KR102190113B1 - 배터리 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치는, 배터리의 SOC를 연산하는 SOC 연산부; 상기 배터리에 펄스 전류를 공급하도록 구성된 제1 충전부; 상기 배터리에 정전압을 공급하도록 구성된 제2 충전부; 및 상기 배터리의 SOC를 기초로, 상기 제1 충전부 및 상기 제2 충전부를 제어하는 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할할 수 있다. 이때, 상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일하다. 제어부는, 상기 배터리의 SOC가 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고, 상기 배터리의 SOC가 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며, 상기 배터리의 SOC가 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고, 상기 배터리의 SOC가 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어한다.

Description

배터리 충전 장치 및 방법{Apparatus and method for charging battery}
본 발명은 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 리튬 이온 배터리의 SOC의 변화에 따라 충전 방식을 순차적으로 전환하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이온 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 배터리에 대한 충전은 정전류와 정전압을 적절히 조합한 이른바 CC-CV 방식으로 이루어진다. CC-CV 방식으로 배터리를 충전하는 종래 기술로서 한국 등록특허공보 제10-1387429호(이하, '특허 문헌 1'이라고 칭함)가 개시된 바 있다. 도 1은 특허 문헌 1에 개시된 CC-CV 방식에 따른 충전 결과를 나타낸 그래프이다. 도 1에 도시된 그래프에 있어서 가로축은 배터리의 충전 용량을 나타내고, 세로축은 배터리의 단자 전압과 충전 전류를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 배터리의 단자 전압이 목표 전압에 도달하기 전까지의 구간(P1)에서는 정전류 충전이 이루어지고, 이후의 구간에서는 정전압 충전이 이루어진다. 정전류 충전이 이루어지는 구간(P1)에서, 배터리의 양극의 전위는 높아지고 음극의 전위는 낮아진다. 도 1의 구간(P1) 동안에 큰 전류로 정전류 충전을 수행하는 경우, 배터리가 완전히 충전되는 데에 소요되는 시간을 어느 정도 단축할 수는 있으나, 그 만큼 배터리의 발열이 심해진다. 배터리의 발열이 심해질수록, 배터리의 충전 효율은 낮아짐은 물론 장기적인 관점에서 배터리의 퇴화를 가속화할 수 있다.
하지만, 특허 문헌 1을 비롯한 종래 기술은 충전 진행에 따른 배터리의 발열을 저감할 수 있는 기술에 대하여 충분히 시사하고 있지 않다.
전술한 리튬 이온 배터리는 크게 양극재, 음극재 및 전해질의 3가지로 나눌 수 있는데, 충전 과정에서 리튬 이온은 양극재에서 음극재로 이동한다. 상업적으로 가장 많이 이용되는 음극재는 흑연재으로서, 흑연이 음극재로 이용되는 경우, 복수개의 그래핀 층(graphene layer)들이 층상 구조를 이루게 된다. 도 2는 리튬 이온 배터리의 충방전에 따라 음극재에서 일어나는 스테이지 변화 현상를 보여준다. 도 2를 참조하면, 스테이지-N(여기서, N은 1, 2, 3, 4 중 어느 하나)에서, 서로 인접한 N개 그래핀 층이 2개의 리튬 층(Li layer)에 의해 샌드위치된다. 리튬 층(Li layer)은 수많은 리튬 이온으로 이루어진다. 예컨대, 스테이지-2에서, 2개의 인접한 그래핀 층이 2개의 리튬 층 사이에 위치하게 된다. 리튬 이온 배터리의 충전 과정에서, 음극재의 흑연은 스테이지-4부터 스테이지-1의 순서로 전환된다. 반대로, 리튬 이온 배터리의 방전 과정에서, 음극재의 흑연은 스테이지-1부터 스테이지-4의 순서로 전환된다.
본 개시의 발명자들은 음극재의 흑연이 어느 한 스테이지에서 다른 스테이지로 전환되는 과정에서, 배터리의 내부 저항이 증가 또는 감소하게 된다는 사실을 실험을 통해 알게 되었다. 동일한 크기의 충전 전류가 공급되더라도, 배터리의 내부 저항이 높을수록 발열이 심해지며, 결과적으로 충전 효율이 떨어지게 된다.
또한, 충전 과정에서, 양극재로부터 나온 리튬 이온이 음극재의 그래핀 층들 사이에 삽입되기 위해서는 적절한 시간이 필요한데, 빠른 충전을 위해 고전류를 계속적으로 배터리에 공급하는 경우, 리튬 이온들 중 일부가 그래핀 층들 사이에 삽입되지 못하고 금속으로 환원되어 음극재의 표면에 쌓이게 되는 석출 현상이 일어난다. 이에, 배터리의 스테이지 변화 현상에 밀접하게 연관된 내부 저항의 변화에 맞춰 배터리에 대한 충전 과정 중에 충전 방식을 적절히 전환할 필요가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 SOC 변화에 따른 내부 저항의 변화 특성을 기초로, 배터리의 복수개의 구간으로 분할하고, 각각의 구간별로 서로 다른 충전 방식을 적용함으로써, 배터리의 발열을 억제하면서 충속 속도를 향상시키도록 구성된 배터리 충전 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 충전 장치는, 배터리의 SOC를 연산하는 SOC 연산부; 상기 배터리에 펄스 전류를 공급하도록 구성된 제1 충전부; 상기 배터리에 정전압을 공급하도록 구성된 제2 충전부; 및 상기 배터리의 SOC를 기초로, 상기 제1 충전부 및 상기 제2 충전부를 제어하는 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할할 수 있다. 이때, 상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일하다. 제어부는, 상기 배터리의 SOC가 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고, 상기 배터리의 SOC가 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며, 상기 배터리의 SOC가 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고, 상기 배터리의 SOC가 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 구간에 속하는 경우, 연속적 또는 단계적으로 증가하는 제1 펄스 전류를 상기 배터리에 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 SOC가 상기 제3 구간에 속하는 경우, 단계적으로 감소하는 제2 펄스 전류를 상기 배터리에 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2 설정 전압은 상기 제1 설정 전압보다 크도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 전체 구간에 대한 상기 배터리의 내부 저항의 변화 패턴을 나타내는 프로파일 데이터를 저장하는 메모리;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는, 상기 프로파일 데이터를 기초로, 상기 전체 구간을 상기 제1 내지 제4 구간으로 분할할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 프로파일 데이터로부터 상기 내부 저항의 변화 패턴의 N번째 극소값이 나타내는 제1 포인트, M번째 극소값이 나타내는 제2 포인트 및 L번째 극소값이 나타내는 제3 포인트를 추출하고, 상기 제1 포인트를 상기 제1 구간의 상한으로 설정하고, 상기 제2 포인트를 상기 제2 구간의 상한으로 설정하며, 상기 제3 포인트를 상기 제3 구간의 상한으로 설정할 수 있다. 이때, 상기 N은 상기 M보다 작고, 상기 M은 상기 L보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 충방전 횟수가 소정값만큼 증가할때마다 상기 프로파일 데이터를 업데이트할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 전술한 배터리 충전 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 충전 방법은, 배터리의 SOC를 연산하는 단계; 미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하는 단계; 및 상기 배터리의 SOC가 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일하다.
또한, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하는 단계는, 연속적 또는 단계적으로 증가하는 제1 펄스 전류를 상기 배터리에 공급할 수 있다.
또한, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급하는 단계는, 단계적으로 감소하는 제2 펄스 전류를 상기 배터리에 공급할 수 있다.
또한, 상기 제2 설정 전압은 상기 제1 설정 전압보다 크도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 전체 구간에 대한 상기 배터리의 내부 저항의 변화 패턴을 나타내는 프로파일 데이터를 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하는 단계는, 상기 프로파일 데이터를 기초로, 상기 전체 구간을 상기 제1 내지 제4 구간으로 분할할 수 있다.
또한, 상기 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하는 단계는, 상기 프로파일 데이터로부터 상기 내부 저항의 변화 패턴의 N번째 극소값이 나타내는 제1 포인트, M번째 극소값이 나타내는 제2 포인트 및 L번째 극소값이 나타내는 제3 포인트를 추출하는 단계; 및 상기 제1 포인트, 상기 제2 포인트 및 상기 제3 포인트를 각각 순서대로 상기 제1 구간의 상한, 상기 제2 구간의 상한 및 상기 제3 구간의 상한으로 설정하는 단계;를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 N은 상기 M보다 작고, 상기 M은 상기 L보다 작을 수 있다.
또한, 상기 배터리의 충방전 횟수가 소정값만큼 증가할때마다 상기 프로파일 데이터를 업데이트하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리의 복수개의 구간으로 분할하고, 각각의 구간별로 서로 다른 충전 방식을 적용함으로써, 배터리의 발열을 억제하면서 충속 속도를 향상시킬 수 있다. 특히, 배터리의 내부 저항이 상대적으로 낮은 구간에서는 펄스 전류로 충전하고, 배터리의 내부 저항이 상대적으로 높은 구간에서는 정전류로 충전함으로써, 리튬 이온의 금속으로 환원되는 석출 현상 등으로 인한 배터리의 수명 단축 속도를 늦출 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 특허 문헌 1에 개시된 CC-CV 방식에 따른 충전 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 리튬 이온 배터리의 충방전에 따라 음극재에서 일어나는 스테이지 변화 현상를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 배터리의 충전이 진행됨에 따른 내부 저항의 변화 패턴을 설명하는 데에 참조되는 그래프를 보여준다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치에 의한 전체적인 충전 과정을 설명하는 데에 참조되는 그래프를 보여준다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전 장치에 의한 전체적인 충전 과정을 설명하는 데에 참조되는 그래프를 보여준다.
도 7a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 사양의 배터리를 실제로 충전한 결과를 보여주는 그래프들이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치가 배터리를 충전하는 프로세스를 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치에 대해 설명하도록 한다. 아래에서 사용되는 '배터리'라는 용어는, 음극재로 흑연을 사용하는 리튬 이온 배터리를 의미하는 것임을 미리 밝혀둔다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치(100)의 기능적 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3에 있어서, 데이터의 송신 또는 수신을 위한 통신 라인들은 점선으로 표시하고, 충전을 위한 전력 라인은 실선으로 표시하였다.
도 3을 참조하면, 배터리 충전 장치(100)는 센싱부(110), SOC 연산부(120), AC-DC 변환기(131), DC-DC 변환기(132), 충전 회로(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 충전 장치(100)는 배터리(10)와 함께 배터리 팩(1)을 구현할 수도 있다.
센싱부(110)는 배터리(10)의 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된다. 이러한 센싱부(110)는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 센싱부(110)는 배터리(10)에 공급되는 충전 전류를 측정하는 전류 센서, 배터리(10)의 양극과 음극 사이의 단자 전압을 측정하는 전압 센서, 배터리(10)의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
전류 센서는 배터리(10)의 충전 과정이 진행되는 동안, 배터리(10)의 충방 전류를 측정할 수 있다. 또한, 전류 센서는 배터리(10)의 충방전 전류를 기초로, 충방전율(current rate)을 측정할 수 있다. C-rate이라고 칭하기도 하는 충방전율은, 방전 전류 또는 충전 전류를 단위를 뺀 설계 용량(Design Capacity)의 값으로 나눈 값으로 표현되며, 이러한 충방전율의 단위는 C이다. 이때, 설계 용량은 배터리(10)의 제조 시에 미리 정해지는 값일 수 있다.
예를 들어, 배터리(10)의 설계 용량이 1000mAh(Apere-hour)인 경우, 충전 전류가 100mA이면 충방전율은 0.1C이고, 충전 전류가 1000mA이면 충방전율은 1C이며, 충전 전류가 5000mA이면 충방전율은 5C로 측정될 수 있다.
센싱부(110)는 배터리(10)의 전류, 전압 및 온도를 소정 주기마다 반복적으로 측정할 수 있는데, 전류, 전압 및 온도 중 어느 하나에 대한 측정 주기는 나머지에 대한 측정 주기와 동일 또는 상이할 수 있다.
SOC 연산부(120)는 배터리(10)의 SOC(State Of Charge)를 연산하도록 구성된다. 구체적으로, SOC 연산부(120)는 배터리(10)에 대한 충전 과정이 진행되는 중, 센싱부(110)로부터 제공되는 데이터를 기초로, 배터리(10)의 SOC를 연산할 수 있다.
배터리(10)의 SOC란, 배터리(10)의 충전 상태를 나타내는 정보로서, 사용자가 배터리(10)를 앞으로 어느 정도의 시간만큼 사용 가능한지 가늠하는 척도가 되며, 일반적으로 만충전 용량(Full Charge Capacity)에 대한 잔존 용량(Remain Capacity)의 백분율로 표현될 수 있다. 이때, 만충전 용량은 배터리(10)가 실제로 수용할 수 있는 최대의 전하량을 나타내는 것으로서, 배터리(10)의 충방전 횟수가 증가함에 따라 점차적으로 낮아진다는 점에서, 고정된 값의 설계 용량과는 구별되는 것이다. 잔존 용량은 배터리(10)이 제조 후 특정 시점에 배터리(10)에 남아있는 전하량일 수 있다.
예컨대, 배터리(10)가 완전히 방전된 경우의 SOC는 0이고, 배터리(10)가 완전히 충전된 경우의 SOC는 100이다. 배터리(10)의 SOC는 다양한 방식으로 연산될 수 있는데, 대표적인 방식은 전류 적산법을 이용하여 SOC를 추정하는 방식이다. 이러한 전류 적산 방식은, 배터리(10)의 충전 전류와 방전 전류를 시간에 대해 적산하고, 초기 용량에서 가감함으로써 SOC를 연산하게 된다. 다만, 배터리(10)의 SOC를 연산하는 방식이 전류 적산 방식에 한정되는 것은 아니며, 확장 칼만 필터와 같은 기타 공지의 방식을 이용할 수도 있다.
AC-DC 변환기(131)는 AC 전원으로부터 인가되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 출력한다. 이때, AC-DC 변환기(131)는 AC 전압에 포함된 노이즈를 필터링할 수 있다.
DC-DC 변환기(132)는 AC-DC 변환기(131)로부터 공급되는 DC 전압을 배터리(10)의 충전에 요구되는 DC 전압으로 변환하여 출력한다. 바꾸어 말하면, DC-DC 변환기(132)는 AC-DC 변환기(131)로부터 공급되는 DC 전압을 승압 또는 강압하여 출력한다. 이때, DC-DC 변환기(132)에 의해 승압 또는 강압되는 전압의 크기는 후술할 제어부(150)에 의해 결정될 수 있다.
충전 회로(140)는 제1 충전부(141) 및 제2 충전부(142)를 포함할 수 있다. 충전 회로(140)는 후술할 제어부(150)로부터 전송되는 신호에 응답하여, 제1 충전부(141) 및 제2 충전부(142) 중 어느 하나를 선택적으로 활성화시킬 수 있다.
충전 회로(140)가 제1 충전부(142) 및 제1 충전부(142) 중 어느 하나를 선택적으로 활성화시킨다는 것은, 활성화된 충전부를 이용하여 배터리(10)를 충전한다는 것을 의미한다.
제1 충전부(141)는 활성화된 상태에서, 정전류 또는 펄스 전류를 공급하여 배터리(10)에 대한 충전을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 제1 충전부(141)는 배터리(10)와 전기적으로 연결되고, DC-DC 변환기(132)로부터 출력되는 DC 전압을 이용하여 정전류 또는 펄스 전류를 배터리에 공급할 수 있다.
이때, 정전류는 시간에 대해 크기가 일정하게 유지되는 전류이다. 이와 비교할 때, 펄스 전류는 시간에 대해 전류가 흐르다가 말다를 반복하는 파형의 전류이다.
이때, 펄스 전류의 피치크는 소정의 시간 동안 일정하게 유지되는 패턴을 가질 수 있다. 또는, 펄스 전류의 피치크는 소정의 시간 동안 단계적으로 증가하는 형태, 단계적으로 감소하는 형태, 소정의 기울기를 가지고 연속적으로 증가하는 형태 및 소정의 기울기를 가지고 연속적으로 감소하는 형태 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합한 패턴으로 변화할 수 있다.
제어부(150)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 제1 충전부(141)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 충전부(141)는 제어부(150)로부터 제공되는 PWM 신호의 듀티 사이클에 대응하는 충전 전류를 출력할 수 있다. 예컨대, 제어부(150)로부터 제1 충전부(141)에 제공되는 PWM 신호의 듀티 사이클이 1보다 작은 경우, 제1 충전부(141)에 의해 펄스 전류가 출력된다. 반면, 제어부(150)로부터 제1 충전부(141)에 제공되는 PWM 신호의 듀티 사이클이 1인 경우, 제1 충전부(141)에 의해 정전류가 출력된다.
여기서, 듀티 사이클은 단일 주기에 대한 충전 전류가 흐른 시간의 비율이다. 듀티 사이클은 1/k의 형식으로 표현될 수 있는데, 이때 k는 1과 같거나 더 큰 실수이다. 예를 들어, 한 주기의 길이가 0.3초이고 듀티 사이클이 1/3인 경우, 제1 충전부(141)는 0.1초 동안 연속적으로 흐른 후 0.2초 동안은 연속적으로 흐르지 않는 파형의 전류를 배터리(10)에 공급할 수 있다. 이때, 펄스 전류의 듀티 사이클이 1이라는 것은, 정전류를 의미하는 것이다.
경우에 따라, 제1 충전부(141)는 제어부(150)로부터의 명령에 응답하여, 시간에 대해 피크치가 점차적으로 증가 또는 감소하거나, 증가와 감소를 반복하는 형태의 펄스 전류를 배터리에 공급할 수 있다.
가령, 펄스 전류의 주기당 시간이 1초로 설정된 경우를 상정해보자. 이 경우, 제1 충전부(141)는 어느 한 주기가 시작된 때부터 0.3초 동안 제1 피크값을 가지는 펄스 전류를 출력하다가, 0.3초부터 0.6초에 이를때까지는 제2 피크값을 가지는 펄스 전류를 출력한 다음, 0.6초부터 1초에 이를때까지는 제3 피크값을 가지는 펄스 전류를 출력할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 피크값 중 어느 하나는 나머지 중 적어도 하나와는 상이할 수 있다.
제2 충전부(142)는 활성화된 상태에서, 배터리(10)에 대한 정전압 충전을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 제2 충전부(142)는 배터리(10)와 전기적으로 연결 가능하도록 구성된 적어도 하나의 정전압 회로를 포함하고, DC-DC 변환기(132)로부터 출력되는 DC 전압은 정전압 회로에 공급된다. 정전압 회로는 공급된 DC 전압을 이용하여, 일정한 크기로 조절된 전압을 배터리(10)에 공급한다.
제어부(150)는 배터리 충전 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어부(150)는 센싱부(110), SOC 연산부(120) 및 충전 회로(140)와 통신 가능하도록 연결되어, 이들 각각의 동작을 제어할 수 있다.
특히, 제어부(150)는 제1 충전부(141) 및 제2 충전부(142) 중 어느 하나를 활성화시킬 수 있다. 제1 충전부(141) 및 제2 충전부(142) 중 어느 하나가 활성화된 경우, 다른 하나는 비활성화될 수 있다.
바람직하게는, 제어부(150)는 배터리(10)의 SOC를 기초로, 제1 충전부(141) 및 제2 충전부(142) 중 어느 하나만을 선택하고, 선택된 충전부만을 활성화시킬 수 있다. 활성화된 충전부는 자신의 방식으로 배터리(10)에 대한 충전을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)에 의해 제1 충전부(141)가 활성화된 것으로 가정할 때, 제1 충전부(141)는 배터리(10)에 정전류 또는 펄스 전류를 공급하고, 제2 충전부(142)는 비활성화된 상태로 유지될 수 있다. 이후, 제어부(150)가 제2 충전부(142)를 활성화시키는 경우, 제1 충전부(141)는 비활성화 상태로 전환되고, 제2 충전부(142)는 배터리(10)에 대한 정전압 충전을 수행하게 된다.
전술한 제어부(150)는 하드웨어적으로, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(150)는 메모리(151)를 포함할 수 있다. 메모리(151)는 배터리 충전 장치(100)의 전반적인 동작에 요구되는 각종 데이터들 및 명령어를 저장할 수 있다. 제어부(150)는 메모리(151)에 저장된 데이터들 및 명령어를 참조하여, 제1 충전부(141) 또는 제2 충전부(142)를 활성화시키기 위한 신호(예, 웨이크업 신호)를 출력할 수 있다.
이러한 메모리(151)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
한편, 도 3에는 구성요소들 중 어느 하나가 적어도 하나의 연결 라인(즉, 통신 라인 또는 전력 라인)을 통해 다른 하나와 연결되는 것으로 도시되어 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 배터리 충전 장치(100)의 구성요소들 간의 실제적인 구현은, 도 3에 도시된 연결 라인에 의해 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다.
또한, 배터리 충전 장치(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 적은 구성요소들을 가지거나, 위에서 열거되지 않은 추가적인 구성요소를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 충전 과정은 배터리(10)의 SOC가 0%일 때부터 100%까지 수행되는 것으로 가정한다. 즉, 배터리(10)의 SOC가 0%일 때부터 100%까지의 구간을 '전체 구간'라고 칭할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 배터리(10)의 충전이 진행됨에 따른 내부 저항의 변화 패턴을 설명하는 데에 참조되는 그래프를 보여준다.
도 4a는 SOC에 따른 배터리(10)의 내부 저항 변화를 보여주는 그래프로서, 가로축은 SOC를 나타내고, 세로축은 내부 저항을 나타낸다. 도 4b는 도 4a에 도시된 내부 저항의 변화 패턴을 간략화한 그래프이다. 도 4c는 도 4a의 제1 구간 C1, 제2 구간 C2, 제3 구간 C3 및 제4 구간 C4 각각의 내부 저항의 평균값을 보여주는 그래프이다.
제어부(150)는 도 4a에 도시된 것과 같은 배터리(10)의 내부 저항의 변화를 분석할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 상기 분석을 통해 도출한 배터리(10)의 내부 저항의 변화 패턴에 따라, 0부터 100까지의 SOC 전체 구간을 적어도 4개의 구간으로 분할할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 전체 구간은 제1 구간 C1, 제2 구간 C2, 제3 구간 C3 및 제4 구간 C4으로 나누어질 수 있다. 충전 과정이 진행되고 있는 동안의 특정 시점에서 연산된 배터리의 SOC는 제1 구간 C1, 제2 구간 C2, 제3 구간 C3 및 제4 구간 C4 중 어느 하나에만 속하게 된다. 이때, 제1 구간 C1, 제2 구간 C2, 제3 구간 C3 및 제4 구간 C4 중 적어도 하나는 둘 이상의 하위 구간으로 세분화될 수도 있다.
구체적으로, 제1 구간 C1과 제2 구간 C2은 제1 분할값을 경계로 구분되고, 제2 구간 C2과 제3 구간 C3은 제2 분할값을 경계로 구분되며, 제3 구간 C3과 제4 구간 C4은 제3 분할값을 경계로 구분되는 것이다.
제1 내지 제3 분할값은, 수많은 사전 실험을 통해 도출한 배터리(10)의 SOC와 내부 저항 간의 상관 관계를 기초로, 설계자에 의해 미리 정해진 것일 수 있다.
또는, 제어부(150)는 미리 정해진 SOC의 전체 구간에 대한 배터리(10)의 내부 저항의 변화 패턴을 나타내는 프로파일 데이터를 분석하여, 제1 내지 제3 분할값을 결정할 수 있다. 배터리(10)의 내부 저항을 연산하는 기술은 이미 공지된 것인바, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 프로파일 데이터는, 제어부(150)에 내장되거나 통신 가능하도록 연결된 메모리(151)에 미리 저장된 것일 수 있다. 예컨대, 프로파일 데이터는 룩업테이블의 형식으로 저장될 수 있다.
바람직하게는, 제어부(150)는 프로파일 데이터를 분석하여 제1 포인트, 제2 포인트 및 제3 포인트를 순차적으로 또는 동시에 추출 또는 설정할 수 있다. 이때, 제1 포인트, 제2 포인트 및 제3 포인트는 각각 서로 다른 SOC의 값으로서, 제1 포인트보다 제2 포인트가 크고, 제2 포인트보다 제3 포인트가 크다.
예컨대, 제1 포인트는 내부 저항의 변화 패턴의 N번째 극소값이 나타나는 SOC이고, 제2 포인트는 내부 저항의 변화 패턴의 M번째 극소값이 나타나는 SOC일 수 있다. 제3 포인트는 내부 저항의 변화 패턴의 L번째 극소값이 나타나는 SOC일 수 있다. 이때, N, M 및 L은 서로 다른 양의 정수로서, N < M < L의 관계를 가질 수 있다.
가령, N이 1이고, M이 3이며, L은 4라고 하면, 도 4a와 같이 N번째 극소값은 R1이고, M번째 극소값은 R2이며, L번째 극소값은 R3이다. 도 4a에서, RB는 SOC가 0일 때의 내부 저항이고, RE는 SOC가 100일 때의 내부 저항이다.
경우에 따라, 제3 포인트 S3는 배터리(10)의 전압이 미리 정해진 값의 전압에 도달한 때의 SOC일 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 상기 프로파일 데이터로부터 L번째 극소값을 추출하지 않을 수 있다.
물론, 제1 포인트, 제2 포인트 및 제3 포인트는 내부 저항의 변화 패턴의 극소값들 대신 다른 기준으로 정해지는 값들일 수도 있다.
제어부(150)는 제1 포인트 S1를 제1 구간 C1의 상한으로 설정하고, 제2 포인트 S2를 제2 구간 C2의 상한으로 설정하며, 제3 포인트 S3를 제3 구간 C3의 상한으로 설정할 수 있다. 즉, 제1 포인트 S1는 제1 분할값과 동일하고, 제2 포인트 S2는 제2 분할값과 동일하며, 제3 포인트 S3는 제3 분할값과 동일할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 구간 C1의 상한은 제2 구간 C2의 하한과 동일하고, 제2 구간 C2의 상한은 제3 구간 C3의 하한과 동일하며, 제3 구간 C3의 상한은 제4 구간 C4의 하한과 동일하다.
도 4b를 참조하면, 제1 구간 C1에 도시된 직선은 제1 구간 C1의 하한인 0에서의 내부 저항 RB와 상한인 S1에서의 내부 저항 R1을 연결한 것이다. 또한, 제2 구간 C2에 도시된 직선은 제2 구간 C2의 하한인 S1에서의 내부 저항 R1과 상한인 S2에서의 내부 저항 R2을 연결한 것이다. 또한, 제3 구간 C3에 도시된 직선은 제3 구간 C3의 하한인 S2에서의 내부 저항 R2과 상한인 S3에서의 내부 저항 R3을 연결한 것이다. 또한, 제4 구간 C4에 도시된 직선은 제4 구간 C4의 하한인 S3에서의 내부 저항 R3과 상한인 100에서의 내부 저항 RE을 연결한 것이다.
도 4c를 참조하면, RM1은 제1 구간 C1 동안의 내부 저항의 평균값이고, RM2은 제2 구간 C2 동안의 내부 저항의 평균값이며, RM3은 제3 구간 C3 동안의 내부 저항의 평균값이고, RM4은 제4 구간 C4 동안의 내부 저항의 평균값이다. 이때, RM1 > RM3, RM4 > RM2의 관계를 가질 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 함께 살펴보기로 한다.
제1 구간 C1에서, 하한인 0으로부터 상한인 S1에 가까워질수록, 내부 저항은 RB에서 R1을 향해 빠르게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
제2 구간 C2에서, 내부 저항의 평균값 RM2은 나머지 구간들 C2~C4 각각에서의 내부 저항의 평균값들 RM1, RM3, RM4보다 작을 수 있다.
제3 구간 C3에서, 내부 저항의 평균값 RM3은 제2 구간 C2에서의 평균값 RM2보다는 크고, 제1 구간 C1에서의 평균값 RM1보다는 작을 수 있다. 제3 구간 C3의 적어도 일부분에서 제2 구간 C2에서의 내부 저항의 최대치보다 큰 내부 저항이 나타날 수 있다.
제4 구간 C4에서, 내부 저항의 평균값 RM4은 제3 구간 C3에서의 평균값 RM3보다 클 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 제1 구간 C1, 제2 구간 C2, 제3 구간 C3 및 제4 구간 C4 중 어느 하나의 구간은 이와 인접한 구간과는 내부 저항의 변화가 뚜렷하게 구별된다. 내부 저항은 배터리의 충전 효율에 큰 영향을 미치는 파라미터이므로, 제1 구간 C1, 제2 구간 C2, 제3 구간 C3 및 제4 구간 C4에 대하여 서로 다른 방식을 적용한 충전이 이루어질 필요가 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치(100)에 의한 전체적인 충전 과정을 설명하는 데에 참조되는 그래프를 보여준다.
도 5a는 시간에 따른 충전 전류의 변화를 보여주는 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 전류를 나타낸다. 또한, 도 5b는 배터리(10)의 전압 변화를 보여주는 그래프로서, 가로축은 SOC를 나타내고, 세로축은 전압을 나타낸다.
도 5a에 도시된 t1, t2, t3는 순서대로 도 5b에 도시된 S1, S2, S3에 대응되는 시점이다. 즉, t1은 배터리(10)의 SOC가 S1에 도달한 시점이고, t2는 배터리(10)의 SOC가 S2에 도달한 시점이며, t3는 배터리(10)의 SOC가 S3에 도달한 시점이다. 또한, t4는 배터리(10)의 SOC가 100에 도달한 시점 또는 배터리(10)의 전압이 미리 정해진 만충전 전압에 도달한 시점이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 각 구간에 대한 충전 방식을 순차적으로 설명하기로 한다.
먼저, 제1 구간 C1에서 이루어지는 충전 방식에 대해 설명한다. 배터리(10)의 SOC가 제1 구간 C1에 속하는 경우, 제어부(150)에 의해 제1 충전부(141)는 활성화되고, 제2 충전부(142)는 비활성화된다. 제어부(150)는 점증(漸增)하는 펄스 전류를 배터리(10)에 공급하도록 제1 충전부(141)를 제어할 수 있다.
제1 구간 C1 동안, 제1 충전부(141)로부터 배터리(10)에 공급되는 펄스 전류의 듀티 사이클은 일정하게 유지될 수 있다. 예컨대, 배터리의 SOC가 제1 구간 C1으로부터 제2 구간 C2으로 전환되기 전까지, 펄스 전류의 듀티 사이클은 1/3일 수 있다.
만약, 충전이 개시된 시점의 배터리(10)의 SOC가 0이상 Sa 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제1 피크치 IP1의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 만약, 충전이 개시된 시점의 배터리(10)의 SOC가 Sa이상 Sb 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제2 피크치 IP2의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 만약, 충전이 개시된 시점의 배터리(10)의 SOC가 Sb이상 S1 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제3 피크치 IP3의 펄스 전류를 공급할 수 있다.
제어부(150)는 SOC가 0부터 Sa까지인 구간에 대한 내부 저항의 평균값을 기초로, 제1 피크치 IP1를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 SOC가 Sa부터 Sb까지인 구간에 대한 내부 저항의 평균값을 기초로, 제2 피크치 IP2를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 SOC가 Sb부터 S1까지인 구간에 대한 내부 저항의 평균값을 기초로, 제3 피크치 IP3를 결정할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 구간 C1에서는 배터리(10)의 내부 저항이 점차적으로 작아지는 경향을 가지므로, IP1 < IP2 < IP3 의 관계를 가지게 된다.
내부 저항이 상대적으로 작아질수록 펄스 전류의 피크치를 점차적으로 증가시킴으로써, 제1 피크치 IP1의 펄스 전류를 계속 공급하는 방식에 비하여 충전 속도를 향상시키면서도 제3 피크치 IP3의 펄스 전류를 계속 공급하는 방식에 비하여 배터리(10)의 열화를 완화할 수 있다.
다음, 제2 구간 C2에서 이루어지는 충전 방식에 대해 설명한다. 배터리(10)의 SOC가 제2 구간 C2에 속하는 경우, 배터리 충전 장치(100)는 정전압 방식으로 배터리(10)를 충전한다. 배터리(10)의 SOC가 S1에 도달하면, 펄스 전류를 이용한 충전 방식으로부터 정전압을 이용한 충전 방식으로 전환된다.
구체적으로, 제어부(150)는 제1 설정 전압 VS1을 배터리(10)에 공급하도록 제2 충전부(142)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(150)에 의해 제1 충전부(141)는 비활성화되고, 제2 충전부(142)는 활성화된다. 제1 설정 전압 VS1은 제2 구간 C2 내내 일정하게 유지되는 고정된 값일 수 있다. 도 5b와 같이 배터리(10)의 SOC가 S2에 다가갈수록, 배터리(10)의 전압과 제1 설정 전압 VS1 간의 차이는 감소하므로, 도 5a와 같이 배터리(10)로 유입되는 전류의 크기는 t1에서 t2로 갈수록 점차적으로 작아지게 된다.
이어서, 제3 구간 C3에서 이루어지는 충전 방식에 대해 설명한다. 배터리(10)의 SOC가 제3 구간 C3에 속하는 경우, 배터리 충전 장치(100)는 제1 구간 C1에서와 유사하게 펄스 전류를 이용한 방식으로 배터리(10)를 충전한다. 다만, 제1 구간 C1과는 대조적으로, 제1 충전부(141)는 점감(漸減)하는 펄스 전류를 배터리(10)에 공급하도록 제1 충전부(141)를 제어할 수 있다. 즉, 제3 구간 C3 동안, 연속적 또는 단계적으로 감소하는 펄스 전류로 배터리(10)를 충전할 수 있다.
배터리(10)의 SOC가 S2에 도달하면, 정전압을 이용한 충전 방식으로부터 펄스 전류를 이용한 충전 방식으로 전환된다. 즉, 제어부(150)에 의해 제1 충전부(141)는 활성화되고, 제2 충전부(142)는 비활성화된다.
제3 구간 C3 동안, 제1 충전부(141)로부터 배터리(10)에 공급되는 펄스 전류의 듀티 사이클은 일정하게 유지될 수 있다. 예컨대, 제1 구간 C1에서와 유사하게 배터리의 SOC가 제3 구간 C3으로부터 제4 구간 C4으로 전환되기 전까지, 펄스 전류의 듀티 사이클은 1/3일 수 있다.
물론, 제1 구간 C1에서 배터리(10)에 공급되는 펄스 전류의 듀티 사이클은, 제3 구간 C3에서 배터리(10)에 공급되는 펄스 전류의 듀티 사이클과는 상이할 수도 있다.
예컨대, 제3 구간 C3에서 배터리(10)에 공급되는 펄스 전류의 듀티 사이클은 제1 구간 C1에서 배터리(10)에 공급되는 펄스 전류의 듀티 사이클보다 작을 수 있다. 이 경우, 배터리(10)의 열화가 저감될 수 있다.
만약, 배터리(10)의 SOC가 S2이상 Sc 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제4 피크치 IP4의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 또한, 배터리(10)의 SOC가 Sc에 도달한 때부터 S3에 도달할 때까지, 제1 충전부(141)는 제5 피크치 IP5의 펄스 전류를 공급할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 제3 구간 C3에서는 배터리(10)의 내부 저항이 점차적으로 커지는 경향을 가지므로, IP5 < IP4의 관계를 가지는 것이 좋다. 이를 위해, 제어부(150)는 SOC가 S2부터 Sc까지인 구간에 대한 내부 저항의 평균값을 기초로, 제4 피크치 IP4를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 SOC가 Sc부터 S3까지인 구간에 대한 내부 저항의 평균값을 기초로, 제5 피크치 IP5를 결정할 수 있다. 내부 저항이 상대적으로 커질수록 펄스 전류의 피크치를 점차적으로 감소시킴으로써, 상대적으로 큰 피크치의 펄스 전류를 계속 공급하는 방식에 비하여 배터리(10)의 열화를 완화할 수 있다.
이어서, 제4 구간 C4에서 이루어지는 충전 방식에 대해 설명한다. 배터리(10)의 SOC가 제4 구간 C4에 속하는 경우, 배터리 충전 장치(100)는 정전압 방식으로 배터리(10)를 충전한다. 배터리(10)의 SOC가 S3에 도달하면, 펄스 전류를 이용한 충전 방식으로부터 정전압을 이용한 충전 방식으로 전환된다.
구체적으로, 제어부(150)는 제2 설정 전압 VS2을 배터리(10)에 공급하도록 제2 충전부(142)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(150)에 의해 제1 충전부(141)는 비활성화되고, 제2 충전부(142)는 활성화된다. 제2 설정 전압 VS2은 제2 구간 C2 내내 일정하게 유지되는 고정된 값으로서, 제1 설정 전압 VS1보다 크다. 도 5b와 같이 배터리(10)의 SOC가 S3를 넘어 100에 다가갈수록, 배터리(10)의 전압과 제2 설정 전압 VS2 간의 차이는 감소하므로, 도 5a와 같이 배터리(10)로 유입되는 전류의 크기는 t3부터 t4로 갈수록 점차적으로 작아지게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전 장치(100)에 의한 전체적인 충전 과정을 설명하는 데에 참조되는 그래프를 보여준다.
도 6a는 시간에 따른 충전 전류의 변화를 보여주는 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 전류를 나타낸다. 또한, 도 6b는 배터리(10)의 전압 변화를 보여주는 그래프로서, 가로축은 SOC를 나타내고, 세로축은 전압을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b와 비교할 때, 제1 구간 C1, 제3 구간 C3 및 제4 구간 C4에 대한 충전 방식을 동일하고, 제2 구간 C2에서의 충전 방식만이 상이하다. 따라서, 이하에서는 제2 구간 C2에 대한 충전 과정을 중심으로 설명하기로 한다.
제2 구간 C2에서, 배터리 충전 장치(100)는 제2 구간 C2을 적어도 두개의 하위 구간으로 분할하고, 분할된 하위 구간마다 서로 다른 정전압을 공급하여 배터리(10)를 충전한다. 이때, 제2 충전부(142)는 제2 구간 C2에서 배터리(10)에 공급되는 정전압의 크기를 단계적으로 증가시킬 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제어부(150)는 배터리(10)의 SOC가 S1 이상이고 Sd 미만인 제2-1 구간 C2-1에 속하는 경우, 제3 설정 전압 VS3을 배터리(10)에 공급하도록 제2 충전부(142)를 제어할 수 있다. 이후, 배터리(10)의 SOC가 Sd 이상이고 Se 미만인 제2-2 구간 C2-2에 속하는 경우, 제4 설정 전압 VS4을 배터리(10)에 공급하도록 제2 충전부(142)를 제어할 수 있다. 이후, 배터리(10)의 SOC가 Se 이상이고 S2 미만인 제2-3 구간 C2-3에 속하는 경우, 제1 설정 전압 VS1을 배터리(10)에 공급하도록 제2 충전부(142)를 제어할 수 있다. 이때, VS1 > VS4> VS3의 관계를 가질 수 있다.
Sd와 Se가 미리 정해진 값인 경우, Sd와 Se를 나타내는 데이터는 메모리(151)에 미리 저장될 수 있다.
또는, Sd와 Se는 제어부(150)에 의해 정해지는 것일 수 있다. 예컨대, 제어부(150)는 제2 구간 C2을 균등하게 3등분하는 Sd와 Se을 결정할 수 있다. 즉, 제2-1 구간 C2-1, 제2-2 구간 C2-2 및 제2-3 구간 C2-3의 폭이 서로 동일해지도록 Sd와 Se을 결정할 수 있다. 다른 예로, 제어부(150)는 배터리(10)의 전압이 제3 설정 전압 VS3의 소정 비율(예, 95%)에 도달한 때의 SOC와 동일한 값으로 Sd를 정하고, 배터리(10)의 전압이 제4 설정 전압 VS4의 소정 비율(예, 95%)에 도달한 때의 SOC와 동일한 값으로 Se를 정할 수 있다.
도 6a에서, td는 배터리(10)의 SOC가 Sd에 도달한 시점이고, te는 배터리(10)의 SOC가 Se에 도달한 시점이다. 도 6a 및 도 6b를 함께 참조하면, 배터리(10)의 SOC가 S1에 도달하는 경우, 제3 설정 전압 VS3의 공급이 개시되므로, 배터리(10)에 유입되는 전류는 t1에서 순간적으로 높아진다. 배터리(10)의 SOC가 S1으로부터 Sd에 다가갈수록, 배터리(10)의 전압과 제3 설정 전압 VS3 간의 차이는 감소하므로, t1에서 td로 갈수록 배터리(10)로 유입되는 전류의 크기는 점차적으로 작아지게 된다.
배터리(10)의 SOC가 Sd에 도달하는 경우, 제3 설정 전압 VS3보다 큰 제4 설정 전압 VS4의 공급이 개시되므로, 배터리(10)에 유입되는 전류는 td에서 순간적으로 높아진다. 배터리(10)의 SOC가 Sd으로부터 Se 에 다가갈수록, 배터리(10)의 전압과 제4 설정 전압 VS4 간의 차이는 감소하므로, td에서 te로 갈수록 배터리(10)로 유입되는 전류의 크기는 점차적으로 작아지게 된다.
배터리(10)의 SOC가 Se에 도달하는 경우, 제1 설정 전압 VS1의 공급이 개시되므로, 배터리(10)에 유입되는 전류는 te에서 순간적으로 높아진다. 배터리(10)의 SOC가 Se으로부터 S2에 다가갈수록, 배터리(10)의 전압과 제1 설정 전압 VS1 간의 차이는 감소하므로, te에서 t2로 갈수록 배터리(10)로 유입되는 전류의 크기는 점차적으로 작아지게 된다.
한편, 배터리(10)는 사이클 카운트(cycle count)가 증가함에 따라, 그 내부 저항의 변화 패턴 역시 달라질 수 있다. 사이클 카운트란 배터리의 충전과 방전이 이루어진 횟수를 나타내는 값이다. 예컨대, 배터리(10)가 만충전 용량만큼 방전될 때마다, 사이클 카운트는 1씩 증가하게 된다. 배터리(10)의 사이클 카운트가 높다는 것은, 그만큼 배터리(10)이 수명이 줄어들었다는 것을 의미한다.
다시 말해, 제어부(150)는 사이클 카운트(cycle count)가 증가함에 따라, 도 4a 등에 도시된 S1, S2, S3, R1, R2, R3, RB 또는 RE는 배터리(10)가 최초로 제조된 시점에서와의 값과는 변화될 수 있다. 따라서, 충전 효율을 향상시키기 위해서는, 위와 같은 변화를 고려하여, 배터리(10)에 대한 충전 방식을 적절히 조절하는 것이 필요하다.
이를 위해, 제어부(150)는 SOC의 전체 구간에 대한 내부 저항의 변화 패턴을 모니터링할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 상기 모니터링의 결과를 기초로, 프로파일 데이터를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 배터리(10)의 충방전 횟수가 소정값(예, 100)만큼 증가할때마다 프로파일 데이터는 적어도 부분적으로 업데이트될 수 있다.
도 7a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 사양의 배터리를 실제로 충전한 결과를 보여주는 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 에너지 밀도가 715Wh/L인 배터리의 SOC에 따른 내부 저항과 전압의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 6a 및 도 6b를 함께 참조하면, 도 7b는 제1 피크치 IP1, 제2 피크치 IP2, 제3 피크치 IP3, 제4 피크치 IP4 및 제5 피크치 IP5를 각각 순서대로 1C, 2C, 3C, 2C 및 1C로 하였을 경우의 전압 변화를 보여준다.
도 8a 및 도 8b는 각각 에너지 밀도가 620Wh/L인 배터리의 SOC에 따른 내부 저항과 전압의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 6a 및 도 6b를 함께 참조하면, 도 7b는 제1 피크치 IP1, 제2 피크치 IP2, 제3 피크치 IP3, 제4 피크치 IP4 및 제5 피크치 IP5를 각각 순서대로 1.5C, 3C, 4.5C, 3C 및 1.5C로 하였을 경우의 전압 변화를 보여준다.
도 9a 및 도 9b는 각각 에너지 밀도가 600Wh/L인 배터리의 SOC에 따른 내부 저항과 전압의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 6a 및 도 6b를 함께 참조하면, 도 7b는 제1 피크치 IP1, 제2 피크치 IP2, 제3 피크치 IP3, 제4 피크치 IP4 및 제5 피크치 IP5를 각각 순서대로 2C, 4C, 6C, 4C 및 2C로 하였을 경우의 전압 변화를 보여준다.
배터리의 에너지 밀도가 상대적으로 작을수록, 내부 저항도 상대적으로 작아지는 특성이 존재할 수 있다. 예컨대, 도 7a, 도 8a 및 도 9a를 상호 비교하면, 도 7a에 도시된 그래프에서 내부 저항의 최소치는 250mΩ(mili ohm) 이상이고, 도 8a에 도시된 그래프에서 내부 저항의 최소치는 약 200mΩ이며, 도 9a에 도시된 그래프에서 내부 저항의 최소치는 200mΩ 미만인 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 배터리 충전 장치(100)는 에너지 밀도가 상대적으로 작은 배터리를 충전하는 경우, 제1 피크치 IP1, 제2 피크치 IP2, 제3 피크치 IP3, 제4 피크치 IP4 및 제5 피크치 IP5를 상대적으로 증가시킬 수 있다. 이때, 배터리의 에너지 밀도를 나타내는 데이터는 메모리(151)에 미리 저장될 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치(100)가 배터리(10)를 충전하는 프로세스를 보여주는 순서도이다.
도 10a를 참조하면, 단계 S1012에서 미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할한다. 구체적으로, 제어부(150)는 프로파일 데이터를 기초로, 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할할 수 있다. 프로파일 데이터는 전체 구간에 대한 상기 배터리의 내부 저항의 변화 패턴을 나타내는 것으로서, 메모리(151)에 룩업 테이블 등의 형태로 미리 저장될 수 있다. 이때, 제1 구간의 상한은 제2 구간의 하한과 동일하고, 제2 구간의 상한은 제3 구간의 하한과 동일하며, 제3 구간의 상한은 제4 구간의 하한과 동일하다.
단계 S1014에서 배터리(10)의 SOC를 연산한다. 구체적으로, SOC 연산부(120)는 센싱부(110)로부터 제공되는 데이터를 기초로 확장 칼만 필터 등을 이용하여 배터리(10)의 SOC를 연산할 수 있다. SOC 연산부(120)에 의해 연산된 배터리(10)의 SOC를 나타내는 데이터는 제어부(150)로 제공된다.
제어부(150)는 제1 내지 제4 구간 중, 단계 S1014를 통해 연산된 배터리(10)의 SOC가 속하는 하나의 구간을 판단할 수 있다.
단계 S1016에서, 단계 S1014를 통해 연산된 배터리(10)의 SOC가 제1 구간에 속하는지 여부를 판단한다. 즉, 제어부(150)는 배터리(10)의 SOC가 제1 구간의 상한과 같거나 크면서 제1 구간의 하한보다는 작은지 여부를 판단한다. 만약, 단계 S1016의 판단의 결과가 "YES"이면, 단계 S1018을 수행한다. 만약, 단계 S1016의 판단의 결과가 "NO"이면, 단계 S1022을 수행한다.
단계 S1018에서, 배터리(10)에 제1 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급한다. 구체적으로, 제어부(150)는 점증(漸增)하는 펄스 전류를 배터리(10)에 공급하도록 제1 충전부(141)를 제어할 수 있다. 즉, 제1 충전부(141)는 배터리(10)의 SOC가 제1 구간의 하한으로부터 상한에 다가갈수록, 연속적 또는 단계적으로 증가하는 펄스 전류를 배터리(10)에 공급할 수 있다.
가령, 도 5b와 같이, 제1 구간이 0≤ SOC < S1이고, 0 < Sa < Sb < S1라고 가정해보자. 만약, 배터리(10)의 SOC가 0이상 Sa 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제1 피크치 IP1의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 만약, 배터리(10)의 SOC가 Sa이상 Sb 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제1 피크치 IP1보다 큰 제2 피크치 IP2의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 만약, 배터리(10)의 SOC가 Sb이상 S1 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제2 피크치 IP2보다 큰 제3 피크치 IP3의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 단계 S1016이 종료되면, 단계 S1014로 회귀할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 단계 S1022에서, 단계 S1014를 통해 연산된 배터리(10)의 SOC가 제2 구간에 속하는지 여부를 판단한다. 즉, 제어부(150)는 배터리(10)의 SOC가 제2 구간의 상한과 같거나 크면서 제2 구간의 하한보다는 작은지 여부를 판단한다. 만약, 단계 S1022의 판단의 결과가 "YES"이면, 단계 S1024를 수행한다. 만약, 단계 S1022의 판단의 결과가 "NO"이면, 단계 S1032를 수행한다.
단계 S1024에서, 배터리(10)에 제1 설정 전압을 공급한다. 구체적으로, 제어부(150)는 제1 설정 전압을 공급하도록 배터리(10)에 공급하도록 제2 충전부(142)를 제어할 수 있다. 제1 설정 전압의 값은 제2 구간 내내 일정하게 유지되는 고정된 값이며, 이에 따라 제2 구간 동안에는 배터리(10)에 대한 정전압 충전이 이루어지게 된다. 단계 S1024가 종료되면, 단계 S1014로 회귀할 수 있다.
도 10c를 참조하면, 단계 S1032에서, 단계 S1014를 통해 연산된 배터리(10)의 SOC가 제3 구간에 속하는지 여부를 판단한다. 즉, 제어부(150)는 배터리(10)의 SOC가 제3 구간의 상한과 같거나 크면서 제3 구간의 하한보다는 작은지 여부를 판단한다. 만약, 단계 S1032의 판단의 결과가 "YES"이면, 단계 S1034를 수행한다. 만약, 단계 S1032의 판단의 결과가 "NO"이면, 단계 S1042를 수행한다.
단계 S1034에서, 배터리(10)에 제2 듀티 사이클의 펄스 전류를 공급한다. 구체적으로, 제어부(150)는 점감(漸減)하는 펄스 전류를 배터리(10)에 공급하도록 제1 충전부(141)를 제어할 수 있다. 즉, 제1 충전부(141)는 배터리(10)의 SOC가 제3 구간의 하한으로부터 상한에 다가갈수록, 단계적으로 감소하는 펄스 전류를 배터리(10)에 공급할 수 있다.
가령, 도 5b와 같이, 제3 구간이 S2≤ SOC < S3이고, S2 < Sc < S3라고 가정해보자. 만약, 배터리(10)의 SOC가 S2이상 Sc 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제4 피크치 IP4의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 만약, 배터리(10)의 SOC가 Sc이상 S3 미만인 경우, 제1 충전부(141)는 제4 피크치 IP4보다 작은 제5 피크치 IP5의 펄스 전류를 공급할 수 있다. 단계 S1034가 종료되면, 단계 S1014로 회귀할 수 있다.
한편, 전체 구간은 제1 내지 제4 구간으로 분할되므로, 단계 S1016, 단계 S1022 및 단계 S1032의 판단의 결과가 모두 "NO"라는 것은, 단계 S1014를 통해 연산된 SOC는 제4 구간에 속하는 것임은 자명하다.
도 10d를 참조하면, 단계 S1042에서, 배터리(10)에 공급되는 충전 전류가 설정 전류(Is)와 같거나 더 작은지 판정한다. 메모리(151)에는 설정 전류(Is)를 나타내는 데이터가 미리 저장될 수 있고, 제어부(150)는 메모리(151)에 저장된 데이터를 참조하여, 현재의 충전 전류와 설정 전류(Is) 간의 대소 관계를 판정할 수 있다. 만약, 단계 S1042에서 판단의 결과가 "YES"이면, 단계 S1044가 개시된다. 만약, 단계 S1042에서 판정의 결과가 "NO"이면, 배터리(10)가 완전히 충전된 상태에 해당하므로, 모든 충전 과정이 종료된다.
단계 S1044에서, 배터리(10)에 제2 설정 전압을 공급한다. 구체적으로, 제어부(150)는 제2 설정 전압을 공급하도록 배터리(10)에 공급하도록 제2 충전부(142)를 제어할 수 있다. 제2 설정 전압의 값은 제1 설정 전압의 값보다 크면서 제4 구간 내내 일정하게 유지되는 고정된 값이다. 이에 따라 제4 구간 동안에는 배터리(10)에 대한 정전압 충전이 이루어지게 된다. 단계 S1044가 종료되면, 단계 S1014로 회귀할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 배터리 팩
10: 배터리
100: 배터리 충전 장치
110: 센싱부
120: SOC 연산부:
131: AC-DC 변환기
132: DC-DC 변환기
140: 충전 회로
141: 제1 충전부:
142: 제2 충전부:
150: 제어부:
151: 메모리

Claims (15)

  1. 배터리의 SOC를 연산하는 SOC 연산부;
    상기 배터리에 펄스 전류를 공급하도록 구성된 제1 충전부;
    상기 배터리에 정전압을 공급하도록 구성된 제2 충전부; 및
    상기 배터리의 SOC를 기초로, 상기 제1 충전부 및 상기 제2 충전부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클을 가지고 연속적 또는 단계적으로 증가하는 제1 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클을 가지는 제2 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며,
    상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일한, 배터리 충전 장치.
  2. 삭제
  3. 배터리의 SOC를 연산하는 SOC 연산부;
    상기 배터리에 펄스 전류를 공급하도록 구성된 제1 충전부;
    상기 배터리에 정전압을 공급하도록 구성된 제2 충전부; 및
    상기 배터리의 SOC를 기초로, 상기 제1 충전부 및 상기 제2 충전부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하고,
    상기 배터리의 SOC가 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클을 가지는 제1 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고,
    상기 배터리의 SOC가 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제3 구간에 속하는 경우, 제2 듀티 사이클을 가지고 연속적 또는 단계적으로 감소하는 제2 펄스 전류를 상기 배터리에 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며,
    상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일한, 배터리 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 설정 전압은 상기 제1 설정 전압보다 큰, 배터리 충전 장치.
  5. 배터리의 SOC를 연산하는 SOC 연산부;
    상기 배터리에 펄스 전류를 공급하도록 구성된 제1 충전부;
    상기 배터리에 정전압을 공급하도록 구성된 제2 충전부; 및
    상기 배터리의 SOC를 기초로, 상기 제1 충전부 및 상기 제2 충전부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 SOC의 전체 구간에 대한 상기 배터리의 내부 저항의 변화 패턴을 나타내는 프로파일 데이터를 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 프로파일 데이터를 기초로, 상기 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클을 가지는 제1 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클을 가지는 제2 펄스 전류를 공급하도록 상기 제1 충전부를 제어하고,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하도록 상기 제2 충전부를 제어하며,
    상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일한, 배터리 충전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 프로파일 데이터로부터 상기 내부 저항의 변화 패턴의 N번째 극소값이 나타내는 제1 포인트, M번째 극소값이 나타내는 제2 포인트 및 L번째 극소값이 나타내는 제3 포인트를 추출하고,
    상기 제1 포인트를 상기 제1 구간의 상한으로 설정하고, 상기 제2 포인트를 상기 제2 구간의 상한으로 설정하며, 상기 제3 포인트를 상기 제3 구간의 상한으로 설정하되,
    상기 N은 상기 M보다 작고, 상기 M은 상기 L보다 작은, 배터리 충전 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 충방전 횟수가 소정값만큼 증가할때마다 상기 프로파일 데이터를 업데이트하는, 배터리 충전 장치.
  8. 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 배터리 충전 장치;
    를 포함하는, 배터리 팩.
  9. 배터리의 SOC를 연산하는 단계;
    미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클을 가지고 연속적 또는 단계적으로 증가하는 제1 펄스 전류를 공급하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클을 가지는 제2 펄스 전류를 공급하는 단계; 및
    상기 배터리의 SOC가 상기 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하는 단계;를 포함하되,
    상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일한, 배터리 충전 방법.
  10. 삭제
  11. 배터리의 SOC를 연산하는 단계;
    미리 정해진 SOC의 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클을 가지는 제1 펄스 전류를 공급하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클을 가지고 연속적 또는 단계적으로 감소하는 제2 펄스 전류를 상기 배터리에 공급하는 단계; 및
    상기 배터리의 SOC가 상기 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하는 단계;를 포함하되,
    상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일한, 배터리 충전 방법.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 설정 전압은 상기 제1 설정 전압보다 큰, 배터리 충전 방법.
  13. 미리 정해진 SOC의 전체 구간에 대한 배터리의 내부 저항의 변화 패턴을 나타내는 프로파일 데이터를 저장하는 단계;
    상기 프로파일 데이터를 기초로, 상기 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하는 단계;
    상기 배터리의 SOC를 연산하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 듀티 사이클을 가지는 제1 펄스 전류를 공급하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제2 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제1 설정 전압을 공급하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제3 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 듀티 사이클을 가지는 제2 펄스 전류를 공급하는 단계; 및
    상기 배터리의 SOC가 상기 제4 구간에 속하는 경우, 상기 배터리에 제2 설정 전압을 공급하는 단계;를 포함하되,
    상기 제1 구간의 상한은 상기 제2 구간의 하한과 동일하고, 상기 제2 구간의 상한은 상기 제3 구간의 하한과 동일하며, 상기 제3 구간의 상한은 상기 제4 구간의 하한과 동일한, 배터리 충전 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전체 구간을 제1 내지 제4 구간으로 분할하는 단계는,
    상기 프로파일 데이터로부터 상기 내부 저항의 변화 패턴의 N번째 극소값이 나타내는 제1 포인트, M번째 극소값이 나타내는 제2 포인트 및 L번째 극소값이 나타내는 제3 포인트를 추출하는 단계; 및
    상기 제1 포인트, 상기 제2 포인트 및 상기 제3 포인트를 각각 순서대로 상기 제1 구간의 상한, 상기 제2 구간의 상한 및 상기 제3 구간의 상한으로 설정하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 N은 상기 M보다 작고, 상기 M은 상기 L보다 작은, 배터리 충전 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 배터리의 충방전 횟수가 소정값만큼 증가할때마다 상기 프로파일 데이터를 업데이트하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 충전 방법.
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