KR20210037424A - 배터리를 평가하기 위한 방법 및 이를 지원하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20210037424A
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안성진
김길호
이재연
오부근
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 전원 공급부, 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 배터리가 완전히 방전된 상태에서, 상기 전원 공급부를 통하여, 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키고, 상기 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 상기 전원 공급부를 통하여, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하고, 상기 전원 공급부를 통하여, 상기 배터리가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키고, 및 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서, 상기 전원 공급부를 통하여, 상기 배터리가 완전히 방전되도록, 상기 1 C-rate로 상기 배터리를 방전시키도록 설정될 수 있다.

Description

배터리를 평가하기 위한 방법 및 이를 지원하는 전자 장치{METHOD FOR EVALUATING BATTERY AND ELECTRONIC DEVICE FOR SUPPORTING THE SAME}
본 발명의 다양한 실시예들은, 충전 중 배터리의 전압 변화량 및 충/방전효율에 기반하여 배터리의 상태에 대한 정보를 획득하기 위한 방법 및 이를 지원하는 전자 장치 에 관한 것이다.
배터리(예: 2차 전지)는 모바일 기기 또는 전기 자동차와 같은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 급속 충전의 요구가 증가하고 있으며, 급속 충전용/급속 방전용 배터리의 종류가 다양화되고 있다.
배터리가 충전 또는 방전되는 횟수가 증가될수록 배터리의 용량(capacity)은 점진적으로 감소될 수 있다(또는 전자 장치의 배터리의 수명이 점진적으로 열화될 수 있다). 배터리를 충전 및 방전시키는 동작을 수백 사이클(cycle)에 걸쳐 수행하는 동안 배터리의 용량 변화를 관측함으로써, 배터리의 안정성 또는 수명을 평가하고 있다.
배터리를 충전 및 방전시키는 동작을 수백 사이클에 걸쳐 수행하는 동안 배터리의 용량 변화를 관측함으로써, 배터리의 안정성 또는 수명을 평가하는 방법은, 장기간(예: 수개월)의 시간이 소요될 수 있다. 배터리를 장기간에 걸쳐서 평가한 후 개선된 배터리를 다시 평가하는 경우 추가적으로 수개월이 소요되며, 이에 따라, 배터리의 개발 적기를 놓칠 수 있다. 또한, 이러한 배터리 평가 방법은 배터리의 안정성을 정량적으로 분석하기 어려울 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 단기간(예: 약 1일 내지 3일)에 정량적으로 배터리의 안전성을 평가할 수 있는, 배터리를 평가하기 위한 방법 및 이를 지원하는 전자 장치에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 전원 공급부, 및 상기전원 공급부와 작동적으로 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 배터리가 완전히 방전된 상태에서, 상기 전원 공급부를 통하여, 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키고, 상기 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 상기 전원 공급부를 통하여, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하고, 상기 전원 공급부를 통하여, 상기 배터리가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키고, 및 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서, 상기 전원 공급부를 통하여, 상기 배터리가 완전히 방전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 방전시키도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법은, 배터리가 완전히 방전된 상태에서 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키는 동작, 상기 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하는 동작, 상기 배터리가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키는 동작, 및 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서, 상기 배터리가 완전히 방전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 방전시키는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리를 평가하기 위한 방법 및 이를 지원하는 전자 장치는, 장기간의 수명 평가 없이, 단기간에 배터리(예: 급속 충전용 배터리)의 안정성을 평가할 수 있다,
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리를 평가하기 위한 방법 및 이를 지원하는 전자 장치는, 단기간에 배터리의 안정성을 평가함으로써, 배터리의 개발 기간을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리를 평가하기 위한 방법 및 이를 지원하는 전자 장치는, 충전률(또는 방전률) 또는 배터리의 용량(state of charge) 별로 배터리의 부반응 수준을 정량화할 수 있다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 배터리를 평가하기 위한 환경을 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리를 평가하기 위한 전자 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리의 부반응 발생 유무에 따라 다르게 변화하는 전압을 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리를 평가하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리를 평가하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리를 평가하기 위한 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 서로 다른 배터리들의 충방전 효율들을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작에서 인가된 펄스의 횟수에 따른 배터리의 충방전 효율을 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 용량에 따른 사이클 별 충방전 효율을 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작에서 인가된 펄스의 횟수에 따른 배터리의 저항 변화를 나타내는 도면이다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 배터리를 평가하기 위한 환경을 나타내는 도면(100)이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에서, 배터리를 평가하기 위한 환경(또는 시스템)은, 전자 장치(101) 및 배터리(102)(또는 배터리 셀(battery cell))를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 배터리(102)를 충전 또는 방전시킬 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)는 케이블(103)을 통하여 연결된 배터리(102) (예: 배터리의 양극 및 음극 단자)로 정전류(constant current), 정전압(constant voltage), 또는 정전력(constant power)를 공급함으로써, 배터리(102)를 충전 또는 방전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 배터리 충방전기(cycler)로 지칭될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(102)는 충전 가능한 2차 전지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리(102)는, 리튬 이온(Li-ion) 전지, 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지, 리튬인산철(LiFePO4) 전지, 납 축전지(lead-acid accumulator), 니켈카드뮴(NiCd) 전지, 또는 니켈수소(NiMH) 전지를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 배터리(102)는 충전 또는 방전이 가능한 2차 전지는 모두 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 낮은 충전률 또는 방전률로 배터리를 충전 또는 방전(이하, '충방전'으로 지칭함)시키거나, 높은 충전률 또는 방전률로 배터리(102)를 충방전시킬 수 있다. 이하에서, 충전률 또는 방전률을 'C-rate'로 지칭하기로 한다.
일 실시예에서, 낮은 C-rate(예: 약 0.2 C-rate)로 배터리(102)를 충전시키는 동작은, 배터리를 일반 충전시키는 동작(또는 일반 충전)에 대응(또는 모사)될 수 있다. 일 실시예에서, 높은 C-rate(예: 약 2 C-rate)로 배터리(102)를 충전시키는 동작은, 배터리를 급속(또는 고속) 충전시키는 동작(또는 급속 충전)에 대응될 수 있다. 일 실시예에서, 낮은 C-rate로 배터리(102)를 충전시키는 동작은 지정된 C-rate 미만의 C-rate로 배터리(102)를 충전시키는 동작이고, 높은 C-rate로 배터리(102)를 충전시키는 동작은 상기 지정된 C-rate 이상의 C-rate로 배터리(102)를 충전시키는 동작일 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(102)의 충전 상태는 배터리의 SOC(state of charge : 충전 수준으로 0% 내지 100% )로 지칭될 수 있다. 배터리(102)의 SOC는 배터리의 현재 충전량 또는 충전 수준으로 지칭될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(102)를 낮은 C-rate로 충전(또는 방전)하는 경우(예: 일반 충전)에 비하여, 배터리(102)를 높은 C-rate로 충전(예: 급속 충전)하는 경우, 배터리(102)에 부반응이 발생할 가능성이 높을 수 있으며(또는 보다 많은 부반응이 발생할 수 있으며), 배터리(102)의 수명(state of health) 저하의 원인이 될 수 있다. 예를 들어, 높은 C-rate로 배터리(102)(예: 리튬 이온 전지)를 충전시키는 경우, 많은 양의 양이온(예: 리튬 이온(Li+))이 배터리(102)의 양극에서 음극 활물질(예: graphite) 입자로 이동하지만, 이동한 양이온이 음극 활물질 안으로 들어가는 속도의 한계로 인해, 이동한 양이온 중 일부는 음극 활물질로 유입되지 못하고, 음극 활물질 표면(또는 음극 표면)에 금속(예: 리튬(Li))으로 증착(또는 석출)될 수 있다. 음극 활물질 표면에 금속이 증착되는 현상은 리튬-플레이팅(Li-plating)으로 지칭될 수 있다. 음극 활물질 표면에 증착된 리튬은 전해액과 반응을 억제해주는 안정된 피막(보호막)을 형성하기 어려우므로 충전 동작 동안 지속적으로 배터리(102)의 전해액과 반응할 수 있고, 이 경우 전해액이 소모될 수 있다. 또한 음극 활물질 표면에서 리튬 이온이 배터리(102)의 전해액과 반응하는 동안, 리튬 이온과 전자 장치(101)로부터 배터리 충전을 위하여 공급된 전자들 중 일부의 전자가 반응하면서 리튬 화합물(부반응물)이 생성될 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(101)가 높은 C-rate로 배터리(102)를 충전하는 경우, 배터리(102)로 공급한 충전량에 비하여 배터리(102)가 실제로 충전된 충전량은 적을 수 있다. 다만, 전자 장치(101)가 높은 C-rate로 배터리(102)를 충전함에 따라, 배터리(102)로 공급한 충전량에 비하여 배터리(102)가 실제로 충전된 충전량이 적은 원인은 전술한 예시에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)가 높은 C-rate로 배터리(102)를 충전(또는 방전)시킴으로써 발생하는 부반응 수준은, 배터리 마다 다를 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 높은 C-rate로 배터리(102)를 충전시킴으로써 발생하는 부반응 수준은, 배터리의 종류, 배터리의 모델(model), 또는 배터리 제조사에 따라, 배터리 마다 다를 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)가 높은 C-rate로 배터리(102)를 충전(또는 방전)시킴으로써 발생하는 부반응 수준에 기반하여 배터리(102)(예: 배터리의 안전성 또는 배터리의 수명)를 평가할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는, 배터리(102)를 충전하는 동안, 지정된 횟수만큼, 높은 C-rate로 배터리(102)를 충전 및 방전시키는 동작을 반복적으로 수행함으로써, 단기간에 배터리의 부반응을 유도할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치(101)는, 배터리(102)가 완전히 방전된(fully discharged) 상태(또는 만방전 상태)에서 낮은 C-rate(이하, '제 1 C-rate'로 지칭함)로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다. 배터리(102)를 충전시킴에 따라 배터리(102)가 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 전자 장치(101)는, 지정된 횟수(예: 약 3회 내지 50회)로, 높은 C-rate(이하, '제 2 C-rate'로 지칭함)로 스텝(step) 형태의 전류를 제 1 용량(charge)만큼 배터리(102)로 공급(또는 인가)함으로써 배터리(102)를 충전시키고, 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급한 상기 제 1 용량과 동일한 용량만큼, 제 2 C-rate로 스텝 형태의 전류를 배터리(102)로부터 방출함으로써, 배터리(102)를 방전시킬 수 있다.
이하에서, 전자 장치(101)가, 지정된 횟수만큼, 제 2 C-rate로 배터리(102)를 충전 및 방전시키는 동작을 'zero-sum 충방전 동작'으로 지칭하기로 한다. zero-sum 충방전 동작은, 배터리(102)의 용량의 변화가 없도록 동일한 용량으로 배터리(102)를 충전 및 방전하는 동작일 수 있다. 전자 장치(101)는 zero-sum 충방전 동작을 수행한 후, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 충전(fully charge)시킬 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)는, 배터리(102)가 완전히 충전된 후, 배터리(102)가 완전히 방전되도록, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 방전시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 C-rate는 제 1 C-rate 보다 약 1.5 이상 클 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는, 제 2 C-rate로 배터리(102)를 충전 및 방전시키는 동작을 수행하는 횟수를 사용자 입력에 기반하여 지정할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)가 zero-sum 충방전 동작을 수행함으로써 배터리(102)의 부반응을 유도할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)가 제 1 C-rate 또는 제 2 C-rate로 배터리로 공급하는 전류는 정전류(constant current)일 수 있다. 이하에서, zero-sum 충방전 동작에서, 전자 장치(101)가 배터리(102)로 공급하는 정전류를 '펄스(pulse)'로 지칭하기로 한다. 예를 들어, zero-sum 충방전 동작에서, 전자 장치(101)는 제 2 C-rate로 배터리(102)로 충전을 위한 펄스를 인가하고, 충전을 위한 펄스 인가 후 제 2 C-rate로 방전을 위한 펄스를 인가할 수 있다.
일 실시예에서, zero-sum 충방전 동작에서, 충전을 위한 펄스를 인가함으로써 배터리(102)로 공급한 용량(charge)(또는 전하량)은, 방전을 위한 펄스를 인가함으로써 배터리(102)에서 추출한 용량과 동일할 수 있다.
전술한 예시에서, zero-sum 충방전 동작에서, 충전을 위한 펄스와 방전을 위한 펄스가 동일한 C-rate로 인가되는 것으로 설명하였지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, zero-sum 충방전 동작에서, 충전을 위하여 배터리(102)로 공급되는 용량과 방전을 위하여 배터리(102)로부터 방출되는 용량이 동일하도록, 전자 장치(101)는 충전을 위하여 제 1 시간 동안 제 3 C-rate의 펄스를 배터리(102)로 인가하고, 방전을 위하여 제 2 시간 동안 제 4 C-rate의 펄스를 배터리(102)로 인가할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)의 사용자(또는 관찰자)는, 충전 동작에 의한 배터리(102)의 부반응 수준을 평가하려고 하는 경우, 전자 장치(101)는 충전을 위하여 제 1 시간 동안 제 4 C-rate에 비하여 높은 제 3 C-rate(예: 약 2 C-rate)의 펄스를 배터리(102)로 인가하고, 방전을 위하여 제 1 시간 보다 긴 시간으로서 제 2 시간 동안 제 4 C-rate의 펄스를 인가할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)의 사용자는, 방전 동작에 의한 배터리(102)의 부반응 수준을 평가하려고 하는 경우, 전자 장치(101)는 충전을 위하여 제 1 시간 동안 제 3 C-rate의 펄스를 배터리(102)로 인가하고, 방전을 위하여 제 1 시간 보다 짧은 시간으로서 제 2 시간 동안 제 3 C-rate에 비하여 높은 제 4 C-rate의 펄스를 배터리(102)로 인가할 수 있다. 다만, 이하에서, 설명의 편의를 위하여, 충전을 위한 펄스와 방전을 위한 펄스가 동일한 C-rate로 인가되는 것을 가정하고 설명하기로 한다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는 zero-sum 충방전 동작을 수행함으로써 배터리(102)의 부반응을 유도하고, 유도된 배터리(102)의 부반응 수준을 측정함으로써 배터리(102)를 평가할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는, zero-sum 충방전 동작 수행 후, 배터리(102)를 완전히 충전하기까지, 배터리(102)로 공급한 용량을 산출함으로써, 배터리(102)의 부반응 수준을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 zero-sum 충방전 동작을 수행함에 따라 부반응이 발생하는 경우, 부반응이 발생하지 않는 경우에 비하여, zero-sum 충방전 동작 후 배터리(102)를 완전히 충전하기 위하여, 부반응에 의해 소모되는 전자의 양(또는 리튬-플레이팅에 의해 음극 활물질 표면에 증착되는 리튬의 양)에 대응하는 용량을 추가적으로 배터리(102)로 공급할 수 있다. 전자 장치(101)는, zero-sum 충방전 동작 수행 후, 배터리(102)를 완전히 충전하기까지, 배터리(102)로 공급한 용량이 클수록 배터리(102)에 발생한 부반응의 수준이 큰 것으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전하고, 제 2 C-rate에 기반하여 zero-sum 충방전 동작을 수행하고, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 충전시키는 동작을 순차적으로 수행하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)를 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 방전시킨 후 산출한 배터리(102)의 충방전 효율에 기반하여, 배터리(102)를 평가할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(102)의 충방전 효율(η) 은, 하기 수학식 1과 같이, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리(102)를 완전히 충전시키기 위하여 배터리(102)로 공급한 용량(또는 전하량)에 대한, 완전히 충전된 상태에 있는 배터리(102)를 완전히 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 추출한 용량(또는 완전히 충전된 상태에 있는 배터리(102)를 완전히 방전된 상태로 전환시키기 위하여 소모되는 용량)의 비율일 수 있다.
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일 실시예에서, 전자 장치(101)가 배터리(102)를 충전 또는 방전시키기 위하여 배터리(102)로 공급 또는 추출하는 용량은, 전자 장치(101)가 배터리(102)로 전류(예: 정전류)를 공급하는 시간 및 C-rate에 기반하여 산출될 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)가 zero-sum 충방전 동작을 수행함으로써 배터리(102)에서 발생하는 부반응 수준이 클수록 배터리(102)로 공급되는 용량이 크게 측정되기 때문에 배터리(102)의 충방전 효율은 낮게 산출될 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)의 사용자는 배터리(102)의 충방전 효율이 낮게 산출된 배터리일수록 안정성이 낮거나 수명이 짧은 배터리로 평가할 수 있다.
이하에서, 배터리(102)를 평가하기 위한 방법에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리를 평가하기 위한 전자 장치(101)를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작을 설명하기 위한 도면(300)이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 전자 장치(101)는, 전원 공급부(210), 프로세서(220), 및 메모리(230)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전원 공급부(210)는 배터리(102)로 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(210)는, 배터리(102)를 충전 또는 방전시키기 위하여, 배터리(102)로 정전류(또는 펄스)를 공급할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 예를 들어, 전원 공급부(210)는, 정전압 또는 정출력을 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 전원 공급부(210)는 zero-sum 충방전 동작 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(210)는, zero-sum 충방전 동작 동안, 제 2 C-rate로 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하고 충전을 위한 펄스 인가 후 제 2 C-rate로 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하는 동작을 지정된 횟수만큼 반복적으로 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)를 평가하기 위한 전반적인 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate(예: 약 0.2 C-rate)로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시키기 전 배터리(102)를 완전히 방전시키기 위한 동작을 수행할 수 있다. 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 후, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시키는 동작을 시작할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리 용량이 지정된 배터리 용량에 도달할 때까지 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에 있는 시간(t=0)부터 배터리(102)의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달하는 시간(t=t1)까지 제 1 C-rate(C1)로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다. 일 실시예에서, 지정된 배터리 용량은, 전자 장치(101)의 사용자(예: 배터리 평가를 수행하는 주체)에 의해 지정될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로 제 1 시간 동안 배터리(102)에 충전을 위한 펄스를 인가하고, 제 2 C-rate로 제 1 시간 동안 방전을 위한 펄스를 인가하는 동작을 지정된 횟수(예: 약 3회 내지 약 50회)만큼 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(220)는, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 2 C-rate(C2)로, 제 1 시간(예: 시간(t=t1)부터 시간(t=t2), 시간(t=t5)부터 시간(t=t6), 및 시간(t=t9)부터 시간(t=t10)) 동안, 충전을 위한 펄스를 인가하고, 제 2 C-rate(C3)로, 제 1 시간(예: 시간(t=t3)부터 시간(t=t4), 시간(t=t7)부터 시간(t=t8), 및 시간(t=t11)부터 시간(t=t12)) 동안, 방전을 위한 펄스를 인가하는 동작을 3회만큼 반복적으로 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 충전을 위한 펄스가 인가되는 제 2 C-rate(C2)의 크기(또는 절대 값) 및 방전을 위한 펄스가 인가되는 제 2 C-rate(C3)의 크기는 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 도 3 도시된 바와 같이, zero-sum 충방전 동작 동안, 충전을 위한 펄스를 인가하는 동작 및 방전을 위한 펄스를 인가하는 동작 사이에, 지정된 시간(또는 휴지기(resting period))(예: 시간(t=t2)부터 시간(t=t3), 시간(t=t4)부터 시간(t=t5), 시간(t=t6)부터 시간(t=t7), 시간(t=t8)부터 시간(t=t9), 및 시간(t=t10)부터 시간(t=t11)) 동안 펄스를 인가하기 않을 수 있다. 일 실시예에서, 충전을 위한 펄스를 인가하는 동작 및 방전을 위한 펄스를 인가하기 동작 사이에 펄스를 인가하지 않는 지정된 시간을 설정함으로써, 펄스에 의한 전압 변화를 보다 정확하게 관찰할 수 있다. 일 실시예에서, 충전을 위한 펄스를 인가하는 동작 및 방전을 위한 펄스를 인가하기 동작 사이에 펄스를 인가하지 않는 지정된 시간은 생략될 수 있다. 일 실시예에서, 도 3에 도시하지는 않았지만, zero-sum 충방전 동작을 시작하기 직전(예: 시간(t=t1) 직전) 지정된 시간 동안 또는 zero-sum 충방전 동작을 종료한 직후(예: 시간(t=t12) 직후) 지정된 시간 동안 중 적어도 하나의 시간 동안 휴지기가 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 도 3은 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스가 각각 배터리(102)로 3회 인가되는 것으로 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않으며, 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스가 각각 배터리(102)로 인가되는 횟수는 다양하게 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 충전을 위한 펄스에 의해 배터리로 공급되는 배터리 용량은 방전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)로부터 방출되는 배터리 용량은 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 2 C-rate(C2)로 시간(t=t1)부터 시간(t=t2), 시간(t=t5)부터 시간(t=t6), 및 시간(t=t9)부터 시간(t=t10) 각각 동안 배터리(102)로 인가되는 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 용량은, 제 2 C-rate(C3)로 시간(t=t3)부터 시간(t=t4), 시간(t=t7)부터 시간(t=t8), 및 시간(t=t11)부터 시간(t=t12) 각각 동안 배터리(102)로 인가되는 펄스에 의해 배터리(102)로부터 방출되는 용량은 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 충전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량 및 방전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로부터 방출되는 배터리 용량은, 지정될 수 있다. 예를 들어, 충전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량 및 방전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로부터 방출되는 배터리 용량은, 각각, 완전히 충전된 상태의 배터리 용량의 약 10%에 대응하는 용량으로 지정될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 충전 또는 방전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급 또는 방출되는 지정된 배터리 용량 및 C-rate에 기반하여, 배터리(102)로 펄스가 공급되는 시간이 결정(또는 지정)될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 충전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량이 완전히 충전된 상태의 배터리 용량의 약 10%로 지정되고, C-rate가 C2로 지정된 경우, 완전히 충전된 상태의 배터리 용량의 약 10%를 공급하기 위하여, C2의 충전율로 정전류를 배터리(102)로 인가하는 시간(예: 시간(t=t1)부터 시간(t=t2))이 결정(또는 지정)될 수 있다.
일 실시예에서, 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하기 위한 C-rate 및 배터리(102)를 비가역적으로 손상시킬 수 있는 전압에 기반하여, 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량 또는 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하는 시간이 지정될 수 있다. 예를 들어, 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하는 경우 배터리(102) 양단의 전압이 상승(또는 증가)되고, 방전을 위한 펄스를 배터리로 인가하는 경우 배터리 양단의 전압은 하강(또는 감소)할 수 있다. 배터리 양단의 전압이 상승 또는 하강함에 따라, 배터리 전압이 배터리(102)에 충전을 위한 펄스를 인가함으로써 지정된 제 1 전압(예: 만충전 상태의 전압)(이하, '고임계 전압'으로 지칭함) 이상이 되거나, 배터리(102)에 방전을 위한 펄스를 인가함으로써 지정된 제 2 전압(예: 방전 종지 전압, 또는 만방전 상태의 전압)(이하, '저임계 전압'으로 지칭함) 이하가 되는 경우, 배터리(102)는 비가역적으로 손상될 수 있다. 배터리(102)가 비가역적으로 손상되지 않도록, 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하기 위한 C-rate 및 배터리(102)를 비가역적으로 손상시킬 수 있는 전압(예: 고임계 전압 또는 저임계 전압 중 적어도 하나)에 기반하여, 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량 또는 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하는 시간이 지정(또는 조정)될 수 있다.
일 실시예에서, 도 3에서 충전을 위한 펄스가 인가되는 제 2 C-rate(C3)의 크기(또는 절대 값) 및 방전을 위한 펄스가 인가되는 제 2 C-rate(C4)의 크기가 동일한 것으로 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 1의 실시예들을 통하여 설명한 바와 같이, 충전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 용량과 방전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)에서 방출되는 용량이 동일하도록(또는 프로세서(220)가 충전을 위한 펄스에 의해 배터리로 공급하는 용량과 동일한, 방전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)로 공급에서 방출하는 용량을 공급하는 것을 전제로), 프로세서(220)는, 제 3 C-rate로 충전을 위한 펄스를 제 2 시간 동안 배터리(102)로 인가하고, 제 4 C-rate로 방전을 위한 펄스를 제 2 시간 보다 긴 제 3 시간 동안 배터리(102)로 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 도 3은 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가한 후 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하는 것으로 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리의 용량(예: 시간(t=t3)에서의 배터리 용량)에 기반하여, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저(또는 우선적으로) 배터리(102)로 인가하거나, 방전을 위한 펄스를 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가할 수 있다.
예를 들어, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리(102)의 용량이 제 1 배터리 용량(예: 약 10%에 해당하는 배터리 용량) 보다 작은 경우, 방전을 위한 펄스를 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가하는 경우 배터리(102)의 전압이 저임계 전압 이하로 떨어지지 않도록(또는 하강되지 않도록), 프로세서(220)는, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저 인가할 수 있다.
다른 예를 들어, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리(102)의 용량이 제 2 배터리 용량 보다 큰 경우, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가하는 경우 배터리(102)의 전압이 고임계 전압 이상으로 올라가지 않도록(또는 상승되지 않도록), 프로세서(220)는, 방전을 위한 펄스를 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리(102)의 용량이 상기 제 1 배터리 용량 및 제 2 배터리 용량 사이에 해당하는 경우, 프로세서(220)는, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가하거나, 방전을 위한 펄스를 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 수행한 후, 배터리(102)가 완전히 충전되도록, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate(C1)로 시간(예: 시간(t=t12) 내지 시간(t=t13)) 동안 배터리(102)가 완전히 충전되도록, 배터리(102)를 충전시킬 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(220)는 배터리(102) 충전 동작을 완료하기 전에 정전압(CV, constant voltage) 모드로 충전하는 동작을 수행할 수 있다. 프로세서(220)는 최초 zero-sum pulse 전과 최종 zero-sum pulse 후에 전류를 0으로 하여 OCV 구간을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 충전된 후, 배터리(102)를 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 방전시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate(C4)로 시간(예: 시간(t=t13) 내지 시간(t=t14)) 동안 배터리(102)가 완전히 방전되도록, 배터리(102)를 방전시킬 수 있다. 일 실시예에서, 충전을 위하여 이용되는 제 1 C-rate(C1)의 크기(또는 절대 값) 및 방전을 위하여 이용되는 제 1 C-rate(C4)의 크기는 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전하고, 제 2 C-rate에 기반하여 zero-sum 충방전 동작을 수행하고, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 충전시키는 동작을 순차적으로 수행하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)를 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 방전시킨 후, 배터리(102)의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 도 3을 참조하면, 배터리의 충방전 효율로서, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리(102)를 완전히 충전시키기 위하여 배터리(102)로 공급한 용량(또는 전하량)(예: 시간(t=0)부터 시간(t=t1) 및 시간(t=t12)부터 시간(t=t13)까지 배터리(102)로 공급한 용량)에 대한 완전히 충전된 상태에 있는 배터리(102)를 완전히 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 추출한 용량(예: 시간(t=t13)부터 시간(t=t14)까지 배터리(102)로 공급한 용량)의 비율을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작 동안, 충전을 위한 펄스들에 의해 배터리(102)로 공급한 용량 및 방전을 위한 펄스들에 의해 배터리(102)에서 추출한 용량은 고려함 없이, 배터리(102)의 충방전 효율을 산출할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 메모리(230)는, 배터리(102)를 평가하는 동작을 수행하는 동안 산출되는 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(230)는, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 시점의 배터리 용량 또는 zero-sum 충방전 동작을 수행한 직후 시점의 배터리 용량 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 다만, 메모리(230)가 저장하는 정보는 전술한 예시에 제한되지 않는다.
도 2에 도시하지는 않았지만, 일 실시예에서, 전자 장치(101)는 추가적으로 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)는, 시간에 따라 변화하는, 배터리로 인가되는 전류, 배터리 양단에서 측정되는 전압, 또는 배터리(102)로 공급되는 용량 중 적어도 하나를 출력하기 위한 장치(예: 디스플레이)를 더 포함할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리의 부반응 발생 유무에 따라 다르게 변화하는 전압을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 도 4는 충전을 위한 하나의 펄스 및 방전을 위한 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우, 배터리(102)의 부반응 발생 유무에 따라, 다르게 변화하는 전압을 나타내는 도면일 수 있다.
일 실시예에서, 도 4의 그래프(410)는, 충전을 위한 하나의 펄스 및 방전을 위한 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우, 배터리(102)에 부반응이 발생하지 않은 경우에 있어서 전압 변화를 나타내는 도면일 수 있다.
일 실시예에서, 도 4의 그래프(420)는, 충전을 위한 하나의 펄스 및 방전을 위한 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우, 충전을 위한 하나의 펄스 인가에 의해 배터리(102)에 부반응이 발생한 경우에 있어서 전압 변화을 나타내는 도면일 수 있다.
일 실시예에서, 도 4의 그래프들(410, 420) 각각은, 도 3에서 충전을 위한 하나의 펄스 및 방전을 위한 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우(예: 시간(t=t1)부터 시간(t=t4), 시간(t=t5)부터 시간(t=t8), 또는 시간(t=t9)부터 시간(t=t12) 중 어느 하나의 시간 구간에서 충전을 위한 하나의 펄스 및 방전을 위한 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우), 시간에 따라 변화하는 전압을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(410)에서, 전압(V)은 배터리 양단의 폐회로 전압 (closed circuit voltage)(또는 폐루프 전압(closed loop voltage))을 나타내고, 전압들(V1 또는 V4)은 배터리 양단의 개회로 전압(open circuit voltage)(또는 개루프 전압(open loop voltage)을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 그래프(410)에서, 전압들 간 차이들(V2-V1 또는 V4-V5)은 배터리(102)의 저항(또는 DCIR(direct current internal resistance)에 의해 발생하는 전압을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(410)에서, 시간 동안(예: 시간(t=t0)부터 시간(t=t15)까지의 시간 구간 동안) 충전을 위한 펄스가 배터리(102)로 인가되는 경우, 배터리(102)의 전압(V)은 전압(V1)으로부터 전압(V2)를 거쳐 전압(V3)으로 상승할 수 있다. 펄스가 배터리(102)로 인가되지 않는 시간 동안(예: 시간(t=t15)부터 시간(t=t16)까지의 시간 구간 동안)(또는 휴지기 동안), 배터리(102)의 전압(V)은 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가한 후의 개회로 전압으로서 전압(V4)에 도달할 수 있다. 시간 동안(예: 시간(t=t16)부터 시간(t=t17)까지의 시간 구간 동안) 방전을 위한 펄스가 배터리(102)로 인가되는 경우, 배터리(102)의 전압(V)은 전압(V4)으로부터 전압(V5)를 거쳐 전압(V6)으로 하강할 수 있다. 펄스가 배터리(102)로 인가되지 않는 시간 동안(예: 시간(t=t17)부터 시간(t=t18)까지의 시간 구간 동안)(또는 휴지기 동안) 배터리(102)의 전압(V)은 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가한 후의 개회로 전압으로서 전압(V1)에 도달할 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(410)에 도시된 바와 같이, 충전을 위한 하나의 펄스 및 방전을 위한 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우, 배터리(102)에 부반응이 발생하지 않은 경우에 있어서, 충전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V3-V1)가 방전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V4-V6)가 동일하기 때문에, 충전을 위한 펄스 인가 전의 개회로 전압(V1) 및 방전을 위한 펄스 인가 후의 개회로 전압(V1)은, 휴지시간이 충분히 긴 경우 서로 동일할 수 있으며(또는 동일하게 유지될 수 있다), 휴지시간이 짧을 경우 평행에 도달하는 시간차이로 인해 서로 차이가 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(410)에서, 시간 동안(예: 시간(t=t0)부터 시간(t=t15)까지의 시간 구간 동안) 충전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V3-V1)에 대응하는 용량만큼 배터리(102)가 충전되고, 시간 동안(예: 시간(t=t16)부터 시간(t=t17)까지의 시간 구간 동안) 방전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V4-V6)에 대응하는 용량만큼 배터리(102)가 방전될 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(410)에서, 시간 동안(예: 시간(t=t0)부터 시간(t=t15)까지의 시간 구간 동안) 배터리(102)가 충전되는 용량은, 충전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V3-V1)에 대응될 수 있고, 시간 동안(예: 시간(t=t16)부터 시간(t=t17)까지의 시간 구간 동안) 배터리(102)가 방전되는 용량은, 방전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V4-V6)에 대응될 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(410)에서, 시간 동안(예: 시간(t=t0)부터 시간(t=t15)까지의 시간 구간 동안) 충전되는 용량과 시간 동안(예: 시간(t=t16)부터 시간(t=t17)까지의 시간 구간 동안) 방전되는 용량은 동일하기 때문에, 충전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V3-V1)와 방전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V4-V6)는 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(420)에서, 전압(V)은 배터리 양단의 폐회로 전압을 나타내고, 전압들(V1, V8, 또는 V11)은 배터리 양단의 개회로 전압을 나타낼 수 있다. 전압들(V1, V8, 또는 V11)은 시간이 경과함에 따라 평행에 수렴할 수 있다. 일 실시예에서, 그래프(420)에서, 전압들 간 차이들(V2-V1 또는 V8-V9)은 배터리(102)의 저항에 의해 발생하는 전압을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(420)에서, 시간 동안(예: 시간(t=t0)부터 시간(t=t15)까지의 시간 구간 동안) 충전을 위한 펄스가 배터리(102)로 인가되는 경우, 배터리(102)의 전압(V)은 전압(V1)으로부터 전압(V2)를 거쳐 전압(V7)으로 상승할 수 있다. 일 실시예에서, 전압(V7)은 그래프(410)의 전압(V3) 보다 작을(또는 낮을) 수 있다. 펄스가 배터리로 인가되지 않는 시간 동안(예: 시간(t=t15)부터 시간(t=t16)까지의 시간 구간 동안)(또는 휴지기 동안), 배터리(102)의 전압(V)은 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가한 후의 개회로 전압으로서 전압(V8)에 도달할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 차이(예: V1-V8)는 그래프(410)의 전압 차이(예: V1-V4)는 서로 상이할 수 있다. 예를 들면, 그래프(420)에서 부반응이 많이 발생할수록 전압(V8)이 낮아질 수 있으며, 그래프(420)의 전압 차이(V1-V8)는 그래프(410)의 전압 차이(V1-V4) 보다 작아질 수 있다. 일 실시예에서, 시간 동안(예: 시간(t=t16)부터 시간(t=t17)까지의 시간 구간 동안) 방전을 위한 펄스가 배터리(102)로 인가되는 경우, 배터리(102)의 전압(V)은 전압(V8)으로부터 전압(V9)을 거쳐 전압(V10)으로 하강할 수 있다. 일 실시예에서, 전압(V10)은, 전압 차이(예: V10-V8)는 그래프(410)의 전압 차이(예: V6-V4)와 상당히 동일하고, 전압(V8)이 그래프(410)의 전압(V4) 보다 작기 때문에, 전압(V6) 보다 작을 수 있다. 펄스가 배터리(102)로 인가되지 않는 시간 동안(예: 시간(t=t17)부터 시간(t=t18)까지의 시간 구간 동안)(또는 휴지기 동안) 배터리(102)의 전압(V)은 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가한 후의 전압으로서 전압(V11)에 도달할 수 있다. 일 실시예에서, 전압(V11)은, 전압 차이(예: V11-V10)가 그래프(410)의 전압 차이(예: V1-V6)와 상당히 동일하고 전압(V10)이 전압(V6) 보다 작기 때문에, 그래프(410)의 전압(V1) 보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(420)에 도시된 바와 같이, 충전을 위한 하나의 펄스 및 방전을 위한 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우, 배터리(102)에 부반응(예: 충전을 위한 펄스를 인가함으로써 발생하는 부반응)이 발생한 경우에 있어서, 충전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V7-V1)가 방전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V8-V10) 보다 작기 때문에, 충전을 위한 펄스 인가 전의 개회로 전압(V1)은 방전을 위한 펄스 인가 후의 개회로 전압(V11) 보다 낮을 수 있다(또는 낮게 변화할 수 있다).
일 실시예에서, 그래프(420)에서, 시간 동안(예: 시간(t=t0)부터 시간(t=t15)까지의 시간 구간 동안) 충전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V7-V1)에 대응하는 용량만큼 배터리(102)가 충전되고, 시간 동안(예: 시간(t=t16)부터 시간(t=t17)까지의 시간 구간 동안) 방전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V8-V10)에 대응하는 용량만큼 배터리(102)가 방전될 수 있다. 일 실시예에서, 그래프(420)에서, 충전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V7-V1)가 방전을 위한 펄스에 의해 변화하는 전압 차이(V8-V10) 보다 작기 때문에, 시간 동안(예: 시간(t=t0)부터 시간(t=t15)까지의 시간 구간 동안) 충전되는 용량은 시간 동안(예: 시간(t=t16)부터 시간(t=t17)까지의 시간 구간 동안) 방전되는 용량 보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 도 4는 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우 배터리에서 부반응이 발생한 경우를 예시하고 있지만, 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가한 경우 배터리(102)에서 부반응이 발생한 경우에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
도 4에 도시하지는 않았지만, 일 실시예에서, 그래프들(410, 420)에 있어서, 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가 후의 최대 전압(V3)이 고임계 전압 보다 낮고 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가 후의 최저 전압(V10)이 저임계 전압 보다 낮도록, 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스가 배터리(102)로 인가될 수 있다.
도 4에서는 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가하는 것으로 도시하고 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 방전을 위한 펄스가 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가될 수도 있다.
도 5는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리를 평가하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에서, 그래프(510) 및 그래프(520)는 각각, 배터리(102)에 대한 충방전 동작을 3 사이클(cycle)(또는 3회)에 걸쳐 수행함에 따라, 배터리(102)로 인가되는 전류 및 전압의 시간에 따른 변화를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 첫 번째 충방전 사이클(이하, '제 1 사이클'로 지칭함)은, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 충전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리로 인가하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)에서 추출하는 충방전 동작을 수행하는 사이클일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 사이클에서(예: 시간 구간(A)에서), 시간 구간(A1) 동안 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 충전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로 인가하고, 시간 구간(A2) 동안 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)에서 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 사이클은, A1 구간에서의 동작이 종료되기 전, CV 모드로 충전하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate 및 시간 구간(A1)(또는 시간 구간(A1)의 크기)에 기반하여, 제 1 사이클에서 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리로 공급하는 용량(또는 충전 용량)을 산출하고, 제 1 C-rate 및 시간 구간(A2)(또는 시간 구간(A2)의 크기)에 기반하여, 제 1 사이클에서 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 방출하는 용량(또는 방전 용량)을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 사이클에서, 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량 및 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 방출하는 용량에 기반하여, 제 1 사이클의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 두 번째 충방전 사이클(이하, '제 2 사이클'로 지칭함)은, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리 용량이 지정된 용량에 도달할 때까지 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시키고, 배터리 용량이 지정된 용량에 도달한 경우 제 2 C-rate에 기반하는 zero-sum 충방전 동작을 수행하고, 배터리(102)가 완전히 충전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로 인가하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)에서 추출하는 사이클일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 사이클에서(예: 시간 구간(B)에서), 시간 구간(B1) 동안 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리 용량이 지정된 용량에 도달할 때까지 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전하고, 배터리 용량이 지정된 용량에 도달한 경우 시간 구간(B2) 동안 제 2 C-rate에 기반하는 zero-sum 충방전 동작을 수행하고, 배터리(102)가 완전히 충전되도록 시간 구간(B3) 동안 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로 인가하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 시간 구간(B4) 동안 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)에서 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 사이클은, B3 구간에서의 동작이 종료되기 전, CV 모드로 충전하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate, 시간 구간(B1), 및 시간 구간(B3)에 기반하여, 제 2 사이클에서 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량(또는 충전 용량)을 산출하고, 제 1 C-rate 및 시간 구간(B4)에 기반하여, 제 2 사이클에서 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 방출하는 용량(또는 방전 용량)을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 2 사이클에서, 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량 및 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 방출하는 용량에 기반하여, 제 2 사이클의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 사이클은, 전술한 도 1 내지 도 4를 통하여 설명한 zero-sum 충방전 동작을 포함하는 사이클일 수 있다.
일 실시예에서, 세 번째 충방전 사이클(이하, '제 3 사이클'로 지칭함)은, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 충전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로 인가하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)에서 추출하는 충방전 동작을 수행하는 사이클일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 3 사이클에서(예: 시간 구간(C)에서), 시간 구간(C1) 동안 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 충전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로 인가하고, 시간 구간(C2) 동안 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)에서 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 사이클은, C1 구간에서의 동작이 종료되기 전, CV 모드로 충전하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate 및 시간 구간(C1)에 기반하여, 제 3 사이클에서 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량(또는 충전 용량)을 산출하고, 제 1 C-rate 및 시간 구간(C2)에 기반하여, 제 3 사이클에서 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 방출하는 용량(또는 방전 용량)을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 3 사이클에서, 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량 및 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 방출하는 용량에 기반하여, 제 3 사이클의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 사이클의 zero-sum 충방전 동작을 통하여 배터리(102)에 부반응이 발생한 경우, 제 2 사이클에서 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급한 용량은, 제 1 사이클에서 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급한 용량 및 제 3 사이클에서 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급한 용량 각각 보다 많을 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 사이클의 zero-sum 충방전 동작을 통하여 배터리(102)에 부반응이 발생한 경우, 제 2 사이클에서 배터리(102)를 충전하는 시간 구간에서 zero-sum 충방전 동작을 수행하는 시간을 제외한 시간 구간(예: 시간 구간(B1) 및 시간 구간(B3)를 합산한 시간 구간)은, 제 1 사이클에서 배터리(102)를 충전하는 시간 구간(예: 시간 구간(A1)) 및 제 3 사이클에서 배터리(102)를 충전하는 시간 구간(예: 시간 구간(C1)) 각각 보다 길 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 사이클의 zero-sum 충방전 동작을 통하여 배터리(102)에 부반응이 발생하지 않은 경우, 제 2 사이클에서 배터리(102)를 충전하는 시간 구간에서 zero-sum 충방전 동작을 수행하는 시간을 제외한 시간 구간(예: 시간 구간(B1) 및 시간 구간(B3)를 합산한 시간 구간)은, 제 1 사이클에서 배터리(102)를 충전하는 시간 구간(예: 시간 구간(A1)) 및 제 3 사이클에서 배터리(102)를 충전하는 시간 구간(예: 시간 구간(C1)) 각각과 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 사이클의 zero-sum 충방전 동작을 통하여 배터리(102)에 부반응이 발생한 경우, 제 2 사이클의 충방전 효율은, 제 1 사이클의 충방전 효율 및 제 3 사이클의 충방전 효율 각각 보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 사이클의 zero-sum 충방전 동작을 통하여 배터리(102)에 부반응이 발생하지 않은 경우, 제 2 사이클의 충방전 효율은, 제 1 사이클의 충방전 효율 및 제 3 사이클의 충방전 각각과 상당히 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)(또는 전자 장치(101)의 사용자)는, 제 1 사이클의 충방전 효율, 제 2 사이클의 충방전 효율, 및 제 3 사이클의 충방전 효율에 기반하여, 배터리(102)를 평가할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 제 2 사이클의 충방전 효율 및 제 1 사이클의 충방전 효율 간 차이, 또는 제 2 사이클의 충방전 효율 및 제 3 사이클의 충방전 효율 간 차이 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 프로세서(220)는, 제 2 사이클의 충방전 효율 및 제 1 사이클의 충방전 효율 간 차이, 또는 제 2 사이클의 충방전 효율 및 제 3 사이클의 충방전 효율 간 차이 중 적어도 하나가 클수록, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도(또는 수준)가 큰 것으로 결정할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 2 사이클의 충방전 효율에 기반하여 배터리(102)를 평가할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 제 2 사이클의 충방전 효율이 낮을수록 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도가 큰 것으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)(또는 전자 장치(101)의 사용자)는, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도에 기반하여, 배터리(102)의 안정성 또는 배터리(102)의 수명을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도가 작을수록, 배터리(102)가 높은 안정성을 가지거나 배터리의 수명이 긴 것으로 결정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)는, 전원 공급부(210), 및 프로세서(220)를 포함하고, 상기 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서, 상기 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키고, 상기 배터리(102)의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 상기 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리(102)를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하고, 상기 전원 공급부(210)를 통하여, 상기 배터리(102)가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키고, 및 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서, 상기 전원 공급부(210)를 통하여, 상기 배터리(102)가 완전히 방전되도록, 상기 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 방전시키도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate은, 각각, 상기 제 2 시간 및 상기 제 3 C-rate와 동일할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 프로세서(220)는, 상기 지정된 배터리 용량에 따라, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시킨 후 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키거나, 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시킨 후 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 지정된 횟수는 사용자에 의해 지정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 프로세서(220)는, 상기 배터리(102)의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달할 때까지 상기 배터리(102)로 공급한 제 2 용량, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시킨 후 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키기 위하여 상기 배터리(102)로 공급한 제 3 용량, 및 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키기 위하여 상기 배터리(102)로 공급한 제 4 용량에 기반하여, 상기 배터리(102)의 제 1 충방전 효율을 산출하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 프로세서(220)는, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키기 전, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리(102)의 제 2 충방전 효율을 산출하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 방전시킨 후, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리(102)의 제 3 충방전 효율을 산출하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 제 1 시간은, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키는 동안 상기 배터리(102)의 전압이 지정된 전압 이하에서 증가하도록 지정되고, 상기 제 2 시간은, 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동안 상기 배터리(102)의 전압이 지정된 전압 이상에서 감소하도록 지정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 프로세서(220)는, 상기 지정된 횟수만큼, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동안, 상기 배터리(102)의 저항의 변화를 확인하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 지정된 배터리(102)의 용량은 사용자에 의해 지정될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리(102)를 평가하기 위한 방법을 설명하는 흐름도(600)이다.
도 6을 참조하면, 동작 601에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate(예: 약 0.2 C-rate)로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시키기 전 배터리(102)를 완전히 방전시키기 위한 동작을 수행할 수 있다. 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 후, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시키는 동작을 시작할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리 용량이 지정된 배터리 용량에 도달할 때까지 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 지정된 배터리 용량은, 전자 장치(101)의 사용자(예: 배터리 평가를 수행하는 주체)에 의해 지정될 수 있다.
동작 603에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate 보다 높은 C-rate, 예를 들어, 제 2 C-rate(예: 약 2 C-rate)로 배터리(102)를 충전 및 방전시키는 동작을, 지정된 횟수만큼 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(102)의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로 제 1 시간 동안 배터리(102)에 충전을 위한 펄스를 인가하고, 제 2 C-rate로 제 1 시간 동안 방전을 위한 펄스를 인가하는 동작을 지정된 횟수(예: 약 3회 내지 약 50회)만큼 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작 동안, 충전을 위한 펄스를 인가하는 동작 및 방전을 위한 펄스를 인가하기 동작 사이에, 지정된 시간(또는 휴지기(resting period)) 동안 펄스를 인가하기 않을 수 있다. 일 실시예에서, 충전을 위한 펄스를 인가하는 동작 및 방전을 위한 펄스를 인가하기 동작 사이에 펄스를 인가하지 않는 지정된 시간을 설정함으로써, 펄스에 의한 전압 변화를 보다 정확하게 관찰할 수 있다. 일 실시예에서, 충전을 위한 펄스를 인가하는 동작 및 방전을 위한 펄스를 인가하기 동작 사이에 펄스를 인가하지 않는 지정된 시간은 생략될 수 있다. 일 실시예에서, zero-sum 충방전 동작을 시작하기 직전 지정된 시간 동안 또는 zero-sum 충방전 동작을 종료한 직후 지정된 시간 동안 중 적어도 하나의 시간 동안 휴지기가 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 충전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량은 방전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)로부터 방출되는 배터리 용량은 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 충전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량 및 방전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로부터 방출되는 배터리 용량은, 예를 들어, 전자 장치(101)의 사용자에 의해 지정될 수 있다. 예를 들어, 충전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 배터리 용량 및 방전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로부터 방출되는 배터리 용량은, 각각, 완전히 충전된 상태의 배터리 용량의 약 10%에 대응하는 용량으로 지정될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 충전 또는 방전을 위한 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급 또는 방출되는 지정된 배터리 용량 및 C-rate에 기반하여, 배터리(102)로 펄스가 공급되는 시간이 결정(또는 지정)될 수 있다.
일 실시예에서, 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하기 위한 C-rate 및 배터리(102)를 비가역적으로 손상시킬 수 있는 전압에 기반하여, 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급(또는 방출)되는 배터리 용량 또는 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하는 시간이 지정될 수 있다. 예를 들어, 충전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하는 경우 배터리 양단의 전압이 상승되고, 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하는 경우 배터리 양단의 전압은 하강할 수 있다. 배터리 양단의 전압이 상승 또는 하강함에 따라, 배터리 전압이 배터리(102)에 충전을 위한 펄스를 인가함으로써 고임계 전압 이상이 되거나, 배터리(102)에 방전을 위한 펄스를 인가함으로써 저임계 전압 이하가 되는 경우, 배터리는 비가역적으로 손상될 수 있다. 배터리(102)가 비가역적으로 손상되지 않도록, 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하기 위한 C-rate 및 배터리(102)를 비가역적으로 손상시킬 수 있는 전압(예: 고임계 전압 또는 저임계 전압 중 적어도 하나)에 기반하여, 하나의 펄스에 의해 배터리(102)로 공급(또는 방출)되는 배터리 용량 또는 하나의 펄스를 배터리(102)로 인가하는 시간이 지정(또는 조정)될 수 있다.
일 실시예에서, 동작 603에서, 충전을 위한 펄스가 인가되는 제 2 C-rate의 크기(또는 절대 값) 및 방전을 위한 펄스가 인가되는 제 2 C-rate의 크기가 동일한 것으로 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 충전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)로 공급되는 용량과 방전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)에서 방출되는 용량이 동일하도록(또는 프로세서(220)가 충전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)로 공급하는 용량과 동일한 용량을, 방전을 위한 펄스에 의해 배터리(102)에서 추출하는 것을 전제로), 프로세서(220)는, 제 3 C-rate로 충전을 위한 펄스를 제 2 시간 동안 배터리(102)로 인가하고, 제 4 C-rate로 방전을 위한 펄스를 제 2 시간 보다 긴 제 3 시간 동안 배터리(102)로 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리(102)의 용량에 기반하여, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저(또는 우선적으로) 배터리(102)로 인가하거나, 방전을 위한 펄스를 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가할 수 있다. 예를 들어, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리(102)의 용량이 제 1 배터리 용량(예: 약 10%에 해당하는 배터리 용량) 보다 작은 경우, 방전을 위한 펄스를 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가하는 경우 배터리(102)의 전압이 저임계 전압 이하로 떨어지지 않도록(또는 감소되지 않도록), 프로세서(220)는, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저 인가할 수 있다. 다른 예를 들어, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리(102)의 용량이 제 2 배터리 용량 보다 큰 경우, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가하는 경우 배터리(102)의 전압이 고임계 전압 이상으로 올라가지 않도록(또는 증가되지 않도록), 프로세서(220)는, 방전을 위한 펄스를 충전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 배터리(102)의 용량이 상기 제 1 배터리 용량 및 제 2 배터리 용량 사이에 해당하는 경우, 프로세서(220)는, 충전을 위한 펄스를 방전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가하거나, 방전을 위한 펄스를 풍전을 위한 펄스 보다 먼저 배터리(102)로 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 2 C-rate(예: 약 2 C-rate)로 배터리(102)를 충전 및 방전시키는 동작을 수행하는 횟수를 사용자 입력에 기반하여 지정할 수 있다.
동작 605에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 수행한 후, 배터리(102)가 완전히 충전되도록, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다.
동작 607에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 충전된 후, 배터리(102)를 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 방전시킬 수 있다.
도 6에 도시하지는 않았지만, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전하고, 제 2 C-rate에 기반하여 zero-sum 충방전 동작을 수행하고, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 충전시키는 동작을 순차적으로 수행하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)를 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 방전시킨 후, 배터리(102)의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
도 6에 도시하지는 않았지만, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)의 충방전 효율에 기반하여 배터리(102)를 평가할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 배터리(102)의 충방전 효율이 낮을수록 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도가 큰 것으로 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(220)(또는 전자 장치(101)의 사용자)는, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도에 기반하여, 배터리(102)의 안정성 또는 배터리(102)의 수명을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도가 작을수록, 배터리(102)가 높은 안정성을 가지거나 배터리(102)의 수명이 긴 것으로 결정할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 배터리(102)를 평가하기 위한 방법을 설명하는 흐름도(700)이다.
도 7을 참조하면, 동작 701에서, 프로세서(220)는, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전 및 방전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 동작 701은, 도 5에서 설명한 제 1 사이클에 해당하는 동작일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서(또는 배터리(102)를 완전히 방전시킨 후) 배터리(102)가 완전히 충전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로 인가하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로부터 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate 및 충전을 위한 전류를 배터리(102)로 공급하는 시간에 기반하여, 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량(또는 충전 용량)을 산출할 수 있다. 프로세서(220)는, 제 1 C-rate 및 방전을 위한 전류를 배터리(102)로 공급하는 시간에 기반하여, 제 1 사이클에서 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 추출하는 용량(또는 방전 용량)을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량 및 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 추출하는 용량에 기반하여, 동작 701을 수행한 후(또는 제 1 사이클을 수행한 후) 배터리(102)의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
동작 703에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate(예: 약 0.2 C-rate)로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다.
동작 705에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate 보다 높은 C-rate, 예를 들어, 제 2 C-rate(예: 약 2 C-rate)로 배터리(102)를 충전 및 방전시키는 동작을, 지정된 횟수만큼 수행할 수 있다.
동작 707에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 수행한 후, 배터리(102)가 완전히 충전되도록, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전시킬 수 있다.
동작 709에서, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 충전된 후, 배터리(102)를 제 1 C-rate로 배터리(102)를 완전히 방전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 동작 703 내지 동작 709은, 도 6의 동작 601 내지 동작 607와 적어도 일부가 동일 또는 유사하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에서, 동작 703 내지 동작 709은, 도 5에서 설명한 제 2 사이클에 해당하는 동작일 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 제 1 C-rate, 및 동작 703에서 지정된 용량에 도달할 때까지의 시간(예: 지정된 용량에 도달할 때까지 전류를 공급한 시간)과 동작 707에서 zero-sum 충방전 동작을 수행한 후(또는 완료한 후)의 시간부터 배터리(102)가 완전히 충전될 때까지의 시간(예: zero-sum 충방전 동작 완료 시부터 배터리(102)가 완전히 충전될 때까지 전류를 공급한 시간)을 합산한 시간에 기반하여, 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량(또는 충전 용량)을 산출할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 C-rate, 및 동작 709에서 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전될 때까지의 시간(예: 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)를 완전히 방전시키기 위하여 전류를 공급한 시간)에 기반하여, 배터리(102)를 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 추출하는 용량(또는 방전 용량)을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, 동작 703 내지 동작 709에서(또는 제 2 사이클에서), 배터리(102)를 충전하기 위하여 배터리(102)로 공급하는 용량 및 배터리(102)를 방전시키기 위하여 배터리(102)에서 추출하는 용량에 기반하여, 배터리(102)의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
동작 711에서, 프로세서(220)는, 전원 공급부(210)를 통하여, 제 1 C-rate로 배터리(102)를 충전 및 방전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 동작 711은, 도 5에서 설명한 제 3 사이클에 해당하는 동작일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서(또는 배터리(102)를 완전히 방전시킨 후) 배터리(102)가 완전히 충전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로 인가하고, 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 배터리(102)가 완전히 방전되도록 제 1 C-rate에 대응하는 전류를 배터리(102)로부터 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 동작 711에서, 프로세서(220)는, 동작 701에서 설명한 바와 동일한 방법으로 배터리(102)의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
도 7에 도시하지는 않았지만, 일 실시예에서, 동작 705을 수행함으로써 배터리(102)에 부반응이 발생한 경우, 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율(예: 제 2 사이클의 충방전 효율)은, 동작 701을 통하여 산출된 충방전 효율(예: 제 1 사이클의 충방전 효율) 및 동작 711을 통하여 산출된 충방전 효율(예: 제 3 사이클의 충방전 효율) 각각 보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 동작 705를 수행함으로써 배터리(102)에 부반응이 발생하지 않은 경우, 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율(예: 제 2 사이클의 충방전 효율)은, 동작 701을 통하여 산출된 충방전 효율(예: 제 1 사이클의 충방전 효율) 및 동작 711을 통하여 산출된 충방전 효율(예: 제 3 사이클의 충방전 효율) 각각과 상당히 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)(또는 전자 장치(101)의 사용자)는, 동작 701을 통하여 산출된 충방전 효율, 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율, 및 동작 711을 통하여 산출된 충방전 효율에 기반하여, 배터리(102)를 평가할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율 및 동작 701을 통하여 산출된 충방전 효율 간 차이, 또는 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율 및 동작 711을 통하여 산출된 충방전 효율 간 차이 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 프로세서(220)는, 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율 및 동작 701을 통하여 산출된 충방전 효율 간 차이, 또는 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율 및 동작 711을 통하여 산출된 충방전 효율 간 차이 중 적어도 하나가 클수록, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도(또는 수준)가 큰 것으로 결정할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 일 실시예에서, 프로세서(220)는, 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율에 기반하여 배터리(102)를 평가할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 동작 703 내지 동작 709를 통하여 산출된 충방전 효율이 낮을수록 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도가 큰 것으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)(또는 전자 장치(101)의 사용자)는, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도에 기반하여, 배터리(102)의 안정성 또는 배터리(102)의 수명을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는, 배터리(102)에 부반응이 발생하는 정도가 작을수록, 배터리(102)가 높은 안정성을 가지거나 배터리(102)의 수명이 긴 것으로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 도 7은, 동작 701 및 동작 711을 모두 수행하는 것으로 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 동작 701 또는 동작 711은 생략될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 서로 다른 배터리들의 충방전 효율들을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에서, 그래프(810)는, 제 1 배터리에 대하여 제 1 사이클 내지 제 3 사이클 동안 충방전 동작을 수행한 후 산출된 충방전 효율을 나타내는 도면일 수 있다. 예를 들어, 그래프(810)에서, 제 1 배터리에 대하여, 도면 번호(811)은 제 1 사이클의 충방전 효율, 도면 번호(813)은 제 2 사이클의 충방전 효율, 및 도면 번호(815)은 제 3 사이클의 충방전 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(820)는, 제 1 배터리와 다른 제 2 배터리에 대하여 제 1 사이클 내지 제 3 사이클 동안 충방전 동작을 수행한 후 산출된 충방전 효율을 나타내는 도면일 수 있다. 그래프(820)에서, 제 2 배터리에 대하여, 도면 번호(821)은 제 1 사이클의 충방전 효율, 도면 번호(823)은 제 2 사이클의 충방전 효율, 및 도면 번호(825)은 제 3 사이클의 충방전 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 그래프들(810, 820)에서, 제 1 배터리 및 제 2 배터리 각각에 대하여, 제 2 사이클에서 동일한 펄스(예: 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스)를 이용하여 zero-sum 충방전 동작이 수행된 것을 전제할 수 있다.
일 실시예에서, 그래프(810) 및 그래프(820)를 비교하면, 제 1 배터리에 대한 제 1 사이클의 충방전 효율 및 제 3 사이클의 충방전 효율은, 각각, 제 2 배터리의 제 1 사이클의 충방전 효율 및 제 3 사이클의 충방전 효율과 상당히 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 그래프(810) 및 그래프(820)를 비교하면, 제 1 배터리에 대한 제 2 사이클의 충방전 효율은 제 2 배터리에 대한 제 2 사이클의 충방전 효율에 비하여 작을 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(220)(또는 전자 장치(101)의 사용자)는, 제 1 배터리에 대한 제 2 사이클의 충방전 효율 및 제 2 배터리에 대한 제 2 사이클의 충방전 효율에 기반하여, 제 1 배터리가 제 2 배터리에 비하여 높은 C-rate(예: 제 2 C-rate)로 충전을 수행하는 경우 보다 안정한 것으로 평가할 수 있다.
도 9는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작에서 인가된 펄스의 횟수에 따른 배터리(102)의 충방전 효율을 나타내는 도면(900)이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에서, 제 1 배터리(102)에 대하여, 도면 번호(911)은 제 1 사이클의 충방전 효율, 도면 번호(913)은 제 2 사이클의 충방전 효율, 및 도면 번호(915)은 제 3 사이클의 충방전 효율을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 도면 번호(913)에 대응하는 제 2 사이클의 충방전 효율은, 제 2 사이클 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스 각각을 약 10회에 걸쳐서 인가한 경우, 산출된 충방전 효율일 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 배터리와 동일한 종류 및 동일한 모델에 해당하고, 동일한 제조사에서 제조한 제 2 배터리에 대하여, 도면 번호(921)은 제 1 사이클의 충방전 효율, 도면 번호(923)은 제 2 사이클의 충방전 효율, 및 도면 번호(925)은 제 3 사이클의 충방전 효율을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 도면 번호(923)에 대응하는 제 2 사이클의 충방전 효율은, 제 2 사이클 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스 각각을 약 50회에 걸쳐서 인가한 경우, 산출된 충방전 효율일 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 사이클 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스를 많은 횟수로 인가할수록, 제 2 사이클의 충방전 효율은 낮아질 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 배터리(102)의 제 2 사이클의 충방전 효율은, 제 2 배터리의 제 2 사이클의 충방전 효율 보다 낮을 수 있다.
도 10은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 용량에 따른 사이클 별 충방전 효율을 나타내는 도면(1000)이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에서, 도 10은, 제 2 사이클에서 zero-sum 충방전 동작을 수행한 경우를 전제로 할 수 있다.
일 실시예에서, 도면 번호(1001)은 zero-sum 충방전 동작을 시작하는 용량(또는 SOC)에 따른 제 1 사이클의 충방전 효율을 나타내고, 도면 번호(1005)은 zero-sum 충방전 동작을 시작하는 용량에 따른 제 2 사이클의 충방전 효율을 나타내고, 도면 번호(1003)은 zero-sum 충방전 동작을 시작하는 용량에 따른 제 3 사이클의 충방전 효율을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 도 10의 도면 번호 (1005)를 참조하면, 제 2 사이클에서 zero-sum 충방전 동작을 시작하는 용량이 클수록, 제 2 사이클의 충방전 효율은 낮아질 수 있다. 예를 들어, 배터리(102)의 SOC가 60%에서 제 1 zero-sum 충방전 동작을 수행한 후 산출된 제 2 사이클의 충방전 효율은, 배터리(102)의 SOC가 30%에서 제 1 zero-sum 충방전 동작과 동일한(예: 제 1 zero-sum 충방전 동작과 동일한 C-rate로 동일한 횟수의 충전 펄스 및 방전 펄스를 배터리(102)로 인가하는) 제 2 zero-sum 충방전 동작을 수행한 후 산출된 제 2 사이클의 충방전 효율 보다 낮을 수 있다. 일 실시 예에서, zero-sum 충방전 동작에 의해 리튬-플레이팅과 같은 부반응이 발생할 수 있고, 배터리(102)의 SOC가 증가할수록 리튬-플레이팅이 발생하는 정도는 증가할 수 있다. 일 실시 예에서, 리튬-플레이팅과 같은 부반응으로 인해, 배터리(102)의 충방전 효율이 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 시작하는 SOC에 따라 변화하는 배터리(102)의 충방전 효율을 산출할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, zero-sum 충방전 동작에서 인가된 펄스의 횟수에 따른 배터리(102)의 저항 변화를 나타내는 도면(1100)이다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에서, 도 11은, 배터리(102)의 SOC가 50%에서 zero-sum 충방전 동작을 수행한 경우 zero-sum 충방전 동작 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스를 인가하는 횟수의 증가에 따라 배터리(102)의 저항(또는 DCIR(direct current internal resistance)) 변화를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 배터리(102)의 저항은 충전을 위한 펄스 또는 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하기 직전 및 직후에 측정한 전압 값들 간 차이를 배터리(102)로 인가하는 정전류로 나눈 값에 해당될 수 있다. 예를 들어, 배터리(102)의 저항의 변화는, 복수의 횟수로, 충전 및 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하는 경우, 복수의 횟수 각각의 횟수 마다 충전을 위한 펄스 또는 방전을 위한 펄스를 배터리(102)로 인가하기 직전 및 직후에 측정한 전압 값들 간 차이를 배터리(102)로 인가하는 정전류로 나눈 값의 변화에 해당될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(220)는, zero-sum 충방전 동작을 수행한 경우 zero-sum 충방전 동작 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스를 인가하는 횟수의 증가에 따른 배터리(102)의 저항 변화를 산출(또는 측정)할 수 있다.
일 실시예에서, 도 11에서 도면 번호(1101)은 배터리(102)의 SOC가 50%에서 zero-sum 충방전 동작을 수행한 경우 zero-sum 충방전 동작 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스를 인가하는 횟수의 증가에 따라 배터리(102)의 저항 변화를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 도 11에서 도면 번호(1103)은 도면 번호(1101)의 배터리(102)의 저항 변화를 선형적으로 나타내는 라인일 수 있다.
일 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, zero-sum 충방전 동작 동안 충전을 위한 펄스 및 방전을 위한 펄스를 인가하는 횟수가 증가할수록 배터리(102)의 저항이 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(102)에서 발생하는 부반응 정도는 클수록 배터리(102)의 저항이 증가될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법은, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키는 동작, 상기 배터리(102)의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리(102)를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하는 동작, 상기 배터리(102)가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키는 동작, 및 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서, 상기 배터리(102)가 완전히 방전되도록, 상기 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 방전시키는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate은, 각각, 상기 제 2 시간 및 상기 제 3 C-rate와 동일할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동작을 수행하는 동작은, 상기 지정된 배터리 용량에 따라, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시킨 후 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키거나 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시킨 후 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 지정된 횟수는 사용자에 의해 지정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 배터리(102)의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달할 때까지 상기 배터리(102)로 공급한 제 2 용량, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시킨 후 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키기 위하여 상기 배터리(102)로 공급한 제 3 용량, 및 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키기 위하여 상기 배터리(102)에서 추출한 제 4 용량에 기반하여, 상기 배터리(102)의 제 1 충방전 효율을 산출하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키기 전, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키는 동작, 및 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리(102)의 제 2 충방전 효율을 산출하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 방전시킨 후, 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키는 동작, 및 상기 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 충전시키고, 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리(102)를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리(102)의 제 3 충방전 효율을 산출하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 제 1 시간은, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키는 동안 상기 배터리(102)의 전압이 지정된 전압 이하에서 증가하도록 지정되고, 상기 제 2 시간은, 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동안 상기 배터리(102)의 전압이 지정된 전압 이상에서 감소하도록 지정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 방법은, 상기 지정된 횟수만큼, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동안, 상기 배터리(102)의 저항의 변화를 확인하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 지정된 배터리(102)의 용량은 사용자에 의해 지정될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, CD-ROM, DVD 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 전자 장치(101)에서, 배터리(102)가 완전히 방전된 상태에서 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키는 동작, 상기 배터리(102)의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리(102)를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리(102)를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하는 동작, 상기 배터리(102)가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 충전시키는 동작, 및 상기 배터리(102)가 완전히 충전된 상태에서, 상기 배터리(102)가 완전히 방전되도록, 상기 1 C-rate로 상기 배터리(102)를 방전시키는 동작을 실행시키기 위한 프로그램을 기록할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    전원 공급부;
    및
    상기 전원 공급부와 작동적으로 연결된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    배터리가 완전히 방전된 상태에서, 상기 전원 공급부를 통하여, 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키고,
    상기 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 상기 전원 공급부를 통하여, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하고,
    상기 전원 공급부를 통하여, 상기 배터리가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키고, 및
    상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서, 상기 전원 공급부를 통하여, 상기 배터리가 완전히 방전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 방전시키도록 설정된 전자 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate은, 각각, 상기 제 2 시간 및 상기 제 3 C-rate와 동일한 전자 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 지정된 배터리 용량에 따라, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시킨 후 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키거나, 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시킨 후 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키도록 설정된 전자 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지정된 횟수는 사용자에 의해 지정되는 전자 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달할 때까지 상기 배터리로 공급한 제 2 용량, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시킨 후 상기 배터리를 완전히 충전시키기 위하여 상기 배터리로 공급한 제 3 용량, 및 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 완전히 방전시키기 위하여 상기 배터리에서 추출한 제 4 용량에 기반하여, 상기 배터리의 제 1 충방전 효율을 산출하도록 설정된 전자 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키기 전, 상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키고,
    상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리의 제 2 충방전 효율을 산출하도록 설정된 전자 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 방전시킨 후, 상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키고,
    상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리의 제 3 충방전 효율을 산출하도록 설정된 전자 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 시간은, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키는 동안 상기 배터리의 전압이 지정된 전압 이하에서 증가하도록 지정되고,
    상기 제 2 시간은, 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동안 상기 배터리의 전압이 지정된 전압 이상에서 감소하도록 지정되는 전자 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 지정된 횟수만큼, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동안, 상기 배터리의 저항의 변화를 확인하도록 설정된 전자 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 지정된 배터리의 용량은 사용자에 의해 지정되는 전자 장치.
  11. 방법에 있어서,
    배터리가 완전히 방전된 상태에서 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키는 동작;
    상기 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달한 경우, 제 1 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 2 C-rate로, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate에 대응하는 제 1 용량만큼, 상기 배터리를 충전시키고, 제 2 시간 동안 상기 제 1 C-rate 보다 높은 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동작을 지정된 횟수만큼 수행하는 동작;
    상기 배터리가 완전히 충전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키는 동작; 및
    상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서, 상기 배터리가 완전히 방전되도록, 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 방전시키는 동작을 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 C-rate은, 각각, 상기 제 2 시간 및 상기 제 3 C-rate와 동일한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동작을 수행하는 동작은,
    상기 지정된 배터리 용량에 따라, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시킨 후 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키거나 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시킨 후 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키는 동작을 포함하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 지정된 횟수는 사용자에 의해 지정되는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 배터리의 용량이 지정된 배터리 용량에 도달할 때까지 상기 배터리로 공급한 제 2 용량, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시킨 후 상기 배터리를 완전히 충전시키기 위하여 상기 배터리로 공급한 제 3 용량, 및 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 완전히 방전시키기 위하여 상기 배터리에서 추출한 제 4 용량에 기반하여, 상기 배터리의 제 1 충방전 효율을 산출하는 동작을 더 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 충전시키기 전, 상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키는 동작; 및
    상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리의 제 2 충방전 효율을 산출하는 동작을 더 포함하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 방전시킨 후, 상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키는 동작; 및
    상기 배터리가 완전히 방전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 충전시키고, 상기 배터리가 완전히 충전된 상태에서 상기 배터리를 상기 제 1 C-rate로 상기 배터리를 완전히 방전시키는 동작에 기반하여 상기 배터리의 제 3 충방전 효율을 산출하는 동작을 더 포함하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 시간은, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키는 동안 상기 배터리의 전압이 지정된 전압 이하에서 증가하도록 지정되고,
    상기 제 2 시간은, 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동안 상기 배터리의 전압이 지정된 전압 이상에서 감소하도록 지정되는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 지정된 횟수만큼, 상기 제 2 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 충전시키고 상기 제 3 C-rate로 상기 제 1 용량만큼 상기 배터리를 방전시키는 동안, 상기 배터리의 저항의 변화를 확인하는 동작을 더 포함하는 방법.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 지정된 배터리의 용량은 사용자에 의해 지정되는 방법.
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