KR20180081853A - 산소 압력 관리를 갖는 금속／산소 배터리 - Google Patents

산소 압력 관리를 갖는 금속／산소 배터리 Download PDF

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Abstract

차량용 배터리 시스템은 차량에 의해 지지된 산호 저장소(oxygen reservoir), 산소 저장소 및 다단계 압축기에 동작가능하게 연결된 차량용 배터리 시스템 스택으로서, 방전 동안 산소 저장소로부터 산소를 소비하는 활성 재료를 포함하는, 상기 차량용 배터리 시스템 스택, 산소 저장소에서의 압력과 연관된 압력 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서, 메모리, 및 메모리 및 적어도 하나의 센서에 동작가능하게 연결된 프로세서로서, 압력 신호를 얻고, 얻어진 압력 신호에 기초하여 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하기 위해 메모리 내에 저장된 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 상기 프로세서를 포함한다.

Description

산소 압력 관리를 갖는 금속／산소 배터리{METAL/OXYGEN BATTERY WITH OXYGEN PRESSURE MANAGEMENT}
본 발명은 배터리들에 관한 것이며, 특히 금속/산소계 배터리들에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 2월 21에 출원한 미국 임시 출원 번호 61/767,617에 대하여 35 U.S.C.§119에 의해 우선권을 청구하며, 상기 문서는 그 전체로서 본 명세서에 참조로 포함된다.
재충전가능한 리튬-이온 배터리들은 다른 전기화학적 에너지 저장 디바이스들에 비해 높은 그들의 비에너지(specific energy) 때문에 휴대용 전자기기들과 전기 및 하이브리드-전기 차량들에 대해 매력적인 에너지 저장 시스템들이다. 이하에서 더욱 충분히 논의되는 바와 같이, 전형적인 Li-이온 전지(cell)는 음극, 양극, 그리고 음극과 양극 사이에 세퍼레이터(separator) 영역을 포함한다. 두개의 전극들은 모두 리튬을 삽입하거나 또는 리튬과 가역적으로 반응하는 활성 재료들을 포함한다. 일부 경우들에서 음극은 리튬 금속을 포함할 수 있는데, 이는 전기화학적으로 용해되고 가역적으로 침전될 수 있다. 세퍼레이터는 리튬 양이온을 갖는 전해질을 포함하며, 전극들 사이에서 물리층으로 작용하여 전지 내에서 전자적으로 연결되는 전극들이 없도록 한다.
전형적으로, 충전 동안, 양극에서는 전자들이 생성되고 음극에서는 동일한 양의 전자들이 소비되며, 이러한 전자들은 외부 회로를 통해 전달된다. 전지의 이상적인(ideal) 충전시, 양극의 활성 재료로부터 리튬 이온들의 산화를 통한 추출이 있기 때문에 양극에서 이러한 전자들이 생성되며, 음극의 활성화 재료로의 리튬 이온들의 감소가 있기 때문에 음극에서 전자들이 소비된다. 방전 동안, 정확히 반대의 반응들이 일어난다.
금속과 같은 고-비용량(high-specific-capacity)의 음극들이 배터리에서 사용될 때, 고용량의 양극 활성 재료가 또한 사용되면 종래의 시스템들을 넘는 용량 증가의 최대 이득이 구현된다. 예를 들면, 종래의 리튬-삽입 산화물들(예를 들면, LiCoO2, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, Li1.1Ni0.3Co0.3Mn0.3O2)은 전형적으로 (리튬화된 산화물의 질량에 기초하여) ~280 mAh/g의 이론적 용량과 180 내지 250 mAh/g의 실질적 용량으로 제한되는데, 이는 리튬 금속의 비용량인 3863 mAh/g과 비교하여 매우 낮다. 리튬-이온 양극에 대하여 성취가능한 최고의 이론적 용량은 Li2O에 대하여 (리튬화된 재료의 질량에 기초하여) 1794 mAh/g이다. 다른 고용량 재료들은 BiF3(303 mAh/g, 리튬화된), FeF3(712 mAh/g, 리튬화된), Zn, Al, Si, Mg, Na, Fe, Ca, 등을 포함한다. 부가적으로, 많은 금속들의 합금들 및 금속-수소화물들과 같은 재료들과 같은 다른 음극 재료들이 또한 산소와 반응할 때 높은 비에너지를 갖는다. 이러한 결합들의 다수는 또한 매우 높은 에너지 밀도를 갖는다.
불행하게도, 모든 이러한 재료들은 종래의 산화물 양극들에 비하여 더 낮은 전압에서 리튬과 반응하고, 따라서 이론적 비에너지를 제한한다. 그럼에도 불구하고, 이론적 비에너지들은 리튬 음극과 종래의 산화물 양극을 갖는 전지에 대한 ~500Wh/kg의 최대치와 비교할 때 여전히 매우 높은데(> 800Wh/kg), 이는 전기 차량이 단일 충전으로 300 마일 또는 그 이상의 범위에 접근하게 할 수 있다.
도 1은 상이한 비에너지들의 배터리 팩들을 이용하는 차량들에 대하여 배터리 팩의 무게에 대한 성취가능한 범위를 보여주는 차트(10)를 도시한다. 차트(10)에서, 비에너지들은 전지 패키징 무게를 포함하는 전체 전지에 대한 것이며, 특정 전지들의 세트로부터 배터리 팩을 형성하기 위해 50%의 무게 증가를 가정한다. 미국 에너지부(U.S. Department of Energy)는 차량 내에 위치되는 배터리 팩에 대해 200kg의 무게 제한을 확립했다. 따라서, 약 600Wh/kg 또는 그 이상의 배터리 팩 만으로 300 마일의 범위를 성취할 수 있다.
다양한 리튬계 화학제들이 차량들을 포함하는 다양한 응용들에서의 사용을 위해 조사되었다. 도 2는 다양한 리튬계 화학제들의 비에너지와 에너지 밀도를 식별하는 차트(20)를 도시한다. 차트(20)에는, 활성 재료들, 전류 집전체들(collectors), 바인더들(binders), 세퍼레이터, 및 배터리 전지들의 다른 비활성 재료의 무게만이 포함된다. 탭(tab)들, 전지 캔(cell can), 등과 같은 패키징 무게는 포함되지 않는다. 차트(20)로부터 명백한 바와 같이, 리튬/산소 배터리들은 패키징 무게를 허용한다고 하더라도 600Wh/kg보다 큰 비에너지를 제공할 수 있으며, 따라서 전형적인 리튬 이온 배터리들과 유사한 비용으로 재충전없이 300 마일 이상의 전기 차량들의 운전 범위들을 가능하게 하는 잠재력을 갖는다. 리튬/산소 전지들은 제어된 실험실 환경들에서 입증되었으나, 리튬/산소 전지의 완전한 상업적 도입 전에 남아있는 다수의 사안들이 또한 이하에서 설명되는 것과 같이 실행 가능하다.
전형적인 리튬/산소 전기화학적 전지(50)가 도 3에 도시된다. 전지(50)는 음극(52), 양극(54), 다공성 세퍼레이터(56), 및 전류 집전체(58)를 포함한다. 음극(52)은 전형적으로 금속성 리튬이다. 양극(54)은 가능한 촉매 재료(Au 또는 Pt와 같은)로 코팅되고 다공성의, 전기적으로 전도성인 매트릭스(62)에 떠있는(suspended) 입자들(60)과 같은 전극 입자들을 포함한다. 디메틸 에테르 또는 CH3CN과 같은 유기 용매에 용해된 LiPF6과 같은 소금을 포함하는 전해질 용액(64)이 다공성 세퍼레이터(56)와 양극(54) 모두에 침투한다. LiPF6은 전지(50)의 내부 전기 저항을 감소시켜 높은 전력을 허용하도록 전해질에 적절한 전도성을 제공한다.
양극(52)의 일부는 격벽(66)에 의해 둘러싸인다(enclosed). 도 3의 격벽(66)은 기체들이나 유체들과 같은 원치않는 구성성분들은 필터링하면서 외부 소스(68)로부터 산소가 양극(54)으로 들어가는 것을 허용하도록 구성된다. 양극(54)의 습식(wetting) 특성들은 전해질(64)이 양극(54)으로부터 유출되는 것을 방지한다. 대안적으로, 산소의 외부 소스로부터 오염물들을 제거하는 것과, 휘발성 전해질과 같은 전지 구성성분들을 잔류시키는 것이 각각의 전지들로부터 개별적으로 수행될 수 있다. 전지(50)가 방전하는 동안 외부 소스(68)로부터 산소가 격벽(66)을 통해 양극(54)으로 들어가며 전지(50)가 충전됨에 따라 산소가 격벽(66)을 통해 양극(54)을 나간다. 동작시, 전지(50)가 방전할 때, 산소와 리튬 이온들은 다음 관계에 따라 방전 산물 Li2O2 또는 Li2O를 형성하기 위해 결합하는 것으로 믿어진다:
Figure pct00001
(음극)
Figure pct00002
(양극)
Figure pct00003
(양극)
전형적인 전지(50)의 양극(54)은 음극 용적의 Li2O2의 형성과 침전/저장을 허용하는 80% 이상의 다공성을 갖는 경량의, 전기적으로 전도성인 재료이다. Li2O2를 침전시키는 능력은 직접적으로 전지의 최대 용량을 결정한다. 600 Wh/kg 또는 그 이상의 비에너지를 갖는 배터리 시스템을 구현하기 위하여, 100 ㎛의 두께를 갖는 평판이 약 20mAh/cm2의 용량을 가져야 한다.
필요한 다공성을 제공하는 재료들은 탄소 블랙, 흑연, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브들, 및 다른 비탄소 재료들을 포함한다. 적어도 일부 전지의 가혹한 환경(순수 산소, 초산화물 및 과산화물 이온들, 음극 표면 상의 고체 리튬 과산화물의 형성, 및 3V보다 큰 전기화학적 산화 포텐셜들(Li/Li+ 대비))으로 인해, 이들 탄소 구조들의 각각은 전지의 충전 동안 산화 과정을 겪는다.
양극으로서 산소를 포함하고, 음극으로서 금속들, 금속들의 합금들, 또는 다른 재료들을 포함하는 결합들에는 명백한 이득이 있으나, 이러한 결합들은 지금까지 다양한 도전과제들로 인하여 상업적 입증이 되지 않았다. Li-산소 배터리들에 연관된 문제들에 대한 다양한 조사들이 예를 들면, Beattie, S., D. Manolescu 와 S. Blair 에 의한, "High-Capacity Lithium-Air Cathodes," Journal of the Electrochemical Society,2009. 156:p. A44, Kumar, B. 등에 의한, "A Solid-State, Rechargeable, Long Cycle Life Lithium-Air Battery," Journal of the Electrochemical Society,2010. 157:p. A50, Read,J. 에 의한 "Characterization of the lithium/oxygen organic electrolyte battery," Journal of the Electrochemical Society,2002. 149:p. A1190, Read,J. 등에 의한 "Oxygen transport properties of organic electrolytes and performance of lithium/oxygen battery," Journal of the Electrochemical Society,2003. 150:p. A1351, Yang, X. 및 Y. Xia 에 의한 "The effect of oxygen pressures on the electrochemical profile of lithium/oxygen battery," Journal of Solid State Electrochemistry: p. 1-6, 및 Ogasawara , T., 등에 의한 "Rechargeable Li2O2 Electrode for Lithium Batteries," Journal of the American Chemical Society, 2006. 128(4): p. 1390-1393에 보고된 바와 같이 수행되었다.
일부 사안들이 조사되었으나, 몇몇 도전과제들은 리튬-산소 배터리들을 위해 해결되어야하는 것으로 남아있다. 이러한 도전과제들은 리튬 금속 표면에 덴드라이트(dendrite) 형성을 제한하는 것, 습기와 (만일 산소가 공기로부터 얻어진다면) 공기의 다른 잠재적으로 유해한 구성성분들로부터 리튬 금속(및 가능한 다른 재료들)을 보호하는 것, 용인가능한 비에너지와 비전력 레벨들을 성취하는 시스템을 설계하는 것, (왕복(round-trip) 에너지 효율성을 제한하는) 충전 및 방전 전압들 사이의 이력 현상(hysteresis)을 감소시키는 것, 및 시스템이 가역적으로 순환될 수 있는 순환들의 수를 개선시키는 것을 포함한다.
왕복 효율성의 제한은 도 4에 도시된 바와 같은 명백한 전압 이력 현상으로 인해 발생한다. 도 4에서, 방전 전압(70)(Li/Li+에 대해 대략적으로 2.5 내지 3V)은 충전 전압(72)(Li/Li+에 대해 대략적으로 4 내지 4.5V)보다 매우 낮다. 리튬/산소 시스템의 평형 전압(74)(또는 개방 회로 퍼텐셜)은 대략적으로 3V이다. 따라서, 전압 이력 현상은 클 뿐만 아니라, 매우 비대칭적이다.
충전 동안의 큰 초과-퍼텐셜은 다수의 원인들에 기인할 수 있다. 예를 들면, Li2O2와 전도성 매트릭스(62) 사이의 반응이 두 재료들 사이에 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 고체 방전 산물들(Li2O2 또는 Li2O)과 양극(54)의 전자적 전도성 매트릭스(62) 사이에 약한(poor) 접촉이 있을 수 있다. 약한 접촉은 고체 방전 산물과 매트릭스(52) 사이에 간격을 남기는, 충전 동안의 전도성 매트릭스(62)에 바로 인접한 방전 산물의 산화로부터 기인할 수 있다.
고체 방전 산물과 매트릭스(62) 사이의 약한 접촉을 야기하는 다른 메커니즘은 전도성 매트릭스(62)로부터 고체 방전 산물을 완전히 연결해제하는 것이다. 전도성 매트릭스(62)로부터 고체 방전 산물을 완전히 연결해제하는 것은 전지의 충전/방전 동안 생성되는 기계적 스트레스들로 인한 고체 방전 산물 입자들의 균열(fracturing), 플레이킹(flaking), 또는 움직임이 원인이다. 완전한 연결해제는 대부분의 리튬/산소 전지들에 대해 관찰되는 용량 감쇠(capacity decay)에 기여할 수 있다. 예를 들면, 도 5는 충전/방전 순환들의 주기가 지남에 따른 전형적인 Li/산소 전지의 방전 용량을 도시한다.
전기화학적 전지 내의 전압 강하들을 유발하여 에너지 효율성과 전력 출력을 더 낮추는 다른 물리적 프로세스들은 높은 전류 밀도들에서의 물질-전달(mass-transfer) 제한들을 포함한다. 수성 전해질들의 전달 특성들은 전형적으로 비수성 전해질들보다 낫지만, 각 경우에 물질-전달 효과들은 음극을 포함하여 전지 내의 다양한 영역들의 두께를 제한할 수 있다. O2와 다른 금속들 사이의 반응들이 또한 다양한 매질들에서 수행될 수 있다.
반응물로 산소를 사용하는 시스템들에서, 산소는 시스템 상에서 운반되거나 또는 대기로부터 얻어질 수 있다. 산소를 위한 탱크 또는 다른 인클로저(enclosure)의 사용에 의해 폐쇄된 형식으로 기체성 산소를 반응시키는 배터리의 동작에는 장점들과 단점들이 모두 있다. 하나의 장점은, 반응 화학제가 공기의 임의의 다른 구성성분들(예를 들면, H2O, CO2)에 민감하다면, 순수 산소만이 인클로저에 부가될 수 있어 이러한 오염물들은 제공되지 않는다는 것이다. 다른 장점들로는, 인클로저의 사용이 반응 당시 산소의 높은 부분 압력에서의 동작을 허용할 수 있다는 것과(압축되지 않은 대기 공기에 대해 산소의 압력은 단지 0.21바이다), 임의의 휘발성 종들(species)이 시스템을 떠나는 것을 방지(즉, "드라이 아웃(dry out)"을 방지)할 수 있다는 것이며, 다른 장점들도 있다. 단점들은 산소를 항상 운반하여야 할 필요, 시스템 질량과 부피의 증가, 고압 산소와 연관된 잠재적인 안전 사안들 등을 포함한다.
게다가, (최대 350 바까지의 압력들에서의 산소 가스의 실제 거동(behavior)의 10% 내에 있는 이상적인 가스 거동을 가정하여) 고정된 부피 내의 가스의 고정된 수의 몰(mole)들의 압력이 온도에 비례하기 때문에, 주변 온도의 상당한 변화를 겪는 차량에서, 압력은 상당히 변화될 수 있다. 특히, 자동차 동작을 위해 전형적으로 요구된 주변 온도들의 범위는 -40으로부터 +50℃까지 걸치고, 상기 범위는 이상적인 가스에 대해, 몰들의 고정된 수 및 탱크 부피에 대해 약 25%의 압력 차에 대응한다. 뜨거운 여름 날에, 검은 표면 상의 차량에 대해, 온도는 심지어 더 높게, 아마도 85℃만큼 높게 치솟을 수 있고, 이는 심지어 더 큰 압력 변화를 야기한다. 심지어 더 제한된 온도 범위를 넘어서는 경우에, 10%의 압력 변형이 꽤 가능하다.
양성자-교환 막 연료 전지들과 같은, 일부 진보된 차량 추진 기술들에서, 가스가 채워진 탱크가 사용된다. 양성자-교환 막 연료 전지에서, 수소 가스는 다양한 압력들에서의 동작을 위해 설계될 수 있는 탱크에 저장된다. 그러나, 양성자-교환 막 연료 전지의 경우에, H2 탱크의 콘텐트들은 탱크의 온도의 상승으로 인해 압력이 상승하는 경우들에서 통기(vent)될 수 있는데, 이는 탱크 시스템이 H2 연료로 다시 채워지도록 설계되기 때문이다(가솔린 또는 디젤로 표준 차를 채울 때와 같이).
양성자-교환 막 연료 전지의 경우에서와 달리, 산소를 갖는 반응물로서 O2를 포함하는 배터리에 주기적으로 연료를 공급하는 것은 바람직하지 않다. 오히려, 산소는 초기에 시스템에 부가될 것이고 그 다음, 시스템은 대기로부터 완전하게 밀봉된다. 그러나, 완전하게 폐쇄된 시스템을 생성하는 것은 탱크가 그것이 가능하게 도달할 수 있는 최대 압력에 대해 설계되어야 하도록, 통기가 가능하지 않음을 의미한다.
따라서, 필요한 것은 탱크 또는 다른 인클로저 주위의 주변 온도가 상당히 상승할 때, 탱크 또는 다른 인클로저가 안전하게 남아 있도록 대기로부터 주로 폐쇄되는 탱크 또는 다른 인클로저를 포함하는 배터리 시스템을 동작시키기 위한 경제적이고, 효율적이며, 안전한 방법이다. 다양한 주변 온도에 걸쳐 안전을 유지하는 동안 공지된 탱크들의 8, 크기 및 비용을 감소시키는 시스템이 또한 바람직하다.
차량용 배터리 시스템은 차량에 의해 지지된 산소 저장소(oxygen reservoir), 산소 저장소 및 다단계 압축기에 동작가능하게 연결된 차량용 배터리 시스템 스택으로서, 방전 동안 산소 저장소로부터 산소를 소비하는 활성 재료를 포함하는, 상기 차량용 배터리 시스템 스택, 산소 저장소에서의 압력과 연관된 압력 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서, 메모리, 및 메모리 및 적어도 하나의 센서에 동작가능하게 연결된 프로세서로서, 압력 신호를 얻고, 얻어진 압력 신호에 기초하여 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하기 위해 메모리 내에 저장된 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 상기 프로세서를 포함한다.
또 다른 실시예에 따라, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법은 차량으로 산소 저장소를 지지하는 단계, 차량용 배터리 시스템 스택을 산소 저장소 및 다단계 압축기에 동작가능하게 연결시키는 단계로서, 상기 차량용 배터리 시스템은 방전 동안 산소 저장소로부터 산소를 소비하는 활성 재료를 포함하는, 상기 차량용 배터리 시스템 스택을 연결시키는 단계, 산소 저장소에서의 압력과 연관된 압력 신호를 생성하는 단계, 및 얻어진 압력 신호에 기초하여 프로세서로 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하는 단계를 포함한다.
다음의 상세한 설명과 첨부 도면들을 참조하여 상술된 특징들과 장점들 등이 당업자에게 더욱 쉽게 인식되어야 한다.
도 1은 다양한 비에너지들에 대한 배터리 무게와 차량 범위 사이의 관계를 보여주는 도면을 묘사한 도면.
도 2는 다양한 리튬계 전지들의 비에너지와 에너지 밀도의 차트를 묘사한 도면.
도 3은 두개의 전극들, 세퍼레이터, 그리고 전해질을 포함하는 종래의 리튬-산소(Li/산소) 전지를 묘사한 도면.
도 4는 전형적인 Li/산소 전기화학적 전지에 대한 방전 및 충전 곡선을 묘사한 도면.
도 5는 다수의 순환들이 지남에 따른 전형적인 Li/산소 전기화학적 전지에 대한 방전 용량의 감쇠를 보여주는 도면을 묘사한 도면.
도 6은 리튬과의 가역적 반응을 위해 양극과 산소를 교환하도록 구성된 저장 탱크에 동작가능하게 연결된 단열 압축기를 갖는 차량의 개략도를 묘사한 도면.
도 7은 일정한 기체 특성들(즉, 감마)을 가정한 기체가 1바의 압력과 298.15K의 온도에서 시작하여 단열적으로 압축될 때 온도의 증가를 보여주는 차트를 묘사한 도면.
도 8은 1바의 초기 압력에서 압력의 함수로 이상 기체(단열을 위해 이원자 및 일정한 특성들이 가정된다)의 압축 일을 보여주는 차트를 묘사한 도면.
도 9는 산소 저장 탱크의 압력이 산소 저장 탱크의 통기를 제어하기 위해 배터리 제어 시스템에 의해 사용되는 방법에 대한 프로세스를 묘사한 도면.
도 10은 산소 인클로저의 압력이 충전 동안 또는 휴식 또는 동작 동안 배터리 시스템의 충전 상태를 제어하기 위해 배터리 제어 시스템에 의해 사용되는 방법을 보여주는 프로세스를 묘사한 도면.
본 발명의 원리들의 이해를 촉진시키기 위하여, 이제 도면들에 도시되고 다음의 기술된 명세서에서 설명된 실시예들을 참조할 것이다. 이렇게 함으로써 본 발명의 범주에는 제한이 없음이 의도되는 것으로 이해된다. 본 발명은 예시된 실시예들에 대한 임의의 변형들과 수정들을 포함하며, 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 일반적으로 일어날 수 있는 본 발명의 원리들의 다른 응용들을 포함하는 것으로 또한 이해된다.
차량(100)의 개략도가 도 6에 도시된다. 차량(100)은 차량용 배터리 시스템 스택(102)과 산소 저장 탱크(104)를 포함한다. 압력 조절기(106)는 방전 동안 차량용 배터리 시스템 스택(102)으로의 산소의 공급을 관리하며, 충전 동작들 동안에는 산소 저장 탱크(104)로 산소를 되돌려보내는데 다단계 산소 압축기(108)가 사용된다.
차량용 배터리 시스템 스택(102)은 하나 또는 그 이상의 다공성 세퍼레이터들(도시되지 않음)에 의해 하나 또는 그 이상의 양극들(도시되지 않음)로부터 분리된 하나 또는 그 이상의 음극들(도시되지 않음)을 포함한다. 다른 후보 음극들과 비교하여 Li 금속이 전지 레벨에서 가장 높은 비에너지를 가지고 있음에도 불구하고, 음극(도시되지 않음)은 리튬 금속 또는 리튬-삽입 화합물(예를 들면, 흑연, 규소, 주석, LiAl, LiMg, Li4Ti5O12)로 형성될 수 있다. Zn, Mg, Na, Fe, Al, Ca, Si와 같은 다른 금속들 및 가역적이고 전기화학적으로 반응할 수 있는 다른 재료들이 또한 음극을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
한 실시예에서 양극(도시되지 않음)은 전류 집전체(도시되지 않음)와, 촉매 재료로 선택적으로 커버되고 다공성 매트릭스(도시되지 않음)에 떠있는 전극 입자들(도시되지 않음)을 포함한다. 다양한 대안의 매트릭스 구조들과 재료들이 사용될 수 있으나, 다공성 매트릭스(도시되지 않음)는 전도성 탄소 또는 니켈 폼(foam)과 같은 전도성 재료로 형성된 전기적으로 전도성인 매트릭스이다. 세퍼레이터(도시되지 않음)는 음극(도시되지 않음)이 양극(도시되지 않음)과 전기적으로 연결되는 것을 방지한다.
차량용 배터리 시스템 스택(102)은 양극(도시되지 않음)에, 또한 일부 실시예들에서는 세퍼레이터(도시되지 않음)에 존재하는 전해질 용액(도시되지 않음)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전해질 용액은 유기 용매 혼합물에 용해된 소금, LiPF6(육불화인산리튬(lithium hexafluorophosphate))을 포함한다. 유기 용매 혼합물은 임의의 원하는 용매일 수 있다. 일부 실시예들에서, 용매는 디메틸 에테르(DME), 아세토니트릴(MeCN), 에틸렌 카보네이트, 또는 디에틸 카보네이트일 수 있다.
금속이 Li인 경우에, 차량용 배터리 시스템 스택(102)은 음극의 리튬 금속을 방전시켜 자유 전자 e-를 갖는 Li+이온으로 이온화한다. Li+이온들은 세퍼레이터를 통과해 양극 쪽으로 이동한다. 산소가 산소 저장 탱크(104)로부터 압축 조절기를 통해 공급된다. 자유 전자 e-는 양극(도시되지 않음)을 향해 흐른다.
양극 내의 산소 원자들과 Li+이온들은 전극 입자들 상의 선택적 촉매 재료에 의한 도움으로 양극 내부에 방전 산물을 형성한다. 다음 방정식들에서 보여지는 바와 같이, 방전 프로세스 동안 금속성 리튬이 이온화되고, 산소와 자유 전자들과 결합하여 탄소 입자들의 표면들을 코팅할 수 있는 Li2O2 또는 Li2O 방전 산물을 형성한다.
Figure pct00004
(음극)
Figure pct00005
(양극)
Figure pct00006
(양극)
차량용 배터리 시스템 스택(102)은 산소에 대한 외부 소스로서 공기를 사용하지 않는다. 대기와 같은 외부 소스들은 원치않는 기체들과 오염물들을 포함한다. 따라서, 금속/산소 배터리의 금속과 전기화학적으로 반응하는 산소가 공기로부터 올 수 있으나, 공기의 CO2와 H2O의 존재는 금속/산소 반응들이 수행되는 매질들의 일부 및 그를 형성하는 산물들의 일부를 위해서는 부적절한 소스를 만든다. 예를 들면, Li2O2가 형성되는 Li과 산소의 반응에서, H2O와 CO2는 LiOH 및/또는 Li2CO3을 형성하도록 Li2O2와 반응할 수 있는데, 이는 배터리의 성능과 재충전능력에 유해한 영향을 끼칠 수 있다. 다른 예로써, 기본적인 매질에서 CO2가 반응하여 용액에 침전물이 생기게 하고 전극 클로깅(clogging)을 유발하는 카보네이트들을 형성할 수 있다.
도 6에서, 모든 구성성분들은 차량(100) 상에 위치된다. 도 6의 실시예에서, 산소 저장 탱크(104)는 반응들이 일어나는 차량용 배터리 시스템 스택(102)과 분리되나, 다른 실시예들에서 산소 저장 탱크는 스택과 더욱 가까이 집적된다(예를 들면, 전지들 내에 통합된다). 도 6의 실시예에서, 산소 저장은 반응들이 일어나는 스택이나 전지들로부터 공간적으로 분리되는 탱크 또는 다른 인클로저(enclosure)에서 수행되어, 차량(100)을 위해 최소량의 고압 하우징(high-pressure housing)이 필요하게 된다.
(산소가 소비되는) 방전 동안, 산소 기체를 압력 조절기(106)에 통과시키는 것에 의해 산소 기체의 압력이 감소되어 스택에 도달하는 산소의 압력은 주위와 비슷해진다(즉, 약 5바(bar)보다 낮아진다). 방전 동안 압축기(108)는 동작하지 않는다. 충전 동안 압축기(108)는 반응들이 일어나는 스택 또는 전지들 내에서 발생되는 산소를 압축하도록 동작된다.
다양한 실시예들에서 압축기(108)는 상이한 타입이다. 차량 응용에 적합하고 발전된 한 실시예에서는 소형 크기로 기체를 유닛 당 100바 이상으로 압축하는 것이 바람직한 다단계 회전 압축기이다. 다단계 회전 압축기로 구현될 때, 기체를 압축하기 위한 피스톤의 빠른 움직임을 포함하기 때문에 각 압축 단계는 거의 단열(adiabatic)이다. 적절한 크기의 상업적 유닛들은 합리적인 가격으로 폭넓게 사용가능하며; 그들은 공기 압축이 필요한 다양한 응용들에서 사용된다.
압축기의 각 단계가 거의 단열이기 때문에, 도 7을 참조하여 설명되는 바와 같이 압력의 증가에 부가적으로 온도가 또한 증가한다. 도 7은 일정한 기체 특성들을 가정할 때 1바의 압력과 298.15K의 온도에서 시작하는 단일 단열 압축 단계의 끝에서의 온도를 도시한다. 도면은 예를 들면, 350바의 압력을 성취하기 위해 단일 압축 단계를 사용하는 것은 비현실적이라는 것을 보여주는데, 왜냐하면 열에 민감한 구성성분들을 갖는 차량에 통합되는 표준 재료들의 탱크로 주입하기에는 출력 온도가 너무 높기 때문이다. 또한, 도 7에 도시된 최종 압력은 압축 단계의 끝에서의 온도에 대한 것이며; 따라서, 냉각 후에는 압력은 떨어질 것이다. 탱크로 들어가는 압축된 기체의 온도가 일정한 범위 내에 있게 하는 것은, 상이한 실시예들에서 탱크의 타입에 따라 알루미늄 또는 폴리머와 같은 금속이 되는 탱크 재료의 호환을 위해 중요하다.
온도가 너무 높이 올라가는 것을 방지하기 위하여 각 단열 압축 단계의 끝에서 기체를 냉각시킬 필요가 있다. 이는 도 6에 도시된 라디에이터(110)를 이용하여 이루어진다. 일부 실시예들에서 라디에이터(110)는 배터리 시스템 스택을 냉각시키는데 사용되는 동일한 라디에이터이며; 이러한 실시예들에서는 열 교환 루프가 또한 차량용 배터리 시스템 스택(102)과 배터리 시스템 산소 저장 탱크(104)와 같은 배터리 시스템의 다른 구성성분들로 확장한다. 전형적으로, 유체가 산소 압축기(108)를 통과하여 각 압축 단계 후에 산소 기체로부터 열을 제거하고 온도를 라디에이터 유체의 온도가 되게 한다. 유체는 열이 대기와 교환되는 라디에이터(110)를 통과한다. 압축기는 또한 배터리 시스템 또는 차량(100)의 다른 부분들의 고온으로의 노출을 방지하기 위해 절연된다.
각 압축 단계 후에 산소의 냉각은 시스템이 도 8에 도시된 등온 압축 일 라인에 더 가깝게 동작하도록 한다. 특히, 도 8은 등온 압축에 필요한 압축 일과 비교하여 (이원자 기체와 일정한 특성들을 가정하는) 단일 단계의 단열 압축에 필요한 일의 상이함을 보여준다. 도면이 보여주는 것과 같이, 등온 압축보다 단열 압축에 상당히 많은 일이 필요하다. 단계들 사이에 냉각을 갖는 다단계 단열 압축 프로세스에 대해 필요한 일의 양은 순수 등온과 단일 단계의 단열 라인들 사이에 있다. 따라서, 압축을 위해 필요한 일의 양이 각 압축의 끝에서 기체를 냉각하는 다중 압축 단계들을 사용하는 것에 의해 단열 압축과 비교하여 더욱 낮아질 수 있다.
반응 에너지와 비교하여 압축 에너지의 크기는 또한 산소가 반응하는 음극 재료에 의존한다. 예를 들면, 방전시에 Li2O2를 형성하도록 산소가 Li와 반응하면, 반응 에너지는 159 Wh/mole O2이다. 따라서, 충전 프로세스가 85%의 효율성으로 진행하면, 압축을 위해 필요한 냉각량이 스택이나 전지들을 냉각시키는데 필요한 것보다 적어야 한다고 가정할 때, 반응에 대한 냉각을 위해 약 24Wh/mole O2가 필요하다.
도 6의 실시예에서, 배터리 시스템의 동작과 연관된 모든 프로세스들은 배터리 제어 시스템(112)에 의해 제어된다. 배터리 제어 시스템(112)은 라디에이터(110)와 산소 압축기(108), 및 차량(100) 상의 가능한 다른 구성성분들을 통과하는 유체의 흐름 속도(flow rate)를 제어한다. 배터리 제어 시스템(112)은 프로그램 명령들이 저장되는 메모리(도시되지 않음)와, 저장 시스템(104)으로 압축되는 산소의 온도를 제어하도록 프로그램 명령들을 실행하는 프로세서(도시되지 않음)를 포함한다. 프로세서는 더욱 정밀하게 시스템을 제어하기 위하여 차량용 배터리 시스템 스택(102), 산소 저장 탱크(104), 라디에이터(110), 주변 온도 센서(도시되지 않음) 및 압축기(108)의 다양한 단계들에 있는 온도 센서들(도시되지 않음)과 동작가능하게 연결된다. 일부 실시예들에서, 더 많거나 더 적은 온도 센서들이 포함된다. 프로세서에 동작가능하게 접속되는 압력 센서가 산소 저장 탱크(104)에서 또한 제공된다. 배터리 제어 시스템(112)은, 재충진 포트(116)를 따라 산소 저장 탱크(104) 상에 제공되는 안전변(safety vent)(114)을 또한 제어한다.
시스템이 완전하게 충전될 때, 산소 저장 탱크(104)에서의 산소의 압력은 그것의 가장 높은 값에 있다. 압축된 산소의 온도가 상당히 상승하는 경우에, 탱크의 파열에 대한 궁극적인 보호로서, 산소는 안전변(114)을 통해 시스템으로부터 대기로 통기된다. 도 9에 묘사된 바와 같이, 배터리 제어 시스템(112)은 산소 저장 탱크(104)에서의 압력 센서로부터 입력을 지속적으로 판독하고 압력이 산소 저장 탱크(104)의 안전을 위해 규정된 최대 압력과 같거나 이를 초과하면, 방압 밸브(pressure relief valve)(114)가 활성화되고 산소는 대기로 릴리싱된다. 압력이 능동적으로 제어되는 실시예들에서, 벤트(vent)(114)가 폐쇄되는 압력은 안전 압력의 상당히 아래에 있을 수 있거나 안전 압력과 같을 수 있다. 후자의 경우에, 온도가 계속해서 상승하면 다수의 릴리스들이 행해질 수 있다. 수동적 압력 릴리스 밸브는 일부 실시예들에서 사용되지만, 가장 바람직한 실시예들에서, 압력 릴리스 밸브(114)의 활성화는 대기에 대한 산소 인클로저의 영구적인 개방을 야기하지 않아서 산소 인클로저 내의 압력 및 가스 구성이 실질적으로 주변 공기의 그것에 도달하게 한다. 대신에, 압력 릴리스 밸브(114)가 배터리 제어 시스템(112)을 통해 또는 수동적 메커니즘을 통해 트리거링(triggering)되는지의 여부에 따라, 밸브(114)가 단지 규정된 양의 산소를 릴리싱할 것이고 시스템을 안전한 영역으로 리턴시키며 그 다음 폐쇄할 것이 바람직하다.
압력 릴리스 밸브(114)가 트리거링되고 일부 산소가 산소 저장 탱크(104)로부터 릴리싱되면, 산소는 보충될 수 있다. 이것은 전형적으로 매우 정제된 산소에 액세스하는 차량 대리점과 같은, 특수 위치에서 행해질 것이다. 산소의 보충은 배터리 시스템의 임의의 충전 상태에서 행해질 수 있지만, 시스템이 완전하게 또는 부분적으로 방전될 때, 배터리 시스템에서의 산소의 양은 시스템이 완전하게 충전될 때보다 낮을 것이고, 따라서 그것은 더 낮은 충전 상태들에서 산소를 보충하는 것이 바람직하다. 배터리 제어 시스템(112)은 임의의 원하는 방식으로 차량용 배터리 시스템 스택(102)의 현재 충전 상태를 결정하도록 구성된다. 부가적으로, 배터리의 사양들(예로서, Ah의 단위들의 배터리 용량)은 메모리 내에 저장되어, 산소의 정확한 양이 시스템에 부가될 수 있게 한다. 충전 상태 및 배터리의 용량을 앎으로써, 통기된 산소의 양이 산출될 수 있고, 원하는 대체 양이 결정된다.
또 다른 시스템에서 결함이 존재하는 경우에 산소 인클로저의 안전을 보장하는 압력 릴리프 밸브(114)가 항상 요구될지라도, 산소 인클로저의 압력에서의 상승을 핸들링하기 위한 바람직한 방법은 산소 가스를 통기하기 위한 것이 아니라, 오히려 배터리 시스템의 충전 상태를 조정하기 위한 것이다. 특히, 배터리가 완전하게 충전될 때, 배터리 시스템에서의 모든 산소는 산소 저장 탱크(104)에 저장되어야 하고, 따라서 산소 저장 탱크(104)의 압력은 그것의 가장 높은 값에 있어야 한다. 산소 저장 탱크(104)(예로서, 그것의 벽 두께)는 최대 압력을 위해 설계되어야 한다. 이전에 논의된 바와 같이, 탱크의 최대 압력은 온도에 따라 근본적으로 불변이고, 고정된 부피 내의 가스의 주어진 수의 몰들에 의해 가해진 압력은 온도에 의존한다.
배터리 시스템 특히, 조우되도록 예상된 최대 온도에 대한 산소 저장 탱크(104)를 설계하기보다, 산소 저장 탱크(104)는 35℃ 또는 심지어 훨씬 더 낮은 값들과 같은, 종종 조우되도록 예상되는 최대 온도를 위해 설계되고, 그 다음 배터리 제어 시스템(112)은 산소 저장 탱크(104) 내의 압력에 기초하여 전하를 제한한다. 이 상황의 도식이 도 10에 도시된다.
도 10을 참조하면, 충전 동안, 충전을 진행할 수 있는지의 여부를 결정하기 위해 전압 및 온도로부터의 입력들을 단지 이용하는 대신에, 본 명세서에서 압력은 배터리 제어 시스템(112)에 의해 또한 사용될 수 있다. 따라서, 더 낮은 온도에서 배터리 시스템을 충전하는 동안, 일단 충전이 종료되면 충전의 최대 상태는 더 높은 온도에서의 충전보다 높을 수 있다. 도 10은 또한, 휴식 또는 동작 동안, 온도가 상승하면(예를 들면, 차량(100)이 밤에 충전되고 그 다음, 검은 표면 상에 뜨겁고 맑은 날 동안 떠나게 되면), 배터리 제어 시스템(112)은 산소 저장 탱크(104)에 저장된 산소의 일부를 소비하기 위해 방전을 개시할 수 있고, 그에 의해 압력을 감소시시키는 것을 또한 보여준다. 배터리 시스템은 그것을, 차량(100)의 냉각 시스템, 산소 저장소를 냉각하도록 구성된 냉각 시스템, 또는 이 목적을 위해 구체적으로 설계된 부하와 같은, 부하에 접속시킴으로써 방전될 수 있다. 주변 온도의 상승과 연관된 압력의 원만한 상승은, 적은 부하(<5kW)가 압력이 고정된 제한 내에 머무름을 보장하기에 적절할 것임을 의미한다. 따라서, 어떠한 통기도 발생하지 않고 산소를 보충할 어떠한 필요성도 존재하지 않는다.
따라서, 차량용 배터리 시스템 스택(102)은 배터리 전지 내에, 또는 탱크의 전지나 또는 다른 용기의 외부에 저장된 (순수하거나 또는 부가적인 구성성분들을 포함할 수 있는) 산소를 사용한다. 방전시 에너지를 생성하기 위하여 산소는 (Li, Zn, Mg, Na, Fe, Al, Ca, Si, 등을 포함할 수 있는) 금속과 전기화학적으로 반응하며, 충전시 금속이 재생성되고 산소 기체(및 어쩌면 H2O와 같은 다른 종들)가 발전된다.
유익하게, 차량(100)의 배터리 시스템은 따라서 완전하게 폐쇄된 시스템이며 전지 동작에 해로울 수 있는 주변 공기에 존재하는 종들(예를 들면, H2O, CO2, 등)은 배제된다. 배터리 시스템은 충전시 산소의 전기화학적 압축을 제공하며, 방전시에는 압축된 산소를 사용하여, (전형적으로 단열적으로 수행되고, 다단계 단열 프로세스에 포함하는) 기계적 산소 압축과 연관된 에너지 손실들을 감소시키고 기계적 압축기의 비용과 복잡도를 감소시킨다. 배터리 시스템의 구성성분들은 유동장들(flow fields), 이극성 평판들(bipolar plates), 전극들, 세퍼레이터들, 및 고압 산소 라인들을 포함하여, 압축된 산소의 압력을 조절하도록 구성된다.
일부 실시예들의 배터리 시스템은 전지 성능과 수명에 유해할 수 있는 압력 유도 균열 또는 휨(압력 순환을 포함하여)을 방지하기 위한 충분한 기계적 지지를 제공하는 고압 씰(seal)들, 전극, 기체-확산층, 및 유동장 설계와, (350바 또는 그 이상까지 상승하는 것을 포함하는 고압들에서도) 산소를 통과시키지 않는 세퍼레이터를 포함한다. 일부 실시예들에서 전지 구성성분들의 서로간의 박리를 제거하도록 최소 압력이 선택된다. 일부 실시예들에서 물질 전달 제한들을 감소시켜 제한 전류를 증가시키도록 최소 압력이 선택된다.
상술된 시스템은 다수의 장점들을 제공한다. 예를 들면, 시스템은 경량, 더 소형, 및 덜 비싼 탱크를 제공하는데, 이는 그것이 더 낮은 최대 압력을 위해 설계될 수 있기 때문이다. 부가적으로, 시스템은 주어진 탱크 크기 및 질량에 대해 더 긴 구동 범위를 차량에 제공하는데, 이는 더 많은 산소 가스가 완전한 시스템 충전 동안 탱크에 부가될 수 있기 때문이고 이는 온도가 상승하면 안전 문제를 방지하기 위해 가동 중인 시스템들이 존재하기 때문이다.
본 발명이 도면들과 앞의 설명에서 상세하게 도시되고 설명되었으나, 이들은 그 특징들이 예시적인 것이며 제한적인 것이 아닌 것으로 고려되어야 한다. 선호되는 실시예들이 제시되었을 뿐이며 본 발명의 정신 내에 있는 모든 변화들, 변경들과 다른 응용들이 보호되는 것이 바람직하다.
100: 차량 102: 차량용 배터리 시스템 스택
104: 산소 저장 탱크 106: 압력 조절기
108: 압축기 112: 배터리 제어 시스템

Claims (16)

  1. 차량용 배터리 시스템에 있어서:
    차량에 의해 지지된 산호 저장소(oxygen reservoir);
    상기 산소 저장소 및 다단계 압축기에 동작가능하게 연결된 차량용 배터리 시스템 스택으로서, 방전 동안 상기 산소 저장소로부터 산소를 소비하는 활성 재료를 포함하는, 상기 차량용 배터리 시스템 스택;
    상기 산소 저장소에서의 압력과 연관된 압력 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서;
    메모리; 및
    상기 메모리 및 상기 적어도 하나의 센서에 동작가능하게 연결된 프로세서로서,
    압력 신호를 얻고,
    상기 얻어진 압력 신호에 기초하여 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하기 위해 상기 메모리 내에 저장된 프로그램 지시들을 실행하도록 구성되는, 상기 프로세서를 포함하는, 차량용 배터리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    상기 산소 저장소 내의 산소가 벤트(vent)를 지나가도록 허용되지 않은 제 1 위치와 상기 산소 저장소 내의 산소가 상기 벤트를 지나가도록 허용되는 제 2 위치 사이의 상기 산소 저장소에 동작가능하게 연결된 상기 벤트를 제어함으로써 상기 얻어진 압력 신호에 기초하여 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하도록 구성되는, 차량용 배터리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    전기 부하를 상기 차량용 배터리 시스템 스택에 연결시킴으로써 상기 얻어진 압력 신호에 기초하여 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하도록 구성되는, 차량용 배터리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기 부하는 차량 냉각 시스템을 포함하는, 차량용 배터리 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기 부하는 상기 산소 저장소를 냉각하도록 구성된 냉각 시스템을 포함하는, 차량용 배터리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한:
    상기 차량용 배터리 시스템 스택의 전압과 연관된 전압 신호를 얻고;
    상기 얻어진 전압 신호에 기초하여 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하도록 구성되는, 차량용 배터리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한:
    상기 차량용 배터리 시스템 스택의 온도와 연관된 온도 신호를 얻고;
    상기 얻어진 온도 신호에 기초하여 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하도록 구성되는, 차량용 배터리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한:
    상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전을 종료시킴으로써 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하도록 구성되는, 차량용 배터리 시스템.
  9. 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서:
    차량으로 산소 저장소를 지지하는 단계;
    차량용 배터리 시스템 스택을 상기 산소 저장소 및 다단계 압축기에 동작가능하게 연결시키는 단계로서, 상기 차량용 배터리 시스템은 방전 동안 상기 산소 저장소로부터 산소를 소비하는 활성 재료를 포함하는, 상기 차량용 배터리 시스템 스택을 연결시키는 단계;
    상기 산소 저장소에서의 압력과 연관된 압력 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 얻어진 압력 신호에 기초하여 프로세서로 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 충전 상태를 제어하는 단계는:
    상기 프로세서를 사용하여, 상기 산소 저장소 내의 산소가 벤트를 지나가도록 허용되지 않은 제 1 위치와 상기 산소 저장소 내의 산소가 상기 벤트를 지나가도록 허용되는 제 2 위치 사이의 상기 산소 저장소에 동작가능하게 연결된 상기 벤트를 제어하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 충전 상태를 제어하는 단계는:
    상기 프로세서를 사용하여 전기 부하를 상기 차량용 배터리 시스템 스택에 연결시키는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전기 부하를 연결시키는 단계는:
    상기 프로세서를 사용하여 차량 냉각 시스템을 상기 차량용 배터리 시스템 스택에 연결시키는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    전기 부하를 연결시키는 단계는:
    상기 프로세서를 사용하여 상기 산소 저장소를 냉각하도록 구성된 냉각 시스템을 상기 차량용 배터리 시스템 스택에 연결시키는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서를 사용하여, 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 전압과 연관된 전압 신호를 얻는 단계; 및
    상기 프로세서를 사용하여, 상기 얻어진 전압 신호에 기초하여 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서를 사용하여, 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 온도와 연관된 온도 신호를 얻는 단계; 및
    상기 프로세서를 사용하여, 상기 얻어진 온도 신호에 기초하여 상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전 상태를 제어하는 단계는:
    상기 차량용 배터리 시스템 스택의 충전을 종료시키는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 시스템을 동작시키는 방법.
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