KR102179718B1 - 전기 자동차의 급전 시스템, 제어방법 및 전기 자동차 - Google Patents

전기 자동차의 급전 시스템, 제어방법 및 전기 자동차 Download PDF

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Abstract

전기 자동차의 급전 시스템은 1개의 전지 팩 또는 복수의 병렬 접속되는 전지 팩으로 이루어지며, 전기 자동차에 동력을 공급하기 위한 전지 시스템; 직류 전류를 발생시켜, 상기 전지 시스템을 충전하거나 및/또는 상기 전기 자동차에 동력을 공급하는 레인지 익스텐더 유닛(3); 레인지 익스텐더 유닛(3)의 발전 모드를 제어하고, 각 상기 전지 팩과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태, 및/또는 레인지 익스텐더 유닛(3)과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태를 제어하는 컨트롤러(4); 및, 각 상기 전지 팩과 상기 고압 직류 버스의 접속 또는 분리, 및/또는 레인지 익스텐더 유닛(3)과 고압 직류 버스의 접속 또는 분리를 제어하는 복수의 스위치를 구비한다. 또한 이 급전 시스템을 이용하는 제어방법 및 전기 자동차를 개시하였다. 이 병렬 접속되는 전지 시스템 및 레인지 익스텐더 유닛에 의해 연계해서 급전을 하고 모듈화나 집적/유지 보수가 간단하고 신뢰성이 높은 특징을 가진다.

Description

전기 자동차의 급전 시스템, 제어방법 및 전기 자동차
본원은 2017년 9월 1일에 출원된 출원번호 201710779935.8의 중국특허출원에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 그 내용 전체는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 신에너지 자동차 기술 분야에 관한 것으로, 특히 전기 자동차의 급전 시스템, 제어방법 및 전기 자동차에 관한 것이다.
현재 전세계의 순전기 자동차에 이용되는 동력 시스템은 모두 단일 전지 팩 또는 복수의 직렬 접속되는 전지 팩을 채용한다. 각 전지 셀 및 전지 팩 사이에 충전 상태의 균등화 및 전지 특성의 균등화를 유지할 것이 요구된다. 또한 전지 셀의 일치성에 대해 엄격하게 요구되고 있다.
단일 전지 팩 또는 복수의 직렬 접속되는 전지 팩을 채용할 경우, 신구(新舊) 전지, 용량이 다른 전지 또는 특성이 다른 전지 팩을 병용할 수 없으며, 또한 1개의 전지 셀 또는 전지 팩이 기능하지 않게 되면 전지 시스템 전체가 기능하지 않게 되는 단점이 있다. 이러한 문제로 인해 전지 시스템의 제조 및 선별 비용이 대폭 증가하고 구 전지의 재사용이 더욱 어려워진다.
상기에 비추어, 본 발명은 전기 자동차의 급전 시스템, 제어방법 및 전기 자동차를 제안한다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
1개의 전지 팩 또는 복수의 병렬 접속되는 전지 팩으로 이루어지고, 상기 전지 팩의 고압 직류 버스에 대한 접속 및 분리는 BMS(Battery Management System)에 의해 제어되며, 전기 자동차에 동력을 공급하기 위한 전지 시스템;
직류 전류를 발생시켜 상기 전지 시스템을 충전하거나, 및/또는 상기 전기 자동차에 동력을 공급하기 위한 레인지 익스텐더 유닛;
레인지 익스텐더 유닛의 발전 모드를 제어하고, 각 상기 전지 팩과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태, 및/또는 레인지 익스텐더 유닛과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태를 제어하기 위한 컨트롤러; 및
각 상기 전지 팩과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스 사이, 및/또는 레인지 익스텐더 유닛과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스 사이에 마련되는 복수의 스위치를 구비하는 전기 자동차의 급전 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 어느 하나의 실시예에 기재된 전기 자동차의 급전 시스템을 이용하거나, 및/또는 본 발명의 실시예에 기재된 제어방법에 의해 제어되는 전기 자동차를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 어느 하나의 실시예에 기재된 전기 자동차의 급전 시스템을 이용해서 상기 전기 자동차에 동력을 공급하는 전기 자동차의 급전 시스템 제어방법을 제공한다.
본 발명에서는 병렬 접속되는 전지 시스템 및 레인지 익스텐더 유닛이 연계해서 급전을 하고, 전지 시스템에서의 복수의 전지 팩이 병렬 접속되므로 모듈화나 집적/유지 보수가 간단하고 신뢰성이 높은 특징이 있다. 또한 레인지 익스텐더 유닛을 제어함으로써 복수의 전지 팩이 병렬 접속될 때의 전압을 균등화하므로 전지 시스템을 전기 자동차에 유연하게 배치할 수 있으며, 차량 전체의 종합 설계를 간략화할 수 있다. 그리고 단일 전지 팩의 고장은 전기 자동차의 동작에 영향을 주지 않는다. 고장난 전지 팩의 교체가 간단해지고 신구 전지 팩을 병렬 접속해서 사용할 수 있으며, 재료나 용량이 다른 전지 팩을 병렬 접속해서 사용할 수 있다. 이상과 같이, 본 발명은 높은 산업 이용 가치를 가진다.
따라서, 본 발명은 전기 자동차 기술 개발 루트의 새로운 해결책으로서 순전기 자동차의 항속 거리 불안 문제를 효과적으로 해결함과 동시에, 전지 팩의 모듈화, 교체 사용이나 병렬 접속 사용 등의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 다른 특징이나 측면은 이하, 도면을 참조하여 예시적 실시예를 상세하게 설명함으로써 명확해질 것이다.
명세서에 포함되어 명세서의 일부를 이루는 도면은 명세서와 함께 본 발명의 예시적 실시예, 특징 및 측면을 나타내며 본 발명의 원리를 해석하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템 제어방법의 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템 제어방법에 있어서 주(主) 제어 소프트웨어의 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템 제어방법에 있어서 항속 거리 연장 모드의 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템 제어방법에 있어서 균등화 모드의 흐름을 나타낸 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 다양한 예시적 실시예, 특징 및 측면을 상세하게 설명한다. 도면에서 동일한 부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 소자를 나타낸다. 도면에는 실시예의 다양한 측면이 나타나 있으나, 특별히 기재하지 않는 한 그 비례대로 도면을 그릴 필요는 없다.
여기서 "예시적"이라는 전용어는 "예, 실시예로서 이용되거나 또는 설명을 위한 것"임을 의미한다. 여기서 "예시적"으로 설명한 실시예는 모두 다른 실시예보다 바람직하거나 좋다고 해석할 필요는 없다.
또한, 본 발명을 보다 잘 설명하기 위해 다음의 구체적인 실시형태에서 구체적인 세부 사항을 많이 기재하였다. 본 발명은 어떠한 구체적인 세부 사항이 없더라도 동일하게 실시할 수 있음을 당업자는 이해해야 할 것이다. 본 발명의 주요 요지를 눈에 띄게 하기 위해, 일부 실시예에서는 당업자에게 잘 알려진 방법, 수단, 소자 및 회로에 대하여 상세하게 기술하지 않는다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템의 구성을 나타낸 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 전기 자동차의 급전 시스템은 전지 시스템, 레인지 익스텐더 유닛, 컨트롤러 및 복수의 스위치를 구비한다.
전지 시스템은 1개의 전지 팩 또는 복수의 병렬 접속되는 전지 팩으로 이루어지며, 상기 전지 팩의 고압 직류 버스에 대한 접속 및 분리는 BMS(Battery Management System, 배터리 매니지먼트 시스템)에 의해 제어되며, 전기 자동차에 동력을 공급하기 위한 것이다.
레인지 익스텐더 유닛은 직류 전류를 발생시켜 상기 전지 시스템을 충전하거나, 및/또는 상기 전기 자동차에 동력을 공급하기 위한 것이다. 구체적으로, 레인지 익스텐더 유닛은 직류 발전하여 직류 전류를 발생시켜서 전지 시스템의 단일 전지 팩 또는 모든 전지 팩을 충전할 수 있다. 레인지 익스텐더 유닛은 전지 팩을 충전하면서 전기 자동차에 동력을 공급할 수도 있다.
컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛의 발전 모드를 제어하고, 각 상기 전지 팩과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태, 및/또는 레인지 익스텐더 유닛과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태를 제어하기 위한 것이다. 또한 컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛의 발전 전류를 조정하고 레인지 익스텐더 유닛의 작동 소음을 제어하며, 레인지 익스텐더 유닛이 1개의 전지 팩을 충전하거나 또는 복수의 전지 팩을 동시에 충전하도록 제어할 수 있다.
복수의 스위치는 각 상기 전지 팩과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스 사이, 및/또는 레인지 익스텐더 유닛과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스 사이에 마련된다.
예를 들면, 스위치(S1+)를 통해 전지 팩(B1)을 고압 직류 버스에 접속 또는 분리할 수 있다. 또한 스위치(S1-)를 통해 전지 팩(B1)을 레인지 익스텐더 유닛에 접속 또는 분리할 수도 있다. 레인지 익스텐더 유닛(3)의 발전에 의해 전지 팩(B1)을 충전해도 되고, 모든 전지 팩을 충전해도 되며, 전지 팩을 충전하면서 전기 자동차에 일부 동력을 공급해도 된다. 컨트롤러(4)는 컨트롤러 에리어 네트워크(Controller Area Network, CAN), 예를 들면 CAN2 버스를 통해 각 전지 팩의 전압을 감시하거나 또는 전지 팩의 고압 직류 버스에 대한 접속 및 분리를 제어한다. 전지 팩(B1)을 충전할 필요가 있다고 판단했을 경우, 레인지 익스텐더 유닛(3)이 상기 전지 팩을 충전하도록 제어한다.
컨트롤러(4)는 또한 충전 수요나 전기 자동차에 동력을 공급하는 수요의 종합적인 변화에 따라 레인지 익스텐더 유닛의 작동 소음을 관리할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛이 발전하여 실제 필요에 따라 다른 발전 전류를 출력하도록 제어하고, CAN1 통신을 통해 레인지 익스텐더 유닛의 작동 모드를 제어하여 작동 소음을 관리한다. 예를 들면, 컨트롤러는 스위치(S1+)~스위치(SN+)를 통해 특정한 1개 또는 복수의 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차에 동력을 공급하거나, 또는 스위치(S1-)~스위치(SN-)를 제어하여 특정한 1개 또는 복수의 전지 팩을 레인지 익스텐더 유닛에 접속하여 충전한다.
본 실시예에서 각 전지 팩의 내부에는 메인 스위치와 프리차지(pre-charging) 스위치를 구비한다. 메인 스위치는 전지 팩과 고압 직류 버스의 접속을 온 또는 오프할 수 있다. 프리차지 스위치는 메인 스위치가 온이 되기 전에 프리차지 저항을 통해 시스템의 콘덴서를 충전하기 위한 것이다. 메인 스위치 및 프리차지 스위치는 모두 BMS에 의해 제어된다. 상기 전지 팩에서 BMS는 CAN2 통신을 통해 컨트롤러로부터 지령을 수신하여 전지 팩의 접속/분리를 제어한다.
본 실시예에 있어서, 상기 레인지 익스텐더 유닛은 차재 직류 발전 장치이다. 상기 레인지 익스텐더 유닛은 연료유 발전기, 천연 가스 발전기, 알코올·에테르 발전기, 압축 공기 발전기 및 수소연료전지 발전기 중 적어도 1종을 포함한다. 상기 레인지 익스텐더 유닛은 발전 전류를 공급하여 전지 팩을 충전하거나 또는 전기 자동차에 급전하거나 또는 전지 팩을 충전하면서 전기 자동차에 급전한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 복수의 스위치는 제1 스위치군과 제2 스위치군을 포함한다. 제1 스위치군은 적어도 1개의 제1 스위치를 포함하고, 제2 스위치군은 적어도 1개의 제2 스위치를 포함한다.
상기 제1 스위치는 상기 전지 팩과 상기 고압 직류 버스 사이에 마련되고, 상기 제2 스위치는 상기 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛 사이에 마련된다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛의 발전 모드를 제어하기 위한 것이다. 상기 컨트롤러는 각 전지 팩의 전압에 기초해서 각 제1 스위치 및/또는 각 제2 스위치의 상태를 제어함으로써, 각 전지 팩과 고압 직류 버스의 접속 상태, 및/또는 각 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛의 접속 상태를 제어한다.
구체적으로, 컨트롤러는 특정 제1 스위치를 제어함으로써 특정한 1개 또는 복수의 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속 또는 분리할 수 있다. 컨트롤러는 또한 특정 제2 스위치를 제어함으로써 특정한 1개 또는 복수의 전지 팩을 레인지 익스텐더 유닛에 접속 또는 분리할 수 있다.
예를 들면, 복수의 스위치는 전지 분리 스위치라고도 불린다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 스위치군에 포함되는 각 제1 스위치는 스위치(S1+)~스위치(SN+)이고, 제2 스위치군에 포함되는 각 제2 스위치는 스위치(S1-)~스위치(SN-)여도 된다. 컨트롤러의 제어에 의해, 스위치(S1+)~스위치(SN+)는 전지 팩과 고압 직류 버스의 접속을 온 또는 오프하거나, 또는 고압 직류 버스를 통한 전지 팩과 다른 전지 팩의 접속을 온 또는 오프한다. 스위치(S1-)~스위치(SN-)는 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛의 접속을 온 또는 오프한다.
본 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는 시스템 기동시에 적어도 1개의 전지 팩이 고압 직류 버스에 접속되는 것을 확보하여 전기 자동차에 동력을 공급한다. 상기 컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛이 통상적으로 발전하여 전기 자동차에 동력을 공급하도록 제어할 때 최적의 발전 효율을 유지하기 위해 정전력 발전 모드를 채용한다.
본 실시예에 있어서, 컨트롤러는 각 전지 팩의 전압을 검출하여 각 전지 팩의 전압이 일치하는지 여부를 판단할 수 있다. 컨트롤러는 각 전지 팩의 전압에 기초해서, 각 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛과 고압 직류 버스의 접속 상태를 제어한다. 예를 들면 아래의 사례를 포함할 수 있다.
사례 1: 각 전지 팩의 전압이 일치한다.
복수의 전지 팩의 전압이 일치할 경우, 복수의 전지 팩을 동시에 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차에 동력을 공급할 수 있다. 이 때, 레인지 익스텐더 유닛은 작동하지 않아도 되고(순전기 모드), 정전력 발전 모드여도 된다(항속 거리 연장 모드). 레인지 익스텐더 유닛이 발생한 전류는 직접 전기 자동차에 동력을 공급해도 되고, 복수의 전지 팩을 동시에 충전해도 되며, 전기 자동차에 동력을 공급하면서 복수의 전지 팩을 동시에 충전해도 된다. 항속 거리 연장 모드에서 복수의 스위치가 동시에 온이 된다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 컨트롤러는 또한 CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 모든 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어하고, 모든 전지 팩과 고압 직류 버스 사이의 제1 스위치를 온으로 제어하고, 모든 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛 사이의 제2 스위치를 오프로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛이 정지 모드(stop mode)가 되도록 제어함으로써 상기 전기 자동차를 순전기 모드로 들어가게 한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 컨트롤러는 또한 CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 모든 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어하고, 모든 전지 팩과 고압 직류 버스 사이의 제1 스위치를 온으로 제어하고, 모든 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛 사이의 제2 스위치를 온으로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛이 정전력 발전 모드가 되도록 제어함으로써 상기 전기 자동차를 항속 거리 연장 모드로 들어가게 한다.
또한 상기 컨트롤러는 상기 항속 거리 연장 모드에 있어서, 상기 전기 자동차의 전력 소비 상태 및/또는 차속에 기초해서, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 정격 전력 발전 모드 또는 하프 전력 발전 모드에 들어가도록 제어한다.
또한 상기 컨트롤러는 상기 항속 거리 연장 모드에 있어서, 상기 전지 시스템이 전력 부족 상태에 있으면서 정격 전력 발전 모드에서의 레인지 익스텐더 유닛의 발전량이 상기 전기 자동차의 소비 전력량보다 낮을 경우, 상기 전기 자동차의 소비 전력량이 정격 전력 발전 모드에서의 상기 레인지 익스텐더 유닛의 발전량보다 낮아지도록 상기 전기 자동차를 림프 홈 모드(limp-home mode)로 들어가게 하고, 상기 전기 자동차의 차속을 림프 홈 차속으로 제한하도록 제어한다.
사례 2: 각 전지 팩의 전압이 일치하지 않는다.
컨트롤러는 전기 자동차의 전원 투입 후에 CAN2 통신을 통해 각 전지 팩의 전압 및 충전 상태를 검출한다. 복수의 전지 팩의 전압이 일치하지 않을 경우, 먼저 전압이 가장 높은 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차에 동력을 공급한다. 1개의 전지 팩의 전압이 다른 전지 팩의 전압보다 낮은 것을 검출했을 경우, 즉시 레인지 익스텐더를 기동하여 상기 전지 팩의 전압이 다른 전지 팩의 전압과 일치할 때까지 상기 전지 팩을 충전하고, 그 후 상기 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차에 동력을 공급한다. 상기 컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛이 발전하여 전지 팩을 충전하도록 제어할 때 목표 전압에 도달한 후에 발전 전류를 서서히 저하시킨다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 컨트롤러는 또한 각 전지 팩의 전압이 일치하지 않는 것을 검출했을 경우, 먼저 CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 전압이 가장 높은 제1 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고, 제1 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 하고 제1 전지 팩에 접속되는 제2 스위치를 오프함으로써 상기 전기 자동차를 균등화 모드로 들어가게 한다.
본 실시예에 있어서, 전압이 가장 높은 제1 전지 팩은 1개여도 되고 복수여도 된다. 전압이 가장 높은 제1 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속한 후 다음 중 어느 하나의 형태로 균등화를 실행한다.
형태 1: 상기 컨트롤러는 상기 균등화 모드에서 제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 낮을 경우, 고압 직류 버스의 전압을 제1 목표 전압으로 하고, CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고, 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 오프로 제어하고, 제2 전지 팩에 접속되는 제2 스위치를 온으로 제어하며, 레인지 익스텐더 유닛에 의해 상기 제2 전지 팩을 충전한다. 상기 제2 전지 팩의 전압이 상승하여 상기 제1 목표 전압에 도달하면 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 제어하여 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속한다.
형태 2: 상기 컨트롤러는 또한 상기 균등화 모드에서 제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 높을 경우, 제2 전지 팩의 전압을 제2 목표 전압으로 하고, 레인지 익스텐더 유닛과 제1 전지 팩 사이의 제2 스위치를 온으로 제어하고, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 전력 추종 발전 모드에 들어가도록 제어하고, 제1 전지 팩의 부하를 저하시킴으로써 고압 직류 버스의 전압을 상승시킨다. 상기 고압 직류 버스의 전압이 상기 제2 목표 전압까지 상승하면 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 제어하여 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속한다.
여기서, 상기 제2 전지 팩은 각 전지 팩 중 상기 제1 전지 팩 이외의 전지 팩이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 전지 시스템에 포함되는 복수의 전지 팩의 부호는 B1~BN이다. 제1 전지 팩이 전지 팩(B1)인 경우, 제2 전지 팩은 전지 팩(B2)~전지 팩(BN) 중 어느 하나이다.
예를 들면, 복수의 전지 팩이 3개 이상인 전지 팩을 포함하고, 그 중 2개의 전지 팩(B1, B2)의 전압이 고압 직류 버스의 전압보다 낮을 경우, 레인지 익스텐더 유닛은 먼저 전지 팩(B1)을 충전하고 두 번째인 저전압 전지 팩(B2)은 분리 상태가된다. 전지 팩(B1)이 충전을 완료하여 고압 직류 버스에 접속한 후, 레인지 익스텐더 유닛은 전지 팩(B2)을 충전하기 시작하고, 전지 팩(B2)은 충전이 완료된 후 고압 직류 버스에 접속된다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 컨트롤러는 또한 상기 균등화 모드에서 제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 낮을 경우, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 정전압 발전 모드에 들어가도록 제어하고 제2 전지 팩을 충전한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 컨트롤러는 또한 상기 균등화 모드에서 제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 높을 경우, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 전력 추종 발전 모드에 들어가도록 제어하고 제1 전지 팩의 부하를 저하시킴으로써 상기 고압 직류 버스의 전압을 상승시킨다.
본 발명에 따른 전기 자동차의 급전 시스템에서는 병렬 접속되는 전지 시스템 및 레인지 익스텐더 유닛이 연계하여 급전을 하고, 전지 시스템에서 복수의 전지 팩이 병렬 접속되기 때문에 모듈화나 집적/유지 보수가 간단하고 신뢰성이 높은 특징이 있다. 또한 레인지 익스텐더 유닛을 제어함으로써 복수의 전지 팩이 병렬 접속될 때의 전압을 균등화하기 때문에 전지 시스템을 전기 자동차에 유연하게 배치할 수 있어, 차량 전체의 종합 설계를 간략화할 수 있다. 그리고 단일 전지 팩의 고장은 전기 자동차의 동작에 영향을 주지 않는다. 고장난 전지 팩의 교체가 간단해지고 신구 전지 팩을 병렬 접속해서 사용할 수 있으며, 재료나 용량이 다른 전지 팩을 병렬 접속해서 사용할 수 있다. 이상과 같이, 본 발명은 높은 산업 이용 가치를 가진다.
따라서, 본 발명은 전기 자동차 기술 개발 루트의 새로운 해결책으로서 순전기 자동차의 항속 거리 불안 문제를 효과적으로 해결함과 아울러, 전지 팩의 모듈화, 교체 사용이나 병렬 접속 사용 등의 문제를 해결할 수 있다.
실시예 2
본 실시예는 상기 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템의 구성을 바탕으로, 도 1을 참조하여 예를 들면서 전지 팩이 전기 자동차에 동력을 공급하는 원리를 설명한다.
예를 들면, 전기 자동차 기동시에 모든 전지 팩(B1)~전지 팩(BN)의 전압이 균등화되어 있을(즉, 복수의 전지 팩의 전압이 일치할) 경우, 컨트롤러(4)는 CAN2 통신을 통해 BMS에 의해 각 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어하고, 스위치(S1+)~스위치(SN+)를 온으로 하여 모든 전지 팩(B1)~전지 팩(BN)은 동시에 전기 자동차에 급전한다. 스위치(S1-)~스위치(SN-)는 오프 상태이며, 전기 자동차는 순전기 모드에 있다.
또한, 예를 들면 전기 자동차 기동시에 전지 팩(BN)의 전압이 가장 높을 경우, 컨트롤러(4)는 CAN2 통신을 통해 BMS에 의해 전지 팩(BN)을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어함과 아울러, 스위치(SN+)를 직접 온으로 하여 전지 팩(BN)이 먼저 전기 자동차에 동력을 공급하도록 한다. 그와 동시에, 컨트롤러(4)는 CAN2 버스를 통해 다른 전지 팩, 예를 들면 전지 팩(B1)의 전압을 감시한다. 전지 팩(BN)이 방전에 의해 그 전압이 전지 팩(B1) 수준까지 저하되면, 컨트롤러(4)는 스위치(S1+)를 온으로 하여 전지 팩(B1)을 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차 급전에 가담시킨다.
또한 예를 들면, 컨트롤러(4)는 어느 전지 팩(B1)의 전압이, 전압이 가장 높은 전지 팩(BN)보다 훨씬 낮아, 전압 일치성을 달성하기 위해 전지 팩(BN)을 장시간 방전시킬 필요가 있다고 판단했을 경우, 즉시 스위치(S1-)를 온으로 하고, 스위치(S1+)는 오프인 채로 하고, 레인지 익스텐더 유닛(3)이 발전하도록 제어하여 전지 팩(B1)을 충전하여 그 전압을 서서히 상승시킨다. 전지 팩(B1)의 전압이 전지 팩(BN)의 전압(목표 전압)에 근접하면 스위치(S1+)를 온으로 하여 전지 팩(B1)을 전기 자동차 급전에 가담시킨다. 이때 전기 자동차는 균등화 모드(균등화 충전 모드라고도 함)로 작동한다. 균등화가 완료된 후 레인지 익스텐더 유닛(3)이 발전을 정지하면 차량 전체는 순전기 모드로 들어간다.
실시예 3
본 실시예는 상기 실시예와 비교하여, 상기 컨트롤러(4)는 차량 전체의 주행중에 레인지 익스텐더 유닛(3)을 정전력 발전 모드에 들어가도록 제어하고 직접 전기 자동차의 급전에 가담시키는 점에서 다르다. 전지 시스템을 주전원으로 한 후, 레인지 익스텐더 유닛(3)도 차량 전체의 주행에 일부 동력을 공급하여 전지 시스템의 부하를 효과적으로 저하시켜 차량 전체의 항속 거리를 연장한다.
예를 들어, 전기 자동차 기동시에 모든 전지 팩(B1)~전지 팩(BN)의 전압이 균등화되어 있는(즉, 복수의 전지 팩의 전압이 일치할) 경우, 컨트롤러(4)는 스위치(S1+)~스위치(SN+)를 온으로 하고, 모든 전지 팩(B1)~전지 팩(BN)은 동시에 전기 자동차에 급전한다. 그리고 레인지 익스텐더 유닛(3)을 정전력 발전 모드가 되도록 제어하고, 스위치(S1-)~스위치(SN-)를 온으로 하고 전기 자동차는 항속 거리 연장 모드가 된다.
또한 예를 들면, 전지 시스템의 충전 상태(States Of Charge:SOC)가 소정 값(예를 들면 30%)보다 낮을 경우, 컨트롤러(4)는 즉시 레인지 익스텐더 유닛(3)을 정전력 발전 모드가 되도록 제어한다. 그와 동시에, 상기 컨트롤러(4)는 차량 전체의 차속 및 전력 소비 상황을 감시한다. 차속이 높고, 예를 들면 80km/h보다 높으면서 소비 전력이 레인지 익스텐더 유닛(3)의 정격 전력보다 클 경우, 컨트롤러(4)는 레인지 익스텐더 유닛(3)을 정격 정전력 모드로 작동하도록 제어한다. 차속이 소정 차속(예를 들면 60km/h)보다 낮거나, 또는 차량 전체의 소비 전력이 하프 전력보다 낮을 경우, 컨트롤러(4)는 레인지 익스텐더 유닛(3)을 낮은 하프 전력 모드로 작동하도록 제어한다. 이 경우, 레인지 익스텐더 유닛(3)의 작동 소음이 급격히 감소되어 차량 전체의 쾌적성이 향상된다.
본 실시예에서, 레인지 익스텐더 유닛(3) 및 전지 시스템이 동시에 전기 자동차에 급전하고, 차량 전체가 항속 거리 연장 모드(항속 거리 연장 전기 구동 모드라고도 함)에서 작동한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 레인지 익스텐더 유닛(3)은 예를 들면 적신호에서 정차하거나 또는 차속이 소정 차속(예를 들면 20km/h)보다 작을 경우에 정지 모드로 들어가 레인지 익스텐더 유닛의 작동 소음이 제거된다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 정전력 발전 모드에서의 레인지 익스텐더 유닛(3)의 발전 전력이 차량 전체의 소비 전력보다 클 경우, 잉여 전량으로 전지 시스템을 충전한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 전지 시스템이 방전에 의해 전력 부족 상태가 되고, 예를 들어 전지 시스템의 SOC(잉여 전량)이 10% 미만이고, 레인지 익스텐더 유닛(3)의 정격 전력에 의한 발전이 차량 전체의 소비 전력보다 낮을 경우, 소비 전력 수요가 레인지 익스텐더 유닛(3)의 정격 전력보다 낮아지도록 차량 전체가 림프 홈 모드에 들어가 차속이 림프 홈 차속으로 제한된다.
실시예 4
본 실시예는 상기 실시예와 비교하여, 전지 시스템 전체가 복수의 전지 팩(B1)~전지 팩(BN)이 병렬 접속되어 구성되고, 각 전지 팩이 개별적으로 착탈 가능한 점에서 다르다. 유지 보수시에 상기 전지 팩(B1)~전지 팩(BN) 중 1개 또는 복수개의 전지 팩을 교체하는 것이 가능하다. 전압 사양이 동일할 필요가 있는 경우 외에는, 새로 교체된 전지 팩이 원래의 전지 팩과 동일한 건전도(State of Health: SOH)를 가질 필요는 없으며, 새로 교체된 전지 팩이 원래의 전지 팩과 동일한 용량 또는 동일한 재료를 가질 필요도 없다.
구체적으로, 복수의 전지 팩의 전압 사양이 동일하다는 것은 통상, 복수의 전지 팩에서 각 전지 팩의 공칭 전압이 동일하면서 고압 직류 버스의 공칭 전압에 일치하는 것을 의미한다. 복수의 전지 팩에서 각 전지 팩의 용량, 전지 재료나 건전도 등은 같아도 되고 달라도 된다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 전지 팩(BN)은 용량이 작고 전압 레벨이 같은 새 전지 팩으로 교체된다. 이 새 전지 팩은 그 개방 전압이 높기 때문에 전기 자동차 기동시에 먼저 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차에 급전한다. 전지 용량이 작기 때문에 대전류에 의한 방전시 전지의 전압이 급격히 저하되어 다른 전지 팩의 전압보다 낮아져, 다른 전지 팩이 고압 직류 버스에 접속할 수 없게된다. 이 때, 컨트롤러(4)는 레인지 익스텐더 유닛(3)을 기동하도록 제어하고, 스위치(SN-)를 온으로 하여 전지 팩(BN)에 발전을 개시함과 아울러 급속으로 충전하고, 전지 팩의 방전 전류를 감소시켜 전압을 상승시킨다. 새 전지 팩의 전압이 다른 전지 팩의 전압에 근접하면, 컨트롤러(4)는 다른 전지 팩을 신속하게 고압 직류 버스에 접속하도록 제어한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 전지 팩(BN)은 전압 레벨이 동일한 구 전지 팩으로 교체된다. 이 구 전지 팩은 그 개방 전압이 높기 때문에 전기 자동차 기동시에 먼저 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차에 급전한다. 구 전지 팩은 그 내부 저항이 높기 때문에 대전류에 의한 방전시에 전지의 전압이 급격히 저하되어 다른 전지 팩의 전압보다 낮아져, 다른 전지 팩이 고압 직류 버스에 접속할 수 없게 된다. 이 경우, 상기 컨트롤러(4)는 동일한 제어방법에 의해 다른 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속한다.
본 발명은 전지 팩을 병렬 접속하여 전기 자동차에 사용 가능한 특징을 가지며, 동일한 전압 레벨로 다른 충전 상태, 다른 용량, 다른 건전도의 전지 팩을 동일한 전기 자동차에 사용할 수 없는 문제를 효과적으로 해결하고, 특히 병렬 접속해서 사용할 수 없는 문제를 해결하였다. 이에 따라, 전기 자동차의 전지 팩 교체 및 유지 보수가 보다 용이해지고, 항속 거리를 연장하기 위해 전지 팩을 일시적으로 늘리는 것이 편리해진다.
실시예 5
본 실시예는 상기 실시예와 비교하여, 전지 시스템을 구성하는 복수의 전지 팩(B1)~전지 팩(BN) 중 어느 하나의 전지 팩에 중대한 고장이 발생하여 작동할 수 없을 경우, 컨트롤러(4)는 CAN2 버스에 통지되는 에러 코드에 기초해서 자동적으로 식별하여 상기 전지 팩을 고압 직류 버스에서 분리하여 상기 전지 팩의 급전 동작을 정지하는 점에서 다르다. 이 때, 전지 시스템의 나머지 전지 팩은 전기 자동차에 동력을 계속해서 공급하므로 긴급 정차 사고가 발생할 일은 없다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 컨트롤러는 어느 전지 팩에 중대한 고장이 발생했음을 검출한 경우, 고장이 회복될 때까지 상기 전지 팩을 고압 직류 버스로부터 분리한다. 예를 들면, 복수의 전지 팩이 동시에 고압 직류 버스에 접속되어 전기 자동차에 동력을 공급할 경우, 작동중에 컨트롤러는 전지 팩(BN)에 중대한 고장이 발생했음을 검출하면 스위치(SN+) 및 스위치(SN-)를 오프하여 전지 팩(BN)을 분리하고, 다른 전지 팩은 전기 자동차에 동력을 계속해서 공급할 수 있다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 고장난 전지 팩이 분리된 후, 컨트롤러(4)는 즉시 레인지 익스텐더 유닛(3)을 발전하도록 기동함으로써, 전지 팩이 하나 줄어들 기 때문에 다른 전지 팩이 과부하가 될 가능성을 저감한다.
본 발명에서 제공되는 전기 자동차의 급전 시스템은 전지 시스템의 모듈화나 집적/유지 보수가 매우 간단하다는 특징이 있다. 따라서 레인지 익스텐더식 전기 자동차가 상업화 개발이나 사용시에 보다 편리하고 경제적이 되어, 순전기 자동차의 항속 거리 불안 문제를 효과적으로 해결함과 동시에, 전지 시스템의 제조, 교환 및 캐스케이드 이용의 비용 문제를 해결하여 높은 산업 이용 가치를 가진다.
실시예 6
본 발명은 또한 본 발명의 어느 하나의 실시예에 기재된 전기 자동차의 급전 시스템을 이용하거나, 및 또는 본 발명의 실시예에 기재된 제어방법에 의해 제어되는 전기 자동차를 제공한다.
실시예 7
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 급전 시스템 제어방법의 흐름을 나타낸 모식도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 전기 자동차의 급전 시스템 제어방법은 본 발명의 어느 하나의 실시예에 기재된 전기 자동차의 급전 시스템을 이용해서 전기 자동차에 동력을 공급한다. 상기 방법은 다음 단계를 포함한다.
단계 101에서 컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛의 발전 모드를 제어하고, 각 전지 팩의 전압에 기초해서 각 제1 스위치 및/또는 각 제2 스위치의 상태를 제어함으로써, 각 전지 팩과 고압 직류 버스의 접속 상태, 및/또는 각 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛의 접속 상태를 제어한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 단계 101은 하기 단계 201 또는 단계 202를 포함한다.
단계 201에서 각 전지 팩의 전압이 일치함을 검출했을 경우, CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 모든 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어하고, 모든 전지 팩과 고압 직류 버스 사이의 제1 스위치를 온으로 제어하고, 모든 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛 사이의 제2 스위치를 오프로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛이 정지 모드가 되도록 제어함으로써, 상기 전기 자동차를 순전기 모드로 들어가게 한다.
단계 202에서 각 전지 팩의 전압이 일치함을 검출했을 경우, CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 모든 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어하고, 모든 전지 팩과 고압 직류 버스 사이의 제1 스위치를 온으로 제어하고, 모든 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛 사이의 제2 스위치를 온으로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛이 정전력 발전 모드가 되도록 제어함으로써, 상기 전기 자동차를 항속 거리 연장 모드에 들어가게 한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 방법은 단계 202 후에 하기 단계 203을 더 포함한다.
단계 203에 있어서, 상기 항속 거리 연장 모드에서 상기 전기 자동차의 전력 소비 상태 및/또는 차속에 기초해서, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 정격 전력 발전 모드 또는 하프 전력 발전 모드에 들어가도록 제어한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 방법은 단계 202 후에 하기 단계 204를 더 포함한다.
단계 204에 있어서, 상기 항속 거리 연장 모드에서 상기 전지 시스템이 전력 부족 상태에 있으면서 정격 전력 발전 모드에서의 레인지 익스텐더 유닛의 발전량이 상기 전기 자동차의 소비 전력량보다 낮을 경우, 상기 전기 자동차의 소비 전력량이 정격 전력 발전 모드에서의 상기 레인지 익스텐더 유닛의 발전량보다 낮아지도록 상기 전기 자동차를 림프 홈 모드로 들어가게 하고, 상기 전기 자동차의 차속을 림프 홈 차속으로 제한하도록 제어한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 단계 101은 하기 단계 205를 더 포함한다.
단계 205에 있어서, 각 전지 팩의 전압이 일치하지 않음을 검출했을 경우, 먼저 CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 전압이 가장 높은 제1 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고, 제1 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 하고, 제1 전지 팩에 접속되는 제2 스위치를 오프로 함으로써 상기 전기 자동차를 균등화 모드로 들어가게 한다.
하나의 가능한 실시형태에서는, 상기 방법은 단계 205 후에 하기 단계 206 또는 단계 207을 더 포함한다.
단계 206에 있어서, 상기 균등화 모드에서 제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 낮을 경우, 고압 직류 버스의 전압을 제1 목표 전압으로 하고, CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고, 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 오프로 제어하고, 제2 전지 팩에 접속되는 제2 스위치를 온으로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛에 의해 상기 제2 전지 팩을 충전한다. 상기 제2 전지 팩의 전압이 상승하여 상기 제1 목표 전압에 도달하면 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 제어하여 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속한다.
단계 207에 있어서, 상기 균등화 모드에서 제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 높을 경우, 제2 전지 팩의 전압을 제2 목표 전압으로 하고, 레인지 익스텐더 유닛과 제1 전지 팩 사이의 제2 스위치를 온으로 제어하고, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 전력 추종 발전 모드에 들어가도록 제어하여, 제1 전지 팩의 부하를 저하시킴으로써 고압 직류 버스의 전압을 상승시킨다. 상기 고압 직류 버스의 전압이 상기 제2 목표 전압까지 상승하면 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 제어하여 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속한다.
여기서, 상기 제2 전지 팩은 각 전지 팩 중 상기 제1 전지 팩 이외의 전지 팩이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 주 제어 소프트웨어에 의해 전기 자동차의 급전 시스템을 제어 및 관리하는 작동 흐름의 예는 다음과 같다.
먼저 컨트롤러(4)는 전원 투입 후, 전지 시스템을 기동 또는 작동시킬 필요가 있는지 여부를 검사한다(301). 기동 또는 작동시킬 필요가 없을 경우, 컨트롤러(4)는 전지 팩의 메인 스위치가 오프 상태인지를 확인한 후(302), 고압 직류 버스에 접속되는 스위치(S1+~SN+)가 오프인 것을 다시 확인하고(303), 그 후 대기 상태에 들어간다.
그리고 기동 커맨드를 수신하면 컨트롤러(4)는 즉시 각 전지 팩의 전압을 검사하고(304), 각 전지 팩의 전압이 일치하는지 여부를 판단한다(305). 일치할 경우, 각 전지 팩에 고장이 발생했는지 여부를 판단하고(306), 고장이 발생한 전지 팩의 접속을 금지한다. 각 전지 팩에 고장이 발생하지 않았음을 확인한 후, 먼저 고압 직류 버스에 접속되는 스위치(S1+~SN+)를 온으로 한다(307). 그 후, CAN2 버스를 통해 메인 스위치를 온으로 하도록 전지 팩에 통지한다(308). 이 때, 모든 전지 팩이 동시에 고압 직류 버스에 접속되어 전기 자동차에 동력을 공급한다. 자동차 운전중에 컨트롤러(4)는 전지의 충전 상태(SOC)가 전력 부족 상태보다 낮은(예를 들면 SOC＜30%) 것을 검출하면(309), 레인지 익스텐더 유닛을 항속 거리 연장 모드에 들어가도록 기동한다(310).
또한 전지 팩의 전압이 일치하지 않을 경우에는 먼저 전압이 가장 높은 전지 팩(BN)을 찾아 상기 전지 팩의 고압 직류 버스에 접속되는 스위치를 온으로 한다(311). 그리고 CAN2 버스를 통해 메인 스위치(312)를 온으로 하도록 전지 팩(BN)에 통지하여 상기 전지 팩의 전기 자동차에의 급전을 개시시킨다. 그와 동시에, 컨트롤러(4)는 나머지 전지 팩의 전압 균등화 상태를 계속해서 검사한다(313). 나머지 전지 팩의 전압이 모두 일치할 경우, 1회 한정 균등화(또는 일회적 균등화라고도 함) 제어에 들어간다(314). 그렇지 않으면 복수회 균등화 제어(315)에 들어간다.
그리고 균등화 제어가 완료된 후 컨트롤러(4)는 또한 고장이 발생한 전지 팩이 있는지 여부를 검사한다(316). 고장이 발생한 전지 팩(BN)을 찾으면, 상기 전지 팩을 고압 직류 버스에서 분리하고, 즉 스위치(SN+)를 오프하고(316), 다른 전지 팩은 전기 자동차에 동력을 계속 공급함으로써 자동차는 계속해서 주행한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 서브 제어 소프트웨어에 의해 항속 거리 연장 모드를 실현하는 흐름의 예는 다음과 같다.
먼저, 항속 거리 연장 모드에 들어가면, 우선 레인지 익스텐더 유닛(3)에 중대한 고장이 발생했는지 여부를 검사한다(401). 중대한 고장이 발생했음을 확인한 경우, 레인지 익스텐더 유닛(3)의 고압 직류 버스에 접속되는 각 스위치(스위치(S1-~SN-)가 오프인 것을 확인한 후(402), 에러 코드를 송신하고(403), 그 후 주 제어 소프트웨어로 돌아간다. 그렇지 않으면, 레인지 익스텐더 유닛(3)을 기동한다(404).
그리고 레인지 익스텐더 유닛(3)이 기동에 성공했음을 확인하면, 레인지 익스텐더 유닛(3)의 발전 모드를 결정하기 위해 서브 제어 소프트웨어는 즉시 전기 자동차의 실제 전력 소비 상태를 검사한다(406). 차량 전체의 전력 소비율이 20% 미만인 경우, 발전 전류가 제로 전류가 되도록 제어하고 발전을 정지한다(407). 차량 전체의 전력 소비율이 50% 미만인 경우, 발전 전류가 하프 전류가 되도록 제어하고, 하프 전력으로 일정 발전한다(408). 차량 전체의 전력 소비율이 50%보다 클 경우, 정격 전력으로 일정 발전한다(409).
그리고 레인지 익스텐더 유닛(3)의 발전 모드를 결정하기 위해, 전기 자동차의 차량 전체 차속을 검사한다(410). 차량 전체의 차속이 25km/h 미만인 경우, 레인지 익스텐더 유닛(3)이 발전을 정지하도록 제어한다(411). 차량 전체의 차속이 35km/h보다 높고 45km/h보다 낮을 경우, 레인지 익스텐더 유닛(3)이 하프 전력으로 일정 발전하도록 제어한다(412). 차량 전체의 차속이 60km/h보다 높을 경우, 레인지 익스텐더 유닛(3)이 정격 전력으로 일정 발전하도록 제어한다(413). 레인지 익스텐더 유닛(3)의 발전을 제어한다(414).
상기한 전력 소비율이나 차속에 따라 레인지 익스텐더 유닛(3)의 작동 모드를 개별적으로 결정해도 되고, 레인지 익스텐더 유닛(3)의 작동 모드를 종합적으로 결정해도 된다. 레인지 익스텐더 유닛(3)의 작동 모드를 종합적으로 결정할 경우, 통상, 결정되는 2개의 발전 전력 중 낮은 쪽을 기준으로 한다. 예를 들면, 차속에 기초해서 레인지 익스텐더 유닛(3)을 정격 전력으로 일정 발전시키는 것을 결정하고, 전력 소비율에 기초해서 레인지 익스텐더 유닛(3)을 하프 전력으로 일정 발전시키는 것을 결정했을 경우, 이들을 종합하여 레인지 익스텐더 유닛(3)을 하프 전력으로 일정 발전시키는 것을 결정한다.
그리고 컨트롤러(4)는 수동에 의한 강제적인 셧다운을 검출하면(415), 레인지 익스텐더 유닛이 정지 모드에 들어가도록 제어한다(416). 그렇지 않으면, 계속해서 전지 팩의 온도를 감시 및 검사한다(417). 전지 팩의 온도가 미리 설정된 저온(예를 들면 0℃) 상태에 있을 경우, 발전 전력을 차량 전체의 실제 전력 수요에 추종시켜서 발전한다(즉, 전력 추종 하이브리드 발전)(418). 전지 팩의 온도가 상승하여 정상 작동 온도로 돌아가면 발전 전력은 정회전수 정전력으로 발전한다(419)(예를 들면 정격 정전력 발전).
그리고 레인지 익스텐더 동력 시스템의 셧다운 조건이 충족되면(420), 또한 레인지 익스텐더 유닛의 온도를 검사한다(421). 온도가 너무 높으면 레인지 익스텐더 유닛을 제로 전력인 상태로 잠시(예를 들면 60초) 계속해서 작동한 후(422), 셧다운 조작을 한다(416). 그렇지 않으면, 시스템은 차량 전체의 전력 소비율을 재검사하고 발전 전력 제어 상태로 돌아간다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 서브 제어 소프트웨어의 균등화 충전 제어 모드(균등화 모드라고도 함)에서의 작동 흐름은 다음과 같다.
먼저, 균등화 충전 제어 모드에 들어가면 레인지 익스텐더 유닛(3)을 기동하고(501), 발전 개시 준비를 한다. 여기서 먼저 1회적 균등화를 할지 여부를 판단 할 수 있다(502). 1회적 균등화를 한다고 판단되었을 경우, 상기 전지 팩의 식별자, 즉 ID를 판독한다(503). 1회적 균등화가 아니라 복수회적 균등화를 한다고 판단되었을 경우, 전압이 가장 작은 전지 팩의 ID를 판독할 수 있다(504). 균등화가 필요한 전지 팩(BN)을 특정한 후, 전지 팩의 실제 전압을 검사하고 균등화 발전의 전력 및 발전 모드를 판단한다.
그리고 전지 팩(BN)의 전압을 판독한다(505). 전지 팩(BN)의 전압이 고압 직류 버스의 전압보다 훨씬 낮다(전지 팩(BN)의 전압/고압 직류 버스의 전압＜0.9)고 판단되었을 경우(506), 스위치(SN-)를 온으로 한(507) 후, 레인지 익스텐더 유닛이 정전압 발전 모드에 들어가도록 제어한다(508). 전지 팩(BN)의 전압이 고압 직류 버스의 전압 허용 범위 내(예를 들면 0.9＜전지 팩(BN)의 전압/고압 직류 버스의 전압＜1.1)라고 판단되었을 경우(509), 고압 직류 버스의 스위치(SN+)를 온으로 하고(510), 전지 팩(BN)을 고압 직류 버스에 접속하여 전기 자동차에 동력을 공급한다. 모든 전지 팩이 고압 직류 버스에 접속되었는지를 판단한다(511). 모든 전지 팩이 고압 직류 버스에 접속되었다고 판단되었을 경우로 돌아간다. 그렇지 않으면, 다른 전지 팩을 계속해서 균등화한다.
또한 전지 팩(BN)의 전압이 고압 직류 버스의 전압을 초과하면(예를 들면 전지 팩(BN)의 전압/고압 직류 버스의 전압＞1.1), 전지 팩(BN)을 균등화 충전하는 것이 아니라 레인지 익스텐더 유닛(3)이 전력 추종 발전 모드에 들어가도록 제어하고, 고압 직류 버스에 접속된 전지 팩의 부하를 저하시켜 전지 팩의 전압을 회복시켜서 상승시킨다(512).
본 발명은 응용 필요에 따라 병렬 접속되는 전지 팩의 균등화 충전을 함에 있어서, 직류 출력 발전(정전력 발전, 정전압 발전이나 전력 추종 발전 등을 포함)을 연속해서 할 수 있으며, 순전기 구동되는 전기 자동차 등의 보조 전원으로도 적합하다.
이상으로 본 발명의 각 실시예를 설명하였다. 상기 설명은 포괄적인 것이 아니라 예시적인 것이며 개시된 각 실시예에 한정되는 것은 아니다. 설명된 각 실시예의 범위 및 취지에서 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변경은 당업자에게 자명 할 것이다. 본 명세서에 사용되는 용어의 선택은 각 실시예의 원리, 실제 응용 또는 시장에서의 기술 개량을 가장 잘 설명하거나, 또는 본 명세서에 기재된 각 실시예를 당업계의 다른 일반적인 기술자에게 이해시키기 위한 것이다.

Claims (13)

  1. 전기 자동차의 급전 시스템으로서,
    병렬 접속되며 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스에 대해 접속 및 분리되도록 BMS(Battery Management System)에 의해 제어되는 복수의 전지 팩을 포함하고, 전기 자동차에 동력을 공급하기 위한 전지 시스템;
    직류 전류를 발생시켜 상기 전지 시스템을 충전하고 상기 전기 자동차에 동력을 공급하기 위한 레인지 익스텐더 유닛;
    상기 레인지 익스텐더 유닛의 발전 모드를 제어하고, 각 상기 전지 팩과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태 및 상기 레인지 익스텐더 유닛과 상기 전기 자동차의 고압 직류 버스의 접속 상태를 제어하기 위한 컨트롤러; 및
    각 전지 팩에 각각 제공되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 복수의 스위치;를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 각각의 전지 팩과 상기 고압 직류 버스 사이에 마련되고, 상기 제2 스위치의 일단은 상기 레인지 익스텐더 유닛과 연결되고, 상기 제2 스위치의 타단은 각각의 전지 팩과 연결되며, 상기 제1 스위치는 상기 전지 팩과 상기 제1 스위치 사이의 위치에서 상기 전지 팩을 연결하고,
    병렬 접속된 상기 복수의 전지 팩 각각에 대하여, 상기 전지 팩에 연결된 상기 제1 스위치가 온(on) 되고 상기 전지 팩에 연결된 상기 제2 스위치가 오프(off) 된 경우, 상기 전지 팩은 상기 전기 자동차에 동력을 공급하고, 상기 전지 팩에 연결된 상기 제1 스위치가 오프 되고 상기 전지 팩에 연결된 상기 제2 스위치가 온 된 경우, 상기 레인지 익스텐더 유닛은 상기 전지 팩을 충전하고, 상기 전지 팩에 연결된 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 된 경우, 상기 레인지 익스텐더 유닛 및 상기 전지 팩은 상기 전기 자동차에 동력을 동시에 공급하는 전기 자동차의 급전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레인지 익스텐더 유닛은 연료유 발전기, 천연 가스 발전기, 알코올·에테르 발전기, 압축 공기 발전기 및 수소연료전지 발전기 중 적어도 1종을 포함하고,
    상기 레인지 익스텐더 유닛은 발전 전류를 공급하여 전지 팩을 충전하거나, 또는 전기 자동차에 급전하거나, 또는 전지 팩을 충전하면서 전기 자동차에 급전하는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 레인지 익스텐더 유닛의 발전 모드를 제어하기 위한 것으로, 각 전지 팩의 전압에 기초해서 각 제1 스위치 및 각 제2 스위치의 상태를 제어함으로써, 각 전지 팩과 고압 직류 버스의 접속 상태 및 각 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛의 접속 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는 또한 각 전지 팩의 전압이 일치하는 것을 검출했을 경우,
    CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 모든 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어하고, 모든 전지 팩과 고압 직류 버스 사이의 제1 스위치를 온으로 제어하고, 모든 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛 사이의 제2 스위치를 오프로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛이 정지 모드가 되도록 제어함으로써 상기 전기 자동차를 순전기 모드로 들어가게 하거나,
    또는 CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 모든 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하도록 제어하고, 모든 전지 팩과 고압 직류 버스 사이의 제1 스위치를 온으로 제어하고, 모든 전지 팩과 레인지 익스텐더 유닛 사이의 제2 스위치를 온으로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛이 정전력 발전 모드가 되도록 제어함으로써 상기 전기 자동차를 항속 거리 연장 모드로 들어가게 하는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는 또한 상기 항속 거리 연장 모드에 있어서,
    상기 전기 자동차의 전력 소비 상태 및 차속 중 적어도 하나에 기초해서, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 정격 전력 발전 모드 또는 하프 전력 발전 모드에 들어가도록 제어하거나,
    또는 상기 전지 시스템이 전력 부족 상태에 있으면서 정격 전력 발전 모드에서의 레인지 익스텐더 유닛의 발전량이 상기 전기 자동차의 소비 전력량보다 낮을 경우, 상기 전기 자동차의 전력 소비량이 정격 전력 발전 모드에서의 상기 레인지 익스텐더 유닛의 발전량보다 낮아지도록 상기 전기 자동차를 림프 홈 모드에 들어가게 하고, 상기 전기 자동차의 차속을 림프 홈 차속으로 제한하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는 또한 각 전지 팩의 전압이 일치하지 않음을 검출했을 경우, 먼저 CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 전압이 가장 높은 제1 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고, 상기 제1 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 하고, 제1 전지 팩에 접속되는 제2 스위치를 오프로 함으로써, 상기 전기 자동차를 균등화 모드에 들어가게 하는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러는 또한 상기 균등화 모드에 있어서,
    제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 낮을 경우, 고압 직류 버스의 전압을 제1 목표 전압으로 하고, CAN2 커맨드를 통해 BMS에 의해 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고, 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 오프로 제어하고, 제2 전지 팩에 접속되는 제2 스위치를 온으로 제어하고, 레인지 익스텐더 유닛에 의해 상기 제2 전지 팩을 충전하고, 상기 제2 전지 팩의 전압이 상승하여 상기 제1 목표 전압에 도달하면 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 제어하여 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고,
    상기 제2 전지 팩은 각 전지 팩 중 상기 제1 전지 팩 이외의 전지 팩인 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러는 또한 상기 균등화 모드에 있어서,
    제2 전지 팩의 전압이 상기 고압 직류 버스의 전압보다 높을 경우, 제2 전지 팩의 전압을 제2 목표 전압으로 하고, 레인지 익스텐더 유닛과 제1 전지 팩 사이의 제2 스위치를 온으로 제어하고, 상기 레인지 익스텐더 유닛이 전력 추종 발전 모드에 들어가도록 제어하고, 제1 전지 팩의 부하를 저하시킴으로써 고압 직류 버스의 전압을 상승시키고, 상기 고압 직류 버스의 전압이 상기 제2 목표 전압까지 상승하면 제2 전지 팩에 접속되는 제1 스위치를 온으로 제어하여 제2 전지 팩을 고압 직류 버스에 접속하고,
    상기 제2 전지 팩은 각 전지 팩 중 상기 제1 전지 팩 이외의 전지 팩인 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 각 전지 팩의 전압을 검출하고, 상기 각 전지 팩의 전압이 일치하는 경우, 모든 전지 팩에 대한 제1 스위치가 온 되는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 각 전지 팩의 전압을 검출하고, 상기 각 전지 팩의 전압이 일치하지 않는 경우, 상기 복수의 전지 팩 중 전압이 가장 높은 제1 전지 팩에 대한 상기 제1 스위치가 온되고, 상기 복수의 전지 팩 중 상기 제1 전지 팩을 제외한 나머지 전지 팩에 대한 상기 제1 스위치는 오프 되는 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  12. 전기 자동차에 동력을 공급하기 위해 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 급전 시스템을 이용하는 단계를 포함하는 제어 방법.
  13. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 급전 시스템을 이용하는 전기 자동차.
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