KR20230125030A

KR20230125030A - 배터리 팩의 충전 방법, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체및 전기 장치

Info

Publication number: KR20230125030A
Application number: KR1020237025379A
Authority: KR
Inventors: 란 시에; 즈언 린; 샨 후앙; 웨이 리; 시차오 리
Original assignee: 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-08-28
Also published as: EP4280340A4; US20230396089A1; CN116406482A; EP4280340A1; WO2023077444A1; JP2024505879A

Abstract

본 출원은 배터리 팩의 충전 방법, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 및 전기 장치를 개시한다. 상기 충전 방법은, 배터리 팩 중의 배터리 관리 모듈이 충전을 위해 제1 전류의 충전 요청을 충전파일에 송신하는 단계; 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 및 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하고, 충전을 위해 제1 전류보다 작은 제2 전류의 충전 요청을 충전파일에 송신하는 단계; 를 포함한다. 본 출원의 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법은 충전 과정에서 충전 전류를 스위칭하는 시각에 펄스 방전을 수행함으로써, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 효과적으로 촉진하고, 리튬 덴드라이트를 삭평하며, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제하고, 배터리 팩 충전의 안전성을 향상시킨다.

Description

배터리 팩의 충전 방법, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 및 전기 장치

본 출원은 배터리 기술분야에 관한 것으로, 특히 배터리 팩의 충전 방법, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 및 전기 장치에 관한 것이다.

에너지 절약 및 배출량 감소는 자동차 산업의 지속 가능한 발전의 관건이며, 전기 자동차는 에너지 절약 및 친환경 우세로 인해 자동차 산업의 지속 가능한 발전의 중요한 구성 부분으로 되었다. 전기 자동차의 경우, 배터리 기술은 그의 발전에 관련된 중요한 요소이다.

충전 과정에서, 배터리 팩은 리튬 석출이 발생하여 배터리의 안전 성능에 영향을 미친다.

상술한 문제에 비추어, 본 출원은 리튬 석출로 인한 배터리의 안전 성능 문제를 감소할 수 있는 배터리 팩의 충전 방법, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 및 전기 장치를 제공한다.

제1 양태에서, 본 출원은 배터리 관리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 충전 방법을 제공하며, 상기 충전 방법은, 상기 배터리 관리 모듈이 충전을 위해 제1 전류의 충전 요청을 충전파일(Charging pile)에 송신하는 단계; 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 및 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하고, 충전을 위해 상기 제1 전류보다 작은 제2 전류의 충전 요청을 상기 충전파일에 송신하는 단계; 를 포함한다.

본 출원의 실시예에 따른 기술방안에서, 출원인은 연구를 거쳐, 충전 과정에서 충전 전류를 스위칭하는 시각(제1 전류로부터 제2 전류로 스위칭되는 시각)이 바로 리튬 석출 위험이 가장 큰 시각임을 발견하였다. 나아가, 출원인은 연구를 거쳐, 리튬 석출 위험이 가장 큰 시각에 펄스 방전을 수행하면, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 효과적으로 촉진하고, 리튬 덴드라이트(lithium dendrite)를 삭평하며, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제하고, 배터리 팩 충전의 안전성을 향상시킬 수 있음을 발견하였다.

일부 실시예에서, 상기 충전 방법은, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율을 결정하고, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 비율에 따라 상기 제1 전류의 크기를 결정하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 리튬 석출 임계치는 상기 배터리 팩에서 내부 단락이 발생되는 시각의 리튬 석출량이다. 본 출원의 실시예에 따른 충전 방법에서, 상이한 세분화된 특정 리튬 석출 상태에 대해, 상이한 크기의 제1 전류로 충전할 수 있어, 석출된 리튬 이온을 크게 감소시킨다.

일부 실시예에서, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는, 상기 배터리 관리 모듈이, 상기 배터리 팩이 상기 제1 전류로 하나의 기설정 시간 동안 지속적으로 충전되었음을 결정한 후, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는, 상기 배터리 관리 모듈이, 상기 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 하나의 기설정 값에 도달하였음을 결정한 후, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 를 포함한다.

본 출원의 실시예에 따른 충전 방법에서, 상이한 단계별 충전 방법에 대해, 펄스 방전을 수행하여야 하는 시각을 정확하게 결정할 수 있고, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 정확하고 효과적으로 촉진하며, 리튬 덴드라이트를 삭평하고, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 전류가 0A인 충전 요청을 상기 충전파일에 송신하고, 상기 충전파일이 상기 배터리 팩으로 충전하는 전류인 실시간 충전 전류를 획득하는 단계; 및 상기 배터리 관리 모듈이 상기 실시간 충전 전류가 상기 제1 전류 임계치보다 작음을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 하나의 방전 전류로 방전을 수행하도록 제어하고, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 방전 전류로 방전을 수행하는 상기 배터리 팩의 방전 시간을 획득하는 단계; 를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 전류가 0A인 충전 요청을 상기 충전파일에 송신하고, 상기 충전파일이 상기 배터리 팩으로 충전하는 전류인 실시간 충전 전류를 획득하며, 전류가 0A인 충전 요청의 요청 시간을 획득하는 단계; 및 상기 배터리 관리 모듈이 상기 실시간 충전 전류가 상기 제1 전류 임계치보다 작음을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 하나의 방전 전류로 방전을 수행하도록 제어하고, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 방전 전류로 방전을 수행하는 상기 배터리 팩의 방전 시간을 획득하는 단계; 를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하는 단계는, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 방전 시간이 상기 제1 시간 임계치에 도달함을 결정하였을 경우, 또는 상기 배터리 관리 모듈이 상기 요청 시간이 제2 시간 임계치에 도달함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하는 단계; 를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 상기 충전파일 또는 전기 장치에 펄스 방전을 수행하도록 제어하되, 상기 배터리 팩은 상기 전기 장치 내에 위치하는 단계; 를 포함한다.

제2 양태에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하며, 상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에는 컴퓨터 명령이 저장되어 있으며, 상기 컴퓨터 명령이 실행될 때, 상술한 실시예에 따른 충전 방법이 수행된다.

제3 양태에서, 전기 장치를 제공하며, 상기 전기 장치는 상술한 실시예에 따른 충전 방법을 수행하기 위한 배터리 팩을 포함한다.

상술한 설명은 본 출원의 기술적 해결수단에 대한 개요에 불과하고, 본 명세서의 내용을 참조하면 본 출원의 기술적 해결수단을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 본 출원의 다른 목적, 특징 및 장점을 더 명확하게 설명하기 위해, 이하 본 출원의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.

본 발명인 배터리 팩의 충전 방법에 의하면, 충전 과정에서 전류를 스위칭하는 시각에 펄스 방전을 수행함으로써, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 효과적으로 촉진하고, 리튬 덴드라이트를 삭평하며, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제할 수 있으므로, 배터리 팩 충전의 안전성을 향상시킬 수 있다.

이하의 바람직한 실시 형태의 상세한 설명을 통해, 본 기술 분야의 당업자는 여러 다른 장점 및 유익한 점을 더욱 명백하게 이해할 수 있다. 도면은 단지 바람직한 실시 형태의 목적을 보여주기 위해 사용되는 것에 불과하고, 본 출원에 대한 한정으로 간주되지는 않는다. 또한 도면 전체에 거쳐, 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 도면에서:
도 1은 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법의 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 출원의 기술적 해결수단의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 이하 실시예는 본 출원의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐, 이들로써 본 출원의 보호 범위를 제한할 수 없다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하는 의미와 동일하고; 본 명세서에 사용되는 용어는 단지 구체적인 실시예를 설명하기 위한 목적일 뿐, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니며; 본 출원의 명세서 및 청구범위 및 상술한 도면의 설명의 용어 “포함” 및 “구비” 및 이들의 임의의 변형은 비배타적인 포함을 포함하도록 의도된다.

본 출원의 실시예의 설명에서, 기술용어 “제1”, “제2” 등은 유사한 대상을 구별하기 위한 것으로만 사용되며, 상대적 중요성을 지시 또는 암시하거나 또는 지시된 기술적 특징의 수량, 특정 순서 또는 주차(hierarchy) 관계를 암시적으로 나타내기 위한 것으로 이해되어서는 안된다. 본 출원의 실시예의 설명에서, 달리 명시적으로 그리고 구체적으로 한정되지 않는 한, “복수”의 의미는 두 개 이상이다.

본 명세서에 언급된 “실시예”는, 실시예에 결부하여 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 각 위치에 상기 단어가 나타날 시, 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것이 아니며, 기타 실시예와 배척되는 독립적이거나 대안적인 실시예를 가리키는 것도 아니다. 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 설명된 실시예는 다른 실시예와 결합될 수 있다는 것을 명시적으로 그리고 은연히 이해한다.

본문에서는 순차적으로 단계를 기술하였으나, 반드시 실시예 또는 측면이 기술된 순서에 한정된다는 것을 의미하지는 않는다. 반대로, 상기 단계를 상이한 순서 또는 서로 병행하여 수행한다고 상상할 수 있으며, 다음 단계가 이전 단계를 기반으로 구축되지 않는 한, 반드시 먼저 이전 단계를 수행한 후, 다음 단계를 수행하여야 한다(이러한 경우는 특정 실시예에서 더 명확함). 기술된 순서는 바람직한 실시예일 수 있다.

현재, 시장 형세의 발전으로 보면, 전원 배터리의 응용이 갈수록 광범위해지고 있다. 전원 배터리는 수력, 화력, 풍력 및 태양광 발전소 등 에너지 저장 전원 시스템에 응용될 뿐만 아니라 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차 등 전기 교통수단 및 군사 장비와 항공 우주 등 많은 분야에까지 광범위하게 응용되고 있다. 전원 배터리가 응용되고 있는 분야가 끊임없이 확장됨에 따라, 시장 수요도 끊임없이 늘어나고 있다.

본 발명자는, 충전과정에서 특히 단계별 충전 과정에서, 전류를 스위칭하는 시각이 리튬 석출 위험이 가장 큰 시각이라는 점에 주목하였다. 리튬 이온 배터리의 정상적인 충전 과정에서, 리튬 이온은 양극으로부터 탈리된 후, 음극에 삽입된다. 그러나, 비정상 상황이 발생할 경우, 리튬 이온은 음극에 삽입될 수 없고, 음극 표면에서만 석출되어, 한 층의 회색 물질을 형성하는데, 이러한 현상을 리튬 석출이라고 한다. 리튬 석출은 리튬 이온 배터리의 일종의 손실 상태이다. 리튬 석출은 배터리 성능을 저하시키고 사이클 수명을 크게 단축시킬 뿐만 아니라, 배터리의 급속 충전 용량을 제한하고 연소, 폭발 등 재앙적인 결과도 초래할 수 있다.

배터리의 리튬 석출 위험을 줄이기 위해, 출원인은 연구를 거쳐, 리튬 석출 위험이 가장 큰 시각에 일부 조치를 취하면, 리튬 석출 위험을 효과적으로 감소하거나 심지어 억제할 수 있음을 발견하였다.

이상의 고려에 기반하여, 충전 과정에서 특히 단계별 충전 과정에서 리튬 석출 문제가 발생하는 것을 해결하기 위하여, 발명자는 심도 있는 연구를 거쳐, 배터리 관리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 충전 방법을 설계하였으며, 상기 충전 방법은, 상기 배터리 관리 모듈이 충전을 위해 제1 전류의 충전 요청을 충전파일(Charging pile)에 송신하는 단계; 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 및 상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하고, 충전을 위해 상기 제1 전류보다 작은제2 전류의 충전 요청을 상기 충전파일에 송신하는 단계; 를 포함한다.

이러한 충전 방법에서, 충전 과정에서 전류를 스위칭하는 시각에 펄스 방전을 수행함으로써, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 효과적으로 촉진하고, 리튬 덴드라이트를 삭평하며, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제할 수 있으므로, 배터리 팩 충전의 안전성을 향상시킬 수 있다.

충전 과정에서 전류를 스위칭하는 시각에, 양극으로부터 탈리된 리튬 이온은 음극에 삽입될 수 없고, 음극 표면에서만 석출된다. 이때, 음의 펄스를 추가하면, 양극으로부터 탈리된 리튬 금속의 팁단을 전해액으로 재진입시킬 수 있어, 리튬 덴드라이트를 삭평하고, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제하며, 배터리 팩 충전의 안전성을 향상시킬 수 있다.

본 출원의 실시예와 관련된 배터리 팩은 차량, 선박 또는 비행체 등의 전기 장치에 사용될 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 본 출원과 관련된 배터리 팩으로 구성된 전기 장치를 가진 전원 시스템을 사용함으로써, 리튬 석출을 감소하고, 배터리 팩 충전의 안전성을 향상시키는데 유리하다.

본 출원의 실시예는 배터리 팩을 전원으로서 사용하는 전기 장치를 제공하며, 전기 장치는 휴대폰, 태블릿, 노트북, 전기 장난감, 전기 공구, 배터리 카, 전기 자동차, 선박, 우주선 등일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 여기서, 전기 장난감은 게임기, 전기 자동차 장난감, 전기 자동차 선박 장난감 및 전기 자동차 비행기 장난감 등과 같은 고정식 또는 이동식 전기 장난감을 포함할 수 있고, 우주선은 비행기, 로켓, 우주왕복선 및 우주선 등을 포함할 수 있다.

도 1은 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법이다. 상기 배터리 팩은 배터리 관리 모듈을 포함하며, 상기 충전 방법은 배터리 관리 모듈을 통해 수행된다. 배터리 팩은 복수 개의 배터리를 포함하며, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 지능 센터이며, 핵심 기능은 배터리 팩 보호, 배터리 팩 데이터 수집, 배터리 팩 상태 평가, 충방전 관리 수행 및 고압 제어 수행 등이다.

도 1에서의 배터리 팩의 충전 방법은 단계 S11로부터 시작된다. 단계 S11에서, 배터리 관리 모듈은 제1 전류의 충전 요청을 충전파일에 송신한다. 단계 S12에서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩이 제1 전류로 충전을 수행하도록 제어한다. 단계 S13에서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족하는지 여부를 판단한다. 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족하지 않음을 결정하였을 경우, 단계 S12로 돌아가 배터리 팩이 제1 전류로 충전을 수행하도록 계속 제어한다. 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계 S14를 수행한다. 단계 S15에서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족하는지 여부를 판단한다. 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족하지 않음을 결정하였을 경우, 단계 S14로 돌아가 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 계속 제어한다. 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하고, 충전을 위해 상기 제1 전류보다 작은 제2 전류의 충전 요청을 충전파일에 송신한다.

본 출원의 충전 방법은 주로 단계별 충전 방법에 적용된다. 단계별 충전 방법은 본 분야에서 일반적으로 사용되는 충전 방법이며, 배터리 팩의 급속 충전을 구현하는 충전 방법이다. 단계별 충전 방법에서, 배터리 팩은 제1 단계에서 하나의 전류로 충전을 수행하고, 제2 단계에서 다른 하나의 전류로 충전을 수행하며, 제2 단계의 전류는 제1 단계의 전류보다 작다.

단계별 충전 방법은 비록 급속 충전을 수행할 수 있지만, 일련의 안전 문제를 초래한다. 리튬 석출은 이러한 안전 문제 중 하나이다. 리튬 석출은 리튬 이온 배터리의 일종의 손실 상태이다. 리튬 이온 배터리의 정상적인 충전 과정에서, 리튬 이온은 양극으로부터 탈리된 후, 음극에 삽입된다. 그러나, 리튬 이온 배터리의 비정상 충전시, 양극으로부터 탈리된 리튬 이온은 음극에 삽입될 수 없고, 음극 표면에서만 석출되어, 한 층의 회색 물질을 형성하는데, 이러한 현상을 리튬 석출이라고 한다. 음극 표면에서 석출된 리튬 이온은 리튬 덴드라이트로 성장되며, 리튬 덴드라이트가 더 성장되면 양극과 음극 사이의 분리막을 뚫어 배터리 단락을 일으키므로 안전 사고를 유발한다.

리튬 석출은 배터리 팩의 성능을 저하시키고, 배터리 팩의 수명을 감소시킬 뿐만 아니라, 배터리 팩의 급속 충전 용량을 제한하고 배터리 팩의 연소, 폭발 등의 안전 사고를 유발할 수 있다.

본 출원에서, 출원인은 연구를 거쳐, 배터리 팩이 제1 전류 충전으로부터 제2 전류 충전으로 스위칭되는 시각에, 리튬 석출 위험이 가장 크다는 점을 발견하고; 전류를 스위칭하는 시각에, 제때에 펄스 방전(또는 음의 펄스를 추가)을 수행함으로써, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 효과적으로 촉진하고, 리튬 덴드라이트를 삭평하며, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제하고, 배터리 충전의 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하였다.

도 2는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 방법이다. 도 1에 관하여 설명한 것과 유사하게, 상기 배터리 팩은 배터리 관리 모듈을 포함하며, 상기 충전 방법은 배터리 관리 모듈을 통해 수행된다.

도 2의 배터리 팩의 충전 방법은 단계 S21로부터 시작된다. 단계 S21에서, 배터리 관리 모듈은 먼저 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율을 결정하고, 상기 비율에 따라 제1 전류의 크기를 결정한다.

배터리 관리 모듈은 리튬 석출 양자화 모델을 통해 배터리 팩의 리튬 석출량을 획득한다. 리튬 석출 양자화 모델은 배터리 팩의 리튬 석출량과 배터리 팩의 작동 시간(단위는 일 또는 년임)의 함수 관계를 반영한다. 각 배터리 팩의 출하 전에, 고정밀 기기를 사용하여 해당 배터리 팩의 리튬 석출 양자화 모델에 대해 캘리브레이션(Calibration)을 수행한다.

배터리 관리 모듈은 조회를 통해 리튬 석출 임계치를 획득한다. 위에서 리튬 석출 현상에 관하여 설명한 바와 같이, 지속적인 리튬 석출은 배터리 팩의 단락을 일으킬 수 있으며, 리튬 석출 임계치는 배터리 팩에서 내부 단락이 발생되는 시각의 리튬 석출량이다. 리튬 석출 임계치는 배터리 팩의 연구 개발 단계에서 설계 정보 및 실험 검증을 통해 획득되는 특정 고정 값이다. 배터리 관리 모듈은 조회를 통해 리튬 석출 임계치를 획득할 수 있다.

그러나, 본 출원은 상술한 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치를 획득하는 방식을 포함하나 이에 한정되지 않음을 이해해야 한다.

배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율을 획득한 후, 상기 비율에 따라 제1 전류의 크기를 결정한다. 본 출원의 일부 실시예에서, 상기 비율의 값이 클수록, 상기 제1 전류의 값이 더 작다.

예컨대, 표 1에서는 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율과 제1 전류 전의 관계의 일부 실시예를 도시하였다.

배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율	단계별 충전의 각 단계
배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율	제1 단계	제2 단계	제3 단계	제4 단계	제5 단계	제6 단계	제7 단계	제8 단계	제9 단계
0-50%	1.40C	1.25C	1.10C	1.00C	0.87C	0.67C	0.50C	0.20C	0.10C
50%-85%	1.35C	1.20C	1.08C	0.90C	0.80C	0.60C	0.40C	0.15C	0.08C
85%-95%	1.30C	1.15C	1.00C	0.87C	0.70C	0.50C	0.30C	0.10C	0.05C

표 1에 나타난 바와 같이, 예컨대, 단계별 충전의 제2 단계에서, 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율이 0-50% 범위 내에 있을 경우, 충전 전류(즉, 제1 전류)는 1.25C(1C는 배터리 팩의 완충에 대응되는 전류임)이며, 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율이 50%-85% 범위 내에 있을 경우, 충전 전류는 1.20C이며, 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율이 85%-95% 범위 내에 있을 경우, 충전 전류는 1.15C이다. 즉, 표 1에서, 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율의 값이 클수록, 상기 제1 전류의 값이 더 작다.

단계 S21에서, 상이한 세분화된 특정 리튬 석출 상태에 대해, 상이한 크기의 제1 전류로 충전할 수 있어, 석출된 리튬 이온을 더 크게 감소시킬 수 있다. 그 외, 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율이 클수록, 리튬 석출 지속 시간이 더 크며, 더 작은 제1 전류 충전 전류는 리튬 석출을 더 줄일 수 있다.

도 1에서의 단계 S12 및 단계 S12와 유사하게, 도 2에서, 배터리 관리 모듈은 단계 S22에서 제1 전류의 충전 요청을 충전파일에 송신하고, 단계 S23에서 배터리 팩이 제1 전류로 충전을 수행하도록 제어한다.

단계 S24에서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩이 제1 전류로 하나의 기설정 시간 동안 지속적으로 충전되었는지 여부를 판단하거나 또는 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 하나의 기설정 값에 도달하였는지 여부를 판단한다.

상술한 바와 같이, 본 출원의 충전 방법은 주로 단계별 충전 방법에 적용된다. 단계 S24에서의 판단 조건은 주로 단계별 충전 중 각 단계 사이에서 전류를 스위칭할 때의 기설정 조건에 의거한다.

예컨대, 단계별 충전 방법에서, 배터리 팩을 이전 하나의 충전 전류로 5분 동안 지속적으로 충전한 후 다음 하나의 충전 전류(예컨대, 표 1을 참조하면, 제1 단계에서 5분 동안 지속적으로 충전된 후 제2 단계로 스위칭됨)로 스위칭되도록 설정하였을 경우, 본 출원의 단계 S24에서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩이 제1 전류로 하나의 기설정 시간 동안 지속적으로 충전되었는지 여부를 판단한다.

또 예를 들면, 단계별 충전 방법에서, 배터리 팩을 이전 하나의 충전 전류로 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 50%에 도달할 때까지 충전한 후 다음 하나의 충전 전류(예컨대, 표 1을 참조하면, 제3 단계에서 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 50%에 도달할 때까지 충전된 후 제3 단계로 스위칭되도록 설정됨)로 스위칭되도록 설정하였을 경우, 본 출원의 단계 S24에서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 하나의 기설정 값에 도달하였는지 여부를 판단한다.

단계 S24에서, 배터리 관리 모듈은 펄스 방전(또는 음의 펄스를 추가)을 수행하는 시각에 도달하였는지 여부를 결정한다. 전류를 스위칭하여야 하는 시각에, 제때에 펄스 방전을 수행함으로써, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 효과적으로 촉진하고, 리튬 덴드라이트를 삭평하며, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제하고, 배터리 충전의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

배터리 관리 모듈이, 배터리 팩이 제1 전류로 기설정 시간 미만으로 지속적으로 충전되었음을 결정하였거나 또는 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 기설정 값에 도달하지 않음을 결정하였을 경우, 단계 S23으로 돌아가 배터리 팩이 제1 전류로 충전을 수행하도록 계속 제어한다.

배터리 관리 모듈이, 배터리 팩이 제1 전류로 하나의 기설정 시간 동안 지속적으로 충전되었음을 결정하였거나 또는 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 하나의 기설정 값에 도달함을 결정하였을 경우, 배터리 관리 모듈이 전류가 0A인 충전 요청을 충전파일에 송신하는 단계 S25를 수행하여, 펄스 방전을 수행하기 시작한다. 배터리 관리 모듈은 전류가 0A인 충전 요청을 충전파일에 송신하는 동시에, 선택적으로 전류가 0A인 충전 요청의 요청 시간에 대해 카운팅을 수행하여, 전류가 0A인 충전 요청의 요청 시간이 너무 길어 충전파일의 점프건 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

단계 S25를 수행하는 동시에, 배터리 관리 모듈은 단계 S26에서 실시간 충전 전류를 획득한다. 배터리 관리 모듈이 전류가 0A인 충전 요청을 충전파일에 송신한 후, 충전파일이 배터리 팩으로 충전하는 전류가 즉시 0A로 저하되지 않기 때문에, 배터리 관리 모듈은 실시간 충전 전류, 즉 충전파일이 배터리 팩으로 충전하는 전류를 획득하여야 한다.

단계 S27에서, 배터리 관리 모듈은 실시간 충전 전류가 제1 전류 임계치보다 작은지 여부를 판단한다. 본 출원의 일부 실시예에서, 예를 들어, 제1 전류 임계치의 크기를 0.1A-10A로 선택할 수 있다.

배터리 관리 모듈이 실시간 충전 전류가 제1 전류 임계치보다 크거나 또는 같음을 결정하였을 경우, 단계 S26으로 돌아가 배터리 관리 모듈은 여전히 실시간 충전 전류를 획득한다.

배터리 관리 모듈이 실시간 충전 전류가 제1 전류 임계치보다 작음을 결정하였을 경우, 배터리 관리 모듈이, 배터리 팩이 하나의 방전 전류로 방전을 수행하도록 제어하고, 상기 방전 전류로 방전을 수행하는 배터리 팩의 방전 시간을 획득하는 단계 S28를 수행한다. 실시간 충전 전류가 제1 전류 임계치보다 작지만 0과 완전히 같지 않은 경우에 방전을 수행하므로, 충전 과정이 중단되지 않는다. 본 출원의 일부 실시예에서, 방전 전류는 1A-5C(1C는 배터리 팩의 완충에 대응되는 전류임)일 수 있으며, 선택적으로 1C-3C이다.

본 출원의 일부 실시예에서, 방전 전류의 크기는 또한 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율에 따라 다를 수 있다. 구체적으로, 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율이 클수록, 방전 전류도 더 크다. 그 이유는, 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율이 클수록, 배터리 팩의 리튬 석출 상황이 더 심각하다는 것을 의미하며, 더 큰 방전 전류로 더 많은 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 촉진하고, 리튬 덴드라이트를 삭평하며, 리튬 석출을 더 감소하여야 하기 때문이다.

본 출원의 일부 실시예에서, 배터리 팩은 충전파일에 방전을 수행할 수 있다. 본 출원의 일부 실시예에서, 배터리 팩은 전기 장치(예컨대, 휴대폰, 태블릿, 노트북, 전기 장난감, 전기 공구, 배터리 카, 전기 자동차, 선박, 우주선 등을 포함하나 이에 한정되지 않음) 내에 위치할 수 있으며; 이때, 배터리 팩은 전기 장치에 방전할 수 있다.

단계 S29에서, 배터리 관리 모듈은 방전 시간이 제1 시간 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하여, 과방전을 방지한다. 본 출원의 일부 실시예에서, 제1 시간 임계치는 1s-60s일 수 있다.

또는, 선택적으로, 단계 S25에서 배터리 관리 모듈이 전류가 0A인 충전 요청의 요청 시간에 대해 카운팅을 수행하였을 경우, 단계 S29에서 상기 요청 시간이 제2 시간 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하여, 상술한 바와 같이 전류가 0A인 충전 요청의 요청 시간이 너무 길어 충전파일의 점프건 현상이 발생하는 것을 방지한다. 본 출원의 일부 실시예에서, 제1 시간 임계치는 2s-120s일 수 있다.

배터리 관리 모듈이 방전 시간이 제1 시간 임계치에 도달하지 않음을 결정하였거나 또는 요청 시간이 제2 시간 임계치에 도달하지 않음을 결정하였을 경우, 배터리 관리 모듈이 배터리 팩이 하나의 방전 전류로 방전을 수행하도록 계속 제어하고, 배터리 팩이 상기 방전 전류로 방전을 수행하는 방전 시간을 획득하는 단계(S28)로 리턴한다.

배터리 관리 모듈이, 방전 시간이 제1 시간 임계치에 도달함을 결정하였거나 또는 요청 시간이 제2 시간 임계치에 도달함을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하고, 충전을 위해 제2 전류의 충전 요청을 충전파일에 송신하는 단계 S30을 수행한다.

상술한 바와 같이, 본 출원의 충전 방법은 주로 단계별 충전 방법에 적용되며, 단계별 충전 방법에서, 제2 단계의 전류는 제1 단계의 전류보다 작기 때문에, 단계 S30에서의 제2 전류는 제1 전류보다 작다.

그 외, 본 출원의 일부 실시예에 따르면, 배터리 관리 모듈이, 배터리 팩이 완충 상태 또는 건을 뽑은 충전 정지 상태에 처하여 있음을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 다른 하나의 방전 전류로 방전을 수행하고 하나의 방전 시간을 지속하도록 제어한다. 예컨대, 배터리 팩이 0.1A-10A의 방전 전류로 방전을 수행하고 1s-20s 동안 지속하도록 제어할 수 있다. 본 출원의 일부 실시예에서, 배터리 팩은 충전파일 또는 상술한 전기 장치에 방전할 수 있다.

배터리 팩이 완충 상태 또는 건을 뽑은 충전 정지 상태에 처하여 있을 경우, 배터리 팩이 방전을 수행하도록 제어하여, 석출된 리튬 금속의 팁단이 전해액으로 재진입하도록 더 효과적으로 촉진하고, 리튬 덴드라이트를 삭평하며, 리튬 덴드라이트의 지속적인 축적을 억제하고, 배터리 충전의 안전성을 더 향상시킬 수 있다.

마지막으로 설명해야 할 것은, 상기 각 실시예는 본 출원의 기술적 해결수단을 설명하기 위한 것일 뿐이고, 이를 한정하기 위한 것이 아니며; 전술한 각 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 당업자가 이해해야 할 것은 전술한 각 실시예에 기재된 기술적 해결수단을 수정할 수 있거나, 또는 일부 또는 전부 기술특징에 대해 동등한 대체를 이룰 수 있으며; 이러한 수정 또는 대체는, 상응한 기술적 해결수단의 본질이 본 출원의 각 실시예의 기술적 해결수단의 범위를 벗어나지 않도록 하고, 모두 본 출원의 청구범위 및 명세서의 범위에 포함되어야 한다. 특히 구조적인 충돌이 존재하지 않는 한 각 실시예에서 언급한 각 기술 특징은 임의의 방식으로 조합할 수 있다. 본 출원은 본 명세서에서 개시한 특정 실시예에 한정되지 않고, 특허청구범위 내에 속하는 모든 기술 방안을 포함한다.

Claims

배터리 관리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 충전 방법에 있어서,
상기 충전 방법은,
상기 배터리 관리 모듈이 충전을 위해 제1 전류의 충전 요청을 충전파일(Charging pile)에 송신하는 단계;
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 및
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하고, 충전을 위해 상기 제1 전류보다 작은 제2 전류의 충전 요청을 상기 충전파일에 송신하는 단계; 를 포함하는 배터리 팩의 충전 방법.
제1 항에 있어서,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 리튬 석출량과 리튬 석출 임계치 사이의 비율을 결정하고, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 비율에 따라 상기 제1 전류의 크기를 결정하는 단계; 를 더 포함하며,
상기 리튬 석출 임계치는 상기 배터리 팩에서 내부 단락이 발생되는 시각의 리튬 석출량인 충전 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는,
상기 배터리 관리 모듈이, 상기 배터리 팩이 상기 제1 전류로 하나의 기설정 시간 동안 지속적으로 충전되었음을 결정한 후, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 충전 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는,
상기 배터리 관리 모듈이, 상기 배터리 팩의 잔존용량(SOC)이 하나의 기설정 값에 도달하였음을 결정한 후, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 충전 방법.
제1 항에 있어서,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 전류가 0A인 충전 요청을 상기 충전파일에 송신하고, 상기 충전파일이 상기 배터리 팩으로 충전하는 전류인 실시간 충전 전류를 획득하는 단계; 및
상기 배터리 관리 모듈이 상기 실시간 충전 전류가 상기 제1 전류 임계치보다 작음을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 하나의 방전 전류로 방전을 수행하도록 제어하고, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 방전 전류로 방전을 수행하는 상기 배터리 팩의 방전 시간을 획득하는 단계; 를 포함하는 충전 방법.
제1 항에 있어서,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 전류가 0A인 충전 요청을 상기 충전파일에 송신하고, 상기 충전파일이 상기 배터리 팩으로 충전하는 전류인 실시간 충전 전류를 획득하며, 전류가 0A인 충전 요청의 요청 시간을 획득하는 단계; 및
상기 배터리 관리 모듈이 상기 실시간 충전 전류가 상기 제1 전류 임계치보다 작음을 결정하였을 경우, 배터리 팩이 하나의 방전 전류로 방전을 수행하도록 제어하고, 상기 배터리 관리 모듈이 상기 방전 전류로 방전을 수행하는 상기 배터리 팩의 방전 시간을 획득하는 단계; 를 포함하는 충전 방법.
제6 항에 있어서,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 펄스 방전이 제2 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하는 단계는,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 방전 시간이 상기 제1 시간 임계치에 도달함을 결정하였을 경우, 또는 상기 배터리 관리 모듈이 상기 요청 시간이 제2 시간 임계치에 도달함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 방전을 정지하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 충전 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 펄스 방전을 수행하도록 제어하는 단계는,
상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 제1 전류 충전이 제1 기설정 조건을 만족함을 결정하였을 경우, 상기 배터리 팩이 상기 충전파일 또는 전기 장치에 펄스 방전을 수행하도록 제어하되, 상기 배터리 팩은 상기 전기 장치 내에 위치하는 단계; 를 포함하는 충전 방법.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 있어서,
상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에는 컴퓨터 명령이 저장되어 있으며, 상기 컴퓨터 명령이 실행될 때, 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 충전 방법이 수행되는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 충전 방법을 수행하기 위한 배터리 팩을 포함하는 전기 장치.