KR20080047638A - Power supply system for electric vehicle - Google Patents

Power supply system for electric vehicle Download PDF

Info

Publication number
KR20080047638A
KR20080047638A KR1020060117316A KR20060117316A KR20080047638A KR 20080047638 A KR20080047638 A KR 20080047638A KR 1020060117316 A KR1020060117316 A KR 1020060117316A KR 20060117316 A KR20060117316 A KR 20060117316A KR 20080047638 A KR20080047638 A KR 20080047638A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vehicle
battery
low voltage
module
voltage unit
Prior art date
Application number
KR1020060117316A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
윤준일
강주현
김주영
신인철
유은지
윤희수
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020060117316A priority Critical patent/KR20080047638A/en
Publication of KR20080047638A publication Critical patent/KR20080047638A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

A power supply system for an electric vehicle is provided to simplify a structure without requiring an additional voltage drop device and stably offer low voltage electricity to electrical components of the vehicle. A power supply system(200) for an electric vehicle includes one integral type battery module(210) with a plurality of unit modules. Each of the unit modules includes a plurality of battery cells(222,232). The battery module includes both high voltage unit modules(220) for driving a motor(10) and low voltage unit modules(230) for operating electrical components of the vehicle(60). Electricity from the low voltage unit modules is supplied to the electrical components of the vehicle without voltage drop.

Description

전기자동차의 전원 시스템 {Power Supply System for Electric Vehicle}Electric Power System {Power Supply System for Electric Vehicle}

도 1은 종래 기술의 하나의 예로서, 전지모듈을 이용하는 전기자동차용 전원 시스템의 구성도이다;1 is a configuration diagram of a power system for an electric vehicle using a battery module as one example of the prior art;

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고전압 단위전지모듈과 저전압 단위전지모듈을 일체형으로 구성한 전지모듈을 포함하는 전기자동차용 전원 시스템의 구성도이다. 2 is a configuration diagram of a power system for an electric vehicle including a battery module in which the high voltage unit battery module and the low voltage unit battery module are integrally formed according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 전원 시스템은 다수의 단위모듈들로 구성된 하나의 일체형 전지모듈을 포함하고 있고, 상기 전지모듈에는 모터 구동을 위한 고전압용 단위모듈과 차량 전장의 작동을 위한 저전압용 단위모듈을 동시에 포함하고 있고, 상기 저전압용 단위모듈로부터의 전기는 전압 강하없이 차량 전장에 공급되는 구조로 구성되어 있는 자동차용 전원 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a power system of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. More particularly, the power system includes one integrated battery module including a plurality of unit modules, and the battery module includes a high voltage for driving a motor. And a low voltage unit module for operation of the vehicle electric field, and the electricity from the low voltage unit module relates to a vehicle power system configured to be supplied to a vehicle electric field without a voltage drop.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. Secondary batteries are also attracting attention as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which are proposed as a way to solve air pollution in conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .

소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.One or two or four battery cells are used for small mobile devices, whereas medium and large battery modules, which are electrically connected to a plurality of battery cells, are used for medium and large devices such as automobiles due to the need for high output and large capacity.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다. Since the medium-large battery module is preferably manufactured in a small size and weight, the rectangular battery, the pouch-type battery, etc., which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of the medium-large battery module. In particular, a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to its advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy deformation.

중대형 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 및 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다. In order for the medium-large battery module to provide the output and capacity required in a predetermined device or device, it is necessary to electrically connect a plurality of battery cells in series and in parallel and maintain a stable structure against external force.

따라서, 다수의 전지셀들을 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다. 더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 다수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그 로 인해 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 내지 디바이스의 공간상의 한계 측면에서 바람직하지 않다. 더욱이, 차량 등과 같이 한정된 내부공간에 효율적으로 장착되기 위해서는 더욱 콤팩트한 구조의 중대형 전지모듈이 요구된다. Therefore, in the case of constructing a medium-large battery module using a plurality of battery cells, since a large number of members are generally required for their mechanical fastening and electrical connection, the process of assembling these members is very complicated. Moreover, space is required for joining, welding, soldering, etc. a plurality of members for mechanical fastening and electrical connection, thereby increasing the overall size of the system. This increase in size is undesirable in view of the space limitations of the apparatus or device in which the medium-large battery module is mounted. Furthermore, in order to be efficiently mounted in a limited interior space such as a vehicle, a medium to large battery module having a more compact structure is required.

또한, 일반적으로 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원시스템(100)은, 도 1에서 보는 바와 같이, 다수의 이차전지 셀들(112)로 구성된 전지모듈(110), 배터리 관리 시스템인 BMS(Battery Management System: 20) 및 다수의 전기장치들로 구성되어 있다. 인버터(Inverter: 30)는 전지모듈(110)에서 발생하는 고전압의 직류전기를 교류전기로 변환하여 차량모터(10)에 전달한다. 직류전압 강하장치인 LDC(Low voltage DC to DC converter: 40)는 전지모듈(110)에서 발생하는 고전압의 직류 전기를 저전압으로 강하시켜 제어부(50)에 전달하고 제어부(50)는 계기판, 차량용 오디오와 같은 차량 전장(60)의 작동을 제어한다. BMS(20)는 전지셀(120)의 상태에 따라 전지모듈(110)을 제어하며 인버터(30)와 LDC(40)와 같은 전기장치에 신호를 전달한다.In addition, the power system 100 of the electric vehicle or hybrid electric vehicle in general, as shown in Figure 1, the battery module 110 composed of a plurality of secondary battery cells 112, the battery management system BMS (Battery Management System) 20) and a number of electrical devices. An inverter 30 converts a high voltage direct current generated from the battery module 110 into alternating current and transmits the alternating current to the vehicle motor 10. The low voltage DC to DC converter 40, which is a DC voltage dropping device, drops a high voltage DC electricity generated from the battery module 110 to a low voltage to transfer it to the controller 50, and the controller 50 transmits the instrument panel and the vehicle audio. Control the operation of the vehicle electric field 60 such as. The BMS 20 controls the battery module 110 according to the state of the battery cell 120 and transmits a signal to an electric device such as the inverter 30 and the LDC 40.

일반적으로, 차량용 모터의 구동에는 대략 150 V의 고전압이 요구되며, 자동차의 전장(예: 계기판, 오디오기기, 헤드라이트 등)의 작동에는 대략 12 V의 저전압이 필요하므로, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 직렬, 또는 직렬 및 병렬로 연결되어 차량 모터의 구동 및 전장의 작동에 필요한 전기를 공급하게 된다.Generally, a high voltage of about 150 V is required for driving a motor of a vehicle, and a low voltage of about 12 V is required for the operation of an electric vehicle (eg, an instrument panel, an audio device, a headlight, etc.). The cells are connected in series, or in series and in parallel, to provide the electricity needed to drive the vehicle motor and to operate the electric field.

따라서, 종래의 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차 등에서는 저전압을 필요로 하는 전장의 작동을 위하여 LDC를 사용하여 전지모듈에서 발생한 고전압의 직류전기를 저전압의 전기로 변환하였다.Therefore, in the conventional electric vehicle or hybrid electric vehicle, the LDC is used to convert the high voltage DC electricity generated from the battery module to the low voltage electricity for the operation of the electric field requiring the low voltage.

그러나, 상기 LDC로 인하여 자동차 전원장치의 구조가 복잡해지고, 하나의 전지모듈에서 전기를 생성하여 모터와 자동차 전장에 공급함으로써, 전지모듈의 이상 발생시 차량의 구동 모터뿐만 아니라 전장까지도 작동되지 못하는 문제점이 발생한다. 즉, 전지모듈은 다수의 이차전지 셀들로 구성되어 있으므로, 하나의 이차전지 셀에서 이상이 발생하더라도 전지모듈 전체의 작동이 중지될 수 있다. However, due to the LDC, the structure of the automobile power supply device is complicated, and by generating electricity from one battery module and supplying the electric power to the motor and the electric vehicle, when the battery module malfunctions, not only the driving motor of the vehicle but also the electric field are not operated. Occurs. That is, since the battery module is composed of a plurality of secondary battery cells, even if an abnormality occurs in one secondary battery cell, the entire operation of the battery module may be stopped.

따라서, 일본 특허출원 공개 제2003-061209호는, 고전압의 메인 전지모듈이 정션 박스(Junction Box)와 파워 드라이브 유닛(Power Drive Unit)을 경유하여 모터에 고전압의 전기를 공급하고, 저전압의 보조 전지모듈이 에어컨, 와이퍼와 같은 자동차 전장에 전기를 공급하는 자동차용 전원장치의 구조를 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술에서는 메인 전지모듈과 보조 전지모듈이 각각 분리되도록 배치되어 있어서, 배선 및 제어소자들의 배치구조가 복잡해지고 이에 따른 전원장치 전체의 크기가 증가하며, 제조비용도 증가하게 되는 문제점이 있다.Accordingly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-061209 discloses that a high voltage main battery module supplies a high voltage electricity to a motor via a junction box and a power drive unit, thereby providing a low voltage auxiliary battery. A module discloses a structure of an automotive power supply unit for supplying electricity to an automotive electric field such as an air conditioner and a wiper. However, in the above technology, since the main battery module and the auxiliary battery module are arranged to be separated from each other, the arrangement structure of the wiring and the control elements becomes complicated, and thus, the overall size of the power supply device increases, and the manufacturing cost also increases. .

미국 등록특허 제 7095137호는 하나의 전기시스템이 제 1 서브시스템(36 V)과 제 2 서브시스템(12 V)으로 구성되어 있어서, 하나의 서브시스템이 고장 나더라도 다른 서브시스템이 작동되어 부하(자동차 전장)에 일정한 전류를 공급하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 저전압의 제 2 서브 시스템이 단지 고전압의 제 1 서브 시스템에 이상이 발생했을 경우 보조 전원의 역할만 수행하므로 전체 시스템은 안정성은 우수하지만, 제 1 서브 시스템의 부가로 인해 시스템 전체의 부피가 증가하는 단점을 가지고 있다. 더욱이, 상기 기술은 전기자동차, 하이브리 드 전지자동차 등이 아닌 일반 엔진 기반 자동차의 전기시스템 구조를 개시하고 있는 바, 예를 들어, 상기 기술에서 제안하고 있는 36 V의 전압으로는 대략 150 V의 고전압을 필요로 하는 차량 모터를 구동시킬 수는 없다.In US Patent No. 7095137, one electrical system is composed of a first subsystem (36 V) and a second subsystem (12 V), so that even if one subsystem fails, the other subsystem is operated to load ( A technique for supplying a constant current to the automotive electronics) is disclosed. However, the above-mentioned technique only plays the role of auxiliary power supply when the low voltage second subsystem has an abnormality in the high voltage first subsystem, so the overall system is excellent in stability, but the addition of the first subsystem makes the whole system Has the disadvantage of increasing volume. Furthermore, the technology discloses an electric system structure of a general engine-based vehicle other than an electric vehicle, a hybrid battery vehicle, and the like. For example, the voltage of 36 V proposed in the above technique is approximately 150 V. It is not possible to drive vehicle motors that require high voltages.

또한, 미국 등록특허 제 6791295호는, 고전압 전지(36 V), 저전압 전지(12 V) 및 직류전압 변환기(DC-to-DC Converter)로 구성된 전기시스템에서, 직류전압 변환기를 이용하여 저전압 전기를 고전압으로 승압함으로써 고전압 전지에 충전하고, 고전압 전지는 소정의 이미 설정한 충전 한계값까지만 충전되도록 하는 방법에 대한 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술 역시 엔진 기반 자동차의 저전압 전지와 고전압 전지를 충전하는 방법 및 장치에 대한 내용이고, 36 V의 전압으로는 단지 자동차 전장 만을 작동시킬 수 있을 뿐이며, 대략 150 V의 고전압을 필요로 하는 차량 모터를 구동시킬 수는 없다. In addition, U.S. Patent No. 6791295 discloses low voltage electricity using a DC voltage converter in an electrical system composed of a high voltage battery (36 V), a low voltage battery (12 V), and a DC-to-DC converter. A technique is disclosed for charging a high voltage battery by boosting it to a high voltage and allowing the high voltage battery to be charged only up to a predetermined preset charging limit value. However, the above technique also relates to a method and apparatus for charging a low voltage battery and a high voltage battery of an engine-based vehicle, and can operate only an automotive electric field with a voltage of 36 V, requiring a high voltage of approximately 150 V. It is not possible to drive a vehicle motor.

그러므로, 앞서 설명한 바와 같이 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 차량에 장착될 수 있도록, 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수하며, 간단한 구조로 이루어진 전지모듈로부터 차량 모터와 자동차 전장에 전기를 공급할 수 있는 자동차용 전원시스템에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, as described above, a vehicle power source capable of supplying electric power to a vehicle motor and an electric vehicle from a battery module having a compact, excellent structural stability and a simple structure to be mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. The need for a system is high.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 자 동차 전원 시스템에서 전지모듈을 고전압 단위모듈과 저전압 단위모듈의 일체형으로 구성하여, 고전압을 저전압으로 강하시키는 별도의 직류전압 강하장치 없이 전지모듈의 전기를 차량 전장에 공급하는 자동차 전원 시스템을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to configure the battery module as an integrated unit of a high voltage unit module and a low voltage unit module in an electric vehicle power system of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, the battery without a separate DC voltage dropping device to drop the high voltage to low voltage It is to provide a vehicle power system that supplies the module's electricity to the vehicle electric field.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 전원 시스템은, 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차에서 모터의 구동과 차량 전장의 작동을 위한 전기를 제공하는 전원 시스템으로서, 상기 전원 시스템은 다수의 단위모듈들로 구성된 하나의 일체형 전지모듈을 포함하고 있고, 상기 각각의 단위모듈들은 다수의 전지셀들로 구성되어 있으며, 상기 전지모듈에는 모터 구동을 위한 고전압용 단위모듈과 차량 전장의 작동을 위한 저전압용 단위모듈을 동시에 포함하고 있고, 상기 저전압용 단위모듈로부터의 전기는 전압 강하없이 차량 전장에 공급되는 구조를 포함하는 것으로 구성되어 있다.An automotive power system according to the present invention for achieving the above object is a power system for providing electric power for the operation of the motor and the operation of the vehicle in the electric vehicle or hybrid electric vehicle, the power system is a plurality of unit modules It includes one integrated battery module configured, each of the unit modules is composed of a plurality of battery cells, the battery module is a high voltage unit module for driving the motor and a low voltage unit module for the operation of the vehicle electric field At the same time, the electricity from the low-voltage unit module is configured to include a structure that is supplied to the vehicle electric field without a voltage drop.

본 출원의 발명자들은 다양한 실험과 연구를 거듭한 끝에, 고전압용 단위모듈과 저전압용 단위모듈을 하나의 일체형 전지모듈로 구성하는 경우, 별도의 전압 강하장치(LDC) 없이도 저전압용 단위모듈의 전기를 자동차 전장에 직접 전달하여 사용할 수 있으며, 전압 강하장치의 장착으로 인해 유발되는 전원시스템 구조의 복잡성 문제를 해결할 수 있음을 확인하였다. After various experiments and studies, the inventors of the present application, when the high voltage unit module and the low voltage unit module are configured as one integrated battery module, the electricity of the low voltage unit module without a separate voltage drop device (LDC) It was confirmed that it can be directly transmitted to the automotive electronics and solve the complexity problem of the power system structure caused by the installation of the voltage drop device.

따라서, 본 발명의 전원 시스템에서는 차량모터의 구동을 위한 고전압용 단위모듈과 자동차 전장의 작동을 위한 저전압용 단위모듈을 서로 다른 전압 조건하 에서 함께 구성함으로써, 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 일거에 해결할 수 있다.Therefore, in the power supply system of the present invention, by configuring the high voltage unit module for driving the vehicle motor and the low voltage unit module for the operation of the automotive electric field together under different voltage conditions, the problems of the prior art as described above are raised. Can be solved.

예를 들어, 본 발명에 따른 전원시스템은, 앞서 설명한 일본 특허출원 공개 제2003-061209호와는 달리, 고전압용 단위모듈과 저전압 단위모듈을 동시에 포함하고 있는 하나의 일체형 전지모듈을 사용함으로써, 전원시스템 내에서 배선 구조와 제어소자들의 배치 구조가 더욱 간소화되고, 이에 따른 전원시스템의 전체 크기 및 제조비용도 감소하며, 제조 및 수리 작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다. For example, unlike the Japanese Patent Application Publication No. 2003-061209 described above, the power supply system according to the present invention uses a single integrated battery module that includes a high voltage unit module and a low voltage unit module at the same time. The wiring structure and the arrangement of control elements in the system are further simplified, thereby reducing the overall size and manufacturing cost of the power supply system and facilitating manufacturing and repairing operations.

본 발명에 따른 자동차 전원시스템의 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지이면 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 니켈-수소 이차전지 또는 리튬 이차전지일 수 있다.The battery cells constituting the battery module of the vehicle power supply system according to the present invention are not particularly limited as long as they are secondary batteries capable of charging and discharging, but may preferably be nickel-hydrogen secondary batteries or lithium secondary batteries.

상기 '니켈-수소 이차전지'는 양극에 니켈, 음극에 수소흡장합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 이차전지로서 단위부피당 에너지 밀도가 니켈-카드뮴전지에 비해 2배에 가까우며, 니켈-카드뮴전지보다 고용량화가 가능하고 과방전 및 과충전에 잘 견딜 수 있으며, 단위부피당 용량이 크므로, 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 에너지원으로 바람직할 수 있다.The nickel-hydrogen secondary battery is a secondary battery using nickel as a positive electrode, a hydrogen storage alloy as a negative electrode, and an alkaline aqueous solution as an electrolyte, and the energy density per unit volume is nearly twice that of a nickel-cadmium battery, and is higher in capacity than a nickel-cadmium battery. It is possible to withstand over-discharge and overcharge, and has a large capacity per unit volume, it may be preferable as an energy source of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.

또한, 상기 '리튬 이차전지'는 양극 활물질로 LiCoO2 등의 금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 다공성 고분자 분리막을 위치시키고, LiPF6 등의 리튬염을 함유한 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소 층으로 삽입이 되고, 방전시에는 반대로 탄소 층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입이 되며, 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온이 이동하는 매질의 역할을 하며, 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하기 때문에, 다양한 전자제품, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 에너지원으로 바람직할 수 있다. In addition, the lithium secondary battery uses a metal oxide such as LiCoO 2 as a cathode active material and a carbon material as a cathode active material, and places a porous polymer separator between the anode and the cathode and contains a lithium salt such as LiPF 6 . It is prepared by adding an aqueous electrolyte solution. During charging, lithium ions of the positive electrode active material are released and inserted into the carbon layer of the negative electrode, and during discharge, lithium ions of the carbon layer are released and inserted into the positive electrode active material, and the non-aqueous electrolyte is lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. It acts as a moving medium, and because of its high energy density, high operating voltage and excellent preservation and lifetime characteristics, it can be a preferred energy source for a variety of electronics, electric vehicles or hybrid vehicles.

이러한 전지셀들은 모터 구동을 위한 고전압과 차량 전장의 작동을 위한 저전압을 제공할 수 있도록, 직렬 방식, 또는 직렬 및 병렬 방식으로 전기적 연결을 이룬다. 예를 들어, 리튬 이차전지 셀은 일반적으로 3.0 ~ 4.5 V 정도를 제공하므로, 앞서 정의한 고전압과 저전압의 제공하기 위해서는 적어도 소정의 직렬 방식의 전기적 연결이 요구된다. These battery cells make electrical connections in series, or in series and in parallel, to provide a high voltage for driving the motor and a low voltage for operation of the vehicle electric field. For example, since the lithium secondary battery cell generally provides about 3.0 to 4.5 V, at least some series electrical connection is required to provide the high voltage and the low voltage.

상기 차량 모터의 구동을 위한 고전압 조건은 차량의 구동 조건, 모터의 종류 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 150 내지 300 V의 전압일 수 있다. 또한, 차량 전장의 작동을 위한 저전압 조건 역시 차량의 설정 조건 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 10 내지 30 V의 전압일 수 있다.The high voltage condition for driving the vehicle motor may vary depending on the driving condition of the vehicle, the type of the motor, and the like, and may be, for example, a voltage of 150 to 300 V. In addition, the low voltage condition for the operation of the vehicle electric field may also vary depending on the setting conditions of the vehicle, for example, may be a voltage of 10 to 30V.

따라서, 차량의 모터를 구동하는 고전압용 단위모듈은 둘 이상의 전지셀들이 직렬 또는 직렬 및 병렬 방식으로 전기적 및 기계적으로 연결되어 150 내지 300 V의 고전압의 직류전기를 발생시키고, 인버터(Inverter)는 상기 고전압의 직류전기를 교류전기로 변환하여 차량 모터에 공급하는 구성일 수 있다.Therefore, the high voltage unit module for driving the motor of the vehicle generates two or more battery cells electrically and mechanically connected in series or in series and in parallel to generate a high voltage DC electricity of 150 to 300 V, and an inverter (Inverter) is It may be configured to convert a high-voltage direct current electric current into alternating current electricity to supply the vehicle motor.

반면에, 차량의 전장을 작동시키는 저전압용 단위모듈은 둘 이상의 전지셀들이 직렬 또는 직렬 및 병렬 방식으로 전기적 및 기계적으로 연결되어, 10 내지 30 V의 직류전기를 발생시키고, 별도의 직류전압 강하장치 없이도 차량 전장에 저전압 의 직류 전기를 공급하는 것으로 구성할 수 있다. 이러한 저전압 단위모듈은 고전압 단위모듈이 일부 전지셀의 작동 이상으로 문제가 발생하더라도 차량 전장의 작동에 필요한 전기를 공급할 수 있다. 예를 들어, 고전압 단위모듈을 구성하는 전지셀의 수가 저전압 단위모듈에 비해 많으므로, 고전압 단위모듈의 고장 가능성이 상대적으로 높음을 고려할 때, 상기와 같은 저전압 단위모듈의 구성은 매우 효과적이라 할 수 있다.On the other hand, the low-voltage unit module for operating the electric field of the vehicle, two or more battery cells are electrically and mechanically connected in series or in series and parallel, generating a 10 to 30 V DC electricity, a separate DC voltage drop device It can be configured to supply low-voltage direct current electricity to the vehicle electric field without. The low voltage unit module can supply electricity required for the operation of the vehicle electric field even if the high voltage unit module has a problem due to an abnormal operation of some battery cells. For example, since the number of battery cells constituting the high voltage unit module is higher than that of the low voltage unit module, the low voltage unit module configuration as described above is very effective considering the relatively high possibility of failure of the high voltage unit module. have.

본 발명에 따른 자동차용 전원 시스템은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 하이브리드 전기 자동차의 전원으로 유용하게 적용될 수 있다.The power supply system for automobiles according to the present invention may be used as a power source for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, which has a limited mounting space and is exposed to frequent vibrations and strong shocks, in consideration of mounting efficiency, structural stability, and the like. It can be usefully applied as a power source for electric vehicles.

따라서, 본 발명은 또한 상기 전원 시스템을 포함하고 있는 하이브리드 전기자동차를 제공하는 바, 충방전이 가능한 전원 시스템을 포함하는 하이브리드 전기자동차는 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다. Therefore, the present invention also provides a hybrid electric vehicle including the power system, the hybrid electric vehicle including a power system capable of charging and discharging is known in the art, a detailed description thereof is omitted herein. do.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정된 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고전압 단위전지모듈과 저전압 단위전지모듈을 이용한 전기자동차 전원 시스템에 대한 구성도가 개념적으로 도시되어 있다.2 is a schematic diagram of an electric vehicle power supply system using a high voltage unit battery module and a low voltage unit battery module according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 전원 시스템(200)은 고전압용 단위모듈(220)과 저전압용 단위모듈(230)을 포함하는 전지모듈(210), 전지모듈(210) 및 전지셀들(222, 232)의 제어 및 신호 전달 기능을 하는 BMS(20), 다수의 전기장치들로 구성되어 있다.Referring to FIG. 2, the power system 200 includes a battery module 210, a battery module 210, and battery cells 222 and 232 including a high voltage unit module 220 and a low voltage unit module 230. The control and signal transmission function of the BMS 20, consists of a number of electrical devices.

전지모듈(210)은 고전압용 단위모듈(220)과 저전압용 단위모듈(230)을 함께 포함하는 일체형 구조로 이루어져 있다. 여기서 일체형 구조란, 고전압용 단위모듈(220)을 구성하는 전지셀들(222)과 저전압 단위모듈(230)을 구성하는 전지셀들(232)이 실질적으로 별도의 구별없이 하나의 팩 케이스에 내장되어 있어서 전체적으로 하나의 형태를 이루며, 다만, 전기적 연결 관계만을 달리하여 고전압용 단위모듈(220)과 저전압용 단위모듈(230)을 형성하는 구조를 의미한다.The battery module 210 has an integrated structure including a high voltage unit module 220 and a low voltage unit module 230 together. Here, the integrated structure means that the battery cells 222 constituting the high voltage unit module 220 and the battery cells 232 constituting the low voltage unit module 230 are substantially embedded in one pack case without any distinction. As a whole, it forms a single shape, but means a structure in which the high voltage unit module 220 and the low voltage unit module 230 are formed by only changing electrical connections.

고전압용 단위모듈(220)은 대략 150 내지 300 V의 전기를 모터(10)에 공급하기 위하여 둘 이상의 전지셀들(240)이 직렬 또는 직렬 및 병렬 방식으로 연결(별도로 도시하지 않음)되어 있고, 인버터(30)는 고전압용 단위모듈(220)에서 발생한 고전압의 직류전기를 교류전기로 변환하여 모터(10)에 전달함으로써 차량을 구동시킬 수 있다. In the high voltage unit module 220, two or more battery cells 240 are connected in series or in series and in parallel (not shown) to supply electricity of approximately 150 to 300 V to the motor 10. The inverter 30 may drive the vehicle by converting the high voltage direct current generated from the high voltage unit module 220 into alternating current and transferring the alternating current to the motor 10.

저전압용 단위모듈(230)은 계기판, 에어컨, 오디오, 라이트 등 자동차 전장(60)의 작동에 필요한 10 내지 30 V의 전기를 발생시키며, 저전압용 단위모듈(230)에서 발생한 저전압의 전기는 전장(60)을 제어하는 제어부(50)를 거쳐 자동차 전장(60)에 직접 공급된다.The low voltage unit module 230 generates 10 to 30 V of electricity required for the operation of the vehicle electric field 60, such as an instrument panel, an air conditioner, an audio, a light, and the low voltage electricity generated from the low voltage unit module 230 is an electric field ( 60 is directly supplied to the vehicle electric field 60 via the control unit 50 for controlling.

자동차의 전장(60)을 작동시키기 위한 저전압용 단위모듈(230)은 소정 개수의 전지셀들(232)을 조합하여 구성함으로써, 고전압의 직류전기를 저전압의 직류전 기로 강하시키는 LDC(도 1; 40)를 필요하지 않고, 고전압용 전지모듈(220)에 이상이 발생하더라도 저전압용 모듈(230)에서 전기를 공급받는 자동차 전장(60)는 영향을 받지않게 된다.The low-voltage unit module 230 for operating the electric vehicle 60 of the vehicle is configured by combining a predetermined number of battery cells 232, thereby lowering the high-voltage DC electricity to a low-voltage DC electricity (Fig. 1; 40 is not required, and even if an abnormality occurs in the high voltage battery module 220, the automotive electric field 60 supplied with electricity from the low voltage module 230 is not affected.

차량모터(10)의 회전에 따른 기계적 에너지가 전기적 에너지로 변환되어 전지모듈(220)에 충전되는 과정은 발전기(70)를 통해 모터(10)의 회전 에너지가 교류전기로 생성되며 정류기(80)를 거쳐 직류전기로 변환되어 전지모듈(220) 전체의 충전을 행하게 된다. 따라서, 충전 과정에서는 고전압 단위모듈(220)의 전지셀들(222)과 저전압 단위모듈(230)의 전지셀들(232)이 함께 충전된다. In the process of converting the mechanical energy according to the rotation of the vehicle motor 10 into electrical energy and charging the battery module 220, the rotational energy of the motor 10 is generated as an alternating current through the generator 70 and the rectifier 80. Through the conversion to direct current is to charge the entire battery module 220. Therefore, in the charging process, the battery cells 222 of the high voltage unit module 220 and the battery cells 232 of the low voltage unit module 230 are charged together.

이상 본 발명의 실시예에 따른 전지모듈을 고전압용 단위모듈과 저전압용 단위모듈로 구성한 자동차 전원 시스템의 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although the battery module according to an embodiment of the present invention has been described with reference to a drawing of a vehicle power system including a high voltage unit module and a low voltage unit module, those skilled in the art to which the present invention pertains are based on the above contents. It will be possible to make various applications and modifications within the scope of the invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 전원 시스템은 차량 등과 같은 제한된 공간에서 최소의 공간으로 안정적으로 장착될 수 있는 콤팩트한 구조를 가지며, 별도의 전압 강하장치가 필요하지 않게 됨으로써 간단한 구조로 구성되고, 또한 자동차 전장에 안정적으로 저전압의 전기를 공급할 수 있는 장점을 가진다.As described above, the automotive power system according to the present invention has a compact structure that can be stably mounted in a limited space in a limited space such as a vehicle, and is configured in a simple structure by not requiring a separate voltage drop device. And, it also has the advantage of supplying low voltage electricity to the automotive electronics in a stable manner.

Claims (8)

전기자동차 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차에서 모터의 구동과 차량 전장의 작동을 위한 전기를 제공하는 전원 시스템으로서, 상기 전원 시스템은 다수의 단위모듈들로 구성된 하나의 일체형 전지모듈을 포함하고 있고, 상기 각각의 단위모듈들은 다수의 전지셀들로 구성되어 있으며, 상기 전지모듈에는 모터 구동을 위한 고전압용 단위모듈과 차량 전장의 작동을 위한 저전압용 단위모듈을 동시에 포함하고 있고, 상기 저전압용 단위모듈로부터의 전기는 전압 강하없이 차량 전장에 공급되는 것을 특징으로 하는 자동차 전원 시스템. An electric power system for providing electric power for driving a motor and operating an electric vehicle in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, wherein the power system includes an integrated battery module including a plurality of unit modules, each of which includes: The unit modules are composed of a plurality of battery cells, the battery module includes a high voltage unit module for driving the motor and a low voltage unit module for the operation of the vehicle electric field at the same time, from the low voltage unit module Electric power is supplied to the vehicle electric field without a voltage drop. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 니켈-수소 이차전지 또는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 자동차 전원 시스템.The vehicle power supply system according to claim 1, wherein the battery cell is a nickel-hydrogen secondary battery or a lithium secondary battery. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은 다수의 전지셀들이 직렬 방식, 또는 직렬 및 병렬 방식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 전원 시스템. The vehicle power supply system of claim 1, wherein the battery module is connected to a plurality of battery cells in series, or in series and in parallel. 제 1 항에 있어서, 상기 고전압용 단위모듈은 150 ~ 300 V의 전기를 제공하는 것을 특징으로 하는 자동차 전원 시스템.The power supply system of claim 1, wherein the high voltage unit module provides electricity of 150 to 300 volts. 제 1 항에 있어서, 상기 저전압용 단위모듈은 10 ~ 30 V의 전기를 제공하는 것을 특징으로 하는 자동차 전원 시스템.The vehicle power system of claim 1, wherein the low voltage unit module provides 10 to 30 V of electricity. 제 1 항에 있어서, 상기 고전압용 단위모듈은 인버터에 의해 교류 전기로 변환되어 구동 모터로 송부되는 것을 특징으로 하는 자동차 전원 시스템.The vehicle power supply system of claim 1, wherein the high voltage unit module is converted into alternating current electricity by an inverter and sent to a driving motor. 제 1 항에 있어서, 상기 저전압용 단위모듈은 직류전압 강하장치 없이 차량 전장으로 송부되는 것을 특징으로 하는 자동차 전원 시스템.The vehicle power system of claim 1, wherein the low voltage unit module is transmitted to a vehicle electric field without a DC voltage dropping device. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 자동차 전원 시스템을 포함하는 것으로 구성된 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차.An electric vehicle or hybrid electric vehicle, comprising an automobile power system according to any one of claims 1 to 7.
KR1020060117316A 2006-11-27 2006-11-27 Power supply system for electric vehicle KR20080047638A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060117316A KR20080047638A (en) 2006-11-27 2006-11-27 Power supply system for electric vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060117316A KR20080047638A (en) 2006-11-27 2006-11-27 Power supply system for electric vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080047638A true KR20080047638A (en) 2008-05-30

Family

ID=39663982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060117316A KR20080047638A (en) 2006-11-27 2006-11-27 Power supply system for electric vehicle

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20080047638A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011054588A2 (en) * 2009-11-03 2011-05-12 Robert Bosch Gmbh Low voltage power supply

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011054588A2 (en) * 2009-11-03 2011-05-12 Robert Bosch Gmbh Low voltage power supply
WO2011054588A3 (en) * 2009-11-03 2011-11-10 Robert Bosch Gmbh Low voltage power supply
CN102668293A (en) * 2009-11-03 2012-09-12 罗伯特·博世有限公司 Low voltage power supply

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8381849B2 (en) Vehicle hybrid energy system
EP4033633B1 (en) High reliability hybrid energy storage system
US8193761B1 (en) Hybrid power source
US7186473B2 (en) Battery with built-in load leveling
CN109478618B (en) Battery cell assembly for battery module
JP6076944B2 (en) High efficiency operation hybrid battery pack
JP5209019B2 (en) Power storage module and power storage device
US9935471B2 (en) Drive apparatus and transporter
CN1864329A (en) Energy storage device for loads having variable power rates
KR20110096995A (en) A hybrid battery system with the serial-parallel convertible circuit
WO2021020029A1 (en) Vehicle-mounted power supply system
CN107492919B (en) Power system and control method thereof
JP5323645B2 (en) Power storage device, power storage module and automobile
JP2017093055A (en) Drive apparatus and transportation equipment
KR20080047638A (en) Power supply system for electric vehicle
CN101743675B (en) Vehicle hybrid energy system
KR20150015970A (en) Battery management system preventing any problems that occur when a signal line is short to the high voltage or ground voltage and control method thereof
JP2004048872A (en) Motor drive system and electric automobile using the sane
CN113043861A (en) Hybrid power system and working method thereof
US9553288B2 (en) Step configuration for traction battery housing
CN220934168U (en) Battery and electricity utilization device
JP4396679B2 (en) Motor drive system and electric vehicle using the same
US20220006300A1 (en) Electrical energy store, device and method for operating an electrical energy store
JP2022087447A (en) Battery pack
JPH0845558A (en) Portable type power supply system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application