KR102036952B1 - 별도의 전력원을 가진 시스템에서 배터리 충전 상태를 제어하는 방법 - Google Patents

별도의 전력원을 가진 시스템에서 배터리 충전 상태를 제어하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102036952B1
KR102036952B1 KR1020157019581A KR20157019581A KR102036952B1 KR 102036952 B1 KR102036952 B1 KR 102036952B1 KR 1020157019581 A KR1020157019581 A KR 1020157019581A KR 20157019581 A KR20157019581 A KR 20157019581A KR 102036952 B1 KR102036952 B1 KR 102036952B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
charge
battery
state
battery pack
zinc
Prior art date
Application number
KR1020157019581A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150100796A (ko
Inventor
제프리 필립스
살릴 소만
Original Assignee
징크파이브 파워, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 징크파이브 파워, 인크. filed Critical 징크파이브 파워, 인크.
Publication of KR20150100796A publication Critical patent/KR20150100796A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102036952B1 publication Critical patent/KR102036952B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y02T10/7044—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)

Abstract

제어 시스템은, 배터리나 배터리 팩과 분리된 별도의 전력원을 포함하는 시스템 내의 배터리 또는 배터리 팩의 충전 상태를 제어하도록 설계 또는 구성된다. 동작에 있어서, 배터리나 배터리 팩은 어떤 기능을 위해 전력을 간헐적으로 제공되도록 요구한다. 예를 들어, 별도의 전력원은 마이크로 하이브리드 자동차와 같은 자동차의 UPS 또는 엔진을 위한 AC 전기 전력원일 수 있다. 배터리는 니켈 아연 수성 배터리일 수 있다. 제어 시스템은 하나 이상의 다음 기능을 실행하기 위해 설계되거나 구성될 수 있는데, 이는 배터리 또는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하기, 배터리나 배터리 팩이 그 기능을 수행하지 않을 때, 별도의 전력원으로부터 배터리나 배터리 팩의 빠른 재충전을 하도록 지시하기, 완전히 충전된 레벨로 충전하거나, 운영 시스템에 응답하여, 완전히 충전된 레벨과 상이한 플로트 충전 레벨로 충전하도록 지시하기이다.

Description

별도의 전력원을 가진 시스템에서 배터리 충전 상태를 제어하는 방법{CONTROLLING BATTERY STATES OF CHARGE IN SYSTEMS HAVING SEPARATE POWER SOURCES}
충전 가능한 배터리는 여러 목적을 위해 사용된다. 증가하는 중요성의 한 응용 분야는 차 또는 그 밖의 자동차를 위한 전력원이다. 많은 경우에, 배터리는 크랭크 내부 연소 엔진을 냉각시키는데 사용된다. 또한, 배터리는, 라이트, 오디오 시스템, 네비게이션 시스템, 시트 워머등과 같은 자동차의 악세사리에 전력을 공급하는데 사용된다. 하이브리드 및 모든 전기 자동차의 시장 형성에서, 충전 가능한 배터리는 자동차의 추진력에 전력을 공급하는데 더욱 사용된다. 또 다른 충전 가능한 배터리를 위한 일반 응용 분야는 연속 전력 공급기(uninterruptible power supplies, UPS)이고, 이는 주요 전력원이 차단되는 경우에 부하에 긴급 전력을 제공한다. UPS는, 데이터 센터, 통신 장비 및 그 밖의 다른 중요한 전기 장비에 대한 정전에 의한 손실을 거의 즉각적으로 보호하는 것을 보장하는데 흔히 사용된다.
배터리 관리 유닛(Battery Management Unit, BMU)은 때때로 자동차와 같은 응용 분야 및 UPS 응용 분야를 위한 배터리 팩 내에 적절한 충전 상태를 유지하고, 충전을 제어하는데 사용된다. 발전기(alternator)는 전기 전하를 배터리에 전달하는데 사용될 수 있다.
제어 시스템은, 배터리나 배터리 백과 분리된 별도의 전력원을 포함하는 시스템 내의 배터리 또는 배터리 팩의 충전 상태를 제어하도록 설계 또는 구성된다. 동작에 있어서, 배터리나 배터리 팩은 어떤 기능을 위해 전력을 간헐적으로 제공되도록 요구한다. 예를 들어, 별도의 전력원은 마이크로 하이브리드 자동차와 같은 자동차의 UPS 또는 엔진을 위한 AC 전기 전력원일 수 있다. 배터리는 니켈 아연 수성 배터리일 수 있다. 제어 시스템은 하나 이상의 다음 기능을 실행하기 위해 설계되거나 구성될 수 있는데, 이는 배터리 또는 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링하기, 배터리나 배터리 팩이 그 기능을 수행하지 않을 때, 별도의 전력원으로부터 배터리나 배터리 팩의 빠른 재충전을 하도록 지시하기, 완전히 충전된 레벨로 충전하거나, 운영 시스템에 응답하여, 완전히 충전된 레벨과 상이한 플로트 충전 레벨로 충전하도록 지시하기이다.
본 개시물의 일 양상은, 배터리 팩과 함께 작동하는 별도의 전력원 및 풀 충전 모드(full charge mode)와 플로트 충전 모드(float charge mode)를 가진 시스템을 위한 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래인 것을 결정하는 단계와, 풀 충전 모드 동안에, 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 완전히 충전된 상태로 충전하기 위해, 제1 전압에서 배터리 팩을 충전하는 단계와, 이후에, 플로트 충전 모드에서 시스템을 작동하는 동안에, 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 플로트 충전 상태로 유지하기 위해 제2 전압에서 배터리 팩을 충전하는 단계를 포함한다. 제2 전압의 크기는 제1 전압의 크기보다 작다. 완전히 충전된 상태로 충전 및 플로트 충전 상태로 충전은 별도의 전력원으로부터 제공된다. 일 양상에서, 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 충전하기 위해 별도의 전력원으로부터 충전을 제공하는 것은 별도의 전력원으로부터 배터리 팩에 전기적으로 결합된 발전기로 전력을 제공함에 의해 달성된다.
어떤 실시예에서, 별도의 전력원은 내부 연소 엔진일 수 있다. 다른 실시예에서, 이는 AC 전기 전력원일 수 있다. 특정 실시예에서, 배터리 팩은 정확히 7개의 배터리를 포함하는 반면, 또 다른 실시예에서는 배터리 팩은 정확히 8개의 배터리를 포함한다.
특정 실시예에서, 본 방법의 제1 전압은 약 1.82 내지 1.95 볼트이다. 또 다른 특정 실시예에서, 본 방법의 제2 전압은 약 1.75 내지 1.87 볼트이다.
특정 실시예에서, 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 완전히 충전된 상태로 충전하는 것은 적어도 약 1C의 속도로 실행된다. 또 다른 실시예에서, 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 플로트 충전 상태로 충전하는 것은 적어도 약 1C의 속도로 실행된다.
어떤 실시예에서, 시스템은 자동차의 전기 시스템일 수 있다. 이러한 경우에, 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨 아래에 있다는 것을 결정하기 이전에, 본 방법은 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨 아래로 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 방전하는 단계를 더 포함한다. 전형적으로, 방전은 자동차의 전기 기능을 수행하기 위해 실행된다. 어떤 실시예에서, 전기 기능은 자동차의 내부 연소 엔진을 냉간 크랭킹하는 것, 자동차의 전자 장치에 전력을 공급하는 것, 및/또는 자동차의 파워 스티어링에 전력을 공급하는 것이다.
추가적으로, 본 방법은 플로트 충전 모드에서 시스템을 운영하기 이전에, 자동차의 전기 기능을 수행하기 위하여, 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 부분적으로 방전하는 것과 관련될 수 있다.
또 다른 경우에, 본 시스템은 연속 전력 공급기(uninterruptable power supply)일 수 있다. 이러한 경우에, 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨 아래에 있다는 것을 결정하는 단계 이전에, 본 방법은 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨 아래로 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 방전하는 단계 - 방전은 별도의 전력원을 위한 백업 전력을 제공하기 위해 실행됨 - 를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 본 방법은 배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하는 단계 및 온도의 함수로 완전히 충전된 상태를 계산하는 단계를 포함한다. 일 예시에서, 완전히 충전된 상태로 충전하기 위해 가해지는 전압을 계산하는 단계는 다음 식: 전압(완전히 충전) = 1.9 - 0.002*(섭씨 온도 - 22)로 평가하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 본 방법은 배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하는 단계 및 온도의 함수로 플로트 충전 상태를 계산하는 단계를 포함한다.
본 개시물의 또 다른 양상은 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 충전 상태를 제어하기 위한 컨트롤러에 관한 것이다. 배터리 팩은 (a) 배터리 팩과 함께 작동하는 별도의 전력원 및 (b) 풀 충전 모드와 플로트 충전 모드를 포함하는 시스템에서 사용되도록 설계 또는 구성될 수 있다. 이 컨트롤러는 발전기 및/또는 엔진 제어 유닛과 통신하기 위한 통신 인터페이스; 및 로직을 포함하되, 상기 로직은, (i) 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래인 것을 결정하고, (ii) 풀 충전 모드 동안에, 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 완전히 충전된 상태로 충전하기 위해, 제1 전압에서 배터리 팩을 충전하며, (iii) 이후에, 플로트 충전 모드에서 시스템을 작동하는 동안에, 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 플로트 충전 상태로 유지하기 위해 제2 전압에서 배터리 팩을 충전하는 것을 특징으로 할 수 있다. 제2 전압의 크기는 제1 전압의 크기보다 작다. 완전히 충전된 상태로 충전은 별도의 전력원으로부터 제공된다. 또한, 플로트 충전 상태로 충전은 별도의 전력원으로부터 제공된다.
어떤 실시예에서, 컨트롤러의 컨트롤러 로직은, 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 완전히 충전된 상태로 충전하기 위해 제1 전압에서 배터리 팩을 충전하기 이전에, 별도의 전력원이 작동하는지를 결정하기 위해 추가로 설계 또는 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 컨트롤러의 제1 전압은 약 1.87 내지 1.95 볼트이다. 또 다른 특정 실시예에서, 본 방법의 제2 전압은 약 1.75 내지 1.87 볼트이다.
어떤 실시예에서, 컨트롤러의 컨트롤러 로직은 배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하고, 온도의 함수로 완전히 충전된 상태를 계산하기 위해 추가로 설계되거나 구성된다. 이 경우에, 완전히 충전된 상태를 계산하는 것은 다음 식: 전압(완전히 충전) = 1.9 - 0.002*(섭씨 온도 - 22)로 평가한다.
또 다른 실시예에서, 컨트롤러의 컨트롤러 로직은 배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하고, 온도의 함수로 플로트 충전 상태를 계산하기 위해 추가로 설계되거나 구성된다.
일 양상에서, 컨트롤러의 컨트롤러 로직은 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 적어도 약 1C의 속도로 완전히 충전된 상태로 충전하기 위해 추가로 설계 및 구성된다. 또 다른 것에서, 컨트롤러의 컨트롤러 로직은 배터리 팩의 하나 이상의 니켈-아연 배터리를 적어도 약 1C의 속도로 플로트 충전 상태로 충전하기 위해 추가로 설계 및 구성된다.
개시된 실시예의 이들 및 그 밖의 특징은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 더 자세히 제시될 것이다.
도 1a는 전원과 부하가 통합된 연속 전력 공급기의 블록도이다.
도 1b는 배터리 팩이 있는 전기 시스템 및 자동차 내에 전기 스타터 모터와 그 밖의 전기 부하에 전기 전력을 제공하기 위한 BMU를 가진 자동차의 블록도이다.
도 2는 풀 충전과 플로트 충전에서 배터리 내의 충전 상태를 제어하기 위한 과정을 나타나내는 순서도이다.
도입
본 문헌의 양상은 배터리 충전 관리에 관한 것이다. 본원에서 기술된 바와 같이 관리된 배터리는 시스템 내에서의 사용을 발견할 수 있는데, 이들은 내부 연소 엔진이나 그리드로부터의 AC 소스와 같은 별도의 전력원과 함께 작동한다. 이러한 시스템에서, 배터리는 특정 기능 또는 기능들을 반복적으로 수행하도록 요구된다. 이들 기능을 수행하는데 있어서, 배터리는 다양한 정도로 방전된다. 시스템은, 배터리의 충전 상태가 자동으로 높은 레벨로 유지되어서, 배터리가 요구될 때 신뢰성 있게 자기 기능을 수행하도록 설계된다. 어떤 실시예에서, 별도의 전력원(가령, 내부 연소 엔진)이 배터리를 충전 가능한 기회 동안에, 배터리는 재충전된다.
배터리 충전 유지는 배터리 관리 유닛(BMU) 또는 그 밖의 적절한 컨트롤러를 사용하여 달성될 수 있다. BMU는 제어하에서, 배터리에 관한 하나 이상의 관련 파라미터를 나타내는 센싱된 신호를 수신하기 위한 센서 또는 입력부를 포함할 수 있다. 이러한 파라미터는 배터리의 충전 상태, 온도, 배터리에 의해 전달되는 현재 전압, 이벤트를 트리거한 후에 지나간 쿨롬등을 포함한다. 또한, BMU는 배터리가 언제 및 어디까지 충전 또는 방전되는지를 나타내는 컨트롤 로직을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 배터리는 둘 이상의 서로 다른 모드에서 충전된다. 풀 충전 작업 모드라고 하는 첫 번째 모드에서, 배터리는 방전된 상태에서 충전 상태로 완전히 충전되어서, 이는 배터리 유형(가령, 납 산 배터리에 대해 셀 당 2.3 V 및 니켈 아연 배터리에 대해 셀 당 1.93 V)에 대해 완전히 충전되는 것으로 간주된다. 플로트 충전 작업 모드라고 하는 또 다른 모드에서, 완전히 충전되었던 배터리는 플로트 레벨(가령, 니켈 아연 배터리에 대해 셀 당 1.87 V)에서 유지된다. 플로트 모드에서, 배터리는 완전히 충전된 것으로 보일 수 있으나, 이들은 더 낮은 전압에서 유지된다. 플로트 충전은 자체-방전 또는 작은 부하 방전(즉, 충전 상태가 비교적 높게 유지되는 충전)에 대해 보상할 수 있다. 전형적으로, 플로트 충전은, 배터리가 사용되는 시스템의 정상 동작 동안에, 일부 전하가 배터리 내로 흘러들어가는 것과 관련된다.
관습적으로, 플로트 충전이 완전히 충전된 상태에서의 배터리를 유지하는 역할을 한다. 일부 종래의 배터리 관리 유닛은 풀 충전 및 플로트 충전을 서로 다른 작동 모드로서 사용한다고 말할 수 있으나, 각각의 모드에서, 이들 BMU는 배터리를 동일한 풀 충전 상태로 충전한다. 본원에서 기술되는 일부 실시예에서, 풀 충전 모드는 비교적 깊이 방전된 상태로부터 배터리를 충전할 때 사용되고, 플로트 충전은 비교적 높게 충전된 상태이나 완전히 충전된 배터리 보다는 더 낮은 레벨(가령, 풀 충전의 약 95%)로 배터리를 유지하는데 사용된다. 다시 말해, 플로트 충전 모드는 배터리를 거의 완전하게 충전된 상태로 유지하는데 사용되어서, 배터리가 엔진을 냉간 크랭킹(cold crank)하거나, UPS에 전력을 공급하거나, 이들이 상당한 정도로 방전될 수 있는 곳에 다른 조치를 취하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리는 풀 충전 전압 레벨로 완전하게 충전되고, 충전 전압 레벨은 플로트 충전 레벨까지 물러난다(back off). 이러한 접근법은 과도한 오버충전 없이 수명을 증진시킨다.
본원에서 기술되는 다양한 실시예에 따라, 특별한 플로트 충전 모드가 배터리를 위해 사용되는데, 연속적이거나 반복되는 풀 충전까지의 충전은, 아마도 가스(가령, 수소 및/또는 산소)를 좀 더 빠르게 생성함에 의해 배터리를 손상시킬 것이고, 이는 내부적으로 또는 안전하게 통기(vented)와 재결합될 수 있다. 수성 니켈-아연 배터리는 이러한 듀얼 모드 충전 전략으로부터 이익이 될 수 있는 배터리의 예시이다. 유사하게 이익이 될 수 있는 그 밖의 다른 배터리는 은-아연 및 니켈-금속 하이드라이드 배터리를 포함한다. 편의상, 니켈 아연 배터리는 개시된 듀얼 모드 시스템에서 사용되는 배터리로서 본원에서 기술될 것이다. 그러나, 그 밖의 다른 배터리 시스템도 개시된 실시예로 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
다양한 응용 분야는 본원에서 개시된 실시예로부터 얻을 수 있다. 배터리 팩 충전의 조심스러운 유지를 요하는 응용 분야는 정적인 백업 저장소(stationary backup storage)(가령, 연속 전력 공급기 또는 UPS) 및 마이크로-하이브리드 자동차 또는 그 밖의 자동차 전기 시스템이다. 다양한 마이크로-하이브리드 응용 분야에서, 배터리 팩은 약 12-48V를 전달하도록 요구된다. 일반적으로 UPS 배터리는 더 높은 전압을 제공한다. 두 응용 분야는 배터리의 충전 상태의 정확한 결정 및 유지를 요구하여, 성능과 수명을 최대화한다.
다양한 센서와 센싱 기술이 충전 상태와 그 밖의 배터리 상태를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 충전 상태는 완전 충전 또는 방전으로 주기적인 보정으로 충전 인(charge in) 및 충전 아웃(charge out)을 카운트함에 의해 결정된다. 일부 시스템에서, DC 임피던스는 배터리 팩 내의 셀 성능의 노화 및 퇴화를 측정하는 수단으로서 모니터링된다.
본원에서 기술되는 실시예가 전형적으로 배터리 팩들을 말하지만, 개시물의 대부분은 기술된 바와 같이 제어되는 배터리의 충전 상태를 가진 단일 배터리에도 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 배터리 팩은 (전형적으로) 임의의 수의 동일한 배터리 또는 개별 배터리 셀의 세트로 해석될 수 있다. 이들은 직렬, 병렬 또는 이들의 혼합으로 구성되어서, 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 전달할 수 있다. 배터리 팩의 구성은 개별 배터리 또는 셀 및 이들 사이의 전기 연결성을 제공하는 상호연결부를 포함한다. 또한, 재충전 가능한 배터리 팩은 온도 센서 및/또는 전압 센서를 포함할 수 있고, 여기서, 배터리 충전기는 충전의 말단을 검출하는데 사용된다. 배터리 컨트롤러는 정의된 레벨 내의 전체 팩의 전압을 유지하는데 사용된다.
UPS의 시스템 구성
도 1a는 부하와 통합된 연속 전력 공급기의 블록도를 나타낸다. 도면에서 도시된 바와 같이, AC 전력원(103)은 하나 이상의 부하(107)에서 요구하는 대로 전력을 제공하기 위해 설계된 전력 공급기(105)에 전력을 정상적으로 제공한다. 이러한 부하의 예시는 중요 데이터 프로세싱 및 텔레통신 장비를 포함한다. 전력 공급기(105)는 구동되는 부하에 대한 전류 및 전압의 적절한 레벨에서 전기 전력을 제공하도록 설계 및 구성된다. 전력원(103)은 부하에 대한 주요 전력원이고, 이는 정상 동작에서, 부하(105)는 모든 전력을 전력원(103)으로부터 받는다는 것을 의미한다. 전력원은 전기 유틸리티(전력 그리드), 발전기등일 수 있다.
AC 전력원(103)이 예상치 못한(또는 예상된) 이벤트를 통해 사용 불가능해지는 경우에, 배터리 백업 전력 팩(109)은 전력원(103)을 대체하고, 전력원(103)이 사용 불가능해진 후에, 즉각적으로 또는 곧바로 부하(107)가 전력을 사용 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 다이오드가 회로망에서 배터리와 전력 라인 사이에 제공된다. 백업 배터리(109)는 배터리 충전기(111)에 연결되고, 이는 백업 배터리가 방전될 때, 배터리에 전하를 전달하도록 구성된다. 전형적으로, 전력원(103)이 백업한 후에 충전이 발생하고, 공급기(105) 및 궁극적으로는 부하(107)에 주요 전력원으로서의 역할을 제공할 수 있다. 전력원(103)이 사용 가능해질 때, 전기 전력의 일부는 배터리 충전기(111)로 사용 가능하게 될 수 있어서, 백업 배터리(109)를 적절하게 풀 상태 또는 플로트 상태로 재충전할 수 있다.
배터리 관리 로직은 시스템 내에, 전형적으로 별도의 유닛 또는 전력 공급기(105) 내에 포함된다. 배터리 관리 로직은 전력 공급기가 풀 충전으로 빠르게 충전하고 플로트로 스위칭되도록 보장한다.
마이크로- 하이브리드 자동차의 시스템 구성
도 1b는 배터리 팩(153)이 있는 전기 시스템(151) 및 자동차 내에 전기 스타터 모터(157)와 그 밖의 전기 부하(159)에 전기 전력을 제공하기 위한 BMU(155)를 가진 자동차의 블록도이다. 어떤 실시예에서, 자동차는 하이브리드 또는 마이크로-하이브리드 자동차이다. 일반적으로, 하이브리드 자동차는 자동차를 추진할 수 있는 풀 전기 구동부(full electric drive)를 가진다. 마이크로-하이브리드는 아니다. 마이크로-하이브리드는 풀 하이브리드의 하위 세트이다. 이는 마이크로-하이브리드가 스타트 스탑(start stop) 기능을 포함하고, 회생 제동 에너지(regenerative braking energy)를 캡쳐링할 수 있고, 사이클링 모드(충전 후에, 배터리는 캐빈 부하를 지원하기 위해 방전됨)에서 배터리를 사용하여 연료 효율성을 개선할 수 있다.
BMU(155) 및/또는 엔진 제어 유닛(ECU)(161)은 자동차의 전기 시스템의 양상을 제어한다. 특히 관련된 것 중에서, 이들 유닛은 배터리 팩(153)을 방전 모드, 풀 충전 모드 및 플로트 충전 모드로 작동하는 바와 같이, 제어할 수 있다.
스타터 모터(157)와 발전기(163)는 내부 연소 엔진(미도시)와 기계적으로 연동된다. 배터리와 발전기 모두는 접지(171)에 연결되고, 이는 자동차(151)의 샤시일 수 있다. 엔진이 실행되는 동안에, 발전기(163)는 팩(153)의 배터리를 충전한다. BMU(155) 및/또는 ECU(161)에 의해 명시된 바와 같이, 풀 충전 모드 또는 플로트 모드로 배터리를 충전할 수 있다. 엔진이 실행되는 동안에, 발전기(163)는 자동차 부하(159)에도 전력을 공급할 수 있다. 그러나, 어떤 상황하에서, 배터리 팩(153)은, 엔진이 실행되는 동안에, 부하(159)의 일부 또는 전부에 전력을 공급할 수 있다. 어떤 실시예에서, 발전기는 디지털식으로 제어된 발전기이다.
언급된 바와 같이, 마이크로-하이브리드 또는 그 밖의 자동차의 배터리는 가령, 자동차를 추진하는데 도와주고, 자동차 내의 내부 연소 엔진을 냉간 크랭킹 및/또는 전기 기능을 캐빈(가령, 라디오, 라이트, 시트 워밍, 전기 파워 스티어링, 네비게이션 시스템등)에 전력 공급하는데 사용될 수 있다. 이러한 기능은 자동차 부하 블록(159)에 의해 총체적으로 나타난다. 냉간 크랭킹은 스타터 모터(157)에 배터리 팩(153)이 전력을 공급함에 의해 실행되는데, 상기 스타터 모터는 그 자체 전력으로 엔진의 작동을 개시하기 위하여, 내부 연소 엔진을 회전하기 위한 전기 모터이다. 배터리 팩으로부터 높은 전류와 높은 전압에 의해 전력 공급받는다.
BMU(155)는 배터리 팩(153)으로부터 전압과 온도를 입력으로 받는다. 도시된 실시예에서, 온도는 서미스터(165)에 의해 제공된다. 어딘가에 좀 더 상세히 설명되는 바와 같이, BMU(155) 단독, 또는 ECU(161)와 함께, 팩(153)의 배터리에 충전을 할지 말지, 한다면, 배터리를 완전히 충전할지 플로트 충전할지를 결정한다. 이는 특히, 배터리 팩의 현재 전압, 배터리 팩의 온도 및 마지막에 충전된 이후에 배터리 팩으로부터 통과된 전류(또는 전하)의 양을 사용하여, 결정한다. 블록(173)은 배터리 내로 들어오는 전류 및 나가는 전류에 비례하는 입력을 제공한다. 이는 임피던스 측정 및/또는 충전을 모니터링 하기 위해, 충전 상태 평가를 하는데 사용될 수 있다.
어떤 실시예에서, BMU는 "Lin Bus"를 통해 ECU와 통신하는데, 이는, 비교적 느린 네트워크이지만, 비용이 낮춘, 자동차 제조자에 의해 특수하게 개발된 직렬 단일 라인 통신 프로토콜이다. ECU는 엔진의 상태(오프/온), 기어 및 클러치등의 연결을 모니터할 수 있다. 이러한 및/또는 그 밖의 다른 정보는 운전아의 의도를 평가하는데 사용될 수 있다. ECU는 엔진이 턴 오프되는지를 제어한다. 이는 모든 배터리 파라미터 및 임의의 인터락(interlock)이 활성화되는지를 확인한다. 예를 들어, 이는, 안전 벨트가 매여있는지 또는 후크 래치가 연결되지 않았는지를 확인한다. 이들 유형의 스위치는 자동차 내 또는 아마도 엔진 룸의 누군가의 표시자이다(ECU는 배터리의 충전 상태가 낮다면, 엔진을 턴 온하지 않을 상황). 인터락 조건이 엔진의 턴온을 막지 않고, 배터리가 스레숄드 충전 상태 아래에 있다면, ECU는 엔진을 계속 배터리를 충전하도록 지시할 수 있다.
어떤 실시예에 따르면, 로직 및 관련 하드웨어는 충전 및 플로트 모드를 위해 서로 다른 배터리 충전 전압을 적용하도록 설계 및 구성된다. 언급된 바와 같이, BMU 및/또는 ECU는 어떤 일부 로직을 제공할 수 있다. 마이크로-하이브리드 자동차에서, 하드웨어는, 충전 모드일 때 제1 전압으로, 플로트 모드일 때, 더 낮은 제2 전압으로, 니켈-아연 배터리를 충전하도록 지시받을 수 있는 디지털적으로 제어되는 발전기를 추가로 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 발전기는 적어도 다음 세 개의 작동 모드를 가지는데, 비활성, 배터리 충전 모드 및 배터리 플로트 모드이다. UPS 응용 분야에서, DC-DC 컨버터 및 관련 전력 공급기는 동일한 결과를 달성할 수 있다. 또한, 스위치도 사용될 수 있다.
발전기가 엔진에 과도한 부하를 가하는 특수 상황에서, 엔진이 과도한 노력 없이 다시 자동차 전기 부하를 다룰 수 있을 때까지, 발전기를 비활성화시키고, 배터리가 자동차 부하를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 엔진이 실행되는 동안, 배터리가 전기 부하에 전력 공급에 책임이 있을 때, 배터리의 충전 상태가 미리-설정된 레벨 아래로 떨어진다면, 엔진은 이러한 책임을 재개하도록 요구될 수 있다. 결과적으로, 엔진에 최소 부하가 있을 때, 이상적으로, 엔진은 배터리를 재충전할 것이다.
발전기는 자동차 내에서 지원되는 부하에 기초하여 전형적으로 크기조절 된다. 예를 들어, 발전기는 특징(열 시트등)에 의존하여 50-200A를 제공하도록 설계될 수 있다. 2012 Ford Focus™와 같은 작은 자동차라도, 발전기는 150A를 전달할 수 있어야 하고, 모든 부하를 지원하고, 크랭킹 이후에 배터리를 충전하는데 충분한 전류를 출력하기 위한 크기일 수 있다. 이러한 특징은, 전기 파워 스티어링과 같은 더 많은 마이크로 하이브리드 특징을 지원하는 전기 특징이 추가됨에 따라 증가할 것이다. 그러나, 배터리 사이클링 작동은 추가적인 충전 요구사항이 있다는 것을 의미할 것이다. 일부 경우에, 배터리는 200A에서 충전을 허용할 수 있어야 해서, 우리는 대표적인 제동 작동으로부터 에너지를 흡수할 수 있다.
도 1b는 하나의 배터리 팩(팩 153)만을 도시한 것이라는 점을 유의해야 한다. 도시된 하나와 같은 실시예에서, 오직 단일 니켈-아연 배터리 팩이 사용된다. 이는 전력을 전자 장치 및 엔진 스타팅 시스템으로 제공한다. 이는 두 개의 서로 다른 배터리 시스템이 사용되는, 가령, 전자 장치에 전력 공급하기 위한 리튬 이온 배터리 및 내부 연소 엔진을 크랭킹하기 위한 납 산 배터리의 설계와 대조를 이루는 것이다. 본원에서 기술된 시스템의 다양한 실시예가 니켈 아연 배터리 팩만을 사용하여 모든 배터리 기능을 제공하지만, 어떤 실시예는 니켈-아연 배터리 팩을 사용하여 자동차 부하에만 전력을 가하거나 엔진에 냉간 크랭킹하는데 사용하고, 별도의 배터리 팩이 다른 응용 분야를 위해 사용된다.
예를 들어, 니켈 아연 배터리 팩은 부하에, 또 다른 배터리 팩은 냉간 크랭킹에 사용될 수 있다. 특수한 실시예에서, 48 볼트 시스템은 두 개의 배터리를 사용하는데, 12V 하나와 결합된 48V 하나이다. 후자는 부하를 지원하는데 사용되고, 충전 허용을 돕는다. 이러한 배터리의 용량은 약 10-20Ah일 수 있고, 원통형이나 각기둥의 셀을 포함할 수 있는 니켈-아연 배터리 팩에 의해 만족될 수 있다.
일부 실시예에서, BMU, ECU, 디지털적으로 제어되는 발전기, 및/또는 제어 시스템(전체적으로 컨트롤러)의 다른 구성은 프로세성, 칩, 카드 또는 보드 또는 이들의 조합을 포함하는데, 이는 하나 이상의 제어 기능을 수행하기 위한 로직을 포함한다. 컨트롤러의 일부 기능은 단일 칩, 가령, Application Specific Integrated Circuit (ASIC), programmable logic device (PLD) chip 또는 field programmable gate array (FPGA) 또는 이와 유사한 로직으로 결합될 수 있다. 이러한 집적 회로는 단일 프로그램 가능한 칩 내에 로직, 제어, 모니터링 및/또는 충전 기능을 결합할 수 있다.
일반적으로, 배터리 충전 및 방전 이행을 제어하는데 사용되는 로직은 하드웨어 및/또는 소프트웨어에서 설계 또는 구성될 수 있다. 다시 말해, 충전 및 방전 회로망을 제어하기 위한 명령어는 하드 코딩되거나 소프트웨어로서 제공될 수 있다. 명령어는 "프로그래밍"에 의해 제공될 수 있다고 말할 수 있다. 이러한 프로그래밍은, 디지털 신호 프로세서 및 하드웨어로서 실행되는 특수 알고리즘을 가진 그 밖의 장치 내의 하드웨어 코딩된 로직을 포함하는 임의의 형태의 로직을 포함한다고 이해해야 한다. 또한, 프로그래밍은, 일반 목적의 프로세서상에서 실행될 수 있는 소프트웨어 또는 펌웨어 명령어를 포함하는 것으로 이해된다. 일부 실시예에서, 배터리 및 부하로의 전압의 적용을 제어하기 위한 명령어는 컨트롤로와 관련된 메모리 장치상에 저장되거나 네트워크에 걸쳐 제공된다. 적절한 메모리 장치의 예시는 반도체 메모리, 자기 메모리, 광학 메모리등을 포함한다. 가해진 전압을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는, 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란등과 같은 임의의 종래 컴퓨터 리드 가능한 프로그래밍 언어로 기재될 수 있다. 컴파일된 오브젝트 코드 또는 스크립트는 프로세서에 의해 실행되어서 프로그램 내에 확인된 태스크를 수행한다.
배터리 또는 배터리 팩이 적어도 두 개의 구분되는 레벨, 풀 충전 상태와 더 낮은 플로트 충전 상태로 충전되는 실시예에서, 컨트롤러 로직은 어떤 충전 상태가 상황하(엔진 상태, 배터리 SOC등)에서 적절한지를 결정하고, 결정된 충전 상태와 관련된 레벨로 충전을 지시하도록 설계 또는 구성될 수 있다.
빠른 속도로 플로트 전압으로 충전
현재 엔진 제어 유닛은 ECU가 BMU로부터 수신한 파라미터에 기초하여 배터리와 엔진 사용에 대한 결정을 내리도록 설계된다. ECU 및/또는 BMU는 납 산 배터리에 적절하게 이들 결정을 내린다. 그러나, 납 산 배터리는 니켈-아연 및 어떤 그 밖의 배터리와는 상이한 요구사항을 가진다. 납 산 배터리는, 이들이 비교적 최근에 충전 상태 아래로 방전되면, 재충전하는데 느리고, 열악한 충전 허용에 시달리게 된다.
납 산 배터리가 정적인 저장소(가령, UPS 응용분야)에서 사용될 때, 재충전 및 플로팅은 정상적으로 셀 당 2.3V 근방의 특정 전압으로 수행된다. 전압이 배터리상에서 유지되어서, 풀 충전 상태는, 주요 전력원이 분리될 때 사용가능하다. 이것은 납 산 배터리가 재충전하는데 매우 느리기 때문에 적절하다. 정상적으로, 이들은 셀 당 2.5 V의 높은 전압에서 재충전하는데 여러 시간이 소요된다. 그러나, 백업 응용분야에 대해서, 긴 시간 주기는, 납 산 배터리가 전력원을 백업하는 역할을 수행한 이후에, 전형적으로 납 산 배터리를 재충전하는데 사용가능하다. 그러므로, 2.3V에서 충전하는 것과 관련된 낮은 재충전 속도는 허용 가능하다.
마이크로-하이브리드 및 그 밖의 자동차 내의 납 배터리의 정상 작동은 13.8 내지 14.8V의 고정된 전압에서 충전 및 플로팅과 관련된다. 전형적인 BMU 알고리즘은 14.4V로 충전하고 나서, 정상 작동 동안에 14.4V로 유지하려는 시도로 충전을 방해한다. 이러한 충전 방해가 플로트 충전이다.
자동차가 정지할 때, 배터리 팩은 자동차의 전기 기능을 유지하나, 재시작 후에 배터리는 재충전되어야 한다. 다음 정지가 최적의 충전 상태가 달성되기 이전에 발생하면, 배터리의 충전 상태는 배터리가 더 이상 엔진을 크랭킹할 수 없을 때까지 감소할 수 있다. 이러한 상황이 발생하기 전에, 자동차의 스탑 스타트 기능이 비활성되어서, 배터리가 허용 가능한 충전 상태를 다시 얻을 수 있도록 해야한다. 다시 말해, 자동차의 내부 연소 엔진은 계속 이러한 상황에서 실행되어야 하는데, 아니면, 스탑 스타트 알고리즘은 엔진 정지가 실행되도록 요구할 수 있다. 이러한 상황은 교통 및 타력 운전(coasting)에서 정지를 포함할 수 있다. 실행되는 엔진은 배터리를 충전하는데 필요하다. 빠른 충전 능력을 가진 배터리를 사용하여, 스탑 스타트 기능이 좀 더 전체적으로 계속 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 니켈-아연 배터리가 납 산 배터리보다 훨씬 더 빠르게 충전할 수 있는 한 유형의 배터리이므로, 엔진이 좀 더 자주 정지할 수 있게 한다.
정적 응용 분야 및 자동차 응용 분야 모두에서 마주치는 또 다른 이슈는 납 산 배터리가 가지는 낮은 충전 허용성에 대한 가능성이다. 두 응용 분야는 납 산 배터리를 낮은 충전 상태로 구동할 수 있다. 배터리가 임의의 상당한 시간 동안에 이러한 상태에 유지하면, 납 산 배터리의 납 전극은 황산납을 형성할 수 있고, 이는 전하를 받을 수 있는 배터리의 미래 능력을 감소시킨다.
많은 방식으로, 니켈 아연 수성 배터리는 유리하게 납 산 배터리와 비교되고, 일부 경우에 납 산을 대체할 수 있다.
1. 니켈 아연 배터리는 납 산보다 더 빠르게 재충전한다. UPS 응용 분야의 전형적인 니켈-아연 배터리 팩은 2 시간내에 (1.9 볼트까지) 0-100% 충전 상태로부터 충전될 수 있다. 반면에, 납 산 배터리는 충전하는데 8-10 시간이 요구된다.
2. 배터리는 낮은 충전 상태로 퇴화되지 않는다. 니켈-아연 배터리는 성능 퇴화 없이, 완전히 충전 상태의 40-50%에서 작동할 수 있다. 이는, 이러한 낮은 충전 상태에서 신뢰성 있게 엔진을 크랭킹할 수 있다.
3. 배터리는 자동차 내의 엔진을 크랭킹하고, 캐빈 전자 장치에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 단일 니켈-아연 배터리 팩은 두 목적을 수행할 수 있다.
4. 배터리는 넓은 온도 영역, 가령 약 5 -60℃에 걸쳐 잘 수행한다.
일정한 전류-일정한 전압 충전 절차의 전압이 셀 당 약 1.9-1.93V 사이에서 유지될 때, 니켈-아연 배터리는 완전히 방전된 상태로부터 약 2 시간 내에 완전히 재충전될 수 있다. 가스의 생성 속도가 다시 밀봉할 수 있는 벤트(vent)를 통해 달아나는 결과 가스와 가스의 재결합의 속도를 초과하는 결과, 불행하게도, 이 전압에서, 풀 충전에서의 정상 상태 전류는 셀의 수명을 단축 시킨다. 이는 하나의 전극에서 다른 전극으로의 가스의 이송을 방해하는 강건한 분리기의 사용의 결과이다. 좀 더 구체적으로, 분리기는 양극에서 음극으로 산소의 이송을 방해한다.
다양한 실시예에서, 분리기는 폴리올레핀 마이크로-다공성 분리기이다. 전형적으로 분리기는 양극으로의 아연 덴드라이트(zinc dendrite) 침입을 방지하는데 사용된다. 니켈 아연 배터리의 예시는, 2005년 4월 26일에 출원된 미국 특허 출원 번호 11/116,113호, 2006년 2월 1일에 출원된 미국 특허 출원 번호 11/346,861호(이제 미국 특허 7,550,230호) 및 2012년 7월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/549,322호에 기술된다.
다양한 실시예에서, 니켈 아연 배터리 또는 정상적인 빠른 속도의 변화 동안에 가스에 유사하게 민감한 그 밖의 배터리를 포함하는 배터리 팩은 빠른 속도 변화와 높은 충전 상태에 배터리를 유지하기 위해 충전하는 플로트 모두를 지원하는 방식으로 작동되다. 플로트 충전은 고정된 전압 레벨(또는 충전 상태 레벨)로 수행되는데, 이는 별도로 정의된 풀 충전 레벨 아래에 있다. 풀 충전 모드일 때, 배터리는 풀 충전 레벨로 충전되고, 배터리가 플로트 충전 모드일 때, 배터리는 더 낮은 플로트 레벨까지만 충전된다. 플로트 레벨은 배터리가 풀 충전 레벨로 특히, 빠른 속도로 반복적이거나 연속적으로 충전될 때 발생할 수 있는 배터리와 관련된 문제를 피하기 위해 선택될 수 있다. 언급된 바와 같이, 이들 문제들 중 하나는 재결합 보다 더 빠른 가싱(gassing)이다. 예를 들어, 충전 하에서의 니켈 아연 배터리는 아연 전극에서 수소를, 니켈 전극에서 산소를 생성할 수 있다. 풀 충전 레벨에서, 이들 가스의 생성 속도는 이들이 셀 내에서 재결합할 수 있는 속도를 초과한다. 플로트 충전 레벨에서, 생성 속도는 이들이 재결합할 수 있는 속도와 대략적으로 동일(또는 약간 적음)하다. 풀 충전 레벨 및 플로트 충전 레벨은 전형적으로 온도의 함수이고, 이들은 또한 충전 속도의 함수일 수 있다.
니켈 아연 배터리에 대한 듀얼 모드(서로 다른 플로트 충전 및 풀 충전)와 관련된 어떤 파라미터가 아래에 제시될 것이다. 이들 파라미터는 풀 충전에 대한 고정된 전압 레벨 및 플로트 충전에 대한 상이한 고정된 전압 레벨을 포함한다. 풀 충전 및 플로트 충전을 위해 적절한 전압 속도도 관련 있다.
ECU/ BMU 동작
언급된 바와 같이, 자동차 내의 배터리 동작의 모드를 제어하기 위한 로직은 전형적으로 BMU, ECU 및/또는 디지털적으로 제어되는 발전기로 실행된다. 어떤 실시예에서, 제어 시스템은 빠른 충전 및 비교적 낮은 전압 레벨에서 달성되는 플로트 충전 모드를 모두 제공한다. 어떤 실시예에서, BMU는 니켈 아연 배터리의 충전 상태를 모니터하고, 자동차의 ECU로의 통신 링크를 통해 상태를 보고한다. 그리고 나서, ECU는 배터리 EH는 발전기를 사용하여 자동차의 전력 부하에 전력을 공급할지에 관하여 적절한 결정을 내린다. 이와 관련하여, ECU는 충전 전압을 변경하지 또는 가령, 디지털 적으로 제어된 발전기를 비활성화시킬지를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, BMU는 니켈 아연 배터리 팩에 대한 정보를 자동차의 엔진 제어 유닛으로 제공하고, 이는 다른 무엇보다도 (1) 발전기로부터 전하를 배터리 팩에 전달할지, 및 (2) 모터가 정지할 수 있는지를 결정한다. 결정 2는 팩 내의 배터리의 충전 상태에 기초한다. 기본적으로, 배터리는 자동차가 정지한 이후에, 모터를 재시작하기 위해 충분히 충전되어야 한다. 결정 1은 자동차가 실행되는 동안 결정되고, 배터리 충전 상태는 추가로 충전해야 할 정도로 충분히 낮은지를 결정한다. 이런 상황에 의존하여, 추가 충전은 플로트 충전 또는 풀 재충전일 수 있다.
어떤 실시예에서, 마이크로-하이브리드 자동차 배터리 팩 및 관련된 BMU는 3개의 작동 상태 또는 모드(방전, 풀 충전으로 충전, 플로트 충전으로 충전)를 가질 것이다
방전 모드에서, 니켈-아연 배터리는, 내부 연소 엔진이 작동하지 않으면서 배터리가 자동차 부하를 구동할 때 풀 충전이 요구되는 포인트까지 방전될 수 있다. 예시는 내부 연소 엔진을 냉간 크랭킹하기 위해 배터리를 사용하는 것 및 엔진이 꺼질 때(가령, 엔진이 코스팅 동안에 차단), 캐빈 액세서리에 전력을 공급하는 것을 포함한다.
마이크로-하이브리드 Ni-Zn 배터리의 풀 충전을 트리거하는 조건은, 배터리가 낮은 충전 상태에 도달한 이후에, 내부 연소 엔진을 턴온(발전기에 연결)하는 것을 포함한다. 마이크로-하이브리드 Ni-Zn 배터리의 플로트 충전을 초래할 조건은 발전기가 캐빈 액세서리에 전력을 공급하면서 내부 연소 엔진을 실행하는 것을 포함한다. 전형적으로, 배터리는, 플로트 충전이 가해질 때, 비교적 높은 충전 상태에 있을 것이다. 배터리가 비교적 낮은 충전 상태에 있을 때, 풀 충전이 가해질 수 있다. 일부 경우에, ECU는 플로트 충전을 가할지, 풀 충전을 가할지를 결정한다. 또한, 배터리의 충전 상태를 고려하면, ECU는 엔진이 가속하는지 감속하는지를 고려할 수 있다. 가속은 발전기에 의해 전달되는 더 적은 전류를 초래할 수 있다. 따라서, 높은 가속은 발전기의 비활성화를 초래할 수 있고, 또는 배터리가 비교적 낮은 충전 상태라면 플로트 충전을 초래할 수 있다. 전형적으로, 플로트 충전은 높은 전류 끌림(draw)을 요하지 아니한다.
그러나, 내부 연소 엔진이 가령, 가속 또는 언덕 오르기 동안과 같은, 피크 용량 근처에서 작동할 때, 시스템은 배터리를 플로트 충전하고 발전기가 액세서리에 전력을 공급시키고, 발전기를 비활성화시키고 배터리가 액세서리에 전력을 공급시킬 수 있다. 배터리가 완전히 충전되거나 허용 가능한 충전 상태라면, 후자 옵션이 더 바라직할 수 있다. 자동차 엔진이 그렇게 심하게 작동하지 않는 다른 조건(약한 가속 또는 약간의 기울기 오르기)에서는, 플로트 충전 옵션이 바람직할 수 있다. 이는 배터리가 코스트 동안에 엔진이 차단되는 기회를 준비할 수 있게 한다. 이는 연료 절감에 상당한 기회를 제공한다.
언급된 바와 같이, 니켈-아연 배터리는 비교적 빠르게 충전할 수 있어서, 감당해야 할 다양한 자동차 기능에 대해 적절한 충전 상태를 유지할 수 있다. 또한, 니켈-아연 배터리는 자동차를 스타트하기에 적절한 넓은 범위의 충전 상태를 가진다. 이는 극도의 교통 상황에서 유용한데, 배터리는 자주 자동차 부하에 전력을 공급할 필요가 있다.
일부 실시예에서, 엔진 스트레스가 풀 충전이 달성되도록 허용하는 레벨까지 감소될 때까지, 플로트 충전은 최적의 플로트 충전 상태 이하에서 실행된다.
표 1은 개시된 자동차 제어 시스템의 어떤 실행에 따른 상태도를 나타낸다. 상태(배터리 작동 모드)는 니켈 아연 배터리의 충전 상태의 행사(exertion)의 엔진의 레벨의 함수로서 결정된다. 충전 상태는 방전 작동 동안에 또는 그 이전에 결정될 수 있거나(가령, 냉간 크랭킹 또는 캐빈 전자 장치 구동), 또는 BMU에 의해 폴링(pollin) 이후에 결정될 수 있다. 어떤 실시예에서, 높은 충전 상태는 적어도 약 70%일 수 있고, 낮은 충전 상태는 고작 약 40%일 수 있으며, 중간 충전 상태는 높은 충전 상태와 낮은 충전 상태의 사이의 상태이다. 어떤 실시예에서, 높은 스트레스에서 실행되는 엔진은 그 최대 용량(가령, 최대 전력 또는 분당 회전수)의 상당한 비율로 작동하는 엔진이다.
높은 SOC 중간 SOC 낮은 SOC
엔진 실행
(낮은 스트레스) 		플로트 충전 모드 플로트 충전 모드 풀 충전 모드
엔진 실행
(높은 스트레스)		 방전 모드 방전 모드 풀 충전 모드
엔진 미실행 방전 모드 방전 모드 NA
샘플 실시예에서, BMU 또는 그 밖의 다른 배터리 제어 로직은 처음에, 배터리 팩 내의 니켈 아연 배터리가 중간 충전 상태(가령, 60%)로 떨어졌다는 것을 결정한다. BMU는 충전 상태의 ECU에게 알리고, 그리고 나서, ECU는 배터리를 충전할지에 관한 결정을 내리며, 그렇게 하면, 어느 상태로 충전할지를 결정한다. 대안적으로, BMU는 배터리가 충전되어야 한다는 것을 결정하고, 선택적으로 충전의 레벨을 결정하며, ECU에게 알려야 한다. ECU는 엔진의 상태를 고려하고, 배터리를 목표 레벨(플로트)까지 충전할지를 결정한다. 배터리를 충전하기로 결정하면, ECU는, 니켈 아연 배터리에 적절한 레벨(풀 레벨 또는 플로트 레벨)에 충전을 제공하도록 발전기에게 지시한다. 설명된 바와 같이, 디지털적으로 제어되는 발전기는 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 물론, 그 밖의 다른 메카니즘이 사용되어서, 배터리 팩으로의 충전을 제어할 수 있다. 또한, 니켈 아연 배터리가 그 점에 대해서, 플로트 모드 또는 풀 충전 모드에 있는 동안에, 발전기는 캐빈 액세서리에 전력을 공급할 수 있다.
어떤 실시예에서, BMU는 일정한 전압상에서 전류 레벨을 모니터링함에 의해, 또는 순 전하 입력을 추적함에 의해, 언제 배터리가 완전히 충전되는지를 결정한다. 배터리가 완전히 충전되는 것으로 결정될 때, 가해진 충전 전압은 만연한 온도에 대해 목표된 플로트 전압으로 낮아진다. 예를 들어, 7개의 셀 "12 볼트" 배터리 팩이 5C(40Ah 배터리 상에 200Amp)를 초과하여 충전 전류를 흡수할 수 있다. 타겟된 충전 상태가 달성되면, 발전기가 자동차의 전자 장치 부하를 동시에 지원하면서, 배터리는 더 낮은 전압(상온에서 1.82-1.87V)에서 플로트되어서, 충전 상태를 유지할 수 있다. 풀 충전은, 배터리의 충전 상태를 풀 재충전을 요하는 레벨로 낮아지는 방전 이벤트 이후에, 다시 실행될 것이다. 이러한 방식으로 두 전압 레벨을 사용하여, 배터리의 빠른 충전과 수명 을 모두 최적화 시킬 수 있다. 그러므로, 시스템은 복수의 자동차 부하를 서비스, 또한, 연달아서 발생하는 복수의 정전을 조치하기에 용이하다.
예시적인 과정 흐름이 도 2에 도시된다. 처음에는, BMU 또는 그 밖의 다른 모니터링 요소가 배터리 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 스레숄드 아래에 있는지를 결정한다. 블록(203). 그리고 나서, 컨트롤러는 완전히 배터리를 충전하도록 발전기에 지시한다. 블록(205). 그러므로, 배터리가 완전히 충전될 때, 컨트롤러는 풀 충전의 상태 아래의 충전 상태로 배터리를 플로트 충전하도록 발전기에게 지시한다. 블록(207). 이러한 방식으로, 배터리는 방전하는 것에 용이하고, 그 기능을 신뢰성 있게 수행할 개연성이 있다.
표 1은 엔진이 실행되지 않을 때, 배터리가 낮은 충전 상태에 있지 않다는 것을 나타낸다(표에서 NA에 의해 표시됨). 그러나, 어떤 실시예에서, 옵션이 있는데, 엔진이 실행되지 않으나 작동 모드(가령, 키가 점화 장치에 있고, 턴온됨)에 있고, 배터리는 낮은 충전 상태에 있을 때, 시스템이 배터리의 충전 상태를 올리기 위해 엔진을 턴온 하는 옵션을 제시한다.
전형적인 실시예에서, BMU는 배터리 전류 또는 그 밖의 다른 특성을 지속적이고 자주 모니터하여서, 충전 상태의 빠른 조절을 할 수 있도록 한다. 일부 경우에, 조절은 약 밀리초 또는 그 보다 빠르게 수행된다. 일부 경우에, BMU 폴링(poll)하거나 아니면, 스케쥴에 대한 충전 상태를 결정한다.
UPS 작동
일부 실시예에서, UPS 배터리 팩 및 관련 BMU는 적어도 세 개의 작동 상태 또는 모드를 가지는데, 이는 방전, 풀 충전 및 플로트 충전이다. 방전 모드에서, UPS 니켈-아연 배터리는 풀 충전이 요구되는 포인트까지 방전된다. 이 모드에서, 정상 전력원(가령, 도 1a에 도시된 바와 같은 AC 전력원)이 떨어지고, 배터리를 즉각적으로 재충전할 수 없는 동안에, 배터리는 전력을 공급하기 위해 방전될 수 있다. UPS 니켈-아연 배터리의 풀 충전을 트리거할 조건은, 주요 소스가 떨어지는 동안 니켈-아연 배터리가 부하에 전력을 공급하기 위해 방전된 이후에, 다시 주요 전력원을 작업 중으로 돌아오게 하는 것을 포함한다. UPS 니켈-아연 배터리의 플로트 충전을 초래할 조건은, 배터리가 풀 충전이 된 후에, 거의 100%에서 배터리 충전 상태를 유지하는 것을 포함한다. UPS 응용분야을 위한 일부 실시예에서, 플로트 충전은 배터리를 풀 충전에 유지하고, 자기 방전을 보상하는데 사용된다.
니켈 아연 배터리를 사용하는 어떤 실시예에서, 배터리 전압이 90-95% 충전 상태를 나타내는 레벨까지 떨어질 때, 시스템은 충전기를 스위치 인 및 스위치 아웃한다. 이 히스테리시스 충전은, 정전 발생할 때 초기 충전 상태가 90-100%에서 가변할 수 있다는 것을 의미한다.
파라미터
1. SOC 및 완전히 충전 전압 및 플로트 Ni-Zn 셀에 대한 전압
언급된 바와 같이, 연장된 수명에 걸쳐 풀 충전을 유지하기 위하여, 어떤 실시예에서, 니켈-아연 배터리에 가해진 플로트 전압은 상온을 중심으로한 온도 범위에 걸쳐 약 1.8-1.9V에 있을 수 있다. 풀 충전 전압은 온도 범위에 걸쳐 약 1.8 내지 1.95V에 있을 수 있다.
풀 충전 레벨은 온도의 함수일 수 있다. 일 실시예에서, 충전 레벨은 다음 식에 의해 결정된다.
V=1.9-0.002*(T-22)
여기서, T는 섭씨이다. 기본적으로 셀 당 섭씨도에 2mV 변화한다. 7개의 셀 배터리에 대해, 이는 섭씨도 당 14mV일 것이다.
어떤 실시예에서, 플로트 전압도 온도의 역함수로 결정된다. 그러나, 플로트 충전 전압은 풀 충전 전압 보다 온도에 덜 민감할 수 있다.
2. 충전 속도
마이크로 하이브리드 응용 분야에 있어서, 배터리에 대한 충전 속도는 어떤 실시예에서 약 5C까지일 수 있다. 전형적으로, 범위는 약 1C 내지 5C일 수 있다. 예시로서, 동작에 잇어서, 자동차 라이트, 라디오 및 팬과 같은 전형적인 자동차 부하를 구동하면서, 40Ah 셀은 약 2% 만큼 방전될 수 있다(가령, 충전 상태의 약 80% 내지 78%). 이는 가령, 45A 방전 레벨에서 약 1분 정지를 나타낸다. 이러한 또는 이와 유사한 방전의 충전 상태는 약 30초 가량 동안 100A의 재충전에 의해 회복될 수 있다.
물론, 고정된 전압에서 실행된 충전은 전압 제어가 가해지는 충전 프로그램의 적어도 말단에서, 배터리로부터 나온 전류, 따라서 충전 속도를 지시할 것이다. 1C에 대하여, 상온에서 80% SOC(32Ah) 내지 0% SOC의 시간은, 충전 전압 한계(가령, 1.9V)에 의한 전류 강하 이전에, 대략 48분이다. 가령, 1.85V 이하와 같은 플로트 충전에 대하여, 전류는 50% SOC 이하로 떨어질 것이어서, 입력 전류는 같으나(풀 출전 모드), 훨씬 더 짧은 시간 동안이다. 충전이 전압 한계를 친 이후에, 전류는 1.9V 캡에서 관칙되는 것 보다 더 낮은 값으로 좀 더 빠르게 떨어질 것이다. 플로트 동안에 배터리에 어떠한 손상을 막는 낮은 정상 상태 값이다.
니켈 아연 배터리의 설명
양극
니켈 히드록사이드 전극은 고전력 및 고 에너지 니켈-금속 하이드라이드 배터리, 니켈-카드뮴 배터리 및 니켈-아연 배터리에서 양극으로 사용되어 왔다. 일반적으로 니켈 양극은 전기화학적으로 활성화 니켈 옥사이드 또는 히드록사이드 또는 옥시히드록사이드 및 제조, 전자 수송, 웨팅, 기계적 특성등을 촉진 하기 위한 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 예를 들어, 양극 포뮬레이션은 니켈 히드록사이드 입자, 아연 옥사이드, 코발트 옥사이드(CoO), 코발트 금속, 니켈 금속 및 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 틱소트로픽 시약(thixotropic agent)을 포함할 수 있다. 금속성 니켈 및 코발트는 화학적으로 순수한 금속 또는 이들의 합금으로 제공될 수 있다는 것을 유의한다. 양극은 이들 물질 및 폴리머 플루오로카본(가령, Teflon™)과 같은 바인더를 포함하는 페이스트로 제조될 수 있다.
어떤 실시예에서, 니켈 히드록사이드 전극은 네켈 히드록사이드(및/또는 니켈 옥시히드록사이드), 코발트/코발트 합성 파우더, 니켈 파우더 및 바인딩 물질을 포함한다. 코발트 합성물은 니켈 전극의 전도성을 증가시키기 위해 포함된다. 일 실시예에서, 니켈 양극은, 옵션으로 니켈 히드록사이드(또는 옥시히드록사이드) 입자 상에 코팅된, 코발트 옥사이드, 코발트 히드록사이드, 및/또는 코발트 옥시히드록사이드 중 적어도 하나를 포함한다.
니켈 폼 매트릭스(nickel foam matrix)는 전자-활성 니켈 옥사이드(가령, Ni(OH)2) 전극 물질을 지지하는데 사용될 수 있다. 폼 기판 두께는 15 내지 60 밀리일 수 있다. 전기화학적으로 활성 및 그 밖의 다른 전극 물질로 채워진 니켈 폼을 포함하는 양극의 두께는 약 16 -24 밀리이고, 바람직하게는 약 20 밀리 두께이다. 일 실시예에서, 약 350 g/m2 의 니켈 폼 밀도 및 약 16 -18 밀리의 두께가 사용된다.
어떤 실시예에서, 배터리는 비-니켈 전극(가령, 은 또는 에어 전극)을 포함한다. 은-아연 시스템은 은-옥사이드를 양극으로 사용하는 반면, 아연-에어 시스템은 산소 환원-생성을 위한 촉매를 포함하는 가스-확산 전극을 사용한다.
분리기
전형적으로, 분리기는 작은 구멍을 가진다. 어떤 실시예에서, 분리기는 복수의 레이어를 포함한다. 구멍 및/또는 라미네으트 구조는 아연 덴드라이트를 위한 구부구불한 경로를 제공할 수 있어서, 덴드라이트에 의한 막대기 침투(bar penetration)과 쇼팅(shorting)에 효과적이다. 바람직하게는, 구멍이 많은 분리기는 약 1.5 내지 10, 좀 더 바람직하게는 약 2 내지 5의 비틀림(tortuosity)을 가진다. 평균 구멍 지름은 고작 약 0.2 미크론, 좀 더 바람직하게는 약 0.02 내지 0.1 미크론이다. 또한, 구멍 크기는 분리기 내에서 꾀 균일한 것이 바람직하다. 특정 실시예에서, 분리기는 약 35 내지 55%의 기공률을 가지는데, 0.1 미크론의 구멍 크기와 45% 기공률을 가진 바람직한 재료가 있다.
어떤 실시예에서, 분리기는 적어도 두 개의 레이어(일부 경우에 정확히 두 개의 레이어) - 아연 침투를 막기 위한 배리어 레이어(barrier layer) 및 셀이 전해질과 습식으로 유지하도록 하여 이온 전류가 흐르도록 하는 습윤 레이어(wetting layer)를 포함한다. 일반적으로 니켈 카드뮴 셀의 경우가 아니며, 이는 인접한 전극 레이어들 사이에 하나의 분리기 물질만을 사용한다.
셀의 성능은 양극을 습윤하게 하고, 음극을 비교적 건조하게 유지함에 의해 도움이 될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 배리어 레이어는 음극 근처에 위치되고, 습윤 레이어는 양극 근처에 위치된다. 이러한 배치는, 양극과 밀접 접촉하는 전해질을 유지함에 의해 셀의 성능을 개선시킨다.
다른 실시예에서, 습윤 레이어는 음극에 인접하여 위치되고, 배리어 레이어는 양극에 인접하여 위치된다. 이러한 배치는 전해질을 통해 산소를 음극으로 이송하는 것을 용이하게 함에 의해 음극에서의 산소의 재결합을 돕는다.
배리어 레이어는 전형적으로, 마이크로 구멍이 있는 멤브레인이다. 이온적으로 전도성인 임의의 마이크로 구멍이 있는 멤브레인이 사용될 수 있다. 종종, 약 30 내지 80 퍼센트의 기공률을 가지고, 약 0.005 내지 0.3 미크론의 평균 구멍 크기를 가진 폴리올레핀이 적절할 것이다. 바람직한 실시예에서, 배리어 레이어는 마이크로 구멍의 폴리프로필렌이다. 배리어 레이어는 전형적으로 약 0.5 - 4 밀리의 두께, 좀 더 바람직하게는 약 1.5 내지 4 밀리의 두께이다.
습윤(또는 위킹(wicking)) 레이어는 임의의 적절한 습윤의 분리기 물질로 제조될 수 있다. 전형적으로, 습율 레이어는 비교적 높은 기공률, 가령, 약 50 내지 85% 기공률을 가진다. 예시는 나일론계와 같은 폴리아미드는 물론 습윤의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 셀룰로오스계 물질을 포함한다. 하나의 특정 물질은 폴리비닐알코올이 침윤된 및/또는 코팅된 셀룰로오스이다. 어떤 실시예에서, 습윤 레이어는 약 1 내지 10 밀리 두께, 좀 더 바람직하게는 약 3 내지 6 밀리 두께이다. 습윤 물질로서 사용될 수 있는 분리 물질의 예시는 NKK VL100 (일본, 도쿄의 NKK 회사), Freudenberg FS2213E, Scimat 650/45 (SciMAT Limited, Swindon, UK), 및 Vilene FV4365이다.
기술 분야에서 알려진 다른 불리기 물질이 사용될 수 있다. 표시된 바와 같이, 나일론계 물질 및 마이크로 구멍의 폴리올레핀(가령, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌)이 아주 적절하다. 실시예는 선택적으로 분리기를 밀봉하는 방향으로 향한다. 실제로 및 분리기 물질은, 본원에서 기술된 열소스의 하나의 적용을 통해 밀봉될 수 있기만 하면, 작동할 것이다. 일부 실시예에서는, 녹는점이 다른 분리기 물질이 사용되고, 다른 실시예에서는, 밀봉하는 분리기가, 젤리롤(jellyroll)이 노출된 일단 또는 양단인 조건하에서는 밀봉하지 않는 것과 함께 사용된다.
전극/분리기 설계에서 또 다른 고려사항은 분리기를 전극과 전류 집전기 시트와 대략 동일한 너비의 간단한 시트로서 제공할 것인지, 분리기 레이어 내의 하나 또는 두 전극을 감쌀 것인지이다. 후자의 예시에서, 분리기는 전극 레이어를 효율적으로 감싸는, 전극 시트 중에 하나를 위한 "가방"으로서의 역할을 한다. 일부 실시예에서, 분리기 레이어 내의 음극을 감싸는 것은 덴드라이트 형성을 막는데 도움이 된다. 특정 열 밀봉 실시예는 "Electrodes and Separator Assembly - The Jellyroll"이라는 명칭의 섹션과 관련하여 아래 더 자세히 기술된다.
전해질
니켈-아연 셀과 관련된 어떤 실시예에서, 전해질 구성은 덴드라이트 형성 및 아연 전극 내의 물질 재분배의 다른 형성을 제한한다. 적절한 전해질의 예시는 1993년 6월 1일의 M. Eisenberg에 발행된 미국 특허 번호 제5,215,836호에 기술되는데, 이는 본원에 참조로서 포함된다. 일부 경우에, 전해질은 (1) 알칼리 또는 알칼로 토 히드록사이드, (2) 용해성 알칼리 또는 알칼리 토 플루오라이드 및(3) 보레이트, 아세네이트 및/또는 포스파이트 염(가령, 포타슘 보레이트, 포타슘 메타보레이트, 소디움 보레이트, 소디움 메타보레이트 및/또는 소디움 또는 포타슘 포스페이트)를 포함한다. 일 특정 실시예에서, 전해질은 약 4.5 내지 10 등가/리터의 붕산, 2 내지 6 등가/리터 붕산 또는 소디움 메타보레이트 및 약 0.01 내지 1 등가의 포타슘 플루오라이드를 포함한다. 고속의 응용 분야를 위해 특히 바람직한 전해질은 약 8.5 등가/리터의 히드록사이드, 약 4.5 등가의 붕산 및 약 0.2 등가의 포타슘 플루오라이드를 포함한다.
실시예는 Eisenberg 특허에 제시된 전해질 구성으로 제한되지 않는다. 일반적으로, 관심 응용 분야에서 명시된 기준을 충족하는 임의의 전해질 구성이면 충분할 것이다. 고전력 응용 분야가 바람직하다고 가정하면, 전해질은 매우 우수한 전도성을 가져야 한다. 긴 수명이 바람직하다고 가정하면, 전해질은 덴드라이트 형성에 견뎌야 한다. 본 발명에서, KOH 전해질을 포함하는 보레이트 및/또는 플루오라이드와 적절한 분리기 레이어의 사용은 덴드라이트의 형성을 감소시켜서, 좀 더 강건하고, 긴 수명의 전력 셀을 달성한다.
특정 실시예에서, 전해질 구성은 약 3 내지 5 등가/리터 히드록사이드(가령, KOH, NaOH, 및/또는 LiOH)의 초과를 포함한다. 이는 음극이 아연 산화계 전극이라는 것을 가정한다. 칼슘 아연산염 음극에 있어서, 대안적인 전해질 형성이 적절할 수 있다. 일 예시로, 칼슐 아연산염에 대한 적절한 전해질은 약 15 내지 25% 중량의 KOH, 약 0.5 내지 5.0% 중량의 LiOH를 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 전해질은 액체와 겔을 포함할 수 있다. 겔 전해질은 오하이오, 클리브렌드의 Noveon에서 시판되는 CARBOPOLTM와 같은 농조화제(thickening agent)를 포한할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 활성 전해질 물질의 일부는 겔 형태 이다. 특정 실시예에서, 약 5-25%의 중량의 전해질은 겔로 제공되고, 겔 성분은 약 1-2%의 중량의 CARBOPOLTM을 포함한다.
일부 경우에, 전해질은 2006년 2월 1일에 J.Phillips 및 S. Mohanta에 의해 "Electrolyte Composition for Nickel Zinc Batteries"라는 이름으로 출원된 미국 특허 제7,550,230호에 논의된 바와 같은 포스페이트 이온의 비교적 고농도를 포함할 수 있는데, 이러한 특허는 본원에서 모든 목적을 위해 참조로서 포함된다.
어떤 실시예에서, 개시된 실시예에서 사용되는 니켈 아연 배터리는 전해질 "결핍된(starved)" 조건에서 작동하도록 구성된다. 이러한 셀은 활성 전극 물질의 양에 비해 비교적 적은 양의 전해질을 가진다. 이들은 플러디드 셀(flooded cell)과 쉽게 구별될 수 있는데, 이는 셀의 내부 영역 내에 자유로운 액체 전해질을 가진다. 결핀된 형식의 셀은 2005년 4월 26일에 "Nickel Zinc Battery Design"라는 이름으로 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제11/116,113호에서 논의되는데, 이는 US 2006-0240317 A1으로 공개되고, 본원에 모든 목적을 위해 참조로서 포함된다. 이는 다양한 이유로 결핍된 조건에서 셀을 작동하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로 결핍된 셀은, 셀 전극 스택 내의 전체 공동 공간(void volume)이 전해질에 의해 완전히 점유되지 않는 것으로 이해된다. 전형적인 예시에서, 전해질이 채워진 후에 결핍된 셀 공동 공간은 채워지기 전의 전체 공동 공간의 적어도 약 10% 일 수 있다.
음극
니켈-아연 셀에 적용되는 바와 같이, 음극은 하나 이상의 아연 또는 아연산염 이온의 전기활성 소스와, 선택적으로 이하에 기술되는 바와 같이, 계면활성제-코팅된 입자, 부식 방지제, 습윤제등과 같은 하나 이상의 추가 물질을 포함한다. 전극이 제작될 때, 어떤 물리적, 화학적, 그리고 쿨롬적 용량과 같은 형태학적 특징, 아연, 기공률, 비틀림등의 화학구성에 의해 특징지어 질 것이다.
어떤 실시예에서, 전기화학적으로 활성인 아연 소스는 하나 이상의, 아연 옥사이드, 칼슘 아연삼염, 아연 금속 및 다양한 아연 합금을 포함할 수 있다. 이들 임의의 물질은 제작 동안에 제공될 수 있고, 및/또는 정상 셀 사이클링 동안에 생성될 수 있다. 입자, 예를 들어 칼슘 아연산염은 가령, 칼슘 옥사이드와 아연 옥사이드를 포함하는 페이스트나 슬러리로부터 생성될 수 있다.
재충전 가능한 아연 알칼라인 전기화학적 셀의 음극을 위한 활성화 물질은 아연 금속(또는 아연 합금) 입자를 포함할 수 있다. 아연 합금이 사용되면, 어떤 실시예에서, 이는 비스무스 및/또는 인디움을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 이는 밀리언 납(million lead) 당 약 20 부분(part)까지 포함할 수 있다. 이러한 조성 요구사항을 충족하고 상업적으로 사용 가능한 아연 합금의 소스는 캐나다 Noranda 회사에 의해 제공되는 PG101이다. 일 실시예에서, 니켈 아연 셀의 전기화학적으로 활성인 아연 금속 성분은 중량으로 납의 약 0.05% 미만을 포함한다. 또한, 주석도 아연 음극에 사용될 수 있다.
어떤 실시예에서, 아연 금속 입자는 주석 및/또는 납으로 코팅될 수 있다. 아연 입자는 납 및 주석 염을 아연 입자, 농조화제 및 물을 포함하는 혼합물에 추가함에 의해 코팅될 수 있다. 아연 금속은, 아연 옥사이드 및 그 밖의 전극의 구성의 존재하면서 코팅될 수 있다. 아연 입자 코팅된 납 또는 주석을 포함하는 아연 전극은 일반적으로, 코발트가 전해질에 존재할 때, 가싱(gassing)을 덜 하기 쉽다. 셀의 사이클 라이프 및 셸프 라이프도, 아연 전도성 매트릭스가 온전하고, 셸프 방전이 감소되므로, 향상된다. 본 발명의 음극에 적절한 예시적인 활성 물질 구성은 2009년 5월 18일에 "Pasted Zinc Electrode for Rechargeable Nickel-Zinc Batteries,"라는 명칭으로 J. Phillips et.al.에 의해 출원된 미국 특허 출원, 일련 번호 12/467,993에 추가로 기술되고, 이는 본원에 모든 목적을 위해 참조로서 포함된다.
아연 활성 물질은 파우더, 그래뉼러 조성, 파이버등의 형태로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 아연 전극 페이스트 포뮬레이션에 사용된 각각의 조성은 비교적 작은 입자 크기를 가진다. 이는 입자가 침투, 아니면, 양극과 음극 사이의 분리기를 손상시킬 개연성을 감소시킨다.
전기화학적으로 활성인 입자성 아연 구성(및 그 밖의 다른 입자성 전극 구성도)을 고려하며, 이러한 구성은 40 또는 50 마이크로미터 이하인 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 입자 크기는 약 40 미크론 미만, 즉, 평균 지름이 약 40 미크론 미만이다. 이러한 크기 체제는 납 코팅된 아연 또는 아연 옥사이드 파티클을 포함한다. 어떤 실시예에서, 물질은 약 50 마이크로미터 초과의 주된 치수(가령, 지름 또는 주축)와 그 입자의 약 1% 미만을 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성은 더 큰 입자를 체거하기 위해, 가령, 체로 치거나 아니면 아연 입자를 처리함에 의해 생성될 수 있다. 본원에서 나열된 입자 크기 체제는 아연 옥사이드 및 아연 합금은 물론 아연 금속 파우더에도 적용된다.
전기화학적으로 활성인 아연 구성(들)뿐만 아니라, 음극은 이온 수송, 전자 수송(가령, 전도성 향상), 습윤성, 기공률, 구조적 완전성(가령, 바인딩), 가싱, 활성 물질 용해성, 배리어 특성(가령, 전극을 떠나는 아연의 양을 감소시킴), 부식 방지등과 같은 전극 내의 어떤 프로세스를 용이하게 하거나, 아니면 영향을 주는 하나 이상의 추가 물질을 포함할 수 있다.
다양한 유기 물질은, 바인딩, 확산 및/또는 분리기에 대한 대체물의 목적으로 음극에 추가될 수 있다. 예시는 히드록실에틸 셀룰로오스(HEC), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 카르복시메틸 셀룰로오스의 유리산 형태(HCMC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리스티렌 설포네이트(PSS), 폴리비닐 알코올(PVA), (일본 쿄토의 San Nopco Ltd.에서 시판되는) nopcosperse 분산제등을 포함한다.
어떤 실시예에서, PSS와 PVA와 같은 폴리머 물질은, 날카롭거나 큰 입자를 전극에 묻을 목적으로(아니면, 분리기를 위험함), 페이스트 형성(코팅의 반대)과 혼합될 수 있다.
본원에서 전극 구성을 정의할 때, 제작시에 생성되는 것과 같이(가령, 페이스트, 슬러리 또는 건조한 제작 포뮬레이션) 구성에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 셀이 휴대용 툴에 전력을 공급하는 것과 같이 사용되는 동안에, 하나 이상의 충전-방전 사이클 동안 또는 그 이후에 형성 사이클 동안 또는 그 이후의 결과를 초래할 수 있는 구성에도 적용될 수 있다고, 일반적으로 이해된다.
본 발명의 범위 내의 다양한 음극 구성은 다음 문헌에 기술되고, 이들 각각은 본원에 참조로서 포함된다. PCT 공개번호 WO 02/39517 (J. Phillips), PCT 공개 번호 WO 02/039520 (J. Phillips), PCT 공개 번호 WO 02/39521, PCT 공개 번호 WO 02/039534 및 (J. Phillips), 미국 특허 공개 번호 2002182501이다. 상기 참조 문헌에서의 음극 첨가제는, 가령, 실리카, 다양한 알칼라인토 금속의 플루오라이드, 전이 금속, 중금속 및 비활성 금속을 포함한다.
마지막으로, 복수의 물질이 음극에 추가되어서 특정한 특성을 전해주고, 이들 물질 또는 특성의 일부는 음극이 아닌 배터리 구성을 통해 도입될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 예를 들어, 전해질 내의 아연의 용해성을 감소시키기 위한 어떤 물질은, (음극에도 제공되거나, 제공되지 않으면서) 전해질 또는 분리기에 제공될 수 있다. 이러한 물질의 예시는 포스파이트, 플루오라이드, 보레이트, 아연산염, 실리케이트, 스테아레이트를 포함한다. 전해질 및/또는 분리기 내에 제공될 수 있고, 상기 확인된 그 밖의 다른 전극 첨가제는 계면활성제, 인디움의 이온, 비스무스, 납, 주석, 칼슘등을 포함한다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 음극은 비스무스 옥사이드, 인디움 옥사이드 및/또는 알루미늄 옥사이드와 같은 옥사이드를 포함한다. 비스무스 옥사이드 및 인디움 옥사이드는 아연과 상화작용하여서, 전극에서의 가싱을 감소시킬 수 있다. 비스무스 옥사이드는 건조된 음극 포뮬레이션의 중량으로 약 1 내지 10%의 농도에서 제공될 수 있다. 이는 산소의 재결합을 촉진시킬 수 있다. 인디움 옥사이드는 건조된 전극 포뮬레이션의 중량으로 약 0.05 내지 1%의 농도에 존재할 수 있다. 알루미늄 옥사이드는 건조된 음극 포뮬레이션의 중량으로 약 1 내지 5%의 농도에서 제공될 수 있다.
어떤 실시예에서, 하나 이상의 첨가제는 아연 전기활성 물질의 부식 내성을 증가시켜서, 긴 셸프 라이프를 가능하게 하기 위해 첨가될 수 있다. 셸프 라이프는 배터리 셀의 상업 성공 또는 실패에 중요할 수 있다. 배터리가 본질적으로, 화학적으로 불안정한 장치임을 인식하면, 음극을 포함하여, 배터리 구성을 화학적 사용 형태로 보존하는 단계를 취할 수 있다. 전극 물질이 사용하지 않고 몇 주 혹은 몇 달간 현저한 정도로 부식, 아니면 퇴화되면, 이들의 가치는 짧은 셸프 라이프에 의해 제한될 수 있다.
전해질 내의 아연의 용해성을 감소시키기 위해 포함될 수 있는 음이온의 특정 예시는, 포스페이트, 플루오라이드, 보레이트, 아연산염, 실리케이트, 스테아레이트등을 포함한다. 일반적으로, 이들 음이온은 건조한 음극 포뮬레이션의 중량으로 약 5%까지의 농도에서 음극 내에 존재할 수 있다. 적어도 이들 음이온의 일부는 셀 사이클링 동안에 용액 내로 들어가고, 거기서, 이들은 아연의 용해성을 감소시킬 수 있다고 여겨진다. 이들 물질을 포함하는 전극 포뮬레이션의 예시는 다음 특허 및 특허 출원에 포함되고, 이들은 본원에 모든 목적을 위해 참조로서 포함된다. Jeffrey Phillips에 의해 "Negative Electrode Formulation for a Low Toxicity Zinc Electrode Having Additives with Redox Potentials Negative to Zinc Potential"라는 이름으로 2004년 9월 28일에 이슈된 미국 특허 번호 6,797,433호, Jeffrey Phillips에 의해 "Negative Electrode Formulation for a Low Toxicity Zinc Electrode Having Additives with Redox Potentials Positive to Zinc Potential"라는 이름으로 2004년 12월 28일에 이슈된 미국 특허 번호 6,835,499호, Jeffrey Phillips에 의해 "Alkaline Cells Having Low Toxicity Rechargeable Zinc Electrodes" 라는 이름으로 2004년 11월 16일에 이슈된 미국 특허 번호 6,818,350호, Hall et al에 의해 2002년 3월 15일에 출원된 PCT/NZ02/00036(WO 02/075830호로 공개됨)이다.
음극에 추가된 전도성 파이버(fiber)는 전극에 관개(irrigating) 또는 습윤성(wetting)을 하려는 목적을 수행할 수 있다. 계면 활성제로 코팅된 탄소 파이버는 이러한 물질의 한 예시이다. 그러나, 그 밖의 다른 물질도 습윤성을 촉진하기 위해 포함될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 물질의 예시는 티타늄 옥사이드, 알루미나, 실리카, 알루미나 및 실리카와 함께 등을 포함한다. 일반적으로, 존재할 때, 이들 물질은 건조된 음극 포뮬레이션의 중량으로 약 10%까지의 농도에서 제공된다. 이러한 물질의 추가적인 논의는 Jeffrey Phillips에 의해 "Formulation of Zinc Negative Electrode for Rechargeable Cells Having an Alkaline Electrolyte"라는 명칭으로 2004년 11월 2일에 이슈된 미국 특허 번호 6,811,926호에서 찾을 수 있고, 이는 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 포함된다.
아연 음극은, 아연 음극의 전기화학적으로 활성인 구성과 니켈 양극간의 전도성 통신을 설립하는 물질을 포함한다. 발명자는 음극으로의 계면활성제 코팅된 입자, 특히 계면활성제 코팅된 탄소 입자의 도입이 전극의 전반적인 전류 이동 능력을 증가시키는 것을 발견하였고, 이는 Jeffrey Phillips에 의해 "Carbon Fiber Zinc Negative Electrode"라는 이름으로 2010년 8월 6일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 12/852,345dp 기술되었고, 이는 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 포함된다.
언급된 바와 같이, 안정된 점도를 가지고, 아연 전극의 제조 동안에 작동하기 용이한 슬러리/페이스트는 아연 음극을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 슬러리/페이스트는 납 및 주석염을 아연 입자, 농조화제 및 액체, 가령, 물을 포함하는 혼합물에 가함에 의해 선택적으로 코팅된 아연 입자를 가진다. 아연 옥사이드(ZnO), 비스무스 옥사이드(Bi2O3), 분산제 및 테플론과 같은 결합제와 같은 구성이 추가된다. 이러한 양상을 위해 적절한 결합제는 P.T.F.E., 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 및 HEC를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이러한 양상을 위해 적절한 분산제는 비누, 유기 분산제, 암모늄염 분산제, 왁스 분산제를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 이러한 양상에 따른 상업적으로 시판되는 분산제의 예는 (Nopco Paper Technology Australia Pty. Ltd.에서 시판되는 액체 시리즈의 분산제에 대한 상표명) NopcosperseTM 이다. 이러한 양상을 위해 적절한 액체는 물, 알코올, 에테르 및 이의 혼합물을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
셀 구성
개시된 방법 및 시스템은 넓은 범위의 니켈-아연 셀 크기 및 형식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 제시된 실시예는 다양한 비휴대성 응용 분야를 위해 사용되는 더 큰 원통형 형식의 셀은 물론, 각기둥 셀 형식을 사용할 수 있다. 자동차 응용 분야를 위한 용량 요구사항은 각기둥 배터리일 수 있다. UPS 응용 분야를 위한 요구사항은 때때로 낮아서, 원통형 셀이 일부 경우에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 셀 용기의 내부, 또는 셀의 다른 구조적 구성은 수소 재결합을 돕기 위해, 물질로 코팅될 수 있다. 수소 재결합을 촉매화하는 임의의 물질이 사용될 수 있다. 이러한 물질의 예시는 은 옥사이드이다.
셀이 일반적으로 주위로부터 밀봉되지만, 셀은 충전과 방전하는 동안에 생성되는 배터리로부터 가스가 통하는 것이 허용될 수 있다. 일부 실시예에서, 니켈 아연 셀은 통기할 필요가 없이, 이 압력 및 심지어 더 높은 압력(가령, 약 300psi 까지)에서 작동하도록 설계된다. 이는 셀 내에 생성된 임의의 산소와 수소의 재결합을 조장할 수 있다. 어떤 실시예에서, 셀은 약 450psi 및/또는 심지어 약 600psi까지의 내부 압력을 유지하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 니켈 아연 셀은 비교적 더 낮은 압력에서 가스를 통기하도록 설계된다. 이는 설계가 셀 내의 이들 재결합 없이 산소 및/또는 수소 가스의 방출을 제어할 때, 적절할 수 있다. 캐리어 기판 자체는 물론, 통기 캡 및 디스크의 구조의 일부 세부사항은 본원에서 모든 목적을 위해 참조로서 포함되는 다음의 특허 출원에서 발견되는데, 이는 2006년 4월 25일에 출원된 PCT/US2006/015807 및 2004년 8월 17일에 출원된 PCT/US2004/026859(공개 번호는 WO 2005/020353 A3)이다.
실험예
일부 마이크로-하이브리드 시스템에서, 배터리 팩은 7개의 니켈-아연 배터리를 가지고, 다른 마이크로-하이브리드 시스템에서, 배터리 팩은 8개의 니켈-아연 배터리를 가진다. 일부 실험예의 자세한 사항은 아래와 같다.
8개의 셀 팩 - 충전은 15.2 볼트 까지 할 수 있음(더 낮은 온도에서는 더 높게, 가령, 15.5볼트 까지 할 수 있음) - 플로트는 13.8 볼트(및 일부 실험예에서는 14.8 볼트 까지)이고, 이는 많은 자동차 설계에서 캐빈 전자 장치에 허용되는 전압과 일치한다.
7개의 셀 팩 - 13.5 볼트까지 충전(비록, 더 높은 전압이 짧은 기간 동안 허용될 수 있어서 200A 돌입 전류 허용함) - 플로트는 12.95 볼트까지이다.
플로트 전압은 디지털적으로 제어되는 정류기에 의해 선택적으로 도입된다.
배터리는 75-85%의 충전 상태로 유지되었다.
발전기의 출력 전압/전류에 의해 제한된 100-75A 재충전
20초 15A 드레인 이후에, 13 V에서 4초간 80% SOC로 배터리를 재충전
Figure 112015069720330-pct00001
Figure 112015069720330-pct00002
다른 실험예
다양한 실시예에 따르면, 시스템(가령, BMU)은 니켈 아연 셀을 위해 제공되어서, 이러한 셀이 UPS 또는 마이크로-하이브리드 자동차내의 배터리 팩의 하나 이상의 기능을 수행할 수 있도록 한다. 일부 경우에, 시스템은, 니켈 아연 셀과 납 산 셀들이 매우 다른 특징을 가짐에도 불구하고, 이들 모두를 위해 작용한다.
일부 실시예에서, 이는 배터리 타입(ID 코드에서 ECU)을 전송함에 의해 달성되는데, 납 산 배터리를 위한 하나의 코드 및 니켈 아연 배터리를 위한 하나의 코드이다. ECU는, 가령, 니켈 아연 배터리를 위한 하나의 알고리즘, 및 납 산 배터리를 위한 상이한 알고리즘을 사용할 수 있다. 대안적인 실시예에서, ECU는 두 개 이상의 배터리 유형의 각각에 대해 하나의 알고리즘을 사용한다. 예를 들어, ECU는 납 산 배터리를 위한 오직 하나의 알고리즘을 가진다. 이러한 경우에, BMU는 ECU로 공급되는 배터리 파라미터를 조절할 필요가 있을 수 있다. BMU는 ECU로 넘기기 전에, 니켈 아연 파라미터의 어떤 작업 특징을 수정한다. 예시로서, 니켈 아연 배터리는 40%의 충전 상태를 가질 수 있으나, BMU는 ECU에게 60%의 충전 상태를 가진다고 알린다. 이러한 예시에서, 납 산 배터리가 40%의 SOC를 가진다면, 납 산 배터리가 60% SOC까지 충전하기 전까지, ECU는 엔진이 정지하지 않도록 요구할 것이다. 그러나, 니켈 아연 배터리는 40% SOC에서 이들의 기능을 적절하게 수행하여서, ECU가 이해하지 못하는, 니켈 아연 배터리를 위한 40% SOC에 기초한 배터리 충전 결정을 내리는 ECU 알고리즘에 대해 부적합할 것이다.
어떤 실시예에서, BMU는 배터리로, 발전기에 의해 제공되는 전압 또는 전류를 수정할 수 있다. 이는 BMU가 배터리를 과충전 및 상이한 유형의 배터리와 작업하는 ECU의 가정으로부터 발생할 수 있는 그 밖의 문제점으로부터 보호할 수 있도록 한다.
상기는 본 발명 및 그 현재 바람직한 실시예를 기술한다. 본 발명의 실행에 있어서, 여러 수정예와 변형예가 기술 분야의 당업자에게 떠오를 것이다. 이러한 수정예와 변형예는 다음 청구항 내에 포함된다. 본원에서 인용된 모든 참조의 전체 개시물은 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 포함된다.

Claims (33)

  1. (i) 배터리 팩과 함께 작동하는 별도의 전력원 및 (ii) 풀 충전 모드(full charge mode)와 플로트 충전 모드(float charge mode)를 가진 시스템을 위한 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    (a) 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래인 것을 결정하는 단계와,
    (b) 상기 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래인 것으로 결정된 이후에, 풀 충전 모드에서, 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 완전히 충전된 상태로 충전하기 위해, 제1 전압에서 배터리 팩으로 전하를 인가하는 단계 - 여기서, 완전히 충전된 상태로 충전은 별도의 전력원으로부터 제공됨 - 와,
    (c) (b) 이후에, 플로트 충전 모드에서 시스템을 작동시키는 동안에, 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 플로트 충전 상태로 유지하는 배터리 팩으로 제2 전압을 인가하는 단계 - 여기서, 플로트 충전된 상태에서의 충전 상태는 완전히 충전된 상태에서 보다 더 낮고, 플로트 충전 상태를 위한 제2 전압은 별도의 전력원으로부터 제공되고, 제2 전압의 크기는 제1 전압의 크기보다 작음 - 를 포함하되,
    배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 충전 상태는 시스템의 동작 동안에 연속적으로나 간헐적으로 모니터링되고, 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래에 있다고 모니터링이 가리킬 때, 동작 (a)-(c)는 반복되는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, (b) 이전에, 별도의 전력원이 작동하는지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 별도의 전력원은 내부 연소 엔진인 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 별도의 전력원은 AC 전기 전력원인 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, (b) 및/또는 (c)의 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 충전하기 위해 별도의 전력원으로부터의 충전을 제공하는 단계는, 별도의 전력원으로부터의 전력을 배터리 팩과 전기적으로 결합된 발전기에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 시스템은 자동차의 전기 시스템인 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, (a) 이전에, 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨 아래로 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 방전하는 단계 - 방전은 자동차를 위한 전기 기능을 수행하도록 실행됨 - 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 전기 기능은 자동차의 내부 연소 엔진을 냉간 크랭킹하는 것, 자동차의 전자 장치에 전력을 공급하는 것, 및/또는 자동차의 파워 스티어링에 전력을 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, (c) 이전에, 자동차를 위한 전기 기능을 수행하기 위하여, 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 부분적으로 방전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 시스템은 연속 전력 공급기인 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, (a) 이전에, 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨 아래로 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 방전하는 단계 - 방전은 별도의 전력원을 위한 백업 전력을 제공하기 위해 실행됨 - 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 배터리 팩은 정확히 7 개의 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 배터리 팩은 정확히 8개의 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 제1 전압은 1.82 내지 1.95 볼트인 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 제2 전압은 1.75 내지 1.87 볼트인 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하는 단계; 및
    온도의 함수로 완전히 충전된 상태를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 완전히 충전된 상태를 계산하는 단계는 다음 식: 전압(완전히 충전) = 1.9 - 0.002*(섭씨 온도 - 22)로 평가하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하는 단계; 및
    온도의 함수로 플로트 충전 상태를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, (b)에서 완전히 충전된 상태로 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 충전하는 단계는 적어도 1C의 속도로 실행되는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서, (c)는 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 적어도 1C의 속도로 플로트 충전 상태로 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  21. (a) 배터리 팩과 함께 작동하는 별도의 전력원 및 (b) 풀 충전 모드와 플로트 충전 모드를 가진 시스템을 위한 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 충전 상태를 제어하기 위한 컨트롤러에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    발전기 및/또는 엔진 제어 유닛과 통신하기 위한 통신 인터페이스; 및
    로직을 포함하되, 상기 로직은,
    (i) 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래인 것을 결정하고,
    (ii) 상기 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래인 것으로 결정된 이후에, 풀 충전 모드에서, 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 완전히 충전된 상태로 충전하기 위해, 제1 전압에서 배터리 팩으로 전하를 인가하며 - 여기서, 완전히 충전된 상태로 충전은 별도의 전력원으로부터 제공됨 -,
    (iii) (ii) 이후에, 플로트 충전 모드에서 시스템을 작동시키는 동안에, 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 플로트 충전 상태로 유지하는 배터리 팩으로 제2 전압을 인가하는 하고 - 여기서, 플로트 충전된 상태에서의 충전 상태는 완전히 충전된 상태에서 보다 더 낮고, 플로트 충전 상태를 위한 제2 전압은 별도의 전력원으로부터 제공되고, 제2 전압의 크기는 제1 전압의 크기보다 작음 - , 및
    (iv) 시스템의 동작 동안에, 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 충전 상태는 연속적으로나 간헐적으로 모니터링되고, 충전 상태가 풀 충전 모드와 관련된 정의된 레벨보다 아래에 있다고 모니터링이 가리킬 때, 동작 (i)-(iii)는 반복하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  22. 제 21 항에 있어서, 컨트롤러 로직은 (ii) 이전에, 별도의 전력원이 작동하는지를 결정하기 위해 추가로 설계되거나 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  23. 제 21 항에 있어서, 제1 전압은 1.87 내지 1.95 볼트인 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  24. 제 21 항에 있어서, 제2 전압은 1.75 내지 1.87 볼트인 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  25. 제 21 항에 있어서, 컨트롤러 로직은,
    배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하고,
    온도의 함수로 완전히 충전된 상태를 계산하기 위해 추가로 설계되거나 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  26. 제 25 항에 있어서, 완전히 충전된 상태를 계산하는 것은 다음 식: 전압(완전히 충전) = 1.9 - 0.002*(섭씨 온도 - 22)로 평가하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  27. 제 21 항에 있어서, 컨트롤러 로직은,
    배터리 팩의 온도 및/또는 배터리 팩 내의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리의 온도를 결정하고,
    온도의 함수로 플로트 충전 상태를 계산하기 위해 추가로 설계되거나 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  28. 제 21 항에 있어서, 컨트롤로 로직은, (ii)에서 완전히 충전된 상태로 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 충전하는 것은 적어도 1C의 속도로 실행되도록 추가로 설계되거나 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  29. 제 21 항에 있어서, 컨트롤로 로직은, (iii)에서 플로트 충전 상태로 배터리 팩의 하나 이상의 수성 니켈-아연 배터리를 충전하는 것은 적어도 1C의 속도로 실행되도록 추가로 설계되거나 구성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
  30. 제 1 항에 있어서, 상기 완전히 충전된 상태의 전하 상태는 100%인 것을 특징으로 하는, 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  31. 제 1 항에 있어서, 상기 완전히 충전된 상태의 전하 상태는 80%인 것을 특징으로 하는, 배터리의 충전 상태를 제어하는 방법.
  32. 제 21 항에 있어서, 상기 완전히 충전된 상태의 전하 상태는 100%인 것을 특징으로 하는, 컨트롤러.
  33. 제 21 항에 있어서, 상기 완전히 충전된 상태의 전하 상태는 80%인 것을 특징으로 하는, 컨트롤러.
KR1020157019581A 2012-12-20 2012-12-20 별도의 전력원을 가진 시스템에서 배터리 충전 상태를 제어하는 방법 KR102036952B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2012/071024 WO2014098875A1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Controlling battery states of charge in systems having separate power sources

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150100796A KR20150100796A (ko) 2015-09-02
KR102036952B1 true KR102036952B1 (ko) 2019-10-25

Family

ID=47557522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157019581A KR102036952B1 (ko) 2012-12-20 2012-12-20 별도의 전력원을 가진 시스템에서 배터리 충전 상태를 제어하는 방법

Country Status (4)

Country Link
JP (2) JP6647866B2 (ko)
KR (1) KR102036952B1 (ko)
DE (1) DE212012000292U1 (ko)
WO (1) WO2014098875A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6435824B2 (ja) * 2014-12-05 2018-12-12 日立化成株式会社 電源システムおよび自動車
FR3033954B1 (fr) * 2015-03-18 2017-03-31 Renault Sas Procede de gestion ameliore d'une batterie de vehicule
KR101880195B1 (ko) * 2016-02-05 2018-07-20 한국과학기술원 배터리의 열역학적 정보에 기반한 배터리의 최적 충전 방법
WO2018182600A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Intel Corporation Controlling a battery charge level
US11451072B2 (en) 2018-07-10 2022-09-20 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system
CA3111811A1 (en) * 2018-09-05 2020-03-12 Ezboostr Inc. Integrated battery booster device for vehicle and method
CN109546701A (zh) * 2018-11-01 2019-03-29 Oppo广东移动通信有限公司 电池电量调节方法及设备、存储介质
FR3097180B1 (fr) * 2019-06-13 2022-01-21 Renault Sas Procédé de régulation de réseau de bord d’un véhicule.
CN112542861B (zh) * 2019-09-23 2023-05-30 北京小米移动软件有限公司 一种电池充电方法、装置及介质
US11476690B2 (en) 2019-10-25 2022-10-18 Samsung Sdi Co., Ltd. Power supply system
RU2759580C1 (ru) * 2021-05-18 2021-11-15 Алексей Игоревич Шастун Устройство контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002539756A (ja) * 1999-03-17 2002-11-19 テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） 電池セルの維持充電のシステム及び方法
JP2010504729A (ja) * 2006-09-21 2010-02-12 パワージェニックス システムズ， インコーポレーテッド ニッケル・亜鉛バッテリーパックの充電方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843299A (en) * 1987-06-01 1989-06-27 Power-Tech Systems Corporation Universal battery charging system and a method
US5215836A (en) 1991-07-18 1993-06-01 Electrochimica Corporation Alkaline galvanic cells
JP3737150B2 (ja) * 1995-02-10 2006-01-18 東芝電池株式会社 二次電池の充電制御方法
JP3708267B2 (ja) * 1997-01-20 2005-10-19 松下電器産業株式会社 充電装置
JP2002135988A (ja) * 2000-10-24 2002-05-10 Mitsubishi Electric Corp 蓄電装置
CA2325308A1 (en) 2000-11-10 2002-05-10 Jeffrey Phillips Negative electrode formulation for a low toxicity zinc electrode having additives with redox potentials negative to zinc potential
CA2325791A1 (en) 2000-11-10 2002-05-10 Jeffrey Phillips Negative electrode formulation for a low toxicity zinc electrode having additives with redox potentials positive to zinc potential
CA2325637A1 (en) 2000-11-10 2002-05-10 Jeffrey Phillips Formulation of zinc negative electrode for rechargeable cells having an alkaline electrolyte
CA2325640A1 (en) 2000-11-10 2002-05-10 Jeffrey Phillips Positive and negative interactive electrode formulation for a zinc-containing cell having an alkaline elelctrolyte
US7550230B2 (en) 2001-03-15 2009-06-23 Powergenix Systems, Inc. Electrolyte composition for nickel-zinc batteries
US6818350B2 (en) 2001-03-15 2004-11-16 Powergenix Systems, Inc. Alkaline cells having low toxicity rechargeable zinc electrodes
NZ510554A (en) 2001-03-15 2003-08-29 Univ Massey Rechargeable zinc electrode comprising a zinc salt and a derivative of a fatty acid or alkyl sulfonic acid
JP3522262B2 (ja) * 2002-05-29 2004-04-26 三工電機株式会社 充電制御装置
CA2536021A1 (en) 2003-08-18 2005-03-03 Powergenix Systems, Inc. Method of manufacturing nickel zinc batteries
US8703330B2 (en) 2005-04-26 2014-04-22 Powergenix Systems, Inc. Nickel zinc battery design
JP2013544064A (ja) * 2010-11-02 2013-12-09 グローバル ソーラー ウォーター アンド パワー システムズ・インコーポレーテッド グリッド接続システム及びグリッド接続方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002539756A (ja) * 1999-03-17 2002-11-19 テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） 電池セルの維持充電のシステム及び方法
JP2010504729A (ja) * 2006-09-21 2010-02-12 パワージェニックス システムズ， インコーポレーテッド ニッケル・亜鉛バッテリーパックの充電方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE212012000292U1 (de) 2015-07-23
JP2018117518A (ja) 2018-07-26
JP6647866B2 (ja) 2020-02-14
KR20150100796A (ko) 2015-09-02
WO2014098875A1 (en) 2014-06-26
JP2016508361A (ja) 2016-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10967755B2 (en) Controlling battery states of charge in systems having separate power sources
KR102036952B1 (ko) 별도의 전력원을 가진 시스템에서 배터리 충전 상태를 제어하는 방법
JP5771193B2 (ja) 充電式亜鉛電池用のペースト状亜鉛電極
US20100188048A1 (en) Nonaqueous secondary battery, battery pack, power supply system, and electrical device
US8043748B2 (en) Pasted nickel hydroxide electrode for rechargeable nickel-zinc batteries
US20120169297A1 (en) Secondary battery with a rapid charging capability
US9337483B2 (en) Pasted nickel hydroxide electrode and additives for rechargeable alkaline batteries
KR101799173B1 (ko) 비수전해질 이차 전지
JP2010504729A (ja) ニッケル・亜鉛バッテリーパックの充電方法
KR20100122118A (ko) 연소 엔진과 자동차에 이용되는 무연 시동 축전 배터리, 처리 방법 및 그 용도
CN114665169A (zh) 对锂离子电池进行活性恢复的方法以及锂离子电池
CN105529491A (zh) 具有补偿电位材料的金属离子电池
US11973364B2 (en) Circuit control method, battery and its controller and management system, and electrical apparatus
WO2000054359A1 (en) Dual battery systems and methods for maintaining the charge state of high power batteries
CN110476288B (zh) 非水电解质蓄电元件及其制造方法
JP2020014378A (ja) 独立した電源を有するシステムにおける電池の充電状態の制御
JP4618025B2 (ja) 組電池及びその充電制御方法
JP2007166698A (ja) 充電式電源装置
JP2013120680A (ja) 水電解型ハイブリッド蓄電池
JP2015214167A (ja) 車両用のバッテリシステムとこれを搭載する車両
KR101349271B1 (ko) 리튬폴리머 배터리용 충전기
CN115863803A (zh) 一种铅酸锂电混用储能控制系统及装置
CN116830418A (zh) 非水电解质二次电池的充电方法及充放电方法、以及非水电解质二次电池的充电系统
Matsushima et al. Improving the Characteristics of Lithium-ion Cells by Applying a Heat-resistant Separator and Heat Conductor

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant