KR101841411B1 - 배터리의 배터리 셀들을 작동시키기 위한 방법, 배터리 및 자동차 - Google Patents

배터리의 배터리 셀들을 작동시키기 위한 방법, 배터리 및 자동차 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 배터리(5)의 전기적으로 병렬로 접속된 적어도 2개의 배터리 셀들(10)을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 배터리 셀들(10) 각각은 2개의 전극들을 갖는 갈바니 소자(14) 및 2개의 단자들(20, 22)을 갖는 갈바니 소자(14)를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징(12)을 포함하고, 상기 전극들 각각은 배터리 셀(10)의 각각의 단자(20, 22)에 전기적으로 결합되며, 각각의 배터리 셀(10)의 상태 변수의 하나의 값이 측정되고, 상기 배터리 셀들(10)의 상태 변수들의 값들이 서로 비교되며, 상기 값들 사이의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위 밖에 있으면, 상기 편차가 상기 미리 정해진 허용 오차 범위 내에 있도록, 상기 배터리 셀들(10) 중 적어도 하나의 배터리 셀의 단자들(20, 22) 중 하나의 단자와 적어도 하나의 전극 사이의 전기 저항(RDS)이 조정된다. 또한, 본 발명은 배터리(5) 및 상기 배터리(5)를 구비한 자동차에 관한 것이다.

Description

배터리의 배터리 셀들을 작동시키기 위한 방법, 배터리 및 자동차
본 발명은 자동차용 배터리의 적어도 2개의 전기적으로 병렬 접속된 배터리 셀들을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 배터리 셀들 각각은 2개의 전극들을 갖는 갈바니 소자 및 2개의 단자들을 갖는 갈바니 소자를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징을 포함하고, 상기 전극들 각각은 배터리 셀의 각각의 단자에 전기적으로 결합되어 있다. 또한, 본 발명은 배터리 및 배터리를 구비한 자동차에 관한 것이다.
예컨대, 전류 레일들 또는 전력 케이블들을 통해 배터리 또는 배터리 시스템들에 개별 배터리 셀들을 전기적으로 접속하는 것은 종래 기술에 이미 알려져 있다. 이러한 배터리들은 요즘 자동차, 예를 들면 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 자동차의 구동을 위한 견인 배터리로 사용되고 있다. 이 경우, 배터리 셀들은 직렬로 또는 병렬로 접속될 수 있다. 배터리 셀들의 병렬 접속의 경우 전류 레일 또는 전력 케이블을 따라 상이한 저항 경로 길이가 주어지고, 배터리 셀들이 상이한 내부 저항을 가지며, 전류 레일과 각각의 배터리 셀 단자 사이의 각각의 접속점들에 상이한 접촉 저항들이 존재하기 때문에, 병렬 접속의 경우 각각의 배터리 셀에서 상이한 전류 부하가 나타난다.
병렬 접속의 경우 모든 배터리 셀들에 동일한 전압이 인가되기 때문에, 상이한 저항들에 의해 배터리 셀들에 상이한 전류가 나타난다. 이 경우, 더 작은 총 저항 경로를 갖는 배터리 셀들은 더 큰 총 저항 경로를 갖는 배터리 셀들보다 더 심한 부하를 받는다. 병렬 접속된 배터리 셀들의 이러한 불균일한 부하로 인해, 개별 배터리 셀들 및 그에 따라 전체 배터리의 수명 및 생산성(성능)이 제한된다.
본 발명의 과제는 배터리 셀을 특히 부드럽게 작동시켜서 그 수명을 연장할 수 있는 해결책을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 독립 청구항들의 특징들을 포함하는 방법, 배터리 및 자동차에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들, 상세한 설명 및 도면에 제시된다.
본 발명에 따른 방법은 자동차용 배터리의 적어도 2개의 전기적으로 병렬 접속된 배터리 셀들을 작동시키기 위해 사용된다. 각각의 배터리 셀은 2개의 전극들을 갖는 갈바니 소자 및 2개의 단자들을 갖는 갈바니 소자를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징을 포함한다. 또한, 각각의 전극들은 배터리 셀 각각의 단자에 전기적으로 결합된다. 또한, 각각의 배터리 셀의 상태 변수의 값이 측정된다. 배터리 셀들의 상태 변수 값들은 서로 비교된다. 상기 값들의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위를 벗어나면, 적어도 하나의 전극과 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 단자들 중 하나의 단자 사이의 전기 저항, 결과적으로 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 전류 부하는, 상기 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위 내에 있도록 조정된다.
각각의 배터리 셀들의 갈바니 소자는 특히 전기 부품에 에너지를 공급하기 위해 방전될 수 있고 방전 후에 다시 충전될 수 있는 이차 셀로서 형성된다. 갈바니 소자는 배터리 셀 하우징 내에 배치되고, 갈바니 소자의 제 1 전극은 제 1 단자에 전기적으로 결합되며, 갈바니 소자의 제 2 전극은 제 2 단자에 전기적으로 결합된다. 따라서, 갈바니 소자에 의해 제공된 전기 에너지는 단자들에서 태핑되거나, 또는 충전용 에너지가 단자들을 통해 갈바니 소자에 공급될 수 있다.
배터리 셀들은 전기적으로 병렬로 접속된다. 이 경우, 예컨대 전류 레일 또는 전력 케이블을 통해, 배터리 셀들의 제 1 단자들이 서로 전기적으로 접속되고, 배터리 셀들의 제 2 단자들이 서로 전기적으로 접속된다. 또한, 적어도 2개의 배터리 셀들이 전기적으로 병렬로 접속되어 하나의 배터리 모듈을 형성하고, 배터리 모듈이 예컨대 적어도 하나의, 동일한 유형의 다른 배터리 모듈과 전기적으로 직렬로 접속되어 배터리를 형성할 수 있다.
배터리 셀들, 특히 각각의 배터리 셀에 대해, 상태 변수의 값이 예컨대 배터리 셀들의 센서 장치들에 의해 검출되고, 배터리 셀들의 상태 변수들의 값들이 서로 비교된다. 이를 위해, 상기 값들은 예컨대 상위의 제어 장치로 전송될 수 있다. 전송을 위해, 각각의 배터리 셀은 예컨대 무선 안테나 형태의 통신 장치를 포함할 수 있으며, 상기 통신 장치를 통해 상기 값들이 무선으로 전송될 수 있다.
배터리의 모든 배터리 셀들에 대한 상태 변수들의 값들이 대략 동일해야 한다. 즉, 상기 값들 사이의 편차가 대략 제로이어야 한다. 상기 값들의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위를 넘어서는 경우, 이는 병렬 접속된 개별 배터리 셀들의 비대칭 부하 또는 배터리 셀의 결함을 지시할 수 있다.
그러면, 전극들 중 적어도 하나의 전극과 상기 전극에 결합된 단자 사이의 저항이 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀에 따라 동적으로 조정된다. 즉, 적어도 하나의 배터리 셀의 내부 저항이 동적으로 변경된다. 내부 저항의 동적 조정에 의해, 적어도 하나의 배터리 셀의 전류 부하가 조정됨으로써, 개별 배터리 셀들의 상태 변수들의 값들의 편차가 보상된다.
예컨대, 배터리 셀들 중 단 하나의 배터리 셀의 상태 변수의 값이 다른 배터리 셀들의 상태 변수들의 값들과 편차를 갖는 경우, 편차를 갖는 하나의 배터리 셀의 전기 저항이 동적으로 조정될 수 있다. 상기 조정에 의해, 편차를 갖는 배터리 셀의 상태 변수의 값이 조정될 수 있으므로, 상기 배터리 셀은 다른 배터리 셀들과 거의 동일한 상태 변수 값을 갖는다. 또한, 모든 배터리 셀들의 저항은 모든 배터리 셀들에 대한 상태 변수의 값들이 서로 동일해지도록 동적으로 조정될 수 있다.
개별 배터리 셀들의 저항들의 이러한 동적 조정에 의해, 배터리 셀의 수명 및 생산성이 바람직하게 증가할 수 있다.
각각의 배터리 셀의 전류, 특히 적어도 하나의 전극과 각각의 단자 사이의 전류가 상태 변수로서 측정되는 것이 특히 바람직하다. 즉, 개별 배터리 셀들의 전류들이 서로 비교된다. 전술한 바와 같이, 병렬 접속의 경우 개별 배터리 셀들의 동일하지 않은 전류 부하가 수명 및 성능을 제한하기 때문에, 이러한 동일하지 않은 전류 부하는 각각의 배터리 셀의 내부 저항의 동적 조정에 의해 보상될 수 있다.
전류를 측정하기 위해, 각각의 배터리 셀은 각각의 배터리 셀의 전류, 특히 전극과 단자 사이의 전류를 검출하는 전류 센서를 포함할 수 있다. 이러한 전류 값들은, 예컨대 상위의 제어 장치로 전송될 수 있으며, 상기 상위의 제어 장치는 개별 배터리 셀들의 전류 값들을 서로 비교한다. 개별 전류 값들 사이의 편차가 소정 허용 오차 범위를 벗어나면, 상기 제어 장치는 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 단자와 적어도 하나의 전극 사이의 저항 및 그에 따라 적어도 하나의 배터리 셀의 전류 부하를, 모든 전류 값들이 대략 동일하게 될 때까지 변화시킬 수 있다.
병렬 접속의 경우 모든 배터리 셀들에 동일한 전압이 인가되기 때문에, 동적 내부 저항 조정에 의해, 즉 전극들과 각각의 단자들 사이의 저항의 동적 조정에 의해, 상이한 전류 부하가 보상될 수 있어서, 개별 배터리 셀들의 대칭 전류 부하가 보장될 수 있다.
또한, 각각의 배터리 셀의 배터리 셀 하우징 내의 온도가 상태 변수로서 측정될 수 있다. 이를 위해, 배터리 셀들은 예컨대 각각 온도 센서를 포함하며, 온도 값을 예컨대 상위 제어 장치에 전송할 수 있다. 예컨대 배터리 셀 내의 국부적인 온도 상승 또는 소위 "핫 스폿 (hot spot)"으로 인해 예컨대 배터리 셀들 중 하나가 과열되면, 이 배터리 셀의 온도는 다른 배터리 셀의 온도와 편차를 갖는다. 상기 편차가 허용 오차 범위를 벗어나면, 상기 배터리 셀의 내부 저항이 특히 증가하므로, 상기 배터리 셀의 전류 부하 및 그에 따라 상기 배터리 셀의 온도가 감소한다.
또한, 제어 장치는 온도 상승을 기초로 배터리 셀의 결함을 검출할 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 셀의 저항이 최대로 증가함으로써, 전류의 흐름이 중단될 수 있다.
본 발명의 개선 예에 따라, 각각의 배터리 셀의 충전 상태가 상태 변수로서 검출된다. 이를 위해, 각각의 배터리 셀은 예컨대 배터리 셀 전압 및 그에 따라 각각의 배터리 셀의 충전 상태를 검출하는 전압 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 배터리의 충전 시, 개별 배터리 셀들의 충전 상태(SoC; State of Charge)의 검출 및 내부 저항의 동적 조정에 의해, 전류 공급이 각각의 배터리 셀의 충전 상태에 따라 개별적으로 조정될 수 있다. 따라서, 더 높은 충전 상태를 갖는 배터리 셀들의 내부 저항들이 증가함으로써 개별 배터리 셀이 과충전되는 것이 방지될 수 있다. 이로써, 전체 배터리의 성능이 향상된다. 배터리의 방전 시, 충전 상태의 검출 및 저항들의 동적 조정에 의해, 개별 배터리 셀들의 심방전이 방지될 수 있다.
바람직하게는, 저항의 조정을 위해 전자 스위칭 소자, 특히 반도체 스위치가 작동된다. 이 경우, 배터리 셀의 적어도 하나의 전극은 전자 스위칭 소자를 통해 각각의 단자에 접속된다. 특히, 배터리 셀마다 2개의 전극이 각각 하나의 전자 스위칭 소자를 통해 각각의 단자에 접속된다. 전자 스위칭 소자에서, 전류 흐름은 제어 신호, 예컨대 전자 스위칭 소자 상의 제어 전압에 의해 제어될 수 있다. 전자 스위칭 소자는 예컨대 상위의 제어 장치에 의해 또는 배터리 셀 고유의 제어 장치에 의해 제어될 수 있다.
예컨대, 파워 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 형성될 수 있는 전자 스위칭 소자는 제어 전압에 따라 상이한 영역에서 작동될 수 있다. 전자 스위칭 소자가 차단 영역에서 작동되면, 즉 제어 전압이 미리 정해진 임계값 아래로 떨어지면, 전자 스위칭 소자는 전극과 각각의 단자 사이의 전류 흐름을 차단한다. 이는 전극과 단자 사이의 전자 저항이 최대라는 것을 의미한다. 2개의 전극이 배터리 셀의 각각 하나의 전자 스위칭 소자를 통해 각각의 단자에 접속되면, 배터리 셀은 2개의 전극과 단자들 사이의 전류를 차단함으로써 병렬 접속의 다른 배터리 셀들로부터 완전히 분리될 수 있다.
전자 스위칭 소자가 선형 영역 또는 3극 영역에서 작동되면, 제어 전압의 증가에 의해 전류 흐름이 선형적으로 증가될 수 있다.
전자 스위칭 소자가 포화 영역에서 작동되면, 특정 제어 전압부터 단자와 전극 사이에 일정한 최대의 전류가 흐를 수 있다. 이는 전극과 단자 사이의 전기 저항이 최소임을 의미한다.
전자 스위칭 소자의 작동에 의해, 동적 저항 조정이 특히 간단하고 확실한 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 개선 예에서, 저항을 조정하기 위해, 전자 스위칭 소자는 옴 저항의 거동을 갖는 선형 영역에서 작동된다. 선형 영역에서, 전자 스위칭 소자를 통한 전류, 및 그에 따라 전극과 단자 사이의 전류는 인가된 제어 전압에 비례해서 변화될 수 있다. 즉, 상응하는 제어 전압의 제공에 의해, 전극과 단자 사이의 저항이 조정될 수 있다. 이 경우 각각의 배터리 셀에 대해, 특히 아날로그 신호로서의 제어 전압은 개별적으로 설정될 수 있으므로 각각의 배터리 셀에 대한 저항이 개별적으로 설정될 수 있다. 이를 위해, 배터리 셀의 스위칭 소자의 상응하는 제어가 예컨대 배터리 셀 고유의 제어 장치 또는 상위의 제어 장치에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 저항의 조정을 위해 전자 스위칭 소자는 클록 방식으로 작동된다. 즉, 스위칭 소자가 차단 영역과 포화 영역에서 교대로 작동된다. 이를 위해, 디지털 신호, 특히 바람직하게는 펄스 폭 변조 신호가 전자 스위칭 소자를 제어하기 위해 설정될 수 있다. 이 경우 상응하는 저항 또는 전류는 클록 방식 신호의 펄스 지속 시간 동안 조정된다. 다수의 배터리 셀들의 저항이 동적으로 조정되면, 각각의 배터리 셀들에 대해 개별 신호가 설정될 수 있다. 디지털 신호들은 예컨대 상위의 제어 장치에 의해 특히 확실하고 거의 간섭없이 전송될 수 있기 때문에 특히 바람직하다.
본 발명은 또한 적어도 2개의 전기적으로 병렬 접속된 배터리 셀들을 갖는 자동차용 배터리를 제공하며, 상기 배터리 셀들 각각은 2개의 전극들을 갖는 갈바니 소자 및 2개의 단자들을 갖는 갈바니 소자를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징을 포함하고, 각각의 전극은 배터리 셀들의 각각 하나의 단자에 결합된다. 또한, 배터리 셀들 각각은 상태 변수의 값을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치를 포함한다. 또한, 상기 배터리는, 각각의 배터리 셀의 상태 변수들의 값들을 서로 비교하고, 상기 값들의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위를 벗어나면, 적어도 하나의 전극과 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 단자들 중 적어도 하나의 단자 사이의 전기 저항, 결과적으로 배터리 셀들 중 적어도 하나의 배터리 셀의 전류 부하를 상기 편차가 상기 미리 정해진 허용 오차 범위 내에 있게 조정하도록 설계된 제어 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리를 포함한다. 상기 자동차는 예컨대 승용차, 특히 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로서 형성될 수 있다. 상기 자동차는 전기적으로 작동되는 오토바이 또는 자전거로서도 형성될 수 있다.
그러나 고정식 에너지 저장 시스템에 상기 배터리를 제공하는 것도 가능하다. 예컨대, 자동차 내에 제공되었던 상기 배터리가 고정식 에너지 저장 시스템에서 소위 세컨드 라이프 배터리로서 재사용될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 셀과 관련해서 제시된 바람직한 실시 예 및 그 장점은 본 발명에 따른 배터리 및 본 발명에 따른 자동차에도 상응하게 적용된다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부한 도면들을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따라 전류 레일을 통해 서로 접속된 배터리 셀들의 회로도.
도 2는 배터리의 일부의 개략도.
도 3은 전자 스위칭 소자들에 의해 저항이 변화될 수 있는 배터리 셀의 개략도.
도면들에서, 동일하거나 또는 기능적으로 동일한 소자들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
하기에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 형태들이다. 실시 예들에서, 실시 형태들의 설명된 부품들은 각각 본 발명의 독립적인 개별 특징들을 나타내며, 상기 특징들은 각각 서로 독립적으로 본 발명을 개선하므로, 개별적으로 또는 제시된 조합과는 다른 조합으로 본 발명의 구성 성분으로서 간주된다. 또한, 설명된 실시 형태들은 본 발명의 이미 설명된 특징들 중 다른 것으로 보완될 수도 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 8개의 배터리 셀들(3)을 갖는 배터리(1)의 일부를 회로도를 도시하고 있다. 배터리(1)는 배터리 모듈들(2)로 이루어진 직렬 회로를 포함하고, 여기에는 상기 배터리 모듈들 중 2개의 배터리 모듈들(2)의 회로도가 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 배터리 모듈들(2)은 다수의 배터리 셀들(3)로 이루어진 병렬 회로를 포함하고, 여기에는 상기 배터리 셀들 중, 배터리 모듈(2)마다 4개의 배터리 셀들(3)의 회로도가 개략적으로 도시되어 있다. 배터리 셀들(3)은 배터리 모듈(2) 내에서 전기 도체(4), 예컨대 전류 레일 또는 전력 케이블을 통해 병렬로 접속된다. 또한, 배터리 모듈들(2)은 도체(4)를 통해 직렬로 접속되어 배터리(1)를 형성한다.
다수의 배터리 셀들(3)의 이러한 병렬 접속에서는, 경로 길이들이 상이하기 때문에, 결과적으로 총 저항 경로들이 상이하다. 이 경우 저항들(RL1, RL2, RL3, RL4, RL5, RL6, RL7, RL8)은 각각 노드 점 또는 총 집전 점(M)까지 브리징될 상이한 경로 길이들을 나타낸다. 저항들(RC1, RC2, RC3, RC4, RC5, RC6, RC7, RC8)은 배터리 셀들(2) 각각의 단자들과 전류 레일들 또는 전력 케이블들 사이의 접촉 저항들을 나타낸다. RM은 좌측에 도시된 제 1 배터리 모듈(2)로부터 우측에 도시된 다음 배터리 모듈(2)로의 접촉 저항 경로를 나타낸다. 노드 점(M)을 통해, 총 전류(IM)가 제 1 배터리 모듈(2)로부터 제 2 배터리 모듈(2) 내로 흐른다.
상이한 저항들(RL1, RL2, RL3, RL4, RL5, RL6, RL7, RL8, RC1, RC2, RC3, RC4, RC5, RC6, RC7, RC8)로 인해, 배터리 셀들(3)은 상이한 부하를 받는다. 즉, 배터리 셀들(3)의 전류들(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)은 서로 편차를 가질 수 있다. 종래 기술에 따른 배터리(1)의 배터리 셀들(3)의 이러한 동일하지 않은 부하는 배터리(1)의 서비스 수명을 제한하고 배터리(1)의 조기 고장을 초래할 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리(1)의 단점을 방지할 수 있는 배터리(5)의 일부를 도시하고 있다. 배터리(5)는 배터리 모듈들(6)로 이루어진 직렬 회로를 포함하고, 여기에는 상기 배터리 모듈들 중 2개의 배터리 모듈(6)이 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 배터리 모듈(6)은 다수의 배터리 셀들(10)로 이루어진 병렬 회로를 포함하고, 여기에는 상기 배터리 셀들 중, 배터리 모듈(6)마다 4개의 배터리 셀들(10)이 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 배터리(5)는 예컨대 자동차를 구동하기 위해 도시되지 않은 자동차 내에 배치될 수 있다. 그러나 이러한 배터리(5)는 도시되지 않은 고정식 에너지 공급 시스템에도 제공될 수도 있다.
예컨대 도 3에 도시된 바와 같은 각각의 배터리 셀(10)은 배터리 셀 하우징(12)을 포함한다. 배터리 셀 하우징(12) 내에는 갈바니 소자(14)가 배치되고, 그 전극들은 리드들(16, 18)을 통해 배터리 셀(10)의 단자들(20, 22)에 전기적으로 결합된다. 이 경우 포지티브 전극은 리드(16)를 통해 배터리 셀(10)의 제 1 단자(20) 또는 양극에 전기적으로 접속되고, 네거티브 전극은 리드(18)를 통해 배터리 셀(10)의 제 2 단자(22) 또는 음극에 전기적으로 접속된다.
병렬 접속을 위해, 배터리 모듈(6) 내에서 배터리 셀들(10)의 제 1 단자들(20)이 전기적으로 접속되고, 배터리 셀들(10)의 제 2 단자들(22)이 전기적으로 접속된다. 좌측에 도시된 배터리 모듈(6)의 제 1 단자(20)를 우측에 도시된 배터리 모듈(6)의 제 2 단자(22)에 전기적으로 접속함으로써, 배터리 모듈들(6)이 직렬로 전기적으로 접속된다. 배터리 모듈들(6)과 배터리 셀들(10) 사이의 전기 접속은 전류 레일들(7)에 의해 형성될 수 있다.
각각의 배터리 셀(10)은 제조 및/또는 노화로 인해 배터리 셀들(10) 사이에서 변동될 수 있는 내부 저항(Ri)을 갖는다. 즉, 각각의 배터리 셀(10)은 다른 내부 저항(Ri)을 가질 수 있다. 그로 인해 그리고 종래 기술에 따른 배터리(1)와 관련하여 설명된 상이한 저항 경로들 때문에, 배터리 셀들(10)의 전류들(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)는 서로 상이할 수 있다. 즉, 배터리 셀들(10)은 비대칭으로 부하를 받는다. 균일한 전류 부하를 보장하기 위해, 적어도 하나의 배터리 셀(10)의 갈바니 소자(14)의 전극들과 동일한 배터리 셀(10)의 단자들(20, 22) 사이의 전기 저항(RDS) 및 이에 따라 상기 배터리 셀(10)의 총 내부 저항(Ri + RDS)이 동적으로 조정될 수 있다.
각각의 배터리 셀(10)의 전류(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)를 검출하기 위해, 각각의 배터리 셀들(10)은 전류 센서(A; 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 검출된 전류(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)는 여기에 도시되지 않은 상위의 제어 장치로 전송될 수 있다. 이를 위해, 각각의 배터리 셀(10)은 예컨대 무선 안테나 형태로 형성된 통신 장치(32)를 포함할 수 있으며, 상기 통신 장치(32)는 예컨대 WLAN 또는 블루투스를 통해 전류 센서(A)의 데이터를 상위의 제어 장치로 전송할 수 있다.
전류들(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)의 값들은 예컨대 제어 장치에 의해 서로 비교된다. 비대칭 부하로 인한 전류들(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)의 값들의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위를 벗어나면, 갈바니 소자(14)의 전극들 중 하나의 전극과 배터리 셀들(10) 중 적어도 하나의 배터리 셀 각각의 단자(20, 22) 사이의 전기 저항(RDS)은 동적으로 변경된다. 전기 저항(RDS)은 전류 값들(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위 내에 있도록 조정된다.
즉, 예컨대 더 작은 총 저항 경로로 인해 더 큰 부하를 받는 배터리 셀들(10)의 저항(RDS)이 증가할 수 있다. 그 결과, 이들 배터리 셀들(10)에 대한 전류 부하가 감소될 수 있다. 예컨대, 더 큰 총 저항 경로로 인해 더 낮은 부하를 받는 배터리 셀들(10)의 저항(RDS)이 작아질 수 있어서, 이들 배터리 셀들(10)의 전류 부하가 증가된다.
갈바니 소자(14)의 전극들과 단자들(20, 22) 사이의 전기 저항(RDS)을 조정하기 위해, 각각의 배터리 셀(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 전자 스위칭 소자(24, 26)를 포함할 수 있다. 도 3에는, 포지티브 전극이 제 1 전자 스위칭 소자(24)에 의해 배터리 셀(10)의 제 1 단자(20) 또는 양극에 전기적으로 결합되며, 네거티브 전극이 제 2 전자 스위칭 소자(26)에 의해 배터리 셀(10)의 제 2 단자(22) 또는 음극에 전기적으로 접속되는 것이 도시되어 있다. 스위칭 소자들(24, 26)은 특히 반도체 스위칭 소자로서, 예컨대 가변 순방향 저항을 갖는 전력 트랜지스터들로서 구현된다.
스위칭 소자들(24, 26)에 의해, 예컨대 상응하는 제어 전압을 제공함으로써, 전극들과 단자들(20, 22) 사이의 전류 흐름이 설정될 수 있다. 스위칭 소자들(24, 26)은, 예컨대 최대 순방향 저항(R = ∞)에서, 리드들(16, 18)과 전기 단자들(20, 22) 사이의 그리고 그에 따라 갈바니 소자(14)와 단자들(20, 22) 사이의 전기적 전도성 접속이 차단되는 차단 영역에서 작동될 수 있다.
스위칭 소자들(24, 26)은, 제어 전압의 증가 또는 감소에 의해 전류가 선형으로 증가 또는 감소될 수 있는 선형 영역에서 작동될 수 있다. 선형 영역에서 스위칭 소자들(24, 26)은 옴 저항과 같이 거동한다.
전자 스위칭 소자들(24, 26)이 포화 영역에서 작동되면, 순방향 저항이 최소일 때(R = 0) 특정 제어 전압부터 단자들(20, 22)과 갈바니 소자(14) 사이에 일정한 최대 전류가 흐를 수 있다.
스위칭 소자들(24, 26)은 예컨대 배터리 셀 내부의 제어 장치(28)에 의해 제어될 수 있고, 상응하는 영역에서 작동될 수 있다. 예컨대, 검출된 전류 값들의 편차가 허용 오차 범위를 벗어난 경우, 상위의 제어 장치에 의해, 동적으로 변경되어야 하는 저항(RDS)을 갖는 배터리 셀(10) 또는 배터리 셀들(10)의 배터리 셀 내부의 제어 장치(28)가 예컨대 통신 장치(32)를 통해 활성화된다. 그리고 나서, 전극과 각각의 단자(20, 22) 사이의 전류를 조정하는 스위칭 소자들(24, 26) 중 적어도 하나가 배터리 셀 내부의 제어 장치(28)에 의해 제어된다. 스위칭 소자들(24, 26)은 예컨대 아날로그 제어 신호의 설정에 의해 선형 영역에서 작동되거나 또는 디지털 신호의 설정에 의해 클록 방식으로 작동될 수 있다.
또한, 배터리 셀(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(10)의 온도(T), 압력(P) 및 가속도(B)를 검출할 수 있는 센서 장치(30)를 포함한다. 예컨대, 개별 배터리 셀들(10)의 온도(T)가 서로 편차를 갖는 경우, 즉 비대칭의 온도 부하가 주어지는 경우, 개별 배터리 셀들(10)의 온도(T)는 전류 부하의 변동에 의해, 즉 전기 저항(RDS)의 변동에 의해 조정될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀들(10)이 상이한 전류 부하를 갖기는 하지만, 상기 상이한 전류 부하를 통해 개별 배터리 셀들(10)의 온도가 설정되고 서로 맞춰진다.
예컨대, 배터리 셀(10)의 온도(T)가 배터리 셀(10)의 결함으로 인해 온도에 대한 소정 임계값을 초과할 수도 있다. 그 경우, 스위칭 소자들(24, 26)은 예컨대 배터리 셀 내부의 제어 장치(28)에 의해 둘 다 차단 영역에서 작동될 수 있다. 그로 인해, 상기 배터리 셀(10)이 배터리(5)로부터 분리된다.
또한, 배터리 셀(10)은 배터리 셀 전압 및 그에 따라 배터리 셀(10)의 충전 상태를 검출하기 위한 전압 센서(V)를 포함한다. 따라서, 저항(RDS)은 개별 배터리 셀(10)의 충전 상태들에 따라서도 조정될 수 있다. 그 결과, 모든 배터리 셀들(10)이 균일하게 충전 및/또는 방전되고, 특히 과충전 및/또는 심방전되지 않는 것이 보장된다.
5: 배터리
6: 배터리 모듈
10: 배터리 셀
12: 배터리 셀 하우징
14: 갈바니 소자
16, 18: 리드
20, 22: 단자
24, 26: 스위칭 소자
28: 제어 장치
30: 센서 장치
32: 통신 장치

Claims (10)

  1. 자동차용 배터리(5)의 전기적으로 병렬로 접속된 적어도 2개의 배터리 셀들(10)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 배터리 셀들(10) 각각은 2개의 전극들을 갖는 갈바니 소자(14), 및 2개의 단자들(20, 22)을 갖는 상기 갈바니 소자(14)를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징(12)을 포함하고, 상기 전극들 각각은 상기 배터리 셀(10)의 각각 하나의 단자(20, 22)에 전기적으로 결합되며,
    상기 배터리 셀들(10) 각각의 상태 변수의 값이 측정되고, 상기 배터리 셀들(10)의 상태 변수들의 값들이 서로 비교되며, 상기 값들 사이의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위 밖에 있으면, 상기 편차가 상기 미리 정해진 허용 오차 범위 내에 있도록, 상기 배터리 셀들(10) 중 적어도 하나의 배터리 셀의 상기 단자들(20, 22) 중 하나의 단자와 적어도 하나의 전극 사이의 전기 저항(RDS)이 조정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리(5)의 전기적으로 병렬로 접속된 적어도 2개의 배터리 셀들(10)을 작동시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전류(I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8)가 상기 상태 변수로서 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 배터리 셀(10)의 상기 배터리 셀 하우징(12) 내의 온도(T)가 상기 상태 변수로서 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 배터리 셀(10)의 충전 상태가 상기 상태 변수로서 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 저항(RDS)을 조정하기 위해, 전자 스위칭 소자(24, 26)가 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전기 저항(RDS)을 조정하기 위해, 상기 전자 스위칭 소자(24, 26)가 옴 저항의 거동을 나타내는 선형 영역에서 상기 전자 스위칭 소자(24, 26)가 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전기 저항(RDS)을 조정하기 위해, 상기 전자 스위칭 소자(24, 26)가 클록 방식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기 저항(RDS)을 조정하기 위해, 각각의 배터리 셀(10)의 상기 전자 스위칭 소자(24, 26)용 펄스 폭 변조 신호가 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 전기적으로 병렬로 접속된 적어도 2개의 배터리 셀들(10)을 포함하는 자동차용 배터리(5)에 있어서,
    상기 배터리 셀들(10) 각각은 2개의 전극을 갖는 갈바니 소자(14), 및 2개의 단자를 갖는 상기 갈바니 소자(14)를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징(12)을 포함하고, 상기 전극들 각각은 상기 배터리 셀들(10)의 각각 하나의 단자(20, 22)에 전기적으로 결합되며,
    상기 배터리 셀들(10) 각각은 상태 변수의 값을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치(A, V, 30)를 포함하고, 상기 배터리(5)는, 상기 배터리 셀들(10) 각각의 상기 상태 변수의 값들을 서로 비교하여, 상기 값들의 편차가 미리 정해진 허용 오차 범위 밖에 있으면, 상기 편차가 상기 미리 정해진 허용 오차 범위 내에 있도록, 상기 배터리 셀들(10) 중 적어도 하나의 배터리 셀의 상기 단자들(20, 22) 중 적어도 하나의 단자와 적어도 하나의 전극 사이의 전기 저항(RDS)을 조정하도록 설계된 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 병렬로 접속된 적어도 2개의 배터리 셀들(10)을 포함하는 자동차용 배터리(5).
  10. 제 9 항에 따른 배터리(5)를 구비한 자동차.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230117956A (ko) 2022-02-03 2023-08-10 한국전력공사 Ess의 배터리 화재 방지 장치 및 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3070764B1 (fr) * 2017-09-04 2020-09-04 Renault Sas Procede de determination de l'etat d'une ligne electrique reliant une cellule de batterie d'accumulateurs a une unite de controle et unite de controle correspondante
CN107918046B (zh) * 2017-10-23 2021-01-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 电流检测装置和电池管理系统
DE102018203997A1 (de) 2018-03-15 2019-09-19 Audi Ag Batterie und Verfahren zum Betreiben einer Batterie
WO2019240443A1 (ko) 2018-06-11 2019-12-19 주식회사 엘지화학 다수의 이차전지 셀파우치 동시 검사 장치
US10777792B2 (en) * 2018-08-02 2020-09-15 Ford Global Technologies, Llc Secure wireless powertrain radio
KR20210051538A (ko) * 2019-10-30 2021-05-10 주식회사 엘지화학 병렬 멀티 팩 시스템의 출력 제어 장치 및 방법
US20230264596A1 (en) * 2020-07-21 2023-08-24 Lg Energy Solution, Ltd. Apparatus and method for controlling power of parallel multi pack module
CN114865742A (zh) * 2022-04-29 2022-08-05 广东友电新能源科技有限公司 电池包并联电路、设计方法、电池及充放电系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100680901B1 (ko) * 2006-02-28 2007-02-09 김금수 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법
US20140045036A1 (en) 2012-08-13 2014-02-13 Li-Tec Battery Gmbh Converter cell comprising a cell housing, a battery with at least two such converter cells and a method of manufacturing a converter cell
KR101602277B1 (ko) 2014-12-05 2016-03-10 현대오트론 주식회사 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5703471A (en) * 1996-03-11 1997-12-30 Lucent Technologies Inc. Battery protection circuitry for limiting charging parameters of a battery plant
WO2005038952A2 (en) * 2003-10-14 2005-04-28 Black & Decker Inc. Protection methods, protection circuits and protective devices for secondary batteries, a power tool, charger and battery pack adapted to provide protection against fault conditions in the battery pack
JP5319138B2 (ja) * 2008-03-07 2013-10-16 株式会社東芝 電池システム
DE102010030885A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Steuern der Energieversorgung eines Elektromotors
KR101117705B1 (ko) * 2010-07-28 2012-02-29 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR101156543B1 (ko) * 2010-09-16 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR101181822B1 (ko) * 2010-10-13 2012-09-11 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법, 이를 이용하는 전력 저장 장치
US9711830B2 (en) * 2011-09-02 2017-07-18 Panisolar Inc. Electrochemically rechargeable metal-air cell with a replaceable metal anode
EP2641783B1 (en) * 2012-03-20 2016-04-20 Samsung SDI Co., Ltd. Battery pack and method of controlling the same
JP2014057398A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Panasonic Corp 蓄電池管理装置および蓄電池管理方法
US20140178715A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
US9726763B2 (en) * 2013-06-21 2017-08-08 Duracell U.S. Operations, Inc. Systems and methods for remotely determining a battery characteristic
DE102013215968A1 (de) * 2013-08-13 2015-03-12 Robert Bosch Gmbh Elektromechanischer Adapter
CN104627007B (zh) * 2013-11-07 2017-02-08 观致汽车有限公司 用于车辆的电池管理系统、方法以及车辆
CN104627006B (zh) * 2013-11-07 2017-02-08 观致汽车有限公司 用于车辆的电池管理系统、方法以及车辆
KR101631065B1 (ko) * 2013-12-03 2016-06-16 삼성에스디아이 주식회사 배터리 시스템 및 배터리 연결방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100680901B1 (ko) * 2006-02-28 2007-02-09 김금수 배터리 관리 시스템 및 그 제어 방법
US20140045036A1 (en) 2012-08-13 2014-02-13 Li-Tec Battery Gmbh Converter cell comprising a cell housing, a battery with at least two such converter cells and a method of manufacturing a converter cell
KR101602277B1 (ko) 2014-12-05 2016-03-10 현대오트론 주식회사 배터리 셀 밸런싱 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230117956A (ko) 2022-02-03 2023-08-10 한국전력공사 Ess의 배터리 화재 방지 장치 및 방법

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Publication number Publication date
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CN107278188A (zh) 2017-10-20
KR20170106501A (ko) 2017-09-20
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