KR20140127260A - 배터리 센서 데이터 전송 유닛 및 배터리 센서 데이터의 전송 방법 - Google Patents

배터리 센서 데이터 전송 유닛 및 배터리 센서 데이터의 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 셀(130b) 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호(168)를 전송 매체로서 배터리 하우징 벽(180) 및/또는 배터리 셀(130b)의 벽(175)을 사용해서 평가 장치(170)로 출력하도록 설계된 데이터 전송 유닛(167)을 포함하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)에 관한 것이다.

Description

배터리 센서 데이터 전송 유닛 및 배터리 센서 데이터의 전송 방법{BATTERY SENSOR DATA TRANSMISSION UNIT AND A METHOD FOR TRANSMITTING BATTERY SENSOR DATA}
본 발명은 독립 청구항에 따른 배터리 센서 데이터 전송 유닛, 배터리 센서 데이터의 전송 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
특히 자동차 공학에서, 차량의 이동을 위한 전기 모터를 작동시키기 위해, 배터리의 사용이 점점 증가하고 있다. 이와 관련해서, 구동 유닛 또는 배터리의 고장과 관련한 임박한 문제를 조기에 차량 사용자에게 알려주기 위해, 배터리의 상태 모니터링이 점점 더 중요해진다. 이를 위해, 배터리 내에서 센서 신호의 검출 및 데이터 라인, 예를 들면 CAN-버스를 통한 상기 센서 신호의 전송이 이루어졌다. 배터리의 상태에 대한 관련 데이터는 하나 또는 다수의 배터리 센서를 통해 검출되어 제어 또는 평가 장치로 전송된다.
DE 10 2009 036 086 A1은 다수의 셀을 포함하는 배터리용 전자 모니터링 장치를 개시한다. 상기 전자 모니터링 장치는 다수의 셀 모니터링 회로를 포함하고, 상기 회로들은 가요성 보드에 고정된다. 특히 전자 모니터링 장치는 배터리의 각각의 셀 극에 대해 하나의 셀 모니터링 회로를 포함하도록 설계될 수 있다. 특히, 전자 장치 및 가요성 보드 및/또는 셀과 선택적 온도 센서를 구비한 가요성 보드 사이의 가능한 한 많은 재료 결합 방식 결합의 제공은 낮은 에러율과 동시에 긴 수명을 가능하게 한다.
본 발명의 과제는 개별 부품들이 서로 최적으로 맞춰질 수 있어서, 평가 장치로 센서 신호의 가능한 한 간섭 없는 전송이 실시될 수 있는 배터리 센서 데이터 전송 유닛을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위해, 독립 청구항들에 따른 배터리 센서 데이터 전송 유닛, 배터리 센서 데이터의 전송 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들 및 하기 설명에 제시된다.
본 발명은
배터리 셀 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호를 전송 매체로서 배터리 하우징 벽 및/또는 배터리 셀의 벽을 사용해서 평가 장치로 출력하도록 설계된 데이터 전송 유닛을 포함하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛을 제공한다.
배터리 센서 데이터 전송 유닛은 여기서 센서 신호를 처리하고 그에 따라 제어 및/또는 데이터 신호를 출력하는 장치 또는 전기 장치를 의미할 수 있다. 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 형성될 수 있는 인터페이스를 포함할 수 있다. 하드웨어로 형성시, 인터페이스는 예를 들면 장치의 다양한 기능들을 포함하는 소위 시스템-ASIC의 부분일 수 있다. 물론, 인터페이스가 고유의 집적 회로일 수 있거나 또는 적어도 부분적으로 개별 소자로 이루어질 수 있다. 소프트웨어로 형성시, 인터페이스는 예를 들면 다른 소프트웨어 모듈과 더불어 마이크로 컨트롤러에 있는 소프트웨어 모듈일 수 있다.
데이터 전송 유닛은 센서 신호를 처리하고 미리 정해진 전송 경로를 통해 평가 장치로 전송하기 위한 장치 또는 모듈을 의미할 수 있다. 센서 신호는 관련 배터리 셀 내의 또는 상의 물리적 변수, 예컨대 압력 또는 온도를 나타내는 신호일 수 있다.
배터리 셀은 예를 들면 배터리 또는 어큐뮬레이터 형태의 대형 에너지 저장기를 의미할 수 있다. 배터리 하우징 벽은 예를 들면 하나 또는 다수의 배터리 셀이 포함된 용기의 벽을 의미할 수 있다. 평가 장치는 전자 제어 명령 또는 데이터 처리의 실행을 위한 전자 장치로서 설계된 장치를 의미할 수 있다. 예를 들면, 평가 장치가 전자 회로 또는 집적 회로의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명은 배터리와 같은 에너지 저장 유닛 내에 종종 하우징이 사용되고, 상기 하우징은 예를 들면 전기 전도상태이며, 상기 하우징을 통해 센서 신호와 같은 데이터가 전송될 수 있다는 사실을 기초로 한다. 상기 배터리 유닛 내에서 센서 신호의 전송을 위한 추가의 데이터 라인을 제공하기 위한 재료 비용 및 작업 비용을 피하기 위해, 센서 신호를 신호 전송을 위해 사용 가능한 하우징 벽을 통해 전송하는, 배터리 센서 데이터 전송 유닛 또는 배터리 센서 데이터의 전송 방법이 제공된다. 이로 인해, 바람직하게는 상기 배터리 유닛 또는 배터리 센서 데이터 전송 유닛의 제조 비용이 줄어들고, 동시에 이용 가능한 설치 공간이 최적으로 이용될 수 있다.
본 발명은
배터리 셀 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호를 전송 매체로서 배터리 하우징 벽 및/또는 배터리 셀의 벽을 사용해서 평가 장치로 출력하는 단계를 포함하는 배터리 센서 데이터의 전송 방법을 제공한다.
본 발명의 이러한 실시예에 의해, 전술한 장점들이 얻어진다.
기계 판독 가능한 캐리어, 예를 들면 반도체 메모리, 하드 디스크 메모리 또는 광학 메모리에 저장될 수 있고, 컴퓨터 프로그램이 유닛, 컴퓨터 또는 장치에서 실행되면 전술한 실시예들 중 하나에 따른 방법을 실시하기 위해 사용되는, 프로그램 코드를 가진 컴퓨터 프로그램이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따라, 배터리 셀과 배터리 하우징 벽 사이의 용량성 또는 유도성 결합을 사용해서 센서 신호를 배터리 하우징 벽으로 전송하도록 설계된 데이터 전송 유닛이 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 배터리 센서 데이터 전송 유닛이 배터리 하우징 벽으로부터 갈바닉적으로 분리될 수 있어서, 배터리 센서 데이터 전송 유닛과 배터리 하우징 벽 또는 배터리 셀의 벽 간에 전위 레벨이 다를 때도 신호 전송이 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다. 이는 간섭이 훨씬 더 적은 신호 전송을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 데이터 전송 유닛은 전기 전도성 접속을 사용해서 센서 신호를 배터리 하우징 벽으로 전송하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 전기 신호를 배터리 센서 데이터 전송 유닛으로부터 평가 장치로 확실하게 전송하는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 데이터 전송 유닛은 배터리 셀에 명확히 할당된 코드를 사용해서 센서 신호를 전송하도록 설계된다. 예를 들면 각각의 센서 신호는 상이한 코드를 사용해서 코딩될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 다수의 배터리 셀로부터 하나의 공통 배터리 하우징 벽을 통해 평가 장치 내로 센서 신호의 전송시, 센서 신호가 확실하게 각각의 개별 배터리 센서 데이터 전송 유닛으로부터 상이한 배터리 셀 내로 추출될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 또한 접속 상태 결정 유닛은 하나의 배터리 셀이 에너지 전송 라인에 의해 다른 배터리 셀과 직렬 접속된, 직렬 접속 상태를 결정하기 위해 및/또는 배터리 셀의 적어도 하나의 극이 적어도 하나의 다른 배터리 셀과 직렬로 접속되지 않는, 브리징 상태를 결정하기 위해 제공되고, 상기 데이터 전송 유닛은 센서 신호를 브리징 상태에서는 전송 매체로서 배터리 하우징 벽을 사용해서 평가 장치로 출력하도록 설계된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라
- 하나의 배터리 셀이 에너지 전송 라인에 의해 적어도 하나의 다른 배터리 셀과 직렬로 접속된, 직렬 접속 상태를 결정하고 및/또는 배터리 셀의 극이 적어도 하나의 다른 배터리 셀로부터 분리된, 브리징 상태를 결정하는 단계; 및
- 배터리 셀 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호를 직렬 접속 상태에서는 에너지 전송 라인을 사용해서 평가 장치로 출력하고 및/또는 상기 센서 신호를 브리징 상태에서는 전송 매체로서 배터리 하우징 벽을 사용해서 평가 장치로 출력하는 단계를 포함하는, 배터리 센서 데이터의 전송 방법이 제공된다.
접속 상태 결정 유닛은 다수의 배터리 셀의 전기 커플링(또는 비-커플링) 시에 직렬 접속 상태 및/또는 브리징 상태를 결정하도록 설계된 장치 또는 모듈을 의미할 수 있다. 에너지 전송 라인은 전류 흐름과 더불어 전기 에너지의 전송을 위해 데이터 신호를 변조시킬 수 있는 전기 라인을 의미할 수 있다. 직렬 접속 상태는 여기서 배터리 셀의 하나의 극이 다른 배터리 셀의 적어도 하나의 극과 직렬로 전기 전도성으로 에너지 전송 라인으로서 접속된 상태를 의미할 수 있다. 따라서, 직렬 접속 상태에서 배터리 셀은 적어도 하나의 다른 배터리 셀과 직렬로 접속된 것으로 이해될 수 있어서, 상기 직렬 접속의 2개의 단부 탭 단자에서 2개의 직렬 접속된 배터리 셀의 각각의 극에서의 전압들이 가산된다. 브리징 상태는 배터리 셀의 하나의 극이 다른 배터리 셀의 다른 극과 연결되지 않은 상태, 즉 배터리 셀의 극이 다른 배터리 셀의 다른 극으로부터 분리된 상태를 의미한다. 이에 반해, 다수의 다른 배터리 셀들이 직렬로 접속되며 관련 배터리 셀이 상기 직렬 접속 내에 포함되지 않으면, 접속 상태 결정 유닛에 의해, 관련 배터리 셀이 에너지 전송 라인의 보조 분기 내에만 전기 접속된 전송 상태가 결정된다. 이러한 전송 상태에서는 관련 배터리 셀의 2개의 극 사이의 전압이 단부 탭 단자들 사이의 전압을 높이는데 사용될 수 없다. 상기 미리 정해진 전송 경로는 정해진 직렬 접속 상태 또는 브리징 상태에 따라 데이터 전송 유닛에 의해 선택될 수 있다. 직렬 접속 상태에서 상기 센서 신호는 직접 에너지 전송 라인을 통해 전송될 수 있다. 이 경우, 센서 신호는 예를 들면 파워 라인-전송 기술을 사용해서 추가의 데이터 라인 없이 평가 장치로 전송될 수 있다. 관련 배터리 셀의 적어도 하나의 극이 에너지 전송 라인 내로 포함되어 접속되지 않는 브리징 상태에서(즉, 배터리 셀의 극이 다른 배터리 셀의 다른 극으로부터 분리된 상태에서), 센서 신호는 다른 평가 장치의 배터리 하우징 벽을 사용해서 전송될 수 있다. 상기 배터리 하우징 벽은 이 경우, 관련 배터리 셀이 전송 상태에서 전기적으로 배치되는 보조 분기를 통해, 평가 장치로 전기 라인을 폐쇄하기 위한 부재로서 사용될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예는 상이한 전압 레벨을 제공하기 위해 개별 배터리 셀의 상이한 접속시, 개별 배터리 셀로부터 전기 에너지가 전송되는 동일한 라인을 통해 데이터 전송이 이루어질 수 있다는 사실을 기초로 한다. 이러한 해결책은 별도의 데이터 전송 라인이 생략될 수 있어서, 배터리 센서 데이터 전송 유닛에 대한 제조 비용이 감소할 수 있고 동시에 줄어든 부품 수에 의해 더 적은 에러 발생 빈도가 보장될 수 있다는 장점을 제공한다. 그러나, 배터리 셀이 상기 직렬 접속으로부터 분리되면, 센서 데이터, 즉 분리된 상기 배터리 셀이 갖는 물리적 변수를 센서 데이터가 더 이상 평가 장치로 전송될 수 없다. 이러한 경우에 에너지 전송 라인으로부터 부분적으로 분리된 관련 배터리 셀이 "별도"의 회로 내에 접속될 수 있고, 상기 회로는 배터리 하우징 벽을 통해 폐쇄되므로, 전송 상태에서도 평가 장치로 센서 신호의 전송이 가능해진다. 이로 인해, 간단하고 확실한 방식으로 하나 또는 다수의 센서 신호에 포함된 하나 또는 다수의 물리적 변수(들)의 연속하는 그리고 거의 차단 없는 평가가 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 접속 상태 결정 유닛은 적어도 3개의 배터리 셀의 극들이 에너지 전송 라인을 사용해서 직렬로 접속되면, 직렬 접속 상태를 결정하도록 설계된다. 본 발명의 이러한 실시예는, 예를 들면 개별 배터리 셀의 접속의 상이한 조합들의 멀티플렉싱에 의해 상이한 전압 레벨들이 에너지 전송 라인의 탭 단자들에 도달될 수 있게 하는 에너지 전송 라인이 형성될 수 있다는 장점을 제공한다. 이러한 유연하게 접속 가능한 에너지 전송 라인에서는, 개별 배터리 셀들이 상기 에너지 전송 라인의 직렬 접속으로부터 분리되는 경우에도, 상기 에너지 전송 라인을 통한 데이터 신호의 신뢰성 있고 안정한 전송에 대한 요구가 매우 크다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 접속 상태 결정 유닛은, 배터리 셀의 극을 에너지 전송 라인과 전기적으로 접속하도록 설계된 스위치의 위치를 평가해서 직렬 접속 상태 또는 브리징 상태를 결정하도록 설계된다. 상기 스위치는 예를 들면 개별 배터리 셀의 관련 극을 상이한 방식으로 서로 접속하는 멀티플렉서일 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 미리 규정된 스위치 위치들이 평가될 수 있고, 특정 배터리 셀이 실제로 에너지 전송 라인의 직렬 접속 내로 포함되는지의 여부에 대한 추정이 이루어진다는 장점을 갖는다. 이로 인해, 매우 신속하고 기술적으로 매우 간단하게 관련 배터리 셀의 브리징 상태 또는 직렬 접속 상태가 결정될 수 있다.
본 발명의 특별한 실시예에 따라, 접속 상태 결정 유닛은 에너지 공급 라인을 통한 전류 흐름, 에너지 흐름 및/또는 파워 흐름과 관련한 측정 결과를 사용해서 직렬 접속 상태 또는 브리징 상태를 결정하도록 설계된다. 본 발명의 이러한 실시예는 배터리 센서 데이터 전송 유닛과 결합된 배터리 셀이 다른 배터리 셀과 직렬로 접속됨으로써 에너지가 에너지 공급 라인을 통해 전송되는지의 여부를 기술적으로 간단히 검출한다는 장점을 갖는다.
스위치가 제어 신호, 특히 펄스 폭 변조된 제어 신호를 사용해서 제어되는, 본 발명에 따른 배터리 센서 데이터 전송 유닛의 실시예에서, 바람직하게 데이터 전송 유닛은 제어 신호와 센서 신호의 검출 또는 출력을 동기화하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 실제 접속 상태의 측정을 필요로 하지 않으면서, 미리 공지된 펄스 폭 변조된 제어 신호의 평가에 의해 실제로 주어지는 직렬 접속 상태 또는 브리징 상태에 대한 추정이 가능하다는 장점을 제공한다. 제어 신호와 센서 신호의 출력 또는 검출의 동기화에 의해, 평가 장치로 센서 신호의 신속하고 거의 차단 없는 전송이 가능하다.
데이터 전송 유닛이 센서 신호를 직렬 접속 상태에서는 에너지 전송 라인을 사용해서 평가 장치로 출력하고 및/또는 상기 센서 신호를 브리징 상태에서는 전송 매체로서 배터리 하우징 벽을 사용해서 평가 장치로 출력하도록 설계되는, 본 발명의 실시예가 특히 바람직하다. 본 발명의 이러한 실시예는 브리징 상태에서만 배터리 하우징이 특정 배터리 셀로부터 평가 장치로 센서 신호의 전송 매체로서 사용되는 장점을 갖는다. 이는 센서 신호의 더 간단한 평가 또는 평가 장치에서 센서 신호의 더 간단한 수신을 가능하게 하는데, 그 이유는 평가 장치가 미리 정해진 시점에 단일 전송 경로를 통해서만 특정 배터리 셀의 센서 신호를 기대하면 되기 때문이다. 동시에 가능한 한 자주 에너지 전송 라인이 센서 신호의 전송을 위해 사용되므로, 간섭이 최소화될 수 있는 것이 보장된다.
평가 장치 내에서 데이터 신호의 명확한 할당을 보장하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따라 데이터 전송 유닛은 센서 신호를 배터리 셀들 중 하나에 명확히 할당 가능한 센서 신호 패킷에서 코딩하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 상이한 배터리 셀들의 물리적 변수를 나타내는 다수의 센서 신호가 평가 장치 내에서 각각 관련 배터리 셀에 명확히 할당될 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라
- 에너지 전송 라인에 의해 직렬로 접속될 수 있는 적어도 2개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 결합체:
- 배터리 셀들 중 하나 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 측정값을 제공하는 적어도 하나의 센서; 및
- 전술한 변형예에 따른 적어도 하나의 배터리 센서 데이터 전송 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 유닛이 제공되면 바람직하다.
본 발명의 상기 실시예는 개별 부품들이 서로 최적으로 맞춰질 수 있어서, 평가 유닛 또는 평가 장치로 센서 신호의 가능한 한 간섭 없는 전송이 실시될 수 있다는 장점을 갖는다.
이하, 본 발명이 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예가 사용된 배터리 유닛의 블록 회로도.
도 2는 센서 신호를 출력하는 스위치용 스위칭 신호의 동기화를 나타내는 다이어그램.
도 3은 방법으로서 본 발명의 실시예의 흐름도.
본 발명의 바람직한 실시예의 하기 설명에서, 상이한 도면들에 도시된 그리고 유사하게 작용하는 부재들에 대해 동일한 또는 유사한 도면 부호들이 사용되며, 이 부재들에 대한 반복 설명은 생략된다.
도 1은 파워 전자 유닛(115)에 전기 에너지를 공급하기 위한 배터리 유닛(110)을 구비한 차량(100)의 블록 회로도를 도시한다. 배터리 유닛(110)에 의해 공급되는 에너지에 의해 전기 모터(120)가 작동될 수 있다. 배터리 유닛(110) 내에 다수의 배터리 셀(130)이 배치되며, 상기 배터리 셀들은 보다 나은 구별을 위해 도면 부호 130a, 130b 및 130c로 표시된다. 도 1에 도시된 실시예에서 모든 배터리 셀들(130)은 동일하게 구성되지만, 이것이 반드시 항상 요구되는 것은 아니다. 배터리 셀(130)의 극들(135)은 에너지 전송 라인(140)에서 서로 직렬로 접속되므로, 도 1에 실선으로 도시된 접속 상태에서, 배터리 유닛(110)의 탭 단자들(145)에 전압이 제공되며, 이 전압은 합해서, 도시된 3개의 배터리 셀(130)의 각각의 배터리 셀의 극들(135) 사이의 전압에 상응한다. 예를 들면 교류 전압 또는 적어도 변하는 전압 레벨을 단자들(145)에 제공할 수 있기 위해, 개별 배터리 셀(130)의 접속 상태가 접속 제어 유닛(150)에 의해 제어될 수 있다. 접속 상태를 변화시키는 기본적인 작동 방식에만 사용되는, 도 1에 도시된 매우 간단한 경우에, 스위치(160)는 접속 제어 유닛(150)의 제어 신호(155)에 의해, 도 1에 실선으로 도시된 위치로부터 파선으로 도시된 위치를 취하도록 제어되고, 이로 인해 도 1에 도시된 중앙 배터리 셀(130b)은 에너지 전송 라인(140)의 직렬 접속으로부터 분리된다. 그러나, 중앙 배터리 셀(130b) 및 우측 배터리 셀(130c)의 극(135)이 (예를 들면 가능한 한 에러 없는 회로 구성의 이유로) 있으면, 중앙 배터리 셀(130b)은 에너지 공급 라인(140)의 보조 분기로서 접속되고, 상기 보조 분기는 전압 레벨을 단자(145)에 제공하기 위해 필수적인 것은 아니다. 중앙 배터리 셀(130b)이 직렬 접속으로부터 분리된 상기 상태에서, 상기 중앙 배터리 셀(130b)은 하기 설명에서 브리징 상태라고 하는 상태에 있다. 이에 반해, 스위치(160)가 도 1에 실선으로 도시된 위치에 있으면, 도 1에 도시된 중앙 배터리 셀(130b)은 하기 설명에서 직렬 접속 상태라고 하는 상태에 있다.
도 1에 도시된 모든 배터리 셀(130)은 각각 하나의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)을 포함한다. 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)은 접속 상태 결정 유닛(166) 및 상기 접속 상태 결정 유닛(166)과 접속된 데이터 전송 유닛(167)을 포함한다. 접속 상태 결정 유닛(166)은 관련 배터리 셀(130)의 접속 상태(예를 들면 직렬 접속 상태 또는 브리징 상태)를 예를 들면 배터리 셀(130)의 극을 통해 흐르는 전류 또는 이를 통해 흐르는 에너지/파워의 측정에 의해 결정하도록 설계된다. 데이터 전송 유닛(167)은 센서(162)에 의해 검출된 물리적 변수를 센서 신호(168)로 변환하여 이 신호를 평가 장치(170)로 전송하도록 설계된다. 각각 관련 센서(162)에 의해 검출되는 물리적 변수는 예를 들면 관련 배터리 셀(130a, 130b 또는 130c) 내에 또는 상에 주어지는 압력 또는 온도일 수 있다. 평가 장치(170) 내에서 개별 배터리 셀(130)의 상태의 모니터링이 이루어질 수 있고, 배터리 셀들(130) 중 하나의 배터리 셀 내의 또는 상의 물리적 변수의 편차가 검출되면, 배터리 유닛(110)의 사용자에게 경고 또는 조작 추천이 출력될 수 있다.
직렬 접속 상태에서, 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)은 각각 관련 배터리 셀(130)의 센서 신호(168)를 파워 라인-신호 전송으로서 에너지 공급 라인(140) 내에 흐르는 에너지에 추가해서 에너지 공급 라인(140)으로 변조할 수 있고, 따라서 평가 장치(170)는 에너지 전송 라인(140)의 센서 신호를 필터링하고 평가할 수 있다. 그러나, 단자(145)에 변하는 전압 레벨을 기술적으로 간단한 수단에 의해 제공하기 위해, 도 1에 도시된 중앙 배터리 셀(130b)이 스위치(160)의 전환에 의해 전송 상태로 스위칭되면, 중앙 배터리 셀(130b)의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165) 사이에 폐쇄된 회로가 평가 장치(170)에 의해 더 이상 형성되지 않는다. 중앙 배터리 셀(130b)과 관련된 물리적 변수를 포함하는 센서 신호가 평가 장치(170)로 전송될 수 없다.
관련 배터리 셀이 에너지 공급 라인(140)으로부터 분리되거나 또는 적어도 다른 배터리 셀(130)과 더 이상 직렬로 접속되지 않는 시점에서, 중앙 배터리 셀(130b)의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)의 센서 신호의 전송을 보장하기 위해, 중앙 배터리 셀(130b)의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)이 예를 들면 평가 회로(170)에 의해 고주파 전기 회로를 폐쇄한다. 이는 예를 들면 특정 조건 하에서 중앙 배터리 셀(130b)의 벽(175) 및 배터리 유닛 하우징 벽(180)을 통해 평가 유닛(170)으로 데이터 전송 가능한 접속(예를 들면 용량성 결합으로서)을 형성함으로써 이루어진다. 이 경우, 평가 장치(170)도 특정 조건 하에서 데이터 전송 가능한 접속(예를 들면 용량성 결합)을 통해 배터리 유닛 하우징 벽(180)과 접속된다. 배터리 셀(130) 및/또는 배터리 유닛(110)의 벽은 배터리 셀(130) 및/또는 배터리 유닛(110)의 전기 콘택팅을 위해 특별히 제공된 하나의 극과 구별되는(또는 상기 극으로부터 전기 절연된) 외벽일 수 있다. 대안으로서, 배터리 센서 데이터 전송 유닛(185)과 평가 장치(170) 사이의 전기 전도성 접속이 주어질 수 있다. 센서 신호를 배터리 셀 벽(175) 또는 배터리 유닛 하우징 벽(180)으로 전송하는 상기 경우는 도 1에서 배터리 셀 벽(175)으로 센서 신호(168)의 파선 공급으로 표시된다. 에너지 공급 라인을 통해 폐쇄된, 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)과 평가 장치(170) 사이의 전류 경로 없이도, 중앙 배터리 셀(130)로부터 평가 장치(170)로 센서 신호(168)의 전송 가능성이 주어지는데, 그 이유는 상기 경로가 예를 들면 배터리 셀 벽(175)과 배터리 하우징 벽(180) 사이의 용량성 결합을 통해 그리고 배터리 하우징 벽과 평가 유닛(170) 사이의 용량성 결합을 통해 적어도 고주파 신호에 대해 폐쇄되기 때문이다. 대안으로서 또는 에너지 공급 라인(140)을 통한 센서 신호(168)의 전송에 추가해서, 관련 배터리 셀(130b)로부터 나온 센서 신호(168)가 배터리 유닛(110)의 벽(180)을 사용해서 완전히 (즉, 브리징 상태에서만이 아니라) 전송될 수 있다. 특히, 배터리 유닛(110)의 많은 또는 모든 배터리 셀(130)이 고정, 즉 정지 상태이고 작동 동안 서로 분리 가능하게 서로 접속되는 경우, 상기 방식으로 매우 간단하게 개별 배터리 셀(130) 또는 상응하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)으로부터 센서 신호의 전송이 이루어질 수 있다. 이를 위해, 예를 들면 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)에 의한 센서 신호의 코딩 또는 배터리 센서 데이터 전송 유닛 중 하나마다 각각의 센서 신호의 코딩이 사용될 수 있으며, 상기 코딩은 코딩된 센서 신호를 전송하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)에 대한 코딩된 센서 신호(165)의 명확한 할당을 가능하게 한다. 상기 코딩은 예를 들면 코드-멀티플렉스-코딩의 형태로 이루어질 수 있고, 상기 코딩에서 개별 배터리 셀(130) 내의 각각의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)에는 다른 코드와는 구별되는 고유 코드가 할당된다.
이러한 실시예에서는 한편으로는 각각의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)이 상응하는 센서 신호(168)를 평가 유닛 또는 평가 장치(170)로 전송할 수 있고 동시에 관련 배터리 셀의 접속 상태를 직렬 접속 상태 또는 브리징 상태로 결정하는 것이 방지될 수 있다. 다른 한편으로는 배터리 유닛(110)의 하우징 벽(180)을 통해 상기 방식으로 정보를 전송하는 것은 에너지 공급 라인(140)을 통한 정보의 전송보다 더 쉽게 간섭을 받을 수 있다. 예를 들면, 전술한 2가지 사실을 이용한 데이터 전송의 하이브리드 형태가 주어질 수도 있다. 상기 하이브리드 형태에서는 예를 들면 각각의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)의 일반적인 작동 준비 상태에 대한 상태 정보가 배터리 유닛(110)의 벽(180)을 통해 평가 장치(170)로 전송되는 한편, 관련 배터리 셀(130) 내부의 각각 하나의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호가 에너지 공급 라인(140)을 통해 전송된다. 이 경우, 예를 들면 에너지 공급 라인(140)을 통해 전송되는 정보의 감소가 실시되는 한편, 높지 않은 업데이트 레이트를 요구하는 데이터는 대안적 전송 경로, 즉 배터리 유닛(110)의 벽(180)을 통해 평가 장치(170)로 전송된다.
중간 배터리 셀(130b)로부터 평가 장치로 센서 신호의 전송 간에 매우 신속하고 효과적인 전환을 달성하기 위해, 한편으로는 에너지 공급 라인(140)으로 그리고 다른 한편으로는 배터리 셀 벽(180)으로 중간 배터리 셀(130b)의 센서 신호의 출력의 동기화가 이루어질 수 있다. 이를 위해, 배터리 센서 데이터 전송 유닛은 접속 제어 유닛(150)으로부터 스위치(160)의 전환을 나타내는 신호를 받기 때문에, 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)에서 매우 조기에 이미 그리고 예를 들면 에너지 공급 라인(140)을 통한 에너지 흐름의 측정 없이 그것이 브리징 상태로 전환되었는지를 알 수 있다. 이로 인해, 평가 유닛(170)으로 센서 신호의, 거의 차단 없는, 적어도 매우 짧은 시간 동안만 차단되는 데이터 전송이 보장될 수 있다. 도 2는 상부 부분 다이어그램에서 접속 제어 유닛(150)에 의해 제어되는 스위치(160)의 위치 1(도 1에 실선으로 도시된 위치) 및 2(도 1에 파선으로 도시된 위치)를 나타낸다. 중간 다이어그램에는 중간 배터리 셀(130b)의 직렬 접속 상태(X) 및 브리징 상태(Y) 사이의 시간적 변동이 나타난다. 여기서는 스위치(130b)의 위치의 동기화에 의해, 그리고 중간 배터리 셀(130b)의 접속 상태에 의해 요구되는, 도 2의 하부 부분 다이어그램에 따른 센서 신호의 전송을 위한 특정 경로의 접속에 의해(x는 에너지 공급 라인(140)을 통한 센서 신호의 전송을 위해, y는 접지 접속을 통한 센서 신호의 전송을 위해), 평가 장치(170)로 중간 배터리 셀(130b)의 센서 신호의 매우 간단한 그리고 안정한 전송이 보장될 수 있다.
도 1에서는 여기에 제시된 해결책의 원리의 보다 나은 이해를 위해 본 발명의 실시예의 기본 사상이 단 하나의 배터리 셀(130)의 브리징에 맞춰 설명되었다. 도 1에 도시된 접속 또는 브리징 가능성은 임의로 많은 개별 배터리 셀(130)의 브리징 또는 다수의 배터리 셀(130)의 브리징으로 확장될 수 있고, 여기에 제시된 컨셉은 각각 사용된 경우에 간단히 맞춰질 수 있다. 또한, 단자(145)에서 소정 전압을 얻기 위해, 개별 배터리 셀(130)에 대해 시간적으로 상이한 길이의 브리징 상태가 주어질 수 있다. 이를 위해, 접속 제어 유닛(150)의 스위치 또는 스위치들(160)이 (각각) 펄스 폭 변조된 신호에 의해 제어될 수 있으므로, 개별 배터리 셀에 대해 직렬 접속 상태 및 브리징 상태의 소정 시간적 시퀀스가 실시될 수 있다.
도 3은 배터리 센서 데이터를 전송하기 위한 방법(300)으로서 본 발명의 실시예의 흐름도를 도시한다. 방법은 배터리 셀의 하나의 극이 에너지 전송 라인에 의해 적어도 하나의 다른 배터리 셀의 극과 직렬로 접속되는 직렬 접속 상태의 결정 및/또는 배터리 셀의 하나의 극이 적어도 하나의 다른 배터리 셀의 하나의 극과 직렬로 접속되지 않는, 즉 배터리 셀의 하나의 극이 다른 배터리 셀의 적어도 하나의 극으로부터 분리되는 브리징 상태의 결정 단계(310)를 포함한다. 또한, 방법(300)은 배터리 셀 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호를 직렬 접속 상태에서 에너지 전송 라인을 사용해서 평가 장치로 출력하는 및/또는 센서 신호를 브리징 상태에서 전송 매체로서 배터리 하우징 벽을 사용해서 평가 장치로 출력하는 출력 단계(320)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따라 방법이 배터리 셀 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호를 출력하는 단계(320)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 출력은 전송 매체로서 배터리 하우징 벽 및 배터리 셀의 벽을 사용해서 평가 장치로 이루어진다.
요약하면, 본 발명의 실시를 위해, 배터리 전압의 변동이 상이한 배터리 셀의 접속에 의해 가능해지는 배터리의 실시예가 사용될 수 있고, 이 경우 기본 상태에서 예를 들면 모든 배터리 셀(130)이 직렬로 접속될 수 있다. 배터리(110)의 출력에서 교류 전압을 발생시키기 위해 상기 직렬 접속의 모듈, 즉 배터리 셀(130) 또는 그 그룹(배터리 내에 다수의 셀의 논리적 및 회로 기술적 그루핑)이 브리지된다. 이로 인해, 배터리(110)의 출력 전압은 브리지되지 않은 모듈의 합으로서 변화될 수 있다.
여기에 제시된 해결책의 일 양상에서는, 개별 배터리 셀들이 배터리의 동작 방식으로 인해 배터리 셀 라인(140)으로부터 분리되거나 또는 브리지됨에도 불구하고, 가변 출력 전압(110)을 가진 배터리 내에서 센서 시스템(165, 162)의 통신이 가능해진다. 브리지된 모듈(130b)에서, 적어도 하나의 그 접속부(135)는 파워 스위치(160)에 의해 분리된다. 동시에, 나머지 모듈(130a 또는 130c)의 직렬 접속을 유지하기 위해, 배터리 평면에서 상기 접속부(135)의 브리징이 이루어진다. 따라서, 모듈(130b)은 배터리 라인(140) 내에 막다른 길을 가진 측면 분기를 형성하고, 파워 라인-통신이 더 이상 불가능하다.
전술한 양상은, 파워 라인을 통한 통신을 데이터를 교환하는 셀(130) 내의 위상으로 제한하는 것이 배터리 라인(140)의 나머지와는 관계없는 것을 목표로 한다. 이는 가변 출력 전압과 배터리의 펄스 폭 변조 주파수를 가진 통신의 동기화에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 해결책은 다수의 장점, 예를 들면 일시적으로 차단된 전송 구간에도 불구하고 통신을 가능하게 하는 가능성을 제공한다. 또한, 추가의 회로 비용 없이 가변 출력 전압을 가진 배터리 내에서 파워 라인 통신이 가능해진다. 이러한 해결책은 일반적으로 모든 상기 배터리에 사용될 수 있다.
실시예에 따른 본 발명의 다른 양상은 측면 분기로부터 평가 장치로 전송 경로를 재형성하기 위해 배터리(셀)하우징의 이용을 가능하게 한다. 전송 경로는 DC 또는 적어도 고주파로 폐쇄된 회로를 필요로 한다. 이는 분리된 측면 분기(130b)에서는 주어지지 않는다. 상기 분리된 측면 분기(130b)는 센서 시스템으로부터, 차량 접지에 접속된 배터리 하우징으로의 용량성 결합에 의해 재형성될 수 있다. 본 발명의 상기 양상은 장점들을 제공한다. 예를 들면, 개별 셀 또는 셀 모듈이 분리될 때 가변 출력 전압을 가진 배터리 내부에서 통신이 가능하다. 이 양상도 일반적으로 가변 출력 전압을 가진 모든 배터리에 사용될 수 있다.
본 발명은 배터리 셀(예를 들면 전기차의 리튬-이온 배터리) 내에 내장 또는 장착될 수 있는 전기 및 전자 부품을 포함하는 센서 시스템의 장치로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다. 여기에 제시된 해결책은, 개별 배터리 셀들이 배터리 내에 사용된 가변 출력 전압의 생성 방법의 동작 방식으로 인해 배터리 셀 라인으로부터 분리되거나 또는 브리지됨에도 불구하고, 센서 시스템과 중앙 평가 장치 사이에서 데이터를 교환하기 위해 사용된다.
설명된 그리고 도면에 도시된 실시예들은 예시적으로만 선택된다. 상이한 실시예들은 완전히 또는 개별 특징과 관련해서 서로 조합될 수 있다. 일 실시예는 다른 실시예의 특징에 의해 보완될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법 단계들이 반복될 수 있고, 설명된 순서와는 다른 순서로 실시될 수 있다.
일 실시예가 제 1 특징과 제 2 특징 사이에 "및/또는"의 접속사를 포함하면, 이는 하나의 실시 형태에 따른 실시예가 제 1 특징 및 제 2 특징을 포함하고, 다른 실시 형태에 따른 실시예는 제 1 특징만을 포함하거나 또는 제 2 특징만을 포함하는 것을 의미한다.
130a, 130b, 130c 배터리 셀
140 에너지 전송 라인
155 제어 신호
160 스위치
165 배터리 센서 데이터 전송 유닛
166 접속 상태 결정 유닛
167 데이터 전송 유닛
168 센서 신호
170 평가 장치
180 배터리 하우징 벽

Claims (11)

  1. 데이터 전송 유닛(167)을 구비한 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)으로서, 상기 데이터 전송 유닛(167)은 배터리 셀(130b) 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호(168)를 전송 매체로서 배터리 하우징 벽(180) 및/또는 배터리 셀(130b)의 벽(175)을 사용해서 평가 장치(170)로 출력하도록 설계된 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 전송 유닛(167)은 상기 센서 신호(168)를 상기 배터리 셀(130b)과 상기 배터리 하우징 벽(180) 사이의 용량성 또는 유도성 결합을 사용해서 상기 배터리 하우징 벽(180)으로 전송하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 전송 유닛은 상기 센서 신호(168)를 전기 전도성 접속을 사용해서 상기 배터리 하우징 벽(180)으로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 전송 유닛은 상기 센서 신호를 상기 배터리 셀(130b)에 명확히 할당 가능한 코드를 사용해서 전송하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 배터리 셀(130b)이 에너지 전송 라인(140)에 의해 다른 배터리 셀(130a, 130c)과 직렬 접속되는, 직렬 접속 상태를 결정하기 위해 및/또는 상기 배터리 셀(130b)의 적어도 하나의 극이 적어도 하나의 다른 배터리 셀(130a, 130c)로부터 분리되는, 브리징 상태를 결정하기 위해 접속 상태 결정 유닛(166)이 제공되고, 상기 데이터 전송 유닛은 상기 센서 신호(168)를 상기 브리징 상태에서는 전송 매체로서 배터리 하우징 벽(180)을 사용해서 상기 평가 장치(170)로 출력하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 접속 상태 결정 유닛(166)은 상기 배터리 셀(130b)의 극(135)을 상기 에너지 전송 라인(140)과 전기 접속하도록 설계된 스위치(160)의 위치를 평가해서 상기 직렬 접속 상태 또는 상기 브리징 상태를 결정하도록 설계된 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 접속 상태 결정 유닛(166)은 상기 에너지 전송 라인(140)을 통한 전류 흐름, 에너지 흐름 및/또는 파워 흐름과 관련한 측정 결과를 사용해서 상기 직렬 접속 상태 또는 상기 브리징 상태를 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 스위치(160)는 제어 신호(155), 특히 펄스 폭 변조된 제어 신호(155)를 사용해서 제어되고, 상기 데이터 전송 유닛(167)은 상기 센서 신호(168)의 검출 또는 출력을 상기 제어 신호(155)와 동기화시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리 센서 데이터 전송 유닛.
  9. 배터리 유닛(110)으로서,
    - 적어도 2개의 배터리 셀(130a, 130b, 130c)을 포함하는 배터리 셀 결합체(130);
    - 상기 배터리 셀들(130a, 130b, 130c) 중 하나 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 측정값을 제공하기 위한 적어도 하나의 센서(162); 및
    - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165)을 포함하는 배터리 유닛.
  10. 배터리 센서 데이터의 전송 방법(300)으로서,
    - 배터리 셀(130b) 내의 또는 상의 물리적 변수를 나타내는 센서 신호(168)를 전송 매체로서 배터리 하우징 벽(180) 및/또는 배터리 셀(130b)의 벽(175)을 사용해서 평가 장치(170)로 출력하는 단계(320)를 포함하는 배터리 센서 데이터의 전송 방법.
  11. 프로그램이 장치, 배터리 센서 데이터 전송 유닛(165) 또는 데이터 처리 시스템에서 실행되는 경우, 제 10 항에 따른 방법(300)을 실시하기 위한 프로그램 코드를 가진 컴퓨터 프로그램.
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