电池管理系统、包括该系统的电池组以及建立锂二次电池的充电协议的方法与流程

本技术要求于2022年11月8日提交的韩国专利申请no.10-2022-0147912的优先权的权益。本发明涉及一种反映由于大容量电池单体的充电和放电而导致的发热及内阻的快速充电协议的建立方法、能够建立这样的快速充电协议的电池管理系统、以及包括该电池管理系统的电池组（battery pack）。

背景技术：

1、近年来，对诸如笔记本电脑、便携电话的便携式电子产品的需求已经急剧增加，并且对电动推车、电动轮椅、电动自行车的需求也增加了，且对可重复充电和放电的高性能电池的研究也活跃地进行。近年来，随着碳能源逐渐枯竭和环保意识增强，在全球范围内混合电动车辆（hev）和电动车辆（ev）的需求也不断增加。因此，越来越多的关注和研究聚焦在作为hev和ev核心部件的车辆电池上，且存在开发能够快速对电池进行再充电的快速充电技术的迫切需要。快速充电是一项至关重要的能力，尤其是对于没有额外能源的ev。

2、对电池充电的过程涉及将电流引入到电池中以积累电荷和能量，并且必须小心控制此过程。一般而言，过大的充电电流（c速率）或充电电压能够使电池的性能永久老化并最终导致电池完全故障，或导致突然故障，诸如高腐蚀性化学物质的泄漏或爆炸。

3、在用恒定电流对电池充电时，如果充电电流的电流速率小，则需要很长的时间以将电池完全充电。另一方面，如果充电电流的电流速率过高，电池将快速老化。因此，在恒定电流充电过程中，需要根据电池的状态逐渐调整充电电流的电流速率。

4、具有“多阶段恒定电流充电协议”的充电图通常被利用于以逐步方式调整恒定电流充电期间的电流速率。充电图包括至少一个数据阵列，其中记录了多个电流速率与多个转换条件之间的关系。每当满足每个转换条件时，可以将以下电流速率序列作为充电电流提供给电池。电流速率（也可以称为“c速率”）是充电电流除以电池的最大容量，使用单位“c”。

5、传统上，为了导出这样的多阶段恒定电流充电协议，制造50mah单单体型三电极单体，并将每个充电电流的在负极发生锂沉积的充电状态（soc）设定为充电极限。

6、然而，三电极单体难以制造且需要专用的充电器和放电器进行充电和放电，因此存在诸如三电极单体的完整性、三电极单体的制造时间、专用充电器和放电器的制备的许多制约。此外，在将这些三电极单体中识别的极限充电状态应用于具有容量范围为40-200ah的大容量电池单体时，不存在反映大容量电池单体的电阻或快速充电期间的发热的技术。此外，使用三电极单体来建立充电协议的方法受实验者的主观性影响，因为随着充电电流变得更小以及负极组成变得更有利于快速充电，锂沉积区不再明显区分，因此在电池单体的偏差的情况下难以建立表现出相似电压曲线的充电协议。

7、因此，有必要开发一种无需制造三电极单体的技术并导出一种在存在电池单体差异的情况下能够产生相似电压曲线，同时考虑到大容量电池单体的电阻和快速充电期间的发热状态的充电协议。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本发明被设计为解决上述问题，且目的在于提供一种导出不需要预先制造三电极单体来通过充电电流导出极限充电状态的充电协议的方法、一种导出考虑大容量电池单体的电阻和快速充电期间的发热状态的充电协议的方法、和一种能够建立这样的充电协议的电池管理系统以及安装有该系统的电池组。

3、[技术方案]

4、根据本发明的一个实施例，提供了一种电池管理系统。该电池管理系统包括：测量部，其被配置为针对具有正极和负极的双电极电池单体，当以不同的充电电流（i）充电时，分别测量根据充电状态（socx）的闭路电压（ccvsocx）和开路电压（ocvsocx）；存储器部，其被配置为收集并存储内阻曲线，内阻曲线通过将测量的ccvsocx和ocvsocx代入下面的公式1中以计算根据充电状态的内阻值（rsocx）来绘制根据每个充电电流（i）的充电状态的内阻值（rsocx）；以及控制部，其被配置为根据内阻曲线确定与每个充电电流对应的极限充电状态，并基于此来建立充电协议。

5、[公式1]

6、根据充电状态的内阻值（rsocx）=（ccvsocx-ocvsocx）/i

7、在示例性实施例中，控制部可以被配置为将在内阻曲线的图形形状从平坦改变为下降趋势的点处的充电状态（socx）值确定为极限充电状态。

8、在示例性实施例中，控制部可以被配置为通过在电池单体的重复充电和放电期间周期性地导出与每个充电电流对应的新的极限充电状态来重新建立充电协议。

9、在示例性实施例中，电池管理系统还包括连接部，该连接部被配置为与充电设备连接以根据由控制部建立的充电协议向电池单体供应充电电流。

10、在示例性实施例中，测量部被配置为测量电池单体的状态信息，该状态信息包括电池单体的电压和充电状态中的至少一个。

11、在示例性实施例中，充电电流（i）从0.33c至6.0c的范围选择。

12、根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种包括上述的电池管理系统的电池组。

13、在示例性实施例中，电池组可以包括具有容量为40至200ah的多个电池单体。

14、根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种建立锂二次电池充电协议的方法。建立锂二次电池充电协议的方法包括：（a）针对具有正极和负极的双电极电池单体，当以不同的充电电流（i）充电时，分别测量根据充电状态（socx）的闭路电压（ccvsocx）和开路电压（ocvsocx）；

15、（b）将测量的ccvsocx和ocvsocx代入下面的公式1中以计算根据充电状态的内阻值（rsocx），并收集内阻曲线，内阻曲线针对每个充电电流（i）绘制根据充电状态的内阻值（rsocx）；以及

16、（c）根据所收集的内阻曲线确定与每个充电电流对应的极限充电状态；

17、[公式1]

18、根据充电状态的内阻值（rsocx）=（ccvsocx-ocvsocx）/i

19、在示例性实施例中，在过程（c）中，极限充电状态被确定为在内阻曲线的图形形状从平坦改变为下降趋势的点处的充电状态（soc）值。

20、在示例性实施例中，双电极电池单体具有40至200ah的容量。

21、在示例性实施例中，在过程（a）中，充电电流（i）从0.33c至6.0c的范围中选择。

22、在示例性实施例中，在过程（a）中，以0.1c至1.0c的间隔设置充电电流（i）。

23、根据示例性实施例的建立充电协议的方法还包括基于根据充电电流的极限充电状态来映射充电协议，其中，映射过程映射使得每个充电电流以对应的充电电流进行充电达到极限充电状态，但随着充电状态增加，充电电流降低。

24、[有益效果]

25、根据本发明的电池管理系统和充电协议设置方法具有提供反映直接来自大容量电池单体的电阻和发热，而无需制造难以制造的三电极单体的的充电协议的效果。

26、此外，根据本发明的电池管理系统和充电协议设置方法具有即使在电池单体的操作期间非破坏性地识别电池单体的劣化程度，并更新充电协议以反映电池单体的劣化的效果。

27、此外，根据本发明的电池管理系统和充电协议设置方法即使在低至1.0c的充电电流下也可以导出极限充电状态，从而提供有利于快速充电的充电协议。