KR20140043440A - 안전한 배터리 엘리먼트 - Google Patents

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다니엘 샤트루
제레미 뒤뽕
세바스띠앙 꺄르꾸에
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

본 발명은 제1극(25) 및 제2극(26) 사이에 전위차를 가하는 복수의 전기화학 축전지(22); 및 2개의 전력 출력단자(23,24)를 포함하는 배터리 엘리먼트(21)에 관한 것이다. 엘리먼트는 제1극 및 제2극 사이에 직렬연결된 제1스위치(802) 및 제2스위치(803)를 포함하고, 상기 제1스위치는 평상시 닫힌 스위치이고 상기 제2스위치는 평상시 열린 스위치이며, 평상시 열린 스위치는 제1극 및 제1단자를 선택적으로 서로 절연/연결하도록 설정되고 평상시 닫힌 스위치는 제1단자 및 제2단자를 선택적으로 서로 절연/연결하도록 설정되고, 평상시 닫힌 스위치의 제어 신호는 상기 전기화학 배터리 셀에 의해 가해진 전압인 안정장치(8)를 더 포함한다.

Description

안전한 배터리 엘리먼트{SECURE BATTERY ELEMENT}
본 발명은 전기화학 축전지(accumulator)의 배터리에 관한 것이다. 이와 같은 배터리는 예를 들어 전기 및 하이브리드 운송 또는 내장된 시스템의 분야에서 사용될 수 있다.
전기화학 축전지는 주로 하기와 같은 크기의 공칭전압(nominal voltage)을 갖는다:
NiMH형 배터리에 대해 1.2 V;
리튬 이온 철 포스페이트 또는 LiFePO4 기술에 대해 3.3 V; 및
코발트-옥사이트-계 리튬 이온형 기술에 대해 4.2 V.
이와 같은 공칭전압은 전력공급될 대부분의 시스템의 필요조건에 비해 너무 낮다. 적절한 수준의 전압을 획득하기 위해, 복수의 축전지가 직렬로 연결된다. 높은 값의 전력 및 정전용량(capacitance)을 획득하기 위해, 복수의 그룹의 축전지가 병렬로 배치된다. 단(stage)의 수(축전지 그룹의 수) 및 각 단계에서 병렬연결된 축전지의 수는 배터리에 필요한 전압, 전류 및 정전용량에 따라 다양하다. 복수의 축전지의 연계는 축전지의 배터리라고 불린다.
이와 같은 배터리는 예를 들어 인버터(inverter)에 의해 교류 전기모터에 동력을 전달하기 위하여 사용된다. 전기 모드의 자동차의 자율성을 향상시키기 위해, 이와 같은 배터리는 또한 높은 용량을 갖는다. 통상적으로, 전기 자동차는 축전지의 배터리를 사용하고, 이의 공칭전압은 200A의 최고 전류 및 20kWh의 정전용량을 갖는 약 400V이다.
이와 같은 자동차를 위해 사용되는 전기화학 축전지는 작은 중량 및 부피로 상당한 양의 에너지를 충적할 수 있는 이들의 용량 때문에 리튬-이온형이다. 리튬-이온 철 포스페이트(LiFePO4)형 배터리 기술이 본질적으로 높은 수준의 안정성 때문에 많이 개발되고 있다. 이는 다소 뒤떨어진 에너지 저장 밀도를 희생함으로써 달성된다.
예를 들어 정비작업을 수행하기 위해 배터리를 자동차로부터 분리할 필요가 있는 경우가 종종 있다. 이에 따라, 자동차에는 전압(full voltage)에서 직류를 차단할 수 있는 선택 스위치, 예를 들어 진공 컨택터(contactor)를 포함하는 절연회로가 제공된다. 절연회로는 일반적으로 배터리의 외부에 있고, 자동차의 고전압 버스(high voltage bus) 및 배터리 사이의 절연상태가 시각적으로 제어가능하도록 설계된다. 배터리의 단자는 이때 작업자가 접근가능하다. 절연회로가 배터리에 통합될 때, 이는 일반적으로 특정 주변장치에 전력을 공급하여 작업자가 여전히 접근가능하도록 하는 추가적인 단자를 또한 포함한다.
그러나, 자동차의 고전압 버스 및 배터리 사이의 연결을 절연회로가 여는 때에도, 배터리의 전압 전체는 이의 단자에 가해진 채로 유지된다. 따라서, 정비작업 동안의 정지 중에도, 배터리는 작업자가 감전사될 위험을 갖는다.
그 밖에, 물이 배터리까지 자동차에 침투할 수 있다. 단자는 이때 침수될 수 있고, 배터리 단자의 전압을 물에 가한다. 이는 감전사의 위험, 또는 물의 가수분해에 의해 수소가 방출됨으로써 폭발의 위험을 유도한다. 배터리를 냉각해야할 필요가 있기 때문에, 배터리는 이와 같은 위험을 극복하기 필요한 것처럼 밀폐될 수 없다.
그 밖에, 배터리는 일반적으로 축전지 고장이 있으면 가능한 빠르게 이용을 중지하여야 한다. 실제로, 인버터에 의해 생성된 교류 전압은 배터리에 의해 이에 가해진 직류 전압에 의존한다. 결과적으로, 갑작스런 배터리의 전압강하는 전기모터의 작동에 문제를 일으킬 수 있다. 자동차는 이때 정지되어야 하고, 배터리는 절연회로에 의해 고전압 버스로부터 절연되어야 한다.
축전지가 고장난 경우에 인버터에 가해지는 전압의 변화에 따른 문제점은 특정 전기/열 하이브리드 자동차를 위한 종래기술의 해결책에 의해 해결된다. 이와 같은 해결책은 배터리 및 인버터 사이에 컨버터(converter)를 포함한다. 컨버터는 배터리가 모터 인버터에 전력을 제공하는 때에는 전압 증가장치이고, 모터 인버터가 배터리를 재충전하여 에너지를 회복하는 단계 동안에는 감소장치이다. 이와 같은 컨버터는 하이브리드 자동차에서 매우 잠깐동안만 작동하기 때문에, 이의 크기, 이의 냉각 시스템의 크기조절, 및 이의 비용은 최소화될 수 있다.
그러나, 순수한 전기 구동에 의한 자동차에 있어서, 이와 같은 컨버터는 훨씬 높은 주기비(cyclic ratio)에 의해 작동하여야 한다. 이는 핸디캡(handicap)을 발생시키는 크기, 냉각 시스템의 크기조절 및 비용을 유도한다.
본 발명은 이와 같은 단점들 중 하나 이상을 해결하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 본 발명은 제1극 및 제2극 사이에 전위차를 가하는 복수의 전기화학 축전지; 2개의 전력 출력단자; 및 제1극 및 제2극 사이에 직렬연결된 제1스위치(802) 및 제2스위치(803)를 포함하고, 상기 제1스위치는 평상시 닫힌 스위치이고 상기 제2스위치는 평상시 열린 스위치이며, 평상시 열린 스위치는 제1극 및 제1단자를 선택적으로 절연/연결하도록 설정되고 평상시 닫힌 스위치는 제1단자 및 제2단자를 선택적으로 절연/연결하도록 설정되고, 평상시 닫힌 스위치의 제어 신호는 상기 전기화학 축전지에 의해 가해진 전압인 안정장치(8)를 포함하는 배터리 엘리먼트에 관한 것이다.
일 변형예에 따르면, 엘리먼트는 동시에 평상시 닫힌 스위치를 열린 채로, 평상시 열린 스위치를 닫힌 채로 유지하도록 설정된 제어회로를 포함한다.
다른 변형예에 따르면, 상기 평상시 열린 스위치 및 평상시 닫힌 스위치는 MOSFET형 트랜지스터를 포함하고, 평상시 닫힌 스위치의 트랜지스터의 게이트는 제2극의 전압보다 높은 상기 전기화학 축전지 중 하나의 전압에 연결되고, 평상시 닫힌 스위치의 트랜지스터의 소스(source)는 제2극(26)에 연결된다.
다른 변형예에 따르면, 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스터의 게이트는 저항기에 의해 전기화학 축전지에 연결되고, 평상시 닫힌 스위치는 제어회로에 의해 제어되고 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스터의 게이트 및 제2극(26) 사이에 연결되는 스위치를 포함한다.
다른 변형예에 따르면, 상기 저항기는 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스터의 게이트를 2개의 상기 직렬연결된 축전지 사이의 연결 노드에 연결한다.
일 변형예에 따르면, 엘리먼트는 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스의 내부 링크의 I2t 값보다 낮은 I2t 값을 갖는 퓨즈를 포함한다.
다른 변형예에 따르면, 안전장치는 제1극 및 제2극 사이에 직렬연결된 제3스위치 및 제4스위치를 포함하고, 제3스위치는 평상시 닫힌 스위치이고 제4스위치는 평상시 열린 스위치이며, 제4스위치는 제1극 및 제1단자를 선택적으로 절연/연결하도록 설정되고, 제3스위치는 제1단자 및 제2단자를 선택적으로 절연/연결하도록 설정되며, 제3스위치의 제어신호는 상기 전기화학 축전지에 의해 가해진 전압이다.
다른 변형예에 따르면, 상기 제3스위치 및 제4스위치는 MOSFET형 트랜지스터를 포함하고, 제3트랜지스터의 게이트는 제2극의 전압보다 높은 상기 전기화학 축전지 중 하나의 전압에 연결되고, 제4트랜지스터의 소스는 제2극(26)에 연결된다.
본 발명의 다른 변형예에 따르면, 동일한 스위치를 닫는 것은 평상시 닫힌 스위치의 상기 트랜지스터가 열리는 것을 유도한다.
일 변형예에 따르면, 안정장치는 평상시 닫힌 스위치의 상기 트랜지스터 중 하나의 열화를 검출하는 회로를 포함하고, 상기 검출하는 회로는 제1극 및 검출 노드 사이에 연결된 저항기; 애노드는 상기 검출 노드에 연결되고, 캐소드는 제1스위치의 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1다이오드; 애노드는 상기 검출 노드에 연결되고, 캐소드는 제3트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2다이오드; 및 검출 노드의 전압을 측정하는 회로를 포함한다.
본 발명은 또한 전술된 복수의 직렬연결된 배터리 엘리먼트를 포함하는 배터리로서, 상기 배터리 엘리먼트의 공칭전압의 합은 100V를 초과하는 배터리에 관한 것이다.
일 구현예에 따르면, 제어회로(92)는 동시에 각 배터리 엘리먼트의 평상시 닫힌 스위치(802)를 열린 채로, 각 배터리 엘리먼트의 평상시 열린 스위치(803)를 닫힌 채로 유지하도록 설정된다.
다른 구현예에 따르면, 제어회로는 복수의 배터리 엘리먼트의 공칭전압이 이들의 전력 출력 단자에 가해지는 것을 순차적으로 활성화하도록 설정된다.
다른 구현예에 따르면, 제어회로는 배터리 엘리먼트가 충전 한계에 도달하였는지 검출하고; 검출된 배터리 엘리먼트의 평상시 닫힌 스위치 및 평상시 열린 스위치를 동시에 각각 닫힌 채로 및 열린 채로 유지하고; 다른 배터리 엘리먼트의 평상시 닫힌 스위치 및 평상시 열린 스위치를 동시에 각각 열린 채로 및 닫힌 채로 유지하도록 설정된다.
본 발명은 또한 전기모터, 및 전술한 바와 같이 전기모터에 전력을 공급하는 배터리를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 안정장치가 제공되는 배터리를 포함하는 자동차를 도시적으로 나타낸다.
도 2는 배러티 엘리먼트에 부착된 첫번째 구현예에 따른 안전장치의 전기도면이다.
도 3은 자동차가 정지 중일 때 배터리의 연결구성을 나타낸다.
도 4는 자동차가 작동 중일 때 배터리의 연결구성을 나타낸다.
도 5는 안전장치의 작용에 의한 고장(malfunctioning)의 예에서 배터리의 연결구성을 나타낸다.
도 6은 배터리 엘리먼트에 부착된 두번째 구형예에 따른 안정장치의 전기도면이다.
도 7은 본 발명의 세번째 구형예의 첫번째 변형예에 따른 안정장치의 전기도면이다.
도 8은 세번째 구형예의 두번째 변형예에 따른 안전장치의 전기도면이다.
도 9는 고장을 검출하기 위한 회로를 통합하는 네번째 구형예의 전기도면이다.
도 10은 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)의 예비충전 동안 복수의 안정장치의 연결구성을 나타낸다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참고하여 하기의 설명에 의해 분명하게 나타날 것이지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명은 안정한 배터리 엘리먼트를 제안한다. 엘리먼트는 제1극 및 제2극 사이에 전위차를 가하는 복수의 전기화학 축전지 및 2개의 전력 출력 단자를 포함한다.
또한, 엘리먼트는 제1극 및 제2극 사이에 직렬연결된 제1스위치 및 제2스위치가 제공되는 안정장치를 포함한다. 제1스위치는 평상시 닫힌 스위치이고, 제2스위치는 평상시 열린 스위치이다. 평상시 열린 스위치는 제1극 및 제1단자를 선택적으로 절연/연결하도록 설정되고, 평상시 닫힌 스위치는 제1단자 및 제2단자를 선택적으로 절연/연결하도록 설정되며, 평상시 닫힌 스위치의 제어 신호는 상기 전기화학 축전지에 의해 가해진 전압이다.
[http://fr.wikipedia.org/wiki/Contact_electrique]에 주어진 정의에 따르면, 평상시 열린 스위치는 기본적으로 열린 상태의 접촉을 형성하고, 평상시 닫힌 스위치는 기본적으로 닫힌 상태의 접촉을 형성한다.
본 발명은 배터리가 아직 사용되지 않을 때, 예를 들어 자동차에서 정비 또는 재활용 작업을 수행할 때, 운영자의 안전을 보장한다. 또한, 본 발명은 저장 중 취급실수 때문에 배터리 또는 엘리먼트의 단자들 사이에 전기아크(electrical arc)가 생성되는 것을 방지할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 구현예를 실시하는 자동차(1)의 예를 나타낸다.
자동차(1)는 그 자체가 알려진 방법으로 예를 들어 리튬-이온 철 포스페이트(LiFePO4)형의 모듈 또는 엘리먼트(21)를 포함하는 배터리(2)를 포함하는 전기 자동차이다. 배터리(2)는 이에 따라 복수의 단의 축전지를 포함하고, 각 단은 복수의 병렬연결된 축전지를 포함한다. 배터리(2)는 다수의 직렬연결된 축전지, 통상적으로 40 내지 150개의 축전지를 필요한 전압 및 사용된 축전지의 종류에 따라 포함한다. 충전된 배터리(2)의 단자에서의 전압은 통상적으로 약 400V이다. 배터리(2)는 전압(+Vbat)을 제1단자(98)에, 전압(-Vbat)을 제2단자(99)에 가한다. 모듈(21)은 전력 연결부에 의해 직렬연결된다. 배터리(2)의 단자는 인버터(6)의 dc 인터페이스(interface)에 연결된다. 전기모터(7)는 인버터(6)의 ac 인터페이스에 연결된다.
배터리(2)의 단자 및 인버터(6)의 dc 인터페이스 사이의 연결은 보호회로(3)가 제공되는 고전압 버스 및 전력 커플링회로(5)에 의해 획득된다. 보호회로(3)는 알려진 방법으로 합선이 일어나면 연결부를 열도록 설정되는 퓨즈를 포함할 수 있다. 전력 커플링회로(5)는 배터리(2)의 단자가 인버터(6)의 dc 인터페이스로부터 선택적으로 연결 또는 분리될 수 있게하는 스위치(51,52)를 포함한다. 스위치(51,52)의 열림/닫힘은 제어회로(92), 통상적으로 배터리(2)의 작동을 감시하는 컴퓨터에 의해 제어된다. 제어회로(92)는 배터리(2)보다 매우 낮은 전압수준을 갖는, 자동차의 내장된 네트워크에 전력을 공급하기 위한 배터리(91)에 의해 통상적으로 전력공급된다. 제어회로(92)는 통상적으로 자동차(1)의 금속 뼈대 및 차체를 포함하는 기계지면(93)에 연결된다.
절연 결함의 검출장치(4)가 배터리(2)의 단자 및 기계 지면(93)에 연결된다. 검출장치(4)는 고전압 버스에 의해 전압(+Vbat) 및 전압(-Vbat)가 각각 가해지는 입력 단자를 포함한다. 검출장치(4)는 배터리 및 기계지면(93) 사이에서 절연 결함이 나타나는 것을 검출하도록 설정된다.
모듈(21)은 복수의 직렬연결 및/또는 병렬연결된 축전지(22)를 포함하는 조정가능한 유닛에 대응된다. 각 모듈(21)은 각 안정장치(8)를 포함한다. 모듈(21)은 배터리의 하나 이상의 직렬연결된 단을 구성할 수 있다.
도 2는 배터리(2)의 모듈(21)에 부착된 제1구현예에 따른 안전장치(8)의 전기도면이다. 모듈(21)은 복수의 직렬 연결된 단을 포함하고, 각 단은 복수의 병렬연결된 축전지(22)를 포함한다.
안전장치(8)는 그 사이에 축전지가 전위차를 가하는 제1극(25) 및 제2극(26)에 의해 모듈(21)에 연결된다. 모듈(21)은 또한 직렬연결된 모듈 또는 배터리(2)의 단자들(98,99) 중 하나에 연결될 제1전력 출력 단자(23) 및 제2전력 출력 단자(24)를 포함한다.
안전장치(8)는 제1스위치(803) 및 제2스위치(802)를 포함한다. 스위치들(802,803)은 극들(25) 사이에 직렬연결된다. 스위치(803)는 평상시 닫히도록 설정되고, 스위치(802)은 평상시 열리도록 설정된다. 스위치(802)는 극(25) 및 단자(23)을 선택적으로 절연/연결하도록 설정된다. 스위치(803)은 단자(23) 및 단자 (24)를 선택적으로 절연/연결하도록 설정된다. 단자(24)는 극(26)에 연결된다. 스위치(802)가 닫히는 것은 제어회로(92)에 의해 명령된다. 제어신호(92)에 의해 가해진 제어신호가 없을 때, 스위치(802)는 열린 상태로 유지된다. 제어신호(92)에 의해 가해진 제어신호가 없을 때, 스위치(803)는 닫힌 상태로 유지된다. 유리하게는, 안전장치(8)는 예를 들어 퓨즈의 형태로 실시되는 회로차단기(801)를 포함하고, 회로차단기(801)는 극(25) 및 트랜지스터(802) 사이에 연결된다.
이와 같은 경우, 스위치(802)는 MOSFET 트랜지스터(802)에 의해 형성되고, 스위치(803)은 MOSFET형 트랜지스터(8031)을 포함하며, 이와 같은 MOSFET 트랜지스터의 크기는 상대적으로 적은 비용으로 용이하게 맞출 수 있다. 도시된 트랜지스터(802,8031)는 N 채널 MOS형 트랜지스터이다.
트랜지스터(802)의 소스는 단자(803)에 연결되고, 드레인(drain)은 퓨즈(801)에 의해 극(25)에 연결되며, 이의 게이트는 제어회로(92)에 연결된다. 트랜지스터(8031)의 소스는 단자(23)에 연결되고, 이의 게이트는 바이어스 저항기(806)에 의해 극(25)에 연결된다. 트랜지스터(8031)가 열리는 것은 제어회로(92)에 의해 제어된다. 이에 따라, 스위치(803)은 트랜지스터(8031)의 게이트 및 단자(24) 사이에 연결된 스위치(804)를 포함한다. 스위치(804)의 명령은 평상시 닫힌 스위치(803)의 명령을 형성한다. 스위치(804)를 닫는 것은 트랜지스터(8031)의 게이트의 전위를 단자(24)의 전위로 낮추며, 이에 따라 트랜지스터가 꺼지게 한다. 스위치(804)를 여는 것은 트랜지스터(8031)의 게이트 및 단자(24) 사이의 전위차를 발생시켜 트랜지스터(8031)가 켜지게 한다. 트랜지스터(8031)은 기본적으로 전기화학 축전지(22)에 의해 가해진 전압에 의해 닫힌 상태로 유지된다. 따라서, 극들(25,26) 사이에 전압이 일반적으로 존재하는 것은 스위치(804)에 명령이 없을 때 트랜지스터(8031)을 닫힌 채로 유지한다. 따라서, 트랜지스터(8031) 및 스위치(804)의 조합은 평상시 닫힌 스위치를 형성한다. 실제로, 스위치(804)로부터의 명령이 없을 때, 스위치(803)의 기본상태는 정말로 닫힌 상태이다. 또한, 안전회로(8)는 유리하게는 트랜지스터(8031)의 게이트 및 단자(24) 사이에 연결된 젠너 보호 다이오드(Zener protection 다이오드)(805)를 포함한다. 젠너 다이오드(805)는 모듈(21)의 단자들 사이에 주요 전위차가 있을 때, 트랜지스터(8031)의 게이트에서의 전위를 조절하는데 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다(예를 들어, 약 15의 젠너 전압으로).
안전장치(8)의 개별적인 작동모드는 도 3 내지 도 5를 참조하여 나타난다. 배터리(2)는 직렬연결된 3개의 모듈(211,212,213)을 포함한다.
도 3에서, 자동차(1)는 멈췄거나, 배터리는 자동차의 밖에 놓인다. 제어회로(92)는 이때 배터리(2)로부터 분리되거나, 스위치(802,804)에 제어신호를 가하지 않도록 설정된다. 따라서, 제어회로(92)는 동시에 스위치(802)를 열게 하고 스위치(803)를 닫게 하도록 설정된다. 이와 같은 설정에서, 모듈(211,212,213) 각각의 단자는 동일한 전위에 연결된다. 따라서, 배터리의 단자들(98,99) 사이의 전위차는 0이다. 트랜지스터(8031)는 게이트 및 소스 사이에서 커패시터와 같이 행동하고, 이에 따라 실질적으로 0의 전기소비를 갖는다.
따라서, 배터리(2)는 이의 단자(98,99)에서의 전압이 0이고, 이에 따라 작업자의 감전사의 위험을 방지하는 안정상태를 갖는다. 유사하게, 배터리(2)를 조립하는 사람이 거쳐야하는 예방조치가 감소되기 때문에, 이를 제조하는 방법이 용이해진다. 더욱이, 배터리(2)는 예를 들어 제어회로(92)가 예를 들어 침지되어 고장이 난 동안 자동적으로 안전 작동모드로 이동한다. 이는 또한 모듈의 저장 동안에 단자들 사이에 전기 아크가 우발적으로 형성되는 것을 방지한다. 스위치(802)를 여는 것은 모듈의 극들 사이에 합선이 일어나는 것을 방지하여 배터리(2)의 충전을 유지한다.
도 4에서, 자동차(1)는 작동 중에 있고, 배터리(2)는 자동차의 전기모터(7)에 전력을 공급한다.
각 모듈에서, 제어회로(92)는 스위치(804)를 닫힌 상태로 유지하고, 이에 따라 트랜지스터(8031)는 꺼지고, 이에 따라 스위치(803)는 열린다. 제어회로(92)는 동시에 스위치(802)를 연 채로 유지한다. 단자(23)는 이에 따라 극(25)에 연결되고, 전기화학 축전지(21)에 의해 생성된 전위차가 단자들(23,24) 사이에 가해진다.
이와 같은 설정에서, 모듈(21)은 직렬연결되어, 모듈(211,212,213)의 총괄적인 전압은 출력 단자(98,99) 사이에 가해진다. 인버터(6)는 이에 따라 적절한 전압으로 전력공급될 수 있다.
도 5에서, 자동차(1)는 작동 중에 있고, 모듈(212)는 고장 상태에 있다. 모듈(212)은 본 실시예에서 합선되고, 스위치(802)는 열리고, 스위치(803)는 닫힌다. 단자(23,24)는 이에 따라 합선된다. 배터리(2)의 직렬전류는 이때 모듈(212)의 스위치(803)를 통과하여 계속 이용될 수 있게 한다. 모듈(211,213)은 단자들(98,99) 사이에 전위차를 제공하기 위해 계속 정상적으로 작동한다.
트랜지스터(8031)를 꺼진 상태로 전환하는 것은 유리하게는 트랜지스터(802)를 켜진 상태로 전환하는 것에 앞서 수행되어, 극(25) 및 단자(24) 사이의 일시적인 합선을 방지한다. 따라서, 짧은 비중첩 기간이 유리한 것으로 밝혀진다. 유사하게, 트랜지스터(802)를 꺼진 상태로 전환하는 것은 유리하게는 트랜지스터(8031)를 켜진 상태로 전환하는 것에 앞서 수행되어, 극(25) 및 단자(24) 사이의 일시적인 합선을 방지한다.
자동차(1)의 작동 동안에 안정회로(8)의 소비를 제한하기 위해, 저항기(806)은 유리하게는 이를 통과하는 약 1 μA의 전류를 획득할 수 있도록 충분히 높은 값을 가져서, 배터리(2)의 자율성을 해지지 않도록 한다. 이와 같은 저항기의 값은 예를 들어 1 내지 10MW일 수 있다.
퓨즈(801)는 유리하게는 트랜지스터(8031)의 내부 링크의 I2t 값보다 낮은 I2t 값을 갖는다. 이와 같이 퓨즈(801)의 크기를 정하는 것은 트랜지스터(802)의 고장이 있는 때에도 배터리(2)의 이용이 게속될 수 있도록 보장한다. 트랜지스터(802)가 우연히 합선되더라도, 가능하면 트랜지스터(8031)가 열화되기 전에, 또는 반도체의 과열 후에 상기 트랜지스터가 열화되었다는 사실을 인정하고, 트랜지스터(802)를 통과하는 전류는 퓨즈(801)이 열리도록 유도하고, 이는 영구적인 전도 상태(합선)로 만든다. 따라서, 한편으로 극(25)는 단자(23)으로부터 절연되고, 다른 한편으로 단자(23)은 단자(24)의 전위로 유지된다. 그럼에도 불구하고, 퓨즈(801)는 트랜지스터(803)의 열화를 이를 열린 회로 상태로 놓는 범위로 방지한다.
도 6은 배터리(2)의 모듈(21)에 부착된, 두번째 구현예에 따른 안정장치(8)의 전기도면이다. 이와 같은 구현예는 불활성 또는 저장 기간 동안 첫번째 구현예의 젠너 다이오드(805)를 통과하는 매우 낮은 누설 전류에 대한 해결책을 제공한다. 이와 같은 두번째 구현예는 트랜지스터(8031)의 게이트 및 단자(24) 사이에 연결된 젠너 다이오드가 없다. 그밖에, 저항기(806)는 여기서 트랜지스터(8031)의 게이트 및 모듈(21)의 직렬연결된 축전지들 사이의 중간점 사이에 연결된다. 따라서, 동시에 트랜지스터(8031)를 꺼진 상태로 유지하면서, 트랜지스터(8031)의 게이트에 이와 같은 게이트의 한계 전압값에 대응되는 전압(극들(25,26) 사이의 전압보다 낮음)을 가하는 것이 가능하다.
도 7은 배터리(2)의 모듈에 통합된 세번째 구현예의 첫번째 변형예에 따른 안정장치의 전기도면이다. 모듈은 복수의 병렬연결된 암(arm)(본 예에서는 2개)을 포함하고 각 암은 복수의 직렬연결된 축전지(22)를 포함한다. 복수의 집합의 압은 각각 안전장치를 포함한다. 암의 각 집합은 로컬 집적회로의 형태로 제조된 안전장치를 포함한다.
각 안전장치는 퓨즈(801), 트랜지스터(802), 트랜지스터(8031) 및 저항기(808)를 포함한다. 퓨즈(801), 트랜지스터(802) 및 트랜지스터(8031)는 암의 각 집합의 단자(24) 및 극(25) 사이에 직렬연결된다. 저항기(808)는 트랜지스터(803)의 게이트 및 개별적인 저항기(808)에 공통되는 노드 사이에 연결된다. 트랜지스터(802)의 소스 및 트랜지스터(8031)의 드레인은 단자(23)에 연결된다.
개별적인 안전장치는 극(25), 및 저항기(808)에 공통되는 노드 사이에 연결된 고통 저항기(807); 단자(24), 및 저항기(808)에 공통되는 노드 사이에 연결된 스위치(804); 및 단자(24), 및 저항기(808)에 공통되는 노드 사이에 연결된 젠너 다이오드(805)를 포함한다.
실시시, 이와 같은 구현예는 모듈에 의해 복수의 트랜지스터(802)로 통과된 강도를 분배시킬 수 있게 한다. 줄(Joule) 효과에 의한 열의 방출은 이에 따라 분배되고, 안정장치를 냉각할 수 있게 한다. 따라서, It is thus possible to use 트랜지스터(802) with relatively usual sizing in furthermore benefitting from a redundancy for the conduction of the current of the 모듈. 이와 같은 회로는 이에 따라 배터리(2) 이용의 연속성을 향상시키면서 상대적으로 제한된 비용으로 제조될 수 있다. 개별적인 안전장치에 공통되는 스위치(804)의 사용은 모든 트랜지스터(8031)를 동시에 전환시킬 수 있게 하고, 모듈의 비용을 포괄적으로 감소시킨다. 또한, 자연적으로 각 안전장치를 위한 스위치(804)를 사용하는 것이 가능하다.
도 8은 배터리(2)의 모듈에 통합된 세번째 구현예의 두번째 변형예에 따른 안전장치의 전기도면이다. 모듈은 복수의 병렬연결된 암(본 예에서는 2개)을 포함하고, 각 암은 복수의 직렬연결된 축전지(22)를 포함한다.
이와 같은 두번째 변형예는 각 안정장치의 다이오드(809)의 사용에 있어서 첫번째 변형예와 다르다. 각 안전장치에서, 다이오드(809)는 스위치(804)(개별적인 다이오드(809)에 공통되는 노드) 및 트랜지스터(8031)의 게이트 사이에 연결된다. 각 안전장치는 극(25) 및 트랜지스터(8031) 사이에 연결된 저항기(808)을 갖는다. 다이오드(809)는 예를 들어 양극형 또는 쇼트키(Schottky)형일 수 있다. 다이오드(809)는 스위치(804)에 의해 트랜지스터(8031)를 끄기 위한 OR 함수 다이오드로서 작용한다.
세번째 구현예에서, 모듈(21)은 다수의 병렬연결된 축전지(22)를 포함한다. 레이아웃(layout)을 위해, 트랜지스터(802,8031)의 쌍이 병렬연결된 암의 각 집합에 배치된다. 이와 같은 구성은 또한 암의 개별적인 집합들간에 전류의 균형을 잡는 것을 용이하게 한다. 그러나, 트랜지스터(802,8031)의 모든 쌍을 동일한 전기기판에 배치하는 것을 고려할 수 있다.
도 9는 고장을 검출하기 위한 회로를 통한하는 네번째 구현예의 전기도면이다. 이와 같은 구현예는 또한 축전지 암의 집합 각각에 통합된 안정장치를 포함한다.
각 안전장치는 퓨즈(801), 평상시 열린 트랜지스터(가독성을 위해 나타나지 않음), 트랜지스터(8031), 저항기(813), 다이오드(810), 다이오드(815) 및 젠너 다이오드(814)를 포함한다. 퓨즈(801), 평상시 열린 트랜지스터 및 트랜지스터(8031)는 암의 각 집합의 단자(24) 및 극(25) 사이에 직렬연결된다. 저항기(813)는 트랜지스터(8031)의 게이트 및 극(25) 사이에 연결된다. 트랜지스터(802)의 소스 및 트랜지스터(8031)의 드레인은 단자(23)에 연결된다. 다이오드(810)는 트랜지스터(8031)의 게이트, 및 다른 다이오드(810)에 공통되는 노드 사이에 연결된다. 다이오드(815)는 트랜지스터(8031)의 게이트, 및 다른 다이오드(815)에 공통되는 노드에 연결된다. 젠너 다이오드(814)는 단자(24) 및 트랜지스터(8031)의 게이트 사이에 연결된다.
개별적인 안정장치는 단자(24), 및 다이오드(815)에 공통되는 노드 사이에 연결된 스위치(804); 극(25), 및 다이오드(810)에 공통되는 노드 사이에 연결된 저항기(812); 및 극(25), 및 다이오드(810)에 공통되는 노드 사이에 연결된 스위치(811)를 공유한다. 스위치(811)는 제어회로(92)에 의해 제어된다.
트랜지스터(803)는 다이오드(815)(예를 들어, 쇼트키 다이오드), 및 스위치(804)를 닫는 것에 의해 꺼진다.
트랜지스터(8031) 고장의 검출은 또한 유리하게는 다른 안전장치의 트랜지스터(8031)를 켜게 하고, 평상시 열린 MOS 트랜지스터(802) 닫지 않게 할 수 있다. 모듈은 이때 배터리(2)의 나머지에 의해 생성된 전류를 전송하는데 사용되고, 고장난 모듈의 단자(23,24)는 이때 도 5에 도시된 바와 같이 합선된다.
다이오드(810) 및 저항기(812)는 AND 함수를 만족한다. 다이오드(810)에 공통되는 노드가 낮은 논리 수준으로 이동할 수 있도록, 이는 트랜지스터(8031)의 게이트 전압 중 하나가 실질적으로 0이 되기에 충분하다. 트랜지스터(8031)의 파괴는 실질적으로 0이 되는 게이트 전압을 유도하는 게이트 옥사이드의 열화를 특징으로 한다. 고장난 트랜지스터(8031)의 게이트는 이때 각 저항기(813)의 전류를 통과하게 한다. 다이오드(810)에 공통되는 노드에서의 전압은 이때 실질적으로 0이다. 트랜지스터(8031)가 고장났는지 확인하기 위해, 제어회로(92)는 이때 유리하게는 다이오드(810)에 고통되는 노드의 전압수준을 추적한다.
누설 저항기에 의한 모듈 자율성의 열화를 방지하기 위해, 저항기들(812,813)은 유리하게는 적절한 값을 갖는다. 누설 전류를 약 수 μA의 값으로 제한하기 위해, 저항기들(812,813)은 예를 들어 1 내지 10 MW의 값을 가질 수 있다.
다이오드(810)는 또한 유리하게는 증가된 전류 명령(current command)을 가하여(스위치(811)를 닫는 경우에), 이에 따라 트랜지스터(8031)를 닫는 속도를 증가시킬 수 있다.
높은 게이트 전압을 유도하는 트랜지스터(8031)가 고장난 경우에 다이오드(815)를 보호하기 위해, 저항기는 유리하게는 각 다이오드(815)에 의해 직렬연결된다.
안전회로(8)는 배터리(2)에서 추가적인 기능을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 제어회로(92)는 이에 따라 이와 같은 다른 기능을 실시하기 위해 적절한 구성을 나타낼 수 있다.
제어회로(92)는 이때 자동차의 작동조겅에 따라 공칭 전압 미만의 전압을 배터리의 단자에 가하는 것을 제어할 수 있다. 이와 같은 경우, 하나 이상의 모듈이 이들의 트랜지스터(8031)를 닫고 이들의 트랜지스터(802)를 엶으로써 합성될 수 있다.
본 발명은 유리하게는 또한 인버터(6)의 디커플링 커패시터의 예비충전을 수행하기 위해 안전장치(8)를 사용할 수 있게 한다. 따라서, 개별적인 모듈의 전압을 연속적으로 연결함으로써 배터리(2)의 전압을 출력 단자들(98,99)에 점진적으로 가할 수 있다. 배터리(2)는 이에 따라 출력 단자들(98,99)에 전압 증가를 가하고, 이들 증가는 모듈의 공칭전압에 대응된다. 도 10은 예비충전의 시작을 나타내고, 모듈(213)의 전압만이 출력 단자들(98,99) 사이에 가해진다.
또한, 안전회로(8)는 배터리(2)를 충전하는 동안 충전기로부터 너무 빠르게 이들의 공칭하중(nominal load) 도달한 모듈을 절연시키기 위해 사용될 수 있다. 유사하게, 안전회로(8)는 모듈이 너무 빠르게 이의 방전의 마지막에 도달하였을 때 인버터(6)로부터 모듈을 절연하기 위해, 배터리 방전의 마지막에 사용될 수 있다.
유리하게는, 모듈(21)은 침수된 경우에 위험을 제한하기 위해 전기 절연체에 의해 칠해지거나 코팅될 수 있다. 칠 또는 절연코팅은 전압하에 남겨지는 모든 전도성 표면(모듈(21) 내 축전지(22)), 또는 모듈에 통합된 전자집적회로에 가해질 수 있다. 이와 같은 방법으로, 전자회로의 파괴, 또는 물의 가수분해에 의한 산소의 생성에 따른 고장을 방지한다.

Claims (15)

  1. - 제1극(25) 및 제2극(26) 사이에 전위차를 가하는 복수의 전기화학 축전지(22);
    - 2개의 전력 출력단자(23,24);를 포함하는, 배터리 엘리먼트(21)에 있어서,
    제1극 및 제2극 사이에 직렬연결된 제1스위치(802) 및 제2스위치(803)를 포함하는 안정장치(8)로서, 상기 제1스위치는 평상시 닫힌 스위치이고 상기 제2스위치는 평상시 열린 스위치이며, 상기 평상시 열린 스위치는 제1극 및 제1단자를 선택적으로 절연/연결하도록 형성되고, 상기 평상시 닫힌 스위치는 제1단자 및 제2단자를 선택적으로 절연/연결하도록 형성되며, 상기 평상시 닫힌 스위치의 제어 신호는 상기 전기화학 축전지에 의해 가해진 전압인 안정장치(8)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  2. 제1항에 있어서,
    동시에 상기 평상시 닫힌 스위치(802)는 열리고 상기 평상시 열린 스위치(803)는 닫힌 채로 유지하도록 설정된 제어회로(92)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 평상시 열린 스위치(802) 및 평상시 닫힌 스위치(803)는 MOSFET형 트랜지스터를 포함하고, 상기 평상시 닫힌 스위치의 트랜지스터의 게이트는 제2극의 전압보다 높은 상기 전기화학 축전지 중 하나의 전압에 연결되고, 상기 평상시 닫힌 스위치의 트랜지스터의 소스(source)는 제2극(26)에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  4. 제2항 및 제3항에 있어서,
    상기 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스터의 게이트는 저항기에 의해 전기화학 축전지에 연결되고, 상기 평상시 닫힌 스위치는, 제어회로(92)에 의해 제어되고 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스터의 게이트 및 제2극(26) 사이에 연결되는 스위치(804)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항기는, 상기 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스터의 게이트를 2개의 상기 직렬연결된 축전지 사이의 연결 노드에 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 평상시 닫힌 스위치의 MOSFET 트랜지스의 내부 링크의 I2t 값보다 낮은 I2t 값을 갖는 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    안전장치(8)는 제1극 및 제2극 사이에 직렬연결된 제3스위치(802) 및 제4스위치(803)를 포함하고, 상기 제3스위치는 평상시 닫힌 스위치이고 제4스위치는 평상시 열린 스위치이며, 상기 제4스위치는 제1극 및 제1단자를 선택적으로 절연/연결하도록 형성되고, 상기 제3스위치는 제1단자 및 제2단자를 선택적으로 절연/연결하도록 형성되며, 상기 제3스위치의 제어신호는 상기 전기화학 축전지에 의해 가해진 전압인 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  8. 제3항 및 제7항에 있어서,
    상기 제3스위치 및 제4스위치는 MOSFET형 트랜지스터를 포함하고, 상기 제3트랜지스터의 게이트는 제2극의 전압보다 높은 상기 전기화학 축전지 중 하나의 전압에 연결되고, 제4트랜지스터의 소스는 제2극(26)에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  9. 제4항 및 제8항에 있어서,
    동일한 스위치(804)를 닫는 것은 상기 평상시 닫힌 스위치의 트랜지스터가 열리도록 유도하는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 안정장치는 상기 평상시 닫힌 스위치의 트랜지스터 중 하나의 열화를 검출하는 회로를 포함하고, 상기 검출 회로는:
    - 제1극 및 검출 노드 사이에 연결된 저항기;
    - 애노드는 상기 검출 노드에 연결되고, 캐소드는 제1스위치의 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1다이오드;
    - 애노드는 상기 검출 노드에 연결되고, 캐소드는 제3트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2다이오드;
    - 검출 노드의 전압을 측정하는 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 엘리먼트(21).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복수의 직렬연결된 배터리 엘리먼트를 포함하는 배터리로서, 상기 배터리 엘리먼트의 공칭전압의 합은 100V를 초과하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  12. 제11항에 있어서,
    제2항에 따른 배터리 엘리먼트를 포함하고, 상기 제어회로(92)는 동시에 각 배터리 엘리먼트의 평상시 닫힌 스위치(802)는 열리고 각 배터리 엘리먼트의 평상시 열린 스위치(803)는 닫힌 채로 유지하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어회로는 복수의 배터리 엘리먼트의 공칭전압이 전력 출력 단자에 가해지는 것을 순차적으로 활성화하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제어회로는:
    - 배터리 엘리먼트가 충전 한계에 도달하였는지 검출하고;
    - 검출된 배터리 엘리먼트의 평상시 닫힌 스위치 및 평상시 열린 스위치를 동시에 각각 닫힌 채로 및 열린 채로 유지하고;
    - 다른 배터리 엘리먼트의 평상시 닫힌 스위치 및 평상시 열린 스위치를 동시에 각각 열린 채로 및 닫힌 채로 유지하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  15. - 전기모터(7); 및,
    - 상기 전기모터에 전력을 공급하는 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리(2);를 포함하는 자동차(1).
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2956261B1 (fr) * 2010-02-05 2012-03-09 Commissariat Energie Atomique Systeme d'equilibrage pour batteries d'accumulateurs
JP5836283B2 (ja) 2010-02-05 2015-12-24 コミサリア ア レネルジ アトミクエ オウ エネルジ アルタナティヴ 電池のための充電均等化システム
FR3005534B1 (fr) * 2013-05-07 2015-06-05 Commissariat Energie Atomique Protection d'une alimentation incluant plusieurs batteries en parallele contre un court circuit externe
FR3005535B1 (fr) * 2013-05-09 2016-10-21 Commissariat Energie Atomique Systeme de securisation pour module de batterie d'accumulateurs et procede d'equilibrage d'un module de batterie correspondant
FR3010250B1 (fr) * 2013-09-04 2015-08-21 Renault Sa Systeme de gestion electrique des blocs d'une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs
FR3010827A1 (fr) 2013-09-13 2015-03-20 Commissariat Energie Atomique Interrupteur destine a court circuiter une source de tension continue de puissance
KR102249889B1 (ko) * 2014-04-07 2021-05-07 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 보호 장치
US20160276854A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 Thunder Power Hong Kong Ltd. Battery pack and connecting circuits of battery modules
US9550406B2 (en) 2015-03-16 2017-01-24 Thunder Power Hong Kong Ltd. Thermal dissipation system of an electric vehicle
US9533551B2 (en) 2015-03-16 2017-01-03 Thunder Power Hong Kong Ltd. Electric vehicle thermal management system with series and parallel structure
US9499067B2 (en) 2015-03-16 2016-11-22 Thunder Power Hong Kong Ltd. Power management in electric vehicles
US9954260B2 (en) 2015-03-16 2018-04-24 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery system with heat exchange device
US10173687B2 (en) 2015-03-16 2019-01-08 Wellen Sham Method for recognizing vehicle driver and determining whether driver can start vehicle
US10703211B2 (en) 2015-03-16 2020-07-07 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery pack, battery charging station, and charging method
EP3142165A1 (de) * 2015-09-10 2017-03-15 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Batteriesystem mit einem überladungs- und/oder tiefentladungsschutz
US10110025B2 (en) * 2016-01-26 2018-10-23 Microsoft Technology Licensing, Llc Enhanced parallel protection circuit
DE102017108159A1 (de) * 2017-04-18 2018-10-18 Infineon Technologies Austria Ag Treiberschaltung und entsprechende Verfahren
FR3067531B1 (fr) * 2017-06-13 2020-07-31 Zodiac Aero Electric Systeme de stockage d'energie electrique pour aeronef
CN107317065B (zh) * 2017-06-23 2023-04-25 东风商用车有限公司 一种基于tec的动力电池热管理系统及其控制方法
CN108599747B (zh) * 2018-04-09 2022-06-28 北京市科通电子继电器总厂有限公司 双信号通断控制电路及系统
DE102018214772A1 (de) * 2018-08-30 2020-03-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben wenigstens einer elektrischen Komponente eines Fahrzeugs
EP3618141B1 (en) * 2018-08-30 2022-11-23 ABB Schweiz AG Location of fuses in a battery storage system
EP3618142B1 (en) * 2018-08-30 2021-02-17 ABB Schweiz AG Service disconnect and grounding concept for a battery storage system
DE102018216125A1 (de) * 2018-09-21 2020-03-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Trennen einer Batterie
FR3108208A1 (fr) * 2020-03-10 2021-09-17 Psa Automobiles Sa Bloc batterie securise pour eviter une production d'hydrogene en cas d'intrusion de liquide a base d'eau
CN111993954A (zh) * 2020-08-27 2020-11-27 北京三快在线科技有限公司 车辆电池控制方法、装置、存储介质及车辆
EA038925B1 (ru) * 2020-11-17 2021-11-10 Юрий Александрович Шихов Батарея
SE545703C2 (en) * 2022-02-25 2023-12-12 Sem Ab Battery module enabling cell voltage measurement
SE545697C2 (en) * 2022-02-25 2023-12-12 Sem Ab Fault tolerant battery module

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046575A (en) * 1998-03-31 2000-04-04 Motorola, Inc. Fail safe circuit and battery pack using same
JP2001292532A (ja) * 2000-04-05 2001-10-19 Nissin Electric Co Ltd 電池電力貯蔵システム
JP4381365B2 (ja) * 2005-09-28 2009-12-09 三洋電機株式会社 充電器の電池装着の判定方法
KR100920207B1 (ko) * 2006-11-27 2009-10-06 주식회사 엘지화학 전지모듈 어셈블리 제조용 전원 스위칭 모듈
JP2008206288A (ja) * 2007-02-20 2008-09-04 Toyota Motor Corp 車両制御装置、車両制御方法及び車両制御プログラム
US7705491B2 (en) * 2008-02-15 2010-04-27 Sv Powertech, Inc Apparatus, system, and method for automatically displacing a faulty in-use battery in a battery-powered electric equipment
DE102008010971A1 (de) * 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Schutzsystem für Batteriemodule
JP2010003546A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Panasonic Corp 電池パック
US20100109437A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 Fattic Gerald T Battery pack disconnection method for a hybrid vehicle
JP5331450B2 (ja) * 2008-11-07 2013-10-30 株式会社日立製作所 蓄電モジュール、蓄電装置、電動機駆動システムおよび車両
JP2010141958A (ja) * 2008-12-09 2010-06-24 Denso Corp 車載電源装置

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EP2721666B1 (fr) 2015-09-16
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