KR102607450B1 - 전원 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본원 발명의 실시 예들은 제1스택 노드 및 제2스택 노드 사이에 연결되는 복수의 적층된 전지셀을 포함하고, 전기 차량의 고전압 보드넷에 공급하기 위한 제1동작 전압을 제공하도록 구성된 전원 공급 시스템에 관한 것이다. 상기 전원 공급 시스템은 상기 제2스택 노드와 저전압 노드 사이에 연결되어 상기 전기 차량의 저전압 보드넷에 제공하기 위한 제2동작 전압을 출력하도록 구성된 저전압 전지와, 상기 제1스택 노드 및 상기 제2스택 노드 사이에 연결되어 상기 저전압 전지를 충전하기 위한 제3동작 전압을 상기 저전압 노드에 출력하도록 구성된 강압 컨버터를 더 포함한다. 상기 전원 공급 시스템은 상기 복수의 적층된 전지셀을 제1전지셀 서브셋과 제2전지셀 서브셋으로 분할하고, 제1스위칭 소자를 통해 상기 저전압 노드에 연결되는 중간 노드를 더 포함한다. 상기 전원 공급 시스템은 상기 저전압 전지의 단자들에서 상기 저전압 전지의 단자 전압을 검출하고 검출된 상기 단자 전압에 따라 상기 제1스위칭 소자를 도통 상태로 설정하는 제어부를 더 포함한다.

Description

전원 공급 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable or secondary battery)는 충전과 방전을 반복적으로 할 수 있다는 점에서, 화학 에너지로부터 전기 에너지로 비가역적 변환만을 하는 일차 전지(primary battery)와 다르다. 저용량의 이차 전지는 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치용 전원으로서 사용되는 반면, 고용량의 이차 전지는 하이브리드(hybrid) 차량 등을 위한 전원으로 사용된다.
일반적으로, 이차 전지들은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 전극 조립체에 전기적으로 연결되는 전극 단자들을 포함한다. 양극, 음극 및 전해질 용액의 화학적 반응을 통해 이차 전지의 충전 및 방전이 가능하도록 하기 위해, 이차 전지의 케이스 내부로 전해질 용액이 주입된다. 케이스의 형상은 예를 들어, 원통형, 직사각형 등으로 전지의 용도에 따라서 달라진다.
이차 전지들은 예를 들어, 하이브리드 차량의 모터 구동을 위한 경우와 같이 높은 에너지 밀도를 제공하기 위해, 직렬 및/또는 병렬로 결합된 복수의 단위 전지셀로 형성되는 전지 모듈로 사용될 수 있다. 이러한 전지 모듈들은 기계적 및 전기적으로 통합되고, 열 관리 시스템을 구비하며, 전지 시스템을 구성하기 위해 하나 이상의 전기 소비자(electrical consumer)와 통신하도록 설치될 수 있다.
전지의 전력 출력 및 충전에 대한 고정(static) 제어만으로는 전지 시스템에 연결된 다양한 전기 소비자들의 동적 전력 수요를 충족시키기에 충분하지 않다. 따라서, 전지 시스템과 전기 소비자의 제어기 사이에는 지속적 또는 간헐적인 정보 교환이 요구된다. 전지 시스템과 전기 소비자의 제어기 사이에 교환되는 정보는, 전기 소비자의 실제/예측된 전력 수요나 잉여 전력뿐만 아니라, 전지 시스템의 충전 상태(State of Charge, SoC), 잠재적인 전기 성능, 충전 능력 및 내부 저항을 포함한다.
전술한 파라미터들의 모니터링, 제어 또는 설정을 위해, 전지 시스템은 통상적으로 전지 관리 유닛(Battery management Unit, BMU) 또는 전지 관리 시스템(Battery Management System, BMS)을 포함한다. 이러한 제어 유닛들은 전지 시스템 내부에 장착되는 필수 부품으로 전지 시스템과 함께 공통 하우징 내에 배치되거나, 적절한 통신 버스를 통해 전지 시스템과 통신하는 원격 제어 유닛의 일부일 수 있다. 두 경우 모두, 제어 유닛은 CAN, SPI 인터페이스 등의 통신 버스를 통해 전기 소비자와 통신 할 수 있다.
BMS/BMU는 각 전지 서브 모듈, 특히 각 전지 서브 모듈의 셀 감시 회로(Cell Supervision Circuit, CSC)와 통신할 수 있다. CSC는 각 전지 서브 모듈의 전지셀들을 상호 연결할 수 있는 하나 이상의 전지 서브 모듈의 셀 연결 및 감지 유닛(Cell Connection and Sensing Unit, CCU)과 연결될 수 있다.
전기 차량의 전기 엔진은 고전압 전지 시스템, 예를 들어, 48V 전지 시스템으로부터 전기 에너지를 공급 받을 수 있다. 48V 전지 시스템은 48V 전지 시스템에 의해 전력을 공급 받는 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)들을 포함하는 48V 보드 넷(Board net)에 연결된다. 48V 전지 시스템은 통상적으로 고전압 보드넷(48V 보드넷)의 일부인 발전기(결합된 스타터 제너레이터(combined starter generator))에 의해 충전된다. 전기 차량들은 안전 관련 기능과 관련 있는 12V 보드넷을 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 파워 스티어링 시스템(power steering system)의 ECU 또는 스키드 방지 시스템(antiskid system)의 ECU가 12V 보드 넷에 통합될 수 있다. 12V 보드넷은 12V 전지 시스템, 예를 들어, 연납(lead-acid) 기반의 12V 전지를 포함할 수 있으며, 12V 전지 시스템은 DC/DC 컨버터를 통해 48V 보드넷에 의해 충전될 수 있다.
12V 보드넷에 의해 제공되는 안전 관련 기능을 보장하기 위해, 48V 전지와 12V 전지 사이에 연결된 DC/DC 컨버터(Digital to Digital converter)는 12V 전지가 고장인 경우 12V 보드넷에 동작 전압을 제공할 수 있다. 그러나, 예비 전원 공급 장치로 동작하는 DC/DC 컨버터는 높은 기능 안전성 표준(functional safety standards), 예를 들어, ISO26262를 충족하도록 설계되어야 한다. 이러한 안전 조치들을 충족시키기 위해서는, DC/DC 컨버터의 복잡성 및 비용이 대폭 늘어나게 된다.
본 발명의 실시 예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 안전 관련 기능을 수행하는 저전압 보드넷에 대해, 보다 적은 비용과 복잡도로 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 전원 공급 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태는 전기 차량용 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 상기 전원 공급 시스템은, 제1스택 노드 및 제2스택 노드 사이에 서로 연결되어 전기 차량의 고전압 보드넷(예를 들어, 48V 보드넷)에 공급하기 위한 제1동작 전압을 제공하도록 구성된 복수의 적층된 전지셀을 포함한다. 즉, 상기 고전압 보드넷은 상기 제1 및 제2스택 노드들 사이에 연결되어, 상기 복수의 적층된 전지셀들로부터 전력을 공급받을 수 있다. 상기 복수의 적층된 전지셀은 제1단자 및 제2단자 사이에 병렬로 연결되는 전지셀들을 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 각각 병렬로 연결된 복수의 전지셀을 포함하는 복수의 서브모듈들이 상기 제1 및 제2스택 노드들 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1스택 노드 및 상기 제2스택 노드 사이에는, 상기 제1스택 노드 및 상기 제2스택 노드 사이에 직렬로 연결된 모든 전지셀들(또는 모든 서브모듈)의 합산된 전압이 공급될 수 있다. 예를 들어, 36V와 52V 사이의 전압, 즉, 대략 48V의 전압이 상기 전원 공급 시스템의 상기 제1스택 노드 및 상기 제2스택 노드 사이에 인가될 수 있다.
상기 전원 공급 시스템은 상기 제2스택 노드와 저전압 노드 사이에 상호 접속되며 상기 전기 차량의 저전압 보드넷에 제2동작 전압을 출력하도록 구성된 저전압 전지를 더 포함할 수 있다. 상기 저전압 전지는 니켈 카드뮴 전지일 수 있으며, 상기 전기 차량의 상기 저전압 보드넷(예를 들어, 12V 보드넷)에 상기 제2동작 전압(예를 들어, 12V의 동작 전압)을 공급할 수 있다. 상기 전원 공급 시스템에서, 상기 저전압 보드넷은 상기 제2스택 노드 및 상기 저전압 노드 사이에 연결될 수 있다. 그러나, 상기 저전압 보드넷은 상기 제1스택 노드 및 상기 저전압 노드 사이에 연결될 수도 있다. 상기 제2스택 노드는 접지에 연결될 수 있다.
상기 전원 공급 시스템은, 또한 상기 제1 및 제2스택 노드 사이에 연결되어 상기 저전압 전지를 충전하기 위한 제3동작 전압을 상기 저전압 노드에 출력하도록 구성된 DC/DC 컨버터(Digital to Digtal converter) 즉, 강압 컨버터(step-down converter)를 더 포함할 수 있다. 상기 강압 컨버터는 상기 복수의 적층된 전지셀에 의해 출력되는 전압을 입력 받고, 이의 감소된 전압을 상기 저전압 노드로 출력한다. 즉, 상기 강압 컨버터는 상기 제1동작 전압(입력전압)을 입력받고, 이를 상기 제3동작 전압(출력전압)으로 변환하도록 구성된다. 이에 따라, 상기 강압 컨버터의 동작에 의해, 상기 저전압 보드넷에 추가적인 전압이 공급될 수 있다.
상기 강압 컨버터는 벅 컨버터(buck converter), 포워드 컨버터(forward converter), 및 플라이백 컨버터(flyback converter) 중 하나일 수 있다. 상기 강압 컨버터는 풀브리지 컨버터(full bridge converter, 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter), 및 푸시-풀 컨버터(push-pull converter) 중 하나일 수도 있다.
상기 전원 공급 시스템은 상기 복수의 적층된 전지셀을 제1전지셀 서브셋(제1서브스택)과 제2전지셀 서브셋(제2서브스택)으로 분할하는 중간 노드를 더 포함한다. 이에 따라, 상기 제1스택 노드와 상기 중간 노드 사이에는 상기 제1스택 노드와 상기 중간 노드 사이에 직렬로 연결된 모든 셀들(또는 모든 서브모듈들)의 합산된 전압이 인가되고, 상기 중간 노드와 상기 제2스택 노드 사이에는 상기 중간 노드와 상기 제2스택 노드 사이에 직렬로 연결된 모든 전지셀들(또는 모든 서브모듈들)의 합산된 전압이 인가된다. 상기 제1전지셀 서브셋은 상기 제2전지셀 서브셋과, 동일하거나 다른 수의 전지셀을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1전지셀 서브셋에 대응하는 노드들(예를 들어, 상기 제1스택 노드와 상기 중간 노드) 사이에 서로 직렬 연결되는 전지셀들의 개수는, 상기 제2전지셀 서브셋에 대응하는 노드들(예를 들어, 상기 중간 노드와 상기 제2스택 노드) 사이에 서로 직렬 연결되는 전지셀들의 개수와 서로 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2전지셀 서브셋들은 정격 전압(nominal output voltage)이 서로 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 제1전지셀 서브셋의 전지셀들은 상기 제2전지셀 서브셋의 전지셀들과 상이한 용량을 가질 수 있다. 상기 중간 노드는 제1스위칭 소자를 통해 상기 저전압 노드에 연결되며, 상기 제1스위칭 소자에 의해 상기 중간 노드와 상기 저전압 노드 사이의 전도성 경로가 개방되거나 닫히도록 설정된다.
상기 전원 공급 시스템은 상기 저전압 전지의 단자 전압을 검출하고, 검출된 상기 저전압 전지의 단자 전압에 따라서 상기 제1스위칭 소자를 도통 상태로 설정하도록 구성되는 제어부를 더 포함한다. 즉, 상기 제어부는 상기 저전압 전지의 단자 전압에 기초하여 상기 제1스위칭 소자를 도통 또는 비도통 상태로 설정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 복수의 적층된 전지셀들 또는 상기 저전압 전지의 제어부, 또는 상기 전원 공급 시스템을 포함하는 전기 차량 내에 통합될 수 있다. 상기 제어부는 상기 전원 공급 시스템의 별도 구성 요소일 수도 있다.
상기 전원 공급 시스템에서, 상기 제3동작 전압은 상기 제2동작 전압보다 낮거나 동일할 수 있다. 즉, 상기 강압 컨버터에 의해 상기 저전압 보드넷에 공급되는 전압(상기 제3동작 전압)은, 상기 저전압 전지에 의해 공급되는 전압(상기 제2동작 전압)에 비해 낮거나 동일할 수 있다. 상기 제2전지셀 서브셋에 의해 공급되는 제4동작 전압은, 상기 제2동작 전압과 상기 제3동작 전압 사이의 전압일 수 있다. 즉, 상기 제4동작 전압은, 상기 제3동작 전압 이상 상기 제2동작 전압 이하의 전압일 수 있다. 상기 제2, 제3, 및 제4동작 전압들을 서로 동일할 수도 있다.
상기 제어부는 상기 저전압 전지의 검출된 단자 전압이 기 설정된 제1전압 임계치보다 작으면, 상기 제1스위칭 소자를 도통 상태로 설정한다. 여기서, 상기 기설정된 제1전압 임계치는 상기 제2동작 전압보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 상기 기설정된 제1전압 임계치는 상기 제2동작 전압의 60%에서 90% 사이, 70%에서 90% 사이, 또는 80%에서 85% 사이일 수 있다. 따라서, 상기 저전압 전지의 오작동 또는 열화는 상기 저전압 전지의 단순한 전압 변동과 구별되어 안전하게 식별될 수 있다. 상기 제어부는 검출된 상기 저전압 전지의 단자 전압이 기설정된 제2전압 임계치보다 크면, 상기 제1스위칭 소자를 비도통 상태로 설정한다. 따라서, 상기 저전압 전지가 다시 충분히 충전되면, 상기 전원 공급 시스템은 다시 정상 동작 상태로 전환된다. 상기 전원 공급 시스템의 정상 동작 중에는, 상기 저전압 보드넷은 상기 저전압 전지 또는 상기 강압 컨버터에 의해 동작 전압을 공급 받는다. 상기 기설정된 제2전압 임계치는 상기 기설정된 제1전압 임계치보다 높다.
상기 기설정된 제1전압 임계치는 상기 제2 내지 제4동작 전압들 중 적어도 하나보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 상기 기설정된 제1전압 임계치는 상기 제2 내지 상기 제4동작 전압들 모두보다 낮을 수 있다. 이 실시 예에서, 상기 제2 내지 제4동작 전압들은 상기 기설정된 제1전압 임계치의 선택에 의해 제한되지 않는다. 이는 상기 저전압 전지의 단자 전압에 따라 제1스위칭 소자만을 제어하고, 상기 저전압 또는 고전압 보드넷의 전압을 제어하지 않음으로써 달성된다.
상기 전원 공급 시스템에서, 상기 강압 컨버터는 상기 제1스택 노드에 연결되는 제1입력 노드와 상기 제2스택 노드에 연결되는 제2입력 노드를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1입력 노드는 상기 제1스택 노드와 동일한 전위에 있고, 상기 제2입력 노드는 상기 제2스택 노드와 동일한 전위에 있다. 상기 강압 컨버터는 상기 제1입력 노드와 상기 저전압 노드 사이에 직렬로 연결되는 제2스위칭 소자 및 에너지 저장 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 제2스위칭 소자는 상기 제1입력 노드와 상기 에너지 저장 소자 사이에 연결된다. 또한, 상기 강압 컨버터는 상기 제2입력 노드 및 제1컨버터 노드 사이에 연결되는 제3스위칭 소자를 더 포함하며, 상기 제1컨버터 노드는 상기 제2스위칭 소자와 상기 에너지 저장 소자 사이에 위치한다. 인덕턴스가 상기 에너지 저장 소자로 사용되는 경우, 상기 강압 컨버터는 벅 컨버터일 수 있다. 그러나, 또한 커패시턴스(커패시터)가 상기 에너지 저장 소자로 사용될 수 있고, 이 경우 전하 펌프(charge pump)가 상기 강압 컨버터로 사용될 수 있다. 상기 에너지 저장 소자로서 인덕턴스를 사용할 경우, 커패시턴스를 사용하는 경우에 비해 낮은 전력 손실이 발생할 수 있다.
상기 강압 컨버터는 상기 에너지 저장 소자와 상기 저전압 노드 사이에 상호 접속된 제1정류 소자(rectifying element)를 더 포함하며, 상기 제1정류 소자는 상기 저전압 노드로부터 상기 강압 컨버터로의 전류 유입을 억제하도록 구성된다. 또한, 상기 제1정류 소자는 상기 저전압 보드넷에서 상기 고전압 보드넷으로의 크로스 토크(cross talk)를 억제하도록 구성된다. 상기 제1정류 소자는 다이오드일 수 있다.
상기 강압 컨버터는 상기 제3동작 전압을 상기 중간 노드에 출력하여 상기 제1전지셀 서브셋으로부터 상기 제2전지셀 서브셋으로 에너지를 전달하도록 구성될 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 상기 강압 컨버터를 통해 상기 제1전지셀 서브셋과 상기 제2전지셀 서브셋 사이의 밸런싱이 이루어질 수 있다. 즉, 상기 중간 노드에서의 전압을 초과하는 상기 제3동작 전압이 상기 강압 컨버터에 의해 상기 중간 노드로 출력되고, 이로 인해 상기 강압 컨버터의 출력으로부터 상기 중간 노드로 전류가 흘러, 상기 제2전지셀 서브셋이 덜 방전되거나 심지어 충전될 수 있다. 따라서, 상기 제1스위칭 소자가 도통 상태로 설정되어 상기 저전압 보드넷이 상기 제2전지셀 서브셋에 의해서만 전력을 공급받더라도, 상기 제1 및 제2전지셀 서브셋 사이에 지속적인 불균형이 발생하지 않는다.
제1서브 스택에서 제2서브 스택으로의 에너지 전달을 제공하기 위해, 상기 강압 컨버터는 상기 저전압 노드와 상기 에너지 저장 소자 사이에 전기적으로 연결되는 제2컨버터 노드와, 상기 제2컨버터 느도와 상기 중간 노드 사이에 전기적으로 연결되는 제4스위칭 소자를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제4스위칭 소자를 도통 상태로 설정함으로써, 상기 제2컨버터 노드가 상기 중간 노드에 전기적으로 연결된다. 상기 강압 컨버터는 상기 제2컨버터 노드와 상기 저전압 노드 사이에 전기적으로 연결되는 제5스위칭 소자를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 저전압 보드넷은 상기 강압 컨버터로부터 분리될 수 있으며, 상기 강압 컨버터는 스택 밸런싱을 위해 사용될 수 있다. 상기 강압 컨버터는 상기 중간 노드와 상기 제2컨버터 노드 사이에 상호 연결되어, 상기 중간 노드로부터 상기 강압 컨버터로의 전류 흐름을 억제하도록 구성된 제2정류 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 시스템은 제1동작 모드로 동작할 수 있으며, 상기 제1동작 모드에서 상기 고전압 보드넷은 상기 복수의 적층된 전지셀들에 의해 동작하고, 상기 저전압 보드넷은 상기 저전압 전지 및/또는 상기 강압 컨버터에 의해 동작한다. 상기 제1동작 모드에서, 상기 저전압 전지는 상기 강압 컨버터에 의해 충전될 수 있다. 또한, 상기 전원 공급 시스템은 제2동작 모드로 동작할 수 있으며, 상기 제2동작 모드에서 상기 고전압 보드넷은 상기 복수의 적층된 전지셀에 의해 동작하고, 상기 저전압 보드넷은 도통상태인 상기 제1스위칭 소자를 통해 상기 제2서브 스택에 의해 동작한다. 또한, 상기 전원 공급 시스템은 제3동작 모드로 동작할 수 있으며, 상기 제3동작 모드에서 상기 강압 컨버터는 상기 제1 및 제2서브 스택의 밸런싱 및/또는 상기 저전압 전지의 충전을 위해 사용된다. 상기 제3동작 모드는 상기 전원 공급 시스템을 포함하는 전기 차량의 아이들 상태(idle state)에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 전원 공급 시스템은 제4동작 모드로 동작할 수 있으며, 상기 제4동작 모드에서는, 상기 저전압 보드넷이 도통 상태인 상기 제1스위칭 소자를 통해 상기 제2서브 스택에 의해 동작하는 동안, 상기 강압 컨버터를 통해 상기 저전압 전지의 충전이 이루어질 수 있다. 상기 제4동작 모드에서, 상기 저전압 전지는 상기 제2스택 노드 및 상기 제2컨버터 노드 사이에 상호 연결된다. 또한, 상기 제1정류 소자가 상기 저전압 노드 및 상기 저전압 전지 사이에 상호 연결되어, 상기 저전압 보드넷으로부터 상기 저전압 전지로의 전류 흐름을 억제하도록 구성된다. 상기 제4동작 모드에서, 상기 저전압 보드넷은 상기 저전압 전지가 방전된 경우 상기 제2서브 스택을 통해 동작가능하고, 상기 저전압 전지는 이후의 전력 공급을 위해 충전된다.
제1 내지 제4동작 상태들 중 어느 하나로 상기 전원 공급 시스템을 동작시키기 위해, 상기 제어부는 상기 제2 내지 제5스위칭 소자 중 적어도 하나, 예를 들어, 상기 제2 내지 제5스위칭 소자 모두의 도통 상태를 제어하도록 구성된다. 상기 제2 내지 제5스위칭 소자들의 동작을 단순화하기 위해, 상보형 트랜지스터들(complementary transistors)의 제1쌍이 상기 제2 및 제3스위칭 소자로 사용될 수 있고, 상보형 트랜지스터들의 제2쌍이 상기 제4 및 제5스위칭 소자로 사용될 수 있다. 상기 제2 및 제3스위칭 소자들의 도통 상태가 상보적이어야 하므로, 상보형 트랜지스터들을 사용하면 단일 제어 신호로 이들의 도통 상태를 설정할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제4 및 제5스위칭 소자들의 도통 상태가 상보적이어야 하므로, 상보형 트랜지스터들을 사용하면 단일 제어 신호로 이들의 도통 상태를 설정할 수 있다. 상기 제1 및 제2정류 소자들은 스위칭 소자들에 의해 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2정류 소자들은 상기 제4 및 제5스위칭 소자에 의해 각각 제공될 수 있다. 상기 전원 공급 시스템의 상기 제어부는 상기 제1 및 제2서브스택들 간의 밸런싱을 수행하기 위해 적어도 하나의 스위칭 소자의 듀티 사이클을 설정하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태는 상기 전원 공급 시스템을 포함하는 차량과 관한 것으로, 상기 차량은 상기 제1스택 노드와 상기 제2스택 노드 사이에 서로 연결되는 적어도 하나의 제1부하와, 상기 제2스택 노드와 상기 저전압 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 제2부하를 포함한다. 상기 차량은 상기 제1스택 노드와 상기 제2스택 노드 사이에 연결되는 스타터 제너레이터(starter generator)를 더 포함한다. 상기 제1부하는 대략 48V의 동작 전압을 가지고, 상기 제2부하는 대략 12V의 동작 전압을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 상기 전원 공급 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 따르면, 상기 전원 공급 시스템은 상기 제1, 제2, 제3 또는 제4동작 모드로 동작한다. 상기 제1동작 모드에서, 상기 고전압 보드넷은 상기 복수의 적층된 전지 셀에 의해 동작하고, 상기 저전압 보드넷은 상기 저전압 전지 및/또는 상기 강압 컨버터에 의해 동작한다. 상기 제1동작 모드에서, 상기 저전압 전지는 상기 강압 컨버터에 의해 충전될 수 있다. 상기 제2동작 모드에서, 상기 고전압 보드넷은 상기 복수의 적층된 전지셀에 의해 동작하고, 상기 저전압 보드넷은 도통 상태인 상기 제1스위칭 소자를 통해 상기 제2서브스택에 의해 동작한다. 상기 제3동작 모드에서, 상기 강압 컨버터는 상기 제1 및 제2서브스택들 간의 밸런싱 및/또는 상기 저전압 전지의 충전을 위해 사용된다. 상기 제3동작 모드는 상기 전원 공급 시스템을 포함하는 전기 차량의 아이들 상태에서 수행될 수 있다. 상기 제4동작 모드에서는, 상기 저전압 보드넷이 도통 상태인 상기 제1스위칭 소자를 통해 상기 제2서브스택에 의해 동작하는 동안, 상기 강압 컨버터를 통해 상기 저전압 전지의 충전이 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전원 공급 시스템은 저전압 보드넷에 동작 전압을 공급하는 저전압 전지의 오작동 또는 열화와 상관 없이 차량의 안전 관련 기능을 수행하는 저전압 보드넷에 안정적으로 동작 전압을 공급함으로써 향상된 리던던시(redundancy)를 달성할 수 있다. 또한, 이 과정에서 추가적인 조치나 비용을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 차량의 듀얼 전원 공급 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 구비한 차량의 회로도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 구비한 차량의 회로도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 구비한 차량의 회로도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 구비한 차량의 회로도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 제5실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 구비한 차량의 회로도를 개략적으로 도시한다.
이하, 첨부한 도면들을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명하며, 특별히 언급되지 않는 한, 첨부 도면 및 상세한 설명 전반에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 이들 실시 예들은 본 발명의 양태 및 특징들을 당업자에게 충분히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 따라서, 본 발명의 양태 및 특징들의 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수있다. 도면에서, 엘리먼트들, 층들 및 영역들의 상대적인 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 복수의 항목들 중 어느 하나의 항목을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에 대한 이하의 설명에서, 본 문서에서 "제1", "제2", "제3" 등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2구성요소는 제1구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1구성요소도 제2구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 차량의 전원 공급 시스템을 개략적으로 도시한다. 종래 기술에 따른 전원 공급 시스템은 48V 전지 시스템(1)과 48V 전지 시스템(1)의 외부에 있는 추가적인 12V 전지 시스템(2)을 포함한다. 48V 전지 시스템(1)은 스타터 제너레이터(63)에 의해 충전되며, 12V 전지 시스템(2)은 전지 시스템들(1, 2)의 외부에 있는 추가적인 DC/DC 컨버터(3)를 통해 48V 전지 시스템(1)에 의해 충전된다. 48V 전지 시스템(1)은 48V 보드넷을 통해 48V를 공급받는 부하들, 예를 들어, 48V ECU(5)에 연결되고, 12V 전지 시스템(2)은 12V 보드넷을 통해 12V 를 공급받는 부하들, 예를 들어, 12V ECU(6)에 연결된다. 48V 전지 시스템(1)과 12V 전지 시스템(2)에는, 전압 가변 부하, 예를 들어, 내부에 DC/DC 컨버터를 갖는 전압 가변 ECU(4)가 연결될 수 있다. 종래 기술에 따른 듀얼 전원 공급 시스템은, 별도의 48V 전지 시스템(1), 12V 전지 시스템(2), 및 DC/DC 컨버터(3)를 포함하며, 이에 따라 넓은 설치 공간을 필요로 하며, 높은 생산 비용을 가진다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 가지는 전기 차량의 회로도를 개략적으로 도시한다.
도 2를 참조하면, 전원 공급 시스템(100)은 제1스택 노드(11) 및 제2스택 노드(12) 사이에 상호 연결되어 고전압 전지 스택을 형성하는 복수의 적층된 전지셀(10)을 포함한다. 전원 공급 시스템(100)은 중간 노드(13)를 더 포함하며, 복수의 적층된 전지셀(10)은 제1스택 노드(11)와 중간 노드(13) 사이에 상호 연결되는 제1전지셀 서브스택(16)(또는 제1전지셀 서브셋)과, 중간 노드(13)와 제2스택 노드(12) 사이에 상호 연결되는 제2전지셀 서브스택(17)(또는 제2전지셀 서브셋)으로 분할된다. 제1 및 제2전지셀 서브스택(16, 17)의 각각은 직렬 연결되는 복수의 전지셀(10)을 포함한다. 예를 들어, 제1전지셀 서브스택(16)은 각각 대략 4V의 용량을 가지는 9개의 전지셀(10)들을 포함하고, 제2전지셀 서브스택(17)은 각각 대략 4V의 용량을 가지는 4개의 전지셀(10)들을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2스택 노드(11, 12) 사이에 적층된 전체 전지셀(10)들은, 제1 및 제2스택 노드(11, 12) 사이에 대략 48V의 전압을 공급하고, 제2전지셀 서브스택(17)은 중간 노드(13)와 제2스택 노드(12) 사이에 대략 12V의 전압을 공급한다.
제1스택 노드(11)에서의 전위는, 제1스택 노드(11)와 제2스택 노드(12) 사이에 직렬 연결되는 전지셀(10)들의 합산된 전위에 해당하고, 제2스택 노드(12)에서의 전위는 접지 전위에 해당한다. 제1스택 노드(11)는 도 2의 전원 공급 시스템(100)에서 상부 라인으로 표시된 제1전선과 전기적으로 연결되고, 제2스택 노드(12)는 도 2의 전원 공급 시스템(100)에서 하부 라인으로 도시된 제2전선과 전기적으로 연결된다. 이러한 상부 라인과 하부 라인은 제1 및 제2스택 노드(11, 12) 사이에 있는 고전압 보드넷을 형성한다. 스타터 제너레이터(63) 및 제1부하(61)(예를 들어, 48V 고전압 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)가 고전압 보드넷 즉, 제1 및 제2스택 노드(11, 12) 사이에 상호 접속된다.
전원 공급 시스템(100)은 제1 및 제2스택 노드(11, 12) 사이에 적층된 전지셀(10)들과 병렬 연결된 DC/DC 컨버터 즉, 강압 컨버터(23)를 더 포함한다. 강압 컨버터(23)의 제1입력 노드(24)는 제1스택 노드(11)에 연결되고, 강압 컨버터(23)의 제2입력 노드(25)는 제2스택 노드(12)에 연결된다. 이에 따라, 강압 컨버터(23)는 제1 및 제2스택 노드(11, 12) 사이에 적층된 전지셀(10)들에 의해 제공되는 전압 즉, 대략 48V의 전압을 입력 전압으로 수신한다. 강압 컨버터(23)는 제1 및 제2입력 노드(24, 25)를 통해 입력된 전압을 감소시켜 저전압 노드(14)를 통해 출력하도록 구성된다.
전원 공급 시스템(100)은 제2스택 노드(12)와 저전압 노드(14) 사이에 있는 저전압 보드넷(22)을 더 포함한다. 저전압 전지(15)는 저전압 보드넷(22)의 일부로, 제2스택 노드(12)와 저전압 노드(14) 사이에 상호 접속된다. 저전압 전지(15)는 저전압 보드넷(22)에 공급하기 위해 대략 12V의 제2동작 전압을 출력하도록 구성된 니켈-카드뮴 전지이다. 또한, 제2부하(62)(예를 들어, 12V 고전압 전자 제어 유닛(ECU))가 저전압 보드넷(22) 즉, 제2스택 노드(12) 및 저전압 노드(14) 사이에 상호 접속된다. 고전압 보드넷(21) 및 저전압 보드넷(22)을 구성하는 전선들은 전기 도체, 예를 들어, 와이어, 또는 회로 캐리어 상의 전도성 요소(예를 들어, 인쇄회로기판(PCB) 상의 금속 배선(metallization) 또는 전도성 폴리머)이다.
전원 공급 시스템(100)은 저전압 전지(15)의 단자 전압을 검출하도록 구성된 제어부(46)를 더 포함한다. 제어부(46)는 저전압 전지(15)의 제1단자에서의 제1전압 측정 노드(31)와 저전압 전지(15)의 제2단자에서의 제2전압 측정 노드(32)에 전기적으로 연결되어, 저전압 전지(15)의 단자 전압을 입력으로 입력받는다. 제어부(46)는 또한 중간 노드(13)와 저전압 노드(14) 사이에 상호 접속된 제1스위칭 소자(41)의 도통 상태를 제어하도록 구성된다. 제어부(46)는 저전압 전지(15)의 단자 전압에 기초하여 제1스위칭 소자(41)의 도통 상태를 설정하도록 구성된다. 예를 들어, 저전압 전지(15)의 단자 전압이 기 설정된 제1전압 임계치 밑으로 떨어지면, 제어부(46)는 제1스위칭 소자(41)를 도통 상태로 설정한다.
저전압 전지(15)의 셀 고장 상태에서, 저전압 전지(15)는 안전 관련 부하일 수도 있는 제2부하(62)에 전력을 공급하지 못할 수 있다. 이 경우, 강압 컨버터(23)가 저전압 보드넷(22)에 전력을 공급할 수 있으나, 강압 컨버터(23)에만 전력 공급을 의존하는 것은 강압 컨버터(23)에 엄격한 안전 조치를 요구할 수 있다. 따라서, 도 2의 전원 공급 시스템(100)에서는, 저전압 보드넷(22)이 제2서브스택(17)에 의해, 대략 12V의 제1작동 전압을 공급 받을 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 전원 공급 시스템(100)의 회로도를 개략적으로 도시한다. 아래에서는, 도 2에 도시된 전원 공급 시스템과 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다.
도 3에서, 강압 변환기(23)는 제1스택 노드(11)와 제2스택 노드(12) 사이의 복수의 전지셀(10)들과 병렬로 연결되는 벅 컨버터(23)로 특정된다. 벅 컨버터(23)의 제1입력 노드(24)는 제1스택 노드(11)에 전기적으로 연결되고, 벅 컨버터(23)의 제2입력 노드(25)는 제2스택 노드(12)에 전기적으로 연결된다. 벅 컨버터(23)는 제1입력 노드(24)와 벅 컨버터(23)의 출력 사이에 전기적으로 직렬 연결된 에너지 저장 소자(26)(예를 들어, 인덕턴스)와 제2스위칭 소자(42)를 포함한다. 벅 컨버터(23)는 제2입력 노드(25)와 제1컨버터 노드(27) 사이에 상호 접속된 제3스위칭 소자(43)를 더 포함하고, 제1컨버터 노드(27)는 제2스위칭 소자(42)와 에너지 저장 인덕턴스(26) 사이에 접속된다. 또한, 정류 소자(예를 들어, 다이오드)가 제3스위칭 소자(43) 대신에 사용될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3스위칭 소자들(41, 42, 43)은 도 3에서 일점 쇄선(dashed-dotted line)에 의해 지시된 바와 같이, 제어부(46)에 의해 제어된다. 또한, 도 3에서는, 저전압 보드넷(22)이 제2서브스택(17)에 의해 전력을 공급 받는 동안, 저전압 노드(14)로부터 에너지 저장 소자(26)로의 전류 흐름을 억제하기 위해, 다이오드(29) 형태의 정류 소자(28)가 저전압 노드(14)와 에너지 저장 소자(26) 사이에 접속된다. 이 경우, 수동 소자인 다이오드(29)를 정류 소자(28)로 사용함으로써 스위칭 잡음이 유리하게 감소된다.
도 2 및 도 3의 전원 공급 시스템(100)의 제1동작 모드 동안, 저전압 보드넷(22)은 저전압 전지(15) 및 강압 컨버터(23)를 통해 전력을 공급 받는다. 여기서, 도 3의 벅 컨버터(23)의 출력 전압은, 제어부(46)를 통해 제2 및 제3스위칭 소자들(42, 43)의 듀티 사이클을 설정함으로써 제어된다. 도 2 및 도 3의 전원 공급 시스템(100)의 제2동작 모드에서, 제1스위칭 소자(41)는 제어부(46)에 의해 도통 상태로 설정되고, 저전압 보드넷(22)은 제2서브스택(17)에 의해 전력을 공급받는다.
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 전원 공급 시스템(100)의 회로도를 개략적으로 도시한다. 아래에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 전원 공급 시스템(100)과 동일한 구성요소들의 설명은 생략된다. 도 4에서, 강압 변환기(23)의 제2컨버터 노드(30)는 제4스위칭 소자(44)와, 제2정류 소자(33)인 다이오드(29)를 통해 중간 노드(13)에 전기적으로 연결된다. 또한, 제5스위칭 소자(45)가 제1정류 소자(28)와 제2컨버터 노드(30) 사이에 접속된다. 여기서, 제4 및 제5스위칭 소자(44, 45)는 또한 제어부(46)에 의해 제어된다. 도 4의 전원 공급 시스템(100)은 또한 제3동작 모드를 허용하며, 제3동작 모드에서의 강압 컨버터(23)는 제1 및 제2서브스택(16, 17)의 밸런싱 및 저전압 전지(15)의 충전을 위해 사용된다. 제3동작 모드에서 전지셀 서브스택들(16, 17)의 밸런싱을 수행하기 위해서는, 제4 스위칭 소자(44)가 도통 상태로 설정되고, 제5스위칭 소자(45)가 비도통 상태로 설정된다. 그런 다음, 강압 컨버터(23)의 제2컨버터 노드(30)에서의 출력 전압이 제2 및 제3스위칭 소자들(42, 43)의 듀티 사이클을 통해 설정된다. 제3동작 모드에서 저전압 전지(15)의 충전을 위해서는, 제5스위칭 소자(45)가 도통 상태로 설정되고 제4스위칭 소자(44)가 비도통 상태로 설정된다. 반면에, 제4 및 제5스위칭 소자들(44, 45)을 도통 상태로 설정함으로써, 충전 및 밸런싱이 병렬로 수행될 수도 있다. 제3동작 모드에서, 제1스위칭 소자(41)는 비도통 상태일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 전원 공급 시스템(100)의 회로도를 개략적으로 도시한다. 아래에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 전원 공급 시스템(100)과 동일한 구성요소들의 설명은 생략된다. 도 5에서, 제2 내지 제5스위칭 소자들(42~45)은 트랜지스터 스위치들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제2 및 제3스위칭 소자(42, 43)는 상보형 바이폴라 트랜지스터(complementary bipolar transistor)들, 즉, NPN 바이폴라 트랜지스터 및 PNP 바이폴라 트랜지스터의 쌍에 의해 구현된다. 또한, 예를 들어, 제4 및 제5스위칭 소자들(44, 45)은 상보형 바이폴라 트랜지스터(complementary bipolar transistor)들, 즉, PNP 바이폴라 트랜지스터 및 NPN 바이폴라 트랜지스터의 쌍에 의해 구현된다. 따라서, 제2 내지 제5스위칭 소자들(42~45)의 도통 상태는 제어부(46)에 의해 출력되는 두 개의 제어 신호들만으로 제어될 수 있다. 또한, 도 5에 따르면, 제1 및 제2전압 측정 노드들(31, 32)은 저전압 전지(15)의 단자들 대신에 저전압 보드넷(22) 상에 위치한다.
도 6은 본 발명의 제5실시 예에 따른 전원 공급 시스템(100)의 회로도를 개략적으로 도시한다. 아래에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 전원 공급 시스템(100)과 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략된다. 도 6에서, 다이오드(29)로 구성된 제1정류 소자(28)는 저전압 노드(14)와 제2컨버터 노드(30) 사이에 접속된다. 또한, 저전압 전지(15)는 제1단자가 제1정류 소자(28)와 제2컨버터 노드(30) 사이에 접속된다. 따라서, 도 6의 전원 공급 시스템은 제4동작 모드를 허용하며, 제4동작 모드에서는, 저전압 보드넷(22)이 도통 상태인 제1스위칭 소자(41)를 통해 제2서브스택(17)에 의해 동작하는 동안, 강압 컨버터(23)를 통한 저전압 전지(15)의 충전이 발생한다. 따라서, 저전압 전지(15)의 초기 방전, 예를 들어, 콜드 스타트(cold start) 시, 저전압 보드넷(22)은 저전압 전지(15)가 추후 사용을 위해 충전을 병행하는 동안 제2서브스택(17)을 통해 동작 가능하다.
전술한 실시 예들에 따르면, 전원 공급 시스템(100)은 전기 차량의 고전압 보드넷과 저전압 보드넷에 모두 안정적으로 동작 전압을 공급할 수 있다. 특히, 전원 공급 시스템은, 저전압 전지, 강압 컨버터, 및 고전압 전지 스택의 일부 서브 스택 중 적어도 하나를 통해 저전압 보드넷에 안정적인 동작 전압을 공급함으로써, 안전 관련 기능을 수행하는 저전압 보드넷을 지원함에 있어 향상된 리던던시(redundancy)가 달성된다. 따라서, 전기 차량은, 안전 관련 기능을 수행하는 저전압 보드넷(예를 들어, 12V 보드넷)의 동작을 저전압 전지의 오작동 또는 열화에 반응하여 중단시키는 일 없이, 안전한 상태가 되도록 비상운전(limp home) 기능을 지원할 수 있다. 또한, 저전압 전지가 오작동하거나 열화 상태인 경우에, 강압 컨버터에만 전력 공급을 의존하지 않음으로써, 강압 컨버터가 높은 안전성 표준을 만족하도록 강압 컨버터에 대한 추가적인 조치나 변형을 수행할 필요가 없어, 추가 비용을 발생시키지 않는다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치 또는 전기 장치, 및/또는 임의의 다른 관련 장치, 또는 구성 요소들은, 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 어플리케이션-주문형 집적 회로), 소프트웨어 또는 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 또는 개별 IC 칩 상에 형성 될 수있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 연성 인쇄 회로 필름, 테이프 캐리어 패키지(TCP), 인쇄 회로 기판(PCB), 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기 접속 또는 상호 접속은 와이어 또는 전도성 요소에 의해, 예를 들어, PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상에 구현될 수 있다. 전도성 요소는 금속 박막, 예를 들어, 표면 금속 박막 및/또는 핀들을 포함하거나, 전도성 중합체 또는 세라믹을 포함 할 수있다. 또한, 전기 에너지는 예를 들어, 전자기 방사 및/또는 빛을 사용한 무선 접속을 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이들 장치들의 다양한 구성 요소들은 하나 이상의 컴퓨팅 장치에 포함된 하나 이상의 프로세서에서 실행되고, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고, 본 문서에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어는 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같이 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장 될 수도 있다.
또한, 당업자라면 본 발명의 예시적인 실시 예의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 컴퓨터 장비들의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합 또는 통합될 수 있으며, 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들로 분산될 수 있음을 알 수 있다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시 예에 따른 전자 장치 또는 전기 장치, 및/또는 임의의 다른 관련 장치, 또는 구성 요소들은, 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 어플리케이션-주문형 집적 회로), 소프트웨어 또는 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 또는 개별 IC 칩 상에 형성 될 수있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 연성 인쇄 회로 필름, 테이프 캐리어 패키지(TCP), 인쇄 회로 기판(PCB), 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기 접속 또는 상호 접속은 와이어 또는 전도성 요소에 의해, 예를 들어, PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상에 구현될 수 있다. 전도성 요소는 금속 박막, 예를 들어, 표면 금속 박막 및/또는 핀들을 포함하거나, 전도성 중합체 또는 세라믹을 포함 할 수있다. 또한, 전기 에너지는 예를 들어, 전자기 방사 및/또는 빛을 사용한 무선 접속을 통해 전송될 수도 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 48 V 전지 시스템
2: 12 V 전지 시스템
3: 외부 DC/DC 컨버터
4: 전압 가변 ECU
5: 48 V ECU
6: 12 V ECU
10: 전지셀
11: 제1스택 노드
12: 제2스택 노드
13: 중간 노드
14: 저전압 노드
15: 저전압 전지
16: 제1전지셀 서브셋(제1서브스택)
17: 제2전지셀 서브셋(제2서브스택)
21: 고전압 보드넷
22: 저전압 보드넷
23: 강압 컨버터
24, 25: 강압 컨버터의 입력 노드
26: 인덕턴스(초크)
27: 제1컨버터 노드
28, 33: 정류 소자
29: 다이오드
30: 제2컨버터 노드
31, 32: 전압 측정 노드
41, 42, 43, 44, 45: 스위칭 소자
46: 제어부
61, 62: 부하
63: 스타터 제너레이터

Claims (15)

  1. 전기 차량용 전원 공급 시스템에 있어서,
    제1스택 노드 및 제2스택 노드 사이에 연결되며, 상기 전기 차량의 고전압 보드넷에 전력을 공급하기 위한 제1동작 전압을 제공하도록 구성되는 복수의 적층된 전지셀;
    상기 제2스택 노드와 저전압 노드 사이에 연결되며, 상기 전기 차량의 저전압 보드넷에 공급하기 위한 제2동작 전압을 상기 저전압 노드에 출력하도록 구성되는 저전압 전지;
    상기 제1스택 노드에 연결되는 제1입력 노드 및 상기 제2스택 노드에 연결되는 제2입력 노드를 포함하고, 상기 제1입력 노드 및 상기 제2 입력 노드를 통해 입력되는 전압으로부터 강압된 제3동작 전압을 상기 저전압 노드에 출력하도록 구성되는 강압 컨버터;
    상기 복수의 적층된 전지셀을 제1전지셀 서브셋과 제2전지셀 서브셋으로 분할하며, 제1스위칭 소자를 통해 상기 저전압 노드에 연결되는 중간 노드; 및
    상기 저전압 전지의 단자 전압을 검출하고, 검출된 상기 단자 전압에 따라 상기 제1스위칭 소자를 도통 상태로 설정하는 제어부를 포함하는 전원 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3동작 전압은 상기 제2동작 전압보다 낮거나 동일하고, 상기 제2전지셀 서브셋은 상기 제2동작 전압 및 상기 제3동작 전압의 사이의 제4동작 전압을 제공하는 전원 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 검출된 상기 단자 전압이 기설정된 제1전압 임계치보다 낮으면 상기 제1스위칭 소자를 도통 상태로 설정하고, 검출된 상기 단자 전압이 기설정된 제2전압 임계치보다 높으면 상기 제1스위칭 소자를 비도통 상태로 설정하도록 구성되는 전원 공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1전압 임계치는 상기 제2 내지 제4동작 전압 중 적어도 하나보다 낮은 전원 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강압 컨버터는, 상기 제1입력 노드와 상기 저전압 노드 사이에 연결되는 제2스위칭 소자 및 에너지 저장 소자, 및
    상기 제2스위칭 소자 및 상기 에너지 저장 소자 사이에 전기적으로 접속된 제1컨버터 노드와 상기 제2입력 노드의 사이에 연결된 제3 스위칭 소자를 포함하는, 전원 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에너지 저장 소자는 인덕턴스 또는 커패시턴스인 전원 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저전압 노드와 상기 강압 컨버터의 사이에 연결되어, 상기 저전압 노드로부터 상기 강압 컨버터로의 전류 흐름을 억제하도록 구성된 정류 소자를 더 포함하는 전원 공급 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정류 소자는 다이오드인 전원 공급 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 강압 컨버터는 상기 제1전지셀 서브셋으로부터 상기 제2전지셀 서브셋으로 에너지를 전달하기 위해, 상기 중간 노드로 상기 제3동작 전압을 출력하도록 구성되는 전원 공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 강압 컨버터는 상기 저전압 노드와 상기 에너지 저장 소자 사이에 전기적으로 접속된 제2컨버터 노드, 상기 제2컨버터 노드와 상기 중간 노드 사이에 전기적으로 연결된 제4스위칭 소자, 및 상기 제2컨버터 노드 및 상기 저전압 노드 사이에 전기적으로 연결된 제5스위칭 소자를 더 포함하는 전원 공급 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 내지 제5스위칭 소자들 중 적어도 하나의 도통 상태를 제어하는 전원 공급 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상보형 트랜지스터들의 제1쌍이 상기 제2 및 제3스위칭 소자들로 사용되고,
    상보형 트랜지스터들의 제2쌍이 상기 제4 및 제5스위칭 소자들로 사용되는 전원 공급 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 전원 공급 시스템;
    상기 제1스택 노드 및 상기 제2스택 노드 사이에 연결된 적어도 하나의 제1부하; 및
    상기 제2스택 노드 및 상기 저전압 노드 사이에 연결된 적어도 하나의 제2부하를 포함하는 차량.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 전원 공급 시스템; 및
    상기 제1스택 노드 및 상기 제2스택 노드 사이에 연결된 스타터 제너레이터를 포함하는 차량.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1부하는 48V의 동작 전압을 가지고, 상기 제2부하는 12V의 동작 전압을 가지는 차량.
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