KR20190001927A - 차량을 위한 안전한 에너지 공급 장치 - Google Patents

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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치(10)에 있어서, 2개의 고전압 연결 접점들(18) 및 고전압 연결 접점들(18) 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 스트링(14), 및 적어도 하나의 배터리 스트링(14)이 사이에 배치되는 적어도 2개의 스트링 접점들(22)을 구비한 고전압 배터리(12); 및 출력측에서 차량의 저전압 시스템을 위한 저전압을 제공하며, 입력측에서 2개의 스트링 접점(22)을 통해 적어도 하나의 배터리 스트링(14)에 전기전도적으로 연결되는 DC/DC 컨버터(24);를 포함하고, 고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링(14)을 통해 차량의 저전압 시스템에 전기 에너지를 공급하도록 구현되는 에너지 공급 장치(10)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 에너지 공급 장치를 구비한 차량, 및 전기 구동부를 구비한 차량을 위한 대응하는 에너지 공급 방법에 관한 것이다.

Description

차량을 위한 안전한 에너지 공급 장치{SAFE ENERGY SUPPLY DEVICE FOR A VEHICLE}
본 발명은, 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치에 있어서, 2개의 고전압 연결 접점들 및 고전압 연결 접점들 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 스트링, 및 적어도 하나의 배터리 스트링이 사이에 배치되는 적어도 2개의 스트링 접점들을 구비한 고전압 배터리; 및 출력측에서 차량의 저전압 시스템을 위한 저전압을 제공하며, 입력측에서 2개의 스트링 접점을 통해 적어도 하나의 배터리 스트링에 전기전도적으로 연결되는 DC/DC 컨버터;를 포함하는 에너지 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 에너지 공급 장치를 구비한 차량에 관한 것이다.
본 발명은 마찬가지로, 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 방법에 있어서, 2개의 고전압 연결 접점들 및 고전압 연결 접점들 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 스트링을 구비한 고전압 배터리를 제공하는 단계; 각각 적어도 하나의 배터리 스트링이 사이에 배치되는 적어도 2개의 스트링 접점들을 제공하는 단계; 2개의 스트링 접점들 사이의 전압을 차량의 저전압 시스템을 위한 저전압으로 변환하는 단계;를 포함하는 방법에 관한 것이다.
현대 차량에서는, 차량 내의 저전압 시스템, 즉 저전압 온보드 전원 공급 시스템에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있다. 저전압 시스템은 종래 12 V의 낮은 DC 공급 전압의 저전압 공급과 관련되고, 여기서 24 V 또는 48 V의 더 높은 공급 전압이 또한 때때로 사용된다.
특히 고도로 자동화된 주행(HAD)을 가능하게 하는 차량에 이르기까지 반자동 주행(SAD)을 가능하게 하는 더 많은 보조 시스템의 도입의 일부로, 이와 같은 보조 시스템에 전원을 공급하는 저전압 시스템에 대한 요구가 또한 점점 더 높아지고 있다. 그러므로, 대응하는 SAD 및 HAD 응용에서, 차량을 신뢰할 만하게 작동시킬 수 있도록, 그리고 필요한 경우, 차량을 안전하게 정지시킬 수 있도록, 안전상의 이유로 리던던트 저전압 공급이 구비되어야 한다. 최초 고장 후의 매우 신뢰할 만한 저전압 공급에 대한 대응하는 요구는 저전압 공급이 고장의 발생 후 적어도 2분 더 보장되는 것을 필요로 한다. 이러한 요구는 예를 들어 저전압 공급을 위한 2개의 독립적인 배터리를 설치함으로써 실시될 수 있다. 그러나, 이 경우, 대응하는 설치 공간이 구비되어야 한다. 아울러, 차량 내의 제2 배터리의 중량 및 비용이 고려되어야 한다.
전기 구동부를 구비한 차량에서, 즉 특히 하이브리드 및 전기 차량에서, 차량의 구동을 위한 전기 에너지를 제공하기 위해, 각각의 경우 고전압 배터리가 요구된다. 이러한 유형의 고전압 배터리는 대개는 수백 볼트의 전압을 공급하여 전류 강도를 제한하며 전기 손실을 저감한다.
이와 관련하여, DE 10 2009 000 051 A1호는 자동차의 온보드 전원 공급 시스템의 작동 방법을 개시한다. 온보드 전원 공급 시스템은 상이한 전압의 적어도 2개의 온보드 전원 공급 서브시스템을 구비한다. 온보드 전원 공급 서브시스템들 사이에는, 전기 에너지의 흐름을 허용하는 결합부가 있다. 하나의 온보드 전원 공급 서브시스템은 발전기 및/또는 적어도 하나의 전기 부하에 연결되고, 다른 온보드 전원 공급 서브시스템은 적어도 하나의 전기 부하에 연결된다. 고장의 발생시, 발전기에 의해 공급되는 전압이 사람들에게 안전한 값까지 감소되게 하고, 에너지는 여전히 발전기를 구비한 온보드 전원 공급 서브시스템으로부터 부하를 구비한 다른 온보드 전원 공급 서브시스템으로 흐른다.
게다가, DE 10 2012 221 570 A1호는 전기 구동식 차량의 전기 회로 장치 내의 불량의 방지를 개시한다. 회로 장치는 전기 구동 기계를 위한 공급 전압을 제공하기 위한 고전압 배터리, 작동 전압을 공급받을 수 있는 적어도 하나의 전기 부하를 구비한 저전압 온보드 전원 공급 시스템, 및 저전압 온보드 전원 공급 시스템을 위한 작동 전압을 제공하기 위한 주전압원을 포함한다. 저전압 온보드 전원 공급 시스템을 위한 작동 전압을 제공하기 위해 각각의 경우 적어도 하나의 제1 부전압원 및 하나의 제2 부전압원이 존재하고, 또한 주전압원의 불량 후에는 제1 부전압원에, 제1 부전압원의 불량 후에는 제2 부전압원에 저전압 온보드 전원 공급 시스템을 전기적으로 연결하는 스위칭 장치가 존재한다.
따라서, 전술한 종래 기술에서 시작하여, 본 발명은, 간단하고 신뢰할 만하며 고장이 적은 방식으로 저전압 부하를 위한 에너지를 공급할 수 있게 하는, 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치, 이와 같은 에너지 공급 장치를 구비한 차량, 및 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 방법을 명시하려는 목적에 기초한다.
상기 목적은 독립항의 특징부에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 개선은 종속항에 명시된다.
그러므로, 본 발명은, 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치에 있어서, 2개의 고전압 연결 접점들 및 고전압 연결 접점들 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 스트링, 및 적어도 하나의 배터리 스트링이 사이에 배치되는 적어도 2개의 스트링 접점들을 구비한 고전압 배터리; 및 출력측에서 차량의 저전압 시스템을 위한 저전압을 제공하며, 입력측에서 2개의 스트링 접점을 통해 적어도 하나의 배터리 스트링에 전기전도적으로 연결되는 DC/DC 컨버터;를 포함하고, 고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링을 통해 차량의 저전압 시스템에 전기 에너지를 공급하도록 구현되는 에너지 공급 장치를 명시한다.
본 발명은 또한 상기 에너지 공급 장치를 구비한 차량을 명시한다.
본 발명은 마찬가지로, 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 방법에 있어서, 2개의 고전압 연결 접점들 및 고전압 연결 접점들 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 스트링을 구비한 고전압 배터리를 제공하는 단계; 각각 적어도 하나의 배터리 스트링이 사이에 배치되는 적어도 2개의 스트링 접점들을 제공하는 단계; 2개의 스트링 접점들 사이의 전압을 차량의 저전압 시스템을 위한 저전압으로 변환하는 단계; 및 고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링을 통해 차량의 저전압 시스템에 전기 에너지를 공급하는 단계를 포함하는, 에너지 공급 방법을 명시한다.
따라서, 본 발명의 기본 개념은 고전압 배터리에 기초한 에너지 공급 장치를 제공하는 것으로, 상기 에너지 공급 장치는 차량의 저전압 공급을 위해 고전압 배터리의 현재 에너지를 신뢰할 만하게 활용할 수 있게 한다. 그러므로, 차량이 추가 저전압 배터리를 포함할 때, 저전압 시스템의 리던던트 에너지 공급이 예를 들어 간단하고 효율적인 방식으로 가능해질 수 있다. 저전압 배터리는 또한 에너지 공급 장치의 일부일 수 있다. 이 경우, 에너지 공급 장치가 저전압 공급 장치 내의 고장의 발생시에만 에너지 공급을 담당하는지, 또는 사실상 지속적으로 저전압 시스템에 에너지를 적어도 부분적으로 함께 공급하는지 여부는 근본적으로 중요하지 않다. 따라서, 저전압 공급을 위해 고전압 배터리를 사용함으로써 제2 리던던트 저전압 배터리를 생략할 수 있다. 저전압 배터리가 저전압 공급을 보장하기 위해 필요한데, 이는 특히 고장 안전 및 리던던트 저전압 공급의 관점에서 일반적이다.
각각의 배터리 스트링은 연속적으로 전기적으로 연결되는 개별 배터리 셀들을 구비한 전기 스트링을 포함한다. 이와 같은 스트링은 때때로 셀 스택으로 지칭될 수 있다. 이 경우, 개별 배터리 셀들은 대개 동일한 설계이다. 복수의 배터리 스트링이 또한 일반적으로 각각 동일 개수의 배터리 셀로 구현되고, 그 결과 배터리 스트링들의 조작, 배선, 및 구동이 매우 간단한 방식으로 가능하다. 그러므로, 예를 들어 손상의 발생시 쉽게 교체될 수 있도록, 동일한 배터리 스트링들이 이용 가능할 수 있다. 개별 스트링이 고정 배선될 수 있다. 대안적으로, 각각의 배터리 스트링의 배터리 셀들의 다른 연결이 또한 가능하다. 원칙적으로, 배터리 스트링이 모듈 방식으로 구비될 수 있고, 그 결과 예를 들어 고전압 배터리의 배터리 셀들의 유지 및 교체가 단순화된다.
원칙적으로, 배터리 셀들은 이 경우 임의의 원하는 방식으로 구현될 수 있다. 현재, 리튬계 배터리 셀들이 높은 저장 용량을 달성하기 위해 널리 사용된다.
고전압 연결 접점들은 차량의 고전압 공급을 위한 연결 접점들로 구현되고, 다양한 유형의 단자가 원칙적으로 공지되어 있고 이에 사용될 수 있다. 이 경우, 고전압 연결 접점들에 원하는 조합의 전압과 전류를 제공하기 위해, 하나의 배터리 스트링만을 구비한 구현예로 시작하여, 복수의 배터리 스트링들의 병렬 및 직렬 배치에 이르기까지 배터리 스트링들은 고전압 연결 접점들 사이에 원칙적으로 임의의 원하는 방식으로 배치될 수 있다.
저전압 시스템은 대개 100 V 미만, 바람직하게는 50 V 미만의 공급 전압으로 작동하는 온보드 전원 공급 시스템 또는 공급 시스템이다. 오늘날, 12 V의 공급 전압의 공급 시스템이 매우 일반적이며, 심지어 24 V 또는 48 V의 공급 전압의 공급 시스템도 때때로 사용된다.
스트링 접점들은 적어도 하나의 배터리 스트링을 접촉-연결할 수 있게 하고, 스트링 접점들 사이에서 원칙적으로, 복수의 배터리 스트링이 직렬 및/또는 병렬 연결될 수도 있다. 그러나, 저전압 시스템에 비해 배터리 셀들 및 배터리 스트링들의 종래 전압에 기초하여, 배터리 스트링들이 저전압 공급을 가능하게 하기 위해 직렬 연결되지 않을 필요는 없다.
DC/DC 컨버터는 저전압 시스템에 적어도 하나의 배터리 스트링에 의해 제공되는 전압의 조절을 실시한다. 복수의 배터리 셀을 구비한 배터리 스트링들을 구비한 고전압 배터리의 종래 구성에서, 적어도 하나의 배터리 스트링을 통한 전압은 대개는 저전압보다 높으므로, DC/DC 컨버터는 대개 강압 컨버터로 구현된다.
본 발명의 유리한 구성에서, 고전압 배터리는 복수의 배터리 스트링 및 전환 장치를 구비하고, DC/DC 컨버터의 입력측은 전환 장치를 통해 복수의 배터리 스트링 중 적어도 하나의 배터리 스트링에 연결될 수 있다. 원칙적으로, DC/DC 컨버터와 적어도 하나의 배터리 스트링의 연결은 전환 장치에 의해 구축될 수 있다. 그러므로, 가장 간단한 경우에, 전환은 DC/DC 컨버터가 적어도 하나의 배터리 스트링에 연결되는 상태와 이러한 연결이 중단되는 상태 사이의 전환일 수 있다. 특히, 고전압 배터리의 손상의 발생시, 상기 고전압 배터리의 사용은 전환 장치에 의해 중단될 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, DC/DC 컨버터의 입력측은 전환 장치를 통해 복수의 배터리 스트링 중 적어도 하나의 배터리 스트링에 교번적으로 연결될 수 있다. '교번적으로'는 적어도 하나의 스트링 또는 적어도 하나의 다른 스트링이 전환 장치를 통해 선택되어 DC/DC 컨버터에 연결될 수 있음을 의미한다. 따라서, DC/DC 컨버터는 복수의 상이한 배터리 스트링으로부터 고전압을 공급받을 수 있다. 상이한 배터리 스트링들의 선택적 연결은 상이한 배터리 스트링들로부터 DC/DC 컨버터로 전원을 공급할 수 있게 하고, 그에 따라 배터리 스트링들 내에 저장된 에너지가 요건 및 이용 가능성에 따라 복수의 배터리 스트링으로부터 인출될 수 있다. 아울러, DC/DC 컨버터의 공급의 리던던시가 복수의 연결 가능한 배터리 스트링에 의해 형성된다. 배터리 스트링들은 배터리 스트링들의 부분 전압, DC/DC 컨버터의 유입 전류, 및/또는 배터리 스트링 당 로드 시간에 기초하여 선택될 수 있다. 이러한 구동은 바람직하게는 기존 배터리 관리 시스템에서 추가 작업으로 실시된다.
본 발명의 유리한 구성에서, 에너지 공급 장치는 배터리 스트링들의 기능을 점검하기 위한 점검 장치를 구비하며, 배터리 스트링들의 기능에 기초하여 전환 장치를 통해 복수의 배터리 스트링 중 적어도 하나의 배터리 스트링에 교번적으로 DC/DC 컨버터의 입력측을 연결하도록 구현된다. 한편, 점검 장치는 예를 들어 사고의 발생시 손상을 식별하거나, 배터리 스트링들의 전기적 점검을 수행하도록 구현될 수 있다. 대응하여, 예를 들어 개별 배터리 스트링들의 절연 저항을 검출할 수 있다. 배터리 스트링들의 점검에 따라, 손상 없는 배터리 스트링이 DC/DC 컨버터에 연결되어 저전압 시스템에 전원을 공급할 수 있다. DC/DC 컨버터에 가장 적합한 배터리 스트링을 연결하기 위해, 배터리 스트링들의 충전 상태도 역시 검출될 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, 에너지 공급 장치는 전환 장치를 통해 복수의 배터리 스트링 중 적어도 하나의 배터리 스트링에 교번적으로 DC/DC 컨버터의 입력측을 교번 방식으로 연결하도록 구현된다. 한편, 이는 더 장시간에 걸쳐 저전압 시스템에 전원을 공급할 수 있게 한다. 추후 일어난 고전압 배터리의 고장시, 즉 배터리 스트링의 연이은 불량시, 각각의 배터리 스트링 내의 저장된 잔여 에너지의 양이 또한 극대화될 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, 고전압 배터리는 전환 장치와 일체로 구현된다. 그 결과, 그에 따라 조립체로 사용될 수 있는 컴팩트한 유닛이 형성된다. 외부 접점들이 대개는 복잡하고, 고가이며, 고장 나기 쉬우므로, 일체형 구성으로 인해, 고전압 배터리 및 전환 장치로 구성되는 유닛 상에 2개의 스트링 접점만이 구비되어야 한다. 아울러, DC/DC 컨버터가 또한 모듈로서 고전압 배터리에 부착될 수 있거나, 그 일체형 구성 부품으로 구현될 수 있다. 그 결과, 에너지 공급 장치의 추가 집적이 달성되어, 그 사용이 용이해진다.
본 발명의 유리한 구성에서, 에너지 공급 장치는 차량의 저전압 시스템을 모니터링하도록 구현되는 모니터링 장치를 구비하고, 에너지 공급 장치는 모니터링 장치에 의해 검출되는 저전압 시스템 내의 고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링으로부터 DC/DC 컨버터를 통해 저전압 시스템으로 에너지를 공급하도록 구현된다. 따라서, 모니터링 장치는 저전압 시스템 내의 고장을 판단하여, 고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링으로부터 DC/DC 컨버터에 의해 전원 공급을 활성화한다. 이로써, 영구적으로 작동하는 DC/DC 컨버터에 일어나는 것과 같은 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에서, 고전압 배터리는 고장의 발생시 2개의 고전압 연결 접점들 사이의 연결을 중단하는 퓨즈 장치를 구비하고, 2개의 스트링 접점은 적어도 하나의 배터리 스트링에 직접 전기전도적으로 연결된다. 퓨즈 장치는 하나 이상의 퓨즈 소자, 예를 들어 차단 스위치, 안전 퓨즈, 또는 다른 퓨즈 소자를 포함할 수 있다. 고전압 배터리는 일반적으로 고장의 발생시 2개의 고전압 연결 접점을 영전압으로 스위칭하기 위해 차단 장치를 포함한다. 이는 예를 들어 차량의 사고 또는 차량의 고전압 시스템의 고장의 경우, 예를 들어 단락, 과부하, 배터리 스트링 내의 셀 고장, 제어 장치의 불량 등의 경우에 필요하다. 차단 장치는 또한 모듈식 차단 장치로서 고전압 연결 접점들에 연결될 수 있다. 여기서, 차단 장치는 바람직하게는 고전압 배터리에 고정 부착된다. 따라서, 차단 장치는 손상 또는 오기능의 발생시 쉽게 교체될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 고전압 배터리는 예를 들어 2개의 배터리 스트링들 사이에 배치되는 중앙 퓨즈를 구비할 수 있다. 고전압 배터리를 통한 전류의 흐름이 또한 중앙 퓨즈에 의해 중단될 수 있고, 그에 따라 고장의 발생시 연결 접점들이 영전압으로 스위칭된다. 중앙 퓨즈는 예를 들어 특히 심각한 단락의 경우, 예를 들어 사고의 발생시 작동된다. 이 경우 2개의 스트링 접점과 적어도 하나의 배터리 스트링의 직접 연결은, 상기 연결이 퓨즈 장치를 우회함으로써 이루어지고, 그에 따라 또한 고장의 발생시 전압이 DC/DC 컨버터의 입력측에 인가되어, 저전압 시스템에 전원을 공급한다는 것을 의미한다. 여기서, DC/DC 컨버터와 복수의 배터리 스트링의 직접 연결의 경우, 상기 배터리 스트링들 각각은 DC/DC 컨버터에 교번적으로 연결될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 바람직한 예시적인 구현예들에 기초하여 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이며, 이하에 제시된 특징들은 각각의 경우 단독으로 또는 결합하여 본 발명의 양태를 나타낼 수 있다.
도 1은 제1 바람직한 구현예에 따른 배터리 스트링을 구비한 고전압 배터리를 포함하는 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 제2 구현예에 따른 연속적으로 연결되는 2개의 배터리 스트링을 구비한 고전압 배터리를 포함하는 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치의 개략도를 도시한다.
도 3은 제3 구현예에 따른 연속적으로 연결되는 4개의 배터리 스트링을 구비한 고전압 배터리를 포함하는 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치의 개략도를 도시한다.
도 1은 제1 바람직한 구현예에 따른 전기 구동부를 구비한 차량을 위한 본 발명에 따른 에너지 공급 장치(10)를 도시한다.
제1 예시적인 구현예에 따르면, 에너지 공급 장치(10)는 복수의 배터리 셀(16)이 직렬 연결되어 있는 배터리 스트링(14)을 구비한 고전압 배터리(12)를 포함한다. 도 1에는, 간략한 예시를 위해, 3개의 배터리 셀(16)만이 도시된다. 그러나, 여기서, 대응하는 고전압을 제공할 수 있도록, 배터리 스트링(14) 내의 배터리 셀(16)이 훨씬 더 많은 것이 일반적이다. 이 경우, 개별 배터리 셀들(16)은 각각 리튬계 배터리 셀들(16)로서 동일하게 구현된다. 고전압 배터리(12)는 또한 배터리 스트링(14)이 사이에 배치되는 2개의 고전압 연결 접점들(18)을 포함한다. 이 경우, 배터리 스트링(14)은 퓨즈(20)와 직렬 연결된다.
고전압 배터리(12)는 또한 2개의 스트링 접점들(22)을 포함하되, 배터리 스트링(14)이 퓨즈(20)를 우회하면서 직접 이들 사이에 연결된다.
제1 예시적인 구현예의 에너지 공급 장치(10)는 차량의 저전압 시스템을 위해 출력측(26)에서 저전압을 제공하는 DC/DC 컨버터(24)를 추가로 포함한다. 저전압 시스템은 이 경우 12 V의 공급 전압으로 작동하는 온보드 전원 공급 시스템 또는 공급 시스템이다. DC/DC 컨버터(24)는 입력측(28)에서 2개의 스트링 접점(22)을 통해 배터리 스트링(14)에 전기전도적으로 연결된다. 여기서, DC/DC 컨버터(24)는 스트링 접점들(22)의 고전압을, 저전압 시스템에 전원을 공급하기 위한 저전압으로 변환하기 위해 강압형 컨버터로 구현된다.
에너지 공급 장치(10)는 2개의 고전압 연결 접점(18)에 연결되는 차단 장치(30)를 추가로 포함한다. 차단 장치(30)는 각각의 고전압 연결 접점(18)을 위해 하나의 차단 스위치(32)를 포함한다. 차단 장치(30)를 이용하여, 고전압 배터리(12)는 차량의 연결된 고전압 시스템으로부터 전기적으로 차단될 수 있다.
에너지 공급 장치(10)는 고장의 발생시 배터리 스트링(14)을 통해 차량의 저전압 시스템에 전기 에너지를 공급하도록 구현된다.
도 2는 제2 구현예에 따른 전기 구동부를 구비한 차량을 위한 본 발명에 따른 에너지 공급 장치(10)를 도시한다.
제2 구현예의 에너지 공급 장치(10)는 제1 구현예의 에너지 공급 장치(10)에 기초하므로, 동일한 참조번호들이 유사한 구성요소들을 위해 사용된다. 게다가, 달리 명확히 기술되지 않는 한, 제1 구현예에 관한 언급이 제2 구현예의 에너지 공급 장치(10)에 상응하게 적용된다.
제2 예시적인 구현예에 따르면, 에너지 공급 장치(10)는 2개의 배터리 스트링(14)을 구비한 고전압 배터리(12)를 포함한다. 각각의 배터리 스트링(14)에서, 복수의 배터리 셀들(16)이 직렬로 연결되어 있되, 간략한 예시를 위해, 3개의 배터리 셀(16)만이 도 2에 도시된다. 여기서, 대응하는 고전압을 제공하기 위해, 각각의 배터리 스트링(14) 내의 배터리 셀(16)이 훨씬 더 많은 것이 일반적이다. 개별 배터리 셀들(16)은 각각 리튬계 배터리 셀들(16)로 동일하게 구현된다. 배터리 스트링들(14)은 동일하게 구현되며 각각 동일 개수의 배터리 셀(16)을 포함한다. 각각의 배터리 스트링(14)의 배터리 셀들(16)은 고정 배선된다.
고전압 배터리(12)는 또한 2개의 배터리 스트링(14)이 사이에 배치되는 2개의 고전압 연결 접점들(18)을 포함한다. 배터리 스트링들(14)은 2개의 배터리 스트링들(14) 사이에 배치되는 퓨즈(20)와 직렬 연결된다.
제2 예시적인 구현예의 에너지 공급 장치(10)는 차량의 저전압 시스템을 위해 출력측(26)에서 저전압을 제공하는 DC/DC 컨버터(24)를 또한 포함한다. DC/DC 컨버터(24)는 입력측(28)에서 고전압 배터리(12)의 2개의 스트링 접점(22)에 전기전도적으로 연결된다. 여기서, DC/DC 컨버터(24)는 스트링 접점들(22)의 고전압을, 저전압 시스템에 전원을 공급하기 위한 저전압으로 변환하기 위해 강압형 컨버터로서 구현된다.
제1 구현예에 더하여, 제2 구현예의 고전압 배터리(12)는 전환 장치(34)를 구비한다. 전환 장치(34)는 각각의 경우 2개의 배터리 스트링들(14) 중 하나를 퓨즈(20)를 우회하면서 스트링 접점들(22)에 직접 연결하는 데에 사용될 수 있는 복수의 스위칭 소자(36)를 포함한다. 모든 스위칭 소자(36)가 개방될 때, 어떤 배터리 스트링(14)도 스트링 접점들(22)에 연결되지 않는다. 따라서, DC/DC 컨버터(24)는 입력측(28)에서 전환 장치(34)를 통해 각각의 배터리 스트링(14)에 연결될 수 있다.
에너지 공급 장치(10)는 2개의 고전압 연결 접점(18)에 연결되는 차단 장치(30)를 추가로 포함한다. 차단 장치(30)는 각각의 고전압 연결 접점(18)을 위해 하나의 차단 스위치(32)를 포함한다. 차단 장치(30)를 이용하여, 고전압 배터리(12)는 차량의 연결된 고전압 시스템으로부터 전기적으로 차단될 수 있다.
에너지 공급 장치(10)는 DC/DC 컨버터(24)를 통해 차량의 저전압 시스템을 모니터링하도록 구현되는 모니터링 장치(38)를 추가로 포함한다. 그러므로, 모니터링 장치(38)는 저전압 시스템 내의 고장을 판단하여, 고장의 발생시 배터리 스트링들(14) 중 하나로부터 DC/DC 컨버터(24)에 의해 전원 공급을 활성화한다.
에너지 공급 장치(10)는 배터리 스트링들(14)의 기능을 지속적으로 점검하도록 구현되는 점검 장치(40)를 추가로 구비한다. 점검 장치(40)는 예를 들어 사고의 경우 각각의 배터리 스트링(14)의 손상을 식별하고, 검출되는 개별 배터리 스트링들(14)의 절연 저항에 의해 배터리 스트링들(14)의 전기적 점검을 수행하도록 구현된다.
모니터링 장치(38)와 점검 장치(40)는 모두 이 경우 배터리 관리 시스템(42)의 일체형 구성 부품이다.
전환 장치(34)는 모니터링 장치(38)에 의해 모니터링되는 저전압 시스템의 저전압에 기초하여 배터리 관리 시스템(42)에 의해 구동된다. 따라서, DC/DC 컨버터(24)는 입력측(28)에서 2개의 배터리 스트링(14)에 교번적으로 연결된다. 전환 장치(34)는 점검 장치(40)에 의해 점검되는 배터리 스트링들(14)의 기능에 기초하여 전환된다. 배터리 스트링들(14)의 기능이 이를 허용하는 경우, DC/DC 컨버터(24)는 2개의 배터리 스트링(14)에 교번적인 방식으로 연결된다. 이 경우, 배터리 스트링(14)은 각각의 경우 배터리 스트링들(14)의 부분 전압, DC/DC 컨버터(24)의 유입 전류, 및/또는 배터리 스트링(14) 당 로드 시간에 기초하여 선택되는데, 이들은 배터리 관리 시스템(42)에 의해 지속적으로 판단된다.
이러한 예시적인 구현예에서, 전환 장치(34)는 고전압 배터리(12)의 일체형 구성 부품이다. 대안적인 예시적인 구현예에서, 전환 장치(34)는 에너지 공급 장치(10)의 별개의 구성 부품이다. 따라서, 대안적인 예시적인 구현예에서, 고전압 배터리(12)는 복수의 스트링 접점(22)을 구비하고, 각각의 배터리 스트링(14)은 한 쌍의 스트링 접점(22)에 연결된다. 이로써, 전환 장치(34)는 입력측(28)에서 DC/DC 컨버터(24)에 각각의 배터리 스트링(14)을 연결할 수 있다.
제2 예시적인 구현예에 따르면, DC/DC 컨버터(24)는 고전압 배터리(12)에 직접 부착된다. 차단 장치(30)에도 동일하게 적용된다. 대안적으로, DC/DC 컨버터(24)와 차단 장치(30)는 모두 서로 독립적으로 고전압 배터리(12)의 일체형 구성 부품일 수 있다.
도 3은 제3 구현예에 따른 전기 구동부를 구비한 차량을 위한 본 발명에 따른 에너지 공급 장치(10)를 도시한다.
제3 구현예의 에너지 공급 장치(10)는 제2 구현예의 에너지 공급 장치(10)에 기초하므로, 동일한 참조번호들이 유사한 구성요소들을 위해 사용된다. 게다가, 달리 명확히 기술되지 않는 한, 제2 구현예에 관한 언급이 제3 구현예의 에너지 공급 장치(10)에 상응하게 적용된다.
제3 예시적인 구현예에 따르면, 에너지 공급 장치(10)는 4개의 배터리 스트링(14)을 구비한 고전압 배터리(12)를 포함한다. 배터리 스트링들(14)은 각각 동일 개수의 동일한 배터리 셀(16)로 전술한 바와 같이 동일하게 구현된다.
고전압 배터리(12)는 또한 4개의 배터리 스트링(14)이 사이에 배치되는 2개의 고전압 연결 접점들(18)을 포함한다. 배터리 스트링들(14)은 4개의 배터리 스트링들(14) 사이의 중앙에 배치되는 퓨즈(20)와 직렬 연결된다.
제3 예시적인 구현예의 에너지 공급 장치(10)는 차량의 저전압 시스템을 위해 출력측(26)에서 저전압을 제공하는 DC/DC 컨버터(24)를 또한 포함한다. DC/DC 컨버터(24)는 입력측(28)에서 고전압 배터리(12)의 2개의 스트링 접점(22)에 전기전도적으로 연결된다. 여기서, DC/DC 컨버터(24)는 스트링 접점들(22)의 고전압을, 저전압 시스템에 전원을 공급하기 위한 저전압으로 변환하기 위해 강압형 컨버터로서 구현된다.
제3 구현예의 고전압 배터리(12)는 마찬가지로 전환 장치(34)를 포함한다. 전환 장치(34)는 4개의 배터리 스트링(14) 각각을 퓨즈(20)를 우회하면서 직접 스트링 접점들(22)에 연결하는 데에 사용될 수 있는 복수의 스위칭 소자(36)를 포함한다. 모든 스위칭 소자(36)가 개방될 때, 어떤 배터리 스트링(14)도 스트링 접점들(22)에 연결되지 않는다.
에너지 공급 장치(10)는 2개의 고전압 연결 접점(18)에 연결되는 차단 장치(30)를 추가로 포함한다. 차단 장치(30)는 이 경우 고전압 배터리(12)의 구성 부품이며, 각각의 고전압 연결 접점(18)을 위해 하나의 차단 스위치(32)를 포함한다.
에너지 공급 장치(10)는 DC/DC 컨버터(24)를 통해 차량의 저전압 시스템을 모니터링하도록 구현되는 모니터링 장치(38)를 추가로 포함한다. 에너지 공급 장치(10)는 배터리 스트링들(14)의 기능을 지속적으로 점검하도록 구현되는 점검 장치(40)를 추가로 구비한다. 점검 장치(40)는 각각의 배터리 스트링(14)의 손상을 식별하도록 구현된다. 모니터링 장치(38)와 점검 장치(40)는 모두 이 경우 배터리 관리 시스템(42)의 일체형 구성 부품이다. 자세한 내용은 제2 구현예에 관한 언급을 참조한다.
전환 장치(34)는 모니터링 장치(38)에 의해 모니터링되는 저전압 시스템의 저전압에 기초하여 배터리 관리 시스템(42)에 의해 구동된다. 따라서, DC/DC 컨버터(24)는 입력측(28)에서 4개의 배터리 스트링(14)에 교번적으로 연결된다. 전환 장치(34)는 점검 장치(40)에 의해 점검되는 배터리 스트링들(14)의 기능에 기초하여 전환된다. 배터리 스트링들(14)의 기능이 이를 허용하는 경우, DC/DC 컨버터(24)는 배터리 스트링들(14)에 교번적인 방식으로 연결된다. 이 경우, 배터리 스트링(14)은 각각의 경우 배터리 스트링들(14)의 부분 전압, DC/DC 컨버터(24)의 유입 전류, 및/또는 배터리 스트링(14) 당 로드 시간에 기초하여 선택되는데, 이들은 배터리 관리 시스템(42)에 의해 지속적으로 판단된다.

Claims (10)

  1. 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 장치(10)로,
    2개의 고전압 연결 접점들(18) 및 고전압 연결 접점들(18) 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 스트링(14), 및 적어도 하나의 배터리 스트링(14)이 사이에 배치되는 적어도 2개의 스트링 접점들(22)을 구비한 고전압 배터리(12); 및
    출력측에서 상기 차량의 저전압 시스템을 위한 저전압을 제공하며, 입력측에서 2개의 스트링 접점(22)을 통해 적어도 하나의 배터리 스트링(14)에 전기전도적으로 연결되는 DC/DC 컨버터(24);를 포함하는 에너지 공급 장치(10)에 있어서,
    에너지 공급 장치(10)는 고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링(14)을 통해 상기 차량의 상기 저전압 시스템에 전기 에너지를 공급하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  2. 제1항에 있어서,
    고전압 배터리(12)는 복수의 배터리 스트링(14) 및 전환 장치(34)를 구비하고,
    DC/DC 컨버터(24)의 입력측은 전환 장치(34)를 통해 복수의 배터리 스트링(14) 중 적어도 하나에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  3. 제2항에 있어서,
    DC/DC 컨버터(24)의 입력측은 전환 장치(34)를 통해 복수의 배터리 스트링(14) 중 적어도 하나의 배터리 스트링(14)에 교번적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  4. 제3항에 있어서,
    에너지 공급 장치(10)는 배터리 스트링들(14)의 기능을 점검하기 위한 점검 장치(40)를 구비하며, 배터리 스트링들(14)의 기능에 기초하여 전환 장치(34)를 통해 복수의 배터리 스트링(14) 중 적어도 하나의 배터리 스트링(14)에 교번적으로 DC/DC 컨버터(24)의 입력측을 연결하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    에너지 공급 장치(10)는 전환 장치(34)를 통해 복수의 배터리 스트링(14) 중 적어도 하나의 배터리 스트링(14)에 교번적으로 DC/DC 컨버터(24)의 입력측을 교번 방식으로 연결하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    고전압 배터리(12)는 전환 장치(34)와 일체로 구현되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 공급 장치(10)는 상기 차량의 상기 저전압 시스템을 모니터링하도록 구현되는 모니터링 장치(38)를 구비하고,
    에너지 공급 장치(10)는 모니터링 장치(38)에 의해 검출되는 상기 저전압 시스템 내의 고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링(14)으로부터 DC/DC 컨버터(24)를 통해 상기 저전압 시스템으로 에너지를 공급하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    고전압 배터리(12)는 고장의 발생시 2개의 고전압 연결 접점들(18) 사이의 연결을 중단하는 퓨즈 장치(20, 30)를 포함하고,
    2개의 스트링 접점(22)은 적어도 하나의 배터리 스트링(14)에 직접 전기전도적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 공급 장치(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 에너지 공급 장치(10)를 구비한 차량.
  10. 전기 구동부를 구비한 차량용 에너지 공급 방법에 있어서,
    2개의 고전압 연결 접점들(18) 및 고전압 연결 접점들(18) 사이에 배치되는 적어도 하나의 배터리 스트링(14)을 구비한 고전압 배터리(12)를 제공하는 단계;
    각각 적어도 하나의 배터리 스트링(14)이 사이에 배치되는 적어도 2개의 스트링 접점들(22)을 제공하는 단계;
    2개의 스트링 접점들(22) 사이의 전압을 상기 차량의 저전압 시스템을 위한 저전압으로 변환하는 단계; 및
    고장의 발생시 적어도 하나의 배터리 스트링(14)을 통해 상기 차량의 상기 저전압 시스템에 전기 에너지를 공급하는 단계;를 포함하는, 에너지 공급 방법.
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