KR102489543B1 - Battery device capable of controlling rapid change of temperature by using phase change materials and method for operation of battery device using same - Google Patents
Battery device capable of controlling rapid change of temperature by using phase change materials and method for operation of battery device using same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102489543B1 KR102489543B1 KR1020200150245A KR20200150245A KR102489543B1 KR 102489543 B1 KR102489543 B1 KR 102489543B1 KR 1020200150245 A KR1020200150245 A KR 1020200150245A KR 20200150245 A KR20200150245 A KR 20200150245A KR 102489543 B1 KR102489543 B1 KR 102489543B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- battery
- temperature
- battery cell
- sensor unit
- data
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
-
- 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
-
- 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
- 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
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
-
- 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
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- 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
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
-
- 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
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩은 각각 단수 또는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것인 배터리부; 상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부; 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부; 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부; 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부;를 포함하는 배터리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 효과가 있다.The present invention includes a battery unit comprising a single or a plurality of battery packs, each battery pack including a single or a plurality of battery cells; a temperature controller located in contact with the battery cell and including a phase change material (PCM); a temperature sensor unit including a battery cell temperature sensor for measuring the temperature of the battery cell; a voltage sensor unit including a voltage sensor for measuring the voltage of the battery pack; a current sensor unit including a current sensor for measuring current of the battery pack; Analyzing the normal operation and state of charge (SOC) of the battery cell or battery pack by receiving data measured by at least one selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit analysis unit; and a monitoring unit displaying information received from the analysis unit. The present invention has an effect of preventing overheating of the battery cell and maintaining the temperature of the battery cell at a constant level by controlling rapid temperature change of the battery cell through a phase change material (PCM).
Description
본 발명은 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery device capable of controlling a sudden change in battery temperature by a phase change material and a battery device operating method using the same, and more particularly, to a battery cell through a phase change material (PCM). A battery device capable of preventing overheating of the battery cell and maintaining the temperature of the battery cell at a predetermined level by controlling a rapid temperature change of the battery and a battery device operating method using the same.
최근 정보 통신 산업의 발전에 따라 전자 기기가 소형화, 경량화, 박형화 및 휴대화됨에 따라, 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬이온 이차전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.As electronic devices have become smaller, lighter, thinner, and portable with the recent development of the information and communication industry, there is a growing demand for high-energy density batteries used as power sources for these electronic devices. A lithium ion secondary battery is a battery that can best satisfy these demands, and research on this is being actively conducted.
그런데, 리튬이온 이차전지는 오용 및 충전기 등의 고장에 의해 과충전이 되거나, 또는 전지 자체의 설계상의 결함, 관통, 외부 충격 등에 의해 내부 단락이 일어나는 경우, 전지의 온도가 급격히 상승하는 현상이 일어날 수 있다. 이러한 전지의 온도가 급격히 상승하는 경우, 전해질과 리튬이 반응하거나 양극이 산화되는 등으로 인해 전지가 매우 불안정한 상태로 되며, 전해질의 용매가 분해되어 가스가 발생한다. 용매의 분해가스는 발화되어서 전지의 폭발로 이어질 수 있다.However, if a lithium ion secondary battery is overcharged due to misuse or a failure of a charger, or if an internal short circuit occurs due to a design defect, penetration, or external impact, the battery temperature may rise rapidly. there is. When the temperature of such a battery rapidly rises, the battery becomes very unstable due to a reaction between the electrolyte and lithium or oxidation of the positive electrode, and the solvent of the electrolyte is decomposed to generate gas. Decomposition gases of the solvent can ignite and lead to battery explosion.
이러한 안전성의 문제점을 개선하기 위한 수단으로, 강제로 전해액을 방출시키는 방법, 전지를 연결한 팩의 제어 PTC(Positive Temperature Coefficient) 회로에서 전지를 보호하는 방법 등이 있다. 하지만, 이러한 방법에서는 회로에 문제가 발생하면 오작동을 일으킬 확률이 큰 한계가 있다. 또한, 전류 차단 소자와 같이 셀이 팽창하는 힘을 이용해 전류를 차단하는 장치를 적용하는 시도가 있으나, 여전히 보다 빨리 작용하게 할 필요성이 남아 있다. 그 결과, 전지 셀 및 모듈의 이상 거동시 급격한 온도 상승을 억제하고, 전류 흐름을 차단하여 안정성을 향상시키는 노력이 여전히 요구되고 있는 실정이다.As a means for improving the safety problem, there are a method of forcibly discharging the electrolyte solution, a method of protecting the battery in a control PTC (Positive Temperature Coefficient) circuit of a pack to which the battery is connected, and the like. However, this method has a high probability of causing a malfunction when a problem occurs in the circuit. In addition, there is an attempt to apply a device that cuts off the current using the force by which the cell expands, such as a current cut-off element, but there is still a need to make it act more quickly. As a result, efforts to improve stability by suppressing rapid temperature rise and blocking current flow during abnormal behavior of battery cells and modules are still required.
또한 일반적으로 산업용에 쓰이는 대용량 리튬이온전지는 가볍고 기전력이 크며 기억효과가 없고 자가방전에 의한 전력 손실이 매우 적다는 우수한 특징으로 인해 그 수요가 계속해서 증대되고 있다. 그러나, 이러한 리튬이온전지는 온도에 민감하고, 고온이나 과충전/과방전 상태에서 폭발할 위험이 있다. 따라서, 기존의 전동차, UPS 등에 사용하던 대용량 전지를 연축전지, 니켈카드뮴 축전지, 니켈수소 축전지 등에서 리튬이온전지로 교체하여 사용할 경우, 리튬이온전지의 특성에 따른 상태를 감시하고 안전사고 발생 위험을 사전에 감지하여 관리자에게 보고함으로써, 관리자로 하여금 적절한 조치를 취할 수 있도록 하는 배터리 관리 기술이 요구된다.In addition, demand for large-capacity lithium ion batteries, which are generally used for industrial purposes, continues to increase due to their excellent characteristics of being lightweight, having a large electromotive force, having no memory effect, and having very little power loss due to self-discharge. However, such a lithium ion battery is sensitive to temperature, and there is a risk of explosion in a high temperature or overcharge/overdischarge state. Therefore, when using a large-capacity battery used in existing electric vehicles, UPS, etc. by replacing lead-acid batteries, nickel cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, etc. with lithium-ion batteries, the condition according to the characteristics of lithium-ion batteries is monitored and the risk of safety accidents is prevented in advance. A battery management technology is required to detect and report to the manager so that the manager can take appropriate action.
본 발명의 목적은 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법을 제공한다.An object of the present invention is a battery device capable of preventing overheating of the battery cell and maintaining the temperature of the battery cell at a constant level by controlling rapid temperature change of the battery cell through a phase change material (PCM). and a battery device driving method using the same.
본 발명의 또 하나의 목적은 배터리부의 온도, 전류 및 전압 등을 분석함으로써, 배터리 팩의 정상 여부를 판단하고, 배터리 팩의 충전 상태(SOC) 등을 종합적으로 계측하여 배터리 팩의 성능 측정이 용이한 배터리 장치 운전 방법을 제공한다.Another object of the present invention is to determine whether the battery pack is normal by analyzing the temperature, current, and voltage of the battery unit, and to comprehensively measure the state of charge (SOC) of the battery pack, thereby facilitating performance measurement of the battery pack. A method for operating a battery device is provided.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩은 각각 단수 또는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것인 배터리부; 상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부; 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부; 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부; 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부;를 포함하는 배터리 장치를 제공한다.According to one aspect of the present invention, a battery unit including a single or a plurality of battery packs, each of which includes a single or a plurality of battery cells; a temperature controller located in contact with the battery cell and including a phase change material (PCM); a temperature sensor unit including a battery cell temperature sensor for measuring the temperature of the battery cell; a voltage sensor unit including a voltage sensor for measuring the voltage of the battery pack; a current sensor unit including a current sensor for measuring current of the battery pack; Analyzing the normal operation and state of charge (SOC) of the battery cell or battery pack by receiving data measured by at least one selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit analysis unit; It provides a battery device comprising a; and a monitoring unit for displaying the information received from the analysis unit.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.a battery stack in which the battery cell includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a pouch surrounding the battery stack.
상기 배터리부가 단수 또는 복수의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈이 각각 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함할 수 있다.The battery unit may include one or more battery modules, and each battery module may include one or more battery packs.
상기 온도센서부가 상기 배터리 팩의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다.The temperature sensor unit may further include an external temperature sensor for measuring an external temperature of the battery pack.
상기 배터리 셀 온도센서가 상기 상변환 물질(PCM)을 포함하는 온도제어부 및 상기 배터리 셀의 상기 파우치(pouch) 사이에 위치할 수 있다.The battery cell temperature sensor may be positioned between a temperature controller including the phase change material (PCM) and the pouch of the battery cell.
상기 분석부는 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 수신부; 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 상기 정상작동 여부를 판단하기 위한 판단부; 및 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.The analysis unit includes a receiving unit for receiving one or more types of data selected from the group consisting of temperature data, voltage data, and current data measured by one or more types selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit; a determination unit for determining whether the battery cell or battery pack is normally operating using the data; and a calculation unit configured to calculate a state of charge (SOC) of the battery pack using voltage and/or current data received through the voltage sensor unit and/or current sensor unit.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지할 수 있다.The determination unit may maintain the operation of the battery cell or battery pack when the temperature data, the current data, and the voltage data fall within the operating reference range of the battery cell or battery pack.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지할 수 있다.The determination unit may stop the operation of the battery cell or battery pack when at least one selected from the group consisting of the temperature data, the current data, and the voltage data is out of a reference operating range of the battery cell or battery pack.
상기 모니터링부는 상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 전류, 상기 배터리 팩의 정상작동 여부, 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 표시할 수 있다.The monitoring unit is one selected from the group consisting of the temperature of the battery cell, the voltage of the battery pack, the current of the battery pack, whether the battery pack is normally operating, and the state of charge (SOC: State Of Charge) of the battery pack. abnormalities can be displayed.
상기 온도제어부는 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정수준 유지할 수 있다.The temperature controller may absorb overheat generated in the battery cell and lower the temperature of the battery cell to maintain the temperature of the battery cell at a predetermined level.
상기 상변환 물질(PCM)은 0 내지 90℃ 미만의 온도에서 고체 또는 액체 상으로 존재할 수 있다.The phase change material (PCM) may exist in a solid or liquid phase at a temperature of 0 to less than 90 °C.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The phase change material (PCM) may include one or more selected from the group consisting of paraffin, RT31, RT15, and SIGRATHERM (light weight graphite board, SGL).
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 배터리 장치를 이용한 배터리 장치 운전 방법이고, (a) 상변환 물질(phase change material, PCM)이 배터리 셀의 온도변화에 따라 상기 배터리 셀의 열을 흡수하거나, 상기 배터리 셀에 열을 제공하여 상기 배터리 셀의 온도를 제어하는 단계; (b) 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 데이터를 측정하는 단계; (c) 상기 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 단계; 및 (d) 분석된 정보를 표시하는 모니터링 단계;를 포함하는 배터리 장치 운전방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, a battery device operating method using the battery device, wherein (a) a phase change material (PCM) absorbs heat of the battery cell according to the temperature change of the battery cell, controlling a temperature of the battery cell by providing heat to the battery cell; (b) measuring data by at least one selected from the group consisting of a temperature sensor unit, a voltage sensor unit, and a current sensor unit; (c) receiving the data and analyzing whether or not the battery cell or battery pack normally operates and a state of charge (SOC); and (d) a monitoring step of displaying the analyzed information.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.a battery stack in which the battery cell includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a pouch surrounding the battery stack.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The phase change material (PCM) may include one or more selected from the group consisting of paraffin, RT31, RT15, and SIGRATHERM (light weight graphite board, SGL).
단계 (c)가 (c-1) 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 단계; (c-2) 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부를 판단하는 단계; 및 (c-3) 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (c) is (c-1) at least one selected from the group consisting of temperature data, voltage data, and current data measured by at least one selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit receiving data; (c-2) determining whether the battery cell or battery pack operates normally using the data; and (c-3) calculating a state of charge (SOC) of the battery pack using voltage and/or current data received through the voltage sensor unit and/or current sensor unit. there is.
단계 (c-2)에서, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지하고, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지하고, 상기 배터리 장치의 운전을 종료할 수 있다.In step (c-2), when the temperature data, the current data, and the voltage data fall within the operating reference range of the battery cell or battery pack, the operation of the battery cell or battery pack is maintained, and the temperature data, When at least one selected from the group consisting of the current data and the voltage data is out of the operating standard range of the battery cell or battery pack, the operation of the battery cell or battery pack is stopped and the operation of the battery device is terminated. can
본 발명의 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법은 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 효과가 있다.A battery device and a method of operating a battery device using the same of the present invention prevent overheating of the battery cell by controlling rapid temperature change of the battery cell through a phase change material (PCM), and increase the temperature of the battery cell. There is an effect that can be maintained at a certain level.
또한 본 발명은 배터리부의 온도, 전류 및 전압 등을 분석함으로써, 배터리 팩의 정상 여부를 판단하고, 배터리 팩의 충전 상태(SOC) 등을 종합적으로 계측하여 배터리 팩의 성능 측정이 용이할 수 있다.In addition, the present invention determines whether the battery pack is normal by analyzing the temperature, current, voltage, etc. of the battery unit, and comprehensively measures the state of charge (SOC) of the battery pack, thereby making it easy to measure the performance of the battery pack.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 장치의 하드웨어 블록 다이어그램(Hardware Block Diagram)이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 장치의 소프트웨어 블록 다이어그램(Software Block Diagram)이다.
도 3은 본 발명에 따른 셀 온도센서, 온도 제어부가 적용된 배터리 셀의 구조도이다.
도 4a 내지 4e는 -10℃에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 고율 조건(1C, 2C, 3C, 4C, 5C)에 따른 방전 특성과 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5a 내지 5c는 2C 조건에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 온도(-10℃, 25℃, 50℃)에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이고, 도 5d는 0℃, 2C 조건에서 실시예 2 및 비교예 1에 따른 단위셀의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 6b는 10℃ 및 5℃ 온도에서 실시예 4 및 비교예 1에 따른 단위셀의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 소자실시예 4 및 소자비교예 1에 따른 배터리 장치의 싸이클에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이다.1 is a hardware block diagram of a battery device according to the present invention.
2 is a software block diagram of a battery device according to the present invention.
3 is a structural diagram of a battery cell to which a cell temperature sensor and a temperature controller according to the present invention are applied.
4A to 4E are graphs showing discharge characteristics and temperature changes according to high rate conditions (1C, 2C, 3C, 4C, 5C) of unit cells according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 at -10 ° C.
5a to 5c are graphs showing life characteristics according to temperature (-10 ° C, 25 ° C, 50 ° C) of unit cells according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 at 2C conditions, and FIG. 5D is 0 ° C, 2C It is a graph showing life characteristics of unit cells according to Example 2 and Comparative Example 1 under the condition.
6a and 6b are graphs showing life characteristics of unit cells according to Example 4 and Comparative Example 1 at temperatures of 10 ° C and 5 ° C;
7 is a graph showing life characteristics according to cycles of battery devices according to Device Example 4 and Device Comparative Example 1;
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and in describing the present invention, if it is determined that the detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. .
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, or combinations thereof is not precluded.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Also, terms including ordinal numbers such as first and second to be used below may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when a component is referred to as being “formed” or “layered” on another component, it may be formed or laminated directly on the front or one side of the surface of the other component, but intermediate It should be understood that other components may be further present.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 장치의 하드웨어 블록 다이어그램(Hardware Block Diagram)이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리 장치의 소프트웨어 블록 다이어그램(Software Block Diagram)이다. 1 is a hardware block diagram of a battery device according to the present invention, and FIG. 2 is a software block diagram of a battery device according to the present invention.
이하 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Referring to FIGS. 1 and 2 , a battery device according to the present invention and a method of operating the battery device using the same will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
본 발명은 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩은 각각 단수 또는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것인 배터리부; 상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부; 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부; 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부; 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부;를 포함하는 배터리 장치를 제공한다.The present invention includes a battery unit comprising a single or a plurality of battery packs, each battery pack including a single or a plurality of battery cells; a temperature controller located in contact with the battery cell and including a phase change material (PCM); a temperature sensor unit including a battery cell temperature sensor for measuring the temperature of the battery cell; a voltage sensor unit including a voltage sensor for measuring the voltage of the battery pack; a current sensor unit including a current sensor for measuring current of the battery pack; Analyzing the normal operation and state of charge (SOC) of the battery cell or battery pack by receiving data measured by at least one selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit analysis unit; It provides a battery device comprising a; and a monitoring unit for displaying the information received from the analysis unit.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.a battery stack in which the battery cell includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a pouch surrounding the battery stack.
상기 배터리부가 단수 또는 복수의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈이 각각 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함할 수 있다.The battery unit may include one or more battery modules, and each battery module may include one or more battery packs.
상기 온도센서부가 상기 배터리 팩의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다.The temperature sensor unit may further include an external temperature sensor for measuring an external temperature of the battery pack.
도 3은 본 발명에 따른 셀 온도센서, 온도 제어부가 적용된 배터리 셀의 구조도로서, 도 3을 참조하면 상기 배터리 셀 온도센서가 상기 상변환 물질(PCM)을 포함하는 온도제어부 및 상기 배터리 셀의 상기 파우치(pouch) 사이에 위치할 수 있다.3 is a structural diagram of a battery cell to which a cell temperature sensor and a temperature control unit according to the present invention are applied. Referring to FIG. 3, the battery cell temperature sensor includes a temperature control unit including the phase change material (PCM) and the battery cell It may be located between pouches.
상기 분석부는 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 수신부; 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 상기 정상작동 여부를 판단하기 위한 판단부; 및 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.The analysis unit includes a receiving unit for receiving one or more types of data selected from the group consisting of temperature data, voltage data, and current data measured by one or more types selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit; a determination unit for determining whether the battery cell or battery pack is normally operating using the data; and a calculation unit configured to calculate a state of charge (SOC) of the battery pack using voltage and/or current data received through the voltage sensor unit and/or current sensor unit.
상기 분석부는 데이터 수집 시스템(Data acquisition system)을 사용하는 것일 수 있다.The analysis unit may use a data acquisition system.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지할 수 있다. The determination unit may maintain the operation of the battery cell or battery pack when the temperature data, the current data, and the voltage data fall within the operating reference range of the battery cell or battery pack.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지할 수 있다. The determination unit may stop the operation of the battery cell or battery pack when at least one selected from the group consisting of the temperature data, the current data, and the voltage data is out of a reference operating range of the battery cell or battery pack.
상기 모니터링부는 상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 전류, 상기 배터리 팩의 정상작동 여부, 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 표시할 수 있다. The monitoring unit is one selected from the group consisting of the temperature of the battery cell, the voltage of the battery pack, the current of the battery pack, whether the battery pack is normally operating, and the state of charge (SOC: State Of Charge) of the battery pack. abnormalities can be displayed.
상기 배터리 팩의 충전 상태는 상기 전압센서부 및 전류센서부를 통해 수신된 전압 및 전류 데이터에 의해 도출될 수 있는데, 모니터링부에 배터리 팩의 충전 상태를 표시하는 경우, 상기 전압센서부 및 전류센서부를 통해 수신된 전압 및 전류 데이터의 평균 값을 배터리 팩의 충전 상태 값으로 표시할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 전압센서부 및 전류센서부를 통해 수신된 전압 및 전류 데이터를 비교하여, 더 크거나 작은 값을 모니터링부의 표시 값으로 선택할 수 있다. 그리고, 이와 같은 배터리 팩의 충전 상태 값은 모니터링부로 전달될 수 있다.The state of charge of the battery pack may be derived by voltage and current data received through the voltage sensor unit and the current sensor unit. When the state of charge of the battery pack is displayed on the monitoring unit, the voltage sensor unit and the current sensor unit An average value of the voltage and current data received through the battery pack may be displayed as a state of charge value of the battery pack. However, the present invention is not limited thereto, and a larger or smaller value may be selected as a display value of the monitoring unit by comparing the voltage and current data received through the voltage sensor unit and the current sensor unit. In addition, the SOC value of the battery pack may be transmitted to the monitoring unit.
온도센서부는 복수 개의 배터리 셀 각각에 대한 온도의 허용 범위인 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈의 온도에 대한 허용 범위인 배터리 모듈 온도범위, 및 배터리 팩의 온도에 대한 허용 범위인 배터리 팩 온도범위에 대한 데이터인 온도범위 데이터가 사전에 저장될 수 있으며, 온도센서부는 각각의 온도센서로부터 전달받은 온도 값을 온도 범위 데이터에 적용하여, 배터리 팩의 정상 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 온도센서부는 각각의 온도에 대한 정보를 모니터링부로 전달할 수 있고, 또한, 배터리 팩의 정상 여부에 대한 정보도 모니터링부로 전달할 수 있다.The temperature sensor unit determines the battery cell temperature range, which is the allowable temperature range for each of the plurality of battery cells, the battery module temperature range, which is the allowable temperature range for the battery module, and the battery pack temperature range, which is the allowable temperature range for the battery pack. Temperature range data, which is data, may be stored in advance, and the temperature sensor unit may determine whether the battery pack is normal by applying temperature values received from each temperature sensor to the temperature range data. The temperature sensor unit may transmit information on each temperature to the monitoring unit, and may also transmit information on whether or not the battery pack is normal to the monitoring unit.
그리고 계절의 변화 등에 따른 외부 온도의 변화에 따라 배터리 셀의 온도 변화, 배터리 모듈의 온도 변화 및 배터리 팩의 온도 변화는 각각 상이하게 형성될 수 있으므로, 상기 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위는 외부 온도에 따라 허용 온도 범위가 상이하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 온도분석부는, 먼저 외부 온도센서로부터 외부 온도에 대한 정보를 전달 받고, 외부 온도센서에 의해 측정된 외부 온도 값에 대응되는 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위를 선택할 수 있다. 즉, 상기된 온도 범위 데이터에는, 각각의 외부 온도 값에 대응되는 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위 각각에 대한 데이터가 포함될 수 있다. 외부 온도 값에 따라 선택된 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위를 이용하여 배터리 팩의 정상 여부를 판단할 수 있다.In addition, since the temperature change of the battery cell, the temperature change of the battery module, and the temperature change of the battery pack may be formed differently according to the change of external temperature due to the change of the season, the battery cell temperature range, the battery module temperature range and the battery The pack temperature range may be formed to have different allowable temperature ranges depending on the external temperature. Accordingly, the temperature analyzer first receives information about the external temperature from the external temperature sensor and selects a battery cell temperature range, a battery module temperature range, and a battery pack temperature range corresponding to the external temperature value measured by the external temperature sensor. can That is, the above-described temperature range data may include data for each of the battery cell temperature range, the battery module temperature range, and the battery pack temperature range corresponding to each external temperature value. It is possible to determine whether the battery pack is normal using the battery cell temperature range, the battery module temperature range, and the battery pack temperature range selected according to the external temperature value.
온도센서부는, 복수 개의 셀 온도센서로부터 복수 개의 배터리 셀의 온도를 전달 받고, 복수 개의 배터리 셀 각각의 온도 중 미리 설정된 수에 해당하는 배터리 셀의 온도가 외부 온도에 따라 선택된 배터리 셀 온도범위를 벗어나는 경우 배터리 팩을 비정상으로 판단할 수 있고, 그 반대의 경우에는 배터리 팩을 정상으로 판단할 수 있다.The temperature sensor unit receives the temperatures of the plurality of battery cells from the plurality of cell temperature sensors, and the temperature of the battery cells corresponding to a preset number of the temperatures of each of the plurality of battery cells is out of the battery cell temperature range selected according to the external temperature. In this case, the battery pack may be determined to be abnormal, and in the opposite case, the battery pack may be determined to be normal.
상기 온도제어부는 상변환 물질(PCM)을 포함함으로써, 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정수준 유지할 수 있다.The temperature controller may include a phase change material (PCM) to absorb overheat generated in the battery cell and lower the temperature of the battery cell to maintain the temperature of the battery cell at a predetermined level.
상기와 같이 상변화물질을 포함하는 온도제어부가 적용되는 경우, 실질적으로 복수 개의 배터리 셀에 대해 균일한 온도 제어가 수행되고 있는지를 판단할 수 있고, 동시에, 배터리 팩 또는 배터리 모듈에 이상이 발생되었는지 여부를 판단할 수 있다.When the temperature control unit including the phase change material is applied as described above, it is possible to determine whether or not uniform temperature control is substantially performed on a plurality of battery cells, and at the same time, whether or not an abnormality has occurred in the battery pack or battery module. can determine whether
상기 상변환 물질(PCM)은 0 내지 90℃ 미만의 온도에서 고체 또는 액체 상으로 존재할 수 있다.The phase change material (PCM) may exist in a solid or liquid phase at a temperature of 0 to less than 90 °C.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The phase change material (PCM) may include one or more selected from the group consisting of paraffin, RT31, RT15, and SIGRATHERM (light weight graphite board, SGL).
복수 개의 배터리 셀의 온도가 균일하게 제어되는지, 배터리 팩에 이상이 발생했는지(정상 여부) 등을 판단하고, 확인할 수 있어 배터리 팩의 성능(온도별 수명특성, 온도별 고율특성 등)을 사전에 측정함으로써, 배터리 팩에 대한 별도의 공조 장치가 없는 작업 차량에 배터리 팩이 설치된 경우에 대한 배터리 팩의 충방전 효율, 이상 상태 발생 여부 등을 사전 테스트하여 배터리 팩의 신뢰성을 평가할 수 있다. It is possible to determine and check whether the temperature of a plurality of battery cells is uniformly controlled and whether there is an error in the battery pack (normal), etc., so that the performance of the battery pack (life characteristics by temperature, high rate characteristics by temperature, etc.) By measuring, it is possible to evaluate the reliability of the battery pack by pre-testing the charging/discharging efficiency of the battery pack and whether or not an abnormal condition occurs when the battery pack is installed in a working vehicle without a separate air conditioner for the battery pack.
또한 본 발명은 상기 배터리 장치를 이용한 배터리 장치 운전 방법이고, (a) 상변환 물질(phase change material, PCM)이 배터리 셀의 온도변화에 따라 상기 배터리 셀의 열을 흡수하거나, 상기 배터리 셀에 열을 제공하여 상기 배터리 셀의 온도를 제어하는 단계; (b) 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 데이터를 측정하는 단계; (c) 상기 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 단계; 및 (d) 분석된 정보를 표시하는 모니터링 단계;를 포함하는 배터리 장치 운전방법을 제공한다.In addition, the present invention is a battery device operating method using the battery device, (a) a phase change material (PCM) absorbs heat from the battery cell according to the temperature change of the battery cell, or Controlling the temperature of the battery cell by providing a; (b) measuring data by at least one selected from the group consisting of a temperature sensor unit, a voltage sensor unit, and a current sensor unit; (c) receiving the data and analyzing whether or not the battery cell or battery pack normally operates and a state of charge (SOC); and (d) a monitoring step of displaying the analyzed information.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.a battery stack in which the battery cell includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a pouch surrounding the battery stack.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 상변환 물질(PCM)은 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정수준 유지할 수 있고, 상기 배터리 셀의 온도가 과냉되는 경우 배터리 셀에 열을 제공함으로써, 배터리 셀의 온도가 소정의 범위 내에 형성되게 할 수 있다.The phase change material (PCM) may include one or more selected from the group consisting of paraffin, RT31, RT15, and SIGRATHERM (lightweight graphite board, SGL), and the phase change material (PCM) is generated in the battery cell Absorbs overheating, lowers the temperature of the battery cell to maintain the temperature of the battery cell at a constant level, and provides heat to the battery cell when the temperature of the battery cell is overcooled, so that the temperature of the battery cell is within a predetermined range can be formed.
상기 상변화 물질을 이용함으로써 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 급격한 열 변화를 방지하여 온도제어를 수행할 수 있다.By using the phase change material, temperature control may be performed by preventing rapid thermal change of the battery cell or battery pack.
단계 (c)가 (c-1) 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 단계; (c-2) 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부를 판단하는 단계; 및 (c-3) 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (c) is (c-1) at least one selected from the group consisting of temperature data, voltage data, and current data measured by at least one selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit receiving data; (c-2) determining whether the battery cell or battery pack operates normally using the data; and (c-3) calculating a state of charge (SOC) of the battery pack using voltage and/or current data received through the voltage sensor unit and/or current sensor unit. there is.
단계 (c-2)에서, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지하고, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지하고, 상기 배터리 장치의 운전을 종료할 수 있다. In step (c-2), when the temperature data, the current data, and the voltage data fall within the operating reference range of the battery cell or battery pack, the operation of the battery cell or battery pack is maintained, and the temperature data, When at least one selected from the group consisting of the current data and the voltage data is out of the operating standard range of the battery cell or battery pack, the operation of the battery cell or battery pack is stopped and the operation of the battery device is terminated. can
또한 상기 배터리 팩의 전압이 방전 전압 미만인 경우 또는 상기 배터리 팩의 전류가 방전 전류 미만인 경우, 상기 배터리 팩의 상태가 방전 상태로 판단될 수 있다. Also, when the voltage of the battery pack is less than the discharge voltage or the current of the battery pack is less than the discharge current, the state of the battery pack may be determined as a discharge state.
또한 복수 개의 배터리 셀의 온도가 균일하게 제어되지 않는 경우에는, 온도제어부의 기능이 용이하지 않은 것으로 판단하고, 온도제어부에 포함된 상변화물질의 양을 조절한 후 본 발명의 알고리즘을 다시 수행하여, 적합한 상변화물질의 양을 획득할 수 있다.In addition, when the temperature of the plurality of battery cells is not uniformly controlled, it is determined that the function of the temperature control unit is not easy, the amount of the phase change material included in the temperature control unit is adjusted, and the algorithm of the present invention is performed again. , it is possible to obtain a suitable amount of phase change material.
[실시예] [Example]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.
[PCM을 적용한 리튬이차전지 단위셀] [Lithium secondary battery unit cell using PCM]
실시예 1Example 1
코캄으로부터 구입한 파우치형 리튬이차전지 단위셀의 일면에 셀 온도센서를 부착하고, 셀 온도센서가 부착된 파우치형 리튬이차전지 단위셀의 양면에 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착한 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다(도 3 참조). 상기 코캄으로부터 구입한 파우치형 리튬이차전지 단위셀의 스펙을 하기 표 1에 기재하였습니다.A cell temperature sensor is attached to one side of a unit cell of a pouch-type lithium secondary battery purchased from Kokam, and a temperature control unit with RT15 (Rubitherm), a phase change material, attached to both sides of the unit cell of a pouch-type lithium secondary battery to which the cell temperature sensor is attached. A lithium secondary battery unit cell including a was prepared (see FIG. 3). The specifications of the pouch-type lithium secondary battery unit cell purchased from Kokam are listed in Table 1 below.
Discharge @ 0.2C, 23 ±3℃Charge @ 0.2C, 23 ±3℃
Discharge @ 0.2C, 23 ±3℃
[Maximum]Cell Dimension
[Maximum]
* Volume calculated excluding tabs.* Volume calculated excluding tabs.
실시예 2Example 2
실시예 1에서 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착하는 대신에 상변환 물질인 RT31(Rubitherm)을 부착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다.A lithium secondary battery unit cell including a temperature controller was prepared in the same manner as in Example 1, except that the phase change material RT31 (Rubitherm) was attached instead of the phase change material RT15 (Rubitherm). manufactured.
실시예 3Example 3
실시예 1에서 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착하는 대신에 상변환 물질인 Paraffin(MP: 44℃)을 부착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다.A lithium secondary battery including a temperature control unit in the same manner as in Example 1, except that the phase change material Paraffin (MP: 44 ° C.) was attached instead of RT15 (Rubitherm), a phase change material, in Example 1. A unit cell was prepared.
실시예 4Example 4
실시예 1에서 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착하는 대신에 상변환 물질인 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)을 부착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다Lithium secondary including a temperature control unit in the same manner as in Example 1 except that the phase change material SIGRATHERM (lightweight graphite board, SGL) was attached instead of attaching the phase change material RT15 (Rubitherm) A battery unit cell was manufactured
[복수개의 리튬이차전지 단위셀을 포함하는 배터리 장치] [Battery device including a plurality of lithium secondary battery unit cells]
소자실시예 1Device Example 1
실시예 4에 따라 제조된 리튬이차전지 단위셀을 사용하여 22S-28P 방식으로 배터리부를 조립하고, 전압센서, 전류센서, 분석용 데이터 수집 시스템(DAQ) 및 모니터를 사용하여 최종적으로 공칭전압 79.2V, 정격용량 70Ah, 2.8kWh급 배터리 장치를 제조하였다.The battery unit was assembled in a 22S-28P method using the lithium secondary battery unit cell manufactured according to Example 4, and a voltage sensor, a current sensor, a data acquisition system (DAQ) for analysis, and a monitor were used to finally obtain a nominal voltage of 79.2V. , a 2.8 kWh class battery device with a rated capacity of 70 Ah was manufactured.
[PCM을 적용하지 않은 리튬이차전지 단위셀][Lithium secondary battery unit cell without PCM]
비교예 1Comparative Example 1
코캄으로부터 구입한 파우치형 리튬이차전지 단위셀을 사용하였다(상기 표 1 참조).A pouch type lithium secondary battery unit cell purchased from Kokam was used (see Table 1 above).
[복수개의 리튬이차전지 단위셀을 포함하는 배터리 장치][Battery device including a plurality of lithium secondary battery unit cells]
소자비교예 1Device comparison example 1
소자실시예 1에서 실시예 4에 따라 제조된 리튬이차전지 단위셀을 사용하는 대신에 비교예 1에 따라 제조된 리튬이차전지 단위셀을 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 배터리 장치를 제조하였다.Battery in the same manner as in Device Example 1, except for using the lithium secondary battery unit cell manufactured according to Comparative Example 1 instead of using the lithium secondary battery unit cell manufactured according to Example 4 in Device Example 1. device was made.
하기 표 2에 실시예 1 내지 4, 비교예 1, 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 구성을 기재하였습니다.In Table 2 below, the configurations of Examples 1 to 4, Comparative Example 1, Device Example 1, and Device Comparative Example 1 are described.
[시험예] [Test Example]
시험예 1: 단위셀의 고율 특성 비교Test Example 1: Comparison of high-rate characteristics of unit cells
도 4a 내지 4e는 저온인 -10℃에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 고율 조건(1C, 2C, 3C, 4C, 5C)에 따른 방전 특성과 온도 변화를 나타내는 그래프이다.4a to 4e are graphs showing discharge characteristics and temperature changes according to high rate conditions (1C, 2C, 3C, 4C, 5C) of the unit cells according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 at a low temperature of -10 ° C.
도 4a 내지 4e에 따르면, 저온에서는 고율로 갈수록 셀 표면 온도가 비교예 1 대비 PCM을 포함하는 셀인 실시예 1 내지 3이 PCM의 보온효과로 인해 상대적으로 높은 온도를 보여주고 있으며, 이에 따라 셀 용량 또한 높게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 하지만 낮은 온도에서 5C의 고율 조건은 초기 높은 Ohmic 저항에 의해 모두 낮은 용량을 보여주고 있다.4A to 4E, the cell surface temperature of Examples 1 to 3, which is a cell containing PCM, compared to Comparative Example 1, shows a relatively high temperature due to the thermal insulation effect of PCM, and thus the cell capacity It was also found to be high. However, the high rate condition of 5C at low temperature shows all low capacitance due to the initial high Ohmic resistance.
시험예 2: 단위셀의 온도별 수명 특성 비교Test Example 2: Comparison of life characteristics of unit cells by temperature
도 5a 내지 5c는 온도에 따른 장기 특성인 수명 평가를 비교하기 위해 2C 조건에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 온도(-10℃, 25℃, 50℃)에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이고, 도 5d는 0℃, 2C 조건에서 실시예 2 및 비교예 1에 따른 단위셀의 수명특성 을 나타내는 그래프이다. 또한 도 6a 및 6b는 10℃ 및 5℃ 온도에서 각각 실시예 4 및 비교예 1에 따른 단위셀의 온도에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이다. 5a to 5c are life characteristics according to the temperature (-10 ℃, 25 ℃, 50 ℃) of the unit cell according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 under 2C conditions to compare life evaluation, which is a long-term characteristic according to temperature 5d is a graph showing life characteristics of unit cells according to Example 2 and Comparative Example 1 at 0° C. and 2C conditions. 6a and 6b are graphs showing life characteristics according to temperature of unit cells according to Example 4 and Comparative Example 1 at 10 ° C and 5 ° C, respectively.
도 5a 내지 5d에 따르면, 먼저 상온(25℃)에서 2C 조건으로 비교 평가한 결과 2℃ 정도 온도 편차를 보이고 있지만 용량 리텐션(Retention) 결과는 차이가 없고 모두 거의 100%에 가까운 수준이어서 유의차가 거의 없다고 판단되며, 고온인 50℃에서는 오히려 PCM을 포함하는 실시예 1 내지 3의 셀 표면 온도가 비교예 1의 셀보다 더 높게 나타나고 있으며, 이로 인해 높은 열을 PCM이 보관하고 있어 지속적으로 셀 표면에 데미지(damage)를 가하는 상황이므로 PCM을 포함하는 실시예 1 내지 3의 셀의 수명 특성이 악화되는 경향을 보임을 알 수 있었다. 저온에서 실험한 시험예 1의 단기 평가의 경우, PCM의 보온효과로 인해 실시예 1 내지 3의 셀 성능이 개선되는 효과를 보여주었지만, 장기 특성인 2C 조건의 수명 평가에서는 -10℃에서 모두 20cycle 정도에서 셀 용량의 40% 정도의 리텐션(Retention)을 보이고 있으며, 0℃ PCM을 포함하는 실시예 1 내지 3의 셀이 비교예 1의 셀보다 약간 개선되는 효과를 보여주고 있음을 알 수 있다. According to Figures 5a to 5d, first, as a result of comparative evaluation at room temperature (25 ° C) under 2C conditions, a temperature deviation of about 2 ° C is shown, but there is no difference in the capacity retention results, and all are close to 100%, so there is no significant difference. It is judged that there is almost no, and at a high temperature of 50 ° C, the cell surface temperature of Examples 1 to 3 containing PCM is higher than that of Comparative Example 1, and as a result, the PCM retains high heat, so that the cell surface is continuously It was found that the life characteristics of the cells of Examples 1 to 3 including the PCM tended to deteriorate because of the situation in which damage was applied to the cells. In the case of short-term evaluation of Test Example 1 tested at low temperature, the cell performance of Examples 1 to 3 was improved due to the thermal insulation effect of PCM, but in the life evaluation under 2C condition, which is a long-term characteristic, all at -10 ° C. It can be seen that retention is about 40% of the cell capacity at about 20 cycles, and the cells of Examples 1 to 3 containing 0 ° C PCM show slightly improved effects than the cells of Comparative Example 1. there is.
또한 도 6a 및 6b에 따르면, 상변환 물질(PCM)의 보온효과에 의해 비교예 1에 비하여 실시예 4에 따른 단위셀의 온도가 잘 유지되는 것을 확인했으며, 싸이클에 따른 수명효율이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.In addition, according to Figures 6a and 6b, it was confirmed that the temperature of the unit cell according to Example 4 is well maintained compared to Comparative Example 1 due to the thermal insulation effect of the phase change material (PCM), and the life efficiency according to the cycle is very excellent I was able to confirm.
따라서 PCM이 셀 성능에 긍정적인 영향을 미치는 온도 범위가 존재함을 보여주며, 배터리 열관리 시스템 (BTMS)을 통해 배터리 팩의 온도를 조절(control)해야함을 알 수 있었다.Therefore, it was shown that there is a temperature range in which PCM has a positive effect on cell performance, and it was found that the temperature of the battery pack should be controlled through a battery thermal management system (BTMS).
시험예 3: 배터리 장치의 싸이클에 따른 수명 특성 비교Test Example 3: Comparison of life characteristics according to cycles of battery devices
도 7은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 배터리 장치의 싸이클에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이다. 다양한 평가 조건들을 검토한 다음 안전을 위해 내부온도가 60℃가 넘지 않는 전류 조건을 선정하였고, 최종적으로 0.8C (60A) 전류조건, 전압범위 72.6~90.2V (CC-CV, 4.5A 충전종료) 등의 조건을 선정하여 평가를 진행하였다.7 is a graph showing life characteristics according to cycles of battery devices according to Device Example 1 and Device Comparative Example 1; After reviewing various evaluation conditions, a current condition in which the internal temperature does not exceed 60 ° C was selected for safety. Finally, a current condition of 0.8C (60A), a voltage range of 72.6 ~ 90.2V (CC-CV, 4.5A charging termination) The evaluation was conducted by selecting conditions such as
도 7에 따르면, 소자비교예 1에 비해 소자실시예 1에 따른 배터리 장치의 경우, 싸이클에 따른 수명효율이 11% 정도 개선되는 것을 확인할 수 있었다.According to FIG. 7 , compared to Device Comparative Example 1, in the case of the battery device according to Device Example 1, it was confirmed that the cycle life efficiency was improved by about 11%.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (17)
상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부;
상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부;
상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부;
상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부;
상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및
상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부; 를 포함하고,
상기 분석부는
상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 수신부;
상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 상기 정상작동 여부를 판단하기 위한 판단부; 및
상기 전압센서부를 통해 수신된 전압 데이터 및 상기 전류센서부를 통해 수신된 전류 데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 연산부;를 포함하고,
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지하고,
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지하는 것인, 배터리 장치.a battery unit including one or a plurality of battery packs, each of which includes one or a plurality of battery cells;
a temperature controller located in contact with the battery cell and including a phase change material (PCM);
a temperature sensor unit including a battery cell temperature sensor for measuring the temperature of the battery cell;
a voltage sensor unit including a voltage sensor for measuring the voltage of the battery pack;
a current sensor unit including a current sensor for measuring current of the battery pack;
Analyzing the normal operation and state of charge (SOC) of the battery cell or battery pack by receiving data measured by at least one selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit analysis unit; and
a monitoring unit displaying information received from the analysis unit; including,
The analysis unit
a receiver configured to receive one or more types of data selected from the group consisting of temperature data, voltage data, and current data measured by one or more types selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit;
a determination unit for determining whether the battery cell or battery pack is normally operating using the data; and
and an arithmetic unit configured to calculate a State Of Charge (SOC) of the battery pack using at least one type selected from the group consisting of voltage data received through the voltage sensor unit and current data received through the current sensor unit. do,
The determination unit maintains the operation of the battery cell or battery pack when the temperature data, the current data, and the voltage data fall within the operating reference range of the battery cell or battery pack;
The determination unit stops the operation of the battery cell or battery pack when at least one selected from the group consisting of the temperature data, the current data, and the voltage data is out of the operating reference range of the battery cell or battery pack, battery device.
상기 배터리 셀이
양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및
상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 1,
the battery cell
A battery stack including a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and
Battery device comprising a; pouch (pouch) surrounding the battery stack.
상기 배터리부가 단수 또는 복수의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈이 각각 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 1,
The battery device according to claim 1 , wherein the battery unit includes a single battery module or a plurality of battery modules, and each battery module includes a single battery pack or a plurality of battery packs.
상기 온도센서부가 상기 배터리 팩의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 1,
The battery device according to claim 1 , wherein the temperature sensor unit further includes an external temperature sensor for measuring an external temperature of the battery pack.
상기 배터리 셀 온도센서가 상기 상변환 물질(PCM)을 포함하는 온도제어부 및 상기 배터리 셀의 상기 파우치(pouch) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 2,
The battery device, characterized in that the battery cell temperature sensor is located between the pouch (pouch) of the battery cell and the temperature controller containing the phase change material (PCM).
상기 모니터링부는 상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 전류, 상기 배터리 팩의 정상작동 여부, 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 1,
The monitoring unit is one selected from the group consisting of the temperature of the battery cell, the voltage of the battery pack, the current of the battery pack, whether the battery pack is normally operating, and the state of charge (SOC: State Of Charge) of the battery pack. A battery device characterized by displaying an abnormality.
상기 온도제어부는 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 1,
The battery device of claim 1 , wherein the temperature control unit absorbs overheat generated in the battery cell and lowers the temperature of the battery cell to maintain the temperature of the battery cell within a predetermined range.
상기 상변환 물질(PCM)은 0 내지 90℃ 미만의 온도에서 고체 또는 액체 상으로 존재하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 1,
The phase change material (PCM) is a battery device, characterized in that present in a solid or liquid phase at a temperature of less than 0 to 90 ℃.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.According to claim 11,
The phase change material (PCM) is a battery device, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of paraffin, RT31, RT15 and SIGRATHERM (lightweight graphite board, SGL).
(a) 상변환 물질(phase change material, PCM)이 배터리 셀의 온도변화에 따라 상기 배터리 셀의 열을 흡수하거나, 상기 배터리 셀에 열을 제공하여 상기 배터리 셀의 온도를 제어하는 단계;
(b) 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 데이터를 측정하는 단계;
(c) 상기 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 단계; 및
(d) 분석된 정보를 표시하는 모니터링 단계;를
포함하는 배터리 장치 운전방법.A battery device operating method using the battery device according to claim 1,
(a) controlling the temperature of the battery cell by absorbing the heat of the battery cell or providing heat to the battery cell according to the temperature change of the battery cell by a phase change material (PCM);
(b) measuring data by at least one selected from the group consisting of a temperature sensor unit, a voltage sensor unit, and a current sensor unit;
(c) receiving the data and analyzing whether or not the battery cell or battery pack normally operates and a state of charge (SOC); and
(d) a monitoring step of displaying the analyzed information;
A method of operating a battery device comprising:
상기 배터리 셀이
양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및
상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치 운전방법.According to claim 13,
the battery cell
A battery stack including a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and
A method of operating a battery device comprising: a pouch surrounding the battery stack.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치 운전방법.According to claim 13,
The phase change material (PCM) is a battery device operating method characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of paraffin, RT31, RT15 and SIGRATHERM (lightweight graphite board, SGL).
단계 (c)가
(c-1) 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 단계;
(c-2) 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부를 판단하는 단계;
(c-3) 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치 운전방법.According to claim 13,
step (c)
(c-1) receiving one or more types of data selected from the group consisting of temperature data, voltage data, and current data measured by one or more types selected from the group consisting of the temperature sensor unit, voltage sensor unit, and current sensor unit; ;
(c-2) determining whether the battery cell or battery pack operates normally using the data;
(c-3) calculating a State Of Charge (SOC) of the battery pack using voltage and/or current data received through the voltage sensor unit and/or current sensor unit; A method of operating a battery device using
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200150245A KR102489543B1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Battery device capable of controlling rapid change of temperature by using phase change materials and method for operation of battery device using same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200150245A KR102489543B1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Battery device capable of controlling rapid change of temperature by using phase change materials and method for operation of battery device using same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220064097A KR20220064097A (en) | 2022-05-18 |
| KR102489543B1 true KR102489543B1 (en) | 2023-01-17 |
Family
ID=81800939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200150245A KR102489543B1 (en) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | Battery device capable of controlling rapid change of temperature by using phase change materials and method for operation of battery device using same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102489543B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6202632B2 (en) * | 2012-09-18 | 2017-09-27 | Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 | Power storage system and battery protection method |
| KR102009221B1 (en) * | 2019-01-25 | 2019-08-09 | 한국기계연구원 | Apparatus for cooling battery and method of cooling battery |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180057046A (en) * | 2016-11-21 | 2018-05-30 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for controlling battery temperature |
-
2020
- 2020-11-11 KR KR1020200150245A patent/KR102489543B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6202632B2 (en) * | 2012-09-18 | 2017-09-27 | Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 | Power storage system and battery protection method |
| KR102009221B1 (en) * | 2019-01-25 | 2019-08-09 | 한국기계연구원 | Apparatus for cooling battery and method of cooling battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220064097A (en) | 2022-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9653724B2 (en) | Secondary battery, and secondary battery module and secondary battery pack comprising the same | |
| JP4134704B2 (en) | Replacing the secondary battery | |
| Brand et al. | Electrical safety of commercial Li-ion cells based on NMC and NCA technology compared to LFP technology | |
| KR101336064B1 (en) | Battery Pack of Improved Safety | |
| US8541122B2 (en) | Lithium rechargeable cell with reference electrode for state of health monitoring | |
| JP6453854B2 (en) | Storage battery having multiple resistance levels | |
| KR100809453B1 (en) | The monitering system for charging and discharging lithium rechargable battery pack | |
| US20220231383A1 (en) | Terminal busbar for improving safety, and battery module and battery pack comprising same | |
| JP7134554B2 (en) | VEHICLE BATTERY FIRE DETECTION DEVICE AND METHOD | |
| JP7191441B2 (en) | VEHICLE BATTERY FIRE DETECTION DEVICE AND METHOD | |
| Ananthraj et al. | Battery management system in electric vehicle | |
| KR20100133560A (en) | Pcm with novel structure and battery pack including the same | |
| KR20130089376A (en) | Secondary battery having temperature sensor | |
| CN102893440A (en) | Dummy battery cell for safe testing of battery systems | |
| US10020546B2 (en) | Device for managing an accumulator | |
| JP2005322471A (en) | Detection device for detecting defect state of battery safety valve, and battery and assembled battery having detection device | |
| US20200185784A1 (en) | Battery pack | |
| KR20220018832A (en) | Apparatus of detecting thermal runaway for electric vehicle | |
| KR102489543B1 (en) | Battery device capable of controlling rapid change of temperature by using phase change materials and method for operation of battery device using same | |
| Faranda et al. | Lithium-ion batteries for explosive atmosphere | |
| KR20120136826A (en) | Apparatus for preventing from over-charging battery | |
| Issa | Battery management system for an electric vehicle | |
| KR101429771B1 (en) | Battery pack | |
| TWI849038B (en) | Battery management apparatus and method and battery pack | |
| KR102637570B1 (en) | System and method for safely managing battery of shared type electric kickboard |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |