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KR20240022458A - 지능형 납산 배터리 시스템 및 그 작동 방법 - Google Patents

지능형 납산 배터리 시스템 및 그 작동 방법 Download PDF

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KR20240022458A
KR20240022458A KR1020237038272A KR20237038272A KR20240022458A KR 20240022458 A KR20240022458 A KR 20240022458A KR 1020237038272 A KR1020237038272 A KR 1020237038272A KR 20237038272 A KR20237038272 A KR 20237038272A KR 20240022458 A KR20240022458 A KR 20240022458A
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KR
South Korea
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lead
battery
cell
acid battery
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020237038272A
Other languages
English (en)
Inventor
지홍 진
루 펭
웨이 송
제이슨 디. 설
조셉 이. 라이드헤그너
다르멘드라 비. 파텔
크레이그 더블유. 릭비
페리 와이어트
제이슨 푸어
캐서린 마리 시울릭
로데리크 듀엘
아룬라즈 바라타라자
타일러 티엘
Original Assignee
씨피에스 테크놀로지 홀딩스 엘엘씨
클라리오스 저머니 게엠베하 운트 코. 카게
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 씨피에스 테크놀로지 홀딩스 엘엘씨, 클라리오스 저머니 게엠베하 운트 코. 카게 filed Critical 씨피에스 테크놀로지 홀딩스 엘엘씨
Publication of KR20240022458A publication Critical patent/KR20240022458A/ko
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Abstract

납산 배터리의 하나 이상의 배터리 셀의 파라미터(예를 들어, 전압, 온도)를 모니터링할 수 있는 지능형 납산 배터리 시스템이 개시된다. 일 구현예에서, 배터리 시스템은 셀 격실, 배터리 모니터링 시스템(BMS) 격실, 및 셀 격실과 BMS 격실 사이에 배치된 벽을 갖는 하우징을 포함한다. 배터리 셀에 제1 포스트 및 제2 포스트가 결합된다. 제1 포스트 및 제2 포스트는 셀 격실 사이의 벽을 통해 BMS 격실로 돌출된다. 제1 포스트 및 제2 포스트에 전압 센서가 전기적으로 결합하여 배터리 셀의 전압을 모니터링한다. 제1 포스트, 제2 포스트 또는 둘 모두에 온도 센서가 결합될 수 있다. 지능형 AGM 배터리 시스템은 배터리 모듈의 성능 상태, 충전 상태, 모듈 상태, 전력 용량, 예상 수명 등을 예측할 수 있다.

Description

지능형 납산 배터리 시스템 및 그 작동 방법
관련 출원
본 출원은 하기 가출원의 이익을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다: 2021년 4월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/175,486호; 2021년 5월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/191,658호; 2021년 6월 26일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/225,718호; 2021년 9월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/242,867호; 2021년 10월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/256,420호; 2022년 1월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/296,010호; 2022년 1월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/303,854호; 및 2022년 3월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제63/316,364호.
본 출원은 납산 배터리에 관한 것이다. 납산 배터리의 예는 흡수성 유리 매트(AGM) 배터리이다.
전통적인 납산 배터리는 일반적으로 어떠한 지능형 또는 통신 기능도 포함하고 있지 않다.
납산 배터리에 대한 한 가지 예시적인 환경은 차량이다. 통상적인 내연 기관(ICE)을 갖는 통상적인 차량은, 예를 들어 전통적인 침수형 납산 배터리를 포함할 수 있다. 통상적인 내연 기관(ICE) 또는 시동-정지 시스템 또는 마일드-하이브리드(mild-hybrid) 엔진을 갖는 차량은 전통적인 AGM 납산 배터리를 포함할 수 있다. 일부 마일드-하이브리드 엔진 차량과 같은 일부 차량은 납산에 기반하지 않는 배터리를 포함할 수도 있다. 다른 차량 유형 및 배터리 구성이 공지되어 있다. 그러나, 차량이 더욱 자동화(또는 자율화)되고, 더욱 전기화됨에 따라, 배터리 지능, 안전성 및 성능도 향상될 필요가 있다.
현재, 전통적인 납산 배터리와 결합된 공지된 배터리 센서는 배터리의 전반적인 성능과 관련된 파라미터를 제공할 수 있다. 배터리 센서의 예에는 전체 배터리 전압을 감지하기 위한 전압 센서 및 배터리에 의해 제공된 배터리 전류를 감지하기 위한 전류 센서가 포함된다. 그러나, 납산 배터리에서의 개별 셀 고장은 종종 쉽게 검출할 수 없는 배터리 성능 문제 및/또는 열화를 유발한다.
일부 환경에서는, 납산 배터리의 개별 셀 성능 및/또는 열화를 검출함으로써 사용자는 잠재적인 배터리 고장을 보다 신속하게 검출할 수 있게 된다. 이에 따라 사용자는 고장 전에 납산 배터리를 교체하는 데 더 많은 시간적 여유를 가질 수 있다.
어떤 상황에서는, 불충분한 충전으로 인해 일부 필드 배터리가 고장난다. 또한, 과도한 과충전으로 인해 일부 필드 배터리가 고장나며 이는 배터리 부식 및 내부 단락을 유발한다.
또 다른 상황에서는, 개별 납산 배터리 셀의 성능 정보가 재활용 과정 중에 사용되어, 고장난 셀을 정상적인 셀과 다르게 취급함으로써 폐기물을 감소시키고/시키거나 재활용 과정의 속도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 실시형태에서, 납산 배터리의 셀을 개별 레벨에서 모니터링하는 방법이 요구된다. 또한, 실시형태에서, 납산 배터리의 셀과 관련된 파라미터를 모니터링할 수 있는 개선된 납산 배터리가 요구된다. 또한, 실시형태에서 납산 배터리의 상태를 결정하는 방법이 요구된다. 종래의 납산 배터리에 비해 추가적인 개선이 요구된다.
지능형 또는 "스마트(smart)" 납산 배터리 시스템이 본원에 개시된다. 지능형 납산 배터리 시스템은 다중 자율 레벨을 지원할 수 있다. 지능형 납산 배터리 시스템은 또한 현재 알려져 있지 않고/않거나 납산 배터리가 사용된 적이 없는 솔루션에서 납산 배터리의 안전성 및 보안성에 대한 솔루션을 제공할 수 있다.
예시적인 지능형 납산 배터리는 지능형 또는 "스마트" 흡수성 유리 매트(AGM) 솔루션이다. 지능형 AGM 배터리 시스템은 배터리의 성능 상태, 충전 상태, 기능 상태, 예상 수명, 충전 및 방전 용량 등을 예측하기 위한 "스마트" 센서 기술을 포함한다. 지능형 AGM 배터리 시스템은 또한, 예를 들어 사전 교체를 장려하고 촉진할 수 있다.
지능형 배터리 시스템은 배터리의 상태를 이해할 수 있으며, 이에 따라 시스템의 충전/방전 및/또는 차량의 작동(예를 들어, 기능 상태)을 변경시킬 수 있다. 이로 인해 OEM은 차량의 성능(예를 들어, 연비, 배기, 성능)을 최적화하고 소비자의 경험을 개선시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 셀 전압 모니터링을 통해 보다 우수한 충전 관리가 이루어져서 배터리가 충전 부족 또는 과충전되지 않도록 보장한다.　결과적으로, 배터리 수명이 연장될 수 있다. 시동 및 정지 응용에 대하여, 배터리 충전 상태(SOC)가 제어될 필요가 있는 경우, 셀 전압 모니터링을 예를 들어 차량과 페어링한다면 보다 우수한 연비가 제공될 것이다.
지능형 배터리 시스템에 의해 감지되는 파라미터의 예에는 다음 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 배터리 전압, 배터리 전류, 셀 전압, 셀 전류, 부분 배터리 전압, 부분 배터리 전류, 배터리 온도, 셀 온도, 주변 또는 환경 온도, 격실(compartment) 온도, 배터리 압력, 셀 압력, 셀 충전 상태, 배터리 충전 상태 등.
본 개시내용의 지능형 배터리 시스템은 다음 중 하나 이상을 가능하게 한다:
- 배터리 기능 상태의 모니터링을 개선시킴;
- 배터리 성능 상태의 모니터링을 개선시킴;
- 배터리 충전 상태의 모니터링을 개선시킴;
- 배터리 시스템, 배터리 시스템이 내장된 장치(예를 들어, 차량) 또는 둘 모두로 사전 교체;
- 배터리 작동 충전 상태의 변경을 개선시킴;
- 공격적인 스마트 충전;
- 배터리 충전 상태에서 배터리 진단의 신뢰성을 개선시킴;
- 성능 및 전력 용량 상태; 및
- 배터리 열 이탈을 감지함.
본원에 기재된 납산 배터리 시스템의 적어도 하나의 예에서, 배터리 시스템은 적어도 부분적으로 다중 격실을 획정하는 하우징을 포함한다. 제1 격실은 "셀" 격실로 지칭될 수 있고, 제2 격실은 "배터리 모니터링 시스템(BMS)" 격실로 지칭될 수 있다. 하우징은 셀 격실과 BMS 격실 사이에 배치된 벽을 포함할 수 있다. 복수개의 배터리 셀이 셀 격실 내에 격납된다. 복수개의 배터리 셀은 복수개의 포스트(post)를 갖는다. 제1 포스트 및 제2 포스트는 셀 격실로부터 벽을 통해 BMS 격실로 돌출된다. 배터리 모니터 시스템(BMS)은 BMS 격실에 의해 격납된다. BMS는 제1 포스트 및 제2 포스트에 전기적으로 결합된 전압 센서를 포함하고, 배터리 전압보다 더 낮은 전압을 감지할 수 있다. 배터리 전압보다 더 낮은 전압의 예는 셀 전압이다. 배터리 전압보다 더 낮은 전압의 다른 예는 복수개의 셀(예를 들어, 2개의 셀)에 대한 전압이지만 복수개의 셀(예를 들어, 배터리 시스템이 6개의 셀로 이루어진 경우 6개의 셀)에 대한 총 전압은 아니다.
하나 이상의 실시형태에서, 보다 작은 다중 포스트(예를 들어, 스트랩 포스트)가 배터리 셀의 스트랩에 위치한다. 스트랩 포스트는 개별 배터리 셀의 전압을 측정하도록 작동할 수 있다. 스트랩 포스트는 배터리 하우징 커버를 통해 BMS 격실로 연장된다. 스트랩 포스트는 o-링 및 에폭시를 사용하여 적어도 하나의 구조 내에 밀봉된다. 또한 스트랩 포스트를 커버에 성형된 리드 부싱(lead bushing)에 납땜 연결할 수 있다.
일 실시형태에서, 복수개의 셀을 갖는 납산 배터리를 포함하는 납산 배터리 시스템을 모니터링하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 복수개의 셀 중 하나 이상의 제1 셀과 관련된 제1 파라미터를 감지하는 단계, 복수개의 셀 중 하나 이상의 제2 셀과 관련된 제2 파라미터를 감지하는 단계, 및 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 기반하여 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 셀은 하나 이상의 제1 셀과 상이할 수 있다. 또한, 상기 방법을 수행하는 납산 배터리 시스템, 및 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
다른 실시형태에서, 복수개의 셀을 갖는 납산 배터리를 포함하는 납산 배터리 시스템을 모니터링하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 복수개의 셀 중 제1 개수의 셀의 제1 전압을 감지하는 단계, 복수개의 셀 중 제2 개수의 셀의 제2 전압을 감지하는 단계, 및 제1 전압 및 제2 전압에 기반하여 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 제1 개수는 1 초과이고 복수개의 셀 미만일 수 있으며, 제2 개수는 1 초과이고 복수개의 셀 미만일 수 있다. 또한, 상기 방법을 수행하는 납산 배터리 시스템, 및 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
또 다른 실시형태에서, (n) 배터리 셀이 있는 납산 배터리를 갖는 납산 배터리 시스템을 모니터링하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 (n) 셀과 관련된 (n) 셀 전압을 감지하는 단계로서, (n) 셀 전압의 각각의 셀 전압은 각각의 셀과 관련되는, 단계, 및 (n) 셀 전압에 기반하여 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법을 수행하는 납산 배터리 시스템, 및 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
추가 실시형태에서, 납산 배터리 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 셀 격실, 배터리 모니터링 시스템 격실, 셀 격실과 배터리 모니터링 시스템 격실 사이에 위치한 벽, 및 셀 격실과 배터리 모니터링 시스템 격실 사이의 벽을 통해 연장되는 포스트, 및 포스트에 결합된 센서를 포함한다. 또한, 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
다른 실시형태에서, 납산 배터리 시스템이 개시된다. 납산 배터리 시스템은 적어도 부분적으로 셀 격실 및 적어도 부분적으로 배터리 모니터링 시스템(BMS) 격실을 획정하고, 셀 격실과 BMS 격실 사이에 배치된 벽을 포함하는, 하우징을 포함한다. 납산 배터리 시스템은 셀 격실 내에 격납된 배터리 셀을 추가로 포함한다. 배터리 셀은 배터리 셀과 결합된 제1 포스트 및 제2 포스트를 갖는다. 제1 포스트 및 제2 포스트는 셀 격실 사이의 벽을 통해 BMS 격실로 돌출된다. 납산 배터리 시스템은 BMS 격실에 의해 격납된 배터리 모니터 시스템(BMS)을 추가로 포함한다. BMS는 제1 포스트 및 제2 포스트에 전기적으로 결합된 전압 센서를 포함한다. 또한, 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
또 다른 실시형태에서,복수개의 셀을 포함하는 납산 배터리를 모니터링하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 복수개의 셀 중 하나 이상의 제1 셀의 제1 온도를 감지하는 단계, 납산 배터리와 관련된 제2 온도를 감지하는 단계, 및 제1 온도 및 제2 온도에 기반하여 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 또한, 상기 방법을 수행하는 납산 배터리 시스템, 및 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
추가 실시형태에서, 납산 배터리 시스템이 개시된다. 납산 배터리 시스템은 제1 격실 및 제1 격실과 구별되는 제2 격실을 갖는 하우징, 제1 격실 내에 배치된 납산 배터리 셀, 제2 격실 내에 배치되어 납산 배터리 셀 중 적어도 하나와 관련된 자극을 감지하기 위한 센서, 및 제2 격실 내에 배치되고 센서와 통신하는 프로세서 및 메모리를 포함한다. 메모리는 배터리 시스템이 센서에 의해 감지된 자극에 기반하여 파라미터를 모니터링하고, 모니터링된 파라미터에 기반하여 배터리 시스템에 대한 성능 상태, 기능 상태, 또는 성능 상태 및 기능 상태 둘 모두를 결정하게 하는 프로세서에 의해 실행가능한 명령어를 포함한다. 또한, 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
다른 실시형태에서, 장치에서 사용되는 납산 배터리 시스템의 결함 가능성에 대응하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 납산 배터리 시스템의 셀-레벨 파라미터를 모니터링하는 단계, 셀-레벨 파라미터의 값을 임계치와 비교하는 단계, 비교에 기반하여 결함 가능성을 결정하는 단계, 및 결함 가능성을 장치로 통신하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법을 수행하는 납산 배터리 시스템, 및 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
또 다른 실시형태에서, 자동화 차량에서 사용되는 납산 배터리 시스템에 의한 결함을 모니터링하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 납산 배터리 시스템이 배치될 차량의 자동화 레벨을 결정하는 단계, 자동화 레벨에 기반하여 결함을 나타내는 임계값을 결정하는 단계, 배터리 시스템의 파라미터를 모니터링하는 단계, 파리미터의 값을 임계값과 비교하는 단계, 및 비교에 기반하여 결함 가능성을 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법을 수행하는 납산 배터리 시스템, 및 납산 배터리 시스템을 포함하는 장치 또는 시스템(예를 들어, 차량)이 개시된다.
하나 이상의 실시형태에서, 납산 유형 배터리 시스템은 납산 배터리의 상태와 관련된 정보를 출력할 수 있다. 출력은 디스플레이, 유선 연결(예를 들어, 통신 포트), 및/또는 무선 연결(예를 들어, 라디오 주파수 안테나 또는 적외선 송신기)을 통해서 이루어질 수 있다. 디스플레이는 복수개의 조명, 예컨대 복수개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 이러한 특징 및 다른 특징, 장점, 및 실시형태는, 다양한 실시형태의 예에 대한 이하의 상세한 설명에 기재되어 있고, 이를 통해 명백해질 것이다.
도 1은 납산 배터리의 사시도이다.
도 2는 커버가 제거된 도 1의 납산 배터리의 사시도이다.
도 3은 도 1의 납산 배터리의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 전해액이 배터리에 주입되는 도 1의 납산 배터리의 단면도이다.
도 5는 차량에 대한 전력의 전부 또는 일부에 기여하는 배터리 시스템을 갖는 차량의 사시도이다.
도 6은 하이브리드 전기 차량(HEV) 형태의 도 5의 차량의 개략적인 단면도이다.
도 7은 납산 배터리 시스템의 사시도이다.
도 8은 배터리 모니터링 시스템을 갖는 도 7의 납산 배터리 시스템의 블록 선도이다.
도 9는 도 8의 배터리 모니터링 시스템의 블록 선도이다.
도 10은 납산 배터리 시스템의 등측도이다.
도 11은 배터리 모니터링 시스템(BMS) 커버가 제거된 도 10의 배터리 시스템의 등축도이다.
도 12는 BMS 커버가 제거된 도 10의 배터리 시스템의 평면도이다.
도 13은 셀 하우징 커버가 제거된 도 10의 배터리 시스템의 등측도이다.
도 14는 도 12의 점선에 따른 전압 센서 위치의 부분 단면도이다.
도 15는 도 13에 나타낸 바와 같은 O-링을 삽입하는 공정의 보다 상세한 도이다.
도 16은 도 12에 나타낸 바와 같은, 에폭시를 갖는 스트랩 포스트 세트의 보다 상세한 도이다.
도 17은 BMS 하우징으로 연장되는 스트랩 포스트를 도 10의 배터리 시스템의 배터리 모니터링 유닛과 연결하기 위해 사용될 수 있는 전압 하네스(harness)의 사시도이다.
도 18은 BMS 하우징으로 연장되는 단자(terminal)를 도 10의 배터리 시스템의 배터리 모니터링 유닛과 연결하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 단자 클램프의 사시도이다.
도 19는 BMS를 갖는 도 10의 납산 배터리 시스템의 블록 선도이다.
도 20은 시나리오 및 도 7 또는 도 10의 스마트 납산 배터리 시스템이 어떻게 시나리오를 다룰 수 있는지에 대한 결과를 보여주는 슬라이드이다.
도 21은 미국 자동차 기술 협회(SAE)가 0(완전 수동) 내지 5(완전 자율) 범위의 6가지 레벨의 운전 자동화를 어떻게 정의하는지를 나타내는 슬라이드이다.
도 22는 도 21의 0 내지 5 레벨에 대한 일부 예시적인 특징을 제공하는 슬라이드이다.
도 23은 ICE 전용 차량으로부터 전기 전용 차량까지의 예시적인 차량과 각각의 유형의 차량에 대한 예시적인 에너지 수요를 보여주는 표이다.
도 24는 xEV 차량 전력망 및 자율 시스템을 지원하는 중요한 전력 제공자를 나타내는 슬라이드이다.
도 25는 12V 첨단 배터리(advance battery)가 xEV에서 어떻게 사용될 수 있는지를 나타내는 슬라이드이다.
도 26은 xEV 자동화 차량에 대한 배터리 전략을 보여주는 슬라이드이다.
도 27은 배터리 기능의 중요성의 예시를 제공하는 슬라이드이다.
도 28은 고전압 트랙션 배터리를 갖는 회로에서 도 7 또는 도 10의 스마트 납산 배터리 시스템에 대한 기능성 안전 시나리오를 보여주는 개략도이다.
도 29는 안전 무결성 배터리로서 납산 배터리 시스템을 개발하기 위한 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 30은 EV 운전 사이클에 대한 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 31 내지 33은 xEV에서 AGM와 12V Li-이온의 가치 제안을 비교하는 표이다.
도 34는 전통적인 납산 배터리를 모니터링하기 위한 전통적인 접근법을 보여주는 슬라이드이다.
도 35는 스마트 납산 배터리 시스템을 포함한, 납산 배터리를 테스트하기 위한 대체 수단을 보여주는 슬라이드이다.
도 36 및 37은 셀 그룹 또는 단일 셀에 상관없이, 셀-레벨 모니터링의 다양한 이점을 보여주는 슬라이드이다.
도 38은 다른 배터리 유형에 대한 스마트 납산 배터리 시스템의 비교 관점을 보여주는 슬라이드이다.
도면은 반드시 축척에 맞춰 작성될 필요는 없는 것으로 이해해야 한다. 특정한 경우, 본 발명을 이해하는 데 필요하지 않거나 다른 세부사항을 인식하기 어렵게 만드는 세부사항은 생략되었을 수 있다. 물론, 본 발명이 반드시 본원에 예시된 장치 또는 프로세스에 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다.
본 출원의 범위 내에서, 상기 단락, 및 청구범위 및/또는 하기 설명 및 도면에서 제시된 다양한 양태, 실시형태, 예시 및 대안, 및 이들의 구체적인 개별 특징은 독립적으로 또는 임의의 조합으로 이루어질 수 있다는 것이 명시적으로 의도된다. 즉, 모든 실시형태 및 임의의 실시형태의 모든 특징은 그러한 특징이 양립할 수 없는 경우를 제외하고 임의의 방식 및/또는 조합으로 조합될 수 있다. 본 출원인은 임의의 원출원 청구범위를 원래 그러한 방식으로 청구되지 않았더라도 임의의 다른 청구범위의 임의의 특징에 의존하고/의존하거나 포함하도록 보정할 권리를 비롯하여, 임의의 원출원 청구범위를 변경하거나 이에 따라 임의의 새로운 청구범위를 출원할 권리를 갖는다.
도 1 내지 4는 하우징(105)을 갖는 흡수성 유리 매트(AGM) 납산 배터리(100)를 나타낸다. 납산 배터리(100)는 차량에서 사용될 수 있다. 납산 배터리를 포함할 수 있는 다른 응용의 예에는 시동, 조명, 및 점화 배터리; 상업용 배터리; 산업용 배터리; 해양용 배터리 등이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1 내지 4의 납산 배터리(100)는 납산 배터리의 기본 요소 중 일부를 나타내고, 본원에 기재된 장치(또는 시스템) 및 프로세스(또는 방법)에 대한 배경을 제공하기 위해 사용된다. 그러나, 당업자는 다른 방식의 AGM 납산 배터리(예를 들어, 원통형 셀-유형 AGM 납산 배터리, 양극성 AGM 배터리, 상이한 셀 개수를 갖는 AGM 배터리) 및 다른 유형의 납산 배터리(예를 들어, 비-AGM 납산 배터리, 침수형 및 연장형 납산 배터리, 겔 유형 배터리)가 본 발명의 양태에서 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 그러나, 용이한 설명을 위해, 본원의 개시내용은 일반적으로 도 1 내지 4에 나타낸 AGM 납산 배터리(100)의 방식에 중점을 둘 것이다. 이는 도 7 및 10에 나타낸 AGM 납산 배터리 시스템(100B 및 100C)의 변형을 포함한다.
도 1을 참조하면, 하우징(105)은 기부(base)(110) 및 커버(115)를 포함한다. 커버(115)는 기부(110)에 고정된다. 예시적인 고정 수단은 다양한 지점에서 커버(115)를 기부(110)에 열 밀봉하는 것이다. 배터리(100)는 단자(또는 부싱)(120, 125), 및 배출 시스템으로부터 가스를 배출하는 배기구(130)를 추가로 포함한다. 단자는 하우징(105)(예를 들어, 나타낸 바와 같은 커버(115))을 통해 또는 그 위에 돌출된다. 단자(120, 125)는 배터리(100)를 전기 부하에 연결하거나 결합시키기 위해 커버(115) 위에 제공된다. 전기 부하의 예에는 차량 전기 시스템의 부하(하기에 논의됨)가 포함될 수 있다.
도 2는 커버(115)가 제거된 것을 나타낸다. 배터리 하우징(105)은 복수개의 배터리 셀 격실(하나의 격실(135)이 표시됨)을 지지한다. 셀 격실은 하우징(105), 및 복수개의 셀 격실을 획정하는 복수개의 셀 벽 또는 칸막이(하나의 칸막이(140)가 표시됨)에 의해 형성될 수 있다. 칸막이는 하우징(105)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본원에 논의된 구조는 6개의 셀 격실을 갖지만, 다른 개수의 격실이 제공될 수도 있다. 또한, 나타낸 격실은 일반적으로 직사각형 형상이지만, 다른 형상이 격실에 사용될 수도 있다. 셀 격실(및 관련된 배터리 셀)은 통상적으로 번호로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 6개의 셀 배터리는 셀 1, 2, 3, 4, 5 및 6이다. 6개의 셀을 갖는 배터리가 제공되는 예시적인 구조에 따라, 5개의 칸막이가 제공된다.
도 3은 복수개의 배터리 셀 중 하나를 부분 분해도로 나타낸다. 배터리 셀(140)은 복수개의 양극 프레임 또는 판, 양극판을 부분적으로 둘러싸는 복수개의 분리막, 및 복수개의 음극 프레임 또는 판을 포함한다. 도 3은 하나의 양극 프레임 또는 판(150), 하나의 분리막(155), 및 하나의 음극 프레임 또는 판(160)을 표시하였다.
납산 배터리의 일부 유형에서, 양극판 및 음극판은 각각 납 또는 납-합금 그리드를 포함하는데, 이는 기판으로서 작용하고, 제조 중에 그 위에 침착되거나 달리 제공되는 전기화학적 활성 재료를 지지하여 배터리판을 형성한다. 그리드는 전류를 전도하도록 작용하는 양극 활성 재료 또는 페이스트와 음극 활성 재료 또는 페이스트의 전기 접촉을 제공한다.
배터리(100)에서 일어나는 반응 중에 생성되는 바람직하지 않은 전자 흐름 및/또는 단락을 방지하도록 판들 사이에 분리막이 제공된다. 양극판 및 음극판은 제조 방법에 따라 다양한 유형으로 분류될 수 있다. 하나 이상의 예에서, 각각의 프레임은 일반적으로 직사각형 형상이고, 배터리 단자(120, 125)에 전기적으로 결합되는 러그(lug)를 포함한다. 프레임은 또한 측벽, 하단 가장자리 및 대향 면을 포함할 수 있다.
하나 이상의 배터리 분리막은 양극 및 음극을 절연적으로 분리하기 위해 사용될 수 있다. AGM 납산 배터리에 대한 분리막 재료는 전기화학 반응을 지원하는 데 필요한 전해액을 적어도 실질적으로 전부 함유하도록 충분한 다공성 및 보유성을 갖는다. 다양한 예에서, 분리막 재료는 요소들의 적층 시, 분리막 재료가 실질적으로 판의 표면 윤곽에 부합하여 위킹(wicking) 또는 모세관 작용을 일으키는 데 도움이 되도록 압축될 수 있다. 도 4는 주입 구멍을 통해 배터리 셀로 주입되는 전해액(165)을 나타낸다. 주입 구멍(170)이 도 4에 표시되어 있다.
도 5는 배터리 시스템(블록(180)으로 나타냄)을 갖는 차량(175)의 사시도이다. 차량(예를 들어, 휘발유 또는 가솔린 차량, 전기 차량, 하이브리드 차량)은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 시스템을 사용한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 하이브리드 전기 차량(HEV)은 내연 기관(ICE) 추진 시스템 및 배터리-구동 전기 추진 시스템, 예컨대 48 볼트(V) 또는 130V 시스템을 겸비한다. 플러그-인 HEV(Plug-in HEV, PHEV)는 배터리 충전을 돕도록 플러그 인될 수 있는 HEV이다. 전기 차량(EV)은 ICE가 없는 차량이다. 이러한 하이브리드 또는 완전 전기 차량 각각은 약어 xEV를 사용하여 분류될 수 있다.
배터리 시스템(180)에 대한 보다 상세한 블록 선도가 도 6에 기재되어 있다. 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(180)은 에너지 저장 구성요소(185)를 포함한다. 에너지 저장 구성요소는 점화 시스템(190), 교류 발전기(195), 차량 콘솔(200) 및 전기 모터/발전기(205)에 결합된다. 일반적으로, 에너지 저장 구성요소(185)는 차량(175)에서 발생되는 전기 에너지를 포착/저장하고, 차량(175)의 전기 장치를 구동하도록 전기 에너지를 출력할 수 있다.
배터리 시스템(180)은 차량의 전기 시스템의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 전기 시스템에 대한 전기 부하의 예에는 라디에이터 냉각 팬, 온도 제어 시스템, 전기 전력 스티어링(electric power steering) 시스템, 액티브 서스펜션(active suspension) 시스템, 자동 주차 시스템, 전기 오일 펌프, 전기 수퍼/터보차저, 전기 워터 펌프, 열선 내장 앞유리/성에 제거 장치, 윈도우 리프트 모터(window lift motor), 배니티 라이트(vanity light), 타이어 압력 모니터링 시스템 , 선루프 모터 제어 장치, 파워 시트, 경고 시스템, 인포테인먼트(infotainment) 시스템, 내비게이션 특징부, 차선 이탈 경고 시스템, 전기 주차 브레이크, 외부 조명 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 구조에서, 에너지 저장 구성요소(185)는 차량 콘솔(200), 점화 시스템(190) 및 전기 모터/발전기(205)에 전력을 공급한다. 점화 시스템은 내연 기관(210)에 시동을 거는 데(예를 들어, 크랭크를 돌리는 데) 사용될 수 있다.
추가적으로, 에너지 저장 구성요소(185)는 발전 상태에서 작용할 때 교류 발전기(195) 및/또는 전기 발전기(205)에 의해 발생되는 전기 에너지를 포착할 수 있다. 일부 구현예에서, 교류 발전기(195)는 내연 기관(210)이 작동하는 동안 전기 에너지를 발생시킨다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전기 발전기(205)는 차량(175)의 움직임(예를 들어, 바퀴의 회전)에 의해 생성되는 기계 에너지를 전기 에너지로 전환시킴으로써 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 따라서, 에너지 저장 구성요소(185)는 회생 제동 동안 전기 모터/발전기(205)에 의해 발생되는 전기 에너지를 포착할 수 있다.
전기 에너지의 포착 및 공급을 촉진시키기 위해, 에너지 저장 구성요소(185)는 버스(215)를 통해 차량의 전기 시스템에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 버스(215)는 에너지 저장 구성요소(185)가 교류 발전기(195) 및/또는 전기 발전기(205)에 의해 발생되는 전기 에너지를 수용하게 한다. 추가적으로, 버스(215)는 에너지 저장 구성요소(185)가 전기 에너지를 점화 시스템(216), 차량 콘솔(220) 및/또는 전기 모터(205)로 출력하게 할 수 있다.
추가적으로, 도시된 바와 같이, 에너지 저장 구성요소(185)는 다중 배터리 및/또는 배터리 시스템을 포함한다. 예를 들어, 도시된 실시형태에서, 에너지 저장 구성요소(185)는 리튬-이온(예를 들어, 제1) 배터리 시스템(220) 및 납산(예를 들어, 제2) 배터리 시스템(225)을 포함한다. 다른 구조에서, 에너지 저장 구성요소(185)는 임의의 수의 배터리 시스템을 포함한다. 추가적으로, 리튬-이온 배터리 시스템(220) 및 납산 배터리 시스템(225)이 서로 인접한 것으로 도시되지만, 이들은 차량(175) 주변의 상이한 영역에 위치할 수 있다. 예를 들어, 리튬-이온 배터리 시스템(220)은 차량(175)의 내부 근처에 또는 그 아래에 위치할 수 있는 한편, 납산 배터리 시스템(225)은 차량(175)의 후드 아래에 위치할 수 있다.
전기 에너지의 포착 및 저장 제어를 촉진시키기 위해, 배터리 시스템(180)은 추가적으로 제어 모듈(230)을 포함한다. 보다 구체적으로, 제어 모듈(230)은 배터리 시스템(180)의 구성요소의 작동을 제어할 수 있다. 제어 모듈(230)에 의해 제어되는 예시적인 구성요소는 에너지 저장 구성요소(185), 교류 발전기(195) 및/또는 전기 모터/발전기(205) 내에 릴레이(relay) 및/또는 스위치를 포함한다. 제어 모듈(230)은 특히 각각의 배터리 시스템(220 또는 225)에 의해 포착/공급되는 전기 에너지의 양을 조절하고(예를 들어, 배터리 시스템(180)의 출력을 내리거나 재설정하여), 배터리 시스템들(220, 225) 간의 부하 분산(load balancing)을 수행하고, 각각의 배터리(220 또는 225)의 충전 상태를 결정하고, 교류 발전기(195) 및/또는 전기 모터(205)에 의해 전압 출력을 제어하는 등을 할 수 있다. 제어 모듈(230)은 차량 제어 모듈의 일부일 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 제어 모듈(230)은 하나 이상의 프로세서(235) 및 하나 이상의 메모리(236)를 포함한다. 예시적인 프로세서 및 메모리가 납산 배터리 시스템(100A)과 관련하여 하기에 논의될 것이다.
차량(175)에 존재하는 구성요소의 종류는 차량(175)의 유형에 따라 좌우되기 때문에 전기 모터/발전기(205), 교류 발전기(195), 점화 시스템(190) 및 ICE(210)는 모두 도 6에 가상으로 나타나 있다. 예를 들어, 전기-전용 차량은 교류 발전기(195), 점화 시스템(190) 및 ICE(210)를 포함하지 않을 것이다. ICE-전용 차량은 전기 모터/발전기(205)를 포함하지 않을 것이다. 하이브리드-전기 차량은 전기 모터/발전기(205), 교류 발전기(195), 점화 시스템(190) 및 ICE(210) 전부를 포함할 수 있다. 다른 변형이 가능하다.
본원에 기재된 배터리 시스템(220, 225)은 다양한 유형의 차량(예를 들어, xEV)에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 본원에 기재된 배터리 시스템(220, 225)은 또한 다른 에너지 저장/소비 응용에 전력을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 배터리 기술 분야의 당업자는 본 발명(들) 및 본 발명(들)의 양태를 다른 정지 및 비정지 상황을 포함한 다른 에너지 저장/소비 응용까지 확장시킬 수 있을 것이다. 본 발명(들) 및 본 발명(들)의 양태는 여러 응용의 별개의 기능을 다루도록 사용될 수 있다. 본 발명(들) 및 본 발명(들)의 양태는, 예를 들어 제한 없이, 기본 관심사가 엔진 시동 및 적재물 지원인 사람 또는 화물을 이동하는 기능을 갖는, 자동차, 버스, 소형 및 대형 트럭, 해양 및 레저용 차량을 포함한 차량 응용에 적용될 수 있다. 추가적으로, 본 발명(들) 및 본 발명(들)의 양태는, 예를 들어 제한 없이, 지게차, 골프 카트, 및 기본적인 전력 공급원으로서 배터리를 사용하여 사람 또는 물질을 이동시키는 산업용 기능을 포함한 동력 응용에 적용될 수 있다. 더 나아가, 본 발명(들) 및 본 발명(들)의 양태는, 예를 들어 제한 없이 정지식 무정전 전력 공급 시스템, 텔레콤, 그리드, 및 정전 시 배터리 지원 응용 및 전력 공급과 수요의 균형에 관한 재생 기능을 포함한 예비 응용에 적용될 수 있다. 용이한 설명을 위해, 본원에서 중점을 둔 에너지 저장/소비 응용은 차량(175)이다.
도 7은 납산 배터리(100)와 실질적으로 유사한 "스마트" 납산 배터리 시스템(100A)을 나타낸다. 납산 배터리 시스템(100A)은 하우징(105A)을 갖는다. 하우징(105A)은 기부(110) 및 커버(115A)를 포함한다. 커버(115A)는 기부(110)에 고정된다. 커버(115)와 달리, 커버(115A)는 커버(115A)와 통합되거나 그 위에 있는 3개의 광 표시등(245)(예를 들어, 발광 다이오드(LED)) 및 커버(115A) 내의 또는 그를 통과하는 통신 포트(또는 커넥터)(250)를 포함한다.
도 8 및 9는 배터리 모니터링 시스템(BMS)이 있는 도 1 내지 4의 AGM 배터리와 같은 납산 배터리를 갖는 배터리 시스템(100A)을 개략적으로 나타낸다. 도 8은 통합된 BMS(255)를 갖는 배터리(100A)의 블록 선도이다. 통합된 BMS(255)는 배터리 하우징(105A) 내에 배치된다. BMS(255)를 갖는 배터리 셀(또는 배터리)이 배터리 시스템(100A)이 된다. 특정 구조에서 BMS(255)는 적어도 부분적으로 배터리 하우징(115A) 밖에(예를 들어, 배터리 하우징(115A)에 부착된 개별 하우징 내에) 위치할 수 있는 것으로 생각된다. 또한, BMS(255)의 양태는 배터리(100)가 그 일부인 보다 큰 시스템의 다른 요소와 조합될 수 있는 것으로 생각된다.
배터리 시스템(100A)은 직렬로 연결된 배터리 셀(이는 140으로 개략적으로 표시됨)의 어레이를 포함한다. 배터리 모니터링 유닛(260)은 외부 장치로/외부 장치로부터 신호를 수신 및/또는 송신하도록 구성된 통신 모듈(265)을 포함한다. 통신은 나타낸 바와 같이 유선 연결을 통해 이루어질 수 있다. 다른 구조에서, 배터리 모니터링 유닛(260)은 점대점 연결(예를 들어, 블루투스 연결), 무선 근거리 통신망 연결(예를 들어, Wi-Fi 또는 ZigBee 연결), 휴대폰 데이터 연결(예를 들어, 코드 분할 다중 접속) 또는 다른 적합한 연결을 통해서와 같이 라디오 주파수 신호를 통해 통신할 수 있는 송신기 및 안테나를 갖는 통신 모듈(265)을 포함할 수 있다.
도 8의 도시에서, 측정 장치(270)는 관련된 배터리 셀의 작동 파라미터를 모니터링하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함하며, 작동 파라미터를 나타내는 신호를 배터리 모니터링 유닛(18)으로 출력하도록 구성된다. 측정 장치(270)로부터 배터리 모니터링 유닛으로의 통신은 나타낸 바와 같이 유선 연결을 통해 수행될 수 있다. 또한, 측정 장치로부터의 통신은 무선 통신을 통해 이루어질 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 송신기는 측정 장치(270)와 통신 결합되고, 관련된 배터리 셀(140)에 의해 출력되는 전력 신호의 변조를 통해 작동 파라미터를 나타내는 신호를 출력하도록 구성되는 것으로 생각된다. 측정 장치(270)의 다른 구성이 하기에 논의될 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 측정 장치(270)는 각각의 배터리 셀(140)의 양극 러그(280)에 결합된 제1 리드(lead)(275), 및 배터리 셀(140)의 음극 러그(290)에 결합된 제2 리드(285)를 포함한다. 단지 하나의 셀에만 참조 번호(275~290)를 표시하였다. 각각의 측정 장치(270)는 센서(예를 들어, 전압 센서)를 포함할 수 있으며, 이는 제1 및 제2 리드(275, 280)에 결합되고 전력 파라미터(예를 들어, 전압)를 측정하도록 구성될 수 있다. 예시된 구조는 각각의 셀(140)에 대해 하나의 독립된 측정 장치(270)를 포함하고 있지만, 일부 구조는 많거나 적은 측정 장치(270)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배터리 측정 장치(270)는 다중 셀(140)에 대한 파라미터를 모니터링하도록 구성될 수 있는 것으로 생각된다.
도 9는 측정 장치(270)의 예에 대한 추가 개략도를 제공한다. 도시된 바와 같이, 측정 장치(270)는 제1 리드(275) 및 제2 리드(285)에 전기적으로 결합된 전압 센서(295)를 포함한다. 제1 리드(275)는 양극 러그(280)에 전기적으로 연결되고, 제2 리드(285)는 음극 러그(290)에 전기적으로 연결되기 때문에, 전압 센서(295)는 배터리 셀(140)을 가로지르는 전압을 감지한다. 전압 센서(295)는 프로세서(300) 및 메모리(305)에 결합될 수 있다. 프로세서(300)는 셀 전압을 나타내는 전압 센서(295)로부터의 신호를 수신하여, 신호에 기반하여 셀 전압을 결정한다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 전압 센서(295)는 감지된 전압에 비례하여 아날로그 신호를 출력할 수 있다. 그러한 구현예에서, 프로세서(300)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환시키고 디지털 신호에 기반하여 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 메모리(305)는 배터리 셀 식별 정보, 작동 파라미터 이력 정보, 배터리 셀 유형 정보 및/또는 사용 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 고유 식별 번호가 각각의 배터리 셀(140)과 결합하여 메모리(305) 내에 저장될 수 있다. 대안적으로, 전압 센서(295)는 하기에 논의되는 배터리 모니터링 유닛(260)의 프로세서 및 메모리에 아날로그 신호를 제공할 수 있다.
측정 장치(270)는 다른 센서, 예컨대 온도 센서(310)를 포함할 수 있다. 온도 센서(310)는 배터리 셀 온도를 나타내는 신호를 출력한다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 온도 센서(310)는 측정된 온도에 비례하여 아날로그 신호를 출력할 수 있다. 대안의 구조는 배터리 셀(140)의 다른 작동 파라미터를 모니터링하도록 구성된 추가 센서를 포함할 수 있는 것으로 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 측정 장치(270)는 배터리 셀(140) 내의 충전 상태를 측정하도록 구성된 센서, 셀(140)에 의해 제공되는 전류를 결정하도록 구성된 전류 센서(315), 셀(140) 내의 과도한 압력을 감지하도록 구성된 압력 센서, 셀(140) 내의 산 밀도를 측정하기 위한 산 밀도 측정, 및/또는 배터리 셀(140)의 전기적, 물리적 또는 화학적 파라미터를 모니터링하도록 구성된 다른 센서를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 측정 장치(270)는 프로세서(300), 메모리(305) 및 트랜시버(320)를 포함한다. 트랜시버(320)는 외부 소스로부터 유선 및/또는 무선 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 프로세서(300) 및 메모리(305)는 각각 단일 전자 장치일 수 있거나 다중 장치로부터 형성될 수 있는 것으로 고려된다.
프로세서(300)는 측정 장치(270)에 대해 본원에 기재된 임의의 프로세스 또는 기능을 실행, 구현 및/또는 수행하도록 구성된 구성요소 또는 구성요소의 그룹, 또는 그러한 프로세스를 수행하거나 그러한 프로세스가 수행되게 하는 명령어 형태를 포함할 수 있다. 적합한 프로세서의 예에는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 및 소프트웨어를 실행할 수 있는 다른 회로가 포함된다. 적합한 프로세서의 추가 예에는 코어 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 어레이 프로세서, 벡터 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 프로그래밍 가능 논리 어레이(PLA), 주문형 집적 회로(ASIC), 수학 보조 프로세서 및 프로그래밍 가능 논리 회로가 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 프로세서(300)는 명령어를 수행하도록 구성된 하드웨어 회로(예를 들어, 집적 회로)를 포함할 수 있다. 복수개의 프로세서가 있는 구성에서, 그러한 프로세서는 서로 독립적으로 작업할 수 있거나, 하나 이상의 프로세서는 서로 조합하여 작업할 수 있다.
메모리(305)는 하나 이상의 명령어 유형 및/또는 데이터를 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 메모리(305)는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 적합한 메모리의 예에는 RAM(랜덤 액세스 메모리), 플래시 메모리, ROM(읽기 전용 메모리), PROM(프로그래밍 가능 읽기-전용 메모리), EPROM(지울 수 있는 프로그래밍 가능 읽기-전용 메모리), EEPROM(전기적으로 지울 수 있는 프로그래밍 가능 읽기-전용 메모리), 레지스터, 디스크, 드라이브, 또는 임의의 다른 적합한 저장 매체, 또는 이들의 임의의 조합이 포함된다. 메모리(305)는 프로세서(300)의 구성요소일 수 있거나, 사용하기 위해 프로세서(300)에 작동가능하게 연결될 수 있거나, 둘 모두의 조합일 수 있다.
하나 이상의 구성에서, 메모리(305)는 저장된 다양한 명령어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(305)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 저장할 수 있다. 소프트웨어 모듈은 프로세서(300)에 의해 실행되는 경우, 프로세서(300)가 측정 장치(270)에 대해 개시된 다양한 기능을 수행하게 하는 컴퓨터-판독가능 명령어이거나, 그러한 명령어를 포함할 수 있다. 간결성을 위해 본원에 측정 장치(270)에 대한 기능이 설명될 수 있지만, 그 기능은 다양한 모듈에 저장되거나 또는 그 안에 포함된 명령어를 사용하여 프로세서(300)에 의해 수행된다는 것에 유념한다. 일부 모듈은, 예를 들어 다양한 통신 장치 및 프로토콜을 사용하여 프로세서(300)에 의해 원격으로 저장될 수 있고 액세스 가능할 수 있다.
배터리 모니터링 유닛(260)은 또한 프로세서(300) 및 메모리(305)와 유사한 프로세서(300A) 및 메모리(305A)를 포함할 수 있다. 배터리 모니터링 유닛(260)의 메모리(305A)는 또한 배터리 식별 정보, 배터리 작동 파라미터 이력 정보, 배터리 유형 정보 및/또는 배터리 사용 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 메모리(305A)는 배터리 셀 식별 정보, 배터리 셀 작동 파라미터 이력 정보, 배터리 셀 유형 정보 및/또는 배터리 셀 사용 정보를 각각의 셀(140)에 대해 저장하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고유 식별 번호가 각각의 배터리 셀(140)과 결합하여 메모리(305A) 내에 저장될 수 있다. 그러한 구조에서, 배터리 모니터링 유닛은 고유 식별 번호에 기반하여 특정 배터리 셀(140)을 식별함으로써, 측정 장치(270) 사이의 측정된 파라미터에 보다 많은 정황을 제공할 수 있다. 메모리(305A)는 또한 배터리 시스템(100A) 및 배터리 셀(170)의 측정된 작동 파라미터의 이력 값을 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(305A)는 전압 센서(295)에 의해 측정된 최대 및/또는 최소 전압을 저장할 수 있다. 그러한 정보는 하기 추가 구조 중 일부에서 논의되는 바와 같이 배터리 셀(14) 내의 결함을 진단하는 데 유용할 수 있다. 추가로, 메모리(305A)는 평균 부하, 최대 부하, 작동 시간, 또는 배터리 시스템(100A) 및/ 배터리 셀(140)의 작동 상태를 모니터링하는 데 유용할 수 있는 다른 파라미터와 같은 사용 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 배터리 셀(140)(예를 들어, 셀 1 내지 3 및 셀 4 내지 6)의 조합에 대해서 유사한 정보가 배터리 모니터링 유닛(260)에 저장될 수 있다.
다른 구성요소로 넘어가기 전에, 당업자는 배터리 모니터링 유닛이 전형적으로 배터리 또는 모니터링 유닛에서 발견되는 추가의 통상적인 요소를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 구성요소에 대한 추가의 논의는 해당 구성요소가 통상적이고 그 작동이 통상적이기 때문에 본원에 제공되지 않는다.
다시 도 7 및 8을 참조하면, 배터리 시스템은 디스플레이를 포함한다. 나타낸 디스플레이는 3개의 광 표시등(245)을 포함한다. 보다 구체적으로, 3개의 광 표시등(245)은 3개의 발광 다이오드(LED)로 나타내어진다. 3개의 LED는 배터리로부터 유선 및 무선 통신에 대한 대안으로 또는 그와 함께 사용자(예를 들어, 배터리 소유자)에게 정보를 제공할 수 있다. 다른 디스플레이가 광 표시등(245)에 대한 대안으로 사용될 수 있다.
배터리 시스템은 또한 통신 케이블을 배터리 하우징(105A)에 연결하기 위한 통신(또는 커넥터) 포트(250)를 포함한다. 통신 케이블은 배터리 시스템(100A)과, 외부 장치, 예컨대 배터리 시스템(100A)이 차량에 사용되는 경우 차량 제어 모듈의 통신을 촉진할 수 있다.
배터리 시스템(100A)의 하나의 작동 동안, 각각의 측정 장치(270)는 측정 장치(270)가 결합되어 있는 각각의 셀(140)의 셀 전압을 모니터링한다. 각각의 측정 장치(270)는 측정 장치(270)가 상기 논의된 바와 같은 다른 센서를 포함하는 경우 각각의 셀(140)과 관련된 다른 파라미터를 모니터링할 수 있다. 아날로그 값(들) 또는 처리된 값(들)은 배터리 모니터링 유닛(260)에 제공될 수 있다. 배터리 모니터링 유닛(260)은 납산 배터리 시스템(100A)의 다른 파라미터, 예컨대 총 배터리 전압, 배터리 셀 전압의 다양한 조합, 총 배터리 전류, 총 배터리 충전 등을 개별적으로 모니터링할 수 있다. 획득된 파라미터 및 관련된 값에 기반하여, 배터리 모니터링 유닛(260)은 납산 배터리 시스템(100A), 특히 배터리 및 배터리 셀의 성능 상태를 결정할 수 있다. 획득된 파라미터 및 관련된 값에 더욱 기반하여, 배터리 모니터링 유닛(260)은 납산 배터리 시스템, 특히 배터리 및 배터리 셀의 기능 상태(예를 들어, 이용가능한 용량에 대해 충전 상태를 관찰함으로써 사용가능한 에너지에 대해 준비)를 결정할 수 있다. 이는 공지된 납산 배터리에 대해 이미 입수가능한 것보다 많은 정보이다. 예를 들어, 종래의 납산 배터리의 총 배터리 전압은 차량 제어 유닛에 의해 모니터링될 수 있으며, 이는 안전성 범위 내에 있을 수 있다. 그러나, 셀 전압을 모니터링함으로써, 배터리 모니터링 유닛(260)은 잠재적으로 결함이 있는 셀을 식별하고, 이에 따라 차량 제어 유닛이 총 배터리 전압을 통해 가능한 문제를 식별할 수 있는 것보다 더 빨리 납산 배터리 시스템(100A)에 대해 가능한 문제를 식별할 수 있다. 본원의 납산 배터리 시스템(100A)은 또한 개별 셀(140)과 관련된 추가 전압 정보를 사용하여 보다 우수한 예측 능력을 제공할 수 있다. 더 나아가, 이는 측정 장치(270) 및 배터리 모니터링 유닛(260)에 의해 감지되는 다른 가능한 셀 파라미터(상기 논의됨)에 적용된다. 추가의 보다 상세한 작동 예가 도 20 내지 38과 함께 하기 제공된다.
납산 배터리 시스템(100A)은 또한 시간에 따라 추가 분석을 위한 정보를 저장할 수 있거나, 저장된 정보는 배터리 재활용 프로세스의 일부로서 후속하여 분석 및 조사될 수 있다. 예를 들어, 납산 배터리 시스템(100A)과 관련되고 개별 셀(140)과 관련된 상세한 사용 정보가 저장되고, 상기되어 재활용 시에 최종 셀 상태와 비교될 수 있다. 다시, 추가의 보다 상세한 작동 예가 도 20 내지 38과 함께 하기 제공된다.
납산 배터리 시스템(100A)으로부터의 통신은 여러 가지 방식을 통해 수행될 수 있다. 배터리 시스템(100A)은 디스플레이를 포함할 수 있다. 도 7의 하나의 디스플레이는 3개의 단일 LED로서 나타나 있다. LED를 포함시키면 3-비트 정보를 사용하여 8가지 상이한 상태를 제공할 수 있다. 깜박임 및 여러 색을 포함시키면 통신될 수 있는 상태의 수가 증가할 수 있다. 이는 사용자/소유자 또는 정비사가 납산 배터리 시스템(100A)을 단순히 쳐다볼 때 정보 및 상태를 수신하게 한다.
납산 배터리 시스템(100A)과 관련된 정보 및 납산 배터리의 상태는 또한 유선 연결을 통해 및/또는 무선 통신을 통해 통신될 수 있다. 예를 들어, 정보는 차량 제어 모듈로 통신될 수 있고, 차량 제어 모듈은 정보를 표시 패널(220)을 통해 운전자에게 제공할 수 있다. 대안적으로, 배터리 모니터링 유닛(260)과 통신하기 위해, 보다 구체적으로는 메모리(305A)로부터 정보를 얻기 위해 납산 배터리 시스템(100A)에 분석 툴이 결합될 수 있다(무선 또는 직접 연결).
도 10 내지 15는 하우징(105B)을 갖는 제2 납산 배터리 시스템(100B)을 나타낸다. 배터리 시스템(100A)과 같이, 배터리 시스템(100B)은 차량 또는 다른 비-차량 응용에 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 하우징(105B)은 배터리 셀 기부(110B) 및 배터리 셀 커버(115B)를 포함한다. 셀 커버(115B)는 셀 기부(110B)에 고정된다. 하우징(105B)은 배터리 관리 시스템(BMS) 기부(111B) 및 BMS 커버(116B)를 추가로 포함한다. BMS 커버(116B)는 BMS 기부(111B)에, 예를 들어 커버를 다양한 지점에서 배터리에 가열 밀봉함으로써 고정된다. 대안적으로, BMS 커버(116B)는 다수의 잠금 장치(118)(예를 들어, 나사, 볼트)를 사용하여 BMS 기부(111B)에 연결된다. 나타낸 실시형태의 경우, BMS 기부(111B)는 셀 커버(115B)에 통합되어 형성된다. 배터리는 하우징(예를 들어, 나타낸 바와 같은 셀 커버)을 통해 또는 그 위에 돌출된 단자(또는 부싱)(120B, 125B)를 추가로 포함한다. 단자(120B, 125B)는 배터리를 전기 부하(예를 들어, 차량 전기 시스템)에 연결 또는 결합하기 위해 커버 위에 제공된다. 통신 커넥터(126B)(예를 들어, 차량 통신 커넥터)는 BMS 기부(111B)를 통해 또는 그 위에 돌출된다. 예시된 예에서, 통신 커넥터는 BMS 기부(111B)의 측벽을 통해 돌출된다. 대안적으로, 이는 하우징(105)의 상단 또는 커버를 통과할 수 있다.
도 11 및 12는 BMS 커버(116B)가 제거된 예를 나타낸다. 도 14는 셀 커버(115B)가 제거된 것을 나타낸다. 셀 기부(110B)는 복수개의 배터리 셀 격실(하나의 격실(135B)이 표시됨)을 지지한다. 셀 격실(135B)은 셀 기부(110B), 및 복수개의 셀 격실(135B)을 획정하는 복수개의 셀 벽 또는 칸막이(하나의 벽(140B)이 표시됨)에 의해 형성될 수 있다. 칸막이(140B)는 하우징(105B)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본원에 논의된 구조는 6개의 셀 격실(135B)을 갖지만, 다른 개수의 격실이 제공될 수도 있다. 또한, 나타낸 격실(135B)은 일반적으로 직사각형 형상이지만, 다른 형상이 격실에 사용될 수도 있다. 셀 격실(135B)(및 관련된 배터리 셀)은 통상적으로 번호(예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6 등)로 지칭될 수 있다.
배터리 셀(140B)은 복수개의 양극 프레임 또는 판, 양극판을 부분적으로 둘러싸는 복수개의 분리막, 및 복수개의 음극 프레임 또는 판을 포함한다. 배터리 셀(140B)의 설계 및 구현은 배터리(100)에 대해 상기 논의된 것과 유사할 수 있으며, 이는 본원에 포함된다.
또한, 배터리 시스템(100A)에 대해 기재된 것과 마찬가지로, 배터리 시스템(100B)은 "스마트" 배터리 시스템이다. 배터리 시스템(100B)에 대한 "지능형" 구성은 도 8 및 9에 나타낸 바와 개념적으로 유사하지만 하기에 논의된 바와 같이 변형될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 8에 나타낸 측정 장치(270)는 기부(110), 및 구체적으로는 셀 격실(들)(135) 내에 배치된다. 반면에, 배터리 시스템(100B)은 2개의 격실 시스템: 배터리 셀 격실(400B) 및 BMS 격실(405)을 포함한다. 하나 이상의 측정 장치(270B)가 BMS 격실(405) 내에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 대한 대안의 구조가 하기에 기재될 것이다.
셀 기부(110B), 셀 커버(115B), BMS 기부(111B) 및 BMS 커버(116B)를 포함한 배터리 하우징(105B)은 임의의 중합체(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 함유 재료 등), 아크릴 부틸 스테아레이트(ABS), 폴리카보네이트 또는 복합재(예를 들어, 유리 보강 중합체) 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 하우징(105B)은 폴리프로필렌-함유 재료(예를 들어, 순수한 폴리프로필렌, 폴리프로필렌을 포함하는 공중합체, 첨가제와 폴리프로필렌 등)로 제조될 수 있다. 그러한 중합체 재료는 용기의 셀 내에 제공된 산(예를 들어, 황산)에 의해 유발되는 열화에 비교적 저항적이다. 추가로, 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 셀 격실(400)과 BMS 격실(405) 사이의 하우징(105B)의 일부인 벽은 또한 셀 격실(400) 내에 제공된 산에 의해 유발되는 열화에 저항적이다.
배터리 셀 격실(400)은 하나의 셀을 다음 셀로 결합하는 배터리 스트랩(410)을 포함하여, 배터리 전압을 생성한다. 배터리 스트랩의 예는 미국 특허 공개 제2019/0393473호에 나타나 있고 그에 기재되어 있으며 본원에서 변형된 바와 같은 배터리 스트랩(410)을 포함하며, 상기 특허는 본원에 참조로 포함된다.
배터리 스트랩(410)은, 다양한 구조에 따라, 다수의 배터리 셀(140B), 예를 들어 직렬 상태의 6개의 배터리 셀을 연결한다. 배터리 스트랩(410)은, 실시형태의 다수의 예에 따라, 직접 경로 캐스트-온 스트랩(direct path cast-on strap)일 수 있다. 배터리 셀(140B)은 상기 판(150, 160)과 유사하게 함께 적층된 평평한-판으로 구성될 수 있다. 각각의 판은 그리드의 상단 밖으로 연장되는 각각의 러그를 가질 수 있다. 스트랩(410)은 셀(140B) 내에서 함께 그리드의 러그를 연결하는 것으로 이해될 수 있다.
배터리 스트랩(410)은 연결 스트랩(412)을 포함할 수 있거나, 말단 스트랩(413)을 추가로 포함할 수 있다. 5개의 연결 스트랩(412)이 6개의 배터리 요소를 직렬로 결합하는 것으로 도 13에 나타나 있다. 말단 스트랩(413)으로 통합된 양극 단자(120B) 및 음극 단자(125B)는 예시된 예에서 배터리 시스템(100B)의 한 측면 상에 나타나 있다. 연결 스트랩(412)은 배터리 셀의 배터리판의 제1 극성을 갖는 러그(411)를 제2 배터리 셀의 반대 극성을 갖는 배터리판의 러그(411)로 연결하는 것으로 알 수 있다. 단자 포스트(120B)는 극성을 갖는 말단 스트랩(413)(예를 들어, 양극 단자)에 연결되는데, 이는 배터리 셀(140B)의 동일한 극성(예를 들어, 양극)을 갖는 판의 러그를 연결한다. 마찬가지로, 다른 단자 포스트(125B)(예를 들어, 음극 단자)가 배터리 셀(140B)의 판(예를 들어, 음극판)의 러그(411)를 연결하는 말단 스트랩(413)에 연결된다. 나타낸 구조에서, 이는 직렬로 연결되는 6개의 셀 전부를 제공하여 배터리 시스템(100B)에 대한 배터리 전압을 생성한다. 상이한 전압 및/또는 다중 전압을 제공하기 위해 당업계에 알려진 바와 같이 배터리 시스템(100B)에 대해 다른 직렬 및 병렬 배터리 셀 구성이 가능하다.
연결 스트랩(410) 중 5개는 형상이 거의 동일할 수 있다. 마찬가지로, 단자를 갖는 말단 스트랩(411)은 거의 동일하게 형상화될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 연결 스트랩(410)은 위에서 볼 때 실질적으로 직사각형 형상일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 연결 스트랩(410)은 실질적으로 직각 프리즘 형상일 수 있지만, 다른 형상도 가능할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 단자 포스트 및 말단 스트랩(411)은 단자 포스트가 배터리 커버(105)를 통해 돌출된 것으로 볼 수 있다. 단자 포스트, 측면 단자 및 연결 부재는 하나 이상의 전도성 재료(예를 들어, 납 또는 납 함유 재료)로 제조될 수 있다. 마찬가지로, 스트랩 부재 및 말단 스트랩은 하나 이상의 전도성 재료(예를 들어, 납 또는 납 함유 재료)로 제조될 수 있다.
스트랩 부재는 다양한 실시형태에서 납 합금으로 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 이러한 합금은 실질적으로 순수한 납일 수 있고, 다양한 실시형태에서, 납, 주석, 안티몬, 칼슘 및 이들의 조합을 포함한다. 비제한적인 예로서, 합금은 1 내지 4%, 1 내지 2.25%, 1 내지 1.5% 등의 주석 조성 범위를 갖는 납-주석 합금일 수 있다. 실시형태의 다수의 예에서, 납은 순수 납 또는 고순도 납 또는 고도로 정제된 2차 납일 수 있다.
각각의 배터리 스트랩(410)은 배터리 스트랩과 결합되는(예를 들어, 스트랩으로 통합(스트랩 상의 직접 캐스팅을 포함함)되거나, 용접되는 등) 스트랩 포스트(예를 들어, 핀, 미니 포스트, 돌출부)(420)를 포함한다. 대안적으로, 포스트 또는 핀 또는 부싱이 커버에 결합하여 스트랩(410)과 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하도록 위치할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포스트"는 포스트, 핀, 부싱, 및 당업자에게 알려진 유사한 구조를 포함한다. 스트랩 포스트(420)는 셀 커버/BMS 기부(115B/111B)를 통해 BMS 격실(405)로 돌출된다(도 14 참조). 예를 들어, 각각의 스트랩 포스트는 측정 장치(270)와 통신하여 각 배터리 셀 및/또는 배터리 셀의 하위 세트의 전압을 측정할 수 있다. BMS 격실(405) 내의 셀 커버/BMS 기부(115B/111B)는 일체형 벽(430)일 수 있다. 스트랩 포스트(420)의 위치에서 일체형 벽(430)은 상부 또는 하부 O-링(425) 및 상부 수지 밀봉부의 삼중 밀봉부를 포함할 수 있다(도 14 참조)
스트랩 포스트(420)는 실질적으로 원통형이지만, 스트랩 포스트(420)는 도 14에 나타낸 바와 같이 계단식 프로파일을 가질 수 있다. 계단식 프로파일은 하나 이상의 계단식 구획을 포함할 수 있다: 세 개의 구획(421A, 421B, 421C)이 도 14에 나타나 있다. 예시된 예에서, 제1 구획(421A)과 제2 구획(421B) 사이에 테이퍼(taper) 구획(422)이 존재한다. 도 14에 나타낸 바와 같이, O-링 중 하나 이상은 O-링 툴(427)을 사용하여 제자리로 가압될 수 있다. 도 14는 2개의 O-링(425A, 425B)을 나타낸다.
도 15는 O-링 툴(427)을 사용하여 O-링(425B)을 제자리에서 스트랩 포스트 주변에 고정할 수 있는 방법을 나타낸 도이다. O-링(425B)을 제자리에 둔 후, 스트랩 포스트(420)의 상단 주변의 영역은 에폭시(432)(예를 들어, 속성 경화 에폭시(quickset epoxy))로 채워져서 배터리 하우징의 내부와 BMS 격실 사이에 추가 밀봉부 층을 생성함으로써 배터리 하우징으로부터 BMS 격실로의 누출을 방지한다. 도 16은 스트랩 포스트(420)를 둘러싸는 에폭시(432)의 보다 상세한 도이다. 계속 논의하기에 앞서, 셀 격실(400)로부터 BMS 격실(405)을 밀봉하는 것에 대하여 대안의 제조 기술이 사용될 수 있는 것으로 생각된다. 예를 들어, 하나의 기술은 제한 없이 스트랩 포스트를 커버(115B)로 성형된 리드 포스트 부싱으로서 밀봉하는 것을 포함할 수 있다.
2개의 격실 시스템, 스트랩 포스트(420), O-링(425A, 425B), 및 에폭시 밀봉부(430)를 포함시키면 산이 셀 격실(400)을 빠져나가고 전자 또는 전기 구성요소가 산/전해액에 노출되는 것이 방지된다. 따라서, 스마트 납산 배터리 시스템(100B)의 전기 또는 전자 구성요소는, 납산 배터리(100) 또는 납산 배터리 시스템(100A)이 요구하는 것처럼, 산 노출에 대해 보호될 필요가 없다.
이제 도 17을 참조하면, 예시적인 스트랩 포스트(420)는 스파이더 커넥터로 지칭될 수 있는 가요성 커넥터(445)를 사용하여 배터리 모니터링 유닛(260B)(또는 배터리 모니터링 유닛(260B)의 회로판)과 각각 통신한다. 추가적으로, BMS는 배터리 단자(435, 440) 각각과 배터리 모니터링 유닛(260B) 사이에 커넥터 또는 버스 바(도 17에 버스 바(450)가 표시됨)를 추가로 포함한다. 이러한 커넥터는 도 17 및 18에 나타낸 바와 같이 단자(435)에 고정되는 단자 클램프(도 17에 클램프(460)가 표시됨)를 사용하여 단자(435, 440)에 결합되고, 하나 이상의 잠금 장치(465)(예컨대, 볼트)를 사용하여 버스 바(450)에 결합된다. 단자(435, 440)는 다중 O-링 및/또는 에폭시에 의해 둘러싸여 스트랩 포스트 주변의 밀봉부와 유사한 밀봉부를 생성할 수 있다. 이러한 연결에 의해 BMS가 배터리의 전체 전압 및/또는 전류를 측정하게 할 수 있다. BMS 격실로 연장되는 단자는 에너지 전달을 촉진하도록 납으로 제조될 수 있다. 제2 버스 바(455)가 도 12에 나타나 있다.
제2 커넥터(470, 475)(도 12)는 BMS와, 배터리 하우징 외부로 연장되는 단자(120B, 125B) 사이에 위치한다. 단자(120B, 125B)는 차량이 연결될 수 있는 단자이다. 일부 예에서, BMS는 또한 이러한 단자를 사용하여 전압 및/또는 전류 측정을 얻을 수 있다. 배터리 외부로 노출되는 단자는 버스 바 및/또는 제2 커넥터 중 하나 이상을 사용하여 BMS 격실로 연장되는 단자(435, 440)(도 13)와 통신한다. 배터리 외부에 노출된 단자는 리드를 함유하지 않을 수 있다.
BMS 격실(405)(도 11 및 12)은 배터리 모니터링 시스템(BMS)(255B)을 포함한다. BMS(255B)는 통신 포트/커넥터(250B)를 통해 차량과 같은 외부 장치로부터 신호를 수신 및/또는 송신하도록 구성된 통신 모듈(265)을 포함한다. 예를 들어, 통신 커넥터(250B)는 가요성 하네스 또는 복수개의 가요성 와이어를 사용하여 BMS(255B)에 연결될 수 있다. BMS(255B)에 대하여, BMS(255B)는 셀 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 배터리 전압을 측정하기 위한 전압 센서, 배터리 전류를 측정하기 위한 전류 센서, 다양한 온도(예를 들어, 격실 온도(310A), 셀 온도(310B), 환경 온도(310C))를 측정하기 위한 하나 이상의 온도 센서, BMS 마이크로프로세서 및 BMS 메모리를 포함한다. BMS 구성요소의 기능에 대한 논의는 상기 또는 하기에 논의된 것과 유사할 수 있다.
도 19는 도 9 내지 17의 스마트 납산 배터리 시스템(100B)의 일 구현예에 대한 블록 선도이다. 도 18의 납산 배터리 시스템(100B)은 BMS 격실(405) 내에 배치된 통합된 배터리 모니터링 시스템(BMS)(255B)을 가지며, 이에 의해 배터리 시스템이 생성된다. 하나 이상의 대안의 구현예에서, 배터리 모니터링 시스템(255B)은 배터리 시스템(100B)으로부터 부분적으로 또는 완전히 원격으로 위치할 수 있다. 예를 들어, BMS는 원격 개별 하우징 내에 위치할 수 있다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 배터리 시스템(100B)은 BMS 유닛(255B)에 연결된 배터리 셀(이는 140으로 개략적으로 표시됨)의 어레이를 포함한다. BMS 유닛(255B)은 외부 장치(예를 들어, 차량)로부터 신호를 수신 및/또는 송신하도록 구성된 통신 모듈(265)을 포함한다. 예를 들어, 배터리 모니터링 시스템(255B)의 특정 구조는 블루투스 연결, 무선 근거리 통신망 연결, 휴대폰 데이터 연결(예를 들어, 코드 분할 다중 접속) 또는 다른 적합한 연결을 통해서와 같이 라디오 주파수 신호를 통해 통신할 수 있는 송신기를 포함하는 통신 모듈(265)을 포함할 수 있다. 통신 모듈(265)은 대안적으로 또는 추가적으로 유선 통신 방식을 사용할 수 있다. 유선 통신 표준의 예에는 컨트롤러 영역 네트워크(CAN), 로컬 상호 연결 네트워크(LIN), 온보드 진단(on-board diagnostic)(예를 들어, OBD-II), 권장 표준(예를 들어, RS-485) 등이 포함된다.
예시에서, BMS(255)는 배터리 측정 장치/회로(270B)를 포함한다. 배터리 측정 장치/회로(270B)는 배터리 셀(140B)을 모니터링하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함하고, 파라미터(예를 들어, 셀 전압)를 나타내는 신호를 배터리 모니터링 유닛(260B)으로 출력하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 리드는 다양한 단자(또는 러그)에 결합된다. 부착된 리드에 따라, 측정 장치(270B)는 배터리 시스템(100B)에 대한 개별 셀 전압, 그룹 셀 전압 및/또는 배터리 전압을 획득할 수 있다. 나타낸 예에 대하여, 측정 장치(270B)는 셀 격실(400)이 아닌 BMS 격실(405) 내에 위치한다.
배터리 시스템(100B)에 대하여, 측정 장치(270B)는 측정 장치(270B)에 제공된 다양한 리드에 전기적으로 결합된 전압 센서(예를 들어, 전압계)를 포함할 수 있다. 전압 센서는 프로세서(300B) 및 메모리(305B), 예컨대 상기 논의된 프로세서(300) 및 메모리(305)와 유사한 프로세서 및 메모리에 통신 결합될 수 있다. 배터리 시스템(100B)은 측정 장치(270) 및 배터리 모니터링 유닛(260)에 대해 상기 기재된 것과 유사한, 배터리 셀(140B) 및 또는 배터리 시스템(100B)의 다른 작동 파라미터를 모니터링하도록 구성된 추가 센서를 포함하는 것으로 이해해야 한다. 측정 장치(270B)는 측정 장치(270B)에 전기적으로 결합된 온도 센서(310A, 310B, 310C)(예를 들어, 서미스터(thermistor))와 통신하는 회로를 또한 포함할 수 있다. 온도 센서는 프로세서(300B) 및 메모리(305B), 예컨대 상기 논의된 프로세서(300) 및 메모리(305)와 유사한 프로세서 및 메모리에 통신 결합될 수 있다.
스마트 배터리 시스템(100A, 100B)에 대한 한 가지 환경은 자동화 차량(AV)이다. AV는 그 주변을 인식하기 위해 다양한 센서를 겸비한다. 센서의 예에는 레이더, 광선 레이더, 수중 음파 탐지기, GPS, 주행 거리 측정 및 관성 측정 유닛이 포함된다. 첨단 제어 시스템은 적절한 차량 동작을 식별하기 위해 감각 정보를 해석한다. 진정한 자율 차량은 자가-주행 차량이다. 도 20 내지 38은, 적어도 부분적으로, xEV에 사용되는 "스마트" 납산 배터리 시스템(예를 들어, 배터리 시스템(100A, 100B))에 대한 논의에 관한 것이다.
스마트 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 다음 중 하나 이상을 포함하는 실시간 통신을 제공할 수 있다: 잠재적인 문제가 발생하기 전에 식별하고, EV 및 자율 차량에 중요할 수 있는 비상 전력을 제공하고, 고장 전에 사전 교체를 허용하며, 저전압 전력 공급원의 성능을 최적화함.
다양한 요인이 자동차 배터리 시장을 형성하고 있다. 소비자 수요, 정책 및 규제, 및 첨단 차량이 자동차 배터리에 대한 전망을 변화시키는 대표적인 원동력이다. 소비자는 자신의 차량에서 추가적인 편안함, 연결성, 인포테인먼트, 신뢰성 및 안전성 특징을 추구하고 있다. 결과적으로, 차량 전기 부하는 상당히 증가하고 있다. 주문자 상표 부착 제조업자(OEM)는 연비를 향상시키고 배기가스를 감소시키는 것에 계속 중점을 두고 있다. 결과적으로, OEM은 점점 더 엄격한 규제 요건을 충족해야 한다. 정부 및 규제 기관은 ESG 관행을 점점 더 강조하고 있다. 마지막으로, 전기차 등록 대수의 증가 및 차량에서 ADAS/자율 기술 특징의 상승은 첨단 배터리 기술의 채택을 촉진시킨다. 따라서, 개선된 배터리 기술이 계속 개발 중이다.
도 20은 가능한 시나리오 및 상기 스마트 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)이 어떻게 시나리오를 다룰 수 있는지에 대한 결과를 개시한다. 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B) 솔루션은 다중 자율 레벨을 지원하고 리튬-이온 솔루션에 대한 대안을 제공할 수 있다. 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 "스마트" 센서 기술을 포함하여 배터리의 성능 상태를 예측하며, 이에 따라 사전 교체가 장려되고 촉진된다. 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 배터리의 상태를 이해할 수 있다. 이로 인해 OEM은 차량의 성능(예를 들어, 연비, 배기, 성능)을 최적화하고 소비자의 경험을 개선시킬 수 있다. 추가로, 납산 시스템(100A, 100B)은 배터리의 상태, 예컨대 배터리 노화 및 배터리를 얼마나 오래 충전해야 할지를 이해할 수 있다.
미국 자동차 기술 협회(SAE)는 0(완전 수동) 내지 5(완전 자율) 범위의 6가지 레벨의 운전 자동화를 정의한다. 도 21을 참조한다. 이러한 레벨은 미국 교통부에 의해 예시로서 채택되었다. 도 22는 다양한 레벨에 대한 일부 예시적인 특징을 제공한다. 레벨은 다음과 같이 설명된다.
레벨 0은 운전 자동화가 없는 것으로서, 수동 제어를 지칭한다. 인간 운전자를 돕는 시스템이 대신하여 있을 수 있지만, 운전자는 "동적 운전 작업"을 제공한다.
레벨 1은 운전자 보조로서 지칭된다. 이는 최저 레벨의 자동화이다. 차량은 조향 또는 가속(크루즈 컨트롤(cruise control))과 같은 운전자 보조를 위한 단일 자동화 시스템을 특징으로 한다.
레벨 2는 부분적인 운전 자동화로서 지칭된다. 이는 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)이 포함된 것을 의미한다. 차량은 조향 및 가속/감속 둘 모두를 제어할 수 있지만; 인간이 운전석에 앉아 언제든지 자동차를 제어할 수 있기 때문에 자동화는 자가 주행에 미치지 못한다.
레벨 3은 조건부 운전 자동화로서 지칭된다. 레벨 2로부터 레벨 3으로의 도약은 기술적인 관점에서는 유의적이지만, 인간의 관점에서는 무시할 정도는 아니더라도 미묘하다. 레벨 3 차량은 "환경 감지" 능력을 가지며, 느리게 움직이는 차량을 지나쳐 가속하는 것과 같이, 스스로 정보에 근거한 결정을 할 수 있다. 그러나, 레벨 3은 여전히 인간의 오버라이드(override)를 필요로 한다. 운전자는 시스템이 작업을 실행할 수 없다면 경계심을 유지하고 제어할 준비가 되어 있어야 한다.
레벨 4는 고도의 운전 자동화로서 지칭된다. 레벨 3과 레벨 4 자동화의 주요 차이는 문제가 발생하거나 시스템 고장이 있는 경우 레벨 4 차량이 개입할 수 있다는 것이다. 이러한 의미에서, 이러한 자동차는 대부분의 상황에서 인간 상호작용을 필요로 하지 않는다. 그러나, 인간은 여전히 수동 오버라이드에 대한 옵션을 갖는다. 레벨 4 차량은 자가 주행 모드로 작동될 수 있다.
레벨 5는 완전 운전 자동화로서 지칭된다. 레벨 5 차량은 인간의 관심을 필요로 하지 않는다. 레벨 5 자동차는 심지어 핸들 또는 가속/브레이크 페달을 갖지 않을 수도 있다.
도 23은 ICE 전용 차량으로부터 전기 전용 차량까지의 예시적인 차량을 나타내며 각각의 유형의 차량에 대한 예시적인 에너지 수요를 나타낸다(추가의 예시적인 에너지 수요에 대해 또한 도 24 및 25를 참조한다). SAE 표준에서 SAE 레벨이 증가함에 따른 운전에 대한 자동화의 양과 마찬가지로, 자동화 레벨이 증가함에 따라 배터리에 대한 배터리 지능 및 신뢰성의 양도 증가해야 한다. 이는 도 26에 나타나 있으며, 여기에는 xEV 자동화 차량에 대한 배터리 전략이 개시된다.
도 26을 참조하면, 차량 자동화 레벨이 증가함에 따라, 성능 레벨 및 전력 공급원(예를 들어, 배터리)에 미치는 영향 레벨 또한 증가한다. 예를 들어, 레벨 0에서, 운전자는 차량을 완전 제어하고, 차량은 자동화를 전혀 또는 본질적으로 전혀 필요로 하지 않는다. 이로 인해 배터리에 대해 낮은 레벨의 성능 요건 및 차량에 대해 0의 지능 요건이 유발된다. 배터리에 대해 유일한 실제 요건은 ICE를 시동하기에 충분한 크랭킹 전류를 제공하는 것이다. 외부 키(key)에 의해 배터리 외부로 회로 연결을 하거나/연결을 끊을 수 있으므로 배터리 지능이 필요하지 않다. 따라서, 1) 기능성 안전, 2) 진단/알고리즘 요건, 3) 모니터링 및 통합, 4) 전자 장치 및 소프트웨어, 및 5) 가치 제안 모두가 낮거나 존재하지 않는다.
자동화 범위의 다른 쪽 끝인 레벨 5에서, 운전자는 차량을 전혀 제어하지 않고, 차량에 의해 또는 차량으로부터 차량의 완전 자동화가 요구된다. 이로 인해 배터리에 대해 매우 높은 레벨의 성능 요건 및 차량에 대해 매우 높은 지능 요건이 유발된다. 차량이 적절하게 구동되지 않고 움직이는 경우, 차량 및 주변에 잠재적으로 위험한 상황이 발생한다. 신뢰성 및 전력이 차량의 전자 장치에 이용가능한지를 확인해야 하므로, 높은 배터리 지능이 필요하다.
따라서, a) 운전 중 엔진 오프(off) 및/또는 b) 자동화 운전(SAE 레벨 3 이상)과 같은 응용을 위해, 차량은 신뢰할 수 있는 무정전 전력 공급에 기반해야 한다. 이러한 응용을 위해, 여러 배터리 또는 배터리 시스템을 포함한 리던던트(redundant) 솔루션이 바람직하다. 추가 솔루션에는, 예를 들어 자동차 안전 무결성 레벨(Automotive Safety Integrity Level, ASIL) D를 만족하는 완전 리던던시(redundancy)를 갖는 전력 공급원, ASIL-B, 즉 100 미만의 고장률(failure in time, FIT)을 만족하는 리던던트 배터리, 및 10억 시간 작동당 1회 고장이 포함될 수 있다. 자동차 안전 무결성 레벨(ASIL)은 ISO 26262 - 도로 차량 표준에 대한 기능성 안전(Functional Safety for Road Vehicles standard)에 의해 정의되는 위험 분류 방식이다.
지능형 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 1) 기능성 안전 요건, 2) 진단/알고리즘, 3) 셀-레벨 모니터링 및 통합, 4) 전자 장치 및 소프트웨어, 및 5) 가치 제안의 레벨을 포함할 수 있다. 레벨은 차량 자동화의 레벨에 따라 달라질 수 있다. 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)의 한 가지 예시적인 목표는 xEV 및 자율 응용을 위해 배터리 기능 상태(SOF)를 예측하는 것이다. 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)의 또 다른 예시적인 목표는 배터리 교체(성능 상태 - SOH) 예측을 가능하게 하는 것이다.
도 27은 배터리 기능의 중요성의 예시이다. 차량이 주 전력 공급원을 상실하는 경우, 12-볼트 배터리가 차량을 안전한 곳으로 이동시키는 데 필요한 중요 전력을 지원해야 한다. 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 1) 중요 전력 요건을 지원할 수 없는 위험이 있을 시기를 감지하고, 2) 비상 전력 요건을 항상 지원할 수 있고, 3) X% 신뢰할 수 있다(여기서, X는 차량 OEM의 요건에 좌우됨). 주 전력 공급원을 상실한 경우, 안전 무결성 배터리의 도움을 받는 차량은 a) 안전한 곳으로 차선 변경해야 하고, b) 완전히 정지될 때까지 제어 가능하게 감속해야 하고, c) 긴급 출동 서비스를 요청해야 하고, d) 차량이 도움을 기다리는 동안 비상 전력(예를 들어, 난방용)을 제공할 수 있어야 한다. 도 28에 나타낸 바와 같이, 고전압 배터리가 DC/DC 전력이 12V 전력을 제공할 수 없게 되는 결함을 일으키는 경우, 또는 DC/DC 전력 고장의 경우, 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)이 대신할 수 있다.
도 29는 안전 무결성 배터리로서 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)을 개발하는 방법론을 개시한다. 단계(S101)에서, 요건 분석을 수행한다. 분석은 차량 OEM으로부터 다중 배터리 응용에 대한 사양을 학습하는 것을 포함한다. 또한, 단계(S101)에서, 초기 배터리 설계를 선택한다.
단계(S102)에서, 선택된 초기 배터리 설계에 대해 고장 모드 연구를 수행한다. 단계(S103)에서, 물리학 기반 수명 모델을 개발한다. 또한, 개발 및 실험실 수명 테스트와 모니터링을 수행한다.
단계(S102, S103)에 기반하여, 배터리 설계에 대한 개선이 단계(S104)에서 발생할 수 있다. 이는 배터리 설계에 대한 개선을 식별하고 개발하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 개선된 배터리는 단계(102, 103)를 수행할 수 있다. 대안적으로, 단계(S102, S103)에 기반하여, 알고리즘 개발 및 검증이 단계(S105)에서 발생할 수 있다. 이는 단계(S103)로부터 생성되는 배터리 설계를 사용하여 배터리 설계에 대한 알고리즘 용도를 개발하는 것을 포함한다.
단계(S106)에서, 개발된 배터리 설계 및 관련된 알고리즘을 사용하여 시스템 신뢰성 및 커버리지 평가가 발생할 수 있다. 차량 펌웨어에서 실행될 수 있는 테스트 방법은 OEM과 협업하여 유도될 수 있다. 결과에 따라, 상기 프로세스는 단계(104)로 돌아가거나 시스템 검증, 단계(S107)를 진행할 수 있다.
도 30은 EV 운전 사이클에 대한 프로세스를 제공한다. 단계(S201)에서, 차량은 주행 전 "자가-테스트"를 수행한다. 테스트는 임의의 잠재적인 차량 오류가 주행을 제한하거나 주행의 질을 감소시킬 수 있는지를 결정한다. 자가-테스트에는 차량 배터리(들)의 테스트가 포함된다. 테스트는 차량/배터리에 대한 신뢰성(또는 안전성 신뢰성)을 결정할 수 있다. 이는 다음 주행 및/또는 정해진 횟수의 다음 주행에 대한 잠재적인 신뢰성을 포함할 수 있다(단계(S202)). 신뢰성이, 예를 들어 임계치 내에 있는 경우, 차량은 운전 가능한 상태로 진행될 수 있다(단계(S203)). 대안적으로, 차량은 하나 이상의 특징을 비활성화시키거나, 작동을 방해하거나, 및/또는 (예를 들어, 운전자에게, 또는 차량 소유자에게) 경고를 보낼 수 있다(단계(S204)). 신뢰성에 대한 대안으로 대안의 신뢰성 인자가 사용될 수 있다. 주행의 종료 시에(단계(S205)), 차량은 단계에서 다음 주행을 위해 충전될 수 있다. 변경하는 동안 그리고 다음 주행 전에, 프로세스는 단계(S201)에서 다시 시작할 수 있다. EV 운전 사이클 동안, 스마트 배터리 시스템은 배터리의 안전성 기능을 모니터링하고, 차량 부하를 지원하고, 수명 사용을 모니터링할 수 있다. 각각의 고장 모니터링(예를 들어, 안전성 기능, 차량 부하에 대한 지원 레벨 및 잔류 배터리 수명)의 레벨, 허용 범위 및 신뢰성은 상기 기재된 다양한 자동화 레벨에 기반하여 달라진다.
도 31 내지 33은 xEV에서 AGM와 12V Li-이온의 가치 제안을 비교하는 표를 제공한다. 도 31 내지 33에 나타낸 바와 같이, 지능형 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)에 우호적인 많은 가치 제안이 있다.
도 34는 전통적인 납산 배터리를 모니터링하기 위한 전통적인 접근법을 나타낸다. 전통적인 테스트기는 배터리, 시동기 및/또는 교류 발전기의 리드에 부착될 수 있다. 전통적인 테스트기는 다음과 같은 확실한 정보만을 제공할 수 있다: 배터리가 양호하거나 불량함. 전통적인 테스트기는 배터리 교체를 알리는 예측 분석 또는 추이 데이터를 제공하지 않는다. 소비자는 전형적으로 차량에 시동이 걸리지 않거나 배터리가 그에 연결된 액세서리를 구동할 때까지 배터리가 불량하다는 것을 인식하지 못한다. 도 35는 스마트 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)을 포함한, 납산 배터리를 테스트하기 위한 대체 수단을 나타낸다. 테스트 빈도, 시동 배터리 전압, 진단 결과, 보조 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도, 충전 상태(SOC), 성능 최적화, 성능 상태(SOH) 예측을 포함한 많은 비교점이 도 35에 나타나 있다. 이전의 테스트 시스템은 지능형 배터리 센서로서 지칭될 수 있는 반면, 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 내부 배터리 센서를 갖는다.
도 36은 셀 그룹 또는 단일 셀에 상관없이, 배터리에서 셀-레벨 모니터링의 다양한 이점을 개시한다. 전형적으로, 납산 배터리의 경우, 배터리 성능은 가장 불량한 성능의 셀에 의해 제한된다. 셀은 제조 차이, 제조 문제, 손상 등으로 인해 불균형할 수 있거나, 불균형해질 수 있다. 시중에 있는 진단 툴(도 35 참조)은 전체 배터리 특징에 기반하며, 불균형 배터리에 대한 정확한 예측을 적시에 제공하기 어렵다. 도 36에서 시나리오 A와 B와 C를 참조한다. 그러나, 스마트 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 전통적인 납산 배터리보다 유의적으로 우수한 해결력 및 예측 이점을 제공한다. 셀-레벨 모니터링의 추가 이점이 도 37에 나타나 있고, 스마트 납산 배터리의 추가 이점이 도 38에 나타나 있다. 이러한 도면을 참조로 하면, 개별 배터리 셀 전압에 대한 모니터링은 배터리 전압만을 모니터링하는 것보다 불균형 또는 결함이 있는 배터리(예를 들어, 도면에서 셀 6)를 더 빨리 식별할 수 있다(도 37에 가장 잘 나타냄). 셀 전압을 모니터링하는 것에 대한 대안으로, 스마트 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)은 하나 이상의 개별 셀 온도(2개의 셀 온도 센서(310B)가 도 9에 나타나 있음)를 모니터링하여 불균형 또는 잠재적 열 이탈 상황을 더 빨리 식별할 수 있다. 이는 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)의 해결력을 크게 높인다.
또한, 다양한 기술이 납산 배터리 시스템(100A 또는 100B)의 다양한 시나리오를 식별하기 위해 사용될 수 있는 것으로 생각된다. 예를 들어, 하나의 시나리오는 도 36 및 37에 나타낸 바와 같이 최소 셀 전압(또는 온도)에 대해 배터리 셀을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 다른 시나리오는 확률 예측을 위해 다중 배터리 셀 전압(또는 온도)을 평균하는 것을 포함할 수 있다. 또 다른 시나리오는 배터리 셀 전압(또는 온도) 또는 복수개의 배터리 셀 전압(또는 온도)의 실행 평균을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 또 다른 변형은 관찰을 위해 하나 이상의 셀 전압(또는 온도)을 배터리 전압(또는 격실 전압 또는 환경 전압)과 비교하는 것을 포함한다. 또 다른 변형은 결정을 위해 다중 파라미터를 동시에 검토하는 것을 포함한다. 다른 변형이 구상된다.
전통적인 접근법의 경우, 비상 사용이 필요하기 전에 고장을 진단하기 어렵다. 대안적으로, 셀-레벨 모니터링에 의해, 셀이 고장난 배터리는 훨씬 더 초기에 진단될 수 있다(도 37 참조). 조기 진단에 의해 배터리 시스템(100A, 100B) 및/또는 장치(예를 들어, 차량)의 작동을 변경하여 배터리 시스템(100A, 100B)의 사용이 연장될 수 있다. 예를 들어, 차량은 손상된 배터리 시스템(100A, 100B)의 부하 또는 작동을 전환하여 배터리 시스템(100A, 100B)의 사용 시간을 연장할 수 있다. 또 다른 예로서, 차량은 배터리 시스템(100A, 100B), 보다 구체적으로는 손상된 셀의 과충전(전형적으로, "균등 충전"으로 지칭됨)을 시도하여 배터리 시스템의 사용 가능성을 연장할 수 있다. 사용 연장은 즉각적인 전력 손실과, 차량이 예를 들어 서비스 장소에 도달하도록 전력 수명을 연장하는 것 간의 차이를 의미할 수 있다.
따라서, 본 발명은 신규하고 유용한 지능형 납산 배터리 시스템 및 그 작동 방법을 제공한다.
상기 기재된 시스템, 구성요소 및/또는 프로세스 중 일부는 하드웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 실현될 수 있고, 하나의 처리 시스템에서 중앙 집중적 방식으로 또는 여러 요소가 몇몇의 상호 연결된 처리 시스템에 걸쳐 분산되는 분산 방식으로 실현될 수 있다. 본원에 기재된 방법을 수행하기 위해 개조된 임의의 종류의 처리 시스템 또는 다른 장치가 적합하다. 전형적인 하드웨어와 소프트웨어의 조합은 로딩되고 실행될 때 본원에 기재된 방법을 수행하도록 처리 시스템을 제어하는 컴퓨터 사용가능한 프로그램 코드를 갖는 처리 시스템일 수 있다. 시스템, 구성요소 및/또는 프로세스 중 일부는 또한 기계에 의해 판독가능한 컴퓨터 프로그램 제품 또는 다른 데이터 프로그램 저장 장치와 같은 컴퓨터-판독가능 저장 장치에 내장되어, 기계에 의해 실행가능한 명령어의 프로그램을 명백히 구현하여 본원에 기재된 방법 및 프로세스를 수행할 수 있다. 이러한 요소는 또한 본원에 기재된 방법의 구현을 가능하게 하는 모든 관리 조건을 포함하고 처리 시스템에서 로딩될 때 이러한 방법을 수행할 수 있는 응용 제품에 내장될 수 있다.
추가로, 본원에 기재된 일부 구성은 컴퓨터-판독가능 프로그램 코드가 구현되는, 예를 들어 저장되는 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 매체에서 구현되는, 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 매체의 임의의 조합이 이용될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 컴퓨터-판독가능 신호 매체 또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체일 수 있다. 문구 "컴퓨터-판독가능 저장 매체"는 비-일시적 저장 매체를 의미한다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체는, 예를 들어 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터-판독가능 저장 매체의 보다 구체적인 예(완전하지 않은 목록)에는 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 읽기-전용 메모리(ROM), 지울 수 있는 프로그래밍 가능 읽기-전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 휴대용 콤팩트 디스크 읽기-전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다기능 디스크(DVD), 광학 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 또는 이들의 임의의 적합한 조합이 포함될 것이다. 본 문서와 관련하여, 컴퓨터-판독가능 저장 매체는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 사용되거나 이와 함께 사용되는 프로그램을 포함하거나 저장할 수 있는 임의의 유형의 매체일 수 있다.
컴퓨터-판독가능 매체에 구현된 프로그램 코드는, 무선, 유선, 광섬유, 케이블, RF 등, 또는 이들의 임의의 적합한 조합을 포함하지만, 이로 한정되지 않는 적절한 매체를 사용하여 전송될 수 있다. 본 구성의 양태에 대한 작동을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 작성될 수 있다. 프로그램 코드의 명령어는 본원에서 논의된 바와 같이, 전반적으로 하나의 위치 또는 프로세서에서, 또는 여러 위치 또는 프로세서에 걸쳐 실행될 수 있다.
본원에서 사용되는 단수 용어는 하나 이상으로 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "복수개"는 둘 이상으로 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "또 다른"은 적어도 제2 이상으로 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "포함되는" 및/또는 "갖는"은 '포함하는'(즉, 개방형 용어)으로 정의된다. 본원에서 사용되는 문구 "... 및 ... 중 적어도 하나"는 해당되는 열거된 항목 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합을 지칭하고 포괄한다. 예로서, 문구 "A, B 및 C 중 적어도 하나"는 오직 A, 오직 B, 오직 C, 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어, AB, AC, BC 또는 ABC)을 포함한다.
용어 "임계치 통과"는 임계치 또는 임계값에서 상승하거나, 하강하거나, 교차하는 것을 의미한다. 즉, 값은 임계치를 통과하여 임계치 위로부터 임계치 아래까지 변하거나, 임계치 아래로부터 임계치 위까지 변할 수 있다. 당업자는 또한 제1 값이 이미 임계치의 부적절하거나 바람직하지 않은 쪽에 있는 경우 제1 값이 임계치를 통과했다는 것을 이해할 것이다.
또한, 일부 대안적인 구현예에서, 블록에 언급된 기능은 도면에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있다는 점에 유념해야 한다. 예를 들어, 연속적으로 나타낸 두 개의 블록은 실제로 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 해당 블록은 때때로 관련된 기능에 따라 역순으로 실행될 수도 있다.
본 개시내용의 목적을 위해, 용어 "결합된"은 2개의 부재가 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 것을 의미한다. 그러한 연결은 특성상 정지식일 수 있거나 특성상 이동식일 수 있다. 그러한 연결은 2개의 부재, 또는 2개의 부재와 임의의 추가 중간 부재가 서로 통합되어 하나의 단일체를 형성하거나, 2개의 부재, 또는 2개의 부재와 임의의 추가 중간 부재가 서로 부착되어 달성될 수 있다. 그러한 연결은 특성상 영구적일 수 있거나 특성상 제거 또는 해제될 수 있다.
용어 "고정식으로", "비고정식으로", "제거가능하게" 및 이들의 변형어가 본원에 사용될 수 있다. 용어 "고정" 및 이의 변형어는 단단하거나, 안정적이거나, 정지식으로 만드는 것을 지칭한다. 그러한 고정은 반드시 영구적인 것을 의미하는 것은 아니며, 오히려 고정되지 않은 상태로 만들려면 상당한 또는 비정상적인 양의 작업이 필요하다는 의미로 이해해야 한다. 용어 "제거가능하게" 및 이의 변형어는 장소, 위치, 스테이션을 쉽게 변경할 수 있음을 지칭한다. "제거가능하게"는 본원에서 "고정식으로"의 반의어임을 의미한다. 대안적으로, 용어 "비고정식으로"는 "고정식으로"의 반의어로 사용될 수 있다.
본 개시내용의 주어진 양태, 특징 또는 파라미터에 대한 선호도 및 옵션은 문맥상 달리 나타내지 않는 한, 본 개시내용의 다른 모든 양태, 특징 및 파라미터에 대한 임의의 그리고 모든 선호도 및 옵션과 함께 개시되는 것으로 간주되어야 한다.
본원의 양태는 그 사상 또는 본질적인 속성으로부터 벗어나지 않으면서 다른 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 전술한 설명보다는 하기의 청구범위를 참조해야 한다.

Claims (109)

  1. 복수개의 셀을 갖는 납산 배터리를 포함하는 납산 배터리 시스템을 모니터링하는 방법으로서,
    상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제1 셀과 관련된 제1 파라미터를 감지하는 단계;
    상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제2 셀과 관련된 제2 파라미터를 감지하는 단계로서, 상기 하나 이상의 제2 셀은 상기 하나 이상의 제1 셀과 상이한, 단계; 및
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 기반하여 상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파라미터는 제1 셀 전압이고, 상기 제2 파라미터는 제2 셀 전압인, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 성능이고, 상기 상태를 결정하는 단계는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 성능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 기능이고, 상기 기능을 결정하는 단계는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 기능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 충전이고, 상기 충전을 결정하는 단계는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 기능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 셀 전압에 기반하여 전압 값을 결정하는 단계;
    상기 전압 값이 임계값을 통과하는지를 모니터링하는 단계; 및
    상기 전압 값이 상기 임계값을 통과하는 경우 상기 납산 배터리에 대한 제1 상태를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임계값은 제1 셀 전압이 낮음을 나타내고, 상기 제1 상태는 상기 제1 셀에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 임계값은 제1 셀 전압이 낮음을 나타내고, 상기 제1 상태는 상기 납산 배터리에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 납산 배터리의 제3 전압을 감지하는 단계로서, 상기 제3 전압은 상기 납산 배터리의 배터리 전압인, 단계를 추가로 포함하고,
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 추가로 상기 제3 전압에 기반하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파라미터를 감지하는 단계는 상기 복수개의 셀 중 제1 개수의 셀의 제1 전압을 감지하는 것을 포함하고, 상기 제1 개수는 1 초과이고 상기 복수개의 셀 미만이고,
    상기 제2 파라미터를 감지하는 단계는 상기 복수개의 셀 중 제2 개수의 셀의 제2 전압을 감지하는 것을 포함하고, 상기 제2 개수는 1 초과이고 상기 복수개의 셀 미만이며,
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 셀의 개수는 6개이고, 상기 제1 개수의 셀은 상기 6개의 셀 중 3개이고, 제2 개수의 셀은 상기 6개의 셀 중 3개의 상이한 셀인, 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 납산 배터리는 (n) 셀로 한정되고,
    상기 감지 단계는 상기 (n) 셀과 관련된 (n) 셀 전압을 감지하는 것을 추가로 포함하고, 상기 (n) 셀 전압의 각각의 셀 전압은 각각의 셀과 관련되며,
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 추가로 상기 (n) 셀 전압에 기반하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 감지된 (n) 셀 전압에 기반하여 (n) 전압 값을 결정하는 단계로서, 상기 (n) 셀 전압의 각각의 셀 전압 값은 상기 감지된 (n) 셀 전압 값의 각각의 감지된 셀 전압과 관련되는, 단계;
    상기 (n) 전압 값 중 하나 이상이 하나 이상의 셀 전압이 낮음 여부를 나타내는 임계값을 통과하는지를 모니터링하는 단계; 및
    상기 (n) 전압 값 중 하나 이상이 상기 임계값을 통과하는 경우 상기 납산 배터리에 대한 제1 상태를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파라미터는 제1 셀 온도이고, 상기 제2 파라미터는 제2 셀 온도인, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 감지된 제1 셀 온도에 기반하여 온도 값을 결정하는 단계;
    상기 온도 값이 임계값을 통과하는지를 모니터링하는 단계; 및
    상기 온도 값이 상기 임계값을 통과하는 경우 상기 납산 배터리에 대한 제1 상태를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 임계값은 상기 제1 셀 온도가 높음을 나타내고, 상기 제1 상태는 상기 제1 셀에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 임계값은 제1 셀 온도가 높음을 나타내고, 상기 제1 상태는 상기 납산 배터리에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 납산 배터리와 관련된 제3 온도를 감지하는 단계로서, 상기 제3 온도는 상기 납산 배터리에 대한 주변 또는 환경 온도인, 단계를 추가로 포함하고,
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 추가로 상기 제3 온도에 기반하는, 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파라미터를 감지하는 단계는 상기 복수개의 셀 중 제1 개수의 셀의 제1 온도를 감지하는 것을 포함하고,
    상기 제2 파라미터를 감지하는 단계는 상기 복수개의 셀 중 제2 개수의 셀의 제2 온도를 감지하는 것을 포함하며,
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도에 기반하여 상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 납산 배터리 시스템이 배치될 차량의 자동화 레벨을 결정하는 단계;
    상기 자동화 레벨에 기반하여 결함을 나타내는 임계값을 결정하는 단계;
    상기 감지된 제1 파라미터를 사용하여 제1 파라미터 값을 결정하는 단계;
    상기 제1 파라미터 값이 상기 임계값을 통과하는지를 모니터링하는 단계; 및
    상기 제1 파라미터 값이 상기 임계값을 통과하는 경우 상기 납산 배터리의 상태를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 자동화 레벨을 결정하는 단계는 자동화 레벨을 수신하는 것을 포함하는, 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 결함은 상기 납산 배터리 시스템, 상기 차량, 또는 상기 납산 배터리 및 상기 차량 둘 모두의 기능성 안전 조건과 관련되는, 방법.
  23. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 결함은 상기 납산 배터리 시스템, 상기 차량, 또는 상기 납산 배터리 시스템 및 상기 차량 둘 모두의 잠재적인 사용 결함과 관련되는, 방법.
  24. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 결함은 상기 납산 배터리 시스템, 상기 차량, 또는 상기 납산 배터리 시스템 및 상기 차량 둘 모두의 잠재적인 부하 결함과 관련되는, 방법.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자동화 레벨은 SAE 국제 자동화 레벨에 기반하는, 방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상태에 기반하여 상기 납산 배터리 시스템의 작동을 변경시키는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 납산 배터리 시스템으로서,
    복수개의 셀을 포함하는 납산 배터리;
    상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제1 셀과 관련된 제1 파라미터 센서;
    상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제2 셀과 관련된 제2 파라미터 센서; 및
    상기 제1 파라미터 센서, 상기 제2 파라미터 센서 및 상기 납산 배터리에 결합되는, 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한, 배터리 모니터링 유닛
    을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 납산 배터리는 산 용액을 추가로 포함하고, 상기 복수개의 셀 중 제1 셀은 캐소드, 애노드 및 분리막을 갖고, 상기 캐소드 및 애노드 중 적어도 하나는 납을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    셀 격실;
    배터리 모니터링 시스템 격실;
    상기 셀 격실과 상기 배터리 모니터링 시스템 격실 사이에 위치한 벽;
    상기 셀 격실과 상기 배터리 모니터링 시스템 격실 사이의 벽을 통해 연장되는 제1 포스트(post)로서, 상기 제1 포스트는 상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제1 셀과 결합되고, 상기 제1 포스트에 상기 제1 파라미터 센서가 결합되는, 제1 포스트; 및
    상기 셀 격실과 상기 배터리 모니터링 시스템 격실 사이의 벽을 통해 연장되는 제2 포스트로서, 상기 제2 포스트는 상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제2 셀과 결합되고, 상기 제2 포스트에 상기 제2 파라미터 센서가 결합되는, 제2 포스트
    를 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제1 포스트 주변에 밀봉부를 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 밀봉부는 O-링을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서,
    상기 밀봉부는 에폭시를 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 셀 격실과 상기 배터리 모니터링 시스템 격실 사이의 벽을 통해 연장되는, 리드(lead)를 포함하는 단자를 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  34. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    상기 제1 파라미터 센서는 제1 셀 전압 센서이고, 상기 제2 파라미터 센서는 제2 셀 전압 센서이며, 상기 제1 파라미터는 제1 셀 전압이고, 상기 제2 파라미터는 제2 셀 전압이고,
    상기 납산 배터리 시스템은,
    적어도 부분적으로 셀 격실 및 적어도 부분적으로 배터리 모니터링 시스템(BMS) 격실을 획정하고, 상기 셀 격실과 상기 BMS 격실 사이에 배치된 벽을 포함하는, 하우징;
    상기 셀 격실 내에 격납되고, 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하는 상기 복수개의 배터리 셀로서, 상기 제1 배터리 셀은 상기 제1 배터리 셀에 결합된 제1 포스트 및 제2 포스트를 갖고, 상기 제1 포스트 및 상기 제2 포스트는 상기 셀 격실 사이의 벽을 통해 상기 BMS 격실로 돌출되는, 복수개의 배터리 셀; 및
    상기 BMS 격실에 의해 격납된 배터리 모니터 시스템(BMS)으로서, 상기 BMS는 상기 제1 포스트 및 상기 제2 포스트에 전기적으로 결합된 상기 제1 전압 센서를 포함하는, 배터리 모니터 시스템(BMS)
    을 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제2 배터리 셀은 상기 제2 배터리 셀과 결합된 제3 포스트 및 제4 포스트를 갖고, 상기 제3 포스트 및 상기 제4 포스트는 상기 셀 격실 사이의 벽을 통해 상기 BMS 격실로 돌출되고,
    상기 BMS는 상기 제3 포스트 및 상기 제4 포스트에 전기적으로 결합된 제2 전압 센서를 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 셀 격실 내에 격납된 상기 복수개의 배터리 셀은 제3 배터리 셀을 추가로 포함하고, 상기 제3 배터리 셀은 상기 제3 배터리 셀과 결합된 상기 제2 포스트 및 상기 제3 포스트를 갖고, 상기 제2 포스트 및 상기 제3 포스트는 상기 셀 격실 사이의 벽을 통해 상기 BMS 격실로 돌출되고,
    상기 BMS는 상기 제2 포스트 및 상기 제3 포스트에 전기적으로 결합된 제3 전압 센서를 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀을 상기 제2 배터리 셀에 전기적으로 결합하는 제1 단자 스트랩; 및
    상기 제2 배터리 셀을 상기 제3 배터리 셀에 전기적으로 결합하는 제2 단자 스트랩을 추가로 포함하고,
    상기 제1 단자 스트랩은 상기 제2 포스트를 포함하고, 상기 제2 단자 스트랩은 상기 제3 포스트를 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 셀 기부, 셀 커버, BMS 기부 및 BMS 커버를 추가로 포함하고,
    상기 셀 커버 및 상기 BMS 기부는 상기 셀 격실과 상기 BMS 격실 사이에 상기 벽을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  39. 제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BMS는 배터리 전압을 감지하기 위한 배터리 전압 센서, 배터리 전류를 감지하기 위한 배터리 전류 센서, 및 온도를 감지하기 위한 온도 센서 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  40. 제27항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징에 결합된 디스플레이를 추가로 포함하고, 상기 디스플레이를 통해 상기 납산 배터리의 상태를 출력하는, 납산 배터리 시스템.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 디스플레이는 복수개의 발광 다이오드를 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서,
    상기 납산 배터리는 상기 하우징 내에 배치된 유선 통신 포트를 추가로 포함하고, 상기 납산 배터리 시스템은 상기 유선 통신 포트를 통해 상기 납산 배터리의 상태를 출력하는, 납산 배터리 시스템.
  43. 제40항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 납산 배터리는 상기 하우징에 의해 지지되는 라디오 주파수 송신기를 추가로 포함하고, 상기 납산 배터리 시스템은 상기 라디오 주파수 송신기를 통해 상기 납산 배터리의 상태를 출력하는, 납산 배터리 시스템.
  44. 제27항에 있어서,
    상기 배터리 모니터링 유닛은 상기 제1 파라미터 센서 및 상기 제2 파라미터 센서에 배치되고 그와 통신하는 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 메모리는 상기 배터리 시스템이 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 상기 프로세서에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  45. 복수개의 셀을 갖는 납산 배터리를 포함하는 납산 배터리 시스템을 모니터링하는 방법으로서,
    상기 복수개의 셀 중 제1 개수의 셀의 제1 전압을 감지하는 단계로서, 상기 제1 개수는 1 초과이고 상기 복수개의 셀 미만인, 단계;
    상기 복수개의 셀 중 제2 개수의 셀의 제2 전압을 감지하는 단계로서, 상기 제2 개수는 1 초과이고 상기 복수개의 셀 미만인, 단계; 및
    상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 복수개의 셀은 총 6개의 셀이고, 상기 하나 이상의 제1 셀은 상기 6개의 셀 중 3개이고, 상기 하나 이상의 제2 셀은 상기 6개의 셀 중 3개의 상이한 셀인, 방법.
  47. 제45항 또는 제46항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 성능이고, 상기 상태를 결정하는 단계는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 성능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  48. 제45항 또는 제46항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 기능이고, 상기 기능을 결정하는 단계는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 기능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  49. 제46항 또는 제46항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 충전이고, 상기 충전을 결정하는 단계는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 기능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  50. 제45항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전압에 기반하여 전압 값을 결정하는 단계;
    상기 전압 값이 임계값을 통과하는지를 모니터링하는 단계; 및
    상기 전압 값이 상기 임계값을 통과하는 경우 상기 납산 배터리에 대한 제1 상태를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 제1 상태는 상기 납산 배터리에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  52. 제45항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 납산 배터리의 제3 전압을 감지하는 단계로서, 상기 제3 전압은 상기 납산 배터리의 배터리 전압인, 단계를 추가로 포함하고,
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 추가로 상기 제3 전압에 기반하는, 방법.
  53. 납산 배터리 시스템으로서,
    복수개의 셀을 포함하는 납산 배터리;
    제1 전압을 감지하기 위한 제1 전압 센서;
    제2 전압을 감지하기 위한 제2 전압 센서; 및
    상기 제1 전압 센서, 상기 제2 전압 센서 및 상기 납산 배터리에 결합되는, 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한, 배터리 모니터링 유닛
    을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  54. 제53항의 납산 배터리 시스템을 포함하는 차량.
  55. (n) 배터리 셀이 있는 납산 배터리를 갖는 납산 배터리 시스템을 모니터링하는 방법으로서,
    상기 (n) 셀과 관련된 (n) 셀 전압을 감지하는 단계로서, 상기 (n) 셀 전압의 각각의 셀 전압은 각각의 셀과 관련되는, 단계; 및
    상기 (n) 셀 전압에 기반하여 상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 감지된 (n) 셀 전압에 기반하여 (n) 전압 값을 결정하는 단계로서, 상기 (n) 셀 전압의 각각의 셀 전압 값은 상기 감지된 (n) 셀 전압 값의 각각의 감지된 셀 전압과 관련되는, 단계;
    상기 (n) 전압 값 중 하나 이상이 하나 이상의 셀 전압이 낮음 여부를 나타내는 임계값을 통과하는지를 모니터링하는 단계; 및
    상기 (n) 전압 값 중 하나 이상이 상기 임계값을 통과하는 경우 상기 납산 배터리에 대한 제1 상태를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  57. 제55항 또는 제56항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 성능이고, 상기 상태를 결정하는 단계는 상기 (n) 전압 값에 기반하여 상기 납산 배터리의 성능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  58. 제55항 또는 제56항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 기능이고, 상기 기능을 결정하는 단계는 상기 (n) 전압 값에 기반하여 상기 납산 배터리의 기능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  59. 제55항 또는 제56항에 있어서,
    상기 상태는 상기 납산 배터리의 충전이고, 상기 충전을 결정하는 단계는 상기 (n) 전압 값에 기반하여 상기 납산 배터리의 기능을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  60. 제55항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 상태는 상기 납산 배터리에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  61. 납산 배터리 시스템으로서,
    (n) 셀을 포함하는 납산 배터리;
    (n) 셀 전압을 감지하기 위한 하나 이상의 전압 센서; 및
    상기 하나 이상의 전압 센서 및 상기 납산 배터리에 결합되는, 제55항 내지 제60항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한, 배터리 모니터링 유닛
    을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  62. 제61항의 납산 배터리 시스템을 포함하는 차량.
  63. 납산 배터리 시스템으로서,
    셀 격실;
    배터리 모니터링 시스템 격실;
    상기 셀 격실과 상기 배터리 모니터링 시스템 격실 사이에 위치한 벽;
    상기 셀 격실과 상기 배터리 모니터링 시스템 격실 사이의 벽을 통해 연장되는 포스트; 및
    상기 포스트에 결합된 센서
    를 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 포스트 주변에 밀봉부를 추가로 포함하는, 배터리 시스템.
  65. 제64항에 있어서,
    상기 밀봉부는 O-링을 포함하는, 배터리 시스템.
  66. 제64항 또는 제65항에 있어서,
    상기 밀봉부는 에폭시를 포함하는, 배터리 시스템.
  67. 제63항에 있어서,
    상기 포스트는 부싱(bushing)을 포함하는, 배터리 시스템.
  68. 제63항에 있어서,
    상기 포스트는 핀(pin)을 포함하는, 배터리 시스템.
  69. 제63항에 있어서,
    상기 셀 격실과 상기 배터리 모니터링 시스템 격실 사이의 벽을 통해 연장되는, 리드를 포함하는 단자를 추가로 포함하는, 배터리 시스템.
  70. 제63항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포스트는 제1 직경을 갖는 제1 원통형 벽 및 제2 직경을 갖는 제2 원통형 벽을 포함하고, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경과 상이한, 배터리 시스템.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 포스트는 상기 제1 벽과 상기 제2 벽 사이에 테이퍼링 벽(tapered wall)을 추가로 포함하는, 배터리 시스템.
  72. 제70항에 있어서,
    상기 제2 원통형 벽은 상기 센서의 커넥터를 수용하는, 배터리 시스템.
  73. 제63항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 양극판, 음극판 및 분리막을 포함하고, 상기 판 중 적어도 하나는 납을 포함하는, 배터리 시스템.
  74. 제73항의 납산 배터리 시스템을 포함하는 차량.
  75. 납산 배터리 시스템으로서,
    적어도 부분적으로 셀 격실 및 적어도 부분적으로 배터리 모니터링 시스템(BMS) 격실을 획정하고, 상기 셀 격실과 상기 BMS 격실 사이에 배치된 벽을 포함하는, 하우징;
    상기 셀 격실 내에 격납된 배터리 셀로서, 상기 배터리 셀은 상기 배터리 셀에 결합된 제1 포스트 및 제2 포스트를 갖고, 상기 제1 포스트 및 상기 제2 포스트는 상기 셀 격실 사이의 벽을 통해 상기 BMS 격실로 돌출되는, 배터리 셀; 및
    상기 BMS 격실에 의해 격납된 배터리 모니터 시스템(BMS)으로서, 상기 BMS는 상기 제1 포스트 및 상기 제2 포스트에 전기적으로 결합된 전압 센서를 포함하는, 배터리 모니터 시스템(BMS)
    을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  76. 제75항에 있어서,
    상기 셀 격실 내에 격납된 제2 배터리 셀을 추가로 포함하고, 상기 제2 배터리 셀은 상기 제2 배터리 셀과 결합된 제3 포스트 및 제4 포스트를 갖고, 상기 제3 포스트 및 상기 제4 포스트는 상기 셀 격실 사이의 벽을 통해 상기 BMS 격실로 돌출되고,
    상기 BMS는 상기 제3 포스트 및 상기 제4 포스트에 전기적으로 결합된 제2 전압 센서를 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  77. 제76항에 있어서,
    제3 배터리 셀을 추가로 포함하고, 상기 제3 배터리 셀은 상기 제3 배터리 셀과 결합된 상기 제2 포스트 및 상기 제3 포스트를 갖고, 상기 제2 포스트 및 상기 제3 포스트는 상기 셀 격실 사이의 벽을 통해 상기 BMS 격실로 돌출되고,
    상기 BMS는 상기 제2 포스트 및 상기 제3 포스트에 전기적으로 결합된 제3 전압 센서를 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  78. 제77항에 있어서,
    상기 배터리 셀을 상기 제2 배터리 셀에 전기적으로 결합하는 제1 단자 스트랩; 및
    상기 제2 배터리 셀을 상기 제3 배터리 셀에 전기적으로 결합하는 제2 단자 스트랩을 추가로 포함하고,
    상기 제1 단자 스트랩은 상기 제2 포스트를 포함하고, 상기 제2 단자 스트랩은 상기 제3 포스트를 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  79. 제75항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 셀 기부, 셀 커버, BMS 기부 및 BMS 커버를 추가로 포함하고,
    상기 셀 커버 및 상기 BMS 기부는 상기 셀 격실과 상기 BMS 격실 사이에 상기 벽을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  80. 제75항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BMS는 배터리 전압을 감지하기 위한 배터리 전압 센서, 배터리 전류를 감지하기 위한 배터리 전류 센서, 및 온도를 감지하기 위한 온도 센서 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  81. 제75항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 양극판, 음극판 및 분리막을 포함하고, 상기 판 중 적어도 하나는 납을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  82. 제75항 내지 제81항 중 어느 한 항의 납산 배터리 시스템을 포함하는 차량.
  83. 복수개의 셀을 포함하는 납산 배터리를 모니터링하는 방법으로서,
    상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제1 셀의 제1 온도를 감지하는 단계;
    상기 납산 배터리와 관련된 제2 온도를 감지하는 단계; 및
    상기 제1 온도 및 상기 제2 온도에 기반하여 상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  84. 제83항에 있어서,
    상기 감지된 제1 셀 온도에 기반하여 온도 값을 결정하는 단계;
    상기 온도 값이 임계값을 통과하는지를 모니터링하는 단계; 및
    상기 온도 값이 상기 임계값을 통과하는 경우 상기 납산 배터리에 대한 제1 상태를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  85. 제84항에 있어서,
    상기 임계값은 상기 제1 셀 온도가 높음을 나타내고, 상기 제1 상태는 상기 제1 셀에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  86. 제84항에 있어서,
    상기 임계값은 제1 셀 온도가 높음을 나타내고, 상기 제1 상태는 상기 납산 배터리에 의한 잠재적인 결함인, 방법.
  87. 제83항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 온도는 상기 납산 배터리에 대한 주변 또는 환경 온도이고;
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 추가로 상기 제2 온도에 기반하는, 방법.
  88. 제83항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 온도는 상기 복수개의 셀 중 하나 이상의 제2 셀의 제2 셀 온도이고,
    상기 납산 배터리의 상태를 결정하는 단계는 추가로 상기 제2 온도에 기반하는, 방법.
  89. 납산 배터리 시스템으로서,
    복수개의 셀을 포함하는 납산 배터리;
    제1 온도를 감지하기 위한 제1 온도 센서;
    제2 온도를 감지하기 위한 제2 온도 센서; 및
    상기 제1 온도 센서, 상기 제2 온도 센서 및 상기 납산 배터리에 결합되는, 제83항 내지 제88항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한, 배터리 모니터링 유닛
    을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  90. 제89항의 납산 배터리 시스템을 포함하는 차량.
  91. 자동화 차량에서 사용되는 납산 배터리 시스템에 의한 결함을 모니터링하는 방법으로서,
    상기 납산 배터리 시스템이 배치될 상기 차량의 자동화 레벨을 결정하는 단계;
    상기 자동화 레벨에 기반하여 결함을 나타내는 임계값을 결정하는 단계;
    상기 배터리 시스템의 파라미터를 모니터링하는 단계;
    상기 파라미터 값을 상기 임계값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교에 기반하여 결함 가능성을 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  92. 제91항에 있어서,
    상기 자동화 레벨을 결정하는 단계는 상기 자동화 레벨을 수신하는 것을 포함하는, 방법.
  93. 제91항 또는 제92항에 있어서,
    상기 결함은 상기 배터리 시스템, 상기 차량, 또는 상기 배터리 및 상기 차량 둘 모두의 기능성 안전 조건과 관련되는, 방법.
  94. 제91항 또는 제92항에 있어서,
    상기 결함은 상기 배터리 시스템, 상기 차량, 또는 상기 배터리 시스템 및 상기 차량 둘 모두의 잠재적인 사용 결함과 관련되는, 방법.
  95. 제91항 또는 제92항에 있어서,
    상기 결함은 상기 배터리 시스템, 상기 차량, 또는 상기 배터리 시스템 및 상기 차량 둘 모두의 잠재적인 부하 결함과 관련되는, 방법.
  96. 제91항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자동화 레벨은 SAE 국제 자동화 레벨에 기반하는, 방법.
  97. 제91항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 가능성에 기반하여 상기 납산 배터리 시스템의 작동을 변경시키는 단계를 포함하는, 방법.
  98. 납산 배터리 시스템으로서,
    복수개의 셀을 포함하는 납산 배터리;
    파라미터를 모니터링하기 위한 센서; 및
    상기 센서 및 상기 납산 배터리에 결합되는, 제91항 내지 제97항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한, 배터리 모니터링 유닛
    을 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  99. 제91항의 납산 배터리 시스템을 포함하는 차량.
  100. 장치에서 사용되는 납산 배터리 시스템의 결함 가능성에 대응하는 방법으로서,
    상기 납산 배터리 시스템의 셀-레벨 파라미터를 모니터링하는 단계;
    상기 셀-레벨 파라미터 값을 임계치와 비교하는 단계;
    상기 비교에 기반하여 결함 가능성을 결정하는 단계; 및
    상기 결함 가능성을 상기 장치로 통신하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  101. 제100항에 있어서,
    상기 결함 가능성에 기반하여 상기 장치의 작동을 변경시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  102. 제100항 또는 제101항에 있어서,
    제1 충전 기술을 사용하는 시스템에 의해 상기 납산 배터리 시스템을 충전하는 단계; 및
    상기 결함 가능성에 기반하는 시스템에 의해 상기 납산 배터리 시스템의 충전을 변경시키는 단계로서, 상기 변경에 의해 제2 충전 기술이 생성되는, 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  103. 제100항 내지 제102항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 가능성 통신을 수신하는 시스템에 응답하여 상기 납산 배터리 시스템을 교체하는 메시지를 외부 장치로 통신하는 장치를 추가로 포함하는, 방법.
  104. 제100항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 차량을 포함하는, 방법.
  105. 배터리 시스템으로서,
    하우징;
    상기 하우징에 의해 격납된 배터리 셀;
    상기 하우징에 의해 지지되는 센서;
    상기 하우징에 의해 지지되고 상기 하우징과 통신하는 프로세서 및 메모리로서, 상기 메모리는 제100항 내지 제103항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어를 포함하는, 프로세서 및 메모리
    를 포함하는, 배터리 시스템.
  106. 제105항의 배터리 시스템을 포함하는 차량.
  107. 납산 배터리 시스템으로서,
    제1 격실 및 상기 제1 격실과 구별되는 제2 격실을 갖는 하우징;
    상기 제1 격실 내에 배치된 납산 배터리 셀;
    상기 제2 격실 내에 배치되고 상기 납산 배터리 셀 중 적어도 하나와 관련된 자극을 감지하기 위한 센서; 및
    상기 제2 격실 내에 배치되고 상기 센서와 통신하는 프로세서 및 메모리로서, 상기 메모리는 상기 배터리 시스템이 상기 센서에 의해 감지되는 자극에 기반하여 파라미터를 모니터링하게 하고, 상기 모니터링된 파라미터에 기반하여 상기 배터리 시스템에 대한 성능 상태, 기능 상태, 또는 성능 상태 및 기능 상태 둘 모두를 결정하게 하는 상기 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어를 포함하는, 프로세서 및 메모리
    를 포함하는, 납산 배터리 시스템.
  108. 제107항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 양극판, 음극판 및 분리막을 포함하고, 상기 판 중 적어도 하나는 납을 포함하는, 배터리 시스템.
  109. 제108항의 납산 배터리 시스템을 포함하는 차량.
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