KR20170117552A - 배터리의 적어도 하나의 배터리 셀의 상태 변수의 모니터링 - Google Patents

배터리의 적어도 하나의 배터리 셀의 상태 변수의 모니터링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 배터리(20)의 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법에 관한 것으로, 하기 단계들을 포함한다: 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 1 배터리 셀의 경계면(26)에 제 1 도전성 영역(22)을 제공하고 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 2 배터리 셀의 경계면(28)에 제 2 도전성 영역(24)을 제공하는 단계로서, 도전성 영역들(22, 24)은 서로 전기 절연되어 배치되고, 2개의 도전성 영역들(22, 24) 간에 전압을 인가하는 단계, 전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하는 단계 그리고 그 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하는 단계.

Description

배터리의 적어도 하나의 배터리 셀의 상태 변수의 모니터링
본 발명은 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀을 포함하는 배터리의 적어도 하나의 배터리 셀의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀을 포함하는 배터리의 적어도 하나의 배터리 셀의 상태 변수를 모니터링하기 위한 모니터링 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 및 전기 구동 장치와 전기 구동 장치에 접속되며 전기 구동 장치에 전기 에너지를 공급하기 위한 전기 시스템을 구비한 자동차에 관한 것으로, 상기 전기 시스템은 배터리를 포함하고, 상기 배터리는 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀을 포함한다.
배터리의 적어도 하나의 배터리 셀의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법 및 이를 위한 모니터링 장치는 기본적으로 공개되어 있으므로, 별도의 문헌 증명은 불필요하다. 이러한 배터리 셀 또는 배터리는 주로, 예를 들어 전기 구동 가능한 차량 또는 이와 같은 것에서 사용되는 고전압 배터리 시스템에 이용된다. 배터리 셀 및 그것으로 형성된 배터리의 제조 중에 실제로 다양한 품질 검사, 예를 들어 절연 측정, 전압 세기 측정 및/또는 이와 같은 것이 실시된다. 또한, 고전압 배터리 시스템은 주로 고전압 배터리 시스템의 능동 절연 검사를 위한 절연 모니터링 장치를 포함한다. 상기 장치는 고전압 플러스 접속부 및 고전압 마이너스 접속부를 예를 들어 자동차와 같이, 고전압 배터리를 포함하는 장치의 접지에 대해 검사한다. 자동차에서 고전압 배터리의 사용 시 자동차 접지와 관련해서 절연이 모니터링 된다.
또한, 선행기술에 적어도 2개의 배터리 셀로 형성된 해당하는 배터리가 공개되어 있다.
배터리 셀은, 전기 화학적으로 서로 상호 작용하는 2개의 전극을 포함하는 장치이다. 상호 작용은 전해질의 보완적인 매개 작용 하에 이루어질 수 있다. 갈바니 셀이라고도 하는 배터리 셀은, 예를 들어 축전지 또는 이와 같은 형태의 배터리에서 이용되는 기능과 관련해서 바람직하게 가역적이다. 전극들의 전기 화학적 상호 작용으로 인해 각각의 배터리 셀 화학에 대해 특이적인 직류 전압이 전극에 설정되고, 상기 직류 전압은 전극에 연결된, 각각의 배터리 셀의 접속 콘택에 제공된다.
이러한 직류 전압은 일반적으로 비교적 낮다. 전기 공학에서 여러 이용예는 직류 전압을 필요로 하고, 상기 직류 전압은 개별 배터리 셀을 통해 제공될 수 있는 직류 전압을 상당히 초과한다. 이러한 이유로 대개 복수의 배터리 셀이 통합되어 하나의 배터리를 구성하고, 배터리 내의 전기적 요구에 따라 전기적으로, 예를 들어 직렬 회로, 병렬 회로, 이들의 조합 또는 이와 같은 형태로 접속된다.
배터리 내부에서 개별 배터리 셀들은 버스 바 또는 이와 같은 전기 도체를 이용해서 소정의 회로 방식으로 서로 도전 접속되므로, 배터리의 접속 폴(Connecting pole)에 소정의 직류 전압이 제공될 수 있다. 이러한 배터리는 예를 들어 자동차 분야에서 납산 배터리로서, 항공기 분야 및 무정전 전원에서 니켈 카드뮴 배터리로서, 가전 기기 분야에서 리튬이온 배터리로서 및/또는 이와 같은 것으로서, 최근에는 또한 전기 구동 자동차에서도 이용된다.
이러한 자동차는 역시 충분히 공개되어 있다. 바람직하게는 배터리를 가진 전기 시스템 및 전기 시스템에 접속된 구동 장치를 구비한 자동차를 포괄한다. 이러한 자동차는 예를 들어 전기 자동차, 전기 구동 장치 및 내연기관을 이용해서 구동이 가능한 하이브리드 자동차 또는 이와 같은 것이다. 이러한 자동차에서 배터리와 구동 장치는 각각 적어도 2개의 전기 접속 콘택을 포함한다. 전기적 연결을 위해 배터리의 적어도 하나의 접속 콘택 및 구동 장치의 적어도 하나의 접속 콘택은 전기 라인을 이용해서 서로 도전 접속된다.
이러한 배터리 또는 배터리 셀의 작동 시 특히 적절한 작동, 노후화 및/또는 이와 같은 것과 관련해서 문제가 발생한다. 이는 배터리 셀 또는 배터리의 품질을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 과제는, 배터리 셀 또는 배터리 셀로 형성된 배터리와 관련해서 간단하고 정확하게 품질 기술(quality statement)이 가능해질 수 있는, 배터리의 적어도 하나의 배터리 셀의 상태 변수들을 모니터링하기 위한 방법, 이를 위한 모니터링 장치, 배터리 및 배터리를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결을 위해 본 발명에 의해 청구항 제 1 항에 따른 방법 및 다른 독립 청구항 제 8 항에 따른 모니터링 장치가 제안된다. 또한, 다른 독립 청구항 제 9 항에 따른 배터리가 제안된다. 또한, 다른 독립 청구항 제 11 항에 따른 자동차가 제안된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 특징들에 의해 제시된다.
본 발명에 의해 이러한 방법을 위해 특히, 상기 방법은,
적어도 2개의 배터리 셀 중 제 1 배터리 셀의 경계면에 제 1 도전성 영역을 제공하고 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 2 배터리 셀의 경계면에 제 2 도전성 영역을 제공하는 단계로서, 상기 도전성 영역들은 서로 전기 절연되어 배치되고,
2개의 도전성 영역들 간에 전압을 인가하는 단계,
전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하는 단계, 및
평가에 기초해서 상태 변수를 결정하는 단계
를 포함하는 것이 제안된다.
모니터링 장치와 관련해서 특히, 상기 모니터링 장치는 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 1 배터리 셀의 경계면에 제공된 제 1 도전성 영역과 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 2 배터리 셀의 경계면에 제공된 제 2 도전성 영역 간에 전압을 인가하도록, 전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하도록 그리고 그 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하도록 형성되는 것이 제안된다.
배터리 측에서 특히, 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 1 배터리 셀의 경계면은 제 1 도전성 영역을 갖고, 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 2 배터리 셀의 경계면은 제 2 도전성 영역을 갖고, 상기 도전성 영역들은 서로 전기 절연되어 배치되고, 이 경우 배터리는 2개의 도전성 영역 간에 전압을 인가하도록, 전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하도록 그리고 그 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하도록 형성된 모니터링 장치를 포함하는 것이 제안된다.
자동차 측에서 특히, 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 1 배터리 셀의 경계면은 제 1 도전성 영역을 갖고, 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 2 배터리 셀의 경계면은 제 2 도전성 영역을 갖고, 이 경우 도전성 영역들은 서로 전기 절연되어 배치되고, 상기 배터리는 2개의 도전성 영역 간에 전압을 인가하도록, 전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하도록 그리고 그 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하도록 형성된 모니터링 장치를 포함하는 것이 제안된다.
본 발명은, 예를 들어 배터리 또는 배터리 셀의 절연 물질이 노후화될 수 있다는 사실을 이용한다. 또한, 배터리 셀 또는 배터리는 노후화 및 각각의 배터리 상태에 따라서 그것의 구조적 치수도 변할 수 있다. 예를 들어, 특히 리튬이온 배터리의 경우에 배터리가 점점 노후화함에 따라 및/또는 충전 상태에 따라 체적이 증가한다. 각기둥 형태의 배터리 셀의 경우에 이는 팽창 거동의 형태로 나타날 수 있다. 이는 특히 수명에 걸쳐 인접한 배터리 셀들 사이의 절연 물질의 변동으로 나타날 수 있다.
상태 변수는 바람직하게 배터리 셀 또는 배터리의 품질 상태를 특성화하는 상태 변수, 예를 들어 배터리 셀 또는 배터리의 노후화 상태, 커패시턴스 상태, 치수 및/또는 이와 같은 것이다. 또한, 상태 변수는 물론 각각의 배터리 셀 또는 배터리의 무부하 전압, 배터리, 특히 배터리의 개별 셀들의 충전 상태 및/또는 이와 같은 것일 수 있다. 또한, 상태 변수는 특히 배터리 셀의 온도, 특히 배터리 셀 내부의 압력 및/또는 이와 같은 것일 수 있다.
배터리의 배터리 셀들은 서로 인접하게 배치되고, 바람직하게는 직접 인접한다.
본 발명은, 상태 변수의 변동이 배터리 셀 또는 배터리의 형상에 영향을 미친다는 사실에 기초한다. 형상의 이러한 변화는 관련 배터리 셀의 경계면에 있는 도전성 영역을 이용해서 용량성으로 결정될 수 있다. 이를 위해 본 발명은, 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 1 배터리 셀의 경계면에 제 1 도전성 영역이 제공되고 적어도 2개의 배터리 셀 중 제 2 배터리 셀의 경계면에 제 2 도전성 영역이 제공되는 것을 제안한다. 전도성 영역들은 서로 전기 절연되어 배치된다. 이로써 계속해서 설명되는 바와 같이, 상태 변수의 결정을 위한 평가에 이용될 수 있는 전기 커패시턴스가 형성된다.
도전성 영역들의 배치는 예를 들어 절연 박막, 산화막, 절연 디스크, 이들의 조합 및/또는 이와 같은 것에 의해 전기 절연되어 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 도전성 영역의 전기 절연된 배치는, 전기 커패시턴스를 제공하고 전기 커패시턴스의 값을 결정할 수 있는 것을 가능하게 한다. 이 경우 본 발명을 위해, 2개의 도전성 영역이 동일한 크기이고 및/또는 서로 직접 마주 놓이도록 배치되는 것이 반드시 필수적인 것은 아니다. 도전성 영역들은 그 크기 및 형태와 관련해서 서로 상이할 수 있고, 서로에 대해 이동될 수 있고 및/또는 이와 같은 것이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라 2개의 도전성 영역에 전압이 인가된다. 도전성 영역들은 이와 관련해서, 해당하는 전압 발생 장치를 도전성 영역들에 접속시키는 것을 가능하게 하는 접속 콘택 또는 이와 같은 것을 포함할 수 있다.
또한, 물론 복수의 배터리 셀의 경우에 바람직하게 모든 배터리 셀이 이러한 도전성 영역을 포함하고, 이 경우 모니터링 장치는, 상이한 도전성 영역들에 전압을 가할 수 있도록 형성되는 것이 제안될 수 있다. 이로 인해, 배터리의 다른 배터리 셀들에 관한 비교값을 얻어서 전체 배터리 및 개별 배터리 셀에 관한 품질 기술을 얻는 것이 가능하다.
전압은 예를 들어 전압 펄스 또는 전압 펄스 시퀀스일 수 있다. 또한, 전압은 교류 전압, 예를 들어 고주파 교류 전압일 수 있다. 교류 전압은 정현파, 구형파, 삼각파 및 이들의 조합 또는 이와 같이 형성될 수 있다. 물론, 전압 펄스도 교류 전압을 포함할 수 있다. 이원적 방법으로 기본적으로는 물론 전류 펄스 또는 교류도 도전성 영역들에 제공을 위해 이용될 수 있다. 따라서 전압 발생 장치는 전류 발생 장치로 대체될 수 있다.
평가 유닛을 이용해서 전압으로 인해 발생된 전기 변수에 대한 전압의 영향이 결정될 수 있다. 바람직하게 이것은 전류이다. 평가 유닛은 먼저 도전성 영역들에 의해 형성된 전기 커패시턴스의 값을 결정한다. 이로부터 평가 유닛은 배터리 셀 또는 배터리의 다른 파라미터들을 바람직하게 추가로 고려하여 각각의 소정의 상태 변수를 도출한다. 다른 파라미터들은 예를 들어 셀 내부의 센서들에 의해, 바람직하게는 적절한 평가 유닛과 함께 결정될 수 있다. 평가 유닛은 이를 위해 다른 센서 유닛들에 통신 접속된다. 다른 센서 유닛들은 예를 들어 배터리 셀의 온도, 배터리 셀의 압력, 전해질의 비중, 무부하 전압, 내부 저항 및/또는 이와 같은 것을 검출할 수 있다.
평가 유닛이 결정된 상태 변수를 먼저 결정된 상태 변수와 비교할 수 있으면, 특히 바람직하다. 또한, 결정된 상태 변수를 위해 비교값이 제공되면, 바람직하다. 평가 유닛은 이 경우 결정된 상태 변수를 비교값 또는 먼저 결정된 상태 변수와도 비교할 수 있고, 따라서 그로부터 현재 상태 변수에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어 평가 유닛은 이러한 방식으로 배터리 셀 또는 배터리의 노후화 프로파일을 결정할 수 있다.
또한, 평가를 이용해서 도전성 영역들 사이의 전기 커패시턴스 및/또는 전기 저항이 결정되는 것이 제안된다. 이로 인해, 소정의 상태 변수를 평가 유닛을 이용해서 신뢰성 있게 결정할 수 있는 것이 가능하다. 전기 저항의 고려는 또한, 절연 및/또는 이와 같은 것에 관한 정보를 얻는 것을 가능하게 한다. 전기 저항의 변동으로부터 또한, 보완적으로 노후화가 추론될 수 있다. 이를 위해 평가 유닛은 노후화 또는 기타 품질 변수의 결정을 위한 전기 저항의 값을 고려할 수 있다.
또한, 2개 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리에서 인접하게 배치된 모든 배터리 셀들 사이에 각각 도전성 영역이 배치되며, 이 경우 전압이 인가될 도전성 영역들은 모니터링 규정에 따라 선택되는 것이 제안된다. 이러한 실시예는, 모니터링 규정에 따라 배터리 셀의 모니터링을 위한 도전성 영역들의 임의의 조합을 이용하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어 상이한 배터리 셀의 각각의 쌍의 도전성 영역들에 함께 전압을 인가하는 것이 가능하다. 이로써 개별 측정에 의해 배터리의 전체 배터리 셀의 품질 상태에 관한 정보가 얻어질 수 있다. 물론 이는, 미리 정해진 개수의 배터리 셀을 위해서만 구현될 수도 있다. 이러한 정보는 예를 들어 모니터링 규정에 제시될 수 있다. 이와 같은 모니터링 규정은 예를 들어 해당하는 정보 또는 데이터를 평가 유닛을 위해 호출 가능하게 준비되어 있는 파일일 수 있다. 또한, 물론 모니터링 규정 또는 그것의 데이터는 통신 네트워크를 통해, 자동차의 경우 예를 들어 CAN 버스, LIN 버스, Flexray 버스 또는 이와 같은 것을 통해 호출될 수 있는 것이 제안될 수 있다. 또한, 물론, 모니터링 규정 또는 해당 데이터는 글로벌 통신 네트워크, 예를 들어 인터넷 또는 이와 같은 것을 통해 호출될 수 있다. 또한, 모니터링 규정 또는 해당 파일은 평가 유닛에 저장된다. 필요에 따라, 파일은 적절하게 업데이트 되는 것이 제안될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 도전성 영역들이 세그먼트화되어 서로 전기 절연된 다수의 영역 범위들로 형성되고, 이 경우 영역 범위들에 서로 무관하게 전압이 인가되는 것을 제안한다. 이러한 실시예는, 경계면의 국부적 영역들을 변동과 관련해서 검출할 수 있게 한다. 따라서 이러한 실시예는, 예를 들어 하나의 영역 범위에서만 발견되는 특히 작은 변동이 검출되어야 하는 경우에, 특히 바람직하다. 또한, 이로 인해 보완적인 정보가 얻어질 수 있고, 상기 정보는 상태 변수의 결정을 위해 고려될 수 있다.
도전성 영역들은 예를 들어 금속화부로서 경계면에 설치될 수 있다. 그러나 금속 박막이 접착 또는 이와 같은 결합 방법을 이용해서 경계면에 결합되는 것이 제안될 수도 있다. 또한, 물론 도전성 영역이 플라스틱 박막에 의해 충분히 큰 도전성을 갖도록 형성할 수 있다. 이러한 박막은 경계면 자체를 형성할 수 있거나, 경계면 위에 적층될 수 있다. 기본적으로 도전성 영역의 세그먼트화된 형성에 대해서도 동일하게 적용된다. 세그먼트화된 도전성 영역의 각각의 영역 범위마다 개별적으로 전위가 인가할 수 있고, 따라서 국부적인 상태 변수가 결정될 수 있다. 물론, 2개의 도전성 영역 중 하나의 영역만이 세그먼트화되어 형성되는 것이 제안될 수 있다. 마주 놓인 2개의 도전성 영역이 세그먼트화되어 형성되면, 특히 바람직하고, 이 경우 바람직하게 상기 영역들은 해당하는 세그먼트부를 포함한다. 이로 인해 높은 검출 정확성이 달성될 수 있다.
다른 장점 및 특징들은 첨부된 도면을 고려해서 실시예들의 하기 설명을 참고로 설명된다. 도면에서 동일한 도면부호들은 동일한 특징 및 기능을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀의 제 1 실시예의 부분을 개략적으로 도시한 투시도.
도 2는 도 1에 따른 배치의 개략적인 회로도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 셀을 포함하는 배터리의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 투시도.
도 1에 서로 인접하게 배치된 배터리 셀을 포함하는 배터리(20)의 부분을 개략적인 투시도에 도시하고, 상기 배터리 셀들 중 배터리 셀들(10, 12, 14, 16)만이 단면도로 예시적으로 도시된다. 이 실시예에서 배터리(20)는 축전지이고, 상기 축전지는 도시되지 않은 자동차에서 상기 자동차의 전기 시스템의 구성부이고, 자동차의 전기 구동장치의 전기 에너지 공급에 이용된다.
배터리 셀들(10, 12, 14, 16)은 이 경우 직렬로 접속되고, 적절하게 버스 바(48)에 도전 접속된다. 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16)은 이 경우 리튬이온 셀로서 형성되고, 실질적으로 직방체의 외부 구조를 갖는다. 직방체 구조는 마주 놓인 측면 경계면(26, 28)을 제공한다. 경계면들(26, 28)은 이 경우 전기 절연 재료로, 이 경우 플라스틱으로 형성된다. 경계면(26, 28)에 접착 결합에 의해 각각의 제 1 및 제 2 도전성 영역(22, 24)이 제공된다. 도전성 영역들(22, 24)은, 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16)과 관련해서뿐만 아니라, 인접한 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 마주 놓인 각각의 도전성 영역(22, 24)과 관련해서도 서로 전기 절연되어 배치된다. 이 경우, 인접한 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 마주 놓인 도전성 영역들(22, 24) 사이에 절연 재료, 이 경우 폴리아미드로 이루어진 각각의 전기 절연 박막(44)이 배치되는 것이 제안된다. 이러한 실시예에서, 인접한 배터리 셀들(10, 12, 14, 16)의 각각의 도전성 영역(22, 24)을 갖는 경계면들(26, 28)은 각각의 절연 박막(44) 위에 직접 서로 인접하는 것이 제안된다.
도시되지 않은 전기 접속부들을 통해 각각의 배터리 셀들(10, 12, 14, 16) 중 하나의 배터리 셀의 도전성 영역들(22, 24)은 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 모니터링 장치(36)에 접속된다. 각각의 모니터링 장치(36)는 인접한 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 마주 놓인 도전성 영역들(22, 24)의 전압 인가 작용을 결정할 수 있는 전압 발생 장치 및 도시되지 않은 평가 유닛을 제공한다. 인접한 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 마주 놓인 각각의 쌍의 도전성 영역(22, 24)에 전압 펄스를 인가하는 전압 발생 장치는 도 1에 따른 실시예에 도시되지 않는다. 마찬가지로 도시되지 않은 스위칭 수단에 의해 마주 놓인 임의의 도전성 영역(22, 24)에 전압 펄스가 인가될 수 있다.
모니터링 장치(36)는 전압 발생 장치로 하여금 도전성 영역(22, 24)의 각각의 선택된 쌍에 해당 전압을 인가하게 한다. 배터리 셀들(10, 12, 14, 16)의 모니터링 장치(36)는 근거리 무선을 통해, 이 경우 WLAN 표준에 따라 서로 통신 접속된다. 대안으로서 다른 실시예에서, 예를 들어 경계 조건들이 무선을 통한 확실한 통신 접속을 허용하지 않으면, 유선 통신 접속이 제공될 수도 있다. 또한, 물론 무선과 다른 매체가, 예를 들어 초음파, 적외선 또는 이와 같은 것에 기초해서 무선 통신 접속을 위해 제공될 수도 있다. 이들의 조합이 제공될 수도 있다.
모니터링 장치(36)는 통신 접속을 통해 데이터를 교환한다. 이로 인해 전압 인가에 따라 전압의 작용에 의해 형성되는 전기 변수로서 전류 흐름이 결정될 수 있고, 상기 전류 흐름으로부터 그 밖에 평가에 기초해서 상태 변수가 결정된다. 이 경우 상태 변수는 배터리(20) 또는 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 수명에 걸친 체적 변동이다. 모니터링 장치(36)는 또한 배터리 관리 시스템(42)에 통신 접속되고, 상기 배터리 관리 시스템은 자동차의 도시되지 않은 CAN 버스에 접속된다.
이를 위해 본 발명은 인접한 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 마주 놓인 도전성 영역들(22, 24)에 의해 형성되는 평행판 커패시터의 커패시턴스의 결정을 이용한다. 배터리 셀들(10, 12, 14, 16) 사이의 상기 커패시터의 전기 커패시턴스의 능동적 결정에 의해, 한편으로는 배터리 셀들(10, 12, 14, 16) 사이의 절연 박막(44)의 품질이 추론될 수 있다. 이 경우 전기 커패시턴스는 실질적으로 도전성 영역들(22, 24)의 간격 및 절연 박막(44)에 의해 형성된 유전체에 의해 규정된다. 다른 한편으로 특히, 수명에 걸쳐서 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 체적 변동 거동, 특히 팽창 거동 또는 배터리 셀들(10, 12, 14, 16) 사이의 절연막(44)의 가능한 변동이 추론될 수 있고, 또는 능동적으로 검출, 측정 및 조절될 수 있다.
배터리 셀들(10, 12, 14, 16) 사이의 용량성 결합에 의해 또한 추가로 배터리 셀들(10, 12, 14, 16) 사이의 간격이 결정될 수 있고, 그것으로부터 도출되어 다른 인접 배터리 셀들을 고려해서 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 체적 변동도 결정될 수 있다. 또한, 이로써 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 내부 압력이 결정될 수 있다.
또한, 본 발명은 커패시턴스 결정에 의해 배터리 셀들(10, 12, 14, 16) 사이의 힘 발현을 추론하는 것을 가능하게 한다.
또한, 배터리 셀(10, 12, 14, 16)의 능동적 밸런싱 및 본 발명에 따른 커패시턴스 결정과 관련해서도 전달된 에너지량, 손실 출력, 효율 및 이와 같은 것이 추론될 수 있다.
도 1에 관련 경계면(26, 28)에 있는 타원형 원(46)에 의해 이러한 팽창이 도시된다. 이러한 팽창으로 인해 힘 화살표(50)로 특징 되는 힘이 발생한다. 팽창에 의해 인접한 배터리 셀들(10, 12, 14, 16)의 도전성 영역들(22, 24) 사이의 커패시턴스가 변하므로, 각각의 모니터링 장치(36)를 이용해서 해당하는 커패시턴스 변동이 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이 결정된 커패시턴스 변동은 각각의 상태 변수의 결정에 이용될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 원리에 기초하는 본 발명의 실시예의 개략적인 회로도를 도시하고, 이때 도 1에 따른 실시예와 달리 이 경우 경계면들(26, 28)은 하우징(40)으로서 금속 컵에 의해 제공된다. 또한, 다른 배터리 셀(18)이 도시되고, 상기 배터리 셀은 나머지 배터리 셀들(10, 12, 14, 16)처럼 형성된다. 그러한 점에서, 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 하나의 배터리 셀의 도전성 영역들(22, 24)이 각각 서로 도전 접속되고, 인접한 배터리 셀들(10, 12, 14, 16, 18)을 통과하는 절연 박막(44)에 의해 해당하는 도전성 영역들(22, 24)이 전기 절연되어 배치된다. 이 경우에도 하우징(40)은 각각의 모니터링 장치(36)에 접속되고, 상기 모니터링 장치들은 이 경우 평가에 이용될 뿐만 아니라, 추가로 관련 배터리 셀들(10, 12, 14, 16, 18)의 다른 상태 변수도 검출한다. 이 경우에도 모니터링 장치들(36)은 또한, 근거리 무선을 통해 서로 통신 접속되고 또한 무선을 통해 배터리 관리 시스템(42)에 통신 접속되고, 상기 배터리 관리 시스템은 자동차의 도시되지 않은 CAN 버스에 접속된다.
도 2에 따른 실시예에서 하우징(40)은 배터리 셀들(10, 12, 14, 16, 18)의 전극 및 그것의 관련 접속 콘택으로부터 전기 절연되어 배치된다.
이 경우 도 2에 따라 각각의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 전극 또는 전기 접속 콘택에 대해 하우징(40)의 전기 절연이 제공되더라도, 대안 실시예에서 물론, 전극들 중 하나의 전극이 하우징에 도전 접속되는 것도 가능하다. 이러한 경우에 하우징(40)에 도 1에 관해 설명된 바와 같이 각각 도전성 영역(22, 24)이 제공될 수 있다.
도전성 영역들은 기본적으로 금속화부에 의해 형성될 수 있고, 상기 금속화부는 각각의 경계면(26, 28) 위에 제공된다. 또한, 물론 도전성 영역들(22, 24)을 도전성 박막에 의해 제공하는 것도 가능하고, 상기 박막은 각각의 경계면(26, 28) 위에 제공되고 또는 상기 경계면에 고정된다. 예를 들어, 도전성 영역들(22, 24)을 형성하기 위해, 금속 박막 또는 도전성 플라스틱 박막이 제공될 수 있다. 상기 박막은 바람직하게 각각의 경계면(26, 28)에 접착되거나 이와 같이 고정된다. 물론, 이러한 것의 조합이 제공될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하고, 이 경우 도 3에 배터리 셀(10, 12, 14)을 가진 배터리(20)의 부분이 개략적인 투시도에 도시된다. 기본적으로 도 3에 따른 실시예는 도 1의 실시예를 기초로 하기 때문에, 보완적으로 도 1에 따른 실시예에 관한 설명들이 참조된다. 계속해서 도 1에 따른 전술한 실시예와 차이점만이 설명된다.
도 1에 따른 실시예와 달리, 도 3에 따른 이 실시예에서, 도전성 영역들(22, 24)은 세그먼트화되고, 서로 전기 절연된 다수의 영역 범위(34)를 형성하는 것이 제안된다. 도전성 영역들은 이 경우 도면부호 30 및 32로 표시된다. 기본적으로 상기 영역들은 도 1에서 설명된 도전성 영역들(22, 24)에 상응한다.
도전성 영역 범위들(34)은 서로 전기 절연되어 배치된다. 이 경우, 각각의 영역 범위(34)는 별도로 전압 발생 장치의 전위에 접속될 수 있다. 따라서, 영역 선택적으로 상태 변수의 결정을 실시하는 것이 가능하다. 특히 영역 선택적으로 커패시턴스 결정이 이루어질 수 있으므로, 전체적으로 경계면(26, 28)의 영역에서 공간 분해능이 달성될 수 있다. 이로 인해 체적 변동, 특히 팽창의 형상이 정확하게 결정될 수 있고, 이로써 관련 상태 변수의 결정의 정확성이 개선될 수 있다.
특히 본 발명은, 작동 시작과 함께 각각의 노후화 상태 및 그로부터 배터리(20)의 각각의 배터리 셀들(10, 12, 14, 16, 18) 중 하나의 배터리 셀이 교체되어야 하는 각각의 교체 상태를 결정하는 것도 가능하다. 이로 인해 배터리(20) 또는 배터리 셀들(10, 12, 14, 16, 18)의 품질 상태가 결정되고 및/또는 모니터링될 수 있다.
본 발명은 배터리 또는 자동차를 참고로 설명되었더라도, 본 발명의 적용이 이러한 용도에 제한되지 않는 것은 당업자에게 명백한 사실이다. 본 발명은 물론, 고정 상태의 전기 시스템, 특히 전기 회로 시스템의 분야에서도 사용될 수 있다. 즉 이 경우, 본 발명이 무정전 전원에서 특히 안전성 관련 기능들을 위해 이용되면, 본 발명에 따른 장점이 확실하게 나타난다. 이는 특히 신호 기술 또는 통신 기술의 전기 설비에서 바람직하다.
실시예들의 상세한 설명은 본 발명을 설명하는 데에만 이용되며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 자동차에 대해 설명된 장점, 특징 및 실시예들은 마찬가지로 상응하는 방법에 적용되고, 반대로도 적용된다. 따라서 장치 특징들을 위해 상응하는 방법 특징들이 제공될 수 있고, 반대로도 제공될 수 있다.

Claims (11)

  1. 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 배터리(20)의 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법으로서,
    상기 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 1 배터리 셀의 경계면(26)에 제 1 도전성 영역(22)을 제공하고, 상기 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 2 배터리 셀의 경계면(28)에 제 2 도전성 영역(24)을 제공하는 단계 - 상기 도전성 영역들(22, 24)은 서로 전기 절연되어 배치됨 -,
    2개의 상기 도전성 영역들(22, 24) 간에 전압을 인가하는 단계,
    전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하는 단계, 및,
    상기 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하는 단계
    를 포함하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 결정된 상태 변수는 비교값과 비교되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 평가에 의해, 상기 도전성 영역들(22, 24) 사이의 전기 커패시턴스 및/또는 전기 저항이 결정되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압은 하나 또는 복수의 전압 펄스에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압은 교류 전압에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 배터리(20)에서 인접하게 배치된 모든 배터리 셀들(10, 12, 14, 16, 18) 사이에 각각 도전성 영역(22, 24)이 배치되고, 전압이 인가될 상기 도전성 영역들(22, 24)은 모니터링 규정에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 영역들(30, 32)은 세그먼트화되어 서로 전기 절연된 복수의 영역 범위들(34)로 형성되고, 상기 영역 범위들(34)에 서로 무관하게 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 방법.
  8. 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 배터리(20)의 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 모니터링 장치(36)에 있어서,
    상기 모니터링 장치(36)는, 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 1 배터리 셀의 경계면(26)에 제공된 제 1 도전성 영역(22)과 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 2 배터리 셀의 경계면(28)에 상기 제 1 도전성 영역(22)으로부터 전기 절연되어 제공된 제 2 도전성 영역(24) 간에 전압을 인가하도록, 전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하도록 그리고 그 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상태 변수를 모니터링하기 위한 모니터링 장치(36).
  9. 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 배터리(20)에 있어서,
    상기 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 1 배터리 셀의 경계면(26)은 제 1 도전성 영역(22)을 갖고, 상기 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 2 배터리 셀의 경계면(28)은 제 2 도전성 영역(24)을 갖고, 상기 도전성 영역들(22, 24)은 서로 전기 절연되어 배치되고, 상기 배터리(20)는 모니터링 장치(36)를 포함하고, 상기 모니터링 장치는 2개의 상기 도전성 영역들(22, 24) 간에 전압을 인가하기 위해, 전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하도록 그리고 그 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 배터리(20).
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 배터리 셀들(10, 12, 14, 16, 18)은 각각의 도전성 하우징(40) 내에 배치되고, 상기 도전성 영역들(22, 24)은 상기 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)의 상기 하우징(40)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 배터리(20).
  11. 전기 구동 장치, 및 상기 전기 구동 장치에 접속되며 상기 전기 구동 장치에 전기 에너지를 공급하기 위한 전기 시스템을 구비한 자동차로서, 상기 전기 시스템은 배터리(20)를 포함하고, 상기 배터리는 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18)을 포함하는 자동차에 있어서,
    적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 1 배터리 셀의 경계면(26)은 제 1 도전성 영역(22)을 갖고, 적어도 2개의 배터리 셀(10, 12, 14, 16, 18) 중 제 2 배터리 셀의 경계면(28)은 제 2 도전성 영역(24)을 갖고, 상기 도전성 영역들(22, 24)은 서로 전기 절연되어 배치되고, 상기 배터리(20)는 모니터링 장치(36)를 포함하고, 상기 모니터링 장치는 2개의 상기 도전성 영역(22, 24) 간에 전압을 인가하기 위해, 전압의 작용으로 인해 발생된 전기 변수를 평가하도록 그리고 그 평가에 기초해서 상태 변수를 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 시스템을 구비한 자동차.
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