KR102579924B1

KR102579924B1 - 배터리 용량 증가 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR102579924B1
Application number: KR1020220072219A
Authority: KR
Inventors: 박한용; 임종석; 김도완
Original assignee: 비테스코 테크놀로지스 게엠베하
Priority date: 2022-06-14
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2023-09-18

Abstract

본 발명은 배터리 용량 증가 장치에 관한 것으로, 배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치; 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음; 및
상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하되, 상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절한다.

Description

배터리 용량 증가 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR INCREASING BATTERY CAPACITY AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 배터리 용량 증가 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 전기차의 배터리 모듈에 대한 재설계 없이 추가 배터리 모듈을 기존 배터리 모듈에 직렬로 연결하여 시스템 전압을 유지할 수 있도록 함으로써, 기존의 전압 시스템을 재사용할 수 있도록 하면서 주행거리는 증가시키고 개발 비용은 절감할 수 있도록 하는, 배터리 용량 증가 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기차(즉, 전기자동차)는 차량 내 탑재된 배터리의 용량이 주행거리에 큰 영향을 미친다. 즉, 배터리의 용량이 많을수록(즉, 배터리 모듈을 많이 탑재할수록) 주행거리가 증가하게 된다.

이에 따라 전기차 제조사들은 타겟 차량의 차급(종류)에 맞춰 배터리 모듈(즉, 배터리 셀을 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체) 및 배터리 팩(즉, 복수의 배터리 모듈에 BMS(Battery Management System), 냉각시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 포함하여 전기차에 장착되는 배터리 시스템의 최종형태)을 설계하고, 전용 플랫폼을 구축하여 설계된 배터리 모듈을 여러 개 연결하는 방식으로 전체 배터리 용량을 증가시키는 방법을 사용하고 있다.

종래의 신차 개발 과정에서 전기차의 주행거리를 증가시키는 방법은, 기 설계된 복수의 배터리 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하는 방법을 사용하고 있다.

먼저, 상기 배터리 모듈을 직렬로 연결하는 방식은(도 1 참조), 직렬로 연결되는 배터리 모듈의 개수에 따라 차량의 시스템 전압이 상승하여 허용전압을 초과할 수 있게 되며, 이와 같이 허용전압 이상으로 시스템 전압이 상승하게 될 경우, 전체 전력시스템의 설계를 다시 진행해야 하기 때문에 직렬로 연결 가능한 배터리 모듈의 개수에 대해 제한이 발생한다. 즉, 전기차 주행거리 증가에 제한이 발생한다.

한편, 차량의 시스템 전압을 유지하면서 배터리 용량을 증가시키기 위하여(즉, 전기차의 주행거리를 증가시키기 위하여) 배터리를 병렬로 연결하는 방식은(도 2 참조), 배터리의 부피가 1P 배터리 기준 2 배로 커지기 때문에 차량의 부피가 증가하거나 승차공간이 협소해지는 문제점이 있다. 이에 따라 부피가 2 배로 커지지 않고 배터리를 병렬로 연결하기 위해서는 배터리 모듈의 설계부터 다시 진행되어야 하므로, 전기차의 개발비용이 증가하는 문제점이 있다.

그리고 상기와 같이 배터리 모듈을 병렬로 연결할 경우, 시스템 전압은 변화가 없기 때문에, 가령, 시스템 전압이 증가할 경우 얻을 수 있는 모터 출력 증가, 충전속도 증가, 및 전류 감소로 인한 시스템 효율 증가 등의 부가적인 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 배터리 모듈을 병렬로 연결할 경우 주행거리를 증가시킬 수 있는 장점은 있으나, 다른 부가적인 효과(즉, 시스템 전압이 증가할 경우 얻을 수 있는 모터 출력 증가, 충전속도 증가, 및 전류 감소로 인한 시스템 효율 증가 등의 부가적인 효과)을 기대할 수 없는 단점이 있다.

한편 신차 개발 단계에서가 아니라, 기존에 생산된 전기차(예 : 중고 전기차)의 주행거리를 증가시키기 위하여 보조 배터리 모듈을 추가로 탑재할 수 있으나, 상술한 바와 마찬가지로, 보조 배터리 모듈을 기존 배터리 모듈에 직렬로 연결할 경우 시스템 전압이 상승하게 됨으로써 전체 전력시스템의 설계를 다시 진행해야 하는 문제점이 있으며, 보조 배터리 모듈을 기존 배터리 모듈에 병렬로 연결할 경우에는 기존 배터리 모듈의 부피 기준 정수배로 부피가 증가되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점으로 인해 기존 생산된 전기차(예 : 중고 전기차)의 주행거리를 증가시키기 위한(즉, 배터리 용량을 증가시키기 위한) 개조장치(Retrofit kit)(즉, 배터리 용량 증가 장치)가 출시되지 않았다.

따라서 배터리 모듈의 재설계 없이 기존 배터리 모듈에 추가 배터리 모듈을 직렬로 연결할 수 있도록 함으로써, 현재 운행중인 전기차(또는 현재 개발 완료된 전기차)의 시스템 전압을 유지할 수 있도록 하면서, 기존 배터리 모듈 기준 정수배의 부피증가 없이도 주행거리는 증가시키고 개발 비용은 절감할 수 있도록 하는, 배터리 용량 증가 장치의 개발이 필요한 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2019-0118084호(2019.10.17. 공개, 차량용 전력변환 시스템)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 기존 전기차의 배터리 모듈에 대한 재설계 없이 추가 배터리 모듈을 기존 배터리 모듈에 직렬로 연결하여 시스템 전압을 유지할 수 있도록 함으로써, 기존의 전압 시스템을 재사용할 수 있도록 하면서 주행거리는 증가시키고 개발 비용은 절감할 수 있도록 하는, 배터리 용량 증가 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 용량 증가 장치는, 배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치; 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음; 및 상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하되, 상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 전력변환장치는, 양방향 DC/DC 컨버터인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 전력변환장치는, 각각 상기 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이가 연결되는 배터리 모듈 묶음의 양측 말단에 연결되되, 상기 제1 전력변환장치는, 일 측의 (-)단자가 제1 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 (+)단자에 연결되고, 일 측의 (+)단자가 상기 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자에 연결되며, 상기 제2 전력변환장치는 일 측의 (+)단자가 제2 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 (-)단자에 연결되고, 일 측의 (-)단자가 상기 파워 릴레이 아세이의 타 측 단자에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 전력변환장치 및 제2 전력변환장치의 타 측에는 각기 제1 추가 배터리 모듈 묶음 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 연결되며, 상기 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음은, 내부에서 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 전력변환장치는, 각기 3 개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 포함하는 스위칭 회로를 포함하며, 상기 프로세서가 상기 3 개의 스위치를 각각 온/오프 제어함에 따라, 4 개의 모드 중 어느 한 가지 모드로 동작하되, 상기 4개의 모드는, 벅/부스트(Buck/Boost) 모드, 바이패스(Bypass) 모드, 패스 쓰루(Pass through) 모드, 및 오픈 서킷(Open circuit) 모드인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 회로는, 배터리 팩의 제1 또는 제2 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 지정된 단자와 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3); 및 상기 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)의 접속점에 인덕터를 통해 일 측 단자가 연결되고, 인덕터의 타 측 단자가 추가 배터리 모듈 묶음의 (+)단자에 연결되는 제1 스위치(SW1);를 포함하고, 상기 추가 배터리 모듈 묶음의 (-)단자는 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자에 연결되며, 상기 제1 스위치(SW1)의 일 측 단자와 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자 사이에 커패시터가 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 바이패스 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치(SW1)를 오픈(OPEN)시켜 추가 배터리 모듈 묶음만 우회시키는 모드이며, 상기 벅/부스트 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)를 지정된 주파수로 스위칭 함으로써 추가 배터리 모듈 묶음의 전압을 원하는 값으로 변환하는 모드이며, 상기 패스 쓰루 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)만 닫고 제3 스위치(SW3)를 오픈시킴으로써, 추가 배터리 모듈 묶음의 전력변환 없이 전력을 공급하는 모드이며, 상기 오픈 서킷 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치 내지 제3 스위치(SW1 ~ SW3)를 모두 오픈(OPEN) 시킴으로써, 배터리 팩의 메인릴레이가 오프된 상태이거나 배터리 시스템의 오류가 발생하였을 때 안전을 확보하는 모드인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전력변환장치와 추가 배터리 모듈 묶음은, 추가 배터리 팩 형태로 형성될 경우, 상기 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이와 상기 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이를 통하여, 상기 배터리 팩과 상기 추가 배터리 팩이 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 추가 배터리 팩은, 일 측에 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 각기 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치;를 포함하고, 상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 퓨즈(Fuse)를 통해 상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (+)단자에 연결되고, 상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (+)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자에 연결되며, 상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 타 측 단자에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법은, 배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음, 및 상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법에 있어서. 상기 프로세서가, 상기 배터리 팩의 충전 상태를 체크하는 단계; 및 상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 추가 배터리 팩은, 일 측에 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 각기 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치; 및 상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하고, 상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 퓨즈(Fuse)를 통해 상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (+)단자에 연결되고, 상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (+)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자에 연결되며, 상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 타 측 단자에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 기존 전기차의 배터리 모듈에 대한 재설계 없이 추가 배터리 모듈을 기존 배터리 모듈에 직렬로 연결하여 시스템 전압을 유지할 수 있도록 함으로써, 기존의 전압 시스템을 재사용할 수 있도록 하면서 주행거리는 증가시키고 개발 비용은 절감할 수 있도록 한다.

도 1은 종래에 전기차의 배터리 용량을 증가시키기 위하여, 배터리 모듈을 직렬로 추가시키고자 할 경우 문제점을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 2는 종래에 전기차의 배터리 용량을 증가시키기 위하여, 배터리 모듈을 병렬로 추가시키고자 할 경우 문제점을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 용량 증가 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 제1 및 제2 전력변환장치의 스위칭 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 5은 상기 도 4에 있어서, 바이패스 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도.
도 6은 상기 도 4에 있어서, 벅(Buck) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도.
도 7은 상기 도 4에 있어서, 부스트(Boost) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 배터리 용량 증가 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 9는 상기 도 8에 있어서, 바이패스 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도.
도 10은 상기 도 8에 있어서, 벅(Buck) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도.
도 11은 상기 도 8에 있어서, 부스트(Boost) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 용량 증가 장치 및 그 제어 방법의 일 실시 예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

참고로, 본 실시 예에서 배터리 팩 내의 배터리 모듈은 2P6S(셀 6 개씩 병렬연결)로 구성되고, 하나의 배터리 셀은 공칭전압 기준 3.67V,55Ah, 하나의 배터리 모듈은 공칭전장 기준 22V / 배터리 용량 110Ah의 사양이라고 가정한다. 따라서 하나의 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈 32개(즉, 16개씩의 배터리 모듈이 메인 퓨즈(Main Fuse)를 통해 직렬 연결된 32개)가 직렬 연결됨으로써 공칭전압 704V / 배터리 용량 77.4kWh의 배터리 팩으로 형성되어 있다고 가정한다.

이 때 상기 배터리 팩(예 : 배터리 모듈 32 개, 공칭전압 704V / 배터리 용량 77.4kWh 의 배터리팩)의 배터리 용량을 증가시키기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 단순히 배터리 모듈 8개를 직렬로 추가 연결할 경우, 직렬 연결된 배터리 모듈 40개 / 공칭전압 880V / 배터리 용량 96.8kWh의 배터리 팩이 새로 구성된다.

그런데 상기 새로 구성된 배터리 팩은 기존 배터리 팩 대비 전압이 증가함으로써(예 : 704V→880V), 배터리 용량을 96kWh 까지 증가시킬 수 있지만, 시스템 전압이 800V로 설계된 차량의 허용전압(예 : 850V)보다 높은 전압이 출력되기 때문에 차량의 전력시스템의 설계 변경 및 부품을 변경해야 되는 문제점이 발생한다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 단순히 추가 배터리 모듈을 기존 배터리 모듈에 직렬로 추가로 연결할 경우, 이미 설계된 차량의 전력시스템의 허용전압을 넘지 않는 범위에서만 배터리 모듈을 추가 연결하여 배터리 용량을 증가시킬 수 있기 때문에 증가시킬 수 있는 배터리 용량(즉, 추가로 직렬 연결할 수 있는 배터리 모듈의 개수)이 매우 제한적이라는 문제점이 있다.

한편 상기 배터리 팩(예 : 배터리 모듈32 개, 공칭전압 704V / 배터리 용량 77.4kWh 의 배터리팩)의 배터리 용량을 증가시키기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈 32개를 병렬로 추가 연결할 경우(예 : 배터리 모듈을 병렬 연결할 경우, 전압 밸런싱을 위해 기존과 동일한 전압과 동일한 갯수 단위(즉, 2배, 3배 등의 정수 단위)로 배터리 모듈이 연결되어야 한다), 병렬 연결된 배터리 모듈 64 개 / 공칭전압 704V / 배터리 용량 154.8kWh 의 배터리 팩이 새로 구성된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 단순히 추가 배터리 모듈을 기존 배터리 모듈에 병렬로 추가로 연결할 경우, 배터리 팩의 부피가 2배, 3배 등의 정수 단위로 증가되어야 하기 때문에 비록 배터리 전압이 증가되지 않으면 배터리 용량을 증가시킬 수 있으나, 추가되는 배터리 팩을 탑재할 차량 공간이 부족하게 되는 문제점이 있고, 또한 배터리 전압이 증가함으로써 얻을 수 있는 다른 부가적인 효과(즉, 모터 출력 증가, 충전속도 증가, 및 전류 감소로 인한 시스템 효율 증가 등의 부가적인 효과)을 기대할 수 없는 문제점이 있다.

상기와 같이 단순히 추가 배터리 모듈(또는 추가 배터리 팩)을 기존 배터리 모듈(또는 기존 배터리 팩)에 직렬로 연결한다면 배터리의 전체 전압이 상승하여 차량의 허용전압을 초과함으로써 화재를 유발시킬 수도 있으며, 추가 배터리 모듈(또는 추가 배터리 팩)을 기존 배터리 모듈(또는 기존 배터리 팩)에 병렬로 연결한다면 각 배터리 모듈(또는 팩)의 서로 다른 전압으로 인해 순환 전류가 발생하게 될 수도 있다.

따라서 본 실시 예는 상기 문제점(즉, 기존 배터리 모듈에 추가 배터리 모듈을 단순히 직렬 연결하거나, 병렬 연결할 경우에 발생하는 문제점)을 개선하여, 이미 설계된 차량의 전력시스템의 허용전압에 관계없이 배터리 모듈을 직렬로 추가 연결하여 배터리 용량을 증가시킬 수 있도록 하는 기술로서, 이하 도 3 내지 도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 용량 증가 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 배터리 용량 증가 장치는, 기존 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2), 상기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음, 및 상기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)를 제어하는 프로세서(110)를 포함한다.

여기서 상기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)는 양방향 DC/DC 컨버터이다.

이 때 본 실시 예에서 상기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)와 추가 배터리 모듈 묶음은, 도 3에 도시된 바와 같이, 기존 배터리 팩 내의 배터리 모듈에 직접 연결될 수도 있고, 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 기존 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')를 통해 추가 배터리 팩(Sub battery pack) 형태로 연결될 수도 있다.

상기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)는 각각 상기 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')가 연결되는 기존 배터리 모듈 묶음의 양측 말단에 연결된다.

예컨대 상기 제1 전력변환장치(DCDC1)는 일 측의 (-)단자가 기존 제1 배터리 모듈 묶음(Module1 ~ Module16)의 말단 배터리 모듈(예 : Module16)의 (+)단자에 연결되고, 일 측의 (+)단자가 상기 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')의 일 측 단자에 연결된다. 또한 상기 제2 전력변환장치(DCDC2)는 일 측의 (+)단자가 기존 제2 배터리 모듈 묶음(Module17 ~ Module32)의 말단 배터리 모듈(예 : Module17)의 (-)단자에 연결되고, 일 측의 (-)단자가 상기 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')의 타 측에 연결된다.

또한 상기 제1 전력변환장치(DCDC1) 및 제2 전력변환장치(DCDC2)의 타 측에는 각기 제1 추가 배터리 모듈 묶음(SModule11 ~ SModule14) 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음(SModule21 ~ SModule24)이 연결된다. 여기서 상기 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음 내부의 각 배터리 모듈은 직렬 연결된다.

이 때 상기 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음에 포함되는 추가 배터리 모듈의 개수는 한정되지 않지만, 편의상 도 1의 구성과 비교하기 위하여, 본 실시 예에서는 4개씩의 추가 배터리 모듈이 각기 직렬 연결되어 있다고 가정하여 설명한다.

이에 따라 도 3에 도시된 본 실시 예에 따른 배터리 용량 증가 장치는, 기존 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)가 직렬로 연결되고, 상기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)의 타 측에 각기 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 연결된다.

도 4는 상기 도 3에 있어서, 제1 및 제2 전력변환장치의 스위칭 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)는, 각기 3 개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 포함하는 스위칭 회로로 구성되며, 상기 프로세서(110)가 상기 3 개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 각각 온/오프 제어함에 따라, 4 개의 모드(예 : Buck/Boost 모드, Bypass 모드, Pass through 모드, Open circuit 모드)중 어느 한 가지 모드로 동작된다.

이 때 상기 스위칭 회로는, 기존 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 지정된 단자((+)단자 또는 (-)단자)와 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')의 일 측 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3), 및 상기 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)의 접속점에 인덕터를 통해 일 측 단자가 연결되고 인덕터의 타 측 단자가 추가 배터리 모듈 묶음의 (+)단자에 연결되는 제1 스위치(SW1)를 포함한다. 상기 추가 배터리 모듈 묶음의 (-)단자는 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자에 연결되며, 상기 제1 스위치(SW1)의 일 측 단자와 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자 사이에 커패시터가 연결된다.

참고로 상기 스위칭 회로는 예시적인 도면이며 이를 한정하는 것은 아니다.

이하 상기 프로세서(110)가 상기 3 개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 제어하여 추가 배터리 모듈 묶음의 승압 또는 강압하거나 우회시키는 상기 4 가지 모드의 동작에 대해서 설명한다.

상기 제1 스위치(SW1)는 해당 추가 배터리 모듈 묶음이 전력을 공급하게 하거나 단락시킬 때 사용되며, 만약 해당 추가 배터리 모듈 묶음에 문제가 있다면 제1 스위치(SW1)를 오픈(OPEN)시켜 추가 배터리 모듈 묶음만 임시로 우회시킬 수 있다(Bypass 모드).

상기 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)는 벅/부스트 제어를 위한 스위치이며, 상기 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)를 지정된 주파수로 스위칭 함으로써 추가 배터리 모듈 묶음의 전압을 원하는 값으로 변환할 수 있다(Buck/Boost 모드).

상기 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)만 닫고 제3 스위치(SW3)를 오픈시킴으로써, 추가 배터리 모듈 묶음의 전력변환 없이 전력을 공급할 수 있다(Pass through 모드).

상기 제1 스위치 내지 제3 스위치(SW1 ~ SW3)를 모두 오픈(OPEN) 시킴으로써, 배터리 팩의 메인릴레이가 오프된 상태이거나 배터리 시스템의 오류가 발생하였을 때 안전을 확보 할 수 있다(Open circuit 모드).

도 5은 상기 도 4에 있어서, 바이패스 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6은 상기 도 4에 있어서, 벅(Buck) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도이며, 도 7은 상기 도 4에 있어서, 부스트(Boost) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 바이패스 모드는, 기존 배터리 팩의 충전 상태(즉, SOC : State of Charge)가 높을 경우(예 : 800V), 추가 배터리 모듈 묶음을 바이패스 모드로 동작시킴으로써, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 모듈 묶음에서 출력되는 전체 전압)이 800V를 유지할 수 있도록 한다.

한편, 기존 배터리 팩의 충전 상태(SOC)가 감소할 경우(예 : 800V → 700V), 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 모듈 묶음에서 출력되는 전체 전압)을 지정된 전압(예 : 800V)으로 높여주기 위하여, 추가 배터리 모듈 묶음을 강압(Buck) 모드로 동작시킴으로써, 상기 추가 배터리 모듈 묶음에서 출력할 수 있는 전압(예 : 176V)보다 낮은 전압으로 강압시켜, 강압된 전압(예 : 176V → 100V)이 출력되게 함으로써, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 모듈 묶음에서 출력되는 전체 전압)이 800V를 유지할 수 있도록 한다.

또한 기존 배터리 팩의 충전 상태(SOC)가 더욱 감소할 경우(예 : 700V → 600V), 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 모듈 묶음에서 출력되는 전체 전압)을 지정된 전압(예 : 800V)으로 높여주기 위하여, 추가 배터리 모듈 묶음을 승압(Boost) 모드로 동작시킴으로써, 상기 추가 배터리 모듈 묶음에서 출력할 수 있는 전압(예 : 176V)보다 높은 전압으로 승압시켜, 승압된 전압(예 : 176V → 200V)이 출력되게 함으로써, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 모듈 묶음에서 출력되는 전체 전압)이 800V를 유지할 수 있도록 한다.

이 과정에서 추가 배터리 모듈 묶음에 더 많은 출력이 걸리기 때문에 상기 추가 배터리 모듈 묶음의 배터리가 소진되어 전체 배터리의 SOC 균형이 맞춰질 수 있다. 뿐만 아니라 배터리 출력을 가변할 수 있기 때문에 모터를 최적효율 전압조건에서 구동하여 효율을 향상시키고, 배터리 충전 상태(SOC)와 관계없이 일정한 모터의 출력을 갖게 할 수 있는 효과가 있다.

한편 충전의 경우에는 상기 도 5 내지 도 7의 과정을 역으로 진행하면서 배터리 팩의 전압을 일정하게 유지하면서 진행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 배터리 용량 증가 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 배터리 용량 증가 장치는, 기존 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')를 통해 추가 배터리 팩(Sub battery pack) 형태로 연결된다.

이하, 상기 기존 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이를 제1 파워 릴레이 아세이로 기재하고, 상기 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이를 제2 파워 릴레이 아세이로 기재한다.

따라서 상기 기존 배터리 팩과 추가 배터리 팩은, 제1 파워 릴레이 아세이와 제2 파워 릴레이 아세이를 통해 서로 연결되며, 이에 따라 이미 시중에 판매된 전기차의 배터리 용량을 쉽게 증가시킬 수 있다.

상기 추가 배터리 팩은, 일 측에 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 각기 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2), 상기 제1 전력변환장치(DCDC1)의 타 측의 (-)단자가 퓨즈(Fuse)를 통해 상기 제2 전력변환장치(DCDC2)의 타 측의 (+)단자에 연결되고, 상기 제1 전력변환장치(DCDC1)의 타 측의 (+)단자가 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')(즉, 제2 파워 릴레이 아세이)의 일 측 단자에 연결되고, 상기 제2 전력변환장치(DCDC2)의 타 측의 (-)단자가 파워 릴레이 아세이(PWR RLY Assy')(즉, 제2 파워 릴레이 아세이)의 타 측 단자에 연결된다.

한편 도 8에 도시된 배터리 용량 증가 장치도, 상기 도 4에서 설명한 동작 방식과 마찬가지로, 4 개의 모드(예 : Buck/Boost 모드, Bypass 모드, Pass through 모드, Open circuit 모드) 중 어느 한 가지 모드로, 제1 및 제2 전력변환장치(DCDC1, DCDC2)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

도 9는 상기 도 8에 있어서, 바이패스 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도이고, 도 10은 상기 도 8에 있어서, 벅(Buck) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도이며, 도 11은 상기 도 8에 있어서, 부스트(Boost) 모드의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 바이패스 모드는, 기존 배터리 팩의 충전 상태(즉, SOC : State of Charge)가 높을 경우(예 : 800V), 추가 배터리 팩을 바이패스 모드로 동작시킴으로써, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 팩에서 출력되는 전체 전압)이 800V를 유지할 수 있도록 한다.

예컨대 본 실시 예는 전기차의 메인 배터리(즉, 기존 배터리 팩)가 일부 소진되었을 때 배터리의 전압도 낮아지게 되는데, 이 때 낮아진 전압을 보조 배터리(즉, 추가 배터리 팩)에 의해 보상이 가능하게 된다.

한편, 기존 배터리 팩의 충전 상태(SOC)가 감소할 경우(예 : 800V → 700V), 도 10에 도시된 바와 같이, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 팩에서 출력되는 전체 전압)을 지정된 전압(예 : 800V)으로 높여주기 위하여, 추가 배터리 팩을 강압(Buck) 모드로 동작시킴으로써, 상기 추가 배터리 팩에서 출력할 수 있는 전압(예 : 176V)보다 낮은 전압으로 강압시켜, 강압된 전압(예 : 176V → 100V)이 출력되게 함으로써, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 팩에서 출력되는 전체 전압)이 800V를 유지할 수 있도록 한다.

또한 기존 배터리 팩의 충전 상태(SOC)가 더욱 감소할 경우(예 : 700V → 600V), 도 11에 도시된 바와 같이, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 팩에서 출력되는 전체 전압)을 지정된 전압(예 : 800V)으로 높여주기 위하여, 추가 배터리 팩을 승압(Boost) 모드로 동작시킴으로써, 상기 추가 배터리 팩에서 출력할 수 있는 전압(예 : 176V)보다 높은 전압으로 승압시켜, 승압된 전압(예 : 176V → 200V)이 출력되게 함으로써, 배터리의 전체 전압(즉, 기존 배터리 팩과 추가 배터리 팩에서 출력되는 전체 전압)이 800V를 유지할 수 있도록 한다.

상기와 같이 본 실시 예는 추가 배터리 팩의 출력을 가변할 수 있기 때문에 모터를 최적효율 전압조건에서 구동하여 효율을 향상시키고, 배터리 충전 상태(SOC)와 관계없이 일정한 모터의 출력을 갖게 할 수 있는 효과가 있다.

한편 충전의 경우에는 상기 도 9 내지 도 11의 과정을 역으로 진행하면서 배터리 팩의 전압을 일정하게 유지하면서 진행할 수 있다.

상기와 같이 본 실시 예는 증가시키기를 원하는 주행거리만큼 배터리 모듈을 직렬로 추가 연결하더라도 차량의 허용전압이 초과되지 않도록 전압 제어가 가능하여 안전성이 향상되고, 불필요한 부피 증가를 방지하며, 기존 설계된 배터리 모듈의 설계를 변경하지 않더라도 사용할 수 있게 함으로써 개발 비용도 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 실시 예는 추가 배터리 모듈과 결합된 전력변환장치를 통해 출력 전압을 조절함으로써 기존 배터리 모듈의 충전 상태(SOC)와 무관하게 동일한 출력전압을 유지하여 차량의 출력을 일정하게 제어하고, 나아가 모터의 입력전압을 가변하여 모터 효율도 증가시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 실시 예는 기존에 이미 출시된 전기차에도 쉽게 적용하여 주행거리를 증가시킬 수 있는 효과가 있으며, 배터리 모듈의 배열과 전력변환장치의 용량 설계에 따라 자유롭게 구현이 가능하고, 전기차 뿐만 아니라 배터리를 사용하는 모든 모빌리티에 적용할 수 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

Module1 ~ Module32 : 기존 배터리 모듈
SModule11 ~ SModule14 : 추가 배터리 모듈
SModule21 ~ SModule24 : 추가 배터리 모듈
DCDC1 : 제1 전력변환장치
DCDC2 : 제2 전력변환장치
SW1 ~ SW3 : 스위치
110 : 프로세서

Claims

배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치;
상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음; 및
상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하되,
상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하되,
상기 제1 및 제2 전력변환장치는,
각각 상기 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이가 연결되는 배터리 모듈 묶음의 양측 말단에 연결되고,
상기 제1 전력변환장치는,
일 측의 (-)단자가 제1 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 (+)단자에 연결되고, 일 측의 (+)단자가 상기 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자에 연결되며,
상기 제2 전력변환장치는 일 측의 (+)단자가 제2 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 (-)단자에 연결되고, 일 측의 (-)단자가 상기 파워 릴레이 아세이의 타 측 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전력변환장치는,
양방향 DC/DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제1 전력변환장치 및 제2 전력변환장치의 타 측에는 각기 제1 추가 배터리 모듈 묶음 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 연결되며,
상기 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음은, 내부에서 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈인 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치;
상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음; 및
상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하되,
상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하되,
상기 제1 및 제2 전력변환장치는,
각기 3 개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 포함하는 스위칭 회로를 포함하며,
상기 프로세서가 상기 3 개의 스위치를 각각 온/오프 제어함에 따라, 4 개의 모드 중 어느 한 가지 모드로 동작하되,
상기 4개의 모드는, 벅/부스트(Buck/Boost) 모드, 바이패스(Bypass) 모드, 패스 쓰루(Pass through) 모드, 및 오픈 서킷(Open circuit) 모드인 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
제 5항에 있어서, 상기 스위칭 회로는,
배터리 팩의 제1 또는 제2 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 지정된 단자와 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3); 및
상기 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)의 접속점에 인덕터를 통해 일 측 단자가 연결되고, 인덕터의 타 측 단자가 추가 배터리 모듈 묶음의 (+)단자에 연결되는 제1 스위치(SW1);를 포함하고,
상기 추가 배터리 모듈 묶음의 (-)단자는 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자에 연결되며, 상기 제1 스위치(SW1)의 일 측 단자와 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자 사이에 커패시터가 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
제 6항에 있어서,
상기 바이패스 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치(SW1)를 오픈(OPEN)시켜 추가 배터리 모듈 묶음만 우회시키는 모드이며,
상기 벅/부스트 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)를 지정된 주파수로 스위칭 함으로써 추가 배터리 모듈 묶음의 전압을 원하는 값으로 변환하는 모드이며,
상기 패스 쓰루 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)만 닫고 제3 스위치(SW3)를 오픈시킴으로써, 추가 배터리 모듈 묶음의 전력변환 없이 전력을 공급하는 모드이며,
상기 오픈 서킷 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치 내지 제3 스위치(SW1 ~ SW3)를 모두 오픈(OPEN) 시킴으로써, 배터리 팩의 메인릴레이가 오프된 상태이거나 배터리 시스템의 오류가 발생하였을 때 안전을 확보하는 모드인 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치;
상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음; 및
상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하되,
상기 프로세서는, 상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하되,
상기 전력변환장치와 추가 배터리 모듈 묶음은,
추가 배터리 팩 형태로 형성될 경우, 상기 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이와 상기 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이를 통하여, 상기 배터리 팩과 상기 추가 배터리 팩이 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
제 8항에 있어서, 상기 추가 배터리 팩은,
일 측에 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 각기 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치;를 포함하고,
상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 퓨즈(Fuse)를 통해 상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (+)단자에 연결되고,
상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (+)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자에 연결되며,
상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 타 측 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치.
배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음, 및 상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 프로세서가,
상기 배터리 팩의 충전 상태를 체크하는 단계; 및
상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하는 단계를 포함하되,
상기 제1 및 제2 전력변환장치는,
각각 상기 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이가 연결되는 배터리 모듈 묶음의 양측 말단에 연결되고,
상기 제1 전력변환장치는,
일 측의 (-)단자가 제1 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 (+)단자에 연결되고, 일 측의 (+)단자가 상기 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자에 연결되며,
상기 제2 전력변환장치는 일 측의 (+)단자가 제2 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 (-)단자에 연결되고, 일 측의 (-)단자가 상기 파워 릴레이 아세이의 타 측 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법.
삭제
제 10항에 있어서,
상기 제1 전력변환장치 및 제2 전력변환장치의 타 측에는 각기 제1 추가 배터리 모듈 묶음 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 연결되며,
상기 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음은, 내부에서 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈인 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법.
배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음, 및 상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 프로세서가,
상기 배터리 팩의 충전 상태를 체크하는 단계; 및
상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하는 단계를 포함하되,
상기 제1 및 제2 전력변환장치는,
각기 3 개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 포함하는 스위칭 회로를 포함하며,
상기 프로세서가 상기 3 개의 스위치를 각각 온/오프 제어함에 따라, 4 개의 모드 중 어느 한 가지 모드로 동작하되,
상기 4개의 모드는, 벅/부스트(Buck/Boost) 모드, 바이패스(Bypass) 모드, 패스 쓰루(Pass through) 모드, 및 오픈 서킷(Open circuit) 모드인 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법.
제 13항에 있어서, 상기 스위칭 회로는,
배터리 팩의 제1 또는 제2 배터리 모듈 묶음의 말단 배터리 모듈의 지정된 단자와 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3); 및
상기 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)의 접속점에 인덕터를 통해 일 측 단자가 연결되고, 인덕터의 타 측 단자가 추가 배터리 모듈 묶음의 (+)단자에 연결되는 제1 스위치(SW1);를 포함하고,
상기 추가 배터리 모듈 묶음의 (-)단자는 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자에 연결되며, 상기 제1 스위치(SW1)의 일 측 단자와 상기 제3 스위치(SW3)의 타 측 단자 사이에 커패시터가 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법.
제 14항에 있어서,
상기 바이패스 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치(SW1)를 오픈(OPEN)시켜 추가 배터리 모듈 묶음만 우회시키는 모드이며,
상기 벅/부스트 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)를 지정된 주파수로 스위칭 함으로써 추가 배터리 모듈 묶음의 전압을 원하는 값으로 변환하는 모드이며,
상기 패스 쓰루 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)만 닫고 제3 스위치(SW3)를 오픈시킴으로써, 추가 배터리 모듈 묶음의 전력변환 없이 전력을 공급하는 모드이며,
상기 오픈 서킷 모드는, 프로세서가, 스위칭 회로의 제1 스위치 내지 제3 스위치(SW1 ~ SW3)를 모두 오픈(OPEN) 시킴으로써, 배터리 팩의 메인릴레이가 오프된 상태이거나 배터리 시스템의 오류가 발생하였을 때 안전을 확보하는 모드인 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법.
배터리 팩의 제1 및 제2 배터리 모듈 묶음에 각기 직렬로 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치와 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 타 측에 각기 연결되는 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음, 및 상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 프로세서가,
상기 배터리 팩의 충전 상태를 체크하는 단계; 및
상기 배터리 팩의 충전 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 전력변환장치의 동작 모드를 제어함으로써, 배터리 전체의 출력 전압을 조절하는 단계;를 포함하되,
상기 전력변환장치와 추가 배터리 모듈 묶음은,
추가 배터리 팩 형태로 형성될 경우, 상기 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이와 상기 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이를 통하여, 상기 배터리 팩과 상기 추가 배터리 팩이 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법.
제 16항에 있어서, 상기 추가 배터리 팩은,
일 측에 제1 및 제2 추가 배터리 모듈 묶음이 각기 연결되는 제1 및 제2 전력변환장치; 및
상기 제1 및 제2 전력변환장치를 제어하는 프로세서;를 포함하고,
상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 퓨즈(Fuse)를 통해 상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (+)단자에 연결되고,
상기 제1 전력변환장치의 타 측의 (+)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 일 측 단자에 연결되며,
상기 제2 전력변환장치의 타 측의 (-)단자가 추가 배터리 팩의 파워 릴레이 아세이의 타 측 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 용량 증가 장치의 제어 방법.