KR20230055934A - 스마트 배터리 디바이스 및 그 고속 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

C-레이트가 1C인 배터리 디바이스는 배터리 셀, 보호 칩, 및 마이크로컨트롤러를 포함한다. 보호 칩은 배터리 셀에 전기적으로 연결되고, 배터리 셀의 상태에 따라 배터리 디바이스의 보호 메커니즘을 활성화할지 여부를 결정한다. 마이크로컨트롤러는 보호 칩에 전기적으로 접속되고, 배터리 셀의 RSOC를 검출한다. 배터리 디바이스에 외부 전력 공급 장치가 전기적으로 연결되고 배터리 셀의 RSOC가 50% 미만일 때, 마이크로컨트롤러는 배터리 셀이 10분 이내의 고속 충전을 수행하도록 제어한다. 10분의 고속 충전 동안, 보호 칩은 보호 메커니즘을 활성화하거나, 또는 마이크로컨트롤러는 배터리 셀이 CC 상태로부터 CV 상태로 변경된 것을 검출하고, 마이크로컨트롤러는 고속 충전을 중지하고 배터리 셀의 C-레이트를 1C로 복원한다.

Description

스마트 배터리 디바이스 및 그 고속 충전 방법{SMART BATTERY DEVICE AND FAST CHARGING METHOD THEREOF}
본 출원은 2021년 10월 19일에 출원된 대만 특허 출원 번호 제110138631호의 이익을 주장하며, 이 대만 특허 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 전자 디바이스에 관한 것이고, 구체적으로는 배터리 디바이스 및 그 고속 충전 방법에 관한 것이다.
리튬 배터리를 사용하는 전기 차량(electric vehicle)(EV), 3C, 에너지 저장 시스템(energy storage system)(ESS), 및 정보 기술(information technology)(IT)은 모두 충전 조건이 다를 수 있다. 그러나, 일반적인 것은 충전 시간이 종종 느리다는 것이다. 현재 기술과 현재 배터리 셀에 사용되는 재료로 인해, 기존 리튬 배터리는 CC-CV 모드로 충전되어야 한다. 도 1은 배터리 디바이스의 충전 곡선도이다. 도 1은 배터리 디바이스의 충전 용량 곡선(100), 충전 전류 곡선(102), 및 충전 전압 곡선(104)을 개시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 디바이스는 1C의 C-레이트로 충전되고 있다. 충전이 시작된 후 0.6 시간이 지나면, 배터리 디바이스는 CC 모드에 있다. CC 모드에서, 배터리 용량 곡선(100)은 선형적으로 증가한다. 충전 시작 후 0.6 시간이 지나면, 배터리 디바이스는 CV 모드로 변경된다. 사용자가 배터리 용량의 약 60%에 도달하는 데 10분 밖에 걸리지 않는다는 것을 경험하는 경우, 사용자는 이것을 수용 가능한 것으로 믿고 여기서 충전을 중지할 수 있다. 따라서, 배터리 디바이스를 CC 모드에서 즉시 충전함으로써 배터리 부족 패닉을 피하거나 배터리 용량의 특정 백분율에 도달하도록 하는 방법이 중요한 문제가 되었다.
본 발명의 일 실시예는 충전을 위한 C-레이트가 1C인 배터리 디바이스를 제공한다. 배터리 디바이스는 배터리 셀, 보호 칩, 및 마이크로컨트롤러를 포함한다. 보호 칩은 배터리 셀에 전기적으로 접속되어 있다. 보호 칩은 배터리 셀의 상태에 따라 배터리 디바이스의 보호 메커니즘을 활성화할지 여부를 결정한다. 마이크로컨트롤러는 보호 칩에 전기적으로 접속되어 있고, 배터리 셀의 RSOC를 검출한다. 외부 전력 공급 장치가 배터리 디바이스에 전기적으로 연결되고 배터리 셀의 RSOC가 50% 미만인 경우, 마이크로컨트롤러는 배터리 셀이 10분 이내의 고속 충전을 수행하도록 제어한다. 고속 충전은 마이크로컨트롤러가 배터리 셀이 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어하는 것이다. 10분의 고속 충전 이내에, 보호 칩은 보호 메커니즘을 활성화하거나, 또는 마이크로컨트롤러는 배터리 셀이 정전류(constant current)(CC) 상태에서 정전압(constant voltage)(CV) 상태로 변경된 것을 검출하고, 마이크로컨트롤러는 고속 충전을 중지하고 배터리 셀의 C-레이트를 1C로 복원한다.
전술한 배터리 디바이스에 따르면, 보호 메커니즘은 과전압 보호(over-voltage protection)(OVP), 과전류 보호(over-current protection)(OCP), 과온 보호(over-temperature protection)(OTP), 저전압 보호(under-voltage protection)(UVP), 저온 보호(under-temperature protection)(UTP), 역전압 보호, 및 단락 보호를 포함한다.
전술한 배터리 디바이스에 따르면, 배터리 셀이 CC 상태에서 CV 상태로 변경될 때 배터리 셀의 RSOC는 60% 내지 70%이다.
전술한 배터리 디바이스에 따르면, 배터리 디바이스는 충전 스위치를 더 포함한다. 충전 스위치는 배터리 셀의 양극에 전기적으로 연결된다. 배터리 셀이 충전 중이고 보호 칩이 보호 메커니즘의 OVP, OCP, 및 OTP를 활성화하면, 보호 칩은 충전 스위치를 턴오프시킨다.
전술한 배터리 디바이스는 방전 스위치를 더 포함한다. 배터리 셀이 충전 중이고 보호 칩이 보호 메커니즘의 OCP, OTP, UVP, UTP, 역전압 보호, 및 단락 보호를 활성화하면, 보호 칩은 방전 스위치를 턴오프시킨다.
전술한 배터리 디바이스에 따르면, 배터리 디바이스는 보호 디바이스를 더 포함한다. 보호 디바이스는 배터리 셀의 양극과 충전 스위치 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 보호 칩이 보호 메커니즘을 활성화하지만 충전 스위치나 방전 스위치를 턴오프할 수 없는 경우, 마이크로컨트롤러는 보호 디바이스를 직접 접속 해제한다.
본 발명은 또한 고속 충전 방법을 제공한다. 고속 충전 방법은 충전을 위해 C-레이트가 1C인 배터리 디바이스에 적용된다. 고속 충전 방법은 다음의 단계를 포함한다. 고속 충전 방법은 외부 전력 공급 장치가 배터리 디바이스에 전기적으로 연결되어 있음을 검출한다. 고속 충전 방법은 배터리 디바이스가 1C의 C-레이트로 충전하도록 제어한다. 고속 충전 방법은 배터리 디바이스의 상대적 충전 상태(Relative State-Of-Charge)(RSOC)가 50% 미만임을 검출한다. 고속 충전 방법은 배터리 디바이스가 10분 이내의 고속 충전을 수행하도록 제어한다. 고속 충전은 배터리 디바이스가 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어하는 것이다. 고속 충전 방법은 고속 충전 동안 보호 메커니즘이 활성화되면 고속 충전을 중지할 수 있다. 고속 충전 방법은 배터리 디바이스가 정전류(CC) 상태에서 정전압(CV) 상태로 변경되었음을 검출하면 고속 충전을 중지할 수 있다. 고속 충전 방법은 10분 동안 고속 충전이 수행된 경우 고속 충전을 중지할 수 있다.
전술한 고속 충전 방법에 따르면, 보호 메커니즘은 과전압 보호(OVP), 과전류 보호(OCP), 과온 보호(OTP), 저전압 보호(UVP), 저온 보호(UTP), 역전압 보호, 및 단락 보호를 포함한다.
전술한 고속 충전 방법에 따르면, 고속 충전 방법은 다음의 단계를 더 포함한다. 고속 충전 방법은 외부 전력 공급 장치가 배터리 디바이스에 전기적으로 연결되어 있지 않음을 검출하면 배터리 디바이스가 방전하도록 제어한다. 고속 충전 방법은, 배터리 디바이스의 RSOC가 50% 이상임을 검출하면, 고속 충전을 수행하지 않고 배터리 디바이스가 1C의 C-레이트로 충전하도록 계속 제어한다. 고속 충전 방법은 고속 충전을 중지한 후 1C의 C-레이트를 복원하여 배터리 디바이스를 충전한다.
전술한 고속 충전 방법에 따르면, 고속 충전 방법은 다음의 동작을 더 포함한다. 고속 충전 방법은, 배터리 디바이스가 충전 중이고 보호 메커니즘의 OVP, OCP, OTP가 활성화되면, 배터리 디바이스에 포함된 충전 스위치에 제1 신호를 출력하여 충전 스위치를 턴오프시킨다. 고속 충전 방법은, 배터리 디바이스가 충전 중이고, OCP, OTP, UVP, UTP, 역전압 보호, 및 단락 보호가 활성화되면, 배터리 디바이스에 포함된 방전 스위치에 제2 신호를 출력하여 방전 스위치를 턴오프시킨다. 고속 충전 방법은, 보호 메커니즘이 활성화되었지만 충전 스위치 또는 방전 스위치가 턴오프될 수 없을 경우, 보호 디바이스에 제3 신호를 출력하여 보호 디바이스를 전기적으로 접속 해제한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 후속하는 상세한 설명 및 예를 읽으면 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 배터리 디바이스의 충전 곡선도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 디바이스(200)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 고속 충전 방법의 플로우차트이다.
이하의 설명은 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위한 목적으로 행해지며 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항을 참조하여 최상으로 결정된다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 배터리 디바이스(200)의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 디바이스(200)는 배터리 셀(202), 보호 칩(204), 마이크로컨트롤러(206), 충전 스위치(208), 방전 스위치(210), 보호 디바이스(212), 부 보호 칩(vice protection chip)(214), 온도 센서(216), 감지 저항기(218), 통신 버스(SMBUS_DATA, SMBUS_CLOCK), 배터리 식별 표시기(BATTERY_ID, SYSTEM_ID), 양극(P+), 및 음극(P-)을 포함한다. 배터리 셀(202)은 수신된 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장하거나, 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력한다. 보호 칩(204)은 배터리 셀(202)에 전기적으로 접속되고, 배터리 셀(202)의 상태에 따라(예를 들어, 충전 전압, 충전 전류, 또는 방전 전류 등에 기반하여) 배터리 디바이스(200)의 보호 메커니즘을 활성화할지 여부를 결정한다. 일부 실시예에서, 보호 메커니즘은 과전압 보호(OVP), 과전류 보호(OCP), 과온 보호(OTP), 저전압 보호(UVP), 저온 보호(UTP), 역전압 보호, 및 단락 보호를 포함한다.
일부 실시예에서, 배터리 셀(202)이 충전 중이고 보호 칩(204)이 보호 메커니즘의 OVP, OCP, 및 OTP를 활성화하면, 보호 칩(204)은 신호(230)를 충전 스위치(208)에 출력하며, 그에 따라 충전 스위치(208)는 턴오프되고, 배터리 디바이스(200)는 충전을 중지한다. 일부 실시예에서, 배터리 셀(202)이 방전 중이고 보호 칩(204)이 OCP, OTP, UVP, UTP, 역전압 보호, 단락 보호를 활성화하면, 보호 칩(204)은 신호(232)를 방전 스위치(210)에 출력하며, 그에 따라 방전 스위치(210)는 턴오프되고, 배터리 디바이스(200)는 방전을 중지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 충전 스위치(208)는 보호 디바이스(212)와 방전 스위치(210) 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 방전 스위치(210)는 양극(P+)과 충전 스위치(208) 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 충전 스위치(208)는 보호 칩(204)으로부터의 신호(230)에 따라 자신의 상태를 변경한다. 예를 들어, 신호(230)가 "0"과 같은 논리 로우 레벨에 있으면, 충전 스위치(208)는 전류가 노드 B에서 노드 A로만 흐르게 하지만 노드 A에서 노드 B로의 전류는 금지한다. 신호(230)가 "1"과 같은 논리 하이 레벨에 있으면, 충전 스위치(208)는 완전 전도성 상태에 있다. 방전 스위치(210)는 보호 칩(204)으로부터의 신호(232)에 따라 자신의 상태를 변경한다. 예를 들어, 신호(232)가 "0"과 같은 논리 로우 레벨에 있으면, 방전 스위치(210)는 전류가 노드 A에서 노드 B로만 흐르게 하지만 노드 B에서 노드 A로의 전류는 금지한다. 신호(232)가 "1"과 같은 논리 하이 레벨에 있으면, 방전 스위치(210)는 완전 전도성 상태에 있다.
마이크로컨트롤러(206)는 보호 칩(204)에 전기적으로 접속되어 있고, 배터리 셀(202)의 상대적 충전 상태(RSOC)를 검출한다. 일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러(206)는 통신 인터페이스(240)를 통해 보호 칩(204)과 통신한다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(206)는 통신 인터페이스(240)를 통해 보호 칩(204)으로부터 배터리 셀(202)의 충방전 전류 및 충방전 전압과 같은 정보를 획득할 수 있다. 일부 실시예에서, 통신 인터페이스는 I2C 통신 인터페이스이지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 마이크로컨트롤러(206)는, 배터리 셀(202)로부터의 전하가 배터리 디바이스(200)의 양극(P+)을 통해 출력되고, 배터리 디바이스(200)의 음극(P-)으로부터 배터리 셀(202)로 되돌아가도록 제어할 수 있다. 대안적으로, 마이크로컨트롤러(206)는 배터리 디바이스(200) 외부의 외부 전력 공급 장치(도시되지 않음)가 배터리 셀(202)을 충전하도록 제어할 수 있다.
일반적으로, 정상적인 충방전 과정에서, 충전을 위한 배터리 디바이스(200)의 C-레이트는 1C이고, 방전을 위한 배터리 디바이스(200)의 C-레이트는 2C이지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 외부 전력 공급 장치가 배터리 디바이스(200)에 전기적으로 연결되고 배터리 셀(202)의 RSOC가 50% 미만인 경우, 마이크로컨트롤러(206)는 배터리 셀(202)이 10분 이내의 고속 충전을 수행하도록 제어한다. 고속 충전 동안, 마이크로컨트롤러(206)는 배터리 셀(202)이 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어한다. 10분의 고속 충전 동안, 보호 칩(204)은 보호 메커니즘을 활성화하거나, 또는 마이크로컨트롤러(206)는 배터리 셀(202)이 정전류(CC) 상태에서 정전압(CV) 상태로 변경된 것을 검출하고, 마이크로컨트롤러(206)는 고속 충전을 중지하고, 이와 동시에 충전을 위한 배터리 셀(202)의 C-레이트를 1C로 복원한다. 일부 실시예에서, 배터리 셀(202)의 RSOC는 배터리 셀(202)이 CC 상태에서 CV 상태로 변경될 때 60% 내지 70%이다.
일부 실시예에서, 배터리 디바이스(200)는 적어도 하나의 프로세서를 갖는 전자 디바이스에 포함된다. 전자 디바이스는, 예를 들어, 랩톱, 태블릿, 웨어러블 디바이스, 또는 스마트폰일 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러(206)는 통신 버스(SMBUS_CLOCK 및 SMBUS_DATA)를 통해 배터리 디바이스(200)를 포함하는 전자 디바이스의 프로세서와 통신할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스의 프로세서는 마이크로컨트롤러(206)가 통신 버스(SMBUS_CLOCK 및 SMBUS_DATA)를 통해 고속 충전을 수행하기 위한 최대 시간(예컨대, 10분) 및 C-레이트(예컨대, 1.7C 내지 1.8C)를 조정할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리 디바이스(200)를 포함하는 전자 디바이스의 프로세서는 배터리 디바이스(200)의 배터리 식별 표시기(BATTERY_ID 및 SYSTEM_ID)를 통해 배터리 디바이스(200)가 전자 디바이스 내에 설치되었음을 검출할 수 있다.
온도 센서(216)는 배터리 디바이스(200)의 온도를 검출하고, 검출된 온도의 정보를 보호 칩(204)으로 전송한다. 일부 실시예에서, 온도 센서(216)는 온도 감지 칩이다. 일부 실시예에서, 온도 센서(216)는 저항이 온도에 따라 변하는 서미스터(thermistor)를 포함한다. 온도 센서(216)는 서미스터에 전력을 제공하고, 서미스터 양단의 전압을 측정함으로써 (저항 변화에 해당하는) 서미스터 양단의 전압 변화를 온도 변화로 변환한다. 일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러(206)는 감지 저항기(218) 양단의 전압(예를 들어, 노드 D 및 E 양단의 전압)을 측정함으로써 충전 모드에서 충전 전류의 크기를 계산할 수 있다.
표 1은 본 발명의 일부 실시예에 따라 충전을 위한 서로 다른 C-레이트에 해당하는 10분당 배터리(200)의 용량 증가치의 비교표이다.
충전을 위한 C-레이트 (C) 시간 (분) 용량 (%) 10분당 용량 증가치 (%) 비고
1.1 30 50 16.67
1.5 20 50 25.00
1.7~1.8 12 35 29.17 본 발명
2.5 10 40 40.00
표 1에 나타난 바와 같이, 마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 1.1C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 셀(202)은 충전 30분 후에 배터리 용량의 50%에 도달할 수 있다. 따라서, 충전을 위한 C-레이트가 1.1C일 경우, 배터리 디바이스(200)의 10분당 용량 증가치는 16.67%이다. 마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 1.5C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 셀(202)은 충전 20분 후에 배터리 용량의 50%에 도달할 수 있다. 따라서, 충전을 위한 C-레이트가 1.5C일 경우, 배터리 디바이스(200)의 10분당 용량 증가치는 25.00%이다. 마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 셀(202)은 충전 12분 후에 배터리 용량의 35%에 도달할 수 있다. 따라서, 충전을 위한 C-레이트가 1.7C일 경우, 배터리 디바이스(200)의 10분당 용량 증가치는 29.17%이다.
마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 2.5C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 셀(202)은 충전 10분 후에 배터리 용량의 40%에 도달할 수 있다. 따라서, 충전을 위한 C-레이트가 2.5C일 경우, 배터리 디바이스(200)의 10분당 용량 증가치는 40%이다. 표 1의 결과에 따르면, 배터리 디바이스(200)의 충전을 위한 C-레이트가 더 높을 경우, 배터리 디바이스(200)의 10분당 용량 증가치도 더 높다. 그러나, 본 발명은 배터리 디바이스(200)를 충전하기 위해 2.5C의 C-레이트를 사용하지 않으며, 그 이유는 다음과 같으며, 표 2에 표시된다.
표 2는 본 발명의 일부 실시예에 따라 충전을 위한 서로 다른 C-레이트에 해당하는 배터리 디바이스(200)의 성능 비율의 비교표이다. 성능 비율은 충전을 위한 C-레이트를 분당 용량 증가치로 나눈 값으로 정의된다.
충전을 위한 C-레이트 (C) 10분당 용량 증가치 (%) 1분당 용량 증가치 (%) 충전을 위한 C-레이트와 1분당 용량 증가치 간의 비율 비고
1.1 16.67 1.667 1.52
1.5 25.00 2.5 1.67
1.7~1.8 29.17 2.917 1.72 본 발명
2.5 40.00 4 1.6
표 2에 나타난 바와 같이, 마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 1.1C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 디바이스(200)의 성능 비율(즉, 충전을 위한 C-레이트와 분당 용량 증가치 간의 비율)은 1.52이다. 마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 1.5C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 디바이스(200)의 성능 비율은 1.67이다. 마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 디바이스(200)의 성능 비율은 1.72이다. 마이크로컨트롤러(206)가 배터리 셀(202)이 2.5C의 C-레이트로 충전하도록 제어할 경우, 배터리 디바이스(200)의 성능 비율은 1.6이다. 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명은 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트를 사용하여 배터리 디바이스(200)를 충전함으로써 최고의 성능 비율(즉, 충전을 위한 C-레이트와 분당 용량 증가치 간의 비율)을 획득할 수 있다.
도 2에서, 보호 디바이스(212)는 배터리 셀(202)의 양극(노드 B)과 충전 스위치(208) 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 일부 실시예에서, 보호 칩(204)이 보호 메커니즘을 활성화하지만 충전 스위치(208) 또는 방전 스위치(210)를 턴오프할 수 없거나, 보호 칩이 배터리 셀(202) 내의 코어 스트립이 불균형 또는 비정상임을 검출하는 경우, 마이크로컨트롤러(206)는 신호(234)를 보호 디바이스(212)에 직접 출력하여 보호 디바이스(212)를 접속 해제할 수 있다. 일부 실시예에서, 보호 칩(204)이 보호 메커니즘의 OVP를 활성화하지만 충전 스위치(208) 또는 방전 스위치(210)를 턴오프할 수 없는 경우, 부 보호 칩(214)은 신호(236)를 보호 디바이스(212)에 출력하여 보호 디바이스(212)를 접속 해제할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 고속 충전 방법의 플로우차트이다. 본 발명의 고속 충전 방법은 충전을 위한 C-레이트가 1C인 배터리 디바이스(예컨대, 도 2의 배터리 디바이스(200))에 적합하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고속 충전 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 배터리 디바이스에 전기적으로 연결된 외부 전력 공급 장치를 검출한다(단계 S300). 배터리 디바이스가 1C의 C-레이트로 충전하도록 제어한다(단계 S302). 50% 미만인 배터리 디바이스의 상대적 충전 상태(RSOC)를 검출한다(단계 S304). 배터리 디바이스가 10분 이내의 고속 충전을 수행하도록 제어하고, 고속 충전은 배터리 디바이스가 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어하는 것이다(단계 S306). 고속 충전 동안 보호 메커니즘이 활성화되면 고속 충전을 중지한다(단계 S308). 배터리 디바이스가 정전류(CC) 상태에서 정전압(CV) 상태로 변경되었음을 검출하면 고속 충전을 중지한다(단계 S310). 고속 충전이 10분 동안 수행되면 고속 충전을 중지한다(단계 S312).
일부 실시예에서, 단계 S300 내지 S312는 도 2의 마이크로컨트롤러(206)에 의해 실행된다. 단계 S300에서, 본 발명의 고속 충전 방법이 외부 전력 공급 장치가 배터리 디바이스에 전기적으로 연결되어 있음을 검출하지 못한다면, 마이크로컨트롤러(예를 들어, 도 2의 마이크로컨트롤러(206))는 배터리 셀이 방전하도록 제어한다. 즉, 배터리 디바이스는 방전 모드로 진입한다. 단계 S304에서, 마이크로컨트롤러가 배터리 디바이스의 RSOC가 50% 이상임을 검출하면, 본 발명의 고속 충전 방법은 고속 충전을 수행하지 않고, 배터리 디바이스가 1C의 C-레이트로 충전하도록 계속 제어한다. 단계 S306에서, 보호 메커니즘은 과전압 보호(OVP), 과전류 보호(OCP), 과온 보호(OTP), 저전압 보호(UVP), 저온 보호(UTP), 역전압 보호, 및 단락 보호를 포함한다. 단계 S312에서, 마이크로컨트롤러가 고속 충전을 중지한 후, 마이크로컨트롤러는 1C의 C-레이트를 복원하여 배터리 디바이스를 충전한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 배터리 디바이스(예를 들어, 도 2의 배터리 디바이스(200))가 충전 중이고, 보호 메커니즘의 OVP, OCP, 및 OTP가 활성화되면, 본 발명의 고속 충전 방법은 제1 신호(예컨대, 신호(230))를 배터리 디바이스에 포함된 충전 스위치(예컨대, 도 2의 충전 스위치(208))로 출력하여 충전 스위치가 턴오프되도록 한다.
일부 실시예에서, 본 발명의 배터리 디바이스가 충전 중이고, OCP, OTP, UVP, UTP, 역전압 보호, 및 단락 보호가 활성화되면, 본 발명의 고속 충전 방법은 제2 신호(예컨대, 신호(232))를 배터리 디바이스에 포함된 방전 스위치(예컨대, 도 2의 방전 스위치(210))로 출력하여 방전 스위치가 턴오프되도록 한다. 일부 실시예에서, 보호 칩(예컨대, 도 2의 보호 칩(204))이 보호 메커니즘을 활성화했지만 충전 스위치 또는 방전 스위치를 턴오프할 수 없는 경우(예를 들어, 손상된 충전 스위치 및/또는 손상된 방전 스위치인 경우), 본 발명의 고속 충전 방법은 제3 신호(예컨대, 신호(234))를 보호 디바이스(예를 들어, 도 2의 보호 디바이스(212))에 출력하여 보호 디바이스를 접속 해제한다.
본 발명이 예시로서 그리고 바람직한 실시예의 관점에서 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 반대로, (본 기술 분야의 기술자에게 자명한 바와 같이) 다양한 수정 및 유사한 구성을 포함하도록 의도된다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위는 그러한 모든 수정 및 유사한 구성을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 한다.

Claims (10)

  1. 충전을 위한 C-레이트가 1C인 배터리 디바이스로서,
    배터리 셀;
    상기 배터리 셀에 전기적으로 접속되는 보호 칩 ― 상기 보호 칩은 상기 배터리 셀의 상태에 따라 상기 배터리 디바이스의 보호 메커니즘을 활성화할지 여부를 결정하도록 구성됨 ―; 및
    상기 보호 칩에 전기적으로 접속되는 마이크로컨트롤러 ― 상기 마이크로컨트롤러는 상기 배터리 셀의 상대적 충전 상태(Relative State-Of-Charge, RSOC)를 검출하도록 구성됨 ― 를 포함하되,
    상기 배터리 디바이스에 외부 전력 공급 장치가 전기적으로 연결되고 상기 배터리 셀의 RSOC가 50% 미만일 때, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 배터리 셀이 10분 이내의 고속 충전을 수행하도록 제어하고; 상기 고속 충전은 상기 마이크로컨트롤러가 상기 배터리 셀을 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어하는 것이고;
    10분의 고속 충전 동안, 상기 보호 칩은 상기 보호 메커니즘을 활성화하거나, 또는 상기 마이크로컨트롤러는 상기 배터리 셀이 정전류(constant current, CC) 상태로부터 정전압(constant voltage, CV) 상태로 변경된 것을 검출하고, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 고속 충전을 중지하고, 동시에 상기 배터리 셀의 C-레이트를 1C로 복원시키는 것인, 배터리 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 메커니즘은 과전압 보호(over-voltage protection, OVP), 과전류 보호(over-current protection, OCP), 과온 보호(over-temperature protection, OTP), 저전압 보호(under-voltage protection, UVP), 저온 보호(under-temperature protection, UTP), 역전압 보호(reverse voltage protection), 및 단락 보호(short circuit protection)를 포함하는 것인, 배터리 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 상기 CC 상태로부터 상기 CV 상태로 변경될 때 상기 배터리 셀의 RSOC는 60% 내지 70%인 것인, 배터리 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 양극에 전기적으로 연결된 충전 스위치를 더 포함하되,
    상기 배터리 셀이 충전 중이고 상기 보호 칩이 상기 보호 메커니즘의 상기 OVP, 상기 OCP, 및 상기 OTP를 활성화할 때, 상기 보호 칩은 상기 충전 스위치를 턴오프시키는 것인, 배터리 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전 스위치와 상기 배터리 셀의 양극 사이에 전기적으로 접속되는 방전 스위치를 더 포함하되,
    상기 배터리 셀이 충전 중이고 상기 보호 칩이 상기 보호 메커니즘의 상기 OCP, 상기 OTP, 상기 UVP, 상기 UTP, 상기 역전압 보호, 및 상기 단락 보호를 활성화할 때, 상기 보호 칩은 상기 방전 스위치를 턴오프시키는 것인, 배터리 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 양극과 상기 충전 스위치 사이에 전기적으로 접속되는 보호 디바이스를 더 포함하되,
    상기 보호 칩이 상기 보호 메커니즘을 활성화하지만 상기 충전 스위치 또는 상기 방전 스위치를 턴오프시킬 수 없을 때, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 보호 디바이스를 직접 접속 해제시키는 것인, 배터리 디바이스.
  7. 충전을 위한 C-레이트가 1C인 배터리 디바이스에 적용되는 고속 충전 방법으로서,
    상기 배터리 디바이스에 외부 전력 공급 장치가 전기적으로 연결되어 있음을 검출하는 단계;
    상기 배터리 디바이스가 1C의 C-레이트로 충전하도록 제어하는 단계;
    상기 배터리 디바이스의 상대적 충전 상태(RSOC)가 50% 미만임을 검출하는 단계;
    상기 배터리 디바이스가 10분 이내의 고속 충전을 수행하도록 제어하는 단계 ― 상기 고속 충전은 상기 배터리 디바이스를 1.7C 내지 1.8C의 C-레이트로 충전하도록 제어하는 것임 ―;
    상기 고속 충전 동안 보호 메커니즘이 활성화될 때 상기 고속 충전을 중지하는 단계;
    상기 배터리 디바이스가 정전류(CC) 상태로부터 정전압(CV) 상태로 변경되었음을 검출할 때 상기 고속 충전을 중지하는 단계; 및
    상기 고속 충전이 10분 동안 수행되었을 때 상기 고속 충전을 중지하는 단계를 포함하는, 고속 충전 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보호 메커니즘은 과전압 보호(OVP), 과전류 보호(OCP), 과온 보호(OTP), 저전압 보호(UVP), 저온 보호(UTP), 역전압 보호, 및 단락 보호를 포함하는 것인, 고속 충전 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 디바이스에 상기 외부 전력 공급 장치가 전기적으로 연결되어 있지 않음을 검출할 때 상기 배터리 디바이스를 방전하도록 제어하는 단계;
    상기 배터리 디바이스의 RSOC가 50% 이상임을 검출할 때 상기 고속 충전을 수행하지 않고, 계속해서 상기 배터리 디바이스를 1C의 C-레이트로 충전하도록 제어하는 단계; 및
    상기 고속 충전을 중지한 후 상기 배터리 디바이스를 충전하기 위한 C-레이트를 1C로 복원시키는 단계를 더 포함하는, 고속 충전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 디바이스가 충전 중이고 상기 보호 메커니즘의 상기 OVP, 상기 OCP, 및 상기 OTP가 활성화되었을 때 상기 배터리 디바이스에 포함된 충전 스위치에 상기 충전 스위치가 턴오프되도록 하는 제1 신호를 출력하는 단계;
    상기 배터리 디바이스가 충전 중이고 상기 OCP, 상기 OTP, 상기 UVP, 상기 UTP, 상기 역전압 보호, 및 상기 단락 보호가 활성화되었을 때 상기 배터리 디바이스에 포함된 방전 스위치에 상기 방전 스위치가 턴오프되도록 하는 제2 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 보호 메커니즘이 활성화되었지만 상기 충전 스위치 또는 상기 방전 스위치가 턴오프될 수 없을 때, 보호 디바이스에 상기 보호 디바이스가 전기적으로 접속 해제되도록 하는 제3 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 고속 충전 방법.
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