KR20220064097A - 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법 - Google Patents

상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220064097A
KR20220064097A KR1020200150245A KR20200150245A KR20220064097A KR 20220064097 A KR20220064097 A KR 20220064097A KR 1020200150245 A KR1020200150245 A KR 1020200150245A KR 20200150245 A KR20200150245 A KR 20200150245A KR 20220064097 A KR20220064097 A KR 20220064097A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
temperature
battery cell
data
sensor unit
Prior art date
Application number
KR1020200150245A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102489543B1 (ko
Inventor
임진섭
임대영
김민영
정혜정
길우람
박원석
허국진
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020200150245A priority Critical patent/KR102489543B1/ko
Publication of KR20220064097A publication Critical patent/KR20220064097A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102489543B1 publication Critical patent/KR102489543B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩은 각각 단수 또는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것인 배터리부; 상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부; 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부; 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부; 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부;를 포함하는 배터리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법 {BATTERY DEVICE CAPABLE OF CONTROLLING RAPID CHANGE OF TEMPERATURE BY USING PHASE CHANGE MATERIALS AND METHOD FOR OPERATION OF BATTERY DEVICE USING SAME}
본 발명은 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법에 관한 것이다.
최근 정보 통신 산업의 발전에 따라 전자 기기가 소형화, 경량화, 박형화 및 휴대화됨에 따라, 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬이온 이차전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그런데, 리튬이온 이차전지는 오용 및 충전기 등의 고장에 의해 과충전이 되거나, 또는 전지 자체의 설계상의 결함, 관통, 외부 충격 등에 의해 내부 단락이 일어나는 경우, 전지의 온도가 급격히 상승하는 현상이 일어날 수 있다. 이러한 전지의 온도가 급격히 상승하는 경우, 전해질과 리튬이 반응하거나 양극이 산화되는 등으로 인해 전지가 매우 불안정한 상태로 되며, 전해질의 용매가 분해되어 가스가 발생한다. 용매의 분해가스는 발화되어서 전지의 폭발로 이어질 수 있다.
이러한 안전성의 문제점을 개선하기 위한 수단으로, 강제로 전해액을 방출시키는 방법, 전지를 연결한 팩의 제어 PTC(Positive Temperature Coefficient) 회로에서 전지를 보호하는 방법 등이 있다. 하지만, 이러한 방법에서는 회로에 문제가 발생하면 오작동을 일으킬 확률이 큰 한계가 있다. 또한, 전류 차단 소자와 같이 셀이 팽창하는 힘을 이용해 전류를 차단하는 장치를 적용하는 시도가 있으나, 여전히 보다 빨리 작용하게 할 필요성이 남아 있다. 그 결과, 전지 셀 및 모듈의 이상 거동시 급격한 온도 상승을 억제하고, 전류 흐름을 차단하여 안정성을 향상시키는 노력이 여전히 요구되고 있는 실정이다.
또한 일반적으로 산업용에 쓰이는 대용량 리튬이온전지는 가볍고 기전력이 크며 기억효과가 없고 자가방전에 의한 전력 손실이 매우 적다는 우수한 특징으로 인해 그 수요가 계속해서 증대되고 있다. 그러나, 이러한 리튬이온전지는 온도에 민감하고, 고온이나 과충전/과방전 상태에서 폭발할 위험이 있다. 따라서, 기존의 전동차, UPS 등에 사용하던 대용량 전지를 연축전지, 니켈카드뮴 축전지, 니켈수소 축전지 등에서 리튬이온전지로 교체하여 사용할 경우, 리튬이온전지의 특성에 따른 상태를 감시하고 안전사고 발생 위험을 사전에 감지하여 관리자에게 보고함으로써, 관리자로 하여금 적절한 조치를 취할 수 있도록 하는 배터리 관리 기술이 요구된다.
본 발명의 목적은 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법을 제공한다.
본 발명의 또 하나의 목적은 배터리부의 온도, 전류 및 전압 등을 분석함으로써, 배터리 팩의 정상 여부를 판단하고, 배터리 팩의 충전 상태(SOC) 등을 종합적으로 계측하여 배터리 팩의 성능 측정이 용이한 배터리 장치 운전 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩은 각각 단수 또는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것인 배터리부; 상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부; 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부; 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부; 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부;를 포함하는 배터리 장치를 제공한다.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.
상기 배터리부가 단수 또는 복수의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈이 각각 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
상기 온도센서부가 상기 배터리 팩의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 온도센서가 상기 상변환 물질(PCM)을 포함하는 온도제어부 및 상기 배터리 셀의 상기 파우치(pouch) 사이에 위치할 수 있다.
상기 분석부는 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 수신부; 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 상기 정상작동 여부를 판단하기 위한 판단부; 및 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지할 수 있다.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지할 수 있다.
상기 모니터링부는 상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 전류, 상기 배터리 팩의 정상작동 여부, 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 표시할 수 있다.
상기 온도제어부는 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정수준 유지할 수 있다.
상기 상변환 물질(PCM)은 0 내지 90℃ 미만의 온도에서 고체 또는 액체 상으로 존재할 수 있다.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 배터리 장치를 이용한 배터리 장치 운전 방법이고, (a) 상변환 물질(phase change material, PCM)이 배터리 셀의 온도변화에 따라 상기 배터리 셀의 열을 흡수하거나, 상기 배터리 셀에 열을 제공하여 상기 배터리 셀의 온도를 제어하는 단계; (b) 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 데이터를 측정하는 단계; (c) 상기 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 단계; 및 (d) 분석된 정보를 표시하는 모니터링 단계;를 포함하는 배터리 장치 운전방법을 제공한다.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
단계 (c)가 (c-1) 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 단계; (c-2) 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부를 판단하는 단계; 및 (c-3) 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 단계;를 포함할 수 있다.
단계 (c-2)에서, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지하고, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지하고, 상기 배터리 장치의 운전을 종료할 수 있다.
본 발명의 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법은 상변환 물질(phase change material, PCM)을 통해 배터리 셀의 급격한 온도 변화를 제어함으로써, 상기 배터리 셀의 과열을 방지하고, 상기 배터리 셀의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 배터리부의 온도, 전류 및 전압 등을 분석함으로써, 배터리 팩의 정상 여부를 판단하고, 배터리 팩의 충전 상태(SOC) 등을 종합적으로 계측하여 배터리 팩의 성능 측정이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 장치의 하드웨어 블록 다이어그램(Hardware Block Diagram)이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 장치의 소프트웨어 블록 다이어그램(Software Block Diagram)이다.
도 3은 본 발명에 따른 셀 온도센서, 온도 제어부가 적용된 배터리 셀의 구조도이다.
도 4a 내지 4e는 -10℃에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 고율 조건(1C, 2C, 3C, 4C, 5C)에 따른 방전 특성과 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5a 내지 5c는 2C 조건에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 온도(-10℃, 25℃, 50℃)에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이고, 도 5d는 0℃, 2C 조건에서 실시예 2 및 비교예 1에 따른 단위셀의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 6b는 10℃ 및 5℃ 온도에서 실시예 4 및 비교예 1에 따른 단위셀의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 소자실시예 4 및 소자비교예 1에 따른 배터리 장치의 싸이클에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 장치의 하드웨어 블록 다이어그램(Hardware Block Diagram)이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리 장치의 소프트웨어 블록 다이어그램(Software Block Diagram)이다.
이하 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩은 각각 단수 또는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것인 배터리부; 상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부; 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부; 상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부; 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및 상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부;를 포함하는 배터리 장치를 제공한다.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.
상기 배터리부가 단수 또는 복수의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈이 각각 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함할 수 있다.
상기 온도센서부가 상기 배터리 팩의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 셀 온도센서, 온도 제어부가 적용된 배터리 셀의 구조도로서, 도 3을 참조하면 상기 배터리 셀 온도센서가 상기 상변환 물질(PCM)을 포함하는 온도제어부 및 상기 배터리 셀의 상기 파우치(pouch) 사이에 위치할 수 있다.
상기 분석부는 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 수신부; 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 상기 정상작동 여부를 판단하기 위한 판단부; 및 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 연산부;를 포함할 수 있다.
상기 분석부는 데이터 수집 시스템(Data acquisition　system)을 사용하는 것일 수 있다.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지할 수 있다.
상기 판단부는 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지할 수 있다.
상기 모니터링부는 상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 전류, 상기 배터리 팩의 정상작동 여부, 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 표시할 수 있다.
상기 배터리 팩의 충전 상태는 상기 전압센서부 및 전류센서부를 통해 수신된 전압 및 전류 데이터에 의해 도출될 수 있는데, 모니터링부에 배터리 팩의 충전 상태를 표시하는 경우, 상기 전압센서부 및 전류센서부를 통해 수신된 전압 및 전류 데이터의 평균 값을 배터리 팩의 충전 상태 값으로 표시할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 전압센서부 및 전류센서부를 통해 수신된 전압 및 전류 데이터를 비교하여, 더 크거나 작은 값을 모니터링부의 표시 값으로 선택할 수 있다. 그리고, 이와 같은 배터리 팩의 충전 상태 값은 모니터링부로 전달될 수 있다.
온도센서부는 복수 개의 배터리 셀 각각에 대한 온도의 허용 범위인 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈의 온도에 대한 허용 범위인 배터리 모듈 온도범위, 및 배터리 팩의 온도에 대한 허용 범위인 배터리 팩 온도범위에 대한 데이터인 온도범위 데이터가 사전에 저장될 수 있으며, 온도센서부는 각각의 온도센서로부터 전달받은 온도 값을 온도 범위 데이터에 적용하여, 배터리 팩의 정상 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 온도센서부는 각각의 온도에 대한 정보를 모니터링부로 전달할 수 있고, 또한, 배터리 팩의 정상 여부에 대한 정보도 모니터링부로 전달할 수 있다.
그리고 계절의 변화 등에 따른 외부 온도의 변화에 따라 배터리 셀의 온도 변화, 배터리 모듈의 온도 변화 및 배터리 팩의 온도 변화는 각각 상이하게 형성될 수 있으므로, 상기 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위는 외부 온도에 따라 허용 온도 범위가 상이하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 온도분석부는, 먼저 외부 온도센서로부터 외부 온도에 대한 정보를 전달 받고, 외부 온도센서에 의해 측정된 외부 온도 값에 대응되는 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위를 선택할 수 있다. 즉, 상기된 온도 범위 데이터에는, 각각의 외부 온도 값에 대응되는 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위 각각에 대한 데이터가 포함될 수 있다. 외부 온도 값에 따라 선택된 배터리 셀 온도범위, 배터리 모듈 온도범위 및 배터리 팩 온도범위를 이용하여 배터리 팩의 정상 여부를 판단할 수 있다.
온도센서부는, 복수 개의 셀 온도센서로부터 복수 개의 배터리 셀의 온도를 전달 받고, 복수 개의 배터리 셀 각각의 온도 중 미리 설정된 수에 해당하는 배터리 셀의 온도가 외부 온도에 따라 선택된 배터리 셀 온도범위를 벗어나는 경우 배터리 팩을 비정상으로 판단할 수 있고, 그 반대의 경우에는 배터리 팩을 정상으로 판단할 수 있다.
상기 온도제어부는 상변환 물질(PCM)을 포함함으로써, 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정수준 유지할 수 있다.
상기와 같이 상변화물질을 포함하는 온도제어부가 적용되는 경우, 실질적으로 복수 개의 배터리 셀에 대해 균일한 온도 제어가 수행되고 있는지를 판단할 수 있고, 동시에, 배터리 팩 또는 배터리 모듈에 이상이 발생되었는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 상변환 물질(PCM)은 0 내지 90℃ 미만의 온도에서 고체 또는 액체 상으로 존재할 수 있다.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
복수 개의 배터리 셀의 온도가 균일하게 제어되는지, 배터리 팩에 이상이 발생했는지(정상 여부) 등을 판단하고, 확인할 수 있어 배터리 팩의 성능(온도별 수명특성, 온도별 고율특성 등)을 사전에 측정함으로써, 배터리 팩에 대한 별도의 공조 장치가 없는 작업 차량에 배터리 팩이 설치된 경우에 대한 배터리 팩의 충방전 효율, 이상 상태 발생 여부 등을 사전 테스트하여 배터리 팩의 신뢰성을 평가할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 배터리 장치를 이용한 배터리 장치 운전 방법이고, (a) 상변환 물질(phase change material, PCM)이 배터리 셀의 온도변화에 따라 상기 배터리 셀의 열을 흡수하거나, 상기 배터리 셀에 열을 제공하여 상기 배터리 셀의 온도를 제어하는 단계; (b) 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 데이터를 측정하는 단계; (c) 상기 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 단계; 및 (d) 분석된 정보를 표시하는 모니터링 단계;를 포함하는 배터리 장치 운전방법을 제공한다.
상기 배터리 셀이 양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및 상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함할 수 있다.
상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 상변환 물질(PCM)은 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정수준 유지할 수 있고, 상기 배터리 셀의 온도가 과냉되는 경우 배터리 셀에 열을 제공함으로써, 배터리 셀의 온도가 소정의 범위 내에 형성되게 할 수 있다.
상기 상변화 물질을 이용함으로써 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 급격한 열 변화를 방지하여 온도제어를 수행할 수 있다.
단계 (c)가 (c-1) 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 단계; (c-2) 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부를 판단하는 단계; 및 (c-3) 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 단계;를 포함할 수 있다.
단계 (c-2)에서, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지하고, 상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지하고, 상기 배터리 장치의 운전을 종료할 수 있다.
또한 상기 배터리 팩의 전압이 방전 전압 미만인 경우 또는 상기 배터리 팩의 전류가 방전 전류 미만인 경우, 상기 배터리 팩의 상태가 방전 상태로 판단될 수 있다.
또한 복수 개의 배터리 셀의 온도가 균일하게 제어되지 않는 경우에는, 온도제어부의 기능이 용이하지 않은 것으로 판단하고, 온도제어부에 포함된 상변화물질의 양을 조절한 후 본 발명의 알고리즘을 다시 수행하여, 적합한 상변화물질의 양을 획득할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[PCM을 적용한 리튬이차전지 단위셀]
실시예 1
코캄으로부터 구입한 파우치형 리튬이차전지 단위셀의 일면에 셀 온도센서를 부착하고, 셀 온도센서가 부착된 파우치형 리튬이차전지 단위셀의 양면에 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착한 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다(도 3 참조). 상기 코캄으로부터 구입한 파우치형 리튬이차전지 단위셀의 스펙을 하기 표 1에 기재하였습니다.
Items Specification Remarks
Rated Capacity 16 Ah Charge @ 0.2C, 23 ±3℃
Discharge @ 0.2C, 23 ±3℃
Energy Density 146 Wh/kg
Energy Density* 261 Wh/L
Impedance Max 1.10 mΩ AC @ 1kHz
Weight Max 406 g
Cell Dimension
[Maximum]		 Width 220 mm Unfolded
Length 132 mm Except for tab length
Thickness 7.8 mm 0.5kgf/cm2, 3.7±0.1V
* Volume calculated excluding tabs.
실시예 2
실시예 1에서 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착하는 대신에 상변환 물질인 RT31(Rubitherm)을 부착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착하는 대신에 상변환 물질인 Paraffin(MP: 44℃)을 부착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서 상변환 물질인 RT15(Rubitherm)을 부착하는 대신에 상변환 물질인 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)을 부착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 온도 제어부를 포함하는 리튬이차전지 단위셀을 제조하였다
[복수개의 리튬이차전지 단위셀을 포함하는 배터리 장치]
소자실시예 1
실시예 4에 따라 제조된 리튬이차전지 단위셀을 사용하여 22S-28P 방식으로 배터리부를 조립하고, 전압센서, 전류센서, 분석용 데이터 수집 시스템(DAQ) 및 모니터를 사용하여 최종적으로 공칭전압 79.2V, 정격용량 70Ah, 2.8kWh급 배터리 장치를 제조하였다.
[PCM을 적용하지 않은 리튬이차전지 단위셀]
비교예 1
코캄으로부터 구입한 파우치형 리튬이차전지 단위셀을 사용하였다(상기 표 1 참조).
[복수개의 리튬이차전지 단위셀을 포함하는 배터리 장치]
소자비교예 1
소자실시예 1에서 실시예 4에 따라 제조된 리튬이차전지 단위셀을 사용하는 대신에 비교예 1에 따라 제조된 리튬이차전지 단위셀을 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 배터리 장치를 제조하였다.
하기 표 2에 실시예 1 내지 4, 비교예 1, 소자실시예 1 및 소자비교예 1의 구성을 기재하였습니다.
배터리 장치 단위셀 상변환 물질(PCM)
- 실시예 1 RT 15
- 실시예 2 RT 31
- 실시예 3 Paraffin
- 실시예 4 SIGRATHERM
- 비교예 1 -
소자실시예 1 실시예 4 SIGRATHERM
소자비교예 1 비교예 1 -
[시험예]
시험예 1: 단위셀의 고율 특성 비교
도 4a 내지 4e는 저온인 -10℃에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 고율 조건(1C, 2C, 3C, 4C, 5C)에 따른 방전 특성과 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4a 내지 4e에 따르면, 저온에서는 고율로 갈수록 셀 표면 온도가 비교예 1 대비 PCM을 포함하는 셀인 실시예 1 내지 3이 PCM의 보온효과로 인해 상대적으로 높은 온도를 보여주고 있으며, 이에 따라 셀 용량 또한 높게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 하지만 낮은 온도에서 5C의 고율 조건은 초기 높은 Ohmic 저항에 의해 모두 낮은 용량을 보여주고 있다.
시험예 2: 단위셀의 온도별 수명 특성 비교
도 5a 내지 5c는 온도에 따른 장기 특성인 수명 평가를 비교하기 위해 2C 조건에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 단위셀의 온도(-10℃, 25℃, 50℃)에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이고, 도 5d는 0℃, 2C 조건에서 실시예 2 및 비교예 1에 따른 단위셀의 수명특성 을 나타내는 그래프이다. 또한 도 6a 및 6b는 10℃ 및 5℃ 온도에서 각각 실시예 4 및 비교예 1에 따른 단위셀의 온도에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 5a 내지 5d에 따르면, 먼저 상온(25℃)에서 2C 조건으로 비교 평가한 결과 2℃ 정도 온도 편차를 보이고 있지만 용량 리텐션(Retention) 결과는 차이가 없고 모두 거의 100%에 가까운 수준이어서 유의차가 거의 없다고 판단되며, 고온인 50℃에서는 오히려 PCM을 포함하는 실시예 1 내지 3의 셀 표면 온도가 비교예 1의 셀보다 더 높게 나타나고 있으며, 이로 인해 높은 열을 PCM이 보관하고 있어 지속적으로 셀 표면에 데미지(damage)를 가하는 상황이므로 PCM을 포함하는 실시예 1 내지 3의 셀의 수명 특성이 악화되는 경향을 보임을 알 수 있었다. 저온에서 실험한 시험예 1의 단기 평가의 경우, PCM의 보온효과로 인해 실시예 1 내지 3의 셀 성능이 개선되는 효과를 보여주었지만, 장기 특성인 2C 조건의 수명 평가에서는 -10℃에서 모두 20cycle 정도에서 셀 용량의 40% 정도의 리텐션(Retention)을 보이고 있으며, 0℃ PCM을 포함하는 실시예 1 내지 3의 셀이 비교예 1의 셀보다 약간 개선되는 효과를 보여주고 있음을 알 수 있다.
또한 도 6a 및 6b에 따르면, 상변환 물질(PCM)의 보온효과에 의해 비교예 1에 비하여 실시예 4에 따른 단위셀의 온도가 잘 유지되는 것을 확인했으며, 싸이클에 따른 수명효율이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
따라서 PCM이 셀 성능에 긍정적인 영향을 미치는 온도 범위가 존재함을 보여주며, 배터리 열관리 시스템 (BTMS)을 통해 배터리 팩의 온도를 조절(control)해야함을 알 수 있었다.
시험예 3: 배터리 장치의 싸이클에 따른 수명 특성 비교
도 7은 소자실시예 1 및 소자비교예 1에 따른 배터리 장치의 싸이클에 따른 수명특성을 나타내는 그래프이다. 다양한 평가 조건들을 검토한 다음 안전을 위해 내부온도가 60℃가 넘지 않는 전류 조건을 선정하였고, 최종적으로 0.8C (60A) 전류조건, 전압범위 72.6~90.2V (CC-CV, 4.5A 충전종료) 등의 조건을 선정하여 평가를 진행하였다.
도 7에 따르면, 소자비교예 1에 비해 소자실시예 1에 따른 배터리 장치의 경우, 싸이클에 따른 수명효율이 11% 정도 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하고, 상기 배터리 팩은 각각 단수 또는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것인 배터리부;
    상기 배터리 셀에 접하여 위치하고 상변환 물질(phase change material, PCM)을 포함하는 온도제어부;
    상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 셀 온도센서를 포함하는 온도센서부;
    상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하는 전압센서부;
    상기 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류센서를 포함하는 전류센서부;
    상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 분석부; 및
    상기 분석부로부터 수신한 정보를 표시하는 모니터링부; 를
    포함하는 배터리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀이
    양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및
    상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리부가 단수 또는 복수의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈이 각각 단수 또는 복수의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서부가 상기 배터리 팩의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 셀 온도센서가 상기 상변환 물질(PCM)을 포함하는 온도제어부 및 상기 배터리 셀의 상기 파우치(pouch) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 수신부;
    상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 상기 정상작동 여부를 판단하기 위한 판단부; 및
    상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는 상기 배터리 셀의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 전류, 상기 배터리 팩의 정상작동 여부, 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도제어부는 상기 배터리 셀에서 발생하는 과열을 흡수하고, 상기 배터리 셀의 온도를 낮춰 상기 배터리 셀의 온도를 일정 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상변환 물질(PCM)은 0 내지 90℃ 미만의 온도에서 고체 또는 액체 상으로 존재하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  13. 제1항에 따른 배터리 장치를 이용한 배터리 장치 운전 방법이고,
    (a) 상변환 물질(phase change material, PCM)이 배터리 셀의 온도변화에 따라 상기 배터리 셀의 열을 흡수하거나, 상기 배터리 셀에 열을 제공하여 상기 배터리 셀의 온도를 제어하는 단계;
    (b) 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 데이터를 측정하는 단계;
    (c) 상기 데이터를 수신하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부 및 충전 상태(state of charge, SOC)를 분석하는 단계; 및
    (d) 분석된 정보를 표시하는 모니터링 단계;를
    포함하는 배터리 장치 운전방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배터리 셀이
    양극, 음극, 전해질 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 배터리 적층체; 및
    상기 배터리 적층체를 둘러싸는 파우치(pouch);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치 운전방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 상변환 물질(PCM)은 파라핀, RT31, RT15 및 SIGRATHERM(lightweight graphite board, SGL)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치 운전방법.
  16. 제13항에 있어서,
    단계 (c)가
    (c-1) 상기 온도센서부, 전압센서부 및 전류센서부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 측정된 온도데이터, 전압데이터, 및 전류테이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 데이터를 수신하는 단계;
    (c-2) 상기 데이터를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 정상작동 여부를 판단하는 단계;
    (c-3) 상기 전압센서부 및/또는 전류센서부를 통해 수신된 전압 및/또는 전류 데이터를 이용하여 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치 운전방법.
  17. 제16항에 있어서,
    단계 (c-2)에서,
    상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터가 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위에 속하는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 유지하고,
    상기 온도 데이터, 상기 전류데이터 및 상기 전압데이터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동 기준범위를 벗어나는 경우, 상기 배터리 셀 또는 배터리 팩의 작동을 중지하고, 상기 배터리 장치의 운전을 종료하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치 운전방법.
KR1020200150245A 2020-11-11 2020-11-11 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법 KR102489543B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200150245A KR102489543B1 (ko) 2020-11-11 2020-11-11 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200150245A KR102489543B1 (ko) 2020-11-11 2020-11-11 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220064097A true KR20220064097A (ko) 2022-05-18
KR102489543B1 KR102489543B1 (ko) 2023-01-17

Family

ID=81800939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200150245A KR102489543B1 (ko) 2020-11-11 2020-11-11 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102489543B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6202632B2 (ja) * 2012-09-18 2017-09-27 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 蓄電システムおよび電池保護方法
KR20180057046A (ko) * 2016-11-21 2018-05-30 삼성전자주식회사 배터리 온도 제어 방법 및 장치
KR102009221B1 (ko) * 2019-01-25 2019-08-09 한국기계연구원 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6202632B2 (ja) * 2012-09-18 2017-09-27 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 蓄電システムおよび電池保護方法
KR20180057046A (ko) * 2016-11-21 2018-05-30 삼성전자주식회사 배터리 온도 제어 방법 및 장치
KR102009221B1 (ko) * 2019-01-25 2019-08-09 한국기계연구원 배터리 냉각 장치 및 배터리 냉각 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102489543B1 (ko) 2023-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9653724B2 (en) Secondary battery, and secondary battery module and secondary battery pack comprising the same
JP5281843B2 (ja) バッテリパック及びその充電方法
JP5804540B2 (ja) 安全性の向上した電池パック
EP1349230B1 (en) Power supply unit
US7501797B2 (en) Battery pack with a discharge control mechanism
JP6453854B2 (ja) 複数の抵抗レベルを有する蓄電池
US11196096B2 (en) Battery pack and method for charging battery pack
KR100809453B1 (ko) 다병렬 및 다직렬 리튬 2차전지 팩의 충방전 모니터링시스템
KR101944837B1 (ko) 이차 전지용 배터리 셀의 과충전 방지장치
KR20100075913A (ko) 건강 상태의 모니터링을 위한 기준 전극을 갖는 리튬 재충전 가능한 셀
KR20180129433A (ko) 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20100133560A (ko) 신규한 구조의 보호회로 모듈 및 이를 포함하고 있는 전지 팩
KR20130089376A (ko) 온도 센서를 포함하는 이차전지
US11114703B2 (en) Battery pack
TWI849038B (zh) 電池管理裝置及方法以及電池組
US20160072158A1 (en) Device for managing an accumulator
KR102489543B1 (ko) 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법
KR102267056B1 (ko) 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
Issa Battery management system for an electric vehicle
CN110015126B (zh) 电动汽车及其中动力电池组的保护控制方法、系统
KR101429771B1 (ko) 배터리 팩
CN110729779A (zh) 一种锂离子电池智能管理系统
KR102637570B1 (ko) 공유형 전동킥보드의 배터리 안전 운영 시스템 및 그 방법
KR102699359B1 (ko) 배터리 충방전 제어 장치 및 방법
KR20230041487A (ko) 이종 셀을 포함하는 전력 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant