KR20160003194A - 대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법 - Google Patents

대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법 Download PDF

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앤소니 안-타오 양
고든 칭 첸
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알리스 에코 에이알케이 코. 엘티디.
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Abstract

대형 전기차의 전력 구조체용 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법이 제공된다. 전력 구조체는 소팅 컨트롤러를 가진 차량 컴퓨터와, 병렬 연결된 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와, 구동 디바이스를 포함한다. 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈을 포함한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 첫번째로, 차량 컴퓨터는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수 및 배터리 모듈의 요건 개수를 연산한다. 그 후, 차량 컴퓨터는 온도 보호 프로세스를 수행한다. 그 후, 소팅 컨트롤러는 모든 배터리 모듈의 모듈 점수를 연산하고, 배터리 모듈 소팅 결과를 발생시킨다. 그 후, 소팅 컨트롤러는, 배터리 모듈 소팅 결과와 배터리 모듈의 요건 개수에 따라 요건 개수의 배터리 모듈을 가동시킨다. 그 후, 소팅 컨트롤러는 배터리 박스 점수를 연산하고, 배터리 박스 소팅 결과를 발생시킨다. 이 후, 소팅 컨트롤러는, 하이버네이션 모드에 놓이도록 배터리 박스 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 제어한다.

Description

대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법{POWER SUPPLY ARCHITECTURE FOR LARGE ELECTRIC VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING SEQUENTIAL REST RANKING OF BATTERY BOXES THEREOF}
본 발명은 대형 전기차 전력 구조체와, 그 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법에 관한 것이고, 특히, 배터리 모듈 소팅 결과 및 배터리 박스 소팅 결과를 얻기 위해 컴퓨팅 프로세스를 이용하는, 그리고, 저장된 에너지를 동적으로 균형을 이루도록 교번-하이버네이션 프로세스(alternating-hibernation process)를 이용하는, 대형 전기차 전력 구조체 및 제어 방법에 관한 것이다.
최근에, 석유 및 에너지 부족은 석유 가격 상승을 유발하고 있다. 더욱이, 지구 온난화 현상이 완화되지 않기 때문에, 탄소 배출 감소가 전세계적인 정부 정책이다. 그러나, 오늘날 대부분 대형차는 석유를 전력원으로 이용하고 있기 때문에, 배출되는 폐가스는 공기 오염 문제를 야기한다. 소수의 대형차이 배터리를 전력원으로 이용하고 있으나, 전력원으로 전기 이용은 극복해야할 여러 난제들을 갖고 있다. 예를 들어, 과-방전 문제를 피하기 위해 복수의 배터리의 저장된 에너지의 균형을 맞추는 것이 중요하다. 알려진 바와 같이, 과-방전 문제는 배터리의 이용 수명을 단축시킬 수 있다.
더욱이, 전력 및 내구성에 대한 수요 때문에, 대형 전기차는 고전압 및 고전류를 획득하도록 직렬 연결 및 병렬 연결을 이루는 많은 개수의 배터리 모듈들을 이용한다. 배터리 모듈들이 서로 직렬로 연결되는 경우에, 배터리 모듈은 동일한 방전 전류를 가진다. 즉, 배터리 박스 내 직렬 연결 배터리 모듈들은 매칭되는 전기적 성질을 가진다. 결과적으로, 이러한 배터리 모듈들의 방전 조건은 매우 유사하다. 이러한 배터리 모듈들의 전기적 성질이 서로 매칭되지 못할 경우, 배터리 모듈 중 일부의 전기 에너지가 고갈될 가능성이 있고, 고갈된 배터리 모듈은 과-방전 문제 때문에 손상될 가능성이 있다. 그러나, 배터리 박스 내 직렬 연결 배터리 모듈들의 전기적 성질을 서로 매칭시키는 프로세스는 시간이 걸리고 비용도 많이 든다. 배터리 모듈의 제조 프로세스가 상당히 연장되고 상품 가격이 상승하기 때문에, 상품 경쟁력이 떨어진다.
전기차의 전력 구조체가 병렬 연결된 복수의 배터리를 포함하는 경우에, 전력 구조체는 일 배터리가 손상될 때 정상적으로 작동할 수 있다. 그러나, 서로 다른 배터리 모듈이 서로 다른 전기적 성질을 가지기 때문에, 배터리 모듈 중 일부의 전기 에너지가 먼저 소진된다. 소진된 배터리 모듈은 저전압 보호 상태에 들어간다. 이 상황 하에서, 전력 구조체의 출력 전류가 감소하고, 전기차의 내구성이 명확하게 저하된다.
더욱이, 기존 전력 구조체는 다른 문제점을 또한 가진다. 예를 들어, 모터 구동부의 DC 버스 전압은 전기차의 속도로 조정될 수 없다. 모터 구동부의 DC 버스 전압이 출력 전압보다 훨씬 높을 경우, 모터 구동을 위한 전력 트랜지스터가 매우 낮은 듀티 사이클을 가진다. 이 상황 하에서, 모터 구동부로부터 출력되는 사인파가 왜곡에 시달린다. 왜곡된 사인파는 토크 리플(torque ripple)을 나타내고, 기계적 효율이 저하된다.
따라서, 위 단점들을 극복하기 위해 대형 전기차의 전력 구조체 및 그 제어 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 일 목적은 모든 배터리 모듈의 충전된 에너지의 균형을 맞추기 위해 대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법을 제공한다. 더욱이, 배터리 모듈의 활용성 및 대형 전기차의 내구성이 최대치로 증가한다.
본 발명의 다른 목적은 대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법을 제공한다. 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스를 수행하고 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 내부 직렬 연결 구조를 재조합함으로써, 모든 배터리 모듈의 방전 조건이 조정가능하다. 더욱이, 배터리 모듈이 배터리 열화에 시달리고 저장된 에너지 차이가 매우 클 경우에도, 모든 배터리 모듈의 방전 조건이 소팅 결과에 관한 실시간 동적 정보에 따라 조정된다. 결과적으로, 전기차가 구동될 때, 전력 구조체의 모든 배터리 박스의 잔류 전기 에너지 양이 실질적으로 동일하고, 각각의 배터리 박스 내 배터리 모듈의 잔류 전기 에너지 양이 실질적으로 동일하다. 이상적인 경우에, 충전을 위해 충전소로 되돌아올 때, 모든 배터리 모듈의 잔류 전기 에너지 양이 동일하다.
본 발명의 다른 목적은 대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법을 제공한다. 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스를 수행하고 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 내부 직렬 연결 구조를 재조합함으로써, 임의의 배터리 박스의 배터리 모듈의 전압이 과-방전 보호 상태에 들어갈 만큼 너무 낮지 않을 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법을 제공한다. 복수의 배터리 모듈의 직렬 연결 구조를 재조합함으로써, 모터 구동을 위한 전력 트랜지스터가 최적화된 듀티 사이클을 가진다. 결과적으로, 토크 리플 발생 문제가 최소화되고, 저출력 전력에서 전기차의 모터가 안정적으로 작동하며, 전기차 주행시 편안함이 개선된다.
본 발명의 다른 목적은 대형 전기차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법을 제공한다. 온도 보호 프로세스에 의해, 과열된 배터리 모듈이 연속적으로 전기 에너지를 방전하지 않을 것이다. 결과적으로, 구동 안정성 및 배터리 모듈의 사용 수명이 향상된다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 대형 전기차의 전력 구조체용 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법이 제공된다. 전력 구조체는 소팅 컨트롤러를 가진 차량 컴퓨터와, 병렬 연결된 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와, 구동 디바이스를 포함한다. 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈을 포함한다. 상기 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 단계 (a)에서, 상기 차량 컴퓨터는 구동 디바이스의 차량 구동 요청에 따라 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수 및 배터리 모듈의 요건 개수를 연산한다. 단계 (b)에서, 차량 컴퓨터는 온도 보호 프로세스를 수행하여, 더 높은 온도의 배터리 모듈이 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시된다. 단계 (c)에서, 상기 소팅 컨트롤러는 모든 배터리 모듈의 모듈 점수를 연산하고, 모듈 점수에 따라 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈 소팅 결과를 발생시킨다. 단계 (d)에서, 상기 소팅 컨트롤러는, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈 소팅 결과와 배터리 모듈의 요건 개수에 따라 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스 내의 요건 개수의 배터리 모듈을 가동시킨다. 단계 (e)에서, 상기 소팅 컨트롤러는, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스 내 가동되는 배터리 모듈의 모듈 점수에 따라 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 점수를 연산하고, 배터리 박스 점수에 따라 배터리 박스 소팅 결과를 발생시킨다. 단계 (f)에서, 상기 소팅 컨트롤러는, 하이버네이션 모드에 놓이도록 배터리 박스 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 제어한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 대형 전기차의 전력 구조체용 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법이 제공된다. 상기 대형 전기차의 전력 구조체는 병렬로 연결되는 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 포함한다. 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈을 포함한다. 이러한 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 첫번째로, 배터리 모듈 소팅 프로세스가 수행되어, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈을 소팅하여, 배터리 모듈 소팅 결과를 얻고, 배터리 모듈 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 배터리 모듈을 하이버네이션 모드에 놓이게 한다. 그 후, 배터리 박스 소팅 프로세스가 수행되어, 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 소팅하여 배터리 박스 소팅 결과를 얻고, 배터리 박스 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 가변 주고 직렬형 배터리 박스를 하이버네이션 모드에 놓이게 한다. 이후, 온도 보호 프로세스가 수행되어, 배터리 모듈 소팅 프로세스 및 배터리 박스 소팅 프로세스로부터 더 높은 온도를 가진 배터리 모듈을 배제시킨다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 대형 전기차의 전력 구조체가 제공된다. 전력 구조체는 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스, 구동 디바이스, 및 차량 컴퓨터를 포함한다. 복수의 가변 주고 직렬형 배터리 박스는 서로 병렬로 연결된다. 각각의 가변 구조 직렬협 배터리 박스는 복수의 배터리 모듈을 포함한다. 상기 복수의 배터리 모듈은 서로 직렬로 연결된다. 상기 구동 디바이스는 상기 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와 연결된다. 상기 구동 디바이스는 상기 대형 전기차를 구동하기 위한 모터와, 상기 모터를 구동하기 위한 모터 구동부를 포함한다. 상기 차량 컴퓨터는 상기 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와 연결되어, 상기 구동 디바이스의 차량 구동 요청을 검출하고, 배터리 모듈의 요건 개수 및 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수를 연산하며, 더 높은 온도를 가진 배터리 모듈을 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시하도록 온도 보호 프로세스를 수행한다. 상기 차량 컴퓨터는 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스를 수행하기 위한 소팅 컨트롤러를 더 포함한다. 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스가 수행될 때, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈이 소팅되어 배터리 모듈 소팅 결과를 얻고, 배터리 모듈 소팅 결과에 따라 요건 개수의 배터리 모듈이 가동되며, 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 소팅하여 배터리 박스 소팅 결과를 획득하고, 배터리 박스 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 가변 구조 직렬형 배터리 박스가 하이버네이션 모드에 놓이도록 제어된다.
본 발명의 위 내용은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 살펴본 후 당 업자에게 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 대형 전기차 전력 구조체의 구조를 예시하는 개략적 기능 블록도이고,
도 2는 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 상세 구조를 개략적으로 도시하며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 전기차 전력 구조체의 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법의 순서도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법의 순서도다.
이제 본 발명은 다음의 실시예를 참조하여 더 구체적으로 설명될 것이다. 본 발명의 선호되는 실시예에 대한 다음의 설명은 예시 및 설명 용도로 여기서 제시될 뿐이다. 개시되는 정밀한 형태로 발명을 제한하여서는 안된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 대형 전기차 전력 구조체의 구조를 나타내는 개략적 기능 블록도다. 대형 전기차의 한 예는 전기 버스 또는 전기 트럭을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 전력 구조체(1)는 차량 컴퓨터(10), 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11-14), 복수의 전력 트랜지스터(15-18), 및 구동 디바이스(19)를 포함한다. 차량 컴퓨터(10)는 소팅 컨트롤러(101)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 수는 4개다. 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 수는 제한되지 않는다. 전력 트랜지스터의 수는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 수와 동일하다. 본 실시예에서, 4개의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11), 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12), 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13), 및 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(14)를 포함한다. 이러한 가변 구조 직렬형 배터리 박스 각각은 하나의 배터리 박스 모니터링 보드와 복수의 배터리 모듈을 포함한다. 본 실시예에서, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 4개의 배터리 모듈을 포함한다. 배터리 모듈의 수는 제한되지 않는다. 예를 들어, 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11)는 제 1 배터리 박스 모니터링 보드(110)와 4개의 배터리 모듈(111-114)을 포함한다. 이러한 4개의 배터리 모듈은 제 1 배터리 박스의 제 1 배터리 모듈(111), 제 1 배터리 박스의 제 2 배터리 모듈(112), 제 1 배터리 박스의 제 3 배터리 모듈(113), 및 제 1 배터리 박스의 제 4 배터리 모듈(114)을 포함한다.
마찬가지로, 도 1에 도시되는 바와 같이, 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12), 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13), 및 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(14)는 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11)와 동일한 구조를 가진다. 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12)는 제 2 배터리 박스 모니터링 보드(120)와 4개의 배터리 모듈(121-124)을 포함한다. 이러한 4개의 배터리 모듈은 제 2 배터리 박스의 제 1 배터리 모듈(121), 제 2 배터리 박스의 제 2 배터리 모듈(122), 제 2 배터리 박스의 제 3 배터리 모듈(123), 및 제 2 배터리 박스의 제 4 배터리 모듈(124)을 포함한다. 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13)는 제 3 배터리 박스 모니터링 보드(130) 및 4개의 배터리 모듈(131-134)을 포함한다. 이러한 4개의 배터리 모듈은 제 3 배터리 박스의 제 1 배터리 모듈(131), 제 3 배터리 박스의 제 2 배터리 모듈(132), 제 3 배터리 박스의 제 3 배터리 모듈(133), 및 제 3 배터리 박스의 제 4 배터리 모듈(134)을 포함한다. 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(140는 제 4 배터리 박스 모니터링 보드(140) 및 4개의 배터리 모듈(141-144)을 포함한다. 이러한 4개의 배터리 모듈은 제 4 배터리 박스의 제 1 배터리 모듈(141), 제 4 배터리 박스의 제 2 배터리 모듈(142), 제 4 배터리 박스의 제 3 배터리 모듈(143), 및 제 4 배터리 박스의 제 4 배터리 모듈(144)을 포함한다.
본 실시예에서, 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스에 대응하는 전력 트랜지스터는 제 1 전력 트랜지스터(15), 제 2 전력 트랜지스터(16), 제 3 전력 트랜지스터(17), 및 제 4 전력 트랜지스터(18)를 포함한다. 제 1 전력 트랜지스터(15), 제 2 전력 트랜지스터(16), 제 3 전력 트랜지스터(17), 및 제 4 전력 트랜지스터(18)는 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11), 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12), 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13), 및 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(14)와 각각 연결된다. 구동 디바이스(19)는 모터 구동부(191) 및 모터(192)를 포함한다. 모터 구동부(191)는 제 1 전력 트랜지스터(15), 제 2 전력 트랜지스터(16), 제 3 전력 트랜지스터(17), 및 제 4 전력 트랜지스터(18)와 연결된다. 결과적으로, 모터 구동부(191)는 모터(192)의 작동을 구동하기 위해 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11), 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12), 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13), 및 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(14)로부터 전기 에너지를 수신할 수 있다.
도 2는 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 상세한 구조를 개략적으로 도시한다. 모든 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈들이 동일한 구조를 갖기 때문에, 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11)의 배터리 모듈들만이 한 예로 설명될 것이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 제 1 배터리 박스의 제 1 배터리 모듈(111)은 제 1 배터리 코어 스트링(1111), 제 1 배터리 모듈 모니터링 보드(1112), 제 1 양성 계전기(1113), 제 1 음성 계전기(1114)를 포함한다. 제 1 배터리 박스의 제 2 배터리 모듈(112)은 제 2 배터리 코어 스트링(1121), 제 2 배터리 모듈 모니터링 보드(1122), 제 2 양성 계전기(1123), 및 제 2 음성 계전기(1124)를 포함한다. 제 1 배터리 박스의 제 3 배터리 모듈(113)은 제 3 배터리 코어 스트링(1131), 제 3 배터리 모듈 모니터링 보드(1132), 제 3 양성 계전기(1133), 및 제 3 음성 계전기(1134)를 포함한다. 제 1 배터리 박스의 제 4 배터리 모듈(114)은 제 4 배터리 코어 스트링(1141), 제 4 배터리 모듈 모니터링 보드(1142), 제 4 양성 계전기(1143), 및 제 4 음성 계전기(1144)를 포함한다. 나머지는 유추하여 추론할 수 있다. 즉, 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12), 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13), 및 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(14)는 유사한 구조를 갖는다. 각각의 배터리 모듈 모니터링 보드는 충전 상태(SOC), 건강 상태(SOH), 배터리 코어 온도 및 관련 정보를 차량 컴퓨터(10)에 전송할 것이다. 정보에 따르면, 소팅 컨트롤러(101)는 배터리 모듈 시퀀싱 수단을 이용하여 배터리 모듈 시퀀싱 프로세스를 수행하고 배터리 박스 시퀀싱 수단을 이용하여 배터리 박스 시퀀싱 프로세스를 수행한다.
도 1을 다시 참조할 수 있다. 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 전력 공급 루프는 대응하는 전력 트랜지스터를 통해 병렬로 서로 연결된다. 결과적으로, 4개의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 가진 전력 구조체가 형성되어 전기 에너지를 모터(192)에 제공하게 된다. 제 1 전력 트랜지스터(15)가 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11)와 직렬로 연결된다. 제 2 전력 트랜지스터(16)는 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12)와 직렬로 연결된다. 제 3 전력 트랜지스터(17)는 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13)와 직렬로 연결된다. 제 4 전력 트랜지스터(18)는 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(14)와 직렬로 연결된다. 직렬 연결된 제 1 전력 트랜지스터(15) 및 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11), 직렬 연결된 제 2 전력 트랜지스터(16) 및 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스(12), 직렬 연결된 제 3 전력 트랜지스터(17) 및 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스(13), 직렬 연결된 제 4 전력 트랜지스터(18) 및 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스(14)는 차량 컴퓨터(10)와 구동 디바이스(19) 사이에 병렬로 연결된다. 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈은 대응하는 계전기를 통해 서로 직렬로 연결된다. 더욱이, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 모니터링 보드의 일 단부가 대응하는 배터리 모듈의 배터리 모듈 모니터링 보드와 연결되고, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 모니터링 보드의 다른 단부는 차량 컴퓨터(10)에 연결된다. 더욱이, 차량 컴퓨터(10)는 제 1 전력 트랜지스터(15), 제 2 전력 트랜지스터(16), 제 3 전력 트랜지스터(17), 및 제 4 전력 트랜지스터(18)와 또한 연결된다.
도 2를 다시 참조할 수 있다. 한 예로서 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11)를 취할 수 있다. 배터리 모듈(111-114)에서, 각각의 배터리 모듈의 계전기들 사이에 바이패스 루프(번호없음)가 배열된다. 배터리 모듈(111-114)의 계전기들이 대응하는 배터리 모듈이 배터리 모듈 모니터링 보드에 의해 제어된다. 배터리 모듈 모니터링 보드의 제어 하에, 배터리 모듈(111-114)의 계전기들이 대응하는 배터리 모듈의 배터리 코어 스트링에 또는 대응하는 배터리 모듈의 바이패스 루프(번호없음)에 선택적으로 연결된다. 더욱이, 이러한 배터리 모듈의 배터리 모듈 모니터링 보드는 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 알고리즘에 따라 소팅 컨트롤러(101)에 의해 제어된다. 바이패스 루프가 계전기에 선택적으로 연결되기 때문에, 전력 구조체(1)의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 내부 직렬 연결 구조를 재조합할 수 있다. 더욱이, 소팅 컨트롤러(101)로부터의 명령에 따라, 배터리 모듈들의 계전기가 직렬로 4개의 배터리 모듈과 선택적으로 연결된다. 결과적으로, 대응하는 배터리 모듈은 전력 공급 모드와 하이버네이션 모드 사이에서 스위칭된다. 즉, 배터리 모듈은 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 전력 공급 루프로부터/에 분리/추가될 수 있다. 더욱이, 소팅 컨트롤러(101)는 전력 트랜지스터의 작동을 개별적으로 제어할 수 있다. 각각의 전력 트랜지스터가 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 전력 공급 루프와 개별적으로 분리될 수 있기 때문에, 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 온/오프 상태는 대응하는 전력 트랜지스터의 온/오프 상태에 따라 조정된다. 결과적으로, 전기 에너지를 제공하기 위한 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 우선순위는 차량 컴퓨터(10)로부터의 명령에 따라 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 대형 전기차 전력 구조체의 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법의 순서도를 도시한다. 단계 S11에서, 차량 컴퓨터(10)는 전기차의 목표 모터 속도를 검출 또는 예측한다. 모터 속도가 모터(192)의 구동 전압에 비례하기 때문에, 차량 컴퓨터(10)는 전기차 주행시 가속 페달의 반응 및 차량 컴퓨터의 레코드에 따라 후속 모터 속도 범위를 예측할 수 있다. 예측된 모터 속도 범위에 따라, 차량 컴퓨터(10)는 목표 모터 속도 범위를 결정한다. 결과적으로, 전력 구조체(1)의 모터 구동부(191)의 DC 버스 전압이 목표 모터 속도 범위의 최적화된 설정에 부합하도록 조정된다. 이 설정에 따라, 각각의 전력 트랜지스터의 듀티 사이클은, 전력 구조체(1)가 모터 구동부(191)에 전기 에너지를 제공할 때 너무 짧거나 너무 길지 않고, 이상적 듀티 사이클에 가깝다. 더욱이, 모터 구동부(191)의 DC 버스 전압은 전력 공급 모드의 4개의 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11-14)의 직렬 연결 배터리 모듈의 수에 관련된다. 결과적으로, 단계 S11에서, 요구되는 DC 버스 전압 범위는 모터 속도와 요건 전압 간의 비례 관계에 따라 연산되고, 배터리 모듈의 요구되는 개수 N은 요구되는 DC 버스 전압 범위에 따라 연산된다.
다른 한편, 차량 컴퓨터(10)는 또한 전기차의 목표 모터 속도를 검출 또는 예측한다. 전기차의 모터의 가속 기능이 전류 크기에 좌우되기 때문에, 모터(192) 구동을 위한 모터 구동부(191)의 전류는 병렬 연결된 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 개수에 의해 제한된다. 결과적으로, 차량 컴퓨터(10)는 모터의 가속 기능을 연산한다(즉, 목표 모터 토크). 목표 모터 토크에 따라, 차량 컴퓨터(10)는 모터 구동부(191)의 구동 전류 범위를 연산하고, 후속 가속 또는 감속 작업에서 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요구되는 개수 C를 설정한다.
단계 S12에서, 소팅 컨트롤러(101)는 차량 컴퓨터(10)에 의해 획득되는 각각의 배터리 모듈의 충전 상태, 건강 상태, 배터리 코어 온도에 따라 각각의 배터리 모듈의 대응하는 모듈 점수를 연산한다. 그 후, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈들이 모듈 점수의 순위에 따라 소팅되고, 따라서 배터리 모듈 소팅 결과가 획득된다. 더욱이, 모듈 점수는 각각의 배터리 모듈의 충전 상태, 건강 상태, 및/또는 온도 정보를 지닌 수학식에 따라 규정된다. 선호되지만 배타적이지는 않도록, 이러한 수학식이 다음과 같이 표현될 수 있다.
식 1: 모듈 점수 = SOC - (배터리 코어 온도 x 보정 계수)
식 2: 모듈 점수 = (SOC x 배터리 수명 감소 계수) - (배터리 코어 온도 x 보정 계수)
식 3: 모듈 점수 = (SOC x SOH) - (배터리 코어 온도 x 온도 상승 보정 계수)
식 4: 모듈 점수 = SOC - ((배터리 코어 온도 - 공기 온도) x 온도 상승 보정 계수)
식 5: 모듈 점수 = SOC - ((배터리 코어 온도 - 배터리 박스 내부 온도) x 보정 계수)
식 6: 모듈 점수 = SOC - ((배터리 코어 온도 - 이상적 배터리 코어 온도) x 온도 상승 보정 계수)
식 7: 모듈 점수 = SOC - ((배터리 코어 온도 - 모든 모듈의 평균 배터리 코어 온도) x 온도 상승 보정 계수)
식 8: 모듈 점수 = (SOC x SOH) - 온도 상승 보정 계수 x (배터리 코어 온도 - ∫((배터리 방전량 x 열손실 비례 계수) - (열 소산 계수) x (배터리 온도 - 배터리 박스 내부 온도))))
식 9: 모듈 점수 = (SOC x SOH) - (온도 상승 보정 계수 x (배터리 코어 온도 - 평가된 배터리 온도))2
위 수학식에서, (SOC x SOH)는 배터리 모듈의 실제 내부 전기 용량을 연산하는 기법이다. 즉, (SOC x SOH)는 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)의 곱이다. 식 7 및 식 8에서, 소팅 컨트롤러(101)는 배터리 모듈의 온도 상승이 비정상적인지 여부를 판단한다. 일반적으로, 비정상적으로 높은 배터리 코어 온도를 가진 배터리 모듈은 정상의 배터리 코어 온도를 가진 배터리 모듈에 비해 낮은 모듈 점수를 가진다. 더욱이, 일부 배터리 모듈의 배터리 코어 온도가 거의 동일할 경우, 높은 전기 용량을 가진 배터리 모듈이 전기 에너지 제공의 우선순위를 가진다(즉, 높은 모듈 점수를 가진다). 위 수학식으로부터, 배터리 모듈의 모듈 점수가 충전 상태(SOC)에 긍정적으로 관련되고, 배터리 모듈의 온도 상승 곡선에 관련되며, 배터리 모듈의 배터리 코어 온도에 부정적으로 관련됨을 발견하였다.
단계 S12 후, 단계 S13이 수행된다. 즉, 소팅 컨트롤러(101)가 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈을 소팅한 후, 소팅 컨트롤러(101)는 단계 S11에서 연산된 배터리 모듈의 요건 개수 N과 배터리 모듈 소팅 결과에 따라 최고 모듈 점수를 가진 N개의 배터리 모듈을 선택할 것이다. 더욱이, 이와 같이 선택된 배터리 모듈의 계전기들이 대응하는 배터리 모듈의 배터리 모듈 모니터링 보드에 의해 제어된다. 결과적으로, 이와 같이 선택된 배터리 모듈의 계전기들은 대응하는 배터리 모듈의 배터리 코어 스트링과 연결된다. 이러한 방식으로, 선택된 배터리 모듈들은 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 전력 공급 루프에 추가되고, 전력 공급 전압이 조정된다. 더욱이, 선택되지 않은 배터리 모듈의 배터리 모듈 모니터링 보드에 대한 소팅 컨트롤러(101)로부터의 명령에 따라, 선택되지 않은 배터리 모듈의 계전기가 바이패스 루프에 연결될 것이다. 결과적으로, 선택되지 않은 배터리 모듈은 하이버네이션 모드에 놓이도록 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 전력 공급 루프로부터 분리된다.
단계 S13 이후, 단계 S14가 수행된다. 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈이 배터리 배터리 모듈의 요건 개수 N 및 배터리 모듈 소팅 결과에 따라 가동된 후, 소팅 컨트롤러(101)는 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 가동되는 배터리 모듈의 모듈 점수를 축적할 것이다. 모듈 점수의 축적 결과는 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 점수로 규정된다. 그 후, 배터리 박스 소팅 결과가 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 점수에 따라 획득된다.
단계 S14 이후, 단계 S15가 수행된다. 즉, 소팅 컨트롤러(101)가 가변 구조 직렬형 배터리 박스에 관한 배터리 박스 소팅 결과를 획득한 후, 소팅 컨트롤러(101)는 단계 S11에서 연산된 배터리 박스의 요건 개수 C 및 배터리 박스 소팅 결과에 따라 C개의 배터리 박스를 선택할 것이다. 더욱이, 선택된 배터리 박스에 대응하는 전력 트랜지스터들이 소팅 컨트롤러(101)에 의해 제어된다. 결과적으로, 최고 점수를 가진 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 차량-주행 요청에 응하는 전력 구조체를 구축하도록 대응하는 전력 트랜지스터를 통해 구동 디바이스(19)와 연결된다. 더욱이, 가동되지 않는 가변 구조 직렬형 배터리 박스에 대응하는(즉, 최저 배터리 박스 점수를 가진) 전력 트랜지스터 역시 소팅 컨트롤러에 의해 제어된다. 결과적으로, 가동되지 않는 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 구동 디바이스(19)와 분리되고, 가동되지 않는 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 하이버네이션 모드에 놓인다. 본 발명의 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법에 따르면, 최저 배터리 박스 점수를 가진 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 전기 에너지 제공 중단에 있어 우선순위를 가진다. 결과적으로, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈의 전체 저장된 에너지가 균형을 이룰 수 있다. 더욱이, 최저 배터리 박스 점수를 가진 가변 구조 직렬형 배터리 박스가 가동되지 않을 경우, 과열 또는 과-방전 문제가 제거될 것이다.
위 설명으로부터, 본 발명의 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법은 전력 구조체의 모든 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 잔류 전기 에너지 양을 가능한 가깝게 한다. 동일한 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈들이 대략 동일한 충전 상태를 갖기 때문에, 임의의 배터리 모듈에 대한 충전 상태는 과-방전 보호 상태에 들어가기엔 너무 낮을 것이다. 즉, 각각의 배터리 모듈은 충분한 전력 공급 전력을 제공할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 방법 및 전력 구조체에 의해, 배터리 모듈 및 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 사용 수명이 상당히 연장될 것이다.
이후, 본 발명의 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법의 작동이 다음 표 1을 참조하여 설명될 것이다. 표 1에서, 제 1 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 배터리 박스(1)의 약어로, 제 2 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 배터리 박스 2의 약어로, 제 3 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 배터리 박스 3의 약어로, 그리고 제 4 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 배터리 박스 4의 약어로 표시된다. 더욱이, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 제 1 배터리 모듈, 제 2 배터리 모듈, 제 3 배터리 모듈, 및 제 4 배터리 모듈은 각각 모듈 1, 모듈 2, 모듈 3, 모듈 4로 축약된다. 단계 S11의 연산 결과에 따르면, 배터리 모듈의 요건 개수 N 및 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수 C는 각각 2와 3이다. 그 후, 단계 S12에서, 모듈 점수가 연산 및 소팅된다. 예를 들어, 배터리 박스(1)의 모듈 1, 모듈 2, 모듈 3, 모듈 4의 모듈 점수는 각각 40, 38, 30, 32다. 결과적으로, 배터리 모듈 소팅 결과는 배터리 박스 1의 모듈 1, 모듈 2, 모듈 3, 모듈 4의 순위가 각각 1, 2, 4, 3임을 표시한다. 나머지는 유추에 의해 추론될 수 있다. 마찬가지로, 배터리 박스(2-4)의 모듈 점수가 또한 연산 및 소팅되고, 따라서, 그 배터리 모듈 소팅 결과가 표 1에 나열된다. 모든 배터리 박스의 배터리 모듈 소팅 결과를 획득 후, 단계 S13이 수행된다. 즉, 소팅 컨트롤러는 배터리 모듈 소팅 결과 및 배터리 모듈의 요건 개수 N에 따라 N개의 배터리 모듈을 가동시킨다. 다시 표 1을 참조할 수 있다. 배터리 박스 1에서, 모듈 1 및 모듈 2는, 전력 공급 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 배터리 코어 스트링과 연결되고, 모듈 3 및 모듈 4는 하이버네이션 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 바이패스 루프에 연결된다. 마찬가지로, 배터리 박스 2의 모듈 2 및 모듈 3은 전력 공급 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 배터리 코어 스트링과 연결되고, 모듈 1 및 모듈 4는 하이버네이션 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 바이패스 루프에 연결된다. 마찬가지로, 배터리 박스 3의 모듈 4 및 모듈 1은 전력 공급 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 배터리 코어 스트링에 연결되고, 모듈 2 및 모듈 3은 하이버네이션 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 바이패스 루프에 연결된다. 마찬가지로, 배터리 박스 4 내 모듈 1 및 모듈 3은 전력 공급 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 배터리 코어 스트링과 연결되고, 모듈 2 및 모듈 4는 하이버네이션 모드에 놓이도록 대응 계전기를 통해 바이패스 루프에 연결된다.
모든 배터리 박스의 배터리 모듈들이 배터리 모듈 소팅 결과에 따라 가동된 후, 단계 S14가 수행된다. 즉, 소팅 컨트롤러는 가동되는 배터리 모듈의 모듈 점수에 따라 대응 배터리 박스의 배터리 박스 점수를 연산하고, 따라서 배터리 박스 소팅 결과를 발생시킨다. 본 실시예에서, 배터리 박스 1의 점수는 모듈 1 및 모듈 2의 총 점수(즉, 점수 = 78)와 같고, 배터리 박스 2의 점수는 모듈 2 및 모듈 3의 총 점수(즉, 점수 = 76)와 같으며, 배터리 박스 3의 점수는 모듈 4 및 모듈 1의 총 점수(즉, 점수 = 77)와 같고, 배터리 박스 4의 점수는 모듈 1 및 모듈 3의 총 점수(즉, 점수 = 75)와 같다. 배터리 박스 점수에 따르면, 배터리 박스 소팅 결과는 배터리 1, 배터리 2, 배터리 3, 배터리 4의 점수가 내림차순임을 표시한다. 즉, 배터리 박스 4가 최저 배터리 박스 점수를 가진 배터리 박스다. 결과적으로, 단계 S15에서, 최저 배터리 박스 점수를 가진 적어도 하나의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 하이버네이션 모드에 놓이도록 제어된다. 본 실시예에서, 배터리 박스 4는 소팅 컨트롤러의 제어 하에 하이버네이션 모드에 놓이고, 나머지 배터리 박스는 정상 전력 공급 모드에 놓인다. 결과적으로, 전체 저장 에너지의 균형을 맞추고 배터리 수명을 연장시키는 목적이 실현될 수 있다.
표 1
N = 2, C = 3
배터리 박스 1 배터리 박스 1의 배터리 모듈 소팅 결과 배터리 박스 2 배터리 박스 2의 배터리 모듈 소팅 결과 배터리 박스 3 배터리 박스 3의 배터리 모듈 소팅 결과 배터리 박스 4 배터리 박스 4의 배터리 모듈 소팅 결과
모듈 1 점수: 40 1 점수: 36 3 점수: 38 2 점수: 38 1
모듈 2 점수: 38 2 점수: 38 1 점수: 31 4 점수: 36 3
모듈 3 점수: 30 4 점수: 38 1 점수: 32 3 점수: 37 2
모듈 4 점수: 32 3 점수: 35 4 점수: 39 1 점수: 35 4
총 배터리 박스 점수 점수:
40+38=78
(모듈 1 + 모듈 2)
 점수:
38+38=76
(모듈 2 + 모듈 3)
 점수:
39+38=77
(모듈 4 + 모듈 1)
 점수:
38+37=75
(모듈 1 + 모듈 3)
배터리 박스 소팅 결과 1
 3
 2
 4
전기차 구동 프로세스 중, 배터리 모듈의 요건 개수 N은 모터 속도에 따라 변화하고, 따라서, 배터리 박스 소팅 결과가 상응하여 변화한다. 다시 말해서, 최고 우선순위를 가진 배터리 박스 역시 변화한다. 예를 들어, 전기차의 속도가 높고 따라서 모터 속도가 빠른 경우에, 배터리 모듈의 요건 개수 N이 변화한다. 이 상황 하에서, 모든 배터리 모듈의 모듈 점수 및 배터리 모듈 소팅 결과가 불변으로 유지됨에도 불구하고, 배터리 박스 소팅 결과가 변화할 가능성이 있다. 이후, 본 발명의 다른 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법의 작동이 다음의 표 2를 참조하여 설명될 것이다. 표 1에서, N=2 였다. 반면 표 2에서는 N=3 이다. 표 2에서, 배터리 박스 1의 점수는 모듈 1, 모듈 2, 및 모듈 4의 총 점수와 같고(즉, 점수 = 110), 배터리 박스 2의 점수는 모듈 2, 모듈 3, 모듈 1의 총 점수와 같으며(즉, 점수 = 112), 배터리 박스 3의 점수는 모듈 4, 모듈 1, 및 모듈 3의 총 점수와 같고(즉, 점수 = 109), 배터리 박스 4의 점수는 모듈 1, 모듈 3, 모듈 2의 총 점수와 같다(즉, 점수 = 111).
배터리 박스 점수에 따르면, 배터리 박스 소팅 결과는 배터리 2, 배터리 4, 배터리 1, 배터리 3의 점수가 내림차순임을 표시한다. 즉, 배터리 박스 3은 최저 배터리 박스 점수를 가진 배터리 박스다. 다시 말해서, 하이버네이션 모드의 배터리 박스는 배터리 박스 4(표 1 참조)로부터 배터리 박스 3(표 2 참조)로 스위칭된다.
위 결과로부터, 배터리 박스 소팅 결과가 차량 구동 수요 및 배터리 모듈 점수 결과에 따라 실시간으로 변화한다. 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스가 모든 배터리 모듈의 방전 조건 제어에 사용되기 때문에, 전력 구조체의 모든 배터리 박스의 잔류 전기 에너지양이 실질적으로 동일하고, 각각의 배터리 박스 내 배터리 모듈의 잔류 전기 에너지 양이 실질적으로 동일하다. 결과적으로, 임의의 배터리 박스의 배터리 모듈의 전압이 과-방전 보호 상태에 들어가기엔 너무 낮지 않을 것이다.
표 2
N = 3, C = 3
배터리 박스 1 배터리 박스 1의 배터리 모듈 소팅 결과 배터리 박스 2 배터리 박스 2의 배터리 모듈 소팅 결과 배터리 박스 3 배터리 박스 3의 배터리 모듈 소팅 결과 배터리 박스 4 배터리 박스 4의 배터리 모듈 소팅 결과
모듈 1 점수: 40 1 점수: 36 3 점수: 38 2 점수: 38 1
모듈 2 점수: 38 2 점수: 38 1 점수: 31 4 점수: 36 3
모듈 3 점수: 30 4 점수: 38 1 점수: 32 3 점수: 37 2
모듈 4 점수: 32 3 점수: 35 4 점수: 39 1 점수: 35 4
총 배터리 박스 점수 점수:
40+38+32=110
(모듈 1 + 모듈 2 + 모듈 4)
 점수:
38+38+36=112
(모듈 2 + 모듈 3 + 모듈 1)
 점수:
39+38+32=109
(모듈 4 + 모듈 1 + 모듈 3)
 점수:
38+37+36=111
(모듈 1 + 모듈 3 + 모듈 2)
배터리 박스 소팅 결과 3
 1
 4
 2
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 대형 전기차 전력 구조체용 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법의 순서도를 도시한다. 단계 S21에서, 차량 컴퓨터(10)는 전기차의 목표 모터 속도를 검출 또는 예측한다. 모터 속도가 모터(192)의 구동 전압에 비례하기 때문에, 차량 컴퓨터(10)는 전기차 주행시 가속 페달의 반응 및 차량 속도의 레코드에 따라 후속 모터 속도 범위를 예측할 수 있다. 예측되는 모터 속도 범위에 따라, 차량 컴퓨터(10)는 목표 모터 속도 범위를 결정한다. 결과적으로, 전력 구조체(1)의 모터 구동부(191)의 DC 버스 전압이, 목표 모터 속도 범위의 최적화된 설정에 부합하도록 조정된다. 이 설정에 따르면, 전력 구조체(1)가 전기 에너지를 모터 구동부(191)에 제공할 때 각각의 전력 트랜지스터의 듀티 사이클이 너무 짧거나 너무 길지 않고 이상적인 듀티 사이클에 가깝다. 더욱이, 모터 구동부(191)의 DC 버스 전압이 전력 공급 모드의 4개의 가변 구조 직렬형 배터리 박스(11-14)의 직렬 연결 배터리 모듈의 수에 관련된다. 결과적으로, 단계 S21에서, 요구되는 DC 버스 전압 범위가 모터 속도와 요건 전압 간의 비례 관계에 따라 연산되고, 배터리 모듈의 요건 개수 N이 요건 DC 버스 전압 범위에 따라 연산된다.
다른 한편, 차량 컴퓨터(10)는 전기차의 목표 모터 토크를 또한 검출 또는 예측한다. 전기차의 모터의 가속 기능이 전류 크기에 좌우되기 때문에, 모터(192)의 구동을 위한 모터 구동부(191)의 전류는 병렬 연결된 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 수에 의해 제한된다. 결과적으로, 차량 컴퓨터(10)는 모터의 가속 기능(즉, 목표 모터 토크)을 연산한다. 목표 모터 토크에 따라, 차량 컴퓨터(10)는 모터 구동부(191)의 구동 전류 범위를 연산하고, 후속 가속 또는 감속 작업에서 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수 C를 설정한다.
그 후, 단계 S22에서, 차량 컴퓨터(10)는 각각의 배터리 모듈의 온도를 검출하기 위한 온도 보호 프로세스를 수행한다. 배터리 모듈의 온도가 온도 임계값보다 높을 경우, 배터리 모듈은 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시되고, 배터리 모듈의 점수는 고려되지 않는다.
단계 S23에서, 소팅 컨트롤러(101)는 차량 컴퓨터(10)에 의해 획득되는 각각의 배터리 모듈의 충전 상태, 건강 상태, 및 배터리 코어 온도에 따라 각각의 배터리 모듈의 대응하는 모듈 점수를 연산한다. 그 후, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈은 모듈 점수의 순위에 따라 소팅되고, 따라서, 배터리 모듈 소팅 결과가 획득된다. 더욱이, 각각의 배터리 모듈의 충전 상태, 건강 상태, 및/또는 온도 정보를 지닌 수학식에 따라 모듈 점수가 규정된다. 선호되지만 배타적이지 않도록, 수학식 1-9는 앞서와 같이 표현된다.
단계 S23 이후, 단계 S24가 수행된다. 즉, 소팅 컨트롤러(101)가 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈을 소팅한 후, 소팅 컨트롤러(101)는 온도 보호 프로세스를 통과하는, 그리고, 단계 S21에서 연산된 배터리 모듈의 요건 개수 N과 배터리 모듈 소팅 결과에 따라 최고 모듈 점수를 갖는, N개의 배터리 모듈을 선택할 것이다. 더욱이, 이와 같이 선택된 배터리 모듈의 계전기가 대응하는 배터리 모듈의 배터리 모듈 모니터링 보드에 의해 제어된다. 결과적으로, 이와 같이 선택된 배터리 모듈의 계전기가 대응하는 배터리 모듈의 배터리 코어 스트링과 연결된다. 이러한 방식으로, 선택된 배터리 모듈은 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 전력 공급 루프에 추가되고, 전력 공급 전압이 조정된다. 더욱이, 온도 보호 프로세스에서 선택되지 않은 배터리 모듈 또는 가용하지 않은 배터리 모듈의 배터리 모듈 모니터링 보드에 대한 소팅 컨트롤러(101)로부터의 명령에 따라, 계전기가 바이패스 루프에 연결될 것이다. 결과적으로, 선택되지 않은 배터리 모듈 또는 가용하지 않은 배터리 모듈은, 하이버네이션 모드에 놓이도록 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 전력 공급 루프로부터 분리된다.
단계 S24 이후, 단계 S25가 수행된다. 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈이 배터리 모듈의 요건 개수 N 및 배터리 모듈 소팅 결과에 따라 가동된 후, 소팅 컨트롤러(101)는 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 가동되는 배터리 모듈의 모듈 점수를 축적할 것이다. 모듈 점수의 축적 결과는 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 점수로 규정된다. 그 후, 배터리 박스 소팅 결과가 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 점수에 따라 획득된다.
단계 S25 이후, 단계 S26이 수행된다. 즉, 소팅 컨트롤러(101)가 가변 구조 직렬형 배터리 박스에 관한 배터리 박스 소팅 결과를 획득한 후, 소팅 컨트롤러(101)는 단계 S21에서 연산된 배터리 박스의 요건 개수 C와 배터리 박스 소팅 결과에 따라 C개의 배터리 박스를 선택할 것이다. 더욱이, 선택된 배터리 박스에 대응하는 전력 트랜지스터가 소팅 컨트롤러(101)에 의해 제어된다. 결과적으로, 최고 점수를 가진 가변 구조 직렬형 배터리 박스가, 차량 주행 요청에 응하는 전력 구조체를 구축하도록 대응하는 전력 트랜지스터를 통해 구동 디바이스(19)와 연결된다. 더욱이, 가동되지 않는 가변 구조 직렬형 배터리 박스에 대응하는(즉, 최저 배터리 박스 점수를 가진) 전력 트랜지스터 역시 소팅 컨트롤러(101)에 의해 제어된다. 결과적으로, 가동되지 않는 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 구동 디바이스(19)와 분리되고, 가동되지 않는 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 하이버네이션 모드로 들어간다. 본 발명의 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법에 따르면, 최저 배터리 박스 점수를 가진 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 전기 에너지 제공 중단에 우선순위를 가진다. 결과적으로, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈의 전체 저장 에너지가 균형을 이룰 수 있다. 더욱이, 최저 배터리 박스 점수를 가진 가변 구조 직렬형 배터리 박스가 가동되지 않기 때문에, 과열 또는 과-방전 문제가 제거될 수 있다.
도 3의 실시예에 비해, 본 실시예의 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법은 온도 보호 프로세스를 더 포함한다. 더 높은 온도를 가진 배터리 모듈이 전력 공급 루프로부터 분리되기 때문에, 구동 안정성 또는 전체 효율이 배터리 모듈에 의해 저하되지 않는다.
위 논의로부터, 본 발명은 대형차 전력 구조체 및 교번-하이버네이션 배터리 관리를 제공한다. 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 모듈이 서로 다른 정도로 배터리 열화에 시달릴 경우, 배터리 모듈의 전력 소모량이 서로 다르다. 이러한 상황 하에서, 배터리 박스의 일부 배터리 모듈이 많은 잔류 전기 에너지를 갖고 배터리 박스의 일부 배터리 모듈이 과-방전 보호 모드에 들어가기 때문에, 배터리 모듈 및 배터리 박스의 사용 수명이 단축된다. 본 발명의 전력 구조체 및 방법은 위 결함들을 효과적으로 해결할 수 있다. 더욱이, 점수를 연산하는 수학식에서, 온도 상승 보정 계수가 고려된다. 고온의 배터리 모듈이 전기 에너지 제공시 낮은 우선순위를 갖기 때문에, 전력 구조체의 전체 성능이 온도에 의해 저하되지 않는다. 더욱이, 고온의 배터리 모듈이 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시되고 배터리 모듈의 점수가 고려되지 않기 때문에, 고온의 배터리 모듈은 구동 안정성에 영향을 미치지 않고 또는 전체 효율을 저하시키지 않는다. 더욱이, 구조화되는 전력의 모든 배터리 모듈의 충전된 에너지가 균형을 이루기 때문에, 배터리 모듈의 활용도 및 대형 전기차의 내구성이 최대치로 증가한다. 더욱이, 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스를 수행하고 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 내부 직렬 연결을 재조합함으로써, 모든 배터리 모듈의 방전 조건들이 조정가능하다. 배터리 모듈이 배터리 열화에 시달리고 저장된 에너지 차이가 매우 큰 경우에도, 모든 배터리 모듈의 방전 조건이 소팅 결과에 관한 실시간 동적 정보에 따라 조정된다. 결과적으로, 전기차가 구동될 때, 전력 구조체의 모든 배터리 박스의 잔류 전기 에너지양이 실질적으로 동일하고, 각각의 배터리 박스 내 배터리 모듈의 잔류 전기 에너지 양이 실질적으로 동일하다. 이상적인 경우에, 전기차가 충전을 위해 충전소로 되돌아올 때, 모든 배터리 모듈의 잔류 전기 에너지 양이 동일하다. 더욱이, 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스를 수행하고 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 내부 직렬 연결 구조를 재조합함으로써, 임의의 배터리 박스의 배터리 모듈의 전압이 과전압 보호 상태에 들어갈 만큼 너무 낮지 않을 것이다.

Claims (13)

  1. 대형 전기차의 전력 구조체용 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법에 있어서, 상기 전기차의 전력 구조체는 소팅 컨트롤러를 가진 차량 컴퓨터와, 병렬 연결된 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와, 구동 디바이스를 포함하고, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 상기 교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법은,
    (a) 상기 차량 컴퓨터가, 구동 디바이스의 차량 구동 요청에 따라 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수 및 배터리 모듈의 요건 개수를 연산하는 단계와,
    (b) 더 높은 온도의 배터리 모듈이 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시되도록 상기 차량 컴퓨터가 온도 보호 프로세스를 수행하는 단계와,
    (c) 상기 소팅 컨트롤러가, 모든 배터리 모듈의 모듈 점수를 연산하고, 모듈 점수에 따라 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈 소팅 결과를 발생시키는 단계와,
    (d) 상기 소팅 컨트롤러가, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈 소팅 결과와 상기 배터리 모듈의 요건 개수에 따라 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스 내에서 최고 모듈 점수를 가진 요건 개수의 배터리 모듈을 가동시키는 단계와,
    (e) 상기 소팅 컨트롤러가, 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스 내 가동되는 배터리 모듈의 모듈 점수에 따라 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 박스 점수를 연산하고, 배터리 박스 점수에 따라 배터리 박스 소팅 결과를 발생시키는 단계와,
    (f) 상기 소팅 컨트롤러가, 하이버네이션 모드에 놓이도록 배터리 박스 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 제어하는 단계를 포함하는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 (a)에서, 상기 차량 컴퓨터는 전기차의 모터 속도를 검출 또는 예측하고, 모터 속도에 따라 DC 버스 전압을 연산하며, DC 버스 전압에 따라 배터리 모듈의 요건 개수를 결정하는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    단계 (a)에서, 상기 차량 컴퓨터는 전기차의 모터 토크를 검출 또는 예측하고, 모터 토크에 따라 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수를 결정하는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    단계 (b)의 온도 보호 프로세스에서, 상기 차량 컴퓨터는 복수의 배터리 모듈의 온도를 검출하고, 더 높은 온도를 가진 배터리 모듈을 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시하는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    단계 (c)에서, 각각의 배터리 모듈의 모듈 점수는 배터리 모듈의 충전 상태, 건강 상태, 온도 정보 중 적어도 하나에 따라 규정되는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    단계 (d)에서, 가동되지 않는 상기 배터리 모듈이 바이패스 루프에 더 연결되는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    단계 (e)에서, 단계 (c)에서 가동되는 배터리 모듈의 모듈 점수가 대응하는 배터리 박스 점수로 축적되는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    단계 (f)에서, 배터리 박스 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 가변 주고 직렬형 배터리 박스에 대응하는 적어도 하나의 전력 트랜지스터는, 구동 디바이스로부터 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 분리시키도록 제어되어, 가변 구조 직렬형 배터리 박스가 하이버네이션 모드에 놓이게 되는
    교번-하이버네이션 배터리 관리 및 제어 방법.
  9. 전기차의 전력 구조체에 있어서, 상기 전력 구조체는,
    서로 병렬로 연결되는 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스 - 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 복수의 배터리 모듈을 포함하고, 상기 복수의 배터리 모듈은 서로 직렬로 연결됨 - 와,
    상기 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와 연결된 구동 디바이스 - 상기 구동 디바이스는 상기 대형 전기차를 구동하기 위한 모터와, 상기 모터를 구동하기 위한 모터 구동부를 포함함 - 와,
    상기 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와 연결되어, 상기 구동 디바이스의 차량 구동 요청을 검출하고, 배터리 모듈의 요건 개수 및 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 요건 개수를 연산하며, 더 높은 온도를 가진 배터리 모듈을 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시하도록 온도 보호 프로세스를 수행하는, 차량 컴퓨터를 포함하며,
    상기 차량 컴퓨터는 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스를 수행하기 위한 소팅 컨트롤러를 더 포함하고, 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스가 수행될 때, 소팅 컨트롤러는 각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스의 배터리 모듈의 모듈 점수를 연산하여 모듈 점수에 따라 배터리 모듈 소팅 결과를 획득하고, 배터리 모듈 소팅 결과에 따라 최고 모듈 점수를 가진 요건 개수의 배터리 모듈을 가동시키며, 복수의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 소팅하여 배터리 박스 소팅 결과를 획득하고, 배터리 박스 소팅 결과의 최종 순위 내 적어도 하나의 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 하이버네이션 모드에 놓이도록 제어하는
    대형 전기차의 전력 구조체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 가변 구조 직렬형 배터리 박스는 배터리 박스 모니터링 보드를 더 포함하고, 상기 배터리 박스 모니터링 보드는 차량 컴퓨터 및 대응하는 배터리 모듈에 연결되며, 상기 배터리 박스 모니터링 보드는 대응하는 배터리 모듈을 제어하도록 상기 차량 컴퓨터로부터 명령을 수신하는
    대형 전기차의 전력 구조체.
  11. 제 9 항에 있어서,
    온도 보호 프로세스가 수행될 때, 상기 차량 컴퓨터는 복수의 배터리 모듈의 온도를 검출하고 더 높은 온도의 배터리 모듈을 가용하지 않은 배터리 모듈로 표시하며, 가용하지 않은 배터리 모듈은 배터리 박스 교번-하이버네이션 소팅 프로세스에 참가하지 않는
    대형 전기차의 전력 구조체.
  12. 제 9 항에 있어서,
    각각의 배터리 모듈은 배터리 모듈 모니터링 보드, 배터리 코어 스트링, 계전기 및 바이패스 루프를 더 포함하고, 상기 계전기는 상기 배터리 모듈 모니터링 보드의 제어 하에 상기 배터리 코어 스트링 또는 바이패스 루프와 선택적으로 연결되어, 상기 배터리 모듈이 선택적으로 전력 공급 모드 또는 하이버네이션 모드에 놓이게 되는
    대형 전기차의 전력 구조체.
  13. 제 9 항에 있어서,
    복수의 전력 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 복수의 전력 트랜지스터는 각자의 가변 구조 직렬형 배터리 박스와 구동 디바이스 사이에 배열되며, 상기 복수의 전력 트랜지스터는 차량 컴퓨터와 연결되고, 차량 컴퓨터로부터의 명령에 따라, 대응하는 전력 트랜지스터가 대응하는 가변 구조 직렬형 배터리 박스를 하이버네이션 모드에 놓이도록 제어하는
    대형 전기차의 전력 구조체.
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