KR102455823B1 - 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 전력 분에에 관한 것으로, 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다. 상기 배터리 가열 시스템은 메인 포지티브 스위치, 메인 네거티브 스위치, 인버터, 모터 및 배터리 관리 모듈을 포함한다. 인버터는 병렬로 연결된 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암을 포함한다. 인버터 내의 모터 컨트롤러는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하고, 3상 브리지 암 중 어느 하나의 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈 및 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈이 위치한 브리지 암을 제외한 적어도 하나의 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어하는 데 사용된다. 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집하고, 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하여 모터 컨트롤러가 구동 신호를 출력하도록 제어하는 데 사용된다. 본 출원의 기술적 해결책을 이용하여 배터리 팩의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법
본 출원은 2018년 12월 29일에 출원되고 발명의 명칭이 "배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법"인 중국 특허 출원 201811641276.2를 우선권으로 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 인용되었다.
본 출원은 배터리 전력 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
신에너지가 발전하면서 신에너지를 동력으로 사용하는 분야가 점점 더 많아지고 있다. 높은 에너지 밀도, 재사용 가능한 충전, 안전성 및 친환경성 등의 장점으로 인해 배터리는 신에너지차, 소비 가전, 에너지 저장 시스템 등 분야에서 널리 사용된다.
그러나 배터리는 저온 환경에서의 사용에 제한이 있을 수 있다. 구체적으로 저온 환경에서는 배터리의 방전 용량이 크게 저하되고 저온 환경에서는 충전이 불가능하다. 따라서 배터리를 정상적으로 사용하기 위해서는 저온 환경에서 배터리를 가열해야 한다.
현 단계에서는 배터리에 특수 열순환 용기를 장착하고 열순환 용기 내의 열전도 물질을 간접적으로 가열하여 배터리에 열을 전달함으로써 배터리를 가열할 수 있다. 그러나 이러한 가열 방식은 시간이 오래 걸리고 가열 효율이 낮다.
본 출원의 실시예는 배터리 팩의 가열 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
제1 양상에 있어서, 본 출원의 실시예는 배터리 팩의 양극에 연결된 메인 포지티브 스위치, 배터리 팩의 음극에 연결된 메인 네거티브 스위치, 메인 포지티브 스위치와 메인 네거티브 스위치에 연결된 인버터, 인버터에 연결된 모터, 및 배터리 관리 모듈을 포함하고; 인버터는 병렬로 연결된 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암을 포함하고, 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암은 모두 상부 브리지 암과 하부 브리지 암을 구비하고, 상부 브리지 암에는 스위치 모듈이 설치되고, 하부 브리지 암에는 스위치 모듈이 설치되고; 모터의 제1상 입력단, 제2상 입력단 및 제3상 입력단은 각각 제1상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점, 제2상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점, 및 제3상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점에 연결되고; 인버터는 모터 컨트롤러를 더 포함하고, 모터 컨트롤러는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하여, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어하는 데 사용되고, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암 중 어느 하나의 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈이고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈이 위치한 브리지 암을 제외한 적어도 하나의 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈이고; 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집하고, 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하여 모터 컨트롤러가 구동 신호를 출력하도록 제어하는 데 사용된다.
제2 양상에 있어서, 본 출원의 실시예는 제1 양상의 기술적 해결책에 따른 배터리 가열 시스템에 적용하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법을 제공하며, 배터리 가열 시스템의 제어 방법은 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집하고, 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하는 단계; 및 모터 컨트롤러가 제어 신호를 수신하며, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하고, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예는 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하며, 배터리 가열 시스템의 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하는지 확인하여 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하고, 모터 컨트롤러가 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하도록 제어하여, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어한다. 배터리 팩, 메인 포지티브 스위치, 상부 브리지 암 내의 스위치 모듈, 모터, 하부 브리지 암 내의 스위치 모듈 및 메인 네거티브 스위치에 의해 형성된 루프는 교류 전류를 생성한다. 즉, 배터리 팩이 교대로 충전 및 방전을 수행한다. 배터리 팩은 내부 저항이 있으며, 배터리 팩이 교대로 충전 및 방전을 수행하는 과정에서 교류 전류가 배터리 팩의 내부 저항을 흐르면서 열이 발생한다. 즉, 배터리 팩이 내부로부터 열을 발생시켜 배터리 팩의 가열 효율을 향상시킨다.
이하에서는 본 출원의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예를 설명하며, 동일하거나 유사한 첨부 도면의 번호는 동일하거나 유사한 특징을 나타낸다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 출원의 다른 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 구동 신호 생성 유닛의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 구동 신호 중 데드 타임의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 출원의 다른 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 본 출원의 다양한 측면의 특징 및 예시적인 실시예가 상세하게 설명한다. 이하의 상세한 설명에서는 본 출원에 대한 전면적인 이해를 돕기 위해 많은 구체적인 세부 사항을 제공한다. 그러나 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 본 출원이 이러한 구체적인 세부 사항 중 일부 세부 사항이 없는 상황에서 실시할 수 있다는 점을 익히 알고 있다. 실시예에 대한 이하의 설명은 본 출원을 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 출원의 예시를 제공하는 것일 뿐이다. 본 출원은 이하에서 제공된 임의의 구체적인 구성과 알고리즘에 제한되지 않으며, 본 출원의 사상을 벗어나지 않고 진행한 구성 요소, 부재 및 알고리즘의 수정, 교체 및 개선을 포함한다. 첨부 도면 및 이하의 설명에서는 본 출원이 모호해지는 것을 방지하기 위해 공지된 구조와 기술은 나타내지 않았다.
본 출원의 실시예는 배터리 팩의 온도가 비교적 낮은 조건에서 배터리 팩을 가열하여 배터리 팩의 온도를 상승시킴으로써 배터리 팩을 정상적으로 사용할 수 있는 온도에 도달하도록 적용할 수 있는 배터리 가열 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다. 여기에서 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 모듈 또는 적어도 하나의 배터리 유닛을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 배터리 팩은 전기차의 동력원으로써 전기차의 모터에 전원을 공급하는 데 적용할 수 있다. 배터리 팩은 전기차 내에서 차량용 에어컨, 차량용 플레이어 등과 같은 기타 전기 부품에 전력을 제공할 수도 있다. 본 출원의 실시예에 있어서, 배터리 가열 시스템을 제어함으로써, 배터리 팩이 위치한 루프에 교류 전류를 생성한다. 교류 전류는 배터리 팩을 지속적으로 끊임없이 통과하여 배터리 팩의 내부 저항을 발열시켜 배터리 팩의 균일하고 효율적인 가열을 구현한다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 가열 시스템은 배터리 팩(P1)의 양극에 연결된 메인 포지티브 스위치(K1), 배터리 팩(P1)의 음극에 연결된 메인 네거티브 스위치(K2), 메인 포지티브 스위치(K1)와 메인 네거티브 스위치(K2)에 연결된 인버터, 인버터(P2)에 연결된 모터(P3), 및 배터리 관리 모듈(P4)을 포함한다.
일부 실시예에 있어서, 메인 포지티브 스위치(K1)와 메인 네거티브 스위치(K2)는 릴레이일 수 있다.
인버터(P2)는 병렬로 연결된 보조 커패시터(supporting capacitor), 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암을 포함한다. 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암은 모두 상부 브리지 암과 하부 브리지 암을 구비하고, 상부 브리지 암에 스위치 모듈이 설치되고, 하부 브리지 암에 스위치 모듈이 설치된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1상 브리지 암은 U상 브리지 암이고, 제2상 브리지 암은 V상 브리지 암이고, 제3상 브리지 암은 W상 브리지 암이다. U상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈은 제1 스위치 모듈(P21)이고, U상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈은 제2 스위치 모듈(P22)이다. V상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈은 제3 스위치 모듈(P23)이고, V상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈은 제4 스위치 모듈(P24)이다. W상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈은 제5 스위치 모듈(P25)이고, W상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈은 제6 스위치 모듈(P26)이다.
일부 실시예에 있어서, 스위치 모듈은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 칩, IGBT 모듈, 금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transisto, MOSFET) 등 파워 스위치 소자 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기에서 스위치 모듈 중 각 IGBT 소자와 MOSFET 소자 등의 결합 방식 및 연결 방식은 제한되지 않는다. 전술한 파워 스위치 소자의 재료 유형도 제한되지 않으며, 예를 들어 실리콘 카바이드(즉, SiC) 또는 다른 재료로 제조된 파워 스위치 소자을 사용할 수 있다. 전술한 파워 스위치 소자는 다이오드를 구비한다는 점에 유의한다. 구체적으로 기생 다이오드(parasitic diode) 또는 특수 설치된 다이오드일 수 있다. 다이오드의 재료 유형도 제한되지 않으며, 예를 들어 실리콘(즉, Si), 실리콘 카바이드(즉, SiC) 또는 기타 재료로 제조된 다이오드를 사용할 수 있다.
보조 커패시터(Ca)의 일단은 제1상 브리지 암과 메인 포지티브 스위치(K1)가 서로 연결된 일단에 연결되고, 보조 커패시터(Ca)의 타단은 제1상 브리지 암과 메인 네거티브 스위치(K2)가 서로 연결된 일단에 연결된다. 보조 커패시터(Ca)는 스위치 모듈이 턴오프되었을 때 발생할 수 있는 높은 맥동 전압 전류를 흡수하여, 배터리 가열 시스템의 전압 파동과 전류 파동을 허용 범위 내로 유지하고 전압 및 전류 오버슈트를 방지하도록 구성된다.
모터(P1)의 제1상 입력단, 제2상 입력단, 제3상 입력단은 각각 제1상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점, 제2상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점, 및 제3상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점에 연결된다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(P3)의 고정자를 3상 고정자 인덕턴스와 동일하게 만든다. 고정자 인덕턴스는 에너지 저장 기능이 있다. 각 위상 고정자 인덕턴스는 위상 브리지 암에 연결된다. 3상 고정자 인덕턴스를 각각 제1 고정자 인덕턴스(L1), 제2 고정자 인덕턴스(L2) 및 제3 고정자 인덕턴스(L3)로 사용한다. 제1상 입력단은 제1 고정자 인덕턴스(L1)에 대응하는 입력단이다. 제2상 입력단은 제2 고정자 인덕턴스(L2)에 대응하는 입력단이다. 제3상 입력단은 제3 고정자 인덕턴스(L3)에 대응하는 입력단이다. 모터(P3)의 제1상 입력단, 제2상 입력단 및 제3상 입력단은 입력단 입력 전류로 사용할 수 있고, 출력단 출력 전류로 사용할 수도 있음에 유의한다.
구체적으로 제1 고정자 인덕턴스(L1)의 일단은 제1상 입력단이고, 제1 고정자 인덕턴스(L1)의 타단은 제2 고정자 인덕턴스(L2)의 타단 및 제3 고정자 인덕턴스(L3)의 타단에 연결된다. 제2 고정자 인덕턴스(L2)의 일단은 제2상 입력단이다. 제3 고정자 인덕턴스(L3)의 일단은 제3상 입력단이다.
전술한 인버터(P2)는 모터 컨트롤러(P20)를 더 포함한다. 모터 컨트롤러(P20)는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하여, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈의 주기적인 턴온 및 턴오프를 제어하도록 구성된다. 모터 컨트롤러(P20)는 인버터(P2) 내의 각 스위치 모듈에 모두 연결되고, 상기 연결 관계는 도 1에 도시되지 않았음에 유의한다.
구동 신호는 구체적으로 펄스 신호일 수 있다. 또한 구동 신호는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 구동 신호의 하이 레벨은 스위치 모듈이 턴온되도록 구동할 수 있고, 구동 신호의 로우 레벨 신호는 스위치 모듈이 턴오프되도록 구동할 수 있다. 구동 신호는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈의 주기적인 턴온 및 턴오프를 제어할 수 있다.
여기에서 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암 중 어느 하나의 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈이다. 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈이 위치한 브리지 암을 제외한 적어도 하나의 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈이다.
구동 신호를 수신하여 구동되지 않는 스위치 모듈(즉, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈을 제외한 스위치 모듈)은 모두 턴오프된다는 점에 유의한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈이 제1 스위치 모듈(P21)이면 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제4 스위치 모듈(P24) 및/또는 제6 스위치 모듈(P26)이다. 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈이 제3 스위치 모듈(P23)이면 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제2 스위치 모듈(P22) 및/또는 제6 스위치 모듈(P26)이다. 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈이 제5 스위치 모듈(P25)이면 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제2 스위치 모듈(P22) 및/또는 제4 스위치 모듈(P24)이다.
주기적인 턴온 및 턴오프의 각 주기 중의 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 같거나 다를 수 있으며, 이에 제한되지 않는다는 점에 유의한다. 예를 들어, 각 주기 중 구동 신호가 구동하는 것은 모두 제1 스위치 모듈(P21)과 제4 스위치 모듈(P24)의 턴온 및 턴오프이다. 다른 예로, 제1 주기에서 구동 신호는 제1 스위치 모듈(P21) 및 제4 스위치 모듈(P24)의 턴온 및 턴오프를 구동하고, 제2 주기에서 구동 신호는 제3 스위치 모듈(P23) 및 제2 스위치 모듈(P22)의 턴온 및 턴오프를 구동하고, 제3 주기에서 구동 신호는 제1 스위치 모듈(P21), 제4 스위치 모듈(P24) 및 제6 스위치 모듈(P26)의 턴온 및 턴오프를 구동하고, 다른 주기에서 구동 신호에 의해 구동되는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 다를 수 있다.
구동 신호는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈의 주기적인 턴온 및 턴오프를 구동하여, 배터리 팩(P1), 메인 포지티브 스위치(K1), 상부 브리지 암 내의 스위치 모듈, 모터(P3), 하부 브리지 암 내의 스위치 모듈, 및 메인 네거티브 스위치(K2)에 의해 형성된 루프에서 교류 전류를 생성한다. 구체적으로, 교류 사인파 전류가 생성될 수 있다. 즉, 배터리 팩(P1)은 교대로 충전과 방전을 수행한다. 배터리 팩(P1)이 교대로 충전과 방전을 수행하는 과정에서, 배터리 팩(P1)은 열을 발생시킬 수 있다. 즉, 배터리 팩(P1)은 내부로부터 발열되며, 이에 의해 배터리 팩(P1)이 가열된다.
배터리 관리 모듈(P4)은 배터리 팩(P1)의 상태 매개 변수를 수집하고, 배터리 팩(P1)의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 모터 컨트롤러(P20)로 제어 신호를 전송하여 모터 컨트롤러(P20)가 구동 신호를 출력하도록 제어하는 데 사용된다. 배터리 관리 모듈(P4)과 모터 컨트롤러(P20) 사이에 통신 연결이 구축되고, 구체적으로 유선 연결 또는 무선 연결일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 상기 연결 관계는 도 1에 도시하지 않았다.
일부 실시예에 있어서, 상태 매개 변수는 온도 및 하전 상태를 포함하고, 소정의 가열 조건은 가열 온도 임계값보다 낮은 온도 및 가열 허용 하전 상태 임계값보다 높은 하전 상태를 포함한다. 즉, 수집된 배터리 팩의 온도가 가열 온도 임계값보다 낮고 하전 상태가 가열 허용 하전 상태 임계값보다 높을 때, 배터리 관리 모듈(P4)은 모터 컨트롤러(P20)에 제어 신호를 전송하여 모터 컨트롤러(P20)가 구동 신호를 출력하도록 제어한다.
배터리 가열 시스템은 전기 디바이스 내에 설치할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 배터리 가열 시스템은 전기차 내에 설치된다. 전기차 운행 과정에서 인버터(P2)와 모터(P3)는 모두 작동 상태에 있으며, 인버터(P2) 내의 각 브리지 암 내의 스위치 모듈은 제어할 수 없다. 따라서 본 출원 실시예의 배터리 가열 시스템에 있어서, 인버터(P2)와 모터(P3)가 모두 비작동 상태인 것으로 확인되면, 즉 전기차가 정지 상태일 때 배터리 관리 모듈(P4)은 배터리 팩(P1)의 상태 매개 변수를 판단하고 모터 컨트롤러(P20)에 제어 신호를 전송하는 단계를 실행한다. 일부 실시예에 있어서, 배터리 관리 모듈(P4)이 모터 컨트롤러(P20)에 제어 신호를 전송하기 전에, 배터리 관리 모듈(P4)은 먼저 메인 네거티브 스위치(K2)가 닫히도록 제어한 다음, 메인 포지티브 스위치(K1)가 닫히도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 배터리 관리 모듈(P4)은 모터 컨트롤러(P20)에 제어 신호를 전송하기 전에 차량 컨트롤러에 가열 명령을 보고할 수 있다. 차량 컨트롤러는 제어 명령을 배터리 관리 모듈(P4) 및 모터 컨트롤러(P20)에 전송한다. 배터리 관리 모듈(P4)은 먼저 메인 네거티브 스위치(K2)가 닫히도록 제어한 다음, 메인 네거티브 스위치(K1)가 닫히도록 제어한다.
일부 실시예에 있어서, 배터리 팩(P1)에 온도 센서를 설치할 수 있다. 배터리 관리 모듈(P4)은 온도 센서로부터 배터리 팩(P1)의 온도를 수집한다. 여기에서 배터리 팩(P1)의 온도는 구체적으로 배터리 팩(P1) 하우징의 온도일 수 있고, 배터리 팩(P1) 내부 공간 내의 공기 온도일 수 있고, 또는 배터리 팩(P1) 중 어느 하나의 배터리 팩(P1) 또는 배터리 셀의 온도일 수 있고, 배터리 팩(P1) 중 모든 배터리 팩(P1) 또는 배터리 셀의 온도의 평균값 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
가열 온도 임계값은 배터리 팩(P1)이 정상적으로 작동할 수 있는 최저 요구 온도, 즉 배터리 가열 시스템이 가열 모드로 진입하기 위한 온도 문턱값일 수 있다. 가열 온도 임계값은 작업 시나리오 및 작업 수요에 따라 설정할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 배터리 팩(P1)의 온도가 가열 온도 임계값보다 낮으면, 배터리 팩(P1)이 정상적으로 작동할 수 없으며 가열을 수행해야 한다.
가열 허용 하전 상태 임계값은 배터리 팩 (P1) 가열이 허용되는 최저 요구 하전 상태, 즉 배터리 가열 시스템이 가열 모드로 진입하기 위한 하전 상태의 문턱값이다. 하전 상태 임계값은 작업 시나리오 및 작업 수요에 따라 설정할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 배터리 팩(P1)의 하전 상태가 하전 상태 임계값보다 높으면, 이는 배터리 팩(P1)의 현재 전력량이 가열 모드로 진입하는 데 필요한 전력을 제공하기에 충분하다는 것을 의미한다.
따라서 배터리 관리 모듈(P4)은 배터리 팩(P1)의 온도가 가열 온도 임계값보다 낮고 배터리 팩(P1)의 하전 상태가 가열 허용 하전 상태 임계값보다 높은 것을 확인하면, 모터 컨트롤러(P20)에 제어 신호를 전송한다. 제어 신호는 모터 컨트롤러(P20)가 구동 신호를 출력하도록 트리거하여, 배터리 가열 시스템에 교류 전류를 발생시키고 배터리 팩(P1) 내부에 열이 발생시켜 배터리 팩(P1)을 가열할 수 있다.
도 1에서 배터리 팩(P1)과 메인 포지티브 스위치(K1) 사이의 저항은 배터리 팩(P1)의 등가 내부 저항(Rx)이다. 배터리 팩(P1)의 내부 저항은 온도가 비교적 낮을 때 저항값이 증가한다. 예를 들어 -25°C에서 파워 리튬 배터리의 내부 저항은 25°C에서 파워 리튬 배터리의 내부 저항의 5배 내지 15배이다. 배터리 팩(P1)이 교대로 충전 및 방전을 수행하는 과정에서는 발생하는 열이 더욱 크며 가열 속도가 더욱 빠르다. 배터리 팩(P1) 내부에 퓨즈를 더 설치하여 배터리 팩(P1)의 안전한 사용을 보장할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 배터리 관리 모듈(P4), 메인 포지티브 스위치(K1) 및 메인 네거티브 스위치(K2)는 고압 박스에 패키징될 수 있다.
본 출원의 실시예에 있어서, 배터리 가열 시스템 내의 배터리 관리 모듈(P4)은 배터리 팩(P1)의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하는지 확인하여 모터 컨트롤러(P20)에 제어 신호를 전송하고, 모터 컨트롤러(P20)가 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하도록 제어하여, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어한다. 배터리 팩(P1), 메인 포지티브 스위치(K1), 상부 브리지 암 내의 스위치 모듈, 모터(P3), 하부 브리지 암 내의 스위치 모듈, 및 메인 네거티브 스위치(K2)에 의해 형성된 루프는 교류 전류를 생성한다. 즉, 배터리 팩(P1)이 교대로 충전 및 방전을 수행한다. 배터리 팩은 내부 저항이 있으며, 배터리 팩(P1)이 교대로 충전 및 방전을 수행하는 과정에서 교류 전류가 배터리 팩(P1)의 내부 저항을 흐르면서 열이 발생한다. 즉, 배터리 팩(P1)이 내부로부터 열을 발생시켜 배터리 팩(P1)의 가열 효율을 향상시킨다. 본 출원 실시예에서의 열은 배터리 팩(P1)을 지나는 교류 전류에 의해 발생하므로, 배터리 팩(P1) 내부 발열은 균일하다. 또한 인버터(P2)와 모터(P3)의 구조가 변경되지 않았기 때문에, 추가적인 구조 변경 비용이 발생하지 않는다.
이하에서는 각 스위치 모듈에 하나의 파워 스위치 소자가 포함되는 예시를 사용하여 설명한다. 도 2는 본 출원의 다른 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도이다. 도 2와 도 1의 차이점은 스위치 모듈에 파워 스위치 소자가 포함된다는 것이다. 배터리 가열 시스템은 배터리 팩(P1)의 양극과 메인 포지티브 스위치(K1) 사이에 설치되는 퓨즈 모듈(P5), 및 배터리 팩(P1)의 음극과 메인 네거티브 스위치(K2) 사이에 설치되는 전류 센서(P6)를 더 포함한다.
퓨즈 모듈(P5)은 배터리 팩(P1)과 배터리 가열 시스템의 연결을 분리하도록 구성된다. 일부 실시예에 있어서, 퓨즈 모듈(P5)은 수동 서비스 분리 스위치(Manual Service Disconnect, MSD)일 수 있다.
전류 센서(P6)는 배터리 가열 시스템 내의 전류 매개 변수를 수집하고, 배터리 관리 모듈(P4)이 분석 연산을 수행하도록 전류 매개 변수를 배터리 관리 모듈(P4)에 업로드한다. 배터리 관리 모듈(P4)가 모터 컨트롤러(P20)에 제어 신호를 전송하기 전에, 전류 센서(P6)를 웨이크업(wake up)시킬 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 스위치 모듈(P21)은 제1 파워 스위치 소자(S1)를 포함하고, 제2 스위치 모듈(P22)은 제2 파워 스위치 소자(S2)를 포함하고, 제3 스위치 모듈(P23)은 제3 파워 스위치 소자(S3)를 포함하고, 제4 스위치 모듈(P24)은 제4 파워 스위치 소자(S4)를 포함하고, 제5 스위치 모듈(P25)은 제5 파워 스위치 소자(S5)를 포함하고, 제6 스위치 모듈(P26)은 제6 파워 스위치 소자(S6)를 포함한다. 여기에서 제1 파워 스위치 소자(S1)의 다이오드는 VD1이고, 제2 파워 스위치 소자(S2)의 다이오드는 VD2이고, 제3 파워 스위치 소자(S3)의 다이오드는 VD3이고, 제4 파워 스위치 소자(S4)의 다이오드는 VD4이고, 제5 파워 스위치 소자(S4)의 다이오드는 VD5이고, 제6 파워 스위치 소자(S6)의 다이오드는 VD6이다.
상부 브리지 암의 스위치 모듈의 다이오드의 양극은 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점에 연결되고, 다이오드의 음극은 상부 브리지 암과 메인 포지티브 스위치(K1) 사이에 위치하는데, 예를 들어 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 다이오드의 음극은 상부 브리지 암과 메인 포지티브 스위치(K1)이 연결된 일단에 연결된다. 다이오드의 양극은 하부 브리지 암과 메인 네거티브 스위치(K2) 사이에 위치하는데, 예를 들어 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 다이오드의 양극은 하부 브리지 암과 메인 네거티브 스위치(K2)가 연결된 일단에 연결되고, 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 다이오드의 음각은 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점에 연결된다.
구동 신호는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 턴온되도록 구동하여, 배터리 팩(P1)의 방전 루프를 형성하고, 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈 → 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈에 대응하는 고정자 인덕턴스 → 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 대응하는 고정자 인덕턴스 → 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈 → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다.
구동 신호는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 턴오프되도록 구동하며, 고정자 인덕턴스가 에너지 저장 기능을 구비하기 때문에 고정자 인덕턴스가 방전되어 배터리 팩(P1)의 충전 루프를 형성하고, 전류 방향은 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 대응하는 고정자 인덕턴스 → 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈을 제외한 하나의 상부 브리지 암 스위치 모듈의 다이오드 → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈을 제외한 하나의 하부 브리지 암 스위치 모듈의 다이오드 → 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈에 대응하는 고정자 인덕턴스이다.
일부 실시예에 있어서, 구동 신호의 주파수는 100Hz 내지 100000Hz 범위이다. 구동 신호의 주파수는 스위치 모듈의 스위칭 주파수이다. 구동 신호의 듀티 사이클은 5% 내지 50%이다. 구동 신호의 듀티 사이클은 스위치 모듈의 턴온 듀레이션이 턴온 듀레이션과 턴오프 듀레이션의 합에서 차지하는 비율이다.
배터리 가열 시스템에서 구동 신호는 각 브리지 암의 스위치 모듈에 대한 제어를 자주 전환한다. 동일한 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈과 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 모두 턴온되면, 예를 들어 동일한 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈과 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 모두 10밀리초를 초과하여 턴온되면, 배터리 가열 시스템 내의 소자 또는 배터리 팩(P1)이 소손될 수 있다. 동일한 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈과 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 모두 턴온되는 경우를 방지하기 위해, 모터 컨트롤러(P20) 내에서 논리 회로를 이용하여 동일한 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈과 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 상호 배척하도록 구현할 수 있다.
본 출원의 실시예에서 모터 컨트롤러(P20)는 각각 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암에 대응하는 3개의 구동 신호 생성 유닛을 포함할 수 있다.각 구동 신호 생성 유닛은 하나의 브리지 암에 대응한다.
예를 들어, 3개의 구동 신호 생성 유닛은 각각 A1, A2, A3이다. 구동 신호 생성 유닛(A1)은 도 2의 U상 브리지 암에 대응하고, 구동 신호 생성 유닛(A1)은 2개의 출력단(A11, A12)을 구비한다. 구동 신호 생성 유닛(A1)의 출력단(A11)은 제1 스위치 모듈(P21) 내의 제1 파워 스위치 소자(S1)의 제어단에 연결되고, 제1 스위치 모듈(P21) 내의 제1 파워 스위치 소자(S1)의 구동 신호를 출력하고, 구동 신호 생성 유닛(A1)의 출력단(A12)은 제2 스위치 모듈(P22) 내의 제2 파워 스위치 소자(S2)의 제어단에 연결되고, 제2 스위치 모듈(P22)에서 제2 파워 스위치 소자(S2)의 구동 신호를 출력한다.
구동 신호 생성 유닛(A2)은 도 2의 V상 브리지 암에 대응하고, 구동 신호 생성 유닛(A2)은 2개의 출력단(A21, A22)을 구비한다. 구동 신호 생성 유닛(A2)의 출력단(A21)은 제3 스위치 모듈(P23) 중의 제3 파워 스위치 소자(S3)의 제어단에 연결되어, 제3 스위치 모듈(P23) 중 제3 파워 스위치 소자(S3)의 구동 신호를 출력하고, 구동 신호 생성 유닛(A2)의 출력단(A22)은 제4 스위치 모듈(P24) 중의 제4 파워 스위치 소자(S4)의 제어단에 연결되어, 제4 스위치 모듈(P24) 중 제4 파워 스위치 소자(S4)의 구동 신호를 출력한다.
구동 신호 생성 유닛(A3)은 도 2의 W상 브리지 암에 대응하고, 구동 신호 생성 유닛(A3)은 2개의 출력단(A31, A32)을 구비한다. 구동 신호 생성 유닛(A3)의 출력단(A31)은 제5 스위치 모듈(P25) 중의 제5 파워 스위치 소자(S5)의 제어단에 연결되어, 제5 스위치 모듈(P25) 중 제5 파워 스위치 소자(S5)의 구동 신호를 출력하고, 구동 신호 생성 유닛(A3)의 출력단(A32)은 제6 스위치 모듈(P26) 중의 제6 파워 스위치 소자(S6)의 제어단에 연결되어, 제6 스위치 모듈(P26) 중 제6 파워 스위치 소자(S6)의 구동 신호를 출력한다.
이하에서는 그 중 하나의 구동 신호 생성 유닛에 대해 설명한다. 도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 구동 신호 생성 유닛의 개략적인 구조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 구동 신호 생성 유닛은 제1 필터 서브 유닛(P203), 제2 필터 서브 유닛(P204), 제1 NOR 모듈(P201) 및 제2 NOR 모듈(P202)을 포함한다.
제1 필터 서브 유닛(P203)의 제1단은 상부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결되고, 제1 필터 서브 유닛(P203)의 제2단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제1 입력단에 연결되고, 제1 필터 서브 유닛(P203)의 제3단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제2 입력단 및 접지에 연결된다.
구체적으로 제1 필터 서브 유닛은 제1 분압 저항 세트 및 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 제1 분압 저항 세트의 일단은 상부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결되고, 제1 분압 저항 세트의 타단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제1 입력단에 연결된다. 제1 분압 저항 세트는 적어도 하나의 저항을 포함할 수 있다. 제1 분압 저항 세트에 복수의 저항이 포함된 경우, 복수의 저항 간의 연결 관계는 이에 제한되지 않는다. 도 3에 도시된 구동 신호 생성 유닛은 하나의 저항(R1)을 포함하는 제1 분압 저항 세트를 예로 들어 설명한다. 제1 커패시터(C1)의 일단은 제1 분압 저항 세트의 타단에 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 타단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제2 입력단 및 접지에 연결된다.
상부 브리지 암의 원 구동 신호단은 상부 브리지 암의 원 구동 신호를 제공하고, 상부 브리지 암의 원 구동 신호는 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 턴온 및 턴오프를 구동하는 데 사용된다.
제2 필터 서브 유닛(P204)의 제1단은 하부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결되고, 제2 필터 서브 유닛(P204)의 제2단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제3 입력단에 연결되고, 제2 필터 서브 유닛(P204)의 제3단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제4 입력단 및 접지에 연결된다.
구체적으로 제2 필터 서브 유닛(P204)은 제2 분압 저항 세트 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 제2 분압 저항 세트의 일단은 하부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결되고, 제2 분압 저항 세트의 타단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제3 입력단에 연결된다. 제2 분압 저항 세트에 복수의 저항이 포함된 경우, 복수의 저항 간의 연결 관계는 이에 제한되지 않는다. 도 3에 도시된 구동 신호 생성 유닛은 하나의 저항(R2)을 포함하는 제2 분압 저항 세트를 예로 들어 설명한다. 제2 커패시터(C2)의 일단은 제2 분압 저항 세트의 타단에 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 타단은 제1 NOR 모듈(P201)의 제4 입력단 및 접지에 연결된다.
하부 브리지 암의 원 구동 신호단은 하부 브리지 암의 원 구동 신호를 제공하고, 하부 브리지 암의 원 구동 신호는 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 턴온 및 턴오프를 구동하는 데 사용된다.
제1 NOR 모듈(P201)의 제1 출력단은 제2 NOR 모듈(P202)의 제2 입력단에 연결되고, 제1 NOR 모듈(P201)의 제2 출력단은 제2 NOR 모듈(P202)의 제3 입력단에 연결된다.
제1 NOR 모듈(P201)은 제1 NOR 모듈(P201)의 제1 입력단의 신호와 제1 NOR 모듈(P201)의 제2 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하도록 구성되고, 제1 NOR 모듈(P201)의 제1 출력단은 제2 NOR 모듈(P202)의 제2 입력단의 입력 신호를 출력하고, 제1 NOR 모듈(P201)의 제3 입력단의 신호와 제1 NOR 모듈(P201)의 제4 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하고, 제1 NOR 모듈(P201)의 제2 출력단으로부터 제2 NOR 모듈(P202)의 제3 입력단의 입력 신호를 출력한다.
일부 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 NOR 모듈(P201)은 하나의 4입력 2출력 NOR 소자이고, 2개의 입력이 1개의 출력을 제어하는 것일 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 제1 NOR 모듈(P201)은 2개의 2입력 1출력 NOR 소자를 포함할 수 있다.
제2 NOR 모듈(P202)의 제1 입력단은 하부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결되고, 제2 NOR 모듈(P202)의 제4 입력단은 상부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결된다. 제2 NOR 모듈(P202)의 제1 출력단은 브리지 암 중 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 제어단에 연결되고, 제2 NOR 모듈(P202)의 제2 출력단은 브리지 암 중 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 제어단에 연결된다.
제2 NOR 모듈(P202)은 제2 NOR 모듈(P202)의 제1 입력단의 신호와 제2 NOR 모듈(P202)의 제2 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하고, 제1 NOR 모듈(P202)의 제1 출력단으로부터 브리지 암 중 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호를 출력하고, 및 제2 NOR 모듈(P202)의 제3 입력단의 신호와 제2 NOR 모듈(P202)의 제4 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하고, 제2 NOR 모듈(P202)의 제2 출력단으로부터 브리지 암 중 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호를 출력하도록 구성된다.
일부 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 NOR 모듈(P202)은 하나의 4입력 2출력 NOR 소자이고, 2개의 입력이 1개의 출력을 제어하는 것일 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 제2 NOR 모듈(P202)은 2개의 2입력 1출력 NOR 소자를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3과 함께 참조하며 예를 들어 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제2 파워 스위치 소자(S2)가 위치한 U상 브리지 암에 대응하는 구동 신호 생성 유닛 내의 신호 입력과 출력을 설명한다. 표 1은 구동 신호 생성 유닛 신호 입력과 출력을 도시한 것이다.
원 구동 신호 구동 신호
S1 원 구동 신호 S2 원 구동 신호 S1 구동 신호 S2 구동 신호
1 1 0 0
1 0 1 0
0 1 0 1
0 0 0 0
여기에서, S1 원 구동 신호는 제1 파워 스위치 소자(S1)의 상부 브리지 암의 원 구동 신호단이 제공하는 상부 브리지 암의 원 구동 신호이다. S2 원 구동 신호는 제2 파워 스위치 소자(S2)의 상부 브리지 암의 원 구동 신호단이 제공하는 상부 브리지 암의 원 구동 신호이다. S1 구동 신호는 구동 신호 생성 유닛이 출력하는 제1 파워 스위치 소자(S1)의 구동 신호이다. S2 구동 신호는 구동 신호 생성 유닛이 출력하는 제2 파워 스위치 소자(S2)의 구동 신호이다.
표 1에서 1은 하이 레벨을, 0은 로우 레벨을 의미한다. 하이 레벨은 파워 스위치 소자가 온 되도록 구동시키고, 로우 레벨은 파워 스위치 소자가 턴오프되도록 구동시킨다. 표 1에서 알 수 있듯이, 상부 브리지 암의 원 구동 신호단에서 제공하는 상부 브리지 암의 원 구동 신호와 하부 브리지 암의 원 구동 신호단에서 제공하는 하부 브리지 암의 원 구동 신호가 모두 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제2 파워 스위치 소자(S2)의 턴온을 나타내면, 구동 신호 생성 유닛을 거쳐 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제2 파워 스위치 소자(S2)에 제공되는 출력된 구동 신호가 상충되어, 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제2 파워 스위치 소자(S2)가 동시에 턴온되는 상황이 발생하지 않으므로, 동일한 브리지 암 중의 상부 브리지 암의 스위치 모듈과 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 상호 배척하도록 구현할 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 동일한 브리지 암 중 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호와 동일한 브리지 암 중 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호도 조절할 수 있으며, 동일한 브리지 암 중 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호와 동일한 브리지 암 중 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호에 대해, 데드 타임을 설정하여 동일한 브리지 암 중 상부 브리지 암의 스위치 모듈과 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 동시에 턴온되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로 동일한 브리지 암 중 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호의 레벨이 변경되는 시각과, 동일한 브리지 암 중 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호의 레벨이 변경되는 시각 사이에 데드 타임을 설정한다.
일부 실시예에 있어서, 데드 타임은 스위치 모듈의 턴온 딜레이, 턴온 듀레이션, 턴오프 딜레이 및 턴오프 듀레이션과 관련이 있다. 예를 들어, 데드 타임은 연산식 (1)에 따라 설정할 수 있다.
데드 타임=[(턴오프 딜레이-턴온 딜레이)+(턴오프 듀레이션-턴온 듀레이션)]ХD (1)
여기에서 D는 계산 매개 변수이고, D의 값 범위는 1.1 내지 2이다.
예를 들어, 도 4는 본 출원의 실시예에 따른 구동 신호 중 데드 타임의 개략도이다. 도 4는 도 2의 배터리 가열 시스템에서 제1 파워 소자의 구동 신호와 제2 파워 소자의 구동 신호를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 횡방향은 시간이다. 제1 파워 소자의 구동 신호가 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경되는 시각과 제2 파워 소자의 구동 신호가 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경되는 시각 사이의 시간차가 바로 데드 타임이다. 제1 파워 소자의 구동 신호가 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변경되는 시각과 제2 파워 소자의 구동 신호가 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경되는 시각 사이의 시간차가 바로 데드 타임이다. 데드 타임을 설정함으로써 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제2 파워 스위치 소자(S2)가 동시에 턴온되는 상황을 방지하여, 동일한 브리지 암 중의 상부 브리지 암의 스위치 모듈과 하부 브리지 암의 스위치 모듈이 턴온되는 것을 서로 배척하도록 구현한다.
전술한 구동 신호 생성 유닛과 데드 타임은 배터리 가열 시스템에서 동시에 설치되어, 배터리 가열 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다는 점에 유의한다.
일부 실시예에 있어서, 배터리 가열 시스템은 차량 컨트롤러(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 배터리 가열 시스템이 전기차에 장착되면, 배터리 관리 모듈과 모터 컨트롤러는 사전에 통신을 구축해야 한다. 차량 컨트롤러는 차량 상태를 검출하도록 구성된다. 차량 컨트롤러에서 모터가 미작동 상태라고 확인하면, 모터 컨트롤러(P20)에 가열 명령을 전송한다. 가열 명령은 배터리 가열 시스템이 가열 모드로 진입해야 함을 나타내는 데 사용된다. 모터 컨트롤러(P20)는 차량 컨트롤러가 전송한 가열 명령을 수신하고, 차량 컨트롤러에 통신 요청을 전송한다. 차량 컨트롤러는 모터 컨트롤러(P20)가 전송한 통신 요청을 수신하고, 모터 컨트롤러(P20)와 배터리 관리 모듈 (P4) 사이의 통신 권한을 개방하여, 모터 컨트롤러(P20)와 배터리 관리 모듈(P4)에 통신 연결을 구축할 수 있다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 제어 방법의 흐름도이다. 상기 제어 방법은 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 가열 시스템에 적용될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 가열 시스템의 제어 방법은 단계 S501 및 단계 S502를 포함할 수 있다.
단계 S501에 있어서, 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집하며, 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송한다.
일부 실시예에 있어서, 상태 매개 변수는 온도 및 하전 상태를 포함한다. 소정의 가열 조건은 소정 온도 임계값보다 낮은 온도 및 가열 허용 하전 상태 임계값보다 높은 하전 상태를 포함한다.
단계 S502에 있어서, 모터 컨트롤러가 상기 제어 신호를 수신하며, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하고, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어한다.
타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈를 선택하는 방법에는 여러 가지가 있다. 예를 들어, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈를 선택하는 방법에는 다음 9가지가 있다.
제1 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함한다.
제2 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함한다.
제3 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈과 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암을 포함한다.
제4 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제2상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함한다.
제5 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제2상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함한다.
제6 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제2상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈과 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암을 포함한다.
제7 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제3상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함한다.
제8 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제3상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함한다.
제9 방식: 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 제3상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈과 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암을 포함한다.
타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈의 선택이 다르면, 교류 전류 전송의 루프도 다르다. 이하에서는 도 2에 도시된 배터리 가열 시스템을 예로 들어, 배터리 가열 시스템에서 생성된 교류 전류의 전송 루프 및 전류 방향을 설명한다.
제1 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제4 파워 스위치 소자(S4)에 전송한 구동 신호는 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제4 파워 스위치 소자(S4)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제1 파워 스위치 소자(S1) → 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제4 파워 스위치 소자(S4) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다.
모터 컨트롤러(P20)가 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제4 파워 스위치 소자(S4)에 전송한 구동 신호는 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제4 파워 스위치 소자(S4)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제1 고정자 인덕턴스(L1)와 제2 고정자 인덕턴스(L2)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제3 파워 스위치 소자(S3)의 다이오드(VD3) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제2 파워 스위치 소자(S2)의 다이오드(VD2) → 제1 고정자 인덕턴스(L1)이다.
제2 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제1 파워 스위치 소자(S1) → 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제6 파워 스위치 소자(S6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다.
모터 컨트롤러(P20)가 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제1 파워 스위치 소자(S1)와 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제1 고정자 인덕턴스(L1)와 제3 고정자 인덕턴스(L3)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제5 파워 스위치 소자(S5)의 다이오드(VD5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제2 파워 스위치 소자(S2)의 다이오드(VD2) → 제1 고정자 인덕턴스(L1)이다.
제3 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제1 파워 스위치 소자(S1), 제4 파워 스위치 소자(S4) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제1 파워 스위치 소자(S1), 제4 파워 스위치 소자(S4) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제1 파워 스위치 소자(S1) → 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제2 고정자 인덕턴스(L2)와 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제4 파워 스위치 소자(S4)와 제6 파워 스위치 소자(S6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다. 즉, 제2 고정자 인덕턴스(L2)와 제3 고정자 인덕턴스(L3)가 병렬로 연결된 후, 다시 제1 고정자 인덕턴스(L1)와 직렬로 연결된다.
모터 컨트롤러(P20)가 제1 파워 스위치 소자(S1), 제4 파워 스위치 소자(S4) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제1 파워 스위치 소자(S1), 제4 파워 스위치 소자(S4) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제1 고정자 인덕턴스(L1), 제2 고정자 인덕턴스(L2) 및 제3 고정자 인덕턴스(L3)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제3 파워 스위치 소자(S3)의 다이오드(VD3) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제2 파워 스위치 소자(S2)의 다이오드(VD2) → 제1 고정자 인덕턴스(L1)이다. 또한 전류 방향은 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제5 파워 스위치 소자(S5)의 다이오드(VD5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제2 파워 스위치 소자(S2)의 다이오드(VD2) → 제1 고정자 인덕턴스(L1)이다.
제4 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제2 파워 스위치 소자(S2)에 전송한 구동 신호는 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제2 파워 스위치 소자(S2)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제3 파워 스위치 소자(S3) → 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제2 파워 스위치 소자(S2) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다.
모터 컨트롤러(P20)가 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제2 파워 스위치 소자(S2)에 전송한 구동 신호는 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제2 파워 스위치 소자(S2)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제2 고정자 인덕턴스(L2)와 제1 고정자 인덕턴스(L1)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제1 파워 스위치 소자(S1)의 다이오드(VD1) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제4 파워 스위치 소자(S4)의 다이오드(VD4) → 제2 고정자 인덕턴스(L2)이다.
제5 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제3 파워 스위치 소자(S3) → 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제6 파워 스위치 소자(S6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다.
모터 컨트롤러(P20)가 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제3 파워 스위치 소자(S3)와 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제2 고정자 인덕턴스(L2)와 제3 고정자 인덕턴스(L3)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제5 파워 스위치 소자(S5)의 다이오드(VD5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제4 파워 스위치 소자(S4)의 다이오드(VD4) → 제2 고정자 인덕턴스(L2)이다.
제6 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제3 파워 스위치 소자(S3), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제3 파워 스위치 소자(S3), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제3 파워 스위치 소자(S3) → 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제1 고정자 인덕턴스(L1)와 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제2 파워 스위치 소자(S2)와 제6 파워 스위치 소자(S6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다. 즉, 제1 고정자 인덕턴스(L1)와 제3 고정자 인덕턴스(L3)가 병렬로 연결된 후, 다시 제2 고정자 인덕턴스(L2)와 직렬로 연결된다.
모터 컨트롤러(P20)가 제3 파워 스위치 소자(S3), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)에 전송한 구동 신호는 제3 파워 스위치 소자(S3), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제6 파워 스위치 소자(S6)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제2 고정자 인덕턴스(L2), 제1 고정자 인덕턴스(L1) 및 제3 고정자 인덕턴스(L3)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제1 파워 스위치 소자(S1)의 다이오드(VD1) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제4 파워 스위치 소자(S4)의 다이오드(VD4) → 제2 고정자 인덕턴스(L2)이다. 또한 전류 방향은 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제5 파워 스위치 소자(S5)의 다이오드(VD5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제4 파워 스위치 소자(S4)의 다이오드(VD4) → 제2 고정자 인덕턴스(L2)이다.
제7 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제2 파워 스위치 소자(S2)에 전송한 구동 신호는 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제2 파워 스위치 소자(S2)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제5 파워 스위치 소자(S5) → 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제2 파워 스위치 소자(S2) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다.
모터 컨트롤러(P20)가 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제2 파워 스위치 소자(S2)에 전송한 구동 신호는 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제2 파워 스위치 소자(S2)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제3 고정자 인덕턴스(L3)와 제1 고정자 인덕턴스(L1)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제1 파워 스위치 소자(S1)의 다이오드(VD1) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제6 파워 스위치 소자(S6)의 다이오드(VD4) → 제3 고정자 인덕턴스(L3)이다.
제8 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제4 파워 스위치 소자(S4)에 전송한 구동 신호는 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제4 파워 스위치 소자(S4)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제5 파워 스위치 소자(S5) → 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제4 파워 스위치 소자(S4) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다.
모터 컨트롤러(P20)가 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제4 파워 스위치 소자(S4)에 전송한 구동 신호는 제5 파워 스위치 소자(S5)와 제4 파워 스위치 소자(S4)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제3 고정자 인덕턴스(L3)와 제2 고정자 인덕턴스(L2)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제3 파워 스위치 소자(S3)의 다이오드(VD3) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제6 파워 스위치 소자(S6)의 다이오드(VD4) → 제3 고정자 인덕턴스(L3)이다.
제9 방식에 있어서, 모터 컨트롤러(P20)가 제5 파워 스위치 소자(S5), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제4 파워 스위치 소자(S4)에 전송한 구동 신호는 제5 파워 스위치 소자(S5), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제4 파워 스위치 소자(S4)가 턴온되도록 구동시킨다. 배터리 팩(P1)이 방전되어 배터리 팩(P1)의 방전 회로를 형성한다. 전류 방향은 배터리 팩(P1) → 퓨즈 모듈(P5) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 제5 파워 스위치 소자(S5) → 제3 고정자 인덕턴스(L3) → 제1 고정자 인덕턴스(L1)와 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제2 파워 스위치 소자(S2)와 제4 파워 스위치 소자(S4) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 전류 센서(P6) → 배터리 팩(P1)이다. 즉, 제1 고정자 인덕턴스(L1)와 제2 고정자 인덕턴스(L2)가 병렬로 연결된 후, 다시 제3 고정자 인덕턴스(L3)와 직렬로 연결된다.
모터 컨트롤러(P20)가 제5 파워 스위치 소자(S5), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제4 파워 스위치 소자(S4)에 전송한 구동 신호는 제5 파워 스위치 소자(S5), 제2 파워 스위치 소자(S2) 및 제4 파워 스위치 소자(S4)가 턴오프되도록 구동시킨다. 제3 고정자 인덕턴스(L3), 제1 고정자 인덕턴스(L1) 및 제2 고정자 인덕턴스(L2)가 방전되고, 배터리 팩(P1)을 충전하여 배터리 팩(P1)의 충전 회로를 형성한다. 전류 방향은 제2 고정자 인덕턴스(L2) → 제3 파워 스위치 소자(S3)의 다이오드(VD3) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제6 파워 스위치 소자(S6)의 다이오드(VD4) → 제3 고정자 인덕턴스(L3)이다. 또한 전류 방향은 제1 고정자 인덕턴스(L1) → 제1 파워 스위치 소자(S1)의 다이오드(VD1) → 메인 포지티브 스위치(K1) → 퓨즈 모듈(P5) → 배터리 팩(P1) → 전류 센서(P6) → 메인 네거티브 스위치(K2) → 제6 파워 스위치 소자(S6)의 다이오드(VD4) → 제3 고정자 인덕턴스(L3)이다.
전술한 9가지 방법에서 비타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 비타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 모두 턴오프 상태임에 유의한다.
단계 S501 및 단계 S502의 다른 관련 설명에 대해서는 전술한 실시예의 설명을 참조하며, 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
본 출원의 실시예에 있어서, 배터리 가열 시스템 내의 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하는지 확인하여 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하고, 모터 컨트롤러가 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하도록 제어하여, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어한다. 배터리 팩, 메인 포지티브 스위치, 상부 브리지 암 내의 스위치 모듈, 모터, 하부 브리지 암 내의 스위치 모듈 및 메인 네거티브 스위치에 의해 형성된 루프는 교류 전류를 생성한다. 즉, 배터리 팩이 교대로 충전 및 방전을 수행한다. 배터리 팩은 내부 저항이 있으며, 배터리 팩이 교대로 충전 및 방전을 수행하는 과정에서 교류 전류가 배터리 팩의 내부 저항을 흐르면서 열이 발생한다. 즉, 배터리 팩이 내부로부터 열을 발생시켜 배터리 팩의 가열 효율을 향상시킨다. 본 출원 실시예에서의 열은 배터리 팩을 지나는 교류 전류에 의해 발생하므로, 배터리 팩 내부 발열은 균일하다. 또한 인버터와 모터의 구조가 변경되지 않았기 때문에, 추가적인 구조 변형 비용이 발생하지 않는다.
도 6은 본 출원의 다른 일 실시예에 따른 배터리 가열 시스템의 제어 방법의 흐름도이다. 도 6과 도 5의 차이점은 도 6에 도시된 배터리 가열 시스템의 제어 방법은 단계 S503 내지 단계 S514를 더 포함할 수 있다는 것이다.
단계 S503에 있어서, 차량 컨트롤러는 차량의 상태를 검출하며, 모터가 미작동 상태에 있는지 확인하여 모터 컨트롤러에 가열 명령을 전송한다.
배터리 가열 시스템은 차량 컨트롤러를 더 포함할 수 있으며, 차량 컨트롤러는 차량 상태를 획득하기 위해 차량 중 각 부품의 상태를 검출할 수 있다. 모터가 미작동 상태이면, 차량은 정치 상태, 즉 비주행 상태에 놓인다. 차량이 비주행 상태에 높이면, 배터리 가열 시스템은 가열 모드로 진입할 수 있다. 차량 컨트롤러는 모터 컨트롤러에 가열 명령을 전송하여, 배터리 가열 시스템이 가열 모드로 진입할 수 있음을 모터 컨트롤러에 통지한다.
단계 S503 이전에, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집할 수 있으며, 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 차량 컨트롤러는 단계 S503을 실행한다는 점에 유의한다.
단계 S504에 있어서, 모터 컨트롤러는 가열 명령을 수신하고, 차량 컨트롤러에 통신 요청을 전송한다.
모터 컨트롤러가 가열 명령을 수신하고, 배터리 관리 모듈과 통신을 구축해야 한다. 모터 컨트롤러가 차량 컨트롤러에 통신 요청을 전송하여, 모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈 간의 통신 권한을 개방하도록 차량 컨트롤러에 요청한다.
단계 S505에 있어서, 차량 컨트롤러는 통신 요청을 수신하고, 모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈 간의 통신 권한을 개방한다.
예를 들어, 차량 컨트롤러는 모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈에 통신 매개 변수를 구성하여, 모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈 간의 통신 권한을 개방할 수 있다.
단계 S506에 있어서, 모터 컨트롤러는 배터리 관리 모듈과 핸드쉐이크 통신을 수행하며 통신 연결을 구축한다.
모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈 간의 통신 권한이 개방된 후, 모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈는 통신 연결을 구축할 수 있다. 구체적으로, 모터 컨트롤러가 배터리 관리 모듈에 핸드쉐이크 통신을 개시할 수 있고, 배터리 관리 모듈이 모터 컨트롤러에 대한 핸드쉐이크 통신을 개시할 수도 있으며, 이를 통해 모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈 간의 통신 연결을 구축할 수 있다.
단계 S507에 있어서, 배터리 관리 모듈은 메인 네거티브 스위치와 메인 포지티브 스위치가 순차적으로 턴온되도록 구동한다.
배터리 가열 시스템이 가열 모드에 진입하고, 배터리 관리 모듈은 먼저 메인 네거티브 스위치가 턴온되도록 구동한 다음, 메인 포지티브 스위치가 턴온되도록 구동할 수 있다. 단계 S507 이후, 배터리 관리 모듈은 메인 네거티브 스위치와 메인 포지티브 스위치의 턴온 및 턴오프 상태를 차량 컨트롤러에 더 보고할 수 있다. 차량 컨트롤러는 메인 네거티브 스위치와 메인 포지티브 스위치가 모두 턴온되었음을 확인하고 모터 컨트롤러에 통지하며, 모터 컨트롤러는 다시 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력한다.
단계 S508에 있어서, 배터리 관리 모듈이 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집하고, 상태 매개 변수가 매개 변수 안전 범위를 초과할 경우, 모터 컨트롤러에 정지 신호를 전송하여 모터 컨트롤러가 구동 신호 출력을 정지하도록 제어한다.
여기에서 상태 매개 변수는 온도 및/또는 전압을 포함할 수 있다. 상태 매개 변수에 온도가 포함된 경우, 매개 변수 안전 범위에 온도 안전 범위가 포함된다. 배터리 팩의 온도가 매개 변수 안전 범위를 초과하는 경우, 예를 들어 배터리 팩에 과열 현상이 발생한 경우, 배터리 관리 모듈은 모터 컨트롤러에 중지 신호를 전송하고, 모터 컨트롤러는 스위치 모듈에 대한 구동 신호 출력을 중지한다. 상태 매개 변수에 전압이 포함된 경우, 매개 변수 안전 범위에 전압 안전 범위가 포함된다. 배터리 팩의 전압이 매개 변수 안전 범위를 초과하는 경우, 예를 들어 배터리 팩에 저전압 현상이 발생한 경우, 배터리 관리 모듈은 모터 컨트롤러에 중지 신호를 전송하고, 모터 컨트롤러는 스위치 모듈에 대한 구동 신호 출력을 중지한다. 상태 매개 변수에 온도와 전압이 포함되면, 배터리 팩의 온도가 매개 변수 안전 범위를 초과하거나, 배터리 팩의 전압이 전압 안전 범위를 초과하는 경우, 배터리 관리 모듈은 모터 컨트롤러에 정지 신호를 전송하고, 모터 컨트롤러는 스위치 모듈에 대한 구동 신호 출력을 중지한다. 매개 변수 안전 범위는 작업 시나리오 및 작업 수요에 따라 설정할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 상태 매개 변수를 실시간으로 수집하고, 상태 매개 변수를 실시간으로 검출한다. 배터리 팩에 이상이 발생한 경우, 배터리 가열 시스템의 안전을 보장하기 위해, 배터리 가열 시스템이 가열 모드를 종료한다.
배터리 팩에 이상이 발생한 경우, 배터리 가열 시스템의 안전을 더욱 보장하기 위해, 배터리 관리 모듈은 메인 포지티브 스위치와 메인 네거티브 스위치가 턴오프되도록 더 제어하여 배터리 가열 시스템 내의 루프를 완전히 차단할 수 있다.
단계 S509에 있어서, 모터 컨트롤러는 스위치 모듈의 온도를 수집하고, 스위치 모듈의 온도가 스위치 온도 안전 임계값을 초과할 경우, 구동 신호 출력을 정지한다.
구체적으로 스위치 모듈 지점에 온도 센서를 더 설치하여 스위치 모듈의 온도를 수집할 수 있다. 스위치 모듈의 온도(스위치 모듈에는 파워 스위치 소자가 포함되고, 스위치 모듈의 온도에는 파워 스위치 소자의 온도가 포함됨)가 스위치 온도 안전 임계값을 초과하는 경우, 이는 스위치 모듈 온도가 비정상이므로 가열 모드를 종료해야 함을 나타낸다. 따라서 모터 컨트롤러는 구동 신호 출력을 중지한다.
단계 S501에 있어서, 배터리 관리 모듈은 수집된 상태 매개 변수를 기반으로, 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 계산하고, 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 모터 컨트롤러에 전송한다.
배터리 가열 시스템은 전류 센서를 더 포함한다. 상태 매개 변수는 전류를 더 포함하며, 구체적으로 전류는 전류 센서가 수집한 전류이다.
일부 실시예에 있어서, 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative, PID) 알고리즘 또는 기타 피드백 조정 알고리즘을 이용할 수 있으며, 온도, 하전 상태, 전류 등 실시간 수집된 상태 매개 변수를 기반으로, 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 계산하여 획득한다. 배터리 관리 모듈은 주기적으로 상태 매개 변수를 수집하고, 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 주기적으로 계산할 수 있다. 배터리 관리 모듈은 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 실시간으로 모터 컨트롤러에 전송할 수 있으며, 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 주기적으로 모터 컨트롤러에 전송할 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.
단계 S511에 있어서, 모터 컨트롤러는 출력된 구동 신호의 주파수와 듀티 사이클을 기대 주파수와 기대 듀티 사이클로 조정하고, 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈의 턴온 듀레이션과 턴오프 듀레이션을 제어한다.
구동 신호의 주파수와 듀티 사이클이 변경되면, 배터리 가열 시스템 내의 온도, 하전 상태, 전류 등이 모두 이에 따라 변경된다. 구동 신호가 인버터 내의 각 스위치 모듈을 구동하여 생성하는 교류 전류의 크기는 구동 신호의 주파수 및 듀티 사이클과 관련이 있다. 교류 전류의 크기가 클수록, 배터리 팩이 생성하는 열이 많아진다. 모터 컨트롤러는 출력된 구동 신호의 주파수를 기대 주파수로 조정하고, 출력된 구동 신호의 듀티 사이클을 기대 듀티 사이클로 조정하여, 배터리 가열 시스템 내의 온도, 하전 상태, 전류 등을 조정함으로써, 배터리 가열 시스템의 가열 속도를 안정화시킬 수 있다. 구동 신호의 주파수와 듀티 사이클은 주기적으로 또는 실시간으로 조정할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
단계 S512에 있어서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 온도가 예상 온도 임계값에 도달한 것을 확인하고, 모터 컨트롤러에 정지 신호를 전송한다.
예상 온도 임계값은 배터리가 정상 작동할 수있는 온도 임계값이며, 배터리 팩의 온도가 예상 온도 임계값에 도달하면, 배터리를 계속 가열할 필요가 없으므로 배터리 가열 시스템이 가열 모드를 종료할 수 있다. 배터리 관리 모듈은 모터 컨트롤러에 정지 신호를 전송하여, 모터 컨트롤러가 스위치 모듈로의 구동 신호 출력을 중지하도록 제어할 수 있다.
단계 S513에 있어서, 모터 컨트롤러는 정지 신호를 수신하고 구동 신호 출력을 정지한다.
일부 실시예에 있어서, 배터리 관리 모듈은 배터리 팩의 온도가 예상 온도 임계값에 도달한 것을 확인하고, 메인 포지티브 스위치와 메인 네거티브 스위치가 턴오프되도록 더 제어하여, 배터리 가열 시스템의 루프를 차단할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 모터 컨트롤러가 구동 신호 출력을 중지하여 배터리 가열 시스템 루프가 차단된 후, 배터리 관리 모듈과 모터 컨트롤러 간의 통신 연결을 해제할 수 있으며, 구체적으로 배터리 관리 모듈 또는 모터 컨트롤러에 의해 개시된 통신을 차단할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
모터 컨트롤러와 배터리 관리 모듈은 차량 컨트롤러에 배터리 가열 시스템의 가열 모드 종료, 및 배터리 관리 모듈과 모터 컨트롤러 사이의 통신 연결 해제의 정보를 보고할 수도 있다.
일부 실시예에 있어서, 구동 신호의 주파수는 100Hz 내지 100000Hz 범위이다. 구동 신호의 듀티 사이클은 5% 내지 50%이다.
일부 실시예에 있어서, 각 스위치 모듈의 안전을 보장하기 위해, 구동 신호내의 데드 타임을 더 설치할 수 있다. 구체적으로 동일한 브리지 암 중 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호의 레벨이 변경되는 시각과, 동일한 브리지 암 중 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호의 레벨이 변경되는 시각 사이에 데드 타임을 설정한다. 데드 타임은 스위치 모듈의 턴온 딜레이, 턴온 듀레이션, 턴오프 딜레이 및 턴오프 듀레이션과 관련이 있다.
데드 타임에 대한 관련 설명은 전술한 실시예의 내용을 참조하며 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
본 명세서의 각 실시예는 점진적으로 설명되었으며, 각 실시예 간의 동일하거나 유사한 부분은 서로 참조될 수 있고, 각 실시예의 설명은 모두 다른 실시예와의 차이점에 초점이 맞춰져 있음에 유의한다. 제어 방법 실시예의 경우, 관련 부분은 배터리 가열 시스템 실시예의 설명 부분을 참조할 수 있다. 본 출원은 상기 설명과 도면에 도시된 특정 단계과 구조로 제한되지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 본 출원의 사상을 이해한 후 다양한 변경, 수정 및 추가 작업을 수행하거나 단계 간의 순서를 변경할 수 있다. 또한 간결성을 위해 공지된 방법 및 기술에 대한 자세한 설명은 여기에서 생략하였다.
당업자는 상기 언급된 실시예가 모두 예시적이고 제한적이지 않음을 이해해야 한다. 상이한 실시예에서 나타나는 상이한 기술적 특징은 유익한 효과를 구현하기 위해 결합될 수 있다. 당업자는 첨부 도면, 명세서 및 청구범위를 연구함으로써 개시된 실시예의 기타 수정된 실시예를 이해하고 구현할 수 있어야 한다. 청구 범위에서 "포함"이라는 용어는 다른 장치나 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "하나의"는 복수개를 배제하지 않으며, "제1", "제2" 용어는 임의 특정 순서를 나타내기 위한 것이 아니라 명칭을 표시하기 위한 것이다. 청구 범위의 모든 참조 기호는 보호 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 청구항에 나타나는 복수 부분의 기능은 하나의 단독 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈로 구현할 수 있다. 특정 기술적 특징이 다른 종속항 내에 나타난다고 해서 유익한 효과를 얻기 위해 이러한 기술적 특징를 결합할 수 없다는 의미로 해석되어서는 안 된다.

Claims (22)

  1. 배터리 가열 시스템에 있어서,
    배터리 팩의 양극에 연결된 메인 포지티브 스위치, 상기 배터리 팩의 음극에 연결된 메인 네거티브 스위치, 상기 메인 포지티브 스위치와 상기 메인 네거티브 스위치에 연결된 인버터, 상기 인버터에 연결된 모터, 및 배터리 관리 모듈을 포함하고,
    상기 인버터는 병렬로 연결된 보조 커패시터, 제1상 브리지 암, 제2상 브리지 암 및 제3상 브리지 암을 포함하고, 상기 제1상 브리지 암, 상기 제2상 브리지 암 및 상기 제3상 브리지 암은 모두 상부 브리지 암과 하부 브리지 암을 구비하고, 상기 상부 브리지 암에는 스위치 모듈이 설치되고, 상기 하부 브리지 암에는 스위치 모듈이 설치되고,
    상기 모터의 제1상 입력단, 제2상 입력단, 제3상 입력단은 각각 상기 제1상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점, 상기 제2상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점, 및 상기 제3상 브리지 암 내의 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 연결 지점에 연결되고,
    상기 인버터는 모터 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 모터 컨트롤러는 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하여, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어하는 데 사용되고, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암, 상기 제2상 브리지 암 및 상기 제3상 브리지 암 중 어느 하나의 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈이고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈이 위치한 브리지 암을 제외한 적어도 하나의 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈이고,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집하고, 상기 배터리 팩의 상기 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 상기 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하여, 상기 모터 컨트롤러가 상기 구동 신호를 출력하도록 제어하는 데 사용되는 배터리 가열 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상태 매개 변수는 온도 및 하전 상태를 포함하고, 상기 소정의 가열 조건은 가열 온도 임계값보다 낮은 상기 온도 및 가열 허용 하전 상태 임계값보다 높은 상기 하전 상태를 포함하는 배터리 가열 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 모듈은 다이오드를 구비하고,
    상기 상부 브리지 암의 상기 스위치 모듈에 대하여, 상기 다이오드의 양극은 상기 상부 브리지 암과 상기 하부 브리지 암의 연결 지점에 연결되고, 상기 다이오드의 음극은 상기 상부 브리지 암과 상기 메인 포지티브 스위치 사이에 위치하고,
    상기 하부 브리지 암의 상기 스위치 모듈에 대하여, 상기 다이오드의 양극은 상기 하부 브리지 암과 상기 메인 네거티브 스위치 사이에 위치하고, 상기 다이오드의 음극은 상기 상부 브리지 암과 상기 하부 브리지 암의 연결 지점에 연결되는 배터리 가열 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터 컨트롤러는 각각 상기 제1상 브리지 암, 상기 제2상 브리지 암 및 상기 제3상 브리지 암에 대응하는 3상 구동 신호 생성 유닛을 포함하고,
    상기 구동 신호 생성 유닛은 제1 필터 서브 유닛, 제2 필터 서브 유닛, 제1 NOR 모듈 및 제2 NOR 모듈을 포함하고;
    상기 제1 필터 서브 유닛의 제1단은 상부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결되고, 상기 제1 필터 서브 유닛의 제2단은 상기 제1 NOR 모듈의 제1 입력단에 연결되고, 상기 제1 필터 서브 유닛의 제3단은 상기 제1 NOR 모듈의 제2 입력단 및 접지에 연결되고,
    상기 제2 필터 서브 유닛의 제1단은 하부 브리지 암의 원 구동 신호단에 연결되고, 상기 제2 필터 서브 유닛의 제2단은 상기 제1 NOR 모듈의 제3 입력단에 연결되고, 상기 제2 필터 서브 유닛의 제3단은 상기 제1 NOR 모듈의 제4 입력단 및 접지에 연결되고,
    상기 제1 NOR 모듈의 제1 출력단은 상기 제2 NOR 모듈의 제2 입력단에 연결되고, 상기 제1 NOR 모듈의 제2 출력단은 상기 제2 NOR 모듈의 제3 입력단에 연결되고, 상기 제1 NOR 모듈은 상기 제1 NOR 모듈의 제1 입력단의 신호와 상기 제1 NOR 모듈의 제2 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하도록 구성되고, 상기 제1 NOR 모듈의 제1 출력단으로부터 상기 제2 NOR 모듈의 제2 입력단의 입력 신호를 출력하고, 상기 제1 NOR 모듈의 제3 입력단의 신호 및 상기 제1 NOR 모듈의 제4 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하고, 상기 제1 NOR 모듈의 제2 출력단으로부터 상기 제2 NOR 모듈의 제3 입력단의 입력 신호를 출력하고,
    상기 제2 NOR 모듈의 제1 입력단은 상기 하부 브리지 암의 원 구동 신호에 연결되고, 상기 제2 NOR 모듈의 제4 입력단은 상기 상부 브리지 암의 원 구동 신호에 연결되고, 상기 제2 NOR 모듈의 제1 출력단은 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 제어단에 연결되고, 상기 제2 NOR 모듈의 제2 출력단은 브리지 암 내의 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 제어단에 연결되고, 상기 제2 NOR 모듈은 상기 제2 NOR 모듈의 제1 입력단의 신호 및 상기 제2 NOR 모듈의 제2 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하고, 상기 제2 NOR 모듈의 제1 출력단으로부터 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호를 출력하고, 상기 제2 NOR 모듈의 제3 입력단의 신호 및 상기 제2 NOR 모듈의 제4 입력단의 신호에 대해 NOR 연산을 수행하고, 상기 제2 NOR 모듈의 제2 출력단으로부터 브리지 암 내의 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호를 출력하는 배터리 가열 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    동일한 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호 레벨이 변경되는 시각과, 동일한 브리지 암 내의 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호 레벨이 변경되는 시각 사이에 데드 타임이 설치되는 배터리 가열 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 가열 시스템은 상기 배터리 팩의 양극과 상기 메인 포지티브 스위치 사이에 설치된 퓨즈 모듈을 더 포함하는 배터리 가열 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 가열 시스템은 상기 배터리 팩의 음극과 상기 메인 네거티브 스위치 사이에 설치된 전류 센서를 더 포함하는 배터리 가열 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호의 주파수 범위는 100Hz 내지 100000Hz이고, 상기 구동 신호의 듀티 사이클의 범위는 5% 내지 50%인 배터리 가열 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 모듈은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 칩, IGBT 모듈 및 금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 중 하나 이상을 포함하는 배터리 가열 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    차량 상태를 검출하여 상기 모터가 미작동 상태인지 확인하며 상기 모터 컨트롤러에 가열 명령을 전송하고; 및 상기 모터 컨트롤러가 전송한 통신 요청을 수신하며 상기 모터 컨트롤러와 상기 배터리 관리 모듈 사이의 통신 권한을 개방하도록 구성되는 차량 컨트롤러를 더 포함하는 배터리 가열 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 가열 시스템에 적용되는 배터리 가열 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 배터리 가열 시스템의 제어 방법은,
    상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수를 수집하며, 상기 배터리 팩의 상태 매개 변수가 소정의 가열 조건을 충족하면, 상기 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 모터 컨트롤러가 상기 제어 신호를 수신하며, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈에 구동 신호를 출력하고, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈이 주기적으로 턴온 및 턴오프되도록 제어하는 단계를 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상태 매개 변수는 온도 및 하전 상태를 포함하고, 상기 소정의 가열 조건은 예상 가열 온도 임계값보다 낮은 상기 온도 및 가열 허용 하전 상태 임계값보다 높은 상기 하전 상태를 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 가열 시스템은 차량 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 배터리 관리 모듈이 상기 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하기 전에, 상기 배터리 가열 시스템의 제어 방법은,
    상기 차량 컨트롤러가 차량 상태를 검출하여 상기 모터가 미작동 상태에 있는지 확인하고 상기 모터 컨트롤러에 가열 명령을 전송하는 단계;
    상기 모터 컨트롤러가 상기 가열 명령을 수신하고, 상기 차량 컨트롤러에 통신 요청을 전송하는 단계;
    상기 차량 컨트롤러가 상기 통신 요청을 수신하고, 상기 모터 컨트롤러와 상기 배터리 관리 모듈 사이의 통신 권한을 개방하는 단계; 및
    상기 모터 컨트롤러가 상기 배터리 관리 모듈과 핸드쉐이크 통신을 수행하여 통신 연결을 구축하는 단계를 더 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈이 상기 모터 컨트롤러에 제어 신호를 전송하기 전에,
    상기 배터리 관리 모듈이 상기 메인 네거티브 스위치와 상기 메인 포지티브 스위치가 순차적으로 턴온되도록 구동하는 단계를 더 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 상태 매개 변수는 온도 및/또는 전압을 포함하고,
    상기 배터리 가열 시스템의 제어 방법은,
    상기 배터리 관리 모듈이 상기 배터리 팩의 상기 상태 매개 변수를 수집하고, 상기 상태 매개 변수가 매개 변수 안전 범위를 초과할 경우, 상기 모터 컨트롤러에 정지 신호를 전송하여 상기 모터 컨트롤러가 상기 구동 신호 출력을 정지하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 모터 컨트롤러가 상기 스위치 모듈의 온도를 수집하고, 상기 스위치 모듈의 온도가 스위치 온도 안전 임계값을 초과하면, 상기 구동 신호 출력을 정지하는 단계를 더 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 가열 시스템은 전류 센서를 더 포함하고, 상기 상태 매개 변수는 전류를 더 포함하고,
    상기 배터리 가열 시스템의 제어 방법은,
    상기 배터리 관리 모듈이 수집된 상기 상태 매개 변수를 기반으로 상기 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 계산하고, 상기 구동 신호의 기대 주파수와 기대 듀티 사이클을 상기 모터 컨트롤러에 전송하는 단계; 및
    상기 모터 컨트롤러가 출력된 상기 구동 신호의 주파수와 듀티 사이클을 상기 기대 주파수와 상기 기대 듀티 사이클로 조정하고, 상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈과 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈의 턴온 듀레이션과 턴오프 듀레이션을 제어하는 단계를 더 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 관리 모듈은 상기 배터리 팩의 온도가 예상 온도 임계값에 도달한 것을 확인하고, 상기 모터 컨트롤러에 정지 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 모터 컨트롤러가 상기 정지 신호를 수신하고, 상기 구동 신호 출력을 중지하는 단계를 더 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈과 상기 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제2상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제2상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제2상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈과 상기 제3상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제3상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제3상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고,
    또는
    상기 타깃 상부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제3상 브리지 암의 상부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하고, 상기 타깃 하부 브리지 암 스위치 모듈은 상기 제1상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈과 상기 제2상 브리지 암의 하부 브리지 암의 스위치 모듈을 포함하는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호의 주파수 범위는 100Hz 내지 100000Hz이고, 상기 구동 신호의 듀티 사이클 범위는 5% 내지 50%인 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  21. 제11항에 있어서,
    동일한 브리지 암 내의 상부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호의 레벨이 변경되는 시각과, 동일한 브리지 암 내의 하부 브리지 암의 스위치 모듈의 구동 신호의 레벨이 변경되는 시각 사이에 데드 타임이 설치되는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 데드 타임은 상기 스위치 모듈의 턴온 딜레이, 턴온 듀레이션, 턴오프 딜레이 및 턴오프 듀레이션과 관련되는 배터리 가열 시스템의 제어 방법.
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