KR20220064972A - 가변 내부 저항을 지니는 디바이스를 보호하는 시스템 - Google Patents

가변 내부 저항을 지니는 디바이스를 보호하는 시스템 Download PDF

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KR20220064972A
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사무엘 크레귀
마사토 오리구치
이리나 마린카스
앙투안 생-마르꼬
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

본 발명은 강도 임계값보다 큰 강도를 지니는 전류가 흐를 때 용융될 수 있는 보호 퓨즈(25)를 포함하는, 가변 내부 저항을 지니는 디바이스(20)를 보호하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 상기 시스템은, 상기 디바이스의 내부 저항을 추정하도록 구성된 추정 수단; 및 상기 보호 퓨즈가 작동하지 않는 저항 임계값보다 상기 내부 저항이 크게 되면 상기 디바이스의 사용을 제한 및/또는 방지하도록 구성된 보호 수단;를 더 포함한다.

Description

가변 내부 저항을 지니는 디바이스를 보호하는 시스템
본 발명은 일반적으로 축전지의 안전성에 관한 것이다.
더 상세하게 말하면, 본 발명은 축전지의 전기화학 셀과 같은, 내부 저항을 지니는 디바이스를 보호하기 위한 보호 시스템에 관한 것이며, 이러한 보호 시스템은 사전에 정의된 강도 임계값보다 큰 강도의 전류가 흐를 때 용융 가능한 퓨즈를 포함한다.
또한, 본 발명은 이러한 디바이스를 보호하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전기 차량 또는 하이브리드 차량용 축전지의 제조에 특히 유리하게 적용된다.
전기 차량 및 하이브리드 차량에는 특히 이러한 차량을 추진하기 위해 전기 모터에 전류를 공급하는 축전지가 장착되어 있다.
문헌 US2017005384에 교시된 바와 같이, 이러한 축전지는 각각의 모듈이 다수의 개별적인 전기화학 셀을 통합하고 있는 복수 개의 모듈들을 포함하는 것이 일반적이다.
이러한 셀들은 화학 화합물을 사용하여 전기 에너지를 저장하는데, 이는 전기화학 셀이 과충전되면 잠재적으로 위험하다.
축전지를 보호하기 위한 일반적인 시스템들 중 하나는 각각의 셀의 단자들 양단에 걸린 전압을 개별적으로 모니터링하고 과충전 시 전류를 차단하는 것이다. 공교롭게도, 이러한 기술적 해결수법을 구현하려면 원하는 수준의 안전성을 달성하기 위해 중복 접속되는 여러 값비싼 구성요소를 사용해야 한다.
문헌 US2017005384에 기재되어 있는 또 다른 해결수법은 각각의 셀에 그 자체의 통합 안전장치를 장착하는 것이다. 이러한 안전장치는 먼저 화학 화합물과 상기 셀의 양극 단자 사이에 연결된 퓨즈와 그 다음으로 이와 같은 동일한 셀의 2개의 단자 사이에 접속된 압력 스위치를 포함한다.
따라서 상기 셀에 초과 압력이 발생하면 스위치가 닫혀 상기 셀에 단락을 발생시켜서 퓨즈가 용융되게 함으로써, 축전지가 안전한 상태에 있게 한다.
이러한 해결수법의 첫 번째 단점은 그 같은 용융으로 인해 차량에 시동을 걸지 못하게 하는 고장이 발생한다는 것이다.
본원 출원인이 관측해 왔고 첫 번째 단점보다 더 심각한 것으로 판명된 두 번째 단점은 상기 셀이 단락될 때 퓨즈가 용융되지 않아 축전지에 불이 붙거나 축전지가 폭발할 위험이 있다는 것이다.
위에서 언급한 선행기술의 단점들을 개선하기 위해, 본 발명은 축전지의 노화를 검출하는 컴퓨터 처리 수단을 추가함으로써 축전지의 안전성을 향상시키는 것을 제안한다.
더 구체적으로 말하면, 본 발명에 따라 제안된 것은 서두(序頭) 부분에서 정의된 바와 같은 보호 시스템이며, 이러한 보호 시스템에는 디바이스의 내부 저항(예를 들어, 전기화학 셀의 내부 저항)을 추정하도록 구성된 추정 수단, 및 상기 디바이스가 여전히 퓨즈를 용융시킬 수 있는 능력을 지니도록 선택된 저항 임계값보다 상기 내부 저항이 크게 되는 즉시 상기 디바이스의 사용을 제한 및/또는 방지하도록 구성된 보호 수단이 제공된다.
특히, 본원 출원인은 전기화학 셀의 노화 상태가 진행되어 결과적으로 전기화학 셀의 내부 저항이 과도하게 높아질 때 이러한 셀에 의해 생성될 수 있는 전력이 항상 퓨즈를 용융시킬 만큼 충분한 것만이 아님을 관측하여 왔다.
(퓨즈가 원치 않는 방식으로 용융될 수 있으므로 상기 셀에 큰 부담이 가해지는 경우 문제가 될 수 있는) 적은 용량의 퓨즈를 사용하는 대신에, 본 발명은 사용자가 상기 셀의 노화 상태를 모니터링하고 그럼으로써 상기 셀이 더는 퓨즈를 용융시키는 데 필요한 전력을 생성할 수 없게 되기 전에 사용자의 축전지를 수리받게 하도록 가급적이면 방지용으로 사용자의 요청이 이루어지는 것을 제안한다.
개별적으로나 또는 기술적으로 가능한 임의의 조합으로 취해지는 본 발명에 따른 보호 시스템의 다른 유리하고 비-제한적인 특징들은 다음과 같다.
- 상기 저항 임계값은 상기 디바이스가 퓨즈를 용융시킬 수 있는 능력을 안전 마진 내에서 더는 지니지 못하는 내부 저항과 동일한 것이며;
- 상기 디바이스가 2개의 전기 접속 단자를 포함하는 경우, 상기 디바이스에 초과 압력이 발생하면 2개의 전기 접속 단자 간의 전기 회로를 자동 폐쇄하도록 구성된 스위치가 제공되는 것이고;
- 상기 추정 수단은 이하의 조건들:
-> 상기 디바이스가 방전 기간에 있는 경우;
-> 상기 디바이스에 의해 생성되는 전류의 강도가 사전에 정의된 값들의 범위 내에 있는 경우;
-> 상기 디바이스에 의해 생성되는 전류의 강도의 시간 경과에 따른 변화가 사전에 정의된 변화 임계값보다 큰 경우;
-> 상기 디바이스의 내부 온도가 사전에 정의된 온도 범위 내에 있는 경우;
중의 하나 이상 또는 모두가 충족되는 경우에만 상기 내부 저항을 추정하도록 구성된 것이며;
- 상기 추정 수단은 상기 내부 저항을 주기적으로 추정하도록 구성된 것이고;
- 상기 보호 수단은 상기 내부 저항이 제2 저항 임계값보다 큰 경우 상기 보호 수단에 의한 상기 디바이스의 이용의 임박한 제한 및/또는 임박한 방지를 사용자에게 경고하도록 구성된 것이며;
- 상기 보호 수단은 상기 내부 저항이 제3 임계값보다 큰 경우 상기 디바이스의 사용을 제한하도록 구성된 것이고;
- 상기 제3 임계값은 상기 제2 임계값보다 엄격히 큰 것이며;
- 상기 보호 수단은 상기 내부 저항이 상기 제3 임계값보다 엄격히 큰 상기 저항 임계값보다 큰 경우 상기 디바이스의 사용을 방지하도록 구성된 것이다.
또한, 본 발명은 위에서 언급한 보호 시스템이 구비된 전기화학 셀을 포함하는 축전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 보호 퓨즈가 장착된 전기화학 셀과 같은 가변 내부 저항을 지니는 디바이스를 보호하는 방법을 제안하며, 상기 방법은,
- 상기 디바이스의 내부 저항을 추정하는 단계;
- 상기 내부 저항을 상기 보호 퓨즈가 작동하지 않는 적어도 하나의 저항 임계값과 내부 저항을 비교하는 단계, 및 상기 내부 저항이 상기 저항 임계값보다 큰 경우,
- 상기 디바이스가 여전히 상기 퓨즈를 용융시킬 수 있는 능력을 지니도록 상기 디바이스의 사용이 방지되거나 제한되는 보호 단계;
를 포함한다.
물론, 본 발명의 여러 특징, 변형 및 실시 예는 서로 호환되지 않거나 상호 배타적이지 않다면 다양한 조합으로 서로 조합될 수 있다.
비-제한적인 예를 통해 제공되는 첨부도면들을 참조하여 이루어지는 이하의 설명은 본 발명이 이루어지는 구성과 본 발명이 구현될 수 있는 방법을 쉽게 이해할 수 있게 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 축전지가 장착된 자동차의 개략도이다.
도 2는 도 1의 축전지의 전기화학 셀의 개략도이다.
도 3은 도 2의 전기화학 셀의 회로도이다.
도 4는 도 2의 전기화학 셀이 스텝 전류를 수신할 경우 도 2의 전기화학 셀의 단자들 양단 간 전압의 변화를 예시하는 그래프를 보여주는 도면이다.
도 5는 이러한 스텝 전류를 예시하는 그래프를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2의 전기화학 셀에 대해 수행된 테스트들의 결과를 점 형태로 나타낸 그래프를 보여주는 도면이고, 상기 그래프의 세로축은 측정된 전압 차를 나타내고, 상기 그래프의 가로축은 상기 셀에 의해 생성되는 전류의 차를 나타낸다.
도 7은 이러한 테스트들에서 도 2의 전기화학 셀에 의해 생성되는 전류의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 그래프를 보여주는 도면이다.
도 8은 이러한 테스트들에서 도 2의 전기화학 셀에 의해 생성되는 전류의 변화율을 시간의 함수로서 나타내는 그래프를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 2의 전기화학 셀의 충전 레벨의 함수로서 도 2의 전기화학 셀의 측정된 내부 저항의 변화를 나타내는 그래프를 보여주는 도면이다.
도 1은 2개의 구동 휠(16)을 포함하는 자동차(10)를 매우 개략적으로 보여준다.
상기 자동차(10)는 이 경우에 전기 차량이다. 일 변형 예로서, 상기 자동차(10)는 또한 하이브리드 차량일 수 있다.
그러므로 도 1에 도시된 자동차(10)는 2개의 구동 휠(16)을 회전 구동하기 위한 적어도 하나의 전기 모터(15)를 포함한다. 상기 자동차(10)는 또한 인버터(14)를 통해 이러한 전기 모터(15)에 전류를 공급하는 것을 가능하게 하는 축전지(11)를 포함한다.
상기 축전지(11)는 다수의 전기화학 셀(20)을 수용하는 저장 하우징(storage housing)을 포함한다.
또한, 상기 자동차(10)는, 예를 들어 상기 축전지(11)의 저장 하우징 내부에 설치된 온도 프로브의 형태로 상기 축전지(11)의 온도를 측정하기 위한 측정 수단(18)을 포함한다.
또한, 상기 자동차(10)는, 각각의 전기화학 셀(20)의 단자들 양단 걸린 전압(Ubatt) 및 이러한 전기화학 셀(20)들 각각에 의해 생성되거나 수신되는 전류(Ibatt)를 획득하는 획득 수단(19)을 포함한다.
상기 자동차(10)의 다양한 유닛을 관리하기 위해, 상기 자동차(10)는 프로세서와 메모리를 포함하고 다양한 입력 및 출력 인터페이스(13)가 장착된 컴퓨터(12)를 포함한다.
상기 컴퓨터(12)의 입력 인터페이스들을 통해, 상기 컴퓨터(10)는 상기 측정 및 획득 수단(18, 19)으로부터 각각 입력 신호들을 수신하도록 구성된다. 따라서, 상기 컴퓨터(12)는 각각의 전기화학 셀(20)의 단자들 양단 간에 걸린 전압(Ubatt) 및 이러한 셀들 각각에 의해 생성되거나 수신되는 전류(Ibatt)와 함께 상기 축전지(11)의 내부 온도(T)를 획득하도록 구성된다.
상기 컴퓨터(12)의 메모리를 통해, 상기 컴퓨터(12)는 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 컴퓨터(12)로 하여금 이하에서 설명되는 방법을 구현하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들로 이루어진 컴퓨터 처리 애플리케이션을 저장한다.
마지막으로, 상기 컴퓨터(12)의 출력 인터페이스들을 통해, 상기 컴퓨터(12)는 상기 축전지(11)를 보호하기 위한 안전 시스템(17)과 통신하도록 구성된다. 여기서, 이러한 안전 시스템(17)은 특히 차량의 대시보드 상에 배치된 디스플레이 스크린(17')을 상기 축전지의 충전을 제어하는 제어 요소(17")와 함께 포함한다.
도 2는 도 1의 축전지의 전기화학 셀(20)들 중 하나를 보여준다.
여기에서 고려할 점은 이러한 셀들이 모두 동일한 참조를 지니며 서로 직렬 접속되어 있다는 것이다. 본 개시내용에서는, 그들 중 하나에만 더 구체적으로 초점을 맞출 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전기화학 셀(20)은 전기화학 구성요소들(21)(여기에서는 리튬 이온계 전해질에 잠겨 있는 2개의 전극)을 수용하는 케이싱(29), 및 이러한 2개의 전극에 각각 접속된 2개의 단자(22(음극), 23(양극))를 포함한다.
여기에서는, 상기 전기화학 셀(20)이 부분적으로 통합되고 부분적으로 원격에 위치된 보호 시스템을 구비하고 있다.
이러한 보호 시스템의 원격 부품은 위에서 언급한 안전 시스템(17)을 포함한다.
이러한 보호 시스템의 통합 부품은 상기 케이싱(29)에 수용된 퓨즈(25)와 스위치(26)를 포함한다.
상기 스위치(26)는 상기 셀의 2개의 단자(22, 23) 사이에 접속된다. 상기 스위치(26)는 열린 상태로 공급되며 상기 스위치(26)는 상기 케이싱(29)에 초가 압력이 가해지면 자동으로 폐쇄하도록 구성된다. 상기 스위치(26)는 이러한 목적으로 감압 멤브레인(pressure-sensitive membrane)을 포함한다.
따라서, 상기 스위치(26)는 특히 화재를 유발할 수 있는 전기 과충전의 경우에 전기화학 셀(20)을 단락시키는 것을 가능하게 한다.
퓨즈(25)는 전기화학 셀(20)의 부품으로 전기화학 셀(20)의 양극 단자(23)를 상응하는 전극에 접속시킨다. 이는 결정된 강도 임계값보다 큰 강도의 전류(Ibatt)가 퓨즈(25)를 통해 흐르게 될 때 용융(및 회로 개방)을 위한 것이다.
따라서 이는 특히 스위치(26)가 전기화학 셀(20)을 단락시킬 때 특히 용융하기 위한 것이다.
따라서, 상기 퓨즈(25)와 상기 스위치(26)의 조합은 축전지(11)를 폭발 및 화재의 위험으로부터 보호하는 것을 가능하게 한다.
공지된 바와 같이, 전기화학 셀(20)은 전기화학 셀(20)이 적용되는 충전 및 방전 사이클에 따라 노화된다.
전기화학 셀(20)이 노화되면 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)이 증가하게 된다. 그러면, 이는 전기화학 셀(20)의 전기화학 구성요소들(21)이 더는 상기 퓨즈(25)를 용융시킬 수 있는 충분한 전력을 생성할 수 없는 경우일 수 있다.
이는, 본 발명의 특히 유리한 한 가지 특징에 의하면:
- 상기 축전지(11)를 보호하는 보호 시스템이 각각의 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)을 추정하도록 구성된 추정 수단(여기에서는 컴퓨터(12)에 의해 형성됨)을 포함하고,
- 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)이 제1 저항 임계값(SR1)보다 클 때 안전 시스템(17)이 상기 축전지(11)의 사용을 제한 및/또는 방지하도록 구성되는 이유이며, 여기서, 상기 제1 임계값은 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)가 상기 제1 저항 임계값(SR1)보다 작은 동안 각각의 전기화학 셀(20)이 각각의 전기화학 셀(20)의 퓨즈(25)를 용융시킬 수 있는 능력을 지니도록 선택된다.
각각의 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)이 계산되는 방식은 이하에 설명될 것이다.
이러한 계산들을 이해하기 위해서는, 먼저 전기화학 셀(20)을 도 3의 전기 회로(21)의 형태로 모델링할 수 있다.
본 도면에서, 상기 전기 회로(21)는 서로 직렬 접속된, 이상적인 전압원(30), 저항기(31) 및 병렬 RC 회로를 포함한다.
상기 이상적인 전압원(30)은 전기화학 셀(20)의 충전 레벨(BSOC)에 의존하는 전압 값을 지닌다. 여기에서 기억할 점은 충전 레벨(BSOC)이 상기 전기화학 셀에 남아 있는 전기 에너지의 양을 백분율로서 나타낸다는 것이다. 그러므로 상기 충전 레벨의 값은 상기 셀이 완전히 충전되면 100%이고 상기 셀이 완전히 방전되면 0%이다.
상기 저항기(31)는 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)을 나타낸다. 이는 특히 상기 셀의 노화 상태에 의존한다.
상기 병렬 RC 회로는 병렬 접속된, 저항(32) 및 커패시터(33)를 포함한다. 이는 충전 및 방전 시 상기 셀이 0이 아닌 응답 시간을 지닌다는 사실을 보여준다. 저항 및 커패시턴스 값은 상기 셀의 측정 가능한 응답 시간에 기초하여 여기에서 선택된다.
도 4 및 도 5는 전기화학 셀(20)의 단자들 양단에 걸린 전압(Ubatt) 및 전기화학 셀(20)이 값(ΔI)의 스텝 전류 형태로 충전 전류를 수신할 때 전기화학 셀(20)을 통해 흐르는 전류(Ibatt)를 보여준다. 도 4에서는 이러한 충전 동안 값(ΔV)의 순간적인 전압 변화가 관측되며, 이러한 변화는 임계값에 도달할 때까지 점진적으로 계속된다.
전기화학 셀(20)을 고려한 모델링이 주어지면, 상기 셀의 내부 저항(Ri)은 이하의 수학식 1
[수학식 1]
Ri = ΔV / ΔI
을 사용하여 얻을 수 있다.
상기 컴퓨터(12)는 너무 높거나 너무 낮지 않은 샘플링 주파수(전형적으로는 1초 정도임)로 상기 내부 저항(Ri)을 주기적으로 계산하도록 프로그램된다.
바람직하게는, 상기 컴퓨터(12)는 전기화학 전지(20)의 특정 사용 조건이 충족되는 경우에만 상기 내부 저항(Ri)의 추정치를 계산하도록 프로그램된다.
특히, 지금까지 관측되어 왔던 점은 상기 내부 저항(Ri)의 추정치의 신뢰성이 상기 셀의 사용 조건에 따라 달라질 수 있다는 것이다.
그리고 나서, 상기 내부 저항(Ri)을 양호하게 추정하는 데 필요한 조건을 결정하기 위해 일련의 테스트들이 수행되었으며 그 결과는 도 6에 점 형태로 나타나 있다.
이러한 테스트들에서, 값들(ΔI, ΔV)은 전기화학 셀(20)의 다양한 사용 조건 하에서 측정되었다. 이러한 조건들 중 어느 것도 그들의 결과들에 영향을 미치지 않았다면 모든 점들은 상기 셀의 내부 저항(Ri)과 동일한 기울기로 아핀 직선(affine straight line)을 따라 정렬되어 있어야 한다.
그러나 이는 사실이 아니었다.
도 7 및 8은 전기화학 셀(20)에 의해 생성되는 전류(Ibatt)의 시간 경과에 따른 변화 및 상기 전류의 변화율을 보여준다.
아핀 직선을 따라 위치한 도 6의 점들에 상응하는 시간이 점으로 표시되어 있다. 따라서 여기서 관측될 수 있었던 점은 상기 내부 저항(Ri)의 추정 결과들이 신뢰할 수 있으려면 전류와 이 전류의 변화율이 특정 사용 조건을 충족하여야 했다는 것이다.
따라서 여기서 관측될 수 있었던 점은 상기 셀이 방전 기간에 있고 상기 셀이 5A와 40A 사이의 전류를 생성하며 그리고 2개의 연속 샘플링 시간 간의 이러한 전류의 변화가 충분히 크다면(여기서, 전류의 변화율(δIbatt/δt)이 1A/s보다 크다면) 상기 내부 저항(Ri)의 추정치가 신뢰할 수 있다는 것이다.
또한, 도 9는 상기 내부 저항(Ri)의 추정치에 대한 상기 셀의 내부 온도 및 충전 레벨(BSOC)의 영향을 관측하기 위해 테스트들의 결과들을 도표로 보여준다.
따라서 여기서 관측될 수 있었던 점은 상기 셀의 내부 온도(T)가 충분히 높지 않은 경우(곡선(C1)상에서 25도) 약간의 온도 변화가 상기 내부 저항(Ri)의 추정 결과에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 따라서 45℃(곡선(C2))와 55℃(곡선(C3)) 사이에서 동작하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 여기서 관측될 수 있었던 점은 전기화학 셀(20)의 충전 레벨(BSOC) - 이 충전 레벨이 40%와 75% 사이인 경우임 - 이 상기 내부 저항(Ri)의 추정 결과에 거의 영향을 미치지 않았다는 것이고, 단, 상기 충전 레벨이 40%와 75% 사이인 경우이다.
따라서 전기화학 전지(20)의 다양한 사용 조건이 발견되어 상기 내부 저항(Ri)의 신뢰할 수 있는 추정치를 얻기 위해 필요한 것으로 선택될 수 있었다.
지금까지 이러한 데이터가 구체적으로 설명되었으므로, 자동차(10)의 컴퓨터(12)가 축전지(11)에서 각각의 전기화학 셀(20)의 사용을 보호하기 위해 진행하는 방식에 대한 설명이 제공될 수 있다.
이러한 목적으로, 상기 컴퓨터(12)는 루프 방식으로 진행하여 이하에서 설명되는 단계들을 거듭 반복한다. 이러한 단계들은 각각의 전기화학 셀(20)에 대해 동일한 방식으로 구현된다. 본 개시내용을 단순화하기 위해, 이러한 셀들 중 하나만 이하에서 초점을 맞출 것이다.
제1 단계에서, 상기 컴퓨터는 상기 축전지(11)의 내부 온도(T)를 획득한다.
또한, 상기 컴퓨터는 상기 전기화학 셀(20)에 대한 전압(Ubatt) 및 전류(Ibatt)의 값들을 획득한다.
제2 단계에서, 상기 컴퓨터(12)는 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)을 추정하기 위해 전기화학 셀(20)의 사용 조건들이 충족되는지를 결정한다.
이러한 목적으로, 상기 컴퓨터는 전기화학 셀(20)이 방전 기간에 있는지, 상기 셀에 의해 생성되는 전류의 강도(Ibatt)가 사전에 정의된 값들의 범위(여기에서는 5A와 40A 사이임) 내에 있는지, 상기 디바이스(20)에 의해 생성되는 전류의 강도(Ibatt)의 변화율이 사전에 정의된 변화 임계값(여기에서는 1A/s)보다 큰지, 그리고 상기 축전지(11)의 내부 온도가 사전에 정의된 온도 범위(여기에서는 45℃ 내지 55℃) 내에 있는지를 결정한다.
물론, 한 변형 예로서, 위에서 언급한 범위는 다양할 수 있다. 상기 셀들의 다양한 사용 조건도 고려될 수 있다.
여기서, 이러한 조건들이 충족되면 상기 컴퓨터는 값들(ΔU, ΔI)을 측정한 다음에 위에서 언급한 "수학식 1"에 기초하여 내부 저항(Ri)의 추정치를 그들로부터 추론한다. 그러하지 않으면, 상기 방법이 재설정된다.
이러한 기간에서, 상기 컴퓨터(12)는 이러한 추정치를 전기화학 셀(20)의 내부 저항(Ri)의 양호한 근사치로 직접 고려할 수 있다.
그러나 여기에서 이러한 추정치는 상기 내부 저항(Ri)의 더 나은 추정치를 얻기 위해 이전에 이루어진 여러 다른 추정치와 조합되게 된다. 따라서 예를 들어 수백 개(예를 들어 500개 또는 1000개)의 이전 결과들을 포함하는 슬라이딩 윈도우에 대한 평균을 취하고 상기 내부 저항(Ri)이 이러한 평균과 같다고 고려할 수 있는데, 이는 잘못된 측정을 회피하게 한다.
일단 상기 내부 저항(Ri)의 평가가 얻어지면, 상기 컴퓨터(12)는 이러한 내부 저항을 적어도 하나의 저항 임계값과 비교한다.
실제로, 여기에서 이러한 내부 저항(Ri)이 3개의 저항 임계값(SR1, SR2, SR3)과 비교된다.
이러한 3개의 저항 임계값(SR1, SR2, SR3)은, 3개의 안전 마진 내에서, 전기화학 셀(20)이 상기 퓨즈(25)를 용융시키는데 필요한 전력을 여전히 지니고 있을 것임을 사용자에게 더는 보장할 수 없는 것으로 고려되는 상기 내부 저항(Ri)의 값과 동일하다.
고려하에 있는 안전 마진은 다양하다.
제1 저항 임계값(SR1)은 가장 작은 안전 마진을 지니고 제2 저항 임계값(SR2)은 가장 큰 안전 마진을 지니는데, 이것이 의미하는 것은 하기 수학식 2
[수학식 2]
SR1 > SR3 > SR2
로 표기할 수 있다는 것이다.
이때, 상기 내부 저항이 이러한 임계값들에 의해 정의된 4개의 간격 중 하나또는 나머지 간격 내에 포함되는지에 따라 4가지의 경우를 가능하다.
따라서, 상기 내부 저항(Ri)이 이러한 3개의 저항 임계값보다 작거나 같다면, 상기 방법이 재설정된다. 이는 전기화학 셀(20)이 양호한 상태에 있음과 상기 스위치(26)의 폐쇄시, 이러한 셀이 상기 퓨즈(25)를 용융시키는 데 필요한 전력을 지니고 있을 것임을 상기 내부 저항(Ri)이 나타내는 경우에 상응한다.
상기 내부 저항(Ri)이 제2 저항 임계값(SR2) 및 제3 저항 임계값(SR3) 사이에 있는 경우 - 이것이 의미하는 것은 전기화학 전지(20)가 노화의 진행 상태에 있지만 여전히 상기 퓨즈(25)를 용융시킬 수 있다는 것임 -, 상기 컴퓨터(12)는 운전자에 대한 메시지를 디스플레이 스크린(17') 상에 디스플레이하도록 하는 커맨드를 수행하도록 프로그램된다. 이때, 상기 메시지는 운전자의 축전지(11)가 한정된 개수의 충전 사이클들 내에서 이용 가능하지 못할 것임을 운전자에게 경고하는 것이다. 상기 메시지는 예를 들어 5개의 충전 사이클 후에 상기 축전지(11)가 더는 이용 가능하지 못할 것이므로, 상기 축전지(11)가 그에 따라 교체되어야 하거나 또는 수리되어야 한다는 점을 디스플레이할 수 있다.
상기 내부 저항(Ri)이 제3 저항 임계값(SR3)과 제1 저항 임계값(SR1) 사이에 있는 경우 - 이것이 의미하는 것은 전기화학 셀(20)이 고도로 진행된 노화 상태에 있고 여전히 상기 퓨즈(25)를 여전히 거의 용융시킬 수 있다는 것임 -, 상기 컴퓨터(12)는 운전자에 대한 메시지를 디스플레이 스크린(17') 상에 디스플레이하도록 하는 커맨드를 수행하도록 프로그램되며, 상기 메시지는 운전자의 축전지가 매우 적은 개수의 충전 사이클 내에서 이용 가능하지 못할 것임을 운전자에게 경고하는 것이다. 상기 컴퓨터(12)는, 제어 요소(17")에, 상기 제어 요소(17")가 적은 수의 축전지 충전 사이클(예를 들어 1회 또는 2회)만 허용한 다음에, 축전지의 어떠한 충전도 방지하여야 함을 상기 제어 요소(17")에 알려주는 신호를 보내도록 더 프로그램된다.
마지막으로, 상기 내부 저항(Ri)이 제1 저항 임계값(SR1)보다 큰 경우 - 이것이 의미하는 것은 전기화학 셀(20)이 여전히 상기 퓨즈(25)를 용융시킬 수 있다고 확신하기에는 너무 진행된 노화 상태에 있다는 것임-, 상기 컴퓨터(12)는 운전자에 대한 메시지를 디스플레이 스크린(17') 상에 디스플레이하도록 하는 커맨드를 수행하도록 프로그램되며, 상기 메시지는 운전자의 축전지가 더는 충전될 수 없다고 운전자에게 경고하는 것이다. 상기 컴퓨터(12)는, 상기 제어 요소(17")에, 상기 제어 요소(17")가 상기 축전지의 임의의 새로운 충전을 방지하여야 함을 상기 제어 요소(17")에 알려주는 신호를 보내도록 더 프로그램된다.
본 발명은 지금까지 설명되고 도시된 실시 예에 결코 국한되는 것이 아니며, 당업자는 본 발명에 따라 상기 실시 예에 임의의 변형을 어떻게 추가해야 할지를 알 것이다.
따라서, 상기 보호 시스템은 예를 들어 축전지들의 전기화학 셀들 외의 디바이스들 상에서 사용될 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 축전지(11)의 전기화학 셀과 같은, 가변 내부 저항(Ri)을 지니는 디바이스(20)용 보호 시스템으로서, 상기 보호 시스템은 강도 임계값보다 큰 강도의 전류(Ibatt)가 흐를 때 용융될 수 있는 퓨즈(25)를 포함하며, 상기 보호 시스템은,
    - 상기 디바이스(20)의 내부 저항(Ri)을 추정하도록 구성된 추정 수단(12); 및
    - 상기 디바이스(20)가 여전히 상기 퓨즈(25)를 용융시킬 수 있는 능력을 지니도록 선택된 저항 임계값(SR1)보다 상기 내부 저항(Ri)이 크게 되면 상기 디바이스(20)의 사용을 제한 및/또는 방지하도록 구성된 보호 수단(17);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 보호 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디바이스(20)가 2개의 전기 접속 단자(22, 23)를 포함하는 경우, 상기 디바이스(20)에 초과 압력이 발생하면 상기 2개의 전기 접속 단자(22, 23) 간의 전기 회로를 자동 폐쇄하도록 구성된 스위치(26)이 제공되는, 보호 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 추정 수단(12)은, 이하의 조건들:
    - 상기 디바이스(20)가 방전 기간에 있는 경우;
    - 상기 디바이스(20)에 의해 생성되는 전류의 강도(Ibatt)가 사전에 정의된 값들의 범위 내에 있는 경우;
    - 상기 디바이스(20)에 의해 생성되는 전류의 강도(Ibatt)의 시간 경과에 따른 변화가 사전에 정의된 변화 임계값보다 큰 경우;
    - 상기 디바이스(20)의 내부 온도가 사전에 정의된 온도 범위 내에 있는 경우;
    중의 하나 이상 또는 모두가 충족되는 경우에만 상기 내부 저항(Ri)을 추정하도록 구성되는, 보호 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추정 수단(12)은 상기 내부 저항(Ri)을 주기적으로 추정하도록 구성되는, 보호 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 수단(17)은 상기 내부 저항(Ri)이 제2 저항 임계값(SR2)보다 큰 경우 상기 보호 수단(17)에 의한 상기 디바이스(20)의 사용의 임박한 제한 및/또는 임박한 방지를 사용자에게 경고하도록 구성되는, 보호 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 수단(17)은 상기 내부 저항(Ri)이 제3 임계값(SR3)보다 큰 경우 상기 디바이스(20)의 사용을 제한하도록 구성되는, 보호 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 임계값(SR3)은 상기 제2 임계값(SR2)보다 엄격히 큰, 보호 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 수단(17)은 상기 내부 저항(Ri)이 상기 저항 임계값(SR1)보다 큰 경우 상기 디바이스(20)의 사용을 방지하도록 구성되는, 보호 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 보호 시스템이 구비된 적어도 하나의 전기화학 셀(20)을 포함하는 축전지(11).
  10. 퓨즈(25)가 장착된, 전기화학 셀과 같은, 가변 내부 저항(Ri)을 지니는 디바이스(20)를 보호하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    - 상기 디바이스(20)의 내부 저항(Ri)을 추정하는 단계(12);
    - 상기 내부 저항(Ri)을 적어도 하나의 저항 임계값(SR1)과 비교하는 단계; 및 상기 내부 저항(Ri)이 상기 저항 임계값(SR1)보다 큰 경우,
    - 상기 디바이스(20)가 여전히 상기 퓨즈(25)를 용융시킬 수 있는 능력을 지니도록 상기 디바이스(20)의 사용이 방지되거나 제한되는 보호 단계;
    를 포함하는, 보호 방법.
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