KR20050098235A - 배터리를 충전하기 위한 방법 - Google Patents

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KR20050098235A
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라프 디. 스말우드
로버트 엠. 존슨
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모토로라 인코포레이티드
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Abstract

특정 배터리의 사용 패턴을 고려하는 재충전가능 배터리(110)를 충전하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 사용자는 배터리를 약간 방전시키고 자주 재충전시킬 수 있으며 이것은 저 용량 고 수명 사이클 사용 패턴이고, 또는 배터리를 거의 완전히 방전시키고 배터리를 덜 빈번하게 충전 상태에 둘 수 있으며, 이는 고 용량 저 수명 사이클 사용 패턴을 나타낸다. 여기서 배터리는 배터리 방전 판정 회로 및 방전 판정 알고리즘이 충전 회로가 배터리상에 위치할 때 배터리의 방전 레벨을 판정하는 전자 디바이스내에 설치된다. 측정 알고리즘은 재충전가능 배터리로부터 재충전가능 배터리를 어떻게 재충전할 지에 관한 방전 레벨 측정값을 판정한다. 측정 알고리즘은, 전자 디바이스 또는 배터리 중 하나에 저장된 복수의 이전 측정값에 기초하여 어떻게 재충전가능 배터리를 재충전할 지를 결정할 수 있다.

Description

배터리를 충전하기 위한 방법{METHOD FOR CHARGING A BATTERY}
본 발명은 일반적으로 휴대용 통신 디바이스에 관한 것이며, 특히, 휴대용 통신 디바이스의 배터리를 충전하기 위한 방법에 관한 것이다.
니켈 카드뮴, 니켈 금속 하이드리드(hydride), 및 리튬 이온등의 3가지 기본적인 유형의 재충전가능 배터리가 있다. 리튬 이온 배터리는 고 에너지 밀도의 3.6V 배터리이다. 이것은 포지티브 전극 또는 캐소드에 리튬 금속 산화물을 이용하고, 네거티브 전극 또는 애노드에 탄화 금속을 이용한다. 배터리내의 리튬 이온은 충전 또는 방전동안 포지티브 전극과 네거티브 전극간을 이동한다.
재충전가능 배터리는 디바이스에 임베드되거나 착탈가능할 수 있다. 많은 배터리 충전기는 듀얼 레이트(dual rate) 충전 시퀀스를 이용하는데, 이는 충전중의 배터리가 일정 시간 주기 동안 고속 레이트로 충전되고, 다음에 일단 배터리가 소정의 충전레벨에 도달하면 더 느린 또는 "트리클(trickle)"레이트로 충전되는 것이다.
급속한 충전 시퀀스는, 배터리 전압 대 시간(V)에서의 인플렉션(inflection) 또는 온도 대 시간(T)에서의 인플렉션을 이용하거나 일정한 전압 불변 전류 불변 전압(CC-CV)에 도달하는 때 종료된다. 이 포인트에서, 전형적으로 충전기는 낮은 레이트의 충전으로 전환한다. 더 낮은 레이트의 충전은, 충만한 레이트보다 낮은 고정된 낮은 충전 레이트 또는 가변 레이트가 될 수 있다. 이러한 레이트는 트리클 충전 레이트 또는 탑오프(top-off) 충전 레이트로 불린다. 리튬 이온 배터리에서, 배터리 전압이 소정의 전압값을 초과하지 않도록 이러한 레이트는 조정된다. 이것은 CC-CV 프로파일의 CV부로서 알려져 있다.
리튬 이온 배터리는 전형적으로 CC-CV 방법을 이용하여 충전된다. CC-CV 방법 알고리즘은 배터리를 소정 전압까지 고정 전류 레이트로 충전한다. 일단 소정 전압에 도달하면, 충전기는 트리클 또는 더 느린 충전 레이트로 전환한다. 소정 전압은 전형적으로 제조업자에 의해 선택된다. 이러한 전압으로 인해 이와 연관된 배터리 용량 및 충전 사이클 수명이 있게 된다.
충전 사이클 수명은, 그 용량이 최초 용량의 특정 퍼센트(전형적으로 80%)로 열화하기 전에 배터리가 견딜 수 있는 만 충전 사이클의 회수로서 정의된다.
배터리를 자주 충전하지 않는 사용자는 고 용량이지만 저 충전 사이클 수명에 대응하는 더 높은 소정전압으로부터 이득을 얻는다. 그 이유는 단말 사용자는 그렇게 많은 충전 사이클을 이용하지 않고 그가 충전간에 이용하기 위해 더 높은 용량을 갖는다면 배터리를 덜 자주 충전하게 되기 때문이다.
배터리를 자주 충전하는 사용자는 낮은 용량이지만 고 충전 사이클 수명에 대응하는 더 낮은 소정 전압으로부터 이득을 얻는다. 그 이유는 단말 사용자는 많은 충전 사이클을 이용하고 그의 배터리는 더 느린 레이트로 소모되면 더 오래 지속될 수 있기 때문이다
따라서, 제조업자가 소정 전압을 선택할 필요를 없게 하며, 사용자의 배터리 사용 패턴에 기초하여 배터리를 충전하기 위한 전압을 결정하기 위한 알고리즘이 필요하다.
본 발명의 다양한 양태, 특징 및 장점은 이하 기술되는 상세한 설명과 첨부 도면에 따라 당업자에게 명확해진다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 통신 디바이스의 전기적 블록도.
도 2는 충전 전압의 함수로서 배터리 사이클 수명의 예시적 그래프.
도 3은 충전 방법을 선택하기 위한 예시적 순서도.
도 4는 전압 충전 방법을 선택하기 위한 예시적 순서도.
도 5는 충전 레이트 방법을 선택하기 위한 예시적 순서도.
도 6은 예시적 사용자 패턴도.
도 7은 패턴에 기초한 충전 방법을 선택하기 위한 예시적 순서도.
도 8은 패턴에 기초한 충전 방법을 선택하기 위한 예시적 순서도.
재충전가능 배터리는 듀얼 레이트 충전 시퀀스를 이용하여 충전된다. 배터리는 하나의 시간 주기 동안 고속 레이트로 충전되고, 다음에 배터리가 제1 전압값 또는 소정의 재충전 레벨 그렇지 않으면 종료 전압 또는 테이퍼(taper) 전압값으로 알려진 값에 일단 도달하면 더 느린 또는 "트리클" 레이트로 충전된다. 이것은 배터리가 만 충전에 도달하도록 하는 것이다. 소정의 테이퍼 전압값은 일반적으로 배터리의 온도 변화 또는 배터리 전압의 변화에 기초하여 제조업자에 의해 선택된다.
리튬 이온 배터리에 대한 소정의 테이퍼 전압값은 전형적으로 전압 변화에 기초한다. 배터리는 소정의 테이퍼 전압값에 이르는 고정 전류 레이트에서 충전된다. 일단 소정의 테이퍼 전압값에 도달하면, 충전은 트리클 충전 또는 더 늦은 충전 레이트로 전환한다.
재충전가능 배터리는 배터리가 충전되는 테이퍼 전압값 및 배터리가 충전되는 레이트에 따라 상이하게 수행된다. 소정의 테이퍼 전압값은 전형적으로, 배터리 용량 또는 배터리 사이클 수명 중 하나를 최대화하기 위한 희망에 기초하여 제조업자에 의해 선택된다. 배터리 용량은 효과적인 만 충전으로부터 효과적인 완전 소모까지 사용에 대한 효과적인 배터리 지속기간에 직접 영향을 주게된다. 배터리 수명 사이클은 얼마나 오래 배터리가 지속되고, 얼마나 많은 회수, 사이클에 배터리가 효율적으로 다시 충전될 수 없기 전에 배터리가 재충전될 수 있거나 배터리가 효과적인 충전을 유지하는가이다. 소정의 테이퍼 전압값은 주어진 배터리 유형에 대해 주어진 전체 전압 범위내에서 떨어진다. 배터리 용량을 증가시키는 소정의 테이퍼 전압값 설정은 배터리 사이클 수명을 감소시킨다는 상반적인 관계가 존재한다.
비교적 자주 배터리를 충전하지 않는 사용자는 소정의 테이퍼 전압값이 그 배터리 용량을 최대화하도록 선택되는 것을 원하게 된다. 이것은 배터리가 더 큰 용량이 될 수 있게 하고, 따라서, 배터리 충전 마다 디바이스의 더 긴 동작 시간을 주게된다. 이에 반해, 배터리를 비교적 자주 충전하는 사용자는 소정의 테이퍼 전압값이 배터리 사이클 수명을 최대화, 즉, 배터리로부터 더 많은 사이클을 획득하도록 설정되는 것을 원하게 된다. 본 발명은 소정의 테이퍼 전압값이 아닌 사용자의 실제 사용에 기초하여 배터리를 충전하는 방법에 관한 것이다. 디바이스의 실제 사용 및 이에 따른 배터리 충전 패턴은 사용자를 위해 디바이스 이용의 최적화를 증대시키도록 배터리 충전의 가장 효율적인 방법을 결정하기 위해 모니터링된다.
도 1은 휴대용 통신 디바이스의 회로(100)부를 도시하는 전기적 블록도이다. 회로(100)는, 마이크로프로세서, 마이크로-컨트롤러, DSP, 프로그래머블 로직 유닛, 또는 이들의 조합이 될 수 있는 제어기(102)를 포함한다. 예컨대, 모토롤라사로부터 이용가능한 6800 마이크로프로세서가 이용될 수 있다. 제어기(102)는 예컨대, RAM과 같은 휘발성 메모리(104) 및 EEPROM, 플래시 ROM, EPROM등을 이용하여 구현되는 비휘발성 메모리(106)를 포함할 수 있다. 제어기(102) 또는 CPU는 이하 기술되는 바와 같은 배터리 충전에 관한 방식을 포함하는 휴대용 통신 디바이스의 동작을 선택적으로 제어한다.
예시적 실시예에서, 제어기(102)는 휴대용 통신 디바이스내의 충전 제어기(108)로부터 정보를 수신한다. 충전 제어기(108)는 배터리(110)의 특성을 모니터링한다. 쿨롬(coulomb) 카운터(136)는 충전 제어기(108)의 일부일 수 있다. 배터리(110)의 특성에 기초하여, 충전 제어기(108)는 제어기(102)와 통신하여 배터리(110)의 재충전에서 소정의 테이퍼 전압을 설정하고, 이것은 사용 패턴에 기초하여 용량 또는 사이클 수명을 최대화하는 결과를 가져온다.
제어기(102)는 키패드(112)로부터 사용자 입력을 수신한다. 제어기(102)는 또한 오디오를 출력하는 스피커(114) 및 오디오를 입력하는 마이크로폰(116)에 접속된다. 제어기(102)는 사용자에게 정보를 보여주기 위해 이용되는 디스플레이(118)를 구동한다.
안테나(120), 무선 주파수(RF) 입력은 트랜시버(126)의 송신기(122)와 수신기(124)간에 접속된다. 송신기(122)는 제어기(102)로부터의 데이터를 송신하고, 수신기(124)는 데이터를 수신하고 정보를 제어기(102)에 릴레이한다. 링어(ringer)(128), 표시기(130), 및 진동기(132)는 사용자에게 경고를 하고 제어기(102)에 결합된다.
본 발명의 일 실시예에서, 배터리(110)는 휴대용 통신 디바이스의 일부로서 집적되지만, 배터리(110)는 휴대용 통신 디바이스로부터 착탈가능하다.
도 2에서, 예시적인 그래프는 재충전가능 배터리의 사이클 수명 특성을 나타낸다. 그래프는 방전 용량과 수명 사이클 회수를 재충전 전압 레벨 또는 테이퍼 전압의 함수로서 나타낸다. 이 그래프는 배터리를 4.2V의 테이퍼 전압으로 충전하는 것은 방전 용량을 증가시키며 이와 동시에 전체 사이클 또는 사이클 수명의 회수를 감소시키는 것을 나타낸다. 하나의 현재 측정값 또는 이전에 저장된 측정값과 결합한 하나의 현재 측정값 중 하나로부터, 배터리는 방전 레벨 또는 특성 또는 방전 레벨 또는 특성 패턴에 기초하여 배터리의 성능을 최대화하도록 재충전된다. 상기 재충전가능 배터리의 배터리 방전 레벨 패턴은 본 측정값과 조합하여 이전에 저장된 측정값으로부터 결정된다. 어느 경우에나 배터리는 이전 사용에 기초하여 재충전된다.
방전 특성을 결정하는 것은 방전 레벨과 관련하여 언제 사용자가 배터리를 재충전하는가와 마지막 충전과 현재의 재충전간의 시간에 기초한다. 방전 특성은 방전 레벨 패턴을 형성하는 복수의 방전 레벨이 될 수 있다. 배터리가 충전 회로에 결합될 때, 현재의 방전 특성을 판정 또는 측정하고, 마지막 재충전이후의 시간을 판정하게 된다. 현재의 방전 측정값, 복수의 방전 측정값 모두 또는 각각의 또는 이들을 조합한 충전간의 시간으로부터, 각각의 방전 특성의 일정 레벨 또는 시간과 연관되는 재충전 특성이 판정된다.
배터리를 재충전하고 배터리의 수명 동안 성능을 최적화하기 위해, 현재 측정된 방전 레벨 또는 방전 레벨 패턴 또는 재충전간의 시간중 하나에 따라 배터리 재충전 방법 또는 특성이 결정된다. 일 실시예에서, 단일의 방전 레벨 측정값은 재충전 특성을 결정하기 위해 이용된다. 이 경우에, 방전 레벨이 소정의 방전값보다 크면, 배터리는 제1 재충전 방법에 의해 재충전된다. 방전 레벨 또는 패턴이 소정의 방전값보다 작으면, 배터리는 제2 재충전 방법에 의해 재충전된다.
도 3에 도시된 배터리를 충전하는 방법은, 배터리를 충전기에 결합한 후에 배터리(304)의 배터리 방전 레벨을 측정하고, 배터리 재충전 특성, 전압 또는 충전 레이트를 결정하는 것을 포함하고, 이것은 방전 특성에 기초하여 배터리의 수명동안 배터리 성능을 개선한다. 배터리 사용 패턴은 배터리가 재충전될 때 배터리의 방전 레벨로부터 결정될 수 있다. 배터리가 충전 회로(302)에 접속될 때, 배터리는 또한 배터리 방전 측정 회로에도 결합된다. 배터리 방전 레벨은 배터리를 충전기(304)에 접속하여 측정된다. 다음에, 배터리 방전 레벨은 메모리(104)에 선택적으로 저장된다(306). 방전 레벨은 소정의 방전값(308)과 비교된다. 측정된 배터리 방전 레벨이 소정의 방전 레벨보다 크면, 배터리는 고 사이클 수명(310)의 배터리 성능으로 최적화되도록 충전된다. 측정된 배터리 방전 레벨이 소정의 방전 레벨보다 작으면, 배터리는 저 사이클 수명(312)의 배터리 성능으로 최적화되도록 충전된다.
예컨대, 일 실시예에서 소정의 방전 레벨은 50% 충전으로 설정된다. 배터리가 측정되고, 배터리 방전 레벨이 75%이면, 이것은 소정의 50% 레벨보다 더 큰 것이다. 배터리는 단지 25%만 충전되었고, 사용자는 "고 사이클 수명"으로 특성화된다.
배터리 방전 레벨을 판정하는 여러 방법이 있다. 먼저, 배터리 방전은 배터리가 상기 배터리의 재충전동안 수신하는 쿨롬(coulomb)의 회수를 판정하여 측정될 수 있다. 도 1에서, 충전 회로로부터의 충전 전류는 B+ 노드(134)로 들어가고, 다음에 감지 저항(138)을 지나, 배터리(110)로 간다. 감지 저항(138)을 지나는 전압은 배터리 또는 셀을 지나는 전류에 비례한다. 이러한 구현례에서, 쿨롬 카운터(136)는, 충전 사이클 동안 배터리로 들어가는 쿨롬의 전체 회수를 기록하기 위해 전류를 시간으로 승산하여 적분 또는 합산하는데 이용된다.
1000mAH 배터리를 이용하는 전형적인 실시예에서, 충전동안 200mAH가 배터리로 들어가면, 단말 사용자는 "로우 유저(low user)"이고, 더 낮은 용량 및 충전의 더 높은 사이클 수명 타입으로부터 이득을 얻을 수 있고, 따라서 4.10V의 더 낮은 전압으로 이러한 성능을 얻을 수 있다. 대안적으로, 800mAH가 배터리로 들어가면, 사용자는 "하이 유저(high user)"이고, 더 높은 용량 및 충전의 더 낮은 사이클 수명 타입으로부터 이득을 얻을 수 있고, 따라서 4.20V의 더 높은 전압으로 이러한 성능을 얻을 수 있다.
배터리 방전 레벨을 결정하는 다른 방법은 배터리의 방전동안 배터리가 소모하는 쿨롬의 회수를 판정하는 것이다. 배터리(110)로부터 B+ 노드(134)로 들어가는 전류는 감지 저항(138)을 지나게 된다. 감지 저항을 지나는 전압은 배터리로부터 나오는 전류에 비례한다. 이러한 구현례에서, 쿨롬 카운터(136)는 방전동안 배터리로부터 나오는 쿨롬의 회수를 기록하기 위해 시간으로 전류를 승산하여 적분 또는 합산하는데 이용된다.
1000mAH 배터리를 이용하는 전형적인 실시예에서, 충전동안 200mAH가 배터리로부터 나오면, 단말 사용자는 "로우 유저(low user)"이고, 더 낮은 용량 및 충전의 더 높은 사이클 수명 타입으로부터 이득을 얻을 수 있고, 따라서 4.10V의 더 낮은 전압으로 이러한 성능을 얻을 수 있다. 대안적으로, 800mAH가 배터리로부터 방전되면, 사용자는 "하이 유저(high user)"이고, 더 높은 용량 및 충전의 더 낮은 사이클 수명 타입으로부터 이득을 얻을 수 있고, 따라서 4.20V의 더 높은 전압으로 이러한 성능을 얻을 수 있다.
또 다른 방법은, 상기 배터리의 제1 충전과 제2 충전간에서, 디바이스가 각각의 동작 모드에 있는 시간을 추적하여 배터리 방전 레벨을 추정하는 것이다. 각각의 동작 모드는 모드와 관련된 시간동안 평균 전류 드레인을 갖는다. 전류 드레인은 다음에 디바이스가 각각의 모드에서 소비하는 시간의 각 길이에 대하여 계산되고, 각각의 전류 드레인 추정값은 전체 전류 드레인 추정값을 찾을 수 있도록 함께 가산된다. 다른 방법은 제1 충전과 제2 충전간의 시간을 측정하는 것이다. 배터리의 방전 레벨을 판정하는 방법은 단지 일례이고, 당업자는 방전 레벨을 판정하는 여러 다른 방법도 알 수 있다.
다른 실시예에서, 충전 사이클간의 간단한 시간이 이용된다. 이러한 일례는 다시 1000mAH 배터리를 이용하여 설명되고, 이전 충전이후의 시간이 2 시간인지를 식별하여, 단말 사용자는 "로우 유저"이고, 더 낮은 용량 및 충전의 더 높은 사이클 수명 타입으로부터 이득을 얻고, 따라서 배터리를 더 4.10V의 더 낮은 전압으로 충전하여 이러한 성능을 얻게된다는 것이다. 대안적으로, 이전 충전 이후의 시간이 5일이 되면, 단말 사용자는 "하이 유저"이고, 고 용량 및 저 사이클 수명 배터리 성능으로부터 이득을 얻게 되고, 따라서 4.20V의 더 높은 전압으로 이러한 성능을 얻을 수 있다.
도 4의 예시적인 실시예에서, 재충전 방법은 배터리를 원하는 배터리 성능을 얻을 수 있는 일정 전압으로 충전하여 달성된다. 도 4에 도시된 일 실시예에서, 일단 배터리가 충전 회로에 결합되면(402), 배터리 방전 레벨이 판정된다(404). 다음에 방전 레벨은 소정의 방전값과 비교된다(406). 측정된 방전 레벨이 소정의 방전값보다 크면(404), 배터리는 고 사이클 수명 및 저 용량의 배터리 성능으로 최적화되도록 4.1V의 제1 전압으로 재충전된다(408). 배터리를 4.1V로 재충전하는 것은 최적이지만, 4.05V의 제2 전압과 4.15V의 제3 전압간의 범위는 이 실시예에서 실질적으로 동일한 효과를 가져온다. 측정된 방전 레벨(404)이 소정의 방전 레벨보다 작으면(404), 배터리는 고 용량 및 저 사이클 수명으로 배터리 성능이 최적화되도록 4.2V의 제4 전압으로 재충전된다. 다시 이러한 유효 범위는 4.15V의 제5 전압보다 크고 4.25V의 제6 전압에 이른다.
도 5에 도시된 다른 실시예에서, 상이한 전류 또는 충전 레이트를 적용하여 상기 배터리를 재충전하면 배터리의 성능을 다시 변경하게 된다. 다시 이러한 프로세스는 충전기를 배터리에 적용하고(502) 베터리 방전 레벨을 측정(504)하여 개시된다. 제1 전류로 배터리를 재충전하는 것은 저 사이클 수명으로 배터리 성능을 최적화하게 되고(506), 제2 전류로 배터리를 재충전하는 것은 고 사이클 수명으로 배터리 성능을 최적화하는 것이다(508).
일 실시예에서, 저 사이클 수명 방전 패턴에서, 배터리 용량의 2배와 동일한 충전 레이트가 이용될 수 있다. 이 실시예에서, 충전 레이트는 1000mAH에 대해서는 2000mA가 된다. 고 사이클 수명 방전 패턴에서는, 배터리 용량의 절반과 동일한 충전 레이트가 이용될 수 있다. 이 실시예의 충전 레이트는 1000mAH 배터리에 대해 500mAH가 된다.
전류 계산은 다음 식에 따른다.
Y = B - AX
Y는 배터리 재충전 전류 레벨이고,
A는 배터리내의 잔여 충전 퍼센티지(80%로 함)
X는 이용 목적인 충전 전류값의 최대 내지 최소값(예컨대, 1500mA)
B는 사용되는 최대 충전 전류
본 실시예의 일례에서,
Y = 2000mA - 80% x 1500 = 800mA
재충전 전압 계산에 동일하게 적용된다.
Y는 배터리 재충전 전압 레벨이고,
A는 배터리내의 잔여 충전 퍼센티지(80%로 함)
X는 이용 목적인 충전 전압값의 최대 내지 최소값(예컨대, 0.1V)
B는 사용되는 최대 충전 전압(4.20V)
본 실시예의 일례에서,
Y = 4.20 - 80% x 0.1 = 4.12V
충전간의 시간과의 조합에서 "사용" 또는 충전 레벨은 도 6에 도시된 바와 같이, 저 용량 또는 고 용량 사용자로서 사용자 또는 배터리의 "사용"을 분류하는데 이용된다. 이 실시예에서, 방전 깊이(depth)의 조합(깊은 방전 또는 얕은 방전)은 "사용"특성을 판정하기 위해 충전 사이클(빈번한 경우(frequent) 또는 빈번하지 않은(infrequent)경우)간의 시간과 조합된다. 예컨대, "빈번한 경우"는 배터리가 평균적으로 매 8시간마다 충전되는 것이고, "빈번하지 않은 경우"는 배터리가 매 5일마다 한번 정도 충전되는 것이다. 일 실시예에서, 잔여 충전의 80%에 대응하는 전압 레벨이 배터리의 재충전의 개시 바로 이전에 측정되면, 단말 사용자는 "저 용량"사용자이고, 충전을 위한 더 낮은 전압이 적용되는 더 낮은 충전 레벨로부터 이득을 얻게 된다. 이와 동시에, 사용자가 배터리를 자주 충전하면, 배터리는 고속 충전 레이트로 더 높은 충전 레벨로 충전된다(602). 대안적인 예에서, 사용자는 배터리를 빈번하게 재충전하지 않고, 배터리는 더 느린 충전 레이트로 더 낮은 충전 레벨로 충전된다(604). 일 실시예에서, 4.10V는 더 낮은 충전 레벨이고, 배터리의 수명동안 더 높은 용량을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 이러한 것은 결과적으로 더 높은 사이클 수명이 된다. 이에 따라 일반적인 카테고리는 저 용량 고 라이프 사이클 패턴이 된다.
대안적으로, 잔여 충전의 20%에 대응하는 전압이 충전기의 삽입 바로 이전에 측정되면, 사용자는 "고 용량"사용자이고, 충전을 위한 더 높은 전압이 적용되는 더 높은 충전 레벨로부터 이득을 얻게 된다. 다시, 사용자가 배터리를 자주 재충전하면, 더 높은 충전 레이트가 더 높은 충전 전압에 도달하는데 이용되고, 자주 재충전하지 않는 경우에는, 레이트는 더 느려진다. 일 실시예에서, 배터리를 4.20V로 재충전하는 것은 배터리의 수명동안 더 높은 용량을 얻을 수 있게 한다. 이러한 것은 결과적으로 더 낮은 사이클 수명이 된다. 이에 따라 일반적인 카테고리는 고 용량 저 라이프 사이클 패턴이 된다.
방전 특성은 충전간의 시간의 결과로서 판정될 수 있다. 배터리가 마지막으로 2일 전에 충전되었다면, 단말 이용자는 "로우 유저"이고, 고 용량을 원할 수 있으며, 4.20V로 이러한 결과를 얻을 수 있는 것과 같은 충전을 위한 더 높은 전압으로서 더 높은 충전 레벨로부터 이득을 얻을 수 있다. 이것을 결과적으로 더 낮은 사이클 수명을 가져온다. 대안적으로, 배터리가 바로 8시간전에 충전되었으면, 단말 사용자는 "하이 유저"이고, 4.10V로 이러한 결과를 얻을 수 있는 것과 같은 더 낮은 전압으로 더 낮은 충전 레벨로부터 이득을 얻을 수 있게 된다. 이것은 결과적으로 더 높은 사이클 수명을 가져온다. 저 용량 고속 충전 시간 패턴으로 상기 배터리 충전 레벨 패턴을 판정한 것에 응답하여, 제1 전류와 제2 전류간의 전류, 양호하게는 상기 제1 전류와 제2 전류간의 제3 전류로 상기 배터리를 재충전하는 것은 고속 충전 시간 및 고 사이클 수명으로 배터리 성능을 최적화한다.
배터리가 재충전될 수 있는 전류는 비율로서 표현될 수 있다. 제2 전류에 대한 제1 전류의 비율은 최적으로는 3.0이지만, 그 비율이 1.5 내지 4.5사이라도 실질적으로 동일한 결과가 발생하게 된다.
고 사이클 수명 배터리의 경우에, 다시 충전되기 이전에 얕은 방전으로 알려진것과 같이, 배터리는 완전하게 심지어 실질적으로 방전되지 않는다. 이러한 배터리 이용 패턴은, 사용자가 빈번하게 배터리를 충전하거나, 디바이스를 자주 사용하지 않을 때 발생하고, 배터리는 느린 레이트로 방전된다.
일 실시예에서, 충전간의 시간은 8시간 또는 2주 각각과 같이 빈번한 경우 또는 빈번하지 않은 경우중의 하나로 나타난다. 충전 바로 이전의 배터리의 방전 깊이는 3.2V 또는 3.9V 각각과 같은 깊은 또는 얕은 것 중의 하나로 결정된다. 단말 사용자가 빈번하게 충전하고 깊이 방전된 배터리를 가지면, 그는 헤비 유저(heavy user) 및 고속 충전 시간으로부터 이득을 얻는 자 양자 모두이고, 배터리는 그 배터리의 수명을 연장시키기 위해 더 높은 전압으로 충전된다. 이러한 사용자는 더 낮은 사이클 수명을 갖게 된다. 단말 사용자가 얕게 방전된 배터리를 갖지만 매우 자주 충전하면, 이러한 사용자에게는 배터리가 그의 미터(meter)에 나타나는 바와 같이 모든 시간에 완전하게 충전되는 것이 중요하다. 그러나 그는 실제로 많은 충전을 원치 않는다. 따라서 그의 배터리는 고속이지만 더 낮은 전압으로 충전된다. 이러한 사용자는 중간 사이클 수명의 결과를 얻는다. 단말 사용자가 빈번하게 충전하지 않으면, 결과적으로 더 높은 용량이 되는 더 높은 충전 전압으로 결합된 저 충전 레이트의 중간 사이클 수명 조건을 얻는다.
전술한 바와 같이, 배터리 방전 특성은, 배터리 방전 레벨의 하나의 현재 측정값 또는 함께 고려될 때 패턴을 형성하는 이전에 저장된 복수의 방전 측정값으로부터 판정될 수 있다. 도 7에서, 현재의 배터리 방전 측정값은 재충전가능 배터리 방전 레벨의 적어도 하나의 이전에 저장된 측정값과 조합된다. 복수의 측정값으로부터, 방전 레벨 패턴이 판정된다. 하나의 측정값은 이전에 비교되었기 때문에 복수의 측정값의 평균이 소정의 방전값과 비교될 수 있고, 이러한 복수의 값은 사용자에 의한 비정상적인 행위를 제외할 수 있다. 예컨대, 사용자가 저 용량 고 수명 사이클 사용자이지만, 그의 배터리가 하나 이상의 경우에 정상보다 더 많이 방전되도록 해도, 복수의 측정값의 평균은 효과적으로 비정상적인 행위를 제외할 수 있게 된다. 그러나, 사용자 행위가 변하면, 그 평균은 이러한 변화를 고려하게 되는데 그 이유는 새로운 행위에 대한 더 많은 측정값이 취해짐에 따라 그 패턴은 그 변화를 반영하게 되기 때문이다. 오래된 측정값은 소정의 측정 큐에 의해 판정된 FIFO를 기초로 버려지게 된다. 소정의 측정값 큐는 메모리에 일정한 수의 측정값을 저장하고, 이들은 방전 레벨 패턴을 구성하는데 이용되는 복수의 측정값을 포함한다. 일 실시예에서, 10개의 방전 레벨 측정값은 큐 또는 메모리에 저장된다. 메모리는 배터리내 또는 배터리에 의해 전력이 공급되는 전자 디바이스내에 있을 수 있다. 새로운 방전 측정값이 취해질 때 가장 오래된 값은 메모리로부터 버려지고, 평균 계산에 이용되지 않으며, 새롭거나 현재의 방전 레벨이 계산에 포함된다.
다른 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 판정된다. 이 차이는 재충전 전압을 결정하는 데 이용된다. 본 실시예의 방법은 다음에, 상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 소정의 값보다 크면(808) 재충전가능 배터리를 제1 전압으로 재충전하는 것을 요구하고, 상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 소정의 값보다 작으면(810) 재충전가능 배터리를 제2 전압으로 재충전하는 것을 요구한다.
또 다른 실시예에서, 일정 전압으로 충전하는 대신에, 배터리는 적절한 레이트로 재충전된다. 이러한 방법은, 상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴간의 차이가 소정의 값보다 크면(808) 재충전가능 배터리를 제1 레이트로 재충전하는 것을 요구하고, 상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 소정의 값보다 작으면(810) 재충전가능 배터리를 제2 레이트로 재충전하는 것을 요구한다.
전술한 실시예에서 이용되는 전압 및 전류는 리튬 이온 배터리의 성능에 영향을 준다. 수 많은 여러 다른 유형의 배터리가 있고, 본 발명에서 원하는 효과를 얻기위한 전압 및 전류는 배터리 유형에 따라 다르다는 것을 알아야한다.
본 발명 및 현재의 최상의 모드가 발명자에 의해 소유되는 방식으로 기술되고, 당업자는 이러한 본 발명을 이용할 수 있지만, 여기 개시된 예시적인 실시예와 동일한 것이 많이 있으며, 예시적인 실시예가 아닌 부가된 특허청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 수 많은 수정 및 변형례가 만들어질 수 있음을 알아야한다.

Claims (28)

  1. 재충전가능 배터리를 재충전하기 위한 방법에 있어서,
    상기 재충전가능 배터리가 충전 회로에 결합될 때 재충전가능 배터리의 방전 특성을 판정하는 단계; 및
    상기 방전 특성에 기초하여 상기 배터리를 재충전하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전 특성을 소정값과 비교하는 단계;
    상기 재충전가능 배터리의 상기 판정된 방전 특성이 상기 소정의 방전 특성값보다 크면, 상기 재충전가능 배터리를 제1 재충전 조건으로 재충전하는 단계; 및
    상기 재충전가능 배터리의 상기 판정된 방전 특성이 상기 소정의 방전 특성값보다 작으면, 상기 재충전가능 배터리를 제2 재충전 조건으로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 재충전가능 배터리의 방전 특성을 판정하는 단계는,
    배터리 전압 용량에 비례하는 방전 전압을 결정하는 단계;
    상기 배터리의 충전 사이클 동안, 상기 재충전가능 배터리가 수신하는 다수의 쿨롬(coulomb)을 판정하는 단계;
    상기 배터리의 제1 충전과 제2 충전간에, 상기 배터리 및 복수의 동작 모드의 각 모드와 연관된 시간을 수용하도록 적응된 디바이스의 복수의 동작 모드를 추적하는 단계 - 상기 각 모드는 그들과 관련된 평균 전류 드레인(drain)을 가짐 -; 및
    상기 재충전가능 배터리의 방전동안 상기 재충전가능 배터리가 소비하는 다수의 쿨롬을 판정하거나 제1 충전과 제2 충전간의 시간을 판정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재충전가능 배터리가 충전 회로에 결합될 때, 재충전가능 배터리의 방전 특성을 측정하는 단계; 및
    각각의 재충전가능 배터리의 방전 특성 정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    복수의 상기 재충전가능 배터리의 방전 특성 정보로부터 재충전가능 배터리의 방전 레벨 패턴을 판정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 재충전가능 배터리의 방전 레벨 패턴이 저 용량(low capacity) 고 사이클(high cycle) 수명 패턴, 고 용량 저 사이클 수명 패턴, 고속 충전 시간 저 사이클 수명 패턴 또는 짧은 충전 시간고 사이클 수명 패턴인지를 판정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    저 용량 고 사이클 수명 패턴으로 상기 배터리 충전 레벨 패턴을 판정한 것에 응답하여, 제1 전압과 제2 전압간의 전압 레벨, 양호하게는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압간의 제3 전압으로 상기 재충전가능 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 재충전가능 배터리 방전 레벨 패턴이 저 용량 고 사이틀 수명 패턴에 대응하는 것으로 판정한 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 4.05V 내지 4.15V간의 전압 양호하게는 4.1V의 전압으로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 고 용량 저 사이클 수명 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 제1 전류를 인가하여 상기 배터리를 재충전하는 단계; 및
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 저 용량 고 사이클 수명 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 제2 전류를 인가하여 상기 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전류에 대한 상기 제1 전류의 비는 1.5 내지 4.5사이 및 양호하게는 3.0인 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 고 용량 저 사이클 수명 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 0.2amp와 0.5amp간의 제1 전류를 인가하여 상기 배터리를 재충전하는 단계; 및
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 저 용량 고 사이클 수명 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 0.5amp와 2.0amp간의 제2 전류를 인가하여 상기 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 고 용량 저 사이클 수명 고 용량 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 제4 전압과 제5 전압간의 전압, 양호하게는 제6 전압으로 상기 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 고 용량 저 사이클 수명 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 4.15V 내지 4.2V간의 전압, 양호하게는 4.2V의 전압으로 상기 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 고속 충전 시간 저 용량 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 제1 전류와 제2 전류간의 전류, 양호하게는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류간의 제3 전류로 상기 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 고속 충전 시간 저 사이클 수명 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 0.5amp와 2.0amp간의 제1 전류, 양호하게는 1.0amp의 전류로 상기 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 패턴이 저속 충전 시간 고 사이클 수명 저속 충전 시간 패턴인 것으로 판정한 것에 응답하여, 0.2amp와 0.5amp간의 제1 전류, 양호하게는 0.35amp의 전류로 상기 배터리를 충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 배터리가 상기 충전 회로에 결합될 때, 상기 배터리가 50퍼센트보다 큰 용량을 가질 때, 및 충전 사이클 간의 시간이 24시간 또는 그 이하일 때, 재충전가능 배터리 방전 레벨 패턴을 저 용량 고 사이클 수명 패턴으로 판정하는 단계;
    상기 배터리가 상기 충전 회로에 결합될 때, 상기 배터리가 50퍼센트보다 적은 용량을 가질 때, 및 충전 사이클 간의 시간이 24시간 또는 그 이상일 때, 재충전가능 배터리 방전 레벨 패턴을 고 용량 저 사이클 수명 패턴으로 판정하는 단계;
    배터리 충전 시간이 상기 배터리의 만충전 시간의 절반 이하일 때, 재충전가능 배터리 방전 레벨 패턴을 고속 충전 시간 저 사이클 수명 패턴으로 판정하는 단계;
    배터리 충전 시간이 상기 배터리의 만충전 시간의 절반 이상일 때, 재충전가능 배터리 방전 레벨 패턴을 저속 충전 시간 고 사이클 수명 패턴으로 판정하는 단계; 및
    배터리가 만충전 도달한 때로부터의 시간 내지 배터리가 충전기로부터 차단되는 시간이 60분 보다 큰 것으로 판정하면, 재충전가능 배터리 방전 레벨 패턴을 저속 충전 고 사이클 수명 패턴으로 판정하고, 배터리가 만충전 도달한 때로부터의 시간 내지 배터리가 충전기로부터 차단되는 시간이 60분 보다 작은 것으로 판정하면, 재충전가능 배터리 방전 레벨 패턴을 고속 충전 저 사이클 수명 패턴으로 판정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 값을 상기 휴대용 디바이스의 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 충전 레벨 값을 배터리의 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    배터리가 충전 디바이스에 결합되는 것에 응답하여, 상기 복수의 배터리 충전 레벨 값 중 하나를 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 재충전가능 배터리를 재충전하기 위한 방법에 있어서,
    상기 재충전가능 배터리가 충전 회로에 결합될 때, 재충전가능 배터리의 방전 전압을 판정하는 단계;
    적어도 상기 판정된 방전 레벨에 상관되는 재충전 값을 판정하는 단계; 및
    상기 판정된 방전 전압이 소정의 방전 전압 임계값보다 큰 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제1 판정된 재충전 값으로 재충전하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 판정된 방전 전압이 소정의 방전 전압 임계값보다 작은 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제1 판정된 재충전 값으로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 판정된 방전 전압이 소정의 방전 전압 임계값보다 크고, 최종 충전 사이클로부터 상기 재충전가능 배터리를 충전회로에 결합할 때까지의 시간이 소정의 시간보다 큰 것으로 판정한 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제1 판정된 재충전값으로 재충전하는 단계; 및
    상기 판정된 방전 전압이 소정의 방전 전압 임계값보다 작고, 최종 충전 사이클로부터 상기 재충전가능 배터리를 충전회로에 결합할 때까지의 시간 프레임이 소정의 시간보다 큰 것으로 판정한 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제1 판정된 재충전값으로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 판정된 방전 전압이 소정의 방전 전압 임계값보다 큰 것에 응답하여 상기 재충전가능 배터리를 제1 재충전 레이트로 재충전하고, 상기 판정된 방전 전압이 소정의 방전 전압 임계값보다 작은 것에 응답하여 상기 재충전가능 배터리를 제2 재충전 레이트로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  25. 재충전가능 배터리를 재충전하기 위한 방법에 있어서,
    재충전가능 배터리를 충전 회로에 결합하는 단계;
    상기 재충전가능 배터리를 상기 충전 회로에 결합하여 얻어진 복수의 이전에 판정된 방전 측정값으로부터 재충전가능 배터리의 방전 패턴을 판정하는 단계;
    상기 방전 패턴에 기초하여 재충전 모드를 선택하는 단계; 및
    상기 재충전 모드로 상기 재충전가능 배터리를 재충전하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 판정된 방전 패턴이 저 용량 고 사이클 수명 패턴인 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제1 전압으로 재충전하는 단계;
    상기 판정된 방전 패턴이 고 용량 저 사이클 수명 패턴인 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제2 전압으로 재충전하는 단계;
    상기 판정된 방전 패턴이 고속 충전 시간 저 사이클 수명 패턴인 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제1 레이트로 재충전하는 단계; 및
    상기 판정된 방전 패턴이 짧은 충전 시간 고 사이클 수명 패턴인 것에 응답하여, 상기 재충전가능 배터리를 제2 레이트로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 재충전가능 배터리를 충전 회로에 결합하는 단계;
    상기 재충전가능 배터리의 방전 레벨을 판정하는 단계;
    상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이를 판정하는 단계;
    상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 소정의 값보다 크면 상기 재충전가능 배터리를 제1 전압으로 재충전하는 단계; 및
    상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 소정의 값보다 작으면 상기 재충전가능 배터리를 제2 전압으로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 소정의 값보다 크면 상기 재충전가능 배터리를 제1 레이트로 재충전하는 단계; 및
    상기 방전 레벨과 상기 판정된 방전 레벨 패턴과의 차이가 소정의 값보다 작으면 상기 재충전가능 배터리를 제2 레이트로 재충전하는 단계를 더 포함하는 방법.
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