KR101819237B1 - Battery system for vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리시스템에 관한 것으로, 본 발명은 단위 셀들을 각각 순서적으로 연결하는 연결링크들을 구비한 배터리모듈; 상기 연결링크들 중 사전에 정해진 연결링크의 온/오프 스위칭을 위한 제1 스위칭소자와, 상기 단위 셀들 중 상기 제1 스위칭소자의 오프에 의해 연결이 차단되는 차단 단위 셀을 우회하여 상기 차단 단위 셀의 다음에 배치된 단위 셀로 연결하기 위한 제1 우회선로를 구비한 제1 안전절체기; 및 상기 단위 셀들 별로 고장을 파악하고, 상기 고장이 파악된 단위 셀에 대응하는 상기 제1 스위칭소자가 오프되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 본 발명은 단위 셀별 고장에 대한 독립적인 처리가 가능하여, 일부 배터리모듈의 이상이 전체 배터리전원의 차단으로 이어지는 것을 막음으로써, 배터리에 의한 전력공급의 안정성 및 신뢰성을 향상할 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery system for a vehicle, and more particularly, to a battery module for a vehicle, which comprises a battery module having connecting links sequentially connecting unit cells; A first switching element for on / off switching of a predetermined connection link among the connection links; and a second switching element for bypassing a blocking unit cell, which is disconnected by turning off of the first switching element among the unit cells, A first safety switching unit having a first bypass line for connecting to the unit cells arranged next to the first safety switching unit; And a controller for detecting a failure for each of the unit cells and for controlling the first switching element corresponding to the unit cell in which the failure is detected to be turned off. Thus, the present invention can independently process failures by unit cells, thereby preventing the failure of some battery modules from leading to the interruption of the entire battery power, thereby improving the stability and reliability of power supply by the battery.

Description

차량용 배터리시스템{Battery system for vehicle}[0001] The present invention relates to a battery system for vehicle,

본 발명은 차량용 발전제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배터리의 상태 및 차량의 주행 상태에 따라 발전제어를 수행하는 차량용 발전제어시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vehicle power generation control system, and more particularly, to a power generation control system for a vehicle that performs power generation control according to the state of a battery and a running state of the vehicle.

하이브리드, 전기 및 연료전지차량에 사용되는 차량용 고전압 대전류 배터리는 차량의 주 또는 보조동력원으로 사용되는 차량의 필수 장치이다. 일반적으로 고전압 대전류의 전원을 제공하는 배터리팩은 4 개 또는 8 개 등의 소량의 셀로 구성된 단위 모듈을 여러 개 직렬 또는 병렬로 조합하여 전체 배터리시스템을 구성한다. BACKGROUND ART [0002] A high voltage, large current battery for a vehicle used in hybrid, electric and fuel cell vehicles is an essential device of a vehicle used as a main or auxiliary power source of a vehicle. In general, a battery pack that supplies a high-voltage, large-current power includes a plurality of unit modules each consisting of a small number of cells, such as four or eight, in series or in parallel to constitute an entire battery system.

그러나 종래의 차량용 배터리시스템은 각 모듈별로 관리되는 안전장치가 미비하여 단위모듈 별 이상 발생시 다른 모듈로 쉽게 전이하는 문제를 여전히 내포하고 있다. 또한 종래의 차량용 배터리시스템은 일부 단위모듈에서 이상이 발생한 경우 전체 배터리전원을 차단 또는 제한하는 것 외에 이를 효율적으로 처리하는 기술개발이 부족한 상황이다. 즉 배터리팩 중 일부 배터리모듈의 고장이 차량의 주 전력원인 배터리의 기능을 전체적으로 중지시키는 단점이 완전히 해결되지 않음으로써, 차량의 주행상황에 따라서 큰 차량사고의 원인이 될 수 있다.However, the conventional vehicle battery system still has a problem that the safety device managed for each module is insufficient, and thus, when the abnormality occurs for each unit module, it easily transits to another module. In addition, in the conventional battery system for a vehicle, in addition to blocking or restricting the entire battery power when an abnormality occurs in some unit modules, there is a lack of technology for efficiently processing the same. That is, the failure of some of the battery modules of the battery pack to completely stop the function of the battery, which is the main power source of the vehicle, is not completely solved, which may cause a large vehicle accident depending on the running condition of the vehicle.

KR 10-2003-0018937 A, 2003. 03. 06, 도면 2KR 10-2003-0018937 A, 2003. 03. 06, drawing 2

본 발명의 목적은 단위 셀 모듈별로 독립적 관리기능이 강화된 구조를 도입하여 배터리모듈 일부분의 고장이 배터리전원의 전체적 차단으로 이어지지 않도록 함으로써, 주행불능과 같은 차량사고를 방지할 수 있는 차량용 배터리시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a vehicle battery system capable of preventing a vehicle accident such as incapability of running by preventing a malfunction of a part of a battery module from leading to a complete shutdown of battery power by introducing a structure in which independent management functions are enhanced for each unit cell module .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 단위 셀 모듈별 독립적 관리를 수행하는 차량용 배터리시스템에 관한 것으로, 상기 차량용 배터리시스템은단위 셀수들을 각각 순서적으로 연결하는 연결링크들을 구비한 배터리모듈; 상기 연결링크들 중 사전에 정해진 연결링크의 온/오프 스위칭을 위한 제1 스위칭소자와, 상기 단위 셀들 중 상기 제1 스위칭소자의 오프에 의해 연결이 차단되는 차단 단위 셀을 우회하여 상기 차단 단위 셀의 다음에 배치된 단위 셀로 연결하기 위한 제1 우회선로를 구비한 제1 안전절체기; 및 상기 단위 셀들 별로 고장을 파악하고, 상기 고장이 파악된 단위 셀에 대응하는 상기 제1 스위칭소자가 오프되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicle battery system for performing independent management for each unit cell module, the vehicle battery system comprising: a battery module having connection links sequentially connecting unit cells; A first switching element for on / off switching of a predetermined connection link among the connection links; and a second switching element for bypassing a blocking unit cell, which is disconnected by turning off of the first switching element among the unit cells, A first safety switching unit having a first bypass line for connecting to the unit cells arranged next to the first safety switching unit; And a controller for detecting a failure for each of the unit cells and for controlling the first switching element corresponding to the unit cell in which the failure is detected to be turned off.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 단위 셀 모듈별 독립적 관리를 수행하는 차량용 배터리시스템에 관한 것으로, 상기 차량용 배터리시스템은 단위 셀들이 연결링크들에 의해 순서적으로 연결되어 형성되고, 복수 개로 마련되며, 서로 병렬로 연결된 배터리모듈들; 상기 배터리모듈들 중 사전에 정해진 동일전위의 연결링크들 사이를 연결하는 한 쌍의 병렬링크들에 의해 상단 및 하단의 모듈로 나누어져 병렬모드로 동작하며, 상기 병렬링크의 온/오프 스위칭을 위한 제2 스위칭소자와, 상기 제2 스위칭소자의 오프에 의해 연결이 차단되는 차단 배터리모듈과 상기 병렬링크로 연결된 다른 배터리모듈이 직렬모드로 변경되도록 연결하는 제2 우회선로를 구비한 제2 안전절체기; 및 상기 단위 셀들 별로 고장을 파악하고, 상기 고장이 파악된 단위 셀을 포함한 배터리모듈이 상기 병렬링크로 연결된 다른 배터리모듈로부터 분리되어 비활성화되고 상기 제2 스위칭소자가 오프되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a vehicle battery system for performing independent management for each unit cell module, wherein the unit battery cells are sequentially connected by connection links, Battery modules connected in parallel with each other; Wherein the plurality of battery modules are divided into an upper module and a lower module by a pair of parallel links connecting connection links of a same predetermined potential among the battery modules to operate in a parallel mode, And a second bypass line for connecting the intermittent battery module whose connection is cut off by the second switching element and the other bypass module connected to the parallel link by the parallel link, group; And a controller for detecting a failure by each of the unit cells and for controlling the battery module including the unit cell in which the failure is detected to be inactivated and disconnected from other battery modules connected by the parallel link so that the second switching device is turned off .

이와 같이 본 발명은 단위배터리모듈들 사이에 배치된 안전절체장치에 의해 단위배터리모듈별 고장에 대한 독립적인 처리가 가능하여, 일부 배터리모듈의 고장이 전체 배터리전원의 차단으로 이어지는 것을 막음으로써, 배터리에 의한 전력공급의 안정성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.As described above, according to the present invention, failures of individual battery modules can be independently processed by a safety switching device disposed between unit battery modules, thereby preventing failure of some battery modules from leading to interruption of the entire battery power, It is possible to improve the stability and reliability of the power supply.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리시스템이 직렬모드로 구현된 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리시스템이 병렬모드로 구현된 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention implemented in a serial mode.
2 is a conceptual diagram of a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention implemented in a parallel mode.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리시스템이 직렬모드로 구현된 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 배터리시스템(1)은 단위 셀(12)들이 연결링크에 의해 순서적으로 직렬 연결된 배터리모듈(10)과 제1 안전절체기(20)와 이들을 제어하는 제어기(30)로 이루어진다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a vehicle battery system according to an embodiment of the present invention implemented in a serial mode. 1, a vehicle battery system 1 according to the present embodiment includes a battery module 10, a first safety switch 20, and a second safety switch 20, in which unit cells 12 are sequentially connected in series by connection links, And a controller 30 for controlling them.

제1 안전절체기(20)는 단위 셀(12)들을 직렬연결하는 연결링크에 배치될 수 있다. 제1 안전절체기(20)는 각 연결링크에 대응하여 배치될 수 있으나, 제조시 정해진 설계에 의해 다양한 개수로 마련될 수 있다.The first safety switch 20 may be disposed on a connection link for connecting the unit cells 12 in series. The first safety switcher 20 may be disposed corresponding to each connection link, but may be provided in various numbers according to a predetermined design at the time of manufacture.

제1 안전절체기(20)는 제1 스위칭소자(22), 제1 우회선로(24)를 포함하며, 제조시 설계에 의해 정해진 연결링크에 배치된다. 제1 스위칭소자(22)는 연결링크들 중 사전에 정해진 연결링크의 온/오프 스위칭을 수행하며 제어기(30)의 제어에 의해 구동된다.The first safety switching device 20 includes a first switching device 22, a first bypass line 24, and is disposed at a connection link determined by the design at the time of manufacture. The first switching element 22 performs ON / OFF switching of a predetermined connection link among the connection links and is driven under the control of the controller 30. [

제1 우회선로(24)는 단위 셀(12)들 제1 스위칭소자(22)의 오프에 의해 연결이 차단되는 'A'와 같은 차단 단위 셀(12)을 우회하여 차단 단위 셀(12)의 다음에 배치된 단위 셀(12)로 연결한다.The first bypass line 24 bypasses the interrupting unit cell 12 such as 'A', which is disconnected by turning off the unit cells 12, the first switching device 22, And then connected to the unit cell 12 arranged next.

제어기(30)는 배터리모듈(10)의 단위 셀(12)들의 상태를 감지하여 고장여부를 파악하고, 고장이 파악된 단위 셀(12)에 대응하는 제1 안전절체기(20)를 제어한다. 즉, 고장이 파악된 'A'와 같은 단위 셀(12)이 오프되도록 제어한다. 이에 의해 도 1에 도시된 바와 같이, 화살표 방향으로 제1 스위칭소자(22)의 일단이 스위칭 오프(OFF)되어 제1 우회선로(24)의 일단에 연결된다.The controller 30 senses the state of the unit cells 12 of the battery module 10 to detect the failure and controls the first safety switch 20 corresponding to the unit cell 12 whose failure has been detected . That is, the unit cell 12 such as 'A' in which the failure is detected is controlled to be off. 1, one end of the first switching device 22 is switched off in the direction of the arrow and connected to one end of the first bypass line 24.

이와 같이 본 실시예에 따른 차량용 배터리시스템(1)은 단위 셀(12)들 중 일부가 고장이 난 경우, 전체 배터리모듈(10)의 전원을 차단하지 않고, 고장 난 'A'와 같은 단위 셀(12)을 제외한 나머지 단위 셀(12)들이 정상적인 동작을 수행할 수 있어, 배터리의 전력 공급의 안정성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.As described above, in the vehicle battery system 1 according to the present embodiment, when a part of the unit cells 12 fails, the power of the entire battery module 10 is not cut off, The unit cells 12 other than the unit cells 12 can perform normal operations, and the stability and reliability of power supply of the battery can be improved.

또한, 고장 난 'A'와 같은 단위 셀(12)의 영향이 다른 단위 셀(12)로 전이되는 것을 차단할 수 있다.Also, it is possible to prevent the influence of the unit cell 12 such as the failed 'A' from being transferred to the other unit cells 12.

이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 배터리시스템(100)에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시예에 따른 차량용 배터리시스템(100)은, 도 1의 실시예와 달리, 배터리모듈(110) 복수이며, 서로 병렬로 연결되며, 상단 및 하단이 분리된 모듈로서 병렬모드로 동작한다.Hereinafter, a vehicle battery system 100 according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Unlike the embodiment of FIG. 1, the vehicle battery system 100 according to the present embodiment includes a plurality of battery modules 110, which are connected in parallel to each other, and operate in a parallel mode as upper and lower modules.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 배터리시스템(100)은 서로 병렬로 연결된 복수 개의 배터리모듈(110), 제2 안전절체기(120) 및 이들을 제어하는 제어기(130)로 이루어진다.2, the vehicle battery system 100 according to the present embodiment includes a plurality of battery modules 110, a second safety switch 120 and a controller 130 for controlling them in parallel with each other .

제2 안전절체기(120)는 복수 개의 배터리모듈(110)을 도 2에 도시된 바와 같이 상단 및 하단으로 나뉘어 지도록 사전에 정해진 동일전위의 연결링크들 사이를 연결하는 한 쌍의 병렬링크의 온/오프 스위칭을 위한 제2 스위칭소자(122)와 제2 스위칭소자(122)의 오프에 의해 연결이 차단되는 차단 배터리모듈(110)과 병렬링크로 연결된 다른 배터리모듈(110)이 직렬모드로 변경되도록 연결하는 제2 우회선로(124)를 구비한다.2, the second safety switch 120 connects the plurality of battery modules 110 to a pair of parallel links (not shown), which connect between the connection links of the same potential determined in advance so as to be divided into upper and lower ends, The other battery module 110 connected in parallel with the intermittent battery module 110 whose connection is cut off by the second switching element 122 and the second switching element 122 is switched to the serial mode And a second bypass line (124) for connecting the first bypass line

제어기(130)는 배터리모듈(110)의 단위 셀(112)들의 상태를 감지하여 고장여부를 파악하고, 고장이 파악된 단위 셀(112)로 구성된 배터리모듈(110)이 병렬링크로 연결된 다른 정상의 배터리모듈(110)로부터 분리되어 비활성화되도록 제2 스위칭소자(122)를 오프한다. 제2 우회선로(124)는 정상의 배터리모듈(110)이 병렬모드로부터 해제되어 단독의 직렬모드로 동작하도록, 정상의 배터리모듈(110)의 단위 셀(112)을 연결한다.The controller 130 senses the state of the unit cells 112 of the battery module 110 to determine whether the unit cell 112 is malfunctioning and determines whether the battery module 110, The second switching device 122 is turned off so as to be inactivated. The second bypass line 124 connects the unit cell 112 of the normal battery module 110 so that the normal battery module 110 is released from the parallel mode and operates in the single serial mode.

이에 의해 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량용 배터리시스템(100)은 병렬로 연결된 배터리모듈(10)들 중 어느 하나에서 고장이 발생한 경우, 제2 안전절체기(120)에 의해 고장이 발생한 배터리모듈(110)과의 병렬모드 동작을 해제하고, 정상인 배터리모듈(10)에 의한 직렬모드로 변경이 가능하다.Accordingly, in the vehicle battery system 100 according to another embodiment of the present invention, when a failure occurs in any one of the battery modules 10 connected in parallel, the failure occurs in the second safety switch 120 It is possible to cancel the parallel mode operation with the battery module 110 and change to the serial mode by the normal battery module 10. [

한편, 위에서 설명한 실시예들을 조합한 변형된 실시예가 가능하다. 변형된 실시예에 따른 차량용 배터리시스템은 도 1의 제1 안전절체기(20)와 도 2의 제2 안전절체기(120)를 구비할 수 있으며, 제어기는 외부의 제어신호에 대응하여, 상기 제1 안전절체기(20) 및 상기 제2 안전절체기(120)를 선택적으로 제어하거나, 병행하여 제어함으로써 위의 실시예들 보다 더욱 다양한 동작이 가능하다.On the other hand, a modified embodiment combining the above-described embodiments is possible. The vehicle battery system according to the modified embodiment may include the first safety switching unit 20 of FIG. 1 and the second safety switching unit 120 of FIG. 2, The first safety switching device 20 and the second safety switching device 120 can be selectively controlled or controlled in parallel to perform more various operations than the above embodiments.

본 발명에 따른 차량용 배터리시스템은 주행에 전력을 사용하는 전기 차량 및 하이브리드 차량에 적용될 경우 더욱 효과적일 수 있다.The vehicle battery system according to the present invention may be more effective when applied to an electric vehicle and a hybrid vehicle that use electric power for running.

1: 차량용 배터리시스템 10: 배터리모듈
12: 단위 셀 20: 제1 안전절체기
22: 제1 스위칭소자 24: 제1 우회선로
30: 제어기 100: 차량용 배터리시스템
110: 배터리모듈 112: 단위 셀
120: 제2 안전절체기 122: 제2 스위칭소자
124: 제2 우회선로 130: 제어기1: vehicle battery system 10: battery module
12: unit cell 20: first safety switcher
22: first switching element 24: first bypass line
30: Controller 100: Vehicle Battery System
110: battery module 112: unit cell
120: second safety switch 122: second switching element
124: second bypass line 130: controller

Claims (5)

삭제delete 단위 셀들이 연결링크들에 의해 순서적으로 연결되어 형성되고, 복수 개로 마련되며, 서로 병렬로 연결된 배터리모듈들;
상기 배터리모듈들 중 사전에 정해진 동일전위의 연결링크들 사이를 연결하는 한 쌍의 병렬링크들에 의해 상단 및 하단의 모듈로 나누어져 병렬모드로 동작하며, 상기 병렬링크의 온/오프 스위칭을 위한 제2 스위칭소자와, 상기 제2 스위칭소자의 오프에 의해 연결이 차단되는 차단 배터리모듈과 상기 병렬링크로 연결된 다른 배터리모듈이 직렬모드로 변경되도록 연결하는 제2 우회선로를 구비한 제2 안전절체기; 및
상기 단위 셀들 별로 고장을 파악하고, 상기 고장이 파악된 단위 셀을 포함한 배터리모듈이 상기 병렬링크로 연결된 다른 배터리모듈로부터 분리되어 비활성화되고 상기 제2 스위칭소자가 오프되도록 제어하는 제어기;를
포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리시스템.Battery modules formed by sequentially connecting unit cells by connection links, provided in a plurality of units, and connected in parallel with each other;
Wherein the plurality of battery modules are divided into an upper module and a lower module by a pair of parallel links connecting connection links of a same predetermined potential among the battery modules to operate in a parallel mode, And a second bypass line for connecting the intermittent battery module whose connection is cut off by the second switching element and the other bypass module connected to the parallel link by the parallel link, group; And
A controller for detecting a failure for each of the unit cells and for controlling the battery module including the unit cell in which the failure is detected to be inactivated and disconnected from other battery modules connected by the parallel link,
And wherein the vehicle battery system further comprises: 단위 셀들을 각각 순서적으로 연결하는 연결링크들을 구비한 배터리모듈;
상기 연결링크들 중 사전에 정해진 연결링크의 온/오프 스위칭을 위한 제1 스위칭소자와, 상기 단위 셀들 중 상기 제1 스위칭소자의 오프에 의해 연결이 차단되는 차단 단위 셀을 우회하여 상기 차단 단위 셀의 다음에 배치된 단위 셀로 연결하기 위한 제1 우회선로를 구비한 제1 안전절체기; 및
상기 단위 셀들 별로 고장을 파악하고, 상기 고장이 파악된 단위 셀에 대응하는 상기 제1 스위칭소자가 오프되도록 제어하는 제어기;를 포함하며,
상기 배터리모듈이, 복수 개로 마련되고, 서로 병렬로 연결되어 상기 배터리모듈들 중 사전에 정해진 동일전위의 연결링크들 사이를 연결하는 한 쌍의 병렬링크들에 의해 상단 및 하단의 모듈로 나누어져 병렬모드로 동작하며, 상기 병렬링크의 온/오프 스위칭을 위한 제2 스위칭소자와, 상기 제2 스위칭소자의 오프에 의해 연결이 차단되는 차단 배터리모듈과 상기 병렬링크로 연결된 다른 배터리모듈이 직렬모드로 변경되도록 연결하는 제2 우회선로를 구비한 제2 안전절체기를 더 구비하고,
상기 제어기는, 상기 고장이 감지된 단위 셀을 포함한 배터리모듈이 상기 병렬링크로 연결된 다른 배터리모듈로부터 분리되어 비활성화되고 상기 제2 스위칭소자가 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리시스템.A battery module having connecting links sequentially connecting unit cells;
A first switching element for on / off switching of a predetermined connection link among the connection links; and a second switching element for bypassing a blocking unit cell, which is disconnected by turning off of the first switching element among the unit cells, A first safety switching unit having a first bypass line for connecting to the unit cells arranged next to the first safety switching unit; And
And a controller for detecting a failure for each of the unit cells and for controlling the first switching element corresponding to the unit cell in which the failure is detected to be turned off,
The battery module is divided into an upper module and a lower module by a pair of parallel links connected in parallel to each other and connecting between predetermined connection lines of the same potential among the battery modules, A second switching device for on / off switching of the parallel link, and a cut-off battery module, which is disconnected by turning off the second switching device, and another battery module connected by the parallel link, Further comprising a second safety switching unit having a second detour line connecting the first bypass line and the second bypass line,
Wherein the controller controls the battery module including the unit cell in which the failure is detected to be separated from other battery modules connected by the parallel link to be inactivated and the second switching device to be turned off. 제3항에 있어서, 상기 제어기는, 외부의 제어신호에 대응하여, 상기 제1 안전절체기 및 상기 제2 안전절체기를 선택적으로 제어하거나, 병행하여 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리시스템.4. The vehicle battery system according to claim 3, wherein the controller selectively controls or simultaneously controls the first safety switching device and the second safety switching device in response to an external control signal. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 차량용 배터리시스템은 하이브리드 차량 또는 전기 차량에 적용되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리시스템.The vehicle battery system according to claim 2 or 3, wherein the vehicle battery system is applied to a hybrid vehicle or an electric vehicle.
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