KR20200106512A - 일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 방법 및 관리 시스템, 및 배터리 팩 - Google Patents

일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 방법 및 관리 시스템, 및 배터리 팩 Download PDF

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헨드릭 베렌트
미콜라 라이프스키이
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 일 배터리 팩(5)의 복수의 배터리 셀(2)을 제어 및 모니터링하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 하나 이상의 기록 유닛(20)에 의해 각각의 배터리 셀(2)로부터 각각 하나의 상태 변수 데이터 세트가 기록되어 선택 유닛(32)으로 전송되고, 선택 유닛(32)에 의해 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터 가상의 상태 변수 데이터 세트를 형성하는 개별 상태 변수가 선택되며, 선택된 상태 변수로부터 시뮬레이션 유닛(34)에 의해 가상 셀(8)의 모델이 생성되며, 가상 셀(8)의 선택된 상태 변수로부터 데이터 처리 유닛(36)에 의해 배터리 팩(5)의 배터리 셀(2)을 충전하기 위한 충전 전류(I)의 한계값이 계산된다.

Description

일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 방법 및 관리 시스템, 및 배터리 팩
본 발명은, 배터리 셀의 상태 변수를 기록하고, 상태 변수로부터 배터리 팩의 배터리 셀을 충전하기 위한 충전 전류의 한계값을 계산함으로써, 일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 관리 시스템과도 관련이 있다. 더 나아가, 본 발명은 본 발명에 따른 관리 시스템 및 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
미래에는 특히 전기차에서 신뢰성, 성능, 안전 및 수명과 관련하여 높은 수준의 요건이 제기되는 배터리 시스템이 점점 더 많이 사용될 것이라는 점은 명백하다. 이와 같은 용례를 위해서는 특히 리튬 이온 배터리 셀을 구비한 배터리 시스템이 적합하다. 이와 같은 배터리 시스템은 특히 높은 에너지 밀도, 열적 안정성 및 매우 낮은 자체 방전을 특징으로 한다. 리튬 이온 배터리 셀은 기능 안전 관련 요건이 매우 까다롭다. 배터리 셀의 부적절한 작동은 화재 및/또는 탈가스를 포함한 발열 반응을 야기할 수 있다.
배터리 셀은, 음극 단자와 연결된 애노드 및 애노드 단자와 연결된 캐소드를 구비한다. 이와 같은 복수의 배터리 셀은 특히 서로 직렬로 접속되고, 배터리 모듈 또는 배터리 팩에 연결된다. 이와 같은 복수의 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 서로 접속되고, 이로써 전기차의 배터리 시스템을 형성한다. 배터리 팩은, 배터리 셀의 작동을 모니터링하고, 배터리 셀이 자체 수명과 관련하여 안전하고 지속 가능한 방식으로 작동되도록 제어하는 배터리 관리 시스템을 포함한다.
상기와 같은 시스템을 실현하기 위하여, 배터리 관리 시스템에 의해 일 배터리 팩의 각각의 배터리 셀에 대해 현재 작동 상태가 결정된다. 작동 상태는 다양한 파라미터, 예를 들어 충전 상태, 노후화 상태, 내부 저항, 커패시턴스, 온도, 전압, 전극의 과전위 및 배터리 셀 내에서의 리튬 농도에 의해 기술될 수 있다. 작동 상태의 최대한 정확한 특정을 위해, 복잡한 전기 화학적 모델 설명이 사용된다.
배터리 셀의 작동 상태를 토대로 하여, 배터리 관리 시스템의 또 다른 기능에서, 예를 들어 배터리 셀의 다양한 작동 상태에 대한 전류 제한 값과 같은 배터리 팩의 특성 변수가 계산된다. 상기 특성 변수는 배터리 관리 시스템에 의해 전기차의 중앙 제어 장치로 전달된다.
US 2013/154572 A1호로부터, 복수의 에너지 저장 장치를 포함하는 전기차용 에너지 저장 시스템이 공지되어 있다. 여기서는, 상태 정보, 특히 전류, 총 전압, 셀 전압 및 온도를 기록하는 복수의 상태 정보 기록 장치가 제공된다. 이 경우, 에너지 저장 시스템의 작동 시, 특히 기록된 상태 정보의 최악의 값이 고려된다.
US 2015/0258897 A1호로부터, 복수의 배터리 셀을 포함하는 전기차용 배터리 시스템이 공지되어 있다. 예를 들어 전류 및 총 전압과 같은 데이터를 기록하는 기록 유닛들이 제공된다. 예를 들어 충전 상태와 같은 추가 데이터가 계산된다. 그 다음에, 상기 데이터를 토대로 최악의 배터리 셀이 식별된다.
일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 방법이 제안된다. 이 경우, 배터리 팩은 특히 전기차에 사용할 목적으로 제공되었다. 이때, 차량은 특히 순수 전기 구동 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량일 수 있다. 그러나 배터리 팩은 예를 들어 모바일 폰, 태블릿 PC, 노트북 또는 전동 공구와 같은 소비자 가전 제품에도 사용될 수 있다. 배터리 팩의 배터리 셀들은 바람직하게 서로 전기적으로 직렬 연결된다.
본원 방법에 따르면, 하나 이상의 기록 유닛에 의해 각각의 배터리 셀로부터 각각 하나의 상태 변수 데이터 세트가 기록되어 선택 유닛으로 전송된다. 이 경우, 각각의 배터리 셀에 별도의 기록 유닛이 할당할 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀의 상태 변수 데이터 세트를 기록하는 하나의 기록 유닛이 제공될 수도 있다. 상기 상태 변수 데이터 세트로부터 배터리 셀의 상태가 결정될 수 있다.
이어서, 선택 유닛에 의해, 복수의 전송된 상태 변수 데이터 세트로부터 개별 상태 변수가 선택된다. 이 경우, 선택된 상태 변수는 가상의 상태 변수 데이터 세트를 형성한다. 따라서, 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수는 상이한 배터리 셀들의 상태 변수 데이터 세트로부터 유래할 수 있다.
그 다음에, 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터 시뮬레이션 유닛에 의해 가상 셀의 모델이 생성된다. 따라서, 가상 셀은, 이전에 생성된 가상의 상태 변수 데이터 세트를 갖는 배터리 셀을 시뮬레이션한다. 가상의 상태 변수 데이터 세트로부터 가상 셀의 상태가 결정될 수 있다.
이어서, 데이터 처리 유닛에 의해 가상 셀의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터 배터리 팩의 배터리 셀을 충전하기 위한 충전 전류의 한계값이 계산된다. 그 다음에, 이와 같이 계산된 충전 전류의 한계값이 예를 들어 전기차의 중앙 제어 장치로 전송된다. 따라서, 중앙 제어 장치는 배터리 팩의 배터리 셀의 충전 시 상기 한계값에 상응하게 충전 전류를 제한할 수 있다.
배터리 셀의 상태에 따라, 지나치게 높은 충전 전류는 배터리 셀을 손상시킬 수 있다. 그렇기 때문에, 각각의 배터리 셀은 배터리 셀의 손상을 야기하지 않는 허용 충전 전류로만 충전되어야 한다. 이 경우, 각각 허용 충전 전류는 배터리 셀의 상태에 좌우된다. 배터리 셀의 상태가 나쁠수록, 허용 충전 전류는 더 작다. 배터리 셀의 상태가 좋을수록, 허용 충전 전류는 더 크다.
본 발명에 따라, 배터리 팩의 배터리 셀을 충전하기 위한 충전 전류의 한계값은 가상 셀의 선택된 상태 변수로부터 단 한 번만 계산된다. 일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀 또는 심지어 모든 배터리 셀을 위해 별도로 허용 충전 전류를 계산할 필요가 없다. 배터리 팩의 배터리 셀들이 전기적으로 서로 직렬로 연결되어 있으면, 항상 동일한 충전 전류가 모든 배터리 셀을 통해 흐르게 된다.
이 경우, 바람직하게는 선택 유닛에 의해 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터, 가상 셀의 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수가 선택된다. 따라서, 가상 셀의 상태는 배터리 팩의 임의의 일 배터리 셀의 상태보다 더 낫지 않다. 이로 인해, 상기와 같이 계산된 충전 전류의 한계값이 배터리 팩의 임의의 일 배터리 셀의 허용 충전 전류보다 크지 않은 점이 보장된다. 따라서, 충전 전류의 최소 한계값이 계산된다.
본 발명의 한 바람직한 개선예에 따르면, 에너지 예측 유닛에 의해 추가로 가상 셀의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 배터리 팩의 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지가 예측된다. 그런 다음, 이와 같은 방식으로 예측되어 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지가 예를 들어 전기차의 중앙 제어 장치로 전송된다. 중앙 제어 장치는, 예를 들어 전기차의 도달 거리의 결정 시, 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 예측 전기 에너지를 고려할 수 있다.
이 경우, 배터리 셀들 중 하나에 저장될 수 있는 전기 에너지는 배터리 셀의 상태에 좌우된다. 배터리 셀의 상태가 나쁠수록, 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지는 더 작다. 배터리 셀의 상태가 좋을수록, 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지는 더 크다.
이 경우, 바람직하게는 선택 유닛에 의해 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터, 가상 셀의 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수가 선택된다. 따라서, 가상 셀의 상태는 배터리 팩의 임의의 일 배터리 셀의 상태보다 더 낫지 않다. 이로 인해, 상기와 같이 예측되어 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지가 실제로 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지보다 크지 않은 점이 보장된다.
본 발명의 또 다른 한 바람직한 개선예에 따르면, 가상 셀의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터 전력 예측 유닛에 의해 추가로, 배터리 팩의 배터리 셀로부터 최대로 인출될 수 있는 전력이 예측된다. 이와 같이 예측되어 배터리 셀로부터 최대로 인출될 수 있는 전력은 이어서 예를 들어 전기차의 중앙 제어 장치로 전송된다. 중앙 제어 장치는, 예를 들어 배터리 팩의 방전 전류를 제한하기 위해, 배터리 셀로부터 최대로 인출될 수 있는 예측 전력을 고려할 수 있다.
이 경우, 배터리 셀들 중 하나로부터 인출될 수 있는 전력은 배터리 셀의 상태에 좌우된다. 배터리 셀의 상태가 나쁠수록, 배터리 셀로부터 인출될 수 있는 전력은 더 작다. 배터리 셀의 상태가 좋을수록, 배터리 셀로부터 인출될 수 있는 전력은 더 크다
이 경우, 바람직하게 선택 유닛에 의해 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터, 가상 셀의 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수가 선택된다. 따라서, 가상 셀의 상태는 배터리 팩의 임의의 일 배터리 셀의 상태보다 더 낫지 않다. 이로 인해, 상기와 같이 예측되어 배터리 셀로부터 인출될 수 있는 전력이 실제로 배터리 셀로부터 인출될 수 있는 전력보다 크지 않은 점이 보장된다.
바람직하게, 일 배터리 셀의 각각의 상태 변수 데이터 세트는 적어도 배터리 셀의 전압, 배터리 셀의 온도, 배터리 셀의 애노드에서의 과전위, 배터리 셀의 캐소드에서의 과전위, 배터리 셀의 애노드에서의 충전 상태 및 배터리 셀의 캐소드에서의 충전 상태를 포함한다. 상기 상태 변수들로부터 배터리 셀의 상태가 충분히 정확하게 결정될 수 있다.
바람직하게, 가상 셀의 가상의 상태 변수 데이터 세트는 적어도 배터리 셀의 전압, 배터리 셀의 온도, 배터리 셀의 애노드에서의 과전위, 배터리 셀의 캐소드에서의 과전위, 배터리 셀의 애노드에서의 충전 상태 및 배터리 셀의 캐소드에서의 충전 상태를 포함한다. 상기 상태 변수들로부터 배터리 셀의 상태가 충분히 정확하게 결정될 수 있다.
일 배터리 팩의 복수의 배터리 셀을 제어 및 모니터링하기 위한 관리 시스템도 제안된다. 이 경우, 본 발명에 따른 관리 시스템은, 선택 유닛으로 전송되는 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터 개별 상태 변수를 선택하기 위한 선택 유닛을 포함한다. 선택된 상태 변수는 가상의 상태 변수 데이터 세트를 형성한다.
이 경우, 바람직하게는 기록 유닛이 배터리 팩의 각각의 배터리 셀로부터 각각 하나의 상태 변수 데이터 세트를 기록하고, 기록된 상태 변수 데이터 세트를 관리 시스템의 선택 유닛으로 전송한다.
본 발명에 따른 관리 시스템은, 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 가상 셀의 모델을 생성하기 위한 시뮬레이션 유닛도 포함한다. 가상 셀은, 생성된 가상의 상태 변수 데이터 세트를 갖는 일 배터리 셀을 시뮬레이션한다.
본 발명에 따른 관리 시스템은, 가상 셀의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 배터리 팩의 배터리 셀을 충전하기 위한 충전 전류의 한계값을 계산하기 위한 데이터 처리 유닛을 더 포함한다. 이렇게 계산된 충전 전류의 한계값은 전기차의 중앙 제어 장치로 전송될 수 있고, 이로써 중앙 제어 장치는 배터리 팩의 배터리 셀의 충전 시 상기 한계값에 상응하게 충전 전류를 제한할 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 선택 유닛은 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터, 가상 셀의 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수를 선택한다.
본 발명의 한 바람직한 개선예에 따라, 관리 시스템은, 가상 셀의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지를 예측하기 위한 에너지 예측 유닛을 더 포함한다. 이렇게 예측되어 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지는 전기차의 중앙 제어 장치로 전송될 수 있으며, 이 중앙 제어 장치는 예를 들어 전기차의 도달 거리의 결정 시, 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 예측 전기 에너지를 고려할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 개선예에 따르면, 관리 시스템은, 가상 셀의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 배터리 셀에서 최대로 인출될 수 있는 전력을 예측하기 위한 전력 예측 유닛을 더 포함한다. 배터리 셀로부터 최대로 인출될 수 있는 예측 전력은 전기차의 중앙 제어 장치로 전송될 수 있으며, 이 중앙 제어 장치는 예를 들어, 배터리 팩의 방전 전류를 제한하기 위해, 배터리 셀로부터 최대로 인출될 수 있는 예측 전력을 고려할 수 있다.
본 발명에 따른 관리 시스템; 서로 직렬 접속된 복수의 배터리 셀; 그리고 각각의 배터리 셀의 각각 하나의 상태 변수 데이터 세트를 기록하고 이 데이터 세트를 관리 시스템의 선택 유닛으로 전송하기 위한 하나 이상의 기록 유닛;을 포함하는 배터리 팩도 제안된다.
이 경우, 각각의 배터리 셀에 별도의 기록 유닛이 할당할 수 있다. 또는 복수의 배터리 셀의 상태 변수 데이터 세트를 기록하는 하나의 기록 유닛이 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은, 본 발명에 따른 하나 이상의 배터리 팩을 포함하는 전기차에 바람직하게 사용된다. 전기차는 특히 순수 전기 구동 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량일 수 있다.
본 발명은, 배터리 팩의 배터리 셀의 안전하고 지속 가능한 동작을 위해 중요한 특성 변수를 비교적 간단한 방식으로 그리고 비교적 낮은 계산 능력으로 계산하고 예측할 수 있게 한다. 상기 특성 변수에는, 특히 배터리 셀을 충전하기 위한 충전 전류의 한계값, 배터리 셀로부터 최대로 인출될 수 있는 전력 및 배터리 셀 내에 저장될 수 있는 전기 에너지가 속한다. 상기 특성 변수는 각각의 배터리 셀에 대해 따로따로 계산되거나 예측되거나, 그 후에 서로 연산될 필요가 없으며, 오히려 상기 특성 변수 각각은 단 한 번만 계산되거나 예측되면 된다. 따라서, 관리 시스템 내에서의 계산 능력 및 메모리 수요가 바람직하게 감소된다. 또한, 항시 배터리 팩의 모든 배터리 셀의 안전하고 지속 가능한 동작이 가능하도록, 상기 특성 변수가 계산되거나 예측되는 점이 보장된다.
도면들 및 이하의 설명을 토대로 본 발명의 실시예들을 더 상세히 설명한다.
도 1은 배터리 팩의 개략도이다.
도 2는 배터리 팩(5)의 관리 시스템의 개략도이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명에서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 참조 부호로 표시되며, 일부 경우에 이들 요소의 반복적인 설명은 생략된다. 각각의 도면은 본 발명의 대상을 개략적으로만 나타낸다.
도 1은, 특히 전기차에 사용하기 위해 제공된 배터리 팩(5)의 개략도를 보여준다. 배터리 팩(5)은, 본 경우에 선택 유닛(32), 시뮬레이션 유닛(34) 및 데이터 처리 유닛(36)을 구비하는 관리 시스템(30)을 포함한다.
배터리 팩(5)은, 서로 전기적으로 직렬 접속된 복수의 배터리 셀(2)을 더 포함한다. 각각의 배터리 셀(2)은 전극 유닛을 포함하고, 이 전극 유닛은 각각 애노드(11) 및 캐소드(12)를 구비한다.
전극 유닛의 애노드(11)는 배터리 셀(2)의 음의 집전기(current collector)(15)와 연결된다. 전극 유닛의 캐소드(12)는 배터리 셀(2)의 양의 집전기(16)와 연결된다. 애노드(11)와 캐소드(12) 사이에 세퍼레이터(18)가 배치된다. 배터리 팩(5)의 배터리 셀들(2)의 직렬 접속을 위해, 일 배터리 셀(2)의 음의 집전기(15)가 각각 인접한 배터리 셀(2)의 양의 집전기(16)와 전기적으로 연결된다.
본 실시예에 도시된 도면에서, 배터리 팩(5)의 배터리 셀들(2)은 충전 전류(I)에 의해 관류된다. 배터리 셀(2)의 전기 직렬 접속으로 인해, 동일한 충전 전류(I)가 각각 배터리 셀(2)을 통과해서 흐른다.
여기서, 배터리 팩(5)은 복수의 기록 유닛(20)도 포함한다. 이 경우, 각각의 배터리 셀(2)에 하나의 기록 유닛(20)이 할당된다. 각각의 기록 유닛(20)은, 할당된 배터리 셀(2)의 각각 하나의 상태 변수 데이터 세트를 기록한다. 그 대안으로, 복수의 배터리 셀(2) 또는 모든 배터리 셀(2)의 상태 변수 데이터 세트를 기록하는 하나의 기록 유닛(20)이 제공될 수도 있다.
배터리 셀들(2)과 이들 배터리 셀(2)에 할당된 기록 유닛(20)이 하나의 배터리 유닛(7)을 형성한다. 따라서, 배터리 팩(5)은 관리 시스템(30) 및 배터리 유닛(7)을 포함한다.
여기서, 배터리 셀들(2) 중 하나의 각각의 상태 변수 데이터 세트는, 양의 집전기(16)와 음의 집전기(15) 사이에 인가되는 배터리 셀(2)의 전압을 포함한다. 또한, 각각의 상태 변수 데이터 세트는 배터리 셀(2)의 온도, 애노드(11)에서의 과전위, 캐소드(12)에서의 과전위, 애노드(11)에서의 충전 상태 및 캐소드(12)에서의 충전 상태를 포함한다. 데이터 세트는 또 다른 상태 변수도 포함할 수 있다.
배터리 셀(2)의 기록된 상태 변수 데이터 세트는 기록 유닛(20)에 의해 관리 시스템(30)의 선택 유닛(32)으로 전송된다. 따라서, 선택 유닛(32) 내에는, 배터리 팩(5)의 각각의 배터리 셀(2)에 대해 전술한 상태 변수를 포함하는 데이터 세트가 존재한다.
이 경우, 기록 유닛들(20)은 배터리 셀(2) 가까이에 배치될 수 있고, 관리 시스템(30)과 연결될 수 있다. 또는, 기록 유닛들(20)이 관리 시스템(30) 내에 통합되어, 배터리 셀들(2)의 다양한 크기를 측정하기 위한 상응하는 센서와 연결될 수도 있다.
관리 시스템(30)의 선택 유닛(32)에 의해, 배터리 셀(2)의 상태 변수 데이터 세트들로부터 개별 상태 변수들이 선택된다. 그 다음에, 선택된 상태 변수들이 가상의 상태 변수 데이터 세트를 형성한다. 상기 가상의 데이터 세트도 마찬가지로 전술한 상태 변수들을 포함한다. 이 경우, 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수들이 모두 단일 배터리 셀(2)로부터 유래할 수 있다. 그러나 일반적으로, 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수는 상이한 배터리 셀들(2)의 상태 변수 데이터 세트로부터 유래한다.
선택 유닛(32)에 의해, 배터리 셀(2)의 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터 각각 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수가 선택된다. 예를 들어, 모든 데이터 세트로부터, 배터리 셀(2)의 최고 전압, 배터리 셀(2)의 최고 온도, 배터리 셀(2)의 애노드(11)에서의 최저 과전위, 배터리 셀(2)의 캐소드(12)에서의 최고 과전위, 배터리 셀(2)의 애노드(11)에서의 최고 충전 상태 및 배터리 셀(2)의 캐소드(12)에서의 최저 충전 상태가 선택된다.
가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터는, 관리 시스템(30)의 시뮬레이션 유닛(34)에 의해 가상 셀(8)의 모델이 생성된다. 가상 셀(8)은, 이전에 생성된 가상의 상태 변수 데이터 세트를 갖는 배터리 셀(2)을 시뮬레이션한다. 따라서, 가상 셀(8)은 각각 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수들을 갖는다.
가상 셀(8)의 선택된 상태 변수들로부터, 관리 시스템(30)의 데이터 처리 유닛(36)에 의해 배터리 팩(5)의 배터리 셀(2)을 충전하기 위한 충전 전류(I)의 한계값이 계산된다. 이렇게 계산된 충전 전류(I)의 한계값은 전기차의 중앙 제어 장치(40)로 전송된다. 그럼으로써 중앙 제어 장치(40)는 배터리 팩(5)의 배터리 셀들(2)의 충전 시 상기 한계값에 상응하게 충전 전류(I)를 제한할 수 있다.
도 2는, 배터리 팩(5)의 관리 시스템(30)의 개략도를 보여준다. 도 1에 도시된 관리 시스템(30)과 달리, 도 2에 도시된 관리 시스템(30)은 에너지 예측 유닛(37) 및 전력 예측 유닛(38)을 추가로 구비한다. 선택 유닛(32), 시뮬레이션 유닛(34) 및 데이터 처리 유닛(36)은 변경 사항이 없다. 여기서 선택 유닛(32)은, 모든 배터리 셀(2)의 상태 변수 데이터 세트를 기록하고 전송하는 단 하나의 기록 유닛(20)과만 연결되어 있다.
가상 셀(8)의 선택된 상태 변수들로부터 에너지 예측 유닛(37)에 의해 추가로, 배터리 팩(5)의 배터리 셀(들2) 내에 저장될 수 있는 전기 에너지가 예측된다. 이렇게 예측되어 배터리 셀(2) 내에 저장될 수 있는 전기 에너지도 마찬가지로 전기차의 중앙 제어 장치(40)로 전송된다. 따라서, 중앙 제어 장치(40)는 전기차의 도달 거리의 결정 시, 배터리 셀(2) 내에 저장될 수 있는 예측 전기 에너지를 고려할 수 있다.
가상 셀(8)의 선택된 상태 변수로부터 전력 예측 유닛(38)에 의해 추가로, 배터리 팩(5)의 배터리 셀(2)로부터 최대로 인출될 수 있는 전력이 예측된다. 이렇게 예측되어 배터리 셀(2)로부터 최대로 인출될 수 있는 전력은 전기차의 중앙 제어 장치(40)로도 전송된다. 따라서, 중앙 제어 장치(40)는, 예를 들어 전기차의 가속 시, 배터리 팩(5)의 방전 전류를 제한하기 위해, 배터리 셀(2)로부터 최대로 인출될 수 있는 예측 전력을 고려할 수 있다.
본 발명은, 본원에 기술된 실시예들 및 이들 실시예에서 강조된 양태들로 한정되지 않는다. 오히려 청구범위에 의해 명시된 범위 내에서, 통상의 기술자의 행위의 범주 내에 존재하는 다양한 변형이 가능하다.

Claims (12)

  1. 일 배터리 팩(5)의 복수의 배터리 셀(2)을 제어 및 모니터링하기 위한 방법으로서,
    하나 이상의 기록 유닛(20)에 의해 각각의 배터리 셀(2)로부터 각각 하나의 상태 변수 데이터 세트가 기록되어 선택 유닛(32)으로 전송되며,
    선택 유닛(32)에 의해 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터 가상의 상태 변수 데이터 세트를 형성하는 개별 상태 변수가 선택되며,
    가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터 시뮬레이션 유닛(34)에 의해 가상 셀(8)의 모델이 생성되며,
    가상 셀(8)의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터 데이터 처리 유닛(36)에 의해 배터리 팩(5)의 배터리 셀(2)을 충전하기 위한 충전 전류(I)의 한계값이 계산되는, 배터리 셀의 제어 및 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 선택 유닛(32)에 의해 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터, 가상 셀(8)의 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수가 선택되는, 배터리 셀의 제어 및 모니터링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가상 셀(8)의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터 에너지 예측 유닛(37)에 의해, 배터리 셀(2) 내에 저장될 수 있는 전기 에너지가 예측되는, 배터리 셀의 제어 및 모니터링 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가상 셀(8)의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터 전력 예측 유닛(38)에 의해, 배터리 셀(2)로부터 최대로 인출될 수 있는 전력이 예측되는, 배터리 셀의 제어 및 모니터링 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 일 배터리 셀(2)의 각각의 상태 변수 데이터 세트가 적어도,
    배터리 셀(2)의 전압,
    배터리 셀(2)의 온도,
    배터리 셀(2)의 애노드(11)에서의 과전위,
    배터리 셀(2)의 캐소드(12)에서의 과전위,
    배터리 셀(2)의 애노드(11)에서의 충전 상태 및
    배터리 셀(2)의 캐소드(12)에서의 충전 상태를 포함하는, 배터리 셀의 제어 및 모니터링 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가상 셀(8)의 가상의 상태 변수 데이터 세트가 적어도,
    배터리 셀(2)의 전압,
    배터리 셀(2)의 온도,
    배터리 셀(2)의 애노드(11)에서의 과전위,
    배터리 셀(2)의 캐소드(12)에서의 과전위,
    배터리 셀(2)의 애노드(11)에서의 충전 상태 및
    배터리 셀(2)의 캐소드(12)에서의 충전 상태를 포함하는, 배터리 셀의 제어 및 모니터링 방법.
  7. 일 배터리 팩(5)의 복수의 배터리 셀(2)을 제어 및 모니터링하기 위한 관리 시스템(30)으로서, 상기 관리 시스템은,
    선택 유닛(32)으로 전송될 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터 개별 상태 변수를 선택하기 위한 선택 유닛(32)을 포함하고, 이때 선택된 상태 변수가 가상의 상태 변수 데이터 세트를 형성하며,
    상기 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 가상 셀(8)의 모델을 생성하기 위한 시뮬레이션 유닛(34)을 포함하며,
    가상 셀(8)의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 배터리 팩(5)의 배터리 셀(2)을 충전하기 위한 충전 전류(I)의 한계값을 계산하기 위한 데이터 처리 유닛(36)을 포함하는, 관리 시스템(30).
  8. 제7항에 있어서, 선택 유닛(32)이 복수의 상태 변수 데이터 세트로부터, 가상 셀(8)의 가능한 최악의 상태를 나타내는 상태 변수를 선택하는, 관리 시스템(30).
  9. 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 가상 셀(8)의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 배터리 셀(2) 내에 저장될 수 있는 전기 에너지를 예측하기 위한 에너지 예측 유닛(37)을 더 포함하는, 관리 시스템(30).
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 가상 셀(8)의 가상 데이터 세트의 선택된 상태 변수로부터, 배터리 셀(2)에서 최대로 인출될 수 있는 전력을 예측하기 위한 전력 예측 유닛(38)을 더 포함하는, 관리 시스템(30).
  11. 배터리 팩(5)으로서,
    제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 관리 시스템(30),
    서로 직렬로 접속된 복수의 배터리 셀(2),
    그리고 각각의 배터리 셀(2)의 각각 하나의 상태 변수 데이터 세트를 기록하고, 이 데이터 세트를 관리 시스템(30)의 선택 유닛(32)으로 전송하기 위한 하나 이상의 기록 유닛(20)을 포함하는, 배터리 팩(5).
  12. 제11항에 따른 하나 이상의 배터리 팩(5)을 포함하는 전기차에서의, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법의 사용.
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