KR102516362B1 - 배터리 충전 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 충전 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 배터리 충전 방법은 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여, 배터리를 충전시키기 위한 충전 전류의 변화량을 결정하고, 변화량 및 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정한다.

Description

배터리 충전 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BATTERY CHARGING}
아래 실시예들은 배터리 충전 방법 및 장치에 관한 것이다.
배터리는 모바일 기기 및 전기자동차 등의 전력원으로 사용되는데, 배터리를 충전하기 위한 다양한 방식들이 제안되고 있다. 특정 전압까지 정전류로 충전한 뒤 미리 설정된 낮은 전류에 도달할 때까지 정전압으로 충전하는 CC-CV(Constant Current-Constant Voltage) 충전 방식은 보편적으로 이용되고 있다. 이 외에, 고전류에서 저전류로 여러 단계의 CC(Constant Current)로 충전하는 방식인 멀티-스텝(multi-step) 충전 방식과 짧은 시간 단위로 펄스 전류(pulse current)를 반복적으로 인가하는 펄스 충전 방식이 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법은 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여, 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 전류의 변화량을 결정하는 단계; 및 상기 변화량 및 상기 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여, 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 변화량을 결정하는 단계는 상기 현재 충전 스텝에서 상기 내부 상태의 변화율 및 상기 내부 상태와 상기 열화 조건 간 차이에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 변화량을 결정하는 단계는 상기 현재 충전 스텝에서 상기 내부 상태의 변화율이 커질수록 상기 충전 전류의 변화량을 크게 결정할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 변화량을 결정하는 단계는 상기 내부 상태와 상기 열화 조건 간 차이가 커질수록 상기 충전 전류의 변화량을 작게 결정할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 변화량을 결정하는 단계는 상기 배터리의 충전 상태(SOC; state of charge)를 더 고려하여, 상기 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 변화량을 결정하는 단계는 상기 배터리의 충전 상태가 임계 조건에 도달하는 경우, 상기 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정하고, 상기 배터리의 충전 상태가 임계 조건에 도달하지 않은 경우, 상기 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 결정되는 변화량보다 많게 상기 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 내부 상태는 상기 배터리의 음극 과전위(anode overpotential), 양극 과전위(cathode overpotential), 음극 표면 리튬이온 농도, 양극 표면 리튬이온 농도, 셀 전압 조건, 충전 상태 및 온도 중에서 둘 이상을 포함하고, 상기 변화량을 결정하는 단계는 상기 내부 상태들 각각에 따른 충전 전류의 변화량을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 충전 전류의 변화량들에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 최종적으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 변화량을 결정하는 단계는 상기 현재 충전 스텝에서 상기 배터리를 충전하는 동안 충전 제한조건에 도달되는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 충전 제한조건에 도달된 경우, 상기 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 충전 제한조건은 상기 배터리의 열화가 방지되는 범위 내에서 상기 배터리를 충전시키기 위해 상기 배터리의 충전을 복수의 충전 스텝들로 나누기 위한 조건일 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 내부 상태는 상기 배터리의 열화에 영향을 미치는 요소로서, 상기 배터리의 전기화학 모델에 기반하여 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나로부터 추정될 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 전기화학 모델은 상기 배터리의 열화 인자가 적용된 모델일 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법에서 상기 열화 인자는 음극 표면 저항, 양극 표면 저항, 음극 활물질 감소 및 양극 활물질 감소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법은 상기 다음 충전 스텝의 충전 전류를 이용하여 상기 배터리를 충전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 방법은 상기 배터리의 충전 시간, 전압, 전류, 온도 및 내부 상태 중 적어도 하나가 충전 종료조건에 도달하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 충전 종료조건에 도달하는 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 장치는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 명령어를 포함하는 메모리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령어가 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 전류의 변화량을 결정하고. 상기 변화량 및 상기 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정한다.
도 1은 일실시예에 따라 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리 충전 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 일실시예에 따라 충전 전류를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따라 복수의 내부 상태를 고려하여 충전 전류의 변화량을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따라 배터리의 충전 상태를 더 고려하여 충전 전류의 변화량을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 배터리 충전 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 차량을 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 실시예의 범위가 본문에 설명된 내용에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내며, 공지된 기능 및 구조는 생략하도록 한다.
도 1은 일실시예에 따라 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 배터리 시스템(100)은 배터리 충전 장치(110) 및 배터리(120)를 포함할 수 있다.
배터리(120)는 배터리 셀, 배터리 모듈, 또는 배터리 팩을 나타낼 수 있다. 배터리(120)는 충전에 의해 전력을 저장하는 축전기 또는 2차 전지를 포함하고, 배터리(120)를 채용한 장치는 배터리(120)로부터 부하로 전력을 공급할 수 있다.
배터리 충전 장치(110)는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)에 의해 구현될 수 있다. 배터리 관리 시스템은 배터리(120)를 관리하는 시스템으로서, 예를 들어 배터리(120)의 상태를 모니터링하는 동작, 배터리(120)의 최적화된 조건을 유지하는 동작, 배터리(120)의 교체시기를 예측하는 동작, 배터리(120)의 문제를 발견하는 동작, 배터리(120)와 관련된 제어 또는 명령 신호를 생성하여 배터리(120)의 상태 또는 동작을 제어하는 동작 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
배터리 충전 장치(110)는 배터리(120)를 충전시키기 위한 충전 전류를 스텝마다 결정할 수 있다. 배터리 충전 장치(110)는 현재 충전 스텝의 배터리(120)의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 충전 전류의 변화량을 결정하고, 결정된 변화량만큼 충전 전류를 감소시킴으로써 다음 충전 스텝에서 충전에 이용할 충전 전류를 결정할 수 있다.
여기서, 충전 전류는 A, mA 등 다양하게 표현될 수 있다. 또는, 충전 전류는 C-rate으로도 표현될 수 있다. C-rate는 배터리 용량에 따른 전류의 충방전율을 나타내는 배터리 관련 특성을 나타내고, 일반적으로는 [C]의 단위가 사용된다. 예를 들어, 1시간 동안 사용할 수 있는 전류량에 해당하는 배터리의 용량이 1000 mAh이고, 충방전 전류가 1 A인 경우, C-rate은 1 C = 1 A / 1000 mAh 가 된다.
이하 도면들을 참조하여 배터리 충전 장치(110)의 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리 충전 방법을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 배터리 충전 장치의 프로세서에 의해 수행되는 배터리 충전 방법이 도시된다. 배터리 충전 장치는 여러 단계의 충전 전류를 이용한 멀티-스텝 충전 방식으로 배터리를 충전할 수 있다.
단계(210)에서, 배터리 충전 장치는 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여, 충전 전류의 변화량을 결정한다.
일실시예에 따른 내부 상태는 배터리의 열화에 영향을 미치는 요소로서, 배터리의 전기화학 모델에 기반하여 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나로부터 추정될 수 있다. 내부 상태는 배터리의 음극 과전위(anode overpotential), 양극 과전위(cathode overpotential), 음극 표면 리튬이온 농도, 양극 표면 리튬이온 농도, 셀 전압 조건, 충전 상태(SOC; state of charge) 및 내부 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 과전위(overpotential)는 배터리의 각 전극에서 삽입/탈리 반응과 관련된 평형 전위로부터의 이탈로 인한 전압 강하를 나타낼 수 있다. 또한, 리튬이온 농도는 배터리의 각 전극의 활물질(active material) 내 물질이 리튬이온(Li+)인 경우의 농도이고, 활물질(active material) 내 물질에는 리튬이온 외에 다른 물질도 채용될 수 있다.
충전 상태는 배터리가 어느 정도로 충전되어 있는지를 나타내는 파라미터이다. 충전 상태는 배터리에 저장된 에너지 정도를 나타내므로, 퍼센트(%) 단위를 사용하여 0~100 %로 그 양이 표시될 수 있다. 예를 들면, 0%는 완전방전상태이고, 100%는 완전충전상태를 의미할 수 있는데, 이러한 표현 방식은 설계의도나 실시예에 따라 다양하게 변형되어 정의될 수 있다. 충전 상태를 추정 또는 측정하는 방식에는 다양한 기법들이 채용될 수 있다.
배터리의 내부 상태를 표현하기 위하여 전기화학 모델이 다양한 방식으로 채용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 모델에는 단일 입자 모델(Single Particle Model; SPM)뿐만 아니라 다양한 응용 모델이 채용될 수 있으며, 전기화학 모델을 정의하는 파라미터들도 설계 의도에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 배터리의 내부 상태를 추정하는데 활용되는 전기화학 모델에는 배터리의 열화 인자가 적용될 수 있다. 배터리의 열화 인자는 배터리의 열화 정도를 나타내는 인자로서, 음극 표면 저항, 양극 표면 저항, 음극 활물질 감소, 양극 활물질 감소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 충전 장치는 배터리의 수명 상태(SOH; State Of Health)를 추정하고, 추정된 수명 상태에 기초하여 배터리의 열화 인자를 획득하고, 획득된 열화 인자를 전기화학 모델에 적용할 수 있다. 수명 상태는 시효(aging) 효과로(열화 현상으로) 인한 배터리의 수명 특성 변화를 정량적으로 나타내주는 파라미터로서, 예를 들어, 배터리의 수명 또는 용량이 어느 정도 퇴화되었는지를 나타낼 수 있다. 수명 상태를 추정 또는 측정하는 방식에는 다양한 기법들이 채용될 수 있다. 배터리의 열화 정도가 반영됨에 따라, 전기화학 모델의 파라미터가 변형될 수 있다.
단계(220)에서, 배터리 충전 장치는 변화량 및 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여, 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정한다. 예를 들어, 배터리 충전 장치는 현재 충전 스텝의 충전 전류로부터 변화량만큼 감소된 충전 전류를 다음 충전 스텝의 충전 전류로 결정할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따라 충전 전류를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따라 스텝별 내부상태 및 충전 전류가 도시된다.
일실시예에 따라 배터리 충전 장치는 여러 단계의 충전 전류를 이용한 멀티-스텝 충전 방식으로 배터리를 충전할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 장치는 한 충전 스텝 동안 정전류(constant current)에 해당하는 충전 전류로 배터리를 충전할 수 있다. 또한, 배터리 충전 장치는 현재 충전 스텝의 충전 전류를 변화량만큼 감소시켜 다음 충전 스텝에서 배터리를 충전할 수 있다.
배터리 충전하는 동안 배터리의 내부 상태는 변화하고, 만약 내부 상태가 열화 조건에 도달하면 배터리의 열화가 발생될 수 있다. 여기서, 열화 조건은 배터리의 열화가 발생되는 배터리의 내부 상태에 대한 조건을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 배터리의 음극 과전위가 0.01V 이하로 떨어질 때 배터리의 열화가 발생하는 것으로 판단되는 경우, 배터리의 음극 과전위가 도달하면 열화를 일으키는 열화 조건으로 음극 과전위 0.01V가 설정될 수 있다. 열화 조건은 실험적 또는 경험적으로 도출되거나, 배터리의 전기화학 모델로부터 도출될 수 있으며, 여기서 열화 조건을 설정하는 기법은 제한되지 않는다.
도 3에 예시적으로 도시된 것처럼, 한 충전 스텝 동안 배터리의 내부 상태가 변화하는 반면, 충전 전류는 일정할 수 있다. 충전 전류는 충전 스텝별로 다른 값을 가질 수 있다. 배터리 충전 장치는 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 충전 전류의 변화량을 결정하고, 결정된 변화량 및 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정한다.
일실시예에 따른 충전 전류의 변화량은 현재 충전 스텝에서 내부 상태의 변화율 및 내부 상태와 열화 조건 간 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 충전 전류의 변화량은 아래와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112017126755570-pat00001
위의 수학식 1에서, S는 배터리의 내부 상태를 나타내고, C는 열화 조건을 나타내고,
Figure 112017126755570-pat00002
은 한 충전 스텝 동안 내부 상태의 변화량을 나타내고,
Figure 112017126755570-pat00003
은 한 충전 스텝의 충전 시간을 나타내고,
Figure 112017126755570-pat00004
는 변환 함수를 나타내며,
Figure 112017126755570-pat00005
은 충전 전류의 변화량을 나타낼 수 있다.
내부 상태의 변화율은 한 충전 스텝 내 내부 상태의 변화량 및 충전 스텝의 충전 시간에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 내부 상태와 열화 조건 간 차이가 결정될 수 있으며, 이 때 내부 상태는 한 충전 스텝에서 내부 상태의 최소값, 최대값, 평균값 등 다양한 값이 채용될 수 있다.
앞서 수학식 1과 같이, 내부 상태의 변화율 및 내부 상태와 열화 조건 간 차이에 기초하여 파라미터 A가 결정되고, 변환 함수를 이용하여 파라미터 A로부터 충전 전류의 변화량이 결정될 수 있다.
일실시예에 따른 변환 함수는 파라미터 A가 작을수록 충전 전류의 변화량이 커지는 형태의 함수로서, 도 4에 도시된 예시와 같이, 선형 함수(linear function), 역수 함수(reciprocal function), 지수 함수(exponential function), 가우시안 함수(Gaussian function)를 포함할 수 있다. 변환 함수의 예시가 상술된 설명에 제한되지 않으며, 아래의 수학식 2와 같이 파라미터 A가 작을수록 충전 전류의 변화량이 커지는 형태라면 제한 없이 적용될 수 있다.
Figure 112017126755570-pat00006
변환 함수로 인해, 내부 상태의 변화율이 커질수록 충전 전류의 변화량이 크게 결정될 수 있다. 내부 상태의 변화율이 크다는 것은 배터리의 내부 상태가 빠른 속도로 열화 조건에 가까이 간다는 것을 의미하고, 이 때 충전 전류의 변화량을 크게 하여 배터리의 열화를 억제할 필요가 있다.
또한, 내부 상태와 열화 조건 간 차이가 커질수록 충전 전류의 변화량이 작게 결정될 수 있다. 내부 상태와 열화 조건 간 차이가 크다는 것은 현재 배터리의 내부 상태가 열화 조건과는 상당한 차이가 있다는 것을 의미하고, 배터리의 열화를 방지하기 위해 충전 전류의 변화량을 크게 할 필요가 없을 수 있다.
다시 말해, 내부 상태와 열화 조건 간 차이가 작을수록, 내부 상태의 변화율이 커질수록, 충전 전류의 변화량이 크게 결정됨으로써, 배터리의 내부 상태가 열화 조건에 천천히 도달하게 할 수 있다.
이를 통해, 현재 충전 스텝의 충전 전류에 의해 열화 조건에 도달하는 속도가 빠를수록, 다음 충전 스텝의 충전 전류가 크게 감소되는 형태의 충전 파형을 유도할 수 있다. 또한, 배터리의 내부 상태가 열화 조건에 가까워짐에 따라 내부 상태의 변화율이 완만해지는 효과가 발생하여, 배터리를 안정적으로 충전할 수 있다. 배터리 충전 장치는 상술된 방법을 통해 배터리의 내부 상태가 열화 조건에 도달하지 않은 범위 내에서 충전 스텝별 충전 전류를 결정함으로써 배터리를 효율적으로 충전할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따라 복수의 내부 상태를 고려하여 충전 전류의 변화량을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일실시예에 따라 배터리 충전 장치는 복수의 내부 상태들 S1, S2, ..., Sn을 고려하여 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다. 복수의 내부 상태들 S1, S2, ..., Sn 각각에 대응하는 열화 조건 C1, C2, ..., Cn이 각각 설정될 수 있고, 복수의 내부 상태들 S1, S2, ..., Sn 각각에 대응하는 파라미터 A1, A2, ..., An이 각 내부 상태 및 해당 내부 상태에 대응하는 열화 조건에 기초하여 각각 결정될 수 있다. 그리고, 변환 함수에 기반하여, 파라미터들 A1, A2, ..., An 각각으로부터 충전 전류의 개별 변화량
Figure 112017126755570-pat00007
,
Figure 112017126755570-pat00008
, ...,
Figure 112017126755570-pat00009
이 각각 결정될 수 있다.
배터리 충전 장치는 복수의 내부 상태들 S1, S2, ..., Sn 각각에 대응하는 충전 전류의 개별 변화량
Figure 112017126755570-pat00010
,
Figure 112017126755570-pat00011
, ...,
Figure 112017126755570-pat00012
에 기초하여 충전 전류의 최종 변화량
Figure 112017126755570-pat00013
을 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 장치는 개별 변화량
Figure 112017126755570-pat00014
,
Figure 112017126755570-pat00015
, ...,
Figure 112017126755570-pat00016
의 최대값, 최소값, 평균값 중 어느 하나의 값을 충전 전류의 최종 변화량
Figure 112017126755570-pat00017
으로 결정할 수 있다. 이외에도 개별 변화량
Figure 112017126755570-pat00018
,
Figure 112017126755570-pat00019
, ...,
Figure 112017126755570-pat00020
에 기초하여 충전 전류의 최종 변화량
Figure 112017126755570-pat00021
을 결정하는 다양한 방법이 채용될 수도 있다.
이와 같이, 배터리 충전 장치가 복수의 내부 상태들 S1, S2, ..., Sn을 고려하여 충전 전류의 최종 변화량
Figure 112017126755570-pat00022
을 결정함으로써, 여러 내부 상태들을 복합적으로 고려하여 배터리 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따라 배터리의 충전 상태를 더 고려하여 충전 전류의 변화량을 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 일실시예에 따라 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 상태를 선택적으로 고려하여 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다. 일반적으로 배터리의 충전 상태가 높은 상태에서 고전류로 배터리를 충전하면, 해당 배터리의 열화가 발생할 확률이 높다. 따라서, 배터리의 충전 상태가 높은 경우에는 고전류로 배터리를 충전하는 것을 방지할 필요가 있다.
일실시예에 따른 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 상태가 임계 조건(예컨대, k% 이하)에 도달하는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 배터리의 충전 상태가 임계 조건에 도달하는 경우, 배터리 충전 장치는 앞서 설명한 방법과 같이, 충전 상태 고려 없이 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다.
반대로, 배터리의 충전 상태가 임계 조건에 도달하지 않은 경우, 배터리 충전 장치는 배터리의 내부 상태 및 열화 조건뿐만 아니라 충전 상태를 더 고려하여, 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 장치는 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 결정되는 충전 전류의 변화량보다 많게 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다. 또한, 배터리 충전 장치는 충전 상태가 커질수록 충전 전류의 변화량을 크게 결정할 수 있다.
배터리의 충전 상태가 임계 조건에 도달하지 않을 때 충전 전류의 변화량이 결정되는 경우를 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017126755570-pat00023
위의 수학식 3에서, SOC는 배터리의 충전 상태를 나타낼 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일실시예에 따른 배터리의 충전 장치의 프로세서에 의해 수행되는 배터리 충전 방법이 도시된다.
단계(711)에서, 배터리 충전 장치는 초기 충전 전류 I1를 결정할 수 있다. 예를 들어, 초기 충전 전류 I1는 배터리 셀 제조사 또는 배터리의 사용자에 의해 실험적 또는 경험적으로 결정될 수 있으며, 여기서 초기 충전 전류 I1를 결정하는 기법은 제한되지 않는다.
단계(713)에서, 배터리 충전 장치는 충전 스텝을 "1"로 설정할 수 있다.
단계(715)에서, 배터리 충전 장치는 정전류에 해당하는 충전 전류 IN로 배터리를 충전할 수 있다.
단계(717)에서, 배터리 충전 장치는 배터리를 충전하며 배터리의 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 측정하고, 측정된 값 및 전기화학 모델에 기초하여 배터리의 내부 상태를 추정할 수 있다.
단계(719)에서, 배터리 충전 장치는 충전 종료조건에 도달되는지 여부를 판단할 수 있다. 충전 종료조건은 배터리 충전을 종료하는 조건으로써, 예를 들어, 배터리의 충전 시간, 전압, 전류, 온도 및 내부 상태 중 적어도 하나에 대한 충전 종료조건이 설정될 수 있다. 다시 말해, 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 시간, 전압, 전류, 온도 등 측정 값 및/또는 배터리의 내부 상태 등 추정 값이 충전 종료조건에 도달하는지 여부를 판단할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 시간이 충전 종료조건(예컨대, 1시간 이상)에 도달하는지 여부를 판단할 수 있다. 또는, 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 상태가 충전 종료조건(예컨대, 95% 이상)에 도달하는지 여부를 판단할 수 있다. 또는, 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 시간 및 충전 상태 각각이 충전 종료조건에 도달하는지 여부를 판단할 수도 있다.
충전 종료조건에 도달하지 않은 경우, 단계(721)에서 배터리 충전 장치는 충전 제한조건에 도달되는지 여부를 판단할 수 있다. 충전 제한조건은 배터리의 열화를 방지하는 범위 내에서 배터리를 충전시키기 위해 배터리의 충전을 복수의 충전 스텝들로 나누기 위한 조건으로서, 예를 들어, 배터리의 충전 시간, 전압, 전류, 온도 및 내부 상태 중 적어도 하나에 대한 충전 제한조건이 설정될 수 있다. 다시 말해, 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 시간, 전압, 전류, 온도 등 측정 값 및/또는 배터리의 내부 상태 등 추정 값이 충전 제한조건에 도달하는지 여부를 판단할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 시간이 충전 종료조건(예컨대, 8분 이상)에 도달하는지 여부를 판단할 수 있다. 또는, 배터리 충전 장치는 배터리의 내부 상태의 변화량이 충전 종료조건(예컨대, 0.1V 이상)에 도달하는지 여부를 판단할 수 있다. 또는, 배터리 충전 장치는 배터리의 충전 시간 및 내부 상태의 변화량 각각이 충전 제한조건에 도달하는지 여부를 판단할 수도 있다.
만약 충전 제한조건에 도달되지 않는 경우, 단계(715~721)가 다시 수행될 수 있다.
만약 충전 제한조건에 도달되는 경우, 단계(723)에서 배터리 충전 장치는 해당 충전 스텝에서 내부 상태의 변화율 및 내부 상태와 열화 조건 간 차이에 기초하여 파라미터 A를 계산할 수 있다.
단계(725)에서, 배터리 충전 장치는 변환 함수를 이용하여 파라미터 A로부터 충전 전류의 변화량을 결정할 수 있다.
단계(727)에서, 배터리 충전 장치는 단계(725)에서 결정된 충전 전류의 변화량만큼 해당 충전 스텝의 충전 전류를 감소시킴으로써, 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정할 수 있다.
단계(729)에서, 배터리 충전 장치는 충전 스텝을 1만큼 증가시킬 수 있다. 그리고, 단계(715)에서 배터리 충전 장치는 단계(727)에서 결정된 충전 전류로 배터리를 충전시킬 수 있다.
도 7에 도시된 배터리 충전 방법은 단계(719)에서 충전 종료조건이 도달되면 종료될 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 배터리 충전 장치를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 일실시예에 따른 배터리 충전 장치(800)는 메모리(810) 및 프로세서(820)를 포함한다. 메모리(810) 및 프로세서(820)는 버스(bus)(830)를 통하여 서로 통신할 수 있다.
메모리(810)는 컴퓨터에서 읽을 수 있는 명령어를 포함할 수 있다. 프로세서(820)는 메모리(810)에 저장된 명령어가 프로세서(820)에서 실행됨에 따라 앞서 언급된 동작들을 수행할 수 있다. 메모리(810)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리일 수 있다.
프로세서(820)는 명령어들, 혹은 프로그램들을 실행하거나, 배터리 충전 장치(800)를 제어하는 장치를 포함할 수 있다. 프로세서(820)는 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 배터리를 충전시키기 위한 충전 전류의 변화량을 결정하고, 변화량 및 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정한다.
배터리 충전 장치(800)는 배터리를 전력원으로 이용하는 다양한 전자 기기(일례로, 차량, 보행 보조 기기, 드론, 이동 단말)에 탑재될 수 있고, 도 1 내지 도 7을 통해 설명한 동작을 수행할 수 있다. 이하, 도 9를 참조하여, 배터리 충전 장치(800)가 차량에 탑재된 경우를 설명한다.
도 9는 일실시예에 따른 차량을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 차량(900)은 배터리 팩(910) 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(920)을 포함한다. 차량(900)은 배터리 팩(910)을 전력원(power source)으로 이용할 수 있다. 차량(900)은, 예를 들어, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차일 수 있다.
배터리 팩(910)은 하나 이상의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 모듈은 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
배터리 관리 시스템(920)은 배터리 팩(910)에 이상(abnormality)이 발생하였는지 모니터링할 수 있고, 배터리 팩(910)이 과충전(over-charging) 또는 과방전(over-discharging)되지 않도록 할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(920)은 배터리 팩(910)의 온도가 제1 온도(일례로, 40℃)를 초과하거나 제2 온도(일례로, -10℃) 미만이면 배터리 팩(910)에 대해 열 제어를 수행할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(920)은 셀 밸런싱을 수행하여 배터리 팩(910)에 포함된 배터리 셀들 간의 충전 상태가 균등해지도록 할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(920)은 배터리 충전 장치를 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(920)은 배터리 충전 장치를 이용하여 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 배터리를 충전시키기 위한 충전 전류의 변화량을 결정함으로써, 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정할 수 있다.
도 1 내지 도 8을 통해 기술된 사항은 도 9를 통해 기술된 사항에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여, 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 전류의 변화량을 결정하는 단계; 및
    상기 변화량 및 상기 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여, 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 변화량을 결정하는 단계는
    상기 현재 충전 스텝에서 상기 내부 상태의 변화율 및 상기 내부 상태와 상기 열화 조건 간 차이에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는, 배터리 충전 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변화량을 결정하는 단계는
    상기 현재 충전 스텝에서 상기 내부 상태의 변화율이 커질수록 상기 충전 전류의 변화량을 크게 결정하는, 배터리 충전 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변화량을 결정하는 단계는
    상기 내부 상태와 상기 열화 조건 간 차이가 커질수록 상기 충전 전류의 변화량을 작게 결정하는, 배터리 충전 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변화량을 결정하는 단계는
    상기 배터리의 충전 상태(SOC; state of charge)를 더 고려하여, 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는, 배터리 충전 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변화량을 결정하는 단계는
    상기 배터리의 충전 상태가 임계 조건에 도달하는 경우, 상기 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정하고,
    상기 배터리의 충전 상태가 임계 조건에 도달하지 않는 경우, 상기 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 결정되는 변화량보다 많게 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는, 배터리 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부 상태는
    상기 배터리의 음극 과전위(anode overpotential), 양극 과전위(cathode overpotential), 음극 표면 리튬이온 농도, 양극 표면 리튬이온 농도, 셀 전압 조건, 충전 상태 및 온도 중에서 둘 이상을 포함하고,
    상기 변화량을 결정하는 단계는
    내부 상태들 각각에 따른 충전 전류의 변화량을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 충전 전류의 변화량들에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 최종적으로 결정하는 단계
    를 포함하는, 배터리 충전 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 변화량을 결정하는 단계는
    상기 현재 충전 스텝에서 상기 배터리를 충전하는 동안 충전 제한조건에 도달되는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 충전 제한조건에 도달된 경우, 상기 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는 단계
    를 포함하는, 배터리 충전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전 제한조건은
    상기 배터리의 열화가 방지되는 범위 내에서 상기 배터리를 충전시키기 위해 상기 배터리의 충전을 복수의 충전 스텝들로 나누기 위한 조건인, 배터리 충전 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부 상태는
    상기 배터리의 열화에 영향을 미치는 요소로서, 상기 배터리의 전기화학 모델에 기반하여 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나로부터 추정되는, 배터리 충전 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기화학 모델은 상기 배터리의 열화 인자가 적용된 모델인, 배터리 충전 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열화 인자는 음극 표면 저항, 양극 표면 저항, 음극 활물질 감소 및 양극 활물질 감소 중 적어도 하나를 포함하는, 배터리 충전 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 다음 충전 스텝의 충전 전류를 이용하여 상기 배터리를 충전시키는 단계
    를 더 포함하는 배터리 충전 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 시간, 전압, 전류, 온도 및 내부 상태 중 적어도 하나가 충전 종료조건에 도달하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 충전 종료조건에 도달되는 경우, 상기 배터리의 충전을 종료하는 단계
    를 더 포함하는 배터리 충전 방법.
  15. 제1항 및 제3항 내지 제14항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  16. 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 명령어를 포함하는 메모리
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령어가 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는 현재 충전 스텝의 배터리의 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 전류의 변화량을 결정하고. 상기 변화량 및 상기 현재 충전 스텝의 충전 전류에 기초하여 다음 충전 스텝의 충전 전류를 결정하고,
    상기 프로세서는
    상기 현재 충전 스텝에서 상기 내부 상태의 변화율 및 상기 내부 상태와 상기 열화 조건 간 차이에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는
    배터리 충전 장치.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 배터리의 충전 상태를 더 고려하여, 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는, 배터리 충전 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 내부 상태는
    상기 배터리의 음극 과전위, 양극 과전위, 음극 표면 리튬이온 농도, 양극 표면 리튬이온 농도, 셀 전압 조건, 충전 상태 및 내부 온도 중에서 둘 이상을 포함하고,
    상기 프로세서는
    내부 상태들 각각에 따른 충전 전류의 변화량을 결정하고, 상기 결정된 충전 전류의 변화량들에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 최종적으로 결정하는, 배터리 충전 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 현재 충전 스텝에서 상기 배터리를 충전하는 동안 충전 제한조건에 도달되는지 여부를 판단하고, 상기 충전 제한조건에 도달된 경우 상기 내부 상태 및 열화 조건에 기초하여 상기 충전 전류의 변화량을 결정하는, 배터리 충전 장치.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10228751B2 (en) 2014-08-06 2019-03-12 Apple Inc. Low power mode
US9647489B2 (en) 2014-08-26 2017-05-09 Apple Inc. Brownout avoidance
US11363133B1 (en) * 2017-12-20 2022-06-14 Apple Inc. Battery health-based power management
US10817307B1 (en) 2017-12-20 2020-10-27 Apple Inc. API behavior modification based on power source health
KR102655398B1 (ko) * 2018-10-01 2024-04-05 삼성전자주식회사 전기화학 모델에 기반하여 최적화된 충전 방법 및 장치
KR20210028476A (ko) * 2019-09-04 2021-03-12 삼성전자주식회사 배터리 충전 장치 및 방법
CN110797590B (zh) * 2019-09-16 2022-08-23 安徽绿沃循环能源科技有限公司 基于电池包二次利用的储能电站效率提升方法及系统
KR20220023527A (ko) * 2020-08-21 2022-03-02 현대자동차주식회사 배터리 관리 장치, 그를 포함한 차량 시스템 및 그 방법
KR20220048753A (ko) * 2020-10-13 2022-04-20 삼성전자주식회사 배터리 충전 장치 및 방법
US12078682B2 (en) 2021-03-03 2024-09-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for estimating state of battery
JP7510394B2 (ja) 2021-07-26 2024-07-03 株式会社Soken 電池測定装置
KR20240100734A (ko) * 2022-12-23 2024-07-02 삼성전자주식회사 배터리에 대한 타겟 동작을 위한 복수의 파라미터들의 최적 값 세트 결정 방법 및 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070031725A1 (en) 2005-08-08 2007-02-08 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Method of determining acid stratification in rechargeable batteries
US20130076314A1 (en) 2010-06-09 2013-03-28 Hayato Nagakura Charging control system

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0923067B1 (en) * 1997-03-12 2004-08-04 Seiko Epson Corporation Pixel circuit, display device and electronic equipment having current-driven light-emitting device
JP3807965B2 (ja) * 2001-09-19 2006-08-09 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション インテリジェント電池、電気機器、コンピュータ装置及び電池の劣化度を求める方法
JP2003132955A (ja) * 2001-10-23 2003-05-09 Nec Yonezawa Ltd 非水電解質二次電池の充放電方法
JP4471598B2 (ja) * 2003-07-16 2010-06-02 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 発光素子駆動装置
JP4657148B2 (ja) * 2006-05-24 2011-03-23 ヤマハモーターパワープロダクツ株式会社 充電制御装置
JP5492493B2 (ja) 2009-08-18 2014-05-14 株式会社豊田中央研究所 充電電力制限値演算装置
KR101708345B1 (ko) 2010-07-23 2017-02-21 삼성전자 주식회사 배터리 충전장치 및 충전방법
KR101303164B1 (ko) * 2012-01-04 2013-09-09 엘지전자 주식회사 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법
JP5817657B2 (ja) * 2012-06-20 2015-11-18 トヨタ自動車株式会社 電池システム、電池システムの製造方法、電池の制御装置
DE112013003337T5 (de) 2012-07-02 2015-03-26 Robert Bosch Gmbh System und Verfahren zum schnellen Laden von Lithium-Ionen-Batterien mit verbesserter Sicherheit
US9356461B2 (en) 2012-09-25 2016-05-31 Google Technology Holdings, LLC Methods and systems for rapid wireless charging where the low state of charge (SOC) temperature dependent charging current and low SOC temperature limit are higher than the high SOC temperature dependent charging current and high SOC temperature limit
JP5673654B2 (ja) * 2012-11-16 2015-02-18 トヨタ自動車株式会社 蓄電システムおよび満充電容量算出方法
TWI600000B (zh) * 2013-05-23 2017-09-21 Joled Inc Image signal processing circuit, image signal processing method and display device
KR101502230B1 (ko) 2013-09-17 2015-03-12 삼성에스디아이 주식회사 배터리 충전 방법 및 배터리 충전 시스템
JP6537886B2 (ja) * 2015-05-18 2019-07-03 エイブリック株式会社 定電流充電装置
JP2017069011A (ja) 2015-09-30 2017-04-06 株式会社日立製作所 寿命制御型二次電池システム
CN106786820A (zh) 2015-11-20 2017-05-31 西安中兴新软件有限责任公司 一种电池充电方法及装置
KR101838507B1 (ko) 2015-12-15 2018-03-14 현대자동차주식회사 차량의 보조 배터리 충전 시스템 및 그 제어방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070031725A1 (en) 2005-08-08 2007-02-08 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Method of determining acid stratification in rechargeable batteries
US20130076314A1 (en) 2010-06-09 2013-03-28 Hayato Nagakura Charging control system

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US10797501B2 (en) 2020-10-06
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