KR20230117425A - 파워 배터리의 충전 방법 및 배터리 관리 시스템 - Google Patents

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샨 황
광위 쉬
하이리 리
스차오 리
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컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
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Abstract

본 발명의 실시예는 파워 배터리의 안전 성능을 보장하는 기초 상에 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족할 수 있는 파워 배터리의 충전 방법 및 배터리 관리 시스템을 제공한다. 상기 방법은 상기 파워 배터리의 배터리 관리 시스템에 응용되고, 상기 방법은, 상기 파워 배터리의 충전 모드를 획득하는 단계; 상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 단계; 상기 파워 배터리의 충전 과정에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위를 획득하는 단계; 및 상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하는 단계를 포함한다.

Description

파워 배터리의 충전 방법 및 배터리 관리 시스템
본 발명은 파워 배터리 기술분야에 관한 것으로, 특히는 파워 배터리의 충전 방법 및 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
시대의 발전과 더불어, 전기 자동차는 높은 친환경성, 낮은 소음, 낮은 사용 비용 등의 장점으로 인해 거대한 시장 전망을 가지고 있고 에너지 절약 및 배출을 효과적으로 촉진할 수 있으므로 사회의 발전 및 진보에 유리하다.
전기 자동차 및 관련 분야에 있어서, 배터리 기술은 발전에 관계되는 중요한 요소이며, 특히 배터리의 안전 성능은 파워 배터리 관련 제품의 발전과 응용에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전기 자동차에 대한 대중의 수용도에도 영향을 미친다. 이 밖에, 상이한 충전 장면에서 전기 자동차에 대한 사용자의 충전 요구는 다를 수 있다.
따라서, 파워 배터리의 안전 성능과 사용자의 상이한 요구 사이에서 균형을 이루는 것은 시급히 해결해야 할 문제이다.
본 발명의 실시예는 파워 배터리의 안전 성능을 보장하는 기초 상에 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족할 수 있는 파워 배터리의 충전 방법 및 배터리 관리 시스템을 제공한다.
제1양태에 따르면, 파워 배터리의 충전 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 파워 배터리의 배터리 관리 시스템에 응용되며, 상기 방법은, 상기 파워 배터리의 충전 모드를 획득하는 단계; 상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 단계; 상기 파워 배터리의 충전 과정에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위를 획득하는 단계; 및 상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 한편으로, 파워 배터리의 충전 모드는 일반적으로 사용자가 현재 충전 장면에서 자신의 필요에 따라 선택한 충전 모드이므로, 충전 모드에 의해 결정된 음극 전위 안전 임계값에 따라 충전 전류를 조정하면 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족시킬 수 있고; 다른 한편으로, 파워 배터리의 음극 전위 및 음극 전위 안전 임계값에 따라 파워 배터리의 충전 전류를 조정하면 리튬 이온 축적 등 문제로 인한 배터리 연소 또는 폭발 등 파워 배터리의 안전 문제를 방지할 수 있어 파워 배터리의 안전 성능을 보장할 수 있다. 더 나아가, 상기 기술적 해결수단은 소프트웨어를 통해 구현되며, 즉 BMS 하드웨어 비용을 증가시키지 않는 기초 상에 파워 배터리의 안전 성능을 보장하고 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족시키는 목적을 달성한다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 상기 단계는, 상기 파워 배터리의 충전 모드 및 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계에 따라 음극 전위 안전 임계값을 결정하면 구현이 간단할 뿐만 아니라 시간도 적게 걸린다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 충전 모드는 적어도 제1 충전 모드 또는 제2 충전 모드를 포함하되; 상기 제1 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제1 충전 전류이고, 상기 제2 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제2 충전 전류이며, 상기 제1 충전 전류는 상기 제2 충전 전류보다 크고, 상기 제1 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값보다 작다.
파워 배터리의 충전 모드가 충전 전류가 상대적으로 큰 충전 모드인 경우, 사용자가 짧은 시간 내에 파워 배터리의 전기량을 예상 전기량으로 충전하거나 또는 완전히 충전하기를 희망함을 나타내며, 상기 기술적 해결수단에서는 상기 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 작게 설정함으로써 음극 전위가 너무 낮게 떨어지지 않은 상태에서 BMS가 충전 전류를 더 작게 조정하는 문제를 방지할 수 있어 파워 배터리의 충전 전류 및 충전 시간에 영향을 미치지 않는다. 파워 배터리의 충전 모드가 충전 전류가 상대적으로 작은 충전 모드인 경우, 사용자가 충전 속도에 대한 요구가 낮고 파워 배터리의 안전 성능에 대한 요구가 높음을 나타내며, 상기 기술적 해결수단에서는 상기 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 크게 설정하여 파워 배터리의 안전 성능을 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 상기 단계는, 상기 파워 배터리의 충전 모드 및 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 상기 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리의 충전 상태(SOC), 온도 및 건강 상태(SOH) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 기술적 해결수단에서, 파워 배터리의 리튬 석출 위험 정도는 그 자체의 배터리 상태 파라미터와 밀접히 연관되므로, 상기 기술적 해결수단에서는 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 음극 전위 안전 임계값을 결정함으로써, 결정된 음극 전위 안전 임계값이 더욱 정확하고 상기 파워 배터리의 리튬 석출의 임계 전위에 더 가깝도록 한다. 이러한 방식으로, 결정된 음극 전위 안전 임계값 및 파워 배터리의 음극 전위를 기반으로 파워 배터리의 충전 전류를 조정하면 파워 배터리의 안전 성능을 보다 효과적으로 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리가 충전되기 전의 배터리 상태 파라미터이다.
일부 가능한 실시형태에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOC가 제1 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 SOC가 제2 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 SOC 구간의 SOC는 상기 제2 SOC 구간의 SOC보다 작고, 상기 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 작다.
파워 배터리의 SOC가 클수록 파워 배터리의 리튬 석출 위험이 더 높다. 한편으로, 상기 기술적 해결수단에서는 리튬 석출 위험이 높은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 크게 설정하여 파워 배터리의 리튬 석출 위험을 효과적으로 억제하고 파워 배터리의 안전 성능을 향상시킬 수 있다. 다른 한편으로, 상기 기술적 해결수단에서는 리튬 석출 위험이 낮은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 작게 설정하여 파워 배터리의 안전 성능에 영향을 주지 않는 전제하에 파워 배터리의 충전 속도를 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시형태에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 온도가 제1 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 온도가 제2 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 온도 구간의 온도는 상기 제2 온도 구간의 온도보다 낮고, 상기 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
파워 배터리의 온도가 낮을수록 파워 배터리의 리튬 석출 위험이 더 높다. 한편으로, 상기 기술적 해결수단에서는 리튬 석출 위험이 높은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 크게 설정하여 파워 배터리의 리튬 석출 위험을 효과적으로 억제하고 파워 배터리의 안전 성능을 향상시킬 수 있다. 다른 한편으로, 상기 기술적 해결수단에서는 리튬 석출 위험이 낮은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 작게 설정하여 파워 배터리의 안전 성능에 영향을 주지 않는 전제하에 파워 배터리의 충전 속도를 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시형태에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOH가 제1 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 SOH가 제2 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 SOH 구간의 SOH는 상기 제2 SOH 구간의 SOH보다 작고, 상기 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
파워 배터리의 SOH가 작을수록 파워 배터리의 리튬 석출 위험이 더 높다. 한편으로, 상기 기술적 해결수단에서는 리튬 석출 위험이 높은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 크게 설정하여 파워 배터리의 리튬 석출 위험을 효과적으로 억제하고 파워 배터리의 안전 성능을 향상시킬 수 있다. 다른 한편으로, 상기 기술적 해결수단에서는 리튬 석출 위험이 낮은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 작게 설정하여 파워 배터리의 안전 성능에 영향을 주지 않는 전제하에 파워 배터리의 충전 속도를 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하는 상기 단계는, 상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지는 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로 조정하는 단계를 포함하되, 상기 제2 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 작다.
상기 기술적 해결수단에서, 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지면, 상기 파워 배터리에 리튬 석출 현상이 곧 발생할 수 있음을 나타내며, 이 경우, 파워 배터리의 충전 전류를 낮추면 리튬 이온 축적 등 문제로 인한 배터리 연소 또는 폭발 등 파워 배터리의 안전 문제를 방지할 수 있어 파워 배터리의 안전 성능을 보장할 수 있다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하는 상기 단계는, 상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않고 상기 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 큰 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제3 충전 전류로 조정하는 단계를 포함하되, 상기 제3 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 크다.
상기 기술적 해결수단에서, 파워 배터리의 음극 전위가 장시간 동안 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않으면, 파워 배터리 현재 시점의 충전 전류가 너무 작다는 것을 나타낸다. 이 경우, 파워 배터리의 충전 전류를 증가시키면 충전 속도를 향상시키고 파워 배터리의 충전 시간을 크게 단축하여 사용자 경험을 향상시킬 수 있다.
제2양태에 따르면, 파워 배터리의 배터리 관리 시스템을 제공하고, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 파워 배터리의 충전 모드를 획득하기 위해 사용되는 획득 유닛; 상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용되는 결정 유닛; 및 상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하기 위해 사용되는 조정 유닛을 포함하고; 상기 획득 유닛은 또한, 상기 파워 배터리의 충전 과정에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위를 획득하기 위해 사용된다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 결정 유닛은 구체적으로, 상기 파워 배터리의 충전 모드 및 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용된다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 충전 모드는 적어도 제1 충전 모드 또는 제2 충전 모드를 포함하되; 상기 제1 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제1 충전 전류이고, 상기 제2 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제2 충전 전류이며, 상기 제1 충전 전류는 상기 제2 충전 전류보다 크고, 상기 제1 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값보다 작다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 결정 유닛은 구체적으로, 상기 파워 배터리의 충전 모드 및 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 상기 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용되되, 상기 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리의 충전 상태(SOC), 온도 및 건강 상태(SOH) 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리가 충전되기 전의 배터리 상태 파라미터이다.
일부 가능한 실시형태에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOC가 제1 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 SOC가 제2 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 SOC 구간의 SOC는 상기 제2 SOC 구간의 SOC보다 작고, 상기 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 작다.
일부 가능한 실시형태에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 온도가 제1 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 온도가 제2 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 온도 구간의 온도는 상기 제2 온도 구간의 온도보다 낮고, 상기 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
일부 가능한 실시형태에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOH가 제1 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 SOH가 제2 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 SOH 구간의 SOH는 상기 제2 SOH 구간의 SOH보다 작고, 상기 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 조정 유닛은 구체적으로, 상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지는 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로 조정하기 위해 사용되되, 상기 제2 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 작다.
일부 가능한 실시형태에서, 상기 조정 유닛은 구체적으로, 상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않고 상기 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 큰 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제3 충전 전류로 조정하기 위해 사용되되, 상기 제3 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 크다.
제3양태에 따르면, 파워 배터리의 배터리 관리 시스템(BMS)을 제공하고, 상기 배터리 관리 시스템은, 프로그램을 저장하기 위한 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 메모리에 저장된 프로그램이 실행되는 경우, 상기 프로세서는 상기 제1양태 또는 이의 각 실시형태에 따른 방법을 수행하기 위해 사용된다.
상기 기술적 해결수단에서, 한편으로, 파워 배터리의 충전 모드는 일반적으로 사용자가 현재 충전 장면에서 자신의 필요에 따라 선택한 충전 모드이므로, 충전 모드에 의해 결정된 음극 전위 안전 임계값에 따라 충전 전류를 조정하면 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족시킬 수 있고; 다른 한편으로, 파워 배터리의 음극 전위 및 음극 전위 안전 임계값에 따라 파워 배터리의 충전 전류를 조정하면 리튬 이온 축적 등 문제로 인한 배터리 연소 또는 폭발 등 파워 배터리의 안전 문제를 방지할 수 있어 파워 배터리의 안전 성능을 보장할 수 있다. 더 나아가, 상기 기술적 해결수단은 소프트웨어를 통해 구현되며, 즉 BMS 하드웨어 비용을 증가시키지 않는 기초 상에 파워 배터리의 안전 성능을 보장하고 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족시키는 목적을 달성한다.
본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 설명하기 위해, 아래 본 발명의 실시예에서 사용될 도면을 간략히 소개하되, 분명한 것은, 아래에 설명된 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 진보성 창출에 힘쓸 필요 없이 첨부된 도면으로부터 다른 도면들을 얻을 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 충전 시스템의 아키텍처도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분극 1차 RC 등가 회로 모델의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법의 모식적 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 모식적 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 모식적 블록도이다.
아래 첨부된 도면 및 실시예와 결부하여 본 발명의 실시형태에 대해 더욱 자세히 설명한다. 이하의 실시예의 상세한 설명 및 도면은 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용되어서는 안되며, 즉, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 설명에서, 유의해야 할 점은, 달리 명시되지 않는 한, "복수”는 2개 이상을 의미하고; 용어 "상”, "하”, "좌”, "우”, "내”, "외” 등에 의해 지시되는 방위 또는 위치 관계는 단지 본 발명의 설명을 용이하게 하고 단순화하기 위한 것일 뿐, 지시하는 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지거나, 특정된 방위로 구성되거나 작동되어야 함을 명시하거나 암시하는 것이 아니므로, 본 발명에 대한 제한으로 이해되어서는 안된다. 이 밖에, "제1", "제2", "제3" 등 용어는 단지 설명의 목적으로만 사용되며, 상대적인 중요성을 명시하거나 암시하기 위한 것으로 이해되어서는 안된다.
신에너지 분야에서, 파워 배터리는 전기 장치(예를 들어 차량, 선박 또는 항공기 등)의 주요 동력원으로 사용될 수 있다. 현재 시중에 나와 있는 대부분의 파워 배터리는 충전식 축전지이며, 가장 일반적인 것이 리튬 이온 배터리 또는 리튬 이온 폴리머 배터리 등과 같은 리튬 배터리이다. 충전 과정에서는 일반적으로 연속 충전 방식으로 파워 배터리를 충전하고, 파워 배터리의 연속 충전은 파워 배터리의 리튬 석출, 발열 등 현상을 유발하며, 여기서, 리튬 석출, 발열 등 현상은 파워 배터리의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 사이클 수명을 대폭 단축시키고 파워 배터리의 고속 충전 용량을 제한하며, 연소, 폭발과 같은 재난적인 결과를 유발하여 심각한 안전 문제를 초래할 수 있다.
이 밖에, 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구는 다를 수 있다. 예를 들어, 사용자가 급히 충전해야 하는 경우, 배터리에 대한 충전 요구는 충전 속도에 더 편향될 수 있으며; 또한, 사용자가 야간 휴식 시 충전하는 경우, 배터리의 충전 속도에 대한 요구는 크게 감소하고 충전 안전에 더 편향된다.
이에 감안하여, 본 발명의 실시예는 파워 배터리의 안전 성능을 보장하는 기초 상에 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족할 수 있는 파워 배터리의 충전 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 충전 시스템의 아키텍처도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 충전 시스템(100)은 충전 장치(110) 및 배터리 시스템(120)을 포함할 수 있고, 선택적으로, 상기 배터리 시스템(120)은 전기 자동차(순수 전기 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차를 포함)의 배터리 시스템 또는 기타 응용 장면에서의 배터리 시스템일 수 있다.
선택적으로, 배터리 시스템(120)에는 하나 이상의 배터리 팩(battery pack)이 설치될 수 있으며, 상기 하나 이상의 배터리 팩 전체를 파워 배터리(121)로 통칭할 수 있다. 배터리 유형에 있어서, 상기 파워 배터리(121)는 임의의 유형의 배터리일 수 있으며, 리튬 이온 배터리, 리튬 금속 배터리, 리튬 황 배터리, 납산 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리 또는 리튬 공기 배터리 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 배터리 규모에 있어서, 본 발명의 실시예의 파워 배터리(121)는 배터리 모노머/배터리 셀(cell)일 수 있고, 배터리 모듈 또는 배터리 팩일 수도 있으며, 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 모두 복수의 배터리를 직렬 또는 병렬 연결하여 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 파워 배터리(121)의 구체적인 유형 및 규모에 대해 구체적으로 제한하지 않는다.
이 밖에, 상기 파워 배터리(121)에 대해 지능적으로 관리 및 유지보수하고 파워 배터리(121)의 과충전 및 과방전을 방지하며 배터리의 사용 수명을 연장하기 위해, 배터리 시스템(120)에는 일반적으로 충방전 관리, 고전압 제어, 배터리 보호, 배터리 데이터 수집, 배터리 상태 평가 등 기능을 구현하는 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)(122)이 더 설치된다. 선택적으로, 상기 BMS(122)는 파워 배터리(121)와 통합되어 동일한 기기 또는 장치에 설치될 수 있으며, 또는, 상기 BMS(122)는 독립적인 기기 또는 장치로서 파워 배터리(121) 외부에 설치될 수도 있다.
충전 장치(110)는 BMS(122)의 충전 요구에 따라 충전 전력을 출력하여 파워 배터리(121)를 충전할 수 있다. 예를 들어, 충전 장치(110)는 BMS(122)로부터 전송된 요구 전압 및 요구 전류에 따라 전압 및 전류를 출력할 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 실시예에 따른 충전 장치(110)는 충전 파일(Charging Pile)일 수 있으며, 충전기라고도 불린다. 여기서 충전 파일은 예를 들어 일반 충전 파일, 슈퍼 충전 파일, 차량 대 그리드(vehicle to grid, V2G) 모드를 지원하는 충전 파일 등일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 충전 장치(110)는 전선(130)을 통해 파워 배터리(121)에 연결되고, 통신 라인(140)을 통해 BMS(122)에 연결될 수 있으며, 여기서, 통신 라인(140)은 충전 장치(110)와 BMS 사이의 정보 인터랙션을 위해 사용된다. 예시로서, 상기 통신 라인(140)은 컨트롤러 영역 네트워크(control area network, CAN) 통신 버스 또는 데이지 체인(daisy chain) 통신 버스를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
충전 장치(110)는 통신 라인(140)을 통해 BMS(122)와 통신하는 것 외에도, 무선 네트워크를 통해 BMS(122)와 통신할 수 있다. 본 발명의 실시예는 충전 장치(110)와 BMS(122)의 유선 통신 유형 또는 무선 통신 유형에 대해 구체적으로 제한하지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법(200)의 모식도를 도시한다. 방법(200)은 BMS에 의해 수행될 수 있고, BMS는 예를 들어 도 1의 BMS(122)일 수 있다. 방법(200)은 다음 중 적어도 일부 내용을 포함할 수 있다.
단계 S210에서, 파워 배터리의 충전 모드를 획득한다.
단계 S220에서, 파워 배터리의 충전 모드에 따라 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정한다.
단계 S230에서, 파워 배터리의 충전 과정에서, 파워 배터리의 음극 전위를 획득한다.
단계 S240에서, 파워 배터리의 음극 전위 및 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 파워 배터리의 충전 전류를 조정한다.
여기서, 파워 배터리의 충전 모드는 초고속 충전 모드, 일반 고속 충전 모드, 장수명 충전 모드 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 초고속 충전 모드는 충전 속도 요구에 편향되며, 일반적으로 충전 전류가 비교적 크다. 사용자가 급히 상기 파워 배터리를 포함하는 전기 장치를 사용해야 할 경우, 사용자는 일반적으로 초고속 충전 모드를 선택한다. 초고속 충전 모드에 비해, 일반 고속 충전 모드는 충전 속도에 대한 요구가 그렇게 높지 않으며, 충전 속도와 충전 안전성 사이에서 균형을 이룬 충전 모드로 이해할 수 있다. 장수명 충전 모드는 충전 안전 요구에 편향되며, 충전 속도에 대한 요구가 높지 않다. 사용자는 일반적으로 야간에 파워 배터리를 충전할 때 장수명 충전 모드를 선택한다. 이해해야 할 것은, 초고속 충전 모드, 일반 고속 충전 모드 및 장수명 충전 모드의 충전 전류는 순차적으로 감소되고, 충전 시간은 순차적으로 증가된다.
물론, 파워 배터리의 충전 모드는 고정 시간 및 고정 SOC 모드와 같은 기타 충전 모드를 포함할 수 있으며, 상기 충전 모드는 일정한 시간 내에 특정 SOC로 충전하는 충전 모드이며, 예약 기능에 편향된다.
BMS가 파워 배터리의 충전 모드를 획득하는 단계는 구체적으로, BMS가 충전 파일에서 전송되는 충전 모드 정보를 수신하는 것일 수 있으며, 상기 충전 모드 정보는 파워 배터리의 충전 모드를 나타내기 위해 사용된다. 구체적으로, 사용자가 충전 플러그를 충전 파일에 삽입하고 이번 충전의 충전 모드를 선택하면 충전 파일은 충전 모드를 획득하고, 충전 파일은 BMS에 충전 모드 정보를 전송할 수 있으며, 상기 충전 모드 정보는 파워 배터리의 충전 모드를 나타내기 위해 사용된다. 상응하게, BMS는 상기 충전 모드 정보를 수신할 수 있다.
또는, 상기 파워 배터리를 포함하는 전기 장치에는 터치 패드와 같은 휴먼-컴퓨터 인터랙티브 인터페이스가 설치되고, 사용자는 상기 휴먼-컴퓨터 인터랙티브 인터페이스를 통해 이번 충전의 충전 모드를 입력할 수 있으며, 이로써 BMS는 충전 모드를 획득할 수 있다.
또는, 상기 파워 배터리를 포함하는 전기 장치는 사용자의 전자 기기(예를 들어 스마트폰, 웨어러블 기기 등)와 연결되고, 사용자는 전자 기기를 통해 이번 충전의 충전 모드를 선택할 수 있으며, 이러한 방식으로, BMS는 전기 장치와 연결된 전자 기기를 통해 충전 모드를 획득할 수 있다.
선택적으로, BMS는 전체 충전 과정에서 충전 모드를 한 번만 획득할 수 있다. 이 말은 즉, 충전 모드는 파워 배터리의 전체 충전 과정에서 고정적이다.
선택적으로, 사용자가 충전 과정에서 충전 모드를 변경할 가능성을 고려하여, 예를 들어, 사용자가 처음 충전을 시작할 때 장수명 충전 모드를 선택하였으나, 일정 시간 충전 후 사용자에게 임시로 급한 일이 생겨 상기 전기 장치를 사용해야 될 수 있으며, 이때 충전 모드를 초고속 모드로 변경할 수 있다. 따라서, BMS는 충전 과정에서 충전 모드를 여러 번 획득할 수 있다. 예시적으로, BMS는 충전 모드를 주기적으로 획득할 수 있으며, 예를 들어, BMS는 5s 간격으로 충전 모드를 획득할 수 있다.
BMS는 충전 모드를 획득한 후, BMS는 상기 충전 모드에 따라 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정할 수 있다.
일반적으로, 파워 배터리의 충전 과정에서 파워 배터리의 음극 전위(또는 애노드(anode) 전위라고도 함)는 점차 낮아지며, 파워 배터리의 음극 전위가 특정 전위까지 떨어지면 리튬 석출 현상이 발생하게 된다. 본 발명의 실시예에서, 음극 전위 안전 임계값은 파워 배터리에 리튬 석출 현상이 발생할 때의 음극 전위보다 약간 높을 수 있으며, 즉 음극 전위 안전 임계값과 파워 배터리에 리튬 석출 현상이 발생할 때의 음극 전위의 차이는 기설정된 범위 내에 있다.
하나의 실시형태에서, BMS는 획득한 충전 모드에 따라, 그리고 충전 모드 및 음극 전위 안전 임계값 사이의 대응 관계에 따라 음극 전위 안전 임계값을 결정할 수 있다.
선택적으로, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계는 BMS에 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계는 대량의 실험 데이터를 통해 얻은 다음, BMS가 출고될 때 기술자가 대응 관계를 BMS에 설정할 수 있다.
제한이 아닌 예시로서, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계는 차트 또는 그래프의 형태로 BMS에 미리 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, BMS는 내부 차트 또는 내부 그래프를 조회하는 방식으로 충전 모드를 결정할 수 있다.
선택적으로, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계는 BMS가 기타 기기 또는 클라우드로부터 획득한 것일 수도 있다.
이해해야 할 것은, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계는 기설정된 기간마다 업데이트될 수 있으며, 업데이트된 대응 관계는 BMS에 사전 설정되거나 다른 기기에 저장되거나 클라우드 등에 저장될 수 있다.
상기 기술적 해결수단에서, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계에 따라 음극 전위 안전 임계값을 결정하면 구현이 간단할 뿐만 아니라 시간도 적게 걸린다.
일반적으로, 사용자가 선택하는 충전 모드는 상기 사용자의 현재 요구와 연관된다. 예를 들어, 사용자가 초고속 충전 모드를 선택하면 상기 사용자가 상대적으로 짧은 시간 내에 파워 배터리의 전기량을 예상 전기량까지 또는 완전 충전하기를 원함을 나타낸다. 이 경우, 음극 전위 안전 임계값은 너무 높지 말아야 한다. 음극 전위 안전 임계값이 너무 높으면 파워 배터리의 충전 전류를 제한하여 파워 배터리의 충전 시간이 길어지며, 이는 사용자의 요구와 완전히 상반된다. 또 예를 들어, 사용자가 장수명 충전 모드를 선택하면 상기 사용자가 미래의 일정한 기간 동안 상기 파워 배터리를 포함하는 전기 장치를 사용하지 않을 수 있음을 나타내며, 사용자는 충전 속도에 대한 요구는 비교적 낮으나 파워 배터리의 안전 성능에 더 신경을 쓴다는 것을 나타낸다. 이 경우, 음극 전위 안전 임계값은 너무 낮지 말아야 한다. 음극 전위 안전 임계값이 너무 낮으면 파워 배터리의 음극 전위가 리튬 석출의 임계 전위까지 떨어졌으나 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않는 상황이 발생하여 파워 배터리의 안전 성능에 영향을 주게 된다.
따라서, 기타 요소가 동일한 경우, 충전 전류가 클수록 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값이 더 작다.
하나의 실시형태에서, 충전 모드는 적어도 제1 충전 모드 및 제2 충전 모드를 포함하고, 제1 충전 모드에서 파워 배터리의 충전 전류는 제1 충전 전류이고, 제2 충전 모드에서 파워 배터리의 충전 전류는 제2 충전 전류이며, 제1 충전 전류는 제2 충전 전류보다 크고, 제1 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 제2 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값보다 작다. 예를 들어, 제1 충전 모드가 초고속 충전 모드이고, 제2 충전 모드가 일반 고속 충전 모드이며, 동일한 조건에서, 초고속 충전 모드에 대응되는 지정된 음극 전위 안전 임계값은 8mv이고, 일반 고속 충전 모드에 대응되는 안전 임계값은 12mv이다.
예를 들어 설명하면, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계는 표 1에 도시된 바와 같을 수 있다. 여기서, 음극 전위 안전 임계값의 단위는 밀리볼트(mv)이다. 표 1에서 기타 요인은 파워 배터리의 건강 상태(state of health, SOH)이고, SOH는 파워 배터리의 노화 상태를 표시하기 위해 사용될 수 있고, 파워 배터리의 잔여 수명으로도 이해할 수 있다. 파워 배터리는 장기간 작동 후 성능이 계속 저하되므로, 잔여 수명도 짧아지고, 즉 SOH 수치도 작아진다. SOH가 작을수록 파워 배터리의 리튬 석출 위험이 더 높다는 것을 나타낸다.
표 1에서 볼 수 있듯이, SOH가 동일한 상태에서, 초고속 충전 모드, 일반 고속 충전 모드 및 장수명 충전 모드에 각각 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 순차적으로 증가한다. 예를 들어, SOH가 (90%,95%] 범위 내에 있는 경우, 초고속 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 8mv이고, 일반 고속 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 12mv이며, 장수명 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 15mv이다. 명백하게, 초고속 충전 모드, 일반 고속 충전 모드 및 장수명 충전 모드에 각각 대응되는 음극 전위 안전 임계값이 순차적으로 증가하였다.
이해해야 할 것은, 표 1은 단지 예시일 뿐, 충전 모드에 반드시 초고속 충전 모드, 일반 고속 충전 모드 및 고정 시간 고정 SOC 모드만 포함되는 것은 아니며, 동일한 SOH에서 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값이 반드시 표 1에 도시된 바와 같은 것도 아니다. 또한, 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계는 선형 관계일 수도 있고 비선형 관계일 수도 있음을 이해해야 한다.
다른 실시형태에서, BMS는 파워 배터리의 충전 모드 및 파워 배터리의 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 음극 전위 안전 임계값을 결정할 수 있다.
여기서, 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 파워 배터리의 충전 상태(state of charge, SOC), 온도 및 SOH를 포함하나 이에 한정되지 않는다. SOC는 파워 배터리의 잔여 용량을 나타내기 위해 사용될 수 있고, 그 수치는 파워 배터리의 현재 잔여 용량과 총 가용 용량의 비율로 정의되며, 일반적으로 백분율로 표시된다. 구체적으로, SOC=100%인 경우 파워 배터리가 완전히 충전되었음을 표시하고; 반대로, SOC=0%인 경우 파워 배터리가 완전히 방전되었음을 표시한다.
상기 기술적 해결수단에서, 파워 배터리의 리튬 석출 위험 정도는 그 자체의 배터리 상태 파라미터와 밀접히 연관되므로, 상기 기술적 해결수단에서는 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 음극 전위 안전 임계값을 결정함으로써, 결정된 음극 전위 안전 임계값이 더욱 정확하고 상기 파워 배터리의 리튬 석출 임계 전위에 더 가깝도록 한다. 이러한 방식으로, 결정된 음극 전위 안전 임계값 및 파워 배터리의 음극 전위를 기반으로 파워 배터리의 충전 전류를 조정하면 파워 배터리의 안전 성능을 보다 효과적으로 보장할 수 있다.
선택적으로, 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 파워 배터리가 충전되기 전의 배터리 상태 파라미터일 수 있다. 즉, 파워 배터리가 충전되기 전, BMS는 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터를 획득하고, 상기 배터리 상태 파라미터를 기반으로 음극 전위 안전 임계값을 결정한다. 그다음, 전체 충전 과정에서, BMS는 더 이상 파워 배터리의 배터리 상태를 획득하지 않으며, 음극 전위 안전 임계값도 더 이상 변하지 않는다.
선택적으로, 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 파워 배터리의 충전 과정에서의 배터리 상태 파라미터일 수 있다. 즉, 파워 배터리의 충전 과정에서, BMS는 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터를 실시간으로 획득할 수 있다. 이 말은 즉, BMS는 음극 전위 안전 임계값을 실시간으로 결정할 수 있다.
여기서, 파워 배터리의 충전 과정에서, BMS는 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터를 주기적으로 획득할 수 있다. 예를 들어, 파워 배터리의 충전 과정에서, BMS는 5s 간격으로 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터를 획득할 수 있다.
또는, 파워 배터리의 충전 과정에서, BMS는 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터가 변할 때마다 배터리 상태 파라미터를 획득할 수 있다.
파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 충전 과정에서 끊임없이 변할 수 있으므로, 상기 기술적 해결수단에서, BMS는 충전 과정에서 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터를 결정하며, 이러한 방식으로, 결정된 배터리 상태 파라미터는 현재 시점에서 파워 배터리의 실제 배터리 상태 파라미터에 가장 근접하는 파라미터일 수 있으므로, 파워 배터리의 최신 배터리 상태 파라미터에 따라 BMS에 의해 결정된 음극 전위 안전 임계값이 더욱 정확하여 배터리의 안전 성능을 더욱 보장하는 기초 상에 배터리의 충전 속도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 동일한 충전 모드에서 파워 배터리의 리튬 석출 위험이 높을수록 음극 전위 안전 임계값은 더 크다.
하나의 예시로서, 동일한 충전 모드에서, 파워 배터리의 SOC가 제1 SOC 구간에 있는 경우, 음극 전위 안전 임계값은 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 파워 배터리의 SOC가 제2 SOC 구간에 있는 경우, 음극 전위 안전 임계값은 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값이며, 여기서, 제1 SOC 구간의 SOC는 제2 SOC 구간의 SOC보다 작고, 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값은 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 작다.
다른 예시로서, 동일한 충전 모드에서, 파워 배터리의 온도가 제1 온도 구간에 있는 경우, 음극 전위 안전 임계값은 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 파워 배터리의 온도가 제2 온도 구간에 있는 경우, 음극 전위 안전 임계값은 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값이며, 여기서, 제1 온도 구간에서의 온도는 제2 온도 구간에서의 온도보다 낮고, 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값은 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
또 다른 예시로서, 동일한 충전 모드에서, 파워 배터리의 SOH가 제1 SOH 구간에 있는 경우, 음극 전위 안전 임계값은 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 파워 배터리의 SOH가 제2 SOH 구간에 있는 경우, 음극 전위 안전 임계값은 제6 기설정 전위 안전 임계값이다. 여기서, 제1 SOH 구간에서의 SOH는 제2 SOH 구간에서의 SOH보다 작고, 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값은 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
예를 들어, 계속하여 표 1을 참조하면, 충전 모드가 일반 고속 충전 모드인 경우, 파워 배터리의 SOH가 작을수록 음극 전위 안전 임계값은 더 크다.
상기 기술적 해결수단에서, 파워 배터리의 리튬 석출 위험 정도를 기반으로 음극 전위 안전 임계값을 설정하고, 한편으로, 리튬 석출 위험이 높은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 크게 설정하여 파워 배터리의 리튬 석출 위험을 효과적으로 억제하고 파워 배터리의 안전 성능을 향상시킬 수 있다. 다른 한편으로, 리튬 석출 위험이 낮은 파워 배터리에 대응되는 음극 전위 안전 임계값을 상대적으로 작게 설정하여 파워 배터리의 안전 성능에 영향을 주지 않는 전제하에 파워 배터리의 충전 속도를 보장할 수 있다.
본 발명의 실시예는 단계 230의 구체적인 실시형태에 대해 구체적으로 제한하지 않는다. 예를 들어, BMS는 음극 전위 예측 모델을 통해 파워 배터리의 음극 전위를 예측하거나, 또는, BMS는 기준 전극이 있는 3극 배터리의 실제 측정을 통해 파워 배터리의 음극 전위를 얻을 수 있다.
하나의 실시예에서, 2극 배터리의 경우, BMS는 음극 전위 예측 모델을 통해 배터리의 양극과 음극을 분리하여 음극 전위를 얻을 수 있다. 여기서, 음극 전위 예측 모델은 예를 들어 등가 회로 모델, 전기 화학 모델, 등가 회로 및 전기 화학 결합 모델 등일 수 있다.
다른 하나의 실시예에서, BMS는 또한 기준 전극이 있는 3극 배터리의 음극 전위와 기준 전극의 전위를 수집하여 파워 배터리의 음극 전위를 얻을 수 있으며, 여기서, 3극 배터리는 기존 2극 배터리의 양극 및 음극 외에 하나의 기준 전극이 더 추가된 것을 말하며, 상기 기준 전극은 예를 들어 리튬 금속 기준 전극, 리튬 합금 기준 전극 또는 동선 제자리(in situ) 리튬 도금 기준 전극 등이다.
구체적으로, 먼저 3극 배터리의 분극 등가 모델을 먼저 구축할 수 있으며, 상기 분극 등가 모델은 상기 3극 배터리의 외부 특성 및 내부 특성을 반영하여 음극 전위를 정확하게 예측할 수 있도록 양극 파라미터 및 음극 파라미터를 포함할 수 있다. 여기서, 분극 등가 모델은 Rint 모델, 분극 1차 RC 등가 회로 모델, 분극 2차 RC 등가 회로 모델 등을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분극 1차 RC 등가 회로 모델의 모식도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, Ut는 전체 배터리 단자 전압이고; Uca 및 Uan은 각각 기준 전극에 대한 양극 전위 및 기준 전극에 대한 음극 전위이다. OCVca 및 OCVan은 각각 양극의 개회로 전압 및 음극의 개회로 전압을 표시하고, Rca_0 및 Ran_0은 각각 양극의 내부 오믹 저항 및 음극의 내부 오믹 저항을 표시하며, Uca_p 및 Uan_p는 각각 양극의 분극 전압 및 음극의 분극 전압을 표시하고, Rca_p 및 Ran_p는 각각 양극의 분극 내부 저항 및 음극의 분극 내부 저항을 표시하며, Cca_p 및 Can_p는 각각 양극의 분극 커패시턴스 및 음극의 분극 커패시턴스를 표시하고, I는 전류를 표시한다. Uca_p’ 및 Uan_p’는 각각 Uca_p 및 Uan_p의 미분 값을 표시한다.
먼저 실제 측정을 통해 양극의 개회로 전압 OCVca 및 음극의 개회로 전압 OCVan을 얻은 후, 공식 (1)~(5)에 따라 최소자승법, 유전 알고리즘 등과 같은 최적화 알고리즘과 결합하여 모델 파라미터 Rca_0, Ran_0, Rca_p, Ran_p, Cca_p 및 Can_p를 보정하고, 마지막으로 확장 칼만 필터 알고리즘, 비례-적분-미분(Proportion Integral Differential, PID) 알고리즘 또는 루엔버거(Luenberger) 관측기 등을 이용하여 음극 전위를 예측한다.
Ut = Uca - Uan (1)
Uca = OCVca + I *Rca_0+Uca_p (2)
Uan = OCVan + I *Ran_0+Uan_p (3)
Uca_p’ = I/Cca_p - Uca_p/(Rca_p*Cca_p) (4)
Uan_p’ = I/Can_p - Uan_p/(Ran_p*Can_p) (5)
아래 확장 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 음극 전위를 예측하는 실시예에 대해 간략히 소개한다. 확장 칼만 필터 알고리즘은 주로 상태 방정식 (6)과 관찰 방정식 (7)로 구성되고, 재귀 방정식 (8)-(12)과 결합하여 시간 및 상태의 반복적인 업데이트를 통해 상태를 추정한다.
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
여기서, X는 추정할 상태량이며, U는 제어 가능한 입력량이고, Y는 출력량이며, Q와 R은 각각 시스템 오차와 측정 오차를 표시하고, 아래첨자 k는 k 시점의 변수를 표시하며, 아래첨자 k-1는 k-1 시점의 변수를 표시하고, 아래첨자 k+1는 k+1 시점의 변수를 표시하며, 윗첨자 “”는 추정값을 표시하고, 윗첨자 T는 행렬의 전치 연산을 표시한다. P는 추정 오차의 공분산 행렬이며, 예를 들어, 는 k 시점의 사전 추정 공분산 행렬을 표시하고, 는 k 시점의 사후 추정 공분산 행렬을 표시한다. A, B, C 및 D는 계수 행렬이고, 는 칼만 게인이다.
X, A, B, C, Q, R의 값을 상기 방정식에 대입하면:
음극 전위 예측 방정식을 통해 다음과 같은 음극 전위를 얻을 수 있다.
일부 실시예에서, BMS는 예측 제어 알고리즘을 통해 조정된 충전 전류를 결정할 수 있다. 예를 들어, BMS는 비례-적분-미분(proportion integral differential, PID) 제어 알고리즘을 통해 조정된 충전 전류를 결정할 수 있다.
구체적으로, BMS는 아래의 공식을 통해 조정된 충전 전류를 얻을 수 있다.
여기서, 은 k+1 시점의 충전 요청 전류, 즉 조정된 충전 전류이고, 는 k 시점의 충전 요청 전류, 즉 조정 전의 충전 전류이며, 는 k 시점의 음극 전위 안전 임계값이고, k 시점의 파워 배터리의 음극 전위일 수도 있으며, 는 k-1 시점의 음극 전위 안전 임계값 또는 k-1 시점의 파워 배터리의 음극 전위이고, , , 는 각각 PID 제어 알고리즘의 비례 파라미터, 적분 파라미터 및 미분 파라미터이다. 예시적으로, 는 20일 수 있고, 는 5일 수 있으며, 는 70일 수 있다.
선택적으로, 방법(200)은, BMS가 제1 충전 전류를 결정하고 충전 파일에 제1 충전 전류를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, BMS는 파워 배터리의 온도, SOC, SOH 및 전압 등 파라미터에 따라 제1 충전 전류를 결정할 수 있다. 충전 파일에서 제1 충전 전류를 수신한 후, 충전 파일은 제1 충전 전류를 기반으로 파워 배터리를 충전할 수 있다.
선택적으로, 제1 충전 전류는 배터리 충전 요구 BCL 메시지를 통해 전달될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
음극 전위 안전 임계값 및 파워 배터리의 음극 전위가 결정된 후, BMS는 파워 배터리의 충전 과정에서 파워 배터리의 음극 전위 및 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 파워 배터리의 충전 전류를 조정할 수 있다.
선택적으로, BMS는 파워 배터리의 음극 전위를 실시간으로 획득하고 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어졌는지 여부를 실시간으로 판단할 수 있다. 예를 들어, BMS는 파워 배터리의 음극 전위를 주기적으로 획득하고 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어졌는지 여부를 주기적으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 충전 과정에서, 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지는 경우, BMS는 파워 배터리의 충전 전류를 감소시킬 수 있으며, 즉 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로 조정하되, 제2 충전 전류는 제1 충전 전류보다 작다.
제1 충전 전류가 제2 충전 전류로 조정된 후, BMS는 충전 파일에 제2 충전 전류를 전송하여 충전 파일이 제2 충전 전류를 기반으로 파워 배터리를 충전하도록 할 수 있다.
상기 기술적 해결수단에서, 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지면, 상기 파워 배터리에 리튬 석출 현상이 곧 발생할 수 있음을 나타내며, 이 경우, 파워 배터리의 충전 전류를 낮추면 리튬 이온 축적 등 문제로 인한 배터리 연소 또는 폭발 등 파워 배터리의 안전 문제를 방지할 수 있어 파워 배터리의 안전 성능을 보장할 수 있다.
또는, 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않고 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 크면, 현재 시점의 충전 전류가 상대적으로 작다는 것을 설명하며, BMS는 파워 배터리의 충전 전류를 증가시킬 수 있으며, 즉 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제3 충전 전류로 조정하되, 제3 충전 전류는 제1 충전 전류보다 크다.
선택적으로, BMS가 충전 파일에 제1 충전 전류를 전송할 때, BMS는 타이머를 시작할 수 있으며, 상기 타이머의 타이밍 기간은 시간 임계값이다. 타이머가 오버타임이 되면 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 길다는 것을 나타낸다.
선택적으로, 시간 임계값은 30s일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 충전 전류가 제3 충전 전류로 조정된 후, BMS는 충전 파일에 제3 충전 전류를 전송하여 충전 파일이 제3 충전 전류를 기반으로 파워 배터리를 충전하도록 할 수 있다.
상기 기술적 해결수단에서, 파워 배터리의 음극 전위가 장시간 동안 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않으면, 파워 배터리의 현재 시점의 충전 전류가 너무 작다는 것을 나타낸다. 이 경우, 파워 배터리의 충전 전류를 증가시키면 충전 속도를 향상시키고 파워 배터리의 충전 시간을 크게 단축하여 사용자 경험을 향상시킬 수 있다.
또는, 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않고 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 작은 경우, 파워 배터리의 충전 전류는 변하지 않으며, BMS는 계속하여 충전 파일에 제1 충전 전류를 전송하거나, 또는, BMS는 계속하여 파워 배터리의 음극 전위를 획득하여 음극 전위를 음극 전위 안전 임계값과 비교할 수 있다.
이해해야 할 것은, BMS가 파워 배터리의 충전 전류를 조정한 후, BMS는 계속하여 타이밍을 다시 시작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서, "제1", "제2" 및 "제3"은 단지 상이한 객체를 구분하기 위한 것이며, 본 발명의 실시예의 범위를 제한하지 않음을 이해해야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법(200)을 보다 명확히 이해할 수 있도록, 이하 도 4와 결부하여 본 발명의 가능한 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법에 대해 설명한다.
단계 401에서, BMS는 파워 배터리가 충전 상태에 있는지 여부를 판단한다.
파워 배터리가 충전 상태에 있는 경우, 단계 402를 수행하고; 파워 배터리가 충전 상태에 있지 않는 경우, 단계 411을 수행한다.
단계 402에서, BMS는 파워 배터리의 충전 모드를 획득한다.
단계 403에서, BMS는 파워 배터리의 충전 모드에 따라 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정한다.
단계 404에서, BMS는 파워 배터리의 제1 충전 전류 I1을 결정한다.
구체적으로, BMS는 먼저 파워 배터리의 SOC, SOH, 온도 및 전압 등 파라미터를 획득하고, 파워 배터리의 SOC, SOH, 온도 및 전압 등 파라미터에 따라 I1을 결정할 수 있다.
단계 405에서, BMS는 제1 충전 전류 I1을 충전 파일에 전송하여 충전을 요청하고 타이밍을 시작한다.
단계 406에서, BMS는 파워 배터리의 음극 전위를 획득한다.
단계 407에서, BMS는 파워 배터리의 음극 전위를 음극 전위 안전 임계값과 비교하여, 파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어졌는지 여부를 판단한다.
파워 배터리의 음극 전위가 음극 전위 안전 임계값까지 떨어진 경우, 단계 408을 수행하고; 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값이 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않은 경우, 단계 409를 수행한다.
단계 408에서, BMS는 제1 충전 전류 I1을 제2 충전 전류 I2로 조정하고, 충전 파일에 제2 충전 전류 I2를 전송하여 충전 파일이 I2를 기반으로 파워 배터리를 충전하도록 한다.
단계 409에서, BMS는 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 큰지 여부를 판단한다.
충전 시간이 시간 임계값보다 큰 경우, BMS는 단계 410을 수행하고; 충전 시간이 시간 임계값보다 작은 경우, BMS는 단계 405를 수행한다.
단계 410에서, BMS는 제1 충전 전류 I1을 제3 충전 전류 I3으로 조정하고, 충전 파일에 제3 충전 전류 I3을 전송하여 충전 파일이 I3을 기반으로 파워 배터리를 충전하도록 한다.
단계 411에서, BMS는 파워 배터리가 완전 충전 상태 또는 플러그 인출 상태에 있는지 여부를 판단한다.
파워 배터리가 완전 충전 상태 또는 플러그 인출 상태에 있는 경우, 이번 충전 과정이 종료되며; 파워 배터리가 완전 충전 상태 또는 플러그 인출 상태에 있지 않는 경우, BMS는 단계 406을 계속 수행한다.
본 발명의 실시예에서, 한편으로, 파워 배터리의 충전 모드는 일반적으로 사용자가 현재 충전 장면에서 자신의 필요에 따라 선택한 충전 모드이므로, 충전 모드에 의해 결정된 음극 전위 안전 임계값에 따라 충전 전류를 조정하여 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족시킬 수 있고; 다른 한편으로, 파워 배터리의 음극 전위 및 음극 전위 안전 임계값에 따라 파워 배터리의 충전 전류를 조정하여 리튬 이온 축적 등 문제로 인한 배터리 연소 또는 폭발 등 파워 배터리의 안전 문제를 방지할 수 있어 파워 배터리의 안전 성능을 보장할 수 있다. 더 나아가, 상기 기술적 해결수단은 소프트웨어를 통해 구현되며, 즉 BMS 하드웨어 비용을 증가시키지 않는 기초 상에 파워 배터리의 안전 성능을 보장하고 상이한 충전 장면에서 사용자의 충전 요구를 만족시키는 목적을 달성한다.
위에서는 본 발명의 실시예의 방법 실시예에 대해 상세히 설명하였고, 아래 본 발명의 실시예의 장치 실시예를 설명하며, 장치 실시예와 방법 실시예는 서로 대응되므로 자세히 설명되지 않은 부분은 전술한 각 방법 실시예를 참조할 수 있으며, 장치는 상기 방법 중 임의의 구현 가능한 방법을 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMS(500)의 모식적 블록도를 도시한다. 상기 BMS(500)는 상기 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법(200)을 수행할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 BMS(500)는 획득 유닛(510), 결정 유닛(520) 및 조정 유닛(530)을 포함할 수 있다.
상기 획득 유닛(510)은 상기 파워 배터리의 충전 모드를 획득하기 위해 사용된다.
상기 결정 유닛(520)은 상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용된다.
상기 획득 유닛(510)은 또한, 상기 파워 배터리의 충전 과정에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위를 획득하기 위해 사용된다.
상기 조정 유닛(530)은 상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하기 위해 사용된다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 결정 유닛(520)은 구체적으로, 상기 파워 배터리의 충전 모드 및 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용된다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 충전 모드는 적어도 제1 충전 모드 또는 제2 충전 모드를 포함하되; 상기 제1 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제1 충전 전류이고, 상기 제2 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제2 충전 전류이며, 상기 제1 충전 전류는 상기 제2 충전 전류보다 크고, 상기 제1 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값보다 작다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 결정 유닛(520)은 구체적으로, 상기 파워 배터리의 충전 모드 및 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 상기 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용되되, 상기 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리의 충전 상태(SOC), 온도 및 건강 상태(SOH) 중 적어도 하나를 포함한다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리가 충전되기 전의 배터리 상태 파라미터이다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOC가 제1 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 SOC가 제2 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 SOC 구간의 SOC는 상기 제2 SOC 구간의 SOC보다 작고, 상기 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 작다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 온도가 제1 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값이고; 상기 파워 배터리의 온도가 제2 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 온도 구간의 온도는 상기 제2 온도 구간의 온도보다 낮고, 상기 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOH가 제1 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값이고;
상기 파워 배터리의 SOH가 제2 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값이며; 여기서, 상기 제1 SOH 구간의 SOH는 상기 제2 SOH 구간의 SOH보다 작고, 상기 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 크다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 조정 유닛(530)은 구체적으로, 상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지는 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로 조정하기 위해 사용되되, 상기 제2 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 작다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 조정 유닛(530)은 구체적으로, 상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않고 상기 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 큰 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제3 충전 전류로 조정하기 위해 사용되되, 상기 제3 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 크다.
이해해야 할 것은, 상기 BMS(500)는 방법(200)에서 BMS의 상응한 작업을 구현할 수 있으며, 간결함을 위해 여기서는 더 이상 반복하지 않는다. 상응하게, 상기 BMS(500)는 전술한 방법(200)과 동일한 기술적 효과를 달성할 수 있으므로, 내용의 간결함을 위해 여기서는 더 이상 반복하지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 BMS의 하드웨어 구조 모식도이다. BMS(600)는 메모리(601), 프로세서(602), 통신 인터페이스(603) 및 버스(604)를 포함한다. 여기서, 메모리(601), 프로세서(602), 통신 인터페이스(603)는 버스(604)를 통해 서로 통신 연결된다.
메모리(601)는 판독 전용 메모리(read-only memory, ROM), 정적 저장 장치 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)일 수 있다. 메모리(601)에는 프로그램이 저장될 수 있고, 메모리(601)에 저장된 프로그램이 프로세서(602)에 의해 실행되는 경우, 프로세서(602) 및 통신 인터페이스(603)는 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법의 각 단계를 수행하기 위해 사용된다.
프로세서(602)는 범용 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU) 또는 하나 이상의 집적 회로를 사용하여 본 발명의 실시예에 따른 장치의 유닛에 의해 수행되어야 할 기능을 구현하기 위해 관련 프로그램을 실행하거나, 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법을 수행할 수 있다.
프로세서(602)는 신호 처리 능력을 가진 집적 회로 칩일 수도 있다. 구현 과정에서, 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법의 각 단계는 프로세서(602) 내의 하드웨어의 통합 논리 회로 또는 소프트웨어 형태의 명령을 통해 완성될수 있다.
상기 프로세서(602)는 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processing, DSP), ASIC, 현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 또는 기타 프로그래밍 가능 논리 소자, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리 소자, 이산 하드웨어 컴포넌트일 수도 있다. 이를 통해 본 발명의 실시예에 개시된 각 방법, 단계 및 논리 블록도가 구현 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있고, 또는 상기 프로세서는 임의의 통상적인 프로세서 등일 수도 있다. 본 발명의 실시예와 결합하여 개시된 방법의 단계는 하드웨어 프로세서에 의해 직접 구현되거나, 또는 프로세서의 하드웨어 및 소프트웨어 모듈의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리, 판독 전용 메모리, 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리 또는 전기적 소거 가능 프로그래밍 가능 메모리, 레지스터 등 본 기술분야의 성숙된 저장 매체에 위치할 수 있다. 상기 저장 매체는 메모리(601)에 위치하고, 프로세서(602)는 메모리(601)의 정보를 판독하고, 그 하드웨어와 결부하여 본 발명의 실시예에 따른 BMS에 포함된 유닛에 의해 수행되어야 할 기능을 완성하거나, 또는 본 발명의 실시예에 따른 파워 배터리의 충전 방법을 수행한다.
통신 인터페이스(603)는 트랜시버와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 송수신 장치를 사용하여 BMS(600)와 기타 기기 또는 통신 네트워크 사이 통신을 구현한다. 예를 들어, BMS(600)는 통신 인터페이스(603)를 통해 충전 요청 정보를 충전 파일에 전송할 수 있다.
버스(604)는 장치(600)의 각 부재(예를 들어, 메모리(601), 프로세서(602), 통신 인터페이스(603)) 사이에서 정보를 전송하는 경로를 포함할 수 있다.
유의해야 할 점은, 상기 BMS(600)에서는 메모리, 프로세서, 통신 인터페이스만 도시하였으나, 본 기술분야의 기술자는 구체적인 구현 과정에서 BMS(600)가 정상 작동에 필요한 다른 장치를 더 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 동시에, 구체적인 요구에 따라 본 기술분야의 기술자는 BMS(600)가 다른 부가적인 기능을 구현하기 위한 하드웨어 장치를 더 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 이 밖에, 본 기술분야의 기술자는 BMS(600)가 본 발명의 실시예에 따른 필수 장치만 포함할 수 있으며, 반드시 도 6에 도시된 모든 장치를 포함해야 하는 것은 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 실시예는 기기를 실행하기 위한 프로그램 코드를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 더 제공하고, 상기 프로그램 코드는 상기 파워 배터리의 충전 방법의 단계를 수행하기 위한 명령을 포함한다.
본 발명의 실시예는 컴퓨터 프로그램 제품을 더 제공하고, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램를 포함하며, 상기 컴퓨터 프로그램은 프로그램 명령을 포함하고, 상기 프로그램 명령은 컴퓨터에 의해 실행될 경우 상기 컴퓨터가 상기 파워 배터리의 충전 방법을 수행하도록 한다.
상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수도 있고, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예에서, 각 과정의 순번의 크기는 실행 순서의 선후를 의미하지 않으며, 각 과정의 실행 순서는 그 기능 및 내부 논리에 따라 결정되어야 하며, 본 발명의 실시예의 실시 과정에 대해 어떠한 제한도 구성하지 않음을 이해해야 한다.
본 명세서에서 설명된 여러 실시형태는 단독으로 실시될 수도 있고 조합되어 실시될 수도 있음을 이해해야 하며, 본 발명의 실시예는 이에 대해 제한하지 않는다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 전제하에 다양한 개선이 이루어질 수 있으며, 그 부재는 등가물로 교체될 수 있다. 특히, 구조적으로 모순되지 않는 한, 여러 실시예에서 언급된 여러 기술적 특징은 모두 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 본 발명은 본문에서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에 속하는 모든 기술적 해결수단을 포함한다.

Claims (21)

  1. 파워 배터리의 충전 방법으로서,
    상기 파워 배터리의 배터리 관리 시스템에 응용되고, 상기 방법은,
    상기 파워 배터리의 충전 모드를 획득하는 단계;
    상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 단계;
    상기 파워 배터리의 충전 과정에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위를 획득하는 단계; 및
    상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 상기 단계는,
    상기 파워 배터리의 충전 모드 및 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 충전 모드는 적어도 제1 충전 모드 또는 제2 충전 모드를 포함하되;
    상기 제1 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제1 충전 전류이고, 상기 제2 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제2 충전 전류이며, 상기 제1 충전 전류는 상기 제2 충전 전류보다 크고, 상기 제1 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 상기 단계는,
    상기 파워 배터리의 충전 모드 및 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 상기 음극 전위 안전 임계값을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리의 충전 상태(SOC), 온도 및 건강 상태(SOH) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리가 충전되기 전의 배터리 상태 파라미터인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOC가 제1 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값이고;
    상기 파워 배터리의 SOC가 제2 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값이며;
    상기 제1 SOC 구간의 SOC는 상기 제2 SOC 구간의 SOC보다 작고, 상기 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 온도가 제1 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값이고;
    상기 파워 배터리의 온도가 제2 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값이며;
    상기 제1 온도 구간의 온도는 상기 제2 온도 구간의 온도보다 낮고, 상기 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOH가 제1 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값이고;
    상기 파워 배터리의 SOH가 제2 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값이며;
    상기 제1 SOH 구간의 SOH는 상기 제2 SOH 구간의 SOH보다 작고, 상기 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하는 상기 단계는,
    상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지는 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로 조정하는 단계를 포함하되, 상기 제2 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하는 상기 단계는,
    상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않고 상기 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 큰 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제3 충전 전류로 조정하는 단계를 포함하되, 상기 제3 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 파워 배터리의 배터리 관리 시스템으로서,
    상기 파워 배터리의 충전 모드를 획득하기 위해 사용되는 획득 유닛;
    상기 파워 배터리의 충전 모드에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용되는 결정 유닛; 및
    상기 파워 배터리의 음극 전위 및 상기 음극 전위 안전 임계값을 기반으로 상기 파워 배터리의 충전 전류를 조정하기 위해 사용되는 조정 유닛을 포함하고,
    상기 획득 유닛은 또한, 상기 파워 배터리의 충전 과정에서, 상기 파워 배터리의 음극 전위를 획득하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결정 유닛은 구체적으로,
    상기 파워 배터리의 충전 모드 및 충전 모드와 음극 전위 안전 임계값의 대응 관계에 따라 상기 파워 배터리의 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 충전 모드는 적어도 제1 충전 모드 또는 제2 충전 모드를 포함하되;
    상기 제1 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제1 충전 전류이고, 상기 제2 충전 모드에서 상기 파워 배터리의 충전 전류는 제2 충전 전류이며, 상기 제1 충전 전류는 상기 제2 충전 전류보다 크고, 상기 제1 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 충전 모드에 대응되는 음극 전위 안전 임계값보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정 유닛은 구체적으로,
    상기 파워 배터리의 충전 모드 및 상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터에 따라 상기 음극 전위 안전 임계값을 결정하기 위해 사용되되, 상기 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리의 충전 상태(SOC), 온도 및 건강 상태(SOH) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 파워 배터리의 배터리 상태 파라미터는 상기 파워 배터리가 충전되기 전의 배터리 상태 파라미터인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOC가 제1 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값이고;
    상기 파워 배터리의 SOC가 제2 SOC 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값이며;
    상기 제1 SOC 구간의 SOC는 상기 제2 SOC 구간의 SOC보다 작고, 상기 제1 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제2 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 작은 것은 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 온도가 제1 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값이고;
    상기 파워 배터리의 온도가 제2 온도 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값이며;
    상기 제1 온도 구간의 온도는 상기 제2 온도 구간의 온도보다 낮고, 상기 제3 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제4 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 충전 모드에서, 상기 파워 배터리의 SOH가 제1 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값이고;
    상기 파워 배터리의 SOH가 제2 SOH 구간에 있는 경우, 상기 음극 전위 안전 임계값은 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값이며;
    상기 제1 SOH 구간의 SOH는 상기 제2 SOH 구간의 SOH보다 작고, 상기 제5 기설정 음극 전위 안전 임계값은 상기 제6 기설정 음극 전위 안전 임계값보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 유닛은 구체적으로,
    상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지는 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제2 충전 전류로 조정하기 위해 사용되되, 상기 제2 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  20. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 유닛은 구체적으로,
    상기 음극 전위가 상기 음극 전위 안전 임계값까지 떨어지지 않고 상기 파워 배터리의 충전 시간이 시간 임계값보다 큰 경우, 상기 충전 전류를 제1 충전 전류에서 제3 충전 전류로 조정하기 위해 사용되되, 상기 제3 충전 전류는 상기 제1 충전 전류보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  21. 파워 배터리의 배터리 관리 시스템으로서,
    프로세서 및 메모리를 포함하되,
    상기 메모리는 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위해 사용되고, 상기 프로세서는 상기 컴퓨터 프로그램을 호출하여 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 파워 배터리의 충전 방법을 수행하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
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