KR101671551B1 - 배터리 충전기들, 전기 시스템들, 및 재충전 가능한 배터리 충전 방법들 - Google Patents

배터리 충전기들, 전기 시스템들, 및 재충전 가능한 배터리 충전 방법들 Download PDF

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Abstract

배터리 충전기들, 전기 시스템들, 및 재충전 가능한 배터리 충전 방법들이 개시되어 있다. 일 예에 따르면, 배터리 충전기는 배터리의 공통 충전 사이클 동안 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 배터리의 복수의 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지의 복수의 주 충전 펄스들을 인가하고, 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들을충전하기 위해 배터리의 공통 충전 사이클 동안 배터리의 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지의 복수의 2차 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 충전 회로를 포함한다.

Description

배터리 충전기들, 전기 시스템들, 및 재충전 가능한 배터리 충전 방법들{BATTERY CHARGERS, ELECTRICAL SYSTEMS, AND RECHARGEABLE BATTERY CHARGING METHODS}
본 발명은 배터리 충전기들, 전기 시스템들, 및 재충전 가능한 배터리 충전 방법들에 관한 것이다.
재충전 가능한 배터리들은 전기 에너지에 대하여 상이한 요구들을 갖는 각종 애플리케이션들에 사용되거나 설계된다. 재충전 가능한 배터리 시스템들은, 충전 동작들 동안 전기 에너지를 수용하고 방전 동작들 동안 전기 에너지를 부하에 공급하는 재충전 가능한 셀들을 포함한다. 재충전 가능한 셀들은 상이한 화학적 성질을 가질 수 있고 일 예로 리튬 이온 셀(Lithium Ion cell)들을 포함할 수 있다. 상이한 애플리케이션들에 사용되는 재충전 가능한 셀들의 수는 필요한 부하들에 따라 가변되고, 이 셀들의 수는 일부 구현들에서는 많을 수 있다.
배터리의 재충전 가능한 셀들은 예를 들면 재충전 가능한 셀들의 제조 공정들의 결과로서, 비 균일해질 수 있다. 더 구체적으로, 배터리의 상이한 재충전 가능한 셀들은 상이하거나 또는 비 균일한 파라미터들을 갖는다(예를 들면, 전압, 내부 저항 또는 임피던스, 충 방전 효율). 셀들의 비 균일성은 실질적으로 배터리의 성능을 그 최소 능력을 갖는 재충전 가능한 셀에 연결된다. 더욱이, 비 균일 전압-용량 특성 곡선들을 갖는 재충전 가능한 셀들의 반복된 사이클은 배터리의 용량의 감소를 증가시킬 수 있다.
몇몇 배열에서, 배터리들은 예를 들면 직렬로 함께 연결된 수백 또는 수천 개의 재충전 가능한 셀들을 가질 수 있다. 전형적으로, 재충전 가능한 셀들은 직렬로 충전된다. 그러나, 재충전 가능한 셀들은 재충전 가능한 셀들의 비 균일성에 기인하여 다르게 수행될 수 있고, 재충전 가능한 셀들의 충전 상태는 이 비 균일성에 기인하여 재충전 가능한 셀들의 충전 동안 가변 될 수 있다. 특히, 재충전 가능한 셀들의 전압-용량 특성 곡선들은 충 방전 동안 선형이 될 수 없다. 일부 재충전 가능한 셀들은, 또한 후속하는 충 방전 사이클들에서 더욱 감소 될 수 있는 배터리의 용량을 제한할 수 있는 셀들의 비 균일성에 기인하여, 다른 재충전 가능한 셀들보다 빨리 완전 충전 또는 완전 방전될 수 있다.
도 1은 충전 동안 부여된 배터리의 재충전 가능한 셀들의 비 균일성을 설명하기 위해 종래 접근 방법을 나타낸 도면이다. 특히, 전력 MOSFET와 같은 논리 제어 스위치(16)와 저항(14)을 각각 포함하는 복수의 분로 회로들은 각 재충전 가능한 셀들(12)과 병렬로 결합 될 수 있다. 분로 회로들은 이들의 최대 전압에 빠르게 도달한 재충전 가능한 셀들(12)의 각각을 둘러싸는 과도 전류를 분로시키도록 동작하고, 이에 의해서 이러한 재충전 가능한 셀들(12)이 완전히 또는 부분적으로 바이패스되어 이러한 셀들(12)의 충전이 느려지게 된다.
분로 회로들을 사용하여 분로될 수 있는 전류 량은, 특히 내장(enclosed) 배터리 팩들을 사용하는 애플리케이션들에서는, 과도 전류를 도전시키는 저항들(14)에 의해서 생성될 수 있는 열에 기인하여 제한될 수 있다. 따라서, 충전 전류는 과도 열의 생성을 회피하기 위해서 일부 구현들에서 제한될 수 있다. 더욱이, 이들 회로들은 재충전 가능한 셀들의 용량이 수 퍼센트(%) 이상 상이한 경우, 비교적 큰 수의 셀들을 갖는 비교적 큰 배터리들에서 효과적이지 못할 수 있다.
본 발명의 적어도 일부 예들은 이하 후술하는 향상된 충전 디바이스들, 전기 시스템들, 및 관련 방법을 지향한다.
본 발명의 예시적인 실시예들을 이하 첨부한 도면들을 참조하여 이하 설명한다.
도 1은 종래 배터리 및 충전기를 나타낸 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 전기 시스템의 기능 블록도.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리의 팩 회로의 기능 블록도.
도 4는 일 실시예에 따른 전기 시스템을 예시적으로 나타낸 도면.
도 5는 일 실시예에 따른 전기 시스템을 예시적으로 나타낸 도면.
도 6은 일 실시예에 따른 스위칭 회로를 예시적으로 나타낸 도면.
도 7은 일 실시예에 따른 복수의 주 펄스들 및 복수의 2차 펄스들을 나타낸 타이밍도.
본 발명은 "과학과 유용한 기술의 발달을 촉진시킨다"(1조 8절)는 미국 특허법의 구체적인 목적에 부합한다.
본 발명의 적어도 일부 예들은 재충전 가능한 배터리들의 충전 동작들을 지향한다. 재충전 가능한 배터리들은 복수의 재충전 가능한 셀들을 개별적으로 포함할 수 있다. 비 균일성은 예를 들면 제조 프로세스들과 공차(tolerance)들에 기인하여 주어진 배터리의 재충전 가능한 셀들 사이에 존재할 수 있다. 본 발명의 적어도 일부 예들은, 재충전 가능한 셀들의 충전 상태들이 충전 프로세스 동안 실질적으로 동일한, 배터리의 재충전 가능한 셀들의 실질적으로 균형잡힌 충전을 지향한다. 본 발명의 일 실시예는 (배터리의 다른 재충전 가능한 셀들에 제공되는 전기 에너지를 충전하는 양과 비교해서) 충전될 배터리의, 배터리의 다른 재충전 가능한 셀들보다 낮은 상태들을 갖는 하나 이상의 재충전 가능한 셀들에 충전하는 전기 에너지의 양을 증가시킨다. 일 예에서, 전기 에너지의 주 펄스 및 2차 펄스들을 포함하는 복수의 펄스들이 배터리를 충전하는데 사용된다. 부가적인 실시예들 및 예들을 이하 설명한다.
일 실시예에 따르면, 배터리 충전기는, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 배터리의 복수의 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지의 복수의 주 충전 펄스들을 인가하고, 전체보다 적은(less than all) 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해서 배터리의 공통 충전 사이클 동안 배터리의 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지의 복수의 2차 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 충전 회로를 포함한다.
부가적인 실시예에 따르면, 배터리 충전기는, 상이한 충전 상태들을 갖는 재충전 가능한 셀들에 대응하고, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 배터리의 복수의 재충전 가능한 셀들 중 상이한 셀들에 전기 에너지의 상이한 수의 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 충전 회로를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전기 시스템은, 충전하는 전기 에너지를 수용하고 부하에 전기 에너지를 방전하도록 개별적으로 구성된 복수의 재충전 가능한 셀들을 포함하는 배터리, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 재충전 가능한 셀들에 복수의 주 충전 펄스들을 인가하고, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 적어도 하나의 재충전 가능한 셀들에 복수의 2차 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 충전 회로, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 재충전 가능한 셀들의 충전 상태들을 감시하고, 배터리의 재충전 가능한 셀들 중 다른 셀들의 충전 상태들보다 낮은 충전의 상태를 갖는, 적어도 하나의 재충전 가능한 셀들을 검출하도록 구성된 감시 회로, 감시 회로에 결합되고, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 배터리의 재충전 가능한 셀들의 충전 상태를 실질적으로 균형 잡도록 재충전 가능한 셀들의 다른 셀들의 충전 상태보다 낮은 충전 상태를 갖는 적어도 하나의 재충전 가능한 셀들에 2차 충전 펄스들을 인가하도록 충전 회로를 제어하기 위해 감시 회로의 감시를 사용하도록 구성된 제어 회로를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 재충전 가능한 배터리 충전 방법은, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 복수의 제 1 시점에서 배터리의 재충전 가능한 셀들의 제 1 수를 충전하기 위해 전기 에너지를 인가하고, 재충전가능 셀들의 전기 특성을 감시하고, 감시를 사용하여, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 복수의 제 2 시점에서 배터리의 재충전 가능한 셀들의 제 2 수를 충전하기 위해 전기 에너지를 인가하는 것을 포함하고, 여기서 제 2 수는 제 1 수보다 작다.
또 다른 실시예에 따르면, 재충전 가능한 배터리 충전 방법은, 배터리의 공통 충전 사이클 동안 배터리의 복수의 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 전기 에너지의 복수의 주 충전 펄스들을 인가하고, 배터리의 공통 충전 사이클 동안, 배터리의 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 비교하여 낮은 충전 상태를 갖는 배터리의 적어도 하나의 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 전기 에너지의 복수의 2차 충전 펄스들을 인가하는 것을 포함한다.
도 2를 참조하여, 전기 시스템(20)을 일 실시예에 따라 설명한다. 전기 시스템(20)은 배터리 충전기(24)와 결합된 재충전 가능한 배터리(22)를 포함한다. 배터리(22)는 일 실시예에서 복수의 재충전 가능한 셀들(28)을 포함한다. 배터리 충전기(24)는 배터리(22)를 충전하기 위해 재충전 가능한 셀들(28)에 충전 전기 에너지를 제공하도록 구성된다. 부하는 도 2에 도시되지 않았더라도, 배터리(22)는 재충전 가능한 셀들(28) 내에 저장된 전기 에너지를 배터리(22)의 방전 동작들 동안 외부 부하에 제공하도록 배치될 수 있다. 일부 구성에서, 배터리(22)는 배터리 충전기(24)를 사용하여 배터리(22)를 충전한 다음에 부하에 전력을 공급하도록 방전 동작들에서 사용하기 위해 배터리 충전기(24)로부터 분리될 수 있다. 다른 실시예들에서, 배터리 충전기(24)는 배터리(22)의 하우징의 내부에 있을 수 있고 배터리(22)의 일부가 되거나 또는 일체가 되는 것으로 상정될 수 있다. 또한, 본 발명의 부가적인 예의 실시예들에 따르면, 팩 회로(pack circuitry; 26)의 일부 또는 전부는 배터리 충전기(24)의 부분이 되거나 또는 내부에 있을 수 있고, 예를 들면 일예로 재충전 가능한 셀들(28)을 수납하는 배터리 하우징의 외부에 있을 수 있다.
도 2에 도시된 배터리(22)의 예시적인 실시예는 예를 들면 배터리(22)의 배터리 팩에 배치된 팩 회로(26) 및 복수의 재충전 가능한 셀들(28)을 포함한다. 재충전 가능한 셀들(28)은 충전 동작들 동안 충전되고 (그리고 전기 에너지를 저장하고) 방전 동작들 동안 방전될 수 있다. 다른 배터리들(20)은 전력 공급될 부하의 요구들에 따라서 다른 직렬 및/또는 병렬 구성들로 배치될 수 있는 상이한 수들의 재충전 가능한 셀들(28)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 1 내지 5 볼트 및 대략 10 Ah의 용량을 개별적으로 제공하는 재충전 가능한 셀들(28)이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 재충전 가능한 셀들(28)은 예를 들면 회사(Valance Technology, Inc.)로부터 입수 가능한 리튬 이온 셀들로서 구체화될 수 있고, 일 예에서 3.2볼트의 동작 전압을 개별적으로 가질 수 있다. 다른 실시예들에서 상이한 구성들 및/또는 화학물질을 갖는 다른 재충전 가능한 셀들(28)이 사용될 수 있다.
팩 회로(26)는 배터리(22)의 각종 동작들을 수행하도록 구성된다. 이하 더 후술하는 바와 같이, 팩 회로(26)는 재충전 가능한 셀들(28)의 감시 동작들을 제공하고 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 동작들을 제어하도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 배터리 충전기(24)는 예시적인 실시예에서 배터리(22)와 일체로 될 수 있거나 또는 배터리(22)로부터 분리된 독립체로서 제공될 수 있다. 배터리 충전기(24)는 AC 메인, 교류 발전기, 또는 다른 적절한 AC 또는 DC 소스와 같은 외부 소스(도시 생략)로부터 전기 에너지를 수용할 수 있다. 배터리 충전기(24)는 재충전 가능한 셀들(28)을 충전하기 위해 배터리(20)에 전기 에너지를 공급하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 배터리 충전기(24)의 충전 회로(충전 회로는 도 2 및 3의 예시적인 구성에 도시됨)는 배터리(22)의 공통 충전 사이클 동안 재충전 가능한 셀들(28)의 실질적으로 균형잡힌 충전을 제공하기 위해서 재충전 가능한 셀들(28) 중 상이한 셀들에 대하여 상이한 전기 에너지량(예를 들면, 전기 에너지의 상이한 수의 충전 펄스들)을 제공하도록 구성된다. 또한 일 실시예에 따라 이하 설명하는 바와 같이, 배터리 충전기(24)의 충전 회로는, 여기에 기술하는 바와 같이 균형 잡힌 공칭 충전 상태를 갖는 다른 재충전 가능한 셀들(28)에 인가되는 충전 전기 에너지 양과 비교해서 낮은 충전 상태를 갖는 재충전 가능한 셀들(28)에 증가된 충전 전기 에너지 양을 제공한다. 일 실시예에서, 충전 회로는 복수의 충전 펄스들에서의 충전 전기 에너지를 인가하고, 충전 회로는 낮은 충전 상태를 갖는 재충전 가능한 셀들(28)에 충전 펄스들의 증가된 수를 인가한다. 다른 충전 실시예들이 가능하다.
일 실시예에서, 배터리 충전기(24)는 재충전 가능한 셀들(28)에 주 충전 전기 에너지 및 2차 충전 전기 에너지를 제공하도록 구성되는 충전 회로를 포함한다. 배터리 충전기(24)의 충전 회로는 모든 재충전 가능한 셀들(28)에 주 충전 전기 에너지를 제공하고 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들(28)에 2차 충전 전기 에너지를 제공한다(예를 들면, 2차 충전 전기 에너지는 후술하는 바와 같이 재충전 가능한 셀들(28)의 공칭 충전 상태보다 낮은 충전 상태들을 갖는 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)에 인가된다). 배터리 충전기(24)의 충전 회로는 낮은 충전 상태를 갖는 재충전 가능한 셀들(28)에게 2차 충전 전기 에너지를 제공하여, 그러한 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태들 및 충전 레이트들을 증가시킨다. 예를 들면, 낮은 충전 상태를 갖는 재충전 가능한 셀들(28)에 대한 2차 충전 전기 에너지의 제공은, 낮은 충전 상태들을 갖는 재충전 가능한 셀들(28)을 2차 충전 전기 에너지를 받지 않는 재충전 가능한 셀들(28)보다 빠르게 충전시킨다.
하나의 예시적인 실시예에 따르면, 배터리 충전기(24)의 충전 회로는 주 충전 전기 에너지를 복수의 주 충전 펄스들의 형태로 제공하고, 2차 충전 전기 에너지를 복수의 2차 충전 펄스들의 형태로 제공한다. 배터리 충전기(24)의 충전 회로는 일 실시예에서 재충전 가능한 셀들(28)에 주 충전 전기 에너지 및 2차 충전 전기 에너지의 각각을 제공하기 위해서 주 충전기 및 하나 이상의 2차 충전기(도 2에서 도시 생략)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 주 충전기 및 2차 충전기는 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 예를 들면, 주 충전기 및 2차 충전기들은 동일한 접지를 공유하지 않도록 배치될 수 있고, 일 구성에서, 2차 충전기(들)는 일 실시예에서 변압기를 통해 (예를 들면, 일 실시예에서 동일 기준으로 외부 전원의 접지인) 주 충전기의 접지로부터 분리될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 충전 동작들에 관련한 부가적인 상세한 것들 이하 설명한다.
도 3을 참조하면, 팩 회로(26)의 일 실시예가 도시되어 있다. 팩 회로(26)는 일 실시예에서 감시 회로(30), 제어 회로(32) 및 스위칭 회로(34)를 포함한다. 팩 회로(26)의 다른 실시예들은 더 많거나 적은 및/또는 대안적인 회로를 포함할 수 있다.
감시 회로(30)는 일 구성에서 재충전 가능한 셀들(28)의 전기 특성을 감시하도록 구성된다. 예를 들면, 일 실시예에서 재충전 가능한 셀들(28)의 실질적으로 균형잡힌 충전을 제공하기 위해서 재충전 가능한 셀들(28)의 개별적인 충전 상태들을 감시하는 것이 바람직하다. 감시 회로(30)는 재충전 가능한 셀들(28)의 각각의 전압들을 감시하도록 구성되고, 일 실시예로 재충전 가능한 셀들(28)에 관련한 충전 상태 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 재충전 가능한 셀들(28) 또는 전기 시스템(20)의 부가적인 및/또는 대안적인 전기 특성들은 다른 실시예들에서 감시될 수 있다. 예를 들면, 일부 구성에서 충전 전류가 감시될 수 있다.
제어 회로(32)는 설명된 구성에서 배터리(22)의 각종 동작들을 제어하고 정보를 처리하도록 구성된다. 제어 회로(32)는 일 실시예에서 순차 명령들(ordered instructions) 형태의 실행 가능한 코드를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 제어 회로(32)는 부가적으로 또는 대안적으로 배터리(22)의 동작들을 제어하기 위해서 다른 하드웨어(예를 들면, ASIC)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제어 회로(32)는 배터리(22)를 감시하고(예를 들면, 감시 회로(30)로부터의 출력을 사용하여 배터리(22)의 전기 특성들을 감시하고), 감시에 응답하여 배터리(22)의 동작들을 제어하도록 구성된다. 하나의 구체적인 예에서, 제어 회로(32)는 감시 회로(30)로부터 재충전 가능한 셀들(28)의 하나 이상의 전기 특성들(예를 들면, 재충전 가능한 셀들(28)의 전압)에 관한 정보를 수신하고, 수신된 정보를 사용하여 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태들을 판정하도록 구성된다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 이하 부가적으로 상세하게 설명되는 바와 같이, 제어 회로(32)는, 재충전 가능한 셀들(28)의 실질적으로 균형 잡힌 충전을 제공하기 위해, 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태 정보를 사용하여 재충전 가능한 셀들(28) 중 상이한 셀들에 대하여 상이한 전기 에너지 양을 제공하도록 스위칭 회로(34)를 제어할 수 있다.
스위칭 회로(34)는 일 실시예에서 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)에 선택적으로 2차 충전 전기 에너지를 인가하도록 구성된다. 스위칭 회로(34)는 배터리 충전기(24)의 하나 이상의 2차 충전기들과 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)을 각각 결합시킬 수 있고, 또는 예시적인 실시예에 따른 다양한 기능들을 사용하여 상이한 시점에서 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)과 단일 2차 충전기를 결합시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 전기 시스템(20)의 일예가 일 실시예에 따라 도시되어 있다. 배터리(22)는 서로 직렬로 결합된 복수의 재충전 가능한 셀들(28)의 단일 스트링(string)(29)을 포함한다. 직렬로 결합된 재충전 가능한 셀들(28)을 포함하는 부가적인 스트링들은 재충전 가능한 셀들(28)의 설명된 스트링(29)과 병렬로 결합되어 일부 구성들에서 배터리(22)의 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 도 3의 감시 및 제어 회로(30, 32)는 설명된 예시적인 실시예에서 단일 회로 구성 요소 내에 도시되어 있다. 감시 및 제어 회로(30, 32)는 다른 실시예들에서 별도의 구성 요소로서 구현될 수 있다. 또한, 도 2의 배터리 충전기(24)의 충전 회로(40)는 설명된 실시예에서 주 충전기(42) 및 2차 충전기(44)를 포함한다.
일 실시예에서, 주 충전기(42)는 배터리(22)의 충전 사이클 동안 배터리(22)의 모든 재충전 가능한 셀들(28)에 주 충전 전기 에너지를 제공하도록 구성된다. 상술한 바와 같이 일 실시예에 따라서, 주 충전기(42)는 배터리(22)의 공통 충전 사이클 동안 복수의 시점에서(예를 들면, 주기에 따라서) 배터리(22)의 모든 재충전 가능한 셀들(28)에 인가되는 복수의 주 충전 펄스들의 형태로 주 충전 전기 에너지를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 배터리(20)의 공통 충전 사이클은, 재충전 가능한 셀들(28)의 부분 또는 완전 방전 후에 그리고 재충전 가능한 셀들(28)의 후속하는 방전에 앞서, 배터리(20)의 재충전 가능한 셀들(28)을 배터리(22))의 증가된 충전 상태(예를 들면, 배터리(22)의 완전 충전)까지 충전하는 것을 말한다. 일 실시예에서, 주 충전기(42)는 전체의 충전 사이클 동안 주기에 따라 주 충전 펄스들을 제공한다.
게다가, 2차 충전기(44)는 또한 주 충전기(42)가 재충전 가능한 셀들(28)을 충전하는 배터리(22)의 공통 충전 사이클 동안 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)에 2차 충전 전기 에너지를 인가할 수 있다. 일 실시예에서, 2차 충전기(44)는 복수의 2차 충전 펄스들의 형태로 2차 충전 전기 에너지를 제공한다. 일 예에서, 2차 충전 펄스들은 한 쌍의 주 충전 펄스들의 사이에서 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)에 개별적으로 제공된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들은 배터리(22)의 충전 동작들 동안 재충전 가능한 셀들(28)의 실질적으로 균형 잡힌 충전을 제공한다. 예를 들면, 재충전 가능한 셀들(28)은 일 실시예에서 충전 사이클 동안 실질적으로 동일한 충전 상태를 갖는다. 재충전 가능한 셀들(28)이 이상적으로 균일한 경우, 이들은 실질적으로 동일한 공칭 레이트(nominal rate)로 충전된다. 또한, 균일한 재충전 가능한 셀들(28)은 충전하는 동안 예를 들면 주 충전 전기 에너지만을 사용하여도 실질적으로 동일한 공칭 충전 상태를 갖는다. 그러나, 재충전 가능한 셀들(28)은 예를 들면 제조 공차들에 기인하여 균일하지 않을 수 있고, 상이한 레이트에서의 재충전 가능한 셀들(28)의 충전에 의해서 유도될 수 있는 상이한 내부 임피던스와 같은 비 균일성을 가질 수 있다. 따라서, 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태는 주 충전 전기 에너지를 사용하는 다른 재충전 가능한 셀들(28)의 공칭 충전 상태와 균형을 이루지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 감시 및 제어 회로(30, 32)는 재충전 가능한 셀들(28)의 하나 이상의 전기 특성들을 감시하도록 구성되고, 공통 충전 사이클 동안 재충전 가능한 셀들(28)의 실질적으로 균형 잡힌 충전을 제공하도록 배터리(22) 및/또는 배터리 충전기(24)의 충전 동작들을 제어하는데 사용되며, 이 경우 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태는 실질적으로 균형 잡히게 된다(예를 들면, 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태는 서로 대략 1% 내에 있게 된다).
일 실시예에 따르면, 감시 및 제어 회로(30, 32)는 각 개별 재충전 가능한 셀들(281-28n)(또는 설명된 스트링의 개별 셀들(281-28n)과 병렬로 개별적으로 결합될 수 있는 다른 스트링들의 셀들뿐만 아니라 도시된 셀들(281-28n)을 포함할 수 있는 셀들의 각 개별 뱅크(bank)들)의 전압들(V1-Vn)을 감시한다. 감시 및 제어 회로(30, 32)는 일 실시예에서 수신된 전압들(V1-Vn)을 사용하여 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 충전 상태를 판정할 수 있다.
감시 및 제어 회로(30, 32)는 실질적으로 동일한 충전 상태를 갖는 (예를 들면, 셀들의 수용 전압들에 의해서 나타난 바와 같이) 다른 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 공칭 충전 상태보다 작은 충전 상태에 있는 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(281-28n)에 대하여 하나 이상의 2차 충전기들(44)로부터의 2차 충전 전기 에너지를 인가하도록 스위칭 회로(34)를 제어하도록 구성된다. 상술한 바와 같이, 재충전 가능한 셀들(281-28n)은 전형적으로 배터리(22)의 충전 사이클 동안 동일한 공칭 충전 레이트로 충전하고, 대부분의 재충전 가능한 셀들(281-28n)은 전형적으로 충전 사이클 동안 동일하게 증가하는 공칭 충전 상태로 제공된다(즉, 재충전 가능한 셀들(28)(및 배터리(22))의 공칭 충전 상태가 충전 사이클 동안 증가한다). 그러나, 상술한 바와 같이, 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(281-28n)(또는 셀들의 뱅크들)은 비 균일성에 기인하여 다른 재충전 가능한 셀들(28)의 공칭 충전 레이트보다 느리게 충전될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(281-28n)은, 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 충전 상태가 다른 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 공칭 충전 상태로부터 대략 1% 넘게 가변하는 경우, 균형 잡히지 않은 것으로 상정될 수 있다. 하나 이상의 균형 잡히지 않은 재충전 가능한 셀들(281-28n)에 대한 2차 충전 전기 에너지의 인가는, 이러한 셀들을, 일 실시예에서 주 충전 전기 에너지만을 수용하는 균형 잡힌 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 충전 레이트와 비교해서 더 빠른 레이트로 충전하게 된다.
2차 충전 전기 에너지 (예를 들면, 펄스들)의 인가 동안, 감소된 충전 상태를 가지며 2차 충전 전기 에너지를 수용한 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 충전 상태는 다른 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 공칭 충전 상태와 균형 잡힐 수 있게 된다. 감시 및 제어 회로(30, 32)는 이러한 셀들의 충전 상태가 다른 균형 잡힌 재충전 가능한 셀들(281-28n)의 공칭 충전 상태와 실질적으로 균형 잡혀 있는 실질적으로 균형 잡힌 충전 상태를 이러한 셀들이 획득한 후에 공통 충전 사이클 동안 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(281-28n)에 2차 충전 펄스들의 인가를 중지하도록 스위칭 회로(34)를 제어할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전기 시스템의 다른 실시예는 참조 번호 20a로 하여 나타나 있다. 설명된 예시적인 실시예에서, 제어 회로(32) 및 주 충전기(42)는 단일 구성 요소로서 구현되고, 감시 회로(30)는 명료하게 도시되어 있지 않다. 4 개의 재충전 가능한 셀들(280-283)은 설명된 실시예에서 직렬로 결합되어 있다. 주 충전기(42) 및 2차 충전기(44)는 DC 또는 AC 외부 전원과 (DC 또는 AC 입력을 통해) 결합될 수 있다. 제어 회로(32)는 충전 사이클 동안 노드들(b1-b4)에서 전압에 관한 정보를 수신하고, 재충전 가능한 셀들(280-283)의 충전 상태를 판정하도록 구성된다.
주 충전기(42)는 일 실시예에서 배터리(22)의 충전 사이클 동안 모든 재충전 가능한 셀들(28)에 주 충전 전기 에너지를 제공한다. 제어 회로(32)는 다른 재충전 가능한 셀들(280-283)과 균형 잡히지 않은 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(280-283)에 (예를 들면, 2차 충전기(44)로부터의 연결(c0 및 c1)을 통해 받은) 2차 충전 전기 에너지를 선택적으로 인가하기 위해 (예를 들면, 제어 신호(a0-a3)를 통해) 스위칭 회로(34)를 제어할 수 있다. 스위칭 회로(34)는 설명된 실시예에서 각 노드들(b1-b4)을 통해 적절한 재충전 가능한 셀들(280-283)에 2차 충전 전기 에너지를 인가한다. 일 실시예에서, 제어 회로(32)는 충전 사이클 동안 주 충전 전기 에너지를 주 충전 펄스들의 형태로 재충전 가능한 셀들(280-283)에게 그리고 2차 충전 전기 에너지를 2차 충전 펄스들의 형태로 선택적으로 인가하도록 스위칭 디바이스(46)를 제어할 수 있다.
도 6을 참조하면, 멀티플렉서(50)의 형태로 도 5의 스위칭 회로(34)의 일 실시예가 도시되어 있다. 멀티플렉서(50)는 노드들(b1-b4)의 각각에 단말(c0 및 c1)(예를 들면, 도 5)을 통해 받은 2차 충전 전기 에너지를 선택적으로 인가하도록 구성된 복수의 스위치(52)를 포함한다. 도 5의 제어 회로(32)는 노드들(b1-b4)과 각각 결합되고 균형잡히지 않은 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(280-283)에 대한 2차 충전기(44)로부터의 2차 충전 전기 에너지의 인가를 제어하도록 스위치(52)들에 어드레싱 제어 신호(a0-a3)를 인가한다. 설명된 구성은 단일 공통 충전 사이클 동안 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)에 단일 2차 충전기(44)로부터의 2차 충전 전기 에너지가 인가되는 것을 허용한다(이 경우 주 충전 전기 에너지는 또한 충전에 사용된다). 일부 실시예들에서, 복수의 재충전 가능한 셀들(28)의 각각에 2차 충전 전기 에너지를 제공하는데 부가적인 2차 충전기들이 사용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 우측으로 진행하는 시간에 대하여, 충전 펄스들(예를 들면, DC 충전 펄스들)을 배터리(22)의 재충전 가능한 셀들(28)에게 인가하는 것을 나타낸 타이밍도가 일 실시예에 따라 도시되어 있다. 특히, 복수의 주 충전 펄스들(60)은 일 실시예에 따라 복수의 제 1 시점에서 배터리(22)의 모든 재충전 가능한 셀들(28)에 제공된다. 제 1 시점은 일 예에서 배터리(22)의 충전 사이클 동안 주기에 따라 판정된다.
도 7은 또한 충전 사이클의 충전 동안 배터리(22)의 다른 재충전 가능한 셀들(28)의 공칭 충전 상태와 비교해서 낮은 충전 상태를 갖는 두 개의 재충전 가능한 셀들(28)(또는 병렬로 결합된 복수의 재충전 가능한 셀들(28)을 개별적으로 포함하는 두 개의 뱅크들) 각각에 인가되는 복수의 2차 충전 펄스들(62a, 62b)을 나타낸다. 2차 펄스들(62a, 62b)은 일 실시예에서 주 펄스들(60)의 듀티 사이클(duty cycle)의 오프(off) 부분 동안 하나 이상의 재충전 가능한 셀들(28)에 인가될 수 있다. 예를 들면, 2차 펄스들(62a, 62b)은 일 실시예에서 주 충전 펄스들(60)에 대응하는 제 1 시점들 사이의 복수의 제 2 시점들에서 인가될 수 있다.
이러한 균형 잡히지 않은 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태가 배터리(22)의 균형 잡힌 재충전 가능한 셀들(28)의 공칭 충전 상태와 실질적으로 균형 잡힐 때까지 제 1의 2차 충전 펄스들(62a)은 하나의 균형 잡히지 않은 재충전 가능한 셀들(28)에 인가될 수 있고, 다른 2차 충전 펄스들(62b)은 다른 균형 잡히지 않은 재충전 가능한 셀들(28)에 인가될 수 있다. 부가적인 2차 충전 펄스들은 또한 다른 실시예에서 균형 잡히지 않은 다른 재충전 가능한 셀들(28)을 충전하기 위해 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이, 2차 충전 펄스들(62a, 62b)은 주 충전 전기 에너지의 듀티 사이클의 오프 부분 동안 각 재충전 가능한 셀들(28)에 인가될 수 있다. 좌측 편에서 우측 편으로 시간 진행하는 도 7의 예에서, 시간에 맞춰 발생하는 제 1의 2차 펄스들(62a, 62b)은 시간에 맞춰 발생하는 제 1의 2차 펄스들(62a, 62b)에 바로 인접하는 한 쌍의 주 충전 펄스들(60)(도 7에서 시간에 맞춰 발생하는 제 1의 두 개의 펄스들(60)) 사이에 있다.
2차 충전 펄스들(62a, 62b)은 일 실시예에서 단일 2차 충전기(44)에 의해서 제공되는 2차 충전 전기 에너지의 시분할 멀티플렉싱을 사용하여 생성될 수 있다. 대안적으로, 복수의 2차 충전기들(44)은 2차 충전 펄스들(62a, 62b)의 각각을 생성하기 위해서 제공될 수 있다. 복수의 2차 충전기들(44)을 포함하는 이러한 예시적인 처리 방식에서, 상이한 재충전 가능한 셀들(28)을 위한 2차 펄스들(62a, 62b)이 생성되고, 동일 시점 또는 상이한 시점에서 각 재충전 가능한 셀들(28)에 인가될 수 있다.
충전 회로(40)는 상이한 실시예들에서 상이한 특성들을 갖는 주 충전 펄스 및 2차 충전 펄스들(60, 62)을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 주 충전 펄스 및 2차 충전 펄스들(60, 62)의 진폭(또는 크기) 및/또는 듀티 사이클들은 상이한 실시예들에 대하여 가변될 수 있다. 주 충전 펄스 및 2차 충전 펄스들(60, 62)의 전기 특성들은 일 실시예에서 배터리(22)의 용량에 대응하여 선택될 수 있다.
일부 처리 방식들에서, 재충전 가능한 셀들(28)(예를 들면, 리튬 이온 셀들)은 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 사이클 동안 정전류/정전압 충전 방법을 사용하여 충전될 수 있다. 정전류/정전압 충전 방법을 사용하는 하나 이상의 특정한 예에서, 재충전 가능한 셀들(28)은 처음에 정전류를 갖는 주 충전 펄스 및 2차 충전 펄스들(60, 62)을 사용하여 충전된다. 재충전 가능한 셀들(28)이 특정된 충전 상태(예를 들면, 90%)로 충전된 후에, 배터리 충전기(24)는 정전압의 펄스들(60, 62)을 제공하도록 동작을 스위칭할 수 있다. 다른 실시예들에서는 다른 충전 방법이 가능하다.
일 실시예에서, 충전 사이클의 정전류 부분 동안 주 충전 펄스 및 2차 충전 펄스들(60, 62)의 전류는 배터리(22)의 용량 및 펄스들(60, 62)의 듀티 사이클들을 사용하여 판정될 수 있다. 예를 들면, 배터리(22)가 10 Ahr의 용량을 가지는 경우 절반 용량의 충전 전류는 5 Ampere이다. 일 예에서 펄스들(60, 62)이10%의 듀티 사이클을 가지는 경우, 5 Ampere의 10배의 주 펄스 및 2차 펄스들(60, 62)에 대한 충전 전류가 재충전 가능한 셀들(28)을 실질적으로 동일한 레이트로 충전하는데, 마치 이들이 5 Ampere의 전류를 갖는 일정한 비 펄스 충전 에너지로 충전되는 것과 같다. 하나의 예시적인 실시예에서, 주 펄스 및 2차 펄스들(60, 62)은 개별적으로 충전 사이클의 정전류 부분 동안 20 - 50 Ampere 사이의 정전류와 10%의 듀티 사이클을 가질 수 있다. 보다 높은 전류를 갖는 펄스들(60, 62)의 사용은 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 시간을 단축시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 2차 펄스들(62)은 주 펄스들(60)보다 낮은 전류(예를 들면, 20-30 Ampere)를 가질 수 있다. 10초의 주기를 갖는 도 7의 일 예에서, 펄스들(60, 62)은 1초의 지속 기간을 개별적으로 가질 수 있다.
제어 회로(32)(도 3)는 일 실시예에서 배터리 충전기(24)의 동작들을 제어하기 위해서 충전 동작들 동안 재충전 가능한 셀들(28)의 전기 특성들을 감시하도록 구성된다. 예를 들면, 제어 회로(32)는 정전류 모드의 동작으로부터 정전압 모드의 동작으로 배터리 충전기(24)의 동작을 전환할지를 적절한 시점에서 판정하기 위해서 재충전 가능한 셀들(28)의 하나 이상의 전기 특성을 감시할 수 있다. 일 실시예에서, 제어 회로(32)는 재충전 가능한 셀들(28)의 충전 상태를 감시하기 위해서 충전 동작들 동안 재충전 가능한 셀들(28)의 전압을 감시한다. 일 실시예에서, 셀들(28)의 전압은 각 주기 동안 펄스(60) 이후 및 펄스(62a) 이전에 감시될 수 있다. 일 실시예에서, 정전류 전기 에너지로 충전하는 동안 셀들의 최대 전압(예를 들면, 흑연/리튬 철 인산염 셀들에 대하여 셀 당 3.7볼트)에 도달하는 재충전 가능한 셀들(28)은, 재충전 가능한 셀들(28)이 충전의 규정된 상태(예를 들면, 대략 80-90% 용량)에 도달했다는 것을 나타낸다.
재충전 가능한 셀들(28)이 최대 전압에 도달하는 것을 검출하는 제어 회로(32)에 응답하여, 제어 회로(32)는 셀들(28)의 충전 사이클 동안, 정전류 모드의 동작으로부터, 정전압을 개별적으로 갖는 주 충전 전기 에너지 및 2차 충전 전기 에너지가 재충전 가능한 셀들(28)을 충전하기 위해서 사용되는 정전압 모드의 동작으로, 동작 모드를 전환하도록 배터리 충전기(24)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 재충전 가능한 셀들(28)의 최대 전압(예를 들면, 3.7볼트)의 전압을 개별적으로 갖는 주 펄스 및 2차 펄스들의 형태로 주 충전 전기 에너지 및 2차 충전 전기 에너지는 정전압 모드 동작 동안 사용될 수 있다. 재충전 가능한 셀들(28)의 정전압 충전은, 일 실시예에서 재충전 가능한 셀들(28)을 충전의 최대 상태로 충전하고, 충전의 최대 상태 및 최대 전압으로 재충전 가능한 셀들(28)을 유지하는데 사용될 수 있는 세류 충전(trickle charging)으로서 상정될 수 있다. 충전 사이클의 정전압 충전 부분 동안, 정전압 충전 전기 에너지의 전류는 초기 량(예를 들면, 1 내지 2 Ampere)으로부터 0(또는 비교적 작은 전류( ~ mA))으로 떨어질 수 있으며, 이는 재충전 가능한 셀들(28)이 완전히 충전된 것(그리고 배터리 충전기(24)가 일 실시예에서 분리될 수 있는 것)을 나타낸다. 재충전 가능한 셀들(28)의 다른 충전 상태들은 다른 실시예들에서 정전류 충전 전기 에너지의 사용으로부터 정전압 충전 전기 에너지로 전환하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서는 다른 충전 방법들이 사용될 수 있다.
본 발명의 적어도 일부 처리 방식들은 복수의 재충전 가능한 셀들(28)을 포함하는 배터리들(22)의 효율적인 충전을 제공한다. 예를 들면, 일 실시예에서, 전류가 비교적 큰 펄스들은 배터리들(22)을 빠르게 충전하면서 재충전 가능한 셀들(28)의 실질적으로 균형 잡힌 충전을 제공하기 위해서 사용될 수 있다. (모든 재충전 가능한 셀들에 인가되는 주 충전 전기 에너지 이외에) 다른 재충전 가능한 셀들(28)에 비하여 낮은 충전 상태를 갖는 재충전 가능한 셀들(28)에 대한 2차 충전 전기 에너지의 선택적인 인가는, 주 충전 전기 에너지만 충전에 사용되는 처리 방식들에 비하여 일부 실시예들에서 배터리(22)의 재충전 가능한 셀들(28)의 향상된 균형 잡힌 충전 상태를 제공한다. 또한, 일부 실시예들에 따른 주 충전 전기 에너지 및 2차 충전 전기 에너지의 사용은, 배터리의 최대 용량(또는 실질적으로 최대 용량)에서의 동작을 제공할 뿐만 아니라 많은 충전 및 방전 사이클 동안 그 배터리의 용량을 유지할 수 있게 한다. 더욱이, 본 발명의 적어도 일부 실시예들은 열의 발생 및 상승된 동작 온도로 인해 유도될 수 있는 저항 분로 방법들 없이 균형 잡는 것을 구현한다.
법규에 따라서, 본 발명을 구조적 및 방법적인 특징들에 대하여 다소 특정한 언어로 설명하였다. 그러나, 여기에 개시된 수단들은 본 발명을 발효하는 바람직한 형태들을 포함하기 때문에 도시되고 설명된 특정 특징들에 한정되지 않은 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 청구하고자 하는 권리가 등가 이론에 따라 적절하게 해석되는 첨부된 청구 범위의 적절한 범주 내에 있는 임의 형태들 또는 수정물에 미친다.
또한, 여기 예들은 본 발명을 구체적인 실시예들의 구조 및/또는 동작을 설명하기 위해 존재한다. 본 출원인은 상기 기술된 구체적인 이들 실시예들이 명백히 개시된 예들에 부가하여 발명의 다른 예들을 또한 포함, 개시 및 기술하고 있는 것을 의도로 한다. 예를 들면, 부가적인 본 발명의 예들은 구체적인 실시예들에서 기술된 것보다 적거나 많거나 및/또는 대안적인 특징들을 포함할 수 있다. 더 많은 특정 예들에서, 본 출원인은 상기 개시물들이 명백히 개시된 이들 방법들 보다 적거나 많거나 및/또는 대안적인 단계들을 포함하는 방법들뿐만 아니라 명백하게 개시된 구조보다 적거나 많거나 및/또는 대안적인 구조를 포함, 개시 및 설명하고 있는 것을 의도로 한다.

Claims (41)

  1. 전기 시스템으로서,
    배터리의 공통 충전 사이클 동안 전기 에너지의 복수의 주 충전 펄스들을 상기 배터리의 복수의 재충전 가능한 셀들에 인가하여 상기 재충전 가능한 셀들을 충전하고, 상기 배터리의 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 배터리의 재충전 가능한 셀들 중 전체보다 적은(less than all) 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지의 복수의 2차 충전 펄스들을 인가하여 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들을 충전하도록 구성된 충전 회로
    를 포함하고,
    상기 충전 회로는 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들의 각각에 바로 인접하는 상기 주 충전 펄스들의 각 쌍들 사이에서 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들의 각각을 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들의 각각에 대하여 인가하도록 구성되는 전기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 배터리의 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들을, 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들을 받지 않는 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태보다 낮은 충전 상태를 개별적으로 갖는 상기 배터리의 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에 인가하는 전기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 배터리의 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들을 받지 않는 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 레이트와 비교해 더 빠른 충전 레이트로, 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들의 각각에 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들을 인가하여 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들을 충전하는 전기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 배터리의 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들을 받지 않는 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태보다 낮은 충전 상태를 갖는 상기 배터리의 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들의 각각에 응답하여 상기 배터리의 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들을 인가하도록 구성되는 전기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 재충전 가능한 셀들 중 하나에만 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들을 인가하는 전기 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지의 주 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 주 충전기, 및 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들의 각각에 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들의 각각을 인가하도록 구성된 복수의 2차 충전기들을 포함하는 전기 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지의 주 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 주 충전기, 및 상기 2차 충전 펄스들을 생성하도록 구성된 2차 충전기를 포함하고, 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들 중 상이한 셀들에 상기 2차 충전 펄스들을 제공하도록 구성된 스위칭 회로를 더 포함하는 전기 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 배터리의 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 재충전 가능한 셀들의 실질적으로 균형 잡힌 충전을 제공하기 위해서 상기 재충전 가능한 셀들에 상기 주 충전 펄스들과 상기 2차 충전 펄스들을 인가하도록 구성되고, 상기 재충전 가능한 셀들은 상기 공통 충전 사이클 동안 실질적으로 동일한 충전 상태를 갖는 전기 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 충전 회로는 정전류 충전 펄스들 및 정전압 충전 펄스들을 포함하는 상기 주 충전 펄스들을 인가하도록 구성되는 전기 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충전 회로는 규정된 충전 상태보다 낮은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들에 상기 정전류 충전 펄스들을 인가하고, 상기 규정된 충전 상태보다 높은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들에 상기 정전압 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 전기 시스템.
  12. 배터리 충전기로서,
    배터리의 공통 충전 사이클 동안 상기 배터리의 복수의 재충전 가능한 셀들의 상이한 셀들에 전기 에너지의 상이한 수의 충전 펄스들을, 상이한 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들에 대응하여 인가하도록 구성된 충전 회로
    를 포함하고,
    상기 충전 회로는 복수의 주 충전 펄스들을 포함하는 충전 펄스들을 상기 재충전 가능한 셀들에 인가하고, 복수의 2차 충전 펄스들을 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에 인가하도록 구성되고,
    상기 충전 회로는 상기 2차 충전 펄스들의 각각에 바로 인접하는 상기 주 충전 펄스들의 각 쌍들 사이에서 상기 2차 충전 펄스들의 각각을 인가하도록 구성되는 배터리 충전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들은 다른 상기 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 비교해서 낮은 충전 상태를 가지며, 상기 충전 회로는 상기 공통 충전 사이클 동안 다른 재충전 가능한 셀들에 인가되는 전기 에너지의 충전 펄스들의 개별 수와 비교해서, 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지의 충전 펄스들의 증가된 수를 인가하도록 구성되는 배터리 충전기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들은 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 비교해서 낮은 충전 상태를 가지며, 상기 충전 회로는 상기 2차 충전 펄스들을 상기 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에만 인가하도록 구성되는 배터리 충전기.
  15. 전기 시스템으로서,
    전기 에너지의 충전을 수용하고 전기 에너지를 부하에 방전하도록 개별적으로 구성된 복수의 재충전 가능한 셀들을 포함하는 배터리;
    상기 배터리의 공통 충전 사이클 동안 상기 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 상기 재충전 가능한 셀들에 복수의 주 충전 펄스들을 인가하고, 상기 배터리의 공통 충전 사이클 동안 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀에 복수의 2차 충전 펄스들을 인가하도록 구성된 충전 회로;
    상기 배터리의 공통 충전 사이클 동안 상기 재충전 가능한 셀들의 충전 상태를 감시하고, 상기 배터리의 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태보다 낮은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀을 검출하도록 구성된 감시 회로;
    상기 감시 회로에 결합된 제어 회로 - 상기 제어 회로는, 상기 배터리의 공통 충전 사이클 동안 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀의 충전 상태가 실질적으로 균형 잡히도록 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태보다 낮은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀에 상기 2차 충전 펄스들을 인가하도록 상기 충전 회로를 제어하기 위해 상기 감시 회로의 감시를 사용하도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    상기 충전 회로는 상기 전기 에너지의 2차 충전 펄스들의 각각에 바로 인접하는 상기 주 충전 펄스들의 각 쌍들 사이에서 2차 충전 펄스들의 각각을 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀에 인가하도록 구성되는 전기 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀의 충전 상태가 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 실질적으로 균형 잡힌 후에, 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀에 대한 상기 2차 충전 펄스들의 인가를, 상기 공통 충전 사이클 동안 중지하도록 구성되는 전기 시스템.
  17. 재충전 가능한 배터리 충전 방법으로서,
    배터리의 공통 충전 사이클 동안 복수의 제1 시점에서 상기 배터리의 제1의 수의 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지를 인가하여 상기 제1의 수의 재충전 가능한 셀들을 충전하는 단계;
    상기 재충전 가능한 셀들의 전기 특성을 감시하는 단계; 및
    상기 감시를 이용하여, 상기 배터리의 공통 충전 사이클 동안, 복수의 제2 시점에서 상기 배터리의 제2의 수의 상기 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지를 인가하여 상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들을 충전하는 단계 - 상기 제2의 수는 상기 제1의 수보다 작음 -
    를 포함하고,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은, 상기 제2 시점들 각각에 바로 인접하고 있는 한 쌍의 상기 제1 시점들 사이에 개별적으로 있는 상기 제2 시점들에서 상기 전기 에너지를 인가하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 시점들 및 상기 제2 시점들에서의 상기 전기 에너지의 인가는 각각 상기 전기 에너지의 복수의 충전 펄스들을 인가하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들의 각각은, 상기 제2 시점들에서 전기 에너지를 수용하지 않은 상기 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 비교해서 낮은 충전 상태를 갖는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은, 상기 낮은 충전 상태를 갖는 상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들의 각각을 검출하는 것을 감시하는 것에 응답하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은 상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들의 각각의 충전 레이트를 증가시키는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은 상기 재충전 가능한 셀들 중 하나에만 인가하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은, 상기 제2 시점들 중 하나보다 앞서 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하고, 상기 제2 시점들 중 하나보다 후에 상기 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들 중 하나에만 상기 전기 에너지를 인가하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은, 상기 제2 시점들 중 하나 후에 상기 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들 중 다른 것에 상기 전기 에너지를 인가하는 것을 중지하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 중지는, 상기 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들 중 다른 것의 충전 상태가 상기 제1의 수의 재충전 가능한 셀들의 충전 상태에 대하여 실질적으로 균형 잡힌 것을 검출하는 것을 감시한 것에 응답하여 중지하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  26. 삭제
  27. 제17항에 있어서,
    상기 인가하는 것은, 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 배터리의 재충전 가능한 셀들이 실질적으로 균형 잡히도록 인가하여, 상기 공통 충전 사이클 동안 상기 재충전 가능한 셀들을 실질적으로 동일한 충전 상태에 있게 하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  28. 제17항에 있어서,
    상기 제1의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은 상기 배터리의 모든 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  29. 제17항에 있어서,
    상기 인가하는 것은 개별적으로, 먼저 정전류를 갖는 복수의 충전 펄스들을 첫 번째로 인가하고 그 후에 정전압을 갖는 복수의 충전 펄스들을 두 번째로 인가하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 재충전 가능한 셀들이 규정된 충전 상태를 얻은 후에 상기 첫 번째 인가로부터 상기 두 번째 인가로 변경하는 것을 더 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  31. 제17항에 있어서,
    2차 충전기를 이용하여 상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 상기 전기 에너지를 제공하는 것을 더 포함하고, 상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은 상이한 시점들에서 상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들의 각각과 상기 2차 충전기를 선택적으로 결합하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  32. 재충전 가능한 배터리 충전 방법으로서,
    배터리의 공통 충전 사이클 동안, 상기 배터리의 복수의 재충전 가능한 셀들을 충전하기 위해 전기 에너지의 복수의 주 충전 펄스들을 인가하는 단계, 및
    상기 배터리의 공통 충전 사이클 동안, 상기 배터리의 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 비교해서 낮은 충전 상태를 갖는 상기 배터리의 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 셀을 충전하기 위해 상기 전기 에너지의 복수의 2차 충전 펄스들을 인가하는 단계
    를 포함하고,
    상기 낮은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀을 충전하기 위해 상기 2차 충전 펄스들을 인가하는 단계는 상기 주 충전 펄스들의 각 쌍들 사이에서 상기 2차 충전 펄스들의 각각을 인가하는 단계를 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 주 충전 펄스들을 인가하는 단계는 상기 배터리의 모든 상기 재충전 가능한 셀들에 인가하는 단계를 포함하고, 상기 2차 충전 펄스들을 인가하는 단계는 상기 배터리의 재충전 가능한 셀들 중 전체보다 적은 재충전 가능한 셀들에 인가하는 단계를 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 배터리의 재충전 가능한 셀들의 전기 특성을 감시하는 단계; 및
    상기 낮은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀을 검출하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 2차 충전 펄스들을 인가하는 단계는 상기 검출에 응답하는
    재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 공통 충전 사이클 동안, 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀의 충전 상태가 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 상태와 실질적으로 균형 잡힌 것에 응답하여 상기 2차 충전 펄스들을 인가하는 것을 중지하는 단계를 더 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 2차 충전 펄스들을 인가하는 단계는 상기 다른 재충전 가능한 셀들의 충전 레이트와 비교해서 상기 재충전 가능한 셀들 중 적어도 하나의 재충전 가능한 셀의 충전 레이트를 증가시키는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  37. 삭제
  38. 제32항에 있어서,
    상기 주 충전 펄스들을 인가하는 단계는 정전류 충전 펄스들 및 정전압 충전 펄스들을 포함하는 상기 주 충전 펄스들을 인가하는 단계를 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 정전류 충전 펄스들을 인가하는 단계는 규정된 충전 상태보다 낮은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들에 인가하는 단계를 포함하고, 상기 정전압 충전 펄스들을 인가하는 단계는 상기 규정된 충전 상태보다 높은 충전 상태를 갖는 상기 재충전 가능한 셀들에 인가하는 단계를 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  40. 재충전 가능한 배터리 충전 방법으로서,
    배터리의 공통 충전 사이클 동안 복수의 제1 시점에서 상기 배터리의 제1의 수의 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지를 인가하여 상기 제1의 수의 재충전 가능한 셀들을 충전하는 단계;
    상기 재충전 가능한 셀들의 전기 특성을 감시하는 단계; 및
    상기 감시를 이용하여, 상기 배터리의 공통 충전 사이클 동안, 복수의 제2 시점에서 상기 배터리의 제2의 수의 상기 재충전 가능한 셀들에 전기 에너지를 인가하여 상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들을 충전하는 단계 - 상기 제2의 수는 상기 제1의 수보다 작음 -
    를 포함하고,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은, 상기 제2 시점들 중 하나보다 앞서 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하고, 상기 제2 시점들 중 하나보다 후에 상기 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들 중 하나에만 상기 전기 에너지를 인가하는 것을 포함하고,
    상기 제2의 수의 재충전 가능한 셀들에 상기 전기 에너지를 인가하는 것은, 상기 제2 시점들 중 하나 후에 상기 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들 중 다른 것에 상기 전기 에너지를 인가하는 것을 중지하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 중지는, 상기 제1 및 제2의 재충전 가능한 셀들 중 다른 것의 충전 상태가 상기 제1의 수의 재충전 가능한 셀들의 충전 상태에 대하여 실질적으로 균형 잡힌 것을 검출하는 것을 감시한 것에 응답하여 중지하는 것을 포함하는 재충전 가능한 배터리 충전 방법.
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