KR101579566B1 - 배터리 모듈 가열 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 모듈을 위한 가열 시스템 및 방법을 개시한다. 상기 방법은 상기 제1 배터리 셀 그룹의 제1 전압레벨을 나타내는 제1 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제2 배터리 셀 그룹의 제2 전압레벨을 나타내는 제2 신호를 생성하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 배터리 셀 그룹 및 제2 배터리 셀 그룹 중 적어도 어느 하나의 온도레벨을 나타내는 온도신호를 출력하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은 만약 상기 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있지 않은 경우, 상기 컴퓨터를 이용하여 부분적으로 방전되도록 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 모듈을 가열 시키는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 모듈에 저장된 전력을 이용하여 배터리 모듈을 가열 시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기 자동차의 배터리의 내부 온도가 상대적으로 차가울 때, 상기 배터리 에서 공급되는 전력량은 요구되는 전력 레벨보다 낮아질 수 있다.
본 발명자는 상기 언급된 비효율성을 제거하기 위해 배터리 모듈을 가열하는 시스템 및 방법이 필요하다는 것을 알게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 배터리 모듈을 가열하는 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 위한 가열 시스템은 제1 및 제2 배터리 셀 그룹을 가진 배터리 모듈을 위한 가열 시스템으로서, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 제1 전압레벨을 나타내는 제1 신호를 생성하도록 구성된 제1 전압센서; 상기 제2 배터리 셀 그룹의 제2 전압레벨을 나타내는 제2 신호를 생성하도록 구성된 제2 전압센서; 제1 스위치가 제1 동작위치에 있을 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹과 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 저항; 제2 스위치가 제1 동작위치에 있을 때, 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 연결되도록 구성된 제2 저항; 상기 제1 배터리 셀 그룹 및 제2 배터리 셀 그룹 중 적어도 어느 하나의 온도레벨을 나타내는 온도신호를 출력하도록 구성된 온도센서; 및 상기 온도신호가 나타내는 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮은지 여부 및 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있는지 판단하고, 만약 상기 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있지 않은 경우 부분적으로 방전되도록 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하고, 만약 상기 제2 배터리 셀 그룹이 선택되었다면 부분방전으로 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제2 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제1 제어신호를 출력하고, 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on)시키는 제3 제어신호를 출력하는 컴퓨터;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터는 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터는 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터는 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터는 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터는 상기 온도신호가 상기 임계온도레벨보다 같거나 높은지 또는 상기 온도레벨이 상기 임계온도레벨보다 같거나 높은지 판단하고, 상기 제2 스위치가 제2 동작위치로 가도록 하여 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하는 것을 중단하도록 상기 제1 제어신호의 출력을 중단하고, 상기 팬을 턴오프(turn off)되도록 상기 제3 제어신호의 출력을 중단한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터는 상기 온도레벨이 상기 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹이 선택된 경우, 부분방전으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제1 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제1 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제2 제어신호를 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터는 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 상기 온도레벨이 상기 임계온도보다 낮은 경우, 부분방전으로 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제2 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제4 제어신호를 출력하고, 부분방전으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제1 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제1 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제5 제어신호를 출력하고, 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on)시키는 제6 제어신호를 출력한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 위한 가열 방법은 제1 및 제2 배터리 셀 그룹을 가진 배터리 모듈을 위한 가열 방법으로서, 제1 전압센서를 사용하여 상기 제1 배터리 셀 그룹의 제1 전압레벨을 나타내는 제1 신호를 생성하는 단계; 제2 전압센서를 사용하여 상기 제2 배터리 셀 그룹의 제2 전압레벨을 나타내는 제2 신호를 생성하는 단계; 온도센서를 사용하여 상기 제1 배터리 셀 그룹 및 제2 배터리 셀 그룹 중 적어도 어느 하나의 온도레벨을 나타내는 온도신호를 출력하는 단계; 컴퓨터를 사용하여 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있는지 판단하는 단계; 만약 상기 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있지 않은 경우, 상기 컴퓨터를 이용하여 부분적으로 방전되도록 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계; 만약 상기 제2 배터리 셀 그룹이 선택되었다면, 상기 컴퓨터를 사용하여 부분방전으로 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제2 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제1 제어신호를 출력하는 단계; 및 상기 컴퓨터를 사용하여 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on)시키는 제3 제어신호를 출력하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계이다.
본 발명에 따르면, 상기 온도레벨이 상기 임계온도레벨보다 같거나 높은 경우, 상기 제2 스위치가 제2 동작위치로 가도록 하여 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하는 것을 중단하도록 상기 제1 제어신호의 출력을 중단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 온도레벨이 상기 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹이 선택된 경우, 상기 컴퓨터를 사용하여 부분방전으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제1 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제1 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제2 제어신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 상기 온도레벨이 상기 임계온도보다 낮은 경우, 상기 컴퓨터를 사용하여 부분방전으로 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제2 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제4 제어신호를 출력하는 단계; 상기 컴퓨터를 사용하여 부분방전으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제1 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제1 스위치가 상기 제1 동작위치에 가도록 제4 제어신호를 출력하는 단계; 및 상기 컴퓨터를 사용하여 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on)시키는 제6 제어신호를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈을 위한 상기 가열 시스템 및 방법은 배터리 모듈을 위한 다른 가열 시스템 및 방법에 비해 실질적인 장점을 제공한다. 특히, 상기 가열 시스템 및 방법은 임계온도레벨 이상으로 상기 배터리 모듈의 온도를 상승시키도록 가열 시스템 내 밸런싱 저항을 사용하여 열 에너지를 생성하며, 동시에 상기 배터리 모듈의 전기적 밸런싱을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 가열 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 가열 방법의 흐름을 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 가열 방법의 흐름을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(20)을 위한 가열 시스템(10)이 도시되어 있다. 상기 가열 시스템(10)의 장점은 열에너지를 생성하는 밸런싱 저항을 이용하여 상기 배터리 모듈(20)내 배터리 셀들의 전기적 밸런싱을 이루면서 배터리 모듈(20)의 온도를 임계온도레벨과 동일하게 또는 그 이상으로 상승시키는 것이 있다. 이해를 위해, 본 명세서에서 "전기적 밸런싱을 이루고 있는"이란 용어는 2이상의 배터리 셀들(또는 2이상의 배터리 셀 그룹들)이 실질적으로 동일한 출력 전압 또는 실직적으로 동일한 충전상태(state-of-charge)를 가지고 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 "전기적 밸런싱을 이루는"이란 용어는 하나 이상의 배터리 셀들(또는 2이상의 배터리 셀 그룹들)을 다른 배터리 셀들과 관련된 출력 전압 또는 다른 배터리 셀들과 관련된 충전상태로 조정하는 것을 의미한다. 상기 "저항"이란 용어는 내부 임피던스를 통해 전력을 흩뜨리는 하나 이상의 전기적 구성요소를 의미한다. 예를 들어, 저항은 적어도 하나 이상의 탄소 기반의 전기저항소자, 전선이 묶인 전기저항소자 및 가열 코일로 구성될 수 있다.
상기 배터리 모듈(20)은 제1 배터리 셀 그룹(30) 및 제2 배터리 셀 그룹(32)을 포함한다. 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)은 노드(node) 46 및 48 사이에서 전기적으로 병렬로 연결된 배터리 셀들(40, 42, 44)를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)은 전기적으로 병렬로 연결된 3개 이하의 배터리 셀들 또는 그 이상의 배터리 셀들로 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 배터리 셀들(40, 42, 44)은 리튬-이온 파우치형 배터리 셀이다. 물론, 다른 실시예에서, 상기 배터리 셀들(40, 42, 44)은 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 다른 타입의 배터리 셀들이 될 수 있다. 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)은 노드(node) 56 및 58 사이에서 전기적으로 병렬로 연결된 배터리 셀들(50, 52, 54)를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 제 배터리 셀 그룹(32)은 전기적으로 병렬로 연결된 3개 이하의 배터리 셀들 또는 그 이상의 배터리 셀들로 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 배터리 셀들(50, 52, 54)은 리튬-이온 파우치형 배터리 셀이다. 물론, 다른 실시예에서, 상기 배터리 셀들(50, 52, 54)은 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 다른 타입의 배터리 셀들이 될 수 있다.
상기 가열 시스템(10)은 온도 레벨이 임계온도레벨 아래로 떨어졌을 때 상기 배터리 모듈(20)의 온도레벨을 상승시킨다. 상기 가열 시스템(10)은 제1 저항(70), 제2 저항(72), 제1 스위치(74), 제2 스위치(76), 제1 전압센서(80), 제2 전압센서(82), 온도센서(84), 팬(fan, 86), 하우징(88) 및 컴퓨터(100)를 포함한다.
상기 제1 저항(70)은 노드 60, 48사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제1 스위치(74)와 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 상기 제1 스위치(74)는 상기 노드 60, 46 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 제1 저항(70)은 상기 컴퓨터(100)의 제어신호에 대응하여 상기 제1 스위치(74)가 제1 동작 위치(닫힌동작위치)가 되었을 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)과 전기적으로 연결되도록 구성된다. 상기 제1 스위치(74)가 제1 동작 위치가 되었을 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)은 상기 제1 저항(70)을 통해 열 에너지를 생성하도록 전류를 생성하고, 부분적으로 방전된다. 상기 제1 저항(70)은 상기 컴퓨터(100)로부터 상기 제1 저항(70)에게 출력되는 더 이상의 제어신호가 없는 것에 대응하여 상기 제1 스위치(74)가 제2 동작 위치(열린동작위치)가 되었을 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)과 전기적으로 연결이 해제되도록 구성된다.
상기 제2 저항(72)은 노드 62, 58 사이에 전기적으로 연결되며 상기 제2 스위치(76)에 전기적으로 직렬 연결된다. 상기 제2 스위치(76)은 상기 노드 62, 56 사이에 전기적으로 연결된다. 상기 제2 저항(72)는 상기 컴퓨터(100)의 제어신호에 대응하여 상기 제 스위치(76)가 제1 동작 위치(닫힌동작위치)가 되었을 때, 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)과 전기적으로 연결되도록 구성된다. 상기 제2 스위치(76)가 제1 동작 위치가 되었을 때, 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)은 상기 제2 저항(72)을 통해 열 에너지를 생성하도록 전류를 생성하고, 부분적으로 방전된다. 상기 제2 저항(72)은 상기 컴퓨터(100)로부터 상기 제2 저항(72)에게 출력되는 더 이상의 제어신호가 없는 것에 대응하여 상기 제2 스위치(76)가 제2 동작 위치(열린동작위치)가 되었을 때, 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)과 전기적으로 연결이 해제되도록 구성된다.
상기 제1 전압센서(80)는 상기 노드 46, 48 사이에 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전압센서(80)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)의 제1 전압레벨을 나타내는 제1 신호를 생성하고, 이를 상기 컴퓨터(100)가 수신하도록 구성된다.
상기 제2 전압센서(82)는 상기 노드 56, 58 사이에 전기적으로 연결된다. 상기 제2 전압센서(82)는 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)의 제2 전압레벨을 나타내는 제2 신호를 생성하고, 이를 상기 컴퓨터(100)가 수신하도록 구성된다.
상기 온도센서(84)는 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹(30, 32)에 가깝게 개재된다. 상기 온도센서(84)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30) 및 제2 배터리 셀 그룹(32) 중 적어도 어느 하나의 온도레벨을 나타내는 온도신호를 생성하고, 이를 상기 컴퓨터(100)가 수신하도록 구성된다.
상기 팬(86)은 상기 제1 저항(70) 및 상기 제2 저항(72)에 가깝게 개재된다. 상기 팬(86)은 턴온(turn on)되었을 때 공기 또는 다른 종류의 기체가 상기 제1 및 제2 저항(70, 72)을 지나 순환되어, 상기 제1 및 제2 저항(70, 72)에서 발생된 열이 분산되고, 상기 배터리 모듈(20) 내에 포함된 배터리 셀들의 온도레벨이 상승되도록 구성된다. 상기 팬(86)은 상기 컴퓨터(100)의 제어신호에 의해 턴온되고, 상기 컴퓨터(100)로부터 더 이상 제어신호가 없을 때 턴오프(turn off)된다.
상기 하우징(88)은 상기 제1 저항(70), 제2 저항(72), 제1 스위치(74), 제2 스위치(76), 제1 전압센서(80), 제2 전압센서(82), 온도센서(84), 팬(fan, 86) 및 컴퓨터(100)를 에워 싼다. 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터(100)는 상기 하우징(88)의 외부에 위치할 수 있다. 물론 다른 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터(100)는 상기 하우징(88)의 내부에 위치할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터(100)는 플라스틱으로 만들어진다. 물론 다른 실시예에 따르면, 본 발명이 속하는 기술분야에 잘 알려진 스테인리스(stainless)같은 다른 물질로 만들어질 수 있다.
상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 전압센서(80), 제2 전압센서(82), 온도센서(84), 팬(fan, 86), 제1 스위치(74) 및 제2 스위치(76)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 컴퓨터(100)는 실행 가능한 소프트웨어 구조 및 이하 상세히 설명될 상기 배터리 모듈(20)을 가열하는 방법을 구현하는데 관련된 데이터를 저장하기 위한 내부 메모리를 포함하고 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터(100)는 마이크로프로세서(microprocessor)로 구성된다. 물론 다른 실시예에 따르면, 상기 컴퓨터(100)는 프로그램 가능한 논리 제어기(programmable logic controller) 또는 필드 프로그램 가능한 논리 배열(field programmable logic array)로 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(20)을 가열하는 방법의 흐름도가 도시되어 있다.
단계 110에서, 상기 제1 전압센서(80)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)의 제1 전압레벨을 나타내는 제1 신호를 생성한다. 단계 110이후, 상기 방법은 단계 112로 이행한다.
단계 112에서, 상기 제2 전압센서(82)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(32)의 제2 전압레벨을 나타내는 제2 신호를 생성한다. 단계 112이후, 상기 방법은 단계 113로 이행한다.
단계 113에서, 상기 온도센서(84)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30) 및 제2 배터리 셀 그룹(32) 중 적어도 어느 하나의 온도레벨을 나타내는 온도신호를 생성한다. 단계 113이후, 상기 방법은 단계 114로 이행한다.
단계 114에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮은지 여부를 결정한다. 일 예로, 상기 임계온도레벨은 0℃ ~ 10℃ 사이의 온도범위이다. 다른 예로, 상기 임계온도레벨은 10℃이다. 물론, 상기 임계온도레벨은 0℃이하 또는 10℃이상이 될 수 있다. 만약 단계 114에서 값이 "yes"라면, 상기 방법은 단계 116으로 이행한다. 반대의 경우, 상기 방법은 단계 136으로 이행한다.
단계 116에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)이 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있는지 판단한다. 만약 상기 단계 116에서 값이 "no"라면, 상기 방법은 단계 118로 이행한다. 반대의 경우, 상기 방법은 단계 128로 이행한다.
단계 118에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 및 제2 신호에 기초하여 부분적으로 방전할 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹(30, 32)에서 하나를 선택한다. 그 결과 그룹(30, 32) 중 선택된 어느 한 그룹은 저항을 통한 부분방전으로 열 에너지 발생을 통해 상기 배터리 셀의 온도레벨을 상승시키고, 선택되지 않은 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루게 된다. 단계 118이후, 상기 방법은 단계 120으로 이행한다.
단계 120에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)이 선택되었는지 판단한다. 만약 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)이 선택되었다면, 상기 방법은 단계 122로 이행한다. 반대의 경우, 상기 방법은 단계 123으로 이행한다.
단계 122에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)의 부분 방전을 통해 상기 제2 저항(72)이 열을 에너지를 생성하도록 제2 스위치(76)를 제1 동작위치에 이동시키는 제1 제어신호를 출력한다. 단계 122이후, 상기 방법은 단계 123으로 이행한다.
단계 123에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)이 선택되었는지 판단한다. 만약 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)이 선택되었다면, 상기 방법은 단계 124로 이행한다. 반대의 경우, 상기 방법은 단계 126으로 이행한다.
단계 124에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)의 부분 방전을 통해 상기 제1 저항(70)이 열을 에너지를 생성하도록 제1 스위치(74)를 제1 동작위치에 이동시키는 제2 제어신호를 출력한다. 단계 124이후, 상기 방법은 단계 126으로 이행한다.
단계 126에서, 상기 컴퓨터(100)는 열 에너지가 상기 배터리 모듈(20)내에서 분산되도록 상기 팬(86)을 턴온(turn on)시키는 제3 제어신호를 출력한다. 단계 126이후, 상기 방법은 단계 110으로 이행한다.
다시 단계 116을 참조하면, 단계 116에서 값이 "yes"라면, 상기 방법은 단계 128로 이행한다. 단계 128에서, 상기 컴퓨터(100)는 부분방전이 되도록 제1 및 제2 배터리 셀 그룹(30, 32)를 선택한다. 단계 128이후, 상기 방법은 단계 130으로 이행한다.
단계 130이후, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)의 부분방전을 통해 상기 제2 저항(72)이 열을 에너지를 생성하도록 제2 스위치(76)를 제1 동작위치에 이동시키는 제4 제어신호를 출력한다. 단계 130이후, 상기 방법은 단계 132로 이행한다.
단계 132에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)의 부분 방전을 통해 상기 제1 저항(70)이 열을 에너지를 생성하도록 제1 스위치(74)를 제1 동작위치에 이동시키는 제5 제어신호를 출력한다. 단계 132이후, 상기 방법은 단계 134로 이행한다.
단계 134에서, 상기 컴퓨터(100)는 열 에너지를 상기 배터리 모듈(20)내에서 분산되도록 상기 팬(86)을 턴온시키는 제6 제어신호를 출력한다. 단계 134이후, 상기 방법은 단계 110으로 이행한다.
다시 단계 114를 참조하면, 만약 단계 114의 값이 "no"라면, 상기 방법은 단계 136으로 이행한다. 단계 136에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)이 먼저 선택되었는지 판단한다. 만약 단계 136의 값이 "yes"라면, 상기 방법은 단계 138로 이행한다. 반대의 경우, 상기 방법은 단계 140으로 이행한다.
단계 138에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)이 상기 제2 저항(72)을 통해 방전하도록 상기 제2 스위치(76)를 제2 동작위치에 가도록 하는 상기 제1 제어신호 또는 상기 제4 제어신호의 출력을 중단한다. 단계 138이후, 상기 방법은 단계 140으로 이행한다.
단계 140에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)이 먼저 선택되었는지 판단한다. 만약 단계 140의 값이 "yes"라면, 상기 방법은 단계 142로 이행한다. 반대의 경우, 상기 방법은 단계 144로 이행한다.
단계 142에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 제1 스위치(74)를 제2 동작위치에 가도록 하여 상기 제 배터리 셀 그룹(30)이 상기 제1 저항(70)을 통해 방전을 중단하게끔 상기 제2 제어신호 또는 상기 제5 제어신호의 출력을 중단한다. 단계 142이후, 상기 방법은 단계 144로 이행한다.
단계 144에서, 상기 컴퓨터(100)는 상기 팬(86)을 턴오프되도록 상기 제3 제어신호 또는 제6 제어신호의 출력을 중단한다. 단계 144이후, 상기 방법은 단계 110으로 이행한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 단계 118은 단계 160을 통해서 수행된다. 단계 160에서, 상기 컴퓨터(100)는, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로, 만약 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 단계 118은 단계 170을 통해서 수행된다. 단계 170에서, 상기 컴퓨터(100)는, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로, 만약 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 단계118은 단계 180을 통해서 수행된다. 단계 180에서, 상기 컴퓨터(100)는, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로, 만약 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)의 충전상태(state-of-charge)가 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)의 충전상태(state-of-charge)보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택한다. 배터리 셀 그룹의 충전상태(state-of-charge)는 아래의 수학식을 이용하여 결정될 수 있다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 단계118은 단계 190을 통해서 수행된다. 단계 190에서, 상기 컴퓨터(100)는, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로, 만약 상기 제1 배터리 셀 그룹(30)의 충전상태(state-of-charge)가 상기 제2 배터리 셀 그룹(32)의 충전상태(state-of-charge)보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택한다.
상기 배터리 모듈(20)을 위한 상기 가열 시스템(10) 및 방법은 배터리 모듈(20)을 위한 다른 가열 시스템(10) 및 방법에 비해 실질적인 장점을 제공한다. 특히, 상기 가열 시스템(10) 및 방법은 임계온도레벨 이상으로 상기 배터리 모듈의 온도를 상승시키도록 가열 시스템 내 밸런싱 저항을 사용하여 열 에너지를 생성하며, 동시에 상기 배터리 모듈(20)의 전기적 밸런싱을 한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 가열 시스템 20 : 배터리 모듈
30 : 제1 배터리 셀 그룹 32 : 제2 배터리 셀 그룹
40, 42, 44, 50, 52, 54 : 배터리 셀
46, 48, 56, 58, 60, 62 : 노드
70 : 제1 저항 72 : 제2 저항
74 : 제1 스위치 76 : 제2 스위치
80 : 제1 전압센서 82 : 제2 전압센서
84 : 온도센서 86 : 팬
88 : 하우징 100 : 컴퓨터
30 : 제1 배터리 셀 그룹 32 : 제2 배터리 셀 그룹
40, 42, 44, 50, 52, 54 : 배터리 셀
46, 48, 56, 58, 60, 62 : 노드
70 : 제1 저항 72 : 제2 저항
74 : 제1 스위치 76 : 제2 스위치
80 : 제1 전압센서 82 : 제2 전압센서
84 : 온도센서 86 : 팬
88 : 하우징 100 : 컴퓨터
Claims (16)
- 제1 및 제2 배터리 셀 그룹을 가진 배터리 모듈을 위한 가열 시스템으로서,
상기 제1 배터리 셀 그룹의 제1 전압레벨을 나타내는 제1 신호를 생성하도록 구성된 제1 전압센서;
상기 제2 배터리 셀 그룹의 제2 전압레벨을 나타내는 제2 신호를 생성하도록 구성된 제2 전압센서;
제1 스위치가 스위치 온(on) 위치에 해당하는 제1 동작위치에 있을 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹과 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 저항;
제2 스위치가 스위치 온(on) 위치에 해당하는 제1 동작위치에 있을 때, 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 연결되도록 구성된 제2 저항;
상기 제1 배터리 셀 그룹 및 제2 배터리 셀 그룹 중 적어도 어느 하나의 온도레벨을 나타내는 온도신호를 출력하도록 구성된 온도센서; 및
상기 온도신호가 나타내는 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮은지 여부 및 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있는지 판단하고, 상기 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있지 않은 경우 부분적으로 방전되도록 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하고, 상기 제2 배터리 셀 그룹이 선택된 경우 부분방전으로 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제2 스위치를 상기 제1 동작위치에 위치시키는 제1 제어신호를 출력하고, 상기 제1 배터리 셀 그룹이 선택된 경우 부분방전으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제1 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제1 스위치가 상기 제1 동작 위치에 가도록 제2 제어신호를 출력하며, 상기 제1 제어신호 또는 제2 제어신호가 출력되는 경우 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on)시키는 제3 제어신호도 함께 출력하되, 상기 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹과 제2 배터리 셀 그룹이 전기적으로 밸런싱을 이루고 있는 경우 제1 배터리 셀 그룹 및 제2 배터리 셀 그룹이 각각 제1 저항 및 제2 저항을 통해 부분적으로 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제2 스위치를 상기 제1 동작위치에 위치시키는 제4 제어신호, 상기 제1 스위치를 상기 제1 동작위치에 위치시키는 제5 제어신호 및 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on) 시키는 제6 제어신호를 출력하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터는, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터는, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터는, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터는, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택할 때, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컴퓨터는, 상기 온도신호가 상기 임계온도레벨보다 같거나 높은지 또는 상기 온도레벨이 상기 임계온도레벨보다 같거나 높은지 판단하고, 상기 제2 스위치가 제2 동작위치로 가도록 하여 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하는 것을 중단하도록 상기 제1 제어신호의 출력을 중단하고, 상기 팬을 턴오프(turn off)되도록 상기 제3 제어신호의 출력을 중단하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1 및 제2 배터리 셀 그룹을 가진 배터리 모듈을 위한 가열 방법으로서,
제1 전압센서를 사용하여 상기 제1 배터리 셀 그룹의 제1 전압레벨을 나타내는 제1 신호를 생성하는 단계;
제2 전압센서를 사용하여 상기 제2 배터리 셀 그룹의 제2 전압레벨을 나타내는 제2 신호를 생성하는 단계;
온도센서를 사용하여 상기 제1 배터리 셀 그룹 및 제2 배터리 셀 그룹 중 적어도 어느 하나의 온도레벨을 나타내는 온도신호를 출력하는 단계;
컴퓨터를 사용하여 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있는지 판단하는 단계;
상기 온도레벨이 임계온도레벨보다 낮고 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 있지 않은 경우, 상기 컴퓨터를 이용하여 부분적으로 방전되도록 상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계;
상기 제2 배터리 셀 그룹이 선택되었다면, 상기 컴퓨터를 사용하여 부분방전으로 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 제2 스위치를 스위치 온(on) 위치에 해당하는 제1 동작위치에 위치시키는 제1 제어신호를 출력하는 단계;
상기 제1 배터리 셀 그룹이 선택되었다면, 상기 컴퓨터를 사용하여 부분방전으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제1 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 제2 스위치를 스위치 온(on) 위치에 해당하는 제1 동작위치에 위치시키는 제2 제어신호를 출력하는 단계;
상기 제1 제어신호 또는 제2 제어신호가 출력되는 경우, 상기 컴퓨터를 사용하여 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on)시키는 제3 제어신호를 출력하는 단계; 및
상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제2 배터리 셀 그룹과 전기적으로 밸런싱을 이루고 상기 온도레벨이 상기 임계온도보다 낮은 경우, 상기 컴퓨터를 사용하여 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 부분적으로 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제2 스위치를 상기 제1 동작위치에 위치시키는 제4 제어신호, 부분방전으로 상기 제1 배터리 셀 그룹이 상기 제1 저항을 통해 방전하여 열 에너지를 생성하도록 상기 제1 스위치를 상기 제1 동작위치에 위치시키는 제5 제어신호 및 배터리 모듈 내에서 열 에너지를 분산시켜 배터리 모듈의 온도레벨을 증가하도록 팬을 턴온(turn on)시키는 제6 제어신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 낮은 경우 상기 제2 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는, 상기 제1 및 제2 신호를 바탕으로 상기 제1 전압레벨이 상기 제2 전압레벨보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 방법. - 제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배터리 셀 그룹 중 어느 하나를 선택하는 단계는, 상기 제1 배터리 셀 그룹의 충전상태가 상기 제2 배터리 셀 그룹의 충전상태보다 높은 경우 상기 제1 배터리 셀 그룹을 선택하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 방법. - 제9항에 있어서,
상기 온도레벨이 상기 임계온도레벨보다 같거나 높은 경우, 상기 제2 스위치가 제2 동작위치로 가도록 하여 상기 제2 배터리 셀 그룹이 상기 제2 저항을 통해 방전하는 것을 중단하도록 상기 제1 제어신호의 출력을 중단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 위한 가열 방법. - 삭제
- 삭제
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