KR20200066618A - 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 상기 배터리 시스템은 배터리 팩, 가열 시트, 출력 제어 모듈 및 배터리 관리 시스템을 포함하고, 배터리 팩의 온도가 기 설정된 자가 가열 가동 온도보다 낮을 때, 출력 제어 모듈을 가동하며, 배터리 관리 시스템은 수집된 배터리 팩 상태 정보를 출력 제어 모듈에 전달하고, 출력 제어 모듈은 PWM 신호로 가열 시트의 전류 온/오프 시간 및 스위치 주파수를 조절함으로써 가열 출력 및 가열 속도를 조절하여 배터리 자가 가열을 구현하며, 배터리 팩의 온도가 기 설정된 자가 가열 종료 온도에 도달할 때, 출력 제어 모듈을 종료하여 가열을 정지하고, 상기 출력 제어 모듈은 전류 조정 모듈, 전류 수집 모듈 및 가열 제어 모듈을 더 포함하며, 본 발명은 동력 배터리 시스템이 저온에서 가열 속도가 빠르고, 주행거리가 길며, 저온에서 쾌속 충전 가능한 유리한 효과를 달성할 수 있다.

Description

가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템 및 이의 제어방법
본 발명은 전기자동차의 배터리 기술 분야에 속하는 것으로, 특히, 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
신에너지 산업의 빠른 발전에 따라, 전기자동차는 이미 세계 각 지역까지 보급되었다. 전기자동차의 핵심은 배터리 시스템이고, 배터리 시스템의 충방전 성능은 전기자동차의 동력성 및 경제성에 크게 영향을 미친다. 한편, 전기자동차는 저온 조건에서 배터리 시스템의 충방전 출력이 낮아 전기자동차의 동력성, 주행거리 및 충전 시간 등에 크게 영향을 주어 사용자의 불만이 많으며, 다른 한편, 저온 지역의 전기자동차에 응용되는 배터리 시스템이 가열 시스템 및 보온 시스템을 이미 구비하였지만 가열 출력이 낮고 속도가 느리며 보온 효과가 차한 문제가 존재한다.
상기 두 가지 원인으로 인해 전기자동차가 저온 지역에서의 사용 보급이 심각하게 영향을 받고 사용자의 사용 체험이 심각하게 영향을 받는다. 따라서, 상기 2개의 문제를 해결하기 위해, 안전하고 믿음직한 쾌속 자가 가열 및 가열 속도를 조절 가능한 기능을 구비하는 배터리 시스템을 개발하는 것은 매우 필요하다.
본 발명의 목적은, 상기 결함을 감안하여, 선행기술에서 배터리 시스템의 가열 출력이 조절 불가하고 가열 속도가 느린 문제를 해결하여 배터리 시스템의 가열 속도가 빠르고 고장률이 낮으며, 유지보수 난이도가 낮고 안전성이 좋은 유리한 효과를 달성하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 해결수단은 아래와 같다.
가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템을 제공하고, 상기 배터리 시스템은 배터리 팩, 가열 시트, 출력 제어 모듈 및 배터리 관리 시스템을 포함하며, 여기서, 상기 배터리 팩은 가열 시트 및 출력 제어 모듈과 각각 전기적으로 연결되고, 상기 출력 제어 모듈은 배터리 팩, 가열 시트 및 배터리 관리 시스템과 전기적으로 각각 연결되며,
배터리 팩의 온도가 기 설정된 자가 가열 가동 온도보다 낮을 때, 출력 제어 모듈을 가동하고, 배터리 관리 시스템은 수집된 배터리 팩 상태 정보를 출력 제어 모듈에 전달하며, 출력 제어 모듈은 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 통해 가열 시트의 전류 온/오프 시간 및 주파수를 조절함으로써 가열 출력 및 가열 속도를 조절하여 배터리 자가 가열을 구현하며, 배터리 팩의 온도가 기 설정된 자가 가열 종료 온도에 도달할 때, 출력 제어 모듈을 종료하여 가열을 정지하며,
여기서, 상기 출력 제어 모듈은 전류 조정 모듈, 전류 수집 모듈 및가열 제어 모듈을 더 포함하고, 상기 전류 조정 모듈은 가열 시트, 전류 수집 모듈 및 가열 제어 모듈과 전기적으로 연결되며, 가열 시트를 경유하는 전류를 조절하여 시스템 가열 출력을 조정하고, 상기 가열 제어 모듈은 전류 수집 모듈, 전류 조정 모듈 및 배터리 관리 시스템과 전기적으로 연결되며, 가열 제어 모듈과 배터리 관리 시스템은 정보 인터랙션을 진행하고, 가열 제어 모듈은 전류 조정 모듈에 전류 조정 명령을 송신하고, 가열 제어 모듈은 전류 수집 모듈이 수집한 가열 전류를 판독한다.
배터리 관리 시스템이 수집한 배터리 팩 상태 정보는 구체적으로, 단위셀 배터리의 최고 전압, 단위셀 배터리 단위셀의 평균 전압, 단위셀 배터리의 최저 전압, 단위셀 배터리의 최고 온도, 단위셀 배터리의 최저 온도, 단위셀 배터리의 압력차, 배터리 팩의 전체 전압, 배터리 팩의 전체 온도, 배터리 팩의 절연 상태 및 배터리 가열 실행 모드 등이고, 전류 조정 모듈에 가열 출력을 설정한다.
더 나아가, 상기 배터리 관리 시스템과 가열 제어 모듈이 정보 인터랙션을 진행하는 것은 구체적으로, 배터리 관리 시스템은 가열 제어 모듈에 차량 상태 정보 및 가열 실행 모드 수요를 송신하고, 상기 가열 실행 모드는 주차 가열 모드, 주행 가열 모드, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드를 포함하며, 여기서, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드는 충전기에 의해 충전 가열을 진행하고, 충전기를 통해 가열 시트에 고압을 별도로 제공하여 가열을 진행하는 실시형태 및 충전기가 배터리 팩 및 가열 시트에 고압을 동시에 제공하여 전력을 공급하는 실시형태 중에서 선택할 수 있다.
배터리 관리 시스템은 수집된 배터리 팩 상태 정보에 대해 연산하고, 현재 가열 실행 모드를 선택하며, 현재 가열 실행 모드를 가열 제어 모듈에 송신한다.가열 과정에서, 배터리 관리 시스템은 가열 제어 모듈에 배터리 팩 현재 상태 정보를 실시간으로 송신한다.
더 나아가, 상기 전류 조정 모듈은 스위치 전자부품, 차폐 구동 유닛 및 차폐 전원을 포함하고, PWM 신호를 통해 가열 전류 온/오프 시간 및 스위치 주파수를 제어하며,
여기서, 스위치 전자부품은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 사이리스터(Silicon Controlled Rectifier) 및 계전기 등 중의 어느 하나의 도통 및 차단 기능을 구비하거나 조정 가능한 도통 각을 구비하는 전자부품이다. 바람직하게, 전류 조정 모듈이 IGBT일 때, 이의 회로는 구체적으로 차폐 구동 유닛, 차폐 전원 및 IGBT를 포함하고, 프로세서 출력 제어 모듈은 PWM 신호를 출력하여 차폐 구동 유닛을 통과한 후, IGBT의 제어 신호를 발생하며, 차폐 구동 유닛은 차폐 전원에 의해 전력을 공급한다.
더 나아가, 상기 전류 수집 모듈은 홀 센서, 저압차 선형 레귤레이터(LDO), 포트 보호 회로 및 신호 컨디셔닝 회로를 포함하고, 홀 센서는 수집된 전류 신호를 포트 보호 회로 및 신호 조정 회로로 통과시킨 후 전류 수집 모듈 인터페이스에 전송한다. 홀 센서는 수집된 전류 신호의 전송 통로는 고 범위 통로 및 저 범위 통로로 분류하고, 여기서, 고 범위 통로는 고 주파수 전류 신호를 제1 포트 보호 회로 및 제1 신호 조정 회로로 통과시킨 후 제1 전류 수집 모듈 인터페이스에 전송하고, 저 범위 통로는 저 주파수 전류 신호를 제2 포트 보호 회로 및 제2 신호 조정 회로로 통과시킨 후 제2 전류 수집 모듈 인터페이스에 전송한다.
더 나아가, 상기 가열 제어 모듈은 PWM 신호를 통해 전류 조정 모듈을 제어한다. 상기 가열 제어 모듈은 MCU 제어기, 전원 회로, 클록, CAN 통신 칩, 전류 조정 모듈 인터페이스, 전류 수집 모듈 인터페이스 및 배터리 관리 시스템 인터페이스를 포함하고, MCU 제어기는 CAN 통신 칩을 통해 배터리 관리 시스템 인터페이스와 연결되며, MCU 제어기는 PWM 발생 모듈을 통해 전류 조정 모듈 인터페이스와 연결되고, MCU 제어기는 ADC 통로를 통해 전류 수집 모듈 인터페이스와 연결된다.
더 나아가, 상기 가열 시트는 니켈 시트, 구리 시트, 알루미늄 시트, 철 시트, 흑연 시트, PTC 가열기 또는 가열 박막 중 하나 또는 복수이다.
더 나아가, 상기 가열 시트는 복수의 별도의 가열 시트 유닛이 직렬접속, 병렬접속 또는 직병렬 혼합 접속에 의해 구성된 것이고, 상기 가열 시트는 단위셀 배터리 내부, 단위셀 배터리 외부, 배터리 팩 어셈블리 저부, 배터리 팩 어셈블리 상부 또는 배터리 팩 어셈블리 측면에 설치된다.
더 나아가, 상기 배터리 팩은 복수의 단위셀 배터리의 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합에 의해 구성되고, 여기서, 상기 단위셀 배터리는 인산철리튬 배터리, 3차 리튬 배터리, 망간산리튬 배터리, 고체 리튬 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 은-아연 배터리, 연료 배터리 또는 연산 배터리 중 하나이고, 바람직하게, 단위셀 배터리의 개수는 1개 내지 9999개이다.
본 발명은 또한 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템의 제어방법에 관한 것으로 하기와 같은 단계를 포함한다.
단계 1: 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템을 초기화하고, 배터리 관리 시스템을 통해 현재 배터리 팩 정보를 실시간으로 수집하며, 수집된 배터리 팩 정보를 연산하고, 주차 가열 모드, 주행 가열 모드, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드 등 4개로 분류되는 현재 배터리 팩 가열 실행 모드를 선택하여, 배터리 관리 시스템은 가열 제어 모듈에 필요한 배터리 팩의 상태 정보 및 가열 실행 모드를 가열 제어 모듈에 송신한다.
단계 2: 가열 제어 모듈은 수신된 배터리 팩 가열 실행 모드 정보에 근거하여, 가열 제어 모듈을 상응한 가열 실행 모드로 전환하고, 가열 제어 모듈은 현재 가열 실행 모드가 설정한 파라미터에 근거하여, 가열 회로 전류값을 실시간으로 조정하도록 전류 조정 모듈에 대응되는 PWM 신호를 송신하며, 가열 제어 모듈은 전류 수집 모듈이 피드백한 전류값을 수신하고, PWM 신호를 조정하여, 실제 전류값이 설정값에 도달하도록 하여 폐루프를 제어하는 동시에, 가열 회로의 고장 발생 여부를 진단하고, 만약 고장이 존재하면, 고장 등급에 따라 현재 가열 실행 모드를 정지할 것인지 또는 가열 출력을 감소할 것인지를 판단하며, 만약 고장이 없으면, 현재 가열 실행 모드를 계속 진행한다.
단계 3: 배터리 팩 중의 단위셀 배터리의 온도, 온도차 및 압력차가 기 설정된 임계값에 도달하거나 단위셀 배터리의 전압 및 절연 저항이 기 설정된 임계값보다 낮을 때, 경보를 발생하고, 가열 제어 모듈은 전류 조정 모듈에 가열 출력이 0인 제어 인스트럭션을 송신한다.
단계 4: 배터리 관리 시스템에 가열 실행 모드를 종료하는 요청을 송신하고, 현재 가열 실행 모드를 해제하며, 단계 1로 돌아간다.
더 나아가, 가열 제어 모듈은 가열 시트, 전류 조정 모듈, 전류 수집 모듈의 고장 발생 여부를 판단하고, 전류 조정 모듈은 가열 제어 모듈의 고장 동작에 응답한다.
본 발명은 선행기술에 비해, 하기와 같은 유리한 효과를 갖는다.
가열 시트, 전류 조정 모듈, 전류 수집 모듈, 가열 제어 모듈 및 배터리 관리 시스템을 적응 설치함으로써, 가열 실행 모드를 주차 가열 모드, 주행 가열 모드, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드 등 4개로 분류하여, 선행기술의 배터리 팩 가열 효율이 낮고, 가열 방식이 단조로우며, 가열 출력이 조절 불가능한 문제를 해결하여, 동력 배터리 시스템이 저온에서 가열 속도가 빠르고, 주행거리가 길며, 저온에서 쾌속 충전 가능한 유리한 효과를 달성한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 이어지는 명세서에서 설명될 것이고, 또한 명세서로부터 명백해지거나 본 발명을 실시하는 과정에서 이해될 수 있다.
본 발명의 기술적 해결수단은 하기의 도면 및 실시예를 통해 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템의 계통도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전류 조정 모듈의 회로도이고,
도 3은 본 발명에 따른 전류 수집 모듈의 관련 회로도이고,
도 4는 본 발명에 따른 가열 제어 모듈의 회로도이다.
이하, 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 당업자가 본 발명을 더 잘 이해하는데 도움이 될 것이지만 임의의 형태로 본 발명을 제한하지는 않는다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템으로서, 상기 배터리 시스템은 배터리 팩(1), 가열 시트(2), 출력 제어 모듈(3) 및 배터리 관리 시스템(6)을 포함하고, 여기서, 상기 배터리 팩(1)은 가열 시트(2) 및 출력 제어 모듈(3)과 전기적으로 각각 연결되며, 상기 출력 제어 모듈(3)은 배터리 팩(1), 가열 시트(2) 및 배터리 관리 시스템(6)과 각각 전기적으로 연결된다.
배터리 팩(1)의 온도가 기 설정된 자가 가열 가동 온도보다 낮을 때, 출력 제어 모듈(3)을 가동하고, 배터리 관리 시스템(6)은 수집된 배터리 팩(1) 상태 정보를 출력 제어 모듈(3)에 전달하며, 출력 제어 모듈(3)은 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 통해 가열 시트(2)의 전류 온/오프 시간 및 주파수를 조절함으로써, 가열 출력 및 가열 속도를 조절하여 배터리 자가 가열을 구현하며, 배터리 팩(1)의 온도가 기 설정된 자가 가열 종료 온도에 도달할 때, 출력 제어 모듈(3)을 종료하여 가열을 정지한다.
여기서, 상기 출력 제어 모듈(3)은 전류 조정 모듈(4), 전류 수집 모듈(5) 및 가열 제어 모듈(7)을 더 포함하고, 상기 전류 조정 모듈(4)은 가열 시트(2), 전류 수집 모듈(5) 및 가열 제어 모듈(7)과 전기적으로 연결되며, 가열 시트(2)를 경유하는 전류를 조절하여 시스템 가열 출력을 조정하고, 상기 가열 제어 모듈(7)은 전류 수집 모듈(5), 전류 조정 모듈(4) 및 배터리 관리 시스템(6)과 전기적으로 연결되며, 가열 제어 모듈(7)과 배터리 관리 시스템(6)은 정보 인터랙션을 진행하고, 가열 제어 모듈(7)은 전류 조정 모듈(4)에 전류 조정 명령을 송신하며, 가열 제어 모듈(7)은 전류 수집 모듈(5)이 수집한 가열 전류를 판독한다.
배터리 관리 시스템(6)이 수집한 배터리 팩(1) 상태 정보는 구체적으로, 단위셀 배터리의 최고 전압, 단위셀 배터리 단위셀의 평균 전압, 단위셀 배터리의 최저 전압, 단위셀 배터리의 최고 온도, 단위셀 배터리의 최저 온도, 단위셀 배터리의 압력차, 배터리 팩(1)의 전체 전압, 배터리 팩(1)의 전체 온도, 배터리 팩(1)의 절연 상태 및 배터리 가열 실행 모드 등이고, 전류 조정 모듈(4)에 가열 출력을 설정한다.
상기 배터리 관리 시스템(6)과 가열 제어 모듈(7)이 정보 인터랙션을 진행하는 것은 구체적으로, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 차량 상태 정보 및 가열 실행 모드 수요를 송신하고, 상기 가열 실행 모드는 주차 가열 모드, 주행 가열 모드, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드를 포함하며, 여기서, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드에서, 충전기를 통해 가열 시트(2)에 고압을 별도로 제공하여 가열을 진행하는 실시형태 및 충전기가 배터리 팩(1) 및 가열 시트(2)에 고압을 동시에 제공하여 전력을 공급하는 실시형태 중에서 선택할 수 있다.
배터리 관리 시스템(6)은 수집된 배터리 팩(1) 상태 정보를 연산하고, 현재 가열 실행 모드를 선택하며, 현재 가열 실행 모드를 가열 제어 모듈(7)에 송신한다. 가열 과정에서, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 배터리 팩(1) 현재 상태 정보를 실시간으로 송신한다.
상기 전류 조정 모듈(4)은 스위치 전자부품, 차폐 구동 유닛 및 차폐 전원을 포함하고, PWM 신호를 통해 가열 전류 온/오프 시간을 제어하며, 여기서, 스위치 전자부품은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 사이리스터 및 계전기 등 중 어느 하나의 도통 및 차단 기능을 구비하거나 조정 가능한 도통 각을 구비하는 전자부품이다. 바람직하게, 전류 조정 모듈(4)의 스위치 전자부품이 IGBT일 때, 전류 조정 모듈(4)은 구체적으로, 차폐 구동 유닛, 차폐 전원 및 IGBT를 포함할 수 있고, 가열 제어 모듈(7)은 PWM 신호를 출력하여 차폐 구동 유닛을 통과시킨 후, IGBT의 제어 신호를 발생하며, 차폐 구동 유닛은 차폐 전원에 의해 전력을 공급한다.
상기 전류 수집 모듈(5)은 홀 센서, LDO, 포트 보호 회로 및 신호 컨디셔닝 회로를 포함하고, 홀 센서는 수집된 전류 신호를 포트 보호 회로 및 신호 조정 회로로 통과시킨 후 ADC 통로로 전송한다. 구체적으로, 홀 센서는 수집된 전류 신호의 전송 통로는 고 범위 통로 및 저 범위 통로로 분류하고, 여기서, 고 범위 통로는 고 주파수 전류 신호를 제1 포트 보호 회로 및 제1 신호 조정 회로로 통과시킨 후 제1 전류 수집 모듈 인터페이스에 전송하고, 저 범위 통로는 저 주파수 전류 신호를 제2 포트 보호 회로 및 제2 신호 조정 회로로 통과시킨 후 제2 전류 수집 모듈 인터페이스에 전송한다.
상기 가열 제어 모듈(7)은 PWM 신호를 통해 전류 조정 모듈(4)을 제어한다. 상기 가열 제어 모듈(7)은 MCU 제어기, 전원 회로, 클록, CAN 통신 칩, 전류 조정 모듈 인터페이스, 전류 수집 모듈 인터페이스 및 배터리 관리 시스템 인터페이스를 포함하고, MCU 제어기는 CAN 통신 칩을 통해 배터리 관리 시스템 인터페이스와 연결되며, MCU 제어기는 PWM 발생 모듈을 통해 전류 조정 모듈 인터페이스와 연결되고, MCU 제어기는 ADC 통로를 통해 전류 수집 모듈 인터페이스와 연결된다.
상기 가열 시트(2)는 니켈 시트, 구리 시트, 알루미늄 시트, 철 시트, 흑연 시트, PTC 가열기 또는 가열 박막 중 하나 또는 복수이다.
상기 가열 시트(2)는 복수의 별도의 가열 시트 유닛이 직렬접속, 병렬접속 또는 직병렬 혼합 접속에 의해 구성된 것으로, 상기 가열 시트(2)는 단위셀 배터리 내부, 단위셀 배터리 외부, 배터리 팩(1) 어셈블리 저부 또는 배터리 팩(1) 어셈블리 측면에 설치된다.
상기 배터리 팩(1)은 복수의 단위셀 배터리의 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합에 의해 구성되고, 여기서, 상기 단위셀 배터리는 인산철리튬 배터리, 3차 리튬 배터리, 망간산리튬 배터리, 고체 리튬 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 은-아연 배터리, 연료 배터리 또는 연산 배터리 중의 하나이고, 바람직하게, 단위셀 배터리의 개수는 1개 내지 9999개이다.
상기 내용에 기초한 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템의 제어방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.
단계 1: 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템을 초기화하고, 배터리 관리 시스템(6)을 통해 현재 배터리 팩(1) 정보를 실시간으로 수집하며, 수집된 배터리 팩(1) 정보를 연산하고, 주차 가열 모드, 주행 가열 모드, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드 등 4개로 분류되는 현재 배터리 팩(1) 가열 실행 모드를 선택하여, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 필요한 배터리 팩(1)의 상태 정보 및 가열 실행 모드를 가열 제어 모듈(7)에 송신한다.
단계 2: 가열 제어 모듈(7)은 수신된 배터리 팩(1) 가열 실행 모드 정보에 근거하여, 가열 제어 모듈(7)을 상응한 가열 실행 모드로 전환하고, 가열 제어 모듈(7)은 현재 가열 실행 모드가 설정한 파라미터에 근거하여, 가열 회로 전류값을 실시간으로 조정하도록 전류 조정 모듈(4)에 대응되는 PWM 신호를 송신하며, 가열 제어 모듈(7)은 전류 수집 모듈(5)이 피드백한 전류값을 수신하고, PWM 신호를 조정하여, 실제 전류값이 설정값에 도달하도록 하여 폐루프를 제어하는 동시에, 가열 회로의 고장 발생 여부를 진단하고, 만약 고장이 존재하면, 고장 등급에 따라 현재 가열 실행 모드를 정지할 것인지 또는 가열 출력을 감소할 것인지를 판단하며, 만약 고장이 없으면, 현재 가열 실행 모드를 계속 진행한다.
단계 3: 배터리 팩(1) 중의 단위셀 배터리의 온도, 온도차 및 압력차가 기 설정된 임계값보다 높거나 단위셀 배터리의 전압 및 절연 저항이 기 설정된 임계값보다 낮을 때, 경보를 발생하고, 가열 제어 모듈(7)은 전류 조정 모듈(4)에 가열 출력이 0인 제어 인스트럭션을 송신한다.
단계 4: 배터리 관리 시스템(6)에 종료 가열 실행 모드를 종료하는 요청을 송신하고, 현재 가열 실행 모드를 해제하며, 단계 1로 돌아가여 다음 번의 가열 실행 모드를 기다린다.
더 나아가, 가열 제어 모듈(7)은 가열 시트(2), 전류 조정 모듈(4), 전류 수집 모듈(5)의 고장 발생 여부를 판단하고, 전류 조정 모듈(4)은 가열 제어 모듈(7)의 고장 동작에 응답한다.
본 발명의 기술 효과를 검증하기 위해, 하기 구체적인 실시예를 통해 설명한다.
실시예 1
단위셀 배터리는 리튬 이온 배터리를 사용하고, 단위셀 용량은 70 Ah이며, 정격 전압은 3.7 V이고, 배터리 시스템은 4개 병렬 36개 직렬이며, 배터리 가열 시트(2)는 니켈 시트를 사용하고, 저항값은 80 mΩ이며, 가열 시트(2)는 배터리 내부에 내장되고, 가열 시트(2)의 연결 방식은 4개 병렬 36개 직렬이며, 환경 온도는 -20 ℃이고, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 주차 가열 모드를 송신한다. 배터리 관리 시스템(6)이 가열 모드를 가열 제어 모듈(7)에 송신한 후, PWM 송신 듀티비는 100 %이고, 가열 제어 모듈(7)이 신속하게 가동하며, IGBT는 100 % 도통하여 최대 속도로 가열하고, 최대 가열 전류는 147 A이며, 배터리 시스템 온도는 5 ℃/min의 속도로 신속하게 상승하고, 배터리 온도가 설정한 종료 가열 온도 10 ℃에 도달할 때, 가열 제어 모듈(7)은 가열 동작을 정지하고 가열을 정지한다. 이때, 배터리 온도는 이미 10 ℃ 이상에 달하였고 차량은 주행을 가동하거나 충전을 진행할 수 있다.
실시예 2
단위셀 배터리는 리튬 이온 배터리를 사용하고, 단위셀 용량은 70 Ah이며, 정격 전압은 3.7 V이고, 배터리 시스템은 4개 병렬 36개 직렬이며, 배터리 가열 시트(2)는 니켈 시트를 사용하고, 저항값은 80 mΩ이며, 가열 시트(2)는 배터리 내부에 내장되고, 가열 시트(2)의 연결 방식은 4개 병렬 36개 직렬이며, 환경 온도는 -20 ℃이고, 차량은 DC 충전기를 삽입하며, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 DC 충전 가열 모드를 송신한다. 가열 제어 모듈(7)의 송신 PWM 듀티비는 60 %이고, 가열 제어 모듈(7)은 가동하며, IGBT 펄스 동작을 제어하여, 가열을 시작하고, 가열 전류는 149 A이며, 충전기 출력 전류는 60 A로 설정하고, 배터리 시스템 온도는 5 ℃/min의 속도로 신속하게 상승하며, 배터리 온도가 충전 종료 가열 온도 10 ℃에 도달할 때, 가열 제어 모듈(7)은 가열 동작을 정지하여 가열을 정지하고, 충전기는 계속 동작하며, 배터리 관리 시스템(6)의 송신 충전 전류 요청은 140 A이고, 배터리는 충전하기 시작하며, 충전 잔여 전기량(SOC)이 100 %에 도달할 때 충전을 정지한다.
실시예 3
단위셀 배터리는 리튬 이온 배터리를 사용하고, 단위셀 용량은 70 Ah이며, 정격 전압은 3.7 V이고, 배터리 시스템은 4개 병렬 36개 직렬이며, 배터리 가열 시트(2)는 니켈 시트를 사용하고, 저항값은 80 mΩ이며, 가열 시트(2)는 배터리 내부에 내장되고, 가열 시트(2)의 연결 방식은 4개 병렬 36개 직렬이며, 환경 온도는 -20 ℃이고, 차량에 AC 충전 건(Charging gun)을 삽입하며, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 AC 충전 가열 모드를 송신한다. 가열 제어 모듈(7)의 송신 PWM 듀티비는 90 %이고, 가열 제어 모듈(7)은 가동하며, IGBT 펄스 동작을 제어하여 가열을 시작하고, 가열 전류는 139 A이며, 충전기 출력 전류는 20 A로 설정하고, 배터리 시스템 온도는 5 ℃/min의 속도로 신속하게 상승하며, 배터리 온도가 충전 종료 가열 온도 10 ℃에 도달할 때, 가열 제어 모듈(7)은 가열 동작을 정지하여 가열을 정지하고, 충전기는 계속 동작하며, 배터리 관리 시스템(6)의 송신 충전 전류 요청은 20 A이고, 배터리는 충전하기 시작하며, 충전 잔여 전기량이 100 %에 도달할 때 충전을 정지한다.
실시예 4
단위셀 배터리는 리튬 이온 배터리를 사용하고, 단위셀 용량은 70 Ah이며, 정격 전압은 3.7 V이고, 배터리 시스템은 4개 병렬 168개 직렬이며, 배터리 가열 시트(2)는 니켈 시트를 사용하고, 저항값은 80 mΩ이며, 가열 시트(2)는 배터리 내부에 내장하고, 가열 시트(2)의 연결 방식은 4개 병렬 168개 직렬이며, 환경 온도는 -20 ℃이고, 운전자가 차량을 가동하며, 차량은 10 km/h의 속도로 주행하고, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 주행 가열 모드를 송신한다. 가열 제어 모듈(7)의 송신 PWM 듀티비는 20 %이고, 가열 제어 모듈(7)은 가동하며, IGBT 펄스 동작을 제어하여 가열을 시작하고, 가열 전류는 29 A이며, 배터리 시스템 온도는 1 ℃/min의 속도로 상승하고, 배터리 온도가 정지 가열 온도 10 ℃에 도달할 때, 가열 제어 모듈(7)은 가열 동작을 정지하여 가열을 정지하고, 차량은 계속 주행하며, 차량은 최고 100 km/h의 주행속도에 도달할 수 있고, 브레이크 회수 에너지는 정상적이다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 구체적인 실시양태일 뿐 본 발명의 보호 범위는 이에 제한되지 않으며, 본 기술 분야의 당업자가 본 발명에 개시된 기술 범위 내에서 본 발명의 기술적 해결수단 및 그 발명 구상에 따라 진행한 등가 대체 또는 변경은 모두 본 발명의 보호 범위에 포함되어야 한다.
1: 배터리 팩
2: 가열 시트
3: 출력 제어 모듈
4: 전류 조정 모듈
5: 전류 수집 모듈
6: 배터리 관리 시스템
7: 가열 제어 모듈

Claims (10)

  1. 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템으로서,
    상기 배터리 시스템은 배터리 팩(1), 가열 시트(2), 출력 제어 모듈(3) 및 배터리 관리 시스템(6)을 포함하고,
    상기 배터리 팩(1)은 가열 시트(2) 및 출력 제어 모듈(3)과 각각 전기적으로 연결되며, 상기 출력 제어 모듈(3)은 배터리 팩(1), 가열 시트(2) 및 배터리 관리 시스템(6)과 각각 전기적으로 연결되고,
    배터리 팩(1)의 온도가 기 설정된 자가 가열 가동 온도보다 낮을 때, 출력 제어 모듈(3)을 가동시키며, 배터리 관리 시스템(6)은 수집된 배터리 팩(1) 상태 정보를 출력 제어 모듈(3)에 전달하고, 출력 제어 모듈(3)은 PWM 신호를 통해 가열 시트(2)의 전류 온/오프 시간 및 스위치 주파수를 조절함으로써 가열 출력 및 가열 속도를 조절하며, 배터리 팩(1)의 온도가 기 설정된 자가 가열 종료 온도에 도달할 때, 출력 제어 모듈(3)을 종료하여 가열을 정지하고,
    상기 출력 제어 모듈(3)은 전류 조정 모듈(4), 전류 수집 모듈(5) 및 가열 제어 모듈(7)을 더 포함하며,
    상기 가열 제어 모듈(7)은 전류 수집 모듈(5), 전류 조정 모듈(4) 및 배터리 관리 시스템(6)과 전기적으로 연결되고, 가열 제어 모듈(7)과 배터리 관리 시스템(6)은 정보 인터랙션을 진행하며, 가열 제어 모듈(7)은 전류 조정 모듈(4)에 전류 조정 명령을 송신하고, 가열 제어 모듈(7)은 전류 수집 모듈(5)이 수집한 가열 전류를 판독하여 폐루프를 제어하는 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템(6)과 가열 제어 모듈(7)이 정보 인터랙션을 진행하는 것은, 구체적으로, 배터리 관리 시스템(6)이 가열 제어 모듈(7)에 차량 상태 정보 및 가열 실행 모드 수요를 송신하고, 상기 가열 실행 모드는 주차 가열 모드, 주행 가열 모드, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드를 포함하며, 가열 과정에서, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 배터리 팩(1)의 현재 상태 정보를 실시간으로 송신하는 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류 조정 모듈(4)은 스위치 전자부품, 차폐 구동 유닛 및 차폐 전원을 포함하고, PWM 신호에 의해 가열 전류 온/오프 시간을 제어하며, 스위치 전자부품은 IGBT, MOSFET, 사이리스터(Silicon Controlled Rectifier) 또는 계전기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류 수집 모듈(5)은 홀 센서, LDO, 포트 보호 회로, 신호 컨디셔닝 회로를 포함하고, 홀 센서는 수집된 전류 신호를 포트 보호 회로 및 신호 조정 회로로 통과시킨 후 전류 수집 모듈 인터페이스에 전송하는 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 제어 모듈(7)은 PWM 신호를 통해 전류 조정 모듈(4)을 제어하고, 상기 가열 제어 모듈(7)은 MCU 제어기, 전원 회로, 클록, CAN 통신 칩, 전류 조정 모듈 인터페이스, 전류 수집 모듈 인터페이스 및 배터리 관리 시스템 인터페이스를 포함하며, MCU 제어기는 CAN 통신 칩을 통해 배터리 관리 시스템 인터페이스와 연결되고, MCU 제어기는 PWM 발생 모듈을 통해 전류 조정 모듈 인터페이스와 연결되며, MCU 제어기는 ADC 통로를 통해 전류 수집 모듈 인터페이스와 연결되는 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 시트(2)는 니켈 시트, 구리 시트, 알루미늄 시트, 철 시트, 흑연 시트, PTC 가열기 또는 가열 박막 중 하나 또는 복수인 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가열 시트(2)는 복수의 별도의 가열 시트 유닛이 직렬접속, 병렬접속 또는 직병렬 혼합 접속에 의해 구성된 것이고, 상기 가열 시트(2)가 단위셀 배터리 내부, 단위셀 배터리 외부, 배터리 팩(1) 어셈블리 저부, 배터리 팩(1) 어셈블리 상부 또는 배터리 팩(1) 어셈블리 측면에 설치된 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 팩(1)은 복수의 단위셀 배터리의 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합으로 구성되고, 상기 단위셀 배터리는 인산철리튬 배터리, 3차 리튬 배터리, 망간산리튬 배터리, 고체 리튬 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 은-아연 배터리, 연료 배터리 또는 연산 배터리 중 하나인 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템의 제어방법으로서,
    단계 1: 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템을 초기화하고, 배터리 관리 시스템(6)을 통해 현재 배터리 팩(1) 정보를 실시간으로 수집하며, 수집된 배터리 팩(1) 정보를 연산하고, 주차 가열 모드, 주행 가열 모드, DC 충전 가열 모드 및 AC 충전 가열 모드 등 4개로 분류되는 현재 배터리 팩(1) 가열 실행 모드를 선택하여, 배터리 관리 시스템(6)은 가열 제어 모듈(7)에 필요한 배터리 팩(1)의 상태 정보 및 가열 실행 모드를 가열 제어 모듈(7)에 송신하는 단계;
    단계 2: 가열 제어 모듈(7)은 수신된 배터리 팩(1) 가열 실행 모드 정보에 근거하여, 가열 제어 모듈(7)을 상응한 가열 실행 모드로 전환하고, 가열 제어 모듈(7)은 현재 가열 실행 모드가 설정한 파라미터에 근거하여, 가열 회로 전류값을 실시간으로 조정하도록 전류 조정 모듈(4)에 대응되는 PWM 신호를 송신하며, 가열 제어 모듈(7)은 전류 수집 모듈(5)이 피드백한 전류값을 수신하고 PWM 신호를 조정하여, 실제 전류값이 설정값에 도달하도록 하여 폐루프를 제어하는 동시에, 가열 회로의 고장 발생 여부를 진단하고, 만약 고장이 존재하면, 고장 등급에 따라 현재 가열 실행 모드를 정지할 것인지 또는 가열 출력을 감소할 것인지를 판단하며, 만약 고장이 없으면, 현재 가열 실행 모드를 계속 진행하는 단계;
    단계 3: 배터리 팩(1) 중의 단위셀 배터리의 온도, 온도차, 압력차 및 가열 시간이 기 설정된 임계값에 도달하거나 단위셀 배터리의 전압 및 절연 저항이 기 설정된 임계값보다 낮을 때, 경보를 발생하고, 가열 제어 모듈(7)이 전류 조정 모듈(4)에 가열 출력이 0인 제어 인스트럭션을 송신하는 단계; 및
    단계 4: 배터리 관리 시스템(6)에 가열 실행 모드를 종료하는 요청을 송신하고, 확인 후 현재 가열 실행 모드를 해제하며, 단계 1로 돌아가는 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    가열 제어 모듈(7)은 가열 시트(2), 전류 조정 모듈(4) 및 전류 수집 모듈(5)의 고장 발생 여부를 판단하고, 전류 조정 모듈(4)은 가열 제어 모듈(7)의 고장 동작에 응답하는 것을 특징으로 하는 가열 속도를 조절 가능한 배터리 시스템의 제어방법.
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