KR20130010011A - 집적화된 펄스 폭 변조 인버터를 포함하는 배터리 - Google Patents

집적화된 펄스 폭 변조 인버터를 포함하는 배터리 Download PDF

Info

Publication number
KR20130010011A
KR20130010011A KR1020127029980A KR20127029980A KR20130010011A KR 20130010011 A KR20130010011 A KR 20130010011A KR 1020127029980 A KR1020127029980 A KR 1020127029980A KR 20127029980 A KR20127029980 A KR 20127029980A KR 20130010011 A KR20130010011 A KR 20130010011A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
pulse width
width modulation
outputs
inputs
Prior art date
Application number
KR1020127029980A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101451855B1 (ko
Inventor
슈테판 부츠만
홀거 핑크
Original Assignee
에스비 리모티브 저머니 게엠베하
에스비리모티브 주식회사
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 에스비 리모티브 저머니 게엠베하, 에스비리모티브 주식회사 filed Critical 에스비 리모티브 저머니 게엠베하
Publication of KR20130010011A publication Critical patent/KR20130010011A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101451855B1 publication Critical patent/KR101451855B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/19—Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명에 따라 각각의 배터리 양극과 각각의 배터리 음극 사이에 직렬로 접속되는 복수의 배터리 셀을 구비한 하나 이상의 배터리 셀 라인을 포함하는 배터리가 도입된다. 본 발명에 따라 배터리는 배터리 내에 집적화되고 하나 이상의 제1 및 제2 입력뿐 아니라 하나 이상의 출력을 구비한 펄스 폭 변조 인버터를 포함한다. 이 경우 펄스 폭 변조 인버터의 제1 및 제2 입력은 배터리 양극 또는 배터리 음극과 연결된다.

Description

집적화된 펄스 폭 변조 인버터를 포함하는 배터리{Battery comprising an integrated pulse width modulation inverter}
본 발명은 집적화된 펄스 폭 변조 인버터를 포함하는 배터리와, 상기 배터리를 장착한 전기 자동차에 관한 것이다.
미래에는 정지 어플리케이션 뿐 아니라, 하이브리드 및 전기 차량과 같은 차량에서도 추가로 배터리 시스템이 이용될 것이라는 경향이 뚜렷해지고 있다. 각각의 적용 사례를 위해 전압과 공급될 수 있는 출력에 대해 지정된 요건을 충족할 수 있도록 하기 위해, 많은 수의 배터리 셀이 직렬로 접속된다. 상기 배터리로부터 공급되는 전류는 모든 배터리 셀을 통해 흘러야만 하고 하나의 배터리 셀은 제한된 전류만을 전도할 수 있기 때문에, 최대 전류를 상승시키기 위해, 추가로 배터리 셀들은 빈번하게 병렬로 접속된다. 이는 배터리 셀 케이싱(battery cell casing)의 내부에 복수의 셀 권선부(cell winding)를 제공하는 것을 통해, 또는 배터리 셀들을 외부에서 연결하는 것을 통해 이루어질 수 있다. 그러나 이 경우 정확하게 동일하지 않은 셀 정전용량 및 전압으로 인해 병렬로 접속된 배터리 셀들 간에 보상 전류(compensating current)를 초래할 수 있는 문제점이 있다.
예컨대 전기 및 하이브리드 차량에서, 또는 풍력발전소의 로터 블레이드 조정장치에서와 같은 정지 어플리케이션에서도 이용되는 것과 같은 종래의 전기 구동 시스템의 기본 회로도는 도 1에 도시되어 있다. 배터리(10)는 커패시터(11)에 의해 버퍼링되는 직류 전압 중간 회로에 연결된다. 직류 전압 중간 회로에는 펄스 폭 변조 인버터(12)가 연결되며, 이 펄스 폭 변조 인버터는 각각 2개의 개폐형 반도체 밸브와 2개의 다이오드를 통해서 전기 구동 모터(13)의 작동을 위해 3개의 출력에서 서로 위상 전이된 사인파 전압을 공급한다. 커패시터(11)의 정전용량은, 개폐형 반도체 밸브들 중 하나의 반도체 밸브가 통전되는 시간 기간 동안 직류 전압 중간 회로 내 전압을 안정화하기 위해서 충분히 높아야만 한다. 전기 차량과 같은 실제 적용 사례에서는 mF(밀리파라드) 범위의 높은 정전용량이 발생한다. 직류 전압 중간 회로에서 통상적으로 매우 높은 전압으로 인해 그처럼 높은 정전용량은 높은 비용과 높은 공간 요건에서만 실현될 수 있다.
도 2에는 도 1의 배터리(10)가 상세한 블록 회로도로 도시되어 있다. 다수의 배터리 셀은, 각각의 적용 사례에 대해 목표하는 높은 출력 전압 및 배터리 정전용량을 달성하기 위해, 직렬로뿐 아니라 선택에 따라서는 추가로 병렬로 접속된다. 배터리 셀들의 양극과 배터리 양극 단자(14) 사이에는 충전 및 분리 장치(16)가 접속된다. 선택에 따라 추가로 배터리 셀들의 음극과 배터리 음극 단자(15) 사이에는 분리 장치(17)가 접속될 수 있다. 분리 및 충전 장치(16)와 분리 장치(17)는 각각 배터리 단자들을 무전압 상태로 전환하기 위해 배터리 단자들로부터 배터리 셀들을 분리하도록 제공되는 접촉기(18 또는 19)(contactor)를 각각 포함한다. 그렇지 않을 경우 직렬 접속된 배터리 셀들의 높은 직류 전압으로 인해 유지보수 직원 등에 대해 상당한 위험 가능성이 있을 수 있다. 충전 및 분리 장치(16) 내에는 추가로 충전 접촉기(20)가 제공되며, 이 충전 접촉기(20)는 자체에 직렬로 접속되는 충전 저항체(21)를 포함한다. 충전 저항체(21)는, 배터리가 직류 전압 중간 회로에 연결될 때, 커패시터(11)를 위한 충전 전류를 제한한다. 이를 위해, 우선 접촉기(18)가 개방되고 충전 접촉기(20)만이 폐쇄된다. 배터리 양극 단자(14)에서의 전압이 배터리 셀들의 전압에 도달하면, 접촉기(19)가 폐쇄될 수 있고 경우에 따라 충전 접촉기(20)는 개방될 수 있다. 접촉기들(18, 19)과 충전 접촉기(20)는 배터리(10)에 대한 비용을 사소하지 않을 정도로 상승시키는데, 그 이유는 접촉기들의 신뢰성과 접촉기들에 의해 안내될 전류에 대한 요건이 높게 설정되기 때문이다.
그러므로 본 발명에 따라 각각의 배터리 양극과 각각의 배터리 음극 사이에 직렬로 접속되는 복수의 배터리 셀을 구비한 하나 이상의 배터리 셀 라인을 포함하는 배터리가 도입된다. 본 발명에 따라 배터리는 배터리 내에 집적화되고 하나 이상의 제1 및 제2 입력뿐 아니라 하나 이상의 출력을 구비한 펄스 폭 변조 인버터를 포함한다. 이 경우 펄스 폭 변조 인버터의 제1 및 제2 입력은 배터리 양극 또는 배터리 음극과 연결된다.
그러므로 본 발명은, 전기 구동 모터 내에 펄스 폭 변조 인버터를 집적화하고 그에 따라 구동 모터가 외부에서 버퍼 커패시터 및 배터리와 직접 연결될 수 있는 직류 모터로서 보이게끔 하는 경향에 반대한다.
배터리 내 펄스 폭 변조 인버터의 집적화는, 종래 기술에서 제공되는 접촉기들이 생략될 수 있다는 장점이 있는데, 그 이유는 배터리 셀 라인의 높은 직류 전압에 더 이상 배터리의 외부로부터 접근할 수 없기 때문이다. 종래 기술에 따라 접촉기들을 개방하는 것 대신에, 펄스 폭 변조 인버터의 출력이 간단하게 고저항 방식으로 접속될 수 있으며, 그럼으로써 추가의 컴포넌트 없이 펄스 폭 변조 인버터의 출력과, 그에 따라 배터리의 모든 출력이 무전압 상태로 전환될 수 있다. 배터리 셀 라인은 탈착 불가능하게 펄스 폭 변조 인버터와 연결되기 때문에, 경우에 따라 존재하는 버퍼 커패시터는 기본적으로 배터리 셀 라인의 전압을 나타내며, 그럼으로써 충전 접촉기도 제외될 수 있다. 상기 버퍼 커패시터가 제공되면, 이 버퍼 커패시터는 바람직하게는 배터리 양극과 연결되는 제1 커패시터 단자와 배터리 음극과 연결되는 제2 커패시터 단자를 포함하며 마찬가지로 배터리 내에 집적화된다.
펄스 폭 변조 인버터는 n개의 출력을 포함할 수 있으며, 이때 n은 1보다 큰 자연수이다. 이 경우 펄스 폭 변조 인버터는 출력들 각각에서 각각 또 다른 출력들에 대해 위상 전이된 사인파 전압을 생성하여 출력하도록 형성된다. 수 n은 바람직하게는 종래 기술에서 통상적인 인덕션 모터들에 적합한 인터페이스를 제공하기 위해 3이다.
배터리는 n개의 배터리 셀 라인을 포함할 수 있고, 펄스 폭 변조 인버터는 n개 쌍의 입력들을 포함하며, 이 쌍들 중 각각의 쌍은 n개의 배터리 셀 라인 중 연계되는 배터리 셀 라인의 배터리 양극 또는 음극과 연결된다. 그러므로 단일의 배터리 셀 라인 및 직류 전압 중간 회로 대신에, 펄스 폭 변조 인버터의 출력들이 제공되는 것만큼 많은 직류 전압 중간 회로가 제공된다. 이는 버퍼 커패시터들이 상대적으로 더욱 소형으로 치수화되거나 완전히 제외될 수 있게 한다는 장점을 제공한다. 더욱이 배터리의 정전용량은 복수의 독립된 배터리 셀 라인들로 분배되며, 그럼으로써 여타의 경우 병렬로 접속되는 배터리 셀들 또는 배터리 셀 라인들 간에 더 이상 보상 전류를 야기하지 않게 된다.
펄스 폭 변조 인버터는 n개의 제1 반도체 밸브와 n개의 제2 반도체 밸브를 포함할 수 있고, n개의 제1 반도체 밸브 중 각각의 제1 반도체 밸브는 일측 쌍의 입력들 중 연계된 제1 입력과 n개의 출력 중 각각의 출력 사이에 접속되고, n개의 제2 반도체 밸브 중 각각의 제2 반도체 밸브는 n개의 출력 중 각각의 출력과 상기 쌍의 입력들 중 연계된 제2 입력 사이에 접속된다.
그 외에도 배터리는 2*n개의 다이오드를 포함할 수 있고, 이들 다이오드 중 각각의 다이오드는 n개의 제1 또는 n개의 제2 반도체 밸브 중 어느 하나의 반도체 밸브에 대해 역병렬(anti-parallel)로 접속된다.
상기 펄스 폭 변조 인버터는 예컨대 공지된 유형으로 펄스폭 변조에 의해 제어될 수 있다.
배터리는 배터리 셀들뿐 아니라 펄스 폭 변조 인버터를 냉각하도록 형성되는 냉각 장치를 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조 인버터가 배터리 내에 집적화됨으로써, 각각의 펄스폭 변조 및 배터리 셀들의 냉각을 위한 추가의 비용은 제외된다. 이런 경우에 바람직하게는 펄스 폭 변조 인버터의 냉각은 배터리 셀들의 냉각 후방에서 차례로 이루어질 수 있는데, 그 이유는 펄스 폭 변조 인버터가 배터리 셀들보다 더욱 높은 온도에 도달할 수 있으며, 그럼으로써 냉각제는 배터리 셀 라인들을 관류한 후에도 여전히 펄스 폭 변조 인버터도 냉각할 만큼 충분히 저온 상태이기 때문이다.
마찬가지로 배터리를 위한 제어 장치(셀 밸런싱, 충전 및 방전, 충전 상태 측정)와 펄스 폭 변조 인버터를 위한 제어 장치(반도체 밸브들의 제어)가 통합되면서 총 비용을 절감할 수 있다.
특히 바람직하게는 배터리 셀들은 리튬 이온 배터리 셀이다. 리튬 이온 배터리 셀들은 체적 별로 정전용량이 특히 높고 셀 전압이 높다는 장점을 갖는다.
본 발명의 제2 관점은 자동차를 구동하기 위한 전기 구동 모터와, 이 전기 구동 모터와 연결되고 본 발명의 제1 관점에 따르는 배터리를 장착한 자동차에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들은 도면과 하기의 설명에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 구동 시스템을 도시한 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배터리를 도시한 블록 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예를 도시한 블록 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 블록 회로도이다.
도 3에는 본 발명의 제1 실시예가 도시되어 있다. 배터리(30) 내에는 배터리 라인(31), 버퍼 커패시터(32) 및 펄스 폭 변조 인버터(33)가 집적화되며, 이 경우 경우에 따라 배터리 라인의 양극 및 음극을 분리하기 위한 접촉기는 제외된다. 펄스 폭 변조 인버터(33)는 바람직하게는, 예컨대 배터리(30)를 교환하고 그에 따라 펄스 폭 변조 인버터(33)에 연결된 구동 모터 등으로부터 상기 배터리를 분리해야만 할 때, 펄스 폭 변조 인버터의 모든 출력을 고저항 방식으로 접속하도록 형성된다. 이처럼 배터리(30)는 외부로부터 완전하게 무전압 상태이며, 그럼으로써 어떠한 위험 가능성도 발생하지 않게 된다.
도 4에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다. 배터리(40)는 복수의 배터리 라인, 도시된 실례에서는 3개의 배터리 라인(41-1, 41-2, 41-3)을 포함한다. 그러나 배터리(40)는 2개나, 또는 3개 이상의 배터리 라인을 포함할 수도 있다. 그러나 배터리 라인의 수는 3개가 바람직한데, 그 이유는 배터리 라인들은 3개의 위상 단자를 구비한 표준화된 전기 모터에 대한 배터리(40)의 간단한 연결을 허용하기 때문이다. 펄스 폭 변조 인버터(43)는 본 실시예의 경우 배터리 라인들(41-1, 41-2, 41-3)이 제공되는 것과 마찬가지로 다수의 부분(43-1, 43-2, 43-3)으로 구분된다. 이 경우 상기 부분들(43-1, 43-2, 43-3) 각각은 배터리 라인(41-1, 41-2, 41-3)과 연결된다. 도시된 실시예에서는 펄스 폭 변조 인버터(43)의 부분(43-1, 43-2, 43-3)에 의해 각각의 배터리 라인(41-1, 41-2, 41-3)에서 부하가 매우 많이 감소되는 것을 바탕으로 버퍼 커패시터는 제외될 수 있다. 도시된 실례에서 펄스 폭 변조 인버터(43)의 각각의 부분(43-1, 43-2, 43-3)은 2개의 반도체 밸브뿐 아니라, 이들 반도체 밸브에 대해 역병렬로 접속되는 2개의 다이오드를 포함한다. 반도체 밸브들은 바람직하게는 제어 유닛에 의한 펄스폭 변조를 통해서 제어된다. 그러나 기본적으로 펄스 폭 변조 인버터의 임의의 형태들도 이용할 수 있다

Claims (10)

  1. 배터리 (30, 40)에 있어서,
    각각의 배터리 양극과 각각의 배터리 음극 사이에 직렬로 접속되는 복수의 배터리 셀을 구비하는 하나 이상의 배터리 셀 라인(31, 41)을 포함하며,
    상기 배터리(30, 40) 내에 집적화되고 하나 이상의 제1 및 제2 입력뿐 아니라 하나 이상의 출력을 포함하는 펄스 폭 변조 인버터 (33, 43)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 입력은 배터리 양극 또는 배터리 음극과 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리(30, 40).
  2. 제1항에 있어서,
    버퍼 커패시터(32)를 포함하며, 상기 버퍼 커패시터는 배터리 양극과 연결되는 제1 커패시터 단자와 배터리 음극과 연결되는 제2 커패시터 단자를 포함하며 상기 배터리(30) 내에 집적화되는, 배터리(30).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펄스 폭 변조 인버터(33, 43)는 n개의 출력을 포함하며, n은 1보다 큰 자연수이며, 상기 펄스 폭 변조 인버터(33, 43)은 상기 출력들 각각에서 각각의 또 다른 출력들에 대해 위상 전이되는 사인파 전압을 생성하여 상기 출력들 각각에 출력하도록 형성되는, 배터리(30, 40).
  4. 제3항에 있어서,
    n개의 배터리 셀 라인(41)이 제공되며, 상기 펄스 폭 변조 인버터(43)는 n개 쌍의 입력들을 포함하며, 이들 쌍 중에서 각각의 쌍은 상기 n개의 배터리 셀 라인(41) 중 연계되는 배터리 셀 라인의 배터리 양극 또는 음극과 연결되는, 배터리(40).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 펄스 폭 변조 인버터(43)는 n개의 제1 반도체 밸브와 n개의 제2 반도체 밸브를 포함하고, 상기 n개의 제1 반도체 밸브 중 각각의 제1 반도체 밸브는 일측 쌍의 입력들 중 연계되는 제1 입력과 상기 n개의 출력 중 각각의 출력 사이에 접속되고, 상기 n개의 제2 반도체 밸브 중 각각의 제2 반도체 밸브는 상기 n개의 출력 중 각각의 출력과 상기 쌍의 입력들 중 연계된 제2 입력 사이에 접속되는, 배터리(40).
  6. 제5항에 있어서,
    2*n개의 다이오드가 제공되며, 이들 다이오드 중 각각의 다이오드는 상기 n개의 제1 또는 n개의 제2 반도체 밸브 중 하나의 반도체 밸브에 역병렬로 접속되는, 배터리(40).
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    n은 3과 동일한, 배터리(40).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 장치가 제공되며 상기 냉각 장치는 상기 배터리 셀들뿐 아니라 상기 펄스 폭 변조 인버터(33, 43)를 냉각하도록 형성되는, 배터리(30, 40).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀들은 리튬 이온 배터리 셀인, 배터리(30, 40).
  10. 차량으로서,
    상기 차량을 구동하기 위한 전기 구동 모터(13),및 상기 전기 구동 모터(130)에 연결되고 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 배터리(30, 40)를 포함하는, 차량.
KR1020127029980A 2010-04-16 2011-02-18 집적화된 펄스 폭 변조 인버터를 포함하는 배터리 KR101451855B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010027856.4 2010-04-16
DE102010027856.4A DE102010027856B4 (de) 2010-04-16 2010-04-16 Batterie mit integriertem Pulswechselrichter
PCT/EP2011/052410 WO2011128140A2 (de) 2010-04-16 2011-02-18 Batterie mit integriertem pulswechselrichter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130010011A true KR20130010011A (ko) 2013-01-24
KR101451855B1 KR101451855B1 (ko) 2014-10-16

Family

ID=44625319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127029980A KR101451855B1 (ko) 2010-04-16 2011-02-18 집적화된 펄스 폭 변조 인버터를 포함하는 배터리

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130200694A1 (ko)
EP (1) EP2558328A2 (ko)
KR (1) KR101451855B1 (ko)
CN (1) CN102844221B (ko)
DE (1) DE102010027856B4 (ko)
WO (1) WO2011128140A2 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9434261B2 (en) 2011-10-17 2016-09-06 Robert Bosch Gmbh Welded contactor checking systems and methods
WO2013066867A2 (en) * 2011-10-31 2013-05-10 Cobasys, Llc Parallel configuration of series cells with semiconductor switching
DE102012210602A1 (de) 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Batterie mit mindestens einer halbleiterbasierten Trenneinrichtung
DE102013204507A1 (de) * 2013-03-15 2014-10-02 Robert Bosch Gmbh Elektrisch eigensicheres Batteriemodul mit umpolbarer Ausgangsspannung und Verfahren zur Überwachung eines Batteriemoduls

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5146149A (en) * 1985-12-05 1992-09-08 Nilssen Ole K Automotive-type storage battery with built-in charger
US4920475A (en) * 1988-03-07 1990-04-24 California Institute Of Technology Integrated traction inverter and battery charger apparatus
US5315533A (en) * 1991-05-17 1994-05-24 Best Power Technology, Inc. Back-up uninterruptible power system
JP3250354B2 (ja) * 1993-12-24 2002-01-28 オムロン株式会社 電源装置
JPH0888908A (ja) * 1994-09-14 1996-04-02 Hitachi Ltd 電気車用充電装置
JP3346910B2 (ja) * 1994-10-03 2002-11-18 本田技研工業株式会社 電動車両用電源装置
US5642275A (en) * 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
DE29909348U1 (de) * 1999-05-28 1999-08-12 Hauck Erich Tragbarer 12 VDC / 230 VAC Batterie-Energiespeicher mit integriertem Wechselrichter und Wiederaufladeregeleinrichtung für Solar- und Windgeneratoren
JP2001037247A (ja) * 1999-07-19 2001-02-09 Toyota Motor Corp 電源装置、この電源装置を備えた機器およびモータ駆動装置並びに電動車輌
US6303247B1 (en) * 2000-01-28 2001-10-16 Delphi Technologies, Inc. Battery cover having recessed attachment feature
JP3652634B2 (ja) * 2001-10-05 2005-05-25 本田技研工業株式会社 高圧電装部品の冷却構造
EP1391961B1 (en) * 2002-08-19 2006-03-29 Luxon Energy Devices Corporation Battery with built-in load leveling
JP3867060B2 (ja) * 2003-03-28 2007-01-10 三菱電機株式会社 車両用電源システム
JP2006344447A (ja) * 2005-06-08 2006-12-21 Kokusan Denki Co Ltd 車載用バッテリ・電気ユニット組合せ構造体
JP4826214B2 (ja) 2005-11-04 2011-11-30 日産自動車株式会社 駆動システム
CN2871284Y (zh) * 2006-03-01 2007-02-21 上海御能动力科技有限公司 双逆变器推挽式电机驱动系统
JP4434181B2 (ja) 2006-07-21 2010-03-17 株式会社日立製作所 電力変換装置
US7847437B2 (en) * 2007-07-30 2010-12-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Efficient operating point for double-ended inverter system
JP4283326B1 (ja) * 2007-12-25 2009-06-24 本田技研工業株式会社 バッテリの冷却風取入構造
US20090181291A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Lewis Ii Lucian R Surgical Instrument With Lithium Ion Energy Source Including Phosphates
JP5193660B2 (ja) * 2008-04-03 2013-05-08 株式会社日立製作所 電池モジュール及びそれを備えた蓄電装置並びに電機システム
US7800247B2 (en) * 2008-05-30 2010-09-21 Chun-Chieh Chang Storage system that maximizes the utilization of renewable energy
US8080973B2 (en) * 2008-10-22 2011-12-20 General Electric Company Apparatus for energy transfer using converter and method of manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011128140A3 (de) 2011-12-08
EP2558328A2 (de) 2013-02-20
DE102010027856A1 (de) 2011-10-20
DE102010027856B4 (de) 2023-12-14
CN102844221B (zh) 2015-09-30
KR101451855B1 (ko) 2014-10-16
CN102844221A (zh) 2012-12-26
US20130200694A1 (en) 2013-08-08
WO2011128140A2 (de) 2011-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101506018B1 (ko) 집적화된 펄스폭 변조 인버터를 포함하고 증가된 신뢰성을 보유하는 커플링 유닛 및 배터리 모듈
KR101478322B1 (ko) 집적화된 펄스폭 변조 인버터 및 작동 중 교환 가능한 셀 모듈들을 포함하는 커플링 유닛 및 배터리 모듈
US9045054B2 (en) Battery system having an intermediate circuit voltage which can be set in a variable fashion
US20130154521A1 (en) Battery with Variable Output Voltage
US9024586B2 (en) Battery fault tolerant architecture for cell failure modes series bypass circuit
KR101456552B1 (ko) 셀 밸런싱을 이용하는 배터리
US9401614B2 (en) Method for controlling a battery, and battery for carrying out the method
CN102474172B (zh) 电压中间电路变换器的中间电路电容器的放电方法
US9379553B2 (en) Controllable energy store and method for operating a controllable energy store
Kuder et al. Battery modular multilevel management (bm3) converter applied at battery cell level for electric vehicles and energy storages
JP5539591B2 (ja) 直流電圧中間回路の電圧を調整する方法
US20140001842A1 (en) Energy Converter for Outputting Electrical Energy
US9306407B2 (en) Battery system and method
US20160118922A1 (en) Drive battery for in-phase operation of an electric motor, drive system and a method for operating the drive system
US9035613B2 (en) Parallel circuit of accumulator lines
Badawy et al. Model predictive control for multi-port modular multilevel converters in electric vehicles enabling HESDs
KR20130010011A (ko) 집적화된 펄스 폭 변조 인버터를 포함하는 배터리
EP4119390A1 (en) Battery control
KR101497937B1 (ko) 복수의 독립적인 배터리 셀 라인을 포함하는 배터리
WO2013005804A1 (ja) スイッチング装置
US20130293169A1 (en) Polyphase Energy Converter for Outputting Electrical Energy
US11091041B1 (en) Electric system for a motor vehicle comprising a switching matrix, and motor vehicle
Tsirinomeny et al. Configurable Electric Vehicle (CEV) demonstrator

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170928

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 6