KR20130064074A - 쌍극형 과전압 배터리 펄서 및 방법 - Google Patents

쌍극형 과전압 배터리 펄서 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리의 터미널들을 가로질러 양성 펄스 전압 및 음성 펄스 전압을 교대로 적용하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서 및 방법이 제공된다. 쌍극성 과전압 배터리 펄서 및 방법의 목적은 연산 배터리와 같은, 저장 배터리들의 사이클 수명 및 용량을 증가시키는 것이다. 양성 펄스들의 전연 및 음성 펄스들의 뒷전을 위한 상승 시간은 전기화학 전지에서의 이온 완화와 비교하여 짧다. 양성 및 음성 펄스 사이의 교류는 그렇지 않으면 만일 뒤에 적용된 펄스가 동일한 극성이었다면 발생할 수 있는, 어떤 기억 효과도 실현하지 않고 각각 새로운 펄스 및 동일한 개시 상태를 주는데, 이는 배터리에 적용될 수 있는 과전압의 범위를 감소키고 펄스 오버래핑을 경험하지 않고 달성될 수 있는 최고로 사용가능한 펄스 사이클링 주파수들을 감소시킨다. 펄스들의 형태, 종류 및 타이밍은 높은 기간 및 진폭을 갖는 과전압 펄스들을 생성하기 위하여 조절될 수 있다.

Description

쌍극형 과전압 배터리 펄서 및 방법{BIPOLAR OVERVOLTAGE BATTERY PULSER AND METHOD}
본 발명은 쌍극형 과전압 배터리 펄서 및 배터리의 사이클 수명과 용량을 증가시키기 위한 방법에 관한 것이다.
충전식 배터리는 에너지를 저장하는 전기화학 전지이며, 그러한 에너지를 전기 장치의 요구를 기초로 하여 전류의 방전 상으로 전달한다. 충전식 배터리는 방전에 반대되는 방향으로 배터리를 통하여 전기 전류를 강요함으로써 충전될 수 있다.
흔히 직면하는 충전식 배터리들의 문제점은 다음 충전 사이클까지 감소된 배터리 사용 시간의 양을 야기하는 감소된 그 다음의 충전 사이클에 대한 배터리의 에너지 용량에서의 손실이다. 예를 들면, 배터리가 완전히 방전되지 않을 때 충전 사이클이 사용 기간을 뒤따른 후에 배터리의 완전한 에너지 용량을 유지하기 위한 성능에서의 손실이 발생할 수 있다. 완전한 에너지 용량을 유지하기 위한 성능의 손실은 충전 사이클 뒤의 반복되는 피상적인 방전 사이클들이 존재할 때 짜증날 수 있다. 실질적으로 배터리의 완전한 에너지 용량을 유지하기 위한 손실 정도를 감소시키고 나아가 충전 사이클 후에 이용가능한 에너지 용량에서의 급속한 악화를 방지하기 위하여, 제조사들은 배터리를 충전하기에 앞서 충전식 배터리를 심방전(deep discharge)이 되도록 추천한다.
완전 충전 용량을 보유하기 위한 배터리의 성능에 있어서의 이러한 손실이 원인이 될 수 있는 많은 현상들이 존재하나, 양극 및 음극 중의 어느 하나 또는 모두에서 발생되는 활성 구성요소의 성능에서의 악화가 기여 요인일 수 있다는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 연산(lead acid) 배터리의 용량에서의 감소는 음극 및 양극의 활성 물질들의 성질의 점진적인 변화와 관련되는데, 이는 또한 배터리의 수명의 감소뿐만 아니라 용량을 유지하기 위한 배터리 성능에서의 손실의 원인이 된다. 음극 및 양극의 표면 구조의 초기 상태는 많은 양의 활성 물질이 배터리의 주변 전해질(electrolyte)에 노출되도록 허용하는 다공성(porous)이다. 배터리가 다수의 방전 및 충전 사이클들을 겪음에 따라, 음극 및 양극의 표면 구조는 점진적으로 배터리의 전해질 용액과의 활성 물질의 전체 표면 접촉을 감소시키는 입단(aggregate) 결정질 구조들에 의해 점점 더 정의되어 진다.
배터리에서의 이러한 영향들을 감소시키기 위한 종래 기술에서의 시도들은 배터리를 권장되는 작동 레벨로 충전하기에 앞서 배터리가 심하게 방전되도록 보장하는 것을 포함하는 개량된 배터리 충전 사이클에 심혈을 기울여 왔다. 종래 기술에서의 다른 배터리 충전기(charger)들은 충전 패턴을 제어하고, 일부 경우에 있어서, 배터리를 충전하는 기간에 걸쳐 약간의 방전 순서를 포함할 수 있다. 예를 들면, Sage의 미국특허 제 5,633,574는 1000 밀리세컨드(milliseconds)의 충전, 2 밀리세컨드의 무(no) 충전, 5 밀리세컨드의 충전, 및 10 밀리세컨드의 무 충전을 포함하는 순서를 반복적으로 적용하는 것을 포함하는 배터리를 위한 충전 순서가 배터리가 완전 충전 용량을 유지하기 위한 성능의 손실 정도를 감소시킬 수 있다는 것을 설명한다. Pittman 등의 미국특허 제 5,998,968은 배터리가 완전 충전될 때까지 미리 결정된 충전 순서로 배터리에 방전, 충전, 및 휴지 기간을 적용한다. Imanaga의 미국특허 제 5,777,453은 충전 순서 동안에 전압이 적용되지 않을 때 휴지 기간 뒤의 배터리에 전압 펄스들이 주기적으로 적용되는 또 다른 충전 순서 전략을 나타낸다.
다수의 충전 사이클에 대하여 완전한 충전 용량을 유지하기 위한 배터리의 성능의 반복되는 손실은 또한 배터리의 수명에서의 전체 감소의 원인이 될 수 있다. 즉, 용량을 유지하기 위한 배터리의 성능에서의 손실은 완전히 되돌릴 수 없으며 배터리의 수명에서의 전체 감소를 야기하는 배터리의 수명에 걸쳐 축적될 수 있다.
충전 사이클 동안에, 전극 또는 플레이트는 양성 플레이트에 음 이온들을 그리고 음성 플레이트에 양성 이온들을 끌어들이는데, 이는 플레이트로의 이온들의 또 다른 전달을 방해한다. 배터리가 충전됨에 따라, 충전되기 위한 배터리의 증가된 저항을 야기하는 증가한 임피던스가 발생한다. 결국, 충전이 완료되고 과전압이 제거되었을 때, 전극들로의 이온들의 전달률이 전극들을 떠나는 같은 종류의 이온들의 전달률과 동일한 것과 같이 양극 및 음극에서 평형이 발생할 것이다.
방정식 (1)에 의해 표시되는 볼츠만(Boltzmann)의 방정식 및 방정식 (2)에 의해 표시되는 네른스트(Nernst)의 방정식은 전기화학 용액 및 전극 사이에 존재하고 비율(Dse/Dme)에 상호 의존적인 전위 차이(Vse - Vme)에 관하여, 전극의 표면층에 존재하는 동일한 종류의 이온들의 밀도(Dme)에 대하여, 벌크 전기화학 용액 내의 이온들의 밀도(Dse)의 비율에 관하여 전기화학 시스템 내에서 발생하는 열역학적 평형(안정적 상태)을 설명한다. Christian Gerthsen과 Helmut Vogel의 Gerthsen Physics, 19ed., Springer Verlag, Berlin and New York:이 참조된다.
[Dse/Dme] = e-( Vse - Vme )*q/ kT (1)
(Vse-Vme) = -[kT/q]*ln[Dse/Dme] (2)
여기서:
q는 전자의 전하량, 콜롬
k는 볼츠만 상수, 주울/켈빈
T는 절대 온도, 켈빈
Dse/Dme는 평형에서 전극에서의 표면층의 이온 밀도에 대한 전기화학 용액의 이온 밀도의 비율
(Vse-Vme)는 평형에서의 전기화학 용액 및 전극 사이의 전위차, 볼트.
평형 상태에서, 시스템은 안정적인데, 즉, 형성, 성장 또는 용해 혹은 상 전이(phase transition)는 발생하지 않는다. 평형에서, 어떤 이온 분자의 전극에서의 표면층 내로의 플럭스는 전극에서의 표면층으로부터 전기화학 용액 내로의 동일한 이온 분자들의 동일한 수의 플럭스에 의해 보상될 것이다.
모든 화학 시스템에 있어서 평형 상태를 변화시키려는 경향이 존재한다. 예를 들면, James E. Bradley의 General Chemistry-Principles and Structure, John Wiley & Sons, New York:이 참조된다. 만일 예를 들면, 전극에서의 전위(potential)의 변화를 부과함으로써 존재하는 평형이 방해받으면, 그때 전극에서의 표면층의 이온 밀도에 대한 전기화학 용액의 이온 밀도의 비율은 새로운 평형 상태가 달성될 때까지 변화할 것이다. 이온 밀도 대 시간의 비율에서의 변화를 특징으로 하는, 완화 시간 상수(relaxation time constant)는 비전기 전도도에 의해 나눠지는 비유전 상수에 의해 정의되는데, 이들 모두 전해질 용액들의 특성들이다.
상 전이를 위한, 즉, 전극의 표면상에 방전하는 전해질 용액으로부터의 이온을 위한 바람직한 상태는 용액이 과포화되고 시스템이 그것의 평형 상태를 벗어날 때 발생한다. 예를 들면, 방정식 (3)에 표시되는 것과 같이, 과포화는 전기화학 용액 내의 이온들의 전위(Vs)가 전극 상의 평형 전위(Vme)보다 클 때 발생한다.
(Vs - Vme)＞0 (3)
이러한 과포화 상태를 설명하기 위한 두 가지 가능성이 존재한다. 하나의 가능성은 방정식 (4)에 표시되는 것과 같이 전기화학 용액의 전위가 그것의 평형 전위에서 유지되는 동안 평형에서의 전극의 전위(Vme)보다 거의 음인 전극 상의 전위(Vm)를 부과하는 것이다.
(Vse - Vm)＞0 (4)
평형에서의 전극의 전위 및 위에서 설명된 것과 같은 환경 하에서의 전극의 전위 사이의 차이는 방정식 (5)에 표시되는 것과 같이 전기화학 과전위 또는 전기화학 과전압으로서 알려져 있다.
(Vme - Vm)＞0 (5)
과포화 상태를 설명하기 위한 또 다른 가능성은 그것의 평형 전위(Vme)에서 전극 상의 전위(Vm)를 유지함으로써 전기화학 용액 상에 평형에서의 전기화학 용액이 전위(Vse)보다 높은 전위를 부과하는 것이다. 따라서, 과전압의 환경은 방정식 (3)에 나타낸 것과 같은 상태가 된다.
두 가지 양, 과포화 및 과전압의 상태는 안정적인 열역학적 평형의 상태로부터의 편차를 위한 수단으로서 고려될 수 있다. 그러나, 시스템이 과포화되고 과전압이 존재하는 사실만으로 상 전이를 생성하는 것은 아니다. 오히려, 이러한 상태들은 상 전이가 발생할 수 있는 가능성을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, Alexander Milchev의 Electrocrystallization-Fundamentals of Nucleation and Growth, Kluwer Academic Publisher, New York:이 참조된다. 시간에 걸쳐서 에너지를 저장하고 배터리의 전체 작동 사이클 동안, 즉, 심지어 배터리가 충전될 때의 기간을 넘어서, 배터리의 전체 수명을 증가시키기 위한 배터리의 성능의 손실을 감소시키기 위하여 작동하는 장치 및 방법을 위한 기술의 필요성이 여전히 존재한다.
본 발명은 배터리의 사이클 수명과 용량을 증가시키기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 이론의 여지 없이, 쌍극성 과전압 배터리 펄서 및 기술들은 배터리의 용량을 유지하고 배터리의 작동 수명을 확장시킨다.
일 양상에서, 본 발명은 양으로 펄스된(positive pulsed) 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하는 펄스 발생기(pulse generator), 양으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형으로 변환하는 양으로 펄스된 전압 드라이버(positive pulsed voltage driver), 음으로 펄스된 전압을 음으로 펄스된 전압 파형으로 변환하는 음으로 펄스된 전압 드라이버, 및 양으로 펄스된 전압 파형과 음으로 펄스된 전압 파형을 배터리의 터미널들을 가로질러 적용되는 펄스된 전압 파형으로 병합하는 펄스된 전압 분배기(voltage distributor)를 포함하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 펄스 발생기는 마이크로컨트롤러(microcontroller) 내에서 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 펄스 발생기는 양으로 펄스된 전압을 발생시키는 양으로 펄스된 발생기 및 음으로 펄스된 전압을 발생시키는 음으로 펄스된 발생기를 갖는다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 발생기는 교류 인버터 스위치(alternating inverter switch)를 갖는데 펄스 발생기는 펄스된 전압을 발생시키며 교류 인버터 스위치는 펄스된 전압을 관통 펄스된 전압(pass-through pulsed voltage) 및 역으로 펄스된 전압으로 교대로 처리하며, 관통 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 어느 하나이고 반면에 역으로 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 나머지 하나이다.
본 발명의 일 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 양으로 펄스된 전압 드라이버 및 음으로 펄스된 전압 드라이버는 각각 펄스 정형기(pulse shaper) 및 타이밍 발생기(timing generator)를 갖는데 펄스 정형기 및 타이밍 발생기는 펄스된 전압을 펄스된 전압 파형으로 변환하도록 구성된다.
본 발명의 특정 실시 예들에 따라, 양성 전압 증폭기(positive voltage amplifer) 및 음성 전압 증폭기는 각각 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 증폭시킨다. 본 발명의 다른 특정 실시 예들에서, 전압 증폭기는 펄스된 전압 파형을 증폭시킨다.
본 발명의 일 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 펄스된 전압 파형은 전연(leading edge)과 양성 펄스 진폭에 의해 정의되는 적어도 하나의 양성 전압 펄스 및 뒤이어 뒷전(trailing edge)과 음성 또는 역 펄스 진폭에 의해 정의되는 적어도 하나의 음성 전압 펄스를 갖는다. 본 발명의 이러한 실시 예에 따라, 적어도 하나의 양성 전압 펄스의 전연의 상승 시간 및 적어도 하나의 음성 전압 펄스의 뒷전의 상승 시간은 각각 배터리의 전해질 용액의 완화 시간보다 작다. 구체적으로, 전연의 상승 시간 및 뒷전의 상승 시간은 완화 시간의 약 ⅓일 수 있다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 적어도 하나의 양성 전압 펄스의 양성 펄스 진폭 및 적어도 하나의 음성 전압 펄스의 음성 펄스 진폭은 배터리의 전압보다 크며, 예를 들면, 배터리의 전압의 적어도 약 2배이다.
본 발명의 일 실시 예에서, 펄스된 전압 파형의 펄스 사이클 주파수는 적어도 하나의 양성 전압 펄스의 펄스 폭 및 적어도 하나의 음성 전압 펄스의 펄스 폭이 오버래핑하지 않는 것과 같다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 적어도 하나의 양성 전압 펄스의 펄스 폭 및 적어도 하나의 음성 전압 펄스의 펄스 폭 모두 완화 시간을 초과한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 부가적으로 컨트롤러 및 배터리의 전압을 측정하는 측정 장치를 포함한다. 본 발명의 이러한 실시 예에 따라, 컨트롤러는 배터리의 전압을 사용하여 배터리의 상태를 확인하고 배터리의 상태를 기초로 하여 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 활성화한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리는 연산 배터리 취급용이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리는 다른 형태의 배터리들(즉, 비연산 아닌 배터리들)을 취급할 수 있다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 배터리와 통합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상은 배터리를 다루기 위한 방법들을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 배터리를 다루기 위한 방법은 용량을 유지하기 위한 배터리의 사이클 수명 및 배터리의 성능을 증가시키기 위하여 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 갖는 복수의 배터리의 각각의 배터리로 복수의 배터리를 다루기 위한 방법은 하나 이하의 쌍극성 과전압 배터리 펄서가 어느 때든 과전압을 적용하는 것과 같이 각각의 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 배터리를 다루기 위한 방법은 단일 양성 펄스를 갖는 양으로 펄스된 전압 파형 및 단일 음성 또는 역 펄스를 갖는 음으로 펄스된 전압 파형을 제공하는 단계, 및 배터리의 터미널들을 가로질러 교대로 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 본 발명의 이러한 실시 예에 따라, 배터리를 다루기 위한 방법은 배터리의 터미널들을 가로질러 파형들을 적용하는 단계 전에 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 병합하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 단일 양성 펄스는 전연 및 양성 펄스 진폭에 의해 정의되고 음성 또는 역 펄스는 뒷전 및 음성 펄스 진폭에 의해 정의된다. 본 발명의 특정 실시 예들에서, 전연의 상승 시간 및 뒷전의 상승 시간은 각각 배터리의 전해질 용액의 완화 시간보다 작다.
본 발명의 일 실시 예에서, 방법은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하는 단계, 양으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형으로 변환하고 음으로 펄스된 전압을 음으로 펄스된 전압 파형으로 변환하는 단계, 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 펄스된 전압 파형으로 병합하는 단계, 및 배터리의 터미널들을 가로질러 펄스된 전압 파형을 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 방법은 부가적으로 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 증폭시키는 단계, 또는, 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 병합된 양으로 펄스된 전압 파형과 음으로 펄스된 전압 파형을 포함하는 펄스된 전압 파형을 증폭시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 방법의 생성하는 단계는 펄스된 전압을 발생시키는 단계 및 대안으로서, 펄스된 전압을 관통 펄스된 전압과 역으로 펄스된 전압으로 처리하는 단계를 포함하는데, 관통 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 어느 하나이고, 역으로 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 나머지 하나이다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 방법의 변환하는 단계는 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 각각 양으로 펄스된 전압 형태(shape) 및 음으로 펄스된 전압 형태로 성형하는 단계 및 양으로 펄스된 전압 형태의 분포 및 음으로 펄스된 전압 형태의 분포를 각각 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형으로 타이밍하는 단계를 포함한다.
다른 양상들 및 실시 예들은 첨부된 도면들과 결합된 뒤따르는 설명의 검토에 의해 자명해질 것이다. 그러나, 본 발명은 특히 첨부된 청구항들과 함께 언급될 것이다.
따라서 일반적인 측면에서 본 발명을 설명하기 위하여, 도면들이 참조될 것인데, 이는 반드시 일정한 비례로 도시되지는 않는다:
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 터미널들을 가로질러 부과되는 바람직한 과전압 펄싱 사이클을 전지 내의 이온 밀도의 비율과 비교한 전계도이다;
도 2는 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 일 실시 예를 도시한 블록 다이어그램이다;
도 3a는 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 마이크로컨트롤러의 일 실시 예를 도시한 전기 회로 다이어그램이다;
도 3b는 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 전압 드라이버의 일 실시 예를 도시한 전기 회로 다이어그램이다;
도 3c는 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 전압 증폭기 및 펄스된 전압 분배기의 일 실시 예를 나타내는 전기 회로 다이어그램을 도시한다;
도 3d는 마이크로컨트롤러, 전압 드라이버, 및 전압 증폭기를 포함하는 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 일 실시 예를 나타내는 전기 회로 다이어그램을 도시한다;
도 4는 배터리와 통합된 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 도시한 일 실시 예의 배경도이다;
도 5는 상응하는 수의 배터리와 통합된 복수의 쌍극성 과전압 배터리 펄서들을 갖는 본 발명의 일 실시 예를 도시한 블록 다이어그램이다;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 처리된 배터리를 위한 방전 시간 대 그렇게 처리되지 않은 배터리를 위한 방전 시간을 도시한 전계도이다; 및
도 7은 그렇게 처리되지 않은 배터리를 위한 방전 시간들 대 다수의 충전/방전 사이클들과 비교하여 본 발명의 실시 예에 따라 처리된 배터리를 위한 방전 시간들 대 다수의 충전/방전 사이클들의 전계도이다.
본 발명은 이제 본 발명의 일부 실시 예들이 도시된, 첨부된 도면들을 참조하여 아래에 더 자세히 설명될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시 예들이 설명되나, 본 발명은 서로 다른 형태들로 구현될 수 있으며 여기에 설명되는 실시 예들로 한정되는 것으로 구성되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시 예들은 본 발명이 철저하고 완전하도록 하기 위하여 제공되며 이러한 통상의 지식을 가진 자들에 본 발명의 범위를 충분히 전달할 것이다. 본 발명의 실시 예들은 어떤 경우든지 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 동일한 번호들은 동일한 구성요소를 언급한다.
명세서 및 청구항에서 사용되는 것과 같이, 단수 형태들 "a", "an" 및 정관사 "the"는 문맥이 분명히 달리 표시하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. 예를 들면, "하나의(a) 배터리"는 복수의 그러한 배터리들을 포함한다.
"선행의" 또는 "뒤따르는" 등의 상대적인 용어들은 도면들에 도시되는 것과 같이 여기서는 하나의 구성요소의 또 다른 구성요소와의 관계를 설명하는 것으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 것과 같은 구성요소들의 지향에 더하여 구성요소들의 서로 다른 지향들을 포함하는 것으로 의도되는 것을 이해할 것이다. 그러한 용어들은 본 발명의 구성요소 또는 구성요소들의 상대 위치를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 문맥이 분명히 달리 표시하지 않은 한, 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 실시 예들은 여기서 본 발명의 이상화한 실시 예들의 개략적 도식들인 배경도를 포함하여, 다양한 배경도를 참조하여 설명된다. 본 발명과 관련된 통상의 지식을 가진 자들이 인식할 수 있는 것과 같이, 본 발명을 실행하는데 도면들에 도시된 것과 같은 형태들의 다양한 변경 및 변형들이 기대될 수 있다. 그러한 변경 및/또는 변형은 제조 기술, 디자인 고려사항 등의 결과일 수 있으며, 그러한 변경들은 여기서는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도되며 뒤따르는 청구항들에서 설명된다. 본 발명의 물품들 및 도면들에 도시된 부품들은 본 발명의 부품이 정확한 형태를 도시하는 것으로 의도되는 것이 아니며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
비록 여기에 특정 용어들이 사용되나, 이들은 포괄적이고 설명의 의미로만 사용되고 한정하기 위한 목적이 아니다. 여기에 사용되는 것과 같은, 기술 및 과학 용어를 포함하는, 모든 용어들은 용어가 달리 정의하지 않는 한 본 발명과 관련된 통상의 지식을 가진 자들에 의해 통상적으로 이해되는 것과 같은 동일한 의미를 갖는다. 또한 통상적으로 사용되는 사전에서 정의되는 것과 같이, 용어들은 관련 기술의 맥락 및 본 명세서에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하는 것으로 이해될 것이다. 통상적으로 사용되는 그러한 용어들은 여기서 본 발명이 명확히 달리 정의하지 않는 한 이상화되거나 너무 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이다.
여기에 설명되는 본 발명은 쌍극성 과전압 배터리 펄서에 관한 것이다. 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 일반적으로 양으로 펄스된 전압과 음으로 펄스된 전압을 생성하는 펄스 발생기, 양으로 펄스된 전압과 음으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형과 음으로 펄스된 전압 파형으로 변환하는 펄스된 전압 드라이버, 양으로 펄스된 전압 파형과 음으로 펄스된 전압 파형을 배터리의 터미널들을 가로질러 적용되는 펄스된 전압 파형으로 병합하는 펄스된 전압 분배기, 및 선택적으로, 양으로 펄스된 전압 파형과 음으로 펄스된 전압 파형 또는 펄스된 전압 파형을 증폭시킬 수 있는, 증폭기를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 펄스 발생기는 마이크로컨트롤러 내에 구성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 발생기는 음성 펄스 발생기와 양성 펄스 발생기를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시 예들에서, 펄스 발생기는 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압과 음으로 펄스된 전압으로 교대로 처리하는 교류 인버터 스위치를 포함할 수 있다. 한정하고자 의도함이 없이, 본 발명의 장치는 특히 배터리의 사이클 수명을 증가시키고 용량을 유지하기 위한 배터리의 성능을 향상시 키는데 유용하다.
만일 전지의 전극을 가로질러 전압 펄스가 부과되면, 전기화학 용액 및 전극들 사이의 전위에서의 변화가 경험될 것이다. 예를 들면, 연산 배터리에 한정하지 않고 모든 화학 시스템에서, 평형 상태로 변화하려는 경향이 존재한다.
만일 예를 들면, 전극에서의 전위 내의 변화를 가함으로써 존재하는 평형이 방해받으면, 그때 전극에서의 표면층의 이온 밀도에 대한 전기화학 용액의 이온 밀도의 비율은 새로운 평형 상태가 달성될 때까지 변화될 것이다. 완화 시간은 시스템이 새로운 평형 상태에 도달하기 위하여 필요한 시간의 양으로서 정의된다. 이온 밀도 대 시간의 비율에서의 변화를 특징으로 하는, 완화 시간 상수는 특정 전기 전도도에 의해 나눠지는 특정 유전체 상수에 의해 정의되는데, 이들 모두는 전해질 용액의 특성들이다.
A형 펄스인, 전기화학 시스템을 가로질러 부과되는 양성 전압 펄스는 전압 펄스의 전연이 펄스가 대략 펄스의 최대 피크가 도달될 때의 시간으로 상승하기 시작할 때의 시간으로부터 전이를 만들기 위하여 필요한 시간의 양을 언급하는, 펄스의 상승 시간에 의해 정의된다.
만일 A형 펄스의 상승 시간이 전기화학 시스템의 완화 시간보다 작으면, 그때 전기화학 시스템상에 과전압 상태가 부과되며, 그리고 나서 이온 밀도 비율은 방정식 (1)의 볼츠만 분포 법칙에 따라 새로 부과되는 전위 차이를 기초로 하여 완화 시간 동안 새로운 값으로 바뀔 것이다. 전기화학 시스템 내의 과전압을 야기하는 양성 전압 펄스는 전극에서의 표면층의 이온 밀도에 대한 전기화학 용액의 이온 밀도의 비율이 그러한 양성 전압 펄스가 제거될 때까지 증가하도록 야기할 것이며, 이는 전기화학 시스템이 원래의 평형 상태로 다시 돌아가거나 완화되도록 허용할 것이다.
반대로, 과전압 상태는 음성 전압 펄스, 또는 양성 전압 펄스인 A형 펄스의 반대 극성을 갖는, B형 펄스를 사용함으로써 부과될 수 있다. B형 펄스가 적용되는 시간 동안에, 이온 밀도들에 대한 비율은 감소될 것이나, B형 펄스가 종료된 후에, 이온 밀도들의 비율은 다시 방정식 (1)에 따른 볼츠만 분포를 충족하는 값으로 완화할 것이다. 음성 전압 펄스를 위한 상승 시간은 전압 펄스의 뒷전이 대략 펄스가 더 이상 적용되지 않을 때의 시간으로 바뀌기 시작할 때의 시간으로부터 전이를 만들기 위하여 필요한 시간의 양으로 언급된다. 만일 음성 전압 펄스의 뒷전의 상승 시간이 시스템의 완화 시간보다 작으면, 그때 전기화학 시스템상에 과전압 상태가 부과된다.
만일 높은 주파수에서 유사한 양성 전압 펄스들, 또는 A형 펄스들이 잇따라 전기화학 시스템상에 부과되면, 그때 평형 상태로 돌아가기 위하여 표면층의 이온 밀도에 대한 전기화학 용액의 이온 밀도의 비율의 불능으로 인하여 두 번째 펄스로부터 더 작은 과전압이 달성된다는 것을 발견하였다. 또한 이러한 "기억 효과"는 모두 배터리의 전극을 가로질러 교대로 적용되는, 두 개의 양성 전압 펄스, A형 펄스 사이에 음성 전압 펄스, B형 펄스를 포함함으로써 방지될 수 있다는 것을 발견하였다.
이론의 여지 없이, B형 펄스의 적용은 A형 펄스에 의해 야기되는 "리셋(reset)" 효과의 기능을 하며, 반대로, 이러한 "기억 효과"가 실현되는 것을 방지한다. 펄스가 종료된 후에 "대기 시간(waiting time)" 또는 완화 시간을 통하여, 펄스 내의 오버랩이 없는 것을 제외하고는, A형 펄스 및 B형 펄스의 주파수는 증가될 수 있고 또한 전기화학 시스템 비평형 상태인 시간을 늘림으로써 바람직한 영향을 가질 수 있다.
양성 전압 펄스의 전연 및 음성 전압 펄스의 뒷전의 더 빠른 상승 시간은 배터리에 적용될 수 있는 과전압의 범위를 증가시킬 것이다. 배터리에 적용되는 과전압은 또한 더 높은 주파수 펄스들이 전기화학 시스템이 비평형 상태를 경험하는 더 많은 시간을 야기하도록 허용할 것이다.
평형 상태 하에서 아무것도 일어나지 않는데, 즉, 전기화학 시스템을 변화시킬 아무런 순수 효과도 존재하지 않는다. 변화들은 전극 및 전극 주변의 이온들의 "구름(cloud)" 사이에 과전압 펄스들을 부과함으로써 평형을 방해하기 위하여 전기화학 시스템상에 적용될 수 있다. 이는 이온들의 구름 상에 작용하는 증가된 전기장력을 갖는 과전압 기간을 야기하며, 증가된 수와 에너지에서 전극들에 접근될 것이다. 동시에, 확산력, 또는 전극으로부터 떨어져 결과로서 생기는 끌어당기는 이온들은 전기력보다 작다.
더 높은 속력 및 에너지를 통하여, 반대 극성을 갖는 부착 이온들을 갖는 이온들은 그것들 고유의 속력 및 에너지의 증가를 야기하는 이러한 부착 이온들을 상실할 것이다. 높은 에너지 이온들, 예를 들면, 분리된 물 분자로부터의 양성 수소 이온(H2 +)은 음성 전극에서 발생될 수 있는 어떤 결정체 구조를 통하여 침투할 것이다. 비 한정 예에서, 연산 배터리에 있어서, 양성 수소 이온은 음성 전극에서 형성될 수 있는 어떠한 황산 납 결정 층(crystalline layer)을 침투할 수 있으며, 황산을 형성함으로써 결정 층을 용해하며 그렇게 함으로써 전극에서의 순수 납을 남기는 동안에 전기화학 용액을 보충한다.
또 다른 비 한정 예에서, 분리된 물 분자로부터 음성 산화 이온은 음성 전극 상에 이산화 납(lead dioxide, PbO2) 결정체를 다시 만드는데 기여할 것이다. 이론의 여지 없이, 크게 존재하는 결정체들을 더 크게 만들기 위하여 더 적은 에너지가 필요하며, 따라서 더 균일한, 많은 수의 이산화 납 결정체들이 양성 전극에서 경험될 것이다. 따라서, 본 발명에 의해 부과되는 상황 하에서, 새로운 결정체들의 "출생률(birth rate)"은 부과된 과전압에 대하여 비례적으로 더 증가할 것이다.
도 1은 배터리의 터미널들을 가로질러 부과되는 과전압 펄싱(pulsing) 사이클과 전기화학 전지 내의 이온 밀도의 비율을 비교한 전계도이다. 실선(10)은 배터리의 전압을 나타내고 곡선(12)은 이온 밀도의 비율, 및 전기화학 전지 내에 부과된 과전압 상태들(14, 16, 18)을 나타낸다. 양성 전압 펄스 및 음성 전압 펄스의 상승 시간은 Tr에 의해 표시되고, 반면에 완화 시간 상수는 Tc에 의해 표시된다.
연산 배터리에서 있어서, 음성 전극 상의 황산 납 결정체들의 성장 및 양성 전극 상의 이산화 납의 감소된 수는 배터리의 전체 수명의 감소를 야기할 수 있다. 또한, 기억 효과에서의 감소는 과전압을 위한 기회를 증가시키고 과전압 펄스의 진폭의 적용은 또한 배터리의 전체 수명의 증가를 야기할 것이다. 이전의 과전압 상태의 효과들에 작용하기 위하여 유사한 과전압 상태를 부과하는, 배터리의 전극들을 가로질러 음성 전압 펄스의 적용에 뒤따르는, 배터리 상에 과전압 상태를 부과하는, 배터리의 전극을 가로질러 양성 전압 펄스를 반복적으로 적용함으로써, 경험되는 기억 효과는 감소되고 배터리의 사이클 수명의 증가 및 용량을 유지하기 위한 배터리의 성능에서의 증가가 실현된다. 본 발명의 특정 실시 예들에서, 배터리의 수명은 도 7의 사이클 수명에서의 증가에 의해 도시된 것과 같이 1.7 및 2.2 사이의 인자에 의해 증가될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시 예에서, 본 발명이 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 통하여 구현되는 것과 같은 본 발명의 방법은 본 발명이 적용되지 않은 유사한 배터리와 비교하여 약 10% 정도 배터리의 사이클 수명을 증가시킨다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 약 50% 정도 배터리의 수명을 증가시킨다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 약 70% 정도 배터리의 수명을 증가시킨다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 약 120% 정도 배터리의 수명을 증가시킨다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 약 200% 정도 배터리의 수명을 증가시킨다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 약 250% 정도 배터리의 수명을 증가시킨다.
본 발명의 또 다른 실시 예들에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 통하여 구현되는 것과 같은 본 발명의 방법은 본 발명이 적용되지 않은 유사한 배터리의 유지되는 용량보다 적어도 약 10% 이상 배터리의 용량을 유지한다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 본 발명이 적용되지 않은 유사한 배터리의 유지되는 용량보다 적어도 약 50% 이상 배터리의 용량을 유지한다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 본 발명이 적용되지 않은 유사한 배터리의 유지되는 용량보다 적어도 약 100% 이상 배터리의 용량을 유지한다. 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 본 발명이 적용되지 않은 유사한 배터리의 유지되는 용량보다 적어도 약 150% 이상 배터리의 용량을 유지한다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 배터리의 사이클 수명을 증가시키거나 및/또는 배터리가 용량을 유지하도록 허용하기 위한 펄싱 사이클은 여기서 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)로서 알려진 장치에 의해 유발될 수 있다. 도 2는 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)의 실시 예를 도시한 블록 다이어그램이다. 본 발명의 이러한 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)는 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하기 위한 펄스 발생기(20)를 포함한다. 도 2에 의해 도시된 이러한 바람직한 실시 예에서, 펄스 발생기(20)는 마이크로컨트롤러(22) 내에 구성되고, 마이크로컨트롤러(22)는 부가적으로 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, 24), 전압 모니터링(26), 및 온/오프 제어 논리(on/off control logic, 28)를 포함한다. 부가적으로 상태 발광 다이오드(30)가 마이크로컨트롤러(22) 및/또는 펄스 발생기(20)의 상태를 나타낼 수 있다.
도 3a는 펄스 발생기(20)를 구현하는 마이크로컨트롤러(22)를 갖는 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)의 일 실시 예를 나타내는 전기 회로 다이어그램을 도시한다. 이러한 바람직한 실시 예에서의 마이크로컨트롤러(22)는 리스크(reduced instruction set computer, RISC) 구조를 기초로 한 8-비트 마이크로컨트롤러이다. 마이크로컨트롤러(22)는 제한 없이, 중앙 처리 장치(CPU); 작업 레지스터들; 플래시 프로그램 메모리, EEPROM, 및 입력/출력 버퍼를 포함하나, 반드시 이에 한정하지 않는 비휘발성 메모리 세그먼트들; 타이머/카운터; 발진기(oscillator); ADC 채널; 직렬 인터페이스; ADC 변환; 및 인터럽트(interrupt)들;을 포함하는 펄스 발생기(20)를 구성하고 구현하기 위한 능력을 제공하는데 필요한 많은 특징을 포함할 수 있다. 5-볼트 공급원(supply source, 100) 및 전원 유도자(inductor, 102)에 의해 마이크로컨트롤러(22)에 디지털 공급 전압(VCC)이 제공된다. 아날로그 변환기(ADCC)로의 아날로그-디지털 변환기(24) 공급 전압은 5-볼트 공급원(100)과 같은 전력원일 수 있거나 또는 서로 다른 공급원일 수 있는 5-볼트 공급원, 및 2차 유도자(106)에 의해 제공된다. 포트 C(PC6)에서 리셋 입력(108)이 제공된다. 양으로 펄스된 전압(110)은 마이크로컨트롤러(22)의 PB1에서 출력되고 반면에 음으로 펄스된 전압(112)은 마이크로컨트롤러(22)의 PB2에서 출력된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 발생기(20)는 전기 회로 배치를 통하여 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성할 수 있다. 펄스된 전압을 생성하기 위하여 종래에 알려진 모든 전기 회로 배치들이 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 발생기는 펄스된 전압을 발생시키고 교류 인버터 스위치는 펄스된 전압을 관통 펄스된 전압 및 역 펄스된 전압으로 교대로 처리한다. 관통 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 하나이고, 반면에 역 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 나머지 하나이다.
또한 도 2에 도시된 것과 같이, 양으로 펄스된 전압 드라이버(32)는 양으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형(34)으로 변환한다. 유사하게, 음으로 펄스된 전압 드라이버(36)는 음으로 펄스된 전압을 음으로 펄스된 전압 파형(38)으로 변환한다. 양으로 펄스된 전압 파형(34) 및 음으로 펄스된 전압 파형(38)은 일반적으로 각각 펄스 사이클 주파수, 펄스 폭, 펄스 진폭, 양성 펄스 전연의 상승 시간, 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간에 의해 정의된다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 각각의 양으로 펄스된 전압 드라이버(32) 및 음으로 펄스된 전압 드라이버(36)는 각각 양으로 펄스된 전압 파형(34) 및 음으로 펄스된 전압 파형(38)을 위하여 필요한 타이밍을 형성하고 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 양으로 펄스된 전압 드라이버(32) 및 음으로 펄스된 전압 드라이버(36) 중의 하나 또는 모두는 펄스 정형기 및 타이밍 발생기(도시되지 않음)를 포함한다. 펄스 정형기 및 타이밍 발생기는 펄스된 전압을 펄스된 전압 파형으로 변환하도록 구성된다.
도 3b는 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)의 펄스된 전압 드라이버(120)의 일 실시 예를 나타내는 전기 회로 다이어그램을 도시하는데, 양으로 펄스된 전압 드라이버(32) 및 음으로 펄스된 전압 드라이버(36)가 집적회로(122) 내에 구현된다. 양성 전압 펄스(110) 및 음성 전압 펄스(112)는 각각 집적회로(122)의 높은 드라이버 논리 입력(HIN) 및 낮은 드라이버 논리 입력(LIN)에 입력된다. 집적회로(122)는 저항기(126)에 의해 전류가 제한되는 12-볼트 공급원(124)에 의해 공급된다. 다이오드(128) 및 부트스트랩 커패시터(bootstrap capacitior, 130)를 포함하는 부트스트랩 회로는 집적회로(122)의 고전압 섹션을 공급하기 위하여 사용된다. 유동 전압 기준(floating voltage reference, 132)은 출력 핀(OUT)에서 집적회로(122)에 의해 제공된다. 양으로 펄스된 전압 파형(134) 및 음으로 펄스된 전압 파형(136)은 각각 고압측 드라이버 출력(HVG) 및 저압측 드라이버 출력(LVG)에서 집적회로(122)로부터 출력된다. 고압 및 저압측 드라이버 출력의 상승 시간은 부하 커패시턴스(load capacitance)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예들에 따라, 양으로 펄스된 전압 드라이버 및 음으로 펄스된 전압 드라이버는 예를 들면, 관통 분리된 집적회로들과 같은, 분리된 구성들로 구현될 수 있다.
또한 도 2에 도시된 것과 같이, 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형은 전원장치(power supply, 44)에 의해 공급되는, 양성 전압 증폭기(40) 및 음성 전압 증폭기(42)를 사용하여 증폭될 수 있다. 예를 들면, 전원장치의 전압은 양으로 펄스된 전압 파형 및 역 음으로 펄스된 전압 파형의 진폭 전압들이 배터리의 전압을 초과하는 것이 가능하도록 충분하여야만 한다.
신호들이 증폭된, 양으로 펄스된 전압 파형(46) 및 음으로 펄스된 전압 파형(48)은 펄스된 전압 분배기(50) 또는 펄스된 전압 분배기 회로를 거쳐 펄스된 전압 파형으로 병합된다. 펄스된 전압 분배기(50)는 배터리(54)의 터미널들을 가로질러, 양으로 펄스된 전압 파형(46) 및 음으로 펄스된 전압 파형(48)의 조합을 나타내는, 펄스된 전압 파형(52)을 적용시킨다.
도 3c는 바람직한 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 출력 단계(140)를 나타내는 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 양성 전압 증폭기(40), 음성 전압 증폭기(42), 및 펄스된 전압 분배기(50)의 일 실시 예를 나타내는 전기 회로 다이어그램을 도시한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형의 증폭 대신에. 펄스된 전압 파형(52)이 자체로 증폭될 수 있다(도시되지 않음). 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양으로 펄스된 전압 드라이버(32) 및 음으로 펄스된 전압 드라이버(36)는 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형의 필요한 전압 증폭을 제공하도록 구성되며, 추가의 증폭은 필요로 하지 않는다.
도 3d는 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 펄스된 전압 드라이버(120)로 제공하는 마이크로컨트롤러(22)를 포함하는 본 발명이 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 일 실시 예를 나타내는 전기 회로 다이어그램을 도시한다. 펄스된 전압 드라이버(120)는 그리고 나서 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 출력 단계(140)로 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 제공한다. 출력 단계(140)로부터 증폭되고 조합된 펄스된 전압 파형은 배터리의 터미널들을 가로질러 적용된다.
도 1에 따라, 배터리의 터미널들을 가로질러 적용되는 것과 같이 양성 전압 펄스 및 음성 전압 펄스의 상승 시간이 Tr에 의해 표시된다. 평형 상태로 다시 완화하기 위하여 이온 밀도들의 비율에 필요한 시간을 정의하는, 완화 시간 상수는 Tc에 의해 표시된다. 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 폭은 Tw에 의해 표시된다. 양성 펄스의 전연 및 음성 펄스의 전연 사이의 시간은 Ta -b로 정의된다. 기간, 펄스 사이클 주파수의 역수(reciprocal)는 Ta -a에 의해 표시된다. 양으로 펄스된 전압 드라이버(32) 및 음으로 펄스된 전압 드라이버(36)는 양으로 펄스된 전압 파형(34) 및 음으로 펄스된 전압 파형(38)을 생성하도록 구성되며 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 전기화학 전지의 완화 시간 상수보다 짧다. 본 발명의 특정 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 완화 시간 상수의 최대 ¾이 되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 완화 시간 상수의 최대 ½이 되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 완화 시간 상수의 최대 ⅓이 되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 완화 시간 상수의 최대 ¼이 되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 완화 시간 상수의 최대 ⅛이 되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 완화 시간 상수의 최대 1/10이 되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 서로 다르나 각각은 완화 시간 상수보다 작도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 전기화학 전지의 완화 시간보다 짧다. 본 발명의 특정 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 전기화학 전지의 완화 시간의 최대 ½이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 전기화학 전지의 완화 시간의 최대 ⅓이다. 본 발명의 또 다른 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 전기화학 전지의 완화 시간의 최대 ¼이다. 본 발명의 또 다른 특정 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 전기화학 전지의 완화 시간의 최대 ⅛이다. 본 발명의 또 다른 실시 예들에서, 양성 펄스 전연의 상승 시간 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 전기화학 전지의 완화 시간의 최대 1/10이다. 본 발명의 다른 실시 예들에서, 양성 펄스 전연 및 음성 펄스 뒷전의 상승 시간은 서로 다르나 각각은 완화 시간보다 작도록 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 펄스 사이클 주파수는 최대화되나 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형의 펄스들의 오버래핑을 허용할 만큼 높아서는 안 된다. 본 발명의 특정 실시 예들에서, 펄스 사이클 주파수는 약 10마이크로세컨드부터 약 35마이크로세컨드까지의 기간을 주는, 약 30㎑부터 약 100㎑까지의 범위이다.
본 발명의 일 실시 예에서, 펄스 기간은 완화 시간을 초과한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 펄스 기간은 완화 시간의 적어도 5배이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 기간은 완화 시간의 적어도 10배이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 기간은 완화 시간의 적어도 20배이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 기간은 완화 시간의 적어도 30배이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 기간은 완화 시간의 적어도 40배이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 기간은 완화 시간의 적어도 50배이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스 기간은 완화 시간의 적어도 100배이다.
양성 펄스의 전연 및 음성 펄스의 전연 사이의 시간은 기간의 일부 분수이다. 본 발명의 일 실시 예에서, 양성 펄스의 전연 및 음성 펄스의 전연 사이의 시간의 양은 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형의 펄스들 사이에 어떤 오버랩도 존재하지 않는 것과 같이 선택된다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 양성 펄스의 전연 및 음성 펄스의 전연 사이의 시간은 기간의 적어도 ¼이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스의 전연 및 음성 펄스의 전연 사이의 시간은 기간의 적어도 ⅓이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스의 전연 및 음성 펄스의 전연 사이의 시간은 기간의 적어도 ½이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 펄스의 전연 및 음성 펄스의 전연 사이의 시간은 기간의 적어도 ¾이다.
과전압을 달성하기 위하여, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 배터리의 전압을 초과하여야만 한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 배터리의 전압보다 적어도 약 10% 이상 크다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 적어도 약 20% 이상 크다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 적어도 약 50% 이상 크다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 적어도 약 100% 이상 크다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 적어도 약 150% 이상 크다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 적어도 약 50% 이상 크다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭은 배터리의 전압보다 약 75%부터 약 125%까지 큰 범위이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭은 배터리의 전압보다 약 80%부터 약 120%까지 큰 범위이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭은 배터리의 전압보다 약 90%부터 약 110%까지 큰 범위이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭은 배터리의 전압의 약 두 배이다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들은 동일하지 않다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 양성 전압 펄스 파형과 음성 전압 펄스 파형의 펄스 기간 및 펄스 진폭들은 각각 과전압의 최대 가능한 범위가 배터리 및/또는 배터리의 사이클 수명의 최대 증가에 적용되는 것을 허용하도록 조절된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 측정 장치는 배터리의 전압을 제공하고 원하는 양의 과전압 또는 원하는 범위의 과전압을 달성하기 위하여 쌍극성 과전압 배터리 펄서에 의해 제공되는 양성 전압 펄스 파형 및 음성 전압 펄스 파형의 펄스들의 펄스 진폭들을 재설정하도록 구성되는 컨트롤러로의 피트백 측정을 제공한다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 또한 배터리의 전압의 측정을 제공하는, 컨트롤러 및 측정 장치를 포함할 수 있다. 배터리의 전압의 측정은 배터리의 상태를 확인하고 결정하기 위하여 컨트롤러에 의해 사용될 수 있다. 예를 들면, 배터리의 전압이 특정 값 미만일 때, 컨트롤러는 배터리가 충전 상태에 있는지를 확인하도록 논리적으로 구성된다. 만일 배터리의 전압이 특정 값을 초과하면, 컨트롤러는 배터리가 전전압 상태(full state)에 있는지를 확인하도록 논리적으로 구성된다. 다른 상태 확인들은 배터리의 전압뿐만 아니라 배터리의 전압의 방전 방향 및/또는 충전율을 기초로 하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 배터리의 온도와 같은 상태 결정에서 다른 측정들이 통합될 수 있다. 컨트롤러는 배터리의 전압 및/또는 다른 측정들을 기초로 하여 컨트롤러에 의해 확인되는 것과 같이, 배터리의 상태를 기초로 하여 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 활성화하거나 불활성화하도록 구성될 수 있다.
쌍극성 과전압 배터리 펄서는 특정 배터리와 직접적으로 통합되지 않는 독립형 장치일 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예들에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 배터리와 통합될 수 있다. 도 4는 배터리와 통합된 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 나타내는 본 발명의 일 실시 예의 배경도를 도시한다. 본 발명의 이러한 바람직한 실시 예는 연산 배터리(200)의 구조에 들어맞도록 디자인된 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)를 도시한다. 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)는 예를 들면, 플라스틱 합금과 같은 장벽의 사용에 의해, 연산 배터리(200)의 전해질로부터 분리된다. 이러한 바람직한 실시 예에서, 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 내부적으로, 양성 배터리 터미널들(202) 및 음성 배터리 터미널들(204)과 연결된다.
이러한 바람직한 실시 예가 연산 배터리(200)와 통합된 쌍극성 과전압 배터리 펄서(1)를 설명하였으나, 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 사용은 단지 이러한 형태의 배터리에만 한정되지 않는다. 오히려 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 또한 다른 형태의 충전용 배터리와 함께 사용되거나 또는 통합될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서, 본 발명의 장치 및 방법은 연산 배터리를 다룰 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법을 기초로 한 현상은 다른 형태의 배터리들을 처리하는데 유용할 수 있는데, 이러한 배터리들은 본 발명의 장치 및 방법의 적용에 의해 배터리의 전체 수명의 유지와 향상을 가능하게 했던 배터리 용량의 범위에서의 향상을 실현할 수 있는 것과 같은 특징들을 갖는다. 물론, 이러한 다른 형태의 배터리들을 위하여 펄스 사양뿐만 아니라 본 발명의 장치 및 방법과 관련된 다른 파라미터들이 이러한 다른 형태의 배터리들에 특정된 재료들의 특성에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 본 발명의 장치 및 방법은 다른 형태의 배터리들(즉, 비연산 배터리)을 취급할 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법이 사용될 수 있는 비연산 배터리들의 비제한적인 예들은 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 황산 리튬 배터리, 티탄산 리튬((lithium titanate) 배터리, 인산 철 리튬(lithium iron phosphate) 배터리, 박막 재충전용 리튬 배터리, 니켈 메탈 수소 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 재충전용 알칼리 배터리, 산화 은(silver oxide) 배터리, 나트륨 황(sodium sulfur) 배터리, 바나듐 레독스(vanadium redox) 배터리, 및 본 발명의 적용을 위하여 현재 알려져 있거나 뒤에 발명될 모든 형태의 재충전용 배터리를 포함한다.
도 5는 블록 다이어그램을 통하여 도시된 것과 같이, 복수의 상극성 과전압 배터리 펄서가 어떻게 단일 전원장치 또는 배터리 팩에서 상응하는 배터리들의 수로 통합될 수 있는지를 나타내는, 본 발명의 일 실시 예이다. 배터리 팩(310) 내의 각각의 배터리들(320, 322, 324, 326)은 상응하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서들(310, 312, 314, 316)을 갖는다. 배터리 팩(310) 내의 배터리들(320, 322, 324, 326)은 충전기(310)에 의해 충전된다. 쌍극성 과전압 배터리 펄서들(310, 312, 314, 316)은 컨트롤러(340)를 구비한다. 컨트롤러(340)는 어느 때든 작동중인 하나 이상의 쌍극성 과전압 배터리 펄서(301, 312, 314, 316)를 가짐으로써 높은 터미널들 전압이 경험되지 않도록 보장하기 위하여 배터리들(320, 322, 324, 326)의 작동 기간에 걸쳐 각각의 쌍극성 과전압 배터리 펄서(310, 312, 314, 316)를 활성화하고 그리고 나서 불활성화하는 주기로 순환한다.
본 발명의 또 다른 양상은 배터리의 사이클 수명을 증가시키거나 및/또는 배터리가 용량을 유지하도록 허용하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예는 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서의 사용으로 배터리를 처리하기 위한 방법을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 어느 때든 하나 이하의 쌍극성 과전압 배터리 펄서가 과전압을 적용하는 것과 같이 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 제어하는 단계를 포함하는, 각각 본 발명의 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 갖는, 배터리 팩 내의 복수의 배터리를 처리하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예는 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 제공하는 단계, 및 배터리의 터미널들을 가로질러 교대로 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 적용하는 단계를 포함한다. 이러한 실시 예에 따라, 방법은 배터리의 터미널들을 가로질러 병합된 파형들을 적용하는 단계에 앞서 부가적으로 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 펄스된 전압 파형으로 병합하는 단계를 포함한다. 본 발명의 특정 실시 예들에서, 양으로 펄스된 전압 파형은 단일의 양으로 펄스된 전압을 가지며 음으로 펄스된 전압 파형은 단일의 음으로 펄스된 전압을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 방법은 부가적으로 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 증폭하는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 방법은 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형을 증폭하는 단계에 부가적으로 또는 대안으로서 펄스된 전압 파형을 증폭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 방법은 부가적으로 펄스된 전압을 생성하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명의 이러한 실시 예에 따라, 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스된 전압을 생성하는 단계는 펄스된 전압을 발생시키는 단계 및 펄스된 전압을 교대로 관통 펄스된 전압 및 역으로 펄스된 전압으로 처리하는 단계를 포함하는데, 관통 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 어느 하나이며, 역으로 펄스된 전압은 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압 중의 나머지 하나이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 펄스된 전압을 생성하는 단계는 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 각각 양으로 펄스된 전압 형태 및 음으로 펄스된 전압 형태로 형성하는 단계 및 양으로 펄스된 전압 형태의 분포 및 음으로 펄스된 전압 형태의 분포를 각각 양으로 펄스된 전압 파형 및 음으로 펄스된 전압 파형으로 타이밍하는 단계를 포함한다.
도 6은 본 발명의 장치 및 방법에 따라 처리된(400) 연산 배터리를 위한 방전 시간 대 그렇게 처리되지 않은(400) 연산 배터리를 위한 방전 시간을 도시한 전계도를 제공한다. 도시된 그래프에서와 같이, 연산 배터리를 방전하기 위한 시간의 양은 본 발명의 방법 및/또는 장치를 사용함으로써 약 150% 이상 확장되었으며, 이는 효율적으로 증가된 배터리 용량을 야기한다.
도 7은 처리되지 않은(430) 연산 배터리를 위한 방전 시간들 대 충전/방전 사이클의 수와 비교하여 본 발명의 방법 및/또는 장치에 따라 처리된(420) 연산 배터리를 위한 방전 시간들 대 충전/방전 사이클의 수의 전계도를 제공한다. 그래프는 본 발명의 방법 및/또는 장치에 의해 처리된 연산 배터리의 전체 수명이 그렇게 처리되지 않은 연산 배터리와 비교하여 약 1.7 및 약 2.2 사이의 인자에 의해 확장된 것을 나타낸다.
이러한 테스트들은 본 발명의 장치 및 방법이 사이클 수명의 증가시키고 연산 배터리의 용량의 유지를 향상시키는데 효율적이라는 것을 나타내나, 본 발명의 본질적인 이론은 또한 여기에 제공된 비제한적 예들의 다른 비연산 배터리들에도 적용가능하다.
여기에 설명된 본 발명의 많은 변형 및 다른 실시 예들은 여기서의 설명 및 관련 도면들에서 나타낸 기술들의 장점을 갖는 본 발명과 관련된 통상의 지식을 가진 자들에게 이해될 것이다. 통상의 지식을 가진 자들은 그것들의 광범위한 발명 개념을 벗어나지 않고 여기에 설명된 실시 예들에 변경들이 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시 예들에 한정하지 않는 것으로 이해하여야 하며, 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 것과 같이 본 발명의 정신 및 범위 내에서 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.
1 : 쌍극성 과전압 배터리 펄서
20 : 펄스 발생기
22 : 마이크로컨트롤러
24 : 아날로그-디지털 변환기
26 : 전압 모니터링
28 : 온/오프 제어 논리
30 : 상태 발광 다이오드
32 : 양으로 펄스된 전압 드라이버
34 : 양으로 펄스된 전압 파형
36 : 음으로 펄스된 전압 드라이버
38 : 음으로 펄스된 전압 파형
40 : 양성 전압 증폭기
42 : 음성 전압 증폭기
44 : 전원장치
46 : 양으로 펄스된 전압 파형
48 : 음으로 펄스된 전압 파형
50 : 펄스된 전압 분배기
52 : 펄스된 전압 파형
100 : 5-볼트 공급원
102 : 전원 유도자
106 : 2차 유도자
108 : 리셋 입력
110 : 양성 전압 펄스
112 : 음성 전압 펄스
120 : 펄스된 전압 드라이버
122 : 집적회로
126 : 저항기
128 : 다이오드
130 : 부트스트랩 커패시터
132 : 유동 전압 기준
134 : 양으로 펄스된 전압 파형
136 : 음으로 펄스된 전압 파형
140 : 출력 단계
200 : 연산 배터리
202 : 양성 배터리 터미널들
204 : 음성 배터리 터미널들
310 : 배터리 팩
310, 312, 314, 316 : 쌍극성 과전압 배터리 펄서
320, 322, 324, 326 : 배터리
340 : 컨트롤러

Claims (27)

  1. 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하도록 구성되는 펄스 발생기;
    상기 양으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형으로 변환하도록 구성되는 양으로 펄스된 전압 드라이버;
    상기 음으로 펄스된 전압을 음으로 펄스된 전압 파형으로 변환하도록 구성되는 음으로 펄스된 전압 드라이버; 및
    상기 양으로 펄스된 전압 파형 및 상기 음으로 펄스된 파형을 펄스된 전압 파형으로 병합하고 배터리의 터미널들을 가로질러 상기 펄스된 전압 파형을 적용하도록 구성되는 펄스 전압 분배기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  2. 제 1항에 있어서, 마이크로컨트롤러를 더 포함하며, 상기 펄스 발생기는 상기 마이크로컨트롤러 내에 구성되는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 펄스 발생기는 상기 양으로 펄스된 전압을 발생시키도록 구성되는 양성 펄스 발생기 및 상기 음으로 펄스된 전압을 발생시키도록 구성되는 음성 펄스 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  4. 제 1항에 있어서, 교류 인버터 스위치를 포함하고, 상기 교류 인버터 스위치는 상기 펄스된 전압을 관통 펄스된 전압 및 역으로 펄스된 전압으로 교대로 처리하며, 상기 관통 펄스된 전압은 상기 양으로 펄스된 전압 및 상기 음으로 펄스된 전압 중의 어느 하나이고 상기 역으로 펄스된 전압은 상기 양으로 펄스된 전압 및 상기 음으로 펄스된 전압 중의 나머지 하나인 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 양으로 펄스된 전압 드라이버 및 상기 음으로 펄스된 전압 드라이버는 각각:
    펄스 정형기; 및
    타이밍 발생기;를 포함하되,
    상기 펄스 정형기 및 상기 타이밍 발생기는 펄스된 전압을 펄스된 전압 파형으로 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 양으로 펄스된 전압 파형을 증폭하도록 구성되는 양성 전압 증폭기; 및
    상기 음으로 펄스된 전압 파형을 증폭하도록 구성되는 음성 전압 증폭기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 펄스된 전압 파형은 전연과 양성 펄스 진폭을 갖는 적어도 하나의 양성 전압 펄스 및 뒤이어 뒷전과 음성 펄스 진폭을 갖는 적어도 하나의 음성 전압 펄스를 포함하며, 상기 전연의 상승 시간 및 상기 뒷전의 상승 시간은 각각 상기 배터리의 전해질 용액의 완화 시간보다 작은 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전연의 상승 시간 및 상기 뒷전의 상승 시간은 완화 시간의 약 ⅓인 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 양성 펄스 진폭 및 상기 음성 펄스 진폭은 각각 상기 배터리의 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 양성 펄스 진폭 및 상기 음성 펄스 진폭은 각각 상기 배터리의 전압의 적어도 두 배인 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 펄스된 전압 파형은 상기 적어도 하나의 양성 전압 펄스의 펄스 폭 및 상기 적어도 하나의 음성 전압 펄스의 펄스 폭이 오버래핑하지 않는 것과 같이 펄스 사이클 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 양성 전압 펄스의 펄스 폭 및 상기 적어도 하나의 음성 전압 펄스의 펄스 폭은 각각 상기 완화 시간을 초과하는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  13. 제 1항에 있어서, 부가적으로:
    컨트롤러; 및
    상기 배터리의 전압을 측정하도록 구성되는 측정 장치;를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 배터리의 전압을 사용하여 상기 배터리의 상태를 확인하도록 구성되고; 및
    상기 컨트롤러는 상기 배터리의 상태를 기초로 하여 상기 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 활성화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 배터리는 연산 배터리 및 비연산 배터리 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 펄스된 전압 파형을 증폭하도록 구성되는 전압 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 쌍극성 과전압 배터리 펄서는 상기 배터리와 통합되는 것을 특징으로 하는 쌍극성 과전압 배터리 펄서.
  17. 배터리 팩의 복수의 배터리들을 처리하기 위한 방법에 있어서, 각각의 배터리는 쌍극성 과전압 배터리 펄서를 가지며, 하나 이하의 상기 쌍극성 과전압 배터리 펄서가 어느 때든 과전압을 적용하는 것과 같이 상기 쌍극성 과전압 배터리 펄서들을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 쌍극성 과전압 배터리 펄서는:
    양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하도록 구성되는 펄스 발생기;
    상기 양으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형으로 변환하도록 구성되는 양으로 펄스된 전압 드라이버;
    상기 음으로 펄스된 전압을 음으로 펄스된 전압 파형으로 변환하도록 구성되는 음으로 펄스된 전압 드라이버;
    상기 양으로 펄스된 전압 파형 및 상기 음으로 펄스된 파형을 펄스된 전압 파형으로 병합하고 배터리의 터미널들을 가로질러 상기 펄스된 전압 파형을 적용하도록 구성되는 펄스 전압 분배기;
    상기 양으로 펄스된 전압을 증폭하도록 구성되는 양성 전압 증폭기; 및
    상기 음으로 펄스된 전압을 증폭하도록 구성되는 음성 전압 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 복수의 배터리들을 처리하기 위한 방법.
  18. 단일의 양성 펄스를 갖는 양으로 펄스된 전압 파형 및 단일의 음성 펄스를 갖는 음으로 펄스된 전압 파형을 제공하는 단계; 및
    상기 양으로 펄스된 전압 파형 및 상기 음으로 펄스된 전압 파형을 배터리의 터미널들을 가로질러 교대로 펄스된 전압 파형으로 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 배터리의 터미널들을 가로질러 적용하는 단계에 앞서 상기 양으로 펄스된 전압 파형 및 상기 음으로 펄스된 전압 파형을 펄스된 전압 파형으로 병합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 양으로 펄스된 전압 파형 및 상기 음으로 펄스된 전압 파형을 배터리의 터미널들을 가로질러 교대로 펄스된 전압 파형으로 적용하는 단계는 연산 배터리 및 비연산 배터리 중의 어느 하나를 취급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 양으로 펄스된 전압 파형은 전연을 포함하고 상기 음으로 펄스된 전압 파형은 뒷전 및 음성 펄스 진폭을 가지며, 상기 전연의 상승 시간 및 상기 뒷전의 상승 시간은 각각 상기 배터리의 전해질 용액의 완화 시간보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하는 단계;
    상기 양으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형으로 변환하고 상기 음으로 펄스된 전압을 음으로 펄스된 전압 파형으로 변환하는 단계;
    상기 양으로 펄스된 전압 파형 및 상기 음으로 펄스된 전압 파형을 펄스된 전압 파형으로 병합하는 단계; 및
    배터리의 터미널들을 가로질러 펄스된 전압 파형을 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 양으로 펄스된 전압 파형, 상기 음으로 펄스된 전압 파형, 및 상기 펄스된 전압 파형 중의 적어도 하나를 증폭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 양으로 펄스된 전압 및 음으로 펄스된 전압을 생성하는 단계는:
    펄스된 전압을 발생시키는 단계; 및
    상기 펄스된 전압을 교대로 관통 펄스된 전압 및 역으로 펄스된 전압으로 처리하는 단계;를 포함하되,
    상기 관통 펄스된 전압은 상기 양으로 펄스된 전압 및 상기 음으로 펄스된 전압 중의 어느 하나이고, 상기 역으로 펄스된 전압은 상기 양으로 펄스된 전압 및 상기 음으로 펄스된 전압 중의 나머지 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 22항에 있어서, 상기 양으로 펄스된 전압을 양으로 펄스된 전압 파형으로 변환하고 상기 음으로 펄스된 전압을 음으로 펄스된 전압 파형으로 변환하는 단계는:
    상기 양으로 펄스된 전압 및 상기 음으로 펄스된 전압을 각각 양으로 펄스된 전압 형태 및 음으로 펄스된 전압 형태로 형성하는 단계; 및
    상기 양으로 펄스된 전압 형태의 분포 및 상기 음으로 펄스된 전압 형태의 분포를 상기 양으로 펄스된 전압 파형 및 상기 음으로 펄스된 전압 파형으로 타이밍하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 22항에 있어서, 상기 배터리의 터미널들을 가로질러 펄스된 전압 파형을 적용하는 단계는 연산 배터리 및 비연산 배터리 중의 어느 하나를 취급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 펄스된 전압 파형은 전연과 양성 펄스 진폭을 갖는 적어도 하나의 양성 전압 펄스 및 뒤이어 뒷전과 음성 펄스 진폭을 갖는 적어도 하나의 음성 전압 펄스를 포함하며, 상기 전연의 상승 시간 및 상기 뒷전의 상승 시간은 각각 상기 배터리의 전해질 용액의 완화 시간보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
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