해 병렬로 복제될 수도 있다. 도 4의 회로(400)는 본 명세서에서 논의되는 고조파 사인파 충전 신호를 제공하도록 제어될 수도 있는 전력 신호 성형 회로의 하나의 예에 불과하다.

회로(400)는 배터리 셀(404)에 충전 신호를 제공하기 위해 레일(442)에 커플링되는 전력 소스(402)를 포함할 수도 있다. 전력 소스(402)는, DC 전압 소스, AC 전압 소스, 전류 소스, 및 등등을 비롯한, 임의의 타입의 에너지 소스일 수도 있다. 몇몇 구현예에서, 전력 소스(402)는 회로(400)에 제공되는 에너지 파형 또는 펄스의 크기를 변경하기 위해 입력(예컨대 V_CONT(434))을 통해 제어될 수도 있다. 예를 들면, 회로 컨트롤러(210)는, 전력 소스를 턴온하기 위해, 전력 소스 신호의 크기를 선택하기 위해, DC 전력 소스 신호와 AC 전력 소스 신호 사이에서 선택하기 위해, 및 등등을 위해, 제어 신호(V_CONT(434))를 전력 소스(402)에 제공할 수도 있다. 하나의 특정한 예에서, 전력 소스(402)는 수신된 V_CONT(434) 신호의 전압값에 기초하여 제공된 충전 신호의 크기를 조정하도록 구성될 수도 있다.

필터 회로(406)는 전력 소스(402)에 의해 생성되는 전력을 수신하기 위해 전력 레일(442)에 연결될 수도 있다. 필터 회로(406)는, 일반적으로, 주파수(f_Min)(322)에 대응하는 부분을 가지고 배터리 셀(404)에 충전 신호를 출력하는 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 필터 회로(406)로부터의 출력 신호는 상기에서 결정되는 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수(f_Min)(322)의 또는 그 근처의 고조파에서 선두 에지를 포함할 수도 있다. 몇몇 경우에, 필터 회로(406)의 컴포넌트는 회로 컨트롤러(210)에 의해 필터 회로로 송신되는 하나 이상의 펄스 제어 신호(416)를 통해 제어 가능하다. 도 4에 도시된 특정한 예에서, 필터 회로(406)는 전력 레일(442)과 제1 트랜지스터(412) 사이에서 직렬로 연결되는 제1 인덕터(410)를 포함할 수도 있다. 제1 인덕터(410)의 인덕터 값은, 다른 것 중에서도, 인덕터 값의 선택이 배터리 셀(404)의 충전 특성에 의존할 수도 있도록 펄스의 선두 에지의 형상에 영향을 끼칠 것이다. 제1 트랜지스터(412)는 배터리 셀(404)의 제1 전극에 또한 연결될 수도 있다. 제1 트랜지스터(412)는, 제1 트랜지스터(412)를 스위칭 디바이스 또는 컴포넌트로서 동작시키기 위한 입력 신호, 예컨대 펄스 제어 신호(416)를 수신할 수도 있다. 일반적으로, 제1 트랜지스터(412)는 제1 인덕터(410)를 배터리 셀(404)의 제1 전극(440)에 연결하기 위한 임의의 타입의 FET 트랜지스터 또는 임의의 타입의 제어 가능한 스위치일 수도 있다. 예를 들면, 제1 트랜지스터(412)는 제1 인덕터(410)에 연결되는 드레인, 배터리 셀(404)에 연결되는 소스, 및 펄스 제어 신호(416)를 수신하는 게이트를 갖는 FET 트랜지스터일 수도 있다. 하나의 구현예에서, 펄스 제어 신호(416)는, 닫히는 경우, 노드(436)를 배터리 셀(404)의 제1 전극에 연결하고, 개방되는 경우, 인덕터(410)와 배터리 셀(404) 사이의 연결을 끊는 스위치로서 제1 트랜지스터(412)의 동작을 제어하기 위해 회로 컨트롤러(210)에 의해 제공될 수도 있다. 충전 펄스를 생성하기 위한 제1 트랜지스터(412)의 제어는 도 5의 방법(500)을 참조하여 하기에서 더욱 상세하게 설명된다.

제1 인덕터(410)는, 일반적으로, 제1 트랜지스터(412)를 통해 배터리 셀에 연결될 때 배터리 셀(404)로 송신되는 전류에서의 신속한 증가를 방지하도록 동작할 수도 있다. 더 구체적으로, (제1 트랜지스터(412)가 전도 상태일 때) 제1 인덕터(410)는 인덕터를 통과하는 그리고 배터리 셀(404)로 향하는 전류의 급속한 전도에 저항할 수도 있다. 전류에서의 신속한 증가에 대한 이러한 저항은 전력 레일(442)에 의해 제공되는 충전 신호의 펄스에 대한 가파른 프론트 에지를 방지할 수도 있고, 그에 의해, 구형파 입력의 인가시 배터리 셀(404)에서 발생할 수도 있는 고주파수 고조파를 감소시킬 수도 있다. 트랜지스터(412)에 대한 펄스 제어 신호 입력(416) 상의 신호에 응답하여 전도 상태일 때, 전력 레일(442)로부터의 전류 또는 다른 형태의 에너지 플럭스가, 고주파 노이즈 효과를 최소화하면서, 배터리 셀(404)을 충전하기 위해 제1 인덕터(410) 및 제1 트랜지스터(412)를 통해 배터리 셀(404)에 제공될 수도 있다. 필터 회로(406)는, 몇몇 경우에, 제1 인덕터(410)에 병렬로 연결되는 플라이백 다이오드(flyback diode)(414)를 또한 포함할 수도 있다. 플라이백 다이오드(414)는, 제1 트랜지스터 스위치(412)가 개방되거나 또는 전도 상태에 있지 않을 때 전력 레일(442)에 의해 제공되는 에너지 플럭스에 대한 복귀 경로를 제공한다. 예를 들면, 제1 트랜지스터(412)는 배터리 전극(440)에 대한 전력 레일(442)의 전류의 전도를 중지하도록, 펄스 제어 신호(416)를 통해, 제어될 수도 있다. 그 다음, 전류는 플라이백 다이오드(414)를 통해 상위 레일(442)로 다시 라우팅될 수도 있다. 스토리지 커패시터(432)는, 전력 레일(442)에 의해 제공되며 플라이백 다이오드(414)를 통해 반환되는 전류가, 제1 트랜지스터(412)가 개방되는 기간 동안, 상위 레일(442)을 통해 스토리지 커패시터(432)에 제공될 수도 있도록, 상위 레일(442)과 접지 또는 공통(common) 사이에서 또한 연결될 수도 있다. 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 스토리지 커패시터(432)에 저장되는 에너지는, 제1 트랜지스터(412)가 개방되는 기간 동안 회로에서 에너지가 손실되지 않도록, 제1 트랜지스터(412)가 폐쇄될 때(예컨대, 충전 신호의 다음 번 펄스에서) 상위 레일(442) 및 필터 회로(406)의 입력으로 복귀될 수도 있어서, 회로(400)의 효율성을 추가로 개선할 수도 있다.

단일의 필터 회로(406)의 컴포넌트가 도 4에 예시되지만, 동일한 또는 유사한 구성을 갖는 추가적인 필터 회로가 필터 회로(406)에 병렬로 연결될 수도 있다. 예를 들면, 필터 회로(406) 및 필터 회로 N(418)까지의 임의의 수의 추가적인 필터 회로가 충전 회로(400)에서 병렬로 연결될 수도 있다. 각각의 필터 회로(406, 418)는 배터리 셀(404)을 충전하기 위해 제공되는 전류로부터 하나 이상의 고조파를 필터링하기 위해 개개의 펄스 제어 신호(416)를 통해 회로 컨트롤러(210)에 의해 독립적으로 제어될 수도 있다. 다른 예에서, 하나보다 더 많은 필터 회로(406)가 동일한 펄스 제어 신호(416)에 의해 제어될 수도 있다. 추가적인 필터 회로(418) 중 하나 이상은 동일한 또는 상이한 값의 유사한 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 필터 회로 N(418)의 제1 인덕터는 필터 회로(406)의 제1 인덕터(410)보다 더 높은 인덕턴스 값을 가질 수도 있다. 일반적으로, 제1 인덕터(410)의 더 높은 인덕턴스 값은 충전 펄스에서의 신속한 변화에 대해 더 많은 저항을 제공하고, 그에 의해, 더 작은 값의 인덕터에 비해 충전 펄스의 램핑된(ramped) 선두 에지를 형성한다. 이러한 방식으로, 회로 컨트롤러(210)는 선택된 제1 인덕터(410)의 다양한 인덕턴스 값을 통해 배터리 셀(404)에 제공되는 에너지 펄스의 선두 에지를 성형하도록 다양한 필터 회로(406, 418)를 제어할 수도 있다.

배터리 셀(404)에 제공되는 충전 신호의 펄스를 추가로 변경하기 위해, 하나 이상의 입력 성형 회로(420)가 배터리 셀(404)의 제1 전극(440)(예를 들면, 애노드 또는 양극 단자)에서 연결될 수도 있다. 특히, 입력 성형 회로(420)는 배터리 셀(404)의 제1 전극(440)과 제2 트랜지스터(422) 사이에서 연결되는 제2 인덕터(424)를 포함할 수도 있다. 하나의 예에서, 제2 트랜지스터(422)는 제2 인덕터(424)에 연결되는 드레인(444), 접지 또는 공통에 연결되는 소스(446), 및 제어 신호(426)를 수신하는 게이트를 갖는 FET 트랜지스터일 수도 있다. 제1 트랜지스터(412)와 유사하게, 제2 트랜지스터(422)는 드레인(444)을 네거티브 레일, 접지, 또는 공통에 연결하는 스위치로서 동작할 수도 있다. 제2 트랜지스터(422)는 입력 제어 신호(426)에 의해 제어될 수도 있다. 하나의 구현예에서, 성형 입력 신호(426)는 고주파수에서 온 상태와 오프 상태 사이에서 교대하는 고주파수 펄스 폭 변조(pulse-width modified: PWM) 신호일 수도 있다. 하나의 예에서, PWM 신호(426)는 100 kHz를 초과하는 주파수에서 동작할 수도 있지만, PWM 신호(426)는 임의의 주파수에서 동작할 수도 있다. 고주파수 스위칭 PWM 신호(426)에 응답하여, 제2 트랜지스터(422)는 전도 상태(또는 "온" 상태)와 비전도(또는 "오프" 상태) 사이에서 빠르게 교대할 수도 있다. 이러한 방식으로 제2 트랜지스터(422)의 동작은 성형 회로(420)로 하여금 접지를 향해 배터리 셀(404)로 송신되는 충전 펄스로부터 에너지를 흡수하게 할 수도 있다. 흡수된 전류는 제2 인덕터(424)에서 저장될 수도 있고, 인덕터의 전류가 전압보다 뒤처지기 때문에, 전류는, 그것이 제2 인덕터(424)에 축적되는 동안, 접지로 흐르지 않는다. 그러나, PWM 신호(426)의 오프 부분은 트랜지스터(422)를 충분히 빠르게 폐쇄할 수도 있고, 일단 전류가 제2 인덕터(424)를 떠나면, 트랜지스터(422)는 오프되고 충전 펄스로부터의 흡수된 에너지 신호는 연결(446)을 통해 접지로 거의 또는 전혀 송신되지 않는다. 오히려, 흡수된 에너지는 플라이백 다이오드(430)를 통해 상위 레일(442)로 전달되어 충전 회로(400)에 의한 재사용을 위해 스토리지 커패시터(432)에 저장될 수도 있다.

충전 신호로부터 에너지를 흡수하는 것에 의해, 입력 성형 회로(420)는 배터리(404)에 대한 펄스를 성형하거나 또는 조각하기 위해 충전 펄스의 크기의 일부를 변경할 수도 있다. 특히, PWM 신호(426)의 주파수의 제어는 충전 신호로부터 더 많은 또는 더 적은 에너지를 흡수할 수도 있다. 게다가, PWM 신호(426)의 듀티 사이클은 충전 펄스의 변경 또는 성형의 지속 기간에 대응하도록 선택될 수도 있거나 또는 제어될 수도 있다. 이러한 방식으로, PWM 신호(426)는, 회로 컨트롤러(210)에 의해 제공되는 몇몇 경우에, 필터 회로(406)로부터 배터리 셀(404)로의 충전 신호를 변경할 수도 있다. 또한, 필터 회로(406)와 유사하게, 하나 이상의 추가적인 입력 성형 회로(428)가 입력 성형 회로(420)에 병렬로 연결될 수도 있다. 각각의 입력 성형 회로(420, 428)는 개개의 PWM 제어 신호(426)를 통해 회로 컨트롤러(210)에 의해 독립적으로 제어될 수도 있다. 다른 예에서, 하나보다 더 많은 성형 회로(420)는 동일한 PWM 제어 신호(426)에 의해 제어될 수도 있다. 추가적인 입력 성형 회로(428) 중 하나 이상은 동일한 또는 상이한 값의 유사한 컴포넌트를 또한 포함할 수도 있다. 예를 들면, 성형 회로 N(428)의 입력 제2 인덕터는 필터 회로(420)의 입력 제2 인덕터(424)보다 더 높은 또는 더 낮은 인덕턴스 값을 가질 수도 있다. 필터 회로(406) 및/또는 입력 성형 회로(420)에 인가되는 펄스 제어 신호(416) 및 PWM 신호(426)의 제어를 통해, 배터리 셀(404)에 인가되는 충전 신호의 하나 이상의 펄스는 고조파 충전 신호를 달성하도록 성형될 수도 있다. 입력 충전 신호의 추가적인 성형은, 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 신호 펄스의 프로파일을 추가로 조각하도록 회로 컨트롤러(210)를 통해 또한 제어될 수도 있다. 또한, 회로 컨트롤러(210)의 다양한 제어 신호는 배터리 셀(404)에 제공되는 충전 신호의 양태를 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 제어 신호는 배터리 셀(404)에서의 전압, 배터리 셀에 제공되는 전류, 또는 배터리 셀에 제공되는 전체 에너지 또는 전력을 제어할 수도 있다. 따라서, 배터리 셀에 대한 충전 신호를 제어하거나 또는 성형하는 것으로 본 명세서에서 논의되지만, 충전 신호의 임의의 양태는 회로 컨트롤러(210)에 의해 제어될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.

도 4의 회로(400)는 배터리 셀(404)에 연결되는 임피던스 측정 회로(408)를 또한 포함할 수도 있다. 일반적으로, 임피던스 측정 회로(408)는 배터리 셀(404)의 전극에서 보이는 임피던스 특성을 측정한다. 하나의 예에서, 임피던스 측정 회로(408)는 배터리 셀(404)의 전극 양단의 전압을 측정하는 전압 센서 및 배터리 셀로의 전류를 측정하는 전류 센서를 포함할 수도 있다. 그러나, 임피던스 측정 회로(408)는 배터리 셀(404)의 임피던스를 측정하기 위해 임의의 공지된 또는 이후의 개발되는 회로를 포함할 수도 있다. 게다가, 임피던스 측정 회로(408)는 다양한 시간 또는 간격에서 셀 임피던스를 측정하도록 회로 컨트롤러(210)에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들면, 임피던스 측정 회로(408)는, 충전 신호가 주파수의 범위에 걸쳐 배터리 셀(404)에 인가되는 테스팅 기간 동안 배터리 셀(404)의 임피던스를 측정하도록 구성될 수도 있다. 이들 측정치는 도 3b의 그래프(322)와 관련하여 상기에서 논의되는 바와 같이 배터리 셀(404)에 대한 최소 실수 임피던스를 결정하기 위해 획득되어 회로 컨트롤러(210)에 제공될 수도 있다.

회로 컨트롤러(210)는 최소 임피던스 값에 대응하는 주파수에 기초하여 배터리 셀에 대한 충전 신호의 펄스를 성형하기 위해 도 4의 회로(400)를 활용할 수도 있다. 특히, 도 5는, 하나의 실시형태에 따른, 최소 임피던스 값에 대응하는 주파수에 기초하여 배터리 셀에 대한 충전 신호를 생성하기 위한 방법(500)을 예시한다. 방법(500)의 동작은 회로 컨트롤러(210)에 의해, 특히, 회로(400)의 다양한 컴포넌트를 제어하기 위해 전력 소스(402), 필터 회로(406) 및/또는 입력 성형 회로(420)에 제어 신호를 제공하는 것에 의해 수행될 수도 있다. 방법(500)의 동작 중 하나 이상을 수행하기 위해 회로 컨트롤러(210)에 의해 다른 회로 설계 및 컴포넌트가 또한 제어될 수도 있다. 따라서, 도 4의 회로(400)와 관련하여 본 명세서에서 설명되지만, 방법(500)의 동작은 임의의 수의 하드웨어 컴포넌트, 소프트웨어 프로그램, 또는 하드웨어와 소프트웨어 컴포넌트의 조합을 통해 실행될 수도 있다.

동작(502)에서 시작하여, 회로 컨트롤러(210)는 배터리 셀(404)을 재충전하기 위해 사용될 충전 펄스에 대한 초기 주파수 성분을 선택할 수도 있다. 예를 들면, 구형파 충전 펄스의 비효율성을 방지하도록 배터리 셀(404)을 재충전하기 위해 사인파 충전 펄스가 선택될 수도 있다. 충전 펄스의 초기 주파수는 회로 컨트롤러(210)에 의해 선택될 수도 있다. 몇몇 경우에, 선택된 주파수는 배터리의 초기 충전 동안 배터리 셀(404)에서의 실수 임피던스를 최소화하도록 또는 감소시키도록 결정될 수도 있다. 초기에, 배터리 셀(404)의 실수 임피던스는, 충전 신호가 배터리에 아직 인가되지 않았고 하나 이상의 특성(예컨대 배터리 셀의 충전의 상태 또는 배터리의 다른 전기화학적 양태)이 공지되지 않을 수도 있기 때문에, 회로 컨트롤러(210)에 의해 공지되지 않을 수도 있다. 따라서, 회로 컨트롤러(210)는 충전 펄스가 배터리 셀(404)에 대한 에너지의 제공을 시작하기 위한 초기 주파수를 선택할 수도 있다. 하나의 특정 구현예에서, 회로 컨트롤러(210)는 배터리 셀(404)의 과거의 데이터, 다른 배터리 셀의 과거의 데이터, 회로 컨트롤러(210)의 과거의 데이터, 또는 다른 배터리 재충전 데이터에 기초하여 충전 펄스에 대한 초기 주파수를 획득할 수도 있다. 예를 들면, 회로 컨트롤러(210)는 배터리 셀(404) 또는 다른 배터리 셀의 이전의 재충전 세션을 분석할 수도 있다. 분석에 기초하여, 회로 컨트롤러(210)는, 배터리 셀의 실수 임피던스 값이 최소인 배터리 셀(404)에 대한 주파수(f_Min)를 추정할 수도 있다. 점점 더 많은 재충전 세션이 분석됨에 따라, 배터리 셀(404)에 대한 추정된 최소 실수 임피던스 값에 대응하는, 충전 펄스에 대한 초기 주파수에 대한 최상의 추정이 결정될 수도 있다. 초기의 선택된 주파수는 배터리 셀(404)에 대한 충전의 상태에 대한 실제의 최소 실수 임피던스 값에 대응할 수도 있는 것이 아니라, 오히려, 목표 배터리 셀 또는 임의의 다른 배터리 셀에 대한 하나 이상의 과거의 실수 임피던스 측정치에 기초할 수도 있다.

충전 펄스에 대한 초기 주파수가 선택된 상태에서, 회로 컨트롤러(210)는, 배터리 셀(404)에 대한 고조파 충전 펄스를 생성하기 위해, 충전 회로(400)의 펄스 제어 신호 입력(416) 및/또는 PWM 신호 입력(426)을 제어할 수도 있다. 특히, 회로 컨트롤러(210)는 시간의 제1 기간 동안 제1 트랜지스터(412)를 활성화하기 위해 펄스 제어 신호(416)를 제공할 수도 있다. 제1 트랜지스터(412)의 활성화는 전력 레일(442)로부터 배터리 셀(404)로 에너지 펄스를 전도시킬 수도 있다. 필터 회로(406)의 제1 인덕터(410)는 전력 레일(442)로부터 수신되는 펄스(예를 들면, 구형파 펄스)에서의 신속한 증가에 저항할 수도 있고, 배터리 셀(404)로의 송신을 위해 기울어진 선두 에지(예를 들면, 사인파 펄스의 선두 에지)를 출력할 수도 있다. 충전 신호 펄스의 지속 기간은, 제1 트랜지스터(412)가 활성화되고 전도 상태에 있는 시간의 제1 기간에 또한 대응할 수도 있다. 게다가, 펄스의 크기는 전력 소스(402)에 의해 제공되는 신호의 크기(잠재적으로 V_CONT(434)에 의해 제어됨) 및/또는 펄스 제어 신호(416)를 통해 제어되는 바와 같은 펄스 신호의 지속 기간에 대응할 수도 있다. 특히, 제1 트랜지스터(412)가 전도 상태에 있는 지속 기간은 배터리 셀(404)에 제공되는 에너지 펄스의 지속 기간에 대응한다. 많은 경우에, 에너지 펄스의 주기적인 반복 패턴을 배터리 셀(404)에 제공하기 위해 회로 제어(210)는 제1 트랜지스터(412)의 활성화/비활성화 제어를 반복할 수도 있다.

선두 에지 및 펄스 지속 기간에 더하여, 배터리 셀(404)에 제공되는 에너지 펄스에 대한 변경은 입력 성형 회로(420)의 제어를 통해 수행될 수도 있다. 특히, 입력 성형 회로(420)로 하여금 펄스의 지속 기간 동안 임의의 시간에 펄스로부터 에너지를 흡수하게 하고 펄스의 크기를 감소시키게 하기 위해 트랜지스터를 빠르게 활성화 및 비활성화하도록 PWM 신호(426)가 제2 트랜지스터(422)에 제공될 수도 있다. PWM 신호(426)의 주파수는 에너지 펄스 신호로부터 얼마나 많은 에너지가 흡수되는지를 제어할 수도 있어서, 프로파일을 추가로 변경할 수도 있다. PWM 신호(426)의 정밀한 제어를 통해, 펄스 크기는 배터리 셀(404)을 충전하기 위한 성형된 펄스를 생성하도록 (펄스로부터 에너지의 제거를 통해) 감소될 수도 있거나 또는 (입력 성형 회로(420)에 의해 펄스로부터 에너지가 제거되지 않도록 트랜지스터(422)를 비활성화하는 것에 의해) 증가될 수도 있다.

회로(400)에 대한 입력, 예컨대 펄스 제어 신호(416) 및/또는 PWM 신호(426)의 제어를 통해, 회로 컨트롤러(210)는, 도 3a의 파형(314)과 유사하게, 선택된 초기 주파수에서 배터리 셀(404)을 충전하기 위한 사인파 펄스를 생성할 수도 있다. 그러나, 상기에서 언급되는 바와 같이, 배터리 셀(404)에서의 최소 실수 임피던스는 배터리의 충전 동안 변할 수도 있다. 예를 들면, 배터리 셀(404)의 충전의 상태 및 온도는 최소 실수 임피던스 특성을 변경할 수도 있다. 펄스 충전 신호의 주파수를 배터리의 현재 상태에서의 배터리 셀(404)의 최소 실수 임피던스에 대응하는 주파수로 조정하는 것은 배터리 충전에 대한 효율성 이점을 제공할 수도 있다. 따라서, 회로 컨트롤러(210)는, 동작(506)에서, 다양한 주파수에서 배터리 셀의 임피던스를 측정하여, 다양한 주파수에서 배터리 셀의 실수 임피던스 값의 함수를 획득할 수도 있다. 하나의 구현예에서, 회로 컨트롤러(210)는, 배터리 셀(404)에서의 측정된 최소 실수 임피던스에 대응하는 충전 신호 주파수를 결정하기 위해, 다양한 주파수에서 하나 이상의 테스트 신호를 배터리 셀(404)에 인가할 수도 있다. 테스트 신호의 주파수는 배터리 셀(404)에 테스트 신호의 범위를 제공하기 위해 회로 컨트롤러(210)에 의해 사전 결정될 수도 있다. 각각의 테스트 신호에 대해, 배터리 셀(404)에서의 대응하는 실수 임피던스 값이 결정 및/또는 저장될 수도 있다. 많은 주파수를 사용하는 것에 더하여, 정전류식 간헐적 적정 테크닉(Galvanostatic Intermittent Titration Technique: GITT)이 또한 사용될 수도 있다. 일반적으로, GITT는 배터리 셀(404)의 임피던스를 결정하기 위해 사용될 수도 있는 복소 임피던스를 노출시키기 위해 구형 펄스(스펙트럼에 걸친 사인파 주파수의 합임)의 성질을 사용한다.

동작(508)에서, 측정된 테스트 임피던스의 최소 실수 임피던스 값이 결정될 수도 있다. 예를 들면, 회로 컨트롤러(210)는 수신된 테스트 결과로부터의 가장 작은 실수 임피던스 값을 최소 임피던스 값으로서 선택할 수도 있다. 다른 예에서, 회로 컨트롤러(210)는 수신된 실수 임피던스 값을 분석하고 그 값을 외삽하여 최소 실수 임피던스 값을 결정할 수도 있다. 예를 들면, 측정 값은, 실수 임피던스 값이 일련의 증가하는 테스트 주파수에 대해 감소하고, 후속하여, 다음 번 일련의 증가하는 테스트 주파수에 대해 측정 값이 증가한다는 것을 나타낼 수도 있다. 회로 컨트롤러(210)는, 배터리 셀(404)에 대한 최소 실수 임피던스 값이 증가하는 테스트 주파수의 제1 세트와 증가하는 테스트 주파수의 제2 세트 사이의 주파수에 대응한다는 것을 결정할 수도 있다. 이러한 상황에서, 회로 컨트롤러(210)는 측정된 값 사이에서 배터리 셀(404)에 대한 최소 실수 임피던스 값을 추정할 수도 있다. 동작(510)에서, 회로 컨트롤러(210)는 배터리 셀(404)에 대한 결정된 최소 실수 임피던스 값에 대한 대응하는 주파수를 결정할 수도 있다. 예를 들면, 배터리 셀(404)의 실수 임피던스 값(324) 대 테스트 신호의 주파수(326)의 그래프(334)가 생성될 수도 있고, 최소 실수 임피던스 값(330)이 그래프로부터 결정될 수도 있다. 최소 실수 임피던스 값(330)에 대한 대응하는 주파수도 그래프(334)로부터 또한 결정될 수도 있다. 일반적으로, 대응하는 주파수를 결정하기 위해, 최소 실수 임피던스 값을 초래하는 배터리 셀(404)에 대한 입력 신호의 주파수를 결정하기 위한 임의의 상관 알고리즘이 활용될 수도 있다.

동작(512)에서, 회로 컨트롤러(210)는 측정된 테스트 임피던스의 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수가, 충전 펄스가 제공되는 이전에 선택된 주파수와는 상이한지를 결정할 수도 있다. 배터리 셀(404)에 대한 테스트 신호의 인가로부터 획득되는 대응하는 주파수가 충전 펄스가 제공되고 있는 주파수와는 상이하다는 것을 회로 컨트롤러(210)가 결정하는 경우, 회로 컨트롤러(210)는, 동작(514)에서, 충전 신호의 추가적인 펄스에 대한 대응하는 주파수를 선택할 수도 있다. 게다가, 회로 컨트롤러(210)는 동작(504)으로 돌아가서, 배터리 셀에 대한 충전 펄스의 주파수를 결정된 대응하는 주파수로 조정하기 위해, 입력 신호를 생성하여 성형 회로에 제공할 수도 있다. 대응하는 주파수가 충전 펄스가 제공되는 주파수와는 상이하지 않은 경우, 회로 컨트롤러(210)는, 동작(514)에서, 추가적인 충전 펄스에 대한 주파수를 유지할 수도 있고, 동작(504)에서, 대응하는 제어 신호를 성형 회로에 제공할 수도 있다. 따라서, 도 5의 방법(500)을 통해, 배터리 셀(204)을 재충전하기 위해 생성되는 사인파 충전 펄스에 대해 배터리 셀에 대한 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수가 선택될 수도 있다.

사인파 충전 신호를 사용함에 있어서의 하나의 잠재적인 단점은, 그러한 신호의 각각의 펄스가, 구형파 충전 신호와 비교하여, 더 적은 충전 에너지를 전달한다는 것이다. 이러한 잠재적인 단점은, 가장 적은 양의 시간에 가장 많은 양의 에너지를 배터리 셀에 제공하려고 시도하는 급속 충전 환경에서 특히 두드러질 수도 있다. 도 6의 그래프(602)는 이러한 잠재적인 단점의 예시를 제공한다. 특히, 도 6은 시간(606)에 걸친 배터리 충전 신호의 중첩된 구형파 펄스(612, 614) 및 사인파 펄스(608, 610)의 입력 전압값(604)의 그래프(602)이다. 일반적으로, 각각의 펄스 아래의 면적은 재충전을 위해 배터리에 제공될 수도 있는 전하의 양을 나타낸다. 펄스 아래의 면적은 이용 가능한 전하의 양을 나타낸다는 것이 인식되어야 한다 - 상기에서 논의되는 바와 같이, 셀을 충전하기 위해 구형 펄스의 에너지의 모두가 전달되는 능력과 일반적으로 충돌하는 배터리 및 충전의 속성이 존재한다. 그럼에도 불구하고, 구형파 펄스(612, 614) 및 사인파 펄스(608, 610)를 통해 제공되는 전하의 양 사이의 차이는 빗금친 영역(616, 618)에 예시된다. 도시되는 바와 같이, 사인파 펄스(608, 610)는, 상기에서 논의되는 선택된 고조파 주파수를 추정하는 것에 기인하여 배터리에서 임피던스를 감소시키면서, 구형파 펄스(612, 614)보다 펄스마다 더 적은 충전을 배터리에 제공할 수도 있다. 따라서 최소 임피던스 주파수 기반의 충전은 다른 시스템에 비해 충전을 향상시킬 수도 있다; 그러나, 추가적인 개선 및 최적화가 또한 이용 가능할 수도 있다.

최소 실수 임피던스 값에 대응하는 선택된 고조파에서 유사한 충전 양을 배터리에 제공하기 위한 한 가지 잠재적인 방법은 충전 펄스(608, 610)의 크기를 증가시키는 것이다. 그러나, 많은 배터리는 충전 신호의 크기에 대해 상위 임계치를 부과하는 특성을 포함하며, 그 결과, 단지 사인파 펄스의 크기를 증가시키는 것은 배터리 셀을 빠르게 충전하는 데 도움이 되지 않을 수도 있다. 예를 들면, 많은 배터리의 전해질은 전압 임계치와 상관되는 특정한 전력 레벨에서 절연 파괴되기(breakdown) 시작하여, 그러한 화학 반응의 비가역성에 기인하여 배터리의 수명을 단축시킨다. 전해질의 그러한 절연 파괴는 배터리의 전극에 인가되는 재충전 전력 신호에서의 신속한 변화에서도 또한 발생할 수도 있다. 배터리의 다른 컴포넌트도 전력 재충전 신호의 갑작스러운 인가에 대해 또한 절연 파괴될 수도 있거나 또는 다르게는 손상될 수도 있다. 예를 들면, 하나 이상의 영구 채널은 고전력 신호에 기인하여 리튬 이온 배터리의 고체 전해질 인터페이즈(solid electrolyte interphase: SEI) 층을 가로질러 형성될 수도 있으며, 결과적으로, 애노드를 가로질러 영구적인 공간적 불균일성을 초래할 수도 있다. SEI 층은 고전력 신호에 응답하여 두께를 또한 증가시킬 수도 있어서, 배터리의 효율성을 감소시킬 수도 있다. 게다가, 재충전 전력 신호의 크기를 증가시키는 것은 배터리로 하여금 소산될 수 있는 것보다 더 빨리 열을 생성하게 할 수도 있어서, 잠재적으로 배터리에 대한 손상 및 더 높은 위험의 열 폭주를 초래할 수도 있다. 그러한 만큼, 추가적인 충전을 제공하기 위해 펄스(608, 610)의 크기를 단순히 증가시키는 것은 재충전 중인 배터리를 손상시킬 수도 있다.

사인파 펄스(608, 610)로부터 제공되는 충전 에너지의 양을 증가시키기 위한 대안적인 방법은, 사인 펄스가 일반적으로 감소하기 시작할 펄스 피크 또는 그 근처에서 펄스를 유지하면서, 고조파를 결합하고 피크를 넓히고 그리고/또는 펄스의 선두 에지를 목표 실수 임피던스 최소 주파수로 튜닝하는(그리고/또는 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이 임피던스의 허수 성분을 목표로 하는) 것이다. 하나의 예에서, 본 명세서에서 논의되는 방법 및 회로는 배터리 셀의 하나 이상의 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수의 범위를 결정하기 위해 그리고 식별된 주파수의 범위 내의 고조파를 포함하는 충전 신호를 배터리 셀에 제공하기 위해 적용될 수도 있다. 예를 들면, 도 7a는 배터리 셀에 인가되는 충전 신호의 대응하는 주파수(706)에 대한 배터리 셀의 측정된 실수 임피던스 값(714)의 그래프(702)이다. 값은 실시간으로 측정될 수도 있지만, 그러나 또한 측정 및 저장될 수도 있고, 그러므로, 실시간으로 측정되지 않을 수도 있고, 그들은 다른 정보로부터 특성 묘사되거나 또는 유도될 수도 있고, 그들은 주기적으로만 측정될 수도 있고, 주파수는 어떤 초기 값으로 설정될 수도 있고 그 다음 피드백 루프에서 조정될 수도 있고, 임피던스는 추정될 수도 있거나 또는 다른 정보로부터 외삽될 수도 있고, 및 등등일 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 허수 임피던스 값, 어드미턴스 값, 및/또는 서셉턴스 값과 같은, 배터리 셀의 다른 양태는 유사하게 측정 또는 추정될 수도 있고, 충전 펄스를 성형하기 위해 사용될 수도 있다는 것이 또한 인식되어야 한다. 그래프는, 비록 엄격하게 최소 임피던스 주파수 값에 있지는 않을지라도, 허용 가능한 최소 임피던스 값 사이의 최대 주파수(710) 및 최소 주파수(708)를 예시한다. 도 7a의 그래프(702)는, 그것이 배터리 셀의 실수 임피던스 값 대 배터리에 제공되는 충전 신호의 주파수의 플롯을 나타낸다는 점에서, 상기에서 논의되는 도 3b의 그래프(322)와 유사하다. 그러나, 이 예에서는, 최소 실수 임피던스 값(330)에 대응하는 주파수(f_Min)(332)를 결정하기 보다는, 배터리 셀을 충전하기 위한 허용 가능한 임피던스 값의 범위에 기초하여 배터리의 최소 실수 임피던스 값(712) 근처에서 최소 주파수(f_RMin)(708) 및 최대 주파수(f_RMax)(710)에 의해 정의되는 주파수의 범위가 결정될 수도 있다. 최소 주파수(f_RMin)(708) 및 최대 주파수(f_RMax)(710)는, 펄스의 프로파일을 넓히고 각각의 펄스 동안 배터리 셀로 전송되는 전하를 증가시키기 위해, 생성된 배터리 충전 신호 펄스에서 선택되어 포함될 수도 있다. 허용 가능한 임피던스 값에서 주파수의 범위에 기초하여 전력 재충전 신호의 충전 펄스에서 다수의 고조파를 포함하는 것을 통해, 충전 펄스를 수신하는 배터리 셀에서 더 작은 임피던스를 유지하면서, 단일의 고조파 사인파로부터 이용 가능한 것보다 더 많은 전하가 제공되어 배터리 셀을 재충전할 수도 있다.

도 7b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀의 실수 임피던스 값에 기초하여 최대 주파수(f_RMax)(710) 및 최소 주파수(f_RMin)(708)에 대응하는 주파수에서 복수의 고조파를 포함하는 배터리 셀 충전 펄스의 신호 다이어그램(722)이다. 도 7b는 다양한 고조파가 임피던스에 어떻게 영향을 끼치는지를 설명하는 고조파 프로파일의 한 예이다. 이 예에서, 고조파 프로파일은 주파수의 범위 및 실수 임피던스를 예시한다. 그러나, 고조파 프로파일은, 충전시 단일의 주파수 및 임피던스 관계만큼 간단할 수도 있다. 더욱이, 임피던스는 실수, 허수, 모듈러스(modulus), 및 이들의 조합(뿐만 아니라 어드미턴스의 유사물)일 수도 있다. 신호 다이어그램(722)은, 최대 전압 임계치(730) - 그 위에서 배터리에 대한 손상이 발생할 수도 있음 - 를 비롯하여, 입력 전압(724) 대 시간(726)을 예시한다. 특히, 다이어그램(722)의 충전 펄스(728)는 도 7a의 그래프(702)에서 나타내어지는 주파수의 범위에 기초하여 생성될 수도 있다. 예를 들면, 도 7b의 충전 펄스(728)는 최소 주파수(f_RMin)(708)와 최대 주파수(f_RMax)(710) 사이에 놓여 있는 고조파의 범위를 포함할 수도 있다. 하나의 예에서, 최소 주파수(f_RMin)(708) 및 최대 주파수(f_RMax)(710)는, 최소 실수 임피던스 값(712)에 대응하는 주파수(f_Min)(711)가 최소 주파수(f_RMin)(708) 및 최대 주파수(f_RMax)(710) 내에 있을 수도 있도록, 배터리 셀에 대한 결정된 최소 실수 임피던스 값(712) 근처의 범위에 기초할 수도 있다. 충전 펄스(728) 내의 각각의 선택된 고조파 주파수에서, 대응하는 크기는 그 주파수에서 배터리의 대응하는 실수 임피던스 값에 기초하여 결정될 수도 있고, 그 결과, 고조파 함량 및/또는 크기에 기초하여 다소 불균일한 임의적으로 성형된 충전 펄스를 초래할 수도 있다. 그러나, 선택된 크기 중 어느 것도, 재충전 중인 배터리 셀이 손상될 수도 있거나 또는 배터리의 열 폭주를 야기할 수도 있는 상위 전압 또는 전력 임계치(730)를 초과할 수 없을 수도 있다. 최소 실수 임피던스 값(712)에 대응하는 주파수의 범위를 포함하는 것을 통해, 충전 펄스는, 배터리에서 낮은 임피던스를 유지하면서, 배터리를 재충전하기 위해 더 많은 전하가 인가될 수도 있도록 확장될 수도 있다. 이러한 방식으로, 구형파 재충전 신호를 사용하든 또는 그렇지 않든 간에, 펄스 충전의 다른 종래 기술과 비교하여, 배터리 셀을 재충전하기 위해 효율성을 개선하는 고충전, 저임피던스 충전 신호가 사용될 수도 있다.

도 8은, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀의 최대 및 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수의 범위에 기초하여 배터리 셀에 대한 충전 신호를 생성하기 위한 방법을 예시하는 플로우차트이다. 상기에서 언급되는 바와 같이, 허수 임피던스 값, 어드미턴스 값, 및/또는 서셉턴스 값과 같은 배터리 셀의 다른 양태에 기초하여 배터리 셀에 대한 충전 신호를 생성하기 위해 유사한 방법이 실행될 수도 있다. 도 5의 방법(500)과 유사하게, 도 8의 방법(800)의 동작은 회로 컨트롤러(210)에 의해, 특히 도 4의 회로(400)의 다양한 컴포넌트를 제어하기 위해 전력 소스(402), 필터 회로(406), 및/또는 입력 성형 회로(420)에 제어 신호를 제공하는 것에 의해 수행될 수도 있다. 방법(500)의 동작 중 하나 이상을 수행하기 위해 회로 컨트롤러(210)에 의해 다른 회로 설계 및 컴포넌트가 또한 제어될 수도 있다. 따라서, 도 4의 회로(400)와 관련하여 본 명세서에서 설명되지만, 방법(500)의 동작은 임의의 수의 하드웨어 컴포넌트, 소프트웨어 프로그램, 또는 하드웨어와 소프트웨어 컴포넌트의 조합을 통해 실행될 수도 있다.

동작(802)에서 시작하여, 회로 컨트롤러(210)는 배터리 셀에 대한 최소 실수 임피던스 값을 획득할 수도 있다. 최소 실수 임피던스 값을 획득하는 것은, 회로 컨트롤러(210)가 충전 신호의 다양한 주파수에서 배터리의 임피던스 측정치를 측정하거나 또는 수신할 수도 있다는 점에서, 상기의 것과 유사할 수도 있다. 최소 실수 임피던스 값은 루프형 또는 회로 컨트롤러(210) 구동 프로세스를 통해 또한 결정될 수도 있다. 예를 들면, 회로 컨트롤러(210)는, 회로로 하여금, 상이한 주파수, 예를 들면, 일정 범위의 주파수에서, 배터리를 충전하게 할 수도 있고, 배터리 셀에 대한 최소 임피던스 값이 발견될 때까지 배터리 셀(204)의 임피던스를 측정하게 할 수도 있다. 그러한 측정(본 명세서에서 고조파 프로파일로서 또한 지칭됨)은 배터리 셀의 능동 충전 동안 행해질 수도 있거나 또는 행해져서 메모리에 저장될 수도 있고 룩업 양식으로 동작될 수도 있다. 몇몇 배터리의 경우, 임피던스 측정치 대 충전 신호 주파수는 도 7a의 그래프(702)와 유사할 수도 있다. 그래프(702)와 유사하게, 회로 컨트롤러(210)는 복수의 임피던스 측정치에 기초하여 배터리 셀의 최소 실수 임피던스 값(712)을 결정할 수도 있다. 임피던스 측정 프로세스는 또한, 상이한 주파수에서 임피던스 값을 획득 및 저장할 수도 있는데, 예를 들면, 최소 주파수가 발생하는 주파수(f_Min)(711)보다 더 큰 또는 더 작은 주파수에서 임피던스 측정치를 획득할 수도 있다.

동작(804)에서, 회로 컨트롤러(210)는 허용 가능한 임피던스 값의 대응하는 범위에 대한 상위 실수 임피던스 값(720)을 선택할 수도 있다. 특히, 회로 컨트롤러(210)는 충전 신호의 인가에 기초하여 배터리 셀에서 허용 가능한 임피던스 값(716)을 결정할 수도 있거나 또는 제공받을 수도 있다. 허용 가능한 임피던스 값(716)은 최소 임피던스 값 위에 있고 최소 임피던스가 발생하는 주파수(f_Min)(711) 아래뿐만 아니라 위에 있는 주파수에서 발생하는 하나의 허용 가능한 임피던스 값으로서 도시되고 설명된다. 허용 가능한 임피던스 값(716)은 최소 임피던스 위 또는 아래의 주파수에 대해 동일하지 않을 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 허용 가능한 임피던스(716)는 충전이 진행됨에 따라, 셀 온도가 변경됨에 따라 변경될 수도 있고, 충전 전류 레벨에 기초할 수도 있고 등일 수도 있다. 허용 가능한 임피던스 값(716)은 상기에서 결정되는 최소 임피던스 값(712)보다 더 클 수도 있다. 예를 들면, 회로 컨트롤러(210)는 충전 신호에 대한 허용 가능한 임피던스 값으로서 임피던스 값(716)을 결정할 수도 있거나 또는 제공받을 수도 있다. 일반적으로, 허용 가능한 임피던스 값(716)은 재충전 중인 배터리 셀에서의 임의의 임피던스일 수도 있다. 그러나, 충전 신호의 인가 동안 배터리 셀에서의 전체 임피던스를 제한하기 위해, 작은 허용 가능한 임피던스 값(716)이 선택될 수도 있거나 또는 결정될 수도 있다. 게다가, 범위의 상위 임피던스 값(720)은, 최소 임피던스(f_Min)(711)가 발생하는 것과는 상이한 주파수, 또는 주파수의 조합에서 발생하는 임피던스 값일 수도 있다. 많은 경우에, 최소 임피던스가 발생하는 주파수(f_Min)(711) 위 및 아래의 그리고 최소 임피던스(712) 위에 있지만 그러나 허용 가능한 임피던스(716) 아래에 있는 주파수의 범위가 있을 것이다. 예를 들면, 범위의 허용 가능한 임피던스는 최소 임피던스가 발생하는 주파수보다 더 높은 주파수(f_RMax)(710)에서 발생할 수도 있다. 따라서, 회로 컨트롤러(210)는, 허용 가능한 임피던스 값(716)이 조우될 때까지 최소 임피던스 값(712)으로부터 우측으로(또는 증가하는 주파수 쪽으로) 임피던스 값의 플롯된 곡선(714)을 따르는 것에 의해 허용 가능한 범위에 대한 상위 임피던스 값(720)을 결정 또는 선택하도록 구성될 수도 있다. 그러나, 다른 구현예에서, 범위에 대한 상위 임피던스 값(720)은 최소 임피던스 값(712)으로부터의 설정된 차이(프로그래밍 방식, 최소치로부터의 설정된 델타, 계산되고 배터리 충전, 온도 등과 같은 다른 요인을 고려함)일 수도 있다. 예를 들면, 범위(720)에 대한 상위 임피던스 값은 최소 임피던스 값(712)의 두 배 또는 최소 임피던스 값의 어떤 다른 비율로서 결정될 수도 있다.

도 7a에서 부드러운 곡선으로 도시되지만, 임피던스 값의 플롯된 곡선(714)의 형상은 상이한 주파수에서 노이즈 또는 다른 효과의 다양한 경우를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 플롯된 임피던스 값(714)은, 플롯된 곡선(714)이 강하를 포함할 수도 있도록, 특히 고조파의 크기가 증가함에 따라 더 높은 주파수에서 강하(dip)를 포함할 수도 있도록, 상이한 신호 크기에서 생성될 수도 있다. 따라서 플롯(714)은 고조파 전력의 상이한 증분과 각각 관련되는 여러 가지 상이한 플롯의 합산일 수도 있다. 그러한 상황에서, 가장 낮은 임피던스(712)에 대응하는 주파수(f_Min)(711)는, 고조파의 크기가 소정의 값 - 그 위에서 임피던스 값은 급격히 증가하기 시작함- 까지 증가됨에 따라 상대적으로 일정하게 유지될 수도 있다.

게다가, 팩에 있는 셀의 물리적 방위(예컨대, 병렬로 연결되는지 또는 직렬로 연결되는지의 여부)도 또한 기생의 용량성 및 유도성 손실에 기인하여 임피던스 곡선의 형상에 영향을 끼칠 수도 있다. 예를 들면, 에너지는, 특정한 주파수 대역에서, 공기를 통해 하나의 셀로부터 다른 셀로 짧은 거리를 점프하기 시작하여, 배터리 팩 구조 내의 셀을 효과적으로 우회하고 그 지점에서 전류의 흐름을 추가로 방해하거나 또는 허용할 수도 있다. 그들 주파수에서의 측정된 임피던스는, 특히 더 높은 주파수로 향하는 몇몇 고조파의 경우, 국소화된 최소 임피던스 값이 결정될 수도 있도록, 팩 내의 셀이 스킵됨에 따라 임피던스가 낮게 보이는 임피던스 곡선 또는 영역에서 강하를 야기할 수도 있다. 그러나, 이들 더 높은 주파수에서 배터리 셀 또는 팩을 충전하는 것은, 상기에서 설명되는 이유 때문에, 배터리 셀의 충전의 효율성을 개선하지 않을 수도 있다. 그러한 만큼, 가장 낮은 임피던스(712)에 대응하는 주파수(f_Min)(711)를 결정하는 것은, 배터리 팩 내의 기생 손실에 기인하는 더 높은 주파수에서의 임피던스 값에서의 강하 또는 상대적으로 노이즈가 있는 대역을 배제하는 동작을 포함할 수도 있다. 더 높은 주파수의 그러한 배제는 인덕터 값(410)(또는 필터 회로(406, 418))의 선택을 통해 달성될 수도 있거나 또는 회로(400)에서 충전 신호의 경로에 포함되는 추가적인 고주파수 필터를 포함할 수도 있다. 하나의 구현예에서, 컨트롤러(210)는, 국소적인 최소 임피던스 값을 포함하지만 그러나 더 높은 주파수에 있고 배제되어야 하는 그들 영역을 구별하기 위해, 배터리 셀 또는 팩의 여러 가지 파라미터, 예컨대 실수 및 허수 임피던스, 어드미턴스, 및 어쩌면 다른 것을 비교할 수도 있다. 게다가, 컨트롤러(210)는, 배터리 팩 내의 기생 손실에 기인하는 임피던스에서의 강하가 작은 주파수 범위와 관련될 가능성이 있기 때문에, 검출된 최소 임피던스 값과 관련되는 주파수의 범위를 결정할 수도 있다.

또한, 팩의 셀 사이에서 에너지가 점프하는 팩으로부터 획득되는 임피던스 곡선 플롯(714)은 팩 구성을 핑거프린트를 채취하거나(fingerprint) 또는 식별하기 위해 컨트롤러(210)에 의해 활용될 수도 있다. 예를 들면, 직렬로 연결되는 셀을 포함하는 제1 배터리 팩 구성은, 병렬로 연결되는 셀을 포함하는 제2 배터리 팩 구성과는 상이한 임피던스 플롯을 가질 수도 있다. 상이한 셀 카운트 또는 방위의 팩 사이의 검출 가능한 차이가 또한 유사하게 사용될 수도 있다. 따라서, 컨트롤러(210)는 배터리 팩에 대한 (컨덕턴스 및/또는 서셉턴스와 같은 배터리 팩의 다른 양태의 플롯 이외의) 임피던스 플롯을 획득할 수도 있고 획득된 플롯을 임피던스 플롯의 데이터베이스에 비교할 수도 있다. 임피던스 플롯의 데이터베이스는, 저장된 플롯에 대한 획득된 임피던스 플롯의 비교를 통해, 컨트롤러(210)가 충전되고 있는 셀 타입 또는 배터리 팩의 구성을 결정할 수도 있거나 또는 추정할 수도 있도록, 각각의 플롯을 특정한 배터리 팩 구성 또는 배터리 셀 타입과 상관시킬 수도 있다. 그 다음, 컨트롤러(210)는 추정된 배터리 팩 구성에 기초하여 충전 펄스를 추가로 조정할 수도 있거나 또는 성형할 수도 있다.

범위에 대한 상위 임피던스 값(720)이 결정되게 하는 방법에 관계없이, 회로 컨트롤러(210)는 동작(806)에서 상위 임피던스 값(720)의 대응하는 주파수(f_RMax)(710)를 결정할 수도 있다. 상기에서 설명되는 바와 같이, 배터리 셀 전극에서의 임피던스는 전극에 인가되는 충전 신호의 주파수에 기초하여 변할 수도 있다. 따라서, 주파수(f_RMax)(710)는 허용 가능한 범위에 대한 선택된 상위 임피던스 값(720)에 대응할 수도 있다. 회로 컨트롤러(210)는 선택된 상위 임피던스 값(720)에 대응하는 주파수(f_RMax)(710)를 결정할 수도 있다.

동작(808)에서, 회로 컨트롤러(210)는 배터리에 대한 획득된 최소 임피던스 값(712)에 기초하여 허용 가능한 임피던스 값의 대응하는 범위에 대해 더 낮은 임피던스 값(718)을 또한 선택할 수도 있다. 범위에 대한 상위 임피던스 값(720)과 유사하게, 하위 임피던스 값(718)은 허용 가능한 임피던스 값(716)에 기초하여 선택될 수도 있거나 또는 결정될 수도 있고, 최소 임피던스 값(712)이 발생하는 주파수(f_Min)(711)보다 더 낮은 주파수(f_RMin)(708)에 있을 수도 있다. 다시 말하면, 회로 컨트롤러(210)는, 허용 가능한 임피던스 값(716)이 조우될 때까지 최소 임피던스 값(712)이 발생하는 주파수(f_Min)(711)로부터 좌측으로(또는 감소되는 주파수 쪽으로) 임피던스 값의 플롯된 곡선(714)을 따르는 것에 의해 허용 가능한 임피던스 값의 범위에 대한 하위 임피던스 값(718)을 결정하도록 또는 선택하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 상위 임피던스 값(720) 및 하위 임피던스 값(718)은, 몇몇 경우에, (예컨대 범위에 대한 허용 가능한 임피던스 값(716)에서) 동일할 수도 있지만, 그러나 상이한 주파수에서, 예를 들면, 충전 신호의 최소 임피던스의 주파수(f_Min)(711)의 위에서 및 아래에서 발생할 수도 있다. 다른 구현예에서, 임피던스 값의 범위에 대한 하위 임피던스 값(718)은, 범위에 대한 상위 임피던스 값(720)과 유사하게, 최소 임피던스 값(712)으로부터 지정된 차이일 수도 있다. 상위 임피던스 값(720)이 결정되게 하는 방법에 관계없이, 회로 컨트롤러(210)는 동작(810)에서 하위 임피던스 값의 대응하는 주파수(f_RMin)(708)를 결정할 수도 있다. 일반적으로, 대응하는 주파수(f_RMin)(708)는 최소 임피던스 값(712)의 대응하는 주파수(f_Min)(711)보다 더 낮은 주파수이다. 몇몇 예에서, 충전 펄스를 생성하기 위한 고조파의 허용 가능한 범위 또는 세트는, 주파수(f_Min)(711)를 또한 포괄하는, 범위에 대한 주파수(f_RMax)(710)와 범위에 대한 주파수(f_RMin)(708) 사이에 속하는 주파수의 범위에 기초할 수도 있다.

여전히 다른 구현예에서, 회로 컨트롤러(210)는 상위 임피던스 값(720) 또는 하위 임피던스 값(718) 중 하나 또는 둘 모두를 결정하지 않을 수도 있다. 오히려, 회로 컨트롤러(210)는 임피던스 값의 범위에 대해 주파수(f_RMax)(710) 및 주파수(f_RMin)(708)를 선택(예를 들면, 테이블에서 룩업 등)할 수도 있다. 몇몇 경우에, 상위 및 하위 주파수 값 중 어느 하나 또는 둘 모두는, 이전 모델링, 이전 측정치로부터의 외삽 등에 기초하여 측정될 수도 있거나 또는 메모리로부터 획득될 수도 있는 최소 임피던스 주파수(f_Min)(711)에 기초할 수도 있다. 최소 임피던스 주파수(f_Min)(711)에 기초하여 또는 다르게 주파수(f_RMax)(710) 및/또는 주파수(f_RMin)(708)를 선택하는 것에 의해, 회로 컨트롤러(210)는 충전 신호에 대한 주파수 범위 또는 대역폭을 제어할 수도 있다. 게다가, 주파수 범위는, 주파수 범위 내의 대응하는 임피던스 값이, 배터리 셀의 측정된 임피던스 값 또는 배터리 셀 또는 다른 배터리 셀의 과거의 측정치에 기초하여, 배터리 셀을 충전하기 위한 허용 가능한 임계값(716)(또는 값) 미만으로 유지되는 것을 보장하도록 선택될 수도 있다.

동작(812)에서, 회로 컨트롤러(210)는 주파수(f_RMax)(710) 및 주파수(f_RMin)(708)에 의해 정의되는 주파수의 범위 내의 다수의 주파수에 대응하는 크기 값을 획득할 수도 있다. 하나의 구현예에서, 범위 내의 주파수에 대응하는 크기는 그 주파수에서 측정되는 또는 추정되는 임피던스에 비례할 수도 있다. 예를 들면, 주파수(f_RMax)(710)에서 충전 펄스에서의 포함을 위해 획득되는 크기는 그 주파수에서의 실수 임피던스 값(720)에 비례할 수도 있다. 유사하게, 주파수(f_Min)(711)에서 충전 펄스에서의 포함을 위해 획득되는 크기는 그 주파수에서의 실수 임피던스 값(712)에 비례할 수도 있다. 따라서, 범위 내의 각각의 주파수는 그 주파수에서의 임피던스 값(714)에 대응하는 관련된 크기를 가질 수도 있다. 그러나, 각각의 고조파의 임피던스는 파형의 다른 고조파의 크기에 반드시 독립적이지는 않을 수도 있다는 것이 주목될 수도 있다.

동작(814)에서, 회로 컨트롤러(210)는 배터리 셀(404)에 대한 성형된 충전 펄스를 생성하기 위해 충전 회로(400)의 PWM 신호 및 펄스 제어 신호를 제어할 수도 있다. 상기에서 설명되는 바와 같이, 도 4의 회로(400)는 충전 중인 배터리 셀(404)에 대한 충전 신호의 펄스를 생성하기 위해 활용될 수도 있다. 특히, 필터 회로(406) 및/또는 입력 성형 회로(420)는, 상위 레일(442)로부터의 전력을, 상기에서 결정되는 주파수 범위에 대응하는 하나 이상의 주파수 또는 고조파를 포함하는 충전 펄스의 시퀀스로 성형하도록 제어될 수도 있다. 하나의 예에서, 필터 회로(406)는 주파수(f_RMax)(710) 또는 주파수(f_RMin)(708)에서 사인파 신호에 대응하는 선두 에지를 생성하도록 제어될 수도 있다. 게다가, 펄스 제어 신호(416)의 지속 기간은, 펄스 제어 신호(416)의 더 긴 지속 기간이 더 넓은 충전 펄스(또는 충전 펄스의 더 넓은 대역폭)에 대응할 수도 있다는 점에서, 충전 펄스에 대한 고조파의 범위를 결정할 수도 있다. 또한, 입력 성형 회로(420)는 신호의 특정한 경우 또는 고조파에서 충전 펄스의 크기를 변경하기 위해 PWM 신호(426)를 통해 제어될 수도 있다. 이러한 방식으로, 회로 컨트롤러(210)는 주파수(f_RMax)(710) 및 주파수(f_RMin)(708)에 의해 정의되는 주파수의 결정된 범위에 기초하여 다수의 고조파를 포함하도록 충전 펄스를 성형하기 위해 회로(400)에 하나 이상의 입력을 제공할 수도 있다. 도 8의 방법(800)을 통해, 회로 컨트롤러(210)는, 배터리 셀 전극에서의 임피던스를 최소화하거나 또는 감소시키면서, 최적화된 양의 전하를 배터리(404)에 제공하기 위해 일련의 성형된 충전 펄스를 생성할 수도 있다.

결정된 주파수의 범위 및 주파수의 범위에 기초하여 생성되는 충전 신호는 도 5의 방법(500)에 따라 사용될 수도 있다. 특히, 회로 컨트롤러(210)는 배터리 셀의 충전을 시작하기 위해 측정된 임피던스 값의 제1 세트에 기초하여 주파수의 범위로부터 충전 신호를 생성할 수도 있다. 도 5와 관련하여 논의되는 반복 프로세스를 통해, 측정된 임피던스 값의 제2 세트가 배터리 셀의 재충전 세션 동안 획득될 수도 있다. 그 다음, 주파수의 제2 범위는 제2 측정된 임피던스 값에 기초하여 결정될 수도 있고 충전 신호는 그에 따라 조정될 수도 있다. 이러한 방식으로, 충전 신호에 포함되는 고조파 또는 주파수의 범위의 재계산을 비롯하여, 배터리 셀의 임피던스 값의 추가적인 측정치에 기초하여 배터리 셀의 재충전 동안 충전 신호의 펄스를 조정하거나 또는 변경하기 위한 반복적인 프로세스가 행해질 수도 있다.

도 9a는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 충전 회로로부터 생성되는 주파수 튜닝된 충전 펄스(902)의 시퀀스의 신호 다이어그램(902)이다. 하나의 예에서, 회로(400)는, 컨트롤러(210)에 기초하여, 펄스(914, 916)를 생성할 수도 있다. 신호 다이어그램(902)은, 전류 제어식 하드웨어 회로의 경우에, 입력 전압(904) 또는 입력 전류 대 충전 신호의 펄스(914, 916)의 시간(906)을 예시한다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 펄스(914, 916)는 후미 에지(910)에 비해 뚜렷하게 성형된 선두 에지(912)와는 비대칭이다. 펄스(914, 916)(예를 들면, 선두 에지 및/또는 바디)는, 하나의 예에서, 배터리 셀 전극에서 보이는 최소 임피던스 값에 대응하는 또는 그것에 관련되는 고조파의 조합에 의해 정의될 수도 있다. 특히, 충전 신호 펄스(914, 916)는 배터리 셀에 대한 최소 임피던스 값에 관련되는 선택된 주파수에 대응하는 선두 에지 부분(912)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 펄스(914)의 선두 에지(912)의 형상은 배터리 셀에서 최소 실수 임피던스 값에서의 주파수로서 제어 회로(210)에 의해 식별되는 고조파(f_Min)(332)에 대응할 수도 있다. 하나의 예에서, 선두 에지(912) 형상은 최소 임피던스의 주파수에서 대응하는 사인파의 선두 에지에 기초할 수도 있다. 다른 예에서, 펄스(914)의 선두 에지(912)의 형상은 고조파(f_RMax)(710) 또는 고조파(f_RMin)(708)에 대응할 수도 있다. 최소 임피던스 주파수를 식별하는 것은, 다른 것 중에서도, 측정치(또는 측정치들), 배터리 특성 묘사에, 단독으로 또는 조합하여, 기초할 수도 있다. 선택된 주파수에 관계없이, 펄스(914)의 선두 에지(912)는 전력 재충전 신호의 더욱 효율적인 인가를 위해 배터리 셀에서 보이는 임피던스를 최소화하는 또는 감소시키는 고조파에서 사인파 충전 신호의 일부의 선두 에지와 동일하도록 성형될 수도 있다.

선택된 고조파에서 펄스(914)의 선두 에지(912)를 생성하기 위해, 회로 컨트롤러(210)는 상기에서 논의되는 필터 회로(406) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 펄스(914)의 선두 에지(912)의 형상은 제1 인덕터(410)의 인덕턴스 값에 상관될 수도 있다. 특히, 제1 인덕터(410)는 인덕터를 통한 전류가 천천히 시작하여 시간이 지남에 따라 증가하도록 전류의 빠른 전도에 저항한다. 인덕터를 통한 전류 흐름에 대한 저항은 제1 인덕터(410)의 인덕턴스 값에 의존한다. 따라서, 충전 신호의 펄스(914)의 프론트 에지(912)를 성형하기 위해, 회로 컨트롤러(210)는 (펄스 제어 신호(416)를 통해) 제1 트랜지스터(412)를 활성화하여 전류로 하여금 인덕터(410)를 통해 배터리 셀(404)로 흐르기 시작하게 할 수도 있다. 전류 흐름은 천천히 시작하여 시간이 지남에 따라 증가할 수도 있으며, 충전 신호의 전압이 충전 신호의 전류에 관련되기 때문에, 전압은 전류를 따를 수도 있어서, 도 9a에 도시된 바와 같은 펄스(914)의 선두 에지(912)를 형성할 수도 있다. 일반적으로, 제1 인덕터(410)를 통한 전류 흐름에서의 증가의 레이트는 인덕터의 인덕턴스 값에 기초할 수도 있고 충전 신호의 펄스(914, 916)에 선두 에지(912) 형상을 제공할 수도 있다. 따라서, 선두 에지(912)의 고조파는 제1 인덕터(410)의 인덕턴스 값에 대응할 수도 있다. 목표 고조파를 선두 에지(912)에 적용하기 위해, 회로 컨트롤러(210)는 최소 실수 임피던스의 결정된 고조파에 대응하는 선두 에지(912)에 대한 기울기를 생성하도록 복수의 필터 회로(406, 418) 또는 제1 인덕터로부터 선택될 수도 있다. 게다가, 전류에서의 신속한 증가에 대한 제1 인덕터(410) 저항은 충전 신호의 펄스에 대한 가파른 프론트 에지를 방지할 수도 있고, 그에 의해, 구형파 입력의 인가시 배터리 셀(404)에서 발생할 수도 있는 고주파수 고조파를 감소시킬 수도 있다.

펄스 제어 신호(416)를 통한 필터 트랜지스터(412)의 활성화를 통해, 회로 컨트롤러(210)는, 전류가 제1 인덕터(410)를 통해 흐를 때, 선택된 고조파에서 펄스(914)의 선두 에지(912)를 생성할 수도 있다. 펄스(914)에서 어떤 약간의 나중의 시간에, 펄스의 크기는, 펄스(914)의 상단에서의 일정한 전압(908)에 대응하는, 전력 레일(442)의 상위 또는 부동 전압에 도달할 수도 있다. 펄스(914)의 지속 기간은, 전력이, 제1 인덕터(410) 및 제1 트랜지스터(412)를 통해, 배터리 셀(404)에 제공되도록 제1 트랜지스터(412)의 전도 상태를 유지하는 것에 의해 회로 컨트롤러(210)에 의해 제어될 수도 있다. 이러한 방식으로, 펄스 제어 신호(416)는 충전 신호의 펄스(914)의 지속 기간 또는 폭을 제어할 수도 있다.

몇몇 경우에, 회로(400)는 펄스(914)의 급격한 하강 에지(910)를 포함하도록 제어될 수도 있다. 회로 컨트롤러(210)는 제1 트랜지스터(412)를 비활성화하여 배터리 셀(404)을 전력 레일(442)로부터 분리하는 것에 의해 펄스의 급격한 하강 에지(910)를 생성할 수도 있다. 특히, 회로 컨트롤러(210)는 펄스 제어 신호(416)를 비활성화하여 제1 트랜지스터(412)로 하여금 전도를 중지하게 할 수도 있다. 상기에서 설명되는 바와 같이, 제1 트랜지스터(412)가 전도를 멈출 때 제1 인덕터(410)를 통해 흐르는 전류는 플라이백 다이오드(414)를 통해 전력 레일(442)로 복귀될 수도 있다. 이러한 방식의 제1 트랜지스터(412)의 제어는 펄스(914)의 급격한 하강 에지(910)가 초래할 수도 있다. 게다가, 급격한 하강 에지(910)가 통상적으로 고조파 성분에 대응할 수도 있지만, 그러한 고조파는, 전류 및 전압 크기가 급격한 하강 에지(910)를 따라 배터리(404) 양단에서 제로(전압의 경우 제로 과전위)에 접근하고 있거나 또는 동일하기 때문에 배터리 셀(404)에서 손상을 주는 임피던스(damaging impedance)를 증가시키지 않을 수도 있다. 더 높은 고조파와 손상을 주는 임피던스 사이의 이러한 분리는, 도 12b를 참조하여 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 충전 전류가 제로에 도달하는 데 필요한 시간을 감소시키기 위해 전압 크기가 배터리의 부동 전압(예를 들면, 충전 전류를 수신하지 않을 때의 배터리 전압) 아래로 일시적으로 감소될 때 유효하게 유지된다. 이러한 방식으로 필터 회로(406)의 제어를 통해, 배터리 셀(404)의 최소 임피던스 값에 대응하는 고조파에서 사인파 선두 에지(912), 상위 크기(908)에서의 지속 기간, 및 배터리 전극에서 낮은 임피던스를 유지하면서 배터리 셀(404)에 충분한 전하를 제공하는 급격한 하강 에지(910)를 포함하는 성형된 충전 펄스(418)가 생성될 수도 있다.

일반적으로, 회로(400)는 충전 신호의 펄스를 임의의 형상으로 생성하도록 또는 성형하도록 제어될 수도 있다. 예를 들면, 도 9b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 충전 회로(400)로부터 생성되는 제2 성형된 충전 펄스(924, 932)의 시퀀스의 신호 다이어그램(922)이다. 이 예에서, 각각의 펄스(924, 932)의 선두 에지(928)는 도 9a와 관련하여 상기에서 논의되는 선두 에지(912)와 유사할 수도 있다. 특히, 충전 펄스(924, 932)의 선두 에지(912)는 상기에서 논의되는 필터 회로(406) 중 하나 이상의 제어를 통해 생성될 수도 있다. 그러나, 이 예에서, 회로 컨트롤러(210)는, 펄스(924)를 추가로 성형하기 위해, 성형된 상승 에지(928) 이후의 펄스의 지속 기간 동안 플랫 전압 레벨(908)을 갖는 펄스보다는, 충전 회로(400)의 입력 성형 회로(420, 428) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 도시되는 예에서, 선두 에지(928)를 따르는 펄스(924)의 부분(926)은 급격한 하강 에지(930)까지 균일하게 감소하는 전압(또는 전류)을 포함할 수도 있다. 감소 레벨(또는 기울기)(926)이 선형적인 것으로 예시되지만, 그러나 그것은 선형일 필요는 없으며 펄스(924)는 많은 피쳐를 포함하도록 성형될 수도 있다. 하나의 구현예에서, 제어 회로(210)는 PWM 신호(426)를 입력 성형 회로(420)의 제2 트랜지스터(422)에 제공할 수도 있다. 상기에서 설명되는 바와 같이, PWM 신호(426)는 제2 트랜지스터(422)를 전도 상태(또는 "온" 상태)와 비전도(또는 "오프" 상태) 사이에서 교대하는 고주파수 스위칭 신호일 수도 있다. 제2 트랜지스터(422)의 신속한 교대하는 동작은 펄스(924)로부터의 전류로 하여금 제2 인덕터(424)를 통해 흐르게 할 수도 있다. 펄스(924)로부터의 전류의 이러한 흡수는 전류가 제거될 때 하향 경사 부분(926)을 초래할 수도 있다. 일반적으로, PWM 신호(426)의 듀티 사이클은 펄스(924)로부터 인출되는 전류의 양을 제어할 수도 있고 펄스(924)의 기울기(926)를 생성하도록 회로 컨트롤러(210)에 의해 구성될 수도 있다. 추가로 그리고 상기에서 설명되는 바와 같이, PWM 신호(426)의 오프 부분은, 충전 펄스로부터의 흡수된 에너지 신호가 연결(446)을 통해 접지로 거의 또는 전혀 송신되지 않을 만큼 충분히 신속하게 트랜지스터(422)를 폐쇄할 수도 있다. 오히려, 흡수된 에너지는 플라이백 다이오드(430)를 통해 상위 레일(442)로 전달되어 충전 회로(400)에 의한 재사용을 위해 스토리지 커패시터(432)에 저장될 수도 있다.

충전 펄스(924)의 기간의 끝에서, 회로(400)는 도 9a와 관련하여 상기에서 논의되는 바와 같이 급격한 하강 에지(930)를 정의하도록 추가로 제어될 수도 있다. 특히, 회로 컨트롤러(210)는 제1 트랜지스터(412)를 비활성화하여 배터리 셀(404)을 전력 레일(442)로부터 분리하는 것에 의해 펄스의 급격한 하강 에지(910)를 생성할 수도 있다. 특히, 회로 컨트롤러(210)는 펄스 제어 신호(416)를 비활성화하여 제1 트랜지스터(412)로 하여금 전도를 중지하게 할 수도 있다. 여전히 다른 예에서, 입력 성형 회로(420)는 펄스(924)의 하강 에지를 추가로 성형하기 위해 하강 에지(930)에서 전류를 흡수하도록 PWM 신호(426)를 통해 또한 활성화될 수도 있다. 인식되어야 하는 바와 같이, 도 9b에 예시되는 충전 펄스(924, 932)는 충전 회로(400)의 제어를 통해 생성될 수도 있는 성형된 충전 신호의 예에 불과하다. 특히, 회로 컨트롤러(210)는 목적하는 대로 다양한 형상의 충전 펄스를 생성하도록 필터 회로(406) 및/또는 입력 성형 회로(420)를 제어할 수도 있다. 이러한 방식으로, 도 3a, 도 7b 및/또는 도 9a에 예시되는 것과 같은 다른 충전 신호 형상이 회로(400)로부터 생성될 수도 있다.

배터리 전극에서의 실수 임피던스 값과 관련하여 상기에서 논의되지만, 충전 신호를 성형할 때 배터리 전극에서의 임피던스의 리액턴스 또는 허수 부분이 또한 고려될 수도 있다. 어드미턴스 값 및/또는 서셉턴스 값과 같은 다른 양태가 또한 고려될 수도 있다. 특히, 도 10a는 배터리 셀을 재충전하기 위한 충전 전류(1006)를 생성하기 위해 사용되는 사인파 전압 신호(1004)를 예시하는 신호 다이어그램이다. 일반적으로, 배터리 셀에서 측정되는 충전 전류(1006)는 인가된 전압 신호(1004)와 동일한 형상을 가질 수도 있다. 그러나, 배터리의 임피던스에 기인하여, 배터리에 인가되는 충전 전류(1006)는 전압 신호(1004)에 관련하여 크기가 더 작고 시간 지연될 수도 있다. 배터리에서의 전류(1006)와 전압 신호(1004) 사이의 크기에서의 정성적 차이는 실제 임피던스(Z_R)(1008)의 측정치를 ZR = (dV/dI) 또는 (ΔV/ΔI)로서 예시하도록 의도된다. 상기에서 논의되는 방법 및 회로 중 하나 이상은, 배터리를 재충전하기 위한 충전 신호의 펄스를 성형할 때 이 실수 성분을 고려한다. 배터리에서의 전류(1006)의 인가와 전압 신호(1004) 사이의 시간에서의 지연은 Z_I(1010)로서 예시되고 배터리 임피던스의 리액턴스 또는 허수 성분에 기인한다. 임피던스의 실수 성분과 유사하게, 임피던스의 리액턴스(1010) 부분도 충전 세션 동안 배터리에 대한 충전 신호의 인가에서 비효율성을 또한 야기할 수도 있다. 예를 들면, 충전 파형의 기간은, 일반적으로, 충전 전압 또는 전류 중 어느 하나가 배터리의 재충전을 개시하는 때로부터 측정되어 전압이 다시 제로 과전위로 안정되는 때(단자에서의 전압이 배터리의 부동 전압과 매치함)에 종료하며, 배터리로의 충전 전류가 없다(제로 암페어). 그러나, 배터리 셀에서의 임피던스의 리액턴스 부분을 무시하는 충전 시스템은, 전압 및 배터리로의 결과적으로 나타나는 충전 전류 파형이 동시에 시작하고 중지된다는 것을 가정할 수도 있다. 그러나, 임피던스의 리액턴스 부분을 고려한다는 것은, 배터리 셀에서 전압 파형과 전류 파형 사이의 용량성 또는 유도성 유도 시간 지연을 나타내는데, 이것은 충전 신호의 전압과 전류 사이의 지연에 기인하여 펄스당 더 긴 충전 기간을 초래한다. 이것은, 결국에는, 펄스의 충전 기간에 걸쳐 평균 전류를 감소시킬 수도 있고, 결과적으로 배터리 셀에서 충전 펄스의 증가된 비효율성을 초래할 수도 있다. 또한, 리액턴스 레벨에 따라, 리액턴스 성분은 배터리 내의 저장된 화학적 에너지 대신, 열의 형성으로 에너지를 리디렉션할 수도 있다. 리액턴스는 문제가 될 수 있으며 전도성 경로(예컨대, 케이블, 와이어, 및 회로 기판 트레이스)뿐만 아니라 셀 그 자체 내에서 열을 생성할 수도 있다. 고도의 리액턴스는 전극의 영역에 걸쳐 비균질한 전기화학적 활동에 또한 기여할 수도 있어서, 배터리 셀 내의 집전체(current collector), 전기 활물질, 및 다른 컴포넌트에 걸친 저항 강하(ohmic drop)를 악화시킬 수도 있다.ΔΔ

충전 펄스를 배터리 셀에 인가함에 있어서 이러한 잠재적인 비효율성을 다루기 위해, 시스템은 배터리 셀에서의 임피던스의 결정된 또는 추정된 리액턴스 성분에 대응하는 펄스를 갖는 충전 신호를 생성할 수도 있다. 특히, 배터리 셀을 재충전하기 위한 충전 신호의 펄스 형상 및 펄스의 전체 기간은 임피던스의 허수 성분뿐만 아니라 임피던스의 실수 성분에 대응하도록 또한 재단될 수도 있다. 예를 들면, 이제, 배터리에서의 임피던스(1024)의 다양한 성분 대 배터리에 인가되는 충전 신호의 주파수(1026)의 그래프(1022)를 예시하는 도 10b에 대한 참조가 이루어진다. 특히, 그래프(1022)는 실수 임피던스 값(1028)의 플롯, 허수 임피던스 값(1032)의 플롯, 및 계산된 모듈러스 임피던스 값(1030)의 플롯을 포함한다. 본 명세서에서 논의되는 방법을 통해, 언급된 주파수에서 또는 위 및/또는 아래의 주파수의 어떤 범위 내에서 고조파를 포함하는 펄스를 갖는 충전 신호를 생성하기 위해 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수(f_Zr)(1034)가 결정되어 활용될 수도 있다. 그러나, 그래프(1022)에 도시된 바와 같이, 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수(f_Zr)(1034)는 배터리 전극에서 상대적으로 더 높은 허수 임피던스(1032) 값과 관련될 수도 있다. 따라서, 실수 임피던스만을 고려하는 것은 허수 임피던스 및 충전 효율에 대한 그것의 영향을 고려하지 않으며, 가장 최적의 충전 솔루션으로 이어지지 않을 수도 있다. 그러한 만큼, 본 명세서에서 설명되는 회로 및 방법의 몇몇 구현예는, 예컨대 배터리 셀에서의 임피던스의 성분 둘 모두의 주파수를 이해하는 것을 통해, 허수 및 실수 임피던스 둘 모두를 다양한 정도까지 고려하는 것에 의해, 펄스 형상이 정의되는 주파수, 및 그러한 펄스를 인가하는 전체 충전 신호의 기간을 최적화할 수도 있다. 여전히 다른 구현예는 배터리 셀에서의 측정된 실수 임피던스 및/또는 측정된 허수 임피던스로부터 계산되는 어드미턴스 값 및/또는 서셉턴스 값을 사용할 수도 있다.

하나의 예에서, 회로 컨트롤러(210)는, 충전 신호의 펄스가 생성되는 주파수 또는 고조파를 선택하기 위해, 실수 임피던스 값 및 허수 임피던스 값의 조합을 계산할 수도 있거나 또는 다르게는 획득할 수도 있다. 하나의 그러한 조합은 실수 및 허수 임피던스 값의 모듈러스 계산을 포함할 수도 있다. 임피던스 모듈러스 값(1030)의 플롯이 도 10b의 그래프(1022)에 예시된다. 배터리에서의 임피던스의 성분 둘 모두의 다른 조합은 또한, 회로 컨트롤러(210)에 의해 계산되거나 또는 결정될 수도 있고 충전 신호의 펄스를 성형함에 있어서 사용될 수도 있다. 예를 들면, 실수 임피던스 및 허수 임피던스 값 중 하나 또는 둘 모두는 불균형하게(예컨대 실수 임피던스 값에 20 % 가중치를 적용하고 허수 임피던스 값에 80 % 가중치를 적용함) 또는 비례적으로 가중될 수도 있고, 충전 신호의 펄스의 다양한 양태, 예컨대 충전 펄스의 선두 에지 또는 폭을 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 상기와 유사하게, 회로 컨트롤러(210)는 최소 임피던스 모듈러스 값 및 대응하는 주파수(그래프(1022)에서 주파수(f_ZMod)(1036)로서 예시됨)를 결정할 수도 있다. 그래프(1022)에서 알 수 있는 바와 같이, 주파수(f_ZMod)(1036)에서 고조파를 갖는 충전 펄스를 생성하는 것은 다른 주파수보다 특히 f_Zr과 비교하여 배터리에서 더 높은 실수 임피던스를 도입할 수도 있지만, 그러나, 허수 임피던스 성분을 최소화할 수도 있거나 또는 감소시킬 수도 있다. 그러한 만큼, 배터리 셀에서 임피던스(실수 임피던스(1028) 및 허수 임피던스(1032))의 성분 둘 모두를 고려하는 것에 의해, 더욱 효율적인 충전 신호가 생성될 수도 있다. 배터리 셀에서의 임피던스의 성분 둘 모두를 고려하는 것은 다수의 셀 사이의 연결에 의해 임피던스가 추가되는 다수의 셀을 갖는 시스템에 대해 특히 유용하게 될 수도 있다.

몇몇 경우에, 회로 컨트롤러(210)는 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 주파수(f_Zr)(1034) 또는 최소 모듈러스 임피던스 계산에 대응하는 주파수(f_ZMod)(1036) 중 어느 하나와는 상이한 충전 신호에 대한 주파수를 선택할 수도 있다. 오히려, 회로 컨트롤러(210)는, 충전 신호에 대한 선택된 주파수가 주파수(f_Zr)(1034)와 주파수(f_ZMod)(1036) 사이에 있을 수도 있도록 충전 신호에 대한 고조파를 결정하기 위해, 실수 임피던스 값과 허수 임피던스 값의 균형을 맞출 수도 있다.

하나의 특정 구현예에서, 충전 신호의 펄스의 별개의 부분은 하나보다 더 많은 임피던스 측정치에 기초하여 회로 컨트롤러(210)에 의해 성형될 수도 있다. 예를 들면, 도 11은, 하나의 실시형태에 따른, 두 개 이상의 주파수에 대응하는 배터리 재충전 회로로부터 생성되는 배터리 셀 충전 신호(1102)의 성형된 펄스(1108)의 신호 다이어그램이다. 도 9a를 참조하여 상기에서 논의되는 전력 신호 펄스와 유사하게, 펄스(1108)는 최소 실수 임피던스 값에 대응하는 고조파로서 구성되는 선두 에지 부분(1110)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 펄스(1108)의 선두 에지(1110) 부분의 형상은 고조파(f_Zr)(1034)에 대응할 수도 있다. 그러나, 펄스(1108)의 제2 부분(1112)은 주파수(f_Zr)(1034)와는 상이한 다른 주파수에 기초한 고조파를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 함께 취해지는 선두 에지 부분(1110) 및 제2 부분(112)은 최소 모듈러스 임피던스 계산(1030)에 대응하는 1차 고조파(f_ZMod)(1036)를 포함할 수도 있다. 최소 모듈러스 임피던스 계산에 대응하는 고조파(f_ZMod)(1036)를 적용하는 것은, 전력 재충전 신호의 인가로부터 배터리의 전극에서의 허수 임피던스를 감소시키기 위한 펄스(1108)의 제2 부분(1112)의 지속 기간을 결정할 수도 있다. 배터리에서의 실수 임피던스 성분뿐만 아니라, 허수 임피던스 성분에 기초하여 고조파를 결정하고 적용하는 것에 의해, 더욱 효율적인 전력 재충전 신호가 사용되어 배터리 셀을 충전할 수도 있다.

충전 신호의 펄스의 여전히 다른 양태는 회로(400)에 의해 제어될 수도 있다. 특히, 충전 신호의 펄스의 하강 에지의 제어를 통해 배터리 셀을 충전함에 있어서 효율성에서의 이점이 획득될 수도 있다. 도 12a 및 도 12b는, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 걸친 인가된/측정된 전압(1208) 및 배터리 셀에서의 측정된 충전 전류(1210) 대 시간(1206)의 플롯이다. 상기에서 논의되는 바와 같이, 충전 신호는 배터리 셀에 대한 충전 신호(1202)를 제거하기 위해 급격한 하강 에지를 포함할 수도 있다. 그러나, 도 12a의 플롯에서 알 수 있는 바와 같이, 배터리에 인가되는 전압이 제로로 설정되는 경우, 전류(I)는 즉시 제로로 떨어지는 것이 아니라, 오히려, 제로에 도달하기 이전에 약간의 지연을 갖는다. 그러나, 펄스 사이의 시간은 전류가 제로에 도달할 때까지(셀이 탈분극될(depolarized) 때까지) 다음 번 펄스가 시작되지 않도록 설정될 수도 있다. 따라서, 하나의 예에서, 회로(400)는, 완전한 탈분극이 발생하기 이전에 셀을 분극화하기 위해, 충전 신호의 다음 번 펄스가 배터리 셀에 대한 잠재적인 손상 또는 다르게는 비효율적인 충전이 시작되는 것을 방지하기 시작할 수도 있기 이전에 배터리 셀(404)의 전류가 제로에 도달할 때까지 대기하도록 제어될 수도 있다. 충전이 펄스 동안에만 발생할 수 있기 때문에, 펄스 사이의 시간을 감소시키나 또는 최소화하는 것은, 다른 조건이 동일하다면, 전체 충전 시간을 감소시킬 것이다. 회로(400)의 전압 제어식 변형예의 경우, 충전 신호의 전류(1210) 성분은 전압 성분(1208)보다 뒤처질 수도 있다. 더 구체적으로 그리고 도 12a에 도시된 바와 같이, 배터리에서의 전류(1210)는 배터리에 대한 전압(1208)이 제거된 이후 제로로 복귀하는 데 약간의 시간이 걸릴 수도 있다. 제로로 복귀하는 배터리의 전류에서의 이러한 지연은 충전 펄스에 추가적인 비효율성을 추가할 수도 있다. 따라서, 몇몇 구현예에서 그리고 도 12b의 플롯(1222)에 도시된 바와 같이, 충전 신호의 전압(1208)은 도 12b의 플롯(1222)에서 라인(1206)으로서 표현되는, 제로 전류에 대응하는 전이 전압 아래로 전압을 구동하도록 제어될 수도 있다. 일반적으로, 전이 전압(1206)은 배터리로의 전류 흐름이 역전되는 충전 신호의 전압이며, 배터리 셀의 부동 전압과 유사할 수도 있다. 특히, 펄스의 하강 에지(1212)를 따르는 시간의 한 기간(기간(T_T)(1216)으로 예시됨) 동안 전이 전압(1206) 아래로 전압(1208)을 구동하는 것은, 블립(blip)이 없는 펄스와 비교하여, 전류(1210)를 더 빠른 레이트에서 제로 암페어로 구동할 수도 있다. 전압 제어식 충전 회로(400)의 전압(1208)이 제로 전류에 대응하는 전이 전압 아래로 제어되는 지속 기간(T_T)(1216)은, 배터리 셀(404)에서의 전류(1210)가 제로 암페어로 복귀하기 위한 시간을 최소화하도록 회로 컨트롤러(210)에 의해 결정될 수도 있거나 또는 설정될 수도 있다. 하나의 예에서, 배터리 셀의 전극을 열화로부터 보호하기 위해 배터리 셀에 대한 권장된 셀 전압 최소치 아래로 떨어지지 않도록 전압 강하가 제어될 수도 있다. 전압 강하의 크기는 전이 전압에 대한 충전 펄스 크기의 어떤 비율이 되도록 또한 제어될 수도 있다. 게다가, 전이 전압으로의 전압의 복귀는, 배터리 셀 내의 전하가 여전히 균형을 이루고 있는 기간 동안 전류를 제로 암페어에서 유지하는 레이트에서 제어될 수도 있다. 일단 전류(1210)가 특정한 휴지 기간 동안 제로 암페어로 복귀하면, 다른 충전 펄스(1202)가 배터리 셀(404)에 인가될 수도 있다. 따라서, 배터리 셀(404)에서의 전류(1210)가 제로를 반환하는 데 필요한 시간에서의 감소는 배터리 셀을 충전하기 위해 충전 펄스가 인가될 수도 있는 레이트를 증가시킬 수도 있다.

상기에서 전력 제어식 회로로서 일반적으로 논의되지만, 충전 회로(400)는 전압 제어될 수도 있거나, 전류 제어될 수도 있거나, 또는 상이한 상황에서 각각을 이용할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 접근법 둘 모두는 배터리 셀(404) 양단의 전압 강하를 측정하는 것 및 배터리 셀(404)에 직렬로 연결되는 전류 감지 저항기를 거쳐가는 전류를 측정하는 것에 의해 유사하게 제어된다. 제어 방식 사이의 주요 차이점은, 전류 감지 하드웨어(예컨대, 전류 감지 저항기)가 전력 소스 회로부(circuitry)(예컨대, 전력 소스 회로부(402)의 전력 증폭기) 외부에 있는지 또는 내부에 있는지의 여부 및 배터리 셀(404) 양단의 전압 강하가 먼저 프로세싱되는지 또는 전류 감지 저항기 양단의 전압 강하가 먼저 프로세싱되는지의 여부에 기초한다. 전압 제어식 전력 소스의 경우, 배터리 셀(404)에서의 전류가 예컨대 옴의 법칙을 활용하여 계산될 수도 있도록, 배터리 셀(404) 양단에서 1차 전압 측정이 발생할 수도 있고 한편 외부 전류 감지 저항기 양단의 대응하는 전압 강하는 2차적으로 측정될 수도 있다. 이것은, 배터리 셀(404) 양단의 전압이 먼저 측정되고, 그 다음, 배터리 셀에서의 전류의 계산이 후속되도록, 전류가 계산되는 동안 충전 신호의 전압이 정밀하게 제어되는 것을 허용한다.

전압 제어식 충전 회로는, 몇몇 경우에, 도 12b에 예시되는 바와 같은 성분을 갖는 충전 신호를 제공하도록 제어될 수도 있다. 특히, 충전 신호(1202)의 전압은 상기에서 설명되는 바와 같이 사인파 선두 에지(1214)를 제공하도록 제어될 수도 있고, 그 다음, 펄스의 나머지 바디에 대한 플랫 전압이 후속될 수도 있다. 전압 제어식 충전 신호는 상기에서 설명되는 바와 같이 충전 펄스에 이점을 제공할 수도 있다. 전압이 배터리 셀(404)에서의 제로 전류에 대응하는 전이 전압 아래로 구동되는 부분(1216)을 포함하는 하강 에지(1212)가 전압 제어식 회로(400)로부터 또한 제공될 수도 있다. 도 12b에서 또한 도시되는 바와 같이, 배터리 셀(404)에서의 전류(1210)는 제어된 전압(1208)보다 뒤처질 수도 있어서, 전압(1208)의 제어에 후속하는 전류의 계산을 예시한다. 전압 신호(1208)의 제어를 통해, 전류(1210)는, 추가적인 충전 펄스가 유사한 방식으로 배터리 셀(404)에 제공되기 이전에 제로 암페어로 복귀할 수도 있다. 전압 제어식 회로(400)의 추가적인 이점은, 배터리 셀(404)의 전해질이 절연 파괴되기 시작하는 전압 미만으로 유지하는 것과 같은, 배터리 셀(404) 성질의 절연 파괴를 방지하기 위해 배터리 셀(404)의 열역학적 임계치가 초과되지 않는 것을 보장하기 위한 정밀한 제어를 제공한다.

본 명세서에서 논의되는 회로 및 방법은 전류 제어식 전력 소스를 활용하여 또한 구현될 수도 있다. 회로(400)의 전류 제어식 전력 소스의 경우, 전력 소스 회로부 내의 사전 캘리브레이팅된 감지 저항기는, 이 저항기를 가로질러 흐르는 전류가 배터리 셀(404)을 통해 흐르는 전류에 종속될 수도 있도록 하는 1차 측정치를 제공할 수도 있다. 따라서, 충전 전류를 정확하게 아는 것은, 배터리 셀 양단의 전압 강하를 알지 못하는 상태에서도 배터리 셀(404)에 대한 충전 전류가 정확하게 제어되는 것을 허용한다. 이 구현예에서, (전류 감지 저항기에서 측정되는 바와 같은) 배터리 셀(404)로의 전류는 (감지 저항기 양단의 사전 캘리브레이팅된 전압 강하를 통해) 본질적으로 공지될 수도 있고, 한편, 배터리 셀(404) 양단의 전압은 이 인가된 전류의 결과로서 측정된다. 도 13은, 하나의 실시형태에 따른, 배터리 셀에 인가되는 충전 신호(1304)에 응답하는 배터리 셀에서의 전압(1310) 및 전류 감지 저항기 양단의 측정된 전류(1302) 대 시간(1306)의 플롯이다. 플롯(1302)에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(404)에 대한 전류는, 어쩌면 배터리 셀(404)에서의 최소 임피던스 값에 대응하는 리딩 사인파 선두 에지(1314) 및 후속하는 정상 전류를 갖는 상기에서 설명되는 바와 같은 유사한 펄스를 생성하도록 제어될 수도 있다. 전류가 배터리 셀(404)에서의 안정적인 전이 전압에 대응하는 제로 암페어 미만으로 구동되는 부분(1316)을 포함하는 하강 에지(1312)가 전류 제어식 회로(400)로부터 또한 제공될 수도 있다. 도 13에 또한 도시되는 바와 같이, 배터리 셀(404)에서의 전압 응답(1310)은 제어된 전류(1308)보다 뒤처질 수도 있어서, 전압의 거동을 1차 제어 요인이 아닌 피드백 응답으로서 예시한다.

간단한 컴포넌트가 사용될 수도 있거나, 또는 프로세스가 충전 중인 디바이스의 현전하는 전력 소스 하드웨어에 의해 제한되는 용도에서는, 전류 제어가 디폴트 메커니즘일 수도 있다. 대안적으로, 컨트롤러 응답 시간 및 배터리의 과도 응답(transient response) 둘 모두가 빠른 구현예에서, 전압 제어식 또는 전류 제어식 방법이 유사하게 거동할 수도 있다. 그러나, 주파수가 증가함에 따라 그리고/또는 배터리가 더 높은 레벨의 리액턴스를 나타내는 경우, 두 방법 사이의 거동은 다를 수도 있고 실용적인 제어 고려 사항이 다루어질 수도 있다.

상기에서 논의되는 구현예는, 충전 신호의 펄스의 적어도 일부의 주파수 성분을 결정하기 위해, 실수 및 또는 허수인, 배터리 셀(204)의 임피던스를 측정하는 것 또는 다르게는 획득하는 것을 수반한다. 배터리 셀(204)의 임피던스 값은 다양한 방식 또는 방법으로 획득될 수도 있다. 하나의 구현예에서, 배터리 셀(204)에서의 임피던스는 충전 펄스가 배터리 셀에 인가될 때 실시간으로 측정될 수도 있거나 또는 추정될 수도 있다. 예를 들면, 배터리 셀(204)에서의 충전 신호의 전압 및 전류 파형의 크기 및 시간 성분의 양태가 측정될 수도 있고 그리고/또는 추정될 수도 있다. 전압 및 전류 파형의 측정된 크기 및 시간 성분 사이의 차이는 배터리 셀(204)에서의 실수, 허수 또는 근사된 임피던스를 결정하기 위해 또는 추정하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 선두 에지가 단일의 공지된 고조파로부터 구성되고 전압 및 전류 파형의 크기에서의 차이가 에지의 일치하는 최소치 및 최대치에서 취해질 수도 있기 때문에, 실수 및 허수 임피던스 값은 충전 펄스의 선두 에지로부터 결정될 수도 있다. 유사하게, 임피던스의 양태는 충전 펄스의 하강 에지에서 전압 및 전류 파형의 크기 측정치로부터 근사될 수도 있다. 여전히 다른 구현예에서, 충전 신호의 전압 및 전류 파형의 다양한 측정치는 측정치에 적용되는 가중된 값에 기초하여 조정될 수도 있다. 일반적으로, 충전 신호의 전압 및 전류 파형의 여러 가지 양태는 배터리 셀(204)에서의 임피던스를 결정하기 위해 또는 추정하기 위해 결정될 수도 있거나 또는 측정될 수도 있다. 다른 구현예에서, 전압 또는 전류 파형의 수백 또는 수천 개의 측정치가 디지털 프로세싱 시스템을 통해 획득되어 분석될 수도 있다. 일반적으로, 파형의 더 높은 충실도 및/또는 더 많은 측정치가 배터리 셀(204)에 적용되는 바와 같은 파형의 임피던스의 더욱 정확한 분석을 제공하여, 최소 임피던스 값이 발생하는 충전 신호의 고조파 성분 또는 충전 신호의 펄스의 형상을 결정하기 위한 배터리 셀(204)에 대한 파형의 효과의 다른 양태를 더 잘 결정할 수도 있다.

도 14는 상기에서 개시되는 네트워크의 실시형태를 구현함에 있어서 사용될 수도 있는 컴퓨팅 디바이스 또는 컴퓨터 시스템(1400)의 예를 예시하는 블록도이다. 특히, 도 14의 컴퓨팅 디바이스는 상기에서 설명되는 동작 중 하나 이상을 수행하는 회로 컨트롤러(210)의 하나의 실시형태이다. 컴퓨터 시스템(시스템)은 하나 이상의 프로세서(1402-1406)를 포함한다. 프로세서(1402-1406)는 프로세서 버스(1412)와의 상호 작용을 지시하기 위한 하나 이상의 내부 레벨의 캐시(도시되지 않음) 및 버스 컨트롤러 또는 버스 인터페이스 유닛을 포함할 수도 있다. 호스트 버스 또는 프론트 사이드 버스로서 또한 공지되는 프로세서 버스(1412)는 프로세서(1402-1406)를 시스템 인터페이스(1414)와 커플링하기 위해 사용될 수도 있다. 시스템 인터페이스(1414)는 시스템(1400)의 다른 컴포넌트를 프로세서 버스(1412)와 인터페이싱하기 위해 프로세서 버스(1412)에 연결될 수도 있다. 예를 들면, 시스템 인터페이스(1414)는 메인 메모리(1416)를 프로세서 버스(1412)와 인터페이싱하기 위한 메모리 컨트롤러(1418)를 포함할 수도 있다. 메인 메모리(1416)는 통상적으로 하나 이상의 메모리 카드 및 제어 회로(도시되지 않음)를 포함한다. 시스템 인터페이스(1414)는 하나 이상의 I/O 브리지 또는 I/O 디바이스를 프로세서 버스(1412)와 인터페이싱하기 위한 입력/출력(input/output: I/O) 인터페이스(1420)를 또한 포함할 수도 있다. 예시되는 바와 같이, 하나 이상의 I/O 컨트롤러 및/또는 I/O 디바이스, 예컨대 I/O 컨트롤러(1428) 및 I/O 디바이스(1430)가 I/O 버스(1426)와 연결될 수도 있다.

I/O 디바이스(1430)는 프로세서(1402-1406)에 정보 및/또는 커맨드 선택을 전달하기 위한 영숫자 및 다른 키를 비롯하여, 영숫자 입력 디바이스와 같은 입력 디바이스(도시되지 않음)를 또한 포함할 수도 있다. 다른 타입의 유저 입력 디바이스는 커서 제어부, 예컨대 방향 정보 및 커맨드 선택을 프로세서(1402-1406)에게 전달하기 위한 그리고 디스플레이 디바이스 상에서 커서 이동을 제어하기 위한 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키를 포함한다.

시스템(1400)은, 프로세서(1402-1406)에 의해 실행될 명령어 및 정보를 저장하기 위한 프로세서 버스(1412)에 커플링되는, 메인 메모리(1416)로 지칭되는 동적 스토리지 디바이스 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory: RAM) 또는 다른 컴퓨터 판독 가능 디바이스를 포함할 수도 있다. 메인 메모리(1416)는 프로세서(1402-1406)에 의한 명령어의 실행 동안 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 또한 사용될 수도 있다. 시스템(1400)은 프로세서(1402-1406)에 대한 정적 정보 및 명령어를 저장하기 위해 프로세서 버스(1412)에 커플링되는 리드 온리 메모리(read only memory: ROM) 및/또는 다른 정적 스토리지 디바이스를 포함할 수도 있다. 도 14에서 기술되는 시스템은 본 개시내용의 양태에 따라 활용될 수도 있거나 또는 구성될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 하나의 가능한 예에 불과하다.

하나의 실시형태에 따르면, 상기의 기술은, 프로세서(1404)가 메인 메모리(1416)에 포함되는 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여, 컴퓨터 시스템(1400)에 의해 수행될 수도 있다. 이들 명령어는 스토리지 디바이스와 같은 다른 머신 판독 가능 매체로부터 메인 메모리(1416)로 판독될 수도 있다. 메인 메모리(1416)에 포함되는 명령어의 시퀀스의 실행은 프로세서(1402-1406)로 하여금 본 명세서에서 설명되는 프로세스 단계를 수행하게 할 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 회로부는 소프트웨어 명령어 대신에 또는 그와 조합하여 사용될 수도 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시형태는 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트 둘 모두를 포함할 수도 있다.

머신 판독 가능 매체는 머신(예를 들면, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태(예를 들면, 소프트웨어, 프로세싱 애플리케이션)로 정보를 저장하거나 또는 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 그러한 매체는 불휘발성 매체 및 휘발성 매체의 형태를 취할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 불휘발성 매체는 광학 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(1416)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 머신 판독 가능 매체의 일반적인 형태는 자기 저장 매체(예를 들면, 플로피 디스켓); 광학 저장 매체(예를 들면, CD-ROM); 광자기 저장 매체; 리드 온리 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 소거 가능한 프로그래머블 메모리(예를 들면, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리; 또는 전자적 명령어를 저장하기에 적절한 다른 타입의 매체를 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.

본 개시내용의 실시형태는 본 명세서에서 설명되는 다양한 단계를 포함한다. 단계는 하드웨어 컴포넌트에 의해 수행될 수도 있거나 또는 머신 실행 가능 명령어로 구체화될 수도 있는데, 머신 실행 가능 명령어는 명령어와 함께 프로그래밍되는 범용 또는 특수 목적 프로세서로 하여금 단계를 수행하게 하기 위해 사용될 수도 있다. 대안적으로, 단계는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합에 의해 수행될 수도 있다.

설명의 명확화를 위해, 몇몇 경우에, 다양한 실시형태는 디바이스, 디바이스 컴포넌트, 소프트웨어로 구체화되는 방법에서의 단계 또는 루틴, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 포함하는 기능 블록을 포함하는 개개의 기능 블록을 포함하는 것으로 제시될 수도 있다.

"중 적어도 하나"를 기재하는 청구항 언어는 세트 중 적어도 하나를 가리키며 세트의 하나의 멤버 또는 세트의 다수의 멤버가 청구항을 충족한다는 것을 나타낸다. 예를 들면, "A 및 B 중 적어도 하나"를 기재하는 청구항 언어는 A, B, 또는 A 및 B를 의미한다.

몇몇 실시형태에서, 컴퓨터 판독 가능 스토리지 디바이스, 매체, 및 메모리는 비트 스트림 및 등등을 포함하는 케이블 또는 무선 신호를 포함할 수 있다. 그러나, 언급되는 경우, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 에너지, 캐리어 신호, 전자기파, 및 신호 자체와 같은 매체를 명시적으로 배제한다.

상기에서 설명된 예에 따른 방법은, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되거나 또는 다르게는 그로부터 이용 가능한 컴퓨터 실행 가능 명령어를 사용하여 구현될 수 있다. 그러한 명령어는, 예를 들면, 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 특수 목적 프로세싱 디바이스로 하여금 소정의 기능 또는 기능의 그룹을 수행하게 하는 또는 다르게는 소정의 기능 또는 기능의 그룹을 수행하도록 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 특수 목적 프로세싱 디바이스를 구성하는 명령어 및 데이터를 포함할 수 있다. 사용되는 컴퓨터 리소스의 일부는 네트워크를 통해 액세스 가능할 수 있다. 컴퓨터 실행 가능 명령어는, 예를 들면, 바이너리, 어셈블리 언어와 같은 중간 포맷 명령어, 펌웨어, 또는 소스 코드일 수도 있다. 명령어, 사용되는 정보, 및/또는 설명된 예에 따라 방법 동안 생성되는 정보를 저장하기 위해 사용될 수도 있는 컴퓨터 판독 가능 매체의 예는 자기 또는 광학 디스크, 플래시 메모리, 불휘발성 메모리를 구비한 USB 디바이스, 네트워크화된 스토리지 디바이스, 및 등등을 포함한다.

이들 개시에 따른 방법을 구현하는 디바이스는 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있고, 다양한 폼팩터 중 임의의 것을 취할 수 있다. 그러한 폼팩터의 통상적인 예는 랩탑, 스마트폰, 소형 폼팩터 퍼스널 컴퓨터, 개인용 정보 단말, 랙마운트 디바이스, 독립형 디바이스, 및 등등을 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 기능성(functionality)은 주변장치 또는 애드인 카드(add-in card)에서 또한 구체화될 수 있다. 그러한 기능성은, 추가적인 예로서, 단일의 디바이스에서 실행되는 상이한 프로세스 또는 상이한 칩 사이의 회로 기판 상에서 또한 구현될 수 있다.

명령어, 그러한 명령어를 전달하기 위한 매체, 그들을 실행하기 위한 컴퓨팅 리소스, 및 그러한 컴퓨팅 리소스를 지원하기 위한 다른 구조물은 이들 개시에서 설명되는 기능을 제공하기 위한 수단이다.

본 개시내용의 다양한 실시형태가 상기에서 상세하게 논의된다. 특정 구현예가 논의되지만, 이것은 단지 예시 목적을 위해 행해졌다는 것이 이해되어야 한다. 관련 기술 분야의 숙련된 자는, 본 개시내용의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 컴포넌트 및 구성이 사용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 유사하게, 다양한 실시형태의 다양한 양태의 다양한 조합은 상이한 실시형태를 정의한다. 따라서, 상기의 설명 및 도면은 예시적이며 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 개시내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 세부 사항이 설명된다. 그러나, 소정의 경우에, 설명을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해, 널리 공지된 또는 종래의 세부 사항은 설명되지 않는다. 본 개시에서 하나의 또는 한 실시형태에 대한 언급은, 동일한 실시형태 또는 임의의 실시형태에 대한 언급일 수 있고; 그리고, 그러한 언급은 실시형태 중 적어도 하나를 의미한다.

"하나의 실시형태" 또는 "한 실시형태"에 대한 언급은, 실시형태와 관련하여 설명되는 특정한 피쳐, 구조물, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시형태에서 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 장소에서의 어구 "하나의 실시형태에서"의 출현은 반드시 모두 동일한 실시형태를 지칭하는 것이 아니며, 또한, 다른 실시형태를 상호 배제하는 별개의 또는 대안적인 실시형태도 아니다. 또한, 몇몇 실시형태에 의해 나타내어질 수도 있고 다른 실시형태에 의해 나타내어지지 않을 수도 있는 다양한 피쳐가 설명된다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 일반적으로 본 기술 분야에서, 본 개시내용의 맥락 내에서, 그리고 각각의 용어가 사용되는 특정한 맥락 내에서, 그들의 통상적인 의미를 갖는다. 본 명세서에서 논의되는 용어 중 임의의 하나 이상에 대해 대안적 언어 및 동의어가 사용될 수도 있으며, 한 용어가 본 명세서에서 상세하게 설명 또는 논의되는지 또는 그렇지 않은지의 여부에 대해 특별한 의미를 두어서는 안된다. 몇몇 경우에, 소정의 용어에 대한 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어의 기재는 다른 동의어의 사용을 배제하지는 않는다. 본 명세서에서 논의되는 임의의 용어의 예를 비롯하여 본 명세서의 임의의 곳에서의 예의 사용은 단지 예시에 불과하며, 본 개시내용의 또는 임의의 예시적인 용어의 범위 및 의미를 추가로 제한하도록 의도되지는 않는다. 마찬가지로, 본 개시는 본 명세서에서 주어지는 다양한 실시형태로 제한되지는 않는다.

본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도 없이, 본 개시내용의 실시형태에 따른 기구, 장치, 방법 및 그들의 관련된 결과의 예가 주어진다. 본 개시내용의 범위를 어떠한 방식으로도 제한하지 않아야 하는 표제(title) 또는 하위 표제는 독자의 편의를 위해 예에서 사용될 수도 있다는 것을 유의한다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 및 과학적 용어는, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 충돌의 경우, 정의를 비롯하여, 본 문서가 제어할 것이다.

본 개시내용의 추가적인 피쳐 및 이점이 본 설명에서 기술되고, 부분적으로는, 설명으로부터 명백할 것이거나, 또는 본원의 개시된 원리의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 피쳐 및 이점은 첨부된 청구범위에서 특히 지적되는 기구 및 조합에 의해 실현되고 획득될 수 있다. 본 개시내용의 이들 피쳐 및 다른 피쳐는 상기의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 더욱 완전하게 명백해질 것이거나, 또는 본 명세서에서 기술되는 원리의 실시에 의해 학습될 수 있다.

본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 논의되는 예시적인 실시형태에 대해 다양한 수정 및 추가가 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기에서 설명되는 실시형태가 특정한 피쳐를 언급하지만, 본 발명의 범위는 설명된 피쳐 모두를 포함하지 않는 실시형태 및 피쳐의 상이한 조합을 갖는 실시형태를 또한 포함한다. 따라서, 본 발명의 범위는 모든 그러한 대안예, 수정예, 및 변형예를, 그들의 모든 등가물과 함께, 포괄하도록 의도된다.

Claims (29)

1. 전기화학적 디바이스를 충전하기 위한 방법으로서,
   적어도 하나의 고조파(harmonic)와 전기화학적 디바이스의 임피던스 사이의 관계를 설명하는 고조파 프로파일에 액세스하는 단계; 및
   상기 전기화학적 디바이스의 전극에서의 에너지 플럭스로서, 고조파에서의 상기 에너지 플럭스는 상기 전기화학적 디바이스의 최소 임피던스 값과 관련되는, 상기 에너지 플럭스를 제어하는 단계
   를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 고조파는 상기 전기화학적 디바이스의 최소 실수 임피던스 값과 관련되는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 고조파는 상기 전기화학적 디바이스의 최소 허수 임피던스 값과 관련되는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 고조파는 상기 전기화학적 디바이스의 실수 임피던스 값 및 허수 임피던스 값의 조합과 관련되는, 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 고조파는 상기 전기화학적 디바이스의 상기 실수 임피던스 값 및 상기 허수 임피던스 값의 모듈러스 조합(modulus combination)과 관련되는, 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 고조파는 제1 가중된 값에 의해 조정되는 상기 실수 임피던스 값 및 제2 가중된 값에 의해 조정되는 상기 허수 임피던스 값의 조합과 관련되는, 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 최소 임피던스 값에서의 변화를 획득하는 단계; 및
   상기 최소 임피던스 값에서의 상기 변화와 관련되는 새로운 고조파에서 상기 전기화학적 디바이스의 상기 전극에서의 상기 에너지 플럭스를 제어하는 단계
   를 더 포함하는, 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 최소 임피던스 값에서의 상기 변화를 획득하는 단계는,
   상기 전기화학적 디바이스의 기생 손실과 관련되는 주파수를 검출하는 단계; 및
   상기 최소 임피던스 값에서의 상기 변화를 획득할 때 상기 기생 손실의 상기 검출된 주파수와 관련되는 고조파 값을 배제하는 단계
   를 포함하는, 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 전기화학적 디바이스는 하프 셀 배터리(half cell battery), 셀 배터리, 병렬로 연결되는 복수의 배터리, 또는 직렬로 연결되는 복수의 배터리 중 하나를 포함하는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 에너지 플럭스는 충전 전류, 방전 전류, 충전 전압, 방전 전압, 충전 전력 또는 방전 전력 중 하나를 포함하는, 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 전기화학적 디바이스의 어드미턴스의 컨덕턴스 값 또는 어드미턴스의 서셉턴스 값과 관련되는 고조파에서 상기 에너지 플럭스의 일부를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 최소 임피던스 값과 관련되는 상기 고조파는 상기 최소 임피던스 값과 관련되는 고조파의 범위의 상위 주파수를 포함하는, 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 에너지 플럭스는 상기 전기화학적 디바이스의 상기 최소 임피던스 값에 대응하는 선두 에지 부분(leading edge portion)을 포함하는, 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 에너지 플럭스는 상기 선두 에지 부분을 따르는 제어된 크기 값을 포함하는 바디 부분을 더 포함하는, 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 에너지 플럭스는 상기 전기화학적 디바이스에서의 제로 전류 흐름에 대응하는 전이 전압(transition voltage) 미만의 전압값을 포함하는 후미 에지 부분(trailing edge portion)을 더 포함하는, 방법.
16. 제1항에 있어서,
    상기 전기화학적 디바이스의 상기 전극에 대한 상기 에너지 플럭스의 인가 동안 상기 전기화학적 디바이스의 실수 임피던스 값 및 허수 임피던스 값을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
17. 전기화학적 디바이스를 충전하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 고조파와 전기화학적 디바이스의 에너지 전달 사이의 관계를 설명하는 고조파 프로파일에 액세스하는 단계; 및
    상기 전기화학적 디바이스의 전극에서의 에너지 플럭스로서, 고조파에서의 상기 에너지 플럭스는 상기 전극에서의 상기 에너지 전달의 실수값 및 허수값에 기초한 에너지의 최적의 전달과 관련되는, 상기 에너지 플럭스를 제어하는 단계
    를 포함하는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 에너지 전달의 상기 실수값은 실수 임피던스이고 상기 에너지 전달의 상기 허수값은 허수 임피던스인, 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 에너지 전달의 상기 실수값은 컨덕턴스 값이고 상기 에너지 전달의 상기 허수값은 서셉턴스 값인, 방법.
20. 배터리 충전 시스템으로서,
    충전 신호 성형 회로; 및
    충전 신호의 주파수 성분과 임피던스 사이의 관계를 사용하여, 충전 신호의 주파수 성분과 임피던스 사이의 상기 관계에 기초하여 전기화학적 디바이스에 대한 충전 신호의 양태를 정의하도록 상기 충전 신호 성형 회로를 제어하는 컨트롤러
    를 포함하는, 배터리 충전 시스템.
21. 제20항에 있어서, 상기 충전 신호의 양태는 상기 충전 신호의 선두 에지인, 배터리 충전 시스템.
22. 제20항에 있어서,
    전력 신호를 제공하는 전력 소스를 더 포함하되, 상기 충전 신호 성형 회로를 제어하는 것은 상기 충전 신호를 제공하기 위해 상기 전력 신호로부터 에너지를 흡수하는 것을 포함하는, 배터리 충전 시스템.
23. 제20항에 있어서, 상기 충전 신호 성형 회로는,
    전력 레일과 전기적으로 통신하는 하나 이상의 제1 성형 인덕터; 및
    상기 하나 이상의 제1 성형 인덕터와 상기 전기화학적 디바이스의 전극 사이에서 전기적으로 통신하는 제1 스위칭 디바이스
    를 포함하는, 배터리 충전 시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 충전 신호 성형 회로는,
    상기 전기화학적 디바이스의 상기 전극과 전기적으로 통신하는 하나 이상의 제2 성형 인덕터; 및
    상기 하나 이상의 제2 성형 인덕터와 상기 전력 레일 사이에서 전기적으로 통신하는 제2 스위칭 디바이스
    를 포함하는, 배터리 충전 시스템.
25. 제23항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 전기화학적 디바이스의 최소 임피던스 값과 관련되는 고조파에 기초하여 상기 전기화학적 디바이스에 대한 상기 충전 신호를 성형하기 위해, 제1 제어 신호를 상기 제1 스위칭 디바이스에 송신하고 제2 제어 신호를 상기 제1 스위칭 디바이스에 송신하는, 배터리 충전 시스템.
26. 제23항에 있어서,
    상기 전력 레일과 전기적으로 통신하는 전력 소스를 더 포함하되, 상기 전력 소스는 전압 제어식 전력 소스(voltage-controlled power source) 또는 전류 제어식 전력 소스(current-controlled power source) 중 하나인, 배터리 충전 시스템.
27. 제20항에 있어서,
    상기 컨트롤러와 통신하는 임피던스 측정 회로를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 전기화학적 디바이스의 임피던스 측정치를 획득하기 위해 임피던스 제어 신호를 송신하는, 배터리 충전 시스템.
28. 배터리 셀 충전 시스템으로서,
    하나 이상의 인덕터 및 상기 하나 이상의 인덕터에 직렬로 연결되는 스위칭 디바이스로서, 상기 하나 이상의 인덕터는 전력 레일과 전기적으로 통신하고, 상기 스위칭 디바이스는 배터리 셀과 전기적으로 통신하는, 상기 스위칭 디바이스를 포함하는 충전 신호 성형 회로; 및
    전기화학적 디바이스의 최소 임피던스와 관련되는 고조파에 기초하여 상기 전기화학적 디바이스에 대한 상기 전력 레일로부터의 충전 신호를 성형하기 위해 제어 신호를 상기 스위칭 디바이스에 제공하는 컨트롤러
    를 포함하는, 배터리 셀 충전 시스템.
29. 제28항에 있어서,
    상기 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 하나 이상의 제2 인덕터; 및
    상기 하나 이상의 제2 인덕터와 전기적으로 통신하는 제2 스위칭 디바이스로서, 상기 컨트롤러는 상기 제2 스위칭 디바이스를 활성화하여 상기 충전 신호를 추가로 성형하기 위해 펄스 폭 변조된 신호를 제공하는, 상기 제2 스위칭 디바이스
    를 더 포함하는, 배터리 셀 충전 시스템.

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