KR102062743B1 - 차량 어플리케이션용 고전압 배터리 시스템 - Google Patents

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Abstract

일실시예에서, 배터리 운영 시스템은 직렬로 연결된 복수 개의 제1 회로 요소를 구비하는 제1 회로 요소를 포함하며, 복수 개의 제1 회로 요소는 직류(DC) 전압원과 복수 개의 제1 스위칭 디바이스를 포함하며, 복수 개의 제1 스위칭 디바이스 각각은 배터리 모듈과 연관되어 배터리 모듈의 작동에 대응하는 이벤트의 검출에 응답하여 전압차를 유발하는 제1 검출 디바이스에 연결되고 제1 검출 디바이스에 의해 작동 가능하게 스위칭된다.

Description

차량 어플리케이션용 고전압 배터리 시스템{HIGH VOLTAGE BATTERY SYSTEM FOR VEHICLE APPLICATIONS}
본 개시는 일반적으로 배터리 운영 시스템에 관한 것이다.
도 1에는, 예컨대 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicles; PHEV) 및 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicles; HEV)를 위한 예시적인 종래의 배터리 시스템(운영 및 제어를 포함함)을 보여준다. 셀이 병렬로 연결되어 배터리 세트를 형성한다. 예컨대, 각각의 셀은 리튬철 인계 배터리 셀(lithium iron phosphorous battery cell)의 경우에 있어서 3.3 V를 보유한다. 직렬로 연결된 16개의 배터리 세트는 배터리 모듈(102)과 같은 배터리 모듈을 포함한다(예컨대, 도 1의 예에서는 각기 52.8 V값을 갖는 것으로 가정함). [모터(110)에] 직렬로 연결된 6개의 배터리 모듈(102)은, 이 예에서 누적 전압값이 316.8 V (예컨대, 52.8 × 6)인 배터리 시스템(100)의 일부를 구성한다. 통상적으로, 각각의 배터리 모듈(102)의 각각의 배터리 세트는 차량 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 직접 모니터링되고 제어된다. ECU(104)는 CAN(Controlled Area Network) 버스 인터페이스(106)를 통해 각각의 배터리 모듈과 연관된 모듈 모니터 및 컨트롤러(108)에 연결된다. 이 예에서, 필요에 따라 모니터링(예컨대, 각각의 배터리 세트에 대한 전압) 및 제어(예컨대, 배터리 세트의 용량을 밸런싱된 상태로 유지하는 기지의 셀 밸런스 디바이스에 실현되는 배터리 세트 밸런싱)하기 위해 방대한 양의 데이터가 전송된다. 결과적인 배터리 시스템(100)은 비용면에서 비효율적으로 될 수 있고(예컨대, 모니터링에 있어서의 문제) 및/또는 전기차(EV, HEV 또는 PHEV)를 신뢰성 없게 할 수 있는 환경의 조건[예컨대, 전자기 인터페이스(EMI)]에 취약할 수 있다.
보다 진보된 배터리 시스템(200)이 도 2에 도시되어 있는데, 배터리 시스템(200)의 제어 및 모니터링은 주(主) 레벨(202)과 종(從) 레벨(204)로 분할된다. 특히 일례로서, ECU(104)와 주 레벨(202) 사이의 인터페이스는 CAN 버스 인터페이스(106)를 포함하는 반면, 주 레벨(202)과 종 레벨(204) 사이의 인터페이스는 RS485 인터페이스(206)를 포함한다. 이러한 예시적인 시스템에서, 대부분의 모니터링은 종 레벨 제어에 의해 처리된다. 그러나, 주 레벨/종 레벨 및 주 레벨/차량 사이의 RS485(206) 및/또는 CAN(106)을 통한 데이터 전송은 여전히 불가피하며, 이는 특히 긴 사용 시간 후에 신뢰성 문제를 유발할 수 있다.
일실시예에서, 배터리 운영 시스템은, 직렬로 배열된 복수 개의 제1 회로 요소를 구비하는 제1 회로를 포함하고, 상기 복수 개의 제1 회로 요소는 직류(DC) 전압원 및 각기 배터리 모듈의 작동에 대응하는 이벤트의 검출에 반응하여 전압차를 유발시키는 배터리 모듈과 연관된 제1 검출 디바이스에 연결되고, 검출 디바이스에 의해 작동 가능하게 스위칭되는 것인 복수의 제1 스위칭 디바이스를 포함한다.
본 개시의 시스템 및 방법에 관한 다수의 양태는 아래의 도면을 참고하여 더 잘 이해될 것이다. 도면에 있는 구성요소는 반드시 실축척은 아니며, 본 개시의 원리를 명확하게 설명하기 위해 강조된다. 더욱이, 도면에서 유사한 도면부호는 다수의 도면에 걸쳐 대응하는 부품을 지칭한다.
도 1은 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV) 또는 하이브리드 전기차(HEV)를 위한 운영 및 제어를 포함하는 예시적인 종래의 배터리 시스템의 블럭선도이다.
도 2는 전기차(EV, HEV, PHEV)를 위해 형성된 더욱 진보된 예시적인 종래의 배터리 시스템의 블럭선도이다.
도 3a 내지 도 3c는 과충전/과방전(OC/OD) 경고 검출을 위한 기능을 포함하는 배터리 운영(Battery Management; BM) 시스템의 몇몇 실시예의 블럭선도이다.
도 4는 OC/OD 경고 검출 및 온도 모니터링 모두를 위한 기능을 포함하는 BM 시스템의 다른 실시예의 블럭선도로, 제2 루프를 따른 온도 모니터링은 OC/OD 경고 검출을 위해 사용되는 것과 동일한 전원을 사용한다.
도 5a는, 전기 루프가 상이하고 절연된다고 가정하는 경우, 동일한 스위칭 디바이스를 사용하는 OC/OD 경고 검출 및 온도 모니터링 모두를 위한 기능을 포함하는 BM 시스템의 다른 실시예의 블럭선도로, 제2 루프를 따른 온도 모니터링은 OC/OD 경고 검출을 위해 사용되는 것과 동일한 전원을 사용한다.
도 5b는 도 5a로 설명하는 BM 시스템의 일부의 보다 상세한 도면을 제공하는 블럭선도이다.
도 6은, 다른 개시된 실시예 몇몇과 비교하여 스위칭 디바이스를 역방향으로 배열한 BM 시스템의 다른 실시예의 블럭선도이다.
도 7a 및 도 7b는 케이블이 각각의 스위칭 디바이스와 제어 유닛 사이에 연결되어, 각각의 스위칭 디바이스 간의 전압차를 모니터링하는 것에 의해 제어 유닛이 어느 스위칭 디바이스가 개방되었는지 검출할 수 있는 BM 시스템의 다른 실시예의 블럭선도이다.
도 8은 제어 유닛이 다른 실시예에 설명된 ECU와 동일한 방식으로 작동하여, BM 시스템이 CAN(Controller Area Network)을 이용할 수 있도록 하는, BM 시스템의 다른 실시예의 블럭선도이다.
도 9는 예시적인 BM 방법의 실시예의 흐름도이다.
본 명세서에는, RS485 또는 CAN과 같은 통신 프로토콜을 통한 데이터 전송이 전압 검출와 같은 아날로그 수단으로 대체되는 배터리 운영(BM) 시스템 및 방법(총괄적으로 또는 개별적으로 본 명세서에서는 BM 시스템이라고도 함)이 개시되어 있다. 본 명세서에 개시된 BM 시스템에 관한 하나 이상의 실시예는 노이즈에 대해 높은 내구성을 갖는데, 그 이유는 모든 신호 검출이 하나 이상의 스위칭 디바이스(예컨대, 래칭 릴레이 등)에 의해 주 고출력 전달 회로(예컨대, 루프)로 제한되기 때문이다. 따라서, BM 시스템에 관한 하나 이상의 실시예는 단순함(예컨대, 유지 보수에 대한 용이함, 그리고 복잡한 통신의 부재의 관점에서 플러그-앤드-플레이 아키텍쳐로서 이용 가능할 수 있음), 신뢰성(예컨대, 사용 수명에 있어서 오래감), 및/또는 알맞은 비용(예컨대, 비용 효율적)을 나타낼 수 있는 고전압 배터리 시스템을 확립한다.
본 명세서에서는 리튬철 배터리(예컨대, 리튬철 인계 배터리)와 함께 사용하는 BM 시스템에 관한 소정 실시예가 설명되지만, 당업자라면, 본 명세서에 개시된 BM 시스템의 산업상 이용가능성은 특정 타입의 배터리 시스템으로 한정되고 않고, 이에 따라 다른 타입의 배터리 시스템이 본 개시의 범위 내에서 고려된다는 점을 이해해야만 한다.
도 3a를 참고하면, 예시적인 BM 시스템(300)의 일실시예가 도시되어 있다. BM 시스템(300)은 직렬식으로 배열되고, 차량 전자 제어 유닛(ECU)(304)과 같은 컨트롤러, 별도의 직류(DC) 전원(306)(예컨대, 12 V 소스, 본 명세서에서는 전원 또는 12 V 배터리라고도 하지만, 다른 전압값이 사용될 수도 있음을 이해해야만 함), 스위칭 디바이스(308)[본 명세서에서는 총괄적으로 또는 개별적으로 도면부호 308을 사용하여 나타냄]와 같은 복수의 스위칭 디바이스를 포함하는 회로 요소를 구비하는 제1 회로(302)를 포함한다. ECU(304)는 전압차(예컨대, 전압 강하 또는 전압 상승) 검출을 위한 레지스터 또는 저항 디바이스를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 각각의 스위칭 디바이스(308)는 관련 접점이 개방 또는 폐쇄되게 하는 전류 펄스에 의해 구동 가능한 래칭 릴레이로서 구현될 수 있다. 예컨대, 양의 전류가 통할 때 그리고 음의 전류가 통할 때, 릴레이는 폐쇄(또는 몇몇 실시예에서는 개방)된다. 전류 방향이 동일하게 유지되면 또는 전류가 흐르지 않으면 개방 또는 폐쇄 상태로 유지된다.
배터리 모듈(310)과 같은 배터리 모듈은 각각의 스위칭 디바이스(308)와 연관된다. 배터리 모듈(310)은 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 것과 유사한 구성의 것이며, 도 3a에 도시한 예에서 52.8 V의 전압값을 포함할 수 있지만, 다른 전압값도 고려된다. 도 3a에 도시한 각각의 배터리 모듈(310)은 동일하거나 유사한 구성의 것이며, 직렬 루프(316)에서 서로 직렬로 그리고 모터(314)에 연결된다.
각각의 배터리 모듈(310)은 (예컨대, 오로지) 하나 또는 그보다 많은 검출 디바이스, 예컨대 검출 디바이스(312)에 동력을 공급한다. 각각의 검출 디바이스(312)는 각각의 스위칭 디바이스(308)에 연결된다. 일실시예에서, 검출 디바이이스(312)는 이름이 함축하고 있는 바와 같이 과충전/과방전 경고 검출을 위해 제공되는 과충전/과방전(OC/OD) 검출 디바이스일 수 있다. 몇몇 실시예에서, OC/OD 디바이스(312)는 다른 타입으로 또는 다른 타입의 검출 디바이스로 대체될 수 있다. 각각의 OC/OD 검출 디바이스(312)는 각각의 배터리 모듈(310) 내에서 예컨대 직렬로 연결된 각각의 배터리 세트의 전압을 모니터링하는 데 사용된다. 예컨대, 일실시예에서는 4개 또는 8개의 채널이 모니터링 기능에 이용 가능할 수 있지만, 몇몇 실시예에서는 다른 개수로 포함될 수 있다. 8개 채널의 경우, 8개 채널은 총 9개의 케이블을 사용하여(예컨대, 몇몇 실시예에서는 무선 구성이 사용될 수 있음), 직렬로 연결된 8개의 셀 또는 8개의 배터리 세트의 전압을 검출한다. 채널들 중 임의의 채널이 주어진 문턱값(예컨대, 과충전 또는 과방전 문턱값)을 초과하면(또는 하회하면), OC/OD 검출 디바이스에 의해 스위칭 디바이스(308)에 스위칭 디바이스를 개방 또는 폐쇄하도록 구동시키는 전압이 제공된다. 몇몇 경우에, 스위칭 디바이스가 사전 개방된 경우에, 재설정 전류를 사용하여 과충전/과방전 기판[예컨대, OC/OD 검출 디바이스(312)]을 재설정할 수 있다. 다른 경우에, 기지의 자동 재시작 기능이 이용 가능하면, 어떠한 재설정 작용(재설정 전류를 흐르게 함)도 필요하지 않다.
회로(302)(예컨대, 루프)에 있는 각각의 스위칭 디바이스(308)는 관련 "기생(parasitic)" 검출 디바이스, 예컨대 OC/OD 검출 디바이스(312)에 의해 제어되며, 각각의 배터리 모듈(310)은 하나 이상의 기생 디바이스를 갖는 실시예로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 "기생"이라는 용어는 ECU 제어의 부재를 칭하고(즉, ECU 제어가 필요없음), 일실시예에서 상기한 기생 디바이스는 단지 배터리 모듈(310)에 있는 배터리에 의해서만 동력을 공급 받는다. 기생 디바이스는 ECU(304)에 경고 신호를 생성할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명하겠지만, 기생 디바이스의 예로는 제한하는 것은 아니지만, OC/OD 검출 디바이스, 셀 밸런싱 디바이스 및 온도 모니터링 디바이스가 있다. 스위칭 디바이스(308)는 전기 절연체로서 거동하기 때문에, 12 V 루프 회로(302)는 직렬로 연결된 배터리 모듈(310)로부터 절연되고, 이에 따라 각각의 배터리 모듈을 통한 어떠한 노이즈 간섭도 불가능하다. 도 3a에 도시한 예에서, ECU(304)는 회로(302)의 전압 강하를 검출한다. 즉, OC/OD 검출 디바이스(312)들 중 임의의 검출 디바이스가 배터리 모듈(310)들 중 하나 이상의 모듈 내의 배터리 세트들 중 하나의 배터리 세트의 과충전 또는 과방전을 검출하면, 검출하는 OC/OD 검출 디바이스(312)에 의해 연결된 스위칭 디바이스(308)가 개방되도록 기동된다. 이 예에서 ECU(304)는, 스위칭 디바이스(308)들 중 임의의 디바이스가 개방하도록 기동되면, 이에 반응하여 전원(306)으로부터 12 V 내지 0 V의 전압 강하를 검출한다.
도 3b는 도 3a에 도시한 BM 시스템(300)의 적어도 일부의 보다 상세한 도면을 제공하며, 유사한 도면부호는 도 3a에서 확인되는 것과 동일하거나 유사한 피쳐(feature)에 대응하고, 이에 따라 동일한 부분에 대한 설명은 아래에서 언급한 경우를 제외하고는 본 명세서에서 생략된다. 특히, OC/OD 검출 디바이스(312)는 단자에 연결된 논리 기판으로서 구현될 수 있다[도 3b의 스위칭 디바이스(308)에서 "+" 및 "-"로 나타냄)[명확성을 위해 배터리 모듈(310)은 생략됨]. 더욱이, 스위칭 디바이스(308)는 각각의 디바이스(308)가 단자를 통해 서로 연결되는 도시한 바와 같은 2개 단자 래칭 릴레이를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스위칭 디바이스(308)를 위한 다른 구성이 사용될 수 있다는 점에 유념하라.
도 3c는 도 3b에 도시한 실시예의 변형예인 다른 BM 시스템 실시예를 포함한다. 도 3c에 도시한 BM 시스템(300A)의 경우, 전원(306)과 스위칭 디바이스(308) 및 레지스터(318)가 회로(302)에서 직렬로 연결된다. ECU(304)는 회로(320)에 따라 별도로 12 V 배터리(306)에 의해 동력을 공급받는다. 스위칭 디바이스(308)와 ECU(304) 사이[예컨대, ECU(304)와 도 3c의 가장 왼쪽에 도시한 스위칭 디바이스(308) 사이, 그리고 ECU(304)와 도 3c의 가장 오른쪽에 도시한 마지막 스위칭 디바이스(308) 사이]의 연결부는 이에 따라 단지 전압 검출을 위해서만 사용된다. 이 경우, 모든 스위칭 디바이스(308)가 폐쇄될 때에 ECU에 의해 어떠한 전압차도 검출되어서는 안 된다(모두 12 V임), 단지 스위칭 디바이스(308)들 중 하나의 스위칭 디바이스가 개방될 때에만, 12 V의 전압차가 ECU(304)에 의해 검출된다. 이 경우, 모든 스위칭 디바이스(308)가 폐쇄될 때에 ECU(304)에 의해 어떠한 전압차도 검출되어서는 안 된다(모두 12 V임). 단지 스위칭 디바이스(308)들 중 하나의 스위칭 디바이스가 개방될 때에만, ECU(304)에 의해 12V의 전압차가 검출된다. ECU(304)에 의해 검출되는 전압차는 이 경우와 도 3a 및 도 3b에서 설명한 앞의 경우(12 V 내지 0 V의 전압 강하)가 상이하다.
이제 도 4를 참고하면, BM 시스템(400)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 3a 및 도 3b와 연관지어 설명한 실시예와 유사하게, BM 시스템(400)은 ECU(304), 전압원(306) 및 복수 개의 스위칭 디바이스(308)를 포함하는 직렬로 배열된 복수 개의 회로 요소를 포함하는 회로(302)(예컨대, 루프)를 구비한다. 각각의 스위칭 디바이스(308)는 (예컨대, 단지 일부 실시예에서만) 관련 배터리 모듈(310)에 의해 동력을 공급받는 OC/OD 디바이스(312)에 연결되어, OC/OD 디바이스(312)에 의해 작동 가능하게 스위칭된다. 이들 구성요소의 작동은 도 3a 및 도 3b와 연관되어 설명되고, 이에 따라 동일한 구성요소에 관한 논의는 아래에서 언급하는 경우를 제외하고는 본 명세서에서 생략된다. BM 시스템(400)은 ECU(304), 전압원(306) 및 스위칭 디바이스(308)와 동일하거나 유사한 구성의 복수의 스위칭 디바이스(408)를 포함하는, 역시 직렬로 배열된 복수 개의 회로 요소를 포함하는 제2 회로(402)(예컨대, 루프)를 더 포함한다. 각각의 스위칭 디바이스(408)는 검출 디바이스(410)에 연결되고, 이 검출 디바이스(410)에 의해 작동 가능하게 스위칭되는데, 검출 디바이스(410)는 (예컨대 단지) 관련 배터리 모듈(310)에 의해서 동력을 공급받는다. 도 4에 도시한 실시예에서, 검출 디바이스(410)는 온도 모니터링 디바이스로서 구현된다. 몇몇 실시예에서, 상이한 타입의 검출 디바이스가 검출 디바이스(312, 410)들 중 어느 하나를 대신하여 사용될 수 있고, 및/또는 추가의 검출 디바이스[예컨대, 몇몇 실시예에 있어서 회로(402)와 유사하게 구성된 회로에 있어서의 대응하는 증가]가 사용될 수 있다. 온도 모니터링 디바이스(410)는, 온도 모니터링 디바이스가 배터리 모듈(310)의 온도를 감지한다는 점을 제외하고는, OC/OD 검출 디바이스(312)와 동일하거나 유사한 방식으로 작동한다.
OC/OD 모니터링을 위해 채용되는 것과 유사한 방법을 사용하여, 온도 모니터링 디바이스(410)는 동일한 전압원(306)을 사용하는 별개의 회로[예컨대, 회로(302)와 비교하여 회로(402)]에 구현될 수 있다. 회로(402)에 있는 스위칭 디바이스(408)들 중 임의의 스위칭 디바이스가 온도 모니터링 디바이스(410)에 의해 기동되면, ECU(304)는 전압원(306)에 걸친 전압에 따른 전압차(예컨대, 이 예에서는 12 V)를 검출한다. 회로(302, 402)와 대응하는 회로 요소를 사용하여, ECU(304)는 OC/OD 검출 디바이스(312)나 온도 모니터링 디바이스(410)에 의해 검출되는 이벤트(예컨대, 과충전이나 과방전, 과도한 온도)를 식별 가능하다. 도 4에는 3개의 회로(예컨대, 루프)가 도시되어 있지만, 추가의 회로[예컨대, 회로(402)와 유사함]가 배터리 모듈의 작동이나 다른 (예컨대, 환경) 조건에 대응하는 다른 이벤트(예컨대, 불균형 등)의 검출을 위해 추가될 수 있다는 것을 이해해야만 한다는 점에 유념하라. 예컨대, 몇몇 실시예에서는 (예컨대, 온도 모니터링 대신에 또는 온도 모니터링에 추가하여) 셀 밸런스 디바이스가 채용될 수 있는데, 셀 밸런스 디바이스는 배터리 세트를 용량에 있어서 밸런싱되도록 유지하는 데에 사용된다.
ECU(또는 다른 컨트롤러, 예컨대 아래에서 설명하는 컨트롤러 기판)는 몇몇 실시예에서는, 배터리 세트의 과충전/과방전에 대한 경고를 받아들이는 기능; 배터리 모듈의 온도 과상승에 대한 경고를 받아들이는 기능; 고전압을 전달하는 회로에서 구현되는 스위칭 디바이스를 제어하는 기능(필요한 스위칭 디바이스의 개수는 예컨대, 안전도 고려사항에 좌우되며, 하나 이상으로, 예컨대 배터리 모듈(310)마다 1개로 구성될 수 있음); 및 선택적으로 각각의 배터리 모듈(310)에 대해 구현되는 팬의 제어 기능 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 일실시예에서, 배터리 모듈(310)에 의해 생성되는 출력은 과충전 또는 과방전의 경고 신호; 온도 과상승의 경고 신호 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이제 도 5a 및 도 5b를 참고하면, 도 3a에 도시한 BM 시스템(300)과 유사한 구성을 지닌 BM 시스템(500)의 실시예가 도시되어 있다. BM 시스템(500)은, ECU(304), 전압원(306) 및 일실시예에서 래칭 릴레이로 구성되는 복수의 스위칭 디바이스(508)를 포함하는, 직렬로 배열된 복수 개의 회로 요소를 구비하는 회로(302)를 포함한다. 각각의 스위칭 디바이스(508)는 OC/OD 검출 디바이스(312)와 온도 모니터링 디바이스(410) 모두에 연결되며, 상기 디바이스들(312, 410)은 관련 배터리 모듈(310)에 의해 동력을 공급받는다. 즉, OC/OD 검출 디바이스(312)와 온도 모니터링 디바이스(410) 모두는 동일한 스위칭 디바이스(508)에 연결되고 작동된다[예컨대 전기 루프가 상이하고 절연되어 있는 경우, 즉 온도 모니터링 디바이스(410)와 OC/OD 검출 디바이스(312)가 스위칭 디바이스(508)에 개별적으로 연결됨]. 도 5b에 부분적으로 도시된 실시예(500A)와 같은 몇몇 실시예에서(다른 구성요소들은 도 5a의 구성요소와 유사하다는 것을 이해해야 함), 스위칭 디바이스(508)는 2개의 스위칭 디바이스(510A, 510B)(예컨대, 래칭 릴레이)로 대체될 수 있다. 이에 따라, 스위칭 디바이스(510A)는 OC/OD 검출 디바이스(312)에 연결되고, 스위칭 디바이스(510B)는 온도 모니터링 디바이스(TD)(410)에 연결되며, 스위칭 디바이스(510A, 510B)의 스위칭 단자(도 5a에는 도시하지 않음)는 도 5b에 도시한 바와 같이 직렬로 연결된다. 한가지 예시적인 작동에서, 도 5a에 도시한 바와 같은 스위칭 디바이스(508)들 중 임의의 스위칭 디바이스[또는 도 5b에 도시한 바와 같은 디바이스(510A, 510B)]가 OC/OD 검출 디바이스(312) 또는 온도 모니터링 디바이스(410)에 의해 개방되도록 기동되면, ECU(304)는 12 V의 전압 강하차를 검출한다. 이에 따라, ECU(304)는 정확한 이유를 알 수는 없지만 배터리 시스템(500)에 의해 이벤트(예컨대, 문제)가 발생된다는 사실을 "인식한다".
이제, 하나의 회로의 스위칭 디바이스가 정상 순서로(예컨대, 전술한 바와 같은 방식으로) 연결되고, 다른 회로의 스위칭 디바이스가 역순으로 연결되는 BM 시스템(600)의 실시예를 예시하는 도 6에 주목한다. 특히, BM 시스템(600)은, ECU(304), 전압원(306) 및 복수의 스위칭 디바이스(308)를 포함하는 전술한 바와 같은 복수 개의 회로 요소를 포함하는 직렬 회로(302)를 구비한다. 각각의 스위칭 디바이스(308)는 관련 배터리 모듈(310)에 의해 동력을 공급받는 OC/OD 검출 디바이스(312)에 연결된다. BM 시스템(600)은, 상기 개방 회로 구성을 갖는 다른 직렬 회로(602)를 포함하며, 이 직렬 회로(602)는 ECU(304), 전압원(306) 및 복수의 스위칭 디바이스(604)(예컨대, 래칭 릴레이)를 포함하고, 각각의 스위칭 디바이스(604)는 OC/OD 검출 디바이스(312)에 연결된다. 이에 따라, 앞의 실시예와는 달리, 스위칭 디바이스(604)의 작동은 [ECU(304)에 의해 기동되도록] 스위칭 디바이스(604)를 역방향으로 배열하는 것에 의해 역전된다. 회로(602)가 ECU(304)에 의해 폐쇄(또는 몇몇 실시예에서는 수동으로 폐쇄됨)될 때, 모든 스위칭 디바이스(604)는 작동 목적으로 폐쇄되도록 기동된다. 도 6에 예시한 바와 같은 작동은, 스위칭 디바이스(308)들 중 하나가 (단지) OC/OD 검출 디바이스(312) 또는 온도 모니터링 디바이스(410)에 의해 사전 개방되었을 때에, 예컨대 OC/OD 검출 디바이스(312)[또는 도 4, 도 5a 또는 도 5b에 도시한 구성 등에서 채용될 때에는 온도 모니터링 디바이스(410)]를 재설정하는 데 사용될 수 있다.
도 7a에는, 유사한 도면 부호로 언급되는 도 3c에 연관지어 설명되고 도시한 회로 요소와 유사한 회로 요소를 지닌 BM 시스템(700)의 다른 실시예가 도시되어 있으며, 이에 따라 동일한 요소에 관한 논의는 간결성을 위해 생략한다. 즉, 제어 유닛(304)이 스위칭 디바이스(308)의 개방에 응답하여 생성되는 전압차를 검출하는 데에 사용된다. 더욱이, 제어 유닛(304)은 별도의 회로[예컨대 회로(320) 대 회로(302)]에 의해 동력을 공급받는다. 이에 따라, 도 3a에서는 제어 유닛(304)이 동일한 회로(302)에 의해 동력을 공급받고, 동일한 회로(302)에 대하여 감지하는 반면, 도 3c에서는 제어 유닛(304)이 하나의 회로(320)에 의해 동력을 공급받고 다른 회로(302)를 감지하는 데에 사용된다(그리고 여기에서 도 7a에 적용 가능함). 또한, 도 3c는 전압원(306)에 대응하는 전압 내지 제1 스위칭 디바이스와 마지막 스위칭 디바이스 간의 전압차의 검출에 대응하는 (대략) 0의 전압차를 검출하는 것에 의해 전압차(예컨대, 전압 강하)가 검출되는 실시예를 예시하고, 도 7a는 아래에서 설명하는 바와 같은 스위칭 디바이스(308)에 관한 확인에 있어서 더 설명한다.
BM 시스템(700)은 각각의 스위칭 디바이스(308)와 ECU(304) 사이에 연결되는 케이블(702)(예컨대, 702A 내지 702G)을 포함한다. 그러한 구성에서, ECU(304)는 각각의 스위칭 디바이스들 간의 전압차를 모니터링하는 것에 의해 어느 스위칭 디바이스(308)가 개방되었는지를 검출 가능하게 된다. 도 7에 도시한 예에서, 6개의 스위칭 디바이스(308)는 어느 배터리 모듈(310)이 과충전 또는 과방전되었는지를 구별하기 위해 총 7개의 케이블을 사용한다. ECU(304)는 회로(302)와는 별개의 회로(320)의 부분이다. 도 7b는 도 7a에 도시한 실시예의 더 상세한 도면[명확성을 위해 배터리 모듈(310)이 생략됨]이며, 인접한 스위칭 디바이스(308)의 단자들 간의 직렬 연결부가 케이블(702)을 통한 ECU(304)에 대한 연결부와 함께 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서, 도 7a에 도시한 각각의 케이블(702)의 구성은 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같은 아키텍쳐를 지닌 BM 시스템과 함께 사용될 수 있다.
도 8에는, 전압원(306) 및 각기 배터리 모듈(310)과 연관된 OC/OD 검출 디바이스(312)에 연결되는 스위칭 디바이스(308)를 포함하는 회로 요소의 회로(302)에서의 직렬 구성을 포함하는, 도 3a에 도시한 것과 유사한 회로 구성을 지닌 다른 BM 시스템 실시예(800)가 도시되어 있다. 추가로, 회로(302)는, CAN 버스 인터페이스(804)를 통해 ECU(304)에 연결되는 컨트롤러 기판(802)를 포함한다. 즉, ECU(304)는 전술한 ECU(304)와 동일한 (또는 유사한) 방식으로 작동하는 중간 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)로 대체될 수 있다. 이러한 구성의 한가지 장점은 배터리 시스템(800)이 CAN 인터페이스를 이용할 수 있으며, 이에 따라 임의의 기존의 ECU와 연결하는 데 즉시 손쉽게 이용할 수 있다는 것이다.
몇몇 실시예에서, 스위칭 디바이스들(예컨대, 308)을 연결하는 회로(예컨대, 302)를 통과하여 흐르는 전류가 지속 가능하면, 본 개시에 있어서 일례로서 사용되는 12 V 전압원(306)은 12 V 이외의 배터리로 교체될 수 있다. 몇몇 실시예에서, ECU(304)의 정상 작동이 (예컨대, 임의의 상당한 정도로) 영향을 받지 않는다면, 12 V 전압원(306)은 고전압(예컨대, 316.8 V)을 12 V로 하향 변환하는 컨버터에 연결될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 발광 다이오드(LED)가 레지스터와 직렬로 포함될 수 있고, 스위칭 디바이스[예컨대, 308, 2개의 단자는 도 3b나 도 3c 또는 도 7b에 더욱 명확히 도시되어 있음]의 각각의 단자를 가로질러 연결될 수 있다. 스위칭 디바이스들 중 임의의 스위칭 디바이스가 개방될 때, 스위칭 디바이스 단자들 간에 생성되는 전압차로 인해 LED 광이 동작된다(예컨대, 켜진다). LED는 어느 배터리 모듈(310)이 이벤트(예컨대, 문제)를 발생시키고 있는지의 표지로서 사용될 수 있다. 온도 모니터링 디바이스(예컨대, 도 4, 도 5a, 도 5b 참고)를 위한 스위칭 디바이스에 대해 LED가 하나 더 구현되면, 어느 배터리 모듈(310)이 문제를 갖고 있는지에 관한 확인이 가능해진다(예컨대, 온도 과상승 또는 과충전/과방전). 몇몇 실시예에서, LED는 어느 배터리 모듈(310)에 의해 어떠한 문제가 발생했는지 확인하는 데 사용 가능한 오디오 디바이스(예컨대, 버저) 또는 임의의 디바이스로 대체될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 BM 시스템의 소정 실시예에서는, ECU(304)가 각각의 배터리 세트의 활동에 관한 상세 전부를 인식할 필요가 없다는 점이 주목된다. 예컨대, ECU(304)는 배터리 모듈(310)에 의해 경고 신호가 발생될 때 취해지는 활동에만 관계한다. 이러한 관점에서, 배터리 모듈들 간의 복잡한 통신은 전압과 같은 단순한 기계적 신호로 대체될 수 있고, 이에 따라 긴 사용 수명 동안 매우 신뢰성 있을 수 있으며, 또한 노이즈 소스들 중 특히 인버터, 모터 또는 고전압-저전압 컨버터로부터 나오는 노이즈가 없을 수 있다. 즉, 전술한 ECU(304) 및 배터리 모듈(310)에 대한 기능은 고전압 배터리 시스템에 있어서 중요하다. 그러나, 몇몇 실시예에서는 더 정교한 기능도 또한 채용될 수 있다. 이와 유사하게, 몇몇 BM 시스템 실시예에서는 전술한 몇몇 기능이 생략될 수도 있고 및/또는 몇몇 실시예에서는 전술한 도면과 연관지어 도시하거나 설명된 피쳐들이 혼합되거나 매칭될 수 있다.
BM 시스템의 다양한 실시예를 설명하였지만, 아래에서는 소정 BM 시스템의 유용성을 예시하기 위해 몇몇 예시적인 구현예가 설명된다. 전기차(EV)에 BM 시스템을 채용하는 예에서는, (a) 3개의 18 Ah 셀이 병렬로 연결되어 54 Ah 배터리 세트를 형성하고; (b) 16개의 세트가 직렬로 연결되어 배터리 모듈[예컨대, 모듈(310)]을 형성하며; (c) 6개의 배터리 모듈이 직렬로 연결되어 (예컨대 도 4에 예시한 구성과 유사한) 배터리 시스템을 형성하고; (d) 각각의 배터리 모듈에 대해서, 2개의 8-채널 OC/OD 검출 디바이스(예컨대, 기판), 4개의 4-채널 밸런스 기판 및 하나의 8-채널 온도 모니터링 디바이스(예컨대, 기판)가 설치되며(앞서 언급한 바와 같이, 이들 검출 디바이스 전부는 기생적인 것으로 고려됨); (e) OC/OD 검출 기판에 연결되는 스위칭 디바이스 전부는 직렬로 연결되어, 제1 회로 또는 루프를 형성하며(예컨대, 총 12개의 스위칭 디바이스를 구비함); (f) 온도 모니터링 기판에 연결된 스위칭 디바이스 전부는 제2 루프(총 6개의 스위칭 디바이스)를 형성하는 다른 시리즈에 연결된다는 것을 가정한다. 이 예에서, 도 4의 BM 시스템(400)과 유사한 BM 시스템을 채용할 수 있다.
이제 예시적인 작동을 참고하면, 주행 중에 하나 이상의 모듈(예컨대, 310)의 배터리 세트들 중 임의의 세트가 저전압일 때, 과방전 신호가 관련 OC/OD 검출 기판에 의해 생성된다. 그 결과, OC/OD 검출 기판에 연결된 스위칭 디바이스가 개방되고, 이에 반응하여 ECU는 12 V 내지 0 V의 전압차를 검출하고, ECU는 차량이 안전하게 주차될 때까지 모터로의 전류를 제한하기 시작한다.
충전 중에, 배터리 세트들 중 임의의 세트가 고전압일 때, 과충전 신호가 OD/OC 검출 기판에 의해 생성된다. 그 결과, OC/OD 검출 기판에 연결된 스위칭 디바이스가 개방되고, 이에 반응하여 ECU는 12 V 내지 0 V의 전압차를 검출하고, ECU는 OC/OD 검출 기판이 재개되고, OC/OD 검출 기판에 연결된 스위칭 디바이스가 다시 폐쇄될 때까지 충전 전류를 제한하기 시작한다. 예설정 충전 전압(예컨대, 340 V)이 달성될 때까지 동일한 작용이 반복된다. 예컨대, 충전기는 차량으로부터 제거될 때까지 보다 낮은 전압(예컨대, 318 V)에서 재개된다.
다른 예에서는, 예컨대 PHEV에 채용되는 BM 시스템에 대해서, (a) 3개의 18 Ah 셀이 병렬로 연결되어 54 Ah 배터리를 형성하고; (b) 16개의 세트가 직렬로 연결되어 배터리 모듈을 형성하며; (c) 6개의 배터리 모듈이 직렬로 연결되어 배터리 시스템을 형성하고; (d) 각각의 배터리 모듈에, 2개의 8-채널 OC/OD 검출 기판, 4개의 4-채널 밸런스 기판 및 하나의 8-채널 온도 모니터링 기판이 설치되며(앞서 언급한 바와 같이, 이들 디바이스 전부는 기생적임); (e) OC/OD 검출 기판에 연결된 스위칭 디바이스 전부는 직렬로 연결되어 제1 루프를 형성하고(예컨대, 총 12개의 스위칭 디바이스); (f) 온도 모니터링 기판에 연결되는 스위칭 디바이스 전부는 제2 루프(예컨대, 총 6개의 릴레이)를 형성하는 다른 시리즈에 연결되는 것을 가정한다.
하나의 예시적인 작동에서, 주행 중에 배터리 세트들 중 임의의 세트가 저전압일 때, 과방전 신호가 OC/OD 검출 기판에 의해 생성된다. 그 결과, OC/OD 검출 기판에 연결된 스위칭 디바이스가 개방되고, 이에 반응하여 ECU가 0 V 내지 12 V의 전압차를 검출하며, 이에 따라 배터리 시스템을 재충전하기 위해 발전 세트(genset)(예컨대, 디젤 발전기)를 시동시킨다. ECU는 전체 배터리 시스템이 여전히 고전압이지만 동일 모듈이 과방전 문제를 나타내는 상태를 유지할 때에 일단 그러한 문제가 빈번히 발생되면 표시 디바이스의 스크린 상에 "유지보수가 필요함"이라고 표시하도록 더욱 구성될 수 있다.
충전 중에, 배터리 세트들 중 임의의 세트가 고전압일 때, 과충전 신호가 OC/OD 검출 기판에 의해 행성된다. 그 결과, OC/OD 검출 기판에 연결된 스위칭 디바이스가 개방된다. 이때, ECU는 0 V 내지 12 V의 전압차를 검출하고, 상기 OC/OD 검출 기판이 재개되고 상기 OC/OD 검출 기판에 연결된 스위칭 디바이스가 다시 폐쇄될 때까지 발전 세트 또는 충전기로부터 나온 충전 전류를 제한하기 시작한다.
차량이 "온(ON)" 상태이면, 이것은 충전이 발전 세트로부터 이루어진다는 것을 의미하며, 이에 따라 다음에 배터리 용량[충전 상태(State Of Charge; SOC) 모니터를 통해 또는 배터리 시스템 전압의 측정을 통해 모니터링 가능함]이 적은 조건이 될 때까지 발전 세트는 기동되지 않는다. 차량이 "오프" 모드이면, 예설정된 충전 전압(예컨대, 340 V)을 달성할 때까지 동일한 충전 작용이 반복될 수 있다. 예컨대, 충전기는 차량으로부터 분리될 때까지 보다 낮은 전압(예컨대, 318 V)에서 재개된다. ECU는 전체 배터리 시스템이 여전히 저전압이지만 동일 모듈이 과충전 문제를 나타내는 상태를 유지할 때에 일단 그러한 문제가 빈번히 발생되면 "유지보수가 필요함"이라고 표시하도록 더욱 구성될 수 있다. 모든 기능 디자인은 ECU에 의해 관리될 수 있으며, 이는 몇몇 실시예에서는 배터리 시스템 자체와 직접적으로 관련이 없을 수 있다는 점에 주목해야만 한다.
전술한 예는 소정 BM 시스템이 고전압 어플리케이션, 예컨대 EV, PHEV 또는 HEV에서 잘 작동할 수 있다는 것을 증명하는 데 유용하다. 소정 BM 시스템 실시예는 고전압을 필요로 하고, 직렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 구비하며, 어플리케이션을 위한 ECU 또는 PLC(또는 다른) 제어를 요구하는 임의의 어플리케이션에 적용 가능할 수 있다는 것을 이해해야만 한다.
BM 시스템의 소정 실시예에 관한 상기 설명의 관점에서, 도 9에 도시하고 BM 방법(900)이라고 칭하는 한가지 방법 실시예가 제1 검출 디바이스에서 제1 검출 디바이스에 동력을 공급하도록 구성된 배터리 모듈의 작동에 대응하는 이벤트를 검출하는 단계(902); 상기 검출에 반응하여, 직류(DC) 전압원을 포함하는 직렬로 배열되는 복수 개의 회로 요소 사이에 직렬로 배열되는 회로 요소를 포함하는 제1 스위칭 디바이스를 개방하는 단계(904); 제어 유닛에서 개방된 제1 스위칭 디바이스에 대응하는 전압차를 검출하는 단계(906); 및 제어 유닛에서의 검출에 응답하여 이벤트에 대응하는 경고를 제공하는 단계(908)를 포함한다는 것을 이해해야만 한다.
당업자라면 이해하다시피, 도 9와 연관지어 도시하거나 설명한 순서와는 다른 순서, 예컨대 관련된 기능에 따라 거의 동시적으로 또는 역순으로 기능들이 실행될 수 있는, 다른 구현예가 본 개시의 범위 내에 포함할 수 있다는 점에 주목하라.
본 개시의 전술한 실시예는 단순히 구현에 관한 가능한 예이며, 단지 BM 시스템 및 방법 실시예의 원리에 관한 명확한 이해를 위해 기술된다는 점을 강조해야만 한다. 본 발명의 사상 및 원리로부터 실질적으로 벗어나는 일 없이 전술한 실시예(들)에 대한 다수의 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 상기한 변형 및 수정 모두는 여기에서 본 개시의 범위 내에 포함되고 후속하는 청구범위에 의해 보호되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 배터리 운영 시스템으로서,
    직렬로 배열된 서로 동일하거나 상이한 복수 개의 제1 회로 요소를 구비하는 제1 회로;
    직렬로 배열된 서로 동일하거나 상이한 복수 개의 제2 회로 요소를 구비하는 제2 회로; 및
    제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 복수 개의 제1 회로 요소는,
    직류(DC) 전압원; 및
    복수의 제1 스위칭 디바이스로서, 상기 복수의 제1 스위칭 디바이스 각각은 배터리 모듈과 관련된 검출 디바이스에 연결되며 상기 검출 디바이스에 의해 작동 가능하게 스위칭되어, 상기 배터리 모듈의 작동에 대응하는 이벤트의 검출에 반응하여 전압차를 유발하는 것인, 복수의 제1 스위칭 디바이스
    를 포함하며,
    상기 복수 개의 제2 회로 요소는 복수의 제2 래칭 릴레이 스위칭 디바이스를 포함하고, 상기 복수의 제2 래칭 릴레이 스위칭 디바이스 각각은 상기 검출 디바이스에 연결되어 상기 제어 유닛에 의해 기동되도록 배치되는 것인 배터리 운영 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1 스위칭 디바이스는 상기 DC 전압원을 상기 배터리 모듈로부터 전기 절연시키는 것인 배터리 운영 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 관련된 상기 배터리 모듈의 작동에 대응하는 제1 이벤트를 검출하도록 구성되고, 상기 검출에 반응하여 복수의 제1 스위칭 디바이스 중 관련 스위칭 디바이스가 작동되도록 함으로써, 상기 제어 유닛이 반응식으로 상기 DC 전압원으로부터 전압차를 검출하는 것인 배터리 운영 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 차량 전자 제어 유닛(ECU)을 포함하는 것인 배터리 운영 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 차량 전자 제어 유닛(ECU)에 연결되는 컨트롤러 기판을 포함하고, 상기 제1 회로는 CAN(Controller Area Network) 가능한 것인 배터리 운영 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 회로는 상기 DC 전압원에 연결되는 컨버터를 더 포함하고, 상기 컨버터는 제1 전압을 제2 전압으로 변환하도록 구성되는 것인 배터리 운영 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 배터리 운영 시스템은 상기 제1 스위칭 디바이스의 단자들 사이에 연결되는 경고 표시기(indicator)를 더 포함하고, 상기 경고 표시기는 시각 표지, 청각 표지 또는 이들의 조합을 제공하는 것인 배터리 운영 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 이벤트에 대응하고 상기 배터리 모듈에 의해 생성되는 경고를 수신하도록 구성되는 것인 배터리 운영 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 배터리 모듈에 의해 동력을 공급받는 것인 배터리 운영 시스템.
  10. 배터리 운영 시스템으로서,
    직렬로 배열된 서로 동일하거나 상이한 복수 개의 제1 회로 요소를 구비하는 제1 회로로서, 상기 복수 개의 제1 회로 요소는,
    제어 유닛;
    직류(DC) 전압원; 및
    각각 배터리 모듈과 관련된 검출 디바이스에 연결되는 복수 개의 제1 스위칭 디바이스
    를 포함하는 것인, 제1 회로; 및
    직렬로 배열된 서로 동일하거나 상이한 복수 개의 제2 회로 요소를 포함하는 제2 회로로서, 상기 제2 회로는 상시 개방 회로 구성을 갖고, 상기 복수 개의 제2 회로 요소는 상기 제어 유닛, 상기 DC 전압원 및 복수의 제2 스위칭 디바이스를 포함하고, 상기 복수의 제2 스위칭 디바이스 각각은 상기 검출 디바이스 각각에 연결되며, 상기 제2 회로의 폐쇄는 재설정 작동에서 상기 복수의 제2 스위칭 디바이스의 활성화를 유발하는 것인 배터리 운영 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 회로의 폐쇄에 반응하여, 상기 검출 디바이스가 재설정되는 것인 배터리 운영 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 폐쇄는 상기 제어 유닛의 작동 또는 수동 활성화에 반응하는 것인 배터리 운영 시스템.
  13. 배터리 운영 방법으로서,
    검출 디바이스에서, 상기 검출 디바이스에 동력을 공급하도록 구성된 배터리 모듈의 작동에 대응하는 이벤트를 검출하는 단계;
    상기 검출에 반응하여, 직류(DC) 전압원을 포함하는 직렬로 배열된 복수 개의 회로 요소들 중에 직렬로 배열되는 회로 요소를 포함하는 제1 스위칭 디바이스를 개방하는 단계;
    제어 유닛에서, 개방된 제1 스위칭 디바이스에 대응하는 전압차를 검출하는 단계;
    상기 제어 유닛에서의 검출에 응답하여 상기 이벤트에 대응하는 경고를 제공하는 단계; 및
    각각 상기 검출 디바이스에 연결된 복수의 제2 래칭 릴레이 스위칭 디바이스를 기동시키는 단계
    를 포함하는 배터리 운영 방법.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012144674A1 (ko) * 2011-04-22 2012-10-26 Sk 이노베이션 주식회사 착탈 가능한 배터리 모듈, 이를 이용한 배터리 스트링을 위한 전하 균일 방법 및 장치
FR2986120B1 (fr) * 2012-01-23 2015-08-21 Commissariat Energie Atomique Gestion combinee de deux sources de tension
JP6136679B2 (ja) 2012-08-09 2017-05-31 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置及び電力経路開閉装置
DE102012221133A1 (de) * 2012-11-20 2014-05-22 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Testen und Warten einer Hochvoltbatterie und Verwendungen dieser Vorrichtung
US9297861B2 (en) 2012-11-28 2016-03-29 Changs Ascending Enterprise Co., Ltd. State of health determination without unnoticed battery shut down
EP2811548B1 (en) * 2013-06-07 2017-08-09 Autoliv Development AB Battery module disconnect arrangement
WO2015136320A1 (en) * 2014-03-10 2015-09-17 Changs Ascending Enterprise Co., Ltd. State of health determination without unnoticed battery shut down
US10454284B2 (en) * 2015-02-23 2019-10-22 Koninklijke Philips N.V. Charger device for battery supported power supplies
RU2614036C2 (ru) * 2015-09-15 2017-03-22 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище (военный институт) имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Устройство электропитания носимых радиостанций
DE102016219284A1 (de) * 2016-10-05 2018-04-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher mit einer Notkühleinrichtung
CN106451744A (zh) * 2016-10-17 2017-02-22 山东钢铁股份有限公司 一种ups故障自动报警及切除装置
DE102017102257A1 (de) * 2017-02-06 2018-08-09 Man Diesel & Turbo Se Schiffs- oder Kraftwerksspannungsversorgungssystem
US10391864B2 (en) 2017-02-08 2019-08-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. System to balance high voltage battery for vehicle
KR102474424B1 (ko) * 2017-10-31 2022-12-05 주식회사 엘엑스세미콘 마스터 콘트롤러와 슬레이브 콘트롤러들 간의 통신 방법, 그를 위한 슬레이브 콘트롤러, 및 그를 이용한 배터리 관리 시스템
JP6427819B1 (ja) * 2018-06-04 2018-11-28 株式会社日本ビデオシステム バッテリー充電器、バッテリーシステム
US20230261331A1 (en) * 2020-07-02 2023-08-17 Arrival Ltd. A battery module and a vehicle
KR102571348B1 (ko) * 2021-03-15 2023-08-30 현대자동차주식회사 차량 및 그 제어방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008128296A1 (en) * 2007-04-24 2008-10-30 Rodney Colin Lawton Dilkes Battery management system
WO2010042517A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Boston-Power, Inc. Li-ion battery array for vehicle and other large capacity applications

Family Cites Families (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5391974A (en) * 1990-10-15 1995-02-21 Toshiba Battery Co., Ltd. Secondary battery charging circuit
US6060864A (en) 1994-08-08 2000-05-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery set structure and charge/discharge control apparatus for lithium-ion battery
JPH09113588A (ja) * 1995-10-17 1997-05-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 組電池の状態検出方法
US5747970A (en) * 1996-09-24 1998-05-05 Motorola, Inc. Battery charger charging time control
AU1271599A (en) 1997-10-20 1999-05-10 Usar Systems Inc. Improved voltaic pile with charge equalizing system
JPH11185719A (ja) 1997-12-25 1999-07-09 Rohm Co Ltd 電気部品の保護ケース、および充電池パック
JP3545585B2 (ja) * 1998-01-19 2004-07-21 矢崎総業株式会社 温度電圧検出ユニット
US5898291A (en) 1998-01-26 1999-04-27 Space Systems/Loral, Inc. Battery cell bypass topology
US6064178A (en) 1998-05-07 2000-05-16 Ford Motor Company Battery charge balancing system having parallel switched energy storage elements
JP3812145B2 (ja) * 1998-05-27 2006-08-23 株式会社デンソー 過充電保護回路を有する組み電池
CA2291831A1 (en) 1998-12-11 2000-06-11 Chaz G. Haba Battery network with compounded interconnections
US6291972B1 (en) 1999-02-17 2001-09-18 Chaojiong Zhang System for battery formation, charging, discharging, and equalization
US6271645B1 (en) 2000-02-11 2001-08-07 Delphi Technologies, Inc. Method for balancing battery pack energy levels
US7459882B2 (en) 2000-03-06 2008-12-02 Richard Morgan Rechargeable batteries
US6642693B2 (en) 2000-11-21 2003-11-04 Nagano Japan Radio Co., Ltd. Voltage equalizing apparatus for battery devices
US6801014B1 (en) 2001-05-08 2004-10-05 Arris International, Inc. Battery equalizer using total string current
US6713988B2 (en) 2001-07-20 2004-03-30 Evionyx, Inc. Selectively activated electrochemical cell system
JP4605952B2 (ja) * 2001-08-29 2011-01-05 株式会社日立製作所 蓄電装置及びその制御方法
US6586909B1 (en) 2001-12-21 2003-07-01 Ron Trepka Parallel battery charging device
US6777908B2 (en) 2002-05-13 2004-08-17 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for correcting and maintaining voltage balance in multiple cell battery configurations
US6841971B1 (en) 2002-05-29 2005-01-11 Alpha Technologies, Inc. Charge balancing systems and methods
US6700350B2 (en) 2002-05-30 2004-03-02 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for controlling charge balance among cells while charging a battery array
US7061207B2 (en) 2002-08-09 2006-06-13 H2Eye (International ) Limited Cell equalizing circuit
KR20040024754A (ko) 2002-09-16 2004-03-22 삼성전자주식회사 배터리 충전시스템 및 충전방법
US6784638B2 (en) 2003-01-24 2004-08-31 Fu-I Yang Series charger with separate detection of batteries
US7068011B2 (en) * 2003-01-24 2006-06-27 Fu-I Yang Series charger with separate detection of batteries (battery set)
KR100507469B1 (ko) 2003-03-05 2005-08-09 현대자동차주식회사 전기자동차의 배터리 모듈 전압 검출 방법 및 장치
US6882129B2 (en) 2003-03-26 2005-04-19 General Motors Corporation Battery pack for a battery-powered vehicle
US6873134B2 (en) 2003-07-21 2005-03-29 The Boeing Company Autonomous battery cell balancing system with integrated voltage monitoring
JP4079871B2 (ja) * 2003-12-17 2008-04-23 三洋電機株式会社 パック電池
JP4121511B2 (ja) * 2004-03-30 2008-07-23 三洋電機株式会社 電源装置
JP4739040B2 (ja) 2005-02-18 2011-08-03 パナソニック株式会社 二次電池の内部短絡検出装置、二次電池の内部短絡検出方法、二次電池の電池パック及び電子機器
JP4931378B2 (ja) * 2005-07-06 2012-05-16 三洋電機株式会社 車両用の電源装置
CA2523240C (en) 2005-10-11 2009-12-08 Delaware Systems Inc. Universal battery module and controller therefor
JP2007157403A (ja) * 2005-12-01 2007-06-21 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置
JP2007252175A (ja) * 2006-02-16 2007-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電装置
JP4374351B2 (ja) 2006-04-12 2009-12-02 矢崎総業株式会社 充電状態調整装置
RU57970U1 (ru) * 2006-05-29 2006-10-27 ОАО "Аккумуляторная компания "Ригель" Устройство для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионных аккумуляторов
RU61464U1 (ru) * 2006-06-21 2007-02-27 ОАО "Аккумуляторная компания "Ригель" Автономное автоматическое устройство для поэлементного доразряда серебряно-цинковых аккумуляторов и аккумуляторов других электрохимических систем
TW200810317A (en) * 2006-08-01 2008-02-16 Aeneas Energy Technology Co Ltd Charging circuit of serial-connected batteries without damaging in uniform charging
US7612524B2 (en) 2006-09-29 2009-11-03 International Truck Intellectual Property Company, Llc Motor vehicle battery disconnect circuit having electronic disconnects
US20080084182A1 (en) * 2006-10-06 2008-04-10 Aai Corporation Lithium battery system
EP2092627B1 (en) * 2006-11-10 2018-05-23 Lithium Balance A/S A battery management system
GB0624858D0 (en) * 2006-12-13 2007-01-24 Ami Semiconductor Belgium Bvba Battery Monitoring
US7598706B2 (en) 2007-01-26 2009-10-06 General Electric Company Cell balancing battery pack and method of balancing the cells of a battery
US7859223B2 (en) * 2007-01-31 2010-12-28 Analog Devices, Inc. Battery montoring apparatus and daisy chain interface suitable for use in a battery monitoring apparatus
CN101663592B (zh) * 2007-03-02 2013-07-17 美国亚德诺半导体公司 用于电池监视的方法和装置
US7777451B2 (en) 2007-04-17 2010-08-17 Chun-Chieh Chang Rechargeable battery assembly and power system using same
US8159191B2 (en) 2007-04-17 2012-04-17 Tsun-Yu Chang Advanced rechargeable battery system
US7782013B2 (en) 2007-04-17 2010-08-24 Chun-Chieh Chang Rechargeable battery assembly and method for recharging same
JP5338135B2 (ja) * 2008-05-26 2013-11-13 マツダ株式会社 自動車のバッテリ制御方法及びその装置
JP2010283955A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Freescale Semiconductor Inc 抵抗試験回路及び抵抗試験回路を備えたバッテリ充電器
JP2011024299A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Sanyo Electric Co Ltd 電源回路
EP2355229A1 (de) * 2010-02-08 2011-08-10 Fortu Intellectual Property AG Hochstrombatteriesystem und Verfahren zur Steuerung eines Hochstrombatteriesystems
JP5467597B2 (ja) * 2010-03-01 2014-04-09 株式会社ピューズ 組電池
US8659261B2 (en) * 2010-07-14 2014-02-25 Sinoelectric Powertrain Corporation Battery pack enumeration method
KR101451806B1 (ko) * 2010-09-16 2014-10-17 삼성에스디아이 주식회사 전력저장시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008128296A1 (en) * 2007-04-24 2008-10-30 Rodney Colin Lawton Dilkes Battery management system
WO2010042517A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Boston-Power, Inc. Li-ion battery array for vehicle and other large capacity applications

Also Published As

Publication number Publication date
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WO2012134659A1 (en) 2012-10-04

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