KR20220113527A - 회로, 재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리를 보호하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

회로, 재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리를 보호하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20220113527A
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글렌 앨런 햄블린
데이비드 워렌 리블렛
시아 토마스 리블렛
제임스 앤서니 박
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시온 파워 코퍼레이션
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Abstract

적어도 하나의 전기화학 셀(cell)을 보호하기 위한 시스템으로서, 시스템은, 적어도 하나의 릴레이(relay)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 그리고 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단(disconnect)하도록 구성된 회로를 포함하며, 제1 전류 흐름 방향은 제 2 전류 흐름 방향과 상이한, 시스템. 전기화학 셀 보호 방법. 적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 그리고 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 회로의 적어도 하나의 부분을 차단하도록 구성된 회로를 포함하는 시스템. 회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.

Description

회로, 재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리를 보호하기 위한 시스템 및 방법
관련 출원
본 출원은, 35 U.S.C. §119(e) 하에, "회로, 재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리를 보호하기 위한 시스템 및 방법{Systems and Methods for Protecting a Circuit, Rechargeable Electrochemical Cell, or Battery}"이라는 명칭으로 2019년 12월 20일에 출원된 미국 가출원 제 62/951,225, 및 "회로 보호를 위한 시스템 및 방법{System and Method for Circuit Protection}"이라는 명칭으로 2019년 12월 20일에 출원된 미국 가출원 제 62/951,236에 대한 우선권을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
전기화학 셀의 보호를 포함하는 회로 보호, 및 그와 관련된 시스템 및 방법이 일반적으로 설명된다.
통상적으로, 배터리는 교통 수단과 같은 다양한 산업의 연소 엔진과 같은 기존의 동력원과 성공적으로 경쟁하지 못하였다. 이러한 실패의 한 가지 이유는 배터리 사용자가 배터리가 기존에 제공했던 수명과 신뢰성에 만족하지 못했다는 데 있다.
회로와 전기화학 셀의 보호 및 그와 관련된 시스템에 관한 실시예가 본 명세서에 개시된다. 본 발명의 대상은, 일부 경우에, 상호 관련된 제품, 특정 문제에 대한 대안적인 해결책, 및/또는 하나 이상의 시스템 및/또는 물품의 복수의 상이한 용도를 포함한다.
일부 실시예는 적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 적어도 하나의 릴레이(relay)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단(disconnect)하고 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하도록 구성된 회로를 포함할 수 있으며, 이 때, 제1 전류 흐름 방향은 제 2 전류 흐름 방향과 상이하다.
일부 실시예는 적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은, 적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 단계, 및 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 때, 제1 전류 흐름 방향은 제 2 전류 흐름 방향과 상이하다.
특정 실시예는, 적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 회로의 적어도 하나의 부분을 차단하고 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 회로의 적어도 하나의 부분을 차단하도록 구성된 회로를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 이 때, 제1 전류 흐름 방향은 제 2 전류 흐름 방향과 상이하다.
추가 실시예는 회로의 적어도 하나의 부분을 보호하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은, 적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 회로의 적어도 하나의 부분을 차단하는 단계, 및 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 회로의 적어도 하나의 부분을 차단하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 때, 제1 전류 흐름 방향은 제 2 전류 흐름 방향과 상이하다.
본 발명의 다른 이점 및 신규한 특징은, 첨부된 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다양한 비제한적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서와 참조로 포함된 문서가 상충 및/또는 불일치하는 개시를 포함하는 경우, 본 명세서가 우선한다.
개략적이며, 축척에 맞게 그려지도록 의도된 것이 아닌 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 비제한적인 실시예가 예로서 설명된다. 도면에서, 도시된 각각의 동일하거나 거의 동일한 구성요소는 일반적으로 단일 숫자로 표현된다. 명확성을 위하여, 모든 구성요소가 모든 도면에서 라벨링되는 것은 아니며, 당업자로 하여금 발명을 이해하도록 하는 데 도시가 필수적이지 않은 경우 발명의 각 실시예의 모든 구성요소가 도시되는 것은 아니다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 대표적인 전기화학 셀 보호 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 대표적인 회로 보호 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 대표적인 회로 보호 시스템을 도시하는 회로도이다.
도 3a는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 관리 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 3b는 일부 실시예에 따른 대표적인 배터리 팩을 도시하는 블록도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 대표적인 전기화학 셀 보호 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 추가의 대표적인 전기화학 셀 보호 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 대표적인 회로 보호 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 추가의 대표적인 회로 보호 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 특정 양태를 구현하는 데 사용될 수 있는 대표적인 컴퓨팅 시스템을 도시하는 블록도이다.
본 발명자들은 종래의 회로가 특히 배터리 셀(cells) 및 팩(packs)과 관련하여 자주 충분히 보호되지 못한다는 것을 인식하였다. 통상적으로 배터리 팩은 팩의 모듈 고장으로 인해 팩이 분할되는 문제를 겪을 수 있다. 이러한 유형의 고장은 모듈 전체에 역전압을 발생시켜 모듈 구성요소를 손상시킨다.
본 발명자들은, 이러한 문제가 회피될 수 있으나 종래의 솔루션은 그러한 솔루션이 존재하는 한도 내에서 너무 비싸고, 무겁고, 크기가 크다는 점을 인식하였다. 본 발명자들은 특히 배터리 셀에 대한 회로를 보호하기 위한 보다 비용, 질량 및 부피 효율적인 구조 및 기술이 가능함을 인식하였다. 예를 들어, 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 배터리 팩 또는 모듈이 고장 한계에 도달하거나 팩 또는 모듈 내의 임의의 배터리 셀이 과전압/부족전압, 과전류, 초과 온도/부족 온도 등과 같이 자신의 한계 밖에서 작동되는 경우, 배터리 팩 또는 모듈이 부하 또는 충전원으로부터 차단될 수 있음을 인식하였다.
본 발명자들은 또한, 배터리 셀에 대한 일부 종래의 보호 시스템이 일 방향으로만 연결될 수 있는 자기 블로우아웃(magnetic blowout)을 갖고 충전원에 대한 하나의 연결 및 부하에 대한 별도의 연결을 필요로 하므로 비용, 질량 및 부피가 커진다는 점을 인식하였다.
본 발명자들은 또한, 특정 실시예에 따라, 이러한 보다 비용, 질량 및 부피 효율적인 회로 보호를 제공하는 한 가지 방법이 비대칭 직류 회로 차단을 갖는 양방향 릴레이(relay)를 사용하는 것임을 인식하였다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 비대칭 회로 차단이 충전 및 방전과 같은 상이한 전류 방향에 대해 상이한 전류 제한을 제공한다는 것을 인식하였다. 본 발명자들은, 전기화학 셀이 충전 대 방전에 대해 상이한 용량을 가질 수 있고 따라서 충전 대 방전에 대해 상이한 보호 모드를 필요로 하거나 이를 정당화할 수 있음을 인식하였다. 예를 들어, 본 명세서의 일부 실시예는 셀(들)에 대해 안전하거나 가장 효율적인 특정 전류 범위를 벗어나서 셀(들)이 충전 또는 방전되는 것을 방지할 수 있으며, 이러한 전류 범위는 특정 셀 또는 배터리에 대한 충전 및 방전 간에 다를 수 있다.
본 발명자들은 배터리 모듈과 같은 모듈을 부하 및/또는 충전원으로부터 차단함으로써 모듈이 보호될 수 있다는 것을 인식하였으며, 이는 본 명세서의 일부 실시예에서 릴레이와 같은 회로에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 릴레이는 온/오프(on/off) 및 양방향 방식으로 전류 흐름을 제어할 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 충전 또는 방전 상태를 제어하는 데 사용될 수 있는 입력에 따라 릴레이가 턴 온/오프(turn on/off)될 수 있음을 인식하였다. 일부 실시예에서, 이러한 비대칭은 릴레이 기능을 활성화하기 위해 전류 측정 제어 회로를 연결함으로써 제공될 수 있다.
본 발명자들은, 재충전가능 전기화학 셀의 관리 및 작동을 위한 종래의 기술이 셀(및 셀이 포함될 수 있는 배터리)의 종래의 열악한 수명 및 성능을 초래했음을 인식하였다. 예를 들어, 특히 충전 속도 및 방전 속도가 서로 비슷하거나 충전 속도가 방전 속도보다 높은 경우, 셀은 짧은 사이클 수명의 문제를 겪었다(예를 들어, 충분한 사용 후 셀이 어느 시점에서 일반적으로 그러한 것처럼, 용량이 최초 용량의 80% 아래로 떨어지기 전 완전 충전 방전 사이클의 수가 적음). 예를 들어, 배터리의 셀을 사용하는 많은 사용자들은 배터리가 거의 동일한 충전 속도 및 방전 속도(예를 들어, 충전 4시간 및 방전 4시간)를 갖기를 원했으며 배터리 제조업체는 거의 동일한 충전 속도 및 방전 속도를 제공하는 배터리 및 배터리 관리 시스템을 제공하였다. 또한, 많은 사용자들은, 배터리를 사용하기 위해 충전을 기다려야 하는 불편함을 줄이는 등 다양한 이유로 배터리가 방전되는 속도보다 더 빠른 속도로 배터리가 충전되기를 원하였다(예를 들어, 충전 30분, 방전 4시간).
본 발명자들은 또한, 특정 실시예에 따라, 셀 (및 셀을 포함하는 배터리)의 사이클 수명 및 그에 따른 셀 (및 배터리)의 수명 및 성능이 충전 속도에 대한 더 높은 비율의 방전 속도를 채용함으로써 크게 개선될 수 있음을 인식하였다. 또한, 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 비율을 제공하도록 셀 및/또는 셀 또는 셀들을 제어하는 배터리 관리 시스템을 제공함으로써 이러한 비율이 채용될 수 있음을 인식하였다.
예를 들어, 일부 실시예는, 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 셀이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 셀을 제어하는 셀 관리 시스템에 관한 것이다.
다수의 셀을 갖는 실시예와 같은 일부 실시예는, 셀이 한번에 모두 충전될 수 있고(또는 동시에 방전되는 다수의 셀과 함께 충전될 수 있음) 개별적으로 또는 더 작은 세트로 방전될 수 있도록 셀을 멀티플렉싱(multiplex)하는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 이는 특정 부하 및 애플리케이션에 요구되거나 요망되는 출력 속도를 제공하면서, 사이클 수명을 개선하는 셀에 대한 충전 속도 대 방전 속도의 실제 비율의 결과로 이어질 수 있다. 또한, 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 균질한 전류 분포로 한 번에 모든 셀이 아닌 일부 셀을 방전하는 것이 또한 사이클 수명을 향상시킬 수 있음을 인식하였다.
예를 들어, 4개의 셀이 있는 배터리의 경우, 1개의 셀은 각각 3시간 동안 0.5암페어로 한 번에 방전될 수 있으며, 그런 다음 4개의 셀 모두 12시간 동안 0.5암페어로 충전될 수 있다. 이러한 구성은 4:1의 충전 속도에 대한 방전 속도의 실제 비율을 제공하는데, 셀이 각각 3시간 동안 개별적으로 방전되기 때문에(방전 시간 총 12시간) 사용자 관점에서 비율은 1:1이 된다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 배터리 관리 시스템이 실제로 배터리의 사이클 수명을 향상시키면서 배터리와 관련하여 사용자가 원하거나 필요로 하는 것을 여전히 제공할 수 있음을 인식하였다. 일부 실시예에서, 이러한 이중의 이점을 제공하는 기능은 사용자에게 노출되지 않을 수 있고 셀 블록 및/또는 배터리 자체에 통합될 수 있다.
도 1a는 대표적인 전기화학 셀 보호 시스템(100A)을 도시한다. 일부 실시예에서, 대표적인 시스템(100A)은, 제어기(예를 들어, 114) 및/또는 하나 이상의 센서(예를 들어, 116)를 포함하거나 이에 연결될 수 있는 회로(예를 들어, 118)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 전기화학 셀(예를 들어, 121A)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(121A)은 단독으로 존재할 수 있다. 다른 실시예에서, (예를 들어, 배터리(120)를 형성하기 위해) 추가의 셀(예를 들어, 도 1a의 선택적인 셀(121B, 121C)) 및/또는 추가의 셀 세트(예를 들어, 도 1a의 선택적인 셀 세트(122))가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(들)은 배터리 팩(예를 들어, 도 3b에 도시된 210)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 회로는 셀(들)과 부하(예를 들어, 117A) 및/또는 충전원(예를 들어, 117B) 사이에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 연결은 회로의 일부로서 또한 포함될 수 있는 적어도 하나의 릴레이(예를 들어, 104)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(들)은 동일한 전기 경로를 따라(예를 들어, 릴레이(104), 회로(118) 등을 통해) 충전 및 방전 둘 다 될 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 시스템(100A)은 제어기(예를 들어, 114)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(100A)은 하나 이상의 센서(예를 들어, 116)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(들)는 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류를 측정할 수 있는 적어도 하나의 전류 측정 제어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향의 임계 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 임계 전류를 측정하는 것에 응답하여, 회로는 셀(들)의 (예를 들어, 부하 및/또는 충전원으로부터의) 차단을 수행하도록 활성화될 수 있다. 이러한 활성화는 일부 실시예에서 제어기에 의해 수행될 수 있고/있거나 적어도 하나의 전류 측정 제어에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 측정 제어는 도 2와 관련하여 논의되는 바와 같이 전류 측정 회로 및 제어기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전류 측정 회로는 206, 201 및 202의 회로를 포함할 수 있고, 제어기는 회로(203)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 임계값은 전압 또는 온도와 같은 작동 한계 또는 고장을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 측정 제어는 아날로그일 수 있다. 대안적으로, 전류 측정 제어는 디지털일 수 있다. 예를 들어, 전류 측정 제어의 적어도 일부는, 예컨대 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여, 계측 증폭기(예를 들어, 206)로부터의 출력을 디지털화하고 다수의 디지털 신호 중 어느 것이 생성되는지에 기초하여 전류 흐름의 방향을 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 회로는 릴레이(들)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 셀(들)을 차단할 수 있고/있거나, 회로는 릴레이(들)를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 셀(들)을 차단할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류보다 적어도 0.1 암페어, 적어도 1 암페어, 적어도 5 암페어, 또는 적어도 10 암페어 더 높을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류보다 50 암페어만큼, 100 암페어만큼, 500 암페어만큼, 또는 1000 암페어만큼 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 임계 전류 크기는 25암페어, 50암페어, 100암페어, 300암페어, 500암페어, 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있으며(일부 실시예에서, 이들 중 임의의 것에 추가의 0.01암페어가 추가될 수 있음), 제2 임계 전류 크기는 1암페어, 6암페어, 12암페어, 25암페어, 75암페어, 125암페어, 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다(일부 실시예에서, 이들 중 임의의 것에 추가의 0.01암페어가 추가될 수 있음). 대안적으로, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 임계값은 예상되는 최대 전류 바로 위에 있을 수 있고 특정 셀 배열이 각각 안전하게 제공하거나 취할 수 있는 것보다 더 높지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향은 제2 전류 흐름 방향과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전류 흐름 방향은 (하나는 유입 방향이고 다른 하나는 유출 방향인 것과 같이) 서로 반대일 수 있다. 일부 실시예에서, 셀(들)은 회로의 하나 이상의 부분 또는 시스템 내의 위치에서 차단될 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이것이 예컨대 배터리 팩 회로 내의, 임의의 지점에서 회로 차단을 허용할 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, 이러한 임계 전류는 셀(들)을 방전 또는 충전하는 전류일 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 흐름 방향은 셀(들)의 방전에 대응할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제2 전류 흐름 방향은 셀(들)의 충전에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류이거나 이를 포함할 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 직류에 대해 본 명세서의 특징을 제공하는 것이 배터리 셀의 사용에 특히 적절할 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, 릴레이(들)는 집적 회로 패키지 내의 하나 이상의 반도체 다이 상에 배치/형성된 하나 이상의 트랜지스터(들)와 같은 적어도 일부의 솔리드 스테이트(solid state) 컴포넌트를 포함할 수 있다. 본 발명자들은 솔리드 스테이트 릴레이가 비-솔리드 스테이트(non-solid state) 릴레이와 비교하여 아크(arc), 연소 또는 열화에 대한 물리적 접점이 없다는 것을 인식하였다. 더욱이, 솔리드 스테이트 릴레이는 비-솔리드 스테이트 릴레이보다 스위치 온/오프(switch on/off)하는 데 더 적은 전력이 필요하다. 또한, 더 높은 전류 시나리오에 대해 점점 더 큰 릴레이(들)를 필요로 하는 비-솔리드 스테이트와 달리, 솔리드 스테이트 릴레이는 솔리드 스테이트 릴레이를 통한 전류가 증가함에 따라 스위치 온하는 데 더 많은 전력을 필요로 하지 않는다. 대안적으로, 릴레이(들)는 적어도 하나의 전기기계적 스위치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기 및/또는 제2 임계 전류 크기는 예를 들어 시스템의 작동 조건에 응답하여 자동 및/또는 수동으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 임계 전류가 어느 방향에 대해서든 더 낮거나 더 높을 것을 요구하는 변경 사항이 있는 경우 그에 따라 임계값이 변경될 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 셀(들)이 사용되고 방전 속도에 대한 충전 속도의 원하는 비율이 변경됨에 따라, 임계 전류는 임의의 그러한 원하는 비율을 충족하도록 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향(예를 들어, 방전 방향)의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향(예를 들어, 충전 방향)의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높을 수 있다.
일부 실시예에서, 설명된 차단을 수행하는 데 사용되는 회로는 단일 집적 회로 패키지 내에 포함될 수 있거나 단일 구성요소로서 포함될 수 있으며, 이들 중 어느 하나는 회로(118), 제어기(114) 및/또는 센서(116)를 (예를 들어, 집적 회로 패키지 또는 단일 구성요소(110)로서) 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 집적 회로 패키지는 하나 이상의 반도체 다이 상에 배치/형성되는 도 2에 도시된 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예는 집적 회로 패키지 내에 저항기(205), 저항기(들)(201), 및 트랜지스터(204)를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 저항기(205) 및 트랜지스터(204)는 집적 회로 패키지와 별개인 충전/방전 회로의 일부로서 포함될 수 있다. 다른 예에서, 저항기(201)는 집적 회로 패키지에 결합될 수 있고 예컨대 시스템의 임계 전류 크기를 설정하기 위해 사용자에 의한 재구성(예를 들어, 사용자는 자신의 저항기(201)를 제공할 수 있음)을 위해 액세스 가능할 수 있다. 예시적인 단일 구성요소는, 인쇄 회로 기판과 같은 단일 기판에 실장(예를 들어, 표면 실장)되거나 달리 부착된 집적 회로 패키지를 (예를 들어, 단독으로 또는 다른 회로와 조합하여) 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들)은 셀(들)을 차단하는 시간 간격 내에서 재연결될 수 있다. 예를 들어, 회로는 셀(들) 차단 후 1초 미만의 시간 간격(즉, 릴레이(들)의 "고속 리셋") 내에 릴레이(들)를 폐쇄함으로써 차단된 셀(들)의 재연결을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 재연결은 차단 후 5 마이크로초 이하의 시간 간격 내에서 수행될 수 있다. 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 빠른 재연결이 솔리드 스테이트 릴레이를 사용하여 가능할 수 있음을 인식하였다.
단일 제어기(114) 및 단일 센서(116) 그리고 다른 구성요소만이 도 1a에 도시되어 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 임의의 수많은 상이한 구현 모드가 이용될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 셀(들)은 적어도 하나의 리튬-금속 전극 활성 물질을 포함할 수 있다. 추가로, 각각의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121))는 하나 이상의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 셀 세트는 단일 셀을 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 셀 세트는 복수의 셀을 포함할 수 있고 셀 "블록"을 형성할 수 있으며, 또는 복수의 셀 세트가 함께 셀 블록을 형성할 수 있다. 또한, (배터리, 배터리 팩 내의 모든 배터리 또는 셀 세트 중 어느 하나 내의) 각각의 셀 또는 셀 세트는 동일한 전기화학을 이용할 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 셀은 동일한 애노드 활성 물질 및 동일한 캐소드 활성 물질을 사용할 수 있다.
다수의 셀을 갖는 실시예와 같은 일부 실시예에서, 멀티플렉싱(multiplexing) 스위치 장치(도 1a에 도시되지 않음)가 하기 도 3a와 관련하여 기재된 바와 같이 포함될 수 있고, 이는 하기 도 3a 및 3b와 관련하여 추가로 설명되는 바와 같은 스위치의 어레이(array)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 멀티플렉싱 스위치 장치는 각각의 셀 세트 및/또는 각각의 셀에 개별적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(예를 들어, 114)는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 셀 또는 셀 세트를 선택적으로 방전할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(예를 들어, 114)는 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array) 및/또는 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit)과 같은 프로그램 가능 논리 어레이를 포함할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 일부 실시예에서, 제어기는 복잡성에 관계없이 애플리케이션에 적합한 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제어기는 피드백 제어 루프와 같은 아날로그 제어 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는, 셀(들)의 충전 사이클의 적어도 일부 동안, 셀(들)이 이전 방전 사이클의 적어도 일부의 방전 속도 또는 전류보다 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 충전되도록 셀(들)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는, 셀(들)의 방전 용량의 일정 비율(예를 들어, 방전 용량의 1%에서 100% 사이)에 대해 평균적으로 사용된 방전 속도 또는 전류보다 평균적으로 적어도 2배 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 셀의 재충전 용량의 일부 비율(예를 들어, 재충전 용량의 1% 내지 100%)에 대해 셀(들)이 충전되도록 할 수 있다(즉, 충전 속도 또는 전류는 방전 속도 또는 전류의 절반 속도임). 대안적 또는 추가적으로, 제어기는 방전 속도보다 적어도 4배 더 낮은 충전 속도 또는 전류로 셀(들)이 충전되게 할 수 있다(예를 들어, 이러한 제어의 결과로서, 마지막 방전/충전 사이클 동안, 셀(들)의 방전 용량의 일정 비율에 대해 셀(들)이 방전된 속도의 1/4의 속도로 셀(들)의 재충전 용량의 일정 비율에 대해 셀(들)이 충전됨). 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 방전 속도에 대한 충전 속도의 비율이 셀의 성능 및 사이클 수명을 개선할 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, 셀을 제어하는 것은 충전 및 방전을 시작 및 중지하고, 방전을 유도하고, 충전 또는 방전의 속도 또는 전류를 증가 또는 감소시키는 등의 시기와 방법을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀의 충전 또는 방전을 제어하는 것은 각각 충전 또는 방전을 시작하는 것, 충전 또는 방전을 중지하는 것, 충전 또는 방전의 속도 또는 전류를 증가 또는 감소시키는 것 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "완전 충전 사이클"이라는 용어는 일반적으로 셀의 재충전 용량의 약 100%가 충전되는 기간을 지칭하는 데 사용되며, "완전 방전 사이클"이라는 용어는 일반적으로 셀의 방전 용량(셀의 재충전 용량과 다를 수 있음)의 약 100%가 방전되는 기간을 지칭하는 데 사용된다. 한편, 본 명세서에서 "충전 단계"라는 용어는 일반적으로 방전 없이 충전이 수행되는 연속적인 기간을 지칭하는 데 사용되며, "방전 단계"라는 용어는 일반적으로 충전 없이 방전이 수행되는 연속적인 기간을 지칭하는 데 사용된다.
"충전 사이클"이라는 용어는 일반적으로 셀이 충전되는 기간을 지칭하는 데 사용되며 완전 충전 사이클일 필요는 없다. "방전 사이클"이라는 용어는 일반적으로 셀이 방전되는 기간을 지칭하는 데 사용되며 완전 방전 사이클일 필요는 없다. "이전 방전 사이클"이라는 용어는 일반적으로 셀이 방전되었거나 방전되고 있는 기간을 지칭하는 데 사용된다. 예를 들어, 이 "이전" 방전 사이클은 완료되었거나 아직 진행 중일 수 있다. 이는 셀 방전 용량의 약 100%로 합산되는 가장 최근에 완료된 방전 단계를 지칭할 필요는 없다. 완전 방전 사이클이 수행되지 않은 경우, 이전 방전 사이클은 임의의 이전에 완료된 방전 단계를 지칭할 수 있다.
"용량"이라는 용어는 일반적으로 셀 또는 셀들이 특정 전압 또는 정격 전압에서 전달할 수 있는 전하량을 지칭하는 데 사용되며 종종 암페어시(예를 들어, 밀리암페어시 또는 mAh)로 측정된다. 일부 실시예에서, 용량은 셀 또는 셀들이 특정 시점에서 보유할 수 있는 mAh일 수 있거나(다수의 충전 또는 방전 사이클 동안 변경될 수 있음), 특정 시점에서 셀 또는 셀들에 남아 있는 mAh일 수 있거나, 또는 셀 또는 셀들이 완전히 재충전해야 하는 mAh일 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 셀이 특정 기간 동안(예를 들어, 충전 단계의 일부 동안, 전체 충전 단계 동안, 또는 일련의 충전 단계 동안) 다수의 상이한 속도로 충전될 때, 해당 특정 기간 동안 평균 충전 속도는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00001
여기서, CR Avg 는 특정 기간 동안의 평균 충전 속도, n은 셀이 충전되는 상이한 속도의 수, CR i 는 충전 속도, CCap i 는 특정 기간 동안 충전 속도 CR i 로 충전된 셀의 재충전 용량의 일부, CCap Total 은 전체 기간 동안 충전된 셀의 총 재충전 용량이다. 예를 들어, 충전 단계 동안 셀이 20mAh/분의 속도로 셀의 재충전 용량의 0%에서 50%까지 충전된 다음 10mAh/분의 속도로 셀의 재충전 용량의 50%에서 80%까지 충전되는 경우, 충전 단계 동안 평균 충전 속도는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00002
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 셀이 특정 기간 동안(예를 들어, 특정 방전 단계 또는 일련의 방전 단계 동안) 다수의 상이한 속도로 방전될 때, 특정 기간 동안의 평균 방전 속도는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00003
여기서, DR Avg 는 특정 기간 동안의 평균 방전 속도, n은 셀이 방전되는 상이한 속도의 수, DR i 는 방전 속도, DCap i 는 특정 기간 동안 방전 속도 DR i 로 방전된 셀의 방전 용량의 일부, DCap Total 은 전체 기간 동안 방전된 셀의 총 방전 용량이다. 예를 들어, 방전 단계 동안 셀이 25mAh/분의 속도로 셀의 방전 용량의 90%에서 50%까지 방전된 다음 15mAh/분의 속도로 셀의 방전 용량의 50%에서 20%까지 방전되는 경우, 방전 단계 동안 평균 방전 속도는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00004
도 1b는 대표적인 회로 보호 시스템(100B)을 도시한다. 일부 실시예에서, 대표적인 시스템(100B)은, 제어기(예를 들어, 114) 및/또는 하나 이상의 센서(예를 들어, 116)를 포함하거나 이에 연결될 수 있는 회로(예를 들어, 118)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 회로는 회로(예를 들어, 119)의 일부와 부하(예를 들어, 117A) 및/또는 충전원(예를 들어, 117B) 사이에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 연결은 회로의 일부로서 또한 포함될 수 있는 적어도 하나의 릴레이(예를 들어, 104)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 시스템(100B)은 제어기(예를 들어, 114)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(100B)은 하나 이상의 센서(예를 들어, 116)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(들)는 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류를 측정할 수 있는 적어도 하나의 전류 측정 제어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향의 임계 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 임계 전류를 측정하는 것에 응답하여, 회로는 회로 부분(들)의 (예를 들어, 부하 및/또는 충전원으로부터의) 차단을 수행하도록 활성화될 수 있다. 이러한 활성화는 일부 실시예에서 제어기에 의해 수행될 수 있고/있거나 적어도 하나의 전류 측정 제어에 의해 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 회로는 릴레이(들)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 회로 부분(들)을 차단할 수 있고/있거나, 회로는 릴레이(들)를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 회로 부분(들)을 차단할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1a를 참조하여 설명된 바와 같이, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 상이할 수 있다. 대안적으로, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 임계값은 예상되는 최대 전류 바로 위에 있을 수 있고 특정 셀 배열이 각각 안전하게 제공하거나 취할 수 있는 것보다 더 높지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 일부 실시예에서 설명된 바와 같이) 제1 전류 흐름 방향은 제2 전류 흐름 방향과 상이할 수 있다.
일부 실시예에서, 회로 부분(들)은 시스템 내의 하나 이상의 위치에서 차단될 수 있다.
회로 부분(들)이 셀(들)을 포함하는 것과 같은 일부 실시예에서, 이러한 임계 전류는 셀(들)을 방전 또는 충전하는 전류일 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 흐름 방향은 셀(들)의 방전에 대응할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제2 전류 흐름 방향은 셀(들)의 충전에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류이거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 릴레이(들)는 솔리드 스테이트 구성요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기 및/또는 제2 임계 전류 크기는 자동 및/또는 수동으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 임계 전류가 어느 방향에 대해서든 더 낮거나 더 높을 것을 요구하는 변경 사항이 있는 경우, 그에 따라 임계값이 변경될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향(예를 들어, 방전 방향)의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향(예를 들어, 충전 방향)의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높을 수 있다.
일부 실시예에서, 설명된 차단을 수행하는 데 사용되는 회로는 단일 집적 회로 패키지 내에 포함될 수 있거나 단일 구성요소로서 포함될 수 있으며, 이는 회로(118), 제어기(114) 및 센서(116)의 임의의 조합을 (예를 들어, 집적 회로 패키지 또는 단일 구성요소(110)로서) 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)은 셀(들)을 차단하는 시간 간격 내에 재연결될 수 있다.
도 1a에서처럼 도 1b에는 단일 제어기(114) 및 단일 센서(116) 그리고 다른 구성요소만이 도시되어 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 임의의 수많은 상이한 구현 모드가 이용될 수 있다.
도 2는 대표적인 회로 보호 시스템(200)을 도시한다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은 적어도 하나의 부하 및/또는 충전원(예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명되는 바와 같이, 117) 및 적어도 하나의 배터리 또는 셀(들)(예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명되는 바와 같이, 120)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 이들 사이에 회로를 포함할 수 있고, 회로는 본 명세서에서 설명되는 특징을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은, 예컨대 트랜지스터(204)의 쌍을 포함하는, 적어도 하나의 릴레이를 포함할 수 있다. 대안적으로, 릴레이(들)는 적어도 하나의 전기기계적 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 릴레이(들)는 셀(들)과 부하/충전원의 연결을 차단하고 재연결할 수 있다. 일부 실시예에서, 릴레이(들)는 매우 낮은 임피던스 트랜지스터 또는 매우 높은 전류를 처리할 수 있는 스위치일 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은 저항기(205)와 같은 적어도 하나의 감지 저항기(또는 션트(shunt) 저항기)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 저항기는 셀(들)과 부하/충전원 사이의 회로에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 저항기는 릴레이(들)와 직렬일 수 있다. 대안적으로, 제1 전류(예를 들어, 충전/방전 전류)는 릴레이(들)를 통과할 수 있고, 제1 전류를 나타내는(예를 들어, 제1 전류에 비례하는) 제2 전류는 감지 저항기를 통과할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은 계측 증폭기(206)와 같은 적어도 하나의 증폭기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 감지 저항기(예를 들어, 205)는 셀(들)과 부하/소스(source) 사이에 흐르는 전류를 나타내는 전압을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 증폭기는 감지 저항기 양단의 전압에 기초하여 전류 흐름의 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 계측 증폭기를 포함하는 실시예에서, 계측 증폭기에 제공된 기준 전압은 방향성 전압 임계값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 기준 전압보다 높은 계측 증폭기로부터 출력된 전압은 제1 방향으로 감지 저항기를 통과하는 전류를 나타낼 수 있고, 기준 전압보다 높은 전압은 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 감지 저항기를 통과하는 전류를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 기준 전압은 0볼트로 설정될 수 있다. 다른 실시예에서, 기준 전압은 0볼트와 회로의 최고 전압 사이, 또는 0볼트와 회로의 최저 전압 사이의 어느 지점에나 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 저항기는 10 옴 내지 100 옴의 저항(예를 들어, 도 2에 도시된 Rs)을 가질 수 있으며, 본 발명자들은 이것이 전압 강하 및/또는 열 축적을 제한할 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은 듀얼 비교기(dual-comparator) 구성(예를 들어, 202)과 같은 비교기 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 증폭기 출력(들)은 비교기 회로의 하나 이상의 입력에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은 비교기 회로의 다른 입력에 연결될 수 있는 저항 분배기(예를 들어, 3-저항기 체인(201))를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 저항성 분할기는 각 방향에서 임계 또는 트립 전류(trip current)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 저항기의 저항 값은 증폭기의 출력과 비교하기 위해 비교기 회로에 입력되는 전압을 제어할 수 있다. 비교기(들)는 증폭기의 출력이 저항 분배기에 의해 제공된 전압을 초과하는지 여부를 나타내는 신호를 출력할 수 있으며, 이는 감지 저항기에 의해 감지된 전류가 특정 방향에서 임계값을 초과했는지 여부를 나타낼 수 있다. 따라서, 전류 크기를 설정할 수 있는 한 가지 방법은 저항 분배기의 저항 값을 구성하는 것이다. 다양한 실시예에 따라, 저항 분배기에 임의의 수의 저항기가 포함될 수 있음을 유의해야 한다.
일부 실시예에서, 저항 분배기의 저항기의 저항(예를 들어, 도 2에 도시된 R1, R2 및 R3)은 10 킬로옴 내지 100 킬로옴일 수 있으며, 본 발명자들은 이것이 전력 소비를 제한할 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은, 예컨대 D 플립플롭(D flip-flop)(예를 들어, 203) 및/또는 D 래치(D latch)를 포함하는, 제어 회로를 포함할 수 있으며, D 플립플롭과 D 래치 중 어느 하나 또는 둘 모두는 FPGA 또는 ASIC에 배치될 수 있다. 대안적으로, 마이크로 제어기 또는 프로세서는 플립플롭 또는 래치의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 입력 D(데이터), S(세트), 및 C(클리어)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 제어 회로는 출력 Q(결과)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 클록 핀(clock pin)에 연결된 리셋 입력을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 결정된 전류 흐름 방향 및 크기에 기초하여 릴레이(들)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 동작 전류가 특정 방향에 대한 임계값 크기를 충족하면, 비교기 회로는 임계값이 충족됨을 나타내는 신호를 제어 회로에 출력하여 제어 회로로 하여금 릴레이(들)가 개방되도록 릴레이(들)을 제어하게 할 수 있고, 그 결과 회로가 차단된다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 전류 크기 임계값에 도달했는지 여부를 검출하기 위해 감지 저항기를 자주 모니터링하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 제어 회로의 C 입력은, 전류 크기 임계값에 도달했음을 나타내는 신호를 제공하는 비교기 회로에 응답하여 Q 출력을 업데이트하도록 구성될 수 있다. 이러한 시나리오에서 Q 출력은, 릴레이를 개방하거나 폐쇄하여 배터리를 부하/충전기로부터 차단 또는 이에 연결하는 전압을 릴레이에 제공할 수 있다. 클록 핀에 연결된 리셋 입력은 제어 회로로 하여금 (예를 들어, 클록 신호에 따라) D, S 및/또는 C 입력을 자주 모니터링하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 C 입력을 확인하여 모든 클록 신호 펄스로 감지 저항기에서의 전류 상태를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 클록 신호는 수백 메가헤르츠(MHz) 또는 몇 기가헤르츠(GHz)와 같은 고주파수에서 동작하여 과전압/부족 전압 또는 과전류 조건에 대한 빠른 응답을 용이하게 할 수 있고/있거나, 일단 그러한 상태가 더 이상 존재하지 않으면 정상 작동으로 빠르게 복귀하는 것을 용이하게 할 수 있다. 프로세서를 포함하는 실시예에서, 비교기 회로로부터의 출력은 프로세서에 입력될 수 있고, 프로세서는, 명령 세트 및 시스템 클록에 기초하여, 배터리를 부하/충전기로부터 차단하거나 이에 연결하기 위해 릴레이를 개방할지 또는 폐쇄할지 여부를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은 저항 R4, R5 및 R6을 갖는 도 2에 도시된 바와 같은 저항기를 포함할 수 있다. 이러한 저항은 10옴 내지 100킬로옴과 같이 특정 애플리케이션에 적합한 값을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(200)은 확장 가능할 수 있다. 예를 들어, 시스템(200)을 임의의 적절한 크기로 만들고 셀 또는 부하 또는 충전원과 같은 임의의 적절한 수의 외부 구성요소에 적합하도록 임의의 종류의 더 많은 구성요소가 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(200)은, 예컨대 구성요소의 일부만을 변경하거나 구성요소 값(예를 들어, 기준 전압, 저항 값 등)을 변경함으로써, 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 시스템(200)은 도 2에 도시된 회로도에 제한되지 않는데, 다른 구성요소 및 도시된 구성요소의 다른 구성이 사용될 수 있기 때문이다.
도 3a는 대표적인 배터리 관리 시스템(300A)을 도시한다. 다수의 셀을 갖는 실시예와 같은 일부 실시예에서, 대표적인 시스템(300A)은 멀티플렉싱 스위치 장치(예를 들어, 112), 제어기(예를 들어, 114), 하나 이상의 센서(예를 들어, 116) 및 하나 이상의 배터리(예를 들어, 120, 130, 140, 150 등)를 포함할 수 있다. 도 3a에 단일의 멀티플렉싱 스위치 장치(112), 제어기(114), 센서(116) 및 4개의 배터리(120 내지 150)만 도시되어 있지만, 임의의 적절한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 다수의 상이한 구현 모드 중 임의의 것이 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 멀티플렉싱 스위치 장치를 지칭하는 데 단수형의 라벨이 사용되지만, 본 명세서에 설명된 멀티플렉싱 및 스위칭에 사용되는 구성요소는 임의의 적절한 수의 장치(예를 들어, 스위치)에 분산될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일부 실시예에 따르면, 배터리 또는 배터리들은 적어도 하나의 리튬-금속 배터리를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 또는 배터리들(예를 들어, 120 내지 150)은 셀의 세트로도 지칭되는 하나 이상의 셀 세트(예를 들어, 121 내지 124, 131 및 132, 141 및 142, 151 및 152 등)를 각각 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 121 및122 등과 같은 2개 이상의 셀 세트가 각각의 배터리에 포함된다. 추가로, 각각의 셀 세트(예를 들어, 셀 세트(121))는 하나 이상의 셀(예를 들어, 121A 내지 121C)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 셀 세트는 단일 셀을 가질 수 있다. 대안적으로, 각각의 셀 세트는 복수의 셀을 포함할 수 있고 셀 "블록"을 형성할 수 있으며, 또는 복수의 셀 세트가 함께 셀 블록을 형성할 수 있다. 또한, (배터리, 배터리 팩 내의 모든 배터리 또는 셀 세트 중 어느 하나 내의) 각각의 셀 또는 셀 세트는 동일한 전기화학을 이용할 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 각각의 셀은 동일한 애노드 활성 물질 및 동일한 캐소드 활성 물질을 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 상이한 프로그램 가능 속도로 셀 또는 셀 세트를 선택적으로 방전 및 충전할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 셀 세트를 충전하는 제2 속도보다 적어도 2배 높은 제1 속도로 셀 또는 셀 세트를 선택적으로 방전(즉, 충전보다 2배 빠른 방전)할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제1 방전 속도는 셀 세트를 충전하는 제2 속도보다 적어도 4배 높을 수 있다(즉, 충전보다 4배 빠른 방전). 본 발명자들은, 특정 실시예에 따라, 이러한 충전 속도에 대한 방전 속도의 비율이 셀의 성능 및 사이클 수명을 개선할 수 있음을 인식하였다.
일부 실시예에서, 부하는 차량의 적어도 하나의 구성요소일 수 있다. 차량은 육상, 해상 및/또는 항공 여행에 적응된 임의의 적합한 차량일 수 있다. 예를 들어, 차량은 자동차, 트럭, 오토바이, 보트, 헬리콥터, 비행기 및/또는 임의의 다른 적합한 유형의 차량일 수 있다.
대안적 또는 추가적으로, 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치(예를 들어, 112)를 사용하여 부하에 의해 사용되거나 요구되는 토폴로지(topology)의 부하에 셀 세트를 연결할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치(예를 들어, 112)를 사용하여 다른 세트의 셀이 방전되지 않는 동안 방전을 위해 단일 세트의 셀을 격리할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 단일 셀이 한번에 격리될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 다른 셀 또는 셀 세트가 방전되지 않는 동안 방전을 위해 단일 세트의 셀 또는 단일 셀을 격리할 수 있다. 특정 사이클에 대해, 일부 실시예(예를 들어, 순차 방전이 사용되는 실시예이나 이러한 실시예로 제한되지는 않음)에 따라 임의의 셀이 두 번 방전되기 전에 각 셀이 한 번 방전될 수 있다.
충전과 관련하여, 일부 실시예에서 제어기는 멀티플렉싱 스위치 장치를 사용하여 셀 세트 및/또는 세트 내의 셀을 병렬로 충전할 수 있다. 예를 들어, 셀 블록, 배터리 또는 배터리들의 모든 셀은 방전 속도의 1/4의 속도로 병렬로 충전될 수 있다.
도 3b는 대표적인 배터리 팩(210)을 도시한다. 일부 실시예에서, 대표적인 배터리 팩(210)은 스위칭 제어 시스템(예를 들어, 218) 및 하나 이상의 배터리(예를 들어, 120, 130, 140, 150 등)를 포함할 수 있다. 도 3b에는 단일의 스위칭 제어 시스템(218)과 4개의 배터리(120 내지 150)만이 도시되어 있지만, 임의의 적합한 수의 이들 구성요소가 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 다수의 상이한 구현 모드 중 임의의 것이 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 스위칭 제어 시스템을 지칭하는 데 단수형의 라벨이 사용되지만, 본 명세서에 설명된 제어 및 스위칭에 사용되는 구성요소는 임의의 적절한 수의 장치(예를 들어, 스위치, 제어기(들) 등)에 분산될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일부 실시예에서, 스위칭 제어 시스템(예를 들어, 218)은, 아래에서 도 3a 내지 도 3b 관련하여 추가로 설명되는 바와 같은 스위치 어레이를 포함할 수 있고, 제어기를 포함할 수 있다. 추가로, 앞서 도 3a와 관련하여 논의된 바와 같이, 스위칭 제어 시스템은 배터리의 각각의 셀 세트 및/또는 각각의 셀에 개별적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 스위칭 제어 시스템은 배터리 팩에 통합될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 스위칭 제어 시스템은 도 1a, 도1b 및 도 3a와 관련하여 앞서 설명된 제어기의 기능과 같은 임의의 수의 다른 기능을 수행할 수 있다.
대표적인 시스템(300A) 또는 대표적인 배터리 팩(210)의 임의의 구성요소는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소의 임의의 적절한 조합을 사용하여 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이와 같이, 다양한 구성요소는, 설명된 기능을 수행하기 위해 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소의 임의의 적절한 조합을 사용할 수 있는 제어기로 간주될 수 있다.
본 명세서에 설명된 전기화학 셀의 애노드는 다양한 애노드 활성 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "애노드 활성 물질"이라는 용어는 애노드와 연관된 임의의 전기화학적 활성종(active species)을 지칭한다. 예를 들어, 애노드는 리튬-함유 물질을 포함할 수 있으며, 이 때, 리튬은 애노드 활성 물질이다. 본 명세서에 설명된 전기화학 셀의 애노드에서 애노드 활성 물질로서 사용하기에 적합한 전기활성 물질은 전도성 기판 상에 증착된 리튬 및 리튬 포일과 같은 리튬 금속 및 리튬 합금(예를 들어, 리튬-알루미늄 합금 및 리튬-주석 합금)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 음극재(예를 들어, 리튬과 같은 알칼리성 금속 애노드)를 기판 상에 증착하는 방법은 열 증착, 스퍼터링(sputtering), 제트 기상 증착(jet vapor deposition) 및 레이저 어블레이션(laser ablation)과 같은 방법을 포함할 수 있다. 대안적으로, 애노드가 리튬 포일, 또는 리튬 포일과 기판을 포함하는 경우, 이들은 애노드를 형성하기 위해 당업계에 공지된 적층 공정에 의해 함께 적층될 수 있다.
일 실시예에서, 애노드 활성층의 전기활성 리튬-함유 물질은 50중량% 초과의 리튬을 포함한다. 다른 실시예에서, 애노드 활성층의 전기활성 리튬-함유 물질은 75중량% 초과의 리튬을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 애노드 활성층의 전기활성 리튬-함유 물질은 90중량% 초과의 리튬을 포함한다. 애노드에서의 사용에 적합한 추가적인 물질 및 배열은, 예를 들어, "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force in Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일에 출원된, Scordilis-Kelly 등을 발명자로 하는 미국 특허 공개 제2010/0035128호에서 설명되며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 설명된 전기화학 셀의 캐소드는 다양한 캐소드 활성 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "캐소드 활성 물질"이라는 용어는 캐소드와 연관된 임의의 전기화학적 활성종을 지칭한다. 일부 실시예의 전기화학 셀의 캐소드에서 캐소드 활성 물질로서 사용하기에 적합한 전기활성 물질은 하나 이상의 금속 산화물, 하나 이상의 층간삽입(intercalation) 물질, 전기활성 전이 금속 칼코겐화물(chalcogenide), 전기활성 전도성 중합체, 황, 탄소 및/또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시예에서, 캐소드 활성 물질은 하나 이상의 금속 산화물을 포함한다. 일부 실시예에서, 층간삽입 캐소드(예를 들어, 리튬-층간삽입 캐소드)가 사용될 수 있다. 전기활성 물질의 이온(예를 들어, 알칼리 금속 이온)을 층간 삽입할 수 있는 적합한 물질의 비제한적인 예시는 금속 산화물, 황화티타늄 및 황화철을 포함한다. 일부 실시예에서, 캐소드는 리튬 전이 금속 산화물 또는 리튬 전이 금속 인산염을 포함하는 층간삽입 캐소드이다. 추가적인 예시는 LixCoO2(예를 들어, Li1.1CoO2), LixNiO2, LixMnO2, LixMn2O4(예를 들어, Li1.05Mn2O4), LixCoPO4, LixMnPO4, LiCoxNi(1-x)O2, 및 LiCoxNiyMn(1-x-y)O2(예를 들어, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiNi3/5Mn1/5Co1/5O2, LiNi4/5Mn1/10Co1/10O2, LiNi1/2Mn3/10Co1/5O2)를 포함한다. x는 0 이상 및 2 이하일 수 있다. x는 일반적으로, 전기화학 셀이 완전히 방전된 경우 1 이상 및 2 이하이고, 전기화학 셀이 완전히 충전된 경우 1 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 완전히 충전된 전기화학 셀은 1 이상 및 1.05 이하, 1 이상 및 1.1 이하, 또는 1 이상 및 1.2 이하인 x의 값을 가질 수 있다. 추가적인 예시는 LixNiPO4(여기서, 0 < x ≤ 1), LiMnxNiyO4(여기서, x + y = 2)(예를 들어, LiMn1.5Ni0.5O4), LiNixCoyAlzO2(여기서, x + y + z = 1), LiFePO4 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 캐소드 내 전기활성 물질은, 특정 실시예에서 붕산염 및/또는 규산염으로 치환될 수 있는 리튬 전이 금속 인산염(예를 들어, LiFePO4)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 캐소드 활성 물질은 하나 이상의 칼코겐화물을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "칼코겐화물(chalcogenide)"이라는 용어는 산소, 황 및 셀레늄 원소 중 하나 이상을 함유하는 화합물에 관한 것이다. 적합한 전이 금속 칼코겐화물의 예시는 Mn, V, Cr, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os 및 Ir으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속의 전기활성 산화물, 황화물 및 셀렌화물을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 일 실시예에서, 전이 금속 칼코겐화물은, 니켈, 망간, 코발트 및 바나듐의 전기활성 산화물과 철의 전기활성 황화물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일 실시예에서, 캐소드는 이산화망간, 요오드, 크롬산은, 산화은 및 오산화바나듐(vanadium pentoxide), 산화구리, 옥시인산구리(copper oxyphosphate), 황화납, 황화구리, 황화철, 비스무트산납(lead bismuthate), 삼산화비스무트(bismuth trioxide), 이산화코발트, 염화구리, 이산화망간 및 탄소 중 하나 이상을 포함한다. 다른 실시예에서, 캐소드 활성층은 전기활성 전도성 중합체를 포함한다. 전기활성 전도성 중합체의 적합한 예시는 폴리피롤(polypyrroles), 폴리아닐린(polyanilines), 폴리페닐렌(polyphenylenes), 폴리티오펜(polythiophenes) 및 폴리아세틸렌(polyacetylenes)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전기활성 및 전자적으로 전도성인 중합체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 전도성 중합체의 예시는 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리아세틸렌을 포함한다.
일부 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 전기화학 셀에서 캐소드 활성 물질로서 사용하기 위한 전기활성 물질은 전기활성 황-함유 물질을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "전기활성 황-함유 물질"은 임의의 형태의 원소 황을 포함하는 캐소드 활성 물질과 관련되며, 이 때, 전기화학적 활성은 황 원자 또는 모이어티(moieties)의 산화 또는 환원을 포함한다. 일부 실시예의 실시에 유용한 전기활성 황-함유 물질의 본질은 당업계에 알려진 바와 같이 광범위하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 원소 황을 포함한다. 다른 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 원소 황과 황-함유 중합체의 혼합물을 포함한다. 따라서, 적합한 전기활성 황-함유 물질은 원소 황 및, 중합체일 수 있거나 중합체가 아닐 수도 있는, 황 원자와 탄소 원자를 포함하는 유기 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 적합한 유기 물질은 헤테로원자, 전도성 중합체 세그먼트, 복합재 및 전도성 중합체를 더 포함하는 유기 물질을 포함한다.
일부 실시예에서, 캐소드 활성층의 전기활성 황-함유 물질은 50중량% 초과의 황을 포함한다. 다른 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 75중량% 초과의 황을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 전기활성 황-함유 물질은 90중량% 초과의 황을 포함한다.
일부 실시예의 캐소드 활성층은 (예를 들어, 캐소드 활성층으로부터 적절한 양의 용매가 제거된 후 및/또는 층이 적절하게 경화된 후 측정된) 약 20 내지 100중량%의 전기활성 캐소드 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 캐소드 활성층의 전기활성 황-함유 물질의 양은 캐소드 활성층의 5 내지 30중량% 범위에 있다. 다른 실시예에서, 캐소드 활성층의 전기활성 황-함유 물질의 양은 캐소드 활성층의 20 내지 90중량% 범위에 있다.
캐소드에서 사용하기에 적합한 추가적인 물질 및 캐소드를 제조하기 위한 적합한 방법은, 예를 들어, "신규 복합 캐소드, 신규 복합 캐소드를 포함하는 전기화학 셀, 및 이의 제조 공정(Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same)"이라는 명칭으로 1997년 5월 21일자로 출원된 미국 특허 제5,919,587호, 및 "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force in Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일자로 출원되고 Scordilis-Kelly 등을 발명자로 하는 미국 특허 공개 제2010/0035128호에서 설명되며, 이들 각각은 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
다양한 전해질이 본 명세서에 기재된 전기화학 셀과 관련하여 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전해질은 다공성 분리기와 혼입되거나 혼입되지 않을 수 있는 비고체 전해질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "비고체"라는 용어는 정적 전단 응력을 견딜 수 없는 물질을 지칭하는 데 사용되며, 전단 응력이 가해지면, 비고체는 지속적이고 영구적인 왜곡을 겪는다. 비고체의 예는 예를 들어, 액체, 변형가능 겔 등을 포함한다.
본 명세서에 기재된 전기화학 셀에 사용되는 전해질은 이온의 저장과 수송을 위한 매질로서 기능할 수 있으며, 고체 전해질과 겔 전해질의 특수한 경우에 있어서, 이러한 물질은 애노드와 캐소드 사이의 분리기로서 추가적으로 기능할 수 있다. 이온을 저장하고 수송할 수 있는 임의의 액체, 고체 또는 겔 물질이 애노드와 캐소드 사이에서 이온(예를 들어, 리튬 이온)의 수송을 용이하게 하는 한 그러한 물질이 사용될 수 있다. 전해질에 사용하기에 적합한 예시적인 물질은 예를 들어, "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force in Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일에 출원되고 Scordilis-Kelley 등을 발명자로 하는 미국 특허 공개 제2010/0035128호에 설명되며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
"멀티플렉스 충전 방전 배터리 관리 시스템(Multiplexed Charge Discharge Battery Management System)"이라는 명칭으로 2019년 7월 31일에 출원된 미국 출원 제16/527,903호는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. "재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리를 작동하기 위한 시스템 및 방법(System and Method for Operating a Rechargeable Electrochemical Cell or Battery)"이라는 명칭으로 2019년 10월 31일에 출원된 미국 출원 제16/670,905는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
다음 문서는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. "전기화학 셀용 리튬 애노드(Lithium Anodes for Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2001년 5월 23일에 출원된 미국 특허 제7,247,408호; "리튬-중합체 배터리용 안정화 애노드(Stabilized Anode for Lithium-Polymer Batteries)"라는 명칭으로 1996년 3월 19일에 출원된 미국 특허 제5,648,187호; "리튬-중합체 배터리용 안정화 애노드(Stabilized Anode for Lithium-Polymer Batteries)"라는 명칭으로 1997년 7월 7일에 출원된 미국 특허 제5,961,672호; "신규 복합 캐소드, 신규 복합 캐소드를 포함하는 전기화학 셀 및 이를 제조하는 공정(Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same)"이라는 명칭으로 1997년 5월 21일에 출원된 미국 특허 제5,919,587호; "재충전가능 리튬/물, 리튬/공기 배터리(Rechargeable Lithium/Water, Lithium/Air Batteries)"라는 명칭으로 2006년 4월 6일에 출원되고 미국 공개 제2007-0221265호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/400,781호; "리튬 배터리의 팽창 억제(Swelling Inhibition in Lithium Batteries)"라는 명칭으로 2008년 7월 29일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009017726으로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2008/009158; "전해질 분리(Separation of Electrolytes)"라는 명칭으로 2009년 5월 26일에 출원되고 미국 공개 제2010-0129699호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/312,764호; "배터리 전극용 프라이머(Primer for Battery Electrode)"라는 명칭으로 2008년 10월 23일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009054987로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2008/012042; "에너지 저장 장치용 보호 회로(Protective Circuit for Energy-Storage Device)"라는 명칭으로 2008년 2월 8일에 출원되고 미국 공개 제2009-0200986으로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/069,335호; "재충전가능 리튬 배터리를 포함하는 수성 및 비수성 전기화학 셀 모두에서의 전극 보호(Electrode Protection in both Aqueous and Non-Aqueous Electrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries)"라는 명칭으로 2006년 4월 6일에 출원되고 미국 공개 제2007-0224502호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/400,025호; "리튬 합금/황 배터리(Lithium Alloy/Sulfur Batteries)"라는 명칭으로 2007년 6월 22일에 출원되고 미국 공개 제2008/0318128호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/821,576호; "리튬 황 재충전가능 배터리 연료 게이지 시스템 및 방법(Lithium Sulfur Rechargeable Battery Fuel Gauge Systems and Methods)"이라는 명칭으로 2005년 4월 20일에 출원되고 미국 공개 제2006-0238203호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/111,262호; "중합성 단량체 및 비중합성 캐리어 용매/염 혼합물/용액의 공동-플래시 증발(Co-Flash Evaporation of Polymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions)"이라는 명칭으로 2007년 3월 23일에 출원되고 미국 공개 제2008-0187663호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제11/728,197호; "리튬 배터리용 전해질 첨가제 및 관련 방법(Electrolyte Additives for Lithium Batteries and Related Methods)"이라는 명칭으로 2008년 9월 19일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009042071로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2008/010894; "다공성 전극 및 관련 방법(Porous Electrodes and Associated Methods)"이라는 명칭으로 2009년 1월 8일에 출원되고 국제 공개 번호 WO/2009/089018로 공개된 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2009/000090; "전기화학 셀에서의 힘의 인가(Application of Force In Electrochemical Cells)"라는 명칭으로 2009년 8월 4일에 출원되고 미국 공개 제2010/0035128호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/535,328호; "리튬 배터리용 캐소드(Cathode for Lithium Battery)"라는 명칭으로 2010년 3월 19일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제12/727,862호; "밀폐형 샘플 홀더 및 제어된 대기 환경에서 미세 분석을 수행하기 위한 방법(Hermetic Sample Holder and Method for Performing Microanalysis Under Controlled Atmosphere Environment)"이라는 명칭으로 2009년 5월 22일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제12/471,095호; ("전기화학 셀용 릴리스 시스템(Release System for Electrochemical cells)"이라는 명칭으로 2009년 8월 24일에 출원된 가출원 일련번호 제61/236,322호에 대한 우선권을 주장하는) "전기화학 셀용 릴리스 시스템(Release System for Electrochemical cells)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,513호; "전기화학 셀용 전기적 비전도성 물질(Electrically Non-Conductive Materials for Electrochemical Cells)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제61/376,554호; "전기화학 셀(Electrochemical Cell)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원된 미국 가출원 일련번호 제12/862,528호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0070494호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,563호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0070491호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,551호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0059361호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,576호; "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 셀(Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur)"이라는 명칭으로 2010년 8월 24일에 출원되고 미국 공개 제2011/0076560호로 공개된 미국 특허 출원 일련번호 제12/862,581호; "저전해질 전기화학 셀(Low Electrolyte Electrochemical Cells)"이라는 명칭으로 2010년 9월 22일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제61/385,343호; 및 "에너지 저장 장치용 다공성 구조체(Porous Structures for Energy Storage Devices)"라는 명칭으로 2011년 2월 23일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제13/033,419호. 본 명세서에 개시된 모든 다른 특허 및 특허 출원도 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로 포함된다.
도 4는 전기화학 셀 보호를 위한 대표적인 하이 레벨(high-level) 프로세스(400)를 도시한다. 대표적인 프로세스(400)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(400)는, 적어도 하나의 전기화학 셀(예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 전기화학 셀(121A))이 적어도 하나의 릴레이(본 명세서의 다른 부분에서 설명된 회로(118)의 일부일 수 있음)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(430)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들)은 단계(430) 및/또는 단계(440) 이후 또는 이전에 충전원 또는 부하에 연결되거나 재연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(400)는, 셀(들)이 릴레이(들)를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(440)로 진행하거나 단계(430) 대신에 단계(440)를 수행할 수 있다(도 5와 관련하여 더 상세히 설명되는 결정에 기초함). 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향은 제2 전류 흐름 방향과 상이할 수 있다(예를 들어, 이들 방향은 서로 반대일 수 있음).
예를 들어, 제1 전류 흐름 방향이 셀(들)의 방전에 대응하고 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류가 (언제든지 또는 특정 시간 간격 동안) 25암페어 이상인 경우, 회로는 셀(들)을 충전원으로부터 차단할 수 있다. 반면에, 일부 실시예에 따르면, 제2 전류 흐름 방향이 셀(들)의 충전에 대응하고 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류가 (언제든지 또는 특정 시간 간격 동안) 1 암페어 이상인 경우, 회로는 셀(들)을 부하로부터 차단할 수 있다. 일부 실시예에서, 부하 및 충전원으로부터 셀(들)을 차단하는 것은 동일한 동작일 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이, 셀(들)은 동일한 전기 경로를 따라 충전 및 방전 둘 다 될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(400)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 반복될 수 있다.
도 5는 전기화학 셀 보호를 위한 대표적인 프로세스(500)를 도시한다. 대표적인 프로세스(500)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(500)는 선택적으로, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 적어도 하나의 전기화학 셀(예를 들어, 121A)이 동일한 전기 경로를 따라 충전 및 방전 둘 다 될 수 있는 단계(510)에서 시작할 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들)은 배터리 팩(예를 들어, 도 3b에 도시된 210)의 일부일 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(500)는 선택적으로, 적어도 하나의 릴레이(본 명세서의 다른 부분에서 설명된 회로(118)의 일부일 수 있음)를 통한 제1 전류 흐름 방향 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류가 적어도 하나의 전류 측정 제어(예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같은 센서(116))를 사용하여 측정될 수 있는 단계(515)로 진행할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(515)는 전류 흐름의 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류이거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 릴레이(들)는 솔리드 스테이트일 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(500)는 선택적으로, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 적어도 하나의 임계값이 충족되었는지 여부를 결정하기 위해 해당 임계값이 고려될 수 있는 단계(520)로 진행할 수 있다. 예를 들어, 임계값은 셀(들)을 방전 또는 충전하는 임계 전류와 같은 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류의 임계값 측정치일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향은 셀(들)의 방전에 대응할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 제2 전류 흐름 방향은 셀(들)의 충전에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기 및/또는 제2 임계 전류 크기가 조정될 수 있다. 예를 들어, 임계 전류가 어느 방향에 대해서든 더 낮거나 더 높을 것을 요구하는 변경 사항이 있는 경우 그에 따라 임계값이 변경될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향(예를 들어, 방전 방향)의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향(예를 들어, 충전 방향)의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높을 수 있다.
일부 실시예에서, 임계값이 충족된 경우, 대표적인 프로세스(500)는 선택적으로, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)을 차단하기 위한 회로가 예컨대 제어기(예를 들어, 114)에 의해 활성화될 수 있는 단계(525)로 진행할 수 있다. 대안적으로, 임계값이 충족되지 않은 경우, 동작 전류가 계속 측정될 수 있다.
일부 실시예에서, 설명된 차단을 수행하는 데 사용되는 회로는 단일 집적 회로 내에 포함될 수 있거나 단일 구성요소로서 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 셀(들)은 회로의 하나 이상의 부분에서 차단될 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(525)는, 셀(들)이 부하 및/또는 충전원으로부터 차단될 수 있는 단계(526)를 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(526)는, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)이 릴레이(들)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(530)를 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(500)는, 셀(들)이 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(540)로 진행하거나 단계(530)와 동시에 또는 그와 일부 중첩되어 단계(540)를 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향은 제2 전류 흐름 방향과 상이할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(500)는 선택적으로, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)이 셀(들)을 차단하는 시간 간격 내에서 재연결될 수 있는 단계(550)로 진행할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(500)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 반복될 수 있다.
도 6은 시스템 내의 회로 보호를 위한 대표적인 하이 레벨 프로세스(600)를 도시한다. 대표적인 프로세스(600)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(600)는, 시스템 내의 회로의 적어도 하나의 부분이 적어도 하나의 릴레이(본 명세서의 다른 부분에서 설명된 회로(118)의 일부일 수 있음)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(630)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 회로 부분(들)은 단계(630) 및/또는 단계(640) 이후 또는 이전에 소스 또는 부하에 연결되거나 재연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(600)는, 회로 부분(들)이 릴레이(들)를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(640)로 진행하거나 단계(630) 대신에 단계(640)를 수행할 수 있다(도 7과 관련하여 더 상세히 설명되는 결정에 기초함). 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향은 제2 전류 흐름 방향과 상이할 수 있다(예를 들어, 이들 방향은 서로 반대일 수 있음).
예를 들어, 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류가 (언제든지 또는 특정 시간 간격 동안) 1암페어 이상인 경우, 회로는 회로 부분(들)을 차단할 수 있다. 반면에, 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류가 (언제든지 또는 특정 시간 간격 동안) 25암페어 이상인 경우, 회로는 회로 부분(들)을 차단할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(600)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 반복될 수 있다.
도 7은 시스템 내의 회로 보호를 위한 대표적인 프로세스(700)를 도시한다. 대표적인 프로세스(700)의 단계는 아래의 단락에서 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(700)는 선택적으로, 적어도 하나의 릴레이(본 명세서의 다른 부분에서 설명된 회로(118)의 일부일 수 있음)를 통한 제1 전류 흐름 방향 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류가 적어도 하나의 전류 측정 제어(예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같은 센서(116))를 사용하여 측정될 수 있는 단계(715)에서 시작할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(715)는 전류 흐름의 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류이거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 릴레이(들)는 솔리드 스테이트일 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(700)는 선택적으로, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 적어도 하나의 임계값이 충족되었는지 여부를 결정하기 위해 해당 임계값이 고려될 수 있는 단계(720)로 진행할 수 있다. 예를 들어, 임계값은 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류의 임계값 측정치일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기 및/또는 제2 임계 전류 크기가 조정될 수 있다. 예를 들어, 임계 전류가 어느 방향에 대해서든 더 낮거나 더 높을 것을 요구하는 변경 사항이 있는 경우 그에 따라 임계값이 변경될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향(예를 들어, 방전 방향)의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향(예를 들어, 충전 방향)의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높을 수 있다.
일부 실시예에서, 임계값이 충족된 경우, 대표적인 프로세스(700)는 선택적으로, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 회로 부분(들)을 차단하기 위한 회로가 예컨대 제어기(예를 들어, 114)에 의해 활성화될 수 있는 단계(725)로 진행할 수 있다. 대안적으로, 임계값이 충족되지 않은 경우, 동작 전류가 계속 측정될 수 있다.
일부 실시예에서, 설명된 차단을 수행하는 데 사용되는 회로는 단일 집적 회로 내에 포함될 수 있거나 단일 구성요소로서 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, 회로 부분(들)은 시스템 내의 하나 이상의 위치에서 차단될 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(725)는, 셀(들)이 부하 및/또는 충전원으로부터 차단될 수 있는 단계(726)를 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(726)는, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)이 릴레이(들)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(730)를 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 대표적인 프로세스(700)는, 셀(들)이 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 차단될 수 있는 단계(740)로 진행하거나 단계(730)와 동시에 또는 그와 일부 중첩되어 단계(740)를 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 임계 전류 크기는 제2 임계 전류 크기와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전류 흐름 방향은 제2 전류 흐름 방향과 상이할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(700)는 선택적으로, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 셀(들)이 셀(들)을 차단하는 시간 간격 내에서 재연결될 수 있는 단계(750)로 진행할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(700)는 선택적으로, 제1 임계 전류 크기 및/또는 제2 임계 전류 크기가 조정될 수 있는 단계(760)로 진행할 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이) 임계 전류가 어느 방향에 대해서든 더 낮거나 더 높을 것을 요구하는 변경 사항이 있는 경우, 그에 따라 임계값이 변경될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스(700)는 그 후 필요에 따라 종료되거나 반복될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 4 내지 도 7을 참조하여 전술한 방법이 임의의 다양한 방식으로 달라질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전술한 방법의 단계는 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고, 방법은 전술하지 않은 추가 단계를 포함할 수 있고/있거나 방법이 전술한 모든 단계를 포함하지 않을 수도 있다.
일부 양태들이 컴퓨팅 장치를 사용하여 구현될 수 있다는 것이 전술한 설명으로부터 추가로 이해되어야 한다. 도 8은 컴퓨터(810) 형태로 된 시스템(800)의 범용 컴퓨팅 장치를 도시하며, 이는 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 임의의 제어기(예를 들어, 114)와 같은 소정의 양태를 구현하는 데 사용될 수 있다.
컴퓨터(810)에서, 구성요소는 처리 유닛(820), 시스템 메모리(830), 및 시스템 메모리를 포함하는 다양한 시스템 구성요소를 처리 유닛(820)에 결합하는 시스템 버스(821)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 시스템 버스(821)는 다양한 버스 아키텍처 중 임의의 것을 사용하는 메모리 버스 또는 메모리 제어기, 주변 버스 및 로컬 버스를 포함하는 여러 유형의 버스 구조 중 임의의 것일 수 있다. 이러한 아키텍처의 예에는 ISA(Industry Standard Architecture) 버스, MCA(Micro Channel Architecture) 버스, EISA(Enhanced ISA) 버스, VESA(Video Electronics Standards Association) 로컬 버스 및 메자닌 버스(Mezzanine bus)라고도 하는 PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
컴퓨터(810)는 일반적으로 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터(810)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있으며, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예에는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체가 포함될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 컴퓨터 저장 매체는, 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 컴퓨터 저장 매체는, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, CD-ROM, 디지털 다목적 디스크(DVD) 또는 다른 광디스크 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 원하는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터(810)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 하나 이상의 매체를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 통신 매체는 일반적으로 반송파 또는 다른 전송 메커니즘과 같은 변조된 데이터 신호로 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터를 구현할 수 있고 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. "변조된 데이터 신호"라는 용어는, 신호의 특성 중 하나 이상이 신호 내에 정보를 인코딩하는 방식으로 설정되거나 변경된 신호를 의미한다. 통신 매체의 예에는 유선 네트워크 또는 직접 유선 연결과 같은 유선 매체, 및 음향, RF, 적외선 및 기타 무선 매체와 같은 무선 매체가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 전술한 것 중 임의의 것의 조합도 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
시스템 메모리(830)는 읽기 전용 메모리(ROM)(831) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(832)와 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리 형태의 컴퓨터 저장 매체를 포함한다. 예컨대 시동 중, 컴퓨터(810) 내의 구성요소 간의 정보 전송을 돕는 기본 루틴을 포함하는 기본 입력/출력 시스템(833)(BIOS)은 일반적으로 ROM(831)에 저장된다. RAM(832)은 일반적으로 처리 유닛(820)에 의해 즉시 액세스 가능하고/하거나 현재 작동되고 있는 데이터 및/또는 프로그램 모듈을 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 도 8은 운영 체제(834), 응용 프로그램(835), 다른 프로그램 모듈(839) 및 프로그램 데이터(837)를 도시한다.
컴퓨터(810)는 다른 분리형/비분리형, 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체도 포함할 수 있다. 오직 예로서, 도 8은, 비분리형, 비휘발성 자기 매체로부터 판독하거나 이에 기록하는 하드 디스크 드라이브(841), 분리형, 비휘발성 자기 디스크(852)로부터 판독하거나 이에 기록하는 자기 디스크 드라이브(851), 및 CD ROM 또는 기타 광학 매체와 같은 분리형, 비휘발성 광 디스크(859)로부터 판독하거거나 이에 기록하는 광 디스크 드라이브(855)를 도시한다. 예시적인 컴퓨팅 시스템에서 사용될 수 있는 다른 분리형/비분리형, 휘발성/비휘발성 컴퓨터 저장 매체는 자기 테이프 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 다목적 디스크, 디지털 비디오 테이프, 솔리드 스테이트 RAM, 솔리드 스테이트 ROM 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 하드 디스크 드라이브(841)는 일반적으로 인터페이스(840)와 같은 비분리형 메모리 인터페이스를 통해 시스템 버스(821)에 연결되고, 자기 디스크 드라이브(851) 및 광 디스크 드라이브(855)는 일반적으로 인터페이스(850)와 같은 분리형 메모리 인터페이스에 의해 시스템 버스(821)에 연결된다.
앞서 논의되고 도 8에 도시된 드라이브 및 관련 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터(810)에 대한 컴퓨터 판독가능 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈 및 기타 데이터의 저장을 제공한다. 도 8에서, 예를 들어, 하드 디스크 드라이브(841)는 운영 체제(844), 응용 프로그램(845), 다른 프로그램 모듈(849), 및 프로그램 데이터(847)를 저장하는 것으로 도시된다. 이들 구성요소는 운영 체제(834), 응용 프로그램(835), 다른 프로그램 모듈(539), 및 프로그램 데이터(837)와 동일하거나 상이할 수 있음에 유의해야 한다. 운영 체제(844), 응용 프로그램(845), 기타 프로그램 모듈(849), 및 프로그램 데이터(847)는 여기서 최소한 서로 다른 사본임을 나타내기 위해 서로 다른 번호가 부여된다. 사용자는, 일반적으로 마우스, 트랙볼 또는 터치 패드로 지칭되는 키보드(892) 및 포인팅 장치(891)와 같은 입력 장치를 통해 컴퓨터(810)에 명령 및 정보를 입력할 수 있다. 다른 입력 장치(도시되지 않음)는 마이크로폰, 조이스틱, 게임 패드, 위성 접시, 스캐너 등을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 입력 장치는 종종 시스템 버스에 결합된 사용자 입력 인터페이스(590)를 통해 처리 유닛(820)에 연결되지만, 병렬 포트, 게임 포트 또는 범용 직렬 버스(USB)와 같은 다른 인터페이스 및 버스 구조에 의해 연결될 수도 있다. 모니터(891) 또는 다른 유형의 디스플레이 장치도 비디오 인터페이스(890)와 같은 인터페이스를 통해 시스템 버스(821)에 연결된다. 모니터 외에도, 컴퓨터는 출력 주변장치 인터페이스(895)를 통해 연결될 수 있는 스피커(897) 및 프린터(899)와 같은 다른 주변 출력 장치도 포함할 수 있다.
컴퓨터(810)는 원격 컴퓨터(880)와 같은 하나 이상의 원격 컴퓨터에 대한 논리적 연결을 사용하여 네트워킹된 환경에서 동작할 수 있다. 원격 컴퓨터(880)는 개인용 컴퓨터, 서버, 라우터, 네트워크 PC, 피어 장치(peer device) 또는 다른 공통 네트워크 노드일 수 있으며, 일반적으로 컴퓨터(810)와 관련하여 전술한 다수의 구성요소 또는 모든 구성요소를 포함하지만, 도 8에는 메모리 저장 장치(881)만 도시되었다. 도 8에 도시된 논리적 연결은 근거리 네트워크(LAN)(871) 및 원거리 네트워크(WAN)(873)를 포함하지만, 다른 네트워크도 포함할 수 있다. 이러한 네트워킹 환경은 사무실, 전사적 컴퓨터 네트워크, 인트라넷 및 인터넷에서 흔히 볼 수 있다.
LAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(810)는 네트워크 인터페이스 또는 어댑터(870)를 통해 LAN(871)에 연결된다. WAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(810)는 일반적으로 모뎀(872) 또는 인터넷과 같은 WAN(873)을 통해 통신을 수립하는 다른 수단을 포함한다. 내장형 또는 외장형일 수 있는 모뎀(872)은 사용자 입력 인터페이스(890) 또는 다른 적절한 메커니즘을 통해 시스템 버스(821)에 연결될 수 있다. 네트워킹된 환경에서, 컴퓨터(810)와 관련하여 도시된 프로그램 모듈 또는 그 일부는 원격 메모리 저장 장치에 저장될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 도 8은 메모리 장치(881)에 상주하는 것으로 원격 응용 프로그램(885)을 도시한다. 도시된 네트워크 연결은 예시적이며 컴퓨터 사이의 통신 링크를 수립하는 다른 수단이 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
실시예는, 하나 이상의 컴퓨터 또는 다른 프로세서에서 실행될 때, 앞서 논의된 다양한 실시예를 구현하는 방법을 수행하는 하나 이상의 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독가능 저장 매체 (또는 다중 컴퓨터 판독가능 매체)(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 하나 이상의 플로피 디스크, 콤팩트 디스크(CD), 광 디스크, 디지털 비디오 디스크(DVD), 자기 테이프, 플래시 메모리, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Arrays) 또는 다른 반도체 장치 내의 회로 구성 또는 다른 유형의(tangible) 컴퓨터 저장 매체)로서 구현될 수 있다. 전술한 예로부터 명백한 바와 같이, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비일시적 형태로 컴퓨터 실행가능 명령을 제공하기에 충분한 시간 동안 정보를 보유할 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 매체들은, 이러한 매체 상에 저장된 프로그램 또는 프로그램들이 하나 이상의 상이한 컴퓨터 또는 다른 프로세서로 로딩되어 앞서 논의된 본 발명의 다양한 양태를 구현할 수 있도록 이동 가능할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "컴퓨터 판독가능 저장 매체"라는 용어는 컴퓨터가 정보를 읽을 수 있는 유형(tangible)의 기계, 메커니즘 또는 장치만을 포함한다. 대안적 또는 추가적으로, 일부 실시예는 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 아닌 컴퓨터 판독가능 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 아닌 컴퓨터 판독가능 매체의 예에는 전파 신호와 같은 일시적 매체가 포함된다.
본 발명의 일부 실시예가 본 명세서에서 설명되고 도시되었지만, 당업자는 본 명세서에서 설명되는 기능의 수행 및/또는 본 명세서에서 설명되는 결과 및/또는 하나 이상의 이점을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 것이고, 이러한 변형 및/또는 수정 각각은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 더 일반적으로, 당업자는 본 명세서에서 설명되는 모든 파라미터, 치수, 물질 및 구성이 예시적인 것이고, 실제 파라미터, 치수, 물질 및/또는 구성은 특정 애플리케이션 또는 본 발명의 교시가 사용되는 애플리케이션에 의존할 것임을 쉽게 이해할 것이다. 당업자는, 본 명세서에서 설명되는 발명의 특정 실시예의 많은 등가물을 인식하거나 일상적인 실험만으로 이를 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예는 단지 예로서 제시되고, 첨부된 청구범위 및 그에 대한 균등물의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 각각의 개별적인 기능, 시스템, 물품, 물질 및/또는 방법을 포함할 수 있다. 추가적으로, 이러한 기능, 시스템, 물품, 물질 및/또는 방법이 서로 모순되지 않는 경우, 이러한 기능, 시스템, 물품, 물질 및/또는 방법 중 둘 이상의 임의의 조합은 본 발명의 범위 내에 포함된다.
명세서 및 청구범위에서 사용되는 부정관사 하나("a", "an")는, 명백하게 반대로 표시되지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해하여야 한다.
명세서 및 청구범위에서 사용되는 "및/또는(and/or)"이라는 문구는 이 문구로 연결된 구성요소(즉, 일부 경우에 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리되어 존재하는 구성요소) 중 "어느 하나 또는 모두"를 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 명확하게 반대로 표시되지 않는 한, "및/또는" 문구에 의해 구체적으로 식별된 구성요소 이외에 다른 구성요소가 선택적으로 존재할 수 있는데, 이러한 다른 구성요소는 구체적으로 식별된 구성요소와의 관련성 여부에 상관없이 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"가 "포함하는(comprising)"과 같은 개방형 언어와 함께 사용되는 경우, 이는 일 실시예에서 B 없는 A(B 이외의 다른 구성요소를 선택적으로 포함)를 지칭하고, 다른 실시예에서 A 없는 B(A 이외의 다른 구성요소를 선택적으로 포함)를 지칭하며, 또 다른 실시예에서 A와 B 모두(다른 구성요소를 선택적으로 포함)를 지칭할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 "또는(or)"은, 앞서 설명한 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리하는 경우, "또는"이나 "및/또는"은 포괄적인 의미(즉, 다수의 구성요소 또는 구성요소의 목록 중 적어도 하나를 포함하나 둘 이상도 포함하고, 선택적으로 목록에 없는 추가 항목을 포함)로 해석되어야 한다. 이와 반대되는 것으로 명확하게 표시되는 용어, 예를 들어, "~중 오직 하나(only one of)" 또는 "~중 정확히 하나(exactly one of)", 또는 청구범위에서 사용되는 경우, "구성되는(consisting of)"과 같은 용어만이, 다수의 구성요소 또는 구성요소의 목록 중 정확히 하나의 구성요소를 포함하는 것을 의미할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "또는"은, "~중 어느 하나(either)", "~중 하나(one of)", "~중 오직 하나(only one of)" 또는 "~중 정확히 하나(exactly one of)"와 같은 배타적 용어가 뒤에 오는 경우에만, 배타적인 양자택일(즉, "하나 또는 다른 하나이되 둘 모두는 아님")을 표시하는 것으로 해석되어야 한다. "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)"은, 청구범위에서 사용되는 경우, 특허법 분야에서 사용되는 일반적인 의미를 갖는다.
명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 구성요소의 목록과 관련하여 문구 "적어도 하나(at least one)"는, 구성요소의 목록에서 임의의 하나 이상의 구성요소로부터 선택되는 적어도 하나의 구성요소를 의미하나, 구성요소 목록 내에 구체적으로 나열된 각각의 모든 구성요소 중 적어도 하나를 반드시 포함해야 하는 것은 아니며, 구성요소의 목록에서 구성요소의 임의의 조합을 배제하지도 않는다. 이러한 정의는 또한, 문구 "적어도 하나"가 지칭하는 구성요소의 목록 내 구체적으로 식별된 구성요소 이외의 구성요소가, 구체적으로 식별된 구성요소와의 관련성에 관계없이, 선택적으로 존재할 수 있는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 등가의 의미를 갖는 "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 등가의 의미를 갖는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 일 실시예에서, B가 존재하지 않고, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 A (그리고 선택적으로 B 이외의 구성요소를 포함함)를 지칭하고; 또 다른 실시예에서, A가 존재하지 않고, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 B (그리고 선택적으로 A 이외의 구성요소를 포함함)를 지칭하며; 또 다른 실시예에서, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 A, 및 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나 B (그리고 선택적으로 다른 구성요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.
일부 실시예는 방법으로 구현될 수 있으며, 이의 다양한 예가 설명되었다. 방법의 일부로서 수행되는 단계는 임의의 적절한 방식으로 순서가 정해질 수 있다. 따라서, 상술한 실시예에서 단계는 순차적으로 수행되는 것으로 도시되지만, 도시된 것과 다른 순서로 단계가 수행되는 실시예가 구성될 수 있으며, 이는 설명된 단계와 다른 (예를 들어, 더 많거나 적은) 단계를 포함할 수 있고/있거나 일부 단계를 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있다.
청구항 구성요소를 한정하기 위해 청구항에서 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어를 사용한다고 해서 그 자체로 하나의 청구항 구성요소가 다른 구성요소보다 우선하거나 선행하거나 순서상 앞서는 것 또는 방법의 단계가 수행되는 시간 순서를 내포하는 것은 아니며, 특정 명칭을 갖는 하나의 청구항 구성요소를 (서수 용어의 사용을 제외하고는) 그와 동일한 명칭을 갖는 다른 구성요소와 구별하여 청구항 구성요소들을 구별하기 위한 라벨로만 단순히 사용될 뿐이다.
위의 명세서뿐만 아니라, 청구범위에서도, "포함하는"(comprising, including, involving), "갖는(carrying, having)", "함유하는(containing)", "수용하는(holding)" 등과 같은 모든 연결 문구(transitional phrase)는 개방형, 즉 포함하지만 제한되지 않음을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼의 섹션 2111.03에 명시된 바와 같이 "구성되는(consisting of)" 및 "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)"이라는 연결 문구만이 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 연결 문구이다.

Claims (55)

  1. 적어도 하나의 전기화학 셀(cell)을 보호하기 위한 시스템으로서,
    회로를 포함하되, 상기 회로는,
    적어도 하나의 릴레이(relay)를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단(disconnect)하고,
    상기 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하도록 구성되며,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 상기 제 2 전류 흐름 방향과 상이한,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임계 전류 크기는 상기 제2 임계 전류 크기와 상이한,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 전류를 측정하고 이에 응답하여 상기 회로를 활성화하도록 구성된 적어도 하나의 전류 측정 제어를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 적어도 하나의 릴레이를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 방전에 대응하고,
    상기 제2 전류 흐름 방향은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전에 대응하고,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높은,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높은,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 단일 구성요소 또는 집적 회로 패키지로서 봉입되는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 제1 임계 전류 크기 및/또는 상기 제2 임계 전류 크기를 조정하도록 구성되는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 시스템 내의 하나 이상의 위치에서 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하도록 구성되는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 솔리드 스테이트(solid state)인,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 부하 및/또는 충전원으로부터 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하도록 구성되는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 배터리 팩(battery pack)의 일부인,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 동일한 전기 경로를 따라 충전 및 방전 둘 다 되는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 시간 간격 내에 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 재연결하도록 구성되는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하기 위한 시스템.
  16. 적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법으로서,
    적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 상기 제 2 전류 흐름 방향과 상이한,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 임계 전류 크기는 상기 제2 임계 전류 크기와 상이한,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 전류를 측정하고, 이에 응답하여 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하도록 회로를 활성화시키는 단계를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 회로는 상기 적어도 하나의 릴레이를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 단일 집적 회로 패키지를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  21. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 방전에 대응하고,
    상기 제2 전류 흐름 방향은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전에 대응하고,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높은,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높은,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 임계 전류 크기 및/또는 상기 제2 임계 전류 크기를 조정하는 단계를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    회로의 하나 이상의 부분에서 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 단계를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 솔리드 스테이트인,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    부하 및/또는 충전원로부터 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 단계를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  28. 제16항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 배터리 팩의 일부인,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  29. 제16항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀은 동일한 전기 경로를 따라 충전 및 방전 둘 다 되는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  30. 제16항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 차단하는 시간 간격 내에 상기 적어도 하나의 전기화학 셀을 재연결하는 단계를 포함하는,
    적어도 하나의 전기화학 셀을 보호하는 방법.
  31. 시스템으로서,
    회로를 포함하되, 상기 회로는,
    적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 회로의 적어도 하나의 부분을 차단하고,
    상기 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 상기 회로의 상기 적어도 하나의 부분을 차단하도록 구성되며,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 상기 제 2 전류 흐름 방향과 상이한,
    시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1 임계 전류 크기는 상기 제2 임계 전류 크기와 상이한,
    시스템.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류를 측정하고 이에 응답하여 상기 회로를 활성화하도록 구성된 적어도 하나의 전류 측정 제어를 포함하는,
    시스템.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 적어도 하나의 릴레이를 포함하는,
    시스템.
  35. 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높은,
    시스템.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높고,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 적어도 하나의 전기화학 셀의 방전에 대응하고,
    상기 제2 전류 흐름 방향은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전에 대응하는,
    시스템.
  37. 제31항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 단일 구성요소 또는 집적 회로 패키지로서 봉입되는,
    시스템.
  38. 제31항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 제1 임계 전류 크기 및/또는 상기 제2 임계 전류 크기를 조정하도록 구성되는,
    시스템.
  39. 제31항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 시스템 내의 하나 이상의 위치에서 상기 적어도 하나의 부분을 차단하도록 구성되는,
    시스템.
  40. 제31항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 솔리드 스테이트인,
    시스템.
  41. 제31항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 부하 및/또는 충전원로부터 상기 적어도 하나의 부분을 차단하도록 구성되는,
    시스템.
  42. 제31항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류를 포함하는,
    시스템.
  43. 제31항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부분은 배터리 팩의 일부인,
    시스템.
  44. 회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법으로서,
    적어도 하나의 릴레이를 통한 제1 전류 흐름 방향에 기초하여 제1 임계 전류 크기에서 상기 회로의 상기 적어도 하나의 부분을 차단하는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 릴레이를 통한 제2 전류 흐름 방향에 기초하여 제2 임계 전류 크기에서 상기 회로의 상기 적어도 하나의 부분을 차단하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 상기 제 2 전류 흐름 방향과 상이한,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 제1 임계 전류 크기는 상기 제2 임계 전류 크기와 상이한,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류를 측정하는 단계를 포함하는,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 임계 전류를 측정하는 것에 응답하여, 상기 회로의 상기 적어도 하나의 부분을 차단하도록 상기 적어도 하나의 릴레이를 활성화시키는 단계를 포함하는,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  48. 제44항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향은 적어도 하나의 전기화학 셀의 방전에 대응하고,
    상기 제2 전류 흐름 방향은 상기 적어도 하나의 전기화학 셀의 충전에 대응하고,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 적어도 2배 더 높은,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류는 상기 제2 전류 흐름 방향의 평균 동작 전류보다 4배 더 높은,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  50. 제44항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 임계 전류 크기 및/또는 상기 제2 임계 전류 크기를 조정하는 단계를 포함하는,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  51. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
    회로의 하나 이상의 부분에서 상기 적어도 하나의 부분을 차단하는 단계를 포함하는,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  52. 제44항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 솔리드 스테이트인,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  53. 제44항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    부하 및/또는 충전원로부터 상기 적어도 하나의 부분을 차단하는 단계를 포함하는,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  54. 제44항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전류 흐름 방향의 동작 전류 및/또는 상기 제2 전류 흐름 방향의 동작 전류는 직류를 포함하는,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
  55. 제44항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부분은 배터리 팩의 일부인,
    회로의 적어도 하나의 부분을 보호하는 방법.
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