KR20230128319A - 회로 모델링을 사용하는 배터리 충전을 위한 시스템및 방법 - Google Patents

Abstract

배터리(104)를 충전하기 위한 시스템(100)은 전력 공급부(302)와 결합된 제1 스위치(312, 412)를 포함한다. 필터의 일부일 수도 있는 유도 요소(318)는 스위치에 연결된다. 시스템은 스위치(312, 412)와 통신하고 유도 요소의 모델(114)과 통신하는 프로세서(106, 306, 406)를 포함한다. 스위치가 프로세서에 의해 제어되어 제1 유도 요소에서 펄스의 시퀀스를 생성하여 유도 요소(318)의 모델에 관한 정형된 충전 파형을 생성한다.

Description

회로 모델링을 사용하는 배터리 충전을 위한 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호-참조

본 특허 협력 조약(Patent Cooperation Treaty: PCT) 출원은 미국 특허 출원 제63/132,250호(출원일: 2020년 12월 30일, 발명의 명칭: "Systems and Methods for Battery Cell Charging Using Circuit Modeling")에 관한 것이고 이의 우선권을 주장하며, 이 개시내용의 전체 내용은 모든 목적을 위해 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

기술 분야

본 발명의 실시형태는 일반적으로 배터리를 충전하기 위한, 더 구체적으로, 신호를 정형(shaping)하고/하거나 배터리로의 적용 전에 신호로부터 원치 않는 주파수 성분을 필터링할 때 수반되는 회로 컴포넌트의 모델을 수반하는 정형된 충전 신호의 생성을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전력 공구, 모바일 컴퓨팅 및 통신 디바이스, 휴대용 전자 디바이스, 및 스쿠터 및 자전거를 포함하는 모든 종류의 전기 동력식 차량과 같은, 수많은 상이한 유형의 전기 동력식 디바이스는 작동 전원으로 재충전 가능한 배터리를 사용한다. 재충전 가능한 배터리는 한정된 배터리 용량에 의해 제한되고 고갈 시 재충전되어야 한다. 배터리를 재충전하는 데 필요한 시간 동안 전력공급받는 디바이스가 종종 정지해야 하므로 배터리를 재충전하는 것이 불편할 수도 있다. 배터리 크기에 따라, 충전하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있다. 게다가, 배터리 충전은 종종 배터리 성능 저하를 수반한다. 이와 같이, 특히, 배터리를 재충전하는 데 필요한 시간을 감소시키고, 배터리 성능을 향상시키고, 충전으로 인한 배터리 열화를 감소시키기 위해 배터리 충전 기술 개발에 상당한 노력을 기울여 왔다.

특히, 이러한 관찰을 염두에 두고, 본 개시내용의 다양한 양상이 고안되고 개발되었다.

본 개시내용의 양상은 전력 공급부와 작동 가능하게 결합된 제1 스위치를 포함하는 배터리를 충전하기 위한 시스템을 수반한다. 시스템은 인덕터일 수도 있는 제1 유도 요소로서, 인덕터는 직렬로 또는 병렬로 또는 이들의 조합으로 결합되는, 제1 유도 요소, 변압기 또는 제1 스위치와 작동 가능하게 통신하는, 다른 가능한 유도 요소 중, 변압기의 주 또는 부 권선과 같은 변압기의 유도 부분을 더 수반한다. 시스템은 스위치와 통신하고 유도 요소의 모델과 통신하는 프로세서를 더 포함한다. 부가적인 컴포넌트가 또한 모델링될 수도 있다. 프로세서는 명령어를 실행시켜서 스위치를 제어하여 제1 유도 요소에서 펄스의 시퀀스를 생성하여 정형된 충전 파형을 생성하는 모델의 실행에 응답하여 정형된 충전 파형을 생성하도록 구성된다.

다양한 양상에서, 프로세서는 또한 모델에 의해 펄스의 시퀀스를 실행시키고 펄스의 시퀀스를 조정하여 정형된 파형을 생성하도록 구성될 수도 있다. 다른 특징이 모델링될 수도 있다. 하나의 예에서, 모델은 설정 가능한 인덕턴스 값 및 설정 가능한 저항값을 포함한다. 프로세서는 또한 명령어를 실행시켜서 기지 신호(known signal)를 유도 요소에 적용함으로써 그리고 기지 신호의 제1 지점에서 제1 측정값(예를 들어, 전류 또는 전압) 그리고 기지 신호의 제2 지점에서 제2 측정값(예를 들어 전류 또는 전압)을 획득함으로써 그리고 제1 지점에서의 제1 측정값 또는 제2 지점에서의 제2 측정값 중 적어도 하나가 각각의 제1 지점에서의 제1 의도된 측정값 또는 제2 지점에서의 제2 의도된 측정값과 일치하지 않을 때 설정 가능한 인덕턴스 값 또는 설정 가능한 저항값 중 적어도 하나를 변경함으로써 모델을 교정하도록 구성될 수도 있다.

다양한 부가적인 양상에서, 시스템은 공통 노드에서 제1 스위치(예를 들어, 트랜지스터)와 통신하는 제2 스위치(예를 들어, 트랜지스터 또는 다이오드)를 더 포함할 수도 있고, 공통 노드는 유도 요소 또는 더 일반적으로 유도 요소를 포함하는 필터와 작동 가능하게 결합된다. 필터뿐만 아니라 스위치의 다양한 양상이 모델링될 수도 있다.

시스템은 필터의 제1 요소 및 제2 요소 부분 둘 다를 가진, 제1 유도 요소와 결합된 제2 인덕터를 더 포함할 수도 있다. 배터리는 다양한 가능한 실시형태에서, 제1 인덕터, 제2 인덕터 또는 더 일반적으로 필터와 작동 가능하게 결합될 수도 있고, 정형된 충전 파형을 수신한다. 다양한 실시형태가 충전 파형을 정형하고 종래의 정전류 또는 정전압 유형 충전 신호를 적용하지 않지만 가끔은 신호가 일정한 신호로 정형될 것임이 가능하다. 필터의 부분으로 또한 여겨질 수도 있는 커패시터는 제1 유도 요소와 제2 인덕터 간에 결합될 수도 있고 중립(접지)일 수도 있다.

또 다른 양상에서, 커패시터는 전력 공급부 및 제1 스위치와 작동 가능하게 결합될 수도 있다. 커패시터는 에너지, 예를 들어, 정형 가능한 전류를 스위치를 통해 전달하여 더 일반적으로 제1 유도 요소 및/또는 필터에 의해 정형된 충전 파형을 생성하도록 구성되고 배열된다.

모델은 제2 인덕터 요소의 모델 및 충전되는 배터리의 모델을 더 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 인덕터 요소의 모델 요소뿐만 아니라 배터리가 결합되고 인덕터 값으로 표현될 수도 있다. 모델은 또한 결합될 수도 있는, 다양한 필터 요소에 대한, 저항값을 또한 포함할 수도 있다.

본 개시내용의 또 다른 양상에서, 배터리를 충전하는 방법은 스위치와 통신하고 스위치와 결합된 제1 유도 요소를 포함하는 필터의 모델과 통신하는 프로세서로부터, 스위치를 제어하여 필터에서 펄스의 시퀀스를 생성하여 정형된 충전 파형을 생성하는 모델의 실행에 응답하여 정형된 충전 파형을 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 필터 요소에서 펄스의 시퀀스를 생성하여 필터로부터 기지 신호를 생성하는 단계; 및 기지 신호의 측정된 속성이 의도된 측정값과 일치하지 않을 때, 모델의 적어도 하나의 속성을 조정함으로써 모델을 교정하는 단계를 더 수반할 수도 있다.

모델의 교정은 모델의 적어도 하나의 속성이 설정 가능한 인덕턴스 값 및 설정 가능한 저항값을 포함할 때, 기지 신호를 필터에 적용하는 것 및 기지 신호의 제1 지점에서 제1 측정값 그리고 기지 신호의 제2 지점에서 제2 측정값을 획득하고, 제1 지점에서의 제1 측정값 또는 제2 지점에서의 제2 측정값 중 적어도 하나가 각각의 제1 지점에서의 제1 의도된 측정값 또는 제2 지점에서의 제2 의도된 측정값과 일치하지 않을 때 설정 가능한 인덕턴스 값 또는 설정 가능한 저항값 중 적어도 하나를 변경하는 것을 더 수반할 수도 있다.

필터는 제1 유도 요소와 결합된 제2 인덕터를 더 포함하고, 제1 유도 요소는 제1 인덕터이고, 제1 인덕터와 제2 인덕터 간에 결합되고 중립인 커패시터를 더 포함할 수도 있다. 모델은 다양한 이 부가적인 필터 컴포넌트를 단독으로 또는 조합하여 모델링할 수도 있다. 모델은 스위치 또는 스위치들을 더 포함할 수도 있다. 모델은 전력 공급부와 작동 가능하게 결합되고 스위치와 작동 가능하게 결합된 커패시터를 더 포함할 수도 있다.

본 명세서에 제시된 본 개시내용의 다양한 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 예시된 바와 같이, 이러한 본 발명의 개념의 실시형태의 다음의 설명으로부터 분명해질 것이다. 도면이 반드시 축척대로 도시되는 것이 아니고 실시형태의 다양한 특징을 나타낼 수도 있고, 본 발명의 개념의 원리 및 다른 양상을 예시하는 것에 주안점을 두는 것에 유의해야 한다. 또한, 도면에서 유사한 참조 부호는 상이한 도면 전반에 걸쳐 동일한 부분 또는 유사한 부분을 나타낼 수도 있다. 본 명세서에 개시된 실시형태 및 도면이 제한이 아니라 예시적인 것으로 여겨진다는 것이 의도된다.
도 1은 하나의 실시형태에 따른 충전 시스템의 시스템 도면.
도 2는 하나의 실시형태에 따른 배터리를 충전하기 위한 제어된 임의로 정형된 충전 파형의 예의 신호 그래프.
도 3은 또 다른 실시형태에 따른 배터리를 충전하기 위한 회로를 예시하는 개략도.
도 4는 또 다른 실시형태에 따른 배터리를 충전하기 위한 회로를 예시하는 개략도.
도 5는 하나의 실시형태에 따른 충전 신호를 생성하도록 회로 모델을 활용하기 위한 방법을 예시하는 흐름도.
도 6은 또 다른 실시형태에 따른 충전 신호를 생성하도록 회로 모델을 활용하기 위한 방법을 예시하는 흐름도.
도 7은 필터 회로의 제1 인덕터에서 그리고 필터 회로의 제2 인덕터에서 생성된 충전 신호의 예를 나타내는 도면, 생성된 충전 신호는 필터 회로의 모델에 기초함.
도 8은 모델을 교정하도록 사용되는 테스트 신호의 예를 나타내는 도면.
도 9는 본 개시내용의 실시형태를 구현할 때 사용될 수도 있는 컴퓨팅 시스템의 예를 예시하는 도면.

배터리를 충전(재충전)하기 위한 시스템, 회로 및 방법이 본 명세서에 개시된다. 용어 충전과 재충전은 본 명세서에서 동의어로 사용된다. 본 개시내용의 양상은 종래의 충전에 비해, 몇몇의 이점을 단독으로 또는 조합하여 제공할 수도 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 충전 기법은 애노드가 손상되는 속도를 감소시킬 수도 있고, 충전 동안 생성되는 열을 감소시킬 수도 있고, 이는 전극 및 다른 배터리 손상의 감소, 화재 또는 단락 위험의 감소 등과 같은 몇몇의 후속 효과를 가질 수도 있다. 다른 예에서, 본 명세서에 설명된 충전 기법은 더 높은 충전 속도가 배터리에 적용되게 할 수도 있고 따라서 더 빠른 충전을 허용할 수도 있다. 정반대로, 논의된 시스템, 회로 및 방법을 통해, 더 적은 에너지가 종래의 충전 회로 및 방법의 다양한 형태와 비교할 때 배터리를 충전하는 데 필요할 수도 있다. 기법은 전부 사용될 충전 속도를 최적화할 수도 있고, 기법은 다른 이슈, 예컨대, 수명 및 온도를 고려한다. 하나의 예에서, 충전 속도 및 매개변수가 최적화되어 더 긴 배터리 수명 및 더 큰 충전 에너지 효율을 제공할 수도 있다.

하나의 예에서, 본 명세서에서 논의되는 다양한 실시형태는 충전 신호 정형 회로의 하나 이상의 컴포넌트의 모델을 사용하여 제어 가능하게 정형되는 충전 신호를 생성함으로써 배터리를 충전한다. 정전류 또는 정전압과 같은 종래의 충전 기법은 충전 신호 정형을 수반하지 않고 따라서 제어가 상대적으로 간단하고, 본 명세서에서 논의된 모델링 기법이 필요하지 않다. 하나의 구현예에서, 충전 신호 정형 알고리즘은 배터리를 충전하기 위한 예상된 또는 의도된 충전 신호를 회로 모델에 제공할 수도 있다. 모델은 신호를 생성하기 위한 제어를 확인하고/하거나 조정하도록 사용될 수도 있다. 모델은 또한 의도된 충전 신호에 기초하여, 충전 신호 정형 회로의 컴포넌트의 모델링에 기초하여 하나 이상의 제어 신호를 충전 신호 정형 회로의 스위치 또는 다른 컴포넌트로 출력할 수도 있다. 일부 경우에, 정형된 충전 신호의 형상의 양상이 배터리로의 에너지의 최적의 전달과 연관된 고조파(또는 고조파들)에 대응할 수도 있지만, 시스템의 목적은 다른 목적들 중, 임의의 임의로 정형된 충전 신호를 효율적으로 생성하고 이 신호를 배터리에 적용할 수 있는 것이다. 제어에 의해 규정된 임의의 임의 형상일 수도 있는 형상이 그럼에도 불구하고 제어된다. 충전 신호 정형 회로의 컴포넌트에 대한 제어 신호는 배터리 충전 회로를 대표하는, 전압 및 전류와 같은 충전 동안 배터리에서 충전 신호의 측정 또는 배터리 자체의 피드백에 기초하는 것 대신 회로의 컴포넌트의 모델에 기초할 수도 있다. 일부 경우에, 이 방식은 "피드-포워드" 기법으로 지칭될 수도 있다.

충전 신호를 규정하기 위해 제어 신호를 결정하도록 회로의 모델을 활용하는 피드-포워드 기법은 신호 조정의 정확성 및 속도를 포함하는 몇몇의 이점을 제공할 수도 있다. 게다가, 장치가 다른 방식보다 더 적은 컴포넌트에 의해 작동 가능할 수도 있어서 다른 이점 중, 더 적은 PCB 부동산을 사용하여, 비용을 감소시킨다.

실제적으로 말하면, 특히 일부 유형의 피드백 없이 회로의 모델에 단독으로 의존하여 모델 오류를 조정하고, 컴포넌트 드리프트를 조정하고, 회로 컴포넌트에 대한 온도 효과 또는 다른 효과를 조정하고, 배터리의 변화를 조정하고, 부가적인 데이터를 모델에 주기적으로 제공하여 이의 출력을 변경하는 것이 어렵다. 예를 들어, 충전 회로의 작동 동안, 충전하의 배터리의 양상은 충전 상태(state of charge: SoC), 건강 상태(state of health: SoH) 등에 응답하여 변경될 수도 있다. 따라서, 일부 경우에, 배터리의 양상이 획득되고 사용되어 회로의 모델을 조정할 수도 있다. 모델은 충전 신호를 정형하고 필터링하도록 사용되는 회로의 다양한 컴포넌트를 처리할 수도 있고, 이 컴포넌트의 값 또는 기능은 시간에 걸쳐 변경될 수도 있고, 이 변경은 모델에서 처리될 수도 있다. 일반적으로, 회로의 모델링이 충전 신호의 추정 및 사전 결정을 제공하여 배터리 및 다른 센서로부터 상대적으로 느린 피드백 경로에 대응한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 모델링은 효과적인 신호 제어가 특히 비용이 많이 들고, 값비싼 전력 및 PCB 부동산을 소비하는, 복합 신호 측정, 컴포넌트 측정 또는 다른 피드백 메커니즘 없이 달성될 수도 있는 수단을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 모델이 피드백 정보에 기초하여 가끔 업데이트되어 배터리 및/또는 회로 요소의 변경에 기초하여 모델 응답을 조정할 수도 있다.

기술에서 그리고 본 명세서에서 용어 "배터리"는 다양한 방식으로 사용될 수 있고 전해질, 고체 또는 액체에 의해 분리되는 애노드와 캐소드를 가진 개별적인 전지뿐만 아니라 다양한 배열로 연결되는 이러한 전지의 모음을 나타낼 수도 있다. 배터리 또는 배터리 전지는 전기화학 디바이스의 형태이다. 배터리는 일반적으로 이온 전도성 배리어, 종종 전해질로 포화된 액체 또는 폴리머 막에 의해 분리되는 상대전하층 및 전극층의 공급원의 반복 유닛을 포함한다. 이 층이 얇게 이루어져서 다수의 유닛이 배터리의 용적을 차지할 수 있으므로, 각각의 적층된 유닛을 가진 배터리의 이용 가능한 전력을 증가시킨다. 많은 예가 배터리에 적용 가능한 것으로 본 명세서에서 논의되지만, 설명된 시스템 및 방법이 개별적인 전지로부터, 병렬로, 직렬로 그리고 병렬과 직렬로 결합된 전지와 같은 전지의 상이한 가능한 상호연결을 수반하는 배터리까지 걸치는 많은 상이한 유형의 배터리에 적용할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 논의되는 시스템 및 방법은 규정된 팩 전압, 출력 전류 및/또는 용량을 제공하도록 배열된 수많은 전지를 포함하는 배터리 팩에 적용될 수도 있다. 게다가, 본 명세서에서 논의되는 구현예는, 몇 가지 예를 들면, 리튬-금속 및 리튬-이온 배터리를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 다양한 상이한 유형의 리튬 배터리, 납-산 배터리, 다양한 유형의 니켈 배터리, 및 솔리드-스테이트 배터리와 같은 상이한 유형의 전기화학 디바이스에 적용될 수도 있다. 본 명세서에서 논의되는 다양한 구현예는 또한 버튼 또는 "코인" 유형 배터리, 원통형 전지, 파우치 전지 및 프리즘 전지와 같은 상이한 구조의 배터리 장치에 적용될 수도 있다.

도 1은 배터리(104)를 재충전하기 위한 예시적인 충전 신호 발생기 장치(100)를 예시하는 개략도이다. 발생기는 컨트롤러(108), 예컨대, 마이크로컨트롤러, 필드-프로그래밍 가능 게이트 어레이(field-programmable gate array: FPGA), 응용 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit: ASIC), 마이크로프로세서 및 이들의 조합을 포함할 수도 있는 처리 또는 그렇지 않으면 제어 장치(106), 또는 필터(112)를 포함할 수도 있는, 충전 신호 정형 장치(110)로부터 충전 신호를 생성하기 위한 제어를 생성하는 다른 처리 장치를 포함한다. 컨트롤러가 충전 신호 정형 장치 및/또는 필터의 컴포넌트의 모델(114)과 통신하여 충전 신호 정형 장치에 대한 제어 명령어를 생성한다. 컨트롤러 및 모델을 포함하는 제어 장치는 통합 장치일 수도 있다. 시스템은 또한 배터리 측정 회로(116)로부터의 배터리 측정값, 예컨대, 충전 신호 또는 교정 신호 또는 다른 것의 존재 시 배터리(104)의 배터리 단자에서의 전류 및/또는 전압 측정값, 및 모델을 교정하거나 또는 조정하거나 또는 그렇지 않으면 충전 제어에 영향을 주도록 사용되는 이러한 배터리 측정값을 수신할 수도 있다. 일반적으로, 발생기는 또한 전압원 또는 전류원일 수도 있는, 전력원(118)을 포함하거나 또는 이 전력원과 작동 가능하게 결합될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 전력원(118)이 직류(direct current: DC) 전압원이지만, 교류(alternating current: AC) 공급원이 또한 고려된다. 다양한 대안에서, 전력원(118)은 일방향 전류를 제공하는 DC 공급원, 양방향 전류를 제공하는 AC 공급원 또는 리플 전류(예컨대, 전류가 일방향으로 되게 하도록 DC 바이어스를 가진 AC 신호)를 제공하는 전력원을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 전력원(118)이 제어 장치(106) 및 필터 컴포넌트에 의해 정형될 수도 있는 충전 에너지, 예를 들어, 전류를 공급하여 제어 가능하게 정형된 충전 신호를 생성해서 배터리(104)를 충전할 수도 있다. 하나의 예에서, 회로 컨트롤러(108)가 하나 이상의 입력을 전력 신호 정형 회로에 제공하여 필터에 대한 펄스를 생성할 수도 있고, 이는 배터리에 대한 필터의 출력부에서 정형된 충전 신호를 생성한다.

일부 경우에, 충전 신호 정형 회로(110)가 전력원(118)으로부터의 에너지를 변경하여 배터리(104)에서의 충전 상태에 기초하여 정형되는 충전 신호, 예컨대, 고조파 또는 고조파의 속성을 포함하는 신호가 배터리(104)에 적용될 때 임피던스에 기초하여 고조파 또는 고조파들에 적어도 부분적으로 대응하는 충전 신호를 생성할 수도 있다. 도 1의 예에서 그리고 그 외에, 회로(100)가 배터리(104)에 연결된 배터리 측정 회로(116)를 포함하여 전지 전압 및/또는 충전 전류뿐만 아니라, 온도와 같은 다른 배터리 속성을 측정하고 배터리(104)의 임피던스를 측정하거나 또는 계산할 수도 있다. 하나의 예에서, 배터리 특성은 적용된 충전 신호에 기초하여 측정될 수도 있다. 또 다른 예에서, 배터리 전지 특성은, 전지를 특성화하기(characterize) 위해 상이한 주파수 속성과 연관된 배터리 전지 특성값의 범위를 생성하도록 가변 주파수 속성을 가진 신호를 적용하는 루틴의 부분으로서 측정될 수도 있고, 이는 충전 전에, 충전 동안, 주기적으로 충전 동안 수행될 수도 있고, 룩업 기법과 결합하여 그리고 다른 기법으로 사용될 수도 있다. 배터리 특성은 배터리의 충전 상태 및/또는 온도를 포함하는, 배터리의 많은 물리적 또는 화학적 특징에 기초하여 변경될 수도 있다. 이와 같이, 배터리 측정 회로(116)가 회로 컨트롤러(106)에 의해 제어되어 다른 시간 간에, 재충전 동안 배터리(104)의 다양한 배터리 특성값을 결정하고, 배터리 특성값 중 측정된 것을 회로 컨트롤러(108) 또는 발생기(100)의 다른 부분에 제공할 수도 있다.

회로 컨트롤러(108)는 배터리(104)의 효율적인 충전을 위한 의도된 충전 신호를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 배터리에 대한 신호의 임피던스 효과의 이해로부터 특성화되는 배터리(104) 또는 신호 정의의 측정된 임피던스는 배터리(104)의 최소 임피던스 값과 연관된 고조파에 대응하는 속성을 가진 충전 신호를 생성하도록 회로 컨트롤러(108)에 의해 사용될 수도 있다. 이와 같이, 회로 컨트롤러(108)는 배터리(104)의 측정된, 특성화된 그리고/또는 추정된 충전 상태에 기초하여 충전 신호 정형을 출력하는 충전 신호 알고리즘을 실행할 수도 있다. 이어서 회로 컨트롤러(108)는 충전 신호 알고리즘에 기초하여 하나 이상의 제어 신호를 생성하고 이 제어 신호를 충전 신호 정형 장치(110)에 제공할 수도 있다. 제어 신호는 다른 기능 중, 알고리즘에 의해 결정된 정형된 충전 신호를 근사화하기 위해 충전 신호를 정형할 수도 있다. 충전 신호 정형 회로 또는 더 구체적으로 필터는 또한 신호로부터 임의의 원치 않는 주파수 속성을 필터링할 수도 있다. 일부 경우에, 정형된 충전 신호가 임의의 임의로 정형된 충전 신호일 수도 있어서, 충전 신호가 전통적으로 반복되는 충전 신호, 예컨대, 반복되는 구형파(square wave) 또는 삼각파 충전 신호를 따르지 않는다.

예를 들어, 도 2는 배터리 전지(204)를 충전하기 위한 임의로 정형된 배터리 충전 신호(200)의 신호 도면(202)이다. 형상이 임의적인 것으로 설명되지만; 형상이 제어되고, 제어에 따라 임의의 임의적인 형상을 취할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 신호 도면(202)은 입력 전류(204) 대 시간(206)으로서 그래프로 표현된 충전 신호(208)를 예시한다. 충전 신호(208)의 형상은 회로 컨트롤러(210)에 의해 실행되는 충전 신호 알고리즘 또는 프로그램에 의해 결정될 수도 있다. 하나의 경우에, 충전 신호(208)의 형상은 배터리 전지(204)의 특성, 예컨대, 배터리 전지의 최소 임피던스 값에 기초할 수도 있다. 또 다른 예에서, 충전 신호(208)의 형상은 전지의 임피던스 값과 연관된 고조파에 대응할 수도 있다. 이 예에서, 형상의 다양한 부분은 특히, 임피던스의 상이한 고조파의 임피던스 응답에 기초한다. 많은 경우에, 형상은 최저 임피던스 또는 그 주위의 고조파에 기초하지만, 최저 임피던스의 고조파로 제한되지 않는다. 일부 경우에, 신호, 예컨대, 도 2에 도시된 신호는 충전 전류(210)가 배터리에 거의 또는 전혀 인가되지 않을 때와 충전 전류(예를 들어, 신호(208)(a) 또는 208(n))가 배터리에 인가될 때 시간 기간 간의 이러한 신호의 반복되는 시퀀스(예를 들어, 208(a) 내지 208(n))일 수도 있다. 추가의 또 다른 예에서, 충전 신호(208)의 형상의 다양한 양상은 배터리(104)의 어드미턴스의 컨덕턴스 또는 서셉턴스 중 하나 또는 둘 다와 연관된 고조파에 대응할 수도 있다. 임피던스 값이 고려되는 경우에, 기법은 값이 단독으로 또는 조합하여 상대적으로 낮은 임피던스인 경우에 고조파 값을 평가한다. 어드미턴스에 대해, 기법은 어드미턴스가 단독으로 또는 조합하여 상대적으로 높은 컨덕턴스 및 서셉턴스인 경우에 고조파를 평가한다. 일반적으로 반대 관계를 고려하면, 본 명세서에서 사용될 때 용어 임피던스는 역 어드미턴스를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 발생기(100)의 충전 신호 정형 알고리즘은 측정된, 모델링된 또는 추정된, 배터리(104)의 임의의 특성에 기초하여 충전 신호(208)의 형상을 형성하거나 또는 그렇지 않으면 결정할 수도 있다.

일부 종래의 충전 시나리오에서, 펄스 충전이 분석되었다. 그러나, 구형파 펄스 충전 신호를 적용하여 배터리를 충전하는 것이 배터리의 수명을 저하시킬 수도 있거나 또는 배터리의 충전의 비효율을 도입할 수도 있다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 배터리의 전극(일반적으로 애노드)에 대한 충전 전류의 갑작스러운 인가(예를 들어, 구형파 펄스의 날카로운 선두 에지)가 배터리 단자에 걸쳐 큰 초기 임피던스를 유발할 수도 있어서 다른 문제 중, 배터리로의 전력 전달의 손실을 발생시키고, 충전 과정의 효율을 감소시키고/시키거나 충전하에서 배터리의 부분을 손상시킨다.

구형파 펄스로부터 배터리까지 겪는 충전 신호의 급격한 변화는 예컨대, 구형파 펄스의 선두 에지, 구형파 펄스의 후미 에지에서 그리고 종래의 역 펄스 스킴의 사용 동안, 고주파수 고조파로 이루어진 잡음을 도입할 수도 있다. 이러한 높은 고조파는 배터리 전극에서 큰 임피던스를 발생시킨다. 이러한 고 임피던스는 용량 손실, 열 생성, 및 배터리 전반에 걸친 전기-운동 활동, 충전 경계에서 바람직하지 않은 전기-화학적 응답, 및 배터리를 손상시키고 배터리의 수명을 저하시킬 수도 있는 배터리 내 물질에 대한 열화를 포함하여, 배터리의 많은 비효율 및 열화를 발생시킬 수도 있다. 게다가, 날카로운 결합 에지 펄스를 가진 배터리를 저온 시동하는 것은 삽입된 용량성 충전 및 확산성 공정으로서 제한된 패러데이 활동을 도입한다. 이 시간 동안, 근위 리튬이 반응하고 빠르게 소비될 것이고, 전지 및 컴포넌트의 건강에 부정적으로 영향을 주는 원치 않는 부작용 및 확산-제한된 조건의 기간을 남긴다. 이 비효율 및 다른 비효율은 소위 신속 충전과 일반적으로 연관된 배터리의 상대적으로 높은 전류 재충전 동안 특히 해롭다.

배터리(104)의 특성이 충전 상태, 온도 및 다른 요인으로 인해 변화될 수도 있음에 따라, 충전 신호(208)의 형상이 또한 시간에 걸쳐 변경될 수도 있다. 신호는 신호 및/또는 필터링 신호를 생성하는 것에 수반된 회로 컴포넌트의 모델(114)을 부분적으로 참조하여 규정될 수도 있다. 시스템은 또한 피드백을 사용할 수도 있다. 따라서, 일부 경우에, 발생기는 회로 및/또는 배터리의 특성을 모니터링하거나 또는 결정하는 반복 과정을 수행할 수도 있고 따라서 배터리에 인가되는 충전 신호(208)의 형상 및/또는 모델을 조정할 수도 있다. 이 반복 과정은 배터리를 재충전하는 데 사용되는 충전 신호의 효율 및/또는 신호 형상의 정확성을 개선시킬 수도 있어서, 다른 이점 중, 배터리를 재충전하는 시간을 감소시키고, 배터리의 수명(예를 들어, 배터리가 겪을 수도 있는 충전 사이클과 방전 사이클의 수)을 연장시키고, 배터리를 충전하는 전류량을 최적화하고, 다양한 비효율로 손실되는 에너지를 방지한다.

도 3은 하나의 실시형태에 따라, 배터리에 적용되는 충전 신호를 생성하기 위해, 필터 컴포넌트(324)에 의해 정형된 충전 신호로 변환되는, 노드(336)에서의 제어된 펄스의 초기 시퀀스를 생성하도록 스위칭 요소(312, 314)를 활용하는 배터리(304)를 충전하기 위한 회로(300)를 예시하는 개략도이다. 회로(300)는 전력 공급부(302), 회로 컨트롤러(306), 배터리 측정 회로(308) 및 배터리(304)를 포함하는, 도 1의 발생기를 참조하여 위에서 소개된 요소를 포함한다. 도 3의 회로(300)에 예시된 다른 요소는 도 1의 충전 신호 정형 회로 및/또는 필터에 포함될 수도 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 회로 모델과 합동으로 회로 컨트롤러(306)는 과정의 부분으로서 하나 이상의 제어 신호(330, 332)를 회로(300)의 요소(예를 들어, 스위치(312 및 314))에 제공하여 전류 또는 전압 신호를 정형해서 배터리(304)를 충전할 수도 있다. 회로 컨트롤러(306)는 FPGA 디바이스, 마이크로컨트롤러, 프로세서, ASIC 또는 임의의 다른 프로그램 가능 처리 디바이스를 통해 구현될 수도 있다. 하나의 구현예에서, 회로 컨트롤러(306)는 배터리(304)에 적용될 충전 신호의 형상을 생성하는 노드(336)에서 펄스의 시퀀스를 생성하기 위해 스위치를 제어하도록 충전 신호 정형 발생기(310)를 포함할 수도 있다.

위에서 소개된 바와 같이, 다양한 신호 및 배터리 특성의 상세한 피드백을 사용하는 광범위한 피드백 환경 대신, 발생기는 모델을 사용할 수도 있다. 단순한 레벨에서, 모델은 인덕터를 나타내는 저항 및 필터 회로(324)뿐만 아니라 배터리(304)의 저항과 직렬인 인덕터의 모델이다. 따라서 모델은 저항값과 직렬인 인덕터 값일 수도 있다. 모델에 대한 입력부에서 펄스의 제어된 시퀀스의 존재 시, 모델은 배터리에 대한 충전 신호 출력을 예측할 수 있다. 다른 예에서, 모델은 스위치 요소(312 및 314)뿐만 아니라, 전력 공급부(302) 및 커패시터(322)를 더 포함할 수도 있다. 따라서 모델은 또한 필터(324)에 대한 입력 펄스를 생성하고 모델에 의해 생성되는 모델링된 충전 파형을 분석하는 스위치에 대한 제어 시퀀스를 모델링할 수도 있다. 본 개시내용의 다양한 양상이 종래의 그리고 단순한 정전류, 정전압 또는 구형파 에지 펄스 유형 충전 신호가 아닌 신중하게 제어된 충전 파형을 생성하는 것을 수반하기 때문에, 목표가 되거나 또는 계획된 충전 신호의 실제 충전 신호로의 정확한 재생은 중요하다. 게다가, 많은 충전 환경에서, 모델의 사용은, 매우 복잡한 측정 및 피드백 시스템이 너무 고가이고, 너무 많은 에너지를 소비하고, 너무 느리고, 많은 프로세서 아키텍처 부동산을 소비하거나 또는 등을 수행하여 실제적이고/이거나 실질적이기 때문에 유리하다.

그럼에도 불구하고, 특히 아래에서 논의되는 교정 시퀀스에서, 발생기(300)는 또한 모델을 확인하고, 모델을 변경하고/하거나 충전 신호의 형상을 결정할 때 사용을 위해 배터리 측정 회로(308)로부터 배터리의 특성의 측정값을 수신할 수도 있다. 게다가, 일부 환경에서, 배터리 제작업자는 충전 동안, 개회로 전압 등과 같은, 배터리의 특정한 속성이 모니터링되길 제안하거나 또는 요구할 수도 있다. 그러나, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 피드백 메커니즘이 충전 신호의 효과적인 정형을 허용하지 않는 속도로 발생할 수도 있거나 또는 비용이 덜 들고 복잡한 피드백 요소를 필요로 하는 방식으로 수행되어 모델이 피드백 메커니즘이 있거나 또는 없이 회로(300)의 요소를 제어하기 위해 제어 신호(330, 332)를 결정하도록 활용될 수도 있다.

소개된 바와 같이, 회로(300)는 배터리(304)를 충전하기 위한 충전 신호를 정형하는 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 도시된 구현예에서, 회로(300)는 제1 스위칭 요소, 예를 들어, 트랜지스터(312), 및 제2 스위칭 요소, 예를 들어, 전력 공급부(302)의 출력부(334)에 연결된 트랜지스터(314)를 포함할 수도 있다. 제1 트랜지스터(312)가 입력 신호, 예컨대, 펄스-폭 변조(pulse-width modulation: PWM) 제어 신호(330)를 수신하여, 스위칭 디바이스 또는 컴포넌트로서 제1 트랜지스터(312)를 작동시킬 수도 있다. 일반적으로, 제1 트랜지스터(312)는 임의의 유형의 트랜지스터, 예를 들어, FET 또는 더 구체적으로 MOSFET, GaN FET, 탄화규소계 FET, 또는 전력 공급부(302)의 출력부(334)에 제1 인덕터(316)를 제어 가능하게 연결시키기 위한 임의의 유형의 제어 가능한 스위칭 요소일 수도 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(312)는 제1 인덕터(316)에 연결된 드레인 노드, 전력 공급부(302)에 연결된 소스, 및 회로 컨트롤러로부터 제어 신호(330)를 수신하는 게이트를 가진 FET일 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 필터 회로(324)는 또한 다양한 다른 가능한 유도 요소를 가질 수도 있다. 예를 들어, 인덕터(316) 및/또는 인덕터(318)가 변압기로 치환될 수도 있고, 변압기의 각각의 또는 양 측면(예를 들어, 주 및 부)이 유도 요소로 여겨질 수도 있다. 제어 신호(330)는 폐쇄될 때, 제1 인덕터(316)를 전력 공급부(302)에 연결시키는 스위치로서 제1 트랜지스터(312)의 작동을 제어하도록 회로 컨트롤러(306)에 의해 제공될 수도 있어서 전력 공급부로부터의 전류가 제1 인덕터(316)를 통해 흐른다. 제2 트랜지스터(314)는 제2 입력 신호(332)를 수신할 수도 있고 또한 노드(336)에서 제1 트랜지스터(312)의 드레인에 연결될 수도 있다. 일부 경우에, 제2 입력 신호(332)는 제1 트랜지스터(312)에 대한 제1 제어 신호(330)의 반대인 PWM 신호일 수도 있다. 대안적인 배열에서, 도 5를 참조하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 트랜지스터(314)는 다이오드로 치환될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 제1 트랜지스터(312)가 폐쇄되어 제1 인덕터(316)를 전력 공급부(302)에 연결시킬 때, 제2 트랜지스터(314)가 개방된다. 제1 트랜지스터(312)가 개방될 때, 정반대로, 제2 트랜지스터(314)가 폐쇄되어, 노드(326) 및 제1 인덕터(316)를 접지에 연결시킨다. 제1 제어 신호(330) 및 제2 제어 신호(332)가 반대 신호로서 트랜지스터를 반대 상태로 제어하는 것으로 본 명세서에 설명되지만, 스위칭 요소(312, 314)를 제어하기 위한 다른 기법이 또한 회로(300)에 의해 구현될 수도 있다. 인덕터 값, 커패시터 값, 트랜지스터를 작동시키는 시간 및 주파수, 및 다른 요인이 조정되어 파형 그리고 특히 배터리를 충전하기 위해 배터리에 대한 고조파가 제어된 파형을 생성할 수 있다. 도 2에 예시된 예시적인 충전 신호를 참조하면, 노드(336)에서의 신호는 0V 내지 약 레일 전압, 예를 들어, 전력 공급부(302)에 의해 제공되는 노드(334)에서의 전압 간의 일련의 펄스일 수도 있다. 노드(336)에서의 펄스는 가변 듀티 사이클의 펄스일 수도 있고 가변 주파수에서 생성될 수도 있다. 그러나, 전반적으로, 펄스가 생성되어 의도된 충전 신호와 동일하거나 또는 거의 동일한 신호를 생성한다. 그래서, 예를 들어, 도 2와 같은 신호는 노드(336)에 존재하는 펄스의 조합에 기초하여 노드(338)에 있을 것이다. 신호에 따라, 10초 내지 1000초(또는 그 이상) 펄스가 생성되어 원하는 충전 신호를 형성할 수도 있다.

제1 인덕터(316) 이외에, 다른 컴포넌트가 회로(30)에 포함될 수도 있다. 특히, 회로(300)는 전력 공급부(334)의 출력부와 접지 간에 연결된 제1 커패시터(322)를 포함할 수도 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 충전 파형을 위해 필요한 약간의 에너지가 전력 공급부와 커패시터(322)의 조합에 의해 제공될 수도 있다. 필터(324)로서 지칭되는 회로의 일부에서, 제2 커패시터(320)는 (노드(338)에서의) 제1 인덕터(316)와 접지 간에 연결될 수도 있다. 제2 인덕터(318)는 노드(338)와 배터리(304)의 애노드 간에 연결될 수도 있다. 회로(300)의 필터(324)가 작동하여, 일반적으로, 배터리(304)에 적용되는 충전 신호에 대한 빠른 변화를 방지할 수도 있다. 필터는 또한 필터의 입력부에서의 펄스를 충전 신호로 변환시킬 수도 있을 뿐만 아니라, 배터리로부터 임의의 의도되지 않은 고주파수 잡음을 필터링할 수도 있다. 예를 들어, 제어 신호(330)에 기초한 제1 트랜지스터(312)의 폐쇄 시, 제1 인덕터(316) 및 제2 인덕터(318)는 배터리(304)로 전송된 전류의 빠른 증가를 방지할 수도 있다. 이러한 전류의 빠른 증가는 배터리(304)를 손상시킬 수도 있거나 또는 그렇지 않으면 배터리의 수명에 해로울 수도 있다. 게다가, 인덕터(316) 또는 인덕터(316 및 318)는, 단독으로 또는 커패시터(320)와 조합하여, 배터리에 적용된 파형을 정형할 수도 있고, 인덕터에 적용된 신호의 제어는 파형의 제어된 정형을 제공할 수도 있다. 또 다른 예에서, 커패시터(320)는 제1 트랜지스터(312)가 폐쇄되는 동안 전력 공급부(302)로부터 에너지를 저장할 수도 있다. 트랜지스터(314)를 폐쇄함으로써 동반될 수도 있는 제1 트랜지스터(312)의 개방 시, 커패시터(320)가 소량의 전류를 제2 인덕터(318)를 통해 배터리(304)에 제공하여 배터리에 대한 전류의 즉시 강하에 저항할 수도 있고, 유사하게 사용되어 배터리에 적용된 파형을 제어 가능하게 정형할 수도 있어서, 특히 급격한 음의 전이를 방지한다. 필터 회로는 또한 다른 원치 않는 신호, 예컨대, 상대적으로 높은 주파수 잡음을 포함할 수도 있는 잡음을 제거한다. 배터리(304)의 충전을 위한 다른 이점이 또한 필터 회로(324)를 통해 실현되지만 간결성을 위해 본 명세서에서 논의되지 않는다.

더 많거나 또는 더 적은 컴포넌트가 충전 회로(300)에 포함될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 필터 회로(324)의 컴포넌트 중 하나 이상이 제거되거나 또는 변경되어 원할 때 배터리(304)에 대한 충전 신호를 필터링할 수도 있다. 컴포넌트의 많은 다른 유형 및/또는 컴포넌트의 구성이 또한 충전 회로(300)에 포함되거나 또는 충전 회로와 연관될 수도 있다. 오히려, 도 3의 회로(300)는 하나의 예에서 배터리 충전 회로(300)이고 충전 신호를 정형하기 위해 제어 신호(330, 332)를 생성하거나 또는 그렇지 않으면 결정하기 위한 회로 모델을 활용하기 위해 본 명세서에 설명된 기법이 임의의 수의 배터리 충전 회로에 적용될 수도 있다. 부가적으로, 인덕터 또는 커패시터의 다양한 부가적인 조합이 예시된 것과 직렬로 또는 병렬로 제공될 수도 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 회로 컨트롤러(306)의 신호 정형 발생기(310)는 배터리 측정 회로(308)로부터 수신된 배터리(304)의 모델 및/또는 피드백 측정값에 기초하여 충전 신호의 형상을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 초기 충전 신호가 배터리(304)에 적용될 수도 있고 배터리(304)의 하나 이상의 측정값(예컨대, 배터리로의 전류 또는 배터리에 걸친 전압)이 배터리 측정 회로(308)에 의해 획득될 수도 있다. 이 측정값은 결국 배터리 특성의 예측된 측정값과 배터리(304)에서 측정된 값 간의 오류를 결정할 수도 있는 신호 정형 발생기(310)에 제공될 수도 있다. 이 결정된 오류에 기초하여, 신호 정형 발생기(310)는 제어 신호(330, 332)를 통해, 제1 트랜지스터(312) 및 제2 트랜지스터(314)를 제어하여 배터리(304)에 대한 충전 신호의 형상을 조정할 수도 있다. 즉, 신호 정형 발생기(310)는 배터리(304)로 전송되는 충전 신호를 형성하여 배터리(304)의 예측된 측정된 특성을 생성할 수도 있다. 피드백 측정값이 예측되는 한, 충전 신호의 형상이 제어 신호(330, 332)를 통해 신호 정형 발생기(310)에 의해 유지될 수도 있다. 그러나, 예측된 측정값과 측정된 값 간의 검출된 차는 회로 컨트롤러(306)가 충전 신호의 형상을 변경하게 하여 배터리(304) 응답을 예측된 값의 범위로 이동시킬 수도 있다. 이러한 과정이 수행되지 않을 수도 있고, 충전 개시 시, 충전 동안 다양한 시간에 수행될 수도 있고, 주기적으로 또는 간헐적으로 수행될 수도 있거나, 또는 일부 변화 또는 일부 메트릭(예를 들어, 단자 전압, 충전 상태, 온도의 변화)에 응답하여 수행될 수도 있다.

일부 경우에, 배터리(304)에 대한 충전 신호를 변경하거나 또는 정형하기 위해 신호 정형 발생기(310)에 의해 사용되는 피드백 기법은 너무 느리게 도달하여 빠르게 발생하는 충전 신호를 효과적으로 정형하지 못할 수도 있다. 예를 들어, 충전 신호는 종종 배터리 측정 회로(308)가 배터리 특성 측정값을 획득할 수 있는 것과 동일하게 또는 그보다 더 빠르게, 특정한 주파수로 발생하는 펄스를 포함할 수도 있고/있거나 회로 컨트롤러(306)는 측정된 배터리 특성에 응답하여 충전 신호의 형상을 조정할 수 있다. 그 결과, 충전 신호의 형상을 조정하기 위해 피드백 측정값을 활용하는 회로 컨트롤러(306)는 종종 특히 고주파수 충전 신호에서, 최적의 배터리 충전을 위해 충전 신호를 미세 조정할 수 없다.

도 4는 하나의 실시형태에 따른 회로 모델(440)을 활용하여 배터리(404)를 충전하기 위한 회로(400)를 예시하는 개략도이다. 도 4의 회로(400)는 도 3을 참조하여 위에서 설명된 충전 회로(300)의 대안적인 버전이고 유사한 컴포넌트, 예컨대, 전력 공급부(402), 제1 트랜지스터(412) 또는 다른 유형의 전자 스위치, 제2 트랜지스터(414) 또는 다른 유형의 전자 스위치 대신 다이오드, 배터리(404) 및 회로 컨트롤러(406)를 포함할 수도 있다. 도시되지 않지만, 배터리 측정 구성이 또한 포함될 수도 있다. 위에서와 같이, 제1 트랜지스터(412)가 제어 또는 입력 신호(430)에 의해 제어되어 스위치로서 트랜지스터를 작동시키고 인덕터(416)를 전력 공급부(402)의 출력부에 교대로 연결시킬 수도 있다. 필터가 인덕터(416)로 여겨질 수도 있고 도 3의 커패시터(320) 또는 제2 인덕터(318)를 포함하지 않을 수도 있다. 일반적으로, 제1 트랜지스터(412)는 임의의 유형의 FET 트랜지스터 또는 임의의 유형의 제어 가능한 스위치 디바이스일 수도 있다. 제어 신호(430)가 회로 컨트롤러(406)에 의해 제공되어 폐쇄될 때, 인덕터(416)를 전력 공급부(402)에 연결시키는 스위치로서 제1 트랜지스터(412)의 작동을 제어할 수도 있어서 전력 공급부로부터의 충전 신호가 인덕터(416)를 통해 흐른다.

위에서 언급된 바와 같이, 도 4의 회로(400)는 도 3의 회로(300)의 대안적인 버전이다. 충전 회로의 필터 부분의 컴포넌트 중 다수가 존재하지 않는다. 이러한 컴포넌트는 충전 회로(400)에 포함되거나 또는 포함되지 않을 수도 있다.

다양한 적용에서, 비용 및 복잡성은 가능하다면, 최소화되거나 또는 방지되는 이슈일 수도 있다. 유사하게, 신뢰성은 간소화를 통해 획득될 수도 있다. 따라서, 도 4의 회로(400)는 회로(400)의 일부 속성의 모델(440)을 활용하여 일부 표적 충전 신호에 기초하여 인덕터(416)의 출력부에서 충전 신호를 생성하는 방식을 결정할 수도 있다. 모델의 사용은 별개의 컴포넌트에서 값을 모니터링해야 하는 것을 방지할 수도 있고 더 복잡한 피드백 측정 및 제어를 방지할 수도 있다. 일부 경우에, 회로 모델(440)은 회로 컨트롤러(406)의 외부의 컴포넌트, 예컨대, 전력 공급부(402), 제1 트랜지스터(412), 제2 트랜지스터(414), 인덕터(416) 및 배터리 자체를 모델링하여 배터리(404)에서 특정한 목표 정형된 충전 파형을 생성하는 방식을 결정할 수도 있다. 도 3을 참조하면, 모델은 또한 제2 인덕터(418) 및 커패시터(42)를 포함할 수도 있다. 하나의 구현예에서, 회로 모델(440)은 저항과 직렬인 인덕터 값을 포함하는, 인덕터(416)의 모델을 포함할 수도 있다. 하이 레벨에서, 컨트롤러는 배터리 특성 또는 이들의 조합에 기초하여, 룩업 테이블로부터 생성될 수도 있는, 목표 파형을 결정하고, 인덕터 모델을 참조하여 이 펄스가 인덕터(노드(436))의 입력 측면에 적용될 때 노드(436)에서 펄스의 조합이 목표 정형된 충전 파형을 생성할 것을 결정한다. 이어서 스위치(412)가 제어되어 원하는 펄스 시퀀스를 생성하고 목표 충전 파형이 배터리에 대한 입력부에서 형성된다. 모델이 또한 저항값을 포함하여 배선 저항 및 다른 저항뿐만 아니라 배터리 자체의 저항을 처리할 수도 있다. 모델링된 인덕턴스는 또한 배터리 인덕턴스를 나타내는 값을 포함할 수도 있다. 모델은 각각의 인덕터 값을 별도로 모델링하거나 또는 이들을 하나의 모델링된 인덕터 값으로 결합시킬 수도 있다.

모델에 포함된 컴포넌트가 가변 속성을 가져서 적용된 충전 신호에 대한 컴포넌트의 효과를 결정하고 모델링된 컴포넌트 중 하나 이상의 가변 속성을 조정함으로써 모델을 조정할 수도 있다. 예를 들어, 인덕터를 위한 모델은 인덕턴스 값 및 일련의 저항값을 포함할 수도 있다. 배터리 자체가 인덕터 및 저항과 함께 모델링될 수도 있고 직렬로 배열될 수도 있다. 다른 모델링된 컴포넌트, 예컨대, 스위치(412, 414) 및/또는 배터리(404)가 또한 다양한 속성을 포함하여 모델링된 컴포넌트 상에서 수행되는 시뮬레이션의 정확성을 개선시킬 수도 있다. 게다가, 모델링된 컴포넌트의 속성은 성능 데이터, 특성화 시퀀스, 또는 회로 컴포넌트로부터의 다른 피드백 데이터에 기초하여 또는 계산 또는 특성화 방법에 기초하여 시간에 걸쳐 조정될 수도 있다. 예를 들어, 도 4의 회로의 충전 신호가 샘플링되고 다양한 지점에서 회로 컨트롤러(406)로 피드백될 수도 있고 예측된 충전 신호에 대한 수신된 충전 신호의 비교가 컨트롤러에 의해 이루어질 수도 있다. 차이에 기초하여, 회로 컨트롤러(406)는 모델의 컴포넌트의 하나 이상의 속성을 변경하거나 또는 조정하여 모델의 정확성을 개선시킬 수도 있다. 모델 컴포넌트의 조정이 시간 기간에 걸쳐 반복될 수도 있어서 조정이 컴포넌트에 대한 기생 효과를 처리할 수도 있다.

배터리 측정 회로를 레버리징할 수도 있는 또 다른 예에서, 충전 신호 또는 특성화 신호가 배터리에 적용될 때 배터리 단자에서의 전압이 1회 이상으로, 예를 들어, 2회로 샘플링되고, 이때 예측된 전압과 비교될 수도 있다. 이 특성화 시퀀스는 또한 아래에서 부가적으로 상세히 논의된다. 하나의 예에서, 단순 비교기가 사용되어 (각각의 시간에서) 측정된 전압이 (각각의 시간에서) 예측된 전압보다 더 크거나 또는 더 작은지를 결정할 수도 있다. 각각의 전압이 예측된 전압보다 더 크거나 또는 더 작은지(하나의 값이 더 클 것이고 다른 하나의 값이 더 작을 것임이 가능함)에 따라, 시스템이 모델의 하나 이상의 속성을 조정하여 충전 신호를 변경할 수도 있다. 그래서, 값의 차를 결정하는 대신, 더 간단한 초과 또는 미만 평가가 이루어진다. 이어서 충전 또는 특성화 신호가 조정된 모델을 사용하여 재생성되고, 예측된 값이 샘플링된 시간에 목표값과 일치할 때까지 초과 또는 미만 평가가 다시 수행된다. 따라서, 모델은 일치가 있을 때까지 조정되어 충전 신호의 샘플링된 값을 목표 신호의 예측된 값의 방향으로 이동시킨다. 일치가 오류 또는 문턱값의 일부 마진을 포함하여 정확한 일치가 요구되지 않을 수도 있다는 것을 인지해야 한다. 그럼에도 불구하고, 배터리에서 신호의 샘플링된 측정값(예를 들어, 전압)이 예측된 값을 충족시킬 때, 하나 이상의 인덕터 모델값이 사용되어 충전 신호를 생성한다. 이러한 특성화가 충전 신호 동안 다양한 시간에 반복되어 열 또는 다른 요인으로 인해 회로 컴포넌트에 대해 발생할 수도 있는 변화를 수용할 뿐만 아니라 배터리가 충전 상태, 온도 또는 다른 요인으로 인해 겪을 수도 있는 변화를 처리할 수도 있다.

회로 모델(440)에 포함된 컴포넌트와 상관없이, 컨트롤러는 제어 신호를 결정하여 모델을 참조함으로써 스위치에 제공해서 노드(436)(또는 336)의 신호가 목표 충전 파형을 생성할 것임을 결정한다. 예를 들어, 신호 정형 발생기(410)가 충전 신호의 형상을 결정한다고 가정하는 것은 도 2의 신호 그래프(202)의 임의의 충전 신호(208)여야 한다. 회로 모델(440)이 정형된 충전된 신호를 생성하거나 또는 모델링된 회로에 적용하여 인덕터(416)의 출력부에서 예측된 충전 신호를 획득할 수도 있다. 더 상세하게, 모델이 의도된 펄스의 시퀀스를 적용하여 모델로부터 예측된 충전 신호를 생성할 수도 있다. 따라서 회로 모델(440)이 회로 모델(440) 출력에 기초하여 정형된 충전 신호(308)의 시간 기간에 걸쳐 제1 트랜지스터(412) 및 제2 트랜지스터(414)를 제어하여 인덕터(416)를 통해 예측된 충전 신호(또는 배터리(404)에서 수신된 예측된 충전 신호)를 결정할 수도 있다.

회로 모델(440)에 의해 출력된 예측된 충전 신호에 대한 목표 충전 신호의 비교를 통해, 목표 충전 신호와 예측된 충전 신호 간의 예상된 오류가 결정될 수도 있다. 일부 경우에, 신호 정형 발생기(410)가 목표 충전 신호의 펄스 시퀀스를 조정하여 회로 모델(440)에 의해 결정되는 바와 같은 예상된 오류를 보상할 수도 있다. 회로 성능 그리고 특히, 충전 회로(예컨대, 인덕터(416))의 모델링된 컴포넌트 및 입력 충전 시퀀스에 기초하여 배터리(404)에서 예측된 충전 신호의 형상을 모델링함으로써, 회로 컨트롤러(406)는 충전 신호의 목표 형상과 충전 신호의 예측된 형상 간의 차이를 결정한다. 회로를 모델링하고 목표 충전 신호와 예측된 충전 신호 간의 차이를 결정함으로써, 배터리 특성의 피드백 메커니즘이 충전 회로로부터 제거될 수도 있고 충전 회로(400)의 컴포넌트의 조정이 대신 모델링된 회로 성능에 기초할 수도 있다. 모델링 및 피드백 측정은 또한 조합하여, 예컨대, 더 느린 피드백 루프에서 사용될 수도 있다.

하나의 구현예에서, 신호 정형 발생기(410)가 제어 신호(430, 432)를 출력하여 회로 모델(440)로부터 수신된 추정된 충전 신호의 결정된 오류에 기초하여 제1 트랜지스터(412) 및 제2 트랜지스터(414) 각각을 제어할 수도 있다. 다른 구현예에서, 회로 컨트롤러(406)의 충전 회로 제어 메커니즘은 신호 정형 발생기(410)로부터 하나 이상의 입력을 수신할 수도 있고 제1 트랜지스터(412) 및 제2 트랜지스터(414)에 대한 제어 신호(430, 432)를 생성하여 결정된 오류에 따라 충전 신호를 정형할 수도 있다. 예를 들어, 회로 모델(440)로부터 수신된 추정된 오류는 미래의 특정한 시간에 충전 신호의 일부 양상이 목표 충전 신호와 상이하다는 것을 나타낼 수도 있다. 특정한 시간에서의 발생 시, 회로 컨트롤러(406)가 제어 신호(430, 432)를 트랜지스터(412, 414)에 제공하여 결정된 차이에 기초하여 충전 신호를 정형하여, 특정한 시간에 인덕터(416)를 통해 충전 신호의 추정된 오류를 보상할 수도 있다. 이 방식으로, 회로 컨트롤러(406)는 충전 회로의 모델로부터 추정된 충전 신호에 기초하여 그리고 배터리(404)로부터의 측정된 피드백에 기초하지 않고 배터리(404)에 대한 충전 신호의 형상을 조정할 수도 있다. 따라서 회로 모델(440)은 회로 컨트롤러(406)가 배터리(404)의 측정값이 획득되고 처리될 수도 있는 주파수를 초과하는 속도로 충전 신호의 형상을 조정하게 할 수도 있다. 시스템은 또한 더 상세히 논의되는 바와 같이 모델을 교정할 수도 있다.

예측된 충전 신호에 대한 목표 충전 신호의 오류를 추정하는 것을 또한 포함할 수도 있는, 모델을 사용하여 충전 신호를 생성하기 위한 회로 모델(440)의 사용이 도 5의 흐름도에 예시된 방법(500)에 예시된다. 도 5의 방법(500)의 작동은 임의로 정형된 충전 신호를 생성하여 배터리(404)를 충전하기 위해 위에서 논의된, 다양한 실시형태에서 회로 컨트롤러(406), 모델, 동일한 것의 조합 또는 더 일반적으로 발생기(100)의, 모듈, 프로그램, 알고리즘, 컴포넌트 등일 수도 있다. 하나의 경우에, 회로 컨트롤러(406)가 작동 중 하나 이상을 수행하여 제1 트랜지스터(412) 및/또는 제2 트랜지스터(432)를 제어해서 전력 공급부(402)에 의해 제공된 전류로부터 충전 신호를 정형하고 이 충전 신호를 적용하여 배터리(404)를 충전할 수도 있다. 그러나, 다른 경우에, 회로 컨트롤러(406)가 방법(500) 또는 방법의 작동을 수행하여 임의의 충전 회로 컴포넌트를 제어해서 배터리(404)에 대한 충전 신호를 정형하거나 또는 그렇지 않으면 변경할 수도 있다. 작동은 회로 컨트롤러(406)의 하나 이상의 하드웨어 컴포넌트, 컨트롤러의 하나 이상의 프로그램 또는 회로 컨트롤러의 하드웨어 컴포넌트와 소프트웨어 컴포넌트 둘 다의 조합에 의해 수행될 수도 있다.

작동(502)에서 시작하여, 회로 컨트롤러(406)는 배터리(404)를 충전하기 위한 충전 신호의 목표 형상을 결정할 수도 있다. 목표 형상을 결정하는 것은 메모리로부터 목표 형상에 접근하는 것을 포함할 수도 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 충전 신호를 위한 목표 형상은, 측정된 임피던스, 충전 상태, 배터리 온도, 모델링된 이상적인 배터리 등과 같은 충전 하에서의 배터리(404)의 특성에 기초할 수도 있다. 충전 신호의 형상은 임의의 임의적인 형상이지만 제어될 수도 있고, 이는 하나 이상의 특정한 고조파 속성을 포함할 수도 있다. 충전 신호는 얼마간 연장될 수도 있고 양의 값으로 되돌아가기 전에 0 또는 약간 음의 레벨로 일시적으로 감소될 수도 있다. 다양한 예에서, 충전 신호의 목표 형상이 충전 신호 알고리즘 또는 임의의 다른 실행 가능한 명령어에 기초하여 회로 컨트롤러(406)의 신호 정형 발생기(410)에 의해 생성되어 배터리(404)의 최적 충전을 위한 충전 신호의 목표 형상을 결정할 수도 있다.

작동(504) 시, 목표 충전 신호가 충전 회로(400)의 모델(440)에 적용되거나 또는 그렇지 않으면 제공될 수도 있다. 회로 모델(440)은 충전 회로(400) 또는 임의의 다른 충전 회로의 임의의 수의 컴포넌트의 모델을 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 회로 모델(440)은 충전 회로(400)의 인덕터(416)를 포함할 수도 있다. 또 다른 구현예에서, 회로 모델(440)은 도 3의 충전 회로(300)의 필터 회로(324)의 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 모델링된 컴포넌트와 상관없이, 회로 모델(440)이 목표 충전 신호를 수신할 수도 있고, 트랜지스터 제어 및 모델링된 인덕터에 적용된 결과적인 신호의 시뮬레이션을 통해, 모델을 생성하거나 또는 그렇지 않으면 사용하여 배터리에 적용될 예측된 충전 신호를 생성할 수도 있다. 따라서, 작동(506) 시, 회로 컨트롤러(406)는 모델링된 회로의 배터리(404)에서 예측된 충전 신호를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 회로 모델(440)은 충전 회로의 인덕터(416) 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 목표 충전 신호는 (예컨대, 목표 충전 신호를 생성하기 위해 스위치(412, 414)의 모델링된 제어를 통해) 모델링된 인덕터에 입력될 수도 있고, 목표 충전 신호의 시뮬레이션에 기초하여 신호가 모델링된 인덕터를 통해 전송될 때, 모델링된 인덕터의 출력부에서 예측된 충전 신호는 회로 모델(440)에 의해 출력될 수도 있다. 언급된 바와 같이, 모델이 모델링된 인덕터를 포함하는 것으로 설명되지만, 모델은 인덕터 값뿐만 아니라 저항값을 포함할 수도 있고, 이는 모델링된 인덕터와 직렬일 수도 있고, 필터의 다양한 저항성 특징을 나타낼 수도 있고 다른 것일 수도 있다. 인덕터(416)가 배터리(404)에 직접적으로 연결될 때, 예측된 충전 신호는 배터리(404)에 적용되는 바와 같은 충전 신호이므로 배터리를 충전할 수도 있다. 다른 또는 상이한 컴포넌트를 포함하는 회로 모델에 대해, 각각의 컴포넌트에 의한 충전 신호에 대한 효과가 모델링될 수도 있고 배터리(404)에 도착하는 충전 신호의 출력이 결정될 수도 있다. 회로 모델(440)에 모델링된 컴포넌트의 수 및 구성과 상관없이, 모델의 출력은 컴포넌트가 입력 충전 신호에 대해 미칠 수도 있는 효과를 나타내어 배터리(404)에서 추정된 충전 신호가 결정될 수도 있다.

회로 컨트롤러(406)는 또한 회로 모델(440)에 대한 입력으로서 제공된 목표 충전 신호와 모델에 의해 출력된 예측된 충전 신호 간의 차이를 결정할 수도 있다. 회로 모델(440)에서 시뮬레이션된 바와 같은 배터리(404)로서 예측된 충전 신호가 신호 정형 발생기(410)에 의해 생성된 목표 충전 신호와 상이하다면, 회로 컨트롤러(406)는 작동(510) 시 결정된 차이에 기초하여 목표 충전 신호의 형상을 조정하거나 또는 모델 컴포넌트를 조정하여 목표를 전달할 수도 있다. 즉, 회로 컨트롤러(406)가 제1 스위칭 디바이스(412) 및/또는 제2 스위칭 디바이스(414)에 대한 하나 이상의 제어 신호를 생성하여 회로 컴포넌트가 충전 신호에 미칠 수도 있는 효과를 처리해서 배터리(404)에 적용된 충전 신호가 신호 정형 발생기(410)에 의해 결정된 바와 같은 형상을 취할 수도 있다. 예를 들어, 목표 충전 신호 형상이 결정될 때, 회로 컨트롤러(406)는 제1 트랜지스터(412)를 위한 제어 신호(430) 및/또는 제2 트랜지스터(414)를 위한 제어 신호(432)를 생성할 수도 있다. 하나의 경우에, 제어 신호(430)가 대향 제어 신호(432)이므로 트랜지스터의 스위칭이 반대 상태로 발생할 수도 있다(예를 들어, 개방된 제1 트랜지스터가 폐쇄된 제2 트랜지스터와 동시에 발생하고 그 역도 가능). 그러나, 일반적으로, 충전 회로의 임의의 수의 컴포넌트를 위한 제어 신호가 생성되고 충전 회로의 컴포넌트로 전송되어 배터리를 충전하기 위한 정형된 충전 신호를 생성할 수도 있다. 충전 회로가 제어되는 방식과 상관없이, 제어 신호가 회로 모델(440) 및 회로 모델의 목표 충전 신호의 시뮬레이션에 기초하여 배터리에서 목표 충전 신호와 예측된 충전 신호 간의 오류를 추정할 수도 있다. 회로 모델(440)의 사용이 배터리(404)의 하나 이상의 특성의 피드백 대신 또는 피드백에 더하여 활용되어 충전 신호가 정형되는 속도 및 효율을 개선시킬 수도 있다.

배터리(404)의 측정된 값의 피드백을 대신하는 것으로 위에서 논의되지만, 위에서 논의된 시스템, 회로 및 방법이 일부 유형의 피드백 메커니즘을 활용하여 목표 충전 신호 형상을 결정할 때 신호 정형 발생기(410)를 도울 수도 있다. 예를 들어, 도 4의 충전 회로(400)가 배터리 측정 회로, 예컨대, 도 3에 예시된 것을 포함하여, 배터리의 측정된 전류 및/또는 전압을 제어 요소에 제공할 수도 있다. 그러나, 피드백을 활용하여 충전 신호의 펄스를 생성하는 대신, 피드백은 신호 정형 발생기(310)에 의해 사용되어 배터리(404)의 임피던스 또는 임의의 다른 특성을 계산할 수도 있다. 부가적으로, 측정값이 사용되어 모델을 교정할 수도 있다. 이러한 계산이 발생기에 의해 사용되어 충전 신호의 목표 형상을 결정할 수도 있지만, 측정값은 예를 들어, 충전 신호의 주파수보다 더 느린 페이스로 획득될 수도 있다. 이와 같이, 배터리의 측정 및 계산이 여전히 다양한 제어 장치 및 모델에 의해 획득되고 사용되면서 또한 충전 신호의 형상에 대한 빠른 변경을 제공할 수도 있다.

본 명세서에 설명된 회로 및 방법을 통해, 배터리에서 충전 신호의 예측이 생성될 수도 있고 트랜지스터가 이에 따라 제어될 수도 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 트랜지스터는 일반적으로 신속-변화 PWM 신호를 통해 제어된다. 도 4가 도 5의 방법에 관하여 광범위하게 참조되지만, 도 3에 도시된 것을 포함하는 다른 대안을 가진 기법이 사용될 수도 있다. 회로 모델을 통해, 트랜지스터 또는 트랜지스터들의 제어가 외부 클록에 동기화되지 않을 수도 있지만, 대신 트랜지스터의 게이트에서 무작위 디지털 신호로서 나타날 수도 있다. 이것이 무작위로 나타나지만 제어되어 원하는 충전 신호를 생성한다는 것에 유의한다. 설계의 간단함, 제어 신호가 무작위 디지털 신호로서 나타날 때 역-엔지니어링의 어려움, 및 충전 신호 정형의 증가된 정확성을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 몇몇의 이점이 회로 모델을 사용하여 획득된다. 특히, 트랜지스터의 스위칭이 10㎱ 이하의 증분으로, 피드백 측정값을 사용하는 회로보다 더 빠르게 제어되어 충전 신호의 형상을 조정할 수도 있다. 이것은 출력 전류의 매우 작은 조정을 허용한다. 게다가, 회로 모델(440)이 트랜지스터를 위한 최소 온 시간 및 오프 시간을 추적하고 이 추적을 트랜지스터의 제어에 통합하여, 스위칭 손실 및 트랜지스터의 전체 안정성을 감소시킬 수도 있다.

도 6은 본 개시내용의 양상에 따른, 일부 임의로 정형되지만 제어된 충전 파형을 생성하기 위해 회로 모델을 사용하여 배터리를 충전하는 또 다른 예시적인 방법이다. 가변적인 폭 및/또는 주파수의 종래의 구형파 에지 정형된 펄스, 정전류 또는 정전압을 사용하는, 펄스 충전을 포함하는 임의의 수의 대안적인 충전 기법과 달리, 본 기법은 종래의 구형파 또는 정전류 또는 정전압 신호가 아닌 일부 목적하는 형상의 충전 신호를 생성한다. 따라서, 부가적인 회로 특징부, 예컨대, 도 3 및 도 4의 특징부가 제공되어 형상을 생성한다. 하이 레벨에서 그리고 도 3의 예를 참조하여, 스위치(312 및 314)가 합동 방식으로 제어되어 펄스의 시퀀스를 생성하고, 스위치(312)가 켜지고 스위치(314)가 꺼질 때, (336)에서의 펄스는 트랜지스터(312)에 걸친 더 적은 임의의 전압 강하가 노드(334)에서 존재하는 것에 대한 일부 전압으로 존재한다. (336)에서의 펄스 시퀀스가 제어되어 목표 충전 파형을 생성하고, 인덕터(316)에서 펄스의 시퀀스가 노드(338)에서의 시작으로 변형된다.

도 7은 충전 파형의 부분의 또 다른 예를 예시한다. 예시된 예의 부분에서, 노드(338)에서의 충전 파형(700)은 제2 인덕터(318)의한 추가의 처리 후, 배터리에 대한 입력부에서의 충전 파형(710)으로 덮인다. 여기서, 노드(338)에서의 충전 파형(700)이 교번 신호이고, 다소 사인파 형상이고, 좌측에서 우측으로 상승하는 대략 공칭 0이 아닌 전압(720)을 교번한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 노드(336)에서의 제어 펄스는 교번 패턴 및 공칭 상승하는 0이 아닌 전압을 발생시킨다. 펄스 폭 및 주파수는 제1 인덕터에 의한 처리 후 제어되어 노드(338)에서 패턴을 생성할 수 있다. 이어서 노드(338)에서 교번하는 충전 신호가 제2 인덕터(318)에서 더 처리되어 배터리에 적용되는 충전 파형(710)을 생성한다. 교번하는 패턴이 남아있지만 제2 인덕터에 의해 실질적으로 감쇠되어 이의 진폭이 노드(338)에서보다 급격하게 낮고, 충전 전류가 의도된 것이다. 제1 인덕터 후 노드(338)에서 교번하는 패턴의 공칭값은 실질적으로 제2 인덕터 후 남아있는 충전 신호이다.

컨트롤러(306)가 회로 모델을 사용하여 스위치를 위한 제어 신호를 생성해서 원하는 충전 파형을 생성한다. 충전 시퀀스에서, 시스템은 먼저 모델을 교정할 수도 있다. 하나의 예에서, 모델은 저항과 직렬인 인덕터를 포함한다. 단순한 레벨에서, 모델은 인덕터(416)를 나타내는 인덕터를 포함할 수도 있다. 또 다른 대안에서, 모델은 인덕터들(316 및 318) 중 인덕터(또는 인덕터들)를 포함할 수도 있다. 게다가, 모델은 또한 충전된 배터리의 인덕터 값을 포함할 수도 있다. 유사하게, 모델은 예를 들어, 배터리 저항 및 배선 저항(또는 필터 회로가 사용되더라도)을 포함하는, 회로(324)의 다양한 속성을 처리하는 저항값을 포함할 수도 있다. 필터 회로 인덕턴스 및 저항을 나타내는 인덕터 값을 가진 모델에서, 조정 가능한 또는 설정 가능한 인덕턴스 값 및 저항값이 있을 수도 있다.

교정은 충전 신호 또는 전용 테스트 신호일 수도 있는, 테스트 신호를 생성하는 것 및 배터리에 대한 입력부에서의 충전 신호가 의도된 목표 신호와 일치하는지를 결정하는 것을 수반한다. 신호가 일치하면, 모델은 정확한 것으로 여겨지고 모델 매개변수는 조정되지 않는다. 일치를 결정하기 위해, 하나의 예에서, 교정 테스트 신호는 배터리에 적용되고, 이러한 테스트 신호의 예는 도 8에 예시된다. 교정 신호는 제1 목표 전류(IT1) 및 제2 목표 전류(IT2)를 갖는다. 하나의 예에서 그리고 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 목표 전류는 동일한 것으로 의도되고 테스트 신호는 도시된 바와 같이, 평평한 상단부 및 일반적으로 사다리꼴 형상을 갖고, 점진적으로 상승되는 선두 에지 및 점진적으로 강하하는 후미 에지를 갖는다. 다른 곳에 언급된 바와 같이, 목표 및 측정은 또한 목표 전압 및 전압의 측정일 수도 있다. 테스트 신호의 전류 레벨이 안정적인 것을 보장하기 위해, 상승하는 에지 후, 시간(T1)에서의 측정은 평평한 상단부로의 전이 후 약간의 시간을 갖는다. 유사하게, 신호가 0으로 되돌아가기 시작하기 전에 제2 전류가 측정되는 것을 보장하는 것을 돕기 위해, 제2 측정은 테스트 신호의 하강하는 에지 전에 수행된다. 시스템은, 예컨대, 배터리 측정 회로(408)를 통해, 시간(T1)에서 그리고 시간(T2)에서 실제 전류를 평가하고, 각각의 시간에서의 실제 전류 측정값을 각각의 시간에서의 예측된 제1 및 제2 목표 전류와 비교한다.

교정의 목표는 (T1 및 T2)에서의 전압 또는 전류가 목표의 전압 또는 전류와 일치하든 일치하지 않든, 모델이 실제 회로 성능과 일치하는 것을 나타내는, 실제 측정값을 갖는 것이다. 교정 기법은 모델의 인덕터 값 및/또는 모델의 저항값을 조정할 수도 있다. 시간(T1 및 T2)에서 전류의 실제 측정 비교값이 목표 전류와 비교될 수 있지만, 하나의 예에서, 더 계산적으로 간단한 차이 기법이 사용된다. 즉, 시스템은 시간(T1)에서의 전류(또는 전압)가 시간(T1)에서의 목표 전류(또는 전압)보다 더 크거나 또는 더 작고 시간(T2)에서 시간(T2)에서의 목표 전류(또는 전압)에 대해 동일한지를 결정하는 비교기를 포함한다. 하나의 값이 일치하고 다른 값이 일치하지 않을 때, 시스템은 인덕터 값을 조정한다. 유사하게, 하나의 값이 목표 전류보다 더 높고 다른 신호가 목표 전류보다 더 낮을 때, 시스템은 인덕터 값을 조정한다. 어느 경우든, 차이는 목적하는 평평한 상단부와 대조적으로 경사진 상단부를 가진 테스트 신호를 나타내고, 경사진 상단부는 모델 인덕턴스의 불일치를 나타낸다. 대조적으로, 측정된 값이 각각의 목표값보다 더 크거나 또는 더 작다면, 이것은 저항의 모델의 불일치를 나타낸다. 전압을 사용하는 측정 및 테스트의 예에서, 측정된 전압이 목표 전압 미만이라면, 저항이 감소되고, 측정된 전압이 목표 전압 초과라면, 저항이 증가된다. 물론, 인덕턴스와 저항 둘 다는 교정을 필요로 할 수도 있다. 하나의 예에서, 시스템은 측정된 값이 시간 둘 다에서 목표의 값과 일치할 때까지 테스트 신호를 반복적으로 실행시키고, 인덕턴스 및/또는 저항을 조정하고, 시간(T1 및 T2)에서 전류(또는 전압)를 측정함으로써 모델을 반복적으로 조정한다. 모델은, 측정된 전압이 임의의 특정한 구현, 적용을 위해 명시되거나 또는 요구되는 정확성 등에 따라 목표와 관련된 일부 백분율 또는 문턱값 내에서, 예를 들어, 0.01%, 0.1%, 1% 또는 일부 다른 허용오차 내에 있을 때 교정되는 것으로 여겨질 수도 있다.

모델 교정 후, 시스템이 충전되기 시작할 수도 있다. 대안적으로, 시스템이 또한 모델을 교정하여 필터 입력부에서 펄스 시퀀스가 목표 파형을 생성할 것을 보장할 수도 있다. 일부 예에서, 모델은 또한 필터의 입력부에서 펄스 시퀀스를 생성하여 목표 충전 파형을 생성하는 스위치 또는 스위치들을 포함한다. 모델이 프로그래밍되어 임의의 특정한 시점에서 목표 파형과 상응하는 목표 전압 및/또는 목표 전류를 생성한다. (336)에서의 펄스는 필터에 의한 처리 후 이러한 목표 파형을 생성한다. 하나의 예에서, 예컨대, 도 2의 목표 파형을 생성하기 위해, 목표 파형은 별개의 시작 시간과 종료 시간을 갖고, 신호는 0인 전압(및/또는 측정되고/되거나 제어된 방식에 따라 0인 전류)으로부터 목표 충전 파형의 0이 아닌 값으로 전이한다. 동일한 것이 종료 시간에 발생하고, 전압 및/또는 전류는 충전 파형의 0이 아닌 값으로부터 0으로 전이한다. 충전 전류를 충전 신호 간에 0 미만으로 잠시 구동시키는 것이 또한 가능하다. 다양한 가능한 예에서, 별개의 충전 파형은, 상당할 수도 있고 충전 백분율의 상당한 변화를 처리할 수도 있는, 몇몇의 횟수로 반복되고, 시스템이 충전 제어의 몇몇의 변화를 결정할 때까지 필요하며, 이는 충전 신호에 대한 변화 및/또는 모델의 재교정일 수 있다. 상관없이, 모델은 또한 목표 펄스 시퀀스를 모델의 교정된 필터 요소로 생성함으로써 자체를 교정하여, 원하는 목표 신호가 모델에 의해 생성되는 것을 보장할 수도 있다. 이 교정 부분은 모델을 통해 의도된 신호를 실행하는 것을 통해 엄격히 그리고 실제 회로 성능 또는 실제 충전 신호를 측정하는 일 없이 수행될 수도 있다. 스위치 제어가 임의의 수의 방식으로 조정되어 필터 회로의 펄싱을 조정해서 목표 파형을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 스위치(314)에 대한 스위치(312)의 온 시간이 조정되어 상이한 폭의 펄스를 생성할 수도 있고, (336)에서 펄싱의 주파수가 또한 조정될 수도 있다. 원하는 다양한 형상의 충전 신호를 생성하는 데 필요한 펄스의 폭 및 주파수, 및 매우 특정한 시점에서 형상의 값이 거의 무한 펄스의 조합에 걸쳐 달라질 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 시스템은 모델링된 필터 회로가 배터리에서 원하는 목표 충전 파형을 생성하고, 이어서 교정된 제어 및 모델을 사용하여 충전을 시작해서 충전 파형을 생성할 때까지 스위치 제어를 반복할 수도 있다.

교정이 모든 충전 사이클에서 발생하지 않을 수도 있고 정반대로 교정의 양상이 충전 사이클 내에서 발생할 수도 있다는 것을 인지해야 한다. 예를 들어, 모델링되는 필터 회로의 인덕턴스 및/또는 저항은 시간 및 사이클에 걸친 배터리의 다양한 전기화학 효과 및 전기역학적 효과로 인해, 열로 인해, 충전 전류값 및 다른 이유로 인해 사이클 동안 또는 많은 충전 사이클에 걸쳐 변화될 수도 있고; 유사하게, 회로 요소는 다른 이유 중 열 및 사이클로 인해 변화될 수도 있다. 필터 회로의 상이한 요소가 모델링된 회로 성능의 정확성에 대해 상이한 효과를 가질 수도 있다는 것을 또한 인지해야 한다. 예를 들어, 커패시터(320)가 필터에 존재할 수도 있지만 이의 값이 모델링된 성능에 대한 상당한 효과를 갖지 않을 수도 있고 따라서 이의 값이 모델에 포함되지 않는다. 유사하게, 필터 회로 외부의 다른 컴포넌트, 예컨대, 전력 공급부가 모델링될 수도 있다. 유사하게, 커패시터(322)가 모델링될 수도 있다.

하나의 예에서, 위에서 언급된 바와 같이, 목표 파형은 반복된 정형된 충전 신호일 수도 있고, 충전 신호는 반복되는 정형된 충전 신호 간에 0인 상태로 있을 수도 있다. 0인 상태가 목적하는 형상의 필터 회로 생성에 임의의 최소 오류를 허용하여 후속 형상에 걸쳐 전파되지 않을 수도 있다. 부가적으로, 커패시터(322)가 포함되어 시스템이 목적하는 형상을 생성하는 데 충분한 충전 에너지를 갖는 것을 보장한다. 일부 경우에, 전력 공급부가 목표 충전 파형의 특정한 시점에 충전 전류 및 전압을 생성하는 데 자체적으로 불충분하다면, 커패시터는 이 수요를 충족시키는 에너지를 저장한다. 목표 충전 신호 간에, 커패시터가 재충전되어 커패시터가 그 다음의 시퀀스를 위해 이용 가능한 에너지를 가질 수도 있다. 전체 충전 신호 전달의 이 역할을 고려하면, 커패시터(322)는 또한 교정, 예컨대, 제어 신호 교정 동안 모델링되고 고려될 수도 있다.

상관없이, 모델이 교정되고/되거나 필터 회로의 스위치 제어 및 마이크로-펄싱이 교정되면, 시스템은 충전을 개시시킨다.

추가로 또한, 본 명세서에 설명된 충전 회로 및 방법은 단일의 전지 또는 다수의 전지를 포함하는 배터리에 적용될 수도 있다. 다수의 전지 구성에서, 전지는 직렬 구성, 병렬 구성, 또는 직렬 구성과 병렬 구성의 조합으로 배열될 수도 있다. 직렬 구성으로 배열된 다수의 배터리 전지는 전류가 직렬 연결로 배터리 전지 간에 분할되기 때문에 배터리 전지를 충전하는 데 사용되는 전체 전류를 감소시킬 수도 있다. 배터리 전지를 직렬로 연결시킴으로써, 충전 회로는 더 적은 전류를 필요로 하여, 충전 회로의 효율을 더 개선시킬 수도 있다.

도 9를 참조하면, 본 명세서에서 논의되는 다양한 시스템 및 방법을 구현할 수도 있는 하나 이상의 컴퓨팅 장치를 가진 예시적인 컴퓨팅 시스템(900)의 상세한 설명이 제공된다. 컴퓨팅 시스템(900)이 컨트롤러의 부분일 수도 있고, 본 명세서에서 논의되는 다양한 구현예와 작동 가능하게 통신할 수도 있고, 본 명세서에서 논의되는 방법과 관련된 다양한 작동을 실행시킬 수도 있고, 배터리를 특성화하기 위한 다양한 데이터를 처리하기 위해 오프라인에서 실행될 수도 있고, 본 명세서에서 논의되는 전체 시스템의 부분일 수도 있다. 컴퓨팅 시스템(900)은 본 명세서에서 논의되는 다양한 신호를 처리할 수도 있고/있거나 본 명세서에서 논의되는 다양한 신호를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 배터리 측정 정보가 이러한 컴퓨팅 시스템(900)에 제공될 수도 있다. 컴퓨팅 시스템(900)이 또한 예를 들어, 다양한 도면에 대해 논의되는 컨트롤러, 모델, 조정/정형 회로에 적용 가능할 수도 있고 본 명세서에 설명된 다양한 방법을 구현하도록 사용될 수도 있다. 이 디바이스의 특정한 구현예가 상이한 가능한 특정한 컴퓨팅 아키텍처의 구현예일 수도 있고, 이들 중 전부가 본 명세서에서 구체적으로 논의되지 않지만 당업자라면 이해할 것임을 이해할 것이다. 컴퓨터 시스템이 ASIC, FPGA, 마이크로컨트롤러 또는 다른 컴퓨팅 장치로 여겨지고/지거나 이들을 포함할 수도 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 이러한 다양한 가능한 구현예에서, 아래에서 논의되는 더 많거나 또는 더 적은 컴포넌트가 당업자라면 이해할 바와 같이, 포함될 수도 있고, 상호연결 및 다른 변화가 이루어질 수도 있다.

컴퓨터 시스템(900)은 컴퓨터 과정을 실행시키기 위해 컴퓨터 프로그램 제품을 실행시킬 수 있는 컴퓨팅 시스템일 수도 있다. 데이터 및 프로그램 파일은 파일을 판독하고 파일 내 프로그램을 실행시키는 컴퓨터 시스템(900)에 입력될 수도 있다. 하나 이상의 하드웨어 프로세서(902), 하나 이상의 데이터 저장 디바이스(904), 하나 이상의 메모리 디바이스(906) 및/또는 하나 이상의 포트(908 내지 912)를 포함하는, 컴퓨터 시스템(900)의 요소 중 일부가 도 9에 도시된다. 부가적으로, 당업자라면 인지할 다른 요소가 컴퓨팅 시스템(900)에 포함될 수도 있지만 도 9에 분명하게 도시되거나 또는 본 명세서에서 더 논의되지 않는다. 컴퓨터 시스템(900)의 다양한 요소는 하나 이상의 통신 버스, 지점 간 통신 경로, 또는 도 9에 분명하게 도시되지 않은 다른 통신 수단을 통해 서로 통신할 수도 있다. 유사하게, 다양한 구현예에서, 시스템에 개시된 다양한 요소는 임의의 주어진 구현예에 포함되거나 또는 포함되지 않을 수도 있다.

프로세서(902)는 예를 들어, 중앙 처리 장치(central processing unit: CPU), 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor: DSP) 및/또는 캐시의 하나 이상의 내부 레벨을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 프로세서(902)가 있을 수도 있어서, 프로세서(902)가 단일의 중앙 처리 장치, 또는 흔히 병렬 처리 환경으로서 지칭되는, 서로 동시에 명령어를 실행시키고 작동을 수행할 수 있는 복수의 처리 장치를 포함한다.

다양한 가능한 조합으로 현재 설명된 기술은 적어도 부분적으로, 데이터 저장된 디바이스(들)(904)에 저장되고, 메모리 디바이스(들)(906)에 저장되고/되거나 포트(908 내지 912) 중 하나 이상을 통해 전달되는 소프트웨어에서 구현될 수도 있어서, 도 9의 컴퓨터 시스템(900)을 본 명세서에 설명된 작동을 구현하기 위한 특수 목적 기계로 변형시킨다.

하나 이상의 데이터 저장 디바이스(904)는 컴퓨팅 시스템(900)의 다양한 컴포넌트를 관리하는 운영 체제(operating system: OS)와 애플리케이션 프로그램 둘 다의 명령어를 포함할 수도 있는, 컴퓨터 과정을 수행하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령어와 같은, 컴퓨팅 시스템(900) 내에서 생성되거나 또는 사용되는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 비휘발성 데이터 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 데이터 저장 디바이스(904)는 제한 없이, 자기 디스크 드라이브, 광디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive: SSD), 플래시 드라이브 등을 포함할 수도 있다. 데이터 저장 디바이스(904)는 하나 이상의 데이터베이스 관리 제품, 웹 서버 제품, 애플리케이션 서버 제품 및/또는 다른 부가적인 소프트웨어 컴포넌트를 포함하는, 이러한 컴퓨터 프로그램 제품을 가진 유선 또는 무선 네트워크 아키텍처를 통해 이용 가능하게 되는 이동식 데이터 저장 매체, 비이동식 데이터 저장 매체 및/또는 외부 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 이동식 데이터 저장 매체의 예는 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(Compact Disc Read-Only Memory: CD-ROM), 디지털 범용 디스크 판독-전용 메모리(Digital Versatile Disc Read-Only Memory: DVD-ROM), 광자기 디스크, 플래시 드라이브 등을 포함한다. 비이동식 데이터 저장 매체의 예는 내부 자기 하드 디스크, SSD 등을 포함한다. 하나 이상의 메모리 디바이스(906)는 휘발성 메모리(예를 들어, 동적 임의-접근 메모리(dynamic random-access memory: DRAM), 정적 임의 접근 메모리(static random access memory: SRAM) 등) 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들어, 판독-전용 메모리(read-only memory: ROM), 플래시 메모리 등)를 포함할 수도 있다.

현재 설명된 기술에 따른 시스템 및 방법을 실시하는 메커니즘을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 데이터 저장 디바이스(904) 및/또는 메모리 디바이스(906)에 있을 수도 있고, 이는 기계-판독 가능한 매체로서 지칭될 수도 있다. 기계-판독 가능한 매체가 기계에 의한 실행을 위해 본 개시내용의 작동 중 임의의 하나 이상의 작동을 수행하는 명령어를 저장하거나 또는 인코딩할 수 있거나 또는 이러한 명령어에 의해 활용되거나 또는 이러한 명령어와 연관된 데이터 구조 및/또는 모듈을 저장하거나 또는 인코딩할 수 있는 임의의 유형(tangible) 비일시적인 매체를 포함할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 기계-판독 가능한 매체는 하나 이상의 실행 가능한 명령어 또는 데이터 구조를 저장하는 단일의 매체 또는 다수의 매체(예를 들어, 중앙집중식 또는 분산 데이터베이스 및/또는 연관된 캐시 및 서버)를 포함할 수도 있다.

일부 구현예에서, 컴퓨터 시스템(900)은 다른 컴퓨팅, 네트워크 또는 차량 디바이스와 통신하기 위한, 하나 이상의 포트, 예컨대, 입력/출력(input/output: I/O) 포트(908), 통신 포트(910) 및 서브-시스템 포트(912)을 포함하다. 포트(908 내지 912)가 결합되거나 또는 분리될 수도 있고 더 많거나 또는 더 적은 포트가 컴퓨터 시스템(900)에 포함될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. I/O 포트(908)는 정보가 컴퓨팅 시스템(900)에 입력되거나 또는 그로부터 출력되게 하는 I/O 디바이스 또는 다른 디바이스에 연결될 수도 있다. 이러한 I/O 디바이스는 제한 없이, 하나 이상의 입력 디바이스, 출력 디바이스 및/또는 환경 변환기 디바이스를 포함할 수도 있다.

하나의 구현예에서, 입력 디바이스는 인간이 생성한 신호, 예컨대, 인간 음성, 물리적 움직임, 물리적 터치 또는 압력 등을 I/O 포트(908)를 통한 컴퓨팅 시스템(900)으로의 입력 데이터로서 전기 신호로 변환시킨다. 일부 예에서, 이러한 입력은 이전의 도면에 대해 논의된 다양한 시스템 및 방법과는 완전히 다를 수도 있다. 유사하게, 출력 디바이스는 컴퓨팅 시스템(900)으로부터 I/O 포트(908)를 통해 수신된 전기 신호를 본 명세서에서 논의된 다양한 방법 및 시스템에 의해 감지되거나 또는 사용될 수도 있는 신호로 변환시킬 수도 있다. 입력 디바이스는 정보 및/또는 명령 선택을 I/O 포트(908)를 통해 프로세서(902)로 전달하기 위한 알파벳-숫자 및 다른 키를 포함하는, 알파벳-숫자 입력 디바이스일 수도 있다.

환경 변환기 디바이스는 하나의 형태의 에너지 또는 신호를 I/O 포트(908)를 통해 컴퓨팅 시스템(900)으로의 입력 또는 컴퓨팅 시스템으로부터의 출력을 위한 또 다른 형태의 에너지 또는 신호로 변환시킨다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(900) 내에서 생성되는 전기 신호는 또 다른 유형의 신호로 변환되고/되거나 그 역도 가능할 수도 있다. 하나의 구현예에서, 환경 변환기 디바이스는, 배터리 전압, 개회로 배터리 전압, 충전 전류, 배터리 온도, 광, 소리, 온도, 압력, 자기장, 전기장, 화학적 특성 등과 같은, 컴퓨팅 디바이스(900)에 국부적이거나 또는 그로부터 원격인 환경의 특성 또는 양상을 감지한다.

하나의 구현예에서, 통신 포트(910)가 네트워크에 연결될 수도 있고 이를 통해 컴퓨터 시스템(900)이 본 명세서에 제시된 방법 및 시스템을 실행시킬 뿐만 아니라 이에 의해 결정된 정보 및 네트워크 구성 변화를 전송할 때 유용한 네트워크 데이터를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 충전 프로토콜은 외부 시스템과 공유된 업데이트된 배터리 측정 또는 계산 데이터 등일 수도 있다. 통신 포트(910)는 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 네트워크 또는 연결을 통해 컴퓨팅 시스템(900)과 다른 디바이스 간에 정보를 전송하고/하거나 수신하도록 구성된 하나 이상의 통신 인터페이스 디바이스에 컴퓨터 시스템(900)을 연결시킨다. 이러한 네트워크 또는 연결의 예는 제한 없이, 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus: USB), 이더넷, 와이파이, 블루투스®, 근거리 통신(Near Field Communication: NFC), 롱-텀 에볼루션(Long-Term Evolution: LTE) 등을 포함한다. 하나 이상의 이러한 통신 인터페이스 디바이스는 통신 포트(910)를 통해 활용되어 직접적으로 지점 간 통신 경로를 통해, 광역 네트워크(wide area network: WAN)(예를 들어, 인터넷)를 통해, 근거리 네트워크(local area network: LAN)를 통해, 셀룰러(예를 들어, 3세대(3G), 4세대(4G), 5세대(5G)) 네트워크를 통해 또는 다른 통신 수단을 통해 하나 이상의 다른 기계와 통신할 수도 있다.

컴퓨터 시스템(900)은 디바이스의 하나 이상의 서브-시스템과 컴퓨터 시스템(900) 간의 동일한 그리고/또는 교환 정보의 작동을 제어하도록 본 명세서에 설명된 방법 및 시스템에 따라 충전되는 디바이스와 관련된 하나 이상의 시스템과 통신하기 위한 서브-시스템 포트(912)를 포함할 수도 있다. 차량의 이러한 서브-시스템의 예는 제한 없이, 모터 컨트롤러 및 시스템, 배터리 제어 시스템 및 다른 것을 포함한다.

도 9에 제시된 시스템은 본 개시내용의 양상에 따라 구성되거나 또는 사용할 수도 있는 컴퓨터 시스템의 하나의 가능한 예이다. 컴퓨팅 시스템에서 현재 개시된 기술을 구현하기 위해 컴퓨터-실행 가능한 명령어를 저장하는 다른 비일시적인 유형 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체가 활용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

본 개시내용의 실시형태는 이 명세서에서 설명되는 다양한 단계를 포함한다. 단계는 하드웨어 컴포넌트에 의해 수행될 수도 있거나 또는 명령어로 프로그래밍된 범용 또는 특수 목적 프로세서가 단계를 수행하게 하도록 사용될 수도 있는 기계-실행 가능한 명령어로 구현될 수도 있다. 대안적으로, 단계는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합에 의해 수행될 수도 있다.

다양한 변경 및 추가는 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 논의되는 예시적인 실시형태에 대해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 구현예 또는 예로서 또한 지칭되는 실시형태가 특정한 특징을 나타내지만, 본 발명의 범위는 또한 상이한 특징의 조합을 가진 실시형태 및 모든 설명된 특징을 포함하지 않는 실시형태를 포함한다. 따라서, 본 발명의 범위는 이의 모든 등가물과 함께 모든 이러한 대안, 변경 및 변형을 포괄하는 것으로 의도된다.

특정한 구현예가 논의되지만, 이것이 예시 목적만을 위해 수행된다는 것을 이해해야 한다. 당업자라면 다른 컴포넌트 및 구성이 본 개시내용의 정신 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 사용될 수도 있다는 것을 인지할 것이다. 따라서, 다음의 설명 및 도면이 예시적이고 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 수많은 구체적인 상세사항은 본 개시내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 특정한 경우에, 잘 알려져 있거나 또는 종래의 상세사항은 설명을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 설명되지 않는다. 본 개시내용의 하나의 실시형태 또는 실시형태의 참조는 동일한 실시형태 또는 임의의 실시형태에 대한 참조일 수 있고; 이러한 참조는 실시형태 중 적어도 하나를 의미한다.

"하나의 실시형태" 또는 "실시형태"에 대한 참조는, 실시형태와 관련되어 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 곳에서, 어구 "하나의 실시형태에서", 또는 유사하게 "하나의 예에서" 또는 "하나의 경우에"의 출현은 동일한 실시형태를 반드시 전부 나타내지 않거나 또는 다른 실시형태와 상호 배타적인 별개의 또는 대안적인 실시형태가 아니다. 게다가, 다른 실시형태에 의해서가 아닌 실시형태에 의해 나타날 수도 있는 다양한 특징이 설명된다.

이 명세서에서 사용되는 용어는 일반적으로 본 개시내용의 문맥 내에서 그리고 각각의 용어가 사용되는 특정한 문맥에서, 기술의 원래의 의미를 갖는다. 대안적인 언어 및 동의어가 본 명세서에서 논의되는 용어 중 임의의 하나 이상의 용어를 위해 사용될 수도 있고, 용어가 본 명세서에서 상세히 설명되거나 또는 논의되든 아니든 특별한 의미를 갖지 않아도 된다. 일부 경우에, 특정한 용어를 위한 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어의 설명은 다른 동의어의 사용을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 논의된 임의의 용어의 예를 포함하는 본 명세서의 어딘가의 예의 사용은 단지 예시적이고 본 개시내용 또는 임의의 예시적인 용어의 범위 및 의미를 더 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 마찬가지로, 본 개시내용은 이 명세서에 제공된 다양한 실시형태로 제한되지 않는다.

본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도 없이, 본 개시내용의 실시형태에 따른 기구, 장치, 방법 및 이들의 관련된 결과가 아래에 제공된다. 제목 또는 부제목이 독자의 편의를 위해 예에서 사용될 수도 있고, 이는 본 개시내용의 범위를 결코 제한하지 않아야 한다는 것에 유의한다. 달리 규정되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 및 과학적 용어는 본 개시내용이 속하는 당업자에 의해 흔히 이해되는 바와 같은 의미를 갖는다. 충돌의 경우에, 정의를 포함하는 본 문서는 제어할 것이다.

본 개시내용의 부가적인 특징 및 이점은 후속하는 설명에 제시될 것이고, 부분적으로 설명으로부터 분명해질 것이고 또는 본 명세서에서 개시된 원리의 실행에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 특징 및 이점은 첨부된 청구범위에서 특히 주목하는 기구 및 조합에 의해 실현되고 획득될 수 있다. 본 개시내용의 이 특징 및 다른 특징은 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 더 완전히 분명해질 것이고 또는 본 명세서에 제시된 원리의 실행에 의해 학습될 수 있다.

Claims (26)

1. 배터리를 충전하기 위한 시스템으로서,
   제1 스위치;
   상기 스위치와 작동 가능하게 통신하는 제1 유도 요소; 및
   상기 스위치와 통신하고 상기 유도 요소의 모델과 통신하는 프로세서로서, 명령어를 실행시켜서 상기 스위치를 제어하여 상기 제1 유도 요소에서 펄스의 시퀀스를 생성하여 정형된(shaped) 충전 파형을 생성하는 상기 모델의 실행에 응답하여 상기 정형된 충전 파형을 생성하도록 구성되는, 상기 프로세서
   를 포함하는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위치는 전력 공급부와 작동 가능하게 결합되고 상기 프로세서는 또한 상기 모델에 의해 상기 펄스의 시퀀스를 실행시키고 상기 펄스의 시퀀스를 조정하여 상기 정형된 파형을 생성하도록 구성되는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 모델은 설정 가능한 인덕턴스 값 및 설정 가능한 저항값을 포함하고, 상기 프로세서는 또한 명령어를 실행시켜서 기지 신호(known signal)를 상기 인덕터에 적용함으로써 그리고 상기 기지 신호의 제1 지점에서 제1 측정값 그리고 상기 기지 신호의 제2 지점에서 제2 측정값을 획득함으로써 그리고 상기 제1 지점에서의 상기 제1 측정값 또는 상기 제2 지점에서의 상기 제2 측정값 중 적어도 하나가 각각의 상기 제1 지점에서의 제1 의도된 측정값 또는 상기 제2 지점에서의 제2 의도된 측정값과 일치하지 않을 때 상기 설정 가능한 인덕턴스 값 또는 상기 설정 가능한 저항값 중 적어도 하나를 변경함으로써 상기 모델을 교정하도록 구성되는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 측정값이 제1 전류 또는 제1 전압이고, 상기 제2 측정값이 제2 전류 또는 제2 전압이고, 상기 각각의 제1 의도된 측정값이 제1 의도된 전류 또는 제1 의도된 전압이고 각각의 제2 의도된 측정값이 제2 의도된 전류 또는 제2 의도된 전압인, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 마이크로컨트롤러를 포함하는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
6. 제1항에 있어서, 공통 노드에서 상기 제1 스위치와 통신하는 제2 스위치를 더 포함하고, 상기 공통 노드는 상기 유도 요소와 작동 가능하게 결합되는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 스위치가 제1 트랜지스터이고 상기 제2 스위치가 제2 트랜지스터인, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 제1 스위치가 트랜지스터이고 상기 제2 스위치가 다이오드인, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 유도 요소가 제1 인덕터인, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 인덕터와 결합된 제2 인덕터, 및 상기 제2 인덕터와 작동 가능하게 결합되어 상기 정형된 충전 파형을 수신하는 배터리, 및 상기 제1 인덕터와 상기 제2 인덕터 간에 결합되고 중립인 커패시터를 더 포함하는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 유도 요소는 변압기의 일부인, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
12. 제1항에 있어서, 전력 공급부 및 상기 제1 스위치와 작동 가능하게 결합된 커패시터를 더 포함하고, 상기 커패시터는 에너지를 전달하여 상기 정형된 충전 파형을 생성하도록 구성되는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 모델은 제2 인덕터 요소의 모델 및 배터리의 모델을 더 포함하는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 모델은 상기 제1 인덕터를 나타내는 인덕터 값, 상기 제1 인덕터와 직렬인 제2 인덕터, 및 배터리를 포함하는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 모델은 저항값을 더 포함하는, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 인덕터 값은 상기 저항값과 직렬인, 배터리를 충전하기 위한 시스템.
17. 배터리를 충전하는 방법으로서,
    스위치와 통신하고 상기 스위치와 결합된 제1 유도 요소를 포함하는 필터의 모델과 통신하는 프로세서로부터, 상기 스위치를 제어하여 상기 필터에서 펄스의 시퀀스를 생성하여 정형된 충전 파형을 생성하는 상기 모델의 실행에 응답하여 상기 정형된 충전 파형을 생성하는 단계를 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 필터 요소에서 펄스의 시퀀스를 생성하여 상기 필터로부터 기지 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 기지 신호의 측정된 속성이 의도된 측정값과 일치하지 않을 때, 상기 모델의 적어도 하나의 속성을 조정함으로써 상기 모델을 교정하는 단계
    를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 모델의 상기 적어도 하나의 속성은 설정 가능한 인덕턴스 값 및 설정 가능한 저항값을 포함하고, 상기 모델을 교정하는 것은,
    상기 기지 신호를 상기 필터에 적용하는 것; 및
    상기 기지 신호의 제1 지점에서 제1 측정값 그리고 상기 기지 신호의 제2 지점에서 제2 측정값을 획득하고, 상기 제1 지점에서의 상기 제1 측정값 또는 상기 제2 지점에서의 상기 제2 측정값 중 적어도 하나가 각각의 상기 제1 지점에서의 제1 의도된 측정값 또는 상기 제2 지점에서의 제2 의도된 측정값과 일치하지 않을 때 상기 설정 가능한 인덕턴스 값 또는 상기 설정 가능한 저항값 중 적어도 하나를 변경하는 것을 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 필터는 상기 제1 유도 요소와 결합된 제2 인덕터를 더 포함하고, 상기 제1 유도 요소는 제1 인덕터이고, 상기 제1 인덕터와 상기 제2 인덕터 간에 결합되고 중립인 커패시터를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 모델은 스위치를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 모델은 전력 공급부와 작동 가능하게 결합되고 상기 스위치와 작동 가능하게 결합된 커패시터를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
23. 전기화학 디바이스를 충전하는 방법으로서,
    목표 충전 파형을 충전 회로의 모델에 입력하여 상기 충전 회로에 의해 생성되는 추정된 충전 파형을 결정하는 단계; 및
    상기 추정된 충전 파형에 기초하여, 상기 충전 회로의 스위칭 디바이스를 제어하는 단계
    를 포함하는, 전기화학 디바이스를 충전하는 방법.
24. 제23항에 있어서,
    상기 추정된 충전 파형을 상기 목표 충전 파형과 비교하여 상기 목표 충전 파형과 상기 추정된 충전 파형 간의 오류값을 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 스위칭 디바이스를 제어하는 것은 결정된 오류값을 보상하는, 전기화학 디바이스를 충전하는 방법.
25. 제23항에 있어서, 상기 충전 회로의 상기 모델은 모델링된 인덕터 디바이스를 포함하는, 전기화학 디바이스를 충전하는 방법.
26. 제23항에 있어서, 상기 충전 회로의 상기 스위칭 디바이스는 전력 공급부에 결합된 트랜지스터를 포함하고 상기 트랜지스터의 제어는 조정된 충전 파형을 제공하는, 전기화학 디바이스를 충전하는 방법.