KR20150015467A - 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 데이터 채널을 컨디셔닝하는 장치 및 방법 - Google Patents

전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 데이터 채널을 컨디셔닝하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)의 셀(110)의 데이터 채널을 컨디셔닝하는 컨디셔닝 장치(453)에 관한 것이다. 상기 발명은 컨디셔닝 장치(453)가 데이터 채널을 통한 데이터의 전송에 적합한 신호 주파수 및/또는 데이터 채널의 교류 저항(Z; ZVer)을 컨디셔닝하도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 데이터 채널을 컨디셔닝하는 장치 및 방법{CONDITIONING DEVICE AND METHOD FOR CONDITIONING A DATA CHANNEL OF A CELL OF AN ELECTRIC ENERGY ACCUMULATOR}
본 발명은 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 데이터 채널을 컨디셔닝하는 컨디셔닝 장치, 통신 장치, 송신 장치, 배터리 소자, 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터 및 방법에 관한 것이다.
DE 10 2010 016 175 A1은 배터리 모니터링 및 제어 장치를 개시한다.
본 발명의 과제는 개선된 컨디셔닝 장치, 데이터를 전송하는 개선된 통신 장치, 개선된 송신 장치, 개선된 배터리 소자, 개선된 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터, 및 데이터 채널을 컨디셔닝하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항들에 따른, 컨디셔닝 장치, 데이터를 전송하는 통신 장치, 송신 장치, 배터리 소자, 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터, 및 데이터 채널을 컨디셔닝하는 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 각각의 종속 청구항들 및 하기 설명에 제시된다.
배터리 셀 내에서 또는 상에서 검출된 데이터, 예컨대 센서 데이터는 데이터 채널을 통해 예컨대 제어 장치에 전송될 수 있다. 데이터 채널이 배터리 셀의 파워 공급 라인을 통해 또는 배터리 셀의 하우징을 통해 연장하면, 검출된 데이터를 전송하기 위한 추가의 데이터 라인이 필요없다. 따라서, 배터리 내부에서 센서 신호의 검출은 결정된 데이터 라인, 예컨대 CAN-버스 없이 이루어질 수 있다. 그 대신, 예를 들면 소위 파워 라인 통신을 가진 통합된 배터리 센서가 사용될 수 있다. 파워 라인을 통한 에러 없는 통신을 보장하기 위해, 데이터 채널의 컨디셔닝이 실시될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 파워 공급 라인을 통해 연장하는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 통신 장치는 하기 특징을 갖는다:
셀의 제 1 파워 공급 라인과 통신 장치의 전기 전도성 접속을 위한 제 1 인터페이스, 및 셀의 제 2 파워 공급 라인과 통신 장치의 전기 전도성 접속을 위한 제 2 인터페이스;
통신 장치로부터 전송될 데이터를 신호 주파수를 사용해서 제 2 인터페이스를 통해 데이터 채널로 출력하도록 설계된 송신 장치; 및
데이터 채널의 컨디셔닝을 위한 컨디셔닝 장치.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터는 배터리 또는 소위 배터리 팩일 수 있다. 예를 들면, 차량, 예컨대 전기차용 리튬-이온 배터리일 수 있다. 전기 에너지 어큐뮬레이터는 다수의 배터리 셀 또는 특히 갈바닉 또는 전기 화학적 2차 셀 형태의 셀을 에너지 어큐뮬레이터의 서브 유닛으로서 포함할 수 있다. 셀은 고용량 셀, 특히 리튬 이온 셀일 수 있다. 셀의 파워 공급 라인은 셀의 전기 접속 라인, 즉 파워 라인일 수 있다. 예를 들면, 제 1 파워 공급 라인은 셀의 플러스 극 또는 캐소드에, 그리고 제 2 파워 공급 라인은 셀의 마이너스 극 또는 애노드에 전기 전도성으로 접속될 수 있다. 파워 공급 라인을 통해 셀이 전기 접촉될 수 있다. 통신 장치의 인터페이스들이 파워 공급 라인들과 상응하게 접속되면, 통신 장치는 파워 공급 라인들 사이에, 그에 따라 셀에 대해 병렬 접속될 수 있다. 인터페이스들은 접촉점으로서 구현될 수 있다. 전송될 데이터는 통신 장치의 내부에 저장된 또는 생성된 데이터 또는 통신 장치에 의해 수신된 데이터일 수 있다. 예를 들면, 통신 장치와 접속된 센서의 센서 데이터일 수 있다. 송신 장치는 데이터를 파워 공급 라인을 통해 예컨대 추가의 통신 장치로 또는 제어 장치의 수신기로 전송하기 위해, 전류 라인을 통해 데이터를 전송하기에 적합한 형태인 전송될 데이터를 인터페이스를 통해 파워 공급 라인들 중 하나로 출력하도록, 설계될 수 있다. 송신 장치는 전송될 데이터를 신호 주파수로 변조하거나 또는 신호 주파수에 의해 변조하도록 설계될 수 있다. 신호 주파수는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기 위해 사용될 수 있는 반송파 주파수일 수 있다. 또한, 데이터가 데이터 채널을 통해 전송되는 통신 주파수일 수 있다. 데이터 채널을 통해 다수의 통신 장치들이 서로 접속될 수 있다. 예를 들면, 데이터 채널이 후속 접속된 통신 장치의 수신 장치까지 연장할 수 있다. 후속 접속된 셀이 신호 주파수와 관련해서 낮은 복합 임피던스를 가지면, 데이터 채널이 후속 접속된 셀을 통해 연장할 수 있다. 그러나, 이는 일반적으로 바람직하지 않다. 컨디셔닝 장치는 송신 장치의 송신 특성을 컨디셔닝하기 위해, 송신 장치와 접속될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 컨디셔닝 장치는 파워 공급 라인, 파워 공급 라인들 또는 통신 장치 자체의 전송 특성을 컨디셔닝하기 위해, 파워 공급 라인들 중 하나 또는 2개와 접속될 수 있다.
일 실시예에 따라, 컨디셔닝 장치는 신호 주파수를 세팅하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 컨디셔닝 장치는 제어 신호의 수신에 응답해서, 세팅 장치의 수동 작동에 응답해서 또는 데이터 채널을 통해 전송된 신호의 평가에 응답해서 신호 주파수를 세팅하도록 설계될 수 있다. 이로 인해, 신호 주파수는 데이터 채널을 통해 전송하기에 적합한 주파수로 세팅될 수 있다. 적합한 주파수는 예를 들면 공진 주파수 또는 데이터 채널과 접속된 또는 접속 가능한 하나 또는 다수의 셀의 임피던스에 의존할 수 있다. 신호 주파수에 대한 바람직한 주파수 범위는 주파수 범위 내에서 에너지 어큐뮬레이터의 셀 또는 통신 장치에 후속 접속된 에너지 어큐뮬레이터의 적어도 하나의 셀의 복합 셀 저항의 공진 확대가 주어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 컨디셔닝 장치는 신호 주파수를 데이터 채널과 접속된 또는 접속 가능한 셀이 높은 임피던스를 갖는 값으로 세팅하도록 설계될 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, 컨디셔닝 장치는 제 1 파워 공급 라인과 제 2 파워 공급 라인 사이에 교류 저항을 세팅하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 교류 저항이 신호 주파수와 관련해서 높은 임피던스를 갖는 값으로 세팅될 수 있다.
예를 들면, 통신 장치는 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스 및 추가로 또는 대안으로서 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스를 포함할 수 있다. 컨디셔닝 장치는 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스 및 추가로 또는 대안으로서 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스를 제 1 파워 공급 라인과 제 2 파워 공급 라인 사이에 접속하거나 또는 파워 공급 라인들로부터 분리하도록 설계될 수 있다. 이로 인해, 교류 저항이 제 1 파워 공급 라인과 제 2 파워 공급 라인 사이에 적합한 값으로 세팅될 수 있다.
통신 장치는 수신 장치를 포함할 수 있고, 상기 수신 장치는 제 1 인터페이스를 통해 신호를 수신하도록 설계된다. 컨디셔닝 장치는 데이터 채널을 신호를 사용해서 컨디셔닝하도록 설계될 수 있다. 신호는 컨디셔닝 장치의 제어를 위한 제어 신호일 수 있다. 제어 신호는 예를 들면 제어 장치 또는 추가의 통신 장치에 의해 제공될 수 있다. 또한, 신호는 통신 장치를 제어하기 위해 또는 통신 장치로부터 송신 장치를 통해 더 전송하기 위해, 통신 장치로 전송되는 데이터일 수 있다. 컨디셔닝 장치는 수신 장치를 통해 수신되는 데이터의 신호 품질을 평가하고 데이터 채널을 신호 품질에 따라 컨디셔닝하도록 설계될 수 있다. 이로 인해, 데이터 채널의 컨디셔닝이 외부로부터 제어될 수 있고 스스로 실시될 수 있다.
컨디셔닝 장치는 통신 장치를 통한 데이터 전송을 차단하도록 설계될 수 있다. 데이터 전송의 차단은 통신 장치의 차단에 의해 또는 적합한 스위치의 개방에 의해 실현될 수 있다. 데이터 전송의 차단시, 통신 신호가 통신 장치를 통과하는 것이 저지될 수 있다. 이로 인해, 셀을 통한 통신 신호의 전송이 테스트될 수 있다. 더 정확히 말하면, 이 경우, 통신 신호가 셀의 복합 저항에 의해 충분히 댐핑되는지의 여부가 체크될 수 있다. 이러한 댐핑은 예를 들면 통신 신호가 차단된 통신 장치의 전방에 접속된 통신 장치로부터 송신된 다음, 통신 신호가 차단된 통신 장치의 후방에 접속된 통신 장치에 의해 수신되는지의 여부가 평가된다. 통신 신호가 통신 장치의 차단시 통신 장치에 할당된 셀을 통과할 수 있다면, 예를 들면 전방에 접속된 통신 장치의 컨디셔닝 장치에 의해, 통신 신호의 신호 주파수가 변화될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 차단된 통신 장치의 컨디셔닝 장치에 의해 용량성 또는 유도성 소자가 접속됨으로써, 셀의 파워 공급 라인들 사이의 임피던스가 차단된 통신 장치에 의해 변할 수 있다.
일 실시예에 따라, 컨디셔닝 장치는 제 1 작동 상태에서 제 1 파워 공급 라인과 제 2 파워 공급 라인 사이의 교류 저항 또는 임피던스를 신호 주파수와 관련해서 높이고 제 2 작동 상태에서 상기 교류 저항 또는 임피던스를 신호 주파수와 관련해서 낮추도록 설계될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 컨디셔닝 장치는 제 1 작동 상태에서 신호 주파수를, 신호 주파수가 셀의 공진 확대의 영역에 놓이도록 세팅하고, 제 2 작동 상태에서 신호 주파수를, 신호 주파수가 셀의 공진 확대의 외부에 또는 가장자리 영역에 놓이도록 세팅하게 설계될 수 있다. 제 1 작동 상태는 데이터가 벅트 브리게이드 체인(bucked brigade chain)에서와 같이 통신 장치로부터 통신 장치로 전달되는 정상 작동 상태이다. 제 2 작동 상태는 데이터가 매우 신속하게 통신 장치를 우회해서 직접 셀들을 통해 전송되는 정상 작동 상태일 수 있다. 직접 전송에 의해 예를 들면 알람 신호가 매우 신속하게 전송될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀용 송신 장치는 하기 특징들을 갖는다:
셀과 관련해서 센서 데이터를 검출하기 위한 검출 장치; 및
센서 데이터를 검출 장치에 의해 수신하고, 상기 센서 데이터를 기초로 전송될 데이터를 생성하도록 설계된 통신 장치.
센서 장치는 셀의 파워 공급 라인들 사이에 접속될 수 있다. 검출 장치는 셀의 적어도 하나의 상태 값을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치, 센서 소자 등일 수 있다. 상태 값은 예를 들면 온도, 전압 또는 압력일 수 있다. 검출 장치는 적어도 하나의 검출된 상태 값을 센서 데이터의 형태로 출력하거나 또는 호출 가능하게 제공하도록 설계될 수 있다. 통신 장치의 송신 장치는 센서 데이터를 전송될 데이터로서 출력하도록 설계될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터용 배터리 소자는 하기 특징들을 갖는다:
제 1 파워 공급 라인 및 제 2 파워 공급 라인을 포함하는, 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀; 및
제 1 인터페이스를 통해 셀의 제 1 파워 공급 라인에 전기 전도성으로 그리고 제 2 인터페이스를 통해 제 2 파워 공급 라인에 전기 전도성으로 접속된 통신 장치를 포함하는 센서 장치.
다수의 배터리 소자들은 하나 또는 다수의 열로 접속되어 에너지 어큐뮬레이터를 형성한다. 센서 장치는 셀을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 센서 장치에 의해 검출된 데이터는 셀의 파워 공급 라인들 중 하나를 통해 출력될 수 있다. 센서 장치는 셀의 케이싱 또는 하우징의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 배터리 소자의 임피던스는 적어도 하나의 커패시턴스 또는 인덕턴스의 설명된 접속에 의해 변화될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터는 하기 특징을 갖는다:
직렬 회로 또는 병렬 회로로 배치된 적어도 2개의 상기 배터리 소자들.
에너지 어큐뮬레이터는 예를 들면 전기차용 배터리일 수 있다. 에너지 어큐뮬레이터는 예를 들면 백개 이상의 셀들을 포함할 수 있다. 셀들 모두 또는 적어도 몇몇은 배터리 소자로서 구현될 수 있다. 셀들의 파워 공급 라인들이 데이터 채널 또는 데이터 채널들로서 사용됨으로써, 예를 들면 백개 이상의 셀들의 전압 및 온도의 모니터링을 위해 큰 케이블링 비용이 필요 없다. 그 대신, 통합된 배터리 센서가 사용될 수 있고, 상기 센서는 파워 라인 통신에 의해 예컨대 에너지 어큐뮬레이터의 중앙 제어 장치로 전송 가능한 데이터로 인해 큰 장점을 제공한다. 셀들 사이에 기존 전류 라인의 사용에 의해, 셀의 개별 측정 케이블링이 완전히 생략될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터는 스위치 및 상기 스위치와 병렬로 접속된 바이패스 커패시턴스를 구비한 적어도 하나의 스위칭 장치를 포함할 수 있다. 상기 스위칭 장치는 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀들 중 하나의 셀의 적어도 하나의 파워 공급 라인과 전기 전도성으로 접속될 수 있고, 데이터 채널은 스위치의 개방 상태에서 바이패스 커패시턴스를 통해 연장할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 장치는 2개의 인접한 셀들 사이에 배치될 수 있다. 대안으로서, 스위칭 장치는 하나 또는 다수의 셀에 대해 병렬 접속될 수 있다. 또한, 스위칭 장치는 에너지 어큐뮬레이터의 배터리 극을 형성하는 파워 공급 라인에 배치될 수 있다. 이로 인해, 스위칭 장치의 스위치 개방으로 인해 에너지 어큐뮬레이터 내부의 전류 흐름이 차단되는 경우에도, 에너지 어큐뮬레이터 내부에서 및 에너지 어큐뮬레이터 내로 그리고 에너지 어큐뮬레이터로부터 데이터 전송이 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 셀들의 임피던스가 특히 유도성 효과로 인해, 셀의 송신 측 및 수신 측, 그에 따라 셀들과 접속된 통신 장치의 송신 측 및 수신 측을 서로 절연하기에 충분히 높은 값에 도달한다. 이 경우, 센서 시스템 내부에서 데이터 전송을 위한 신호 주파수의 적합한 선택이 중요하다. 또한, 적어도 하나의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스가 셀의 파워 공급 라인들 사이에 접속될 수 있다. 컨디셔닝 장치에 의해 데이터 채널은 셀의 복합 저항 또는 임피던스의 공진 확대가 달성되도록 조정될 수 있다. 이로 인해, 통신 장치의 입력 측과 출력 측 또는 수신 측과 송신 측 사이의 양호한 분리가 달성될 수 있다. 특히 메가헤르츠 범위의 송신 주파수의 선택에 의해, 셀의 복합 임피던스가 바람직하게는 높은 값, 예를 들면 10 옴을 초과하는 값 내지 100 옴을 훨씬 초과하는 값 또는 수 천 옴의 값에 도달한다. 특히, 컨디셔닝 장치는, 셀의 복합 저항 또는 임피던스의 공진 확대를 달성하기 위해 배터리 소자 내부에서 특정 신호 주파수에서 진동 회로 또는 공진을 형성하도록 설계될 수 있다. 특히, 스위칭 가능한 인덕턴스 및/또는 커패시턴스, 예를 들면 적어도 하나의 개별 또는 통합 커패시턴스 또는 인덕턴스에 의해, 공진 확대가 의도적으로 바람직하게 영향을 받을 수 있다. 이 경우, 셀의 임피던스는 특히 유도성 효과로 인해 통신 장치의 송신 측과 수신 측을 서로 절연하기에 충분히 높은 값에 도달할 수 있다. 따라서, 통신 장치의 입력 또는 출력이 셀을 통해 단락되는 것이 방지될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 파워 공급 라인을 통해 연장하는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 방법은 하기 단계들을 포함한다:
데이터 채널의 컨디셔닝 단계; 및
전송될 데이터를 신호 주파수를 사용해서 데이터 채널로 츨력하는 단계.
상기 방법에 의해 예컨대 하나 또는 다수의 배터리 내부에서 하나 또는 다수의 센서와 하나 또는 다수의 제어 장치 사이의 통신 방법이 형성된다. 이 방법은 배터리 팩에서 센서들의 통신을 위한 데이터 채널 컨디셔닝 방법일 수 있다.
상기 통신 방법과 함께 상기 장치가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 방법의 단계들은 적합한 장치, 예를 들면 통신 장치의 적합한 디바이스에 의해 실시될 수 있다.
일 실시예에 따라, 컨디셔닝 장치는 통신 장치로부터 분리되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 컨디셔닝 장치를 포함하는 또는 컨디셔닝 장치를 포함하지 않는 제 1 통신 장치가 제 1 셀 내에 배치될 수 있고, 컨디셔닝 장치는 제 2 셀 내에 배치될 수 있다. 컨디셔닝 장치는 제 1 셀의 제 1 통신 장치에 의해 사용되는 데이터 채널을 컨디셔닝하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 컨디셔닝 장치는 데이터 채널의 임피던스를 조정하도록 설계될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 컨디셔닝 장치는 제 1 셀의 제 1 통신 장치에 의해 데이터 전송을 위해 사용되는 신호 주파수를 세팅하는 세팅 신호를 제 1 셀의 제 1 통신 장치로 출력하도록 설계될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 데이터 채널을 컨디셔닝하기 위한 컨디셔닝 장치는 컨디셔닝 장치가 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기에 적합한 신호 주파수 및 추가로 또는 대안으로서 데이터 채널의 교류 저항을 컨디셔닝하도록 설계되는 것을 특징으로 한다.
컨디셔닝 장치는 통신 장치와 함께 또는 통신 장치와 관계 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 컨디셔닝 장치는 컨디셔닝 장치에 의해 컨디셔닝되는 데이터 채널을 포함하는 통신 장치로부터 구조적으로 분리되어 배치될 수 있다. 데이터 채널은 파워 공급 라인을 통해 및/또는 셀 하우징 벽을 통해 및/또는 배터리 하우징을 통해 연장할 수 있다. 이 경우, 셀의 2개의 파워 공급 라인들 중 하나는 셀 하우징 벽과 전기 전도성으로 접속될 수 있다. 따라서, 컨디셔닝 장치는 벅트 브리게이드 체인 원리에 기초하는 데이터 전송시 뿐만 아니라, 다른 트랜시버에도 사용될 수 있다. 따라서, 데이터 전송에 사용되는 통신 장치가 하나 또는 다수의 파워 공급 라인 및/또는 셀 하우징 또는 배터리 하우징에 대한 간단한 인터페이스를 포함할 수 있다.
따라서, 컨디셔닝 장치는 셀의 제 1 파워 공급 라인, 셀의 제 2 파워 공급 라인, 제 1 파워 공급 라인과 제 2 파워 공급 라인 사이의 전기 접속, 셀의 셀 하우징 벽, 또는 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 배터리 하우징의 교류 저항을 세팅하도록 설계될 수 있다.
이를 위해, 컨디셔닝 장치는 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스를 포함할 수 있고, 데이터 채널의 교류 저항을 컨디셔닝하기 위해 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스를 데이터 채널에 접속하도록 설계된다.
컨디셔닝 장치는 수신 장치를 포함할 수 있고, 상기 수신 장치는 신호를 수신하도록 설계된다. 이 경우, 컨디셔닝 장치는 신호를 사용해서 데이터 채널을 커디셔닝하도록 설계될 수 있다. 신호는 예컨대 제어 장치 또는 통신 장치에 의해 제공될 수 있다. 신호는 데이터 채널을 통해 또는 별도의 통신 채널을 통해 수신될 수 있다. 신호는 데이터 채널을 통해 통신 장치로 전송되는 데이터 또는 통신 장치로부터 전송된 데이터일 수 있다. 컨디셔닝 장치는 수신 장치를 통해 수신된 신호의 신호 품질을 평가하고 상기 신호 품질에 따라 데이터 채널을 컨디셔닝하도록 설계될 수 있다.
컨디셔닝 장치는 제 1 작동 상태에서 교류 저항을 신호 주파수와 관련해서 높이고 제 2 작동 상태에서 교류 저항을 신호 주파수와 관련해서 낮추도록 설계될 수 있다.
컨디셔닝 장치는 통신 장치의 부분일 수 있거나 또는 통신 장치에 할당될 수 있다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 데이터 채널을 연장하는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 통신 장치는 하기 특징을 갖는다:
통신 장치와 데이터 채널의 전기 전도성 접속을 위한 인터페이스;
통신 장치에 의해 전송될 데이터를 신호 주파수를 사용해서 인터페이스를 통해 데이터 채널로 출력하도록 설계된 전송 장치; 및
데이터 채널의 컨디셔닝을 위한 컨디셔닝 장치.
상응하는 통신 장치는 송신 장치와 관련해서 사용될 수 있다. 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터는 데이터 채널과 접속된 적어도 하나의 컨디셔닝 장치를 포함할 수 있다. 예컨대 에너지 어큐뮬레이터는 적어도 하나의 셀을 포함할 수 있고, 상기 셀은 컨디셔닝 장치을 포함한다.
멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 데이터 채널을 컨디셔닝하는 방법은 하기 단계들을 포함한다:
데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기에 적합한 신호 주파수 및/또는 데이터 채널의 교류 저항을 컨디셔닝하는 단계.
여기서, 장치는 신호를 처리하고 그에 따라 제어 신호 및/또는 데이터 신호를 출력하는 전기 장치, 예를 들면 집적 회로를 의미할 수 있다. 장치의 인터페이스는 하드웨어 및/또는 소프트웨이로 형성될 수 있다. 하드웨어로 형성시, 인터페이스는 예를 들면 장치의 다양한 기능을 포함하는 소위 시스템-ASIC의 부분일 수 있다.
본 발명에 의해, 개선된 컨디셔닝 장치, 데이터를 전송하는 개선된 통신 장치, 개선된 센서 장치, 개선된 배터리 소자, 개선된 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터, 및 데이터 채널을 컨디셔닝하는 개선된 방법이 제공된다.
본 발명이 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀에대한 센서 장치의 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치의 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 2개의 셀로 이루어진 직렬 회로.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 셀 및 하나의 배터리 센서로 이루어진 조합체의 복합 임피던스의 컨디셔닝과 관련한 다이어그램.
도 7은 데이터 채널을 통한 데이터의 전송을 위한 방법의 흐름도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 컨디셔닝 장치의 개략도.
본 발명의 바람직한 실시예의 하기 설명에서, 상이한 도면들에 도시된 유사하게 작용하는 소자들은 동일한 또는 유사한 도면 부호로 표시되고, 이 소자의 반복 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)의 개략도를 도시한다. 에너지 어큐뮬레이터는 배터리일 수 있다. 에너지 어큐뮬레이터(100)는 제 1 배터리 극(104) 및 제 2 배터리 극(106)을 포함하고, 상기 극들은 에너지 어큐뮬레이터(100)의 하우징(108)으로부터 연장된다. 에너지 어큐뮬레이터(100)는 다수의 셀들(110; 배터리 셀이라고도 함)을 포함하고, 상기 셀들은 배터리 극들(104, 106) 사이에 직렬 접속된 파워 공급 라인을 통해 서로 접속된다. 셀들(110)의 각각은 임피던스(Z)를 갖는다. 셀들(110)의 각각에 센서 장치(16)가 할당된다. 하나의 셀(110)과 하나의 센서 장치(115)로 이루어진 조합체는 배터리 소자(120)라고 한다. 따라서, 에너지 어큐뮬레이터(100)는 이 실시예에 따라 3개의 배터리 소자(120)로 이루어진 직렬 회로를 포함한다. 에너지 어큐뮬레이터(100)는 또한 제어 장치(125)를 포함하고, 상기 제어 장치는 배터리 극들(120) 사이에 그리고 그에 따라 배터리 소자들(120)로 이루어진 직렬 회로에 대해 병렬 접속된다.
셀(110)의 센서 장치(115)는 셀들(110)의 파워 공급 라인들 사이에 셀(110)에 대해 병렬 접속된다. 센서 장치(115)는 각각 해당 셀(110)의 적어도 하나의 물리적 특성을 검출하는 하나의 검출 장치, 예를 들면 센서 또는 측정 유닛, 및 데이터, 예를 들면 셀(110)과 관련해서 검출된 센서 데이터를 전송하는 통신 장치를 포함한다. 통신 장치들은 예를 들면 각각 하나의 수신 장치 및 하나의 송신 장치를 포함할 수 있다. 송신 장치를 통해 데이터가 전송될 수 있고, 파워 공급 라인을 통해 후속 접속된 센서 장치(115)로 전송될 수 있다. 전치 접속된 센서 장치(115)로부터 파워 공급 라인을 통해 전송된 데이터가 수신 장치에 의해 수신될 수 있다. 통신 장치의 수신 장치 및 송신 장치는 예를 들면 시프트 레지스터를 통해 서로 연결될 수 있다.
제어 장치(125)는 제어 데이터를 센서 장치(115)로 전송하도록 설계될 수 있다. 제어 데이터는 센서 장치(115)로부터 센서 장치(115)로 전달될 수 있다. 제어 데이터에 응답해서, 센서 장치(115)는 예컨대 검출된 센서 데이터를 전송할 수 있거나, 또는 파워 공급 라인을 통해 데이터를 전송하기 위해 연장된 데이터 채널을 컨디셔닝할 수 있다. 센서 장치(115)에 의해 전송된 데이터는 후속 접속된 센서 장치(115)를 통해 제어 장치(125)까지 전달될 수 있다. 제어 장치(125)는 에너지 어큐뮬레이터(100)의 외부에 배치된 중앙 제어 장치와 접속될 수 있다.
작동 중에, 방법의 가능한 변형 실시예에서 단계적으로 각각 인접한 또는 서로 이격된 센서 장치들(115) 또는 제어 장치(125) 및 센서 장치(115)가 서로 통신할 수 있다. 이 경우, 통신은 하나의 방향으로, 예컨대 화살표로 표시된 데이터 흐름 방향으로 연장할 수 있다. 즉, 하나의 데이터, 예컨대 1 비트가 제어 장치(125)로부터 후속 접속된 제 1 센서 장치(115)로 전송되고, 상기 센서 장치(115)는 상기 비트를 제 2 센서 장치(115)로 전송하며, 제 2 센서 장치(115)는 재차 상기 비트를 제 3 센서 장치(115)로 전송하며, 상기 제 3 센서 장치(115)는 상기 비트를 다시 제어 장치(125)로 송신한다. 즉, 비트들이 제어 장치(125)로부터 센서 장치(115)를 통해 그리고 다시 제어 장치(125)로 전송되는 벅트 브리게이드 체인이 생긴다. 이 경우, 다수의 연속하는 비트들이 예를 들면 하나의 센서 어드레스 및/또는 하나의 명령 및/또는 통신 데이터를 가진 하나의 데이터 패킷을 포함하는 하나의 데이터 워드를 형성할 수 있다. 센서 장치들(115)의 각각에서 제어 장치에 의해 수신된 비트들이 변경되고 및/또는 추가된 후에, 상기 데이터 워드가 더 전송된다. 즉, 센서 장치(115) 및 제어 장치(125) 아래 논리적으로 양 방향성 통신 접속이 형성될 수 있다. 통신은 교번하는 방향으로도 이루어질 수 있다.
제어 장치(125)와 센서 장치들(115) 사이의 통신을 위해, 여러 가지 적합한 통신 방법 및 통신 프로토콜이 사용될 수 있다. 예를 들면, 센서 장치(115)는 명확한 어드레스를 가질 수 있고, 제어 장치(125)는 하나 또는 다수의 센서 장치(115)가 명확한 어드레스에 의해 어드레싱되도록 설계될 수 있다. 제어 장치(125)에 의한 어드레싱에 응답해서, 어드레싱된 센서 장치(115) 또는 어드레싱된 센서 장치들(115)은 통신 데이터를 제어 장치(115)로 전송하도록 설계될 수 있다. 또한, 센서 장치들(115)은 제어 장치(125)에 의한 어드레싱 없이 통신 데이터를 제어 장치(125)로 전송하도록 설계될 수 있다. 예를 들면 센서 장치(115)는 센서 장치(115)에 의해 검출된 센서 데이터에 따라, 예를 들면 검출된 센서 데이터의 프로파일 또는 값에 따라 통신 데이터를 제어 장치(125)로 전송하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 센서 장치(115)는 저장된 또는 수신된 다른 통신 데이터를 무시하고 항상 비상 통보를 제어 장치(115)로 전송하도록 설계될 수 있다.
인접한 센서 장치들(115) 사이의 데이터 전송을 가능하게 하기 위해, 전송될 데이터가 전송되는 데이터 채널과 관련해서 셀들(110)이 단락 접속을 형성하지 않아야 한다. 달리 표현하면, 전송될 데이터가 셀들(110)을 통해 전송됨으로써 센서 장치(115)를 우회할 수 있는 것이 방지되어야 한다. 이를 위해, 전송될 데이터의 신호 주파수, 예를 들면 반송파 주파수가 셀들(110)의 임피던스(Z)에 따라 조정될 수 있거나 또는 셀(100)의 임피던스(100)와 센서 장치(115)의 소자들의 임피던스로 이루어진 전체 임피던스가 예를 들면 셀의 파워 공급 라인들 사이에 접속된 커패시턴스 또는 인덕턴스에 의해, 전송될 데이터가 셀(110)을 통해 전송되지 않도록 조정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 개략도를 도시한다. 에너지 어큐뮬레이터는 도 1을 참고로 설명되는 바와 같이, 다수의 배터리 소자(120)를 포함한다. 이 실시예에 따라, 다수의 배터리 소자들(120)은 예컨대 6개의 배터리 소자(120)로 이루어진 직렬 회로로 배치되고, 배터리 소자들(120) 중 하나에 대해 병렬로 예컨대 3개의 다른 배터리 소자들(120)이 병렬 접속된다. 도시된 실시예와는 달리, 임의의 수의 배터리 소자들(120)의 직렬 회로 및 병렬 회로로 이루어진 임의의 조합체가 구현될 수 있다.
에너지 어큐뮬레이터는 다수의 스위칭 장치를 포함하고, 상기 스위칭 장치는 각각 하나의 스위치(232) 및 상기 스위치(232)에 대해 병렬 접속된 바이패스 커패시턴스(234)를 포함한다. 스위칭 장치들은 배터리 소자들(120) 중 개별 배터리 소자의 셀의 파워 공급 라인 내에 배치된다. 스위칭 장치는 배터리 소자들(120) 중 세개의 배터리 소자로 이루어진 직렬 회로의 바이패스를 위한 바이패스 라인 내에 배치된다. 스위칭 장치에 의해, 배터리 소자들(120)의 개별 배터리 소자 또는 모든 배터리 소자가 활성화되거나 비활성화된다. 즉, 에너지 어큐뮬레이터를 통해 하나의 전류 회로 내에 포함되거나 또는 빼내진다. 하나의 스위칭 장치 또는 다수의 스위칭 장치의 스위치(232)가 개방되면, 각각의 스위칭 장치를 통한 직류 흐름이 중단되기는 하지만, 적합한 신호 주파수, 예를 들면 메가헤르츠 범위로 전송되는 데이터에 의해 각각의 스위칭 장치가 각각의 커패시턴스(234)를 통과할 수 있다. 커패시턴스(234)는 예를 들면 커패시터 또는 스위치(232)의 기생 커패시턴스일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀용 센서 장치(115)의 개략도를 도시한다. 센서 장치(115)는 예를 들면 도 1에 도시된 에너지 어큐뮬레이터와 관련해서 사용될 수 있다.
센서 장치(115)는 통신 장치(341) 및 검출 장치(343)를 포함한다. 통신 장치(341)는 예를 들면 통신 장치(341)를 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 제 1 파워 공급 라인에 연결하기 위한 제 1 접속 라인의 형태인 제 1 인터페이스(351), 및 예를 들면 통신 장치(341)를 제 2 파워 공급 라인에 연결하기 위한 제 2 접속 라인의 형태인 제 2 인터페이스(353)를 포함한다. 검출 장치(343)는 예를 들면 셀의 압력 또는 온도와 같은 물리적 크기를 검출하고 상응하는 센서 값을 통신 장치(341)에 제공하도록 설계된다. 예를 들면, 검출 장치(343)는 센서 값을 송신 장치, 제어 장치 또는 통신 장치(341)의 메모리 장치에 제공하도록 설계될 수 있고, 통신 장치(341)는 센서 값을 전송될 데이터로서 인터페이스들(351, 353) 중 하나를 통해 전송하도록 설계될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 파워 공급 라인을 통해 연장하는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 통신 장치(341)의 개략도를 도시한다. 통신 장치(341)는 예를 들면 도 3을 참고로 설명된 센서 장치(115)와 관련해서 사용될 수 있다.
통신 장치(341)는 통신 장치(341)를 셀의 제 1 파워 공급 라인에 전기 전도성 접속하기 위한 제 1 인터페이스(351), 및 통신 장치(341)를 셀의 제 2 파워 공급 라인에 전기 전도성 접속하기 위한 제 2 인터페이스(353)를 포함한다. 또한, 통신 장치(341)는 송신 장치(451) 및 컨디셔닝 장치(453)를 포함한다.
송신 장치(451)는 신호 주파수를 사용해서 통신 장치(341)에 의해 전송될 데이터를 제 2 인터페이스(353)를 통해 데이터 채널로 전송하도록 설계된다. 컨디셔닝 장치(453)는 데이터 채널을 컨디셔닝하도록 설계된다.
일 실시예에 따라, 컨디셔닝 장치(453)는 송신 장치(451)에 의해 사용되는 신호 주파수를 변경하도록 설계된다. 이를 위해, 컨디셔닝 장치(453)는 예를 들면 신호 주파수를 생성하는 주파수 제너레이터의 세팅을 변경하도록 설계될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 컨디셔닝 장치(453)는 신호 주파수와 관련해서 인터페이스들(351, 353) 사이의 복합 임피던스를 변경하도록 설계된다. 이를 위해, 컨디셔닝 장치(453)는 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스 및 추가로 또는 대안으로서 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스로 이루어진 장치(455)를 포함하고, 상기 커패시턴스들 또는 인덕턴스들은 인터페이스들(351, 353)과 전기 전도성으로 접속될 수 있거나 또는 인터페이스들(351, 353)로부터 분리될 수 있다. 장치(455)는 다수의 스위칭 가능한 커패시턴스 및 스위칭 가능한 인턱턴스를 포함할 수 있고, 이들은 예를 들면 인터페이스들(351, 353) 사이의 직렬 회로 및 병렬 회로로 이루어진 적합한 전기 회로망 내에 접속될 수 있다.
실시예에 따라, 컨디셔닝 장치(453)는 신호 주파수와 관련해서 인터페이스들(351, 353) 사이의 복합 임피던스를 줄이도록 설계된다. 이로 인해, 전송될 데이터가 통신 장치(341)를 우회해서 직접 셀을 통해 전송될 수 있다. 이는 매우 신속한 데이터 전송을 가능하게 한다. 예를 들면, 컨디셔닝 장치(453)는 비상 신호의 수신에 응답해서 복합 임피던스를 줄이도록 설계될 수 있다. 상기 비상 신호는 예를 들면 에너지 어큐뮬레이터의 제어 장치, 에너지 어큐뮬레이터의 통신 장치, 또는 통신 장치에 할당된 검출 장치에 의해 생성된 신호일 수 있다.
일 실시예에서, 통신 장치(341)는 수신 장치(457)를 포함한다. 수신 장치(457)는 제 1 인터페이스(351)에 도달하는 데이터를 수신하도록 설계된다.
예를 들면 수신 장치(457)에 의해 수신된 데이터는 송신 장치(451)로 전달될 수 있고, 송신 장치(451)에 의해 전송될 수 있다. 또한, 수신된 데이터는 컨디셔닝 장치(453)의 제어를 위해 사용될 수 있다. 예를 들면 컨디셔닝 장치(453)는 수신된 데이터에 응답해서 데이터 채널의 컨디셔닝을 실시하도록 설계될 수 있다. 따라서, 컨디셔닝 장치(453)에 의해 실시되는 컨디셔닝이 중앙 지점에 의해, 예를 들면 제어 장치에 의해 제어될 수 있다. 또한 컨디셔닝 장치(453)는 데이터 채널을 통해 전송된 신호의 신호 품질을 평가하는 평가 장치 또는 측정하는 측정 장치를 포함할 수 있고, 평가된 또는 측정된 신호 품질에 따라 컨디셔닝을 실시하도록 설계될 수 있다.
통신 장치(341)는 도 3을 참고로 설명된 바와 같이, 검출 장치에 대한 추가의 인터페이스를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 예컨대 도 1을 참고로 설명된 바와 같이 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 2개의 셀(110)로 이루어진 직렬 회로를 도시한다. 셀들(110)은 각각 제 1 파워 공급 라인(561) 및 제 2 파워 공급 라인(562)을 포함한다. 좌측에 도시된 셀(110)의 제 2 파워 공급 라인 (562)은 우측에 도시된 셀(110)의 제 1 파워 공급 라인(561)과 전기 전도성으로 접속된다. 에너지 어큐뮬레이터의 내부에 배치에 따라, 파워 공급 라인들(561, 562)은 에너지 어큐뮬레이터의 접속부로서 또는 파워 셀 연결부로서 사용된다. 셀들(110)의 각각은 각각의 파워 공급 라인(561, 562) 사이의 복합 내부 저항(Z)을 갖는다.
셀(110)의 파워 공급 라인들(561, 562) 사이에 각각 하나의 컨디셔닝 장치(453)가 접속되고, 상기 컨디셔닝 장치는 각각 하나의 커패시턴스(565, 566) 및 하나의 인덕턴스(567)를 구비한 장치(455)를 포함한다. 컨디셔닝 장치(453)는 예를 들면 센서 장치 또는 통신 장치의 부분일 수 있거나 또는 독자적인 유닛으로서 실시될 수 있다.
커패시턴스(565)의 값은 인덕턴스(567)의 값과 마찬가지로 세팅될 수 있다. 우측에 도시된 장치(455)의 커패시턴스(566)는 커패시턴스(565)와는 달리, 고정적으로 세팅된 값을 가진 고정 커패시턴스로서 실시된다. 장치(455)는 집적 회로, 예컨대 ASIC 내에 통합되거나 또는 따로 실시될 수 있는, 커패시턴스(565, 566) 및 인덕턴스(567)로 이루어진 하나의 필드, 소위 어레이를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 커패시턴스(565, 566) 및 인덕턴스(567)는, 예를 들면 컨디셔닝 장치(453)의 제어 장치에 의해 또는 컨디셔닝 장치(453)에 대해 외부에 배치된 제어장치에 의해 제어되어, 임피던스 조정을 위해 그 값이 변경될 수 있다. 또한, 커패시턴스(565, 566)와 인덕턴스(567)의 접속부들 사이의 접속 또는 상기 접속부들과 파워 공급 라인(561, 562)의 접속은 분리되거나 또는 폐쇄되고, 예를 들면 상응하는 제어 장치에 의해 제어된다. 이로 인해, 셀(110)의 복합 내부 저항(Z)에 추가해서, 셀(110)의 파워 공급 라인들(561, 562) 사이의 다른 복합 저항들이 구현되고, 상기 다른 복합 저항은 셀의 복합 내부 저항(Z)과 함께 결합되어 전체 저항을 형성한다. 전체 저항은 셀(110)의 파워 공급 라인(561, 562)을 통해 미리 정해진 또는 세팅 가능한 신호 주파수로 전송되는 데이터가 셀(110)을 통해 전송되지 않도록 세팅될 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 회로는 신호 컨디셔닝 장치의 개략도로서 파악될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 셀 및 하나의 배터리 센서로 이루어진 조합체의 복합 임피던스의 컨디셔닝을 다이어그램으로 도시한다. 조합체는 예를 들면 도 5를 참고로 설명되는 바와 같은 조합체이다. 횡축에는 주파수(f)가 도시되고, 종축에는 조합체의 임피던스(ZVer)가 도시된다.
출발 곡선(671), 제 1 컨디셔닝에 의해 품질을 높인 제 2 곡선(672), 및 제 2 컨디셔닝에 의해 중심 주파수를 낮춘 제 3 곡선(673)이 도시된다. 적합한 추가 컨디셔닝에 의해 곡선들(672, 673)의 조합도 달성될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 전술한 도면을 참고로 설명된다.
일 실시예에서, 통신 인터페이스(341)를 구비한 배터리 센서(115) 또는 이러한 센서(115)를 포함한 배터리가 형성된다. 통신 인터페이스(341)는 데이터 채널의 컨디셔닝을, 즉 배터리 소자(120)를 통해 센서(115) 및 제어 장치(126)로부터 그리고 센서(115) 및 제어 장치(126)로의 데이터 경로에서 개시하도록 설계된다.
통신은 배터리 셀들(110), 통상 예컨대 100개의 셀들(110)의 경우에 따라 긴 직렬 회로 및 병렬 회로를 통해 이루어진다. 통신 장치(341)를 포함하는 센서(115)는 배터리 셀(110)에 대해 병렬 접속된다. 배터리 셀(110)의 임피던스(Z) 및 기하학적 배치와 결선으로부터 주어지는 센서(115)의 임피던스는 배터리 셀(110)의 구성 및 선택에 따라 변할 수 있고, 배터리 셀(110)의 노화 과정 및 온도 효과와 같은 추가의 팩터에 의해 변경될 수 있다.
통신의 선택된 주파수 범위에서 셀들(110)의 복합 저항, 즉 임피던스가 너무 작으면, 한편으로는 배터리 센서(115)의 수신 유닛(457) 또는 수신 장치 및/또는 송신 유닛(451) 또는 송신 장치가 "단락"되고, 다른 한편으로는 저항(Z)을 통해 신호 에너지가 센서(115)를 우회하게 된다. 후자는 특히 직렬 파워 라인 통신의 형성에 바람직하지 않다. 너무 적은 셀 임피던스(Z)의 2가지 전술한 경우에, 데이터 통신은 불가능하거나 또는 불충분하게만 가능하다.
예를 들면 설명된 통신 장치(341)에 의해 실시될 수 있는, 여기에 설명된 컨디셔닝 방법은 기본적으로, 셀(110)의 파워 공급 라인(561, 562)을 통한 데이터 전송을 최적화하기 위해, 후술하는 다수의 방법으로 이루어진 조합을 사용할 수 있다. 대안으로서, 방법들 중 하나만이 적용되거나 구현될 수도 있다.
제 1 컨디셔닝 방법은 신호 주파수 조정을 기초로 한다. 이 경우, 전송될 데이터의 신호 주파수, 즉 예컨대 통신 주파수 또는 반송파 주파수가 조정되므로, 신호 주파수는 셀(110) 또는 배터리 소자(120)의 복합 셀 저항(Z)의 공진 확대의 영역에서 강하한다. 신호 주파수의 고정은 설계 시에 또는 조립 시에 고정적으로 이루어질 수 있으나, 트래킹 또는 온라인-최적화도 제공될 수 있다. 신호 주파수의 바람직한 주파수 범위는 일 실시예에 따라 10 MHz 내지 100 MHz 또는 10 MHz 내지 200 MHz의 범위 내에 있는데, 그 이유는 프리즘형 고에너지 셀(110)의 전형적인 구조에서는 여기에서 공진 확대가 주어지기 때문이다.
더 많은 수의 배터리 셀(110)에서 그리고 배터리(100) 내의 셀들(110)의 복잡한 와이어링 시에, 개별 셀 임피던스(Z)의 공진 주파수에서의 차이가 기대되기 때문에, 이 경우 신호 주파수에 대한 다중 주파수의 또는 광대역의 신호 주파수 대역이 바람직할 수 있다.
제 2 컨디셔닝 방법은, 공진 확대가 중심 주파수 및 품질에 의도대로 긍정적으로 영향을 주기 위해, 센서(115) 내의 개별의 또는 통합된 커패시턴스(565, 566) 또는 인덕턴스(567) 형태의 접속 가능한 소자들(455)의 사용을 기초로 한다. 상기 영향은 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 이를 위한 기술적 실시는 도 5에서 2개의 셀(110)로 이루어진 배터리(100)의 실시예로 개략적으로 도시된다. 상기 실시예는 다수의 셀들(110)을 가진 배터리(100)에도 상응하게 적용될 수 있다. 커패시턴스(565, 566) 및 인덕턴스(567)로 이루어진 필드(455)는 스위치 및 파워 공급 라인들(561, 562)을 통해 셀(110)의 셀 극과 접속될 수 있다. 필드로서의 구성에 의해, 인덕턴스(567) 및 커패시턴스(565, 566)로 이루어진 상이한 조합이 직렬 회로로 형성된다. 많은 조절 가능성을 가진 필드(455)에 대한 대안으로서, 예컨대 단일 고정 커피시턴스(566)가 사용될 수 있거나 또는 적어도 하나의 인덕턴스(567) 및 추가로 또는 대안으로서 적어도 하나의 커패시턴스(565, 566)로 이루어진 다른 조합이 사용될 수 있다. 배터리(100) 내에 조립된 추가 센서들(115)의 필드(455)와, 셀(110)의 복합 임피던스(Z)와, 배터리(100) 내에 조립된 추가의 셀(110)의 복합 임피던스와 조합해서 그리고 상호작용해서, 병렬 및 직렬 공진을 통해, 선택된 통신 방법에 최상인, 유효 복합 저항(ZVer)이 셀 극들에 접속된 파워 공급 라인들(561, 562) 사이에 그리고 배터리 극들(104, 106) 사이에 세팅될 수 있다.
제 1 및 제 2 컨디셔닝 방법은 예컨대 에너지 소비 및 신호 대 잡음 비와 관련해서 최상의 해결책을 얻기 위해 동시에 적용될 수도 있다.
공진 주파수를 정확히 아는 경우, 및 추가로 또는 대안으로서 정확히 측정한 경우 및 공진 주파수의 조절 방법을 이용하는 경우, 일 실시예에 따라 바람직하게는 상기 공진 확대의 가능한 한 높은 품질이 선택될 수 있다. 공진 주파수의 조절 가능성이 주어지지 않으면, 예컨대 노화 또는 온도 효과와 같은 영향에 의한 셀(110)의 임피던스(Z)의 변경에 의한 공진 주파수의 경우에 따라 발생하는 이동을 고려하기 위해, 공진 확대의 충분한 광대역 및 그에 따라 공진 회로의 더 낮은 품질이 설계된다.
배터리 센서(115)는 신호 주파수 및 추가로 또는 대안으로서 장치(455)를 의도대로 제어하기 위해 신호 품질을 측정하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
통신 방법의 실시가 벅트 브리게이드 체인 원리에 따라 이루어지는 실시예에 따라, 센서들의 적어도 개별 센서의 통신 장치(341)를 차단할 수 있는 가능성이 주어진다. 이로 인해, 해당 통신 장치(341)가 차단된 셀(110)을 통한 의도치 않은 신호 전달이 측정되고 보상될 수 있다. 적합한 측정은 예를 들면 제어 장치(125) 내에 또는 통신 장치(341) 내에 배치될 수 있는 측정 장치에 의해 실시될 수 있다. 이러한 측정 장치의 측정 결과를 기초로, 데이터 채널은 예를 들면 신호 주파수의 변경에 의해 또는 장치(455)의 적합한 사용의 변경에 의해, 셀(110)을 통한 의도치 않은 신호 전달이 방지되거나 또는 적어도 미리 정해진 정도까지 줄어들도록, 컨디셔닝될 수 있다.
이러한 통신 방식에 대한 다른 실시예에서, 의도된 저항 감소가 제공될 수 있어서, 예컨대 안전성 관련 알람 신호의 우선 데이터 전달이 필요한 경우 신호 전송의 낮은 잠재가 가능해진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀의 적어도 하나의 파워 공급 라인을 통해 연장하는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하는 방법을 흐름도로 도시한다. 단계(701)에서, 데이터 채널이 컨디셔닝되고, 단계(702)에서 전송될 데이터가 데이터 채널로 신호 주파수를 사용해서 전송된다. 단계들(701, 702)은 여러 번 반복될 수 있고, 서로 동시에 또는 바뀐 순서로 실시될 수 있다. 방법은 예컨대 앞서 설명된 통신 장치에 의해 실시될 수 있다. 단계(701)는 컨디셔닝 방법의 실시에 의해 전술한 바와 같이 실시될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 단일 셀 또는 다수 셀의 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀(110)의 데이터 채널(800)의 컨디셔닝을 위한 컨디셔닝 장치(453)를 도시한다. 데이터 채널(800)은 단일 방향성 또는 양방향성으로 실시될 수 있고, 셀(110)의 통신 장치(341)에 의해 데이터 전송을 위해 사용될 수 있다. 데이터 채널(800)은 하나 또는 다수의 파워 공급 라인을 통해 또는 셀(110)의 하우징을 통해 연장할 수 있다.
컨디셔닝 장치(453)는 예를 들면 셀(110)의 부분, 통신 장치(341)의 부분, 추가 셀의 통신 장치의 부분 또는 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같은 제어 장치의 부분일 수 있거나 또는 독자적인 유닛일 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에 따라, 컨디셔닝 장치(453)는 셀(110)로부터 공간적으로 분리되어 배치될 수 있다.
실시예에 따라 컨디셔닝 장치(453)는 다른 실시예를 참고로 이미 설명된 바와 같이 통신 장치(341)에 의해 사용되는, 데이터 채널(800)을 통한 데이터 전송을 위한 신호 주파수를 조정하도록 설계된다. 이를 위해, 컨디셔닝 장치(453)는 신호 주파수를 세팅하기 위한 세팅 신호를 인터페이스를 통해 통신 장치(341)로 출력하도록 설계된다.
다른 실시예에 따라 컨디셔닝 장치(453)는 다른 실시예를 참고로 이미 설명된 바와 같이 데이터 채널(800)의 교류 저항을 조정하도록 설계된다. 이를 위해, 컨디셔닝 장치(453)는 데이터 채널(800)을 나타내는 도체와의 전기 전도성 접속을 가질 수 있고, 데이터 채널(800)을 상기 전기 전도성 접속을 통해 교류 저항을 조정하는 적어도 하나의 소자와 접속하도록 설계될 수 있다. 대안으로서, 컨디셔닝 장치(453)는 데이터 채널(800)의 교류 저항을 조정하기 위해 스위칭 신호를 데이터 채널(800)과 접속된 회로로 출력하도록 설계될 수 있다. 회로는 예를 들면 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스를 포함할 수 있다.
컨디셔닝 장치(453)는 데이터 채널(800)을 제어 신호의 수신에 응답해서 또는 데이터 채널(800)을 통해 전송된 신호의 평가에 응답해서 컨디셔닝하도록 설계될 수 있다.
설명된 그리고 도면에 도시된 실시예들은 예시적으로만 선택된다. 상이한 실시예들이 완전히 또는 개별 특징들과 관련해서 서로 조합될 수 있다. 또한, 하나의 실시예가 다른 실시예의 특징들로 보완될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법 단계들은 반복되고, 설명된 순서와는 다른 순서로 실시될 수 있다. 하나의 실시예가 제 1 특징과 제 2 특징 사이에 "및/또는" 접속사를 포함하면, 이는 이 실시예가 일 실시 형태에 따라 제 1 특징 및 제 2 특징을 포함하고, 다른 실시 형태에 따라 제 1 특징만을 또는 제 2 특징만을 포함하는 것을 의미한다.
100 전기 에너지 어큐뮬레이터
110 셀
115 센서 장치
120 배터리 소자
341 통신 장치
343 검출 장치
351, 353 인터페이스
451 송신 장치
453 컨디셔닝 장치
561, 562 파워 공급 라인
565 커패시턴스
567 인덕턴스
800 데이터 채널

Claims (10)

  1. 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)의 셀(110)의 데이터 채널(800)을 컨디셔닝하는 컨디셔닝 장치(453)에 있어서,
    상기 컨디셔닝 장치(453)는 상기 데이터 채널을 통한 데이터 전송에 적합한 신호 주파수 및/또는 상기 데이터 채널의 교류 저항(Z; ZVer)을 컨디셔닝하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 컨디셔닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 장치(453)는 상기 셀(110)의 제 1 파워 공급 라인(561), 상기 셀의 제 2 파워 공급 라인(562), 상기 제 1 파워 공급 라인과 상기 제 2 파워 공급 라인 사이의 전기 접속, 상기 셀(100)의 셀 하우징 벽 또는 상기 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)의 배터리 하우징(108)의 교류 저항(Z; ZVer)을 세팅하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 컨디셔닝 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 장치(453)는 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스(565) 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스(567)를 포함하고, 상기 데이터 채널(800)의 상기 교류 저항(Z; ZVer)을 컨디셔닝 하기 위해 상기 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시턴스 및/또는 적어도 하나의 스위칭 가능한 인덕턴스를 상기 데이터 채널(800)과 접속하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 컨디셔닝 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 장치(453)는 신호를 수신하도록 설계된 수신 장치를 포함하고, 상기 컨디셔닝 장치(453)는 상기 데이터 채널(800)을 신호를 사용해서 컨디셔닝하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 컨디셔닝 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 장치(453)는 제 1 작동 상태에서 상기 교류 저항(Z; ZVer)를 상기 신호 주파수와 관련해서 높이고, 제 2 작동 상태에서 상기 교류 저항을 상기 신호 주파수와 관련해서 낮추도록 설계되는 것을 특징으로 하는 컨디셔닝 장치.
  6. 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)의 셀(110)의 데이터 채널(800)을 연장하는 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 통신 장치(341)로서,
    상기 통신 장치와 상기 데이터 채널의 전기 전도성 접속을 위한 인터페이스(351, 353);
    상기 통신 장치에 의해 전송될 데이터를 신호 주파수를 사용해서 상기 인터페이스를 통해 상기 데이터 채널로 출력하도록 설계된 송신 장치(451); 및
    상기 데이터 채널의 컨디셔닝을 위한 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 컨디셔닝 장치(453)를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  7. 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)의 셀(110)의 센서 장치로서,
    상기 셀(110)과 관련해서 센서 데이터를 검출하기 위한 검출 장치(343); 및
    상기 센서 데이터를 상기 검출 장치에 의해 수신하고 상기 센서 데이터를 기초로 전송될 데이터를 형성하도록 설계된 제 6 항에 따른 통신 장치(341)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  8. 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)용 배터리 소자(120)로서, 상기 배터리 소자는
    제 1 파워 공급 라인(561)과 제 2 파워 공급 라인(562)을 포함하는, 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터의 셀(110), 및
    제 7 항에 따른 센서 장치(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 소자.
  9. 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)로서,
    직렬 회로 또는 병렬 회로로 배치되는 제 8 항에 따른 적어도 2개의 배터리 소자(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터.
  10. 멀티-셀 전기 에너지 어큐뮬레이터(100)의 셀(110)의 데이터 채널(800)을 컨디셔닝하는 방법으로서,
    상기 데이터 채널을 통해 데이터를 전송하기에 적합한 신호 주파수 및/또는 상기 데이터 채널의 교류 저항(Z; ZVer)을 컨디셔닝하는 단계(701)를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨디셔닝 방법.
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