KR20110119688A - 높은 신뢰도의 트랙션 배터리 - Google Patents

높은 신뢰도의 트랙션 배터리 Download PDF

Info

Publication number
KR20110119688A
KR20110119688A KR1020117018337A KR20117018337A KR20110119688A KR 20110119688 A KR20110119688 A KR 20110119688A KR 1020117018337 A KR1020117018337 A KR 1020117018337A KR 20117018337 A KR20117018337 A KR 20117018337A KR 20110119688 A KR20110119688 A KR 20110119688A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
battery module
pole
series
modules
Prior art date
Application number
KR1020117018337A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101634085B1 (ko
Inventor
홀거 핑크
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
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 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 로베르트 보쉬 게엠베하
Publication of KR20110119688A publication Critical patent/KR20110119688A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101634085B1 publication Critical patent/KR101634085B1/ko

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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • 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
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • 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

Abstract

본 발명은 직렬로 접속된 2개 이상의 배터리 모듈(1, 2)을 포함하는 트랙션 배터리에 관한 것이며, 상기 배터리 모듈은 각각 제 1 배터리 모듈 극(1a, 2a), 제 2 배터리 모듈 극(1b, 2b) 및 그 사이에 접속된, 배터리 셀들(1c, 2c)의 하나 이상의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로를 포함한다. 배터리 모듈들(1, 2)의 직렬 회로의 제 1 단자(3)는 제 1 배터리 극(4)에 접속되고 배터리 모듈들(1, 2)의 직렬 회로의 제 2 단자(5)는 제 2 배터리 극(6)에 접속된다. 본 발명에 따라, 직렬로 접속된 2개 이상의 배터리 모듈(1, 2) 중 하나 이상의 배터리 모듈(1)이 하나 이상의 분리 장치(1d) 및 브릿지 장치(1e)를 포함하는 제 1 배터리 모듈이다. 상기 하나 이상의 분리 장치(1d)는 상응하는 작동시 배터리 셀들(1c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 제 1 배터리 모듈 극(1a) 및/또는 제 2 배터리 모듈 극(1b)과의 연결을 차단하고 및/또는 배터리 셀들(1c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로를 차단한다. 제 1 배터리 모듈 극(1a)과 제 2 배터리 모듈 극(1b) 사이에 접속된 브릿지 장치(1e)를 통해, 상응하는 작동시 제 1 배터리 모듈 극(1a)과 제 2 배터리 모듈 극(1b)이 단락되고 및/또는 직렬로 접속된 2개 이상의 배터리 모듈들(1, 2) 중 하나 이상이 배터리 모듈(2)은 하나 이상의 충전 및 분리 장치(2d) 및 브릿지 장치(2e)를 포함하는 제 2 배터리 모듈(2)이고, 상기 하나 이상의 충전 및 분리 장치(2d)는 상응하는 작동시 배터리 셀들(2c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 제 1 배터리 모듈 극(2a) 및/또는 제 2 배터리 모듈 극(2b)과의 연결을 차단하고 및/또는 배터리 셀들(2c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로를 차단하고, 배터리 모듈(2) 또는 배터리 모듈(2)을 포함하는 배터리의 접속시 나타나는 충전 및 보상 전류를 제한하고, 제 1 배터리 모듈 극(2a)과 제 2 배터리 모듈 극(2b) 사이에 접속된 브릿지 장치(2e)를 통해, 상응하는 작동시 제 1 배터리 모듈 극(2a)과 제 2 배터리 모듈 극(2b)이 단락된다.

Description

높은 신뢰도의 트랙션 배터리{More readily available traction battery}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 배터리, 특히 트랙션 배터리에 관한 것이다.
앞으로는 고정식 용도(예컨대 풍력 발전소) 및 차량(예컨대 하이브리드 차량 및 전기 차량)에서, 매우 높은 신뢰도를 필요로 하는 새로운 배터리 시스템이 점점 더 많이 사용될 것으로 나타났다. 신뢰도에 대한 높은 요구는 배터리의 고장이 전체 시스템의 고장을 일으킬 수 있거나(예컨대, 전기 차량에서 트랙션 배터리의 고장은 소위 "중지"를 일으킨다) 또는 안전과 관련한 문제를 일으킬 수 있기 때문이다(풍력 발전소에서는 예컨대 바람이 강할 때 발전소를 회전자 블레이드 조절에 의해 허용되지 않은 작동 상태로부터 보호하기 위해 배터리가 사용된다).
선행 기술에 따른 배터리 시스템의 회로도가 도 9에 도시된다. 배터리 시스템에 의해 필요한 배터리 레이팅(battery rating) 및 에너지 데이터를 얻기 위해, 개별 배터리 셀들이 직렬로 및 부분적으로 추가로 병렬로 접속된다. 배터리 시스템은 배터리 셀들과 더불어, 소위 충전 및 분리 장치를 포함하고, 상기 충전 및 분리 장치는 도 9에서 보편성의 제한 없이 배터리의 플러스 극과 배터리 셀 사이에 배치된다. 분리 스위치(TS)에 의해, 배터리는 단극으로 접속 또는 차단될 수 있다. 선택적 기능 유닛으로서, 도 9에 추가 분리 장치가 도시되고, 상기 추가 분리 장치에 의해 배터리가 -필요한 경우 제 2 분리 스위치를 통해- 2극으로 차단될 수 있다. 충전 및 분리 장치에는 소위 충전 스위치가 배치되고, 배터리의 접속시 보상 전류를 제한하기 위해, 상기 충전 스위치에 의해 배터리 셀과 외부에 접속된 시스템 사이에 충전 저항이 접속될 수 있다. 이러한 접속 과정 동안, 충전 및 분리 장치에서 분리 스위치의 개방시 먼저 충전 스위치가 폐쇄되고, 추가로 -존재하는 경우- 선택적 분리 장치 내의 분리 스위치가 배터리 시스템의 마이너스 극에서 폐쇄된다. 외부에 접속된 시스템의 입력 커패시터가 충전 저항을 통해 충전된다. 배터리 시스템의 플러스 극과 마이너스 극 사이의 전압이 배터리 셀의 총 전압과 미미한 차이를 가지면, 충전 과정은 충전 및 분리 장치 내의 분리 스위치의 폐쇄에 의해 종료된다. 배터리 시스템은 외부 시스템에 저-임피던스로 접속되고, 그것의 규정된 배터리 레이팅(battery rating)으로 작동될 수 있다. 전술한 조치에 의해, 배터리 시스템의 접속 과정시 외부 시스템과 배터리 시스템 사이에 발생하는 보상 전류가 허용 값으로 제한될 수 있다.
배터리 시스템의 신뢰도는 고장율로 표시된다. 고장율은 단위 시간 동안 평균적으로 기대되는 고장의 횟수를 나타낸다. 개별 셀들의 직렬 회로를 가진 배터리의 고장율은 하기와 같이 결정될 수 있다:
고장율 트랙션배터리 = 1-(1-고장율셀)셀 수 (1)
100 셀들의 직렬 회로 및 100 ppm/셀의 단위 시간 동안의 고장율을 가진 전기 차량의 트랙션 배터리의 경우 하기 식이 주어진다:
고장율 트랙션배터리 = 1-(1-100 ppm)100
= 9.95‰ (2)
개별 배터리 셀의 고장율이 매우 낮은 경우(예컨대, 단위 시간 동안 고장율셀 < 1‰), 고장율은 근사적으로 하기와 같이 계산될 수 있다(2항 급수의 파워 급수에서 첫째 항으로 근사):
고장율 트랙션배터리
Figure pct00001
셀의 수 * 고장율셀 (3)
따라서, 관련 트랙션 배터리의 고장율은 개별 셀의 고장율의 거의 100배 이다. 개별 셀의 고장율은 -배터리 시스템의 고장율에 대한 값이 요구되는 경우- 약 100 배 더 작아야 한다. 직렬 접속된 100개의 셀을 가진 배터리 시스템에 대해 단위 시간 동안 100 ppm의 고장율이 요구되면, 상기 시간 동안 셀은 1 ppm의 고장율을 가져야 한다. 이는 충족되기 매우 어려운 요구이다.
본 발명의 과제는 배터리 시스템의 신뢰도를 선행 기술에 비해 높이는 것이다. 또한, 배터리 모듈의 하나의 셀 또는 다수의 셀의 고장이 배터리 시스템의 완전한 고장을 일으키지 않아야 한다. 또한, 배터리 시스템이 제한된 성능으로 이용될 수 있어야 한다.
상기 과제는 독립 청구항에 따른 배터리에 의해 해결된다.
청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 배터리는 배터리 시스템이 선행 기술에 비해 내부에서 추가의 기능 유닛으로 확장된다는 장점을 갖는다. 상기 기능 유닛으로는, 후술되는
- 분리 장치 및/또는
- 충전 및 분리 장치 및/또는
- 브릿지 장치가 있다. 상기 기능 유닛을 기초로 본 발명에 따라 하나 또는 다수의 셀의 고장시 브릿지될 수 있는 배터리 모듈이 구성된다. 전체 시스템이 그러한 다수의 배터리 모듈로 구성되면, 필요 및 배터리 시스템의 실시예에 따라, 상응하는 모듈에서 하나 또는 다수의 셀이 고장나는 경우 하나 또는 다수의 배터리 모듈이 브릿지될 수 있다. 이 경우, 배터리 시스템은 그 단자에서 정상 작동에 비해 제한된 성능을 갖기는 하지만, 배터리 시스템의 적합한 설계시, 시스템의 고장 및 시스템의 안전 임계적 상태가 방지될 수 있다. 또한, 셀 및 모듈의 고장이 검출되고, 보수 조치가 취해질 수 있다. 이로 인해, 배터리 시스템의 신뢰도가 상승한다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다.
특히 바람직하게 본 발명에 따른 배터리는 배터리 모듈의 직렬 회로의 제 1 단자와 제 1 배터리 극 사이에 접속된 및/또는 배터리 모듈의 직렬 회로의 제 2 단자와 제 2 배터리 극 사이에 접속된 충전 장치를 포함한다. 배터리는 제 1 배터리 모듈만을 포함한다. 이 경우, 임의의 배터리 모듈의 고장시 트랙션 전기 시스템 내의 보상 전류가 제한되며, 간단히 구성된 제 1 배터리 모듈만이 제공된다.
본 발명에 따른 배터리는 대안으로서 바람직하게는 제 2 배터리 모듈만을 포함한다. 이 경우, 임의의 배터리 모듈의 고장시에도 트랙션 전기 시스템 내의 보상 전류가 제한되고, 별도의 충전 장치가 제공될 필요가 없는데, 그 이유는 제 2 배터리 모듈이 각각 그러한 장치를 포함하기 때문이다. 이로 인해, 동일한 모듈들만을 가진 배터리의 간단한 조립이 가능하다.
본 발명에 따른 배터리는 대안으로서 바람직하게는 n개의 배터리 모듈을 포함한다. 2개의 제 2 배터리 모듈 및 n-2개의 제 1 배터리 모듈이 제공된다. 이 경우, 제 2 배터리 모듈의 고장시에도 트랙션 전기 시스템 내의 보상 전류가 제한되는데, 그 이유는 이 경우 제 2 배터리 모듈의 충전 장치가 존재하고 사용될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 배터리에서 추가로 또는 대안으로서 브릿지 장치는 배터리 셀들의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 제 1 배터리 모듈 극과의 연결의 차단 및/또는 배터리 셀들의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 제 2 배터리 모듈 극과의 연결의 차단 및/또는 배터리 셀들의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로의 차단이 야기될 때만 제 1 배터리 모듈 극과 제 2 배터리 모듈 극의 단락을 야기하도록 형성된다.
본 발명에 의해, 배터리 시스템의 신뢰도가 선행 기술에 비해 높아진다. 또한, 배터리 모듈의 하나의 셀 또는 다수의 셀의 고장이 배터리 시스템의 완전한 고장을 일으키지 않는다. 또한, 배터리 시스템이 제한된 성능으로 이용될 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배터리, 바람직하게는 트랙션 배터리의 회로도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리, 바람직하게는 트랙션 배터리의 회로도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 배터리, 바람직하게는 트랙션 배터리의 회로도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 배터리 모듈의 회로도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 2 배터리 모듈의 회로도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분리 장치의 회로도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충전 및 분리 장치의 회로도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브릿지 장치의 회로도.
도 9는 선행 기술에 따른 트랙션 배터리의 회로도.
이하에서 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.
먼저, 여기서 사용되는 신뢰도라는 표현이 정의된다(Lauber/Goehner에 따른 정의: Prozessautomatisierung 1, 제 3권, Springer-Verlag).
신뢰도(reliability)는 미리 주어진 시간 동안 정확하게 작동할 수 있는 시스템의 능력이다.
배터리 시스템의 신뢰도는 본 발명에 따라 선행 기술에 비해 높아지는데, 그 이유는 개별 배터리 셀의 고장이 바로 배터리 시스템의 고장을 일으키지 않기 때문이다. 본 발명에서, 배터리 시스템은 선행 기술에 비해, 배터리 셀들의 직렬 회로를 포함하는 배터리 모듈에서, 바람직하게는 내부에서 하기에 설명되는 추가의 기능 유닛으로 확장된다:
- 도 6a에 원리도로 그리고 도 6b에 실시예로 도시된 바와 같은 분리 장치(1d):
분리 장치(1d)는 제 1 배터리 모듈(1)의 배터리 셀들(1c)을 배터리 모둘(1)의 2개의 극들(1a, 1b) 중 하나의 극으로부터 단극으로 차단하거나 또는 배터리 셀들(1c)을 저-임피던스로 상응하는 극(1a, 1b)에 접속하기 위해 사용된다.
배터리 셀들(1c)을 배터리 모듈(1)의 2개의 극들(1a, 1b)로부터 2극 차단하기위해, 배터리 모듈(1) 내에 2개의 분리 장치들(1d)이 사용될 수 있다(바람직하게는 각각 하나의 분리 장치가 배터리 모듈의 플러스 극에 직접 배치되고, 다른 분리 장치는 마이너스 극에 직접 배치된다).
본 발명의 원리는 분리 장치(1d) 내의 분리 스위치(TS)의 구체적인 구현과는 무관하다. 분리 스위치는 전기 기계식 스위치(릴레이 또는 접촉기)로서, 전자 스위치(반도체 스위치)로서 또는 전기 기계식 및 전자 스위치의 조합으로서 구현될 수 있다.
- 도 7a에 원리도로 그리고 도 7b에 실시예로 도시된 바와 같은 충전 및 분리 장치(2d):
충전 및 분리 장치(2d)는 도 6과 관련해서 전술한 분리 장치(1d)와 동일하게 동작하고 동일한 목적을 가진 분리 장치(2d1)를 배터리 시스템 또는 배터리 모듈의 접속시 발생하는 충전 및 보상 전류를 제한하는 충전 장치(2d2)로 기능상 확장한 것이다. 상기 전류에 대한 원인은 배터리의 접속 전에 일반적으로 배터리 시스템의 총 전압과 동일한 전압을 갖지 않는 외부 시스템의 입력 커패시터 때문이다. 충전 및 보상 전류의 제한은 가장 간단한 경우 충전 스위치(LS)와 직렬 접속된 저항(LW)에 의해 이루어진다. 저항값의 적합한 선택에 의해, 보상 전류가 배터리 시스템 및 외부 시스템에 대한 허용 값으로 제한될 수 있다. 배터리 시스템의 극 또는 충전 및 분리 장치(2d)를 가진 배터리 모듈(2)의 극에서의 전압이 상응하는 배터리 셀(2c)의 총 전압과 거의 동일한 전압을 가지면(즉, 충전 저항에서의 전압 강하가 적으면), 충전 및 분리 장치(2d) 내의 분리 스위치(TS)가 폐쇄될 수 있다. 배터리 시스템 또는 배터리 모듈의 접속 과정은 하기와 같이 이루어진다. 먼저, 분리 스위치(TS)의 개방시 충전 및 분리 모듈(2d)의 충전 스위치(LS)가 폐쇄된다. 그리고 나서, 배터리 시스템 또는 배터리 모듈의 극에서의 전압이 관련 배터리 셀의 총 전압에 대략 상응할 때까지, 외부 커패시터가 충전되거나 또는 충방전된다. 그리고 나서, 분리 스위치(TS)가 폐쇄되고 충전 과정이 종료된다. 이 경우, 배터리 셀들은 배터리 시스템 또는 배터리 모듈의 극과 저-임피던스로 접속된다.
충전 및 분리 모듈(2d)의 분리 스위치(TS) 및 충전 스위치(LS)는 분리 장치(1d)의 분리 스위치(TS)와 동일한 방식으로 구체적으로 구현될 수 있다.
- 도 8a에 원리도로 그리고 도 8b에 실시예로 도시된 바와 같은 브릿지 장치(1e; 2e):
브릿지 장치(1e; 2e)는 배터리 모듈(1, 2)을 저-임피던스로 브릿지하기 위해 사용된다. 즉, 배터리 모듈(1, 2)에서 하나 또는 다수의 배터리 셀(1c, 2c)이 고장나면, 배터리 모듈(1, 2)의 플러스 극 및 마이너스 극을 저-임피던스로 접속하기 위해 사용된다. 본 발명의 기본 원리는 브릿지 장치에서 브릿지 스위치(
Figure pct00002
)의 구체적인 실시와 무관하다. 브릿지 스위치는 -분리 스위치에서 설명된 바와 같이- 전기 기계식 스위치(릴레이 또는 접촉기)로서, 전자 스위치(반도체 스위치)로서 또는 전기 기계식 및 전자 스위치의 조합으로서 구현될 수 있다.
전술한 기능 유닛을 기초로 배터리 모듈이 구성된 다음, 접속되어 하나의 배터리 시스템을 형성한다. 시스템에 대한 요구 조건에 따라, 배터리 모듈에 하기 토포로지를 사용하는 것이 바람직하다:
- 도 4에 도시된 바와 같은 분리 및 브릿지 장치를 가진 제 1 배터리 모듈(토포로지 1):
이 토포로지에서는, 배터리 모듈(1c)을 제 1 배터리 모듈(1)의 2개의 극들(1a, 1b) 중 하나의 극으로부터 단극으로 차단하거나 또는 배터리 셀(1c)을 저-임피던스로 상응하는 극(1a, 1b)에 접속하기 위해, 분리 장치(1d)가 사용된다. 분리 장치(1d)는 도 4에서 보편성의 제한 없이 플러스 극(1a)에 배치된다. 분리 장치(1d)와 배터리 셀(1c)에 대해 병렬 접속된 브릿지 장치(1e)는 제 1 배터리 모듈(1)의 하나 또는 다수의 셀(1c)의 고장시, 제 1 배터리 모듈(1)의 저-임피던스 브릿징을 위해 사용된다. 브릿지 장치(1e) 내의 브릿지 스위치는 바람직하게 분리 장치 내의 분리 스위치가 개방될 때만 폐쇄된다.
분리 장치(1d) 및 브릿지 장치(1e)는 배터리 모듈의 기능 유닛의 진단을 제어하는 신호 라인(도시되지 않음)을 통해 작동된다.
- 도 5에 도시된 바와 같은 충전, 분리 및 브릿지 장치를 가진 제 2 배터리 모듈(토포로지 2):
이 토포로지에서는 토포로지 1에 비해 추가로 충전 장치가 제 2 배터리 모듈(2)에 사용된다. 즉, 배터리 시스템의 접속시 충전 및 보상 전류를 제한하기 위해 분리 장치(1d) 대신에 도 7에 도시된 충전 및 분리 장치(2d)가 사용된다(토포로지 1과 다른 특성).
충전 및 분리 장치(2d) 및 브릿지 장치(2e)는 배터리 모듈의 기능 유닛의 진단을 제어하는 신호 라인(도시되지 않음)을 통해 작동된다.
전술한 배터리 모듈에 의해 본 발명에 따라 배터리 시스템이 모듈식으로 구성되고, 상기 배터리 시스템은 선행 기술보다 높은 신뢰도를 갖는다. 전술한 배터리 모듈의 접속에 대한 예로서, 상이한 토포로지(토포로지 A, B, C로 표시)를 가진 3개의 배터리 시스템이 있다.
- 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 토포로지 A의 배터리 시스템은
- 별도의 충전 및 분리 장치(7), 및
- 직렬 접속된 다수의 제 1 배터리 모듈들(1)(토포로지 1)을 포함한다.
장점:
- 균일한 배터리 모듈들이 사용된다.
- 전체적으로 배터리 시스템의 접속시 활성화되는 단 하나의 충전 방향만이 사용된다.
- 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 3 바람직한 실시예에 따른 토포로지 B의 배터리 시스템은
- 직렬 접속된 다수의 제 2 배터리 모듈(2)(토포로지 2)을 포함한다.
장점:
- 균일한 배터리 모듈들이 사용된다.
- 토포로지 A에 비해 더 작은 내부 저항이 주어지는데, 그 이유는 분리 장치가 덜 직렬로 접속되기 때문이다.
- 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 토포로지 C의 배터리 시스템은
- 직렬 접속된 2개의 제 2 배터리 모듈(토포로지 2), 및
- 직렬 접속된 하나 내지 다수의 제 1 배터리 모듈들(1)(토포로지 1)을 포함한다.
장점:
- 토포로지 A에 비해 더 작은 내부 저항이 주어지는데, 그 이유는 분리 장치가 덜 직렬로 접속되기 때문이다.
- 2개의 배터리 모듈 내에만 존재하는 충전 장치에 대한 추가 비용이 토포로지 B에 비해 작다(비용, 설치 공간). 충전 장치를 가진 2개의 배터리 모듈이 필요하기 때문에, 상기 2개의 모듈들 중 하나에 에러가 있으면, 브릿지 후에 배터리를 외부 시스템에 접속하기 위한 충전 장치가 주어진다.
전술한 모든 배터리 시스템에 대해 하기 사실이 적용된다:
하나의 배터리 모듈에서 하나 또는 다수의 셀의 고장시, 관련 모듈은 모듈의 분리 장치(들) 내의 분리 스위치의 개방 후 브릿지 스위치의 폐쇄에 의해 저-임피던스로 단락될 수 있다.
배터리 시스템의 배터리 모듈의 수 및 브릿지된 배터리 모듈의 수에 따라, 모든 배터리 모듈에 의한 정상 작동에 비해 하기 데이터를 갖는 배터리 시스템이 이용된다.
Figure pct00003
5개의 배터리 모듈을 가진 배터리 시스템에서 배터리 모듈의 브릿지 후, 완전한 배터리 시스템의 전력의 80% 및 에너지의 80%를 가진 배터리 시스템이 이용된다.
상기 공개 내용과 더불어, 도면의 공개 내용이 참고될 수 있다.
1, 2 배터리 모듈
1a, 2a 배터리 모듈 극
1b, 2b 배터리 모듈 극
1c, 2c 배터리 셀
3, 5 단자
4, 6 배터리 극
7 충전 장치

Claims (5)

  1. 직렬로 접속된 2개 이상의 배터리 모듈(1, 2)을 포함하는 배터리, 트랙션 배터리로서, 상기 배터리 모듈은 각각 제 1 배터리 모듈 극(1a, 2a), 제 2 배터리 모듈 극(1b, 2b) 및 그 사이에 접속된, 배터리 셀들(1c, 2c)의 하나 이상의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로를 포함하고, 상기 배터리 모듈들(1, 2)의 직렬 회로의 제 1 단자(3)는 제 1 배터리 극(4)에 접속되고, 상기 배터리 모듈들(1, 2)의 직렬 회로의 제 2 단자(5)는 제 2 배터리 극(6)에 접속되는, 배터리에 있어서,
    - 직렬로 접속된 2개 이상의 배터리 모듈(1, 2) 중 하나 이상의 배터리 모듈(1)이 하나 이상의 분리 장치(1d) 및 브릿지 장치(1e)를 포함하는 제 1 배터리 모듈이고, 상기 하나 이상의 분리 장치(1d)는 상응하는 작동시 배터리 셀들(1c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 제 1 배터리 모듈 극(1a) 및/또는 제 2 배터리 모듈 극(1b)과의 연결을 차단하고 및/또는 배터리 셀들(1c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로를 차단하고, 제 1 배터리 모듈 극(1a)과 제 2 배터리 모듈 극(1b) 사이에 접속된 브릿지 장치(1e)를 통해, 상응하는 작동시 제 1 배터리 모듈 극(1a)과 제 2 배터리 모듈 극(1b)이 단락되고 및/또는
    - 직렬로 접속된 2개 이상의 배터리 모듈들(1, 2) 중 하나 이상의 배터리 모듈(2)은 하나 이상의 충전 및 분리 장치(2d) 및 브릿지 장치(2e)를 포함하는 제 2 배터리 모듈(2)이며, 상기 하나 이상의 충전 및 분리 장치(2d)는 상응하는 작동시 배터리 셀들(2c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 제 1 배터리 모듈 극(2a) 및/또는 제 2 배터리 모듈 극(2b)과의 연결을 차단하고 및/또는 배터리 셀들(2c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로를 차단하고, 배터리 모듈(2) 또는 배터리 모듈(2)을 포함하는 배터리의 접속시 나타나는 충전 및 보상 전류를 제한하고, 상기 제 1 배터리 모듈 극(2a)과 상기 제 2 배터리 모듈 극(2b) 사이에 접속된 브릿지 장치(2e)를 통해, 상응하는 작동시 상기 제 1 배터리 모듈 극(2a)과 상기 제 2 배터리 모듈 극(2b)이 단락되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 모듈(1, 2)의 직렬 회로의 상기 제 1 단자(3)와 상기 제 1 배터리 극(4) 사이에 접속된 및/또는 상기 배터리 모듈(1, 2)의 직렬 회로의 상기 제 2 단자(5)와 상기 제 2 배터리 극(6) 사이에 접속된 충전 장치(7)가 제공되고, 상기 배터리는 제 1 배터리 모듈(1)만을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배터리는 제 2 배터리 모듈(2)만을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 배터리는 n개의 배터리 모듈(1, 2)을 포함하고, 2개의 제 2 배터리 모듈(2)과 n-2개의 제 1 배터리 모듈(1)이 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브릿지 장치(1e, 2e)는 상기 배터리 셀들(1c, 2c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 상기 제 1 배터리 모듈 극(1a, 2a)과의 연결의 차단 및/또는 상기 배터리 셀들(1c, 2c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로와 상기 제 2 배터리 모듈 극(1b, 2b)과의 연결의 차단 및/또는 배터리 셀들(1c, 2c)의 직렬 회로 및/또는 병렬 회로의 차단이 야기될 때만 상기 제 1 배터리 모듈 극(1a, 2a)과 상기 제 2 배터리 모듈 극(1b, 2b)의 단락을 야기하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
KR1020117018337A 2009-02-06 2009-12-14 높은 신뢰도의 트랙션 배터리 KR101634085B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009000676A DE102009000676A1 (de) 2009-02-06 2009-02-06 Traktionsbatterie mit erhöhter Zuverlässigkeit
DE102009000676.1 2009-02-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110119688A true KR20110119688A (ko) 2011-11-02
KR101634085B1 KR101634085B1 (ko) 2016-06-28

Family

ID=41666530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117018337A KR101634085B1 (ko) 2009-02-06 2009-12-14 높은 신뢰도의 트랙션 배터리

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8912757B2 (ko)
EP (1) EP2394327B1 (ko)
JP (1) JP5210438B2 (ko)
KR (1) KR101634085B1 (ko)
CN (1) CN102308430B (ko)
DE (1) DE102009000676A1 (ko)
ES (1) ES2441220T3 (ko)
WO (1) WO2010088999A1 (ko)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010041040A1 (de) 2010-09-20 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
DE102010041046A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zum Einstellen einer Gleichspannungszwischenkreisspannung
DE102010041029A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Batteriesystems mit einem Gleichspannungszwischenkreis
US8471529B2 (en) 2010-10-14 2013-06-25 GM Global Technology Operations LLC Battery fault tolerant architecture for cell failure modes parallel bypass circuit
DE102011003810A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Robert Bosch Gmbh Steuerbarer Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben eines steuerbaren Energiespeichers
JP5692047B2 (ja) * 2011-12-21 2015-04-01 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
DE102012209657A1 (de) * 2012-06-08 2013-12-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Innenwiderstandes von Batteriezellen einer Batterie
DE102012213053B4 (de) * 2012-07-25 2022-08-11 Robert Bosch Gmbh Batterie, Batteriezelle mit Sicherungsvorrichtung sowie Verfahren zum Schutz einer Batteriezelle
CN102832697B (zh) * 2012-08-30 2014-12-10 潍柴动力股份有限公司 一种实现动力电池自动失效补偿的系统及方法
DE102013202650A1 (de) 2013-02-19 2014-08-21 Robert Bosch Gmbh Interne Energieversorgung von Energiespeichermodulen für eine Energiespeichereinrichtung und Energiespeichereinrichtung mit solchem
DE102014107287A1 (de) 2014-05-23 2015-11-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Überbrückung eines elektrischen Energiespeichers
DE102014218850A1 (de) * 2014-09-19 2016-03-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batterieanordnung, Verfahren zur Steuerung einer Batterieanordnung sowie Kraftfahrzeug
DE102015102410A1 (de) * 2015-02-20 2016-08-25 Vossloh Kiepe Gmbh Batterieanordnung für ein Fahrzeug
DE102017222192A1 (de) 2017-12-07 2019-06-13 Audi Ag HV-Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, Bordnetz, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Steuern einer HV-Batterieanordnung
GB2569947A (en) * 2017-12-28 2019-07-10 Moog Unna Gmbh Power supply arrangement with by-pass diodes
KR20210108148A (ko) * 2020-02-25 2021-09-02 삼성에스디아이 주식회사 배터리 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773962A (en) * 1995-01-17 1998-06-30 Norvik Traction Inc. Battery energy monitoring circuits
JP2000182598A (ja) * 1998-12-16 2000-06-30 Hitachi Ltd 非水電解液二次電池およびその熱動継電器
US20030071523A1 (en) * 2001-10-11 2003-04-17 Silverman Martin S. Digital battery
US6593669B1 (en) * 1996-05-07 2003-07-15 Technopuce International Rechargeable or non rechargeable smart battery cell and process for the production of such a cell

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5825155A (en) * 1993-08-09 1998-10-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery set structure and charge/ discharge control apparatus for lithium-ion battery
US5498950A (en) * 1994-04-29 1996-03-12 Delco Electronics Corp. Battery monitoring, charging and balancing apparatus
JPH11155241A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Hitachi Ltd 組電池充電電流制御回路および組電池充電方法
US6331763B1 (en) * 1998-04-15 2001-12-18 Tyco Electronics Corporation Devices and methods for protection of rechargeable elements
JP2000354333A (ja) * 1999-06-08 2000-12-19 Sony Corp 電源装置及びバッテリーユニット
TWI241762B (en) * 2001-09-03 2005-10-11 Gpe Internat Ltd An intelligent fast battery charger
JP4126167B2 (ja) * 2001-09-13 2008-07-30 三菱重工業株式会社 直列接続の電池群の充放電回路
JP3945630B2 (ja) * 2002-01-10 2007-07-18 パナソニック・イーブイ・エナジー株式会社 電池電源装置のリレー接点溶着検査方法
JP2005166581A (ja) * 2003-12-05 2005-06-23 Nissan Motor Co Ltd 二次電池、及び、該二次電池を用いた組電池の充放電制御方法
JP4015126B2 (ja) * 2004-03-08 2007-11-28 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ 直流電力供給システム
US20060071640A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Nanotechnologies, Inc. Fast-recovery circuitry and method for a capacitor charging power supply
US20060071639A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Nanotechnologies, Inc. Method and circuitry for charging a capacitor to provide a high pulsed power discharge
KR101188944B1 (ko) * 2006-06-15 2012-10-08 한국과학기술원 다중 변압기의 2차 권선을 병렬로 연결한 전하 균일 장치
JP5008950B2 (ja) 2006-11-08 2012-08-22 パナソニック株式会社 充電システム、電池パック、及びその充電方法
JP5091473B2 (ja) * 2006-12-14 2012-12-05 パナソニック株式会社 組電池制御方法、組電池制御回路、及びこれを備えた充電回路、電池パック
JP2008288109A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Nissan Motor Co Ltd 電池制御システムおよび電池制御システムの制御方法
US7888910B2 (en) * 2007-11-29 2011-02-15 Hdm Systems Corporation Sequencing switched single capacitor for automatic equalization of batteries connected in series

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773962A (en) * 1995-01-17 1998-06-30 Norvik Traction Inc. Battery energy monitoring circuits
US6593669B1 (en) * 1996-05-07 2003-07-15 Technopuce International Rechargeable or non rechargeable smart battery cell and process for the production of such a cell
JP2000182598A (ja) * 1998-12-16 2000-06-30 Hitachi Ltd 非水電解液二次電池およびその熱動継電器
US20030071523A1 (en) * 2001-10-11 2003-04-17 Silverman Martin S. Digital battery

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010088999A1 (de) 2010-08-12
US20110285351A1 (en) 2011-11-24
US8912757B2 (en) 2014-12-16
EP2394327A1 (de) 2011-12-14
DE102009000676A1 (de) 2010-08-12
KR101634085B1 (ko) 2016-06-28
JP5210438B2 (ja) 2013-06-12
JP2012517210A (ja) 2012-07-26
CN102308430B (zh) 2015-07-01
ES2441220T3 (es) 2014-02-03
EP2394327B1 (de) 2013-11-27
CN102308430A (zh) 2012-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101616249B1 (ko) 높은 가용성의 트랙션 배터리
KR101634085B1 (ko) 높은 신뢰도의 트랙션 배터리
US10326288B2 (en) Method and device for the voltage-controlled self-deactivation of electronic components or battery cells
JP5523480B2 (ja) 高信頼性駆動用バッテリー
US9300155B2 (en) Voltage detection apparatus for battery-pack
JP6056581B2 (ja) 組電池の異常検出装置
CN108631013B (zh) 电池系统以及用于其运行的方法
US11381072B2 (en) Quick battery disconnect system for high current circuits
CN110780206A (zh) 电池监视设备
US9306403B2 (en) Battery module, battery management system, system for supplying a drive of a machine suitable for generating torque with electrical energy, and a motor vehicle
US9793578B2 (en) Battery management system having an increased robustness against negative voltages
CN101836319A (zh) 包括至少一个燃料电池的燃料电池系统
JP2014180185A (ja) 電池モジュール
CN111095719B (zh) 蓄电池装置
US9331504B2 (en) Method for charging a battery
US8247929B2 (en) Electrical bypass device
CN116526620A (zh) 一种储能系统及其主动均衡系统
EP3471172B1 (en) Disconnectable bus bar for a battery system and battery system including the same
JP6789768B2 (ja) 回路保護装置及び電源監視装置
US20210265844A1 (en) Battery system
JP2019161702A (ja) 回路保護装置及び電源監視装置
CN109391001A (zh) 电池组系统和切断其多个支路中的至少一个支路的方法
CN110999017A (zh) 用于飞行器的电能储存系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant