KR102471293B1 - Battery cell module with a communication device for data exchange between several similar series battery cell modules - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 유사한 직렬 배터리 셀 모듈(401, 101, 201, 301) 간의 데이터 교환을 위한 통신 장치를 구비한 배터리 셀 모듈(101)에 관한 것이다. 상기 배터리 셀 모듈은 배터리 셀(102), 제 1 및 제 2 통신 유닛(105, 106)을 구비한 제어 유닛(103), 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 1 통신 유닛(105)을 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 커플링 유닛(232)을 통해 상기 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)에 결합하거나 개별 데이터 라인(501)을 통해 중앙 배터리 제어 유닛에 결합하도록 설계된 제 1 커플링 유닛(129), 및 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 2 통신 유닛(106)을 개별 데이터 라인(502)을 통해 그리고 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 커플링 유닛(329)을 통해 상기 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 통신 유닛에 결합하도록 설계된 제 2 커플링 유닛(132)을 포함한다. 상기 제어 유닛(103)은 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 1 통신 유닛(105)을 통해 수신되었던 데이터 신호를 처리 및/또는 변형하거나 변화 없이 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 2 통신 유닛(106)에 의해 송신하도록 설계된다.The present invention relates to a battery cell module (101) having a communication device for exchanging data between a plurality of similar series battery cell modules (401, 101, 201, 301). The battery cell module precedes a battery cell 102, a control unit 103 having first and second communication units 105 and 106, and the first communication unit 105 of the battery cell module 101. Coupled to the second communication unit 206 of the preceding battery cell module 201 through the second coupling unit 232 of the battery cell module 201 or coupled to the central battery control unit through a separate data line 501 a first coupling unit 129 designed to, and the second communication unit 106 of the battery cell module 101 via a separate data line 502 and a first coupling of the subsequent battery cell module 301 and a second coupling unit 132 designed to couple via unit 329 to the first communication unit of the subsequent battery cell module 301 . The control unit 103 processes and/or transforms the data signal received through the first communication unit 105 of the battery cell module 101 or performs the second communication of the battery cell module 101 without change. It is designed to transmit by unit 106.
Description
본 발명은 다수의 유사한 직렬 배터리 셀 모듈 간의 데이터 교환을 위한 통신 장치를 구비한 배터리 셀 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell module having a communication device for exchanging data between a plurality of similar series battery cell modules.
리튬 이온 배터리 셀 모듈 또는 리튬 폴리머 배터리 셀 모듈은 최근 고유 지능 없이 스탠드-얼론 제품으로서 제조된다. 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 지능은 소위 BCU(Battery Control Unit)의 중앙 배터리 제어부에 놓이거나, 부분적으로 국부적인 셀 모니터링 회로, 소위 CSC(Cell-Supervision-Circuits)에 분포된다. 상기 CSC는 BCU와 더불어 몇몇 배터리 셀 모듈로 이루어진 모듈들을 제어 및/또는 모니터링한다.Lithium ion battery cell modules or lithium polymer battery cell modules are currently manufactured as stand-alone products without intrinsic intelligence. The intelligence to control and monitor the cells resides in the central battery control in the so-called Battery Control Unit (BCU) or is partially distributed in local cell-monitoring circuits, so-called Cell-Supervision-Circuits (CSCs). The CSC controls and/or monitors modules composed of several battery cell modules together with the BCU.
개별 셀들은 그 제품 수명 주기(product life cycle) 동안 여러 단계를 거친다: 예를 들면 제조, 성형, 배터리 팩 내에 조립, 차량 내에서 작동, 보수, 교체, 수명 종료(End-of-Life) 또는 재활용(Second-life).Individual cells go through several stages during their product life cycle: manufacturing, molding, assembly into a battery pack, operation in a vehicle, maintenance, replacement, end-of-life or recycling. (Second-life).
이 경우, 배터리 셀 모듈은 그 수명 주기 동안 지속적으로 모니터링되지 않는다. 따라서, 배터리 셀 모듈의 데이터가 지속적으로 검출될 수 없다. 제조 및 성형 동안 상기 데이터는 외부 모니터링 시스템, 소위 MES-시스템(Manufacturing Execution Systems)에 의해 검출되고 추적된다. 그러나 상기 데이터는 작동 중에, 예를 들면 차량 내에서 이용되지 않는다. 배터리 셀 모듈의 보수 또는 교체 시에 또는 다른 수명으로 넘어갈 때, 예를 들면 성능이 차량 내 작동을 위해 너무 약해진 후 고정식 용도로 넘어갈 때, 추가 파손이 일어난다.In this case, the battery cell module is not continuously monitored during its life cycle. Therefore, data of the battery cell module cannot be continuously detected. During manufacturing and molding, these data are detected and tracked by external monitoring systems, so-called MES-systems (Manufacturing Execution Systems). However, this data is not used during operation, for example in a vehicle. Further damage occurs during repair or replacement of battery cell modules or when they are passed over to other life spans, for example when they are transferred to stationary use after their performance has become too weak for in-vehicle operation.
또한, 배터리 셀 모듈에 의한 데이터의 검출의 국부적 모니터링/제어가 이루어지지 않기 때문에, 배터리 셀 모듈의 데이터를 중앙 배터리 제어부로 전달하기 위해 큰 비용이 필요하다. 따라서, 부분적으로 높은 전압과의 접속 라인도 많은 수로 필요하다. 이 경우, 배터리 셀 모듈과 와이어링의 할당은 고정적으로 이루어진다.In addition, since local monitoring/control of detection of data by the battery cell module is not performed, large costs are required to transfer the data of the battery cell module to the central battery control unit. Therefore, a large number of connection lines with partially high voltage are also required. In this case, allocation of battery cell modules and wiring is fixed.
DE102010016175A1은 시스템 컨트롤러와의 직렬 통신에서 다수의 배터리 모니터링 모듈을 구비한 선행 기술에 따른 배터리 모니터링 장치를 개시한다.DE102010016175A1 discloses a battery monitoring device according to the prior art having a plurality of battery monitoring modules in serial communication with a system controller.
DE102011002632A1은 다수의 셀 모니터링 유닛을 구비한 배터리 관리 유닛을 개시하고, 상기 유닛들은 하나의 버스에 접속된다.DE102011002632A1 discloses a battery management unit with multiple cell monitoring units, the units being connected to one bus.
본 발명의 과제는 통신을 위해, 직렬로 접속된 모든 배터리 셀 모듈 간의 공통 전압 레벨이 필요 없는, 다수의 유사한 직렬 배터리 셀 모듈 간의 데이터 교환을 위한 통신 장치를 구비한 배터리 셀 모듈을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a battery cell module having a communication device for exchanging data between a plurality of similar series battery cell modules, which does not require a common voltage level between all battery cell modules connected in series for communication.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른, 다수의 유사한 직렬 배터리 셀 모듈 간의 데이터 교환을 위한 통신 장치를 구비한 배터리 셀 모듈에 의해 달성된다.The object is achieved by a battery cell module according to
다수의 유사한 직렬 배터리 셀 모듈 간의 데이터 교환을 위한 통신 장치를 구비한 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈은 배터리 셀 전압을 공급하고 선행 배터리 셀 모듈의 배터리 셀 및/또는 후속 배터리 셀 모듈의 배터리 셀과 직렬로 접속되도록 설계된 배터리 셀, 데이터 신호를 수신하도록 설계된 제 1 통신 유닛과 데이터 신호를 송신하도록 설계된 제 2 통신 유닛을 구비한 제어 유닛, 배터리 셀 모듈의 제 1 통신 유닛을 선행 배터리 셀 모듈의 제 2 커플링 유닛을 통해 선행 배터리 셀 모듈의 제 2 통신 유닛에 결합하거나 개별 데이터 라인을 통해 중앙 배터리 제어 유닛에 결합하도록 설계된 제 1 커플링 유닛, 및 배터리 셀 모듈의 제 2 통신 유닛을 개별 데이터 라인을 통해 그리고 후속 배터리 셀 모듈의 제 1 커플링 유닛을 통해 후속 배터리 셀 모듈의 제 1 통신 유닛에 결합하도록 설계된 제 2 커플링 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 배터리 셀 모듈의 제 1 통신 유닛을 통해 수신되었던 데이터 신호를 처리 및/또는 변형하거나 변화 없이 배터리 셀 모듈의 제 2 통신 유닛에 의해 송신하도록 설계된다. 이러한 배터리 셀 모듈은 최소의 와이어링 비용으로 인접한 다른 배터리 셀 모듈과의 통신을 가능하게 하기 때문에 바람직하다. 따라서, 이러한 배터리 셀 모듈에 의해, 데이터가 전송될 수 있는 다수의 배터리 셀 모듈의 직렬 접속이 가능해진다. 따라서, 특히 통신을 위해, 직렬로 접속된 모든 배터리 셀 모듈 간의 공통 전압이 필요없게 된다.A battery cell module according to the present invention having a communication device for exchanging data between a plurality of similar series battery cell modules supplies a battery cell voltage and is in series with a battery cell of a preceding battery cell module and/or a battery cell of a subsequent battery cell module. A control unit having a battery cell designed to be connected to a battery cell, a first communication unit designed to receive a data signal and a second communication unit designed to transmit a data signal, and a first communication unit of a battery cell module connected to a second communication unit of a preceding battery cell module. a first coupling unit designed to couple to the second communication unit of the preceding battery cell module through a coupling unit or to the central battery control unit through a separate data line, and a second communication unit of the battery cell module through a separate data line; and a second coupling unit designed to couple to the first communication unit of the subsequent battery cell module through and through the first coupling unit of the subsequent battery cell module, the control unit via the first communication unit of the battery cell module. It is designed to transmit by the second communication unit of the battery cell module without processing and/or transforming or changing the data signal that has been received. Such a battery cell module is desirable because it enables communication with other nearby battery cell modules with minimal wiring cost. Accordingly, with such a battery cell module, serial connection of a plurality of battery cell modules through which data can be transmitted is possible. Thus, there is no need for a common voltage between all battery cell modules connected in series, especially for communication.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시한다.Dependent claims present preferred embodiments of the invention.
배터리 셀 모듈의 제 1 커플링 유닛과 선행 배터리 셀 모듈의 제 2 커플링 유닛이 결합된 상태에서 제 1 분압기를 형성하고, 상기 분압기가 후속 배터리 셀 모듈의 측면에서 배터리 셀의 제 1 전위와 선행 배터리 셀 모듈의 제 2 통신 유닛에서의 제 2 전위 사이의 전압 강하를 분할하는 것이 바람직하고, 상기 제 1 분압기의 중간 전압 탭은 배터리 셀 모듈의 제 1 통신 유닛에 결합된다. 제 1 분압기의 모든 저항들은 제 1 또는 제 2 커플링 유닛에만 포함될 수 있다. 따라서, 직렬 단일 와이어 인터페이스를 통한 다수의 배터리 셀 모듈들 간의 특히 저렴한 결합이 가능해진다. 이 경우, 포토커플러, 유도성 트랜스듀서 등과 같은 고비용 커플링 컨셉이 생략될 수 있다. 또한, 인접한 배터리 셀 모듈들의 데이터 통신 중에 디지털 데이터 신호의 쉽게 검출되는 전압 레벨이 형성되고, 이 전압 레벨에 의해 데이터 통신 중에 논리 1과 제로가 구별될 수 있다.A first voltage divider is formed in a state in which the first coupling unit of the battery cell module and the second coupling unit of the preceding battery cell module are coupled, and the voltage divider is connected to the first potential of the battery cell at the side of the subsequent battery cell module. It is preferred to divide the voltage drop between the second potential at the second communication unit of the battery cell module, wherein the mid voltage tap of the first voltage divider is coupled to the first communication unit of the battery cell module. All resistors of the first voltage divider may be included only in the first or second coupling unit. Thus, a particularly inexpensive coupling between multiple battery cell modules via a serial single wire interface is made possible. In this case, expensive coupling concepts such as photocouplers and inductive transducers can be omitted. In addition, an easily detected voltage level of a digital data signal is formed during data communication between adjacent battery cell modules, and
또한, 제 1 통신 유닛은 데이터 신호를 송신하도록 설계되고, 제 2 통신 유닛은 데이터 신호를 수신하도록 설계되는 것이 바람직하고, 제어 유닛은, 배터리 셀 모듈의 제 2 통신 유닛을 통해 수신되었던 데이터 신호를 변형하거나 변화 없이 배터리 셀 모듈의 제 1 통신 유닛에 의해 송신하도록 설계된다. 따라서, 인접한 배터리 셀 모듈들 사이에 양방향의 데이터 통신이 가능해진다.Further, it is preferable that the first communication unit is designed to transmit data signals and the second communication unit is designed to receive data signals, and the control unit transmits the data signals that have been received through the second communication unit of the battery cell module. It is designed to be transmitted by the first communication unit of the battery cell module without modification or change. Accordingly, bi-directional data communication is possible between adjacent battery cell modules.
또한, 배터리 셀 모듈의 제 2 커플링 유닛 및 후속 배터리 셀 모듈의 제 1 커플링 유닛은 결합 상태에서 제 2 분압기를 형성하고, 상기 제 2 분압기는 선행 배터리 셀 모듈의 측면 상의 배터리 셀의 제 3 전위와 후속 배터리 셀 모듈의 제 1 통신 유닛에서의 제 4 전위 사이의 전압 강하를 분할하고, 상기 제 2 분압기의 중간 전압 탭은 배터리 셀 모듈의 제 2 통신 유닛에 결합된다. 따라서, 직렬 단일 와이어 인터페이스를 통한 다수의 배터리 셀 모듈 간의 특히 저렴한 커플링이 가능해진다. 이 경우, 포토커플러, 유동성 트랜스듀서 등과 같은 고비용 커플링 컨셉이 생략될 수 있다. 또한, 인접한 배터리 셀 모듈들의 데이터 통신 중에 디지털 신호의 쉽게 검출되는 전압 레벨이 형성되고, 이 전압 레벨에 의해 데이터 통신 중에 논리 1과 제로가 구별될 수 있다. In addition, the second coupling unit of the battery cell module and the first coupling unit of the subsequent battery cell module form a second voltage divider in a coupled state, and the second voltage divider forms a third voltage divider of the battery cell on the side of the preceding battery cell module. Divide the voltage drop between the potential and a fourth potential in the first communication unit of the subsequent battery cell module, wherein the mid voltage tap of the second voltage divider is coupled to the second communication unit of the battery cell module. Thus, a particularly inexpensive coupling between multiple battery cell modules via a serial single wire interface is made possible. In this case, expensive coupling concepts such as photocouplers, flexible transducers, etc. can be omitted. In addition, an easily detected voltage level of a digital signal is formed during data communication between adjacent battery cell modules, and
특히, 제어 유닛은 들어오는 데이터 신호를 비교값과 비교하는 비교기를 포함하고, 상기 데이터 신호는 데이터 신호의 전압이 비교값보다 크면 논리 1을 갖고, 데이터 신호의 전압이 비교값보다 작으면 논리 제로를 갖는다. 따라서, 통신 장치는 데이터 통신의 디지털 데이터 신호를 검출할 수 있고, 논리 1 및 제로에 대한 상기 디지털 데이터 신호의 전압 레벨은 제어 유닛에서 사용된 디지털 신호의 나머지 전압 레벨과는 다르다. In particular, the control unit comprises a comparator for comparing an incoming data signal with a comparison value, said data signal having a
또한, 제어 유닛은, 각각 정해진 지속 시간의 높은 레벨과 낮은 레벨을 가진 초기화 신호를 제 1 및/또는 제 2 통신 유닛을 통해 송신하고, 이 경우 상기 높은 레벨은 데이터 신호의 논리 1의 전압값에 상응하며 상기 낮은 레벨은 데이터 신호의 논리 제로의 전압값에 상응하고, 비교값을 높은 레벨과 낮은 레벨 사이의 값으로 정하기 위해 선행 또는 후속 배터리 셀 모듈의 초기화 신호를 수신하도록 설계되는 것이 바람직하다. 따라서, 특히 인접한 배터리 셀 모듈들의 변동하는 배터리 셀 전압에 의해 야기되는 인접한 배터리 셀들 사이의 데이터 통신의 데이터 신호들의 전압 레벨에서의 변동이 보상될 수 있다.In addition, the control unit transmits, through the first and/or the second communication unit, an initialization signal having a high level and a low level of a predetermined duration, respectively, and in this case, the high level corresponds to a
또한, 배터리 셀 모듈이 데이터 신호를 제 1 통신 유닛 및/또는 제 2 통신 유닛을 통해 수신하면, 제어 유닛을 활성 상태로 만드는 모니터링 회로를 배터리 셀 모듈이 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 배터리 셀 모듈의 제어 유닛의 에너지 소비가 최소화될 수 있다.Further, the battery cell module preferably includes a monitoring circuit that activates the control unit when the battery cell module receives a data signal through the first communication unit and/or the second communication unit. Thus, energy consumption of the control unit of the battery cell module can be minimized.
제어 유닛이 다수의 배터리 셀 모듈의 직렬 접속에서 배터리 셀 모듈의 어드레싱 및/또는 식별을 가능하게 하는 가변 명칭을 갖는 것도 바람직하고, 이 경우 제어 유닛의 명칭은 자동으로 할당된다. 따라서, 배터리 셀 모듈의 교체가 간단한 방식으로 가능해지고, 이 경우 수동 구성 배치 또는 특별한 와이어링이 필요 없다. 측정 신호용 신호 라인이 분리되어 교체 후에 다시 접속될 필요가 없고, 이는 높은 전압에 의한 위험 및 혼동 위험을 줄인다.It is also preferred that the control unit has a variable name which enables addressing and/or identification of the battery cell modules in a series connection of multiple battery cell modules, in which case the name of the control unit is automatically assigned. Thus, replacement of the battery cell module is possible in a simple manner, in which case no manual configuration arrangements or special wiring are required. The signal line for the measuring signal is disconnected and does not need to be reconnected after replacement, which reduces the risk of confusion and hazards caused by high voltages.
또한, 제어 유닛이 발진기, 특히 전압 제어 발진기 또는 RC-발진기를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 제어 유닛은 데이터 신호를 발진기의 클록에 기초하여 그리고 배터리 셀 모듈에 포함되지 않은 중앙 클록 발생기와 발진기의 편차에 기초하여 클록 제어하도록 설계된다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈들 중 다수 간의 데이터 통신에서 높은 데이터율이 가능해지고, 동시에 저렴한 클록 발생기가 사용될 수 있다.It is also preferred that the control unit comprises an oscillator, in particular a voltage controlled oscillator or an RC-oscillator, said control unit converting the data signal based on the clock of the oscillator and the deviation of the oscillator from a central clock generator not included in the battery cell module. It is designed to control the clock based on Thus, a high data rate is possible in data communication between a plurality of battery cell modules according to the present invention, and at the same time an inexpensive clock generator can be used.
n 개의 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈을 포함하는 배터리 시스템으로서, 다수의 배터리 셀 모듈의 배터리 셀들이 직렬로 접속되고, n-1 개의 배터리 셀 모듈의 제 1 커플링 유닛이 각각 선행 배터리 셀 모듈의 제 2 커플링 유닛에 결합되고, 직렬 접속에서 제 1 배터리 셀 모듈의 제 1 커플링 유닛에 결합된 중앙 배터리 제어 유닛이 직렬 접속의 시작 부분에 배치되는, 배터리 시스템이 바람직하다. 이런 배터리 시스템은 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈의 모든 장점을 포함한다.A battery system including n battery cell modules according to the present invention, wherein battery cells of a plurality of battery cell modules are connected in series, and first coupling units of n-1 battery cell modules are connected to each of the preceding battery cell modules. A battery system is preferred wherein a central battery control unit coupled to the second coupling unit and coupled to the first coupling unit of the first battery cell module in the series connection is disposed at the beginning of the series connection. Such a battery system includes all the advantages of the battery cell module according to the present invention.
배터리 시스템의 배터리 제어 유닛은, 배터리 시스템의 하나 다수의 배터리 셀의 애노드 상의 리튬 도금을 제거하기 위해, 배터리 셀의 리튬 원자의 공진 주파수에 상응하는 주파수를 가진 교류 전류, 특히 GHz-범위의 교류 전류를 데이터 신호와 중첩하도록 설계되는 것이 바람직하다.The battery control unit of the battery system uses an alternating current, in particular an alternating current in the GHz-range, with a frequency corresponding to the resonant frequency of the lithium atoms of the battery cells, in order to remove the lithium plating on the anodes of one or more battery cells of the battery system. It is preferable to be designed to overlap with the data signal.
이하, 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리 시스템(1)의 개략도.
도 2는 직렬로 접속된, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다수의 배터리 셀 모듈의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 시스템의 배터리 셀 모듈에 포함된 모니터링 회로의 개략도.1 is a schematic diagram of a
2 is a circuit diagram of a plurality of battery cell modules according to the first embodiment of the present invention connected in series;
3 is a schematic diagram of a monitoring circuit included in a battery cell module of a battery system according to the present invention.
도 1은 n 개의 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈(2)을 포함하는, 본 발명의 제 1 실시예의 본 발명에 따른 배터리 시스템(1)을 도시한다. n 개의 배터리 셀 모듈들(2)의 각각은 도 1에서 관련 번호 #1 내지 #n으로 표시된다. 여기서, 다수의 배터리 셀 모듈(2)의 배터리 셀들(3)은, 배터리 셀(3)의 포지티브 극이 각각 직렬 접속에서 후속하는 배터리 셀(3)의 네거티브 극에 접속되는 방식으로, 직렬로 접속된다. 직렬 접속에서 제 1 배터리 셀의 네거티브 극은 배터리 시스템(1)의 네거티브 배터리 극(4) 및 중앙 배터리 제어 유닛(6)에 접속된다. 제 1 배터리 셀의 상기 네거티브 극은 배터리 시스템(1)의 회로 접지(GND)를 형성한다. 마지막, 즉 n 번째 배터리 셀(3)의 포지티브 극은 배터리 시스템(1)의 포지티브 배터리 극(5)에 접속된다.1 shows a
n 개의 배터리 셀 모듈(2)의 각각은 하나의 제어 유닛(7)을 포함하고, 상기 제어 유닛(7)의 각각은 해당 배터리 셀(3)의 포지티브 및 네거티브 극에 접속된다. 제어 유닛들(7)의 각각은 제 1 커플링 유닛(8) 및 제 2 커플링 유닛(9)을 포함한다.Each of the n
직렬 접속에서 제 1 배터리 셀 모듈(2)의 제 1 커플링 유닛(8)은 중앙 배터리 제어 유닛(6)에 접속된다. 직렬 접속에서 각각의 배터리 셀 모듈(2)의 제 2 커플링 유닛(9)은 다음의, 직렬 접속에서 후속하는 배터리 셀 모듈(2)의 제 1 커플링 유닛(8)에 접속된다. 직렬 접속에서 마지막 배터리 셀 모듈(2)의 제 2 커플링 유닛(9)은 다른 커플링 유닛에 접속되지 않는다. 총 n 개의 배터리 셀 모듈의 직렬 접속이 이루어지고, 연속하는 배터리 셀 모듈들(2)은 각각 제 1 커플링 유닛(8) 및 제 2 커플링 유닛(9)을 통해 서로 접속된다.In series connection, the
따라서, n-1 개의 배터리 셀 모듈(2)의 제 1 커플링 유닛(8)은 각각 선행하는 배터리 셀 모듈(2)의 제 2 커플링 유닛(9)에 결합되고, 직렬 접속에서 배터리 셀 모듈들(2) 중 제 1 배터리 셀 모듈의 제 1 커플링 유닛(8)에 결합된 중앙 배터리 제어 유닛(6)은 직렬 접속의 시작 부분에 배치된다.Therefore, the
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직렬 접속에서 직렬로 접속된 다수의 유사한 직렬 배터리 셀 모듈(101, 201, 301) 간의 데이터 교환을 위한 통신 장치를 각각 구비한, 배터리 시스템(1)의 2개의 배터리 셀 모듈(201, 101)의 회로도 및 2개의 추가 배터리 셀 모듈(301, 401)의 부분 회로도를 도시한다. 이 경우, 직렬 접속에서 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈(101)은 선행 배터리 셀 모듈(201)에 후속한다. 직렬 접속에서 도 2에 완전히 도시되지 않은 후속 배터리 셀 모듈(301)이 배터리 셀 모듈(101)에 후속한다. 직렬 접속에서 선행 배터리 셀 모듈(201)의 전방에는 도 2에 완전히 도시되지 않은 추가의 선행 배터리 셀 모듈(401)이 접속된다.2 shows a
배터리 셀 모듈(101)은 배터리 셀 전압(UB1)을 공급하도록 설계된 배터리 셀(102)을 포함한다. 배터리 셀(102)은 이 제 1 실시예에서 리튬-이온 셀이다. 대안적 실시예에서, 배터리 셀(102)은 다수의 개별 셀의 직렬 접속 및/또는 병렬 접속으로 형성된다. 배터리 셀 전압(UB1)은 이 제 1 실시예에서 3.6 볼트이지만, 배터리 셀(102)의 충전 상태에 따라 변할 수 있다.The
선행 배터리 셀 모듈(201)은 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀(202)을 포함한다. 후속 배터리 셀 모듈(301)은 후속 배터리 셀 모듈(301)의 배터리 셀(302)을 포함한다. 배터리 셀 모듈(101, 201, 301)의 직렬 접속은 한편으로는 직렬로 접속된 배터리 셀 모듈(101, 201, 301)의 배터리 셀들(102, 202, 302)이 서로 직렬로 접속되고, 다른 한편으로는 각각 인접한 배터리 셀 모듈들이 각각 단일 데이터 라인(500, 501, 502)을 통해 서로 접속되는 것을 특징으로 한다.The preceding
배터리 셀 모듈(101)은 배터리 셀(102)의 네거티브 극에 의해 형성된 내부 회로 접지(109)를 포함한다. 이 경우, 상기 회로 접지(109)는 측정 저항(120)을 통해 배터리 셀(102)의 네거티브 극으로부터 분리되지만, 상기 측정 저항은 이 제 1 실시예에서 100 μOhm 의 낮은 저항을 갖기 때문에, 배터리 셀(102)의 네거티브 극과 회로 접지(109) 사이의 전위 차가 적다.The
배터리 셀 모듈(101)은 또한 제어 유닛(103)을 포함한다. 제어 유닛(103)은 이 제 1 실시예에서 마이크로 컨트롤러에 포함된다. 마이크로 컨트롤러는 접지 전위로서 회로 접지(109)를 사용한다. 제어 유닛(103)은 이 제 1 실시예에서 칩 내에 집적된다.The
마이크로 컨트롤러 및 그에 따라 제어 유닛(103)은 멀티플렉서(104)를 포함한다. 멀티플렉서(104)는 데이터 신호를 수신 및 송신하도록 설계된 제 1 통신 유닛(105), 및 데이터 신호를 수신 및 송신하도록 설계된 제 2 통신 유닛(106)을 포함한다.The microcontroller and thus the
마이크로 컨트롤러 및 그에 따라 제어 유닛(103)은 또한 비교기(107) 및 비교값 제공기(108)를 포함한다. 비교기(107)는 반전 입력 및 비반전 입력을 포함한다. 비교기(107)의 비반전 입력은 멀티플렉서(104)에 접속된다. 멀티플렉서(104)의 제 1 통신 유닛(105) 또는 제 2 통신 유닛(106)을 통해 수신된 데이터 신호들은 비교기(107)의 비반전 입력으로 전달된다.The microcontroller and thus the
비교기(107)의 네거티브 공급 입력은 제 1 공급 라인을 통해 제 1 회로 접지(109)에 접속되고, 비교기(107)의 포지티브 공급 입력은 제 2 공급 라인을 통해 배터리 셀(102)의 포지티브 극에 접속되므로, 배터리 셀(102)로부터 전원을 공급받는다. 비교기(107)의 반전 입력은 비교값 제공기(108)에 접속된다. 비교값 제공기(108)에 의해 비교기(107)에 비교값이 제공되고, 이 경우 비교값은 전압 레벨이다. 비교값은, 멀티플렉서(104)로부터 비교기(107)로 전달되는 데이터 신호의 논리 "1"이 비교값보다 큰 전압 레벨을 갖고, 멀티플렉서(104)로부터 비교기(107)로 전달되는 데이터 신호의 논리 "0"이 비교값보다 작은 전압 레벨을 갖도록, 선택된다.The negative supply input of
비교기(107)의 출력은 멀리플렉서(104)에 접속되고, 비교기(107)의 출력 신호가 멀티플렉서(104)에 공급된다. 상기 비교기(107)의 출력 신호의 전압 레벨은 데이터 신호 및 비교기(107)의 공급 전압에 의존한다. 따라서, 비교기(107)의 출력에 주어지는 전압 레벨은 데이터 신호에 따라, 제 1 배터리 셀(102)의 포지티브 극에 주어지는 전압 레벨과 동일하거나, 제 1 회로 접지(109)에 주어지는 전압 레벨과 동일하다. 비교기(107)의 출력에서의 전압 레벨의 시간적 프로파일은 매칭된 데이터 신호를 형성하고, 논리 "1"에 대한 상기 데이터 신호의 전압 레벨 및 논리 "0"에 대한 상기 데이터 신호의 전압 레벨은 마이크로 컨트롤러에서 사용되는 디지털 값에 대한 그 외의 전압 레벨에 상응한다.The output of the
멀티플렉서(104)는 또한 제어 유닛(103)의 수신 유닛(110)에 접속되고, 상기 수신 유닛은 이 제 1 실시예에서 제어 유닛(103)의 처리 유닛(111)에 결합된다. 제 1 통신 유닛(105) 또는 제 2 통신 유닛(106)에 의해 데이터 신호가 수신되면, 상기 데이터 신호는 레벨 매칭을 위해 비교기(107)로 전달된 다음, 멀티플렉서(104)를 통해 수신 유닛(110)으로 전달된다. 수신 유닛(110)은 이 제 1 실시예에서 소위 "Enhanced Universal Asynchronous Receiver/Transmitter" 이다. 처리 유닛(111)은 배터리 셀 모듈(101)을 제어하는 산술 연산 유닛이다. 상기 제어는 데이터 신호의 형태로 멀티플렉서를 통해 제 1 배터리 셀 모듈(101)에 공급되는 명령에 따라 이루어질 수 있다. 이 제 1 실시예에서, 상기 명령은 중앙 배터리 제어부(6)에 그 소스를 갖는다.The
배터리 셀 모듈(101)용으로 결정되지 않은 데이터 신호가 제 1 통신 유닛(105)을 통해 수신되면, 상기 데이터 신호는 제 2 통신 유닛(106)을 통해 후속 배터리 셀 모듈(301)로 전달된다. 배터리 셀 모듈(101)용으로 결정되지 않은 데이터가 제 2 통신 유닛(106)을 통해 수신되면, 상기 데이터는 제 1 통신 유닛(105)을 통해 선행 배터리 셀 모듈(201)로 전달된다. 이 제 1 실시예에서 데이터 신호의 전달 전에, 다수의 배터리 셀 모듈을 통한 데이터 전송시 행정의 감소를 방지하기 위해, 수신된 데이터 신호의 레벨이 배터리 셀 모듈(301)의 논리적 레벨에 매칭된다. 본 발명의 대안적 실시예에서, 데이터 신호의 전달 전에, 수신된 데이터 신호의 레벨이 배터리 셀 모듈(301)의 논리적 레벨에 매칭되지 않는다. 어드레싱된 배터리 셀 모듈에서 데이터 신호를 처리하기 위해, 어드레싱된 배터리 셀 모듈의 비교값이 상응하게 매칭된다.When a data signal not determined for the
마이크로 컨트롤러 및 그에 따라 제어 유닛(103)은 또한 아날로그/디지털 변환기(112)를 포함한다. 아날로그/디지털 변환기(112)는, 회로 접지(109)에 대한 배터리 셀 전압(UB1)을 검출하고 배터리 셀 전압(UB1)을 나타내는 디지털 값으로 변환하기 위해, 배터리 셀(102)의 포지티브 극에 접속된다.The microcontroller and thus the
또한, 아날로그/디지털 변환기(112)는 연산 증폭기(119)의 출력에 접속되고, 상기 연산 증폭기(119)의 제 1 입력은 제 1 측정 저항(120)의 제 1 측면에 접속되며 상기 연산 증폭기(119)의 제 2 입력은 제 1 측정 저항(120)의 제 2 측면에 접속된다. 연산 증폭기(119)의 네거티브 공급 입력은 제 1 공급 라인에 접속되며, 연산 증폭기(119)의 포지티브 공급 입력은 제 2 공급 라인에 접속되므로 배터리 셀(102)에 의해 전원을 공급받는다. 따라서, 측정 저항(120)을 통한 전압 강하가 검출되고, 연산 증폭기(119)에 의해 증폭되어 아날로그/디지털 변환기(112)로 전송된다. 상기 아날로그/디지털 변환기는 증폭된 전압 강하를 디지털 신호로 변환시키고, 상기 디지털 신호는 배터리 셀(102)을 통해 흐르는 전류를 나타낸다.In addition, the analog/
또한, 아날로그/디지털 변환기(112)는 온도 측정 부재(121)에 접속되고, 상기 온도 측정 부재는 온도 의존 저항(122) 및 옴 저항(123)을 포함한다. 온도 의존 저항(122)의 제 1 측면은 제 1 회로 접지(109)에 접속된다. 온도 의존 저항(122)의 제 2 측면은 옴 저항(123)을 통해 배터리 셀(102)의 포지티브 극에 접속된다. 아날로그/디지털 변환기(112)는 온도 의존 저항(122)의 제 2 측면에 접속된다. 따라서, 온도 의존 저항(122) 및 옴 저항(123)은 배터리 셀 전압(UB1)을 온도에 따라 분할하는 분압기를 형성한다. 온도 측정 부재(121)에 의해 줄어든 온도 의존 전압은 아날로그/디지털 변환기(112)에서, 배터리 셀 모듈(101)의 온도를 나타내는 디지털 신호로 변환된다. Also, the analog/
아날로그/디지털 변환기(112)는 멀티플렉서(104)에 접속되고, 제 1 배터리 셀(102)을 통해 흐르는 전류, 배터리 셀 전압(UB1) 및 배터리 셀 모듈(101)의 온도를 나타내는 디지털 신호를 멀티플렉서(104)를 통해 수신 유닛(110) 및 그에 따라 처리 유닛(111)으로 전송한다.The analog/
마이크로 컨트롤러 및 그에 따라 제어 유닛(103)은 또한 상기 제 1 실시예에서 제 1 밸런싱 스위치(125) 및 제 2 밸런싱 스위치(126)를 포함하는 스위칭 모듈(124)을 포함한다. 이 경우, 제 1 밸런싱 스위치(125)의 제 1 측면 및 제 2 밸런싱 스위치(126)의 제 1 측면은 회로 접지(109)에 접속된다. 제 1 밸런싱 스위치(125)의 제 2 측면은 제 1 밸런싱 저항(127)을 통해 배터리 셀(102)의 포지티브 극에 접속된다. 제 2 밸런싱 스위칭(126)의 제 2 측면은 제 2 밸런싱 저항(128)을 통해 배터리 셀(102)의 포지티브 극에 접속된다. 밸런싱 스위치(125, 126)의 스위칭 상태는 처리 유닛(111)에 의해 제어될 수 있다. 제 1 밸런싱 스위치(125) 및/또는 제 2 밸런싱 스위치(126)의 폐쇄에 의해, 배터리 셀(102)이 제 1 및/또는 제 2 밸런싱 저항(127, 128)을 통해 방전될 수 있다.The microcontroller and thus the
배터리 셀 모듈(101)은 또한 상기 제 1 실시예에서 실질적으로 제 1 저항(130)으로 이루어진 제 1 커플링 유닛(129)을 포함한다. 제 1 커플링 유닛(129)은, 제 1 저항(130)의 제 1 측면이 배터리 셀(102)의 포지티브 극에 접속되며 제 1 저항(130)의 제 2 측면이 제 1 통신 유닛(105)에 접속되도록, 배터리 셀 모듈(101)의 나머지 컴포넌트에 접속된다. 동시에, 플러그 콘택이 제 1 저항(130)의 제 2 측면에 배치되고, 상기 플러그 콘택은 배터리 셀 모듈(101)을 제 1 플러그 접속부를 통해 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 커플링 유닛(232)에 접속하며, 제 1 배터리 셀 모듈(101)과 선행 배터리 셀 모듈(201) 사이의 데이터 라인(501)을 형성한다. 제 1 저항(130)은 저항값 R1 = 10 ㏀을 갖는다.The
배터리 셀 모듈(101)은 또한 상기 제 1 실시예에서 실질적으로 제 2 저항(133) 및 제 3 저항(134)으로 이루어진 제 2 커플링 유닛(132)을 포함한다. 제 2 커플링 유닛(132)은, 제 2 저항(133)의 제 1 측면이 제 2 통신 유닛(106)에 접속되며 제 2 저항(133)의 제 2 측면에 플러그 콘택이 배치되도록, 배터리 셀 모듈(101)의 나머지 컴포넌트에 접속된다. 상기 플러그 콘택은 배터리 모듈(101)을 제 2 플러그 접속부를 통해 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 커플링 유닛(329)에 접속하고, 따라서 배터리 셀 모듈(101)과 후속 배터리 셀 모듈(301) 사이의 데이터 라인(502)을 형성한다. 제 2 저항(133)의 제 1 측면은 또한 제 3 저항(134) 및 이에 대해 직렬 접속된 스위치(135)를 통해 회로 접지(109)에 접속된다. 제 2 저항(133)은 저항값 R2 = 10 ㏀을 갖는다. 제 3 저항(134)은 저항값 R3 = 10 ㏀을 갖는다.The
도 2에 도시된 선행 배터리 셀 모듈(201)은 배터리 셀 모듈(101)과 구성이 동일하다. 후속 배터리 셀 모듈(301)도 배터리 셀 모듈(101)과 구성이 동일하다.The preceding
배터리 셀 모듈(101)이 선행 배터리 셀 모듈(201)과 직렬로 접속되면, 배터리 모듈(101)의 제 1 커플링 유닛(129)이 제 1 플러그 접속부를 통해 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 커플링 유닛(232)에 접속되고 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 커플링 유닛(232)이 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)에 접속되기 때문에, 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 통신 유닛(105)은 개별 데이터 라인(501)을 통해 그리고 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 커플링 유닛(232)을 통해 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)에 접속된다. 상기 개별 데이터 라인(501)은 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 1 커플링 유닛(129) 및 제 2 커플링 유닛(232) 사이의 플러그 접속부에 의해 형성되고, 이 경우 단일-와이어 접속부이다.When the
배터리 셀 모듈(101)이 후속 배터리 셀 모듈(301)과 직렬로 접속되면, 배터리 셀 모듈(101)의 제 2 커플링 유닛(132)이 제 2 플러그 접속부를 통해 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 커플링 유닛(329)에 접속되고 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 커플링 유닛(329)은 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 통신 유닛과 접속되기 때문에, 배터리 셀 모듈(101)의 제 2 통신 유닛(106)은 개별 데이터 라인(502)을 통해 그리고 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 커플링 유닛(329)을 통해 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 통신 유닛에 접속된다. 상기 개별 데이터 라인(502)은 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 2 커플링 유닛(132) 및 제 1 커플링 유닛(329) 사이의 플러그 접속부에 의해 형성되고, 이 경우 단일-와이어 접속부이다.When the
선행 배터리 셀 모듈(201)의 회로 접지(209) 및 회로 접지(109)는 공통의 전압 레벨에 접속되지 않는다. 오히려, 2개의 회로 접지(109, 209) 사이에서 전압 강하가 생기며, 상기 전압 강하는 실질적으로 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀 전압(UB2)에 의해 규정되는 것으로 나타난다. 따라서, 전압 레벨은 배터리 셀 모듈마다 커지고, 상기 증가는 각각의 배터리 셀의 상태에 직접 의존한다.The
배터리 셀 모듈(101)의 제 1 커플링 유닛(129) 및 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 커플링 유닛(232)은 결합 상태에서 제 1 분압기를 형성하고, 상기 분압기는 후속 배터리 셀 모듈(301)의 측면에서 배터리 셀(102)의 제 1 전위, 여기서는 배터리 셀(102)의 포지티브 극의 전위와 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)에서의 제 2 전위 사이의 전압 강하를 분할하고, 상기 제 1 분압기의 중간 전압 탭은 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 통신 유닛(105)에 결합된다.The
제어 유닛(103)은, 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 통신 유닛(105)을 통해 수신되었던 데이터 신호를 처리 및/또는 변형하거나 변화 없이 배터리 셀 모듈(101)의 제 2 통신 유닛(106)에 의해 송신하도록 설계된다. 따라서, 정보가 선행 배터리 셀 모듈(201)로부터 배터리 셀 모듈(101)로 전송될 수 있다. 또한, 정보가 배터리 셀 모듈(101)로부터 후속 배터리 셀 모듈(301)로 전송될 수 있다. 따라서, 정보는, 정보가 결정되는 하나 다수의 배터리 셀 모듈(2)에 도달할 때까지 배터리 셀 모듈(2)의 직렬 접속 내에서 전송되는 것이 가능해진다.The
선행 배터리 셀 모듈(201)로부터 배터리 셀 모듈(101)로의 데이터 전송이 예시적으로 설명된다. 이 데이터 전송 시에, 배터리 셀 모듈(101)의 스위치에 상응하는 선행 배터리 셀 모듈(201)의 스위치(235)는 불필요한 전류 부하를 받지 않기 위해 개방된다. 데이터 신호는 논리 "0" 및 논리 "1"로 이루어지고, 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)으로부터 송신된다.Data transmission from the preceding
선행 배터리 셀 모듈(201)의 회로 접지(209)와 관련해서, 선행 배터리 셀 모듈(201)에서 논리 "0"은 0 V의 전압 레벨을 갖고, 논리 "1"은 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀 전압(UB2)과 동일한 전압 레벨을 갖는다. 배터리 셀 모듈(101)의 회로 접지(109)와 관련해서, 배터리 셀 모듈(101)에서 논리 "0"은 0 V의 전압 레벨을 갖고, 논리 "1"은 배터리 셀 모듈(101)의 배터리 셀 전압(UB1)과 동일한 전압 레벨을 갖는다. 따라서, 배터리 셀 모듈(101)의 회로 접지(109)와 관련해서, 선행 배터리 셀 모듈(201)의 논리 "1"의 전압 레벨은 배터리 셀 모듈(101)의 논리 "0"의 전압 레벨과 동일할 것이다. 이는 배터리 셀 모듈들(201, 101) 사이의 통신 에러를 야기할 것이다.With respect to the
그러나, 본 발명에 따라, 선행 배터리 셀 모듈(201)의 논리 "0" 및 논리 "1"의 전압 레벨이, 행정의 감소와 관련해서, 제 1 분압기에 의해 상승함으로써, 인접한 배터리 셀 모듈들(201, 101) 사이의 전위 매칭이 이루어진다. 이는 제 1 및 제 2 분압기로 형성된 저항 네트워크에 의해 이루어진다.However, according to the present invention, the voltage levels of the logic "0" and logic "1" of the preceding
선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)을 통해 논리 "0"이 송신되면, 제 1 분압기를 통해 전압 강하가 이루어지며, 상기 전압 강하는 배터리 셀 모듈(101)의 배터리 셀 전압(UB1)과 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀 전압(UB2)의 합에 상응한다. 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 저항(130)이 배터리 셀 모듈(101)의 제 2 저항(133)에 상응하는 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 저항(233)과 동일한 치수로 설계되기 때문에, 상기 2개의 저항들 사이에서 절반의 전압 강하가 주어진다. 또한, 배터리 셀 모듈(101)의 배터리 셀 전압(UB1)과 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀 전압(UB2)이 대략 동일하기 때문에, 선행 배터리 셀 모듈(201)의 논리 "0"의 전압 레벨이 대략 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀 전압(UB2)의 값만큼, 즉 약 3.6 볼트만큼 상승한다. 배터리 셀 모듈(101)의 회로 접지(109)에서의 접지 전위도 선행 배터리 셀 모듈(201)의 회로 접지(209)에서의 접지 전위보다 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀 전압(UB2)의 값만큼 상승하기 때문에, 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)을 통해 송신되었던 논리 "0"은 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 통신 유닛(105)에서의 전압 레벨을 야기하게 되고, 상기 전압 레벨은 배터리 셀 모듈(101)의 회로 접지(109)에서의 접지 전위에 비해 약 O V의 전압 차이를 나타낸다.When logic “0” is transmitted through the
선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)에 의해 논리 "1"이 송신되면, 제 1 분압기를 통해 전압 강하가 주어지고, 상기 전압 강하는 배터리 셀 모듈(101)의 배터리 셀 전압(UB1)에 대략 상응한다. 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 저항(130)과 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 저항(233)이 동일한 치수로 설계되기 때문에, 상기 2개의 저항들 사이에서 단지 절반의 전압 강하가 주어진다. 따라서, 이는 배터리 셀 모듈(101)의 절반의 배터리 셀 전압(UB1)에 대략 상응하므로 약 1.8 볼트이다. 따라서, 선행 배터리 셀 모듈(201)의 회로 접지(209)에서의 접지 전위와 관련해서, 3.6 볼트의 논리 "1"의 전압 레벨이 1.8 볼트만큼 상승하므로, 약 5.4 볼트이다. 배터리 셀 모듈(101)의 회로 접지(109)에서의 접지 전위가 선행 배터리 셀 모듈(201)의 회로 접지(209)에서의 접지 전위보다 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀 전압(UB2)의 값만큼 상승하기 때문에, 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)을 통해 송신되었던 논리 "1"은 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 통신 유닛(105)에서의 전압 레벨을 야기하게 되고, 상기 전압 레벨은 배터리 셀 모듈(101)의 회로 접지(109)에서의 접지 전위에 비해 약 1.8 V의 전압 차이를 나타낸다.When logic “1” is transmitted by the
따라서, 배터리 셀 모듈(101)의 제 1 통신 유닛(105)으로 전송되는 선행 배터리 셀 모듈(201)의 데이터 신호의 전압 레벨은 배터리 셀 모듈(101)의 회로 접지(109)에서의 접지 전위와 관련해서 하기와 같이 요약될 수 있다:Therefore, the voltage level of the data signal of the preceding
논리 "0"의 전압 레벨:Voltage level of logic "0":
(UB1 - UB2) x R2 /(R1 + R2) [0 볼트의 범위 내에서](U B1 - U B2 ) x R 2 /(R 1 + R 2 ) [in the range of 0 volts]
논리 "1"의 전압 레벨:Voltage level of logic "1":
(UB1 ) x R2 /(R1 + R2) [UB1/2의 범위 내에서](U B1 ) x R 2 /(R 1 + R 2 ) [within the range of U B1 /2]
전압 레벨의 추가 매칭은 비교기(107)에 의해 이루어진다. 비교값은 0볼트를 초과하며 UB1/2 미만인 범위 내에 있다.Further matching of the voltage levels is made by
비교값을 바람직하게 세팅하기 위해, 먼저 선행 배터리 셀 모듈(201)에 의해, 논리 "1"의 전압 레벨을 가진 하이-신호가 미리 정해진 지속 시간, 여기서는 800 ㎲에 걸쳐 송신된다. 그리고 나서, 선행 배터리 셀 모듈(201)에 의해 논리 "0"의 전압 레벨을 가진 로우-신호가 미리 정해진 지속 시간, 여기서는 800 ㎲에 걸쳐 송신된다. 상기 하이-신호 및 로우-신호로부터, 비교기(107)의 비교값 및 그에 따라 문턱값 및 히스테리시스가 결정된다.To preferably set the comparison value, a high-signal with a voltage level of logic “1” is first transmitted by the preceding
후속 배터리 셀 모듈(301)로부터 배터리 셀 모듈(101)로의 데이터 전송이 예시적으로 설명된다. 이 데이터 전송 시에, 배터리 셀 모듈(101)의 스위치(135)가 폐쇄된다. 논리 "0" 및 논리 "1"로 이루어진 데이터 신호는 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 통신 유닛에 의해 송신된다.Transmission of data from the subsequent
배터리 셀 모듈(101)의 제 2 커플링 유닛(132) 및 후속 배터리 셀 모듈(201)의 제 1 커플링 유닛(329)은 배터리 셀 모듈(101)의 스위치(135)의 폐쇄시 결합 상태에서, 제 2 분압기를 형성하고, 상기 제 2 분압기는 선행 배터리 셀 모듈(201)의 측면에서 배터리 셀(102)의 전위, 이 경우 회로 접지(109)에서의 전위와 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 통신 유닛에서의 전위 사이의 전압 강하를 분할한다. 이 경우, 제 2 분압기의 중간 전압 탭은 배터리 셀 모듈(101)의 제 2 통신 유닛(106)에 결합된다.The
본 발명에 따라, 후속 배터리 셀 모듈(301)의 논리 "0" 및 논리 "1"의 전압 레벨이, 행정의 감소와 관련해서, 제 2 분압기에 의해 떨어짐으로써, 인접한 배터리 셀 모듈들(101, 301) 사이의 전위 매칭이 이루어진다. 이는 제 2 분압기에 의해 제 1 분압기에 의한 전압 레벨의 상승과 유사하게 이루어진다.According to the present invention, the voltage levels of the logic "0" and logic "1" of the subsequent
전압 레벨의 추가 매칭은 비교기(107)에 의해 이루어진다. 비교값을 바람직하게 세팅하기 위해, 이 경우에도 먼저 후속 배터리 셀 모듈(301)에 의해, 논리 "1"의 전압 레벨을 가진 하이-신호가 미리 정해진 지속 시간, 여기서는 800 ㎲에 걸쳐 송신된다. 그리고 나서, 후속 배터리 셀 모듈(301)에 의해 논리 "0"의 전압 레벨을 가진 로우-신호가 미리 정해진 지속 시간, 여기서는 800 ㎲에 걸쳐 송신된다. 상기 하이-신호 및 로우-신호로부터, 비교기(107)의 비교값 및 그에 따라 문턱값 및 히스테리시스가 결정된다.Further matching of the voltage levels is made by
선행 배터리 셀 모듈(201)로부터 배터리 셀 모듈(101)로의 데이터 전송이 가능해지고 후속 배터리 셀 모듈(301)로부터 배터리 셀 모듈(101)로의 데이터 전송이 가능해지기 때문에, 정보가 직렬 접속의 양 방향으로 전송될 수 있다.Since data transmission from the preceding
제어 유닛(103)을 포함하는 마이크로 컨트롤러는 이 제 1 실시예에서 전압 제어 발진기(VCO)에 기초한 내부 발진기를 포함한다. 대안으로서, 간단한 RC-발진기도 사용될 수 있다. 상기 발진기는 예를 들면 500 kHz 범위의 주파수를 출력한다. 상기 주파수는, 마이크로 컨트롤러에 대한 상응하게 높은 작동 주파수 및 그에 따라 클록 주파수를 얻기 위해, 위상 동기 루프에 의해 증배된다.The microcontroller comprising the
그러나, 상기 발진기는 큰 공차를 갖기 때문에, 배터리 셀 모듈들, 예를 들면 선행 배터리 셀 모듈(201)과 배터리 셀 모듈(101) 사이의 체인화된 통신들이 여기에 주어진 비동기 통신의 경우 매우 제한적으로만 가능할 수 있다는 문제점이 있는데, 그 이유는 정확한 시간적 분해가 불가능하기 때문이다.However, since the oscillator has a large tolerance, chained communications between battery cell modules, e.g., the preceding
따라서, 배터리 셀 모듈(101)은, 그 클록 주파수를 선행 배터리 셀 모듈(201)의 클록 주파수로 조정하도록 설계된다. 데이터 신호가 선행 배터리 셀 모듈(201)로부터 배터리 셀 모듈(101)로 송신되면, 상기 데이터 신호는 선행 배터리 셀 모듈(201)의 클록 주파수 또는 클록 주파수의 수배로 클록 제어된다. 따라서, 데이터 신호는 클록 주파수에 상응하는 래스터 주파수(raster frequency)를 갖는다. 데이터 신호 내에 생기는 에지들의 시간 간격에 의해, 배터리 셀 모듈(101)의 내부 발진기의 클록과 선행 배터리 셀 모듈(201)의 내부 발진기의 클록 사이의 편차가 결정된다. 상기 편차는 VCO용 보정 전압으로 변환된다. 이를 위해, 위상 편차에 대한 내부 루프 및 주파수에 대한 외부 루프를 포함하는 디지털 캐스케이드 제어 회로가 사용된다. 따라서, 래스터 매칭이 이루어지고, 그에 따라 전체 마이크로 컨트롤러가 공통의 래스터에 대해 동기화된다.Thus, the
중앙 배터리 제어부(6)는 중앙 클록 발생기로서 수정 공진기를 포함한다. 수정 공진기의 적은 공차로 인해, 배터리 제어부(6)는 시간상 연속하는 클록 주파수를 갖는다. 데이터 신호가 중앙 배터리 제어부(6)로부터 직렬 접속 내의 제 1 배터리 셀 모듈로 송신되면, 상기 데이터 신호는 클록 주파수 또는 클록 주파수의 수배로 클록 제어된다. 따라서, 중앙 배터리 제어부(6)에 의해, 모든 배터리 셀 모듈을 조정하는 클록 주파수가 미리 정해진다. 따라서, 마이크로 컨트롤러 및 그에 따라 데이터 신호는 발진기의 클록에 기초하여 그리고 배터리 셀 모듈(101)에 포함되지 않는 중앙 클록 발생기와 발진기의 편차에 기초하여 클록 제어된다.The
따라서, 배터리 셀 모듈(2)의 마이크로 컨트롤러들 사이의 정확한 위상 결합이 이루어진다. 비동기 데이터 전송은 높은 래스터 주파수(500 kBaud의 범위 내) 및 그에 따라 높은 데이터 전송률로 이루어질 수 있다. 중앙 배터리 제어부(6)가 수정으로 동작하기 때문에, 타이머 기능에 대해서도 상응하게 높은 정확도가 주어진다.Thus, accurate phase coupling between the microcontrollers of the
배터리 시스템(1)의 초기화 단계에서 전류가 배터리 셀 모듈(101)의 배터리 셀(102)을 통해 흐르지 않는다. 이 단계에서 아날로그/디지털 변환기(112)의 교정이 이루어진다. 이 경우, 연산 증폭기(119)의 오프셋-온도에 따른 변화가 보상되고, 이는 작동 동안에도 이루어질 수 있다. 이는 온도 측정 부재(121)에 의해 검출되는 배터리 셀 모듈(101)의 온도에 의해 이루어진다. 검출된 배터리 셀 전압(UB1) 및 배터리 셀(102)을 통한 검출된 전류는 아날로그/디지털 변환기(112)로부터 멀티플렉서(104) 및 수신 유닛(110)을 통해 처리 유닛(111)으로 전송된다. 상기 처리 유닛은 상기 검출된 값들을 제 1 통신 유닛(105) 및 그 사이에 놓인 배터리 셀 모듈에 의해 중앙 배터리 제어 유닛(6)으로 송신한다. 중앙 배터리 제어 유닛(6)을 향한 긴 라인 없이, 배터리 셀 모듈(101)에 의해 배터리 셀 전압(UB1)과 배터리 셀(102)을 통한 전류를 직접 측정하는 것은 상기 값들의 정확한 측정을 가능하게 하고 간섭 HF-결합을 방지한다.In the initialization phase of the
데이터 신호는 이 제 1 실시예에서 2 바이트를 포함한다. 제 1 바이트는 어드레싱에 사용되며 배터리 셀 모듈에 의해 무엇이 실시되어야 하는지를 나타내는 식별자이다.The data signal contains 2 bytes in this first embodiment. The first byte is an identifier used for addressing and indicating what is to be done by the battery cell module.
제 1 바이트의 제 1 비트가 값 "0"을 가지면, 모든 배터리 셀 모듈들(2)은 동일한 연산을 실행한다. 나머지 비트들은 연산을 결정한다. 데이터는 시간 오프셋이 주어지지 않도록 즉각 전달되어야 한다. 제 1 바이트의 제 1 비트가 값 "1"을 가지면, 나머지 비트들에 제공된 어드레싱 값에 의해 표시되는 규정된 배터리 셀 모듈이 반응한다. 배터리 셀 모듈(101)이 이러한 데이터 신호를 수신하지만, 어드레싱 값이 제로가 아니기 때문에 반응하지 않으면, 어드레싱 값으로부터 값 1이 감산되고 데이터 신호가 다음 배터리 셀 모듈로 전송된다. 어드레싱 값이 제로이면, 배터리 셀 모듈(101)이 구성될 수 있다.If the first bit of the first byte has the value "0", all
배터리 셀 모듈(101) 및 선행 배터리 셀 모듈(201) 또는 후속 배터리 셀 모듈(301)이 동시에 송신하면, 배터리 셀 모듈들 중 하나가 송신될 데이터 신호를 일시 저장해야 하고 다른 배터리 셀 모듈의 데이터 신호를 전달해야 한다. 그 이후에, 홀딩된 배터리 셀 모듈이 일시 저장된 데이터 신호를 즉각 전송할 수 있다. 이 경우, 배터리 셀 모듈(2)의 우선 순위를 매기는 것이 바람직하다. 예를 들면 중앙 배터리 제어부(6)에 더 가까이 놓인 배터리 셀 모듈이 우선 순위를 가질 수 있다.When the
배터리 셀(3)의 밸런싱이 요구되면, 먼저, 직렬 접속에서 중앙 배터리 제어부(6)로부터 가장 멀리 놓인 배터리 셀 모듈에 의해, 필요가 있는지의 여부가 검사된다. 필요가 있는 경우에는 각각의 배터리 셀(3)의 밸런싱이 밸런싱 스위치에 의해 실시된다. 필요가 없는 경우에는, 직렬 접속에서 선행하는 배터리 셀 모듈은 밸런싱이 필요한지의 여부를 검사한다.If balancing of the
배터리 셀 모듈(101)의 밸런싱이 필요하면, 이는 제 1 밸런싱 스위치(125) 및/또는 제 2 밸런싱 스위치(126)를 통해 제어될 수 있다. 배터리 셀 모듈(101)의 밸런싱이 종료되면, 선행 배터리 셀 모듈(201)은 데이터 신호에 의해 밸런싱이 필요한지의 여부를 검사하기 위해 활성화된다.If balancing of the
각각의 마이크로 컨트롤러, 및 그에 따라 각각의 제어 유닛은 배터리 시스템(1) 내에 각각의 배터리 셀 모듈의 조립 후에, 배터리 셀 모듈들 사이의 통신을 가능하게 하는 동일한 바이오스(BIOS)를 갖는다. 배터리 셀 모듈(101)의 EPROM 내 넘버링 셀은 배터리 셀 모듈의 식별을 위해 사용된다. 이를 위해, 다수의 배터리 셀 모듈의 직렬 접속에서 배터리 셀 모듈의 식별을 가능하게 하는 가변 명칭이 넘버링 셀 내에 저장된다. 배터리 셀 모듈이 배터리 시스템(6) 내에 조립되었으면 초기화 루틴에 의해 자동 셀 넘버링이 이루어진다. 이 경우, 넘버링 셀 및 제어 유닛의 가변 명칭이 자동으로 할당된다. 셀 넘버링의 업데이트는 항상 이루어질 수 있고, 예를 들면 결함을 가진 셀의 교체 후에도 이루어질 수 있다.Each microcontroller, and therefore each control unit, after assembly of each battery cell module in the
도 3은 제어 유닛(103)을 포함하는 마이크로 컨트롤러를 모니터링하는 배터리 셀 모듈(101)의 모니터링 회로(10)를 도시한다. 마이크로 컨트롤러는 배터리 셀(102)에 의해 전압을 공급받고, 중앙 배터리 제어부(6)의 명령에 의해 요구되는 경우, 또는 제 1 또는 제 2 통신 유닛(105, 106)을 통해 통신이 이루어지지 않으면서 미리 정해진 기간이 흐르는 경우, 휴지 상태로 된다. 이로 인해, 마이크로 컨트롤러의 에너지 소비가 줄어든다.3 shows the
모니터링 회로(10)는 리셋 가능한 카운터(11), 클록 발생기(12), 제 1 플립 플롭(13), 제 2 플립 플롭(14), 제 3 플립 플롭(15) 및 AND-게이트(16)를 포함한다. 플립 플롭들은 이 실시예에서 D-플립 플롭이다. 클록 발생기(12)는 리셋 가능한 카운터(11), 제 1 플립 플롭(13), 제 2 플립 플롭(14) 및 제 3 플립 플롭(15)의 클록 입력들 CLK에 접속된다. 카운터(11)는 클록 발생기의 클록마다 증분되고, 카운터 출력(19)을 포함한다. 상기 카운터 출력(19)은 미리 정해진 카운터 값에 도달하면 논리 "1"을 출력한다. 카운터 출력(19)은 카운터(11)의 비활성화 입력에 접속된다. 카운터(11)에 의해 카운터 출력(19)에 논리 "1"이 출력되면, 카운터(11)는 비활성화되으로, 카운터(11)가 리셋될 때까지 카운터 출력(19)에서 논리 "1"이 유지된다. 카운터(11)는 또한 제어 유닛(103)을 포함하는 마이크로 컨트롤러에 접속되고, 카운터(11)가 미리 정해진 카운터 값에 도달할 때까지 상기 마이크로 컨트롤러에 의해 마이크로 컨트롤러의 정상 작동 동안 규칙적으로 리셋된다. 그러나, 카운터(11)가 휴지 상태로 접속되었으면, 카운터(11)는 마이크로 컨트롤러에 의해 리셋되지 않는다. 카운터(11)의 출력은 제 1 플립 플롭(13)의 데이터 입력(D)에 접속된다. 제 1 플립 플롭의 출력(Q)은 AND-게이트(16)의 제 1 입력에 접속된다. 따라서, 카운터(11)가 그 미리 정해진 카운터 값에 도달한 다음 리셋되지 않았을 경우에만 논리 "1"이 AND-게이트(16)의 출력에 인가될 수 있다.The
제 2 플립 플롭(14)의 데이터 입력(D)은 통신 라인(17)을 통해 제 1 통신 유닛(105)에 접속된다. 제 2 플립 플롭(14)의 출력(Q)은 제 3 플립 플롭(15)의 데이터 입력(D)과 AND-게이트(16)의 제 2 입력에 접속된다. 제 3 플립 플롭(15)의 반전 출력(QB)은 AND-게이트(16)의 제 3 입력에 접속된다. 따라서, 제 2 플립 플롭(14)의 데이터 입력(D)에 변하는 논리 상태가 나타난 상태에서, 즉 데이터 신호가 제 1 통신 유닛(105)에 나타나면, AND-게이트(16)의 출력에 펄스가 인가된다. 이 경우, 카운터(11)가 그 미리 정해진 카운터 값에 도달한 다음 리셋되지 않았을 경우에만, 펄스가 인가된다. AND-게이트(16)의 출력은, 펄스가 AND-게이트(16)의 출력에 인가되는 경우 마이크로 컨트롤러가 휴지 상태로부터 깨어나도록, 마이크로 컨트롤러에 결합된다.The data input (D) of the second flip flop (14) is connected to the first communication unit (105) via a communication line (17). The output Q of the second flip-
마이크로 컨트롤러가 휴지 상태에 있기 때문에, 여기서 타이머로서 동작하는 모니터링 회로(10)의 카운터가 상기 마이크로 컨트롤러에 의해 리셋되지 않으면, 카운터(11)의 출력에 그리고 그에 따라 제 1 플립 플롭(13)의 데이터 입력(D)에 논리 "1"의 레벨이 인가된다. 통신 라인(17)을 통한 통신이 나타나면, AND-게이트(16)의 출력에서 하드웨어 인터럽트가 생기고, 마이크로 컨트롤러는 휴지 상태로부터 깨어난다. 마이크로 컨트롤러의 휴지 상태는 예를 들면 마이크로 컨트롤러의 매우 느린 클록킹에 의해 달성될 수 있다. 배터리 셀 모듈(101)은 모니터링 회로(10)를 포함하고, 상기 모니터링 회로는, 배터리 셀 모듈(101)이 데이터 신호를 제 1 통신 유닛(105)을 통해 수신하면, 제어 유닛(103)을 활성 상태로 만든다.Since the microcontroller is in the idle state, if the counter of the
대안적 실시예에서, 모니터링 회로(10)는 추가의 플립 플롭을 포함하고, 상기 플립 플롭은 제 2 통신 유닛(106)에 결합되고, OR-게이트를 통해 제 2 및 제 3 플립 플롭에 결합된다. 따라서, 배터리 셀 모듈(101)이 제 2 통신 유닛(106)을 통해 데이터 신호를 수신하면, 제어 유닛(103)을 활성 상태로 만드는 모니터링 회로(10)가 형성된다.In an alternative embodiment, the
본 발명에 따른 배터리 시스템(1)은 또한 배터리 셀의 리튬 원자의 공진 주파수에 상응하는 주파수를 가진 교류 전류, 특히 GHz-범위의 교류 전류와 상기 데이터 신호를 중첩시키도록 설계된다.The
진동 시스템이 공진 주파수 가까이에서 여기되면, 낮은 댐핑과 큰 진폭이 나타난다. 이는 종종, 예를 들면 건물, 케이블카, 옥외 라인 등에서 바람직하지 않고, 공진 파괴 현상을 야기할 수 있다. 그러나, 리튬-이온 배터리의 특정 상태에서 이는 바람직할 수 있다: 셀들이 높은 방전 전류로 반복되는 배터리 방전시 또는 저온에서 충전시 나타날 수 있는 애노드 상에 덴드라이트 형성 및 금속 리튬 도금을 포함하면, 이는, 용량을 잃었고 내부 단락이 나타날 수 있는 노화된 셀에 대한 지시이다. GHz-범위의 교류 전류와 통신 신호의 중첩에 의해 리튬 층이 다시 애노드로부터 분리될 수 있고 셀 노화가 되돌려질 수 있다. 이 경우, 상기 중첩 주파수는 Li-원자의 공진 주파수에 상응해야 한다.When a vibrating system is excited near the resonant frequency, low damping and large amplitude appear. This is often undesirable, for example in buildings, cable cars, outdoor lines, etc., and can lead to resonance breakdown. However, in certain conditions of a lithium-ion battery this can be desirable: if the cells contain dendrite formation and metallic lithium plating on the anode that can occur during repeated battery discharges at high discharge currents or upon charging at low temperatures, this , an indication of aged cells that have lost capacity and may exhibit internal shorts. Superimposition of the GHz-range alternating current and the communication signal can separate the lithium layer from the anode again and reverse cell aging. In this case, the superposition frequency should correspond to the resonance frequency of the Li-atom.
상기 공개 내용과 더불어, 도 1 내지 도 3의 공개 내용이 참고된다.In addition to the above disclosure content, reference is made to the disclosure content of FIGS. 1 to 3 .
1: 배터리 시스템
2, 101, 201, 301: 배터리 셀 모듈 3, 102: 배터리 셀
6: 중앙 배터리 제어 유닛
8, 9, 129, 132, 232, 329: 커플링 유닛 10: 모니터링 회로
103: 제어 유닛
105, 106, 206: 통신 유닛 107: 비교기
502: 데이터 라인1: Battery system
2, 101, 201, 301:
6: central battery control unit
8, 9, 129, 132, 232, 329: coupling unit 10: monitoring circuit
103: control unit
105, 106, 206: communication unit 107: comparator
502: data line
Claims (11)
- 배터리 셀 전압(UB1)을 공급하고 선행 배터리 셀 모듈(201)의 배터리 셀(202) 및/또는 후속 배터리 셀 모듈(301)의 배터리 셀과 직렬로 접속되도록 설계된 배터리 셀(102),
- 데이터 신호를 수신하도록 설계된 제 1 통신 유닛(105)과
데이터 신호를 송신하도록 설계된 제 2 통신 유닛(106)을 구비한 제어 유닛(103),
- 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 1 통신 유닛(105)을 상기 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 커플링 유닛(232)을 통해 상기 선행 배터리 셀 모듈(201)의 제 2 통신 유닛(206)에 결합하거나 개별 데이터 라인(501)을 통해 중앙 배터리 제어 유닛(6)에 결합하도록 설계된 제 1 커플링 유닛(129), 및
- 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 2 통신 유닛(106)을 개별 데이터 라인(502)을 통해 그리고 상기 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 커플링 유닛(329)을 통해 상기 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 통신 유닛에 결합하도록 설계된 제 2 커플링 유닛(132)을 포함하고,
상기 제어 유닛(103)은 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 1 통신 유닛(105)을 통해 수신되었던 데이터 신호를 처리 및/또는 변형하거나 변화 없이 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 2 통신 유닛(106)에 의해 송신하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.As a battery cell module 101 having a communication device for data exchange between a plurality of similar series battery cell modules 101, 201, 301,
- battery cells 102 designed to supply the battery cell voltage U B1 and be connected in series with the battery cells 202 of the preceding battery cell module 201 and/or the battery cells of the subsequent battery cell module 301;
- a first communication unit 105 designed to receive data signals; and
a control unit 103 with a second communication unit 106 designed to transmit data signals;
- The first communication unit 105 of the battery cell module 101 is connected to the second communication unit of the preceding battery cell module 201 via the second coupling unit 232 of the preceding battery cell module 201 a first coupling unit (129) designed to couple to (206) or to the central battery control unit (6) via a separate data line (501); and
- the second communication unit 106 of the battery cell module 101 via a separate data line 502 and via the first coupling unit 329 of the subsequent battery cell module 301 the subsequent battery cell a second coupling unit 132 designed to couple to the first communication unit of the module 301;
The control unit 103 processes and/or transforms the data signal received through the first communication unit 105 of the battery cell module 101 or performs the second communication of the battery cell module 101 without change. Battery cell module, characterized in that it is designed for transmission by the unit (106).
상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 1 커플링 유닛(129) 및 상기 선행 배터리 셀 모듈(201)의 상기 제 2 커플링 유닛(232)은 결합 상태에서 제 1 분압기를 형성하고, 상기 제 1 분압기는
상기 후속 배터리 셀 모듈(301)의 측면 상의 상기 배터리 셀(102)의 전위와
상기 선행 배터리 셀 모듈(201)의 상기 제 2 통신 유닛(206)에서의 전위 사이의 전압 강하를 분할하고, 상기 제 1 분압기의 중간 전압 탭은 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 1 통신 유닛(105)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to claim 1,
The first coupling unit 129 of the battery cell module 101 and the second coupling unit 232 of the preceding battery cell module 201 form a first voltage divider in a coupled state, voltage divider
The potential of the battery cell 102 on the side of the subsequent battery cell module 301 and
divides the voltage drop between the potentials at the second communication unit 206 of the preceding battery cell module 201, and the mid voltage tap of the first voltage divider is A battery cell module, characterized in that coupled to (105).
- 상기 제 1 통신 유닛(105)은 또한 데이터 신호를 송신하도록 설계되고,
- 상기 제 2 통신 유닛(106)은 또한 데이터 신호를 수신하도록 설계되며,
상기 제어 유닛(103)은 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 2 통신 유닛(106)을 통해 수신되었던 데이터 신호들을 변형하거나 변화 없이 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 1 통신 유닛(105)에 의해 송신하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to claim 1,
- the first communication unit (105) is also designed to transmit data signals,
- the second communication unit (106) is also designed to receive data signals;
The control unit 103 controls the first communication unit 105 of the battery cell module 101 without modifying or changing the data signals received through the second communication unit 106 of the battery cell module 101. Characterized in that designed to transmit by the battery cell module.
상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 2 커플링 유닛(132) 및 상기 후속 배터리 셀 모듈(301)의 제 1 커플링 유닛(329)은 결합 상태에서 제 2 분압기를 형성하고, 상기 제 2 분압기는
- 상기 선행 배터리 셀 모듈(201)의 측면 상의 상기 배터리 셀(102)의 전위와
- 상기 후속 배터리 셀 모듈(301)의 상기 제 1 통신 유닛에서의 전위 사이의 전압 강하를 분할하고, 상기 제 2 분압기의 중간 전압 탭은 상기 배터리 셀 모듈(101)의 상기 제 2 통신 유닛(106)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to any one of claims 1 to 3,
The second coupling unit 132 of the battery cell module 101 and the first coupling unit 329 of the subsequent battery cell module 301 form a second voltage divider in a coupled state, and the second voltage divider Is
- the potential of the battery cell 102 on the side of the preceding battery cell module 201 and
- divides the voltage drop between potentials at the first communication unit of the subsequent battery cell module (301), and the middle voltage tap of the second voltage divider is the second communication unit (106) of the battery cell module (101). ) characterized in that coupled to, the battery cell module.
상기 제어 유닛(103)은 들어오는 데이터 신호를 비교값과 비교하는 비교기(107)를 포함하고, 상기 데이터 신호는 상기 데이터 신호의 전압이 상기 비교값보다 크면 논리 1을 갖고, 상기 데이터 신호의 전압이 상기 비교값보다 작으면 논리 제로를 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to any one of claims 1 to 3,
The control unit 103 includes a comparator 107 that compares an incoming data signal with a comparison value, the data signal has a logic 1 if the voltage of the data signal is greater than the comparison value, and the voltage of the data signal is A battery cell module, characterized in that it has a logic zero when it is smaller than the comparison value.
상기 제어 유닛(103)은
- 각각 정해진 지속 시간의 높은 레벨과 낮은 레벨을 가진 초기화 신호를 상기 제 1 및/또는 제 2 통신 유닛(105, 106)을 통해 송신하며, 이 경우 상기 높은 레벨은 상기 데이터 신호의 논리 1의 전압 값에 상응하고, 상기 낮은 레벨은 상기 데이터 신호의 논리 제로의 전압 값에 상응하며,
- 상기 비교값을 상기 높은 레벨과 상기 낮은 레벨 사이의 값으로 정하기 위해, 상기 선행 또는 상기 후속 배터리 셀 모듈(301)의 초기화 신호를 수신하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to claim 5,
The control unit 103 is
- sending an initialization signal having a high level and a low level of a predetermined duration, respectively, through the first and/or second communication unit 105, 106, wherein the high level is the logic 1 voltage of the data signal; value, the low level corresponds to the voltage value of logic zero of the data signal;
- A battery cell module, characterized in that it is designed to receive an initialization signal of the preceding or succeeding battery cell module (301), in order to set the comparison value to a value between the high level and the low level.
상기 배터리 셀 모듈(101)은, 상기 배터리 셀 모듈(101)이 데이터 신호를 상기 제 1 통신 유닛(105) 및/또는 상기 제 2 통신 유닛(106)을 통해 수신하면 상기 제어 유닛(103)을 활성 상태로 만드는 모니터링 회로(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to any one of claims 1 to 3,
The battery cell module 101 controls the control unit 103 when the battery cell module 101 receives a data signal through the first communication unit 105 and/or the second communication unit 106. A battery cell module, characterized in that it comprises a monitoring circuit (10) which makes it active.
상기 제어 유닛(103)은 다수의 배터리 셀 모듈의 직렬 접속에서 상기 배터리 셀 모듈(101)의 어드레싱 및/또는 식별을 가능하게 하는 가변 명칭을 포함하고, 상기 제어 유닛(103)의 상기 명칭은 자동으로 할당되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to any one of claims 1 to 3,
The control unit 103 includes a variable name that enables addressing and/or identification of the battery cell module 101 in a series connection of multiple battery cell modules, and the name of the control unit 103 is automatically Characterized in that assigned to, battery cell module.
상기 제어 유닛(103)은 발진기, 특히 전압 제어 발진기 또는 RC-발진기를 포함하고, 상기 제어 유닛(103)은 상기 데이터 신호를 상기 발진기의 클록에 기초하여 그리고 상기 배터리 셀 모듈에 포함되지 않은 중앙 클록 발생기와 상기 발진기의 편차에 기초하여 클록 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 모듈.According to any one of claims 1 to 3,
The control unit 103 comprises an oscillator, in particular a voltage controlled oscillator or RC-oscillator, the control unit 103 converts the data signal on the basis of the clock of the oscillator and to a central clock not included in the battery cell module. A battery cell module, characterized in that it is designed to control the clock based on the generator and the deviation of the oscillator.
- 다수의 배터리 셀 모듈(2)의 배터리 셀들(3)은 직렬로 접속되고,
- n-1 개의 배터리 셀 모듈의 제 1 커플링 유닛(8)은 각각 선행 배터리 셀 모듈의 제 2 커플링 유닛(9)에 결합되고,
- 직렬 접속에서 제 1 배터리 셀의 상기 제 1 커플링 유닛(8)에 결합된 중앙 배터리 제어 유닛(6)이 상기 직렬 접속의 시작 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템. In a battery system (1) comprising n battery cell modules according to any one of claims 1 to 3,
- battery cells 3 of a plurality of battery cell modules 2 are connected in series,
- the first coupling units (8) of the n-1 battery cell modules are each coupled to the second coupling units (9) of the preceding battery cell modules;
- A battery system, characterized in that a central battery control unit (6) coupled to said first coupling unit (8) of a first battery cell in a series connection is arranged at the beginning of said series connection.
상기 배터리 제어 유닛은, 상기 배터리 셀들의 리튬 원자의 공진 주파수에 상응하는 주파수를 가진 교류 전류, 특히 GHz-범위의 교류 전류와 데이터 신호를 중첩하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.According to claim 10,
The battery system, characterized in that the battery control unit is designed to superimpose the data signal with an alternating current having a frequency corresponding to the resonant frequency of lithium atoms of the battery cells, in particular an alternating current in the GHz-range.
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