KR20180075662A - 배터리를 작동시키기 위한 방법, 및 배터리 - Google Patents

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KR20180075662A
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알렉산더 라잇츨레
마쿠스 콜베르거
미케 마르틴코
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 배터리 셀(3)을 갖는 하나 이상의 배터리 모듈(2)을 구비하는 배터리를 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 다음과 같은 단계들, 즉 a. 하나 이상의 배터리 모듈(2) 및/또는 하나 이상의 배터리 셀(3)의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하는 단계, c. 상기 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 사전 설정된 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하는 단계로서, 이 경우 제1 목표 범위는 특히 방법 단계 b에서 확정되는 단계, 및 d. 상기 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 밖에 놓여 있는 경우에는, 하나 이상의 배터리 모듈(3)을 다른 배터리 모듈로 대체하고 그리고/또는 하나 이상의 배터리 셀(2)을 다른 배터리 셀로 대체하는 단계로서, 이 경우 다른 배터리 모듈 또는 다른 배터리 셀에서는 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있는 단계를 포함한다.

Description

배터리를 작동시키기 위한 방법, 및 배터리
본 발명은, 독립 청구항의 서문에 따른 배터리 작동 방법으로부터 출발한다. 본 발명의 또 다른 대상은 배터리이다.
종래 기술에는, 특히 리튬 이온 배터리와 같은 배터리가 하나 이상의 배터리 모듈 또는 바람직하게는 또한 복수의 배터리 모듈들로 이루어지는 것이 공지되어 있다. 더 나아가, 배터리 모듈은 바람직하게, 상호 접속되어 배터리 모듈을 형성하는 복수의 개별 배터리 셀들을 구비하며, 이 경우 개별 배터리 셀들은 서로 직렬로 또는 병렬로 접속될 수 있다.
배터리의 후속 양산을 위한 배터리 셀, 배터리 모듈 및/또는 배터리는 다만 제한된 시간 동안만 저장 가능하고, 규칙적인 시간격을 두고 전기적인 값을 측정함으로써 검사된다. 이와 같은 상황은 공기 조절된 저장 및 측정 장비에 대한 비용을 야기한다. 대안적으로는, 개별 배터리 셀, 배터리 모듈 및/또는 배터리를 후속 양산용으로 재구성하는 것도 가능하다. 이와 같은 재구성은 설비 및 부품에 대한 비용을 야기한다.
종래 기술, 예를 들어 US 20100121511호 및 US 6573685호에는, 일 배터리 모듈의 결함이 있는 배터리 셀들을 대체하는 것이 공지되어 있다.
독립 청구항들의 특징들을 갖는, 배터리를 작동시키기 위한 방법 및 배터리는, 개별 배터리 모듈 및/또는 개별 배터리 셀의 성능 및/또는 노화 상태를 특징짓는 하나 이상의 모니터링 변수의 모니터링이 가능하다는 장점을 갖는다. 이로써, 출력 요구 조건을 더 이상 충족시키지 않는 그리고/또는 노화 상태가 진척된 개별 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀이 검출될 수 있고, 다른 개별 배터리 모듈 및/또는 다른 개별 배터리 셀로 대체될 수 있다. 이로 인해, 바람직하게는, 더 높은 성능과 함께 전체 배터리의 작동 기간을 연장시키는 것이 가능하다.
본 발명에 따라, 배터리를 작동시키기 위한 방법이 제공된다. 이 경우, 배터리는 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 하나 이상의 배터리 모듈을 구비한다.
방법 단계 a에서는, 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 결정된다.
특히 방법 단계 b에서는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값에 대한 제1 목표 범위가 확정될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값에 대한 제1 목표 범위는 방법 단계 a를 실시하기 전에 미리 확정될 수도 있다.
더 나아가, 대안적으로는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값에 대한 제1 목표 범위가 배터리 작동 중의 각각의 시점에 대해, 배터리 작동 전에 미리 확정될 수도 있다.
방법 단계 c에서는, 방법 단계 a에서 결정된 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이, 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대해 특히 방법 단계 b에서 확정되었거나 특히 방법 단계 a 전에 미리 확정된 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부가 검사된다.
방법 단계 d에서는, 방법 단계 c에서의 검사가, 방법 단계 a에서 결정된 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 밖에 놓여 있다는 것을 나타내면, 하나 이상의 배터리 모듈이 다른 배터리 모듈로 대체되고 그리고/또는 하나 이상의 배터리 셀이 다른 배터리 셀로 대체된다. 이 경우, 다른 배터리 모듈 또는 다른 배터리 셀에서는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있다.
종속 청구항들에 기술된 조치들에 의해서는, 독립 청구항에 명시된 장치 또는 독립 청구항에 명시된 방법의 바람직한 실시예들 및 개선예들이 가능하다.
하나 이상의 제1 모니터링 변수가 온도, 전압, 방전 전류, 체적 팽창, 정전 용량, 충전 시에 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀에 의해서 수용된 에너지 대 충전 시에 소산된 에너지의 비율을 기술하는 충전 수입성(acceptance), 효율 또는, 규정된 시간 간격 안에서 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 전하 손실을 기술하는 자체 방전인 경우가 장점이 된다.
특히, 일 배터리 셀의 온도, 전압, 방전 전류 또는 체적 팽창이 그 배터리 셀의 성능을 특징지음으로써, 결과적으로 제1 모니터링 변수가 상기와 같은 특징적인 변수인 경우에는, 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 성능의 모니터링이 가능해진다. 이 경우에는, 특히 성능을 특징짓는 제1 모니터링 변수가 제1 목표 범위 밖에 놓여 있기 때문에 더 이상 충분한 성능을 갖지 않는 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀을 대체함으로써, 전체 배터리의 성능이 유지될 수 있다.
특히, 일 배터리 셀의 정전 용량, 충전 수입성, 효율 또는 자체 방전이 그 배터리 셀의 노화 상태를 특징지음으로써, 결과적으로 제1 모니터링 변수가 상기와 같은 특징적인 변수인 경우에는, 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 노화 상태의 모니터링이 가능하다. 이 경우에는, 특히 노화 상태를 특징짓는 제1 모니터링 변수가 제1 목표 범위 밖에 놓여 있기 때문에 진척된 노화 상태를 갖는 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀을 대체함으로써, 전체 배터리의 작동 기간이 연장될 수 있다.
특히, 바람직하게 서로 상이한 2개 이상의 제1 모니터링 변수들에 대해 또는 또한 복수의 제1 모니터링 변수들에 대해서도 각각 제1 값을 결정하고, 각각 결정된 제1 값이 개별 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하는 것도 당연히 가능하다.
특히, 이로써는 또한, 성능을 특징짓는 서로 상이한 복수의 제1 모니터링 변수들의 제1 값들을 각각 결정하고, 각각 결정된 제1 값이 각각 결정된 제1 모니터링 변수에 대한 개별적인 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하는 것도 가능함으로써, 결과적으로 성능은 복수의 특징적인 변수들에 의해서 모니터링 될 수 있다.
특히, 이로써는 또한, 노화 상태를 특징짓는 서로 상이한 복수의 제1 모니터링 변수들의 제1 값들을 각각 결정하고, 각각 결정된 제1 값이 각각 결정된 제1 모니터링 변수에 대한 개별적인 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하는 것도 가능함으로써, 결과적으로 노화 상태는 복수의 특징적인 변수들에 의해서 모니터링 될 수 있다.
특히, 이에 의해서는, 특히 각각 복수의 특징적인 변수들에 의해서 개별 배터리 모듈 및/또는 개별 배터리 셀의 성능 및 노화 상태가 예를 들어 동시에 모니터링 될 수 있다.
이 부분에서 언급할 사실은, 제1 모니터링 변수가 복수인 경우에는, 각각의 제1 모니터링 변수에 대해 제1 목표 범위가 각각 확정된다는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따라, 배터리는 이동식 용도로 그리고/또는 고정식 용도로 설계된다. 이 경우, 이동식 용도에서의 배터리는 특히 하이브리드 차량, 플러그-인 하이브리드 차량 및 전기 차량 그리고 E-바이크에서 사용 가능하다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따라, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀이 고정식 용도로 설계된다. 이 경우, 고정식 용도에서의 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 특히 안전과 관련된 장치용으로 그리고 풍력 발전소 및/또는 태양 발전소의 저장 장치용으로 사용 가능하다. 이와 같은 양상은, 대체물로서 이용되는 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀이 비용 중립적으로 고정 지지될 수 있고, 이들이 대체물로서 요구되는 동안까지만 이용될 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 고정식 저장기로서 이용되는 동안 발생하는 노화 현상은 문제가 되지 않는데, 그 이유는 대체될 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀도 마찬가지로 노화되기 때문이다. 특히, 고정식 저장기로서 설치된 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀의 이용 프로파일은, 이와 같은 이용 프로파일이 차량 내에서의 평균적인 부하에 최대로 상응하도록 선택된다. 이와 같은 내용은, 시간에 걸친 다른 배터리 모듈 또는 다른 배터리 셀의 출력 전달이 하나 이상의 배터리 모듈 또는 하나 이상의 배터리 셀에서보다 적다는 것으로 이해되어야 한다. 전체적으로 볼 때, 다른 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀을 고정식 저장기로서 설계하는 것은, 저장 및 검사를 위한 비용이 줄어든다는 장점을 제공해준다.
더 나아가서는, 본 발명에 따른 방법이 방법 단계 e 및 f를 갖는 경우도 바람직하다.
방법 단계 e에서는, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이 결정된다.
방법 단계 f에서는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이, 사전 설정된 제2 목표 범위 안에 놓이도록, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀이 작동된다. 이 방법 단계는, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀이 규정된 방식으로 작동될 수 있음으로써, 결과적으로 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 성능 및/또는 노화 상태를 특징짓는 변수가 공지된다는 장점을 갖는다.
장점이 되는 경우는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수가 온도, 전압, 방전 전류, 체적 팽창, 정전 용량, 충전 시에 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀에 의해서 수용된 에너지 대 충전 시에 소산된 에너지의 비율을 기술하는 충전 수입성, 효율 또는, 규정된 시간 간격 안에서 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 전하 손실을 기술하는 자체 방전인 경우이다.
특히, 온도, 전압, 방전 전류 또는 체적 팽창이 일 배터리 셀의 성능 및 이로써 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 성능을 특징짓기 때문에, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 성능은 방법 단계 e 및 f에 의해서 배터리의 작동 기간에 걸쳐 규정된 바대로 제어될 수 있다. 이 경우, 바람직하게 제2 목표 범위는, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀이 배터리의 출력 요구 조건을 충족시키도록 사전 설정된다.
특히, 정전 용량, 충전 수입성, 효율 또는 자체 방전이 일 배터리 셀의 노화 상태 및 이로써 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 노화 상태를 특징짓기 때문에, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 노화 상태는 방법 단계 e 및 f에 의해서 배터리의 작동 기간에 걸쳐 규정된 바대로 제어될 수 있다. 이 경우, 바람직하게 제2 목표 범위는, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀이 배터리 내에서 대체물로서 사용될 수 있을 정도로 진척된 노화 상태를 갖도록 사전 설정된다.
특히, 바람직하게 서로 상이한 2개 이상의 제2 모니터링 변수들에 대해 또는 또한 복수의 제2 모니터링 변수들에 대해서도 각각 제2 값을 결정하고, 각각의 제2 모니터링 변수에 대해 각각 제2 목표 범위를 사전 설정하는 것도 당연히 가능하다. 특히, 이로써는 또한, 성능을 특징짓는 서로 상이한 복수의 제2 모니터링 변수들을 결정하고, 각각의 제2 모니터링 변수에 대해 각각 제2 목표 범위를 사전 설정하는 것도 가능함으로써, 결과적으로 성능은 복수의 특징적인 변수들에 의해서 규정된 바대로 제어될 수 있다.
특히, 이로써는 또한, 노화 상태를 특징짓는 서로 상이한 복수의 제2 모니터링 변수들을 결정하고, 각각의 제2 모니터링 변수에 대해 각각 제2 목표 범위를 사전 설정하는 것도 가능함으로써, 결과적으로 노화 상태는 복수의 특징적인 변수들에 의해서 규정된 바대로 제어될 수 있다.
특히, 이에 의해서는, 특히 각각 복수의 특징적인 변수들에 의해서 개별 배터리 모듈 및/또는 개별 배터리 셀의 성능 및 노화 상태가 예를 들어 동시에 규정된 바대로 제어될 수 있다.
이 경우에는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수가 바람직하게 하나 이상의 제1 모니터링 변수와 상이할 수 있다.
특히, 하나 이상의 제1 모니터링 변수가 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 성능을 모니터링하는 제1의 경우에는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수가 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 노화 상태를 특징짓기 위해서 선택된다.
특히, 하나 이상의 제1 모니터링 변수가 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 노화 상태를 모니터링하는 제2의 경우에는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수가 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 성능을 특징짓기 위해서 선택된다.
특히, 제3의 경우에는 제1 모니터링 변수 및 제2 모니터링 변수가 성능을 특징지을 수 있고, 제4의 경우에는 제1 모니터링 변수 및 제2 모니터링 변수가 노화 상태를 특징지을 수 있다.
바람직하게, 선행하는 실시 가능성들에 의해서 이미 기술된 바와 같은 2개 이상의 제1 모니터링 변수들을 이용해서, 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 성능 및/또는 노화 상태를 모니터링 하는 것, 그리고 방금 기술된 실시 가능성들에 의해서 설명된 바와 같은 2개 이상의 제2 모니터링 변수들을 이용해서, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 성능 및/또는 노화 상태를 규정된 바대로 제어하는 것도 당연히 가능하다. 이 경우에는, 바람직하게, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀이 출력 및 노화와 관련된 배터리의 요구 조건들을 충족시키도록, 복수의 제2 모니터링 변수들 각각에 대해 제2 목표 범위가 사전 설정된다.
이 부분에서 언급할 사실은, 제2 모니터링 변수가 복수인 경우에는, 각각의 제2 모니터링 변수에 대해 제2 목표 범위가 각각 사전 설정된다는 것이다.
이 경우, 지금까지 기술된 방법 단계 e 및 f 그리고 특히 방법 단계 a 내지 f의 모든 실시 가능성에서는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수와 하나 이상의 제2 모니터링 변수가 동일한 모니터링 변수일 수 있다는 것이 가능하다. 더 나아가, 복수의 서로 상이한 모니터링 변수들에서는, 제1 모니터링 변수와 제2 모니터링 변수도 동일한 모니터링 변수일 수 있다.
바람직하게, 하나 이상의 제1 모니터링 변수와 하나 이상의 제2 모니터링 변수가 동일한 모니터링 변수인 경우에는, 제1 목표 범위와 제2 목표 범위가 동일하거나, 제2 목표 범위가 제1 목표 범위의 하나 이상의 에지 범위를 포함하지 않는 제1 목표 범위의 부분량을 형성함으로써, 결과적으로 대체물로서 선택된 다른 배터리 모듈 및/또는 대체물로서 선택된 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값은 제1 목표 범위의 에지 범위 안에 놓이지 않게 되고, 이로써 새로운 교환 필요성의 위험이 줄어들 수 있다. 이로 인해, 대체물로서 이용되는 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 충분한 성능을 갖게 되고 그리고/또는 또한 배터리 모듈 또는 배터리 내부에서 노화 상태의 불균일한 분포가 발생하지 않도록 노화된다.
바람직한 경우는, 방법 단계 a에서 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 결정되는 경우이다. 더 나아가, 방법 단계 c에서는, 방법 단계 a에서 결정된 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부가 검사된다.
이로 인해서는, 특히, 더 이상 효과적이지 않은 배터리 모듈을 대체하는 다른 배터리 모듈 및/또는 더 이상 효과적이지 않은 배터리 셀을 대체하는 다른 배터리 셀이 출력 요구 조건을 충족시키는 것이 보장될 수 있는데, 그 이유는 이들 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 이들의 제1 모니터링 변수가 제1 목표 범위 안에 놓이도록 선택될 수 있기 때문이다.
이로 인해서는, 특히, 노화가 진척된 배터리 모듈을 대체하는 다른 배터리 모듈 및/또는 노화가 진척된 배터리 셀을 대체하는 다른 배터리 셀이 지나치게 진척되지 않은 노화 상태를 갖는 것이 보장될 수 있는데, 그 이유는 이들 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 이들의 제1 모니터링 변수가 제1 목표 범위 안에 놓이도록 선택될 수 있기 때문이다.
이 경우에는, 특히, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이, 사전 설정된 제2 목표 범위 안에 놓이도록, 방법 단계 e에서 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 하나 이상의 제2 값을 결정함으로써, 그리고 방법 단계 f에서 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀을 작동시킴으로써, 방법 단계 a에서 결정된 제1 값이, 확정된 제1 목표 범위 안에 놓일 수 있는 확률이 증가될 수 있다. 특히, 제2 목표 범위는, 고정식 용도로 설계된 배터리 모듈 및/또는 고정식 용도로 설계된 배터리 셀이 배터리의 배터리 모듈 또는 배터리 셀보다 과도하게 이용되거나 그보다 강한 부하를 받지 않도록 선택된다.
그러나 이 부분에서 명백하게 더 언급할 사실은, 방법 단계 e 및 f는 다만 방금 기술된 바와 같은 성공적인 교환 확률을 높이기 위한 추가의 옵션으로서만 사용될 수 있으며, 강제 사항으로서 간주 되어서는 안 된다는 것이다. 그 이유는, 더 나아가서는, 복수의 다른 배터리 모듈들 및/또는 복수의 다른 배터리 셀들의 하나 이상의 제1 값을 결정할 수 있는 가능성 및 상기 결정된 제1 값이 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사할 수 있는 가능성도 또한 존재하기 때문이다. 이 경우에는, 한 편으로 방법 단계 e 및 f의 생략에 의해서 요구 조건을 충족시키는 배터리 모듈 및/또는 요구 조건을 충족시키는 배터리 셀을 발견할 수 있는 확률은 줄어들지만, 다른 한 편으로 추가의 복잡성이 생략된다.
배터리가 복수의 배터리 모듈들을 구비하는 경우가 바람직하다. 이 경우, 복수의 배터리 모듈들은 각각 또한 복수의 배터리 셀들도 구비한다. 더 나아가서는, 배터리가, 복수의 배터리 셀들을 구비하는 단 하나의 배터리 모듈만을 구비하는 것도 가능하다. 이 경우, 방법 단계 a에서는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 각각 2개 이상의 배터리 모듈들에 의해서 그리고/또는 2개 이상의 배터리 셀들에 의해서 결정된다. 더 나아가, 방법 단계 a에서는 또한 각각의 배터리 모듈에 대해서 그리고/또는 각각의 배터리 셀에 대해서도 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 각각 결정될 수 있다. 이에 의해서는, 복수의 배터리 모듈들 및/또는 배터리 셀들의 성능 및/또는 노화 상태를 특히 동시에 모니터링하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 제1 목표 범위는 특히 각각의 제1 모니터링 변수에 대해서 각각 확정되며, 이 경우 확정은 바람직하게 방법 단계 b에서 이루어진다. 이 경우, 제1 목표 범위는, 2개 이상의 배터리 모듈들 및/또는 2개 이상의 배터리 셀들의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 2개 이상의 결정된 제1 값들의 평균값으로부터의 제1 편차를 사전 설정함으로써 확정된다. 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위는 특히 규칙적인 시간격을 두고 결정된다. 바람직하게, 제1 편차는 배터리 모듈의 배터리 셀의 작동 기간에 걸쳐서 변경 가능하다. 더 나아가서는, 타당성 있는 결과를 얻기 위하여, 복수의 배터리 모듈들 및/또는 배터리 셀들의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 각각 결정된 복수의 제1 값들의 평균값을 형성하는 것도 특히 바람직하다. 이 경우에는, 충분한 개수의 값들로부터 평균값을 형성할 때, 상기 결함 있는 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀로부터 유래할 수 있는 제1 값들을 배제하기 위하여, 가장 큰 값 및/또는 가장 작은 값을 고려하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
특히 성능은 작동 기간에 걸쳐 적은 정도만 감소할 수 있지만, 그럼에도 배터리 셀은 최적의 작동 방식을 위해, 허용된 편차에 이르기까지 균일한 성능 분포를 가져야만 하기 때문에, 평균값을 토대로 하는 제1 목표 범위의 사전 설정에 의해서 균일한 성능이 가능해질 수 있다. 이로써, 결함이 있는 개별 배터리 모듈 및/또는 개별 배터리 셀뿐만 아니라 출력 요구 조건을 더 이상 충족시키지 않는 개별 배터리 모듈 및/또는 개별 배터리 셀까지도 검출될 수 있다.
편차의 사전 설정은 배터리 내부에서의 불균일성의 크기를 결정한다. 작은 편차의 사전 설정은, 한 편으로는 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값들의 매우 균일한 분포에 도달할 수 있는 상황을 야기하지만, 다른 한 편으로는 교환에 대한 필요성을 증가시킨다. 큰 편차의 사전 설정은, 그 반대의 상황을 야기한다. 그렇기 때문에, 작동 기간에 따라 선형으로 증가하다가 작동 기간이 속행됨에 따라 일정한 값으로 넘어가는 편차의 사전 설정이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 양상에 따르면, 배터리의 2개 이상의 배터리 모듈들 및/또는 2개 이상의 배터리 셀들의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 2개 이상의 결정된 제2 값들의 평균값으로부터의 제2 편차를 사전 설정함으로써, 방법 단계 f에서 제2 목표 범위가 사전 설정되었다. 제2 목표 범위는 특히 규칙적인 시간격을 두고 사전 설정된다. 바람직하게, 제2 편차는 배터리 모듈의 배터리 셀의 작동 기간에 걸쳐서 변경 가능하다. 더 나아가서는, 타당성 있는 결과를 얻기 위하여, 복수의 배터리 모듈들 및/또는 배터리 셀들의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 각각 결정된 복수의 제2 값들의 평균값을 형성하는 것도 특히 바람직하다. 이 경우에는, 충분한 개수의 값들로부터 평균값을 형성할 때, 상기 결함 있는 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀로부터 유래할 수 있는 값들을 배제하기 위하여, 가장 큰 값 및/또는 가장 작은 값을 고려하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 배터리 셀이 작동 기간 동안 노화함으로써, 배터리 셀의 성능이 감소할 수 있다. 이 경우에는, 배터리의 값들을 토대로 해서 제2 목표 범위를 확정함으로써, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 배터리의 출력 요구 조건을 총족시키도록 그리고/또는 원하는 노화 상태를 갖도록 작동될 수 있다. 배터리의 최적의 작동 방식을 위해서는, 배터리 셀, 특히 일 배터리 모듈의 배터리 셀들이 이상적인 경우에 동일한 노화 상태를 갖는 경우가 바람직하다. 배터리의 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 값들을 토대로 해서 제2 목표 범위를 확정함으로써, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 이와 같은 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀을 대체할 수 있는 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀과 동일한 노화 상태를 갖도록 작동될 수 있다. 특히, 제2 편차는 또한, 고정식 용도로 설계된 다른 배터리 모듈 또는 고정식 용도로 설계된 다른 배터리 셀이 하나 이상의 배터리 모듈 또는 하나 이상의 배터리 셀보다 과도하게 이용되거나 그보다 강한 부하를 받지 않도록 선택될 수 있다. 이와 같은 내용은, 시간에 걸친 다른 배터리 모듈 또는 다른 배터리 셀의 출력 전달이 하나 이상의 배터리 모듈 또는 하나 이상의 배터리 셀의 경우보다 적다는 것으로 이해해야만 한다.
더 나아가, 본 발명은, 하나 이상의 배터리 셀을 갖는 하나 이상의 배터리 모듈을 구비하는 배터리와도 관련이 있다. 이 경우, 배터리는 전술된 본 발명에 따른 방법에 의해서 작동되도록 설계된다.
배터리는 제1 측정 요소를 구비하며, 이 제1 측정 요소는 방법 단계 a에서 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하도록 설계되어 있다. 더 나아가, 배터리는 또한, 각각 다른 제1 모니터링 변수를 결정하도록 설계된 복수의 제1 측정 요소들을 구비할 수도 있다.
배터리는 제1 조절 유닛을 구비하며, 이 제1 조절 유닛은 특히 방법 단계 b에서 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값에 대한 제1 목표 범위를 확정하도록 설계되어 있다. 이때, 조절 유닛은 특히 또한, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 복수의 제1 값들의 평균값을 형성하도록 그리고 편차의 사전 설정에 의해서 제1 목표 범위를 확정하도록 설계되어 있다.
배터리는 제1 평가 유닛을 구비하며, 이 평가 유닛은, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하도록 설계되어 있다.
배터리는 또한, 결함이 있는 배터리 모듈 및/또는 결함이 있는 배터리 셀이 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀로 대체될 수 있도록 하기 위하여, 방법 단계 d에서 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀을 분리하도록 설계된 수단을 구비한다.
더 나아가서는, 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값을 결정하도록 설계된 제2 측정 요소를 배터리가 구비하는 경우도 장점이 된다.
더 나아가, 배터리는 제2 측정 요소를 구비하며, 이 제2 측정 요소는 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값을 결정하도록 설계되어 있다. 더 나아가, 배터리는 또한, 각각 다른 제2 모니터링 변수를 결정하도록 설계된 복수의 제2 측정 요소들을 구비할 수도 있다.
배터리는 제2 조절 유닛을 구비하며, 이 제2 조절 유닛은 특히 방법 단계 b에서 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값에 대한 제2 목표 범위를 확정하도록 설계되어 있다.
이 부분에서 언급할 사실은, 종속 청구항들이 서로 조합될 수도 있는 바람직한 개선예들을 기술하고 있는 것이다. 더 나아가서는, 본 발명에 따른 방법과 연계해서 언급된 모든 장점들 및 개선예들이 본 발명에 따른 배터리와 연계해서도 적용될 수 있다는 것도 자명하다.
본 발명은 특히, 하나 이상의 배터리 셀을 갖는 하나 이상의 배터리 모듈을 구비하는 배터리를 작동시키기 위한 방법과 관련이 있다. 이 경우에, 본 발명은 특히, 일 배터리가 복수의 배터리 모듈들을 구비할 수 있고, 본 발명에 따른 방법이 다만 배터리 모듈의 모니터링 및 요구 조건을 충족시키지 않는 배터리 모듈의 대체만을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 더 나아가, 본 발명은 특히, 다만 일 배터리 모듈의 배터리 셀만 모니터링 되고, 요구 조건을 충족시키지 않는 배터리 셀은 대체되는 것으로 이해될 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있고, 이하의 명세서에 상세하게 설명되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 기능 원리를 개략적으로 도시하며, 그리고
도 2는 본 발명에 따른 배터리의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 1은, 도 1을 참조해서 명확해지는 배터리를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 기능 원리를 개략적으로 보여준다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 이 방법은 도시된 방법 단계 a 내지 g를 포함한다.
방법 단계 a는, 배터리의 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하는 과정을 포함하며, 이 경우에는 바람직하게 배터리의 제1 측정 요소가 제1 값을 결정한다.
더 나아가, 방법 단계 a는 또한, 다른 배터리 모듈에 대한 그리고/또는 다른 배터리 셀에 대한 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하는 과정도 포함할 수 있다.
방법 단계 b는, 방법 단계 a에서 결정된 제1 값에 대한 제1 목표 범위를 확정하는 과정을 포함하며, 이 경우에는 바람직하게 배터리의 제1 조절 유닛이 제1 목표 범위를 확정한다. 이 목적을 위해, 제1 목표 범위는 배터리의 배터리 기한에 따라 계산될 수 있거나 전술된 평균값 형성을 통해서도 계산될 수 있다. 그러나 더 나아가서는 또한, 전술된 바와 같이, 방법 단계 a 전에 미리 제1 목표 범위가 확정되는 것도 가능하다.
방법 단계 c는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이, 특히 방법 단계 b에서 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대해 확정된 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하는 과정을 포함한다. 특히, 방법 단계 c에서는, 다른 배터리 모듈의 결정된 제1 값이 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부가 검사된다.
당연히, 방법 단계 b 및 c는, 각각 제1 목표 범위의 확정 과정 및 복수의 배터리 모듈들 및/또는 배터리 셀들 그리고 서로 상이한 복수의 제1 모니터링 변수들에 대한 검사 과정도 포함할 수 있다.
방법 단계 d는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 밖에 놓여 있는 경우에, 하나 이상의 배터리 모듈을 다른 배터리 모듈로 대체하는 과정 그리고/또는 하나 이상의 배터리 셀을 다른 배터리 셀로 대체하는 과정을 포함한다.
이 경우, 다른 배터리 모듈 또는 다른 배터리 셀에서는 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있다.
하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 밖에 놓여 있는 경우에, 방법 단계 d에서 하나 이상의 배터리 모듈이 다른 배터리 모듈로 대체되고 그리고/또는 하나 이상의 배터리 셀이 다른 배터리 셀로 대체되었거나, 방법 단계 c에서 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있으면, 방법이 종료된다.
그 다음에 이어서, 방법이 재차 방법 단계 a에서 시작될 수 있음으로써, 결과적으로 배터리의 영구적인 모니터링이 가능해진다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 방법은, 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이 결정되는 방법 단계 g를 추가로 더 포함할 수 있다.
그 다음에, 방법 단계 b에서는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수에 대한 제2 목표 범위가 사전 설정된다.
전술된 방법 단계 a 내지 d 및 g와 무관하게, 방법 단계 e에서는 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이 결정된다.
그 다음에, 방법 단계 f는, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이 방법 단계 b에서 확정된 제2 목표 범위 안에 놓이도록, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀을 작동시키는 과정을 포함한다.
하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이, 사전 설정된 제2 목표 범위 안에 놓이도록, 방법 단계 f에서 작동된 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 방법 단계 d에서 하나 이상의 배터리 모듈 및/또는 하나 이상의 배터리 셀을 대체하기 위해서 이용된다.
도 2는, 본 발명에 따른 배터리(1)의 일 실시예를 개략적으로 보여준다.
배터리(1)는 하나 이상의 배터리 모듈(2)을 구비하며, 이 경우 특히 도 2에 도시된 배터리(1)는 2개의 배터리 모듈들(2)을 구비한다.
배터리 모듈(2)은 하나 이상의 배터리 셀(3)을 구비하며, 이 경우 특히 도 2에 도시된 배터리 모듈(2)은 각각 4개의 배터리 셀(3)을 구비한다.
더 나아가, 배터리(1)는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하도록 설계된 제1 측정 요소(4)를 구비한다. 이 경우, 제1 측정 요소(4)는 제1 모니터링 변수의 결정이 가능하도록 배열되어 있다.
더 나아가, 배터리(1)는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값을 결정하도록 설계된 제2 측정 요소(5)를 구비한다. 이 경우, 제2 측정 요소(5)는 제2 모니터링 변수의 결정이 가능하도록 배열되어 있다.
더 나아가, 배터리(1)는, 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값에 대한 제1 목표 범위를 확정하도록 설계된 제1 조절 유닛(6)을 구비한다. 이 목적을 위해, 제1 조절 유닛(6)은 제1 측정 요소(4)와 연결되어 있다.
더 나아가, 배터리(1)는, 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값에 대한 제2 목표 범위를 확정하도록 설계된 제2 조절 유닛(7)을 구비한다. 이 목적을 위해, 제2 조절 유닛(7)은 제2 측정 요소(5)와 연결되어 있다.
또한, 배터리(1)는, 결정된 제1 값이 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하도록 설계된 평가 유닛(8)을 구비한다.

Claims (12)

  1. 하나 이상의 배터리 셀(3)을 갖는 하나 이상의 배터리 모듈(2)을 구비하는 배터리를 작동시키기 위한 방법으로서,
    a. 하나 이상의 배터리 모듈(2) 및/또는 하나 이상의 배터리 셀(3)의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하는 단계,
    c. 상기 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 사전 설정된 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하는 단계로서, 이 경우 제1 목표 범위는 특히 방법 단계 b에서 확정되는 단계, 및
    d. 상기 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 밖에 놓여 있는 경우에는, 하나 이상의 배터리 모듈(3)을 다른 배터리 모듈로 대체하고 그리고/또는 하나 이상의 배터리 셀(2)을 다른 배터리 셀로 대체하는 단계로서, 이 경우 상기 다른 배터리 모듈 또는 다른 배터리 셀에서는 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있는 단계를 포함하는, 배터리 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 제1 모니터링 변수가 온도, 전압, 방전 전류, 체적 팽창, 정전 용량, 충전 수입성(acceptance), 효율 또는 자체 방전인, 배터리 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배터리(1)는 이동식 용도로 그리고/또는 고정식 용도로 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀은 고정식 용도로 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 작동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    e. 상기 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값을 결정하는 단계, 및
    f. 상기 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값이, 사전 설정된 제2 목표 범위 안에 놓이도록, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀을 작동시키는 단계를 더 포함하는, 배터리 작동 방법.
  6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 제2 모니터링 변수는 온도, 전압, 방전 전류, 체적 팽창, 정전 용량, 충전 수입성, 효율 또는 자체 방전이고, 하나 이상의 제2 모니터링 변수는 특히 하나 이상의 제1 모니터링 변수와 상이한, 배터리 작동 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 방법 단계 a는 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하는 과정을 더 포함하며, 방법 단계 c는, 다른 배터리 모듈 및/또는 다른 배터리 셀의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하는 과정을 포함하는, 배터리 작동 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리(1)는 각각 복수의 배터리 셀들(3)을 구비하는 복수의 배터리 모듈들(2)을 구비하며, 방법 단계 a는 2개 이상의 배터리 모듈들(2) 및/또는 2개 이상의 배터리 셀들(3)에 대한 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하는 과정을 포함하는, 배터리 작동 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제1 목표 범위는 방법 단계 b에서 특히 규칙적인 시간격을 두고, 2개 이상의 배터리 모듈들(2) 및/또는 2개 이상의 배터리 셀들(3)의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 2개 이상의 결정된 제1 값들의 평균값으로부터의 제1 편차를 사전 설정함으로써 확정되며, 상기 제1 편차는 특히 배터리 모듈의 배터리 셀(3)의 작동 기간에 걸쳐 변경 가능한, 배터리 작동 방법.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 목표 범위는 방법 단계 f에서 특히 규칙적인 시간격을 두고, 2개 이상의 배터리 모듈들(2) 및/또는 2개 이상의 배터리 셀들(3)의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 2개 이상의 결정된 제2 값들의 평균값으로부터의 제2 편차를 사전 설정함으로써 확정되며, 상기 제2 편차는 특히 배터리 모듈(2)의 배터리 셀(3)의 작동 기간에 걸쳐 변경 가능한, 배터리 작동 방법.
  11. 하나 이상의 배터리 셀(3)을 갖는 하나 이상의 배터리 모듈(2)을 구비하는 배터리로서, 배터리(1)는
    - 하나 이상의 배터리 모듈(2) 및/또는 하나 이상의 배터리 셀(3)의 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값을 결정하기 위한 제1 측정 요소(4),
    - 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 제1 값에 대한 제1 목표 범위를 확정하기 위한 제1 조절 유닛(6),
    - 하나 이상의 제1 모니터링 변수의 결정된 제1 값이 하나 이상의 제1 모니터링 변수에 대한 제1 목표 범위 안에 놓여 있는지의 여부를 검사하기 위한 제1 평가 유닛(8), 및
    - 하나 이상의 배터리 모듈(2) 및/또는 하나 이상의 배터리 셀(3)을 배터리로부터 분리하기 위한 수단을 구비하며, 배터리(1)는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해서 작동되도록 설계된, 배터리.
  12. 제11항에 있어서,
    배터리(1)는
    - 하나 이상의 배터리 모듈(2) 및/또는 하나 이상의 배터리 셀(3)의 하나 이상의 제2 모니터링 변수의 제2 값을 결정하기 위한 제2 측정 요소(5)를 더 구비하는, 배터리.
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