KR20230081991A - 배터리 충전 방법 및 배터리, 전기에너지 장치 - Google Patents

배터리 충전 방법 및 배터리, 전기에너지 장치 Download PDF

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Abstract

본 출원은 배터리 충전 방법, 배터리 및 전기에너지 장치를 공개한다. 상기 충전 방법은, 배터리 충전 과정에서, 상기 배터리의 충전 상태(SOC)가 제1 SOC 범위에 도달한 것으로 판단되면, 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값 내지 제1 설정 SOC의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 제1 충전율에서부터 제2 충전율까지 하강되게 조정하고, 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함한다. 본 출원은 제1 SOC 범위 내에서 제1 설정 SOC에 근접하면, 비교적 낮은 충전율로 배터리에 대해 충전을 수행하여, 배터리의 팽창력을 하강시킴으로써 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.

Description

배터리 충전 방법 및 배터리, 전기에너지 장치
본 출원은 배터리 충전 분야에 관한 것으로, 구체적으로 배터리 충전 방법 및 배터리, 전기에너지 장치에 관한 것이다.
배터리는 충방전 사용 과정에서, 셀 팽창이 발생하여 배터리의 안전 성능에 영향을 미치게 된다. 이 밖에 배터리의 충방전 사이클에 따라, 전해액이 끊임없이 소모되어, 배터리의 수명에 영향을 미친다. 특히 배터리 충전 과정에서, 충전 상태가 일정값에 도달하면, 배터리 셀의 팽창력이 비교적 크고, 배터리 플레이트가 만곡되어 배터리 사용 수명 저하를 초래하게 된다.
상술한 문제에 감안하여, 본 출원은 배터리 충전 과정에서 팽창으로 초래된 배터리의 안전 문제 및 배터리 수명에 영향을 미치는 문제가 완화될 수 있는 배터리 충전 방법 및 배터리, 전기에너지 장치를 제공한다.
제1 양태에 있어서, 본 출원은
배터리 충전 과정에서, 상기 배터리의 충전 상태(SOC)가 제1 SOC 범위에 도달한 것으로 판단되면, 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값 내지 제1 설정 SOC의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 제1 충전율에서부터 제2 충전율까지 하강되게 조정하고, 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법을 제공한다.
본 출원의 실시예의 기술적 방안에서, 배터리에 대한 충전을 수행 시, 셀의 사이클 팽창력을 고려하여, 배터리에 대해 충전 시, 배터리의 팽창력에 대응되는 SOC에 따라 제1 SOC 범위를 결정하고, 상기 제1 SOC 범위 내에서 배터리의 충전율을 먼저 하강되게 조정하고, 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC에 근접하면, 비교적 낮은 충전율로 배터리에 대해 충전을 수행하여, 배터리의 팽창력을 저하시킴으로써, 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는
상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 제2 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율로 유지되도록 유지하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제2 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예는 배터리의 충전율을 제2 충전율까지 하강시킨 후, 상기 제2 충전율을 일정 기간 지속되도록 유지하여, 배터리의 팽창력을 비교적 낮은 상태에서 유지되게 하며, 나아가 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는,
상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예는 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC에 근접하면, 비교적 낮은 충전율로 배터리에 대해 충전을 수행하는 것을 통해, 배터리의 팽창력을 저하시키고, 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC를 초과하면, 다시 배터리의 충전율을 향상시켜, 제1 설정 SOC 부근에서 배터리의 팽창력을 낮추고, 후속의 SOC 단계에서 배터리의 충전효율을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 상기 조정하는 단계는,
상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 제3 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제3 SOC 내지 제4 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제3 충전율에서부터 상기 제2 충전율까지 하강되게 조정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제4 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 제4 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 상승되게 조정하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예는 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC에 근접하면, 배터리의 팽창력을 저하시키기 위하여, 비교적 낮은 충전율로 배터리에 대해 충전을 수행하고, 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC를 초과하면, 배터리의 충전효율을 향상시키기 위하여, 다시 배터리의 충전율을 향상시키며, 충전율이 일정 값에 도달한 후, 다시 배터리의 충전율을 예컨대 제2 충전율까지 저하시킨 후, 충전율을 종전의 제1 충전율까지 향상시킴으로써, 배터리의 충전효율을 보장하는 동시에, 또 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는,
상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함하되, 여기서, 상기 제3 충전율은 상기 제1 충전율보다 크다. 여기서, 상기 배터리의 SOC가 영(zero)에서부터 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값의 범위에 도달하면, 제5 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 하강되는 충전 전략으로 상기 배터리에 대해 충전을 수행한다. 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값 내지 제5 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제3 충전율에서부터 상기 제6 충전율까지 상승되게 조정하고, 다시 상기 제6 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 하강되게 조정한다.
본 출원의 실시예는 배터리의 충전 효율을 보장하기 위하여, 충전 시작에서부터 제1 SOC 범위의 최소값까지, 비교적 높은 충전율로 배터리에 대해 충전을 수행하고, 배터리의 SOC가 제1 SOC 범위 내에 위치하면, 상기 배터리의 충전율을 제1 충전율에서부터 제2 충전율까지 하강되게 조정하여, 배터리 충전율을 최저값까지 빠르게 저하시킴으로써, 배터리가 비교적 큰 팽창력을 받지 않도록 한 후, 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC 보다 커진 후, 배터리의 충전율을 제3 충전율까지 빠르게 향상시키며, 배터리의 SOC가 제1 SOC의 최대 경계값을 초과하면, 제1 충전율보다 큰 충전 방식으로 배터리를 충전하여, 배터리의 충전 효율을 비교적 크게 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 설정 SOC는 24.5 내지 25.5%의 범위 내에 위치하고, 주변 온도에 따라 변동한다.
본 출원의 실시예에서, 상기 제1 설정 SOC는 배터리의 유형, 온도 등에 따라 결정되어야 하고, 배터리의 사용 수명을 보장하기 위하여, 제 1 설정 SOC 부근에서, 충전 전류를 대폭 낮춤으로써, 배터리의 팽창을 크게 저하시켜, 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 상기 제1 설정 SOC는 24.7%, 또는 24.8%, 또는 24.9%, 또는 25%, 또는 25.1%, 또는 25.2% 또는 25.3%를 포함한다.
본 출원의 실시예에서, 배터리의 유형, 온도 등에 따라 제1 설정 SOC를 결정하고, 배터리에 대해 충전을 수행 시, 제 1 설정 SOC 부근에서, 배터리의 충전율을 저하시켜, 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 상기 제1 SOC 범위는 20% ~ 40%를 포함한다.
출원의 실시예에서, 배터리 특성, 배터리의 사용 환경 온도 등에 따라, 제1 SOC 범위를 결정하고, 이 구간에서 배터리의 충전 전류를 저하시켜, 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.
제2 양태에 있어서, 본 출원은 상기의 배터리 충전 방법에 따라 충전을 수행하여 상응하는 전기에너지를 구비하게 되는 배터리 셀을 포함하는 배터리를 제공한다.
제3 양태에 있어서, 본 출원은 장치 본체 및 상기의 배터리를 사용하는 전원을 포함하는 전기에너지 장치를 제공한다.
상기 설명은 본 출원의 기술적 방안의 개략적 설명일 뿐이고, 본 출원의 기술적 수단이 더욱 명확하게 이해될 수 있도록, 명세서의 내용에 따라 구현될 수 있고, 본 출원의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점이 보다 명확하고 쉽게 이해될 수 있도록, 아래에 특별히 본 출원의 구체적 실시 방식을 열거한다.
본 출원의 실시예의 기술적 방안에서, 배터리에 대한 충전을 수행 시, 셀의 사이클 팽창력을 고려하여, 배터리에 대해 충전 시, 배터리의 팽창력에 대응되는 SOC에 따라 제1 SOC 범위를 결정하고, 상기 제1 SOC 범위 내에서 배터리의 충전율을 먼저 하강되게 조정하고, 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC에 근접하면, 비교적 낮은 충전율로 배터리에 대해 충전을 수행하여, 배터리의 팽창력을 저하시킴으로써, 배터리의 사용 수명을 향상시킨다.
하기 본 명세서의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명을 통해, 통상의 기술자는 다양한 장점 및 이점이 명료해지게 된다. 첨부 도면은 바람직한 실시 향태의 목적을 도시하기 위한 것일 뿐이고, 본 출원에 대해 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 또한, 첨부 도면 전체에서, 동일한 부호로 동일한 부재를 표시하였다. 도면에서,
도 1은 본 출원의 일 실시예가 제공하는 차량의 구조 개략도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 충전단계 및 충전 전류 개략도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 1이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 2이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 충전 단계 및 충전 전류 개략도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 1이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 2이다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 3이다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 4이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 최저 충전율과 온도 사이의 관계 개략도이다.
아래에 도면을 결합하여 본 출원의 기술적 방안의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 이하 실시예로 본 출원의 기술적 방안을 보다 명확하게 설명하는 것일 뿐이므로, 예시만으로, 본 출원의 보호범위를 제한할 수 없다.
달리 정의되지 않는 한, 본 출원에서 사용한 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원의 기술 분야의 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 함의와 동일하고; 본문에서 사용된 용어는 구체적 실시예의 목적을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 출원을 제한하기 위한 목적이 아니고; 본 출원의 명세서 및 청구범위 및 상기 도면 설명의 용어 "포함" 및 "구비"및 이들의 어떠한 변형은 비-배타적 포함(non-exclusive inclusion)을 망라하도록 의도된다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 기술 용어 "제1" "제2" 등은 다른 대상을 구별하기 위한 것일 뿐이며, 상대적 중요성을 지시 또는 암시하거나 또는 지시된 구성요소의 수량, 특정 순서 또는 주종관계를 암시적으로 명시하기 위한 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 출원의 실시예의 설명에서, 달리 명확하고 구체적인 한정이 없는 한, "복수"는 두 개 이상을 의미한다.
본문에서 언급한 "실시예"는 실시예와 결합하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성은 본 출원의 적어도 일 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 각 위치에 상기 문구가 등장한 것은 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니며, 기타 실시예와 상호 배타적이고 독립적인 또는 대안적인 실시예인 것도 아니다. 본문에 설명된 실시예는 기타 실시예와 서로 결합될 수 있는 것으로 통상의 기술자에 의해 명시적 및 묵시적으로 이해된다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 용어 "및/또는"은 설명 관련 대상의 관련 관계일 뿐이고, 세 가지 관계가 존재할 수 있음을 나타내며, 예컨대 A 및/또는 B는 A가 단독으로 존재하고, 동시에 A 및 B가 존재하며, B가 단독으로 존재하는 이 세 가지 관계가 존재할 수 있음을 나타낸다. 또한, 본문에서 "/"라는 문자부호는, 일반적으로 전후 관련 대상이 "또는"의 관계임을 나타낸다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 용어 "복수"가 가리키는 것은 두 개 이상(두개 포함)이며, 마찬가지로, "멀티 그룹"은 두 그룹 이상(두 그룹 포함)을 가리키고, "멀티 피스"는 두 피스 이상(두 피스 포함)을 가리킨다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 기술 용어 "센터" "종방향" "횡방향" "길이" "폭" "두께""상" "하" "전" "후" "좌""우" "수직" "수평" "상단" "하단" "내" "외" "시계방향" "반시계방향" "축방향" "지름방향" "반경 방향" "둘레방향" 등으로 지시되는 방위 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계에 기반하며, 본 출원의 실시예의 설명을 간편하게 하기 위한 것일 뿐이며, 가리키는 장치 또는 부재가 반드시 특정된 방위를 가져야 하고 특정된 방위로 구축 및 동작되어야 함을 지시 또는 암시하는 것은 아니므로, 본 출원을 제한하는 것으로 이해하여서는 안 된다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 달리 명확히 규정 및 한정되지 않는 한, 용어 "장착", "상호 연결", "연결", "고정"등 용어는 광의적으로 이해되어야 하며, 예컨대, 고정 연결일 수 있고, 착탈 가능한 연결일 수도 있으며, 또는 일체적 연결일 수 있고; 기계적 연결일 수도 있으며, 전기적 연결일 수도 있고; 직접 연결일 수 있으며, 중간 매체를 통한 상호 연결일 수도 있고, 두 개 부재의 내부적인 연통 또는 두 개 부재의 상호 작용 관계일 수 있다. 본 분야의 통상의 기술자에게 있어서, 본 출원의 실시예에서 상기 용어들의 구체적 함의는 구체적인 상황에 따라 이해될 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 리튬 배터리 충전 방법을 예로 들어, 그 충전 전략은 각각의 충전 단계의 전류가 모두 정전류인 복수의 충전 단계를 포함하고; 서로 인접한 두 개의 충전 단계에서 이전 충전 단계의 정전류는 다음 충전 단계의 정전류보다 크며; 이전 충전 단계의 종료 노드와 다음 충전 단계의 시작 노드 간의 전압은 변경되지 않고 유지되며 전류는 점차 감소되고; 각각의 충전 단계에서, 종료 노드의 전압은 시작 노드의 전압보다 높은 정전류 정전압 차수 감소 전략이 포함된다는 점에 주목하였다. 서로 인접한 두 개의 충전 단계에서, 이전 충전 단계 종료 노드와 다음 충전 단계 시작 노드 간에 배터리를 계속 충전시켜, 배터리를 보다 빠르게 만충전되게 함으로써 리튬 배터리의 충전율을 향상시키는 과도 단계가 구비된다. 그러나 상기 배터리의 충전 방법은, 배터리가 SOC 또는 그 부근 구역에 있으면, 배터리 셀의 팽창력이 비교적 크다는 점이 고려되지 않았고, 이 경우, 배터리의 충전율을 적절히 낮추어, 배터리의 팽창력을 저하시켜야 하지만, 현재의 충전 방법은 대부분 충전 효율 및 충전 시간은 고려하였지만, 배터리의 팽창력 상황 및 배터리의 사용 수명 등은 고려하지 않았다.
충전 단계에서의 배터리 팽창력의 문제를 완화하기 위하여, 출원인은 연구를 통해 배터리에 대해 충전을 수행 시, 배터리의 팽창력이 너무 크면 배터리의 고속 충전에 불리하며, 어느 SOC 또는 그 부근 영역에서 배터리의 팽창력을 저하시키기 위하여 충전율을 낮추어야 한다는 것을 발견하였다. 따라서, 일부 SOC 구간에서는 배터리의 사용 수명 향상을 위해 배터리의 충전율을 저하시켜야 하고, 기타 SOC 구간에서는 배터리의 충전율을 향상시킬 수 있다.
본 출원의 실시예에 공개된 배터리 충전 방법은 리튬 배터리, 리튬 인산철 배터리 등에 대해 충전을 수행할 수 있고, 배터리의 사용 수명을 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리의 충전효율을 보장할 수 있다. 본 출원의 실시예 충전 방법의 배터리는 차량, 선박, 항공기 등 전기 장치에 사용될 수 있다.
본 출원의 실시예는 충전 방법을 사용한 배터리를 전원으로 사용하는 전기 장치를 제공하고, 전기 장치는 휴대폰, 태블릿, 노트북 컴퓨터, 전기 장난감, 전동공구, 배터리 자동차, 전기 자동차, 선박, 우주선 등일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 여기서, 전기 장난감은 예컨대, 게임기, 전기 자동차 장난감, 전기 선박 장난감, 전기 비행기 장난감 등 고정식 또는 이동식의 전기 장난감이 포함될 수 있고, 우주선은 비행기, 로켓, 우주왕복선 및 우주선 등이 포함될 수 있다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 출원의 일부 실시예가 제공하는 차량(100)의 구조 개략도이다. 차량(100)은 연료 자동차, 가스 자동차 또는 신재생에너지 자동차일 수 있고, 신재생에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 주행거리 연장형 자동차 등일 수 있다. 차량(100)의 내부는 배터리(10)가 설치되어 있고, 배터리(10)는 차량(100)의 하단부 또는 헤드부 또는 테일부에 설치될 수 있다. 배터리(10)는 차량(100) 전원 공급용일 수 있고, 예컨대, 배터리(10)는 차량(100)의 작동 전원으로 사용될 수 있다. 차량(100)은 컨트롤러(110) 및 모터(120)를 더 포함할 수 있고, 컨트롤러(110)는 배터리(10)를 제어하여 모터(120)에 전력을 공급하며, 예컨대, 차량(100)의 시동, 네비게이션 및 주행시의 작업 전력 수요에 사용된다.
본 출원의 일부 실시예에서, 배터리(10)는 차량(100)의 작동 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 연료 또는 천연 가스를 대체 또는 부분적으로 대체하여 차량(100)에 구동 동력을 제공하는 차량(100)의 구동 전원으로 더 사용될 수 있다.
다양한 사용 전력 수요를 충족시키기 위하여, 배터리(10)는 복수 배터리 셀(210)을 포함할 수 있고, 배터리 셀(210)은 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 구성하는 최소 단위를 가리킨다. 복수 배터리 셀(210)은 전극 단자를 통해 다양한 응용 시나리오에 응용되기 위하여 함께 직렬 및/또는 병렬될 수 있다. 본 출원에서 언급된 배터리 팩은 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 포함한다. 여기서, 복수 배터리 셀(210) 사이는 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결일 수 있고, 혼합 연결은 직렬과 병렬의 혼합을 가리킨다. 배터리(10)는 배터리 팩이라고도 불릴 수 있다. 본 출원의 실시예에서 복수 배터리 셀(210)은 직접 배터리 팩을 구성할 수 있고, 먼저 배터리 모듈(20)을 구성하고, 배터리 모듈(20)이 다시 배터리 팩을 구성할 수도 있다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리(10)의 구조 개략도를 도시하였다. 도 2에서, 배터리 팩(10)은 복수 배터리 모듈(20) 및 박스체(30)를 포함할 수 있고, 복수 배터리 모듈(20)은 박스체(30) 내부에 수용된다. 박스체(30)는 액체 또는 기타 이물질이 배터리 셀(210)의 충전 또는 방전에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여, 배터리 셀(210) 또는 배터리 모듈(20)을 수용한다. 박스체(30)는 단일 직육면체 또는 원기둥체 또는 구체 등 단순한 입체 구조일 수 있고, 직육면체 또는 원기둥체 또는 구체 등 단순한 입체 구조로 구성되어 이루어진 복잡한 입체 구조일 수도 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다. 박스체(30)의 재질은 알루미늄 합금, 철 합금 등 합금 재료일 수 있고, 폴리카보네이트, 폴리이소시아누레이트 폼 플라스틱 등과 같은 고분자 재료일 수도 있으며, 또는 유리섬유에 에폭시 수지를 첨가한 복합 재료일 수도 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 마찬가지로 한정하지 않는다.
일부 실시예에서, 박스체(30)는 제1 부분(301)과 제2 부분(302)을 포함할 수 있고, 제1 부분(301)과 제2 부분(302)은 상호 커버 결합되며, 제1 부분(301)과 제2 부분(302)은 배터리 셀(210)을 수용하는 공간을 공통으로 한정한다. 제2 부분(302)은 일단이 개방된 중공 구조일 수 있고, 제1 부분(301)은 플레이트형 구조일 수 있으며, 제1 부분(301)과 제2 부분(302)이 배터리 셀(210)을 수용하는 공간을 공통으로 한정하기 위하여, 제1 부분(301)은 제2 부분(302)의 개구측에 커버 결합될 수 있고; 제1 부분(301)과 제2 부분(302)은 모두 일측 개구의 중공 구조일 수도 있으며, 제1 부분(301)의 개구측은 제2 부분(302)의 개구측에 커버 결합된다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(20)의 구조 개략도를 도시하였다. 도 3에서, 배터리 모듈(20)은 복수 배터리 셀(210)을 포함할 수 있고, 복수 배터리 셀(210)은 먼저 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결되어 배터리 모듈(20)을 구성하고, 복수 배터리 모듈(20)은 다시 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결되어 배터리(10)를 구성할 수 있다. 본 출원에서, 배터리 셀(210)은 리튬 이온 배터리, 나트륨 이온 배터리 또는 마그네슘 이온 배터리 등일 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다. 배터리 셀(210)은 원기둥체, 편평체, 직육면체 또는 기타 형상 등일 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 마찬가지로 한정하지 않는다. 배터리 셀(210)은 일반적으로 패키징의 방식에 따라, 원통형 배터리 셀(210), 각형 배터리 셀(210) 및 파우치 배터리 셀(210) 세 가지 유형으로 구분되고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 마찬가지로 한정하지 않는다. 그러나, 간결한 설명을 위하여, 하기 실시예들은 모두 각형 배터리 셀(210)을 예로 설명을 진행한다.
도 4는 본 출원의 일부 실시예가 제공하는 배터리 셀(210)의 분해 구조 개략도이다. 배터리 셀(210)은 배터리를 구성하는 최소 단위를 가리킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(210)은 엔드 캡(211), 쉘(212) 및 셀 어셈블리(213)를 포함한다.
엔드 캡(211)은 배터리 셀(210)의 내부 환경을 외부 환경의 부재와 격리시키기 위하여 쉘(212)의 개구부에 커버 결합된다. 제한 없이, 엔드 캡(211)의 형상은 쉘(212)과 일치하도록 쉘(212)의 형상과 서로 순응될 수 있다. 선택적으로, 엔드 캡(211)은 일정 경도 및 강도를 갖는 재질(예, 알루미늄 합금)로 만들어 질 수 있고, 이와 같이, 엔드 캡(211)은 압착 및 충돌될 때 쉽게 변형이 일어나지 않아, 배터리 셀(210)이 보다 높은 구조적 강도를 구비하게 하여, 안전 성능 역시 다소 향상될 수 있다. 엔드 캡(211)에는 전극 단자(211a) 등과 같은 기능성 부재가 설치될 수 있다. 전극 단자(211a)는 배터리 셀(210)의 전기 에너지를 출력 또는 입력하기 위하여, 셀 어셈블리(213)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 엔드 캡(211)에는 배터리 셀(210)의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달하면, 내부 압력을 해제하는 압력 해제 메커니즘이 더 설치될 수 있다. 엔드 캡(211)의 재질은 예컨대, 구리, 철, 알루미늄, 스테인리스강, 알루미늄 합금, 플라스틱 등 다양할 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대해 특별히 제한하지 않는다. 일부 실시예에서, 엔드 캡(211)의 내측은 절연 부재가 더 설치될 수 있고, 절연 부재는 단락의 위험을 줄이기 위해, 쉘(212) 내의 전기 연결 부재를 엔드 캡(211)과 격리시킬 수 있다. 예시적으로, 절연 부재는 플라스틱, 고무 등일 수 있다.
쉘(212)은 배터리 셀(210)의 내부 환경의 어셈블리를 형성하기 위하여 엔드 캡(211)에 일치시키되, 여기서, 형성된 내부 환경은 셀 어셈블리(213), 전해질(도면에 도시되지 않음) 및 기타 부재를 수용할 수 있다. 쉘(212) 및 엔드 캡(211)은 독립적인 부재일 수 있고, 쉘(212)에 개구가 설치되어, 개구부에서 엔드 캡(211)으로 개구를 커버하여 배터리 셀(210)의 내부 환경을 형성할 수 있다. 제한 없이, 엔드 캡(211)과 쉘(212)이 일체화될 수도 있으며, 구체적으로 엔드 캡(211)과 쉘(212)은 기타 부재가 쉘에 장입되기 전에 먼저 1 개의 공통된 연결면을 형성할 수 있어, 쉘(212)의 내부에 대한 패키징이 필요 시, 다시 엔드 캡(211)으로 쉘(212)을 커버할 수 있다. 쉘(212)은 예컨대, 직육면체형, 원기둥체형, 육각 기둥형 등 다양한 형상과 다양한 치수일수 있다. 구체적으로, 쉘(212)의 형상은 셀 어셈블리(213)의 구체적인 형상 및 치수 크기에 따라 결정될 수 있다. 엔드 캡(212)의 재질은 예컨대, 구리, 철, 알루미늄, 스테인리스강, 알루미늄 합금, 플라스틱 등 다양할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 특별히 제한하지 않는다.
셀 어셈블리(213)는 배터리 셀(210)에서 전기화학적 반응을 발생시키는 부재이다. 엔드 캡(212) 내에 하나 이상의 셀 어셈블리(213)가 포함될 수 있다. 셀 어셈블리(213)는 주로 양극 시트와 음극 시트를 권취하거나 또는 적층하여 배치 형성되고, 통상적으로 양극 시트와 음극 시트 사이에 격막이 설치된다. 양극 시트와 음극 시트의 활성물질을 갖는 부분은 셀 어셈블리의 본체부를 구성하고, 양극 시트와 음극 시트의 활성물질을 갖지 않는 부분은 각각 탭을 구성한다(도면에 도시되지 않음). 양극 탭과 음극 탭은 공통으로 본체부의 일단에 위치하거나 또는 본체부의 양단에 각각 위치할 수 있다. 배터리의 충방전 과정에서, 양극 활성물질과 음극 활성물질은 전해액과 반응이 일어나며, 전류 회로를 형성하기 위하여 탭은 전극 단자와 연결된다.
도 5를 참조하면, 도 5는 충전 단계 및 충전 전류 개략도이고, 현재 흔히 볼 수 있는 계단식 충전 전략은, 각각의 충전 단계의 충전 전류가 모두 정전류인 복수 충전 단계를 포함하며; 서로 인접한 두 개의 충전 단계에서 이전 충전 단계의 정전류는 다음 충전 단계의 정전류보다 크고; 이전 충전 단계의 종료 노드와 다음 충전 단계의 시작 노드 사이에서, 충전 전압은 변경되지 않고 유지되며 충전 전류는 점차 감소되고; 각각의 충전 단계에서, 종료 노드의 전압은 시작 노드의 전압보다 높은 정전류 정전압 차수 감소 전략을 포함한다.
본 출원의 실시예는 배터리 셀에 대해, 배터리 셀의 시스템 특성을 이용하여 효과적으로 셀 사이클 성능을 발휘하여, 셀 사이클 작동 조건 수명을 향상시킬 수 있는 신규 충전 전략을 제안한다. 구체적으로, 리튬 배터리의 팽창력 극대 구역에서, 전류 하강 처리를 적절히 수행한다. 이로써, 사이클 과정에서 셀의 분극화 누적이 저하되고, 셀의 사이클 성능이 고효율적으로 발휘되어, 셀의 사이클 수명이 향상된다. 본 출원의 실시예는 배터리의 0-80%의 SOC 구간에서, 충전율을 저하시킬 필요가 있는 구체적인 SOC를 결정하고, 결정된 SOC에서, 그 충전율을 저하시킨다.
본 출원의 실시예에서, 충전율은 배터리 충전이 빠르고 느린 측정 지표이고, 배터리가 규정된 시간 내에 그 정격 용량까지 충전되었을 때 필요한 전류값을 가리키며, 이는 수치적으로 배터리 정격 용량의 배수이며, 즉 충전 전류/배터리 정격 용량 = 충전율이다. 배터리가 방전된 후, 직류 전류를 사용하여 방전 전류와 반대된 방향으로 스토리지 배터리를 통과시켜, 스토리지 배터리의 작동 능력을 회복시키며, 이 과정은 스토리지 배터리 충전이라고 불린다. 스토리지 배터리 충전 시, 배터리 양극은 전원 양극과 서로 연결시키고, 배터리 음극은 전원 음극과 서로 연결시키며, 충전 전원 전압은 반드시 배터리의 총 기전력보다 높아야 한다. 충전 방식에는 정전류 충전과 정전압 충전 두 가지가 있다.
정전류 충전 방식은 충전 장치의 전압 출력을 조정하거나 또는 스토리지 배터리와 직렬로 연결된 저항을 변경하는 방법으로, 충전 전류 강도가 변하지 않도록 유지하는 충전 방법이다. 제어 방법은 간단하지만, 배터리의 수용 가능 능력은 충전 과정의 수행에 따라 점차 하강되므로, 충전 후기 단계에 이르면, 충전 전류는 전해수, 가스 발생, 가스 과다 배출에 많이 사용되므로, 계단 충전방식이 자주 선택되어 사용된다.
충전 전원의 전압은 충전 시간 내내 일정한 수치를 유지하며, 스토리지 배터리의 전압이 점차 높아짐에 따라, 전류는 점차 감소된다. 정전류 충전 방식과 비교하면, 그 충전 과정은 최적의 충전 곡선에 더 가깝다. 정전압을 사용한 급속 충전은, 충전 초기 스토리지 배터리 기전력이 비교적 낮고, 충전 전류가 매우 커서, 충전이 진행됨에 따라, 전류는 점차 감소되므로, 간단하고 용이한 제어 시스템만 필요하다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 배터리 충전 과정에서, 상기 배터리의 충전 상태(SOC)가 제1 SOC 범위에 도달한 것으로 판단되면, 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값 내지 제1 설정 SOC의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 제1 충전율에서부터 제2 충전율까지 하강되게 조정하고, 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정한다.
본 출원의 실시예에 따른 배터리 충전 방법은, 종래 배터리 충전 방식과 유사한 충전 방법을 채택하여 즉, 배터리 충전 초기 단계에서, 비교적 큰 충전율로 배터리에 대한 충전을 수행하여, 배터리의 SOC가 제1 SOC 범위 내에 위치하면, SOC가 낮은 데서부터 끊임없이 높아짐에 따라, 상기 배터리의 충전율을 먼저 하강되게 조정하고, 다시 반등되게 조정한다. 본 출원의 실시예에서, 배터리 시스템 셀의 사이클 과정, 배터리가 위치한 환경의 온도 및 많은 실험에 따라, 배터리의 SOC가 25%의 부근에 있으면, 배터리의 팽창력이 극대값에 도달하며, 충전 과정에서, 충전 SOC가 25%의 SOC에 근접하면, 비교적 낮은 전류를 사용하여 충전을 수행하여, 팽창 극대값으로 인해 가져오게 되는 편광(polarization) 윈도우 열화가 감소되어, 셀 성능을 보다 고효율적으로 이용한다는 점이 발견되었다. 즉, 본 출원의 실시예에 따른 충전 전략 추세는 분명한 오목 구역 특징을 나타내는데, 즉 배터리의 충전율을 먼저 하강되게 한 다음, 충전 배터리의 충전율을 향상시키며, 즉 배터리의 SOC가 0-80%의 구간 내에 있으면, 오목 구역은 SOC 구역이 20%-40%인 구간에 나타나고, 충전율의 극저값은 25%의 SOC에서 나타난다.
본 출원의 실시예의 기술적 방안에서, 배터리에 대해 충전을 수행 시, 셀의 사이클 팽창력을 고려하여, 배터리에 대해 충전 시, 배터리의 팽창력에 대응하는 SOC에 따라 제1 SOC 범위를 결정하고, 배터리의 충전 상태(SOC)가 제1 SOC 범위에 도달하면, 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값 내지 제1 설정 SOC의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 제1 충전율에서부터 제2 충전율까지 하강되게 조정하고, 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하며, 배터리의 SOC가 25%인 것과 같이 제1 설정 SOC에 근접하면, 비교적 낮은 충전율로 배터리에 대해 충전을 수행하여, 배터리의 팽창력을 저하시킴으로써 배터리의 사용 수명을 향상시킨다. 배터리의 SOC가 제1 설정 SOC를 초과하면, 배터리의 충전효율을 보장하기 위하여 가능한 한 빠르게 배터리의 충전율을 향상시킨다. 여기서, 제3 충전율은 제1 충전율보다 크다.
아래에 구체적 예시를 통해, 본 출원의 실시예의 기술적 방안의 본질을 추가적으로 명확히 설명한다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제2 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율로 유지되도록 유지하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제2 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함한다.
도6을 참조하면, 도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 1이고, 배터리의 SOC가 0 내지 80%인 구간 내에서, 상규적인 충전 전략은 정전압 전류이다. 본 출원의 실시예에 따른 충전 전략은, 배터리의 주변 온도가 25℃인 예를 들어, 본 출원의 실시예에 따른 신규 충전 전략은 상규적 충전 전략에 비해, 20 ~ 40%의 SOC 구간 내에서 분명한 전류 저하 추세가 나타나고, 25% ~ 35%의 구간은 정전류 충전이며, 그 충전율은 기존 설정된 0.2 ~ 0.8사이이고, 상기 전략을 통해 셀 성능을 효과적으로 이용할 수 있어, 셀 수명을 연장한다. 한 가지 구현 방식으로서, 충전율은 F(25%) = F(30%) = F(35%) = 0.42*F(20%)이다. 즉 SOC가 0 내지 20%인 구역에서, 충전율은 종래 충전 전략의 충전율과 동일하게 유지되고, SOC가 20% 내지 25%인 구역에서, 충전율을 기존 충전율의 0.42배 저하시켜, 즉 기존 충전율이 그의 0.42배까지 하강되어, SOC가 30% 내지 35%인 구역에서, 배터리의 충전율이 기존 충전율(SOC가 20%인)의 0.42배 유지되며, SOC가 35% 내지 40%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율 즉 SOC가 20%인 충전율로 향상시킨다. SOC가 40% 내지 80%인 구역에서, SOC가 20%인 충전율을 유지한다. SOC가 80% 내지 100%인 구역에서, 충전율을 하강시켜, 종래 배터리 충전 전략과 동일하게 유지한다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 전술한 제1 충전율은 SOC가 20%인 충전율을 포함하고, 제2 충전율은 SOC가 30% 내지 35%인 충전율, 즉 20%인 충전율의 0.42배를 포함한다. 본 출원의 실시예에서, 제2 충전율은 0.28배, 0.35배, 0.45배, 0.56배 등과 같은 SOC가 20%인 충전율의 0.2배 내지 0.8배의 임의의 속도일 수도 있고, 배터리 충전 과정에서의 팽창력을 저하시키는 것이 바람직하므로, 구체적으로 배터리가 충전되는 과정에서 팽창력에 따라 결정된다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC의 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함한다. SOC가 제1 설정 SOC에 근접하면, 충전율을 최저값까지 저하시키고, SOC가 제1 설정 SOC를 초과하면, 배터리의 충전율을 향상시킨다. 즉 충전 SOC가 제1 설정 SOC에 근접하면, 배터리의 팽창 극대값이 가져오게 되는 편광 윈도우 열화를 방지하기 위하여, 배터리의 충전율을 최소값까지 저하시키고, SOC가 제1 설정 SOC를 초과하면, 배터리의 충전율을 향상시킨다.
도 7을 참조하면, 도 7는 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 2이고, 25℃를 예로 들면, 본 출원의 실시예에 따른 신규 충전 전략은 상규적 충전 전략에 비해, 0 ~ 40%의 SOC 구간 내에서 분명한 전류 저하 추세가 나타나고, 25% ~ 40%의 구간에서 계단 충전이고(도 7은 단조적으로(monotonically) 증가되는 계단 도시), 그 충전율은 기존 설정된 0.2 ~ 0.8사이이다. 여기서, 각각의 온도는 모두 상응하는 최적 비율을 갖는다. 본 출원의 실시예는 상기 전략을 통해 셀 성능을 효과적으로 이용할 수 있어, 셀 수명을 연장하고, 충전 전략은 하기와 같다.
F(25%) = 0.42*F(20%) ＜ F(30%) ＜ F(35%) ＜ F(40%).
도 7에 도시된 충전 전략은, 배터리의 SOC가 0 내지 20%인 구역에서, 충전율은 종래 충전 전략의 충전율과 동일하게 유지되고, SOC가 20% 내지 25%인 구역에서, 충전율을 기존 충전율의 0.42배까지 저하시켜, 즉 기존 충전율이 그의 0.42배까지 하강되어, SOC가 25% 내지 40%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율로 향상시킨다. SOC가 40% 내지 80%인 구역에서, SOC가 20%인 충전율을 유지한다. SOC가 80% 내지 100%인 구역에서, 충전율을 하강시켜, 종래 배터리 충전 전략과 동일하게 유지한다.
SOC가 25% 내지 40%인 구역에서, 충전율 방안은 하기 방식과 같다.
F(25%) = 0.42(20%에 대응되는 F);
F(30%) = 0.6(20%에 대응되는 F);
F(35%) = 0.7(20%에 대응되는 F);
SOC가 25% 내지 40%인 구역에서, 충전율 방안은 하기 방식과 같다.
F(25%) = 0.42(20%에 대응되는 F);
F(30%) = 0.5(20%에 대응되는 F);
F(35%) = 0.6(20%에 대응되는 F).
본 출원의 일부 실시예에 따라, 제2 충전율은 SOC가 20%인 충전율(SOC가 0-20%인 충전율)의 0.42배를 포함한다. 0.28배, 0.35배, 0.45배, 0.56배 등과 같은 SOC가 20%인 충전율의 0.2배 내지 0.8배의 임의의 속도일 수도 있고, 배터리 충전 과정에서 팽창력을 저하시키는 것이 바람직하므로, 구체적으로 배터리가 충전되는 과정에서 팽창력에 따라 결정된다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제3 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제3 SOC 내지 제4 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제3 충전율에서부터 상기 제2 충전율까지 하강되게 조정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제4 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제4 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 상승되게 조정하는 단계를 포함하여, 배터리의 충전율이 톱니상을 나타내게 한다. 여기서, 제4 충전율은 제2 충전율보다 크다.
도 8을 참조하면, 도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 3이고, 25℃를 예로 들면, 본 출원의 실시예에 따른 신규 충전 전략은 상규적 충전 전략에 비해, 20 ~ 40%의 SOC 구간 내에서 분명한 전류 저하 추세가 나타나며, 25% ~ 40%의 구간은 계단 충전이고("톱니상과 유사한" 계단 충전으로 도시), SOC가 25%이면, 충전율은 기존 설정된 0.2 ~ 0.8사이이고(각각의 온도는 모두 최적 비율을 가짐), 상기 전략을 통해 셀 성능을 효과적으로 이용할 수 있어, 셀 수명을 연장한다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 배터리의 SOC가 0 내지 20%인 구역에서, 충전율은 종래 충전 전략의 충전율과 동일하게 유지되고, SOC가 20% 내지 25%인 구역에서, 충전율을 기존 충전율의 0.42배까지 저하시켜, 즉 최초 충전율이 그의 0.42배까지 하강되고, SOC가 25% 내지 30%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율의 0.6배로 향상시키며, 여기서, 0.6배의 기존 충전율은 즉 제4 충전율이다. 상기 제4 충전율은 기존 충전율의 0.65배, 0.5배 등일 수 있고, 제2 충전율보다 크면 된다. 30% 내지 35%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율의 0.6배에서 다시 기존 충전율의 0.42배까지 하강시키고, 35% 내지 40%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율의 0.42배에서부터 기존 충전 전략의 충전율까지 향상시킨다. SOC가 40% 내지 80%인 구역에서, SOC가 20%인 충전율을 유지한다. SOC가 80% 내지 100%인 구역에서, 충전율을 하강시켜, 종래 배터리 충전 전략과 동일하게 유지한다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 최저 충전율에 대해, 주변 온도에 따라 SOC가 20%인 충전율의 배수의 관계는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
온도(℃) 배수 관계
20 0.33
25 0.42
30 0.5
35 0.59
40 0.7
45 0.8
본 출원의 일부 실시예에 따라, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는,
상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함하되; 여기서, 상기 제3 충전율은 상기 제1 충전율보다 크다. 여기서, 상기 배터리의 SOC가 영(zero)에서부터 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값의 범위에 도달하면, 제5 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 하강되는 충전 전략으로 상기 배터리에 대해 충전을 수행한다. 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값 내지 제5 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제3 충전율에서부터 상기 제6 충전율까지 상승되게 조정하고, 다시 상기 제6 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 하강되게 조정한다.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 충전 전략의 개략도 4이고, 25℃를 예로 들면, SOC가 0 ~ 20%인 구간에서, 기존 배터리 충전 전략에 비해, 배터리 충전율을 기존 충전율의 1.4배 등으로 직접 향상시키거나, 또는 적어도 기존 충전율(리튬 석출 윈도우 내에 있음)보다 커야 하며, 즉 배터리가 충전되는 초기 충전율을 기존 배터리 충전 전략의 충전율의 1.4배로 직접 조정할 수 있고, 여기서, 기존 충전율의 1.4배인 충전율은 즉 제5 충전율이고, 상기 제5 충전율의 값은 상황에 따라 설정되며, 최초 충전율의 1.3배 등일 수도 있다. SOC가 0 ~ 20%인 구간에서, 배터리의 충전율을 기존 배터리 충전 전략의 충전율로 점차 저하시키고, SOC가 20 ~ 25%인 단계에서, 도 7에 도시된 사례 2를 채택하여, 충전율을 기존 충전율의 0.42까지 저하시켜, 즉 기존 충전율이 그의 0.42까지 하강되게 하고, SOC가 25% 내지 40%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율로 향상시킨다. 구체적으로, 25% 내지 40%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율의 0.42배에서 기존 충전 전략의 충전율의 1.1배까지 향상시키고, 40% 내지 50%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율의 1.1배에서부터 기존 충전 전략의 충전율의 1.2배까지 향상시킨다. SOC가 50% 내지 70%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전율의 1.2배에서 기존 충전 전략의 충전율까지 하강시킨다. SOC가 70% 내지 80%인 구역에서, 배터리의 충전율을 기존 충전 전략의 충전율로 유지되게 하고; SOC가 80% 내지 100%인 구역에서, 충전율을 하강시켜, 종래 배터리 충전 전략과 동일하게 유지한다. 이 예시는 배터리의 전체 충전 지속 시간을 기본적으로 배터리의 기존 충전 전략과 동일하게 하는 것을 전제로, 셀의 사이클 수명을 개선한다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 전술한 제1 설정 SOC는 24.5% 내지 25.5%의 범위 내에 위치하고, 주변 온도에 따라 변동된다. 제1 설정 SOC는 24.7%, 또는 24.8%, 또는 24.9%, 또는 25%, 또는 25.1%, 또는 25.2%, 또는 25.3%가 포함될 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 최저 충전율과 온도 사이의 관계 개략도이고, 전술한 실시예에서 설정된 최저 충전율과 배터리가 있는 주변 온도 사이의 대응 관계는 대략적으로 선형관계이며, 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
온도(℃) 켈빈 온도(K) 켈빈 온도 역수(1/K) 배수 제곱근 수치
20 293.15 0.00341 0.33 1.741 0.554
25 298.15 0.00335 0.42 1.543 0.434
30 303.15 0.00330 0.5 1.414 0.347
35 308.15 0.00325 0.59 1.302 0.264
40 313.15 0.00319 0.7 1.195 0.178
45 318.15 0.00314 0.8 1.118 0.112
각 온도에서 충전율은 표 2에 나타낸 바와 같이, 예컨대 주변 온도가 20℃이면, SOC가 25%인 경우의 충전율은 기존 충전율의 0.33배이고; 마찬가지로, 주변 온도가 25℃이면, SOC가 25%인 경우의 충전율은 기존 충전율의 0.42배이며; 주변 온도가 30℃이면, SOC가 25%인 경우의 충전율은 기존 충전율의 0.5배이고; 주변 온도가 35℃이면, SOC가 25%인 경우의 충전율은 기존 충전율의 0.59배이며; 주변 온도가 40℃이면, SOC가 25%인 경우의 충전율은 기존 충전율의 0.7배이고; 주변 온도가 45℃이면, SOC가 25%인 경우의 충전율은 기존 충전율의 0.8배이다.
본 출원의 일 실시예에 따라, 본 출원에는 상기의 배터리 충전 방법에 따라 충전을 수행하여 상응하는 전기 에너지를 구비하는 배터리 셀을 포함하는 배터리가 기재되어 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 본 출원에는 장치 본체 및 상기의 배터리를 사용하는 전원을 포함하는 전기 에너지 장치가 더 기재되어 있다.
본 출원의 실시예에 따른 전기 에너지 장치는 전술한 임의의 배터리를 응용하는 장치 또는 시스템일 수 있다.
마지막으로 설명을 해두어야 하는 점은, 이상의 각 실시예는 단지 본 출원의 기술방안을 설명하기 위한 것이고, 이를 제한하기 위한 것이 아니며, 전술한 각 실시예를 참조하여 본 출원에 대해 상세히 설명하였으나, 통상의 기술자라면, 전술한 각 실시예에 기재된 기술적 방안에 대해 여전히 수정을 진행하거나, 또는 그 중 구성요소의 부분 또는 전체에 대해 균등한 치환을 할 수 있으며; 아울러 이와 같은 수정 또는 치환은 상응하는 기술적 방안의 본질이 본 출원의 각 실시예의 기술적 방안의 범위를 벗어나지 않게 하고, 이는 모두 본 출원의 청구항 및 명세서의 범위에 망라될 수 있음을 이해하여야 한다. 특히, 구조적 충돌이 존재하지 않는 한, 각 실시예에서 언급된 각 항의 구성요소는 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 본 출원은 본문에 공개된 특정 실시예에 제한되지 않고, 청구범위의 범위에 속하는 모든 기술적 방안을 포함한다.
본 출원은 2021년 11월 29일에 제출한 명칭이 "배터리 충전 방법 및 배터리, 전기에너지 장치"인 중국 특허 출원 202111435377.6의 우선권을 주장한다.
100: 차량 10: 배터리 팩
110: 컨트롤러 120: 모터
210: 배터리 셀 211: 엔드 캡
211a: 전극 단자 212: 쉘
213: 쉘 어셈블리 20: 배터리 모듈
30: 박스체 301: 제1 부분
302: 제2 부분

Claims (12)

  1. 배터리 충전 방법에 있어서,
    상기 방법은, 배터리 충전 과정에서, 상기 배터리의 충전 상태(SOC)가 제1 SOC 범위에 도달한 것으로 판단되면, 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값 내지 제1 설정 SOC의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 제1 충전율에서부터 제2 충전율까지 하강되게 조정하고, 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에서, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 제2 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율로 유지되도록 유지하는 단계;
    상기 배터리의 SOC가 상기 제2 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 제3 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제3 SOC 내지 제4 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제3 충전율에서부터 상기 제2 충전율까지 하강되게 조정하는 단계; 상기 배터리의 SOC가 상기 제4 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 제4 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 상승되게 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제1 충전율 또는 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 상기 단계는,
    상기 배터리의 SOC가 상기 제1 설정 SOC 내지 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제2 충전율에서부터 상기 제3 충전율까지 반등되게 조정하는 단계를 포함하고; 여기서, 상기 제3 충전율은 상기 제1 충전율보다 큰 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 배터리의 SOC가 영(zero) 내지 상기 제1 SOC 범위의 최소 경계값의 범위에 도달하면, 제5 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 하강되는 전략으로 상기 배터리에 대해 충전을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 배터리의 SOC가 상기 제1 SOC 범위의 최대 경계값 내지 제5 SOC의 범위에 도달하면, 상기 배터리의 충전율을 상기 제3 충전율에서부터 제6 충전율까지 상승되게 조정하고, 다시 상기 제6 충전율에서부터 상기 제1 충전율까지 하강되게 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 설정 SOC는 24.5 내지 25.5%의 범위 내에 위치하고, 주변 온도에 따라 변동되는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 설정 SOC가 24.7%, 또는 24.8%, 또는 24.9%, 또는 25%, 또는 25.1%, 또는 25.2% 또는 25.3%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 SOC 범위가 20% ~ 40%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  11. 배터리에 있어서,
    배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 셀은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 충전 방법에 따라 충전을 수행하여 상응하는 전기에너지를 구비하는 것을 특징으로 하는, 배터리.
  12. 전기에너지 장치에 있어서,
    장치 본체 및 전원을 포함하고, 상기 전원은 제11항에 따른 배터리를 사용하는 것을 특징으로 하는, 전기에너지 장치.
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