KR102258949B1 - Modular designed battery and method for operating a modular battery - Google Patents

Modular designed battery and method for operating a modular battery Download PDF

Info

Publication number
KR102258949B1
KR102258949B1 KR1020190102627A KR20190102627A KR102258949B1 KR 102258949 B1 KR102258949 B1 KR 102258949B1 KR 1020190102627 A KR1020190102627 A KR 1020190102627A KR 20190102627 A KR20190102627 A KR 20190102627A KR 102258949 B1 KR102258949 B1 KR 102258949B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
soh
soc
pressure
control unit
Prior art date
Application number
KR1020190102627A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200021906A (en
Inventor
이나 슈트라트만
바스티안 샤르
아르네-크리스티안 포이그트
홀게르 랑게
외르그 프리체
마르쿠스 킬스마이어
토마스 슐렌부르크
크리스토프 캐프너
Original Assignee
폭스바겐 악티엔게젤샤프트
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 폭스바겐 악티엔게젤샤프트 filed Critical 폭스바겐 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20200021906A publication Critical patent/KR20200021906A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102258949B1 publication Critical patent/KR102258949B1/en

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
    • H01M10/42—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
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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
    • 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
    • H01M10/6567—Liquids
    • 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]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • 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]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • 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
    • 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
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • 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
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • 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
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • 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
    • H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • 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
    • 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
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • 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
    • 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
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • 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
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • 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]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • 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
    • 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
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 복수의 배터리 셀(101) 및 배터리(100)의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)을 검출하기 위한 하나의 검출 유닛(20)을 포함하는 모듈 방식으로 구성된 배터리(100)에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따라, 배터리(100) 내의 압력(P)을 배터리(100)의 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 따라 설정하기 위해, 액추에이터(40)가 제공된다.The present invention is a modular method comprising a plurality of battery cells 101 and one detection unit 20 for detecting the operating states (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery 100 . It relates to a configured battery (100). To this end, according to the present invention, in order to set the pressure P in the battery 100 according to the detected operating states I, U, C, T, R, SOH, SOC of the battery 100, the actuator 40 ) is provided.

Figure R1020190102627
Figure R1020190102627

Description

모듈 방식으로 구성된 배터리 및 모듈 방식으로 구성된 배터리를 작동하기 위한 방법{MODULAR DESIGNED BATTERY AND METHOD FOR OPERATING A MODULAR BATTERY}MODULAR DESIGNED BATTERY AND METHOD FOR OPERATING A MODULAR BATTERY

본 발명은 독립 장치 청구항의 전제부에 따른 모듈 방식으로 구성된 배터리 및 독립 장치 청구항에 따른 대응하는 모듈 방식으로 구성된 배터리를 가진 차량에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 독립 방법 청구항의 전제부에 따른 모듈 방식으로 구성된 배터리를 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.The invention relates to a vehicle having a battery configured in a modular way according to the preamble of the independent device claim and a corresponding modularly configured battery according to the independent device claim. The invention also relates to a method for operating a battery constructed in a modular manner according to the preamble of the independent method claim.

배터리 셀, 예를 들어 리튬-이온 배터리 셀은 작동 중에 점진적으로 노후화될 수 있다. 이러한 노후화는 배터리의 작동 관련 특성들, 예를 들어 커패시턴스, 내부 저항, 자체 방전율, 전력 공급 능력, 가능한 충전율, 기계적 특성 등을 변화시킨다. 셀 노후화 과정이 셀에 대한 기계적 힘 작용에 의해 영향을 받을 수 있는 것이 공개되어 있다. 공개된 배터리에서 대개 배터리 셀은, 노후화를 저지하기 위해 기계적으로 예비 응력을 받는다. 종종 배터리 내의 배터리 셀들은 일정한 압력에 의해 인장된다. 그러나 셀은 수명이 증가함에 따라 두께 증가(소위 "팽창")를 가질 수 있기 때문에, 셀의 노후화에 따라 셀의 인장 상태가 변할 수 있다. 또한, 예를 들어 충전 상태 또는 "SOC(State of Charge)", 노후화 상태 또는 "SOH(State of Health)", 이용 가능한 전류 레이트, 온도 등에 따라 배터리 셀의 작동점 의존적인 두께 증가가 발생한다.Battery cells, such as lithium-ion battery cells, may gradually age during operation. This aging changes the operation-related characteristics of the battery, such as capacitance, internal resistance, self-discharge rate, power supply capability, possible charge rate, mechanical properties, and the like. It has been disclosed that the cell aging process can be influenced by the action of mechanical forces on the cell. In published batteries, usually the battery cells are mechanically pre-stressed to resist aging. Often the battery cells in a battery are tensioned by a constant pressure. However, since cells may have an increase in thickness (so-called "swelling") as their life increases, the tensile state of the cell may change as it ages. Also, an operating point dependent thickness increase of the battery cell occurs depending on, for example, state of charge or “State of Charge”, aging state or “State of Health”, available current rate, temperature, and the like.

따라서, 본 발명의 과제는 모듈 방식으로 구성된 배터리에서 선행 기술에 공개된 적어도 하나의 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 본 발명의 과제는 간단하게 구성되고, 배터리 셀의 노후화 및 작동점 의존적인 두께 증가에 대해 조정된 배터리 셀의 개선된, 특히 융통성 있는, 바람직하게는 제어 가능한 배터리 셀의 가압 또는 압력 제어가 이루어지도록 제공된 모듈 방식으로 구성된 배터리를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 해당하는 차량을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 배터리 셀에 대해 신뢰적으로 및 안전하게 수행될 수 있고 배터리의 수명을 연장시키고 성능을 향상시킬 수 있는 모듈 방식으로 구성된 배터리를 작동시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to at least partially overcome at least one disadvantage disclosed in the prior art in a battery configured in a modular manner. In particular, the object of the present invention is to provide an improved, in particular flexible, preferably controllable, pressurization or pressure control of a battery cell adapted for the aging of the battery cell and the operating point dependent thickness increase. It is to provide a battery configured in a modular manner provided to be made. It is also an object of the present invention to provide a corresponding vehicle. It is also an object of the present invention to provide an improved method for operating a battery constructed in a modular manner which can perform reliably and safely on the battery cells and which can extend the life of the battery and improve its performance.

본 발명에 따른 과제는, 독립 장치 청구항의, 특히 특징부의 특징들을 갖는, 모듈 방식으로 구성된 배터리, 독립 장치 청구항의 특징들을 갖는 해당하는 차량 및 특히 독립 방법 청구항의, 특히 특징부의 특징들을 갖는 모듈 방식으로 구성된 배터리를 작동하기 위한 방법에 의해 해결된다. 개별적인 본 발명의 양상들과 관련하여 개시된 특징들은, 본 발명의 양상들에 관한 공개 내용들과 관련해서 항상 상호 참조되는 또는 참조될 수 있는 방식으로 서로 결합될 수 있다.The problem according to the invention is a battery configured in a modular way, with the features of the independent device claim, in particular of the characterizing parts, a corresponding vehicle with the features of the independent device claim and in particular modular with the features of the independent device claim, in particular of the characterizing part. It is solved by a method for operating a battery consisting of Features disclosed in connection with individual aspects of the invention may be combined with each other in such a way that they are always cross-referenced or may be referenced in connection with disclosures relating to aspects of the invention.

본 발명은 복수의 배터리 셀 및 배터리의 적어도 하나의 작동 상태를 검출하기 위한 하나의 검출 유닛을 포함하는, 모듈 방식으로 구성된 배터리(또는 이하 간단히 배터리)를 제공한다. 이를 위해 본 발명에 따라, 배터리 내의 압력(즉, 배터리 내의 배터리 셀의 인장 압력)을 배터리의 적어도 하나의 검출된 작동 상태에 따라서 설정하기 위해, 바람직하게 배터리 내에 배치되는 액추에이터가 제공되고, 특히 검출된 배터리 상태에 제어 유닛을 이용해서 배터리의 대응하는 노후화 모델이 할당되고, 바람직하게는 제어 유닛의 이러한 노후화 모델에 따라 배터리의 최대 수명을 가능하게 하는 압력이 선택되어 액추에이터에 의해 제공된다.The present invention provides a battery (or simply battery hereinafter) configured in a modular manner, comprising a plurality of battery cells and one detection unit for detecting at least one operating state of the battery. To this end, according to the invention, there is provided an actuator, preferably arranged in the battery, for setting the pressure in the battery (ie the tensile pressure of the battery cells in the battery) according to at least one detected operating state of the battery, in particular detecting A corresponding aging model of the battery is assigned to the state of the battery by means of the control unit, and preferably according to this aging model of the control unit the pressure enabling the maximum life of the battery is selected and provided by the actuator.

본 발명과 관련해서 배터리의 작동 상태란 배터리의 상이한 작동 파라미터, 예를 들어 온도, 충전 상태 또는 "SOC", 노후화 상태 또는 "SOH", 전류 요구 등의 포괄적인 조합을 의미할 수 있다. 본 발명과 관련해서 액추에이터는 능동적으로 제어 유닛의 제어 명령을 배터리 내의 적절한 압력으로 변환한다. 제어 유닛은 또한 배터리에 대한 다양한 노후화 모델을 포함하며, 상기 노후화 모델은 검출된 작동 상태에 따라 개별적으로 선택될 수 있다. 각각의 노후화 모델은 배터리 내의 압력에 따른 배터리의 수명의 함수를 포함한다. 따라서, 적절한 노후화 모델의 정보를 알면, 최적 압력이 결정될 수 있고, 상기 압력은 이러한 노후화 모델에 따라 배터리의 최대 서비스 수명을 약속한다.Operating state of a battery in the context of the present invention may refer to a generic combination of different operating parameters of the battery, for example temperature, state of charge or “SOC”, state of aging or “SOH”, current demand, and the like. In the context of the present invention, the actuator actively converts the control commands of the control unit into the appropriate pressure in the battery. The control unit also includes various aging models for the battery, which aging models can be individually selected according to the detected operating state. Each aging model includes a function of battery life as a function of pressure within the battery. Thus, knowing the information of an appropriate aging model, an optimum pressure can be determined, which pressure promises the maximum service life of the battery according to this aging model.

모듈 방식으로 구성된 배터리는 바람직하게는 이동식 응용 분야에서, 예를 들어 차량에서, 또는 고정적인 용도에서, 예를 들어 발전기에 사용될 수 있다.Batteries configured in a modular manner can preferably be used in mobile applications, for example in vehicles, or in stationary applications, for example in generators.

본 발명의 사상은, 배터리 내의 압력 또는 배터리 내의 배터리 셀들의 인장 압력 또는 인장력에 대한 설정값이 배터리의 각각의 작동 상태에 최적 압력을 결정하는 노후화 모델을 통해 공급된다는 것이다. 노후화 모델은 특수한 제어 유닛에 통합하거나 배터리 관리 시스템에 직접 통합될 수 있다. 제어 유닛은, 함께 배터리의 작동 상태를 나타내는 배터리의 공개된 이력, 현재의 및 예상되는 작동 파라미터에 기초하여 배터리 셀의 최적의 인장력 또는 배터리 내의 최적 압력을 결정한다. 제어 유닛은, 능동적으로 융통성 있게 그리고 작동점 지향적으로 언제든지 배터리 셀에 최적의 인장 압력을 가하는 액추에이터를 제어하고, 이로 인해 배터리 셀의 수명을 크게 연장시키고, 예를 들어 전류 레이트와 같은, 일반적인 성능을 개선한다.The idea of the present invention is that a setpoint for the pressure in the battery or the tensile pressure or tensile force of the battery cells in the battery is supplied via an aging model that determines the optimum pressure for each operating state of the battery. The aging model can be integrated into a special control unit or directly integrated into the battery management system. The control unit determines the optimum tension force of the battery cells or the optimum pressure within the battery based on published historical, current and expected operating parameters of the battery, which together represent the operating state of the battery. The control unit actively controls the actuator to apply the optimal tensile pressure to the battery cell at any time flexibly and oriented towards the operating point, thereby greatly prolonging the life of the battery cell and improving general performance, e.g. current rate. improve

또한, 본 발명은 배터리 셀의 템퍼링 및 유체 정역학적 지지를 위한 유압식 냉각 장치가 제공되는, 모듈 방식으로 구성된 배터리를 제공할 수 있다. 유압식 냉각 장치에 의해, 배터리 셀의 균일한 가압이 이루어질 수 있다. 동시에 유압식 냉각 장치는 배터리를 검출된 작동 상태에 적합한 온도로 템퍼링할 수 있다. 또한, 유압식 냉각 장치는 배터리로의 공급 라인 및 배터리로부터의 배출 라인을 포함할 수 있다. 템퍼링된 냉각제는 공급 라인을 통해 배터리로 전달될 수 있다. 배터리 셀의 폐열을 흡수한 냉각제는 배출 라인을 통해 배출될 수 있다. 배터리는 배터리 셀을 위한 하우징을 가질 수 있고, 상기 하우징 내로 공급 라인을 통해 냉각제가 도입될 수 있다. 바람직하게는 배터리 셀은, 특히 냉각제 불투과성의 플랙시블한 케이싱 내에 수용될 수 있다. 냉각제는 배터리 셀 주위를 유동하여 셀이 템퍼링된다. 또한, 냉각제에 의해 셀들은 유체 정역학적으로 지지된다. 배터리 셀의 폐열을 흡수한 냉각제는 배출 라인에 의해 하우징으로부터 배출된다.In addition, the present invention can provide a battery constructed in a modular manner, provided with a hydraulic cooling device for tempering and hydrostatic support of the battery cell. By means of the hydraulic cooling device, uniform pressurization of the battery cells can be achieved. At the same time, the hydraulic cooling unit can temper the battery to a temperature suitable for the detected operating condition. The hydraulic cooling device may also include a supply line to and a discharge line from the battery. The tempered coolant may be delivered to the battery via a supply line. The coolant that has absorbed the waste heat of the battery cells can be discharged through a discharge line. The battery may have a housing for the battery cells into which coolant may be introduced via a supply line. Preferably the battery cells can be accommodated in a flexible casing, in particular impermeable to coolant. A coolant flows around the battery cell to temper the cell. In addition, the cells are hydrostatically supported by the coolant. The coolant that has absorbed the waste heat of the battery cells is discharged from the housing by a discharge line.

또한, 본 발명은, 액추에이터가 배터리로의 유압식 냉각 장치의 공급 라인 내에 배치될 수 있는 것을 제공할 수 있다. 따라서, 액추에이터는 배터리 셀에 유압을 가할 수 있다.The invention can also provide that the actuator can be arranged in the supply line of the hydraulic cooling device to the battery. Thus, the actuator can apply hydraulic pressure to the battery cell.

또한, 본 발명은, 액추에이터가 배터리의 압력을 유압식 냉각 장치 내의 유압으로서 배터리의 검출된 작동 상태에 따라 설정하도록 구성될 수 있다. 유압은 배터리 셀에 균일하고 안전하게 작용한다. 유압은 바람직하게 작동 상태 지향적으로 배터리 셀의 노후화에 따라 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리를 위한 개선된 작동 조건이 제공될 수 있다.Further, the present invention may be configured such that the actuator sets the pressure of the battery according to the detected operating state of the battery as the hydraulic pressure in the hydraulic cooling device. The hydraulic pressure acts uniformly and safely on the battery cells. The hydraulic pressure can preferably be adjusted according to the aging of the battery cells in an operational state oriented manner. In this way, improved operating conditions for the battery can be provided.

또한, 모듈 방식으로 구성된 배터리에서 본 발명은, 배터리의 작동 상태가 배터리의 전류, 전압, 커패시턴스, 온도, 내부 저항, 노후화 상태, 충전 상태, 자체 방전율, 가능한 충전율, 전력 공급 능력, 전력 요구, 기계적 및/또는 기하학적 특성과 같은, 배터리의 복수의 작동 파라미터를 포함하는 것을 제공할 수 있다. 따라서, 배터리의 작동 상태는 배터리의 작동 파라미터의 포괄적인 조합을 포함할 수 있다.In addition, in a battery configured in a modular manner, the present invention provides that the operating state of the battery is the battery's current, voltage, capacitance, temperature, internal resistance, aging state, state of charge, self-discharge rate, possible charge rate, power supply capability, power demand, mechanical and/or comprising a plurality of operating parameters of the battery, such as geometric characteristics. Accordingly, the operating state of the battery may include a comprehensive combination of operating parameters of the battery.

바람직하게는 검출 유닛은, 배터리의 작동 상태를 결정하기 위한 배터리의 적어도 하나의 작동 파라미터를 검출하기 위해, 적어도 하나의 센서를 가질 수 있고, 배터리의 작동 파라미터는 배터리의 전류(I), 전압(U), 커패시턴스(C), 온도(T), 내부 저항(R), 노후화 상태(SOH), 충전 상태(SOC), 자체 방전율, 가능한 충전율, 전력 공급 능력, 전력 요구, 기계적 및/또는 기하학적 특성일 수 있다. 이로써 배터리의 작동이 모니터링될 수 있다.Preferably, the detection unit may have at least one sensor, for detecting at least one operating parameter of the battery for determining the operating state of the battery, the operating parameter of the battery being the current (I), voltage ( U), capacitance (C), temperature (T), internal resistance (R), state of aging (SOH), state of charge (SOC), self-discharge rate, possible charge rate, power supply capability, power demand, mechanical and/or geometric characteristics can be In this way, the operation of the battery can be monitored.

또한, 모듈 방식으로 구성된 배터리에 제어 유닛이 제공되고, 상기 제어 유닛은, 검출된 작동 상태에 대응하는 배터리의 노후화 모델에 따라 배터리의 최대 수명을 가능하게 하는 배터리 내의 특히 최적 압력을 설정하기 위해, 액추에이터를 제어하도록 구성되고, 이 경우 특히 노후화 모델은 배터리의 검출된 작동 상태에 따라 결정될 수 있다. 이로써 검출된 작동 상태에서 배터리의 작동에 적합한 최적 압력이 결정될 수 있다.In addition, a control unit is provided for the battery configured in a modular manner, said control unit being configured to set a particularly optimal pressure in the battery enabling a maximum life of the battery according to the aging model of the battery corresponding to the detected operating state, configured to control the actuator, in which case in particular the aging model can be determined according to the detected operating state of the battery. In this way, an optimum pressure suitable for the operation of the battery in the detected operating state can be determined.

또한, 본 발명의 범위에서 제어 유닛은 메모리를 가질 수 있고, 상기 메모리에 배터리의 상이한 작동 상태에 대해 배터리의 대응하는 노후화 모델이 배터리 내의 압력에 따른 배터리의 수명의 함수로서 저장된다. 따라서, 배터리 내의 배터리 셀들이 적절한 인장 압력을 받도록 하는 압력 제어가 제공될 수 있다.It is also within the scope of the invention that the control unit may have a memory, in which a corresponding aging model of the battery for different operating states of the battery is stored as a function of the life of the battery as a function of the pressure in the battery. Thus, pressure control can be provided to ensure that the battery cells in the battery are subjected to an appropriate tensile pressure.

또한, 본 발명의 범위에서 제어 유닛이, 예를 들어 특수 파워 전자 장치에 의해, 배터리의 검출된 작동 상태에 해당 노후화 모델을 할당하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 배터리 내의 압력에 대한 지능적인, 특히 작동 상태 지향적인 제어가 가능해질 수 있다.It may also be desirable within the scope of the invention for the control unit to assign a corresponding aging model to the detected operating state of the battery, for example by means of special power electronics. An intelligent, in particular operating state-oriented control of the pressure in the battery can thus be made possible.

또한, 본 발명의 범위에서 제어 유닛이, 추후 시점에 배터리의 작동 상태를 검출된 작동 상태 및 이러한 추후 시점에 배터리의 예상되는 용도 및/또는 예상되는 사용 위치에 따라 예측하도록 구성될 수 있는 경우에 바람직할 수 있고, 이 경우 노후화 모델은 배터리의 예측된 작동 상태에 따라 결정된다. 이로써 배터리 내의 압력의 예견된 제어가 제공될 수 있다. 배터리의 예상되는 용도(예를 들어 휴지 단계, 혼잡 시간대, 통과할 환경 구역에서 하이브리드 차량의 전기 구동으로 전환 시) 및/또는 예상되는 사용 위치(예를 들어 내리막 길, 고속도로 주행, 도시 주행 등)는 모니터링 시스템, 내비게이션 시스템, 경로 계획 시스템, 지능형 온보드 컴퓨터 등을 사용하여 결정될 수 있다.It is also within the scope of the invention that the control unit can be configured to predict the operating state of the battery at a later time in accordance with the detected operating state and the expected use and/or the expected location of use of the battery at this later point in time. It may be desirable, in which case the aging model is determined according to the predicted operating state of the battery. This may provide foreseeable control of the pressure in the battery. The expected use of the battery (e.g. during rest phases, peak times, when transitioning to electric drive of the hybrid vehicle in the environmental zone to be passed) and/or the expected location of use (e.g. downhill, highway driving, city driving, etc.) may be determined using a monitoring system, a navigation system, a route planning system, an intelligent on-board computer, or the like.

본 발명의 범위에서 또한, 제어 유닛은 배터리 관리 시스템 내에 구현되는 것이 고려될 수 있다. 이로써 배터리의 기존의 수단에 의해 본 발명의 장점들이 달성될 수 있다.It is also conceivable within the scope of the invention that the control unit is implemented in a battery management system. In this way the advantages of the invention can be achieved by conventional means of batteries.

또한, 본 발명은 전술한 바와 같이 형성될 수 있는 모듈 방식으로 구성된 배터리를 가진 차량을 제공한다. 본 발명에 따른 차량에 의해, 본 발명에 따른 배터리와 관련하여 전술한 것과 동일한 장점들이 달성된다. 본 경우에, 이러한 장점들이 전체적으로 참조된다.The present invention also provides a vehicle with a battery configured in a modular manner, which may be formed as described above. By means of the vehicle according to the invention, the same advantages as described above in connection with the battery according to the invention are achieved. In this case, reference is made to these advantages in their entirety.

또한, 본 발명의 과제는 복수의 배터리 셀 및 배터리의 작동 상태를 검출하기 위한 하나의 검출 유닛을 포함하는 모듈 방식으로 구성된 배터리를 작동하기 위한 방법에 의해 해결되며, 이 경우 특히 배터리의 일부인 액추에이터는, 배터리의 검출된 작동 상태에 따라 배터리 내의 압력을 설정하도록 제어되고, 특히 검출된 작동 상태에 배터리의 대응하는 노후화 모델이 할당되며, 이 경우 바람직하게는 이러한 노후화 모델에 따라 배터리의 최대 수명을 가능하게 하는 압력이 선택된다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 본 발명에 따른 배터리와 관련해서 전술한 동일한 장점들이 달성된다. 본 경우에, 이러한 장점들이 전체적으로 참조된다.The problem of the present invention is also solved by a method for operating a battery, which is constructed in a modular manner comprising a plurality of battery cells and one detection unit for detecting the operating state of the battery, in which case in particular an actuator which is part of the battery , controlled to set the pressure in the battery according to the detected operating state of the battery, in particular to which the detected operating state is assigned a corresponding aging model of the battery, in which case preferably according to this aging model a maximum life of the battery is possible The pressure that causes it is selected. By the method according to the invention, the same advantages described above with respect to the battery according to the invention are achieved. In this case, reference is made to these advantages in their entirety.

또한, 방법과 관련하여 본 발명은, 배터리의 검출된 작동 상태에 대응하는 배터리의 노후화 모델에 따라 배터리의 최대 수명을 가능하게 하는 배터리 내의 특히 최적 압력이 설정되도록, 제어 유닛이 액추에이터를 제어하는 것을 제공할 수 있다. 배터리의 검출된 작동 상태에 따라 적절한 노후화 모델이 선택된다. 이로써 적절한 압력이 능동적으로 융통성 있게 설정될 수 있으며, 상기 압력은 검출된 작동 상태에서 배터리의 최적의 작동 조건을 유도한다.Furthermore, in connection with a method, the present invention provides that the control unit controls the actuators so that a particularly optimal pressure in the battery is set which enables a maximum life of the battery according to the aging model of the battery corresponding to the detected operating state of the battery. can provide An appropriate aging model is selected according to the detected operating state of the battery. In this way, the appropriate pressure can be actively and flexibly set, which leads to the optimum operating conditions of the battery in the detected operating state.

본 발명을 개선하는 추가 조치들은 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예의 설명과 함께 아래에서 상세하게 설명된다. 청구범위 및 상세한 설명에서 언급된 특징들은 각각 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다. 이 경우, 도면은 기술하는 특성만을 가지며, 어떠한 형태로든 본 발명을 제한하려는 것이 아님에 유의해야 한다.Further measures to improve the present invention are explained in detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the present invention with reference to the drawings. Each of the features recited in the claims and detailed description may be important to the invention, either individually or in any desired combination. In this case, it should be noted that the drawings have only description characteristics and are not intended to limit the present invention in any form.

도 1은 본 발명과 관련해서 모듈 방식으로 구성된 배터리를 도시한 개략도.
도 2는 배터리의 검출된 작동 상태에 대한 예시적인 노후화 모델을 도시한 도면.1 is a schematic diagram illustrating a battery configured in a modular manner in accordance with the present invention;
2 illustrates an exemplary aging model for a detected operating state of a battery.

도 1은 리튬-이온 배터리 셀(101), 예를 들어 파우치 셀의 형태로 형성될 수 있는 복수의 배터리 셀(101)을 포함하는 모듈 방식으로 구성된 배터리(100)를 도시한다. 모듈 방식으로 구성된 배터리(100)는 배터리(100)의 템퍼링을 위한 유압식 냉각 장치(10)를 포함하며, 상기 냉각 장치는 배터리 셀(101)의 유체 정역학적 지지를 위해 구성된다. 또한, 배터리(100)는 배터리(100)의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)를 검출하기 위한 검출 유닛(20)을 포함한다.1 shows a battery 100 configured in a modular fashion comprising a plurality of battery cells 101 which may be formed in the form of a lithium-ion battery cell 101 , for example a pouch cell. The battery 100 configured in a modular manner comprises a hydraulic cooling device 10 for tempering the battery 100 , which cooling device is configured for hydrostatic support of the battery cells 101 . Further, the battery 100 includes a detection unit 20 for detecting the operating states I, U, C, T, R, SOH, SOC of the battery 100 .

배터리 셀(101)은 작동 중에 점진적으로 노후화된다. 이러한 노후화는 배터리(100)의 작동 관련 특성들, 예를 들어 커패시턴스(C), 내부 저항(R), 자체 방전율, 전력 공급 능력, 가능한 충전율, 기계적 특성 등을 변화시킨다. 또한, 이러한 노후화는, 배터리 셀(101)이 두께 증가(소위 "팽창")를 가질 수 있게 한다. 또한, 충전 상태 또는 "SOC", 노후화 상태 또는 "SOH", 이용 가능한 전류 레이트, 온도(T) 등에 따라, 배터리 셀(101)의 작동점 의존적인 두께 증가도 발생한다.Battery cells 101 gradually age during operation. This aging changes the operational characteristics of the battery 100 , such as capacitance (C), internal resistance (R), self-discharge rate, power supply capability, possible charge rate, mechanical properties, and the like. This aging also allows the battery cells 101 to have an increase in thickness (so-called "swelling"). Also, depending on the state of charge or “SOC”, the aging state or “SOH”, the available current rate, the temperature (T), etc., an operating point dependent thickness increase of the battery cell 101 also occurs.

본 발명에 따른 배터리(100)에서 본 발명에 따라, 배터리(100)의 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 따라 배터리(100) 내의 압력(D) [즉, 배터리(100) 내의 배터리 셀(101)의 인장 압력]을 설정하기 위해, 액추에이터(40)가 제공된다.In the battery 100 according to the invention, according to the invention, the pressure D in the battery 100 according to the detected operating states I, U, C, T, R, SOH, SOC [ That is, to set the tensile pressure of the battery cells 101 in the battery 100], an actuator 40 is provided.

검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에는 본 발명의 범위에서 제어 유닛(30)에 의해 배터리(100)의 대응하는 노후화 모델[L(P)]이 할당된다(도 2의 함수 f 참조). 선택된 노후화 모델[L(P)]에 따라 배터리(100)의 최대 수명(Lmax)에 해당하는, 특히 최적 압력(P*)이 제어 유닛(30)에 의해 선택된다[도 2에 도시된 함수 f의 최대값 Lmax(P*) 참조]. 제어 유닛(30)은 또한, 배터리(100) 내의 이러한 최적 압력(P*)을 설정하기 위해, 액추에이터(40)를 제어한다.The detected operating states I, U, C, T, R, SOH, SOC are assigned a corresponding aging model L(P) of the battery 100 by the control unit 30 within the scope of the present invention. (See function f in Fig. 2). According to the selected aging model L(P), an optimal pressure P * corresponding to the maximum life L max of the battery 100 is selected by the control unit 30 [function shown in FIG. 2 ] See the maximum value of f L max (P * )]. The control unit 30 also controls the actuator 40 to set this optimum pressure P * in the battery 100 .

압력(P)은 바람직하게는 배터리 셀(101)의 유체 정역학적 지지를 위한 유압(P)으로서 설정될 수 있다. 이를 위해, 액추에이터(40)는 유압식 냉각 장치(10)의 공급 라인(11) 내에 배치될 수 있다. 액추에이터(40)는 예를 들어 펌프 또는 압축기 형태로 형성될 수 있다.The pressure P can preferably be set as the hydraulic pressure P for hydrostatic support of the battery cell 101 . To this end, the actuator 40 can be arranged in the supply line 11 of the hydraulic cooling device 10 . The actuator 40 may be formed, for example, in the form of a pump or compressor.

본 발명과 관련해서, 배터리(100)의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)란, 배터리(100)의 전류(I), 전압(U), 커패시턴스(C), 온도(T), 내부 저항(R), 노후화 상태(SOH), 충전 상태(SOC), 자체 방전율, 전력 공급 능력, 가능한 충전율, 전력 요구, 기계적 및/또는 기하학적 특성을 포함하는, 배터리(100)의 상이한 작동 파라미터의 포괄적인 조합일 수 있다.In the context of the present invention, the operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery 100 is the current (I), voltage (U), capacitance (C) of the battery 100, Battery 100, including temperature (T), internal resistance (R), state of aging (SOH), state of charge (SOC), self-discharge rate, power supply capacity, possible charge rate, power demand, mechanical and/or geometrical properties may be a comprehensive combination of different operating parameters of

액추에이터(40)는 능동적으로 제어 유닛(30)의 제어 명령을 배터리(100) 내의 적절한 압력(P)으로 변환한다. 본 발명과 관련해서 배터리(100) 내의 압력(P) 또는 배터리(100) 내의 배터리 셀(101)의 인장 압력 또는 인장력에 대한 설정값은 배터리(100)의 각각의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 최적 압력(P*)을 결정하는 노후화 모델 [L(P)]을 통해 제어 유닛(30)에 의해 공급된다. 이를 위해, 제어 유닛(30)에 적절한 파워 전자 장치가 제공될 수 있다.The actuator 40 actively converts the control commands of the control unit 30 into the appropriate pressure P in the battery 100 . In connection with the present invention, the set value for the pressure P in the battery 100 or the tensile pressure or tensile force of the battery cell 101 in the battery 100 is determined in each operating state (I, U, C) of the battery 100 . , T, R, SOH, SOC) are supplied by the control unit 30 via the aging model [L(P)] which determines the optimum pressure P*. For this purpose, the control unit 30 may be provided with suitable power electronics.

바람직하게는 제어 유닛(30)은, 배터리의 공개된 이력, 현재의 및 예상되는 작동 파라미터에 기초하여 배터리(100) 내의 최적 압력(P*)을 설정할 수 있다. 배터리(100) 내의 압력(P)의 이러한 제어는 배터리의 수명을 크게 연장시키고 일반적인 성능을 개선한다.Preferably the control unit 30 is able to set the optimum pressure P* in the battery 100 based on the published history, current and expected operating parameters of the battery. This control of the pressure P in the battery 100 greatly extends the life of the battery and improves its general performance.

제어 유닛(30)은 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 따라 개별적으로 선택될 수 있는, 배터리(100)에 대한 다양한 노후화 모델[(L(P)]이 저장된 메모리(31)를 포함한다. 각각의 노후화 모델[L(P)]은 배터리(100) 내의 압력(P)에 따른 배터리(100)의 수명(L)의 함수(f)를 포함한다. 따라서, 적절한 노후화 모델 [L(P)을] 알면, 이러한 노후화 모델[L(P)]에 따라 배터리(100)의 최대 수명(Lmax)을 가능하게 하는 최적 압력(P*)이 결정될 수 있다.The control unit 30 provides various aging models [(L(P)] for the battery 100, which can be individually selected according to the detected operating states (I, U, C, T, R, SOH, SOC). It contains the stored memory 31. Each aging model L(P) contains a function f of the life L of the battery 100 as a function of the pressure P in the battery 100. Thus, knowing the appropriate aging model [L(P)], the optimum pressure P * that enables the maximum lifespan L max of the battery 100 according to this aging model [L(P)] can be determined .

배터리(100)는, 배터리 셀(101)을 위한 바람직하게는 내압성 하우징(102)을 더 포함할 수 있고, 상기 하우징 내로 유압식 냉각 장치(10)의 공급 라인(11)을 통해 냉각제가 도입될 수 있다. 바람직하게 배터리 셀(101)은, 특히 냉각제 불투과성의 플랙시블한 케이싱 내에 수용될 수 있다. 냉각제는 배터리 셀(101) 주위를 유동하여 셀을 템퍼링한다. 또한, 배터리 셀(101)은 냉각제에 의해 유체 정역학적으로 지지된다. 배터리 셀(101)의 폐열을 흡수한 냉각제는 유압식 냉각 장치(10)의 배출 라인(12)에 의해 하우징(102)으로부터 배출된다.The battery 100 may further comprise a preferably pressure-resistant housing 102 for the battery cell 101 , into which the coolant may be introduced via the supply line 11 of the hydraulic cooling device 10 . have. The battery cell 101 can advantageously be housed in a flexible casing, in particular impermeable to coolant. A coolant flows around the battery cell 101 to temper the cell. Further, the battery cell 101 is hydrostatically supported by the coolant. The coolant that has absorbed the waste heat of the battery cell 101 is discharged from the housing 102 by the discharge line 12 of the hydraulic cooling device 10 .

바람직하게는 본 발명과 관련해서 검출 유닛(20)은, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 배터리(100)의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)를 결정하기 위한 배터리(100)의 적어도 하나의 작동 파라미터를 검출하기 위해, 적어도 하나의 센서(22)를 포함할 수 있다.Preferably in the context of the present invention, the detection unit 20 is configured to determine the operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery 100 as schematically shown in FIG. 1 . For detecting at least one operating parameter of the battery 100 , it may include at least one sensor 22 .

또한, 검출 유닛(20)은 배터리(100) 내의, 즉 하우징(102) 내의 유체 정압(P)을 모니터링하기 위한 압력 센서(21)를 포함할 수 있다.In addition, the detection unit 20 may comprise a pressure sensor 21 for monitoring the static fluid pressure P in the battery 100 , ie in the housing 102 .

제어 유닛(30)은 액추에이터(40)에서 설정에 의해 하우징(102) 내의 유체 정압(P)을 최적 압력(P*)으로 조절하는 대응하는 조절기(32)를 더 포함할 수 있다.The control unit 30 may further include a corresponding regulator 32 for adjusting the static fluid pressure P in the housing 102 to the optimum pressure P * by setting in the actuator 40 .

본 발명에 따른 전자 유닛(30)은 중앙 배터리 관리 시스템(110) 내에 구현되거나 별도의 유닛 또는 별도의 제어부로서 구현될 수 있다.The electronic unit 30 according to the present invention may be implemented in the central battery management system 110 or may be implemented as a separate unit or a separate control unit.

유압식 냉각 장치(10)의 냉각 회로에서 또한 공급 라인(11) 내에 냉각기(14)가 제공될 수 있다. 유압식 냉각 장치(10)의 배출 라인(12) 내에 열 교환기(17)는 압축기(15) 또는 펌프(15) 뒤에 제공될 수 있다. 열 교환기(17)는, 열 방출을 촉진하기 위해, 팬(16)에 의해 환기될 수 있다. 열 교환기(17)는 예를 들어 차량 냉각 장치 내에서 실현될 수 있다. 열 교환기(17)는 또한, 배터리(100)의 폐열을 이용하기 위해, 차량 히터(201)에 연결될 수 있다.A cooler 14 may be provided in the cooling circuit of the hydraulic cooling device 10 also in the supply line 11 . A heat exchanger 17 in the discharge line 12 of the hydraulic cooling device 10 may be provided after the compressor 15 or the pump 15 . The heat exchanger 17 may be ventilated by a fan 16 to promote heat dissipation. The heat exchanger 17 can be realized, for example, in a vehicle cooling system. The heat exchanger 17 may also be connected to the vehicle heater 201 to utilize the waste heat of the battery 100 .

열 교환기(17)의 통과 후에, 냉각제의 스로틀링을 위한 밸브(18)가 제공될 수 있다. 냉각기(14) 및 열 교환기(17)에 의해 열 전달이 확실하게 실현될 수 있다. 액추에이터(40) 및 압축기(15)에 의해, 배터리(100) 및 유압식 냉각 장치(10)의 냉각 회로 내의 압력비가 융통성 있게 제어될 수 있다.After passage of the heat exchanger 17 , a valve 18 for throttling the coolant may be provided. Heat transfer can be reliably realized by the cooler 14 and the heat exchanger 17 . By means of the actuator 40 and the compressor 15 , the pressure ratio in the cooling circuit of the battery 100 and the hydraulic cooling device 10 can be flexibly controlled.

도 1의 우측 하단에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템(1)은 바람직하게 이동식 응용 분야, 예를 들어 차량(200)에서 사용될 수 있다.As shown in the lower right corner of FIG. 1 , the system 1 according to the invention can advantageously be used in mobile applications, for example in a vehicle 200 .

도면의 전술한 설명은 실시예와 관련하여서만 본 발명을 기술한다. 물론, 기술적으로 실현 가능한 한, 실시 형태의 개별적인 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 서로 자유롭게 조합될 수 있다.The foregoing description of the drawings describes the invention only in connection with the embodiments. Of course, as far as technically feasible, individual features of the embodiments may be freely combined with each other without departing from the scope of the present invention.

10 : 냉각 장치 11 : 공급 라인
12 : 배출 라인 14 : 냉각기, 증발기
15 : 압축기, 펌프 16 : 팬
17 : 열 교환기, 차량 냉각 장치 18 : 밸브
20 : 검출 유닛 21 : 압력 센서
22 : 센서 30 : 제어 유닛
31 : 메모리 32 : 조절기
40 : 액추에이터 100 : 배터리
101 : 배터리 셀 102 : 하우징
110 : 배터리 관리 시스템 200 : 차량
201 : 차량 히터 I, U, C, T, R, SOH, SOC : 작동 상태
I : 전류 U : 전압
C : 커패시턴스 T : 온도
R : 내부 저항 SOH : 노후화 상태
SOC : 충전 상태 f : 함수
L(P) : 노후화 모델 L : 수명
Lmax : 최대 수명 P : 압력
P* : 최적 압력10: cooling device 11: supply line
12: discharge line 14: cooler, evaporator
15: compressor, pump 16: fan
17: heat exchanger, vehicle cooling unit 18: valve
20: detection unit 21: pressure sensor
22: sensor 30: control unit
31: memory 32: controller
40: actuator 100: battery
101: battery cell 102: housing
110: battery management system 200: vehicle
201: vehicle heater I, U, C, T, R, SOH, SOC: operating state
I: Current U: Voltage
C : capacitance T : temperature
R: internal resistance SOH: aging state
SOC: state of charge f: function
L(P) : Aging model L : Lifetime
L max : Maximum service life P : Pressure
P * : optimum pressure

Claims (10)

모듈 방식으로 구성된 배터리(100)로서,
복수의 배터리 셀(101), 및
상기 배터리(100)의 적어도 하나의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)를 검출하기 위한 검출 유닛(20)을 포함하고,
상기 배터리(100) 내의 압력(P)을 상기 배터리(100)의 적어도 하나의 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 따라 설정하기 위해, 액추에이터(40)가 제공되며,
검출된 상기 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 대응하는 상기 배터리(100)의 노후화 모델[L(P)]에 따라, 상기 배터리(100)의 최대 수명(Lmax)을 가능하게 하는 상기 배터리(100) 내의 최적 압력(P*)을 설정하기 위해, 상기 액추에이터(40)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(30)이 제공되며,
상기 노후화 모델[L(P)]은 상기 배터리(100) 내의 압력(P)에 따른 상기 배터리(100)의 수명(L)의 함수(f)인 것을 특징으로 하는 배터리.A battery 100 configured in a modular manner, comprising:
a plurality of battery cells 101, and
a detection unit (20) for detecting at least one operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery (100);
To set the pressure P in the battery 100 according to at least one detected operating state I, U, C, T, R, SOH, SOC of the battery 100 , the actuator 40 is provided,
According to the aging model [L(P)] of the battery 100 corresponding to the detected operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC), the maximum lifespan L of the battery 100 A control unit (30) is provided, configured to control the actuator (40), in order to set an optimum pressure (P* ) in the battery (100) enabling max ),
The aging model [L(P)] is a function (f) of the life (L) of the battery (100) according to the pressure (P) in the battery (100). 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀(101)의 온도 조절 및 유체 정역학적 지지를 위한 유압식 냉각 장치(10)가 제공되고, 및/또는
상기 액추에이터(40)는 상기 배터리(100)로의 유압식 냉각 장치(10)의 공급 라인(11) 내에 배치되고, 및/또는
상기 액추에이터(40)는, 상기 배터리(100) 내의 압력(P)을 유압식 냉각 장치(10) 내의 유압(P)으로서 상기 배터리(100)의 검출된 상기 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 따라 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리.A hydraulic cooling device (10) according to claim 1, wherein a hydraulic cooling device (10) is provided for temperature regulation and hydrostatic support of the battery cell (101), and/or
The actuator 40 is arranged in the supply line 11 of the hydraulic cooling device 10 to the battery 100 , and/or
The actuator 40 converts the pressure P in the battery 100 as the hydraulic pressure P in the hydraulic cooling device 10 to the detected operating states I, U, C, T, A battery, characterized in that it is configured to set according to R, SOH, SOC). 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배터리(100)의 상기 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)는, 상기 배터리(100)의 전류(I), 전압(U), 커패시턴스(C), 온도(T), 내부 저항(R), 노후화 상태(SOH), 충전 상태(SOC), 자체 방전율, 가능한 충전율, 전력 공급 능력, 전력 요구, 기계적 및/또는 기하학적 특성들 중 하나 이상을 포함하는 상기 배터리(100)의 작동 파라미터를 포함하고, 및/또는
상기 검출 유닛(20)은, 상기 배터리(100)의 상기 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)를 결정하기 위한 상기 배터리(100)의 적어도 하나의 작동 파라미터를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(22)를 가지며, 상기 배터리(100)의 상기 작동 파라미터는 배터리(100)의 전류(I), 전압(U), 커패시턴스(C), 온도(T), 내부 저항(R), 노후화 상태(SOH), 충전 상태(SOC), 자체 방전율, 가능한 충전율, 전력 공급 능력, 전력 요구, 기계적 및/또는 기하학적 특성일 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리.3. The battery (100) according to claim 1 or 2, wherein the operating states (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery (100) are: the current (I) of the battery (100), the voltage (U) ), capacitance (C), temperature (T), internal resistance (R), state of aging (SOH), state of charge (SOC), self-discharge rate, possible charge rate, power supply capability, power demand, mechanical and/or geometric characteristics operating parameters of the battery 100 including one or more of, and/or
The detection unit 20 is configured to detect at least one operating parameter of the battery 100 for determining the operating state I, U, C, T, R, SOH, SOC of the battery 100 . the operating parameters of the battery 100 are current (I), voltage (U), capacitance (C), temperature (T), internal resistance (R) ), state of aging (SOH), state of charge (SOC), self-discharge rate, possible charge rate, power supply capability, power demand, mechanical and/or geometric characteristics. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛(30)은 메모리(31)를 가지며, 상기 메모리에 상기 배터리(100)의 상이한 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 대응하는 상기 배터리(100)의 노후화 모델[L(P)]이 저장되고, 및/또는
상기 제어 유닛(30)은 상기 배터리(100)의 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 대응하는 노후화 모델[L(P)]을 할당하는 것을 특징으로 하는 배터리.2. The control unit (30) according to claim 1, wherein said control unit (30) has a memory (31), in said memory corresponding to different operating states (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of said battery (100). an aging model [L(P)] of the battery 100 is stored, and/or
The control unit 30 assigns an aging model [L(P)] corresponding to the detected operating states (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery 100 battery. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 제어 유닛(30)은, 추후 시점에 있어서의 상기 배터리(100)의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)를, 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC) 및 상기 추후 시점에 있어서의 상기 배터리(100)의 예상되는 용도 및/또는 예상되는 사용 위치에 따라 예측하도록 구성되고,
상기 노후화 모델[L(P)]은 상기 배터리(100)의 예측된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 따라 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리.According to claim 1 or 4, wherein the control unit (30), the operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery (100) at a later time point, the detected configured to predict according to the operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC) and the expected use and/or expected use location of the battery 100 at the later time point,
The aging model [L(P)] can be determined according to the predicted operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery (100). 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 제어 유닛(30)은 배터리 관리 시스템(110) 내에 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리.The battery according to claim 1 or 4, characterized in that the control unit (30) is implemented in a battery management system (110). 제1항 또는 제2항에 따른 모듈 방식으로 구성된 배터리(100)를 가진 차량(200).A vehicle ( 200 ) with a battery ( 100 ) configured in a modular manner according to claim 1 . 복수의 배터리 셀(101) 및 배터리(100)의 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)를 검출하기 위한 검출 유닛(20)을 포함하는 모듈 방식으로 구성된 배터리(100)를 작동하기 위한 방법에 있어서,
액추에이터(40)는, 상기 배터리(100)의 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 따라 상기 배터리(100) 내의 압력(P)을 설정하도록 제어되고,
제어 유닛(30)은, 검출된 작동 상태(I, U, C, T, R, SOH, SOC)에 대응하는 상기 배터리(100)의 노후화 모델[L(P)]에 따라, 상기 배터리(100)의 최대 수명(Lmax)을 가능하게 하는 상기 배터리(100) 내의 최적 압력(P*)이 설정되도록 상기 액추에이터(40)를 제어하며,
상기 노후화 모델[L(P)]은 상기 배터리(100) 내의 압력(P)에 따른 상기 배터리(100)의 수명(L)의 함수(f)인 것을 특징으로 하는 방법.A battery 100 configured in a modular manner comprising a plurality of battery cells 101 and a detection unit 20 for detecting an operating state (I, U, C, T, R, SOH, SOC) of the battery 100 . In a method for operating
The actuator 40 is controlled to set the pressure P in the battery 100 according to the detected operating states I, U, C, T, R, SOH, SOC of the battery 100,
The control unit 30 controls the battery 100 according to the aging model L(P) of the battery 100 corresponding to the detected operating states I, U, C, T, R, SOH, SOC. ) controls the actuator 40 so that the optimum pressure P * in the battery 100 is set to enable the maximum life L max ,
The aging model [L(P)] is a function (f) of the life (L) of the battery (100) as a function of the pressure (P) in the battery (100). 삭제delete 삭제delete
KR1020190102627A 2018-08-21 2019-08-21 Modular designed battery and method for operating a modular battery KR102258949B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018120285.7A DE102018120285A1 (en) 2018-08-21 2018-08-21 Modular battery and method for operating a modular battery
DE102018120285.7 2018-08-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200021906A KR20200021906A (en) 2020-03-02
KR102258949B1 true KR102258949B1 (en) 2021-06-02

Family

ID=69412998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190102627A KR102258949B1 (en) 2018-08-21 2019-08-21 Modular designed battery and method for operating a modular battery

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102258949B1 (en)
CN (1) CN110854451B (en)
DE (1) DE102018120285A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023000103A1 (en) 2023-01-16 2024-07-18 Mercedes-Benz Group AG High-voltage battery and method for operating a high-voltage battery

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120189879A1 (en) 2009-08-28 2012-07-26 Robert Bosch Gmbh Method and device for application of a pressure to a battery

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07160972A (en) * 1993-12-13 1995-06-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Battery service life prediction device
DE102009058958A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-22 Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg Cool-/heat element for package battery for electric motor vehicle, has limitations body-contacting to two solitary cells of battery, respectively, and channel cooled with cooling medium for removing hot burnable gas form one of cells
DE102010013033A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 Daimler Ag Device for refrigeration of e.g. lithium ion battery in electrical car, has heat exchanger for refrigeration of cooling medium that is formed as non-electrically conductive liquid and fed into housing in circuit by conveyor
DE102010055609A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Daimler Ag Battery assembly for e.g. electric vehicle, has battery comprising electrochemical individual cells i.e. lithium ion cells, where hydrostatic fluid surrounds lithium ion cells so as to apply predetermined constant excess pressure on cells
US9306252B2 (en) * 2012-06-11 2016-04-05 Nucleus Scientific, Inc. Dynamic pressure control in a battery assembly
WO2014100937A1 (en) * 2012-12-24 2014-07-03 Schneider Electric It Corporation Method for monitoring battery gas pressure and adjusting charging parameters
KR101841800B1 (en) * 2014-05-30 2018-03-23 주식회사 엘지화학 Pressing tray
US10224525B2 (en) * 2016-12-19 2019-03-05 Ford Global Technologies, Llc Battery support assembly and method with a diverging flow path

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120189879A1 (en) 2009-08-28 2012-07-26 Robert Bosch Gmbh Method and device for application of a pressure to a battery

Also Published As

Publication number Publication date
CN110854451A (en) 2020-02-28
DE102018120285A1 (en) 2020-02-27
CN110854451B (en) 2023-04-07
KR20200021906A (en) 2020-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10838032B2 (en) Active cooling power calibrating method and system for energy storing unit
US8395358B2 (en) Method for managing the heat in an electric battery
US8338012B2 (en) Method for managing the heat in an electric battery
US7216697B2 (en) Method of operating a cooling and heating circuit of a motor vehicle
EP1833115B1 (en) Battery temperature controller and battery temperature control method
US20120295142A1 (en) Temperature Control Method and Battery System
CN101855764A (en) Fuel cell drive for a motor vehicle
KR101943536B1 (en) Apparatus for Regulating Temperature of Battery for Vehicle
JP2010200604A (en) Battery pack temperature optimization control system
CN104221248A (en) Method and system for balancing cells with variable bypass current
KR20170024611A (en) Hybrid construction machine
EP1916158A1 (en) Auxiliary power supply device for vehicle, power supply device for vehicle, having the auxiliary power supply device, and automobile
KR102480956B1 (en) Circuit device for a vehicle electrical system of an electrically driven motor vehicle and method for operating a circuit device of this type
KR102507226B1 (en) Cod control method and system for fuel cell
KR102258949B1 (en) Modular designed battery and method for operating a modular battery
KR20140091624A (en) Battery pack system including Battery Thermal Management System and control method thereof
EP3209517B1 (en) Method for driving and thermally regulating a range extending system for a motor vehicle
CN112993445A (en) Method for diagnosing a thermostat of a battery pack
KR102647199B1 (en) System and method of managing a battery for eco-friendly vehicle
KR20100035772A (en) Method for cooling battery of hybrid vehicle
KR20200113951A (en) System of cooling battery for vehicle and method for controlling the same
KR20200124031A (en) Control system and method for cooling battery
EP3354499A1 (en) Device for heating a traction battery and method for operating a traction battery
CN110315986B (en) Brake feedback control system and vehicle
DE102014010294A1 (en) Process for starting preparation of a fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant