KR20190120794A

KR20190120794A - 배터리 팩을 밸런싱하기 위한 방법 및 배치

Info

Publication number: KR20190120794A
Application number: KR1020197027843A
Authority: KR
Inventors: 겔소 에스테반
Original assignee: 볼보 트럭 코퍼레이션
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2019-10-24
Also published as: EP3585642A1; CN110650863A; US11146078B2; US20190372359A1; EP3585642B1; WO2018153431A1

Abstract

본 발명은 전기 차량용 복수의 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 포함하는 배터리 팩(5)을 밸런싱하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 각각에 대한 충전 상태(SOC)를 알아내는 것과; 예측 구간까지 전기 차량의 예상된 사용과 관련된 정보를 수신하는 것과; 현재 시간에서의 밸런스 상태 값(SOB_c)과 예측 구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값( SOB_p)를 알아내는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은, 배터리 팩(5)의 에너지 사용을 최소화하기 위하여 밸런스 상태(SOB) 및 셀 밸런싱 프로세스의 사용이 최적화되도록, 현재 시간에서의 밸런스 상태 값(SOB_c)과 예측 구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값(SOB_p)에 기초하여 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하는 것을 포함한다.

Description

배터리 팩을 밸런싱하기 위한 방법 및 배치

본 발명은 배터리 팩을 밸런싱하기 위한 방법 및 배치에 관한 것이다.

본 발명은 버스, 트럭 및 건설 기계 그리고 또한 승객 차량과 같은 중량 차량(heavy-duty vehicles)에 적용될 수 있다. 비록 본 발명은 이하에서 버스와 관련하여 기술될 것이나, 다른 차량들에 또한 사용될 수 있다.

자동차 분야에서, 대체 동력원, 즉, 종래의 내연 기관을 대체하여 사용되는 동력원을 갖는 차량의 주진과 관련된 연구 및 개발이 증가하고 있다. 내연 기관, 예컨대 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진은 상대적으로 낮은 연료 소모와 높은 효율을 제공하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 환경에 대한 염려가 좀더 친환경적인 차량, 특히 전기 구동 차량에 대한 개발을 증가시키고 있다.

요즘, 전기 기계를 포함하는 다양한 타입의 차량 추진 시스템이 존재한다. 예컨대, 차량은 전기 기계만에 의하여 구동되는, 즉 완전한 전기 차량(EV)이거나, 전기 기계 및 내연 기관을 모두 포함하는 배치에 의하여 구동될 수 있다. 후자의 대체물은 흔히 하이브리드 차량(HEV)로 일컬어지고, 도시 지역의 밖에서 주행할 때는 내연 기관이 차량을 구동하는데 사용되고, 전기 기계는 도시 지역 내에서, 또는 질소 산화물, 화석 이산화탄소 및 일산화탄소와 같은 유해한 오염물질의 방출을 제한할 필요가 있는 환경에서 사용될 수 있다. 하이브리드는 보통 전기 기계에 전기 에너지를 공급하기 위한 재충전 가능한 배터리 팩을 사용한다.

더 나아가, 내연 기관 및 외부 메인 전기 서플라이에 의하여 재충전될 수 있는 배터리 팩으로부터 파워를 공급받는 전기 기계에 의하여 구동되는 차량은 플러그-인 하이브리드 전기 차량(PHEV)으로 일컬어진다.

전기 구동 차량과 관련된 기술은 차량을 위한 전기 에너지 저장 시스템 및 배터리 관련 기술의 개발과 밀접하게 연관된다. 차량을 위한 요즘의 전기 에너지 저장 시스템은 제어 회로와 함께 차량 내의 전기 기계에 전기 파워를 제공하기 위하여 구성된 시스템을 형성하는 복수의 재충전 가능한 배터리 셀들을 갖는 배터리 팩을 포함할 수 있다. 배터리 셀들은 외부 전기 파워 서플라이와의 연결을 통하여 완전한 충전을 수반하는 컨디션으로 회복될 수 있다. 외부 파워 서플라이는 종래의 파워 코드를 통하여 접근될 수 있는 통상의 전기 그리드 파워 시스템의 형태일 수 있고, 또는 관련된 차량 및 재충전 프로세스를 위한 파워 요구에 따른 다른 충전 배치의 형태일 수 있다.

충전 중에, 많은 양의 에너지가, 차량의 주행 범위를 최적화하기 위하여 상대적으로 짧은 시간에 에너지 저장 시스템으로 공급되어야 한다. 이러한 이유로, 에너지 저장 시스템의 실제 충전은 적절하게는, 차량의 제어 유닛이 외부 전기 파워 서플라이에 의하여 실행되는 충전 프로세스를 요청하는 프로세스를 통하여 실행된다. 이는 에너지 저장 시스템 및 외부 파워 서플라이가 적절한 커텍터 엘리먼트에 의하여 전기적으로 연결된 후에 수행된다.

자동차 분야에서, 에너지 저장 시스템은 보통 다수의 배터리 셀들을 갖는 배터리 팩을 포함한다. 예컨대 플러그-인 하이브리드 차량을 사용할 때, 배터리 팩은 예컨대 리튬-이온 타입일 수 있다. 600V 리튬-이온 배터리 팩이 사용되는 경우, 직렬로 연결된 대략 200개의 배터리 셀이 차량을 구동하기 위하여, 요구되는 전압을 얻는데 필요할 것이다. 차량을 구동하기 위한 사용 가능한 범위는, 배터리 팩의 충전 상태(state of charge)(SOC)와 같은 어떠한 파라미터에 종속된다. 충전 상태는 어떠한 시점에서 배터리 팩에 남아 있는 잔여 전기 커패시티로 정의될 수 있고, 즉, 이는 내연 기관을 갖는 차량의 연료 게이지 함수에 대응되고, 베터리가 언더 또는 오버 충전 상황에서 구동되는 것을 방지하기 위하여 중요한 파라미터이다. 이 파라미터에 대한 직접적인 측정치를 사용할 수 없기 때문에 충전 상태는 추산될 필요가 있다.

이미 알려진 기술에 따르면, 배터리 팩의 충전 상태(SOC)를 알아내는 몇 가지의 방법이 존재한다. 예컨대, 첫 번째 방법은, 배터리 셀의 전압이 충전 상태 값을 계산하기 위하여 사용되는, 전압 기반 충전 상태 추산에 기초한다. 충전 상태(SOC) 값을 알아내는 다른 방법은 배터리 팩을 통과하는 전류를 측정하는 프로세스에 기초한다. 전류를 합침으로써, 배터리 팩으로부터 나오는 전하가 측정될 수 있다.

더 나아가 배터리 팩은, 배터리 팩을 적절한 구동 컨디션으로 유지하고 배터리 팩의 긴 작동 수명을 확보하기 위하여 구성된 배터리 관리 유닛(BMU)에 의하여 제어된다.

더 나아가, 최적의 배터리 상태량에 대한 요구는 배터리 셀 밸런싱 또는 셀 균등화(equlization)로 일컬어지는 프로세스에 의하여 달성될 수 있는 것으로 알려져 있다. 배터리 팩의 서로 다른 배터리 셀들의 전압이 시간이 지나면서 셀 들간에 달라질 것이기 때문이다. 셀들 간의 밸런스 부족은 나빠진 배터리 상태량을 야기할 수 있고, 이는 셀 밸런싱 프로세스를 통하여 바로잡을 필요가 있다.

요즘, 셀 밸런싱을 위한 몇 가지의 서로 다른 방법들이 존재한다. 어느 하나의 알려진 방법은, 배터리 셀에 병렬로 연결된 저항기를 통하여 나머지 배터리 셀들과 상당히 다른 셀 전압 또는 충전 상태(SOC)를 갖는 것으로 알게 된 선택된 배터리 셀을 방전시키는 것이다.

특허 문헌 JP 201/008173은 차량의 배터리 팩의 셀 밸런싱 프로세스를 제어하기 위한 방법 및 배치를 교시한다. 이 방법은 구동의 시작 시의 충전 상태에 따라 셀 벨런싱을 제어하는 것으로 포함한다. 또한, 종료 시의 충전 상태는 해당 차량에 대한 경로 정보에 기초하여 결정된다.

비록 문헌 JP 2010/008173이 배터리 팩의 셀들을 밸런싱하기 위한 시스템을 교시하지만, 셀 밸런싱 중에 배터리 팩으로부터 누설 전류, 즉 어느 정도의 양의 파워 손실을 최소화할 필요성의 문제가 존재한다. 이러한 방식으로 그리고 셀 밸런싱 프로세스를 최적화하는 것에 의하여, 배터리 팩의 일반적인 성능이 최적화될 수 있다.

본 발명의 목적은 차량의 배터리 팩의 셀 밸런싱 프로세스를 최적화시키는 것에 의하여 향상된 방법 및 배치를 제공하는데 있다.

상기 목적은, 전기 차량용 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩을 밸런싱하는 방법에 의하여 적어도 부분적으로 달성되는데, 상기 방법은, 상기 배터리 셀들의 각각에 대한 충전 상태(SOC)를 알아내는 것과; 예측 구간(prediction horizon)까지 전기 차량의 예상된 사용에 관련된 정보를 수신하는 것과; 현재 시간에서의 밸런스 상태 값과 예측구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값을 알아내는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 배터리 팩의 에너지 사용을 최소화하기 위하여 밸런스 상태(SOB) 및 셀 밸런싱 프로세스의 사용이 최적화되도록, 현재 시간에서의 밸런스 상태 값과 예측 구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값에 기초하여 배터리 셀들을 밸런싱하는 것을 포함한다.

전술한 방법의 제공에 의하여, 차량의 배터리 셀의 미래 에너지 사용과 관련된 정보를 사용하는 것에 의하여 더욱 정확한 셀 밸런싱이 얻어지는 이점이 있다. 더 정확하게는, 예측 구간에서 배터리 팩으로부터의 미래 전류 드레인을 알아내는 것에 의하여, 배터리 팩의 밸런스 상태(SOB)가 향상되어, 더욱 효율적인 셀 밸런싱이 얻어질 수 있다.

용어 "예측 구간"은 해당 차량의 사용 중의 미래 시점에 대한 것이다. 일 실시예에 따르면, 예측 구간은 현재 시간보다 30~60분 크기 앞선 것이나, 본 발명이 이러한 시간 스케일에만 국한되는 것은 아니다. 특히, 그 대신, 예측은 몇 시간의 크기로 상대적으로 길거나, 10~20분 크기로 상대적으로 짧을 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 방법은 각 배터리 셀과 관련된 제어 가능한 스위치들에 의하여 배터리 셀들을 밸런싱하는 것을 포함하고, 각 스위치는 저항기를 각 배터리 셀에 병렬로 연결하도록 구성되고, 밸런싱 단계 중에 저항기 내의 파워 손실과 관련하여 스위치들의 사용을 최적화시키기 위한 방식으로 배터리 셀들을 밸런싱하는 것을 포함한다.

이러한 방식으로 신뢰성 있고 효율적인 배터리 셀 밸런싱 방법이 얻어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱은 스위치들이 활성화되는 시간을 최소화함으로써 스위치들의 사용을 최적화하는 것을 포함하고, 상기 시간은 셀 밸런싱 동안의 파워 손실과 동등하다. 이러한 방식으로, 셀 밸런싱 프로세스 동안의 배터리 셀의 전체 파워 손실을 최소화시키기 위한 효율적인 최적화 방법이 얻어진다.

일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱은, 스위치들 중 대응되는 하나의 상태를 가리키는 제어 벡터를 정의하는 단계와; 제어 벡터의 함수로 파워 손실들을 최소화시킴으로써 셀 밸런싱을 최적화시키는 단계를 포함한다. 이러한 방식으로, 차량의 전자 제어 유닛에서 효율적인 방식으로 실행되는 최적화 방법이 달성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱은 다수의 콤포넌트들을 갖는 제어 벡터를 정의하는 단계를 포함하고, 콤포넌트들 각각은 스위치들 중 하나에 대응되고, 콤포넌트들 각각은 스위치가 개방되었을 때 0이고 스위치가 폐쇄되었을 때 1인 0과 1사이의 값을 갖고, 0과 1 사이의 값은 어떠한 시구간 동안 대응되는 스위치의 포지션들의 평균값을 가리킨다. 이러한 방식으로, 제어 유닛 내에서 상대적으로 낮은 양의 계산을 필요로 하는 최적화 방법이 얻어진다.

일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱은 적어도 각 셀의 전압, 배터리 팩 전류 및 각 셀의 온도의 측정치를 사용하여 배터리 셀들의 충전 상태를 알아내는 단계를 포함한다. 이러한 방식으로, 차량의 배터리 팩 내의 쉽게 사용 가능한 측정 파라미터들을 사용하여, 충전 상태를 알아내는 적절한 방법을 얻을 수 있다.

일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱은 또한, 적어도 각 배터리 셀의 셀 캐패시티 및 내부 저항에 기초하여 배터리 셀들을 밸런싱하는 단계를 포함한다. 이러한 방식으로, 충전 상태를 알아내는데 높은 정확도를 얻는다.

제2 양태에 따르면, 전술한 목적은 또한 차량용 복수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩을 밸런싱하기 위한 배치에 의하여 달성되는데, 상기 배치는 배터리 셀들의 각각에 대한 충전 상태를 알아내고, 예측 구간까지 전기 차량의 예상된 사용에 관련된 정보를 수신하고, 현재 시간에서의 밸런스 상태 값 및 예측 구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값을 알아내도록 구성된다. 또한, 배터리 제어 유닛은, 배터리 팩의 에너지 사용과 관련하여 밸런스 상태 및 셀 밸런싱 프로세스가 최적화되도록 현재 시간에서의 밸런스 상태 값과 예측 구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값에 기초하여 배터리 셀들을 밸런싱하도록 구성된다.

본 발명의 추가적인 이점 및 유용한 특징들은 뒤 따르는 설명 및 종속 청구항에 기술된다.

첨부 도면을 참조하여, 예시로서 본 발명의 실시예들에 대한 더욱 상세한 설명이 이하에서 뒤 따른다.
도 1은 본 발명이 사용될 수 있는 버스 형태의 하이브리드 차량의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 차량용 배터리 관리 시스템의 개략도이다.
도 3은 셀 밸런싱을 위하여 구성된 소수의 배터리 셀을 개시하는 예시 실시예의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 구동을 나타내는 플로우차트이다.

본 개시 내용의 다양한 실시에들은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 여기에서 기술된 방법 및 시스템은 많은 서로 다른 형태로 구현될 수 있고, 여기에서 기재된 양태에 국한되는 것으로 이해되어서는 안 된다.

먼저 도 1을 참조할 때, 일 실시예에 따르면 버스(1)를 구동하기 위한 전기 기계(2)를 구비하는 전기 타입의 버스(1)의 형태의 차량의 단순화된 사시도를 보여준다. 도 1에서 전기 기계(2)에 연결된 뒤 차축(3)이 이를 보여준다. 전기 기계(2)는 결합된 발전기 및 모터로서 적절히 구동된다. 또한, 차량(1)은 트럭 또는 이와 유사한 것 또는 자동차와 같은 상용 차량의 형태일 수 있다.

버스(1)는 아래에서 더욱 상세히 기술되고, 복수의 배터리 셀들(도 1에서는 상세히 도시되지 않음)을 포함하는 배터리 팩(5)을 포함하는 전기 에너지 저장 시스템(4)을 갖는다. 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이, 배터리 셀들은 직렬로 연결되어 요구되는 전압 레벨을 갖는 출력 DC 전압을 제공한다. 적절하게는 배터리 셀들은 리튬-이온 타입이나, 다른 타입도 사용될 수 있다. 배터리 팩 당 배터리 셀들의 수는 50~500범위 내에 있을 수 있다.

에너지 저장 시스템(4)은 배터리 팩(5)의 구동 상태를 나타내는 하나 이상의 기결정된 파라미터를 측정하기 위하여 배치된 센서 유닛(6)을 또한 포함한다. 예컨대, 센서 유닛(6)은 전체 배터리 팩(5)의 전압뿐 아니라 각 배터리 셀의 셀 전압(V)을 측정하도록 구성될 수 있다. 더 나아가, 센서 유닛(6)은 배터리 전류(I) 또는 배터리 팩(5)의 온도(T)와 같은 다른 파라미터를 측정하도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위 내에서 기타 측정되는 파라미터들도 가능하다.

센서 유닛(6)으로부터의 측정 데이터는 버스(1)의 구동 중에 전기 에너지 저장 시스템(4) 및 기타 관련 콤포넌트들을 제어하도록 구성되는 전자 제어 유닛(7)으로 전송된다. 이하에서 기술되는 바와 같이, 또한 전자 제어 유닛(7)은 패터리 팩(5)의 충전 상태(SOC), 건강 상태(SOH) 및 에너지 상태(SOE)와 같은, 배터리 팩(5)의 컨디션 또는 커패시티를 나타내고 제어하는 파라미터를 알아내도록 구성될 수 있다.

전자 제어 유닛(7)은 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 디지털 시그널 프로세서 또는 기타 프로그래머블 장치를 포함할 수 있는 배터리 관리 유닛으로 기능한다. 따라서, 전자 제어 유닛(7)은, 버스(1)를 적어도 부분적으로 구동하기 위하여 브레이크, 서스펜션, 드라이브라인, 특히 전기 엔진, 클러치 및 기어박스와 같은 다양한 버스(1)의 부품들과 통신할 수 있도록, 전자 제어 유닛(7)은 처리 회로 (미도시) 뿐 아니라 전기 회로 및 커넥션들을 포함한다. 전자 제어 유닛(7)은 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 부분적으로 하드웨어 또는 소프트웨어의 모듈들을 포함할 수 있고, 무선 통신 능력 및/또는 CAN-버스와 같은 알려진 전송 버스들을 사용하여 통신할 수 있다. 처리 회로는 일반 목적의 프로세서 또는 특수 프로세서일 수 있다. 전자 제어 유닛(7)은 컴퓨터 프로그램 코드 및 데이터를 저장하기 위한 비-일시적인 메모리(non-transitory memory) 를 포함한다. 따라서, 당업자들은 전자 제어 유닛(7)이 많은 다양한 구조로 구현될 수 있음을 깨달을 것이다.

도 1에 도시된 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템(4)은 버스(1)의 루프에 배치된다. 그러나, 본 발명은 그러한 배치에 국한되지 않고, 즉 에너지 저장 시스템은 버스(1)의 플로어 섹션과 같은 다른 위치에 배치될 수 있다. 또한, 본 개시 내용이 버스 형태의 차량(1)에 사용되는 배터리 팩(5)을 언급하지만, 그 것은 일반적으로, 적어도 전기 기계에 의하여 구동되고, 다수의 배터리 셀들을 갖는 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 시스템을 갖는 어떠한 타입의 차량의 배터리 팩의 상황을 제어하는 것에 관한 것이다.

버스(1)의 구동 중에, 배터리 팩(5)은 전기 기계(2)에 요구되는 전기 파워를 전달하고, 결국 뒤 차축(3)을 구동시킬 것이다. 전기 기계가 차량을 구동시키도록 사용되는 방식은 일반적으로 이미 알려져 있고, 이러한 이유로 여기서는 더 이상 상세히 기술하지 않는다.

버스(1)는 적절하게는 버스(1)의 외부에 마운트된 전기 연결 소켓의 형태로 제1 전기 커넥터 엘리먼트(8)를 구비한다. 제1 커넥터 엘리먼트(8)는, 제1 커넥터 엘리먼트(8)에 전기적으로 연결될 수 있는 플러그(9a)를 구비하고 어떠한 전압으로 전기 충전 전류를 전도하도록 구성된 충전 케이블의 형태의 제2 전기 커넥터 엘리먼트(9)에 연결되도록 배치된다. 제2 전기 커넥터 엘리먼트(9)는 적절하게는 도 1에서 충전 포스트로 표시된 AC 그리드 시스템에 연결된 외부 파워 서플라이(10)의 부분을 이룬다. 이러한 방식으로, 배터리 팩(5)에 커넥터 엘리먼트들(8, 9)를 통하여 전류가 공급될 수 있다. 더 정확하게는, 전류는 배터리 팩을 충전 하기 위하여 배터리 팩(5)에 연결된 온-보드 충전 유닛(11)으로 공급된다. 전자 제어 유닛(7)은 온-보드 충전 유닛(11)과의 연결에 의하여 충전 절차를 제어하도록 구성된다. 또한 배터리 팩(5)에 적합한 DC 전류로의 , AC 전류의 변환은 외부 파워 서플라이(10) 또는 온-보드 충전 유닛(11)에서 제공될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 배터리 팩(5)의 충전은, 버스가 정지 상태에 있을 때, 즉 버스 터미널 또는 버스 정류소의 충전 스테이션에 있거나 기타 유사한 포지션에 있을 때 일어날 수 있다. 도 1에 도시된 것과 다른 타입의 프로세스가 배터리 팩(5)을 충전하기 위하여 실행될 수 있음을 주의하여야 한다. 예컨대, 배터리 팩(5)의 충전은 차량의 루프에 배치되고 오버헤드 와이어를 통하여 외부 파워 서플라이에 연결된 팬터그래프 형태의 커넥터 엘리먼트에 의하여 실행될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 충전 프로세스는 로드 표면을 따라 배치된 전류 전도 파워 레일에 의하여 실행될 수 있다. 이와 같은 배치는, 이동 가능하고 그라운드 쪽으로 낮아질 수 있고, 차량의 구동 중에 상기 전류 전도 파워 레일에 연결되도록 구성될 수 있는 차량의 하나 이상의 컬렉터와 협력하도록 구성된다.

이제 본 발명의 실시예는 차량(1)의 에너지 저장 시스템(4) 및 관련 콤포넌트를 단순하게 도시한 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 기술될 것이다. 도 1에 도시된 모든 콤포넌트가 도 2에 도시되지 않음을 주의하여야 한다.

일 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템(4)은 도면 부호 5a, 5b, 5c로 나타내어지고 출력 배터리 전압을 제공하기 위하여 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀들을 갖는 배터리 팩(5)을 포함한다. 비록 특정 수는 에너지 저장 시스템(4)의 사양에 따라 달라질 수 있지만, 배터리 팩(5)은 적절하게는 50~500 개 규모의 다수의 배터리 셀들을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)은 리튬-이온 타입이지만, 본 발명의 원리는 다른 타입의 배터리 셀들에게도 동일하게 적용된다.

또한, 상기 실시예는 하나의 단일 배터리 팩을 포함하지만, 본 발명은 둘 이상의 배터리 팩들이 하나의 단일 차량에 결합되는 경우에도 또한 적용될 수 있음을 주의하여야 한다.

도 1과 관련하여 전술한 바와 같이, 배터리 팩(5)은 전기 기계(2)에 연결되고, 상기 전기 기계(2)를 구동시키도록 구성되고, 결국 상기 전기 기계(2)는 해당 차량을 구동시킨다. 더 나아가, 충전 유닛(11)이 외부 파워 서플라이(10)에 연결될 때, 배터리 팩(5)의 충전을 허용하기 위하여, 배터리 팩(5)은 온-보드 충전 유닛(11)에 연결된다. 외부 파워 서플라이(10)는 전형적으로 400 V AC 3상 전압을 공급하도록 구성된다. 충전 유닛(11)은 전형적으로 배터리 팩(5)에 700 V의 전압을 공급한다. 그러나, 오프-보드 충전 유닛과 같이 본 발명의 범위 내에서 대체 사양이 가능하다.

더 나아가, 에너지 저장 시스템(4)은 전자 제어 유닛(7)에 연결된 센서 유닛(6)을 포함한다. 센서 유닛(6)은 배터리 팩(5)과 관련된 어떠한 파라미터를 알아내도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 센서 유닛(6)은 각 배터리 셀의 셀 전압(V) 및 전체 배터리 팩(5)의 전압을 측정하고, 또한 측정치와 관련된 정보를 전자 제어 유닛(7)에 전송하도록 구성된다. 더 나아가, 센서 유닛(6)은 배터리 팩(5)의 온도(T) 뿐 아니라 배터리 전류(I) 즉, 직렬로 연결된 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 통과하는 전류를 측정하도록 구성된다. 측정된 온도 값은 배터리 팩(5)의 적절한 위치의 온도를 나타내거나, 배터리 팩(5)의 서로 다른 위치들에서 측정된 몇 개의 온도 값들의 평균을 나타낸다.

전술한 전류, 전압 및 온도의 측정치는, 도면에서 상세하게 도시되지 않은 적당한 센서 장치들에 의하여 만들어진다. 더 나아가, 본 발명의 맥락 내에서 전자 제어 유닛(7)의 목적은 배터리 팩(5)의 구동을 제어하고, 또한 충전 상태(SOC), 건강 상태(SOH) 및 이와 유사한 파라미터들과 같은 어떠한 파라미터와 관련하여 배터리 팩(5)의 컨디션을 모니터하는 배터리 관리 유닛으로 기능하는 것이다. 전자 제어 유닛(7)은 또한, 배터리 팩(5)의 충전 절차를 제어하도록 구성된다.

배터리 팩(5)의 충전 상태(SOC) 값을 알아내기 위하여, 전자 제어 유닛(7)은 충전 상태 추산 모듈(7a)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 측정된 전압 값 V_means가 되는 각 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 전압 측정치 및 측정된 전류 값 I_means가 되는 배터리 팩(5)의 배터리 전류 측정치는 센서 유닛(6)에 의하여 제공될 수 있다. 이미 알려진 바와 같이, 이러한 두 측정치들은 배터리 팩(5) 및 배터리 셀들의 충전 상태(SOC)를 알아내기 위하여 사용될 수 있다. 그 결과, 센서 유닛(6)은 전자 제어 유닛(7)에 전압 V 및 배터리 전류 I의 측정치와 관련된 정보를 전송하도록 구성된다. 또한, 일 실시예에 따르면, 센서 유닛(6)은 배터리 팩(5)의 온도(T)를 측정하도록 구성된다. 온도 값은 충전 상태를 알아내기 위한 프로세스의 정확도를 높이기 위하여 사용될 수 있다.

정리하면, 충전 상태 추산 모듈(7a)은 센서 유닛(6)에 의하여 제공된 측정치들에 기초하여 배터리 팩(5)의 충전 상태(SOC)를 알아내도록 구성된다.

적절하게는, 전자 제어 유닛(7)은, 또한 이미 그와 같이 알려지고 배터리 팩(5)의 서로 다른 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 전압과 같은 어떠한 파라미터가 시간이 지나면서 달라질 때 요구되는 배터리 셀 밸런싱 프로세스를 실행하도록 구성될 수 있다. 셀 밸런싱이 수행되지 않는다면, 이는 나빠진 배터리 상태량을 야기할 수 있다. 이하에서 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이, 전자 제어 유닛(7)은 배터리 팩(5)의 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하기 위하여 배치되는 셀 밸런싱 모듈(7b)을 포함한다. 이를 달성하기 위하여, 각 배터리 셀의 SOC의 추산 값은 전술한 바와 같이 SOC 추산 모듈(7a)에 의하여 제공되고, 셀 밸런싱 프로세스가 전자 제어 유닛(7)에 의하여 개시되어야 하는지를 알아내기 위하여 사용될 수 있다.

도 2는 또한 차량을 일부를 형성하는 제1 커넥터(8) 및 외부 파워 서플라이(10)의 일부를 형성하는 제2 커넥터(9)를 개략적으로 도시한다. 그 결과, 배터리 팩(5), 센서 유닛(6) 및 전자 제어 유닛(7)은 함께, 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 상황을 모니터하고 셀 밸런싱 절차를 제공하도록 배치된 배터리 관리 시스템(12)을 구성한다.

이하에서 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 본 발명은 배터리 팩(5)을 밸런싱하기 위한 방법에 관련된다. 이러한 이유로, 배터리 팩의 일부를 형성하고 셀 밸런싱 프로세스를 실행하도록 구성되는 다수의 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)이 도 3에 도시된다. 셀 밸런싱 프로세스를 실행하는 주된 이유는 배터리 팩(5)의 성능 및 상태량의 일반적인 레벨을 높이는데 있다. 셀 밸런싱의 원리는 주로 도 3과 관련하여 이제 기술될 것이다.

도 3은 세 개의 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)만을 개시한다. 그러나, 예컨대 차량에 사용되는 배터리 팩(5)이 전형적으로 50~500 개 규모의 다수의 셀들을 포함하고, 모든 셀들이 도 3에 도시된 것들과 유사한 방식으로 디자인되는 것은 분명하다. 그러나, 단순화를 위하여, 도 3은 세 개의 그러한 배터리 셀들만을 도시한다.

도 3에 도시된 제1 배터리 셀(5a)은 배터리 셀 C1과 병렬로 연결된 저항기 R1과 함께 배치된다. 저항기 R1의 목적은 전류가 셀 밸런싱 프로세스 동안 상기 저항기 R1을 통하여 흐르도록 허용하는데 있다. 이를 달성하기 위하여, 저항기 R1은 제어 가능한 스위치 S1과 직렬로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 배터리 셀들의 전압을 측정하기 위하여 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)은 센서 유닛(6)에 연결된다. 더 나아가, 스위치 S1는 (도 2에도 도시된) 전자 제어 유닛(7)의 일부를 형성하는 셀 밸런싱 유닛(7b)에 연결된다. 이러한 방식으로, 전류가 저항기 R1을 통과하는 폐쇄, 즉 활성, 상태로 설정되거나, 전류가 저항기 R1을 통과하지 못하는 개방, 즉 비활성, 상태로 설정될 수 있다. 누설 전류 i_leak는 결과적으로 스위치 S1이 폐쇄 상태로 설정되는 경우에 발생된다. 이러한 이유로, 저항기 R1은 "누설 저항기"로 일컬어질 수 있다. 처음에 설명된 바와 같이, 셀 밸런싱 동안, 하나 이상의 적절한 스위치들이 배터리 팩의 전체 셀 밸런스를 향상시키기 위하여 폐쇄된다.

나머지 배터리 셀들, 즉 도 3의 셀들(5b, 5c) 및 또한 도 3에 그와 같이 도시되지 않은 배터리 팩(5)의 모든 다른 셀들도, 기술된 셀(5a)와 같은 방식으로, 즉, 관련된 배터리와 병렬로 연결된 저항기 R2, R3 및 제어 가능한 스위치 S2, S3를 포함하는 회로와 함께 구성된다. 그 결과, 각 배터리 셀은 대응되는 스위치 S가 폐쇄되는 경우, 누설 전류 i_leak를 생기게 할 수 있다.

제어 가능한 스위치들(S1, S2, S3) 모두는 전자 제어 유닛(7)의 일부를 형성하는 셀 밸런싱 모듈(7b)에 연결된다. 또한, 각 스위치(S1, S2, S3)는 이하에서 기술되는 바와 같이, 셀 밸런싱 절차와 관련된 어떠한 구동 컨디션에 따라 개방 또는 폐쇄 상태로 설정된다.

일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱 프로세스는, 각 스위치 S1~S3가, 대응되는 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 방전시키기 위하여, 즉 누설 전류 ileak가 스위치 폐쇄 시 관련된 저항기(R1, R2, R3)를 통하여 흐르도록, 폐쇄 또는 개방될 수 있는 원리에 기초한다. 스위치들 S1~S3의 작동은, 서로 다른 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 충전 상태(SOC) 값들 사이의 차이를 비교함으로써 알아내어지는 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 밸런스 상태(SOB)에 따라 제어된다. 전술한 바와 같이, 충전 상태 값은 충전 상태 추산 모듈(7a) (도 2 참조)에서 알아내어지고, 셀 밸런싱 유닛(7b)으로 보내어질 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 충전 상태(SOC)는, 셀 밸런싱 프로세스가 개시되어야 하는지를 알아내기 위하여 제어 유닛(7) 내에서 사용되어 질 수 있다.

이러한 방식으로 특정 배터리 셀을 방전시킴으로써 상기 배터리 셀은 충전 상태(SOC)를 변화시키도록 강제될 수 있다. 예컨대 나머지 셀들보다 상당히 높은 SOC를 갖는 셀들 또는 이를 대신하여 나머지 셀들보다 상당히 높은 셀 전압을 갖는 셀들에 대한 밸런싱에 의하여, 전체 배터리 팩(5)은 높은 레벨의 셀 밸런싱, 즉 배터리 팩(5)의 낮은 밸런스 상태를 수반하는 컨디션이 될 수 있다. 기술한 바와 같이, 이는 배터리 팩(5)의 향상된 성능을 야기한다.

셀 밸런싱 모듈(7b)을 포함하는 전술한 하드웨어는 밸런싱 프로세스에 관련된 전체 배터리 셀들의 누설 전류를 관리하도록 구성된다. 누설 전류 ileak는 단지 대응되는 스위치 S가 폐쇄 위치에 있을 때 생겨난다. 기술한 바와 같이, 이는 밸런스 상태(SOB)의 값에 따라 개시된다.

이미 알려진 기술에 따르면, 종래에 셀 밸런싱 프로세스는 현재 밸런스 상태(SOB)와 같은 현재 시간 파라미터와 관련된 정보에 기초한다. 그러나, 이미 알려진 기술과 대비하여, 본 발명은 소위 "예측" 정보, 즉 배터리 팩(5) 및 차량의 사용과 관련된 어떠한 파라미터의 미래 값들에 관련된 정보를 사용한다. 더욱 정확하게는, 전자 제어 유닛(7)은 예측 구간(prediction horizon)까지 차량(1)의 예상 사용과 관련된 정보를 수신하도록 구성된다. 용어 "예측 구간"은 차량(1)이 사용되고, 셀 밸런싱 프로세스에 관하여 관련되는 미래 시점에 관한 것이다. 예측 구간까지 연장된 기간 동안 차량(1)의 사용, 특히 배터리 팩(5)의 사용과 관련된 정보를 이용함으로써, 좀 더 정확하고 최적의 셀 밸런싱 프로세스를 얻을 수 있다는 것이 밝혀졌다.

대부분의 실제 상황에서, 예측 구간은 현재 시간보다 30~60분 앞선다. 그러나, 본 발명은 그러한 값에 국한되지 않고, 차량(1) 및 배터리 팩(5)의 작동 및 또한 셀 밸런싱 프로세스에 대한 요건에 따라 변화될 수 있다. 예컨대, 예측 구간은 2~3 시간 크기로 상대적으로 길 수 있고, 10~20 분 크기로 상대적으로 짧을 수 있다.

일 실시예에 따르면, 밸런스 상태 값은 현재 시간 ((SOB_c)로 언급됨) 및 예측 구간의 끝((SOC_p)로 언급됨)에서 결정된다. 밸런스 상태(SOB) 값은 배터리 팩(5)이 얼마나 잘 밸런싱되었나를 정의한다. 밸런스 상태 값이 낮을 수록, 밸런스 상태는 더 좋다. 주어진 시점(k)에서의 밸런스 상태는 주어진 시간에서 파라미터 p의 최대 값과 최소 값 사이의 차이로 표현된다.

SOB(k) = max(p(k)) - min(p(k))

여기서 p(k)는 일 실시예에 따르면, 주어진 시점(k)에서 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 충전 상태(SOC) 값을 포함하는 벡터이다. 현재 시간 및 예측 구간에서의 충전 상태 값들을 사용함으로써, 밸런스 상태(SOB)를 알 수 있고, 그리고 나서 셀 밸런싱 프로세스를 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 파라미터 p는 배터리 셀 터미널 전압과 같은 다른 배터리 셀 파라미터에 대응될 수 있다. 즉, 본 발명은 파마미터 p가 충전 상태에 대응되는 경우에 국한되지 않는다.

그 결과, 일 실시예에 따르면, 밸런스 상태(SOB)는 다음과 같이 정의될 수 있다:

SOB = max(SOC) - min(SOC)

이는 밸런스 상태(SOB)가 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)에 대한 최고 및 최저 충전 상태(SOC) 사이의 차이임을 의미한다. 밸런스 상태(SOB)의 다른 정의는 동일하게 다음과 같이 적용될 수 있다:

SOB = μ_SOCmax - μ_SOCmin

여기서 μ_SOCmax 는 배터리 셀들에 대한 충전 상태의 최고 평균 값을 나타내고, μ_SOCmin 는 배터리 셀들에 대한 충전 상태의 최저 평균 값을 나타낸다. 충전 상태가 통계학적 변수일 수 있기 때문에, 통계학적 변수의 평균이 밸런스 상태(SOB)를 정의하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 대체 예는, 각 배터리 셀의 충전 상태가 각 배터리 셀 j에 대하여 배터리 셀들의 최대 충전 상태로 정규화되는 정규화 충전 상태( SOC_{j, normalized} = SOC_j / SOCmax) 를 사용하는 것을 포함하고, 충전 상태는 따라서 이 경우 다음과 같이 정의된다:

SOB = (max(SOC_{j, normalized}) - min(SOC_{j, normalized}))

또 다른 가능성은, 충전 상태를 셀들 전체의 충전 상태의 분포의 표준 편차, 즉 SOB = σ_SOCall 로 정의하는 것이다.

밸런스 상태는 또한 전술한 정의와 유사한 방식으로 개방 회로 전압의 차이를 고려함으로써 알아내어질 수 있다.

예측 구간에서 충전 상태 값을 얻기 위하여, 차량의 사용에 관한 관련 정보를 얻을 필요가 있다. 이러한 정보는 예컨대, 차량이 어떠한 경로를 따라 주행하였는지, 차량(1)이 내리막 또는 오르막을 주행하였는지, 차량(1)이 예컨대 고속도로 또는 다른 도로 타입을 주행하였는지 등에 관한 정보를 제공하는 온보드 네비게이션 시스템(미도시)으로부터의 데이터를 포함한다. 또한, 연료 소모, 온도, 엔진 로드 및 기타 파라미터와 관련된 데이터가 예측 구간에서의 충전 상태를 알아내기 위한 목적으로 사용될 수 있다.

모아진 데이터는 현재 시간에서 배터리 팩(5)으로부터의 전류의 드레인(drain)과 또한 예측 구간에서 배터리 팩(5)으로부터의 전류의 예상 드레인을 알아내기 위하여 사용될 수 있다. 이 정보는 그리고 나서 예측 구간 내에서 충전 상태를 알아내기 위하여 사용되고, 결국 현재 시간에서의 밸런스 현재 상태 값(SOB_c)와 예측 구간에서의 밸런스 예상 밸런스 상태 값(SOB_p)을 알아내기 위하여 사용될 수 있다.

밸런스 상태 값(SOB_c, SOB_p)에 기초하여, 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)은, 밸런스 상태(SOB) 및 셀 밸런싱 프로세스의 사용이 배터리 팩(5)의 에너지 사용과 관련하여 최적화되도록 하는 방식으로 밸런싱될 수 있다. 좀더 정확하게는, 셀 밸런싱은 전술한 제어 가능한 스위치(S1, S2, S3)에 의하여 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하는 것을 수반한다. 또한, 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)은 밸런싱 단계 동안, 저항기(R1, R2, R3)의 전체 파워 손실과 관련하여 이러한 스위치들(S1, S2, S3)의 사용을 최적화하기 위한 방식으로 밸런싱된다. 이러한 최적화는 각 스위치(S1, S2, S3)가 활성화되는 시간을 계산함으로써 얻어진다. 모든 스위치들이 활성화되는 전체 시간을 최소화함으로써, 셀 밸런싱 동안 최소화된 전체 파워 손실이 얻어질 수 있다. 즉, 스위치들이 활성화되는 시간은 셀 밸런싱 동안 파워 손실과 동등한 것으로 간주될 수 있다. 이러한 방식에서, 전체 에너지 사용은 셀 밸런싱 프로세스 동안 가능한 낮게 유지될 수 있다.

본 개시 내용의 특징은, 차량(1)의 미래 사용의 예측이 미리, 즉 예측 구간 까지 배터리 팩(5)으로부터 끌어낼 수 있는 전류의 양을 알아내기 위하여 행해진다. 셀 밸런싱 프로세스는 그리고 나서 전자 제어 유닛(7)에 의하여 제공되는 차량(1)의 미래 사용 및 그 결과 배터리 팩(5)의 미래 사용과 관련된 정보에 기초하여 최적화된다.

일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱 프로세스는 각각이 스위치에 대응되는 다수의 콤포넌트를 갖는 제어 벡터(U)를 수반한다. 각 콤포넌트는, 스위치가 개방될 때 0이고, 스위치가 폐쇄될 때 1인 0과 1 사이의 값을 갖는다. 또한, 0과 1 사이의 값은 펄스-폭 변조에 의한 제어에 대응되는 어떠한 시간 동안 특정 스위치의 포지션의 평균 값을 나타낸다. 이는 각 콤포넌트가 실수일 수 있음을 의미한다. 그 결과, 제어 벡터(U)는 상기 스위치들(S1, S2, S3)의 각각의 상태를 나타낸다. 기술한 바와 같이, 상기 실시예는, 셀 제어 벡터(U)의 함수로 파워 손실을 최소화시키고, 스위치들(S1, S2, S3)이 활성화되는 시간을 최소화시킴으로써 밸런싱 프로세스가 최적화되는 원리에 기초한다.

또 다른 실시예에 따르면, 제어 벡터는, 벡터의 각 콤포넌트가, 스위치가 개방될 때 0 이고 스위치가 폐쇄될 때 1인, 오직 0 또는 1의 값을 갖는 것을 의미하는 이진 벡터의 형태일 수 있다.

더욱 정확하게는, 최적화 문제는 다음 함수의 사용을 통하여 반복적으로 해결될 수 있다:

여기서, U는 주어진 시점(k)에 대한 전술한 제어 벡터이고, N은 예측 구간에 대응하는 시점이고, SOB(k)는 주어진 시간(k)에서 밸런스 상태이다.

또한, q₁은 밸런스 상태(SOB)에 페널티를 가하는 코스트이고, 여기서 시간(k)에서 밸런스 상태는 SOB(k) = max(p(k))-min(p(k))이고, p(k)는 주어진 시간(k)에서의 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 충전 상태(SOC) 값들을 갖는 벡터이다. 또한, q₂는 스위치의 활동에 페널티를 가하는 코스트이고, q₃는 예측 구간의 끝에서의 밸런스 상태(SOB)에 페널티를 가하는 코스트이다.

밸런스 상태의 대체 정의들이 전술한 바와 같이 적용될 수 있음에 주의하여야 한다.

전술한 최적화 문제는 리니어 프로그래밍 문제(즉, 리니어 코스트)로 불려지는 방식으로 해결될 수 있다. 알려진 기술에 따르면, 차량의 온라인 어플리케이션에 사용을 위한 몇 가지의 효율적인 리니어 프로그래밍 솔버들(linear programming solvers)이 존재한다. 일 실시예에 따르면, 셀 밸런싱 문제는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, SOC_j(k)는 시간 k에서의 배터리 셀의 충전 상태에 대응되고; 여기서

는 배터리 셀 j의 쿨롱 효율 (coloumbic efficiency) 에 대응되고; Q_j 는 배터리 셀 j의 커패시티에 대응되고; i_leak 는 셀 j의 누설 (밸런싱) 전류이고; u_j(k) 는 시간 k에서 셀 j의 배터리 셀 전압이고; i(k) 는 예측 구간 N 내에서 시간 k에서 예측된 배터리 셀 전류이다. 전술한 바와 같이, 배터리 셀 전류 i(k)는 차량(1) 및 배터리 팩(5)의 미래 사용에 관련된 데이터, 즉 현재 시간에서의 배터리 팩(5)으로부터의 전류 드레인과 예측 구간에서의 배터리 팩(5)으로부터의 예측 전류 드레인을 알아내기 위하여 사용될 수 있는 데이터에 기초하여 알아낼 수 있다.

본 발명은 이제 셀 밸런싱 프로세스를 도시한 플로우차트인 도 4를 참조하여 기술될 것이다. 먼저, 적어도 각 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 전압 V 및 배터리 전류 I가 도 4의 도면 부호 13에 의하여 나타낸 바와 같이 센서 유닛(6)에 의하여 제공되는 것으로 상정된다. 적절하게는, 배터리 팩(5)의 온도도 또한 측정된다. 그리고 나서, 전자 제어 유닛(7)이 적어도 배터리 셀 전압 및 배터리 전류에 기초하여 현재 충전 상태 SOC를 알아낸다 (도면 부호 14). 일 실시예에 따르면, 세 개의 파라미터 V, I 및 T 모두의 측정치는 충전 상태를 알아내기 위하여 사용된다.

또한, 전자 제어 유닛(7)은 전술한 바와 같이 차량(1) 및 또한 특히 배터리 팩(5) (도면 부호 15)의 미래, 예측 사용에 관련된 정보를 제공할 것이다. 이 정보는 대략 30~60 분 앞의 기간에 대응되고 그러나 환경에 따라 변화될 수 있는 주어진 예측 구간까지 연장된다. 이러한 방식으로, 각 배터리 셀(5a, 5b, 5c)에 대한 충전 상태(SOC)를 예측 구간에서 또한 알아낼 수 있다 (도면 부호 16). 충전 상태 정보에 기초하여, 현재 밸런스 상태 값 (SOB_c) 및 예측 구간의 끝에서의 예측 밸런스 상태 값(SOB_p)을 알아낼 수 있다 (도면 부호 17).

또한, 셀 밸런싱 프로세스는 현재 시간에서의 밸런스 상태 값(SOB_c) 및 예측 구간의 끝에서의 예측 밸런스 상태 값(SOB_p)에 기초하여 개시된다 (도면 부호 18). 셀 밸런싱은, 밸런스 상태(SOB) 및 셀 밸런싱 프로세스의 사용이 전술한 바와 같은 방식으로 배터리 팩(5)의 에너지 사용에 관련하여 최적화되도록 하는 방식으로 수행된다. 이 프로세스 동안, 스위치들(S1, S2, S3) (도 3 참조)은 전술한 바와 같이 셀 밸런싱 프로세스 동안 최소화된 에너지 사용 및 최소화된 파워 손실을 얻기 위하여 최적화 프로세스의 결과에 따라 개방되거나 폐쇄된다.

본 발명은 전술하고 도면에서 도시된 실시예들에 국한되지 않음을 알아야 하고, 당업자들은 첨부 청구범위의 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 깨달을 것이다.

Claims

전기 차량용 복수의 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 포함하는 배터리 팩(5)을 밸런싱하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 각각에 대한 충전 상태(SOC)를 알아내는 것과;
예측 구간까지 상기 전기 차량의 예상된 사용과 관련된 정보를 수신하는 것과;
현재 시간에서의 밸런스 상태 값(SOB_c)과 상기 예측 구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값(SOB_p)를 알아내는 것;을 포함하고,
상기 방법은,
상기 현재 시간에서의 상기 밸런스 상태 값(SOB_c)과 상기 예측 구간의 상기 끝에서의 상기 예상된 밸런스 상태 값(SOB_p)에 기초하여 상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하여, 상기 배터리 팩의 에너지 사용을 최소화하도록 밸런스 상태(SOB) 및 셀 밸런싱 프로세스의 사용이 최적화되도록 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는,
방법.
제1항에 있어서,
각 배터리 셀(5a, 5b, 5c)에 관련된 제어 가능한 스위치들(S1, S2, S3)에 의하여 상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하는 단계를 추가적으로 포함하고, 각 스위치(S1, S2, S3)는 저항기(R1, R2, R3)를 각 배터리 셀(5a, 5b, 5c)에 병렬로 연결하도록 구성되고;
상기 밸런싱 단계 중에 상기 저항기들 내의 파워 손실들과 관련하여 상기 스위치들(S1, S2, S3)의 사용을 최적화시키기 위한 방식으로 상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 스위치들(S1, S2, S3)이 활성화된 시간을 최소화시키는 것에 의하여 상기 스위치들(S1, S2, S3)의 사용을 최적화시키는 단계를 추가적으로 포함하고, 상기 시간은 상기 셀 밸런싱 동안 상기 파워 손실와 동등한 것을 특징으로 하는 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 스위치들 중 대응되는 하나의 상태를 가리키는 제어 벡터(U)를 정의하는 단계와;
상기 제어 벡터(U)의 함수로 상기 파워 손실들을 최소화시키는 것에 의하여 상기 셀 밸런싱을 최적화시키는 단계;
를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,
다수의 콤포넌트들을 갖는 상기 제어 벡터(U)를 정의하는 단계를 추가적으로 포함하고, 상기 콤포넌트들의 각각은 상기 스위치들 중 하나에 대응되고,
상기 콤포넌트들 각각은, 스위치가 개방되었을 때 0이고 스위치가 폐쇄되었을 때 1인 0과 1 사이의 값을 갖고, 0과 1 사이의 값은 어떠한 시구간 중에 대응되는 스위치의 포지션들의 평균값을 가리키는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 각 셀(5a, 5b, 5c)의 전압, 배터리 팩 전류 및 각 셀(5a, 5b, 5c)의 온도의 측정치들을 사용하여 상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)의 상기 충전 상태(SOC)를 알아내는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
적어도 각 배터리 셀(5a, 5b, 5c)의 셀 캐패시티 및 내부 저항에 기초하여 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
전기 차량용 복수의 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 포함하는 배터리 팩(5)을 밸런싱하기 위한 배치로서,
상기 배치는 상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c) 에 대한 충전 상태(SOC)를 알아내고, 예측 구간까지 상기 전기 차량의 예상된 사용과 관련된 정보를 수신하고, 현재 시간에서의 밸런스 상태 값(SOB_c)과 상기 예측 구간의 끝에서의 예상된 밸런스 상태 값(SOB_p)을 알아내도록 구성된 배터리 전자 제어 유닛(7)을 포함하고,
상기 배터리 전자 제어 유닛(7)은 상기 현재 시간에서의 상기 밸런스 상태 값(SOB_c)과 상기 예측 구간의 상기 끝에서의 상기 예상된 밸런스 상태 값(SOB_p)에 기초하여 상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하여, 상기 배터리 팩(5)의 에너지 사용을 최소화시키도록, 밸런스 상태(SOB) 및 셀 밸런싱 프로세스의 사용이 최적화되도록 하는 것을 특징으로 하는 배치.
제8항에 있어서,
각 배터리 셀(5a, 5b, 5c)은, 저항기(R1, R2, R3)를 각 배터리 셀(5a, 5b, 5c)에 병렬로 연결하도록 구성된 제어 가능한 스위치(S1, S2, S3)와 관련되고, 상기 전자 제어 유닛(7)은 상기 밸런싱 단계 중에 상기 저항기 내의 파워 손실들과 관련하여 상기 스위치들(S1, S2, S3)의 사용을 최적화시키기 위한 방식으로 상기 배터리 셀들(5a, 5b, 5c)을 밸런싱하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배치.
제9항의 배치를 포함하는 차량.
컴퓨터 상에서 실행될 때, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 단계들을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
컴퓨터 상에서 실행될 때, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 단계들을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 갖는 컴퓨터 읽기 가능한 매체.
배터리 팩(5)을 밸런싱하고, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법의 단계들을 수행하도록 구성된 전자 제어 유닛(7).