KR102481518B1 - 배터리 관리 장치 및 그 충전 방법 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 그 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 관리 장치 및 그 충전 방법을 공개한다. 상기 배터리 충전 방법은, 배터리의 충전 및 방전 사이클의 복수의 발생 횟수를 카운트하여 사이클 횟수를 획득하는 단계; 사이클 횟수가 기준값보다 작을 경우, 배터리에 충전시 제1 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시키는 단계; 사이클 횟수가 기준값보다 작지 않을 경우, 배터리에 충전시 제2 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시키는 단계를 포함하고, 충전 전류는 대응되는 각 충전 및 방전 사이클의 각각의 충전 가능 용량 및 배터리의 충전 가능 용량 규격치에 의해 발생된다.

Description

배터리 관리 장치 및 그 충전 방법{BATTERY MANAGEMENT APPARATUS AND CHARGING METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 관리 장치 및 그 충전 방법에 관한 것으로, 특히 배터리 사용 수명을 연장할 수 있는 배터리 관리 장치 및 그 충전 방법에 관한 것이다.
전자 기술의 발전과 더불어 전자 제품은 이미 사람들의 삶에서 없어서는 안될 도구로 되었는 바, 간편하게 휴대 가능한 전제 하에 전자 제품은 정상 작동이 가능한 시간을 유지하기 위하여 장기간 사용 가능한 배터리를 구비하여야 한다.
그러나 현재의 기술 분야에 있어서, 충전 및 방전 사이클 횟수가 증가함에 따라 배터리가 저장하고 제공할 수 있는 유효 전력량은 따라서 감소한다. 또한, 상술한 바와 같은 배터리의 열화 현상은 배터리가 수행하는 충전 및 방전 동작 방식과 밀접히 관련된다. 따라서 배터리의 수명 주기를 연장시키기 위하여 배터리에 정확한 충전 및 방전 메커니즘을 제공하는 것은 당업자에게 있어서 중요한 과제로 되고 있다.
본 발명은 배터리의 수명 주기를 연장시킬 수 있는 배터리 관리 장치 및 그 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 배터리 충전 방법은, 배터리의 충전 및 방전 사이클의 복수의 발생 횟수를 카운트하여 사이클 횟수를 획득하는 단계; 사이클 횟수가 기준값보다 작을 경우, 배터리에 충전시 제1 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시키는 단계; 및 사이클 횟수가 기준값보다 작지 않을 경우, 배터리에 충전시 제2 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시키는 단계를 포함하고, 충전 전류는 대응되는 각 충전 및 방전 사이클의 각각의 충전 가능 용량 및 배터리의 충전 가능 용량 규격치에 의해 발생된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 충전 전류는 각 충전 및 방전 사이클에 대응되는 각각의 충전 가능 용량을 충전 가능 용량 규격치로 나눈 값과 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2 충전 전압은 제1 충전 전압보다 작다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 충전 전압은 8.85볼트이고, 제2 충전 전압은 8.6볼트이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 충전 및 방전 사이클에 각각 대응되는 배터리의 충전 가능 용량을 검출하는 단계는, 각 충전 및 방전 사이클에서 배터리가 방전 동작을 수행하는 과정 중 배터리가 방전 전류에 의해 방전 동작을 수행하도록 하고, 시간에 따른 배터리 전압의 하강 기울기를 검출하는 단계; 및 하강 기울기에 의해 각 충전 및 방전 사이클에 대응되는 배터리의 각 충전 가능 용량을 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기준값은 17이다.
배터리에 연결되는 본 발명의 배터리 관리 장치는, 배터리에 연결되어, 배터리의 충전 및 방전 사이클의 복수의 발생 횟수를 카운트하여 사이클 횟수를 획득하고, 충전 및 방전 사이클에 각각 대응되는 배터리의 복수의 충전 가능 용량을 검출하며, 사이클 횟수가 기준값보다 작을 경우, 배터리에 충전시 제1 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시키고, 사이클 횟수가 기준값보다 작지 않을 경우, 배터리에 충전시 제2 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시키는 제어기를 포함하고, 제어기는 각각의 충전 및 방전 사이클에 대응되는 각각의 충전 가능 용량과 배터리의 충전 가능 용량 규격치에 의해 충전 전류를 발생시킨다.
상기 내용에 기반해보면, 본 발명에서는, 배터리의 충전 및 방전 사이클의 발생 횟수에 의해 배터리에 충전시 사용된 충전 전압 및 충전 전류를 조절한다. 또한 배터리에 충전시 사용된 충전 전압 및 충전 전류를 동적으로 조절시킴으로써 배터리의 수명 주기를 연장시키고 배터리의 사용 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 상기 특징 및 이점이 보다 뚜렷하고 알기 쉽도록 이하 실시예 및 첨부된 도면을 결부시켜 하기와 같이 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 일 실시예의 배터리 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명 실시예의 배터리 상태를 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명 실시예의 배터리 충전 가능 전력량의 검출 방식을 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명 일 실시예의 배터리 관리 장치를 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 배터리 관리 장치를 도시한 모식도이다.
도 1은 본 발명 일 실시예의 배터리 충전 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 단계 S110에서는, 배터리의 충전 및 방전 사이클의 복수의 발생 횟수를 카운트하여 사이클 횟수를 획득한다. 단계 S120에서는, 복수의 충전 및 방전 사이클에 각각 대응되는 배터리의 복수의 충전 가능 전력량을 검출한다. 여기서 유의해야 할 점은, 배터리에 기반한 전기적 성질은 충전 및 방전 사이클에 따라 다소 변화된다. 따라서 본 발명 실시예에서는 단계 S110를 통하여 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 횟수를 산출한다. 또한, 단계 S120에서, 배터리에 충전 및 방전 사이클이 발생시마다 실시간으로 배터리의 당시 충전 가능 전력량을 검출한다.
이 밖에, 배터리에 발생되는 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수는 하나의 기설정된 기준값과 비교 가능하다. 또한 단계 S130에서는, 배터리에 충전시 사이클 횟수가 상기 기준값보다 작으면 제1 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시킨다. 이 밖에, 단계 S140에서는, 배터리에 충전시, 사이클 횟수가 상기 기준값보다 작지 않으면, 제2 충전 전압 및 충전 전류에 의해 배터리를 충전시킨다. 여기서 유의해야 할 점은, 단계 S130에서의 제1 전압의 전압값은 단계 S140에서의 제2 전압의 전압값보다 크고, 또한 단계 S130 및 단계 S140에서의 충전 전류의 전류값 크기는 상이하다. 여기서, 단계 S130에서는, 배터리에 의해 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수가 상대적으로 비교적 작은 경우（기준값보다 작음）, 비교적 높은 제1 충전 전압을 이용하여 배터리를 충전시킬 수 있다, 반대로, 단계 S140에서는, 배터리에 의해 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수가 상대적으로 비교적 큰 경우（기준값보다 크거나 같음）, 비교적 낮은 제2 충전 전압을 이용하여 배터리를 충전시킬 수 있다.
충전 전류에 있어서, 본 발명 실시예의 충전 전류의 전류값 크기와 충전 동작 수행 시 배터리의 충전 가능 용량은 양의 상관관계이다. 여기서, 충전 전류(I)는 배터리의 충전 가능 용량(QUSE)을 배터리의 충전 가능 용량 규격치(QSPEC)로 나눈 값과 동일하다（산식1）. 상기 충전 가능 용량 규격치(QSPEC)는 배터리 공급업체에서 제정한 규격 수치로서 이는 고정된 수치이다. 배터리의 충전 가능 용량(QUSE)은 배터리의 사용 상태（예를 들어 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수）에 따라 변화 가능한 것으로서 고정되지 않은 수치일 수 있다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바, 본 발명 실시예에서는, 배터리의 충전 가능 용량 및 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수를 실시간으로 검출하고, 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수에 의해 충전 전압의 전압값 크기를 조절하며, 배터리 당시의 충전 가능 용량에 의해 충전 전류의 크기를 동적으로 조절시킴으로써, 배터리의 수명 주기를 효과적으로 연장시킬 수 있다.
예를 들어 설명하면, 본 발명의 일 실시예에서 기준값은 17회로 설정 가능하고, 또한 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수가 1-16（17보다 작음）인 경우, 배터리에 충전시, 제1 전압（예를 들어, 8.85볼트에 해당됨）을 제공하고, 산식1에 의해 산출된 충전 전류(I)를 이용하여 배터리에 충전 동작을 수행한다. 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수가 17보다 크거나 같은 경우, 배터리에 충전시, 제2 전압（예를 들어, 8.6볼트에 해당됨）을 제공하고, 산식1에 의해 산출된 충전 전류(I)를 이용하여 배터리에 대해 충전 동작을 수행한다.
상기 예에 이어서, 배터리에 기반한 충전 가능 용량(QUSE)은 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수의 증가에 따라 오히려 감소된다. 따라서, 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수의 증가에 따라 배터리를 충전시키도록 제공되는 전류의 크기는 대응되게 감소한다. 다시 말하면, 배터리의 저항값이 배터리에 발생된 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수에 따라 증가시, 본 발명 실시예의 충전 전류를 대응되게 하강 조절시킴으로써, 배터리에 충전시 충전에 의해 발생되는 배터리의 열화 정도를 효과적으로 감소시키고 배터리의 수명 주기를 증가시킬 수 있다.
도 2는 본 발명 실시예의 배터리 상태를 도시한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 도 2에서 횡축은 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수를 나타내고, 종축은 배터리의 사용 가능 전력량（단위: 와트시(WH)）을 나타낸다. 그 밖에, 본 실시예에서 기준값(REF)은 약 17로 설정되고, 곡선(SP1~SP3)은 각각 세개 배터리 샘플의 전력량 상태를 나타낸다.
배터리 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수가 기준값(REF)보다 작을 경우, 상대적으로 큰 제1 전압 및 산출된 충전 전류를 이용하여 배터리를 충전시킬 수 있고, 배터리 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수가 기준값(REF)보다 작지 않을 경우, 상대적으로 작은 제2 전압 및 산출된 충전 전류를 이용하여 배터리를 충전시킬 수 있다.
도 2에서 발견할 수 있는 바, 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수가 200보다 큰 경우, 여전히 약 41와트시의 배터리의 사용 가능 전력량을 가져 그 수명 주기를 효과적으로 연장시킨다.
도 3은 본 발명 실시예의 배터리 충전 가능 전력량의 검출 방식을 도시한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 도 3에서 곡선(310)은 출고시 구비된 배터리의 방전 특성 곡선을 나타내고, 곡선(320)은 일회 또는 복수회 충전 및 방전 사이클을 경과한 후, 배터리가 구비한 방전 특성 곡선을 나타낸다. 배터리의 충전 가능 용량을 검출 시, 배터리의 충전 및 방전 사이클에서 배터리의 방전 동작 수행 시 방전 전류에 의해 배터리를 방전시키고, 시간에 따른 배터리 전압의 하강 기울기를 검출한다. 배터리의 전압이 시간의 하강 기울기에 따라 급변하는 전환점（예를 들어, 전환점(AP1, AP2)）인 경우, 곡선(310, 320)에 대응되는 배터리의 충전 가능 용량(Qmax) 및 (Quse)를 산출할 수 있다.
상기 배터리의 충전 가능 전력량을 검출하는 검출 방법은 단지 하나의 실시예일 뿐, 본 발명의 실시 범주를 한정하지는 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 주지된 배터리의 충전 가능 전력량 검출 방법은 모두 본 발명에 적용 가능한 바 본 발명은 이에 대해 한정하지 않는다.
도 4는 본 발명 일 실시예의 배터리 관리 장치를 도시한 모식도이다. 도 4를 참조하면, 배터리 관리 장치(400)는, 배터리(430)에 연결되어 스위치(420)를 통하여 배터리(430)의 충전 및 방전 동작을 제어하는 제어기(410); 및 스위치(420)를 포함한다. 본 실시예에서, 제어기(410)는 도 1에 도시된 바와 같은 단계 S110 ~ S140를 수행하고, 충전 전류 및 충전 전압의 크기를 조절하여 배터리(430)를 충전시킬 수 있다. 또한 배터리(430)의 수명 주기를 연장시킨다.
단계 S110 ~ S140의 실시 세칙에 관련하여 상기 실시예에서 이미 자세히 설명하였는 바 여기에서 더 이상 설명하지 않는다.
제어기(410)의 하드웨어 아키텍처와 관련하여, 제어기(410)는 연산 기능을 가지는 프로세서일 수 있다. 또는 하드웨어 기술 언어(Hardware Description Language, HDL) 혹은 기타 당업자에게 주지된 임의의 디지털 회로의 설계 방식을 통하여 설계될 수 있다. 또한 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 복합 프로그램 가능 논리 소자(Complex Programmable Logic Device, CPLD) 혹은 애플리케이션 별 집적 회로(Application-specific Integrated Circuit, ASIC)의 방식을 통하여 실현 가능한 하드웨어 회로일 수 있다. 다시 말하면, 충전 전류의 산출과 관련하여, 제어기(410)는 그가 가지는 연산 능력을 통하여 산식1에 의해 충전 전류를 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 배터리 관리 장치를 도시한 모식도이다. 도 5를 참조하면, 배터리 관리 장치(500)는, 배터리(530)에 연결되는 제어기(510) 및 스위치(520)를 포함한다. 배터리 관리 장치(400)와 달리, 제어기(510)는 룩업 테이블(511)을 빌트인(Built-in)할 수 있다. 룩업 테이블(511)에는 복수의 배터리 충전 가능 용량과 각각 대응되는 복수의 충전 전류값이 저장될 수 있으므로, 제어기(510)가 당시 배터리의 충전 가능 용량을 검출 시, 산술 연산이 필요 없이 직접 룩업 테이블(511)을 통하여 필요한 충전 전류의 전류값 크기를 검색할 수 있다. 본 실시예에서, 룩업 테이블(511)은 임의의 형태의 메모리 회로일 수 있으나 본 발명의 기타 실시예에서 룩업 테이블(511)은 제어기(510) 외에 외장되어 제어기(510)에 엑세스를 제공할 수도 있다.
상기 내용을 종합해보면, 본 발명은 배터리의 충전 및 방전 사이클의 발생 횟수를 카운트하고, 검출된 사이클 횟수가 기준값보다 큰지의 여부에 의해 대응되게 충전 전압을 조절한다. 본 발명에서는, 배터리에 충전시 당시 배터리의 충전 가능 용량에 의해 동적으로 충전 전류를 조절시킴으로써 배터리의 특성 변화에 따라 대응되는 충전 전압 및 충전 전류를 제공하여 배터리를 충전시킬 수 있으므로 배터리의 수명 주기를 효과적으로 증가시킨다.
상기와 같이, 비록 실시예를 통하여 본 발명을 공개하였으나 이는 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 다양한 변형 및 수정이 가능한 바, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.
400, 500: 배터리 관리 장치
410, 510: 제어기
420, 520: 스위치
511: 룩업 테이블

Claims (13)

  1. 배터리의 충전 및 방전 사이클(cycle)의 복수의 발생 횟수를 카운트(count)하여 사이클 횟수를 획득하는 단계;
    상기 충전 및 방전 사이클들에 각각 대응되는 상기 배터리의 복수의 충전 가능 용량을 검출하는 단계;
    상기 사이클 횟수가 기준값보다 작을 경우, 상기 배터리에 충전시 제1 충전 전압 및 충전 전류에 의해 상기 배터리를 충전시키는 단계; 및
    상기 사이클 횟수가 기준값보다 작지 않을 경우, 상기 배터리에 충전시 제2 충전 전압 및 상기 충전 전류에 의해 상기 배터리를 충전시키는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법에 있어서,
    상기 충전 전류는 대응되는 각각의 상기 충전 및 방전 사이클의 각각의 상기 충전 가능 용량 및 상기 배터리의 충전 가능 용량 규격치에 의해 발생되고,
    상기 충전 및 방전 사이클들에 각각 대응되는 상기 배터리의 복수의 충전 가능 용량을 검출하는 단계는,
    각각의 상기 충전 및 방전 사이클에서 상기 배터리가 방전 동작을 수행하는 과정 중 상기 배터리가 방전 전류에 의해 방전 동작을 수행하도록 하고, 시간에 따른 상기 배터리 전압의 하강 기울기를 검출하는 단계; 및
    상기 하강 기울기의 변화에 의해 각각의 상기 충전 및 방전 사이클에 대응되는 상기 배터리의 각각의 상기 충전 가능 용량을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 전류는 각각의 상기 충전 및 방전 사이클에 대응되는 각각의 상기 충전 가능 용량을 상기 충전 가능 용량 규격치로 나눈 값과 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 충전 전압은 상기 제1 충전 전압보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 충전 전압은 8.85볼트이고, 상기 제2 충전 전압은 8.6볼트인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은 17인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  7. 배터리에 연결되는 배터리 관리 장치에 있어서,
    상기 배터리에 연결되어,
    배터리의 충전 및 방전 사이클의 복수의 발생 횟수를 카운트하여 사이클 횟수를 획득하고,
    상기 충전 및 방전 사이클들에 각각 대응되는 상기 배터리의 복수의 충전 가능 용량을 검출하며,
    상기 사이클 횟수가 기준값보다 작을 경우, 상기 배터리에 충전시 제1 충전 전압 및 충전 전류에 의해 상기 배터리를 충전시키고,
    상기 사이클 횟수가 기준값보다 작지 않을 경우, 상기 배터리에 충전시 제2 충전 전압 및 상기 충전 전류에 의해 배터리를 충전시키는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 각각의 상기 충전 및 방전 사이클에 대응되는 각각의 상기 충전 가능 용량과 상기 배터리의 충전 가능 용량 규격치에 의해 상기 충전 전류를 발생시키고,
    상기 제어기는,
    각각의 상기 충전 및 방전 사이클에서 상기 배터리가 방전 동작을 수행하는 과정 중 상기 배터리가 방전 전류에 의해 방전 동작을 수행하도록 하고, 시간에 따른 상기 배터리 전압의 하강 기울기를 검출하며,
    상기 하강 기울기의 변화에 의해 각각의 상기 충전 및 방전 사이클에 대응되는 상기 배터리의 각각의 상기 충전 가능 용량을 획득하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 각각의 상기 충전 및 방전 사이클에 대응되는 각각의 상기 충전 가능 용량을 상기 충전 가능 용량 규격치로 나누어 상기 충전 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 충전 전압은 상기 제1 충전 전압보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 충전 전압은 8.85볼트이고, 상기 제2 충전 전압은 8.6볼트인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기준값은 17인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제어기에 연결되어 상기 배터리의 상기 충전 가능 용량들과 각각 대응되는 복수의 충전 전류값을 저장하는 룩업 테이블(lookup table)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
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