KR20220087548A - 재충전형 전기화학 셀 또는 배터리를 작동시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

전기화학 셀, 및 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 상기 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 상기 셀을 제어하는 것으로 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는 전기화학 셀 관리 시스템; 전기화학 셀 관리 방법; 전기화학 셀, 및 상기 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는 전기화학 셀 관리 시스템; 전기화학 셀 관리 방법; 전기화학 셀, 및 상기 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하고 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 방전을 유도하고/하거나 상기 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템이 개시된다.

Description

재충전형 전기화학 셀 또는 배터리를 작동시키기 위한 시스템 및 방법

일반적으로, 전기화학 셀의 충전/방전 관리, 및 관련 시스템이 기재되어 있다.

통상적으로, 배터리는 교통 수단과 같은 다양한 산업에서 연소 엔진과 같은 기존의 동력원과 성공적으로 경쟁하지 못하였다. 이러한 실패에 대한 한 가지 이유는 배터리 사용자들이 배터리가 통상적으로 제공하는 장수명(longevity) 및 성능에 불만족하였다는 것이다.

전기화학 셀의 충전/방전 관리 및 관련 시스템에 관한 실시양태가 본원에 개시되어 있다. 본 발명의 청구 대상은, 일부 경우에, 상호관련된 제품, 구체적인 문제에 대한 대안의 해결책, 및/또는 하나 이상의 시스템 및/또는 물품의 여러 가지 다양한 용도를 포함한다.

일부 실시양태는 전기화학 셀, 및 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 상기 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 상기 셀을 제어하는 것으로 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는 전기화학 셀 관리 시스템에 관한 것이다.

일부 실시양태는 전기화학 셀, 및 셀의 방전 이력의 적어도 일부 및 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하고, 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여, 셀의 방전을 유도하고/하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는 전기화학 셀 관리 시스템에 관한 것이다.

특정 실시양태는 전기화학 셀, 및 상기 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된 적어도 하나의 제어기를 포함하는 전기화학 셀 관리 시스템에 관한 것이다.

추가의 실시양태는 전기화학 셀 관리 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 전기화학 셀을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

추가의 실시양태는 전기화학 셀 관리 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 전기화학 셀의 방전을 유도하는 단계를 포함할 수 있다.

일부 실시양태는 전기화학 셀 관리 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 셀의 방전 이력의 적어도 일부 및 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하는 단계, 및 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여, 셀의 방전을 유도하고/하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 장점 및 신규한 특징은 본 발명의 다양한 비제한적인 실시양태의 하기 상세한 설명으로부터 첨부된 도면을 함께 고려할 때 명백해질 것이다. 본 명세서 및 참고로서 포함된 문헌이 상충되고/되거나 일관성이 없는 개시내용을 포함하는 경우, 본 명세서가 우선할 것이다.

본 발명의 비제한적인 실시양태는 첨부된 도면을 참고로 하여 예로서 기재될 것이며, 이러한 도면은 개략적인 것이며 척도화하고자 한 것은 아니다. 도면에서, 예시된 동일하거나 거의 동일한 구성요소 각각은 전형적으로 단일 번호로 표시된다. 명확하게 하기 위해서, 모든 도면에서 모든 구성요소가 표지되는 것은 아니며, 당업자들이 본 발명을 이해하도록 하는데 있어서 예시가 필수적인 것이 아닌 경우 본 발명의 각각의 실시양태의 모든 구성요소가 도시되는 것도 아니다. 도면에서:
도 1a는 일부 실시양태에 따른, 대표적인 전기화학 셀 관리 시스템을 예시하는 블록 선도이다.
도 1b 내지 1d는 일부 실시양태에 따른, 대표적인 전기화학 셀 관리 시스템에 대한 대표적인 충전 방식을 예시하는 전류-시간 그래프이다.
도 1e는 일부 실시양태에 따른, 대표적인 단순화된 전기화학 셀 모델을 예시하는 회로도이다.
도 1f는 일부 실시양태에 따른, 대표적인 배터리 관리 시스템을 예시하는 블록 선도이다.
도 2는 일부 실시양태에 따른, 대표적인 배터리 팩(battery pack)을 예시하는 블록 선도이다.
도 3a는 일부 실시양태에 따른, 대표적인 배터리 관리 시스템을 예시하는 블록 선도이다.
도 3b는 일부 실시양태에 따른, 대표적인 셀 세트 및 상응하는 구성요소를 예시하는 블록 선도이다.
도 3c는 일부 실시양태에 따른, 하나 이상의 전기화학 셀에 대한 이방성 힘의 적용을 예시하는 단면 개략도이다.
도 3d는 일부 실시양태에 따른, 전기화학 셀의 단면 개략도이다.
도 4a는 일부 실시양태에 따른, 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 4b는 일부 실시양태에 따른, 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 추가의 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 4c는 일부 실시양태에 따른, 셀의 방전을 유도하기 위한 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 4d는 일부 실시양태에 따른, 셀의 방전을 유도하기 위한 추가의 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 5a는 일부 실시양태에 따른, 셀 특징(들)을 모니터링하고, 셀의 방전을 유도하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 5b는 일부 실시양태에 따른, 셀 특징(들)을 모니터링하고, 셀의 방전을 유도하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 추가의 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6a는 일부 실시양태에 따른, 배터리의 셀 세트를 방전하기 위한 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6b는 일부 실시양태에 따른, 배터리의 셀 세트를 방전하기 위한 추가의 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6c는 일부 실시양태에 따른, 배터리 팩을 제어하기 위한 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도　6d는 일부 실시양태에 따른, 배터리 팩을 제어하기 위한 추가의 대표적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 7a는 일부 실시양태에 따른, 예시적인 방전 프로파일을 도시하는 도표이다.
도 7b는 일부 실시양태에 따른, 예시적인 완전 방전 프로파일을 도시하는 도표이다.
도 7c는 일부 실시양태에 따른, 예시적인 배터리 사이클 수명을 도시하는 도표이다.
도 8은 특정 양태를 구현하는 데 사용될 수 있는 대표적인 컴퓨팅 사용 시스템을 도시하는 블록 선도이다.

본 발명자들은 재충전형 전기화학 셀의 관리 및 작동을 위한 통상적인 기술이 종래에는 셀(및 이들이 포함될 수 있는 배터리)의 열등한 장수명 및 성능을 초래하였다는 것을 인식하고 이해하였다. 예를 들어, 셀은 특히 충전 속도 및 방전 속도가 유사한 경우 또는 충전 속도가 방전 속도보다 더 높은 경우 짧은 사이클 수명을 겪는다(예를 들어, 셀이 충분한 사용 후 어느 시점에서 전형적으로 겪는 것처럼, 용량이 원래의 용량의 80% 미만으로 떨어지기 전 완전한 충전 및 방전 사이클의 수가 적음). 예를 들어, 배터리에서 셀을 사용하는 많은 사용자들은 배터리가 거의 동일한 충전 속도 및 방전 속도를 갖기를 원하였고(예를 들어, 충전까지 4시간 및 방전까지 4시간), 배터리 제조자는 그러한 거의 동일한 속도를 제공하는 배터리 및 배터리 관리 시스템을 제공하였다. 또한, 많은 사용자들은 배터리를 사용하기 위해 충전을 기다리는 불편함을 줄이기 위해서와 같이, 다양한 이유로 방전되는 것보다 더 높은 속도에서 배터리가 충전되기를 원하였다(예를 들어, 충전까지 30분 및 방전까지 4시간).

용어 "완전한 충전 사이클"은 일반적으로 셀의 재충전 용량의 거의 100%가 충전되는 기간을 지칭하기 위해 본원에서 사용되며, 용어 "완전한 방전 사이클"은 일반적으로 셀의 방전 용량(이는 재충전 용량과 상이할 수 있음)의 거의 100%가 방전되는 기간을 지칭하기 위해 사용된다. 다른 한편으로, 용어 "충전 단계"는 일반적으로 방전 없이 충전이 수행되는 연속 기간을 지칭하기 위해 본원에서 사용되며, 용어 "방전 단계"는 일반적으로 충전 없이 방전이 수행되는 연속 기간을 지칭하기 위해 본원에서 사용된다.

용어 "충전 사이클"은 일반적으로 셀이 충전되는 기간을 지칭하기 위해 사용되며, 완전한 충전 사이클일 필요는 없다. 용어 "방전 사이클"은 일반적으로 셀이 방전되는 기간을 지칭하기 위해 사용되며, 완전한 방전 사이클일 필요는 없다. 용어 "이전 방전 사이클"은 일반적으로 셀이 방전되었거나 또는 방전되고 있는 기간을 지칭하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이러한 "이전" 방전 사이클은 완료되었을 수도 있거나 여전히 진행 중일 수도 있고, 합해서 셀의 방전 용량의 거의 100%인 가장 최근에 완료된 방전 단계를 지칭할 필요는 없다. 완전한 방전 사이클이 수행되지 않는 경우, 이전 방전 사이클은 이전에 완료된 임의의 방전 단계를 지칭할 수 있다.

용어 "용량"은 일반적으로 주어진 또는 지정된 전압에서 셀 또는 셀들이 전달할 수 있는 전하의 양을 지칭하기 위해 사용되며, 흔히 암페어-시간(예컨대, 밀리암페어-시간 또는 mAh) 단위로 측정된다. 일부 실시양태에서, 용량은 셀 또는 셀들이 주어진 시점에서 보유할 수 있는 mAh일 수 있거나(다중 충전 또는 방전 사이클에 걸쳐 변할 수 있음), 주어진 시점에서 셀 또는 셀들에 남아 있는 mAh일 수 있거나, 셀 또는 셀들이 완전히 재충전해야 할 mAh일 수 있다.

본 발명자들은 더 높은 방전 속도 대 충전 속도의 비를 이용함으로써 셀(및 셀를 포함하는 배터리)의 사이클 수명, 및 그에 따른 셀(및 배터리)의 장수명 및 성능이 매우 개선될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 더 나아가, 본 발명자들은 이러한 비가 그러한 비를 제공하도록 셀 또는 셀들을 제어하는 셀 및/또는 배터리 관리 시스템을 제공함으로써 이용될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

예를 들어, 일부 실시양태는 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 상기 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 상기 셀을 제어하는 셀 관리 시스템에 관한 것이다. 다른 예로서, 일부 실시양태는 셀의 적어도 하나의 특징(예컨대, 셀의 방전 이력 또는 셀의 형태학적 특징의 일부분)을 모니터링하고 상기 특징(들)에 기반하여 셀의 방전을 유도하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하는 셀 관리 시스템에 관한 것이다. 추가의 예로서, 일부 실시양태는 셀이 충전 장치에 연결되는 동안, 셀의 충전 단계 직전 및/또는 직후에(또는 약간 더 이른 시간에) 셀의 방전을 유도하는 셀 관리 시스템에 관한 것이다.

일부 실시양태에서, 셀의 방전을 유도하는 단계는 제어기로부터의 명령에 응답하여 셀을 방전하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 유도된 방전은 셀의 방전 이력에서의 평균 방전 속도보다 더 높은 속도일 수 있다. 일부 실시양태에서, 유도된 방전은 기능을 수행하기 위해 부하(load)를 구동하지 않으면서 셀을 방전하는 것을 포함할 수 있으며, 이는 셀의 전체 평균 방전 속도 및/또는 현재 충전/방전 사이클에 대한 평균을 변경하기 위해 이루어질 수 있다. 일부 실시양태에서, 유도된 방전은 충전 사이클 동안 수행될 수 있으며, 이는 도 1b 내지 1d에 나타낸 바와 같이 다중 충전 단계를 포함할 수 있다.

다중 셀을 갖는 실시양태와 같은 일부 실시양태는 셀이 한 번에 모두 충전되고(또는 다중 셀이 동시에 방전되면서) 개별적으로 또는 더 작은 세트로 방전될 수 있도록 셀을 다중화하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 이는 특정 부하 및 응용에 대해 원하거나 요구되는 모든 출력 속도를 제공하면서, 그들의 사이클 수명을 개선시키는 셀에 대한 실제 방전 속도 대 충전 속도 비를 생성할 수 있다. 더 나아가, 본 발명자들은 균일한 전류 분포로 한 번에 셀의 전부는 아니지만 일부를 방전하는 것은 또한 그들의 사이클 수명을 개선시킬 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

예를 들어, 4개의 셀을 갖는 배터리에 있어서, 1개의 셀이 각각 3시간씩 0.5 암페어에서 따로 따로 방전될 수 있고, 이어서 4개의 셀 전부가 12시간 동안 0.5 암페어에서 충전될 수 있으며, 그러한 구성은 4:1의 실제 방전 속도 대 충전 속도 비를 제공하는 한편, 사용자 관점의 비는 1:1인데, 왜냐하면 셀이 각각 3시간씩 개별적으로 방전되기 때문이다(총 12시간의 방전 시간). 본 발명자들은 그러한 배터리 관리 시스템이 여전히 배터리로부터 원하고 필요한 것을 사용자에게 제공하면서 실제로 배터리의 사이클 수명을 개선시킬 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 일부 실시양태에서, 이러한 두 가지 이점을 제공하는 기능은 사용자에게 드러나지 않을 수 있고, 셀 블록 및/또는 배터리 자체로 통합될 수 있다.

본 발명자들은 셀의 사이클 및 다양한 특성(예컨대, 부하와 그 부하에 현재 연결된 셀 또는 셀들 사이의 연결 기간, 또는 다수의 파라미터를 고려한 더 복잡한 기능)을 모니터링하고, 이러한 모니터링에 기반할 때 방전될 셀의 종류를 선택함으로써, 특히 "라운드 로빈(round robin)"과 같은 훨씬 더 단순한 선택 프로세스에 의존하거나, 또는 다수의 선 방전 사이클을 고려하는 통상적인 기술과 비교하여, 배터리의 사이클 수명이 더욱 개선될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

도 1a는 대표적인 셀 관리 시스템(100)을 도시한다. 일부 실시양태에서, 대표적인 시스템(100)은 제어기(예를 들어, 114) 및 전기화학 셀(예를 들어, 121A)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 셀(121A)은 단독으로 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서, 추가의 셀(예를 들어, 도 1a에서 선택적인 셀(121B, 121C)) 및/또는 추가의 셀 세트(예를 들어, 도 1a에서 선택적인 셀 세트(122))가 존재할 수 있다(예를 들어, 배터리(120)를 형성하기 위함). 선택적으로, 시스템(100)은 하나 이상의 센서(예를 들어, 116)를 포함할 수 있다. 오직 단일 제어기(114) 및 단일 센서(116)가 도 1a에 나타나 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 임의의 수많은 상이한 구현 모드가 이용될 수 있다.

일부 실시양태에 따라, 셀(121A)은 적어도 하나의 리튬-금속 전극 활성 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로, 각각의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121))는 하나 이상의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 셀 세트는 단일 셀을 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 셀 세트는 다중 셀을 포함할 수 있고, 셀 "블록"을 형성할 수 있거나, 또는 다중 셀 세트가 함께 셀 블록을 형성할 수 있다. 추가적으로, 각각의 셀(배터리, 배터리 팩에서의 모든 배터리에서, 또는 셀 세트에서 중 어느 하나) 또는 셀 세트는 동일한 전기화학을 활용할 수 있다. 다시 말해서, 일부 실시양태에서, 각각의 셀은 동일한 애노드 활성 재료 및 동일한 캐소드 활성 재료를 사용할 수 있다.

다중 셀을 갖는 실시양태와 같은 일부 실시양태에서, 다중화 스위치 장치(도 1a에 나타내지 않음)가 하기 도 1b와 관련하여 기재된 바와 같이 포함될 수 있고, 하기 도 3a 및 3b와 관련하여 추가로 기재된 바와 같이 스위치의 어레이(array)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 다중화 스위치 장치는 각각의 셀 세트 및/또는 각각의 셀에 개별적으로 연결될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어기(예컨대, 114)는 다중화 스위치 장치를 사용하여 셀 또는 셀 세트를 선별적으로 방전할 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기(예를 들어, 114)는 응용에 적합한 모든 복잡성일 수도 있는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기는 프로세서 또는 마이크로프로세서보다 덜 복잡한 논리 장치 및/또는 아날로그 회로를 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기는 셀의 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 상기 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 상기 셀을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 셀의 방전 용량의 몇 퍼센트(예를 들어, 방전 용량의 1% 내지 100% 중 임의의 값)에 대해 평균적으로 사용된 방전 속도 또는 전류보다 평균적으로 적어도 2배 더 낮은 충전 속도 또는 전류로(즉, 충전 속도 또는 전류는 방전 속도 또는 전류의 절반임) 셀이 셀의 재충전 용량의 몇 퍼센트(예를 들어, 재충전 용량의 1% 내지 100% 중 임의의 값)에 대해 충전되게 할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기는 방전 속도보다 적어도 4배 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 셀이 충전되게 할 수 있다(예를 들어, 이러한 제어의 결과로서, 마지막 방전/충전 사이클에 걸쳐, 셀은 셀의 방전 용량의 몇 퍼센트에 대해 셀이 방전된 속도의 4분의 1로 셀의 재충전 용량의 몇 퍼센트에 대해 충전됨). 본 발명자들은 그러한 충전 속도 대 방전 속도 비가 상기 셀의 성능 및 사이클 수명을 개선시킬 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

일부 실시양태에서, 셀을 제어하는 단계는 충전 및 방전을 시작하고 중단하거나, 방전을 유도하거나, 충전 또는 방전의 속도 또는 전류를 증가시키거나 감소시키는 등의 시기 및 방법을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀의 충전 또는 방전을 제어하는 단계는, 각각, 충전 또는 방전을 시작하는 것, 충전 또는 방전을 중단하는 것, 충전 또는 방전의 속도 또는 전류를 증가시키거나 감소시키는 것 등을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 셀은 셀의 용량의 5% 이상(또는 1% 이상, 또는 10% 이상, 또는 15% 이상, 또는 25% 이상, 또는 그 사이의 임의의 값)이 충전되는 기간에 걸쳐, 평균 충전 속도 또는 전류가, 예를 들어 직전의 방전 사이클 또는 더 이른 방전 사이클일 수도 있는 이전 방전 사이클 동안 셀의 용량의 5% 이상(또는 10% 이상, 또는 15% 이상, 또는 25% 이상, 또는 그 사이의 임의의 값)을 방전시키는 데 사용되는 평균 방전 속도 또는 전류보다 더 낮도록 충전된다.

일부 실시양태에서, 충전 단계는 셀 또는 배터리의 용량의 5% 이상(또는 10% 이상, 25% 이상, 50% 이상, 또는 75% 이상)에 대해, 평균 충전 속도 및/또는 전류가 이전 방전 단계 동안 셀 또는 배터리의 용량의 5% 이상(또는 10% 이상, 25% 이상, 50% 이상, 또는 75% 이상)이 방전되는 평균 방전 속도 및/또는 전류의 50% 미만(또는 35% 미만, 또는 25% 미만)이도록 수행된다.

특정 실시양태에서, 충전 단계는 셀 또는 배터리의 용량의 5% 이상(또는 10% 이상, 25% 이상, 50% 이상, 또는 75% 이상)에 대해, 평균 충전 속도 및/또는 전류가 직전의 방전 단계 동안 셀 또는 배터리의 용량의 5% 이상(또는 10% 이상, 25% 이상, 50% 이상, 또는 75% 이상)이 방전되는 평균 방전 속도 및/또는 전류의 50% 미만(또는 35% 미만, 또는 25% 미만)이도록 수행된다.

일부 실시양태에서, 이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류는 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 작을 수 있고, 이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안 평균 방전 속도 또는 전류는 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높을 수 있다(또는 4배 더 높을 수 있음). 본 발명자들은 이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 적어도 일부(예컨대, 5%)의 방전 동안, 평균 방전 속도 또는 전류가 그 기간 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 충분히 더 높다면(예컨대 적어도 2배, 3배 또는 4배), 심지어 셀에 대한 평균 방전 속도가 충전 속도와 동일하거나 더 느린 경우에도 여전히 개선된 셀 사이클 수명과 같은 본원에 기재된 개선점이 있을 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

본원에서 사용되는 바와 같이, 셀이 주어진 기간에 대해(예를 들어, 충전 단계의 일부에 대해, 전체 충전 단계에 대해, 또는 일련의 충전 단계에 대해), 여러 개의 상이한 속도에서 충전되는 경우, 그 주어진 기간에 대한 평균 충전 속도는 다음과 같이 계산된다:

상기 식에서, CR _Avg 는 주어진 기간에 대한 평균 충전 속도이고, n은 셀이 충전되는 상이한 속도의 수이고, CRi는 충전 속도이고, CCap _i 는 주어진 기간 동안 충전 속도 CR _i 로 충전되는 셀의 재충전 용량의 일부이고, CCap _Total 은 전체 기간에 대해 충전되는 셀의 총 재충전 용량이다. 예시를 위해, 충전 단계 동안, 셀이 20 mAh/분의 속도에서 그의 재충전 용량의 0%로부터 50%까지 충전된 후, 10 mAh/분의 속도에서 그의 재충전 용량의 50%로부터 80%까지 충전되는 경우, 충전 단계 동안의 평균 충전 속도는 다음과 같이 계산될 것이다:

본원에서 사용되는 바와 같이, 셀이 주어진 기간에 대해(예를 들어, 주어진 충전 단계 또는 일련의 충전 단계에 대해), 여러 개의 상이한 속도에서 방전되는 경우, 주어진 기간에 대한 평균 방전 속도는 다음과 같이 계산된다:

상기 식에서, DR _Avg 는 주어진 기간에 대한 평균 방전 속도이고, n은 셀이 방전되는 상이한 속도의 수이고, DRi는 방전 속도이고, DCap _i 는 주어진 기간 동안 방전 속도 DR _i 로 방전되는 셀의 방전 용량의 일부이고, DCap _Total 은 전체 기간에 대해 방전되는 셀의 총 방전 용량이다. 예시를 위해, 방전 단계 동안, 셀이 25 mAh/분의 속도에서 그의 방전 용량의 90%로부터 50%까지 방전된 후, 15 mAh/분의 속도에서 그의 방전 용량의 50%로부터 20%까지 방전되는 경우, 방전 단계 동안의 평균 방전 속도는 다음과 같이 계산될 것이다:

본 발명자들은 리튬 금속 셀과 같은 셀의 성능 및 사이클 수명을 개선시킬 수 있는 충전 속도를 결정하는 데 있어서 다수의 인자가 관여할 수 있고, 여기에는 방전 속도, 셀 임피던스 및/또는 셀 수명 상태(State of Health, SOH)가 포함될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 일부 실시양태에서, 제어기는 그들 각각을 결정하는 데 사용될 수 있는 파라미터 또는 특징을 (예컨대, 센서(116)를 통해) 측정할 수 있기 때문에 이들 인자를 인식할 수 있다. 제어기는 충전 및 방전 전류, 추가되거나 제거된 쿨롱(Coulomb), 셀 임피던스(용량성 및 저항성), 및/또는 셀 압력, 크기, 및/또는 두께를 직접적으로 또는 간접적으로 측정할 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기는 셀의 그러한 특징(들)을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 특징(들)은 셀의 방전 이력의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 특징(들)은 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징을 포함할 수 있다. 제어기는 센서(116), 예컨대 압력 센서, 두께를 측정하기 위한 게이지(gauge), 표면 조도 및/또는 피트(pit)(예컨대, 애노드에서의 피트)를 측정하거나 결정하기 위한 센서, 및/또는 셀 충전/방전 이력을 저장하기 위한 메모리를 사용하여 이들 중 임의의 것을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 압력 센서는 일축 압력 및/또는 기체 압력을 측정하기 위해(예컨대, 셀이 과량의 기체를 발생시키는지를 결정하기 위해) 포함될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 게이지는 셀의 두께를 측정하기 위해 포함될 수 있고, 제어기는 적어도 하나의 두께 증가 속도를 결정하고 모니터링할 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기는 이러한 정보, 예컨대 특징(들)을 사용하여 사용될 충전 방법 및/또는 속도를 결정할 수 있고, 여기에는 본원에 기재된 바와 같은 속도 또는 다른 파라미터를 제어하는 단계가 포함될 수 있다. 예를 들어, 전체 충전 방식은 도 1b와 유사하게 보일 수 있고, 여기서 셀은 시간 DT 동안 방전되고, 시간 CT 동안 충전된다. 도 1b에 나타낸 바와 같이, 셀은 일시적으로 방전된 후, 방전 동안보다 낮은 전류로 완전히 충전된 다음, 일시적으로 방전되고, 다시 충전되어 상단에 이른다.

다른 예로서, 전체 충전 방식은 도 1c와 유사하게 보일 수 있고, 이는 셀이 시간 DT 동안 방전되고, 방전 동안보다 낮은 전류로 시간 CT 동안 충전되고, 다시 시간 DT 동안 방전되고, 다시 시간 CT 동안 충전된 후, 다시 시간 DT 동안 방전되는 것을 나타낸다. 일부 실시양태에서, CT는 총 셀 재충전 용량의 절반 이상에 상응할 수 있고, DT는 셀의 SOH에 의해 결정되는 비교적 짧은 시간일 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기는 도 1b 내지 1d에 나타낸 임의의 방전과 같이, 셀의 방전을 유도할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 도 1b 내지 1c에 나타낸 것과 같은 형태와 같이, 셀의 충전 단계 시작 직전에 셀의 방전을 유도할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어기는 셀의 특징(들)에 기반하여 그러한 유도된 방전 또는 본원에 기재된 임의의 것을 유발할 수 있다. 대안적으로, 제어기는 본원에 기재된 바와 같이, 다른 척도에 기반하여 임의의 이들 유도된 방전을 수행하거나 유발할 수 있다. 일부 실시양태에서, 셀은 유도된 방전 및 주변의 충전 단계(들) 둘 모두 동안 충전 장치에 연결된 채로 남아 있을 수 있다.

본 발명자들은 본원에 기재된 시간에서 방전을 유도하는 단계가 방전 대 충전 속도 또는 전류 비를 원하는 비대칭 범위, 예컨대 2:1 또는 4:1에 더 근접하게 만들 수 있기 때문에 셀의 성능 및 사이클 수명을 개선시킬 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 예를 들어, 셀이 충전보다 더 낮은 속도 또는 전류로 방전된 경우, 그러한 유도된 방전을, 특히 충전/방전 사이클의 일부 동안, 상기 비를 개선하도록 훨씬 더 높은 속도 또는 전류로 수행할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어기는 제1 속도 또는 전류보다 더 느리게 셀을 충전하는 셀의 충전 단계 시작 전에(예컨대, 직전에 또는 10분 미만 전에), 적어도 셀의 임계 용량(예컨대, 셀의 방전 또는 재충전 용량의 5% 이상, 10% 이상, 또는 15% 이상)을 통해, 제1 속도 또는 전류로 상기 셀의 방전을 유도할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어기는 이전(예컨대, 가장 최근) 방전 사이클 및/또는 방전 단계의 평균 방전 속도 또는 전류보다 더 높거나, 또는 이전(예컨대, 가장 최근) 충전 사이클 및/또는 충전 단계의 평균 충전 속도 또는 전류보다 더 높은 속도 또는 전류로 방전을 유도할 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 제어기는 셀의 방전 사이클 및/또는 방전 단계 동안(예컨대, 종료 시에) 셀의 방전을 유도할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어기는 이전 방전 사이클의 평균 방전 또는 기존 방전의 것보다 더 높은 속도 또는 전류로 그러한 방전을 유도할 수 있다. 예를 들어, 방전은 400 mA에서 유도될 수 있지만, 가장 최근의 방전 사이클의 평균 방전 전류는 100 mA일 수도 있다. 다른 예는 하기 표 1 내지 4에서 찾을 수 있다.

제어기는 대안적으로 또는 추가적으로 도 1c에 나타낸 것과 같은 형태와 같이, 셀의 충전 사이클 및/또는 방전 단계의 종료 시에 방전을 유도할 수 있다. 일부 실시양태에서, 사이클의 종료 시에 방전을 유도하는 단계는 사이클의 마지막 5%(또는 10% 또는 15%) 내에서 방전을 유도하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명자들은 본원에 기재된 상황의 일부 또는 전부에서 셀의 방전을 유도하는 단계가 셀에 대한 물리적 손상, 예컨대 (예를 들어, 셀의 애노드에서의) 피트 형성 및 확장을 감소시킬 수 있고, 셀에 대한 일부 이전 손상을 심지어 제거하고 원상태로 돌릴 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

전체 충전 방식은 추가의 예로서 도 1d와 유사하게 보일 수 있고, 이는 셀이 먼저 시간 PCT 동안 충전된 후 DT 동안 방전되고, 마지막으로 CT 동안 완전히 충전되는 것을 나타낸다. 본 발명자들은 셀이 완전히 방전된 것으로 결정될 때, 도 1d의 셀에 대한 경우와 같이, 방전 사이클 및/또는 방전 단계로 시작하는 것이 유리하지 않다는 것을 인식하고 이해하였다.

일부 실시양태에서, 제어기는 셀 잔존 용량(State of Charge, SOC) 및 수명 상태(SOH)를 결정할 때 임의의 몇몇 인자를 고려할 수 있다. 예를 들어, 셀 임피던스의 경우, 셀 모델은 도 1e에 나타낸 바와 같이 단순화될 수 있고, 이는 저항기(RP)와 축전기(C1)의 병렬 조합과의 직렬 저항기(RS)를 나타낸다. 임피던스 측정은 2개의 구성요소: 실수부 및 허수부를 가질 수 있다. 실수부 구성요소는 단순히 DC 저항 R = RS+RP일 수 있다. 이 경우 허수부(또는 리액티브(reactive)) 구성요소는 XC일 수 있고, 이는 주파수에 반비례로 영향을 받을 수 있다:

(여기서 f는 주파수이고, c는 커패시턴스임). 임피던스(Z)는 임의의 특정 주파수에서 발견될 수 있고, 위상각은 알려져 있거나 또는 다음과 같이 결정될 수 있다:

. 임피던스는 SOC 및 SOH 둘 모두에 따라 변할 수 있다. 본 발명자들은 이러한 관계에 의해 제어기가 본원에 기재된 개선점을 제공하도록 셀을 충전하는 방법을 결정하게 할 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

본 발명자들은 또한 빠른 속도에서 대부분의 에너지가 셀을 충전 또는 방전하는 데 효과적이지 않을 수도 있기 때문에, 충전/방전 사이클 및/또는 충전/방전 단계의 펄스는 약 2배 또는 3배 RC 시간 상수와 동일한 속도보다 빠르게 적용되서는 안 된다는 것을 인식하고 이해하였다. 오히려, 이는 자연적으로 대부분 리액티브일 수 있고, 대부분의 에너지는 커패시턴스에 의해 반환되거나 또는 저항에서 소멸될 수 있다.

본 발명자들은 셀이 매 사이클마다 성장하고 두께가 수축하며, 각 사이클마다 성장의 일부가 유지된다는 것을 추가로 인식하고 이해하였다. 이러한 성장 및 수축은 셀의 압력 및/또는 크기 변화를 직접적으로 모니터링함으로써 측정될 수 있다. 이들은 SOC 및 SOH를 결정할 때 사용될 수 있는 추가 입력값이며, 이들은 또한 셀을 충전하는 방법을 결정하는 데 사용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기는 셀의 특징(들)에 기반하여 셀의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 셀이 적어도 이전 방전 사이클의 일부 동안 특정 방전 속도 또는 전류(예컨대, 300 mA)에서의 방전 사이클 또는 방전 이력을 갖는 경우, 셀은 충전 사이클의 적어도 일부 동안 더 낮은 속도 또는 전류(예컨대, 150 mA 또는 75 mA)에서 충전되도록 제어될 수 있다.

유도된 방전을 포함한 일부 실시양태에서, 제어기는 충전 사이클의 적어도 일부 동안(예컨대, 사이클의 5%), 셀이 유도된 방전 이외의(즉, 포함하지 않음) 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 셀을 제어할 수 있다.

다른 예로서, 제어기는 적용된 이방성 압력이 임계치 미만으로 떨어지는 경우 셀의 사용을 종료할 수 있으며, 그러한 경우는 압력 적용 시스템(이의 예는 하기에서 보다 상세하게 기재되어 있음)이 손상되었음을 가리킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서 그러한 임계치는 적용된 공칭 이방성 압력의 1% 내지 50%일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기는 압력이 너무 높거나 두께가 임계 속도보다 더 빠르게 증가한 경우 셀의 사용을 종료할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서 그러한 임계 속도는 사이클당 1% 내지 3% 또는 그 이상의 두께 증가일 수 있다.

도 1f는 대표적인 배터리 관리 시스템(100)을 도시한다. 다중 셀을 갖는 실시양태와 같은 일부 실시양태에서, 대표적인 시스템(100)은 다중화 스위치 장치(예를 들어, 112), 제어기(예를 들어, 114), 하나 이상의 센서(예를 들어, 116), 및 하나 이상의 배터리(예를 들어, 120, 130, 140, 150 등)를 포함할 수 있다. 오직 단일 다중화 스위치 장치(112), 제어기(114), 센서(116) 및 오직 4개의 배터리(120 내지 150)가 도 1f에 나타나 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 임의의 수많은 상이한 구현 모드가 이용될 수 있다. 더 나아가, 다중화 스위치 장치와 관련하여 단수형의 표지가 본원에서 사용되지만, 본원에 기재된 다중화 및 스위칭에 대해 사용되는 구성요소는 임의의 적합한 수의 장치(예를 들어, 스위치)에 걸쳐 분포될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

일부 실시양태에 따라, 배터리 또는 배터리들은 적어도 하나의 리튬-금속 배터리를 포함할 수 있다. 추가적으로, 배터리 또는 배터리들(예를 들어, 120 내지 150)은, 각각, 셀의 세트로도 지칭되는 하나 이상의 셀 세트(예를 들어, 121 내지 124, 131 내지 132, 141 내지 142, 151 내지 152 등)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 배터리에 둘 이상의 셀 세트(예컨대, 121 내지 122 등)가 포함된다. 추가적으로, 각각의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121))는 하나 이상의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 셀 세트는 단일 셀을 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 셀 세트는 다중 셀을 포함할 수 있고, 셀 "블록"을 형성할 수 있거나, 또는 다중 셀 세트가 함께 셀 블록을 형성할 수 있다. 추가적으로, 각각의 셀(배터리, 배터리 팩에서의 모든 배터리에서, 또는 셀 세트에서 중 어느 하나) 또는 셀 세트는 동일한 전기화학을 활용할 수 있다. 다시 말해서, 일부 실시양태에서, 각각의 셀은 동일한 애노드 활성 재료 및 동일한 캐소드 활성 재료를 사용할 수 있다.

일부 실시양태에서, 다중화 스위치 장치(예를 들어, 112)는, 하기 도 3a 및 3b와 관련하여 추가로 기재된 바와 같이 스위치의 어레이를 포함할 수 있다. 추가적으로, 다중화 스위치 장치는 각각의 셀 세트 및/또는 각각의 셀에 개별적으로 연결될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어기(예컨대, 114)는 다중화 스위치 장치를 사용하여 적어도 하나의 척도에 기반하여 셀 또는 셀 세트를 선별적으로 방전할 수 있다.

예를 들어, 척도에는 셀 또는 셀 세트를 방전하는 순서, 예컨대 셀 세트와 관련된 미리 정해진 번호 매김 또는 차례(예를 들어, 제1 세트로 시작하여, 각각의 세트를 통해 마지막 세트로 스위칭된 후, 제1 세트로 다시 시작), 및/또는 다음으로 가장 높은 전압 또는 다음으로 가장 강한 것을 나타내는 일부 다른 측정치를 갖는 셀(들) 또는 셀 세트(들)를 기반으로 한 차례가 포함될 수 있다. 본 발명자들은 순서, 특히 미리 정해진 번호 매김을 사용하는 것은 시스템에 의해 수행되는 작업의 복잡성을 줄일 수 있고(예를 들어, 마이크로프로세서가 아닌 제어기), 다양한 시스템에서 사용될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

대안적으로 또는 추가적으로, 척도는, 예컨대 다음 중 임의의 하나 이상을 고려함으로써 상황에 따라 달라질 수 있다: 부하와 그 부하에 현재 연결된 셀 세트 사이의 연결 기간(이는 일부 실시양태에서 0.01초 이상일 수 있음), 연결에 전달된 방전 용량, 및 하나 이상의 파라미터를 갖는 기능 값. 특정 실시양태에서, 척도는 셀 세트의 다수의 선 방전 사이클을 포함하지 않을 수 있다.

일부 실시양태에서, 기능은 다음 중 임의의 하나 이상과 같은 파라미터를 가질 수 있다: 부하와 셀 세트 사이의 몇몇 연결에 걸쳐 축적된 용량, 연결에 전달된 방전 용량, 셀 세트의 전류, 셀 세트 및/또는 적어도 하나의 다른 셀 세트의 전압, 셀 세트의 컷오프(cutoff) 방전 전압, 셀 세트의 전력, 셀 세트의 에너지, 셀 세트의 다수의 충전 또는 방전 사이클, 셀 세트의 임피던스, 연결 동안 셀 세트의 전압 페이딩(fading) 속도, 셀 세트의 온도, 및 셀 세트의 압력(예를 들어, 물리적 인클로저(enclosure)로부터 셀(들)에 가해지는 압력으로서, 이는 셀 용량을 가리킬 수 있고, 하기에 추가로 논의되어 있음). 일부 실시양태에 따라, 단일 연결에 전달된 방전 용량은 0.01%의 공칭 용량 내지 100%(예를 들어, 95%)의 설정된 공칭 용량의 범위일 수 있다.

일부 실시양태에서, 센서(예를 들어, 116)는 척도 및/또는 기능의 임의의 파라미터를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서는 주어진 셀 세트의 암페어 단위의 전류를 측정하는 전류 센서를 포함할 수 있다. 척도는 복수 또는 단수일 수 있고, 셀 세트의 현재 방전과 관련될 수 있고/있거나 다음 셀 세트를 결정할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

일부 실시양태에서, 제어기(예를 들어, 114)는 응용에 적합한 모든 복잡성일 수도 있는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서 척도의 기능을 평가하는 것은 제어기의 일부 또는 전부를 형성하는 마이크로프로세서에 의존할 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기는 다중화 스위치 장치를 사용하여 프로그래밍가능한 상이한 속도에서 셀 또는 셀 세트를 선별적으로 방전하고 충전할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 다중화 스위치 장치를 사용하여 셀 세트의 제2 충전 속도보다 적어도 2배 더 높은 제1 속도에서 셀 또는 셀 세트를 선별적으로 방전할 수 있다(즉, 충전보다 2배 빨리 방전). 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 방전 속도는 셀 세트의 제2 충전 속도보다 적어도 4배 더 높을 수 있다(즉, 충전보다 4배 빨리 방전). 본 발명자들은 그러한 방전 속도 대 충전 속도 비가 상기 셀의 성능 및 사이클 수명을 개선시킬 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

일부 실시양태에 따라, 제어기는 셀 세트의 방전을 일시적으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 주어진 셀 또는 셀 세트가 방전을 중단하기 전에, 다른 셀 또는 셀 세트가 방전을 시작할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제어기는 상이한 세트들 사이에서 스위칭 동안 셀 세트로부터 전력을 계속 제공할 수 있다. 본 발명자들은 방전 및 전력 지속의 이러한 일시적 중첩은 셀 세트의 상이한 셀들 사이의 천이 동안에도 부하의 전력 요건을 유지할 수 있으며, 통상적인 기술과 비교하여 셀(들)의 사이클 수명을 더욱 개선시킬 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 따라서, 다중 셀은 그러한 중첩 동안 동시에 방전될 수 있다. 추가적으로, 그러한 중첩은 통상적인 기술에 의해 가능했던 것보다 더 순조로운 전압 천이를 제공할 수 있다.

일부 실시양태에서, 부하는 차량의 적어도 하나의 구성요소일 수 있다. 차량은 육상, 해상 및/또는 항공 여행에 맞는 임의의 적합한 차량일 수 있다. 예를 들어, 차량은 자동차, 트럭, 오토바이, 보트, 헬리콥터, 비행기, 및/또는 다른 적합한 임의의 유형의 차량일 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 제어기는 다중화 스위치 장치(예를 들어, 112)를 사용하여 부하에 의해 이용되거나 요구되는 토폴로지(topology)로 셀 세트를 부하에 연결할 수 있다.

일부 실시양태에서, 제어기는 다중화 스위치 장치(예를 들어, 112)를 사용하여 다른 셀 세트가 방전되지 않는 동안 방전을 위한 단일 셀 세트를 격리할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 단일 셀은 따로 따로 격리될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 다중화 스위치 장치를 사용하여 다른 셀 또는 셀 세트가 방전되지 않는 동안 방전을 위한 단일 셀 세트 또는 단일 셀을 격리할 수 있다. 주어진 사이클 동안, 일부 실시양태에 따라(예를 들어 순차 방전이 사용되는 경우이지만, 그러한 실시양태로 제한되지 않음), 임의의 셀이 2회 방전되기 전에 각각의 셀은 1회 방전될 수 있다.

충전에 대해서, 일부 실시양태에서 제어기는 다중화 스위치 장치를 사용하여 셀 세트 및/또는 세트 내의 셀들을 병렬로 충전할 수 있다. 예를 들어, 셀 블록, 배터리 또는 배터리들 내의 모든 셀은 방전 속도의 4분의 1 속도에서 병렬로 충전될 수 있다.

도 2는 대표적인 배터리 팩(210)을 도시한다. 일부 실시양태에서, 대표적인 배터리 팩(210)은 스위칭 제어 시스템(예를 들어, 218) 및 하나 이상의 배터리(예를 들어, 120, 130, 140, 150 등)를 포함할 수 있다. 오직 단일 스위칭 제어 시스템(218) 및 오직 4개의 배터리(120 내지 150)가 도 2에 나타나 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 임의의 수많은 상이한 구현 모드가 이용될 수 있다. 더 나아가, 스위칭 제어 시스템과 관련하여 단수형의 표지가 본원에서 사용되지만, 본원에 기재된 제어 및 스위칭에 대해 사용되는 구성요소는 임의의 적합한 수의 장치(예를 들어, 스위치, 제어기(들) 등)에 걸쳐 분포될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

일부 실시양태에서, 스위칭 제어 시스템(예를 들어, 218)은, 하기 도 3a 및 3b와 관련하여 추가로 기재된 바와 같이 스위치의 어레이를 포함할 수 있고, 이는 제어기를 포함할 수 있다. 추가적으로, 스위칭 제어 시스템은 상기 도 1f와 관련하여 논의된 바와 같이, 셀 세트 각각에 및/또는 배터리의 셀 각각에 개별적으로 연결될 수 있다. 일부 실시양태에서, 스위칭 제어 시스템은 배터리 팩으로 통합될 수 있다. 추가적으로, 스위칭 제어 시스템은 셀 또는 셀 세트를 순차적으로, 예컨대 셀 또는 셀 세트와 관련된 미리 정해진 차례로 방전하도록 (예컨대, 스위치 어레이에서) 스위치(들)를 제어할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 스위칭 제어 시스템은 다음 중 임의의 하나 이상에 기반하여 셀 또는 셀 세트를 방전하도록 스위치(들)를 제어할 수 있다: 부하와 그 부하에 현재 연결된 셀 세트 사이의 연결 기간(이는 일부 실시양태에서 0.01초 이상일 수 있음), 연결에 전달된 방전 용량, 및 기능 값. 특정 실시양태에서, 제어를 위한 기준은 셀 세트의 다수의 선 방전 사이클을 포함하지 않을 수 있다.

일부 실시양태에 따라, 스위칭 제어 시스템은 임의의 수의 다른 기능, 예컨대 상기 도 1a 및 1f와 관련하여 기재된 제어기의 기능을 수행할 수 있다.

대표적인 시스템(100) 또는 대표적인 배터리 팩(210)의 임의의 구성요소는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소의 임의의 적합한 조합을 사용하여 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이와 같이, 다양한 구성요소는 기재된 기능을 수행하기 위해 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소의 임의의 적합한 컬렉션을 이용할 수 있는 제어기로 간주될 수 있다.

도 3a는 대표적인 배터리 관리 시스템(300)을 도시한다. 일부 실시양태에서, 대표적인 시스템(300)은 임의의 적합한 수의 다중 셀 블록(예를 들어, 321 내지 325), 배터리 셀 블록 배열 및 균형 스위치 구성(예를 들어, 326), 배터리 관리 마이크로제어기(예를 들어, 327), 배터리 시스템 인터페이스(예를 들어, 328), 배터리 전력 터미널(예를 들어, 329), 및 센서(예를 들어, 360)를 포함할 수 있다. 다중 셀 블록은 배터리 셀 블록 배열 및 균형 스위치 구성에 연결될 수 있다. 다중 셀 블록은 또한 배터리 관리 마이크로제어기에 연결될 수 있다.

일부 실시양태에서, 배터리 셀 블록 배열 및 균형 스위치 구성은 스위치 다중화를 포함할 수 있고, 이는 셀 블록(예를 들어, 321 내지 325)을 직렬, 병렬, 직렬/병렬, 또는 주어진 응용 또는 부하의 전압 및 전류 요건을 충족시키는 데 필요한 임의의 적합한 다른 토폴로지로 연결할 수 있다.

일부 실시양태에 따라, 배터리 관리 마이크로제어기는 시스템 및 그의 구성요소의 안전한 작동을 보장하도록 배터리 관리 시스템의 충전 및 방전을 모니터링하고 제어할 수 있다. 추가적으로, 배터리 관리 마이크로제어기는 사용자(예를 들어, 부하를 구동하기 위해 시스템을 사용하는 소비자)뿐만 아니라 임의의 적합한 내부 생산, 교정 및 시험 장비와 통신할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 마이크로제어기는 배터리 시스템 인터페이스(예를 들어, 328)에 연결될 수 있고, 이는 사용자뿐만 아니라 내부 생산, 교정 및 시험 장비, 및 임의의 다른 적합한 실체와 통신하기 위해 배터리 관리 마이크로제어기에 요구되는 인터페이스를 제공할 수 있다.

일부 실시양태에서, 센서는 배터리 셀 블록 배열 및 균형 스위치 구성, 배터리 관리 마이크로제어기, 및/또는 배터리 전력 터미널에 연결될 수 있고, 다중 셀 블록 및/또는 시스템의 임의의 다른 구성요소의 속성을 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서는 척도 및/또는 상기 기재된 바와 같은 기능의 임의의 파라미터를 형성하는 다중 셀 블록의 속성을 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서는 주어진 셀 세트의 암페어 단위의 전류를 측정하는 전류 센서를 포함할 수 있다.

배터리 셀 블록 배열 및 균형 스위치 구성(326), 배터리 관리 마이크로제어기(327), 배터리 시스템 인터페이스(328) 및 센서(360)가 도 3a에 단일 형태로 나타나 있고, 오직 5개의 다중 셀 블록(321 내지 325)이 나타나 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있으며, 이들은 다중 구성요소를 나타낼 수 있다는 것을 이해해야 한다. 임의의 수많은 상이한 구현 모드가 이용될 수 있다. 실제로, 배터리 셀 블록 배열 및 균형 스위치 구성과 관련하여 단수형의 표지가 본원에서 사용되지만, 본원에 기재된 배열 및 균형 스위칭에 대해 사용되는 구성요소는 임의의 적합한 수의 장치(예를 들어, 스위치)에 걸쳐 분포될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 3b는 대표적인 셀 세트 및 상응하는 구성요소를 도시한다. 일부 실시양태에서, 대표적인 셀 세트는 임의의 적합한 수의 셀(예를 들어, 321A 내지 321C)을 포함할 수 있고, 상기 기재된 바와 같이, 다중 셀 블록을 구성할 수 있다. 추가적으로, 대표적인 셀 세트는 셀 다중화 스위치(예를 들어, 326A1), 셀 균형 스위치 및 저항기(예를 들어, 326A2), 셀 블록 마이크로제어기(예를 들어, 327A), 배터리 관리 마이크로제어기 인터페이스(예를 들어, 328A), 센서(예를 들어, 360A), 및 셀 세트에 대한 입력/출력 버스(bus)(예를 들어, 321IO)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 셀은 셀 균형 스위치 및 저항기에 연결될 수 있고, 이는 셀 다중화 스위치에 연결될 수 있다.

일부 실시양태에서, 각각의 셀(예를 들어, 321A 내지 321C 각각)은 셀 다중화 스위치의 어레이에 연결될 수 있고, 이는 주어진 셀(들)을 입력/출력 버스(예를 들어, 321IO)로부터 연결하거나 격리할 수 있으며, 균형 버스를 다른 셀과 공유하는 균형 저항기(예를 들어, 326A2에서의 저항기들 중 하나)에 주어진 셀(들)을 연결하거나 연결을 끊을 수 있다. 추가적으로, 방전 모드에서, 하나의 셀(예를 들어, 321A)은 입력/출력 버스에 연결될 수 있고, 균형 저항기로부터 연결이 끊길 수 있다. 나머지 셀(예를 들어, 321B 내지 321C)은 입력/출력 버스로부터 연결이 끊길 수 있고, 상응하는 균형 저항기(들)에 연결될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시양태에 대한 충전 모드에서, 모든 셀(예를 들어, 321A 내지 321C)은 입력/출력 버스에 연결될 수 있고, 균형 저항기(326A2)로부터 연결이 끊길 수 있다.

일부 실시양태에 따라, 셀 블록 마이크로제어기(예를 들어, 327A)는 스위칭에 대한 중첩 및 데드밴드(deadband) 요건이 응용 또는 부하에 적절함을 보장하도록 스위칭 파형을 생성할 수 있다. 추가적으로, 셀 블록 마이크로제어기는 셀 블록의 전압 및 전류를 모니터링할뿐만 아니라 배터리 관리 마이크로제어기(예를 들어, 도 3a에서 327)로부터의 통신을 수신함으로써 응용 또는 부하에 의해 요구되는 상태를 결정할 수 있으며, 배터리 관리 마이크로제어기에 셀 블록 마이크로제어기가 배터리 관리 마이크로제어기 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.

도 3c는 일 세트의 실시양태에 따라 이방성 힘이 전기화학 셀(예를 들어, 321A)에 적용된 전기화학 시스템의 예시적인 단면 개략도이다. 용어 "전기화학 셀"은 일반적으로 전기화학 반응에 참여하여 전력을 생성하도록 구성된 애노드, 캐소드 및 전해질을 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 전기화학 셀은 재충전형 또는 비재충전형일 수 있다.

도 3c에서, 시스템은 전기화학 셀(321A), 및 일부 실시양태에서, 전기화학 셀(321A)과 결합된 유체를 함유하는 압력 분배기(334)를 포함할 수 있다. 압력 분배기(334)는 이방성 힘이 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀(321A)의 구성요소에 적용되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3c에 예시된 실시양태의 세트에서, 압력 전송기(336)는 이방성 힘을 압력 분배기(334)에 적용하도록 구성될 수 있고, 이는 결국 이방성 힘이 전기화학 셀(321A)의 적어도 하나의 구성요소(예를 들어, 전극)에 적용되게 한다. 시스템은 또한 전기화학 셀이 배치되어 있는 기판(332)을 포함할 수 있다. 기판(332)은, 예를 들어 테이블상단, 전기화학 셀(321A)이 하우징되어 있는 용기의 표면, 또는 임의의 적합한 다른 표면을 포함할 수 있다.

압력 분배기(334)는 다양한 적합한 구성으로 전기화학 셀(321A)과 결합되어 본원에 기재된 본 발명의 시스템 및 방법을 생성할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 압력 분배기는 압력 분배기에 및/또는 압력 분배기를 통해 적용되는 힘의 적어도 일부가 전기화학 셀의 구성요소에 전송될 수 있는 경우 전기화학 셀과 결합된다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 압력 분배기가 전기화학 셀 또는 그의 구성요소와 직접 접촉되는 경우 전기화학 셀과 결합된다. 일반적으로, 제1 물품 및/또는 제2 물품은 제1 물품 및 제2 물품이 직접적으로 터칭(toughing)되는 경우 직접 접촉된다. 예를 들어, 도 3c에서, 압력 분배기(334) 및 전기화학 셀(321A)은 직접 접촉된다.

특정 실시양태에서, 압력 분배기는 압력 분배기가 전기화학 셀의 적어도 하나의 구성요소와 간접 접촉하는 경우 전기화학 셀과 결합된다. 일반적으로, 제1 물품 및 제2 물품은 오직 고체 및/또는 액체 구성요소만 교차하는 제1 물품과 제2 물품 사이에서 경로를 추적할 수 있는 경우, 간접 접촉된다. 그러한 경로는, 특정 실시양태에서, 실질적으로 직선 형태일 수 있다. 압력 분배기는 특정 실시양태에서, 하나 이상의 고체 및/또는 액체 재료가 이들 사이에 배치되지만, 힘이 여전히 압력 분배기를 통해 전기화학 셀로 전송될 수 있는 경우, 전기화학 셀과 간접 접촉될 수 있다.

특정 실시양태에서, 압력 분배기는 전기화학 셀의 구성요소를 적어도 부분적으로(예를 들어, 완전히) 인클로징하는 용기의 경계선 내에 위치하는 경우, 전기화학 셀과 결합된다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 압력 분배기(334)는 전극과 전기화학 셀을 적어도 부분적으로 인클로징하는 용기 사이에 배치될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기(334)는 집전 장치와 전기화학 셀을 적어도 부분적으로 인클로징하는 용기 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시양태에서, 압력 분배기(334)는 전기화학 셀의 전극 옆에 그리고 전기 셀의 전극과 전해질을 적어도 부분적으로 함유하는 용기 내에 배치된 집전 장치로서 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어 전기화학 셀의 전극으로 및/또는 그로부터 전자를 수송하기에 충분히 전기 전도성인 재료(예를 들어, 금속, 예컨대 금속 호일, 전도성 중합체 등)로 압력 분배기(334)를 제작함으로써 달성될 수 있다.

일부 실시양태에서, 압력 분배기는 전기화학 셀의 구성요소를 적어도 부분적으로(예를 들어, 완전히) 인클로징하는 용기의 경계선 밖에 위치하는 경우, 전기화학 셀과 결합된다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 압력 분배기(334)는 전기화학 셀의 전극과 전해질을 적어도 부분적으로 인클로징하는 용기의 외부 표면과 직접 또는 간접 접촉하여 배치될 수 있다.

특정 실시양태에서, 압력 분배기는 전기화학 셀의 적어도 하나의 전극으로부터 비교적 짧은 거리에 위치할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 압력 분배기와 전기화학 셀의 전극 사이의 최단 거리는 그 전극의 최대 단면 치수의 약 10배 미만, 약 5배 미만, 약 2배 미만, 약 1배 미만, 약 0.5배 미만 또는 약 0.25배 미만이다.

일부 실시양태에서, 압력 분배기는 전기화학 셀의 특정 전극(예를 들어, 애노드)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 압력 분배기는 전기화학 셀의 전극(예를 들어, 리튬을 포함하는 애노드와 같은 애노드)과 직접 또는 간접 접촉될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 전극을 적어도 부분적으로 함유하는 용기 밖에 배치될 수 있지만, 예를 들어 오직 액체 및/또는 고체 구성요소만이 압력 분배기로부터 전극을 분리하는 경우, 여전히 전극과 결합될 수 있다. 예를 들어, 압력 분배기가 전극 및 액체 전해질을 적어도 부분적으로 인클로징하는 용기와 직접 또는 간접 접촉하여 배치되는 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 전극과 결합될 것이다.

특정 실시양태에서, 힘은 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀(321A) 또는 전기화학 셀(321A)의 구성요소(예를 들어, 전기화학 셀의 전극)에 적용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 힘은 제2 구성요소가 힘을 힘의 공급원으로부터 제1 구성요소로 적어도 부분적으로 전송하는 경우, 제2 구성요소(예를 들어, 압력 분배기)를 통해 제1 구성요소(예를 들어, 전기화학 셀)에 적용된다.

힘은 다양한 방식으로 압력 분배기를 통해 전기화학 셀 또는 그의 구성요소에 적용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기에 힘을 적용하는 단계는 힘을 압력 분배기의 외부 표면에 적용하는 것을 포함한다. 이는, 예를 들어, 압력 전송기(336)를 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 3c에서, 압력 전송기(336)는 힘을 압력 분배기(334)의 표면(340)에 적용함으로써 이방성 힘을 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀(321A)에 적용하도록 배치될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 제1 구성요소는 제1 구성요소에 및/또는 그를 통해 적용되는 힘의 적어도 일부가 제2 구성요소에 전송될 수 있도록 제1 및 제2 구성요소가 배치되는 경우, 이방성 힘을 제2 구성요소에 적용하도록 배치된다. 특정 실시양태에서, 압력 전송기 및 압력 분배기는 직접 접촉된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 재료(예를 들어, 하나 이상의 고체 및/또는 액체 재료)는 압력 전송기와 압력 분배기 사이에 배치되지만, 힘은 여전히 압력 전송기에 의해 압력 분배기에 적용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 전송기 및 압력 분배기는 압력 분배기로부터 전기화학 셀로 고체 및/또는 액체 재료를 통해 연속 경로를 추적할 수 있도록 간접 접촉될 수 있다. 그러한 경로는 특정 실시양태에서 실질적으로(예를 들어, 완전히) 직선일 수 있다.

도 3c에 예시된 실시양태의 세트에서, 압력 전송기(336) 및 전기화학 셀(321A)은 압력 분배기(334)의 반대편에 배치된다. 따라서, 이방성 힘(예를 들어, 화살표(150) 방향의 이방성 힘)이 압력 전송기(336)에 및/또는 그에 의해 표면(340)으로 적용되는 경우 힘은 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀(321A)의 표면(342) 상으로 그리고 전기화학 셀(321A)의 구성요소로 전송될 수 있다.

일부 실시양태에서, 압력 분배기에 힘을 적용하는 단계는 힘을 압력 분배기의 내부 표면에 적용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 힘은 압력 분배기 내의 유체의 압력을 유지하고/하거나 증가시킴으로써 압력 분배기를 통해 전기화학 셀에 적용될 수 있다. 도 3c에 예시된 실시양태의 세트에서, 힘은 압력 분배기(334)의 입구(도시되지 않음)를 통해 추가 유체를 수송함으로써(예를 들어, 압력 분배기(334)를 팽창시킴으로써) 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀(321A)에 적용될 수 있다. 일부 그러한 실시양태에서, 압력 분배기 내의 압력이 유지되고/되거나 증가되는 경우, 압력 전송기의 움직임은 전기화학 셀의 외부 표면 상에 및/또는 전기화학 셀의 구성요소(예를 들어, 전기화학 셀 내의 전극의 활성 표면) 상에 힘이 생성되도록 제한될 수 있다. 예를 들어, 도 3c에서, 추가 유체가 압력 분배기(334)에 첨가됨에 따라, 압력 전송기(336)는 압력 분배기(334)의 경계선의 움직임을 제한하도록 구성되어 힘이 전기화학 셀(321A)의 표면(342)에 적용될 수 있다.

특정 실시양태에서, 유체는 전기화학 셀(321A)과 압력 전송기(336) 사이에 배치되기 전에 압력 분배기(334)에 첨가될 수 있다. 유체가 첨가된 후에, 압력 분배기(334)는 전기화학 셀(321A)과 압력 전송기(336) 사이에서 압축되어 배치될 수 있으며, 그 후, 압력 분배기(334) 내의 유체의 압축은 전기화학 셀(321A)의 표면(342)(및 이에 따라, 전기화학 셀의 하나 이상의 구성요소의 표면, 예컨대 전극의 활성 표면)에 적용되는 힘을 생성할 수 있다. 당업자는, 본 개시내용이 주어진 경우, 힘이 압력 분배기를 통해 전기화학 셀에 적용될 수 있는 추가의 시스템 및 방법을 설계할 수 있을 것이다.

압력 분배기(334) 내의 유체는 압력 분배기(334)를 통해 전송되는 압력이 전기화학 셀(321A)의 표면(342)을 비교적 고르게 가로질러(그리고, 이에 따라 전기화학 셀의 하나 이상의 구성요소의 표면, 예컨대 전극의 활성 표면을 비교적 고르게 가로질러) 적용되게 할 수 있다. 임의의 특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 압력 분배기(334) 내의 유체의 존재는 비교적 고압 영역 내의 유체가 비교적 저압 영역으로 수송됨에 따라, 표면(342) 상의 비교적 고압 지점을 감소시키고/시키거나 제거하는 것으로 여겨진다.

일부 실시양태에서, 압력 분배기가 전기화학 셀에 적용된 힘을 고르게 분배하는 정도는 압력 전송기의 외부 표면이 전기화학 셀 또는 이의 용기의 외부 표면과 적절하게 정렬될 경우 향상될 수 있다. 예를 들어, 도 3c에 예시된 실시양태의 세트에서, 압력 전송기(336)의 외부 표면(340)은 전기화학 셀(321A)의 외부 표면(342)을 향한다. 특정 실시양태에서, 압력 전송기의 외부 표면은 힘이 적용되는 전기화학 셀의 외부 표면에 실질적으로 평행하다. 예를 들어, 도 3c에 예시된 실시양태의 세트에서, 압력 전송기(336)의 외부 표면(340)은 전기화학 셀(321A)의 외부 표면(342)에 실질적으로 평행하다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 2개의 표면은 2개의 표면이 약 10 도 이하의 각도를 형성할 때 실질적으로 서로 평행하다. 특정 실시양태에서, 2개의 실질적으로 평행한 표면은 약 5 도 이하, 약 3 도 이하, 약 1 도 이하, 또는 약 0.1 도 이하의 각도를 형성한다.

압력 분배기는 여러 가지 적합한 형태를 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 유체가 함유되어 있는 백(bag) 또는 다른 적합한 용기를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 압력 분배기는 힘이 압력 분배기에 적용되는 방향을 따라 변형되도록 구성된 벨로즈(bellows)를 포함할 수 있다.

압력 분배기 용기는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기 용기는 가요성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 압력 분배기 용기는 중합체, 예컨대 폴리에틸렌(예를 들어, 선형 저밀도 및/또는 초저밀도 폴리에틸렌), 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐다이클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 알코올, 나일론, 실리콘 고무(예를 들어, 폴리다이메틸실록산), 및/또는 다른 천연 또는 합성 고무 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서(예를 들어, 기체가 압력 분배기 내의 유체로서 사용되는 실시양태에서), 압력 분배기 용기는 금속 층(예를 들어, 알루미늄 금속 층)을 포함할 수 있고, 이 금속 층은 유체(예를 들어, 기체)가 압력 분배기 내에 유지되는 정도를 향상시킬 수 있다. 가요성 재료는 비교적 쉽게 압력 분배기의 내용물의 재분배를 허용하여 힘이 균일하게 적용되는 정도를 향상시킬 수 있기 때문에, 특정 실시양태에서, 가요성 재료의 사용이 이로울 수 있다.

일부 실시양태에서, 압력 분배기는 탄성 재료를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기가 압력 분배기에 적용되는 바람직한 양의 힘을 인접한 구성요소에 전송하도록 압력 분배기를 제조하는 재료의 탄성이 선택될 수 있다. 예시를 위해, 특정한 경우, 압력 분배기가 매우 가요성인 재료로 제조된다면, 압력 분배기에 적용되는 비교적 높은 비율의 힘은 인접한 전기화학 셀에 전송되기 보다는 압력 분배기 재료를 탄성적으로 변형시키는 데 사용될 수도 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 영(Young’s)의 모듈러스가 약 1 GPa 미만인 재료로 형성될 수 있다. 당업자는, 예를 들어 인장 시험(또한, 때때로 장력 시험으로도 지칭됨)을 수행함으로써 주어진 재료의 영의 모듈러스를 측정할 수 있을 것이다. 사용될 수 있는 예시적인 탄성 중합체(즉, 엘라스토머)에는 일반적인 부류의 실리콘 중합체, 에폭시 중합체 및 아크릴레이트 중합체가 포함된다.

특정 실시양태에서, 압력 분배기는 유체를 함유하는 인클로징된 용기를 포함한다. 압력 분배기는 특정 실시양태에서 유체를 함유하는 개방형 용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 압력 분배기는 하기에서 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 압력 분배기를 통해 유체를 수송하도록 구성되고 배열된 장치에 유체 연결된 용기를 포함한다.

다양한 유체가 압력 분배기와 결합하여 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 일반적으로, "유체"는 유동하여 그의 용기의 외형에 부합하는 경향이 있는 물질을 지칭한다. 유체의 예에는 액체, 기체, 겔, 점탄성 유체, 용액, 현탁액, 유동화된 미립자 등이 포함된다. 전형적으로, 유체는 정적 전단 응력을 견딜 수 없는 재료이며, 전단 응력이 적용될 때, 유체는 지속적이며 영구적인 왜곡을 겪는다. 유체는 적용된 힘의 유동 및 재분배를 허용하는 임의의 적합한 점도를 가질 수 있다.

특정 실시양태에서, 압력 분배기 내의 유체는 기체(예를 들어, 공기, 질소, 희가스(예를 들어, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논), 냉매 가스, 또는 이들의 혼합물)를 포함한다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기 내의 기체는 비교적 높은 분자량(예를 들어, 약 100 g/mol 이상)을 포함할 수 있고, 이는 압력 분배기의 벽을 통해 기체가 침투하는 정도를 제한할 수 있다. 일부 실시양태에서, 압력 분배기 내의 유체는 물, 전해질(예를 들어, 전기화학 셀에서 사용되는 것과 유사하거나 동일한 액체 전해질), 그리스(예를 들어, 바셀린, 테플론(Teflon) 그리스, 실리콘 그리스), 오일(예를 들어, 광유) 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 액체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기 내의 유체는 겔을 포함한다. 압력 분배기 내에 사용하기에 적합한 겔은 하이드로겔(예를 들어, 실리콘 겔), 오가노겔, 또는 크세로겔을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 특정 실시양태에서, 유체는 고체 입자의 유동화 층(예를 들어, 모래, 분말 등)을 포함한다. 유동화는, 예를 들어 입자를 통해 기체 및/또는 액체를 통과시킴으로써 및/또는 입자가 서로에 대해 움직이도록 입자가 배치되어 있는 기판을 진동시킴으로써 달성될 수 있다.

압력 분배기와 결합하여 사용된 유체는 임의의 적합한 점도를 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 뉴턴 유체(Newtonian fluid)가 압력 분배기 내에서 사용될 수 있지만, 일부 실시양태는 그렇게 제한적이지 않고, 비뉴턴 유체(예를 들어, 전단 담화(thinning) 유체, 전단 농화(thickening) 유체 등)가 또한 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 실온에서 정상 전단 점도가 약 1x10⁷ 센티푸아즈(cP) 미만, 약 1x10⁶ cP 미만, 약 1x10⁵ cP 미만, 약 1000 cP 미만, 약 100 cP 미만, 약 10 cP 미만, 또는 약 1 cP 미만(및, 일부 실시양태에서, 약 0.001 cP 초과, 약 0.01 cP 초과, 또는 약 0.1 cP초과)인 뉴턴 유체를 함유할 수 있다.

특정 실시양태에서, 압력 분배기 내의 유체는 압력 분배기 내로 및/또는 밖으로 수송되기에 적합하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 유체는 압력 분배기로 수송되어 이방성 힘을 전기화학 셀에 적용할 수 있다(예를 들어, 전기화학 셀과 압력 전송기 사이에 배치될 경우 압력 분배기 내의 유체를 압축함으로써). 다른 예로서, 유체는 압력 분배기 내로 및/또는 밖으로 수송되어 열을 시스템의 구성요소로 및/또는 그로부터 멀리 전달할 수 있다.

압력 전송기(336)는 또한 다양한 구성을 채택할 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 전송기(336)는 전기화학 셀(321A)에 대해 움직일 수 있다. 일부 그러한 실시양태에서, 힘은 압력 전송기(336)를 전기화학 셀(321A)에 가깝게 이동하고/하거나 전기화학 셀(321A)과 압력 전송기(336) 사이의 분리를 유지함으로써 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀(321A)에 적용될 수 있다. 특정한 일례로서, 일부 실시양태에서 압력 전송기(336)는 압축 스프링, 제1 어플리케이터(applicator) 구조 및 제2 어플리케이터 구조를 포함한다. 제1 어플리케이터 구조는, 예를 들어 강직 재료의 편평한 판 또는 임의의 적합한 다른 구조에 상응할 수 있다. 제2 어플리케이터 구조는, 예를 들어 강직 재료의 제2 판, 전기화학 셀이 하우징되어 있는 용기의 벽의 일부 또는 임의의 적합한 다른 구조에 상응할 수 있다. 일부 실시양태에서, 힘은 압축 스프링이 어플리케이터 구조들 사이에 압축될 때 전기화학 셀(321A)의 표면(342)에 적용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압축 스프링 대신에 또는 압축 스프링 외에도, 벨리빌리 와셔(Belleville washer), 기계 나사(machine screw), 공압 장치, 웨이트(weight), 에어 실린더 및/또는 유압 실린더가 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 힘은 전기화학 셀의 하나 이상의 외부 표면 주변에 배열된 수축성 요소(예를 들어, 탄성 밴드, 턴버클(turnbuckle) 밴드 등)를 사용하여 전기화학 셀에 적용될 수 있다. 힘을 전기화학 셀에 적용하기에 적합한 여러 가지 방법은, 예를 들어 "전기화학 셀에서의 힘의 적용(Application of Force in Electrochemical Cells)"이라는 명칭으로 2009년 8월 4일자로 출원된 스코르딜리스-켈리(Scordilis-Kelley) 등의 미국 특허 공개 제2010/0035128호에 기재되어 있고, 이는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 인용된다.

특정 실시양태에서, 압력 전송기(336)는 전기화학 셀(321A)에 대해 실질적으로 움직일 수 없고, 힘은, 예를 들어 압력 분배기(334)를 가압함으로써 전기화학 셀에 적용될 수 있다. 일부 그러한 실시양태에서, 압력 분배기를 가압하는 단계에 의해 힘이 전기화학 셀에 적용될 수 있는데, 왜냐하면 실질적으로 움직일 수 없는 압력 전송기(336)가 압력 분배기(334)의 하나 이상의 경계선의 움직임을 제한하고, 이에 의해, 이방성 힘이 전기화학 셀(321A)에 적용되기 때문이다.

특정 실시양태에서, 압력 전송기는 실질적으로 강직 구조(예를 들어, 전기화학 셀을 인클로징하는 패키지)의 전부 또는 일부를 포함하며, 압력 전송기의 움직임은 실질적으로 강직 구조가 비가요성인 정도에 의해 제한될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 전송기는 시스템의 다른 구성요소의 적어도 일부와 통합되는 구조를 포함할 수 있고, 이는 그의 움직임을 제한할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 압력 전송기는 전기화학 셀(321A) 및 압력 분배기(334)가 그 안에 배치되어 있는 패키지의 하나 이상의 벽의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 특정한 일례로서, 압력 전송기(336)는 전기화학 셀(321A)을 함유하는 패키지의 제1 벽을 형성할 수도 있는 한편, 기판(332)은 패키지의 제2 벽(예를 들어, 제1 벽의 반대)을 형성한다. 특정 실시양태에서, 압력 전송기(336)의 움직임은 그의 움직임이 제한되도록 압력 전송기 내에 및/또는 그 위에 힘을 적용함으로써 제한될 수 있다. 임의의 이러한 경우에, 특정 실시양태에서, 유체를 압력 분배기(334)에 첨가하고/하거나 그 안에서 유체의 양을 유지함으로써 힘은 전기화학 셀에 적용될 수 있다.

도 3c는 단일 압력 전송기 및 단일 압력 분배기를 사용하여 힘을 전기화학 셀에 적용하는 실시양태의 세트를 예시한다. 그러나, 특정 실시양태에서, 1개 초과의 압력 분배기 및/또는 1개 초과의 압력 전송기가 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 시스템은 전기화학 셀(321A) 아래에 배치된 제2 압력 분배기 및 제2 압력 분배기 아래에 배치된 제2 압력 전송기를 포함한다. 특정 실시양태에서, 실질적으로 고르게 분배된 힘은, 예를 들어 힘을 제2 압력 전송기에 및/또는 그를 통해 그리고 제2 압력 분배기의 표면 상으로 적용함으로써, 제2 압력 분배기를 통해 전기화학 셀(321A)의 외부 표면에 적용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 유체는 압력 분배기 내로 및/또는 밖으로 수송되어 열을 전기화학 셀(321A)로 및/또는 그로부터 멀리 수송할 수 있다. 예를 들어, 압력 분배기(334)는 압력 분배기(334)를 통해 유체를 수송하도록 구성된 입구 및 출구를 포함할 수 있다. 유체가 압력 분배기(334)를 통해 수송됨에 따라, 이는 전기화학 셀(321A)로부터의 열을 흡수하고, 이를 출구를 거쳐 시스템으로부터 멀리 수송할 수 있다. 임의의 적합한 장치를 사용하여, 예를 들어 펌프, 진공 또는 임의의 적합한 다른 장치와 같은 압력 분배기를 통해 유체를 수송할 수 있다.

특정 실시양태에서, 압력 분배기와 결합하여 사용되는 유체는 시스템을 원하는 정도로 냉각하거나 가열하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 압력 분배기 내의 유체는 냉각수, 예컨대 물, 에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 폴리알킬렌 글리콜(PAG), 오일(예를 들어, 광유, 캐스터유, 실리콘유, 플루오로카본유), 및/또는 냉매(예를 들어, 프레온, 클로로플루오로카본, 퍼플루오로카본 등)를 포함할 수 있다.

본원에 기재된 실시양태는 다양한 전기화학 셀과 함께 사용될 수 있다. 1차(일회용) 전기화학 셀 및 2차(재충전형) 전기화학 셀이 본원에 기재된 실시양태와 관련하여 사용될 수 있지만, 일부 실시양태는, 예를 들어 (재)충전 과정 동안 균일한 힘의 적용에 의해 재공되는 이점으로 인하여, 2차 전기화학 셀을 유리하게 사용한다. 특정 실시양태에서, 전기화학 셀은 리튬-기반 전기화학 셀, 예컨대 리튬-황 전기화학 셀(및 다중 셀의 조립체, 예컨대 그의 배터리)을 포함한다.

일부 실시양태가 매우 다양한 전기화학 장치에서 사용될 수 있지만, 도 3d에 하나의 그러한 장치의 예가 단지 예시적인 목적을 위해 제공되어 있다. 도 3d에서, 전기화학 셀(321A)의 일반적인 실시양태는 캐소드(310), 애노드(312), 및 캐소드 및 애노드와 전기화학 통신하는 전해질(314)을 포함한다.

일부 경우에, 전기화학 셀(321A)은 선택적으로 격납 구조(316)에 의해 적어도 부분적으로 봉쇄될 수 있다. 격납 구조(316)는 원통형, 프리즘(예를 들어, 삼각형 프리즘, 직사각형 프리즘 등), 큐브 또는 임의의 다른 형상을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다양한 형상을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 압력 분배기를 표면(318A) 및/또는 표면(318B)과 직접 또는 간접 접촉하는 격납 구조(316) 밖에 배치함으로써 전기화학 셀(321A)과 결합될 수 있다. 이러한 방식으로 배치할 경우, 압력 분배기는 상기 기재된 격납 구조(316)의 표면(318A 및/또는 318B)에 힘을 직접적 또는 간접적으로 적용하도록 구성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 압력 분배기는 캐소드(310)와 격납 구조(316) 사이에, 또는 애노드(312)와 격납 구조(316) 사이에 배치될 수 있다. 일부 그러한 실시양태에서, 격납 구조는 압력 전송기로서 작용할 수 있고/있거나, 별도의 압력 전송기가 격납 구조를 통해 압력 분배기에 힘을 적용하도록 구성될 수 있다.

전형적인 전기화학 셀 시스템은 또한 물론 집전 장치, 외부 회로 등을 포함할 것이다. 당업자는 도면에 나타내고 본원에 기재된 일반적인 개략적 배열에 의해 활용될 수 있는 다수의 배열을 익히 알고 있다.

전기화학 셀(321A)의 구성요소는 일부 경우에, 전해질이 평면 구성으로 캐소드와 애노드 사이에 위치하도록 조립될 수 있다. 예를 들어, 도 3d에 예시된 실시양태에서, 전기화학 셀(321A)의 캐소드(310)는 실질적으로 평면이다. 실질적으로 평면인 캐소드는, 예를 들어 평면 기판, 예컨대 금속 포일 또는 다른 적합한 기판 상에 캐소드 슬러리를 코팅함으로써 형성될 수 있고, 이는 전기화학 셀(321A)의 조립(도 3d에 예시되지 않음)에 포함될 수 있거나, 전기화학 셀의 조립에 앞서 캐소드(310)로부터 제거될 수 있다. 또한, 도 3d에서, 애노드(312)는 실질적으로 평면인 것으로 예시되어 있다. 실질적으로 평면인 애노드는, 예를 들어 금속성 리튬의 시트를 형성하거나, 평면 기판 상에 애노드 슬러리를 형성하거나, 또는 임의의 적합한 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 전해질(314)은 또한 도 3d에서 실질적으로 평면인 것으로 예시되어 있다.

특정 실시양태에서, 전기화학 셀(321A)은 금속, 예컨대 원소 금속 및/또는 금속 합금을 포함하는 전극을 포함할 수 있다. 특정한 일례로서, 특정 실시양태에서, 전기화학 셀(321A)은 원소 리튬(예를 들어, 원소 리튬 금속 및/또는 리튬 합금)을 포함하는 애노드를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 전기화학 셀에 적용된 이방성 힘은 하기에서 보다 상세하게 기재된 바와 같이 힘의 적용이 전기화학 셀의 전극 내의 금속의 표면 형태에 영향을 미치도록 충분히 크다.

도 3d는 평면 구성으로 배열된 전기화학 셀을 예시하지만, 일부 실시양태의 원리를 이용하여 임의의 구성으로 임의의 전기화학 셀 배열이 구성될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 도 3d에 예시된 형상 외에도, 본원에 기재된 전기화학 셀은 원통형, 접힌 다층 구조, 프리즘(예를 들어, 삼각형 프리즘, 직사각형 프리즘 등), "스위스-롤(Swiss-roll)", 비평면형 다층화된 구조 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 다른 형상일 수 있다. 추가의 구성은 "재충전형 리튬 배터리를 포함한 수성 및 비수성 전기화학 셀 둘 모두에서의 전극 보호(Electrode Protection in both Aqueous and Non-Aqueous Electrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries)"라는 명칭으로 2006년 4월 6일자로 출원된 아피니토(Affinito) 등의 미국 특허 출원 제11/400,025호에 기재되어 있고, 이는 그 전체가 본원에서 참고로 인용된다.

일부 실시양태에서, 캐소드 및/또는 애노드는 적어도 하나의 활성 표면을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "활성 표면"은 전해질과 물리적으로 접촉하고 전기화학 반응이 일어날 수 있는 전극의 표면을 기재하기 위해 사용된다. 예를 들어, 도 3d에 예시된 실시양태의 세트에서, 캐소드(310)는 캐소드 활성 표면(320)을 포함하고, 애노드(312)는 애노드 활성 표면(322)을 포함한다.

특정 실시양태에서, 압력 전송기(336)에 및/또는 압력 분배기(334)를 통해 (그리고 결국 일부 경우에 전기화학 셀(321A)의 표면(342)에) 적용된 이방성 힘은 전기화학 셀 내의 전극(예를 들어, 리튬 금속을 함유하는 애노드와 같은 애노드)의 활성 표면에 수직인 분력(component)을 포함한다. 따라서, 이방성 힘을 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀에 적용함으로써 전기화학 셀 내의 전극(예를 들어, 애노드)의 활성 표면에 이방성 힘이 적용될 수 있다. 평면 전극 표면의 경우, 적용된 힘은 힘이 적용된 지점에서 전극 활성 표면에 수직인 분력을 갖는 이방성 힘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3c 및 도 3d에 예시된 실시양태의 세트를 참고하면, 화살표(370) 방향의 이방성 힘이 압력 분배기(334)를 통해 전기화학 셀(321A)에 적용될 수 있다. 화살표(370) 방향으로 적용된 이방성 힘은 애노드 활성 표면(322)에 수직이고 캐소드 활성 표면(320)에 수직인 분력(372)을 포함할 것이다. 또한, 화살표(370) 방향으로 적용된 이방성 힘은 애노드 활성 표면(322) 및 캐소드 활성 표면(320)에 수직이 아닌(그리고 실제로 평행한) 분력(374)을 포함할 것이다.

만곡된 표면(예를 들어, 오목 표면 또는 볼록 표면)의 경우, 전기화학 셀에 적용된 힘은 힘이 적용된 지점에서 만곡된 표면에 탄젠트인 평면에 수직인 분력을 갖는 이방성 힘을 포함할 수 있다.

실시양태의 한 세트에서, 시스템 및 방법은 셀의 충전 및/또는 방전 동안 중 적어도 하나의 기간 동안, 전극(예를 들어, 애노드)의 활성 표면에 수직인 분력을 갖는 이방성 힘이 전기화학 셀에 적용되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 힘은 연속적으로, 한 기간에 걸쳐, 또는 기간 및/또는 빈도가 다를 수 있는 여러 기간에 걸쳐 적용될 수 있다.

적용된 힘의 규모는, 일부 실시양태에서, 전기화학 셀의 성능을 향상시키기에 충분히 크다. 특정 실시양태에서, 전극 활성 표면(예를 들어, 애노드 활성 표면) 및 이방성 힘은, 이방성 힘이 전극 활성 표면의 표면 형태에 영향을 미쳐서 충전 및 방전을 통해 전극 활성 표면적의 증가를 억제하도록 함께 선택될 수 있으며, 이방성 힘은 부재하지만, 그 외의 본질적으로 동일한 조건 하에서, 전극 활성 표면적은 충전 및 방전 사이클을 통해 더 크게 증가한다. 이와 관련하여 "본질적으로 동일한 조건"은 힘의 적용 및/또는 규모 이외의 유사하거나 동일한 조건을 의미한다. 예를 들어, 그 외의 동일한 조건은 동일한 셀을 의미할 수 있지만, 대상 전기화학 셀 상에 이방성 힘을 적용하도록 구성되지 않는 경우(예를 들어, 브라킷 또는 다른 연결)이다.

전극 활성 표면 및 이방성 힘은 당업자에 의해 용이하게 본원에 기재된 결과를 달성하도록 함께 선택될 수 있다. 예를 들어, 전극 활성 표면이 비교적 연성인 경우, 전극 활성 표면에 수직인 힘의 분력은 더 낮아지도록 선택될 수 있다. 전극 활성 표면이 강성인 경우, 전극 활성 표면에 수직인 힘의 분력은 더 커질 수 있다. 당업자는 본 개시내용이 주어진 경우, 알려지거나 예측될 수 있는 특성을 갖는 애노드 재료, 합금, 혼합물 등을 쉽게 선택할 수 있거나, 그러한 표면의 강성 또는 연성을 쉽게 시험할 수 있고, 본원에 기재된 것을 달성하기에 적절한 힘을 제공하도록 셀 구성 기술 및 배열을 쉽게 선택할 수 있다. 예를 들어, 일련의 활성 재료를 각각 활성 표면에 수직으로 적용된 일련의 힘에 따라(또는 그에 수직인 분력에 따라) 배열함으로써 단순한 시험을 수행하여 선택과 관련된 결과를 관찰하면서 셀 사이클링을 하지 않고(셀 사이클링 동안 선택된 조합의 예측을 위해) 또는 셀 사이클링하면서 표면에 대한 힘의 형태학적 효과를 결정할 수 있다.

상기 언급한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 셀의 충전 및/또는 방전 동안 중 적어도 하나의 기간 동안 이방성 힘이 없을 때의 표면적 증가에 비해 전극 활성 표면의 표면적의 증가를 억제하기에 효과적인 정도로 전극 활성 표면(예를 들어, 애노드의 것)에 수직인 분력을 갖는 이방성 힘이 적용된다. 전극 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 분력은, 예를 들어 제곱 센티미터당 약 20 뉴턴 이상, 약 25 뉴턴 이상, 약 35 뉴턴 이상, 약 40 뉴턴 이상, 약 50 뉴턴 이상, 약 75 뉴턴 이상, 약 90 뉴턴 이상, 약 100 뉴턴 이상, 약 125 뉴턴 이상, 약 150 뉴턴 이상, 약 200 뉴턴 이상, 약 300 뉴턴 이상, 약 400 뉴턴 이상, 또는 약 500 뉴턴 이상의 압력을 한정할 수 있다. 특정 실시양태에서, 애노드 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 분력은, 예를 들어 제곱 센티미터당 약 500 뉴턴 미만, 약 400 뉴턴 미만, 약 300 뉴턴 미만, 약 200 뉴턴 미만, 약 190 뉴턴 미만, 약 175 뉴턴 미만, 약 150 뉴턴 미만, 약 125 뉴턴 미만, 약 115 뉴턴 미만, 또는 약 110 뉴턴 미만의 압력을 한정할 수있다. 힘 및 압력은 일반적으로 각각 뉴턴 및 단위 면적당 뉴턴 단위로 본원에서 기재되지만, 힘 및 압력은 또한 각각 킬로그램-힘 및 단위 면적당 킬로그램-힘 단위로 표현될 수 있다. 당업자는 킬로그램-힘-기반 단위가 익숙할 것이고, 1 킬로그램-힘은 약 9.8 뉴턴과 동일함을 이해할 것이다.

특정 실시양태에서, 전기화학 셀 내의 전극의 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 분력은 (예를 들어, 전기화학 셀의 충전 및/또는 방전 동안) 그 전극의 항복 응력의 약 50% 이상, 약 75% 이상, 약 100% 이상, 약 120% 이상인 압력을 한정한다. 특정 실시양태에서, 전기화학 셀 내의 전극의 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 분력은 (예를 들어, 전기화학 셀의 충전 및/또는 방전 동안) 그 전극의 항복 응력의 약 250% 미만 또는 약 200% 미만인 압력을 한정한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 전기화학 셀은 애노드(예를 들어, 리튬 금속 및/또는 리튬 합금을 포함하는 애노드)를 포함할 수 있고, 애노드 활성 표면에 수직인 적용된 이방성 힘의 분력은 애노드의 항복 응력의 약 50% 이상, 약 75% 이상, 약 100% 이상 또는 약 120% 이상(및/또는 애노드의 항복 응력의 약 250% 미만 또는 약 200% 미만)인 압력을 한정할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전기화학 셀은 캐소드를 포함할 수 있고, 캐소드 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 분력은 캐소드의 항복 응력의 약 50% 이상, 약 75% 이상, 약 100% 이상 또는 약 120% 이상(및/또는 캐소드의 항복 응력의 약 250% 미만 또는 약 200% 미만)인 압력을 한정할 수 있다.

일부 경우, 이방성 힘은 전기화학 셀의 하나 이상의 외부 표면을 가로질러 및/또는 전기화학 셀 내의 전극(들)의 하나 이상의 활성 표면을 가로질러 비교적 균일한 압력을 한정할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전기화학 셀의 하나 이상의 외부 표면의 영역 및/또는 전극(예를 들어, 애노드)의 하나 이상의 활성 표면의 영역의 약 50% 이상, 약 75% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상 또는 약 98% 이상은 이방성 힘에 의해 한정된 실질적으로 균일한 압력 분배를 포함하는 균일한 영역을 한정한다. 이와 관련하여, "전기화학 셀의 표면" 및 "전극의 표면"은 전기화학 셀 및 전극의 기하학적 표면을 지칭하며, 당업자는 전기화학 셀 및 전극의 외부 경계를 한정하는 표면, 예를 들어 거시적 측정 도구(예를 들어, 자)에 의해 측정될 수 있으며 내부 표면적(예를 들어, 발포체와 같은 다공성 재료의 공극 내의 영역, 또는 메시 내에 함유되고 외부 경계를 한정하지 않는 메시의 섬유의 표면적 등)을 포함하지 않는 영역을 지칭하는 것으로 이해할 것이다.

일부 실시양태에서, 압력은 (선행 단락에 기재된 바와 같이) 약 10%, 약 5%, 약 2% 또는 약 1%의 균일한 영역을 피복하는 임의의 연속 영역이 균일한 영역 전체를 가로지른 평균 압력에 대해 약 25% 미만, 약 10% 미만, 약 5% 미만, 약 2% 미만 또는 약 1% 미만 만큼 달라지는 평균 압력을 포함하는 경우 표면을 가로질러 실질적으로 균일하게 분배된다.

다른 방식으로 언급하면, 일부 실시양태에서, 전기화학 셀의 표면의 영역 및/또는 전극의 활성 영역의 약 50% 이상(또는 약 75% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상 또는 약 98% 이상)은 본질적으로 균일하게 적용된 압력의 제1 연속 영역을 한정하며, 제1 영역은 제1 평균 적용 압력을 갖는다. 일부 경우, 전기화학 셀 및/또는 전극의 표면의 제1 연속 영역의 약 10%(또는 약 5%, 약 2% 또는 약 1%)를 피복하는 임의의 연속 영역은 제1 연속 영역을 가로지른 제1 평균 적용 압력에 대해 약 25% 미만(또는 약 10% 미만, 약 5% 미만, 약 2% 미만 또는 약 1% 미만) 만큼 달라지는 제2 평균 적용 압력을 포함한다.

당업자는, 예를 들어 표면 부분 내에 대표적인 지점의 개수에 적용된 힘 수준을 결정하고, 표면 부분 상의 위치의 함수로서 적용된 압력의 3차원 플롯을 적분하고, 적분을 표면 부분의 표면적으로 나눔으로써, 표면의 부분 내의 평균 적용 압력을 결정할 수 있을 것이다. 당업자는, 예를 들어 압력장을 측정하기 위한 텍스캔 I-스캔(Tekscan I-Scan) 시스템을 사용함으로써 표면 부분을 가로질러 적용된 압력의 플롯을 생성할 수 있을 것이다.

본원에 기재된 전기화학 셀의 애노드는 다양한 애노드 활성 재료를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "애노드 활성 재료"는 애노드와 결합된 임의의 전기화학적으로 활성인 종을 지칭한다. 예를 들어, 애노드는 리튬-함유 재료를 포함할 수 있으며, 리튬은 애노드 활성 재료이다. 본원에 기재된 전기화학 셀의 애노드에서 애노드 활성 재료로서 사용하기에 적합한 전기활성 재료에는 리튬 금속, 예컨대 전도성 기판 상으로 침착된 리튬 포일 및 리튬, 및 리튬 합금(예를 들어, 리튬-알루미늄 합금 및 리튬-주석 합금)이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 네가티브 전극 재료(예를 들어, 리튬과 같은 알칼리 금속 애노드)를 기판 상으로 침착하기 위한 방법에는 열 증발, 스퍼터링, 제트 기상 침착 및 레이저 삭막과 같은 방법이 포함될 수 있다. 대안적으로, 애노드가 리튬 포일 또는 리튬 포일 및 기판을 포함하는 경우, 이들은 당업계에 공지된 적층 공정에 의해 함께 적층되어 애노드를 형성할 수 있다.

일 실시양태에서, 애노드 활성 층의 전기활성 리튬-함유 재료는 50 중량% 초과의 리튬을 포함한다. 다른 실시양태에서, 애노드 활성 층의 전기활성 리튬-함유 재료는 75 중량% 초과의 리튬을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 애노드 활성 층의 전기활성 리튬-함유 재료는 90 중량% 초과의 리튬을 포함한다. 애노드에서 사용하기에 적합한 추가 재료 및 배열은, 예를 들어 "전기화학 셀에서의 힘의 적용"이라는 명칭으로 2009년 8월 4일자로 출원된 스코르딜리스-켈리 등의 미국 특허 공개 제2010/0035128호에 기재되어 있고, 이는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 인용된다.

본원에 기재된 전기화학 셀의 캐소드는 다양한 캐소드 활성 재료를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "캐소드 활성 재료"는 캐소드와 결합된 임의의 전기화학적으로 활성인 종을 지칭한다. 일부 실시양태의 전기화학 셀의 캐소드에서 캐소드 활성 재료로서 사용하기에 적합한 전기활성 재료에는 하나 이상의 금속 산화물, 하나 이상의 층간삽입 재료, 전기활성 전이 금속 칼코게나이드, 전기활성 전도성 중합체, 황, 탄소 및/또는 이들의 조합이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다.

일부 실시양태에서, 캐소드 활성 재료는 하나 이상의 금속 산화물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 층간삽입 캐소드(예를 들어, 리튬-층간삽입 캐소드)가 사용될 수 있다. 전기활성 재료의 이온(예를 들어, 알칼리 금속 이온)을 층간삽입할 수 있는 적합한 재료의 비제한적인 예에는 금속 산화물, 황화티타늄 및 황화철이 포함된다. 일부 실시양태에서, 캐소드는 리튬 전이 금속 산화물 또는 리튬 전이 금속 인산염을 포함하는 층간삽입 캐소드이다. 추가의 예에는 Li_xCoO₂(예를 들어, Li_1.1CoO₂), Li_xNiO₂, Li_xMnO₂, Li_xMn₂O₄(예를 들어, Li_1.05Mn₂O₄), Li_xCoPO₄, Li_xMnPO₄, LiCo_xNi_(1-x)O₂ 및 LiCo_xNi_yMn_(1-x-y)O₂(예를 들어, LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂, LiNi_3/5Mn_1/5Co_1/5O₂, LiNi_4/5Mn_1/10Co_1/10O₂, LiNi_1/2Mn_3/10Co_1/5O₂)가 포함된다. X는 0 이상 및 2 이하일 수 있다. X는 전기화학 셀이 완전히 방전될 때 전형적으로 1 이상 및 2 이하이고, 전기화학 셀이 완전히 충전될 때 1 미만이다. 일부 실시양태에서, 완전히 충전된 전기화학 셀은 x 값이 1 이상 및 1.05 이하, 1 이상 및 1.1 이하, 또는 1 이상 및 1.2 이하일 수 있다. 추가의 예에는 Li_xNiPO₄(여기서, 0 < x ≤ 1), LiMn_xNi_yO₄(여기서, x + y = 2)(예를 들어, LiMn_1.5Ni_0.5O₄), LiNi_xCo_yAl_zO₂(여기서, x + y + z =1), LiFePO₄ 및 이들의 조합이 포함된다. 일부 실시양태에서, 캐소드 내의 전기활성 재료는 리튬 전이 금속 인산염(예를 들어, LiFePO₄)을 포함하고, 이는 특정 실시양태에서 붕산염 및/또는 규산염으로 치환될 수 있다.

상기 언급한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 캐소드 활성 재료는 하나 이상의 칼코게나이드를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "칼코게나이드"는 산소, 황 및 셀레늄의 원소 중 하나 이상을 함유하는 화합물에 적용된다. 적합한 전이 금속 칼코게나이드의 예에는 Mn, V, Cr, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os 및 Ir로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속의 전기활성 산화물, 황화물 및 셀레늄화물이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시양태에서, 전이 금속 칼코게나이드는 니켈, 망간, 코발트 및 바나듐의 전기활성 산화물, 및 철의 전기활성 황화물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일 실시양태에서, 캐소드는 다음 재료 중 하나 이상을 포함한다: 이산화망간, 요오드, 크롬산은, 산화은 및 오산화바나듐, 산화구리, 구리 옥시인산염, 황화납, 황화구리, 황화철, 비스무트산납, 삼산화비스무트, 이산화코발트, 염화구리, 이산화망간 및 탄소. 다른 실시양태에서, 캐소드 활성 층은 전기활성 전도성 중합체를 포함한다. 적합한 전기활성 전도성 중합체의 예에는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리페닐렌, 폴리티오펜 및 폴리아세틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전기활성 및 전자 전도성 중합체가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 전도성 중합체의 예에는 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리아세틸렌이 포함된다.

일부 실시양태에서, 본원에 기재된 전기화학 셀에서 캐소드 활성 재료로서 사용하기 위한 전기활성 재료는 전기활성 황-함유 재료를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "전기활성 황-함유 재료"는 임의의 형태의 원소 황을 포함하는 캐소드 활성 재료를 지칭하며, 전기화학 활성은 황 원자 또는 모이어티의 산화 또는 환원을 포함한다. 일부 실시양태에의 실시에 유용한 전기활성 황-함유 재료의 성질은 당업계에 알려진 바와 같이 광범위하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 전기활성 황-함유 재료는 원소 황을 포함한다. 다른 실시양태에서, 전기활성 황-함유 재료는 원소 황과 황-함유 중합체의 혼합물을 포함한다. 따라서, 적합한 전기활성 황-함유 재료에는 원소 황, 및 황 원자 및 탄소 원자를 포함하고, 중합체일 수 있거나, 아닐 수도 있는 유기 재료가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 적합한 유기 재료에는 헤테로원자, 전도성 중합체 분절, 복합체 및 전도성 중합체를 추가로 포함하는 것들이 포함된다.

일부 실시양태에서, 캐소드 활성 층의 전기활성 황-함유 재료는 50 중량% 초과의 황을 포함한다. 다른 실시양태에서, 전기활성 황-함유 재료는 75 중량% 초과의 황을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 전기활성 황-함유 재료는 90 중량% 초과의 황을 포함한다.

일부 실시양태의 캐소드 활성 층은 약 20 내지 100 중량%의 전기활성 캐소드 재료를 포함할 수 있다(예를 들어, 적절한 양의 용매를 캐소드 활성 층으로부터 제거한 후 및/또는 층을 적절하게 경화시킨 후 측정할 경우). 일 실시양태에서, 캐소드 활성 층 내의 전기활성 황-함유 재료의 양은 캐소드 활성 층의 5 내지 30 중량%의 범위이다. 다른 실시양태에서, 캐소드 활성 층 내의 전기활성 황-함유 재료의 양은 캐소드 활성 층의 20 내지 90 중량%의 범위이다.

캐소드에서 사용하기에 적합한 추가 재료, 및 캐소드를 제조하기에 적합한 방법은, 예를 들어 "신규한 복합체 캐소드, 신규한 복합체 캐소드를 포함하는 전기화학 셀, 및 이를 제조하는 방법(Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same)"이라는 명칭으로 1997년 5월 21일자로 출원된 미국 특허 제5,919,587호, 및 "전기화학 셀에서의 힘의 적용"이라는 명칭으로 2009년 8월 4일자로 출원된 스코르딜리스-켈리 등의 미국 특허 공개 제2010/0035128호에 기재되어 있고, 각각은 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 인용된다.

다양한 전해질이 본원에 기재된 전기화학 셀과 결합하여 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 전해질은 비고체 전해질을 포함할 수 있고, 이는 다공성 세퍼레이터(separator)와 통합되거나 통합되지 않을 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "비고체"는 정적 전단 응력을 견딜 수 없는 재료를 지칭하는 데 사용되며, 전단 응력이 적용될 때, 비고체는 지속적이며 영구적인 왜곡을 겪는다. 비고체의 예에는, 예를 들어 액체, 변형성 겔 등이 포함된다.

본원에 기재된 전기화학 셀에서 사용되는 전해질은 이온의 저장 및 수송을 위한 매질로서 기능할 수 있고, 고체 전해질 및 겔 전해질의 특별한 경우, 이들 재료는 애노드와 캐소드 사이의 세퍼레이터로서 추가적으로 기능할 수 있다. 재료가 애노드와 캐소드 사이에서 이온(예를 들어, 리튬 이온)의 수송을 용이하게 하는 한, 이온을 저장하고 수송할 수 있는 임의의 액체, 고체 또는 겔 재료가 사용될 수 있다. 전해질에서 사용하기에 적합한 예시적인 재료는, 예를 들어 "전기화학 셀에서의 힘의 적용"이라는 명칭으로 2009년 8월 4일자로 출원된 스코르딜리스-켈리 등의 미국 특허 공개 제2010/0035128호에 기재되어 있고, 이는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 인용된다.

"다중화 충방전 배터리 관리 시스템(Multiplexed Charge Discharge Battery Management System)"이라는 명칭으로 2019년 7월 31일자로 출원된 미국 출원 제16/527,903호는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 인용된다.

다음의 간행물은 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에서 참고로 인용된다: "전기화학 셀을 위한 리튬 애노드(Lithium Anodes for Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2001년 5월 23일자로 출원된 미국 특허 제7,247,408호; "리튬-중합체 배터리를 위한 안정화된 애노드(Stabilized Anode for Lithium-Polymer Batteries)"라는 명칭으로 1996년 3월 19일자로 출원된 미국 특허 제5,648,187호; "리튬-중합체 배터리를 위한 안정화된 애노드"라는 명칭으로 1997년 7월 7일자로 출원된 미국 특허 제5,961,672호; "신규한 복합체 캐소드, 신규한 복합체 캐소드를 포함하는 전기화학 셀, 및 이를 제조하는 방법"이라는 명칭으로 1997년 5월 21일자로 출원된 미국 특허 제5,919,587호; "재충전형 리튬/물, 리튬/에어 배터리(Rechargeable Lithium/Water, Lithium/Air Batteries)"라는 명칭으로 2006년 4월 6일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2007-0221265호로 공개된 미국 특허 출원 제11/400,781호; "리튬 배터리에서의 팽창 억제(Swelling Inhibition in Lithium Batteries)"라는 명칭으로 2008년 7월 29일자로 출원되고, 국제 특허 공개 제WO/2009017726호로 공개된 국제 특허 출원 제PCT/US2008/009158호; "전해질의 분리(Separation of Electrolytes)"라는 명칭으로 2009년 5월 26일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2010-0129699호로 공개된 미국 특허 출원 제12/312,764호; "배터리 전극을 위한 프라이머(Primer for Battery Electrode)"라는 명칭으로 2008년 10월 23일자로 출원되고, 국제 특허 공개 제WO/2009054987호로 공개된 국제 특허 출원 제PCT/US2008/012042호; "에너지-저장 장치를 위한 보호 회로(Protective Circuit for Energy-Storage Device)"라는 명칭으로 2008년 2월 8일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2009-0200986호로 공개된 미국 특허 출원 제12/069,335호; "재충전형 리튬 배터리를 포함하는 수성 및 비수성 전기화학 셀 둘 모두에서의 전극 보호(Electrode Protection in both Aqueous and Non-Aqueous Electrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries)"라는 명칭으로 2006년 4월 6일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2007-0224502호로 공개된 미국 특허 출원 제11/400,025호; "리튬 합금/황 배터리(Lithium Alloy/Sulfur Batteries)"라는 명칭으로 2007년 6월 22일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2008/0318128호로 공개된 미국 특허 출원 제11/821,576호; "리튬 황 재충전형 배터리 연료 게이지 시스템 및 방법(Lithium Sulfur Rechargeable Battery Fuel Gauge Systems and Methods)"이라는 명칭으로 2005년 4월 20일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2006-0238203호로 공개된 특허 출원 제11/111,262호; "중합가능 단량체 및 비중합가능 담체 용매/염 혼합물/용액의 공동-플래시 증발(Co-Flash Evaporation of Polymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions)"이라는 명칭으로 2007년 3월 23일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2008-0187663호로 공개된 미국 특허 출원 제11/728,197호; "리튬 배터리를 위한 전해질 첨가제 및 관련 방법(Electrolyte Additives for Lithium Batteries and Related Methods)"이라는 명칭으로 2008년 9월 19일자로 출원되고, 국제 특허 공개 제WO/2009042071호로 공개된 국제 특허 출원 제PCT/US2008/010894호; "다공성 전극 및 관련 방법(Porous Electrodes and Associated Methods)"이라는 명칭으로 2009년 1월 8일자로 출원되고, 국제 특허 공개 제WO/2009/089018호로 공개된 국제 특허 출원 제PCT/US2009/000090호; "전기화학 셀에서의 힘의 적용"이라는 명칭으로 2009년 8월 4일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2010/0035128호로 공개된 미국 특허 출원 제12/535,328호; "리튬 배터리를 위한 캐소드(Cathode for Lithium Battery)"라는 명칭으로 2010년 3월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/727,862호; "제어된 대기 환경 하에 미세분석을 수행하기 위한 밀폐 샘플 홀더 및 방법(Hermetic Sample Holder and Method for Performing Microanalysis Under Controlled Atmosphere Environment)"이라는 명칭으로 2009년 5월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 제12,471,095호; "전기화학 셀을 위한 방출 시스템(Release System for Electrochemical cells)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/862,513호(이는 "전기화학 셀을 위한 방출 시스템"이라는 명칭으로 2009년 8월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/236,322호에 대한 우선권을 주장함); "전기화학 셀을 위한 전기적으로 비전도성인 재료(Electrically Non-Conductive Materials for Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2010년 8월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/376,554호; "전기화학 셀(Electrochemical Cell)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 제12/862,528호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2011/0070494호로 공개된 미국 특허 출원 제12/862,563호[S1583.70029US00]; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2011/0070491호로 공개된 미국 특허 출원 제12/862,551호[S1583.70030US00]; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2011/0059361호로 공개된 미국 특허 출원 제12/862,576호[S1583.70031US00]; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일자로 출원되고, 미국 특허 공개 제2011/0076560호로 공개된 미국 특허 출원 제12/862,581호[S1583.70024US01]; "낮은 전해질 전기화학 셀(Low Electrolyte Electrochemical Cells)"이라는 명칭으로 2010년 9월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/385,343호[S1583.70033US00]; 및 "에너지 저장 장치를 위한 다공성 구조(Porous Structures for Energy Storage Devices)"라는 명칭으로 2011년 2월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/033,419호[S1583.70034US00]. 본원에 개시된 다른 모든 특허 및 특허 출원은 또한 그들 전체가 모든 목적을 위해 참고로 인용된다.

도 4a는 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 대표적인 고등 프로세스(400A)를 도시한다. 대표적인 프로세스(400A)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(400A)는 동작(430A)을 포함할 수 있고, 여기서 전기화학 셀(예컨대, 상기 기재된 바와 같은 전기화학 셀(121A))이, 본원에 기재된 바와 같이 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 제어될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(400A)는 종료되거나 또는 필요한 경우, 예컨대 더 많은 충전/방전 사이클을 위해 반복될 수 있다.

도 4b는 셀(예컨대, 상기 기재된 바와 같은 전기화학 셀(121A))의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 대표적인 프로세스(400B)를 도시한다. 대표적인 프로세스(400B)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(400B)는 동작(410)을 포함할 수 있고, 여기서 본원에 기재된 바와 같이 셀의 특징(들)이 (예를 들어, 상기 기재된 바와 같은 제어기(예컨대, 114) 및 센서(116)에 의해) 모니터링될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(400B)는 동작(420)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 본원에 기재된 바와 같이, 적어도 하나의 임계치를 고려하여 충족 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 임계치는 방전 이력에서 방전의 임계량(또는 속도 또는 전류), 셀에 대한 압력 측정치 등과 같은 모니터링된 특징(들)의 임계 측정치일 수 있다.

일부 실시양태에서, 임계치가 충족되는 경우, 대표적인 프로세스(400B)는 동작(430A)으로 진행될 수 있고, 여기서 셀은 셀의 방전 사이클의 일부에 대한 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 (예를 들어, 제어기(114)에 의해) 제어될 수 있다. 예를 들어, 셀이 300 mA에서 방전 사이클 또는 방전 이력을 갖는 경우, 셀은 본원에 기재된 바와 같이 150 mA 이하에서 충전되도록 제어될 수 있다. 대안적으로, 임계치가 충족되지 않았다면, 특징(들)은 계속 모니터링될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(400B)는 동작(431B)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 셀의 유도된 방전이 제어기에 의해 유발될 수 있다. 유도된 방전은 본원에 기재된 바와 같이 다양한 시간에서 다양한 이유로 유발될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(400B)는 임의의 동작(432 또는 434)으로 선택적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(400B)가 동작(431B)으로부터 동작(432)으로 진행되는 경우, 셀은 본원에 기재된 바와 같이 그의 방전 속도보다 적어도 2배 더 낮은 충전 속도에서 충전되도록 제어될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 프로세스(400B)가 동작(431B)으로부터 동작(434)으로 진행될 수 있으며, 여기서 셀은 본원에 기재된 바와 같이 그의 방전 속도보다 4배 더 낮은 충전 속도에서 충전되도록 제어될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(400B)는 종료되거나 또는 필요한 경우, 예컨대 더 많은 충전/방전 사이클을 위해 반복될 수 있다.

임의의 동작(432 및/또는 434)은 도 4b에서 개별 동작으로서 나타나 있지만, 실제로 동작(430A)으로 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 4c는 셀의 방전을 유도하기 위한 대표적인 고등 프로세스(400C)를 도시한다. 대표적인 프로세스(400C)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(400C)는 동작(430C)을 포함할 수 있고, 여기서 본원에 기재된 바와 같이 충전 단계 전 및/또는 후에 전기화학 셀(예컨대, 상기 기재된 전기화학 셀(121A))의 유도된 방전이 유발될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(400C)는 종료되거나 또는 필요한 경우, 예컨대 더 많은 충전/방전 사이클을 위해 반복될 수 있다.

도 4d는 셀의 방전을 유도하기 위한 대표적인 프로세스(400D)를 도시한다. 대표적인 프로세스(400D)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(400D)는 동작(410)을 선택적으로 포함할 수 있고, 여기서 셀의 특징(들)이 본원에 기재된 바와 같이 모니터링될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(400D)는 동작(420)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 적어도 하나의 임계치를 고려하여 충족 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 임계치는 방전 이력에서 방전의 임계량(또는 속도 또는 전류), 셀에 대한 압력 측정치, 셀의 두께 또는 크기 등과 같은 모니터링된 특징(들)의 임계 측정치일 수 있다.

일부 실시양태에서, 임계치가 충족된 경우, 대표적인 프로세스(400D)는 동작(430C)으로 진행될 수 있고, 셀의 유도된 방전이 본원에 기재된 바와 같이 제어기에 의해(예를 들어, 제어기(114)에 의해) 유발될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같이, 셀의 충전/방전 이력에 방전 사이클이 종료됨, 방전 사이클 및/또는 방전 단계가 여전히 진행 중임, 충전 사이클이 종료됨, 또는 충전 사이클 및/또는 충전 단계가 시작되려함이 나타난다면 임계치는 충족될 수 있다. 대안적으로, 임계치가 충족되지 않았다면, 특징(들)은 계속 모니터링될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(400D)는 동작(431D)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 셀은 본원에 기재된 바와 같이 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 제어될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(400D)는 임의의 동작(432 또는 434)으로 선택적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(400D)가 동작(431D)으로부터 동작(432)으로 진행되는 경우, 셀은 그의 방전 속도보다 적어도 2배 더 낮은 충전 속도에서 충전되도록 제어될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 프로세스(400D)가 동작(431D)으로부터 동작(434)으로 진행될 수 있으며, 여기서 셀은 그의 방전 속도보다 4배 더 낮은 충전 속도에서 충전되도록 제어될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(400D)는 종료되거나 또는 필요한 경우, 예컨대 더 많은 충전/방전 사이클을 위해 반복될 수 있다.

임의의 동작(432 및/또는 434)은 도 4d에서 개별 동작으로서 나타나 있지만, 실제로 동작(430C)으로 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 5a는 셀 특징(들)을 모니터링하고 방전을 유도하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 대표적인 프로세스(500A)를 도시한다. 대표적인 프로세스(500A)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(500A)는 동작(510)을 포함할 수 있고, 여기서 본원에 기재된 바와 같이 셀의 특징(들)이 (예를 들어, 상기 기재된 바와 같은 제어기(예컨대, 114) 및 센서(116)에 의해) 모니터링될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(500A)는 동작(510)으로부터 동작(530)으로 진행될 수 있고, 여기서 동작(510)에서의 모니터링에 기반하여, 셀의 유도된 방전 및/또는 셀의 제어된 충전이 본원에 기재된 바와 같이 제어기에 의해 유발될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(500A)는 종료되거나 또는 필요한 경우 반복될 수 있다.

도 5b는 셀 특징(들)을 모니터링하고 방전을 유도하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하기 위한 대표적인 프로세스(500B)를 도시한다. 대표적인 프로세스(500B)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(500B)는 동작(510)을 포함할 수 있고, 여기서 셀의 특징(들)이 (예를 들어, 상기 기재된 바와 같은 제어기(예컨대, 114) 및 센서(116)에 의해) 모니터링될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(500B)는 동작(520)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 본원에 기재된 바와 같이, 적어도 하나의 임계치를 고려하여 충족 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 임계치는 방전 이력에서 방전의 임계량(또는 속도 또는 전류), 셀에 대한 압력 측정치, 셀의 두께 또는 크기 등과 같은 모니터링된 특징(들)의 임계 측정치일 수 있다.

일부 실시양태에서, 임계치가 충족된 경우, 대표적인 프로세스(500B)는 동작(530)으로 진행될 수 있고, 여기서 셀의 유도된 방전이 본원에 기재된 바와 같이 제어기에 의해(예를 들어, 제어기(114)에 의해) 유발될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같이, 셀의 충전/방전 이력에 방전 사이클이 종료됨, 방전 사이클 및/또는 방전 단계가 여전히 진행 중임, 충전 사이클이 종료됨, 또는 충전 사이클 및/또는 충전 단계가 시작되려함이 나타난다면 임계치는 충족될 수 있다. 대안적으로, 임계치가 충족되지 않았다면, 특징(들)은 계속 모니터링될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(500B)는 임의의 동작(532 또는 534)으로 선택적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(500B)가 동작(530)으로부터 동작(532)으로 진행되는 경우, 셀은 그의 방전 속도보다 적어도 2배 더 낮은 충전 속도에서 충전되도록 제어될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 프로세스(500B)는 동작(530)으로부터 동작(534)으로 진행될 수 있으며, 여기서 셀은 그의 방전 속도보다 4배 더 낮은 충전 속도에서 충전되도록 제어될 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(500B)는 종료되거나 또는 필요한 경우 반복될 수 있다.

임의의 동작(532 및/또는 534)은 도 5b에서 개별 동작으로서 나타나 있지만, 실제로 동작(530)으로 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

본 발명자들은 상기 기재된 일부 실시양태가 구현되는 경우 통상적인 기술에 비해 다양한 개선점을 보이는 결과를 생성할 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

하기 실시예 1 내지 5 및 표 1 내지 4에서, 셀은 10 내지 12 kg/cm²의 압력 하에 사이클링된다.

실시예 1: 실시예 1은 셀이 넓은 범위의 속도에서 동일한 충전 및 방전 속도(전류 또는 시간)로 사이클링될 때 사이클 수명이 짧았음을 보여준다. NCM111 캐소드, 15 μm 기상 증착된 리튬 애노드 및 전해질을 갖는 셀을 10 kg/cm² 압력 하에 사이클링시켰다. 전해질은 2:1 중량비의 에틸렌 카보네이트 대 다이메틸 카보네이트 중 1 몰 용액의 리튬 헥사플루오로포스페이트를 포함하였다. 전체 셀 활성 전극 면적은 99.4 cm²였고, 셀 용량은 200 mAh였다. 셀을 하기 표 1의 전류로 4.35 V까지 충전하였고 3.2 V까지 방전하였다. 충전 및 방전 전류는 동일하였다. 모든 셀은 40 내지 200 mA의 충전 방전 전류의 범위(5배 상이한 전류)에 대해 38 내지 56 사이클의 짧은 사이클 수명을 나타내었다.

방전	충전	사이클 수명
mA	mA	110 mAh까지
40	40	56
67	67	44
150	150	38
200	200	38

실시예 2: 실시예 2는, 방전 전류는 고정되었지만 충전 전류가 실질적으로 더 낮을 때 사이클 수명이 개선되었음을 보여준다. 더 높은 방전/충전 전류 비는 더 긴 사이클 수명으로 이어졌다.

셀은 실시예 1과 유사하지만 NCM622 캐소드를 갖는다. 셀 용량은 330 mAh였다. 셀을 하기 표 2의 전류로 4.35 V까지 충전하였고 3.2 V까지 방전하였다.

방전 mA	충전 mA	방전/충전 전류 비	250 mAh까지의 사이클 수명
300	100	3	96
300	50	6	140
300	40	7.5	146
300	30	10	159

표 2에서의 사이클 수명은 방전/충전 전류 비가 높을수록 증가하였다. 가장 큰 이득은 3 내지 6 비였고, 더 높은 비의 값 및 더 긴 충전에서 각각 추가 이득은 감소하였다.

실시예 3: 실시예 3은, 충전 전류는 고정되었지만 방전 전류가 실질적으로 더 높을 때 사이클 수명이 개선되었음을 보여준다. 더 높은 방전/충전 전류 비는 더 긴 사이클 수명으로 이어졌다.

셀은 실시예 2와 유사하지만 전해질 LiIon1401을 갖는다. 셀 용량은 330 mAh였다. 셀을 하기 표 3의 전류로 4.35 V까지 충전하였고 3.2 V까지 방전하였다.

방전 mA	충전 mA	방전/충전 전류 비	250 mAh까지의 사이클 수명
75	75	1	54
300	75	4	334

고정된 충전 전류로 1에서 4로의 방전/충전 전류 비의 변화는 6배의 극적인 사이클 수명 개선으로 이어진다.

실시예 4: 실시예 4는 충전 전류가 고정되고 방전 전류가 실질적으로 더 높지만 반드시 연속적이지는 않을 때 사이클 수명이 개선되었음을 보여준다. 방전을 특정한 기간 동안 주기적으로 보류하고 다시 재개하는 조건에서 셀을 방전하였다.

셀은 실시예 3과 유사하다. 셀 용량은 330 mAh였다. 셀을 하기 표 4의 전류로 4.35 V까지 충전하였고 3.2 V까지 방전하였다. 100 mA의 충전 및 방전 전류는 연속적이었다.

400 mA에서의 방전 프로세스는 연속적이지 않았다. 400 mA에서의 방전을 10초 동안 지속하였고, 이어서 30초 동안 보류한 다음 다시 재개하였다. 이러한 프로세스는 주기적이다. 이러한 2개의 프로세스에서 수득된 사이클 수명 데이터가 표 4에 있다.

방전 mA	충전 mA	방전/충전 전류 비	250 mAh까지의 사이클 수명
100	100	1	51
400	100	4	277

실시예 5: 실시예 5는 더 높은 방전/충전 전류 비가 방전 시간 또는 용량의 유의적인 부분에 적용가능한 경우에만 사이클 수명이 개선되었음을 보여준다. 더 높은 전류 방전 조건이 전체 방전 시간의 겨우 일부에 불과할 경우, 사이클 수명 이득은 유의적이지 않다.

셀은 실시예 4와 유사하지만 NCM721 캐소드를 갖는다. 셀 용량은 360 mAh였다. 셀을 4.4 V까지 충전하였고 3.2 V까지 방전하였다.

셀의 제1 부분은 동일한 100 mA 충전 및 방전 전류를 겪고, 250 mAh 컷오프에서 43 사이클의 사이클 수명을 전달하였다.

셀의 제2 부분을 100 mA의 정전류로 충전하고, 다음의 두 단계로 방전하였다: 용량의 95%까지 100 mA 이어서, 용량의 나머지 5%를 얻기까지 400 mA.

이러한 셀의 사이클 수명은 52 사이클이었다. 이는 총 방전 용량의 5%에 대해 적용되는 4의 더 높은 방전/충전 전류 비에 기반하여 9 사이클 또는 약 21%의 사이클 수명 이득이었다. 본 발명자들은 방전 용량의 5%가 더 높은 방전/충전 전류 비에서 수득됨에 따라, 예컨대 이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류는 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 작을 수 있고, 이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안 평균 방전 속도 또는 전류는 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 또는 4배 더 높은 경우 보다 우수한 사이클 수명이 예상될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다.

도 6a는 배터리의 셀 세트를 방전하기 위한 대표적인 고등 프로세스(600A)를 도시한다. 대표적인 프로세스(600A)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(600A)는 동작(630A)을 포함할 수 있고, 여기서 배터리에서 셀 세트는 다중화 스위치 장치(예컨대, 상기 기재된 바와 같은 다중화 스위치 장치(112))를 사용하여 적어도 하나의 척도에 기반하여 선별적으로 방전될 수 있다. 추가적으로, 다중화 스위치 장치는 적어도 하나의 배터리(예를 들어, 120 내지 150)의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)의 둘 이상의 세트(예를 들어, 121, 122, 123 및/또는 124)에 연결될 수 있다. 각각의 셀 세트는 하나 이상의 셀을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(600A)는 종료되거나 또는 필요한 경우 반복될 수 있다.

도 6b는 배터리의 셀 세트를 방전하기 위한 대표적인 고등 프로세스(600B)를 도시한다. 대표적인 프로세스(600B)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(600B)는 선택적으로 동작(610)에서 시작할 수 있고, 여기서 다중화 스위치 장치를 사용하여, 부하에 의해 이용되는 토폴로지로 셀 세트를 부하에 연결할 수 있다. 배터리(예를 들어, 120 내지 150)는 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)의 세트(예를 들어, 121, 122, 123 및/또는 124)를 포함할 수 있고, 각각의 셀 세트는 하나 이상의 셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중화 스위치 장치는 직렬, 병렬, 직렬/병렬, 또는 부하의 전압 및 전류 요건 또는 주어진 응용 또는 사용자의 요구를 충족하는 데 필요한 임의의 적합한 다른 토폴로지로 셀을 부하에 연결할 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(600B)는 동작(620)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 적어도 하나의 척도 및/또는 척도의 일부 파라미터가 적어도 하나의 셀 또는 셀 세트를 방전 중이거나 이미 방전했을 수도 있는 배터리 또는 배터리들의 셀과 관련하여 측정되거나 다르게는 모니터링되어 척도가 충족되는지 여부를 결정할 수 있다.

예를 들어, 센서(예컨대, 도 1a 및 1f에서 116)는 부하와 그 부하에 현재 연결된 셀 세트 사이의 연결에 전달된 방전 용량을 측정할 수 있거나, 셀 세트의 전류를 측정할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서는 다음 중 임의의 것을 측정할 수 있다: 연결 기간(이는 일부 실시양태에서 0.01초 이상일 수 있음), 부하와 셀 세트 사이의 몇몇 연결에 걸쳐 축적된 용량, 셀 세트 및/또는 적어도 하나의 다른 셀 세트의 전압, 셀 세트의 컷오프 방전 전압, 셀 세트의 전력, 셀 세트의 에너지, 셀 세트의 다수의 충전 또는 방전 사이클, 셀 세트의 임피던스, 연결 동안 셀 세트의 전압 페이딩 속도, 셀 세트의 온도, 및 셀 세트의 압력.

일부 실시양태에서, 척도는 셀 또는 셀 세트를 방전하는 순서를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 척도는 파라미터로서 상기 중 임의의 것을 갖는 기능의 값일 수 있다. 일부 실시양태에 따라, 척도는 셀 세트의 다수의 선 방전 사이클을 포함하지 않는다.

일부 실시양태에서, 척도가 충족된다면, 대표적인 프로세스(600B)는 동작(630)으로 진행될 수 있고, 여기서 배터리에서 다음 셀 세트는 다중화 스위치 장치(예컨대, 상기 기재된 바와 같은 다중화 스위치 장치(112))를 사용하여 척도에 기반하여 선별적으로 방전될 수 있다. 예를 들어, 셀 세트를 방전하는 전류가 필요한 모든 척도 또는 척도들을 충족한다면, 셀 세트는 연결이 끊길 수 있고, 다음 셀 세트가 본원에 기재된 바와 같이 연결될 수 있다(여기서 다음 세트는 상기 논의된 바와 동일하거나 상이할 수 있는 척도 또는 척도들에 의해 결정될 수 있음). 대안적으로, 척도가 충족되지 않았다면, 이는 계속 모니터링될 수 있다. 일부 실시양태에 따라, 단일 셀과 부하 사이의 연결 기간은 0.01초 이상일 수 있다. 본 발명자들은 0.01초보다 더 짧은 연결 기간이 놀랍게도 0.01초에서보다 더 많은 노이즈를 생성할 수 있고, 셀의 전기화학이 무시할 수 없는 임의의 것을 달성하지 못하게 할 수 있다는 것을 이해하고 인식하였다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(600B)는 동작(631)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 다른 셀 세트가 방전되지 않는 동안 다중화 스위치 장치를 사용하여 방전을 위한 단일 셀 세트를 격리할 수 있다. 예를 들어, 제어기(예를 들어, 도 1a 및 1f의 114)가 셀(121B)이 방전되야 하는 것으로 결정한 경우, 이는 다중화 스위치 장치가 셀(121A 및 121C)이 방전되지 않는 동안 방전을 위한 셀(121B)을 격리하게 할 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(600B)가 임의의 동작(632, 634, 636 및/또는 638)으로 선택적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(600B)는 동작(631)으로부터 동작(632)으로 진행되는 경우, 다중화 스위치 장치를 사용하여 셀 세트의 제2 충전 속도보다 적어도 2배 더 높은 제1 속도에서 셀 세트를 선별적으로 방전할 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 프로세스(600B)는 동작(631)으로부터 동작(634)으로 진행될 수 있고, 여기서 다중화 스위치 장치를 사용하여 셀 세트의 제2 충전 속도보다 적어도 4배 더 높은 제1 속도에서 셀 세트를 선별적으로 방전할 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 프로세스(600B)는 동작(631)으로부터 동작(636)으로 진행될 수 있고, 여기서 셀 세트의 방전은, 예컨대 상기 논의된 바와 같은 다중화 스위치 장치를 사용함으로써 일시적으로 중첩될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 프로세스(600B)는 동작(631)으로부터 동작(638)으로 진행될 수 있고, 여기서 상이한 세트들 사이의 스위칭 동안 셀 세트로부터 전력이 계속 제공될 수 있다.

임의의 동작(631, 632, 634, 636 및/또는 638)은 도 6b에서 개별 동작으로서 나타나 있지만, 실제로 동작(630)으로 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

일부 실시양태에서, 이어서 대표적인 프로세스(600B)는 동작(640)으로 선택적으로 진행될 수 있고, 여기서 다중화 스위치 장치를 사용하여 상기 기재된 바와 같이 셀 세트를 병렬로 충전할 수 있다.

일부 실시양태에 따라, 배터리, 배터리 팩 또는 시스템 내의 모든 셀 세트를 포함한, 임의의 수의 셀 세트가 동시에 방전될 수 있다. 예를 들어, 4개의 셀을 갖는 배터리에 있어서, 4개의 셀(또는 오직 2 또는 3개) 모두는 동시에 방전되어, 부하 또는 응용에 대해 바람직하고 셀에 대해 가능한 모든 방전 전류를 생성할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시양태에서, 방전된 또는 충전된 셀 또는 세트의 수는 방전을 위한 방전 전류와 같은 적어도 하나의 척도에 기반하여 선택된다. 특정 실시양태에서, 셀 또는 셀 세트의 수가 방전되거나 충전되는 순서는 방전을 위한 방전 전류와 같은 적어도 하나의 척도에 기반하여 선택된다. 일부 실시양태에서, 방전된 또는 충전된 셀 또는 세트의 수 및 이를 수행하는 순서 둘 모두는 방전을 위한 방전 전류와 같은 적어도 하나의 척도에 기반하여 선택된다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(600B)는 종료되거나 또는 필요한 경우 반복될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(600B)는 임의의 적합한 사이클 수로 반복될 수 있다. 일부 실시양태에 따라, 각각의 사이클 또는 일부 사이클에 대해, 각각의 셀은 임의의 셀이 2회 방전되기 전에 1회 방전될 수 있다.

도 6c는 배터리 팩을 제어하기 위한 대표적인 고등 프로세스(600C)를 도시한다. 대표적인 프로세스(600C)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(600C)는 동작(630C)을 포함할 수 있고, 여기서 스위치는 통합된 스위칭 제어 시스템을 사용하여 (예를 들어, 상기 기재된 제어기(예컨대, 114)에 의해) 순차적으로 배터리 팩(예를 들어, 210)에서의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)의 세트(예를 들어, 121, 122, 123 및/또는 124)를 방전하도록 제어될 수 있다. 추가적으로, 다중화 스위치 장치는 배터리 또는 배터리들의 둘 이상의 셀 세트에 연결될 수 있다. 각각의 셀 세트는 하나 이상의 셀을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(600C)는 종료되거나 또는 필요한 경우 반복될 수 있다.

도 6d는 배터리 팩을 제어하기 위한 대표적인 고등 프로세스(600D)를 도시한다. 대표적인 프로세스(600D)의 동작이 하기 단락에 상세하게 기재되어 있다.

일부 실시양태에서, 대표적인 프로세스(600D)는 동작(630D)을 포함할 수 있고, 여기서 스위치는 통합된 스위칭 제어 시스템을 사용하여 척도에 기반하여 (예를 들어, 상기 기재된 제어기(예컨대, 114)에 의해) 배터리 팩(예를 들어, 210)에서의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)의 세트(예를 들어, 121, 122, 123 및/또는 124)를 방전하도록 제어될 수 있다. 추가적으로, 다중화 스위치 장치는 배터리 또는 배터리들의 둘 이상의 셀 세트에 연결될 수 있다. 각각의 셀 세트는 하나 이상의 셀을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 척도는 다음 중 임의의 것을 포함할 수 있다: 부하와 그 부하에 현재 연결된 셀 세트 사이의 연결 기간, 연결에 전달된 방전 용량, 및 하나 이상의 파라미터를 갖는 기능 값.

일부 실시양태에서, 이어서 프로세스(600D)는 종료되거나 또는 필요한 경우 반복될 수 있다.

본 발명자들은 상기 기재된 일부 실시양태가 구현되는 경우 통상적인 기술에 비해 다양한 개선점을 보이는 결과를 생성할 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 예를 들어, 일 구현예에서, 셀은 활성 전극 면적이 99.41 cm²인, 50 μm Li 포일을 갖는 NCMA622 캐소드(BASF) 및 1 중량%의 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB)를 함유하는 F9(BASF) 전해질로 충전된 25 μm 셀가드(Celgard) 2325 세퍼레이터로 제조될 수 있다. 각각 4개의 셀을 함유하는 13개의 배터리로 셀들을 조립하였다. 배터리는 하기 표 5 및 표 6에 요약한 조건에서 일부 실시양태를 사용하여 수행되는 13회의 전기 충전-방전 사이클링 시험에 가해졌다. 사이클링 시험 동안 12 kg/cm²의 압력 및 18℃의 온도에서 배터리에서의 셀을 유지하였다.

균일한 전류 분포로 동시에 방전된 4개의 셀에 대한 배터리 시험 데이터
시험 #	배터리 방전 전류	배터리 충전 전류	800 mAh 컷오프까지의 배터리 사이클 수명	배터리 제5 사이클 방전 용량	셀 방전 전류	셀 충전 전류
	mA	mA		mAh	mA	mA
1	800	800	29	1344	200	200
2	400	400	52	1380	100	100
3	300	300	53	1412	75	75

다양한 방전 펄스 기간에서 순차적으로 방전된 4개의 셀에 대한 배터리 시험 데이터
시험 #	배터리 방전 전류	배터리 충전 전류	800 mAh 컷오프 까지의 배터리 사이클 수명	배터리 제5 사이클 방전 용량	셀 방전 펄스 전류	셀 방전 펄스 기간	셀 무-전류 기간	셀 충전 전류	단일 펄스에서 셀 방전의 수준
	mA	mA		mAh	mA	s	s	mA
4	800	800	94	1064	800	1197	0	200	완전
5	800	800	131	1208	800	10	30	200	부분
6	800	800	125	1252	800	1	3	200	부분
7	800	800	46	1260	800	0.1	0.3	200	부분
8	400	400	263	1260	400	2835	0	100	완전
9	400	400	283	1284	400	10	30	100	부분
10	400	400	217	1352	400	1	3	100	부분
11	400	400	59	1368	400	0.1	0.3	100	부분
12	300	300	334	1304	300	3912	0	75	완전
13	300	300	298	1412	300	10	30	75	부분

표 5(시험 #1 내지 #3)는 비교예(통상적인 기술에 의해 수행됨)를 나타내고, 셀을 병렬로 연결하고, 충전 및 방전 전류를 4개의 셀 중에 고르게 분포하면서 배터리를 정전류로 충전하고 방전했을 때의 시험 결과를 요약한다. 충전 컷오프 전압은 4.35 V였고, 방전 컷오프 전압은 3.2 V였다. 배터리 용량이 800 mAh에 도달할 때 충전-방전 사이클링을 중단하였다.

표 6(시험 #4 내지 #13)은 셀을 병렬로 연결하고, 충방전 전류를 4개의 셀 중에 고르게 분포하면서 배터리를 정전류로 4.35 V까지 충전했을 때의 시험 결과를 요약한다. 이 배터리의 방전을 전체 배터리가 방전 정전류를 경험한 방식으로 수행하였다. 그러나, 개별 셀은 순차적으로 부하에 연결되고, 부하로부터 연결이 끊겨서, 따로 따로 4개의 셀 중 하나에 대해서만 방전 전류 펄스를 제공하였다. 이 펄스의 종료 시에, 다음 셀이 연결되었고, 이전 것은 연결이 끊겼다. 셀은 특정 펄스 시간 동안 또는 방전 전압이 3.2 V에 도달할 때까지 순서대로(예를 들어, 셀 #1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4 등) 방전 펄스를 겪었다. 시험 #4, #8 및 #12는 단일 펄스에서 완전 셀 방전을 제공하였다. 다른 시험은 0.1, 1 및 10초의 기간으로 단일 펄스에서 부분 셀 방전을 제공하였다. 충전-방전 사이클링은 배터리 용량이 800 mAh에 도달했을 때 중단하였다.

시험 #13에 상응하는 도 7a는 처음 240초 동안 10초 펄스 방전의 시작 시에 배터리 전압 프로파일을 나타내며, 도 7b는 3.2 V의 전압까지의 완전 방전 프로파일을 나타낸다. 도 7a에서, 반복된 순서로 10초 300 mA 펄스에 의해 영향을 받은 셀 번호가 처음 80초 동안에 나타나 있다.

표 5 및 표 6을 다시 참고하면, 본 발명자들은 전체 배터리 방전 전류를 배터리 셀의 일부에 순서대로 적용하면(표 6) 통상적인 기술에서 수행되었던 모든 배터리 셀 중에서의 균일한 전류 분포(표 5)와 비교하여 놀랍고도 극적인 사이클 수명 개선으로 이어졌다는 것을 인식하고 이해하였다. 이러한 사이클 수명 개선은 최대 6배일 수 있고, 본 발명자들은 이것이 충전-방전 속도뿐만 아니라 방전 펄스 기간의 함수일 수 있다는 것을 인식하였다. 2개의 충전-방전 속도에서 펄스 기간의 함수로서 배터리 사이클 수명을 예시하는 도 7c(시험 #4 내지 #11에 상응함)는 사이클 수명이 0.1초보다 더 긴 펄스 시간 및 대략 10초의 펄스 기간에 의해 특히 개선될 수 있음을 보여준다. 본 발명자들은 도 7c에 나타낸 바와 같이, 그리고 통상적인 기술에 의한 경험에 기반하여 예상되지 않았던 것처럼 본원에 기재된 배터리 사이클 수명에 대한 개선이 심지어 부분 방전에서 일부 실시양태를 사용하여도 가능하다는 것을 인식하고 이해하였다. 추가적으로, 심지어 균일하지 않은 경우에도, 모든 셀의 완전 용량은 일부 실시양태에 의해 활용될 수 있다.

일부 실시양태에서, 도 4a 내지 도 6을 참고하여 상기 기재된 방법은 임의의 다양한 방식으로 달라질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 상기 기재된 방법의 단계를 기재된 것과 상이한 순서로 수행할 수 있고, 방법은 상기 기재되지 않은 추가 단계를 포함할 수 있고/있거나 방법은 상기 기재된 모든 단계를 포함하지 않을 수도 있다.

상기 설명으로부터 일부 양태가 컴퓨팅 장치를 사용하여 구현될 수 있다는 것을 더욱 이해해야 한다. 도 8은 컴퓨터(810) 형태의 시스템(800)에서의 범용 컴퓨팅 장치를 도시하며, 이는 상기 기재된 임의의 제어기(예를 들어, 114)와 같이 특정 양태를 구현하는 데 사용될 수 있다.

컴퓨터(810)에서, 구성요소에는 프로세싱 유닛(820), 시스템 메모리(830), 및 시스템 메모리를 포함한 다양한 시스템 구성요소를 프로세싱 유닛(820)에 연결하는 시스템 버스(821)가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 시스템 버스(821)는 메모리 버스 또는 메모리 제어기, 주변 장치 버스, 및 임의의 다양한 버스 아키텍쳐를 사용하는 로컬 버스를 포함한 임의의 몇 가지 유형의 버스 구조일 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 그러한 아키텍쳐에는 산업 표준 아키텍쳐(Industry Standard Architecture, ISA) 버스, 마이크로 채널 아키텍쳐(Micro Channel Architecture, MCA) 버스, 강화된 ISA(Enhanced ISA, EISA) 버스, 비디오 전자 표준 위원회(Video Electronics Standards Association, VESA) 로컬 버스, 및 주변 구성요소 상호연결(Peripheral Component Interconnect, PCI) 버스가 포함되며, 또한 메자인(Mezzanine) 버스로도 공지된다.

컴퓨터(810)는 전형적으로 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터(810)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있으며, 휘발성 및 비휘발성 매체, 이동식 및 비이동식 매체 모두가 포함된다. 예를 들어, 제한 없이, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 설명서, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성, 이동식 및 비이동식 매체 모두를 포함한다. 컴퓨터 저장 매체에는, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, CD-ROM, 디지털 다목적 디스크(DVD) 또는 다른 광학 디스크 저장, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 원하는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있고, 컴퓨터(810)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 하나 이상의 다른 매체가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 통신 매체는 전형적으로 변조된 데이터 신호, 예컨대 반송파 또는 다른 전송 메커니즘에서 컴퓨터 판독가능 설명서, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터를 구현하고, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. 용어 "변조된 데이터 신호"는 신호 내의 정보를 인코딩하는 방식으로 그의 특징들 중 하나 이상을 설정하거나 변경한 신호를 의미한다. 예를 들어, 제한 없이, 통신 매체에는 유선 매체, 예컨대 유선 네트워크 또는 직접-유선 연결, 및 무선 매체, 예컨대 음향, RF, 적외선 및 다른 무선 매체가 포함된다. 상기 중 임의의 조합이 또한 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.

시스템 메모리(830)는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리 형태의 컴퓨터 저장 매체, 예컨대 판독 전용 메모리(ROM)(831) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(832)를 포함한다. 시동 중과 같이 컴퓨터(810) 내의 부재들 사이의 정보 전달을 돕는 기본 루틴을 함유하는 기본 입력/출력 시스템(833)(BIOS)은 전형적으로 ROM(831)에 저장된다. RAM(832)은 전형적으로 프로세싱 유닛(820)에 즉시 액세스될 수 있고/있거나 현재 그에 의해 작동되는 데이터 및/또는 프로그램 모듈을 함유한다. 예를 들어, 제한 없이, 도 8은 운영 체제(834), 응용 프로그램(835), 다른 프로그램 모듈(839) 및 프로그램 데이터(837)를 예시한다.

컴퓨터(810)는 또한 다른 이동식/비이동식, 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 예로서만, 도 8은 비이동식, 비휘발성 자기 매체로부터 판독하거나 그에 기록하는 하드 디스크 드라이브(841), 이동식, 비휘발성 자기 디스크(852)로부터 판독하거나 그에 기록하는 자기 디스크 드라이브(851), 및 이동식, 비휘발성 광학 디스크(859)로부터 판독하거나 그에 기록하는 광학 디스크 드라이브(855), 예컨대 CD ROM 또는 다른 광학 매체를 예시한다. 예시적인 컴퓨팅 시스템에서 사용될 수 있는 다른 이동식/비이동식, 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체에는 자기 테이프 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 다목적 디스크, 디지털 비디오 테이프, 솔리드 스테이트 RAM(solid state RAM), 솔리드 스테이트 ROM 등이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 하드 디스크 드라이브(841)는 전형적으로 비이동식 메모리 인터페이스, 예컨대 인터페이스(840)를 통해 시스템 버스(821)에 연결되고, 자기 디스크 드라이브(851) 및 광학 디스크 드라이브(855)는 전형적으로 이동식 메모리 인터페이스, 예컨대 인터페이스(850)에 의해 시스템 버스(821)에 연결된다.

상기 논의되고 도 8에 예시된 드라이브 및 그와 관련된 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 설명서, 데이터 구조, 프로그램 모듈 및 컴퓨터(810)에 대한 다른 데이터의 저장을 제공한다. 도 8에서, 하드 디스크 드라이브(841)는 운영 체제(844), 응용 프로그램(845), 다른 프로그램 모듈(849) 및 프로그램 데이터(847)를 저장하는 것으로서 예시되어 있다. 이들 구성요소가 운영 체제(834), 응용 프로그램(835), 다른 프로그램 모듈(539) 및 프로그램 데이터(837)와 동일하거나 상이할 수 있음에 유념한다. 운영 체제(844), 응용 프로그램(845), 다른 프로그램 모듈(849) 및 프로그램 데이터(847)는 최소한 이들이 상이한 사본(copy)이라는 것을 예시하기 위해 본원에서 상이한 번호로 제공된다. 사용자는 입력 장치, 예컨대 키보드(892) 및 보통 마우스, 트랙볼 또는 터치 패드로서 지칭되는 위치 지정 장치(891)를 통해 명령어 및 정보를 컴퓨터(810)에 입력할 수 있다. 다른 입력 장치(도시되지 않음)에는 마이크, 조이스틱, 게임 패드, 위성 수신 안테나, 스캐너 등이 포함될 수 있다. 이들 및 다른 입력 장치는 종종 시스템 버스에 연결된 사용자 입력 인터페이스(590)를 통해 프로세싱 유닛(820)에 연결되지만, 다른 인터페이스 및 버스 구조, 예컨대 병렬 포트, 게임 포트 또는 범용 직렬 버스(USB)에 의해 연결될 수도 있다. 모니터(891) 또는 다른 유형의 디스플레이 장치가 또한 인터페이스, 예컨대 비디오 인터페이스(890)를 거쳐 시스템 버스(821)에 연결된다. 모니터 외에도, 컴퓨터는 또한 다른 주변 출력 장치, 예컨대 스피커(897) 및 프린터(899)를 포함할 수 있고, 이는 출력 주변 인터페이스(895)를 통해 연결될 수 있다.

컴퓨터(810)는 하나 이상의 원격 컴퓨터, 예컨대 원격 컴퓨터(880)에 대한 논리적 연결을 사용하여 네트워크 환경에서 작동할 수 있다. 원격 컴퓨터(880)는 개인용 컴퓨터, 서버, 라우터, 네트워크 PC, 피어 장치 또는 다른 공통 네트워크 노드일 수 있고, 도 8에서 오직 메모리 저장 장치(881)만이 예시되어 있지만, 전형적으로 컴퓨터(810)에 대해 상기 기재된 다수의 또는 모든 부재를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 논리적 연결은 근거리 네트워크(LAN)(871) 및 원거리 네트워크(WAN)(873)를 포함하지만, 또한 다른 네트워크를 포함할 수도 있다. 그러한 네트워킹 환경은 사무실, 전사적 컴퓨터 네트워크, 인트라넷 및 인터넷에서 흔히 볼 수 있다.

LAN 네트워킹 환경에서 사용되는 경우, 컴퓨터(810)는 네트워크 인터페이스 또는 어댑터(870)를 통해 LAN(871)에 연결된다. WAN 네트워킹 환경에서 사용되는 경우, 컴퓨터(810)는 전형적으로 모뎀(872) 또는 인터넷과 같은 WAN(873)에 대한 통신을 확립하기 위한 다른 수단을 포함한다. 내장형 또는 외장형일 수 있는 모뎀(872)은 사용자 입력 인터페이스(890) 또는 다른 적절한 메커니즘을 거쳐 시스템 버스(821)에 연결될 수 있다. 네트워크 환경에서, 컴퓨터(810) 또는 그의 일부에 대해 도시된 프로그램 모듈은 원격 메모리 저장 장치에 저장될 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 도 8은 메모리 장치(881)에 있는 원격 응용 프로그램(885)을 예시한다. 도시된 네트워크 연결은 예시적이고, 컴퓨터들 사이의 통신 링크를 확립하는 다른 수단이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

실시양태는 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로세서 상에서 실행될 때 상기 논의된 다양한 실시양태를 구현하는 방법을 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독가능 저장 매체(또는 다중 컴퓨터 판독가능 매체)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크, 콤팩트 디스크(CD), 광학 디스크, 디지털 비디오 디스크(DVD), 자기 테이프, 플래시 메모리, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)에서 회로 구성 또는 다른 반도체 장치, 또는 다른 실체의 컴퓨터 저장 매체)로서 구현될 수 있다. 상기 실시예로부터 명백한 바와 같이, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비-일시적 형태로 컴퓨터 실행가능 설명서를 제공하기에 충분한 시간 동안 정보를 유지할 수 있다. 그러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 매체들은 거기에 저장된 프로그램 또는 프로그램들이 상기 논의된 본 발명의 다양한 양태를 구현하기 위해 하나 이상의 상이한 컴퓨터 또는 다른 프로세서로 로딩될 수 있도록 전송될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "컴퓨터 판독가능 저장 매체"는 컴퓨터가 정보를 판독할 수 있는 실체적 기계, 메커니즘 또는 장치 만을 포괄한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시양태는 컴퓨터 판독가능 저장 매체와 다른 컴퓨터 판독가능 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 아닌 컴퓨터 판독가능 매체의 예에는 전파 신호와 같은 일시적 매체가 포함된다.

본 발명의 여러 실시양태가 본원에서 기재되고 예시되었지만, 당업자는 기능을 수행하고/하거나 본원에 기재된 결과 및/또는 하나 이상의 이점을 수득하기 위해 다양한 다른 방식 및/또는 구조를 용이하게 예상할 것이고, 각각의 그러한 변경 및/또는 변형은 본 발명의 범주 내인 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는 본원에 기재된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시적인 것을 의미하고, 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성은 본 발명의 교시가 사용되기 위한 특정 응용 또는 응용들에 좌우됨을 용이하게 이해할 것이다. 당업자는 통상의 시험만을 사용하여 본원에 기재된 본 발명의 특정 실시양태에 대한 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시양태는 단지 예시로서 제시되고, 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에서, 본 발명은 구체적으로 개시되고 청구되는 것과 다르게 실시될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명은 본원에 기재된 각각의 개별 특징, 시스템, 제품, 재료 및/또는 방법을 포함할 수 있다. 또한, 그러한 특징, 시스템, 제품, 재료 및/또는 방법이 상호간에 모순되는 경우, 그러한 특징, 시스템, 제품, 재료 및/또는 방법 중 둘 이상의 임의의 조합이 본 발명의 범주 내에 포함된다.

본원에서 사용되는 바와 같이 명세서 및 청구범위에서 단수형은, 달리 나타내지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본원에서 사용되는 바와 같이 명세서 및 청구범위에서 어구 "및/또는"은 서로 연결된 요소들의 "어느 하나 또는 둘 모두", 즉 일부 경우에 공동으로 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 달리 명확하게 나타내지 않는 한, 구체적으로 확인된 그러한 요소와 관련 여부에 상관없이, "및/또는" 절에 의해 구체적으로 확인된 요소 이외에 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 언급은, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, 하나의 실시양태에서 B를 포함하지 않는 A(선택적으로 B 이외의 요소를 포함함), 다른 실시양태에서 A를 포함하지 않는 B(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함), 또 다른 실시양태에서 A 및 B 둘 모두(선택적으로 다른 요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이 명세서 및 청구범위에서 "또는"은 앞에서 정의한 바와 같은 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 목록에서 항목을 분리할 때, "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것으로서, 즉, 요소의 수 또는 목록 중 적어도 하나뿐만 아니라 하나 초과를 포함하고 선택적으로 추가로 미등록된 항목을 포함하는 것으로 해석할 것이다. 대조적으로 명백하게 언급하는 용어, 예컨대 "~ 중 오직 하나" 또는 "~ 중 정확히 하나", 또는 청구범위에서 사용될 때 "~로 이루어지는"은, 요소의 수 또는 목록 중 정확히 하나의 요소를 포괄하는 것을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "또는"은, 배타적인 용어, 예컨대 "어느 하나", "~ 중 하나", "~ 중 오직 하나" 또는 "~ 중 정확히 하나" 앞에 사용되는 경우 배타적인 대안(즉, "하나 또는 다른 하나이지만 둘 모두는 아님")을 나타내는 것으로만 해석할 것이다. "~로 본질적으로 이루어진"은, 청구범위에서 사용될 때, 특허법 분야에서 사용되는 것과 같은 통상적인 의미를 가질 것이다.

본원에서 사용되는 바와 같이 명세서 및 청구범위에서, 하나 이상의 요소들의 목록에 대한 언급에서 어구 "적어도 하나"는, 요소들의 목록에서 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하고, 필수적이지는 않지만, 요소들의 목록 중 요소의 임의의 조합을 배제하지 않고 요소들의 목록 내에 구체적으로 열거된 모든 요소 및 각각의 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 정의는 또한, 구체적으로 확인된 요소들과의 관련 여부에 상관없이, 어구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소들의 목록 내에 구체적으로 확인되는 요소 이외에 요소들이 선택적으로 존재할 수도 있음을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게, "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시양태에서, 어떠한 B도 존재하지 않으면서(선택적으로 B 이외의 요소를 포함함), 하나 초과를 선택적으로 포함하는, 적어도 하나의 A를 지칭하거나; 다른 실시양태에서, 어떠한 A도 존재하지 않으면서(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함), 하나 초과를 선택적으로 포함하는, 적어도 하나의 B를 지칭하거나; 또 다른 실시양태에서, 하나 초과를 선택적으로 포함하는, 적어도 하나의 A 및 하나 초과를 선택적으로 포함하는, 적어도 하나의 B(선택적으로, 다른 요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.

일부 실시양태는 다양한 예가 기재된 방법으로서 구현될 수 있다. 방법의 일부로서 수행되는 행위는 임의의 적합한 방식으로 지시될 수 있다. 따라서, 예시된 것과 상이한 순서로 행위가 수행되는 실시양태가 구성될 수 있고, 이는 기재된 것과 상이한(또는 더 많거나 더 적은) 행위를 포함할 수 있고/있거나 행위가 상기 구체적으로 기재된 실시양태에서 순차적으로 수행되는 것으로서 나타나 있더라도, 일부 행위를 동시에 수행할 수도 있다.

청구범위에서 청구범위 요소를 수식하는 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어들의 사용은 하나의 청구범위 요소의 다른 요소에 대한 임의의 우선순위, 선행 또는 순서, 또는 방법의 행위들이 수행되는 시간적 순서를 자체적으로 내포하지 않고, 청구범위 요소들을 구별하기 위해 특정 명칭을 갖는 하나의 청구범위 요소를 (서수 용어를 사용하지 않는 경우에) 동일한 명칭을 갖는 또 다른 요소와 구별하기 위한 표지로서 사용될 뿐이다.

청구범위 및 상기 명세서에서, "포함하는", "포괄하는", "가지고 있는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는" 등과 같은 모든 연결구는 개방형으로, 즉 이로서 제한하는 것이 아니라 이를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 단지 "~ 으로 이루어진" 및 "~으로 본질적으로 이루어진"과 같은 연결구는, 미국 특허청의 특허심사 지침서 섹션 2111.03.에서 설명하는 바와 같이, 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 연결구일 수 있다.

Claims (68)

1. 전기화학 셀; 및
   충전 사이클의 적어도 일부 동안, 상기 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 상기 셀을 제어하는 것으로 구성된 적어도 하나의 제어기
   를 포함하는 전기화학 셀 관리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   방전 속도 또는 전류가 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   방전 속도 또는 전류가 충전 속도 또는 전류보다 4배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 더 낮고,
   이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 4배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 충전을 제어하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제어기가 상기 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제어기가 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 셀의 적어도 하나의 특징이 상기 셀의 방전 이력의 적어도 일부를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징이 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징을 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가 상기 셀의 방전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 방전 사이클 동안 및/또는 상기 셀의 충전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가 상기 셀의 방전 단계 전 및/또는 후에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 제1 속도 또는 전류보다 더 느리게 상기 셀을 충전하는 상기 셀의 충전 단계 시작 직전에, 적어도 상기 셀의 임계 용량을 통해 제1 속도 또는 전류로 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 리튬-금속 전극 활성 재료를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
17. 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 전기화학 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 전기화학 셀을 제어하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    방전 속도 또는 전류가 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 방법.
19. 제 17 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 더 낮고,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 방법.
20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 충전을 제어하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징이 상기 셀의 방전 이력의 적어도 일부 및 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.
22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
23. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
24. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 방전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
25. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 리튬-금속 전극 활성 재료를 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.
27. 전기화학 셀 및 적어도 하나의 제어기를 포함하는 전기화학 셀 관리 시스템으로서,
    상기 적어도 하나의 제어기는, 상기 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하고 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 방전을 유도하고/하거나 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하도록 구성되고,
    상기 적어도 하나의 특징은 상기 셀의 방전 이력의 적어도 일부 및 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특징이, 상기 셀의 두께 및/또는 압력 중 적어도 하나의 증가 속도를 포함한 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 두께 및/또는 압력 중 적어도 하나의 증가 속도에 기반하여 상기 셀의 방전을 유도하고/하거나 상기 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하도록 구성되는, 전기화학 셀 관리 시스템.
29. 제 27 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 방전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
30. 제 27 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 방전 사이클 동안 및/또는 상기 셀의 충전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
31. 제 27 항, 제 29 항 및 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
32. 제 27 항 및 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여, 제1 속도 또는 전류보다 더 느리게 셀을 충전하는 셀의 충전 단계 시작 직전에, 적어도 상기 셀의 임계 용량을 통해 제1 속도 또는 전류로 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
33. 제 27 항, 제 29 항, 제 31 항 및 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 더 낮고,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
34. 제 33 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 4배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
35. 제 27 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 리튬-금속 전극 활성 재료를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
36. 전기화학 셀; 및
    상기 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된 적어도 하나의 제어기
    를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
37. 제 36 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀이 충전 장치에 연결되는 동안 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
38. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 이전 방전 사이클의 평균 방전 속도 또는 전류보다 더 높음 및 이전 충전 사이클의 평균 충전 속도 또는 전류보다 더 높음 중 하나 이상인 속도 또는 전류로 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
39. 제 36 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 방전 사이클 동안 및/또는 상기 셀의 충전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
40. 제 36 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 적어도 상기 셀의 임계 용량을 통해 제1 속도 또는 전류로 상기 셀의 방전을 유도하도록 구성되며, 상기 셀의 충전 사이클은 상기 제1 속도 또는 전류보다 더 느리게 셀을 충전하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
41. 제 36 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 유도된 방전 이외의 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 상기 셀이 충전되도록 상기 셀을 제어하는 것으로 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
42. 제 41 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 더 낮고,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
43. 제 42 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 4배 더 높은, 전기화학 셀 관리 시스템.
44. 제 36 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 리튬-금속 전극 활성 재료를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
45. 제 36 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
46. 제 45 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특징이 상기 셀의 방전 이력의 적어도 일부 및 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 전기화학 셀 관리 시스템.
47. 제 45 항 또는 제 46 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가 상기 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 시스템.
48. 전기화학 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 전기화학 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
49. 제 48 항에 있어서,
    상기 셀의 방전을 유도하는 단계가, 상기 상기 셀이 충전 장치에 연결되는 동안 상기 셀의 방전을 유도하는 것을 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.
50. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    이전 방전 사이클의 평균 방전 속도 또는 전류보다 더 높음 및 이전 충전 사이클의 평균 충전 속도 또는 전류보다 더 높음 중 하나 이상인 속도 또는 전류로 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
51. 제 48 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 방전 사이클들 사이 및/또는 상기 셀의 충전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
52. 제 48 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법이, 적어도 상기 셀의 임계 용량을 통해 제1 속도 또는 전류로 상기 셀의 방전을 유도하는 단계를 포함하며,
    상기 셀의 충전 단계는 상기 제1 속도 또는 전류보다 더 느리게 셀을 충전하는, 전기화학 셀 관리 방법.
53. 제 48 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    충전 사이클의 적어도 일부 동안, 유도된 방전 이외의 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 상기 셀이 충전되도록 상기 셀을 제어하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
54. 제 53 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 더 낮고,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 방법.
55. 제 54 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 단계 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 4배 더 높은, 전기화학 셀 관리 방법.
56. 제 48 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 리튬-금속 전극 활성 재료를 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.
57. 제 48 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어기가, 상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 방전을 유도하도록 구성된, 전기화학 셀 관리 방법.
58. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특징이 상기 셀의 방전 이력의 적어도 일부 및 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.
59. 제 57 항 또는 제 58 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
60. 전기화학 셀의 적어도 하나의 특징을 모니터링하는 단계; 및
    상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여 상기 셀의 방전을 유도하고/하거나 상기 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하는 단계
    를 포함하고, 이때 상기 적어도 하나의 특징은 상기 셀의 방전 이력의 적어도 일부 및 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징 중 적어도 하나를 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.
61. 제 60 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특징이, 상기 셀의 두께 및/또는 압력 중 적어도 하나의 증가 속도를 포함한 상기 셀의 적어도 하나의 형태학적 특징을 포함하고,
    상기 셀의 방전을 유도하고/하거나 상기 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하는 단계가, 상기 셀의 두께 및/또는 압력 중 적어도 하나의 증가 속도에 기반하여 상기 셀의 방전을 유도하고/하거나 상기 셀의 충전 속도 또는 전류를 제어하는 것을 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.
62. 제 60 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여, 상기 셀의 방전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
63. 제 60 항 또는 제 62 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여, 상기 셀의 방전 사이클 동안 및/또는 상기 셀의 충전 사이클의 종료 시에 상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
64. 제 60 항, 제 62 항 및 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여, 상기 셀의 충전 단계 전 및/또는 후에 상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
65. 제 60 항 및 제 62 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀의 적어도 하나의 특징에 기반하여, 제1 속도 또는 전류보다 더 느리게 상기 셀을 충전하는 상기 셀의 충전 단계 시작 직전에, 적어도 상기 셀의 임계 용량을 통해 제1 속도 또는 전류로 상기 셀의 방전을 유도하는 단계
    를 포함하는 전기화학 셀 관리 방법.
66. 제 60 항, 제 62 항, 제 64 항 및 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류와 동일하거나 그 보다 더 낮고,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 적어도 2배 더 높은, 전기화학 셀 관리 방법.
67. 제 66 항에 있어서,
    이전 방전 사이클 동안의 상기 셀의 방전 용량의 5% 이상의 방전 동안의 평균 방전 속도 또는 전류가 충전 사이클 동안의 평균 충전 속도 또는 전류보다 4배 더 높은, 전기화학 셀 관리 방법.
68. 제 60 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 리튬-금속 전극 활성 재료를 포함하는, 전기화학 셀 관리 방법.

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