KR20210053785A - 배터리 충전을 제어하는 배터리 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시는 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하면, 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 큰지 여부를 판단하고, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하고, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 배터리를 제2 전압으로 충전하는 배터리 충전을 제어하는 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 충전을 제어하는 배터리 관리 시스템 및 방법{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING BATTERY CHARGING}

본 개시는 배터리의 충전을 제어하는 것에 관한 것으로, 특히 배터리의 성능을 최적화하기 위한 충전 프로토콜에 관한 것이다.

청정 에너지 저장 환경에 관한한, 충전식 배터리는 이러한 영역에서 중요한 역할을 했다. 이러한 배터리 중에서 리튬 이온 배터리(LIB; Lithium Ion Battery)는 경쟁이 거의 없는 현재 20년 이상 배터리 관련 업계를 지배해 왔다. LIB의 우세는 매우 높은 전력 및/또는 에너지가 필요한 애플리케이션을 포함하여 광범위한 용도에 제공되는 안정성, 내구성 및 에너지 밀도에 기인할 수 있다. 이러한 장점은 낮은 자체 방전 및 낮은 유지 보수라는 잘 알려진 특성에 기인한다. 가전제품, 전력망 및 전기 자동차를 통한 수요가 계속 증가함에 따라 LIB는 도전 과제에 맞서기 위해 진화했으며 기대치를 초과하지는 않더라도 살아 남았다.

사용자 경험을 향상시키는 데 전념하는 시대에 수명을 개선하고 셀 성능을 유지하는 것이 배터리 연구 커뮤니티의 최우선 과제이다. 배터리 충전은 배터리 수명에 관한 한 가장 중요한 측면이다. 그러나 대부분의 프로토콜은 배터리의 노화와 같은 측면을 해결하지 못한다. 수명 관련 열화는 불가피하며 운영상의 제약을 통해 장애와 결합되며 LIB의 수명은 일반적으로 2-3 년으로 제한된다. 따라서, 배터리 기술의 광범위한 채택이 직면한 주요 과제 중 하나는 전기 화학 전지가 노화됨에 따라 허용 가능한 수준의 전력을 제공하고 필요에 따라 적절한 양의 에너지를 저장/분배하는 능력을 제한하는 것이다. 따라서 배터리 상태를 우선시하는 최적화된 충전 프로토콜은 요구된다.

본 개시는 배터리 충전을 제어하는 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리를 충전하도록 구성된 충전 제어부; 및 상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하고, 상기 배터리의 상기 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 큰지 여부를 판단하고, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하도록 상기 충전 제어부를 제어하고, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 배터리를 제2 전압으로 충전하도록 상기 충전 제어부를 제어하는 충전 모니터를 포함한다.

이때, 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 전압의 값을 포함하는 저장부를 더 포함하고, 상기 충전 모니터부는, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 저장부에서 상기 제1 전압의 값을 식별할 수 있다.

이때, 상기 제2 전압은, 상기 제1 전압과 기설정된 전압의 합과 같을 수 있다.

이때, 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 전압의 값 및 상기 제2 전압의 값을 포함하는 저장부를 더 포함하고, 상기 충전 모니터부는, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 저장부에서 상기 제2 전압의 값을 식별할 수 있다.

이때, 상기 충전 모니터부는, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 제1 전압의 값에 상기 기설정된 전압 값을 추가하여 상기 제1 전압의 값을 업데이트하고, 상기 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 상기 저장부에 상기 제1 전압의 업데이트된 값을 저장할 수 있다.

이때, 상기 기설정된 전압의 값은, 0.01mV이고, 상기 제1 전압은, 4.2V 일 수 있다.

상기 배터리는, 리튬 이온(Lithium-ion) 배터리일 수 있다.

일 실시예에 따른 배터리 충전을 제어하는 방법은, 상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하는 단계; 상기 배터리의 상기 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하는 단계; 및 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 배터리를 제2 전압으로 충전하는 단계를 포함한다.

이때, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하는 단계는, 상기 제1 전압의 값을 포함하는 저장 공간에서 상기 제1 전압의 값을 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제2 전압은, 상기 제1 전압과 기설정된 전압의 합과 같을 수 있다.

이때, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 배터리를 제2 전압으로 충전하는 단계는, 상기 제1 전압의 값 및 상기 제2 전압의 값을 포함하는 저장 공간에서 상기 제2 전압의 값을 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 배터리 충전을 제어하는 방법은, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 제1 전압의 값에 상기 기설정된 전압 값을 추가하여 상기 제1 전압의 값을 업데이트하는 단계 및 상기 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 상기 저장 공간에 상기 제1 전압의 업데이트된 값을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 기설정된 전압의 값은, 0.01mV이고, 상기 제1 전압은, 4.2V일 수 있다.

이때, 상기 배터리는, 리튬 이온(Lithium-ion) 배터리일 수 있다.

다른 실시예에 따른 배터리 충전을 제어하는 방법은, 상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하는 단계; 상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하고, 상기 배터리의 상기 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것인지 여부를 판단하는 단계; 판단결과 , 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단되면 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하는 단계; 및 판단결과, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단되면 상기 배터리를 상기 제2 전압으로 충전하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되면, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것인지 여부를 판단하는 단계는, 저장 공간에 저장된 전압-용량 매핑 정보에 접근하는 단계; 상기 전압-용량 매핑에 기초하여 상기 제2 전압에 대응하는 용량 값을 식별하는 단계; 상기 식별된 용량 값이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 판단결과 상기 식별된 용량 값이 상기 오리지널 정격 용량보다 크면, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단하는 단계; 및 판단결과 상기 식별된 용량 값이 상기 오리지널 정격 용량보다 작거나 같으면, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단하는 단계를 포함하고, 상기 전압-용량 매핑 정보는, 복수의 전압과 복수의 용량 사이의 매핑 정보일 수 있다.

이때, 상기 제2 전압은, 상기 제1 전압과 기설정된 전압의 합과 같을 수 있다.

이때, 배터리 충전을 제어하는 방법은, 상기 제1 전압의 값 및 상기 제2 전압의 값을 포함하는 저장 공간에서 상기 제2 전압의 값을 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단하는 단계는, 상기 제1 전압의 값에 상기 기설정된 전압의 값을 추가하여 상기 제1 전압의 값을 업데이트하는 단계; 및 상기 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 저장 공간에 상기 제1 전압의 업데이트된 값을 저장하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 전압은, 3.5V일 수 있다.

도 1a는 일 실시 예에 따른 배터리 충전 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 1b는 다른 실시 예에 따른 배터리 충전 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 2a-2c는 일 실시 예에 따른 다양한 충전 프로토콜의 성능을 나타내는 다양한 그래프를 도시한 도면이다.
도 2d는 일 실시 예에 따른 배터리의 기대 수명을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 배터리의 전압-용량 프로파일을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 배터리 충전 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5a는 일 실시 예에 따라 향상된 배터리의 기대 수명을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
도 5b는 컷오프 기반의 기존 프로토콜에 의한 배터리의 기대 수명을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 개시의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

리튬 이온 배터리(LIB; Lithium Ion Batteries)는 뛰어난 에너지 및 전력 밀도, 안정성, 내구성 및 왕복 효율성으로 인해 전기 자동차에서 휴대용 전자 장치에 이르는 응용 분야의 전원 공급원으로 우위를 점했다. 이러한 강점은 낮은 자체 방전 및 낮은 유지 보수라는 바람직한 특성으로 보완된다. 그러나, LIB는 사이클링 중에 복잡한 열화(degradation) 과정을 거치며, 그 속도는 온도, 충전/방전 프로토콜과 같은 작동 조건에 따라 달라지며, 사이클 수명(cycle life)을 제한하므로 배터리 교체가 필요하다. 보다 높은 에너지 밀도를 달성하기 위해(예를 들어, 더 높은 충전 전압 차단을 사용함으로써) 공격적인 충전 프로토콜을 사용하여 LIB의 한계를 뛰어 넘기 위한 지속적인 노력은 배터리의 저하 성향을 더욱 악화시킨다. 따라서, 배터리 열화로 이어지는 화학적 프로세스를 식별하고 충전 프로토콜의 효과를 열화와 전기 화학적으로 연결하고 열화를 최소화하는 최적화된 충전 프로토콜을 설계하는 것이 매우 바람직하다.

널리 사용되는 정전류 정전압(CCCV; constant current constant voltage) 알고리즘으로 예시되는 전류 충전 알고리즘(Current charging algorithm)은 배터리 제조업체(battery manufacturer)에서 지정한 사전에 정의된 전압 차단 값이 사용되며 이 프로토콜은 배터리 수명 동안 변경되지 않은 상태로 유지되는 접근 방식을 사용한다. 이러한 알고리즘은 전기 화학적 프로세스의 세부 사항을 고려하지 않는 전압 및 전류 값에 정적 경계를 사용하므로 배터리 역학에 영향을 주지 않는다. CC(constant current) 단계에서는 충전 전류가 시스템으로 펌핑되어 전압이 증가하여 컷 오프 값(cut off value)에 도달하여 급속 충전이 이루어집니다. 그 다음 나머지 용량을 활용하기 위해 전류는 충전의 두 번째 단계에서 정전압에서 기설정된 값으로 기하 급수적으로 감소하여 CV(constant voltage) 단계로 알려진 느린 충전이 발생한다. CC, CV 및 이들의 조합은 주어진 시간에 원하는 용량을 달성하기 위해 애플리케이션에 따라 다양한 비율로 사용된다. 충전 프로토콜의 매개 변수는 정적이기 때문에 배터리 열화를 최소화하는 측면에서 최적화되지 않았으며, 그 정도는 사이클 수에 따라 점진적으로 증가한다. 최적의 충전 프로토콜은 열화 반응 속도(degradation reaction rate)의 시간적 역학(temporal dynamic) 및 작동 조건에 대한 의존성을 포함하여 열화 프로세스의 세부 사항에 대해 전기 화학적으로 정보를 제공하고 배터리 성능과 사이클 수명(cycle life) 간의 균형을 맞출 것으로 예상된다.

일반적으로 배터리 성능이 저하되고 사용 가능한 용량이 오리지널 정격 용량의 80 % 미만으로 떨어지면 폐기된다. 열화로 인한 용량 감소는 피할 수 없는 현상이며, 문제는 추출 가능한 용량과 배터리 성능에 영향을 주지 않고 배터리의 수명을 연장하는 것이다. LIB의 사이클 수명은 일반적으로 2000 사이클의 충/방전으로 제한되어 있으므로, 이를 초과한 사용자는 추가 비용 부담으로 해당 배터리를 교체해야 한다. SEI(Solid Electrolyte Interphase) 형성, Li 금속 도금(Li metal plating), 덴드라이트 형성(dendrite formation), 활성 물질 손실(AM; active material loss), 리튬 재고 손실(LLI; loss of lithium inventory), 금속 용해(metal dissolution) 등이 이러한 불가피한 열화 현상의 원인이 되는 메커니즘이다. 이러한 열화 메커니즘과 그 결과의 대부분은 사용 가능한 용량을 더 잘 유지하기 위해 더 낮은 전압 컷오프를 사용한다는 연구 결과는 작동 전압 윈도우의 극단과 관련이 있다. 이러한 열화 메커니즘과 그 영향의 대부분은 흥미롭게도 사용 가능한 용량의 더 나은 유지를 위해 저전압 컷 오프(lower voltage cut-off)의 사용을 지적하는 연구들이 지적하는 운용 전압 윈도우(operational voltage window)의 극단(extremities)과 상관되어 있다. 예를 들어, 고전압-용량(HV-HC; high voltage-high capacity) 애플리케이션으로 알려진 금속 산화물 음극(metal oxide cathodes)(Co, Mn, Ni, Ti와 같은 금속 포함)과 그 혼합물은 고전압 윈도우에서 열화되고 양극은 저전압에서 SEI 형성을 겪는다.

사이클 수명을 연장하기 위한 충전 프로토콜의 모델 기반 최적화는 과거에도 보고되었지만, 셀의 기능을 최대한 활용하기 위해 충전 프로토콜과 열화에 대한 지식을 결합하지 않는다.

본 개시는 전술한 결함 중 적어도 하나를 해결하는 것을 목표로 하고 전기 화학 배터리에서 발생하는 열화와 관련된 복잡한 물리학을 고려하는 배터리 충전 방법을 제공한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1a는 일 실시 예에 따른 배터리 충전 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 배터리 충전을 제어하는 방법(100)은 배터리의 충전을 제어하도록 구성된 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)에 의해 구현될 수 있다. 방법(100)은 스마트 폰, 랩톱, 태블릿 등과 같은 사용자 장비의 BMS에 의해 구현될 수 있다. 본 개시에서 설명된 방법(100)은 도 4에 도시되고 설명된 시스템(400)의 하나 이상의 구성 요소에 의해 구현될 수 있다.

방법(100)은 배터리의 충전 사이클이 시작되는지 감지한다(102). 방법(100)을 실행하는 BMS는 충전 사이클의 시작을 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰의 배터리 충전을 원하는 사용자는 충전 어댑터를 스마트 폰에 연결하고 충전 어댑터를 전원에 연결할 수 있다. 그 후, 사용자는 전원에서 스마트 폰으로 전류가 흐르도록 스위치를 켤 수 있다. 여기서, 충전 사이클의 시작은 예를 들어, 전원으로부터의 전류 수신에 기초하여 BMS에 의해 감지될 수 있다.

102단계의 확인결과 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하면, 방법(100)은 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율(X%)보다 큰지 여부를 판단한다(104). 이때, 주어진 배터리에 대한 배터리의 임계 백분율은 정의된 배터리 사용의 과학적 표준에 따라 배터리가 방전된 것으로 간주되는 백분율 이하일 수 있다. 임계 백분율은 배터리의 오리지널 정격 용량의 81 % 일 수 있다. 예를 들어, 오리지널 정격 용량이 100mAh 인 배터리의 경우 기설정된 임계값 백분율은 100mAh의 81 %, 즉 81mAh가 될 것이다. 따라서, 이러한 경우 BMS는 배터리의 전류 용량이 81mAh보다 큰지 여부를 판단할 수 있다.

그리고, 배터리의 전류 용량은 전압 데이터(voltage data), 전류 데이터(current data) 및 시간 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 전압 데이터는 배터리의 이전 충전 사이클 동안 배터리가 충전된 전압에 대한 정보를 포함할 수 있다. 전류 데이터는 배터리의 이전 충전 사이클 동안 배터리가 충전된 전류의 세부 정보를 포함할 수 있다. 시간 데이터는 UE의 배터리의 충전 및 방전과 관련된 시간의 세부 정보를 포함할 수 있다. 배터리의 전류 용량은 전류 대 시간 데이터의 AUC(area under curve), 즉 시간과 전류의 적분으로 결정될 수 있다.

104단계의 판단결과 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 크면, 방법(100)은 배터리를 제1 전압으로 충전한다(106). 보다 구체적으로, 106단계를 수행하기 위해, BMS는 제1 전압의 값을 포함하는 저장 공간에 액세스하여 제1 전압의 값을 확인한 후, 배터리를 제1 전압으로 충전하도록 할 수 있다. 이때, 제1 전압은 4.2V 일 수 있다.

또한, 저장 공간은 제1 전압의 값과 미리 정해진 전압의 값의 합과 동일한 제2 전압의 값을 포함할 수도 있다. 그리고, 기설정된 전압의 값은 0.01mV이고 저장 공간에 저장될 수 있다.

104단계의 판단결과 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 방법(100)은 배터리를 제2 전압으로 충전한다(108). 이때, 상술한 바와 같이 제2 전압의 값은 제1 전압의 값과 미리 정해진 전압의 값의 합과 동일하다.

제2 전압의 값은 BMS에 연결된 저장 공간에 저장될 수 있다. 따라서, 108단계를 수행하기 위해, BMS는 제1 전압의 값 및 제2 전압의 값을 포함하는 저장 공간에 액세스하여 제2 전압의 값을 확인한 후, 배터리를 제2 전압으로 충전하도록 할 수 있다.

한편, 104단계의 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 방법(100)은 추가로 제1 전압의 값에 상기 기설정된 전압 값을 추가하여 제1 전압의 값을 업데이트하고, 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 저장 공간에 제1 전압의 업데이트된 값을 저장할 수 있다.

예를 들어, 제1 전압의 전류 값이 4.2V이고, 기설정된 전압의 값은 0.01mV이고, 배터리의 전류 용량이 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계값 백분율 이하인 경우, 제1 전압의 값은 4.201V로 증가될 수 있다. 또한, 방법(100)은 배터리 충전의 후속 사이클(subsequent cycle)에서 사용하기 위해 저장 공간에 제1 전압의 업데이트된 값인 4.201V를 저장할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제2 전압은 제1 전압과 기설정된 전압의 값의 합과 같다. 따라서, 제1 전압의 값이 업데이트되면 제2 전압의 값도 자동으로 업데이트 된다. 예를 들어, 사용자가 다음 번에 충전하기 위해 스마트 폰을 플러그인 할 수 있을 때, 다시 전류 용량이 배터리 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 큰지 여부에 대한 판단한다. 판단 결과, 전류 용량이 더 큰 것으로 결정되면, 배터리는 4.201V, 즉, 제1 전압으로 충전된다. 기설정된 임계 백분율 이하인 경우 배터리는 4. 202V, 즉, 제2 전압으로 충전된다.

이때, 배터리는 리튬 이온 배터리(Lithium-ion battery) 일 수 있다. 또한, 본 개시는 해당 배터리에 대한 제1 전압, 제2 전압, 기설정된 전압의 값 및 기설정된 임계 백분율을 적절히 조정함으로써 다른 배터리에 적용할 수 있다.

도 1b는 다른 실시 예에 따른 배터리 충전 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.

도 1b를 참조하면, 배터리 충전을 제어하는 방법(100)은 배터리의 충전을 제어하도록 구성된 배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 구현될 수 있다. 방법(150)은 스마트 폰, 랩톱, 태블릿 등과 같은 사용자 장비의 BMS에 의해 구현될 수 있다. 본 개시에서 설명된 방법(150)은 도 4에 도시되고 설명된 시스템(400)의 하나 이상의 구성 요소에 의해 구현될 수 있다.

방법(150)은 배터리의 충전 사이클이 시작되는지 감지한다(152). 방법(150)을 실행하는 BMS는 충전 사이클의 시작을 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰의 배터리 충전을 원하는 사용자는 충전 어댑터를 스마트 폰에 연결하고 충전 어댑터를 전원에 연결할 수 있다. 그 후, 사용자는 전원에서 스마트 폰으로 전류가 흐르도록 스위치를 켤 수 있다. 여기서, 충전 사이클의 시작은 예를 들어, 전원으로부터의 전류 수신에 기초하여 BMS에 의해 감지될 수 있다.

152단계의 확인결과 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하면, 방법(150)은 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것인지 여부를 판단한다(154).

이를 위해, 방법(150)은 제1 전압의 값과 제2 전압의 값을 포함하는 저장 공간에 접근하여 제2 전압을 식별할 수 있다. 이때, 제1 전압은 3.5V 일 수 있다. 또한, 제2 전압은 제1 전압과 기설정된 전압의 값의 합과 동일하다. 여기서, 기설정된 전압의 값은 0.01mV 일 수 있다. 이 경우 저장 공간에서 확인할 수 있는 제2 전압의 값은 3.51V 일 수 있다.

154단계의 구체적인 과정은 다음과 같을 수 있다.

방법(150)은 저장 공간에 저장된 전압-용량 매핑(voltage-capacity mapping) 정보에 접근하고, 전압-용량 매핑에 기초하여 제2 전압에 대응하는 용량 값을 식별하고, 식별된 용량 값이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단한다. 그리고 방법(150)은 식별된 용량 값이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단한 결과 식별된 용량 값이 오리지널 정격 용량보다 크면, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단한다. 그리고 방법(150)은 식별된 용량 값이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단한 결과 식별된 용량 값이 오리지널 정격 용량보다 작거나 같으면, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단한다. 이때, 전압-용량 매핑 정보는 복수의 전압과 복수의 용량 사이의 매핑 정보이다.

154단계의 판단결과, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단되면 방법(150)은 배터리를 제1 전압으로 충전한다(156).

154단계의 판단결과, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단되면 방법(150)은 배터리를 제2 전압으로 충전한다(158).

한편, 154단계의 판단결과, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단되는 경우, 방법(150)은 제1 전압의 값에 기설정된 전압의 값을 추가하여 제1 전압의 값을 업데이트하고, 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 저장 공간에 제1 전압의 업데이트된 값을 저장할 수 있다.

방법(150)을 구현함으로써, UE의 BMS는 기존 접근 방식과 비교할 때, 거의 동일한 충전 사이클 횟수 동안 UE의 배터리로부터 최대 용량 활용을 제공하도록 구성될 수 있다.

도 2a-2c는 일 실시 예에 따른 다양한 충전 프로토콜의 성능을 나타내는 다양한 그래프를 도시한 도면이다.

도 2a는 정전압(CV; constant voltage)이 없는 충전 프로토콜의 그래프(200)를 도시한 도면이다. 도 2b는 정전압을 갖는 충전 프로토콜의 그래프(202)를 도시한 도면이다. 도 2c는 일 실시 예에 따른, 조정된 CV를 갖는 충전 프로토콜의 그래프(204)를 도시한 도면이다.

본 개시의 실시 예에서 초기 몇 개의 충전 사이클 중 하나 이상은 CV가 없을 수 있고, 후속 충전 사이클은 일정한 CV에 의해 구동될 수 있다. 여기서, 배터리가 충전될 전압은 초기에 예를 들어 리튬이온 배터리에 일종인 LMO(LiMn2O4) 배터리의 경우 4.2V로 제한될 수 있다. 그 후, 배터리 용량이 기설정된 값(예를 들어, 오리지널 용량의 80 %)과 같으면 배터리를 충전할 수 있는 전압을 증가시킬 수 있다. 이때, 전압의증가는 점진적이고 꾸준할 수 있다. 예를 들어, LMO의 경우 충전주기 당 0.01V 증가할 수 있다. 즉, 배터리 용량이 80 %까지 4.2V로 충전되었다면 용량이 80 %가 되면 매 충전주기마다 배터리가 충전될 전압을 0.01V씩 증가시킬 수 있다. 즉, 이러한 사이클의 첫 번째에 대한 전압은 4.201V 가 될 수 있다.

도 2d는 일 실시 예에 따른 배터리의 기대 수명을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.

도 2d는 충전 수명 사이클의 횟수에서 배터리의 기대 수명을 나타내는 그래프(206)를 도시한 도면이다. 도 2d에서 알 수 있는 바와 같이, 그래프(200)에 대응하는 라인 1은 약 1200회 충전 사이클의 배터리 수명을 제공한다. 유사하게, 그래프(202)에 대응하는 라인 2는 약 1600-1700회 충전 사이클의 배터리 수명을 제공한다. 본 개시에서 제안된 솔루션인 라인 3을 통해 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따라 약 2200회 충전 사이클의 배터리 수명을 제공한다.

도 3은 일 실시 예에 따른 배터리의 전압-용량 프로파일을 나타내는 그래프(300)를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 개시에서 제안하는 기술은 플롯(plot)(302)으로 표시된 증가된 배터리 수명을 제공한다. 이는 ECT 방정식 플롯(304)에 의해도 마찬가지이다.

도 4는 일 실시 예에 따른 배터리 충전 시스템(400)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면 시스템(400)은 프로세서(402), 메모리(404), 충전 제어 컨트롤러(charging controller)(406), 충전 모니터(charging monitor)(408) 및 저장부(storage space)(410)을 포함할 수 있다. 이때, 메모리(404), 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408)는 프로세서(402)에 결합될 수 있다.

일 예에서, 프로세서(402)는 단일 프로세싱 유닛(single processing unit) 또는 다수의 유닛 일 수 있으며, 이들 모두는 복수의 컴퓨팅 유닛을 포함할 수 있다. 프로세서(402)는 하나 이상의 마이크로 프로세서, 마이크로 컴퓨터, 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 중앙 처리 장치, 상태 머신, 논리 회로, 및/또는 동작 명령에 기초하여 신호를 조작하는 임의의 장치로서 구현될 수 있다. 다른 기능들 중에서, 프로세서(402)는 메모리(404)에 저장된 컴퓨터 판독 가능 명령 및 데이터를 가져오고 실행하도록 구성된다.

프로세서(402)는 시스템(400)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 그리고, 프로세서(402)는 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408)의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(402), 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408)를 구분하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 프로세서(402)는 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408) 각각의 기능을 수행하도록 구성된(configured) 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(402)는 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408) 각각의 기능 중 일부를 수행하도록 구성된(configured) 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

메모리(404)는 예를 들어 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM; static random access memory) 및 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM; dynamic random access memory)와 같은 휘발성 메모리(volatile memory) 및/또는 읽기 전용 메모리(ROM; read-only memory), 지울 수 있는 프로그래밍 가능 ROM, 플래시 메모리, 하드 디스크, 광 디스크 및 자기 테이프와 같은 비 휘발성 메모리(non-volatile memory)를 포함하는 당업계에 알려진 임의의 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다.

충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408)는 무엇보다도 특정 작업을 수행하거나 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 구성 요소, 데이터 구조 등을 포함할 수 있다. 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408)는 또한 신호 프로세서, 상태 머신, 논리 회로, 및/또는 운영 지침(operational instruction)에 기초하여 신호를 조작하는 임의의 다른 장치 또는 구성 요소로서 구현될 수 있다. 또한, 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408)는 하드웨어, 프로세싱 유닛(processing unit)에 의해 실행되는 명령, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 프로세싱 유닛은 컴퓨터, 프로세서(402)와 같은 프로세서, 상태 머신, 로직 어레이 또는 명령을 처리할 수 있는 임의의 다른 적절한 장치를 포함할 수 있다. 프로세싱 유닛은 범용 프로세서가 필요한 작업을 수행하도록 명령을 실행하는 범용 프로세서 일 수 있으며, 프로세싱 유닛은 필요한 기능을 수행하는 전용 장치가 될 수 있다.

다른 실시 예에서, 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408)는 프로세서/프로세싱 유닛에 의해 실행될 때 설명된 기능 중 하나를 수행하는 기계 판독 가능 명령어(소프트웨어)일 수 있다. 저장부(410)은 무엇보다도 프로세서(402), 충전 제어부(406) 및 충전 모니터(408) 중 하나 이상에 의해 처리, 수신 및 생성된 데이터를 저장하기 위한 저장소 역할을 한다.

저장부(410)는 제1 전압의 값, 제2 전압의 값, 오리지널의 정격 용량에 대한 기설정된 임계 백분율 및 기설정된 전압의 값을 포함할 수 있다.

상술한 시스템(400)의 구성 요소는 단일 장치(예를 들어, 스마트 폰)에서 구현될 수 있으며, 하나 이상의 충전 회로를 제어하거나 충전 회로 동작을 제어하기 위해 충전 어댑터에 데이터를 전달할 수 있다.

시스템(400)의 상술한 구성 요소 중 하나 이상은 분산 방식(distributed manner)으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 충전 제어부는 충전 회로의 동작을 제어하기 위해 충전 어댑터에 제공될 수 있고, 충전 모니터로부터 명령을 포함하는 데이터를 수신할 수 있다.

시스템(400)은 배터리 충전을 위한 물리 기반 접근방식(physics-based approach)을 제공하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 시스템(400)은 배터리의 수명을 최상으로 최적화하기 위해 배터리가 충전될 수 있는 전압의 값을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 시스템(400)은 열화를 초래하는 요인(factor)을 고려하고 배터리의 수명을 최대화하기 위해 배터리가 충전될 수 있는 전압의 값을 변경하는 최상의 시나리오를 구현한다. 간결함을 위해, 위에서 이미 상술된 실시 예의 세부 사항은 중복해서 설명하지 않는다.

충전 제어부(406)는 배터리를 충전하도록 구성될 수 있다. 충전 제어부(406)는 배터리를 충전하는 충전 회로를 제어하고, 충전 모니터(408)로부터 수신된 데이터 및 명령(instruction)에 기초하여 배터리를 충전할 수 있다.

충전 모니터(408)는 도 1a의 경우와 도 1b의 경우에 따라서 다음과 같이 동작할 수 있다.

먼저, 도 1a의 경우에 충전 모니터(408)는 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하고, 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 큰지 여부를 판단할 수 있다.

충전 모니터(408)는 판단결과 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 크면, 배터리를 제1 전압으로 충전하도록 충전 제어부(406)를 제어한다. 이때, 충전 모니터(408)는 제1전압의 값을 포함하는 저장부(410)에 액세스하여 저장부(410)으로부터 제1 전압의 값을 식별할 수 있다.

충전 모니터(408)는 판단결과 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 배터리를 제2 전압으로 충전하도록 충전 제어부(406)를 제어한다. 이때, 충전 모니터(408)는 제1 전압의 값과 제2 전압의 값을 포함하는 저장부(410)에 액세스하여 저장부(410)으로부터 제2 전압의 값을 식별할 수 있다. 이때, 제2 전압은 제1 전압과 기설정된 전압의 값의 합과 동일하다.

또한, 충전 모니터(408)는 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 제1 전압의 값에 기설정된 전압 값을 추가하여 제1 전압의 값을 업데이트하고, 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 저장부(410)에 제1 전압의 업데이트된 값을 저장할 수 있다. 이 경우, 저장부(410)에 저장된 제2 전압의 값도 제1 전압의 값에 기초하여 자동으로 업데이트 된다.

이때, 기설정된 전압의 값은 0.01mV이고, 제1 전압은 4.2V이이고, 배터리는 리튬 이온 배터리일 수 있다.

다음으로, 도 1b의 경우에 충전 모니터(408)는 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하고, 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것인지 여부를 판단할 수 있다. 충전 모니터(408)는 제1 전압의 값과 제2 전압의 값을 포함하는 저장부(410)에 접근하여 제2 전압을 식별할 수 있다. 이때, 제1 전압은 3.5V 이고, 기설정된 전압의 값은 0.01mV 일 수 있다. 이 경우, 제2 전압은 제1 전압과 기설정된 전압의 값의 합과 동일하므로, 저장부(410)간에서 확인할 수 있는 제2 전압의 값은 3.51V 일 수 있다.

충전 모니터(408)는 다음과 같이 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것인지 여부를 판단할 수 있다.

충전 모니터(408)는 저장부(410)에 저장된 전압-용량 매핑(voltage-capacity mapping) 정보에 접근하고, 전압-용량 매핑에 기초하여 제2 전압에 대응하는 용량 값을 식별하고, 식별된 용량 값이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 전압-용량 매핑 정보는 복수의 전압과 복수의 용량 사이의 매핑 정보이다.

그리고, 충전 모니터(408)는 식별된 용량 값이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단한 결과 식별된 용량 값이 오리지널 정격 용량보다 크면, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단할 수 있다.

그리고, 충전 모니터(408)는 식별된 용량 값이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단한 결과 식별된 용량 값이 오리지널 정격 용량보다 작거나 같으면, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단할 수 있다.

상술한 판단결과, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단되면 충전 모니터(408)는 배터리를 제1 전압으로 충전하도록 충전 제어부(406)를 제어한다.

상술한 판단결과, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단되면 충전 모니터(408)는 배터리를 제2 전압으로 충전하도록 충전 제어부(406)를 제어한다.

한편, 상술한 판단결과, 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 배터리의 전류 용량이 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단되는 경우, 충전 모니터(408)는 제1 전압의 값에 기설정된 전압의 값을 추가하여 제1 전압의 값을 업데이트하고, 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 저장부(410)에 제1 전압의 업데이트된 값을 저장할 수 있다.

사이클 동안의 열화 반응(degradation reaction)에 대한 상세한 지식은 사이클 수명을 연장하는 동적으로 변화하는 충전 매개 변수로 최적의 충전 프로토콜에 도달하는데 사용된다. 본 개시에서는 LiMn2O4(LMO) 음극 기반(cathode-based) 리튬 이온 배터리(LIB; Lithium-ion Battery)를 사용하여 설명한다. LMO는 저비용 및 환경 친화적인 특성과 결합된 높은 비율의 성능과 셀 잠재력의 유리한 특성으로 인해 전기 자동차(EV; electric vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV; hybrid electric vehicle) 및 기타 애플리케이션의 후보 제품이다.

LMO는 단일 구성 요소(single component)로 사용되거나 고용량 음극 재료(high capacity cathode material)인 NMC와 함께 사용되어 두 가지 이점을 모두 얻을 수 있다. 따라서, LMO가 선택된 이유는 음극 후보로서의 인기와 성능저하 메커니즘이 잘 이해되고 연구된 것처럼 보이기 때문이다.

따라서, 배터리 화학 전반에 걸쳐 공통된 기능을 보여주기 위해 잘 알려진 관련 시스템이 선택되었다. 대부분의 화학 물질에서 공통적으로 나타나는 열화 신호(degradation signature)를 강조하는데, 이는 고전압/저전압 윈도우(high/low voltage windows)가 열화에 미치는 영향이다.

대부분의 리튬 금속 산화물, 예를 들어 리튬 코발트 산화물은 특정 전압(4.2V 이상의 코발트 용해) 이상에서 금속 용해를 겪는다. LFP(LiFePO4) 등과 같은 다른 많은 음극 재료도 아래 <표 1>에 같이 컷오프 전압 기반 열화를 나타낸다.

음극 재료 (Cathode Material)	열화 메커니즘 (Degradation Mechanism)	충전 전압 컷 오프 (Charge voltage cut-off)
NCA	음극 SEI 형성(Cathode SEI formation)	4.3
LMO	망간 용해(Manganese dissolution)	4.0
LiCoO2	코발트 용해(Cobalt dissolution)	4.2
LiFePO4	리튬 증착(Lithium Deposition)	3.55

본 개시에서 충전 프로토콜을 설계하기 위해 정교하게 활용되었다. 따라서, 후보 LMO는 동일한 특징으로 인해 열화되는 광범위한 화학 물질을 나타낸다. LMO를 통해 특히 열화에 대한 전기 화학적 이해를 충전 프로토콜과 결합하면 배터리의 상태에 크게 도움이되므로 최적화된 용량 출력으로 수명의 이점을 극대화할 수 있음을 보여준다.

스피넬 LMO 시스템(spinel LMO system)은 고전압에서 망간 용해(Manganese dissolution)로 인해 사이클링과 함께 용량이 감소하고 컷 오프 전압(cut-off voltage)에 매우 민감하다는 것이 잘 알려져 있다. 열화 현상(degradation phenomena)은 복잡하고 서로 얽혀 있으며 배터리 기능의 활동도를 높이기 위해 기초가 되는 상세한 물리학을 고려해야 한다. 최적화된 충전 프로토콜을 제안하고 LMO 기반 음극의 사이클 수명을 연장하기 위해 전기 화학 LIB 모델에 열화에 대한 세부 정보를 포함하고, 적절한 수정을 통해 저전압/고전압이 열화에 영향을 미치는 다른 화학 물질에도 확장될 수 있다.

도 5a는 일 실시 예에 따라 향상된 배터리의 기대 수명을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.

도 5b는 컷오프 기반의 기존 프로토콜에 의한 배터리의 기대 수명을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.

도 5a와 도 5b를 참조하면, 본 개시는 도 5b에 표시된 컷오프 기반 기존 프로토콜에 비해, 도 5a에 요약된 최적화된 동적 충전 프로토콜을 설계하는 동안 더 높은 전압 차단에서 용량 추출과 용량 페이드(capacity fade) 통해 열화에 대한 병렬의 향상된 부작용 사이의 트레이드 오프(trade-off) 개념을 활용한다.

도 5a를 참조하여 확인할 수 있듯이, 본 개시는 물리적 정보를 기반으로 열화, 용량 손실 및 전압 윈도우를 최적화하여 추출 가능한 용량을 손상시키지 않으면서 배터리의 수명을 최대 50 %까지 증가시킴을 확인할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

1. 배터리를 충전하도록 구성된 충전 제어부; 및
   상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하고, 상기 배터리의 상기 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 큰지 여부를 판단하고, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하도록 상기 충전 제어부를 제어하고, 판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 배터리를 제2 전압으로 충전하도록 상기 충전 제어부를 제어하는 충전 모니터
   를 포함하는 배터리 관리 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전압의 값을 포함하는 저장부를 더 포함하고,
   상기 충전 모니터부는,
   상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 저장부에서 상기 제1 전압의 값을 식별하는
   배터리 관리 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 전압은,
   상기 제1 전압과 기설정된 전압의 합과 같은
   배터리 관리 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 전압의 값 및 상기 제2 전압의 값을 포함하는 저장부를 더 포함하고,
   상기 충전 모니터부는,
   상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 저장부에서 상기 제2 전압의 값을 식별하는
   배터리 관리 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 충전 제어부는,
   상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 제1 전압의 값에 상기 기설정된 전압 값을 추가하여 상기 제1 전압의 값을 업데이트하고, 상기 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 상기 저장부에 상기 제1 전압의 업데이트된 값을 저장하는
   배터리 관리 시스템.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 기설정된 전압의 값은,
   0.01mV이고,
   상기 제1 전압은,
   4.2V인
   배터리 관리 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 배터리는,
   리튬 이온(Lithium-ion) 배터리인
   배터리 관리 시스템.
   
8. 상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하는 단계;
   상기 배터리의 상기 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 기설정된 임계 백분율보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
   판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하는 단계; 및
   판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 배터리를 제2 전압으로 충전하는 단계
   를 포함하는 배터리 충전을 제어하는 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 크면, 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하는 단계는,
   상기 제1 전압의 값을 포함하는 저장 공간에서 상기 제1 전압의 값을 식별하는 단계
   를 포함하는 배터리 충전을 제어하는 방법.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전압은,
    상기 제1 전압과 기설정된 전압의 합과 같은
    배터리 충전을 제어하는 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 배터리를 제2 전압으로 충전하는 단계는,
    상기 제1 전압의 값 및 상기 제2 전압의 값을 포함하는 저장 공간에서 상기 제2 전압의 값을 식별하는 단계를
    포함하는 배터리 충전을 제어하는 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    판단결과 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량의 상기 기설정된 임계 백분율보다 작거나 같으면, 상기 제1 전압의 값에 상기 기설정된 전압 값을 추가하여 상기 제1 전압의 값을 업데이트하는 단계 및
    상기 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 상기 저장 공간에 상기 제1 전압의 업데이트된 값을 저장하는 단계
    를 더 포함하는 배터리 충전을 제어하는 방법.
    
13. 제10항에 있어서,
    상기 기설정된 전압의 값은,
    0.01mV이고,
    상기 제1 전압은,
    4.2V인
    배터리 충전을 제어하는 방법.
    
14. 제8항에 있어서,
    상기 배터리는,
    리튬 이온(Lithium-ion) 배터리인
    배터리 충전을 제어하는 방법.
    
15. 상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하는 단계;
    상기 배터리의 충전 사이클의 시작을 감지하고, 상기 배터리의 상기 충전 사이클의 시작을 감지하는 것에 응답하여, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것인지 여부를 판단하는 단계;
    판단결과, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단되면 상기 배터리를 제1 전압으로 충전하는 단계; 및
    판단결과, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단되면 상기 배터리를 상기 제2 전압으로 충전하는 단계
    를 포함하는 배터리 충전을 제어하는 방법.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리가 제2 전압으로 충전되면, 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 오리지널 정격 용량을 초과할 것인지 여부를 판단하는 단계는,
    저장 공간에 저장된 전압-용량 매핑 정보에 접근하는 단계;
    상기 전압-용량 매핑에 기초하여 상기 제2 전압에 대응하는 용량 값을 식별하는 단계;
    상기 식별된 용량 값이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
    판단결과 상기 식별된 용량 값이 상기 오리지널 정격 용량보다 크면, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량을 초과할 것이라고 판단하는 단계; 및
    판단결과 상기 식별된 용량 값이 상기 오리지널 정격 용량보다 작거나 같으면, 상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전압-용량 매핑 정보는,
    복수의 전압과 복수의 용량 사이의 매핑 정보인
    배터리 충전을 제어하는 방법.
    
17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 전압은,
    상기 제1 전압과 기설정된 전압의 합과 같은
    배터리 충전을 제어하는 방법.
    
18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전압의 값 및 상기 제2 전압의 값을 포함하는 저장 공간에서 상기 제2 전압의 값을 식별하는 단계를
    더 포함하는 배터리 충전을 제어하는 방법.
    
19. 제16항에 있어서,
    상기 배터리가 제2 전압으로 충전되는 경우 상기 배터리의 전류 용량이 상기 배터리의 상기 오리지널 정격 용량보다 작거나 같을 것이라고 판단하는 단계는,
    상기 제1 전압의 값에 상기 기설정된 전압의 값을 추가하여 상기 제1 전압의 값을 업데이트하는 단계; 및
    상기 배터리의 후속 충전 사이클에서 사용하기 위해 저장 공간에 상기 제1 전압의 업데이트된 값을 저장하는 단계
    를 포함하는 배터리 충전을 제어하는 방법.
    
20. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전압은,
    3.5V인
    배터리 충전을 제어하는 방법.

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