KR102278905B1 - 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 배터리 팩의 양극에 연접된 제 1 스위치, 상기 배터리 팩의 음극에 연접된 제 2 스위치, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 사이에 연접된 스위치 컴포넌트, 상기 스위치 컴포넌트에 연접된 모터, 및 주 제어기를 포함하고, 상기 제 1 스위치, 제 2 스위치, 스위치 컴포넌트 및 주 제어기는 동일한 하우징(housing)에 통합되어 있고, 상기 주 제어기는, 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 주 제어기에 배터리 가열 명령을 보내도록 구성되고, 상기 주 제어기는, 상기 배터리 가열 명령에 따라 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치, 및 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하도록 구성된다. 본 출원의 실시양태에 따르면, 비용이 감소되고, 가열 효율이 개선된다.

Description

배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법
기술 분야
본 발명은 배터리 분야, 특히 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018 년 12 월 29 일에 출원된 중국 특허 출원 제 201811640742.5 호(명칭: "배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법")의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
리튬 배터리는, 높은 에너지 밀도, 재활용 가능한 충전 및 방전, 안전 및 환경 보호와 같은 일련의 장점을 가지고 있으며, 새로운 에너지 차량, 가전 제품 및 에너지 저장 시스템에 널리 사용되어 왔다. 특히 신 에너지 자동차 분야에서는 세계 각국이 전기 자동차 산업의 발전을 적극 지원하고 있다. 단, 저온 환경에서의 리튬 배터리 사용에는 일정한 제한이 있다. 리튬 배터리의 방전 용량은 저온에서 심각하게 저하된다. 동시에 리튬 배터리는 저온에서 충전할 수 없으므로 파워 리튬 배터리를 가열해야 한다.
현재, 온-보드 파워 리튬 배터리는 외부 가열 방법으로 가열할 수 있다. 외부 가열 방법에는 주로, 예를 들어 공기 가열, 액체 가열, 상 변화 재료 가열 및 열 저항 가열과 같은 가열 방법이 포함된다. 이러한 외부 가열 방법에 사용되는 재료는 일반적으로 배터리 팩에 캡슐화된다. 또한, 이러한 외부 가열 방법은 열 전도 물질을 간접적으로 가열하고 특수 구조 컴포넌트를 통해 파워 리튬 배터리에 열을 전달하기 위해 전용 열 순환 용기를 사용해야 한다. 이 외부 열 전도 가열 방식은 가열 효율이 낮고 비용이 높다.
본 출원의 실시양태는, 비용 절감에 기초하여 배터리 팩의 가열 효율을 향상시키는 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 출원의 실시양태들의 일 측면에 따르면, 배터리 가열 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 배터리 팩을 가열하는데 사용되며, 상기 시스템은, 배터리 팩의 양극에 연접된 제 1 스위치, 배터리 팩의 음극에 연접된 제 2 스위치, 및 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 사이에서 연결되는 스위치 컴포넌트, 상기 스위치 컴포넌트에 연접된 모터, 및 주 제어기를 포함하고; 이때
상기 제 1 스위치, 제 2 스위치, 스위치 컴포넌트 및 주 제어기는 동일한 하우징에 통합되어 있고;
상기 주 제어기는 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 주 제어기에 배터리 가열 명령을 보내도록 구성되고;
상기 주 제어기는, 상기 배터리 가열 명령에 따라 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치, 및 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하도록 구성된다.
본 출원의 실시양태들의 일 측면에 따르면, 본 출원의 실시양태들에서 제공되는 배터리 가열 시스템에 적용되는 배터리 가열 시스템의 제어 방법이 제공되며, 상기 방법은,
주 제어기가 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 주 제어기에 배터리 가열 명령을 전송하는 단계, 및
상기 주 제어기가 상기 배터리 가열 명령에 따라 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치, 및 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하는 단계
를 포함한다.
본 출원의 실시양태들에서의 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법에 따르면, 제 1 스위치, 제 2 스위치, 스위치 컴포넌트 및 주 제어기를 동일한 하우징에 통합함으로써 구조가 간단하고 비용이 절감된다. 비용 절감을 바탕으로 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 스위치 컴포넌트를 제어하는 주 제어기를 통해 배터리 팩이 위치한 고전압 회로에서 연속 교류 여기 전류를 생성할 수 있고, 교류 여기 전류는 배터리 팩을 통해 계속 흘러, 배터리 팩의 내부 저항이 발열되게 하여 내부에서 배터리를 가열함으로써 가열 효율을 높인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시양태의 특징, 장점 및 기술적 효과를 설명한다.
도 1은 본 출원의 일부 실시양태에 의해 제공되는 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 출원의 다른 실시양태에 의해 제공되는 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 출원의 일부 다른 실시양태에 의해 제공되는 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 출원의 일부 실시양태에 의해 제공되는 배터리 가열 시스템의 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 5는 본 출원의 다른 실시양태에 의해 제공되는 배터리 가열 시스템의 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
본 발명의 실시는 첨부된 도면 및 실시양태와 함께 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 이하의 실시양태의 상세한 설명 및 도면은 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하기 위해 사용되지만, 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용될 수 없고, 즉, 본 발명은 기술된 실시양태로 제한되지 않는다.
도 1은 본 출원의 일부 실시양태에 의해 제공되는 배터리 가열 시스템을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 가열 시스템은 배터리 팩 (E)를 가열하는데 사용되고, 상기 시스템은, 배터리 팩 (E)의 양극에 연접된 제 1 스위치 (K1), 배터리 팩 (E)의 음극에 연접된 제 2 스위치 (K2), 및 상기 스위치 (K1)과 상기 제 2 스위치 (K2) 사이의 스위치 컴포넌트 (K3), 상기 스위치 컴포넌트 (K3)에 연결된 모터 (M), 및 주 제어기 (P)를 포함한다.
제 1 스위치 (K1), 제 2 스위치 (K2), 스위치 컴포넌트 (K3) 및 주 제어기 (P)는 동일한 하우징에 통합되어 있다.
주 제어기 (P)는, 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수에 따라 배터리 팩 (E)를 가열해야 하는지를 판단하고, 차량 제어기가 차량이 정지 상태이고 모터 (M)이 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우, 배터리 가열 요청에 따라 배터리 가열 명령을 주 제어기 (P)로 전송하는데 사용된다.
주 제어기 (P)는. 배터리 가열 명령에 따라 제 1 스위치 (K1), 제 2 스위치 (K2) 및 스위치 컴포넌트 (K3)를 제어하여 배터리 팩 (E)을 가열하는데 사용된다.
일부 실시양태에서, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)에 연결되고, 이 연결 관계는 도 1에 도시되지 않고, 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수를 획득하는데 사용된다. 주 제어기 (P)는 또한 스위치 컴포넌트 (K3)에 연결된다.이 연결 관계는 도 1에 도시되지 않고 스위치 컴포넌트 (K3)이 오프 상태 또는 온 상태에 있도록 제어하는데 사용된다.
일부 실시양태에서, 주 제어기 (P)는 또한 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)에 연결되고, 이 연결 관계는 도 1에 도시되지 않고, 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)의 폐쇄 및 개방을 제어하는데 사용된다.
본 출원의 실시양태에서 제공하는 배터리 가열 시스템은, 제 1 스위치 (K1), 제 2 스위치 (K2), 스위치 컴포넌트 (K3) 및 주 제어기 (P)를 동일한 하우징에 통합하여 구조가 단순하고 비용을 절감한다. 비용 절감을 바탕으로, 제 1 스위치 (K1), 제 2 스위치 (K2) 및 스위치 컴포넌트 (K3)에 대한 주 제어기 (P)의 제어를 통해, 배터리 팩 (E)이 위치한 고전압 회로에서 연속 교류 여기 전류를 생성할 수 있고, 교류 여기 전류는 배터리 팩 (E)를 통해 계속 흐르고, 배터리 팩 (E)의 내부 저항이 가열되므로, 내부에서 배터리를 가열하여 가열 효율을 향상시킨다.
도 2는, 본 출원의 다른 실시양태에 의해 제공되는 배터리 가열 시스템을 도시한다. 도 2는, 도 1의 스위치 컴포넌트 (K3) 및 모터 (M)의 특정 구조를 도시한다.
예를 들어, 제 1 스위치 (K1)는 배터리 팩 (E)의 양극에 연결된 주 양(positive) 스위치 (V+)이고, 제 2 스위치 (K2)는 배터리 팩 (E)의 음극에 연결된 주 음(negative) 스위치 (V-)이다.
스위치 컴포넌트 (K3)는, 병렬로 연결된 제 1 상 브릿지 암(first phase bridge arm), 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암을 포함한다. 제 1 상 브릿지 암, 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암은 모두 상부 브릿지 암과 하부 브릿지 암을 가지며, 각 상부 브릿지 암에는 스위치 유닛이 제공되며, 각 하부 브릿지 암에도 스위치 유닛이 제공된다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 상 브릿지 암은 U 상 브릿지 암이고, 제 2 상 브릿지 암은 V 상 브릿지 암이고, 제 3 상 브릿지 암은 W 상 브릿지 암이다. 여기서, U 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 1 스위치 유닛 (V1)이고, U 상 브릿지 암의 하부 브릿지 암에는 제 2 스위치 유닛 (V2)이 제공된다. V 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 3 스위치 유닛 V3이고, V 상 브릿지 암의 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 4 스위치 유닛 (V4)이다. W 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 5 스위치 유닛 (V5)이고, W 상 브릿지 암의 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 6 스위치 유닛 (V6)이다.
일부 예에서, 스위칭 유닛은 파워 스위치 장치, 예컨대 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT) 칩, IGBT 모듈, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 스위치 장치의 각 IGBT 장치와 MOSFET 장치 등의 조합 방식 및 연결 방식은 이로 제한되지 않는다. 상술한 파워 스위치 장치의 재료 유형도 제한되지 않으며, 예를 들어 탄화 규소 (SiC) 또는 다른 재료로 만들어진 파워 스위치 장치가 사용될 수 있다.
여기서, 각 스위치 장치에는 대응 기생 다이오드가 있다. 여기서, 제 1 스위치 유닛 (V1), 제 2 스위치 유닛 (V2), 제 3 스위치 유닛 (V3), 제 4 스위치 유닛 (V4), 제 5 스위치 유닛 (V5) 및 제 6 스위치 유닛 (V6)에 각각 대응하는 기생 다이오드는 기생 다이오드 (VD1) 및 기생 다이오드 (VD2), 기생 다이오드 (VD3), 기생 다이오드 (VD4), 기생 다이오드 (VD5) 및 기생 다이오드 (VD6)이다.
예를 들어, 각 스위치 유닛의 다이오드는 보통 파워 규소 (Si) 다이오드 또는 SiC 다이오드일 수 있으며, 본 출원의 실시양태는 기생 다이오드의 재료 유형을 제한하지 않는다.
본 출원의 실시양태에서, 모터 (M)의 제 1 상 입력 단자, 제 2 상 입력 단자, 및 제 3 상 입력 단자는 각각 제 1 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암과 하부 브릿지 암 사이의 연결 지점, 제 2 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암과 하부 브릿지 암 사이의 연결 지점, 및 제 3 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암과 하부 브릿지 암 사이의 연결 지점에 연결된다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 모터 (M)의 고정자는 3 상 고정자 인덕턴스, 즉 고정자 인덕턴스 (L1), 고정자 인덕턴스 (L3) 및 고정자 인덕턴스 (L5)와 동일하다. 각 상 고정자 인덕턴스는 상 브릿지 암과 연결되며, 고정자 인덕턴스는 에너지 저장 및 방출 기능을 가지고 있다. 여기서, 고정자 인덕턴스 (L1)의 일 단자, 고정자 인덕턴스 (L3)의 일 단자 및 고정자 인덕턴스 (L5)의 일 단자는 공통 단자에 연결된다.
고정자 인덕턴스 (L1)의 비 공통 단자는 제 1 상 입력 단자이고, 고정자 인덕턴스 (L3)의 비 공통 단자는 제 2 상 입력 단자이며, 고정자 인덕턴스 (L5)의 비 공통 단자는 제 3 상 입력 단자이다.
모터 (M)의 제 1 상 입력 단자, 제 2 상 입력 단자 및 제 3 상 입력 단자는 전류를 입력하기 위한 입력 단자로 사용될 수 있으며, 전류를 출력하기 위한 출력 단자로 사용될 수도 있음을 언급할 가치가 있다.
일부 예에서, 주 양(positive) 스위치 (V+), 주 음(negative) 스위치 (V-) 및 제 1 스위치 유닛 (V1), 제 2 스위치 유닛 (V2), 제 3 스위치 유닛 (V3), 제 4 스위치 유닛 (V4), 제 5 스위치 유닛 (V5) 및 제 6 스위치 유닛 (V6)는 Si 또는 SiC 웨이퍼 방식으로 전체 모듈로 패키징할 수 있으며, 앞서 언급한 하우징에 설치된다.
주 제어기 (P)는 스위치 컴포넌트 (K3)의 각 스위치 유닛에 연결되고, 연결 관계는 도 2에 도시되어 있지 않음에 유의해야 한다.
일부 예에서, 주 제어기 (P)는, 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛 및 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛이 주기적으로 턴-온(turn-on) 및 턴-오프(turn-off)되게 제어하기 위해 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛 및 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛에 구동 신호를 제공하는데 사용된다.
구동 신호는 구체적으로 펄스 신호일 수 있다. 또한, 구동 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호일 수 있다. 일부 예에서, 구동 신호의 높은 레벨은 스위치 유닛을 턴-온되게 구동할 수 있고, 구동 신호의 낮은 레벨 신호는 스위치 유닛을 턴-오프되게 구동할 수 있다. 구동 신호는 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛 및 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 주기적으로 턴-온 및 턴-오프되게 제어할 수 있다.
여기서, 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 1 상 브릿지 암, 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암 중 어느 하나에 위치된 상부 브릿지 암의 스위치 유닛이고, 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은, 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛이 위치한 브릿지 암 이외인, 제 1 상 브릿지 암, 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암 중 하나 이상에 위치된 하부 브릿지 암의 스위치 유닛이다.
구동 신호에 의해 구동되지 않는 스위치 유닛(즉, 타겟 상부 암 스위치 모듈 유닛 및 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛 이외의 스위치 유닛)은 모두 턴-오프된다는 점에 유의해야 한다.
예를 들어, 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛이 제 1 스위치 유닛 (V1)인 경우, 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 4 스위치 유닛 (V4) 및/또는 제 6 스위치 유닛 (V6)이다. 순서대로 유추되며, 여기에 하나씩 나열하지 않는다.
주기적 턴-온 및 턴-오프의 각 사이클에서 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은 동일하거나 상이할 수 있으며, 여기에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 각 사이클에서 구동 신호는 제 1 스위치 유닛 (V1) 및 제 4 스위치 유닛 (V4)를 구동하여 턴-온 및 턴-오프시킨다. 다른 예로, 제 1 사이클에서 구동 신호는 제 1 스위치 유닛 (V1) 및 제 4 스위치 유닛 (V4)을 턴-온 및 턴-오프하도록 구동하고, 제 2 사이클에서 구동 신호는 제 3 스위치 유닛 (V3) 및 제 2 스위치 유닛 (V2)을 턴-온 및 턴-오프하도록 구동하고, 제 3 사이클에서 구동 신호는 제 1 스위치 유닛 (V1), 제 4 스위치 유닛 (V4) 및 및 제 6 스위치 유닛 (V6)을 턴-온 및 턴-오프하도록 구동하고, 즉, 다른 사이클에서 구동 신호에 의해 구동되는 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은 다를 수 있다.
구동 신호는 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 주기적으로 턴-온 및 턴-오프되게 구동하여, 배터리 팩 (E), 주 양 스위치 (V+), 스위치 컴포넌트 (K3), 모터 (M) 및 주 음 스위치 (V-)를 형성하는 회로에서 교류 전류를 생성할 수 있다. 구체적으로, 교류 사인파 전류가 생성될 수 있다. 즉, 배터리 팩 (E)은 교대로 충방전된다. 배터리 팩 (E)의 교대 충방전 과정에서, 배터리 팩 (E)은 열을 발생시킨다. 즉, 배터리 팩 (E)은 내부에서 열을 발생시켜 배터리 팩 (E)의 가열을 실현할 수 있다.
배터리 가열 시스템은 전기 장비에 설치할 수 있음을 주의해야 한다. 예를 들어, 배터리 가열 시스템은 전기 자동차에 설치된다. 차량이 주행 및 제동과 같은 작업 조건에 있을 때, 주 제어기 (P)는, 모터 (M)을 정상적으로 작동하도록 부하 모터 (M)에 교류 사인파 전류를 생성하기 위해 3 상 전압형 인버터 회로에서 V1 내지 V6의 6 개의 스위칭 유닛을 교대로 턴-온되게 구동할 수 있다. 모터 (M)과 스위치 컴포넌트 (K3)가 모두 작동 상태에 있는 경우, 주 제어기 (P)는 스위치 컴포넌트 (K3)의 각 브릿지 암에 있는 스위치 유닛을 제어할 수 없다.
따라서, 본 출원의 실시양태에서, 주 제어기 (P)가 모터 (M)와 스위치 컴포넌트 (K3)가 모두 비 작동 상태에 있다고 판단하면, 즉 차량이 정지 상태에 있을 때, 주 제어기 (P)는 다시 스위치 컴포넌트 (K3)로 구동 신호를 전송한다.
일부 실시양태에서, 주 제어기 (P)가 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수에 따라 배터리 팩 (E)이 가열될 필요가 있다고 결정할 때, 배터리 가열 요청을 차량 제어기에 전송한다. 여기서, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)에 연결되어 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수를 획득하는데 사용된다.
일부 실시양태에서, 온도 센서 및 충전 상태 (SOC) 수집 유닛이 배터리 팩 (E)에 제공될 수 있고, 주 제어기 (P)는 온도 센서 및 SOC 수집 유닛으로부터 배터리 팩 (E)의 온도 및 배터리 팩 (E)의 SOC를 획득한다. 여기서, 배터리 팩 (E)의 온도는 구체적으로 배터리 팩 (E)의 하우징의 온도, 배터리 팩 (E)의 내부 공간의 공기 온도, 또는 배터리 팩 (E) 또는 배터리 팩 (E)의 배터리 셀 중 임의의 하나의 온도일 수 있다. 모든 배터리 팩 (E) 또는 배터리 팩 (E)의 배터리 셀의 평균 온도는 여기에 제한되지 않는다.
주 제어기 (P)는, 배터리 팩 (E)의 온도가 제 1 사전 설정된 조건을 충족하고 배터리 팩 (E)의 SOC가 제 2 사전 설정된 조건을 충족하면 배터리 가열 요청을 차량 제어기에 전송하도록 구성된다.
제 1 사전 설정된 조건은, 배터리 팩의 온도가 배터리 팩 (E)이 정상적으로 작동할 수 있는 사전 설정된 최소 온도 임계 값보다 낮거나, 배터리 팩의 온도가 배터리 팩 (E)이 정상적으로 작동할 수 있는 사전 설정된 온도 범위에 속하지 않는 것일 수 있다. 제 2 사전 설정된 조건은, 배터리 팩의 SOC에 의해 사전 설정된 최소 SOC 임계 값이거나, 배터리 팩의 온도가 사전 설정된 SOC 값 범위에 속하지 않는 것일 수 있다. 제 1 사전 설정된 조건과 제 2 사전 설정된 조건은 작업 시나리오 및 작업 요구 사항에 따라 설정할 수 있으며, 이로 제한되지 않는다.
구체적인 예로서, 배터리 팩 (E)의 온도가 사전 설정된 제 1 온도 임계 값보다 낮고, 배터리 팩 (E)의 SOC가 사전 설정된 SOC 임계 값보다 높은 경우, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)을 가열해야 한다고 판단한다.
차량 제어기는 배터리 가열 요청을 수신한 후, 배터리 팩 (E)이 위치한 차량이 정지 상태인지 여부와 스위치 컴포넌트 (K3) 및 모터 (M)가 작동하는지 여부를 판단한다. 차량 제어기가 차량이 정지 상태이고 스위치 컴포넌트 (K3)와 모터 (M)가 작동하지 않는 것으로 판단하면, 배터리 가열 명령을 주 제어기 (P)로 보낸다. 주 제어기 (P)가 배터리 가열 명령을 수신하면, 주 양 스위치 (V+)와 주 음 스위치 (V-)를 폐쇄되도록 제어하고, 스위치 컴포넌트 (K3)이 주기적으로 온 상태 및 오프되게 제어하기 위해 스위치 컴포넌트 (K3)에 구동 신호를 제공하고, 배터리 가열 시스템에서 교류가 발생하여 배터리 팩 (E)의 가열을 진행한다.
여기서, 주 제어기 (P)는, 주 양 스위치 (V+)와 주 음 스위치 (V-)가 모두 폐쇄된 후, 스위치 컴포넌트 (K3)에 구동 신호를 제공하도록 제어한다. 예를 들어, 주 제어기 (P)는, 먼저 제 2 스위치 (K2)를 폐쇄하도록 제어한 다음, 주 양 스위치 (V+)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다.
도 2에서, 배터리 팩 (E)와 주 양 스위치 (V+) 사이의 저항은 배터리 팩 (E)의 등가 내부 저항 Rx이다. 배터리 팩 (E)의 내부 저항은, 온도가 낮을 때에 증가한다. 예를 들어, -25℃에서 파워 리튬 배터리의 내부 저항은, 25℃에서의 파워 리튬 배터리의 내부 저항의 5 내지 15 배이다. 배터리 팩 (E)를 교대로 충방전하는 동안 발생하는 열이 더 커지고 가열 속도는 빨라진다.
일부 예에서, 도 2를 참조하면, 도 2의 각 스위칭 유닛은 파워 스위치 장치를 포함한다. 제 1 스위치 유닛 (V1)은 제 1 파워 스위치 장치 (S1)를 포함하고, 제 2 스위치 유닛 (V2)은 제 2 파워 스위치 장치 (S2)를 포함하고, 제 3 스위치 유닛 (V3)은 제 3 파워 스위치 장치 (S3)를 포함하고, 제 4 스위치 유닛 (V4)은 제 4 파워 스위치 장치 (S4)를 포함하고, 제 5 스위치 유닛 (V5)은 제 5 파워 스위치 장치 (S5)를 포함하고, 제 6 스위치 유닛 (V6)은 제 6 파워 스위치 장치 (S6)를 포함한다. 여기서, 제 1 파워 스위치 장치 (S1)의 기생 다이오드는 (VD1)이고, 제 2 파워 스위치 장치 (S2)의 기생 다이오드는 (VD2)이고, 제 3 파워 스위치 장치 (S3)의 기생 다이오드는 (VD3)이고, 제 4 파워 스위치 장치 (S4)의 기생 다이오드는 (VD4)이고, 제 5 파워 스위치 장치 (S5)의 기생 다이오드는 (VD5)이고, 제 6 파워 스위치 장치 (S6)의 기생 다이오드는 (VD6)이다.
여기서, 상부 브릿지 암의 스위치 유닛의 기생 다이오드 양극은, 상부 브릿지 암과 하부 브릿지 암 사이의 연결 지점에 연결되고, 상부 브릿지 암의 스위치 유닛의 기생 다이오드 음극은, 주 양 스위치 (V+)에 연결된 상부 브릿지 암의 단자에 연결된다. 하부 브릿지 암의 스위치 유닛의 기생 다이오드 양극은, 주 음 스위치 (V-)에 연결된 하부 브릿지 암의 단자에 연결되고, 상부 브릿지 암의 스위치 유닛의 기생 다이오드 음극은 상부 브릿지 암과 하부 브릿지 암 사이의 연결 지점에 연결된다.
본 출원의 일부 실시양태에서, 배터리 가열 시스템은 스위치 컴포넌트 (K3)와 병렬로 연결된 커패시터 (C)를 추가로 포함하고, 예를 들어 커패시터 (C)는 DC-링크 커패시터이다. 여기서, 링크 커패시터는 제 1 상 브릿지 암과 병렬로 연결되고, 마찬가지로, 링크 커패시터는 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암과 병렬로 연결된다. 링크 커패시터의 일 단자는 주 양 스위치 (V+)에 연결된 제 1 상 브릿지 암의 일 단자에 연결되고, 링크 커패시터의 다른 단자는 제 1 상 브릿지 암을 주 음 스위치 (V-)에 연결하는 다른 단자에 연결된다. DC-링크 커패시터는, 3 상 풀 브릿지 인버터 회로의 스위치 장치에 대한 스위치 컴포넌트 (K3)의 스위치 유닛에 의해 상태 전환 중에 발생하는 전압 오버 슈트 및 과도 과전압(transient overvoltage)의 영향을 방지하고, 전압 변동(fluctuation)이 허용 범위 내로 유지되도록 직류 버스에서 전압을 안정화하는 데 사용할 수 있다.
본 출원의 실시양태에서, 주 양 스위치 (V+), 주 음 스위치 (V-), 스위치 컴포넌트 (K3), 주 제어기 (P) 및 커패시터가 동일한 하우징에 통합되어 와이어 하니스(wire harness)의 수와 와이어 하니스의 길이를 줄일 수 있고, 와이어 하니스에 대한 기생 매개 변수는 더욱 최적화될 수 있다. 예를 들어, DC-링크 커패시터에 대한 설계 매개 변수의 요구 사항을 줄일 수 있다.
본 출원의 일부 실시양태에서, 도 2를 참조하면, 배터리 가열 시스템은, 배터리 팩 (E)의 가열 전류를 수집하기 위해 배터리 팩 (E)의 음극과 주 음 스위치 (V-) 사이에 배열된 전류 센서를 추가로 포함한다. 주 제어기 (P)는 전류 센서에 의해 가열된 가열 전류를 이용하여 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩 (E)의 발열 전류가 사전 설정된 전류 임계 값에 도달하면, 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않는, 즉 비 정상 작동 모드에 있는 것으로 결정할 수 있다.
본 출원의 일부 실시양태에서, 도 2를 참조하면, 배터리 가열 시스템은 배터리 팩 (E)의 음극과 주 양 스위치 (V+) 사이에 배치된 보호 유닛 (I)을 추가로 포함한다. 예를 들어, 보호 유닛 (I)은 수동 유지 보수 스위치 (MSD)이다. 구체적인 예로, 배터리 가열 시스템이 비정상 작동 모드에 있을 때 MSD는 배터리 팩 (E)의 안전을 보장하기 위해 고전압 회로를 신속하게 차단할 수 있다.
또 다른 예로, 보호 유닛 (I)은 퓨즈가 될 수도 있고, 배터리 팩 (E)의 가열 전류가 퓨즈의 대응하는 임계 값에 도달하면 퓨즈가 빠르게 끊어져 회로를 차단하고 배터리 가열의 안전성을 향상시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 주 제어기가 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 히부 브릿지 암의 스위치 유닛에 구동 신호를 제공한 후, 구동 신호에 의해 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 구동하여 턴-온되면, 배터리 팩 (E)의 방전 회로가 형성되고, 전류 방향은 배터리 팩 (E) → 보호 유닛 (I) → 주 양 스위치 (V+) → 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛 → 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛에 대응하는 고정자 인덕턴스 → 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛에 대응하는 고정자 인덕턴스 → 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛 → 주 음 스위치 (V-) → 전류 센서 → 배터리 팩 (E)이다.
구동 신호가 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛이 턴-온되게 구동하면, 고정자 인덕턴스는 에너지 저장 기능을 가지고 있기 때문에 고정자 인덕턴스가 방전되고, 배터리 팩 (E)의 충전 회로가 형성되고, 전류 방향은 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛에 대응하는 고정자 인덕턴스 → 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛을 제외한 상부 스위치 유닛의 기생 다이오드 → 주 양 스위치 (V+) → 보호 유닛 (I) → 배터리 팩 (E) → 전류 센서 → 주 음 스위치 (V-) → 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 제외한 하부 스위치 유닛의 기생 다이오드 → 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛에 대응하는 고정자 인덕턴스이다.
일부 실시양태에서, 구동 신호의 주파수는 100Hz 내지 100000Hz 범위이다. 구동 신호의 주파수는 스위칭 유닛의 스위칭 주파수이다. 구동 신호의 듀티 비율(duty ratio)는 5% 내지 50%이다. 구동 신호의 듀티 비율은 스위치 유닛의 턴-온 시간 및 턴-오프 시간의 합에 대한 턴-온 시간의 비율이다.
타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛의 다른 선택으로 인해, 교류 전송 회로도 상이하다. 다음은 도 2에 도시된 배터리 가열 시스템을 예로 들어 배터리 가열 시스템에서 생성된 교류의 전송 회로 및 전류 방향을 설명한다.
제 1 방식: 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 1 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암의 스위치 유닛을 포함하고, 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 2 상 브릿지 암의 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 포함한다.
제 1 방식에서, 주 제어기 (P)는, 제 1 파워 스위치 장치 (S1) 및 제 4 파워 스위치 장치 (S4)에 구동 신호를 전송하여 제 1 파워 스위치 장치 (S1) 및 제 4 파워 스위치 장치 (S4)를 구동하여 턴-온시킨다. 배터리 팩 (E)은 방전되어, 배터리 팩 (E)에 대한 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩 (E) → 보호 유닛 (I) → 주 양 스위치 (V+) → 제 1 파워 스위치 장치 (S1) → 고정자 인덕턴스 (L1) → 고정자 인덕턴스 (L3) → 제 4 파워 스위치 장치 (S4) → 주 음 스위치 (V-) → 전류 센서 → 배터리 팩 (E)이다.
주 제어기 (P)가 제 1 파워 스위치 장치 (S1) 및 제 4 파워 스위치 장치 (S4)로 전송한 구동 신호는 제 1 파워 스위치 장치 (S1) 및 제 4 파워 스위치 장치 (S4)를 구동하여 턴-오프시키고, 고정자 인덕턴스 (L1) 및 고정자 인덕턴스 (L3)가 방전되어, 배터리 팩 (E)은 충전되어 배터리 팩 (E)에 대한 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 고정자 인덕턴스 (L3) → 제 3 파워 스위치 장치 (S3)의 기생 다이오드 (VD3) → 주 양 스위치 (V+) → 보호 유닛 (I) → 배터리 팩 (E) → 전류 센서 → 주 음 스위치 (V-) → 제 2 파워 스위치 장치 (S2)의 기생 다이오드 (VD2) → 고정자 인덕턴스 (L1)이다.
제 2 방식: 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 1 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암의 스위치 유닛을 포함하고, 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 2 상 브릿지 암의 하부 브릿지 암의 스위치 유닛 및 3 상 브릿지 암의 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 포함한다.
제 2 방식에서, 주 제어기 (P)가 제 1 파워 스위치 장치 (S1), 제 4 파워 스위치 장치 (S4) 및 제 6 파워 스위치 장치 (S6)에 구동 신호를 전송하여 제 1 파워 스위치 장치 (S1), 제 4 파워 스위치 장치 (S4) 및 제 6 파워 스위치 장치 (S6)를 구동하여 턴-온시킨다. 배터리 팩 (E)은 방전되어 배터리 팩 (E)에 대한 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩 (E) → 보호 유닛 (I) → 주 양 스위치 (V+) → 제 1 파워 스위치 장치 (S1) → 고정자 인덕턴스 (L1) → 고정자 인덕턴스 (L3) 및 고정자 인덕턴스 (L5) → 제 4 파워 스위치 장치 (S4) 및 제 6 파워 스위치 장치 (S6) → 주 음 스위치 (V-) → 전류 센서 → 배터리 팩 (E)이다. 고정자 인덕턴스 (L3) 및 고정자 인덕턴스 (L5)는 병렬로 연결되고, 고정자 인덕턴스 (L1)과 직렬로 연결된다.
주 제어기 (P)가 제 1 파워 스위치 장치 (S1), 제 4 파워 스위치 장치 (S4) 및 제 6 파워 스위치 장치 (S6)로 보낸 구동 신호는 제 1 파워 스위치 장치 (S1), 제 4 파워 스위치 장치 (S4) 및 제 6 파워 스위치 장치 (S6)를 구동하여 턴-오프시키고, 고정자 인덕턴스 (L1), 고정자 인덕턴스 (L3) 및 고정자 인덕턴스 (L5)는 방전되어 배터리 팩 (E)을 충전하여, 배터리 팩 (E)에 대한 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 고정자 인덕턴스 (L3) → 제 3 파워 스위치 장치 (S3)의 기생 다이오드 (VD3) → 주 양 스위치 (V+) → 보호 유닛 (I) → 배터리 팩 (E) → 전류 센서 → 주 음 스위치 (V-) → 제 2 파워 스위치 장치 (S2)의 기생 다이오드 (VD2) → 고정자 인덕턴스 (L1)이다. 그리고, 전류 방향은 고정자 인덕턴스 (L5) → 제 5 파워 스위치 장치 (S5)의 기생 다이오드 (VD5) → 주 양 스위치 (V+) → 보호 유닛 (I) → 배터리 팩 (E) → 전류 센서 → 주 음 스위치 (V-) → 제 2 파워 스위치 장치 (S2)의 다이오드 (VD2) → 고정자 인덕턴스 (L1)이다.
유사하게, 여러 가열 방법은, 서로 다른 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 선택하여 형성할 수 있고, 이는 독점적이지 않다. 파워 스위치 장치 간의 제어 순서 변경을 제어함으로써 배터리 팩 (E)의 급속 충전 및 방전을 실현하여 배터리 팩 (E)를 가열한다. 상기 가열 방법 각각에서, 비 표적 상부 브릿지 암의 스위치 유닛 및 비 표적 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 모두 턴-오프 상태에 있음을 유의해야 한다.
본 출원의 실시양태에서, 구동 신호에 의해 구동되는 스위치 컴포넌트 (K3)의 각 스위치 유닛에 의해 생성되는 교류의 크기는 구동 신호의 주파수 및 듀티 비율과 관련된다. 교류의 크기가 클수록 배터리 팩 (E)에서 더 많은 열이 발생한다. 배터리 팩 (E)의 온도가 상승함에 따라 배터리 팩 (E)의 임피던스가 점차 감소하여 배터리 팩 (E)을 통해 흐르는 가열 전류가 점차 증가한다. 주 제어기 (P)가 가열 전류 증가를 감지하면, 회로의 과도한 가열 전류로 인해 회로의 장치가 연소되는 것을 방지하고 배터리 팩 (E)의 가열 속도를 안정화하기 위해, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수에 따라 원하는 주파수 및 원하는 듀티 비율을 얻을 수 있고, 원하는 주파수 및 원하는 듀티 비율를 갖는 구동 신호를 스위치 컴포넌트 (K3)에 제공할 수 있다.
일부 특정 예에서, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)의 수집된 상태 매개 변수 및 PID(proportional-integral-derivative) 알고리즘에 따라 구동 신호의 원하는 듀티 비율 및 원하는 주파수를 획득할 수 있다. 주 제어기 (P)는 구동 신호의 원래 주파수와 원래 듀티 비율을 전술한 원하는 주파수와 원하는 듀티 비율로 조정한 후, 원하는 주파수와 원하는 듀티 비율의 구동 신호를 사용하여 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛의 턴-온 및 턴-오프 시간을 제어하여, 이러한 방식으로, 가열 전류의 크기는 실시간으로 제어할 수 있다. 구체적으로, 주 제어기 (P)는 PID 제어 알고리즘을 사용하여 구동 신호의 주파수를 동적으로 증가 시키고/시키거나 구동 신호의 듀티 비율을 감소시켜 가열 전류를 제어할 수 있다. 여기서, 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수는 가열 전류, 온도, SOC, 전압 등의 매개 변수 중 어느 하나일 수 있다.
일부 예에서, 배터리 팩의 가열 중에, 주 제어기 (P)는 배터리 팩의 상태 매개 변수와 듀티 비율 사이의 사전 설정된 대응 관계 및 배터리 팩의 상태 매개 변수와 주파수 사이의 사전 설정된 대응 관계, 및 획득된 배터리 팩 (E)의 현재 상태 매개 변수를 사용하여 현재 상태 매개 변수에 대응하는 원하는 듀티 비율 및 원하는 주파수를 획득할 수도 있어서, 가열 중에 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수에 대응하는 원하는 주파수 및 원하는 듀티 비율를 동적으로 조회한다. 여기서, 배터리 팩의 상태 매개 변수와 듀티 비율 간의 사전 설정된 대응 관계는 적어도 하나의 상태 매개 변수와 듀티 비율 간의 대응 관계일 수 있고, 배터리 팩의 상태 매개 변수와 주파수 간의 사전 설정된 대응 관계도 하나 이상의 상태 매개 변수와 듀티 비율 간의 대응 관계일 수 있다.
본 출원의 일부 실시양태에서, 배터리 가열 시스템은 도 2에 도시되지 않은 수냉 서브시스템을 추가로 포함한다. 여기서, 모터 (M)는 자체적으로 생성된 열을 수냉 서브시스템을 통해 배터리 팩 (E)으로 전달하고/하거나, 스위치 컴포넌트 (K3)는 자체 생성된 열을 수냉 서브시스템을 통해 배터리 팩 (E)으로 전달한다.
예를 들어, 모터 (M)과 스위치 컴포넌트 (K3)이 정상 작동 상태에 있을 때, 모터 (M)과 스위치 컴포넌트 (K3) 주변에 열이 발생한다. 수냉 서브시스템은 모터 (M)의 온도와 배터리 팩 (E)의 온도를 수집하고, 모터 (M)의 온도와 배터리 팩 (E)의 온도 사이의 차이가 제 2 사전 설정된 온도 임계 값을 초과하는지 여부를 결정한다. 모터 (M)의 온도에서 배터리 팩 (E)의 온도를 뺀 차이가 제 2 사전 설정 온도 임계 값을 초과하면, 수냉 서브시스템은 턴-온되어 모터 (M)에서 생성된 열을 배터리 팩 (E)로 전달하여 배터리 팩 (E)를 외부 가열한다. 여기서, 모터 (M)의 온도는 모터 (M) 주변의 주변 온도일 수 있다.
예를 들어, 수냉 서브시스템은 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도와 배터리 팩 (E)의 온도를 수집하고, 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도와 배터리 팩 (E)의 온도 사이의 차이가 제 3 사전 설정된 온도 임계 값을 초과하는지 여부를 결정한다. 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도에서 배터리 팩 (E)의 온도를 뺀 차이가 제 3 사전 설정된 온도 임계 값을 초과하면, 수냉식 서브시스템이 턴-온되어 스위치 컴포넌트 (K3)에서 생성된 열을 배터리 팩 (E)로 전달하여 배터리 팩 (E)를 외부 가열한다. 스위치 컴포넌트 (K3)에 의해 발생되는 열은 스위치 컴포넌트 (K3) 내의 적어도 하나의 스위치 유닛에 의해 발생되는 열일 수 있다. 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도는 스위치 컴포넌트 (K3) 주위의 주변 온도, 스위치 컴포넌트 (K3) 내의 모든 스위치 유닛의 주변 온도의 평균값, 또는 특정 스위치 유닛의 주변 온도 등일 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.
일부 예에서, 모터 (M)의 온도와 배터리 팩 (E)의 온도 사이의 차이가 제 2 사전 설정된 온도 임계 값을 초과하고, 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도와 배터리 팩 (E)의 온도 간의 차이가 제 3 사전 설정된 온도 임계 값을 초과하는 경우, 모터 (M)와 스위치 컴포넌트 (K3)은 모두 수냉 서브시스템을 통해 배터리 팩 (E)에 열을 전달하여 배터리 팩 (E)을 외부에서 가열할 수 있다.
수냉 서브시스템을 통한 배터리 팩 (E)의 외부 가열 및 전술한 내부 가열과 조합된 배터리 팩 (E)의 포괄적인 가열은 배터리 팩 (E)의 가열 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 본 출원의 일부 실시양태에서, 주 제어기 (P)는 배터리 관리 유닛 (P10) 및 모터 제어기 (P20)를 포함한다. 배터리 관리 유닛 (P10)은 배터리 팩 (E)에 연결되고(연결 관계는 도 2에 도시되지 않음), 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수를 획득하는데 사용된다. 모터 제어기 (P20)는 각 스위치 유닛에 연결되어 각 스위치 유닛의 구동 신호를 제공하여 각 스위치 유닛의 턴-온/-오프를 제어하는데 사용된다.
여기서, 배터리 관리 유닛 (P10)은, 배터리 팩 (E)의 수집된 상태 매개 변수에 따라 배터리 팩 (E)이 가열되어야 한다고 판단하고, 배터리 가열 요청을 차량 제어기로 전송하도록 구성된다. 차량 제어기가 차량이 정지 상태이고 모터 (M)가 작동하지 않는 것으로 판단하면, 배터리 가열 요청에 따라 배터리 가열 명령을 모터 제어기 (P20)로 보낸다.
여기서, 배터리 관리 유닛 (P10)이 배터리 팩 (E)을 가열해야 하는지 여부를 결정하는 방법은 앞서 언급한 주 제어기 (P)가 배터리 팩 (E)을 가열해야 하는지 여부를 결정하는 방법과 유사하며, 여기서 반복하지 않을 것이다.
모터 제어기 (P20)은 배터리 가열 명령을 수신한 후 배터리 관리 유닛 (P10)과의 통신을 설정하는데 사용된다. 배터리 관리 유닛 (P10)은 또한 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)가 폐쇄되도록 제어하는데 사용되며, 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)가 모두 폐쇄 된 후 스위치 폐쇄 정보를 모터 제어기 (P20)로 전송한다. 모터 제어기 (P20)은 스위치 폐쇄 정보를 수신한 후 배터리 팩 (E)를 가열하기 위해 스위치 컴포넌트 (K3)를 제어하는 것에도 사용된다. 스위치 폐쇄 정보는 제 1 스위치 (K1)의 폐쇄 정보와 제 2 스위치 (K2)의 폐쇄 정보를 포함한다.
일부 예에서, 모터 제어기 (P20)는 스위치 컴포넌트 (K3)의 스위치 유닛에 구동 신호를 제공하여 스위치 컴포넌트 (K3)가 주기적으로 턴-온 및 턴-오프되게 함으로써 배터리 팩 (E)이 위치한 고전압 회로에서 교류 여기 전류가 연속적으로 생성될 수 있다. 교류 여기 전류는 배터리 팩 (E)을 통해 계속 흐르고, 배터리 팩 (E)의 내부 저항이 열을 발생시켜 내부에서 배터리 팩을 가열하여 가열 효율을 향상시킨다.
도 2를 참조하면, 모터 제어기 (P20)는 각 스위치 유닛에 연결되어 있으며(연결 관계는 도 2에 도시되어 있지 않음), 스위치 유닛의 턴-온/오프를 제어하는데 사용된다. 모터 제어기 (P20)는 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛에 구동 신호를 제공하여 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛이 주기적으로 턴-온/-오프되게 제어한다.
모터 (M)가 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 주기적으로 턴-온/-오프하도록 제어하는 방법은, 상기 실시양태에서 전술한 바와 같이, 주 제어기 (P)가 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛을 주기적으로 제어하는 방법과 유사하다.
차량이 정지 상태일 때, 배터리 관리 유닛 (P10)과 모터 제어기 (P20)의 협력을 통해 교류 여기 전류가 고전압 회로에서 생성되어 배터리 팩 (E)을 통해 흘러서 내부에서 배터리 팩 (E)을 가열할 수 있다.
배터리 관리 유닛 (P10)과 모터 제어기 (P20)를 사용하여 배터리 팩 (E)을 가열하는 과정에서, 마찬가지로, 배터리 관리 유닛 (P10)도 전류 센서와 PID 알고리즘이 수집한 전류에 따라 원하는 듀티 비율과 원하는 주파수를 얻을 수 있으며, 원하는 듀티 비율과 원하는 주파수를 모터 제어기 (P20)에 전송한다. 모터 제어기 (P20)이 원하는 듀티 비율과 원하는 주파수를 얻은 후, 드라이브 신호의 원래 주파수와 원래 듀티 비율을 원하는 주파수와 원하는 듀티 비율로 조정한 다음, 모터 제어기 (P20)은 스위치 컴포넌트 (K3)를 제어하기 위해 원하는 주파수와 원하는 듀티 비율을 사용하여, 가열 전류의 크기를 실시간으로 제어한다.
본 출원의 실시양태에서, 배터리 관리 유닛 (P10)과 모터 제어기 (P20)는 별도로 설계되거나 중앙 집중식으로 설계될 수 있으며, 일반적으로 사용되는 제어기 영역 네트워크 (Controller Area Network; CAN) 시스템 또는 차량 탑재 이더넷 시스템과 같이 둘 사이의 통신을 위한 여러 옵션이 있을 수 있다. .
본 출원의 일부 실시양태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 (E), 제 1 스위치 (K1), 제 2 스위치 (K2), 스위치 컴포넌트 (K3) 및 주 제어기 (P)는 예를 들어 배터리 팩에 동일한 하우징에 통합될 수 있다. 배터리 팩 (E), 제 1 스위치 (K1), 제 2 스위치 (K2), 스위치 컴포넌트 (K3) 및 주 제어기 (P)를 통합함으로써 구조가 간단할뿐만 아니라 제조가 용이하고 비용을 절감할 수 있다.
배터리 가열 시스템의 제어 방법은 도 4 및 도 2를 참조하여 이하에서 상세히 설명한다. 도 4는 본 출원의 일부 실시양태에 따른 배터리 가열 시스템을 제어하기 위한 방법의 개략적인 흐름도이고, 방법은 다음 단계를 포함한다:
단계 S410에서, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수에 따라 배터리 팩 (E)이 가열될 필요가 있는지를 결정하고, 배터리 팩 (E)이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 전송하여, 차량 제어기가, 차량이 정지 상태이고 모터 (M)가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 배터리 가열 요청에 따라 배터리 가열 명령을 주 제어기 (P)로 전송할 수 있게 한다.
단계 S420에서, 주 제어기 (P)는, 배터리 가열 명령에 따라 제 1 스위치 (K1), 제 2 스위치 (K2) 및 스위치 컴포넌트 (K3)를 제어하여 배터리 팩 (E)을 가열한다.
단계 S410에서, 주 제어기 (P)는, 배터리 팩 (E)의 온도가 제 1 사전 설정된 조건을 만족하고 배터리 팩 (E)의 SOC가 제 2 사전 설정된 조건을 만족한다고 판단하면, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)을 가열해야 한다고 판단한다.
단계 S420에서, 주 제어기 (P)는 배터리 가열 명령에 따라 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)가 모두 폐쇄되도록 제어하고, 스위치 컴포넌트 (K3)에 구동 신호를 제공하여 스위치 컴포넌트 (K3)이 주기적으로 턴-온/-오프되게 제어하여 배터리 팩 (E)의 가열을 가능케 한다.
여기서, 주 제어기 (P)가 제 1 가열 명령을 수신하면, 이는 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)가 둘다 폐쇄되도록 제어하고, 사전 설정된 제어 전략에 따라 스위치 컴포넌트 (K3)로 구동 신호를 전송하여, 구동 조작 제어를 수행하게 할 수 있다.
단계 S410 및 단계 S420의 다른 관련 설명에 대해서는 전술한 실시양태의 설명을 참조하며, 따라서, 여기서는 반복하지 않는다.
본 출원의 일부 실시양태들에서, 배터리 팩 (E)의 가열 중에, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)의 온도, 배터리 팩 (E)의 전압, 배터리 팩 (E)의 SOC를 실시간으로 수집하고, 실시간으로 전류 센서에 의해 수집된 가열 전류 및 온도 센서에 의해 수집된 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도를 획득한다.
여기서, 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도는 스위치 컴포넌트 (K3) 근처의 특정된 위치의 주변 온도일 수 있으며, 임의의 스위치 유닛 근처의 주변 온도 또는 6 개 스위치 유닛의 주변 온도의 평균일 수도 있고, 본 발명은 이에 제한되지는 않는다.
그 후, 주 제어기 (P)는, 배터리 팩 (E)의 온도, 배터리 팩 (E)의 전압, 배터리 팩 (E)의 SOC, 전류 센서에 의해 수집된 발열 전류 및 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도 중 적어도 하나에 따라 실시간으로 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드에 있는지를 실시간으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 다음 조건 중 하나 이상이 충족되면 주 제어기 (P)는 배터리 가열 시스템이 비정상 작동 모드에 있다고 판단한다:
배터리 팩 (E)의 온도가 사전 설정된 온도 임계 값보다 높고, 배터리 팩 (E)의 전압이 사전 설정된 전압 임계 값보다 낮고, 배터리 팩 (E)의 SOC가 사전 설정된 SOC 임계 값보다 높고, 가열 전류가 사전 설정된 전류 임계 값보다 높으며, 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도 사전 설정된 온도 임계 값보다 높다.
예를 들어, 위의 5 개 매개 변수 중 하나에 따라 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드인지 여부를 판단할 때, 해당 매개 변수가 해당 사전 설정된 임계 값에 도달하지 않으면 주 제어기 (P)는 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드에 있다고 판단하고, 매개 변수가 해당 사전 설정 임계 값에 도달하면 주 제어기 (P)는 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않다고 판단한다.
위의 5 개 매개 변수 중 2 개 이상이 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드인지 여부를 결정하는데 사용되는 경우, 하나 이상의 매개 변수가 각각의 매개 변수에 대응하는 사전 설정된 임계 값에 도달하면 주 제어기 (P)는 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드가 아니라고 판단하고, 모든 매개 변수가 해당 임계 값에 도달하지 않으면 주 제어기 (P)는 배터리 난방 시스템이 정상 작동 모드에 있다고 판단한다.
본 출원의 실시양태에서, 주 제어기 (P)가 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않다고 판단하면, 주 제어기 (P)는 스위치 컴포넌트 (K3)로의 구동 신호 전송을 중단하고, 즉, 스위치 컴포넌트 (K3)가 턴-오프되게 제어하고, 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)를 턴-오프시켜 배터리 팩 (E)의 안전을 보장하고 배터리 가열 시스템의 이상을 차량 제어기에 통지하기 위해 사용된다. 주 제어기 (P)는 스위치 컴포넌트 (K3)로의 구동 신호의 전송을 중지하고, 즉, 주 제어기 (P)는 스위치 컴포넌트 (K3)의 모든 스위치가 턴-오프되게 제어한다.
주 제어기 (P)가 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드에 있다고 판단하면 배터리 팩 (E)의 온도가 사전 설정된 가열 온도에 도달했는지 여부를 판단한다.
주 제어기 (P)가 배터리 팩 (E)의 온도가 사전 설정된 가열 온도에 도달한 것으로 판단하면, 주 제어기 (P)는 스위치 컴포넌트 (K3)가 턴-오프되게 제어한다. 동시에, 주 제어기 (P)는 가열 회로를 차단하기 위해 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)를 턴-오프시킬 것이다. 주 제어기 (P)는 완성된 난방 정보를 차량 제어기로 보낸다. 주 제어기 (P)가 배터리 팩 (E)의 온도가 사전 설정된 가열 온도에 도달하지 않았다고 판단하면, 주 제어기 (P)는 배터리 팩 (E)을 가열하기 위한 구동 신호를 계속 출력한다.
주 제어기 (P)와 차량 제어기를 결합함으로써, 배터리 팩 (E)의 급속 가열이 실현될 뿐만 아니라, 차량 제어기에 의한 배터리 가열 과정이 실현될 수 있다.
본 출원의 일부 실시양태에서, 주 제어기 (P)는 배터리 관리 유닛 (P10) 및 모터 제어기 (P20)를 포함한다(도 2 참조). 이 경우, 단계 S410에서, 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수에 따라 배터리 관리 유닛 (P10)은 배터리 팩 (E)를 가열해야 하는지를 판단하고, 배터리 팩 (E)를 가열해야 한다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 전송하여, 차량이 정지 상태이고 모터 (M)이 작동하지 않는다고 판단되는 경우, 차량 제어기가 배터리 가열 요청에 따라 모터 제어기 (P20)에 배터리 가열 명령을 전송할 수 있게 한다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 차량이 정지 상태일 때, 배터리 관리 유닛 (P10)은 배터리 팩 (E)의 현재 온도와 현재 충전 상태 (SOC)을 수집하고, 배터리 팩 (E)의 현재 온도 및 충전 상태 (SOC)에 따라 배터리 팩 (E)을 가열해야 하는지 여부를 판단한다.
배터리 팩 (E)의 현재 온도가 사전 설정된 온도 임계 값보다 낮고 배터리 팩 (E)의 현재 SOC가 사전 설정된 SOC 임계 값보다 높으면 배터리 가열 요청이 차량 제어기에 업로드된다. 배터리 관리 유닛 (P10)이 배터리 팩 (E)을 가열할 필요가 없다고 판단하면, 배터리 가열 요청을 차량 제어기에 보고할 필요가 없다.
차량 제어기는 차량의 현재 상태를 감지하고, 차량 제어기는 모터 (M)가 작동하지 않고 차량이 정지 상태에 있다고 판단하면, 모터 제어기 (P20)에 배터리 가열 명령을 내린다.
S420 단계에서, 모터 제어기 (P20)는 배터리 가열 명령을 수신한 후 배터리 관리 유닛 (P10)과 통신을 설정하고, 배터리 관리 유닛 (P10)은 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)가 모두 폐쇄되게 제어하고, 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K1)가 둘다 폐쇄된 후에 스위치 폐쇄 정보를 모터 제어기 (P20)에 전송하고, 모터 제어기 (P20)은, 스위치 폐쇄 정보를 수신한 후 배터리 팩 (E)를 가열하기 위해 스위치 컴포넌트 (K3)을 추가로 제어한다.
예를 들어, 도 5를 계속 참조하면, 배터리 가열 명령을 수신한 후, 모터 제어기 (P20)은 차량 제어기에 통신 설정 요청을 전송하여 배터리 관리 유닛 (P10)과 직접 통신을 설정하여, 차량 제어기가 통신 설정 요청에 따라 모터 제어기 (P20)과 배터리 관리 유닛 (P10) 간의 통신을 가능하게 한다.
차량 제어기가 확인한 후, 차량 제어기는 모터 제어기 (P20)와 배터리 관리 유닛 (P10) 간의 통신 채널을 사용 가능하게 한다.
차량 제어기가 모터 제어기 (P20)와 배터리 관리 유닛 (P10) 사이의 통신 채널을 사용 가능하게 한 후, 모터 제어기 (P20)와 배터리 관리 유닛 (P10)은 먼저 핸드쉐이크(handshake) 방식 통신을 수행하여 쌍방이 정상적으로 통신할 수 있는지 판단한다.
일부 실시양태에서, 도 5를 참조하면, 모터 제어기 (P20)와 배터리 관리 유닛 (P10) 사이에 정상적 통신이 수행 가능하게 된 후, 배터리 관리 유닛 (P10)은 배터리 팩 (E)의 상태 매개 변수를 다시 수집하고, 배터리 팩 (E)이 가열되어야 하는지 여부를 다시 결정한다. 구체적인 판단 방법은 배터리 팩 (E)를 가열해야 하는지 여부를 처음 판단하는 것과 유사하며, 여기서 반복하지 않는다.
배터리 관리 유닛 (P10)이, 배터리 팩 (E)이 가열되어야 한다고 재확인하면, 배터리 관리 유닛 (P10)은 모터 제어기 (P20)에 가열 명령을 보낸다. 모터 제어기 (P20)이 가열 명령을 해석한 후 모터 (M) 및 스위치 컴포넌트 (K3)의 작동 상태를 재확인할 것이다.
모터 제어기 (P20)가, 모터 (M) 및 스위치 컴포넌트 (K3)가 비 작동 상태에 있지 않다고 판단하면 모터 (M)의 작동 상태 관련 정보를 배터리 관리 유닛 (P10)로 보낸다. 이후, 배터리 관리 유닛 (P10)은 모터 (M)의 작동 상태 관련 정보를 수신한 후 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)를 폐쇄하도록 구동한다.
배터리 관리 유닛 (P10)은 스위치 폐쇄 정보를 모터 제어기 (P20)에 보고하여, 구동 신호를 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛 및 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛에 전송하여 배터리 팩 (E)을 가열할 수 있음을 모터 제어기 (P20)에 알린다.
모터 제어기 (P20)는 스위치 폐쇄 정보를 수신한 후, 설정된 제어 전략에 따라 스위치 컴포넌트 (K3)에 구동 신호를 전송하여 스위치 컴포넌트 (K3)의 구동 조작 제어를 수행한다.
배터리 팩 (E)의 가열 중에, 배터리 관리 유닛 (P10)은 배터리 팩 (E)의 온도, 배터리 팩 (E)의 전압 값, 및 배터리 팩 (E)의 SOC를 수집할 수 있고, 배터리 센서가 실시간으로 수집한 배터리 가열 전류를 실시간으로 수득할 수 있다. 배터리 관리 유닛 (P10)은, 배터리 가열 시스템이 이들 네 가지 매개 변수 중 하나 이상에 따라 정상 작동 모드에 있는지 여부를 결정할 수 있다. 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드인지 여부를 배터리 관리 유닛 (P10)이 결정하는 방법은, 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드인지 여부를 주 제어기 (P)가 결정하기 위해 상기에서 설명한 방법과 유사하므로, 여기서는 반복하지 않는다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 배터리 관리 유닛 (P10)은, 배터리 팩 (E)의 온도, 배터리 팩 (E)의 SOC 및 배터리 가열 전류에 따라 각 매개 변수가 정상인지, 즉 각 매개 변수가 해당 임계 값에 도달했는지 여부를 판단한다. 배터리 관리 유닛 (P10)이, 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드가 아니라고 판단하면, 비정상 상태 정보를 모터 제어기 (P20)에 전송한다. 배터리 관리 유닛 (P10)은 비정상 상태 정보를 모터 제어기 (P20)에 보고하는데 가장 높은 우선 순위를 갖는다.
모터 제어기 (P20)가 비정상 상태 정보를 수신하면, 스위치 컴포넌트 (K3)이 턴-오프되게 제어하고, 즉, 모터 제어기 (P20)는 스위치 컴포넌트 (K3)로의 구동 신호 전송을 중단하고 스위치 컴포넌트의 제 1 상태 정보를 배터리 관리 유닛 (P10)로 보낸다. 스위치 컴포넌트의 제 1 상태 정보는 스위치 컴포넌트 (K3)의 모든 스위치 유닛의 턴-오프 상태 정보를 포함한다. 즉, 모터 제어기 (P20)은 스위치 유닛의 상태 정보를 보고해야 한다.
배터리 관리 유닛 (P10)은, 스위치 컴포넌트의 제 1 상태 정보를 수신하면, 제 1 스위치 (K1)와 제 2 스위치 (K2)를 턴-오프시켜 가열 회로를 완전히 차단한다.
본 출원의 일부 실시양태에서, 모터 제어기 (P20)는 또한, 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도에 따라 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드에 있는지 여부를 결정할 수 있다. 구체적인 판단 방법은, 스위치 컴포넌트 (K3)의 온도에 따라 주 제어기 (P)가 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드인지 여부를 판단하는 방법과 유사하며, 여기서 세부 사항은 반복하지 않는다.
모터 제어기 (P20)는, 배터리 가열 시스템이 정상 작동 모드가 아니라고 판단하면, 스위치 컴포넌트 (K3)를 턴-오프 상태로 제어하고, 스위치 컴포넌트의 제 2 상태 정보를 배터리 관리 유닛 (P10)로 전송한다.
배터리 관리 유닛 (P10)은, 스위치 컴포넌트의 제 2 상태 정보를 수신하면, 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)를 턴-오프시켜 가열 회로를 완전히 차단한다. 여기서, 스위치 컴포넌트의 제 2 상태 정보는 스위치 컴포넌트 (K3)의 모든 스위치 유닛의 턴-오프 상태 정보도 포함한다.
본 출원의 실시양태에서, 배터리 팩 (E)의 가열 중에, 배터리 관리 유닛 (P10)은 배터리 팩 (E)의 현재 온도가 사전 설정된 가열 온도에 도달했는지를 실시간으로 판단해야 한다. 배터리 관리 유닛 (P10)이, 배터리 팩 (E)의 온도가 사전 설정된 가열 온도에 도달했다고 판단하는 경우, 모터 제어기 (P20)에 가열 중지 명령을 보낸다. 모터 제어기 (P20)는 가열 중지 명령에 따라 스위치 컴포넌트 (K3)를 턴-오프 상태로 제어하고, 스위치 컴포넌트의 제 3 상태 정보를 배터리 관리 유닛 (P10)로 전송한다. 배터리 관리 유닛 (P10)은 스위치 컴포넌트의 제 3 상태 정보를 수신하면, 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)를 턴-오프시킨다. 스위치 컴포넌트의 제 3 상태 정보는 스위치 컴포넌트 (K3)의 모든 스위치 유닛의 턴-오프 상태 정보를 포함한다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 배터리 관리 유닛 (P10)이, 배터리 팩 (E)의 현재 온도가 설정 온도 임계 값을 충족했다고 판단하면, 배터리 관리 유닛 (P10)은 모터 제어기 (P20)에 가열 중지 명령을 보고한다. 모터 제어기 (P20)가 가열 정지 명령을 분석한 후, 스위치 컴포넌트 (K3)의 스위치 유닛을 턴-오프되게 구동하고 스위치 유닛의 현재 상태를 배터리 관리 유닛 (P10)에 제공한다. 배터리 관리 유닛 (P10)은 제 1 스위치 (K1) 및 제 2 스위치 (K2)를 턴-오프시킨다. 배터리 관리 유닛 (P10)과 모터 제어기 (P20)는 가열 모드를 종료하기로 결정되면 통신을 끊고 이를 차량 제어기에 보고한다.
본 명세서의 다양한 실시양태는 점진적으로 설명되며, 다양한 실시양태 간의 동일하거나 유사한 부분은 서로 참조될 수 있으며, 각 실시양태는 다른 실시양태와의 차이점에 초점을 맞추고 있음을 이해해야 한다. 제어 방법 실시양태에 대해서는, 배터리 가열 시스템 실시양태의 설명 부분을 참조한다. 본 발명은 상기에서 설명하고 도면에 도시된 특정 단계 및 구조로 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 정신을 이해한 후 다양한 변경, 수정 및 부가를 수행하거나 단계 사이의 순서를 변경할 수 있다. 또한, 간결함을 위해, 알려진 방법 및 기술에 대한 자세한 설명은 본원에서 생략한다.
본 발명은 바람직한 실시양태를 참조하여 설명되었지만, 본 출원의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 그 내부의 구성 요소는 균등물로 대체될 수 있다. 특히, 구조적 충돌이 없는 한, 다양한 실시양태에서 언급된 다양한 기술적 특징은 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 본 발명은, 본원에 개시된 특정 실시양태에 제한되지 않고 청구 범위에 속하는 모든 기술 방안을 포함한다.

Claims (22)

  1. 배터리 팩을 가열하기 위한 배터리 가열 시스템으로서,
    상기 시스템은
    상기 배터리 팩의 양극(positive electrode)에 연접된 제 1 스위치,
    상기 배터리 팩의 음극(negative electrode)에 연접된 제 2 스위치,
    상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 사이에 연접된 스위치 컴포넌트,
    상기 스위치 컴포넌트에 연접된 모터, 및
    주 제어기
    를 포함하고,
    상기 제 1 스위치, 제 2 스위치, 스위치 컴포넌트 및 주 제어기는 동일한 하우징(housing)에 통합되어 있고,
    상기 주 제어기는, 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 주 제어기에 배터리 가열 명령을 보내도록 구성되고,
    상기 주 제어기는, 상기 배터리 가열 명령에 따라 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치, 및 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하도록 구성되고,
    상기 스위치 컴포넌트가 병렬로 연결되는 제 1 상 브릿지 암(first phase bridge arm), 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암을 포함하며, 상기 제 1 상 브릿지 암, 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암은 각각 상부 브릿지 암과 하부 브릿지 암을 갖고, 상기 상부 브릿지 암에는 스위치 유닛이 제공되고, 상기 하부 브릿지 암에는 스위치 유닛이 제공되고,
    상기 모터의 제 1 상 입력 단자, 제 2 상 입력 단자, 및 제 3 상 입력 단자는 각각 상기 제 1 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암 및 하부 브릿지 암과의 연접점, 제 2 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암 및 하부 브릿지 암과의 연접점, 및 제 3 상 브릿지 암의 상부 브릿지 암 및 하부 브릿지 암과의 연접점에 연접되고,
    상기 주 제어기는, 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛에 구동 신호를 제공하여 상기 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛과 상기 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛이 주기적으로 턴-온 및 턴-오프되게 제어하도록 구성되고,
    상기 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛은 제 1 상 브릿지 암, 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암 중 어느 하나에 위치된 상부 브릿지 암의 스위치 유닛이고, 상기 타겟 하부 브릿지 암의 스위치 유닛은, 상기 타겟 상부 브릿지 암의 스위치 유닛이 위치하는 브릿지 암을 제외한, 제 1 상 브릿지 암, 제 2 상 브릿지 암 및 제 3 상 브릿지 암 중 하나 이상에 위치된 하부 브릿지 암의 스위치 유닛인,
    배터리 가열 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩이 상기 하우징에 통합되는, 배터리 가열 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상태 매개 변수가 상기 배터리 팩의 온도 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC)를 포함하고;
    상기 주 제어기는, 상기 배터리 팩의 온도가 제 1 사전 설정된 조건을 충족하고 상기 배터리 팩의 SOC가 제 2 사전 설정된 조건을 충족할 때 배터리 가열 요청을 상기 차량 제어기로 보내도록 구성되는, 배터리 가열 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 신호의 주파수 범위는 100Hz 내지 100000 Hz이고, 상기 구동 신호의 듀티 비율(duty ratio)은 5% 내지 50%인, 배터리 가열 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 양극과 상기 제 1 스위치 사이에 배치된 보호 유닛
    을 추가로 포함하는 배터리 가열 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 음극과 상기 제 2 스위치 사이에 배치된 전류 센서
    를 추가로 포함하는 배터리 가열 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템이 수냉 서브시스템(water cooling subsystem)을 추가로 포함하고, 이때
    상기 모터가 자체적으로 생성된 열을 상기 수냉 서브시스템을 통해 상기 배터리 팩으로 전달하도록 구성되고/하거나,
    상기 스위치 컴포넌트가 자체적으로 생성된 열을 상기 수냉 서브시스템을 통해 상기 배터리 팩으로 전달하도록 구성되는, 배터리 가열 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 제어기가 배터리 관리(management) 유닛 및 모터 제어기를 포함하고,
    상기 배터리 관리 유닛은, 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 모터 제어기에 배터리 가열 명령을 보내도록 구성되고,
    상기 모터 제어기는 상기 배터리 가열 명령을 수신한 후 상기 배터리 관리 유닛과 통신을 설정하도록 구성되고,
    상기 배터리 관리 유닛은, 추가로, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치가 모두 폐쇄되도록 제어하고, 상기 제 1 스위치와 제 2 스위치가 모두 폐쇄된 후 스위치 폐쇄 정보를 상기 모터 제어기에 전송하도록 구성되고,
    상기 모터 제어기는, 추가로, 상기 스위치 폐쇄 정보를 수신한 후 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하도록 구성되는, 배터리 가열 시스템.
  10. 제 1 항에 따른 배터리 가열 시스템에 적용되는 배터리 가열 시스템의 제어 방법으로서,
    주 제어기가 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 주 제어기에 배터리 가열 명령을 전송하는 단계, 및
    상기 주 제어기가 상기 배터리 가열 명령에 따라 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치, 및 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 상태 매개 변수가 상기 배터리 팩의 온도 및 상기 배터리 팩의 충전 상태(SOC)를 포함하고,
    상기 주 제어기가 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하는 것이,
    상기 배터리 팩의 온도가 제 1 사전 설정된 조건을 충족하고 상기 배터리 팩의 SOC가 제 2 사전 설정된 조건을 충족하는 경우 상기 주 제어기가 상기 배터리 팩을 가열해야 한다고 결정하는 것
    을 포함하는, 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 주 제어기가 상기 배터리 가열 명령에 따라 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치, 및 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하는 단계가,
    상기 주 제어기가 상기 배터리 가열 명령에 따라 제 1 스위치와 제 2 스위치가 모두 폐쇄되도록 제어하고, 상기 스위치 컴포넌트에 구동 신호를 제공하여 상기 스위치 컴포넌트를 주기적으로 턴-온 및 턴-오프되게 제어하여, 상기 배터리 팩의 가열을 구현하는 것
    을 포함하는, 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 주 제어기가 배터리 관리 유닛 및 모터 제어기를 포함하고;
    상기 주 제어기가 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 주 제어기에 배터리 가열 명령을 전송하는 단계가,
    상기 배터리 관리 유닛이, 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수에 따라 상기 배터리 팩을 가열해야 하는지를 결정하고, 상기 배터리 팩이 가열될 필요가 있다고 결정되면 차량 제어기에 배터리 가열 요청을 보내어, 차량이 정지 상태에 있고 모터가 작동하지 않는 것으로 결정되는 경우 상기 차량 제어기가 상기 배터리 가열 요청에 따라 상기 주 제어기에 배터리 가열 명령을 전송하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 주 제어기가 상기 배터리 가열 명령에 따라 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치 및 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하는 단계가,
    상기 모터 제어기가, 상기 배터리 가열 명령을 수신한 후 상기 배터리 관리 유닛과 통신을 설정하는 단계;
    상기 배터리 관리 유닛이, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치를 모두 폐쇄하도록 제어하고, 상기 제 1 스위치와 제 2 스위치가 모두 폐쇄된 후 스위치 폐쇄 정보를 상기 모터 제어기에 전송하는 단계; 및
    상기 모터 제어기가, 상기 스위치 폐쇄 정보를 수신한 후 상기 스위치 컴포넌트를 제어하여 상기 배터리 팩을 가열하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 모터 제어기가, 상기 배터리 가열 명령을 수신한 후 상기 배터리 관리 유닛과 통신을 설정하는 단계가,
    상기 모터 제어기가, 상기 배터리 가열 명령을 수신한 후, 상기 차량 제어기에 통신 설정 요청을 발송하여 상기 차량 제어기가 상기 통신 설정 요청에 따라 상기 모터 제어기와 상기 배터리 관리 유닛 사이의 통신 권한을 개방하는 단계; 및
    상기 배터리 관리 유닛과 상기 모터 제어기가 핸드쉐이크(handshake) 방식 통신을 수행하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 시스템이 상기 배터리 팩의 음극과 상기 제 2 스위치 사이에 배치된 전류 센서를 추가로 포함하고;
    상기 방법은 추가로
    상기 배터리 팩의 가열 중에 상기 주 제어기가, 상기 배터리 팩의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 SOC, 상기 전류 센서에 의해 수집된 가열 전류, 및 상기 스위치 컴포넌트의 온도 중 하나 이상에 따라 상기 시스템이 정상 작동 모드에 있는지를 판단하는 단계;
    상기 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않는 경우, 상기 주 제어기가, 상기 스위치 컴포넌트를 턴-오프되게 제어하고, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치를 턴-오프시키는 단계; 및
    상기 시스템이 정상 작동 모드에 있고, 상기 주 제어기가, 상기 배터리 팩의 온도가 사전 설정된 가열 온도에 도달했다고 결정하는 경우, 상기 주 제어기가 상기 스위치 컴포넌트를 턴-오프되게 제어하고, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 턴-오프시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 주 제어기가 배터리 관리 유닛 및 모터 제어기를 포함하고;
    상기 배터리 팩의 가열 중에 상기 주 제어기가, 상기 배터리 팩의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 SOC, 상기 전류 센서에 의해 수집된 가열 전류, 및 상기 스위치 컴포넌트의 온도 중 하나 이상에 따라 상기 시스템이 정상 작동 모드에 있는지를 판단하는 단계가,
    상기 배터리 팩의 가열 중에, 상기 배터리 관리 유닛이, 상기 배터리 팩의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 SOC, 상기 전류 센서에 의해 수집된 가열 전류, 및 상기 스위치 컴포넌트의 온도 중 하나 이상에 따라 상기 시스템이 정상 작동 모드에 있는지를 판단하는 것
    을 포함하는, 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않는 경우, 상기 주 제어기가, 상기 스위치 컴포넌트를 턴-오프되게 제어하고, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치를 턴-오프시키는 단계가,
    상기 배터리 관리 유닛이, 상기 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않다고 결정할 때 비정상 상태 정보를 상기 모터 제어기에 전송하는 단계;
    상기 모터 제어기가, 상기 비정상 상태 정보를 수신하면, 상기 스위치 컴포넌트를 턴-오프되게 제어하고, 스위치 컴포넌트의 제 1 상태 정보를 상기 배터리 관리 유닛으로 전송하는 단계; 및
    상기 배터리 관리 유닛이, 스위치 컴포넌트의 제 1 상태 정보를 수신하면, 상기 제 1 스위치와 제 2 스위치를 턴-오프시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 주 제어기가 배터리 관리 유닛 및 모터 제어기를 포함하고;
    상기 배터리 팩의 가열 중에 상기 주 제어기가, 상기 배터리 팩의 온도, 상기 배터리 팩의 전압, 상기 배터리 팩의 SOC, 상기 전류 센서에 의해 수집된 가열 전류, 및 상기 스위치 컴포넌트의 온도 중 하나 이상에 따라 상기 시스템이 정상 작동 모드에 있는지를 판단하는 단계가,
    상기 배터리 팩의 가열 중에 상기 모터 제어기가, 상기 스위치 컴포넌트의 온도에 따라 상기 시스템이 정상 작동 모드에 있는지를 판단하는 것
    을 포함하는, 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않는 경우, 상기 주 제어기가, 상기 스위치 컴포넌트를 턴-오프되게 제어하고, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치를 턴-오프시키는 단계가,
    상기 모터 제어기가, 상기 시스템이 정상 작동 모드에 있지 않다고 결정할 때 상기 스위치 컴포넌트를 턴-오프되게 제어하고, 스위치 컴포넌트의 제 2 상태 정보를 상기 배터리 관리 유닛으로 전송하는 단계; 및
    상기 배터리 관리 유닛이, 스위치 컴포넌트의 제 2 상태 정보를 수신하면, 상기 제 1 스위치와 제 2 스위치를 턴-오프시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
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