WO2024080533A1 - 배터리 급속 충전 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 급속 충전 장치 및 방법 Download PDF

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WO2024080533A1
WO2024080533A1 PCT/KR2023/012391 KR2023012391W WO2024080533A1 WO 2024080533 A1 WO2024080533 A1 WO 2024080533A1 KR 2023012391 W KR2023012391 W KR 2023012391W WO 2024080533 A1 WO2024080533 A1 WO 2024080533A1
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battery
charging
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initial
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PCT/KR2023/012391
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김태수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/374—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery rapid charging device and method, and more specifically, to a battery rapid charging device and method that measures the initial charge amount of a battery and reflects the resulting compensation current.
  • these secondary batteries can be repeatedly charged and regenerated, they are being applied to large industrial fields such as automobiles, robots, and energy storage devices, as well as small devices such as mobile phones and laptops as a response to today's environmental regulations and high oil price issues.
  • lithium secondary batteries are attracting attention due to their advantages such as little memory effect, low self-discharge rate, and high energy density compared to nickel-based secondary batteries.
  • the conventional fast charging map does not take into account the initial state of charge of the battery to be charged, if the initial state of charge of the battery exceeds the minimum range, no lithium precipitation occurs even if a charging current exceeding the upper current limit defined in the fast charging map is provided. Although it is rechargeable, it has the disadvantage of lowering efficiency due to limited charging current.
  • the purpose of the present invention to solve the above problems is to provide a rapid battery charging device.
  • Another object of the present invention to solve the above problems is to provide a method for fast charging a battery.
  • a fast charging device for achieving the above object includes a memory and a processor that executes at least one command stored in the memory, wherein the at least one command is an initial signal of the battery to be charged.
  • a command to check the state of charge (SOC) and temperature information of the battery, a command to calculate the size of the initial charge current based on the initial charge state of the battery, and an initial charge current of the calculated size. Includes a command to provide to the battery to rapidly charge the battery.
  • the command to calculate the size of the initial charging current of the battery is based on the fast charging map that defines the upper limit of current according to the charging state of the battery and the compensation current map that defines the compensation current according to the initial charging state of the battery. It may contain commands to produce output.
  • the command to calculate is a command to check the size of the upper current limit according to the initial charge state of the battery using the fast charging map, and the command to check the size of the upper limit of current according to the initial charge state of the battery using the compensation current map. It may include a command to check the size of the compensation current, and a command to calculate the size of the initial charging current based on the upper current limit and the size of the compensation current.
  • the size of the initial charging current may be the sum of the upper limit current and the size of the compensation current.
  • the command to check may further include a command to check the real-time charging state of the battery.
  • At least one command includes a command for monitoring the real-time charging state of the battery, and when the upper current limit in the fast charging map changes according to a change in the real-time charging state of the battery, corresponding to the size of the changed upper current limit. It may further include a command to provide charging current to the battery to rapidly charge it.
  • a battery rapid charging method includes the steps of checking the initial state of charge (SOC) of the battery to be charged and the temperature information of the battery, the initial state of charge of the battery Based on this, it includes calculating the size of the initial charging current and providing the calculated amount of initial charging current to the battery to rapidly charge the battery.
  • SOC initial state of charge
  • the calculating step calculates the size of the initial charging current of the battery based on the fast charging map that defines the upper limit of current according to the charging state of the battery and the compensation current map that defines the compensation current according to the initial charging state of the battery. can do.
  • the calculating step includes confirming the size of the upper current limit according to the initial state of charge of the battery using the fast charging map, and compensating according to the initial state of charge of the battery using the compensation current map. It may include checking the size of the current and calculating the size of the initial charging current based on the upper limit of the current and the size of the compensation current.
  • the size of the initial charging current may be the sum of the upper limit current and the size of the compensation current.
  • the checking step may further include checking the real-time charging state of the battery.
  • the battery fast charging method includes monitoring the real-time charging state of the battery, and when the upper current limit in the fast charging map changes according to a change in the real-time charging state of the battery, a method corresponding to the size of the changed upper current limit. It may further include providing charging current to the battery to rapidly charge it.
  • the battery rapid charging device and method according to an embodiment of the present invention adds a compensation current considering the current gain according to the initial charging state of the battery to the charging current of the battery obtained by considering only the temperature and real-time charging state of the existing battery. By supplying this to the battery, the rapid charging time can be shortened.
  • 1 is a table of fast charging maps used in a conventional battery fast charging device.
  • FIG. 2 is a block diagram of a battery rapid charging device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flowchart for explaining a battery rapid charging method operated by a processor in a battery rapid charging device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a flowchart illustrating a method for calculating the initial charging current among the battery rapid charging methods according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a table of compensation current maps of the battery rapid charging method according to an embodiment of the present invention.
  • Transmission and reception device 400 Input interface device
  • first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.
  • the term “and/or” includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
  • 1 is a table of fast charging maps used in a conventional battery fast charging device.
  • a conventional battery rapid charging device can rapidly charge a battery using a rapid charging map that provides limit current for each charging section according to temperature.
  • a conventional battery fast charging device monitors the temperature and state of charge of the battery, and based on the monitoring information, sets the upper current limit value provided in the section corresponding to the fast charging map to the battery. Charging current can be provided to . Accordingly, the battery was rapidly charged.
  • the current upper limit value provided by the fast charging map may be a limited current size to prevent lithium plating that may occur on the negative surface of the battery during fast charging.
  • the limit current may be an upper current limit value set to prevent lithium precipitation during rapid charging.
  • the size of the limit current may vary depending on not only the temperature and the state of charge of the battery, but also the initial state of charge of the battery.
  • the limit current value may increase as the initial state of charge of the battery increases.
  • the fast charging map does not consider the initial state of charge of the battery to be charged, but provides limit current for each temperature assuming the initial state of charge of the battery as the lowest section. Accordingly, a conventional battery fast charging device that provides charging current using a fast charging map deposits lithium even if a charging current exceeding the upper current limit defined in the fast charging map is provided when the initial charging state of the battery exceeds the minimum section. Although it is possible to charge without charging, the charging current is limited, which has the disadvantage of lowering efficiency.
  • the present invention will disclose a battery rapid charging device and method that takes into account the initial charging state of the battery and reflects the compensation current accordingly during the initial charging of the battery.
  • FIG. 2 is a block diagram of a battery rapid charging device according to an embodiment of the present invention.
  • the battery rapid charging device provides a charging current considering the initial state of charge (hereinafter SOC) of the battery to be charged using a rapid charging map and a compensation current map. can do.
  • SOC initial state of charge
  • the battery rapid charging device includes a memory 100, a processor 200, a transceiver device 300, an input interface device 400, It may include an output interface device 500 and a storage device 600.
  • each of the components 100, 200, 300, 400, 500, and 600 included in the control unit 4000 are connected by a bus 700 and can communicate with each other.
  • the memory 100 and the storage device 600 may be composed of at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium.
  • the memory 100 and the storage device 600 may be composed of at least one of read only memory (ROM) and random access memory (RAM).
  • the memory 100 may include at least one instruction executed by the processor 200.
  • the at least one command includes a command to check the initial state of charge (SOC) of the battery to be charged and the temperature information of the battery, and initial charging based on the initial state of charge of the battery. It may include a command to calculate the magnitude of the current, and a command to rapidly charge the battery by providing an initial charging current of the calculated magnitude to the battery.
  • SOC initial state of charge
  • the command to calculate the size of the initial charging current of the battery is based on the fast charging map that defines the upper limit of current according to the charging state of the battery and the compensation current map that defines the compensation current according to the initial charging state of the battery. It may contain commands to produce output.
  • the command to calculate is a command to check the size of the upper current limit according to the initial charge state of the battery using the fast charging map, and the command to check the size of the upper limit of current according to the initial charge state of the battery using the compensation current map. It may include a command to check the size of the compensation current, and a command to calculate the size of the initial charging current based on the upper current limit and the size of the compensation current.
  • the size of the initial charging current may be the sum of the upper limit current and the size of the compensation current.
  • the command to check may further include a command to check the real-time charging state of the battery.
  • At least one command includes a command for monitoring the real-time charging state of the battery, and when the upper current limit in the fast charging map changes according to a change in the real-time charging state of the battery, corresponding to the size of the changed upper current limit. It may further include a command to provide charging current to the battery to rapidly charge it.
  • the processor 200 may refer to a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed. .
  • CPU central processing unit
  • GPU graphics processing unit
  • dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed.
  • the processor 200 may execute at least one program command stored in the memory 100.
  • Figure 3 is a flowchart for explaining a battery rapid charging method operated by a processor in a battery rapid charging device according to an embodiment of the present invention.
  • the battery rapid charging device can check rapid charging conditions according to the operation of the processor 200 (S1000).
  • the fast charging condition may be a condition of at least one battery required to determine the size of the charging current for fast charging the battery.
  • the fast charging conditions may include the initial state of charge of the battery to be charged and temperature information of the battery.
  • the battery rapid charging device can calculate the size of the initial charging current (S2000).
  • the initial charging current may be the size of the charging current that satisfies the fast charging conditions of the battery to be fast charged. The method for calculating the initial charging current will be described with reference to FIGS. 4 and 5 below.
  • Figure 4 is a flowchart illustrating a method for calculating the initial charging current among the battery rapid charging methods according to an embodiment of the present invention.
  • the battery rapid charging device can use the rapid charging map to check the size of the upper current limit according to the charging state at the corresponding temperature (S2100).
  • the fast charging map may be a table that divides the charging state of the battery into a certain range of sections and defines the upper limit of current at a certain temperature. More specifically, the fast charging map varies the battery's charge state range from 10% to less than 20%, from 20% to less than 40%, from 40% to less than 60%, from 60% to less than 80%, and from 80% to 80%. It can be provided in 5 sections from more than 90% to less than 90%, and can provide the upper limit of current in the corresponding charge state section at 25°C, 35°C, and 45°C.
  • the fast charging map may be the same as the fast charging map provided by the conventional battery fast charging device disclosed in FIG. 1.
  • the battery rapid charging device can use the compensation current map to check the size of the compensation current according to the charging state at the corresponding temperature (S2300).
  • the present invention it is possible to additionally provide a compensation current between the upper current limit confirmed by the fast charging map and the limit current at which lithium does not precipitate considering the initial state of charge of the battery.
  • Figure 5 is a table of compensation current maps of the battery rapid charging method according to an embodiment of the present invention.
  • the compensation current map may be a table that provides the size of compensation current for each temperature according to the initial charge state of the battery in order to consider the current gain according to the initial charge state of the battery, which is not considered in the fast charging map. there is.
  • the fast charging map assumes the initial charge state of the battery before charging to be 10%, which is the minimum range, and then sets limits that are defined by considering only the temperature and real-time charging status of the battery to be charged. Current can be provided.
  • the battery fast charging method is a current of the fast charging map when the initial state of charge of the battery to be charged exceeds the minimum range, that is, when the initial state of charge of the battery is 20% or more.
  • the size of the compensation current according to the initial state of charge of the battery according to the compensation current map can be confirmed.
  • the compensation current value increases as the initial state of charge (SOC) of the battery increases.
  • the battery metal charging device may calculate the initial charging current based on the current upper limit in the fast charging map and the size of the compensation current by the compensation current map (S2500).
  • the initial charging current may be the sum of the current upper limit and compensation current corresponding to the temperature and initial charging state of the battery to be charged.
  • the battery rapid charging device can obtain 250A as the upper current limit through the rapid charging map.
  • the charging state of the battery to be charged may be the same as the initial charging state because the battery has not been charged.
  • the battery fast charging device can use a compensation current map to obtain a compensation current of 11A under the same fast charging conditions (battery temperature 35°C, initial state of charge 50%).
  • the battery rapid charging device can calculate a total of 265A as the initial charging current by adding 250A, which is the upper limit of current, and 11A, which is the size of the compensation current.
  • the battery metal charging device may rapidly charge the battery by providing an initial charging current corresponding to the calculated initial charging current information (S3000).
  • the battery metal charging device can continuously monitor the charging state of the battery.
  • the battery metal charging device uses a fast charging map.
  • the size of the upper current limit corresponding to the real-time charging state section of the battery can be set to the size of the charging current, and the charging current can be provided to the battery (S7000).
  • the battery fast charging device determines the size of the charging current corresponding to the real-time charging state section of the battery based on the fast charging map, as in step S7000. You can charge the battery with.
  • the battery rapid charging device and method according to an embodiment of the present invention adds a compensation current considering the current gain according to the initial charging state of the battery to the charging current of the battery obtained by considering only the temperature and real-time charging state of the existing battery. By supplying this to the battery, the rapid charging time can be shortened.
  • Computer-readable recording media include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Additionally, computer-readable recording media can be distributed across networked computer systems so that computer-readable programs or codes can be stored and executed in a distributed manner.
  • computer-readable recording media may include hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc.
  • Program instructions may include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
  • a block or device corresponds to a method step or feature of a method step.
  • aspects described in the context of a method may also be represented by corresponding blocks or items or features of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device, such as a microprocessor, programmable computer, or electronic circuit, for example. In some embodiments, one or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치 및 방법은, 기존의 배터리의 온도 및 실시간 충전 상태만을 고려하여 획득한 배터리의 충전 전류에, 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 이득을 고려한 보상 전류를 추가하여 배터리에 공급함으로써, 급속 충전 시간이 단축될 수 있다.

Description

배터리 급속 충전 장치 및 방법
본 출원은 2022년 10월 11일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2022-0129626호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 배터리 급속 충전 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리의 초기 충전량을 측정하여 이에 따른 보상 전류를 반영하는 배터리 급속 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.
이러한 이차전지는 반복적인 충전과 재생이 가능한 점에서, 오늘날 환경 규제 및 고유가 이슈에 대한 대응책으로 모바일, 노트북 등의 소형 기기에서부터 자동차, 로봇, 에너지 저장 장치 등 대형 산업 분야에 적용되고 있다.
이차전지 중에서도 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 없고 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 각광을 받고 있다.
종래에는 리튬 배터리의 사용 빈도가 증가함에 따라, 배터리의 신속한 충전을 위한 급속 충전 기술이 소개되고 있다.
종래에는 급속 충전 맵을 이용하여, 충전하고자 하는 배터리의 온도 및 충전 상태(State of Charge, SOC)를 기준으로 급속 충전을 위한 충전 전류의 크기 정보를 획득하여, 배터리를 급속 충전하는 방식이 제공되었다.
그러나, 종래의 급속 충전 맵에서는 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태를 고려하지 않으므로, 배터리의 초기 충전 상태가 최저 구간을 초과할 경우 급속 충전 맵에 정의된 전류 상한 이상의 충전 전류가 제공되어도 리튬 석출 없이 충전 가능함에도 불구하고 충전 전류가 제한되어 효율이 저하되는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배터리 급속 충전 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 배터리 급속 충전 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 충전 장치는, 메모리 및 상기 메모리 내 저장된 적어도 하나의 명령을 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은, 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge, SOC) 및 배터리의 온도 정보를 확인하도록 하는 명령, 상기 배터리의 초기 충전 상태를 바탕으로, 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령, 및 상기 산출된 크기의 초기 충전 전류를 상기 배터리에 제공하여 상기 배터리를 급속 충전시키도록 하는 명령을 포함한다.
이때, 상기 산출하도록 하는 명령은, 배터리의 충전 상태에 따른 전류 상한을 정의한 급속 충전 맵 및 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류를 정의한 보상 전류 맵을 바탕으로, 상기 배터리의 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 산출하도록 하는 명령은, 상기 급속 충전 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 상한의 크기를 확인하도록 하는 명령, 상기 보상 전류 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류의 크기를 확인하도록 하는 명령, 및 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 바탕으로 상기 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 충전 전류의 크기는 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 합한 값일 수 있다.
한편, 상기 확인하도록 하는 명령은, 상기 배터리의 실시간 충전 상태를 확인하도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 명령은 상기 배터리의 실시간 충전 상태를 모니터링하도록 하는 명령, 및 상기 배터리의 실시간 충전 상태의 변화에 따라 급속 충전 맵에서의 전류 상한이 변경될 경우, 상기 변경된 전류 상한의 크기에 대응하는 충전 전류를 상기 배터리 제공하여 급속 충전시키도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 급속 충전 방법은 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge, SOC) 및 배터리의 온도 정보를 확인하는 단계, 상기 배터리의 초기 충전 상태를 바탕으로, 초기 충전 전류의 크기를 산출하는 단계 및 상기 산출된 크기의 초기 충전 전류를 상기 배터리에 제공하여 상기 배터리를 급속 충전시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 산출하는 단계는, 배터리의 충전 상태에 따른 전류 상한을 정의한 급속 충전 맵 및 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류를 정의한 보상 전류 맵을 바탕으로, 상기 배터리의 초기 충전 전류의 크기를 산출할 수 있다.
여기서, 상기 산출하는 단계는, 상기 급속 충전 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 상한의 크기를 확인하는 단계, 상기 보상 전류 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류의 크기를 확인하는 단계 및 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 바탕으로 상기 초기 충전 전류의 크기를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 충전 전류의 크기는 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 합한 값일 수 있다.
한편, 상기 확인하는 단계는, 상기 배터리의 실시간 충전 상태를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 급속 충전 방법은 상기 배터리의 실시간 충전 상태를 모니터링하는 단계 및 상기 배터리의 실시간 충전 상태의 변화에 따라 급속 충전 맵에서의 전류 상한이 변경될 경우, 상기 변경된 전류 상한의 크기에 대응하는 충전 전류를 상기 배터리 제공하여 급속 충전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치 및 방법은, 기존의 배터리의 온도 및 실시간 충전 상태만을 고려하여 획득한 배터리의 충전 전류에, 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 이득을 고려한 보상 전류를 추가하여 배터리에 공급함으로써, 급속 충전 시간이 단축될 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 급속 충전 장치에서 사용된 급속 충전 맵의 표이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치 내 프로세서에 의해 동작되는 배터리 급속 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 방법 중 초기 충전 전류를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 방법의 보상 전류 맵의 표이다.
100: 메모리 200: 프로세서
300: 송수신 장치 400: 입력 인터페이스 장치
500: 출력 인터페이스 장치 600: 저장 장치
700: 버스
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 종래의 배터리 급속 충전 장치에서 사용된 급속 충전 맵의 표이다.
도 1을 참조하면, 종래의 배터리 급속 충전 장치는 온도에 따른 충전 구간별 한계 전류를 제공하는 급속 충전 맵을 이용하여 배터리의 급속 충전을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 종래의 배터리 급속 충전 장치는 배터리의 온도 및 충전 상태(State of Charge)를 모니터링 하고, 상기 모니터링 정보를 바탕으로 급속 충전 맵에 대응되는 구간에서 제공하는 전류 상한 값으로 상기 배터리에 충전 전류를 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리가 급속 충전되었다.
급속 충전 맵에서 제공하는 전류 상한 값은 급속 충전 시 배터리의 음극 표면에 발생될 수 있는 리튬 석출(Lithum Plating)을 방지하기 위해 제한되는 전류 크기일 수 있다. 다시 말해, 한계 전류는, 급속 충전 시 리튬 석출을 방지하고자 설정된 전류 상한 값일 수 있다.
이때, 한계 전류의 크기는 온도 및 배터리의 충전 상태뿐 만 아니라, 배터리의 초기 충전 상태에도 달라질 수 있다.
실시예에 따르면, 한계 전류는 배터리의 초기 충전 상태가 클수록 한계 전류 값이 증가할 수 있다.
그러나, 급속 충전 맵에서는 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태를 고려하지 않고 배터리의 초기 충전 상태를 최저 구간으로 가정한 온도 별 한계 전류를 제공하고 있다. 이에 따라, 급속 충전 맵을 이용하여 충전 전류를 제공하는 종래의 배터리 급속 충전 장치는, 배터리의 초기 충전 상태가 최저 구간을 초과할 경우 급속 충전 맵에 정의된 전류 상한 이상의 충전 전류가 제공되어도 리튬 석출 없이 충전 가능함에도 불구하고 충전 전류가 제한되어 효율이 저하되는 단점이 있다.
이에 본 발명에서는 배터리의 초기 충전 상태를 고려하여, 배터리의 초기 충전 시 이에 따른 보상 전류를 반영하는 배터리 급속 충전 장치 및 방법을 개시하겠다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치의 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치는 급속 충전 맵 및 보상 전류 맵을 이용하여 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge, 이하 SOC)를 고려한 충전 전류를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치에 대해 구성별로 보다 구체적으로 설명하면, 상기 배터리 급속 충전 장치는 메모리(100), 프로세서(200), 송수신 장치(300), 입력 인터페이스 장치(400), 출력 인터페이스 장치(500) 및 저장 장치(600)를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 제어부(4000)에 포함된 각각의 구성 요소들(100, 200, 300, 400, 500, 600)은 버스(bus, 700)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
상기 구성들(100, 200, 300, 400, 500, 600) 중 메모리(100) 및 저장 장치(600)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(100) 및 저장 장치(600)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
이 중에서도 메모리(100)는, 프로세서(200)에 의해 실행되는 적어도 하나의 명령을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 명령은, 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge, SOC) 및 배터리의 온도 정보를 확인하도록 하는 명령, 상기 배터리의 초기 충전 상태를 바탕으로, 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령, 및 상기 산출된 크기의 초기 충전 전류를 상기 배터리에 제공하여 상기 배터리를 급속 충전시키도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
이때, 상기 산출하도록 하는 명령은, 배터리의 충전 상태에 따른 전류 상한을 정의한 급속 충전 맵 및 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류를 정의한 보상 전류 맵을 바탕으로, 상기 배터리의 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 산출하도록 하는 명령은, 상기 급속 충전 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 상한의 크기를 확인하도록 하는 명령, 상기 보상 전류 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류의 크기를 확인하도록 하는 명령, 및 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 바탕으로 상기 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 초기 충전 전류의 크기는 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 합한 값일 수 있다.
한편, 상기 확인하도록 하는 명령은, 상기 배터리의 실시간 충전 상태를 확인하도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 명령은 상기 배터리의 실시간 충전 상태를 모니터링하도록 하는 명령, 및 상기 배터리의 실시간 충전 상태의 변화에 따라 급속 충전 맵에서의 전류 상한이 변경될 경우, 상기 변경된 전류 상한의 크기에 대응하는 충전 전류를 상기 배터리 제공하여 급속 충전시키도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.
한편, 프로세서(200)는 중앙 처리 장치(cenTsal processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
프로세서(200)는 앞서 설명한 바와 같이, 메모리(100)에 저장된 적어도 하나의 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치 내 프로세서에 의해 동작되는 배터리 급속 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치는 상기 프로세서(200)의 동작에 따라, 급속 충전 조건을 확인할 수 있다(S1000).
여기서, 급속 충전 조건은 배터리의 급속 충전을 위한 충전 전류의 크기를 결정하기 위해 필요한 적어도 하나의 배터리의 조건일 수 있다. 실시예에 따르면, 급속 충전 조건은 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태 및 배터리의 온도 정보를 포함할 수 있다.
이후, 상기 배터리 급속 충전 장치는 초기 충전 전류의 크기를 산출할 수 있다(S2000). 여기서, 초기 충전 전류는 급속 충전하고자 하는 배터리의 급속 충전 조건을 충족하는 충전 전류의 크기일 수 있다. 초기 충전 전류를 산출하는 방법은 하기 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하겠다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 방법 중 초기 충전 전류를 산출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 급속 충전 장치는 급속 충전 맵을 이용하여, 해당 온도에서의 해당 충전 상태에 따른 전류 상한의 크기를 확인할 수 있다(S2100).
여기서, 급속 충전 맵은 배터리의 충전 상태를 일정 범위의 구간으로 나누어, 일정 온도에서의 전류 상한을 규정한 표일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 급속 충전 맵은 배터리의 충전 상태 구간을 10% 이상 내지 20% 미만, 20% 이상 내지 40% 미만, 40% 이상 내지 60% 미만, 60% 이상 내지 80% 미만, 80% 이상 내지 90% 미만의 5구간으로 제공될 수 있으며, 25℃, 35℃ 및 45℃일 때의 해당 충전 상태 구간에서의 전류 상한을 제공할 수 있다.
예를 들어, 급속 충전 맵은, 도1에 개시된 종래의 배터리 급속 충전 장치에서 제공하는 급속 충전 맵과 동일할 수 있다.
이후, 상기 배터리 급속 충전 장치는 보상 전류 맵을 이용하여 해당 온도에서의 해당 충전 상태에 따른 보상 전류의 크기를 확인할 수 있다(S2300).
본 발명에서는 급속 충전 맵에 의해 확인된 전류 상한 및 배터리의 초기 충전 상태를 고려한 리튬이 석출되지 않는 한계 전류 사이의 보상 전류를 추가 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 방법의 보상 전류 맵의 표이다.
도 5를 참조하면, 보상 전류 맵은 급속 충전 맵에서 고려되지 않은, 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 이득을 고려하기 위해, 배터리의 초기 충전 상태에 따른 온도별 보상 전류의 크기를 제공하는 표일 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이, 급속 충전 맵은 충전하기 전 배터리의 초기 충전 상태를 최저 구간인 10% 상태로 가정한 후 충전하고자 하는 배터리의 온도 및 실시간 충전 상태만을 고려하여 규정한 한계 전류를 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 방법은 충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태가 최저 구간을 초과할 경우, 다시 말해, 배터리의 초기 충전 상태가 20% 이상일 경우, 급속 충전 맵의 전류 상한 이외에, 보상 전류 맵에 따른 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류의 크기를 확인할 수 있다.
실시예에 따르면, 보상 전류 맵에서는 배터리의 초기 충전 상태(SOC)가 클수록 보상 전류 값이 증가함을 확인할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 배터리 금속 충전 장치는 급속 충전 맵에서의 전류 상한 및 보상 전류 맵에 의한 보상 전류의 크기를 바탕으로 초기 충전 전류를 산출할 수 있다(S2500). 실시예에 따르면, 초기 충전 전류는 충전하고자 하는 배터리의 온도 및 초기 충전 상태에 대응하는 전류 상한 및 보상 전류를 더한 값일 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 급속 충전 장치는 충전하고자 하는 배터리의 온도가 35℃이고, 충전 상태가 50%일 경우, 급속 충전 맵을 통해 전류 상한 크기로 250A를 획득할 수 있다. 여기서, 충전하고자 하는 배터리의 충전 상태는 배터리의 충전이 진행되지 않았으므로, 초기 충전 상태와 동일할 수 있다.
한편, 상기 배터리 급속 충전 장치는 보상 전류 맵을 이용하여, 동일한 급속 충전 조건(배터리의 온도 35℃, 초기 충전 상태 50%)에서의 보상 전류의 크기로 11A를 획득할 수 있다.
이에 따라, 상기 배터리 급속 충전 장치는 전류 상한 크기인 250A 및 보상 전류의 크기인 11A를 더하여 총 265A를 초기 충전 전류의 크기로 산출할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 이후, 상기 배터리 금속 충전 장치는 산출된 초기 충전 전류 정보에 대응하는 초기 충전 전류를 제공하여 상기 배터리를 급속 충전시킬 수 있다(S3000).
이후, 상기 배터리 금속 충전 장치는 배터리의 충전 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 배터리의 실시간 충전 상태 구간이 초기 충전 상태가 속한 구간을 넘어갈 경우, 다시 말해, 배터리의 충전 상태 구간이 변경될 경우(S5000), 상기 배터리 금속 충전 장치는 급속 충전 맵을 이용하여, 상기 배터리의 실시간 충전 상태 구간에 대응하는 전류 상한의 크기를 충전 전류의 크기로 설정하여, 상기 배터리에 충전 전류를 제공할 수 있다(S7000).
이후, 상기 배터리 급속 충전 장치는 지속적인 급속 충전으로 인해 상기 배터리의 실시간 충전 상태가 변경될 경우, S7000 단계에서와 같이, 급속 충전 맵을 기준으로 상기 배터리의 실시간 충전 상태 구간에 대응하는 충전 전류의 크기로 배터리를 충전할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치 및 방법을 설명하였다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 급속 충전 장치 및 방법은, 기존의 배터리의 온도 및 실시간 충전 상태만을 고려하여 획득한 배터리의 충전 전류에, 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 이득을 고려한 보상 전류를 추가하여 배터리에 공급함으로써, 급속 충전 시간이 단축될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 배터리를 급속 충전하는 장치로서,
    메모리; 및
    상기 메모리 내 저장된 적어도 하나의 명령을 수행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge, SOC)를 확인하도록 하는 명령,
    상기 배터리의 초기 충전 상태를 바탕으로, 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령, 및
    상기 산출된 크기의 초기 충전 전류를 상기 배터리에 제공하여 상기 배터리를 급속 충전시키도록 하는 명령을 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산출하도록 하는 명령은,
    배터리의 충전 상태에 따른 전류 상한을 정의한 급속 충전 맵 및 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류를 정의한 보상 전류 맵을 바탕으로, 상기 배터리의 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령을 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 산출하도록 하는 명령은,
    상기 급속 충전 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 상한의 크기를 확인하도록 하는 명령,
    상기 보상 전류 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류의 크기를 확인하도록 하는 명령, 및
    상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 바탕으로 상기 초기 충전 전류의 크기를 산출하도록 하는 명령을 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 초기 충전 전류의 크기는 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 합한 값인, 배터리 급속 충전 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 확인하도록 하는 명령은,
    상기 배터리의 실시간 충전 상태를 확인하도록 하는 명령을 더 포함하는, 배터리 급속 충전 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배터리의 실시간 충전 상태를 모니터링하도록 하는 명령, 및
    상기 배터리의 실시간 충전 상태의 변화에 따라 급속 충전 맵에서의 전류 상한이 변경될 경우, 상기 변경된 전류 상한의 크기에 대응하는 충전 전류를 상기 배터리 제공하여 급속 충전시키도록 하는 명령을 더 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  7. 배터리를 급속 충전하는 방법으로서,
    충전하고자 하는 배터리의 초기 충전 상태(State of Charge, SOC)를 확인하는 단계;
    상기 배터리의 초기 충전 상태를 바탕으로, 초기 충전 전류의 크기를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 크기의 초기 충전 전류를 상기 배터리에 제공하여 상기 배터리를 급속 충전시키는 단계를 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    배터리의 충전 상태에 따른 전류 상한을 정의한 급속 충전 맵 및 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류를 정의한 보상 전류 맵을 바탕으로, 상기 배터리의 초기 충전 전류의 크기를 산출하는 단계를 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 급속 충전 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 전류 상한의 크기를 확인하는 단계;
    상기 보상 전류 맵을 이용하여, 상기 배터리의 초기 충전 상태에 따른 보상 전류의 크기를 확인하는 단계; 및
    상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 바탕으로 상기 초기 충전 전류의 크기를 산출하는 단계를 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 초기 충전 전류의 크기는 상기 전류 상한 및 상기 보상 전류의 크기를 합한 값인, 배터리 급속 충전 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 확인하는 단계는,
    상기 배터리의 실시간 충전 상태를 확인하는 단계를 더 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리의 실시간 충전 상태를 모니터링하는 단계; 및
    상기 배터리의 실시간 충전 상태의 변화에 따라 급속 충전 맵에서의 전류 상한이 변경될 경우, 상기 변경된 전류 상한의 크기에 대응하는 충전 전류를 상기 배터리 제공하여 급속 충전시키는 단계를 더 포함하는, 배터리 급속 충전 방법.
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