KR20160127003A - 배터리 시스템 및 상기 배터리 시스템의 작동 방법 - Google Patents

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게르겔리 갈람
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 부하에 전력을 공급하기 위한 배터리 시스템(10)의 작동 방법에 관한 것이며, 상기 배터리 시스템은 배터리와 부하 사이에 배치된 적어도 하나의 전자 스위칭 유닛(14, 16)을 포함하고, 적어도 하나의 전자 스위칭 유닛(14, 16)은 특히 메인 스위치(24)에 의해 개방 가능한 메인 전류 경로(22)를 포함하고, 전자 스위칭 유닛(14, 16)은 메인 전류 경로(22)에 대해 병렬로 배치되는 개방 가능한 2차 전류 경로(26)를 포함하고, 상기 2차 전류 경로 내에 2차 저항(29) 및 경우에 따라 2차 스위치(28)가 배치된다. 본 발명에 따라 상기 작동 방법은 a) 메인 전류 경로(22) 및 2차 전류 경로(26)가 폐쇄된 상태에서 부하에 전력을 공급하는 단계; b) 안전 임계 상태를 검출하는 단계; c) 메인 전류 경로(22)를 개방하는 단계를 포함한다. 상기 작동 방법은 실질적으로 전기 스위칭 유닛(14, 16)의 규정된 제어를 기초로 하고, 이로써 배터리 시스템(10)의 작동시 상당히 증가한 안전성 및 배터리 시스템(10)의 특히 경제적인 작동이 달성될 수 있다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실시하도록 형성된 배터리 시스템(10)에 관한 것이다.

Description

배터리 시스템 및 상기 배터리 시스템의 작동 방법{BATTERY SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SUCH A BATTERY SYSTEM}
본 발명은 배터리 시스템 및 특히 전기로 구동되는 차량에서 상기 배터리 시스템의 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 전자 스위치의 개방시 아크의 감소 또는 방지를 위한 배터리 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.
차량용 배터리 시스템들에서 개별 배터리들은 높은 전압 및 높은 전력에서 낮은 전류를 공급할 수 있도록 종종 직렬로 접속된다. 예컨대 정지 상태에서 또는 에러 상황에서 배터리를 여타의 고압 시스템 또는 특히 부하로부터 분리할 수 있도록, 일반적으로 컨택터들이 트랙션 라인들(traction line)용 플러스 및 마이너스 전압 단자 상에 제공된다. 상기 컨택터들은 필요에 따라 그리고 정확한 설계에 따라 전류를 약 1 - 2 kA 까지 분리할 수 있다. 특히 높은 전류 세기에서 컨택터의 개방 또는 폐쇄시 컨택터의 원래 접촉 저항보다 더 높은 저항을 갖는 해당 접점들 사이에 아크가 발생할 수 있고, 이러한 아크는 접촉점들을 녹이거나 또는 해당 재료를 제거할 수 있으므로, 부재들이 노화된다. 아크가 강할수록 더 많은 재료가 제거될 수 있고 스위치 내부에 퍼진다. 이로써, 메인 접점들 간, 즉 플러스 극들과 마이너스 극들 간, 그리고 메인 접점들과 코일 간, 즉 고압 영역(HV)과 저압 영역(LV) 간의 절연 저항 및 내전압이 감소될 수 있다.
이러한 효과를 감소시키기 위해, 메인 스위치에 대해 병렬로 예비 충전 저항 및 예비 충전 스위치를 가진 예비 충전 회로를 제공하는 것이 공지되어 있다. 메인 스위치는 예비 충전 회로에 의해 접속 과정에서 바이패스된다. 예비 충전 저항이 메인 전류 회로 내에 제공됨으로써, 흐르는 전류가 제한될 수 있다. 예컨대 스위칭-온되는 경우, 예비 충전 과정의 종료 후 규정된 시간 후에 메인 컨택터가 폐쇄되고 예비 충전 컨택터가 개방됨으로써 바람직한 충전 및 방전 과정이 달성된다.
본 발명의 과제는 높은 전류가 나타나는 경우 및 스위치의 개방시 형성될 수 있는 아크를 최소화하거나 또는 바람직하게는 완전히 방지하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항들에 따른 배터리 시스템의 작동 방법 및 배터리 시스템에 의해 해결된다.
본 발명의 대상은 부하에 전력을 공급하기 위한 배터리 시스템의 작동 방법으로서, 상기 배터리 시스템은 배터리와 부하 사이에 배치되는 적어도 하나의 전자 스위칭 유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 전자 스위칭 유닛은 메인 전류 경로를 포함하고, 상기 메인 전류 경로는 특히 메인 스위치에 의해 개방 가능하고, 전자 스위칭 유닛은 메인 전류 경로에 대해 병렬로 배치되는 개방 가능한 2차 전류 경로를 포함하고, 상기 2차 전류 경로 내에 2차 저항 및 경우에 따라 2차 스위치가 배치되는, 배터리 시스템의 작동 방법에 있어서,
a) 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로가 폐쇄된 상태에서 부하에 전력을 공급하는 단계;
b) 안전 임계 상태를 검출하는 단계; 및
c) 메인 전류 경로를 개방하는 단계를 포함한다.
전술한 방법에 의해, 높은 전류가 나타나는 경우 및 스위치의 개방시 형성될 수 있는 아크를 최소화하거나 또는 바람직하게는 완전히 방지하는 것이 간단하게 달성된다.
전술한 방법은 적어도 부분적으로 전기로 구동되는 차량의 구성부일 수 있는 특히 배터리 시스템을 작동시키기 위해 사용된다. 배터리 시스템은 공지된 방식으로 예컨대 전기 모터와 같은 부하에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 이를 위해 배터리 시스템은 예컨대 리튬 이온 배터리의 셀과 같은 적어도 하나의 배터리 셀, 바람직하게는 직렬 접속된 다수의 배터리 셀들을 가진 하나의 배터리, 또는 경우에 따라 다수의 배터리들을 포함한다. 본 발명은 하기에서 하나의 배터리 및 하나의 부하와 관련해서 설명되지만, 당업자에게 당연시되 듯이, 본 발명은 다수의 부하들 및 특히 다수의 배터리를 포함할 수 있다. 배터리와 부하 사이에 전자 스위칭 유닛이 배치되고, 상기 스위칭 유닛은 배터리와 부하 사이의 전기 라인을 차단할 수 있다. 예컨대 이러한 스위칭 유닛은 공지된 컨택터이다.
전자 스위칭 유닛은 메인 전류 경로를 포함하고, 상기 메인 전류 경로는 메인 스위치에 의해 개방 가능하다. 본 발명에서 전류 경로의 개방은 상기 전류 경로를 통해 전류가 흐를 수 있는 것을 의미하는 반면, 전류 경로의 폐쇄는 상기 전류 경로가 전류를 안내할 수 없다는 것을 의미한다. 전류 경로의 개방은 스위치, 예컨대 메인 전류 경로의 경우에 메인 스위치의 개방에 의해 달성될 수 있다. 상응하게, 전류 경로의 폐쇄는 전류 흐름을 달성하기 위해 스위치, 예컨대 메인 전류 경로의 경우에 메인 스위치의 폐쇄를 의미할 수 있다.
메인 전류 경로와 더불어 스위칭 유닛은 2차 전류 경로를 포함하고, 상기 2차 전류 경로는 메인 전류 경로에 대해 병렬로 배치됨으로써 상기 메인 전류 경로를 바이패스할 수 있도록 배치된다. 2차 전류 경로는 예컨대 상기 경로 내에 배치된 선택적 2차 스위치에 의해 개방 가능하다. 또한, 2차 전류 경로 내에 2차 저항이 배치되고, 상기 2차 저항은 경우에 따라 특히 2차 전류 경로를 차단 또는 개방하기 위해 사용될 수 있다. 상기 저항은 경로의 저항에 추가해서 배치된 규정된 추가 저항이다. 상기 저항에 의해, 2차 전류 경로를 통한 전류 흐름이 제한될 수 있다. 전자 스위칭 유닛이 공지된 컨택터인 경우, 메인 전류 경로는 메인 컨택터라고도 할 수 있는 반면, 2차 전류 경로는 예비 충전 저항 및 예비 충전 컨택터를 가진 예비 충전 회로일 수 있다.
이러한 배터리 시스템의 작동을 위한 전술한 방법은 단계 a)에 따라 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로가 폐쇄된 상태에서 부하에 전력을 공급하는 단계를 포함한다. 상기 단계는 배터리의 소정 방전 및 그에 따라 예컨대 전기 모터에 전력의 공급 하에 배터리 시스템의 소정 및 정상 작동을 나타낸다. 상기 단계에서, 메인 스위치 및 2차 스위치가 폐쇄됨으로써 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로가 폐쇄된다. 즉, 소정 방전 과정에서 전류는 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로를 통해 흐를 수 있다. 이는 종래 기술에 따른 방법과는 결정적으로 상이한데, 왜냐하면 배터리 시스템의 공지된 작동 방법에서는, 예컨대 예비 충전 회로와 같은 2차 전류 경로가 소정 작동에서 일반적으로 개방되므로 전류가 메인 전류 경로를 통해서만 흐를 수 있고 2차 전류 경로를 통해 흐를 수 없기 때문이다.
전술한 방법에서 2차 전류 경로 내에 배치된 저항의 가열은 메인 전류 경로에 대해 병렬인 전류에 의해 이루어질 수 있지만, 메인 스위치 상에서의 접촉 저항은 현저히 감소한다. 또한, 예컨대 저항의 적합한 설계 또는 치수화에 의해, 저항의 가열이 문제가 되지 않는 한계 내로 유지되고 이로써 임계 값을 갖지 않는 것이 달성된다. 따라서, 소정의 파라미터에 따른 설계에 의해 그리고 소정의 용도와 관련해서 개별 컴포넌트들의 규정된 설계에 의해, 메인 전류 경로 및 2 차 전류 경로를 통한 전류 흐름이 이루어지는 문제없는 작동이 달성될 수 있다.
추가 단계 b)에서 전술한 방법의 경우, 안전 임계 상태의 검출이 이루어진다. 상기 안전 임계 상태는 특히 배터리 시스템의 정상 작동을 벗어나고 예컨대 그리고 국한하는 것은 아니지만 증가한 전류의 흐름을 수반하는 상태를 의미할 수 있다. 따라서 예컨대 안전 임계 상태는 단락이 나타남으로써 특히 스위칭 유닛을 통한 전류 전류 흐름을 현저히 증가시키는 에러 상황을 의미할 수 있다. 예컨대 에러 상황 또는 안전 임계 상태는 규정된 방식으로 그리고 미리 정해진 방식으로 증가한 전류의 흐름을 포함한다. 이러한 에러 상황은 부하와 배터리 사이에 예컨대 메인 전류 경로와 연결되어 배치된 예컨대 전류 센서들과 같은 상응하는 센서들의 제공에 의해 검출될 수 있다. 예컨대 이러한 센서는 스위치의 메인 전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
규정된 임계값을 초과한 경우, 예컨대 제어 유닛에 의해 규정된 대응책들이 도입될 수 있고, 이는 하기에서 상세하게 기술된다.
이러한 안전 임계 상태가 나타나는 경우, 단계 c)에 따라 메인 전류 경로의 개방이 이루어진다.
메인 전류 경로의 개방시, 예컨대 메인 스위치의 개방시, 그리고 이로써 높은 전류의 분리시, 메인 스위치 상에는 배터리 내의 인덕턴스에 의해 높은 전위차(트랜션트)가 나타난다. 이는 스위치 내에서 아크가 발생되는 것을 야기하고, 상기 아크는 기본적으로 접촉 표면들을 노화시키고 부재의 열적 손상을 야기할 수 있다. 메인 전류 경로가 개방되지만 2차 전류 경로가 폐쇄됨으로써, 전류는 2차 전류 경로를 통해서 흐를 수 있다. 2차 전류 경로는 이로써 트랜션트를 제거하고 전류의 일부를 안내하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 분리는 예컨대 메인 스위치 및 2차 전류 경로 내의 스위치로 분할된다. 이로 인해 메인 스위치의 개방시 약한 아크만이 나타나거나 또는 아크의 발생이 완전히 방지될 수 있다. 전류는 2차 전류 경로를 통해서만 흐르고 저항에 의해 제한되므로 너무 높은 전류의 안내가 제한될 수 있다.
전술한 방법은 간단한 방식으로, 안전 임계 상태에서 발생하는 메인 스위치 상의 아크를 감소시키고 스위치 상의 손상을 최소화시킬 수 있다. 이로써, 상기 배터리 시스템의 수명이 연장되고 상응하게 에러 빈도가 감소될 수 있다. 따라서, 예컨대 이러한 배터리 시스템이 장착된 차량들은 에러 상황 후에도 기본적으로 계속 작동될 수 있다.
요약하면 실질적으로 전기 스위칭 유닛의 규정된 제어를 바탕으로 하는 전술한 방법은 배터리 시스템의 작동시 현저히 증가한 안전성 및 배터리 시스템의 특히 경제적인 작동을 달성한다.
일 실시예의 범주에서, 가변 저항값을 가진 2차 저항이 사용될 수 있고, 저항값은 단계 a) 후에 연속적으로 커진다. 예컨대, 전기 저항값은 30 Ohm보다 작거나 같은 범위, 특히 15 Ohm보다 작거나 같은 범위, 예컨대 8 Ohm보다 작거나 같은 범위로 제공될 수 있다. 예컨대 단시간 약 100 mOhm 범위의 저-옴이고 단시간 후에야 고-옴이 되는 저항이 사용된다. 이를 위해 다수의 부분 저항들의 병렬 회로가 사용될 수 있다. 전류 경로 또는 전류 경로들의 개방시 우선 메인 스위치가 개방될 수 있고 그후 2차 경로 내에 병렬 접속된 부분 저항들이 순차적으로 제어 또는 개방될 수 있음으로써 2차 전류 경로를 통해 흐르는 전류가 연속적으로 더 강하게 제한될 수 있다.
2차 저항의 특히 상기 실시예는 특히 효율적이고 바람직하게 배터리 시스템의 작동시 그리고 이로써 특히 메인 스위치에 의한 전류 회로의 차단 순간에 충분히 많은 양의 전류가 2차 전류 경로를 통해 안내될 수 있고 제한된 전류만이 메인 전류 경로를 통해 안내될 수 있도록 한다. 전류는 2차 전류 경로 내의 저항과 막 개방된 메인 전류 경로 상의 아크의 저항의 비에 반비례하도록 분할된다. 이로써 특히 바람직하게는 메인 스위치의 개방시 종래 기술에 따른 과전류의 분리시보다 비교적 적은 전류만이 메인 전류 경로를 통해 흐르므로, 메인 스위치의 개방시 특히 약한 아크가 발생하거나 또는 가장 바람직하게는 아크가 발생하지 않는다. 전술한 방식으로 형성된 2차 저항의 다른 장점은 예컨대 차량의 중간 회로 커패시터, 즉 인버터가 더 신속하게 충전되기 때문에 예컨대 차량과 같은 부하가 더 신속하게 사용 준비 상태로 된다는 것이다.
다른 실시예의 범주에서, 단계 a)에 따라 부하에 전력을 공급하는 경우 메인 전류 경로를 통해 흐르는 전류와 2차 전류 경로를 통해 흐르는 전류의 비는 10/1보다 크거나 같은 비 내지 105/1보다 작거나 같은 비로 주어질수 있다. 메인 전류 경로를 통과하는 저전류는 전술한 바와 같이 분할된 전류가 흐를 수 있도록 형성된 2차 전류 경로 내에 배치된 저항의 선택에 의해 특히 구현 가능하다. 특히 이 실시예에서 배터리 시스템의 정상 작동시 메인 전류 경로를 통해 흐르는 전류가 특히 강하게 제한될 수 있다. 이로써, 메인 스위치의 개방시 스위치의 접점들 간의 아크의 발생이 특히 현저히 감소될 수 있다.
다른 실시예의 범주에서 방법은 추가 단계 d), 특히 단계 c) 후에, 2차 전류 경로를 개방하는 단계를 포함한다. 이 실시예에서 안전 임계 상태가 나타나면 전류의 흐름이 완전히 저지될 수 있고 이로써 추가 위험이 방지되거나 또는 적어도 현저히 감소된다. 이는 예컨대 2차 스위치의 개방에 의해 또는 2차 저항의 제어에 의해 구현될 수 있다. 후자의 실시예에서 2차 전류 경로를 통한 전류의 흐름은, 예컨대 부분 저항들이 전류의 흐름이 저지될 정도로 높은 저항값을 갖도록 2차 저항을 형성함으로써, 완전히 방지될 수 있다. 이로써 이러한 실시예에서 예컨대 2차 스위치의 제공이 생략될 수 있다. 이는 특히 경제적이고 제어하기 쉬운 방법을 달성시킨다.
다른 실시예의 범주에서, 규정된 방식으로 증가한 전류의 흐름은 안전 임계 상태로서 검출될 수 있다. 규정된 방식으로 증가한 전류는 안전 임계 상태 또는 에러 상황으로서, 규정된 임계값을 초과하고 이로써 위험 잠재성을 가진 전류를 포함할 수 있다.
전술한 방법의 다른 장점들 및 특징들과 관련해서, 본 발명에 따른 배터리 시스템 및 도면들과 연관된 설명들이 참조된다. 본 발명에 따른 방법의 본 발명에 따른 특징들 및 장점들은 본 발명에 따른 배터리 시스템에 적용 가능하고 공개된 것으로서 간주되어야 하고 또한 그 반대로도 적용된다. 발명에는 상세한 설명 및/또는 청구항들에 공개된 특징들 중 적어도 2 개의 특징들로 이루어진 모든 조합들이 포함된다.
본 발명의 대상은 또한 전술한 바와 같이 형성된 방법을 실시하도록 형성된 배터리 시스템이다. 상기 배터리 시스템은 특히 부하에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 상기 부하는 예컨대 차량의 전기 모터일 수 있다. 예컨대 배터리 시스템은 적어도 부분적으로 전기로 구동되는 차량의 구성 부분일 수 있다. 전기로 구동되는 차량들로는, 국한하는 것은 아니지만 완전히 전자적으로 구동되는 차량들 또는 하이브리드 차량들이 고려된다. 그러나, 상기 배터리 시스템은 전술한 예시들로 제한되지 않는다.
배터리 시스템은 특히 적어도 하나의 배터리 셀 또는 바람직하게는 직렬 접속된 다수의 배터리 셀들을 가진 배터리를 포함한다. 해당 배터리는 기본적으로 종래 기술에 공지되듯이 예컨대 리튬 이온 배터리일 수 있다. 배터리와 전기 부하 사이에 전자 스위칭 유닛이 배치되고, 상기 스위칭 유닛은 배터리와 부하 사이의 전자적 연결을 선택적으로 형성 또는 분리할 수 있다. 이러한 전자 스위칭 유닛은 기본적으로 종래 기술에 공지되어 있을 수 있다. 예컨대 컨택터와 같은 전자 스위칭 유닛은 제 1 전류 경로 예컨대, 메인 전류 경로를 포함하고 상기 메인 전류 경로는 특히 메인 스위치에 의해 개방 가능하다. 상기 메인 스위치는 메인 컨택터라고도 할 수 있다. 또한, 전자 스위칭 유닛은 제 1 전류 경로에 대해 병렬로 배치된 제 2 전류 경로 또는 2차 전류 경로도 포함하고, 상기 제 2 경로 또는 2차 전류 경로는 2차 스위치에 의해 차단 또는 개방 가능하고, 상기 제 2 경로 또는 2차 전류 경로 내에 2차 저항이 배치된다. 2차 전류 경로는 예비 충전 회로라고도 할 수 있고, 상기 예비 충전 회로 내에 예비 충전 저항 및 예비 충전 컨택터가 배치된다.
배터리 시스템은 또한 제어 유닛을 포함할 수 있고, 상기 제어 유닛은, 소정의 방전 과정에서, 즉 부하에 전기 에너지를 공급할 때, 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로가 폐쇄되도록, 전자 스위칭 유닛을 제어한다. 즉, 제어 시스템은 스위칭 유닛 또는 2 개의 스위치들 또는 저항을, 배터리 시스템의 정상 상태에서 그리고 배터리의의 소정 방전 시에 전류가 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로를 통해 흐를 수 있도록 제어한다.
또한, 배터리 시스템은 배터리 시스템의 안전 임계 상태 또는 에러 작동을 검출할 수 있는 하나 또는 다수의 센서들을 포함한다. 예컨대 배터리 시스템의 이러한 안전 임계 상태는 예컨대 배터리 시스템 내의 단락에 의해 야기되는 증가한 전류의 흐름을 의미할 수 있다. 이러한 단락은 예컨대 결함 또는 사고에 의해 야기될 수 있다. 따라서, 에러가 있는 상태를 검출하기 위한 센서는 예컨대 전류 센서일 수 있다.
이러한 안전 임계 상태 또는 에러가 있는 상태가 센서에 의해 검출되면, 제어 유닛은 메인 전류 경로가 예컨대 메인 스위치의 개방에 의해 개방됨으로써 전류가 2차 전류 경로를 통해서만 흐를 수 있도록 스위치를 제어할 수 있다. 흐르는 전류는 2차 전류 경로 내에 제공된 저항에 의해 제한될 수 있다. 배터리 시스템의 정상 작동 동안 전류가 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로를 통해 흐를 수 있어서, 메인 전류 경로의 개방시 아크의 발생이 현저히 감소하는데, 그 이유는 앞에서 상세히 설명했듯이 2차 전류 경로에 의해 트랜션트가 제거될 수 있기 때문이다.
전술한 배터리 시스템은 메인 전류 경로 또는 2차 전류 경로를 차단하기 위한 전자 스위칭 유닛 및 특히 스위치의 제어를 위한 특히 바람직한 방법을 가능하게 한다. 해당 스위치 및 해당 전류 경로가 종래 기술에 따른 일반적 치수화와는 달리 형성될 수 있는 예컨대 메인 스위치 및 2차 스위치의 치수화에 의해 또는 예컨대 2차 전류 경로 내 저항의 형성에 의해, 상기 시스템이 특히 경제적으로 형성될 수 있다. 2차 전류 경로 내의 저항이 현저히 감소될 수 있어서 비용이 감소되기 때문에, 상응하는 컴포넌트들의 비용은 전류 분리 가능성에 과비례적으로 증가한다. 2개의 경로 내에 적은 전류가 흐르면 최대 전류 분리 가능성이 현저히 감소할 수 있고 이는 상당한 비용 절감을 일으킨다. 비용 절감과 더불어 전술한 배터리 시스템은 큰 안전성을 갖는다.
바람직하게는 2차 저항이 제공될 수 있고, 상기 2차 저항은 30 Ohm보다 작거나 같은 범위, 바람직하게는 15 Ohm보다 작거나 같은 범위, 예컨대 8 Ohm보다 작거나 같은 범위의 전기 저항값을 갖는다. 특히 이 실시예에서는 2차 전류 경로 내의 전류는 비교적 적게 제한됨으로써, 정상 작동 동안 비교적 많은 양의 전류가 2차 전류 경로를 통해 흐르고, 비교적 제한된 전류가 메인 전류 경로를 통해 흐를 수 있다. 이로써 메인 전류 경로의 개방시 에러가 있는 경우 특히 바람직하게 그리고 특히 효과적으로 아크의 발생이 감소될 수 있다.
다른 실시예의 범주에서 2차 저항은 가변 저항값을 가질 수 있다. 예컨대 2차 저항은 다수의 부분 저항들의 병렬 회로로서 형성될 수 있다. 안전 임계 상태의 검출 후에 개별 병렬 경로들 또는 병렬 부분 저항들이 순차적으로 접속되므로 2차 전류 경로를 통해 흐르는 전류가 연속적으로 감소된다. 스위칭은 이 경우 예컨대 파워 MOSFET들에 의해 이루어진다. 이로써 저항은 메인 스위치의 개방시 가능한 저-옴인 가변 저항일 수 있으므로, 아크가 방지된다. 메인 컨택터 내의 아크가 사라진 후에야 약 10 ㎲ 내지 100 ㎳의 범위에서 저항값이 더 높은 값으로 조절되고 전류는 가능한 적은 트랜션트로 차단된다. 특히 전술한 실시예에서 2차 전류 경로 내에 10 A 내지 단시간에 1000 A의 범위에 있는 전류가 나타날 수 있다. (스위치의 이러한 설계에 의해 더 높은 비용이 발생되더라도, 이는 아래에서 설명되듯이 메인 스위치의 비교적 적은 치수화에 의해 보상되므로, 비용은 통합적으로 종래 기술의 해결 방법에 비해 동일하거나 더 적다.)
메인 스위치 및 2차 스위치가 동일하게 형성될 수 있다. 이러한 실시예는 흐르는 전류를 메인 전류 경로 및 2차 전류 경로로 규정된 방식으로 분할할 수 있게 하는 특히 2차 전류 경로 내의 저항의 선택에 의해 달성된다. 이러한 실시예에서 스위치의 특히 간단한 제조 또는 스위치들을 배터리 시스템에 특히 경제적으로 설치하는 것이 달성될 수 있는데, 그 이유는 제조가 동일한 스위치들 및 적은 수의 상이한 부분들로 이루어질 수 있기 때문이다. 이러한 실시예는 또한 적은 수의 부분들이 유지되면 되기 때문에 배터리 시스템의 유지 보수를 용이하게 한다.
전술한 배터리 시스템의 다른 장점들 및 특징들과 관련해서, 본 발명에 따른 방법 및 도면들과 연관된 설명들이 참조된다. 본 발명에 따른 배터리 시스템의 본 발명에 따른 특징들 및 장점들은 본 발명에 따른 방법에 적용 가능하고 공개된 것으로서 간주되어야 하고 또한 그 반대로도 적용된다. 발명에는 상세한 설명 및/또는 청구항들에 공개된 특징들 중 적어도 2 개의 특징들로 이루어진 모든 조합들이 포함된다.
본 발명에 따른 대상들의 다른 장점 및 바람직한 실시예들이 도면에 도시되고 하기 설명에서 상술된다. 도면은 설명된 특징만을 포함하고 발명을 어떠한 형태로 제한하려는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 1에는 부하에 전력을 공급하기 위한 배터리 시스템(10)이 도시된다. 예컨대 배터리 시스템(10)이 전기로 구동되는 차량의 구성 부분이다.
도 1에 따른 배터리 시스템(10)은 직렬 접속된 다수의 배터리 셀들(12)을 가진 배터리를 포함한다. 배터리 또는 배터리 셀들(12)은 공지된 방식으로 플러스 극 및 마이너스 극에 의해 해당 트랙션 라인들(18, 20)을 통해 부하에 연결 가능하므로, 부하에 전기 에너지가 공급된다. 플러스 극 및 마이너스 극에 할당 배치되는 트랙션 라인(18, 20) 내에 각각 하나의 전자 스위칭 유닛(14, 16)이 각각의 트랙션 라인(18, 20)의 선택적 개방 또는 폐쇄를 위해 제공된다. 스위칭 유닛들(14, 16) 중 하나는 개별 스위치를 포함하고, 특히 스위칭 유닛들(14, 16) 중 하나 또는 2개가 하기에 기술되듯이, 국한하는 것은 아니지만, 스위칭 유닛(14)에 대해 기술된 실시예를 포함한다.
스위칭 유닛(14)은 배터리 또는 배터리 셀들(12)과 트랙션 라인(18) 내의 도시되지 않은 부하 사이에 배치된다. 전자 스위칭 유닛(14)은 메인 스위치(24)에 의해 개방 가능한 제 1 전류 경로 또는 메인 전류 경로(22)를 포함한다. 또한, 전자 스위칭 유닛(14)은 제 1 메인 전류 경로(22)에 대해 병렬로 배치되는 2차 전류 경로(26)를 포함하고, 상기 2차 전류 경로는 2차 스위치(28)에 의해 개방 가능하다. 또한, 2차 전류 경로(26) 내에 2차 저항(29)이 배치된다. 2차 전류 경로(26)는 메인 전류 경로(22)가 상기 2차 전류 경로에 의해 바이패스될 수 있도록 배치된다.
2차 저항(29)과 관련해서 상기 2차 저항은 30 Ohm보다 작거나 또는 같은 범위, 특히 15 Ohm보다 작거나 같은 범위, 예컨대 8 Ohm보다 작거나 같은 범위의 전기 저항값을 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대 2차 저항(29)은 예컨대 선택적으로 접속 가능하고 차단 가능한 다수의 부분 저항들의 병렬 회로의 제공에 의해 가변 저항값을 가질 수 있다.
또한, 2차 스위치(28) 및 메인 스위치(24)는 동일하게 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이 형성된 배터리 시스템(10)이 제공됨으로써, 메인 전류 경로(22)의 개방시 아크의 발생을 감소시키기 위해 상기 배터리 시스템(10)의 작동 방법은 하기 단계들을 포함한다:
a) 메인 전류 경로(22) 및 2차 전류 경로(26)가 폐쇄된 상태에서 부하에 전력을 공급하는 단계;
b) 특히 규정된 방식으로 증가한 전류와 같은 안전 임계 상태를 검출하는 단계; 및
c) 메인 전류 경로(22)를 개방하는 단계.
특히 바람직하게는, 단계 a)에 따라 부하에 에너지를 공급하는 경우, 메인 전류 경로를 통해 흐르는 전류와 2차 전류 경로를 통해 흐르는 전류의 비는 10/1 보다 크거나 같은 비 내지 105/1 보다 작거나 같은 비로 주어진다.
10: 배터리 시스템 14: 스위칭 유닛
22: 메인 전류 경로 24: 메인 스위치
26: 2차 전류 경로 28: 2차 스위치
29: 2차 부하

Claims (10)

  1. 부하에 전력을 공급하기 위한 배터리 시스템(10)의 작동 방법으로서,
    상기 배터리 시스템은 배터리와 상기 부하 사이에 배치되는 적어도 하나의 전자 스위칭 유닛(14)을 포함하고, 적어도 하나의 상기 전자 스위칭 유닛(14)은 메인 전류 경로(22)를 포함하고, 상기 메인 전류 경로는 특히 메인 스위치(24)에 의해 개방 가능하고, 상기 전자 스위칭 유닛(14)은 상기 메인 전류 경로(22)에 대해 병렬로 배치되는 개방 가능한 2차 전류 경로(26)를 포함하고, 상기 2차 전류 경로 내에 2차 저항(29) 및 경우에 따라 2차 스위치(28)가 배치되는, 상기 배터리 시스템의 작동 방법에 있어서,
    a) 상기 메인 전류 경로(22) 및 상기 2차 전류 경로(26)가 폐쇄된 상태에서 상기 부하에 전력을 공급하는 단계;
    b) 안전 임계 상태를 검출하는 단계; 및
    c) 상기 메인 전류 경로(22)를 개방하는 단계를 포함하는, 배터리 시스템의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가변 저항값을 가진 2차 저항(29)이 사용되고, 상기 저항값은 상기 단계 a) 후에 연속적으로 커지는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템의 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 a)에 따른 상기 부하에 전력을 공급하는 경우, 상기 메인 전류 경로(22)를 통해 흐르는 전류와 상기 2차 전류 경로(26)를 통해 흐르는 전류의 비가 10/1 보다 크거나 같은 비 내지 105/1 보다 작거나 같은 비로 주어지는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템의 작동 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은:
    d) 상기 2차 전류 경로(26)를 개방하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템의 작동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단계 d)는 상기 2차 스위치(28)의 개방에 의해 또는 가변 저항값을 갖는 상기 2차 저항(29)의 제어에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템의 작동 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안전 임계 상태로서는, 규정된 방식으로 증가한 전류의 흐름이 검출되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템의 작동 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 형성되는 배터리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    2차 저항(29)이 제공되고, 상기 2차 저항은 30 Ohm보다 작거나 같은 범위, 특히 15 Ohm보다 작거나 같은 범위, 예컨대 8 Ohm보다 작거나 같은 범위의 전기 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 2차 저항(29)은 가변 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 스위치(24) 및 상기 2차 스위치(28)가 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
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